JP6114142B2

JP6114142B2 - 潜熱熱交換器

Info

Publication number: JP6114142B2
Application number: JP2013170538A
Authority: JP
Inventors: 布川　隆弘; 隆弘布川; 和博中澤; 長谷川　明; 明長谷川; 幸栄松崎
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2013-08-20
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2033-08-20
Also published as: JP2015040645A

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。

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。）

特開２００５−３２１１７０号公報

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。

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、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。

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、また、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。

この発明の一実施形態を示す潜熱熱交換器を備えた潜熱回収型給湯機の概略断面図。同一実施形態の潜熱熱交換器の分解斜視図。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims

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ようにし、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ようにしたことを特徴とする潜熱熱交換器。