JPS6199099A - 乱流化装置及びこれを用いた熱交換器 - Google Patents

乱流化装置及びこれを用いた熱交換器

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JPS6199099A
JPS6199099A JP60234396A JP23439685A JPS6199099A JP S6199099 A JPS6199099 A JP S6199099A JP 60234396 A JP60234396 A JP 60234396A JP 23439685 A JP23439685 A JP 23439685A JP S6199099 A JPS6199099 A JP S6199099A
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strip
heat exchanger
band
tube
slit
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JP60234396A
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デニス アール ヒユージス
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AO Smith Corp
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AO Smith Corp
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23MCASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M9/00Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/12Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S165/00Heat exchange
    • Y10S165/51Heat exchange having heat exchange surface treatment, adjunct or enhancement
    • Y10S165/529Heat exchange having heat exchange surface treatment, adjunct or enhancement with structure for promoting turbulence and/or breaking up laminar flow adjacent heat transfer surface
    • Y10S165/53Conduit insert

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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Details Of Fluid Heaters (AREA)
  • Air Filters, Heat-Exchange Apparatuses, And Housings Of Air-Conditioning Units (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は熱交換器、特に乱流化構成を有する改良された
熱交換器に関する。
従来の技術 従来のガス燃焼湯沸し酉ではガスバーブがタンクの下側
ヘッドの下に位置し、燃料によるバーナの廃ガスが上方
に向ってタンク内を貝いて延在する−又は複数の煙道を
通過覆る。この構成では熱は下側バーナからヘッドを介
してタンク内の水に伝達されるとβ1時に煙道を通る廃
ガスからも水に伝達される。
湯沸し器の効率を向上さける試みでは湯沸し器はタンク
手側部分内部に水と直接接触して位置1Jる囲まれた燃
焼室を有するように構成された。この形の湯沸し器では
燃焼室からの廃ガスはタンク内に別に位置する熱交換器
を通過し、その結宋廃ガスから余分に熱が水に伝達され
る。廃ガスは熱交換器を通る際冷却されて実質的なWの
凝縮物を生じるが、典へ!的な水中V湯沸し器で(よ凝
縮物は捕集器に送られ、凝縮物1−ラップから摺出され
る。
v)作動率を向1さUるには熱交換お管内に乱流を起こ
1のが好ましい。これは乱流が熱交換速度を増加させる
ためであるが、これに従って水蒸気の凝集速度も増す。
凝集過程は発熱過程なので凝集により生じた熱を利用J
ることでさらに動性効率を向上できる。
熱交換器管内に乱流を起こすには種々の形のバッフルな
いし乱流化装置が用いられる。バッフルあるいは乱流化
装置は乱流を増大して/J望ましくない背1モを生じて
はならず、また過酷な環境条件に耐えるしのぐなくては
ならない。例えば、熱交換器の入口では廃ガスの温度は
130b” Fの範囲であり、ガスは乾いている。しか
じ熱交換器の1ζ流端では温度は実質的により低いが乱
流化装置は酸性凝縮物に暉される。かくて乱流化装置は
高い乾いたg温条件にも酸性環境にも耐え得るものでな
ければならない。
さらに乱流化装置は熱交換器管内にしっかりと取(it
 IJられると同時に、保守あるいは交換のため容易に
除去できるものでなければならない。
問題点を解決するための手段 本発明は特に湯沸し器用加熱E[ニット用の1′i現な
乱流化構造を含む熱交換器を提供することを[1的とす
る。本発明では乱流化装置は略平坦な金属帯J、り形成
され、帯の幅の半分以上にわたって延在し、基部で柊る
複数の横断スリットを有する。
各スリットを隔てる略三角形の部分ないしタブ(よ外り
へ折曲げられ、その結東タブは帯に対して直角に配設さ
れ、イの際各スリットを隔てる一のタブは帯の一の側か
ら横向きに延在し、そのスリットを隔てる他のタブは帯
の反対の側から横向きに延右される。タブは帯を縦に切
る面に対して約45°の角度で位置する。
乱流化装置を熱交換器管内に固定するため乱流化装置の
端部はスリット基部の回りで約25°ないし35°の角
度で析曲げ、又は捩られている。
折曲げられた端部は帯両端が内接する円の半径方向り外
側へ延右し、従って管にしっかりと係合し乱流化装置は
管内に保持される。しかし乱流化装置は保守又は交換の
ため管から容易に除去し17る。
本発明になる乱流化装置は熱交換iA内のガス流れの乱
流を実質的に増し、従って熱伝達を増大し、また凝集と
それに伴う加熱動作の全体的効率の白土をもたらすもの
である。
乱流化装置は甲一の金属帯から打法加工することで簡単
・安1+Ili 1.:構成し1qる。
端部を折曲げることにより乱流化装置は熱交換器内にし
っかりと保持されるが、昨叩あるい1よ交換のため容易
に除去し得る。
他の目的及び利点は以下の説明より明らかとなろ)。
実施例 第1図は本発明による熱交換ユニットを有Jる湯沸し器
1を示す。図で熱交換器は湯沸し器と協働覆るように示
しであるが熱交換器は他にも熱交換室内を流れる熱交換
流体の乱流を増すのが望ましい別の用途にも用いIJる
第1図に承り如く、湯沸し器I G、L加熱せんとりろ
水が入れられる耐腐蝕性タンク2を含む。タンク2はガ
ラス被覆された鋼で形成するのが望ましい。タンク2を
囲んで外側ジレケット3が設けられ、絶縁層4がジャフ
ット3とタンク2との間に配設される。
加熱ゼんとづろ水はタンク底部に位iする人口5より導
入され、加熱された水はタンク上部に位置する出口6よ
り取出される。
燃焼ユニット7はタンク5部内側に設けられタンク内の
水を加熱する。m焼ユニット7はタンク中に開口部を画
成するタンク2外面に固定された取付板8を含んでいる
。燃焼室を形成する管状部材9は取付板8に固定されタ
ンクな横切っ゛(水平に延在りる。、管状部材9内端は
端数10中の開口部内に取(Jけられ、熱交換ユニット
11は端板10と取付板8との間に接続され管状部材9
の下側に配設される。
第1図に示1如く、熱交換器11は管状部材9の下側部
分の回りに円周状に延在り“る熱交換器の管巣12を含
む。
放射バーナ13が燃焼Tに同心円状に取付りられ、混合
気を燃焼し、燃焼廃ガスが管状部材9の外端を外側に流
れ、偏向板14により下方に偏向され熱交換器12の外
端に導かれる。この構成では熱が燃焼室からタンク中の
水に伝達されると同時に余分の熱が熱交J5I!器管1
2を流れる燃焼廃ガスからタンク中の水に伝達される。
混合気は供給管15を介して放射バーナ13に供給され
、供給管外端は送風機16の出口に接続される。図示し
ないガス入口管らまた供給管15に接続してもよく、そ
の結果空気及びガス又は燃料の混合気は管15を通って
放射バーナ13に供給される。i12合気は放射バーナ
を通過し、バーナ外側表面で図示しないが標準的な点火
装置により点火される。
燃焼ガスの熱交換器管12中での冷却により実質的な串
の凝縮物がタンク2外側に取付けられた捕集器18に集
められる。捕集器18は熱交換器管12の内端ないし下
流端と連通ずる。捕g、器18には廃ガスを人気中へ導
く煙道19に接続された出口・が設けられる。
捕集器18にはまた凝縮物を適当なドレインへ排出する
が廃ガスの人気中へのM出は阻止り゛る凝縮物トラップ
20を設けてもよい。
本発明では乱流化装置21が熱交換器管12の各々に取
付(Jられる。第2及び第3図よりわかるように各乱流
化装置??21は金属帯、好ましくは310ステンレス
スヂールよりなる。乱流化装「iには第6図に承り如く
帯の幅の半分以トにわたり延在する複数の横断スリット
22が形成される。
各スリット22は基部23で終る。
各スリット22を隔てる略三角形のタブ24及び25が
帯に対して約90°の角度で外方へ折曲げられる。三角
形タブ24は帯から一の方向へ外向きに延在するがタブ
25は帯から逆の方向へ外向きに延在する。第2及び第
6図に示す如く、三角形タブ24及び25は線帯を横切
って延在しスリット22を通って延在する而に対して約
45゛の角度で配設されている。
乱流化装置を管12内に固定し、かつ乱流化装置を保守
あるいは交換の11め取外し得るようにするため26で
示した各乱流化装置の端部はスリット22の基部23a
の回りで折曲げないし捩られている。端部26は約25
°ないし30°、好ましくは約30°の角度で捩られて
いる。折曲げは5A部23aに対してなされ、基部23
aは帯幅の中点に位置しでいないため、端部26の先端
は帯21の端部に外接する円の外に突出する。帯が管1
2内に挿入されるrIA端126の付勢効果が乱流化装
置を管内に保持し、従って乱流化装置は加熱リイクルの
間管内で縦方向に動いたりはしない。
折曲げられた端部はまた振動や熱交換器の傾斜などに起
因づる乱流化装置の運動を防止する。
本発明による乱流化装γは単一の金属帯から打抜かれる
ので簡単かつ安価な構成である6端部を折曲げたため乱
流化装置は管内にしっかりと保持され、かつ保守及び修
理のために容易に交換も可能である。
傾いて延在するタブ24及び25の効果により、管内を
流れるガスの乱流は著しく流れを制約してやらずども非
常に増加され、もっと熱伝達が増大し、加熱動作の全体
的効率が向上する。
乱流化装置は310ステンレススチールにより′gJa
するのが好ましく、これは熱交換器の上流端で加えられ
る高温に耐え得ると同時に熱交換下流端で遭遇Jる腐食
環境にら耐え得るものである。
上述の如く、本発明は特に湯沸し器用燃焼ユニットのた
めの熱交換器を提供する。熱交換器は湯沸し器タンク内
に加熱せんとする水と接して略平行に配設され/j複数
の管を含み、燃焼の廃ガスが熱交換器管を通過する。各
管内には乱流化装置が配設され、廃ガスからタンク中の
水への伝達を増大させる。各乱流化装置は略平坦な金属
帯より形成され、帯の幅の半分以上にわたり延在し、基
部で終了する複数の横断スリットを有する。各スリット
を隔てている略三角形状の部分ないしタブが外向きに折
曲げられ、これらタブは帯に対して略直角に配設される
。各スリットを画成するーのタブは帯の一の側から横向
きに延在し、このスリットを画成する他のタブは帯の反
対側から横向きに延在する。帯の端部はスリット基部に
対し端部が帯の残りの部分に対して約に30”の角度に
なるある位置まで折曲げられる。折曲げられた端部によ
り帯は熱交換窩内にしっかりと係合されることが可能に
なり、その結束、乱流化装置は使用中位置ずれを生じる
ことなく、かつ保守及び交換のために容易に除去し得る
本発明は特許請求の範囲の中で発明として特に指摘し明
確に請求した要骨の範囲内で種々の実施態様が可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による熱交換器を右する湯沸し器の概略
図、第2図tよ乱流化装置の斜視図、第33図は乱流化
装置を右づ−る熱交換器管の縦断面図、第4図は第3図
中の線4−4に沿う断面図、第5図は第3図中の線5−
5に沿う断面図、第6図は乱流−化装置の部分的拡大図
である。 1・・・湯沸し器、2・・・タンク、3・・・ジャケッ
ト、4・・・絶縁層、5・・・入口、6・・・出口、7
・・・燃焼ユニット、8・・・取イ1板、9・・・管状
部材、10・・・端板、11・・・熱交換器、12・・
・熱交換管束、13・・・バーナ、14・・・偏向板、
15・・・供給管、16・・・送風源、1B・・・捕集
器、19・・・煙道、20・・・凝縮物トラッI、21
・・・乱流化装置、22・・・スリット、23゜23a
・・・基部、24.25・・・タブ、26・・・端部。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)内部に乱流化装置が自在に配設される略円筒形管
    である熱交換器であって、該乱流化装置は略平坦な金属
    帯よりなり、該金属帯は側縁から帯幅の半分以上にわた
    り延在し、基部で終了する複数の離間したスリットと、
    帯に対して略直角に配設され、各スリットを画成する一
    の縁部が帯の一の側から横向きに延在し、該スリットを
    画成する他の縁部が該帯の反対側から横向きに延在する
    、各スリットを画成する該帯の略三角形縁部と、スリッ
    ト基部から帯の対応する端部まで延在し、帯の残りの部
    分に対して鋭角で配設され、該管としっかり係合し、乱
    流化装置を該管内に保持する帯端部とを有することを特
    徴とする熱交換器。
  2. (2)該鋭角は25°ないし30°の範囲である特許請
    求の範囲第1項記載の熱交換器。
  3. (3)該金属帯は310ステンレススチールで形成され
    る特許請求の範囲第1項記載の熱交換器。
  4. (4)内部に乱流化装置が自在に配設される略円筒形管
    である熱交換器であって、該乱流化装置は略平坦な金属
    帯よりなり、該帯は該帯の長手面に対して実費的に直角
    に突出し、各々の面が帯の対向する長手縁に対して垂直
    な横断面に対してある角度をもって配設されたタブと、
    それぞれの横断面に対して逆に配設された面を有する別
    のタブと、スリット基部から帯の対応する端部まで延在
    し、帯の残りの部分に対して鋭角で配設され、該管とし
    っかり係合し、乱流化装置を該管内に保持する帯端部と
    を有することを特徴とする熱交換器。
  5. (5)該鋭角は25°ないし35°の範囲である特許請
    求の範囲第4項記載の熱交換器。
  6. (6)熱交換器管用乱流化装置であって、略平坦な金属
    帯よりなり、該帯は該帯の長手面に対して実質的に直角
    に突出し、各々の面が帯の対向する長手縁に対して垂直
    な横断面に対してある角度をもって配設されたタブと、
    それぞれの横断面に対して逆に配設された面を有する別
    のタブと、スリット基部から帯の対応する端部まで延在
    し、帯の残りの部分に対して鋭角で配設され、該管とし
    っかり係合し、乱流化装置を該管内に保持する帯端部と
    を有し、該折曲げられた端部の横方向外端は該帯の該残
    りの部分の横方向端部に外接する円から外方へ突出して
    いることを特徴とする乱流化装置。
JP60234396A 1984-10-18 1985-10-18 乱流化装置及びこれを用いた熱交換器 Pending JPS6199099A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/662,346 US4577681A (en) 1984-10-18 1984-10-18 Heat exchanger having a turbulator construction
US662346 1984-10-18

Publications (1)

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EP (1) EP0181711B1 (ja)
JP (1) JPS6199099A (ja)
AT (1) ATE41053T1 (ja)
CA (1) CA1262457A (ja)
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