CN107782171B - 热交换器以及热水器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热交换器以及使用该热交换器的热水器，该热交换器在传热管(32)的开放端(322)安装有排水部件(1)，排水部件(1)具备导流部(11)，所述导流部包括：插入部(11a)，该插入部(11a)从开放端(322)插入到传热管(32)内；和突出部(11b)，该突出部(11b)从开放端(322)向传热管(32)的外侧突出，并向下方延伸。

Description

热交换器以及热水器

技术领域

本发明涉及一种具备使传热管内的残留水排出的排水用具的热交换器以及使用该热交换器的热水器。

背景技术

搭载于热水器或供暖用热源机等的装置上的热交换器具备：在内部流动燃烧废气的壳体；在壳体内沿上下方向以及水平方向排列的多个传热管；以及设置于壳体的侧壁外表面的顶盖。多个传热管的开放端在顶盖内连通。在这种热交换器中，为了防止冬季传热管内的水的冻结，需要从传热管内排出水。为了防止传热管的开放端附近的水的残留，并顺利地从传热管内排出水，提出了与顶盖内的传热管的开放端对向地配设冲孔金属制的排水板的方案(例如，日本专利特开2015-114003号公报)。

然而，以往上述的热交换器中使用的冲孔金属制的排水板的冲孔的直径比开放端的传热管的直径小。因此，存在传热管的开放端被排水板局部堵塞，从而通常运转时传热管的水通路的压力损失变大的问题。特别地，当传热管被细管化时，因排水板所产生的压力损失变大。并且，在上述排水板用于与潜热交换器相比传热管的温度较高的显热交换器的情况下，具有冲孔可能被向传热管内部析出的钙等的析出物堵塞的担忧。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而完成的，本发明的目的在于，提供一种即使在实现了传热管的细管化的情况下，也能够减小通常运转时传热管的水通路的压力损失，并且在排水作业时能顺利地排出传热管内的水的热交换器以及使用其的热水器。

根据本发明的一个方面，提供了一种热交换器，所述热交换器与从燃烧器放出的燃烧废气进行热交换而对流体进行加热，所述热交换器包括：

壳体；

多个传热管，所述多个传热管在壳体内至少沿上下方向排列；

顶盖，所述顶盖使得沿所述上下方向排列的所述多个传热管的开放端连通，所述顶盖设置在所述壳体的侧壁外表面上，并且所述顶盖具有：顶盖主体，所述顶盖主体连接所述多个传热管的所述开放端；和顶盖盖子，所述顶盖盖子与所述顶盖主体接合；

具有导流部的排水部件，所述排水部件配设在向所述顶盖内突出的至少一个所述开放端，并且所述导流部具有：插入部，所述插入部从所述开放端插入所述传热管内；和突出部，所述突出部以从所述开放端向所述传热管外突出，并进一步向下方延伸的方式与所述插入部连接设置；以及

导流空间，当所述插入部从所述开放端插入到所述传热管内时，所述导流空间在所述插入部与所述传热管的下方内壁之间和所述突出部与所述传热管的所述开放端之间连续形成，并用于将所述传热管内的流体向所述传热管外引导。

根据本发明所涉及的热交换器，通过上述排水部件的使用，即使在实现了传热管的细管化的情况下，也能够抑制通常运转时传热管的水通路的压力损失的增大。并且，在排水作业中，水难以在传热管的开放端附近残留，能够顺利地从传热管内排出水。

并且，根据具备上述热交换器的本发明所涉及的热水器，能够获得较高的供热水能力、良好的使用便利性以及优越的耐久性。

附图说明

图1为表示具备本发明的第一实施方式所涉及的热交换器的热水器的一例的概略截面图。

图2为表示本发明的第一实施方式所涉及的热交换器的一例的概略局部分解立体图。

图3为表示本发明的第一实施方式所涉及的热交换器的一例的概略局部放大说明图。

图4为表示安装在本发明的第一实施方式所涉及的热交换器的传热管的开放端上的排水部件的一例的概略立体图。

图5为表示将排水部件安装在本发明的第一实施方式所涉及的热交换器的传热管的开放端上的状态的概略纵截面图。

图6为表示将排水部件安装在本发明的第二实施方式所涉及的热交换器的传热管的开放端上的状态的概略纵截面图。

图7为表示本发明的第二实施方式所涉及的热交换器的一例的概略局部放大立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式所涉及的热交换器以及热水器具体进行说明。

如图1所示，本发明的实施方式所涉及的热交换器3组装在热水器4中。在热水器4的上部区域，配设有燃烧面朝下设置的气体燃烧器50。在气体燃烧器50的下方，按照显热交换器、潜热交换器这样的顺序配设，所述显热交换器具有容纳有多个传热管31、32以及传热翅片(传热翼片)33的大致矩形箱状的壳体30，所述潜热交换器具有容纳有多个传热管34的壳体(图中未示出)。

在气体燃烧器50的上方，连接有将作为燃烧用空气而进入的外部空气送入气体燃烧器50的风扇单元5。从气体燃烧器50放出的燃烧废气通过风扇单元5被送入到热交换器3的壳体30内，并从传热管34的下方排出到外部。

另外，在本说明书中，将侧壁301的外表面作为热交换器3的正面，将从正面侧观察壳体30时的进深方向称为前后方向，将宽度方向称为水平方向，将高度方向称为上下方向。

来自送水管41的作为流体的水，首先被供向设置在最下方的传热管34，回收从气体燃烧器50放出的燃烧废气的潜热而被预热。接着，被预热的水在流向位于壳体30的下半部分的第一传热管31之后，流向位于壳体30的上半部分的第二传热管32。通过第一传热管以及第二传热管31、32的水利用从气体燃烧器50放出的燃烧废气而被热交换加热，被加热了的热水通过出热水管42供向温水利用方。另外，因热交换在传热翅片33以及传热管34的表面生成的酸性排水被回收到排水接收部(排水接收器)40，并经由排水中和器(图中未示出)从排水管43排出到外部。

图2为壳体30的概略局部分解立体图。在壳体30内的下半部分的空间中，由不锈钢金属形成的多个板状的传热翅片33以规定的间隙与两个侧壁301、302平行地排列，同时贯通这两个侧壁301、302以及传热翅片33的多个直管状的第一传热管31彼此平行配设。

多个第一传热管31以上下两段(两层)配设成交错状(staggered shape)。各个第一传热管31由截面纵长椭圆形状的直管构成。并且，相邻的两根第一传热管31、31通过一个横长的顶盖22彼此连通。并且，第一传热管31的下游侧开放端部311通过纵长的顶盖2与第二传热管32连通。

第二传热管32由直径比第一传热管31短径还小的小口径的截面大致圆形形状的直管构成。多个第二传热管32沿侧壁303、302、304的大致上半部分配设。并且，多个第二传热管32在下游侧通过设置在侧壁301上的汇集顶盖25汇集成一个。虽图中未示出，但第二传热管32的下游侧开放端部通过汇集顶盖25与下游侧开放端部32a连通。

在本实施方式的热交换器3中，从气体燃烧器50导入到壳体30内的燃烧废气中的显热的一部分在第二传热管32被回收，进而上述燃烧废气中的显热以及潜热在第一传热管31被回收。通过沿侧壁301、302、303、304的大致上半部分配设第二传热管32，防止了壳体30的过热。

顶盖22设置在对向(相对)的侧壁301、302的下半部分的外表面上。各个顶盖22具有顶盖主体23和顶盖盖子24。顶盖主体23通过将各个侧壁301、302的规定位置冲压加工(收缩加工、拉深加工、拉延加工：drawing)，使各个侧壁301、302的一部分凹向内侧而形成，顶盖盖子24以封闭顶盖主体23的开放端的方式铜焊(钎焊)在顶盖主体23的周边。由此，在顶盖主体23的凹部底面与顶盖盖子24的背面之间形成规定大小的内部空间。两根第一传热管31的开放端31a突出到该内部空间内。

并且，在壳体30的侧壁301的大致上半部分的外表面上，在上游侧，设置有纵长的顶盖2，其使得第一传热管31的下游侧开放端部311与沿上下方向排列的三根第二传热管32的开放端321、322、323连通，在下游侧，设置有横长大致L字形状的汇集顶盖25，其使得从三根第二传热管32流出的水汇集。

顶盖2具有顶盖主体20和顶盖盖子21。纵长的顶盖主体20通过在图2上将靠近壳体30的侧壁301左端的规定位置冲压加工，使侧壁301的一部分向内侧凹陷而形成，顶盖盖子21以封闭顶盖主体20的开放端的方式铜焊(钎焊)在顶盖主体20的周边。由此，在顶盖主体20的凹部底面20a与顶盖盖子21的背面之间形成规定大小的内部空间。第一传热管31的下游侧开放端部311和三根第二传热管32的开放端321、322、323突出到该内部空间内。

另外，在本实施方式中，顶盖盖子21的开放端嵌入到沿顶盖主体20的凹部底面20a的周边而设置的台阶部26中，然后与顶盖主体20铜焊在一起。并且，通过冲压加工，顶盖主体20与侧壁301一体形成，因此，凹部底面20a与侧壁301的外表面连续。

从供水管41经由传热管34供给到热交换器3内的水从向热交换器3的壳体30的侧壁302的下端突出的上游侧开放端部312流入到第一传热管31中。接着，水按顺序通过多个第一传热管31以及顶盖22，从设置在另一侧的侧壁301上的下游侧开放端部311，经由顶盖2流入到三根第二传热管32中。进而，水通过沿侧壁303、302、304的第二传热管32。然后，水通过设置在侧壁301上的汇集顶盖25而被汇集，从下游侧开放端部32a导出到出热水管42。

在本实施方式的热交换器3中，为了防止冬季传热管31、32内的水的冻结，进行将第一传热管以及第二传热管31、32内的水排出的排水作业。特别是，在排出被细管化的第二传热管32内的水时，归因于水的表面张力，容易在上游侧的开放端321、322、323上形成水膜。然而，在本实施方式中，为了防止水膜的形成，并顺利排出水，在三根第二传热管32中，在中段以及下段的两根第二传热管32的开放端322、323上安装排水部件1，用于形成作为排水流路的导流空间。

另外，在进行排水作业时，由于空气经由下游侧开放端部32a最先流入到上段的第二传热管32中，因此上段的第二传热管32内的水比较容易排出。因此，无需在上段的第二传热管32的开放端321上安装排水部件1。然而，为了更顺利地排出水，也可以在上段的第二传热管32的开放端321上安装排水部件1。

如图3以及图4所示，第一实施方式所涉及的排水部件1具有板状体，该板状体包括：安装在中段以及下段的两根第二传热管32的开放端322、323上的横向的大致U字状(即，反转C字状)的导流部11、12；分别从导流部11、12向下方延伸的下垂部10a、10b；以及从下垂部10a、10b向两侧方伸出，以经由开口14的状态连接上下的导流部11、12以及下垂部10a、10b的延设部13a、13b。延设部13a、13b以延设部13a、13b的侧方端部比基端部更向顶盖盖子21突出的方式倾斜，所述基端部相当于从导流部11、12连接设置的下垂部10a、10b的两侧边。

并且，延设部13a、13b以一侧的延设部13b具有比另一侧的延设部13a宽的宽度的方式左右不对称地形成。由此，能够防止排水部件1的上下方向的错误安装。

在上述导流部11、12中，设置在各弯曲部分的上侧的上半部分作为插入第二传热管32内的插入部11a、12a发挥功能，设置在各弯曲部分的下侧的下半部分作为突出部11b、12b发挥功能，所述下半部分包括：从插入部11a、12a的前端向下方大致垂直延伸的部分(第一突出部)和从其下端向着顶盖主体20的凹部底面20a向着斜下方延伸的部分(第二突出部)。下垂部10a、10b分别从突出部11b、12b的下端向下方连接设置。

如图5所示，若导流部11的插入部11a以从中段的第二传热管32的开放端322沿其下方内壁的方式插入中段的第二传热管32内，则导流部12的插入部12a以从下段的第二传热管32的开放端323沿其下方内壁的方式插入中段的第二传热管32内。并且，这时，下垂部10a、10b的背面紧贴顶盖主体20的凹部底面20a，下垂部10a的下端与下段的第二传热管32的开放端323的突出端部的外壁顶部抵接。排水部件1以形成上述安装形态的方式设定各个部分的尺寸。

另外，左右的延设部13a、13b以它们的侧方端部位于形成于顶盖主体20的凹部底面20a的周边的台阶部26上的方式形成。在顶盖盖子21与顶盖主体20接合时，延设部13a、13b的侧方端部被顶盖盖子21的开放端按压。由此，导流部11、12以无法拔出的状态安装于中段以及下段的两根第二传热管32的开放端322、323。并且，通过如上那样在开放端322、323上安装排水部件1，防止了排水部件1的上下方向的偏移或移动。

当排水部件1安装在开放端322、323上时，通过平板状的插入部11a、12a的两侧端边缘与第二传热管32的下方内壁抵接，形成在插入部11a、12a与第二传热管32的下方内壁之间以及开放端322、323与从开放端322、323向外侧突出的突出部11b、12b之间连续的空间S。

另外，插入部11a、12a与第二传热管32的下方内壁之间的间隙通过下垂部10a的下端与下段的第二传热管32的开放端323的突出端部的外壁顶部抵接而形成。因此，插入部11a、12a的两侧端边缘不一定与第二传热管32的下方内壁抵接。

根据上述实施方式，在上下方向上排列的三根第二传热管32中，排水部件1的导流部11、12的插入部11a、12a插入到排水作业时容易残留水的下侧的两根第二传热管32的开放端322、323中。因此，即使使用小口径的第二传热管32，也不易在开放端322、323上形成因水的表面张力所产生的水膜。

并且，若残留在开放端322、323附近的第二传热管32的内壁下部区域上的水接触导流部11、12的插入部11a、12a，则通过插入部11a、12a以及突出部11b、12b的表面张力，水经由上述空间S被引向向开放端322、323侧。于是，水在流向导流部11、12的突出部11b、12b之后，因自重从开放端322、323向下方落下。由此，顺利排出第二传热管32的开放端322、323附近的残留水。

另外，作为上述排水部件1，使用同时安装在上下方向排列的两根第二传热管32的开放端322、323的连接体。然而，也可以使用将延设部13a、13b在大致中央分割成上下，并分别安装在开放端322、323上的分体。

并且，延设部13a、13b从下垂部10a、10b的两侧边连接设置，但也可以从导流部11、12的突出部11b、12b的两侧边连接设置。

图6以及图7为第二实施方式所涉及的排水部件1a的概略说明图。另外，对于与第一实施方式相同的要素使用了相同的参照符号，并且省略了重复的说明。

排水部件1a具有：线圈状的插入部15，其插入到第二传热管32内；突出部16，所述突出部通过将线圈的前端部分向下方弯曲而形成，并从各个开放端322、323突出；以及延设部17，其连接设置了第一延设部17a、第二延设部17b以及第三延设部17c，所述第一延设部17a沿侧方从突出部16的下端向顶盖主体20的周边的台阶部26延伸，所述第二延设部17b从第一延设部17a的延设端沿台阶部26上升，所述第三延设部17c从第二延设部17b的上端向图中未示出的顶盖盖子延伸。

作为插入部15的线圈具有与第二传热管32的内径大致一致的直径。并且，当线圈状的插入部15从各个开放端322、323插入第二传热管32内时，突出部16以在它们之间形成较小的间隙的方式与开放端322、323稍微背离(离开)配置，第二延设部17b载置于台阶部26。在该配置状态下，当用顶盖盖子封闭顶盖主体20的开放端时，在第三延设部17C被顶盖盖子的背面按压的同时，第二延设部17b被顶盖盖子的开放端按压。由此，排水部件1a以规定的姿势安装于第二传热管32的各个开放端322、323。因此，当排水部件1a安装在各个开放端322、323上时，防止了排水部件1a的上下方向上的偏移或移动。另外，在本实施方式中，由插入部15中与第二传热管32的下方内壁非接触的部分形成空间。因此，由线圈状的插入部15与第二传热管32的下方内壁之间的空间以及各个开放端322、323与突出部16之间的空间形成连续的导流空间。

根据本实施方式，在排水作业中，残留在第二传热管32的开放端322、323附近的内壁下部区域的水通过线圈状的插入部15的表面张力而被引向开放端322、323侧。于是，水因自重从各个开放端322、323与突出部16之间空间向下方留下。由此，顺利排出第二传热管32的开放端322、323附近的残留水。

如上所述，第一实施方式所涉及的排水部件1具有弯曲成规定形状的板状体，第二实施方式所涉及的排水部件1a具有弯曲成规定形状的棒状体。并且，仅通过将板状或者线圈状的插入部11a、12a、15从向顶盖主体20内突出的开放端322、323插入到传热管32内，并使顶盖主体20被顶盖盖子21覆盖，就能够以容易且无法拔出的状态使排水部件1、1a安装于开放端322、323。并且，排水部件1、1a以上下方向的偏移较小且稳定的状态安装于开放端322、323。

因此，能够提供一种不仅容易进行排水部件1、1a向开放端322、323的安装，而且排水部件1、1a的姿势长期稳定保持的热交换器3。

并且，即使在第二传热管32被细管化的情况下，传热管32的水通路的压力损失也较小。进而，由于开放端322、323不会被排水部件1、1a堵塞，因此在传热管32内析出的析出物的影响也较小。

另外，排水部件1、1a的形状并不局限于在上述各个实施方式中采用的形状。能够在本发明的范围内实施各种变更。并且，并不局限于使直管形状的传热管并列的配设方式，也可以采用横置蜿蜒形状或、漩涡状、螺旋状等的其他的配设方式。另外，热交换器不仅用于热水器，还可用于各种热交换装置。

以上详细说明了本发明，但对本发明进行概括如下。

根据本发明的一个方面，

提供了一种热交换器，所述热交换器与从燃烧器放出的燃烧废气进行热交换而对流体进行加热，所述热交换器包括：

壳体；

多个传热管，所述多个传热管在壳体内至少沿上下方向排列；

顶盖，所述顶盖使得沿所述上下方向排列的所述多个传热管的开放端连通，所述顶盖设置在所述壳体的侧壁外表面上，并且所述顶盖具有：顶盖主体，所述顶盖主体并连接所述多个传热管的所述开放端；和顶盖盖子，所述顶盖盖子与所述顶盖主体接合；

具有导流部的排水部件，所述排水部件配设在向所述顶盖内突出的至少一个所述开放端，并且所述导流部具有：插入部，所述插入部从所述开放端插入所述传热管内；和突出部，所述突出部以从所述开放端向所述传热管外突出，并进一步向下方延伸的方式与所述插入部连接设置；以及

导流空间，当所述插入部从所述开放端插入到所述传热管内时，所述导流空间在所述插入部与所述传热管的下方内壁之间和所述突出部与所述传热管的所述开放端之间连续形成，并用于将所述传热管内的流体向所述传热管外引导。

根据上述热交换器，在排水作业时残留在传热管的开放端附近的水通过排水部件的导流部的表面张力而从插入部与传热管的下方内壁之间的空间被吸向导流部的突出部与传热管的开放端之间的空间。然后，引导至突出部的水因重力而从开放端向下方流下。因此，水难以残留在传热管的开放端附近，能够切实地从传热管内排出水。

并且，上述排水部件通过将导流部的插入部插入到传热管内而配设在传热管的开放端。因此，与以往的冲孔金属制的排水板相比，因排水部件所产生的传热管的开放端的堵塞较少。因此，通常运转时传热管的水通路的压力损失较小。并且，由于插入部配设在传热管内，因此传热管的析出物的堵塞较少。因此，能够长期顺利地排出传热管内的水。

优选的是，在上述热交换器中，

所述排水部件具有延设部，所述延设部从所述开放端侧向所述顶盖盖子的背面侧延伸设置，

通过所述延设部被所述顶盖盖子按压，从而固定所述排水部件的姿势。

根据上述热交换器，所述排水部件通过延设部被顶盖盖子按压而固定在顶盖内。因此，能够相对于传热管的开放端以规定的姿势安装插入部以及突出部，以便切实形成上述导流空间。

优选的是，在上述热交换器中，

所述多个传热管的所述开放端从与所述壳体的所述外壁外表面连接的所述顶盖主体的底面向外侧突出，

所述突出部包括：第一突出部，所述第一突出部从所述插入部的前端向下方延伸；和第二突出部，所述第二突出部从所述第一突出部的下端向着所述顶盖主体的底面向着斜下方延伸，

所述排水部件具有从所述第二突出部的下端向下方延伸的下垂部，

当所述插入部在上下并排的两根所述传热管中从上方开放端插入到上方传热管内时，所述下垂部的背面与所述顶盖主体的所述底面抵接，所述下垂部的下端与下方传热管的下方开放端的外壁顶部抵接。

根据上述热交换器，由于通过下垂部抑制了排水部件的上下的偏移，因此导流部能相对于传热管的开放端被切实定位。因此，插入部切实配设在传热管内的规定位置，能够顺利地从传热管内排出水。

优选的是，在上述热交换器中，所述排水部件在上下方向上连接有多个。

根据上述热交换器，能够简单地将排水部件安装在上下并列的多个传热管的开放端。并且，排水部件安装后，由于各个导流部的上下的偏移受到抑制，因此，能够相对于各个传热管的开放端将插入部以及突出部以规定的姿势加以安装。

根据本发明的另一方面，提供了一种具备上述热交换器的热水器。

通过使用上述热交换器，能够提供具有较高供热水能力，且具有优越的耐久性的热水器。

Claims (5)

1.一种热交换器，其特征在于，所述热交换器与从燃烧器放出的燃烧废气进行热交换而对流体进行加热，所述热交换器包括：

壳体；

多个传热管，所述多个传热管在壳体内至少沿上下方向排列，在所述传热管内流动利用所述燃烧废气被热交换加热的所述流体；

顶盖，所述顶盖使得沿所述上下方向排列的所述多个传热管的开放端连通，所述顶盖设置在所述壳体的侧壁外表面上，并且所述顶盖具有：顶盖主体，所述顶盖主体连接所述多个传热管的所述开放端；和顶盖盖子，所述顶盖盖子与所述顶盖主体接合；

具有导流部的排水部件，所述排水部件配设在向所述顶盖内突出的至少一个所述开放端，并且导流部具有：插入部，所述插入部从所述开放端沿着所述传热管的下方内壁插入所述传热管内；和突出部，所述突出部从所述开放端向所述传热管外突出，与所述插入部连接设置，并且所述突出部包括：第一突出部，所述第一突出部从所述插入部的前端向下方延伸；和第二突出部，所述第二突出部从所述第一突出部的下端向着所述顶盖主体的底面延伸；以及

导流空间，当所述插入部从所述开放端插入到所述传热管内时，所述导流空间在所述插入部与所述传热管的下方内壁之间和所述突出部与所述传热管的所述开放端之间连续形成，并用于将所述传热管内的流体向所述传热管外引导。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，

所述排水部件具有延设部，所述延设部从所述开放端侧向所述顶盖盖子的背面侧延伸设置，

通过所述延设部被所述顶盖盖子按压，从而固定所述排水部件在所述顶盖内的姿势。

3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，

所述多个传热管的所述开放端从与所述壳体的所述侧壁外表面连续的所述顶盖主体的底面向外侧突出，

所述排水部件具有从所述第二突出部的下端向下方延伸的下垂部，

当所述插入部在上下并排的两根所述传热管中从上方开放端插入到上方传热管内时，所述下垂部的背面与所述顶盖主体的所述底面抵接，所述下垂部的下端与下方传热管的开放端的外壁顶部抵接。

4.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，

所述排水部件在上下方向上连接有多个。

5.一种热水器，其特征在于，

具备权利要求1所述的热交换器。

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