CN111380220A - 换热器及热水装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供换热器及热水装置。该换热器包括：多个传热管，其沿着第1方向延伸，并且沿着与第1方向交叉的第2方向排列；以及多个翅片，其沿着第1方向配置。翅片具有沿着第2方向排列的多个翅片主体部和连接相邻的两个翅片主体部的一个或多个架桥部。在至少一个翅片主体部中，在架桥部的第2方向的旁边形成有贯通孔。

Description

换热器及热水装置
技术领域
本发明涉及换热器及热水装置。
背景技术
在日本特开2018－96622号公报(专利文献1)中记载了一种换热器。专利文献1所记载的换热器具有传热管和翅片。传热管沿着第1方向延伸，并且沿着与第1方向交叉的第2方向呈单列地排列有多根。
翅片具有以自传热管的外周面突出的方式在与第1方向交叉的面内延伸的部分(以下称为翅片主体部)。在翅片主体部形成有供传热管贯穿的贯穿孔。通过传热管贯穿于贯穿孔，从而翅片主体部安装于传热管。相邻地配置的两个翅片主体部互相连接(以下，将该连接部称为架桥部)。
发明内容
在专利文献1所记载的换热器中，架桥部被从燃烧器发出的燃烧气体加热而热膨胀。该热膨胀成为使传热管产生热应力的原因。
本发明即是鉴于上述那样的以往技术的问题点而完成的。更具体地讲，本发明提供能够减少因架桥部的热膨胀而在传热管产生的热应力的换热器及热水装置。
本发明的一个技术方案的换热器包括：多个传热管，其沿着第1方向延伸，并且沿着与第1方向交叉的第2方向排列；以及多个翅片，其沿着第1方向配置。翅片具有沿着第2方向排列的多个翅片主体部和连接相邻的两个翅片主体部的一个或多个架桥部。在至少一个翅片主体部中，在架桥部的第2方向的旁边形成有贯通孔。
在上述的换热器中，由于在贯通孔的周边翅片主体部易于变形，因此架桥部的热膨胀不易向传热管传递。因此，采用上述的换热器，能够减少因架桥部的热膨胀而导致在传热管产生的热应力。
在上述的换热器中，也可以是，一对贯通孔形成为在第2方向上隔着架桥部彼此相对。
在该情况下，由于贯通孔形成在架桥部的两侧，因此在架桥部的两侧存在易于产生变形的部分。因此，在该情况下，架桥部的热膨胀更加不易向传热管传递，能够进一步减少在传热管中产生的热应力。
在上述的换热器中，也可以是，贯通孔的与第1方向以及第2方向交叉的第3方向上的宽度大于架桥部的第3方向上的宽度。
在该情况下，能够进一步减少因架桥部的热膨胀而导致在传热管产生的热应力。
在上述的换热器中，也可以是，贯通孔具有沿着第3方向延伸的狭缝形状。
在上述的换热器中，也可以是，贯通孔的第3方向的端在从第1方向观察时成为曲线。也可以是，曲线朝向贯通孔的外侧凸出。
在该情况下，由于缓和贯通孔的端的应力集中，因此能够抑制在因架桥部的热膨胀而导致翅片主体部的处于贯通孔的周围的部分变形时翅片主体部的处于贯通孔的周围的部分断裂的状况。
在上述的换热器中，也可以是，贯通孔具有圆形形状或者椭圆形状。
在上述的换热器中，也可以是，以隔着第1架桥部彼此相对的形成有一对贯通孔，并且以隔着第2架桥部彼此相对的方式形成有一对贯通孔，上述的第1架桥部是处于最靠近翅片的第2方向的一端的位置的架桥部，上述的第2架桥部是处于最靠近翅片的第2方向的另一端的位置的架桥部。也可以是，在除第1架桥部和第2架桥部之外的架桥部的旁边未形成贯通孔。
在该情况下，能够在抑制由形成贯通孔引起的传热效率的降低的同时减少因架桥部的热膨胀而导致在传热管产生的热应力。
本发明的一个技术方案的热水装置包括上述的换热器和用于产生要利用换热器进行换热的燃烧气体的燃烧器。
根据与附图相关联地理解的涉及本发明的以下的详细的说明，本发明的上述及其他的目的、特征、方面以及优点变得明确。
附图说明
图1是实施方式的热水装置的示意图。
图2是一次换热器23的立体图。
图3是表示一次换热器23的内部结构的立体图。
图4是一次换热器23的侧视图。
图5是翅片23m的俯视图。
图6是比较例的一次换热器的翅片23m的俯视图。
图7是表示在比较例的换热器中由架桥部23mb的热膨胀引起的热应力作用于传热管23b的机理的示意图。
图8是第1变型例的翅片23m的俯视图。
图9是第2变型例的翅片23m的俯视图。
图10是第3变型例的翅片23m的俯视图。
图11是第4变型例的翅片23m的俯视图。
图12是第5变型例的翅片23m的俯视图。
具体实施方式
参照附图说明本发明的实施方式的详细内容。在以下的附图中，对相同或者相当的部分标注相同的参照附图标记，不反复进行重复的说明。
(实施方式的热水装置的结构)
以下，说明实施方式的热水装置的结构。
如图1所示，实施方式的热水装置具有壳体10、燃烧装置20、配管40a～配管40g、旁通配管41a和旁通配管41b以及旁通伺服机42。
燃烧装置20具有燃烧器21、火花塞22、一次换热器23、二次换热器24、腔室25、风扇26、管道27、文丘里器28、节流器29以及气体阀30。
燃烧器21、火花塞22、一次换热器23、二次换热器24、腔室25、风扇26、管道27、文丘里器28、节流器29、气体阀30、配管40a～配管40g、旁通配管41a、以及旁通配管41b和旁通伺服机42配置在壳体10内。
燃烧器21配置在腔室25的下方。一次换热器23配置在燃烧器21的下方。火花塞22配置在燃烧器21的下方。火花塞22安装于例如一次换热器23。二次换热器24配置在一次换热器23的下方。
从配管40a的一端供给燃料气体。配管40a的另一端连接于气体阀30。配管40b的一端连接于气体阀30。配管40b的另一端连接于节流器29。配管40c的一端连接于节流器29。配管40c的另一端连接于文丘里器28。
配管40d的一端连接于文丘里器28。配管40d的另一端连接于风扇26。风扇26连接于腔室25。
从配管40e的一端供给水。配管40e的另一端连接于二次换热器24。配管40f的一端连接于二次换热器24。配管40f的另一端连接于一次换热器23。配管40g的一端连接于一次换热器23。从配管40g的另一端出热水。
旁通配管41a的一端连接于配管40e。旁通配管41a的另一端连接于旁通伺服机42。旁通配管41b的一端连接于旁通伺服机42。旁通配管41b的另一端连接于配管40g。
气体阀30用于切换从配管40a供给燃料气体和停止供给燃料气体。由此，调整向文丘里器28供给的燃料气体的压力。
文丘里器28构成为从壳体10的外部吸入空气。文丘里器28将从壳体10的外部吸入的空气和经由配管40a、配管40b、配管40c、节流器29以及气体阀30供给到文丘里器28的燃料气体混合(以下，将与空气混合的燃料气体称为混合气体)。
风扇26具有风扇壳体、配置在风扇壳体内的叶轮以及用于驱动叶轮而使其旋转的马达。风扇26通过马达驱动叶轮而使其旋转，从而经由配管40d吸入在文丘里器28生成的混合气体。吸入的混合气体经由腔室25向燃烧器21供给。
从设于燃烧器21的下表面的火焰孔朝向下方喷出混合气体。喷出来的混合气体被火花塞22点火而燃烧，成为燃烧气体。燃烧气体朝向下方(即，朝向一次换热器23)喷出。
经由配管40e供给到二次换热器24的水通过在二次换热器24中与燃烧气体的潜热进行换热而温度上升。通过了二次换热器24的水经由配管40f向一次换热器23供给。供给到一次换热器23的水通过在一次换热器23中与燃烧气体的显热进行换热而温度进一步上升。通过了一次换热器23的水在配管40g中流动。
在配管40e中流动的水的一部分向旁通配管41a流动。利用旁通伺服机42控制从旁通配管41a向旁通配管41b流动的水的流量。在旁通配管41b中流动的水与在配管40g中流动的水混合。即，通过旁通伺服机42控制从旁通配管41a向旁通配管41b流动的水的流量，来调整从配管40g的另一端出热水的水的温度。
由于燃烧气体中的水蒸气在一次换热器23内冷凝而产生的水(以下，将该水称为冷凝水)通过管道27向壳体10的外部排出。
(一次换热器的详细结构)
以下，说明一次换热器23的详细结构。
如图2～图4所示，一次换热器23具有壳体23a、传热管23b～传热管23d、集管23e～集管23j、入水口23k、出水口23l以及翅片23m。另外，在图3中，省略了一部分翅片23m的图示。
壳体23a具有侧壁23aa～侧壁23ad。侧壁23aa和侧壁23ac在第1方向DR1上彼此相对。侧壁23ab和侧壁23ad在第2方向DR2上彼此相对。第1方向DR1和第2方向DR2互相交叉。优选的是，第1方向DR1和第2方向DR2互相正交。
侧壁23ab与侧壁23aa以及侧壁23ac相连。侧壁23ad与侧壁23aa以及侧壁23ac相连。在壳体10的上表面形成有由侧壁23aa～侧壁23ad的上端划分出的开口部，在壳体10的底面形成有由侧壁23aa～侧壁23ad的下端划分出的开口部。从燃烧器21发出的燃烧气体从处于壳体10的上表面的开口部进入一次换热器23的内部，并从处于壳体10的下表面的开口部排出。
传热管23b在一端固定于侧壁23aa的内壁面，在另一端固定于侧壁23ac的内壁面。侧壁23aa的内壁面是侧壁23aa的朝向侧壁23ac侧的面，侧壁23ac的内壁面是侧壁23ac的朝向侧壁23aa侧的面。
传热管23b沿着第1方向DR1延伸。传热管23b具有例如椭圆筒形状。传热管23b沿着第2方向DR2呈单列地排列有多根。在图中所示的例子中，传热管23b的根数为8根。相邻的两根传热管23b隔开间隔地排列。
传热管23c在一端固定于侧壁23aa的内壁面，在另一端固定于侧壁23ac的内壁面。传热管23c沿着第1方向DR1延伸。传热管23c在侧壁23ab的外壁面上沿着第3方向DR3隔开间隔地排列有多根。第3方向DR3是与第1方向DR1和第2方向DR2交叉的方向。优选的是，第3方向DR3与第1方向DR1以及第2方向DR2正交。侧壁23ab的外壁面是侧壁23ab的与侧壁23ad相反的一侧的面。在图中所示的例子中，传热管23c的根数为3根。
传热管23d在一端固定于侧壁23aa的内壁面，在另一端固定于侧壁23ac的内壁面。传热管23d沿着第1方向DR1延伸。传热管23d在侧壁23ad的外壁面上沿着第3方向DR3隔开间隔地排列有多根。侧壁23ad的外壁面是侧壁23ad的与侧壁23ab相反的一侧的面。在图中所示的例子中，传热管23d的根数为3根。
集管23e～集管23h安装于侧壁23aa的外壁面。侧壁23aa的外壁面是侧壁23aa的内壁面的相反面。集管23e连接于最靠侧壁23ab侧的传热管23b的一端。集管23f连接于相邻的两根传热管23b的一端。集管23g将最靠侧壁23ad侧的传热管23b的一端和传热管23d的一端连接起来。集管23h连接于传热管23c的一端。
集管23i和集管23j安装于侧壁23ac的外壁面。侧壁23ac的外壁面是侧壁23ac的内壁面的相反面。集管23i连接于相邻的两根传热管23b的另一端。集管23j连接于传热管23c的另一端和传热管23d的另一端。
入水口23k连接于集管23e。出水口23l连接于集管23h。虽未图示，但在集管23e连接有配管40f的另一端，在出水口23l连接有配管40g的一端。
如图3所示，多个翅片23m沿着第1方向DR1配置。翅片23m由例如不锈钢形成。如图5所示，翅片23m具有多个翅片主体部23ma和一个或多个架桥部23mb(在翅片主体部23ma的数量是两个的情况下，架桥部23mb的数量是一个)。翅片主体部23ma是以自传热管23b的外周面突出的方式在与第1方向DR1交叉的面内延伸的部分。翅片主体部23ma沿着第2方向DR2排列。架桥部23mb是连接相邻的两个翅片主体部23ma的部分。在第3方向DR3上从架桥部23mb的两侧夹入缺口。架桥部23mb在第3方向DR3上配置在与传热管23b重叠的位置。架桥部23mb在第3方向DR3上具有宽度W1。
在翅片主体部23ma形成有贯穿孔23mc。贯穿孔23mc在厚度方向上贯通翅片主体部23ma。贯穿孔23mc在从第1方向DR1观察时具有例如椭圆形状。在贯穿孔23mc贯穿有传热管23b。翅片主体部23ma以传热管23b插入贯穿孔23mc的状态钎焊于传热管23b的外周面。由此，能够进行翅片23m和传热管23b之间的导热。
在翅片主体部23ma形成有贯通孔23md。贯通孔23md在厚度方向上贯通翅片主体部23ma。优选的是，贯通孔23md具有沿着第3方向DR3延伸的狭缝形状。贯通孔23md在第2方向DR2上具有宽度W2，在第3方向DR3上具有宽度W3。优选的是，宽度W2小于宽度W3。另外，宽度W2极小、贯通孔23md的形状接近线状的情况也包含在“贯通孔23md具有狭缝状的形状”中。优选的是，在从第1方向DR1观察时，贯通孔23md的第3方向DR3的端成为曲线。该曲线朝向贯通孔23md的外侧凸出。优选的是，宽度W3大于宽度W1。
贯通孔23md在架桥部23mb的第2方向DR2的旁边形成于翅片主体部23ma。优选的是，一对贯通孔23md形成为隔着架桥部23mb彼此相对。另外，只要在至少一个翅片主体部23ma中在架桥部23mb的第2方向DR2的旁边形成有贯通孔23md即可。
从入水口23k供给来的水经由集管23e被向传热管23b供给，依次在传热管23b内流动。通过了传热管23b的水向传热管23d供给，在传热管23d内流动。通过了传热管23d的水向传热管23c供给，在传热管23c中流动。通过了传热管23c的水经由集管23h从出水口23l流出。在传热管23b中流动的期间里，水与被在燃烧器21中产生的燃烧气体加热了的翅片23m之间进行换热。此外，在传热管23c和传热管23d中流动的期间里，水也与在燃烧器21中产生的燃烧气体之间进行换热。
(实施方式的一次换热器的效果)
以下，一边与比较例进行对比一边说明一次换热器23的效果。
比较例的一次换热器的结构除了翅片23m的结构之外与一次换热器23的结构相同。如图6所示，在比较例的一次换热器中，在翅片主体部23ma未形成贯通孔23md。
如图7所示，翅片23m的架桥部23mb由于被由燃烧器21发出的燃烧气体加热而热膨胀(参照图中的箭头)。在比较例的一次换热器中，由于在翅片主体部23ma未形成贯通孔23md，因此架桥部23mb的热膨胀作用于传热管23b。而且，由于传热管23b的一端固定于侧壁23aa，因此在架桥部23mb的热膨胀作用于传热管23b时，易于在传热管23b和侧壁23aa之间的固定部产生热应力。该热应力存在导致传热管23b和侧壁23aa之间的固定部产生破损的可能性。
另一方面，由于在一次换热器23中，在翅片主体部23ma形成有贯通孔23md，翅片主体部23ma的处于其周边的部分易于变形，因此即使因燃烧气体的加热而导致架桥部23mb产生热膨胀，该热膨胀也不易传递到传热管23b。其结果，在一次换热器23中，降低在传热管23b产生的热应力。
为了避免因架桥部23mb的热膨胀而导致对传热管23b施加热应力的状况，考虑自翅片23m除去架桥部23mb的做法。但是，若自翅片23m除去架桥部23mb，则各个翅片主体部23ma变得零乱，因此将翅片23m组装于传热管23b时的作业量会增大。在一次换热器23中，由于各个翅片主体部23ma利用架桥部23mb而一体化，因此不会发生将翅片23m组装于传热管23b时的作业量的增大。
在一次换热器23中，由于一对贯通孔23md形成为隔着架桥部23mb彼此相对，因此在架桥部23mb的两侧存在易于产生变形的部分。因此，采用一次换热器23，架桥部23mb的热膨胀更加不易向传热管23b传递，能够进一步降低在传热管23b产生的热应力。
在一次换热器23中，由于贯通孔23md的第3方向DR3的端在从第1方向DR1观察时成为曲线，该曲线朝向贯通孔的外侧凸出，因此在贯通孔23md的端附近应力集中部位较少。因此，采用一次换热器23，能够抑制在因架桥部23mb的热膨胀而导致翅片主体部23ma的处于贯通孔23md的周围的部分变形时翅片主体部23ma的处于贯通孔23md的周围的部分断裂的状况。
(变形例)
以下，说明变形例的翅片23m的结构。
也可以是，如图8所示，贯通孔23md具有椭圆形状。另外，该椭圆形状的长轴沿着第3方向DR3。也可以是，如图9所示，贯通孔23md具有圆形形状。
也可以是，如图10所示，贯通孔23md具有弯曲的形状。该弯曲的形状成为沿着贯穿孔23mc的边缘的形状(与贯穿孔23mc的边缘平行的形状)。在该情况下，由于能够使翅片主体部23ma的处于贯通孔23md的周围的部分的宽度均匀化，因此能够进一步抑制在因架桥部23mb的热膨胀而导致翅片主体部23ma的处于贯通孔23md的周围的部分变形时翅片主体部23ma的处于贯通孔23md的周围的部分断裂的状况。
也可以是，如图11所示，在架桥部23mb还形成有贯通孔23me。贯通孔23me在厚度方向上贯通架桥部23mb。贯通孔23me沿着第2方向DR2延伸。也可以是，形成为隔着架桥部23mb相对的一对贯通孔23md利用贯通孔23me相连接。在该情况下，在架桥部23mb热膨胀时，架桥部23mb自身易于变形，因此架桥部23mb的热膨胀不易向传热管23b传递，能够进一步减少在传热管23b产生的热应力。
将处于第2方向DR2的一端的翅片主体部23ma设为翅片主体部23ma1，将处于第2方向DR2的另一端的翅片主体部23ma设为翅片主体部23ma3。此外，将处于翅片主体部23ma1的旁边的翅片主体部23ma设为翅片主体部23ma2，将处于翅片主体部23ma3的旁边的翅片主体部23ma设为翅片主体部23ma4。并且，将连接翅片主体部23ma1和翅片主体部23ma2的架桥部23mb设为架桥部23mb1，将连接翅片主体部23ma3和翅片主体部23ma4的架桥部23mb设为架桥部23mb2。
如图12所示，一对贯通孔23md形成为隔着架桥部23mb1相对，并且一对贯通孔23md形成为隔着架桥部23mb2相对。此外，在除了架桥部23mb1和架桥部23mb2之外的架桥部23mb的旁边未形成贯通孔23md。
由于因架桥部23mb的热膨胀而导致的热应力最强有力地作用的是配置在第2方向DR2的端的传热管23b，因此通过像上述那样形成贯通孔23md，从而能够充分地减少对传热管23b施加的热应力。此外，在该情况下，由于能够减少形成贯通孔23md的个数，因此能够抑制因贯通孔23md的形成而导致的翅片23m的面积减少及随之引起的翅片23m的传热效率降低。
像以上那样对本公开的实施方式进行了说明，但也可以对上述的实施方式进行各种各样的变形。此外，本发明的范围并不限定于上述的实施方式。本发明的范围由权利要求书表示，意图包括与权利要求书均等的意思和范围内的全部的变更。
产业上的可利用性
上述的实施方式特别有利地应用于一次换热器及具备该一次换热器的热水装置。

Claims (9)

1.一种换热器，其中，
该换热器包括：
多个传热管，其沿着第1方向延伸，并且沿着与所述第1方向交叉的第2方向排列；以及
多个翅片，其沿着所述第1方向配置，
所述翅片具有沿着所述第2方向排列的多个翅片主体部和连接相邻的两个所述翅片主体部的一个或多个架桥部，
在至少一个所述翅片主体部中，在所述架桥部的所述第2方向的旁边形成有贯通孔。
2.根据权利要求1所述的换热器，其中，
一对所述贯通孔形成为隔着所述架桥部彼此相对。
3.根据权利要求1所述的换热器，其中，
所述贯通孔的与所述第1方向以及所述第2方向交叉的第3方向上的宽度大于所述架桥部的所述第3方向上的宽度。
4.根据权利要求2所述的换热器，其中，
所述贯通孔的与所述第1方向以及所述第2方向交叉的第3方向上的宽度大于所述架桥部的所述第3方向上的宽度。
5.根据权利要求3所述的换热器，其中，
所述贯通孔具有沿着所述第3方向延伸的狭缝形状。
6.根据权利要求5所述的换热器，其中，
所述贯通孔的所述第3方向的端在从所述第1方向观察时成为曲线，
所述曲线朝向所述贯通孔的外侧凸出。
7.根据权利要求1所述的换热器，其中，
所述贯通孔具有圆形形状或者椭圆形状。
8.根据权利要求1所述的换热器，其中，
以隔着第1架桥部彼此相对的方式形成有一对所述贯通孔，并且以隔着第2架桥部彼此相对的方式形成有一对所述贯通孔，所述第1架桥部是处于最靠近所述翅片的所述第2方向的一端的位置的所述架桥部，所述第2架桥部是处于最靠近所述翅片的所述第2方向的另一端的位置的所述架桥部，
在除所述第1架桥部和所述第2架桥部之外的所述架桥部的旁边未形成所述贯通孔。
9.一种热水装置，其中，
该热水装置包括：
权利要求1～8中任一项所记载的所述换热器；以及
燃烧器，其用于产生要利用所述换热器进行换热的燃烧气体。
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