JP2000227294A

JP2000227294A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2000227294A
Application number: JP11026005A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Jinno; 秀幸神野; Akira Kumagai; 明熊谷; Hideo Okamoto; 英男岡本; Miyuki Kishimoto; 深雪岸本
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 1999-02-03
Filing date: 1999-02-03
Publication date: 2000-08-15
Also published as: KR100343474B1; KR20000057075A

Abstract

(57)【要約】【課題】缶体(K) 内に複数のフィン(F) を所定の間隔
で並設してこれらフィン群を貫通する複数の吸熱管(H)
(H)を燃焼排気の流れに対して略直角方向に並設した熱
交換器において、燃焼排気による吸熱管(H) の裏側（排
気流の下流側）での熱交換を更に促進させて、熱交換効
率の向上とドレンの生成の防止を図ること。【解決手段】フィン(F) に於ける吸熱管(H) の排気流
の下流域から前記排気流に対して直角方向で且前記吸熱
管(H) から外れた位置にまで延びるオフセットフィン(1
2)を設け、このオフセットフィン(12)は前記フィン(F)
から切り起して形成された板状部であって隣接するフィ
ン(F)(F)の中程に位置すると共に前記吸熱管(H) の排気
流の下流域にて前記フィン(F) に連結一体化されている
こと

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は熱交換器、特に、
複数のフィンを所定の間隔で並設して缶体内に収容しこ
れらに複数の吸熱管を貫通させた形式の熱交換器に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】この種熱交換器は、給湯機等の熱交換器
に数多く採用されており、例えば、特開平７−１２７９
１１号に開示されたものでは、図４、５に示すように、
矩形筒状の缶体(K) の上半部にフィン(F)(F)を所定の間
隔で並設されるように内蔵し、これらフィン群を貫通す
るように複数の吸熱管(H)(H)を設けてこれらを直列に連
通接続し、前記缶体下部のこれらフィン群の下方にガス
バーナ(B) 等の燃焼装置を内蔵するようにした構成であ
る。

【０００３】この熱交換器では、前記燃焼装置の燃焼排
気によって前記フィン(F) が加熱されてその熱気が、前
記吸熱管(H) 内を流れる被加熱水に熱交換される。従っ
て、前記吸熱管(H) を直列に接続した直列経路の一端か
ら他方に端部に流れる被加熱水は、この間に所定の度合
い昇温される。前記燃焼排気の流れは缶体(K) 内に集中
するから、燃焼排気がフィン群から拡散する効率低下の
問題はないが、前記フィン群に沿って流れる排気流の偏
りのために熱交換ロスが生じる。例えば、缶体(K) の内
壁に沿って流れる排気流が吸熱管(H) に吸熱されにく
い。また、吸熱管(H) の上方は排気流の下流側になるか
ら死角となってこの吸熱管上方部には排気が流れ込みに
くく、この部分のフィンの吸熱作用が不十分となる。

【０００４】そこで、この先行技術のものでは、前記缶
体(K) の対向壁面の上部でフィン群の上端に一致する部
分に排気流を缶体(K) の内側に案内する案内板(1) を設
けて、缶体(K) に沿って上昇する燃焼排気による熱交換
ロスを解消している。また、水平方向に並設される吸熱
管(H)(H)の中間には、円板状突起又はバーリング穴等の
案内凸部(11)をフィン(F) から直立させ、隣接するフィ
ン(F) との間に前記案内凸部(11)が介在される構成にし
ている。これにより、水平方向に隣接する吸熱管(H)(H)
の中間を流れる燃焼排気が吸熱管(H) の裏側に案内され
ることとなり、前記中間を通過する燃焼排気がそのまま
缶体(K) の排気側にスルーしてしまうことなく、フィン
(F) に於ける前記吸熱管上方部を加熱する。これによ
り、熱交換効率が向上する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように先行技術
のものでは、二つの対策によって熱交換効率の向上を図
っているが、本発明は、燃焼排気による吸熱管(H) の裏
側（排気流の下流側）での熱交換を更に促進させること
を課題とするものであり、具体的には、『缶体(K) 内に
複数のフィン(F) を所定の間隔で並設してこれらフィン
群を貫通する複数の吸熱管(H)(H)を燃焼排気の流れに対
して略直角方向に並設した熱交換器』において、吸熱管
(H) の側方を通過する排気流とフィン(F) との熱交換に
よる吸熱熱量が前記吸熱管(H) の裏側に効率的に伝達さ
れるようにして、熱交換効率を向上させることをその課
題とする。＊１項

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ために講じた本発明の解決手段は『フィン(F) に於ける
吸熱管(H) の排気流の下流域にて結合され前記排気流に
対して直角方向で且前記吸熱管(H) から外れた位置にま
で延びるオフセットフィン(12)を設け、このオフセット
フィン(12)は前記フィン(F) から切り起して形成された
板状部であって隣接するフィン(F)(F)の中程に位置する
と共に前記吸熱管(H) の排気流の下流域にて前記フィン
(F) に連結一体化されている』ことを特徴とするもので
ある。

【０００７】上記解決手段はつぎのように作用する。前
記オフセットフィン(12)は、フィン(F) の所定の範囲を
切り起こして形成されており、その端部は前記フィン
(F) と一体的に結合されている。そして、このオフセッ
トフィン(12)の前記結合されている部分以外の板状部
は、隣接するフィン(F)(F)との中間で、排気流に対して
直角方向に並ぶ２つの吸熱管(H) と吸熱管(H) の間に位
置する。

【０００８】従って、前記吸熱管(H) と吸熱管(H) との
間に、流入する排気流はこの間のフィン(F) を加熱する
と同時に前記オフセットフィン(12)を加熱する。そし
て、このオフセットフィン(12)に吸収された熱量は前記
結合部分を介してフィン(F) の吸熱管(H) の裏側（排気
流の流れに於ける死角側）、又は、その近傍部分に伝達
される。

【０００９】このように、吸熱管(H) の側方部の排気流
は、オフセットフィン(12)の部分でフィン(F) の表面に
形成される境界層が中断され、オフセットフィン(12)の
上流側端部から新たに境界層が形成される。従って、オ
フセットフィン(12)の上流側端部に於ける吸熱量の増加
（前縁効果という）や、前記境界層がフィン(F) の表面
に沿って連続的に形成されることによる熱交換効率低下
が前記オフセットフィン(12)の存在によって防止される
ことによって、吸熱管(H) での吸熱量が従来よりも増す
こととなる。

【００１０】また、フィン(F) において、これまで温度
上昇しにくかった吸熱管(H) の裏側部分又はその近傍部
分は、前記オフセットフィン(12)の熱がフィン(F) との
前記結合部を介して伝導されることによって加熱され
る。従って、吸熱管(H) の前記裏側部分又はその近傍部
分が前記先行技術のものよりも高温に保たれることとな
る。

【００１１】なお、オフセットフィン(12)は、隣接する
吸熱管(H)(H)の中間に設けられ場合と、吸熱管(H) と缶
体(K) の側壁との間に設けられる場合とがあり、前者の
場合には、オフセットフィン(12)の両端のフィン(F) と
の結合部分が吸熱管(H) の裏側又はその近傍に位置し、
フィン(F) から浮いた部分は隣接する前記吸熱管(H)(H)
の中間に位置することとなる。後者の場合には、前記オ
フセットフィン(12)における缶体(K) 側の部分がフィン
(F) と結合されることなくから浮いた儘であってもよ
い。

【００１２】

【発明の効果】本発明は、上記構成であるから次の特有
の効果を有する。オフセットフィンによる前記前縁効
果、及び、フィン(F) 全体において表面にできる境界層
を薄くする効果により、上記した先行技術に比べて熱交
換効率が向上する。

【００１３】また、これまで温度上昇しにくかった吸熱
管(H) の裏側部分又はその近傍部分のフィン(F) の表面
温度が、オフセットフィン(12)からの伝導熱によって前
記先行技術のものよりも高温に保たれるから、吸熱管
(H) の裏側部分に於ける結露が防止でき、ドレンが生じ
にくい。［その他］＊２項１項において、『オフセットフィン(12)に対して排気流
の流れに於ける上流側であって、隣接する吸熱管(H)(H)
の間又は吸熱管(H) と缶体(K) との間に、前記オフセッ
トフィン(12)よりも横幅の小さな補助オフセットフィン
(121) を設けた』ものでは、前記オフセットフィン(12)
の上流側に設けられた補助オフセットフィン(121) によ
っても吸熱作用が促進され、この補助オフセットフィン
(121) の吸熱熱量は吸熱管(H) の近傍にあるフィン(F)
との結合部から吸熱管(H) 内の被加熱水に熱交換され
る。しかも、前記補助オフセットフィン(121) の横幅
（排気流に直交する方向の長さ）は前記オフセットフィ
ン(12)のそれより小さいから、この補助オフセットフィ
ン(121) はオフセットフィン(12)に達する排気流を大き
く邪魔することがなく、オフセットフィン(12)と排気流
とが十分に接触することとなる。従って、補助オフセッ
トフィン(121) を更に付加させた分熱交換効率が向上す
る。＊３項前記１項又は２項において、『フィン群に於ける排気流
の上流側に複数の吸熱管(H)(H)を並設した第１吸熱部
と、下流側に複数の吸熱管(H)(H)を並設した第２吸熱部
とを設け、前記フィン(F) の下端には第１吸熱部の隣接
する前記吸熱管(H)(H)間の夫々に切欠部(13)を設け、前
記第２吸熱部の吸熱管(H) は前記第１吸熱部の吸熱管
(H)(H)の中間の下流側に位置し、この第１吸熱部に前記
オフセットフィン(12)のみ又はオフセットフィン(12)と
補助オフセットフィン(121) を具備させた』ものでは、
第１吸熱部における熱交換作用も生じるから熱効率が向
上する。この効果を確保した上で、第２吸熱部に於ける
吸熱管(H) の裏側の部分の温度が高く保たれるから、ド
レン防止も図れたものとなる。

【００１４】また、第１吸熱部には切欠部(13)が吸熱管
(H) との関係で設けられているから、この第１吸熱部で
過度に吸熱されて第２吸熱部側の温度が低くなることも
生じないから、この点でドレン防止も一層確実になる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施例の形態
を、図示例と共に説明する。この実施の形態は、缶体
(K) の上部に図１、図２に示すフィン(F) を図３に示す
ように所定の間隔で並設した構成であり、このフィン群
の下方には、ガスバーナ等の燃焼装置（図示せず）が内
蔵される。さらに、前記缶体(K) の下流側には、排気筒
（図示せず）が連結される。

【００１６】この例ではフィン群の下端近傍に、４本の
吸熱管(H)(H)が挿通しており、これが既述の第１吸熱部
を構成する。フィン群の上部には３本の吸熱管(H)(H)が
挿通しており、これらが第２吸熱部を構成する。前記第
２吸熱部の各吸熱管(H) は前記第１吸熱部を構成する吸
熱管(H)(H)の中間上方に配置されている。この下方の吸
熱管(H)(H)の中間には、前記吸熱管(H) の上方域にまで
切り込まれた切欠部(13)が設けられている。

【００１７】上方の吸熱管(H)(H)の中間部よりも下流側
域と、吸熱管(H) と缶体(K) の内壁との中間部よりも下
流側域であって、第１吸熱部を構成する各吸熱管(H) の
中心線上に、オフセットフィン(12)と補助オフセットフ
ィン(121) とが同心状に配設されている。これらオフセ
ットフィン(12)と補助オフセットフィン(121) とは共に
図２に示すようにフィン(F) から切り起して形成された
ものであり、両端の結合部(14)結合部(14)はこれらを結
ぶ中間片部の両端から斜めに傾斜するように成型されて
いる。

【００１８】前記切り起しによって形成された下方の補
助オフセットフィン(121) は、上下の端縁がフィン(F)
から切り離されているが、左右の両端部が前記結合部(1
4)によってフィン(F) に連結された上下幅一定の板状部
であり、この補助オフセットフィン(121) の切り起し高
さは隣接するフィン(F)(F)の間隔の半分に設定されてい
る。また、前記補助オフセットフィン(121) の下端部は
第２吸熱部を構成する吸熱管(H)(H)の中心線上に一致さ
せている。この例では、前記上下幅は前記吸熱管(H) の
直径の約３分の１に設定されている。

【００１９】上方のオフセットフィン(12)は、第２吸熱
部を構成する吸熱管(H) の下流側に外れて配置され、前
記補助オフセットフィン(121) と同様にフィン(F) から
切り起されて形成されると共に、上下方向の幅は前記補
助オフセットフィン(121) と同じ幅に設定されている。
このオフセットフィン(12)の左右の長さは、前記補助オ
フセットフィン(121)の左右の長さの２倍程度に設定さ
れており、両端に於けるフィン(F) との結合部(14)(14)
は、第２吸熱部の吸熱管(H) の断面の左右両端部の下流
側に位置する。又、前記オフセットフィン(12)の左右の
中心は下方の補助オフセットフィン(121) の左右の中心
と一致している。

【００２０】上記形式の熱交換器は、通常、前記第１、
第２の各吸熱部を構成する吸熱管(H)(H)が直列状態に連
通接続され、これらが更に直列接続される。そして、下
方の燃焼装置（図示せず）が燃焼状態に維持された状態
で、前記第１、第２吸熱部に通水すると、燃焼排気によ
って加熱されたフィン群から吸熱管(H) 内の被加熱水に
熱交換され、昇温した被加熱水は台所等に設けた蛇口か
ら取り出される。

【００２１】このとき、上記したようにオフセットフィ
ン(12)と補助オフセットフィン(121) による吸熱作用に
よって熱効率が十分に確保される。また、第１吸熱部の
吸熱管(H)(H)の間には切欠部(13)が形成されているか
ら、燃焼排気の上流側部分と接触する前記第１吸熱部に
於ける吸熱面積が小さいから、この部分での熱交換作用
が抑制される。従って、第２吸熱部側に達した燃焼排気
が過度に低くなることはないから、この第２吸熱部の吸
熱管(H) の裏側の温度が過度に低下しない。また、前記
オフセットフィン(12)によって吸収された熱は、結合部
(14)を介して第２吸熱部の吸熱管(H) の裏側に伝導され
るから、この部分の温度がこのオフセットフィン(12)の
作用によっても高温に維持される傾向となる。これらの
理由から、従来、第２吸熱部の吸熱管(H) の裏側で生じ
がちなドレンの発生が防止できる。

【００２２】前記オフセットフィン(12)は、それ自体に
よっても、吸熱管(H) の裏側の温度を高める作用がある
から、条件によって、このオフセットフィン(12)の構成
のみを付加する実施態様としても、上記熱効率の向上及
びドレン防止効果が図れることとなる。上記実施の形態
では、排気流は下方から上方に向かって流れる場合を例
示しているが、燃焼排気が何れの方向に流れるものであ
ってもよい。

【００２３】吸熱管(H) と缶体(K) の側壁との間に設け
たオフセットフィン(12)については、缶体(K) 側の端部
をフィン(F) と結合させないことにより、オフセットフ
ィン(12)が吸収した熱が缶体(K) に伝導され難くなり缶
体(K) の加熱が防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の熱交換器の例の断面図

【図２】フィン(F) の単体の要部平面図

【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面の要部説明図

【図４】従来例の説明図

【図５】Ｖ−Ｖ線断面の要部説明図

【符号の説明】

(F) ：フィン、(H) ：吸熱管、(1) ：案内板、(11)：案
内凸部 (12)：オフセットフィン (13)：切欠部 (14)：結
合部 (121) ：補助オフセットフィン（尚、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡本英男名古屋市中川区福住町２番26号リンナイ株式会社内 (72)発明者岸本深雪名古屋市中川区福住町２番26号リンナイ株式会社内Ｆターム(参考） 3L036 AA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】缶体(K) 内に複数のフィン(F) を所定の
間隔で並設してこれらフィン群を貫通する複数の吸熱管
(H)(H)を燃焼排気の流れに対して略直角方向に並設した
熱交換器において、前記フィン(F) に於ける吸熱管(H)
の排気流の下流域にて結合され前記排気流に対して直角
方向で且前記吸熱管(H) から外れた位置にまで延びるオ
フセットフィン(12)を設け、このオフセットフィン(12)
は前記フィン(F) から切り起して形成された板状部であ
って隣接するフィン(F)(F)の中程に位置すると共に前記
吸熱管(H) の排気流の下流域にて前記フィン(F) に連結
一体化されている熱交換器。
【請求項２】請求項１の熱交換器において、オフセッ
トフィン(12)に対して排気流の流れに於ける上流側であ
って、隣接する吸熱管(H)(H)の間又は吸熱管(H) と缶体
(K) との間に、前記オフセットフィン(12)よりも横幅の
小さな補助オフセットフィン(121) を設けた熱交換器。
【請求項３】請求項１又は２の熱交換器において、フ
ィン群に於ける排気流の上流側に複数の吸熱管(H)(H)を
並設した第１吸熱部と、下流側に複数の吸熱管(H)(H)を
並設した第２吸熱部とを設け、前記フィン(F) の下端に
は第１吸熱部の隣接する前記吸熱管(H)(H)間の夫々に切
欠部(13)を設け、前記第２吸熱部の吸熱管(H) は前記第
１吸熱部の吸熱管(H)(H)の中間の下流側に位置し、この
第２吸熱部に前記オフセットフィン(12)のみ又はオフセ
ットフィン(12)と補助オフセットフィン(121) を具備さ
せた熱交換器。