CN103900402A - 换热器和具备该换热器的热水器 - Google Patents

Abstract

本发明提供换热器和具备该换热器的热水器。在一次换热器（11）中，在下层和上层中以导热管（15）一边贯穿多片散热片（13）一边往返的形态配置有导热管（15），该导热管（15）被配置为一根连续的管。上层的导热管（15b）的间距（P2）配置为比下层的导热管（15a）的间距（P1）短。另外，导热管（15）配置为上层的导热管（15b）的各自的中心的、与导热管延伸的第1方向相正交的第2方向上的位置同下层的导热管（15a）的各自的中心的、第2方向上的位置彼此错开。

Description

换热器和具备该换热器的热水器

技术领域

本发明涉及换热器和具备该换热器的热水器。

背景技术

换热器主要由如下构件构成：板状的多片散热片、贯穿散热片的导热管、连接于导热管的供水管和出水管以及作为外壳的壳板等。在热水器中，例如，在换热器的下方配置有用于将燃烧气体送入换热器内的燃烧器。作为一个连续的管，导热管以一边贯穿散热片一边往返的形态配置于靠近燃烧器的一侧（下层）和远离燃烧器的一侧（上层）。在导热管的一端侧连接有供水管，以便使水从配置于靠近燃烧器的下层的导热管向配置于上层的导热管流动，且在导热管的与该一端侧相反的另一端侧连接有出水管。

在换热器中，在与导热管延伸的方向大致正交的方向上的截面中的、配置于下层的导热管（截面）的数量与配置于上层的导热管（截面）的数量相同的情况下，以呈格子状排列导热管的截面的方式配置导热管。另一方面，在配置于下层的导热管（截面）的数量与配置于上层的导热管（截面）的数量不同的情况下，以交错排列导热管的截面的方式配置导热管。

作为公开有这样的在下层和上层配置有导热管的换热器的专利文献，具有日本特开2006－349234号公报、日本实开平03－546号公报以及日本特开平08－200819号公报。

以往，尤其是在采用了在下层和上层呈格子状地排列导热管的配置的换热器中，若将配置于下层的导热管间的间距和配置于上层的导热管间的间距设为相同间距，则位于燃烧气体的气流的下游的上层的导热管的正下方的部分处于下层的导热管的背后（日文：陰）。因此，无法使燃烧气体高效地与导热管相接触，从而阻碍了换热器中的水与燃烧气体间的换热率的进一步提高。

发明内容

本发明就是为了解决上述问题点而完成的，其一目的在于提供一种能够谋求换热率的进一步提高的换热器，其另一目的在于提供一种具备这样的换热器的热水器。

本发明的换热器具有多片散热片和导热管。多片散热片分别具有主表面，且被配置为沿着与主表面相交叉的第1方向彼此隔开间隔。导热管包括多根以贯穿多片散热片的方式分别沿着第1方向延伸的贯穿管，且该导热管被配置为一根连续的管。导热管包括第1层部和第2层部。在第1层部中，多根贯穿管中的、多根第1贯穿管分别沿着与第1方向相交叉的第2方向以第1间距配置。在第2层部中，多根贯穿管中的、多根第2贯穿管分别沿着第2方向以第2间距配置。第1贯穿管的数量与第2贯穿管的数量相同。第1间距与第2间距不同。

本发明的热水器是具备上述换热器的热水器，其包括燃烧部和排气集合筒。燃烧部用于将燃烧气体送入到换热器。排气集合筒具有流出口，该流出口配置于隔着换热器与配置有燃烧部的一侧相反的一侧，且该流出口用于供在换热器中进行了换热之后的燃烧气体流出。

采用本发明的换热器，通过在导热管的第1层部和第2层部中使第1贯穿管的数量与第2贯穿管的数量相同，并使第1贯穿管间的第1间距与第2贯穿管间的第2间距不同，从而能够使燃烧气体高效地与导热管相接触，能够提高换热率。

采用本发明的热水器，由于具备上述换热器，从而能够谋求换热率的提高。

本发明的上述内容以及其他目的、特征、技术方案和优点通过能够与附图相关联地理解的与本发明相关的下述详细的说明而得以明确。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的热水器的结构的概略图。

图2是在同一实施方式中表示热水器中的燃烧器、一次换热器以及二次换热器的第1立体图。

图3是在同一实施方式中表示热水器中的燃烧器、一次换热器以及二次换热器的第2立体图。

图4是在同一实施方式中表示一次换热器和二次换热器的构造的局部剖视立体图。

图5是在同一实施方式中表示一次换热器的构造的第1立体图。

图6是在同一实施方式中表示一次换热器的构造的第2立体图。

图7是在同一实施方式中表示一次换热器的、与导热管延伸的方向相正交的方向上的剖视图。

图8是比较例的热水器中的一次换热器的、与导热管延伸的方向相正交的方向上的剖视图。

图9是表示比较例的热水器中的、一次换热器中的燃烧气体的气流的图。

图10是在同一实施方式中表示一次换热器中的燃烧气体的气流的图。

图11是在同一实施方式中表示一次换热器的导热管的配置关系与燃烧气体的气流的图。

图12是表示比较例的热水器中的一次换热器的导热管的配置关系与燃烧气体的气流的图。

图13是在同一实施方式中表示一变形例的热水器中的、一次换热器和二次换热器的剖视图。

图14是在同一实施方式中用于说明导热管的配置关系的图，图14的（A）是表示导热管的配置关系的一形态的图，图14的（B）是表示导热管的配置关系的另一形态的图。

图15是表示比较例的热水器中的一次换热器的侧视图。

图16是在同一实施方式中表示另一变形例的热水器的结构的概略图。

具体实施方式

说明具备实施方式的换热器的热水器。如图1所示，在热水器1的壳体2内设有：燃烧器3，其用于供给燃烧气体；燃烧鼓风机6，其用于将空气送入到燃烧器3；以及一次换热器11和二次换热器21，其二者利用燃烧气体进行换热。另外，本发明（权利要求）的换热器对应的是一次换热器11而非二次换热器21。在燃烧器3上连结有气体管5。在二次换热器21上连结有供水管31a，在一次换热器11上连结有经过了二次换热器21的供水管31b和出水管33。在该供水管31b与出水管33之间连接有旁路管35。另外，设有用于排出在二次换热器21中产生的排水的排水管25。

接着，具体地说明一次换热器11及其周边的构造。如图2和图3所示，在燃烧器壳体4内收纳有燃烧器3。在燃烧器壳体4的下部安装有燃烧鼓风机6。而且，如图4所示，一次换热器11被收纳于作为收纳壳体的壳板17内。在一次换热器11之上配置有排气集合筒23。在排气集合筒23上形成有流出口23a，该流出口23a用于将经过了一次换热器11的燃烧气体向二次换热器21供给。在二次换热器21中设有多根水管21a和用于排出燃烧气体的排气口21b。

接着，进一步详细地说明一次换热器11的构造。如图5和图6所示，在一次换热器11中，以使具有主表面的散热片13在与主表面大致正交的方向上相互隔开间隔的方式配置有多片该散热片13。另外，为了使附图简化，且为了方便说明，在附图中示出了分别位于两端和中央附近的散热片13。导热管15作为一根连续的管以一边贯穿该多片散热片13一边往返的形态配置于相对于燃烧器3（参照图2、图3）而言较近的下层和相对于燃烧器3（参照图2、图3）而言较远的上层。导热管15的管径例如为φ16mm。

导热管15由直管16a和U字管16b形成，该直管16a作为以贯穿多片散热片13的方式延伸的贯穿管，该U字管16b用于将相邻的直管16a彼此连接起来。在该导热管15的一端侧连接有供水管31b，以便使水从下层的导热管15a向上层的导热管15b流动，且在该导热管15的另一端侧连接有出水管33（参照图6的箭头）。

接着，说明导热管15的配置构造。如图7所示，在下层的导热管15a中，直管16a分别被配置为沿着与直管16a延伸的方向（第1方向）大致正交的方向（第2方向）具有第1间距P1。在上层的导热管15b中，直管16a分别被配置为沿着第2方向具有比第1间距P1短的第2间距P2。下层的直管16a（导热管15a）的数量与上层的直管16a（导热管15b）的数量相同。另外，将在沿着第2方向配置的下层的导热管15a中的位于一端的下层的导热管15a（直管16a）与沿着第2方向配置的上层的导热管15b中的位于一端的上层的导热管15b（直管16a）之间的间距设为第2间距P2。第1间距P1例如设为32mm，第2间距P2例如设为28mm。

上层的导热管15b（直管16a）的各自的中心（截面）的第2方向上的位置与下层的导热管15a（直管16a）的各自的中心（截面）的第2方向上的位置彼此错开。下层的导热管15a配置为导热管15a的沿着第2方向的截面相对于将沿着第2方向配置的导热管15a（直管16a）中的位于一端的导热管15a（直管16a）的中心与位于另一端的导热管15a（直管16a）的中心连结的线段的中垂线S线对称。另外，上层的导热管15b也配置为导热管15b的沿着第2方向的截面相对于该中垂线S线对称（参照图11）。本热水器1的一次换热器11如上所述地构成。

接着，说明上述热水器的动作。通过打开运转开关并使规定量的水在供水管31a中流动，使燃烧鼓风机6开始转动，燃烧器3（参照图2或图3）点火，燃烧气体被从燃烧器3向上方送出。被送出的燃烧气体在配置有一次换热器11的壳板17内流动，接着，经过排气集合筒23的流出口23a而在二次换热器21内流动，之后，被从排气口21b向外排出。

另一方面，从供水管31a输送的水首先在二次换热器21的水管21a中流动。在水于二次换热器21中流动的过程中，水被燃烧气体（潜热）预加热。接着，被预加热后的水经由供水管31b而被向一次换热器11输送。被输送至一次换热器11的预加热后的水在下层的导热管15a中流动，接着，在上层的导热管15b中流动。在水于该导热管15中流动的过程中，在散热片13与散热片13之间的间隙中流动的燃烧气体（显热）同水之间进行换热，从而将被预加热后的水加热至规定的温度。被加热至规定的温度的热水被经由出水管33向热水器1外输送。如此一来，作为热水器1，能够供给规定的温度的热水。

以与比较例的热水器的情况相对比的方式说明具备上述换热器的热水器的作用效果。

如图8所示，在比较例的热水器101的一次换热器111中的导热管115中，下层的直管116a（导热管115a）的数量与上层的直管116a（导热管115b）的数量相同。下层的导热管115a（直管116a）分别被配置为沿着与其延伸的方向（第1方向）大致正交的方向（第2方向）具有间距PP1。上层的导热管115b（直管116a）分别被配置为沿着第2方向具有间距PP2。间距PP1与间距PP2为相同的间距。

另外，上层的导热管115b（直管116a）的各自的中心（截面）的第2方向上的位置与下层的导热管115a（直管116a）的各自的中心（截面）的第2方向上的位置为同一位置。另外，作为热水器，除此以外的结构均与图2等所示的热水器相同，因此除非必要情况，不重复其说明。

接着，说明比较例的热水器101的动作。被从燃烧器103向上方送出的燃烧气体在配置有一次换热器111的壳板117内流动，之后，在排气集合筒123内和二次换热器内121内流动而被向外排出。另一方面，被二次换热器121预加热并被输送至一次换热器111的水在于导热管115中流动的过程中被燃烧气体加热至规定的温度。此时，在散热片113与散热片113之间的间隙中流动的燃烧气体同在贯穿该散热片113的导热管115中流动的水之间进行换热。

如图9所示，在比较例的热水器101中，导热管115配置为下层的导热管115a间的间距与上层的导热管115b间的间距为同一间距。另外，导热管115配置为上层的导热管115b的各自的中心的第2方向上的位置与下层的导热管115a的各自的中心的第2方向上的位置为同一位置。因此，相对于燃烧气体的气流（参照箭头）而言，下游侧的上层的导热管115b位于上游侧的下层的导热管115a的背后的部分（参照虚线框）的正上方。其结果，难以使燃烧气体高效地与上层的导热管115b相接触，从而成为阻碍一次换热器111的换热率上升的原因。

相对于比较例，在实施方式的热水器1中，如图7和图10所示，导热管15配置为上层的导热管15b间的间距P2比下层的导热管15a间的间距P1短（配置A）。另外，导热管15配置为上层的导热管15b的各自的中心的第2方向上的位置与下层的导热管15a的各自的中心的第2方向上的位置彼此错开（配置B）。因此，相对于燃烧气体的气流（参照箭头）而言，下游侧的上层的导热管15b与上游侧的下层的导热管15a的背后的部分（参照虚线框）沿第2方向错开。由此，能够使燃烧气体高效地与上层的导热管15b相接触，能够提高一次换热器11的换热率。

尤其是在为了使热水器小型化（紧凑化）而缩短一次换热器的下层的导热管与上层的导热管之间的间隔的情况下，在比较例的热水器中，越发难以使燃烧气体高效地与上层的导热管相接触。而在实施方式的热水器1中，即使缩短一次换热器11的下层的导热管15a与上层的导热管15b之间的间隔，也能够通过以配置A和配置B配置下层的导热管15a和上层的导热管15b来使燃烧气体高效地与上层的导热管15b相接触。由此，能够阻止一次换热器11的换热率下降，能够有助于一次换热器11的小型化乃至热水器1的小型化。

另外，如图11所示，在实施方式的热水器的一次换热器11中，下层的导热管15a和上层的导热管15b配置为导热管15（截面）相对于中垂线S线对称，从而即使在设于排气集合筒23的燃烧气体的流出口23a位于沿着第2方向配置的导热管15a中的、位于一端的导热管15a侧（后方侧）的情况下，也能够使燃烧气体大致均匀地与导热管15相接触，能够高效地进行换热。而如图12所示，在以上层的导热管115b集中于沿着第2方向配置的导热管115a中的、位于另一端的导热管115a侧（前方侧）的方式配置上层的导热管115b的情况下，导致燃烧气体在未配置有导热管的、对换热毫无帮助的区域（参照虚线框T）中流动，从而导致换热率下降。

而且，在实施方式的热水器的一次换热器11中，上层的导热管15b间的第2间距比下层的导热管15a间的第1间距短，且该下层的导热管15a和上层的导热管15b配置为相对于中垂线S线对称，从而能够抑制燃烧气体的停滞。即，沿着第2方向配置的上层的导热管15b中的、位于一端的导热管15b与壳板17之间的距离比下层的相对应的导热管15a与壳板17之间的距离长，从而尤其能够抑制燃烧气体在燃烧气体的气流的下游侧的、未配置有排气集合筒23的流出口23a的那一侧的区域内停滞。

另外，在实施方式的热水器的一次换热器11中，导热管15配置为相对于中垂线S线对称，从而能够不必变更一次换热器11就将排气集合筒安装为其朝向与图7等所示的排气集合筒23的朝向（配置关系）相反。即，如图13所示，能够以燃烧气体的流出口23a位于与后方侧相反的前方侧且排气口21b位于后方侧的方式安装排气集合筒23。在这样热水器1中，也能够利用导热管15的配置的对称性使燃烧气体大致均匀地与导热管15相接触而能够高效地进行换热。而且，相对于热水器1的排气变化，能够谋求一次换热器11的通用化，从而能够有助于降低成本。

这样，在实施方式的一次换热器中，记述了导热管15配置为上层的导热管15b的第2方向上的位置与下层的导热管15a的第2方向上的位置彼此错开的情况，在此，对其偏移量进行研究。

假设换热器以具有多层的导热管的方式配置有导热管。以将导热管配置为相对于中垂线线对称为前提，将最下层的导热管间的间距设为a，将比最下层靠上1层的导热管间的间距设为b，将各层的导热管的数量设为相同。并且，将各层的导热管的总数设为2（n＋1）。在此，n为整数（0、1、2、3…）。

将导热管的管径设为例如φ16mm，根据发明人们研究的结果，得知在图14的（A）所示的、n为奇数（例如3）的情况下的导热管的配置中，只需使以下所示的关系成立即可。

a／2＞a／2－b／2＞1mm

另外，得知在图14的（B）所示的、n为偶数（例如2）的情况下的导热管的配置中，只需使以下所示的关系成立即可。

a／2≥a－b＞1mm

因而，得知，作为最下层的导热管的中心C1与比最下层靠上1层的导热管的中心C2之间的偏移量D（第2方向上的长度），只要为1mm以上，就能够获得所期望的效果。

另外，在实施方式的一次换热器11中，通过使下层的导热管15a的数量与上层的导热管15b的数量相同，如图6所示，能够将导热管15的用于与供水管31b连接的一端和导热管15的用于与出水管33连接的另一端这双方配置于在第1方向上延伸的导热管15（直管16a）的一侧。由此，如图3所示，只需将供水管31b和出水管33安装于包围一次换热器的壳板17中的、导热管的一端和另一端所在的那一侧的一个侧部即可。其结果，能够缩短用于将供水管31b与出水管33连接起来的旁路管35的长度，能够谋求成本的削减。另外，旁路管35是指，为了供给所期望的温度的热水而用于将被供给的水不进行加热就与被换热器加热后的水（热水）相混合的管。

而在下层的导热管的数量与上层的导热管的数量不同的情况下，导热管的用于与供水管连接的一端和导热管的用于与出水管连接的另一端以相对的方式位于沿着第1方向延伸的导热管（直管）的一侧和另一侧。因此，如图15所示，导致用于连接供水管131b和出水管133a的旁路管135a的长度变长。另外，若要避免旁路管变长，则需要使出水管133b沿着壳板17延伸至配置有供水管131b的那一侧，即使能够缩短旁路管135b，也会导致出水管133b的长度变长。另外，在使出水管133b沿着壳板17延伸的情况下，出水管133b无法直接与燃烧气体进行换热，因此，与实施方式的一次换热器相比，在提高热效率这方面上是不利的。

另外，通过将分别沿着第2方向配置的下层的导热管15a和上层的导热管15b中的、分别位于一端的下层的导热管15a与上层的导热管15b之间的间距设为第2间距P2，作为用于连接该下层的导热管15a和上层的导热管15b的连接管，能够通用用于将上层的导热管15b彼此连接的连接管，因此能够有助于削减成本。

另外，在该情况下，与将分别位于一端的下层的导热管15a与上层的导热管15b之间的间距设为第1间距P1的情况相比，能够缩小一次换热器11的上下方向上的尺寸，也能够有助于一次换热器11的紧凑化。

另外，以将上述换热器用作在燃烧器的上方配置有换热器的热水器的一次换热器的情况为例进行了说明（参照图1）。作为应用换热器的热水器，并不局限于该类型的热水器，，如图16所示，也能够用作在燃烧器3的下方配置有换热器的热水器的一次换热器11。在该情况下，在该一次换热器11的下方配置二次换热器21。该类型的燃烧方式主要应用在将石油用作燃料的热水器中。因此，在燃烧器3上连接有燃料管7。

另外，在上述换热器中，作为导热管的配置，以下层和上层这两层的配置为例进行了说明，但是也可以是3层以上的配置。如上所述，尤其在两层的配置的情况下，能够有助于一次换热器的紧凑化。另外，作为导热管的管径和间距，所列举的数值为一例，并不限定于该数值。

本发明能够有效地应用于具备贯穿多片散热片的导热管的换热器中。

虽然对本发明的实施方式进行了说明，但是本说明书记载的实施方式应该被认为在所有的点上均为示例，并不具有限制性。本发明的保护范围利用权利要求书进行表示，包含与权利要求书等同的意思及范围内的所有变更。

Claims (10)

1.一种换热器，其中，该换热器具有：

多片散热片，该多片散热片分别具有主表面，且被配置为沿着与上述主表面相交叉的第1方向彼此隔开间隔；以及

导热管，其包括多根以贯穿上述多片散热片的方式分别沿着上述第1方向延伸的贯穿管，且该导热管被配置为一根连续的管，

上述导热管包括：

第1层部，其是通过沿着与上述第1方向相交叉的第2方向将多根上述贯穿管中的、多根第1贯穿管分别以第1间距配置而成的；以及

第2层部，其是通过沿着上述第2方向将多根上述贯穿管中的、多根第2贯穿管分别以第2间距配置而成的，

上述第1贯穿管的数量与上述第2贯穿管的数量相同，

上述第1间距与上述第2间距不同。

2.根据权利要求1所述的换热器，其中，

多根上述第1贯穿管配置为多根上述第1贯穿管的沿着上述第2方向的截面相对于将沿着上述第2方向配置的多根上述第1贯穿管中的、位于一端的第1贯穿管的中心与位于另一端的第1贯穿管的中心连结的线段的中垂线线对称，

多根上述第2贯穿管配置为多根上述第2贯穿管的沿着上述第2方向的截面相对于上述中垂线线对称，

多根上述第2贯穿管的各自的中心的上述第2方向上的位置与多根上述第1贯穿管的各自的中心的上述第2方向上的位置彼此错开。

3.根据权利要求2所述的换热器，其中，

沿着上述第2方向配置的多根上述第1贯穿管中的、位于上述一端的第1贯穿管与沿着上述第2方向配置的多根上述第2贯穿管中的、位于上述一端的第2贯穿管之间的间距被设定为上述第1间距和上述第2间距中的较短一个间距。

4.根据权利要求1所述的换热器，其中，

沿着上述第2方向配置的多根上述第1贯穿管中的、位于上述一端的第1贯穿管与沿着上述第2方向配置的多根上述第2贯穿管中的、位于上述一端的第2贯穿管之间的间距被设定为上述第1间距和上述第2间距中的较短一个间距。

5.一种热水器，

其中，该热水器具有权利要求1～4中任一项所述的换热器，

该热水器包括：

燃烧部，其用于将燃烧气体送入到上述换热器；以及

排气集合筒，其具有流出口，该流出口配置在隔着上述换热器与配置有上述燃烧部的一侧相反的一侧，且该流出口用于供在上述换热器中进行了换热后的燃烧气体流出。

6.根据权利要求5所述的热水器，其中，

上述流出口在隔着上述换热器与配置有上述燃烧部的一侧相反的一侧设于沿着上述第2方向配置的多根上述第1贯穿管中的、位于一端的第1贯穿管侧和位于另一端的第1贯穿管侧中的任一贯穿管侧。

7.根据权利要求6所述的热水器，其中，

上述换热器配置于上述燃烧部的上方和下方中的任意一方，

上述第1层部位于距上述燃烧部相对于上述第2层部而言较近的近侧，

上述第2层部位于距上述燃烧部相对于上述第1层部而言较远的远侧，

上述第2层部的上述第2间距被设定为比上述第1层部的上述第1间距短。

8.根据权利要求6所述的热水器，其中，

该热水器包括：

壳板，其包括一对相对侧部，该一对相对侧部配置为包围上述多片散热片，且以在上述第1方向上隔开间隔的方式相对；

供水管；以及

出水管，

上述导热管的一端和另一端这双方均位于上述一对相对侧部中的、一侧的相对侧部的所在侧，

上述供水管从上述一侧的相对侧部的所在侧连接于上述导热管的上述一端，

上述出水管从上述一侧的相对侧部的所在侧连接于上述导热管的上述另一端。

9.根据权利要求5所述的热水器，其中，

上述换热器配置于上述燃烧部的上方和下方中的任意一方，

上述第1层部位于距上述燃烧部相对于上述第2层部而言较近的近侧，

上述第2层部位于距上述燃烧部相对于上述第1层部而言较远的远侧，

上述第2层部的上述第2间距被设定为比上述第1层部的上述第1间距短。

10.根据权利要求5所述的热水器，其中，

该热水器包括：

壳板，其包括一对相对侧部，该一对相对侧部配置为包围多片上述散热片，且以在上述第1方向上隔开间隔的方式相对；

供水管；以及

出水管，

上述导热管的一端和另一端这双方均位于上述一对相对侧部中的、一侧的相对侧部的所在侧，

上述供水管从上述一侧的相对侧部的所在侧连接于上述导热管的上述一端，

上述出水管从上述一侧的相对侧部的所在侧连接于上述导热管的上述另一端。

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