JP2548380B2 - 熱交換装置 - Google Patents

熱交換装置

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JP2548380B2 JP1153313A JP15331389A JP2548380B2 JP 2548380 B2 JP2548380 B2 JP 2548380B2 JP 1153313 A JP1153313 A JP 1153313A JP 15331389 A JP15331389 A JP 15331389A JP 2548380 B2 JP2548380 B2 JP 2548380B2
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【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1と放熱器2を密閉
管路3で連結すると共に密閉管路3中に設けた冷媒ポン
プや圧縮機等の冷媒搬送機4により冷媒を強制循環する
ものである。第6図は、熱交換器1の従来例を示したも
ので(特開昭59−107167号公報)、水平方向に延びるア
ルミニューム製の円筒状内周面に複数のフィン5を設
け、外周面軸方向にはパイプ保持部6及び冷媒が内部を
流れる銅材質からなるパイプ7を設けたもので、バーナ
ー8からの燃焼ガスを円筒状内面9に水平横方向に流し
て、冷媒加熱機4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、さらに熱交換効率の向上も含めた暖房運転
時のランニングコストを低減することが望まれている。
また、この種熱交換装置の従来公知技術として、特開
昭63−105395号公報および実開昭63−179464号公報に示
されたものがある。
これらには縦方向の多数の冷媒通路を形成した冷媒通
路部材が用いられているが、さらに冷媒の流れ抵抗の低
減、バーナーの燃焼ガスから冷媒への熱交換効率のアッ
プ、伝熱フィンから冷媒通路部材への熱のスムーズな伝
達と温度の均一化、熱交換装置の構成の簡略化と小形化
等の課題を有しているものである。
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
外部動力が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自然循環力が重
要となる。
この種の暖房装置は、従来は第5図,第6図に示すよ
うに冷媒加熱熱交換器1のような構成であり、冷媒は水
平方向で、且つ連続した一通路としてパイプ7内を流れ
るので、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、局部的な異常加熱を発生したり、冷媒の流れ抵抗
が大きく、熱交換効率も低い。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。
また従来の公知技術である特開昭63−105395号公報お
よび実開昭63−179464号公報に示されたものは、多数の
通路を形成した冷媒通路部材の伝熱フィン側は燃焼ガス
の熱を伝熱フィンを介して集中して受ける。このため冷
媒通路部材の伝熱フィン側の板厚は伝熱フィンと反対側
よりを厚くして熱の移動をスムーズにしないと部分的に
温度の不均一を生じやすく、冷媒を効率よく加熱するこ
とができず、さらに冷媒通路部材に発生する熱応力も大
きく耐久的に課題がある。
従来公知技術は、冷媒通路部材の伝熱フィン側とこれ
と反対側の板厚が同じであり上記の課題を有している。
また燃焼ガス中のイオウ分,結露水等および高温ガス
によりフィン及びフィン側の冷媒通路部材は厳しい腐食
環境にあり、孔食等によりフロン冷媒が燃焼ガス中へ洩
れて有害ガス化するのを防止する必要があり従来公知技
術はこれらに課題を有している。
さらに公知技術は冷媒通路部材が燃焼室の両サイドに
設けられ、これらを連通させるために管を用いるなど構
成が複雑で熱容量も大きくコストも高い課題を有してい
る。
本発明は上記従来例の課題を解決するもので、冷媒の
均一な加熱と熱交換効率の向上、冷媒の円滑な流れなど
熱交換装置の均一な温度分布と安全性,耐久性の向上、
構成の簡略化と小形化,低コスト化をはかることを目的
とする。
課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明の熱交換装置は、縦
方向の多数の通路を形成した冷媒通路部材と、前記通路
と連通し冷媒通路部材に固着された入口ヘッダー管およ
び出口ヘッダー管と、冷媒通路部材の片面に密着固定し
た伝熱隔壁部材と、伝熱隔壁部材に固着された伝熱フィ
ンと、前記通路を形成した冷媒通路部材の伝熱フィン側
の壁の板厚を伝熱フィンと反対側の壁の板厚よりも厚く
したものである。
作用 本発明は上記した構成によって冷媒通路部材の伝熱フ
ィン側の温度が均一になり、また燃焼ガスの腐食に対し
て余裕度が拡大する。
一つの冷媒通路部材の中を冷媒が流れるため均一に分
流される。さらに冷媒通路部材が片側のみの簡略化され
た基本構成となる。
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〜第4図において、10は燃料供給装置に接続
したバーナー8に連通して設けた燃焼室であり、11は伝
熱隔壁部材であり、12は高温ガス通路であり伝熱隔壁部
材11と密着し燃焼室10に連通して設けた燃焼ガス出口13
と排気通路14を有している。15は伝熱隔壁部材11の外面
に熱的に連結され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。この通路16を形成すると冷媒通
路部材15の伝熱フィン22A側の壁15aとこれと反対側の壁
15bがあり、壁15bよりも壁15aの板厚を厚くしている。1
7は冷媒通路部材15の下端に設けた入口ヘッダー管、18
は冷媒通路部材16の上端に設けた出口ヘッダー管であり
それぞれ入口管19、出口管20を接続しこのおのおのによ
り冷媒回路と接続しており、入口ヘッダー管17の他端に
は下方に曲折しオイル抜き管21を設けてある。入口ヘッ
ダー管17と出口ヘッダー管18はそれぞれ縦方向の通路16
により連通している。22A,22Bは伝熱隔壁部材11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枚としてある。燃焼室10の高温ガス
通路12と接しない残りの外面は全面を覆う断熱材23が設
けてある。燃焼ガス出口13に上下に複数を多数のフィン
で分割し上下に通路を構成した伝熱フィン22A,22Bとこ
のフィンで分割した上下の通路24,25の他方を前記伝熱
フィン22の外周を通り集合する排気通路26,27と伝熱フ
ィン22の下部に連通した排気管28を設けてある。
上記構成に於て、燃料の供給装置により供給した燃料
をバーナー8で燃焼し、燃焼室10に発生した高温ガスは
燃焼ガス出口13を通り高温ガス通路12の伝熱フィン22A,
22Bの間の通路24,25を通り、排気通路26,27から排気管2
8より排気する。冷媒入口管17を通って入口ヘッダー管1
7に入った液冷媒は冷媒通路部材15の下部より多数の縦
方向の通路16に分流し、伝熱フィン22A,22Bが高温ガス
通路12内の燃焼ガスから熱を熱的に連結された冷媒通路
部材15に伝熱し、この冷媒通路部材15の縦方向の通路16
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
16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13を出たのち高温ガス通路12で冷媒に
伝熱する。そして、均一加熱または通路16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16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16の上部,下部におい
ても設けた伝熱フィン22A,22B以外の伝熱隔壁11全面も
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16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16の上端に
達した冷媒は出口ヘッダー管18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16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。
発明の効果 以上のように本発明の熱交換装置は、縦方向の多数の
通路を形成した冷媒通路部材と、前記通路と連通した冷
媒通路部材に固着された入口ヘッダー管および出口ヘッ
ダー管と、冷媒通路部材の片面に密着固定した伝熱隔壁
部材と、伝熱隔壁部材に固着された伝熱フィンと、前記
通路を形成した冷媒通路部材の伝熱フィン側の板厚を伝
熱フィンと反対側の板厚よりも厚くしたもので次のよう
な効果を期待できる。
(1) 伝熱フィン側の冷媒通路部材の壁の板厚を伝熱
フィンと反対側よりも厚くしたことによって、波状のフ
ィンが一定間隔をもって固着し温度差を生じる伝熱隔壁
部材に密着固定した冷媒通路部材の温度が均一となり、
通路中の冷媒を効率よく加熱することができると共に熱
応力が抑制され変形,破損を防止し、燃焼ガスの腐食に
対しても安全性が向上する。また部分的な温度差による
過熱と冷媒の熱分解も防止される。
さらに冷媒通路部材を上下部で例えば伝熱フィンと反
対側に曲げ加工し、この曲げ部分で加工時外周の壁の板
厚が減少しても、加工前の壁の板厚をより厚くしてある
ため伝熱フィンと反対側の冷媒通路部材の壁の板厚より
厚いか又は同一厚さとなる。従ってこの曲げ部分での耐
圧,対腐食性に問題を生じない。
(2) 通路中の冷媒が均一に加熱されることによって
気泡ポンプ作用が一層発揮され冷媒の円滑な流れと、冷
媒搬送の無道力化が可能となり低ランニングコストの暖
房ができる。
(3) 冷媒通路部材が片側のみとなり構成の大幅な簡
略化と小形化が図れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す熱交換装置の断面図、
第2図は同冷媒通路部材の断面図、第3図は第1図の熱
交換装置の分解斜視図、第4図は第1図の熱交換装置の
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で
ある。 8……バーナー、10……燃焼室、11……伝熱隔壁、12…
…高温ガス通路、13……燃焼ガス出口、14……排気部、
15……冷媒通路部材、16……通路。
───────────────────────────────────────────────────── 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 (56)参考文献 特開 昭63−105395(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】縦方向の多数の通路を形成した冷媒通路部
    材と、前記通路と連通し冷媒通路部材に固着された入口
    ヘッダー管および出口ヘッダー管と、冷媒通路部材の片
    面に密着固定した伝熱隔壁部材と、この伝熱隔壁部材に
    固着された伝熱フィンと、前記通路を形成した冷媒通路
    部材の伝熱フィン側の板厚を伝熱フィンと反対側の板厚
    よりも厚くした熱交換装置。
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