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JPH0457936B2 - - Google Patents
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JPH0457936B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0457936B2
JPH0457936B2 JP62085471A JP8547187A JPH0457936B2 JP H0457936 B2 JPH0457936 B2 JP H0457936B2 JP 62085471 A JP62085471 A JP 62085471A JP 8547187 A JP8547187 A JP 8547187A JP H0457936 B2 JPH0457936 B2 JP H0457936B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat exchanger
heat transfer
fins
tube
radiator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP62085471A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS63251751A (en
Inventor
Noryuki Oda
Tetsuo Takehara
Yasushi Maeno
Kozo Sakurai
Yoshihiro Sugano
Daisuke Koshimizu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Gas Co Ltd
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Tokyo Gas Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd, Tokyo Gas Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
Priority to JP8547187A priority Critical patent/JPS63251751A/en
Publication of JPS63251751A publication Critical patent/JPS63251751A/en
Publication of JPH0457936B2 publication Critical patent/JPH0457936B2/ja
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  • Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

「技術分野」 本発明は、湯沸器、風呂釜、温水ボイラ等に使
用される流体加熱用の装置に関する。 「従来技術およびその問題点」 従来の湯沸器、風呂釜、温水ボイラ等に使用さ
れる流体加熱用の装置は、ケーシングの一方の端
部にバーナー等の燃焼手段を配置し、ケーシング
の内部を燃焼室および燃焼ガスの流路とし、この
燃焼ガスの流路に沿つて伝熱管を多段構造に配列
してできており、燃焼ガスの接触によつて伝熱管
を加熱する、いわゆる対流熱伝達を利用したもの
であつた。 これに対し、燃焼室の小型化、燃焼熱の効果的
利用を図つて、対流熱伝達に加えて輻射熱伝達を
も用いて伝熱管内を流れる被加熱流体を加熱する
流体加熱用の装置が特願昭60−223980号(特開昭
62−84258号)として本出願人により提案されて
いる。この流体加熱用の装置は、燃焼手段によつ
て形成される燃焼ガスの流れ方向に、第一の伝熱
管、通気性の輻射体、第二の伝熱管を順次配置し
て構成されている。 この流体加熱用の装置においては、燃焼ガスに
よつて白熱化した輻射体の輻射熱が伝熱管に照射
され、燃焼ガスからの対流熱伝達と輻射体からの
輻射熱伝達とで伝熱管が効率的に加熱される。ま
た、第一の伝熱管を燃焼手段に近接した場合、急
激な温度低下によりCO等の不完全燃焼成分が発
生するが、この不完全燃焼成分は高温の輻射体を
通るときに完全燃焼するので、第一の伝熱管を燃
焼手段に近接配置することができ、これにより装
置のコンパクト化が可能となる。 ところで、上記の流体加熱用の装置においても
熱伝達効率をより向上させるためには、伝熱管の
外周にフインを設け、燃焼ガスとの接触面積を大
きくして対流熱伝達を良好にすることが望まれて
いる。しかし、伝熱管の外周にフインを設けた場
合には、フインが過熱されて熱変形を起こした
り、フインによつてガスの温度低下を起こしCO
等の不完全燃焼成分が増大したりする可能性があ
り、フインをどのような態様で設けるかが重要な
問題となつていた。 「発明の目的」 本発明の目的は、燃焼ガスの流れ方向に、第一
の伝熱管、通気可能とされた輻射体、第二の伝熱
管を順次配置した流体加熱用の装置において、フ
インを所定の態様で設けることにより、フインの
熱変形、熱損傷を生じることなく、かつ、フイン
による不完全燃焼成分の増大をもたらすことな
く、熱伝達効率を向上させることにある。 「発明の構成」 本発明による流体加熱用の装置は、燃焼手段に
より形成される燃焼ガスの流れ方向に、第一の伝
熱管、通気可能とされた輻射体、第二の伝熱管の
順に配置された流体加熱用の装置において、前記
第一の伝熱管は、フイン高さ約3mm以下であつ
て、フインの間隔がフインの高さ以下とされたフ
インチユーブで構成され、前記第二の伝熱管は、
フイン高さが約3mm超のフインチユーブで構成さ
れていることを特徴とする。 本発明において、第一の伝熱管は、燃焼手段と
輻射体とに挾まれており、燃焼手段からの高温
(例えば1500〜1600℃)の燃焼ガスに直接さらさ
れ、かつ、輻射体からの強烈な輻射熱を浴びる。
伝熱効率の点では、フイン付きとし、かつ、フイ
ン高さも高いことが一般には望まれるが、フイン
高さが高すぎると、管内を水などの低温流体が流
れていることはいうものの、フインの伝熱抵抗の
ため管内流体による受熱が追いつかず、フインの
外周端縁部が過熱し、ついには熱変形に至る。そ
こで、本発明では、第一の伝熱管のフイン高さを
3mm以下とすることにより、フインの熱変形をを
防止している。なお、第一の伝熱管のフイン高さ
は、2mm以下とすることがさらに好ましい。 また、フイン高さが例えば5mm以上もあるよう
なフインチユーブを第一の伝熱管に採用すると、
低温のフインに接触して急激に温度低下する燃焼
ガスの量が増加して、第一の伝熱管域を流れる燃
焼ガス中に不完全燃焼によるCO濃度が増加し、
これが充分に酸化されないまま下流に流れ、結果
として排ガス中のCO量が多くなる。しかし、第
一の伝熱管をフイン高さ3mm以下とすることによ
り、第一の伝熱管域を流れる燃焼ガス温度は充分
高く維持され、結果として排ガス中のCO量も殆
どなくなる。 また、第一の伝熱管のフインの外周縁部におけ
る隣りあうフインとフインの間隔(フインの肉厚
を除いた間隔)は、フイン高さ以下とする。これ
により、輻射体からの輻射熱を効率よく受熱でき
る。すなわち、輻射体からの輻射熱は、伝熱管本
体の外周面やフイン両側面に照射されるが、その
すべてがそのまま受熱されるわけではなく、少な
からざる割合で乱反射されてしまう。しかし、上
述のようにフインの間隔をフイン高さ以下とする
と、乱反射された輻射熱の多くが再び近傍のフイ
ン面や伝熱管本体の外周面にとらえられ、全体と
して輻射体から照射された輻射線の多くがこの第
一の伝熱管に吸収されるようになる。 一方、輻射体の配置域を通過することにより、
燃焼ガスの温度は100〜150℃低下するが、まだ充
分高温(例えば600〜900℃)である。ここで効率
的に熱回収するため、本発明では、第二の伝熱管
はフイン付きとし、フイン高さ3mm超、好ましく
は5mm以上とする。 しかし、第二の伝熱管域においても、第一の伝
熱管域よりも低温であるとはいうものの、依然と
してかなりの高温であるため、フイン外周端縁部
の過熱ひいては熱変形に至る恐れがある。このた
め、第二の伝熱管のフイン高さは20mm以下とする
ことが好ましい。 なお、本発明のより好ましい態様においては、
第二の伝熱管において、最も輻射体に近い側はフ
イン高さ5〜10mmとし、最も輻射体に遠い側はフ
イン高さ10〜20mmとする。 第一、第二の伝熱管とも材質は、銅、ステンレ
スなどの金属材料が採用され、特に安価で伝熱性
が良好な銅が好ましい。 本発明では、一般に、燃焼ガスの流路の上流側
のケーシングの端部に、バーナー等の燃焼手段が
配置されて、全体としてコンパクトな流体加熱用
の装置とされる。バーナーとしては、拡散燃焼型
等のものも使用できるが、より好ましくは、燃焼
用空気と燃焼ガスとを予め混合し、この混合ガス
をバーナープレートより噴出させて燃焼させる予
混合バーナーが採用され、高い面負荷、高い燃焼
室負荷が図られる。 第一の伝熱管と第二の伝熱管は、それぞれ一本
のみであつてもよいが、一般にはそれぞれ複数本
からなつて伝熱管群を構成するのが好ましい。 第一の伝熱管群と第二の伝熱管群は、それぞれ
複数本に分かれて複数の独立した流路を形成する
ものを採用してもよいが、例えばケーシングの外
側または内側で端部を順次連結した流路を形成す
るものを採用するのが好ましい。この場合、伝熱
管は、燃焼ガスに接触するようにケーシングの内
部に配置するだけでなく、一部の伝熱管は、ケー
シングに外側から接するように配置して、ケーシ
ング外壁からも熱交換を行なうとともに、ケーシ
ングを冷却するようにしてもよい。 さらに、輻射体としては、高温で効果的な輻射
熱を発生させるようにするため、例えば炭化ケイ
素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、コージライ
ト、ムライト、リチウムアルミニウムシリケー
ト、アルミニウムチタネート等のセラミツクスが
好ましい。 このような輻射体は、燃焼ガスの流通を妨げな
いようにし、かつ、燃焼ガスとの接触面積を広く
とるようにするため、通気性が良好なものが採用
される。具体的には輻射体自身が通気性を有する
もの、例えば、ハニカム体、三次元網状体、連通
気泡体、網状物積層体、可撓性織布体等が挙げら
れるが、この中でも特に板状のハニカム体が好ま
しい。板状のハニカム体は、板面に表裏に貫通す
る多数の平行セルを有するもので、セル形状は、
正方形、長方形、六角形等適宜選択できる。ま
た、板状のハニカム板は、波板同士または波板と
平板を多数積層して形成されたようなものであつ
てもよい。また、輻射体自身が通気性を有しなく
ても、個々の輻射体が相互に所定の間隔をおいて
配置され、全体として通気可能とされた輻射体を
構成していてもよい。このようなものとしては、
多数のセラミツクス製棒状体を相互に平行かつ千
鳥状に配置したもの、あるいは多数のセラミツク
ス製細巾板をルーバ状に配置したものなどが例示
される。 「発明の実施例」 以下に、本発明による流体加熱用の装置の実施
例を説明する。 第1図および第2図は、本発明装置の第一の実
施例が示されている。この流体加熱用の装置11
は、上方が図示しない排気口に接続されたケーシ
ング12を有しており、このケーシング12内
は、下方に配置されたバーナープレート13を境
にして、下側が混合室14、上側が燃焼室15と
して構成されている。バーナープレート13は、
ケーシング12の上下方向に多数の炎孔を有する
面状に形成され、混合室14にて燃焼ガスと空気
とで作られた予混合気を炎孔から噴出して面状の
火炎を形成する。なお、予混合室14に燃焼用空
気を供給するフアン、燃料ガスを供給する燃焼ガ
スノズル、火炎形成のための点火手段が付設され
ているが、第1図では省略してある。そして、予
混合気はバーナープレート13から噴出されて火
炎を形成した後、生成される燃焼ガスは、燃焼室
15の下側から上側に向かつて流れる。 バーナープレート13の上部近傍位置には、複
数本からなる第一の伝熱管16が相互に平行に横
架配置されている。第一の伝熱管16は、燃焼ガ
スの対流熱と、輻射体18からの輻射熱を効率的
に回収するものである。この第一の伝熱管16は
上下方向に一段または複数段(この実施例では二
段)に配置され、複数段の場合は、上下の伝熱管
がなるべく重ならないように、例えば千鳥配列と
することが好ましい。第一の伝熱管16のうち、
最下段の伝熱管の下縁からバーナープレート13
上面までの距離は100mm以下、好ましくは5〜50
mmとされる。 第一の伝熱管16は、この実施例の場合、ロー
フインチユーブで構成されている。すなわち、第
2図に示すように、第一の伝熱管16の外周に
は、断面台形状または四角形状の多数のローフイ
ン17が所定のピツチPをもつて形成されてい
る。このローフイン17の外周縁部における間隔
A(ピツチPから周縁部肉厚を除いた距離)がフ
インの高さH0と等しいか、高さH0以下とされる
ことが好ましい。そして、この実施例の場合、高
さH0が1.5mm、間隔Aが1.0mmとされている。さら
に、ローフインチユーブの長手方向端部は、高さ
H0が漸減する漸化部Bを経て肉厚直管部Cとな
つており、この肉厚直管部Cにおいてケーシング
12に接続している。なお、本発明において、フ
イン高さH0とはこのような漸化部Bや肉厚直管
部Cにおける値を意図するものではない。 第一の伝熱管16の上部には輻射体18が配置
されている。この輻射体18は、燃焼ガスが輻射
体18の内部を流れて下流側に通過できるような
通気性を有しており、燃焼ガス流路の断面のほぼ
全域をカバーするようになつている。この実施例
において、輻射体18はセラミツクス製のハニカ
ム板で構成されているが、その他、三次元網状
体、連通気泡体、網状物積層体等を用いることも
できる。この輻射体18により、第一の伝熱管1
6は、燃焼ガスの対流熱とともに輻射熱をも受熱
する。 輻射体18のさらに上部には、複数本の第二の
伝熱管19が配置されている。この第二の伝熱管
19は、輻射体18を通過して若干温度の低下し
た燃焼ガスの熱を効果的に回収するもので、この
実施例では、多数の平行なプレートフイン20に
複数の平行な伝熱管が貫通したプレートフインチ
ユーブが採用されている。プレートフイン20
は、その周縁部が、各伝熱管からほぼ同心円状に
フイン高さが同じになるようにされ、滑らかな谷
部を形成するように切り出されている。そして、
輻射体18に最も近い下側周縁部のフイン高さ
H1が5〜10mm、輻射体18から最も遠い上側周
縁部のフイン高さH2が10〜20mmとされている。
ただし、プレートフイン20の外周縁は、必ずし
も滑らかな谷部に形成する必要はなく、例えば周
縁部を直線状とした単純な長方形状とすることも
可能である。 なお、この実施例において、第一の伝熱管16
および第二の伝熱管19は、実際にはシリーズに
連結されて全体として一本の流路を構成してい
る。 次に、上記構成による流体加熱用の装置11の
作用を説明する。 混合室14で作られた予混合気は、バーナープ
レート13の炎孔を通過した後に点火されて火炎
が形成され、1500〜1600℃の高温の燃焼ガスとな
つて燃焼室15に送られる。 この燃焼ガスは、第一の伝熱管16の配置域に
導かれ、対流熱伝達によつて燃焼ガスが有してい
る熱エネルギーの一部を第一の伝熱管16内に流
れる流体、特には水等の液体へ伝達する。さら
に、燃焼ガスは、第一の伝熱管16相互間の間〓
を通過し、高温のまま輻射体18内を流れ、この
輻射体18をも加熱して白熱化させる。これによ
り、輻射体18は、例えば1000〜1200℃の高温に
保持され、主に第一の伝熱管16を輻射加熱す
る。したがつて、第一の伝熱管16内を流れる水
等の液体は、燃焼ガスによる対流熱伝達と、輻射
体18による輻射熱伝達の両方によつて受熱され
ることとなる。 この場合、第一の伝熱管16は、ローフイン1
7の高さが3mm以下、この実施例では1.5mmのロ
ーフインチユーブで構成されているため、輻射体
18からの輻射熱はこのローフイン17によつて
効率的に捕捉されるとともに、高温の燃焼ガスと
強烈な輻射熱に晒されても、ローフイン17の外
周端縁部の熱変形、熱損傷が防止される。また、
第一の伝熱管16をバーナープレート13に近接
配置したことにより、燃焼室15において不完全
燃焼によるCO等が発生することがあるが、第一
の伝熱管16をこのようなローフインチユーブで
構成すると、フインに接触して急激な温度低下を
おこす燃焼ガスの量が限定され、温度降下がスム
ーズに行われるため、COの酸化が進んで、燃焼
ガス中における残存CO量の増大を防止できる。
さらに、ローフイン17の間隔Aをフイン高さ
H0以下とすることにより、輻射熱を良好に吸収
して熱伝達効率を高めることができる。 そして、燃焼ガスは、輻射体18を通過する間
に、その温度が100〜150℃程度低下して第二の伝
熱管19の配置域に導かれる。第二の伝熱管19
にも輻射体18から輻射熱が照射されるが、輻射
体18の上面の温度は下面の温度よりもこれに対
応して低くなつているので、輻射体18から第一
の伝熱管に照射される量に比べて、および50〜70
%程度の量が第二の伝熱管に照射される。このた
め、第二の伝熱管19においては、燃焼ガスとの
接触による対流熱伝達が主になされる。そして、
第二の伝熱管19は、第一の伝熱管16のフイン
17よりもフイン高さの高いプレートフイン20
を有しているので、燃焼ガスとの接触面積をより
広くとることができ、対流熱伝達が良好になされ
る。さらに、燃焼ガスの温度が低下しているの
で、フイン高さが高くてもフインの周縁部におけ
る熱変形は防止される。なお、この実施例の場
合、輻射体18に最も近い下側周縁部のフイン高
さH1が5〜10mm、輻射体18から最も遠い上側
周縁部のフイン高さH2が10〜20mmとされている
ので、フインの熱変形、熱損傷を防止しつつ対流
熱伝達効率を可能な限り高めることができる。こ
うして、水などの流体は、いずれもシリーズに接
続された第一の伝熱管16を通つた後、さらに第
二の伝熱管19を通り、それぞれにおいて熱エネ
ルギーを受け、所定の温度に加熱されて取出され
る。 第3図には、本発明の第2の実施例が示されて
いる。この実施例では、第二の伝熱管19がハイ
フインチユーブとして構成された例である。すな
わち、第二の伝熱管19は、その外周に多数のハ
イフイン21を有してなつている。このハイフイ
ン21は、上下の伝熱管でそのフイン高さが異な
つており、下段のフイン高さH1と上段のフイン
高さH2は、H1<H2の関係となつている。そし
て、この実施例では、H1を5〜10mm、H2を10〜
20mmとしている。この例によつても、輻射体18
を通過して温度の低下した燃焼ガスの熱を、効率
的に吸収することができる。その他の構成は第1
実施例に準じるので、説明を省略する。 実験例 第1図及び第2図に示した装置において、第一
の伝熱管16をフインなしとしたもの(No.1)、
第一の伝熱管16のフイン17の高さを2mm、ピ
ツチを2mmとしたもの(No.2)、第一の伝熱管1
6のフイン17の高さを4mm、ピツチを4mmとし
たもの(No.3)をそれぞれ作製し、第一の伝熱管
16および第二の伝熱管19をシリーズに接続し
て、第一の伝熱管16から第二の伝熱管19に水
を流したときの水に伝熱されたエネルギーを測定
した。 なお、第二の伝熱管19のフイン20は、輻射
体18に最も近い下縁周縁部のフイン高さH1
10mm、輻射体18から最も遠い上縁周縁部のフイ
ン高さH2を20mmとした。また、第一および第二
の伝熱管は、いずれも銅製のチユーブである。ま
た、供給ガスのエネルギーは、29200kcal/hで
あり、水の流量は、20/m(1200/h)であ
り、流入水の温度は、15℃である。 この結果を第1表に示す。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a device for heating a fluid used in water heaters, bathtubs, hot water boilers, and the like. "Prior art and its problems" Conventional fluid heating devices used in water heaters, bathtubs, hot water boilers, etc. have a combustion means such as a burner placed at one end of the casing, and the inside of the casing is is a combustion chamber and a flow path for combustion gas, and heat transfer tubes are arranged in a multi-stage structure along the flow path of combustion gas, and the heat transfer tubes are heated by contact with the combustion gas, so-called convection heat transfer. It was made using In response to this, there is a special fluid heating device that heats the fluid flowing inside the heat transfer tube by downsizing the combustion chamber and effectively utilizing combustion heat, and using radiant heat transfer in addition to convective heat transfer. No. 60-223980 (Unexamined Japanese Patent Publication No.
62-84258) by the present applicant. This fluid heating device is constructed by sequentially arranging a first heat exchanger tube, an air-permeable radiator, and a second heat exchanger tube in the flow direction of the combustion gas formed by the combustion means. In this fluid heating device, the heat transfer tube is irradiated with the radiant heat of the radiant that becomes incandescent due to the combustion gas, and the heat transfer tube is efficiently heated by convective heat transfer from the combustion gas and radiation heat transfer from the radiant. be done. In addition, when the first heat transfer tube is placed close to the combustion means, incompletely combusted components such as CO are generated due to the sudden temperature drop, but these incompletely combusted components are completely combusted when they pass through the high-temperature radiator. , the first heat exchanger tube can be placed close to the combustion means, thereby making it possible to make the device more compact. By the way, in order to further improve the heat transfer efficiency in the above fluid heating device, it is possible to provide fins on the outer periphery of the heat transfer tube to increase the contact area with the combustion gas and improve convective heat transfer. desired. However, if fins are provided around the outer periphery of the heat transfer tube, the fins may become overheated and thermally deformed, or the fins may lower the temperature of the gas, causing CO
There is a possibility that incompletely combusted components such as fins may increase, and the manner in which the fins should be provided has become an important issue. ``Object of the Invention'' The object of the present invention is to provide a fluid heating device in which a first heat transfer tube, a ventilated radiator, and a second heat transfer tube are sequentially arranged in the flow direction of combustion gas. By providing the fins in a predetermined manner, the purpose is to improve heat transfer efficiency without causing thermal deformation or thermal damage to the fins, and without causing an increase in incomplete combustion components due to the fins. "Structure of the Invention" A device for heating a fluid according to the present invention includes a first heat exchanger tube, a ventilated radiator, and a second heat exchanger tube arranged in this order in the flow direction of the combustion gas formed by the combustion means. In the apparatus for heating a fluid, the first heat exchanger tube is composed of a finch tube having a fin height of about 3 mm or less and a spacing between the fins being equal to or less than the height of the fins, and the second heat exchanger tube teeth,
It is characterized by being composed of a finch tube with a fin height of more than about 3 mm. In the present invention, the first heat transfer tube is sandwiched between the combustion means and the radiant, and is directly exposed to high-temperature (for example, 1500 to 1600°C) combustion gas from the combustion means, and is exposed to intense heat from the radiant. exposed to radiant heat.
In terms of heat transfer efficiency, it is generally desirable to have fins with fins and a high fin height. However, if the fin height is too high, the fins will be Due to the heat transfer resistance, the heat received by the fluid in the pipe cannot keep up, and the outer peripheral edge of the fin becomes overheated, eventually leading to thermal deformation. Therefore, in the present invention, thermal deformation of the fins is prevented by setting the fin height of the first heat transfer tube to 3 mm or less. In addition, it is more preferable that the fin height of the first heat exchanger tube be 2 mm or less. In addition, if a fin tube with a fin height of, for example, 5 mm or more is used for the first heat transfer tube,
The amount of combustion gas that contacts the low-temperature fins and rapidly decreases in temperature increases, and the CO concentration due to incomplete combustion increases in the combustion gas flowing through the first heat transfer tube region.
This flows downstream without being sufficiently oxidized, resulting in an increase in the amount of CO in the exhaust gas. However, by setting the fin height of the first heat transfer tube to 3 mm or less, the temperature of the combustion gas flowing through the first heat transfer tube region is maintained sufficiently high, and as a result, the amount of CO in the exhaust gas is almost eliminated. Further, the distance between adjacent fins at the outer peripheral edge of the fins of the first heat exchanger tube (the distance excluding the wall thickness of the fins) is set to be equal to or less than the fin height. Thereby, the radiant heat from the radiator can be efficiently received. That is, although the radiant heat from the radiator is irradiated onto the outer circumferential surface of the heat exchanger tube body and both side surfaces of the fins, not all of the heat is received as is, and a considerable portion is diffusely reflected. However, if the spacing between the fins is set below the fin height as described above, most of the diffusely reflected radiant heat is captured again by the nearby fin surfaces and the outer peripheral surface of the heat exchanger tube body, resulting in the radiation emitted from the radiator as a whole. Most of it comes to be absorbed into this first heat exchanger tube. On the other hand, by passing through the radiator placement area,
Although the temperature of the combustion gas decreases by 100 to 150°C, it is still sufficiently high (for example, 600 to 900°C). In order to efficiently recover heat, in the present invention, the second heat transfer tube is provided with fins, and the height of the fins is more than 3 mm, preferably 5 mm or more. However, although the temperature in the second heat transfer tube area is lower than that in the first heat transfer tube area, the temperature is still quite high, so there is a risk of overheating of the outer peripheral edges of the fins and even thermal deformation. . For this reason, the fin height of the second heat exchanger tube is preferably 20 mm or less. In addition, in a more preferable embodiment of the present invention,
In the second heat exchanger tube, the fin height on the side closest to the radiator is 5 to 10 mm, and the fin height on the side furthest from the radiator is 10 to 20 mm. The material of both the first and second heat transfer tubes is a metal material such as copper or stainless steel, and copper is particularly preferable because it is inexpensive and has good heat conductivity. In the present invention, a combustion means such as a burner is generally disposed at the end of the casing on the upstream side of the combustion gas flow path, resulting in an overall compact fluid heating device. As the burner, a diffuse combustion type or the like can be used, but it is more preferable to use a premix burner in which combustion air and combustion gas are mixed in advance, and this mixed gas is ejected from a burner plate and combusted. A high surface load and a high combustion chamber load are achieved. Although there may be only one first heat exchanger tube and only one second heat exchanger tube, it is generally preferable that a plurality of each constitute a heat exchanger tube group. The first heat exchanger tube group and the second heat exchanger tube group may each be divided into a plurality of tubes to form a plurality of independent flow paths. It is preferable to use one that forms connected flow paths. In this case, the heat exchanger tubes are not only placed inside the casing so as to be in contact with the combustion gas, but some heat exchanger tubes are also placed so as to contact the casing from the outside to perform heat exchange from the outer wall of the casing. At the same time, the casing may be cooled. Further, as the radiator, ceramics such as silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, cordierite, mullite, lithium aluminum silicate, aluminum titanate, etc. are preferable in order to generate effective radiant heat at high temperatures. Such a radiator has good air permeability in order not to obstruct the flow of combustion gas and to ensure a wide contact area with the combustion gas. Specifically, examples include those in which the radiator itself has air permeability, such as honeycomb bodies, three-dimensional mesh bodies, open-cell foam bodies, mesh laminates, flexible woven fabric bodies, etc. Among these, plate-shaped bodies in particular A honeycomb body is preferred. A plate-shaped honeycomb body has a large number of parallel cells penetrating the plate surface from the front and back, and the cell shape is as follows.
Square, rectangle, hexagon, etc. can be selected as appropriate. Further, the plate-shaped honeycomb plate may be formed by laminating a large number of corrugated plates or a large number of corrugated plates and flat plates. Furthermore, even if the radiator itself does not have air permeability, the individual radiators may be arranged at predetermined intervals from each other to form a radiator that is breathable as a whole. As such,
Examples include a structure in which a large number of ceramic rod-shaped bodies are arranged parallel to each other in a staggered manner, or a structure in which a large number of narrow ceramic plates are arranged in a louver shape. Embodiments of the Invention In the following, embodiments of a device for heating a fluid according to the present invention will be described. 1 and 2 show a first embodiment of the device of the invention. Device 11 for heating this fluid
has a casing 12 whose upper part is connected to an exhaust port (not shown), and inside this casing 12, with a burner plate 13 disposed below as a boundary, a mixing chamber 14 is located on the lower side, and a combustion chamber 15 is located on the upper side. It is configured as. The burner plate 13 is
The casing 12 is formed into a planar shape with a large number of flame holes in the vertical direction, and a premixture made of combustion gas and air in the mixing chamber 14 is ejected from the flame holes to form a planar flame. Note that a fan for supplying combustion air to the premixing chamber 14, a combustion gas nozzle for supplying fuel gas, and ignition means for forming a flame are provided, but these are omitted in FIG. Then, after the premixture is ejected from the burner plate 13 to form a flame, the generated combustion gas flows from the lower side of the combustion chamber 15 to the upper side. Near the upper part of the burner plate 13, a plurality of first heat exchanger tubes 16 are horizontally arranged in parallel with each other. The first heat transfer tube 16 efficiently recovers convection heat of the combustion gas and radiant heat from the radiator 18. The first heat exchanger tubes 16 are arranged in one or more stages (in this embodiment, two stages) in the vertical direction, and in the case of multiple stages, the upper and lower heat exchanger tubes 16 are arranged, for example, in a staggered arrangement so that they do not overlap as much as possible. is preferred. Among the first heat exchanger tubes 16,
Burner plate 13 from the lower edge of the lowest heat exchanger tube
The distance to the top surface is 100 mm or less, preferably 5 to 50 mm.
It is assumed to be mm. In this embodiment, the first heat exchanger tube 16 is comprised of a loaf inch tube. That is, as shown in FIG. 2, a large number of loaf-ins 17 having a trapezoidal or square cross section are formed at a predetermined pitch P on the outer periphery of the first heat exchanger tube 16. It is preferable that the distance A (distance obtained by subtracting the thickness of the peripheral edge from the pitch P) at the outer peripheral edge of the loaf-in 17 is equal to the height H 0 of the fin or less than or equal to the height H 0 . In this embodiment, the height H 0 is 1.5 mm and the interval A is 1.0 mm. In addition, the longitudinal ends of the loaf inches have a height
It becomes a thick straight pipe part C via a gradual part B where H 0 gradually decreases, and is connected to the casing 12 at this thick straight pipe part C. In addition, in the present invention, the fin height H 0 is not intended to be a value at such a gradual part B or a thick straight pipe part C. A radiator 18 is arranged above the first heat exchanger tube 16 . The radiator 18 has ventilation so that the combustion gas can flow through the radiator 18 to the downstream side, and covers almost the entire cross section of the combustion gas flow path. In this embodiment, the radiator 18 is composed of a honeycomb plate made of ceramics, but other materials such as a three-dimensional net, an open-cell foam, a laminate of nets, etc. can also be used. This radiator 18 allows the first heat exchanger tube 1
6 receives radiant heat as well as convection heat of the combustion gas. Further above the radiator 18, a plurality of second heat transfer tubes 19 are arranged. This second heat transfer tube 19 effectively recovers the heat of the combustion gas whose temperature has slightly decreased after passing through the radiator 18. In this embodiment, a plurality of parallel plate fins 20 are provided. A plate finch tube with heat transfer tubes passing through it is used. plate fin 20
The peripheral edges of the heat transfer tubes are cut out from each heat transfer tube in a substantially concentric manner so that the height of the fins is the same, and a smooth valley is formed. and,
Fin height of the lower peripheral edge closest to the radiator 18
H1 is 5 to 10 mm, and the fin height H2 of the upper peripheral edge furthest from the radiator 18 is 10 to 20 mm.
However, the outer peripheral edge of the plate fin 20 does not necessarily have to be formed into a smooth valley, and may be formed into a simple rectangular shape with a straight peripheral edge, for example. Note that in this embodiment, the first heat exchanger tube 16
The second heat exchanger tubes 19 are actually connected in series to constitute one flow path as a whole. Next, the operation of the fluid heating device 11 having the above configuration will be explained. The premixture produced in the mixing chamber 14 is ignited after passing through the flame hole of the burner plate 13 to form a flame, and is sent to the combustion chamber 15 as a high-temperature combustion gas of 1500 to 1600°C. This combustion gas is guided to the area where the first heat exchanger tube 16 is arranged, and a part of the thermal energy contained in the combustion gas is transferred by convective heat transfer to the fluid flowing inside the first heat exchanger tube 16, in particular, Transfers to liquids such as water. Furthermore, the combustion gas flows between the first heat exchanger tubes 16.
The light passes through the radiator 18 while remaining at a high temperature, and heats the radiator 18 as well, making it incandescent. Thereby, the radiator 18 is maintained at a high temperature of, for example, 1000 to 1200°C, and mainly radiates and heats the first heat exchanger tube 16. Therefore, the liquid such as water flowing in the first heat transfer tube 16 receives heat by both convective heat transfer by the combustion gas and radiant heat transfer by the radiator 18. In this case, the first heat exchanger tube 16 is the loaf-in 1
Since the loaf-in tube 7 has a height of 3 mm or less, in this embodiment 1.5 mm, the radiant heat from the radiator 18 is efficiently captured by the loaf-in tube 17, and the high-temperature combustion gas is Even when exposed to intense radiant heat, thermal deformation and thermal damage to the outer peripheral edge of the loaf-in 17 are prevented. Also,
By arranging the first heat exchanger tube 16 close to the burner plate 13, CO, etc. may be generated in the combustion chamber 15 due to incomplete combustion. This limits the amount of combustion gas that comes into contact with the fins and causes a sudden temperature drop, and the temperature drop occurs smoothly, which promotes oxidation of CO and prevents an increase in the amount of residual CO in the combustion gas.
Furthermore, the spacing A of the loaf ins 17 is set to the fin height.
By setting H to 0 or less, radiant heat can be absorbed well and heat transfer efficiency can be increased. Then, while the combustion gas passes through the radiator 18 , its temperature decreases by about 100 to 150° C., and the combustion gas is guided to the region where the second heat transfer tube 19 is arranged. Second heat exchanger tube 19
Radiant heat is irradiated from the radiator 18 to the radiator 18, but since the temperature of the upper surface of the radiator 18 is correspondingly lower than the temperature of the lower surface, the radiant heat is irradiated from the radiator 18 to the first heat exchanger tube. Compared to the amount, and 50-70
% is irradiated onto the second heat exchanger tube. Therefore, in the second heat transfer tube 19, convective heat transfer is mainly performed through contact with the combustion gas. and,
The second heat exchanger tube 19 has plate fins 20 having a higher fin height than the fins 17 of the first heat exchanger tube 16.
Since it has a larger contact area with combustion gas, convection heat transfer is improved. Furthermore, since the temperature of the combustion gas is lowered, thermal deformation at the peripheral edge of the fin is prevented even if the height of the fin is high. In this embodiment, the fin height H1 of the lower peripheral edge closest to the radiator 18 is 5 to 10 mm, and the fin height H2 of the upper peripheral edge furthest from the radiator 18 is 10 to 20 mm. Therefore, convective heat transfer efficiency can be increased as much as possible while preventing thermal deformation and thermal damage of the fins. In this way, fluid such as water passes through the first heat exchanger tube 16 connected in series, and then passes through the second heat exchanger tube 19, receives thermal energy in each, and is heated to a predetermined temperature. taken out. A second embodiment of the invention is shown in FIG. In this embodiment, the second heat exchanger tube 19 is configured as a hyphen tube. That is, the second heat exchanger tube 19 has a large number of hyphens 21 on its outer periphery. This high fin 21 has different fin heights between the upper and lower heat transfer tubes, and the lower fin height H 1 and the upper fin height H 2 have a relationship of H 1 <H 2 . In this example, H 1 is 5 to 10 mm, and H 2 is 10 to 10 mm.
It is set to 20mm. Also in this example, the radiator 18
It is possible to efficiently absorb the heat of the combustion gas whose temperature has been lowered by passing through the combustion gas. Other configurations are the first
Since this is similar to the embodiment, the explanation will be omitted. Experimental example In the apparatus shown in FIGS. 1 and 2, the first heat exchanger tube 16 was made without fins (No. 1),
The height of the fins 17 of the first heat exchanger tube 16 is 2 mm and the pitch is 2 mm (No. 2), the first heat exchanger tube 1
The first heat transfer tube 16 and the second heat transfer tube 19 were connected in series, and the first heat transfer tube 16 and the second heat transfer tube 19 were connected in series. The energy transferred to the water when water flowed from the heat tube 16 to the second heat transfer tube 19 was measured. The fins 20 of the second heat exchanger tube 19 have a fin height H 1 at the lower peripheral edge closest to the radiator 18.
The fin height H 2 of the upper edge periphery furthest from the radiator 18 was 20 mm. Moreover, both the first and second heat exchanger tubes are tubes made of copper. Further, the energy of the supplied gas is 29200 kcal/h, the flow rate of water is 20/m (1200/h), and the temperature of the inflow water is 15°C. The results are shown in Table 1.

【表】 第1表の結果から、第一の伝熱管16をフイン
なしとしたNo.1に比べて、第一の伝熱管16に高
さ2mmまたは4mmのフイン17を設けたNo.2およ
びNo.3は、エネルギー効率が72.6%から76%と約
3.4%向上することがわかつた。この効率アツプ
は、ガスの消費量ベースにすると、約5%節減効
果に相当する。 また、約3時間の加熱実験を行つた後、上記No.
2およびNo.3について、第一の伝熱管16のフイ
ン17の熱損傷状態を観察したところ、No.3のフ
イン高さ4mmの場合は、フイン17の先端が熱損
傷を受けているのを認めた。また、No.3は、燃焼
状態がやや不安定であるように見受けられた。 「発明の効果」 以上説明したように、本発明の流体加熱用の装
置によれば、第一の伝熱管のフイン高さを約3mm
以下とし、第二の伝熱管のフイン高さを約3mm超
としたので、フインの熱変形、熱損傷やCO等の
不完全燃焼成分の増大を招くことなく、対流熱伝
達を良好にして、伝熱効率を高めることができ
る。
[Table] From the results in Table 1, compared to No. 1 in which the first heat exchanger tube 16 had no fins, No. 2 in which the first heat exchanger tube 16 was provided with fins 17 of 2 mm or 4 mm in height, and No. 3 has an energy efficiency of about 72.6% to 76%.
It was found that the improvement was 3.4%. This efficiency increase corresponds to an approximately 5% saving effect based on gas consumption. In addition, after conducting a heating experiment for about 3 hours, the above No.
When we observed the state of thermal damage to the fins 17 of the first heat exchanger tube 16 for No. 2 and No. 3, we found that in the case of No. 3 with a fin height of 4 mm, the tip of the fin 17 was thermally damaged. Admitted. In addition, the combustion state of No. 3 seemed to be somewhat unstable. "Effects of the Invention" As explained above, according to the fluid heating device of the present invention, the fin height of the first heat exchanger tube is approximately 3 mm.
Since the height of the fins of the second heat transfer tube was set to exceed approximately 3 mm, convection heat transfer was improved without causing thermal deformation of the fins, thermal damage, or an increase in incomplete combustion components such as CO. Heat transfer efficiency can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明による流体加熱用の装置の一実
施例を示す断面図、第2図は第1図における第一
の伝熱管16のうちの一つを取り出して一部を破
断した正面図、第3図は本発明による流体加熱用
の装置の他の実施例を示す断面図である。 図中、11は流体加熱用の装置、12はケーシ
ング、13はバーナープレート、14は混合室、
15は燃焼室、16は第一の伝熱管、17はロー
フイン、18は輻射体、19は第二の伝熱管、2
0はプレートフイン、21はハイフインである。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a fluid heating device according to the present invention, and FIG. 2 is a partially cutaway front view of one of the first heat exchanger tubes 16 in FIG. 1. , FIG. 3 is a sectional view showing another embodiment of a device for heating a fluid according to the present invention. In the figure, 11 is a fluid heating device, 12 is a casing, 13 is a burner plate, 14 is a mixing chamber,
15 is a combustion chamber, 16 is a first heat exchanger tube, 17 is a loaf-in, 18 is a radiator, 19 is a second heat exchanger tube, 2
0 is a plate fin, and 21 is a hyphen.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 燃焼手段により形成される燃焼ガスの流れ方
向に、第一の伝熱管、通気可能とされた輻射体、
第二の伝熱管の順に配置された流体加熱用の装置
において、前記第一の伝熱管は、フイン高さ約3
mm以下であつて、フインの間隔がフインの高さ以
下とされた金属製のフインチユーブで構成され、
前記第二の伝熱管は、フイン高さが約3mm超の金
属製のフインチユーブで構成されていることを特
徴とする流体加熱用の装置。 2 特許請求の範囲第1項において、前記第二の
伝熱管はフイン高さが約20mm以下とされている流
体加熱用の装置。
[Claims] 1. In the flow direction of the combustion gas formed by the combustion means, a first heat exchanger tube, a ventilated radiator,
In an apparatus for heating a fluid arranged in the order of second heat exchanger tubes, the first heat exchanger tubes have a fin height of about 3
Consisting of a metal fin fin whose width is less than mm and the interval between the fins is less than or equal to the height of the fins,
A device for heating a fluid, wherein the second heat transfer tube is constituted by a metal fin tube having a fin height of more than about 3 mm. 2. The device for heating a fluid according to claim 1, wherein the second heat exchanger tube has a fin height of about 20 mm or less.
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