DE10316044A1

DE10316044A1 - Wärmetauscher für Wasser-Heizeinrichtung

Info

Publication number: DE10316044A1
Application number: DE2003116044
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Osakabe; Hajime Sugito; Takaki Okochi; Toshihide Ninagawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2003-10-23
Also published as: JP4178944B2; JP2004003802A

Abstract

Ein Wärmetauscher (1) weist mehrere gestapelte flache Röhrchen (2) auf, die in ihrem Inneren einen Gaskanal (2A) bilden, in dem ein Niedertemperatur-Fluid, beispielsweise Wasser, strömt. Hochtemperatur-Gas, das Feuchtigkeit enthält, strömt durch einen Gaskanal (11), der zwischen benachbarten flachen Röhrchen (2) vorgesehen ist. Das Niedertemperatur-Fluid, das durch den Fluidkanal (2A) in jedem flachen Röhrchen (2) strömt, gewinnt nicht nur spürbare Wärme, sondern auch latente Kondensationswärme aus dem Gas zurück, sodass das Fluid erhitzt wird. Vorsprünge (10) sind in dem Gaskanal (11) derart angeordnet, dass sie im Hinblick auf die Strömungsrichtung des Gases geneigt sind, und ihre Vorsprungabmessung nimmt in Richtung zu der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Gases hin zu. Daher kann das Anhaften des aus dem Gas während des Wärmeaustauschs mit dem Fluid gebildete kondensierte Wasser an den Rippen (3) und das Verweilen desselben in dem Gaskanal (11) eingeschränkt werden und kann die Effizienz des Wärmeaustauschs in dem Wärmetauscher (1) verbessert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der hauptsächlich in einer Wasser-Heizeinrichtung zum Erhitzen von zuzuführendem Wasser untergebracht ist.
Beispielsweise sind in einem Wärmetauscher für eine Wasser-Heizeinrichtung, der in JP-A-2000-146305 offenbart ist, dünne Plattenrippen an äußeren Wandflächen von Röhrchen, in denen das zuzuführende Wasser strömt, vorgesehen, um den Wärmeaustausch zwischen Verbrennungsgas und dem zuzuführenden Wasser zu verbessern. In jüngster Zeit ist bei Wärmetauschern nachdrücklich eine hohe Wärmeaustauschleistung gefordert worden, und daher sind Rippen mit einer eng gepackten Struktur untersucht worden. Bei dem Wärmetauscher wird, während das Verbrennungsgas einen Wärmeaustausch mit dem zuzuführenden Wasser erfährt, die Temperatur des Verbrennungsgases herabgesetzt. Wenn die Temperatur des Verbrennungsgases dessen Taupunkt erreicht oder unter diesen absinkt, wird die in dem Verbrennungsgas enthaltene Feuchtigkeit kondensiert. Zu diesem Zeitpunkt bildet, wie in Fig. 15 dargestellt ist, das kondensierte Wasser einen dicken Wasserfilm auf einem großen Bereich von Rippen 3 und verbleibt an den Rippen 3. Wenn die Rippen 3 in einer in hohem Maße eng gepackten Struktur vorgesehen sind, deckt der kondensierte Wasserfilm einen Raum zwischen den benachbarten Rippen 3, wie in Fig. 16 dargestellt ist, ab und verweilt dazwischen. Das kondensierte Wasser, das an den Rippen 3 verweilt, wird zu einem thermischen Widerstand und schränkt die Übertragung von Wärme von dem Verbrennungsgas an die Rippen 3 ein. Weiter nimmt, wenn der Kanal für das Verbrennungsgas durch das kondensierte Wasser geschlossen wird, der Strömungswiderstand des Verbrennungsgases zu, wodurch die Wärmeaustauschleistung des Wärmetauschers herabgesetzt wird.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher zu schaffen, der verhindert, dass die Wärmeaustauschleistung herabgesetzt wird, indem verhindert wird, dass das während das Wärmeaustauschbetriebs gebildete kondensierte Wasser an einer Wandfläche, die einen Gaskanal begrenzt, anhaftet und dort verweilt.
Erfindungsgemäß weist ein Wärmetauscher (1) eine Vielzahl von flachen Röhrchen (2) auf, deren jedes in seinem Inneren einen Fluidkanal (2A) aufweist, durch den hindurch ein Fluid strömt. Die flachen Röhrchen (2) sind in einer Stapelungsrichtung gestapelt, um einen Gaskanal (11) zwischen zwei benachbarten gestapelten, flachen Röhrchen (2) zu bilden, sodass ein Feuchtigkeit enthaltendes Gas durch den Gaskanal von der oberen Seite aus zu der unteren Seite hin strömt. Das Fluid besitzt im Allgemeinen eine Temperatur niedriger als diejenige des Gases, und die in dem Gas enthaltene Feuchtigkeit wird kondensiert, während ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid und dem Gas durchgeführt wird, sodass das Fluid nicht nur spürbare Wärme, sondern auch latente Kondensationswärme aus dem Gas zurückgewinnt. Bei dem Wärmetauscher (1) ist ein Vorsprung (10) in dem Gaskanal (11) angeordnet, der in Hinblick auf die Strömungsrichtung des Gases geneigt ist, und ist die vorstehende Abmessung des Vorsprungs (10) in dem Gaskanal (11) so ausgebildet, dass sie in Richtung zu der stromabwärtigen Seite in der Gasströmung zunimmt. Im Allgemeinen wird kondensiertes Wasser aus dem Gas als kleine Tröpfchen in dem Gaskanal (11) gebildet, und fallen die kleinen Tröpfchen anschließend infolge ihres Gewichts nach unten. Bei der vorliegenden Erfindung nimmt, weil der Vorsprung (10) vorgesehen ist, die Strömungsgeschwindigkeit des Hochtemperatur-Gases entlang der Oberfläche des Vorsprungs (10) ab, und können die kleinen Tröpfchen an dem Vorsprung (10) infolge ihrer Oberflächenspannung gesammelt werden. Auf diese Weise kann das kondensierte Wasser vorübergehend an dem Vorsprung (10) anhaften. Zu diesem Zeitpunkt kann das Hochtemperatur-Gas durch einen Bereich hindurchtreten, wo die vorstehende Abmessung des Vorsprungs (10) klein ist. Daher wird der Wärmeaustausch zwischen dem Hochtemperatur-Gas und dem Niedertemperatur-Fluid ohne Verzögerung durchgeführt, und wird das kondensierte Wasser kontinuierlich stromaufwärts und stromabwärts des Vorsprungs (10) gebildet.
Wenn die Summe aus Gewicht des an dem Vorsprung (10) gesammelten, kondensierten Wassers und Gasdruck des Hochtemperatur-Gases größer als die Oberflächenspannung des kondensierten Wassers an dem Vorsprung (10) wird, fällt das kondensierte Wasser von dem Vorsprung (10) nach unten. Hier können die mehreren Vorsprünge (10) in dem Gaskühler (11) in Abständen (δ) in der Strömungsrichtung des Gases vorgesehen sein. In diesem Fall kann das kondensierte Wasser, das von dem Vorsprung (10) herunterfällt, an einem anderen Vorsprung (10) gesammelt werden, und fällt dieses kondensierte Wasser von dem anderen Vorsprung (10) in dem Gaskanal (11) herunter. Dieser Zyklus wird aufeinanderfolgend wiederholt, wodurch verhindert wird, dass das kondensierte Wasser an einer Wandfläche, die den Gaskanal (11) begrenzt, anhaftet und verweilt. Daher kann verhindert werden, dass der thermische Widerstand und der Gasströmungswiderstand infolge des kondensierten Wassers vergrößert werden, und kann die Effizienz des Wärmeaustauschs des Wärmetauschers (1) verbessert werden. Zusätzlich kann die Menge des kondensierten Wassers, das an der Wandfläche zur Begrenzung des Gaskanals (11) anhaftet, verkleinert werden, wodurch die Korrosion der Röhrchen (2) und des Vorsprungs (10) bei dem Wärmetauscher (1) eingeschränkt wird.
Bei der vorliegenden Erfindung kann der Vorsprung (10) direkt an einer äußeren Wandfläche (4c) des Röhrchens (2) als geprägter Vorsprung (4d) ausgebildet sein, der außenseitig der äußeren Wandfläche (4c) des Röhrchens (2) vorsteht. Alternativ steht der Vorsprung (10) zu der Gasströmung in dem Gaskanal (11) hin von einer Fläche einer Rippe (3) aus vor, die zwischen benachbarten flachen Röhrchen (2) angeordnet ist. In diesem Fall ist der Vorsprung im Wege des Schneidens und Ausbiegens eines Teils der Fläche der Rippe (3) gebildet.
Vorzugsweise weist der Vorsprung (10) einen ersten Vorsprung (10a), der um einen vorbestimmten Winkel in Hinblick auf die Strömungsrichtung des Gases geneigt ist, und einen zweiten Vorsprung (10b) auf, der um einen zu dem vorbestimmten Winkel des ersten Vorsprungs (10a) unterschiedlichen Winkel in Hinblick auf die Strömungsrichtung des Gases geneigt ist. In diesem Fall kann das Gas durch den Gaskanal (11) mäanderförmig hindurchtreten, und kann die Effizienz des Wärmeaustauschs weiter verbessert sein.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leichter aus der nachfolgenden Detailbeschreibung bevorzugter Ausführungsformen bei gemeinsamer Betrachtung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
Fig. 1 eine Vorderansicht eines Wärmetauschers für eine Wasser-Heizeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2A einen Schnitt entlang der Linie IIA-IIA in Fig. 1 und Fig. 2B einen vergrößerten Schnitt des Bereichs IIB in Fig. 2A;
Fig. 3A eine perspektivische Ansicht einer äußeren Rippe gemäß der ersten Ausführungsform und Fig. 3B eine Vorderansicht des hauptsächlichen Teils einer Lötfläche der in Fig. 3A dargestellten äußeren Rippe;
Fig. 4 eine Seitenansicht des Wärmetauschers für eine Wasser-Heizeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 5 eine Seitenansicht des Wärmetauschers für eine Wasser-Heizeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 6A eine Draufsicht auf eine erste Wärmeübertragungsplatte gemäß der ersten Ausführungsform, Fig. 6B eine Seitenansicht der ersten Wärmeübertragungsplatte in Fig. 6A und Fig. 6C eine Vorderansicht der ersten Wärmeübertragungsplatte in Fig. 6A;
Fig. 7A eine Draufsicht auf eine zweite Wärmeübertragungsplatte gemäß der ersten Ausführungsform, Fig. 7B eine Seitenansicht der zweiten Wärmeübertragungsplatte in Fig. 7A und Fig. 7C eine Vorderansicht der zweiten Wärmeübertragungsplatte in Fig. 7A;
Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 6A;
Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie IX-IX in Fig. 6A;
Fig. 10A einen Schnitt entlang der Linie XA-XA in Fig. 6A und Fig. 10B einen Schnitt entlang der Linie XB-XB in Fig. 6A;
Fig. 11A eine schematische perspektivische Ansicht des Verhaltens des an einem Flügelbereich (Vorsprung) gemäß der ersten Ausführungsform gesammelten kondensierten Wassers und Fig. 11B eine schematische Ansicht des Verhaltens des Herunterfallens des an dem Flügelbereich gesammelten kondensierten Wassers;
Fig. 12A eine perspektivische Ansicht einer äußeren Rippe bei einer Modifikation der ersten Ausführungsform und Fig. 12B eine Seitenansicht eines Teils der äußeren Rippe bei Betrachtung aus der Richtung des Pfeils XIIB im Fig. 12A;
Fig. 13A und Fig. 13B jeweils Draufsichten auf einen Flügelbereich bei einer anderen Modifikation der ersten Ausführungsform;
Fig. 14A eine Vorderansicht eines Vorsprungbereichs an einer äußeren Fläche eines flachen Röhrchens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und Fig. 14B eine Seitenansicht bei Betrachtung aus der Richtung des Pfeils XIVB in Fig. 14A;
Fig. 15 eine schematische Darstellung des Verhaltens des kondensierten Wassers beim Stand der Technik; und
Fig. 16 eine schematische Darstellung des Verhaltens des kondensierten Wassers bei einem Stand der Technik, bei dem Rippen mit einer in hohem Maße eng gepackten Struktur vorgesehen sind.
Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1-11B beschrieben. Ein in Fig. 4, 5 dargestellter Wärmetauscher 1 führt einen Wärmeaustausch zwischen Wasser (Niedertemperatur- Fluid bei der vorliegenden Erfindung), das für eine Wasser-Heizeinrichtung zu verwenden ist, und Verbrennungsgas (Hochtemperatur-Gas bei der vorliegenden Erfindung), das Feuchtigkeit enthält, durch. Hierbei ist die Temperatur das Wassers im Allgemeinen niedriger als die Temperatur des Verbrennungsgases, und wird das Wasser mittels des Verbrennungsgases im Wege des Wärmeaustauschs zwischen diesen in dem Wärmetauscher 1 erhitzt. Der Wärmetauscher 1 ist ein gezogener Tassen-Wärmetauscher, der mehrere flache Röhrchen 2 aufweist, die zusammen mit äußeren Rippen 3 gestapelt sind. Der Wärmetauscher 1 ist nach dem Zusammenbau der mehrere flachen Röhrchen 2 und der äußeren Rippen 3 einstückig verlötet.
Das Röhrchen 2 ist durch Zusammenfassen der ersten und der zweiten Wärmeübertragungsplatte 4 (4A, 4B), die in Fig. 6A, 6B, 6C, 7A, 7B, 7C dargestellt sind, gebildet und weist einen flachen Rohrbereich 2A und ein Paar Behälterbereiche 2B auf. Der flache Rohrbereich 2A des Röhrchen 2 weist einen U-förmigen Wasserkanal (Fluidkanal bei der vorliegenden Erfindung) in seinem Inneren auf, und das Paar der Behälterbereiche 2B des Röhrchen 2 steht mit den beiden Enden des U-förmigen Wasserkanals des flachen Rohrbereich 2A in Verbindung. Das Paar der Behälterbereiche 2B weist Verbindungsanschlüsse 2b auf. Eine in Fig. 6A-6C dargestellte erste Wärmeübertragungsplatte 4A weist einen Krimpbereich 4a auf, jedoch weist eine in Fig. 7A-7C dargestellte zweite Wärmeübertragungsplatte 4B keinen Krimpbereich 4a auf. Jedoch ist die Gestalt der beiden Wärmeübertragungsplatten 4A, 4B, ausgenommen den Krimpbereich 4a, untereinander im Wesentlichen identisch. Gemäß Darstellung in Fig. 2B ist der Krimpbereich 4a der ersten Wärmeübertragungsplatte 4A von der Seite der inneren Fläche der zweiten Wärmeübertragungsplatte 4B aus zu der Seite der äußeren Fläche der zweiten Wärmeübertragungsplatte 4b hin umgebogen, um das Ende der zweiten Wärmeübertragungsplatte 4B einzuzwängen. Auf diese Weise befestigt der Krimpbereich 4a der ersten Wärmeübertragungsplatte 4A das Ende der zweiten Wärmeübertragungsplatte 4B von sowohl der inneren als auch der äußeren Seite der zweiten Wärmeübertragungsplatte 4B aus, und die Berührungsflächen der ersten und der zweiten Wärmeübertragungsplatte 4A, 4B sind miteinander verlötet.
Die Dicke des Behälterbereichs 2B ist größer als in die Dicke des flachen Rohrbereichs 2A gewählt. Die äußeren Wandflächen der Wärmeübertragungsplatten 4 zur Bildung der Behälterbereiche 2B sind mit flachen Flächen 2c, die in Fig. 8, 10A, 10B dargestellt sind, in ringförmiger Gestalt ausgestattet. Die Querschnittgestalt der Wärmeübertragungsplatte 4, die den flachen Rohrbereich 2A bildet, ist in Fig. 9 dargestellt. Wie in Fig. 4, 5 dargestellt ist, sind die mehreren Röhrchen 2 so gestapelt, dass die Behälterbereiche 2B an den flachen Flächen 2c miteinander verbunden sind, die um die Verbindungsanschlüsse 2b herum vorgesehen sind. Auf diese Weise stehen die Wasserkanäle der Röhrchen 2 über die Verbindungsanschlüsse 2b der Behälterbereiche 2B miteinander in Verbindung. Wie in Fig. 2A dargestellt ist, kann bei der ersten Ausführungsform eine innere Rippe 4 in dem Röhrchen 2 angeordnet sein.
Wie in Fig. 5 dargestellt ist, sind ein Wasser-Zuführungsanschluss 6 und ein Heißwasser-Abgabeanschluss 7 mit den Behälterbereichen 2B der Röhrchen 2 an einem Ende in der Stapelungsrichtung der Röhrchen 2 verbunden. Weiter sind Verstärkungsplatten 8 mit den Röhrchen 2 an den beiden Enden in der Stapelungsrichtung verbunden, wie in Fig. 5 dargestellt ist.
Ein flacher Raum mit einer vorbestimmten Abmessung in der Stapelungsrichtung ist zwischen benachbarten, flachen Rohrbereichen 2A außenseitig des Wasserkanals vorgesehen. Das heißt, die flachen Rohrbereiche 2A der Röhrchen 2, die einander in der Stapelungsrichtung benachbart sind, bilden den flachen Raum zur Ausbildung eines Verbrennungsgaskanals 11. Jeder flache Rohrbereich 2A besitzt eine Dicke kleiner als der Behälterbereich 2B. Die flachen Räume außenseitig der Röhrchen 2 werden als Verbrennungsgaskanal 11 (Gaskanal bei der vorliegenden Erfindung) verwendet, durch den hindurch Verbrennungsgas strömt, und die äußeren Rippen 3 sind in dem Verbrennungsgaskanal 11 angeordnet. Wie in Fig. 3A dargestellt ist, ist die äußere Rippe 3 im Wege des Biegens einer dünnen Metallplatte, beispielsweise einer rostfreien Platte und einer Aluminiumplatte mit einer hohen Wärmeübertragungsleistung, in einer ungleichmäßigen Faltungsgestalt ausgebildet. Beispielsweise ist die äußere Rippe 3 im Wesentlichen in einer rechteckigen Wellengestalt (rechteckigen Impulsgestalt) gefaltet.
Weiter ist die äußere Rippe 3 in dem Verbrennungsgaskanal 11 angeordnet, sodass das Verbrennungsgas in einem Raum mit der ungleichmäßigen Faltungsgestalt in der Richtung von der oberen Seite aus zu der unteren Seite hin strömen kann. Die äußere Rippe 3 ist mit äußeren Wandflächen 4c der Wärmeübertragungsplatte 4 verlötet, die den flachen Rohrbereich 2A bilden. Auf diese Weise ist der Verbrennungsgaskanal 11 in mehrere dünne Kanäle 11a mittels der äußeren Rippen 3 aufgeteilt, die im Wesentlichen in der rechteckigen Wellengestalt abgebogen sind.
Die äußere Rippe 3 ist in dem Verbrennungsgaskanal 11 so angeordnet, dass eine erste Wandfläche 3A (Verlötungsfläche) der äußeren Rippe 3 im Wesentlichen parallel zu den äußeren Wandflächen 4c des Röhrchen 2 verläuft. Die erste Wandfläche 3A ist mit der äußeren Wandfläche 4c jedes Röhrchen 2 verlötet. Weiter ist eine zweite Wandflächen 3B eine Seitenwandfläche, die die erste Wandfläche 3B kreuzt. Wie in Fig. 3A, 3B dargestellt ist, sind mehrere Flügelbereiche 10 (Vorsprünge) in Abständen δ an der ersten Wandfläche 3A an der im Wesentlichen gesamten Fläche der äußeren Rippe 3 in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases ausgebildet. Beispielsweise weist in Fig. 3A, 3B jeder Flügelbereich 10 eine geeignete dreieckige Gestalt auf. In diesem Fall sind zwei Ränder eines dreieckigen Teils in der ersten Wandfläche 3A eingeschnitten und in Richtung zu dem Verbrennungsgaskanal 11 hin ausgebogen, um den Flügelbereich 10 zu bilden, der zu dem Verbrennungsgaskanal 11 hin vorsteht. Die Flügelbereiche 10 sind so angeordnet, dass sie von der ersten Wandfläche 3A aus in den Verbrennungsgaskanal 11 hinein vorstehen. Weiter ist die Vorsprungabmessung jedes Flügelbereichs 10, der von der ersten Wandfläche 3A aus vorsteht, in Richtung zu der stromabwärtigen Seite des Verbrennungsgases in dem Verbrennungsgaskanal 11 hin größer gemacht.
Der Flügelbereich 10 ist so vorgesehen, dass er um einen vorbestimmten Winkel in Hinblick auf die Strömungsrichtung des Verbrennungsgases in dem Verbrennungsgaskanal 11 geneigt ist. Weiter sind benachbarte Flügelbereiche 10a, 10b an der äußeren Rippe 3, die einander in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases benachbart sind, so vorgesehen, dass sie in unterschiedlichen Neigungsrichtungen geneigt sind. Insbesondere sind bei dem oberen Flügelbereich 10a (dem ersten Vorsprung beider vorliegenden Erfindung), der in Fig. 3B dargestellt ist, zwei Ränder des dreieckigen Teils, ausgenommen den rechten Rand, eingeschnitten und nach oben gebogen. Andererseits sind bei dem unteren Flügelbereich 10b (dem zweiten Vorsprung bei der vorliegenden Erfindung), der in Fig. 3B dargestellt ist, zwei Ränder des dreieckigen Teils, ausgenommen den linken Rand, eingeschnitten und nach oben gebogen. Auf diese Weise sind die Flügelbereiche 10 abwechselnd so vorgesehen, dass sie in unterschiedlichen Richtungen geneigt sind, und können die Flügelbereiche 10 in einem Zickzack-Muster angeordnet sein. Weiter sind die Breite und die Höhe des Flügelbereichs 10 so gewählt, dass der Flügelbereich 10 den Verbrennungsgaskanal 11 nicht verschließt.
Als Nächstes wird die Arbeitsweise der ersten Ausführungsform beschrieben. Wie in Fig. 4 und 5 dargestellt ist, strömt Wasser von dem Wasserzuführungsanschluss 6 des Wärmetauschers 1 aus in einen Behälterbereich 2B des Röhrchen 2 ein und strömt von dem einen Behälterbereich 2B aus in den Wasserkanal ein, der in dem ersten flachen Rohrbereich 2A vorgesehen ist. Dann strömt das Wasser durch den Wasserkanal in dem zweiten flachen Rohrbereich 2A hindurch und strömt in den anderen Behälterbereich 2B ein. Danach wird das Wasser nach außenseitig des Wärmetauschers 1 von dem Heißwasser-Abgabeanschluss 7 des anderen Behälterbereichs 2B aus abgegeben. Andererseits strömt, wie in Fig. 1 dargestellt ist, Verbrennungsgas von der oberen Seite des Wärmetauschers 1 aus zu dessen unteren Seite hin. Wenn das Verbrennungsgas durch den Wärmetauscher 1 hindurchtritt, erfährt das Verbrennungsgas einen Wärmeaustausch mit dem Wasser, das in dem Wasserkanal strömt, wodurch das Wasser erhitzt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird, weil die Temperatur des Verbrennungsgases auf den Taupunkt desselben oder unterhalb desselben, beispielsweise auf eine Temperatur von 30-50°C, abnimmt, die in dem Verbrennungsgas enthaltene Feuchtigkeit kondensiert. Daher absorbiert das Wasser, das in dem Wasserkanal strömt, nicht nur spürbare Wärme der Verbrennungswärme, sondern auch latente Kondensationswärme, die von dem kondensierten Wasser in dem Verbrennungsgas abgestrahlt wird. Auf diese Weise wird das Wasser in dem Wärmetauscher 1 wirksam erhitzt. Weiter kann bei der ersten Ausführungsform das kondensierte Wasser des Verbrennungsgases wirksam abgeführt werden.
Wie in Fig. 11A dargestellt ist, wird das kondensierte Wasser in dem Verbrennungsgas als kleine Tröpfchen an der ersten Wandfläche 3A der äußeren Rippe 3 gebildet, und fallen die kleinen Tröpfchen an der ersten Wandfläche 3A infolge ihres eigenen Gewichts allmählich herunter. Zu diesem Zeitpunkt können, weil die Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsgases um den Flügelbereich 10 herum abnimmt, die kleinen Tröpfchen an dem Flügelbereich 10 infolge ihrer Oberflächenspannung gesammelt werden. Daher werden die kleinen Tröpfchen vorübergehend an dem Flügelbereich 10 gesammelt. Weiter werden die kleinen Tröpfchen, die unterhalb des Flügelbereichs 10 und um diesen herum gebildet werden, auch an dem Flügelbereich 10 infolge ihrer Oberflächenspannung gesammelt, wie mittels des weißen Pfeils in Fig. 11A angegeben ist. Zu dieser Zeit kann, wie mittels der Pfeile in Fig. 11A angegeben ist, das Verbrennungsgas durch einen Bereich hindurchtreten, wo die Vorsprungsabmessung des Flügelbereichs 10 klein ist. Daher wird der Wärmeaustausch zwischen dem Verbrennungsgas, das durch den Verbrennungsgaskanal 11 hindurch strömt, und dem Wasser (dem zuzuführenden Wasser), das durch den Wasserkanal das flachen Rohrbereich 2A hindurch strömt, ohne Verzögerung durchgeführt, und wird das kondensierte Wasser kontinuierlich stromaufwärts und stromabwärts des Flügelbereichs 10 in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases gebildet. Dann fällt, wie in Fig. 11B dargestellt ist, wenn die Kraft infolge sowohl des Gewichts des an dem Flügelbereich 10 gesammelten kondensierten Wassers als auch des Verbrennungsgasdrucks größer als die Oberflächenspannung des kondensierten Wassers wird, das kondensierte Wasser von dem Flügelbereich 10 herunter, wie mittels eines weißen Pfeils in Fig. 11B angegeben ist. Hierbei wird das kondensierte Wasser, das von einem Flügelbereich 10, der in Fig. 11B dargestellt ist, herunterfällt, ebenfalls an einem weiteren Flügelbereich 10 (nicht dargestellt) gesammelt, der stromabwärts des einen Flügelbereichs 10, der in Fig. 11B dargestellt ist, angeordnet ist, gesammelt und fällt von dem anderen Flügelbereich 10 herunter. Dieser Zyklus wird aufeinanderfolgend wiederholt, wodurch verhindert wird, dass das kondensierte Wasser an der Rippe 3 in dem Verbrennungsgaskanal anhaftet und verweilt. Weiter kann, weil die mehreren Flügelbereiche 10 in Abständen δ in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases ausgebildet sind, verhindert werden, dass das kondensierte Wasser in dem gesamten Verbrennungsgaskanal 11 gleichmäßig entlang der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases anhaftet und verweilt.
Weiter sind die Flügelbereiche 10 abwechselnd so angeordnet, dass sie in unterschiedlichen Richtungen in Hinblick auf die Strömungsrichtung des Verbrennungsgases geneigt sind. Beispielsweise sind die Flügelbereiche 10 in einem Zickzack-Muster ausgebildet. In diesem Fall können die Gasströmungsbereiche, wo die Vorsprungsabmessung des Flügelbereichs 10 klein ist, abwechselnd in unterschiedlichen Positionen in einer Richtung angeordnet sein, die die Strömungsrichtung des Verbrennungsgases kreuzt. Entsprechend kann das Verbrennungsgas hauptsächlich durch den Gasströmungsbereich hindurchtreten, wo die Vorsprungabmessung des Flügelbereichs 10 klein ist, wodurch eine regelmäßige mäanderförmige Strömung des Verbrennungsgases ausgebildet wird. Auf diese Weise kann das Verbrennungsgas gleichmäßig in dem Verbrennungsgaskanal 11 strömen, wodurch verhindert wird, dass die Effizienz des Wärmeaustauschs herabgesetzt wird. Weiter kann, weil der Flügelbereich 10 im Wege des Einschneidens und Ausbiegens eines Teils der ersten Wandfläche 3A der äußeren Rippe 3 gebildet wird, der Flügelbereich 10 (eicht ausgebildet werden. Ferner kann das kondensierte Wasser, das an der äußeren Wandfläche 4c des Röhrchens 2 gebildet wird, wo die Temperaturdifferenz zwischen dem Verbrennungsgas und dem zuzuführenden Wasser maximal wird, leicht zu dem Flügelbereich 10 eingeführt werden. Wenn der Flügelbereich 10 in der äußeren Rippe 3 gebildet wird, wird eine Öffnung 10c in der äußeren Rippe 3 ausgebildet, wie in Fig. 3B dargestellt ist. Jedoch wird, weil die Öffnung 10c durch die äußere Wandfläche 4c des Röhrchens 2 verschlossen sein kann, die Strömung des Verbrennungsgases nicht infolge der Öffnung 10c in der äußeren Rippe 3 gestört.
Da der Flügelbereich 10 in einer nahezu dreieckigen Gestalt ausgebildet ist, kann die Vorsprungabmessung des Flügelbereichs 10 leicht so gewählt werden, dass sie in Richtung zu der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases vergrößert ist. Weiter kann, weil die äußere Rippe 3 im Wege des Biegens einer dünnen Platte im Wesentlichen zu einer rechteckigen Impulsgestalt (rechteckigen Wellengestalt) ausgebildet ist, die äußere Rippe 3 leicht so ausgebildet sein, dass sie eine kleine Teilung im Vergleich zu einer versetzten Rippe und dergleichen aufweist, wodurch die Strahlungsfläche der Rippe leicht vergrößert ist. Zusätzlich kann die Menge des kondensierten Wassers, das an einer Oberfläche anhaftet, die den Verbrennungsgaskanal 11 begrenzt, leicht verkleinert werden, wodurch die Korrosion der Röhrchen 2 und der Flügelbereiche 10 (äußeren Rippen 3) wirksam eingeschränkt ist.
Fig. 12A und 12B zeigen eine Modifikation der ersten Ausführungsform. Wie in Fig. 12A, 12B dargestellt ist, sind die mehreren Flügelbereiche 10 so vorgesehen, dass sie einander in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases im Allgemeinen überlappen, wodurch die Gleichmäßigkeit der Strömung des Verbrennungsgases verbessert ist. Das heißt, die mehreren Flügelbereiche 10 sind im Wesentlichen in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases auf einer Linie angeordnet.
Fig. 13A und Fig. 13B zeigen eine weitere Modifikation der ersten Ausführungsform. Wie in Fig. 13A, Fig. 13B dargestellt ist, ist ein oberer Teil des Flügelbereichs 10 in einer polygonalen Gestalt ausgebildet, sodass sein vorstehender oberer Teil einen stumpfen Winkel aufweist oder zu einer Gestalt mit einer gebogenen Linie ausgebildet ist, um weiter hierdurch den Flügelbereich 10 leicht auszubilden bzw. herzustellen.
Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 14A und 14B beschrieben. Bei der zweiten Ausführungsform sind die Vorsprungbereiche direkt an den Röhrchen 2 statt an den äußeren Rippen 3 wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet. Bei der zweiten Ausführungsform sind geprägte Bereiche 4d, die nach außen vorstehen, als Vorsprungbereiche an den äußeren Wandflächen 4c der Wärmeübertragungsplatten 4A, 4B, die das Röhrchen 2 bilden, ausgebildet. Entsprechend können die gleichen Wirkungen wie bei der ersten Ausführungsform erreicht werden. Bei der ersten Ausführungsform sind die Flügelbereiche 10 an den äußeren Rippen 3 durch den zusätzlichen Vorgang des Einschneidens und Ausbiegens gebildet. Bei der zweiten Ausführungsform können die geprägten Bereiche 4d im Wege des Pressens zur selben Zeit gebildet werden, während die Wärmeübertragungsplatten 4A, 4B gebildet werden, wodurch die Herstellungskosten für den Wärmetauscher 1 herabgesetzt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben ist, ist zu beachten, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen für den Fachmann ersichtlich sein werden.
Beispielsweise ist bei der ersten Ausführungsform der Flügelbereich 10 an der äußeren Rippe 3 im Wege des Vorgangs des Einschneidens und Ausbiegens gebildet. Jedoch kann der Flügelbereich 10 als ein separates Element, das gegenüber der äußeren Rippe 3 getrennt ist, ausgebildet werden. In diesem Fall ist der Flügelbereich 10 mit der äußeren Rippe 3 im Wege des Verlötens oder dergleichen verbunden. Weiter kann der Flügelbereich 10 an der zweiten Wandfläche 3B statt an der ersten Wandfläche 3A wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet sein. Bei den obigen Ausführungsformen findet der Wärmetauscher 1 typischerweise für eine Wasser-Heizeinrichtung Anwendung. Jedoch kann der Wärmetauscher 1 beispielsweise als Verdampfer und dergleichen verwendet werden, der in einem Kühlzyklus angebracht ist, ohne auf die Wasser-Heizeinrichtung beschränkt sein.
Solche Änderungen und Modifikationen sind als innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung gemäß deren Definition durch die beigefügten Ansprüche liegend zu verstehen.

Claims

1. Wärmetauscher(1), umfassend:
eine Vielzahl von flachen Röhrchen (2), deren jedes im Inneren einen Fluidkanal (2A) aufweist, durch den hindurch ein Fluid strömt, wobei die flachen Röhrchen (2) in einer Stapelungsrichtung gestapelt sind, um einen Gaskanal (11) zwischen zwei benachbarten gestapelten, flachen Röhrchen zu begrenzen, durch den hindurch Gas, das Feuchtigkeit enthält, von der unteren Seite aus zu der unteren Seite hin strömt, wobei:
das Fluid im Allgemeinen eine Temperatur niedriger als die des Gases aufweist; und
die in dem Gas enthaltene Feuchtigkeit während der Durchführung eines Wärmeaustauschs zwischen dem Fluid und dem Gas kondensiert wird, sodass das Fluid nicht nur spürbare Wärme, sondern auch latente Kondensationswärme aus dem Gas zurückgewinnt, wobei der Wärmetauscher (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass
ein Vorsprung (10) in dem Gaskanal (11) derart angeordnet ist, dass er in Hinblick auf die Strömungsrichtung des Gases geneigt ist, und eine Vorsprungabmessung in dem Gaskanal (11) aufweist, die in Richtung zu der stromabwärtigen Seite in dem Gaskanal hin zunimmt.

2. Wärmetauscher (1) nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von Vorsprüngen (10) in dem Gaskanal (11) in Abständen (δ) in der Strömungsrichtung des Gases vorgesehen ist.

3. Wärmetauscher (1) nach irgendeinem der Ansprüche 1 und 2, wobei der Vorsprung (10) an einer äußeren Wandfläche (4c) des Röhrchens (2) als ein geprägter Bereich (4d) ausgebildet ist, der außenseitig der äußeren Wandfläche (4c) des Röhrchens (2) vorsteht.

4. Wärmetauscher (1) nach irgendeinem der Ansprüche 1 und 2, weiter umfassend
eine Vielzahl von Rippen (3), deren jede zwischen benachbarten Röhrchen (2) angeordnet ist, wobei sie die äußeren Wandflächen (4c) der benachbarten Röhrchen (2) thermisch berühren, um die Effizienz der Wärmeübertragung zwischen dem Gas, das in dem Gaskanal (11) strömt, und dem Fluid, das in dem Fluidkanal (2A) strömt, zu verbessern, wobei
der Vorsprung (10) von einer Fläche der Rippe (3) aus zu der Gasströmung in dem Gaskanal (11) hin vorsteht.

5. Wärmetauscher (1) nach irgendeinem der Ansprüche 1-4, wobei der Vorsprung (10) aufweist:
einen ersten Vorsprung (10a), der um einen vorbestimmten Winkel in Hinblick auf die Strömungsrichtung des Gases geneigt ist; und
einen zweiten Vorsprung (10b), der um einen gegenüber dem vorbestimmten Winkel des ersten Vorsprungs (10a) unterschiedlichen Winkel in Hinblick auf die Strömungsrichtung des Gases geneigt ist.

6. Wärmetauscher (1) nach Anspruch 5, wobei der erste Vorsprung (10a) und der zweite Vorsprung (10b) in der Strömungsrichtung des Gases abwechselnd angeordnet sind.

7. Wärmetauscher (1) nach irgendeinem der Ansprüche 5 und 6, wobei der erste Vorsprung (10a) und der zweite Vorsprung (10b) in der Strömungsrichtung des Gases auf einer Linie angeordnet sind.

8. Wärmetauscher (1) nach Anspruch 4, wobei der Vorsprung (10) durch Einschneiden und Ausbiegens eines Teils der Fläche der Rippe (3) gebildet ist.

9. Wärmetauscher (1) nach irgendeinem der Ansprüche 8 und 9, wobei:
die Rippe (3) eine erste Wandfläche (3A), die mit der äußeren Wandfläche (4c) des Röhrchens (2) verbunden ist, und eine zweite Wandfläche (3B) aufweist, die die erste Wandfläche (3A) kreuzt; und
der Vorsprung (10) an der ersten Wandfläche (3A) gebildet ist.

10. Wärmetauscher (1) nach irgendeinem der Ansprüche 8 und 9, wobei der Vorsprung (10) in einer im Wesentlichen dreieckigen Gestalt ausgebildet ist.

11. Wärmetauscher nach Anspruch 10, wobei der Vorsprung (10) einen oberen Teil des Vorsprungs aufweist, der in einer Gestalt mit einem stumpfen Winkel oder einer Gestalt mit einer gebogenen Linie ausgebildet ist.

12. Wärmetauscher (1) nach irgendeinem der Ansprüche 1-11, wobei das Gas Verbrennungsgas ist.

13. Wärmetauscher (1) nach irgendeinem der Ansprüche 1-12, wobei das Fluid Wasser ist.

14. Wärmetauscher (1), umfassend:
eine Vielzahl von flachen Röhrchen (2), deren jedes im Inneren einen Wasserkanal (2A) aufweist, durch den hindurch zuzuführendes Wasser strömt, wobei die flachen Röhrchen (2) in einer Stapelungsrichtung gestapelt sind, um einen Gaskanal (11) zwischen zwei benachbarten gestapelten, flachen Röhrchen (2) zu begrenzen, durch den hindurch Verbrennungsgas, das Feuchtigkeit enthält, von der unteren Seite aus zu der unteren Seite hin strömt, wobei das zuzuführende Wasser im Allgemeinen eine Temperatur niedriger als diejenige des Verbrennungsgases aufweist und im Wege des Wärmeaustauschs zwischen dem Wasser und dem Verbrennungsgas erhitzt wird; und
eine Vielzahl von Rippen (3), deren jede zwischen benachbarten Röhrchen (2) angeordnet ist, wobei sie die äußeren Wandflächen (4c) der benachbarten Röhrchen (2) thermisch berühren, um die Effizienz der Wärmeübertragung zwischen dem Verbrennungsgas und dem Wasser zu verbessern, wobei der Wärmetauscher (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass
jede der Rippen (3) eine Vielzahl von Vorsprüngen (10) aufweist, die von einer Fläche der Rippe (3) aus in die Strömung des Verbrennungsgases vorstehen;
jeder Vorsprung eine im Wesentlichen dreieckige Gestalt aufweist;
die Vorsprünge (10) so angeordnet sind, dass sie die in Hinblick auf die Strömungsrichtung der Verbrennungsgases geneigt sind, und voneinander in der Strömungsrichtung der Verbrennungsgases getrennt sind; und
die Vorsprünge (10) eine Vorsprungabmessung von der Fläche der Rippe (3) aus aufweisen, die in Richtung stromabwärts in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases zunimmt.