CN109959169B - 热交换装置以及热源机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可提高排水性且可提高水的分配平衡的热交换装置、以及包括此热交换装置的热源机。热交换装置(200)包括一次热交换器(10)与二次热交换器(20)。二次热交换器(20)是以在设置有热交换装置(200)的状态下在垂直方向上与一次热交换器(10)重叠的方式而配置。二次热交换器(20)包含多个第1管(21a)与多个第2管(21b)。多个第1管(21a)及多个第2管(21b)各自通过将多个直线部(21c)与多个弯曲部(21d)串联连接而蜿蜒并沿垂直方向延伸。多个第2管(21b)各自的多个直线部(21c)各自是以与多个第1管(21a)各自的多个直线部(21c)各自在垂直方向上错开的方式而配置。

Description

热交换装置以及热源机
技术领域
本发明涉及一种热交换装置以及热源机，尤其涉及一种具有一次热交换器及二次热交换器的热交换装置以及包括此热交换装置的热源机。
背景技术
以往，提出一种包括用于回收显热的一次热交换器及用于回收潜热的二次热交换器的热交换装置。所述热交换装置例如在日本专利特开2017-211173号公报(专利文献1)中有所记载。所述公报中记载的热交换装置中，二次热交换器具有多个吸热管。多个吸热管沿上下排列。多个吸热管各自是沿前后方向蜿蜒而延伸。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2017-211173号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
所述公报中记载的热交换装置中，多个吸热管各自是沿前后方向(水平方向)蜿蜒而延伸，故从吸热管排出水时存在排水性差的问题。另外，从一次热交换器流入二次热交换器中的燃烧气体(gas)最先与多个吸热管中位于最上方的吸热管接触，故位于最上方的吸热管的温度最高。因此，较处于位于最上方的吸热管的下方的吸热管而言，位于最上方的吸热管中更容易堆积水中所含的矿物成分析出而成的水垢(炉垢)。因此，存在于多个吸热管间水的分配平衡变差的问题。
本发明是有鉴于所述问题而完成，其目的在于提供一种可提高排水性且可提高水的分配平衡的热交换装置、以及包括此热交换装置的热源机。
[解决问题的技术手段]
本发明的热交换装置是能够回收燃烧气体的显热及潜热的热交换装置。热交换装置包括一次热交换器与二次热交换器。一次热交换器用于回收燃烧气体的显热。二次热交换器是以在设置有热交换装置的状态下在垂直方向上与一次热交换器重叠的方式而配置、且用于回收燃烧气体的潜热。二次热交换器包含多个第1管、以及各自与多个第1管各自在与垂直方向交叉的方向上交替相邻的多个第2管。多个第1管及多个第2管各自具有多个直线部、与将多个直线部彼此连接的多个弯曲部，并通过将多个直线部与多个弯曲部串联连接而蜿蜒并沿垂直方向延伸。多个第2管各自的多个直线部各自是以与多个第1管各自的多个直线部各自在垂直方向上错开的方式而配置。
根据本发明的热交换装置，多个第1管及多个第2管各自通过将多个直线部与多个弯曲部串联连接而蜿蜒并沿垂直方向延伸。因此，当从多个第1管及多个第2管各自排出水时，水通过重力从上向下流动，因此可提高排水性。另外，二次热交换器是以在设置有热交换装置的状态下在垂直方向上与一次热交换器重叠的方式而配置，因此燃烧气体沿垂直方向流向二次热交换器。多个第1管与多个第2管被配置在与垂直方向交叉的方向上，因此多个第1管各自及多个第2管各自分别与燃烧气体均匀接触。因此，在多个第1管各自及多个第2管各自中分别均匀地堆积有水垢(炉垢)。因此，可抑制多个第1管及多个第2管各自中水的分配平衡变差的情况。即，可提高水的分配平衡。进而，多个第2管各自的多个直线部各自是以与多个第1管各自的多个直线部各自在垂直方向上错开的方式而配置。因此可减少燃烧气体沿垂直方向流经多个第1管各自的多个直线部各自与多个第2管各自的多个直线部各自之间时的流路阻力。
所述热交换装置中，一次热交换器包含多个鳍片管。多个鳍片管各自是沿多个直线部延伸的方向而延伸。因此，燃烧气体沿流经多个鳍片管各自之间的燃烧气体的流向在多个第1管各自及多个第2管各自之间流动。因此，可减少燃烧气体沿垂直方向从一次热交换器向二次热交换器流动时的流路阻力。
所述热交换装置中，二次热交换器包含包围多个第1管及多个第2管的周壁部。周壁部包含本体部、与从本体部朝向外侧膨出的膨出部。多个第1管及多个第2管被配置于由本体部包围的周壁部的内部空间内、与由膨出部膨起的周壁部的内部空间内。因此，可使本体部较膨出部而言更小。另外，多个第1管及多个第2管被配置于由膨出部膨起的周壁部的内部空间内，故与无膨出部的情况相比，可增加多个第1管及多个第2管的传热面积。因此可使本体部小型化并提高多个第1管及多个第2管的热交换效率。
本发明的热源机包括所述热交换装置与燃烧器。燃烧器是相对于一次热交换器而配置于二次热交换器的相反侧。燃烧器构成为能够按照一次热交换器及二次热交换器的顺序供给所述燃烧气体。根据本发明的热源机，能够提供一种包括可提高排水性且可改善水的分配平衡的热交换装置的热源机。
[发明的效果]
如以上所说明的，根据本发明，能够提供一种可提高排水性且可提高水的分配平衡的热交换装置、以及包括此热交换装置的热源机。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的一实施方式中的热源机的构成的图。
图2是概略地表示本发明的一实施方式中的热交换装置的构成的立体图。
图3是以虚线表示本发明的一实施方式中的热交换器的内部结构的侧视图。
图4是概略地表示本发明的一实施方式中的二次热交换器的构成的立体图。
图5是概略地表示本发明的一实施方式中的二次热交换器的构成的分解立体图。
图6是概略地表示本发明的一实施方式中的二次热交换器的构成的俯视图。
图7是以虚线表示本发明的一实施方式中的热交换装置的内部结构的背面图。
图8是沿着图2的VIII-VIII线的剖面图。
图9是沿着图2的IX-IX线的剖面图。
符号的说明
10：一次热交换器
11、21：热交换部
11a：鳍片
11b：鳍片管
12、22：外壳板
13：外壳管部
14、23：集管构件
15：弯管
20：二次热交换器
21a：第1管
21b：第2管
21c：直线部
21d：弯曲部
30：燃烧器
100：热源机
200：热交换装置
221：本体部
222：膨出部
具体实施方式
以下，基于附图来说明本发明的实施方式。
首先，参照图1来说明本发明的一实施方式中的热源机100的构成。
如图1所示，本实施方式的热源机100主要具有火花塞1、一次热交换器(显热回收热交换器)10、二次热交换器(潜热回收热交换器)20、燃烧器30、腔室(chamber)31、送风装置32、管道(duct)33、文氏管(Venturi)34、孔口(orifice)35、气阀(gas valve)36、配管40、旁通(bypass)配管41、三通阀42及框体50。一次热交换器10及二次热交换器20构成热交换装置200。在框体50的内部，配置有所述零件中的除框体50以外的所有零件。所述零件除了热交换装置200以外，与以往公知者同样。
燃料气体通过气阀36与孔口35流入文氏管34。在文氏管34中经混合的混合气体被送往送风装置32。送风装置32用于将混合气体供给至燃烧器30。送风装置32连接于腔室31，腔室31连接于燃烧器30。从送风装置32供给的混合气体通过腔室31被送往燃烧器30。燃烧器30用于产生供给至一次热交换器10的加热用气体(燃烧气体)。从燃烧器30吹出的混合气体由火花塞1点燃，成为燃烧气体。
燃烧器30、一次热交换器10及二次热交换器20是以燃烧气体依序通过一次热交换器10及二次热交换器20来与热水进行热交换的方式而连接。燃烧器30是相对于一次热交换器10而配置于二次热交换器20的相反侧。燃烧器30构成为能够按照一次热交换器10及二次热交换器20的顺序供给燃烧气体。本实施方式中，燃烧器30被配置于一次热交换器10的上方。即，燃烧器30为逆燃方式。另外，燃烧器30也可为在燃烧室开间整个区域能力发生变动的预混燃烧器。在二次热交换器20上连接有管道33，管道33延伸向框体50的外部。由此，通过二次热交换器20的燃烧气体通过管道33而排出向框体50的外部。较一次热交换器10处于出热水侧的配管40的部分与旁通配管41通过三通阀42而连接。
接下来，参照图2～图9来说明本实施方式的热交换装置200的构成。如图2及图3所示，热交换装置200能够回收燃烧气体的显热及潜热。热交换装置200具有一次热交换器10与二次热交换器20。一次热交换器10用于回收燃烧气体的显热。二次热交换器20用于回收燃烧气体的潜热。一次热交换器10与二次热交换器20是以在第1方向D1重叠的方式而配置。二次热交换器20是以在设置有热交换装置200的状态下在垂直方向上与一次热交换器10重叠的方式而配置。即，在设置有热交换装置200的状态下，第1方向D1成为垂直方向。
一次热交换器10连接于二次热交换器20。通过一次热交换器10的上侧开口来供给燃烧气体，并通过二次热交换器20的下侧开口来排出燃烧气体。从二次热交换器20的进水部20a进入二次热交换器20的热水在与燃烧气体之间进行热交换后，从出热水部20b排出，并经由未图示的配管而进入一次热交换器10的进水部10a。进入一次热交换器10的进水部10a的热水在与燃烧气体之间进行热交换后，从出热水部10b排出。进水部10a是热水最先进入一次热交换器10的部分。出热水部10b是热水最后从一次热交换器10排出的部分。
一次热交换器10包括进水部10a、出热水部10b、热交换部11、外壳板12、外壳管部13、集管构件14及弯管15。热交换部11包含多个鳍片11a与多个鳍片管11b。多个鳍片11a及多个鳍片管11b各自可为SUS(不锈钢)制。热交换部11构成为，燃烧气体流经多个鳍片11a及多个鳍片管11b的外部，水流经多个鳍片管11b的内部。多个鳍片11a彼此层叠。多个鳍片管11b贯穿多个鳍片11a。此外，图2及图3中，为了便于说明，仅图示了多个鳍片11a中的一部分。
外壳板12包围热交换部11的周围。外壳板12包含正面部12a、一对侧面部12b及背面部12c。正面部12a、一对侧面部12b及背面部12c构成四方的框。外壳板12在上下具有开口。外壳板12能够通过上侧的开口来朝外壳板12的内侧供给燃烧气体。外壳板12能够通过下侧的开口来将燃烧气体排出向外壳板12的外侧。
外壳管部13是以沿着外壳板12的一对侧面部12b及背面部12c的内侧面的方式而配置。外壳管部13包含第1冷却管131、第2冷却管132及第3冷却管133。第1冷却管131、第2冷却管132及第3冷却管133沿第1方向D1排列设置。第1冷却管131、第2冷却管132及第3冷却管133经由集管构件14而串联连接。集管构件14被安装于外壳板12的正面部12a。集管构件14包含第1集管构件141与第2集管构件142。
第1冷却管131的其中一端连接于进水部10a，第1冷却管131的另一端连接于第1集管构件141。第2冷却管132的其中一端连接于第1集管构件141，第2冷却管132的另一端连接于第2集管构件142。第3冷却管133的其中一端连接于第2集管构件142，第3冷却管133的另一端连接于配置在最上方的弯管15。多个鳍片管11b彼此通过弯管15串联连接。
如图3及图4所示，二次热交换器20包括进水部20a、出热水部20b、热交换部21、外壳板(周壁部)22及集管构件23。热交换部21包含多个第1管21a与多个第2管21b。多个第1管21a及多个第2管21b各自可为SUS(不锈钢)制。热交换部21构成为，燃烧气体流经多个第1管21a及多个第2管21b各自的外部，水流经多个第1管21a及多个第2管21b的内部。
多个第1管21a及多个第2管21b各自为蛇行管(波形物(meander))。多个第1管21a及多个第2管21b各自构成为，在与第1方向D1正交的第2方向D2上交替折返。多个第1管21a及多个第2管21b各自是以第2方向D2成为长边方向的方式而构成。多个第1管21a及多个第2管21b各自在与第1方向D1及第2方向D2两方向正交的第3方向D3上彼此层叠。
如图4及图5所示，外壳板22包围多个第1管21a及多个第2管21b。外壳板22包含正面部22a、一对侧面部22b及背面部22c。正面部22a、一对侧面部22b及背面部22c构成四方的框。外壳板22在上下具有开口。外壳板22能够通过上侧的开口来朝外壳板22的内侧供给燃烧气体。外壳板22能够通过下侧的开口来将燃烧气体排出向外壳板22的外侧。外壳板22包含本体部221与膨出部222。膨出部222从本体部221朝向外侧膨出。膨出部222被设于正面部22a。膨出部222从本体部221朝背面部22c的相反侧膨出。
集管构件23包含第1集管构件231与第2集管构件232。第1集管构件231与第2集管构件232沿第1方向D1排列配置。第1集管构件231是较第2集管构件232更远离一次热交换器10而配置。第1集管构件231及第2集管构件232各自是在第2方向D2上配置于外壳板22的两端部。第1集管构件231及第2集管构件232各自构成为沿第3方向D3延伸。进水部20a连接于第1集管构件231。出热水部20b连接于第2集管构件232。
如图5所示，多个第1管21a及多个第2管21b各自具有多个直线部21c与多个弯曲部21d。多个直线部21c各自沿第2方向D2延伸。多个弯曲部21d各自沿第3方向D3延伸。多个弯曲部21d将多个直线部21c彼此连接。多个第1管21a及多个第2管21b各自通过将多个直线部21c与多个弯曲部21d串联连接而蜿蜒并沿垂直方向(第1方向D1)延伸。多个第1管21a各自及多个第2管21b各自是以在垂直方向(第1方向D1)上彼此不重叠的方式而配置。多个第1管21a及多个第2管21b各自可构成为同一形状。
如图5及图6所示，多个第1管21a及多个第2管21b各自的其中一端连接于第1集管构件231，多个第1管21a及多个第2管21b各自的另一端连接于第2集管构件232。多个第1管21a及多个第2管21b各自经由第1集管构件231及第2集管构件232而并联连接。
如图6及图7所示，在设置有热交换装置200的状态下，多个第1管21a及多个第2管21b各自沿与垂直方向(第1方向D1)正交的方向(第3方向D3)排列。即，在设置有热交换装置200的状态下，第3方向D3成为水平方向。多个第1管21a各自与多个第2管21b各自沿第3方向D3交替地排列配置。在设置有热交换装置200的状态下，多个第2管21b各自与多个第1管21a各自在与垂直方向(第1方向D1)交叉的方向(第3方向D3)交替地相邻。多个第1管21a各自与多个第2管21b各自可沿第3方向D3交替地相接。
多个第1管21a各自及多个第2管21b各自与图7中空白箭头所示的燃烧气体均匀接触。因此，可抑制在多个第1管21a各自及多个第2管21b各自中局部堆积水中所含的矿物成分析出而成的水垢(炉垢)。由此，可抑制流经多个第1管21a各自及多个第2管21b各自中的水的偏流。
多个第1管21a各自与多个第2管21b各自是在第1方向D1上彼此错开而配置。多个第1管21a各自是较多个第2管21b各自而在第1方向D1上更靠近一次热交换器10来配置。多个第1管21a各自较多个第2管21b各自而先与图7中空白箭头所示的燃烧气体接触。
如图8所示，多个第1管21a及多个第2管21b各自被配置于由本体部221包围的外壳板22的内部空间内、与由膨出部222膨起的外壳板22的内部空间内。具体而言，多个第1管21a及多个第2管21b各自的多个弯曲部21d被配置于膨出部222的内侧。多个第1管21a及多个第2管21b各自的多个弯曲部21d是在与膨出部222的内侧面之间隔开间隙而配置。膨出部222在第1方向D1上被配置于第1集管构件231与第2集管构件232之间。
如图8及图9所示，多个第2管21b各自是较多个第1管21a各自而在第1方向D1上更远离一次热交换器10来配置。在设置有热交换装置200的状态下，多个第2管21b各自的多个直线部21c各自是以与多个第1管21a各自的多个直线部21c各自在垂直方向(第1方向D1)上错开的方式而配置。多个第2管21b各自的多个直线部21c中的一个直线部21c是以与多个第1管21a各自中由多个直线部21c中的在垂直方向(第1方向D1)上彼此相邻的直线部21c夹持的区域在与垂直方向(第1方向D1)交叉的交叉方向(第3方向D3)相邻的方式而配置。
本实施方式中，多个第2管21b各自的多个直线部21c各自在垂直方向(第1方向D1)上被配置于多个第1管21a各自的多个直线部21c各自之间。即，多个第1管21a及多个第2管21b各自的在与垂直方向(第1方向D1)交叉的交叉方向(第3方向D3)上相邻的多个直线部21c各自配置为，在垂直方向(第1方向D1)上不重合。另外，多个鳍片管11b各自沿第2方向D2延伸。多个鳍片管11b各自沿多个直线部21c延伸的方向(第2方向D2)延伸。
接下来，对本实施方式的作用效果进行说明。
如图8所示，根据本实施方式的热交换装置200，多个第1管21a及多个第2管21b各自通过将多个直线部21c与多个弯曲部21d串联连接而蜿蜒并沿垂直方向(第1方向D1)延伸。因此，当从多个第1管21a及多个第2管21b各自排出水时，水通过重力从上向下流动，因此可提高排水性。
另外，如图9所示，二次热交换器20是以在设置有热交换装置200的状态下在垂直方向(第1方向D1)上与一次热交换器10重叠的方式而配置，因此图9中箭头A所示的燃烧气体沿垂直方向(第1方向D1)流向二次热交换器20。多个第1管21a与多个第2管21b被配置在与垂直方向(第1方向D1)交叉的方向(第3方向D3)上，因此多个第1管21a各自及多个第2管21b各自分别与燃烧气体均匀接触。因此，在多个第1管21a各自及多个第2管21b各自中分别均匀地堆积有水垢。因此，可抑制多个第1管21a及多个第2管21b各自中水的分配平衡变差的情况。即，可提高水的分配平衡。因而，可抑制热交换装置200的故障。
进而，多个第2管21b各自的多个直线部21c各自是以与多个第1管21a各自的多个直线部21c各自在垂直方向(第1方向D1)上错开的方式而配置。因此可减少燃烧气体沿垂直方向(第1方向D1)流经多个第1管21a各自的多个直线部21c各自与多个第2管21b各自的多个直线部21c各自之间时的流路阻力。由此，可减小送风装置32的容量，因此可减小送风装置32的消耗电力及大小。
另外，多个第2管21b各自的多个直线部21c各自在垂直方向(第1方向D1)上被配置于多个第1管21a各自的多个直线部21c各自之间。因此，即便多个第1管21a各自与多个第2管21b各自在第3方向D3上相接，也可使燃烧气体通过多个第1管21a各自的多个直线部21c各自与多个第2管21b各自的多个直线部21c各自之间而沿垂直方向(第1方向D1)流动。
如图8所示，本实施方式的热交换装置200中，多个鳍片管11b各自沿多个直线部21c延伸的方向(第2方向D2)延伸。因此，燃烧气体沿流经多个鳍片管11b各自之间的燃烧气体的流向在多个第1管21a各自及多个第2管21b各自之间流动。因此，可减少燃烧气体沿垂直方向(第1方向D1)从一次热交换器10向二次热交换器20流动时的流路阻力。
如图8所示，本实施方式的热交换装置200中，多个第1管21a及多个第2管21b被配置于由本体部221包围的外壳板22的内部空间内、与由膨出部222膨起的外壳板22的内部空间内。因此，可使本体部221较膨出部222而言更小。另外，多个第1管21a及多个第2管21b被配置于由膨出部222膨起的外壳板22的内部空间内，故与无膨出部222的情况相比，可增加多个第1管21a及多个第2管21b的传热面积。膨出部222中在图8中箭头A所示的燃烧气体与多个第1管21a及多个第2管21b之间进行热交换，由此可提高热交换量。因此可使本体部221小型化并提高多个第1管21a及多个第2管21b的热交换效率。
如图1所示，本实施方式的热源机100包括所述热交换装置200与燃烧器30。燃烧器30构成为能够按照一次热交换器10及二次热交换器20的顺序供给燃烧气体。根据本实施方式的热源机100，能够提供一种包括可提高排水性、且可改善水的分配平衡的热交换装置200的热源机100。
应认为，此次揭示的实施方式在所有方面仅为例示而非限制者。本发明的范围是由权利要求而非所述说明所示，且意图包含与权利要求均等的含义及范围内的所有变更。

Claims (3)

1.一种热交换装置，能够回收燃烧气体的显热及潜热，所述热交换装置的特征在于，包括：
一次热交换器，用于回收所述燃烧气体的所述显热；以及
二次热交换器，以在设置有所述热交换装置的状态下在垂直方向上与所述一次热交换器重叠的方式而配置、且用于回收所述燃烧气体的所述潜热，
所述二次热交换器包含多个第1管、以及各自与所述多个第1管各自在与所述垂直方向交叉的方向上交替相邻的多个第2管，
所述多个第1管及所述多个第2管各自具有多个直线部、与将所述多个直线部彼此连接的多个弯曲部，并通过将所述多个直线部与所述多个弯曲部串联连接而蜿蜒并沿所述垂直方向延伸，
所述多个第2管各自的所述多个直线部各自是以与所述多个第1管各自的所述多个直线部各自在所述垂直方向上错开的方式而配置，
所述二次热交换器包含包围所述多个第1管及所述多个第2管的周壁部，
所述周壁部包含本体部、与从所述本体部朝向外侧膨出的膨出部，
所述多个第1管及所述多个第2管各自被配置于由所述本体部包围的所述周壁部的内部空间内、与由所述膨出部膨起的所述周壁部的所述内部空间内，
所述多个第1管及所述多个第2管各自的所述多个弯曲部是在一个所述膨出部的内侧，在与所述膨出部之间隔开间隙而配置，所述膨出部的所述内侧为平面。
2.根据权利要求1所述的热交换装置，其特征在于，
所述一次热交换器包含多个鳍片管，
所述多个鳍片管各自是沿所述多个直线部延伸的方向而延伸。
3.一种热源机，其特征在于包括：
如权利要求1或2所述的热交换装置；以及
燃烧器，相对于所述一次热交换器而配置于所述二次热交换器的相反侧，
所述燃烧器构成为能够按照所述一次热交换器及所述二次热交换器的顺序供给所述燃烧气体。
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