JP2845565B2 - 熱交換器 - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
- F28F1/14—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending longitudinally
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/0008—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one medium being in heat conductive contact with the conduits for the other medium
- F28D7/0025—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one medium being in heat conductive contact with the conduits for the other medium the conduits for one medium or the conduits for both media being flat tubes or arrays of tubes
-
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- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
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- F28F1/022—Tubular elements of cross-section which is non-circular with multiple channels
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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。
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選び暖房を
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）、アルミ等の材料で押し出し成形した水平方向
に延びる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パイ
プ７を設けたもので、バーナ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。
て液状冷媒を蒸発気化させて潜熱により熱を選び暖房を
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）、アルミ等の材料で押し出し成形した水平方向
に延びる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パイ
プ７を設けたもので、バーナ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、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。そのため、本出願人は、先に、伝
熱フィン付きの平行接近面の下に拡大斜面を持つ伝熱隔
壁筒の外側に縦方向の冷媒通路部材を配置することを提
案した。（特願昭61−249961号） 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不受力による自
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熱交換器１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、加熱されて気液二層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器
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、特願昭61−249961号のものは伝熱フィンを帯状のア
ルミニウム製の板を波状に屈曲させて構成しているた
め、伝熱フィンと平行接近面の部品精度を高度管理して
も高温のブレージング中に変形が生じ、伝熱フィンを平
行接近面に全域を完全に密着することが困難であった。
そのため、密着しない伝熱フィンの比率に応じて熱交換
効率が低下するばかりでなく、密着しない伝熱フィンは
高温となり変形して熱交換器全体に応力を生じ破損、あ
るいは排ガス通路を閉塞し燃焼状態の異常を生じた。本
発明はかかる従来の課題を解消するもので、伝熱フィン
を押し出し成型材で構成すると共に前記伝熱隔壁と一体
的にし、かつ前記伝熱隔壁側部分の前記伝熱フィンの表
面を凹凸状に溝を設けた構成により、単位面積当りの伝
熱面積を増大でき、伝熱フィンから最も熱伝達の良い伝
熱隔壁の熱交換面積を大きくでき、伝熱隔壁の近傍を流
れる燃焼ガスと熱交換を促進し、熱交換器を高負荷コン
パクトにできかつ、バーナ等で加熱する冷媒加熱器の燃
焼ガスにより熱で均一に加熱して効率よく伝熱して熱効
率を向上かつ安定化させるもので、フィンの局部高温を
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。
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。そのため、本出願人は、先に、伝
熱フィン付きの平行接近面の下に拡大斜面を持つ伝熱隔
壁筒の外側に縦方向の冷媒通路部材を配置することを提
案した。（特願昭61−249961号） 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不受力による自
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熱交換器１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、加熱されて気液二層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器
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、特願昭61−249961号のものは伝熱フィンを帯状のア
ルミニウム製の板を波状に屈曲させて構成しているた
め、伝熱フィンと平行接近面の部品精度を高度管理して
も高温のブレージング中に変形が生じ、伝熱フィンを平
行接近面に全域を完全に密着することが困難であった。
そのため、密着しない伝熱フィンの比率に応じて熱交換
効率が低下するばかりでなく、密着しない伝熱フィンは
高温となり変形して熱交換器全体に応力を生じ破損、あ
るいは排ガス通路を閉塞し燃焼状態の異常を生じた。本
発明はかかる従来の課題を解消するもので、伝熱フィン
を押し出し成型材で構成すると共に前記伝熱隔壁と一体
的にし、かつ前記伝熱隔壁側部分の前記伝熱フィンの表
面を凹凸状に溝を設けた構成により、単位面積当りの伝
熱面積を増大でき、伝熱フィンから最も熱伝達の良い伝
熱隔壁の熱交換面積を大きくでき、伝熱隔壁の近傍を流
れる燃焼ガスと熱交換を促進し、熱交換器を高負荷コン
パクトにできかつ、バーナ等で加熱する冷媒加熱器の燃
焼ガスにより熱で均一に加熱して効率よく伝熱して熱効
率を向上かつ安定化させるもので、フィンの局部高温を
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、燃料供給装置に接続したバーナに連通して
設けた燃焼室と、前記燃焼室の側面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、燃焼ガスが通過する前記高温ガス通路の外
周伝熱隔壁に密着した多数のフィンで分割し通路を構成
した伝熱フィンと、前記高温ガス通路の内壁を前記燃焼
室で構成し、前記高温ガス通路の外壁を構成する外周伝
熱隔壁とこの外周伝熱隔壁と密着した冷媒通路部材によ
る二重壁構成と、前記燃焼室の前記高温ガス通路と接し
ない残りの外面を覆う断熱材と、前記伝熱フィンを押し
出し成型材で構成すると共に前記伝熱壁と一体的にし、
かつ前記伝熱隔壁側部分の前記伝熱フィンの表面を前記
高温ガスの流れ方向に沿って、凹凸状に溝を形成して設
けた構成としたものである。
設けた燃焼室と、前記燃焼室の側面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、燃焼ガスが通過する前記高温ガス通路の外
周伝熱隔壁に密着した多数のフィンで分割し通路を構成
した伝熱フィンと、前記高温ガス通路の内壁を前記燃焼
室で構成し、前記高温ガス通路の外壁を構成する外周伝
熱隔壁とこの外周伝熱隔壁と密着した冷媒通路部材によ
る二重壁構成と、前記燃焼室の前記高温ガス通路と接し
ない残りの外面を覆う断熱材と、前記伝熱フィンを押し
出し成型材で構成すると共に前記伝熱壁と一体的にし、
かつ前記伝熱隔壁側部分の前記伝熱フィンの表面を前記
高温ガスの流れ方向に沿って、凹凸状に溝を形成して設
けた構成としたものである。
作用 本発明は、上記した構成によって、伝熱フィンを押し
出し成型材で構成することにより伝熱フィンの各々の寸
法は高精度に加工できると共に、波状に屈曲させて構成
した場合の様に残留応力も生じないため、伝熱隔壁と一
体的にするためブレージングするとき、伝熱フィンと伝
熱隔壁は全ての端面で確実に接することができる。その
ため、ブレージングの時位置ぎめ保持治具の固定圧力も
大きく設定でき、伝熱フィンと伝熱隔壁は高圧力で全て
の面が密接した状態でブレージングできるため全域を完
全に密着することにより、伝熱フィンの全ての部分にお
いては燃焼ガスの熱を速やかに伝熱隔壁に伝熱する。こ
のため、伝熱フィンの全ての部分が有効に作用して熱効
率を向上かつ安定化させるもので、フィン伝熱隔壁との
不密着によるフィンの局部高温を生じなく信頼性の高い
システムとなる。また、伝熱フィンを押し出し成型材で
構成すると共に前記伝熱隔壁と一体的にし、かつ前記伝
熱隔壁側部分の伝熱フィンの表面を凹凸状に溝を設けた
構成により、単位面積当りの伝熱面積を増大でき、伝熱
フィンから最も熱伝熱の良い伝熱隔壁側の熱交換面積を
大きくでき、伝熱隔壁の近傍を流れる燃焼ガスと熱交換
を促進し、熱交換器を高負荷コンパクトにできかつ、最
も高温となるフィンの先端の温度を低下できフィンの信
頼性の高いシステムとなる。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から噴出する燃焼ガスが通過する
前記高温ガス通路の外周伝熱隔壁に密着した多数のフィ
ンに連通した排気管を設けることにより冷媒通路から均
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を前記燃焼室で構成し外壁を構
成する外周伝熱隔壁とこの外周伝熱隔壁と密着した冷媒
通路部材で構成した二重壁構成により、前記内壁から伝
熱フィンを通じて冷媒通路に伝熱する為伝熱効率が上昇
しかつ多穴管構成の冷媒通路部材で構成した二重壁構成
により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、劣化が生じ無く信頼性の高いシス
テムである。
出し成型材で構成することにより伝熱フィンの各々の寸
法は高精度に加工できると共に、波状に屈曲させて構成
した場合の様に残留応力も生じないため、伝熱隔壁と一
体的にするためブレージングするとき、伝熱フィンと伝
熱隔壁は全ての端面で確実に接することができる。その
ため、ブレージングの時位置ぎめ保持治具の固定圧力も
大きく設定でき、伝熱フィンと伝熱隔壁は高圧力で全て
の面が密接した状態でブレージングできるため全域を完
全に密着することにより、伝熱フィンの全ての部分にお
いては燃焼ガスの熱を速やかに伝熱隔壁に伝熱する。こ
のため、伝熱フィンの全ての部分が有効に作用して熱効
率を向上かつ安定化させるもので、フィン伝熱隔壁との
不密着によるフィンの局部高温を生じなく信頼性の高い
システムとなる。また、伝熱フィンを押し出し成型材で
構成すると共に前記伝熱隔壁と一体的にし、かつ前記伝
熱隔壁側部分の伝熱フィンの表面を凹凸状に溝を設けた
構成により、単位面積当りの伝熱面積を増大でき、伝熱
フィンから最も熱伝熱の良い伝熱隔壁側の熱交換面積を
大きくでき、伝熱隔壁の近傍を流れる燃焼ガスと熱交換
を促進し、熱交換器を高負荷コンパクトにできかつ、最
も高温となるフィンの先端の温度を低下できフィンの信
頼性の高いシステムとなる。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から噴出する燃焼ガスが通過する
前記高温ガス通路の外周伝熱隔壁に密着した多数のフィ
ンに連通した排気管を設けることにより冷媒通路から均
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を前記燃焼室で構成し外壁を構
成する外周伝熱隔壁とこの外周伝熱隔壁と密着した冷媒
通路部材で構成した二重壁構成により、前記内壁から伝
熱フィンを通じて冷媒通路に伝熱する為伝熱効率が上昇
しかつ多穴管構成の冷媒通路部材で構成した二重壁構成
により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、劣化が生じ無く信頼性の高いシス
テムである。
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８に連通して設けた燃焼室であり、11は伝熱
隔壁であり、12A、12Bは高温ガス通路であり燃焼室10に
連通して設けた燃焼ガス出口13と排気管24に連通し、外
側の伝熱隔壁11と内側を燃焼室10と仕切る内壁14で構成
している。15は伝熱隔壁11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。17は冷媒通路部材16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、入口ヘッダーの他端
にはオイル抜き管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、多数のフィンと通
路を構成し伝熱隔壁11側のフィンの表面を燃焼ガスの流
れ方向に沿って縦方向に凹凸状に溝23を形成して設けた
押し出し成型材を、伝熱隔壁11にブレージング等により
一体的に構成している。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24が設けてある。
また、高温ガス通路12A、12Bには、通路12Aから排気管2
5に連通する案内路26と、通路12Bからフィン22A、22Bの
外周を通り集合し排気管25に連通する案内路25を設けて
ある。
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８に連通して設けた燃焼室であり、11は伝熱
隔壁であり、12A、12Bは高温ガス通路であり燃焼室10に
連通して設けた燃焼ガス出口13と排気管24に連通し、外
側の伝熱隔壁11と内側を燃焼室10と仕切る内壁14で構成
している。15は伝熱隔壁11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。17は冷媒通路部材16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、入口ヘッダーの他端
にはオイル抜き管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、多数のフィンと通
路を構成し伝熱隔壁11側のフィンの表面を燃焼ガスの流
れ方向に沿って縦方向に凹凸状に溝23を形成して設けた
押し出し成型材を、伝熱隔壁11にブレージング等により
一体的に構成している。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24が設けてある。
また、高温ガス通路12A、12Bには、通路12Aから排気管2
5に連通する案内路26と、通路12Bからフィン22A、22Bの
外周を通り集合し排気管25に連通する案内路25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12A、12Bの伝熱フィ
ン22A、22Bの間を通り、排気通路26、27から排気管25に
流れる。冷媒入口管17を通って入口ヘッダー管17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り連結された伝熱隔壁11から
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内の冷媒を入口ヘッダー17に近い下部より加熱
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、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。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
A、12Bを流れる加熱流体から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。そして、伝熱フィン22A、22B
を押し出して成型材で構成することにより伝熱フィンの
各々寸法は高精度に加工できると共に、波状に屈曲させ
て構成した場合の様に残留応力も生じないため、伝熱隔
壁11と一体的にするためにブレージングするとき、伝熱
フィン22A、22Bと伝熱隔壁11は全ての端面で確実に接す
ることができる。そのため、ブレージングの時位置ぎめ
保持治具の固定圧力も大きく設定でき、伝熱フィン22
A、22Bと伝熱隔壁11は高圧力で全ての面が密接した状態
でブレージングできるため全域を完全に密着することに
より、伝熱フィン22A、22Bの全ての部分においては燃焼
ガスの熱を速やかに伝熱隔壁11に伝熱する。このため、
伝熱フィン22A、22Bの全ての部分が有効に作用して熱効
率を向上かつ安定化させるもので、フィン22A、22Bと伝
熱隔壁11との不密着によるフィンの局部高温を生じなく
信頼性の高いシステムとなる。また、高温ガス通路12
A、12Bの内壁14と前記伝熱フィン22A、22Bとを、多数の
フィンと通路を構成し伝熱隔壁11側の表面に凹凸状の溝
23によるインナーフィンを設けた押し出し成型材で一体
に構成することにより伝熱隔壁11近傍の単位面積当りの
伝熱面積を増大でき、燃焼ガスの伝熱隔壁11の近傍の熱
伝達を促進し、熱交換機を高負荷コンパクトにできか
つ、最も高温となるフィン22A、22Bの先端の温度は、フ
ィン22A、22Bの溝23によりフィンの伝熱隔壁11側で熱伝
達するためフィンの温度が低下し、フィン先端部で受熱
した熱は伝熱隔壁11に温度差が少なくて伝熱し、この温
度を低下によりフィンの信頼性の高いシステムとなる。
また、フィンを押し出し材で構成することによりフィン
のピッチとフィン厚みは自由に設定できる。冷媒の流れ
に応じて、フィンのピッチを変化することにより伝熱能
力に分布を設け燃焼ガスの流れ分布にかかわらず熱交換
性能をコントロールできる。冷媒は出口管近傍を多く流
れ端部の流量は少ないから、この部分をフィンピッチを
順次小さくすることにより均一伝熱効率となり、過熱を
生じなくかつ高効率となる。均一加熱はまた通路16内の
流れを均一化し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22Bのピッチを小
さくすることによりさらに強く加熱することで自然循環
力をさらに増加させることができる。また、高温ガス通
路12の内壁を前記燃焼室10で構成した外壁を構成する外
周伝熱隔壁11とこの外周伝熱隔壁11と密着した冷媒通路
部材15で構成した二重壁構成により、前記内壁から伝熱
フィン22A、22Bを通じて冷媒通路16に伝熱する為伝熱効
率が上昇しまた多穴管構成の冷媒通路部材15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16を高温ガス通路12A、12B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
じ無く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。燃焼室10の高温ガス通路12A、12B
と接する内壁14以外の残りの外面は断熱材23で覆い放熱
を防止する。
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12A、12Bの伝熱フィ
ン22A、22Bの間を通り、排気通路26、27から排気管25に
流れる。冷媒入口管17を通って入口ヘッダー管17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り連結された伝熱隔壁11から
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内の冷媒を入口ヘッダー17に近い下部より加熱
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、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。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
A、12Bを流れる加熱流体から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。そして、伝熱フィン22A、22B
を押し出して成型材で構成することにより伝熱フィンの
各々寸法は高精度に加工できると共に、波状に屈曲させ
て構成した場合の様に残留応力も生じないため、伝熱隔
壁11と一体的にするためにブレージングするとき、伝熱
フィン22A、22Bと伝熱隔壁11は全ての端面で確実に接す
ることができる。そのため、ブレージングの時位置ぎめ
保持治具の固定圧力も大きく設定でき、伝熱フィン22
A、22Bと伝熱隔壁11は高圧力で全ての面が密接した状態
でブレージングできるため全域を完全に密着することに
より、伝熱フィン22A、22Bの全ての部分においては燃焼
ガスの熱を速やかに伝熱隔壁11に伝熱する。このため、
伝熱フィン22A、22Bの全ての部分が有効に作用して熱効
率を向上かつ安定化させるもので、フィン22A、22Bと伝
熱隔壁11との不密着によるフィンの局部高温を生じなく
信頼性の高いシステムとなる。また、高温ガス通路12
A、12Bの内壁14と前記伝熱フィン22A、22Bとを、多数の
フィンと通路を構成し伝熱隔壁11側の表面に凹凸状の溝
23によるインナーフィンを設けた押し出し成型材で一体
に構成することにより伝熱隔壁11近傍の単位面積当りの
伝熱面積を増大でき、燃焼ガスの伝熱隔壁11の近傍の熱
伝達を促進し、熱交換機を高負荷コンパクトにできか
つ、最も高温となるフィン22A、22Bの先端の温度は、フ
ィン22A、22Bの溝23によりフィンの伝熱隔壁11側で熱伝
達するためフィンの温度が低下し、フィン先端部で受熱
した熱は伝熱隔壁11に温度差が少なくて伝熱し、この温
度を低下によりフィンの信頼性の高いシステムとなる。
また、フィンを押し出し材で構成することによりフィン
のピッチとフィン厚みは自由に設定できる。冷媒の流れ
に応じて、フィンのピッチを変化することにより伝熱能
力に分布を設け燃焼ガスの流れ分布にかかわらず熱交換
性能をコントロールできる。冷媒は出口管近傍を多く流
れ端部の流量は少ないから、この部分をフィンピッチを
順次小さくすることにより均一伝熱効率となり、過熱を
生じなくかつ高効率となる。均一加熱はまた通路16内の
流れを均一化し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22Bのピッチを小
さくすることによりさらに強く加熱することで自然循環
力をさらに増加させることができる。また、高温ガス通
路12の内壁を前記燃焼室10で構成した外壁を構成する外
周伝熱隔壁11とこの外周伝熱隔壁11と密着した冷媒通路
部材15で構成した二重壁構成により、前記内壁から伝熱
フィン22A、22Bを通じて冷媒通路16に伝熱する為伝熱効
率が上昇しまた多穴管構成の冷媒通路部材15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16を高温ガス通路12A、12B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
じ無く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。燃焼室10の高温ガス通路12A、12B
と接する内壁14以外の残りの外面は断熱材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、2
2Bとしてアルミニウム製の押し出し成型材で構成し、か
つ伝熱隔壁11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この素材を
用いた伝熱隔壁10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16をもちいて組立て、同時に一体ブレー
ジングすることにより容易にフィンのピッチを可変でき
かつ熱的に連結でき、接触熱抵抗が無い伝熱性能に優れ
る熱交換器を軽量でかつ低コストで実用に共することが
できる。伝熱フィン22A、22Bとしてアルミニウム製の成
型材の表面に凹凸状に溝を設ける形状としては第２図に
示すような多段に多穴を設け伝熱隔壁11側の多穴の表面
全体に突起を押し出し金型を用いて成型時に形成し内壁
14を一体にし単位当りの伝熱フィン面積を増大したも
の、第３図に示すような櫛状にフィンを突起してその端
部のみに溝を設け内壁14を一体にしたもの、第４図に示
すような串状にフィンを両側に突起してその片側の全周
に溝を設け単位当りの伝熱フィン面積を増大したものを
示した。
ニウム製の多穴偏平押し出し管とし、伝熱フィン22A、2
2Bとしてアルミニウム製の押し出し成型材で構成し、か
つ伝熱隔壁11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この素材を
用いた伝熱隔壁10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16をもちいて組立て、同時に一体ブレー
ジングすることにより容易にフィンのピッチを可変でき
かつ熱的に連結でき、接触熱抵抗が無い伝熱性能に優れ
る熱交換器を軽量でかつ低コストで実用に共することが
できる。伝熱フィン22A、22Bとしてアルミニウム製の成
型材の表面に凹凸状に溝を設ける形状としては第２図に
示すような多段に多穴を設け伝熱隔壁11側の多穴の表面
全体に突起を押し出し金型を用いて成型時に形成し内壁
14を一体にし単位当りの伝熱フィン面積を増大したも
の、第３図に示すような櫛状にフィンを突起してその端
部のみに溝を設け内壁14を一体にしたもの、第４図に示
すような串状にフィンを両側に突起してその片側の全周
に溝を設け単位当りの伝熱フィン面積を増大したものを
示した。
第２図、第３図、第４図に示した様な押し出し成型材
を用いて高温ガス通路12A、12Bの内壁14を構成する一体
化により前記伝熱フィン22A、22Bと内壁14は一体のフィ
ンの効果があり燃焼室10からの熱が伝熱フィン22A、22B
を通じて冷媒通路16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。また、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15の冷媒通路16の底
部の入口ヘッダー17に接続したオイル抜き管21を設けて
あるため加熱器にオイルが溜ると冷媒に一緒にオイルを
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である。
を用いて高温ガス通路12A、12Bの内壁14を構成する一体
化により前記伝熱フィン22A、22Bと内壁14は一体のフィ
ンの効果があり燃焼室10からの熱が伝熱フィン22A、22B
を通じて冷媒通路16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。また、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15の冷媒通路16の底
部の入口ヘッダー17に接続したオイル抜き管21を設けて
あるため加熱器にオイルが溜ると冷媒に一緒にオイルを
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である。
発明の効果 以上のように本発明の熱交換器によれば、燃料供給装
置に接続したバーナに連通して設けた燃焼室と、前記燃
焼室の側面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、燃焼ガスが
通過する前記高温ガス通路の外周伝熱隔壁に密着した多
数のフィンで分割し通路を構成した伝熱フィンと、前記
高温ガス通路の内壁を前記燃焼室で構成し、前記高温ガ
ス通路の外壁を構成する外周伝熱隔壁とこの外周伝熱隔
壁と密着した冷媒通路部材による二重壁構成と、前記燃
焼室の前記高温ガス通路と接しない残りの外面を覆う断
熱材と、前記伝熱フィンを押し出し成型材で構成すると
共に前記伝熱隔壁と一体的にし、かつ前記伝熱隔壁側部
分の前記伝熱フィン表面を凸凹状に溝を形成した構成で
次の効果が得られる。
置に接続したバーナに連通して設けた燃焼室と、前記燃
焼室の側面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、燃焼ガスが
通過する前記高温ガス通路の外周伝熱隔壁に密着した多
数のフィンで分割し通路を構成した伝熱フィンと、前記
高温ガス通路の内壁を前記燃焼室で構成し、前記高温ガ
ス通路の外壁を構成する外周伝熱隔壁とこの外周伝熱隔
壁と密着した冷媒通路部材による二重壁構成と、前記燃
焼室の前記高温ガス通路と接しない残りの外面を覆う断
熱材と、前記伝熱フィンを押し出し成型材で構成すると
共に前記伝熱隔壁と一体的にし、かつ前記伝熱隔壁側部
分の前記伝熱フィン表面を凸凹状に溝を形成した構成で
次の効果が得られる。
（１）伝熱フィンを押し出し成型材で構成すると共に前
記伝熱隔壁と一体的にし、かつ前記伝熱隔壁側部分の前
記伝熱フィンを凸凹状に溝を形成した構成により、伝熱
隔壁側のフィンの単位面積当りの伝熱面積を増大でき、
伝熱フィンから最も熱伝達の良い伝熱隔壁側の通路面積
を大きくでき、伝熱隔壁の近傍を流れる燃焼ガスと熱交
換を促進し、熱交換器を高負荷コンパクトにできかつ、
バーナ等で加熱する冷媒加熱器の燃焼ガスによる熱で均
一に加熱して効率よく伝熱して熱効率を向上かつ安定化
させるもので、またフィンのピッチとフィン厚みは自由
に設定できる。冷媒の流れに応じて、フィンのピッチを
変化することにより伝熱能力に分布を設け燃焼ガスの流
れ分布にかかわらず熱交換性能をコントロールできる。
冷媒は出口管近傍を多く流れ端部の流量は少ないから、
この部分のフィンピッチを順次小さくすることにより均
一伝熱効率となり、過熱を生じなくかつ高効率となり高
負荷コンパクトな熱交換器となる。
記伝熱隔壁と一体的にし、かつ前記伝熱隔壁側部分の前
記伝熱フィンを凸凹状に溝を形成した構成により、伝熱
隔壁側のフィンの単位面積当りの伝熱面積を増大でき、
伝熱フィンから最も熱伝達の良い伝熱隔壁側の通路面積
を大きくでき、伝熱隔壁の近傍を流れる燃焼ガスと熱交
換を促進し、熱交換器を高負荷コンパクトにできかつ、
バーナ等で加熱する冷媒加熱器の燃焼ガスによる熱で均
一に加熱して効率よく伝熱して熱効率を向上かつ安定化
させるもので、またフィンのピッチとフィン厚みは自由
に設定できる。冷媒の流れに応じて、フィンのピッチを
変化することにより伝熱能力に分布を設け燃焼ガスの流
れ分布にかかわらず熱交換性能をコントロールできる。
冷媒は出口管近傍を多く流れ端部の流量は少ないから、
この部分のフィンピッチを順次小さくすることにより均
一伝熱効率となり、過熱を生じなくかつ高効率となり高
負荷コンパクトな熱交換器となる。
（２） 伝熱フィンを押し出し成型材で構成することに
より伝熱フィンの各々の寸法は高精度に加工できると共
に、波状に屈曲させて構成した場合の様に残留応力も生
じないため、伝熱隔壁と一体的にするためブレージング
するとき、伝熱フィンと伝熱隔壁は全ての端面で確実に
接することができる。そのため、ブレージングの時位置
ぎめ保持治具の固定圧力も大きく設定でき、伝熱フィン
と伝熱隔壁は高圧力で全ての面が密接した状態でブレー
ジングできるため全域を完全に密着することにより、伝
熱フィンの全ての部分においては燃焼ガスの熱を速やか
に伝熱隔壁に伝熱する。このため、伝熱フィンの全ての
部分が有効に作用して熱効率を向上かつ安定化させるも
ので、フィン伝熱隔壁との不密着によるフィンの局部高
温を生じなく、フィンの伝熱隔壁の近傍部で面積を増大
させ、この部分の熱伝達を大きくしたため、フィン全体
の温度は低くなるため、フィン先端で受熱した熱は伝熱
隔壁に温度差が少なくて伝熱し、最も高温となるフィン
先端の温度を低下できフィンの信頼性の高いシステムと
なる。
より伝熱フィンの各々の寸法は高精度に加工できると共
に、波状に屈曲させて構成した場合の様に残留応力も生
じないため、伝熱隔壁と一体的にするためブレージング
するとき、伝熱フィンと伝熱隔壁は全ての端面で確実に
接することができる。そのため、ブレージングの時位置
ぎめ保持治具の固定圧力も大きく設定でき、伝熱フィン
と伝熱隔壁は高圧力で全ての面が密接した状態でブレー
ジングできるため全域を完全に密着することにより、伝
熱フィンの全ての部分においては燃焼ガスの熱を速やか
に伝熱隔壁に伝熱する。このため、伝熱フィンの全ての
部分が有効に作用して熱効率を向上かつ安定化させるも
ので、フィン伝熱隔壁との不密着によるフィンの局部高
温を生じなく、フィンの伝熱隔壁の近傍部で面積を増大
させ、この部分の熱伝達を大きくしたため、フィン全体
の温度は低くなるため、フィン先端で受熱した熱は伝熱
隔壁に温度差が少なくて伝熱し、最も高温となるフィン
先端の温度を低下できフィンの信頼性の高いシステムと
なる。
（３）断熱構成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を燃焼ガスが通過する前記高温ガ
スの外周伝熱隔壁に密着した多数の伝熱フィン高温ガス
通路の外周伝熱隔壁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熱交換器で燃焼ガス通路の温
度と流れを均一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わなせ冷媒の熱分
解を生じなく均一加熱はまた通路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。
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
スの外周伝熱隔壁に密着した多数の伝熱フィン高温ガス
通路の外周伝熱隔壁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熱交換器で燃焼ガス通路の温
度と流れを均一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わなせ冷媒の熱分
解を生じなく均一加熱はまた通路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。
（４） 外周伝熱隔壁と一体に冷媒通路部材を構成した
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
め居部過熱による冷媒の熱分解、劣化が生じ無くあるい
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
が触れることが無く安全性が高いものである。
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
め居部過熱による冷媒の熱分解、劣化が生じ無くあるい
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
が触れることが無く安全性が高いものである。
（５） フィンを押し出し材で構成することは、残留応
力を除去できることと、フィン全てを密着できるため、
伝熱フィンは局部的に高温となり変形して熱交換器全体
に応力を生じ破損、あるいは排ガス通路を閉塞し燃焼状
態の異常を生じることがなく安全性と耐久性の高いもの
であり、フィン表面の溝を押し出し金型で同時に成型で
き、加工が容易であり、安価となる。
力を除去できることと、フィン全てを密着できるため、
伝熱フィンは局部的に高温となり変形して熱交換器全体
に応力を生じ破損、あるいは排ガス通路を閉塞し燃焼状
態の異常を生じることがなく安全性と耐久性の高いもの
であり、フィン表面の溝を押し出し金型で同時に成型で
き、加工が容易であり、安価となる。
第１図は本発明の一実施例を示す熱交換器の一部切欠外
観斜視図、第２図は同器の冷媒通路部材と伝熱フィン部
の断面図、第３図、第４図はそれぞれ同器の伝熱フィン
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
A、12B……高温ガス通路、13……燃焼ガス出口、14……
内壁、15……冷媒通路部材、16……通路、22A、22B……
フィン。
観斜視図、第２図は同器の冷媒通路部材と伝熱フィン部
の断面図、第３図、第４図はそれぞれ同器の伝熱フィン
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
A、12B……高温ガス通路、13……燃焼ガス出口、14……
内壁、15……冷媒通路部材、16……通路、22A、22B……
フィン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大橋 忠善 大阪府堺市海山町６丁224番地 昭和ア ルミニウム株式会社内 (72)発明者 高山 稔 大阪府堺市海山町６丁224番地 昭和ア ルミニウム株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−51664（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−105395（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F24H 9/00 F25B 41/00 F28D 7/00
Claims (1)
- 【請求項１】燃料供給装置に接続したバーナに連通して
設けた燃焼室と、前記燃焼室の側面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、燃焼ガスが通過する前記高温ガス通路の外
周伝熱隔壁に密着した多数のフィンで分割し通路を構成
した伝熱フィンと、前記高温ガス通路の内壁を前記燃焼
室で構成し、前記高温ガス通路の外壁を構成する外周伝
熱隔壁とこの外周伝熱隔壁と密着した冷媒通路部材によ
る二重壁構成と、前記燃焼室の前記高温ガス通路と接し
ない残りの外面を覆う断熱材と、前記伝熱フィンを押し
出し成型材で構成すると共に前記伝熱隔壁と一体的に
し、かつ前記伝熱隔壁側部分の前記伝熱フィンの表面を
前記高温ガスの流れ方向に沿って凹凸状に溝を形成した
熱交換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2100077A JP2845565B2 (ja) | 1990-04-16 | 1990-04-16 | 熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2100077A JP2845565B2 (ja) | 1990-04-16 | 1990-04-16 | 熱交換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04166A JPH04166A (ja) | 1992-01-06 |
| JP2845565B2 true JP2845565B2 (ja) | 1999-01-13 |
Family
ID=14264388
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2100077A Expired - Fee Related JP2845565B2 (ja) | 1990-04-16 | 1990-04-16 | 熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2845565B2 (ja) |
-
1990
- 1990-04-16 JP JP2100077A patent/JP2845565B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04166A (ja) | 1992-01-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |