JP2004037005A - Fin and tube type heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィンアンドチューブ型熱交換器に係り、特にその熱交換効率の向上を図り得るフィンアンドチューブ型熱交換器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、フィンアンドチューブ型熱交換器として、例えば給湯器に設置されたものが知られている。このものでは、フィンチューブ内に通される水を燃焼バーナの燃焼熱により熱交換加熱する、より詳細には燃焼排ガスをフィンプレート間の隙間に通過させ、燃焼排ガスの熱をフィンプレートを介してフィンチューブに伝熱させてフィンチューブ内の水を加熱するようになっている。
【0003】
具体的に示すと、給湯器の缶体は、図6及び図7に例示するように胴筒11の内部にフィンアンドチューブ型熱交換器12(図7参照)を収容して熱交換缶体13を構成し、この熱交換缶体13の下部に対し燃焼バーナ(図示省略)を収容した燃焼缶体14が接続され、上部に排気筒15が接続されて構成されている。
【0004】
上記熱交換器12は図8にも示すように多数のフィンプレート161,161,…からなるフィンプレート群16と、このフィンプレート群16を貫通するパイプ(フィンチューブ)17とから構成されている。このパイプ17は胴筒11の外側で複数回屈曲されてその胴筒11及びフィンプレート群16を複数回貫通し、図9に示すようにフィンプレート群16の各フィンプレート161に対し、下段位置(燃焼バーナ18側)に4本のパイプ17、上段位置(排気筒15側)に3本のパイプ17がそれぞれ千鳥配置で設置されている。そして、上記燃焼バーナ18からの高温の燃焼排ガスGがフィンプレート161とフィンプレート161との間の隙間を通過する際に各フィンプレート161に燃焼熱を伝熱しパイプ17内に通される水との熱交換を行い、熱交換後の燃焼排ガスが排気筒15から外部に放出されるようになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記フィンアンドチューブ型熱交換器12においては、次のような種々の不都合を抱えている。
【0006】
第1に、図9に点線の矢印で示すように燃焼排ガスGの流れは、千鳥配置の各パイプ17によって流路が曲げられるものの、各フィンプレート161,161間の隙間内をほぼ素通り状態で排気筒15側に抜けることになる。この場合の上記フィンプレート161,161間の隙間を通過する燃焼排ガスGの流速分布は、図10に示すように上記隙間Mの中央位置で流速が最も早い主流となり、各フィンプレート161の表面位置で流速はほぼゼロになる。上記燃焼排ガスGの温度分布も同じ傾向となって上記主流の温度が最も高くなり、各フィンプレート161の表面位置で最も低くなる。このため、各フィンプレート161の表面上に温度境界層と呼ばれる熱抵抗となる層が形成されてしまい、燃焼排ガスGから各フィンプレート161への伝熱効果としてはあまり期待できない結果を招き、熱交換効率の低下を招くことになる。
【0007】
第2に、燃焼排ガスGがまず接触する下段位置(燃焼排ガスの流れから見て上流側位置)の各パイプ17は高温状態の燃焼排ガスGと接触して高吸熱状態となるものの、上段位置(燃焼排ガスの下流側位置)の各パイプ17の吸熱量は燃焼排ガスGが上流側位置の各パイプ17への伝熱により温度低下してしまう結果、低下してしまうことになる。このため、排ガスドレンが発生し易くなり、各パイプ17等の形成材料である銅の酸化物の発生・堆積によりフィンプレート詰まりを生じさせ易くなってしまう結果、燃焼性の悪化を招き本来の状態での熱交換効率の向上を達成し得ないことになる。また、上記上流側位置の各パイプ17が高吸熱状態になる結果、沸騰異音をも招くおそれがある。
【0008】
第3に、下段側各パイプ17が位置する上流側部位の各フィンプレート161は燃焼バーナ18からの燃焼熱や燃焼排ガスを直接的に受けることになるため、吸熱を確保しつつもその上流側部位の焼損を防止して耐久性を維持させる必要がある。このため、熱交換効率の増大化を図る上で、上記の第2の不都合も考慮すると、上記上流側部位ではできるだけ吸熱を抑制しつつ、上記下流側部位ではできるだけ吸熱を確保することが要求される。
【0009】
第4に、熱交換器全体のコンパクト化の要請があり、フィンプレート面積の増大、つまり、フィンプレート自体の大型化による熱交換効率の増大は採用することができない。
【0010】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、フィンプレート面積を増大させることなく熱交換効率の増大を図り得るフィンアンドチューブ型熱交換器を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、伝熱経路となる複数のフィンプレートと、このフィンプレートを貫通して内部に第1の流体が流されるパイプとを備え、相隣接する両フィンプレート間の隙間に第2の流体が通されて上記第1の流体との間で熱交換が行われるように構成されたフィンアンドチューブ型熱交換器を対象として、次の点を要部としたものである。すなわち、各フィンプレートに対し所定の斜め向きに切り起こし部を一体形成することにより、2枚のフィンプレート間の隙間に第2の流体が一方のフィンプレートに近付いたり他方のフィンプレートに近付いたりする方向の縦渦流となって流れるようにした点、あるいは、パイプの第2の流体の上流側領域の各フィンプレートには上記切り起こしを非形成とするようにした点である。また、下流側位置の各フィンプレートにバーリング孔を形成する点を追加することにより、本発明による作用効果のより一層の増大が図られる。なお、上記の第1の流体と第2の流体との熱交換には冷熱との熱交換、又は、温熱との熱交換のいずれをも含み、また、第1の流体又は第2の流体のいずれが熱交換のための冷熱又は温熱の熱源であってもよい。
【0012】
具体的には、請求項1に係る発明では、上記各フィンプレートに相隣接する他のフィンプレート側に突出するように切り起こされた切り起こし部を一体に形成する一方、上記第2の流体の流れ方向に対し上記パイプよりも上流側の上記各フィンプレートの特定領域を上記切り起こし部の非形成領域とするようにした。
【0013】
この請求項1の場合、切り起こし部の形成によりフィンプレート間の隙間に流れる第2の流体が撹拌されるため、各フィンプレートの表面の温度境界層が崩されると共に、第2の流体を隙間内に対しより長く滞留させて各フィンプレートに対する伝熱促進を図ることが可能となる。その一方、各フィンプレートの上流側領域が切り起こし部の非形成領域とされるため、各フィンプレートの上流側領域での伝熱を相対的に抑制しつつ、下流側においては伝熱促進を図ることが可能になる。この結果、各フィンプレートの上流側領域での伝熱抑制による耐久性向上及び沸騰異音発生の抑制と、下流側領域での伝熱促進とを共に達成して、熱交換効率の増大化が図られる上に、第2の流体が燃焼排ガスである場合の排ガスドレン発生をも確実に抑制し得ることになる。
【0014】
請求項2に係る発明では、上記各フィンプレートの上記パイプを囲む近傍位置に、相隣接する他のフィンプレート側に突出するように切り起こされた切り起こし部を一体に形成する。加えて、上記パイプの上記第2の流体の流れ方向に対し上流側位置の少なくとも2つの切り起こし部を上記パイプに向けてハの字状に開くように斜めに配置する一方、下流側位置の少なくとも2つの切り起こし部を上記パイプに向けて逆ハの字状に閉じるように斜めに配置した。
【0015】
この請求項2の場合、各パイプの第2の流体の上下流方向に直交する方向の片側毎に上下流位置の両切り起こし部は共に同じ向きの斜め配置となり、各パイプの上記直交方向に対し両側位置を流れる第2の流体は同じ向きに撹拌・回転されて、フィンプレート間の隙間内において一方のフィンプレートに近付いたり他方のフィンプレートに近付いたりする方向の縦渦流となって下流側へ流れることになる。このため、上記撹拌により各フィンプレートの表面の温度境界層が崩される上に、上記縦渦流により各フィンプレートに対する大幅な伝熱促進を図ることが可能となる。これにより、熱交換効率の大幅な増大化が図られる。
【0016】
上記請求項2のフィンアンドチューブ型熱交換器においては、上記パイプとして、各フィンプレートに対し上記第2の流体の上下流方向に直交する方向に所定間隔を隔てて少なくとも2本配置し、相隣接する2本のパイプの間の中間位置であって、その2本のパイプ同士を結ぶ線上よりも上記第2の流体の流れ方向に対し下流側位置に、バーリング加工によりバーリング孔を形成することもできる(請求項3)。この場合には、バーリング孔の存在によりそのバーリング孔が通路抵抗となって第2の流体の通路面積が狭められる傾向となり、結果として第2の流体の線速度(通過速度)がより速くなって、バーリング孔の近傍部分、つまり各パイプ及び各パイプ近傍の切り起こし部の直近部分に対する伝熱係数が上がる(単位時間当たりの伝熱量が増大される)ことになる。これにより、上記切り起こし部による伝熱促進に加えバーリング孔の存在による伝熱量の増大をも図ることが可能となって、熱交換効率の増大化がより促進される。加えて、このバーリング孔は各パイプの下流側位置に形成されているため、上流側部位の各フィンプレートの伝熱抑制による耐久性向上にも寄与し得る。
【0017】
請求項4に係る発明では、上記パイプとして、各フィンプレートに対し上記第2の流体の上下流方向の上下流両側のそれぞれ位置に上記第2の流体の上下流方向に直交する方向に所定間隔を隔てて少なくとも2本配置して千鳥状に配設し、上記各フィンプレートの上記各パイプを囲む近傍位置に対し相隣接する他のフィンプレート側に突出するように切り起こされた切り起こし部を一体に形成する。そして、上記上流側位置の各パイプにおいて、上記第2の流体の流れ方向に対し各パイプよりも上流側の各フィンプレートの領域を上記切り起こし部が形成されない非形成領域とする一方、下流側位置に2つの切り起こし部を上記各パイプに向けて逆ハの字状に閉じるように斜めに配置する。また、上記下流側位置の各パイプにおいて、上記第2の流体の流れ方向に対し上流側位置に少なくとも2つの切り起こし部を上記各パイプに向けてハの字状に開くように斜めに配置する一方、下流側位置に2つの切り起こし部を上記各パイプに向けて逆ハの字状に閉じるように斜めに配置する。加えて、相隣接する上記下流側位置の2本のパイプの間の中間位置であって、その2本のパイプ同士を結ぶ線上よりも上記第2の流体の流れ方向に対し下流側位置に、バーリング加工によりバーリング孔を形成することとした。
【0018】
この請求項4の場合には、上述の請求項1による作用、請求項2による作用、及び、請求項3による作用の全てを得ることが可能になる。
【0019】
以上の請求項1〜請求項4のいずれかのフィンアンドチューブ型熱交換器において、各切り起こし部を矩形状、台形状、三角形状又は半円形状に形成するようにしてもよい(請求項5)。中でも上記各切り起こし部を台形状又は三角形状に形成し、かつ、第2の流体の流れ方向に対し下流側の立ち上がり寸法が上流側よりも大きくなるように形成することが好ましい(請求項6)。この場合には、請求項2による作用について説明した上記の撹拌及び縦渦流をより確実にかつ効果的に発生させ得ることになる。
【0020】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項1、請求項5又は請求項6のフィンアンドチューブ型熱交換器によれば、各フィンプレートの上流側領域を切り起こし部の非形成領域とすることによる各フィンプレートの上流側領域での伝熱抑制による耐久性向上及び沸騰異音発生の抑制と、下流側領域での切り起こし部による撹拌作用による伝熱促進とを共に達成して、熱交換効率の増大化を図ることができる上に、第2の流体が燃焼排ガスである場合の排ガスドレン発生をも確実に抑制することができる。
【0021】
請求項2、請求項3、請求項5又は請求項6のフィンアンドチューブ型熱交換器によれば、各切り起こし部によって、第2の流体をフィンプレート間の隙間内で撹拌させて第2の流体の縦渦流を発生させることができる。このため、上記撹拌により各フィンプレートの表面の温度境界層を崩すことができる上に、上記縦渦流により各フィンプレートに対する大幅な伝熱促進を図ることができる。これにより、熱交換効率の大幅な増大化を図ることができる。
【0022】
特に請求項3によれば、上記切り起こし部による伝熱促進に加えバーリング孔の存在による伝熱量の増大をも図ることができ、熱交換効率の増大化をより促進させることができる。加えて、このような効果を有するバーリング孔を各パイプの下流側位置に形成することにより、上流側部位の各フィンプレートの伝熱抑制による耐久性向上にも寄与させることができる。
【0023】
請求項4、請求項5又は請求項6のフィンアンドチューブ型熱交換器によれば、上述の請求項1〜請求項3のいずれの効果をも全てを得ることができる。
【0024】
また、請求項5によれば上記の各切り起こし部の形状を特定し、請求項6によれば上記の撹拌及び縦渦流をより確実にかつ効果的に発生させることができるようになる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0026】
図1は、本発明の実施形態に係るフィンアンドチューブ型熱交換器2を示す。この熱交換器2は、従来の技術欄で説明したものと同様に給湯器の缶体内に設置される用途に適用されたものである。すなわち、上記熱交換器2は、図6及び図7に示すように縦向きの積層状に並べられた多数のフィンプレート22,22,…からなるフィンプレート群21と、このフィンプレート群21を貫通するパイプ(フィンチューブ)17とから構成されている。
【0027】
上記パイプ17は従来の技術欄において説明したものと同様構成を有し、Uの字状のパイプ部分やUの字ベントを用いて1本のパイプ17が繰り返し屈曲されて連続しかつフィンプレート群21の各フィンプレート22を繰り返し貫通した状態にされ、これにより、下段位置(燃焼バーナ18側)に4本のパイプ17、上段位置(排気筒15側)に3本のパイプ17がそれぞれ千鳥配置で設置されている。そして、上記燃焼バーナ18からの第2の流体である高温の燃焼排ガスGがフィンプレート22とフィンプレート22との間の隙間Mを通過する際に各フィンプレート22に燃焼熱を伝熱しパイプ17内に通される第1の流体としての水を熱交換加熱し、熱交換後の燃焼排ガスGが排気筒15から外部に放出されるようになっている。
【0028】
以後の説明においては、上記下段位置(燃焼排ガスGの流れ方向に対し上流側位置)の各パイプに符号17aを付して上流側パイプ17aと称し、上段位置(燃焼排ガスGの流れ方向に対し下流側位置)の各パイプに符号17bを付して下流側パイプ17bと称して、両者を区別する。また、上記燃焼排ガスGの流れ方向を単に「上流側」又は「下流側」と表現する。なお、上記の「3本」又は「4本」は例示であり、2本以上の所望本数を千鳥状配置にしてもよい。
【0029】
上記各フィンプレート22には、それぞれ対をなす切り起こし部23a,23b、24a,24b、25a,25b(以下、総称する場合には符号として23,24,25を用いる)と、バーリング孔26,27とがそれぞれ各パイプ17a,17bに対応する数だけ設けられている。
【0030】
上記各切り起こし部23,24,25は各フィンプレート22の一部を局所的に切り起こして相隣接する他のフィンプレート22側に突出するように立ち上がらせたものである(図2〜図4も併せて参照)。そして、上記各切り起こし部23,24,25はいずれも台形に形成され、かつ、その台形の短辺側が上流側に位置し、長辺側が下流側に位置するように形成されている。これにより、燃焼排ガスG(図2(a)及び図4参照)が当たって後述の縦渦流が発生し易いようにされている。加えて、上記各切り起こし部23,24,25は各フィンプレート22,22間の隙間Mの幅寸法よりも所定量短い立ち上がり寸法に設定されている(図2(b)又は図4参照)。例えば隙間Mの幅寸法2.5mmに対し、立ち上がり寸法は1.5mmに設定されている。この点も上記の縦渦流が発生し易くするものである。
【0031】
また、上記バーリング孔26,27はバーリング加工により貫通形成されたものであり、上記バーリング加工により上記各切り起こし部23a,23b、24a,24b、25a,25bと同じ側に突出する孔縁部261,271(図3参照)が一体に形成されている。
【0032】
一対の切り起こし部23a,23b(以下、総称する場合は符号23を用いる)は、各フィンプレート22に対し下流側の各パイプ17bの下流側位置(図1では上側位置)に配設されたものであり、上記各パイプ17bに向けて(図1では下方に向けて)逆ハの字状に徐々に閉じるように斜めに配置されている。
【0033】
他の一対の切り起こし部24a,24b(以下、総称する場合は符号24を用いる)は、各フィンプレート22に対し上記下流側の各パイプ17bの上流側位置(図1では下側位置)に配設されたものであり、上記各パイプ17bに向けて(図1では上方に向けて)ハの字状に徐々に開くように斜めに配置されている。
【0034】
さらに他の一対の切り起こし部25a,25b(以下、総称する場合は符号25を用いる)は、各フィンプレート22に対し上流側の各パイプ17aの下流側位置(図1では上側位置)に配設されたものであり、上記各パイプ17aに向けて(図1では下方に向けて)逆ハの字状に徐々に閉じるように斜めに配置されている。
【0035】
そして、上記上流側の各パイプ17aの左右両側(燃焼排ガスGの流れ方向に直交する方向の両側)及び上流側(図1では下側)に拡がる各フィンプレート22の特定領域には一切の切り起こし部は形成されずに切り起こし部の非形成領域28(図1及び図3参照)とされている。すなわち、特許請求の範囲の「パイプよりも上流側の各フィンプレートの特定領域」とは上記各パイプ17aの上流側の領域、あるいは、上記の上流側の領域のみならず上記各パイプ17aの左右両側の領域をも含んだ領域のことである。
【0036】
なお、以上では、各切り起こし部23,24,25の斜め配置の状態を各パイプ17a,17bから見た場合にハの字状又は逆ハの字状という表現により説明したが、切り起こし部23,24,25をそれぞれ一対毎に見るとそのいずれもが逆ハの字状もしくはVの字状になるように配置されている。
【0037】
一方、上記バーリング孔26は、下流側の相隣接する両パイプ17b,17bの中間位置であって、その両パイプ17b,17bの中心位置同士を結ぶ線分よりも下流側位置の各フィンプレート22にそれぞれ形成されている。また、他のバーリング孔27は上流側の1つのパイプ17aと、下流側の相隣接する2つのパイプ17bとで囲まれる各フィンプレート22の領域の中央位置にそれぞれ形成されている。
【0038】
以上の構成の熱交換器2の場合には、燃焼バーナ18からの燃焼排ガスGが図4に示すようにフィンプレート22,22間の隙間M内において切り起こし部23,24,25の存在によって撹拌されると同時に、一方のフィンプレート22に近付いたり他方のフィンプレート22に近付いたりするような縦渦流(図4の点線の矢印参照)を発生させながら下流側(図4では上側)に流れていくことになる。これにより、各フィンプレート22の表面層に従来形成される温度境界層を崩しながら、隙間Mを構成する両側のフィンプレート22,22に対し燃焼排ガスGからの伝熱を促進させることができる。
【0039】
また、高温の燃焼排ガスGがまず接触することになる各フィンプレート22の上流側部位が切り起こし部の非形成領域28とされているため、燃焼排ガスGからの伝熱を抑制することができ、焼損発生等のおそれを回避しつつ、燃焼排ガスGの温度を伝熱抑制分だけ相対的に高温に維持して下流側に流すことができる。
【0040】
さらに、上流側の各パイプ17a及び下流側の各パイプ17bの下流側位置の各フィンプレート22にはそれぞれバーリング孔27,26が明けられており、この各バーリング孔27,26を燃焼排ガスGが通り抜けるようになっているため、各パイプ17a,17bから離れた領域のフィンプレート22部分(バーリング孔27,26の形成部分)に吸熱させることなく、孔縁部271,261や各切り起こし部25,24,23に対する伝熱をより促進することができる。すなわち、孔縁部271及びこの孔縁部271の上流側の一対の切り起こし部25a,25bにより上流側パイプ17aへ、上記孔縁部271及びこの孔縁部271の両側の一対の切り起こし部24a,24bにより下流側パイプ17bへ、そして、孔縁部261及びこの孔縁部261の両側の一対の切り起こし部23a,23bにより下流側パイプ17bへ、それぞれ効果的に伝熱させて内部の水を熱交換加熱させることができる。
【0041】
つまり、各フィンプレート22を伝熱経路としてパイプ17(17a,17b)内の水へ吸熱させる熱交換過程として、上流側では伝熱抑制しつつ、下流側での伝熱を促進させて、上下流側の双方でより同等に近い吸熱を行わせることができるようになり、燃焼排ガスGを熱源とする熱交換加熱の際の熱交換効率を増大化させることができるようになる。
【0042】
<他の実施形態>
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記実施形態では、各切り起こし部23,24,25の形状として台形に形成されたものを図示したが、これに限らず、例えば図5に示すような三角形状の切り起こし部23′,24′,25′を採用してもよく、また、長方形等の矩形状、半円形状や半楕円形状等に形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示す正面説明図である。
【図2】図1の各切り起こし部の拡大説明図であり、図2(a)は図1の部分拡大図、図2(b)は図2(a)の切り起こし部を上から見た断面説明図をそれぞれ示す。
【図3】図1の部分拡大斜視図である。
【図4】図1のA−A線における一部省略拡大断面図である。
【図5】切り起こし部の他の形状を示す図2対応図であり、図5(a)は図2(a)に対応し、図5(b)は図2(b)に対応している。
【図6】給湯器内の缶体の側面図である。
【図7】図6の缶体の分解斜視図である。
【図8】図6のB−B線における一部省略拡大断面図である。
【図9】従来の熱交換器を示す図1相当図であり、図8のC−C線における断面説明図である。
【図10】フィンプレート間の隙間を流れる燃焼排ガスの流速分布を示す図である。
【符号の説明】
2 フィンアンドチューブ型熱交換器
17,17a,17b パイプ
22 フィンプレート
23,24,25 切り起こし部
23a,23b、24a,24b、25a,25b 切り起こし部
26,27 バーリング孔
28 切り起こし部の非形成領域
G 燃焼排ガス(第2の流体)
M 隙間[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fin-and-tube heat exchanger, and more particularly to a fin-and-tube heat exchanger capable of improving the heat exchange efficiency.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a fin-and-tube heat exchanger, for example, a fin-and-tube heat exchanger installed in a water heater is known. In this device, the water passed through the fin tube is heat-exchanged and heated by the combustion heat of the combustion burner.More specifically, the combustion exhaust gas is passed through the gap between the fin plates, and the heat of the combustion exhaust gas is passed through the fin plate. Heat is transferred to the fin tubes to heat the water in the fin tubes.
[0003]
More specifically, as shown in FIGS. 6 and 7, the can body of the water heater contains a fin-and-tube heat exchanger 12 (see FIG. 7) inside a
[0004]
As shown in FIG. 8, the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the fin-and-
[0006]
First, as shown by the dotted arrows in FIG. 9, the flow of the combustion exhaust gas G passes through the gaps between the
[0007]
Secondly, the
[0008]
Third, the
[0009]
Fourth, there is a demand for a more compact heat exchanger, and an increase in the fin plate area, that is, an increase in heat exchange efficiency due to an increase in the size of the fin plate itself cannot be adopted.
[0010]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a fin-and-tube heat exchanger capable of increasing heat exchange efficiency without increasing a fin plate area. It is in.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a fin plate having a plurality of fin plates serving as heat transfer paths, and a pipe through which the first fluid flows. For the fin-and-tube heat exchanger configured so that the second fluid is passed through the gap between the first fluid and heat exchange with the first fluid, the following points are considered as main parts. Things. In other words, by forming a cut-and-raised portion in a predetermined oblique direction integrally with each fin plate, the second fluid approaches the one fin plate or approaches the other fin plate in the gap between the two fin plates. This is a point that the cut-and-raised portion is not formed on each fin plate in the upstream region of the second fluid of the pipe. Further, by adding a point where a burring hole is formed in each fin plate at the downstream position, the function and effect of the present invention can be further increased. Note that the heat exchange between the first fluid and the second fluid includes any of heat exchange with cold heat and heat exchange with warm heat, and furthermore, heat exchange with the first fluid or the second fluid. Either may be a cold or hot heat source for heat exchange.
[0012]
Specifically, in the invention according to claim 1, the cut-and-raised portion that is cut and raised so as to protrude toward the other fin plate adjacent to the fin plate is integrally formed, while the second fluid is formed. The specific area of each of the fin plates upstream of the pipe with respect to the flow direction is a non-formation area of the cut-and-raised portion.
[0013]
In this case, since the second fluid flowing in the gap between the fin plates is agitated by the formation of the cut-and-raised portion, the temperature boundary layer on the surface of each fin plate is broken, and the second fluid is separated by the gap. It is possible to promote the heat transfer to each fin plate by staying longer inside. On the other hand, since the upstream region of each fin plate is a region where the cut-and-raised portion is not formed, the heat transfer in the upstream region of each fin plate is relatively suppressed, and the heat transfer is promoted on the downstream side. It becomes possible to plan. As a result, both the improvement of durability and the suppression of generation of abnormal noise by suppressing heat transfer in the upstream region of each fin plate and the promotion of heat transfer in the downstream region are achieved, and the heat exchange efficiency is increased. In addition to this, the generation of exhaust gas drain when the second fluid is the combustion exhaust gas can be surely suppressed.
[0014]
In the invention according to
[0015]
In the case of the second aspect, the cut-and-raised portions at the upstream and downstream positions are obliquely arranged in the same direction on each side in the direction orthogonal to the upstream and downstream directions of the second fluid of each pipe, and each pipe is inclined with respect to the orthogonal direction. The second fluid flowing on both side positions is agitated and rotated in the same direction, and forms a longitudinal vortex in a direction approaching one of the fin plates or approaching the other fin plate in the gap between the fin plates to the downstream side. It will flow. Therefore, the temperature boundary layer on the surface of each fin plate is broken by the agitation, and the longitudinal vortex can significantly promote heat transfer to each fin plate. Thereby, the heat exchange efficiency is significantly increased.
[0016]
In the fin-and-tube heat exchanger according to
[0017]
In the invention according to claim 4, as the pipe, a predetermined interval is provided at each position on both the upstream and downstream sides of the second fluid in the upstream and downstream directions with respect to each fin plate in a direction orthogonal to the upstream and downstream directions of the second fluid. Cut-and-raised portions that are arranged in a staggered manner with at least two fin plates spaced apart from each other and protruded toward the other fin plate side adjacent to the adjacent position of each of the fin plates surrounding the pipe. Are integrally formed. In each of the pipes at the upstream position, a region of each fin plate upstream of each pipe with respect to the flow direction of the second fluid is a non-formed region where the cut-and-raised portion is not formed, and At the position, the two cut-and-raised portions are arranged obliquely so as to be closed in an inverted C shape toward each of the pipes. In each of the pipes at the downstream position, at least two cut-and-raised portions are disposed obliquely at the upstream position with respect to the flow direction of the second fluid so as to open in a C shape toward each of the pipes. On the other hand, the two cut-and-raised portions are obliquely arranged at the downstream side so as to be closed in an inverted C shape toward each of the pipes. In addition, an intermediate position between the two adjacent pipes at the downstream position adjacent to each other and at a position downstream of the line connecting the two pipes with respect to the flow direction of the second fluid, Burring holes were formed by burring.
[0018]
In the case of the fourth aspect, it is possible to obtain all of the actions according to the first aspect, the actions according to the second aspect, and the actions according to the third aspect.
[0019]
In the fin-and-tube heat exchanger according to any one of claims 1 to 4, each cut-and-raised portion may be formed in a rectangular shape, a trapezoidal shape, a triangular shape, or a semicircular shape. 5). In particular, it is preferable that each of the cut-and-raised portions is formed in a trapezoidal shape or a triangular shape, and is formed such that the rising dimension on the downstream side with respect to the flow direction of the second fluid is larger than that on the upstream side. ). In this case, the above-described stirring and longitudinal vortex described for the operation according to
[0020]
【The invention's effect】
As described above, according to the fin-and-tube heat exchanger of claim 1, claim 5, or claim 6, each of the fin plates has an upstream area that is a cut-and-raised portion non-formed area. Improving durability and suppressing generation of abnormal noise by suppressing heat transfer in the upstream area of the fin plate, and promoting heat transfer by the agitating action of the cut-and-raised section in the downstream area together achieve heat exchange efficiency. In addition to being able to achieve an increase, exhaust gas drain generation when the second fluid is combustion exhaust gas can also be reliably suppressed.
[0021]
According to the fin-and-tube heat exchanger of the second, third, fifth, or sixth aspect, the second fluid is agitated in the gap between the fin plates by the cut-and-raised portions. A vertical vortex of the fluid can be generated. For this reason, the temperature boundary layer on the surface of each fin plate can be broken by the stirring, and the heat transfer to each fin plate can be greatly enhanced by the vertical vortex. Thereby, the heat exchange efficiency can be significantly increased.
[0022]
In particular, according to the third aspect, in addition to the promotion of heat transfer by the cut-and-raised portion, the amount of heat transfer due to the presence of the burring hole can be increased, and the increase in heat exchange efficiency can be further promoted. In addition, by forming a burring hole having such an effect at a downstream position of each pipe, it is possible to contribute to improvement of durability by suppressing heat transfer of each fin plate at an upstream portion.
[0023]
According to the fin-and-tube heat exchanger of the fourth, fifth or sixth aspect, all of the effects of the first to third aspects can be obtained.
[0024]
According to the fifth aspect, the shape of each of the cut-and-raised portions is specified, and according to the sixth aspect, the agitation and the vertical vortex can be generated more reliably and effectively.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0026]
FIG. 1 shows a fin-and-
[0027]
The
[0028]
In the following description, each pipe at the lower position (upstream position with respect to the flow direction of the combustion exhaust gas G) is denoted by
[0029]
Each of the
[0030]
Each of the cut-and-raised
[0031]
The burring holes 26 and 27 are formed through the burring process, and the
[0032]
The pair of cut-and-raised
[0033]
The other pair of cut-and-raised
[0034]
Still another pair of cut-and-raised
[0035]
The specific area of each
[0036]
In the above description, the obliquely arranged state of the cut-and-raised
[0037]
On the other hand, the burring
[0038]
In the case of the
[0039]
In addition, since the upstream portion of each
[0040]
Further, burring
[0041]
That is, as a heat exchange process of absorbing heat into water in the pipes 17 (17a, 17b) using each
[0042]
<Other embodiments>
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes various other embodiments. That is, in the above-described embodiment, a trapezoidal shape is illustrated as the shape of each of the cut-and-raised
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory front view showing an embodiment of the present invention.
2 (a) is a partially enlarged view of FIG. 1, and FIG. 2 (b) is a top view of the cut and raised portion of FIG. 2 (a). FIG.
FIG. 3 is a partially enlarged perspective view of FIG. 1;
FIG. 4 is a partially omitted enlarged sectional view taken along line AA of FIG. 1;
5 is a view corresponding to FIG. 2 showing another shape of the cut-and-raised portion. FIG. 5 (a) corresponds to FIG. 2 (a), and FIG. 5 (b) corresponds to FIG. 2 (b). I have.
FIG. 6 is a side view of a can body in the water heater.
FIG. 7 is an exploded perspective view of the can body of FIG.
FIG. 8 is a partially omitted enlarged sectional view taken along line BB of FIG. 6;
9 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing a conventional heat exchanger, and is a cross-sectional explanatory view taken along line CC in FIG. 8;
FIG. 10 is a diagram showing a flow velocity distribution of combustion exhaust gas flowing through a gap between fin plates.
[Explanation of symbols]
2 Fin-and-
M gap
Claims (6)
上記各フィンプレートには相隣接する他のフィンプレート側に突出するように切り起こされた切り起こし部が一体に形成される一方、上記第2の流体の流れ方向に対し上記パイプよりも上流側の上記各フィンプレートの特定領域は上記切り起こし部の非形成領域とされている
ことを特徴とするフィンアンドチューブ型熱交換器。A plurality of fin plates serving as heat transfer paths, and a pipe penetrating through the fin plates and through which the first fluid flows are provided, and a second fluid is passed through a gap between two adjacent fin plates. In a fin-and-tube heat exchanger configured to perform heat exchange with the first fluid,
Each of the fin plates is integrally formed with a cut-and-raised portion protruding toward another adjacent fin plate, while the cut-and-raised portion is located upstream of the pipe with respect to the flow direction of the second fluid. The specific region of each of the fin plates is a region where the cut-and-raised portion is not formed.
上記各フィンプレートの上記パイプを囲む近傍位置には相隣接する他のフィンプレート側に突出するように切り起こされた切り起こし部が一体に形成され、
上記パイプの上記第2の流体の流れ方向に対し上流側位置の少なくとも2つの切り起こし部は上記パイプに向けてハの字状に開くように斜めに配置される一方、下流側位置の少なくとも2つの切り起こし部は上記パイプに向けて逆ハの字状に閉じるように斜めに配置されている
ことを特徴とするフィンアンドチューブ型熱交換器。A plurality of fin plates serving as heat transfer paths, and a pipe penetrating through the fin plates and through which the first fluid flows are provided, and a second fluid is passed through a gap between two adjacent fin plates. In a fin-and-tube heat exchanger configured to perform heat exchange with the first fluid,
A cut-and-raised portion that is cut and raised so as to protrude toward the other adjacent fin plate side is integrally formed at a position near the pipe of each of the fin plates,
At least two cut and raised portions of the pipe at an upstream position with respect to the flow direction of the second fluid are arranged obliquely so as to open in a C shape toward the pipe, while at least two cut and raised portions at the downstream position are arranged. A fin-and-tube heat exchanger, wherein the cut-and-raised portions are arranged obliquely so as to close in an inverted C shape toward the pipe.
上記パイプは各フィンプレートに対し上記第2の流体の上下流方向に直交する方向に所定間隔を隔てて少なくとも2本配置され、
相隣接する2本のパイプの間の中間位置であって、その2本のパイプ同士を結ぶ線上よりも上記第2の流体の流れ方向に対し下流側位置には、バーリング加工によりバーリング孔が形成されている、フィンアンドチューブ型熱交換器。A fin and tube heat exchanger according to claim 2, wherein
At least two pipes are arranged at predetermined intervals in a direction orthogonal to the upstream and downstream directions of the second fluid with respect to each fin plate,
A burring hole is formed by burring at an intermediate position between two adjacent pipes and at a position downstream of a line connecting the two pipes with respect to the flow direction of the second fluid. Fin and tube heat exchanger.
上記パイプは、各フィンプレートに対し上記第2の流体の上下流方向の上下流両側のそれぞれ位置に上記第2の流体の上下流方向に直交する方向に所定間隔を隔てて少なくとも2本配置されて千鳥状に配設され、
上記各フィンプレートの上記各パイプを囲む近傍位置には相隣接する他のフィンプレート側に突出するように切り起こされた切り起こし部が一体に形成され、
上記上流側位置の各パイプにおいては、上記第2の流体の流れ方向に対し各パイプよりも上流側の各フィンプレートの領域が上記切り起こし部が形成されない非形成領域とされる一方、下流側位置に2つの切り起こし部が上記各パイプに向けて逆ハの字状に閉じるように斜めに配置され、
上記下流側位置の各パイプにおいては、上記第2の流体の流れ方向に対し上流側位置に少なくとも2つの切り起こし部が上記各パイプに向けてハの字状に開くように斜めに配置される一方、下流側位置に2つの切り起こし部が上記各パイプに向けて逆ハの字状に閉じるように斜めに配置され、かつ、
相隣接する上記下流側位置の2本のパイプの間の中間位置であって、その2本のパイプ同士を結ぶ線上よりも上記第2の流体の流れ方向に対し下流側位置には、バーリング加工によりバーリング孔が形成されている
ことを特徴とするフィンアンドチューブ型熱交換器。A plurality of fin plates serving as heat transfer paths, and a pipe penetrating through the fin plates and through which the first fluid flows are provided, and a second fluid is passed through a gap between two adjacent fin plates. In a fin-and-tube heat exchanger configured to perform heat exchange with the first fluid,
At least two pipes are disposed at respective positions on both the upstream and downstream sides of the second fluid in the upstream and downstream directions of the second fluid with respect to each fin plate at predetermined intervals in a direction orthogonal to the upstream and downstream directions of the second fluid. Are arranged in a zigzag pattern.
A cut-and-raised portion that is cut and raised so as to protrude to the adjacent other fin plate side is integrally formed at a position near each of the fin plates surrounding the pipe,
In each pipe at the upstream position, a region of each fin plate upstream of each pipe in the flow direction of the second fluid is a non-formed region where the cut-and-raised portion is not formed, while a downstream side is formed. The two cut-and-raised portions are arranged diagonally so as to be closed in an inverted C shape toward each of the pipes at the position,
In each of the pipes at the downstream position, at least two cut-and-raised portions are arranged obliquely at the upstream position with respect to the flow direction of the second fluid so as to open in a C shape toward each of the pipes. On the other hand, two cut-and-raised portions are obliquely arranged at the downstream position so as to be closed in an inverted C shape toward each of the pipes, and
A burring process is performed at an intermediate position between the two adjacent pipes at the downstream position and at a position downstream of the line connecting the two pipes with respect to the flow direction of the second fluid. A fin-and-tube heat exchanger, wherein a burring hole is formed by a fin and a tube.
上記各切り起こし部は矩形状、台形状、三角形状又は半円形状に形成されている、フィンアンドチューブ型熱交換器。A fin-and-tube heat exchanger according to any one of claims 1 to 4, wherein
A fin-and-tube heat exchanger, wherein each of the cut-and-raised portions is formed in a rectangular, trapezoidal, triangular, or semicircular shape.
上記各切り起こし部は台形状又は三角形状に形成され、かつ、第2の流体の流れ方向に対し下流側の立ち上がり寸法が上流側よりも大きくなるように形成されている、フィンアンドチューブ型熱交換器。A fin and tube heat exchanger according to claim 5, wherein
Each of the cut-and-raised portions is formed in a trapezoidal shape or a triangular shape, and is formed so that a rising dimension on the downstream side in the flow direction of the second fluid is larger than that on the upstream side. Exchanger.
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