特開 2024-142004 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】P2024142004

(43)【公開日】2024-10-10

(54)【発明の名称】熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F24H 9/00 20220101AFI20241003BHJP

【ＦＩ】

F24H9/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023053936

(22)【出願日】2023-03-29

(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】笠松 敬

【テーマコード（参考）】

3L036

【Ｆターム（参考）】

3L036AA06

(57)【要約】

【課題】吸熱フィン２とバーリング加工された吸熱フィンの貫通孔２２に貫通する吸熱管３とを有する熱交換器であって、貫通孔２２のバーリング壁２３が欠落した欠落部２４の上方に位置するロー材保持部２５に保持されるロー材８を溶融させたときに、溶融ロー材が欠落部２４からバーリング壁２３と吸熱管３との間に浸透するようにしたものにおいて、欠落部２４に流下する溶融ロー材の割合を増加して、コストダウンを図ることができるようにする。
【解決手段】ロー材保持部２５は、欠落部２４よりも上方に所定距離延出されて、略全幅に亘りロー材８を保持するように形成される。また、吸熱フィン２に、ロー材保持部２５の両脇に位置する下方に窪む切欠き部２６を形成する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

加熱流体により加熱される熱交換器であって、
内部に加熱流体が流れる角筒状の筐体と、筐体内の加熱流体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を備え、
吸熱フィンに開設される吸熱管が貫通する貫通孔は、当該貫通孔の孔縁からＸ軸方向に突出するバーリング壁が設けられるバーリング加工孔で構成され、貫通孔の加熱流体の流れ方向上流側と下流側との一方に位置する部分は、バーリング壁が欠落した欠落部に形成され、吸熱フィンに、欠落部に対し加熱流体の流れ方向に隣接して、ロー材を保持するロー材保持部が設けられ、ロー材保持部を貫通孔よりも上方に位置させた状態でロー材を溶融させたときに、ロー材保持部から流下する溶融ロー材が欠落部からバーリング壁と吸熱管との間に浸透するようにしたものにおいて、
ロー材保持部は、当該ロー材保持部を貫通孔よりも上方に位置させた状態において、欠落部よりも上方に所定距離延出されて、Ｙ軸方向略全幅に亘りロー材を保持するように形成され、吸熱フィンに、ロー材保持部のＹ軸方向両脇に位置する切欠き部が形成され、切欠き部は、ロー材保持部を貫通孔よりも上方に位置させた状態において、ロー材保持部及び切欠き部のＹ軸方向外側に隣接する吸熱フィンの部分よりも下方に窪むように切り欠かれていることを特徴とする熱交換器。

【請求項2】

前記欠落部のＹ軸方向各側のコーナ部に、前記吸熱管の外周面に欠落部において対向する前記貫通孔の周面部分から欠落部を向く前記バーリング壁のＹ軸方向側面に亘って連続するねじられた連続面が存在することを特徴とする請求項１記載の熱交換器。

【請求項3】

前記欠落部のＹ軸方向幅は、前記ロー材保持部のＹ軸方向幅よりも狭いことを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、加熱流体により加熱される熱交換器であって、内部に加熱流体が流れる角筒状の筐体と、筐体内の加熱流体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を備えるものに関する。

【背景技術】

【0002】

元来、この種の熱交換器においては、吸熱フィンに開設される吸熱管が貫通する貫通孔を、当該貫通孔の孔縁からＸ軸方向に突出するバーリング壁が設けられるバーリング加工孔で構成している。貫通孔の加熱流体の流れ方向上流側と下流側との一方に位置する部分は、バーリング壁が欠落した欠落部に形成されている。また、吸熱フィンに、欠落部に対し加熱流体の流れ方向に隣接して、ロー材を保持するロー材保持部を設けている。そして、ロー材保持部を貫通孔よりも上方に位置させた状態でロー材を溶融させたときに、ロー材保持部から流下する溶融ロー材が欠落部からバーリング壁と吸熱管との間に浸透して、吸熱フィンと吸熱管とがバーリング壁においてロー付けされるようにしている。

【0003】

ここで、従来、ロー材保持部を、貫通孔よりも上方に位置させた状態において、貫通孔に向けて下方に円弧状に窪むように形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－６３０８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記従来例のものでは、ロー材保持部にロー材を確実に保持できるものの、以下の不具合を生ずることが判明した。即ち、ロー材保持部から溶融ロー材が吸熱フィンの側面を伝って流下する際、溶融ロー材は、ロー材保持部の縁から当該縁の法線方向に離れる方向の方向成分を持って流れ易い。そのため、円弧状に窪むロー材保持部の底部から立ち上がるＹ軸方向各側の側縁から流れ出す溶融ロー材が当該側縁から離れる方向、即ち、Ｙ軸方向外方に向かう方向成分を持って流れ、欠落部に流下しにくくなる。その結果、欠落部に流下する溶融ロー材の割合が減少して、ロー材の使用量を増加せざるを得なくなり、コストアップの要因になる。

【0006】

本発明は、以上の点に鑑み、欠落部に流下する溶融ロー材の割合を増加して、コストダウンを図ることが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】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明は、加熱流体により加熱される熱交換器であって、内部に加熱流体が流れる角筒状の筐体と、筐体内の加熱流体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を備え、吸熱フィンに開設される吸熱管が貫通する貫通孔は、当該貫通孔の孔縁からＸ軸方向に突出するバーリング壁が設けられるバーリング加工孔で構成され、貫通孔の加熱流体の流れ方向上流側と下流側との一方に位置する部分は、バーリング壁が欠落した欠落部に形成され、吸熱フィンに、欠落部に対し加熱流体の流れ方向に隣接して、ロー材を保持するロー材保持部が設けられ、ロー材保持部を貫通孔よりも上方に位置させた状態でロー材を溶融させたときに、ロー材保持部から流下する溶融ロー材が欠落部からバーリング壁と吸熱管との間に浸透するようにしたものにおいて、ロー材保持部は、当該ロー材保持部を貫通孔よりも上方に位置させた状態において、欠落部よりも上方に所定距離延出されて、Ｙ軸方向略全幅に亘りロー材を保持するように形成され、吸熱フィンに、ロー材保持部のＹ軸方向両脇に位置する切欠き部が形成され、切欠き部は、ロー材保持部を貫通孔よりも上方に位置させた状態において、ロー材保持部及び切欠き部のＹ軸方向外側に隣接する吸熱フィンの部分よりも下方に窪むように切り欠かれていることを特徴とする。

【0008】

本発明によれば、ロー材保持部のＹ軸方向の各側部から流下する溶融ロー材が、切欠き部側の側縁から離れる方向、即ち、Ｙ軸方向内方に向かう方向成分を持つ。そのため、ロー材保持部のＹ軸方向各側部から流下する溶融ロー材もロー材保持部のＹ軸方向中央部の真下に近付くように流れる。その結果、ロー材保持部の下に位置する欠落部に流下する溶融ロー材の割合が増加することになり、ロー材の使用量を減らしてコストダウンを図ることができる。

【0009】

また、本発明においては、欠落部のＹ軸方向各側のコーナ部に、吸熱管の外周面に欠落部において対向する貫通孔の周面部分から欠落部を向くバーリング壁のＹ軸方向側面に亘って連続するねじられた連続面が存在することが望ましい。ここで、通常は、後記詳述する如く、欠落部のＹ軸方向両側の各コーナ部に、貫通孔の上記周面部分とバーリング壁の上記Ｙ軸方向側面とを縁切りする凹欠部を形成しているが、これでは、欠落部に流下した溶融ロー材の一部が凹欠部に流入してここに留まり、バーリング壁と吸熱管との間に浸透する溶融ロー材の量が減少してしまう。これに対し、欠落部のＹ軸方向両側の各コーナ部に、凹欠部を形成せずに、上記の如くねじられた連続面が存在するようにすれば、バーリング壁と吸熱管との間に浸透する溶融ロー材の量が凹欠部への流入で減少することがなく、有利である。

【0010】

また、本発明において、欠落部のＹ軸方向幅は、ロー材保持部のＹ軸方向幅よりも狭いことが望ましい。ここで、ロー付け時にＹ軸方向が水平にならずに傾いていると、欠落部に流下した溶融ロー材が下り勾配側に片寄る。そして、欠落部のＹ軸方向幅が広いと、欠落部の上り勾配側に隣接するバーリング壁から溶融ロー材が離れて、このバーリング壁と吸熱管との間に溶融ロー材が浸透せず、ロー付け不良を生じてしまう。これに対し、欠落部のＹ軸方向幅を上記の如く狭くすれば、欠落部の上り勾配側に隣接するバーリング壁から溶融ロー材が離れて、ロー付け不良を生ずることを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【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。

【図5】図３の一部分の拡大図。

【図6】実施形態の熱交換器に設けられる吸熱フィンの一部の拡大斜視図。

【図7】（ａ）実施形態の熱交換器に設けられる吸熱フィンの欠落部のコーナ部の拡大斜視図、（ｂ）比較例の吸熱フィンの欠落部のコーナ部の拡大斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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加熱流体たる燃焼ガスが流れ、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、内部に水等の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とに貫通状態でロー付けされる。

【0013】

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。

【0014】

また、第１段の６本の吸熱管３とこれら吸熱管３を接続する第１段用の接続部４_１とで、第１段の吸熱管３をＹ軸方向一方の最外側に位置する♯１１の吸熱管３からＹ軸方向他方の最外側に位置する♯１６の吸熱管３に亘って結ぶ第１段の蛇行流路が構成され、第２段の５本の吸熱管３とこれら吸熱管３を接続する第２段用の接続部４_２とで、第２段の吸熱管３をＹ軸方向一方の最外側に位置する♯２１の吸熱管３からＹ軸方向他方の最外側に位置する♯２５の吸熱管３に亘って結ぶ第２段の蛇行流路が構成されている。

【0015】

尚、第１段用の接続部４_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３，３と、♯１３と♯１４の吸熱管３，３、♯１５と♯１６の吸熱管３，３とを夫々接続する３つのＵ字管４_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３，３と、♯１４と♯１５の吸熱管３，３とを夫々接続する２つのＵ字管４_１ｂとで構成されている。また、第２段用の接続部４_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、♯２２と♯２３の吸熱管３，３と、♯２４と♯２５の吸熱管３，３とを夫々接続する２つのＵ字管４_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、♯２１と♯２２の吸熱管３，３と、♯２３と♯２４の吸熱管３，３とを夫々接続する２つのＵ字管４_２ｂとで構成されている。

【0016】

第１段の蛇行流路の上流端たるＹ軸方向一方の最外側に位置する♯１１の吸熱管３には、筐体１のＸ軸方向他側の側板１２の外側で流入管５が接続されている。また、第１段の蛇行流路のＹ軸方向他方の最外側に位置する下流端の♯１６の吸熱管３を第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♯２５の吸熱管３に筐体１のＸ軸方向他側の側板１２の外側でＵ字管から成る中間接続部４_１２を介して接続し、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。更に、第２段の蛇行流路のＹ軸方向一方の最外側に位置する下流端の♯２１の吸熱管３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６ａを有する流出側ジョイント６が接続されている。尚、第１段用の接続部４_１と第２段用の接続部４_２と中間接続部４_１２とで全ての吸熱管３を直列に接続する接続部４が構成されることになる。

【0017】

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４と第８と第１２の３本の冷却流路７_４，７_８，７_１２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２と第６と第１０の３本の冷却流路７_２，７_６，７_１０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７_２と第４冷却流路７_４とを接続する第３冷却流路７_３と、第６冷却流路７_６と第８冷却流路７_８とを接続する第７冷却流路７_７と、第１０冷却流路７_１０と第１２冷却流路７_１２とを接続する第１１冷却流路７_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７_２に接続される、端部に被加熱流体が流入する流入口７_１ａが設けられた第１冷却流路７_１と、第４冷却流路７_４と第６冷却流路７_６とを接続する第５冷却流路７_５と、第８冷却流路７_８と第１０冷却流路７_１０とを接続する第９冷却流路７_９とが設けられている。第１段の蛇行流路の上流端の♯１１の吸熱管３は、流入管５を介して第１２冷却流路７_１２に接続されている。そのため、被加熱流体は、流入口７_１ａから第１乃至第１２冷却流路７_１～７_１２を経て第１段の蛇行流路の上流端の♯１１の吸熱管３に流入する。そして、これら第１乃至第１２冷却流路７_１～７_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。

【0018】

尚、第３と第７と第１１の各冷却流路７_３，７_７，７_１１と、第１と第５と第９の各冷却流路７_１，７_５，７_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７１とで構成されている。また、筐体１のＹ軸方向一側の側板１３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１３１が形成されている。

【0019】

次に、吸熱フィン２と吸熱管３とをロー付けするための構成について説明する。図５、図６を参照して、吸熱フィン２に開設される吸熱管３が貫通する貫通孔２２は、当該貫通孔２２の孔縁からＸ軸方向に突出するバーリング壁２３が設けられるバーリング加工孔で構成されている。貫通孔２２の燃焼ガスの流れ方向上流側に位置する部分は、バーリング壁２３が欠落した欠落部２４に形成されている。また、吸熱フィン２には、欠落部２４に対し燃焼ガスの流れ方向に隣接して、ロー材８を保持するロー材保持部２５が設けられている。そして、ロー材保持部２５を貫通孔２２よりも上方に位置させた状態でロー材８を溶融させたときに、ロー材保持部２５から流下する溶融ロー材が欠落部２４からバーリング壁２３と吸熱管３との間に浸透して、吸熱フィン２と吸熱管３とがロー付けされるようにしている。

【0020】

ここで、ロー材保持部２５は、当該ロー材保持部２５を貫通孔２２よりも上方に位置させた状態において、欠落部２４よりも上方に所定距離延出されている。そして、塗布されたペースト状のロー材８がロー材保持部２５のＹ軸方向略全幅に亘り保持されるようにロー材保持部２５が形成されている。尚、本実施形態において、ロー材保持部２５は、Ｙ軸方向全幅に亘り平坦であるが、一部に凹部が形成されていてもよい。また、吸熱フィン２には、ロー材保持部２５のＹ軸方向両脇に位置する切欠き部２６，２６が形成されている。この切欠き部２６は、ロー材保持部２５を貫通孔２２よりも上方に位置させた状態において、ロー材保持部２５及び切欠き部２６のＹ軸方向外側に隣接する吸熱フィン２の部分よりも下方に窪むように切り欠かれている。

【0021】

ロー材保持部２５にロー材８を塗布した後、炉中ロー付けを行うが、この際、ロー材保持部２５のＹ軸方向中間部から流下する溶融ロー材は、図５に矢印ａで示す如く欠落部２４に向けて流れる。また、ロー材保持部２５のＹ軸方向の各側部から流下する溶融ロー材は、切欠き部２６側の側縁２５ａから離れる方向、即ち、Ｙ軸方向内方に向かう方向成分を持って、図５に矢印ｂで示す如く、ロー材保持部２５のＹ軸方向中央部の真下に近付くように流れる。その結果、ロー材保持部２５の下に位置する欠落部２４に流下する溶融ロー材の割合が増加することになり、ロー材８の使用量を減らしてコストダウンを図ることができる。

【0022】

また、本実施形態では、欠落部２４のＹ軸方向幅をロー材保持部２５のＹ軸方向幅よりも狭くしている。ここで、炉中ロー付け時にＹ軸方向が水平にならずに傾いていると、欠落部２４に流下した溶融ロー材が下り勾配側に片寄る。そして、欠落部２４のＹ軸方向幅が広いと、欠落部２４の上り勾配側（例えば、図５で右下がり傾いている場合は欠落部２４の左側）に隣接するバーリング壁２３から溶融ロー材が離れて、このバーリング壁２３と吸熱管３との間に溶融ロー材が浸透せず、ロー付け不良を生じてしまう。これに対し、欠落部２４のＹ軸方向幅を上記の如く狭くすれば、欠落部２４の上り勾配側に隣接するバーリング壁２３から溶融ロー材が離れ難くなり、ロー付け不良を生ずることを抑制できる。尚、欠落部２４のＹ軸方向幅を狭くしても、ロー材保持部２５から流下する溶融ロー材がロー材保持部２５のＹ軸方向中央部の真下に近付くように流れるため、欠落部２４に流下する溶融ロー材の量が減少することはない。

【0023】

更に、本実施形態では、図７（ａ）に示す如く、欠落部２４のＹ軸方向各側のコーナ部２４ａに、吸熱管３の外周面に欠落部２４において対向する貫通孔２２の周面部分２２ａから欠落部２４を向くバーリング壁２３のＹ軸方向側面２３ａに亘って連続するねじられた連続面２７が存在している。ここで、ねじられた連続面２７が存在する場合、貫通孔２２のバーリング加工負荷が大きくなる。そのため、通常は、図７（ｂ）に示す如く、欠落部２４のＹ軸方向各側のコーナ部２４ａに、貫通孔２２の上記周面部分２２ａとバーリング壁２３の上記Ｙ軸方向側面２３ａとを縁切りする凹欠部２８を形成している。然し、凹欠部２８が存在すると、欠落部２４に流下した溶融ロー材の一部が凹欠部２８に流入してここに留まり、バーリング壁２３と吸熱管３との間に浸透する溶融ロー材の量が減少してしまう。これに対し、欠落部２４のＹ軸方向各側のコーナ部２４ａに、凹欠部２８を形成せずに、上記の如くねじられた連続面２７が存在するようにすれば、バーリング壁２３と吸熱管３との間に浸透する溶融ロー材の量が凹欠部２８への流入で減少することがなく、有利である。

【0024】

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、貫通孔２２の燃焼ガスの流れ方向上流側に位置する部分が欠落部２４に形成されているが、貫通孔２２の燃焼ガスの流れ方向下流側に位置する部分を欠落部２４に形成することも可能である。また、上記実施形態では、熱交換器Ａを加熱する加熱流体として燃焼ガスを用いているが、燃焼ガス以外の流体を加熱流体として用いる熱交換器にも同様に本発明を適用できる。

【符号の説明】

【0025】

Ａ…熱交換器、１…筐体、２…吸熱フィン、２２…貫通孔、２３…バーリング壁、２４…欠落部、２４ａ…欠落部のＹ軸方向各側のコーナ部、２５…ロー材保持部、２６…切欠き部、２７…連続面、３…吸熱管、８…ロー材。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】