TWI558957B - 燃氣熱水器及其熱交換器 - Google Patents
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Description
本發明在於提供一種熱交換器,尤指一種可以達到較佳熱效率的燃氣熱水器及其熱交換器。
按,熱水器是目前一般居家生活不可或缺的裝置,就使用的能源而言,大致可分為燃氣熱水器、電熱水器及太陽能熱水器等,其中燃氣熱水器廣泛的為一般大眾所使用。
習知的燃氣熱水器於機體內部設置有風機、燃燒器及熱交換器,該熱交換器連接有一冷水管路及一熱水管路,冷水管路及熱水管路可構成一水通路,該冷水管路的一端具有一冷水入口,可連接於適當的水源,用於輸入欲加熱的冷水。該熱水管路的一端具有一熱水出口,可由冷水入口及冷水管路輸入欲加熱的冷水,使冷水輸送至熱交換器,冷水進入熱交換器進行熱交換,而後由熱水管路及熱水出口輸出熱水以供使用。
惟,習知熱交換器的鰭片為平板直面結構,鰭片與鰭片之間為縱直間隙,故下方的爐火容易直衝上升而向外流失,導致鰭片的吸熱效果不佳,使熱水器熱效率降低,因此需要增加加熱的時間,造成瓦斯能源的浪費。上述熱水器的熱效率最高只能到達80%。
雖然目前已有鰭片利用成型凸部的設計,藉以延長瓦斯燃燒
熱能與鰭片間之滯留時間與距離,藉以提高鰭片的吸熱效果,惟其效果仍相當有限,並無法有效的提升熱水器熱效率。上述熱水器的熱效率也只能到達80.9%,其效果仍然有限。
綜上所述,本發明人有感上述缺失可改善,乃特潛心研究並配合學理之應用,終於提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本發明。
本發明所要解決的技術問題,在於提供一種燃氣熱水器及其熱交換器,使熱水器可達到較佳的熱效率。
為了解決上述的技術問題,本發明提供一種燃氣熱水器,包括:一機體;一風機,該風機設置於該機體內部;一燃燒器,該燃燒器設置於該機體內部;一熱交換器,該熱交換器設置於該機體內部且位於該風機與該熱交換器之間,該熱交換器具有數個間隔設置的鰭片及一水管,該水管的一端連接於一冷水管路,該水管的另一端連接於一熱水管路,該些鰭片上各設有數個穿孔,該水管穿設於該些鰭片的穿孔中,該些鰭片上分別形成有數個凸部;以及定義每相鄰的兩鰭片間距為Fp,該凸部寬度為Sw,該凸部高度為Sh,滿足下列關係式:Sh/Sw=0.05~0.3,Sh/Fp=0.3~0.8,Sw/Fp=2~8。
為了解決上述技術問題,本發明還提供一種燃氣熱水器的熱交換器,該熱交換器具有數個間隔設置的鰭片及一水管,該些鰭片上各設有數個穿孔,該水管穿設於該些鰭片的穿孔中,該些鰭片上分別形成有數個凸部;定義每相鄰的兩鰭片間距為Fp,該凸部寬度為Sw,該凸部高度為Sh,滿足下列關係式:Sh/Sw=0.05~0.3,Sh/Fp=0.3~0.8,Sw/Fp=2~8。
較佳的,定義該水管管徑為dH,最下排的該凸部距下方處的該水管上緣垂直距離為SL,更滿足下列關係式:SL=(0.5~2.5)
dH。
較佳的,更滿足下列關係式:Sh/Sw=0.13,SL=1.4dH,Sh/Fp=0.5,Sw/Fp=3.9。
本發明至少具有下列的優點:根據上述熱交換器的特殊設計,本發明熱水器的熱效率可以有效的提升,使熱水器可達到較佳的熱效率,進而可減少加熱的時間,避免造成瓦斯能源的浪費。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容,請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖,然而所附圖式僅提供參考與說明用,並非用來對本發明加以限制者。
1‧‧‧機體
2‧‧‧風機
3‧‧‧燃燒器
4‧‧‧熱交換器
41‧‧‧鰭片
411‧‧‧穿孔
412‧‧‧凸部
413‧‧‧入氣口
414‧‧‧出氣口
42‧‧‧水管
5‧‧‧冷水管路
51‧‧‧冷水入口
6‧‧‧熱水管路
61‧‧‧熱水出口
7‧‧‧水量檢知器
8‧‧‧控制單元
Fp‧‧‧每相鄰的兩鰭片間距
dH‧‧‧水管管徑
SL‧‧‧最下排的凸部距下方處水管上緣垂直距離
Sw‧‧‧凸部寬度
Sh‧‧‧凸部高度
圖1為本發明燃氣熱水器的平面示意圖。
圖2為本發明熱交換器的立體示意圖(未繪出凸部)。
圖3為本發明熱交換器之鰭片的平面示意圖。
圖4為本發明熱交換器之凸部的平面示意圖。
請參閱圖1,本發明提供一種燃氣熱水器,該燃氣熱水器包括一機體1、一風機2、一燃燒器(火排)3及一熱交換器4。該機體1為一中空殼體,風機2、燃燒器3及熱交換器4設置於機體1內部,風機2、燃燒器3及熱交換器4設置的位置並不限制,可因應需要而加以變化。在本實施例中風機2、燃燒器3及熱交換器4由下而上依序的設置於機體1內部,燃燒器3位於風機2與熱交換器4之間。當燃燒器3被點燃後,燃燒器3可產生高溫的燃燒氣體,燃燒氣體被向上推送,燃燒氣體接觸熱交換器4,藉以進行熱交換的操作,使得流經熱交換器4內的水可從常溫被加熱至高溫,再行排出熱水使用。
該熱交換器4連接有一冷水管路5及一熱水管路6,冷水管路5及熱水管路6構成一水通路,熱交換器4連接於冷水管路5及熱水管路6之間。該冷水管路5的一端具有一冷水入口51,可連接於適當的水源,用於輸入欲加熱的冷水,該冷水管路5上也可設置有一水量檢知器7,用以偵測進水水量。該熱水管路6的一端具有一熱水出口61。該燃氣熱水器可進一步包括一控制單元8,風機2等裝置電性於控制單元8,以便利用該控制單元8控制燃燒狀況產生熱水。
請同時參閱圖1及圖2,該熱交換器4具有數個間隔設置的鰭片41及穿設於該些鰭片41的一水管42,鰭片41及水管42以高熱傳導材料(如銅等)製成,水管42一端連接於冷水管路5,另一端連接於熱水管路6,使水管42連接於冷水管路5及熱水管路6之間。可由冷水入口51及冷水管路5輸入欲加熱的冷水,使冷水輸送至熱交換器4,冷水進入熱交換器4進行熱交換,而後再由熱水管路6及熱水出口61輸出熱水,以供使用者使用。
請再參閱圖3及圖4,該熱交換器4為一裂口式鰭片設計,該些鰭片41大致呈矩形片體,鰭片41上各設有數個穿孔411,該些穿孔411可以分佈於鰭片41上半部、下半部及中間處等。該水管42穿設於該些鰭片41的穿孔411中,水管42與穿孔411之間也可焊接連接。該些鰭片41主要將下方爐火的熱能吸收,使鰭片41產生高溫及高熱,以便與水管42內的水進行熱交換的作用,使水管42可排出熱水使用。
該些鰭片41上分別沖製形成有數個凸部(或稱凸點)412,該些凸部412可突出於鰭片41的一面,使凸部412具有適當的高度,使其形成單向裂口式凸部。當然該些凸部412也可突出於鰭片41的兩面,使其形成雙向裂口式凸部。在本實施例中將凸部412設置於鰭片41的上半部及中間處,但並不限定,凸部412也可設置於鰭片41的下半部,或整個鰭片41上適當的位置。每一鰭片
41上可設有二至六排的凸部412,每排的凸部412數量為三至八個等。
該些凸部412可呈矩形、梯形等,在本實施例中該些凸部412皆呈梯形,呈梯形的凸部412鄰近穿孔411,配合穿孔411設計呈梯形,以增加其面積。凸部412的下緣及上緣與鰭片41間可進一步分別形成有一入氣口413及一出氣口414,凸部412是以兩側與鰭片41連接,凸部412的一側或兩側呈斜向設置。由於凸部412的構造大致與習知技術相同,且本發明並不限制凸部412的構造,故不再加以贅述。
本發明可進一步定義如下:每相鄰的兩鰭片間距為Fp,水管管徑(或穿孔內徑)為dH,最下排的凸部距下方處水管上緣垂直距離為SL,凸部寬度為Sw,凸部高度為Sh。
若滿足下列關係式條件,則可達到較佳的熱效率:Sh/Sw=0.05~0.3,Sh/Fp=0.3~0.8,Sw/Fp=2~8。
若滿足下列關係式條件,則可達到更佳的熱效率:SL=(0.5~2.5)dH。
若滿足下列關係式條件,則可達到最佳的熱效率:Sh/Sw=0.13,SL=1.4dH,Sh/Fp=0.5,Sw/Fp=3.9。
是以,根據上述熱交換器的特殊設計,經實驗結果,本發明熱水器例如輸入(Input)功率33.1kw時,以相同大小及片數的吸熱鰭片之熱交換器為比較基準,其熱效率可以提升至約82%,最佳可以提升至83.3%,使熱水器可達到較佳的熱效率,進而可減少加熱的時間,避免造成瓦斯能源的浪費。
惟以上所述僅為本發明之較佳實施例,非意欲侷限本發明的專利保護範圍,故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為的等效變化,均同理皆包含於本發明的權利保護範圍內,合予陳明。
41‧‧‧鰭片
411‧‧‧穿孔
412‧‧‧凸部
413‧‧‧入氣口
414‧‧‧出氣口
dH‧‧‧水管管徑
SL‧‧‧最下排的凸部距下方處水管上緣垂直距離
Claims (12)
- 一種燃氣熱水器,包括:一機體;一風機,該風機設置於該機體內部;一燃燒器,該燃燒器設置於該機體內部;一熱交換器,該熱交換器設置於該機體內部且位於該風機與該熱交換器之間,該熱交換器具有數個間隔設置的鰭片及一水管,該水管的一端連接於一冷水管路,該水管的另一端連接於一熱水管路,該些鰭片上各設有數個穿孔,該水管穿設於該些鰭片的穿孔中,該些鰭片上分別形成有數個凸部;以及定義每相鄰的兩鰭片間距為Fp,該凸部寬度為Sw,該凸部高度為Sh,滿足下列關係式:Sh/Sw=0.05~0.3,Sh/Fp=0.3~0.8,Sw/Fp=2~8。
- 如請求項1所述之燃氣熱水器,其中定義該水管管徑為dH,最下排的該凸部距下方處的該水管上緣垂直距離為SL,更滿足下列關係式:SL=(0.5~2.5)dH。
- 如請求項2所述之燃氣熱水器,其中更滿足下列關係式:Sh/Sw=0.13,SL=1.4dH,Sh/Fp=0.5,Sw/Fp=3.9。
- 如請求項1所述之燃氣熱水器,其中該些凸部突出於該些鰭片的一面或兩面。
- 如請求項1所述之燃氣熱水器,其中該些凸部為裂口式凸部,該些凸部的下緣與該些鰭片間分別形成有入氣口,該些凸部的上緣與該些鰭片間分別形成有出氣口。
- 如請求項1所述之燃氣熱水器,其中該些凸部呈梯形,該些凸部的一側或兩側呈斜向設置。
- 一種燃氣熱水器的熱交換器,該熱交換器具有數個間隔設置的鰭片及一水管,該些鰭片上各設有數個穿孔,該水管穿設於該些鰭片的穿孔中,該些鰭片上分別形成有數個凸部;定義每相鄰 的兩鰭片間距為Fp,該凸部寬度為Sw,該凸部高度為Sh,滿足下列關係式:Sh/Sw=0.05~0.3,Sh/Fp=0.3~0.8,Sw/Fp=2~8。
- 如請求項7所述之燃氣熱水器的熱交換器,其中定義該水管管徑為dH,最下排的該凸部距下方處的該水管上緣垂直距離為SL,更滿足下列關係式:SL=(0.5~2.5)dH。
- 如請求項8所述之燃氣熱水器的熱交換器,其中更滿足下列關係式:Sh/Sw=0.13,SL=1.4dH,Sh/Fp=0.5,Sw/Fp=3.9。
- 如請求項7所述之燃氣熱水器的熱交換器,其中該些凸部突出於該些鰭片的一面或兩面。
- 如請求項7所述之燃氣熱水器的熱交換器,其中該些凸部為裂口式凸部,該些凸部的下緣與該些鰭片間分別形成有入氣口,該些凸部的上緣與該些鰭片間分別形成有出氣口。
- 如請求項7所述之燃氣熱水器的熱交換器,其中該些凸部的一側或兩側呈斜向設置。
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