热交换器以及包括此热交换器的热水装置的制作方法

1.本发明涉及一种热交换器、以及包括其的热水装置，所述热交换器用作供热水装置等热水装置的构成元件，是利用导热管从燃烧气体等加热用介质回收热的类型。


背景技术：

2.作为热交换器的一例，有专利文献1中所记载的热交换器。
3.专利文献1所记载的热交换器中，作为用来从燃烧气体回收热的导热管，使用蛇行状导热管。蛇行状导热管是多个直管部经由多个弯管部相连的结构。在所述文献中，作为这种蛇行状导热管，使用多根导热管，且所述多根导热管例如沿着上下高度方向层叠。而且，互相相邻的导热管彼此被设定为例如沿着水平方向错位的排列，以便燃烧气体容易作用于各导热管。
4.另一方面，所述各导热管中，弯管部被加工成扁平状，厚度小于直管部。由此，能够使互相邻接的导热管彼此互相接近。从而能够减小多根导热管整体的层叠方向的宽度，使热交换器整体的尺寸变小。
5.然而，根据所述以往技术，如下所述，尚有应改善的余地。
6.第一，由于将蛇行状导热管的各弯管部的整体形成为扁平状，因此存在加热对象流体在导热管的内部流通时的阻力(流路阻力)变大的弊端。
7.第二，由于用来将各弯管部的整体形成为扁平状的加工量多，因此残留应力变大。这导致导热管发生应力开裂而不佳。在使用热交换器时，例如水锤现象导致存在大的压力作用于导热管的情形，因此希望所述残留应力尽量小。
8.第三，作为将蛇行状导热管的各弯管部设为扁平状的方法，例如如图13所示，考虑对于导热管2e的弯管部21，沿着与弯管部21的弯曲方向交叉的方向进行压制加工的方法。但是，如果进行这种压制加工，那么会如箭头na所示，产生向弯管部21的两端打开的方向变形的力。在专利文献1中，压制加工量多，因此容易发生所述变形，而有导热管2e变得与原来的规格不同的担忧。
9.[现有技术文献]
[0010]
[专利文献]
[0011]
[专利文献1]日本专利第4143431号公报


技术实现要素：

[0012]
[发明所要解决的课题]
[0013]
本发明的目的在于提供一种热交换器、以及包括其的热水装置，所述热交换器能够消除蛇行状导热管的流路阻力变大、或导热管产生很多残留应力等异常，同时能够使整体的尺寸适当变小。
[0014]
[解决课题的手段]
[0015]
为了解决所述课题，本发明采用以下技术手段。
[0016]
本发明的第一方面所提供的热交换器包括多根导热管，所述多根导热管中，互相交叉的x方向、y方向、z方向中，沿着x方向延伸且在z方向上隔开间隔排列的多个直管部具有经由多个弯管部连成一串的蛇行状形态，位于加热用介质流通的区域，在y方向上层叠，作为所述多根导热管，包括第一导热管以及第二导热管，所述第一导热管以及第二导热管以如下方式在z方向上互相错位：在y方向上互相相邻，且在沿着y方向观察时所述多个直管部彼此成为非重叠状态，同时所述多个弯管部的一部分彼此成为重叠状态，在所述第一导热管的所述各弯管部局部设置了向y方向凹陷的第一凹部，所述第二导热管的所述各弯管部的一部分嵌入所述第一凹部。
[0017]
优选的是所述第一导热管的所述各弯管部包括朝向y方向的一对侧面部，所述第一凹部设置于所述一对侧面部的各侧面部。
[0018]
优选的是所述第一导热管的所述各弯管部包括朝向y方向的一对侧面部，所述第一凹部仅设置于所述一对侧面部的其中一个侧面部。
[0019]
优选的是在所述第二导热管的所述各弯管部局部设置了向y方向凹陷的第二凹部，所述第一凹部以及第二凹部各自的形成位置彼此互相嵌合。
[0020]
优选的是所述第二导热管的结构与将形状以及尺寸与所述第一导热管相同的导热管上下反转而成的结构一致。
[0021]
优选的是所述第一导热管以及第二导热管使用金属制圆管构成。
[0022]
优选的是本发明的热交换器还包括：壳体，将所述第一导热管以及第二导热管收容到内部，且所述内部被供给所述加热用介质；及一对集管部，用来对所述第一导热管以及第二导热管分别进水以及出热水。
[0023]
优选的是x方向、y方向均为水平方向，z方向为上下高度方向。
[0024]
本发明的第二方面所提供的热水装置的特征在于包括本发明的第一方面所提供的热交换器。
[0025]
根据以下参照附图所进行的发明的实施方式的说明可以进一步了解本发明的其他特征以及优点。
附图说明
[0026]
图1是表示本发明的热交换器的一例的概略立体图。
[0027]
图2表示使用图1的热交换器的热水装置的概略结构，同图的实线所表示的热交换器相当于图1的ii
‑
ii剖面图。
[0028]
图3是图1的iii
‑
iii剖面图。
[0029]
图4是表示图1～图3所示的热交换器中所使用的导热管(第一导热管以及第二导热管)的立体图。
[0030]
图5a是图4所示的导热管的要部正面图，图5b是图5a的vb
‑
vb剖面图，图5c是图5a的箭视vc的侧视图，图5d是图5a的vd
‑
vd剖面图，图5e是图5a的ve
‑
ve剖面图。
[0031]
图6a是将图5a所示的导热管重叠的状态下的要部正面图，图6b是图6a的vib
‑
vib剖面图，图6c是图6a的vic
‑
vic剖面图。
[0032]
图7是表示本发明的其他例的立体图。
[0033]
图8a是图7所示的导热管的要部正面图，图8b是图8a的viiib
‑
viiib剖面图，图8c
是图8a的viiic
‑
viiic剖面图。
[0034]
图9是表示本发明的其他例的立体图。
[0035]
图10a是图9所示的导热管的要部正面图，图10b是图10a的xb
‑
xb剖面图，图10c是图10a的xc
‑
xc剖面图。
[0036]
图11是表示本发明的其他例的立体图。
[0037]
图12a是图11所示的导热管的要部正面图，图12b是图12a的xiib
‑
xiib剖面图，图12c是图12a的xiic
‑
xiic剖面图。
[0038]
图13是表示以往技术的作用的说明图。
具体实施方式
[0039]
以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行具体说明。
[0040]
图1～图3所示的热交换器he包括壳体1、蛇行状的多根导热管2、以及进水用及出热水用的一对集管部7a、7b。
[0041]
壳体1是上表面部以及下表面部开口的大致矩形筒状或框状，向所述壳体1的内部供给加热用介质。
[0042]
图2表示使用热交换器he的热水装置wh。所述热水装置wh中，在壳体1的上侧设置了燃烧器80、以及其他热交换器81。其他热交换器81是显热回收用的一次热交换器，本实施方式的热交换器he是潜热回收用的二次热交换器。在热水装置wh中，由燃烧器80产生的燃烧气体(加热用介质)向下行进，依序通过热交换器81、热交换器he，由此从燃烧气体依序回收显热以及潜热，利用所述回收的热对热水进行加热。所述热水被供向例如厨房的热水龙头、或浴室的热水龙头、浴缸等。
[0043]
多根导热管2是使用例如不锈钢等金属制圆管构成的蛇行状导热管，被收容到壳体1内。更具体而言，如图3所充分表示，各导热管2是如下蛇行状：沿着壳体1的前后方向(本发明中所说的x方向的一例)延伸、且在上下高度方向(本发明中所说的z方向的一例)隔开间隔排列的多个直管部20经由侧视为半圆弧状的多个弯管部21而连成一串。
[0044]
各导热管2的两端部贯穿壳体1的侧壁部10，且连接于在所述侧壁部10的外表面侧设置的集管部7a、集管部7b。由此，从外部向集管部7a供给的热水通过各导热管2内并到达集管部7b，流出。在这种过程中，所述热水被燃烧气体加热。
[0045]
多根导热管2被划分为第一导热管2a以及第二导热管2b，并在这些导热管设置第一凹部3a以及第二凹部3b。以下，更详细地对这方面进行说明。
[0046]
多根导热管2沿着壳体1的横宽方向(为图2的左右方向，本发明所说的y方向的一例)排列，互相相邻的导热管2彼此在上下高度方向上错开适当的尺寸la而设置。在本实施方式中，高度低的一侧为第一导热管2a(2)，高度高的一侧为第二导热管2b(2)。这些第一导热管2a以及第二导热管2b以多个直管部20彼此在上下高度方向上互相不重叠的方式错位。但是多个弯管部21的一部分彼此互相重叠(图3的符号ov所示的位置为重叠部ov)。
[0047]
如图4所示，第一凹部3a设置于第一导热管2a的各弯管部21中相当于所述重叠部ov的位置，并向y方向凹陷。如图5a～图5e所充分表示，第一凹部3a是偏离各弯管部21的中心线cl的配置，且设置于各弯管部21的左右一对侧面部(朝向y方向的一对侧面部)各侧面部。即，在各弯管部21设置了左右一对第一凹部3a，且所述左右一对第一凹部3a互相相向。
由此，各弯管部21的一对第一凹部3a的形成位置的宽度lb小于其他部分的宽度lc(相当于导热管2的外径)。第一凹部3a可通过对各弯管部21实施局部压制加工而形成。
[0048]
第二凹部3b设置于第二导热管2b的各弯管部21中相当于所述重叠部ov的位置，并向y方向凹陷。此处，本实施方式中的第二导热管2b与使第一导热管2a上下反转而成的结构一致。因此，第二凹部3b与所述第一凹部3a同样，设置于各弯管部21的左右一对侧面部各侧面部，左右一对第二凹部3b互相相向。
[0049]
多根第一导热管2a以及第二导热管2b被设定成第一凹部3a的形成位置与第二凹部3b的形成位置互相嵌合的状态，即第二凹部3b的形成位置嵌入第一凹部3a且第一凹部3a的形成位置嵌入第二凹部3b的状态(参照图2以及图6a～图6c)。
[0050]
接下来，对所述热交换器he的作用进行说明。
[0051]
首先，如已说明那样，在第一导热管2a以及第二导热管2b的各弯管部21的重叠部ov中，第一凹部3a以及第二凹部3b的形成位置彼此互相嵌合。因此，可如图2的局部放大图所示，将第一导热管2a以及第二导热管2b各自的直管部20彼此设为沿着壳体1的横宽方向重叠适当尺寸ld的配置。从而能够减小多根导热管2整体的横宽l1，使热交换器he整体的尺寸变小。
[0052]
第一导热管2a以及第二导热管2b并非各弯管部21的整体形成为扁平状的结构，仅仅是将第一凹部3a以及第二凹部3b局部设置于各弯管部21。因此，能够减小热水在各弯管部21内流通时的阻力(流路阻力)。而且，第一凹部3a以及第二凹部3b的尺寸相对较小，因此在通过压制加工而在各弯管部21形成这些凹部的情形时，能够减少其压制加工量(变形量)。因此，也可以减小压制加工形成的残留应力，而使第一导热管2a以及第二导热管2b的耐久强度变得优异。进而，如果对弯管部21的压制加工量多，那么有导热管2以弯管部21的两端部打开的方式变形的担忧，根据本实施方式，也能够消除这种担忧。
[0053]
进而，在本实施方式中，在各弯管部21的左右一对侧面部各侧面部设置了第一凹部3a以及第二凹部3b的任一者。因此，与如例如下文所述的其他实施方式那样仅在所述一对侧面部的其中一个侧面部设置第一凹部3a以及第二凹部3b的任一者的情形时相比，能够减小第一凹部3a以及第二凹部3b的深度尺寸，并且减小多根导热管2的整体的横宽l1。如果增大第一凹部3a以及第二凹部3b的深度尺寸，那么有对这些部分压制加工的情形时的残留应力增大的担忧，根据本实施方式，能够适当避免这种担忧。
[0054]
如已说明那样，第二导热管2b与使第一导热管2a上下反转而成的结构一致。因此，与使用形状或尺寸不同的导热管作为第一导热管2a以及第二导热管2b的情形时相比，能够使热交换器he的制造成本变得低廉。
[0055]
图7～图12c表示本发明的其他实施方式。在这些图中，对与所述实施方式相同或类似的要素标注与所述实施方式相同的符号。
[0056]
在图7～图8c所示的实施方式中，仅在第一导热管2a以及第二导热管2b各自的弯管部21的左右一对侧面部中的一个侧面部设置了第一凹部3a以及第二凹部3b的任一者。在另一个侧面部未设置第一凹部3a以及第二凹部3b的任一者。第二导热管2b与所述实施方式同样，相当于使第一导热管2a上下反转而成的结构。
[0057]
如图8c所充分表示，在第一导热管2a的弯管部21的单侧，第二凹部3b的形成位置嵌入第一凹部3a的形成位置。与此相对，在第一导热管2a的弯管部21的与所述单侧相反的
单侧，设为未形成第一凹部3a以及第二凹部3b的位置彼此相向接触或相向接近的配置。
[0058]
在本实施方式中，如图8b所示，能够使第一导热管2a以及第二导热管2b的直管部20彼此在壳体1的横宽方向上重叠适当的尺寸le。因此，与所述实施方式同样地，能够减小多根导热管2(2a、2b)的整体的横宽。与将第一凹部3a以及第二凹部3b设置于弯管部21的左右一对侧面部各侧面部的所述实施方式相比，也能够简化各导热管2的结构。
[0059]
在图9～图10c所示的实施方式中，在第一导热管2a中，在各弯管部21的左右一对侧面部设置了一对第一凹部3a，与此相对，在第二导热管2b未设置相当于第二凹部3b的部位。作为第二导热管2b，可以使用现有的蛇行状管体。如图10c所充分表示，第二导热管2b的弯管部21的一部分直接嵌入第一导热管2a的一对第一凹部3a。
[0060]
在本实施方式中，如图10b所示，能够使第一导热管2a以及第二导热管2b的直管部20彼此在壳体1的横宽方向上重叠适当的尺寸lf。因此，与所述实施方式同样地，能够减小多根导热管2(2a、2b)的整体的横宽。作为第二导热管2b，可以使用不包括第二凹部3b的现有的导热管，因此能够使制造成本变得低廉。
[0061]
在图11～图12c所示的实施方式中，在第一导热管2a中，仅在各弯管部21的左右一对侧面部的其中一个侧面部设置了第一凹部3a。在第二导热管2b未设置相当于第二凹部3b的部位。如图12c所充分表示，第一导热管2a中，第二导热管2b的弯管部21的一部分嵌入第一凹部3a，与此相对，第二导热管2b的弯管部21的外周面抵接或靠近与第一凹部3a相反的单侧。
[0062]
在本实施方式中，如图12b所示，能够使第一导热管2a以及第二导热管2b的直管部20彼此在壳体1的横宽方向上重叠适当的尺寸lg。因此，与所述实施方式同样地，能够减小多根导热管2(2a、2b)的整体的横宽。作为第二导热管2b，可以使用不包括第二凹部3b的现有的导热管，而且，在第一导热管2a中，仅在单侧设置第一凹部3a，由此能够使制造成本变得低廉。
[0063]
本发明并不限定于所述实施方式的内容。本发明的热交换器、以及热水装置的各部的具体结构可以在本发明所意图的范围内自由地进行各种设计变更。
[0064]
第一凹部以及第二凹部的具体形状、尺寸、深度等并无限定。在将第一凹部以及第二凹部设置于导热管的弯管部的左右一对侧面部各侧面部的情形、以及仅设置于这些侧面部的其中一个侧面部的情形时，所述第一凹部以及第二凹部的形状等也可以不同。
[0065]
在所述实施方式中，将在上下高度方向上错位的多根导热管中高度低的一侧的导热管设为第一导热管，将另一侧的导热管设为第二导热管进行说明，但不限定于此，也可以与上述实施方式相反。
[0066]
此外，在所述实施方式中，本发明所说的x方向、y方向为水平方向，且z方向相当于上下高度方向，但本发明并不限定于此，可以适当选择它们的方向。例如，也可以设为将大致水平倒伏姿态的多根导热管沿着上下高度方向层叠(排列)的结构、即设为y方向为上下高度方向的结构。在所述情形时，能够减小多根导热管整体的上下高度方向的宽度，使热交换器的尺寸变小。
[0067]
导热管为蛇行状，但直管部以及弯管部的具体尺寸、数量、材质等并无限定。导热管可通过对单一的管体构件实施弯曲加工而形成，除此以外，也可以用分开的构件形成直管部与弯管部，且将这些连接成一体。
[0068]
本发明所说的加热用介质不限于由燃烧器产生的燃烧气体，也可以为高温排气等。本发明的热交换器可设为潜热回收用以外的热交换器。本发明所说的热水装置的概念除了包括一般供热水用或洗浴供热水用等的供热水装置以外，还包括热水供暖用、或化雪用等的热水装置。