JP2925478B2

JP2925478B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP2925478B2
Application number: JP30630795A
Authority: JP
Inventors: 寛真野; 靖幸吉田
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 1995-11-24
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 1999-07-28
Anticipated expiration: 2015-11-24
Also published as: JPH09145287A

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、熱交換効率の向
上と流通抵抗の低減とを両立させた熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】流体の流れ方向において中間部が径大で
あり両端部が径小となっている筒状部を複数連設してな
り、具体的には中間部が径大であり両端部が径小となっ
ている筒状部を複数連結して大きい熱交換表面積を有す
るように形成され、内部を流れる内部流体と外部を流れ
る外部流体との間の熱交換を行う熱交換器が使用されて
いる。この型式の熱交換器では、各筒状部の径大部に整
流板が設置され、熱交換器の内部を流れる内部流体を各
筒状部の径大部（中間部）の内壁に沿うように整流させ
て熱交換効率を向上することが提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、整流板は内
部流体の流通抵抗となるため、熱交換器での圧損が増大
する。また、整流板により内部流体の全部が筒状部の内
壁面に沿うように流れると、熱交換器の入口側の筒状部
での熱交換が活発になされ、出口側の筒状部では内部流
体の温度が下がってしまい熱交換が極めて小さくなる状
態が生じ易い。この結果、熱交換器の外側を該熱交換器
内を流れる内部流体の流れ方向と交差して流れる外部流
体に温度分布の不均一ができやすい。

【０００４】そこで先に、整流板による内部抵抗の増大
が有効に防止できるとともに、入口側の筒状部と出口側
の筒状部との熱交換割合の差を小さくでき、これにより
外側を直交的に流れる外部流体の温度分布を均一化でき
る熱交換器を提供した（特願平６−１１０８７８号）。
この構成によれば、内部流体の一部は高温度を維持した
まま中央流通穴を通り下流に流れるので、熱交換される
外部流体の温度分布が均一化できる。

【０００５】この場合、中央流通穴を設けない熱交換器
に比べ、中央流通穴を通る内部流体が高温度の状態で熱
交換器の下流に流れる割合が増大する。このため、内部
抵抗の増大を防止しながら熱交換器の下流に高温度の内
部流体が流れることを有効に防止でき、かつ熱交換効率
が向上できる熱交換器の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の熱交換器は、
流体の流れ方向において中間部が径大で両端部が径小に
形成され、前記中間部に、外周部に外周流通口が周設さ
れ、中央部に中央流通穴を有する整流板を取り付けてな
る複数の筒状部を、直列して連結した構造を有し、熱交
換器の内部を流れる内部流体の所定割合を前記外周流通
口を通じて流通させ、残余を前記中央流通穴を通じて流
通させる熱交換器において、前記中央流通穴は、流体の
流れ方向の前後において位置をずらして形成したことを
特徴とする。

【０００７】中央流通穴を、流体の流れ方向の前後にお
いて位置をずらして形成する方法として、前記複数の筒
状部に取り付けた各整流板は同一形状を有し、各整流板
の回転方向の取付角度をずらして取り付けてもよく、前
記複数の筒状部に取り付けた各整流板に、前記中央流通
穴を流体の流れ方向の前後において半径方向などに位置
をずらして形成してもよい。前記外周流通口と前記中央
流通穴との流量比は、２：１以下、１：２以上に設定す
ることが望ましい。これは、流通抵抗の低減効果および
温度分布の均一化効果等は前記外周流通口と前記中央流
通穴との流量比が、２：１以下、１：２以上のとき最も
高いという理由による。

【０００８】また、筒状部は、一端に径小の小連結口を
有し他端に径大の大連結口を有する第１の殻部材と、一
端に前記第１の殻部材の径大の連結口に突き合わされて
連結される径大の大連結口を有し、他端に径小の小連結
口を有する第２の殻部材とからなり、前記整流板は突き
合わせ面に挟んで取り付けられた構造が、単純で部品点
数が少なく製造コストが低減できて実用的である。

【０００９】この熱交換器は、一端に径小の小連結口を
有し他端に径大の大連結口を有する第１の殻部材の大連
結口と、略同一形状の第２の殻部材の大連結口とを突き
合わせるとともに、突き合わせ面の間に整流板を挟みこ
み、突き合わせ面の外周を加締めて気密的に連結して第
１の筒状部を形成し、前記第１の筒状部に連結される第
２の筒状部は、第１の殻部材と略同一形状の第３の殻部
材の小連結口を、前記第２の殻部材の小連結口に突き合
わせて加締めることにより気密的に連結し、該第３の殻
部材の大連結口と、前記第２の殻部材と略同一形状の第
４の殻部材の大連結口とを突き合わせるとともに、突き
合わせ面の間に整流板を挟みこみ、突き合わせ面の外周
を加締めて気密的に連結することにより形成し、順次上
記工程を繰り返して所定数の筒状部を連結して形成され
る。この製造方法によれば、殻部材と整流板とを順に重
ねて加締めることにより熱交換器を製造できるため、製
造効率が高い。

【００１０】

【発明の作用・効果】この発明では、熱交換器内を流れ
る内部流体の適当量が中央流通穴から次の筒状部に流れ
るため、流通抵抗が低減でき、その結果、圧損が小さ
い。また、中央流通穴を通過する内部流体は低熱交換率
で高温度を維持したまま次の筒状部に流入し、高熱交換
率の外周流通口を通過し低温度になった内部流体に混合
するため、入口側の筒状部のみで大部分の熱交換がなさ
れる現象の発生を防止できる。この型式の熱交換器は、
通常は外部流体の流れ方向と直交的に配置されるため、
熱交換される外部流体の温度分布が均一化できる。前記
混合は、中央流通穴の位置がずれて形成されているた
め、中央流通穴を流れた内部流体が次の筒状部の整流板
の中央流通穴を通過する際に捩じれるように流れが変化
する。これにより外周流通口より流れてきた流体と十分
な混合がなされる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の一実施例にかか
り、燃焼排ガスを内部流体とし、室内空気を外部流体と
するガス温風暖房機の熱交換器１を示す。熱交換器１
は、内部流体の流入管１１と流出管１２との間に、６個
の筒状部２を連結してなる。各筒状部２は、内部流体の
流れ方向において中間部２１が径大、両端部２２、２３
が径小の中空円盤状を呈する。各筒状部２の中間部２１
の内部には、内部流体を整流するための整流板３が取り
付けてある。１つの熱交換器１を構成する筒状部２の個
数は、熱交換量、体格の寸法制限など用途に応じて適宜
決定されるが、熱交換効率の観点から４個〜８個が望ま
しい。

【００１２】前記６個の筒状部列２０の内の、径大の流
入管１１に連結した流入側の筒状部２Ａと、径小の流出
管１２とに連結した流出側の筒状部２Ｂとを除く中間の
筒状部２は、次の同一構造を有する。一端に径小の小連
結口４１を有し他端に径大の大連結口４２を有する第１
の殻部材４と、一端に径小の小連結口５１を有し他端に
径大の大連結口５２を有する第２の殻部材５とを、大連
結口４２、５２同士を突き合わせる。突き合わせ面の間
に前記整流板３を挟みこみ、突き合わせ面の外周を加締
めて気密的に連結する。

【００１３】この実施例では、図２に示す如く、第１の
殻部材４は耐熱金属板をプレスして成形され、上流側
（図示左側）に設定される小連結口４１に加締め代とし
ての内筒部４３が下流方向（図示右方向）に突設されて
いる。内筒部４３の外周には円環状の突き合わせ平面４
４が設けられ、該突き合わせ平面４４の外周には内側円
錐面４５が延設されており、該内側円錐面４５の外周に
は円環状平面４６が展設されている。該円環状平面４６
の外周には外側円錐面４７が形成され、外側円錐面４７
の外周から下流側に筒部４８が延設され、該筒部４８の
後端から突き合わせ面としてのフランジ部４９が円環状
に周設されている。フランジ部４９の外周には、加締め
代としての外筒部４０が下流方向に突設されている。

【００１４】第１の殻部材４および第２の殻部材５は、
加締め代としての内筒部４３と内筒部５３の相違および
外筒部４０とフランジ部５９の相違を除き同一形状を有
する。第２の殻部材５はプレス成形され、下流側に設定
される径小の連結口５１に前記内筒部４３に嵌まり込む
内筒部５３が下流方向に突設されている。内筒部５３の
外周には円環状の突き合わせ面５４が設けられ、突き合
わせ面５４の外周には内側円錐面５５が延設されてお
り、内側円錐面５５の外周には円環状平面５６が形成さ
れている。円環状平面５６の外周には外側円錐面５７が
形成され、外側円錐面５７の外周から下流側に筒部５８
が延設され、筒部５８の後端から突き合わせ面としての
フランジ部５９が円環状に周設されている。

【００１５】また、円環状平面４６と外側円錐面４７、
および円環状平面５６と外側円錐面５７には、殻部材の
内側に膨出する半径方向の傾斜した平面からなる凹み５
０が等間隔に３個形成され、リブとして各殻部材の機械
的強度の向上が図られている。第１の殻部材４および第
２の殻部材５は、大連結口４２のフランジ部４９と大連
結口５２のフランジ部５９とを整流板３を挟んで突き合
わせて外筒部４０を内側に加締めてフランジ部５９の外
周部に巻締することにより、気密的に連結されている。

【００１６】前記筒状部２に連結される第２の筒状部２
は、第１の殻部材４と同一の第３の殻部材４の小連結口
４１を、前記第１の筒状部２における第２の殻部材５の
小連結口５１に突き合わせて内筒部４３と内筒部５３と
を拡開方向に加締めて気密的に連結する。次に該第３の
殻部材４の大連結口４２と、第２の殻部材５と同一の第
４の殻部材５の大連結口５２とを突き合わせるととも
に、突き合わせ面の間に整流板３を挟みこみ、突き合わ
せ面の外周を加締めて気密的に連結することにより形成
される。熱交換器１は、順次上記工程を繰り返して所定
の数の筒状部２を連結して形成される。

【００１７】流入側の筒状部２Ａは、図２に示す如く、
上流側の殻部材４Ａに流入管１１との連結のため、円環
状平面４６の内周に加締め代としての内筒部４Ｂを下流
側に突設させている。この内筒部４Ｂに流入管１１の先
端部を差し込み、図１に示す如く拡開方向に巻締め（友
締め）している。この他は、中間の筒状部２と同一構造
を有する。流出側の筒状部２Ｂは、下流側の殻部材５Ａ
に、流出管１２との連結のため、円環状平面５６の内周
に加締め代としての内筒部５Ｂが上流側に突設されてい
る。この内筒部に流出管１２の先端部を差し込み、上記
と同様に拡開方向に巻締め（友締め）している。この他
は、中間の筒状部２と同一構造を有する。

【００１８】整流板３は、外径がフランジ部４９、５９
の外径と同一寸法に設定され、中央部は上流側に膨らん
だ円錐台形状を有する。使用中に内部流体である燃焼排
ガスの熱により整流板３が膨張するが、この円錐台形状
はその膨張の方向を各整流板で統一する作用を有する。
これにより、平板に形成した場合のように、各整流板３
の製造、組み付けなどのばらつきにより、膨張により膨
らむ方向が整流板３ごとに異なることが防止できる。こ
の結果、熱交換性能がばらついたり、膨張状態から平板
に戻るとき音が発生する不具合が回避できる。

【００１９】整流板３の外周部には、扇型を有し等間隔
に列設された８個の外周流通口３１からなるスリット穴
群が形成されている。この外周流通口３１の径方向の形
成位置は、外側円錐面４７、５７に対応している。中央
部の円錐面部分には同一円周状に等間隔に形成された４
個の中央流通穴３２からなる円穴群が形成されている。
このような整流板３を、内部流体の流れ方向の前後にお
いて、中央流通穴３２の位置がずれるように設けてあ
る。

【００２０】これをさらに説明すると、第１段の筒状部
では整流板３のマークＡを上方に設定し、第２段の筒状
部ではマークＢを上方にして設定する。これにより、第
１段の筒状部の整流板３に対し第２段の筒状部の整流板
３は４５度回転して設定される、すなわち半径方向の取
付角度がずれることになり、第１段の筒状部の中央流通
穴３２と第２段の筒状部の中央流通穴（破線で示す）と
では流体の流れ方向の前後において位置がずれている。
第３段の筒状部以降での整流板３はこれの繰り返しとな
る。この実施例においては、中央流通穴が一致している
場合に比べ、熱交換器１の出口において約１４ｄｅｇだ
け排気温度を低減でき、熱交換効率が向上する。

【００２１】図４は、整流板３の他の実施例を示す。こ
の実施例では中央流通穴３２を直線状に４個設けたもの
であり、第１段の筒状部の整流板３に対し、第２段の筒
状部の整流板３を９０度回転して設定することにより中
央流通穴３２が縦一列、横一列のように流体の流れ方向
の前後において位置がずれている。この実施例において
は、中央流通穴３２が一致している場合に比べ、熱交換
器１の出口において約２３．５ｄｅｇだけ排気温度を低
減でき、熱交換効率が向上する。

【００２２】なお、中央流通穴３２を１個のみとし、第
１段の筒状部の中央流通穴３２と第２段の筒状部の中央
流通穴３２との位置を半径方向にずらして形成してもよ
く、第１段の筒状部の中央流通穴３２の個数と第２段の
筒状部の中央流通穴３２の個数とを変えることにより位
置をずらしてもよい。また、外周流通口３１は、切り欠
きでもよく、中央流通穴３２はスリットでもよく、それ
ぞれ穴の形状および数は適宜選択できる。また、本実施
例では円錐台形状としたが、球面形状として同様な効果
が得られる。

【００２３】外周流通口３１のスリット穴群と中央流通
穴３２の円穴群との流量比は、１：２以上、２：１以下
に設定することが、流通抵抗の低減と全長にわたる熱交
換率の均一化の観点から望ましい。整流板３に取り付け
上の方向性をもたせ、外部流体の流れの上流側すなわち
熱交換器１の上方側に位置する外周流通口３１の開口面
積を下方側に比べ大きく設定することにより、上方の低
温の外部流体側への熱交換割合を大きくすることが可能
になり、熱交換効率が向上する。

【００２４】また、熱交換器１の上流側に位置する整流
板３の外周流通口３１の開口面積を下流側に比べ大きく
設定することにより、低温の外部流体側への熱交換割合
を均一化することが可能になる。さらに、熱交換器１の
上流側に位置する整流板３の中央流通穴３２の面積を下
流側に比べ大きく設定することにより、低温の外部流体
側への熱交換割合を均一化することが可能になる。

【００２５】熱交換器１を流れる内部流体は、図１に矢
印で示す如く、整流板３により偏向されて、１／３以
上、２／３未満が外周流通口３１を通過し、２／３未
満、１／３以上が中央流通穴３２を流れる。外周流通口
３１を通過する内部流体Ｍは、円環状平面４６、５６、
外側円錐面４７、５７、筒部４８、５８の内壁面に沿っ
て流れるとともに乱流となり、流通抵抗は大きいが外部
流体と効率よく熱交換される。

【００２６】中央流通穴３２を流れる内部流体Ｎは、殆
ど熱交換されずに小さい流通抵抗で整流板３の下流に流
れる。整流板３の下流では、外部流体Ｍと内部流体Ｎと
が混合して下流の筒状部２に供給される。このとき中央
流通穴３２が上流側と下流側とで位置がずれているの
で、その混合が充分になされる。これにより、熱交換器
１では、全長に沿って熱交換が徐々に行われるため流入
側の筒状部２Ａから流出側の筒状部２Ｂまで熱交換率が
均一的となる。この結果、熱交換される外部流体の温度
分布が均一にできる。また、中央流通穴３２の流通抵抗
が小さいため、全体としての圧損が小さくでき、効率の
低下が生じない。

【００２７】図５はこの発明の熱交換器１を備えたガス
温風暖房機１００を示す。ガス温風暖房機１００は、偏
平で横長の板金製ケーシング２００の右側部に遠心式の
燃焼用ブロワＢを取り付け、下部に横置き円筒状の燃焼
筒１３を設置している。燃焼筒１３の右端にはガスバー
ナ１４が装着され、前記ブロワＢから燃焼用空気が供給
され、燃料ガスの制御機構１５から供給されたガスと混
合して燃焼がなされる。

【００２８】ケーシング２００内の燃焼筒１３の上方に
は、熱交換器１が横置きに設置されている。燃焼筒１３
の左端と流入管１１の左端は矩形断面の連結筒１６で連
結されている。熱交換器１と燃焼筒１３との間には、こ
れらと平行に排気筒１７が取り付けられている。熱交換
器１の右端に連結された流出管１２の右端と排気筒１７
の右端とは、矩形断面の連結筒１８で連結されている。
排気筒１７の先端（左端）は、ケーシング２００の背板
を突き抜けて後に突設され、室内と室外とを連通して部
屋壁に形成された給排気穴Ｈに設置された排気外管Ｄに
連結している。

【００２９】ケーシング２００の上部には細長い円筒状
ファンを有する暖房空気吹出用ファンＦが横置きに設置
されている。この暖房空気吹出用ファンＦは、ケーシン
グ２００の背板の上部に形成された室内空気吸込口１９
ａから吸引した室内空気を、ケーシング２００の前板の
下部に形成した温風吹出口１９ｂから前方に吹き出す。
暖房用空気は、白抜き矢印で示す如く、前記熱交換器
１、排気筒１７、および燃焼筒１３の周囲を流れて熱交
換されることにより加熱され、高温になって温風吹出口
１９ｂから前方に吹き出す。ケーシング２００内の燃焼
筒１３の下方のケーシング底板上に加湿用水皿１Ａが前
方への引出し可能に設置されている。

【００３０】このガス温風暖房器において、暖房用空気
は、均一に加熱されて室内に吹き出されるため、暖房効
果に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱交換器の正面図である。

【図２】筒状部の組付図である。

【図３】第１の殻部材および整流板の左側面図である。

【図４】他の実施例にかかる第１の殻部材および整流板
の左側面図である。

【図５】ガス温風暖房機の内部構造を示す正面図であ
る。

【符号の説明】１熱交換器２筒状部３整流板２１中間部２２、２３両端部３１外周流通口３２中央流通穴１００ガス温風暖房機Ｎ内部流体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F28F 3/08 F24H 3/06 F24H 3/08 F28D 1/03

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】流体の流れ方向において中間部が径大で
両端部が径小に形成され、前記中間部に、外周部に外周
流通口が周設され、中央部に中央流通穴を有する整流板
を取り付けてなる複数の筒状部を、直列して連結した構
造を有し、熱交換器の内部を流れる内部流体の所定割合
を前記外周流通口を通じて流通させ、残余を前記中央流
通穴を通じて流通させる熱交換器において、前記中央流
通穴は、流体の流れ方向の前後において位置をずらして
形成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】請求項１において、前記複数の筒状部に
取り付けた各整流板は同一形状を有し、各整流板の回転
方向の取付角度をずらして取り付けたことを特徴とする
熱交換器。
【請求項３】請求項１において、前記複数の筒状部に
取り付けた各整流板に、前記中央流通穴を流体の流れ方
向の前後において位置をずらして形成したことを特徴と
する熱交換器。