JPS6229892A - フイン付伝熱管群からなる熱交換器 - Google Patents

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、省エネルギーの一つの手段として、例えば排
ガスの持つ熱エネルギーを液体の加熱に利用する排ガス
エコノマイザとして使用される熱交換器に関するもので
ある。

従来の技術 このような熱交換器には第１６図〜第１８図で示すフィ
ン付伝熱管エレメント−がよく使用されている。すなわ
ち矩形平板状の多数のフィン０υを、第１流体に）を流
す円管状の伝熱管灸の１本毎に、これらフィンｃ３漫の
平面が管軸心（８８ａ）に対して直交する状態で該管軸
心（８８ａ）の方向に多数取付けて構成している。そし
てフィン付伝熱管エレメント■を、第１９図に示すよう
に前記フィン６υの平面が第２流体曽の流れ方向に平行
になるように、ケーシング（７）内の横断面全面に亘る
ように、また第２流体■の流れ方向に複数段または複数
列し得るように配設すると共に、各伝熱管ａを１本づつ
Ｕベンド管（ト）を介して溶接接合してフィン付伝熱管
群−を形成していた。そして例えば第１９図に示すよう
に、２群のフィン相伝熱管ａＣＷ＊連結管（ト）で接続
してチューブネストを形成し、このチューブネストをケ
ーシング輿内に取付けて熱交換器−を製作していた。こ
のように従来では、各フィン付伝ＭＷエレメント（７）
のフィンＣＤは、平板で且つ各伝熱管端の１本づつにそ
れぞれ取イ」けた構造であつｔこ　。

発明が解決しようとする問題点 近年、プロセスの省エネルギー化が進んだ結果、プロセ
スから排出される排ガス（第２流体）の持つ熱エネルギ
ーは減少の傾向にあるが、他方では、いっそうの省エネ
ルギー化の観点から、排ガスからできるだけ多く熱エネ
ルギーを回収することが要請されている。排ガスエネル
ギーの減少にも拘わらず排熱回収率を向上させるという
要求を満足するためには、従来のフィン相伝熱管エレメ
ント拗で熱交換器順を構成したとき、この熱交換器−の
寸法は必然的に非常に大きくなり、したがって重量も大
きくなり、しばしば据付上の制約を生するのみならず、
コストか高くなるという問題があった。これらの問題を
ＱＭするためには、フィンＯυと伝熱管Ｂ（との溶接に
よる接合面積をできるだけ大きくすると共に、溶接を完
全に行なうことか必要である。従来、この神のフィンＣ
υの接合には抵抗溶接法か利用されていたが、この場合
、同一平面内のフィン９ｖの間に一定の１ハ］隙を必要
とすることから、フィン６υと伝熱管役との接合面積は
必然的に少なくなり、また、しはしは見掛けの接合に対
し実質的な接合面積か少なく、さらに抵抗溶接の設備費
、ｍ力費か高く、従って製造原価か高くなるなどの問題
かあった。またフィン相伝熱管エレメント−は、上下方
向で隣接するフィン６υ間に切口端が生じていることか
ら、第２流体例の一例である排ガスかフィン１．３υの
上流側切目端（ａｌａ）に衝突してガス抵抗となる。さ
ら蚤こ下流側切目端（＋３１ｂ）にすすなどが付着し易
いことになる。しかも従来のフィン付伝熱管エレメント
−幻の製造方法においては、フィンｃｌυを一対づつ伝
熱管役に接合していくので非常に手間を要していた。ま
た、このようにして製作したフィン相伝熱管エレメント
策をフィン付伝熱管群（至）に組み立てるには、第１９
図に示すように、伝熱管−を１本づつＵペント管、弼で
溶接、接合しなければならず、手間がかかるうえに、こ
の溶接部がしばしば破損の原因となっていた。また従来
は、このようにして組み立てたフィン相伝熱管！Ｉｌ￥
端をケーシング（７）内に配設するためには、排ガスか
漏れないようにフィン付伝熱管群□□□を支持金具値υ
を介して該ケーシングｑに取付けていた。さらにフィン
付伝熱管エレメント（ト）の強度は伝熱管役で受けもつ
ことから、組込みの際に多数の支持構造や補強構造が必
要となり、またフィン付伝熱管群端の外側に別のケーシ
ング（７）が形成されているため、熱交換器Ｉの大型化
、コストアップ化の原因となっていた。

本発明の目的とするところは、排熱回収率を高めて熱交
換器の容爪、寸法、重量やコストを節減すると共に、伝
熱管へのフィンの取付けの手間の削減、およびフィン付
伝熱管エレメントを組み立てる際の伝熱管どうしのＵベ
ント管による溶接・接合の不要化、ブロック式組立ての
可能化、ケーシング削減や取付は金具の省略などによる
工数とコストの節減、さらには排ガスの流れ抵抗損失を
減少させ、すすの堆ｉ云も防止しｔＵる熱交換器を提供
する点にある。

間し点を解決するための手段 上記目的を達成下るために本発明のフィン付伝熱管群か
らなる熱交換器は、第１流体を流す伝熱管を、あらかじ
め１工レメント単位で複数の折れ曲り都営もった蛇行状
に曲げ成形しておき、そして伝熱管の直管部の全スパン
に亘って、その外周間にまたがって一対の半割フィンの
結合体からなるフィンを溶接により取付けると共に、こ
のフィンを管軸心方向に多数並列してフィン付伝熱管エ
レメントを形成し、このフィン付伝熱ｉ１エレメントを
、フィンの面が第２流体の流れの方向に平行になるよう
に複数配列してフィン付伝熱管群を形成し、そして外側
フィン間に第２流体か流ｒＬ出ないようにシール部材を
取付けてフィン付伝熱管ブロックを構成し、このフィン
付伝熱管ブロックを、熱交換量か多い場合は複数段連結
し、フィン付伝熱管ブロックの第２流体出入口を取付け
て熱交換器を構成するようにしている。

作用 上記の本発明構成によると、フィンは複数の伝熱管の外
周間にまたがって切目か生することなく取付は得、また
フィンは半割フィンの結合体であることから伝熱管への
取付けは容易に行なえる。

またフィンを取付けたあと、伝熱管をＵベント管によっ
て一々溶接接合する必要はなく、あらかじめ伝熱管を曲
げ加工しておけばよいから、手間がかからないうえに、
強度的にも極めて有利である。

さらに外側のフィン間にシール部材を取付けることによ
り、外側のフィンを熱交換器のケーシングに兼用し得る
と共に、シール部材とにより熱交換器の外壁面を形成す
る。

実施例 以下に本発明の一実施例を第１図〜第８図に基づいて説
明する。

第１図、第２図において（１）は熱交換器本体で、下部
に第２流体入口（２）を有すると共に上部に第２流体出
口（３）を有し、第２流体（４）を下部から上部へ流す
ように構成しである。この熱交換器（１）に内蔵される
フィン付伝熱管群（５）は、小数または複数ブロックか
らなり、この実施例では上部ブロックと下部ブロックと
に分けている。これらフィン付伝熱せＢ￥（５）は、直
管をあらかじめ蛇行状に曲げ加工した伝熱管（６）と、
この伝熱管（６）に取付けたフィン（７）〔なお詳細は
後述する。〕とにより形成したフィン付伝熱管エレメン
ト（８）を複数配列することにより構成され、その際に
上部ブロックにおける各伝熱ｇ（６）の各上端は第１流
体（９）の入口ヘッダ（ＩＱに接続し、また下部ブロッ
クにおける各伝熱管（６）の各下端は出口ヘッダＯυに
接続している。そして両ブロックにおける伝熱管（６）
の各下端と各上端との間をそれぞれ連結管（６）で接続
し、以って第１流体（９）を、伝熱管（６）を通して上
方から下方へ流すべく構成している。

次にフィン付伝熱ｔ８￥（５）の詳細構造と製作とを第
３図〜第８図において説明する。第１流体（９）を流す
伝熱管（６）は複数並列状態とするために、直管をＵベ
ンド（６ａ）部で反転させて蛇行状に曲げ成形される。

このように蛇行状に形成した伝熱管（６）の８′数並列
部（直管部）の全スパンに亘って、且つ外周間にまたが
って短冊状（平板状）のフィン（７）が取付けら？しる
。このフィン（７）は左右一対の半割フィン（７八）（
７Ｂ）の結合体からなるもので、これら半割フィン（７
Ａ）　（７Ｂ）の相対向面（１８Ａ）　（１３Ｂ）には
伝熱管（６）の外周に合った凹部（１４Ａ）　（１４Ｂ
）が、伝熱管（６）の複数並列部（直管部）の管の所定
ピッチ置きに複数形成されている。第４図に示すように
一対の半割フィン（７Ａ）（７Ｂ）は、伝熱管（６）を
はさむように左右から接近され、そして第５凶に示すよ
うに凹部（１４Ａ）　（１４Ｂ）を伝熱管（０）の外周
に接当させると共に、相対向面（１８Ａ）　（１８Ｂ）
どうしを接当させる。この状態で半割フィン（７Ａ）　
（？Ｂ）の凹部（１４Ａ）　（１４Ｂ）と伝熱管（６）
の外周との間を円周方向に溶接することにより、伝熱管
（６）にフィン（７）を取付けた形状にし得、また必要
に応じて相対向面（１３Ａ）　（１３１１１５）間が溶
接される。その際に溶接は連続的に行なえる。同様の作
業により、第６図に示すように多数のフィン（７）を、
鴨・軸、方向に所定ピッチで並列して取付けることによ
りフィン付伝熱管エレメント（８）を−動労形成し得る
。そして、このようなフィン付伝熱管エレメント（８１
４、フィン（７）を揃えた状態で複数配列したのち、第
２流体（４）が熱交換器から流れ出ないように外側フィ
ン間にシール部材を取刊ける。１なわち第７図、第８図
に示すように、管軸心方向の１ｌｌｕ　Ｑに位置するフ
ィン（７）群において、隣接する側端間にシール部材四
が配置され、そして気密（こするために溶接により一体
化されると共に、相対向面（１３Ａ）　（１８Ｂ）の間
も気密にするために溶接により一体化さｔしる。そして
フィン付伝熱管エレメント（８）の配列方向の両端外方
には矩形の板状シール部ｈａθか配置され、この板状シ
ール部材αηは前記フィン（７）の外側面１１１】に溶
接により一体化される。これにより、上下方向にのみ開
放されたフィン付伝熱管群（５）を構成し得る。なお第
３囚、第６図においては１ブロツクのフィン伺伝熱管群
（５）に両ヘッダａｌａ１）を配設しているが、これは
容量が小さいときで、容量が太きいときには、第１図、
第２山に基づいて前述したように連結管（０字管）０′
４を使用して複数段積重ねられる。

第２図に示すように、前記フインイ」伝熱’Ｉｔ　酢ｔ
ｒ＋）は支持台Δ上に載置することによって熱交換器を
形成する。その際に各シール部材四リカや外側フィン（
７）が直接に熱交換）１ｂ本体（１）に溶接により一体
化され、以って気密化、ダクト化をはかつている。

またフィン付伝熱￥３′群（５）の配置は、フィン（７
）の面が第２流体（４）の流れ方向に平行になるように
して行なわれる。

上記実施例においては、熱交換器本体（１）内に第２流
体（４）を流し、そして伝熱管（６）内に第１流体（９
）を流すことによって所期の熱交換を行なえる。その際
に１枚板のフィン（７）に複数の伝熱管（６）が取付け
られていることから、例えば従来のように伝熱管に取付
けたフィン間に切目か生じている形式に対して、この切
目をなくした形式にし得る。これにより従来と同一スペ
ース内において伝熱面積を多くとれ、或いは同一伝熱面
積において熱交換器の容積を小さくできる。また上流側
の切目端への第２流体の衝突がないことから流動抵抗か
少なくなると共に、下流側の切目端へのすすの付着など
かなくなる。

第９図、第１０図は別の実施例を示す。すなわちフィン
（７）として、両側縁部に折曲げ部（７ａ）（７ｂ）を
有するチャンネル状のものを使用しており、ここで折曲
げ部（７ａ）（７ｂ）は、その面が第２流体（４）の流
れ方向に平行になるように折曲げ形成さ才している。

そして第２流体（４）のシールは、第１１図〜第１３図
に示すように柚々の形状のものを使用して容易に行なう
ことができる。

このような別の実施例によると、フィン（７）が曲って
いるため、同一の伝熱面積を取った場合に伝熱管（６）
の水平方向のピッチを小さくでき、熱交換器を小さくコ
ンパクトにできる。また曲りフィンのため、フィン（７
）の上下方向での曲りや溶接歪を少なくでき、この結果
、フィン（７）の一部ケフィン付伝熱管群（５）の支持
機能として利用でき、別の支持金具や補強を全く不用に
できて、ケーシングの簡素化をはかることができる。さ
らに小さなチャンネル状（箱状）のフィン（７）により
、第２流体　。

（ガス）（４）のカルマン渦による楠音の心配をなくす
ることができる。なおフィン（７）を製作するに際して
、市販のＬ形材や口形材を利用できる。

第９図、第１０図においてフィン（７）の折曲げ部（７
ａ）（７ｂ）の向きを異ならしめているか、これは同じ
向きであってもよい。

第１４図、第１５図はさらに別の実施例を示すもので、
水平方向に長い板状のフィン（７）において、上下方向
で隣接するフィン付伝熱管エレメント（８）の一方の半
割フィン（７Ａ）と他方の半割フィン（７Ｂ）を、水平
（こ並べた伝Ｆ％　９　ｒｅ）の外周間にまたかって取
付けることにより一体化している。

この形式は、例えば上部の入ロヘッダ叫から水をＯｆ給
し、下部の出口ヘッダαυから温水を取出すところの、
伝熱管（６）内を流す第１流体（９）と管外の第２流体
（４）との流れが対向流になるような熱交換器に効果的
に利用できる。

発明の効果 上記構成の本発明によると次のような効果を期待できる
。

すなわち、フィンは複数の伝熱管の外周間にまたがって
切目が生することなく取付けているため、ｏ従来と同一
スペース内において、少なくとも切目を埋めた分に相当
して伝熱面積を多くとることができ、または同一の伝熱
面積の場合は熱交換器なくできる。

０切目端へのすすの付着かなくなり、全体としてのすす
の何着を極減できる。

などの性能向上をはかることができる。さらに伝熱管は
直管をあらかじめ蛇行状に曲げ加工することにより複数
並列状態にし得、こｎに取付けるフィンは半割フィンの
結合体であることから、〇一度に多数の伝熱管に対して
フィンを既刊けることができ、１枚づつフィンを取付け
て行く手間を省くことかできると共に、伝熱管とフィン
の取付は時間を短かくできる。

０従来のようにフィンを取付けたあとの伝熱管を１本づ
つＵペント管で溶接接合する必要かなく、手間を省ける
と共に、強度的に極めて有利である。

０管群の組立時間を短かくできる。

０フインの剛性を利用して、このフィンをフィン付伝熱
管群の支持構造に利用できる。

ことになり、伝熱管とフィンの取付け、フィン付伝熱管
群のブロック組立てなどの製作を容易（こ行なうことが
できると共に製作時間を少なくでき、製作費で安くする
ことができる。しかも熱交換器外周のフィン間をシール
部材でシールすることにより、 ０最少必要限の部材により気密性のあるダクト形式にで
き、管群外側にケーシング（ダクト）か不要となり、熱
交換器の大きさを小さくでき、且つ軽量にできる。

こｎらのことにより本発明によると、性能（熱効率）を
良くでき、コンパクトで経論、且つ安価な熱交換器を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第８図は本発明の一実施例を示し、第１図は一
部切欠き斜視図、第２因は縦断正面図、第８図はフィン
付伝熱管群の斜視図、第４図、第５図はフィン付伝熱管
の製作状態を示す側面図、第６凶は同正面図、第７図は
第３図における側面図、第８図は第２囚における要部の
平向図、第９図〜第１３図は別の実施例を示し、第９図
はフィン付伝熱管群の斜視図、第１０図は同平面凶、第
１１図〜第１８図はカバ一部材取付は状態を示す要部の
平面図、第１４図、第１５因はさらに別の実施例・を示
し、第１４図は要部の平面図、第１５図は同正面図、第
１６図は従来例を示す正面図、第１７図は同側面図、第
１８図は別の従来例を示す側面図、第１９図は従来の熱
交換器を示す縦断正面図である。 （１）・・・熱交換器本体、（４）・・・第２流体、（
５）・・・フィン（９）・・・第１流体、（１８Ａ）　
（１ｓＢ）・・・相対向面、（１４Ａ）（１４Ｂ）・・
・凹部、ＯＱ・・・シール部材、ｕ？）・・・板状シー
ル部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、第１流体を流す伝熱管を複数並列し、これら複数の
   伝熱管の外周間にまたがって、一対の半割フィンの結合
   体からなるフィンを、管軸心方向に多数並列し取付けて
   フィン付伝熱管群を構成し、このフィン付伝熱管群を、
   前記フィンの面が第２流体の流れ方向に平行になるよう
   に配設し、第２流体に平行な外側のフィン間に第２流体
   が流れ出ないようシール部材を取り付けると共に、フィ
   ンの外側面間に板状シール部材を取り付けて構成したこ
   とを特徴とするフィン付伝熱管群からなる熱交換器。