JPH10512038A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 バーナ又はこれに類したものに対する端面側の接続部（２）と、ポット底（４）に設けられた側部の水流入部（３）と、端面側の接続部（２）の領域に設けられた水流出部とを備えたポット形の熱交換器（１）において、ポット底（４）とポット周壁（５）とが運転時に水によって貫流される形式のものにおいて、本発明では、ポット底（４）に、水が該ポット底（４）を実質的に全面的に覆ってかつ所定の方向に方向付けられて流れるようにするための水案内区分、特に鎌形の水案内通路（６，７）及びバリア（１３）の形の水案内区分が設けられている。これによって、運転時に蒸気泡を発生させることなしにポット底における均一な温度分布が達成される。

Description

【発明の詳細な説明】 熱交換器 本発明は、ポット形の熱交換器であって、バーナの炎管を受容するために設け られた、バーナ又はこれに類したものに対する端面側の接続部と、ポット底に設 けられた側部の水流入部と、端面側の接続部の領域に設けられた水流出部とを備 えており、ポット底とポット周壁とが水によって貫流される形式のものに関する 。 このような形式の公知の熱交換器は、下側においてポット底の領域に、側部の 水流入部を有しており、この水流入部には、熱交換器の下に配置された水ポンプ の水流出管片がシールされて導入されており、これによって装置の運転時に、水 である熱交換器媒体がポット底及びポット周壁に供給されるようになっている。 ポット周壁は螺旋状の水案内路を有しており、これによって、加熱された水が消 費機のためのバーナに対する熱交換器の端面側の接続部の領域で螺旋の終端部に おいて排出される前に、水は螺旋状に事実上ポット周壁の全面にわたって導かれ ることになる。確かに、供給された水は熱交換器のポット周壁の領域においては 循環するが、しかしながらポット底の領域においては循環しない。ポット形の熱 交換器の内部に突入するバ ーナ・炎管はしたがって、特に沸点近くの高い水流出温度における高い加熱出力 の場合に、ポット底を過熱することがある。過熱された局部的なポット底領域は 、熱交換器の効率を損なう蒸気泡であるベーパを形成する。さらに過熱されたポ ット底領域は、熱交換器の耐用寿命を短縮する高められた材料負荷にさらされる 。 上に述べた先行技術を出発点として、本発明の課題は、冒頭に述べた形式の熱 交換器を改良して、単純な構造にもかかわらず、高い効率で働くことができ、し かも高い水流出温度をもつ高い加熱出力を可能にする熱交換器を提供することで ある。 この課題を解決するために本発明では、熱交換器が請求項１記載のように構成 されている。 本発明のさらに有利な構成は、請求項２〜２０に記載されている。 本発明の主要な構成は、熱交換器のポット底に、水が該ポット底を実質的に全 面的に覆ってかつ所定の方向に方向付けられて流れるようにするための水案内区 分が設けられていることである。 本発明の有利な構成では、ポット底が、側部の水流入部に対する接続部に、つ まり側部の水流入部に接続して、平面図で見て鎌形の少なくとも２つの水案内通 路を、ポット底において循環する水流のために有している。 本発明の別の構成では、水案内通路が、ポット底における別体のガイド金属薄 板挿入体によって形成されており、ポット底平面図においてガイド金属薄板が鎌 形に形成されていて、鎌の基部がほぼ、側部の水流入部の領域に配置されている 。 本発明の特に有利な構成ではしかしながら、ポット底が、ポット底に一体に形 成された凹設部として鎌形の水案内通路を有しており、鎌の基部が、側部の水流 入部の領域に配置されている。 本発明の有利な構成では、半径方向で最外位の鎌形の水案内通路が、すべての 水案内通路のうちで最小の流過横断面を有しており、この場合この半径方向で最 外位の水案内通路の幅が、全体としてコンスタントに保たれている。 これに対して半径方向内側に位置する水案内通路は有利には、比較的大きな流 過横断面を有しており、この大きな流過横断面は、幾つかの水案内通路において ポット底の中心に向かって次第に増大するようになっている。 半径方向内側に位置する鎌形の水案内通路は有利には、熱交換器の軸方向中心 もしくはポット底の中心を通って延びる。 本発明の有利な構成では、半径方向内側に位置する鎌形の水案内通路が、鎌の 形状に沿って拡大部を有しており、この拡大部は有利には腎臓形状を有している 。 ポット底を全面的に覆う流れを助成するために、本発明の別の有利な構成では 、幾つかの鎌形の水案内通路が平らな側部の水溢流縁部及び／又は平らな水流出 端部を有しており、この場合幾つかの鎌形の水案内通路の長さは有利には、約１ ００°のポット底角度にわたって延びている。これらの主通路からは、必要とあ らば複数の小さな通路が分岐していてもよい。 ポット周壁に（自体公知の）螺旋状の水案内路を備えている熱交換器では、側 部の水流入部と周壁における螺旋状の水案内路の始端部との間に、半径方向で最 外位のポット底縁部もしくは水バリアが設けられていると有利であり、このよう なポット底縁部もしくは水バリアが設けられていると、水ポンプからポット底に 流入する水は直ちに熱交換器周壁に導かれるのではなく、まず初めに、ポット底 において約３６０°循環させられ、その後でポット周壁の螺旋状の水案内路に導 入されるようになる。このような水バリアは、必要とあらば、半径方向内側に位 置する別の水案内通路に沿っても設けることができる。 ポット周壁における螺旋状の突出した水案内路のように、前記ポット底縁部も またポット底に一体に形成されることができ、このような構成は、特に熱交換器 が全体的にアルミニウム製の加圧ダイカスト品である場合に有利である。 本発明の別の有利な構成では、ポット底縁部が、ポット底におけるガイド金属 薄板挿入体のような別体の部材であり、この場合、別体のポット底縁部の縁部高 さもしくは縁部幅が調節可能であると有利である。縁部幅が小さく調節されてい る場合には、流れる水は縁部を越えて流れることができる。例えば、熱交換器を 取り囲むケーシング部分のストッパの所まで、縁部が引き上げられていると、供 給されたすべての水は強制的に、まず初めにポット底を所定方向の流れで通過し なくてはならない。 別体のポット底縁部の別の構成では、ポット底縁部の縁部長さつまり周壁円弧 長さ調節可能であり、このように構成されていると、水ポンプにおいてバリアも しくは前記ポット底縁部が水ポンプの水流出管片から螺旋状の水案内路の始端部 に至るまで延びることを、いかなる場合でも保証することができる。 本発明のさらに別の有利な構成では、ポット底が幾分外側に向かって湾曲され ている。 したがって本発明によれば、供給された冷却水はポット底において２つ又はそ れ以上の通路において導かれ、熱交換器の運転時に水はポット底全面を覆うよう に流れて、底領域を全体にわたって均一な温度が生ぜしめられる。つまり本発明 による熱交換器では、公知の先行技術において見られたようなベーパを生ぜしめ る、ポット底における局部的な温度ピークは、発生し ない。すなわち本発明によって、高い加熱出力を備えた事実上すべての水加熱装 置において、迅速に、沸点の範囲における高い水流出温度を得ることができ、し かもこの場合ベーパの発生又は熱交換器のポット底の材料損傷は生じない。 場合によっては、流体の熱交換器媒体として水とは別の媒体が設けられていて もよい。 次に図面に示された１実施例を参照しながら、本発明を詳しく説明する。 第１図は、ケーシングを取り去った状態で、下側の水ポンプに接続されたポッ ト形の熱交換器を示す斜視図である。 第２図は、第１図に示された熱交換器のポット底を右側から見た図である。 第３図は、第２図のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 第４図は、第２図に示されたポット底の領域を第２図の矢印Ｙの方向から見た 図である。 第５図は、第２図に示されたポット底の領域を第２図のＢ−Ｂ線に沿って断面 した図である。 第６図は、第２図のＣ−Ｃ線に沿った部分断面図である。 本発明をより良好に理解するために外側ケーシングが取り去られている図示の 熱交換器１は、ポット形をしており、この場合ポット底４はポット周壁５と共に 、アルミニウム製の一体的な加圧ダイカスト品である。特に、熱交換器１は、全 周にわたって延在するフランジつまり周囲フランジ（Umfangsflansch）を形成さ れた端面側の接続部２を有しており、この接続部２は、熱交換器装置の組み立て られた状態において、例えばバーナ（図示せず）に次のように、すなわちバーナ の炎管（Flammrohr）が熱交換器１の内部に、第１図で見て左側において同心的 に突入するように、固定されている。炎管（図示せず）の第１図において右側の 端部は、開放しており、かつポット底４に対して間隔をおいて位置している。 ポット底４は下側に、横方向もしくは側部の水流入部３を有しており、この水 流入部３には、水ポンプ１４の流出端部１５が突入しており、水ポンプ１４の流 出端部１５とポット底４の側部の水流入部３との間における接続部は、ウォータ シールされている。 ポット周壁５は周囲に螺旋状の水案内路１１を有しており、これによって、第 １図に矢印Ｅで示されているように、熱交換器運転時にポット周壁５に沿って循 環する水流が得られる。螺旋状の水案内路１１の始端部１２は、第１図で見てポ ット底４の右上端部に位置しており、これに対して螺旋状の水案内路１１の終端 部１６は、図示されていないバーナと固定されているフランジ１７の領域に位置 している。 螺旋状の水案内路の終端部１６の領域における水流 出部は、図面を見やすくするために第１図には示されていない。この水流出部は また、本発明の本質とは関係がない。 本発明にとって重要なことは、水（又はその他の液状の熱交換器媒体）が所定 の方向に方向付けられてポット底を実質的に全面的に流れるための水案内区分を 、ポット底４に設けることである。 水案内区分は、特に図示の実施例では、半径方向外側の水案内通路６及び半径 方向内側の水案内通路７であり、両水案内通路６，７は、ポット底４と一体に凹 設部の形で成形されている。 両水案内通路６，７は第２図〜第６図に拡大して示されている。両水案内通路 ６，７は鎌の形状を有しており、この場合鎌の長さは約１００°のポット底の角 度にわたって延びており、この場合必要とあらば、別の鎌長さを設定することも 可能である。 半径方向外側の水案内通路６は、半径方向内側の水案内通路７の流過横断面Ｄ よりも小さな流過横断面ｄを有している。熱排出の必要に応じて、別の横断面関 係を設定することも可能である。 図面の特殊な実施例では、半径方向外側の水案内通路６は等しい幅を有してい て、円形のポット底外周部の直ぐ近くにおいて延びており、そこにはまたは、ポ ット底４に一体的に設けられていて軸方向に突出しているポット底縁部１３が形 成されている。このポット 底縁部１３は、側部の水流入部３から螺旋状の水案内路１１の始端部１２にまで 延びている。突出しているポット底縁部１３は、運転中、水バリアとして働き、 この結果水ポンプ１４によって圧送されて流入する水は、主として通路６，７に 沿って循環するようにポット底４にわたって案内される。次いで、ポット底の循 環した水はほぼ３６０°回転した後で矢印Ｅで示されているようにポット周壁５ に達する。 半径方向の水案内通路６，７は、側部の水溢流-側縁部を有しており、かつ鎌 の端部にそれぞれ１つの平らな水流出端部９を有しているので、水は直接通路６ ，７において循環するのみならず、側部において溢れた後でポット底４の残った 扁平領域においても循環し、この場合扁平領域における循環は、水案内通路６， ７の主循環によって助成される、つまりポット底の扁平領域における水は、水案 内通路６，７において循環する水によって連行される。 つまりこのようにして全体として、ポット底においては該ポット底を実質的に 全面的に覆いかつ所望に方向付けられた水の流れが生ぜしめられ、このような水 の流れによって、熱交換器１が高い出力で運転される場合でも、ポット底４にお ける過熱箇所を回避することができ、さらに熱伝導効率を損なう蒸気泡もしくは ベーパの発生をも回避することができる。 図示の実施例において分かるように、半径方向内側 の水案内通路７は、例えば半径方向外側の水案内通路６のように、コンスタント な幅を有しているのではなく、鎌の長さの中央領域において拡大部を有しており 、この拡大部は、そこにおける水流出端部９と共にほぼ腎臓形状をしている。こ のような拡大部が設けられていることと、半径方向内側の水案内通路７が半径方 向外側の水案内通路の小さな流過横断面ｄに比べて大きな流過横断面Ｄを有して いることとによって、ポット底４の領域における水の、全体的に循環する流れ成 分の角速度は、ほぼコンスタントである。水排出の要求もしくは必要性に応じて 、種々異なった角速度を備えた流れ成分を設定することが可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年３月２７日 【補正内容】 請求の範囲 １．ポット形の熱交換器（１）であって、バーナの炎管を受容するために設けら れた、バーナ又はこれに類したものに対する端面側の接続部（２）と、ポット底 （４）に設けられた側部の水流入部（３）と、端面側の接続部（２）の領域に設 けられた水流出部とを備えており、ポット底（４）とポット周壁（５）とが水に よって貫流される形式のものにおいて、ポット底（４）において側部の水流入部 （３）に接続して、水が該ポット底（４）を実質的に全面的に覆ってかつ所定の 方向に方向付けられて流れるようにするための水案内区分が設けられていること を特徴とする熱交換器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，Ｊ Ｐ，ＲＵ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ポット形の熱交換器（１）であって、バーナの炎管を受容するために設けら れた、バーナ又はこれに類したものに対する端面側の接続部（２）と、ポット底 （４）に設けられた側部の水流入部（３）と、端面側の接続部（２）の領域に設 けられた水流出部とを備えており、ポット底（４）とポット周壁（５）とが水に よって貫流される形式のものにおいて、ポット底（４）に、水が該ポット底（４ ）を実質的に全面的に覆ってかつ所定の方向に方向付けられて流れるようにする ための水案内区分が設けられていることを特徴とする熱交換器。 ２．ポット底（４）が、側部の水流入部（３）に対する接続部に、つまり側部の 水流入部に接続して、平面図で見て鎌形の少なくとも２つの水案内通路（６，７ ）を、循環する水流のために有している、請求項１記載の熱交換器。 ３．水案内通路（６，７）が、ポット底（４）における別体のガイド金属薄板挿 入体によって形成されており、ポット底平面図においてガイド金属薄板が鎌形に 形成されていて、鎌の基部がほぼ、側部の水流入部（３）の領域に配置されてい る、請求項２記載の熱交換器。 ４．鎌形の水案内通路（６，７）が、ポット底（４） に形成された一体の凹設部であり、鎌の基部がほぼ、側部の水流入部（３）の領 域に配置されている、請求項２記載の熱交換器。 ５．半径方向で最外位の鎌形の水案内通路（６）が、すべての水案内通路（６， ７）のうちで最小の流過横断面（ｄ）を有している、請求項３又は４記載の熱交 換器。 ６．半径方向で最外位の鎌形の水案内通路（６）が、鎌の形状に沿って実質的に 等しい幅を有している、請求項５記載の熱交換器。 ７．半径方向内側に位置する水案内通路（７）の流過横断面（Ｄ）が、次第に増 大するようになっている、請求項５又は６記載の熱交換器。 ８．半径方向内側に位置する鎌形の水案内通路（７）が、熱交換器の軸方向中心 （８）もしくはポット底（４）の中心を通って延びる、請求項２から７までのい ずれか１項記載の熱交換器。 ９．半径方向内側に位置する鎌形の水案内通路（７）が、鎌の形状に沿って拡大 部を有している、もしくは平面図で見て腎臓形状を有している、請求項２から８ までのいずれか１項記載の熱交換器。 10．鎌形の水案内通路（６，７）が平らな水流出端部（９）を有している、請求 項４から９までのいずれか１項記載の熱交換器。 11．鎌形の水案内通路（６，７）が、平らな側部の水 溢流縁部（１０）を有している、請求項４から１０までのいずれか１項記載の熱 交換器。 12．ポット周壁（５）に螺旋状の水案内路（１１）が設けられており、側部の水 流入部（３）と螺旋状の案内路（１１）の始端部（１２）との間に、半径方向で 最外位のポット底縁部（１３）が設けられている、請求項１から１１までのいず れか１項記載の熱交換器。 13．ポット底縁部（１３）がポット底（４）に一体に形成されている、請求項１ ２記載の熱交換器。 14．ポット底縁部が別体の部材である、請求項１２記載の熱交換器。 15．ポット底縁部（１３）の縁部高さが調節可能である、請求項１４記載の熱交 換器。 16．ポット底縁部（１３）の縁部長さもしくは周壁円弧長さが調節可能である、 請求項１４又は１５記載の熱交換器。 17．水案内通路（６，７）の鎌長さが、約１００°の角度にわたって延びている 、請求項１から１６までのいずれか１項記載の熱交換器。 18．ポット底（４）が幾分外側に向かって湾曲されている、請求項１から１７ま でのいずれか１項記載の熱交換器。 19．水案内区分が、側部に少なくとも部分的に水バリアを有している、請求項１ から１８までのいずれか １項記載の熱交換器。 20．水案内区分が分岐通路を有している、請求項１から１９までのいずれか１項 記載の熱交換器。