JPH0351665A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
ＩＷ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ω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ａ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。

Ｆ３Ｉ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、バーナなと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
高温ガス通路の伝熱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
冷媒の熱分解も防止できる。

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に伝熱隔壁１
３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２
３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１
３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イン
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と連通ずるものである。なお、前記伝熱フィン２
５の通路２５ａの長さは伝熱フィン２４の通路２４ａ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
熱フイン２４．２５がＩｉα記通路２４ａ、２５ａ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１１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、無動力熱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であることに
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１
５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１８１１１＋１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Ｐｆｆｉ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１３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に効率よく伝
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、劣化が生
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プレージン
グシートとして組立て、同時に一体プレージングするこ
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プ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２４．２５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２
６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を設けであるため
、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、航記高温ガス
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
効果が臀られる。

すなわち、複数の伝熱フィンの通路長さを互いに変えで
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。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は燃焼ガスの流れ分布をコントロ
ールできる。また、断熱備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、伝熱隔室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別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、２４
ａ、２５ａ・・・通路、２６・・・断熱材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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。