特許ウォッチ

公開番号2024115868
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-27
出願番号2023021744
出願日2023-02-15
発明の名称熱交換器
出願人リンナイ株式会社
代理人弁理士法人青莪
主分類F28F 1/32 20060101AFI20240820BHJP(熱交換一般)
要約【課題】筐体1内に燃焼ガスの流れ方向に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3₁,3₂が構成され、一方の段の蛇行流路3₁の上流端の#11の吸熱管31と他方の段の蛇行流路3₂の下流端の#21の吸熱管31とが共にY軸方向一方に位置するようにした熱交換器において、#11と#21の両吸熱管31,31の熱膨張量の差によって筐体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】#11と#21との両吸熱管31,31間の距離Laを、一方の段の蛇行流路3₁の上流端以外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3₂の下流端以外の各吸熱管との間の距離Lbよりも大きくする。
【選択図】図5
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２段設けられ、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ものとして、一方の段の下流端の吸熱管と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が接続されて、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たものにおいて、
一方の段の蛇行流路のＹ軸方向一方の最外側に位置する上流端の吸熱管と他方の段の蛇行流路のＹ軸方向一方の最外側に位置する下流端の吸熱管との間の距離を、一方の段の蛇行流路の上流端以外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下流端以外の各吸熱管との間の距離よりも大きくすることを特徴とする熱交換器。
続きを表示（約 750 文字）【請求項２】
前記一方の段の蛇行流路の上流端の吸熱管と前記他方の段の蛇行流路の下流端の吸熱管との間の距離を大きくする方向が燃焼ガスの流れ方向であることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は２記載の熱交換器であって、前記一方の段の蛇行流路は燃焼ガスの流れ方向上流側の段の蛇行流路であり、前記他方の段の蛇行流路は燃焼ガスの流れ方向下流側の段の蛇行流路であるものにおいて、他方の段の蛇行流路の各吸熱管よりも燃焼ガスの流れ方向上流側に位置する前記吸熱フィンの部分に切欠きが設けられ、他方の段の蛇行流路の下流端の吸熱管に対応する切欠きを第１切欠き、他方の段の蛇行流路の下流端以外の各吸熱管に対応する切欠きを第２切欠きとして、第１切欠きは第２切欠きよりも大きく形成されることを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１又は２記載の熱交換器であって、前記一方の段の蛇行流路は燃焼ガスの流れ方向上流側の段の蛇行流路であり、前記他方の段の蛇行流路は燃焼ガスの流れ方向下流側の段の蛇行流路であるものにおいて、燃焼ガスが他方の段の蛇行流路の下流端の吸熱管に向かうのを抑制する通気抵抗部が設けられることを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
請求項１又は２記載の熱交換器であって、前記一方の段の蛇行流路は燃焼ガスの流れ方向上流側の段の蛇行流路であり、前記他方の段の蛇行流路は燃焼ガスの流れ方向下流側の段の蛇行流路であり、前記筐体の燃焼ガスの流れ方向下流端の開口を覆う排気集合部が設けられ、排気集合部に燃焼ガスを排出する排気口が開設されるものにおいて、排気口は、排気集合部のＹ軸方向他方に片寄った部分に設けられ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。
続きを表示（約 2,500 文字）【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、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２段設けられ、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ものとして、一方の段の下流端の吸熱管と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が接続されて、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たものにおいて、一方の段の蛇行流路のＹ軸方向一方の最外側に位置する上流端の吸熱管と他方の段の蛇行流路のＹ軸方向一方の最外側に位置する下流端の吸熱管との間の距離を、一方の段の蛇行流路の上流端以外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下流端以外の各吸熱管との間の距離よりも大きくすることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、最も温度差が大きくな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の間の距離を大きくするため、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、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の間の距離を大きくする方向を燃焼ガスの流れ方向にすることが望ましい。これによれば、熱交換器のＹ軸方向の寸法を大きくせずに済み、熱交換器の大型化を回避できる。
【０００９】
更に、本発明において、一方の段の蛇行流路が燃焼ガスの流れ方向上流側の段の蛇行流路であり、他方の段の蛇行流路が燃焼ガスの流れ方向下流側の段の蛇行流路である場合は、他方の段の蛇行流路の各吸熱管よりも燃焼ガスの流れ方向上流側に位置する吸熱フィンの部分に切欠きが設けられ、他方の段の蛇行流路の下流端の吸熱管に対応する切欠きを第１切欠き、他方の段の蛇行流路の下流端以外の各吸熱管に対応する切欠きを第２切欠きとして、第１切欠きは第２切欠きよりも大きく形成されることが望ましい。これによれば、最も温度が高くなる他方の段の蛇行流路の下流端の吸熱管への吸熱フィンを介しての伝熱を大きな第１切欠きによって低下させることができる。そのため、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の温度差を減少させて、筐体のＸ軸方向各側の側板に作用する応力を一層軽減することができる。
【００１０】
また、本発明において、一方の段の蛇行流路が燃焼ガスの流れ方向上流側の段の蛇行流路であり、他方の段の蛇行流路が燃焼ガスの流れ方向下流側の段の蛇行流路である場合は、燃焼ガスが他方の段の蛇行流路の下流端の吸熱管に向かうのを抑制する通気抵抗部を設けることが望ましい。これによれば、最も温度が高くなる他方の段の蛇行流路の下流端の吸熱管の周りに燃焼ガスが流れ難くなり、当該吸熱管への燃焼ガスからの伝熱を低下させることができる。そのため、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の温度差を減少させて、筐体のＸ軸方向各側の側板に作用する応力を一層軽減することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許