(57)【要約】【課題】  一次熱交換器及び二次熱交換器を具えたガス給湯暖房機の熱交換装置において、二次熱交換器の熱効率を高める。【解決する手段】  一次熱交換器３の上方に配備される二次熱交換器４の波状管８は、管の外周に、該管を一周する山81と溝82が交互に連続する凹凸として形成され波状管８であって、管の軸芯を含む断面において、山も溝も略Ｖ字状を呈しており、山の頂部81a及び溝82の底部82aは、夫々内周も外周も円弧状である。波状管の表面で排ガス中の水分が凝縮し、結露が生じても、管表面に付着した水滴は、山の先端に集まり落下する。従って、山の表面に長時間水滴が残って、熱交換効率を低下させることを抑えることができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属管の外周に、該管を一周する山(81)と溝(82)が交互に連続する凹凸として形成された波状管(８)であって、管の軸芯を含む断面において、山(81)も溝(82)も略Ｖ字状を呈しており、山(81)の頂部(81a)及び溝(82)の底部(82a)は、夫々内周も外周も円弧状である波状管。
【請求項２】
管の軸芯を含む断面において、溝(82)の断面積をＳ1とし、山(81)の内側に形成される内溝(63)の段面積をＳ2とすると、Ｓ1はＳ2よりも大である請求項１に記載の波状管。
【請求項３】
請求項１又は２の管の端部に山(81)の外周径より大径の筒状接続部(84)を管と一体に形成している波状管。
【請求項４】
ガスバーナ等の燃焼加熱源(２)の上方に一次熱交換器(３)、該一次熱交換機の上方に二次熱交換器(４)を配備し、水を二次熱交換器(４)に送り、該二次熱交換器(４)で予備加熱した水を一次熱交換器(３)に導く熱交換装置において、請求項１乃至３の何れかに記載の波状管(８)を二次熱交換器(４)に実施した熱交換装置。
【請求項５】
間隔を存して配備された支持壁(41a)(41a)間に複数本の熱交換用管を支持し、管の端部を別の管の端部に繋いでいる熱交換装置において、請求項３に記載の波状管(８)を熱交換用の管に用い、筒状接続部(64)を支持壁(41a)(41a)に貫通させている熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として熱交換装置に使用する波状管に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、熱交換装置(１)の一例を示している。
該熱交換装置(１)は、ガスバーナ(20)の上方に一次熱交換器(３)、該一次熱交換器の上方に二次熱交換器(４)を配備し、水配管(５)によって水を二次熱交換器(４)から一次熱交換器(３)に導く。
二次熱交換器(４)を通過する水配管は、管の長さ方向に等間隔に鍔状フィン(61)を溶接固定して溶接フィン管(６)である。
一次熱交換器(３)を通過する水配管は、平行に並べた金属製吸熱板(33)の列を貫通している。
【０００３】
ガスバーナ(20)の燃焼排ガスの温度は、バーナ近傍で約１５００℃、一次熱交換器(３)近傍で約２００℃、二次熱交換器(４)の近傍で約８０℃である。
上記熱交換装置(１)より以前の熱交換装置は、二次熱交換器(４)は存在せず、一次熱交換器(３)を通過して上昇する燃焼排ガスの温度を有効に利用していなかった。
図１の熱交換装置(１)は、一次熱交換器(３)を通過して上昇する燃焼排ガスの温度を、二次熱交換器(４)で有効利用して水を予備的に加熱できるため、熱効率を高めることができる。
【０００４】
ところが、二次熱交換器(４)の溶接フィン管(６)には、燃焼排ガス中の水分が凝縮して、水滴が付着する。
溶接フィン管(６)は、上記酸性凝縮水やボイラーの燃焼ガスによって、溶接部の腐食が速まる問題がある。
【０００５】
上記問題に鑑み、出願人は、図６に示すフレキシブル管として使用される波状管(９)(特許文献１)の肉厚を大きくして熱交換用の管として使用することを試みた。
波状管(80)は、公知の如く、管を一周する山(91)と溝(92)が交互に連続する凹凸として形成されたものである。
特許文献１の管形状は、山(91)の頂部が山の最大幅を直径とする半円形であり、付着した水滴が落下し難く、山(91)の表面に付着している時間が長い。このため、前記二次熱交換器の熱交換効率を低下させる問題のあることが分かった。
【０００６】
そこで、出願人は、以前に山の断面形状に特徴を有する熱交換用の波状管を提案した(特許文献２)
上記波状管(７)は、図４に示す如く、管の外周に、該管を一周する山(71)と溝(72)を、管の長さ方向に交互に形成している。
各山(71)は管と一体に連続している中空体であり、図５に示す如く、管の軸心を含む面での山(71)の断面形状は、略４角形に膨らむ１段目の山部(71a)の外周面の幅中央に略三角形の２段目の山部(71b)を形成している。
【０００７】
波状管(７)の表面で、燃焼排ガスを含む外気の水分が凝縮して結露が生じても、山(71)に付着した水滴は、山(71)の表面を伝って２段目山部(71b)の先端(下端)に集まる。該第２段目山部(71b)は外側へ尖っているから水切れが良い。しかし、溝(72)の底は幾分フラットな部分(72a)があるため、該溝底に結露が生じると山(71)側へ移動し難くく、水滴が長く溝底に留まって、熱交換効率を低下させる。
【０００８】
然も、上記図５に示す波状管(７)は、直管を内側から圧力水で加圧しながらバルジ型で挟みながら管軸方向に移動させて、山を１つづ形成する公知のバルジ加工によって形成されるため、２段目山部(71b)の尖り部に大きな応力が作用して亀裂が生じ易い問題も生じる。
【０００９】
【特許文献１】特開平６−３３７０８４号公報
【特許文献２】特開２００４−２９４０１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記問題を解決できる熱交換用に適した波状管を明らかにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の波状管(８)は、金属管の外周に、該管を一周する山(81)と溝(82)が交互に連続する凹凸として形成されており、管の軸芯を含む断面において、山(81)も溝(82)も略Ｖ字状を呈しており、山(81)の頂部(81a)及び溝(82)の底部(82a)は、夫々内周も外周も円弧状である。
【００１２】
請求項２は請求項１の波状管において、溝(82)の断面積をＳ1とし、山(81)の内側に形成される内溝(63)の面積をＳ2とすると、Ｓ1はＳ2よりも大である。
【００１３】
請求項３は、請求項１又は２の波状管において、管の端部に山の外周径より大径の筒状接続部(84)を管と一体に形成している。
【００１４】
請求項４は、ガスバーナ等の燃焼加熱源(２)の上方に一次熱交換器(３)、該一次熱交換機の上方に二次熱交換器(４)を配備し、水を二次熱交換器(４)に送り、該二次熱交換器(４)で予備加熱した水を一次熱交換器(３)に導く熱交換装置において、請求項１乃至３の何れかに記載の波状管(８)を二次熱交換器(４)に実施している。
【００１５】
請求項５は、間隔を存して配備された支持壁(41a)(41a)間に複数本の熱交換用管を支持し、管の端部を別の管の端部に繋いでいる熱交換装置において、請求項３に記載の波状管(８)を熱交換用の管に用い、筒状接続部(64)を支持壁(41a)に貫通させている。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の波状管(８)は、管の軸芯を含む断面において、山(81)も溝(82)も略Ｖ字状を呈しているから、溝(82)の表面に生じた結露は速やかに山(81)側に移動し、山(81)の表面の結露は山(81)の速やかに先端側(下側)に移動して滴下する。山(81)と溝(82)の断面形状は夫々略三角形であるから、山(81)の頂部(81a)及び溝(82)の底部(82a)の円弧の曲率半径は小さくなる。即ち、水切れがよいので、長く管の表面に結露が留まって熱交換の効率を低下させることを防止できる。又、略Ｖ字状の山(81)と溝が連続しているから、山の高さを低くせずとも、管の単位長さ当たりの山の数を増やすこと、即ち、管の表面を大きくして熱交換率を高めることができる。
【００１７】
又、山(81)の先端、及び溝(82)の底部は、夫々内周も外周も円弧状であるから、波状管(８)をバルジ加工によって形成しても、山(81)の先端及び溝(82)への極端な応力集中を避けることができ、亀裂が生じることを防止できる。
又、山(81)の形状が略三角形、即ち、山(81)の内部に形成される内溝(83)も管の軸芯に向かって拡大しているから、管内を通る水は内溝(83)に滞留し難く、管を通過する水全体に対する熱交換率を向上させることができる。
【００１８】
請求項２の波状管(８)は、管の軸芯を含む断面において、溝(82)の断面積をＳ1とし、山(81)の内側に形成される内溝(63)の面積をＳ2とすると、Ｓ1はＳ2よりも大であるから、即ち、管の外表面の面積を大きくして、波状管(８)の熱交換率を高めることができる。
【００１９】
請求項３の波状管は、管の端部に山(81)の外周径より大径の筒状接続部(84)を管と一体に形成しているから、間隔を存して配備された支持壁(41a)(41a)間に複数本の熱交換用管を支持し、管の端部を別の管の端部に繋いでいる熱交換装置の熱交換用管に、波状管(８)を用いた場合、波状管(８)が破損した場合、筒状接続部(84)を支持壁(41a)から抜くと、波状管(８)の山(81)の直径は、該筒状接続部(84)の直径よりも小さいから、波状管(８)も一緒に抜き外すことができ、熱交換装置の波状管(８)の交換を能率的に行うことができる。
【００２０】
請求項４の熱交換装置は、前記請求項１の効果で述べたのと同じ理由で、波状管(８)表面の結露の水切れがよく、熱交換の効率を向上させることができる。
【００２１】
請求項５の熱交換装置は、前記請求項３の効果で述べたのと同じ理由で、波状管(８)の交換を能率的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の波状管は、主として大型熱交換器用として開発したが、説明を分かり易くするために、図１の家庭用ガス給湯暖房機の熱源機として、近時実施されている熱交換装置(１)で説明する。
従来例での熱交換装置(１)の説明不足を補い、且つ本発明の熱交換装置との相違点を述べると、一次熱交換器(３)及び二次熱交換器(４)は、夫々上下面が開口した筺状カバー(31)(41)に囲まれている。
両カバー(31)(41)の下端に内向きフランジ(32)(42)が突設され、両内向きフランジ(32)(42)にドレン管(34)(44)が接続される。両ドレン管(34)(44)は中和器(７)へ導かれる。
中和器(７)は、カバー(31)(41)内面に付着してフランジ(32)(42)に滴下し、ドレン管(34)(44)を通じて中和器(７)内に導かれた酸性凝縮水を中和し、排出する役割をなす。
熱交換装置(１)は、筺体(11)で覆われている。
【００２３】
二次熱交換器(４)の多数本の水平フィン管(６)が本発明の波状管(８)に代わる。
図２に示す如く、波状管(８)は、管の長さ方向に山(81)と溝(82)とが交互に連続する凹凸を形成している。
波状管(８)は、管の軸芯を含む断面において、山(81)も溝(82)も略Ｖ字状を呈しており、山の頂部及び溝の底部は、夫々内周も外周も円弧状であることが特徴である。
波状管(８)の山(81)の外径は約４３mm、溝底の管内での直径は約２０mm、肉厚は２mm、２．３mm、３mmの３種類程度である。山(81)のピッチは１３mm程度である。
波状管(81)は、耐熱性、耐錆性に優れ、良熱伝導性であって、山(81)と溝(82)をバルジ加工で加圧成形が可能な金属、例えば、チタン、ステンレス等で形成される。
【００２４】
波状管(８)は、管の軸芯を含む断面において、溝(82)の断面積をＳ1とし、山(81)の内側に形成される内溝(63)の面積をＳ2とすると、Ｓ1はＳ2よりも大である。これは管の外側の表面積が管の内側の表面積よりも大きいことを意味している。
【００２５】
実施例の波状管(８)は、端部に山の外周径より大径の筒状接続部(84)を管と一体に形成している。前記カバー(41)の壁面が、波状管(８)の両端を支える支持壁(41a)となっており、波状管(８)の両端の筒状接続部(84)は、該支持壁(41a)(41a)を貫通している。
筒状接続部(84)には、接続用配管(51)(51)との接続のために、内ネジ、或いは外ネジ(図示せず)が形成されている。
【００２６】
ガスバーナ(20)の燃焼排ガスの温度は、バーナ近傍で約１５００℃、一次熱交換器(３)近傍で約２００℃、二次熱交換器(４)の近傍で約８０℃である。
【００２７】
然して、バーナ(20)の燃焼排ガス中の水分が凝縮し、二次熱交換器(４)の波状管(８)の表面で結露が生じても、管表面の山(81)の斜面(溝の斜面でもある)を伝って山(81)の先端(下端)に集まる。
管の軸芯を含む断面において、山(81)も溝(82)も略Ｖ字状を呈しているから、溝(82)の表面に生じた結露は速やかに山(81)側に移動し、山(81)の表面の結露は山(81)の速やかに先端側(下側)に移動して滴下する山(81)と溝(82)の断面形状は夫々略三角形であるから、山(81)の頂部(81a)及び溝(82)の底部(82a)の円弧の曲率半径は小さくなる。即ち、水切れがよいので、長く管の表面に結露が留まって熱交換の効率を低下させることを防止できる。
又、略Ｖ字状の山(81)と溝が連続しているから、山の高さを低くせずとも、管の単位長さ当たりの山の数を増やすこと、即ち、管の表面を大きくして熱交換率を高めることができる。
【００２８】
又、山(81)の先端、及び溝(82)の底部は、夫々内周も外周も円弧状であるから、波状管(８)をバルジ加工によって形成しても、山(81)の先端及び溝(82)への極端な応力集中を避けることができ、亀裂が生じることを防止できる。
又、山(81)の形状が略三角形、即ち、山(81)の内部に形成される内溝(83)も管の軸芯に向かって拡大しているから、管内を通る水は内溝(83)に滞留し難く、管を通過する水全体に対する熱交換率を向上させることができる。
【００２９】
尚、一次熱交換器(３)では、周辺温度が高いので、管に結露は生じない。
【００３０】
波状管(８)の端部に山(81)の外周径より大径の筒状接続部(84)を管と一体に形成しているから、間隔を存して配備された支持壁(41a)(41a)間に複数本の熱交換用管を支持し、管の端部を別の管の端部に繋いでいる熱交換装置の熱交換用管に波状管(８)を用いると、波状管(８)が破損した場合、筒状接続部(84)を支持壁(41a)から抜くことができると、波状管(８)の山(81)の直径は、該筒状接続部(84)の直径よりも小さいから、波状管(８)も一緒に抜き外すことができ、熱交換装置の波状管(８)の交換を能率的に行うことができる。
【００３１】
熱交換装置の加熱源(２)は、ガスバーナ(20)に限らず、燃焼ガスの高温を利用するものであれば、種類を問わない。
又、本発明の波状管(８)を熱交換用の管として用いる熱交換装置であれば、熱交換装置の構成は問わない。
【００３２】
上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】二次熱交換器を具えた熱交換装置の概略説明図である。
【図２】波状管の一部を軸芯を中心に、上側を断面で示した図である。
【図３】波状管の端部の支持状態を示す説明図である。
【図４】出願人が以前提案した波状管の正面図である。
【図５】図４の波状管の山の断面図である。
【図６】従来の波状管の断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  熱交換装置
２  加熱源
３  一次熱交換器
４  二次熱交換器
８  波状管
81  山
82  溝
83  内溝
84  筒状接続部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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