换热器和热水装置
技术领域
本发明涉及用于从燃烧气体中回收热的换热器、和具有该换热器的热水装置。
背景技术
作为换热器的具体例子,分别在日本实开昭61-号公报、日本特开昭59-号公报中有所记载。如图52所示,日本实开昭61-号公报所记载的换热器是在罐体2e内配设有热交换用的螺旋状管体部40e的结构。包围在螺旋状管体部40e中的空间部3e的底部被分隔构件6e阻塞。在该换热器中,当从罐体部2e的上部导入燃烧气体时,该燃烧气体从空间部3e经过螺旋状管体部40e的间隙流到其外方,然后从罐体2e的下部开口排出到外部。另一方面,将介质从螺旋状管体部40e的一端部供给到该螺旋状管体部40e内,该介质被上述燃烧气体加热。该被加热了的介质从螺旋状管体部40e的另一端流出。在该换热器中,螺旋状管体部40e是由一根螺旋状管体构成的,其结构比例如采用多根带翅片的管的类型的换热器简单得多。因此,适于谋求制作成本低、整体小型化。
另一方面,如图53所示,日本特开昭59-号公报所记载的换热器具有如下的结构,即在罐体91A内设有螺旋状的水管96,该罐体91A在下部配置有燃烧器90A。在水管96的多个环部96a及它们的外周围交替地设有挡板97A和挡板97B。上述挡板97A用于防止燃烧气体通过环部96a的内方,上述挡板97B用于防止燃烧气体通过环部96a外周围的间隙。采用该结构,燃烧气体在水管96的一个环部60a的内方行出、在下一个环部60a的外方行进,如此交替地在各环部60a的内方、外方行进,可以增多燃烧气体对水管96的传热量。
但是,在上述现有技术中,存在下述问题。
即,在图52所示的现有技术中,燃烧气体只不过是从螺旋状管体部40e的间隙的内方朝着外方单方向地通过该间隙。因此,这时的传热量少。另外,由于螺旋状管体部40e的全长区域容许燃烧气体一齐通过的流路面积大,因此燃烧气体容易偏作用在螺旋状管体部40e的一部分上。因此,在上述的现有技术中,热交换效率低。近年来,从节约燃料而促进环保、降低运行成本及其它各种方面考虑,强烈希望提高换热器的热交换效率。可以认为:作为提高热交换效率的有效措施,除了从燃烧气体中回收显热外,还要回收潜热(更准确地说,是回收燃烧气体中的水蒸气的潜热)。但采用上述的现有技术,难以进行上述那样的潜热回收。
另一方面,在图53所示的现有技术中,具有如下的复杂结构,即在罐体91A内设有与环部96a数量相同的多个挡板97A、97B。而且,该多个挡板97A、97B具有与环部96a同样的或更大的直径,其尺寸大。因此,其制作成本高。另外,多个挡板97A、97B因其与燃烧气体的接触而损失它们从该燃烧气体中吸收的热;当这些挡板97A、97B多时,罐体91A内的全部热容量增大。因此,例如水管96内的水温在开始供给热水时的上升缓慢,这种现有技术应用到瞬间式热水装置时的能力差。而且,水管96与图52所示的现有技术相同,由于不过是用1根螺旋状管体形成的,因此虽然整体结构复杂,却难以得到较高的热交换效率。
发明内容
本发明的目的在于消除或抑制上述现有技术的问题点。
由本发明第1技术方案提供的换热器具有罐体、螺旋状管体部、空间部和燃烧气体通路;上述罐体在轴向的两端形成有燃烧器用开口部和燃烧气体流出口;上述螺旋状管体部用于热交换,并具有在上述轴向隔开间隙地并排配置在上述罐体内的多个环部;上述空间部被上述螺旋状管体部包围而形成,并且其一端与上述燃烧器用开口部连通;上述燃烧气体通路形成于上述螺旋状管体部的外周围,并且将行进来的燃烧气体引导到上述燃烧气体流出口;其特征在于,具有分隔构件,该分隔构件阻塞上述空间部的轴向中间部分,由此将上述空间部在上述轴向上划分为第1及第2区域,并且将上述螺旋状管体部划分为包围上述第1区域的第1热交换部及包围上述第2区域的第2热交换部;被供给到上述第1区域的燃烧气体通过上述第1热交换部的间隙而行进到上述燃烧气体通路内后,通过上述第2热交换部的间隙。
*好是,上述罐体具有筒状的周壁部,上述燃烧气体通路形成于上述周壁部与上述螺旋状管体部之间。
*好是,上述螺旋状管体部由扁平管形成,该扁平管的与上述燃烧方向交叉方向的宽度大于上述轴向的厚度。
*好是,上述扁平管的上述宽度是使上述第2热交换部比上述第1热交换部大而成的。
*好是,上述螺旋状管体部的至少一部分是随着沿燃料气体通过上述间隙的方向前进高度渐渐变低地倾斜着。
*好是,本发明的换热器,具有通水机构和多个管体组件;上述管体组件具有连接用的两端部,并且中间部是扁平截面的环状;上述通水机构在该多个管体组件沿上述轴向并排排列并将它们配设在上述罐体内的状态下与该多个管体组件的两端部连接,并且可向该多个管体组件通水;上述螺旋状管体部包含上述多个管体组件。
*好是,上述第1热交换部的间隙尺寸与第2热交换部的间隙尺寸不相同。
*好是,本发明的换热器具有管体叠绕结构部,该管体叠绕结构部包含各环部的直径或宽度与上述螺旋状管体部不同的至少一个追加的螺旋状管体部,并且上述多个螺旋状管体部呈叠绕状,使得这些多个环部在上述轴向及与其交叉的方向并排排列,该管体叠绕结构部被划分成上述第1及第2热交换部。
*好是,上述各螺旋状管体部是使用上述多个环部呈螺旋状连接成的螺旋状管体而构成的。
*好是,上述多个螺旋状管体部的管径是相同的。
*好是,上述多个螺旋状管体部的管径不相同,*内周的螺旋状管体部的管径*大。
*好是,上述第1及第2热交换部彼此被上述分隔构件、和与上述分隔构件分开的构件中的任一个构件分隔。
*好是,本发明的换热器具有分隔部,该分隔部阻塞上述螺旋状管体部的端部与上述罐体之间,并且抑制燃烧气体从上述第1区域直接行进到上述燃烧气体通路的靠近上述燃烧器用开口部的端部。
*好是,本发明的换热器中,上述燃烧气体通路跨越上述第1及第2热交换部各自的外周围而连续地形成;具有分隔部,该分隔部将上述燃烧气体通路中的、靠近上述燃烧气体流出口的端部阻塞,并且抑制已到达该端部的燃烧气体直接行进到上述第2区域。
*好是,本发明的换热器,具有第1辅助分隔构件和第2辅助分隔构件;上述第1辅助分隔构件将上述第2热交换部和上述燃烧气体通路分别在上述轴向上划分为2个分割部,并且使通过了在上述燃烧气体通路中的上述第1热交换部周围的燃烧气体行进到上述第2热交换部的一个分割部的间隙内,而引导到上述第2区域;上述第2辅助分隔构件抑制被引导到上述第2区域的燃烧气体直接行进到上述燃烧气体流出口,并且使上述燃烧气体行进到上述第2热交换部的另一个分割部的间隙。
*好是,上述第2热交换部延伸到比上述第2辅助分隔构件靠近燃烧气体流出口的位置;行进到上述燃烧气体通路中的、包围上述延伸部分的部分的燃烧气体进一步通过该延伸部分的间隙。
由本发明第2技术方案提供的热水装置,具有燃烧器和从由该燃烧器产生的燃烧气体中回收热的换热器;上述换热器具有罐体、螺旋状管体部、空间部和燃烧气体通路;上述罐体在轴向的两端形成有燃烧器用开口部和燃烧气体流出口;上述螺旋状管体部用于热交换,并具有在上述轴向隔开间隙地并排配置在上述罐体内的多个环部;上述空间部被上述螺旋状管体部包围而形成,并且其一端与上述燃烧器用开口部连通;上述燃烧气体通路形成于上述螺旋状管体部的外周围,并且将行进来的燃烧气体引导到上述燃烧气体流出口;其特征在于,具有分隔构件,该分隔构件阻塞上述空间部的轴向中间部分,由此在上述轴向上将上述空间部划分为第1及第2区域,并且将上述螺旋状管体部划分为包围上述第1区域的第1热交换部及包围上述第2区域的第2热交换部;被供给上述第1区域的燃烧气体通过上述第1热交换部的间隙而行进到上述燃烧气体通路后,通过上述第2热交换部的间隙。
*好是,上述罐体具有筒状的周壁部,上述燃烧气体通路,形成在上述周壁部与上述螺旋状管体部之间。
*好是,在上述第2热交换部连接有入水管,并且在上述第1热交换部连接有出热水管;来自上述入水管的水通过了上述第2热交换部后,流过上述第1热交换部。
*好是,在上述第1热交换部连接有入水管,并且在上述第2热交换部连接有出热水管;来自上述入水管的水通过了上述第1热交换部后,流过上述第2热交换部。
*好是,上述换热器设置成上述燃烧器用开口部位于比上述燃烧气体流出口上位的位置的姿势;上述燃烧器与上述换热器的上部连接,并且使燃料朝下燃烧;在上述换热器的下部连接有底部箱体,该底部箱体将朝下通过上述燃烧气体流出口的燃烧气体引导到排气口。
*好是,具有冷凝水承接部和冷凝水排出机构;上述冷凝水承接部设在上述换热器的罐体内,并且承接从上述螺旋状管体部流落下来的冷凝水;上述冷凝水排出机构为了不使由上述冷凝水承接部承接的冷凝水流入到上述底部箱体内而将其排出到上述换热器外部。
*好是,上述换热器被是将从上述螺旋状管体部流落下来的冷凝水引导到上述燃烧气体流出口的结构;在上述底部箱体内设有冷凝水承接构件,该冷凝水承接构件承接从上述燃烧气体流出口流落下来的冷凝水并可将该冷凝水排出到上述底部箱体的外部的排出口。
*好是,上述换热器是将从上述螺旋状管体部流落下来的冷凝水导入到上述燃烧气体流出口的结构;上述底部箱体具有承接从上述燃烧气体流出口流落下来的冷凝水的底壁、和将承接于该底壁上的冷凝水排出到外部的排出口。
*好是,上述换热器设置成上述燃烧器用开口部位于比上述燃烧气体流出口下位的位置的姿势;上述燃烧器与上述燃烧器的下部连接,并且使燃料朝上燃烧;上述换热器设有冷凝水承接部和冷凝水排出机构;上述冷凝水承接部承接从上述螺旋状管体部流落下来的冷凝水;上述冷凝水排出机构使由该冷凝水承接部承接的冷凝水不流落到上述燃烧器上地排出到上述换热器的外部。
*好是,上述各环部是中空矩形,并且上述罐体具有包围上述各环部的矩形筒状的周壁部,在该周壁部与上述各环部之间形成有上述燃烧气体通路。
本发明的其它特征和优点从参照附图在以下进行的对发明的实施方式的说明中,将得到更加清楚的了解。
附图说明
图1是表示使用本发明的换热器及具有该换热器的供热水装置的一个例子的概略剖视图。
图2是图1的II-II剖视图。
图3A是表示构成热交换用水管的管体组件的一个例子的俯视图,图3B是其主视图。
图4是图1所示的供热水装置的要部剖视图。
图5是图2的V-V剖视图。
图6是表示图1所示供热水装置中采用的隔板的一个例子的省略局部立体图。
图7是表示使用本发明的换热器及供热水装置的另一个例子子的概略剖视图。
图8是表示使用本发明的换热器的另一个例子的要部剖视图。
图9是表示使用本发明的换热器的另一个例子的要部剖视图。
图10是表示使用本发明的换热器的另一个例子的要部剖视图。
图11A是表示使用本发明的换热器的另一个例子的剖视图,图11B是其俯视剖视图。
图12A是表示使用本发明的换热器的另一个例子的剖视图,图12B是其俯视剖视图。
图13是表示使用本发明的换热器之另一个例子的剖视图。
图14是表示使换热器用的多种水管接触的结构的另一个例子的要部剖视图。
图15A是表示将热交换用水管做成为双重结构的例子的要部剖视图,图15B是其要部俯视剖视图。
图16A是表示本发明中,在螺旋状管体部形成间隙方法的另一个例子的要部剖视图,图16B是其要部左视图。
图17是表示使用本发明的换热器及具有该换热器的供热水装置的另一个例子的概略剖视图。
图18是图17所示的换热器的剖视图。
图19是图17所示的换热器的剖视图。
图20是图17所示的换热器的俯视剖视图。
图21是图20的要部放大剖视图。
图22是表示图17所示的换热器中采用的分隔构件的一个例子的立体图。
图23是表示图17所示的换热器中采用的隔板的一个例子的要部立体图。
图24是表示构成水管的螺旋状管体部与曲管的连接结构的另一个例子的要部剖视说明图。
图25是表示多个螺旋状管体部的一个例子的概略立体图。
图26是表示将付属部件组装到图25所示的多个螺旋状管体部上的工序的概略立体图。
图27是表示将付属部件组装到图25所示的多个螺旋状管体部上的工序的剖视图。
图28是表示用板状部件将图26所示多个螺旋状管体部及其付属部件围起来的工序的概略立体图。
图29是表示用板状部件将图26所示多个螺旋状管体部及其付属部件围起来的状态的立体图。
图30是表示使用本发明的换热器及具有该换热器的供热水装置的另一个例子的要部概略剖视图。
图31是表示使用本发明的换热器的另一个例子的要部剖视图。
图32是表示使用本发明的换热器及具有该换热器的供热水装置的另一个例子的要部概略剖视图。
图33是表示使用本发明的换热器的另一个例子的概略剖视图。
图34是表示使用本发明的换热器的另一个例子的剖视图。
图35是表示使用本发明的换热器的另一个例子的剖视图。
图36是表示使用本发明的换热器的另一个例子的要部剖视图。
图37是表示使用本发明的换热器的另一个例子的要部剖视图。
图38是表示使用本发明的换热器的另一个例子的剖视图。
图39是图38所示的换热器中采用的分隔构件的安装方法的说明图。
图40是表示分隔构件的安装方法的另一个例子的说明图。
图41是表示在螺旋状管体部形成间隙的方法的另一个例子的要部侧视图。
图42是图41中的XL II-XL II剖视图。
图43是表示在螺旋状管体部间形成间隙的方法的另一个例子的要部侧视图。
图44是图43中的XL IV-XL IV剖视图。
图45是图43及图44所示螺旋状管体部的立体图。
图46A是表示在螺旋状管体部间形成间隙的方法的另一个例子的要部侧视图,46B是图46A的XL VI-XL VI剖视图。
图47是表示在螺旋状管体间形成间隙的方法的另一个例子的要部侧视图。
图48是表示在螺旋状管体间形成间隙的方法的另一个例子的要部侧视图。
图49是表示在螺旋状管体间形成间隙的方法的另一个例子的要部侧视图。
图50是表示本发明的换热器及具有该换热器的供热水装置的另一个例子的剖视图。
图51是图50的俯视剖视图。
图52是表示现有技术的一个例子的说明图。
图53是表示现有技术的另一个例子的说明图。
具体实施方式
下面,参照附图具体说明本发明的*佳实施方式。
图1表示使用本发明的换热器及具有该换热器的供热水装置的一个例子。图2~图6表示图1所示的换热器及其相关结构。如图1所示,本实施方式的供热水装置B1,除了具有换热器A1外,还具有燃烧器1、底部箱体80、排气管道81、及控制部89。
燃烧器1例如以煤油为燃料而使其气化气体朝下燃烧,或者朝下喷射煤油并使其燃烧的逆燃式,该燃烧器1配置在换热器A1内的上部或该上部的上方。在换热器A1上载设有下部开口的大致箱状的罐体10,在该罐体10内支撑有燃烧器1。在罐体10的上部设有送风风扇13,该送风风扇13在罐体10内朝下供给燃烧用空气。该送风风扇13产生的送风作用是在换热器A1使燃烧气体在后述恒定路径中行进。在罐体10上还设有对燃烧器1供给燃料、并且可调整燃料供给量的燃料供给装置12。控制部89由微型电子计算机构成,该微型电子计算机具有CPU、附属在该CPU上的存储器等。在此省略对该控制部89的详细结构的说明。该控制部89控制从燃料供给装置12向燃料器1供给燃料的燃料供给量,控制送风风扇13的电动机M的转速,以便根据一定条件确定燃烧器1的燃烧功率级(combustion power level),并且在以已确定了的燃烧功率级驱动燃烧器1。
换热器A1具有罐体2和热交换用的水管6。这些罐体2和水管6都是由不锈钢制成,不会由于在利用水管6从燃烧气体中回收潜热时产生冷凝水而使罐体2和水管6容易产生腐蚀。从燃烧气体中回收潜热时,燃烧气体中的水蒸气冷凝而产生冷凝水并附着在水管6的表面。通常,该冷凝水吸收了燃烧气体中的硫氧化物、氮氧化物等而呈PH3左右的强酸性。因此,罐体2和水管6要用耐酸性优良的材料做成。后述的冷凝水承接部26、分隔构件19及隔板18也是由不锈钢制成。
罐体2具有与罐体10的下部连接的、大致圆筒形的周壁部20。在该罐体2的上部和下部形成有燃烧器用开口部22A和燃烧气体流出口22B。燃烧器用开口部22A作为从燃烧器1导入燃烧气体的部分使用、或者作为使燃烧器1进入到罐体2内而予以安装的部分使用。在本实施方式中,燃烧器1的一部分通过该燃烧器用开口部22A进入到罐体2内。
水管6具有配设在罐体2内的螺旋状管体部60,该螺旋状管体部60沿该换热器A的上下高度方向隔开间隙61排列有多个环部60a。在被该螺旋状管体部60包围的空间部35的高度方向中间部设有分隔构件19,空间部35被划分为夹着该分隔构件19而上下分离的第1及第2区域35a、35b。分隔构件19是与空间部35的形状对应的圆板状,并且例如用焊接安装在螺旋状管体部60的内周面。该分隔构件19与图17~图21所示的后述实施方式中说明的同样地,例如是用绝热件覆盖金属板表面而成的叠层结构,或者是将与燃烧气体相接触的上表面部做成为凹状的结构。
螺旋状管体部60被划分为分别包围第1和第2区域35a、35b的第1和第2热交换部HT1、HT2。这些第1和第2热交换部HT1、HT2都具有多层环部60a和多层间隙61。在螺旋状管体部60的外周面与罐体2的周壁部20之间连续地形成有沿罐体2的高度方向延伸的燃烧气体通路36。但是,在周壁部20的下部设有阻塞燃烧气体通路36底部的大致环状的引导件29。因此,行进到燃烧气体通路36底部附近终端的燃烧气体通过第2热交换部HT2的多层间隙61而流入到第2区域35b。引导件29的上表面以其高度越靠近罐体2中心越低的方式倾斜着,其一部分位于第2热交换部HT2的*下层的环部60a的下方。采用该结构,可得到如下作用,即将从多个环部60a流到了该引导件面29上的冷凝水引导到冷凝水承接部26内。
水管6是将尺寸和形状等相同且组件化了的多个管体组件62重叠成多层地设置在罐体2内而构成的。更具体地说,如图3所示,管体组件62具有从上面看为大致圆环状的、例如5个环部60a沿它们的厚度方向叠置而成的部分。在该部分的两端部62a、62b具有设有连接插头62c的结构。5层环部60a连接成螺旋状。管体组件62是不锈钢制,除了设有连接插头62c的部位,在全长区域都是宽度L1大于厚度t1的扁平管。例举它们的具体的一个例子是厚度t1为5mm左右,宽度L1为25mm左右。
例如如图4所示,水管6是将6个管体组件62A~62F(62)沿上下高度方向叠置而构成的。在本实施方式中,为了便于理解,管体组件62的总数是6个,但具体的数目并不限定于6个。第1热交换部HT1由上层的4个管体组件62A~62D构成;第2热交换部HT2由下层的2个管体组件62E、62F构成。
罐体2包括具有入水口71a、71b的入水用腔室71A、71B,带出热水口72a、72b的出热水用腔室72A、72B和共用腔室73A、73B。上述这些腔室作为连接和支承多个管体组件62的集管部。这些腔室例如是将适当的箱状部件焊接在周壁部20的外表面部而形成的。
第1热交换部HT1的管体组件62A~62D是它们的一端部62a都与共用腔室73A连接的结构。但是,管体组件62C、62D的各另一端部62b与入水用腔部71A连接。对此,管体组件62A、62B的各另一端部62b与出热水用腔室72A连接。借助该结构,在第1热交换部HT1中,从入水口71a流入到入水用腔室71A中的水经过2个管体组件62C、62D流入到共用腔室73A中,然后从2个管体组件62A、62B的一端部62a流入到2个管体组件62A、62B中,到达出热水用腔室72A,从出热水口72a流出热水。出热水口72a上连接有与热水供给场所相连接的出热水管99b。
第2热交换部HT2的管体组件62E、62F具有如下结构,它们的一端部62a都与共用腔室73B连接,下层管体组件62F的另一端部62b与入水用腔室71B连接,上层管体组件62E的另一端部62b与出热水用腔室72B连接。借助这样的结构,在第2热交换部HT2中,从入水口71b流入到入水用腔室71B的水经过管体组件62F而流入到共用腔室73B,然后从管体组件62E的一端部62a流入到管体组件62E,到达出热水用腔室72B,从出热水口72b流出热水。在入水口71b上连接有用于从外部进水的入水管99a。出热水口72b和入水口71a用配管70连接着。因此,在该换热器A1中,利用入水管99a供给的水经过第2热交换部HT2后进入第1热交换部HT1中。
如图5清楚地表示的那样,在换热器A1内设有多个隔板18A、18B。如图6所示,隔板18A具有例如是在长矩形状的基部18a的正面部设有多个平板状的突出部18b的结构。隔板18B也是与隔板18A相同的结构。隔板18A、18B例如可通过金属切削加工、多个金属板的焊接、或金属板的所谓冲切立起加工制成。在后面说明隔板的其它具体例子。
如图5所示,在第1及第2热交换部HT1、HT2的各环部40a之间插入有隔板18A、18B的多个突出部18b,由此,间隙61的尺寸与突出部18b的厚度相同。多个突出部19b各自的厚度L3是相同的,其结果,多层间隙61各自的尺寸也与多个突出部19b的厚度L3相同。但是,如后所述,间隙61的尺寸也可以不相同。如上所述,水管6的厚度t1约为5mm左右,而间隙61的尺寸L3是例如为0.8mm~2.0mm左右。如图2清楚地表示的那样,多个隔板18A、18B以大致等间隔设在螺旋状管体部60外周的例如3个部位。作为可靠地安装隔板18A、18B的方法,例如,可以将这些隔板焊接固定在螺旋状管体部60或罐体2内的适当部位。为了确保间隙61的开口面积,隔板18A、18B的宽度比环部60a的圆周长度小得多。
如图1清楚地表示的那样,在换热器A1的下方设有冷凝水承接部26。该冷凝水承接部26用于承接伴随燃料燃烧而附着在水管6上并且从该水管6流落下来的冷凝水。该冷凝水承接部26被适当的支承部件(未图示)支承地配置在底部箱体80内的第2热交换部HT2的正下方。该冷凝水承接部26是环状,在中央部具有用于使燃烧气体通过的开口部260,在底面部261的内周缘和外周缘处具有向上立起的立起壁262、265,在形成于该立起壁262、265之间的凹部263可收容冷凝水。在该凹部33的底部形成有冷凝水用的排出口82b,并且在该排出口82b上连接有配管82,该配管82用于将冷凝水排出到罐体2和底部箱体80的外部。与开口部260同样,在该冷凝水承接部26的外周围形成有可使燃烧气体通过的空隙部260a。
底部箱体80是内部为空心的大致长方体状,在该底部箱体80上并排地载置有换热器A1和排气管道81。在底部箱体80的上壁部上形成有开口部80a、80b,该开口部80a、80b分别与换热器A1的燃烧气体流出口22B和排气管道81的底部开口部连通。这样,从换热器A1的燃烧气体流出口22B朝底部箱体80内向下行进的燃烧气体经过该底部箱体80内,相对于排气管道81从下方朝上方行进。已流入到排气管道81内的燃烧气体随后作为排气从排气口81a排出到外部。排气管道81的内部具有玻璃棉等吸音材料(未图示),降低排气音,起到消音器的作用。
下面,说明上述结构的供热水装置B1的作用。
首先,从送风风扇13朝下供给燃烧用空气,同时驱动燃烧器1。于是,在第1区域35a内产生燃烧气体,该燃烧气体经过第1热交换部HT1的多层间隙61而行进到燃烧气体通路36内。由于第1区域35a的下部被分隔构件19阻塞着,所以在该第1区域35a产生的燃烧气体可积极地通过第1热交换部HT1的间隙61。接着,上述燃烧气体在燃烧气体通路36内朝下行进,经过第2热交换部HT2的多层间隙61而流入到第2区域35b。然后,上述燃烧气体从燃烧气体流出口22B行进到底部箱体80内后,从排气口81a排出到外部。
这样,在该换热器A1中,燃烧气体在固定的路径中顺畅地流过换热器A1内。因此,在换热器A1中,燃烧气体的一部分不会持续地滞留,可将由燃烧器1的驱动而连续产生的新燃烧气体高效率地用于热交换器A1中的热交换。
在上述燃烧气体的流动中,借助在第1区域35a内进行燃烧,并且该燃烧气体通过第1区域35a的各间隙61,从而进行热回收。为了良好地进行热传递,可以利用隔板18A、18B预先将间隙61设定为*适当的宽度。另外,由于各环部60a的宽度L1大,所以在燃烧气体通过间隙61时,各环部60a与燃烧气体的接触时间长,可以增多对第1换热器部HT1的热传递量。即使在燃烧气体朝下通过燃烧气体通路36时,该燃烧气体也对第1热交换部HT1进行热传递。这样,第1热交换部H1中的热交换效率高。
另外,通过了第1热交换部HT1的燃烧气体在随后经过第2热交换部HT2的外周围、各间隙61时,以及经过其内方的第2区域35b时,都对各环部60a进行热传递。在第2热交换部HT2中,回收可燃烧气体的潜热,使得热交换效率更高。因此,在本实施方式的换热器A1和供热水装置B1中,能提高热水供给能力并节省能量。尤其是在该换热器A1中,将螺旋状管体部60分成第1及第2热交换部HT1、HT2这二部分,使燃烧气体依次通过燃烧气体流路面积减小了的部分,所以燃烧气体对螺旋状管体部60的作用分布不会产生大的偏差。借助该效果也能提高热交换效率。
在换热器A1中,作为水管6不采用带翅片的管,也能提高热交换效率,水管6的结构简单。因此,尽管换热器A1是不锈钢制,但可以使其制作成本比较低廉。水管6是采用形状、尺寸等统一的多个管体组件62来形成的,所以可使其制作成本更加低廉。另外,采用多个管体组件62来构成水管6的方式,通过变更管体组件62的数目,可以构成总长度不同的各种尺寸或容量的水管6,也容易变更换热器A1的规格。
当燃烧气体与螺旋状管体部60接触而进行热交换时,产生冷凝水。但是,该冷凝水从螺旋状管体部60流落到下方时,由冷凝水承接部26适当承接,并且通过配管82排出到外部。因此,没有罐体2内和底部箱体80内被冷凝水污染的问题。另外,以换热器A1为首,可能与冷凝水接触的部分的材质都是不锈钢,所以能防止因与酸性冷凝水接触而遭腐蚀。另外,如水管6是不锈钢制,则也可将含有腐蚀铜等金属的成分的井水加入到水管6而使用,其使用用途广泛。
在该换热器A1中,由于从入水管99a供给来的非加热的温度较低的水进入到第2热交换部HT2,所以该第2热交换部HT2中的潜热回收效率被提高,另外,使冷凝水集中地产生于第2热交换部HT2,可以减少在第1热交换部HT1产生的冷凝水的量。这样,利用冷凝水承接部26回收冷凝水的回收率也高。尤其是该换热器A1是逆燃式,燃烧气体朝下流,所以借助该燃烧气体的流动作用,可以促进冷凝水从螺旋状管体部60滴下。如果冷凝水附着在螺旋状管体部60的表面而不滴下,则该冷凝水会妨碍燃烧气体与螺旋状管体部60的热交换。因此,如促进冷凝水从螺旋状管体部60上滴下,则可以较佳地消除或抑制上述问题。
如上所述,水管6是由厚度t1小的扁平管形成的,所以可抑制该水管6的螺旋状管体部60的整体高度变大,环部60a的数目多,可以增多水管6内的水量。如果加大扁平管的宽度L1,则可进一步增多上述的水量。
图7~图51表示本发明的另一实施方式。在这些图中,与上述实施方式相同或类似的部分,标注相同的附图标记。
在图7所示的实施方式中,在换热器A2内设有引导件29A和分隔构件19′。
引导件29A的作用是阻止在燃烧气体通路36内朝下行进的燃烧气体下降行进到第2热交换部HT2的外周围,并且使该燃烧气体从第2区域35b的上方流入第2区域35b内。该引导件29A是环状,例如用焊接安装在罐体2的周壁部20的内周面,从而分隔第1及第2热交换部HT1、HT2之间。分隔构件19′用于阻塞第2区域35b的下部开口部,其结构与分隔构件19相同。
根据该结构,通过了第1热交换部HT1的燃烧气体从燃烧气体通路36流入到第2区域35b中,从该第2区域35b通过第2热交换部HT2的各间隙61。由于第2区域35b的下部开口部被分隔构件19′阻塞,所以可以使燃烧气体恰当地通过第2热交换部HT2的间隙61。因此,在本实施方式中,也与上述实施方式同样,可适当且有效地分别利用第1及第2热交换部HT1、HT2进行热交换。另外,如使引导件29的上表面以越靠近罐本2的中央高度越低的方式倾斜,则可以将燃烧气体顺畅地引导到第2区域35b。
在图7所示的实施方式中,在第2热交换部HT2的下方也设有大致环状的引导件28。该引导件28的上表面形成为与引导件29A的上表面是同样的倾斜面。如设置这种该引导件28,则可以将从第2热交换部HT2滴下来的冷凝水引导到冷凝水承接部26A上。因此可减小冷凝水承接部26A的尺寸,同时也可避免冷凝水不当地滴落到冷凝水承接部26A的外部。在本发明中,如图7所示,冷凝水承接部26A也可以采用中央部没有开口的结构。
在图8所示的实施方式中,第1及第2热交换部HT1、HT2各自的间隙61的尺寸L3、L3′不同。更具体地说,尺寸L3′小于尺寸L3。在图9所示的实施方式中,构成第1及第2热交换部HT1、HT2的环部60a的宽度L1、L1′不同,宽度L1′大于宽度L1。
采用图8和图9所示的结构,通过第1热交换部HT1后温度降低了的燃烧气体可增多在通过第2热交换部HT2的间隙61时对环部60a的传热量。因此,可较佳地提高热交换效率。在本发明中,也可以做成将图8和图9所示的结构组合起来的结构,即第2热交换部HT2的间隙61的尺寸小于第1热交换部HT1的间隙61的尺寸,并且第2热交换部HT2的环部60a的宽度大于第1热交换部HT1的宽度的结构。另外,在本发明中,也可以使第1及第2热交换部HT1、HT2各自的间隙61的尺寸、环部60a的宽度不均匀。例如,有第1区域35a的下部区域温度比其上部区域高的情况。或者与此相反,有靠近燃烧器1的上部区域温度比其下部区域高的情况。这种温度分布状况取决于燃烧器1的特性、来自送风风扇13的燃烧用空气送风量、或送风方式等。在本发明中,与该温度分布相对应地,对于燃烧气体的温度高的部分,通过减小第1热交换部HT1的间隙61或者加大环部60a的宽度,可以做成有效地利用高温的燃烧气体的结构。
在图10所示的实施方式中,水管6的各环部60a在环部60a的径向上倾斜。该倾斜与燃烧气体通过间隙61的方向对应,形成为各环部60a的高度越沿燃烧气体的行进方向前进就越低。更具体地说,在第1热交换部HT1中,环部60a的外周缘比内周缘低地倾斜。对此,在第2热交换部HT2中,环部60a的外周缘比内周缘低地倾斜。
采用该结构,在燃烧气体通过间隙61时,可以促进附着在环部60a上的冷凝水朝环部60a的高度低的方向移动。因此,可促进冷凝水从多层环部60a滴落到冷凝水承接部26上,从而可以更好地提高冷凝水的回收率。如本实施方式所示,在使环部60a倾斜时,*好使多层环部60的全部部位倾斜,但也可以与此不同,仅使多层环部60a的一部分倾斜。即使是这样的结构,也能在该部分促进冷凝水滴下,提高冷凝水的回收率。但这时,*好是至少使*下一层的环部60a倾斜,这是因为冷凝水从螺旋状管体部60往冷凝水承接部26上的滴落几乎都是在*下层环部60a进行的。
图11A所示的实施方式的换热器是所谓的1罐2回路方式,其具有热水供给场所不同的1根水管6C和2根水管6D。水管6C例如用于对厨房供给热水,水管6D例如是用于对浴室供给热水。水管6C的多个环部60a′夹在2根水管6D的环部60a″之间并与它们直接接触。在本实施方式中,3个环部60a′、60a″为一组,在各组之间形成有用于使燃烧气体通过的间隙61。如图11B清楚地表示的那样,作为水管连接用的集管部,设有入水用腔室71C、出热水用腔室72C及共用腔室73C,它们用于连接构成水管6C的多个管体组件62两端部62a′、62b′。另外,本实施方式的换热器也具有入水用腔室71D、出热水用腔室72D及共用腔室73D,它们用于连接构成水管6D的多个管体组件62两端部62a″、62b″。由此,使得在水管6C、6D内流动的水不会相互混合。
采用这种结构,例如在仅对厨房供给热水时,在燃烧器1已驱动的状态下,只在水管6C内通水,水管6D内的水保持停滞不变。因此,若是原先,该水管6D内的水可能会因被加热而沸腾。但在本实施方式中,由于在水管6C、6D之间进行热传递,所以可较好地防止上述的沸腾。与前述相反,只在水管6D内通水时也同样地可防止水管6C内的沸腾。由于水管6C、6D都是用扁平管构成的,所以也具有它们的接触面积(传热面积)大的效果。另外,在如本实施方式这样的1罐2回路方式中,分别对2种水管进水,例如有时必须对厨房和浴室同时供给热水,如前所述,采用本发明,由于热交换效率高,所以出热水量多的1罐2回路方式*适合于这种情形。
在图12A所示的实施方式中,2种水管6C、6D的环部60a′、60a″相互呈一对,在螺旋状管体部60的径向并排排列,并且相互接触。如图12B清楚地表示的那样,虽然用于连接水管6C、6D的集管部结构的各部分的位置关系与前面的实施方式不同,但是其基本结构是相同的。在图13所示的实施方式中,2个水管6D的环部60a″包围水管6C的环部60a′的全周围并与其接触。在图14所示的实施方式中,水管6C采用圆管,水管6D包围该水管6C的大致半周区域并与其接触。从这些实施方式可知:在使多种水管接触的情况下,可以有各种方式。但是,接触面积越大,传热量就越大,防止未使用的水管内的水沸腾的效果就越高,所以*好采用上述的结构。
在图15A、图15B所示的实施方式中,水管是具有内管6C和外管6D的双重管结构。需要分别地进行向内管6C内通水、和向内管6C与外管6D之间的部分通水,所以用于连接它们的两端的入水用腔室71C、71D、出热水用腔室72C、72D以及共用腔室73C、73D也分别是双重结构。
采用这样的结构,也能分别对2种热水供给场所供给热水。存在于内管6C与外管6D之间的水借助内管6C而与内管6C内的水进行热传递,因此只将它们之中一方的水用于供热水时,可以较佳地防止另一方的水沸腾。
在图16A、图1B所示的实施方式中,在水管6的螺旋状管体部60的环部60a的外表面设有凸部69。在上下高度方向相邻的环部60a通过凸部69相接触。
采用该结构,利用凸部69,可在多个相邻环部60a之间形成所需尺寸的间隙61。因此,不必使用隔板,不需要安装隔板的作业,换热器的组装作业容易。
图17~图51是表示具有管体叠绕结构部的换热器以及其相关事项的实施方式。但在这些实施方式的内容中,含有也可应用于前述采用扁平管的换热器的技术事项。这种技术事项也适用于采用扁平管的换热器。相反地,也可将采用了扁平管的换热器的上述技术事项应用于具有管体叠绕结构部的换热器。
图17表示使用了本发明的换热器和具有该换热器的供热水装置的另一个例子。图18~图24表示图17的换热器及其相关结构。如图18所示,本实施方式的换热器A3具有罐体2、多个水管4、入水用及出热水用的一对集管5和分隔构件19。多个水管4形成有由多个螺旋状管体部40配置成叠绕状而成的管体叠绕结构部SC。另外,水管4与前述实施方式不同,是采用圆管。
罐体2具有大致圆筒状的周壁部20、和安装在该周壁部20的上部及下部的一对盖体21A、21B。它们与前述实施方式同样例如是不锈钢制。如后所述,周壁部20是将大致矩形的不锈钢板弯曲成筒状后,再将图20中所示的一对端缘20a相互接合而形成的。在各端缘20a上弯折形成地有朝周壁部20的径向外方突出的突出片20a′,将这些突出片20a′叠合并焊接起来。在周壁部20的下部外周面焊接有一个或多个用于将该罐体2安装到其他所需部位的支架23。
如图18和图19清楚地表示的那样,盖体21A是大致圆板状,在其中央部形成有燃烧器用开口部22A。与前述实施方式同样,燃烧器用开口部22A或者用作将在燃烧器中产生的燃烧气体导入到罐体2内的燃烧气体导入口,或者用作使燃烧器的一部分进入到罐体2内并予以安装的部分。该燃烧器用开口部22A是内缘翻边孔,该内缘翻边孔沿其周缘具有朝下突出的环状壁220。盖体21A嵌入到周壁部20的上部开口中并焊接在该周壁部20上。在周壁部20的上端附近的内周面上形成有多个朝罐体2内侧突出的凸部25a,盖体21A与这些凸部25a抵接而实现其定位。多个凸部25a是对周壁部20实施冲压加工而形成的,并在周壁部20的圆周方向隔开适当的间隔。
盖体21B是与盖体21A同样的大致圆板状,并且在其中央部形成有燃烧气体流出口22B。在周壁部20的下端附近的内周面上形成有多个与前述凸部25a同样的凸部25b。盖体21A以嵌入周壁部20的下部开口中并与多个凸部25b抵接的状态焊接在周壁部20上。燃烧气体流出口22B形成为与燃烧器用开口部22A同样的内缘翻边孔,在该内缘翻边孔周缘形成有朝上突出的环状壁221。在罐体2的底部形成有冷凝水承接部26,该冷凝水承接部26可承接伴随潜热回收而从水管4滴下来的冷凝水。该冷凝水承接部26包括环状壁221、周壁部20的下部、形成在它们之间的环状空间部26a及底部。在盖体21B上形成有冷凝水排出口26b,该冷凝水排出口26b用于将冷凝水承接部26承接的冷凝水排出到罐体2的外部。
多个水管4具有多个配置在罐体2内的螺旋状管体部40、和多个连接在这些螺旋状管体部40的两端部400的曲管41。本实施方式的换热器A3具有共计3根水管4,它们的各螺旋状管体部40用螺旋状管体形成,并且,中空圆形的螺旋状环部40a沿上下方向叠置成多层。但是,这些多个螺旋状管体部40的卷径相互不同,管体叠绕结构部SC是通过将这些多个螺旋状管体部40配置成同心状或大致同心状而构成的。在该管体叠绕结构部SC中,多个环部40a除了在罐体2的高度方向并排排列外,在水平方向也并排排列。
如图20和图21清楚地表示的那样,水管4的多个曲管41起到将多个螺旋状管体部40与集管5连接起来的连接管的作用。在各曲管41的两端部41a、41b上形成有具有锥面的台阶部410a、410b。比这些台阶部410a、410b更靠前端的部分是外径比长度方向中间部的直径小的小径部。通过各曲管41的一端部41a的小径部与端部400嵌合,从而各曲管41与螺旋状管体部40连接。上述小径部与端部400的嵌合方向是螺旋状管体部40的环部40a的切线方向。台阶部410a的锥面与端部400的端面抵接,对该抵接部位实施了焊接或钎焊。但是,作为水管4与曲管41的连接方法,例如也可以用图24所示的方法。该图24的方法中,对曲管41的一端部41a的*前端部分实施扩管加工,将该部分外套在水管4的端部400上。用该方式也能较佳地实现利用使水管4与曲管41相嵌合而成的连接。
多个曲管41穿过多个设在周壁部20上下端附近的开口部200,这些曲管41的靠近另一端部41b的部分突出到罐体2的外部。多个曲管41各自的弯曲半径、全长尺寸不同,贯通周壁部20的部分及另一端部41b的配列间距P3大于它们的一端部41a的配列间距P2。借助该结构,集管5的连接作业容易,并且加大了多个开口部200的间隔,可提高该部分的强度。多个曲管41的靠另一端部41b的部分沿着垂直于周壁部20的方向呈直线状地延伸,并且相互平行。另外,各曲管41被构成为在从贯通周壁部20的部分到另一端部41b的部位不存在比上述贯通部分直径大的部分。采用这种结构,将多个曲管41穿过周壁部20的多个开口部200的作业较佳且容易地进行。
*好,各开口部200形成为其周缘部立起的内缘翻边孔,提高了其周缘部的强度。周壁部20中的、含有多个开口部200的形成部位的一部分区域被形成为非圆弧形的平板状部201。该平板状部201以一定的宽度沿高度方向延伸,并且相对于周壁部20的其它区域向罐体2的径向外方突出。采用这种结构,容易确定各开口部200的尺寸,并且可提高周壁部20的强度。另外,由于螺旋状管体部40与平板部201之间的间隔变大,所以曲管41可采用曲率半径较大的管。
一对集管5分别与多个曲管41的另一端部41b连接。各集管5例如是用圆形管52构成的,在其一端部形成有与图17所示的入水管99a或出热水管99b连接的连接口50。在集管5上设有多个开口部51,各曲管41的另一端部41b的小径部嵌入到各开口部51中,并且台阶部410b的锥面与开口部51的周缘抵接。在该相抵接部分实施了焊接或钎焊。这样,使各曲管41和集管5可靠地连接,并且能实现止水密封。
如图18清楚地表示的那样,分隔构件19是用于将由管体叠绕结构部SC包围的空间部3在高度方向分隔为第1及第2区域30a、30b的构件。管体叠绕结构部SC的各螺旋状管体部40被该分隔构件19划分为分别包围第1及第2区域30a、30b的第1及第2热交换部HT1、HT2。该分隔构件19位于空间部3内,并且具有本体部190和凸缘片191。上述本体部190在上表面部形成有朝下凹入的凹状部;上述凸缘片191形成于本体部190的外周面上。本体部190例如是在不锈钢制的板体190a的上表面层叠有耐火性和耐热性好的绝热件190b而构成的。绝热件190b例如是陶瓷。如图22所示,凸缘片191是螺旋状,其沿本体部60的外周面设置一周或一周以上,其两端之间产生了台阶高差H1。通过将该螺旋状的凸缘片191与多个螺旋状管体部40螺纹配合,从而分隔构件19被安装在这些螺旋状管体部40上。另外,凸缘片191将第1及第2热交换部HT1、HT2间分隔开,使燃烧气体在管体叠绕结构部SC内不短路地从第1热交换部HT1行进到第2热交换部HT2内。
在*外周的螺旋状管体部40与周壁部20之间形成有燃烧气体通路32。另外,如图18清楚地表示的那样,在多个螺旋状管体部40的高度方向上相邻的环部40a之间形成有间隙31。第1及第2区域30a、30b和燃烧气体通路32通过该间隙31相连通。这样,如后所述,燃烧气体借助第1热交换部HT1的间隙31从第1区域30a行进到燃烧气体通路32,然后从该燃烧气体通路32经过第2热交换部HT2的间隙31,朝向第2区域30b前进。
如标记n1所示,盖体21A的环状壁220与*内周的螺旋状管体部40的上部接触,防止燃烧气体从第1区域30a通过它们之间直接流入到燃烧气体通路32。另外,如标记n2所示,盖体21A的环状壁221与*内周的螺旋状管体部40的下部接触,防止燃烧气体从燃烧气体通路32通过它们之间直接流入第2区域30b。
如图19所示,各螺旋状管体部40的间隙31是采用多个隔板18形成的。更具体地说,如图23所示,隔板18例如是通过将不锈钢制的长矩形平板状基板部18a的多部位进行冲切立起加工,从而形成了梳齿状并排排列的多个突出部18b。这些多个突出部18b插入到各螺旋状管体部40的环部40a之间,由此形成了间隙31,并且这些间隙31具有规定的高度尺寸。如图20所示,在该换热器A3中,例如以大致相等的间隔配置有3个隔板18。在高度方向相邻的环部40a之间,除了被隔板18的突出部18b插入的部位以外的部分是间隙31。
如图20和图21清楚地表示的那样,水管4的多个曲管41起到将多个螺旋状管体部40与集管5连接起来的连接管的作用。在各曲管41的两端部41a、41b上形成有具有锥面的台阶部410a、410b,比这些台阶部410a、410b的靠近前端的部分是外径比长度方向中间部的直径小的小径部。通过将其小径部嵌入到螺旋状管体部40的端部400,各曲管41的一端部41a与端部400相连接。该小径部和端部400的嵌合方向是螺旋状管体部40的环部40a的切线方向。台阶部410a的锥面与端部400的端面抵接,对该抵接部位实施了焊接或钎焊。
多个曲管41穿过多个设在周壁部20上下两端附近的开口部200,这些曲管41的靠近另一端部41b的部分突出到罐体2的外部。多个曲管41的弯曲半径、全长尺寸不同,贯通周壁部20的部分及另一端部41b的配列间距P3大于它们的一端部41a的配列间距P2。根据该结构,使得集管5的连接作业变容易,而且由于加大了多个开口部200的间隔,因而提高了这部分的强度。多个曲管41的靠近另一端部41b的部分沿着垂直于周壁部20的方向呈直线状延伸,并且相互平行。另外,各曲管41在从贯通周壁部20的部分到另一端部41b的部位上不存在比上述贯通部分直径大的部分。采用这种结构,将多个曲管41穿过周壁部20的多个开口部200的作业变得容易且可较好地进行。
*好是,各开口部200形成为其周缘部立起的内缘翻边孔,提高了其周缘部的强度。另外,周壁部20中的、含有多个开口部200的形成部位的一部分区域形成为非圆弧形的平板状部201。该平板状部201以一定的宽度沿上下方向延伸,并且相对于其它区域突出到罐体2的径向外方。采用这种结构,容易确定各开口部200的尺寸,并且可提高周壁部20的强度。另外,由于螺旋状管体部40与平板部201之间的间隔增大,所以曲管41可采用曲率半径较大的管。
一对集管5分别与多个曲管41的另一端部41b相连接。各集管5例如是用圆形管52构成的,在其一端部形成了有与入水管及出热水管(未图示)连接的连接口50。在集管5上设有多个开口部51,各曲管41的另一端部41b的小径部嵌入到各开口部51中,并且台阶部410b的锥面与开口部51的周缘抵接。在该抵接部分实施了焊接或钎焊。这样,各曲管41和集管5的连接可靠,并且能实现止水密封。
上述的换热器A3例如可用如下的方法制作。
首先,如图25所示,制作多个呈叠绕状的螺旋状管体部40。其制法是,将直的管体弯曲加工成螺旋状,从而制成了直径不同的多个螺旋状管体部40,然后将它们相互嵌合而进行制作。接着,如图26所示,将曲管41连接到各螺旋状管体部40的两端部400上,完成了多个水管4。如图20和图21所示,通过使曲管41的一端部41a的被小径化了的*前端部分嵌入到各螺旋状管体部40的端部400,从而完成了曲管41与各螺旋状管体部40的连接,所以,即使在多个端部400的配列间隔P2小的情况下,也能容易进行该作业。由此使台阶部10a的锥面与端部400抵接,并实施焊接或钎焊,因此其止水密封性能也好。
如图27所示,将分隔构件19安装在多个螺旋状管体部40上。该安装是这样进行的,即一边使分隔构件19的本体部190的一端进入到多个螺旋状管体部40的内方,一边使其沿各螺旋状管体部40的螺旋方向旋转,使螺旋状的凸缘片191与各螺旋状管体部40螺纹配合。当使分隔构件19朝上述恒定方向旋转时,该分隔构件19以恒定的方向在各螺旋状管体部40内行进,使其反转时则后退,所以可以容易进行地将分隔构件19设定在预定高度的作业。然后,将多个隔板18安装在多个螺旋状管体部40上。在进行该安装时,将各隔板18的多个突出部18a从*外周的螺旋状管体部40的外方插入到环部40a之间。这样,在环部40a之间形成间隙31,并且可以将其尺寸确定为与各突出部18a的厚度尺寸相同。在图27所示的结构中,在与分隔构件19的凸缘片191对应的部位未插入各隔板18的突出部18a,但也可以使突出部18a重叠在凸缘片191上,将它们插入共同的间隙部分。各隔板18也可以是在上下方向被分割成多个部分的构造。
另一方面,如图28所示,预先制作非筒状的板状部件20′。该板状部件20′是作为罐体2的周壁部20而形成的部分,是用矩形的具有挠性不锈钢板形成的。对该板状部件20′的一对端缘部20a实施弯折加工而形成一对突出片20a′。另外,还预先形成多个供各水管4的曲管41穿过的开口部200。为了使该板状部件20′容易形成为圆筒状而预先对其实施弯曲加工,另外,该板状部件20′还形成有平板部201。
制作了上述的板状部件20′后,通过扩大一对端缘部20a之间的间隔,从而用该板状部件20′包围多个螺旋状管体部件40的周围。这时,使多个曲管41从它们的另一端部41b侧穿过各开口部200。如前所述,多个曲管41的靠近另一端部41b的区域呈相互平行的直管状,所以很容易进行将这些部分穿过多个开口部200的作业。
然后,如图29所示,使板状部件20′的一对端缘20a相对地相接触,使板状部件20′形成为筒状。通过用适当的夹具(未图示)夹住一对突出片20a′,从而可将该板状部件20′保持为筒状,以该状态将一对突出片20a′焊接在一起。通过该作业,形成了定形成筒状的周壁部20。突出片20a′是沿着端缘部20a的全长形成的,但也可以是在端缘部20a的一个或多个部位该突出片20a′的结构(例如在端缘部20a的上端和下端)局部设置该突出片20a′。
接着,将一对集管5连接到多个曲管41上。如前所述,该集管5的连接结构不使用特别的构件,只要使各曲管41的另一端部41b嵌入到集管5的开口部51,再实施焊接或钎焊即可。所以,可降低成本。另外,如图21所示,由于曲管41的另一端部41b和开口部51的配列间隔P3大,所以更容易进行各曲管41与集管5的连接作业。
虽未在图29中示出,但在周壁部20的上部开口和下部开口中嵌入有一对盖体21A、21B,并将它们焊接在周壁部20上。如前所述,该盖体21A、21B可利用形成于周壁部20上的多个凸部25a、25b来实现定位,所以也容易进行对它们的安装作业。另外,还将多个支架23焊接在周壁部20上。可以在将板状部件20′形成为筒状之前或之后对这些支架23进行焊接。
用上述的制作方法制作换热器A3。从上述说明可知,在该换热器A3中,即使是多个螺旋状管体部40的端部400的配列间距P2小的情况,仍可利用多个曲管41,将集管5容易且较佳地连接到多个螺旋状管体部40上。尤其在本实施方式中,在将曲管41连接到螺旋状管体部40上后,由于用管体2的周壁部20包围螺旋状管体部40,所以将曲管41连接到螺旋状管体部40上的作业更加容易。另外,即使在使多个曲管41从螺旋状管体部40突出较多的情况,仍可以使这些曲管41穿过周壁部20(板状部件20′)的多个开口200,用板状部件20′较佳地将多个螺旋状管体部40包围起来。在各曲管41突出到罐体2外部的尺寸小的情况,集管5相当接近于罐体2,有可能使得用于将集管5安装到各曲管41上的焊接作业等比较困难。但采用本实施方式,由于能使各曲管41的一部分突出较大,所以较佳地消除上述那样的问题。
图17所示的供热水装置B2,除了具有换热器A3外,还具有燃烧器1、底部箱体80和排气管道81。在图17中,虽然是表示通过配管12a向燃烧器1供给燃料,但与前述实施方式的燃烧器1没有本质的差异。由于底部箱体80和排气管道81的结构与前述实施方式相同,其详细说明从略。
在该供热水装置B2中,在一对集管5上连接有入水管99a和出热水管99b。进行该连接时,*好下方侧的集管5作为入水用并且上方侧的集管5作为出热水用而进行连接。这样,由于多个水管4的通水方向是朝上,与燃烧气体的行进方向(朝下)相反,所以有利于提高热交换效率。尤其是在第2热交换部HT2,由于被供给非加热的较低温的水,所以,可增多该第2热交换部HT2的热回收量,在该部分较佳地进行潜热回收。
在该供热水装置B2中,当驱动燃烧器1时,在第1区域30a内燃料燃烧,产生燃烧气体。该燃烧气体要朝下行进,但由于第1区域30a下部被分隔构件19堵塞,所以不能直接行进到第2区域30b。燃烧气体经过管体叠绕结构部SC的第1热交换部HT1的间隙31,流入到燃烧气体通路32中。在这样的过程中,第1热交换部HT1从燃烧气体中回收显热。由于多个环部40a呈叠绕状地并排排列着,所以可能增多第1热交换部HT1的热回收量。由于分隔构件19的上面部形成为凹状,所以可以使在第1区域30a的中心部附近朝下行进过来的燃烧气体避开该中心部附近被朝上反射,可以产生如图17的箭头N1所示那样的燃烧气体的循环流。借助该作用,实现了第1区域30a内的燃烧气体的温度均匀化,并且实现了燃烧气体相对于多层间隙31的各间隙31流入量的均匀化,可进一步提高热交换效率。
然后,已行进到燃烧气体通路32内的燃烧气体一边在燃烧气体通路32内朝下行进,一边经过第2热交换部HT2的间隙31,流入到第2区域30b中。在这样的过程中,第2热交换部HT2从燃烧气体中回收潜热。该第2热交换部HT2也与第1热交换部HT1同样地,由于多个环部40a呈叠绕状地并排排列着,所以可增多其热回收量。
当在第2热交换部HT2中进行潜热回收时,在该部分产生冷凝水,该冷凝水附着在各环部40a的表面。该冷凝水在重力作用和燃烧气体的向下流动的作用下,流落到下方而由冷凝水承接部26较佳地承接。由于各螺旋状管体部40是螺旋状并且倾斜着,所以冷凝水容易沿着该螺旋状管体部40的表面流到下方。如前所述,如果冷凝水一直附着在螺旋状管体部40的表面,则冷凝水会妨碍螺旋状管体部40与燃烧气体的直接接触,存在热传递量减少的问题,但如使冷凝水容易流到下方,则没有上述的问题。被冷凝水承接部26承接了的冷凝水借助冷凝水排出口26b和配管82较佳地排出到外部。因此,底部箱体80内不会被酸性的冷凝水污染,可以采用耐酸性差的铜或铁等比不锈钢便宜的廉价材质制作底部箱体80。
图30所示的供热水装置B3在换热器A4的罐体2内设有绝热件84和支承部件85。另外,在底部箱体3内配设有冷凝水用的承接部件83A。绝热件84是环状,并设在管体叠绕结构部SC的上端与盖体21A之间而将它们之间的间隙39a堵住。该绝热件84例如是具有伸缩性的陶瓷。如前所述,由于管体叠绕结构部SC是采用螺旋状管体而构成的,所以,管体叠绕结构部SC的上端面是倾斜的。与其对应地,绝热件84的厚度也不均匀,其下端面倾斜,这样,可以较佳地堵住间隙39a。
采用这种结构,绝热件84可以较佳地防止燃烧气体从第1区域30a经过间隙39a短路地行进到燃烧气体通路32的上端部。因此,不必使盖体21A的环状壁220与*内周的螺旋状管体部40的内周面抵接。其结果,可以使燃烧器用开口部22A的直径小于螺旋状管体部40的内径。
支承部件85是与绝热件84同样的环状,其配设在罐体2内的底部并支承着管体叠绕结构部SC。由于管体叠绕结构部SC的下端面与上端面同样地倾斜着,所以该支承部件85的厚度也与前述绝热件84同样地并不均匀,其上表面是倾斜的。另外,该支承部件85阻塞燃烧气体通路32的终端部。因此,较佳地阻止到达了该终端部的燃烧气体不经过管体叠绕结构部SC的间隙31而直接行进到第2区域30b中。因此,不必使盖体21B的环状壁221与*内周的螺旋状管体部40的内周面抵接。在本实施方式中,环状壁221朝下突出。
罐体2的底部作为冷凝水引导部,将从管体叠绕结构部SC流落下的冷凝水引导到燃烧气体流出口22B。如上所述,支承部件85由于其上面是倾斜的,所以利用该倾斜可容易地使冷凝水流向燃烧气体流出口22B。承接部件83A例如是盘子状,配置在燃烧气体流出口22B的正下方,可承接从燃烧气体流出口22B滴下来的冷凝水。由该承接部件83A承接的冷凝水通过配管82排出到底部箱体80的外部。
在本实施方式中,也与前述实施方式同样,底部箱体80内不会被冷凝水污染。燃烧气体流出口22B兼用作冷凝水排出口,不必在换热器A4中另外设置冷凝水专用的排出口,所以,可以简化换热器A4的结构。
在图31所示的实施方式中,在盖体21A上冲压成形有朝下的凸状部210,该凸状部210与管体叠绕结构部SC的上端抵接。该凸状部210的朝下的表面是与管体叠绕结构部SC的上端对应的倾斜面。采用本实施方式,可以在管体叠绕结构部SC的上方不产生燃烧气体通过的间隙。不需要图30所示的绝热件84那样的部件,另外,也不必使环状壁220与螺旋状管体部40抵接。
图32所示的实施方式中,从换热器A4的燃烧气体流出口22B向下方滴落的冷凝水由底部箱体80的底壁承接。在上述底壁上形成有冷凝水排出口80a。*好上述底壁倾斜成使冷凝水容易流向冷凝水排出口80a。在本实施方式中,由于将底部箱体80用作冷凝水承接部件而不必使用专用的冷凝水承接部件,所以在整体上可以减少零部件数目。但是,为了避免底部箱体80容易被酸性冷凝水腐蚀,其材质*好使用不锈钢或其它耐酸性优良的材质。
在图33所示的实施方式中,第1及第2热交换部HT1、HT2的各自间隙31的尺寸L4、L5不同。具体地说,尺寸L4小于尺寸L5。采用这种结构,如与尺寸L4、L5相同的情况相比,相对于第1热交换部HT1来说,可增加第2热交换部HT2的热回收量,适合于潜热回收。当然,在本发明中,也可以与本实施方式相反,使尺寸L4比尺寸L5大。
图34所示的换热器A5具有2个辅助分隔构件19B、19C。它们的材质例如是不锈钢。辅助分隔构件19B是环状,将管体叠绕结构部SC的第2热交换部HT2划分为2个分割部HT21、HT22,并且将燃烧气体通路32划分为2个分割部32a、32b。*好第2热交换部HT2的上下方向的宽度大于第1热交换部HT1的上下方向的宽度,第1热交换部HT1分别与2个分割部HT21、HT21的宽度差不大。辅助分隔构件19C是圆板状,与管体叠绕结构部SC的下端抵接,其堵塞第2区域30b的下部开口。
在本实施方式中,通过了第1热交换部HT1行进到燃烧气体通路32的分割部32a的燃烧气体之后通过第2热交换部HT2的分割部HT21的间隙31,进入到第2区域30b中。接着,该燃烧气体从第2区域30b通过分割部HT22的间隙,行进到燃烧气体通路32的分割部32b,然后流向燃烧气体流出口22B。从该燃烧气体的流动可知:本实施方式中,管体叠绕结构部SC被细分为第1热交换部HT1、2个分割部H21、HT22这样三个区域,燃烧气体曲折行进地依次通过该三个区域。另外,该3个区域的宽度均匀,宽度相差不大。因此,燃烧气体行进量相对于管体叠绕结构部SC各部分的偏差小,可进一步提高热交换效率。另外,管体叠绕结构部SC被细分,燃烧气体流路面积减小,可以加快燃烧气体的流速,由此也可提高热交换效率。
图35所示的换热器A6具有在管体叠绕结构部SC的下部设有比辅助分隔构件19C更朝下方延伸的延伸部HT23的结构。*好该延伸部HT23的上下方向的宽度也与第1热交换部HT1、2个分割部HT21、HT22的宽度大致相同。在该换热器A6中,行进到燃烧气体通路32的分割部32b的燃烧气体从该部分经过延伸部HT23的间隙31。
采用本实施方式,管体叠绕结构部SC被进一步细分为4个区域,燃烧气体依次作用于该细分的全部区域。因此,热交换效率可以比图34所示的换热器A5更高。
在图36所示的实施方式中,成叠绕状设有共计5个螺旋状管体部40。采用本实施方式,由于螺旋状管体部40的根数多,所以可增多热回收量。从本实施方式可知:通过增多螺旋状管体部的根数,本发明可以容易地实现较高的热交换效率。
在图37所示的实施方式中,多个螺旋状管体部40设置成交错排列状,在一个螺旋状管体部40的环部40a之间的间隙31的侧方存在另一个螺旋状管体部40的环部40a。采用本实施方式,如箭头N2所示,当燃烧气体通过一个螺旋状管体部40的间隙31时,该燃烧气体碰撞到其侧方的环部40a上。因此,提高了燃烧气体对各环部40a的接触程度,可以增多热回收量。从本实施方式可知:在本发明中,通过改进多个螺旋状管体部40的排列,可以提高热交换效率,可以将多个螺旋状管体部40设置成各种排列方式。
图38所示的换热器A7,多个螺旋状管体部40的管径不相同,*内周的螺旋状管体部40A的管径大于其它多个螺旋状管体部40B的管径。螺旋状管体部40A的螺距与螺旋状管体部40B的螺距不同,所以,作为在螺旋状管体部40A的环部40a之间形成间隙31的手段,是采用突出部18b的排列间距与隔板18不同的另一种隔板18′。
在本实施方式中,螺旋状管体部40A的管径大,该部分的通水量多。另一方面,螺旋状管体部40A,直接包围着作为燃烧室的第1区域30a,是被加热到*高温的部分。因此,该螺旋状管体部40A的热回收量多,这样,可进一步提高热交换效率。另外,由于螺旋状管体部40A、40B的管径不相同,因此它们的螺距也不相同,螺旋状管体部40A的间隙31与螺旋状管体部40B的间隙31在上下高度方向产生了台阶高差。因此,燃烧气体从空间部3通过了螺旋状管体部40A的间隙31,然后碰撞到螺旋状管体部40B。其结果,螺旋状管体部40与燃烧气体的接触程度高,可期待获得更加提高热交换效率的效果。
从本实施方式可知,在本发明中,也可以使多个螺旋状管体部的管径不相同。但也可以与本实施方式相反地,使*大径的螺旋状管体部配置在*外周,可以用该部分进行潜热回收。另外,也可以使多个螺旋状管体部的全部管径都不相同。
在图38所示的换热器A7中,由于螺旋状管体部40A、40B的螺距不相同,所以难以使分隔构件19的凸缘片191螺纹配合到螺旋状管体部40A、40B双方上。为此,在该换热器A5中,凸缘片61只与*内周的螺旋状管体部40A螺纹配合,其它的螺旋状管体部40B用多个追加的分隔构件192分隔。各分隔构件192例如是半圆弧形的薄板状,如图39所示,从管体叠绕结构部SC的侧方插入到螺旋状管体部40B的间隙31内。通过设置该分隔构件192,可阻止从第1区域30a行进到第1热交换部HT1的下部区域内的燃烧气体,直接朝下方行进而直接流入第2区域30b中。
图40表示分隔构件的安装方式的另一个例子。在本实施方式中,多个追加的分隔构件192A从多螺旋状管体部40的间隙31的外方插入到该间隙31内。该分隔构件192A与前述的分隔构件192相同,但其内侧缘部分成为伸出到空间部3内的突出部193。另一方面,虽然分隔构件19A具有凸缘片191A,但该凸缘片191A不与螺旋状管体部40螺纹配合,其外径稍小于*内周螺旋状管体部40的内径。该分隔构件19A从空间部3的上部开口部插入到空间部3内,这样,凸缘片191A卡定于突出部193而被支承着,本实施方式也同样地,可以将分隔构件适当地安装在空间部3内的规定部位。
图41~图49表示在螺旋状管体部的环部之间形成间隙的手段的另外的例子。在图41和图42所示的实施方式中,在螺旋状管体部40的各环部40a上形成有突起部49a。上下相邻的环部40a通过该突起49a抵接,由此形成了间隙31。
在图43和图44所示的实施方式中,环部40a的上表面和下表面各自的一部分成为凸部49b,环部40a彼此通过这些凸部49b相抵接,由此形成了间隙31。环部40a例如由截面中空的圆管体形成,如图44所示,其一部分是非圆形的扁平状截面,由此形成了凸部49b。如图45所示,该凸部49b可以通过从螺旋状管体部40的两侧方冲压其一部分而形成。
图46A、图46B所示实施方式中,在环部40a的多部位形成有凹部49b′。该凹部49b′,可以通过从上下冲压螺旋状管体部40的一部分,使其变形成扁平状而形成。在高度方向相邻的环部40a相互接触地层叠着,形成有该凹部40b′的部分成为间隙31。这样的结构也能形成适当的间隙31。
在图47所示的实施方式中,在环部40a的外表面形成有螺旋状的凹槽49c,该凹槽49c的一部分成为间隙31。在图48所示的实施方式中,形成有螺旋方向不同的2条凹槽49c。凹槽49c的条数越多,间隙31的总计尺寸可越大,也可以形成许多条凹槽49c。在图49所示的实施方式中,在环部40a的外周面形成有非螺旋的环状的多个凹槽49d。这样的结构也能形成间隙31。
图50和图51表示供热水装置的燃烧器是正燃烧式的情况的一个例子。这些图所示的供热水装置B4具有燃烧器1A和换热器A8。燃烧器1A例如是使通过燃气管道12a供给来的天然气等燃料气体朝上燃烧的气体燃烧器,并被连接在换热器A8下部的罐体10包围着。燃烧用空气被送风风扇13向上送入到罐体10内。
换热器A8的燃烧器用开口部22A形成于罐体2的底部,该换热器A8位于燃烧器1A的正上方。燃烧气体流出口22B形成于罐体2的上部。该换热器A8与使例如图7所示的换热器A3上下翻转后的形态相同。但是,冷凝水承接部26的位置关系不翻转,形成在罐体2的底部。另外,如图51所示,各螺旋状管体部40的环部40a是相连成螺旋状的中空矩形状,罐体2的周壁部20是与其对应的矩形方筒状。虽未图示,燃烧器1A的燃料燃烧部分从上面看是矩形,环部40a、周壁部20的形状与其对应。在燃烧器1A的燃料燃烧部分从上面上看是圆形时,环部40a和周壁部20也可以是中空圆状。在多个螺旋状管体部40的两端部连接有集管5B,该集管5B直接与螺旋状管体部40的两端连接。
在本实施方式的供热水装置B4中,在燃烧器1A产生的燃烧气体朝上通过燃烧器用开口部22A,进入空间部3的第1区域30a中。接着,该燃烧气体通过第1热交换部HT1的间隙31,朝上行进过燃烧气体通路32内后通过第2热交换部H2的间隙行进到第2区域30b,然后通过第1热交换部HT2的间隙31行进到第2区域30b,从燃烧气体流出口22B排出到罐体2的外部。该热回收工序基本上与逆燃烧式的相同,可使第1及第2热交换部HT1、HT2可分别负责显热回收和潜热回收。燃烧气体通过第1及第2热交换部HT1、HT2的间隙31时,由于燃烧气体与许多环部40a接触,所以这样也提高了热交换效率。伴随潜热回收而产生冷凝水沿着各螺旋状管体部40的螺旋坡度流落到下方,由冷凝水承接部26承接。然后,较佳地从排出口26b排出到罐体2的外部。
从本实施方式可知:本发明的换热器在与正燃烧式的燃烧器组合使用,来代替与逆燃烧式的燃烧器组合使用的情况下,也能得到本发明所意图的作用。本发明的换热器不限定燃烧气体的行进方向。
本发明并不局限于上述实施方式的内容。本发明的换热器和热水装置的各部分的具体结构可以作各种设计变更。
作为燃烧器,可以采用各种燃烧器,例如油燃烧器、气体燃烧器等,只要是能产生燃烧气体的燃烧器即可。本发明中所述的热水装置指的是具有生成热水的功能的装置,包含通常的供热水用、向浴室供热水用、供暖用、或融雪用等各种供热水装置,以及用于供热水之外的热水生成装置。
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