JP2003021486A

JP2003021486A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2003021486A
Application number: JP2001209500A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Osakabe; 長賀部　　博之; Shigeki Okochi; 大河内　　隆樹
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2003-01-24

Abstract

(57)【要約】【課題】チューブ２の内部にインナフィン５を挿入し
た熱交換器１において、チューブ２内を流れる給湯水の
流速及び温度の分布を均一化して放熱性能の向上を図る
こと。【解決手段】チューブ２の内部に挿入されるインナフ
ィン５（５Ａ、５Ｂ）は、チューブ２内に形成される略
Ｕ字状の流水通路の折り返し部より上流側と下流側とに
分割して設けられ、且つ両者間に隙間６を有して配置さ
れている。これにより、隙間６を有する折り返し部で
は、給湯水の流れがインナフィン５によって規制される
ことはなく開放されるので、上流側のインナフィン５Ａ
に沿って流れる給湯水に流速分布及び温度分布がある場
合でも、その給湯水の流れが折り返し部の隙間６で開放
されて混合することにより、流速分布及び温度分布が均
一化される。その結果、燃焼ガスと給湯水との間でより
効率的に熱の授受が行われるため、放熱性能を向上でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内部流体が流れる
チューブの流体通路にインナフィンを配置した熱交換器
に関し、例えば給湯器用の熱交換器に用いて好適であ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、伝熱面積を大きく確保できる
ドロンカップタイプの熱交換器が知られている。この熱
交換器は、二枚のプレート部材を貼り合わせて偏平なチ
ューブを形成し、そのチューブの外側にアウタフィンを
配置して複数段に積み重ねた積層構造が採用されてい
る。この熱交換器では、チューブの内部を流れる内部流
体とチューブの外側を流れる外部流体との温度差をより
効果的に確保するために、チューブ内の流体通路に略Ｕ
字状の折り返し部を設けることがある。また、ドロンカ
ップタイプの熱交換器を給湯器等に使用した場合、凍結
時の高い耐圧性が要求されると共に、放熱性能の向上の
ために、チューブ内の流体通路にインナフィンを配置す
ることがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、チューブ内
にインナフィンを配置すると、そのインナフィンによっ
て複数本の細い通路が形成され、その各通路に沿って内
部流体が流れるため、内部流体の流れがある程度規制さ
れることになる。その結果、各通路に沿って流れる内部
流体の流速及び温度に分布があると、外部流体との間で
効率の良い熱の授受ができないため、放熱性能が低下す
るという問題が生じる。本発明は、上記事情に基づいて
成されたもので、その目的は、チューブの内部にインナ
フィンを挿入した熱交換器において、チューブ内を流れ
る内部流体の流速及び温度の分布を均一化することで放
熱性能の向上を図ることにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】（請求項１の手段）本発
明は、二枚のプレート部材を互いの周縁部にて接合して
構成され、内部に略Ｕ字状の折り返し部を有する流体通
路を形成するチューブと、このチューブの内部に挿入さ
れるインナフィンとを備え、チューブ内の流体通路を流
れる内部流体とチューブの外側を流れる外部流体との間
で熱交換を行う熱交換器であって、インナフィンは、流
体通路の折り返し部の上流側と下流側とに分割して設け
られ、且つ両者間に隙間を設けて配置されている。

【０００５】本発明の熱交換器では、チューブ内の流体
通路を内部流体が流れる際に、チューブ内に挿入された
インナフィンによって内部流体の流れがある程度規制さ
れるが、そのインナフィンが流体通路の折り返し部の上
流側と下流側とに分割して設けられ、且つ両者間に隙間
を設けて配置されているので、その隙間を有する折り返
し部では、内部流体の流れが規制されることはなく開放
される。これにより、上流側のインナフィンに沿って流
れる内部流体に流速分布及び温度分布がある場合でも、
その内部流体の流れが折り返し部の隙間で開放されて混
合することにより、流速分布及び温度分布が均一化され
る。その結果、外部流体と内部流体との間でより効率的
に熱の授受が行われるため、放熱性能を向上できる。

【０００６】（請求項２の手段）請求項１に記載した熱
交換器において、インナフィンは、フィンの凸部及び凹
部が断続的に横方向にずれて設けられたオフセットフィ
ンである。この場合、内部流体がインナフィンのオフセ
ットによって生じる空間を通過できるので、内部流体の
流れがインナフィンによって規制される度合いが低減さ
れる。その結果、流体通路の折り返し部より上流側に配
置されるインナフィンに流入する内部流体が流速分布及
び温度分布を有していても、そのインナフィンを流れる
間に流速分布及び温度分布が小さくなり、更に内部流体
の流れが折り返し部の隙間で開放されて混合することに
より、流速分布及び温度分布がより均一化される。

【０００７】また、通常のインナフィンは、フィンの凸
部及び凹部が直線的に連続して形成されるが、オフセッ
トフィンの場合は、フィンの凸部及び凹部が直線的に形
成されることはなく、断続的に横方向にずれて形成され
るので、通常のインナフィンより、チューブを形成する
プレート部材に対してより均一に接触できるため、チュ
ーブの耐圧強度を向上できる効果もある。

【０００８】（請求項３の手段）請求項１または２に記
載した熱交換器において、チューブは、流体通路の折り
返し部より上流側に配置されるインナフィンと下流側に
配置されるインナフィンとの間に設けられる隙間にリブ
を具備している。これにより、チューブ内に挿入される
インナフィンを分割し、その両者間に隙間を設けた場合
でも、リブによってチューブの耐圧強度を確保できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。（第１実施例）図１は熱交換器１の正面図、図２は熱交
換器１の側面図、図３は熱交換器１の上面図である。本
実施例の熱交換器１は、給湯器に使用されて給湯水と燃
焼ガスとの熱交換を行うもので、図２及び図３に示す様
に、複数のチューブ２をアウタフィン３と共に積層して
構成される所謂ドロンカップタイプと呼ばれる熱交換器
１であり、全体が組み立てられた後、一体ろう付けによ
って製造される。

【００１０】チューブ２は、図４及び図５に示す２枚の
伝熱プレート４（４Ａ、４Ｂ）を組み合わせて形成さ
れ、内部に略Ｕ字状の流水通路（本発明の流体通路）を
形成する偏平管部２Ａ（図２参照）と、流水通路の両端
に通じる一組のタンク部２Ｂ（図２参照）とが設けられ
ている。複数のチューブ２は、図２に示す様に、互いの
偏平管部２Ａ同士の間にアウタフィン３を挟み込んで積
層され、タンク部２Ｂに開口する連通口２ａ（図４及び
図５参照）を通じて各チューブ２の流水通路が相互に連
通している。

【００１１】２枚の伝熱プレート４は、第１の伝熱プレ
ート４Ａ（図４参照）の周縁部に巻締め部４ａが設けら
れていること以外は略同一形状であり、図４及び図５に
示す様に、タンク部２Ｂを形成する一組の膨出部４ｂ
と、偏平管部２Ａを形成する平面部４ｃとが設けられて
いる。また、一組の膨出部４ｂにはそれぞれ連通口２ａ
が開口し、平面部４ｃには流水通路を略Ｕ字状に形成す
るための仕切り部４ｄが設けられている。

【００１２】この２枚の伝熱プレート４は、図２（ｂ）
に示す様に、第１の伝熱プレート４Ａの巻締め部４ａを
第２の伝熱プレート４Ｂの内面側から外面側へ折り返し
て、第２の伝熱プレート４Ｂの端部を両側から挟み込む
様に巻締めして組付けられ、両者の当接面がろう付けさ
れる。なお、第１の伝熱プレート４Ａを代表して、膨出
部４ｂの断面形状（Ｄ−Ｄ断面、Ｅ−Ｅ断面、Ｆ−Ｆ断
面）と、平面部４ｃの断面形状（Ｇ−Ｇ断面）を図６及
び図７に示す。

【００１３】チューブ２の内部には、図８に示す様に、
伝熱面積の増大と、チューブ２の耐圧強度確保のために
インナフィン５（５Ａ、５Ｂ）が挿入されている。イン
ナフィン５は、図９に示す様に、伝熱性に優れる金属製
（例えばステンレス、アルミニウム等）の薄板材を凹凸
状に交互に折り曲げて形成され、且つ凹部と凸部が直線
的に連続するのではなく、断続的に横方向にオフセット
して設けられている。

【００１４】このインナフィン５は、図１に示す様に、
チューブ２内に形成される略Ｕ字状の流水通路の折り返
し部より上流側と下流側とに分割して設けられ、且つ両
者間に隙間６を有して配置されている。即ち、伝熱プレ
ート４の平面部４ｃに設けられる仕切り部４ｄの両側に
それぞれ分割されたインナフィン５Ａ、５Ｂが配置され
（図８（ｂ）参照）、流水通路の折り返し部には、上流
側に配置されるインナフィン５Ａと下流側に配置される
インナフィン５Ｂとの間に隙間６が確保されている（図
８（ａ）参照）。なお、折り返し部より上流側のインナ
フィン５Ａと下流側のインナフィン５Ｂは、同一形状で
あり、その平面形状が単純な長方形を有している（図１
参照）。

【００１５】積層方向の一端側に配されるチューブ２に
は、図３に示す様に、給湯水が流入する入口ポート７
と、給湯水が流出する出口ポート８とがタンク部２Ｂに
接合されている。また、積層方向の両端側には、それぞ
れ補強用のプレート９が接合されている。本実施例の熱
交換器１は、チューブ２内の流水通路が略Ｕ字状に形成
され、その流水通路の両端に一組のタンク部２Ｂが設け
られている。従って、タンク部２Ｂに接続される入口ポ
ート７と出口ポート８が同じ側に配置されている（図１
参照）。この構成によれば、入口ポート７と出口ポート
８とを反対側に配置した場合と比較すると、一定のスペ
ースにおいて熱交換に寄与する有効面積を大きく確保で
きる利点がある。

【００１６】なお、入口ポート７は、チューブ２内に形
成される流水通路の最下端より下方に入口ポート７の下
側開口縁が位置している。この場合、熱交換器１の使用
を停止した時に、チューブ２内の流水通路に給湯水が滞
留することがなく、熱交換器１を空の状態にできる。そ
の結果、チューブ２の内部で給湯水が凍結することがな
く、給湯水の凍結による熱交換器１への悪影響を防止で
きる。

【００１７】また、出口ポート８は、チューブ２内に形
成される流水通路の最上端より上方に出口ポート８の上
側開口縁が位置している。この場合、チューブ２内に形
成される流水通路の最上部に給湯水が滞留することがな
いので、給湯水に含まれる塩素が濃縮してチューブ２
（伝熱プレート４）にダメージを与えることを防止でき
る。

【００１８】次に、熱交換器１の作用について説明す
る。給湯水は、熱交換器１の入口ポート７から各チュー
ブ２の一方のタンク部２Ｂへ流入し、その一方のタンク
部２Ｂから偏平管部２Ａに形成される略Ｕ字状の流水通
路を流れて他方のタンク部２Ｂへ流入し、その他方のタ
ンク部２Ｂから出口ポート８を通って流出する。

【００１９】一方、燃焼ガスは、図１に示す様に、熱交
換器１の上方から下方へ向かって流れ、熱交換器１を通
過する際に給湯水と熱交換されて給湯水を加熱する。こ
の時、燃焼ガスは、少なくとも熱交換器１の出口側で露
点温度以下（例えば３０〜５０℃）まで温度低下して凝
縮する。つまり、この熱交換器１は、燃焼ガスの顕熱だ
けでなく、燃焼ガスが凝縮する際に放出される凝縮潜熱
をも吸収して給湯水を加熱することができる。

【００２０】（本実施例の効果）本実施例の熱交換器１
は、チューブ２内に挿入されるインナフィン５が、略Ｕ
字状の流水通路の折り返し部より上流側と下流側とに分
割して設けられ、且つ両者間に隙間６を設けて配置され
ているので、その隙間６を有する折り返し部では、給湯
水の流れがインナフィン５によって規制されることはな
く開放される。これにより、上流側のインナフィン５Ａ
に沿って流れる給湯水に流速分布及び温度分布がある場
合でも、その給湯水の流れが折り返し部の隙間６で開放
されて混合することにより、流速分布及び温度分布が均
一化される。その結果、燃焼ガスと給湯水との間でより
効率的に熱の授受が行われるため、放熱性能を向上でき
る。

【００２１】また、本実施例では、チューブ２内に挿入
されるインナフィン５として図９に示す様なオフセット
フィンを使用しているので、そのオフセットによって生
じた空間を給湯水が通過することにより、給湯水の流れ
がインナフィン５によって規制される度合いが低減され
る。その結果、流水通路の折り返し部より上流側に配置
されるインナフィン５Ａに流入する給湯水が流速分布及
び温度分布を有していても、そのインナフィン５Ａを流
れる間に流速分布及び温度分布が小さくなり、更に給湯
水の流れが折り返し部の隙間６で開放されて混合するこ
とにより、流速分布及び温度分布がより均一化される。

【００２２】なお、チューブ２内に挿入するインナフィ
ン５は、オフセットフィンである必要はなく、例えば図
１０に示す様な通常の波形フィンを使用しても良い。但
し、通常の波形フィンでは、フィンの凸部及び凹部が直
線的に連続して形成されるが、オフセットフィンの場合
は、フィンの凸部及び凹部が直線的に形成されることは
なく、断続的に横方向にずれて形成されるので、通常の
波形フィンより、チューブ２を形成するプレート部材に
対してより均一に接触できるため、チューブ２の耐圧強
度を向上できる効果もある。

【００２３】（第２実施例）図１１は熱交換器１の正面
図である。本実施例は、チューブ２を形成する各伝熱プ
レート４に耐圧強度を確保するためのリブ１０（１０
Ａ、１０Ｂ）を設けた場合の一例である。各伝熱プレー
ト４には、図１２及び図１３に示す様に、それぞれ仕切
り部４ｄの先端側（流水通路の折り返し部）に２個（数
は限定しない）のリブ１０Ａが設けられ、その２個のリ
ブ１０Ａの左右両側に複数の傾斜リブ１０Ｂが設けられ
ている。これにより、両プレート４Ａ、４Ｂを重ね合わ
せると、互いのリブ１０同士が当接してチューブ２の耐
圧強度を確保することができる。

【００２４】また、チューブ２内の流水通路には、図１
１に示す様に、傾斜リブ１０Ｂが設けられている部分を
除いて仕切り部４ｄの両側にそれぞれインナフィン５
（５Ａ、５Ｂ）が挿入されている。このインナフィン５
は、第１実施例と同様にオフセットフィン（図９参
照）、あるいは通常の波形フィン（図１０参照）であ
り、流水通路の折り返し部より上流側と下流側とに分割
して配置されている。

【００２５】本実施例の構成においても、第１実施例と
同様に、チューブ２内に挿入されるインナフィン５が分
割して設けられ、且つ両者間に隙間６を有して配置され
ているので、上流側のインナフィン５Ａに沿って流れる
給湯水に流速分布及び温度分布がある場合でも、その給
湯水の流れが折り返し部の隙間６で開放されて混合する
ことにより、流速分布及び温度分布が均一化される。そ
の結果、燃焼ガスと給湯水との間でより効率的に熱の授
受が行われるため、放熱性能を向上できる。また、流水
通路の折り返し部にリブ１０を設けているので、チュー
ブ２の耐圧強度を向上できることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱交換器の正面図である。

【図２】熱交換器の側面図（ａ）とＣ部の拡大断面図
（ｂ）である。

【図３】熱交換器の上面図である。

【図４】第１の伝熱プレートの正面図（ａ）と側面図
（ｂ）である。

【図５】第２の伝熱プレートの正面図（ａ）と側面図
（ｂ）である。

【図６】図４に示す伝熱プレートのＤ−Ｄ断面図（ａ）
とＧ−Ｇ断面図（ｂ）である。

【図７】図４に示す伝熱プレートのＥ−Ｅ断面図（ａ）
とＦ−Ｆ断面図（ｂ）である。

【図８】図１に示す熱交換器のＡ−Ａ断面図（ａ）とＢ
−Ｂ断面図（ｂ）である。

【図９】オフセットフィン（インナフィン）の斜視図で
ある。

【図１０】波形フィン（インナフィン）の斜視図であ
る。

【図１１】熱交換器の正面図である（第２実施例）。

【図１２】第１の伝熱プレートの正面図（ａ）と側面図
（ｂ）である（第２実施例）。

【図１３】第２の伝熱プレートの正面図（ａ）と側面図
（ｂ）である（第２実施例）。

【符号の説明】

１熱交換器２チューブ４伝熱プレート（プレート部材）５インナフィン（オフセットフィン）６隙間１０リブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3L065 DA11 3L103 AA37 BB43 CC02 CC27 DD13 DD52

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二枚のプレート部材を互いの周縁部にて接
合して構成され、内部に略Ｕ字状の折り返し部を有する
流体通路を形成するチューブと、このチューブの内部に挿入されるインナフィンとを備
え、前記チューブ内の流体通路を流れる内部流体と前記チュ
ーブの外側を流れる外部流体との間で熱交換を行う熱交
換器であって、前記インナフィンは、前記流体通路の折り返し部の上流
側と下流側とに分割して設けられ、且つ両者間に隙間を
設けて配置されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】請求項１に記載した熱交換器において、前記インナフィンは、フィンの凸部及び凹部が断続的に
横方向にずれて設けられたオフセットフィンであること
を特徴とする熱交換器。
【請求項３】請求項１または２に記載した熱交換器にお
いて、前記チューブは、前記流体通路の折り返し部より上流側
に配置されるインナフィンと下流側に配置されるインナ
フィンとの間に設けられる隙間にリブを具備しているこ
とを特徴とする熱交換器。