特開 2024-115866 熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024115866

(43)【公開日】2024-08-27

(54)【発明の名称】熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F28F 1/32 20060101AFI20240820BHJP

   F28F 9/013 20060101ALI20240820BHJP

【ＦＩ】

F28F1/32 W

F28F9/013 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023021742

(22)【出願日】2023-02-15

(71)【出願人】

【識別番号】000115854

【氏名又は名称】リンナイ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000305

【氏名又は名称】弁理士法人青莪

(72)【発明者】

【氏名】根木 英尚

(72)【発明者】

【氏名】長坂 敏充

(57)【要約】

【課題】筐体１内に燃焼ガスの流れ方向に複数段、例えば、２段に分けて配置された吸熱管３１を各段毎にＹ軸方向一方から他方に亘って結ぶ各段の蛇行流路３_１，３_２が構成され、一方の段の蛇行流路３_１から他方の段の蛇行流路３_２に被加熱流体が流れるようにした熱交換器において、温度差が最も大きくなる一方の段の蛇行流路３_１の上流端の吸熱管３１と他方の段の蛇行流路３_２の下流端の吸熱管３１との位置が近いと、両吸熱管の熱膨張量の差による大きな応力が筐体１に作用して耐久性を損なうため、これを防止する。
【解決手段】各段の蛇行流路３_１，３_２の上流端の吸熱管をＹ軸方向一方の最外側に位置する♯１１と♯２１の吸熱管３１とし、各段の蛇行流路３_１，３_２の下流端の吸熱管をＹ軸方向他方の最外側に位置する♯１６と♯２５の吸熱管３１とする。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼ガスにより加熱される熱交換器であって、
内部に燃焼ガスが流れる角筒状の筐体と、筐体内の燃焼ガスの流れ方向に交差する直交２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として、筐体内にＸ軸方向に積層して配置された複数の吸熱フィンと、これら吸熱フィン及び筐体のＸ軸方向両側の側板をＸ軸方向に貫通し、内部に被加熱流体が流れる複数の吸熱管と、これら吸熱管を筐体のＸ軸方向両側の側板の外側で直列に接続する接続部とを備え、
吸熱管は、燃焼ガスの流れ方向に複数段に分けて配置され、各段の複数の吸熱管とこれら吸熱管を接続する各段用の接続部とで、これら各段の吸熱管をＹ軸方向一方の最外側に位置するものからＹ軸方向他方の最外側に位置するものに亘って結ぶ蛇行流路が構成されて、蛇行流路が燃焼ガスの流れ方向に複数段設けられ、燃焼ガスの流れ方向に隣接する一方の段の蛇行流路の下流端の吸熱管と燃焼ガスの流れ方向に隣接する他方の段の蛇行流路の上流端の吸熱管とが接続されて、燃焼ガスの流れ方向に隣接する一方の段の蛇行流路から燃焼ガスの流れ方向に隣接する他方の段の蛇行流路に被加熱流体が流れるようにしたものにおいて、
各段の蛇行流路の上流端の吸熱管をＹ軸方向一方の最外側に位置する吸熱管とすると共に、各段の蛇行流路の下流端の吸熱管をＹ軸方向他方の最外側に位置する吸熱管とすることを特徴とする熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃焼ガスにより加熱される熱交換器であって、内部に燃焼ガスが流れる角筒状の筐体と、筐体内の燃焼ガスの流れ方向に交差する直交２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として、筐体内にＸ軸方向に積層して配置された複数の吸熱フィンと、これら吸熱フィン及び筐体のＸ軸方向両側の側板をＸ軸方向に貫通し、内部に被加熱流体が流れる複数の吸熱管と、これら吸熱管を筐体のＸ軸方向両側の側板の外側で直列に接続する接続部とを備えるものに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の熱交換器において、吸熱管を、燃焼ガスの流れ方向に複数段に分けて配置し、各段の複数の吸熱管とこれら吸熱管を接続する各段用の接続部とで、これら各段の吸熱管をＹ軸方向一方の最外側に位置するものからＹ軸方向他方の最外側に位置するものに亘って結ぶ蛇行流路を構成して、蛇行流路を燃焼ガスの流れ方向に複数段設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このものでは、燃焼ガスの流れ方向に隣接する一方の段の蛇行流路の上流端の吸熱管と下流端の吸熱管とを夫々Ｙ軸方向一方の最外側とＹ軸方向他方の最外側とに位置する吸熱管として、燃焼ガスの流れ方向に隣接する一方の段のＹ軸方向他方の最外側に位置する下流端の吸熱管と燃焼ガスの流れ方向に隣接する他方の段の蛇行流路のＹ軸方向他方の最外側に位置する上流端の吸熱管とを接続して、燃焼ガスの流れ方向に隣接する一方の段の蛇行流路から他方の段の蛇行流路に被加熱流体が流れるようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－１３７２０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、吸熱管がその長手方向たるＸ軸方向に熱膨張すると、吸熱管が貫通してロウ付けされる筐体のＸ軸方向各側の側板がＸ軸方向に押される。上記従来例の熱交換器では、温度差が最も大きくなる２つの吸熱管、即ち、燃焼ガスの流れ方向に隣接する一方の段の蛇行流路の上流端の吸熱管と他方の段の蛇行流路の下流端の吸熱管とが夫々Ｙ軸方向一方の最外側に位置して近接するため、両吸熱管の熱膨張量の違いによって筐体のＸ軸方向各側の側板に大きな応力が作用する。そして、この応力が繰り返し作用することで側板に亀裂が入ってしまう。

【0005】

本発明は、以上の点に鑑み、筐体のＸ軸方向各側の側板に作用する応力を軽減して耐久性を向上できるようにした熱交換器を提供することをその課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明は、燃焼ガスにより加熱される熱交換器であって、内部に燃焼ガスが流れる角筒状の筐体と、筐体内の燃焼ガスの流れ方向に交差する直交２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として、筐体内にＸ軸方向に積層して配置された複数の吸熱フィンと、これら吸熱フィン及び筐体のＸ軸方向両側の側板をＸ軸方向に貫通し、内部に被加熱流体が流れる複数の吸熱管と、これら吸熱管を筐体のＸ軸方向両側の側板の外側で直列に接続する接続部とを備え、吸熱管は、燃焼ガスの流れ方向に複数段に分けて配置され、各段の複数の吸熱管とこれら吸熱管を接続する各段用の接続部とで、これら各段の吸熱管をＹ軸方向一方の最外側に位置するものからＹ軸方向他方の最外側に位置するものに亘って結ぶ蛇行流路が構成されて、蛇行流路が燃焼ガスの流れ方向に複数段設けられ、燃焼ガスの流れ方向に隣接する一方の段の蛇行流路の下流端の吸熱管と燃焼ガスの流れ方向に隣接する他方の段の蛇行流路の上流端の吸熱管とが接続されて、燃焼ガスの流れ方向に隣接する一方の段の蛇行流路から燃焼ガスの流れ方向に隣接する他方の段の蛇行流路に被加熱流体が流れるようにしたものにおいて、各段の蛇行流路の上流端の吸熱管をＹ軸方向一方の最外側に位置する吸熱管とすると共に、各段の蛇行流路の下流端の吸熱管をＹ軸方向他方の最外側に位置する吸熱管とすることを特徴とする。

【0007】

本発明によれば、温度差が最も大きくなる２つの吸熱管である燃焼ガスの流れ方向に隣接する一方の段の蛇行流路の上流端の吸熱管と他方の段の蛇行流路の下流端の吸熱管とがＹ軸方向一方の最外側とＹ軸方向他方の最外側とに可及的に離れて配置されることになる。そして、燃焼ガスの流れ方向に隣接する一方の段の蛇行流路の各吸熱管と当該各吸熱管に最寄りの他方の段の蛇行流路の各吸熱管との温度差が小さくなる。そのため、筐体のＸ軸方向各側の側板に作用する応力を軽減することができ、耐久性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態の熱交換器の斜視図。

【図2】実施形態の熱交換器の図１とは反対方向から見た斜視図。

【図3】図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線で切断した断面図。

【図4】図３のＩＶ－ＩＶ線で切断した切断側面図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１乃至図４を参照して、本発明の実施形態の熱交換器Ａは、一端（図３、図４で上端）に図外のバーナが装着される筐体１を備えている。筐体１内には、バーナから噴出する混合気の燃焼で生ずる燃焼ガスが流れ、この燃焼ガスにより熱交換器Ａが加熱される。図３、図４に矢印ａで示す筐体１内の燃焼ガスの流れ方向に交差する直交２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として、筐体１は、Ｘ軸方向両側の側板１１，１２と、Ｙ軸方向両側の側板１３，１４とを有する角筒状である。熱交換器Ａは、更に、筐体１内にＸ軸方向に積層して配置された複数の吸熱フィン２と、これら吸熱フィン２及び筐体１のＸ軸方向両側の側板１１，１２をＸ軸方向に貫通し、内部に被加熱流体が流れる複数の吸熱管３１と、これら吸熱管３１を筐体１のＸ軸方向両側の側板１１，１２の外側で直列に接続する接続部３２とを備えている。尚、各吸熱管３１は、各吸熱フィン２と各側板１１，１２とに貫通状態でロウ付けされる。

【0010】

吸熱管３１は、図３に明示されているように、燃焼ガスの流れ方向に２段に分けて配置されている。具体的には、燃焼ガスの流れ方向上流側の段である第１段に、Ｙ軸方向一方の最外側に位置するものからＹ軸方向他方の最外側に位置するものまでの♯１１～♯１６の６本の吸熱管３１を配置し、燃焼ガスの流れ方向下流側の段である第２段に、第１段の隣接する各吸熱管３１，３１間のＹ軸方向中心に管のＹ軸方向中心が合致するような位置関係で、Ｙ軸方向一方の最外側に位置するものからＹ軸方向他方の最外側に位置するものまでの♯２１～♯２５の５本の吸熱管３１を配置している。尚、各吸熱フィン２には、第１段の各吸熱管３１に合致するＹ軸方向位置で燃焼ガスの流れ方向上流側に膨出する各膨出部２１が設けられており、各膨出部２１を第１段の各吸熱管３１が貫通する。

【0011】

また、第１段の６本の吸熱管３１とこれら吸熱管３１を接続する第１段用の接続部３２_１とで、第１段の吸熱管３１をＹ軸方向一方の最外側に位置する♯１１の吸熱管３１からＹ軸方向他方の最外側に位置する♯１６の吸熱管３１に亘って結ぶ第１段の蛇行流路３_１が構成され、第２段の５本の吸熱管３１とこれら吸熱管３を接続する第２段用の接続部３２_２とで、第２段の吸熱管３１をＹ軸方向一方の最外側に位置する♯２１の吸熱管３１からＹ軸方向他方の最外側に位置する♯２５の吸熱管３１に亘って結ぶ第２段の蛇行流路３_２が構成されている。

【0012】

尚、第１段用の接続部３２_１は、筐体１のＸ軸方向一側の側板１１の外側に配置されている、♯１１と♯１２の吸熱管３１，３１と、♯１３と♯１４の吸熱管３１，３１と、♯１５と♯１６の吸熱管３１，３１とを夫々接続する３つのＵ字管３２_１ａと、筐体１のＸ軸方向他側の側板１２の外側に配置されている、♯１２と♯１３の吸熱管３１，３１と、♯１４と♯１５の吸熱管３１，３１とを夫々接続する２つのＵ字管３２_１ｂとで構成されている。また、第２段用の接続部３２_２は、筐体１のＸ軸方向一側の側板１１の外側に配置されている、♯２１と♯２２の吸熱管３１，３１と、♯２３と♯２４の吸熱管３１，３１とを夫々接続する２つのＵ字管３２_２ａと、筐体１のＸ軸方向他側の側板１２の外側に配置されている、♯２２と♯２３の吸熱管３１，３１と、♯２４と♯２５の吸熱管３１，３１とを夫々接続する２つのＵ字管３２_２ｂとで構成されている。

【0013】

ここで、第１段の蛇行流路３_１の上流端の吸熱管３１と下流端の吸熱管３１とを夫々Ｙ軸方向一方の最外側に位置する♯１１の吸熱管３１とＹ軸方向他方の最外側に位置する♯１６の吸熱管３１としている。そして、第１段の蛇行流路３_１の下流端の♯１６の吸熱管３１を第２段の蛇行流路３_２のＹ軸方向一方の最外側に位置する上流端の♯２１の吸熱管３１に筐体１のＸ軸方向他側の側板１２の外側でＹ軸方向に長手の管から成る中間接続部３２_１２を介して接続し、第１段の蛇行流路３_１から第２段の蛇行流路３_２に被加熱流体が流れるようにしている。第１段の蛇行流路３_１のＹ軸方向一方の最外側に位置する上流端の♯１１の吸熱管３１には、筐体１のＸ軸方向他側の側板１２の外側で流入管３３が接続され、第２段の蛇行流路３_２のＹ軸方向他方の最外側に位置する下流端の♯２５の吸熱管３１には、筐体１のＸ軸方向一側の側板１１の外側で端部に流出口３４ａを有する流出側ジョイント３４が接続される。尚、第１段用の接続部３２_１と第２段用の接続部３２_２と中間接続部３２_１２とで全ての吸熱管３１を直列に接続する接続部３２が構成されることになる。

【0014】

図３を参照して、筐体１のＹ軸方向一側の側板１３の吸熱フィン２より燃焼ガスの流れ方向上流側の部分の内側には、燃焼ガスの流れ方向上流側から順に管から成る第２と第６と第１０の３本の冷却流路３５_２，３５_６，３５_１０が側板１３に接するように配置されている。筐体１のＹ軸方向他側の側板１４の吸熱フィン２より燃焼ガスの流れ方向上流側の部分の内側にも、燃焼ガスの流れ方向上流側から順に管から成る第４と第８と第１２の３本の冷却流路３５_４，３５_８，３５_１２が側板１４に接するように配置されている。また、筐体１のＸ軸方向一側の側板１１の吸熱フィン２より燃焼ガスの流れ方向上流側の部分には、図１、図４に示す如く、第２冷却流路３５_２と第４冷却流路３５_４とを接続する第３冷却流路３５_３と、第６冷却流路３５_６と第８冷却流路３５_８とを接続する第７冷却流路３５_７と、第１０冷却流路３５_１０と第１２冷却流路３５_１２とを接続する第１１冷却流路３５_１１とが設けられている。更に、筐体１のＸ軸方向他側の側板１２の吸熱フィン２より燃焼ガスの流れ方向上流側の部分には、図２、図４に示す如く、第２冷却流路３５_２に接続される、端部に流入口３５_１ａが設けられた第１冷却流路３５_１と、第４冷却流路３５_４と第６冷却流路３５_６とを接続する第５冷却流路３５_５と、第８冷却流路３５_８と第１０冷却流路３５_１０とを接続する第９冷却流路３５_９とが設けられている。第１段の蛇行流路３_１の上流端の♯１１の吸熱管３１は、流入管３３を介して第１２冷却流路３５_１２に接続されている。そのため、被加熱流体は、流入口３５_１ａから第１乃至第１２冷却流路３５_１～３５_１２を経て第１段の蛇行流路３_１の上流端の♯１１の吸熱管３１に流入する。そして、これら第１乃至第１２冷却流路３５_１～３５_１２に流れる被加熱流体により筐体１の各側板１１～１４が冷却されるようにしている。

【0015】

尚、第３と第７と第１１の各冷却流路３５_３，３５_７，３５_１１と、第１と第５と第９の各冷却流路３５_１，３５_５，３５_９は、各側板１１，１２に形成した横方向内方への窪みとこの窪みを覆うように各側板１１，１２の外面に取付けた蓋３５１とで構成されている。また、筐体１のＹ軸方向他側の側板１４には、点火電極やフレームロッド等を挿通するための複数の穴１４１が形成されている。

【0016】

ところで、吸熱管３１がその長手方向たるＸ軸方向に熱膨張すると、吸熱管３１が貫通してロウ付けされる筐体１のＸ軸方向各側の側板１１，１２がＸ軸方向に押される。そして、温度差が最も大きくなる第１段の蛇行流路３_１の上流端の吸熱管３１と第２段の蛇行流路３_２の下流端の吸熱管３１とが共にＹ軸方向一方の最外側に位置すると、これら両吸熱管３１，３１の熱膨張量の違いによって筐体１のＸ軸方向各側の側板１１，１２に大きな応力が作用する。そして、この応力が繰り返し作用することで側板１１，１２に亀裂が入ってしまう。

【0017】

これに対し、本実施形態では、第１と第２の各段の蛇行流路３_１，３_２の上流端の吸熱管が共にＹ軸方向一方の最外側に位置する♯１１と♯２１の吸熱管３１になり、第１と第２の各段の蛇行流路３_１，３_２の下流端の吸熱管が共にＹ軸方向他方の最外側に位置する♯１６と♯２５の吸熱管３１になる。即ち、温度差が最も大きくなる２つの吸熱管である第１段の蛇行流路３_１の上流端の♯１１の吸熱管３１と第２段の蛇行流路３_２の下流端の♯２５の吸熱管３１とがＹ軸方向一方の最外側とＹ軸方向他方の最外側とに可及的に離れて配置されることになる。そして、第１段の蛇行流路３_１の各吸熱管３１と当該各吸熱管３１に最寄りの第２段の蛇行流路３_２の各吸熱管３１との温度差が小さくなる。そのため、筐体１のＸ軸方向各側の側板１１，１２に作用する応力を軽減することができ、耐久性を向上できる。

【0018】

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、第１と第２の２段の蛇行流路３_１，３_２が設けられているが、蛇行流路を３段以上設けることも可能である。また、上記実施形態では、被加熱流体が第１段の蛇行流路３_１から第２段の蛇行流路３_２に流れるようにしているが、第２段の蛇行流路３_２から第１段の蛇行流路３_１に被加熱流体を流すようにすることも可能である。

【符号の説明】

【0019】

Ａ…熱交換器、１…筐体、１１，１２…筐体のＸ軸方向各側の側板、２…吸熱フィン、３_１…第１段の蛇行流路（一方の段の蛇行流路）、３_２…第２段の蛇行流路（他方の段の蛇行流路）、３１…吸熱管、３２…接続部、３２_１…第１段用の接続部、３２_２…第２段用の接続部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】