特開 2024-115867 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】P2024115867

(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】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023021743

(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】内部に燃焼ガスが流れる筐体1内に、吸熱フィン２を貫通する吸熱管３が燃焼ガスの流れ方向に２段に分けて夫々Ｙ軸方向（燃焼ガスの流れ方向に交差する方向）に並べて複数配置される熱交換器において、吸熱管相互の熱膨張差によって筐体１に作用する応力を軽減して、耐久性を向上できるようにする。
【解決手段】全ての吸熱管３を直列に接続する接続部を、Ｙ軸方向一方からＹ軸方向他方に向けて一方の段の吸熱管３と他方の段の吸熱管３とに交互に被加熱流体が流れるように構成する。
【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２段に分けて夫々Ｙ軸方向に並べて複数配置されるものにおいて、
接続部は、Ｙ軸方向一方からＹ軸方向他方に向けて一方の段の吸熱管と他方の段の吸熱管とに交互に被加熱流体が流れるように、これら吸熱管を接続する構造に構成されることを特徴とする熱交換器。

【請求項2】

前記Ｙ軸方向は上下方向であることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。

【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２段に分けて夫々Ｙ軸方向に並べて複数配置し、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上流側の第１段と、燃焼ガスの流れ方向下流側の第２段との２段に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、第１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ものとして、第１段の蛇行流路の下流端の吸熱管と第２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、第１段の蛇行流路から第２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第１段の蛇行流路の上流端の吸熱管（冷たい被加熱流体が流入する吸熱管）と第２段の蛇行流路の下流端の吸熱管（加熱された被加熱流体が流出する吸熱管）とが夫々Ｙ軸方向一方の最外側に位置して近接する。そのため、当該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２段に分けて夫々Ｙ軸方向に並べて複数配置されるものにおいて、接続部は、Ｙ軸方向一方からＹ軸方向他方に向けて一方の段の吸熱管と他方の段の吸熱管とに交互に被加熱流体が流れるように、これら吸熱管を接続する構造に構成されることを特徴とする。

【0007】

本発明によれば、一方の段の各吸熱管と当該各吸熱管に最寄りの他方の段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。

【0008】

また、本発明においては、Ｙ軸方向は上下方向であることが望ましい。これによれば、一方と他方の両段の吸熱管からの水抜きを支障なく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【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】

【0010】

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で左端）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３と、これら吸熱管３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４とを備えている。各吸熱管３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。尚、筐体１のＹ軸方向片側の側板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。

【0011】

吸熱管３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段に分けて夫々Ｙ軸方向に並べて複数配置されている。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３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３，３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３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３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３が貫通する。

【0012】

ここで、従来は、第１と第２の各段の吸熱管３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、第１と第２の２段の蛇行流路を設けている。そして、第１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♯１１と♯１６の吸熱管３として、第１段の蛇行流路の下流端の♯１６の吸熱管３１と第２段の蛇行流路の上流端の吸熱管たるＹ軸方向他方の最外側に位置する♯２５の吸熱管３とを接続し、第１段の蛇行流路から第２段の蛇行流路に被加熱流体が流れるようにしている。そのため、最も温度差が大きくなる第１段の蛇行流路の上流端の吸熱管と第２段の蛇行流路の下流端の吸熱管とが共にＹ軸方向一方の最外側に位置する♯１１の吸熱管３と♯２１の吸熱管３となって近接する。その結果、上述したように筐体１のＸ軸方向各側の側板１１，１２に作用する応力が大きくなってしまう。

【0013】

そこで、本実施形態では、接続部４を、Ｙ軸方向一方からＹ軸方向他方に向けて第１段の吸熱管３と第２段の吸熱管３とに交互に被加熱流体が流れるように、これら吸熱管３を接続する構造に構成している。具体的には、筐体１のＸ軸方向一側の側板１１の外側に、第１段の♯１１と第２段の♯２１との両吸熱管３，３と、第１段の♯１２と第２段の♯２２との両吸熱管３，３と、第１段の♯１３と第２段の♯２３の両吸熱管３１，３と、第１段の♯１４と第２段の♯２４の両吸熱管３，３と、第１段の♯１５と第２段の♯２５の両吸熱管３，３とを夫々接続する５つのＵ字管４１を設けると共に、筐体１のＸ軸方向他側の側板１２の外側に、第２段の♯２１と第１段の♯１２の両吸熱管３，３と、第２段の♯２２と第１段の♯１３の両吸熱管３，３と、第２段の♯２３と第１段の♯１４の両吸熱管３，３と、第２段の♯２４と第１段の♯１５の両吸熱管３，３と、第２段の♯２５と第１段の♯１６の両吸熱管３，３とを夫々接続する５つのＵ字管４２を設け、これらＵ字管４１，４２で接続部４を構成している。そして、第１段の♯１１の吸熱管３１に、筐体１のＸ軸方向他側の側板１２の外側で端部に流入口４３ａを有する流入側ジョイント４３を接続し、第１段の♯１６の吸熱管３１に、筐体１のＸ軸方向一側の側板１１の外側で端部に流出口４４ａを有する流出側ジョイント４４を接続している。これにより、被加熱流体は、♯１１の吸熱管３から♯２１の吸熱管３１と♯１２の吸熱管３１と♯２２の吸熱管３と♯１３の吸熱管３と♯２３の吸熱管３と♯１４の吸熱管３と♯２４の吸熱管３と♯１５の吸熱管３と♯２５の吸熱管３とを順に経て♯１６の吸熱管３に流れる。

【0014】

本実施形態によれば、第１段の各吸熱管３と当該各吸熱管３に最寄りの第２段の各吸熱管３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。

【0015】

ところで、接続部４を上記の如く構成した場合、Ｙ軸方向が水平であると、吸熱管３１からの水抜きが困難になる。そこで、本実施形態では、Ｙ軸方向が上下方向になるようにしている。これによれば、Ｙ軸方向一方の最外側たる最下方の♯１１の吸熱管３に連なる流入側配管に設けた水抜き栓を開くことで、全ての吸熱管３から支障なく水抜きすることができる。

【0016】

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るものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することができる。

【符号の説明】

【0017】

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…吸熱管、４…接続部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】