JPH08159681A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱交換器において、伝熱板と伝熱板との中央
近くを流動する熱交換用流体からより多くの熱を回収し
て熱効率を向上させることを目的とする。 【構成】 第一種熱交換用流体が流動する流路５内に、
第二種熱交換用流体が通流する伝熱管６，７を第一種熱
交換用流体の流動方向に沿って流動方向上手側と下手側
とに配設し、上手側伝熱管６と下手側伝熱管７とに第一
種熱交換用流体の流動方向に沿う伝熱板１１，１３を複
数枚固着してある熱交換器で、上手側伝熱管６に固着す
る上手側伝熱板１１と、下手側伝熱管７に固着する下手
側伝熱板１３とを別体に構成し、上手側伝熱板１１と下
手側伝熱板１３とを第一種熱交換用流体の流動方向に直
交する方向に位置を異ならせて配設してある熱交換器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス燃焼式の給湯装置
や冷却装置などのような種々の熱交換装置に使用する熱
交換器に関する。より詳しくは、第一種熱交換用流体が
流動する流路内に、第二種熱交換用流体が通流する伝熱
管を前記第一種熱交換用流体の流動方向に沿って流動方
向上手側と下手側とに配設し、この流動方向上手側の上
手側伝熱管と下手側の下手側伝熱管とに前記第一種熱交
換用流体の流動方向に沿う伝熱板を複数枚固着してある
熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の熱交換器においては、従来、例
えば実開平３−３８５８０号公報に開示のように、上手
側伝熱管と下手側伝熱管とに固着する伝熱板を同じ１枚
の板状体から形成し、この板状体から形成した複数枚の
伝熱板を第一種熱交換用流体である燃焼ガスの流動方向
に沿って配設するのが一般的であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この従来の熱交換器に
おいては、図７に示すように、各伝熱板１５の間を燃焼
ガスが流動し、その間に各伝熱板１５や伝熱管を介して
熱交換が行われて、上手側伝熱管６と下手側伝熱管７内
を通流する水が加熱されるのである。ところが、各伝熱
板１５は、上手側伝熱管６から下手側伝熱管７に至るま
での間、１枚の板状体から構成されていたので、燃焼ガ
スは比較的円滑に流動し、特に伝熱板１５の表面から離
れた箇所、つまり、伝熱板１５と伝熱板１５との間の中
央近くを流動する燃焼ガスについては、乱流というより
はむしろ層流に近い状態で流動し、伝熱板１５や伝熱管
６，７などに十分に熱を伝達しないままで熱交換器外へ
排出され、それが熱効率低下の一因となっていた。

【０００４】本発明は、このような従来の問題点に着目
したもので、その目的は、燃焼ガスなどの第一種熱交換
用流体のうち、伝熱板の表面から離れた箇所を流動する
熱交換用流体からもより多くの熱を回収できるように
し、それによって熱効率を向上させることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明による熱交換器の第１の特徴構成は、第一種
熱交換用流体が流動する流路内に、第二種熱交換用流体
が通流する伝熱管を前記第一種熱交換用流体の流動方向
に沿って流動方向上手側と下手側とに配設し、この流動
方向上手側の上手側伝熱管と下手側の下手側伝熱管とに
前記第一種熱交換用流体の流動方向に沿う伝熱板を複数
枚固着してある熱交換器であって、前記上手側伝熱管に
固着する上手側伝熱板と、前記下手側伝熱管に固着する
下手側伝熱板とを別体に構成し、これら上手側伝熱板と
下手側伝熱板とを前記第一種熱交換用流体の流動方向に
直交する方向に位置を異ならせて配設してある点にあ
る。

【０００６】第２の特徴構成は、前記上手側伝熱管と下
手側伝熱管とが、前記第一種熱交換用流体の流動方向に
直交する方向に位置を異ならせてそれぞれ複数本配設さ
れ、これら複数本の上手側伝熱管と下手側伝熱管とを前
記第一種熱交換用流体の流動方向に直交する方向に位置
を異ならせて配設するとともに、これら複数本の上手側
伝熱管には一体形成の上手側伝熱板を、複数本の下手側
伝熱管には一体形成の下手側伝熱板をそれぞれ固着して
ある点にある。

【０００７】第３の特徴構成は、前記上手側伝熱板の下
手側部分と前記下手側伝熱板の上手側部分とを前記第一
種熱交換用流体の流動方向に互いに重ねて配設してある
点にある。

【０００８】第４の特徴構成は、前記上手側伝熱管に複
数枚の上手側伝熱板をほぼ等間隔に固着し、前記下手側
伝熱管に複数枚の下手側伝熱板をほぼ等間隔に固着して
ある点にある。

【０００９】第５の特徴構成は、前記第一種熱交換用流
体がガスバーナからの燃焼ガスであり、前記第二種熱交
換用流体が給湯管へ給湯するための湯水であって、下部
にガスバーナを有する筒胴内に下方から上方に向かう前
記燃焼ガスの流路が形成され、この筒胴の上部に前記上
手側伝熱管と下手側伝熱管とを、上手側伝熱管を下方に
下手側伝熱管を上方にして配設してある点にある。

【００１０】

【作用】本発明の第１の特徴構成によれば、前述した熱
交換器において、上手側伝熱管に固着する上手側伝熱板
と、下手側伝熱管に固着する下手側伝熱板とを別体に構
成し、これら上手側伝熱板と下手側伝熱板とを第一種熱
交換用流体の流動方向に直交する方向に位置を異ならせ
て配設するものであるから、まず上手側伝熱板間を流動
する間に、上手側伝熱板や上手側伝熱管が第一種熱交換
用流体から熱を回収することになる。そして、上手側伝
熱板の表面から離れた箇所を流動し、熱の回収が十分で
ない第一種熱交換用流体については、その流動方向に直
交する方向に位置を異ならせた下手側伝熱板の端縁に衝
突して乱流を生じ、その熱が下手側伝熱板や下手側伝熱
管によって回収されることになり、全体として熱効率が
向上する。

【００１１】第２の特徴構成によれば、上手側伝熱管と
下手側伝熱管とがそれぞれ複数本配設されているため、
より熱効率が向上するのみならず、これら複数本の上手
側伝熱管と下手側伝熱管とが、第一種熱交換用流体の流
動方向に直交する方向に位置を異ならせて配設されてい
るので、第一種熱交換用流体が両伝熱管やそれに固着の
伝熱板に接触する機会が増え、さらに熱効率が向上す
る。それでいて、これら複数本の上手側伝熱管には一体
形成の上手側伝熱板を、複数本の下手側伝熱管には一体
形成の下手側伝熱板をそれぞれ固着するものであるか
ら、各上手側伝熱管や下手側伝熱管に対して各別に形成
した上手側伝熱板や下手側伝熱板を固着する場合に比較
して、製作が容易となり、かつ、各上手側や下手側の伝
熱板により、上手側や下手側伝熱管の位置保持作用をも
期待できる。

【００１２】第３の特徴構成によれば、上手側伝熱板の
下手側部分と下手側伝熱板の上手側部分とを第一種熱交
換用流体の流動方向に互いに重ねて配設するものである
から、熱交換器そのものを大きくしなくとも、上手側や
下手側伝熱板の面積を大きくして熱効率の向上を図り得
るとともに、両伝熱板が重なる部分においては、第一種
熱交換流体の流速が速くなるので、下手側伝熱板の端縁
に衝突して生じる乱流がより激しいものとなり、この下
手側伝熱板や下手側伝熱管による熱の回収がより一層向
上する。

【００１３】第４の特徴構成によれば、上手側伝熱管に
複数枚の上手側伝熱板をほぼ等間隔に固着し、下手側伝
熱管に複数枚の下手側伝熱板をほぼ等間隔に固着するも
のであるから、第一種熱交換用流体からの上手側伝熱板
や下手側伝熱板による熱の回収を両伝熱管の軸芯方向に
平均化することができ、第一種熱交換流体からの熱の回
収を満遍なく行なうことができる。

【００１４】第５の特徴構成によれば、第一種熱交換用
流体がガスバーナからの燃焼ガスであり、第二種熱交換
用流体が給湯管へ給湯するための湯水であって、下部に
ガスバーナを有する筒胴内に下方から上方に向かう燃焼
ガスの流路が形成され、この筒胴の上部に上手側伝熱管
と下手側伝熱管とを、上手側伝熱管を下方に下手側伝熱
管を上方にして配設するものであるから、このような構
成のガス燃焼式給湯装置をして、上述したように熱交換
器そのものを大きくすることなく、熱効率を向上させる
ことができ、その結果、特に上下方向にコンパクトで、
しかも、高性能な給湯装置を提供することができる。

【００１５】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明の第１の
特徴構成によれば、第一種熱交換用流体が上手側伝熱板
間を流動する間に、上手側伝熱板や上手側伝熱管によっ
て熱を回収し、この上手側伝熱板の表面から離れた箇所
を流動した第一種熱交換用流体に対しては、下手側伝熱
板や下手側伝熱管が熱を回収することになるので、全体
として熱効率を向上させることができる。

【００１６】第２の特徴構成によれば、上手側伝熱管と
下手側伝熱管とを複数本にし、これら上手側伝熱管と下
手側伝熱管とを第一種熱交換用流体の流動方向に直交す
る方向に位置を異ならせることにより、さらに熱効率の
向上を図ることができ、しかも、これら複数本の両伝熱
管に対して、それぞれ一体形成の伝熱板を固着すること
により、製作が容易化を図り、かつ、各伝熱板によって
伝熱管の位置保持作用をも期待できる。

【００１７】第３の特徴構成によれば、上手側伝熱板の
下手側部分と下手側伝熱板の上手側部分とを互いに重ね
ることで、熱交換器そのものを大きくすることなく、各
伝熱板の面積を大きくして熱効率の向上を図り得るとと
もに、特に下手側伝熱板や下手側伝熱管による熱の回収
をより一層向上させて、さらに熱効率の向上を図ること
ができる。

【００１８】第４の特徴構成によれば、第一種熱交換流
体からの熱の回収を満遍なく行なうことができ、この点
からも熱効率の向上を図ることができる。

【００１９】第５の特徴構成によれば、特に上下方向に
コンパクトで、しかも、高性能なガス燃焼式給湯装置を
提供することができる。

【００２０】

【実施例】本発明による熱交換器をガス燃焼式の給湯装
置に適用した実施例につき、図面に基づいて説明する。

【００２１】図１および図２は給湯装置全体の概略を示
し、外装ケーシング１の内側には筒胴２が配設され、こ
の筒胴２の内側の下部には、第一種熱交換用流体として
の燃焼ガスを生成するガスバーナ３が配設されている。
筒胴２の下部には、燃焼用空気を供給するファン４が連
通接続され、前記バーナ３からの燃焼ガスが、筒胴２内
に形成される燃焼ガス流路５に沿って下方から上方へ流
動するように構成されている。前記筒胴２の内側上部の
燃焼ガス流路５内には、後に詳しく説明する上手側伝熱
管６と下手側伝熱管７とが、上手側伝熱管６を下方に下
手側伝熱管７を上方にして配設され、筒胴２の外周部に
螺旋状に巻かれた給水管８が、上手側伝熱管６に連通接
続されるとともに、下手側伝熱管７には、給湯管９が連
通接続されている。

【００２２】上手側伝熱管６は合計３本で、燃焼ガスの
流動方向に直交する方向に位置を異ならせて、かつ、筒
胴２を貫通して並設されている。これら３本の上手側伝
熱管６のうち、端部に位置する上手側伝熱管６の１本
に、筒胴２の横外側において、前記給水管８が接続さ
れ、給水管８が接続された上手側伝熱管６と中央に位置
する上手側伝熱管６とが、筒胴２の他の横外側におい
て、また、中央の上手側伝熱管６と残りの上手側伝熱管
６とが、給水管８の接続されている側の筒胴２の横外側
において、それぞれＵ字形の接続管１０で連通接続され
ている。

【００２３】下手側伝熱管７は合計２本で、上手側伝熱
管６と同様に、燃焼ガスの流動方向に直交する方向に位
置を異ならせて、かつ、筒胴２を貫通して並設されてい
る。さらに、これら２本の下手側伝熱管７は、上手側伝
熱管６と平行する方向に並設され、かつ、３本の上手側
伝熱管６に対して、燃焼ガスの流動方向に直交する方向
に位置を異ならせて千鳥状に配設されている。

【００２４】そして、２本の下手側伝熱管７の１本と端
部に位置する残りの上手側伝熱管６とが、筒胴２の横外
側において、同じくＵ字形の接続管１０で連通接続さ
れ、筒胴２の他の横外側において、上手側伝熱管６に接
続の下手側伝熱管７と残りの下手側伝熱管７とが接続管
１０で連通接続されるとともに、この残りの下手側伝熱
管７に前記給湯管９が接続されている。したがって、給
水管８から供給される第二種熱交換流体としての水は、
まず３本の上手側伝熱管６内を蛇行しながら通流して加
熱され、さらに、２本の下手側伝熱管７内を蛇行しなが
ら通流して加熱されて、この加熱後の湯が給湯管９を介
して図外の給湯栓などに供給されるように構成されてい
る。

【００２５】前記上手側伝熱管６には、上手側伝熱板１
１が固着されているのであるが、この上手側伝熱板１１
は、１枚の板状体から一体形成されていて、それが３本
の上手側伝熱管６に一体的に固着されている。すなわ
ち、１枚の上手側伝熱板１１には、図４に示すように、
３本の上手側伝熱管６が貫通する貫通孔を形成するボス
１２が合計３個一体的に形成され、これらボス１２内に
上手側伝熱管６を挿入した状態で、各上手側伝熱管６と
上手側伝熱板１１のボス１２とが、ロウ付けによって互
いに固着されている。そして、このような上手側伝熱板
１１が、３本の上手側伝熱管６の軸芯方向に沿って複数
個固着され、上手側伝熱板１１の各ボス１２が間隔保持
の作用をし、結果として、上手側伝熱管６に複数枚の上
手側伝熱板１１がほぼ等間隔に固着されている。

【００２６】前記下手側伝熱管７には、下手側伝熱板１
３が固着されているが、この下手側伝熱板１３は、上手
側伝熱板１１とは完全に別体に構成されている。この下
手側伝熱板１３も上手側伝熱板１１と同様で、１枚の板
状体から一体形成され、それが２本の下手側伝熱管７に
ロウ付けにより一体的に固着されている。そのため、こ
の下手側伝熱１３には、下手側伝熱管７の貫通する貫通
孔形成用のボス１４が合計２個一体的に形成され、この
ような下手側伝熱板１３が、２本の下手側伝熱管７の軸
芯方向に沿って複数個固着されている。この下手側伝熱
板１３においても各ボス１４が間隔保持の作用をし、か
つ、下手側伝熱板１３のボス１４と上手側伝熱板１１の
ボス１２とは、ほぼ同じ長さに形成されているので、結
果として、下手側伝熱管７には、複数枚の下手側伝熱板
１３が、上手側伝熱板１１の間隔とほぼ同じ間隔で、や
はり等間隔に固着されている。

【００２７】そして、前記上手側伝熱板１１と下手側伝
熱板１３とは、図３に示すように、燃焼ガスの流動方向
に直交する方向に位置を異ならせて、隣接する２枚の上
手側伝熱板１１の中央に各下手側伝熱板１３が位置する
ように千鳥状に配設されている。すなわち、上手側伝熱
板１１の間隔をＬとすると、下手側伝熱板１３の間隔も
Ｌで、隣接する上手側伝熱板１１と下手側伝熱板１３と
の間隔がＬ／２になるように千鳥状に配設されている。
さらに、両伝熱板１１，１３の上下方向長さは、互いに
重なるに足る長さに形成されていて、上手側伝熱板１１
の下手側部分と下手側伝熱板１３の上手側部分とが、燃
焼ガスの流動方向に互いに重なって配設されているので
ある。

【００２８】〔別実施例〕先の実施例においては、上手
側伝熱管６と下手側伝熱管７とを上下２段に配設したも
のを示したが、３段以上に配設して実施することもでき
る。図５と図６は３段に配設した実施例を示し、各伝熱
板１１，１３の間隔をＬとすると、図５のものは、隣接
する上手側伝熱板１１と下手側伝熱板１３との間隔がＬ
／３になるように配設した実施例を、図６のものは、隣
接する上手側伝熱板１１と下手側伝熱板１３との間隔が
Ｌ／２になるように配設した実施例を示している。この
ように上手側伝熱管６と下手側伝熱管７とを３段以上に
配設して実施する場合、互いに隣接する上手側伝熱管６
と下手側伝熱管７ならびにこれら両伝熱管６，７に固着
の伝熱板１１，１３との間で本発明を実施することがで
きる。

【００２９】上手側伝熱管６と下手側伝熱管７の本数に
ついては、熱交換器の大きさなどに応じて自由に変更す
ることができる。さらに、上手側伝熱管６を複数本配設
した場合、必ずしも、複数本の上手側伝熱管６に対して
１枚の板状体から形成した上手側伝熱板１１を一体的に
固着する必要はなく、各上手側伝熱管６に対して各別に
形成した上手側伝熱板１１をそれぞれ固着して実施する
ことができ、下手側伝熱管７についても同様である。ま
た、上手側伝熱板１１の下手側部分と下手側伝熱板１３
の上手側部分とを第一種熱交換用流体の流動方向に互い
に重ねて配設した実施例を示したが、必ずしも重ねる必
要はない。

【００３０】以上説明した本発明による熱交換器は、こ
れまでの実施例のようにガス燃焼式給湯装置に用いる以
外、冷却装置や冷凍装置などのような各種装置の熱交換
器として使用することもできる。

【００３１】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガス燃焼式給湯装置の全体を示す概略図

【図２】ガス燃焼式給湯装置の全体を示す一部切り欠き
斜視図

【図３】熱交換器の断面図

【図４】伝熱板の斜視図

【図５】別の実施例を示す熱交換器の断面図

【図６】別の実施例を示す熱交換器の断面図

【図７】従来の熱交換器の断面図

【符号の説明】

２ 筒胴 ３ ガスバーナ ５ 第一種熱交換用流体としての燃焼ガスの流路 ６ 上手側伝熱管 ７ 下手側伝熱管 ９ 給湯管 １１ 上手側伝熱板 １３ 下手側伝熱板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第一種熱交換用流体が流動する流路
   （５）内に、第二種熱交換用流体が通流する伝熱管
   （６），（７）を前記第一種熱交換用流体の流動方向に
   沿って流動方向上手側と下手側とに配設し、この流動方
   向上手側の上手側伝熱管（６）と下手側の下手側伝熱管
   （７）とに前記第一種熱交換用流体の流動方向に沿う伝
   熱板（１１），（１３）を複数枚固着してある熱交換器
   であって、 前記上手側伝熱管（６）に固着する上手側伝熱板（１
   １）と、前記下手側伝熱管（７）に固着する下手側伝熱
   板（１３）とを別体に構成し、これら上手側伝熱板（１
   １）と下手側伝熱板（１３）とを前記第一種熱交換用流
   体の流動方向に直交する方向に位置を異ならせて配設し
   てある熱交換器。
2. 【請求項２】 前記上手側伝熱管（６）と下手側伝熱管
   （７）とが、前記第一種熱交換用流体の流動方向に直交
   する方向に位置を異ならせてそれぞれ複数本配設され、
   これら複数本の上手側伝熱管（６）と下手側伝熱管
   （７）とを前記第一種熱交換用流体の流動方向に直交す
   る方向に位置を異ならせて配設するとともに、これら複
   数本の上手側伝熱管（６）には一体形成の上手側伝熱板
   （１１）を、複数本の下手側伝熱管（７）には一体形成
   の下手側伝熱板（１３）をそれぞれ固着してある請求項
   １記載の熱交換器。
3. 【請求項３】 前記上手側伝熱板（１１）の下手側部分
   と前記下手側伝熱板（１３）の上手側部分とを前記第一
   種熱交換用流体の流動方向に互いに重ねて配設してある
   請求項１また２記載の熱交換器。
4. 【請求項４】 前記上手側伝熱管（６）に複数枚の上手
   側伝熱板（１１）をほぼ等間隔に固着し、前記下手側伝
   熱管（７）に複数枚の下手側伝熱板（１３）をほぼ等間
   隔に固着してある請求項３記載の熱交換器。
5. 【請求項５】 前記第一種熱交換用流体がガスバーナ
   （３）からの燃焼ガスであり、前記第二種熱交換用流体
   が給湯管（９）へ給湯するための湯水であって、下部に
   ガスバーナ（３）を有する筒胴（２）内に下方から上方
   に向かう前記燃焼ガスの流路（５）が形成され、この筒
   胴（２）の上部に前記上手側伝熱管（６）と下手側伝熱
   管（７）とを、上手側伝熱管（６）を下方に下手側伝熱
   管（７）を上方にして配設してある請求項１、２、３ま
   たは４記載の熱交換器。