CN101266113B - 热水器及其热交换器结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热水器及其热交换器结构。该热交换器结构将一管排设置在复数个平行的鳍片上，使该管排形成多数个平行管件，于该鳍片上形成一纵向节距(P1)与一横向节距(Pt)，该纵向节距(P1)与该横向节距(Pt)的比值介于0.6与0.9之间。该热水器包括：一罩体；一水箱，安装在该罩体内；一燃烧器，位于该水箱下方；前述热交换器结构，位于该水箱上方；一瓦斯控制器，控制一瓦斯输入并提供给该燃烧器。本发明通过调整该管排的横向节距与纵向节距的比值以达最佳热传量，减少原先设计紧密排列所造成的压损，并达提升效率，低成本的高效益。

Description

热水器及其热交换器结构 
技术领域
本发明关于一种热水器及其热交换器结构。 
背景技术
瓦斯热水器的作用原理是应用燃烧后所产生的高温气体，经由热交换器来进行热交换，以达到加热冷水的目的。现今市面上的瓦斯热水器产品，热效率(thermal efficiency)经实验量测普遍在70％-80％之间，废气排放温度普遍接近200℃，显示还有许多热量被排放至外界未被利用。以目前市场状况，以维持现有热水器结构，而能有效提升一次热交换器性能最能被业者所接受。研究发现，目前市售热水器的热交换器，不管是用于强制排气型、自然进气型或屋外型，几乎都采用单一款式热交换器，业者设计的观点认为，只要增加管排或鳍片数，就可有效增加热传量，然而，不当的管排或鳍片排列，只会造成投入的成本增加，热传量增加却有限。再者，目前市售瓦斯热水器的热交换器设计，所采用的管径多为1/2”时或5/8”时，而纵向节距(P1)与横向节距(Pt)的比值介于0.27-0.45之间，此时的热效率随着制造工艺差异介于70-80％之间，未能够达到最佳热传量的效果，此时欲提升效率而增加管排或鳍片数目，即面临废气回流、凝结水问题或热交换器本体成本的增加，也因此国内瓦斯热水器效率始终无法明显突破。 
发明内容
本发明的主要目的是改良传统家用瓦斯热水器的热交换器结构而提供一种热水器及其热交换器结构，通过调整管排的横向节距与纵向节距的比值，以达最佳热传量，减少原先设计紧密排列所造成的压损，提升效率，降 低成本。 
本发明的次一目的是提供一种热水器及其热交换器结构，利用改变热交换器管排间的排列方式，提升热交换器的热交换量，使废气排放温度维持在100℃以上，如此不但可提升热效率，同时免除凝结水发生的问题。 
为达到上述目的的热水器的热交换器结构，包含复数个平行鳍片及设置于该鳍片上的一管排，使该管排形成多数个平行管件，于该鳍片上形成一纵向节距(P1)与一横向节距(Pt)，该纵向节距(P1)与该横向节距(Pt)的比值介于0.6与0.9之间，该热水器为一自然进气型热水器(CF)或屋外型热水器(RF)。优选的方案，该纵向节距(P1)与横向节距(Pt)分别代表该管件间的垂直与水平距离，并以该管件的中心点间的距离定义该纵向节距(P1)与该横向节距(Pt)。 
本发明提供的一种热水器，包含有：一罩体；一水箱，安装在该罩体内；一燃烧器，位于该水箱下方；一热交换器结构，位于该水箱上方；一瓦斯控制器，控制一瓦斯输入并提供给该燃烧器；其中该热交换器结构，包含：复数个鳍片；及一管排，设置于该鳍片上，使该管排形成多数个平行管件，该管件于该鳍片上形成一纵向节距(P1)与一横向节距(Pt)，该纵向节距(P1)与该横向节距(Pt)的比值介于0.6与0.9之间，该热水器为一自然进气型热水器(CF)或屋外型热水器(RF)。 
根据上述方案，本发明相较于现有结构的效果是显著的：为了有效提升家用瓦斯热水器的热效率，本发明改进传统家用瓦斯热水器的热交换器结构，调整管排与铜管的距离参数以达最佳热传量，除减少原先设计紧密排列所造成的压损外，同时可使热水器热效率达80％以上。因此，本发明利用改变热交换器管径、纵向节距(P1)与横向节距(Pt)，在几乎相同的材料成本下，即能大幅提升一次热交换器性能。综上，本发明通过调整纵向节距(P1)与横向节距(Pt)的比值，不需大幅改变原有构造，即可达到热效率提升，进而达到节能的目的。 
图1为具有本发明热水器的热交换器结构的热水器剖面示意图。 
图2为本发明热水器的热交换器结构立体示意图。 
图3为本发明热水器的热交换器结构的管排第一实施例的示意图。 
图4为本发明热水器的热交换器结构的管排第二实施例示意图。 
主要元件符号说明 
10......罩体                 20......水箱 
30......燃烧器               40......热交换器结构 
41......鳍片                 42......管排 
43......管件                 44......壳体 
50......风扇                 60......瓦斯控制器 
70......水管 
具体实施方式
请参阅图1，为具有本发明热水器的热交换器结构的热水器剖面示意图，该热水器包含有一罩体10、一水箱20、一燃烧器30、一热交换器结构40、一风扇50、一瓦斯控制器60及一水管70，该水箱20安装在该罩体10内，且位于该水箱20上方设有该热交换器结构40，位于该水箱20下方设有该燃烧器30。其中该热交换器结构40上方设置该风扇50。该燃烧器30是由该瓦斯控制器60控制一瓦斯输入而产生燃烧，使该水箱20中的水可以升温变为热水而输出。 
请同时参阅图2、3、4，为本发明热水器的热交换器结构的立体示意图、热交换器结构的管排第一实施例的示意图及热交换器结构的管排第二实施例示意图，该热交换器结构40包括有复数个平行排列的鳍片41与一管排42，该管排42设置于该鳍片41上，使该管排42形成多数个平行管件43，于该鳍片41上形成一纵向节距(P1)与一横向节距(Pt)。而热交换器效率主要影 响因素包含鳍片片数、鳍片厚度、水管管径、纵向节距(P1)与横向节距(Pt)等，当欲提升效率而增加鳍片厚度时，会造成风阻的增加进而增加CO的生成；而增加鳍片片数时，则会扩大热交换器的体积而增加制造成本，因此本发明考虑了改变纵向节距(P1)与横向节距(Pt)，使热交换器效率提升。经实验验证，以目前现有热交换器结构，欲提升效率最有效的方法即是调整纵向节距(P1)与横向节距(Pt)两系数的比值，本发明将该纵向节距(P1)与该横向节距(Pt)的比值由传统的0.27-0.45调整到0.6与1.1之间，可以有效的增加热传量，且成本增加很少，较能为业界所接受而生产该热交换器。 
较佳地，该鳍片41与该管排42可由一壳体44固定，方便安装。 
较佳地，该纵向节距(P1)与该横向节距(Pt)形成于该鳍片41上，使该管件43位于该鳍片41中央位置。亦即于该鳍片41上形成矩形面积，而该纵向节距(P1)与该横向节距(Pt)为矩形的外围长度，如图3所示。因此该管件43位于该鳍片41的矩形面积的中央位置，该纵向节距(P1)与该横向节距(Pt)为矩形的外围长度，本实施例即可定义该纵向节距(P1)与该横向节距(Pt)。 
较佳地，该纵向节距(P1)与该横向节距(Pt)形成该管件43间的垂直与水平距离。亦即以该每一相邻管件43的中心点间的距离定义该纵向节距(P1)与该横向节距(Pt)。在同一列上的管件，于该鳍片上的管件43间形成一定距离，该一定距离是自该一管件的中心位置起到该另一管件的中心位置止的距离，此定义为横向节距(Pt)，如图4所示。而在相邻列上，该相邻的管件是自该一管件的中心位置的水平延长线起到该另一管件的中心位置的水平延长线止的距离，此定义为纵向节距(P1)。因此本实施例的该相邻管件间的距离即可定义该纵向节距(P1)与该横向节距(Pt)。 
市场上对热水器的型态可按不同环境而制作，例如本发明热水器为一自然进气型热水器(CF)或屋外型热水器(RF)，则该纵向节距(P1)与该横向节距(Pt)两系数的比值介于0.6与0.9之间。较佳地，该纵向节距(P1)与该横向节距(Pt)两系数的比值0.81。本发明第一实施例的实验数据如下：
  
P1/Pt 排放温度℃ 热效率％
0.45 168.0 78.16
0.63 147.8 80.85
0.81 111.7 85.17
在自然进气型热水器(CF)与屋外型热水器(RF)中，因为没有外加强制对流机制，里面流场流速较慢，当纵向节距(P1)与横向节距(Pt)两系数的比介于0.6与0.9之间时，会有最佳热传量。 
或例如本发明热水器为一强制排气型水器(FE)或强制供气型水器(FF)，该纵向节距(P1)与该横向节距(Pt)两系数的比值介于0.8与1.1之间。较佳地，该纵向节距(P1)与该横向节距(Pt)两系数的比值为1.0。本发明第二实施例的实验数据如下： 
  
P1/Pt 排放温度℃ 热效率％
0.45 189.0 75.69
0.81 138.0 81.38
1.00 134.0 82.12
在强制排气热水器(FE)与强制供气热水器(FF)中，因为有外加强制对流机制，里面流场流速较快，当纵向节距(P1)与横向节距(Pt)两系数的比值介于0.8与1.1时，会有最佳热传量。以此设计出的热交换器，其废气温度仍低于150℃的范围，不但效率提升，且没有凝结水的问题产生。

Claims (11)

1.一种热水器的热交换器结构，包含：
复数个鳍片；及
一管排，设置于该鳍片上，使该管排形成多数个平行管件，于该鳍片上形成一纵向节距(P1)与一横向节距(Pt)，其特征是：该纵向节距(P1)与该横向节距(Pt)的比值介于0.6与0.9之间；
该热水器为一自然进气型热水器(CF)或屋外型热水器(RF)。
2.如权利要求1所述的热水器的热交换器结构，其特征是：该鳍片为平行排列，该管件位于该鳍片中央位置。
3.如权利要求1所述的热水器的热交换器结构，其特征是：该纵向节距(P1)与该横向节距(Pt)分别代表该管件间的垂直与水平距离。
4.如权利要求1所述的热水器的热交换器结构，其特征是：该纵向节距(P1)与该横向节距(Pt)两系数的最佳比值为0.81。
5.如权利要求1所述的热水器的热交换器结构，其特征是：该纵向节距(P1)与横向节距(Pt)分别代表该管件间的垂直与水平距离，并以该管件的中心点间的距离定义该纵向节距(P1)与该横向节距(Pt)。
6.如权利要求1所述的热水器的热交换器结构，其特征是：更包括一壳体，使该鳍片与该管排固设于该壳体内。
7.一种热水器，包含有：
一罩体；
一水箱，安装在该罩体内；
一燃烧器，位于该水箱下方；
一热交换器结构，位于该水箱上方；
一瓦斯控制器，控制一瓦斯输入并提供给该燃烧器；
其中该热交换器结构，包含：
复数个鳍片；及
一管排，设置于该鳍片上，使该管排形成多数个平行管件，该管件于该鳍片上形成一纵向节距(P1)与一横向节距(Pt)，其特征是：该纵向节距(P1)与该横向节距(Pt)的比值介于0.6与0.9之间；
该热水器为一自然进气型热水器(CF)或屋外型热水器(RF)。
8.如权利要求7所述的热水器，其特征是：该鳍片为平行排列，该管件位于该鳍片中央位置。
9.如权利要求7所述的热水器，其特征是：该纵向节距(P1)与该横向节距(Pt)分别代表该管件间的垂直与水平距离，并以该管件的中心点间的距离定义该纵向节距(P1)与该横向节距(Pt)。
10.如权利要求7所述的热水器，其特征是：更包括一壳体，使该鳍片与该管排固设于该壳体内。
11.如权利要求7所述的热水器，其特征是：更包括一风扇，设置于该热交换器上方或下方。
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