KR20180094804A - 열교환기 및 이것을 이용한 급탕장치 - Google Patents

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다쿠야 미우라
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린나이코리아 주식회사
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Abstract

(과제) 원활하고 확실하게 물빼기를 실시할 수 있는 열교환기 및 이것을 이용한 급탕장치를 제공한다.
(해결 수단) 케이스체(30)의 측벽(303, 302, 304)을 따라서 복수의 유체 유로(401, 402, 403)가 높이방향으로 복수 단으로 배치된 열교환기(3)에 있어서, 복수의 유체 유로(401, 402, 403) 중, 최하단의 유체 유로(403)의 유체 입구(13a) 및 유체 출구(13b)의 유로 단면적을, 최상단의 유체 유로(401)의 유체 입구(11a) 및 유체 출구(11b)의 유로 단면적보다도 크게 설정한다.

Description

열교환기 및 이것을 이용한 급탕장치{HEAT EXCHANGER AND HOT WATER SUPPLY DEVICE BY THE SAME}
본 발명은 복수 단(段)으로 배열된 복수의 유체 유로에 흐르는 피가열 유체를 연소배기에 의해서 열교환 가열하는 열교환기 및 이것을 이용한 급탕장치에 관한 것이다.
종래에, 통체 내에 잠열 열교환기로서의 서브 열교환기와, 현열 열교환기로서의 메인 열교환기와, 가스 버너를 상측에서부터 이 순서대로 설치한 급탕장치가 알려져 있다(특허문헌 1). 이러한 종류의 급탕장치에서는, 피가열 유체가 흐르는 유체 유로의 일부로서 메인 열교환기의 메인 전열관과 가스 버너의 사이의 상기 통체의 측벽을 따르도록 권취관이 배치되어 있다.
급수관으로부터 이송되어 오는 피가열 유체로서의 물은 서브 열교환기의 서브 전열관에서 권취관을 통해서 메인 열교환기의 메인 전열관으로 흐른다. 이 유체 유로를 피가열 유체가 흐르는 동안에, 가스 버너의 연소배기에 의해서 피가열 유체가 열교환 가열되고, 메인 전열관과 접속된 출탕관을 통해서 각 온수 이용처에 가열된 피가열 유체가 공급된다.
상기 급탕장치에서는, 1개의 권취관을 통체의 측벽 외면을 따라서 연속하여 감게 함으로써, 측벽의 온도의 이상(異常) 과열을 방지하고 있다. 또, 충분히 높이가 있는 통체를 이용하는 것이 가능한 급탕장치에서는, 경사시킨 권취관(예를 들면, 수평에 대해서 5도 정도)을 통체의 측벽 외면에 감게 할 수 있기 때문에, 예를 들면 동결 방지를 위한 물빼기 작업에 있어서 유체 유로로부터 원활하게 피가열 유체를 물빼기할 수 있다.
그런데, 상기와 같은 열교환기 및 가스 버너의 배열과는 반대로, 통체 내에 하향의 연소면을 가지는 가스 버너의 하측에 열교환기를 설치한, 이른바 역(逆) 연소식의 급탕장치도 제안되어 있다(특허문헌 2). 이러한 종류의 급탕장치에서는, 권취관에 의한 유로 저항을 저감시키기 위해서, 복수의 직관형의 전열관을 가지는 유체 유로를 케이스체의 측벽 내면을 따라서 높이방향으로 복수 단으로 배열시킴과 아울러, 복수의 유체 유로의 유체 입구 및 유체 출구를 각각 1개의 분배 헤더 및 집약 헤더와 접속시킨 메인 열교환기가 이용되는 경우가 있다. 이러한 메인 열교환기에서는, 메인 열교환기의 높이를 저감하기 위해서, 각 유체 유로는 대략 수평으로 형성되는 것이 바람직하지만, 이것에 의해서 각 유체 유로의 유체 입구 및 유체 출구가 대략 동일한 높이에 위치하기 때문에, 유체 유로로부터의 물빼기 성능이 악화된다. 특히, 복수 단의 유체 유로 중, 최하단의 유체 유로로부터 물이 완전히 빠지지 않고 유체 유로 내에 물이 남기 쉽다. 그 결과, 유체 유로 내에 물이 남은 상태에서, 동절기에 외기 온도가 0℃ 이하로 내려가서 잔류수(殘留水)가 동결하면, 잔류수의 부피가 팽창하여 유체 유로가 파손될 우려가 있다.
특허문헌 1 : 일본국 특개2002－327960호 공보 특허문헌 2 : 일본국 특개2016－169934호 공보
본 발명은 이상의 사정을 감안한 것으로서, 케이스체의 측벽을 따라서 복수의 유체 유로가 높이방향으로 복수 단으로 배열되고, 복수의 유체 유로의 유체 입구 및 유체 출구가 각각 1개의 분배 헤더 및 집약 헤더와 접속되어 있는 경우라도, 원활하고 확실하게 물빼기를 실시할 수 있는 열교환기 및 이것을 이용한 급탕장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서 강구한 본 발명의 한 국면에 의하면,
내부에 연소배기의 통로를 가지는 케이스체와,
상기 케이스체의 측벽을 따라서 높이방향으로 복수 단(段)으로 배치되는 복수의 유체 유로와,
상기 복수의 유체 유로의 유체 입구가 개구되고, 상기 복수의 유체 유로로 피가열 유체를 분배하는 분배 헤더와,
상기 복수의 유체 유로의 유체 출구가 개구되고, 상기 복수의 유체 유로로부터의 피가열 유체를 집약하는 집약 헤더를 구비하는 열교환기로서,
상기 복수의 유체 유로 중, 최하단의 유체 유로의 상기 분배 헤더 및 집약 헤더에 각각 개구되는 유체 입구 및 유체 출구는, 최상단의 유체 유로의 유체 입구 및 유체 출구보다도 큰 유로 단면적을 가지는 열교환기가 제공된다.
상기 구성에 의하면, 피가열 유체는, 분배 헤더를 통해서 케이스체의 측벽을 따라서 높이방향으로 복수 단으로 배열되어 있는 복수의 유체 입구에서 복수의 유체 유로로 유입되고, 유체 유로 내를 흘러 복수의 유체 출구에서 집약 헤더로 유출된다. 이 복수의 유체 유로는 내부에 연소배기의 통로를 가지는 케이스체의 측벽을 따라서 복수 단으로 배열되어 있기 때문에, 케이스체의 측벽으로부터 효율 좋게 흡열하여 측벽의 온도의 이상 과열을 방지할 수 있다.
또, 물빼기 작업을 실시하기 위해서, 예를 들면 급수구가 출탕구보다도 하측에 형성되어 있는 열교환기로서, 급수구와 출탕구를 개방하면 유체 유로 내의 피가열 유체는 상류측으로 역류하기 때문에, 낮은 쪽의 급수구로부터 배출되어 간다. 동시에, 높은 쪽의 출탕구로부터는 유체 유로 내로 공기가 흡입된다. 이것에 수반하여, 집약 헤더 및 분배 헤더 내에 채워져 있던 피가열 유체의 수면이 내려가고, 집약 헤더 내에 개구되어 있는 유체 출구로부터 유체 유로 내로 공기가 흘러 들어가기 시작함으로써, 배출되는 피가열 유체가 공기와 치환되어 간다. 이때, 유체 출구는 집약 헤더 내에서 높이방향으로 복수 단으로 배치되어 있기 때문에, 집약 헤더에 개구되는 최상단의 유체 유로의 유체 출구부터 우선적으로 공기가 흘러 들어간다. 그렇기 때문에, 최상단의 유체 유로 내의 피가열 유체는 비교적 유체 유로로부터 배출되기 쉽다. 이것에 비해서, 최하단의 유체 유로 내의 수두압은 가장 낮고, 피가열 유체는 유체 입구의 표면장력에 의해서 유지되기 때문에 가장 배출되기 어렵다. 그러나, 상기 구성에 의하면, 최하단의 유체 유로의 유체 입구 및 유체 출구는 최상단의 유체 유로의 그것들보다도 큰 유로 단면적을 가지기 때문에, 최하단의 유체 유로의 피가열 유체의 양은 최상단의 그것보다도 많아진다. 이것에 의해서, 최하단의 유체 유로 내의 수두압이 커지고, 유체 입구의 피가열 유체에 작용하는 표면장력을 이겨냄으로써, 유체 유로 내에 남는 피가열 유체를 원활하게 배출시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 열교환기에 있어서,
상기 복수의 유체 유로 중, 상기 최상단의 유체 유로의 상기 분배 헤더 및 집약 헤더에 각각 개구되는 유체 입구 및 유체 출구보다도, 상기 최상단의 유체 유로보다 하단에 위치하는 모든 하단 측의 각 유체 유로의 유체 입구 및 유체 출구의 쪽이 큰 유로 단면적을 가진다.
이것에서는, 최상단의 유체 유로보다도 하단에 위치하는 모든 하단 측의 각 유체 유로의 유체 입구 및 유체 출구가 최상단의 유체 유로의 그것들보다도 큰 유로 단면적을 가지기 때문에, 하단 측의 각 유체 유로 내의 피가열 유체의 양은 최상단의 그것보다도 많아진다. 이것에 의해서, 최하단의 유체 유로를 포함하는 하단 측의 각 유체 유로 내에 남는 피가열 유체를 원활하게 배출시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 열교환기에 있어서,
상기 복수의 유체 유로 중, 상기 최하단의 유체 유로의 상기 분배 헤더 및 집약 헤더에 각각 개구되는 유체 입구 및 유체 출구는, 상기 최하단의 유체 유로보다도 상단에 위치하는 모든 상단 측의 각 유체 유로의 유체 입구 및 유체 출구보다도 큰 유로 단면적을 가진다.
이것에서는, 가장 피가열 유체가 배출되기 어려운 최하단의 유체 유로의 유체 입구 및 유체 출구가, 최하단의 유체 유로보다도 상단에 위치하는 모든 상단 측의 각 유체 유로의 그것들보다도 큰 유로 단면적을 가지기 때문에, 최하단의 유체 유로 내의 피가열 유체의 양은 상기 상단 측의 각 유체 유로의 그것보다도 많아진다. 이것에 의해서, 최하단의 전열관 내에 남는 피가열 유체를 더 원활하게 배출시킬 수 있다.
또, 본 발명의 다른 국면에 의하면, 상기 열교환기를 구비하는 급탕장치가 제공된다.
상기 열교환기를 이용함으로써 물빼기 성능을 향상시킬 수 있다. 따라서, 유체 유로 내의 잔류수가 동결·팽창하는 것에 의한 열교환기의 파손을 확실하게 방지할 수 있다. 이것에 의해서 내구성이 뛰어난 급탕장치를 얻을 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 케이스체의 측벽을 따라서 복수의 유체 유로가 높이방향으로 복수 단으로 배열되고, 복수의 유체 유로의 유체 입구 및 유체 출구가 각각 1개의 분배 헤더 및 집약 헤더와 접속된 열교환기이더라도 원활하게 물빼기를 실시할 수 있다. 따라서, 케이스체의 측벽에 전열관을 경사시켜서 감게 하는 열교환기에 비해서, 케이스체의 높이를 저감시킬 수 있다. 따라서, 이 열교환기는 역(逆) 연소식의 급탕장치에 알맞게 이용될 수 있다.
또, 상기 열교환기를 구비한 급탕장치는 뛰어난 물빼기 성능을 가지기 때문에, 동절기에 있어서 외기 온도가 저하하더라도 잔류수의 동결·팽창이 발생하기 어렵다. 따라서, 유체 유로를 구성하는 전열관의 파열이나 열교환기의 파손 문제가 발생하기 어렵다. 그러므로, 뛰어난 내구성을 가지는 급탕장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 열교환기를 구비한 급탕장치의 구성을 나타내는 개략 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 관한 열교환기의 개략 부분 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 관한 열교환기의 개략 부분 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 관한 열교환기의 헤더 덮개를 제외한 개략 부분 확대 정면도이며, (A)는 상측으로부터 순서대로 유체 입구 및 유체 출구의 유로 단면적이 커지도록 복수의 유체 유로가 배열된 열교환기를 나타내고, (B)는 최상단의 유체 유로보다도 하단에 위치하는 유체 유로의 유체 입구 및 유체 출구가 상기 최상단의 유체 유로의 그것들보다도 크고, 또한 같은 직경의 유로 단면적을 가지도록 복수의 유체 유로가 배열된 열교환기를 나타내고, (C)는 최상단, 최하단 및 중단의 순서대로 유체 입구 및 유체 출구의 유로 단면적이 커지도록 설정한 복수의 유체 유로가 배열된 열교환기를 나타낸다.
이하에 본 발명의 실시 형태에 대해서 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.
본 발명의 실시형태에 관한 열교환기는 급탕장치(4)에 조립된다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 이 급탕장치(4)에서는 상부 영역에 하향의 연소면을 가지는 가스 버너(50)가 설치된다. 또, 가스 버너(50)의 하측에는 열교환기(3)의 대략 직사각형 상자형상의 케이스체(30)가 설치된다. 또한, 케이스체(30)의 하측에는 가스 버너(50)에서 케이스체(30) 내로 이송된 연소배기를 급탕장치(4)의 외부로 이끄는 배기통로(31)가 연결된다.
가스 버너(50)의 상측에는 가스 버너(50)의 연소용 공기로서 외부의 공기를 이송하는 팬 유닛(5)이 접속되어 있다. 가스 버너(50)에서 방출된 연소배기는 팬 유닛(5)에 의해서 열교환기(3) 내로 이송되고, 케이스체(30) 내에서 배기통로(31)를 통과하여 하측에서 외부로 배출된다.
피가열 유체로서 급수관(41)으로부터 공급되는 냉수는 열교환기(3)의 케이스체(30)의 하반분에 위치하는 제 2 전열관(2)으로 공급된 후, 상반분에 위치하는 권취관으로서의 제 1 전열관(1)으로 흐른다. 이들 제 2 전열관(2) 및 제 1 전열관(1) 내를 순서대로 흐르는 피가열 유체는 가스 버너(50)로부터의 연소배기에 의해서 열교환 가열된 후, 출탕관(42)을 통해서 각 온수 이용처에 온수로서 공급된다.
또, 전열핀(33)의 표면에 생성되는 드레인은 드레인 받이(40)에 회수된 후, 드레인관(43)에서 드레인 중화기(도시하지 않음)를 통해서 외부로 배출된다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 케이스체(30) 내의 대향하는 전측벽(301)과 후측벽(302)의 사이에는, 스테인리스계 금속으로 형성된 복수의 판형상의 전열핀(33)이 소정의 간극을 가지며 또한 전측벽(301) 및 후측벽(302)과 대략 평행하게 기립시킨 상태에서 나란히 설치되어 있다. 또한, 번잡화를 피하기 위해서, 도 2에서는 일부의 전열핀(33)만이 나타나 있다. 또, 케이스체(30) 내의 대향하는 전측벽(301)과 후측벽(302) 간에 가설(架設)되도록, 스테인리스계 금속으로 형성된 제 1 전열관(1)과 전열핀(33)을 관통하는 제 2 전열관(2)이 각각 복수 연장하여 설치되어 있다. 또한, 본 명세서에서는 전측벽(301)의 외측면을 열교환기(3)의 정면으로 하고, 케이스체(30)를 정면 측에서 보았을 때의 깊이방향을 전후방향, 폭방향을 좌우방향, 높이방향을 상하방향이라고 한다.
제 2 전열관(2)은 케이스체(30) 내의 하반분에 배치된 복수(여기에서는, 8개)의 단면 종장(縱長:세로 측이 긴) 타원형상의 직관으로 이루어진다. 또한, 제 2 전열관(2)의 개수는 열교환기(3)의 형태에 따라서 적당히 선택할 수 있다. 도 2에 있어서, 전측벽(301)의 좌측단부에 개방되어 있는 인접하는 2개의 상류측 개방단부(2a), 우측단부에 개방되어 있는 인접하는 2개의 하류측 개방단부(2b) 및 이들의 사이에 위치하는 4개의 개방단부(도시하지 않음)의 각각은 급수관(41)과 접속된 유입 헤더(21), 제 1 전열관(1)과 접속된 분배 헤더(22) 및 중간 헤더(23)를 통해서 연통하도록 설정되어 있다. 또, 도시하지 않지만, 후측벽(302)에는 제 2 전열관(2)의 후측벽(302) 측의 개방단부를 4개씩 연통시키도록 좌우 2개의 연결 헤더가 설치되어 있다. 이것에 의해서, 케이스체(30) 내에 하측 유체 유로(410)가 형성되어 있다.
제 1 전열관(1)은 케이스체(30) 내의 좌우 측벽(303, 304)의 대략 상반분을 따라서 각각 대략 수평으로 배열된 복수(여기에서는, 6개)의 직관으로 이루어진다. 또한, 제 1 전열관(1)의 개수는 열교환기(3)의 형태에 따라서 적당히 선택할 수 있다.
도 2에 있어서, 전측벽(301)의 우측단부에 개방되어 있는 우측벽(304)을 따라서 배치된 상중하 3개의 전열관(11, 12, 13)의 상류측 개방단부(11a, 12a, 13a)는 상기한 분배 헤더(22)를 통해서 제 2 전열관(2)의 하류측 개방단부(2b)에 연통하고 있다. 또, 전측벽(301)의 좌측단부에 개방되어 있는 좌측벽(303)을 따라서 배치된 상중하 3개의 전열관(11, 12, 13)의 하류측 개방단부(11b, 12b, 13b)는 출탕관(42)과 접속된 집약 헤더(24)에 연통하고 있다.
또한, 도시하지 않지만, 후측벽(302)에는 최상단의 좌우의 전열관(11)의 개방단부를 연통시키는 연결 헤더와, 중단 및 최하단의 좌우의 전열관(12, 13)의 개방단부를 연결시키는 연결 헤더가 설치되어 있다. 이것에 의해서, 케이스체(30) 내의 후 및 좌우 측벽(302, 303, 304)의 대략 상반분을 따라서, 하측 유체 유로(410)로부터 공급된 물이 대략 ㄷ자 형상으로 병렬로 흐르도록, 높이방향으로 3단으로 상측 유체 유로(401, 402, 403)가 형성되어 있다. 따라서, 분배 헤더(22)에 접속된 우측벽(304) 측의 제 1 전열관(1)의 3개의 상류측 개방단부(11a, 12a, 13a)가 각 상측 유체 유로(401, 402, 403)의 유체 입구를 구성하고, 집약 헤더(24)에 접속된 좌측벽(303) 측의 제 1 전열관(1)의 3개의 하류측 개방단부(11b, 12b, 13b)가 각 상측 유체 유로(401, 402, 403)의 유체 출구를 구성한다.
본 실시형태에 있어서, 좌우의 제 1 전열관(1)은 각각 최하단의 전열관(13)의 상류측 개방단부(13a) 및 하류측 개방단부(13b)의 개구면적(예를 들면, 내경 14mm)이, 최상단 및 중단의 전열관(상단 측 전열관)(11, 12)의 상류측 개방단부(11a, 12a) 및 하류측 개방단부(11b, 12b)의 개구면적(예를 들면, 내경 11mm)보다도 크게 되도록 배열되어 있다. 또, 최하단의 전열관(13)은 이들 상단 측 전열관(11, 12)보다도 좌우방향에서 케이스체(30)의 내측으로 돌출되도록 배치되어 있다.
각 헤더(21, 22, 23, 24)는 케이스체(30)의 전측벽(301)의 소정 위치를 드로잉 가공함으로써 내측으로 오목하게 한 헤더 본체(21a, 22a, 23a, 24a)와, 이 헤더 본체(21a, 22a, 23a, 24a)의 둘레 가장자리에 수밀상태로 접속된 헤더 덮개(21b, 22b, 23b, 24b)를 구비한다. 따라서, 헤더 본체(21a, 22a, 23a, 24a))의 오목부 저면과 헤더 덮개(21b, 22b, 23b, 24b)의 이면의 사이에는 소정의 내부 공간이 형성된다. 제 2 전열관(2)의 상류측 개방단부(2a), 하류측 개방단부(2b) 및 제 1 전열관(1)의 상류측 개방단부(11a, 12a, 13a), 하류측 개방단부(11b, 12b, 13b)는 각각 헤더(21, 22, 24)의 내부 공간에 개방되어 있다.
본 실시형태의 열교환기(3)에서는 케이스체(30) 내에 복수의 제 1 전열관(1)이 배치되어 있지만, 이들의 제 1 전열관(1)은 좌우 측벽(303, 304)을 따라서 높이방향으로 3단으로 배열되어 있기 때문에, 상측의 가스 버너(50)로부터 케이스체(30) 내로 도입된 고온의 연소배기로부터 효율 좋게 흡열하여 좌우 측벽(303, 304)의 이상(異常) 과열을 억제할 수 있다. 또, 제 1 전열관(1)은 높이방향으로 3단으로 배열되어 있지만, 최하단의 전열관(13)은 상단 측 전열관(11, 12)보다도 내측으로 돌출되는 배치 형태로 되어 있기 때문에, 케이스체(30) 내를 흐르는 연소배기에 의해서 최하단의 전열관(13)을 효율적으로 가열할 수 있고, 연소배기의 흐름을 케이스체(30)의 내측으로 향하게 할 수 있기 때문에, 제 1 전열관(1)이 설치되지 않은 열교환기(3)의 하측의 측벽면의 이상 과열도 방지할 수 있다. 이것에 의해서, 각 상측 유체 유로(401, 402, 403)를 흐르는 피가열 유체를 효율 좋게 열교환 가열할 수 있다.
본 실시형태의 급탕장치로 급탕운전이 실시된 경우, 급수관(41)으로부터 열교환기(3) 내에 공급되는 물은 케이스체(30)의 좌측 전방 하단부에 위치하는 유입 헤더(21)에 형성된 급수구(20)에서 제 2 전열관(2)으로 유입된다.
그 다음은, 제 2 전열관(2)을 흘러 온 물은 케이스체(30)의 우측 전방 하단부에 위치하는 하류측 개방단부(2b)에서 분배 헤더(22)의 내부 공간에 저류(貯留)된다. 그리고, 상류측 개방단부(11a, 12a, 13a)에서, 우측벽(304)에 배치되어 있는 제 1 전열관(1)으로 유입되고, 상측 유체 유로(401, 402, 403)를 흘러 케이스체(30)의 전측벽(301)의 좌단부 상부 영역에 개방되는 각 하류측 개방단부(11b, 12b, 13b)에서 케이스체(30)의 전측벽(301)의 좌단부 상부 영역부터 중앙부에 걸쳐서 형성되어 있는 집약 헤더(24)의 내부 공간으로 유출되고, 집약 헤더(24)에 형성된 출탕구(25)를 통해서 출탕관(42)으로 유출된다.
또, 본 실시형태의 급탕장치로 물빼기 작업이 실시되는 경우, 하측의 급수구(20)에서 물을 배출시킨다. 그러면, 급수구(20)로부터의 배수를 수반하여 제 1 및 제 2 전열관(1, 2) 내에 잔류하고 있던 물은 제 2 전열관(2)의 상류측 개방단부(2a)를 향하여 제 1 및 제 2 전열관(1, 2) 내를 역류한다. 또, 상기에 수반하여 분배 헤더(22) 및 집약 헤더(24)의 내부 공간을 채우고 있던 물이 감소함으로써 수면이 내려 간다. 집약 헤더(24)의 출탕구(25)보다도 수면이 내려가면, 출탕구(25)에서 집약 헤더(24) 내로 공기가 들어가서 배출된 물의 부피 만큼이 공기로 치환되어 간다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 복수의 제 1 전열관(1) 중, 최상단의 전열관(11)의 하류측 개방단부(11b)가 집약 헤더(24) 내의 공기층에 먼저 개방됨으로써, 최상단의 전열관(11) 내에, 화살표 1로 나타낸 바와 같이 물이 상류측 개방단부(11a)에서 배출되어 가는 것에 수반하여 공기가 유입되어 간다. 이와 같이, 최상단의 전열관(11) 내의 물은 우선적으로 배출되기 때문에, 최상단의 전열관(11) 내에 물은 남기 어렵다.
다음은, 분배 헤더(22) 내의 수면의 더 많은 저하에 수반하여, 중단의 전열관(12) 내의 물도 상류측 개방단부(12a)에서 배출되어 간다. 그리고, 중단의 전열관(12)의 하류측 개방단부(12b)로부터도, 화살표 2로 나타낸 바와 같이 공기가 유입된다.
마지막으로, 최하단의 전열관(13)의 상류측 개방단부(13a)에서 물이 배출된다. 하류측 개방단부(13b)는 집약 헤더(24)의 하부 영역에 개방되어 있기 때문에, 최하단의 전열관(13) 내의 모든 물이 공기로 치환되기 어렵다. 또한, 최상단 및 중단의 전열관(11, 12)에 비해서, 수두압이 낮고, 상류측 개방단부(13a)에 걸리는 표면장력에 의해서 물이 배출되기 어렵다.
그러나, 최하단의 전열관(13)의 상류측 개방단부(13a)의 유로 단면적은 최상단 및 중단의 전열관(11, 12)의 그것보다도 크게 설정되어 있기 때문에, 최하단의 전열관(13) 내의 물의 양은 최상단 및 중단의 전열관(11, 12)에 비해서 많다. 이것에 의해서, 상류측 개방단부(13a)에 걸리는 표면장력을 이겨냄으로써, 최하단의 전열관(13) 내의 잔류수를 배출시킬 수 있음과 아울러, 화살표 3으로 나타낸 바와 같이 공기가 유입되어 간다.
또한, 제 2 전열관(2)은 모두 물빼기성이 뛰어난 단면 종장 타원형상의 직관으로 형성되어 있기 때문에 제 2 전열관(2) 내의 물의 잔류도 저감할 수 있다.
상기 실시형태에 의하면, 케이스체(30)의 좌우 측벽(303, 304)에 배치된 제 1 전열관(1)을 구성하는 상중하 3개씩의 전열관(11, 12, 13)이 모두 대략 수평으로 배치되어 있어도, 어느 전열관(11, 12, 13)에서도 신속하게 물을 배출시킬 수 있다. 따라서, 외기 온도가 0℃ 이하로 내려가는 동절기라도, 열교환기(3)의 제 1 및 제 2 전열관(1, 2) 내에 잔류하는 물의 동결·팽창에 의해서 제 1 및 제 2 전열관(1, 2)의 파손을 방지할 수 있다.
그리고, 상기 실시형태에 의하면, 열교환기(3) 내에 제 1 전열관(1)을 구성하는 각 전열관(11, 12, 13)이 대략 수평으로 배치되어 있어도, 원활하게 물빼기할 수 있기 때문에, 경사시킨 권취관이 케이스체의 측벽에 감겨진 열교환기보다도 케이스체(30)의 높이를 저감시킬 수 있다. 따라서, 이 열교환기(3)를 도 1에 나타내는 급탕장치(4)에 알맞게 조립할 수 있다.
상기 실시형태에서는, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 최상단 및 중단의 전열관(11, 12)으로서 동일 소경의 상류측 개방단부(11a, 12a) 및 하류측 개방단부(11b, 12b)를 가지는 직관이 이용되고, 최하단의 전열관(13)에만 이것들보다 대경의 상류측 개방단부(13a) 및 하류측 개방단부(13b)를 가지는 직관이 이용되고 있다. 그러나, 분배 헤더(22) 및 집약 헤더(24)에 각각 개구되는 최하단의 전열관(13)의 상류측 개방단부(13a) 및 하류측 개방단부(13b)가 최상단의 전열관(11)의 그것들보다도 크면, 각 전열관(11, 12, 13)의 배열 형태는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 4(A)에 나타낸 바와 같이, 상측으로부터 순서대로 상류측 개방단부(11a, 12a, 13a) 및 하류측 개방단부(11b, 12b, 13b)의 유로 단면적이 커지도록, 복수의 제 1 전열관(11, 12, 13)을 배열시켜도 좋다.
또, 예를 들면 도 4(B)에 나타낸 바와 같이, 중단 및 최하단의 전열관(12, 13)의 상류측 개방단부(12a, 13a) 및 하류측 개방단부(12b, 13b)를 같은 직경으로 하고, 또한 최상단의 전열관(11)의 상류측 개방단부(11a) 및 하류측 개방단부(11b)보다 크게 설정된 복수의 전열관(11, 12, 13)을 배열시켜도 좋다. 또한, 예를 들면 도 4(C)에 나타낸 바와 같이, 중단의 전열관(12)이 가장 큰 상류측 개방단부(12a) 및 하류측 개방단부(12b)를 가지도록 복수의 전열관(11, 12, 13)을 배열시켜도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 최하단의 전열관(13)으로서 상류측 개방단부(13a) 및 하류측 개방단부(13b)와 같은 유로 단면적의 직관이 이용되고 있지만, 상류측 개방단부(13a) 및 하류측 개방단부(13b)만이 크게 확관되고, 유체 유로(403)를 구성하는 다른 부분의 관의 직경은 최상단의 전열관(11) 및 또는 중단의 전열관(12)과 같아도 좋다. 이 형상에서도, 상류측 개방단부(13a) 및 하류측 개방단부(13b)의 유로 단면적을 크게 함으로써, 상류측 개방단부(13a) 및 하류측 개방단부(13b)에 걸리는 표면장력은 약해지기 때문에, 최하단의 전열관(13) 내의 물은 원활하게 배출된다.
또, 상측 유체 유로(401, 402, 403)를 구성하는 제 1 전열관(1)은 직관에 한정되지 않고, 전측벽(301)에만 상류측 개방단부 및 하류측 개방단부가 개방되는 대략 ㄷ자형상의 연속관이어도 좋다. 또, 상측 유체 유로(401, 402, 403)를 좌우 측벽(303, 304)의 어느 일방을 따라서 배치된 제 1 전열관(1)만으로 구성되는 직선형상으로 형성해도 좋다.
또, 급탕장치는 메인 열교환기(3)의 하측에 잠열 회수형의 서브 열교환기를 가져도 좋다.
30 : 케이스체
303, 304 : 좌우 측벽
11 : 최상단의 전열관
13 : 최하단의 전열관
11a, 12a, 13a : 상류측 개방단부(유체 입구)
11b, 12b, 13b : 하류측 개방단부(유체 출구)
20 : 급수구
22 : 분배 헤더
24 : 집약 헤더
401, 402, 403 : 상측 유체 유로

Claims (4)

  1. 내부에 연소배기의 통로를 가지는 케이스체와,
    상기 케이스체의 측벽을 따라서 높이방향으로 복수 단(段)으로 배치되는 복수의 유체 유로와,
    상기 복수의 유체 유로의 유체 입구가 개구되고, 상기 복수의 유체 유로로 피가열 유체를 분배하는 분배 헤더와,
    상기 복수의 유체 유로의 유체 출구가 개구되고, 상기 복수의 유체 유로로부터의 피가열 유체를 집약하는 집약 헤더를 구비하는 열교환기로서,
    상기 복수의 유체 유로 중, 최하단의 유체 유로의 상기 분배 헤더 및 집약 헤더에 각각 개구되는 유체 입구 및 유체 출구는, 최상단의 유체 유로의 유체 입구 및 유체 출구보다도 큰 유로 단면적을 가지는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 유체 유로 중, 상기 최상단의 유체 유로의 상기 분배 헤더 및 집약 헤더에 각각 개구되는 유체 입구 및 유체 출구보다도, 상기 최상단의 유체 유로보다 하단에 위치하는 모든 하단 측의 각 유체 유로의 유체 입구 및 유체 출구의 쪽이 큰 유로 단면적을 가지는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 유체 유로 중, 상기 최하단의 유체 유로의 상기 분배 헤더 및 집약 헤더에 각각 개구되는 유체 입구 및 유체 출구는, 상기 최하단의 유체 유로보다도 상단에 위치하는 모든 상단 측의 각 유체 유로의 유체 입구 및 유체 출구보다도 큰 유로 단면적을 가지는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 열교환기를 구비한 것을 특징으로 하는 급탕장치.
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