CN111102863A - 板式换热器和具备该板式换热器的热水装置 - Google Patents

板式换热器和具备该板式换热器的热水装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种板式换热器和具备该板式换热器的热水装置。板式换热器(HE)包括：多个板(2)，其以在内侧形成液体流路(6)的方式层叠；以及气体流路(7)，其用于供加热用气体通过，该气体流路形成于这些多个板(2)相互之间，并且具有气体流入开口部(7a)和位于与该气体流入开口部(7a)相反的一侧的气体流出开口部(7b)，气体流出开口部(7b)的开口面积比气体流入开口部(7a)的开口面积小。由此，即使在加热用气体在气体流路(7)中通过时产生温度降低、冷凝，产生体积流量减少的现象，也能够抑制加热用气体的流速降低。其结果，能够抑制传热系数变低，提高换热效率，恰当地谋求整体的小型、轻量化以及制造成本的降低。

Description

板式换热器和具备该板式换热器的热水装置
技术领域
本发明涉及气－液型的板式换热器和具备该板式换热器的热水装置。
背景技术
作为板式换热器的具体例，有专利文献1、2所记载的板式换热器。
这些文献所记载的板式换热器具备以在内侧形成液体流路的方式层叠的多个板。在这些多个板相互之间形成有用于使燃烧气体等加热用气体流通的气体流路。
根据这样的结构，通过使例如水在所述液体流路流通，并且使所述加热用气体在所述气体流路流通，从而能够加热所述水，生成热水。
然而，在所述现有技术中，如下所述，存在尚应改善的余地。
即，燃烧气体等加热用气体在通过板式换热器的气体流路时，越向其下游侧行进，温度越降低，产生冷凝，体积流量减少。因此，所述加热用气体的流速降低，所述加热用气体和所述板相互之间的传热系数也降低。由此，无法充分提高换热效率，并且在促进板式换热器的小型、轻量化以及制造成本的降低化等方面存在应改善的余地。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4813288号公报
专利文献2：日本实用新型登记第3054888号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于，将提供能够恰当地消除上述这样的不良情况的板式换热器和具备该板式换热器的热水装置作为其课题。
用于解决问题的方案
为了解决上述的课题，在本发明中，采取以下的技术方案。
由本发明的第1方面提供的板式换热器的特征在于，该板式换热器包括：多个板，其以在内侧形成液体流路的方式层叠；以及气体流路，其用于供加热用气体通过，该气体流路形成于所述多个板相互之间，并且具有气体流入开口部和位于与该气体流入开口部相反的一侧的气体流出开口部，所述气体流出开口部的开口面积比所述气体流入开口部的开口面积小。
优选的是，各所述板的所述气体流出开口部侧的横宽比所述气体流入开口部侧的横宽窄。
优选的是，各所述板处于在上下高度方向上立起的姿态，所述液体流路的流入口设于各所述板中的横宽方向上的第1端部侧的下部，并且，所述液体流路的流出口设于各所述板中的所述横宽方向上的与所述第1端部相反的第2端部侧的上部。
优选的是，各所述板的上端部以所述第2端部的高度比所述第1端部的高度高的方式倾斜。
优选的是，各所述板的上端部和下端部分别位于加热用气体流动方向的上游侧和下游侧，所述液体流路包括在主视时包围所述流入口的第1区域和从该第1区域朝向各所述板的上端部呈直线状延伸的第1流路。
优选的是，所述液体流路包括在主视时包围所述流出口的第2区域和从该第2区域朝向各所述板的下端部呈直线状延伸的第2流路。
优选的是，所述多个板中的隔着所述气体流路互为相对的板的外周端部彼此的除所述气体流入开口部的区域和所述气体流出开口部的区域之外的部分相互接合。
优选的是，所述多个板的互为相邻的板彼此钎焊在一起，另一方面，隔着所述气体流路相对的板的靠中央的区域彼此处于未进行钎焊的非接合状态。
优选的是，本发明的板式换热器还包括整流构件，该整流构件覆盖所述多个板的外周围中的除了所述气体流入开口部和所述气体流出开口部之外的区域，并且限定所述气体流入开口部和所述气体流出开口部各自的开口宽度。
由本发明的第2方面提供的热水装置的特征在于，具备由本发明的第1方面提供的板式换热器。
参照附图，根据在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将变得更加清楚。
附图说明
图1是表示本发明的热水装置的一例的主要部分截面概略说明图。
图2是表示用作图1所示的热水装置的2次换热器的换热器的概略立体图。
图3是图2的III-III剖视图。
图4A是图3的俯视剖视图，图4B是图4A的主要部分放大剖视图。
图5A是图2所示的换热器的第1板的主视图，图5B是其后视图，图5C是图5A的剖视图。
图6A是图2所示的换热器的第2板的主视图，图6B是其后视图，图6C是图6A的剖视图。
图7是关于图2所示的换热器的板的钎焊的说明图。
图8是表示本发明的热水装置的其他例的主要部分截面概略说明图。
图9A和图9B是示意性地表示板的其他例的概略主视图。
图10是示意性地表示板的其他例的概略主视图。
图11A是图2所示的换热器的主要部分剖视图，图11B和图11C是表示其他例的主要部分放大剖视图。
图12是表示本发明的其他例的主要部分剖视图。
图13是表示本发明的其他例的概略立体图。
图14是图13所示的换热器的分解概略立体图。
图15A和图15B是表示本发明的其他例的概略立体图。
图16A是图16B是表示本发明的其他例的概略立体图。
具体实施方式
以下，参照附图具体说明本发明的优选的实施方式。
图1所示的热水装置WH构成为利用板式换热器HE的供热水装置。在板式换热器HE的上侧设有燃烧器10和其他的换热器11。其他的换热器11是显热回收用的1次换热器，本实施方式的板式换热器HE相当于潜热回收用的2次换热器。在热水装置WH中，由燃烧器10产生的作为加热用气体的燃烧气体朝下行进，依次通过换热器11、HE，从而从燃烧气体依次回收显热和潜热，利用该回收的热进行冷热水加热。在板式换热器HE的后段设有作为排气引导构件的排气集合筒12和排气管道13。通过了板式换热器HE的燃烧气体在这些排气集合筒12和排气管道13内通过并向外部排出。
在图2～图4B中，板式换热器HE具备：多个板2；壳体3，其将这些多个板2收纳于内部；上侧和下侧的整流构件4A、4B，其配置于壳体3内；上侧承接构件5a、5b，其安装于壳体3的上侧，并且用于与其他换热器11连接；以及基座构件50，其安装于壳体3的下侧，并且用于与排气集合筒12连接。
多个板2是金属制，以在上下高度方向上立起的姿态在前后水平方向(与图3的纸面正交的方向)上层叠。如图4A和图4B所示，作为多个板2，有多个第1板2A和多个第2板2B以及配置于最背面部的第3板2C。第1板2A和第2板2B逐个交替排列，在它们的相互之间形成有液体流路6和气体流路7。
更具体而言，第1板2A和第2板2B是图5A～图6C所示那样的形态，包括冷热水用(液体用)的内缘翻边(日文：バーリング)孔状的流入口60和流出口61以及主视呈条纹状的多个台阶按压部(日文：段押し部)62。在图5A和图6B中，多个台阶按压部62中的带有网点花纹的部分是近前侧设为凹状部，且其相反面侧设为凸状部的部分。第1板2A和第2板2B各自的台阶按压部62的倾斜方向不同。
图4A和图4B所示的液体流路6是通过将多个第1板2A和多个第2板2B交替层叠从而使台阶按压部62的凹状部彼此相互交叉地连通而形成的部位。该流体流路6形成于第1板2A的内侧和第2板2B的内侧，且从流入口60连接至流出口61。最前面的板2的流入口60和流出口61设为安装有管接头构件63的进水口63a和出热水口63b。供给到进水口63a的冷热水依次分支地进入在多个板2相互之间形成的液体流路6，并且在通过液体流路6之后，到达多个流出口61并合流后到达出热水口63b。第3板2C用于使行进到最背面部的冷热水进行U形转弯。所述冷热水在所述这样的流通过程中被在气体流路7中通过的燃烧气体加热。气体流路7是形成于第1板2A和第2板2B相互之间的间隙区域中的除液体流路6之外的区域。
在图3中，气体流路7具有上侧的气体流入开口部7a和下侧的气体流出开口部7b。气体流入开口部7a和气体流出开口部7b的横宽La、Lb为La>Lb的关系，气体流出开口部7b的开口面积比气体流入开口部7a的开口面积小。如后所述，该结构起到抑制加热用气体的流速变慢，防止板式换热器HE中的传热系数大幅降低的效果。
上侧和下侧的整流构件4A、4B是具有与气体流入开口部7a和气体流出开口部7b相对应的开口部40a、40b的构件。通过使用这些整流构件4A、4B，气体流入开口部7a的横宽La和气体流出开口部7b的横宽Lb被设定为上述的关系。与这样的结构相对应地，各板2的下端部20b的横宽Ld比上端部20a的横宽Lc短。
壳体3是将壳体主体部30、前板部31以及后板部32组合而构成的(参照图4A)。如图3所示，壳体主体部30是在上部和下部形成有燃烧气体通过用的开口部3a、3b的构件，其侧壁部3c与多个板2的外侧缘部抵接并且接合。
各板2是流入口60设于横宽方向的一端(第1端部)侧的下部且流出口61设于横宽方向的另一端(第2端部)侧的上部的结构。各板2的上端部20a以越靠近流出口61而高度越高的方式倾斜。如后所述，这样的结构起到促进气泡的排出的作用。
液体流路6包括第1区域6c和第2区域6d以及第1流路6a和第2流路6b。第1区域6c和第2区域6d是在主视时分别包围流入口60和流出口61的大致圆形状的区域。第1流路6a从第1区域6c朝向板2的上端部20a呈直线状延伸。第2流路6b从板2的下端部20b的附近朝向流出口61呈直线状延伸。如后所述，这样的结构起到提高换热效率和促进气泡的排出的作用。
互为相邻的第1板2A和第2板2B彼此进行钎焊。原则是该钎焊以第1板2A和第2板2B的相互抵接的部分为对象进行。但是，在本实施方式中，第1板2A和第2板2B中的隔着气体流路7相对的面(图4B的由附图标记fa、fb表示的面)的靠中央的区域处于未进行钎焊的非接合状态。
具体而言，在图7中，板2中的流入口60和流出口61的周边部以及靠近它们的少数的台阶按压部62设为钎焊区域(交叉阴影线部分)。相对于此，板2的靠中央的区域的台阶按压部62不设为钎焊区域。
在第1板2A的外周缘和第2板2B的外周缘中的除了气体流入开口部7a和气体流出开口部7b之外的区域设有第1板2A的外周端部29a和第2板2B的外周端部29b彼此的接合部80(钎焊部)(参照图4B)。比该接合部80靠内侧的区域是气体流路7的一部分。
如图1所示，在板式换热器HE中，燃烧气体朝下行进。相对于此，通过了板式换热器HE的燃烧气体在排气集合筒12内向该图右侧方向(第1方向)流动。与此相对应，多个板2的层叠方向是与所述第1方向交叉的第2方向(在本实施方式中为热水装置WH的前后方向)。如后所述，这在提高换热效率的方面是优选的。
接下来，说明所述的板式换热器HE和具备该板式换热器HE的热水装置WH的作用。
首先，燃烧气体在通过板式换热器HE的气体流路7时，越向下游侧行进，温度越降低，产生冷凝，其体积逐渐减少。因此，本来所述燃烧气体的流速降低，所述燃烧气体与板2相互间的传热系数也降低。但是，根据本实施方式，气体流出开口部7b的开口面积比气体流入开口部7a的开口面积小，因此抑制所述燃烧气体的流速的降低。因而，也能够抑制传热系数的降低，能够使换热效率良好。
气体流路7的下侧的气体流出开口部7b的横宽比上侧的气体流入开口部7a的横宽窄。与此相对应，各板2的下端部20b的横宽Ld比上端部20a的横宽Lc短。因此，在各板2不产生对换热不怎么起作用的部分，并且，能够谋求各板2的小型、轻量化。如上所述，在本实施方式中，能够通过抑制传热系数的降低来提高换热效率，因此能够谋求各板2的进一步的小型、轻量化。其结果，也能够降低板式换热器HE的制造成本。
在使冷热水在液体流路6流通的情况下，有时在该流体流路6内产生(混入)气泡。若在液体流路6内滞留较多气泡，则板2中的滞留有气泡的部分不被冷热水冷却，有可能产生热损伤。因而，期望消除这样的情况。
相对于此，各板2处于在上下高度方向上立起的姿态，液体流路6的流入口60位于所述第1端部侧的下部，相对于此，流出口61位于所述第2端部侧的上部。因此，当在液体流路6产生气泡时，容易使该气泡上升而到达流出口61，也能够使空气排出性变好。也能得到使液体流路6的从流入口60到流出口61的总长变长，改善换热效率的效果。
进而，根据本实施方式，各板2的上端部20a倾斜，因此若气泡上升而到达各板2的上端部20a附近，则该气泡沿着上端部20a的倾斜向流出口61侧移动。因而，所述气泡积极地流入流出口61，能够不使较多气泡滞留于液体流路6内。
液体流路6的第2流路6b作为以下流路发挥功能：该流路将存在于板2的下端部20b的附近且混入到冷热水中的气泡向第2区域6d和流出口61势头良好且直接地运送。因此，能够使所述气泡向流出口61顺畅地流入，空气排出性变得更加良好。
另一方面，第1流路6a使从流入口60流入到液体流路6的第1区域6c的冷热水迅速地流到板2的上端部20a的附近。在此，板2的上端部20a是板2中的被燃烧气体加热至最高温的部分。因而，能够迅速且高效地加热从流入口60流入到液体流路6内的冷热水(比较低的温度)。这在提高换热效率的方面是优选的。
互为相邻的第1板2A和第2板2B彼此进行钎焊，但如参照图4B和图7说明的那样，隔着气体流路7相对的面fa、fb的靠中央的区域处于未进行钎焊的非接合状态。因此，能够谋求节约钎料，进一步降低制造成本。另外，若在气体流路7存在钎焊部分，则换热效率降低，但也能够消除这样的不良情况。与液体流路6不同，气体流路7的压力比较低，因此即使在面对气体流路7的部位减少钎焊量，也没有特别的不良情况。
如参照图4B说明的那样，第1板2A和第2板2B具备外周端部29a、29b彼此的接合部80(钎焊部)，成为气体流路7的一部分被密封的状态。因此，根据本实施方式，能够不需要使用专用的密封构件来对第1板2A的外周和第2板2B的外周中的除气体流入开口部7a和气体流出开口部7b之外的部分进行密封。由于接合部80的存在，也能够提高第1板2A和第2板2B彼此的接合强度。
根据本实施方式，如下所述，与图8所示的其他实施方式相比较，还能够提高换热效率。另外，在图8以后，对与本实施方式相同或者类似的要素标注与本实施方式相同的附图标记，省略重复说明。
在图8所示的其他实施方式中，多个板2的层叠方向与排气集合筒12内的燃烧气体的流动方向(右侧方向)相同。根据这样的结构，则在燃烧气体在多个板2的气体流路7中通过时，较多燃烧气体偏向多个板2的靠右区域地流动而发挥作用。由此，燃烧气体不作用于靠左区域的板2，存在换热效率变低的隐患。相对于此，根据图1所示的本实施方式，使燃烧气体大致均等地作用于多个板2中的各板2，能够消除所述隐患。
除上述图8之外，图9A～图16B表示本发明的其他实施方式。
图9A和图9B表示使板2的下端部20b的尺寸比上端部20a的尺寸短的情况下的板2的概略形状的例子。板也可以设为图9A和图9B所示那样的五边形状或者六边形状等形态。当然，如根据后述的实施方式也可理解的那样，也能够使板的上端部和下端部为相同长度。
在图10所示的实施方式中，利用板2形成有多个气体流路7。台阶按压部62彼此的相互之间是气体流路7。各气体流路7的各处的宽度不均匀，板2的下端部20b侧(气体流出开口部7b侧)的宽度Lf比上端部20a侧(气体流入开口部7a侧)的宽度Le窄。根据这样的结构，也与关于之前的板式换热器HE所述的同样，能够抑制燃烧气体与板2相互之间的传热系数降低，提高换热效率。
图11A的构造与图4B所示的构造同样，但对于该图中的接合部80，例如如图11B和图11C所示，也能够以形成弯曲部28的形式进行。根据这样的结构，能够谋求钎焊的容易、恰当化、强度提高等。
图12与图11A所示的构造不同，在第1板2A的外周缘和第2板2B的外周缘未设置相当于接合部80的部分。在本发明中，也能够采用这样的结构。
图13和图14所示的板式换热器HEa的多个板2主视呈大致矩形形状，在它们的侧面部附近钎焊有左右一对整流构件4C。作为板2，例如使用图14所示那样的两种板2D、2E。整流构件4C将多个板2的气体流路7的气体流入开口部7a的横宽La和气体流出开口部7b的横宽Lb(开口面积)限定为La>Lb的关系。如根据本实施方式可理解的那样，通过使用主视呈大致矩形的板，并且使用整流构件，也能够实现本发明所意图的结构。
在图15A和图15B所示的板式换热器HEb中，在上表面部和下表面部设有开口部38a、38b的作为整流构件的筒状的壳体3A内收纳有多个板2。在图16A和图16B所示的板式换热器HEc中，在左右侧面部设有开口部38c、38d的作为整流构件的筒状的壳体3B内收纳有多个板2。
向图15A和图15B的板式换热器HEb沿上下方向供给燃烧气体，与之相对地，向图16A和图16B的板式换热器HEc沿大致水平方向供给燃烧气体。这些情况均是将整流构件设为单一的壳体3A、3B，因此零件个数较少，能够谋求组装作业的容易化等。
本发明不限于上述的实施方式的内容。本发明的板式换热器和具备该板式换热器的热水装置的各部的具体的结构在本发明所意图的范围内自由地进行各种设计变更。
加热用气体不限定于燃烧气体，例如也可以使用高温的排气等。成为加热对象的液体不限于供热水用的冷热水。板的具体的形状、尺寸、材质等也没有限定。

Claims (10)

1.一种板式换热器，其特征在于，
该板式换热器包括：
多个板，其以在内侧形成液体流路的方式层叠；以及
气体流路，其用于供加热用气体通过，该气体流路形成于所述多个板相互之间，并且具有气体流入开口部和位于与该气体流入开口部相反的一侧的气体流出开口部，
所述气体流出开口部的开口面积比所述气体流入开口部的开口面积小。
2.根据权利要求1所述的板式换热器，其中，
各所述板的所述气体流出开口部侧的横宽比所述气体流入开口部侧的横宽窄。
3.根据权利要求1所述的板式换热器，其中，
各所述板处于在上下高度方向上立起的姿态，
所述液体流路的流入口设于各所述板中的横宽方向上的第1端部侧的下部，并且，所述液体流路的流出口设于各所述板中的所述横宽方向上的与所述第1端部相反的第2端部侧的上部。
4.根据权利要求3所述的板式换热器，其中，
各所述板的上端部以所述第2端部的高度比所述第1端部的高度高的方式倾斜。
5.根据权利要求3所述的板式换热器，其中，
各所述板的上端部和下端部分别位于加热用气体流动方向的上游侧和下游侧，
所述液体流路包括在主视时包围所述流入口的第1区域和从该第1区域朝向各所述板的上端部呈直线状延伸的第1流路。
6.根据权利要求3所述的板式换热器，其中，
所述液体流路包括在主视时包围所述流出口的第2区域和从该第2区域朝向各所述板的下端部呈直线状延伸的第2流路。
7.根据权利要求1所述的板式换热器，其中，
所述多个板中的隔着所述气体流路互为相对的板的外周端部彼此的除所述气体流入开口部的区域和所述气体流出开口部的区域之外的部分相互接合。
8.根据权利要求1所述的板式换热器，其中，
所述多个板的互为相邻的板彼此钎焊在一起，另一方面，隔着所述气体流路相对的板的靠中央的区域彼此处于未进行钎焊的非接合状态。
9.根据权利要求1所述的板式换热器，其中，
该板式换热器还包括整流构件，该整流构件覆盖所述多个板的外周围中的除了所述气体流入开口部和所述气体流出开口部之外的区域，并且限定所述气体流入开口部和所述气体流出开口部各自的开口宽度。
10.一种热水装置，其特征在于，
该热水装置包括权利要求1所述的板式换热器。
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