JP3021860B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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。

【０００２】

【従来の技術】従来の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図３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を行
う熱交換器１と放熱器２を循環用の密閉管路３で連結す
ると共に密閉管路３に設けた冷媒搬送機４により、冷媒
を強制循環するように構成されている。図４は、熱交換
器１の従来例を示したもので（特開昭５９−１０７１６
７号公報）、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、そして、バーナ８か
らの燃焼ガスを円筒状内面に沿い水平横方向に流して、
冷媒搬送機４により送られ、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。９は温度検知器であ
り、前記パイプ保持部６の間の表面に取り付け、冷媒が
異常に温度上昇した場合に加熱を停止するように制御し
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この暖房シス
テムでは冷媒搬送に外部動力としての冷媒搬送機４が必
要であり、そこで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。

【０００４】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。

【０００５】しかしながら上記従来の構成では、図４に
示すように冷媒加熱の熱交換器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あるいは機器の異常温度上昇など、
機器の信頼性能上課題があった。そして、運転中、燃焼
動作時は冷媒は非常に温度が低いため、熱交換器１のフ
ィン５近くで燃焼ガスが極度に冷やされ水分が凝縮し溜
る。この水分は燃焼ガスの硫黄分、硝酸分を含むため、
水分によりガス通路を閉塞し熱交換効率の低下や燃焼特
性の劣化を生じるばかりでなく、熱交換器を腐食させる
という性能劣化や腐食等機器の信頼性で問題であった。

【０００６】本発明は上記課題を解決するもので、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
いシステムとし、さらに冷媒加熱器に燃焼ガスの結露を
生じた場合、これを機器外に速やかに排出することによ
り、熱交換効率を維持しかつ腐食防止等機器の信頼性を
保つことを目的としたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、高温ガス通路の出口部と外気に連通した排気
通路を接続する排気室と、この排気室の外周に外気に連
通して設けたパッキンは、弾性と通気性を有し、かつ取
り付て圧縮された時はパッキンを通して外気に至る通気
抵抗は、排気路の外気に至る通気抵抗よりも大とし、ま
た、パッキンの取り付け時の厚さと同じ幅の圧縮代規制
部を設けた構成としてある。

【０００８】

【作用】本発明は上記構成によって、燃焼ガスの温度と
流れを均一でき、かつ冷媒の流れは、冷媒入口管より流
入し、入口ヘッダーパイプで冷媒通路部材の各々の冷媒
通路に分流し、この冷媒通路途中で熱を受けガス化し、
その後出口ヘッダーパイプで集合して冷媒出口管より冷
媒回路に流れるため、冷媒通路部材の各部を均一加熱し
スムーズに冷媒を循環させ、かつ冷媒を局部過熱させる
ことがなく冷媒の熱分解を生じない。

【０００９】そして、高温ガス通路の出口部と外気に連
通した排気通路を接続する排気室と、この排気室の外周
に外気に連通して設けたパッキンは、弾性と通気性を有
し、かつ取り付て圧縮された時はパッキンを通して外気
に至る通気抵抗は、排気路の外気に至る通気抵抗よりも
大とし、また、パッキンの取り付け時の厚さと同じ幅の
圧縮代規制部を設けた構成としたことにより、パッキン
は所定の寸法に圧縮されていることと、パッキンは通気
性を有するがその通気抵抗は排気路に至る通路の抵抗に
比較してはるかに大きいため、パッキンを通過する燃焼
ガスは極微少であり、機器内部を高温にする等の影響は
生じない。そして、運転中、燃焼動作時は冷媒は非常に
温度が低いため、熱交換器の高温ガス通路近くで燃焼ガ
スが極度に冷やされ水分が排気室に凝縮し溜る。この
時、この結露した水分は毛細管現象によりパッキンに含
浸し、パッキンの外部に面した部分から蒸発あるいは滴
下する。そのため、水分によりガス通路を閉塞し熱交換
効率の低下や燃焼特性の劣化を生じることは無く、冷媒
加熱器の内部に結露水が溜り、結露水の逐次蒸発による
燃焼ガスの硫黄分、硝酸分が濃縮され腐食促進されると
いうことは無く、性能劣化や腐食等に対して機器の信頼
性の高いシステムになる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を参照して
説明する。

【００１１】図１から図２において、１０は内面に断熱
材２３を設けて燃焼室１０ａを形成した円筒状の燃焼室
ケースで、底部にバーナ８を臨ませている。この燃焼室
ケース１０は先端の開口面を、多数の縦方向の高温ガス
通路１２を有する高温ガス通路体１２ａの外面に接合さ
せている。高温ガス通路体１２ａは上下に２分割して両
者間に、各高温ガス通路１２が燃焼室１０ａのガス出口
１３へ連通するように横長の入口１２ｂを形成してい
る。そして、高温ガス通路体１２ａは伝熱隔壁１１に接
合して、これに高温ガス通路１２の熱及び伝熱フィン２
２を通じて熱を均一に伝える。１４ａは燃焼室ケース１
０の先端を延長して、高温ガス通路体１２ａの各高温ガ
ス通路１２の上下の出口側および高温ガス通路体１２ａ
の左右側を囲んで排気室１４ｂを形成した排気ケース
で、上部に排気路１４を有する。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１５
の下端に設けた入口ヘッダー管、１８は冷媒通路部材１
６の上端に設けた出口ヘッダー管であり、それぞれ冷媒
入口管１９、冷媒出口管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。２２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
り多数枚としてある。燃焼室１０ａ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を燃焼ケ
ース１０の内部に設けてある。高温ガス通路１２の出口
部１２ｃと排気路１４を接続する排気室１４ｂを伝熱隔
壁１１と排気ケース１４ａをビスで固定して接続し、排
気室１４ｂの外周である排気ケース１４ａの接続部に、
弾性を有しかつ通気性を有するパッキン２５を取り付け
てある。そしてパッキン２５は、取り付け圧縮された
時、パッキン２５を通して外気に至る通気抵抗は、排気
路１４から外気に至る通気抵抗よりも大となる様にパッ
キン２５の開口面積と開口長さを設定してある。このパ
ッキン２５の取り付け時の厚さと同じ幅の圧縮代規制部
２６は排気ケース１４ａと燃焼室ケース１０の間に一体
に形成してあり、伝熱フィン２２と排気ケース１４ａを
当接させて構成し、伝熱フィン２２の高さによりパッキ
ン２５の圧縮代を設定してある。

【００１２】上記構成において、燃料の供給装置により
供給した燃料はバーナー８で燃焼し、燃焼室１０ａに発
生した高温ガスは燃焼ガス出口１３から入口１２ｂを通
り高温ガス通路体１２ａの上下に２分割した各々に流れ
て高温ガス通路１２である伝熱フィン２２の間の通路を
通り、高温ガス通路１２の上の出口部１２ｃから排気室
１４ｂに流れる高温ガスと、高温ガス通路１２の下の出
口から高温ガス通路体１２ａの左右側を囲んだ排気室１
４ｂに流れる高温ガスは排気室１４ｂで合流し排気路１
４に流れる。冷媒入口管１９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
縦方向の冷媒通路１６に分流して流れ、高温ガス通路１
２内を流れる燃焼ガスから伝熱フィン２２により燃焼ガ
スから熱を冷媒通路部材１５に伝熱し、この冷媒通路部
材１５の縦方向の冷媒通路１６内の冷媒を入口ヘッダー
１７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縦方向に設
けた冷媒通路１６内を下方から上方に上昇する。特に燃
焼ガスは燃焼室１０ａから燃焼ガス出口１３を出たの
ち、高温ガス通路１２で冷媒に伝熱するために、燃焼ガ
スの温度と流れが均一となり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。そして、均一加熱によ
り冷媒通路１６の各々の流量が均等となり全体として抵
抗を低減させ、気泡上昇力は強められ自然循環力が強く
なり上部へ冷媒を送る気泡ポンプ作用が発生する。さら
に冷媒通路１６の上部、下部においても設けた伝熱フィ
ン２２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を流れる加熱流体から効率よく吸熱し冷媒通
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。冷媒通路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。また、高温ガ
ス通路１２の内壁を前記燃焼室１０ａで構成し外壁を構
成する伝熱隔壁１１とこの伝熱隔壁１１と密着した冷媒
通路部材１５で構成した二重壁構成にしている。したが
って、前記内壁から伝熱フィン２２を通じて冷媒通路１
６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１０ａと冷媒通路
１６を高温ガス通路１２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。燃焼室１０ａの高温ガス通路１２と接しな
い残りの外面は断熱材２３で覆い放熱を防止する。

【００１３】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２２として帯状のアルミニウム製の板を波状に屈
曲させるかアルミニウム製の押し出し材で構成し、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１１の内外面にアルミニウム製の伝熱フ
ィン２２と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。

【００１４】そして、パッキン２５は圧縮代規制部２６
により確実に所定の寸法に圧縮されていることと、パッ
キン２５は通気性を有するがその通気抵抗は排気部１４
から外気に至る通路に比較してはるかに抵抗が大きいた
め、パッキン２５を通過する燃焼ガスは極微少である。
このため、燃焼ガスの洩れによる機器内部を高温にする
等の影響は生じない。運転中、燃焼動作時は冷媒は非常
に温度が低いため、熱交換器の伝熱フィン２２近くで燃
焼ガスが極度に冷やされ水分が凝縮し排気室１４ｂに溜
る。この時、この結露した水分は毛細管現象によりパッ
キン２５に含浸し、パッキン２５の外部に面した部分か
ら蒸発あるいは滴下する。そのため、水分により高温ガ
ス通路１２を閉塞し熱交換効率の低下や燃焼特性の劣化
を生じることは無い。

【００１５】また、冷媒加熱器の内部に結露水が溜り、
結露水の逐次蒸発による燃焼ガスの硫黄分、硝酸分が濃
縮され腐食促進されるということはなく、性能劣化や腐
食等機器の信頼性の高いシステムになる。また、パッキ
ン２５を繊維状の無機材料とすることにより、加工が簡
単であり４０％から７０％圧縮しても水分は十分に含浸
する。

【００１６】さらにパッキン２５の繊維表面に親水処理
をしたことにより、パッキン２５の接触角が小さくな
り、パッキン２５の外部に面した部分に結露水をより早
く移動させることが可能となる。

【００１７】本実施例では、圧縮代規制部２６を伝熱フ
ィン２２の高さで設けたが、伝熱隔壁１１または燃焼筒
２４の一部を突起させて構成しても同様である。

【００１８】この実施例の構成によれば排気室の外周に
設けた弾性を有しかつ通気性を有するパッキンと、この
パッキンの取り付け時の厚さと同じ幅の圧縮代規制部を
設けたことにより、水分による熱交換効率の低下や燃焼
特性の劣化を生じることは無く、燃焼ガスの硫黄分、硝
酸分による腐食促進ということも無く、性能劣化や腐食
防止等機器の信頼性の高いシステムにできる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、バーナを
臨ませた燃焼室を有する燃焼室ケースと、前記燃焼室に
連通した多数の高温ガス通路を有する高温ガス通路体
と、前記高温ガス通路が当接し、これより熱を受ける伝
熱隔壁と、前記伝熱隔壁より熱を受けて冷媒を蒸発せし
める冷媒通路部材と、前記高温ガス通路の出口部と外気
に連通した排気通路を接続する排気室と、前記排気室の
外周に外気に連通して設け たパッキンと、前記パッキン
は、弾性と通気性を有し、かつ取り付けて圧縮された時
は前記パッキンを通して外気に至る通気抵抗は、前記排
気路の外気に至る通気抵抗よりも大とし、前記パッキン
の取り付け時の厚さと同じ幅の圧縮代規制部を設けた構
成であるから、次の効果が得られる。 （１）結露を生じた水分は毛細管現象によりパッキンに
含浸しパッキンの外部に面した部分から蒸発あるいは滴
下する。このため、水分により燃焼ガス通路を閉塞し熱
交換効率の低下や燃焼特性の劣化を生じることは無く、
冷媒加熱器の内部に結露水が溜り、結露水の逐次蒸発に
よる燃焼ガスの硫黄分、硝酸分が濃縮され腐食促進され
るということも無く、信頼性の高いシステムにできる。 （２）パッキンの取り付け時の厚さと同じ幅の圧縮代規
制部を設けたので、パッキンは所定の寸法に圧縮され、
パッキンは通気性を有するがその外気に連通する通気抵
抗は、排気部から外気に至る通路の通気抵抗に比較して
はるかに大きいため、パッキンを通過する燃焼ガスは極
微少であるため、機器内部を高温にする等の影響は生じ
なく信頼性の高いものにできる。 （３）燃焼ガスは高温ガス通路を通過させるので、燃焼
ガスの温度と流れを均一化でき、このため冷媒通路部材
の各部は均一加熱となり、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無く熱分解を生じなくで
きる。 （４）パッキンを繊維状の無機材料とすることにより、
加工が簡単であり圧縮しても水分は十分に含浸し、パッ
キンの繊維表面に親水処理をしたことにより接触角が小
さくなり外部に面した部分に結露水をより早く移動させ
ることが可能となり、より耐久性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における熱交換器の要部断面
した斜視図

【図２】同熱交換器の伝熱隔壁、燃焼筒、パッキン部分
の断面図

【図３】従来の冷媒加熱機の回路構成図

【図４】従来の冷媒加熱機の外観斜視図

【符号の説明】

８ バーナー １０ 燃焼室ケース １０ａ 燃焼室 １１ 伝熱隔壁 １２ 高温ガス通路 １２ａ 高温ガス通路体 １２ｃ 出口部 １４ 排気路 １４ｂ 排気室 １５ 冷媒通路部材 ２５ パッキン ２６ 圧縮代規制部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−17441（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−164（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−17260（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F28D 7/00 F28B 21/00 F28B 31/00 F28D 15/02 101

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バーナを臨ませた燃焼室を有する燃焼室ケ
   ースと、前記燃焼室に連通した多数の高温ガス通路を有
   する高温ガス通路体と、前記高温ガス通路が当接し、こ
   れより熱を受ける伝熱隔壁と、前記伝熱隔壁より熱を受
   けて冷媒を蒸発せしめる冷媒通路部材と、前記高温ガス
   通路の出口部と外気に連通した排気通路を接続する排気
   室と、前記排気室の外周に外気に連通して設けたパッキ
   ンと、前記パッキンは、弾性と通気性を有し、かつ取り
   付けて圧縮された時は前記パッキンを通して外気に至る
   通気抵抗は、前記排気路の外気に至る通気抵抗よりも大
   とし、前記パッキンの取り付け時の厚さと同じ幅の圧縮
   代規制部を設けた熱交換器。
2. 【請求項２】パッキンを繊維状の無機材料とし、この繊
   維の表面に親水処理をした請求項１記載の熱交換器。