CN112119267A - 热水装置 - Google Patents

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Abstract

热水装置(WH)包括：一次热交换器(H1)，从加热用气体进行热回收；二次热交换器(H2)；以及限制单元(48、40a)，在一次热交换器(H1)的第一壳体(2)内限制加热用气体的流动，以阻止在第一壳体(2)的至少一个侧壁部(20)附近的区域中流动的所述加热用气体进入至二次热交换器(H2)的间隙(C2、C3)。由此，可恰当地实现二次热交换器(H2)的侧壁部(50)的高温化的防止及热效率的提高等。

Description

热水装置
技术领域
本发明涉及一种供热水装置等热水装置，更详细而言，涉及一种包括一次热交换器及二次热交换器的类型的热水装置。
背景技术
作为热水装置，有如下的热水装置：除了包括从燃烧气体(加热用气体)回收显热(sensible heat)的一次热交换器以外，还包括用于从通过所述一次热交换器回收显热之后的燃烧气体进一步回收潜热(latent heat)的二次热交换器。此处，所述一次热交换器及二次热交换器分别是在壳体内收容有导热管的结构。作为二次热交换器的导热管，有时使用非直管状的例如蛇行管或U字管(例如，专利文献1)。
但是，在所述现有技术中，存在如下所述那样应改善的余地。
即，在二次热交换器的壳体内收容有使用蛇行管或U字管的导热管的结构中，有时在所述导热管与所述壳体的侧壁部的相互间产生间隙。在此情况下，有通过一次热交换器的燃烧气体中的相对较多的燃烧气体进入至所述间隙之虞。如此，利用所述导热管的热回收量变少，从而热效率变低。另外，进入至所述间隙的燃烧气体直接作用于所述壳体的所述侧壁部，因此也会产生所述侧壁部被加热到高温的不良情况。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2013-130348号公报
专利文献2：日本专利特开平10-325610号公报
专利文献3：日本专利特开平7-127911号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于提供一种能够消除如上所述那样的不良情况的热水装置。
解决问题的技术手段
为了解决所述问题，在本发明中采取以下的技术手段。
由本发明提供的热水装置的特征在于包括：一次热交换器，具有向内部供给加热用气体的第一壳体，并且能够进行来自所述加热用气体的热回收；二次热交换器，在通过所述一次热交换器的加热用气体流入至内部的第二壳体内收容导热管，并且在所述第二壳体的至少一个侧壁部与所述导热管的相互间形成有间隙；以及加热用气体流动限制单元，在所述第一壳体内限制加热用气体的流动，以阻止在所述第一壳体的至少一个侧壁部附近的区域中流动的所述加热用气体进入至所述二次热交换器的所述间隙。
优选为所述一次热交换器包括在所述第一壳体的前后宽度方向上隔开间隔地排列的板状的多个鳍片，在所述多个鳍片中的位于所述前后宽度方向上的最端部的最端部鳍片，设置有向所述第一壳体的所述侧壁部侧屈曲或弯曲的折弯片部，所述加热用气体流动限制单元包含所述折弯片部。
优选为所述折弯片部通过从所述最端部鳍片的本体部呈非正交状屈曲或弯曲，在所述前后宽度方向上具有弹性，并且以反弹力与所述第一壳体的所述侧壁部抵接。
优选为所述折弯片部设置在所述最端部鳍片的加热用气体流动方向下游侧的端缘部，并且所述折弯片部的至少前端部向加热用气体流动方向上游侧倾斜或弯曲。
优选为本发明的热水装置中，作为所述导热管，包括在上下高度方向上排列的多个直状管体部经由至少一个连接管体部连接成一串的蛇行状或U字状，并且在所述第二壳体的横向宽度方向上排列的多个导热管，所述间隙形成在所述连接管体部与所述第二壳体的所述侧壁部的相互间。
优选为所述加热用气体流动限制单元包含引导部，所述引导部设置在所述第一壳体内，并且加热用气体流动方向上游侧的第一端部与所述第一壳体的所述侧壁部接触或接近，并且加热用气体流动方向下游侧的第二端部在所述第一壳体的横向宽度方向上位于比所述间隙更靠中央部附近的位置，所述引导部能够引导在所述第一壳体的所述侧壁部附近的区域中流动的加热用气体向所述第二壳体的横向宽度方向上的中央部侧流动。
优选为所述一次热交换器包括在所述第一壳体的前后宽度方向上隔开间隔地排列的板状的多个鳍片，在所述多个鳍片各自的所述横向宽度方向上的端缘部设置有屈曲片部，所述屈曲片部以越向加热用气体流动方向下游前进越位于所述第一壳体的中央部侧的方式倾斜，所述引导部包含所述屈曲片部。
优选为本发明的热水装置中，作为所述导热管，包括在上下高度方向上排列的多个直状管体部经由至少一个连接管体部连接成一串的蛇行状或U字状，并且在所述横向宽度方向上排列的多个导热管，所述间隙形成在所述多个导热管中的位于所述横向宽度方向上的端部的导热管与所述第二壳体的所述侧壁部的相互间。
优选为本发明的热水装置还包括：屈曲片部，设置在所述多个鳍片中的与所述最端部鳍片不同的多个中间部鳍片各自的所述横向宽度方向上的端缘部，并且以越向加热用气体流动方向下游前进越位于所述第一壳体的中央部侧的方式倾斜，能够引导在所述第一壳体的所述侧壁部附近的区域中流动的加热用气体向所述第二壳体的横向宽度方向上的中央部侧流动，所述加热用气体流动限制单元包含所述屈曲片部。
本发明的其他特征及优点是根据参照随附附图而在以下进行的发明的实施方式的说明来进一步明确。
附图说明
图1是构成本发明的热水装置的一次热交换器及二次热交换器的立体图。
图2A是表示包括图1所示的一次热交换器及二次热交换器而构成的热水装置的一例的剖面图(沿着图1的IIA-IIA线的剖面图)，图2B是图2A的主要部分放大剖面图。
图3是图2A所示的热水装置的与图2A不同的部位的主要部分剖面图。
图4是图1及图2A所示的二次热交换器的立体图。
图5A是图2A的VA-VA剖面图，图5B是图5A的主要部分放大图。
图6是图5A所示的鳍片的主要部分立体图。
图7是图1～图3所示的一次热交换器的最端部鳍片的立体图。
图8是表示图1～图3所示的一次热交换器的多个鳍片向导热管的组装步骤的一例的主要部分剖面图。
图9是表示本发明的另一实施方式的要图剖面图。
图10是表示第二导热管的另一例的前视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行具体说明。
图2A所示的热水装置WH包括一次热交换器H1、二次热交换器H2、及由假想线示出了一部分的燃烧器1。在二次热交换器H2的下侧设置有用于将热回收后的燃烧气体作为废气排出到外部的构件(图示省略)。
燃烧器1是现有已知的反向燃烧式的气体燃烧器。在所述燃烧器1中，从风扇(图示省略)喷出的燃烧用空气与燃料气体的混合气从一次热交换器H1的第一壳体2的上侧向下喷射，通过具有透气性的燃烧板10而供给到第一壳体2内。对所述混合气进行点火，向第一壳体2内供给作为加热用气体的燃烧气体。
一次热交换器H1除了包括所述第一壳体2以外，还包括导热管3、吸热用的多个鳍片4(4A、4B)及多个辅助管39。第一壳体2是上下两面开口的大致矩形筒状，如图1所示，具有第一至第四侧壁部20(20a～20d)。辅助管39除了从燃烧气体吸热以外，还起到对第一壳体2的第二至第四侧壁部20b～20d进行冷却的作用，是沿着第二至第四侧壁部20b～20d的内表面设置的俯视大致コ字状。在第一侧壁部20a设置有将多个辅助管39连接成一串的集管部35a、集管部35b。第一侧壁部20a被在集管部35a、集管部35b内流动的水冷却。供给至辅助管39的入水口38的水在由图1的虚线箭头所示的路径通过辅助管39及集管部35a、集管部35b之后，流入至导热管3。导热管3是横向架设在第一壳体2内且在上下方向上及水平方向上排列的多个直状管体部30经由弯管36而连接成一串而成的结构。从辅助管39流入至导热管3的水到达出热水口37。
在图2A中，多个鳍片4为板状，导热管3的直状管体部30贯通，并且使用硬焊单元而接合在直状管体部30，在直状管体部30的长度方向(第一壳体2的前后宽度方向D1)上隔开间隔地排列。所述多个鳍片4被区分为位于前后宽度方向D1上的两端部的一对最端部鳍片4A以及位于所述一对最端部鳍片4A之间的多个(许多)中间部鳍片4B。所述具体的结构将在后面叙述。
在图2A及图3中，二次热交换器H2是在上下两面开口的大致矩形筒状的第二壳体5内收容有作为蛇行状导热管的第一及第二导热管6A、6B的结构。第二壳体5具有第一至第四侧壁部50(50a～50d)。在图2A及图4中，第一导热管6A是在上下高度方向上排列且在水平方向上延伸的多个直状管体部60经由侧视半圆弧状的多个连接管体部61而连接成一串的蛇行状。所述第一导热管6A的两端部与设置在第二壳体5的外部的入水用及出热水用的集管7a、集管7b连接。
如图5A所示，多个第一导热管6A在横向宽度方向D2上隔开间隔地排列。但是，在相互邻接的第一导热管6A彼此之间设置高低阶差，多个第一导热管6A呈交错排列。
在图3及图4中，第二导热管6B是在上下高度方向上排列且上下倾斜的直状管体部63经由侧视半圆弧状的多个连接管体部62而连接成一串而成的蛇行状。所述第二导热管6B的两端部与第一导热管6A同样地，与入水用及出热水用的集管7a、集管7b连接。第二导热管6B由于各直状管体部63上下倾斜，因此排水性好。在寒冷季节，即使在第一导热管6A内冻结的情况下，通过使水在所述第二导热管6B中流通，也能够进行热水供给。
如图4及图5A所示，第二导热管6B设置为在横向宽度方向D2上位于多个第一导热管6A的左右两外侧。供给至集管7a的水通过第一及第二导热管6A、6B到达集管7b，其后供给至一次热交换器H1的入水口38，而送入至辅助管39及导热管3。在如上所述的过程中，水被燃烧气体加热。
在图2A及图2B中，在一对最端部鳍片4A分别设置有堵塞第一间隙C1的下端开口部的折弯片部48。第一间隙C1是第一壳体2的第一及第三侧壁部20a、20c各者与最端部鳍片4A的相互间的间隙。折弯片部48是用于限制燃烧气体向二次热交换器H2的后述的第二间隙C2流入的部位(相当于本发明中所说的加热用气体流动限制单元的一例)，通过最端部鳍片4A的下缘部向一次热交换器H1的前后宽度方向D1的外侧折弯，而一体地形成在最端部鳍片4A。如由图2B的假想线所示，折弯片部48在未收容于第一壳体2内的自然状态下，从最端部鳍片4A的本体部41向上侧倾斜且呈非正交状屈曲或弯曲，在由箭头Na所示的方向上具有弹性。折弯片部48的前端部48a进一步向上侧屈曲或弯曲，其倾斜角α2大于折弯片部48的其他部分的倾斜角α1。如由图2B的实线所示，折弯片部48的前端部48a与第一壳体2的第一及第三侧壁部20(20a、20c)抵接，在前后宽度方向D1上以被压缩的状态位于第一壳体2内。
最端部鳍片4A例如是图7所示那样的形态，折弯片部48遍及最端部鳍片4A的下端部的大致全长区域地连续设置。另外，在最端部鳍片4A设置有导热管插通用的开口部42或多个凸状部43。如图2B所示，多个凸状部43是用于通过与邻接的中间部鳍片4B抵接来规定所述中间部鳍片4B与最端部鳍片4A的相互间尺寸的部位。
多个鳍片4向导热管3的组装作业例如经由图8所示那样的步骤进行。在所述图中，在使直状管体部30立起保持在下侧夹具9a上的状态下，将多个鳍片4外嵌在直状管体部30，并且利用上侧夹具9b按压它们，调整排列间距。此时，最端部鳍片4A的折弯片部48与下侧及上侧的夹具9a、夹具9b的侧面抵接。折弯片部48如上所述那样具有弹性，因此能够进行此种设定，由此，能够使得在多个鳍片4的组装作业时，折弯片部48不会成为组装作业的障碍。
如图2A及图3所示，在二次热交换器H2内形成有第二间隙C2(C2a、C2b)。第二间隙C2a形成在第一及第三侧壁部50(50a、50c)与连接管体部61的前端部的相互间。第二间隙C2b形成在第一及第三侧壁部50(50a、50c)与连接管体部62的前端部的相互间。所述第二间隙C2a、第二间隙C2b均位于第一间隙C1的正下方。
如图5A所示，在二次热交换器H2内还形成有第三间隙C3。所述第三间隙C3是形成在第二及第四侧壁部50(50b、50d)与第二导热管6B的相互间的间隙。
在本实施方式中，作为用于限制燃烧气体向第三间隙C3流入的单元，包括形成在多个中间部鳍片4B各者的引导部40a(相当于本发明中所说的加热用气体流动限制单元的另一例)。
中间部鳍片4B是形成有切口部49或导热管插通用的孔部48等的板状。在中间部鳍片4B的横向宽度方向D2上的两端缘部设置有使所述端缘部向中间部鳍片4B的前方侧或后方侧屈曲的屈曲片部40(也参照图6)。所述屈曲片部40的上部附近区域与第一壳体2的第二及第四侧壁部20(20b、20d)接触或接近而在上下高度方向上延伸。与此相对，屈曲片部40的下部附近区域以越向下方前进越位于第一及第二壳体2、5的横向宽度方向D2上的中央部侧的方式倾斜，且成为用于引导燃烧气体的引导部40a。作为所述引导部40a的上端部的第一端部P1与侧壁部20(20b、20d)接触或接近，与此相对，作为下端部的第二端部P2以比第三间隙C3更适当的尺寸La位于第一及第二壳体2、5的横向宽度方向D2上的中央部侧的位置。
接着，对所述热水装置WH的作用进行说明。
首先，在图2A中，从燃烧器1供给至一次热交换器H1的燃烧气体在结束利用辅助管39及导热管3的热回收之后，流入至二次热交换器H2内。此处，第二壳体5的第一及第三侧壁部50a、50c中的面向图2A所示的第二间隙C2a及图3所示的第二间隙C2b的部分由于未进行利用第一及第二导热管6A、6B的冷却，因此在大量的燃烧流入至第二间隙C2a、第二间隙C2b的情况下，容易成为高温。与此相对，在本实施方式中，位于第二间隙C2a、第二间隙C2b的正上方的第一间隙C1的下端开口部被最端部鳍片4A的折弯片部48堵塞，因此燃烧气体难以通过第一间隙C1而直接流入至第二间隙C2a、第二间隙C2b。因此，减少向第二间隙C2a、第二间隙C2b流入的燃烧气体流入量，从而恰当地消除第一及第三侧壁部50a、50c成为异常的高温的情况。另外，当大量的燃烧气体在第二间隙C2a、第二间隙C2b中行进时，热效率下降，但此种不良情况也会消除。
如参照图2B所说明那样，折弯片部48具有弹性，以反弹力与侧壁部20(20a、20c)抵接。因此，能够使折弯片部48与侧壁部20的抵接状态稳定，在侧壁部20与折弯片部48之间不会产生会发生燃烧气体的泄漏的相对较大的间隙。另外，若折弯片部48是具有弹性的结构，则在将多个鳍片4与导热管3的直状管体部30一起配置在第一壳体2内的情况下，即使在一对最端部鳍片4A的相互间隔存在多少的尺寸误差，也能够利用所述弹性来吸收所述误差，使各折弯片部48恰当地与侧壁部20抵接。
由于折弯片部48的前端部48a的倾斜角α2增大，因此也能够使所述前端部48a与侧壁部20(侧壁部20a、侧壁部20c)面接触，提高它们之间的密封性。此外，折弯片部48从最端部鳍片4A的下端向斜上方屈曲或弯曲，其屈曲或弯曲方向成为相对于最端部鳍片4A的本体部41的折回方向。因此，在将包含最端部鳍片4A在内的多个鳍片4组装到第一壳体2时，不会产生折弯片部48卡挂或顶靠于侧壁部20等，而能够使折弯片部48顺利地压缩变形，同时滑动插入到第一壳体2内。
另一方面，在图5A中，由于在第二壳体5内也存在第三间隙C3，因此假设大量的燃烧气体流入至所述第三间隙C3，则第二及第四侧壁部50b、50d中的与第三间隙C3面对面的部位容易成为高温。另外，热效率下降。与此相对，中间部鳍片4B的引导部40a引导在第一壳体2的第二及第四侧壁部20b、20d附近的区域中向下行进的燃烧气体向第一及第二壳体2、5的横向宽度方向D2上的中央部侧前进。
如上所述，引导部40a的第二端部P2在二次热交换器H2中位于比位于最外侧的第二导热管6B更靠中央部侧的位置，第三间隙C3的正上方位置处于由引导部40a覆盖的位置关系。因此，在燃烧气体被引导部40a引导而流入至二次热交换器H2内的情况下，所述燃烧气体不会向第三间隙C3行进或几乎没有。因此，也能够恰当地防止因大量的燃烧气体向第三间隙C3行进而引起的不良情况、即第二及第四侧壁部50b、50d被加热到异常的高温，及热效率下降。由于引导部40a是利用中间部鳍片4B而构成，因此不需要设置其专用的构件，也能够使制造成本廉价。
图9及图10示出了本发明的另一实施方式。在所述图中，对与所述实施方式相同或类似的元件标注与所述实施方式相同的符号，并省略重复说明。
在图9所示的热水装置WHa中，设为二次热交换器H2的方向与所述实施方式相差90°的结构。再者，作为二次热交换器H2的导热管，设为示出了导热管6A，但未设置所述实施方式的第二导热管6B的结构。
在本实施方式中，例如导热管6A的连接管体部61的各前端部61a在横向宽度方向D2上位于最外侧，与侧壁部50之间形成有第二间隙C2。与此相对，引导部40a的第二端部P2以比所述前端部61a更适当的尺寸Lb、尺寸Lc位于横向宽度方向D2上的中央部侧的位置。
根据此种结构，可恰当地防止从一次热交换器H1流入至二次热交换器H2内的燃烧气体大量进入至第二间隙C2。因此，能够良好地获得热效率，并且恰当地防止壳体5的侧壁部50被加热到高温的不良情况。
图10示出了在二次热交换器H2中使用的导热管的另一例。所述图所示的导热管6C为具有两个直状管体部60以及一个连接管体部61的U字状。在本发明中，也可使用U字状的导热管6C来代替蛇行状导热管。
本发明不限定于所述实施方式的内容。本发明的热水装置的各部的具体结构可在本发明所意图的范围内自如地进行各种设计变更。
最端部鳍片4A的折弯片部48优选为与第一壳体2的侧壁部20抵接，以完全关闭第一间隙C1的开口部的方式设置，但本发明不限定于此。折弯片部48只要以能够限制(防止或抑制)加热用气体从第一间隙C1向第二间隙C2流动的方式向第一壳体2的侧壁部20侧屈曲或弯曲即可。折弯片部48与侧壁部20也可分离。即使是此种结构，也能够减少加热用气体向第二间隙C2的流入量。
最端部鳍片4A通常是以左右一对存在，优选为在所述一对最端部鳍片4A各者设置折弯片部48，但本发明不限定于此。例如，即使是仅在一对最端部鳍片4A的其中一个设置折弯片部48的结构，也包含在本发明的技术范围内。
在所述实施方式中，作为加热用气体流动限制单元，设置有折弯片部48及引导部40a这两个单元，但也可设为仅设置任意一个的结构。
所述实施方式的热水装置是在一次及二次热交换器的上侧配置有燃烧器的反向燃烧式，加热用气体(燃烧气体)流动方向向下，但本发明不限定于此。例如，也可设为将燃烧器配置在一次及二次热交换器的下侧，加热用气体(燃烧气体)流动方向朝上的正燃烧式。
加热用气体不限定于燃烧气体。例如，也可将在热电联产(cogeneration)系统中产生的高温的废气用作加热用气体。
本发明中所说的热水装置具备对水进行加热而生成热水的功能，除了包含一般的供热水装置以外，例如还包含澡浴供热水装置、制暖用热水装置、融雪用的热水装置等。
作为二次热交换器的导热管，也可使用蛇行状或U字状以外的导热管。

Claims (9)

1.一种热水装置，其特征在于包括：
一次热交换器，具有向内部供给加热用气体的第一壳体，并且能够进行来自所述加热用气体的热回收；
二次热交换器，在通过所述一次热交换器的加热用气体流入至内部的第二壳体内收容导热管，并且在所述第二壳体的至少一个侧壁部与所述导热管的相互间形成有间隙；以及
加热用气体流动限制单元，在所述第一壳体内，限制加热用气体的流动，以阻止在所述第一壳体的至少一个侧壁部附近的区域中流动的所述加热用气体进入至所述二次热交换器的所述间隙。
2.根据权利要求1所述的热水装置，其中，
所述一次热交换器包括在所述第一壳体的前后宽度方向上隔开间隔地排列的板状的多个鳍片，
在所述多个鳍片中的位于所述前后宽度方向上的最端部的最端部鳍片，设置有向所述第一壳体的所述侧壁部侧屈曲或弯曲的折弯片部，
所述加热用气体流动限制单元包含所述折弯片部。
3.根据权利要求2所述的热水装置，其中，
所述折弯片部通过从所述最端部鳍片的本体部呈非正交状屈曲或弯曲，在所述前后宽度方向上具有弹性，并且以反弹力与所述第一壳体的所述侧壁部抵接。
4.根据权利要求2所述的热水装置，其中，
所述折弯片部设置在所述最端部鳍片的加热用气体流动方向下游侧的端缘部，并且所述折弯片部的至少前端部向加热用气体流动方向上游侧倾斜或弯曲。
5.根据权利要求2所述的热水装置，其中，
作为所述导热管，包括在上下高度方向上排列的多个直状管体部经由至少一个连接管体部连接成一串的蛇行状或U字状，并且在所述第二壳体的横向宽度方向上排列的多个导热管，
所述间隙形成在所述连接管体部与所述第二壳体的所述侧壁部的相互间。
6.根据权利要求1所述的热水装置，其中，
所述加热用气体流动限制单元包含引导部，
所述引导部设置在所述第一壳体内，并且加热用气体流动方向上游侧的第一端部与所述第一壳体的所述侧壁部接触或接近，并且加热用气体流动方向下游侧的第二端部在所述第一壳体的横向宽度方向上位于比所述间隙更靠中央部附近的位置，
所述引导部能够引导在所述第一壳体的所述侧壁部附近的区域中流动的加热用气体向所述第二壳体的横向宽度方向上的中央部侧流动。
7.根据权利要求6所述的热水装置，其中，
所述一次热交换器包括在所述第一壳体的前后宽度方向上隔开间隔地排列的板状的多个鳍片，
在所述多个鳍片各自的所述横向宽度方向上的端缘部设置有屈曲片部，所述屈曲片部以越向加热用气体流动方向下游前进越位于所述第一壳体的中央部侧的方式倾斜，
所述引导部包含所述屈曲片部。
8.根据权利要求6所述的热水装置，其中，
作为所述导热管，包括在上下高度方向上排列的多个直状管体部经由至少一个连接管体部连接成一串的蛇行状或U字状，并且在所述横向宽度方向上排列的多个导热管，
所述间隙形成在所述多个导热管中的位于所述横向宽度方向上的端部的导热管与所述第二壳体的所述侧壁部的相互间。
9.根据权利要求2所述的热水装置，还包括：
屈曲片部，设置在所述多个鳍片中的与所述最端部鳍片不同的多个中间部鳍片各自的所述横向宽度方向上的端缘部，并且以越向加热用气体流动方向下游前进越位于所述第一壳体的中央部侧的方式倾斜，能够引导在所述第一壳体的所述侧壁部附近的区域中流动的加热用气体向所述第二壳体的横向宽度方向上的中央部侧流动，
所述加热用气体流动限制单元包含所述屈曲片部。
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