JP2007132575A - 小型熱交換器 - Google Patents

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Abstract

【課題】水等の流体を燃焼熱で加熱できるようにした非常に小型の熱交換器を提供する。
【解決手段】加熱すべき流体を流す管体８を備える。管体８の周壁部に、軸方向一端側に位置する燃焼室１２が設けられると共に、燃焼室１２から軸方向他端側に向けて夫々螺旋状にのびる予混合ガス通路１３と排ガス通路１４とが設けられる。予混合ガス通路１３から供給される燃料ガスと一次空気との予混合ガスを燃焼室１２で燃焼させ、排ガス通路１４に流れる燃焼排ガスの熱により管体８内に流れる流体を加熱する。また、流体の流れが燃焼排ガスの流れに対向するように、流体を管体８の軸方向他端側から一端側に向けて流す。
【選択図】図２

Description

本発明は、水等の流体を燃焼熱で加熱できるようにした小型熱交換器に関する。
従来、水等の流体を燃焼熱で加熱する熱交換器は、バーナを内蔵する缶体を備え、缶体に吸熱管を装着して、吸熱管内に流す流体を缶体内に流れるバーナの燃焼排ガスの熱により加熱するように構成されている。そのため、熱交換器はかなり大型のものになる。
ここで、水等の熱媒体を循環させる放熱器を内蔵する浴室暖房機等の放熱器付き暖房機に熱媒体加熱用の熱交換器を内蔵できれば、暖房機用の別置きの熱源機や、暖房機に熱源機からの熱媒体を供給する外部配管が不要になる。然し、暖房機に内蔵できるような小型の熱交換器は未だ開発されていない。
ところで、従来、電気ヒータの代りとなる小型燃焼器として、スイスロール型のマイクロコンバスタが知られている(例えば、特許文献１参照)。このものは、直径が１〜数ｃｍの円盤状の燃焼器本体に、中心部の燃焼室と、燃焼室から外方に渦巻状にのびる予混合ガス通路と、同じく燃焼室から外方に渦巻状にのびる排ガス通路とを設け、予混合ガス通路から供給される燃料ガスと一次空気との予混合ガスを燃焼室で燃焼させ、燃焼排ガスを排ガス通路を介して排出するように構成される。このマイクロコンバスタは、その側面に配置した被加熱物体を排ガス通路に流れる燃焼排ガスの熱により加熱するために使用される。
特開２００４−２００８３号公報
本発明は、上述のマイクロコンバスタの技術を利用し、水等の流体を燃焼熱で加熱できるようにした非常に小型の熱交換器を提供することをその課題としている。
上記課題を解決するために、本発明の小型熱交換器は、加熱すべき流体を流す管体を備え、管体の周壁部に、軸方向一端側に位置する燃焼室が設けられると共に、燃焼室から軸方向他端側に向けて夫々螺旋状にのびる予混合ガス通路と排ガス通路とが設けられ、予混合ガス通路から供給される燃料ガスと一次空気との予混合ガスを燃焼室で燃焼させ、排ガス通路に流れる燃焼排ガスの熱により管体内に流れる流体を加熱するように構成されることを特徴とする。
本発明によれば、流体を流す管体自体が燃焼器本体に兼用されることになり、非常に小型の熱交換器が得られる。そして、排ガス通路は螺旋状であるため、排ガス通路の流路長が長くなり、流体が効率良く加熱される。また、排ガス通路と同様の螺旋状に形成される予混合ガス通路に流れる予混合ガスも燃焼排ガスの熱により予熱され、燃焼室で予混合ガスが安定して燃焼する。
尚、流体を管体の軸方向他端側から一端側に向けて流すようにすれば、管体の軸方向一端側の燃焼室から排ガス通路に沿って軸方向他端側に流れる燃焼排ガスに対向して流体が流れることになり、熱交換効率が一層向上する。
本発明の小型熱交換器は上記の如く非常に小型であり、例えば、熱媒体を循環させる放熱器を内蔵する放熱器付き暖房機に無理なく内蔵させることができる。そして、この小型熱交換器の管体内に熱媒体を流すことにより、小型熱交換器が熱媒体を加熱する熱源として機能する。従って、暖房機用の別置きの熱源機が不要になって、コストダウンを図ることができると共に、外部配管が不要になって、暖房機の設置工事が容易になる。
図１を参照して、１は浴室暖房機等の暖房機を示している。この暖房機１には、熱媒体たる水を循環させる放熱器２と、循環ファン３と、換気ファン４とが内蔵されている。室内空気は、循環ファン３の作動により暖房機１内に図示省略した吸込み口から吸い込まれて放熱器２の配置部に導かれ、放熱器２で加熱されて、可変ルーバ５を配置した吹出し口から温風となって室内に送風される。また、換気ファン４の作動により、室内空気が排気ダクト６を介して屋外に排出される。
また、暖房機１には、水を加熱する熱源たる小型熱交換器７が内蔵されている。この熱交換器７は、図２に示す如く、水を流す管体８を備えている。管体８の軸方向一端(図２の左端)には、放熱器２の上流端に連なる往き管９がＯリング９ａを用いて液密に接続され、管体８の軸方向他端(図２の右端)には、放熱器２の下流端に連なる戻り管１０が同じくＯリング１０ａを用いて液密に接続されている。そして、戻り管１０に図１に示す如くポンプ１１を介設し、ポンプ１１の作動により放熱器２と熱交換器７との間で水が循環され、管体８内に軸方向他端側から一端側に向けて水が流れるようにしている。
管体８の周壁部には、軸方向一端側に位置する燃焼室１２が設けられると共に、燃焼室１２から軸方向他端側に向けて夫々螺旋状にのびる予混合ガス通路１３と排ガス通路１４とが設けられている。これを詳述するに、管体８は、金属製の内管８ａと、内管８ａに外嵌する断熱材製の外管８ｂとで構成されている。そして、内管８ａの外周面に、軸方向一端側に位置させて、燃焼室１２となる窪み部を形成すると共に、燃焼室１２から軸方向他端側にのびる２条の螺旋溝を形成し、一方の螺旋溝で予混合ガス通路１３を構成し、他方の螺旋溝で排ガス通路１４を構成している。これら燃焼室１２、予混合ガス通路１３及び排ガス通路１４は、外管８ｂによりシールされる。尚、予混合ガス通路１３は、逆火を防止するため、その断面の幅が消炎距離以下になるように幅狭に形成されている。
外管８ｂの軸方向他端側の部分には、周囲一側に位置させて、予混合ガス通路１３に連通する給気ポート１５が形成され、周囲他側に位置させて、排ガス通路１４に連通する排気ポート１６が形成されている。そして、給気ポート１５に臨ませてガスノズル１７を配置し、また、排気ポート１６に排気ダクト６までのびる排気管１８を接続している。
以上の構成によれば、給気ポート１５に流入するガスノズル１７からの燃料ガスと一次空気とが混合して予混合ガスが生成され、この予混合ガスが予混合ガス通路１３を介して燃焼室１２に供給され、燃焼室１２に設けた点火器(図示省略)の作動により燃焼室１２での予混合ガスの燃焼が開始される。予混合ガスの燃焼で生ずる高温の燃焼排ガスは、燃焼室１２から排ガス通路１４と流出ポート１６と排気管１８とを介して排気ダクト６に流れる。そして、排ガス通路１４に流れる燃焼排ガスの熱により管体８内に流れる水が加熱される。かくして、放熱器２から戻り管１０を介して戻された水が熱交換器７での加熱により高温の湯となって往き管９を介して放熱器２に送られ、放熱器２での熱交換により室内空気が加温される。
ここで、排ガス通路１４は螺旋状で通路長が長く、且つ、管体８の軸方向一端側の燃焼室１２から排ガス通路１４に沿って軸方向他端側に流れる燃焼排ガスに対向して水が管体８の軸方向他端側から一端側に流れて、対向流方式での熱交換が行われるため、効率良く水が加熱される。また、排ガス通路１４と同様の螺旋状に形成される予混合ガス通路１３に流れる予混合ガスも燃焼室１２に到達するまでに燃焼排ガスの熱により十分に予熱され、燃焼室１２で予混合ガスが安定して燃焼する。
また、図示しないが、燃焼室１２の壁面は断熱材で被覆されており、燃焼室１２が管体８内に流れる水との熱交換で冷されて燃焼が不安定になることを防止している。尚、燃焼室１２に断熱材製のケースを嵌め込んでも良く、また、断熱材製の外筒８ｂに燃焼室１２を形成しても良い。
本実施形態の熱交換器７では、水を流す管体８自体が燃焼器本体に兼用される。そのため、熱交換器７は非常に小型になり、放熱器２付きの暖房機１に水加熱用の熱源としてこの熱交換器７を無理なく内蔵できる。これにより、暖房機１用の別置きの熱源機が不要になって、コストダウンを図ることができると共に、暖房機１に熱源機からの温水を供給する外部配管が不要になって、暖房機１の設置工事が容易になる。尚、１個の熱交換器７では熱量が不足する場合は、熱交換器７の複数個を並設しても良い。
ところで、上記第１実施形態では、熱交換器７の管体８を内管８ａと外管８ｂとで構成し、内管８ａの外周面に燃焼室１２と予混合ガス通路１３と排ガス通路１４とを形成したが、これに限るものではない。例えば、図３に示す第２実施形態の熱交換器７の如く、管体８を内管８ａと外管８ｂとこれら両管８ａ，８ｂの間に介挿した肉薄のインサート管８ｃとで構成し、内管８ａの外周面に、軸方向一端側に位置する窪み部から成る燃焼室１２と、燃焼室１２に連通する螺旋溝から成る排ガス通路１４とを形成し、外管８ｂの内周面に、インサート管８ｃに形成した連通孔(図示せず)を介して燃焼室１２に連通する螺旋溝から成る予混合ガス通路１３を形成しても良い。この場合、燃焼排ガスの熱で予混合ガスがインサート管８ｃを介して効率良く予熱されるように、予混合ガス通路１３を管体８の径方向に偏平に形成することが望ましい。
また、上記実施形態では、放熱器２付き暖房機１に熱源として組み込む熱交換器７に本発明を適用し、管体８内に加熱すべき流体として水を流すようにしたが、管体８内に流す流体は水に限られるものではなく、オイル等の水以外の熱媒体であっても良い。また、暖房機以外の器具に組み込む熱交換器、例えば、食器洗浄機に洗浄水を加熱するために組み込む熱交換器にも本発明を適用できる。更に、図２、図３に示す熱交換器７の管体８内に触媒を充填し、管体８内に流す被改質ガスを排ガス通路１４に流れる燃焼排ガスの熱で加熱して改質すること、即ち、改質器を構成する熱交換器に本発明を適用することも可能である。
本発明熱交換器を内蔵する放熱器付き暖房機の構造を示す説明図。 本発明の第１実施形態の熱交換器を示す切断側面図。 本発明の第２実施形態の熱交換器を示す切断側面図。
符号の説明
７…熱交換器、８…管体、１２…燃焼室、１３…予混合ガス通路、１４…排ガス通路。

Claims (2)

  1. 加熱すべき流体を流す管体を備え、管体の周壁部に、軸方向一端側に位置する燃焼室が設けられると共に、燃焼室から軸方向他端側に向けて夫々螺旋状にのびる予混合ガス通路と排ガス通路とが設けられ、予混合ガス通路から供給される燃料ガスと一次空気との予混合ガスを燃焼室で燃焼させ、排ガス通路に流れる燃焼排ガスの熱により管体内に流れる流体を加熱するように構成されることを特徴とする小型熱交換器。
  2. 前記流体を前記管体の軸方向他端側から一端側に向けて流すことを特徴とする請求項１記載の小型熱交換器。
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