CN113028646A - 热交换器以及温水装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热交换器以及温水装置。本发明的热交换器具有使燃烧气体流入的气体入口、及使燃烧气体流出的气体出口。热交换器包括形成有气体出口的框体、分隔构件、以及收纳于框体的多个传热管。分隔构件以在气体入口与气体出口之间存在燃烧气体的流通面积较气体入口更小的部位的方式，安装于框体。

Description

热交换器以及温水装置

技术领域

本发明涉及一种热交换器以及温水装置。

背景技术

日本专利特开2019-113280号公报中记载了一种热交换器。日本专利特开2019-113280号公报所记载的热交换器具有框体及传热管。框体具有第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁及第四侧壁。框体具有：上部开口，由第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁及第四侧壁的上端所划分；以及下部开口，由第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁及第四侧壁的下端所划分。日本专利特开2019-113280号公报所记载的热交换器中，上部开口成为使燃烧气体流入的气体入口，下部开口成为使燃烧气体流出的气体出口。传热管收纳在框体的内部。在传热管中流动的水通过在与燃烧气体之间进行热交换而升温。

发明内容

在框体内部流动的燃烧气体的温度随着靠近气体出口而温度降低。其结果为，在框体内部流动的燃烧气体的体积及流速随着靠近气体出口而减小。在框体内部流动的燃烧气体的流速减小会导致与在传热管中流动的水之间的热交换效率降低。这样，日本专利特开2019-113280号公报所记载的热交换器在热交换效率方面有改善的余地。

本发明是鉴于所述那样的现有技术的问题点而成。更具体来说，本发明提供一种热交换效率经改善的热交换器以及温水装置。

本发明的第一实施例.的热交换器具有使燃烧气体流入的气体入口、及使燃烧气体流出的气体出口。热交换器包括：框体，形成有气体出口；分隔构件；以及多个传热管，收纳于框体。分隔构件以在气体入口与气体出口之间存在燃烧气体的流通面积较气体入口更小的部位的方式，安装于框体。多个传热管各自也可在与第一方向交叉的面内蜿蜒，并且沿着第一方向重叠配置。框体也可具有第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁、第四侧壁及底壁。第一侧壁及第二侧壁也可在第一方向相向。第三侧壁及第四侧壁也可在与第一方向交叉的第二方向相向。在第一侧壁也可形成有气体出口。框体也可具有由第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁及第四侧壁所划分的开口。分隔构件也可具有：第一部分，通过将开口的一部分堵塞而划分气体入口；以及第二部分，在与第一方向交叉的面内，从第一部分向底壁延伸。

所述热交换器也可还包括安装于第三侧壁的第一联箱(header)、第二联箱及第三联箱。在第一联箱也可形成有入水口。在第二联箱也可形成有出水口。多个传热管各自也可具有：第一端部；以及第二端部，在与第一方向及第二方向交叉的第三方向，位于较第一端部更靠近开口。位于第二部分与第一侧壁之间的多个传热管的第二端部也可连接于第一联箱。位于第二部分与第二侧壁之间的多个传热管的第二端部也可连接于第二联箱。多个传热管的第一端部也可连接于第三联箱。

本发明的第二实施例的热交换器具有使燃烧气体流入的气体入口、及使燃烧气体流出的气体出口。热交换器包括：框体，形成有气体出口；分隔构件；以及多个传热管，收纳于框体。所述热交换器也可还包括收纳于框体的多个传热管。多个传热管各自也可在与第一方向交叉的面内蜿蜒，并且沿着第一方向重叠配置。框体也可具有第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁及第四侧壁。第一侧壁及第二侧壁也可在第一方向相向。第三侧壁及第四侧壁也可在与第一方向交叉的第二方向相向。在第一侧壁也可形成有气体出口。框体也可具有开口，所述开口由第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁及第四侧壁所划分，成为气体入口。分隔构件也可在与第一方向及第二方向交叉的第三方向，位于较气体出口更靠近气体入口。分隔构件也可在与第三方向交叉的面内，从第一侧壁及第二侧壁中的一者向第一侧壁及第二侧壁中的另一者延伸。

本发明的一实施例的温水装置包括所述热交换器、燃烧器以及管道(duct)。燃烧器产生燃烧气体。管道连接于气体出口。

本发明的所述及其他目的、特征、方面及优点将根据与附图关联而理解的与本发明有关的下述详细说明而表明。

附图说明

图1为温水装置100的示意图。

图2为温水装置100的二次热交换器30的平面图。

图3为图2的III-III的截面图。

图4为温水装置100的二次热交换器30的分解立体图。

图5为温水装置200的二次热交换器30的正面图。

图6为温水装置300的二次热交换器30的截面图。

具体实施方式

一方面参照附图，一方面对实施方式进行详细说明。以下的附图中，对相同或相应的部分标注相同的参照符号，不赘述重复的说明。

(第一实施方式)

以下，对第一实施方式的温水装置(以下记作“温水装置100”)进行说明。

＜温水装置100的概略结构＞

图1为温水装置100的示意图。如图1所示，温水装置100具有气体阀10、孔口(orifice)11、文氏管(venturi)12、送风装置13、腔室(chamber)14、燃烧器15、火花塞16、一次热交换器20、二次热交换器30、管道40、配管50、配管60、配管70及旁通配管80。二次热交换器30的详细结构将在下文描述。

通过将气体阀10设为开状态，从而燃料气体经过孔口11而供给于文氏管12。被供给于文氏管12的燃料气体在文氏管12中与空气混合(以下，将与空气混合的燃料气体称为混合气体)。混合气体通过送风装置13经由腔室14而供给于燃烧器15。通过使火花塞16点火(spark)，从而被供给于燃烧器15的混合气体被点燃而燃烧。由此，在燃烧器15中产生燃烧气体。

配管50在其中一端连接于上水道。配管50在另一端连接于二次热交换器30的入水口30a。配管60在其中一端连接于二次热交换器30的出水口30b。配管60在另一端连接于一次热交换器20的入水口20a。配管70在其中一端连接于一次热交换器20的出水口20b。配管70在另一端连接于热水栓(未图示)。

旁通配管80在其中一端连接于配管50，在另一端连接于配管70。旁通配管80与配管70的连接是通过三向阀71而进行。管道40连接于二次热交换器30。

从配管50的其中一端供给的水在配管50中流动而供给于二次热交换器30。被供给于二次热交换器30的水通过在与燃烧气体之间进行热交换而升温。流经二次热交换器30的水在配管60中流动而供给于一次热交换器20。被供给于一次热交换器20的水通过在与燃烧气体之间进行热交换而升温。流经一次热交换器20的水经过配管70而从热水栓提供。在与流经一次热交换器20及二次热交换器30的水之间进行了热交换的燃烧气体从管道40排出至外部。

＜温水装置100的二次热交换器30的详细结构＞

图2为温水装置100的二次热交换器30的平面图。图3为图2的III-III的截面图。图4为温水装置100的二次热交换器30的分解立体图。此外，在图2～图4中，也一并示出管道40。如图2～图4所示，二次热交换器30具有框体31、多个传热管32、分隔构件33、联箱34及联箱35。

框体31具有侧壁31a、侧壁31b、侧壁31c、侧壁31d及底壁31e。侧壁31a及侧壁31b在第一方向DR1相互相向。侧壁31c及侧壁31d在第二方向DR2相互相向。第二方向DR2为与第一方向DR1交叉的方向。第二方向DR2优选与第一方向DR1正交。

在侧壁31a形成有气体出口30d。燃烧气体从气体出口30d流出。气体出口30d沿着厚度方向贯通侧壁31a。气体出口30d例如形成于侧壁31a的上端侧。在气体出口30d，连接有管道40。

在侧壁31c形成有多个贯通孔31ca及多个贯通孔31cb。贯通孔31ca及贯通孔31cb沿着厚度方向贯通侧壁31c。贯通孔31ca以沿着第一方向DR1成两列的方式排列，贯通孔31cb沿着第一方向DR1排列有两列。贯通孔31ca位于较贯通孔31cb更靠侧壁31c的下端侧。贯通孔31ca及贯通孔31cb的个数分别与传热管32的个数相等。

框体31具有开口31f。开口31f由侧壁31a～侧壁31d的上端所划分。底壁31e与侧壁31a～侧壁31d的下端相连。从开口31f朝向底壁31e的方向沿着第三方向DR3。第三方向DR3为与第一方向DR1及第二方向DR2交叉的方向。第三方向DR3优选与第一方向DR1及第二方向DR2正交。

多个传热管32沿着第一方向DR1重叠配置。传热管32在与第一方向DR1交叉的面内蜿蜒。传热管32具有第一端部32a及第二端部32b。第一端部32a插通至贯通孔31ca，第二端部32b插通至贯通孔31cb。从另一观点来说，第二端部32b在第三方向DR3，位于较第一端部32a更靠近开口31f。如上文所述，贯通孔31ca(贯通孔31cb)以沿着第一方向DR1成两列的方式形成，因而对于传热管32来说，第三方向DR3的位置交替错开并且沿着第一方向DR1重叠。

分隔构件33安装于框体31。分隔构件33具有第一部分33a及第二部分33b。第一部分33a在第一方向DR1的其中一端，安装于侧壁31a的上端附近。沿着第一方向DR1延伸。第二方向DR2的第一部分33a的宽度与第二方向DR2的开口31f的宽度一致。由此，第一部分33a将开口31f的一部分堵塞。未由第一部分33a堵塞的开口31f的部分构成气体入口30c。燃烧气体从气体入口30c流入。

第二部分33b从第一方向DR1的其中一端延伸。第二部分33b在与第一方向DR1交叉的面内，向底壁31e延伸。即，第二部分33b的其中一个主面与侧壁31a相向，并且另一个主面与侧壁31b相向。第二部分33b经过在第一方向DR1相邻的两个传热管32之间。

在第二部分33b的下端(与第一部分33a为相反侧的一端)与底壁31e之间存在间隙。燃烧气体可经过所述间隙。第二部分33b与底壁31e的间隙的燃烧气体的流通面积小于气体入口30c的燃烧气体的流通面积。

将从气体入口30c到第二部分33b的下端与底壁31e之间的间隙的、框体31的内部空间设为第一流路。将从第二部分33b的下端与底壁31e之间的间隙到气体出口30d的、框体31的内部空间设为第二流路。第二流路的燃烧气体的流通面积小于第一流路的燃烧气体的流通面积。

第一方向DR1的第二部分33b与侧壁31a之间的距离较第一方向DR1的第二部分33b与侧壁31b之间的距离更短。其结果为，位于第二部分33b与侧壁31a之间的传热管32的个数较位于第二部分33b与侧壁31b之间的传热管32的个数而变少。从另一观点来说，第二流路的传热管32的合计传热面积小于第一流路的传热管32的合计传热面积。

联箱34及联箱35安装于侧壁31c的外壁面。联箱34及联箱35的内部成为中空。联箱34连接于第一端部32a。在联箱34形成有入水口30a。入水口30a与联箱34的内部连通。经由配管50从入水口30a供给的水经由联箱34而供给于传热管32。

联箱35连接于第二端部32b。在联箱35形成有出水口30b。出水口30b与联箱35的内部连通。流经传热管32的水经由联箱35而从出水口30b供给于配管60。被供给于二次热交换器30的水在流过传热管32的期间中，与燃烧气体进行热交换。

＜温水装置100的二次热交换器30的效果＞

在框体31的内部流动的燃烧气体随着靠近气体出口30d而温度降低。燃烧气体的温度降低导致燃烧气体的体积也减少，因而燃烧气体的流速也随着靠近气体出口30d而减小。其结果为，燃烧气体与在传热管32中流动的水之间的热交换效率在气体出口30d侧降低。

但是，二次热交换器30中，分隔构件33以在气体入口30c与气体出口30d之间存在燃烧气体的流通面积较气体入口30c更小的部位的方式，安装于框体31。更具体来说，二次热交换器30中，相较于气体入口30c的燃烧气体的流通面积，第二部分33b的下端与底壁31e之间的间隙的燃烧气体的流通面积更小。

其结果为，二次热交换器30中，在经过第二部分33b的下端与底壁31e之间的间隙时，燃烧气体的流速上升。这样，根据二次热交换器30，而抑制气体出口30d侧的燃烧气体的流速降低，结果燃烧气体与在传热管32中流动的水之间的热交换效率得到改善。

在以第二流路的燃烧气体的流通面积小于第一流路的燃烧气体的流通面积的方式配置有分隔构件33的情况下，进一步抑制气体出口30d侧的燃烧气体的流速降低，因而燃烧气体与在传热管32中流动的水之间的热交换效率进一步得到改善。

(第二实施方式)

以下，对第二实施方式的温水装置(以下记作“温水装置200”)进行说明。此处，主要对与温水装置100的不同点进行说明，不赘述重复的说明。

＜温水装置200的概略结构＞

温水装置200具有气体阀10、孔口11、文氏管12、送风装置13、腔室14、燃烧器15、火花塞16、一次热交换器20、二次热交换器30、管道40、配管50、配管60、配管70及旁通配管80。关于此方面，温水装置200的结构与温水装置100的结构相同。但是，关于二次热交换器30的详细结构，温水装置200的结构与温水装置100的结构不同。

＜温水装置200的二次热交换器30的详细结构＞

图5为温水装置200的二次热交换器30的正面图。图5中，由点线来表示安装有联箱36、联箱37及联箱38的位置。如图5所示，温水装置200中，二次热交换器30具有联箱36、联箱37及联箱38来代替联箱34及联箱35。

联箱36连接于位于第二部分33b与侧壁31a之间的传热管32的第二端部32b。联箱37连接于位于第二部分33b与侧壁31b之间的传热管32的第二端部32b。联箱38连接于所有传热管32的第一端部32a。联箱36～联箱38的内部成为中空。

虽未图示，但在联箱36形成有入水口30a。入水口30a与联箱36的内部连通。虽未图示，但在联箱37形成有出水口30b。出水口30b与联箱37的内部连通。

经由入水口30a从配管50供给于联箱36的水在位于第二部分33b与侧壁31a之间的传热管32中流动，供给于联箱38。被供给于联箱38的水在位于第二部分33b与侧壁31b之间的传热管32中流动，供给于联箱37。被供给于联箱37的水经由出水口30b而供给于配管60。

＜温水装置200的二次热交换器30的效果＞

热交换器中，在水的温度相对较低的位置进行与温度相对较低的燃烧气体的热交换，并且在水的温度相对较高的位置进行与温度相对较高的燃烧气体的热交换，由此使热交换变得有效率。

首先，着眼于燃烧气体的温度分布。处于第二部分33b与侧壁31b之间的空间(以下记作“第一空间”)中的燃烧气体的温度，高于处于第二部分33b与侧壁31a之间的空间(以下记作“第二空间”)中的燃烧气体的温度。第一空间的燃烧气体的温度随着远离底壁31e而变高。第二空间的燃烧气体的温度随着靠近底壁31e而变高。

接下来，着眼于水的流动顺序。首先，被供给于联箱36的水在位于第二空间的传热管32中以接近底壁31e的方式流动，供给于联箱38。被供给于联箱38的水在位于第一空间的传热管32中以远离底壁31e的方式流动，供给于联箱37。

这样，温水装置200的二次热交换器30中，在水的温度相对较低的位置进行与温度相对较低的燃烧气体的热交换，并且在水的温度相对较高的位置进行与温度相对较高的燃烧气体的热交换，因而燃烧气体与在传热管32中流动的水之间的热交换效率进一步得到改善。

(第三实施方式)

以下，对第三实施方式的温水装置(以下记作“温水装置300”)进行说明。此处，主要对与温水装置100的不同点进行说明，不赘述重复的说明。

＜温水装置300的概略结构＞

温水装置300具有气体阀10、孔口11、文氏管12、送风装置13、腔室14、燃烧器15、火花塞16、一次热交换器20、二次热交换器30、管道40、配管50、配管60、配管70及旁通配管80。关于此方面，温水装置300的结构与温水装置100的结构相同。但是，关于二次热交换器30的详细结构，温水装置300的结构与温水装置100的结构不同。

＜温水装置300的二次热交换器30的详细结构＞

图6为温水装置300的二次热交换器30的截面图。图6中表示与图2的III-III对应的位置的截面图。如图6所示，温水装置300中，二次热交换器30具有两个分隔构件33(将这些分别记作分隔构件331及分隔构件332)。温水装置300中，气体入口30c由开口31f构成，气体出口30d形成于侧壁31a的下端侧。

分隔构件331具有平板形状。分隔构件331在第一方向DR1的其中一端，安装于侧壁31a。分隔构件331在与第三方向交叉的面内，从侧壁31a向侧壁31b延伸。在分隔构件331的第一方向DR1的另一端与侧壁31b之间，具有间隙。此间隙的燃烧气体的流通面积小于气体入口30c(开口31f)的燃烧气体的流通面积。

分隔构件332具有平板形状。分隔构件332在第一方向DR1的其中一端，安装于侧壁31b。分隔构件332在与第三方向交叉的面内，从侧壁31b向侧壁31a延伸。在分隔构件332的第一方向DR1的另一端与侧壁31a之间，具有间隙。此间隙的燃烧气体的流通面积小于气体入口30c(开口31f)的燃烧气体的流通面积。

分隔构件331及分隔构件332在第三方向DR3，位于较气体出口30d更靠近气体入口30c(开口31f)。分隔构件332在第三方向DR3，位于较分隔构件331更靠近气体入口30c。由此，燃烧气体在框体31的内部一边蜿蜒一边流动。

上文中，对温水装置300的二次热交换器30具有分隔构件331及分隔构件332的示例进行了说明，但温水装置300的二次热交换器30也可不具有分隔构件331及分隔构件332的任一个。

＜温水装置300的二次热交换器30的效果＞

温水装置300的二次热交换器30中，在分隔构件331的第一方向DR1的另一端与侧壁31b之间、及分隔构件332的第一方向DR1的另一端与侧壁31a之间，具有燃烧气体的流通面积较气体入口30c更小的间隙。因此，温水装置300的二次热交换器30与温水装置100的二次热交换器30同样地，燃烧气体与在传热管32中流动的水之间的热交换效率得到改善。

如以上那样对本发明的实施方式进行了说明，但也可对所述实施方式进行各种变形。而且，本发明的范围不限定于所述实施方式。本发明的范围是由权利要求所示，意指包含与权利要求均等的含意及范围内的所有变更。

[工业上的可利用性]

所述实施方式特别有利地适用于热交换器以及具有热交换器的温水装置。

对本发明的实施方式进行了说明，但应认为本次公开的实施方式在所有方面为例示而非限制性。本发明的范围是由权利要求所示，意指包含与权利要求均等的含意及范围内的所有变更。

Claims (4)

1.一种热交换器，具有使燃烧气体流入的气体入口、及使所述燃烧气体流出的气体出口，

所述热交换器包括：

框体，形成有所述气体出口；

分隔构件；以及

多个传热管，收纳于所述框体，

所述分隔构件以在所述气体入口与所述气体出口之间存在所述燃烧气体的流通面积较所述气体入口更小的部位的方式，安装于所述框体，

所述多个传热管各自在与第一方向交叉的面内蜿蜒，并且沿着所述第一方向重叠配置，

所述框体具有第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁、第四侧壁及底壁，

所述第一侧壁及所述第二侧壁在所述第一方向相向，

所述第三侧壁及所述第四侧壁在与所述第一方向交叉的第二方向相向，

在所述第一侧壁形成有所述气体出口，

所述框体具有由所述第一侧壁、所述第二侧壁、所述第三侧壁及所述第四侧壁所划分的开口，

所述分隔构件具有：第一部分，通过将所述开口的一部分堵塞而划分所述气体入口；以及第二部分，在与所述第一方向交叉的面内，从所述第一部分向所述底壁延伸。

2.根据权利要求1所述的热交换器，还包括：

第一联箱、第二联箱及第三联箱，安装于所述第三侧壁，

在所述第一联箱形成有入水口，

在所述第二联箱形成有出水口，

所述多个传热管各自具有：第一端部；以及第二端部，在与所述第一方向及所述第二方向交叉的第三方向，位于较所述第一端部更靠近所述开口，

位于所述第二部分与所述第一侧壁之间的所述多个传热管的所述第二端部连接于所述第一联箱，

位于所述第二部分与所述第二侧壁之间的所述多个传热管的所述第二端部连接于所述第二联箱，

所述多个传热管的所述第一端部连接于所述第三联箱。

3.一种热交换器，具有使燃烧气体流入的气体入口、及使所述燃烧气体流出的气体出口，

所述热交换器包括：

框体，形成有所述气体出口；

分隔构件；以及

多个传热管，收纳于所述框体，

所述分隔构件以在所述气体入口与所述气体出口之间存在所述燃烧气体的流通面积较所述气体入口更小的部位的方式，安装于所述框体，

所述多个传热管各自在与第一方向交叉的面内蜿蜒，并且沿着所述第一方向重叠配置，

所述框体具有第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁及第四侧壁，

所述第一侧壁及所述第二侧壁在所述第一方向相向，

所述第三侧壁及所述第四侧壁在与所述第一方向交叉的第二方向相向，

在所述第一侧壁形成有所述气体出口，

所述框体具有开口，所述开口是由所述第一侧壁、所述第二侧壁、所述第三侧壁及所述第四侧壁所划分，成为所述气体入口，

所述分隔构件在与所述第一方向及所述第二方向交叉的第三方向，位于较所述气体出口更靠近所述气体入口，

所述分隔构件在与所述第三方向交叉的面内，从所述第一侧壁及所述第二侧壁中的一者向所述第一侧壁及所述第二侧壁中的另一者延伸。

4.一种温水装置，包括：

权利要求1至3中任一项所述的所述热交换器；

燃烧器，产生所述燃烧气体；以及

管道，连接于所述气体出口。

Images