JP2015040645A - Latent heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、燃焼ガスから潜熱を回収する潜熱熱交換器に関するものである。 The present invention relates to a latent heat exchanger that recovers latent heat from combustion gas.
従来この種の潜熱熱交換器としては、被加熱流体としての水を流通させる受熱管を螺旋状に形成して、上下隣り合う受熱管同士の隙間を通過する加熱流体としての燃焼ガスから潜熱を回収するものがあり、この構成によって、燃焼ガスを効率よく吸熱管に接触させて熱交換効率を良好にするものがあった。(例えば、特許文献1参照。)
Conventionally, as this type of latent heat exchanger, a heat receiving pipe that circulates water as a fluid to be heated is formed in a spiral shape, and latent heat is generated from a combustion gas as a heating fluid that passes through the gap between the upper and lower adjacent heat receiving pipes. There are some which are recovered, and this configuration makes the heat exchange efficiency good by bringing the combustion gas into contact with the heat absorption tube efficiently. (For example, refer to
ところで、この従来の潜熱熱交換器は、上下隣り合う受熱管同士の隙間の寸法にはばらつきがあり、それを一定とするのは難しく、受熱管同士の隙間にも大小が存在することになり、例えば、隙間の大きくあいているところがあると、燃焼ガスの通過量が多いが、受熱管に近い部分を通過する燃焼ガスは熱交換される一方で隙間の中心部分を流通する燃焼ガスは熱交換されずに通過してしまい、熱交換に寄与しない燃焼ガスが多くなって熱交換効率が上がらない方向となり、逆に、隙間の小さいところがあると、燃焼ガスが通過しない、または受熱管同士の隙間の大きいところに燃焼ガスがとられて熱交換する量が少なく熱交換効率が悪くなる場合があり、受熱管同士の隙間の大小が存在することによって、受熱管に接触する前から燃焼ガスの不均一な流れが形成されてしまい、熱交換効率を下げてしまうという問題を有するものであった。 By the way, in this conventional latent heat exchanger, there are variations in the size of the gap between the upper and lower heat receiving tubes, and it is difficult to make it constant, and there is also a size in the gap between the heat receiving tubes. For example, if there is a large gap, the amount of passage of the combustion gas is large, but the combustion gas passing through the portion close to the heat receiving pipe is heat-exchanged, while the combustion gas flowing through the central portion of the gap is heat It passes without being exchanged, and there is an increase in the amount of combustion gas that does not contribute to heat exchange and the heat exchange efficiency does not increase. Conversely, if there is a space with a small gap, the combustion gas does not pass, or between the heat receiving tubes Combustion gas is taken in a place with a large gap and the amount of heat exchange is small and heat exchange efficiency may deteriorate, and the presence of the gap between the heat receiving tubes makes the combustion gas before contacting the heat receiving tubes. Will be formed uneven flow, it had a problem that lowers the heat exchange efficiency.
この発明は、上記課題を解決するために、特に請求項1ではその構成を、底面に燃焼ガス流入口を有し上面に燃焼ガス流出口を有した筐体と、前記燃焼ガス流入口から流入する燃焼ガスを開放された下端から取り込み前記筐体内の上方領域へ案内する上端が開放された円筒状の案内筒と、該案内筒の外周を覆い前記案内筒からの前記燃焼ガスの流れを折り返すよう上端が閉塞された円筒状の整流筒と、該整流筒の外周であって、前記整流筒の外周面と前記筐体との内壁との間に形成された空間内に巻装され前記燃焼ガスから潜熱を回収する受熱管とを備え、前記整流筒の側周面に前記燃焼ガスが吹き出される複数の整流孔を形成し、該整流孔によって整流された前記燃焼ガスを前記受熱管に接触させるものとした。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is particularly configured as claimed in
また、請求項2では、前記整流筒の上部から下部に向かうにつれて、前記整流筒の単位面積あたりの前記整流孔の開口率を大きくするものとした。 According to a second aspect of the present invention, the opening ratio of the rectifying hole per unit area of the rectifying cylinder is increased from the upper part to the lower part of the rectifying cylinder.
この発明の請求項1によれば、、燃焼ガスが整流筒の整流孔から吹き出されるとき、整流孔によって燃焼ガスの流れを均一に整流し、その状態で受熱管に向けて吹き出されるので、受熱管に接触する前から燃焼ガスの不均一な流れが形成されることがなく、受熱管を流通する水と燃焼ガスとの熱交換効率を向上させることができるものである。 According to the first aspect of the present invention, when the combustion gas is blown out from the rectifying hole of the rectifying cylinder, the flow of the combustion gas is uniformly rectified by the rectifying hole and is blown out toward the heat receiving tube in that state. Thus, the non-uniform flow of the combustion gas is not formed before it contacts the heat receiving pipe, and the heat exchange efficiency between the water flowing through the heat receiving pipe and the combustion gas can be improved.
また、請求項2によれば、燃焼ガスは燃焼ガス流出口に向かうように整流筒の上部に設けられた整流孔から流れようとする傾向があるので、整流孔を、整流筒の上部から下部に向かうにつれて、整流筒の単位面積あたりの整流孔の開口率を大きくするようにしたことで、整流筒の下部側へ燃焼ガスが流れやすくなるようにして、燃焼ガスを整流筒の全体から均等に吹き出させることができ、受熱管の全体に均等に燃焼ガスを接触させて熱交換効率を向上させることができるものである。 According to the second aspect of the present invention, the combustion gas tends to flow from the rectifying hole provided in the upper part of the rectifying cylinder so as to go to the combustion gas outlet, so that the rectifying hole is changed from the upper part of the rectifying cylinder to the lower part. By increasing the opening ratio of the flow straightening hole per unit area of the flow straightening tube, the combustion gas is more easily flowed to the lower side of the flow straightening tube so that the combustion gas is evenly distributed from the entire flow straightening tube. The heat exchange efficiency can be improved by bringing the combustion gas into contact with the entire heat receiving tube evenly.
次に、この発明の一実施形態について図面に基づき説明する。
図1は、本発明の一実施形態を示す潜熱熱交換器4は、潜熱回収型給湯機1の一部を構成するものであり、潜熱回収型給湯機1は、顕熱熱交換器としての円筒状の貯湯缶体2と、石油燃料を燃焼させるバーナ部3と、貯湯缶体2の上方に設置された潜熱熱交換器4と、潜熱熱交換器4で発生したドレンを中和する中和器5とで構成されているものである。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a latent heat exchanger 4 according to an embodiment of the present invention, which constitutes a part of a latent heat recovery type
前記貯湯缶体2は、内部に一定量の湯水が貯湯され、貯湯缶体2の下部内側には燃焼室6が形成され、貯湯缶体2内には多数の煙道を構成する熱交換パイプ7が複数配置され、貯湯缶体2上部には、熱交換パイプ7と連通しバーナ部3で発生させた燃焼ガスを潜熱熱交換器4側に流出させる排気集合部8が形成されているものである。なお、9は貯湯缶体2内の湯水の温度を検出する貯湯温度センサ、10は貯湯缶体2上部に接続され貯湯缶体2内に貯湯されている湯水を適宜給湯必要箇所に供給する給湯管である。
The hot water storage can body 2 stores a certain amount of hot water therein, a
前記バーナ部3は、点火電極11や燃料を供給するノズル12や燃焼用空気を供給する燃焼ファン13を有し、燃焼室6内に臨ませたバーナ部3の燃焼によって発生する燃焼ガスが燃焼室6と連通している熱交換パイプ7を通過する際、熱交換パイプ7内の高温の燃焼ガスと貯湯缶体2内の湯水との間での熱交換が行われ、貯湯缶体2内の湯水が高温に加熱されるものである。
The burner unit 3 includes an
潜熱熱交換器4は、貯湯缶体2と同径で上下端が開放された円筒状の胴体部14と、胴体部14の下端を閉塞し排気集合部8からの燃焼ガスを胴体部14内へ流入させる燃焼ガス流入口15を有する底面板16と、胴体部14の上端を閉塞し胴体部14内を通過した燃焼ガスを外部へ流出させる燃焼ガス流出口17を有する上面板18とで潜熱熱交換器4の筐体を構成するものである。
The latent heat exchanger 4 includes a
前記胴体部14内には、底面板16の中央部に設けられた排気流入口15を通過して胴体部14内に流入した燃焼ガスを、開放された下端から取り込み胴体部14内の上方領域へ案内する上端が開放された円筒状の案内筒19が、排気流入口15を囲うように底面板16上に立設されており、所定間隔あけて案内筒19の外周を覆うように、上端が閉塞された円筒状の整流筒20が底面板16上に配設され、整流筒20の側周面には燃焼ガスが吹き出される略同径の複数の孔として複数の整流孔21が形成されている。この整流孔21はバーリング加工によって形成されるものであり、整流筒20の外方側に突出する立ち上がりをその周縁に備えているものである。
In the
また、前記胴体部14内には、燃焼ガスから潜熱を回収する受熱管22が収容されており、この受熱管22は螺旋状に形成され、内部を被加熱流体としての水が流通するものであり、整流筒20の外周であって、整流筒20の外周面と胴体部14との内壁との間に形成された空間内に巻装されているものである。
Further, a
また、前記胴体部14の側周面には、給水管23が接続される水流入接続口24が設けられ、この水流入接続口24を介して給水管23と受熱管22の一端(上流端)とを連通させ、給水管23からの給水を潜熱熱交換器4の受熱管22に流入させるものである。さらに、前記胴体部14の側周面には、潜熱熱交換器4と貯湯缶体2とを連結する連結管25が接続される水流出接続口26が設けられ、この水流出接続口26を介して受熱管22の他端(下流端)と連結管25とを連通させ、潜熱を回収して加熱された湯水を受熱管22から連結管25に流出させるものである。また、前記胴体部14の側周面下部には、潜熱熱交換器4で発生するドレンを中和器5に導くドレン管27が接続されるドレン排水接続口28が設けられているものである。
Further, a water
前記中和器5は、その内部にドレンを中和するための中和剤(図示せず)が充填されており、ドレン管27から中和器5に導かれたドレンを中和し、中和されたドレンを排水管29を介して外部に排出するものである。
The
次に、この潜熱回収型給湯機1の動作について説明する。
給湯必要箇所に適宜設けられている給湯蛇口(図示せず)を開くと、給湯管10により貯湯缶体2内の高温水が出湯されて給湯が開始される。それと同時に、給水管23からの水が受熱管22に流入し、受熱管22内を流通して、受熱管22から連結管25を介して貯湯缶体2内に流入するものである。
Next, the operation of the latent heat recovery
When a hot water supply faucet (not shown) appropriately provided at a hot water supply location is opened, hot water in the hot water storage can body 2 is discharged by the hot
そして、貯湯缶体2内の温水の温度が徐々に低下し、貯湯温度センサ9で検出する温度が所定温度以下になると、バーナ部3にて燃焼が開始され、その燃焼ガスが燃焼室6から貯湯缶体2内の熱交換パイプ7を通過する際、熱交換パイプ7内の高温の燃焼ガスと貯湯缶体2内の貯水との間で熱交換されて貯湯缶体2内の被加熱流体としての水を加熱するものである。
When the temperature of the hot water in the hot water storage can body 2 gradually decreases and the temperature detected by the hot water storage temperature sensor 9 falls below a predetermined temperature, combustion is started in the burner unit 3, and the combustion gas is discharged from the
前記熱交換パイプ7内を通過して顕熱を吸熱された燃焼ガスは、排気集合部8から燃焼ガス流入口15を通って胴体部14内に流入する。胴体部14内に流入した燃焼ガスは燃焼ガス流入口15から案内筒19によって胴体部14内の上方領域に案内され、案内筒19を上昇した燃焼ガスは整流筒20の上面に当たってUターンして案内筒19と整流筒20との間の空間に下降し、整流筒20に設けられた複数の整流孔21から整流筒20外に燃焼ガスが吹き出されて受熱管22に接触するものである。
The combustion gas that has absorbed the sensible heat through the
ここで、前記燃焼ガスが整流筒20の整流孔21から吹き出されるとき、整流孔21によって燃焼ガスの流れを均一に整流し、その状態で受熱管22に向けて吹き出されるので、受熱管22に接触する前から燃焼ガスの不均一な流れが形成されることがなく、受熱管22を流通する水と燃焼ガスとの熱交換効率を向上させることができるものである。なお、整流孔21の数、大きさ、配置については整流筒20から吹き出される燃焼ガスの流れが均一になるように適宜設定されるものであり、整流孔21は整流筒20を製造する時にばらつきが少なく寸法精度を出しやすいものである。
Here, when the combustion gas is blown out from the
そして、整流筒20から吹き出された燃焼ガスは、受熱管22と接触して熱交換し、上面板18側に向かって上昇して上面板18の中央部に設けられた燃焼ガス流出口17から外部へ排出されるものであるが、前記潜熱熱交換器4において、受熱管22を流通する被加熱流体としての水と加熱流体としての燃焼ガスとが熱交換されると、燃焼ガス中の水蒸気が露点以下となることによって、受熱管22の表面に強酸性のドレンが生成され、生成されたドレンは、整流筒20と胴体部14との内壁との間の底面板16上に溜まっていき、ドレン排水接続口28の高さまでくるとドレン管27へと流れて中和器5に流入し、中和器5内で中和剤と接触して中和され、中和されたドレンは排水管29を介して所定箇所の下水に排水されるものである。
Then, the combustion gas blown out from the
なお、本発明は先に説明した一実施形態に限定されるものではなく、本実施形態では、整流筒20に整流孔21を複数形成したものであるが、整流孔21を略同径の同じ大きさの孔とした場合、燃焼ガスは、燃焼ガス流出口17に向かうように整流筒20の上部に設けられた整流孔21から流れようとする傾向があるので、整流筒20の上部から下部に向かうにつれて整流孔21の数が多くなるように形成することで、整流筒20の上部から下部に向かうにつれて整流筒20の単位面積あたりの整流孔21の開口率が大きくなるようにして、整流筒20の下部側へ燃焼ガスが流れやすくなるように構成し、燃焼ガスが整流筒20の全体から均等に吹き出させるようにしてもよく、そうすることで、受熱管22の全体に均等に燃焼ガスを接触させることができ熱交換効率を向上させることができるものであり、さらに、整流筒20の上部から下部に向かうにつれて整流孔21の孔の大きさが大きくなるように形成することで、整流筒20の上部から下部に向かうにつれて整流筒20の単位面積あたりの整流孔21の開口率が大きくなるようにして、整流筒20の下部側へ燃焼ガスが流れやすくなるように構成し、燃焼ガスが整流筒20の全体から均等に吹き出させるようにしてもよく、そうすることで、受熱管22の全体に均等に燃焼ガスを接触させることができ熱交換効率を向上させることができるものである。
The present invention is not limited to the embodiment described above. In this embodiment, a plurality of rectifying
4 潜熱熱交換器
14 胴体部
15 燃焼ガス流入口
16 底面板
17 燃焼ガス流出口
18 上面板
19 案内筒
20 整流筒
21 整流孔
22 受熱管
4
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