JP2018066519A - フィンチューブ型熱交換器及びこの熱交換器を備える燃焼装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】胴体１内に収納される、起立姿勢で板厚方向に並設された複数のフィン２と、これらフィンを貫通する伝熱管３とを備えるフィンチューブ型熱交換器であって、伝熱管は上下２段に配置され、フィンに、下段の各伝熱管の上方部分に位置させて、フィンをトンネル状に切起すことで形成される横方向に細長い形状の切起しフィン部２５が上下複数設けられるものにおいて、燃焼ガスによる胴体の過熱を抑制できるようにする【解決手段】下段の横方向最外側の伝熱管３の上方部分に設けられる外側切起しフィン部群２５ｏｕｔの最下側の切起しフィン部２５Ｌを横方向外側に向かって下方に傾斜させる。また、外側切起しフィン部群２５ｏｕｔの最下側の切起しフィン部２５Ｌの横方向外側の端部を、外側切起しフィン部群２５ｏｕｔの他の切起しフィン部２５の横方向外側の端部よりも横方向内側に位置させる。【選択図】図３
Description
本発明は、バーナからの燃焼ガスが内部に流れる胴体と、胴体内に収納される、起立姿勢で板厚方向に並設された複数のフィンと、これらフィンを貫通する伝熱管とを備えるフィンチューブ型熱交換器及びこの熱交換器を備える燃焼装置に関する。
従来、給湯装置等の燃焼装置に設けられるフィンチューブ型熱交換器として、伝熱管が上下２段に配置され、下段の複数の伝熱管の各配置ピッチ部分の上方に位置させて上段の各伝熱管が配置され、更に、上下各段の伝熱管の並び方向を横方向として、各フィンに、下段の各伝熱管の上方部分に位置させて、フィンをトンネル状に切起すことで形成される横方向に細長い形状の切起しフィン部を上下複数設け、熱交換効率を向上させたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、熱交換器の耐久性を向上させるには、燃焼ガスによる胴体の過熱を抑制することが望まれる。そのためには、下段の横方向最外側の伝熱管の上方部分に流れる燃焼ガスが胴体に近付かないようにする必要がある。ここで、上記従来例の熱交換器では、下段の横方向最外側の伝熱管の上方部分に設けられる上下複数の切起しフィン部（外側切起しフィン部群）が全て横方向に真直であり、外側切起しフィン部群の最下側の切起しフィン部の内側のトンネル状空隙に流入する燃焼ガスの中心流線は、当該切起しフィン部の横方向中心から真下にのびる線に一致する。そのため、下段の横方向最外側の伝熱管の横方向内側から当該伝熱管の上方に向かう燃焼ガスの主たる流れは、外側切起しフィン部群の最下側の切起しフィン部の横方向中心の直下まで横方向外側に迂回してから上記中心流線に沿って上方に向かうことになる。その結果、燃焼ガスがフィンの横方向外側に位置する胴体の側板部に近付き、その過熱を生じやすくなる。
本発明は、以上の点に鑑み、燃焼ガスによる胴体の側板部の過熱を抑制できるようにしたフィンチューブ型熱交換器及びこの熱交換器を備える燃焼装置を提供することをその課題としている。
上記課題を解決するために、本発明は、バーナからの燃焼ガスが内部に流れる胴体と、胴体内に収納される、起立姿勢で板厚方向に並設された複数のフィンと、これらフィンを貫通する伝熱管とを備えるフィンチューブ型熱交換器であって、伝熱管は上下２段に配置され、下段の複数の伝熱管の各配置ピッチ部分の上方に位置させて上段の各伝熱管が配置され、更に、上下各段の伝熱管の並び方向を横方向として、各フィンに、下段の各伝熱管の上方部分に位置させて、フィンをトンネル状に切起すことで形成される横方向に細長い形状の切起しフィン部が上下複数設けられるものにおいて、下段の横方向最外側の伝熱管の上方部分に設けられる上下複数の切起しフィン部を外側切起しフィン部群、下段の横方向最外側ではない伝熱管の上方部分に設けられる上下複数の切起しフィン部を内側切起しフィン部群として、外側切起しフィン部群の最下側の切起しフィン部は、少なくとも横方向外側の端部が内側切起しフィン部群の最下側の切起しフィン部よりも下方に位置するように、横方向外側に向かって下方に傾斜していることを特徴とする。
本発明によれば、外側切起しフィン部群の最下側の切起しフィン部の内側のトンネル状空隙に流入する燃焼ガスの中心流線が、当該切起しフィン部の横方向中心から下方に向けて横方向内側に傾いた方向にのびる線に一致する。そのため、下段の横方向最外側の伝熱管の横方向内側から当該伝熱管の上方に向かう燃焼ガスの主たる流れは、外側切起しフィン部群の最下側の切起しフィン部の横方向中心の真下まで横方向外側に迂回することなく、上記中心流線に沿って上方に向かう。その結果、フィンの横方向外側に位置する胴体の側板部に燃焼ガスがあまり近付かず、燃焼ガスによる側板部の過熱を抑制できる。
また、本発明において、外側切起しフィン部群の最下側の切起しフィン部の横方向外側の端部は、外側切起しフィン部群の他の切起しフィン部の横方向外側の端部よりも横方向内側に位置することが望ましい。これによれば、外側切起しフィン部群の最下側の切起しフィン部の内側のトンネル状空隙に向かう燃焼ガスの流れが胴体の側板部からより離れて、燃焼ガスによる側板部の過熱をより効果的に抑制できる。
本発明の燃焼装置は、上記本発明のフィンチューブ型熱交換器と、この熱交換器を加熱する熱源となるバーナとを備えることを特徴とする。これによれば、熱効率を高めて、且つ、熱交換器の胴体側板部の過熱を防止できるようにした燃焼装置を提供することができる。
図１乃至図３に示す本発明の実施形態のフィンチューブ型熱交換器Ａは給湯装置から成る燃焼装置に設けられる熱交換器である。図３を参照して、燃焼装置は、フィンチューブ型熱交換器Ａと、この熱交換器Ａを加熱する熱源となるバーナ１００とを備えている。
バーナ１００は、燃焼筐１０１内に複数並設され、この燃焼筐１０１の上にフィンチューブ型熱交換器Ａが設置されている。尚、燃焼筐１０１内の下部には、バーナ１００の配置部に対し仕切板１０２で仕切られた給気室１０３が設けられており、給気室１０３に図外のファンから供給される空気が仕切り板１０２に形成した多数の分布孔１０２ａを介してバーナ１００に燃焼用二次空気として供給される。また、燃焼筐１００の下部前面にはガスマニホールド１０４が配置されている。ガスマニホールド１０４には、各バーナ１００の下部前端の流入口１００ａに臨むノズル１０４ａが設けられている。そして、流入口１００ａにノズル１０４ａから燃料ガスが供給されると共に給気室１０３から燃焼用一次空気が供給され、燃料ガスと一次空気との混合気がバーナ１００の上端の炎口部から噴出して燃焼する。
フィンチューブ型熱交換器Ａは、燃焼筐１０１の上端に結合される、バーナ１００からの燃焼ガスが内部に流れる胴体１と、胴体１内に収納される、起立姿勢で板厚方向に並設された複数の銅板製のフィン２と、これらフィン２を貫通する複数の銅製の伝熱管３とを備えており、伝熱管３に流す水を燃焼ガスとの熱交換で加熱する。
伝熱管３は、上下２段に配置されている。下段には、４本の伝熱管３が配置され、上段には、下段の伝熱管３の各配置ピッチ部分の上方に位置させて、各１本、計３本の伝熱管３が配置されている。そして、これら７本の伝熱管３が直列に接続されるように、隣接する各２本の伝熱管３，３を胴体１の外部で各Ｕベント３１を介して接続し、更に、上流端（図３で下段左端）の伝熱管３に給水管３２を接続し、下流端（図３で上段左端）の伝熱管３に図外の出湯管を接続する。
図４、図５も参照して、各フィン２には、各伝熱管３を貫通させるための第１孔部２１と、第１孔部２１に隣接する、ロウ材を挿通するための第２孔部２２とが形成されている。第１孔部２１は、フィン２の板厚方向一方に筒状に突出するバーリング部２１ａを有するバーリング加工孔で構成されている。そして、並設状態のフィン２の各第１孔部２１と各第２孔部２２とに夫々各伝熱管３と各ロウ材とを挿通したサブアッセンブリを組立て、このサブアッセンブリを各第２孔部２２が各第１孔部２１の上方に位置するように上下反転させた状態で加熱炉内に投入してロウ材を溶融させ、フィン２をバーリング部２１ａにおいて伝熱管３にロウ付けする。
また、各フィン２には、各第１孔部２１を囲うようにして、バーリング部２１ａの突出方向と同方向に窪ませた環状の窪み部２３が形成されている。更に、バーリング部２１ａの先端の周方向複数個所には、径方向外方に屈曲するフレア部２１ｂが設けられている。そして、フィン２を並設する際、フレア部２１ｂがバーリング部２１ａの突出方向に隣接するフィン２の窪み部２３の側面及び内周面に当接して、フィン２，２間の間隔が一定に保たれると共に、フィン２の上下左右のずれが防止されるようにしている。
各フィン２には、更に、下段の伝熱管３の配置ピッチ部分に位置させて、上段の伝熱管３の配置部近傍に達する切欠き部２４が形成されている。更に、上下各段の伝熱管３の並び方向を横方向として、各フィン２には、燃焼ガスとの熱交換を促進するために、下段の各伝熱管３の上方部分に位置させて、フィン２をトンネル状に切起すことで形成される横方向に細長い形状の切起しフィン部２５が上下複数設けられている。尚、上下に隣接する一方の切起しフィン部２５と他方の切起しフィン部２５の切起し方向は互いに逆になっている。
ここで、下段の横方向最外側の伝熱管３の上方部分に設けられる上下複数の切起しフィン部２５を外側切起しフィン部群２５ｏｕｔ、下段の横方向最外側ではない伝熱管３の上方部分に設けられる上下複数の切起しフィン部２５を内側切起しフィン部群２５ｉｎとして、外側切起しフィン部群２５ｏｕｔの最下側の切起しフィン部２５Ｌは、少なくとも横方向外側の端部が内側切起しフィン部群２５ｉｎの最下側の切起しフィン部２５Ｌよりも下方に位置するように、横方向外側に向かって下方に傾斜している。更に、外側切起しフィン部群２５ｏｕｔの最下側の切起しフィン部２５Ｌの横方向外側の端部は、外側切起しフィン部群２５ｏｕｔの他の切起しフィン部２５の横方向外側の端部よりも横方向内側に位置している。
ところで、図３に仮想線で示す如く、外側切起しフィン部群２５ｏｕｔの最下側の切起しフィン部２５Ｌ´が横方向に真直である場合、当該切起しフィン部２５Ｌ´の内側のトンネル状空隙に流入する燃焼ガスの中心流線は、当該切起しフィン部２５Ｌ´の横方向中心から真下にのびる線に一致する。そのため、下段の横方向最外側の伝熱管３の横方向内側から当該伝熱管３の上方に向かう燃焼ガスの主たる流れは、図３に矢印ｂで示す如く、外側切起しフィン部群２５ｏｕｔの最下側の切起しフィン部２５Ｌ´の横方向中心の直下まで横方向外側に迂回してから上記中心流線に沿って上方に向かうことになる。その結果、燃焼ガスの主たる流れが最下側の切起しフィン部２５Ｌ´より下方位置でフィン２の横方向外側に位置する胴体１の側板部１１に近付く。そして、燃焼ガスの主たる流れよりも横方向外側を流れる燃焼ガスも多くあるため、側板部１１の過熱を生じやすくなる。
これに対し、本実施形態では、外側切起しフィン部群２５ｏｕｔの最下側の切起しフィン部２５Ｌの内側のトンネル状空隙に流入する燃焼ガスの中心流線は、当該切起しフィン部２５Ｌが横方向外側に向かって下方に傾斜しているため、当該切起しフィン部２５Ｌの横方向中心から下方に向けて横方向内側に傾いた方向にのびる線に一致する。従って、下段の横方向最外側の伝熱管３の横方向内側から当該伝熱管３の上方に向かう燃焼ガスの主たる流れは、図３に矢印ａで示す如く、外側切起しフィン部群２５ｏｕｔの最下側の切起しフィン部２５Ｌの横方向中心の真下まで横方向外側に迂回することなく、上記中心流線に沿って上方に向かう。その結果、胴体１の側板部１１に燃焼ガスがあまり近付かず、燃焼ガスによる側板部１１の過熱を抑制できる。更に、本実施形態では、外側切起しフィン部群２５ｏｕｔの最下側の切起しフィン部２５Ｌの横方向外側の端部の位置を横方向内側にずらしているため、当該切起しフィン部２５Ｌの内側のトンネル状空隙に向かう燃焼ガスの流れが胴体１の側板部１１からより離れて、燃焼ガスによる側板部１１の過熱をより効果的に抑制できる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することができる。例えば、上記実施形態の燃焼装置は給湯装置であるが、暖房用の熱媒体を加熱するフィンチューブ型熱交換器とその熱源たるバーナとを備える暖房装置から成る燃焼装置にも同様に本発明を適用できる。
Ａ…フィンチューブ型熱交換器、１…胴体、２…フィン、２５…切起しフィン部、２５ｏｕｔ…外側切起しフィン部群、２５ｉｎ…中間切起しフィン部群、２５Ｌ…最下側の切起しフィン部、３…伝熱管、１００…バーナ。
Claims (3)
- バーナからの燃焼ガスが内部に流れる胴体と、胴体内に収納される、起立姿勢で板厚方向に並設された複数のフィンと、これらフィンを貫通する伝熱管とを備えるフィンチューブ型熱交換器であって、伝熱管は上下２段に配置され、下段の複数の伝熱管の各配置ピッチ部分の上方に位置させて上段の各伝熱管が配置され、更に、上下各段の伝熱管の並び方向を横方向として、各フィンに、下段の各伝熱管の上方部分に位置させて、フィンをトンネル状に切起すことで形成される横方向に細長い形状の切起しフィン部が上下複数設けられるものにおいて、
下段の横方向最外側の伝熱管の上方部分に設けられる上下複数の切起しフィン部を外側切起しフィン部群、下段の横方向最外側ではない伝熱管の上方部分に設けられる上下複数の切起しフィン部を内側切起しフィン部群として、外側切起しフィン部群の最下側の切起しフィン部は、少なくとも横方向外側の端部が内側切起しフィン部群の最下側の切起しフィン部よりも下方に位置するように、横方向外側に向かって下方に傾斜していることを特徴とするフィンチューブ型熱交換器。 - 外側切起しフィン部群の最下側の切起しフィン部の横方向外側の端部は、外側切起しフィン部群の他の切起しフィン部の横方向外側の端部よりも横方向内側に位置することを特徴とする請求項１記載のフィンチューブ型熱交換器。
- 請求項１又は２記載のフィンチューブ型熱交換器と、この熱交換器を加熱する熱源となるバーナとを備えることを特徴とする燃焼装置。
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