JPH0317442A - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は燃焼ガス等の高温ガスにより冷媒を加熱し冷暖
房装置に利用する熱交換器に関するものである。

従来の技術 被加熱側流体に冷媒を用いて、燃焼ガスにより加熱して
液状冷媒を蒸発気化させて潜熱により熱を運び暖房を行
うものに第５図に示すよ、うな冷媒加熱暖房機がある．
これは燃焼ガスと冷媒との熱交換器１と放熱器２を密閉
管路３で連結すると共に密閉管路３中に設けた冷媒ポン
プや圧縮機等の冷媒搬送機４により冷媒を強制循環する
ものである．第６図は、熱交換器１の従来例を示したも
ので（特開昭５９−１０７１６７号公報）、水平方向に
延びるアルミニューム製の円筒状内周面に複数のフィン
５を設け、外周面軸方向にはパイプ保持部６及び冷媒が
内部を流れる銅材質からなるパイブ７を設けたもので、
バーナー８からの燃焼ガスを円筒状内面９に水平横方向
に流して、冷媒加熱機４により送られてきた水平横方向
のパイプ７内を流れる冷媒を加熱するものである． しかし、この暖房システムでは冷媒搬送に外部動力が必
要であり、さらに熱交換効率の向上も含めた暖房運転時
のランニングコストを低減することが望まれている． また、この種熱交換装置の従来公知技術として、特開昭
６３−１０５３９５号公報および実開昭６３−１７９４
６４号公報に示されたものがある． これらには縦方向の多数の冷媒通路を形成した冷媒通路
部材が用いられているが、さらに冷媒の流れ抵抗の低減
、バーナーの燃焼ガスから冷媒への熱交換効率のアップ
、伝熱フィンから冷媒通路部材への熱のスムーズな伝達
と温度の均一化、熱交換装直の横或の簡略化と小形化等
の課題を有しているものである． 発明が解決しようとする課題 暖房運転時のランニングコスト低減には冷媒搬送用の外
部動力が無くして無動力で熱搬送することが有効で・あ
る．無動力熱搬送により、冷媒加熱暖房を行う場合、液
状冷媒が加熱されて発生する気体冷媒の自然循環力が重
要となる， この種の暖房装置は、従来は第５図，第６図に示すよう
に冷媒加熱熱交換器１のような構或であり、冷媒は水平
方向で、且つ連続した一通路としてパイブ７内を流れる
ので、加熱されて気液二相混合状態の冷媒の気体戒分が
スムーズに出口に向かって流れないため冷媒の淀みを生
し、局部的な異常過熱を発生したり、冷媒の流れ抵抗が
大きく、熱交換効率も低い．また燃焼室と熱交換部が一
体であるため熱交換量が燃焼状態により不均一であるた
め局部過熱を生じ冷媒の熱分解あるいは機器の異常温度
上昇など、機器の信頼性能上の課題があった． また従来の公知技術である特開昭６３−１０５３９５号
公報および実開昭６３−１７９４６４号公報に示された
ものは、冷媒通路部材に形成した多数の通路が長方形の
穴形状をしているが、長方形の長辺壁が伝熱フィン側に
位置し短辺壁の数も少なくなる．これらのことから伝熱
フィンからの熱が短辺壁を経て伝熱フィンと反対側の長
辺壁全体に充分伝導せず冷媒通路部材の伝熱フィン側の
長辺壁の温度が高く、伝熱フィンと反対の長辺壁の温度
が低い状態となる． このため伝熱フィンからの熱を通路を通過する液状冷媒
に効率よく伝達させることができず、さらに冷媒通路部
材全体の温度不均一から熱応力が大きくなり変形，破損
等を発生しやすく耐久的にも課題がある． また冷媒通路部材が燃焼室の両サイドに設けられ、これ
らを連通させるために管を用いるなど構威が複雑でコス
トも高い等の課題を有している．本発明は上記従来例の
課題を解決するもので、冷媒の均一な加熱と熱交換効率
の向上、冷媒の円滑な流れと熱交換装置の均一な温度分
布と安全性耐久性の向上、構或の簡略化と小形化．低コ
スト化をはかることを目的とする． 課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明の熱交換装置は、縦方
向の多数の通路を形成した冷媒通路部材と、前記通路と
連通し冷媒通路部材に固着した入口ヘッダー管および出
口ヘッダー管と、冷媒通路部材の片面に密着した伝熱隔
壁部材と、この伝熱隔壁部材に固着された伝熱フィンと
、前記冷媒通路部材に形成した通路を長辺壁と短辺壁と
からなる略長方形とし、その短辺壁の一方を伝熱フィン
側に位置させたものである。

作用 本発明は上記した構成によって、冷媒通路部材の通路を
形成した長辺壁の数が増すことおよび短片壁の寸法が短
かくなることによって伝熱フィンからの熱が伝熱フィン
と反対側の短片壁にもスムーズに伝達し冷媒通路部材全
体が均一な温度となる．また冷媒通路部材が片側のみの
簡略化された基本構戒となる． 実施例 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明する
。第１図〜第４図において、１０は燃料供給装置に接続
したバーナー８に連通して設けた燃焼室であり、１１は
伝熱隔壁部材であり、１２は高温ガス通路であり伝熱隔
壁部材１１と密着し燃焼室１０に連通して設けた燃焼ガ
ス出口ｌ３と俳気通路１４を有している。１５は伝熱隔
壁部材１１の外面に熱的に連結させた冷媒通路部材であ
り縦方向の通路１６が多数設けられている。この通路１
６は冷媒通路部材１５の短辺壁１５ａ，長片壁１５ｂに
より構威されており、短片壁１５ａの一方を伝熱フイン
２２Ａ，２２Ｂ側に位置している。ｌ７は冷媒通路部材
ｌ５の下端に設けた入口ヘングー管、ｌ８は冷媒通路部
材１５の上端に設けた出口ヘッダー管でありそれぞれ入
口管ｌ９、出口管２０を接続し、このおのおのにより冷
媒回路と接続しており、入口ヘソグー管１７の他端には
下方に曲折しオイル抜き管２１を設けてある．入口ヘッ
ダー管１７と出口ヘッダー管１８はそれぞれ縦方向の通
路１６により連通している．２２Ａ，２２Ｂは伝熱隔壁
部材１１の内側に熱的に接するように設けられた伝熱フ
ィンであり波形状に屈曲させて多数枚としてある．燃焼
室１０の高温ガス通路ｌ２と接しない残りの外面は全面
を覆う断熱材２３が設けてある。

燃焼ガス出口１３に上下に複数を多数のフィンで分割し
上下に通路を構威した伝熱フィン２２Ａ，　２２Ｂとこ
のフィンで分割した上下の通路２４．　２５の他方を前
記伝熱フィン２２の外周を通り集合する排気通路２６．
　２７と伝熱フィン２２の下部に連通した排気管２８を
設けてある． 上記構威に於て、燃料の供給装置により供給した燃料を
バーナー８で燃焼し、燃焼室１０に発生した高温ガスは
燃焼ガス出口１３を通り高温ガス通路ｌ２の伝熱フィン
２２Ａ，２２Ｂの間の通路２４．　２５を通り、排気通
路２６．　２７から排気管２８より排気する。

冷媒入口管１７を通って入口ヘングー管１７に入った液
冷媒は冷媒通路部材１５の下部より多数の縦方向の通路
１６に分流し、伝熱フィン２２Ａ，２２Ｂが高温ガス通
路１２内の燃焼ガスから熱を熱的に連結された冷媒通路
部材１５に伝熱し、この冷媒通路部材１５の縦方向の通
路１６内の冷媒を十分に加熱する，そこで加熱された液
状冷媒は気化蒸発を開始し液の中に気泡を生しる気液二
相状態となる。発生した気泡は浮力効果で縦方向に設け
た通路ｌ６内を下方から上方に上昇し、特に燃焼ガスを
燃焼室１０から燃焼ガス出口１３を出たのち高温ガス通
路１２で冷媒に伝熱する。そして、均一加熱はまた通路
１６内の流れの抵抗を低減させることにより気泡発生が
増大し、気泡上昇力は強められ自然循環力が強くなると
共にまだ気化していない液冷媒を伴って通路１６の上部
へ冷媒を送る気泡ポンプ作用が発生する。

さらに通路１６の上部，下部においても設けた伝熱フィ
ン２２Ａ，２２Ｂ以外の伝熱隔壁１ｌ全面も伝熱面積と
なり高温ガス通路Ｉ２を流れる加熱流体より効率よく吸
熱し通路ｌ６内の気液二相状態の冷媒をさらに加熱して
自然循環力をさらに増大させる．通路１６の上端に達し
た冷媒は出口ヘングー管１８に流入し冷媒出口管２０よ
り放熱器（図示せず）に向かって流出する． このように縦方向の通路１６の下部から上部に至るまで
均一に加熱することにより自然循環を高めるだけでなく
、下部において伝熟フィン２２Ｂにより強く加熱するこ
とで自然循環力をさらに増加させる． 発明の効果 以上のように本発明の熱交換装置は、縦方向の多数の通
路を形成した冷媒通路部材と、前記通路と連通し冷媒通
路部材に固着した人口ヘソグー管および出口ヘッダー管
と、冷媒通路部材の片面に密着した伝熱隔壁部材と、こ
の伝熱隔壁部材に固着された伝熱フィンと、前記冷媒通
路部材に形成した通路を長辺壁と短辺壁とからなる略長
方形とし、その短辺壁の一方を伝熱フィン側に位置させ
て構威したもので次のような効果を期待できる。

（＋）　　冷媒通路部材の通路を形或した長辺壁の数が
増すことによって伝熱フィンからの熱を伝熱フィンと反
対側の短辺壁にスムーズに伝達し、さらにこの短辺壁の
長さが短かいことにより冷媒通路部材の全体が均一な温
度となる．従って、通路中の冷媒に効率よく熱伝達させ
ることができ全体の小形化と共に熱応力が抑制され変形
．破損の発生がなく耐久性と安全性が向上する． （２）冷媒通路部材の全体が均一温度にできることによ
って冷媒の過熱による熱分解も防止される．（３）冷媒
通路部材に温度検知センサーを複数個設ける必要がなく
熱交換装置および温度検知の制御回路が簡略化できる． （４）伝熱フィンの反対側の冷媒通路部材の表面に設置
した温度検知センサーによる冷媒洩れ等による異常温度
上昇を応答よく検知して燃焼を停止させることができ耐
久性を向上できる。

（５）　　この種熱交喚器は冷媒の圧力が最高３　０　
ｋｇ　／　ｃｊまで使用されるが従来の冷媒通路部材の
通路では、伝熱フィンと反対側の壁の耐圧力が低く応力
疲労により変形破損に対して余裕が少ない。これに対し
て本発明においては均一な温度による熱応力の抑制と、
通路を形成する長辺壁の数が増加し、且つ短辺壁の長さ
が短かいことから耐圧力が著しく向上する． （６）通路中の冷媒が均一に加熱されることによって気
泡ポンプ作用が一層発揮され冷媒の円滑な流れと、冷媒
搬送の無動力化が可能となり低ランニングコストの暖房
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は杢発明の一実施例を示す熱交換装置の断面図、
第２図は同冷媒通路部材の断面図、第３図は第１図の熱
交換装置の分解斜視図、第４図は第１図の熱交換装置の
燃焼ガス通路部の断面図、第５図は従来の冷媒加熱機の
回路構成図、第６図は従来の冷媒加熱機の外観斜視図で
ある。 ８・・・・・・バーナー、ｌＯ・・・・・・燃焼室、１
１・・・・・・伝熱隔壁、ｌ２・・・・・・高温ガス通
路、ｌ３・・・・・・燃焼ガス出口、１４・・・・・・
排気部、１５・・・・・・冷媒通路部材、１５ａ・・・
・・・短片壁、１５ｂ・・・・・・長片壁、 １６・・・・・・通路、２２Ａ， ２２Ｂ ・・・・・・伝熱フィン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　縦方向の多数の通路を形成した冷媒通路部材と、前記
   通路と連通し冷媒通路部材に固着した入口ヘッダー管お
   よび出口ヘッダー管と、冷媒通路部材の片面に密着した
   伝熱隔壁部材と、この伝熱隔壁部材に固着された伝熱フ
   ィンと、前記冷媒通路部材に形成した通路を長辺壁と短
   辺壁とからなる略長方形とし、その短辺壁を伝熱フィン
   側に位置させた熱交換装置。