CN101089534A - 换热器、热水装置及水管 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种换热器、热水装置及水管。换热器(B)的水管(WT)具有在轴向上排列多个环部(50)而成的螺旋状管体部(5)。多个环部(50)中的至少一个环部的在与上述轴向交叉的宽度方向上的两端部(S2a、S2b)为相对于上述轴向倾斜的倾斜管体部，该至少一个环部的上述宽度方向上的中间部(S1)为与上述轴向正交的非倾斜管体部。由此，可以缩小多个环部(50)的螺距(p2)、抑制螺旋状管体部(5)的大型化，同时增加多个环部(50)的层数而得到较高的热交换效率。

Description

换热器、热水装置及水管

技术领域

本发明涉及用于使用具有螺旋状管体部的水管从燃烧气体进行热回收而生成热水的换热器、具有这种换热器的热水装置及换热器用的水管。

背景技术

作为以往的换热器的具体例子，在日本专利第2835286号公报、日本特开昭62-288446号公报及日本实公平6-8442号公报中均有描述。在这些公报中所记载的换热器具有在导入燃烧气体的外壳内收容有水管的螺旋状管体部的结构。由上述螺旋状管体部从上述燃烧气体进行热回收，对被供给到上述水管内的水进行加热。上述螺旋状管体部与直的管体部相比，传热面积大。因此，采用上述换热器，可以在减少水管根数的同时，增加热回收量。

但是，在上述现有技术中，如下所述，也存在应解决的问题。

即，如图9中所示意那样，上述现有技术的水管的螺旋状管体部9具有被串联起来的多个环部90在轴向(螺旋状管体部9的中心轴线延伸的方向)上重叠的结构。各环部90其全长区域都以规定角度θ倾斜。因此，各环部90的螺距p1较大。具体来说，若设螺旋状管体部9的直径或宽度为L，则一个环部90的一半区域的高度为h1的值为h1＝L·tanθ。螺旋状管体部9的螺距p1为p1＝2·h1＝2·L·tanθ。另一方面，为了增加通过水管所回收的热，必须增加环部90的层数。然而，如上所述，由于螺距p1比较大，若增加环部90的层数，则螺旋状管体部9的整体高度h就会变得相当大。因此，在上述现有技术中，若要增加环部90的层数来增加热回收量，会有螺旋状管体部9的整体高度尺寸变大的问题。

另一方面，在寒冷期，长时间停止具有换热器的热水装置运转的情况下，作为防止水管内冻结的手段，有的是从水管内把水排出。因此，在解决上述问题时，希望不要产生难以从水管内排出水这一新的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决或缓和上述问题。

为了达成上述目的，本发明采用了如下的技术方案。

由本发明中的第1技术方案提供的换热器，包括外壳和水管，该外壳的内部被导入燃烧气体，该水管具有螺旋状管体部，用于从上述燃烧气体进行热回收，该螺旋状管体部被收容在该外壳内，且是在轴向上排列被串联起来的多个环部而成，其特征在于，上述多个环部中的至少一个环部的在与上述轴向交叉的宽度方向上的两端部为相对于上述轴向倾斜的倾斜管体部，且该至少一个环部的上述宽度方向上的中间部为相对于上述轴向正交的非倾斜管体部。

优选是上述多个环部的全部环部都具有上述倾斜管体部和非倾斜管体部。

优选是上述各环部具有在上述宽度方向延伸的相互大致平行的一对直管部、及与该一对直管部的端部相连的一对弯管部；上述各直管部是上述非倾斜管体部，上述各弯管部是上述倾斜管体部。

优选是上述的螺旋状管体部以上述多个环部在铅直方向上排列的方式配置于上述外壳内；上述外壳具有在水平方向上夹着上述螺旋状管体部的一对壁部，并在该一对壁部上形成有进气口和排气口；燃烧气体被从上述进气口导入到上述外壳内时，上述燃烧气体通过了上述多个环部之间的间隙之后，从上述排气口排出到上述外壳的外部。

优选是上述水管具有与上述螺旋状管体部下部相连的延伸管体部，该延伸管体部的一部分露出到上述外壳的外部，且在该露出部分设有以越靠近该延伸管体部的前端而高度越降低的方式弯曲的弯曲部。

由本发明的第2技术方案提供的热水装置，具有燃烧器和换热器；上述换热器包括外壳和水管，该外壳的内部被导入燃烧气体，该水管具有螺旋状管体部，用于从上述燃烧气体进行热回收，该螺旋状管体部被收容在该外壳内，且是在轴向上排列被串联起来的多个环部而成，其特征在于，上述多个环部中的至少一个环部的在与上述轴向交叉的宽度方向上的两端部为相对于上述轴向倾斜的倾斜管体部，且该至少一个环部的上述宽度方向上的中间部为相对于上述轴向正交的非倾斜管体部。

由本发明的第3技术方案提供的换热器用的水管，具有在轴向上排列被串联起来的多个环部而成的螺旋状管体部；其特征在于，上述多个环部中的至少一个环部的在与上述轴向交叉的宽度方向上的两端部为相对于上述轴向倾斜的倾斜管体部，且该至少一个环部的上述宽度方向上的中间部为相对于上述轴向正交的非倾斜管体部。

本发明的其他的特征和优点，从以下参照附图进行的本发明的实施方式的说明中，将会得到清楚了解。

附图说明

图1是表示应用了本发明的供给热水装置的一例子的概略主视剖视图。

图2是表示图1所示的供给热水装置中的要部主视图。

图3是表示图1的III-III剖视图。

图4是表示图1所示的供给热水装置中的要部侧视图。

图5A是表示图1所示的供给热水装置中的2次换热器的俯视部视图，图5B为其主视剖视图。

图6A是表示图5A、图5B所示的2次换热器的水管的一例子的俯视图，图6B是表示图6A的VI-VI剖视图。

图7是示意表示图6A、图6B中所示水管的说明图。

图8是表示应用了本发明的换热器的另一例子的俯视剖视图。

图9是示意表示现有技术的一例子的说明图。

具体实施方式

以下参照附图具体说明本发明的优选实施方式。

图1～图7表示应用了本发明的供给热水装置及其相关结构的一例子。在这些图中，箭头V方向为铅直方向，箭头H方向为水平方向。

如图1中明确表示的那样，本实施方式的供给热水装置A具有燃烧器3、1次换热器1及2次换热器B。2次换热器B相当于应用了本发明的换热器的一例子。

燃烧器3配置在外壳30内，使从外壳30的外部通过配管32供给来的燃料气体燃烧。在外壳30的下方设有风扇31，从该风扇31将燃烧用空气向上供给到外壳30内。1次换热器用于从由燃烧器3产生的燃烧气体回收显热，具有水管11沿大致水平方向贯通外壳10的结构，该水管11具有多个散热片12。外壳10、30也可以形成为一体。

2次换热器B用于从上述燃烧气体回收潜热，配置在1次换热器的上方，且通过辅助外壳19连接于外壳10。该2次换热器B具有：向内部导入燃烧气体的外壳7、每个都具有螺旋状管体部5的多个水管WT、及进水用和出热水用的管头6A、6B。

外壳7为中空的大致长方体状，将多个螺旋状管体部5包围在里面。如图3所示，在该外壳7的后壁部70a与前壁部70b设有进气口71及排气口72。排气口72例如是如图2所示的大致矩形形状，进气口71与排气口72相同。通过1次换热器到达其上方的燃烧气体，从进气口71进入到外壳7内，由多个水管WT回收该燃烧气体的潜热。潜热回收完毕的燃烧气体其后从排气口72排出到外壳7的外部。当从上述燃烧气体进行潜热回收时，在多个水管WT的表面产生冷凝水。对此，在外壳7的底壁部70d上设有冷凝水用排出口73，当冷凝水从水管WT的表面滴落到外壳7的底壁部70d上后，之后该冷凝水从排出口73排出到外壳7的外部。

如图5A、图5B所示，多个(例如5根)水管WT的各螺旋状管体部5被收容在外壳7内。为了容易理解，参照图6A、图6B对一根水管WT的结构进行说明。在该图中，水管WT是例如对1根作为原材料的管体实施卷曲加工而制作成的，具有螺旋状管体部5和与该螺旋状管体部5的上部及下部连成一体的延伸管体部51、52。螺旋状管体部5具有由大致长圆形的多个环部50串联而成、并隔着间隙59在该螺旋状管体部5的轴向(中心轴线C延伸的方向)上排列的结构。

在本实施方式中，上述轴向为铅直方向V。在将供给热水装置A设置在所期望的场所进行使用时，也将上述轴向设定成铅直方向。环部50在宽度方向(图6A、图6B的左右方向)上被划分为中间部S1与两端部S2a、S2b。中间部S1由一对平行的直管部50a、50b构成。这些直管部50a、50b在与上述轴向正交的方向上延伸，成为相对于水平面不倾斜的非倾斜管体部。两端部S2a、S2b由大致半圆弧形的弯管部50c、50d构成，这些弯管部50c、50d成为相对于上述轴向及水平方向倾斜的倾斜管体部。

进一步详细说明，在图6A中，弯管部50c以随着从直管部50a的一端向最上层的直管部50b沿箭头N1方向前进而高度逐渐降低的方式、以适当角度倾斜。直管部50a位于比直管部50b高的位置。弯管部50d以随着从直管部50b的另一端向下一层环部50的直管部50a的另一端沿箭头N2方向前进而高度逐渐降低的方式倾斜。多个环部50中的各环部都具有上述结构的直管部50a、50b和弯管部50c、50d。

如图5A、图5B所示，多个水管WT中的各水管具有大小不同的螺旋状管体部5，他们以大致同心状叠绕并被收容于外壳7内。多个螺旋状管体部5的上部和下部的直管部50a、50b隔着间隙79a、79b分别与外壳的上壁部70c及下壁部70d的各内表面相对，且与这些内表面大致平行地延伸。由此，间隙79a、79b的各部位的宽度L1、L2的尺寸均匀。

多个延伸管体部51、52中的各延伸管体部的一端都贯穿外壳7的侧壁70e而被引出到外壳7的外部、并与进水用及出热水用的管头6A、6B连接。在从水管WT排出水时，管头6A的进水用开口部60A成为排水用的开口部。在延伸管体部51上形成有在外壳7的外部向下弯曲的弯曲部51a。弯曲部51a如后述那样，用于改善从水管WT排出水的性能，例如使用与延伸管体部51的其他部分分开的弯管构成。在本实施方式中，管头6A相对于铅直方向V稍稍倾斜，开口部60A不是朝向正下方。这是为了改善与进水用配管80连接的连接操作性能等，也可以将管头6A设置成与此不同的形态。另一方面，对于多个延伸管体部52，不形成相当于上述弯曲部51a的部分，而是与出热水的管头6B连接。如图1所示，管头6B中出热水用开口部60B通过配管81与1次换热器1的进水口11a连接。在1次换热器1中，从2次换热器B送来的热水通过水管11被再次加热，这样产生的热水从出热水口11b送往需要供给热水的地方。但是，对1次及2次换热器的供水顺序没有限定。例如，也可以先对1次换热器1供水，再将通过了该1次换热器1的热水供给到后面的2次换热器B中。

下面，对2次换热器B及具有该2次换热器B的供给热水装置A的作用进行说明。

在图1中，当对供给热水装置A的2次换热器B的多个水管WT及1次换热器1中的水管11通水时，供给热水装置A的燃烧器3开始驱动。于是，由1次换热器1和2次换热器B从由该燃烧器3产生的燃烧气体依次回收其显热及潜热。通过这种热回收所产生的热水被从出热水口11b供给到需要供给热水的地方。

如参照图6A、图6B所说明的那样，水管WT的各环部50只两端部S2a、S2b相对于水平面倾斜，中间部S1是水平的。图7示意表示这种环部50的结构。在该图7中，设环部50的宽度为L、中间部S1的宽度为L1、两端部S2a、S2b的宽度为L2、两端部S2a、S2b的倾斜角度为θ，则环部50的一半区域的高度h2为h2＝2·L2·tanθ。螺旋状管体部5的螺距p2为p2＝2·h2＝4·L2·tanθ。这与图9所示的现有技术比较，为p2＜p1。p2比p1短2·L1·tanθ。由此就可理解，在本实施方式中，可以缩短螺旋状管体部5的螺距p2。因此，即使在通过增多环部50的层数来增加热回收量时，螺旋状管体部5的整体高度也不会大幅增加，从而可以适当抑制2次换热器B的大型化。特别是在本实施方式中，环部50俯视呈大致长圆形，通过增加直管部50a、50b的长度，而不导致增加螺旋状管体部5的高度就可增大水管WT的传热面积。因此，在抑制2次换热器B大型化、同时提高其热交换效率方面更好。

在2次换热器B中，在燃烧气体通过形成于多个环部50之间的多个间隙59时进行热回收。对此，通过使在铅直方向V上排列的环部50的形状大致相同，从而使多个间隙59的长度方向的各处宽度(图6B中符号L3所表示的宽度)也大致均匀一致。采用这样的结构，可以避免因间隙59的宽度不均匀所引起的燃烧气体集中流向特定部位的问题，可以使燃烧气体大致均匀地作用于各环部50的各部位。因此，在增加热回收、提高热交换效率方面更加优选。

上述燃烧气体也行进到形成于外壳的上壁部70c及底壁部70d与环部50之间的间隙79a、79b进行热回收。使这些间隙79a、79b的与直管部50a、50b相对的部分的宽度L1、L2均匀。因此，在这些间隙79a、79b处，也不会使燃烧气体的流量分布出现较大偏差，可以进行高效率的热回收。

另一方面，例如在冬季，长时间停止供给热水装置A的运转时，为了实现防止1次换热器1、2次换热器B内发生冻结的目的，停止对这些水管11及水管WT供水，进行排出水的作业。在这种情况下，如下所述的那样，可以做到使2次换热器B的水管WT内不残留水。

即，螺旋状管体部5中各环部50的两端部S2a、S2b倾斜，这些两端部S2a、S2b起到使水从螺旋状管体部5的高度较高的部分顺利地流向较低部分的作用。另一方面，由于中间部S1的直管部50a、50b是水平的，也可以确实防止水积留在该部分，该直管部50a、50b内的水通过与其相邻的弯管部50c或弯管部50d流向下一层环部50。如此，可以确实地进行从水管WT内排出水的作业。

对于2次换热器B，作为增加潜热回收量的手段，由细管构成水管WT，优选采用比1次换热器1的水管11的口径小的水管。但是，在使水管WT为小口径水管时，有可能在延伸管体部51的前端开口部分出现由表面张力引起的水膜，该水膜会妨碍从水管内排出水。对此，在本实施方式中，可以利用延伸管体部51的弯曲部51a内所存在的水的水头压来破坏上述水膜。因此，可以确实进行从延伸管体部51的前端开口向管头6A内排水。在本实施方式中，延伸管体部51的比弯曲部51a更靠近螺旋状管体部5的部分为水平，但是，在本发明中，也可以代替这种结构，使上述部分倾斜，以使得水容易从上述部分流向管头6A。

本发明并不局限于上述实施方式的内容。本发明的换热器、热水装置及换热器用水管的各部分的具体结构可以自由进行各种设计变更。

对于水管的螺旋状管体部的各环部，可以替代俯视下大致长圆形的形状而形成为与其不同的各种形状。图8表示其一例子，对于与上述实施方式相同或者类似的要素，标注了与上述实施方式同样的附图标记。对于在该图8中表示的多个水管WT的最内周的环部50，与上述实施方式相同，其宽度方向上的两端部S2a、S2b为半圆弧形的弯管部。但是，对于比该最内周的环部更靠近外周的其他多个环部50A，整体为俯视下呈大致矩形，宽度方向上的两端部S2a、S2b被构成为包含一部分直线部的弯管部，使弯曲部分的曲率半径小。采用这样的结构，可以在外壳7内的四角部分78及其附近配置螺旋状管体部5的一部分，适于减小外壳7内的无用空间。在本发明中，也可以将环部的形状形成为除了上述形状之外的、例如大致正方形或大致圆形等形状。

在本发明中，水管的数量没有限定。虽然在现实中不太可能出现，但也可以只使用一根水管，在这种情况下也可以适用本发明。虽然优选是使螺旋状管体部的所有环部采用宽度方向上的中间部为水平、且宽度方向上的两端部倾斜的结构，但仍然是不限于此。即使是使多个环部中的仅一部分环部采用这种结构，与现有技术相比，也可以取得抑制螺旋状管体部的高度尺寸变大、同时增大热回收量的效果，所以也可以采用这样的结构。本发明中所提到的环部的宽度方向上的“两端部”及“中间部”是表示环部的被划分成多个部分的各部分的相对位置关系的概念，不涉及它们的具体尺寸、及尺寸比率。

在上述实施方式中，虽然对于用于回收显热的1次换热器没有应用本发明，但是本发明的换热器是不拘于显热回收用、潜热回收用的种类之分。

在本发明的热水装置中，作为燃烧器，也可以使用除燃气燃烧器以外的设备，例如也可以使用油燃烧器。使燃烧气体流入到换热器的外壳内作用于水管的方式也可以采用与上述实施方式不同的方式，例如可以采用使导入到螺旋状管体部内部的燃烧气体通过多个环部之间的间隙流出到螺旋状管体部外周围的方式。本发明中所提到的热水装置是指具有生成热水功能的装置，包括通常的供应热水用的、洗澡供应热水用的、供暖用或者融雪用等各种供给热水装置以及用于供应热水以外的生成热水的装置。

Claims (7)

1.一种换热器，包括外壳和水管，该外壳的内部被导入燃烧气体，该水管具有螺旋状管体部，用于从上述燃烧气体进行热回收，该螺旋状管体部收容在该外壳内，且是在轴向上排列被串联起来的多个环部而成，其特征在于，

上述多个环部中的至少一个环部的在与上述轴向交叉的宽度方向上的两端部为相对于上述轴向倾斜的倾斜管体部，且该至少一个环部的上述宽度方向上的中间部为相对于上述轴向正交的非倾斜管体部。

2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，

上述多个环部的全部环部都具有上述倾斜管体部和非倾斜管体部。

3.根据权利要求1或2所述的换热器，其特征在于，

上述各环部具有在上述宽度方向延伸的相互大致平行的一对直管部、及与该一对直管部的端部相连的一对弯管部；

上述各直管部是上述非倾斜管体部，上述各弯管部是上述倾斜管体部。

4.根据权利要求1至3中任1项所述的换热器，其特征在于，

上述的螺旋状管体部以上述多个环部在铅直方向上排列的方式配置于上述外壳内；

上述外壳具有在水平方向上夹着上述螺旋状管体部的一对壁部，并在该一对壁部上形成有进气口和排气口；

燃烧气体被从上述进气口导入到上述外壳内时，上述燃烧气体通过了上述多个环部之间的间隙之后，从上述排气口排出到上述外壳的外部。

5.根据权利要求4所述的换热器，其特征在于，

上述水管具有与上述螺旋状管体部下部相连的延伸管体部，

该延伸管体部的一部分露出到上述外壳的外部，且在该露出部分设有以越靠近该延伸管体部的前端而高度越降低的方式弯曲的弯曲部。

6.一种热水装置，具有燃烧器和换热器；上述换热器包括外壳和水管，该外壳的内部被导入燃烧气体，该水管具有螺旋状管体部，用于从上述燃烧气体进行热回收，该螺旋状管体部收容在该外壳内，且是在轴向上排列被串联起来的多个环部而成，其特征在于，

上述多个环部中的至少一个环部的在与上述轴向交叉的宽度方向上的两端部为相对于上述轴向倾斜的倾斜管体部，且该至少一个环部的上述宽度方向上的中间部为相对于上述轴向正交的非倾斜管体部。

7.一种换热器用的水管，具有在轴向上排列被串联起来的多个环部而成的螺旋状管体部；其特征在于，

上述多个环部中的至少一个环部的在与上述轴向交叉的宽度方向上的两端部为相对于上述轴向倾斜的倾斜管体部，且该至少一个环部的上述宽度方向上的中间部为相对于上述轴向正交的非倾斜管体部。

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