JP7161930B2 - 伝熱フィン - Google Patents

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Description

本発明は、熱交換器用の伝熱フィンに関する。
給湯器や暖房用熱源機などの燃焼装置に用いられるフィンチューブ型の熱交換器は、バーナによって生成される燃焼排ガスが流通する熱交換器胴体と、熱交換器胴体の二つの側壁間に縦向きで並設された複数の平板状の伝熱フィンと、水などの熱媒が流れる複数の伝熱管とを備える。
従来、上記熱交換器に用いられる伝熱フィンには、燃焼排ガスのガス流路の方向に複数の伝熱管が２段以上の複数段で千鳥状に貫挿されている（例えば、特許文献１）。この複数の伝熱管が千鳥状に複数段で配設された熱交換器によれば、下段の隣接する伝熱管の間を通過する燃焼排ガスが上段の伝熱管に向かって流れるため、燃焼排ガス中の熱が効率的に伝熱管内を流れる熱媒に熱伝達される。
また、上記熱交換器では、熱交換器内に単一の熱交換管路が形成されるように、複数の伝熱管は、各段で隣接する伝熱管における下流側の伝熱管の管端と上流側の伝熱管の管端とを連通させるとともに、伝熱フィンの側端部側で、下段の伝熱管の下流側の管端と上段の伝熱管の上流側の管端とを連通させることにより、直列的に接続されている。そのため、複数の伝熱管が複数段で伝熱フィンに貫挿されている場合、伝熱フィンの一方の側端部側における下段の伝熱管の上流端から流入した熱媒は、伝熱フィンの他方の側端部側における下段の伝熱管の下流端に向かって流れた後、伝熱フィンの他方の側端部側における上段の伝熱管の上流端に流れる。そして、熱媒は、伝熱フィンの他方の側端部側で熱媒の流れる方向が折り返され、伝熱フィンの一方の側端部側における上段の伝熱管の下流端に向かって流れる。これにより、燃焼排ガスと伝熱管との接触時間を増加させている。
ところで、燃焼量の調整可能範囲を広げるために、複数のバーナが複数の燃焼領域に区分されたバーナユニットを有する燃焼装置が提案されている。この燃焼装置によれば、要求燃焼量の増減に従って、燃焼するバーナ数が複数段階で切り替えられる。そのため、要求燃焼量が少ない場合、複数の燃焼領域のうち一部の燃焼領域のバーナのみが燃焼される。
上記のような部分燃焼が行われると、バーナが燃焼している燃焼領域に対応する燃焼排ガスのガス流路の下流側に位置する伝熱管のみが主として加熱される。例えば、伝熱フィンの一方の側端部側の上流側に位置する燃焼領域におけるバーナのみが燃焼している場合、高温の燃焼排ガスはその燃焼領域と同じ一方の側端部側に位置する伝熱管に向かって主として流れる。一方、バーナユニットに供給される燃焼用空気は、伝熱フィンの他方の側端部側の上流側に位置する非燃焼中のバーナにも流れる。そのため、非燃焼中のバーナを通過する低温の燃焼用空気は、非燃焼中のバーナの燃焼領域と同じ伝熱フィンの他方の側端部側に位置する伝熱管に向かって主として流れる。それゆえ、伝熱フィンの一方の側端部近傍の伝熱管は燃焼排ガスによって加熱されるが、伝熱フィンの他方の側端部近傍の伝熱管は燃焼用空気によって冷却される。従って、各段において、高温領域と低温領域とが形成される。その結果、複数の伝熱管が複数段で配設されている場合、各段で燃焼排ガスによって加熱された熱媒が燃焼に用いられない燃焼用空気で冷却されることにより、熱交換管路内で熱媒の温度の上昇・低下が繰り返され、非効率的に熱媒が加熱されるという問題がある。
特開２０１８－６６５１６号公報
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、燃焼排ガス中の熱を伝熱管内を流れる熱媒に効率よく熱伝達させることができる熱交換器用の伝熱フィンを提供することにある。
本発明によれば、
燃焼排ガスが流通する熱交換器内に配設される平板状の伝熱フィンであって、
単一段で並設された複数の伝熱管挿通孔と、
隣接する前記伝熱管挿通孔間の前記燃焼排ガスのガス流路の下流側に設けられ、前記燃焼排ガスの前記ガス流路の上流側に向かって凹むように形成された下流側切込部と、
前記伝熱フィンの一面側に向かって突出するように前記下流側切込部の周縁に形成された下流側フランジと、
前記伝熱フィンの両面側に交互に突出するように前記伝熱管挿通孔と前記下流側フランジとの間に形成された複数の第１突出片と、を備え、
前記複数の第１突出片はそれぞれ、前記燃焼排ガスの前記ガス流路の前記下流側のみに向かって突出するように、前記伝熱フィンの一部を前記燃焼排ガスの前記ガス流路の前記下流側から上流側に向かって切り起こして形成された第１切り起こしフィンからなり、
前記各第１切り起こしフィンの前記燃焼排ガスの前記ガス流路の前記下流側にのみ、前記燃焼排ガスが流通する第１スリットが開口している伝熱フィンが提供される。
上記伝熱フィンによれば、複数の伝熱管が単一段で並設されるから、バーナユニットで部分燃焼が行われる場合でも、熱交換管路内での熱媒の温度の上昇・低下の繰り返しを低減することができる。
一方、上記のように複数の伝熱管が単一段で並設される場合、燃焼排ガスのガス流路の下流側に伝熱管が存在しない。そのため、燃焼排ガスが隣接する伝熱管間から下流側に短絡して流れ、燃焼排ガスと伝熱管との接触時間が低下する。また、隣接する伝熱フィン間で燃焼排ガスと伝熱管との接触機会が低下するため、燃焼排ガスの乱流化が促進されず、伝熱フィンの両面上に燃焼排ガスの温度境界層が形成されやすい。
しかしながら、上記伝熱フィンによれば、隣接する伝熱管挿通孔間の燃焼排ガスのガス流路の下流側に、燃焼排ガスのガス流路の上流側に向かって凹む下流側切込部が形成され、さらに下流側切込部の周縁に伝熱フィンの一面側に向かって突出する下流側フランジが形成されているため、隣接する伝熱管挿通孔間を通過した燃焼排ガスは下流側フランジに衝突する。そして、下流側フランジによって、燃焼排ガスは伝熱管挿通孔と下流側フランジとの間を通過するように燃焼排ガスのガス流路の方向が偏向される。これにより、伝熱フィンの下流領域で、伝熱管の周囲を回り込む燃焼排ガスのガス流路が形成されるから、隣接する伝熱管間から下流側に短絡して流れる燃焼排ガスを低減することができ、燃焼排ガスの伝熱管への接触時間を長くすることができる。
また、上記伝熱フィンによれば、伝熱管挿通孔と下流側フランジとの間に、伝熱フィンの両面側に交互に突出するように複数の第１突出片が設けられているから、燃焼排ガスが第１突出片に衝突する。これにより、第１突出片に、直接、燃焼排ガスの熱を熱伝達させることができる。また、第１突出片に衝突した燃焼排ガスが第１突出片の先端部を通過するとき、渦流が形成され、燃焼排ガスの乱流化が促進される。これにより、伝熱フィン上を流れる燃焼排ガスの温度境界層を分断させることができる。
また、上記伝熱フィンによれば、複数の第１突出片はそれぞれ、燃焼排ガスのガス流路の下流側のみに向かって突出するように、伝熱フィンの一部を燃焼排ガスのガス流路の下流側から上流側に向かって切り起こして形成された第１切り起こしフィンから形成されているから、燃焼排ガスの一部は、これらの第１切り起こしフィンによって形成される第１スリットを介して、伝熱フィンの両面側を蛇行しながら上流側から下流側に向かって流れる。これにより、隣接する伝熱フィン間の間隙を流れる燃焼排ガスの混合・分離が繰り返されるため、伝熱フィンの下流領域における燃焼排ガスの乱流化が促進される。また、燃焼排ガスが第１スリットを通過するとき、第１スリットの開口縁に燃焼排ガスが衝突する。これにより、さらに一層、燃焼排ガスの乱流化が促進される。従って、伝熱フィン上を流れる燃焼排ガスの温度境界層をさらに分断させることができる。
好ましくは、上記伝熱フィンは、さらに、
前記伝熱フィンの前記両面側に交互に突出するように隣接する前記伝熱管挿通孔間に形成された複数の第２突出片を備え、
前記複数の第２突出片はそれぞれ、前記燃焼排ガスの前記ガス流路の前記下流側のみに向かって突出するように、前記伝熱フィンの一部を前記燃焼排ガスの前記ガス流路の前記下流側から前記上流側に向かって切り起こして形成された第２切り起こしフィンからなり、
前記各第２切り起こしフィンの前記燃焼排ガスの前記ガス流路の前記下流側にのみ、前記燃焼排ガスが通過する第２スリットが開口する。
上記伝熱フィンによれば、隣接する伝熱管挿通孔間に、伝熱フィンの両面側に交互に突出するように複数の第２突出片が設けられているから、燃焼排ガスが第２突出片に衝突する。これにより、第２突出片に、直接、燃焼排ガスの熱を熱伝達させることができる。また、第２突出片に衝突した燃焼排ガスが第２突出片の先端部を通過するとき、渦流が形成され、燃焼排ガスの乱流化が促進される。これにより、伝熱フィン上を流れる燃焼排ガスの温度境界層を分断させることができる。
また、上記伝熱フィンによれば、複数の第２突出片はそれぞれ、燃焼排ガスのガス流路の下流側のみに向かって突出するように、伝熱フィンの一部を燃焼排ガスのガス流路の下流側から上流側に向かって切り起こして形成された第２切り起こしフィンから形成されているから、燃焼排ガスの一部は、これらの第２切り起こしフィンによって形成される第２スリットを介して、伝熱フィンの両面側を蛇行しながら上流側から下流側に向かって流れる。これにより、隣接する伝熱フィン間の間隙を流れる燃焼排ガスの混合・分離が繰り返されるため、伝熱フィンの中間領域における燃焼排ガスの乱流化が促進される。また、燃焼排ガスが第２スリットを通過するとき、第２スリットの開口縁に燃焼排ガスが衝突する。これにより、さらに一層、燃焼排ガスの乱流化が促進される。従って、伝熱フィン上を流れる燃焼排ガスの温度境界層をさらに分断させることができる。
好ましくは、上記伝熱フィンにおいて、
前記第１切り起こしフィンは、前記伝熱管挿通孔と前記下流側フランジとの間を前記上流側から前記下流側に向かって通過する前記燃焼排ガスの前記ガス流路に略直交するように切り起こされ、
前記第２切り起こしフィンは、隣接する前記伝熱管挿通孔間を前記上流側から前記下流側に向かって通過する前記燃焼排ガスの前記ガス流路に略直交するように切り起こされる。
上記伝熱フィンによれば、燃焼排ガスの熱をより効率的に第１切り起こしフィン及び第２切り起こしフィンに熱伝達させることができる。また、燃焼排ガスの乱流化をより促進することができる。
好ましくは、上記伝熱フィンにおいて、
前記下流側フランジは、前記複数の第１切り起こしフィン及び前記複数の第２切り起こしフィンよりも高い前記伝熱フィンの前記一面側の突出高さを有する。
上記伝熱フィンによれば、第１切り起こしフィン及び第２切り起こしフィンは、下流側フランジよりも低い突出高さを有するから、これらの切り起こしフィンによって、隣接する伝熱フィン間の間隙が閉塞されない。これにより、燃焼排ガスの過度の通過抵抗の増加を防止することができる。
好ましくは、上記伝熱フィンは、さらに、
前記伝熱フィンの前記一面側に突出するように前記伝熱管挿通孔と前記伝熱フィンの上流側端縁との間に設けられた上流側突起を有する。
上記伝熱フィンによれば、伝熱管挿通孔と伝熱フィンの上流側端縁との間に、伝熱フィンの一面側に突出する上流側突起が形成されているから、高温の燃焼排ガスが接触する伝熱フィンの上流領域の表面積を増大させることができる。これにより、燃焼排ガスの伝熱フィンへの接触時間を長くすることができる。また、上流側突起は伝熱フィンの一面側に突出しているから、上流側から流れてきた燃焼排ガスを分流させることができる。これにより、伝熱管に均一に燃焼排ガスを接触させることができる。さらに、伝熱フィンの上流領域において、上流側突起により燃焼排ガスの乱流化が促進される。これにより、伝熱フィン上を流れる燃焼排ガスの温度境界層を分断させることができる。
好ましくは、上記伝熱フィンは、さらに、
隣接する前記伝熱管挿通孔間の前記燃焼排ガスの前記ガス流路の上流側に設けられ、前記燃焼排ガスの前記ガス流路の下流側に向かって凹むように形成された上流側切込部を備える。
上記伝熱フィンによれば、隣接する伝熱管挿通孔間の燃焼排ガスのガス流路の上流側に、焼排ガスのガス流路の下流側に向かって凹む上流側切込部が形成されているため、伝熱フィンの上流領域において、伝熱管挿通孔と伝熱フィンの上流側端縁との間の距離が略均等に形成される。従って、伝熱フィンの上流領域で燃焼排ガスの熱が均一に伝熱フィンに熱伝達される。これにより、伝熱フィンの上流側端縁の温度を低下させることができ、伝熱フィンの一部が高温にならず、伝熱フィンの耐久性を向上させることができる。
以上のように、本発明によれば、単一段で複数の伝熱管挿通孔が並設されている伝熱フィンが用いられる場合でも、燃焼排ガスの伝熱管への接触時間を長くすることができるとともに、伝熱フィン上を流れる燃焼排ガスの温度境界層を分断させることができるから、燃焼排ガスの熱が伝熱フィン及び伝熱管に良好に熱伝達される。従って、本発明によれば、燃焼排ガスにより伝熱管内を流れる熱媒が効率的に熱交換加熱される燃焼装置を提供することができる。
図１は、本発明の実施の形態に係る燃焼装置の一例を示す概略縦断面図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る燃焼装置の一例を示す概略側面図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る伝熱フィンの一例を示す概略正面図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る伝熱フィンの一例を示す概略要部拡大正面図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る伝熱フィンの一例を示す概略要部斜視図である。 図６は、本発明の実施の形態に係る伝熱フィンの一例を示す概略断面図である。 図７は、本発明の実施の形態に係る伝熱フィンの他の一例を示す概略要部拡大正面図である。
次に、本発明の実施の形態に係る伝熱フィン及び燃焼装置を、添付図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は、給湯器に適用された燃焼装置の概略縦断面図であり、図２は、その概略側面図である。図１及び図２に示すように、本発明の実施の形態に係る伝熱フィン１を備えた熱交換器３００は、燃焼装置７００に組み込まれる。熱交換器３００は、給水管１０１から伝熱管９へ供給される水（熱媒）を、ガスバーナ２０１から放出された燃焼排ガスにより熱交換加熱した後、出湯管１０２を通じて図示しない温水利用先へ供給するように構成される。
熱交換器３００の外郭を構成する胴体（熱交換器胴体）３０１は、上下にそれぞれ上部開口３５１及び下部開口３５２を有する略矩形箱状に形成されている。下部開口３５２には、ガスバーナ２０１を収容するバーナユニット２００が連結される。一方、上部開口３５１には、ガスバーナ２０１から胴体３０１内に送り込まれた燃焼排ガスを燃焼装置７００の外部へ導く排気室筐体４００が連結される。
なお、本明細書では、伝熱フィン１の一つの主面を正面側（図１の手前側及び図２の右側）から見たとき、伝熱フィン１の厚さ方向を前後方向、伝熱フィン１の幅方向を左右方向、伝熱フィン１の高さ方向を上下方向という。なお、伝熱フィン１の正面側が一面側に、裏面側が他面側に対応する。また、燃焼排ガスのガス流路に従って、下方側を上流側、上方側を下流側という。
バーナユニット２００は、複数の燃焼領域（ここでは、３個）に区分されている。各燃焼領域には、１または複数の扁平状のガスバーナ２０１が左右方向に縦向きで並設されている。各ガスバーナ２０１は、燃焼領域に対応して区分されたガスマニホールド２０２と連通している。各ガスマニホールド２０２には、ガス管２１０から分岐した分岐ガス管が接続されている。従って、部分燃焼では、一部の燃焼領域のガスバーナ２０１のみに燃料ガス及び燃焼用空気が供給され、他の燃焼領域のガスバーナ２０１には燃焼用空気のみが供給される。
バーナユニット２００の下部には、ファンユニット５００が接続されている。ファンユニット５００内のファン５０１を回転させることにより、ガスバーナ２０１の燃焼用空気としての燃焼装置７００外部の空気がバーナユニット２００内へ送り込まれる。バーナユニット２００内へ送り込まれた空気は、ガスバーナ２０１から放出された燃焼排ガスとともに下部開口３５２から熱交換器３００の胴体３０１内へ導入された後、上部開口３５１から排気室筐体４００を通じて燃焼装置７００の外部へ排出される。
胴体３０１は、対向する前側壁３０３と後側壁３０４とを備える。前側壁３０３と後側壁３０４との間には、銅系金属で形成された複数の平板状の伝熱フィン１が前後方向に所定の間隙を存して、略平行に並設されている。また、胴体３０１内の対向する前側壁３０３と後側壁３０４との間には、銅系金属で形成された複数の直管状の伝熱管９（ここでは、９本）が延設されている。
伝熱管９は、前側壁３０３と後側壁３０４との間で、ガスバーナ２０１と同様に、左右方向に所定の間隔で並設されている。各伝熱管９は、断面略円形状を有する。図示しないが、伝熱管９の両管端はそれぞれ、前側壁３０３及び後側壁３０４に設けられた管導出口から外方に突出している。前側壁３０３に隣接する伝熱管９の上流側の管端及び後側壁３０４に隣接する伝熱管９の下流側の管端を除いて、隣接する２本の伝熱管９の管端相互は、前側壁３０３及び後側壁３０４の外側で連結ヘッダ１２１，１２２により直列的に接続されており、それによって一つの熱交換管路３３０が構成されている。
給水管１０１は、熱交換管路３３０の前側壁３０３に設けられた入口側の連結ヘッダ１２１に接続され、出湯管１０２は、熱交換管路３３０の後側壁３０４に設けられた出口側の連結ヘッダ１２２に接続されている。従って、給水管１０１を通じて上記入口側の連結ヘッダ１２１に供給された水は、前側壁３０３及び後側壁３０４に設けられた連結ヘッダ１２１，１２２を介して、前後方向に蛇行しながら流れた後、出口側の連結ヘッダ１２２から出湯管１０２へ流れる。
図３～図５に示すように、各伝熱フィン１には、バーリング加工によって、伝熱管９を挿通させるための複数の伝熱管挿通孔１０（ここでは、９個）が所定の間隔で開設されている。従って、複数の伝熱管挿通孔１０は、伝熱フィン１の左右方向に単一段で形成されている。
各伝熱管挿通孔１０は、伝熱管９の外形と略同一形状の略円形状を有する。また、バーリング加工によって、伝熱管挿通孔１０の内周縁の略全周から前方へ向かって、支持フランジ１１が突出形成されている。支持フランジ１１は、所定の突出高さＨｆ（例えば、１．２ｍｍ）を有する。伝熱管９は、伝熱フィン１に対して直交する向きで伝熱管挿通孔１０に貫挿される。伝熱管９は、伝熱管９の外周面と支持フランジ１１の内周面とをロウ付けすることにより、伝熱フィン１に固定される。各伝熱管挿通孔１０の上方周縁には、ロウ材保持部１５が開設されている。
支持フランジ１１の周方向には、支持フランジ１１から前方に延出され、前方端が径方向外方に屈曲された複数のスペーサ部１７（ここでは、３個）が所定の間隔で形成されている。従って、スペーサ部１７の突出高さＨｓは、支持フランジ１１の突出高さＨｆよりも高く設定されている（図６参照）。複数の伝熱フィン１が前後方向に並設されたとき、スペーサ部１７が隣接する伝熱フィン１の裏面に当接することにより、隣接する伝熱フィン１間の間隙が保持される。
伝熱フィン１の上流側端部であるフィン下端部であって、隣接する伝熱管挿通孔１０間の上流側には、複数の上流側切込部２（ここでは、８個）が伝熱管挿通孔１０と同一ピッチで形成されている。各上流側切込部２は、下流側に向かって凹む略逆Ｖ字状に形成されている。また、後述する下流側切込部３と異なり、上流側切込部２の周縁には、前方に突出するフランジが形成されていない。そのため、上流側から流れてくる燃焼排ガスは、円滑に隣接する伝熱フィン１間の間隙に流入する。
各上流側切込部２は、フィン下端部から伝熱管挿通孔１０の下端と略同一の高さまで切り欠かれている。従って、下部開口３５２から胴体３０１内へ導入された燃焼排ガスの一部は、上流側切込部２を通って隣接する伝熱管挿通孔１０間の隙間に到達する。このように、上流側切込部２を形成することにより、伝熱フィン１の上流領域において、伝熱管挿通孔１０と伝熱フィン１の上流側端縁との間の距離が略均等に形成される。従って、伝熱フィン１の上流領域で燃焼排ガスの熱が均一に伝熱フィン１に熱伝達される。これにより、伝熱フィン１の上流側端縁の温度を低下させることができ、伝熱フィン１の一部が高温にならず、伝熱フィン１の耐久性を向上させることができる。
伝熱フィン１の下流側端部であるフィン上端部であって、隣接する伝熱管挿通孔１０間の下流側には、複数の下流側切込部３（ここでは、８個）が伝熱管挿通孔１０と同一ピッチで形成されている。各下流側切込部３は、上流側に向かって凹む略円弧状に形成されている。各下流側切込部３は、フィン上端部から伝熱管挿通孔１０の上端よりも上方の高さまで切り欠かれている。なお、下流側切込部３は、略Ｖ字状に形成されてもよい。
各下流側切込部３の周縁から前方へ向かって、下流側フランジ１３が突出形成されている。下流側フランジ１３は、所定の突出高さＨｋ（例えば、１．９ｍｍ）を有する。下流側フランジ１３の突出高さＨｋは、隣接する伝熱フィン１間の間隙の幅より若干低く設定されている。また、下流側切込部３の左右方向の幅は、隣接する伝熱管挿通孔１０間の最短距離と略同一に設定されている。従って、下流側フランジ１３は、隣接する伝熱フィン１間の間隙の上方開口部を部分的に略閉塞するように、前方に突出している。これにより、上流側から流れてくる燃焼排ガスは、略円弧状の下流側フランジ１３に沿って左右に広がりながら下流側に流れる。好ましくは、下流側フランジ１３の突出高さＨｋは、下流側フランジ１３の前方端と隣接する伝熱フィン１の裏面との間の隙間がより狭くなるように設定される。
伝熱管挿通孔１０には伝熱管９が挿入されているため、左右に分流された燃焼排ガスは、伝熱管挿通孔１０と下流側フランジ１３との間を通って下流側に流れる。そのため、図中の破線矢印に示すように、伝熱フィン１の下流領域において、伝熱管９の周囲を回り込む燃焼排ガスのガス流路が形成される。これにより、隣接する伝熱管９間から下流側に短絡して流れる燃焼排ガスを低減することができるだけでなく、燃焼排ガスの伝熱管９への接触時間を長くすることができる。
伝熱フィン１の左右方向の両側端部にはそれぞれ、伝熱フィン１の前方側に向かって折り曲げられた側壁部１９が形成されている。従って、側壁部１９は、隣接する伝熱フィン１間の間隙の左右開口部を略閉塞するように、前方に突出している。これにより、隣接する伝熱フィン１間の間隙を流れる燃焼排ガスの両側端部からの漏洩が低減される。
伝熱管挿通孔１０と下流側フランジ１３との間には、第１突出片として、伝熱フィン１の一部を切り起こすことによって形成された複数の第１切り起こしフィン４ａ，４ｂ，４ｃ（ここでは、３個）が所定の間隔で並設されている。各第１切り起こしフィン４ａ，４ｂ，４ｃは、短辺が燃焼排ガスのガス流路の方向に沿って延びるように、略長方形状に形成されている。また、各第１切り起こしフィン４ａ，４ｂ，４ｃは、下流側から上流側に向かって突出するように切り起こされている。従って、各第１切り起こしフィン４ａ，４ｂ，４ｃの下流側には、略長方形状の第１スリット５ａ，５ｂ，５ｃが形成されている。
第１切り起こしフィン４ａ，４ｂ，４ｃは、伝熱管挿通孔１０と下流側フランジ１３との間で、伝熱管挿通孔側の端部が上流側に位置するように左右方向に一定角度（ここでは、約４５度）、傾斜している。そのため、第１切り起こしフィン４ａ，４ｂ，４ｃは、第１切り起こしフィン４ａ，４ｂ，４ｃの長手方向が伝熱管挿通孔１０と下流側フランジ１３との間を流れる燃焼排ガスのガス流路と略直交するように切り起こされている。これにより、伝熱フィン１の下流領域において、第１切り起こしフィン４ａ，４ｂ，４ｃに、直接、燃焼排ガスの熱を熱伝達させることができる。また、第１切り起こしフィン４ａ，４ｂ，４ｃに燃焼排ガスが衝突することにより、燃焼排ガスの乱流化が促進される。さらに、第１切り起こしフィン４ａ，４ｂ，４ｃに衝突した燃焼排ガスが第１切り起こしフィン４ａ，４ｂ，４ｃの下流端を通過するときに渦流が形成されることにより、燃焼排ガスの乱流化が促進される。これにより、伝熱フィン１の下流領域において、伝熱フィン１上を流れる燃焼排ガスの温度境界層を分断させることができる。従って、燃焼排ガスの熱を効率的に伝熱フィン１に熱伝達させることができる。
また、図５に示すように、３つの第１切り起こしフィン４ａ，４ｂ，４ｃのうち、最下流及び最上流の第１切り起こしフィン４ａ，４ｃは伝熱フィン１の前方に切り起こされ、中央の第１切り起こしフィン４ｂは後方に切り起こされている。すなわち、複数の第１切り起こしフィン４ａ，４ｂ，４ｃは、伝熱フィン１の両面側に交互に突出するように形成されている。従って、伝熱管挿通孔１０と下流側フランジ１３との間に流入する燃焼排ガスの一部は、第１切り起こしフィン４ａ，４ｂ，４ｃの下流側の第１スリット５ａ，５ｂ，５ｃを介して、伝熱フィン１の両面側を蛇行しながら上流側から下流側に向かって流れる。それゆえ、隣接する伝熱フィン１間の間隙を流れる燃焼排ガスの混合・分離が繰り返され、燃焼排ガスの乱流化が促進される。また、燃焼排ガスが第１スリット５ａ，５ｂ，５ｃを通過するとき、第１スリット５ａ，５ｂ，５ｃの開口縁に燃焼排ガスが衝突するため、さらに燃焼排ガスの乱流化が促進される。これにより、伝熱フィン１の下流領域において、伝熱フィン１上を流れる燃焼排ガスの温度境界層を分断させることができる。
隣接する伝熱管挿通孔１０間には、第２突出片として、伝熱フィン１の一部を切り起こすことによって形成された複数の第２切り起こしフィン６ａ，６ｂ，６ｃ（ここでは、３個）が所定の間隔で並設されている。第２切り起こしフィン６ａ，６ｂ，６ｃは、上下に略水平に形成されている以外は、第１切り起こしフィン４ａ，４ｂ，４ｃと同様の突出形状を有する。従って、第２切り起こしフィン６ａ，６ｂ，６ｃは、第２切り起こしフィン６ａ，６ｂ，６ｃの長手方向が隣接する伝熱管挿通孔１０間を流れる燃焼排ガスのガス流路に略直交するように切り起こされている。これにより、伝熱フィン１の中間領域おいて、第２切り起こしフィン６ａ，６ｂ，６ｃに、直接、燃焼排ガスの熱を熱伝達させることができる。また、伝熱フィン１の中間領域おいて、第２切り起こしフィン６ａ，６ｂ，６ｃ及び第２スリット７ａ，７ｂ，７ｃによる燃焼排ガスの乱流化が促進され、伝熱フィン１上を流れる燃焼排ガスの温度境界層を分断させることができる。従って、燃焼排ガスの熱を効率的に伝熱フィン１に熱伝達させることができる。
３つの第２切り起こしフィン６ａ，６ｂ，６ｃのうち、最上流の第２切り起こしフィン６ａは、伝熱管挿通孔１０の下端よりも上方に位置し、最下流の第２切り起こしフィン６ｃは、伝熱管挿通孔１０の上端よりも下方に位置する。また、複数の第２切り起こしフィン６ａ，６ｂ，６ｃは、伝熱管挿通孔１０との距離が略同一となるように、隣接する伝熱管挿通孔１０の中心を繋いだ中心線から燃焼排ガスのガス流路の方向に離れるに従って、広幅に形成されている。これにより、第２切り起こしフィン６ａ，６ｂ，６ｃと伝熱管挿通孔１０との間に、略同一距離の隙間が形成される。
図６に示すように、第１切り起こしフィン４ａ，４ｂ，４ｃの突出高さＨ１及び第２切り起こしフィン６ａ，６ｂ，６ｃの突出高さＨ２はいずれも、下流側フランジ１３の突出高さＨｆよりも低くなるように設定されている。これにより、燃焼排ガスが隣接する伝熱フィン１間の間隙を通過するときの過度の通過抵抗の増加を抑えることができる。
伝熱管挿通孔１０と伝熱フィン１の下縁（上流側端縁）との間には、前方に向かって突出する複数の上流側突起１６（ここでは、３個）が左右方向に所定の間隔で形成されている。各上流側突起１６は、非貫通の略円錐台形状を有する。従って、上流側から流れてくる高温の燃焼排ガスが隣接する伝熱フィン１間の間隙に流入するとき、上流側突起１６に衝突する。これにより、伝熱フィン１の上流領域において、燃焼排ガスが分流されるとともに、燃焼排ガスの乱流化が促進される。また、上流側突起１６によって、伝熱フィン１の表面積が増加されるため、伝熱フィン１の上流領域において、燃焼排ガスの伝熱フィン１への接触時間を長くすることができる。なお、上流側突起１６の数や形状は、伝熱管挿通孔１０の形状や大きさに応じて適宜設定することができる。例えば、上流側突起１６は、左右方向に細長い形状を有してもよい。
上流側突起１６の前方への突出高さＨｐは、支持フランジ１１の突出高さＨｆよりも低くなるように設定されている。このため、上流側突起１６よりも下流側に位置する支持フランジ１１や伝熱管９への燃焼排ガスの接触が妨げられることもない。
上記実施の形態の燃焼装置では、複数の伝熱管９はそれぞれ、各伝熱フィン１に略直交する方向で、各伝熱フィン１の複数の伝熱管挿通孔１０に貫挿され、且つ複数の伝熱管９は、熱交換器３００内で単一の熱交換管路３３０が形成されるように接続されている。また、バーナユニット２００は、複数の燃焼領域に区分され、複数の扁平状のガスバーナ２０１は、複数の伝熱管９の並設方向と同一方向に並設されている。従って、部分燃焼が行われると、熱交換器３００内の一部の伝熱管９のみが高温に加熱される。しかしながら、上記本実施の形態の伝熱フィン１を有する熱交換器３００によれば、伝熱管９が単一段で熱交換器３００内に配設されているため、左右方向で熱交換管路３３０の折り返しが形成されない。それゆえ、複数の燃焼領域を有するバーナユニット２００で、一部の燃焼領域のガスバーナ２０１のみを燃焼させる場合でも、出口側の伝熱管９の燃焼排ガスのガス流路の上流側に位置する燃焼領域におけるガスバーナ２０１を燃焼させることにより、熱交換管路３３０内を流れる熱媒の温度の上昇・低下の繰り返しを回避することができる。
また、本実施の形態によれば、単一段で複数の伝熱管挿通孔１０が並設されている伝熱フィン１が用いられる場合でも、燃焼排ガスの伝熱管９への接触時間を長くすることができるとともに、伝熱フィン１上を流れる燃焼排ガスの温度境界層を分断させることができるから、燃焼排ガスの熱を伝熱管挿通孔１０に貫挿される伝熱管９や伝熱フィン１に良好に熱伝達させることができる。従って、燃焼排ガスにより伝熱管９内を流れる熱媒が効率的に熱交換加熱される燃焼装置を提供することができる。
図７は、伝熱フィンの他の一例を示す概略正面図である。この伝熱フィン１ａは、隣接する伝熱管挿通孔１０間に第２切り起こしフィン６ａ，６ｂ，６ｃが形成されておらず、上流側切込部２ａがフィン下端部から下流側に深く切り込まれている以外は、伝熱フィン１と同一の構成を有する。このため、伝熱フィン１と同一の構成については、同一の引用番号を付して説明を省略する。
図７に示すように、上流側切込部２ａは、上流側切込部２ａの下流端が、伝熱管挿通孔１０の上流端よりも下流側で、且つ最上流の第１切り起こしフィン４ａの上流端よりも上流側に位置するように形成されている。
このように、上流側切込部２ａを形成することにより、伝熱フィン１ａの上流領域及び中流領域において、伝熱管挿通孔１０と伝熱フィン１の上流側端縁との間の距離が略均等に形成される。従って、伝熱フィン１ａの上流領域及び中流領域で燃焼排ガスの熱が均一に伝熱フィン１ａに熱伝達される。これにより、伝熱フィン１の上流側端縁の温度を低下させることができ、伝熱フィン１の一部が高温にならず、伝熱フィン１ａの耐久性を向上させることができる。
（その他の実施の形態）
（１）上記実施の形態では、燃焼装置として給湯器が用いられている。しかしながら、燃焼装置として暖房用熱源機や貯湯式給湯システムの熱源機が用いられてもよい。
（２）上記実施の形態では、下方から上方に向かって燃焼排ガスが流れるように、熱交換器の下方にバーナユニット及びファンユニットが設けられている。しかしながら、上方から下方に向かって燃焼排ガスが流れるように、熱交換器の上方にバーナユニット及びファンユニットが設けられてもよい。この場合、上下反転させた伝熱フィンが熱交換器内に配設される。
（３）上記実施の形態では、第１及び第２突出片はいずれも、略長方形状に形成されている。しかしながら、これらの突出片は略台形状などの他の形状を有してもよい。また、第１及び第２突出片はいずれも、上方及び左右に開放するように形成されている。しかしながら、これらの突出片は、左右が塞がった所謂ルーバ形状を有してもよい。
（４）上記実施の形態では、隣接する２本の伝熱管の管端を連通させて、熱交換管路が形成されている。しかしながら、隣接する３本以上の伝熱管の管端を連通させて、熱交換管路が形成されてもよい。
（５）上記実施の形態では、第１及び第２突出片はそれぞれ、下流側に向かって突出するように形成されている。しかしながら、第１及び第２突出片はそれぞれ、上流側に向かって突出するように形成されてもよい。ただし、これらの突出片が下流側に向かって突出するように形成されていれば、燃焼排ガスがこれらの突出片の下流端から離れるときに渦流が形成されやすい。そのため、より燃焼排ガスの乱流化を促進することができる。
（６）上記実施の形態では、複数の伝熱フィンは、複数の伝熱管の並設方向が複数のガスバーナのそれと一致するように並設されている。しかしながら、複数の伝熱フィンは、複数の伝熱管の並設方向が複数のガスバーナのそれと略直交するように、水平方向に９０度回転させた状態で並設されてもよい。このような位置関係で伝熱管とガスバーナとが配設されている熱交換器でも、複数の伝熱管が複数段で配設されている熱交換器に比べて、熱媒の温度の上昇・低下の繰り返しを低減することができる。
１，１ａ 伝熱フィン
２，２ａ 上流側切込部
３ 下流側切込部
４ａ，４ｂ，４ｃ 第１切り起こしフィン
６ａ，６ｂ，６ｃ 第２切り起こしフィン
１０ 伝熱管挿通孔
１３ 下流側フランジ
１６ 上流側突起
３００ 熱交換器

Claims (6)

  1. 燃焼排ガスが流通する熱交換器内に配設される平板状の伝熱フィンであって、
    単一段で並設された複数の伝熱管挿通孔と、
    隣接する前記伝熱管挿通孔間の前記燃焼排ガスのガス流路の下流側に設けられ、前記燃焼排ガスの前記ガス流路の上流側に向かって凹むように形成された下流側切込部と、
    前記伝熱フィンの一面側に向かって突出するように前記下流側切込部の周縁に形成された下流側フランジと、
    前記伝熱フィンの両面側に交互に突出するように前記伝熱管挿通孔と前記下流側フランジとの間に形成された複数の第１突出片と、を備え、
    前記複数の第１突出片はそれぞれ、前記燃焼排ガスの前記ガス流路の下流側のみに向かって突出するように、前記伝熱フィンの一部を前記燃焼排ガスの前記ガス流路の前記下流側から上流側に向かって切り起こして形成された第１切り起こしフィンからなり、
    前記各第１切り起こしフィンの前記燃焼排ガスの前記ガス流路の前記下流側にのみ、前記燃焼排ガスが流通する第１スリットが開口している伝熱フィン。
  2. 請求項１に記載の伝熱フィンは、さらに、
    前記伝熱フィンの前記両面側に交互に突出するように隣接する前記伝熱間挿通孔間に形成された複数の第２突出片を備え、
    前記複数の第２突出片はそれぞれ、前記燃焼排ガスの前記ガス流路の前記下流側のみに向かって突出するように、前記伝熱フィンの一部を前記燃焼排ガスの前記ガス流路の前記下流側から前記上流側に向かって切り起こして形成された第２切り起こしフィンからなり、
    前記各第２切り起こしフィンの前記燃焼排ガスの前記ガス流路の前記下流側にのみ、前記燃焼排ガスが通過する第２スリットが開口している伝熱フィン。
  3. 請求項２に記載の伝熱フィンにおいて、
    前記第１切り起こしフィンは、前記伝熱管挿通孔と前記下流側フランジとの間を前記上流側から前記下流側に向かって通過する前記燃焼排ガスの前記ガス流路に略直交するように切り起こされており、
    前記第２切り起こしフィンは、隣接する前記伝熱管挿通孔間を前記上流側から前記下流側に向かって通過する前記燃焼排ガスの前記ガス流路に略直交するように切り起こされている伝熱フィン。
  4. 請求項２または３に記載の伝熱フィンにおいて、
    前記下流側フランジは、前記複数の第１切り起こしフィン及び前記複数の第２切り起こしフィンよりも高い前記伝熱フィンの前記一面側の突出高さを有する伝熱フィン。
  5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の伝熱フィンは、さらに、
    前記伝熱フィンの前記一面側に突出するように前記伝熱管挿通孔と前記伝熱フィンの上流側端縁との間に形成された上流側突起を有する伝熱フィン。
  6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の伝熱フィンは、さらに、
    隣接する前記伝熱管挿通孔間の前記燃焼排ガスの前記ガス流路の上流側に設けられ、前記燃焼排ガスの前記ガス流路の下流側に向かって凹むように形成された上流側切込部を備える伝熱フィン。
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