換熱器和熱水裝置
技術領域
本發明涉及用于從燃燒氣體中回收熱的換熱器、和具有該換熱器的熱水裝置。
背景技術
作為換熱器的具體例子,分別在日本實開昭61-號公報、日本特開昭59-號公報中有所記載。如圖52所示,日本實開昭61-號公報所記載的換熱器是在罐體2e內配設有熱交換用的螺旋狀管體部40e的結構。包圍在螺旋狀管體部40e中的空間部3e的底部被分隔構件6e阻塞。在該換熱器中,當從罐體部2e的上部導入燃燒氣體時,該燃燒氣體從空間部3e經過螺旋狀管體部40e的間隙流到其外方,然后從罐體2e的下部開口排出到外部。另一方面,將介質從螺旋狀管體部40e的一端部供給到該螺旋狀管體部40e內,該介質被上述燃燒氣體加熱。該被加熱了的介質從螺旋狀管體部40e的另一端流出。在該換熱器中,螺旋狀管體部40e是由一根螺旋狀管體構成的,其結構比例如采用多根帶翅片的管的類型的換熱器簡單得多。因此,適于謀求制作成本低、整體小型化。
另一方面,如圖53所示,日本特開昭59-號公報所記載的換熱器具有如下的結構,即在罐體91A內設有螺旋狀的水管96,該罐體91A在下部配置有燃燒器90A。在水管96的多個環部96a及它們的外周圍交替地設有擋板97A和擋板97B。上述擋板97A用于防止燃燒氣體通過環部96a的內方,上述擋板97B用于防止燃燒氣體通過環部96a外周圍的間隙。采用該結構,燃燒氣體在水管96的一個環部60a的內方行出、在下一個環部60a的外方行進,如此交替地在各環部60a的內方、外方行進,可以增多燃燒氣體對水管96的傳熱量。
但是,在上述現有技術中,存在下述問題。
即,在圖52所示的現有技術中,燃燒氣體只不過是從螺旋狀管體部40e的間隙的內方朝著外方單方向地通過該間隙。因此,這時的傳熱量少。另外,由于螺旋狀管體部40e的全長區域容許燃燒氣體一齊通過的流路面積大,因此燃燒氣體容易偏作用在螺旋狀管體部40e的一部分上。因此,在上述的現有技術中,熱交換效率低。近年來,從節約燃料而促進環保、降低運行成本及其它各種方面考慮,強烈希望提高換熱器的熱交換效率。可以認為:作為提高熱交換效率的有效措施,除了從燃燒氣體中回收顯熱外,還要回收潛熱(更準確地說,是回收燃燒氣體中的水蒸氣的潛熱)。但采用上述的現有技術,難以進行上述那樣的潛熱回收。
另一方面,在圖53所示的現有技術中,具有如下的復雜結構,即在罐體91A內設有與環部96a數量相同的多個擋板97A、97B。而且,該多個擋板97A、97B具有與環部96a同樣的或更大的直徑,其尺寸大。因此,其制作成本高。另外,多個擋板97A、97B因其與燃燒氣體的接觸而損失它們從該燃燒氣體中吸收的熱;當這些擋板97A、97B多時,罐體91A內的全部熱容量增大。因此,例如水管96內的水溫在開始供給熱水時的上升緩慢,這種現有技術應用到瞬間式熱水裝置時的能力差。而且,水管96與圖52所示的現有技術相同,由于不過是用1根螺旋狀管體形成的,因此雖然整體結構復雜,卻難以得到較高的熱交換效率。
發明內容
本發明的目的在于消除或抑制上述現有技術的問題點。
由本發明第1技術方案提供的換熱器具有罐體、螺旋狀管體部、空間部和燃燒氣體通路;上述罐體在軸向的兩端形成有燃燒器用開口部和燃燒氣體流出口;上述螺旋狀管體部用于熱交換,并具有在上述軸向隔開間隙地并排配置在上述罐體內的多個環部;上述空間部被上述螺旋狀管體部包圍而形成,并且其一端與上述燃燒器用開口部連通;上述燃燒氣體通路形成于上述螺旋狀管體部的外周圍,并且將行進來的燃燒氣體引導到上述燃燒氣體流出口;其特征在于,具有分隔構件,該分隔構件阻塞上述空間部的軸向中間部分,由此將上述空間部在上述軸向上劃分為第1及第2區域,并且將上述螺旋狀管體部劃分為包圍上述第1區域的第1熱交換部及包圍上述第2區域的第2熱交換部;被供給到上述第1區域的燃燒氣體通過上述第1熱交換部的間隙而行進到上述燃燒氣體通路內后,通過上述第2熱交換部的間隙。
*好是,上述罐體具有筒狀的周壁部,上述燃燒氣體通路形成于上述周壁部與上述螺旋狀管體部之間。
*好是,上述螺旋狀管體部由扁平管形成,該扁平管的與上述燃燒方向交叉方向的寬度大于上述軸向的厚度。
*好是,上述扁平管的上述寬度是使上述第2熱交換部比上述第1熱交換部大而成的。
*好是,上述螺旋狀管體部的至少一部分是隨著沿燃料氣體通過上述間隙的方向前進高度漸漸變低地傾斜著。
*好是,本發明的換熱器,具有通水機構和多個管體組件;上述管體組件具有連接用的兩端部,并且中間部是扁平截面的環狀;上述通水機構在該多個管體組件沿上述軸向并排排列并將它們配設在上述罐體內的狀態下與該多個管體組件的兩端部連接,并且可向該多個管體組件通水;上述螺旋狀管體部包含上述多個管體組件。
*好是,上述第1熱交換部的間隙尺寸與第2熱交換部的間隙尺寸不相同。
*好是,本發明的換熱器具有管體疊繞結構部,該管體疊繞結構部包含各環部的直徑或寬度與上述螺旋狀管體部不同的至少一個追加的螺旋狀管體部,并且上述多個螺旋狀管體部呈疊繞狀,使得這些多個環部在上述軸向及與其交叉的方向并排排列,該管體疊繞結構部被劃分成上述第1及第2熱交換部。
*好是,上述各螺旋狀管體部是使用上述多個環部呈螺旋狀連接成的螺旋狀管體而構成的。
*好是,上述多個螺旋狀管體部的管徑是相同的。
*好是,上述多個螺旋狀管體部的管徑不相同,*內周的螺旋狀管體部的管徑*大。
*好是,上述第1及第2熱交換部彼此被上述分隔構件、和與上述分隔構件分開的構件中的任一個構件分隔。
*好是,本發明的換熱器具有分隔部,該分隔部阻塞上述螺旋狀管體部的端部與上述罐體之間,并且抑制燃燒氣體從上述第1區域直接行進到上述燃燒氣體通路的靠近上述燃燒器用開口部的端部。
*好是,本發明的換熱器中,上述燃燒氣體通路跨越上述第1及第2熱交換部各自的外周圍而連續地形成;具有分隔部,該分隔部將上述燃燒氣體通路中的、靠近上述燃燒氣體流出口的端部阻塞,并且抑制已到達該端部的燃燒氣體直接行進到上述第2區域。
*好是,本發明的換熱器,具有第1輔助分隔構件和第2輔助分隔構件;上述第1輔助分隔構件將上述第2熱交換部和上述燃燒氣體通路分別在上述軸向上劃分為2個分割部,并且使通過了在上述燃燒氣體通路中的上述第1熱交換部周圍的燃燒氣體行進到上述第2熱交換部的一個分割部的間隙內,而引導到上述第2區域;上述第2輔助分隔構件抑制被引導到上述第2區域的燃燒氣體直接行進到上述燃燒氣體流出口,并且使上述燃燒氣體行進到上述第2熱交換部的另一個分割部的間隙。
*好是,上述第2熱交換部延伸到比上述第2輔助分隔構件靠近燃燒氣體流出口的位置;行進到上述燃燒氣體通路中的、包圍上述延伸部分的部分的燃燒氣體進一步通過該延伸部分的間隙。
由本發明第2技術方案提供的熱水裝置,具有燃燒器和從由該燃燒器產生的燃燒氣體中回收熱的換熱器;上述換熱器具有罐體、螺旋狀管體部、空間部和燃燒氣體通路;上述罐體在軸向的兩端形成有燃燒器用開口部和燃燒氣體流出口;上述螺旋狀管體部用于熱交換,并具有在上述軸向隔開間隙地并排配置在上述罐體內的多個環部;上述空間部被上述螺旋狀管體部包圍而形成,并且其一端與上述燃燒器用開口部連通;上述燃燒氣體通路形成于上述螺旋狀管體部的外周圍,并且將行進來的燃燒氣體引導到上述燃燒氣體流出口;其特征在于,具有分隔構件,該分隔構件阻塞上述空間部的軸向中間部分,由此在上述軸向上將上述空間部劃分為第1及第2區域,并且將上述螺旋狀管體部劃分為包圍上述第1區域的第1熱交換部及包圍上述第2區域的第2熱交換部;被供給上述第1區域的燃燒氣體通過上述第1熱交換部的間隙而行進到上述燃燒氣體通路后,通過上述第2熱交換部的間隙。
*好是,上述罐體具有筒狀的周壁部,上述燃燒氣體通路,形成在上述周壁部與上述螺旋狀管體部之間。
*好是,在上述第2熱交換部連接有入水管,并且在上述第1熱交換部連接有出熱水管;來自上述入水管的水通過了上述第2熱交換部后,流過上述第1熱交換部。
*好是,在上述第1熱交換部連接有入水管,并且在上述第2熱交換部連接有出熱水管;來自上述入水管的水通過了上述第1熱交換部后,流過上述第2熱交換部。
*好是,上述換熱器設置成上述燃燒器用開口部位于比上述燃燒氣體流出口上位的位置的姿勢;上述燃燒器與上述換熱器的上部連接,并且使燃料朝下燃燒;在上述換熱器的下部連接有底部箱體,該底部箱體將朝下通過上述燃燒氣體流出口的燃燒氣體引導到排氣口。
*好是,具有冷凝水承接部和冷凝水排出機構;上述冷凝水承接部設在上述換熱器的罐體內,并且承接從上述螺旋狀管體部流落下來的冷凝水;上述冷凝水排出機構為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體內而將其排出到上述換熱器外部。
*好是,上述換熱器被是將從上述螺旋狀管體部流落下來的冷凝水引導到上述燃燒氣體流出口的結構;在上述底部箱體內設有冷凝水承接構件,該冷凝水承接構件承接從上述燃燒氣體流出口流落下來的冷凝水并可將該冷凝水排出到上述底部箱體的外部的排出口。
*好是,上述換熱器是將從上述螺旋狀管體部流落下來的冷凝水導入到上述燃燒氣體流出口的結構;上述底部箱體具有承接從上述燃燒氣體流出口流落下來的冷凝水的底壁、和將承接于該底壁上的冷凝水排出到外部的排出口。
*好是,上述換熱器設置成上述燃燒器用開口部位于比上述燃燒氣體流出口下位的位置的姿勢;上述燃燒器與上述燃燒器的下部連接,并且使燃料朝上燃燒;上述換熱器設有冷凝水承接部和冷凝水排出機構;上述冷凝水承接部承接從上述螺旋狀管體部流落下來的冷凝水;上述冷凝水排出機構使由該冷凝水承接部承接的冷凝水不流落到上述燃燒器上地排出到上述換熱器的外部。
*好是,上述各環部是中空矩形,并且上述罐體具有包圍上述各環部的矩形筒狀的周壁部,在該周壁部與上述各環部之間形成有上述燃燒氣體通路。
本發明的其它特征和優點從參照附圖在以下進行的對發明的實施方式的說明中,將得到更加清楚的了解。
附圖說明
圖1是表示使用本發明的換熱器及具有該換熱器的供熱水裝置的一個例子的概略剖視圖。
圖2是圖1的II-II剖視圖。
圖3A是表示構成熱交換用水管的管體組件的一個例子的俯視圖,圖3B是其主視圖。
圖4是圖1所示的供熱水裝置的要部剖視圖。
圖5是圖2的V-V剖視圖。
圖6是表示圖1所示供熱水裝置中采用的隔板的一個例子的省略局部立體圖。
圖7是表示使用本發明的換熱器及供熱水裝置的另一個例子子的概略剖視圖。
圖8是表示使用本發明的換熱器的另一個例子的要部剖視圖。
圖9是表示使用本發明的換熱器的另一個例子的要部剖視圖。
圖10是表示使用本發明的換熱器的另一個例子的要部剖視圖。
圖11A是表示使用本發明的換熱器的另一個例子的剖視圖,圖11B是其俯視剖視圖。
圖12A是表示使用本發明的換熱器的另一個例子的剖視圖,圖12B是其俯視剖視圖。
圖13是表示使用本發明的換熱器之另一個例子的剖視圖。
圖14是表示使換熱器用的多種水管接觸的結構的另一個例子的要部剖視圖。
圖15A是表示將熱交換用水管做成為雙重結構的例子的要部剖視圖,圖15B是其要部俯視剖視圖。
圖16A是表示本發明中,在螺旋狀管體部形成間隙方法的另一個例子的要部剖視圖,圖16B是其要部左視圖。
圖17是表示使用本發明的換熱器及具有該換熱器的供熱水裝置的另一個例子的概略剖視圖。
圖18是圖17所示的換熱器的剖視圖。
圖19是圖17所示的換熱器的剖視圖。
圖20是圖17所示的換熱器的俯視剖視圖。
圖21是圖20的要部放大剖視圖。
圖22是表示圖17所示的換熱器中采用的分隔構件的一個例子的立體圖。
圖23是表示圖17所示的換熱器中采用的隔板的一個例子的要部立體圖。
圖24是表示構成水管的螺旋狀管體部與曲管的連接結構的另一個例子的要部剖視說明圖。
圖25是表示多個螺旋狀管體部的一個例子的概略立體圖。
圖26是表示將付屬部件組裝到圖25所示的多個螺旋狀管體部上的工序的概略立體圖。
圖27是表示將付屬部件組裝到圖25所示的多個螺旋狀管體部上的工序的剖視圖。
圖28是表示用板狀部件將圖26所示多個螺旋狀管體部及其付屬部件圍起來的工序的概略立體圖。
圖29是表示用板狀部件將圖26所示多個螺旋狀管體部及其付屬部件圍起來的狀態的立體圖。
圖30是表示使用本發明的換熱器及具有該換熱器的供熱水裝置的另一個例子的要部概略剖視圖。
圖31是表示使用本發明的換熱器的另一個例子的要部剖視圖。
圖32是表示使用本發明的換熱器及具有該換熱器的供熱水裝置的另一個例子的要部概略剖視圖。
圖33是表示使用本發明的換熱器的另一個例子的概略剖視圖。
圖34是表示使用本發明的換熱器的另一個例子的剖視圖。
圖35是表示使用本發明的換熱器的另一個例子的剖視圖。
圖36是表示使用本發明的換熱器的另一個例子的要部剖視圖。
圖37是表示使用本發明的換熱器的另一個例子的要部剖視圖。
圖38是表示使用本發明的換熱器的另一個例子的剖視圖。
圖39是圖38所示的換熱器中采用的分隔構件的安裝方法的說明圖。
圖40是表示分隔構件的安裝方法的另一個例子的說明圖。
圖41是表示在螺旋狀管體部形成間隙的方法的另一個例子的要部側視圖。
圖42是圖41中的XL II-XL II剖視圖。
圖43是表示在螺旋狀管體部間形成間隙的方法的另一個例子的要部側視圖。
圖44是圖43中的XL IV-XL IV剖視圖。
圖45是圖43及圖44所示螺旋狀管體部的立體圖。
圖46A是表示在螺旋狀管體部間形成間隙的方法的另一個例子的要部側視圖,46B是圖46A的XL VI-XL VI剖視圖。
圖47是表示在螺旋狀管體間形成間隙的方法的另一個例子的要部側視圖。
圖48是表示在螺旋狀管體間形成間隙的方法的另一個例子的要部側視圖。
圖49是表示在螺旋狀管體間形成間隙的方法的另一個例子的要部側視圖。
圖50是表示本發明的換熱器及具有該換熱器的供熱水裝置的另一個例子的剖視圖。
圖51是圖50的俯視剖視圖。
圖52是表示現有技術的一個例子的說明圖。
圖53是表示現有技術的另一個例子的說明圖。
具體實施方式
下面,參照附圖具體說明本發明的*佳實施方式。
圖1表示使用本發明的換熱器及具有該換熱器的供熱水裝置的一個例子。圖2~圖6表示圖1所示的換熱器及其相關結構。如圖1所示,本實施方式的供熱水裝置B1,除了具有換熱器A1外,還具有燃燒器1、底部箱體80、排氣管道81、及控制部89。
燃燒器1例如以煤油為燃料而使其氣化氣體朝下燃燒,或者朝下噴射煤油并使其燃燒的逆燃式,該燃燒器1配置在換熱器A1內的上部或該上部的上方。在換熱器A1上載設有下部開口的大致箱狀的罐體10,在該罐體10內支撐有燃燒器1。在罐體10的上部設有送風風扇13,該送風風扇13在罐體10內朝下供給燃燒用空氣。該送風風扇13產生的送風作用是在換熱器A1使燃燒氣體在后述恒定路徑中行進。在罐體10上還設有對燃燒器1供給燃料、并且可調整燃料供給量的燃料供給裝置12。控制部89由微型電子計算機構成,該微型電子計算機具有CPU、附屬在該CPU上的存儲器等。在此省略對該控制部89的詳細結構的說明。該控制部89控制從燃料供給裝置12向燃料器1供給燃料的燃料供給量,控制送風風扇13的電動機M的轉速,以便根據一定條件確定燃燒器1的燃燒功率級(combustion power level),并且在以已確定了的燃燒功率級驅動燃燒器1。
換熱器A1具有罐體2和熱交換用的水管6。這些罐體2和水管6都是由不銹鋼制成,不會由于在利用水管6從燃燒氣體中回收潛熱時產生冷凝水而使罐體2和水管6容易產生腐蝕。從燃燒氣體中回收潛熱時,燃燒氣體中的水蒸氣冷凝而產生冷凝水并附著在水管6的表面。通常,該冷凝水吸收了燃燒氣體中的硫氧化物、氮氧化物等而呈PH3左右的強酸性。因此,罐體2和水管6要用耐酸性優良的材料做成。后述的冷凝水承接部26、分隔構件19及隔板18也是由不銹鋼制成。
罐體2具有與罐體10的下部連接的、大致圓筒形的周壁部20。在該罐體2的上部和下部形成有燃燒器用開口部22A和燃燒氣體流出口22B。燃燒器用開口部22A作為從燃燒器1導入燃燒氣體的部分使用、或者作為使燃燒器1進入到罐體2內而予以安裝的部分使用。在本實施方式中,燃燒器1的一部分通過該燃燒器用開口部22A進入到罐體2內。
水管6具有配設在罐體2內的螺旋狀管體部60,該螺旋狀管體部60沿該換熱器A的上下高度方向隔開間隙61排列有多個環部60a。在被該螺旋狀管體部60包圍的空間部35的高度方向中間部設有分隔構件19,空間部35被劃分為夾著該分隔構件19而上下分離的第1及第2區域35a、35b。分隔構件19是與空間部35的形狀對應的圓板狀,并且例如用焊接安裝在螺旋狀管體部60的內周面。該分隔構件19與圖17~圖21所示的后述實施方式中說明的同樣地,例如是用絕熱件覆蓋金屬板表面而成的疊層結構,或者是將與燃燒氣體相接觸的上表面部做成為凹狀的結構。
螺旋狀管體部60被劃分為分別包圍第1和第2區域35a、35b的第1和第2熱交換部HT1、HT2。這些第1和第2熱交換部HT1、HT2都具有多層環部60a和多層間隙61。在螺旋狀管體部60的外周面與罐體2的周壁部20之間連續地形成有沿罐體2的高度方向延伸的燃燒氣體通路36。但是,在周壁部20的下部設有阻塞燃燒氣體通路36底部的大致環狀的引導件29。因此,行進到燃燒氣體通路36底部附近終端的燃燒氣體通過第2熱交換部HT2的多層間隙61而流入到第2區域35b。引導件29的上表面以其高度越靠近罐體2中心越低的方式傾斜著,其一部分位于第2熱交換部HT2的*下層的環部60a的下方。采用該結構,可得到如下作用,即將從多個環部60a流到了該引導件面29上的冷凝水引導到冷凝水承接部26內。
水管6是將尺寸和形狀等相同且組件化了的多個管體組件62重疊成多層地設置在罐體2內而構成的。更具體地說,如圖3所示,管體組件62具有從上面看為大致圓環狀的、例如5個環部60a沿它們的厚度方向疊置而成的部分。在該部分的兩端部62a、62b具有設有連接插頭62c的結構。5層環部60a連接成螺旋狀。管體組件62是不銹鋼制,除了設有連接插頭62c的部位,在全長區域都是寬度L1大于厚度t1的扁平管。例舉它們的具體的一個例子是厚度t1為5mm左右,寬度L1為25mm左右。
例如如圖4所示,水管6是將6個管體組件62A~62F(62)沿上下高度方向疊置而構成的。在本實施方式中,為了便于理解,管體組件62的總數是6個,但具體的數目并不限定于6個。第1熱交換部HT1由上層的4個管體組件62A~62D構成;第2熱交換部HT2由下層的2個管體組件62E、62F構成。
罐體2包括具有入水口71a、71b的入水用腔室71A、71B,帶出熱水口72a、72b的出熱水用腔室72A、72B和共用腔室73A、73B。上述這些腔室作為連接和支承多個管體組件62的集管部。這些腔室例如是將適當的箱狀部件焊接在周壁部20的外表面部而形成的。
第1熱交換部HT1的管體組件62A~62D是它們的一端部62a都與共用腔室73A連接的結構。但是,管體組件62C、62D的各另一端部62b與入水用腔部71A連接。對此,管體組件62A、62B的各另一端部62b與出熱水用腔室72A連接。借助該結構,在第1熱交換部HT1中,從入水口71a流入到入水用腔室71A中的水經過2個管體組件62C、62D流入到共用腔室73A中,然后從2個管體組件62A、62B的一端部62a流入到2個管體組件62A、62B中,到達出熱水用腔室72A,從出熱水口72a流出熱水。出熱水口72a上連接有與熱水供給場所相連接的出熱水管99b。
第2熱交換部HT2的管體組件62E、62F具有如下結構,它們的一端部62a都與共用腔室73B連接,下層管體組件62F的另一端部62b與入水用腔室71B連接,上層管體組件62E的另一端部62b與出熱水用腔室72B連接。借助這樣的結構,在第2熱交換部HT2中,從入水口71b流入到入水用腔室71B的水經過管體組件62F而流入到共用腔室73B,然后從管體組件62E的一端部62a流入到管體組件62E,到達出熱水用腔室72B,從出熱水口72b流出熱水。在入水口71b上連接有用于從外部進水的入水管99a。出熱水口72b和入水口71a用配管70連接著。因此,在該換熱器A1中,利用入水管99a供給的水經過第2熱交換部HT2后進入第1熱交換部HT1中。
如圖5清楚地表示的那樣,在換熱器A1內設有多個隔板18A、18B。如圖6所示,隔板18A具有例如是在長矩形狀的基部18a的正面部設有多個平板狀的突出部18b的結構。隔板18B也是與隔板18A相同的結構。隔板18A、18B例如可通過金屬切削加工、多個金屬板的焊接、或金屬板的所謂沖切立起加工制成。在后面說明隔板的其它具體例子。
如圖5所示,在第1及第2熱交換部HT1、HT2的各環部40a之間插入有隔板18A、18B的多個突出部18b,由此,間隙61的尺寸與突出部18b的厚度相同。多個突出部19b各自的厚度L3是相同的,其結果,多層間隙61各自的尺寸也與多個突出部19b的厚度L3相同。但是,如后所述,間隙61的尺寸也可以不相同。如上所述,水管6的厚度t1約為5mm左右,而間隙61的尺寸L3是例如為0.8mm~2.0mm左右。如圖2清楚地表示的那樣,多個隔板18A、18B以大致等間隔設在螺旋狀管體部60外周的例如3個部位。作為可靠地安裝隔板18A、18B的方法,例如,可以將這些隔板焊接固定在螺旋狀管體部60或罐體2內的適當部位。為了確保間隙61的開口面積,隔板18A、18B的寬度比環部60a的圓周長度小得多。
如圖1清楚地表示的那樣,在換熱器A1的下方設有冷凝水承接部26。該冷凝水承接部26用于承接伴隨燃料燃燒而附著在水管6上并且從該水管6流落下來的冷凝水。該冷凝水承接部26被適當的支承部件(未圖示)支承地配置在底部箱體80內的第2熱交換部HT2的正下方。該冷凝水承接部26是環狀,在中央部具有用于使燃燒氣體通過的開口部260,在底面部261的內周緣和外周緣處具有向上立起的立起壁262、265,在形成于該立起壁262、265之間的凹部263可收容冷凝水。在該凹部33的底部形成有冷凝水用的排出口82b,并且在該排出口82b上連接有配管82,該配管82用于將冷凝水排出到罐體2和底部箱體80的外部。與開口部260同樣,在該冷凝水承接部26的外周圍形成有可使燃燒氣體通過的空隙部260a。
底部箱體80是內部為空心的大致長方體狀,在該底部箱體80上并排地載置有換熱器A1和排氣管道81。在底部箱體80的上壁部上形成有開口部80a、80b,該開口部80a、80b分別與換熱器A1的燃燒氣體流出口22B和排氣管道81的底部開口部連通。這樣,從換熱器A1的燃燒氣體流出口22B朝底部箱體80內向下行進的燃燒氣體經過該底部箱體80內,相對于排氣管道81從下方朝上方行進。已流入到排氣管道81內的燃燒氣體隨后作為排氣從排氣口81a排出到外部。排氣管道81的內部具有玻璃棉等吸音材料(未圖示),降低排氣音,起到消音器的作用。
下面,說明上述結構的供熱水裝置B1的作用。
首先,從送風風扇13朝下供給燃燒用空氣,同時驅動燃燒器1。于是,在第1區域35a內產生燃燒氣體,該燃燒氣體經過第1熱交換部HT1的多層間隙61而行進到燃燒氣體通路36內。由于第1區域35a的下部被分隔構件19阻塞著,所以在該第1區域35a產生的燃燒氣體可積極地通過第1熱交換部HT1的間隙61。接著,上述燃燒氣體在燃燒氣體通路36內朝下行進,經過第2熱交換部HT2的多層間隙61而流入到第2區域35b。然后,上述燃燒氣體從燃燒氣體流出口22B行進到底部箱體80內后,從排氣口81a排出到外部。
這樣,在該換熱器A1中,燃燒氣體在固定的路徑中順暢地流過換熱器A1內。因此,在換熱器A1中,燃燒氣體的一部分不會持續地滯留,可將由燃燒器1的驅動而連續產生的新燃燒氣體高效率地用于熱交換器A1中的熱交換。
在上述燃燒氣體的流動中,借助在第1區域35a內進行燃燒,并且該燃燒氣體通過第1區域35a的各間隙61,從而進行熱回收。為了良好地進行熱傳遞,可以利用隔板18A、18B預先將間隙61設定為*適當的寬度。另外,由于各環部60a的寬度L1大,所以在燃燒氣體通過間隙61時,各環部60a與燃燒氣體的接觸時間長,可以增多對第1換熱器部HT1的熱傳遞量。即使在燃燒氣體朝下通過燃燒氣體通路36時,該燃燒氣體也對第1熱交換部HT1進行熱傳遞。這樣,第1熱交換部H1中的熱交換效率高。
另外,通過了第1熱交換部HT1的燃燒氣體在隨后經過第2熱交換部HT2的外周圍、各間隙61時,以及經過其內方的第2區域35b時,都對各環部60a進行熱傳遞。在第2熱交換部HT2中,回收可燃燒氣體的潛熱,使得熱交換效率更高。因此,在本實施方式的換熱器A1和供熱水裝置B1中,能提高熱水供給能力并節省能量。尤其是在該換熱器A1中,將螺旋狀管體部60分成第1及第2熱交換部HT1、HT2這二部分,使燃燒氣體依次通過燃燒氣體流路面積減小了的部分,所以燃燒氣體對螺旋狀管體部60的作用分布不會產生大的偏差。借助該效果也能提高熱交換效率。
在換熱器A1中,作為水管6不采用帶翅片的管,也能提高熱交換效率,水管6的結構簡單。因此,盡管換熱器A1是不銹鋼制,但可以使其制作成本比較低廉。水管6是采用形狀、尺寸等統一的多個管體組件62來形成的,所以可使其制作成本更加低廉。另外,采用多個管體組件62來構成水管6的方式,通過變更管體組件62的數目,可以構成總長度不同的各種尺寸或容量的水管6,也容易變更換熱器A1的規格。
當燃燒氣體與螺旋狀管體部60接觸而進行熱交換時,產生冷凝水。但是,該冷凝水從螺旋狀管體部60流落到下方時,由冷凝水承接部26適當承接,并且通過配管82排出到外部。因此,沒有罐體2內和底部箱體80內被冷凝水污染的問題。另外,以換熱器A1為首,可能與冷凝水接觸的部分的材質都是不銹鋼,所以能防止因與酸性冷凝水接觸而遭腐蝕。另外,如水管6是不銹鋼制,則也可將含有腐蝕銅等金屬的成分的井水加入到水管6而使用,其使用用途廣泛。
在該換熱器A1中,由于從入水管99a供給來的非加熱的溫度較低的水進入到第2熱交換部HT2,所以該第2熱交換部HT2中的潛熱回收效率被提高,另外,使冷凝水集中地產生于第2熱交換部HT2,可以減少在第1熱交換部HT1產生的冷凝水的量。這樣,利用冷凝水承接部26回收冷凝水的回收率也高。尤其是該換熱器A1是逆燃式,燃燒氣體朝下流,所以借助該燃燒氣體的流動作用,可以促進冷凝水從螺旋狀管體部60滴下。如果冷凝水附著在螺旋狀管體部60的表面而不滴下,則該冷凝水會妨礙燃燒氣體與螺旋狀管體部60的熱交換。因此,如促進冷凝水從螺旋狀管體部60上滴下,則可以較佳地消除或抑制上述問題。
如上所述,水管6是由厚度t1小的扁平管形成的,所以可抑制該水管6的螺旋狀管體部60的整體高度變大,環部60a的數目多,可以增多水管6內的水量。如果加大扁平管的寬度L1,則可進一步增多上述的水量。
圖7~圖51表示本發明的另一實施方式。在這些圖中,與上述實施方式相同或類似的部分,標注相同的附圖標記。
在圖7所示的實施方式中,在換熱器A2內設有引導件29A和分隔構件19′。
引導件29A的作用是阻止在燃燒氣體通路36內朝下行進的燃燒氣體下降行進到第2熱交換部HT2的外周圍,并且使該燃燒氣體從第2區域35b的上方流入第2區域35b內。該引導件29A是環狀,例如用焊接安裝在罐體2的周壁部20的內周面,從而分隔第1及第2熱交換部HT1、HT2之間。分隔構件19′用于阻塞第2區域35b的下部開口部,其結構與分隔構件19相同。
根據該結構,通過了第1熱交換部HT1的燃燒氣體從燃燒氣體通路36流入到第2區域35b中,從該第2區域35b通過第2熱交換部HT2的各間隙61。由于第2區域35b的下部開口部被分隔構件19′阻塞,所以可以使燃燒氣體恰當地通過第2熱交換部HT2的間隙61。因此,在本實施方式中,也與上述實施方式同樣,可適當且有效地分別利用第1及第2熱交換部HT1、HT2進行熱交換。另外,如使引導件29的上表面以越靠近罐本2的中央高度越低的方式傾斜,則可以將燃燒氣體順暢地引導到第2區域35b。
在圖7所示的實施方式中,在第2熱交換部HT2的下方也設有大致環狀的引導件28。該引導件28的上表面形成為與引導件29A的上表面是同樣的傾斜面。如設置這種該引導件28,則可以將從第2熱交換部HT2滴下來的冷凝水引導到冷凝水承接部26A上。因此可減小冷凝水承接部26A的尺寸,同時也可避免冷凝水不當地滴落到冷凝水承接部26A的外部。在本發明中,如圖7所示,冷凝水承接部26A也可以采用中央部沒有開口的結構。
在圖8所示的實施方式中,第1及第2熱交換部HT1、HT2各自的間隙61的尺寸L3、L3′不同。更具體地說,尺寸L3′小于尺寸L3。在圖9所示的實施方式中,構成第1及第2熱交換部HT1、HT2的環部60a的寬度L1、L1′不同,寬度L1′大于寬度L1。
采用圖8和圖9所示的結構,通過第1熱交換部HT1后溫度降低了的燃燒氣體可增多在通過第2熱交換部HT2的間隙61時對環部60a的傳熱量。因此,可較佳地提高熱交換效率。在本發明中,也可以做成將圖8和圖9所示的結構組合起來的結構,即第2熱交換部HT2的間隙61的尺寸小于第1熱交換部HT1的間隙61的尺寸,并且第2熱交換部HT2的環部60a的寬度大于第1熱交換部HT1的寬度的結構。另外,在本發明中,也可以使第1及第2熱交換部HT1、HT2各自的間隙61的尺寸、環部60a的寬度不均勻。例如,有第1區域35a的下部區域溫度比其上部區域高的情況。或者與此相反,有靠近燃燒器1的上部區域溫度比其下部區域高的情況。這種溫度分布狀況取決于燃燒器1的特性、來自送風風扇13的燃燒用空氣送風量、或送風方式等。在本發明中,與該溫度分布相對應地,對于燃燒氣體的溫度高的部分,通過減小第1熱交換部HT1的間隙61或者加大環部60a的寬度,可以做成有效地利用高溫的燃燒氣體的結構。
在圖10所示的實施方式中,水管6的各環部60a在環部60a的徑向上傾斜。該傾斜與燃燒氣體通過間隙61的方向對應,形成為各環部60a的高度越沿燃燒氣體的行進方向前進就越低。更具體地說,在第1熱交換部HT1中,環部60a的外周緣比內周緣低地傾斜。對此,在第2熱交換部HT2中,環部60a的外周緣比內周緣低地傾斜。
采用該結構,在燃燒氣體通過間隙61時,可以促進附著在環部60a上的冷凝水朝環部60a的高度低的方向移動。因此,可促進冷凝水從多層環部60a滴落到冷凝水承接部26上,從而可以更好地提高冷凝水的回收率。如本實施方式所示,在使環部60a傾斜時,*好使多層環部60的全部部位傾斜,但也可以與此不同,僅使多層環部60a的一部分傾斜。即使是這樣的結構,也能在該部分促進冷凝水滴下,提高冷凝水的回收率。但這時,*好是至少使*下一層的環部60a傾斜,這是因為冷凝水從螺旋狀管體部60往冷凝水承接部26上的滴落幾乎都是在*下層環部60a進行的。
圖11A所示的實施方式的換熱器是所謂的1罐2回路方式,其具有熱水供給場所不同的1根水管6C和2根水管6D。水管6C例如用于對廚房供給熱水,水管6D例如是用于對浴室供給熱水。水管6C的多個環部60a′夾在2根水管6D的環部60a″之間并與它們直接接觸。在本實施方式中,3個環部60a′、60a″為一組,在各組之間形成有用于使燃燒氣體通過的間隙61。如圖11B清楚地表示的那樣,作為水管連接用的集管部,設有入水用腔室71C、出熱水用腔室72C及共用腔室73C,它們用于連接構成水管6C的多個管體組件62兩端部62a′、62b′。另外,本實施方式的換熱器也具有入水用腔室71D、出熱水用腔室72D及共用腔室73D,它們用于連接構成水管6D的多個管體組件62兩端部62a″、62b″。由此,使得在水管6C、6D內流動的水不會相互混合。
采用這種結構,例如在僅對廚房供給熱水時,在燃燒器1已驅動的狀態下,只在水管6C內通水,水管6D內的水保持停滯不變。因此,若是原先,該水管6D內的水可能會因被加熱而沸騰。但在本實施方式中,由于在水管6C、6D之間進行熱傳遞,所以可較好地防止上述的沸騰。與前述相反,只在水管6D內通水時也同樣地可防止水管6C內的沸騰。由于水管6C、6D都是用扁平管構成的,所以也具有它們的接觸面積(傳熱面積)大的效果。另外,在如本實施方式這樣的1罐2回路方式中,分別對2種水管進水,例如有時必須對廚房和浴室同時供給熱水,如前所述,采用本發明,由于熱交換效率高,所以出熱水量多的1罐2回路方式*適合于這種情形。
在圖12A所示的實施方式中,2種水管6C、6D的環部60a′、60a″相互呈一對,在螺旋狀管體部60的徑向并排排列,并且相互接觸。如圖12B清楚地表示的那樣,雖然用于連接水管6C、6D的集管部結構的各部分的位置關系與前面的實施方式不同,但是其基本結構是相同的。在圖13所示的實施方式中,2個水管6D的環部60a″包圍水管6C的環部60a′的全周圍并與其接觸。在圖14所示的實施方式中,水管6C采用圓管,水管6D包圍該水管6C的大致半周區域并與其接觸。從這些實施方式可知:在使多種水管接觸的情況下,可以有各種方式。但是,接觸面積越大,傳熱量就越大,防止未使用的水管內的水沸騰的效果就越高,所以*好采用上述的結構。
在圖15A、圖15B所示的實施方式中,水管是具有內管6C和外管6D的雙重管結構。需要分別地進行向內管6C內通水、和向內管6C與外管6D之間的部分通水,所以用于連接它們的兩端的入水用腔室71C、71D、出熱水用腔室72C、72D以及共用腔室73C、73D也分別是雙重結構。
采用這樣的結構,也能分別對2種熱水供給場所供給熱水。存在于內管6C與外管6D之間的水借助內管6C而與內管6C內的水進行熱傳遞,因此只將它們之中一方的水用于供熱水時,可以較佳地防止另一方的水沸騰。
在圖16A、圖1B所示的實施方式中,在水管6的螺旋狀管體部60的環部60a的外表面設有凸部69。在上下高度方向相鄰的環部60a通過凸部69相接觸。
采用該結構,利用凸部69,可在多個相鄰環部60a之間形成所需尺寸的間隙61。因此,不必使用隔板,不需要安裝隔板的作業,換熱器的組裝作業容易。
圖17~圖51是表示具有管體疊繞結構部的換熱器以及其相關事項的實施方式。但在這些實施方式的內容中,含有也可應用于前述采用扁平管的換熱器的技術事項。這種技術事項也適用于采用扁平管的換熱器。相反地,也可將采用了扁平管的換熱器的上述技術事項應用于具有管體疊繞結構部的換熱器。
圖17表示使用了本發明的換熱器和具有該換熱器的供熱水裝置的另一個例子。圖18~圖24表示圖17的換熱器及其相關結構。如圖18所示,本實施方式的換熱器A3具有罐體2、多個水管4、入水用及出熱水用的一對集管5和分隔構件19。多個水管4形成有由多個螺旋狀管體部40配置成疊繞狀而成的管體疊繞結構部SC。另外,水管4與前述實施方式不同,是采用圓管。
罐體2具有大致圓筒狀的周壁部20、和安裝在該周壁部20的上部及下部的一對蓋體21A、21B。它們與前述實施方式同樣例如是不銹鋼制。如后所述,周壁部20是將大致矩形的不銹鋼板彎曲成筒狀后,再將圖20中所示的一對端緣20a相互接合而形成的。在各端緣20a上彎折形成地有朝周壁部20的徑向外方突出的突出片20a′,將這些突出片20a′疊合并焊接起來。在周壁部20的下部外周面焊接有一個或多個用于將該罐體2安裝到其他所需部位的支架23。
如圖18和圖19清楚地表示的那樣,蓋體21A是大致圓板狀,在其中央部形成有燃燒器用開口部22A。與前述實施方式同樣,燃燒器用開口部22A或者用作將在燃燒器中產生的燃燒氣體導入到罐體2內的燃燒氣體導入口,或者用作使燃燒器的一部分進入到罐體2內并予以安裝的部分。該燃燒器用開口部22A是內緣翻邊孔,該內緣翻邊孔沿其周緣具有朝下突出的環狀壁220。蓋體21A嵌入到周壁部20的上部開口中并焊接在該周壁部20上。在周壁部20的上端附近的內周面上形成有多個朝罐體2內側突出的凸部25a,蓋體21A與這些凸部25a抵接而實現其定位。多個凸部25a是對周壁部20實施沖壓加工而形成的,并在周壁部20的圓周方向隔開適當的間隔。
蓋體21B是與蓋體21A同樣的大致圓板狀,并且在其中央部形成有燃燒氣體流出口22B。在周壁部20的下端附近的內周面上形成有多個與前述凸部25a同樣的凸部25b。蓋體21A以嵌入周壁部20的下部開口中并與多個凸部25b抵接的狀態焊接在周壁部20上。燃燒氣體流出口22B形成為與燃燒器用開口部22A同樣的內緣翻邊孔,在該內緣翻邊孔周緣形成有朝上突出的環狀壁221。在罐體2的底部形成有冷凝水承接部26,該冷凝水承接部26可承接伴隨潛熱回收而從水管4滴下來的冷凝水。該冷凝水承接部26包括環狀壁221、周壁部20的下部、形成在它們之間的環狀空間部26a及底部。在蓋體21B上形成有冷凝水排出口26b,該冷凝水排出口26b用于將冷凝水承接部26承接的冷凝水排出到罐體2的外部。
多個水管4具有多個配置在罐體2內的螺旋狀管體部40、和多個連接在這些螺旋狀管體部40的兩端部400的曲管41。本實施方式的換熱器A3具有共計3根水管4,它們的各螺旋狀管體部40用螺旋狀管體形成,并且,中空圓形的螺旋狀環部40a沿上下方向疊置成多層。但是,這些多個螺旋狀管體部40的卷徑相互不同,管體疊繞結構部SC是通過將這些多個螺旋狀管體部40配置成同心狀或大致同心狀而構成的。在該管體疊繞結構部SC中,多個環部40a除了在罐體2的高度方向并排排列外,在水平方向也并排排列。
如圖20和圖21清楚地表示的那樣,水管4的多個曲管41起到將多個螺旋狀管體部40與集管5連接起來的連接管的作用。在各曲管41的兩端部41a、41b上形成有具有錐面的臺階部410a、410b。比這些臺階部410a、410b更靠前端的部分是外徑比長度方向中間部的直徑小的小徑部。通過各曲管41的一端部41a的小徑部與端部400嵌合,從而各曲管41與螺旋狀管體部40連接。上述小徑部與端部400的嵌合方向是螺旋狀管體部40的環部40a的切線方向。臺階部410a的錐面與端部400的端面抵接,對該抵接部位實施了焊接或釬焊。但是,作為水管4與曲管41的連接方法,例如也可以用圖24所示的方法。該圖24的方法中,對曲管41的一端部41a的*前端部分實施擴管加工,將該部分外套在水管4的端部400上。用該方式也能較佳地實現利用使水管4與曲管41相嵌合而成的連接。
多個曲管41穿過多個設在周壁部20上下端附近的開口部200,這些曲管41的靠近另一端部41b的部分突出到罐體2的外部。多個曲管41各自的彎曲半徑、全長尺寸不同,貫通周壁部20的部分及另一端部41b的配列間距P3大于它們的一端部41a的配列間距P2。借助該結構,集管5的連接作業容易,并且加大了多個開口部200的間隔,可提高該部分的強度。多個曲管41的靠另一端部41b的部分沿著垂直于周壁部20的方向呈直線狀地延伸,并且相互平行。另外,各曲管41被構成為在從貫通周壁部20的部分到另一端部41b的部位不存在比上述貫通部分直徑大的部分。采用這種結構,將多個曲管41穿過周壁部20的多個開口部200的作業較佳且容易地進行。
*好,各開口部200形成為其周緣部立起的內緣翻邊孔,提高了其周緣部的強度。周壁部20中的、含有多個開口部200的形成部位的一部分區域被形成為非圓弧形的平板狀部201。該平板狀部201以一定的寬度沿高度方向延伸,并且相對于周壁部20的其它區域向罐體2的徑向外方突出。采用這種結構,容易確定各開口部200的尺寸,并且可提高周壁部20的強度。另外,由于螺旋狀管體部40與平板部201之間的間隔變大,所以曲管41可采用曲率半徑較大的管。
一對集管5分別與多個曲管41的另一端部41b連接。各集管5例如是用圓形管52構成的,在其一端部形成有與圖17所示的入水管99a或出熱水管99b連接的連接口50。在集管5上設有多個開口部51,各曲管41的另一端部41b的小徑部嵌入到各開口部51中,并且臺階部410b的錐面與開口部51的周緣抵接。在該相抵接部分實施了焊接或釬焊。這樣,使各曲管41和集管5可靠地連接,并且能實現止水密封。
如圖18清楚地表示的那樣,分隔構件19是用于將由管體疊繞結構部SC包圍的空間部3在高度方向分隔為第1及第2區域30a、30b的構件。管體疊繞結構部SC的各螺旋狀管體部40被該分隔構件19劃分為分別包圍第1及第2區域30a、30b的第1及第2熱交換部HT1、HT2。該分隔構件19位于空間部3內,并且具有本體部190和凸緣片191。上述本體部190在上表面部形成有朝下凹入的凹狀部;上述凸緣片191形成于本體部190的外周面上。本體部190例如是在不銹鋼制的板體190a的上表面層疊有耐火性和耐熱性好的絕熱件190b而構成的。絕熱件190b例如是陶瓷。如圖22所示,凸緣片191是螺旋狀,其沿本體部60的外周面設置一周或一周以上,其兩端之間產生了臺階高差H1。通過將該螺旋狀的凸緣片191與多個螺旋狀管體部40螺紋配合,從而分隔構件19被安裝在這些螺旋狀管體部40上。另外,凸緣片191將第1及第2熱交換部HT1、HT2間分隔開,使燃燒氣體在管體疊繞結構部SC內不短路地從第1熱交換部HT1行進到第2熱交換部HT2內。
在*外周的螺旋狀管體部40與周壁部20之間形成有燃燒氣體通路32。另外,如圖18清楚地表示的那樣,在多個螺旋狀管體部40的高度方向上相鄰的環部40a之間形成有間隙31。第1及第2區域30a、30b和燃燒氣體通路32通過該間隙31相連通。這樣,如后所述,燃燒氣體借助第1熱交換部HT1的間隙31從第1區域30a行進到燃燒氣體通路32,然后從該燃燒氣體通路32經過第2熱交換部HT2的間隙31,朝向第2區域30b前進。
如標記n1所示,蓋體21A的環狀壁220與*內周的螺旋狀管體部40的上部接觸,防止燃燒氣體從第1區域30a通過它們之間直接流入到燃燒氣體通路32。另外,如標記n2所示,蓋體21A的環狀壁221與*內周的螺旋狀管體部40的下部接觸,防止燃燒氣體從燃燒氣體通路32通過它們之間直接流入第2區域30b。
如圖19所示,各螺旋狀管體部40的間隙31是采用多個隔板18形成的。更具體地說,如圖23所示,隔板18例如是通過將不銹鋼制的長矩形平板狀基板部18a的多部位進行沖切立起加工,從而形成了梳齒狀并排排列的多個突出部18b。這些多個突出部18b插入到各螺旋狀管體部40的環部40a之間,由此形成了間隙31,并且這些間隙31具有規定的高度尺寸。如圖20所示,在該換熱器A3中,例如以大致相等的間隔配置有3個隔板18。在高度方向相鄰的環部40a之間,除了被隔板18的突出部18b插入的部位以外的部分是間隙31。
如圖20和圖21清楚地表示的那樣,水管4的多個曲管41起到將多個螺旋狀管體部40與集管5連接起來的連接管的作用。在各曲管41的兩端部41a、41b上形成有具有錐面的臺階部410a、410b,比這些臺階部410a、410b的靠近前端的部分是外徑比長度方向中間部的直徑小的小徑部。通過將其小徑部嵌入到螺旋狀管體部40的端部400,各曲管41的一端部41a與端部400相連接。該小徑部和端部400的嵌合方向是螺旋狀管體部40的環部40a的切線方向。臺階部410a的錐面與端部400的端面抵接,對該抵接部位實施了焊接或釬焊。
多個曲管41穿過多個設在周壁部20上下兩端附近的開口部200,這些曲管41的靠近另一端部41b的部分突出到罐體2的外部。多個曲管41的彎曲半徑、全長尺寸不同,貫通周壁部20的部分及另一端部41b的配列間距P3大于它們的一端部41a的配列間距P2。根據該結構,使得集管5的連接作業變容易,而且由于加大了多個開口部200的間隔,因而提高了這部分的強度。多個曲管41的靠近另一端部41b的部分沿著垂直于周壁部20的方向呈直線狀延伸,并且相互平行。另外,各曲管41在從貫通周壁部20的部分到另一端部41b的部位上不存在比上述貫通部分直徑大的部分。采用這種結構,將多個曲管41穿過周壁部20的多個開口部200的作業變得容易且可較好地進行。
*好是,各開口部200形成為其周緣部立起的內緣翻邊孔,提高了其周緣部的強度。另外,周壁部20中的、含有多個開口部200的形成部位的一部分區域形成為非圓弧形的平板狀部201。該平板狀部201以一定的寬度沿上下方向延伸,并且相對于其它區域突出到罐體2的徑向外方。采用這種結構,容易確定各開口部200的尺寸,并且可提高周壁部20的強度。另外,由于螺旋狀管體部40與平板部201之間的間隔增大,所以曲管41可采用曲率半徑較大的管。
一對集管5分別與多個曲管41的另一端部41b相連接。各集管5例如是用圓形管52構成的,在其一端部形成了有與入水管及出熱水管(未圖示)連接的連接口50。在集管5上設有多個開口部51,各曲管41的另一端部41b的小徑部嵌入到各開口部51中,并且臺階部410b的錐面與開口部51的周緣抵接。在該抵接部分實施了焊接或釬焊。這樣,各曲管41和集管5的連接可靠,并且能實現止水密封。
上述的換熱器A3例如可用如下的方法制作。
首先,如圖25所示,制作多個呈疊繞狀的螺旋狀管體部40。其制法是,將直的管體彎曲加工成螺旋狀,從而制成了直徑不同的多個螺旋狀管體部40,然后將它們相互嵌合而進行制作。接著,如圖26所示,將曲管41連接到各螺旋狀管體部40的兩端部400上,完成了多個水管4。如圖20和圖21所示,通過使曲管41的一端部41a的被小徑化了的*前端部分嵌入到各螺旋狀管體部40的端部400,從而完成了曲管41與各螺旋狀管體部40的連接,所以,即使在多個端部400的配列間隔P2小的情況下,也能容易進行該作業。由此使臺階部10a的錐面與端部400抵接,并實施焊接或釬焊,因此其止水密封性能也好。
如圖27所示,將分隔構件19安裝在多個螺旋狀管體部40上。該安裝是這樣進行的,即一邊使分隔構件19的本體部190的一端進入到多個螺旋狀管體部40的內方,一邊使其沿各螺旋狀管體部40的螺旋方向旋轉,使螺旋狀的凸緣片191與各螺旋狀管體部40螺紋配合。當使分隔構件19朝上述恒定方向旋轉時,該分隔構件19以恒定的方向在各螺旋狀管體部40內行進,使其反轉時則后退,所以可以容易進行地將分隔構件19設定在預定高度的作業。然后,將多個隔板18安裝在多個螺旋狀管體部40上。在進行該安裝時,將各隔板18的多個突出部18a從*外周的螺旋狀管體部40的外方插入到環部40a之間。這樣,在環部40a之間形成間隙31,并且可以將其尺寸確定為與各突出部18a的厚度尺寸相同。在圖27所示的結構中,在與分隔構件19的凸緣片191對應的部位未插入各隔板18的突出部18a,但也可以使突出部18a重疊在凸緣片191上,將它們插入共同的間隙部分。各隔板18也可以是在上下方向被分割成多個部分的構造。
另一方面,如圖28所示,預先制作非筒狀的板狀部件20′。該板狀部件20′是作為罐體2的周壁部20而形成的部分,是用矩形的具有撓性不銹鋼板形成的。對該板狀部件20′的一對端緣部20a實施彎折加工而形成一對突出片20a′。另外,還預先形成多個供各水管4的曲管41穿過的開口部200。為了使該板狀部件20′容易形成為圓筒狀而預先對其實施彎曲加工,另外,該板狀部件20′還形成有平板部201。
制作了上述的板狀部件20′后,通過擴大一對端緣部20a之間的間隔,從而用該板狀部件20′包圍多個螺旋狀管體部件40的周圍。這時,使多個曲管41從它們的另一端部41b側穿過各開口部200。如前所述,多個曲管41的靠近另一端部41b的區域呈相互平行的直管狀,所以很容易進行將這些部分穿過多個開口部200的作業。
然后,如圖29所示,使板狀部件20′的一對端緣20a相對地相接觸,使板狀部件20′形成為筒狀。通過用適當的夾具(未圖示)夾住一對突出片20a′,從而可將該板狀部件20′保持為筒狀,以該狀態將一對突出片20a′焊接在一起。通過該作業,形成了定形成筒狀的周壁部20。突出片20a′是沿著端緣部20a的全長形成的,但也可以是在端緣部20a的一個或多個部位該突出片20a′的結構(例如在端緣部20a的上端和下端)局部設置該突出片20a′。
接著,將一對集管5連接到多個曲管41上。如前所述,該集管5的連接結構不使用特別的構件,只要使各曲管41的另一端部41b嵌入到集管5的開口部51,再實施焊接或釬焊即可。所以,可降低成本。另外,如圖21所示,由于曲管41的另一端部41b和開口部51的配列間隔P3大,所以更容易進行各曲管41與集管5的連接作業。
雖未在圖29中示出,但在周壁部20的上部開口和下部開口中嵌入有一對蓋體21A、21B,并將它們焊接在周壁部20上。如前所述,該蓋體21A、21B可利用形成于周壁部20上的多個凸部25a、25b來實現定位,所以也容易進行對它們的安裝作業。另外,還將多個支架23焊接在周壁部20上。可以在將板狀部件20′形成為筒狀之前或之后對這些支架23進行焊接。
用上述的制作方法制作換熱器A3。從上述說明可知,在該換熱器A3中,即使是多個螺旋狀管體部40的端部400的配列間距P2小的情況,仍可利用多個曲管41,將集管5容易且較佳地連接到多個螺旋狀管體部40上。尤其在本實施方式中,在將曲管41連接到螺旋狀管體部40上后,由于用管體2的周壁部20包圍螺旋狀管體部40,所以將曲管41連接到螺旋狀管體部40上的作業更加容易。另外,即使在使多個曲管41從螺旋狀管體部40突出較多的情況,仍可以使這些曲管41穿過周壁部20(板狀部件20′)的多個開口200,用板狀部件20′較佳地將多個螺旋狀管體部40包圍起來。在各曲管41突出到罐體2外部的尺寸小的情況,集管5相當接近于罐體2,有可能使得用于將集管5安裝到各曲管41上的焊接作業等比較困難。但采用本實施方式,由于能使各曲管41的一部分突出較大,所以較佳地消除上述那樣的問題。
圖17所示的供熱水裝置B2,除了具有換熱器A3外,還具有燃燒器1、底部箱體80和排氣管道81。在圖17中,雖然是表示通過配管12a向燃燒器1供給燃料,但與前述實施方式的燃燒器1沒有本質的差異。由于底部箱體80和排氣管道81的結構與前述實施方式相同,其詳細說明從略。
在該供熱水裝置B2中,在一對集管5上連接有入水管99a和出熱水管99b。進行該連接時,*好下方側的集管5作為入水用并且上方側的集管5作為出熱水用而進行連接。這樣,由于多個水管4的通水方向是朝上,與燃燒氣體的行進方向(朝下)相反,所以有利于提高熱交換效率。尤其是在第2熱交換部HT2,由于被供給非加熱的較低溫的水,所以,可增多該第2熱交換部HT2的熱回收量,在該部分較佳地進行潛熱回收。
在該供熱水裝置B2中,當驅動燃燒器1時,在第1區域30a內燃料燃燒,產生燃燒氣體。該燃燒氣體要朝下行進,但由于第1區域30a下部被分隔構件19堵塞,所以不能直接行進到第2區域30b。燃燒氣體經過管體疊繞結構部SC的第1熱交換部HT1的間隙31,流入到燃燒氣體通路32中。在這樣的過程中,第1熱交換部HT1從燃燒氣體中回收顯熱。由于多個環部40a呈疊繞狀地并排排列著,所以可能增多第1熱交換部HT1的熱回收量。由于分隔構件19的上面部形成為凹狀,所以可以使在第1區域30a的中心部附近朝下行進過來的燃燒氣體避開該中心部附近被朝上反射,可以產生如圖17的箭頭N1所示那樣的燃燒氣體的循環流。借助該作用,實現了第1區域30a內的燃燒氣體的溫度均勻化,并且實現了燃燒氣體相對于多層間隙31的各間隙31流入量的均勻化,可進一步提高熱交換效率。
然后,已行進到燃燒氣體通路32內的燃燒氣體一邊在燃燒氣體通路32內朝下行進,一邊經過第2熱交換部HT2的間隙31,流入到第2區域30b中。在這樣的過程中,第2熱交換部HT2從燃燒氣體中回收潛熱。該第2熱交換部HT2也與第1熱交換部HT1同樣地,由于多個環部40a呈疊繞狀地并排排列著,所以可增多其熱回收量。
當在第2熱交換部HT2中進行潛熱回收時,在該部分產生冷凝水,該冷凝水附著在各環部40a的表面。該冷凝水在重力作用和燃燒氣體的向下流動的作用下,流落到下方而由冷凝水承接部26較佳地承接。由于各螺旋狀管體部40是螺旋狀并且傾斜著,所以冷凝水容易沿著該螺旋狀管體部40的表面流到下方。如前所述,如果冷凝水一直附著在螺旋狀管體部40的表面,則冷凝水會妨礙螺旋狀管體部40與燃燒氣體的直接接觸,存在熱傳遞量減少的問題,但如使冷凝水容易流到下方,則沒有上述的問題。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較佳地排出到外部。因此,底部箱體80內不會被酸性的冷凝水污染,可以采用耐酸性差的銅或鐵等比不銹鋼便宜的廉價材質制作底部箱體80。
圖30所示的供熱水裝置B3在換熱器A4的罐體2內設有絕熱件84和支承部件85。另外,在底部箱體3內配設有冷凝水用的承接部件83A。絕熱件84是環狀,并設在管體疊繞結構部SC的上端與蓋體21A之間而將它們之間的間隙39a堵住。該絕熱件84例如是具有伸縮性的陶瓷。如前所述,由于管體疊繞結構部SC是采用螺旋狀管體而構成的,所以,管體疊繞結構部SC的上端面是傾斜的。與其對應地,絕熱件84的厚度也不均勻,其下端面傾斜,這樣,可以較佳地堵住間隙39a。
采用這種結構,絕熱件84可以較佳地防止燃燒氣體從第1區域30a經過間隙39a短路地行進到燃燒氣體通路32的上端部。因此,不必使蓋體21A的環狀壁220與*內周的螺旋狀管體部40的內周面抵接。其結果,可以使燃燒器用開口部22A的直徑小于螺旋狀管體部40的內徑。
支承部件85是與絕熱件84同樣的環狀,其配設在罐體2內的底部并支承著管體疊繞結構部SC。由于管體疊繞結構部SC的下端面與上端面同樣地傾斜著,所以該支承部件85的厚度也與前述絕熱件84同樣地并不均勻,其上表面是傾斜的。另外,該支承部件85阻塞燃燒氣體通路32的終端部。因此,較佳地阻止到達了該終端部的燃燒氣體不經過管體疊繞結構部SC的間隙31而直接行進到第2區域30b中。因此,不必使蓋體21B的環狀壁221與*內周的螺旋狀管體部40的內周面抵接。在本實施方式中,環狀壁221朝下突出。
罐體2的底部作為冷凝水引導部,將從管體疊繞結構部SC流落下的冷凝水引導到燃燒氣體流出口22B。如上所述,支承部件85由于其上面是傾斜的,所以利用該傾斜可容易地使冷凝水流向燃燒氣體流出口22B。承接部件83A例如是盤子狀,配置在燃燒氣體流出口22B的正下方,可承接從燃燒氣體流出口22B滴下來的冷凝水。由該承接部件83A承接的冷凝水通過配管82排出到底部箱體80的外部。
在本實施方式中,也與前述實施方式同樣,底部箱體80內不會被冷凝水污染。燃燒氣體流出口22B兼用作冷凝水排出口,不必在換熱器A4中另外設置冷凝水專用的排出口,所以,可以簡化換熱器A4的結構。
在圖31所示的實施方式中,在蓋體21A上沖壓成形有朝下的凸狀部210,該凸狀部210與管體疊繞結構部SC的上端抵接。該凸狀部210的朝下的表面是與管體疊繞結構部SC的上端對應的傾斜面。采用本實施方式,可以在管體疊繞結構部SC的上方不產生燃燒氣體通過的間隙。不需要圖30所示的絕熱件84那樣的部件,另外,也不必使環狀壁220與螺旋狀管體部40抵接。
圖32所示的實施方式中,從換熱器A4的燃燒氣體流出口22B向下方滴落的冷凝水由底部箱體80的底壁承接。在上述底壁上形成有冷凝水排出口80a。*好上述底壁傾斜成使冷凝水容易流向冷凝水排出口80a。在本實施方式中,由于將底部箱體80用作冷凝水承接部件而不必使用專用的冷凝水承接部件,所以在整體上可以減少零部件數目。但是,為了避免底部箱體80容易被酸性冷凝水腐蝕,其材質*好使用不銹鋼或其它耐酸性優良的材質。
在圖33所示的實施方式中,第1及第2熱交換部HT1、HT2的各自間隙31的尺寸L4、L5不同。具體地說,尺寸L4小于尺寸L5。采用這種結構,如與尺寸L4、L5相同的情況相比,相對于第1熱交換部HT1來說,可增加第2熱交換部HT2的熱回收量,適合于潛熱回收。當然,在本發明中,也可以與本實施方式相反,使尺寸L4比尺寸L5大。
圖34所示的換熱器A5具有2個輔助分隔構件19B、19C。它們的材質例如是不銹鋼。輔助分隔構件19B是環狀,將管體疊繞結構部SC的第2熱交換部HT2劃分為2個分割部HT21、HT22,并且將燃燒氣體通路32劃分為2個分割部32a、32b。*好第2熱交換部HT2的上下方向的寬度大于第1熱交換部HT1的上下方向的寬度,第1熱交換部HT1分別與2個分割部HT21、HT21的寬度差不大。輔助分隔構件19C是圓板狀,與管體疊繞結構部SC的下端抵接,其堵塞第2區域30b的下部開口。
在本實施方式中,通過了第1熱交換部HT1行進到燃燒氣體通路32的分割部32a的燃燒氣體之后通過第2熱交換部HT2的分割部HT21的間隙31,進入到第2區域30b中。接著,該燃燒氣體從第2區域30b通過分割部HT22的間隙,行進到燃燒氣體通路32的分割部32b,然后流向燃燒氣體流出口22B。從該燃燒氣體的流動可知:本實施方式中,管體疊繞結構部SC被細分為第1熱交換部HT1、2個分割部H21、HT22這樣三個區域,燃燒氣體曲折行進地依次通過該三個區域。另外,該3個區域的寬度均勻,寬度相差不大。因此,燃燒氣體行進量相對于管體疊繞結構部SC各部分的偏差小,可進一步提高熱交換效率。另外,管體疊繞結構部SC被細分,燃燒氣體流路面積減小,可以加快燃燒氣體的流速,由此也可提高熱交換效率。
圖35所示的換熱器A6具有在管體疊繞結構部SC的下部設有比輔助分隔構件19C更朝下方延伸的延伸部HT23的結構。*好該延伸部HT23的上下方向的寬度也與第1熱交換部HT1、2個分割部HT21、HT22的寬度大致相同。在該換熱器A6中,行進到燃燒氣體通路32的分割部32b的燃燒氣體從該部分經過延伸部HT23的間隙31。
采用本實施方式,管體疊繞結構部SC被進一步細分為4個區域,燃燒氣體依次作用于該細分的全部區域。因此,熱交換效率可以比圖34所示的換熱器A5更高。
在圖36所示的實施方式中,成疊繞狀設有共計5個螺旋狀管體部40。采用本實施方式,由于螺旋狀管體部40的根數多,所以可增多熱回收量。從本實施方式可知:通過增多螺旋狀管體部的根數,本發明可以容易地實現較高的熱交換效率。
在圖37所示的實施方式中,多個螺旋狀管體部40設置成交錯排列狀,在一個螺旋狀管體部40的環部40a之間的間隙31的側方存在另一個螺旋狀管體部40的環部40a。采用本實施方式,如箭頭N2所示,當燃燒氣體通過一個螺旋狀管體部40的間隙31時,該燃燒氣體碰撞到其側方的環部40a上。因此,提高了燃燒氣體對各環部40a的接觸程度,可以增多熱回收量。從本實施方式可知:在本發明中,通過改進多個螺旋狀管體部40的排列,可以提高熱交換效率,可以將多個螺旋狀管體部40設置成各種排列方式。
圖38所示的換熱器A7,多個螺旋狀管體部40的管徑不相同,*內周的螺旋狀管體部40A的管徑大于其它多個螺旋狀管體部40B的管徑。螺旋狀管體部40A的螺距與螺旋狀管體部40B的螺距不同,所以,作為在螺旋狀管體部40A的環部40a之間形成間隙31的手段,是采用突出部18b的排列間距與隔板18不同的另一種隔板18′。
在本實施方式中,螺旋狀管體部40A的管徑大,該部分的通水量多。另一方面,螺旋狀管體部40A,直接包圍著作為燃燒室的第1區域30a,是被加熱到*高溫的部分。因此,該螺旋狀管體部40A的熱回收量多,這樣,可進一步提高熱交換效率。另外,由于螺旋狀管體部40A、40B的管徑不相同,因此它們的螺距也不相同,螺旋狀管體部40A的間隙31與螺旋狀管體部40B的間隙31在上下高度方向產生了臺階高差。因此,燃燒氣體從空間部3通過了螺旋狀管體部40A的間隙31,然后碰撞到螺旋狀管體部40B。其結果,螺旋狀管體部40與燃燒氣體的接觸程度高,可期待獲得更加提高熱交換效率的效果。
從本實施方式可知,在本發明中,也可以使多個螺旋狀管體部的管徑不相同。但也可以與本實施方式相反地,使*大徑的螺旋狀管體部配置在*外周,可以用該部分進行潛熱回收。另外,也可以使多個螺旋狀管體部的全部管徑都不相同。
在圖38所示的換熱器A7中,由于螺旋狀管體部40A、40B的螺距不相同,所以難以使分隔構件19的凸緣片191螺紋配合到螺旋狀管體部40A、40B雙方上。為此,在該換熱器A5中,凸緣片61只與*內周的螺旋狀管體部40A螺紋配合,其它的螺旋狀管體部40B用多個追加的分隔構件192分隔。各分隔構件192例如是半圓弧形的薄板狀,如圖39所示,從管體疊繞結構部SC的側方插入到螺旋狀管體部40B的間隙31內。通過設置該分隔構件192,可阻止從第1區域30a行進到第1熱交換部HT1的下部區域內的燃燒氣體,直接朝下方行進而直接流入第2區域30b中。
圖40表示分隔構件的安裝方式的另一個例子。在本實施方式中,多個追加的分隔構件192A從多螺旋狀管體部40的間隙31的外方插入到該間隙31內。該分隔構件192A與前述的分隔構件192相同,但其內側緣部分成為伸出到空間部3內的突出部193。另一方面,雖然分隔構件19A具有凸緣片191A,但該凸緣片191A不與螺旋狀管體部40螺紋配合,其外徑稍小于*內周螺旋狀管體部40的內徑。該分隔構件19A從空間部3的上部開口部插入到空間部3內,這樣,凸緣片191A卡定于突出部193而被支承著,本實施方式也同樣地,可以將分隔構件適當地安裝在空間部3內的規定部位。
圖41~圖49表示在螺旋狀管體部的環部之間形成間隙的手段的另外的例子。在圖41和圖42所示的實施方式中,在螺旋狀管體部40的各環部40a上形成有突起部49a。上下相鄰的環部40a通過該突起49a抵接,由此形成了間隙31。
在圖43和圖44所示的實施方式中,環部40a的上表面和下表面各自的一部分成為凸部49b,環部40a彼此通過這些凸部49b相抵接,由此形成了間隙31。環部40a例如由截面中空的圓管體形成,如圖44所示,其一部分是非圓形的扁平狀截面,由此形成了凸部49b。如圖45所示,該凸部49b可以通過從螺旋狀管體部40的兩側方沖壓其一部分而形成。
圖46A、圖46B所示實施方式中,在環部40a的多部位形成有凹部49b′。該凹部49b′,可以通過從上下沖壓螺旋狀管體部40的一部分,使其變形成扁平狀而形成。在高度方向相鄰的環部40a相互接觸地層疊著,形成有該凹部40b′的部分成為間隙31。這樣的結構也能形成適當的間隙31。
在圖47所示的實施方式中,在環部40a的外表面形成有螺旋狀的凹槽49c,該凹槽49c的一部分成為間隙31。在圖48所示的實施方式中,形成有螺旋方向不同的2條凹槽49c。凹槽49c的條數越多,間隙31的總計尺寸可越大,也可以形成許多條凹槽49c。在圖49所示的實施方式中,在環部40a的外周面形成有非螺旋的環狀的多個凹槽49d。這樣的結構也能形成間隙31。
圖50和圖51表示供熱水裝置的燃燒器是正燃燒式的情況的一個例子。這些圖所示的供熱水裝置B4具有燃燒器1A和換熱器A8。燃燒器1A例如是使通過燃氣管道12a供給來的天然氣等燃料氣體朝上燃燒的氣體燃燒器,并被連接在換熱器A8下部的罐體10包圍著。燃燒用空氣被送風風扇13向上送入到罐體10內。
換熱器A8的燃燒器用開口部22A形成于罐體2的底部,該換熱器A8位于燃燒器1A的正上方。燃燒氣體流出口22B形成于罐體2的上部。該換熱器A8與使例如圖7所示的換熱器A3上下翻轉后的形態相同。但是,冷凝水承接部26的位置關系不翻轉,形成在罐體2的底部。另外,如圖51所示,各螺旋狀管體部40的環部40a是相連成螺旋狀的中空矩形狀,罐體2的周壁部20是與其對應的矩形方筒狀。雖未圖示,燃燒器1A的燃料燃燒部分從上面看是矩形,環部40a、周壁部20的形狀與其對應。在燃燒器1A的燃料燃燒部分從上面上看是圓形時,環部40a和周壁部20也可以是中空圓狀。在多個螺旋狀管體部40的兩端部連接有集管5B,該集管5B直接與螺旋狀管體部40的兩端連接。
在本實施方式的供熱水裝置B4中,在燃燒器1A產生的燃燒氣體朝上通過燃燒器用開口部22A,進入空間部3的第1區域30a中。接著,該燃燒氣體通過第1熱交換部HT1的間隙31,朝上行進過燃燒氣體通路32內后通過第2熱交換部H2的間隙行進到第2區域30b,然后通過第1熱交換部HT2的間隙31行進到第2區域30b,從燃燒氣體流出口22B排出到罐體2的外部。該熱回收工序基本上與逆燃燒式的相同,可使第1及第2熱交換部HT1、HT2可分別負責顯熱回收和潛熱回收。燃燒氣體通過第1及第2熱交換部HT1、HT2的間隙31時,由于燃燒氣體與許多環部40a接觸,所以這樣也提高了熱交換效率。伴隨潛熱回收而產生冷凝水沿著各螺旋狀管體部40的螺旋坡度流落到下方,由冷凝水承接部26承接。然后,較佳地從排出口26b排出到罐體2的外部。
從本實施方式可知:本發明的換熱器在與正燃燒式的燃燒器組合使用,來代替與逆燃燒式的燃燒器組合使用的情況下,也能得到本發明所意圖的作用。本發明的換熱器不限定燃燒氣體的行進方向。
本發明并不局限于上述實施方式的內容。本發明的換熱器和熱水裝置的各部分的具體結構可以作各種設計變更。
作為燃燒器,可以采用各種燃燒器,例如油燃燒器、氣體燃燒器等,只要是能產生燃燒氣體的燃燒器即可。本發明中所述的熱水裝置指的是具有生成熱水的功能的裝置,包含通常的供熱水用、向浴室供熱水用、供暖用、或融雪用等各種供熱水裝置,以及用于供熱水之外的熱水生成裝置。
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