JP6787574B2 - Heat exchanger - Google Patents
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Description
本発明は、給湯器等に設けられる熱交換器に関する。 The present invention relates to a heat exchanger provided in a water heater or the like.
給湯器等の熱交換器においては、水等の流体が流れ、外周に複数のフィンを等間隔で備えた蛇行状の配管(フィンパイプ)を有し、フィン間にバーナの燃焼排気を通過させることで、排気熱と配管内の流体との間で熱交換させる。配管内には、特許文献1〜3に開示されるように、配管内での局部沸騰による沸き上がり音の防止と熱効率アップを目的として、切り起こし片を形成したバッフルプレート(乱流板)が挿入されている。
In a heat exchanger such as a water heater, a fluid such as water flows, and a meandering pipe (fin pipe) having a plurality of fins at equal intervals is provided on the outer periphery, and a burner combustion exhaust is passed between the fins. As a result, heat is exchanged between the exhaust heat and the fluid in the pipe. As disclosed in
特許文献1〜3のバッフルプレートは、切り起こし片が上向きと下向きとが交互となるように形成されているため、流量が少ない場合や粘性が高い流体の場合、流れが滞留して長手方向に温度ムラが生じ、熱効率が悪くなるおそれがある。
Since the baffle plates of
そこで、本発明は、流量が少ない場合等であっても温度ムラの発生を抑えて熱効率を向上させることができる熱交換器を提供することを目的としたものである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a heat exchanger capable of suppressing the occurrence of temperature unevenness and improving the thermal efficiency even when the flow rate is small.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、燃焼排気が下方から上方へ通過するケーシングと、ケーシング内を水平方向へ直線状に貫通して、当該貫通方向との直交方向へ等間隔で並設され、内部に乱流板をそれぞれ挿入した複数の伝熱管部と、ケーシングの外部で隣接する伝熱管部の端部同士を、平面視で両端が互い違いとなるように接続するU字状の接続管部と、を含み、伝熱管部と接続管部とによって、蛇行状に繋がる一連の管体を形成した熱交換器であって、
乱流板は、伝熱管部へ縦向きに挿入されて、乱流板には、複数の乱流片が左右へ交互に切り起こし形成されていると共に、乱流片は全て下流側への下向き傾斜姿勢で設けられていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
The turbulent plate is vertically inserted into the heat transfer tube portion, and a plurality of turbulent pieces are alternately cut up and raised to the left and right on the turbulent plate, and all the turbulent pieces are directed downward to the downstream side. It is characterized in that it is provided in an inclined posture.
請求項1に記載の発明によれば、流体が下流側への下向き傾斜姿勢の乱流片によって常に下方へ向けられるので、流量が少ない場合でも下方から上昇する燃焼排気との熱交換が効率よく行われる。よって、伝熱管部の長手方向での温度ムラが抑えられて熱効率が向上する。
According to the invention of
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、熱交換器の一例を示す正面図、図2はA−A線断面図、図3はB−B線断面図、図4はC−C線断面図である。
この熱交換器1は、四角筒状のケーシング2を有し、ケーシング2内の上部には、左右方向に等間隔をおいて複数枚積層したフィン3,3・・(図3,4では中間部のフィンを省略)と、各フィン3を貫通してケーシング2内部で前後方向へ等間隔をおいて平行に配設される複数の伝熱管部4,4・・とを有する。前後に並ぶ伝熱管部4,4・・は、上下二段(ここでは上段に4本、下段に5本)配設されて、各段で前後に隣接する伝熱管部4,4同士は、一本の長いパイプを中間部位で折り曲げて、接続管部としてのU字状の折曲部5をケーシング2の右側の外部に突出させた状態でケーシング2及びフィン3,3・・を貫通して形成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a front view showing an example of a heat exchanger, FIG. 2 is a sectional view taken along line AA, FIG. 3 is a sectional view taken along line BB, and FIG. 4 is a sectional view taken along line CC.
This
一方、ケーシング2の左側では、各段で前後に隣接する伝熱管部4,4同士は、接続管部としてのU字管6の両端を、伝熱管部4,4の端部に差込接続することで連結される。但し、U字管6は、平面視で折曲部5と左右が互い違いとなるように配置される。また、上段最奥の伝熱管部4と下段最奥の伝熱管部4同士は、縦向きのU字管6の両端を差込接続することで連結される。
これにより、ケーシング2内の上部には、上段最前方位置の伝熱管部4から、折曲部5及びU字管6を介して4本の伝熱管部4が蛇行状に連続し、最後方位置の伝熱管部4からU字管6を介して下段へ移り、下段最後方位置の伝熱管部4から折曲部5及びU字管6を介して5本の伝熱管部4が蛇行状に連続する一連の管体7が形成される。
On the other hand, on the left side of the
As a result, four heat
そして、各伝熱管部4内には、乱流板10が挿入されている。この乱流板10は、図5に示すように、強度や熱伝導性が高く、耐食性や耐酸化性に優れた金属(例えばニッケル合金系のストリップ材)で、伝熱管部4の内径よりもやや小さい幅で帯板状に形成されている。乱流板10の長手方向の一方の端部は、終端が直線状の四角端部11となり、他方の端部は、終端が半円状の円形端部12となっている。円形端部12には、円形の透孔13,13が、長手方向に2つ並べて形成されている。
A
さらに、乱流板10には、図6にも示すように、四角端部11側が鋭角となり、円形端部12側へ行くに従って上下幅が大きくなる複数の三角孔14,14・・が、等間隔で形成されている。各三角孔14の傾斜縁には、鋭角部分を切り起こした格好で円形端部12側へ向けて幅が拡開する三角形状の乱流片15,15・・が、左右へ交互に突出するように、且つ下向き傾斜姿勢となるように折曲形成されている。各乱流片15の幅広側の先端外側には、小孔16が形成されている。
Further, as shown in FIG. 6, the
この乱流板10は、上段の4本の伝熱管部4内へそれぞれ縦向きに挿入される。具体的には、U字管6を差込接続する前の伝熱管部4の左端から、乱流板10を、円形端部12を先にして挿入した後、U字管6を差込接続する。但し、4本の伝熱管部4,4・・間では、同じ縦向きの乱流板10でも、図8(A)に示すように、三角孔14の鋭角部分が上側に位置する向き(乱流片15が左から右に向けて下り傾斜姿勢となる向き、以下、区別する際には「10A」と表記する。)と、同図(B)に示すように、鋭角部分が下側に位置する向き(乱流片15が右から左に向けて下り傾斜姿勢となる向き、以下、区別する際には「10B」と表記する。)とが交互になるように向きを変えて挿入されている。
The
すると、図3,4に示すように、各U字管6の差込端部6a,6aがそれぞれ四角端部11,11に当接して乱流板10,10を、円形端部12,12が右側の折曲部5内に差し込まれる位置まで押し込む。これにより、各乱流板10は、円形端部12が折曲部5の内面に近接し、四角端部11がU字管6の差込端部6aに当接した状態となって長手方向の移動が規制される。このとき乱流板10の下縁は、伝熱管部4の下側の内面に当接し、各乱流片15は、先端が伝熱管部4の左右の内面に当接した状態となるため、乱流板10の回転も規制される。
Then, as shown in FIGS. 3 and 4, the insertion ends 6a and 6a of each
以上の如く構成された熱交換器1は、例えば図7に示すように、給湯器20の筐体21内において、複数のバーナ群を内設するバーナユニット22の上部に組み付けられる。熱交換器1の上部には、排気フード23が組み付けられる。これにより、バーナユニット22内のバーナ群の燃焼排気が、熱交換器1のケーシング2内を上昇して各フィン3,3間を通過して排気フード23に至る燃焼室(内胴)が形成される。また、熱交換器1の管体7の上流端には、外部の水道管と接続される入水管24が接続され、管体7の下流端には、給湯栓に繋がる配管が接続される出湯管25が接続される。26はバーナユニット22への給気ファン、27はコントローラである。
As shown in FIG. 7, for example, the
この給湯器20において、給湯栓を開栓して器具内に通水させると、水が入水管24を通って熱交換器1の管体7に至り、各伝熱管部4.4・・を順番に通過する。一方、コントローラ27が通水を検知してバーナユニット22内のバーナ群に点火すると共に、給気ファン26を回転させてバーナ群に燃焼用空気を供給する。バーナ群の燃焼排気は、熱交換器1のケーシング2内を上昇してフィン3,3間を通過することで伝熱管部4を通過する水と熱交換される。よって、出湯管25から所定温度の湯が出湯され、給湯栓から供給される。
In this
各伝熱管部4では、図3に示す実線矢印方向に水が通過することになるが、ここで、水がU字管6を通って四角端部11側から流入した場合、乱流板10Aの左右を通りつつ乱流片15,15と当接した水の一部は、図8(A)に二点鎖線矢印で示すように、乱流片15の下向き傾斜姿勢によって下方へ導かれる。よって、伝熱管部4の下側内面に衝突して乱流を生じさせる。各乱流片15の小孔16を通ることでも流速が部分的に変化して乱流を生じさせる。また、水の一部は三角孔14を通過することで乱流板10Aの左右に行き来して乱流を生じさせる。
また、水が折曲部5を通って円形端部12側から流入した場合、水は、乱流板10Bの円形端部13の外側若しくは透孔13,13を通って伝熱管部4内に流れる。そして、乱流板10Bの左右を流れつつ乱流片15,15と当接した水の一部は、図8(B)に二点鎖線矢印で示すように、乱流片15の下向き傾斜姿勢によって下方へ導かれ、伝熱管部4の下側内面に衝突して乱流を生じさせる。各乱流片15の小孔16を通ることでも流速が部分的に変化して乱流を生じさせる。また、水の一部は三角孔14を通過することで乱流板10Bの左右に行き来して乱流を生じさせる。
In each heat
Further, when water flows in from the
このように水が下向き傾斜した乱流片15によって常に下方へ向けられるので、流量が少ない場合でも下方から上昇する燃焼排気との熱交換が効率よく行われ、伝熱管部4の長手方向での温度ムラが抑えられる。
一方、このように伝熱管部4内を水が乱流片15に当接しながら通過することで、乱流板10は水の下流側へ付勢されるが、四角端部11側から流入した場合、乱流板10は円形端部12が折曲部5の内面に当接して移動規制され、円形端部12側から流入した場合、乱流板10は四角端部11がU字管6の差込端部6aに当接することで移動規制される。よって、乱流板10が伝熱管部4内で移動したり回転したりすることがない。
Since the water is always directed downward by the
On the other hand, as the water passes through the heat
(円形端部による乱流板の移動及び回転規制に係る発明の効果)
このように、上記形態の熱交換器1によれば、乱流板10の一方の端部は、接続管部(折曲部5又はU字管6)内まで差し込まれて当該接続管部の内面に近接又は当接する半円形状の円形端部12となっているので、水の流れによって乱流板10が移動したり回転したりすることがない。また、これは乱流板10に円形端部12を形成して接続管部内に差し込むだけで足り、ロウ付け等の固定手段が不要となるため、部品点数の少ない簡単な構造となり、且つ組立作業性も良好な構造となる。
(Effect of the invention relating to the movement and rotation regulation of the turbulent plate by the circular end)
As described above, according to the
特にここでは、乱流板10における接続管部内への差込部分には、透孔13,13が形成されているので、円形端部12を接続管部内へ差し込んでも水の流入を必要以上に妨げることがない。
また、乱流板10には、左右へ交互に切り起こし形成される複数の乱流片15,15が設けられているので、伝熱管部4の長手方向での温度ムラの発生を抑えることができる。
In particular, here, since the through
Further, since the
なお、上記形態では、乱流板の四角端部の移動規制にU字管の差込端部を利用しているが、これに限らず、伝熱管部やU字管の内面に突設した突起やリブ等を利用してもよい。伝熱管部の内面を利用した場合、四角端部側は別体のU字管である必要はなくなる。
但し、乱流板の一方の端部のみを円形端部とする構造に限らず、図9,10に示す乱流板10のように、両端を円形端部12,12として透孔13,13を設けてもよい。この場合、伝熱管部4では、図11,12に示すように、一方の円形端部12が折曲部5の内面に近接し、他方の円形端部12がU字管6の内面に近接するように挿入することで、伝熱管部4内での長手方向の移動規制は可能である。
この構造であれば、U字管6の差込端部を利用しなくても乱流板10の移動規制が可能となる。
In the above embodiment, the insertion end of the U-shaped tube is used to regulate the movement of the square end of the turbulent plate, but the present invention is not limited to this, and is projected on the inner surface of the heat transfer tube or the U-shaped tube. Protrusions, ribs, etc. may be used. When the inner surface of the heat transfer tube portion is used, the square end side does not need to be a separate U-shaped tube.
However, the structure is not limited to a structure in which only one end of the turbulent plate has a circular end, and through
With this structure, the movement of the
また、この発明では、透孔の数や形状、三角孔及び乱流片の数や形状も適宜変更可能である。
さらに、上記形態では、水平方向で蛇行する管体の伝熱管部に乱流板を縦向きに挿入しているが、上下の伝熱管部を縦向きの接続管部で接続する場合、乱流板を横向きに挿入して長手方向の一端又は両端を接続管部に差し込むようにしてもよい。この場合も円形端部が縦向きの接続管部の内面に近接又は当接することで長手方向の移動規制が可能となる。
Further, in the present invention, the number and shape of through holes, the number and shape of triangular holes and turbulent flow pieces can be changed as appropriate.
Further, in the above embodiment, the turbulent plate is vertically inserted into the heat transfer tube portion of the tube body that meanders in the horizontal direction, but when the upper and lower heat transfer tube portions are connected by the vertical connection tube portion, the turbulent flow The plate may be inserted sideways so that one or both ends in the longitudinal direction are inserted into the connecting pipe portion. In this case as well, movement in the longitudinal direction can be restricted by the circular end portion approaching or abutting on the inner surface of the vertically oriented connecting pipe portion.
(下向き傾斜姿勢の乱流片に係る発明の効果)
上記形態の熱交換器1によれば、乱流板10は、伝熱管部4へ縦向きに挿入され、乱流板10には、複数の乱流片15,15・・が左右へ交互に切り起こし形成されていると共に、各乱流片15は全て下流側への下向き傾斜姿勢で設けられているので、水が下向き傾斜した乱流片15によって常に下方へ向けられ、流量が少ない場合でも下方から上昇する燃焼排気との熱交換が効率よく行われる。よって、伝熱管部4の長手方向での温度ムラが抑えられて熱効率が向上する。
(Effect of the invention relating to a turbulent piece in a downwardly inclined posture)
According to the
なお、上記形態では、同じ形態の乱流板10を用いて、各伝熱管部4内に交互に向きを変えて挿入しているが、水の流れを下向きに案内する乱流片を備えたものであれば、透孔の形状や三角孔及び乱流片の数や形状等が異なる乱流板を交互又は各伝熱管部ごとに用いてもよい。
In the above embodiment, the
(U字管による乱流板の移動規制に係る発明の効果)
上記形態の熱交換器1によれば、管体7における接続管部の複数箇所を、隣接する伝熱管部4,4の端部に両端が差込接続される別体のU字管6として、乱流板10におけるU字管6が差込接続される側の端部に、U字管6の差込端部6aが当接することで乱流板10が位置決めされているので、U字管6を利用した簡単且つ組立作業性の良好な構造で、乱流板10の移動を効果的に規制することができる。
(Effect of the invention relating to the movement regulation of the turbulent plate by the U-shaped tube)
According to the
なお、上記形態では、平面視左側にのみU字管を用いて伝熱管部同士を連結しているが、右側にもU字管を用いて連結し、乱流板の両端をU字管の差込端部で挟む格好として乱流板の移動規制を行うようにしてもよい。 In the above embodiment, the heat transfer tubes are connected to each other by using a U-shaped tube only on the left side in a plan view, but the U-shaped tubes are also connected to the right side, and both ends of the turbulent plate are connected by the U-shaped tube. The movement of the turbulent plate may be restricted as if it is sandwiched between the insertion ends.
そして、各発明に共通して、熱交換器を設ける給湯器も、副熱交換器を有する潜熱回収型や、風呂の追い焚きや床暖房用の熱交換器を併設した二缶型等であっても本発明は適用できる。潜熱回収型では、少なくとも主熱交換器に本発明を適用すればよいし、二缶型であれば併設される双方の熱交換器に本発明を適用すればよい。
勿論給湯器に限らず、ロードヒータ等の他の器具であっても、流体と燃焼排気とを熱交換する熱交換器を有するものであれば、本発明の熱交換器は採用可能である。
And, in common with each invention, the water heater provided with the heat exchanger is also a latent heat recovery type having an auxiliary heat exchanger, a two-can type having a heat exchanger for reheating the bath and floor heating, and the like. However, the present invention can be applied. In the latent heat recovery type, the present invention may be applied to at least the main heat exchanger, and in the case of the two-can type, the present invention may be applied to both heat exchangers installed side by side.
Of course, not only the water heater but also other appliances such as a load heater can adopt the heat exchanger of the present invention as long as it has a heat exchanger that exchanges heat between the fluid and the combustion exhaust.
1・・熱交換器、2・・ケーシング、3・・フィン、4・・伝熱管部、5・・折曲部、6・・U字管、6a・・差込端部、7・・管体、10・・乱流板、11・・四角端部、12・・円形端部、13・・透孔、14・・三角孔、15・・乱流片、16・・小孔、20・・給湯器、21・・筐体、22・・バーナユニット、23・・排気フード、24・・入水管、25・・出湯管。 1 ... heat exchanger, 2 ... casing, 3 ... fins, 4 ... heat transfer tube part, 5 ... bent part, 6 ... U-shaped tube, 6a ... insertion end, 7 ... tube Body, 10 ... Turbulent plate, 11 ... Square end, 12 ... Circular end, 13 ... Through hole, 14 ... Triangular hole, 15 ... Turbulent piece, 16 ... Small hole, 20 ...・ Water heater, 21 ・ ・ casing, 22 ・ ・ burner unit, 23 ・ ・ exhaust hood, 24 ・ ・ water inlet pipe, 25 ・ ・ hot water outlet pipe.
Claims (1)
前記ケーシング内を水平方向へ直線状に貫通して、当該貫通方向との直交方向へ等間隔で並設され、内部に乱流板をそれぞれ挿入した複数の伝熱管部と、
前記ケーシングの外部で隣接する前記伝熱管部の端部同士を、平面視で両端が互い違いとなるように接続するU字状の接続管部と、を含み、前記伝熱管部と前記接続管部とによって、蛇行状に繋がる一連の管体を形成した熱交換器であって、
前記乱流板は、前記伝熱管部へ縦向きに挿入されて、前記乱流板には、複数の乱流片が左右へ交互に切り起こし形成されていると共に、前記乱流片は全て下流側への下向き傾斜姿勢で設けられていることを特徴とする熱交換器。 A casing through which combustion exhaust passes from below to above,
A plurality of heat transfer tube portions that penetrate the casing in a straight line in the horizontal direction, are arranged side by side at equal intervals in the direction orthogonal to the penetration direction, and each has a turbulent flow plate inserted therein.
The heat transfer tube portion and the connection tube portion include a U-shaped connection tube portion that connects the ends of the heat transfer tube portions that are adjacent to each other outside the casing so that both ends are staggered in a plan view. It is a heat exchanger that forms a series of pipes that are connected in a meandering manner.
The turbulent plate is vertically inserted into the heat transfer tube portion, and a plurality of turbulent pieces are alternately cut up and raised to the left and right on the turbulent plate, and all the turbulent pieces are downstream. A heat exchanger characterized in that it is provided in a downwardly inclined posture toward the side.
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