JPH0351663A - 熱交換器 - 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 本発明は燃焼ガスなど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
なうものとして第５図に示すような冷媒加熱暖房装置が
知られている。この冷媒加熱暖房装置は燃焼ガスと冷媒
との熱交換器１と放熱器２１に密閉管路３で連結すると
共に、密閉管路３中に設けた冷媒搬送機４により冷媒を
強制循環するものである。第６図に前記熱交換器１ｔｌ
−拡大して示し、水平方向に延びる円筒体５の内周面に
複数のフィン６を設け、また円筒体５の外周面軸方向に
はパイプ保持部７を設けるとともにこのパイプ保持部７
に冷媒が内部を流れるパイプ８を埋設したもので、バー
ナ９からの燃焼ガスを円筒体５の内部に水平横方向に流
して、冷媒搬送機４により送られてきて前記パイプ８内
を流れる冷媒を加熱するようになっている。

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、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。

発明が解決しようとする課題 そこで暖房運転時のランニングコスト低減には冷媒搬送
用の外部動力を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、冷媒加熱暖房を行なう場
合、液状冷媒が加熱されて発生する気体冷媒の浮力によ
る自然循環力が重要となる。ところが、前記従来の冷媒
加熱暖房装置は第６図に示すような熱交換器１が用いら
れており、冷媒は水平方向に延びるパイプ８内を流れる
ため、加熱されて気液二相混合状態の冷媒の気体Ｊｊｌ
）がスムーズに出口に向かって流れないため冷媒の淀み
を生じ、局部的な異常過熱を発生し、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
となり、局部過熱音生じ、冷媒の熱分解や機器の異常温
度上昇が生じるなどの問題があった。

本発明はこのような課題を解決するもので、無動力搬送
を可能としてランニングコストの低減を図ることができ
、また冷媒の熱分解や機器の異常温度と昇を防止して信
頼性の向上を図ることを目的とするものである。

課題を解決するための手段 この課題を解決するために本発明は、燃料供給装置に接
続したバーナに一端側が連通して設けた燃焼室と、前記
燃焼室の他端側に連通して設けた燃焼ガス出口と、この
燃焼ガス出口に連通して設は之高温ガス通路と、前記高
温ガス通路内において高温ガヌ通路を覆う伝熱隔壁に密
着し前記燃焼ガヌ出口を上下より挟む位置に設けられ上
下方向に向く多数の通路を持つ伝熱フィンと、１１Ｊ記
伝熱隔壁の外面と密着し下部に入口ヘッダー管を、上部
に出口ヘッダー管を備え、上下方向に通路ｔｌ−備えた
冷媒通路部材と、前記燃焼室の内面を覆う断熱材とから
なり、前記冷媒通路部材の入口へ・７ダー管近傍に前記
燃焼ガス出口を位置させたものである。

作用 この構成により、バーナなどで加熱される冷媒加熱装置
の自然循環サイケｆｖを、断熱構造の燃焼室と連通して
設けた燃焼ガス出口から噴出する燃焼ガスが通過する前
記高温ガス通路の伝熱隔壁に密着した複数の伝熱フィン
で分割し、高温ガス通路の伝熱隔壁と上下方向の通路を
有する冷媒通路部材を備えて構成した熱交換器器で燃焼
ガスの温度と流れを均一にでき、冷媒通路部材の各部を
均一加熱できて冷媒をスムーズに循環させ、かつ冷媒を
局部過熱させることがなく無動力熱搬送を確実に行なわ
せ冷媒の熱分解を防止できる。そして、冷媒通路部材の
下部の入ロヘツダー管ｆｉ−強力加熱することにより冷
媒は上昇気泡流となり、気泡ボンデ作用を増大させるこ
とができる。すなわち、冷媒通路部材の入口ヘッダー管
近傍に前記燃焼ガス出口を構成することにより、入口ヘ
ッダー管より流入した冷媒は入口ヘツダー管近くで前記
燃焼ガス出口から流入した高温燃焼ガスによシ急激に加
熱され、冷媒は気相の多い二相の気泡流となり、冷媒通
路部材の上部の出口ヘッダー管に気泡ポンプ作用を増大
させと昇する。そのため、冷媒通路内の冷媒は均一に比
重が小さくなり浮力による循環が増大し、冷媒を局部過
熱させることがなく、無動力熱搬送を確実に行なわせ、
冷媒の熱分解も生じない。

実施例 以下、本発明の一実施例について、図面に基づいて説明
する。

第１図〜第４図において、１１は燃料供給装置に接続し
たバーナ１２に一端側が連通して設けた燃焼室で、この
燃焼室１１は伝熱隔壁１３に密着して設けられた高温ガ
ス通路部材１４の燃焼ガス出口１５と他端側が連通して
いる。なお、高温ガス通路部材１４には排気管１６ｔ−
有している。詳しくは高温ガス通路部材１４に伝熱隔壁
１３が組み合わさって高温ガス通路が形成されている。

前記伝熱隔壁１３の外面には熱的に連結させた冷媒通路
部材１７が設けられ、この冷媒通路部材１７には上下方
向に向く通路１８が多数設けられている。前記冷媒通路
部材１７の下端には入口ヘッダー管１９が設けられ、冷
媒通路部材１７の上端には出口ヘッダー管２０が設けら
れている。

そして入口ヘッダー管１９の一端には入口管２１が接続
され、出口ヘッダー管２０の一端には出口管２２が接続
され、おのおのが冷媒回路と接続される。前記入口ヘッ
ダー管１９の他端には下方に曲折されｔオイル抜き管幻
が設けられている。また、入口ヘッダー管１９と出口ヘ
ッダー管２０は前記と下方向の通路１８により互いに連
通している。前記高温ガス通路の内部には伝熱隔壁１３
の内面に熱的に接するように前記燃焼ガス出口１５ヲ上
下より挟む位置で伝熱フィン２４．２５が設けられ、こ
れらは波形状に屈曲されている。ところで、前記燃焼室
１１は筒状であって、その内面には断熱材２６が設けら
れている。また、前記伝熱フィン２４　、２５は伝熱隔
壁１３に取り付けられた状態において上下方向に向く多
数の通路２４ａ、２５ａ　ｆ形成し、この伝熱フィン２
４　、２５が前記高温ガス通路部材１４で覆われた状態
において伝熱フィン２４．２５の外周を通りと側の伝熱
フィン２４の上方中央で集合する排気通路ｎが形成され
るようになっている。そして、この排気通路ｎは前記排
気管１６と連應するものである。なお、前記伝熱フィン
２４．２５の上下方向の長さは、上側の伝熱フィン２４
の方が下側の伝熱フィン２５よりも長く、両伝熱フィン
２４．２５で挟まれた状態で位置する燃焼ガス出口１５
は前記入口ヘッダー管１９の近傍に形成されている。

上記構成において、燃料の供給装置に工り供給された燃
料をバーナー１２で燃焼し、燃焼室１１で発生し７ｔ？
ｒＪ温ガスは燃焼ガス出口１５を過少高温ガス通路内部
の伝熱フィン２４．２５の通路２４ａ　、２５ａを通り
、排気通路２７から排気管１６に流れる。前記入口管２
１を通って入口ヘッダー管１９に入り交液冷媒は冷媒通
路部材１７の下部より多数の上下方向の通路１８に分流
し、一方伝熱フイン２４．２５が前記通路２４３゜２５
ａ内を流れる高温ガスの熱を冷媒通路部材１７に伝熱し
、その結果冷媒通路部材１７の上下方向の通路１８内の
冷媒を入口ヘッダー管１９に近い下部より十分に加熱す
る。そこで加熱され友液状冷媒は気化蒸発を開始し、液
の中に気泡を生じる気液二相状態となる。発生した気泡
は浮力効果でと下方向の通路１８内を上昇し、特に燃焼
ガスは燃焼室１１から燃焼ガス出口１５を出を後高温ガ
ス通路内で冷媒に伝熱するため、燃焼ガスの温度を均一
にでき・冷媒通路部材１７の各部を均一加熱でき、スム
ーズに冷媒を蒸発させる。しかも冷媒通路部材１７０通
路１８の冷媒入口近傍に前記燃焼ガス出口１５を形成す
ることにより、入口管２１より流入しｔ冷媒は通路１８
の冷媒入口近くにおいて前記燃焼ガス出口１５から流入
しｔ高温燃焼ガスにより急激に加熱され、冷媒は気相の
多い二相の気泡流となり冷媒通路部材１７の上部の冷媒
出口管２２に気泡ポンプ作用を増大させ上昇する。その
九め、冷媒通路部材１７の通路１８内の冷媒は均一に比
重が小さくなシ、浮力による循１が増大し、冷媒を局部
過熱させることがなく、無動力熱搬送を確実に行なわせ
、冷媒の熱分解も生じない。さらに伝熱フィン２４．２
５が設けられている部分以外の伝熱隔壁１３０面も伝熱
面となり、高温ガフ−通路内を流れるに温ガスより効率
よく吸熱し、通路１８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１８の上
端に達した冷媒は出口ヘッダー管２０に流入し出口管ｎ
より放熱器（図示せず）に向かって流出する。そして、
冷媒は上下方向の通路１８を平行に流れるため、入口ヘ
ッダー管１９、出口ヘッダー管２０を冷媒は多く流れる
が、前記自然循環量の増大による冷媒循環量が多くなる
究め、伝熱量に対して余裕ができ、トータル熱交換能力
が大きく局部過熱が生じないものとなる。また、高温ガ
ス通路部材１４に燃焼室１１を取り付けるとともに伝熱
隔壁１３を取り付け、この伝熱隔壁１３に冷媒通路部材
１７が取り付けられていることにより、燃焼室１１から
の高温ガスの熱を前記伝熱フィン２４．２５から通路１
８に効率良く伝達することができ、また冷媒通路部材１
７は多管二重壁構成であるｔめ、冷媒の燃焼ガス部への
洩れを防止することができる。また、高温の燃焼室１１
と進路１８ｔ−高温ガス通路部材１４で形成される。高
温ガス通路で完全に分離したため、局部過熱による冷媒
の熱分解、劣化が生じることなく、かつ機器の異常温度
上昇を防止し、償頼性を向上させることができる。

さらに、冷媒通路部材１７を内部に多数の通路を持つア
ルミニウム製の多管偏平押し出し管とし、また伝熱フィ
ン２４．２５として帯状のアルミニウム製の板を波状に
屈曲させて構成し、さらに伝熱隔壁１３はアルミニウム
製心材の表裏にろう材を事前にクラッドしたグレージン
グシートとして組立て、同時に一体プレージングするこ
とにより、これらは熱的に連結でき、接触熱抵抗がない
伝熱性能に優れ、かつ軽量で低コストの熱交換器が得ら
れる。

まｔ１高温ガス通路部材１４　ｔ−アルミニウム製心材
の片面にろう材を事前にクラッドしたプレージングシー
トとし、ブレージングに工り前記伝熱フィン２４．２５
と一体的に構成することＫより燃焼室１１からの熱が伝
熱フィン２４．２５を通じて通路１８に高い熱交換効率
で伝熱し、効率アップと機器のコンパクト化が可能とな
る。そして、前記高温ガス通路部材１４ヲアルミニワム
とし伝熱隔壁１３と一体プレージングすることは簡単な
構成でかつ気密性を維持でき、排ガスが洩れることがな
く、安全性が高いものである。また、燃焼室１１の断熱
材２６に冷媒通路部材１７の通路１８と連通する通路（
、ｅとえば密閉管路の放熱器への往き管）を密接するよ
うに設けて構成すると、断熱材２６から放熱する熱を冷
媒回路に伝熱しさらに高効率なシステムとなる。

ところで、冷媒中にはコンプレッサーのオイμが常に溶
存しておシ、加熱器で冷媒を気化させると次第にオイル
が溜ってくる。オイルが多く溜るとその粘性と低熱伝導
のため冷媒の気化、循ｆＲを阻害する。そこで、冷媒通
路部材１７の通路１８の区部の入口ヘッダー管１９に接
続してオイル抜き管２３を設けであるため、加熱器にオ
イルが溜ると冷媒と一緒にオイ／Ｉ／全オイル抜き管２
３から排出し、オイルを加熱器から確実に除去し、冷媒
の均一循環の維持によシ局部過熱による冷媒の熱分解を
なくし、信頼性の向とを図れる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、燃料供給装置に接続した
バーナに一端側が連通して設けた燃焼室と、前記燃焼室
の他端側に連通して設けた燃焼ガス出口と、この燃焼ガ
ス出口に連通して設は友高温ガス通路と、前記高温ガス
通路内において高温ガス通路を覆う伝熱隔壁に密着し前
記燃焼ガス出口を上下より挟む位置に設けられ上下方向
に向く多数の通路を持つ伝熱フィンと、前記伝熱隔壁の
外面と密着し下部に冷媒入口ヘッダー管を、上部に出口
ヘッダー管を備え、上下方向に通路を備えた冷媒通路部
材と、前記燃焼室の内面を覆う断熱材とからなり、前記
冷媒通路部材の入口ヘッダー管近傍に前記燃焼ガス出口
を位置させたものであり、次のような効果が得られる。

すなわち、冷媒通路部材の入口ヘッダー管近傍に燃焼ガ
ス出口を位置させであることにより、入口ヘッダー管よ
り流入した冷媒は入口ヘッダー管近くの通路内で前記燃
焼ガス出口から流入した高温燃焼ガスにより急激に加熱
され、冷媒は気相の多い二相の気泡流となり上部の出口
ヘッダー管に気泡ポンプ作用を増大させ上昇する。その
ため、通路内の冷媒は均一に比重が小さくなり浮力によ
る循環が増大し、冷媒を局部過熱させることがなく無動
力熱搬送を確実に行なわせ、冷媒の熱分解が生じない定
め気泡ポンプ作用による自然循環力が安定して均一とな
り、トータル熱交換能力が大きく、冷媒の熱分解防止や
機器の異常温度上昇防止による信頼性の向上を図ること
ができる。また、無動力熱搬送が可能となることにより
、ランニングコストの低減を図ることができる。さらに
、冷媒は上下方向の通路内を平行に流れるため、冷媒入
口および冷媒出口を冷媒は多く流れるが、自然循環量の
増大による冷媒循環量が多くなる九め、伝熱量に対して
余裕ができ、トータル熱交換能力が大きく局部過熱が生
じないものとなり、熱交換効率が大きくなり、コンパク
ト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の一実施例を示すもので、第１
図は熱交換器の縦断面図、第２図は冷媒通路部材の横断
面図、第３図は熱交換器の分解斜視図、第４図は高温ガ
ス通路内部の構成図、第５図は従来の冷媒加熱暖房装置
の回路構成図、第６図は従来の熱交換器の斜視図である
。 １１・・・燃焼室、１２・・・バーナ、１３・・・伝熱
隔壁、１４・・・高温ガス通路部材、１５・・・燃焼ガ
ス出口、１６・・・排気管、１７・・・冷媒通路部材、
１８・・・通路、１９・・・入口ヘッダー管、２０・・
・出口ヘッダー管、２４．２５・・・伝熱フィン、２４
ａ　、２５ａ・・・通路、２６・・・断熱材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、燃料供給装置に接続したバーナに一端側が連通して
   設けた燃焼室と、前記燃焼室の他端側に連通して設けた
   燃焼ガス出口と、この燃焼ガス出口に連通して設けた高
   温ガス通路と、前記高温ガス通路内において高温ガス通
   路を覆う伝熱隔壁に密着し前記燃焼ガス出口を上下より
   挟む位置に設けられ上下方向に向く多数の通路を持つ伝
   熱フィンと、前記伝熱隔壁の外面と密着し下部に入口ヘ
   ッダー管を、上部に出口ヘッダー管を備え、上下方向に
   通路を備えた冷媒通路部材と、前記燃焼室の内面を覆う
   断熱材とからなり、前記冷媒通路部材の入口ヘッダー管
   近傍に前記燃焼ガス出口を位置させた熱交換器。