CN100416174C - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于按照结构简单的方式，提供下述热交换器，该热交换器能够抑制滴水的发生，获得较高的热交换效率。按照穿过散热片(4)，沿上下方向至少排列成3排的方式，设置吸热管(5，6，7)。被加热水从位于燃烧排气的最上游侧的吸热管(5)的开始端，到位于最下游侧的吸热管的末端(7)实现导通。设置作为吸热促进机构的多个偏置散热片(19)，其以位于燃烧排气的最上游侧的第1排(16)的下游侧处的第2排(17)的各吸热管(6)与第3排(18)的各吸热管(7)之间作为边界，使该边界位置的下游侧的散热片(4b)的热交换效率增加。

Description

热交换器
技术领域
本发明涉及设置于热水供给设备等中的热交换器。
背景技术
在过去，设置于热水供给设备中的这种热交换器包括多个散热片，该多个散热片设置于燃烧器的燃烧排气流路中；吸热管，多个该吸热管按照穿过各散热片的方式排列，使被加热水在该吸热管中实现导通，由此进行热交换，形成热水。一般，吸热管形成第1组吸热管，在该第1组吸热管中，沿与燃烧排气流相交叉的左右方向排列有多个吸热管；第2组吸热管，在该第2组吸热管中，在上述第1组吸热管的上方(燃烧排气的下游侧)，沿与燃烧排气流相交叉的左右方向，排列有多个吸热管，使被加热水从第1组吸热管的开始端，朝向第2组吸热管的末端，实现导通。此外，为了获得较高的热效率，不但扩大散热片的形状，而且在第2组吸热管的上方(燃烧排气的下游侧)，设置第3组吸热管，在该第3组吸热管中，沿与燃烧排气流相交叉的左右方向，排列有多个吸热管。此外，该第3组吸热管的开始端与第2组吸热管的末端连接。由此，吸热面积增加，热交换效率提高。
但是，如果按照设置上述第3组吸热管的方式，形成热交换器，则当使上述燃烧器的燃烧量降低时，由于相对该燃烧量的吸热面积过大，故在上述第3组吸热管的周围，排气温度低于露点。由此，具有下述不利情况，即，燃烧排气中的水蒸气形成滴水，附着于第3组吸热管中的各吸热管的表面，其附近的散热片上，吸热管，散热片产生腐蚀，使使用期限降低。
发明内容
为了消除上述的不利情况，本发明的目的在于按照结构简单的方式，提供下述热交换器，该热交换器能够抑制滴水的发生，获得较高的热交换效率。
用于解决课题的技术方案
为了实现上述目的，本发明涉及一种热交换器，该热交换器包括多个散热片，该多个散热片设置于燃烧器的燃烧排气流路中；吸热管，多个该吸热管分别沿与燃烧排气流相交叉的左右方向和按燃烧排气流的上下方向排列，穿过各散热片，使被加热水从位于燃烧排气的最上游侧的吸热管的开始端，到位于最下游侧的吸热管的末端实现导通，其特征在于上述吸热管按照沿上下方向至少排列成3排的方式设置，该热交换器包括吸热促进机构，该吸热促进机构以位于燃烧排气的最上游侧的第1排的下游侧处的第2排的各吸热管和第3排的各吸热管之间为边界，使该边界位置的下游侧的散热片的热交换效率增加，上述吸热促进机构由多个偏置散热片形成，所述多个偏置散热片如下形成：在上述边界位置，在散热片的一部分处，形成一对平行的切口，使两个切口之间的板状部分沿散热片的内外方向隆起，由此燃烧排气与所述切口端缘碰撞。
通过设置该偏置散热片，在上述边界位置，燃烧排气碰撞的端缘形成于上述切口和各偏置的底缘。由此，可使下游侧的热交换效率提高。此外，通过设置多个偏置散热片，可通过热传导，使燃烧排气的热量绕到吸热管的顶侧，进行均匀地吸热。由此，可提高下游侧的散热片和各吸热管的表面温度。
在本发明中，上述吸热管按照沿上下方向至少排成3排的方式设置，由此，可获得较大的吸热面积，可获得较高的热交换效率。
另外，按照本发明，首先，在位于燃烧排气的最上游侧的第1排的下游侧处的第2排的各吸热管与第3排的各吸热管之间的边界位置，设置有上述吸热促进机构，从而使该边界位置的下游侧的散热片的热交换效率增加。由此，可抑制下游侧的散热片和各吸热管的表面温度的极度降低，可将下游侧的散热片和各吸热管的表面温度保持在较高的状态，由此，可防止滴水的发生。
此外，在本发明的热交换器中，最好，按照在上述燃烧器的最大燃烧时，上述边界位置的上游侧和下游侧的热交换效率的配比在97∶3～92∶8的范围内的方式，设定上述散热片的吸热面积和各吸热管的布置。本发明人通过进行各种实验发现，就整个热交换器获得较高的热交换效率的方面来说，在边界位置的下游侧，不发生滴水的热交换效率必须为整体的3～8％。可根据该情况，设定上述散热片的吸热面积与各吸热管的布置，由此，可形成防止滴水的发生，热交换效率较高的热交换器。
还有，作为本发明的上述吸热促进机构的一种形式，例举下述方式，即，上述吸热促进机构由下述切缝形成，该切缝在上述边界位置，将上述散热片切断为燃烧排气的上游侧和下游侧。通常，在这种散热片中，吸热率最高的位置为燃烧排气所接触的散热片的底端缘。其原因在于：这种散热片具有下述性质，即，在燃烧排气所接触的端缘部分，热传递增加，其温度高于其它部分。由于在上述边界位置，形成切缝，可在该边界位置的下游侧，形成在该边界位置，燃烧排气所接触的端缘。由此，下游侧的热交换效率提高，可提高下游侧的散热片和各吸热管的表面温度，可以简单的结构，防止滴水的发生。
另外，在本发明中，最好，在通过上述吸热促进机构，位于燃烧排气的下游侧的散热片中，形成多个另外的偏置散热片，该多个另外的偏置散热片在与左右相邻的吸热管之间相对应的各吸热管的上方位置，在散热片的一部分上，形成一对平行的切口，使两个切口之间的板状部分沿散热片的内外方向隆起。如果采用各个另外的偏置散热片，可通过热传导，将流过左右相邻的吸热管之间的燃烧排气的热量绕到各吸热管的顶侧，可高效地，将燃烧排气热量传递给散热片和吸热管。由此，散热片的吸热面积较小，进行充分的热交换，由此，可以紧凑的体积形成散热片。
附图说明
图1为以示意方式表示采用本发明的1个实施例的热交换器的热水供给设备的一部分的说明图；
图2为表示本实施例的热交换器的主要组成部分的说明图；
图3为表示偏置散热片的形状的说明性透视图；
图4为表示另一实施例的热交换器的主要组成部分的说明图；
图5为表示又一实施例的热交换器的主要组成部分的说明图；
图6为表示热交换器的滴水发生区域的曲线图；
图7为表示比较实例的热交换器的主要组成部分的说明图。
具体实施方式
下面根据附图，对本发明的一个实施例进行描述。图1为以示意方式表示采用本实施例的热交换器的热水供给设备的一部分的说明图，图2为表示本实施例的热交换器的主要组成部分的说明图，图3为表示偏置散热片的形状的说明性透视图，图4和图5为表示另一实施例的热交换器的主要组成部分的说明图，图6为表示热交换器的滴水发生区域的曲线图，图7为表示比较实例的热交换器的主要组成部分的说明图。
象图1所示的那样，本实施例的热交换器A设置于位于热水供给设备1的燃烧器2的上方的该燃烧器2的燃烧排气流路3中。该热交换器A由多个散热片4，穿过各散热片4的吸热管5，6，7形成，在该吸热管5，6，7的上游侧，连接有送入被加热水(自来水)的送入管8，在该吸热管5，6，7的下游侧，连接有送出被加热水(热水)的送出管9。送入管8和送出管9通过旁路水管10连接，送出管9的热水的温度可通过混合部11调节。另外，燃烧器2的燃烧量通过热水供给运转控制机构12进行控制。该热水供给运转控制机构12根据图中未示出的水量传感器，热水排出温度传感器13和供水温度传感器14等的检测结果，对燃烧器2的燃烧量进行控制。另外，该供给热水运转控制机构12包括热交换控制机构15，从而可进行基于吸热管5，6，7的被加热水的温度的燃烧器2的燃烧控制，虽然该一点的具体内容将在后面进行描述。
上述热交换器A象图2所示的那样，包括穿过上述散热片4的多个吸热管5，6，7。各吸热管5，6，7按照将单一的导管呈蛇形状延伸的方式穿过散热片4，第1组吸热管16，第2组吸热管17，第3组吸热管18沿上下方向成3扫设置，该第1组吸热管16沿左右方向排列于燃烧排气的最上游侧，该第2组吸热管17沿左右方向排列于该第1组吸热管16的上方，该第3组吸热管18沿左右方向排列于该第2组吸热管17的上方。被加热水象图中箭头所示的那样，从第1组吸热管16的开始端送入，从第3组吸热管18的末端送出。
在第2组吸热管17和第3组吸热管18之间的散热片4中，形成有多个第1偏置散热片19。该第1偏置散热片19按照下述方式形成，该方式为：象图3所示的那样，在散热片4的一部分，形成一对平行的切口后，使两切口之间的板状部分从其中一个面侧朝向另一面侧隆起。这样，燃烧排气象图3中的箭头所示的那样，通过该第1偏置散热片19的内外面。
象图2所示的那样，在该第1偏置散热片19的下方位置(燃烧排气的上游侧)，设置有辅助偏置散热片20。该第1偏置散热片19的两个端部按照面临第2组吸热管17中的各吸热管6的上方的长度形成，由此，形成本发明的吸热促进机构。即，通过设置第1偏置散热片19，散热片4通过图中的假想线w，假想地被分割为上游部吸热区域4a和下游部吸热区域4b。由此，可在下游部吸热区域4b的底缘，形成燃烧排气碰撞的端缘，可使热交换效率提高。另外，通过该第1偏置散热片19，燃烧排气中的热量在热传导的作用下而绕到第2组吸热管17中的吸热管6的上方，获得均匀的热传递，由此，可获得较高的热交换效率。
另外，在第3组吸热管18中的各吸热管7之间，形成有第2偏置散热片21和辅助偏置散热片22。这些偏置散热片21，22通过热传导，将燃烧排气绕到第3组吸热管18中的各吸热管7的上方，使热交换效率提高。
在这里，在该热交换器A中，象图1所示的那样，在第3组吸热管18的入口附近，设置有检测被加热水的温度的温度传感器23。另外，按照温度传感器23的检测温度高于燃烧排气的露点的方式，通过上述热交换控制机构15，对对应于被加热水的流量的燃烧器2的燃烧量进行控制，由此，可确实防止第3组吸热管18中的各吸热管7和其附近的散热片4中的滴水的发生。
该情况通过当燃烧器2的最大燃烧量时的总热交换效率为88％时，图2所示的上游部吸热区域4a和下游部吸热区域4b的热交换效率配比表示，在此场合，象图1所示的那样，上游部吸热区域4a的热交换效率在81.5～84.6的范围内，下游部吸热区域4b的热交换效率在3.4～6.5％的范围内。
表1
  供水温度(℃)  第3组吸热管入口温度(℃)   热交换器出口温度(℃)   上游部吸热区域的热交换效率(％)   下游部吸热区域的热交换效率(％)
  5  55   57   84.6   3.4
  20  55   57   83.2   4.8
  30  55   57   81.5   6.5
此外，在燃烧器2的燃烧气体种类为13A-1时，通常的燃烧时的空气比约为1.6，但是此时的燃烧排气的露点约在51～53℃的范围内。如果考虑这样的空气比的误差，则根据表1中的数据，最好，上游部吸热区域4a的热交换效率在81～85％的范围内，下游部吸热区域4b的热交换效率在3～7％的范围内。此外，在本实施例中，按照形成上述上游部吸热区域4a与下游部吸热区域4b的热交换效率配比的方式，设定上述第1偏置散热片19和散热片4的总吸热面积。即，上游侧与下游侧的热交换效率的配比在97∶3～92∶8的范围内，根据该范围，设定上述散热片4的吸热面积与各吸热管7的布置。由此，可形成下述热交换器A，其中燃烧器2的最大燃烧量时的总热交换效率高于88％，防止滴水的发生，该热交换器的整体紧凑。
还有，在该热交换器A中，也可象图1所示的那样，在第3组吸热管18的出口附近，设置温度传感器24，以代替在第3组吸热管18的入口附近，检测被加热水的温度的温度传感器23。在此场合，该温度传感器24检测通过热交换器A而加热的被加热水(热水)的温度。另外，在上述热交换控制机构15中，可根据该温度传感器24的检测温度，热水供给能力和热交换效率数据等，计算第3组吸热管18的入口的被加热水的温度，按照该计算温度高于燃烧排气的露点的方式，对与被加热水的流量相对应的燃烧器2的燃烧量进行控制。具体来说，比如，参照表1，按照经过热交换器A而加热的被加热水(热水)的温度大于57℃的方式，对燃烧器2的燃烧量进行控制。由此，也可确实防止第3组吸热管18中的各吸热管7和其附近的散热片4的滴水的发生。
下面对本发明的另一实施例进行描述。在该另一实施例的热交换器B中，象图4所示的那样，穿过散热片25的各吸热管5，6，7按照与图2的场合相同的方式设置，第1组吸热管16，第2组吸热管17，第3组吸热管18沿上下方向成3排设置，该第1组吸热管16沿左右方向排列于燃烧排气的最上游侧，该第2组吸热管17沿左右方向排列于该第1组吸热管16的上方，该第3组吸热管18沿左右方向排列于该第2组吸热管17的上方。
在上述散热片25中，在第2组吸热管17和第3组吸热管18之间，设置有切缝26，由此形成本发明的吸热促进机构。即，通过设置该切缝26，可形成燃烧排气所接触的端缘，可使下游部吸热区域25b的底端缘热交换效率提高。另外，在通过该切缝26断开的下游部吸热区域25b中，与上述的第1偏置散热片19(参照图2)相比较，上游部吸热区域25a与下游部吸热区域25b之间的热传递变小。由此，为了获得足够的热交换效率，必须使散热片25的下游部吸热区域25b的吸热面积较大。于是，在希望以更加紧凑的体积形成的场合，比如，象图5所示的热交换器B’那样，在第3组吸热管18中的各吸热管7之间，形成偏置散热片27和辅助偏置散热片28，由此，可使整个体积紧凑。
在这里，参照图6，对在上述的各实施例的热交换器A和B中，确认滴水的发生条件的试验进行描述。在该试验中，除了上述的热交换器A和B以外，还采用图7所示的结构的热交换器C，以便进行比较。在该热交换器C中，象图7所示的那样，各吸热管5，6，7的排列与上述热交换器A和B的相同，而在散热片29中，不包括相当于本发明的吸热促进机构的方案。
在图6中，当燃烧器2(参照图1)为最大燃烧量时，热交换效率达到最大，此时，吸热管5，6，7内的被加热水的水量达到最大，排出热水的温度(热交换器出口温度)为最小。实线a，b，c分别表示热交换器A(图2所示)，热交换器B(图4所示)，热交换器C(图7所示)的滴水发生区域(滴水线)。当在滴水线以下时，在第3组吸热管18中，发生滴水。由此，点划线a’，b’，c’分别表示在各热交换器A，B，C的第3组吸热管18中，未发生滴水的排出热水温度的控制温度。象从图6所知道的那样，上述各实施例的热交换器A，B与比较实例的热交换器C相比较，可在较低的位置，形成滴水线。由此知道，如果按照各实施例的热交换器A，B，则可使排出热水温度较低，因此，防止滴水的发生，获得较高的热交换效率。
此外，在上述各实施例中，给出多个吸热管5，6，7沿上下方向排列成3排的实例，但是显然，即使在按照3排以上排列的情况下，对位于最顶部(燃烧排气的最下游部)的相应组吸热管的温度进行控制，仍可确实防止滴水的发生。

Claims (3)

1. 一种热交换器，该热交换器包括：多个散热片，该多个散热片设置于燃烧器的燃烧排气流路中；吸热管，多个该吸热管分别沿与燃烧排气流相交叉的左右方向和按燃烧排气流的上下方向排列，穿过各散热片，使被加热水从位于燃烧排气的最上游侧的吸热管的开始端，到位于最下游侧的吸热管的末端实现导通，其特征在于：
上述吸热管按照沿上下方向至少排列成3排的方式设置；
该热交换器包括吸热促进机构，该吸热促进机构以位于燃烧排气的最上游侧的第1排的下游侧处的第2排的各吸热管和第3排的各吸热管之间为边界，使该边界位置的下游侧的散热片的热交换效率增加，
上述吸热促进机构由多个偏置散热片形成，所述多个偏置散热片如下形成：在上述边界位置，在散热片的一部分处，形成一对平行的切口，使两个切口之间的板状部分沿散热片的内外方向隆起，由此燃烧排气与所述切口端缘碰撞。
2. 根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，按照在上述燃烧器的最大燃烧时，上述边界位置的上游侧和下游侧的热交换效率的配比在97∶3～92∶8的范围内的方式，设定上述散热片的吸热面积和各吸热管的设置。
3. 根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，在通过上述吸热促进机构，位于燃烧排气的下游侧的散热片中，形成多个另外的偏置散热片，该多个另外的偏置散热片在与左右相邻的吸热管之间的相对应的各吸热管的上方位置，通过在散热片的一部分上形成一对平行的切口并使两个切口之间的板状部分沿散热片的内外方向隆起而形成。
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