JP6224443B2 - Latent heat exchanger and latent heat recovery water heater - Google Patents
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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および潜熱回収型給湯機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 and a latent heat recovery type water heater .
従来、燃焼ガスから潜熱を回収する潜熱熱交換器としては、図5に示すような、同じ大きさ(内容積が等しい)の円筒状の一対のヘッダ(流入ヘッダ101および流出ヘッダ102)間に複数の受熱管103が接続され、この複数の受熱管103は上下方向に積層されたものであった。(例えば、特許文献1参照。)
Conventionally, as a latent heat exchanger for recovering latent heat from combustion gas, as shown in FIG. 5, between a pair of cylindrical headers (
ところで、図5に示すような潜熱熱交換器を備えた給湯機において、燃焼ガスから顕熱を回収する顕熱熱交換器が貯湯式の熱交換器で通水路の途中に減圧弁が設けられて減圧されている場合や、給湯機から宅内に適宜設けられた給湯栓までの通水配管の取り回しが複雑で通水配管の長さが長い場合、給湯の圧力が弱いまたは給湯流量が少ないことがある。 By the way, in the water heater provided with the latent heat exchanger as shown in FIG. 5, the sensible heat exchanger for recovering sensible heat from the combustion gas is a hot water storage type heat exchanger, and a pressure reducing valve is provided in the middle of the water passage. If the pressure of the water supply is reduced, or if the length of the water supply pipe from the water heater to the hot water tap provided in the house is complicated and the length of the water supply pipe is long, the hot water pressure is weak or the hot water flow rate is low There is.
ここで、給湯機を設置して初めて潜熱熱交換器に通水するときや、給湯機内の潜熱熱交換器の受熱管103等の水が流通する流路の凍結予防のために水抜きを行った後に再度通水するとき、流入ヘッダ101に流入した水は、流入ヘッダ101から各受熱管103に分かれて流れ、流出ヘッダ102に集まって外部に流出されものであるが、先に説明したように給湯の圧力が弱いまたは給湯流量が少ない場合は、エアーを押し出しきることができず、図5中の矢視方向から見た潜熱熱交換器を示した図6に示すように、最上部の受熱管103内にエアーが溜まる可能性があり、エアーが溜まった状態であると、その部分は熱交換に寄与することがなく、熱交換効率が低下してしまうという問題点を有するものであった。
Here, when water is supplied to the latent heat exchanger for the first time after the water heater is installed, water is drained to prevent freezing of the flow path of the
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、内部に燃焼ガスの流路を有するケーシングと、該ケーシング内に収容される複数の受熱管と、該受熱管の上流端が接続され前記受熱管に水を流入させる流入ヘッダと、前記受熱管の下流端が接続され前記受熱管からの水が流出される流出ヘッダとを備え、前記受熱管は上下方向に積層され前記流入ヘッダと前記流出ヘッダとの間を水平方向に通水させるようにした潜熱熱交換器において、前記流入ヘッダの内容積よりも前記流出ヘッダの内容積を小さくするものとした。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is configured in particular in
また、請求項2では、バーナ部と、該バーナ部の燃焼により発生した燃焼ガスから顕熱を回収する貯湯式の顕熱熱交換器と、該顕熱熱交換器通過後の燃焼ガスから潜熱を回収する潜熱熱交換器と、前記潜熱熱交換器に接続される給水管と、該給水管に設けられた減圧弁とを有する潜熱回収型給湯機であって、前記潜熱熱交換器は、内部に燃焼ガスの流路を有するケーシングと、該ケーシング内に収容される複数の受熱管と、前記給水管が接続され前記給水管からの水が内部に流入し、且つ、前記受熱管の上流端が接続され前記受熱管に水を流入させる流入ヘッダと、前記受熱管の下流端が接続され前記受熱管からの水が流出される流出ヘッダとを備え、前記受熱管は上下方向に積層され前記流入ヘッダと前記流出ヘッダとの間を水平方向に通水させるようにし、前記流入ヘッダの内容積よりも前記流出ヘッダの内容積を小さくするものとした。According to a second aspect of the present invention, a burner section, a hot water storage type sensible heat exchanger that recovers sensible heat from the combustion gas generated by the combustion of the burner section, and latent heat from the combustion gas that has passed through the sensible heat exchanger. A latent heat recovery type hot water supply apparatus having a latent heat exchanger for recovering, a water supply pipe connected to the latent heat exchanger, and a pressure reducing valve provided in the water supply pipe, wherein the latent heat exchanger A casing having a combustion gas flow path therein, a plurality of heat receiving pipes accommodated in the casing, the water supply pipe is connected, water from the water supply pipe flows into the interior, and upstream of the heat receiving pipe And an inflow header for connecting water to the heat receiving pipe and an outflow header for connecting the downstream end of the heat receiving pipe to which water from the heat receiving pipe flows out, and the heat receiving pipe is stacked in the vertical direction. A horizontal passage is provided between the inflow header and the outflow header. So as to, and it shall reduce the internal volume of the outflow header than the internal volume of the inflow header.
この発明の請求項1によれば、流入ヘッダの内容積よりも流出ヘッダの内容積を小さくしたことで、潜熱熱交換器に初めて通水するとき等に受熱管内に残ろうとするエアーを押し出すことができ、受熱管内にエアーが溜まる状態がなく、熱交換効率の低下を防止することができるものである。 According to the first aspect of the present invention, the inner volume of the outflow header is made smaller than the inner volume of the inflow header, thereby pushing out air that is to remain in the heat receiving pipe when water is first passed through the latent heat exchanger. Thus, there is no state in which air is accumulated in the heat receiving pipe, and a decrease in heat exchange efficiency can be prevented.
また、請求項2によれば、バーナ部と、バーナ部の燃焼により発生した燃焼ガスから顕熱を回収する貯湯式の顕熱熱交換器と、顕熱熱交換器通過後の燃焼ガスから潜熱を回収する潜熱熱交換器と、潜熱熱交換器に接続される給水管と、給水管に設けられた減圧弁とを有する潜熱回収型給湯機において、潜熱熱交換器の流入ヘッダの内容積よりも流出ヘッダの内容積を小さくしたことで、潜熱熱交換器に初めて通水するとき等に、減圧弁により給水圧が減圧され給湯の圧力が弱いまたは給湯流量が少ない場合であっても、受熱管内に残ろうとするエアーを押し出すことができ、受熱管内にエアーが溜まる状態がなく、熱交換効率の低下を防止することができるものである。According to the second aspect of the present invention, the burner part, a hot water storage type sensible heat exchanger that recovers sensible heat from the combustion gas generated by the combustion of the burner part, and the latent heat from the combustion gas after passing through the sensible heat exchanger. In a latent heat recovery type water heater having a latent heat exchanger that collects the heat, a water supply pipe connected to the latent heat exchanger, and a pressure reducing valve provided in the water supply pipe, the inner volume of the inflow header of the latent heat exchanger Even if the water supply pressure is reduced by the pressure reducing valve and the hot water pressure is weak or the hot water flow rate is low when the water flow through the latent heat exchanger for the first time, etc. The air that tries to remain in the tube can be pushed out, there is no state in which the air is accumulated in the heat receiving tube, and a decrease in heat exchange efficiency can be prevented.
次に、この発明の一実施形態の潜熱熱交換器を図面に基づき説明する。
図1に示すように、潜熱熱交換器1は、複数の受熱管2と、受熱管2の上流端が接続される円筒状の流入ヘッダ3と、受熱管2の下流端が接続される円筒状の流出ヘッダ4とを備えているものであり、前記受熱管2は蛇行形状をしており間隔を介して上下方向に複数本積層され、流入ヘッダ3と流出ヘッダ4との間を水平方向に水を通水させるものであり、上下に隣接する受熱管2同士はピッチがずれて配置されており、それによって燃焼ガスに乱流が起こり熱交換が促進されるものである。
Next, a latent heat exchanger according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the
ここで、図2は流入ヘッダ3および流出ヘッダ4の断面図を簡易的に示したものであり、流入ヘッダ3の高さと流出ヘッダ4の高さは同じであるが、流入ヘッダ3の径よりも流出ヘッダ4の径の方が小さく、流入ヘッダ3の内容積V1よりも流出ヘッダ4の内容積V2の方が小さいものであり、流入ヘッダ3の内容積V1>流出ヘッダ4の内容積V2という関係性を有するものである。
Here, FIG. 2 is a simplified cross-sectional view of the
また、図3に示すように、潜熱熱交換器1は、潜熱回収型給湯機5の一部を構成するものであり、潜熱回収型給湯機5は、燃焼ガスから顕熱を回収する顕熱熱交換器としての円筒状の貯湯缶体6と、石油燃料を燃焼させるバーナ部7と、貯湯缶体6の上方に設置され内部にロックウールやグラスウール等の消音材8を有する消音部9と、潜熱熱交換器1と、潜熱熱交換器1および消音部9の上方に設置された扁平箱状の連通路10と、連通路10と接続されバーナ部7で発生される燃焼ガスを外部に排出する排気筒11と、潜熱熱交換器1で発生したドレンを中和する中和器12とで構成されているものである。
Moreover, as shown in FIG. 3, the
前記貯湯缶体6は内部に一定量の湯水が貯湯され、貯湯缶体6の下部内側には燃焼室13が形成され、貯湯缶体6内には多数の煙道を構成する熱交換パイプ14が複数配置され、貯湯缶体6の上部にはバーナ部7で発生させた燃焼ガスを消音部9に流出させる缶体燃焼ガス出口15が形成されているものである。なお、16は貯湯缶体6内の湯水の温度を検出する貯湯温度センサ、17は貯湯缶体6下部に接続され潜熱熱交換器1の受熱管2で予熱された湯水を貯湯缶体6に流入させる連結管、18は貯湯缶体6上部に接続され貯湯缶体6内に貯湯されている湯水をユーザー宅内に適宜設けられた給湯栓(図示せず)に供給する給湯管である。
The hot water storage can body 6 stores a certain amount of hot water therein, a
前記バーナ部7は、点火電極19や燃料を供給するノズル20や燃焼用空気を供給する燃焼ファン21を有し、燃焼室13内に臨ませたバーナ部7の燃焼によって発生する燃焼ガスが燃焼室13と連通している熱交換パイプ14を通過する際、熱交換パイプ14内の高温の燃焼ガスと貯湯缶体6内の貯水との間で熱交換が行われ貯湯缶体6内の湯水が高温に加熱されるものである。
The
前記消音部9は、缶体燃焼ガス出口15からの燃焼ガスを流入させる消音部燃焼ガス入口22と、消音材8と、消音部9内に形成され燃焼ガスが通過する消音部燃焼ガス流路23と、消音部燃焼ガス流路23を通過した燃焼ガスを潜熱熱交換器1に流出させる消音部燃焼ガス出口24とを備えているものである。
The silencer 9 includes a silencer combustion gas inlet 22 through which the combustion gas from the can
前記潜熱熱交換器1は、内部に受熱管2および流入ヘッダ3および流出ヘッダ4を収容するケーシング25を備え、受熱管2および流入ヘッダ3および流出ヘッダ4およびケーシング25で潜熱熱交換器1を構成するものであり、ケーシング25はその一側面に、消音部燃焼ガス出口24からの燃焼ガスをケーシング25内に流入させる潜熱熱交燃焼ガス入口26が形成され、ケーシング25内には燃焼ガスが通過する潜熱熱交燃焼ガス流路27が形成され、ケーシング25の上面には潜熱熱交燃焼ガス流路27を通過した燃焼ガスを連通路10に流出させる潜熱熱交燃焼ガス出口28が形成され、ケーシング25の底面には潜熱熱交換器1で発生するドレンを中和器12に導くドレン管29と接続されるドレン排水接続口30が設けられているものである。
The
また、流入ヘッダ3には、給水管31と接続され給水管31からの水を流入ヘッダ3内に流入させる流入接続口32が設けられており、給水管31の途中には給水圧を減圧する減圧弁33が設けられているものである。なお、流出ヘッダ4には、潜熱熱交換器1と貯湯缶体6とを連結する連結管17の一端と接続され潜熱熱交換器1によって加熱された湯水を流出ヘッダ4から流出させる流出接続口34が設けられているものである。
The
前記連通路10は潜熱熱交燃焼ガス出口28からの燃焼ガスを流入させる連通路燃焼ガス入口35と、連通路10内に形成され燃焼ガスが通過する連通路燃焼ガス流路36と、連通路燃焼ガス流路36を通過した燃焼ガスを排気筒11に流出させる連通路燃焼ガス出口37とを備えているものである。
The
前記中和器12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29から中和器12に導かれたドレンを中和し、中和されたドレンを排水管38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5の動作について説明する。
ユーザー宅内に適宜設けられた給湯栓(図示せず)を開くと、給湯管18から貯湯缶体6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31から流入ヘッダ3に水が流入し、水は流入ヘッダ3から各受熱管2内に流入し、各受熱管2内を通過した水は、各受熱管2から流出ヘッダ4へ流出し、流出ヘッダ4から連結管17を介して貯湯缶体6内に流入するものである。
Next, the operation of the latent heat recovery
When a hot water tap (not shown) provided as appropriate in the user's house is opened, hot water in the hot water storage can 6 is discharged from the hot
そして、貯湯缶体6内の温水の温度が徐々に低下し、貯湯温度センサ16で検出する温度が所定温度以下になると、バーナ部7にて燃焼が開始され、その燃焼ガスが燃焼室13から貯湯缶体6内の熱交換パイプ14を通過する際、熱交換パイプ14内の高温の燃焼ガスと貯湯缶体6内の貯水との間で熱交換されて貯湯缶体6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 6 gradually decreases and the temperature detected by the hot water
前記熱交換パイプ14内を通過して顕熱を吸熱された燃焼ガスは、缶体燃焼ガス出口15を抜け消音部燃焼ガス入口22から消音部9に流入する。消音部9に流入した燃焼ガスは、まだ高温で音速が大きく、同一周波数でも波長が短いので、消音部9を潜熱熱交換器1の上流側に配置することにより、小容積の消音部9でも低周波を効果的に消音できるものである。また、燃焼ガスの流れ方向として消音部9を潜熱熱交換器1の上流側に配置することで、まだ燃焼ガスがドレンを生じるほど温度が低下しておらず、ドレンによる消音材8の腐食を防止できるものである。
The combustion gas that has absorbed the sensible heat through the
消音部9を通過した燃焼ガスは、潜熱熱交燃焼ガス入口26から潜熱熱交換器1のケーシング25内に流入し、ケーシング25内の潜熱熱交燃焼ガス流路27を通過する燃焼ガスは、ケーシング25内に収容された複数の受熱管2および流入ヘッダ3および流出ヘッダ4を流通する水と熱交換して貯湯缶体6に流入される水を加熱し、潜熱熱交換器1の潜熱熱交燃焼ガス流路27を通過して潜熱を吸熱された燃焼ガスは、潜熱熱交燃焼ガス出口28を抜けて連通路10に流入し、連通路10を通り排気筒11から外部に排気されるものである。
The combustion gas that has passed through the silencer 9 flows into the
前記潜熱熱交換器1において、複数の受熱管2内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、燃焼ガスと接触する受熱管2表面や流入ヘッダ3および流出ヘッダ4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ケーシング25の底面で回収され、ドレン排水接続口30に導かれるものである。潜熱熱交換器1で発生したドレンは、ドレン排水接続口30からドレン管29を通過し中和器12に流入し、中和器12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38を介して所定箇所の下水に排水されるものである。
In the
次に、潜熱熱交換器1の通水時における受熱管2内および流入ヘッダ3内および流出ヘッダ4内の水の状態について、図1中の矢視方向から見た潜熱熱交換器1を示した図4に基づいて説明する。なお、図4中の点線は、受熱管2内および流入ヘッダ3内および流出ヘッダ4内の水を表すものとする。
Next, the
潜熱回収型給湯機5を設置して初めて潜熱熱交換器1に通水するときや、潜熱回収型給湯機5内の潜熱熱交換器1の受熱管2等の水が流通する流路の凍結予防のために水抜きを行った後に再度通水するとき等に、流入ヘッダ3に流入した水は、流入ヘッダ3から各受熱管2に分かれて流れ、流出ヘッダ4に集まって流出ヘッダ4から連結管17に供給されるものであるが、ここでは、流入ヘッダ3の内容積V1と流出ヘッダ4の内容積V2とが、V1>V2という関係性を有するようにしたことで、受熱管2内に残ろうとするエアーを押し出すことができ、図4に示すように、通水した時に受熱管2内や流入ヘッダ3内および流出ヘッダ4内はエアーがなく水で充満した状態となるものである。
When the latent heat recovery type
よって、本実施形態のように、顕熱熱交換器が貯湯式の熱交換器(貯湯缶体6)で通水路の途中に減圧弁33が設けられて給水圧が減圧されている、あるいは潜熱回収型給湯機5から宅内に適宜設けられた給湯栓(図示せず)までの通水配管の取り回しが複雑で通水配管の長さが長いことで、給湯の圧力が弱いまたは給湯流量が少ない場合であっても、エアーを押し出しきることができ、先に説明した図6に示したような、最上部の受熱管2内にエアーが溜まる状態がなく、熱交換効率の低下を防止することができるものである。
Therefore, as in this embodiment, the sensible heat exchanger is a hot water storage type heat exchanger (hot water storage can body 6), and 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、本実施形態の潜熱熱交換器1では、受熱管2は、上下方向に間隔を介して縦1列に積層したものであるが、流入ヘッダ3の内容積V1と流出ヘッダ4の内容積V2とが、V1>V2という関係性を有していれば、受熱管2は、上下方向(列方向)だけでなく横方向(行方向)にも配置するような複数本並列的に並べたものであってもよいものである。
Note that the present invention is not limited to the embodiment described above, and in the
また、本実施形態では、流入ヘッダ3および流出ヘッダ4はケーシング25内に配設されているが、流入ヘッダ3の内容積V1と流出ヘッダ4の内容積V2とが、V1>V2という関係性を有していれば、流入ヘッダ3および流出ヘッダ4はケーシング25の外に配設されていてもよいものである。
In this embodiment, the
1 潜熱熱交換器
2 受熱管
3 流入ヘッダ
4 流出ヘッダ
5 潜熱回収型給湯機
6 貯湯缶体(顕熱熱交換器)
7 バーナ部
25 ケーシング
31 給水管
33 減圧弁
DESCRIPTION OF
5 Latent heat recovery type water heater
6 Hot water storage can (sensible heat exchanger)
7
31 Water supply pipe
33 Pressure reducing valve
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