CN112856801B - 热交换器以及包括此热交换器的热水装置 - Google Patents

热交换器以及包括此热交换器的热水装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种热交换器以及包括此热交换器的热水装置。热交换器包括：壳体(2)，加热用气体被供给至内部；导热管(6、4)，被收容在壳体内；以及第一集管部及第二集管部(Ha～Hc)，分别具有利用设在壳体的侧壁部(2a)的鼓出部(21a～21c)而形成的腔室(7a～7c)，且在腔室连接有导热管以使加热对象流体流入/流出。侧壁部采用由内侧板(24)与外侧板(25)重合而成的结构，第一集管部(Ha)的鼓出部(21a)设在内侧板而朝壳体的内方侧鼓出，第二集管部(Hb、Hc)的鼓出部(21b、21c)设在外侧板而朝壳体的外方侧鼓出。根据此种结构，能够容易且适当地使第一集管部及第二集管部彼此靠近地设置。

Description

热交换器以及包括此热交换器的热水装置
技术领域
本发明涉及一种从燃烧气体等加热用气体利用导热管来进行热回收的类型的热交换器、以及包括此热交换器的供热水装置等热水装置。
背景技术
作为构成热水装置的热交换器的具体例，有专利文献1～专利文献3所公开的热交换器。
专利文献1、专利文献2所公开的热交换器包括：壳体，作为加热用气体的燃烧气体被供给至内部；以及多个导热管，被收容在所述壳体内，且作为加热对象流体的水在内部流通。在所述壳体的侧壁部，为了能够向多个导热管供水或放出热水，设有多个集管(header)部，所述多个集管部具有进行所述水的流入/流出的腔室。其中，所述多个集管部是通过设置朝壳体的外方侧或内方侧中的其中任一侧鼓出的鼓出部而形成。
根据此种结构，集管部是利用壳体的侧壁部的一部分而形成，因此能够使集管部的结构变得简单，使制造成本变得廉价。
另一方面，专利文献3所公开的热交换器中，也在壳体的侧壁部设有多个集管部。作为用于此的部件，壳体的侧壁部采用了由内侧板与外侧板重合而成的双重结构。内侧板设为支撑导热管的平板状，另一方面，在外侧板，设有朝壳体的外方侧鼓出的多个鼓出部，所述多个鼓出部与内侧板的相互间区域成为多个腔室。
但是，在所述的以往技术中，如下述那样尚存在应改善的余地。
即，专利文献1～专利文献3的任一个中，设在壳体的一个侧壁部的多个集管部中，它们的鼓出部仅朝壳体的外方侧鼓出，或者仅朝壳体的内方侧鼓出。因此，在使多个鼓出部彼此靠近地设置的情况下，有时难以适当地形成这些鼓出部，从而导致热交换器的生产性恶化。而且，也有时不得不变更热交换器的设计规格，以使多个集管部不彼此靠近。
作为用于在壳体的侧壁部设置鼓出部的方法，一般采用对侧壁部实施冲压加工的方法。但是，此种方法中，难以使朝同一方向鼓出的鼓出部以彼此靠近的配置而适当地形成，所述问题变得更为显著。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本专利第4841567号公报
专利文献2：日本专利第6558570号公报
专利文献3：中国实用新型CN205049014U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适当地防止或抑制所述问题的热交换器以及包括此热交换器的热水装置。
[解决问题的技术手段]
为了解决所述问题，本发明中采用了下述技术手段。
本发明的第一方面所提供的热交换器包括：壳体，具有至少一个侧壁部，且加热用气体被供给至内部；导热管，被收容在所述壳体内，且加热对象流体在内部流通；以及第一集管部及第二集管部，分别具有设在所述侧壁部的鼓出部、及利用所述鼓出部而形成的腔室，且在所述腔室连接有所述导热管以使所述加热对象流体流入/流出，所述侧壁部采用由内侧板与外侧板重合而成的结构，所述第一集管部的所述鼓出部设在所述内侧板而朝所述壳体的内方侧鼓出，所述第二集管部的所述鼓出部设在所述外侧板而朝所述壳体的外方侧鼓出。
优选的是，本发明的热交换器包括带鳍片的导热管作为所述导热管，所述带鳍片的导热管以沿所述导热管的轴长方向并列的排列而接合有多个鳍片，在所述多个鳍片中的最端部的鳍片与所述壳体的所述侧壁部的相互间形成有间隙，所述第一集管部的所述鼓出部堵塞所述间隙的下部开口部或上部开口部。
优选的是，所述外侧板中的与所述第一集管部的所述鼓出部相向的部位被设为朝所述壳体的外方侧鼓出的第一辅助鼓出部，所述第一集管部的所述腔室是利用所述第一辅助鼓出部而形成。
优选的是，所述第一辅助鼓出部设为较所述第一集管部的所述鼓出部远离所述第二集管部的配置。
优选的是，所述内侧板中的与所述第二集管部的所述鼓出部相向的部位被设为朝所述壳体的内方侧鼓出的第二辅助鼓出部，所述第二集管部的所述腔室是利用所述第二辅助鼓出部而形成。
优选的是，所述第二辅助鼓出部设为较所述第二集管部的所述鼓出部远离所述第一集管部的配置。
本发明的第二方面所提供的热水装置的特征在于包括本发明的第一方面所提供的热交换器。
本发明的其他特征及优点当根据参照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是表示本发明的热交换器的一例的立体图。
图2是图1的分解立体图。
图3是表示使用图1的热交换器而构成的热水装置的一例的正面剖面图。
图4是图3的主要部分侧面剖面图。
图5是图4的主要部分放大剖面图。
图6是表示本发明的另一例的主要部分放大剖面图。
图7是表示本发明的另一例的主要部分放大剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图来具体说明本发明的优选实施方式。
图3所示的热水装置WH包括产生作为加热用气体的燃烧气体的燃烧器(burner)1及热交换器HE。热交换器HE包括壳体2、配设在所述壳体2内的多个主管3、具有多个鳍片5及导热管4的一次热交换部A1、具有多个导热管6的二次热交换部A2、以及图1所示的多个集管部Ha～Hd。
燃烧器1是以往既知的反向燃烧式的燃烧器。所述燃烧器1中，使燃料气体与利用风扇10供给的燃烧用空气混合而点火，由此产生的燃烧气体从壳体2内的上部侧朝下供给。
主管3弯曲成大致Π字状，且沿着壳体2的侧壁部2b～侧壁部2d的上部内面而上下多段地设置(也参照图1及图2)，如后所述，水被供给至其内部而流通。由此，起到对壳体2的多个侧壁部2b～2d进行冷却的作用，而且，还进行从燃烧气体的水加热用的吸热。壳体2的侧壁部2a的冷却是通过后述的多个集管部Ha～Hd来进行。
一次热交换部A1及二次热交换部A2是用于从燃烧气体分别回收显热及潜热而进行水加热的部位。
一次热交换部A1被设在比主管3低的位置。所述一次热交换部A1的导热管4具有下述结构，即，横向架设在壳体2内而沿上下及水平方向排列的直状的多个管体部40经由弯管49及设在壳体2的侧壁部2a的后述的多个集管部Hc而连接成一串(参照图4)。多个鳍片5为板状，多个管体部40贯穿而接合，且沿各管体部40的轴长方向排列。
二次热交换部A2是在壳体2内的热交换器HE的下方配置多个导热管6而构成。各导热管6例如为蛇行状导热管，多个导热管6的高度在正面剖视时互不相同，以使彼此相邻的导热管6的高度不同。
如图1中清晰地表示的那样，壳体2是上下两面部开口的大致矩形的筒状。所述壳体2包括具有侧壁部2b～侧壁部2d的俯视大致Π字状的壳体本体部20、构成侧壁部2a的内侧板24、及外侧板25。
如图2中清晰地表示的那样，内侧板24以堵塞壳体本体部20的一侧面开口部的方式而接合于壳体本体部20。主管3的端部3a～端部3d、构成导热管4的多个管体部40的一端部40a、多个导热管6的两端部6a、6b贯穿且连接于所述内侧板24。
所述内侧板24中的、多个导热管6的上侧的端部6a所贯穿且连接的区域形成为朝壳体2的内方侧鼓出的鼓出部21a。所述鼓出部21a是后述的集管部Ha(第一集管部)的构成元件。
外侧板25是用于通过重叠接合于内侧板24的外表面侧而构成多个集管部Ha～Hd的构件。在所述外侧板25，包括朝壳体2的外方侧鼓出的多个鼓出部21b～21d，以作为用于构成图1所示的多个集管部Hb～Hd的鼓出部。
关于多个集管部Ha～Hd，将在下文详述。
集管部Ha是二次热交换部A2的出热水用的集管部，相当于本发明中的第一集管部的具体例。其他的集管部Hb～集管部Hd相当于本发明中的第二集管部的具体例。但是，本实施方式中，作为相对于集管部Ha而处于能够最有效地发挥本发明所意图的优点的对应关系的第二集管部，列举集管部Hc(Hc1)。
集管部Ha是通过外侧板25的一部分重叠于内侧板24的鼓出部21a的外侧而形成。如图5所示，在集管部Ha的内侧，形成有与多个导热管6的上侧的端部6a连通的腔室7a。在外侧板25中的相当于所述集管部Ha的部位，设有连接管体80的下端用的连接口80a(二次热交换部A2的出热水口)。
进而，集管部Ha被设定成，堵塞形成在多个鳍片5的最端部的鳍片5a与侧壁部2a的彼此间的间隙9的下部开口部90。所述集管部Ha的宽度方向的长度与鳍片5的宽度方向的长度大致相同。图5中，表示为最端部的鳍片5a与集管部Ha相接触而完全堵塞了下部开口部90的状态，但在它们之间存在微小宽度的间隙也无妨。
集管部Hb是二次热交换部A2的进水用的集管部。所述集管部Hb是包括鼓出部21b而构成，所述鼓出部21b形成在外侧板25中的与多个导热管6的下侧的端部6b对应的部位，且朝壳体2的外方侧鼓出。在所述鼓出部21b的内侧，形成有与导热管6的下侧的端部6b连通的腔室7b。在所述集管部Hb，安装有接头构件81，且设有进水口81a。
集管部Hc(Hc1、Hc2)是发挥作为使导热管4的多个管体部40彼此连通的连通路的作用的集管部。所述集管部Hc是包括鼓出部21c而构成，所述鼓出部21c形成在外侧板25中的、与导热管4的多个管体部40的一端部40a对应的部位，且朝壳体2的外方侧鼓出。在所述鼓出部21c的内侧，形成有与管体部40的一端部40a连通的腔室7c。其中，集管部Hc2'是使下段的主管3的一端部3a与管体部40连通的部分。
集管部Hd是发挥作为使上段的主管3的一端部3b与下段的主管3的另一端部3c连通的连通路的作用的集管部。所述集管部Hd是包括鼓出部21d而构成，所述鼓出部21d形成在外侧板25中的、与从所述一端部3b到达另一端部3c的区域对应的部位，且朝壳体2的外方侧鼓出。所述鼓出部21d的中途部位分支成两股状，但其有助于加大集管部Hd的面积，提高集管部Hd对侧壁部2a的冷却效果。
在外侧板25，还设有用于对连接管体80的上端进行连接的开口部82。所述开口部82相当于相对于主管3的进水口。
在热交换器HE中，对进水口81a供给自来水等的水。所述水随后如图1的箭头所示那样行进。即，被供给至进水口81a的水流入集管部Hb后通过多个导热管6，并到达集管部Ha。随后，所述水通过连接管体80而流入主管3，在通过了所述主管3后，在导热管4中流动。此时，水除了管体部40以外，还将在多个集管部Hc或弯管49中流动，最终到达导热管4的出热水口59并流出。在所述水的流通过程中，所述水经燃烧气体加热而生成热水。
接下来，对所述热交换器HE及包括此热交换器HE的热水装置WH的作用进行说明。
如图5所示，集管部Ha(第一集管部)及集管部Hc1(第二集管部)处于在上下高度方向上彼此靠近的位置关系。与此相对，集管部Ha的鼓出部21a设在内侧板24而朝壳体2的内方侧鼓出，另一方面，集管部Hc1的鼓出部21c设在外侧板25而朝壳体2的外方侧鼓出。因此，这些集管部Ha、Hc1中，它们的鼓出部21a、21c不会彼此干涉，而且在形成其中一者时，其影响也不会波及到另一者。与本实施方式不同，若两个鼓出部21a、21c设在同一板，且其鼓出方向相同，则难以通过冲压加工来适当地形成它们，但根据本实施方式，此类担忧可适当地消除。其结果，不需要变更热交换器HE的设计规格以使得两个集管部Ha、Hc1不会相互靠近。通过使集管部Ha、集管部Hc1靠近，还能够实现热交换器HE的小尺寸化。
集管部Ha如已述的那样，堵塞最端部的鳍片5a与侧壁部2a的间隙9的下部开口部90，因此阻止燃烧气体通过间隙9。若有大量燃烧气体通过间隙9，则一次热交换部A1的热回收量将减少。但是，根据本实施方式的热交换器HE，此种情况也得以适当防止。与本实施方式不同，在燃烧方式例如为正向燃烧式(燃烧气体朝上行进的方式)的情况下，也能够采用通过集管部的鼓出部来堵塞相当于间隙9的间隙的上部开口部的结构。
除此以外，本实施方式中，一次热交换部A1的管体部40及主管3利用集管部Hc、集管部Hd而连通。因此，若与仅使用弯管来使这些部位连通的情况相比较，则热交换器HE的制造作业得以简化。集管部Ha～集管部Hd具有鼓出部21a～鼓出部21d，因此还可实现侧壁部2a的强度提升。
图6及图7表示了本发明的另一实施方式。这些图中，对于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。
图6所示的热交换器HEa中，外侧板25中的与集管部Ha的鼓出部21a相向的部位被设为朝壳体2的外方侧鼓出的辅助鼓出部21a'(第一辅助鼓出部)。由此，集管部Ha的腔室7a成为被鼓出部21a与辅助鼓出部21a'这两者夹着的空间部。
而且，辅助鼓出部21a'以适当的尺寸L较鼓出部21a位于下方，且成为相对于集管部Hc1的鼓出部21c而较鼓出部21a远离的配置。
另一方面，内侧板24中的与集管部Hb的鼓出部21b相向的部位被设为朝壳体2的内方侧鼓出的辅助鼓出部21b'(第二辅助鼓出部)。由此，集管部Hb的腔室7b成为被鼓出部21b与辅助鼓出部21b'这两者夹着的空间部。辅助鼓出部21b'的上部靠近或抵接于多个导热管6的下表面部。
根据本实施方式，能够加大集管部Ha、集管部Hb这两者的腔室7a、腔室7b的容积，减小水通过集管部Ha、集管部Hb时的阻力。而且，通过辅助鼓出部21a'、辅助鼓出部21b'的存在，壳体2的侧壁部2a的强度进一步提高。
辅助鼓出部21a'与集管部Hc1的鼓出部21c同样，形成在外侧板25，但以适当的尺寸L较鼓出部21a位于下方，且朝远离鼓出部21c的方向位移。因此，在辅助鼓出部21a'及鼓出部21c之间，可使平板状部分长长地形成。因此，在通过冲压加工来形成鼓出部21c、鼓出部21a'的情况下，能够使得其加工不会变得困难。
另一方面，集管部Hb的辅助鼓出部21b'靠近或抵接于多个导热管6的下表面部，因此也能够以所述鼓出部21b'为基准来适当地进行多个导热管6的对位。
图7所示的实施方式中，集管部Hb(第二集管部)的辅助鼓出部21b'以适当的尺寸La较鼓出部21b朝下方位移。因此，能够将辅助鼓出部21b'设为远离集管部Ha的鼓出部21a的配置，从而能适当地形成鼓出部21a及辅助鼓出部21b'。
本发明并不限定于所述实施方式的内容。本发明的热交换器及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。
所述实施方式中，在一个壳体2内，设有主管3、构成一次热交换部A1的导热管4、及构成二次热交换部A2的导热管6共计三种导热管(主管3也包含在导热管中)，但导热管的数量或种类等并不限定于此。也可构成为在一个壳体内仅收容有一种导热管的热交换器。导热管的具体形状、材质、尺寸、根数等不受限定。
如根据所述实施方式而理解的那样，本发明中所述的集管部的概念并不限定于向导热管的进水用或者出热水用，也包含用于使导热管彼此连通的集管部(通路)。
所述实施方式中，是将燃烧器配置在热交换器的上侧的反向燃烧式，但并不限定于此，例如也能够设为将燃烧器配置在热交换器的下侧的正向燃烧式。加热用气体并不限定于燃烧气体，例如也能够设为热电联产(cogeneration)系统中产生的高温排气等。
本发明的热交换器也能够用于与热水装置用不同的用途。因此，加热对象流体也能够设为水以外的流体。
本发明的热水装置具备对水进行加热而生成热水的功能，除了一般的供热水装置以外，例如还能够构成为澡浴供热水装置、制暖用热水装置、融雪用的热水装置等。

Claims (3)

1.一种热交换器，包括：
壳体，具有至少一个侧壁部，且加热用气体被供给至内部；
导热管，被收容在所述壳体内，且加热对象流体在内部流通；以及
第一集管部及第二集管部，分别具有设在所述侧壁部的鼓出部、及利用所述鼓出部而形成的腔室，且在所述腔室连接有所述导热管以使所述加热对象流体流入流出，
所述侧壁部采用由内侧板与外侧板重合而成的结构，
所述第一集管部的所述鼓出部设在所述内侧板而朝所述壳体的内方侧鼓出，
其中所述导热管包括带鳍片的导热管，所述带鳍片的导热管以沿所述导热管的轴长方向并列的排列而接合有多个鳍片，
在所述多个鳍片中的最端部的鳍片与所述壳体的所述侧壁部的相互间形成有间隙，
所述第一集管部的所述鼓出部堵塞所述间隙的下部开口部或上部开口部。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中
所述外侧板中的与所述第一集管部的所述鼓出部相向的部位被设为朝所述壳体的外方侧鼓出的第一辅助鼓出部，
所述第一集管部的所述腔室是利用所述第一辅助鼓出部而形成。
3.一种热水装置，包括权利要求1或2所述的热交换器。
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