JP2009019858A - Heat exchanger and water heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃焼ガスなどの加熱用気体から伝熱管を用いて熱回収を行ない、所望の加熱対象の流体を加熱するのに用いられる熱交換器、およびこれを備えた温水装置に関する。 The present invention relates to a heat exchanger used for heat recovery from a heating gas such as combustion gas using a heat transfer tube to heat a desired fluid to be heated, and a hot water apparatus including the heat exchanger.
本出願人は、熱交換器の一例として、燃焼ガスの流入出を行なわせるための給気口および排気口が形成されているケース内に、細管状の複数の伝熱管を収容させたものを先に提案している(たとえば、特許文献1,2を参照)。前記複数の伝熱管は、互いに略同一方向に延び、複数列、複数段に並べられている。このような構成によれば、ケース内に流入した燃焼ガスが伝熱管どうしの隙間を通過する際に熱交換がなされる。前記複数の伝熱管については、その本数を多くするなどして伝熱面積を大きし、熱回収量を多くすることができる。したがって、燃焼ガスから潜熱を回収する用途などに好適である。
As an example of a heat exchanger, the applicant of the present invention is a case in which a plurality of thin heat transfer tubes are accommodated in a case in which an air supply port and an exhaust port for allowing combustion gas to flow in and out are formed. Previously proposed (see, for example,
しかしながら、前記従来技術においては、次に述べるように、未だ改善すべき余地があった。 However, the prior art still has room for improvement as described below.
すなわち、図13を参照して説明すると、前記従来技術においては、燃焼ガスが給気口91からケース9内に導入されて複数の伝熱管8に進行する場合、この燃焼ガスは、まず複数の伝熱管8の最前列(端列)L1に衝突する。このため、この最前列L1によって跳ね返された燃焼ガスの多くは、矢印N10に示すように、伝熱管8の手前領域をケース9の上下壁部92a,92bに向けて進行したり、あるいは矢印N11に示すように、ケース9の両側壁部92c,92dに向けて進行する現象を生じる。このような現象は、伝熱管8の隙間寸法s1が小さくされるほど顕著となる。ところが、このような現象を生じると、複数の伝熱管8に対する燃焼ガスの作用度合いが低くなり、熱交換効率が低くなる。また、ケース9の各所の壁部のうち、燃焼ガスが進行してくる部分が高温に加熱されるといった不具合も生じる。
That is, with reference to FIG. 13, in the prior art, when the combustion gas is introduced into the
前記したような不具合は、たとえば燃焼ガスの流れを規制するための規制板をケース内に設けて、ケースと複数の伝熱管との隙間寸法などを所定の寸法に厳密に規定するといった手段を採用することにより、解消することは可能である。ところが、このような手段を採用した場合、熱交換器の製作作業が煩雑化し、熱交換器の生産性を高める上で余り好ましいものではない。 For example, the above-described problem may be caused by, for example, a means that a restriction plate for restricting the flow of combustion gas is provided in the case, and the gap between the case and the plurality of heat transfer tubes is strictly defined to a predetermined size. This can be solved. However, when such a means is employed, the heat exchanger manufacturing work becomes complicated, which is not preferable in terms of increasing the productivity of the heat exchanger.
本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであって、加熱用気体の流れを規制するための部材を用いるといった煩雑さを無くし、または少なくしながらも、熱回収用の複数の管体部が設けられている領域に向けて加熱用気体を多い割合で進行させて高い熱交換効率を得ることが可能な熱交換器、およびこれを備えた温水装置を提供することを、その課題としている。 The present invention has been conceived under the circumstances as described above, and eliminates or reduces the complexity of using a member for regulating the flow of the heating gas, but for heat recovery. To provide a heat exchanger capable of obtaining a high heat exchange efficiency by advancing a heating gas at a high rate toward a region where a plurality of tube parts are provided, and a hot water device including the heat exchanger Is the issue.
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。 In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.
本発明の第1の側面により提供される熱交換器は、複数列、複数段に並んで互いに略同一方向に延びる熱交換用の複数の管体部と、これら複数の管体部を内部に収容し、かつ加熱用気体を内部に導入するための給気口が前記複数の管体部のいずれかの端列に対面して設けられているケースと、を備えている、熱交換器であって、前記端列の複数の管体部は、それらのうちの一部の管体部が他の管体部よりも前記給気口から遠ざかった配置にオフセットされ、前記給気口から遠ざかる方向に窪んで前記給気口に対面した凹部を形成する配列に設けられていることを特徴としている。 The heat exchanger provided by the first aspect of the present invention includes a plurality of tube portions for heat exchange that are arranged in a plurality of rows and stages and extend in substantially the same direction, and the plurality of tube portions are disposed inside. And a case in which an air supply port for containing and introducing a heating gas is provided facing one of the end rows of the plurality of tube parts. The plurality of tube portions of the end row are offset to an arrangement in which some of the tube portions are further away from the air supply port than the other tube portions, and move away from the air supply port. It is provided in the arrangement | sequence which forms the recessed part which became depressed in the direction and faced the said air supply opening.
このような構成によれば、加熱用気体を給気口からケース内に進行させた場合に、この加熱用気体は、複数の管体部の端列に形成されている凹部に進入する。この凹部は、給気口から遠ざかる方向に窪んでいるために、この凹部に加熱用気体が進入することによって、この加熱用気体がこの凹部内から複数の管体部の配置領域に向けて進行していくことが促進される。加熱用気体が端列の複数の管体部に衝突して跳ね返されたとしても、凹部内においてそのような現象を生じた場合には、この加熱用気体の多くが管体部の配置されていない領域に向けて直接進行するようなことは好適に抑制される。このように、本発明においては、加熱用気体の流れを規制するための部材を用いるようなことなく、多くの加熱用気体を熱交換用の管体部の配置領域に向けて適切に進行させることができる。その結果、製造コストを低減しつつ、高い熱交換効率を得ることが可能となる。ケースの壁部が加熱用気体によって高温に加熱されるといった不具合も適切に防止することができる。 According to such a configuration, when the heating gas is advanced from the air supply port into the case, the heating gas enters the recesses formed in the end rows of the plurality of tube portions. Since this recess is recessed in a direction away from the air supply port, when the heating gas enters the recess, the heating gas advances from the inside of the recess toward the arrangement region of the plurality of tube portions. Is promoted. Even if the heating gas collides with a plurality of tube sections in the end row and bounces back, if such a phenomenon occurs in the recess, most of the heating gas is disposed in the tube section. Proceeding directly toward a non-existing region is preferably suppressed. As described above, in the present invention, many heating gases are appropriately advanced toward the arrangement region of the heat exchanging tube portion without using a member for regulating the flow of the heating gas. be able to. As a result, it is possible to obtain high heat exchange efficiency while reducing manufacturing costs. It is possible to appropriately prevent a problem that the wall portion of the case is heated to a high temperature by the heating gas.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記端列の全部または一部の複数の管体部は、前記端列の列方向中間部の所定高さに近いものほど前記給気口から遠い配置となるように、前記給気口との対面方向に順次位置ずれし、前記複数の管体部の軸長方向視において略V字状に屈曲した配列に設けられている。 In a preferred embodiment of the present invention, the plurality of tube parts of all or a part of the end row are arranged farther from the air supply port as being closer to a predetermined height of the middle portion in the row direction of the end row. In this way, they are sequentially displaced in the direction facing the air supply port, and are provided in an array bent in a substantially V shape when viewed in the axial length direction of the plurality of tube portions.
このような構成によれば、凹部の幅は、給気口から遠い部分においては比較的小さくなるものの、給気口に接近した部分では大きくすることができ、多くの加熱用気体を凹部内に進行させ得ることとなる。また、凹部を形成する複数の管体部は、略V字状に屈曲した配列とされ、これら複数の管体部どうしが給気口との対面方向に順次位置ずれしているために、これら複数の管体部どうしの隙間を大きくすることができる。このため、凹部に進入した加熱用気体がそのような隙間を通過し易くなり、複数の管体部の配置領域に向けて多くの加熱用気体を進行させるのにより好ましいものとなる。 According to such a configuration, the width of the concave portion is relatively small in a portion far from the air supply port, but can be increased in a portion close to the air supply port, and a large amount of heating gas is placed in the concave portion. It can be made to progress. Further, the plurality of tube portions forming the recesses are arranged in an approximately V-shape, and the plurality of tube portions are sequentially displaced in the facing direction to the air supply port. A gap between the plurality of tube portions can be increased. For this reason, it becomes easy for the heating gas which entered the recessed part to pass through such a gap, and it is more preferable to advance a large amount of the heating gas toward the arrangement region of the plurality of tube portions.
本発明の第2の側面により提供される熱交換器は、複数列、複数段に並んで互いに略同一方向に延びる熱交換用の複数の管体部と、これら複数の管体部を内部に収容し、かつ加熱用気体を内部に導入するための給気口が前記複数の管体部のいずれかの端列に対面して設けられているケースと、を備えている、熱交換器であって、前記端列の複数の管体部のうち、少なくとも1つの管体部は、長手方向の全体または一部が前記給気口から遠ざかる方向に曲げられ、前記給気口から遠ざかる方向に窪んで前記給気口に対面した凹部を形成していることを特徴としている。 The heat exchanger provided by the second aspect of the present invention includes a plurality of tube parts for heat exchange that are arranged in a plurality of rows and stages and extend in substantially the same direction, and the plurality of tube parts are disposed inside. And a case in which an air supply port for containing and introducing a heating gas is provided facing one of the end rows of the plurality of tube parts. And at least one of the plurality of tube portions in the end row is bent in a direction in which the whole or a part of the longitudinal direction is away from the air supply port, and is in a direction away from the air supply port. A concave portion facing the air supply port is formed.
このような構成によれば、加熱用気体を給気口からケース内に進行させた場合に、この加熱用気体は、端列の少なくとも1つの管体部に形成されている凹部に進入する。この凹部は、給気口から遠ざかる方向に窪んでいるために、この凹部に加熱用気体が進入することによって、この加熱用気体がこの凹部内から複数の管体部の配置領域に向けて進行していくことが促進される。このように、前記構成によれば、本発明の第1の側面により提供される熱交換器と同様な作用が得られ、加熱用気体の流れを規制するための部材を用いることなく、多くの加熱用気体を熱交換用の管体部の配置領域に向けて適切に進行させることができる。その結果、製造コストを低減しつつ、高い熱交換効率を得ることが可能である。もちろん、加熱用気体がケースの壁部に直接進行することも抑制され、ケースの壁部が高温に加熱されるといった不具合も適切に防止することができる。 According to such a configuration, when the heating gas is advanced from the air supply port into the case, the heating gas enters a recess formed in at least one tube portion of the end row. Since this recess is recessed in a direction away from the air supply port, when the heating gas enters the recess, the heating gas advances from the inside of the recess toward the arrangement region of the plurality of tube portions. Is promoted. Thus, according to the said structure, the effect | action similar to the heat exchanger provided by the 1st side surface of this invention is acquired, many members are used, without using the member for regulating the flow of the gas for a heating. The gas for heating can be appropriately advanced toward the arrangement region of the tube part for heat exchange. As a result, it is possible to obtain high heat exchange efficiency while reducing manufacturing costs. Of course, it is possible to prevent the heating gas from directly traveling to the wall portion of the case, and it is possible to appropriately prevent a problem that the wall portion of the case is heated to a high temperature.
本発明の好ましい実施の形態においては、本発明の第2の側面により提供される熱交換器において、前記端列の複数の管体部は、それらのうちの一部の管体部が他の管体部よりも前記給気口から遠ざかった位置にオフセットされ、前記給気口から遠ざかる方向に窪んで前記給気口に対面した追加の凹部をさらに形成する配列に設けられている。 In a preferred embodiment of the present invention, in the heat exchanger provided by the second aspect of the present invention, the plurality of tube portions of the end row are part of the other tube portions. It is offset in a position farther from the air supply port than the tube body part, and is provided in an array that further forms an additional recess that faces the air supply port and is recessed in a direction away from the air supply port.
このような構成によれば、端列の管体部が曲げられることによって形成された凹部に加えて、端列の管体部がオフセットされることによって形成された追加の凹部もさらに形成されるために、これらの凹部を大きく、かつ給気口から遠ざかる方向に深く窪んだものとすることができる。このことにより、加熱用気体を凹部に進行させた後に、この凹部から複数の管体部の配置領域に向けてより多くの割合で進行させることでき、熱交換効率を高めるのに一層有利となる。 According to such a configuration, in addition to the concave portion formed by bending the tube portion of the end row, an additional concave portion formed by offsetting the tube portion of the end row is further formed. For this reason, these recesses can be made large and deeply recessed in the direction away from the air supply port. As a result, after the heating gas has been advanced to the recess, it can be made to proceed at a higher rate from the recess toward the arrangement region of the plurality of tube portions, which is more advantageous for improving the heat exchange efficiency. .
本発明の好ましい実施の形態においては、前記管体部の複数の列のうち、前記端列に隣接する1または複数の他の列にも、前記給気口から遠ざかる方向に窪んだ凹部が設けられている。 In a preferred embodiment of the present invention, a recessed portion that is recessed in a direction away from the air supply port is provided in one or more other rows adjacent to the end row among the plurality of rows of the tubular body portions. It has been.
このような構成によれば、端列の管体部のオフセット部分、あるいは曲げられた部分が、この端列に隣接する他の列の管体部と干渉しないようにし、これらの列の管体部どうしを接近させることが可能となる。また、前記構成によれば、端列に隣接した他の列も、端列と同様な凹部を有しており、進行してきた加熱用気体を通過させ易い構成とされている。このため、加熱用気体が端列の複数の管体部の配置領域を通過してこの端列に隣接した他の列に到達した際に、この列の管体部によって加熱用気体の進行が大きく妨げられないようにすることができる。したがって、加熱用気体を複数の管体部の配置領域に向けてより効率良く進行させることが可能となる。 According to such a configuration, the offset portion or the bent portion of the tube portion of the end row is prevented from interfering with the tube portion of the other row adjacent to the end row, and the tubes of these rows are arranged. The parts can be brought close to each other. Moreover, according to the said structure, the other row | line | column adjacent to the end row | line also has the recessed part similar to an end row | line | column, and it is set as the structure which is easy to let the gas for heating which has advanced pass. For this reason, when the heating gas passes through the arrangement region of the plurality of tubular body portions in the end row and reaches another row adjacent to the end row, the heating gas progresses by the tubular body portion in this row. It can be prevented from being greatly disturbed. Therefore, it becomes possible to advance the gas for heating more efficiently toward the arrangement region of the plurality of tube portions.
本発明の好ましい実施の形態においては、複数の螺旋状管体が略同心の重ね巻き状に設けられて前記ケース内に収容された管体重ね巻き構造部を備えており、この管体重ね巻き構造部のうち、複数列、複数段に並んでいる複数箇所の管体部が、前記熱交換用の複数の管体部である。 In a preferred embodiment of the present invention, a plurality of spiral tubular bodies are provided in a substantially concentric lap winding shape and are provided with a tubular lap winding structure portion accommodated in the case. Among the structural portions, a plurality of tube portions arranged in a plurality of rows and stages are a plurality of tube portions for heat exchange.
このような構成によれば、熱交換用の複数の管体部が、複数の螺旋状管体を用いて構成されているために、たとえば全体が直線状に延びる管体を多数用いて、これらを複数列、複数段に設ける場合と比較すると、管体の総数を大幅に少なくすることができる。したがって、熱交換器の製造の容易化を図り、製造コストを低減するのに好ましいものとなる。 According to such a configuration, since the plurality of tube portions for heat exchange are configured using a plurality of spiral tubes, for example, a large number of tubes that extend in a straight line are used. As compared with the case of providing a plurality of tubes in a plurality of rows and a plurality of rows, the total number of tubes can be greatly reduced. Therefore, it is preferable for facilitating the manufacture of the heat exchanger and reducing the manufacturing cost.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記管体重ね巻き構造部としては、互いに別体に形成されてそれらの軸長方向に積層された第1および第2の管体重ね巻き構造部があり、前記第1の管体重ね巻き構造部は、各螺旋状管体の複数のループ部が一定方向に傾いて積層した構成とされ、前記第2の管体重ね巻き構造部は、各螺旋状管体の複数のループ部が前記一定方向とは反対方向に傾いて積層した構成とされている。 In a preferred embodiment of the present invention, the tubular body winding structure includes first and second tubular body winding structures that are formed separately from each other and stacked in the axial direction thereof. The first tubular wrapping structure portion is configured by laminating a plurality of loop portions of each helical tubular body in a predetermined direction, and the second tubular wrapping structure portion is formed in each helical shape. A plurality of loop portions of the tubular body are laminated in a direction inclined to the direction opposite to the predetermined direction.
このような構成によれば、第1の管体重ね巻き構造部の複数のループ部と、第2の管体重ね巻き構造部の複数のループ部とを屈曲状に並べた配列とすることができる。このため、前記給気口に対面している管体部に凹部を形成することが容易に実現できる。また、複数のループ部の屈曲幅を大きくし、前記凹部を深い形状に形成することも容易かつ適切に実現できる。すなわち、前記構成とは異なり、管体重ね巻き構造部を1つのみ用いることによって、複数の管体部が屈曲状に並んだ配列を実現しようとする場合には、この屈曲状の部分が螺旋状管体の突出部となるため、複数の螺旋状管体どうしを嵌合させる際の邪魔となり、それら複数の螺旋状管体を略同心の重ね巻き構造に設けることが困難となる場合があるが、前記構成によれば、そのような不具合も解消される。 According to such a configuration, a plurality of loop portions of the first tubular wrapping structure portion and a plurality of loop portions of the second tubular wrapping structure portion are arranged in a bent shape. it can. For this reason, it can be easily realized to form a recess in the tube portion facing the air supply port. In addition, it is possible to easily and appropriately realize an increase in the bending width of the plurality of loop portions and formation of the concave portion in a deep shape. That is, unlike the above-described configuration, when using only one tubular body winding structure portion to achieve an arrangement in which a plurality of tubular body portions are arranged in a bent shape, this bent portion is a spiral. Since this is a projecting portion of the tubular tube, it may be an obstacle when fitting the multiple helical tubes together, and it may be difficult to provide the multiple helical tubes in a substantially concentric lap winding structure. However, according to the said structure, such a malfunction is also eliminated.
本発明の第3の側面により提供される温水装置は、本発明の第1または第2の側面により提供される熱交換器と、この熱交換器の前記ケースの給気口に前記加熱用気体としての燃焼ガスを供給するための燃焼器と、を備えていることを特徴としている。 The hot water device provided by the third aspect of the present invention includes the heat exchanger provided by the first or second aspect of the present invention, and the heating gas at the air supply port of the case of the heat exchanger. And a combustor for supplying the combustion gas.
このような構成によれば、本発明の第1または第2の側面により提供される熱交換器について述べたのと同様な効果が得られる。 According to such a configuration, the same effect as described for the heat exchanger provided by the first or second aspect of the present invention can be obtained.
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。 Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description of embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
図1〜図5は、本発明が適用された熱交換器HEの一例を示している。図1および図2によく表われているように、本実施形態の熱交換器HEは、燃焼ガスが内部に導入されるケース1、およびこのケース1内に収容された伝熱管としての複数の螺旋状管体3A,3Bを備えている。
1 to 5 show an example of a heat exchanger HE to which the present invention is applied. 1 and 2, the heat exchanger HE of the present embodiment includes a
ケース1は、中空の略直方体状であり、その後壁部10aおよび前壁部10bには、燃焼ガス用の給気口11および排気口12が形成されている。排気口12は、たとえば図5に示すような矩形状であり、給気口11もこれと同様である。ケース1の底壁部10cには、ドレイン用の排出口13が設けられている。この熱交換器HEを用いて燃焼ガスから潜熱回収を行なうと、ドレイン(凝縮水)が発生し、このドレインが螺旋状管体3A,3Bから底壁部10c上に流れ落ちる。排出口13は、このようなドレインをケース1の外部に排出する役割を果たす。なお、ドレインは、一般的には燃焼ガス中の窒素酸化物などを含む強酸性である。このため、好ましくは、ケース1の各部や螺旋状管体3A,3Bなど、ドレインと接触する可能性のある部分は、ステンレスまたはその他の耐酸性に優れる材質とされている。
The
複数の螺旋状管体3A,3Bは、上下に積層されており、第1および第2の管体重ね巻き構造部Sa,Sbを構成している。より詳細には、螺旋状管体3A,3Bは、ともに平面視略長円状の複数のループ部30がケース1の上下高さ方向に複数の隙間39を介して積層した構成を有している。各ループ部30は、ケース1の左右幅方向に延びる一対の直管状の管体部30aと、これらの端部に繋がって半円弧状に湾曲した一対の管体部30b,30b’を有している。ただし、複数の螺旋状管体3Aのそれぞれのループ部30のサイズは相違しており、これらは互いに嵌合されて略同心の重ね巻き状に配列されている。この部分が、第1の管体重ね巻き構造部Saである。同様に、複数の螺旋状管体3Bのそれぞれのループ部30もサイズが相違して略同心の重ね巻き状に配列されており、この部分が第2の管体重ね巻き構造部Sbである。なお、本実施形態においては、管体部30a,30bには、いわゆる巻き勾配がなく、たとえばそれらの全体が水平とされており、管体部30b’のみが巻き勾配を有する構成とされている。ただし、螺旋状管体3A,3Bについては、そのような構成に代えて、ループ部30の全体が巻き勾配を有する構成とすることができる。
The plurality of spiral
図4に示すように、複数の螺旋状管体3A,3Bは、それらの複数の管体部30aが給気口11と排気口12との間に位置するように配されている。複数の管体部30aは、ケース1の前後水平方向および上下高さ方向に複数列、複数段(図面においては、前後水平方向にL1〜L10の計10列、上下高さ方向に6段)に並んでいる。ただし、列L1〜L10のそれぞれは、複数の管体部30aが上下直線状に並んだ構成にはなく、一部の複数の管体部30aがケース1の前方にオフセットされていることによって、略V字状(ただし、図4においては、横向きの略V字状)に屈曲した配列に設けられている。
As shown in FIG. 4, the plurality of spiral tubular bodies 3 </ b> A and 3 </ b> B are arranged such that the plurality of
より具体的には、第1の管体重ね巻き構造部Saの複数のループ部30は、下方側のものほど給気口11から遠ざかる配置となるように斜めに傾いて上下に積層している。一方、第2の管体重ね巻き構造部Sbの複数のループ部30は、前記とは反対に、下方側のものほど給気口11に接近するように斜めに傾いて上下に積層している。このことにより、複数の列L1〜L10のそれぞれにおいては、複数の管体部30aが各列の中間高さに近いものほど給気口11から遠い位置となるように、ケース1の前後水平方向に順次位置ずれし、横向きの略V状に並んだ配列となっている。その結果、給気口11に最も接近している端列L1の複数の管体部30aは、給気口11に対面した凹部38を形成している。符号で示されていないものの、他の列L2〜L10の管体部30aも、凹部38と同様な凹部を形成している。
More specifically, the plurality of
図2に示すように、複数の螺旋状管体3A,3Bの各下端部および上端部には、ケース1の側壁部10eを貫通する延設管体37a,37bが一体または別体に連設されている。これらには、入水用および出湯用の複数のヘッダ7a〜7dが連結されている。複数の螺旋状管体3A,3B内に湯水を流通させる場合、たとえばヘッダ7b,7cを互いに配管接続して、螺旋状管体3A,3Bを連結した状態において、ヘッダ7aに入水を行なわせ、かつヘッダ7dから出湯を行なわせることができる。
As shown in FIG. 2,
図6および図7は、前記した熱交換器HEを備えた温水装置の一例を示している。 6 and 7 show an example of a hot water device provided with the heat exchanger HE described above.
本実施形態の温水装置WHは、熱交換器HEに加え、これとは別の熱交換器5、および燃焼器6を備えている。燃焼器6は、缶体60内に配されており、缶体60の外部から燃料供給管62を介して供給される燃料ガスまたは燃料オイルなどの所定の燃料を燃焼可能である。缶体60内には、ファン61から上向きに燃焼用空気が供給され、燃焼器6によって発生された燃焼ガスは熱交換器5に向けて上昇するように構成されている。
The hot water device WH of the present embodiment includes a heat exchanger 5 and a
熱交換器5は、前記燃焼ガスから顕熱を回収するためのものであり、たとえば複数のフィン52を有する伝熱管51が缶体60上に載設された缶体50内に配された構造を有している。熱交換器HEは、熱交換器5の上方に配されて補助缶体59を介して接続されている。熱交換器5よって顕熱回収がなされた燃焼ガスは、図7に示すように、缶体50内から補助缶体59内を通過して熱交換器HEの給気口11に供給されるように構成されている。熱交換器HEは、熱交換器5によって顕熱が回収された後の燃焼ガスから潜熱を回収することとなる。
The heat exchanger 5 is for recovering sensible heat from the combustion gas, for example, a structure in which a
図6に示すように、熱交換器HEの出湯用のヘッダ7dは、伝熱管51の入水口51aに配管接続されている。この温水装置WHにおいては、熱交換器HEのヘッダ7aに入水を行なわせると、この水は、複数の螺旋状管体3A,3B内をそれらの下部側から上部側に向けて流通し、その際に加熱される。また、このようにして加熱された湯水は、その後に熱交換器5の伝熱管51に送られてさらに加熱された後に、出湯口51bから出湯し、所望の給湯先に供給される。
As shown in FIG. 6, the
次に、熱交換器HEおよびこれを備えた温水装置WHの作用について説明する。 Next, the operation of the heat exchanger HE and the hot water device WH provided with the heat exchanger HE will be described.
図4において、まず、熱交換器HEのケース1内に給気口11から燃焼ガスを進入させると、この燃焼ガスは、端列L1の凹部38に進入する。すると、この燃焼ガスのうち、端列L1の隙間39をそのまま通過する一部の燃焼ガスを除き、それ以外の多くの燃焼ガスは、端列L1の管体部30aの表面に衝突する。ただし、このような衝突は、凹部38において行なわれるために、端列L1の管体部30aによって跳ね返された燃焼ガスが管体部30aが設けられていない領域にそのまま進行することは無くなり、または少なくなる。したがって、複数の管体部30aの配置領域に対して燃焼ガスを効率良く進行させることができ、高い熱交換効率が得られることとなる。
In FIG. 4, first, when combustion gas enters the
凹部38は、その上方側および下方側に管体部30aが存在するかたちに窪んでいるために、この凹部38からその上方および下方に向かう燃焼ガスが、ケース1の上壁部10dや底壁部10cに向けて直接進行することも有効に阻止される。したがって、ケース1の底壁部10cや上壁部10dが不当に高温に加熱されることも解消される。本実施形態とは異なり、底壁部10cが高温に加熱された状態において、螺旋状管体3A,3Bから底壁部10c上にドレインが落下すると、このドレインが急速加熱されて蒸発し、異音(蒸発温)を生じるが、この熱交換器HEによれば、そのような異音も生じないようにすることができる。凹部38は、ケース1の両側壁部10e,10fに対しては、対面開口した状態にあるものの、既述したとおり、この熱交換器HEにおいては、複数の管体部30aの配置領域に向けて進行する燃焼ガスの量を多くすることができるために、その分だけ、ケース1の両側壁部10e,10fに向けて直接進行する燃焼ガスの量も少なくなる。したがって、両側壁部10e,10fが高温に加熱されることも好適に抑制される。
Since the
端列L1においては、その一部分を除き、複数の管体部30aがケース1の前後水平方向に順次位置ずれしており、そのような部分に位置する隙間39は、大きな幅となっている。このため、端列L1の管体部30aどうしの隙間39を通過してから他の列L2〜L10の管体部30aの配置領域に向けて進行する燃焼ガスの量をより多くすることができる。
In the end row L1, except for a portion thereof, the plurality of
他の列L2〜L10の管体部30aは、端列L1の管体部30aと同様な配列とされ、凹部38と同様な凹部を形成しているために、これらの列L2〜L10に対しても燃焼ガスを適切に通過させることが可能となる。すなわち、本実施形態とは異なり、たとえば2番目の列L2の複数の管体部30aが上下方向に一直線状に並び、隙間39が小さい配列とされていた場合には、端列L1を通過してきた燃焼ガスがこの2番目の列L2の領域を通過し難くなって、2番目の列L2の管体部30aによって跳ね返された燃焼ガスがケース1の底壁部10cや上壁部10dに向けて直接進行する虞がある。これに対し、本実施形態においては、そのような虞を適切に解消し、他の列L2〜L10の領域に対しても燃焼ガスを円滑に進行させていくことができる。このようなことから、この熱交換器HEにおいては、複数の管体部30のそれぞれに対して燃焼ガスを効率良く作用させることができ、熱交換効率をさらに高めることが可能となる。また、2番目の列L2が端列L1と同様な管体配列とされていれば、これら2つの列L1,L2の管体部30aどうしを干渉させることなく、それらを接近させることも可能となる。
The
この熱交換器HEにおいては、伝熱管として複数の螺旋状管体3A,3Bを用いて、これを管体重ね巻き構造としているために、螺旋状管体3A,3Bの本数を少なくしつつ、管体部30aの総数を多くすることができる。したがって、伝熱管として、単なる直管状のものを用いてこれらを複数列、複数段に設ける場合と比較すると、伝熱管の本数を少なくし、熱交換器HEの製造コストを廉価にする利点も得られる。また、この熱交換器HEにおいては、各列の管体部30aを屈曲した配列に設ける手段として、第1および第2の管体重ね巻き構造部Sa,Sbを上下に積層させているために、各列の管体部30aの屈曲幅を大きくすることもできる。すなわち、本実施形態とは異なり、複数の螺旋状管体を上下に積層させるのではなく、複数のループ部が屈曲状に配列された複数の螺旋状管体を互いに嵌合させて略同心の重ね巻き構造に設けようとすると、前記の屈曲状の部分が大きい場合にこの屈曲状の部分どうしが干渉し合うこととなって、螺旋状管体どうしを適切に嵌合させることが困難となる。これに対し、本実施形態の熱交換器HEにおいては、第1および第2の管体重ね巻き構造部Sa,Sbは、いずれも一方向のみにループ部30が傾斜するように形成された螺旋状管体3Aどうし、または3Bどうしを嵌合させればよいために、前記したような不具合は好適に解消される。
In this heat exchanger HE, a plurality of
図8〜図12は、本発明の他の実施形態を示している。これらの図において、前記実施形態と同一または類似の要素には、前記実施形態と同一の符号を付している。 8 to 12 show another embodiment of the present invention. In these drawings, elements that are the same as or similar to those in the above embodiment are given the same reference numerals as in the above embodiment.
図8および図9に示す実施形態においては、複数の螺旋状管体3Cの管体重ね巻き構造部Scが具備されている。各螺旋状管体部3Cの給気口11寄りの各管体部30cは、その長手方向の全体または一部が略V字状に屈曲された管体部となっている。その屈曲方向は、給気口11から遠ざかる方向である。このことにより、管体重ね巻き構造部Scの複数列の管体部30cのうち、給気口11に最も接近した端列L1には、給気口11に対面して給気口11から遠ざかる方向に窪んだ凹部38aが形成されている。この凹部38aと同様な凹部は、他の列L2〜L5にも形成されている。図9に示すように、複数の凹部38aは、ケース1の上下高さ方向に一連に連通した状態に形成されている。排気口12寄りの複数の管体部30aは直管状であるため、これらの部分には、凹部38aに相当する凹部は形成されていない。また、本実施形態においては、複数の螺旋状管体部3Cのそれぞれは、管体部30cが屈曲しているものの、これらを互いに嵌合させることが可能である。このため、管体重ね巻き構造部Scについては、前記実施形態とは異なり、2つの管体重ね巻き構造部を上下に積層して形成する必要はなく、単層構造の管体重ね巻き構造部とされている。
In the embodiment shown in FIG. 8 and FIG. 9, a tube lap winding structure Sc of a plurality of
本実施形態によれば、燃焼ガスが給気口11からケース1内に進行すると、端列L1の複数の凹部38aに進入する。このため、端列L1の管体部30cに衝突した燃焼ガスの多くが給気口11寄りに跳ね返されて凹部38aの外部にそのまま流出することが抑制され、多くの燃焼ガスが凹部38aに連通している隙間39を通過して他の管体部30c,30aの配置領域に向けて進行することとなる。したがって、本実施形態においても、前記実施形態と同様に、高い熱交換効率が得られる。凹部38aは、ケース1の幅方向においてその両側に管体部30cの一部分が存在する形態であるために、この凹部38aに進入した燃焼ガスがケース1の幅方向の両側壁部10e,10fに向けて直接進行することは適切に抑制される。したがって、両側壁部10e,10fが高温に加熱されることもやはり防止可能である。凹部30aの上部および下部は開口しているものの、既述したとおり、この凹部38aから複数の管体部30c,30aの配置領域に向けて前進する燃焼ガスの量は多いために、凹部30aの上部および下部を通過してケース1の上壁部10dや底壁部10cに向けて直接進行する燃焼ガスの量は少なくなる。したがって、上壁部10dや底壁部10cが高温に加熱されることも抑制される。
According to the present embodiment, when the combustion gas advances from the
端列L1の管体部30cが屈曲していると、この管体部30cが屈曲していない場合と比較してその寸法が長くなり、管体部30cの伝熱面積が大きくなる。したがって、熱回収量を多くするのにより好ましいものとなる。また、この管体部30cどうしの間に形成されている隙間39の寸法も長くなって、その開口面積が大きくなるために、凹部38aに進入した燃焼ガスがこの隙間39を通過して他の管体部30c,30aの配置領域に向けてより進行し易くなる効果も得られる。
When the
図10および図11に示す実施形態においては、図1〜図5に示した実施形態と、図8および図9に示した実施形態とが組み合わされた構成とされている。より具体的には、本実施形態においては、ケース1の上下高さ方向に積層された第1および第2の管体重ね巻き構造部Sd,Seを有しているが、第1の管体重ね巻き構造部Sdは、螺旋状管体3Dの複数のループ部30が下方側に位置するものほど給気口11から遠ざかるように位置ずれした構成とされている。これに対し、第2の管体重ね巻き構造部Sdは、螺旋状管体3Eの複数のループ部30が上方側に位置するものほど給気口11から遠ざかるように位置ずれした構成とされている。このため、端列L1には、管体部30cの位置ずれに基づく凹部38が給気口11に対面して形成されている。また、螺旋状管体3D,3Eのそれぞれの給気口11寄りの管体部30cは、その全長域または一部が略V字状に屈曲した曲管部として形成されており、端列L1の複数の管体部30cには、前記屈曲に基づく凹部38aが形成されている。このため、端列L1には、凹部38,38aが一連に繋がって形成されている。
In the embodiment shown in FIGS. 10 and 11, the embodiment shown in FIGS. 1 to 5 and the embodiment shown in FIGS. 8 and 9 are combined. More specifically, the present embodiment has the first and second tubular body winding structures Sd and Se stacked in the vertical height direction of the
本実施形態においては、凹部38,38aが一連に繋がっており、この領域は、ケース1の前方に向けて深く窪んだものとなっている。したがって、凹部38,38aに進入した燃焼ガスのうち、これらの凹部38,38aからそのまま複数の管体部30c,30aの配置領域に向けて前進していく燃焼ガスの割合をより多くし、熱交換効率を一層高くすることが可能である。また、凹部38,38aは、それらの上下には複数の管体部30cの一部分が存在しているとともに、ケース1の幅方向の両側にも複数の管体部30cの一部分が存在している形態であるために、これら凹部38,38aに進入した燃焼ガスが、上下方向、およびケース1の左右幅方向に向けて直接進行することはより適切に抑制され、ケース1が不必要に加熱されることがより徹底して防止される。
In the present embodiment, the
図12に示す実施形態においては、燃焼ガスが導入されるケース1内に、このケース1の幅方向に延びる複数の管体部30dを複数列、複数段に設けている。ただし、これら複数の管体部30dは、その長手方向の全体または一部が給気口11から遠ざかる方向に曲げられている。このことにより、給気口11に最も接近している端列L1には、給気口11に対面する凹部38bが形成されている。端列L1以外の列にも、凹部38bと同様な凹部が形成されている。複数の管体部30dの両端部には、入水用および出湯用のヘッダ部70a,70b、ならびに補助ヘッダ部71が設けられており、入水用のヘッダ部70aに供給された湯水は、複数の管体部30dの一部を通過して補助ヘッダ部71に流入した後に、複数の管体部30dの他の部分を通過して出湯用のヘッダ部70bに流入し、外部に出湯可能な構成とされている。
In the embodiment shown in FIG. 12, a plurality of
本実施形態においては、複数の管体部30dの端列L1には給気口11に対面した凹部38bが形成されており、また他の列にも凹部38bと同様な凹部が形成されているために、たとえば図8および図9に示した実施形態と同様な作用が得られ、燃焼ガスを複数の管体部30dの配置領域に対して効率良く進行させていくことができる。本実施形態から理解されるように、本発明でいう複数の管体部は、螺旋状管体以外の管体を用いて構成することができる。また、図面には示していないが、複数の直管状の管体を順次位置ずれさせ、あるいは図12に示したように曲げられた管体を、図1〜図5に示した実施形態の管体部30aと同様な配列に設けることによって、給気口に対面した凹部を設けた構成とすることもできる。
In the present embodiment, the end rows L1 of the plurality of
本発明は、上述した実施形態に限定されない。本発明に係る熱交換器、および温水装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。 The present invention is not limited to the embodiment described above. The specific configuration of each part of the heat exchanger and the hot water apparatus according to the present invention can be varied in design in various ways.
端列の複数の管体部のうち、一部の管体部を他の管体部よりも給気口から遠ざかった位置にオフセットさせる場合、前記実施形態のように、複数の管体部どうしが給気口との対面方向に位置ずれした略V字状の配列とすることが好ましいものの、これに限定されるもではない。また、端列の管体部を曲げることによって凹部を形成する場合、端列の複数の管体部の全てを曲げることによって凹部を大きく形成することが好ましいが、やはりこれに限定されない。本発明においては、端列の少なくとも1つの管体部が曲げられて凹部が形成されていればよく、曲げ部を有しない直管状の管体部が端列に存在していてもかまわない。 When a part of the plurality of tubular body parts in the end row is offset to a position farther from the air supply port than the other tubular body parts, the plurality of tubular body parts are connected to each other as in the above embodiment. However, the present invention is not limited to this, although it is preferable to use a substantially V-shaped array that is displaced in the direction facing the air supply port. Moreover, when forming a recessed part by bending the tube part of an end row, it is preferable to form a recessed part largely by bending all the some pipe body parts of an end row, but it is not limited to this, too. In the present invention, it is sufficient that at least one tube portion of the end row is bent to form a recess, and a straight tubular tube portion having no bent portion may exist in the end row.
管体部の複数の列のうち、端列に隣接する他の列についても凹部を形成した構成とすることが望ましいが、やはりこれに限定されない。端列のみに凹部が形成され、他の列に凹部が形成されていない場合であっても、従来技術よりも多くの加熱用気体を複数の管体部の配置領域に向けて進行させて熱交換効率を高める効果を得ることが可能である。 Of the plurality of rows of tube portions, it is desirable to form a recess in the other row adjacent to the end row, but this is not a limitation. Even when the recesses are formed only in the end rows and the recesses are not formed in the other rows, heat is generated by advancing more heating gas toward the arrangement region of the plurality of tube portions than in the prior art. An effect of increasing the exchange efficiency can be obtained.
ケースは、熱交換用の複数の管体部を収容し、かつ内部に燃焼ガスなどの加熱用気体が流入されるものであればよく、その具体的な形状や材質なども限定されない。給気口から複数の管体部に向けて加熱用気体が進行する方向も、水平方向に限定されない。たとえば、複数の管体部に対して加熱用気体をその上方または下方から進行させる構成とすることもできる。この場合、複数の管体部の最上段の列、または最下段の列が給気口に対面した端列となる。 The case is not limited as long as it accommodates a plurality of tube parts for heat exchange and into which a heating gas such as combustion gas flows. The direction in which the heating gas advances from the air supply port toward the plurality of tube parts is not limited to the horizontal direction. For example, it can also be set as the structure which advances the gas for a heating from the upper direction or the downward direction with respect to a some tube part. In this case, the uppermost row or the lowermost row of the plurality of tube portions is an end row facing the air supply port.
上述した実施形態においては、本発明に係る熱交換器が潜熱回収用途に用いられているが、これに限定されず、たとえば燃焼器によって発生された燃焼ガスをそのままケースの給気口に導くなどして、顕熱の回収、あるいは顕熱および潜熱の双方の回収を行なわせるように用いることもできる。本発明でいう温水装置とは、湯を生成する機能を備えた装置の意であり、一般給湯用、風呂給湯用、暖房用、あるいは融雪用などの各種の給湯装置、および給湯以外に用いられる湯(不凍液が加熱されたものも含む)を生成する装置を広く含む概念である。 In the embodiment described above, the heat exchanger according to the present invention is used for latent heat recovery, but is not limited to this. For example, the combustion gas generated by the combustor is directly guided to the intake port of the case. Thus, sensible heat can be recovered, or both sensible heat and latent heat can be recovered. The hot water device as used in the present invention means a device having a function of generating hot water, and is used for various types of hot water supply devices for general hot water supply, bath hot water supply, heating, snow melting, and the like, and hot water supply. It is a concept that broadly includes a device that generates hot water (including one in which antifreeze is heated).
WH 温水装置
HE 熱交換器
L1 端列(複数の管体部の)
Sa〜Se 管体重ね巻き構造部
1 ケース
3A〜3E 螺旋状管体
6 燃焼器
11 給気口
12 排気口
30 ループ部(螺旋状管体の)
30a,30c 管体部
38,38a 凹部
WH Hot water device HE Heat exchanger L1 End row (for multiple tube parts)
Sa-Se tubular
30a,
Claims (8)
これら複数の管体部を内部に収容し、かつ加熱用気体を内部に導入するための給気口が前記複数の管体部のいずれかの端列に対面して設けられているケースと、
を備えている、熱交換器であって、
前記端列の複数の管体部は、それらのうちの一部の管体部が他の管体部よりも前記給気口から遠ざかった配置にオフセットされ、前記給気口から遠ざかる方向に窪んで前記給気口に対面した凹部を形成する配列に設けられていることを特徴とする、熱交換器。 A plurality of tube portions for heat exchange extending in substantially the same direction in a plurality of rows and stages, and
A case in which the plurality of tube parts are accommodated inside, and an air supply port for introducing a heating gas into the inside is provided facing one of the end rows of the plurality of tube parts,
A heat exchanger comprising:
The plurality of tube portions in the end row are offset in a position in which some of the tube portions are further away from the air supply port than other tube portions, and are recessed in a direction away from the air supply port. The heat exchanger is provided in an array that forms a recess facing the air supply port.
これら複数の管体部を内部に収容し、かつ加熱用気体を内部に導入するための給気口が前記複数の管体部のいずれかの端列に対面して設けられているケースと、
を備えている、熱交換器であって、
前記端列の複数の管体部のうち、少なくとも1つの管体部は、長手方向の全体または一部が前記給気口から遠ざかる方向に曲げられ、前記給気口から遠ざかる方向に窪んで前記給気口に対面した凹部を形成していることを特徴とする、熱交換器。 A plurality of tube portions for heat exchange extending in substantially the same direction in a plurality of rows and stages, and
A case in which the plurality of tube parts are accommodated inside, and an air supply port for introducing a heating gas into the inside is provided facing one of the end rows of the plurality of tube parts,
A heat exchanger comprising:
Of the plurality of tube portions of the end row, at least one tube portion is bent in a direction in which the whole or a part of the longitudinal direction is away from the air supply port, and is recessed in a direction away from the air supply port. A heat exchanger characterized by forming a recess facing the air supply port.
この管体重ね巻き構造部のうち、複数列、複数段に並んでいる複数箇所の管体部が、前記熱交換用の複数の管体部である、請求項1ないし5のいずれかに記載の熱交換器。 A plurality of spiral tubular bodies are provided in a substantially concentric lap winding shape, and include a tubular body wrapping structure portion accommodated in the case,
6. The tubular body winding structure section according to claim 1, wherein a plurality of tubular body sections arranged in a plurality of rows and a plurality of stages are the plurality of tubular body sections for heat exchange. Heat exchanger.
前記第1の管体重ね巻き構造部は、各螺旋状管体の複数のループ部が一定方向に傾いて積層した構成とされ、
前記第2の管体重ね巻き構造部は、各螺旋状管体の複数のループ部が前記一定方向とは反対方向に傾いて積層した構成とされている、請求項6に記載の熱交換器。 As the tubular body winding structure portion, there are first and second tubular body winding structure portions that are formed separately from each other and stacked in the axial direction thereof,
The first tubular body winding structure portion is configured such that a plurality of loop portions of each spiral tubular body are inclined and laminated in a certain direction,
7. The heat exchanger according to claim 6, wherein the second tubular body winding structure portion is configured such that a plurality of loop portions of each spiral tubular body are stacked while being inclined in a direction opposite to the predetermined direction. .
この熱交換器の前記ケースの給気口に前記加熱用気体としての燃焼ガスを供給するための燃焼器と、
を備えていることを特徴とする、温水装置。 A heat exchanger according to any one of claims 1 to 7,
A combustor for supplying combustion gas as the heating gas to an air supply port of the case of the heat exchanger;
A hot water apparatus comprising:
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JP2011043281A (en) * | 2009-08-20 | 2011-03-03 | Paloma Industries Ltd | Heat exchanger |
JP2019190790A (en) * | 2018-04-27 | 2019-10-31 | 株式会社長府製作所 | Hot water supply device |
-
2007
- 2007-07-13 JP JP2007185065A patent/JP2009019858A/en active Pending
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