JPH02169969A - 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／と放梅器コを密閉
管路３で連結すると共に密閉管路３中に設けた冷媒搬送
機弘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ｌの従来例を示したもので（特開昭５
９−１０７１６７号公報）、水平方向に延びる円筒状内
周面に複数のフィンｊを設け、外周面軸方向にはパイプ
保持部乙及び冷媒が内部を流れるパイプ７を設けたもの
で、バーナ♂かもの燃焼ガスを円筒状内面りに水平横方
向に流して冷媒加熱機≠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、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 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。

この種の暖房装置は、従来は、第６図に示すように冷媒
加熱交換器／のような構成であり、冷媒は水平方向に延
びるパイプ７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
焼状態によシネ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。

本発明は、かかる従来の課題を解消するものでバーナ等
で加熱する冷媒加熱器の自然循環サイクルを気泡上昇に
よる自然循環力を増進させることによりスムーズに循環
させ、さらに効率よく伝熱して熱効率を向上させるもの
で、無動力熱搬送を確実におこなわせ冷媒の熱分解を生
じなく、高温燃焼ガスを燃焼室から均一に熱交換部に導
き冷媒の均一循環の維持とにより冷媒の熱分解を生じな
く信頼性の高いシステムとすることを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明は、板状の伝熱隔壁部材を設け、一方の面に密着
して冷媒通路部材を固定し、他面に枠形の取付環状縁部
において燃焼室端板を固定し、前記伝熱隔壁部材と燃焼
室端板間に高温ガス通路を構成し、前記燃焼室端板の中
央部に燃焼ガス出口孔を穿設すると共に燃料供給装置に
接続したバーナーを装着した燃焼室筐体を固定し、前記
燃焼ガス出口孔に対応する位置の前記伝熱隔壁部材の上
下に多数のフィン片を形成した伝熱フィンを設け、前記
フィン片間と前記伝熱フィンの上下、左右に高温ガス通
路を構成し、下部には排気部を設け、前記冷媒通路部材
には上下にヘッダー管を接続し、前記燃焼室筐体の内面
壁には断熱材を設けたものである。

作用 本発明は、前記した構成によって、バーナ等で加熱する
冷媒加熱器の自然循環サイクルを、断熱構成の燃焼室と
連通して設けた燃焼ガス出口孔から噴出する燃焼ガスを
燃焼ガスが通過する前記高温ガス通路に密着した多数の
一フィン片を形成した伝熱フィンを具備する伝熱隔壁部
材と縦方向の通路を有する多穴管構成の冷媒通路部材で
構成したの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、スムーズに冷媒を循環
させ、かつ冷媒を局部過熱させることがなく無動力熱搬
送を確実におこなわせ冷媒の熱分解は生じない。そして
、前記燃焼ガス出口孔に上下に多数のフィン片で分割し
上下に通路を構成した伝熱フィンと、前記伝熱フィンで
分割した上下の通路の他方を前記伝熱フィンの外周を通
り集合する排気通路と、前記排気通路の前記伝熱フィン
の下部に連通した排気管を設けることにより冷媒通路の
下部から均一に蒸発を促進させ冷媒の循環量を増加でき
る。

そして、高温ガス通路の内壁の高温ガス通路用部材を前
記燃焼室で構成し、外壁を構成する伝熱隔壁部材で高温
ガス通路を構成し、伝熱隔壁部材と密着した冷媒通路部
材で構成した二重壁構成により、前記内壁の高温ガス通
路用部材から伝熱フィンを通じて冷媒通路に伝熱するた
め伝熱効率が上昇し、また多穴管構成の冷媒通路部材と
伝熱隔壁部材との二重壁構成による冷媒の燃焼ガス部へ
の洩れ防止と高温の燃焼室と冷媒通路を高温ガス通路で
完全に分離したため局部過熱による冷媒の熱分解、劣化
が生じなく信頼性の高いシステムとなる。

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図は本発明の熱交換器の一実施例の断面図、第２図
は本発明の冷媒通路部材の断面図、第３図は第１図の熱
交換器の展開斜視図、第４図は第１図の熱交換器の燃焼
ガス通路部の断面図、を示す。

第１図〜第４図において、ＩＯは燃料供給装置に接続し
たバーナｔに連通して設けた燃焼室であり、ＩＯＡは燃
焼室筐体、／／は板状の伝熱隔壁部材であり、／２Ａは
枠形の取付環状縁部／２Ｂを有する箱形の燃焼室端板で
、取付環状縁部／２ｆ３を伝熱隔壁部材／／に密着して
固定し、燃焼室端板／２Ａと伝熱隔壁部材７７間に高温
ガス通路１２を構成する。燃焼室端板７２Ａの中央部に
は燃焼ガス出口孔／３を穿設し、高温ガス通路／２には
排気通路／４を設ける。

ｌｊは伝熱隔壁部材ｌｌ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。／７は冷媒通路部材／６の下端に設けた入口ヘッダ
ー管、７８′は冷媒通路部材ｌ！の上端に設げた出口ヘ
ッダー管であり、それぞれ人口ｗｌり、出口管２０を接
続し、この各々により冷媒回路と接続しており、入口ヘ
ッダー管／７の他端には下方に曲折しオイル抜き管２１
を設けである。入口ヘッダー管１７と出口ヘッダー管／
♂はそれぞれ縦方向の通路／６により連通している。

２２に、２２Ｂは伝熱隔壁部材ｌｌ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
せて多数のフィン片を形成しである。燃焼室１０の高温
ガス通路／２と接しない残りの内壁面は全面を覆う断熱
材２３が設けである。

燃焼ガス出口孔１３に上下に複数のフィン片で分割し上
下に通路を構成した伝熱フィン２２Ａ１２２Ｂとこのフ
ィンで分割した上下の通路２≠、２夕の他方を前記伝熱
フィン２２Ａ、２２ｆ３の外周を通り集合する排気通路
２７．．２７と伝熱フィン２２Ｂの下部に連通した排気
管２ｒを設けである０ 本発明の熱交換器の動作を説明する。

前記構成において、燃料の供給装置により供給した燃料
をバーナー？で燃焼し、燃焼室ＩＯに発生した高温ガス
は燃焼ガス出口孔１３を通υ、高温ガス通路／２の伝熱
フィン２２Ａ１２２ｆ３の間の通路２≠、２ｊを通り、
排気通路２乙、２７から排気管２ｇより排気する。

冷媒入口管／７を通って入口ヘッダー管／りに入った液
冷媒は冷媒通路部材／よの下部より多数の縦方向の通路
／乙に分流し、伝熱フィン２２Ａ１２２Ｂが高温ガス通
路／２内の燃焼ガスから熱を熱的に連結された冷媒通路
部材／ｊに伝熱し、この冷媒通路部材ｌりの縦方向の通
路／４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じる気液二
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から燃焼ガス出口孔／３を出たのち高温ガス
通路／２で冷媒に伝熱するため、燃焼ガスの温度は一定
に安定しており、１つの出口から噴出することにより燃
焼ガスの温度と流れを均一にでき、冷媒通路部材の各部
を均一加熱できスムーズかつ均一に冷媒を蒸発させ、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
におこなわせ冷媒の熱分解を生じない。

均一加熱はまた通路／６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／乙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／乙の上部、下部においても設けた伝
熱フィン２２Ａ１２２Ｂ以外の伝熱隔壁部材ｌ／全而面
伝熱面積となり高温ガス通路１２を流れる加熱流体より
効率よく吸熱し通路／６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／６の上端に達した冷媒は出口ヘッダー管／♂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／乙の下部から上部に至るまで
加熱することにより自然循環を高めるだけでなく、下部
において伝熱フィン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。

燃焼ガス出口孔／３より排気管２！ｒに至る燃焼ガス通
路を上下に通路２！；Ｓ２６で分け、下側に排気管２ｇ
を設けたため、燃焼ガス出口孔１３より通路２！を通り
排気管２ｇに至る経路が短かくでき、燃焼ガスは通路２
乙より通路２夕を多く流れろ。このため通路１６内の冷
媒は下部で十分にかつ均一に加熱されるため気泡ポンプ
作用が強められ循環力が増加できる。そして伝熱フィン
２２Ａ１２２ｆ３を通った燃焼ガスが排気通路２乙、２
７を通過する時も伝熱隔壁部材／ｌを通り、冷媒に熱が
伝わるため伝熱面積が大きくなり熱交換効率が増加でき
る。

また高温ガス通路／２の内壁を前記燃焼室１０の燃焼室
端板／２Ａで構成し外壁を構成する伝熱隔壁部材／／と
この伝熱隔壁部材／／と密着した冷媒通路部材ｌ！で構
成した二重壁構成により、前記内壁から伝熱フィン２２
Ａ、２２Ｂを通じて冷媒通路／乙に伝熱するため伝熱効
率が上昇し、また多穴管構成の冷媒通路部材／ｊで構成
した二重壁構成による冷媒の燃焼ガス部への洩れ防止と
高温の燃焼室１０と冷媒通路／６を高温ガス通路／２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
が生じなくなり、あるいは機器の異常温度上昇防止によ
る信頼性の高いシステムであるＯ 燃焼室１０の高温ガス通路１２と接しない残秒の筐体ｉ
ｏｃの内壁面は断熱材２３で覆い放熱を防止する。

さらに冷媒通路部材１６を内部に多数の穴を持つアルミ
ニウム製の多穴偏平押し出し管とし、伝熱フィン２２Ａ
、２２Ｂ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、かつ伝熱隔壁部材／／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
シートとしてこの素材を用いた伝熱隔壁部材／／の内外
面にアルミニウム製の伝熱フィン２２Ａ、２２Ｂおよび
アルミニウム製の多穴偏平押し出し管の冷媒通路部材／
！を用いて組立て、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、接触熱抵抗がない伝熱性能に擾れ
る熱交換器を軽量でかつ低コストで実用に供することが
できる。

また高温ガス通路／２の内壁を構成する前記燃焼室１０
の外壁となる燃焼室端板／、２Ａ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
トとしてこの素材を用い、−体ブレージングにより伝熱
フィン、２．２Ａ、２２Ｂと一体に構成することにより
燃焼室１０からの熱が伝熱フィン２２に、２２Ｂと燃焼
室端板／２Ａを通じて冷媒通路／乙に高効率な熱交換効
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。

ぞして、高温ガス通路の内壁を構成する前記燃焼室１０
の外壁の燃焼室端板７．２人をアルミニウムと１−１伝
熱隔壁部材／／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０ また、燃焼室ＩＱの高温ガス通路／２と接しない代りの
筐体／　ＯＡ内面を覆う断熱材２３の外周に冷媒通路部
材／ｊの通路／６と連通ずる通路（たとえば密閉管路３
の放熱器３・＼の往き管）を密接して構成すると断熱材
２３から外部に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。

冷媒中に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。

冷媒通路部材／ｊの冷媒通路／乙の底部の入口ヘッダー
１７に接続した下方に曲折しオイル抜き・び２／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
抜き管から排出し、確実にオイルを加熱器から除去し、
冷媒の均一循環の維持により局部過熱による冷媒の熱分
解を生じなく、信頼性の高いシステムとなる。

発明の効果 本発明の前記構成によれば、 （１）　　断熱構成の燃焼室と連通して設けた燃焼ガス
出口孔から噴出する燃焼ガスを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多数のフィン片を形
成する伝熱フィンを具備する伝熱隔壁部材に縦方向の通
路を有する多穴管構成の冷媒通路部材を密着して構成し
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、スムーズに冷媒を循環
させ、かつ冷媒を局部過熱させることがなく無動力熱搬
送を確実におこなわせ冷媒の熱分解を生じなく、均一加
熱はまた通路／６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、特に燃焼ガス通路を上下に設け、
下部に近い所に排気管を設げることにより冷媒通路部材
の下部を均一に強く加熱するため、−層気泡上昇力は強
められ自然循環力が強くなり、熱交換効率が増大し機器
のコンパクト化が可能となり、また均一加熱により冷媒
の局部異常過熱を防止することにより冷媒の熱分解ある
いは機器の異常温度上昇防止による信頼性向上を図るこ
とができる。

（２）上昇気泡流による気泡ポンプ作用により無動力熱
搬送が可能となり、低ランニングコストの暖房ができる
。

（３）伝熱隔壁部材と一体に冷媒通路部材／ｊを構成し
た二重壁構成による冷媒の燃焼ガス部への洩れ防止と高
温の燃焼室と冷媒通路を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、劣化が生じなくな
り、あるいは機器の異常温度上昇防止による信頼性の高
いシステムであり、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、冷媒が洩れた場合も火
災に直接冷媒ガスが触れることがなく、安全性が高いも
のである。

（４）　　高温ガス通路の内壁を構成し、燃焼室の外壁
となる燃焼室端板／２Ａ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て
この素材を用い、一体ブレージングにより伝熱フィン外
壁、排気通路を一体に構成することにより、燃焼室から
の熱が伝熱フィン、排気通路を通じて冷媒通路に高効率
な熱交換効率で伝熱し、効率アップと機器のコンパクト
化が可能となり、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、排ガスが洩れろことがな
く安全性が高いものとなる。

（５）燃焼室の高温ガス通路と接しない残りの内面壁を
覆う断熱材の外周に冷媒通路部材の通路と連通ずる通路
（たとえば密閉管路の放熱器への往き管）を密接して構
成すると、断熱材から外部に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にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱交換器の一実施例の断面図、第２図
は本発明の冷媒通路部材の断面図、第３図は第１図熱交
換器の展開斜視図、第４図は第１図熱交換器の燃焼ガス
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、を示す。 ？＝バーナー　　１０：燃焼室、　／／：伝熱隔壁部材
、　／２：高温ガス通路、 ／２Ａ：燃焼室端板、　／３：燃焼ガス出口孔、／４ｔ
：排気部、　／ｊ：冷媒通路部材、／乙：通路、　／７
：入口ヘッダー管、／♂：出ロヘッダー管、　／り、２
０二人ロ管、出口管、　コノニオイル抜き管、 ２２Ａ、２２Ｂ＝伝熱フイン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 板状の伝熱隔壁部材を設け、一方の面に密着して冷媒通
   路部材を固定し、他面に枠形の取付環状縁部において燃
   焼室端板を固定し、前記伝熱隔壁部材と燃焼室端板間に
   高温ガス通路を構成し、前記燃焼室端板の中央部に燃焼
   ガス出口孔を穿設すると共に燃料供給装置に接続したバ
   ーナーを装着した燃焼室筐体を固定し、前記燃焼ガス出
   口孔に対応する位置の前記伝熱隔壁部材の上下に多数の
   フィン片を形成した伝熱フィンを設け、前記フィン片間
   と前記伝熱フィンの上、下、左右に高温ガス通路を構成
   し、下部には排気部を設け、前記冷媒通路部材には上下
   にヘッダー管を接続し、前記燃焼室筐体内面壁には断熱
   材を設けた熱交換器。