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CN107421376A - 乱流形成用器具及使用其的热交换器和热水器 - Google Patents

乱流形成用器具及使用其的热交换器和热水器 Download PDF

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CN107421376A CN201710373740.3A CN201710373740A CN107421376A CN 107421376 A CN107421376 A CN 107421376A CN 201710373740 A CN201710373740 A CN 201710373740A CN 107421376 A CN107421376 A CN 107421376A
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Abstract

本发明的课题是，防止流体在乱流形成用器具与传热管的管壁内周面之间形成的间隙的滞留，从而不产生间隙腐蚀。本发明提供一种乱流形成用器具，其由在截面大致为椭圆形状的传热管(2)内沿流路方向插入且在其表背两面突出有多个突出片(1a)(1b)的平板部件(1)构成，在平板部件(1)的沿所述流路方向的两侧边(10a)(10b)的至少一方，设置有按照相对于平板部件(1)有规定的角度的方式设置且前端与传热管(2)的管壁内周面(20)接触、阻止平板部件(1)在传热管(2)内的旋转的旋转阻止片，在所述旋转阻止片与管壁内周面(20)之间形成流体能够流通的空间(23)。

Description

乱流形成用器具及使用其的热交换器和热水器
技术领域
本发明涉及一种为了使传热管内流通的流体产生乱流(湍流、紊流：turbulence)而插入所述传热管内的乱流形成用器具以及使用该乱流形成用器具的热交换器和热水器。
背景技术
构成热交换器的传热管通过被气体燃烧器的燃烧废气加热，使内部的流体升温。已知有为了抑制传热管内流体的局部沸腾以及促进热交换而提高热效率，将使传热管内的流体产生乱流的乱流形成用器具插入传热管内的技术(日本特许公开公报平11-108458号)。
作为所述乱流形成用器具，例如是如下构成的器具，如图8所示，通过对平板部件3实施切取弯曲加工，形成切取孔30a、30b、30c和切取片31a、31b、31c，使多个切取片31a、31b、31c向平板部件3的表背两面突出。在该乱流形成用器具中，传热管内流通的流体通过碰撞切取片31a、31b、31c，如箭头所示，可以促进流体的乱流化，从而有效率地抑制局部沸腾。
并且，所述乱流形成用器具，为了使得设定在截面为椭圆形状的传热管4内规定位置的状态下不会不慎旋转，如图9所示，平板部件3的沿流路方向的两侧边弯曲，通过使该弯曲部32与传热管4的管壁内周面40接触，发挥作为乱流形成用器具的旋转阻止单元的功能(日本特许公开公报昭62-13958号)。
在所述平板部件3上形成的弯曲部32，无法与由截面为圆形或椭圆形的传热管4的曲面组成的管壁内周面40紧密贴合，在弯曲部32和管壁内周面40之间产生微小的间隙30。
由于该间隙30极微小，故而流路阻力大，流体难以流通，从而在间隙30内发生流体的滞留，并且，因为当尘埃等异物流入并堆积在间隙30内时，导致流体更进一步在间隙30内滞留，所以传热管4恐怕会从间隙30的部分发生间隙腐蚀。
发明内容
本发明提供一种防止流体在乱流形成用器具和传热管的管壁内周面之间形成的间隙的滞留，不产生间隙腐蚀的乱流形成用器具。
本发明的乱流形成用器具，
由在截面大致为椭圆形状的传热管内沿流路方向插入的平板部件构成，通过在所述平板部件的表背两面突出的多个突出片，使在所述传热管内流动的流体产生乱流，
在所述平板部件中的沿所述流路方向的两侧边中的至少一侧的侧边，设置有阻止所述平板部件在传热管内旋转的旋转阻止片，
所述旋转阻止片按照相对于所述平板部件有规定的角度、且前端接触所述传热管的管壁内周面的方式设置，
在所述旋转阻止片和所述管壁内周面之间，形成流体能够流通的空间。
根据所述构成，平板部件按照在平板部件的至少一侧的侧边设置的旋转阻止片的前端与传热管的管壁内周面接触的方式，被插入到传热管内。所述平板部件在通过旋转阻止片阻止在传热管内的旋转的状态下，被设定于传热管内的规定位置，并保持该状态。传热管内流通的流体，通过在平板部件的表背突出的突出片而被乱流的同时，进入到在所述旋转阻止片和所述管壁内周面之间形成的空间内。因为所述空间为了流体流通而被设定为足够的大小，所以在所述空间内不产生流路阻力，从而流体不会滞留。并且，即使有异物侵入到空间内，也被流体押出，而不会滞留在空间内。
在所述乱流形成用器具中，优选：所述旋转阻止片是弯曲所述平板部件的所述侧边而形成的立起片(erecting piece)，
所述立起片，按照沿所述侧边的长度方向，向表侧弯曲而形成的表立起片和向背侧弯曲而形成的背立起片交替放置的方式设置。
按照平板部件的表立起片和背立起片各自的前端接触管壁内周面的方式，在传热管内设定平板部件。因此，平板部件从表背两侧被支持，能够有效地取得旋转抑制效果。并且，通过交替设置表立起片和背立起片，能够缩短在各立起片和管壁内周面之间形成的空间连续的距离，所以流体能够容易地通过所述空间内，能够进一步防止在所述空间内的流体的滞留。
在所述乱流形成用器具中，优选：所述立起片，具有：从所述平板部件在大致直角方向立起的第1立起片，和从所述第1立起片的前端朝向管壁内周面的方向延伸的第2立起片；所述立起片设定为所述第2立起片的前端接触管壁内周面的长度。
成为第2立起片介于第1立起片和管壁内周面之间的状态，所述空间由第1立起片、第2立起片及用管壁内周面包围的范围构成，所以能够使所述空间作为更宽的流路发挥作用。
在所述乱流形成用器具中，优选：所述立起片被设置在所述平板部件的沿所述流路方向的两侧边，
被设置在各侧边的所述表立起片和所述背立起片的边界部，被设置在一侧的侧边和另一侧的侧边上在所述平板部件的长度方向相互错开的位置上。
通过在平板部件的两侧边设置立起片，增加与管壁内周面的接触点，能够提高旋转抑制效果。并且，通过所述表立起片和所述背立起片的边界部的构成为：在平板部件的两侧边中，不设置在相互对向的位置，而设置在长度方向上错开的位置，边界部成为通过平板部件不位于同一线上。因此，乱流形成用器具能够提高对于平板部件的扭转方向的强度。
作为本发明的方式，能够提供具有插入有所述乱流形成用器具的传热管的热交换器。通过具有所述乱流形成用器具，可得到具有稳定的热效率且使耐久性得以提高的热交换器。
并且，作为本发明的方式，能够提供具有所述热交换器的热水器。通过具有所述热交换器，得到具有稳定的热效率且使耐久性得以提高的热水器。
发明效果
如上所述，根据本发明，因为旋转阻止片和传热管的管壁内周面之间的空间，为了流体流通而被设定为足够的大小，所以不产生流路阻力，使流体能够在所述空间内顺畅地流通。
即使尘埃等异物进入所述空间内，因为能够通过流体冲向下游侧，所以异物不会堆积在空间内。因此，确实能够防止空间由异物阻塞而引起的在所述空间内的流体的滞留，从而能够抑制在所述空间部分发生传热管的间隙腐蚀的不良情况。
在具有插入有所述乱流形成用器具的传热管的热交换器和具有所述热交换器的热水器中，能够使热效率稳定，并且能够使耐久性得以提高。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及到的乱流形成用器具被安装在传热管内的状态的立体图。
图2是表示图1的X-X的截面图。
图3是表示本发明的第2实施方式所涉及到的乱流形成用器具被安装在传热管内的状态的截面图。
图4是表示本发明的第3实施方式所涉及到的乱流形成用器具被安装在传热管内的状态的截面图。
图5是表示本发明的第4实施方式所涉及到的乱流形成用器具被安装在传热管内的状态的截面图。
图6是具有本发明的实施方式所涉及到的乱流形成用器具的热交换器的局部切口立体图。
图7是具有图6所示的热交换器的热水器的示意图。
图8是表示现有的乱流形成用器具的一部分的放大立体图。
图9是表示现有的乱流形成用器具被安装在传热管内的状态的截面图。
符号说明
1 平板部件
1a、1b 突出片
10a、10b 两侧边
13、14 表背立起片(旋转阻止片)
2 传热管
20 管壁内周面
23 空间
具体实施方式
关于用于实施本发明的方式，边参照附图边详细叙述。
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及到的乱流形成用器具被插入到传热管2内的状态的立体图，图2是图1的X-X的截面图。
第1实施方式的乱流形成用器具，如图1、图2所示，被安装在纵长截面椭圆形状的传热管2内，由具有能够沿构成传热管2的椭圆的长径的中心线放置的宽度、且与传热管2的长度大致一致的长条的平板部件1构成。平板部件1可以由不锈钢制造。
在平板部件1中，通过沿长度方向实施多个切取弯曲加工，形成由切取孔组成的多个通孔1c和由多个切取片组成的多个突出片1a、1b。突出片1a、1b在平板部件1的表背两面突出。
传热管2的材质可以采用不锈钢制或铜制等。
在形成为大致矩形形状的一个通孔1c中，分别从通孔1c内的对向的上游侧边及下游侧边，按照相互并列的方式，剪切形成突出片1a、1b。设置在一个通孔1c上的一对突出片1a、1b形成如下所述的状态，即，将基端部相对于平板部件1向同一方向弯曲，且向前端相互交差的方向倾斜。
一对突出片1a、1b的突出方向在邻接的通孔1c之间为表背反方向。因此，乱流形成用器具成为沿平板部件1的长度方向交替地形成向平板部件1的表面侧突出的一对突出片1a、1b和向背面侧突出的一对突出片1a、1b的状态。
乱流形成用器具，如图2所示，通过使平板部件1按照在截面椭圆形状的传热管2内位于长径的中心线上的方式安装，传热管2内的流路被划分为平板部件1的表面侧的上部区域21和背面侧的下部区域22，突出片1a、1b分别向上部区域21侧及下部区域22侧均等地突出。
在沿平板部件1的长度方向的两侧边10a、10b中，在相对于侧边10a、10b的直角方向上，设置有多个切槽15a～15d。通过在各切槽15a～15d的前后(平板部件1的长度方向两侧)反方向切取，形成在平板部件1的表背交替突出的多个表背立起片13、14。
具体地，参照图1，在平板部件1的一侧的侧边10a中，将平板部件1的左侧的一端和切槽15a之间向表侧切取而形成表立起片13，将切槽15a和切槽15b之间向背侧切取而形成背立起片14，将切槽15b和平板部件1的右侧的另一端之间向表侧切取而形成表立起片13。
在另一侧的侧边10b，将自平板部件1的左侧一端和切槽15c之间向表侧切取而形成表立起片13，将切槽15c和切槽15d之间向背侧切取而形成背立起片14，将切槽15d和平板部件1的右侧的另一端之间向表侧切取而形成表立起片13。
如图2所示，表立起片13及背立起片14分别由相对于平板部件1大致成直角立起的第1立起片11和从其前端向传热管2的管壁内周面20侧倾斜弯曲的第2立起片12构成，分别设定第1、第2立起片11、12的长度，使得第2立起片12的前端与传热管2的管壁内周面20接触。
在使第2立起片12的前端与传热管2的管壁内周面20接触的状态下，将平板部件1收容在传热管2内时，在传热管2内防止旋转或偏移的状态下，将平板部件1设置在规定的位置，并保持该状态。
由这些第1、第2立起片11、12组成的表立起片13及背立起片14发挥着作为乱流形成用器具的旋转阻止片的作用。
表立起片13及背立起片14分别由在相对于平板部件1大致直角方向突出的第1立起片11和从第1立起片11的前端向传热管2的管壁内周面20弯曲的第2立起片12构成。成为第2立起片12倾斜介于第1立起片11和管壁内周面20之间的构成。因此，在表立起片13和管壁内周面20之间，形成向下方开放的比较广阔的空间23。在背立起片14和管壁内周面20之间，形成向上方开放的比较广阔的空间23。
空间23的广度被设定为流体流通的足够的大小。因此，传热管2内流通的流体，除上部区域21和下部区域22以外，在空间23内也流通顺畅，流路阻力不变大。并且，流入空间23的尘或埃等异物通过流通空间23的流体被押出，所以不会在空间23内堆积。因此，不存在在空间23内滞留流体而腐蚀构成空间23的表立起片13、背立起片14或传热管2的不良情况。
作为旋转阻止片的表立起片13及背立起片14，在平板部件1的两侧边10a、10b中，按照沿流路方向在平板部件1的表背交替突出的方式形成。因此，该乱流形成用器具，以平板部件1为中心，第2立起片12的前端既接触传热管2内的上部区域21侧的管壁内周面20，也接触下部区域22侧的管壁内周面20，能够确实地防止在传热管2内平板部件1的旋转或偏移。
并且，在一个表立起片13或背立起片14和传热管2的管壁内周面20之间形成的空间23，沿传热管2的流路方向较短地分割形成。因此，流体能够容易地通过一个空间23，能够进一步防止空间23成为流路阻力和异物在空间23内堆积的不良情况。
此外，为了将空间23的大小设为流体流通的足够的大小，将管壁内周面20和第1立起片11的间隙设定为1mm以上。
而且，在平板部件1的一侧的侧边10a上形成的切槽15a、15b和在另一侧的侧边10b形成的切槽15c、15d，不是在通过平板部件1相互对向的位置上形成，而是在流路方向相互错开的位置上形成。因此，即使对平板部件1施加扭转方向的力，也不会产生平板部件1变形、破损的不良情况，能够提高平板部件1的强度。
图3是第2实施方式所涉及到的乱流形成用器具的说明图。
第2实施方式所涉及到的乱流形成用器具，与第1实施方式相同，在平板部件1的两侧边10a、10b上，使第1立起片11相对于平板部件1大致成直角立起，并且，形成从其前端相对于第1立起片11弯曲成直角的第2立起片12a。在该第2实施方式中，能够使第1立起片11位于从传热管2的管壁内周面20只背离第2立起片12a的长度的位置，在表立起片13和管壁内周面20之间，形成向下方开放的大致为矩形形状的空间23，在背立起片14和管壁内周面20之间，形成向上方开放的大致为矩形形状的空间23。
图4是第3实施方式所涉及到的乱流形成用器具的说明图。
在第3实施方式所涉及到的乱流形成用器具中，只通过相对于平板部件1在直角方向切取的立起片11a，构成表立起片13和背立起片14。并且，通过使立起片11a的前端延长直至抵接到传热管2的管壁内周面20的规定之处，在立起片11a和传热管2的管壁内周面20之间，形成细长的空间23。在该第3实施方式中，由于平板部件1的两侧边10a、10b只向表背弯曲即可，因此制造简单。
图5是第4实施方式所涉及到的乱流形成用器具的说明图。
第4实施方式所涉及到的乱流形成用器具，作为表立起片13及背立起片14，形成从平板部件1的两侧边10a、10b向传热管2的管壁内周面20倾斜的倾斜片16。在该第4实施方式中，在表立起片13和传热管2的管壁内周面20之间，形成向下方开放的大致为三角形形状的空间23，在背立起片14和传热管2的管壁内周面20之间，形成向上方开放的大致为三角形形状的空间23。
此外，本发明的范围，不限定于上述各实施方式，通过专利权利要求的范围解释。
表立起片13及背立起片14，只要在与传热管2的管壁内周面20之间能够确保流体流通有足够大小的空间，其形状不被限定。
并且，在所述各实施方式中，作为旋转阻止单元，将表立起片13及背立起片14设置在沿平板部件1的长度方向的两侧边10a、10b上，但也可以只设置在平板部件1的任一侧的侧边上。
在所述各实施方式中说明的乱流形成用器具，被插入到构成如图6所示的热交换器的传热管2内使用。
图6所示的热交换器，在壳体5内，并列着多个吸热用的由铜板或不锈钢板组成的板状翅片50，同时，按照贯通板状翅片50的方式设置有由截面为椭圆形状的多个直管组成的传热管2。传热管2按照椭圆的短径水平放置的方式被架设在壳体5的两侧壁间。传热管2的两端贯通壳体5的侧壁，按照每个盖部5a包围两个传热管2的端部边缘的方式，在壳体5的侧壁上固定盖部5a。因此，流通在传热管2的流体通过盖部5a进行蛇形流通。
乱流形成用器具的平板部件1按照沿长度方向水平的放置的方式，被插入到传热管2内。
所述热交换器被用作如图7的示意图所示的潜热回收型燃气热水器的显热热交换器。
在该热水器中，其在外壳55内的上部区域设置有：器体53，其具备具有向下的燃烧面33a的燃烧器33；和风扇箱34，其连通器体53且收容有将空气和燃料气体的混合气体送入器体53内的燃烧器33的风扇34a。在器体53内的燃烧器33的下方设置有用来自燃烧器33的燃烧废气加热的给热水用的第1、第2热交换器51、52。在风扇箱34的上游侧连接设置有使空气和燃料气体混合的混合装置35。混合装置35上连通有送来空气的给气通路36和流进燃料气体的气体供给通路37。
燃烧器33是将从给气通路36送入到混合装置35内的全部空气作为一次空气并使之与燃料气体混合且燃烧的全一次空气燃烧式的燃烧器。在混合装置35内生成的混合气中的空气的量和燃料气体的气体量，通过使风扇34a旋转的马达M的旋转数决定。
第1热交换器51是设置在器体53的中间部的显热回收型的热交换器，壳体5构成器体53的一部分。并且，第2热交换器是在第1交换器51下部连续的潜热回收型的热交换器。
该热水器，其构成是，将来自与第2热交换器52的上游侧相连的给水管38的水在第2热交换器52中用来自燃烧器33的燃烧废气的潜热进行加热后，在第1热交换器51中用燃烧废气的显热加热，加热到所规定的设定温度的温水从与第1热交换器51的下游侧相连的出热水管39流出。
此外，通过第2热交换器52的燃烧废气经由排气导管54排出到外壳55的外部，同时，在第2热交换器52中产生的排水被回收到排水接收部322，用中和器323处理后，向外部排出。
综上所述，因为在作为第1热交换器51的流水管道的传热管2内，插入了所述乱流形成用器具，所以从第2热交换器52送来的加热水在通过热交换器51的传热管2时，通过碰撞在平板部件1的表背突出的多个突出片1a、1b上，流通(流动)产生变化，促进乱流。因此，传热管2内的热交换率稳定。
并且，在传热管2内，设置有旋转阻止片(表立起片13及背立起片14)，使得平板部件1不会不慎旋转，同时，在旋转阻止片13、14和传热管2的管壁内周面20之间形成有流体能够流通的空间23。因此，在传热管2内的平板部件1的旋转阻止片13、14的部位，不易发生因流体滞留所造成的间隙腐蚀，所以能够使第1热交换器51及热水器的耐久性得以提高。

Claims (8)

1.一种乱流形成用器具，其特征在于，由在截面大致为椭圆形状的传热管内沿流路方向插入的平板部件构成，通过向所述平板部件的表背两面突出的多个突出片，使在所述传热管内流动的流体产生乱流，
在所述平板部件的沿所述流路方向的两侧边中的至少一侧的侧边，设置有阻止所述平板部件在传热管内旋转的旋转阻止片，
所述旋转阻止片按照相对于所述平板部件有规定的角度、且前端接触所述传热管的管壁内周面的方式设置，
在所述旋转阻止片和所述管壁内周面之间，形成流体能够流通的空间。
2.根据权利要求1所述的乱流形成用器具，其特征在于，
所述旋转阻止片为弯曲所述平板部件的所述侧边而形成的立起片，
所述立起片，按照沿所述侧边的长度方向，向表侧弯曲而形成的表立起片和向背侧弯曲而形成的背立起片交替放置的方式设置。
3.根据权利要求2所述的乱流形成用器具，其特征在于，
所述立起片，具有：从所述平板部件以大致直角方向立起的第1立起片，和从所述第1立起片的前端朝向管壁内周面的方向延伸的第2立起片；所述立起片设定为所述第2立起片的前端接触管壁内周面的长度。
4.根据权利要求2或3所述的乱流形成用器具，其特征在于，
所述立起片，被设置在所述平板部件的沿所述流路方向的两侧边上，
在各侧边设置的所述表立起片和所述背立起片的边界部，被设置在一侧的侧边和另一侧的侧边上在所述平板部件的长度方向相互错开的位置上。
5.一种热交换器，其特征在于，
具有：插入有权利要求1～3中任一项所述的乱流形成用器具的传热管。
6.一种热交换器，其特征在于，
具有插入有权利要求4所述的乱流形成用器具的传热管。
7.一种热水器，其特征在于，
具有权利要求5所述的热交换器。
8.一种热水器，其特征在于，
具有权利要求6所述的热交换器。
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