JPH0718596B2 - 熱交換器 - Google Patents

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
着して設けられ上下方向に多数の通路を持つ上下複数段
の伝熱フィンと、前記伝熱隔壁の外面と密着した冷媒通
路部材と、前記燃焼室の内面を覆う断熱材とからなり、
前記複数の伝熱フィンの内、何れかの伝熱フィンの通路
長さを他の伝熱フィンの通路長さよりも長くしたもので
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
高温ガス通路の伝達隔壁に密着した複数の伝熱フィンで
分割し、何れかの伝熱フィンの通路長さを他の伝熱フィ
ンの通路長さよりも長くすることにより、燃焼ガスを伝
熱面に均一に流すことができ、冷媒通路部材の各部を均
一加熱でき、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。

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16を有している。詳しく
は高温ガス通路部材14に伝達隔壁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た
オイル抜き管23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13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
を通り下側の伝熱フィン25の下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と連通するものである。なお、前
記伝熱フィン25の通路25aの長さは伝熱フィン24の通路2
4aの長さよりも長くなっている。

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
は燃焼ガス出口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、一方伝熱フィン24,25が前記通路24a,2
5a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。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、無動力搬送を確実に行なわせ、冷媒の熱分解も
生じない。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18の上部へ冷媒を送る気泡ポン
プ作用が発生する。

そして、伝熱フィン25の通路25aの長さは伝熱フィン24
の通路24aの長さより長く設定してあることにより、伝
熱フィン25側のガス通過抵抗を増加しているため、燃焼
ガスは伝熱フィン24,25を均一に流れる。すなわち、燃
焼ガスが燃焼室11から燃焼ガス出口15を出た後高温ガス
通路を通り排気管16に至る通路の燃焼ガス通過抵抗をフ
ィンの長さにより最適に設定できる。また、本実施例で
は排気管16側の伝熱フィン25の通路25aを全域にわたり
伝熱フィン24の通路24aより長くしている。そのため、
排気管16に近い伝熱フィン25と、排気管16に対する通路
24a,27を持つ通路抵抗の大きい伝熱フィン24とを同じ抵
抗に設定でき、燃焼ガスを均一に流せ、伝熱フィンの各
部の伝熱量を均一化できるものである。また、冷媒の流
れに応じて、フィンの長さにより流量抵抗に分布を設
け、燃焼ガスの流れ分布をコントロールできる。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1
3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。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。この
ように上下方向の通路18の下部から上部に至るまで均一
に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25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。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から通路18に効率良く伝達することが
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、劣化を生じることなく、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ブレージングシート
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ブ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2
4,25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26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。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を設けてあるため、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熱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て
設けられ上下方向に多数の通路を持つ上下複数段の伝熱
フィンと、前記伝熱隔壁の外面と密着した冷媒通路部材
と、前記燃焼室の内面を覆う断熱材とからなり、前記複
数の伝熱フィンの内、何れかの伝熱フィンの通路長さを
他の伝熱フィンの通路長さよりも長くしたもので、次の
効果が得られる。

すなわち、複数の伝熱のフィンの通路長さを互いに変え
てあることにより、長い通路を持つ伝熱フィン側の通路
長さを長くしてガス通過抵抗を増加しているため、燃焼
ガスは複数の伝熱フィンを均一に流れる。すなわち、燃
焼ガスが燃焼室から燃焼ガス出口を出た後高温ガス通路
を通過する抵抗をフィンの長さにより最適に設定でき
る。そのため、各伝熱フィンの通路抵抗を同じ抵抗に設
定でき、燃焼ガス均一に流せ、伝熱フィンの各部の伝熱
量を均一化できるものである。このことにより、局部過
熱による冷媒の分解劣化を防止し、高効率な熱交換が可
能となる。また、冷媒の流れに応じて、フィンの長さに
より流量抵抗に分布を設け燃焼ガスの流れ分布をコント
ロールできる。また、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
温ガス通路内に伝熱隔壁に密着した複数の伝熱フィンを
設け、伝熱隔壁と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、冷媒の熱分解も防止できる。均一加熱は冷
媒通路部材の通路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て自然循環
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。

【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、24a,25a……通路、26……断熱材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桜武 達規 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 山口 紘一郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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て設けられ上下方向
   に多数の通路を持つ上下複数段の伝熱フィンと、前記伝
   熱隔壁の外面と密着した冷媒通路部材と、前記燃焼室の
   内面を覆う断熱材とからなり、前記複数の伝熱フィンの
   内、何れかの伝熱フィンの通路長さを他の伝熱フィンの
   通路長さよりも長くした熱交換器。