热交换装置以及热源机的制作方法

本发明涉及一种热交换装置以及热源机。

背景技术：

以前，一直使用具备显热回收用的一次热交换器及潜热回收用的二次热交换器的热源机。此热源机的一次热交换器中，有具备收容传热管的本体板、及用于将本体板冷却的本体管部的一次热交换器。具备这些本体板及本体管部的热源机例如记载于日本专利特开2017-207271号公报(专利文献1)中。

此公报所记载的热源机中，对显热(sensibleheat)回收用的一次热交换器将燃烧器(burner)所生成的燃烧气体从上方导入，经由一次热交换器，通过潜热(latentheat)回收用的二次热交换器而向下方的排气管道导出。一次热交换器中，传热管与本体管部彼此串联连接。传热管配置成在本体板的侧壁间延伸。本体管部是在较传热管更靠上方沿着本体板的侧壁而配置。传热管的进水侧的端部经由连接管而连接于二次热交换器。传热管的出水侧的端部连接于本体管部的进水侧的端部。本体管部的出水侧的端部连接于热水流出管。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2017-207271号公报

技术实现要素：

[发明所要解决的问题]

所述公报所记载的热源机的一次热交换器中，燃烧气体与水的热交换量在传热管中大于本体管部。因此，借由水从二次热交换器经由连接管而流入传热管，而在一次热交换器中将水有效地加热。因而，可提高热交换效率。

但是，传热管中的热交换量大，因而从传热管流入本体管部的水的温度成为接近热水流出温度的高温。因此，在本体管部中流动的水的温度成为接近热水流出温度的高温。此时，温度高的水在管内部容易产生水所含的矿物质成分析出而成的水垢，因而在本体管部的内部容易产生水垢。若在本体管部的内部产生水垢，则可能水垢堵塞本体管部而导致本体管部产生龟裂。

本发明是鉴于所述问题而成，其目的在于提供一种能够提高热交换效率并且抑制在本体管部的内部产生水垢的热交换装置、以及包括此热交换装置的热源机。

[解决问题的技术手段]

本发明的热交换装置可回收从燃烧器供给的燃烧气体的显热及潜热。热交换装置包括一次热交换器、二次热交换器及连接管。一次热交换器用于回收燃烧气体的显热。二次热交换器相对于一次热交换器而配置于与燃烧器相反的一侧，且用于回收燃烧气体的潜热。连接管将一次热交换器与二次热交换器连接。一次热交换器包含一次热交换部、包围一次热交换部的周围的本体板、及用于将本体板冷却的本体管部。本体管部配置成相对于燃烧器而更靠近一次热交换部，且连接于连接管。一次热交换部包含连接于本体管部的第一传热管部、及连接于第一传热管部且相对于第一传热管部而配置于与本体管部相反的一侧的第二传热管部。

根据本发明的热交换装置，将第一传热管部连接于配置成相较于燃烧器而更靠近一次热交换部的本体管部，因而借由在本体管部中与燃烧气体进行热交换而经加热的水流入第一传热管部。因此，与水从二次热交换器不经由本体管部而流入第一传热管部的情况相比，第一传热管部的热交换效率降低。但是，一次热交换部包含连接于本体管部的第一传热管部、及连接于第一传热管部且相对于第一传热管部而配置于与本体管部相反的一侧的第二传热管部。因此，与在一次热交换部中将传热管部配置成一段的情况相比，能够提高一次热交换部的热交换量。由此，能够提高热交换效率。进而，本体管部连接于将一次热交换器与二次热交换器连接的连接管，因而能够使水从二次热交换器经由连接管而流入本体管部。因此，与水从一次热交换部流入本体管部的情况相比，能够降低流入本体管部的水的温度，因而能够降低在本体管部中流动的水的温度。由此，能够抑制在本体管部的内部产生水垢。

所述热交换装置中，第一传热管部配置在上下方向上较第二传热管部更靠上方。因此，水从上下方向上配置于上方的第一传热管部流动至配置于下方的第二传热管部。因此，容易从第一传热管部及第二传热管部将水排出。由此，能够提高一次热交换器的排水性。

所述热交换装置中，一次热交换器包含连接于本体管部的第一进水部、及连接于第二传热管部的第一出水部。二次热交换器包含使水流入二次热交换器的第二进水部、及经由连接管而连接于第一进水部的第二出水部。第一进水部、第一出水部、第二进水部及第二出水部配置成均朝向相同方向开口。因此，能够将连接于第一进水部及第二出水部的连接管、连接于第一出水部的配管以及连接于第二进水部的配管分别从相同方向连接。因此，能够提高热交换装置的组装性。

所述热交换装置中，第二出水部配置成相对于燃烧器而更靠近第二进水部。因此，二次热交换器中，能够使从燃烧器供给的燃烧气体流动的方向、与水从第二进水部向第二出水部流动的方向相反。因此，二次热交换器中，能够从第二进水部向第二出水部一面将水的温度逐渐提高一面在水与燃烧气体之间进行热交换。由此，能够提高二次热交换器的热交换效率。

本发明的热源机包括所述热交换装置、以及可向一次热交换器及二次热交换器依次供给燃烧气体的燃烧器。根据本发明的热源机，能够提供一种包括热交换装置的热源机，所述热交换装置能够提高热交换效率并且抑制在本体管部的内部产生水垢。

[发明的效果]

如以上所说明，根据本发明，能够提供一种能够提高热交换效率并且抑制在本体管部的内部产生水垢的热交换装置、以及包括此热交换装置的热源机。

附图说明

图1是示意性地表示本发明的一实施方式的热源机的结构的图。

图2是概略性地表示本发明的一实施方式的热交换装置的结构的立体图。

图3是以虚线表示本发明的一实施方式的热交换器的内部结构的侧面图。

图4是以虚线表示本发明的一实施方式的热交换装置的内部结构的背面图。

图5是沿着图2的v-v线的截面图。

图6是沿着图2的vi-vi线的截面图。

图7是示意性地表示在本发明的一实施方式的热交换装置中流动的水的流路的图。

图8是示意性地表示在比较例1的热交换装置中流动的水的流路的图。

图9是示意性地表示在比较例2的热交换装置中流动的水的流路的图。

符号的说明

10：一次热交换器

10a：第一进水部

10b：第一出水部

11：一次热交换部

11a：翅片

11b：翅片管

12、22：本体板

13：本体管部

14、23：头部件

15：弯管

20：二次热交换器

20a：第二进水部

20b：第二出水部

21：二次热交换部

30：燃烧器

60：连接管

100：热源机

111：第一传热管部

112：第二传热管部

200：热交换装置

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。此外，以下各附图的箭头适当表示燃烧气体及水的流动。

首先，参照图1对本发明的一实施方式的热源机100的结构进行说明。

如图1所示，本实施方式的热源机100主要具有火花塞1、一次热交换器(显热回收热交换器)10、二次热交换器(潜热回收热交换器)20、燃烧器30、腔室31、送风装置32、管道33、文丘里管(venturitube)34、节流口(orifice)35、气体阀36、配管40、旁通配管41、三向阀42、框体50及连接管60。一次热交换器10、二次热交换器20及连接管60构成热交换装置200。在框体50的内部配置有所述零件中除了框体50以外的所有零件。所述零件除了热交换装置200以外，与以前众所周知的零件同样。

燃料气体通过气体阀36及节流口35而流动至文丘里管34。在文丘里管34中经混合的混合气体被送至送风装置32。送风装置32用于向燃烧器30供给混合气体。送风装置32连接于腔室31，腔室31连接于燃烧器30。从送风装置32供给的混合气体通过腔室31而被送至燃烧器30。燃烧器30用于产生供给于一次热交换器10的加热用气体(燃烧气体)。从燃烧器30吹出的混合气体由火花塞1点火，成为燃烧气体。

以燃烧气体依次通过一次热交换器10以及二次热交换器20而与热水进行热交换的方式，将燃烧器30、一次热交换器10及二次热交换器20连接。燃烧器30相对于一次热交换器10而配置于与二次热交换器20相反的一侧。燃烧器30构成为可向一次热交换器10及二次热交换器20依次供给燃烧气体。本实施方式中，燃烧器30配置于一次热交换器10的上方。即，燃烧器30为逆燃方式。此外，燃烧器30也可为正燃方式。

二次热交换器20上连接有管道33，管道33向框体50的外部延伸。由此，通过了二次热交换器20的燃烧气体通过管道33而向框体50的外部排出。较一次热交换器10更靠热水流出侧的配管40的部分与旁通配管41经三向阀42连接。

接下来，参照图2～图6对本实施方式的热交换装置200的结构进行说明。此外，为了方便说明，图2、图3及图5中以虚线图示连接管60，图4及图6中未图示连接管60。如图2及图3所示，热交换装置200可回收燃烧气体的显热及潜热。热交换装置200具有一次热交换器10、二次热交换器20及连接管60。

一次热交换器10用于回收燃烧气体的显热。二次热交换器20用于回收燃烧气体的潜热。二次热交换器20相对于一次热交换器10而配置于与燃烧器30相反的一侧。连接管60将一次热交换器10与二次热交换器20连接。连接管60例如由金属、树脂等构成。一次热交换器10与二次热交换器20配置成在第一方向d1上重叠。在设置有热交换装置200的状态下，二次热交换器20配置成在铅垂方向(上下方向)上与一次热交换器10重叠。即，在设置有热交换装置200的状态下，第一方向d1成为上下方向。

一次热交换器10具备第一进水部10a、第一出水部10b、一次热交换部11、本体板12、本体管部13、头部件14及弯管15。第一进水部10a是热水最先进入一次热交换器10的部分。第一进水部10a连接于本体管部13。而且，第一进水部10a连接于连接管60。第一出水部10b是热水从一次热交换器10中最后流出的部分。第一出水部10b连接于一次热交换部11。而且，第一出水部10b连接于未图示的配管。

一次热交换部11包含多个翅片(fin)11a及多个翅片管(finpipe)11b。多个翅片11a及多个翅片管11b各自可为不锈钢(stainlesssteel，sus)制。一次热交换部11构成为燃烧气体在多个翅片11a以及多个翅片管11b的外部流动，水在多个翅片管11b的内部流动。多个翅片11a彼此层叠。多个翅片管11b在层叠方向上贯穿多个翅片11a。此外，图2、图3及图5中，为了方便说明，仅图示多个翅片11a中的一部分。

多个翅片管11b沿着第一方向d1排列成两段。即，一次热交换部11包含沿着第一方向d1排列成两段的第一传热管部111及第二传热管部112。排列在两段中接近本体管部13的段中的多个翅片管11b构成第一传热管部111。排列在两段中远离本体管部13的段中的多个翅片管11b构成第二传热管部112。

第一传热管部111经由弯管15而连接于本体管部13。第二传热管部112经由弯管15而连接于第一传热管部111。第二传热管部112相对于第一传热管部111而配置于与本体管部13相反的一侧。第一出水部10b连接于第二传热管部112。本体管部13、第一传热管部111及第二传热管部112串联连接。

本实施方式中，第一方向d1为上下方向，因而第一传热管部111及第二传热管部112是以第一传热管部111、第二传热管部112的顺序上下配置。即，第一传热管部111配置于上下方向上较第二传热管部112更靠上方。

本体板12包围一次热交换部11的周围。本体板12包含正面部12a、一对侧面部12b及背面部12c。正面部12a、一对的侧面部12b及背面部12c构成四方的框。本体板12在上下具有开口。本体板12可通过上侧的开口向本体板12的内侧供给燃烧气体。本体板12可通过下侧的开口向本体板12的外侧排出燃烧气体。

本体管部13用于将本体板12冷却。如图6所示，本体管部13配置成相对于燃烧器30而更靠近一次热交换部11。本体管部13连接于连接管60。本体管部13配置成沿着本体板12的一对侧面部12b及背面部12c的内侧面。本体管部13包含第一冷却管131、第二冷却管132及第三冷却管133。第一冷却管131、第二冷却管132及第三冷却管133在第一方向d1上排列设置。第一冷却管131、第二冷却管132及第三冷却管133经由头部件14而串联连接。头部件14安装于本体板12的正面部12a。头部件14包含第一头部件141及第二头部件142。

第一冷却管131的其中一端连接于第一进水部10a，第一冷却管131的另一端连接于第一头部件141。第二冷却管132的其中一端连接于第一头部件141，第二冷却管132的另一端连接于第二头部件142。第三冷却管133的其中一端连接于第二头部件142，第三冷却管133的另一端连接于配置在最上方的弯管15。而且，一次热交换部11的多个翅片管11b彼此经弯管15串联连接。

二次热交换器20具备第二进水部20a、第二出水部20b、二次热交换部21、本体板22及头部件23。第二进水部20a是热水最先进入二次热交换器20的部分。第二进水部20a使水流入二次热交换器20中。第二进水部20a连接于未图示的配管。第二出水部20b是热水从二次热交换器20中最后流出的部分。第二出水部20b连接于连接管60。即，第二出水部20b经由连接管60而连接于第一进水部10a。如图6所示，第二出水部20b配置成相对于燃烧器30而更靠近第二进水部20a。

第一进水部10a、第一出水部10b、第二进水部20a及第二出水部20b配置成均朝向相同方向开口。本实施方式中，配置成第一进水部10a、第一出水部10b、第二进水部20a及第二出水部20b全部朝向第二方向d2开口。

如图3～图5所示，二次热交换部21包含多个第一管21a及多个第二管21b。多个第一管21a及多个第二管21b各自可为sus(不锈钢)制。二次热交换部21构成为燃烧气体在多个第一管21a及多个第二管21b各自的外部流动，水在多个第一管21a及多个第二管21b的内部流动。

多个第一管21a及多个第二管21b各自为蜿蜒管(meanderingpipe)。多个第一管21a及多个第二管21b各自构成为在与第一方向d1正交的第二方向d2上交替折回。多个第一管21a及多个第二管21b各自在与第一方向d1及第二方向d2此两者正交的第三方向d3上彼此层叠。多个第一管21a各自与多个第二管21b各自在第一方向d1上彼此错开而配置。

本体板22包围多个第一管21a及多个第二管21b。本体板22包含正面部22a、一对侧面部22b及背面部22c。正面部22a、一对侧面部22b及背面部22c构成四方的框。本体板22在上下具有开口。本体板22可通过上侧的开口向本体板22的内侧供给燃烧气体。本体板22可通过下侧的开口向本体板22的外侧排出燃烧气体。

头部件23包含第一头部件231及第二头部件232。第一头部件231与第二头部件232在第一方向d1上并排配置。第二进水部20a连接于第一头部件231。第二出水部20b连接于第二头部件232。

如图3～图5所示，多个第一管21a及多个第二管21b各自具有多个直线部21c及多个弯曲部21d。多个直线部21c各自在第二方向d2上延伸。多个弯曲部21d各自在第三方向d3上延伸。多个弯曲部21d将多个直线部21c彼此连接。多个第一管21a及多个第二管21b各自借由将多个直线部21c与多个弯曲部21d串联连接而一面蜿蜒，一面在铅垂方向(第一方向d1)上延伸。

多个第一管21a及多个第二管21b各自的其中一端连接于第一头部件231，多个第一管21a及多个第二管21b各自的另一端连接于第二头部件232。多个第一管21a及多个第二管21b各自经由第一头部件231及第二头部件232而并联连接。

接下来，参照图2、图3、图5及图6对热交换装置200中的燃烧气体的流动及水的流动进行说明。此外，图6中，为了方便说明，燃烧器30的连接于热交换装置200的部分的周边以外并未图示。

首先，对热交换装置200中的燃烧气体的流动进行说明。通过一次热交换器10的上侧的开口将燃烧气体供给于热交换装置200，通过二次热交换器20的下侧的开口将燃烧气体从热交换装置200中排出。具体而言，通过设于一次热交换器10的本体板12的上侧的开口而供给于一次热交换器10的燃烧气体朝向设于本体板12的下侧的开口，从上方往下方流动。此时，在本体管部13的外侧流动的燃烧气体与在本体管部13的内侧流动的水之间进行热交换。进而，在一次热交换部11的多个翅片11a及多个翅片管11b的外侧流动的燃烧气体、与在多个翅片管11b的内侧流动的水之间进行热交换。

通过了一次热交换器10的燃烧气体通过设于二次热交换器20的本体板22的上侧的开口而供给于二次热交换器20。供给于二次热交换器20的燃烧气体朝向设于本体板22的下侧的开口，从上方往下方流动。此时，在二次热交换部21的多个第一管21a及多个第二管21b的外侧流动的燃烧气体、与在多个第一管21a及多个第二管21b的内侧流动的水之间进行热交换。

接着，对热交换装置200中的水的流动进行说明。从二次热交换器20的第二进水部20a流入二次热交换器20的热水在二次热交换部21中在与燃烧气体之间进行热交换后，从第二出水部20b流出。从二次热交换器20的第二出水部20b流出的热水经由连接管60而进入一次热交换器10的第一进水部10a。从一次热交换器10的第一进水部10a进入一次热交换器10的热水在一次热交换部11中在与燃烧气体之间进行热交换后，从第一出水部10b流出。

进而，对一次热交换器10的水的流动进行详细说明。从第一进水部10a进入一次热交换器10的热水流入本体管部13中配置于最上方的第一冷却管131。流入第一冷却管131内的热水通过第一冷却管131内，经由第一头部件141而流入配置于第一冷却管131的下方的第二冷却管132。流入第二冷却管132内的热水通过第二冷却管132内，经由第二头部件142而流入配置于第二冷却管132的下方的第三冷却管133。流入第三冷却管133内的热水通过第三冷却管133内，流入配置于最上方的弯管15。流入配置于最上方的弯管15的热水在将多个翅片管11b与多个弯管15串联连接而成的一系列的通水路中，以在正面部12a与背面部12c相向的方向上折回的方式流动。最后，热水从第一出水部10b流出。

接着，将本实施方式的作用效果与比较例对比而进行说明。

参照图7，比较例1的热交换装置200主要在二次热交换器20经由连接管60而连接于一次热交换器10的第二传热管部112的方面，与本实施方式的热交换装置200不同。

比较例1的热交换装置200中，从二次热交换器20流入一次热交换器10的水在第二传热管部112、第一传热管部111及本体管部13中依次流动。燃烧气体与水的热交换量在一次热交换部11中大于本体管部13。因此，水从二次热交换器20经由连接管60而流入一次热交换部11的第二传热管部112及第一传热管部111，由此在一次热交换器10中将水有效地加热。因此，可提高热交换效率。

但是，第一传热管部111及第二传热管部112中的热交换量大，因而从第一传热管部111流入本体管部13的水的温度成为接近热水流出温度的高温。因此，在本体管部13中流动的水的温度成为接近热水流出温度的高温。此时，温度高的水在管内部容易产生水垢，因而在本体管部13的内部容易产生水垢。若在本体管部13的内部产生水垢，则可能水垢堵塞本体管部13而导致本体管部13产生龟裂。

参照图8，比较例2的热交换装置200主要在二次热交换器20经由连接管60而连接于一次热交换器10的第一传热管部111的方面，与本实施方式的热交换装置200不同。

比较例2的热交换装置200中，从二次热交换器20流入一次热交换器10的水在第一传热管部111、第二传热管部112及本体管部13中依次流动。比较例2的热交换装置200中，从第一传热管部111流入本体管部13的水的温度也成为接近热水流出温度的高温。因而，在本体管部13中流动的水的温度成为接近热水流出温度的高温。因此，在本体管部13的内部容易产生水垢。

而且，比较例2的热交换装置200中，水从配置于较第一传热管部111更靠下方的第二传热管部112经由连接管60而流动至配置于较第一传热管部111更靠上方的本体管部13。因此，当从一次热交换器10排出水时，为了将第二传热管部112中蓄积的水排出而需要在第二传热管部112中设置排出塞。由此，有成本变高等问题。

相对于比较例1及比较例2，根据本实施方式的热交换装置200，如图6及图9所示，将第一传热管部111连接于配置成相对于燃烧器30而更靠近一次热交换部11的本体管部13，因而借由在本体管部13中与燃烧气体进行热交换而经加热的水流入第一传热管部111。因此，与水从二次热交换器20不经由本体管部13而流入第一传热管部111的情况相比，第一传热管部111的热交换效率降低。但是，一次热交换部11包含连接于本体管部13的第一传热管部111、及连接于第一传热管部111且相对于第一传热管部111而配置于与本体管部13相反的一侧的第二传热管部112。因此，与在一次热交换部11中将传热管部配置成一段的情况相比，能够提高一次热交换部11的热交换量。由此，能够提高热交换效率。

进而，本体管部13连接于将一次热交换器10与二次热交换器20连接的连接管60，因而能够使水从二次热交换器20经由连接管60而流入本体管部13。因此，与水从一次热交换部11流入本体管部13的情况相比，能够降低流入本体管部13的水的温度，因而能够降低在本体管部13中流动的水的温度。由此，能够抑制在本体管部13的内部产生水垢。因此，根据本实施方式的热交换装置200，能够提高热交换效率并且抑制在本体管部13的内部产生水垢。

而且，本实施方式的热交换装置200中，第一传热管部111配置于上下方向上较第二传热管部112更靠上方，因而水从上下方向上配置于上方的第一传热管部111流动至配置于下方的第二传热管部112。因此，容易从第一传热管部111及第二传热管部112排出水。由此，能够提高一次热交换器10的排水性。进而，从一次热交换器10排出水时，无需为了将第二传热管部112中蓄积的水排出而在第二传热管部112中设置排出塞。由此，能够抑制成本变高。

如图2及图3所示，本实施方式的热交换装置200中，第一进水部10a、第一出水部10b、第二进水部20a及第二出水部20b配置成均朝向相同方向开口。因此，能够将连接于第一进水部10a及第二出水部20b的连接管60、连接于第一出水部10b的配管以及连接于第二进水部20a的配管分别从相同方向连接。因此，能够提高热交换装置200的组装性。

如图2及图6所示，本实施方式的热交换装置200中，第二出水部20b配置成相对于燃烧器30而更靠近第二进水部20a。因此，二次热交换器20中，能够使从燃烧器30供给的燃烧气体流动的方向、与水从第二进水部20a向第二出水部20b流动的方向相反。因此，二次热交换器20中，能够从第二进水部20a向第二出水部20b一面逐渐提高水的温度，一面在水与燃烧气体之间进行热交换。由此，能够提高二次热交换器20的热交换效率。

如图1及图6所示，本实施方式的热源机100包括所述热交换装置200、以及可对一次热交换器10及二次热交换器20依次供给燃烧气体的燃烧器30。根据本实施方式的热源机100，能够提供一种包括热交换装置200的热源机100，所述热交换装置200能够提高热交换效率并且抑制在本体管部13的内部产生水垢。

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而非所述说明来揭示，是指包括与权利要求均等的含意及范围内的所有变更。