JP5742073B2 - Heat exchanger and hot water device provided with the same - Google Patents

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本発明は、燃焼ガスなどの加熱用気体から伝熱管を利用して熱回収を行なうタイプの熱交換器、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 that recovers heat from a heating gas such as combustion gas using a heat transfer tube, and a hot water device such as a hot water supply device equipped with the heat exchanger.

本出願人は、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は、燃焼ガスの給気口および排気口が形成されたケーシング内に、複数の伝熱管が収容された構成を有している。各伝熱管は、螺旋状伝熱管であって、平面視長円状の複数のループ部が上下高さ方向に隙間を介して積層した形態を有している。この伝熱管は、金属製パイプに曲げ加工を施すことにより製造される。ケーシング内に流入した燃焼ガスは、複数のループ部どうしの間に形成された隙間を通過し、その際に伝熱管に接触する。この作用により、燃焼ガスから熱回収がなされ、伝熱管内を流通する湯水が加熱される。このような構成の熱交換器によれば、直状管体方式の伝熱管を用いた熱交換器と比較して、伝熱管全体のサイズを小さくしつつ、その伝熱面積を大きくすることが可能である。したがって、熱交換器全体の大型化を抑制しながらも、高い熱交換効率が得られる。   The present applicant has previously proposed the one described in Patent Document 1 as an example of a heat exchanger. The heat exchanger described in this document has a configuration in which a plurality of heat transfer tubes are accommodated in a casing in which a combustion gas supply port and an exhaust port are formed. Each heat transfer tube is a spiral heat transfer tube, and has a form in which a plurality of loop portions having an oval shape in plan view are stacked with a gap in the vertical direction. This heat transfer tube is manufactured by bending a metal pipe. The combustion gas that has flowed into the casing passes through gaps formed between the plurality of loop portions, and contacts the heat transfer tubes at that time. By this action, heat is recovered from the combustion gas, and hot water flowing through the heat transfer tube is heated. According to the heat exchanger having such a configuration, it is possible to increase the heat transfer area while reducing the size of the entire heat transfer tube as compared with the heat exchanger using the heat transfer tube of the straight tube type. Is possible. Therefore, high heat exchange efficiency can be obtained while suppressing an increase in the size of the entire heat exchanger.

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、熱交換器の技術分野では、熱交換器の大型化や高コスト化を抑制しつつ、熱交換効率をさらに高めることが要望される。前記従来の熱交換器においては、複数の伝熱管の長寸法化を図ることにより熱交換効率をさらに高めることが可能であるものの、このような伝熱管の長寸法化のみによって熱交換効率を高めようとすると、熱交換器が大型化し、また製造コストも高くなってしまう。したがって、この点において改善の余地がある。なお、前記した要望に応えるための他の手段としては、たとえば伝熱管の外表面に多数のフィンを設け、伝熱面積の増大化を図るといったことも考えられる。ところが、このような手段を採用したのでは、多数のフィンを伝熱管に設ける作業が容易ではなく、相当に煩雑であるため、高コスト化を招く。とくに、螺旋状の伝熱管に多数のフィンを設けることは容易ではないために、前記した不具合は一層顕著となってしまう。   That is, in the technical field of heat exchangers, it is desired to further increase the heat exchange efficiency while suppressing the increase in size and cost of the heat exchanger. In the conventional heat exchanger, it is possible to further increase the heat exchange efficiency by increasing the length of the plurality of heat transfer tubes, but the heat exchange efficiency is increased only by increasing the length of the heat transfer tubes. If it is going to do, a heat exchanger will enlarge and manufacturing cost will also become high. Therefore, there is room for improvement in this respect. In addition, as another means for responding to the above-described demand, for example, it may be possible to increase the heat transfer area by providing a large number of fins on the outer surface of the heat transfer tube. However, when such a means is adopted, the operation of providing a large number of fins on the heat transfer tube is not easy and is considerably complicated, resulting in an increase in cost. In particular, since it is not easy to provide a large number of fins in a spiral heat transfer tube, the above-described problems become more prominent.

特開2007−333343号公報JP 2007-333343 A

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、大型化や製造コストの上昇を適切に抑制しつつ、熱交換効率を従来よりも高めることが可能な熱交換器、および熱交換器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 is capable of improving heat exchange efficiency as compared with conventional heat exchange while appropriately suppressing increase in size and production cost. An object of the present invention is to provide a hot water apparatus including a heat exchanger and a 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が設けられているケーシングと、このケーシング内に配され、かつ金属製パイプに曲げ加工を施すことにより複数の曲管部が形成されている複数の伝熱管と、を備えており、前記複数の伝熱管は、平面視略矩形状の複数のループ部が上下高さ方向に隙間を介して積層した複数の螺旋状伝熱管とされ、かつ前記各ループ部は、前記ケーシングの前後方向に延びる一対の直状管部と、前記ケーシングの左右幅方向に延びる他の一対の直状管部とを繋ぐ四隅部分が、前記複数の曲管部とされた構成であり、前記複数の螺旋状伝熱管は、略同心の重ね巻き状に配され、かつこれら複数の螺旋状伝熱管のそれぞれにおける前記隙間を前記加熱用気体が通過するように構成されている、熱交換器であって、前記複数の曲管部の曲率半径は、同一に揃えられており、前記複数の曲管部の内側面には、表面が波形状の曲げ加工用部材に沿わせて前記金属製パイプを曲げることにより付された波形加工部が設けられている一方、前記複数の曲管部の外側面には、波形加工部は設けられておらず、前記複数の螺旋状伝熱管には、これらの重ね巻き方向に前記複数の曲管部が並んだ領域があり、この領域において、前記重ね巻き方向において互いに隣接する曲管部は、内側に位置する曲管部の外側面と、外側に位置する曲管部の内側面の波形加工部とが、互いに対向した構成とされていることを特徴としている。 A heat exchanger provided by the first aspect of the present invention includes a casing provided with a supply port and an exhaust port for heating gas, and is bent in the casing and bends a metal pipe. A plurality of heat transfer tubes in which a plurality of bent tube portions are formed, and the plurality of heat transfer tubes have a plurality of substantially rectangular loop portions in plan view with gaps in the vertical height direction. A plurality of laminated spiral heat transfer tubes, and each loop portion includes a pair of straight tube portions extending in the front-rear direction of the casing, and another pair of straight tube portions extending in the left-right width direction of the casing. Are connected to each other, and the plurality of spiral heat transfer tubes are arranged in a substantially concentric overlapping shape, and each of the plurality of spiral heat transfer tubes is configured as described above. The heating gas is passed through the gap. Is, a heat exchanger, the plurality of radii of curvature of the curved pipe section, identical to and aligned, wherein the plurality of inner surfaces of the curved pipe section, surface corrugated bending member On the other hand, the corrugated portion is not provided on the outer surface of the plurality of bent pipe portions, and the plurality of the curved pipe portions are provided along the line. The spiral heat transfer tube has a region in which the plurality of bent tube portions are arranged in the overlapping winding direction, and in this region, the bent tube portions adjacent to each other in the overlapping winding direction are bent tube portions located inside. The outer surface and the corrugated portion on the inner surface of the bent tube portion located outside are configured to face each other .

このような構成によれば、波形加工部の存在により伝熱管の表面積が増加する効果に加え、加熱用気体が波形加工部に向けて進行した際には加熱用気体の乱流化が促進され、波形加工部の近辺における加熱用気体の滞留時間が長くなって、加熱用気体が伝熱管に接触する機会が増加する効果が得られる。このようなことにより、伝熱管による熱回収量を多くすることができる。一方、波形加工部は、伝熱管の曲管部の内側面に形成されたものであって、伝熱管全体の大型化を生じさせる要因にはなり難い。また、波形加工部は、金属製パイプに曲げ加工を施して伝熱管を製造する際に、同時に形成されるものであり、この波形加工部を形成するための余分な作業工程は不要であり、その形成作業も容易である。このようなことから、本発明によれば、伝熱管の大型化、ひいては熱交換器の大型化や製造コストの上昇を抑制しつつ、前記従来技術よりも高い熱交換効率を得ることができる。   According to such a configuration, in addition to the effect of increasing the surface area of the heat transfer tube due to the presence of the corrugated portion, turbulence of the heating gas is promoted when the heating gas proceeds toward the corrugated portion. The residence time of the heating gas in the vicinity of the corrugated portion becomes longer, and the effect of increasing the chance that the heating gas contacts the heat transfer tube is obtained. As a result, the amount of heat recovered by the heat transfer tube can be increased. On the other hand, the corrugated portion is formed on the inner surface of the bent portion of the heat transfer tube, and is unlikely to cause an increase in the size of the entire heat transfer tube. In addition, the corrugated portion is formed at the same time when a metal pipe is bent to manufacture a heat transfer tube, and an extra work step for forming the corrugated portion is unnecessary. The forming operation is also easy. For this reason, according to the present invention, it is possible to obtain a higher heat exchange efficiency than that of the conventional technique while suppressing an increase in the size of the heat transfer tube, an increase in the size of the heat exchanger and an increase in manufacturing cost.

前記した構成によれば、伝熱管の直状管部の両端に繋がった曲管部の付近において、波形加工部の存在に起因する加熱用気体の乱流化促進が図られる。このため、伝熱管の直状管部のみならず、その両端に繋がった曲管部をも効率良く利用した熱回収が可能となる。 According to the configuration described above, it is possible to promote the turbulence of the heating gas due to the presence of the corrugated portion in the vicinity of the curved tube portion connected to both ends of the straight tube portion of the heat transfer tube. For this reason, not only the straight tube portion of the heat transfer tube but also the heat recovery that efficiently utilizes the bent tube portions connected to both ends thereof is possible.

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.

温水装置の一例を示す概略正面断面図である。 It is a schematic front sectional view showing an example of a hot water device. 図1に示す温水装置に用いられている熱交換器の平面断面図である。It is a plane sectional view of the heat exchanger used for the hot water device shown in FIG. 図1のIII−III要部断面図である。It is III-III principal part sectional drawing of FIG. (a),(b)は、図2に示す熱交換器の伝熱管を製作する工程を示す説明図である。(A), (b) is explanatory drawing which shows the process of manufacturing the heat exchanger tube of the heat exchanger shown in FIG. 本発明に係る熱交換器の例を示す平面断面図である。It is a plane sectional view showing an example of a heat exchanger concerning the present invention. 熱交換器の他の例を示す平面断面図である。Other examples of heat exchangers is a plan sectional view showing a. 図6のVII−VII断面図である。It is VII-VII sectional drawing of FIG. 熱交換器の他の例を示す側面断面図である。It is a side sectional view showing another example of heat exchangers. 熱交換器の他の例を示す平面断面図である。Other examples of heat exchangers is a plan sectional view showing a. 熱交換器で用いられる伝熱管の他の例を示す平面図である。It is a plan view showing another example of the heat transfer tubes used in heat exchangers. 熱交換器の他の例を示す平面断面図である。Other examples of heat exchangers is a plan sectional view showing a. 熱交換器の他の例を示す平面断面図である。Other examples of heat exchangers is a plan sectional view showing a. 熱交換器で用いられる伝熱管の他の例を示す平面図である。It is a plan view showing another example of the heat transfer tubes used in heat exchangers.

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、熱交換器を備えた温水装置、およびこれに関連する構成の一例を示している。
本実施形態の温水装置WHは、給湯装置として構成されており、全体の基本的な構成は、特許文献1に記載された給湯装置と同様である。図1に示すように、この温水装置WHは、燃焼器3、1次熱交換器1、および2次熱交換器A1を備えている
1 to 4 show an example of a water heater, and this related configuration with heat exchangers.
The hot water device WH of the present embodiment is configured as a hot water supply device, and the overall basic configuration is the same as that of the hot water supply device described in Patent Document 1. As shown in FIG. 1, the hot water device WH includes a combustor 3, a primary heat exchanger 1, and a secondary heat exchanger A1 .

燃焼器3は、たとえばガスバーナであり、缶体30内に配され、かつ配管(図示略)を介して外部から缶体30内に供給される燃料ガスを燃焼させる。この燃焼器3は、本発明でいう加熱用気体供給手段の一例に相当する。缶体30内には、ファン31から燃焼用空気が上向きに送風される。1次熱交換器1は、燃焼器3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を有する複数の伝熱管11を有している。各伝熱管11は、直状管であり、2次熱交換器A1の後述する伝熱管4とは異なるため、フィン12を設ける作業は比較的容易であり、その製造コストはさほど高価にはならない。   The combustor 3 is, for example, a gas burner, and burns fuel gas that is disposed in the can body 30 and that is supplied into the can body 30 from the outside via a pipe (not shown). The combustor 3 corresponds to an example of a heating gas supply means in the present invention. Combustion air is blown upward from the fan 31 into the can 30. The primary heat exchanger 1 is for recovering sensible heat from the combustion gas generated by the combustor 3, and includes a plurality of heat transfer tubes 11 having a plurality of fins 12, for example. Each heat transfer tube 11 is a straight tube and is different from the heat transfer tube 4 described later of the secondary heat exchanger A1, and therefore, the operation of providing the fins 12 is relatively easy, and the manufacturing cost thereof is not so expensive. .

2次熱交換器A1は、1次熱交換器1によって顕熱が回収された燃焼ガスからさらに潜熱を回収するためのものであり、缶体30上に配されている。この2次熱交換器A1は、複数の伝熱管4、これら複数の伝熱管4を内部に収容するケーシング2、および入水用および出湯用の一対のヘッダ48,49を備えている。   The secondary heat exchanger A <b> 1 is for further recovering latent heat from the combustion gas from which sensible heat has been recovered by the primary heat exchanger 1, and is disposed on the can body 30. The secondary heat exchanger A1 includes a plurality of heat transfer tubes 4, a casing 2 that accommodates the plurality of heat transfer tubes 4, and a pair of headers 48 and 49 for incoming and outgoing hot water.

図2に示すように、複数の伝熱管4のそれぞれは、平面視長円状の複数のループ部40を有する螺旋状である。各伝熱管4の基本的な構成は、やはり特許文献1に記載された伝熱管と同様であり、各ループ部40は、幅方向中間領域Saに、ケーシング2の左右横幅方向に延びて略平行な配置とされた一対の直状管部40a,40bが位置し、かつ幅方向端部寄り領域Sbに、直状管部40a,40bの両端に繋がった半円弧状の曲管部40c,40dが位置した構成である。これら複数のループ部40は、一連に繋がって上下高さ方向に複数の隙間46を介して積層している(図1を参照)。ただし、曲管部40c,40dの内側面には、後述する波形加工部45が設けられており、この点が特許文献1とは大きく相違している。   As shown in FIG. 2, each of the plurality of heat transfer tubes 4 has a spiral shape having a plurality of loop portions 40 having an oval shape in plan view. The basic configuration of each heat transfer tube 4 is the same as that of the heat transfer tube described in Patent Document 1, and each loop portion 40 extends in the width direction intermediate region Sa in the left-right lateral width direction of the casing 2 and is substantially parallel. A pair of straight pipe portions 40a and 40b arranged in a simple manner, and semicircular arc shaped bent pipe portions 40c and 40d connected to both ends of the straight pipe portions 40a and 40b in the region Sb near the end in the width direction. It is the structure where is located. The plurality of loop portions 40 are connected in series and stacked in a vertical height direction via a plurality of gaps 46 (see FIG. 1). However, a corrugated portion 45 to be described later is provided on the inner side surfaces of the curved pipe portions 40c and 40d.

複数の伝熱管4は、それぞれのループ部40の大きさが相違するように形成され、これらは略同心の重ね巻き状に配されている。各伝熱管4の下端および上端には、ケーシング2の一対の側壁部20e,20fのいずれか一方を貫通する延設管体部41,42が繋がっており、これら延設管体部41,42の外端にヘッダ48,49が取り付けられている。図1によく表われているように、ヘッダ49の出湯口は、適当な配管99を介して伝熱管11の入水口11aに接続されている。ヘッダ48の入水口には、給水管98が接続される。この給水管98からヘッダ48に供給された水は、複数の伝熱管4,11を順次通過して加熱され、その後出湯口11bから所望の給湯先に供給される。   The plurality of heat transfer tubes 4 are formed such that the sizes of the respective loop portions 40 are different from each other, and these are arranged in a substantially concentric wrapping shape. Extending tube portions 41 and 42 penetrating either one of the pair of side wall portions 20e and 20f of the casing 2 are connected to the lower end and the upper end of each heat transfer tube 4, and these extended tube portions 41 and 42 are connected. Headers 48 and 49 are attached to the outer ends of the. As clearly shown in FIG. 1, the outlet of the header 49 is connected to the inlet 11 a of the heat transfer tube 11 through an appropriate pipe 99. A water supply pipe 98 is connected to the water inlet of the header 48. The water supplied from the water supply pipe 98 to the header 48 is sequentially passed through the plurality of heat transfer pipes 4 and 11 and heated, and then supplied from the hot water outlet 11b to a desired hot water supply destination.

各伝熱管4は、金属製パイプに曲げ加工を施すことにより形成されている。燃焼ガスから潜熱を回収すると、強酸性の凝縮水が発生するため、好ましくは、各伝熱管4は、耐酸性に優れるステンレスなどの材質である。伝熱管4の製造に際しては、図4(a)に示す
ように、伝熱管4の原材料として、直管状の金属製パイプ4’が使用され、また曲げ加工用の器具として、表面が波形状に形成された曲げ加工用部材8が使用される。金属製パイプ4’は、その原材料コストを廉価にする観点からすると、好ましくは、表面や内面に特殊な加工などが施されていない単なる筒状のパイプとされる。同図(b)に示すように、曲げ加工用部材8の表面に沿わせて金属製パイプ4’を曲げることにより、曲管部40cまたは40dが形成される(ただし、同図では、曲管部40cまたは40dが形成される途中段階を示している)。曲げ加工用部材8として、外面の曲率半径が相違する複数種類のものを使用し、前記したような曲げ加工を繰り返すことにより、平面視長円状の螺旋状の伝熱管4を形成することが可能である。本実施形態の伝熱管4においては、曲管部40c,40dの内側面に、曲げ加工用部材8の表面形状に対応した波形加工部45が形成されている。この波形加工部45は、フィン状に突出した複数の筋状部分が略一定の間隔で並んだ凹凸状である。
Each heat transfer tube 4 is formed by bending a metal pipe. When latent heat is recovered from the combustion gas, strongly acidic condensed water is generated. Therefore, each heat transfer tube 4 is preferably made of a material such as stainless steel having excellent acid resistance. When manufacturing the heat transfer tube 4, as shown in FIG. 4 (a), a straight metal pipe 4 'is used as a raw material of the heat transfer tube 4, and the surface is wave-shaped as a bending tool. The formed bending member 8 is used. From the viewpoint of reducing the raw material cost, the metal pipe 4 ′ is preferably a simple cylindrical pipe whose surface and inner surface are not specially processed. As shown in FIG. 4B, the bent pipe portion 40c or 40d is formed by bending the metal pipe 4 ′ along the surface of the bending member 8 (in the figure, the bent pipe is shown. The intermediate stage in which the part 40c or 40d is formed is shown). A plurality of members having different curvature radii on the outer surface are used as the bending member 8 and the above-described bending process is repeated to form the elliptical heat transfer tube 4 in plan view. Is possible. In the heat transfer tube 4 of the present embodiment, a corrugated portion 45 corresponding to the surface shape of the bending member 8 is formed on the inner surface of the bent tube portions 40c and 40d. The corrugated portion 45 is a concavo-convex shape in which a plurality of streaky portions protruding in a fin shape are arranged at substantially constant intervals.

ケーシング2は、中空の略直方体状であり、伝熱管4と同様にたとえばステンレス製である。図3に示すように、このケーシング2の後壁部20cには給気口21が設けられており、1次熱交換器1を通過した燃焼ガスが補助部材19によって給気口21に導かれるようになっている。給気口21は、伝熱管4の直状管部40aに対面した配置であり、この給気口21からケーシング2内に流入した燃焼ガスは、そのままケーシング2内の前部に向けて進行して伝熱管4の各部に作用し、熱回収がなされる。ケーシング2の前壁部20dには、排気口22が設けられており、熱回収がなされた燃焼ガスは、排ガスとして排気口22から外部に排出される。   The casing 2 has a hollow, substantially rectangular parallelepiped shape, and is made of, for example, stainless steel like the heat transfer tube 4. As shown in FIG. 3, an air supply port 21 is provided in the rear wall portion 20 c of the casing 2, and the combustion gas that has passed through the primary heat exchanger 1 is guided to the air supply port 21 by the auxiliary member 19. It is like that. The air supply port 21 is disposed so as to face the straight tube portion 40 a of the heat transfer tube 4, and the combustion gas flowing into the casing 2 from the air supply port 21 proceeds toward the front portion in the casing 2 as it is. This acts on each part of the heat transfer tube 4 to recover heat. An exhaust port 22 is provided in the front wall portion 20d of the casing 2, and the combustion gas whose heat has been recovered is discharged from the exhaust port 22 to the outside as exhaust gas.

排気口22と伝熱管4との間には、仕切り板38が設けられている。この仕切り板38は、給気口21からケーシング2内に進行した燃焼ガスがそのまま排気口22に向けて直線的に進行してケーシング2の外部に排出されることを抑制する機能を発揮する。この仕切り板38が設けられていることにより、給気口21からケーシング2内に流入した燃焼ガスの多くを、伝熱管4の端部寄り領域Sbに向けて進行させることが可能である。また、仕切り板38は、伝熱管4に付着している凝縮水が燃焼ガスによって排気口22に向けて吹き飛ばされることを防止するのにも役立つ。もちろん、本発明においては、このような仕切り板38が設けられていない構成とすることもできる。   A partition plate 38 is provided between the exhaust port 22 and the heat transfer tube 4. The partition plate 38 has a function of suppressing combustion gas that has progressed from the air supply port 21 into the casing 2 to linearly travel toward the exhaust port 22 and is discharged outside the casing 2. By providing the partition plate 38, most of the combustion gas that has flowed into the casing 2 from the air supply port 21 can be advanced toward the end region Sb of the heat transfer tube 4. Further, the partition plate 38 is useful for preventing the condensed water adhering to the heat transfer tube 4 from being blown off toward the exhaust port 22 by the combustion gas. Of course, in this invention, it can also be set as the structure by which such a partition plate 38 is not provided.

次に、前記した温水装置WHの作用について説明する。   Next, the operation of the hot water device WH will be described.

まず、燃焼器3が駆動して燃焼ガスが発生すると、この燃焼ガスは1次熱交換器1によって顕熱が回収された後に、2次熱交換器A1の給気口21からケーシング2内に流入する。すると、この燃焼ガスは、複数の伝熱管4の隙間46を通過して排気口22に到達してから外部に排出される。このような過程において、前記燃焼ガスからは各伝熱管4によって潜熱回収がなされ、湯水加熱が行なわれる。   First, when the combustor 3 is driven to generate combustion gas, the combustion gas is recovered from the sensible heat by the primary heat exchanger 1 and then into the casing 2 from the air inlet 21 of the secondary heat exchanger A1. Inflow. Then, the combustion gas passes through the gaps 46 of the plurality of heat transfer tubes 4 and reaches the exhaust port 22 before being discharged to the outside. In such a process, latent heat is recovered from the combustion gas by the heat transfer tubes 4, and hot water is heated.

各伝熱管4は、曲管部40c,40dの内側面に波形加工部45が設けられた構成を有しているために、各伝熱管4の表面積(伝熱面積)が増大することに加え、次のような効果も得られる。すなわち、燃焼ガスが波形加工部45に向けて進行した際には燃焼ガスの乱流化が促進され、燃焼ガスが各伝熱管4の幅方向端部寄り領域Sb付近において長時間にわたって滞留し、燃焼ガスと曲管部40c,40dとの接触頻度が高くなる効果が得られる。したがって、曲管部40c,40伝熱管による熱回収量を多くすることができる。なお、給気口21は、各伝熱管4の幅方向中央領域Saの直状管部40aに対面しているために、各直状管部40aは元々その熱回収量が多い。このようなことから、本実施形態では、伝熱管4の全域が熱回収に有効に利用され、高い熱交換効率を得ることが可能となる。   Since each heat transfer tube 4 has a configuration in which the corrugated portion 45 is provided on the inner surface of the bent tube portions 40c and 40d, the surface area (heat transfer area) of each heat transfer tube 4 increases. The following effects can also be obtained. That is, when the combustion gas travels toward the corrugated portion 45, turbulence of the combustion gas is promoted, and the combustion gas stays in the vicinity of the region Sb near the width direction end of each heat transfer tube 4 for a long time. The effect of increasing the contact frequency between the combustion gas and the bent tube portions 40c and 40d is obtained. Therefore, the amount of heat recovered by the bent tube portions 40c, 40 heat transfer tubes can be increased. In addition, since the air supply port 21 faces the straight tube portion 40a in the center region Sa in the width direction of each heat transfer tube 4, each straight tube portion 40a originally has a large amount of heat recovery. For this reason, in the present embodiment, the entire area of the heat transfer tube 4 is effectively used for heat recovery, and high heat exchange efficiency can be obtained.

一方、波形加工部45は、伝熱管4の曲管部40c,40dの内側面に大きく嵩張った状態にはなく、伝熱管4全体の大型化を生じさせる要因にはならない。また、波形加工部45は、図4を参照して説明したとおり、金属製パイプ4’に曲げ加工を施して曲管部40c,40dを製造する際に、同時に形成されるものであり、従来の伝熱管の製造作業工程と同一の工程数で伝熱管4を容易に製造することが可能である。このようなことから、2次熱交換器A1の大型化や製造コストの上昇も適切に抑制することができる。   On the other hand, the corrugated portion 45 is not large and bulky on the inner side surfaces of the bent tube portions 40c, 40d of the heat transfer tube 4, and does not cause an increase in the size of the entire heat transfer tube 4. Further, as described with reference to FIG. 4, the corrugated portion 45 is formed at the same time when the bent pipe portions 40 c and 40 d are manufactured by bending the metal pipe 4 ′. It is possible to easily manufacture the heat transfer tube 4 with the same number of steps as the manufacturing operation process of the heat transfer tube. From such a thing, the enlargement of secondary heat exchanger A1 and the raise of manufacturing cost can also be suppressed appropriately.

図5〜図13は、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。 5 to 13 show other embodiments. 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5に示す熱交換器A2において、各伝熱管4Aは、平面視略矩形のループ部40Aを有する螺旋状に形成されている。より具体的には、各伝熱管4の幅方向両端部領域は、ケーシング2の前後方向に延びる比較的短寸の直状管部40e,40fを有し、これらの直状管部40e,40fとケーシング2の幅方向に延びる直状管部40a,40bとが曲管部40gを介して一体的に繋がっている。本実施形態における曲管部40gは、1/4円弧状である。好ましくは、複数の曲管部40gのそれぞれの曲率半径は各所同一寸法に揃えられている。曲率半径が同一であれば、複数の曲管部40gの全てを1種類の曲げ装置を用いた同一の作業工程で順次形成することが可能である。各曲管部40gの内側面には、先の実施形態で示したのと同様な波形加工部45が設けられている。なお、図5においては、波形加工部45を単純化して模式的に示している。この点は、後述する図9についても同様である。   In the heat exchanger A2 shown in FIG. 5, each heat transfer tube 4A is formed in a spiral shape having a loop portion 40A having a substantially rectangular shape in plan view. More specifically, both end regions in the width direction of the heat transfer tubes 4 have relatively short straight tube portions 40e and 40f extending in the front-rear direction of the casing 2, and these straight tube portions 40e and 40f. And the straight pipe portions 40a and 40b extending in the width direction of the casing 2 are integrally connected via the curved pipe portion 40g. The curved pipe portion 40g in the present embodiment has a ¼ arc shape. Preferably, the curvature radius of each of the plurality of curved pipe portions 40g is equal to each other at the same size. If the curvature radii are the same, it is possible to sequentially form all of the plurality of bent pipe portions 40g in the same work process using one kind of bending apparatus. A corrugated portion 45 similar to that shown in the previous embodiment is provided on the inner surface of each curved pipe portion 40g. In addition, in FIG. 5, the waveform process part 45 is simplified and shown typically. This also applies to FIG. 9 described later.

本実施形態においても、各伝熱管4Aの幅方向端部寄り領域の複数箇所に波形加工部45が設けられているため、その近辺において燃焼ガスの乱流化を促進し、燃焼ガスの滞留期間を長くすることができる。したがって、各伝熱管4Aの端部寄り領域を有効に利用した熱回収が可能であり、高い熱交換効率が得られる。なお、伝熱管4を平面視略矩形状に形成すれば、ケーシング2の四隅部分またはその近傍部分にも伝熱管4を配置させることが可能となるため、ケーシング2内のデッドスペースを小さくして、伝熱管4の全長寸法を長くとることができる。   Also in the present embodiment, since the corrugated portions 45 are provided at a plurality of locations near the end in the width direction of each heat transfer tube 4A, the turbulence of the combustion gas is promoted in the vicinity thereof, and the residence time of the combustion gas Can be lengthened. Therefore, it is possible to recover heat by effectively using the region near the end of each heat transfer tube 4A, and high heat exchange efficiency can be obtained. If the heat transfer tubes 4 are formed in a substantially rectangular shape in plan view, the heat transfer tubes 4 can be arranged at the four corners of the casing 2 or in the vicinity thereof, so the dead space in the casing 2 is reduced. The overall length of the heat transfer tube 4 can be increased.

図6および図7に示す熱交換器A3においては、ケーシング2の底壁部20aに、給気口21が設けられている。また、最内周の伝熱管4の内方の領域25(最内周の伝熱管4によって囲まれた領域)には、燃焼ガス用のガイド部材5が設けられている。この熱交換器A3では、燃焼ガスが給気口21から領域25に流入し、その後は矢印N1〜N4で示すような経路で進行するようになっている。すなわち、領域25に流入した燃焼ガスは、ガイド部材5のガイド作用によって、矢印N1で示すようにケーシング2内の後部に向けて進行し、矢印N2で示すようにケーシング2の後壁部20cに衝突する。すると、前記燃焼ガスは、その後にケーシング2内を前向きに進行することとなって、図6の矢印N3で示すように、ガイド部材5の両側方を通過する。また、前記燃焼ガスの一部は、図7の矢印N3’で示すように、ガイド部材5の上部5aとケーシング2の上壁部20bとの隙間25bも通過する。このようにして、ケーシング2内の前部側に進行した燃焼ガスは、矢印N4で示すように、排気口22からケーシング2の外部に排出される。   In the heat exchanger A3 shown in FIGS. 6 and 7, an air supply port 21 is provided in the bottom wall portion 20 a of the casing 2. Further, a combustion gas guide member 5 is provided in an inner region 25 of the innermost heat transfer tube 4 (region surrounded by the innermost heat transfer tube 4). In this heat exchanger A3, the combustion gas flows into the region 25 from the air supply port 21, and thereafter proceeds along a route as indicated by arrows N1 to N4. That is, the combustion gas that has flowed into the region 25 travels toward the rear portion in the casing 2 as indicated by the arrow N1 by the guide action of the guide member 5, and reaches the rear wall portion 20c of the casing 2 as indicated by the arrow N2. collide. Then, the combustion gas subsequently travels forward in the casing 2 and passes through both sides of the guide member 5 as indicated by an arrow N3 in FIG. A part of the combustion gas also passes through a gap 25b between the upper portion 5a of the guide member 5 and the upper wall portion 20b of the casing 2 as indicated by an arrow N3 'in FIG. Thus, the combustion gas that has advanced to the front side in the casing 2 is discharged from the exhaust port 22 to the outside of the casing 2 as indicated by an arrow N4.

本実施形態によれば、燃焼ガスが矢印N3で示すように進行するために、伝熱管4の端部寄り領域の曲管部20c,20dに対して多くの燃焼ガスを効率良く、かつ確実に進行させることが可能である。これに対し、伝熱管4の端部寄り領域に位置する曲管部20c,20dは、波形加工部45を有しているために、伝熱管4の端部寄り領域によって燃焼ガスから回収される熱量を多くするのにより好ましいものとなる。   According to the present embodiment, since the combustion gas travels as indicated by the arrow N3, a large amount of combustion gas is efficiently and reliably supplied to the curved pipe portions 20c and 20d in the region near the end of the heat transfer tube 4. It is possible to proceed. On the other hand, since the curved pipe portions 20c and 20d located in the region near the end of the heat transfer tube 4 have the corrugated portion 45, they are recovered from the combustion gas by the region near the end of the heat transfer tube 4. It becomes more preferable to increase the amount of heat.

図8に示す熱交換器A4においては、ケーシング2の底壁部20aのうち、伝熱管4よ
りも後方寄りの位置に給気口21が設けられている。この給気口21からケーシング2内に流入した燃焼ガスは、その後に前向きに進行して各伝熱管4に作用する。燃焼ガスを略水平方向に進行させて伝熱管に作用させる手段としては、図6および図7などに示した手段に代えて、たとえば本実施形態のような構造を採用することもできる。
In the heat exchanger A4 shown in FIG. 8, an air supply port 21 is provided at a position closer to the rear than the heat transfer tube 4 in the bottom wall portion 20a of the casing 2. The combustion gas that has flowed into the casing 2 from the air supply port 21 then travels forward and acts on each heat transfer tube 4. As a means for causing the combustion gas to advance in a substantially horizontal direction and acting on the heat transfer tube, for example, a structure as in this embodiment can be adopted instead of the means shown in FIGS.

図9に示す熱交換器A5においては、伝熱管4Bが、蛇行状とされている。より具体的には、伝熱管4Bは、複数の直状管部40hと、複数の曲管部40iとを有しており、これらは平面視において蛇行状となるように一連に繋がっている。各曲管部40iの内側面には、波形加工部45が設けられている。本実施形態においても、給気口21からケーシング2内に流入した燃焼ガスが各曲管部40iの位置に進行した際には、燃焼ガスの乱流化が促進され、各曲管部40iおよびその近傍部分による熱回収量を多くすることが可能であり、螺旋状の伝熱管を用いた先の実施形態と同様な効果が得られる。なお、本実施形態では、図6および図7に示した実施形態と同様に給気口21とガイド部材5とを組み合わせた燃焼ガス供給方式が採用されているが、蛇行状の伝熱管を用いた場合において、燃焼ガスの供給方式がこれに限らないことは勿論である。   In the heat exchanger A5 shown in FIG. 9, the heat transfer tube 4B has a meandering shape. More specifically, the heat transfer tube 4B has a plurality of straight tube portions 40h and a plurality of curved tube portions 40i, which are connected in series so as to meander in a plan view. A corrugated portion 45 is provided on the inner side surface of each curved pipe portion 40i. Also in the present embodiment, when the combustion gas flowing into the casing 2 from the air supply port 21 proceeds to the position of each curved pipe portion 40i, the turbulent flow of the combustion gas is promoted, and each curved pipe portion 40i and It is possible to increase the amount of heat recovered by the vicinity thereof, and the same effect as in the previous embodiment using a spiral heat transfer tube can be obtained. In the present embodiment, a combustion gas supply method in which the air supply port 21 and the guide member 5 are combined is adopted as in the embodiment shown in FIGS. 6 and 7, but a meandering heat transfer tube is used. Of course, the combustion gas supply system is not limited to this.

図10に示す伝熱管4Cは、平面視円形状の螺旋状伝熱管である。この伝熱管4Cにおいては、ループ部40Cの全体が曲管部に相当している。このため、ループ部40Cの内周面の全域に波形加工部45が設けられている A heat transfer tube 4C shown in FIG. 10 is a spiral heat transfer tube having a circular shape in plan view. In this heat transfer tube 4C, the entire loop portion 40C corresponds to a curved tube portion. For this reason, the waveform processing part 45 is provided in the whole inner peripheral surface of the loop part 40C .

図11〜図13に示す実施形態は、伝熱管の全ての曲管部に波形加工部を設けるのではなく、波形加工部を特定の一部の曲管部のみに設ける場合の具体例を示している。   The embodiment shown in FIGS. 11 to 13 shows a specific example in the case where the corrugated portion is not provided in all the curved portions of the heat transfer tube, but the corrugated portion is provided only in a specific curved portion. ing.

すなわち、図11に示す熱交換器A1’は、伝熱管4の端部寄り領域Sbのうち、燃焼ガスの給気口21寄りの領域Scに、波形加工部45が設けられているのに対し、排気口22寄りの領域Sdには、波形加工部45が設けられていない構成とされている。これ以外の構成は、先に述べた熱交換器A1と同様である。図11と同様に、図12に示す熱交換器A2’では、伝熱管4Aの端部寄り領域の曲管部40gのうち、排気口22寄りの領域には波形加工部45が設けられていない。これ以外の構成は、先に述べた熱交換器A2と同様である。なお、図11および図12に示した構成とは反対に、排気口22寄りの領域に波形加工部45を設け、かつ給気口21寄りの領域に波形加工部45が設けられていない構成とすることも可能である。図13に示す伝熱管4C’では、中央寄り領域Seのみに波形加工部45が設けられ、それ以外の領域には波形加工部45が設けられていない。これ以外の構成は、先に述べた伝熱管4Cと同様である。   That is, in the heat exchanger A1 ′ shown in FIG. 11, the corrugated portion 45 is provided in the region Sc near the combustion gas supply port 21 in the region Sb near the end of the heat transfer tube 4. The waveform processing part 45 is not provided in the region Sd close to the exhaust port 22. The other configuration is the same as that of the heat exchanger A1 described above. As in FIG. 11, in the heat exchanger A2 ′ shown in FIG. 12, the corrugated portion 45g in the region near the exhaust port 22 is not provided in the curved portion 40g near the end of the heat transfer tube 4A. . The other configuration is the same as that of the heat exchanger A2 described above. In addition, contrary to the configuration shown in FIGS. 11 and 12, a configuration in which the corrugated portion 45 is provided in the region near the exhaust port 22 and the corrugated portion 45 is not provided in the region near the air supply port 21. It is also possible to do. In the heat transfer tube 4 </ b> C ′ shown in FIG. 13, the corrugated portion 45 is provided only in the central region Se, and the corrugated portion 45 is not provided in other regions. The other configuration is the same as that of the heat transfer tube 4C described above.

これら図11〜図13に示した実施形態によれば、熱交換器のケーシング2内における燃焼ガスの滞留時間を少し短くすることが可能であり、燃焼ガスの滞留時間を、熱交換効率を高めるのに最適な条件またはこれに近い条件に設定するための手段として有効に適用することができる。なお、1本の伝熱管に、波形加工部が設けられている曲管部と、波形加工部が設けられていない曲管部とを設ける場合には、曲げ加工用部材として、表面が波形状に形成されているものと、形成されていないものとの2種類の部材を用いればよいことは言うまでもない。   According to the embodiments shown in FIGS. 11 to 13, the residence time of the combustion gas in the casing 2 of the heat exchanger can be slightly shortened, and the residence time of the combustion gas is increased to increase the heat exchange efficiency. Therefore, the present invention can be effectively applied as a means for setting an optimum condition or a condition close to this condition. In addition, when providing the curved pipe part in which the waveform processing part is provided in one heat exchanger tube, and the curved pipe part in which the waveform processing part is not provided, the surface is a wave shape as a bending process member. Needless to say, it is only necessary to use two types of members, i.e., those formed in the above and those not formed.

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.

本発明でいう波形加工部は、熱交換効率を高める観点からすると、波形(凹凸)の高低
差が大きく、かつその数が多いほど好ましいものの、それらの具体的な内容は限定されない。波形加工部は、要は、伝熱管の原材料となる金属製パイプを、表面が波形状の曲げ加工用部材に沿わせて曲げることにより付されたものであって、本発明が意図する作用、すなわち加熱用気体の乱流化を促進する機能を発揮し得る程度の波形状(凹凸状)であればよい。伝熱管に複数の曲管部が設けられている場合、図11〜図13などに示した実施形態から理解されるように、それら複数の曲管部の一部に、波形加工部が設けられていない曲管部が含まれている場合であっても、本発明の技術的範囲に包摂される。
From the viewpoint of improving the heat exchange efficiency, the corrugated portion referred to in the present invention is preferable as the corrugation (concave / convex) has a large height difference and the greater the number thereof, but the specific contents thereof are not limited. The corrugated portion is, in essence, a metal pipe that is a raw material of the heat transfer tube, which is attached by bending the surface along a wave-shaped bending member, and the effect intended by the present invention, That is, it may be a wave shape (uneven shape) to the extent that it can exhibit the function of promoting turbulence of the heating gas. When a plurality of bent tube portions are provided in the heat transfer tube, a corrugated portion is provided in a part of the plurality of bent tube portions as understood from the embodiments shown in FIGS. Even when a bent pipe portion is included, it is included in the technical scope of the present invention.

ケーシングは、伝熱管の螺旋状管体部を収容し、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。上述の実施形態では、顕熱回収用の1次熱交換器については、本発明を適用していないが、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などを用いることもできる。   The casing only needs to accommodate the helical tube portion of the heat transfer tube, and a heating gas such as combustion gas may flow into the casing, and the specific shape and size thereof are not limited. In the above-described embodiment, the present invention is not applied to the primary heat exchanger for sensible heat recovery, but 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 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, other than the combustion gas, for example, a gas engine for cogeneration or exhaust gas from a fuel cell can be used.

WH 温水装置
A1〜A5,A1’,A2’ 熱交換器
2 ケーシング
3 燃焼器(加熱用気体供給手段)
4,4A〜4C,4C’伝熱管
8 曲げ加工用部材
21 給気口
22 排気口
40,40A〜40C ループ部(伝熱管の)
40c,40d 曲管部
40g,40i 曲管部
45 波形加工部
WH Hot water devices A1 to A5, A1 ', A2' Heat exchanger 2 Casing 3 Combustor (heating gas supply means)
4, 4A to 4C, 4C 'Heat transfer tube 8 Bending member 21 Air supply port 22 Exhaust port 40, 40A to 40C Loop portion (of heat transfer tube)
40c, 40d Curved tube portion 40g, 40i Curved tube portion 45 Waveform processing portion

Claims (2)

加熱用気体の給気口および排気口が設けられているケーシングと、
このケーシング内に配され、かつ金属製パイプに曲げ加工を施すことにより複数の曲管部が形成されている複数の伝熱管と、
を備えており、
前記複数の伝熱管は、平面視略矩形状の複数のループ部が上下高さ方向に隙間を介して積層した複数の螺旋状伝熱管とされ、かつ前記各ループ部は、前記ケーシングの前後方向に延びる一対の直状管部と、前記ケーシングの左右幅方向に延びる他の一対の直状管部とを繋ぐ四隅部分が、前記複数の曲管部とされた構成であり、
前記複数の螺旋状伝熱管は、略同心の重ね巻き状に配され、かつこれら複数の螺旋状伝熱管のそれぞれにおける前記隙間を前記加熱用気体が通過するように構成されている、熱交換器であって、
前記複数の曲管部の曲率半径は、同一に揃えられており、
前記複数の曲管部の内側面には、表面が波形状の曲げ加工用部材に沿わせて前記金属製パイプを曲げることにより付された波形加工部が設けられている一方、前記複数の曲管部の外側面には、波形加工部は設けられておらず、
前記複数の螺旋状伝熱管には、これらの重ね巻き方向に前記複数の曲管部が並んだ領域があり、この領域において、前記重ね巻き方向において互いに隣接する曲管部は、内側に位置する曲管部の外側面と、外側に位置する曲管部の内側面の波形加工部とが、互いに対向した構成とされていることを特徴とする、熱交換器。
A casing provided with an inlet and an outlet for a heating gas;
A plurality of heat transfer tubes arranged in the casing and formed with a plurality of bent tube portions by bending the metal pipe; and
Equipped with a,
The plurality of heat transfer tubes are a plurality of spiral heat transfer tubes in which a plurality of loop portions having a substantially rectangular shape in plan view are stacked via a gap in the vertical direction, and each loop portion is a front-rear direction of the casing The four corner portions connecting the pair of straight tube portions extending to the other pair of straight tube portions extending in the left-right width direction of the casing are the plurality of curved tube portions,
The plurality of spiral heat transfer tubes are arranged in a substantially concentric wrapping shape, and are configured such that the heating gas passes through the gaps in each of the plurality of spiral heat transfer tubes . Because
The radii of curvature of the plurality of curved pipe portions are the same,
The plurality of inner surfaces of the curved pipe section, while the corrugated portion attached by bending the metallic pipe surface along a wave-shaped bending members are arranged, the plurality of songs There is no corrugated part on the outer surface of the pipe part,
The plurality of spiral heat transfer tubes have a region in which the plurality of curved tube portions are arranged in the overlapping winding direction, and in this region, the curved tube portions adjacent to each other in the overlapping winding direction are located inside. A heat exchanger characterized in that an outer side surface of a curved pipe part and a corrugated part on the inner side surface of the curved pipe part located on the outside are configured to face each other .
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、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,
前記熱交換器として、請求項1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。The hot water apparatus according to claim 1, wherein the heat exchanger according to claim 1 is used as the heat exchanger.
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