CN105466245B - 换热器的集管和具备该集管的换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供换热器的集管和具备该集管的换热器。换热器(HE1)的集管(H)包括：第1壁部(22b)，其连接有多个导热管(1)；第2壁部(30a)，其与该第1壁部(22b)隔开间隔地相面对；以及周壁部(30b)，其以将第1壁部(22b)和第2壁部(30a)的相互间区域形成为流体流入用的腔室(36)的方式将第1壁部(22b)的外周缘部和第2壁部(30a)的外周缘部相互连接，第1壁部(22b)和第2壁部(30a)中的至少一个壁部以该壁部的靠中央的区域与靠外周缘的区域相比位于腔室(36)的内侧的方式弯曲。由此，能够在抑制集管的厚壁化的同时充分地确保集管的强度，也能够较佳地应对反复发生例如水锤。

Description

换热器的集管和具备该集管的换热器
技术领域
本发明涉及一种与用作供热水装置的构成要素等的换热器相关联的技术。
背景技术
作为换热器的一例子，存在专利文献1所记载的换热器。
该文献所记载的换热器包括多个导热管和容纳这些多个导热管的外壳。所述外壳的侧壁部的一部分向外壳的外方鼓出。通过在该鼓出部嵌合辅助构件，构成在内部形成有腔室的入水用或者出热水用的集管。在所述鼓出部的顶端壁部焊接有所述多个导热管，这些多个导热管的内部与所述腔室连通。
采用这样的结构，能够利用所述集管适当地使热水流入到多个导热管或者自该多个导热管流出。此外，由于所述集管是利用所述外壳的所述侧壁部形成的，因此，能够谋求减少部件件数、整体小型化。也能够较佳地谋求降低制造成本。
但是，在所述以往技术中，像以下说明的那样存在应改善的余地。
即，在所述换热器的集管上连接有配管构件，该配管构件安装有电磁开闭阀等各种流体设备。在这样的配管构件的路径中，有可能发生水锤。在发生水锤时，所述集管内的水压较大程度地上升。存在多次反复发生水锤的情况。因而，作为所述集管，需要构成为相对于内部水压的反复变动而言具有充分的耐久性。在所述集管中，所述鼓出部的顶端壁部和与该顶端壁部相面对的辅助构件的一部分分别是具有稍大一些的面积的平板状，因此，在发生水锤时易于产生挠曲变形。因而，需要使这些部分具有充分的强度。特别是，在所述鼓出部的顶端壁部焊接所述多个导热管的情况下，像参照图5且之后说明的那样，易于产生由焊接引起所述鼓出部的顶端壁部应变而向与所述腔室相反的一侧弯曲的现象。在这种情况下，所述顶端壁部由于水压的上升而更易于产生变形，产生在所述各导热管的焊接部位集中较大应力的不良。
作为用于消除这种状况的手段，一般考虑增大所述集管的各部分的厚度，提高所述集管的刚性。但是，在只是采用这样的手段的情况下，会导致制造成本上升、重量增大。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开2014－70844号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于提供能够适当地抑制或者防止所述那样的不良的换热器的集管和具备该集管的换热器。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，在本发明中采取如下的技术方案。
由本发明的第1技术方案提供的换热器的集管包括：第1壁部，其连接有换热器的多个导热管；第2壁部，其与该第1壁部隔开间隔地相面对；以及周壁部，其以所述第1壁部和所述第2壁部的相互间区域形成为与各所述导热管的内部连通的流体流入用的腔室的方式将所述第1壁部的外周缘部和所述第2壁部的外周缘部相互连接，所述第1壁部和所述第2壁部中的至少一个壁部设为以该壁部的靠中央的区域与靠外周缘的区域相比位于所述腔室的内侧的方式弯曲的形态。
优选的是，通过向设置在所述第1壁部上的多个孔部插入所述多个导热管、而且对插入部分实施焊接来谋求所述第1壁部和所述多个导热管之间的连接，所述第1壁部和所述第2壁部中的、至少所述第1壁部设为所述弯曲的形态。
优选的是，所述第1壁部和所述第2壁部这两者设为所述弯曲的形态。
由本发明的第2技术方案提供的换热器的集管包括：第1壁部，其连接有所述换热器的多个导热管；第2壁部，其与该第1壁部隔开间隔地相面对；以及周壁部，以所述第1壁部和所述第2壁部的相互间区域形成为与各所述导热管的内部连通的流体流入用的腔室的方式将所述第1壁部的外周缘部和所述第2壁部的外周缘部相互连接，在所述第1壁部和所述第2壁部中的至少一个壁部上设有局部地向所述腔室的内侧或者外侧突出的至少1个凸状部。
优选的是，所述凸状部向所述腔室的内侧突出。
优选的是，作为所述凸状部，具有设置在所述第1壁部中的、所述多个导热管的连接部位相互之间的位置的凸状部。
优选的是，所述多个导热管以在恒定方向上排列的方式连接于所述第1壁部，作为所述凸状部，具有以下形态的凸状部：该凸状部位于所述第1壁部中的、沿与所述恒定方向交叉的方向相对于所述多个导热管的连接部位偏移的部位，而且沿所述恒定方向延伸。
优选的是，在所述第2壁部上安装有接头用管体部，所述第2壁部和所述周壁部一体成形，在所述第1壁部的外周缘上连接设有自该外周缘向与所述第2壁部相反的一侧突出的筒状壁部，所述周壁部嵌合并接合于该筒状壁部。
由本发明的第3技术方案提供的换热器具备利用本发明的第1或第2技术方案提供的集管。
优选的是，该换热器包括：外壳，其容纳所述多个导热管；鼓出部，其具有筒状壁部和顶端壁部，该筒状壁部以自该外壳的侧壁部朝向该外壳的外方或者内方鼓出的方式设置，该顶端壁部堵塞该筒状壁部的顶端部且与所述多个导热管接合；以及辅助构件，其相对于所述外壳的侧壁部独立，通过以利用所述鼓出部和所述辅助构件这两者形成所述腔室的方式将所述辅助构件接合于所述外壳的侧壁部，构成所述集管，所述鼓出部的顶端壁部设为所述集管的所述第1壁部，所述辅助构件构成所述第2壁部。
优选的是，所述鼓出部的筒状壁部朝向所述外壳的所述侧壁部的外方鼓出，所述辅助构件具有内部空洞状的主体部，该主体部具有形成与所述鼓出部相对应的开口部的开口边缘部，所述开口边缘部外嵌并焊接于所述鼓出部。
优选的是，所述外壳的所述侧壁部是利用金属板构成的，通过对所述侧壁部实施冲压加工，所述鼓出部一体地形成于所述侧壁部，而且所述鼓出部的筒状壁部和所述顶端壁部一体地连接。
优选的是，所述多个导热管分别是利用螺旋状或者曲折状的管体构成的，在所述外壳上设有加热用气体的供气口和排气口，从所述供气口流入到所述外壳内的加热用气体在作用于所述管体之后经由所述排气口被排出到所述外壳的外部。
根据参照附图以下进行的发明的实施方式的说明，本发明的其他特征和优点应更加明确。
附图说明
图1是表示本发明的换热器的一例子的外观立体图。
图2A是图1的IIa－IIa剖视图，图2B是图2A的IIb－IIb剖视图。
图3A是图2B的主要部分放大剖视图，图3B是图3A的IIIb－IIIb主要部分放大剖视图。
图4A、图4B是图3A和图3B的分解剖视图。
图5是表示与本发明的实施方式对比的对比例的主要部分剖视图。
图6是表示本发明的另一例子的主要部分剖视图。
图7是表示本发明的另一例子的主要部分剖视图。
图8A是表示本发明的另一例子的主要部分主视图，图8B是图8A的VIIIb－VIIIb剖视图。
图9A、图9B是表示本发明的另一例子的主要部分主视图。
图10是表示本发明的另一例子的主要部分主视图。
图11是表示本发明的另一例子的主要部分剖视图。
图12A是表示本发明的另一例子的俯视剖视图，图12B是图12A的XIIb－XIIb剖视图，图12C是侧视图。
具体实施方式
以下，参照附图具体地说明本发明的优选的实施方式。
在后述的多个实施方式中，在率先说明的实施方式和其后说明的实施方式中对彼此相同或者类似的构成要素标注相同的附图标记，省略重复说明。
〔第1实施方式〕
图1、图2A及图2B所示的换热器HE1是供热水装置中的潜热回收用的换热器，其用于自利用气体燃烧器等燃烧器(省略图示)产生的燃烧气体回收热而进行热水加热的用途。
换热器HE1的基本结构与所述专利文献1所记载的换热器的基本结构相同。具体地讲，该换热器HE1具备外壳2、容纳在该外壳2内的多个导热管1、以及与这些多个导热管1的下端部和上端部连接的入水用和出热水用的一对集管H(Ha、Hb)。
多个导热管1是采用形成为俯视大致椭圆状或者大致矩形状等的多个螺旋状管体构成的。对于这些多个螺旋状管体，其尺寸互不相同，而且以大致同心的叠绕状配置。各导热管1的下部和上部是大致水平地延伸的直状管体部10a、10b。
外壳2是大致长方体状，其包括作为矩形筒状的胴体部的外壳主体部20和堵塞该外壳主体部20的宽度方向两端开口部的一对侧壁部21、21a。外壳主体部20和侧壁部21、21a分别采用不锈钢等金属板构成。在外壳2的后壁部20c上设有供气口25，从该供气口25流入到外壳2内的燃烧气体在通过了多个导热管1的间隙之后到达设置在前壁部20d上的排气口26。在该过程中，利用各导热管1自所述燃烧气体回收热，对在各导热管1内流通的热水进行加热。
在外壳2的侧壁部21上形成有2个鼓出部22。各鼓出部22是通过对侧壁部21实施冲压加工而形成的，像图3A、图3B、图4A及图4B中明确表示的那样，各鼓出部22具有朝向外壳2的外方鼓出的筒状壁部22a和堵塞该筒状壁部22a的顶端部的顶端壁部22b。
在此，顶端壁部22b相当于在本发明中所说的集管的“第1壁部”的一例子。顶端壁部22b是以其靠中央的区域与其靠外周缘的区域相比位于外壳2的外侧(后述的腔室36的内侧)的方式以适当的曲率半径Ra弯曲的形态。能够在冲压成形鼓出部22时同时进行使顶端壁部22b弯曲的加工。多个导热管1插入到设置在顶端壁部22b上的多个孔部23，而且焊接在顶端壁部22b上(图3A、图3B的附图标记W1表示其焊接部分)。
通过将辅助构件3外嵌且焊接于鼓出部22而构成集管H。像图4A和图4B中明确表示的那样，辅助构件3具有内部空洞状的主体部30和与该主体部30的后表面侧连结的接头用管体部31；上述主体部30在其前表面侧具有形成与鼓出部22相对应的开口部32的开口边缘部33。接头用管体部31是用于连接向集管H供给热水的配管构件的部分、或者是用于连接自集管H放出热水的配管构件的部分。
在开口边缘部33的外周一体地形成有朝向开口边缘部33的外方以短尺寸突出的凸缘部34。例如，形成在辅助构件3的开口边缘部33的顶端部内周的曲面部35与筒状壁部22a的基部的外表面抵接，由此将辅助构件3外嵌于鼓出部22，并对这些抵接部分实施焊接(图3A、图3B的附图标记W2表示其焊接部分)。利用这样的结构，辅助构件3的内部中的、与顶端壁部22b相面对的区域成为与各导热管1的内部连通的热水流通用的腔室36。辅助构件3的主体部30中的、隔着腔室36而与顶端壁部22b相面对的壁部30a相当于在本发明中所说的“第2壁部”的一例子。
但是，在本实施方式中，壁部30a并不是向腔室36的内侧方向弯曲的形态。辅助构件3的主体部30中的、包围腔室36的周围的周壁部30b相当于在本发明中所说的集管的“周壁部”。
接着，说明所述的换热器HE1的作用。
首先，在图3A、图3B中，集管H的腔室36内的水压Pa作用于集管H的各部分、具体地讲是鼓出部22的顶端壁部22b(集管的第1壁部)、辅助构件3的壁部30a(集管的第2壁部)、以及周壁部30b。其中，鼓出部22的顶端壁部22b是向腔室36的内侧突出的弯曲形状，因此，由于所述的水压在顶端壁部22b中产生压缩应力。这是与例如在拱形结构物承受载荷时在拱形部分的各处产生压缩应力同样的原理。
与本实施方式不同，在顶端壁部22b例如是平坦的形状、或者向腔室36的外侧弯曲的形状时，由于水压Pa在顶端壁部22b中产生拉伸应力，易于产生弯曲变形。相对于此，采用本实施方式，能够在顶端壁部22b中产生压缩应力，提高强度而不使顶端壁部22b容易产生挠曲变形。在与集管H连接的配管路径中发生了水锤的情况下，水压Pa急剧且大幅度地上升，但即使在产生了这样的现象的情况下，也能够不使顶端壁部22b产生较大的挠曲变形。这样的效果能够带来以下效果：防止在顶端壁部22b和导热管1之间的焊接部位W1产生较大的应力，能够适当地防止焊接部位变脆弱。
图5是与本实施方式对比的对比说明图。在该图中，鼓出部22的顶端壁部22b是平坦的形状。在这样的结构中，从顶端壁部22b的外方侧进行多个导热管1和顶端壁部22b之间的焊接W1时，顶端壁部22b如箭头Na所示以向外壳2的内侧方向(腔室的外侧方向)弯曲的方式应变。在顶端壁部22b这样地应变的情况下，由于腔室内的压力更易于在顶端壁部22b中产生较大的拉伸应力。相对于此，采用本实施方式，也能够适当地避免这样的不良。
对于鼓出部22的顶端壁部22b而言，由于所述的原理能够提高强度，因此，能够谋求顶端壁部22b的薄壁化以及外壳2的侧壁部21的薄壁化，降低换热器HE1的制造成本。腔室36内的水压Pa也作用于辅助构件3的壁部30a、30b，但例如能够通过使辅助构件3具有适度的厚而使这些壁部30a、30b具有充分的强度。若仅是将辅助构件3的厚度稍微增大一些，制造成本就能够不会变得那么高。作为用于提高壁部30a的强度的手段，也可以采用后述那样的手段。
〔第2实施方式〕
在图6所示的换热器HE2中，除了鼓出部22的顶端壁部22b(集管的第1壁部)之外，辅助构件3的壁部30a(集管的第2壁部)也设为以适当的曲率半径Rb向腔室36的内侧弯曲的形态。
采用这样的结构，由于与顶端壁部22b同样的原理也能够提高壁部30a的强度。因而，在谋求集管H的各部分的薄壁化并提高整体强度的方面更加优选。
〔第3实施方式〕
在图7所示的换热器HE3中，鼓出部22的顶端壁部22b(集管的第1壁部)设为平坦的形状。另一方面，辅助构件3的壁部30a(集管的第2壁部)设为向腔室36的内侧弯曲的形态。
采用这样的结构，顶端壁部22b虽然没有采用用于提高强度的手段，但是能够适当地提高壁部30a的强度。因而，与所述以往技术相比较，仍然能够获得令人满意的效果。
〔第4实施方式〕
在图8A、图8B所示的换热器HE4中，形成在外壳2上的鼓出部22的顶端壁部22b(集管的第1壁部)基本上设为平坦的形态(非弯曲状)。在顶端壁部22b中的、多个导热管1的连接部位相互之间的位置设有凸状部27。该凸状部27是通过对顶端壁部22b实施冲压加工而形成的，其朝向腔室36的内侧突出。但是，与本实施方式不同，也可以设为凸状部27朝向腔室36的外侧突出的结构。
采用本实施方式，由于在顶端壁部22b上一体地形成有多个凸状部27，因此，能够增大顶端壁部22b的截面模量，提高刚性。其结果，能够在谋求顶端壁部22b的薄壁化的同时确保也能够较佳地应对水锤等的强度。此外，由于凸状部27设置在接近导热管1和顶端壁部22b之间的焊接部位的位置，因此，在防止所述焊接部位产生较大的应力的方面更加优选。
图8A、图8B所示的凸状部27设为纵长的大致矩形，但凸状部27的具体的形状并不限定于此。例如，可以设为图9A所示的圆形状或者点状、以及图9B所示的大致椭圆状等。
〔第5实施方式〕
在图10所示的换热器HE5中，与所述的换热器HE4同样，在鼓出部22的顶端壁部22b上设有凸状部27。但是，凸状部27被设为以下形态：设置在沿上下方向自多个导热管1的连接部位偏移的位置、且沿与多个导热管1所排列的方向(水平方向)相同的方向延伸。
采用本实施方式，也能够加强顶端壁部22b。此外，由于能够使凸状部27接近多个导热管1的焊接部位，而且形成为较大的尺寸，因此，在防止导热管1的焊接部位产生较大的应力的方面更加优选。
在附图中虽未表示，但所述那样的凸状部27也可以构成为，设置在辅助构件3的壁部30a(集管的第2壁部)上而替代设置在顶端壁部22b上，或者除了设置在顶端壁部22b上之外还设置在辅助构件3的壁部30a(集管的第2壁部)上。
〔第6实施方式〕
在图11所示的换热器HE6中，鼓出部22的顶端壁部22b(集管的第1壁部)设为向腔室36的内侧弯曲的形状。此外，在该顶端壁部22b上设有多个凸状部27。
采用这样的结构，基于通过顶端壁部22b弯曲而针对水压Pa提高强度的效果和凸状部27的加强效果之间的叠加效果，能够进一步提高顶端壁部22b的强度。
在附图中虽未表示，但也可以构成为，使壁部弯曲且设置加强用的凸状部27的手段应用于辅助构件3的壁部30a(集管的第2壁部)而替代应用于顶端壁部22b，或者除了应用于顶端壁部22b之外还应用于辅助构件3的壁部30a(集管的第2壁部)。
〔第7实施方式〕
图12A～图12C所示的换热器HE7的多个导热管1设为大致水平的姿势的曲折状管体部且在上下高度方向上排列。通过在外壳2的侧壁部21上形成向外壳2的内侧方向鼓出的鼓出部22，而且使辅助构件3嵌入并接合于该鼓出部22，从而构成集管H。鼓出部22的顶端壁部22b是可谋求与多个导热管1的连接的壁部，其相当于在本发明中所说的集管的第1壁部。该顶端壁部22b设为以向腔室36的内侧突出的方式以适当的曲率半径Ra弯曲的形状。辅助构件3中的、与顶端壁部22b相面对的壁部30a相当于在本发明中所说的集管的第2壁部。鼓出部22的筒状壁部22a和辅助构件3的周壁部30b相当于集管H的周壁部。
在本实施方式中，使鼓出部22向外壳2的内侧鼓出，但由于设为其顶端壁部22b向腔室36的内侧突出的弯曲状，因此，能够获得与之前说明的换热器HE1同样的效果。
图12A～图12C所示的换热器HE7是使顶端壁部22b弯曲而提高顶端壁部22b的强度的例子，但能够适当地采用之前说明的第2换热器HE2～第6换热器HE6所采用的手段是不言而喻的。
本发明并不限定于上述实施方式的内容。本发明的换热器的各部分的具体结构能够在本发明所谋求的范围内自由地进行各种设计变更。
在上述实施方式中，在外壳的侧壁部形成鼓出部，而且利用该鼓出部构成集管，但本发明也可以是，不利用所述那样的鼓出部，例如以相对于外壳独立的形态构成集管。导热管并不限定于利用螺旋状管体、曲折状管体而构成，也可以设为除此之外的各种导热管(例：采用直状管、U字管的导热管)。作为导热管、辅助构件的接合手段，也可以采用例如钎焊手段而替代焊接。
本发明的换热器并不限定于供热水装置中的潜热回收用的换热器，能够应用于除热水加热用途之外的各种用途。

Claims (8)

1.一种换热器的集管，其中，
该换热器的集管包括：
第1壁部，所述换热器的多个导热管以在恒定方向上排列的方式连接于该第1壁部；
第2壁部，其与该第1壁部隔开间隔地相面对；以及
周壁部，其以所述第1壁部和所述第2壁部的相互间区域形成为与各所述导热管的内部连通的流体流入用的腔室的方式将所述第1壁部的外周缘部和所述第2壁部的外周缘部相互连接，
所述第1壁部和所述第2壁部中的至少一个壁部设为以该壁部的靠中央的区域与靠外周缘的区域相比位于所述腔室的内侧的方式弯曲的形态，
在所述第1壁部上设有局部地向所述腔室的内侧或者外侧突出的至少1个凸状部，
该凸状部设在相对于所述多个导热管的连接部位在与所述恒定方向交叉的方向上偏移的位置，且以在所述恒定方向上与所述多个导热管的连接部位重叠的方式在所述恒定方向上延伸成列。
2.一种换热器的集管，其中，
该集管包括：
第1壁部，所述换热器的多个导热管以在恒定方向上排列的方式连接于该第1壁部，
第2壁部，其与该第1壁部隔开间隔地相面对；以及
周壁部，以所述第1壁部和所述第2壁部的相互间区域形成为与各所述导热管的内部连通的流体流入用的腔室的方式将所述第1壁部的外周缘部和所述第2壁部的外周缘部相互连接，
在所述第1壁部上设有局部地向所述腔室的内侧或者外侧突出的至少1个凸状部，
该凸状部设在相对于所述多个导热管的连接部位在与所述恒定方向交叉的方向上偏移的位置，且以在所述恒定方向上与所述多个导热管的连接部位重叠的方式在所述恒定方向上延伸成列。
3.根据权利要求1或2所述的集管，其中，
所述凸状部向所述腔室的内侧突出。
4.根据权利要求1或2所述的集管，其中，
在所述第1壁部中还具备设于所述多个导热管的连接部位相互之间的位置的追加的凸状部。
5.根据权利要求3所述的集管，其中，
在所述第1壁部中还具备设于所述多个导热管的连接部位相互之间的位置的追加的凸状部。
6.一种换热器，其中，
该换热器具备权利要求1～5中任一项所述的集管。
7.根据权利要求6所述的换热器，其中，
该换热器包括：
外壳，其容纳所述多个导热管；
鼓出部，其具有筒状壁部和顶端壁部，该筒状壁部以自该外壳的侧壁部朝向该外壳的外方或者内方鼓出的方式设置，该顶端壁部堵塞该筒状壁部的顶端部且与所述多个导热管接合；以及
辅助构件，其相对于所述外壳的侧壁部独立，
通过以利用所述鼓出部和所述辅助构件这两者形成所述腔室的方式将所述辅助构件接合于所述外壳的侧壁部，构成所述集管，
所述鼓出部的顶端壁部设为所述集管的所述第1壁部，
所述辅助构件构成所述第2壁部。
8.根据权利要求7所述的换热器，其中，
所述鼓出部的筒状壁部朝向所述外壳的所述侧壁部的外方鼓出，
所述辅助构件具有内部空洞状的主体部，该主体部具有形成与所述鼓出部相对应的开口部的开口边缘部，
所述开口边缘部外嵌并焊接于所述鼓出部。
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