JP5347841B2 - Heat exchanger and hot water device provided with the same - Google Patents
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Description
本発明は、伝熱管として螺旋状管体を用いたタイプの熱交換器、およびこれを備えた給湯装置などの温水装置に関する。 The present invention relates to a heat exchanger of a type using a helical tube as a heat transfer tube, and a hot water device such as a hot water supply device provided with the heat exchanger.
本出願人は、螺旋状管体を用いた熱交換器の一例として、特許文献1に記載されたものを先に提案している。同文献に記載された熱交換器においては、燃焼ガスが流入するケーシングと、このケーシング内に収容されてこのケーシングの横幅方向に並んだ第1および第2の螺旋状管体とを備えている。これら第1および第2の螺旋状管体には、ケーシングの外部に一部分が突出した複数の延設管体部が連設されており、これら複数の延設管体部を利用して第1および第2の螺旋状管体への通水を個別に行なうことが可能である。ケーシングには、第1および第2の螺旋状管体に対して燃焼ガスを個別に供給するための2つの給気口と、第1および第2の螺旋状管体によって熱回収が完了した燃焼ガスをケーシングの外部に排出するための2つの排気口とが設けられている。 The present applicant has previously proposed the one described in Patent Document 1 as an example of a heat exchanger using a helical tube. The heat exchanger described in the document includes a casing into which combustion gas flows, and first and second spiral tubes housed in the casing and arranged in the width direction of the casing. . The first and second spiral pipes are provided with a plurality of extended pipe parts that are partially protruded outside the casing, and the first and second helical pipes are connected to each other by using the plurality of extended pipe parts. In addition, water can be individually passed through the second helical tube. The casing has two air supply ports for individually supplying combustion gas to the first and second spiral tubes, and combustion in which heat recovery is completed by the first and second spiral tubes Two exhaust ports for discharging the gas to the outside of the casing are provided.
このような構成によれば、第1および第2の螺旋状管体のいずれか一方を個別に利用し、あるいは双方を同時に利用した湯水加熱が可能であり、たとえば第1の螺旋状管体を利用して生成された湯水を一般給湯に使用するとともに、第2の螺旋状管体を利用した生成された湯水を暖房用途に利用するといったことができる。また、特許文献1においては、第1および第2の螺旋状管体の互いに接近した部分どうしをケーシングの上下高さ方向にオーバラップさせている。このため、前記オーバラップの度合いを変更することによって、ケーシングの大型化を抑制しつつ、第1および第2の螺旋状管体の伝熱面積の比率を容易に変更することができるといった利点も得られる。 According to such a configuration, it is possible to perform hot water heating using either one of the first and second helical tubes individually or using both at the same time. While using the hot water produced | generated using for a general hot water supply, the hot water produced | generated using the 2nd helical tube can be utilized for a heating use. Moreover, in patent document 1, the part which the 1st and 2nd spiral tube body mutually approached is made to overlap in the up-down height direction of a casing. For this reason, there is also an advantage that the ratio of the heat transfer area of the first and second spiral tubular bodies can be easily changed while suppressing the enlargement of the casing by changing the degree of overlap. can get.
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、前記第1および第2の螺旋状管体は、ともに略長円状に形成された複数のループ部が一連に繋がった構成とされており、第1の螺旋状管体は、各ループ部の長手方向がケーシングの横幅方向と一致するように設けられている。同様に、第2の螺旋状管体についても、各ループ部の長手方向がケーシングの横幅方向と一致するように設けられている。このような構成によれば、ケーシングの横幅方向における第1および第2の螺旋状管体の全体のサイズが大きくなり、これに伴って、ケーシングの横幅寸法も大きくなってしまう。給湯装置などに用いられるこの種の熱交換器においては、全体の横幅をできる限り小さくして全体の小型化を図ることが要請される場合が多いが、前記従来技術によれば、そのような要請に的確に応えることが困難となる場合があり、この点において改善すべき余地があった。 That is, each of the first and second spiral tubular bodies has a configuration in which a plurality of loop portions formed in a substantially oval shape are connected in series, and the first spiral tubular body includes each loop. The longitudinal direction of the portion is provided so as to coincide with the lateral width direction of the casing. Similarly, the second spiral tubular body is also provided so that the longitudinal direction of each loop portion coincides with the lateral width direction of the casing. According to such a configuration, the overall size of the first and second spiral tubular bodies in the lateral width direction of the casing is increased, and accordingly, the lateral width dimension of the casing is also increased. In this type of heat exchanger used in a hot water supply device or the like, it is often required to reduce the overall lateral width as much as possible to reduce the overall size. There may be cases where it is difficult to accurately respond to requests, and there is room for improvement in this regard.
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り、熱交換用の第1および第2の螺旋状管体をケーシング内に並べて設ける場合に、ケーシングの大型化を極力回避して全体の小型化を好適に図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 when the first and second helical tubes for heat exchange are arranged side by side in the casing, enlargement of the casing is minimized. It is an object of the present invention to provide a heat exchanger that can be suitably reduced in size by avoiding it, and a hot water device including the heat exchanger.
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、加熱用気体の給気口および排気口を有するケーシングと、このケーシング内に収容されて前記ケーシングの横幅方向に並べられた熱交換用の第1および第2の螺旋状管体と、を備えており、前記第1および第2の螺旋状管体のそれぞれは、縦横の幅が相違する複数のループ部が一連に繋がって前記ケーシングの上下高さ方向に積層した構成であり、前記第1の螺旋状管体の長手方向の幅が、前記第2の螺旋状管体の長手方向の幅以上とされている、熱交換器であって、前記第1の螺旋状管体は、その長手方向が前記ケーシングの横幅方向となるように設定されている一方、前記第2の螺旋状管体は、その長手方向が前記ケーシングの前後奥行き方向となるように設定さ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 casing having a heating gas supply port and an exhaust port, and a heat exchange unit housed in the casing and arranged in the width direction of the casing. Each of the first and second spiral tubes, each of the first and second spiral tubes being connected to the casing by a plurality of loop portions having different vertical and horizontal widths. A heat exchanger in which the width in the longitudinal direction of the first spiral tube is equal to or greater than the width in the longitudinal direction of the second spiral tube. The first spiral tube body is set so that its longitudinal direction is the lateral width direction of the casing, while the second spiral tube body has its longitudinal direction before and after the casing. It is set to be in the depth direction. To have.
このような構成によれば、第1および第2の螺旋状管体のそれぞれの長手方向が、ともにケーシングの横幅方向に設定されていた従来技術と比較すると、第1および第2の螺旋状管体の長手方向のトータルの幅を小さくすることができる。また、第2の螺旋状管体の長手方向は、ケーシングの前後奥行き方向に設定されているが、この第2の螺旋状管体の長手方向の幅は、第1の螺旋状管体の長手方向の幅以下であるために、この第2の螺旋状管体がケーシングの前後奥行き方向に大きく嵩張ることも抑制される。このようなことから、第1および第2の螺旋状管体を収容するケーシング、ひいては熱交換器全体の小型化を図るのに好ましいものとなる。 According to such a configuration, the first and second helical tubes are compared with the prior art in which the longitudinal directions of the first and second helical tubes are both set in the lateral width direction of the casing. The total width in the longitudinal direction of the body can be reduced. The longitudinal direction of the second spiral tube is set in the longitudinal direction of the casing. The width of the second spiral tube in the longitudinal direction is the length of the first spiral tube. Since the width is equal to or less than the width in the direction, the second spiral tubular body is also prevented from being bulky in the depth direction of the casing. For this reason, the casing that accommodates the first and second helical tubes, and hence the heat exchanger as a whole is preferably reduced in size.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記第1の螺旋状管体の短手方向の幅と、前記第2の螺旋状管体の長手方向の幅とは、略同一寸法に揃えられているとともに、前記第1および第2の螺旋状管体のそれぞれの上下高さも、略同一寸法に揃えられている。 In a preferred embodiment of the present invention, the width in the short direction of the first spiral tube and the width in the longitudinal direction of the second spiral tube are substantially equal to each other. At the same time, the vertical heights of the first and second spiral tubular bodies are also substantially equal.
このような構成によれば、ケーシングの前後奥行き方向において第1および第2の螺旋状管体の幅が大きく相違しないようにしつつ、ケーシングの上下高さ方向においても第1および第2の螺旋状管体に大きな高低段差を生じないようにすることができる。したがって、ケーシング内に無駄な空間が大きく形成されないようにし、熱交換器の小型化を図るのにより好ましいものとなる。 According to such a configuration, the first and second spiral shapes also in the vertical height direction of the casing while the widths of the first and second spiral tubes do not greatly differ in the longitudinal direction of the casing. It is possible to prevent a large height difference from occurring in the tube body. Therefore, it is preferable to prevent a wasteful space from being largely formed in the casing and to reduce the size of the heat exchanger.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記第1および第2の螺旋状管体のそれぞれの最上段および最下段に位置するループ部には、上側および下側の延設管体部が連設されており、前記第1の螺旋状管体に連設されている延設管体部は、前記第1の螺旋状管体の長手方向に延びていることにより前記ケーシングの一側壁部を貫通して前記ケーシングの外部に一部分が露出しているとともに、前記第2の螺旋状管体に連設されている延設管体部は、前記第2の螺旋状管体の短手方向に延びていることにより前記ケーシングの他側壁部を貫通して前記ケーシングの外部に一部分が露出している。 In a preferred embodiment of the present invention, upper and lower extending tube portions are connected to the loop portions located at the uppermost and lowermost stages of the first and second helical tubes, respectively. The extending tube portion connected to the first spiral tube body extends in the longitudinal direction of the first spiral tube body, thereby penetrating one side wall portion of the casing. Then, a part of the casing is exposed to the outside of the casing, and the extending tube portion connected to the second spiral tube extends in the short direction of the second spiral tube. Accordingly, a part of the casing is exposed outside through the other side wall of the casing.
このような構成によれば、延設管体部を利用してケーシングの両側方から第1および第2の螺旋状管体への通水が可能となり、通水用の配管施工を容易なものとすることができる。 According to such a configuration, water can be passed from both sides of the casing to the first and second spiral tubular bodies by using the extended tubular body portion, and piping for passing water is easy. It can be.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記ケーシングの底壁部は、この底壁部の前部寄りに位置するドレイン用排出口を有するとともに、前記第1および第2の螺旋状管体からドレインが滴下したときにこのドレインを前記ドレイン用排出口に導くことが可能な前下がり状に傾斜しており、前記第1および第2の螺旋状管体は、ともに下側の延設管体部が上側の延設管体部よりも前記ケーシングの前部寄りに位置するように設けられ、前記第1および第2の螺旋状管体の螺旋巻き方向は、互いに相違しており、前記第1および第2の螺旋状管体のうち、平面視および正面視において左側に位置する一方は、下方から上方へ進むときの巻き方向が平面視左巻きとされ、かつ他方は、下方から上方へ進むときの巻き方向が平面視右巻きとされている。 In a preferred embodiment of the present invention, the bottom wall portion of the casing has a drain outlet located near the front portion of the bottom wall portion, and drains from the first and second spiral tubes. The first and second helical tubes are inclined downwardly so that the drain can be led to the drain outlet when the water drops are dropped. Is provided so as to be positioned closer to the front portion of the casing than the upper extending tubular portion, and the spiral winding directions of the first and second helical tubular bodies are different from each other, and One of the second helical tubes located on the left side in the plan view and the front view has a left-handed winding direction when proceeding from below to above, and the other when proceeding from below to above. The winding direction of There.
このような構成によれば、第1および第2の螺旋状管体のそれぞれの最下段のループ部は、前側部分よりも後側部分の方が高い配置となり、このような配置は、ケーシングの前下がり状の底壁部の傾斜に沿ったものとなる。このため、最下段のループ部とケーシングの底壁部との隙間寸法を小さくするのに好適となる。 According to such a configuration, the lowermost loop portion of each of the first and second spiral tubular bodies is disposed higher in the rear portion than in the front portion. It becomes along the inclination of the bottom wall part of front-falling shape. For this reason, it becomes suitable for making small the clearance gap between the loop part of the lowest step, and the bottom wall part of a casing.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記第1および第2の螺旋状管体として、各ループ部が略平行な一対の直状管部とこれら一対の直状管部の端部どうしを繋ぐ一対の略半円アーチ状の曲管部とを有する略長円状に形成された複数の第1および第2の螺旋状管体を備えており、前記複数の第1の螺旋状管体は、これらのループ部のサイズが互いに相違して略同心の重ね巻き状とされているとともに、前記複数の第2の螺旋状管体も、これらのループ部のサイズが互いに相違して略同心の重ね巻き状とされており、前記複数の第2の螺旋状管体の全部または一部は、前記複数の第1の螺旋状管体の全部または一部と、前記曲管部の曲率半径が同一寸法に揃えられている。 In a preferred embodiment of the present invention, as the first and second spiral tubes, a pair of straight tube portions in which each loop portion is substantially parallel and the ends of the pair of straight tube portions are connected to each other. A plurality of first and second helical tubes formed in a substantially oval shape having a pair of substantially semicircular arch-shaped bent tube portions, wherein the plurality of first helical tubes are The sizes of these loop portions are different from each other and are substantially concentric, and the plurality of second spiral tubular bodies are also different from each other in size and are substantially concentric. The plurality of second spiral tubular bodies are all or part of the plurality of first spiral tubular bodies, and the curvature radius of the curved pipe portion is all or part of the plurality of first spiral tubular bodies. They are aligned to the same dimensions.
このような構成によれば、第1および第2の螺旋状管体のそれぞれが複数設けられているために、それら全体の伝熱面積を大きくして熱交換効率を高めることができることは勿論のこと、次に述べるように、複数の第1および第2の螺旋状管体の製作も容易化される。すなわち、第1および第2の螺旋状管体は、直状パイプに曲げ加工を施すことにより製作することが可能であるが、第2の螺旋状管体の曲管部の曲率半径が第1の螺旋状管体の曲管部の曲率半径と同一であれば、これらの曲管部を形成する際の直状パイプの曲げ加工は、同一加工でよいこととなる。このようなことから、前記構成によれば、第1および第2の螺旋状管体を製作する際のパイプの曲げ加工の共通化を図り、それらの製作作業の容易化ならびに低コスト化を図ることができる。 According to such a configuration, since each of the first and second helical tubes is provided in a plurality, it is possible to increase the heat transfer area of the whole and increase the heat exchange efficiency. In addition, as will be described below, the production of a plurality of first and second helical tubes is also facilitated. That is, the first and second helical tubes can be manufactured by bending a straight pipe, but the radius of curvature of the bent tube portion of the second helical tube is the first. If it is the same as the curvature radius of the curved pipe part of this spiral pipe body, the bending process of the straight pipe at the time of forming these curved pipe parts may be the same process. For this reason, according to the above configuration, the pipes are bent in common when the first and second helical tubes are manufactured, and the manufacturing work is facilitated and the cost is reduced. be able to.
本発明の第2の側面により提供される温水装置は、加熱用気体供給手段と、この加熱用気体供給手段から供給される加熱用気体を利用して湯水加熱を行なうための熱交換器と、を備えている、温水装置であって、前記熱交換器として、本発明の第1の側面により提供される熱交換器が用いられていることを特徴としている。 The hot water apparatus provided by the second aspect of the present invention includes a heating gas supply means, a heat exchanger for performing hot water heating using the heating gas supplied from the heating gas supply means, It is characterized by using the heat exchanger provided by the 1st side surface of the present invention as the heat exchanger.
このような構成によれば、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 aspect of the present invention can be obtained.
本発明の好ましい実施の形態においては、ファンと、このファンから供給される燃焼用空気が分配供給され、かつ前記加熱用気体としての燃焼ガスを発生させる第1および第2の燃焼器と、を備えており、前記ケーシングの内部は、前記第1および第2の螺旋状管体を個別に収容する第1および第2の空間部に仕切られ、前記給気口としては、前記第1および第2の空間部に燃焼ガスを個別に供給するための2つの給気口が設けられているとともに、前記排気口としては、前記第1および第2の空間部に流入して前記第1および第2の螺旋状管体により熱回収がなされた燃焼ガスを前記ケーシングの外部に排出させることが可能な1つの排気口のみが設けられており、前記ファンから前記2つの給気口を介して前記第1および第2の空間部のそれぞれに流入する燃焼ガスの流量割合は、前記2つの給気口の開口面積比に対応するように構成されている。 In a preferred embodiment of the present invention, a fan and first and second combustors that are supplied with combustion air supplied from the fan and generate combustion gas as the heating gas are provided. And the inside of the casing is partitioned into first and second space portions that individually accommodate the first and second spiral tubes, and the air supply port includes the first and second air supply ports. Two air supply ports for individually supplying combustion gas to the two space portions are provided, and the exhaust ports flow into the first and second space portions and flow into the first and second space portions. There is provided only one exhaust port through which the combustion gas whose heat has been recovered by the two helical tubes can be exhausted to the outside of the casing, and the fan is provided through the two air supply ports. Of the first and second spaces Flow rate of the combustion gas flowing into the respectively is configured to correspond to the opening area ratio of the two air inlets.
このような構成によれば、2つの給気口の開口面積比を適当な比率とすることによって、第1および第2の螺旋状管体のそれぞれに作用する燃焼ガスの流量割合を、所望の好ましい割合にする設定することが可能である。したがって、1ファン方式が採用されているにも拘わらず、燃焼ガス流量制御が容易である。 According to such a configuration, the flow rate ratio of the combustion gas acting on each of the first and second helical tubes can be set to a desired value by setting the ratio of the opening areas of the two air supply ports to an appropriate ratio. It is possible to set to a desirable ratio. Therefore, it is easy to control the flow rate of the combustion gas even though the one-fan method is adopted.
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4は、本発明が適用された温水装置の一例を示している。図1によく表われているように、本実施形態の温水装置WHは、2つの燃焼器3a,3b、2つの1次熱交換器1a,1b、および2次熱交換器HEを備えている。2次熱交換器HEは、本発明が適用された熱交換器の一例に相当する。
1 to 4 show an example of a hot water apparatus to which the present invention is applied. As clearly shown in FIG. 1, the hot water apparatus WH of the present embodiment includes two
燃焼器3a,3bは、本発明でいう加熱用気体供給手段の一例に相当し、加熱用気体としての燃焼ガスを発生させるガスバーナまたはオイルバーナである。これらの燃焼器3a,3bは、缶体30内の仕切り壁32によって仕切られた空間部30a,30bに分離して設けられている。この温水装置WHでは、1ファン方式が採用されており、缶体30の下部には、ファン31が設けられている。燃焼器3a,3bの底部または下方には、多孔プレート33が設けられており、ファン31から供給された燃焼用空気は、燃焼器3a,3bに対してその燃料・空気供給口(図示略)から分配供給されるとともに、多孔プレート33の下方からその孔部を通過して空間部30a,30bのそれぞれに流入する。1次熱交換器1a,1bは、燃焼器3a,3bによって発生された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12を有する伝熱管11a,11bが空間部30a,30bに設けられた構造である。
The
2次熱交換器HEは、1次熱交換器1a,1b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ためのものであり、1次熱交換器1a,1bの上方に配されている。この2次熱交換器HEは、中空の略直方体状のケーシング7、このケーシング7に収容された複数の第1および第2の螺旋状管体4,5、これらの上下両端に繋がった複数の延設管体部6a〜6d、および通水用のヘッダ68a〜68dを備えている。
The secondary heat exchanger HE is for recovering latent heat from the combustion gas after sensible heat has been recovered by the primary heat exchangers 1a and 1b, and is disposed above the primary heat exchangers 1a and 1b. Has been. The secondary heat exchanger HE includes a hollow substantially
第1の螺旋状管体4は、1次熱交換器1aおよび燃焼器3aに対応しており、これらはたとえば台所や洗面所などへの一般給湯用の湯水加熱を行なうためのものである。これに対し、第2の螺旋状管体5は、1次熱交換器1bおよび燃焼器3bに対応しており、これらはたとえば床暖房用の湯水(不凍液を含む)を加熱するためのものである。一般給湯用の湯水加熱手段は、床暖房用の湯水加熱手段よりも湯水加熱能力を高くする必要がある。このため、燃焼器3aは燃焼器3bよりも最大熱発生量が多い。また、1次熱交換器1aおよび第1の螺旋状管体4は、1次熱交換器1bおよび第2の螺旋状管体5よりも伝熱面積が大きい。ヘッダ68aは、適当な配管99aを介して1次熱交換器1aの入水口13aに接続されており、また同様に、ヘッダ68cは、配管99bを介して1次熱交換器1bの入水口13bに接続されている。このことにより、ヘッダ68bに供給された水は、第1の螺旋状管体4内を流通して加熱された後に、1次熱交換器1aに送られてさらに加熱され、出湯口14aから出湯する。ヘッダ68dに供給された水(不凍液)は、第2の螺旋状管体5内を流通して加熱された後に、1次熱交換器1bに送られてさらに加熱され、出湯口14bから出湯する。
The first helical tube 4 corresponds to the primary heat exchanger 1a and the
複数の第1および第2の螺旋状管体4,5は、ともにケーシング7内に収容され、かつケーシング7の横幅方向(図1の左右方向)に並んでいる。第1および第2の螺旋状管体4,5どうしの間は、仕切板79によって仕切られ、ケーシング7内は、この仕切板79によって第1および第2の空間部77a,77bに区画されている。図2〜図4に示すように、ケーシング7の底壁部70aのうち、第1および第2の螺旋状管体4,5よりも後方側(ケーシング7の後壁部70c側)には、第1および第2の空間部77a,77bに個々に連通する燃焼ガス用の2つの給気口71a,71bが設けられている。ケーシング7の前壁部70bには、第1および第2の空間部77a,77bの双方に連通する1つの排気口72が設けられている。1次熱交換器1a,1bを通過した燃焼ガスは、給気口71a,71bからケーシング7内の第1および第2の空間部77a,77bに個別に流入することにより、第1の螺旋状管体4の後述するループ部40どうしの隙間49、または第2の螺旋状管体5のループ部50どうしの隙間59をケーシング7の後方側から前方側に通過してこれらの部分を加熱し、その後排気口72からケーシング7の外部に排出される。この温水装置WHにおいては、第1および第2の螺旋状管体4,5に作用する燃焼ガスの流量割合が、2つの給気口71a,71bの開口面積Aa,Abの比率によって規定されているが、その詳細については後述する。
The plurality of first and second
図2に示すように、ケーシング7の底壁部70aのうち、前部寄りの位置には、ドレイン用の排出口78が設けられている。底壁部70aは、図3および図4に示すように、前下がり状である。このことにより、燃焼ガスからの潜熱回収に伴って発生したドレイン(凝縮水)が底壁部70a上に滴下したときには、このドレインが底壁部70aの前部寄りに流れて排出口78に流入し、ケーシング7の外部に排出される。底壁部70aのうち、2つの給気口71a,71bの周縁部には、上向きに起立した起立壁73a,73bが設けられている。これら起立壁73a,73bは、底壁部70a上のドレインが給気口71a,71b内に流れ込むことを防止する役割を果たす。
As shown in FIG. 2, a
複数の第1および第2の螺旋状管体4,5は、たとえばステンレスなどの金属製の丸パイプ材に曲げ加工を施すことにより製作されている。図2によく表われているように、各第1の螺旋状管体4は、平面視略長円状の複数のループ部40が一連に繋がり、かつ隙間49(図1および図3を参照)を介してケーシング7の上下高さ方向に積層した構成を有している。複数のループ部40は、延設管体部6a,6bが繋がった最上段および最下段を除き、略平行な一対の直状管部40a(符号Saで示す範囲の部分)と、これら一対の直状管部40aの端部どうしを繋ぐ半円アーチ状の一対の曲管部40bとを有している。ただし、複数の第1の螺旋状管体4は、ループ部40のサイズが互いに相違しており、略同心の重ね巻き状に配されている。また、各第1の螺旋状管体4は、各ループ部40の長手方向(本実施形態においては、各直状管部40aが延びる方向)が、ケーシング7の横幅方向となるように設定されている。
The plurality of first and second
複数の第2の螺旋状管体5は、その基本的な構成の多くが前記した複数の第1の螺旋状管体4と共通しており、平面視略長円状の複数のループ部50が一連に繋がり、かつ隙間59を介してケーシング7の上下高さ方向に積層した構成を有している。また、これら複数のループ部50は、略同心の重ね巻き状に配されている。各ループ部50は、最上段および最下段を除き、略平行な一対の直状管部50a(符号Sbで示す範囲の部分)と、これら一対の直状管部50aの端部どうしを繋ぐ半円アーチ状の一対の曲管部50bとを有している。ただし、複数の第2の螺旋状管体5の向きは、各第1の螺旋状管体4の向きとは異なり、各ループ部50の長手方向(各直状管部50aが延びる方向)が、ケーシング7の前後奥行き方向となるように設定されている。複数の第1の螺旋状管体4全体の長手方向の幅L1、複数の第2の螺旋状管体5全体の長手方向の幅L3、および短手方向の幅L4は、L1>L3>L4の関係にある。なお、L1=L3の場合にも、本発明を適用することが可能である。また、前記した幅L3は、複数の第1の螺旋状管体4全体の短手方向の幅L2と略同一寸法に揃えられている。さらに、図1に示すように、複数の第1および第2の螺旋状管体4,5全体の上下高さH1,H2も、略同一寸法に揃えられている。
The plurality of second spiral
複数の第1および第2の螺旋状管体4,5どうしは、既述したように、全体のサイズは相違するものの、それらの原材料となるパイプ材としては外径寸法が同一のものが用いられている。また、複数の第2の螺旋状管体5のそれぞれの曲管部50bの曲率半径は、複数の第1の螺旋状管体4のいずれかの曲管部40bの曲率半径と同一寸法に揃えられている。より詳細には、図2においては、第1の螺旋状管体4が計6本設けられ、かつ第2の螺旋状管体5が計4本設けられた構成が示されているが、これら4本の第2の螺旋状管体5の曲管部50bの曲率半径R1〜R4は、たとえば計6本のうちの内周寄りに位置する4本の第1の螺旋状管体4の曲管部40bの曲率半径R1〜R4と同一とされている。このような構成によれば、パイプ材に曲げ加工を施して第2の螺旋状管体5の曲管部50bを成形する際に、第1の螺旋状管体4の曲管部40bを成形する際の曲げ加工処理と同一処理を実行すればよいこととなる。したがって、第1および第2の螺旋状管体4,5の製造を容易とし、そのコストを低減することができる利点が得られる。
As described above, the plurality of first and
第1の螺旋状管体4の上端および下端に繋がった延設管体部6a,6bは、第1の螺旋状管体4の長手方向に延びてケーシング7の一側壁部70dを貫通し、その一側方に突出している。これに対し、第2の螺旋状管体5の上端および下端に繋がった延設管体部6c,6dは、第2の螺旋状管体5の短手方向に延びてケーシング7の他側壁部70eを貫通し、その一側方に突出している。このことにより、延設管体部6a〜6dに取り付けられた通水用のヘッダ68a〜68dは、ケーシング7の両側方に配置されている。このような構成は、ヘッダ68a〜68dに対する通水用配管(配管99a,99bなど)の接続作業を容易にするのに好ましい。
The extending
下側の延設管体部6b,6dは、上側の延設管体部6a,6cよりもケーシング7の前部寄りに位置している。また、各第1および第2の螺旋状管体4,5の螺旋巻き方向は、互いに逆向きとされている。より具体的には、各第1の螺旋状管体4は、下方から上方へ進むときの巻き方向が平面視右巻きとされているのに対し、各第2の螺旋状管体5は、下方から上方へ進むときの巻き方向が平面視左巻きとされている。このような構成によれば、図3に示すように、第1の螺旋状管体4の最下段のループ部40’の後部側(符号n1で示す部分)は、下側の延設管体部6bやループ部40’の前部側(符号n2で示す部分)よりも高い配置となり、このような高低差は、底壁部70aの前下がり状の傾斜に対応したものとなる。したがって、第1の螺旋状管体4の最下段のループ部40’と底壁部70aとの隙間を小さくするのに好適となる。このような効果は、第2の螺旋状管体5についても同様であり、図4に示すように、第2の螺旋状管体5の最下段のループ部50’を前部側n2’よりも後部側n1’の方が高い配置とし、ループ部50’と底壁部70aとの隙間を小さくすることができる。
The lower extending
次に、2次熱交換器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 secondary heat exchanger HE and the hot water device WH provided with the same will be described.
まず、ケーシング7内には、第1および第2の螺旋状管体4,5がケーシング7の横幅方向に並べて設けられているが、第1の螺旋状管体4は、その長手方向がケーシング7の横幅方向とされているのに対し、第2の螺旋状管体5は、その短手方向がケーシング7の横幅方向とされている。したがって、第1および第2の螺旋状管体4,5のそれぞれの長手方向をともにケーシング7の横幅方向に設定した構成(従来技術に相当する構成)と比較すると、第1および第2の螺旋状管体4,5の全体の横幅が大きく嵩張ることを抑制することができる。このため、ケーシング7の横幅を小さくし、その小型化を図るのに好ましいものとなる。
First, in the
第2の螺旋状管体5の長手方向の幅L3は、第1の螺旋状管体の短手方向の幅L2と略同一寸法であるために、第1および第2の螺旋状管体4,5のいずれか一方が他方に相対してケーシング7の前後奥行き方向に突出するといったことも回避することができる。このため、ケーシング7の内部において、前後奥行き方向に大きな幅を有する無駄な空間が大きく生じることも抑制することができる。さらに、第1および第2の螺旋状管体4,5のそれぞれの上下高さH1,H2も略同一寸法であるために、ケーシング7内に上下高さ方向における無駄な空間が大きく生じることも抑制することができる。このようなことから、ケーシング7の小型化、ひいては2次熱交換器HE全体の小型化を一層促進することが可能である。なお、本実施形態においては、既述したように、第1および第2の螺旋状管体4,5の螺旋巻き方向を互いに反対の所定方向に設定するなどして、第1および第2の螺旋状管体4,5の最下段のループ部40’,50’とケーシング7の底壁部70aとの隙間を小さくすることが可能であるが、このような構成もケーシング7内における無駄な空間を排除してケーシング7の全体の小型化を図るのに役立つ。
Since the width L3 in the longitudinal direction of the
この温水装置WHにおいては、燃焼器3aによって発生された燃焼ガスからは、1次熱交換器1aによって顕熱を回収した後に、2次熱交換器HEの第1の螺旋状管体4によって潜熱を回収することができる。同様に、燃焼器3bによって発生された燃焼ガスからは、1次熱交換器1bおよび2次熱交換器HEの第2の螺旋状管体5によって顕熱および潜熱を回収することができる。したがって、このような熱回収により、たとえば床暖房用および一般給湯用の二通りの湯水加熱を個別に、または同時に効率良く実行することができる。
In the hot water apparatus WH, sensible heat is recovered from the combustion gas generated by the
前記したような湯水加熱がなされる場合、ファン31からの送風は、缶体3内の空間部30a、給気口71a、および第1の空間部77aを経て排気口72に至る第1の経路と、缶体3内の空間部30b、給気口71b、および第2の空間部77bを経て排気口72に至る第2の経路に分配される。このような送風方式においては、前記第1および第2の経路への送風量の比率を、給気口71a,71bの開口面積Aa,Abの比率によって規定することが可能であり、本実施形態においては、この開口面積Aa,Abを所定の比率にすることにより、前記第1および第2の経路における送風量や燃焼ガス流量が好ましいものとなるように構成されている。開口面積Aa,Abの最適値は、たとえば実験を行なうことにより容易に求めることが可能であり、温水装置WHの設計・製作の容易化を図ることもできる。
When hot water is heated as described above, the air blown from the
2つの給気口71a,71bは、好ましくは、それらの横幅La,Lbが第1および第2の螺旋状管体4,5の幅L1,L4にできる限り近い寸法とされ、第1および第2の螺旋状管体4,5のそれぞれの略全域に燃焼ガスが効率良く作用するように構成されている。したがって、開口面積Aa,Abの比率を変更する場合、好ましくは、給気口71a,71bの横幅La,Lbは変更されず、縦幅Lc,Ldが変更される。具体例を示すと、図2においては、縦幅Lc,Ldが略同一寸法に設定されているが、この場合よりも第2の空間部77bへの燃焼ガス流量を減少させる場合には、たとえば図5(a)に示すように、給気口71bの縦幅Ldが給気口71aの縦幅Lcよりも小さくされる。また、これとは反対に、第2の空間部77bへの燃焼ガス流量を増加させる場合には、たとえば図5(b)に示すように、縦幅Ldが縦幅Lcよりも大きくされる。
The two
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。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 contents of the above-described embodiment. 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.
第1および第2の螺旋状管体のループ部の形状は、長円状に限定されない。図6に示す複数の螺旋状管体4Aは、各ループ部40が略長矩形状に形成されているが、本発明でいう第1および第2の螺旋状管体は、そのような形態にすることもできる。第1および第2の螺旋状管体の各ループ部は、要は、縦横の幅が相違する形状であればよく、長円状や長矩形状の他、楕円状とすることもできる。さらに、ループ部の長手方向中間部分は、互いに略平行な一対の直状管部として構成されていなくてもよく、これら一対の直状管部に代えて、屈曲状または湾曲状の管体部が用いられた構成とすることもできる。
The shape of the loop portion of the first and second spiral tubular bodies is not limited to an oval shape. In the plurality of spiral
ケーシングは、第1および第2の螺旋状管体を収容し、かつ内部に燃焼ガスなどの加熱用気体が流入されればよく、その具体的な形状やサイズなども限定されない。給気口は、ケーシングの後壁部に設けた構成とすることも可能であり、排気口を給気口に対応させて2つ設けた構成とすることもできる。本発明に係る熱交換器は、顕熱回収用、潜熱回収用の種別を問わない。本発明に係る熱交換器を、顕熱回収に用いることも可能である。図1に示した温水装置は、燃焼器および1次熱交換器が仕切板によって仕切られた1つの缶体内に収容された「1缶式」であるが、それらが別々の缶体内に収容された「2缶式」とすることもできる。また、図1に示した温水装置は、1ファン方式であるが、2ファン方式にすることもできる。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を生成する装置を広く含む概念である。加熱用気体としては、燃焼ガス以外として、たとえばコージェネレーション用のガスエンジンや燃料電池からの排ガスを用いることもできる。 The casing only needs to accommodate the first and second spiral tubular bodies, and a heating gas such as combustion gas flows into the casing, and the specific shape and size thereof are not limited. The air supply port may be configured to be provided in the rear wall portion of the casing, or may be configured to have two exhaust ports corresponding to the air supply ports. The heat exchanger according to the present invention may be of any type for sensible heat recovery and latent heat recovery. The heat exchanger according to the present invention can also be used for sensible heat recovery. The hot water apparatus shown in FIG. 1 is a “single can type” in which a combustor and a primary heat exchanger are accommodated in one can body partitioned by a partition plate, but they are accommodated in separate can bodies. It can also be a “two can type”. Moreover, although the hot water apparatus shown in FIG. 1 is a 1 fan system, it can also be a 2 fan system. 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 includes a wide range of equipment for producing hot water. As the heating gas, for example, exhaust gas from a gas engine for cogeneration or a fuel cell can be used other than the combustion gas.
Claims (7)
このケーシング内に収容されて前記ケーシングの横幅方向に並べられた熱交換用の第1および第2の螺旋状管体と、を備えており、
前記第1および第2の螺旋状管体のそれぞれは、縦横の幅が相違する複数のループ部が一連に繋がって前記ケーシングの上下高さ方向に積層した構成であり、
前記第1の螺旋状管体の長手方向の幅が、前記第2の螺旋状管体の長手方向の幅以上とされている、熱交換器であって、
前記第1の螺旋状管体は、その長手方向が前記ケーシングの横幅方向となるように設定されている一方、前記第2の螺旋状管体は、その長手方向が前記ケーシングの前後奥行き方向となるように設定されていることを特徴とする、熱交換器。 A casing having an inlet and an outlet for a heating gas;
First and second helical tubes for heat exchange accommodated in the casing and arranged in the width direction of the casing, and
Each of the first and second helical tubes has a configuration in which a plurality of loop portions having different vertical and horizontal widths are connected in series and stacked in the vertical height direction of the casing,
A heat exchanger in which a longitudinal width of the first spiral tubular body is equal to or greater than a longitudinal width of the second spiral tubular body,
The first spiral tubular body is set so that its longitudinal direction is in the lateral width direction of the casing, while the second spiral tubular body is longitudinal in the longitudinal direction of the casing. A heat exchanger characterized by being set to be.
前記第1および第2の螺旋状管体のそれぞれの上下高さも、略同一寸法に揃えられている、請求項1に記載の熱交換器。 The width in the short direction of the first spiral tubular body and the width in the longitudinal direction of the second spiral tubular body are aligned to substantially the same dimension,
2. The heat exchanger according to claim 1, wherein the vertical heights of the first and second spiral tubular bodies are also substantially equal to each other.
前記第1の螺旋状管体に連設されている延設管体部は、前記第1の螺旋状管体の長手方向に延びていることにより前記ケーシングの一側壁部を貫通して前記ケーシングの外部に一部分が露出しているとともに、
前記第2の螺旋状管体に連設されている延設管体部は、前記第2の螺旋状管体の短手方向に延びていることにより前記ケーシングの他側壁部を貫通して前記ケーシングの外部に一部分が露出している、請求項1または2に記載の熱交換器。 The upper and lower extending tube portions are connected to the loop portions located at the uppermost and lowermost stages of the first and second helical tubes,
The extending tube portion connected to the first spiral tube body extends in the longitudinal direction of the first spiral tube body, thereby penetrating one side wall portion of the casing. A part of it is exposed outside,
The extending tube portion connected to the second helical tube extends in the short direction of the second helical tube, thereby penetrating the other side wall portion of the casing. The heat exchanger according to claim 1 or 2, wherein a part is exposed to the outside of the casing.
前記第1および第2の螺旋状管体は、ともに下側の延設管体部が上側の延設管体部よりも前記ケーシングの前部寄りに位置するように設けられ、
前記第1および第2の螺旋状管体の螺旋巻き方向は、互いに相違しており、前記第1および第2の螺旋状管体のうち、平面視および正面視において左側に位置する一方は、下方から上方へ進むときの巻き方向が平面視左巻きとされ、かつ他方は、下方から上方へ進むときの巻き方向が平面視右巻きとされている、請求項3に記載の熱交換器。 The bottom wall of the casing has a drain outlet located near the front of the bottom wall, and when the drain drops from the first and second helical tubes, the drain is drained from the drain. It is inclined in a front-down direction that can be led to the discharge outlet for
The first and second helical tubes are both provided such that the lower extending tube portion is positioned closer to the front of the casing than the upper extending tube portion,
The spiral winding directions of the first and second helical tubes are different from each other, and one of the first and second helical tubes located on the left side in plan view and front view is The heat exchanger according to claim 3, wherein the winding direction when proceeding from below to above is left-handed when viewed from above, and the other winding direction when traveling from below to above is right-handed when viewed from above.
前記複数の第1の螺旋状管体は、これらのループ部のサイズが互いに相違して略同心の重ね巻き状とされているとともに、前記複数の第2の螺旋状管体も、これらのループ部のサイズが互いに相違して略同心の重ね巻き状とされており、
前記複数の第2の螺旋状管体の全部または一部は、前記複数の第1の螺旋状管体の全部または一部と、前記曲管部の曲率半径が同一寸法に揃えられている、請求項1ないし4のいずれかに記載の熱交換器。 As the first and second spiral tubular bodies, a pair of substantially semicircular arch-shaped curved pipes connecting a pair of straight tubular sections in which the loop portions are substantially parallel and ends of the pair of straight tubular sections. A plurality of first and second helical tubes formed in a substantially oval shape having a portion,
The plurality of first helical tubes are substantially concentrically wound with different sizes of the loop portions, and the plurality of second helical tubes are also formed of these loops. The sizes of the parts are different from each other and are substantially concentric overwrapping,
All or a part of the plurality of second spiral tubular bodies has the same or same radius of curvature of the curved pipe portion as the whole or a part of the plurality of first spiral tubular bodies. The heat exchanger according to any one of claims 1 to 4.
前記熱交換器として、請求項1ないし5のいずれかに記載の熱交換器が用いられていることを特徴とする、温水装置。 A hot water apparatus comprising: a heating gas supply means; and a heat exchanger for performing hot water heating using the heating gas supplied from the heating gas supply means,
A hot water apparatus, wherein the heat exchanger according to any one of claims 1 to 5 is used as the heat exchanger.
前記ケーシングの内部は、前記第1および第2の螺旋状管体を個別に収容する第1および第2の空間部に仕切られ、
前記給気口としては、前記第1および第2の空間部に燃焼ガスを個別に供給するための2つの給気口が設けられているとともに、
前記排気口としては、前記第1および第2の空間部に流入して前記第1および第2の螺旋状管体により熱回収がなされた燃焼ガスを前記ケーシングの外部に排出させることが可能な1つの排気口のみが設けられており、
前記ファンから前記2つの給気口を介して前記第1および第2の空間部のそれぞれに流入する燃焼ガスの流量割合は、前記2つの給気口の開口面積比に対応するように構成されている、請求項6に記載の温水装置。 A fan, and combustion air supplied from the fan is distributed and supplied, and first and second combustors for generating combustion gas as the heating gas are provided,
The interior of the casing is partitioned into first and second space portions that individually accommodate the first and second helical tubes,
As the air supply port, there are provided two air supply ports for individually supplying combustion gas to the first and second space portions,
As the exhaust port, it is possible to discharge the combustion gas that has flowed into the first and second space portions and has been heat-recovered by the first and second helical tubes to the outside of the casing. There is only one exhaust port,
The flow rate ratio of the combustion gas flowing from the fan into the first and second space portions via the two air supply ports is configured to correspond to the opening area ratio of the two air supply ports. The hot water device according to claim 6.
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