JPH0351666A - 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２を密閉管路３で連結するとと
もに、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１を拡
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！ｊＸ１ｍ送ｔｌｌ１４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バイブ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成分が
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
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、局部過熱を生じ、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上昇を防止して信
顆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か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挾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上下方向に向く多数の通路を持ち上
端および下端に入口ヘッダー管および出口ヘッダー管を
持つ冷媒通路部材と、前記燃焼室の内面を覆う断熱材と
からなり、前記入口ヘッダー管および出口ヘッダー管の
一端にはそれぞれ入口管および出口管を設け、前記燃焼
ガス出口は前記入口ヘッダー管および出口ヘッダー管の
−＠側に向く一端側程開口面積が大きくなるように形成
されたものである。

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
の自然循環サイクルを、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伝熱フィンで分割し
、前記燃焼ガス出口の開口面積を一端側程大きくし、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。すなわち、
冷媒は上下方向の通路を有する冷媒通路部材を平行に流
れるため入口ヘッダー管、出口ヘッダー管を冷媒は多く
流れるが、前記燃焼ガス出口の開口面積を一端側程大き
くすることにより燃焼ガスをこの部分から多く流すこと
ができ、その結果冷ａ流量に対して伝熱熱量を均一にで
きる。また、燃焼ガスの温度分布と燃焼ガスが燃焼ガス
出口から入って高温ガス通路を通過する抵抗に応じて前
記燃焼ガス出口の開口面積を設定することによりトータ
ルとしての流量抵抗を均一にでき、このため高温燃焼ガ
スは伝熱フィンを均一に流れ、熱交換効率が向上する。

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と他端側か通過して
いる。なお、高温ガス通路部材１４には排気管１６を有
している。詳しくは高温ガス通路部材１４に伝熱隔壁１
３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たオイル抜き管２
３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は前記上下方向の通路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１
３の内面に熱的に接するように前記燃焼ガス出口１５を
上下より挾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を形成し、この伝熱フィン２４
゜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の外周を通り上側の伝熱フィ
ン２４の上方中央で集合する排気通路２７が形成される
ようになっている。そして、この排気通路２７は前記排
気管１６と連通ずるものである。なお、前記燃焼ガス出
口１５は前記入口ヘッダー管１つおよび出口ヘッダー管
２０の一端側に向く一端側程開口面積が大きくなるよう
に上端および下端がテーパー状に形成されており、前記
伝熱フィン２４の下端および伝熱フィン２５の上端は燃
焼ガス出口１５の上端および下端に沿うようにテーパー
状に形成されている。

上記構成において、燃料の供給装置により供給された燃
料をバーナー１２で燃焼し、燃焼室１１で発生した高温
ガスは燃料ガス出口１５を通り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２１を通っ
て入口ヘッダー管１９に入った液冷媒は冷媒通路部材１
７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２４ａ、２５ａ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
で加熱された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０発生した気泡は浮力
効果で上下方向の通路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を出た後高温ガス通路
内で冷媒に伝熱するため、燃焼ガスの温度と流れを均一
にでき、冷媒通路部材１７の各部を均一加熱でき、スム
ーズかつ均一に冷媒を蒸発させ、さらに冷媒を局部過熱
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、また、前記均一加熱はまた通路
１８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
ともにまだ気化していない液冷媒をともなって、通路１
８の上部へ冷媒を送る気泡ポンプ作用が発生する。さら
に伝熱フィン２４．２５が設けられている部分以外の伝
熱隔壁１３の面も伝熱面となり、高温ガス通路内を流れ
る高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０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２２より放熱器（図示せず）に向か
って流出する。なお、冷媒は上下方向の通路１８を有す
る多管構成の冷媒通路部材１７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、前記燃焼ガス出口１５の開口面積を一端側程大き
くなるように構成しであることにより燃焼ガスをこの部
分から多く流すことができ、その結果冷媒流量に対して
伝熱熱量を均一にでき、通路１８内の冷媒の気液二相状
態が同一にでき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、トータル熟交換能力が大きく局部過熱
が生じないものとなる。また、燃焼ガスの温度分布と燃
焼ガスが燃焼ガス出口１５から排気管１６に至る°抵抗
に応じて燃焼ガス出口１５の開口面積を設定することに
よりトータルとしての流量抵抗を均一にでき、このため
高温燃焼ガスは伝熱フィン２４．２５を均一に流れ、前
記の効果を増大できる。また、冷媒が多く流れる部分の
燃焼ガス出口１５の開口面積を大きくすることにより、
燃焼ガスのバーナー１２から排気管１６に至る流量抵抗
を小さくできるため、バーナー１２に接続した燃焼空気
供給用の送ｍ機は小能力でよく、低消費電力、コンパク
ト化が図れる。また、高温ガス通路部材１４に前記燃焼
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から冷媒通路１８に効率よく伝達
することができ、また、冷媒通路部材１７は多管二重壁
構成であるため、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と通路１８を高
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、信頼
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プレージン
グシートとして組立て、同時に一体ブレージングするこ
とにより、熱的に連結でき、接触抵抗がない伝熱性能に
優れ、かっ軽旦で低コストの熱交換器が得られる。

また、高温ガス通路部材１４を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、ブレージングにより前記伝熱フィン２４．２５と一
体的に構成することにより燃焼室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をアルミニウムとし
伝熱隔壁１３と一体ブ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２
６に冷媒通路部材１７の通路１８と連通する通路（たと
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、冷媒中ばはコンプレッサーのオイルが常に溶
存しており、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、循環を阻害する。そこで、冷媒通路
部材１７の通路１８の底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ルをオイル抜き管２３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
循環の維持により局部過熟による冷媒の熱分解をなくし
、信頼性の向上を図れる。

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
バーナに一端側か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挾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
外面と密着し上下方向に向く多数の通路を持ち上端およ
び下端に入口ヘッダー管および出口ヘッダー管を持つ冷
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、前記入口ヘッダー管および出口ヘッダー管の一端に
はそれぞれ入口管および出口管部を設け、前記燃焼ガス
出口は前記入口ヘッダー管および出口ヘッダー管の一端
側に向く一端側程開口面積が大きくなるように形成され
たものであり、次の効果が得られる。

すなわち、冷媒は上下方向の通路を有する冷媒通路部材
の内部を平行に流れるため、入口ヘッダー管および出口
ヘッダー管を冷媒は多く流れるが、燃焼ガス出口の開口
面積を一端側程大きくなるようにしであることにより、
燃焼ガスをこの一端側で多く流すことができ、冷媒流量
に対して伝熱熱量を均一にできる。そして、前記通路内
の冷媒の気液二相状態を同一にでき、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、局部過熱が生じないものとなる。また、
燃焼ガスの温度分布と燃焼ガスが燃焼ガス出口から入っ
て高温ガス通路を通過する抵抗に応じて燃焼ガス出口の
開口面積を設定することによりトータルとしての流量抵
抗を均一にでき、このため高温燃焼ガスは伝熱フィンを
均一に流れ、熱交換効率が増大し機器のコンパクト化が
図れる。

また、均一加熱により冷媒をスムーズに循環させ、冷媒
の局部異常過熱を防止するとともに無動力熱搬送を可能
とし、冷媒の熱分解も防止できる。さらには機器の異常
温度上昇防止による信顆性の向上を図ることもでき、ま
た無動力熱搬送によりランニングコストの低減を図るこ
とができる。

番　；１

【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、２１・・・入口管、２２・・・出口
管、２４．２５・・・伝熱フィン、２４ａ、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
   挾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上下方向に向
   く多数の通路を持ち上端および下端に入口ヘッダー管お
   よび出口ヘッダー管を持つ冷媒通路部材と、前記燃焼室
   の内面を覆う断熱材とからなり、前記入口ヘッダー管お
   よび出口ヘッダー管の一端にはそれぞれ入口管および出
   口管を設け、前記燃焼ガス出口は前記入口ヘッダー管お
   よび出口ヘッダー管の一端側に向く一端側程開口面積が
   大きくなるように形成された熱交換器。