JP6204710B2

JP6204710B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP6204710B2
Application number: JP2013123803A
Authority: JP
Inventors: 好伸堀; 祥桑原
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2013-06-12
Filing date: 2013-06-12
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2033-06-12
Also published as: JP2014240732A

Description

本発明は、熱交換器、特に、放熱管内に送り込まれた燃焼ガスの流れを乱流にするためのインナーフィンを備えた熱交換器に関する。

ガスの燃焼用空気を室外から給排気管を通じて燃焼部へ取り込む一方、燃焼部で生成された燃焼ガスを複数の放熱管で構成された熱交換器内へ送り込み、本体内に導入される室内空気を熱交換加熱した後、給排気管を通じて室外へ排出する所謂ガスＦＦ式の暖房機が知られているが、この種の暖房機に組み込まれる熱交換器において、高熱効率化を図るべく、放熱管内に燃焼ガスの流れを乱流にするためのインナーフィンが挿設されているものがある。

ところが、このような熱交換器の場合、通気路の上流側に位置する放熱管は、下流側の放熱管より冷たい室内空気を熱交換加熱する。そのため、放熱管の全てに対して同一のインナーフィンを設け、それら各放熱管内における乱流を一様に強くしてしまうと、上流側に位置する放熱管の放熱度合が大きくなって、バーナの燃焼量によっては上流側の放熱管内を流れる燃焼ガスが露点以下となる。その結果、放熱管内部にドレンが発生し、熱交換器の劣化が助長されてしまう虞がある。

そこで、この種の従来の熱交換器では、上流側の放熱管に他の放熱管より短いインナーフィンを挿設して、その放熱管内の一部の領域で乱流を弱くすることによって放熱度合を小さくし、放熱管内部でのドレンの発生の抑制を図ったものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

実公昭５８−４２８３３号公報

しかしながら、上記従来の熱交換器では、短いインナーフィンが挿設された放熱管において、その短いインナーフィンが放熱管内の一端側で片持ち状に支持された構成であるため、運転時に放熱管内へ送り込まれる燃焼ガスの急な流圧の変化によってその短いインナーフィンが振動しないよう固定するのが難いし、組み付けも容易でない。また、このものでは、短いインナーフィンが挿設された上流側の放熱管において、インナーフィンの配設されている箇所と配設されていない箇所では放熱度合が顕著に異なる。そのため、本体の通気路内に導入された冷たい室内空気がインナーフィンの配設されていない箇所で十分に熱交換されずに下流側まで達してしまい、下流側の放熱管内部で燃焼ガスが露点温度以下となって、ドレンの発生を招く虞があった。また、上述した放熱度合の違いよりインナーフィンの配設されている箇所と配設されていない箇所とで熱膨張の差が大きくなるため、運転中、放熱管が熱膨張する際にきしみ音などの騒音が生じる可能性もある。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高熱効率化が求められる熱交換器において、放熱管内部でドレンが発生し難く、且つ、組み付け性が高く、運転中の騒音も生じ難い熱交換器を提供することにある。

本発明は、燃焼部から送り込まれる燃焼ガスの熱を放出し、通気路内へ導入される空気を加熱する熱交換器であって、通気路内において前記空気の流れ方向と交差する方向へ延設され且つ前記流れ方向に複数並設される放熱管と、各放熱管内の略全長に亘って設けられ、放熱管内へ送り込まれる燃焼ガスの流れを乱流にする螺旋板状のインナーフィンとを備え、インナーフィンに、燃焼ガスが通過可能な複数の通孔が設けられ、前記流れ方向に複数並ぶ放熱管のうち、上流側に位置する放熱管の放熱度合が下流側に位置する放熱管の放熱度合より小さくなるよう、上流側に位置する放熱管と下流側に位置する放熱管とで前記通孔の数又は大きさを異ならせたことを特徴とするものである。

このものでは、通気路内にて流れ方向に並ぶ放熱管のうち、上流側に位置する放熱管の放熱度合が下流側に位置する放熱管の放熱度合より小さくなるよう、その上流側の放熱管と下流側の放熱管とでインナーフィンに設けられた通孔の数又は大きさを異ならせているから、通気路の上流側に位置する放熱管内の燃焼ガスが露点以下になり難い。従って、放熱管内部でのドレンの発生を十分に抑制できる。特に、このものでは、インナーフィンが放熱管内の略全長に亘って延設されているから、各放熱管における放熱度合が全体で均一になる。そのため、運転中、通気路内に冷たい室内空気が導入されても、上流側の放熱管により十分に熱交換されて下流側へ導かれる。従って、下流側の放熱管内部で燃焼ガスが露点温度以下になり難く、放熱管内部でのドレンの発生をより確実に防止できる。さらに、インナーフィンを各放熱管内の略全長に亘って延設させたことで、運転時に放熱管内へ送り込まれる燃焼ガスの流圧変化により振動しないようインナーフィンを放熱管内の両端側で確実に支持固定させることができるし、組み付けも容易である。また、放熱管全体における熱膨張のばらつきが小さくなり、その熱膨張のばらつきを起因とするきしみ音などの騒音も生じ難い。

また、本発明は、燃焼部から送り込まれる燃焼ガスの熱を放出し、通気路内へ導入される空気を加熱する熱交換器であって、通気路内において前記空気の流れ方向と交差する方向へ延設され且つ前記流れ方向に複数並設される放熱管と、各放熱管内の略全長に亘って設けられ、放熱管内へ送り込まれる燃焼ガスの流れを乱流にする螺旋板状のインナーフィンとを備え、前記流れ方向に複数並ぶ放熱管のうち、上流側に位置する放熱管の放熱度合が下流側に位置する放熱管の放熱度合より小さくなるよう、上流側に位置する放熱管のインナーフィンの板幅を、下流側に位置する放熱管のインナーフィンの板幅より小さくしたことを特徴とするものである。

このものでは、上流側の放熱管と下流側の放熱管とのインナーフィンの板幅を変えることで、それら放熱管毎の放熱度合を異ならせているから、比較的簡易な構造で請求項１に係る発明と同様、ドレンの発生やインナーフィンの振動を抑制することができる。

以上のように、本発明によれば、高熱効率化が求められる熱交換器において、放熱管内部でドレンが発生し難く、且つ、組み付け性が高く、運転中の騒音も生じ難い熱交換器を提供できる。

図１は、本発明の実施の形態に係る熱交換器を備えた暖房機の概略構成図である。図２は、本発明の実施の形態に係る熱交換器の概略縦断面図である。図３は、本発明の他の実施形態（１）に係る熱交換器の概略縦断面図である。図４は、本発明の他の実施形態（２）に係る熱交換器の概略縦断面図である。図５は、本発明の他の実施形態（３）に係る熱交換器の概略縦断面図である。

次に、本発明の実施の形態に係る熱交換器について、添付図面を参照しながら具体的に説明する。

図１は、ガスの燃焼用空気を室外Ｓ１から給気管２１を通じて燃焼部１１へ取り込む一方、燃焼部１１で生成された燃焼ガスを複数の放熱管１２０で構成された熱交換器１２内へ送り込み、ケーシング１０内に導入される室内空気を熱交換加熱した後、排気管２２を通じて室外Ｓ１へ排出するように構成されたガスＦＦ式の暖房機１である。尚、図示しないが、燃焼部１１には、ガス配管２３から送り込まれるガスを燃焼させるバーナが組み込まれており、このバーナで生成された燃焼ガスが熱交換器１２へ導入される。

暖房機１のケーシング１０内には、室内Ｓ２の空気の通路となる通気路１００が形成されており、この通気路１００内に組み込まれた循環ファン１３を作動させることで、室内Ｓ２の空気がケーシング１０背面上部の給気口１０１から通気路１００へ導入され、熱交換器１２の配設部を通ってケーシング１０正面下部の吹出口１０２から室内Ｓ２へ導出される。

本発明の実施の形態に係る熱交換器１２は、横断面視において千鳥状に配列された複数の放熱管１２０で構成されており、燃焼部１１から放出された燃焼ガスは、これら各放熱管１２０の一端に接続された流入ヘッダ１４を通じ、各放熱管１２０内へ一括して導入される。そして、この燃焼ガス中の熱が、各放熱管１２０の表面を伝って通気路１００内の空気中へ放出される。

図２に示すように、放熱管１２０は、ステンレス等の耐腐食性を有する一本の金属直管で形成されており、通気路１００内に導入される室内空気の流れ方向と交差する方向へ延設され且つ上記流れ方向に複数並設されている。尚、放熱管１２０の数や配列、長さは、放熱管１２０内に導入される燃焼ガスの熱量や暖房機１の暖房能力を考慮して適宜設定される。

放熱管１２０の一端は、通気路１００の側壁に固設された流入ヘッダ１４にロウ付け接合されている。一方、放熱管１２０の他端は、通気路１００の側壁に固設された流出ヘッダ１５にロウ付け接合されている。

放熱管１２０の内部空間には、燃焼部１１から流入ヘッダ１４を通じて放熱管１２０内へ送り込まれた燃焼ガスの流れを、乱流にして流出ヘッダ１５側へ導出させるインナーフィン１２１が挿設されている。

インナーフィン１２１は、ステンレス等の耐腐食性を有する一枚の長尺金属板を、複数回ねじり加工を施すことによって螺旋板状に形成したものであり、各放熱管１２０内の全長に亘って設けられている。尚、インナーフィン１２１は、耐熱性および耐腐食性を有するものであれば、金属以外の材質を用いて形成されたものであってもよい。

インナーフィン１２１の両端部は、放熱管１２０の両端部にロウ付け固定されている。また、インナーフィン１２１の周端面（放熱管１２０の内周面に沿って螺旋状に曲成された端面）は、その略全長に亘って放熱管１２０の内周面に当接している。従って、放熱管１２０内に導入された燃焼ガスは、このインナーフィン１２１の曲面に沿って螺旋状に流れて乱流となる。その結果、放熱管内１２０にインナーフィン１２１が配設されていない構成のものよりも放熱度合が大きくなる。尚、本実施の形態では、インナーフィン１２１を放熱管１２０に対してロウ付けにより固定させているが、両端部に固定部材を取り付けて固定させてもよいし、インナーフィン１２１の周端面と放熱管１２０の内周面との接触摩擦力によって固定させてもよい。

インナーフィン１２１のねじりピッチＰは、通気路１００内の室内空気の流れ方向（図２の上下方向）に並ぶ放熱管１２０のうち、上流側（図２の上方側）に位置する放熱管１２０の方が、下流側（図２の下方側）に位置する放熱管１２０より大きくなるように設定されている。即ち、上流側に位置する放熱管１２０の放熱度合が、下流側に位置する放熱管１２０の放熱度合より小さくなるよう、その上流側の放熱管１２０と下流側の放熱管１２０とでインナーフィン１２１の形状を異ならせている。これにより、上流側の放熱管１２０内を流れる燃焼ガスが露点以下になり難い。よって、放熱管１２０内部にドレンが発生し難い。また、下流側の放熱管１２０の放熱度合が上流側の放熱管１２０より大きく設定されているため、熱交換器１２の高熱効率化を図ることも可能である。

このように、上記実施の形態によれば、通気路１００内にて流れ方向に並ぶ放熱管１２０のうち、上流側に位置する放熱管１２０の放熱度合が下流側に位置する放熱管１２０の放熱度合より小さくなるよう、上流側の放熱管１２０と下流側の放熱管１２０とでインナーフィン１２１の形状を異ならせているから、通気路１００の上流側に位置する放熱管１２０内の燃焼ガスが露点温度以下になり難い。従って、放熱管１２０内部でのドレンの発生を十分に抑制できる。特に、このものでは、インナーフィン１２１が放熱管１２０内の略全長に亘って延設されているから、各放熱管１２０における放熱度合が全体で均一になる。そのため、運転中、通気路１００内に冷たい室内空気が導入されても、上流側の放熱管１２０により十分に熱交換されて下流側へ導かれる。従って、下流側の放熱管１２０内部で燃焼ガスが露点温度以下になり難く、放熱管１２０内部でのドレンの発生をより確実に防止できる。さらに、インナーフィン１２１を各放熱管１２０内の略全長に亘って延設させたことで、運転時に放熱管１２０内へ導入される燃焼ガスの流圧変化により振動しないようインナーフィン１２１を放熱管１２０の両端側で確実に固定することができるし、組み付けも容易である。また、放熱管１２０全体における熱膨張のばらつきが小さくなり、その熱膨張のばらつきを起因とするきしみ音などの騒音も生じ難い。よって、高熱効率化が求められる熱交換器において、放熱管１２０内部でドレンが発生し難く、且つ、組み付け性が高く、また、運転中の騒音も生じ難い熱交換器を提供できる。

また、このものでは、上流側の放熱管１２０と下流側の放熱管１２０とのインナーフィン１２１のねじりピッチＰを変えることで、それら放熱管１２０毎の放熱度合を異ならせているから、比較的簡易な構造でドレンの発生やインナーフィン１２１の振動を抑制することができる。

尚、上記実施の形態では、通気路１００の上流側に位置する放熱管１２０と下流側に位置する放熱管１２０とで、インナーフィン１２１のねじりピッチＰを変えることで、それら放熱管１２０毎の放熱度合を異ならせたものを説明したが、インナーフィン１２１のねじりピッチＰを変えるのではなく、図３に示すように、燃焼ガスを通過させるための複数の通孔１２２をインナーフィン１２１に穿設し、この通孔１２２の数や大きさを上流側と下流側とで変えることによって、放熱管１２０毎の放熱度合を異ならせたものとしてもよい。具体的には、上流側（図３の上方側）の放熱管１２０に挿設されたインナーフィン１２１は、下流側（図３の下方側）の放熱管１２０に挿設されたインナーフィン１２１より広範囲に通孔１２２が設けられており、燃焼ガスの流れが下流側の放熱管１２０に比べて良いため、放熱度合が小さい。これにより、上記実施の形態と同様の作用効果が発揮される。

また、図４に示すように、通気路１００の上流側に位置する放熱管１２０と下流側に位置する放熱管１２０とで、インナーフィン１２１の板幅を変えることで、放熱管１２０毎の放熱度合を異ならせたものとしてもよい。具体的には、上流側（図４の上方側）の放熱管１２０は、下流側（図４の下方側）の放熱管１２０より板幅の小さいインナーフィン１２１が挿設されており、燃焼ガスの流れが下流側の放熱管１２０に比べて良いため、放熱度合が小さい。これにより、上記実施の形態と同様の作用効果が発揮される。

また、図５に示すように、通気路１００の上流側に位置する放熱管１２０と下流側に位置する放熱管１２０とで、異なる径の管体を用い、その管径に合わせてインナーフィン１２１の板幅を変えることで、放熱管１２０毎の放熱度合を異ならせたものとしてもよい。具体的には、上流側（図４の上方側）の放熱管１２０は、下流側（図４の下方側）の放熱管１２０より小径の管体が用いられており、その管径に合わせて、上流側の放熱管１２０内に、下流側の放熱管１２０より板幅の小さいインナーフィン１２１が挿設されている。従って、下流側の放熱管１２０に比べて放熱度合が小さい。これにより、上記実施の形態と同様の作用効果が発揮される。

１温風暖房機
１００通気路
１１燃焼部
１２熱交換器
１２０放熱管
１２１インナーフィン

Claims

燃焼部から送り込まれる燃焼ガスの熱を放出し、通気路内へ導入される空気を加熱する熱交換器であって、
通気路内において前記空気の流れ方向と交差する方向へ延設され且つ前記流れ方向に複数並設される放熱管と、
各放熱管内の略全長に亘って設けられ、放熱管内へ送り込まれる燃焼ガスの流れを乱流にする螺旋板状のインナーフィンとを備え、
インナーフィンに、燃焼ガスが通過可能な複数の通孔が設けられ、
前記流れ方向に複数並ぶ放熱管のうち、上流側に位置する放熱管の放熱度合が下流側に位置する放熱管の放熱度合より小さくなるよう、上流側に位置する放熱管と下流側に位置する放熱管とで前記通孔の数又は大きさを異ならせたことを特徴とする、熱交換器。
燃焼部から送り込まれる燃焼ガスの熱を放出し、通気路内へ導入される空気を加熱する熱交換器であって、
通気路内において前記空気の流れ方向と交差する方向へ延設され且つ前記流れ方向に複数並設される放熱管と、
各放熱管内の略全長に亘って設けられ、放熱管内へ送り込まれる燃焼ガスの流れを乱流にする螺旋板状のインナーフィンとを備え、
前記流れ方向に複数並ぶ放熱管のうち、上流側に位置する放熱管の放熱度合が下流側に位置する放熱管の放熱度合より小さくなるよう、上流側に位置する放熱管のインナーフィンの板幅を、下流側に位置する放熱管のインナーフィンの板幅より小さくしたことを特徴とする、熱交換器。