JPH06229694A

JPH06229694A - 給湯器の熱交換器

Info

Publication number: JPH06229694A
Application number: JP1661993A
Authority: JP
Inventors: Junichi Ishikawa; 順一石川; Yoshinori Kawasaki; 義則川崎; Mikio Ochi; 幹夫越智; Hiroshi Miura; 宏三浦; Masahiro Hattori; 政弘服部
Original assignee: NIPPON UPRO KK; Toto Ltd; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: NIPPON UPRO KK; JFE Steel Corp; Toto Ltd
Priority date: 1993-02-03
Filing date: 1993-02-03
Publication date: 1994-08-19

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、上段と下段に配設された吸熱管に
おける吸熱割合を調整可能とし、熱交換器の結露現象
や、過大な熱応力発生による吸熱管の亀裂発生を防止し
た給湯器の熱交換器に関するものである。【構成】熱交換ドラム(1) の内部に、多数の吸熱フィ
ン(2) を互いに一定間隔を保持して縦方向に並設収納
し、該フィン(2) には上段と下段とに吸熱管(3) を折り
返し蛇行しながら貫通接合せしめてなる熱交換器におい
て、上段吸熱管(3a)と下段吸熱管(3b)とが互いに隣接す
る吸熱管同士の間に位置して、吸熱フィン(2) に遮熱孔
(4) を穿設してなる給湯器の熱交換器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、上段と下段に配設され
た吸熱管における吸熱割合を調整可能とし、熱交換器の
結露現象や、過大な熱応力発生による吸熱管の亀裂発生
等を防止した給湯器の熱交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内部に燃焼ガス通路を形成した加熱胴
に、多数の吸熱フィンを挿通した複数の吸熱管を配した
熱交換器において、昨今の技術課題として、特に、上段
側と下段側に配置された吸熱管の吸熱割合を調整するこ
とが難しく、フィンの局部的な排ガス温度低下による熱
交換器の結露発生や、吸熱管同士の熱膨張差による過大
な熱応力発生で吸熱管の亀裂に至る等の問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、熱交換器構
造に関する技術としては、特開昭61-6592 号公報に記載
された以下の内容のものがある。

【０００４】すなわち、一定間隔で並べられ、その間を
気流が流動する平板フィンと、前記平板フィンに直角に
挿入され、内部を流体が流動する吸熱管とからなり、前
記平板フィンの気流上流側の吸熱管列間に多数の孔を有
する切り起しを平板フィンに対して垂直に設けたフィン
付熱交換器に関するものである。

【０００５】しかし、上記技術は、吸熱管列間の孔と切
り起こしとが協働して空気側熱伝達率を向上させ、熱交
換器の小型高性能化を図るものであり、上記したフィン
の局部的な温度低下や、吸熱管同士の熱膨張差という課
題を解決するものではなかった。

【０００６】本発明は、上記の課題を解決することがで
きる給湯器の熱交換器を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本考案は、熱交換ドラム
の内部に、多数の吸熱フィンを互いに一定間隔を保持し
て縦方向に並設収納し、該フィンには上段と下段とに吸
熱管を折り返し蛇行しながら貫通接合せしめてなる熱交
換器において、上段吸熱管と下段吸熱管とが互いに隣接
する吸熱管同士の間に位置して、吸熱フィンに遮熱孔を
穿設してなる給湯器の熱交換器を提供するものである。

【０００８】また、本考案は、以下の内容にも特徴を有
するものである。すなわち、遮熱孔は、上段吸熱管と下段吸熱管の相対する方向
で、下段吸熱管の外周方向に位置するように形成して配
設していること、遮熱孔は、上段吸熱管と下段吸熱管の相対する中途部
に位置するように配設していること、および、遮熱孔は、形状が円孔、正方形、長方形あるいは半円
弧状に形成していることにも特徴を有する。

【０００９】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づき詳説すれば、
本発明の熱交換機Ａの基本構造としては、図１に示すよ
うに、略方形筒状の熱交換ドラム１と、同熱交換ドラム
１内部に配した、複数枚の吸熱フィン２と、同フィン２
を貫通した複数の吸熱管３からなる。

【００１０】吸熱管３は、給水管７と出湯管５との間に
設けられており、給水管７の側から熱交換ドラム１の下
部外周面に巻回し、次いで同ドラム１の上部内部を、フ
ィン２を垂直に貫通して蛇行状に往復しており、熱交換
器Ａ下部に載置した燃焼筒から供給される燃焼ガスおよ
び燃焼ガスにより加熱されたフィン２によって同吸熱管
３内部を流れる水を加熱し、熱湯を出湯管５から給湯機
の外部に吐出するようにしている。

【００１１】さらに、図２に示すように、本実施例で
は、吸熱管３は、フィン２を貫通する際に上下２段に配
置された上段吸熱管3aと下段吸熱管3bとからなり、それ
ぞれ互い違いに配列されていると共に、上段吸熱管3aの
最外側の吸熱管が、下段吸熱管3bの最外側の吸熱管より
も熱交換ドラム１内方に位置するように配置されてい
る。

【００１２】また、吸熱フィン２は、金属製の板状体か
らなり、熱交換ドラム１内部に多数の吸熱フィン２を互
いに一定間隔を保持して並設収納し、同フィン２の両側
端部は、ドラム１の内側壁に接合されている。また、フ
ィン２の下縁部は下段吸熱管3bの外周に沿った形状とし
ている。

【００１３】熱交換ドラム１の上縁部には、図１に示す
ように、同ドラム１と同形の排気室Ｂの下縁部が載置さ
れており、ビス６により固定されている。

【００１４】上記基本構造を有する熱交換器Ａにおい
て、本発明では、上段と下段の吸熱管の吸熱割合を調整
するために、上段吸熱管3aと下段吸熱管3bとが互いに隣
接する吸熱管同士の間に位置して、吸熱フィン２に遮熱
孔４を穿設したことを特徴的な構成とする。

【００１５】たとえば、図２に示すように、遮熱孔４
は、隣接する上段吸熱管3aと下段吸熱管3bの中途部に位
置し、矩形状の孔を形成する長辺が吸熱管側に面するよ
うに穿設されている。本考案では、上段吸熱管3aと下段
吸熱管3bとが互い違いになるように配列されているの
で、互い違いに隣接する上段吸熱管3aと下段吸熱管3bと
の間に遮熱孔４が設置される。

【００１６】この遮熱孔４を設けたことによる吸熱フィ
ン２における熱分布の変化について以下に説明する。

【００１７】まず、隣接する上段吸熱管3aと下段吸熱管
3bとの中途部にあたる吸熱フィン２部分において、それ
ぞれの吸熱管3a,3b の周縁は、吸熱管内部に水が流れて
いるため温度が低くなっている。そして、それぞれの吸
熱管3a,3b から離れるにつれて、吸熱フィン２部分の保
有熱が増えるため、隣接する吸熱管3a,3b 同士の中途部
の吸熱フィン２部分は、中央部が高くそれぞれの吸熱管
に向かって次第に低くなっていく温度勾配を形成してい
る。

【００１８】この、吸熱フィン２の保有熱は、従来は、
上段吸熱管3aおよび下段吸熱管3bの双方に伝わって放熱
されていた。

【００１９】しかし、前記した遮熱孔４を上段吸熱管3a
および下段吸熱管3bとの中途部に穿設し、しかも、同遮
熱孔４は、下段吸熱管寄りに設けることによって、熱量
の多い吸熱フィン中央部の保有熱と、中央部から上段吸
熱管にかけての部分の保有熱は、上方に伝わって上段吸
熱管3aに吸熱されるか、あるいは、下方に伝わって遮熱
孔４より放熱されることになる。そして、遮熱孔４から
下段吸熱管3bにかけての部分の保有熱は、下方に伝わっ
て下段吸熱管3bに吸熱される。

【００２０】したがって、下段吸熱管3bに吸熱される熱
量が減少するため、これにより、上段吸熱管3aと下段吸
熱管3bとの吸熱割合の差が少なくなって、フィン２内の
局部的な排ガス温度低下による結露現象や、過大な熱応
力発生による吸熱管の亀裂発生が防止できるものであ
る。

【００２１】次に、同遮熱孔４の位置、形状について詳
しく説明する。

【００２２】まず、遮熱孔４の配設位置は、図２に示し
たように、上段吸熱管3aと下段吸熱管3bの相対する中途
部に位置するように配設するか、あるいは、図３に示す
ように、上段吸熱管3aと下段吸熱管3bの相対する方向
で、下段吸熱管3bの外周方向に位置するように形成して
もよい。

【００２３】さらに詳しくは、遮熱孔４の位置は、図４
に示すように、上段吸熱管3aと下段吸熱管3bとの隣接す
る吸熱管同士の外接する直線内の距離Ｄの範囲内に設け
る。

【００２４】この範囲内に遮熱孔４を設けることによっ
て、吸熱管同士の間の保有熱の吸熱管における吸熱割合
を調整することができる。

【００２５】また、遮熱孔４は、上段吸熱管3aからの距
離ｄよりも下段吸熱管3bからの距離ｂの方が短くなるよ
うに穿設する。これは、前述したように、下段吸熱管3b
への入熱を減少させ、上段吸熱管3aへの入熱を増加させ
て吸熱管3a,3b の吸熱割合を調整するためである。

【００２６】さらに、遮熱孔４を中途部に配設する場合
の遮熱孔４の形状は、正方形、長方形等の矩形状以外に
も、図５に示す丸孔状、図６に示す半円弧状等さまざま
な形状とすることができる。

【００２７】遮熱孔４を矩形状とした場合について、さ
らに位置、形状を詳しく言えば、矩形状形状の各辺の長
さは、図４に示すように、長辺の長さａは、目標とする
吸熱バランスによって、適宜設定される。短辺の幅ｃ
は、フィン面積の減少による熱効率低下の影響がなく、
かつ製作上問題のない0.5 〜2.0mm 程度が好ましい。遮
熱孔４の下段吸熱管3bからの距離ｂは、吸熱管３とフィ
ンをロー付けする際に適正値より小さいと、遮熱孔４に
ロー材が流れ込んで閉塞される。また、適正値以上とす
ると、吸熱管３への入熱調整が困難となるため、１〜３
mm程度が好ましい。

【００２８】次に、本発明の熱交換器Ａのフィン２にお
ける温度分布を図７に示す。

【００２９】図７に示したように、従来の熱交換器（図
７のｄ）においては、図２に示す吸熱フィンの高位置の
高さＨにおける温度が低く、結露の発生域に入ってお
り、また、高位置と低位置との温度差が大きかった。

【００３０】しかし、本発明の熱交換器Ａ（図７のｅ）
においては、従来に比較して、吸熱フィンの高位置の高
さＨにおける温度が上昇し、低位置における温度との差
が、従来の熱交換器と比較して50％も少なくなった。

【００３１】また、吸熱フィン高さの高位置における温
度が結露発生域よりも高くなったため、吸熱フィンにお
ける結露現象を防止できることが確認された。

【００３２】

【発明の効果】本発明では、熱交換ドラムの内部に、多
数の吸熱フィンを互いに一定間隔を保持して縦方向に並
設収納し、該フィンには上段と下段とに吸熱管を折り返
し蛇行しながら貫通接合せしめてなる熱交換器におい
て、上段吸熱管と下段吸熱管とが互いに隣接する吸熱管
同士の間に位置して、吸熱フィンに遮熱孔を穿設してな
る給湯器の熱交換器に関するものであり、同遮熱孔を設
けたことによって、上段吸熱管と下段吸熱管への入熱量
を容易に調整することができ、これにより、フィン中の
局部的な排ガス温度低下による結露現象や、吸熱管同士
の著しい温度差による過大な熱応力発生による吸熱管の
亀裂発生を防止することができる。

【００３３】本発明の熱交換器によれば、熱交換器の耐
久性および安全性を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱交換器構造を示す斜視図。

【図２】吸熱フィンにおける吸熱管と遮熱孔との配置を
示す説明図。

【図３】遮熱孔の位置を示す説明図。

【図４】遮熱孔の位置を示す説明図。

【図５】遮熱孔の位置を示す説明図。

【図６】遮熱孔の位置を示す説明図。

【図７】縦軸に吸熱フィン高さを、横軸に吸熱フィン温
度をとり、従来の熱交換器(d)と本発明の熱交換器(e)
の吸熱フィンの温度分布を示すグラフ。

【符合の説明】

１熱交換ドラム２吸熱フィン３吸熱管３ａ上段吸熱管３ｂ下段吸熱管４遮熱孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石川順一兵庫県神戸市東灘区魚崎浜町43番１号日本ユプロ株式会社内 (72)発明者川崎義則兵庫県神戸市東灘区魚崎浜町43番１号日本ユプロ株式会社内 (72)発明者越智幹夫兵庫県神戸市東灘区魚崎浜町43番１号日本ユプロ株式会社内 (72)発明者三浦宏兵庫県神戸市東灘区魚崎浜町43番１号日本ユプロ株式会社内 (72)発明者服部政弘兵庫県神戸市東灘区魚崎浜町43番１号日本ユプロ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱交換ドラム(1) の内部に、多数の吸熱
フィン(2) を互いに一定間隔を保持して縦方向に並設収
納し、該フィン(2) には上段と下段とに吸熱管(3) を折
り返し蛇行しながら貫通接合せしめてなる熱交換器にお
いて、上段吸熱管(3a)と下段吸熱管(3b)とが互いに隣接する吸
熱管同士の間に位置して、吸熱フィン(2) に遮熱孔(4)
を穿設してなる給湯器の熱交換器。
【請求項２】遮熱孔(4) は、上段吸熱管(3a)と下段吸
熱管(3b)の相対する方向で、下段吸熱管(3b)の外周方向
に位置するように形成して配設してなる請求項１記載の
給湯器の熱交換器。
【請求項３】遮熱孔(4) は、上段吸熱管(3a)と下段吸
熱管(3b)の相対する中途部に位置するように配設してな
る請求項１記載の給湯器の熱交換器。
【請求項４】遮熱孔(4) は、形状が円孔、正方形、長
方形あるいは半円弧状に形成してなる請求項３記載の給
湯器の熱交換器。