JPH0427450B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、温風暖房器などに好適に使用できる
ヒートパイプ（以下HPと略す）を用いた熱交換
装置に関する。

「従来の技術」 温風暖房器の熱交換装置としては、第６図に示
すようにバーナプレート６４の下流面で生成した
燃焼ガスＨを、筒状の伝熱管６１の内部に通し、
被加熱空気Ｌを伝熱管６１外において伝熱管６１
に直交させて流す方式が従来より多用されてい
る。

温風暖房器では、流速および温度とも可能な限
り一様な温風を、幅40〜60cmの温風吹出し口より
室内に向けて吹出すことが要請され、温風送出用
フアン６５を用い、かつ、伝熱管６１を２〜３パ
スとなるように蛇行状に往復させて、温風の温度
分布を均一となるようにしている。

しかし、この方式では、所要の伝熱面積が大き
くなり、総括伝熱係数として20〜30kcal／m²／
ｈ／℃程度が限界で、その結果、この方式を用い
るかぎり装置の小型化が限界にきており、また、
フアン６５のすぐ下流の温風吹出し口における幅
方向の温度分布が大きいなどの問題点があつた。

「発明の解決しようとする問題点」 本発明は、従来の温風暖房器用熱交換装置では
小型化に限界があり、かつ、温風吹出し口での温
度むらが存在した点に鑑み、これらを解決する新
規な熱交換装置を提供することを目的とする。

「発明の構成」 本発明の熱交換装置は、加熱流体の流路には、
HPの受熱部と、前記受熱部に近接した下流に通
気可能に設けられる輻射体と、前記輻射体の下流
に設けられる前記HPの別の受熱部または別の
HPの受熱部とを配置し、被加熱流体の流路に
は、加熱流体の流路に受熱部を配置されるHPの
放熱部を配置することを特徴とする。

本発明ではHPを用いたので、HPの放熱部の
長手方向の温度むらがなく、したがつて温風吹出
し口での幅方向の温度分布がなくなる。

また、HP受熱部のうち、加熱流体の流路の上
流側、すなわち高温側に設けられる受熱部に近接
した下流には、通気可能に設けられた輻射体を配
置する。

そのため、この受熱部はその周囲を流れた高温
の、例えば1500〜1700℃の加熱流体から、800〜
1500℃といつたきわめて大きな温度差をもつて対
流伝熱により加熱されるのみならず、加熱流体と
輻射体との間の対流伝熱により輻射体が加熱され
て白熱し、この白熱した輻射体から強い輻射線が
上流側の受熱部に、上述した大きな温度差に基づ
いて効果的に照射される。

かくして、上流側の受熱部は対流伝熱と輻射伝
熱との双方により加熱され、高温火炎などを含む
加熱流体と上記HP受熱部との間の熱伝達率は、
100〜200kcal／m²／ｈ／℃にも達する。

輻射体を通過した加熱流体はまだ700〜1000℃
の高温であり、ついで別のHP受熱部、特には外
面にフインを有する別のHP受熱部に導かれて充
分に熱吸収される。ここで別のHP受熱部は、別
のHPの受熱部であつてもよいし、さきに上流側
に受熱部を配置された同じHPの別のHP受熱部
であつてもよい。このように高い熱伝達率によつ
て小型化が達成される。

したがつて、例えば高温の燃焼ガスからHPを
介して熱交換して温風を発生させるにあたり、受
熱部側について格別の配慮がなされてないと、例
えば3000kcal／ｈの放熱量を確保するには径34mm
のHPを６本程度必要とし、価格的、スペース的
にメリツトが少なかつたのに対し、本発明によれ
ば、径34mmのHPが１〜２本でも済み、価格的に
もスペース的にも大きなメリツトが生じる。

本発明の好ましい態様では、輻射体に近接した
上流に設けられる受熱部を、ベアチユーブまたは
フイン高さが３mm以下のローフインチユーブ、特
には、ベアチユーブとし、輻射体の下流に設けら
れる受熱部を、前記ベアチユーブまたはローフイ
ンチユーブよりもフイン高さが高いフインチユー
ブとする。上流側の受熱部を、フイン高さの高い
チユーブとすると、高温によりフインが熱損傷を
受けやすい。下流側の受熱部を、上記よりフイン
高さの低いチユーブとすると、伝熱面積が不充分
で充分な熱吸収がしにくくなる。

一方、HPの放熱部にはフインをつけて放熱を
促進し、HP内部の作動流体の温度を所定の温度
範囲内に維持するのが望ましい。

輻射体は、高温で効果的な輻射熱を発生させう
るように、耐熱性材料、例えば炭化ケイ素、窒化
ケイ素、窒化アルミニウムなどのセラミツクス材
料製とするのが好ましい。形状としては、ハニカ
ム、クロス、三次元網状体など、それ自身で通気
性を有するものが好ましいが、それ自身では通気
性を有しない小球、細巾板、細棒などを適宜な間
隔をおいて配置するなどして、輻射体層を加熱流
体が通気可能としてもよい。

HPについては、温風暖房器に使用する場合、
管材質としてはステンレス、銅、アルミニウムな
ど、作動媒体としては水、フロン、ダウサム、ナ
フタリンなどが好ましい。

本発明において、加熱流体には、燃料として都
市ガス、プロパンガス、天然ガスなどの気体燃料
や灯油などの液体燃料を燃焼させて生成した高温
の燃焼ガス、特には1500〜1700℃といつた高温の
燃焼ガスが好適である。燃焼手段としては拡散燃
焼型バーナあるいは予混合型バーナが使用でき、
その際、上流側HPの受熱部上流縁と燃焼手段の
燃料ガス吐出口（例えばバーナ先端あるいはバー
ナプレート下流面）との距離は、拡散燃焼型バー
ナでは50〜150mm、予混合型バーナでは100mm以下
として、本発明装置のいつそうの小型化に資する
のがよい。なお、この距離をこのように短くして
も、白熱した輻射体の酸化機能により、COなど
の不完全燃焼成分の発生は抑制される。

本発明で上流側受熱部を有するHPは好ましく
は１〜２本配置され、下流側受熱部を有する別の
HPも好ましくは１〜２本配置される。なお、上
流側受熱部はかなりの高温にさらされるが、放熱
部を流れる空気などの被加熱流体により冷却され
るので、熱損傷が防止される。

「実施例」 第１図および第２図に示す本発明の実施例の熱
交換装置では、ケーシング９が加熱流体である燃
焼ガスＨの流路と被加熱流体である空気Ｌの流路
を区画している。燃焼用空気と燃料ガスとを所定
割合で混合した予混合気Ｐは、燃焼手段である面
状のバーナプレート４に導かれる。このバーナプ
レート４は多数の貫通する炎孔を有し、炎孔を通
過した予混合気Ｐはバーナプレート４の下流側で
面状に火炎を形成し、燃焼ガスＨとなる。

燃焼ガスＨの流れ方向で見てバーナプレート４
に近接した下流には２本の第1HP１の受熱部１
ａが配置され、受熱部１ａに近接した下流にセラ
ミツクスハニカムからなる輻射体３を配する。ま
た、輻射体３に近接した下流には２本の第2HP
２の受熱部２ａを配する。本実施例では第1HP
１の受熱部１ａをフインのないベアチユーブ、第
2HP２の受熱部２ａをフイン７を有するフイン
チユーブとしている。これらの受熱部１ａ、輻射
体３、受熱部２ａはいずれも燃焼ガスＨの流れに
直交するように配置されている。

なお、バーナプレート４下流面から下流であつ
て、かなり高温の加熱流体Ｈが流れる部分には、
断熱ライニング１０が施されている。

第1HP１および第2HP２はそれぞれ空気Ｌの
流路まで延在して、空気Ｌの流れに直交するよう
に配置され、それぞれ放熱部１ｂ、放熱部２ｂと
して機能する。放熱部１ｂおよび放熱部２ｂはそ
れぞれフイン７を有して所要の放熱面積を備え
る。また本実施例では空気Ｌの流れに沿つて放熱
部２ｂ、放熱部１ｂ、フアン５がこの順に設けら
れているが、空気Ｌの流れに沿つて、例えば放熱
部１ｂ、放熱部２ｂ、フイン５の順に設けること
もできる。

第1HP１の作動媒体はダウサムなどの有機系
熱媒油またはナフタリンとし、第2HP２の作動
媒体は水とするのが温風暖房器用として好ましい
が、条件によつては第2HP２の作動媒体も有機
系熱媒油やナフタリンとすることもできる。第
2HP２の作動媒体にナフタリンを用いる場合に
は作動媒体の凝固を防ぐために、放熱部２ｂのフ
イン高さは高過ぎないようにする。

第３図に示す別の実施例では、HP６の受熱部
を高温側受熱部６ｃと低温側受熱部６ｄに区分
し、受熱部６ｃをベアチユーブ、受熱部６ｄをフ
インチユーブとしている。バーナプレート４の下
流に受熱部６ｃを置き、その近接下流で輻射線が
受熱部６ｃを照射する位置にセラミツクスハニカ
ムからなる輻射体３を配置し、さらにケーシング
９により転向させられた燃焼ガスが受熱部６ｄを
加熱するように配置されている。６ｂは放熱部で
ある。

この実施例によれば、第１図に示した実施例よ
りもHPの本数が少なくでき、例えば全部でただ
１本のHPとすることもできて、さらにコンパク
トな熱交換装置が得られる。

なお、第３図の実施例で受熱部６ｄを通過した
加熱流体をもう一度転向させてHP６のさらに別
の受熱部に熱を与えるように構成することも可能
である。

なお、これらの実施例において、HPは水平に
設置しても充分な効果が得られるが、HPを受熱
部が下がるように10度以下、好ましくは６度程度
傾けると、熱サイフオンの原理が応用でき、HP
の輸送熱量がさらに増大し、よりコンパクトな装
置が形成される。

第４図の例は、高さが２mmのフイン８を有する
ローフインチユーブからなる受熱部１ａを複数段
に千鳥配置して、輻射体３からバーナプレート４
への輻射線をなるべくさえぎるようにし、それに
あわせて受熱部２ａも複数段に千鳥配置した他は
第１図の例とほぼ同様である。

第５図の例は、セラミツクスハニカムからなる
複数枚の輻射体３を、高さが２mmのフイン８を有
するローフインチユーブからなる受熱部６ｃの軸
方向に向けて傾斜配置して、輻射体３からの輻射
線がより有効に受熱部６ｃに入射するようにした
他は第３図の実施例とほぼ同様である。

このように受熱部１ａないし受熱部６ｃは、フ
インを過熱したり作動媒体を過熱したりしない範
囲でフイン高さ３mm以下のローフインチユーブと
することも可能である。

なお、第１図、第３図、第５図の実施例でHP
１，２，６はそれぞれ１本でも複数本でもよく、
複数本の場合には同一段に水平配列しても複数段
に千鳥配列してもよいことはいうまでもない。

「作 用」 本発明では、高温の加熱流体の流路には、HP
の受熱部、その近接下流には通気可能とされた輻
射体、さらにその下流には第２の受熱部をそれぞ
れ配置し、主に上流側の受熱部に対し輻射伝熱が
作用し、高温流体からHPへの高い熱伝達率が実
現される。もちろん、高温流体と上記したそれぞ
れの受熱部との間で対流伝熱も行なわれる。

また、このように配置することにより、輻射体
からバーナプレートなどの燃焼手段への熱輻射の
大部分が上流側の受熱部により遮蔽され、燃焼バ
ーナの過熱、逆火などが防止される。この目的か
ら上流側HPが複数本のHPからなる場合、千鳥
配置が好ましい。下流側の受熱部では加熱流体の
温度が下がつて、フインの損傷の恐れも少ないの
で、外面にフインをつけ伝熱をさらに促進するこ
とが可能である。

上述の如く、上流側および下流側の受熱部に流
入した熱は、HPの作用により、きわめて効果的
に放熱部に伝えられる。この熱によりHPの放熱
部の管の温度は上昇するが、HPの特性として、
HP長手方向の温度むらはほとんどない。そのた
め、温風暖房器として要求される均一な温風が得
られる。

また、HPでは管内に含まれた作動媒体の相変
化（蒸発、凝縮）により、管内の伝熱を行なうた
め、HP内部での熱の伝達はきわめて効果的に行
なわる。したがつて、加熱流体から被加熱流体へ
の熱伝達は、実質的に加熱流体からHP受熱部外
壁への、およびHP放熱部からの被加熱流体への
熱伝達によつて制限される。

放熱部については圧損が許されるかぎり密なフ
インを設けることが可能なため、熱伝達率が比較
的小さくてもHP管外表面積あたりの熱流束を大
きくとることができる。

問題は受熱部であるが、本発明によれば、上流
側、すなわち最も高温側でバーナプレートに近い
受熱部はベアチユーブまたはローフインチユーブ
からなつており、高温火炎に近接しているため、
高温の加熱流体と受熱部外壁との間に800〜1500
℃の温度差が与えられ、かつ、輻射体には900〜
1200℃の高温流体が流入して輻射体を白熱させ、
白熱した輻射体から強い輻射線が上流側受熱部に
照射されて、加熱流体と上記受熱部との間の熱伝
達率を100〜200kcal／m²／ｈ／℃にも達せしめ、
かつ、輻射体を通過して700〜1000℃までの温度
の低下した加熱流体を外面にフインを有する下流
側受熱部に導き、主に対流伝熱によつて熱吸収さ
せるため、効果的な熱交換ができ、本発明の構成
によらない場合に比して、受熱部のHPの本数を
１／３〜1/6にすることが可能となる。

「発明の効果」 以上説明した通り、本発明によれば、熱交換装
置の小型化が図れるため、温風暖房器の小型化、
薄型化が可能となるうえ、吹出し温風温度の均一
化が図れる。

なお、本発明の装置は温風暖房器のみならず、
食用油、浴槽などの加熱にも使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例の断面図、第２
図は第１図における−線に沿つた断面図、第
３図、第４図、第５図はは本発明装置のそれぞれ
異なる別の実施例の断面図、第６図は従来の温風
暖房器用熱交換装置の断面図である。 １，２，６……ヒートパイプ、１ａ，２ａ，６
ｃ，６ｄ……受熱部、１ｂ，２ｂ，６ｂ……放熱
部、３……輻射体、７，８……フイン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 加熱流体の流路には、ヒートパイプの受熱部
   と、前記受熱部に近接した下流に通気可能に設け
   られる輻射体と、前記輻射体の下流に設けられる
   前記ヒートパイプの別の受熱部または別のヒート
   パイプの受熱部とを配置し、被加熱流体の流路に
   は、加熱流体の流路に受熱部を配置されるヒート
   パイプの放熱部を配置することを特徴とする熱交
   換装置。 ２ 前記輻射体に近接した上流に設けられる受熱
   部を、ベアチユーブまたはフイン高さが３mm以下
   のローフインチユーブとし、前記輻射体の下流に
   設けられる受熱部を、前記ベアチユーブまたはロ
   ーフインチユーブよりもフイン高さの高いフイン
   チユーブとする特許請求の範囲第１項記載の熱交
   換装置。