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公開番号2024115870
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-27
出願番号2023021746
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 13/08 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が構成され、燃焼ガスの流れ方向上流側の第1段の蛇行流路3₁の上流端の#11の吸熱管31と燃焼ガスの流れ方向下流側の第2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】燃焼ガスが第2段の蛇行流路3₂の下流端の#21の吸熱管31に向かうのを抑制する通気抵抗部221,222₁,222₂を設ける。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
バーナでの燃焼により生ずる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段に設けられ、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が接続されて、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たものにおいて、
燃焼ガスが第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。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記通気抵抗部の構成要素として、前記吸熱フィンに、前記第１段の蛇行流路よりも燃焼ガスの流れ方向下流側で、且つ、前記第２段の蛇行流路の下流端の吸熱管とそのＹ軸方向他方に隣接する吸熱管との間に位置させて、Ｘ軸方向に突出する第１突片部が設けられ、第２段の蛇行流路の下流端の吸熱管と第１突片部との間の隙間の最小部の幅は、第２段の蛇行流路の下流端の吸熱管のＹ軸方向他方に隣接する吸熱管と第１突片部との間の隙間の最小部の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記通気抵抗部の構成要素として、前記吸熱フィンに、前記第１段の蛇行流路よりも燃焼ガスの流れ方向下流側で、且つ、前記第２段の蛇行流路の下流端の吸熱管と前記筐体のＹ軸方向一方の側板との間に位置させて、Ｘ軸方向に突出する第２突片部が設けられ、第２段の蛇行流路の下流端の吸熱管と第２突片部との間の隙間の最小部の幅は、筐体のＹ軸方向一方の側板と第２突片部との間の隙間の最小部の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
【請求項４】
前記通気抵抗部の構成要素として、前記吸熱フィンに、前記第１段の蛇行流路よりも燃焼ガスの流れ方向下流側で、且つ、前記第２段の蛇行流路の下流端の吸熱管とそのＹ軸方向他方に隣接する吸熱管との間に位置させて、Ｘ軸方向に突出する第１突片部が設けられると共に、第２段の蛇行流路の下流端以外のＹ軸方向に隣接する各吸熱管の間に位置させて、Ｘ軸方向に突出する第３突片部が設けられ、第１突片部は、これにより付与される通気抵抗が第３突片部により付与される通気抵抗よりも大きくなるように形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
【請求項５】
請求項１又は２記載の熱交換器であって、前記吸熱フィンに、前記第１段の蛇行流路よりも燃焼ガスの流れ方向下流側で、且つ、前記第２段の蛇行流路のＹ軸方向に隣接する各吸熱管の間に位置させて、燃焼ガスが通過するトンネル状の通路を形成するようにＸ軸方向に突出するＹ軸方向に長手のブリッジ状凸部が設けられるものにおいて、第２段の蛇行流路の下流端の吸熱管とそのＹ軸方向他方に隣接する吸熱管との間に設けられるブリッジ状凸部のＹ軸方向中心は、第２段の蛇行流路の下流端の吸熱管とそのＹ軸方向他方に隣接する吸熱管との間のＹ軸方向中心よりもＹ軸方向他方に片寄ってい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 2,700 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、バーナでの燃焼により生ずる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段に設けられ、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が接続されて、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たものにおいて、燃焼ガスが第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。
【０００７】
本発明によれば、最も温度が高くなる第２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、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軽減することができ、耐久性を向上できる。
【０００８】
ここで、本発明においては、通気抵抗部の構成要素として、吸熱フィンに、第１段の蛇行流路よりも燃焼ガスの流れ方向下流側で、且つ、第２段の蛇行流路の下流端の吸熱管とそのＹ軸方向他方に隣接する吸熱管との間に位置させて、Ｘ軸方向に突出する第１突片部を設けることができる。この場合、第２段の蛇行流路の下流端の吸熱管と第１突片部との間の隙間の最小部の幅を、第２段の蛇行流路の下流端の吸熱管のＹ軸方向他方に隣接する吸熱管と第１突片部との間の隙間の最小部の幅よりも小さくする。これによれば、第２段の蛇行流路の下流端の吸熱管と第１突片部との間の隙間よりも幅の大きな第２段の蛇行流路の下流端の吸熱管のＹ軸方向他方に隣接する吸熱管と第１突片部との間の隙間により多くの燃焼ガスが流れ、燃焼ガスが第２段の蛇行流路の下流端の吸熱管に向かうのを抑制することができる。
【０００９】
更に、本発明においては、通気抵抗部の構成要素として、吸熱フィンに、第１段の蛇行流路よりも燃焼ガスの流れ方向下流側で、且つ、第２段の蛇行流路の下流端の吸熱管と筐体のＹ軸方向一方の側板との間に位置させて、Ｘ軸方向に突出する第２突片部を設けることもできる。この場合、第２段の蛇行流路の下流端の吸熱管と第２突片部との間の隙間の最小部の幅を、筐体のＹ軸方向一方の側板と第２突片部との間の隙間の最小部の幅よりも小さくする。これによれば、第２段の蛇行流路の下流端の吸熱管と第２突片部との間の隙間よりも幅の大きな筐体のＹ軸方向一方の側板と第２突片部との間の隙間により多くの燃焼ガスが流れ、燃焼ガスが第２段の蛇行流路の下流端の吸熱管に向かうのを抑制することができる。
【００１０】
また、本発明においては、通気抵抗部の構成要素として、吸熱フィンに、上記第１突片部を設けると共に、第２段の蛇行流路の下流端以外のＹ軸方向に隣接する各吸熱管の間に位置させて、Ｘ軸方向に突出する第３突片部を設けることもできる。この場合、第１突片部を、これにより付与される通気抵抗が第３突片部により付与される通気抵抗よりも大きくなるように形成する。これによれば、付与される通気抵抗が小さな第３突片部が存在する第２段の蛇行流路の下流端以外のＹ軸方向に隣接する各吸熱管の間により多くの燃焼ガスが流れ、燃焼ガスが第２段の蛇行流路の下流端の吸熱管に向かうのを抑制することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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