JPH04155182A - 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
たとえば暖冷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、これを燃焼ガスにより加熱
して液状冷媒を蒸発気化させ、潜熱により熱を運び暖房
を行うものに、第４図に示すような回路構成をもった冷
媒加熱暖房機かある。これは燃焼ガスと冷媒の熱交換を
行う熱交換器１と放熱器２を密閉管路３で連結し、この
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。

しかし、第４図のような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。

発明か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
部動力をな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。

この種の暖房装置には、従来は第５図に示すような構成
の熱交換器が用いられている。

第５図は熱交換器１の従来例を示したもので（特開昭５
９−１０７１６７号公報）、水平方向に延びる円筒体の
内周面に複数のフィン５を設け、外周面に軸方向のパイ
プ保持部６および冷媒が内部を流れるパイプ７を設けた
ものであり、バーナ８からの燃焼ガスを円筒体の内面に
水平方向に流し、冷媒搬送機４により送られてパイプ７
内を流れる冷媒を加熱する。９は温度検知器であり、パ
イプ保持部６の間の表面に取り付けられており、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。

このとき、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は
スムーズに出口に向かって流れず、このため冷媒の淀み
を生じて局部的な異常過熱を発生したり、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
不均一となって局部過熱を生じたりして、冷媒の熱分解
あるいは機器の異常温度上昇などが起こり、機器の信頼
性能上に問題があった。

本発明はかかる従来の問題を解決するもので、バーナな
どで加熱する冷媒加熱器の自然循環サイクルを、気泡上
昇による自然循環力の増進によりスムーズに循環させる
とともに、冷媒加熱器に冷媒が不足した場合などで冷媒
が過熱したときは、直ちにこれを検知してシステムの動
作を正常化し、同時に、この温度検知あるいはこの出力
により制御する動作に異常を生じた場合はその安全を維
持し、機器を保護できる熱交換器を提供することを目的
とするものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明の熱交換器は、バーナ
の燃焼室に連通ずる燃焼ガス人口を有する高温ガス通路
部材と、燃焼室に面する内面に前記高温ガス通路部材が
密着された伝熱隔壁と、前記伝熱隔壁の外面の前記高温
ガス通路部材に対応する位置に一体的に形成されて、複
数の上下方向の冷媒通路を有する冷媒通路部材と、前記
冷媒通路部材の上下両端に設けられたヘッダー管と、前
記ヘッダー管のそれぞれに取り付けられた冷媒入口管お
よび冷媒出口管と、前記冷媒出口管とは反対側の位置で
前記冷媒通路部材に設けられた温度検知手段と、前記冷
媒出口管に近い側の位置で前記冷媒通路部材に設けられ
た温度感応型のスイッチとを備えたものである。

作用 本発明は、上記した構成によって、バーナなどで加熱す
る冷媒加熱器の自然循環サイクルを、複数の冷媒通路内
での気泡上昇による自然循環力の増進によりスムーズに
循環させることができ、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て冷媒の熱分
解を生じることはない。そして、冷媒の流れは、冷媒人
口管より流入し、入ロヘンダー管で冷媒通路部材のそれ
ぞれの冷媒通路に分流し、この冷媒通路途中で高温ガス
通路部材内を流れる高温ガスの熱を受けてガス化し、そ
の後出ロヘッダー管で集合して冷媒出口管より冷媒回路
に流れる。このとき、入口ヘッダー管を流れる冷媒は液
相が多く、出口ヘッダー管を流れる冷媒は熱を受けるた
め気相が多くなり、冷媒のヘッダー管内の流れ抵抗は入
口ヘッダー管内より大きくなる。このため、冷媒通路部
材のそれぞれの冷媒通路を流れる冷媒の量は冷媒出口管
に近い側はど多く流れ、冷媒出口管とは反対側の位置の
冷媒通路に流れる冷媒流量は最も少なくなる。したがっ
て、冷媒か所定量より少なくなると全て気化（ガス化）
して顕熱による温度上昇が生じる。そこで、この冷媒出
口管とは反対側の位置で冷媒通路部材に温度検知手段を
設けたことにより、冷媒加熱器に冷媒の流量が不足した
場合などで冷媒が過熱したときは、温度検知手段は直ち
にこれを検知して、システムの動作を正常化でき、冷媒
の熱分解、劣化を阻止できる。また、冷媒通路部材のそ
れぞれの冷媒通路を流れる冷媒の量は冷媒出口管に近い
側はど多く流れ、そのため、冷媒出口管に近い側の位置
の冷媒通路部材を流れる冷媒は最も多くなり、冷媒加熱
器に無くなったときは、顕熱による温度上昇がこの箇所
に生じる。

したがって、温度検知あるいはこの出力により制御する
動作に異常を生じた場合、冷媒出口管に近い側の位置で
冷媒通路部材に設けられた温度感応型のスイッチがこれ
を検知し、安全を維持し、機器を保護でき、信頼性の高
いシステムが得られる。

実施例 以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す熱交換器の一部切欠斜
視図、第２図は同熱交換器の高温ガス通路部材および冷
媒通路部材の断面図、−第３図は同熱交換器の裏面図で
ある。

第１図〜第３図において、１０は燃料供給装置に接続し
たバーナ８に連通ずる燃焼室であり、伝熱隔壁１１が燃
焼室ｌＯに対面して取り付けられている。

１２は高温ガス通路部材であり、燃焼室１０に面して伝
熱隔壁１１の内面に密着して取り付けられ、燃焼室１０
に連通して高温燃焼ガスを取り入れる燃焼ガス人口１３
と燃焼室１０外に連通ずる排気出口１４を有している。

１５は伝熱隔壁１１の外面に熱的に連結させ高温ガス通
路部材１２に対応して取り付けられた冷媒通路部材であ
り、上下方向の冷媒通路１６が多数設けられている。１
７は冷媒通路部材１６の下端に設けられた入口ヘッダー
管、１８は冷媒通路部材１６の上端に設けられた出口ヘ
ッダー管であり、それぞれ同一方向に延設された冷媒入
口管１９、冷媒出口管２０を介して冷媒回路に接続され
ており、入口ヘッダー管１７の他端には下方に曲折され
てオイル抜き管２１が設けられている。また、入口ヘッ
ダー管１７と出口ヘッダー管１８は冷媒通路部材１６の
上下方向の冷媒通路１６により互いに連通している。２
２は伝熱隔壁１１の内側に熱的に接するように設けられ
た多数の伝熱フィンであり、燃焼室１ｏが伝熱隔壁１１
に取り付けられたときに、燃焼室ＩＯの外枠は高温ガス
通路部材１２の燃焼ガス人口１３および排気出口１４を
除く両側を押圧し、高温ガス通路部材１２を伝熱フィン
２２とともに伝熱隔壁１１に熱的に結合する。°また、
燃焼室１０の高温ガス通路部材１２と接しない残りの内
面には全面を覆う断熱材２３が設けられている。冷媒出
口管２０とは反対側の位置で冷媒通路部材１５の上部に
温度検知手段としての温度サーミスタ２４がまた、冷媒
出口管２０に近い側の位置で冷媒通路部材１５の上部に
温度感応型の温度スイッチ２５がそれぞれ冷媒通路部材
１５に密接して固定した金具２６を用いて取り付けられ
ている。本実施例では、温度感応型の温度スイッチ２５
は金具２６にビス止めされ、冷媒通路部材１５に密接さ
れている。２７は温度サーミスタ２４と温度スイッチ２
５の検出出力によりシステムを制御する制御器である。

上記構成において、燃料供給装置から供給された燃料は
バーナ８で燃焼され、燃焼室１０に発生じた高温燃焼ガ
スは燃焼ガス人口Ｉ３から入って高温ガス通路部材１２
の伝熱フィン２２間を含めた通路を通り、排気出口１４
から排気通路２８に流れ、排気管２９から排出される。

冷媒入口管１９を通って人口ヘッダー管１７に入った液
冷媒は冷媒通路部材１５の下部より多数の上下方向の冷
媒通路１６に分流して流れ、高温ガス通路部材１２内を
流れる高温燃焼ガスから伝熱フィン２２、伝熱隔壁１１
を通して冷媒通路部材１５に伝熱された熱により加熱さ
れる。このとき、冷媒通路部材１５の上下方向の冷媒通
路Ｉ６内の冷媒は入口ヘッダー管１７に近い下部より十
分に加熱される。そこで加熱された液状冷媒は気化蒸発
を開始し、液の中に気泡を生しる気液二相状態となり、
発生した気泡は浮力効果で上下方向の冷媒通路１６内を
下方から上方に上昇する。特に燃焼ガスは燃焼室１０か
ら直接燃焼ガス人口１３に入り、高温ガス通路部材１２
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１５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、冷媒を局部過熱させることかな
い。したかって、無動力熱搬送を確実に行わせ冷媒の熱
分解を生じない。そして、均一加熱により冷媒通路１６
のそれぞれの流量か均等となって全体として抵抗を低減
させ、気泡上昇力は強められて自然循環力が強くなり、
上方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、下部においても伝熱フィン２２以外
の伝熱隔壁１１全面が伝熱面積となり、冷媒通路１６内
の気液二相状態の冷媒をさらに加熱し、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、冷媒通路部材１６を内部に多数の孔を持つアルミ
ニウム製の多穴偏平押し出し管で成形し、伝熱フィン２
２を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ＩＩ
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、この伝熱隔壁１１の内外
面にアルミニウム製の伝熱フィン２２およびアルミニウ
ム製の多孔偏平押し出し管の冷媒通路部材１６を当接し
て組立て、同時に一体ブレージングすることにより熱的
に連結できる。

一方、入口ヘッダー管１７を流れる冷媒は液相が多く、
出口ヘッダー管１８を流れる冷媒は熱を受けるため気相
が多くなり、冷媒のａロヘツダー管１８内の流れ抵抗は
入口ヘッダー管１７内より大きくなる。このため、冷媒
通路部材１５のそれぞれの冷媒通路１６を流れる冷媒の
量は冷媒出口管２０に近い側はど多く流れる。そのため
、冷媒出口管２０とは反対側の位置の冷媒通路１６に流
れる冷媒流量は最も少なく、冷媒が所定量より少なくな
ると全て気化（ガス化）して顕熱による温度上昇が生じ
る。そこで、この冷媒出口管２０とは反対側の位置で冷
媒通路部材１５の上部に温度検知手段としての温度サー
ミスタ２４を取り付けたことにより、冷媒が冷媒回路か
ら漏れた場合などで、暖冷房装置の冷媒加熱器に冷媒が
不足し、冷媒が過熱したとき、温度サーミスタ２４の温
度は直ちに上昇し、これを検知することにより、システ
ムの動作を正常化でき、冷媒の熱分解、劣化を阻止でき
、信頼性の高いシステムが得られる。

また、冷媒通路部材１５のそれぞれの冷媒通路１６を流
れる冷媒の量は冷媒出口管に近い側はど多く流れる。そ
のため、冷媒出口管２０に近い側の位置の冷媒通路１６
を流れる冷媒は最も多くなり、暖冷房装置の冷媒加熱器
に冷媒か無くなったとき、最後に顕熱による温度上昇か
生しる。したがって、温度検知あるいはこの出力により
制御する動作に異常を生して冷媒加熱器に冷媒か完全に
無くなった場合、冷媒出口管２０に近い側の位置で冷媒
通路部材１５に設けた温度感応型の温度スイッチ２５の
温度は直ちに上昇し、これを検知して機器の保護を行う
。

また、冷媒入口管１９と冷媒８０管２０を引き出し方向
を同一方向にしてそれぞれヘッダー管１７．１８に取り
付けることにより、冷媒の流路は冷媒入口管１９および
冷媒出口管２０とは反対側の位置の冷媒通路１６を最も
長く構成できるため、流れ抵抗の増加にともなう冷媒流
量の減少により冷媒か過熱するとき、温度サーミスタ２
４の温度はさらに早く上昇し、これを検知する一方、ス
イッチ２５の温度上昇は通常、温度サーミスタ２４より
遅くなって最後となり信頼性の高いシステムか得られる
。

また、冷媒通路部材１５にブレージングにより密接して
金具２６を固定することにより、冷媒通路部材１５の熱
をこの金具２６を通して温度スイッチ２５に伝熱でき、
応答性が向上する。さらに、冷媒が少し減少した場合も
冷媒通路部材：５の上部の冷媒通路１６では冷媒がガス
となり、熱を顕熱で吸収し温度上昇を生しるから、温度
スイッチ２５を冷媒出口管２０に近い側の位置の冷媒通
路部材１５の上部に取り付けることによりこれを検出て
き、より信頼性の高いシステムが得られる。

また、冷媒通路１６にオイルか多く溜ると、その粘性と
低熱伝導のため冷媒の気化、循環を阻害する。このとき
冷媒が減少したときと同様に循環が阻害されることによ
り、冷媒出口管２０とは反対側の位置の冷媒通路１６に
流れる冷媒流量は最も少なくなり、冷媒流量か所定より
少なくなると全て気化（ガス化）して顕熱による温度上
昇が生じ、温度サーミスタ２４の温度が上昇する。この
検出出力により入口ヘッダー管１７に接続したオイル抜
き管２１からオイルを排出することにより、冷媒の均一
循環を維持でき、局部過熱による冷媒の熱分解は生じな
くなり、信頼性の高いシステムが得られる。

発明の効果 以上のように本発明の熱交換器によれば、バーナなどで
加熱する冷媒加熱器の自然循環サイクルを、複数の冷媒
通路内での気泡上昇による自然循環力を増進させること
によりスムーズに循環させることができ、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わせて熱
分解を生じさせない。

そして、冷媒出口管とは反対側の位置で冷媒通路部材に
温度検知手段を設けた構成としたことにより、暖冷房装
置の冷媒加熱器に冷媒が不足した場合などで冷媒が過熱
するときは、温度検知手段の温度は直ちにこれを検知し
、システムの動作を正常化でき、冷媒の熱分解、劣化を
阻止できる。

同時に、冷媒出口管に近い側の位置の冷媒通路部材に温
度感応型のスイッチを設けたことにより、温度スイッチ
は通常温度サーミスタより低い温度状態にあり、冷媒加
熱器に冷媒が無くなったときは、顕熱による温度上昇が
この箇所に生じることから、温度検知あるいはこの出力
により制御する動作に異常を生じた場合、冷媒出口管に
近い側の位置の冷媒通路部材に設けられた温度感応型の
スイッチがこれを検知し、安全を維持して機器を保護で
きる信頼性の高いシステムが得られる。

また、冷媒入口管と冷媒出口管を同一方向でそれぞれヘ
ッダー管に取り付けることにより、温度スイッチの温度
上昇は通常、温度サーミスタより遅くなり、より信頼性
の高いシステムが得られる。

また、温度スイッチを冷媒８口管に近い側の位置で冷媒
通路部材の上部に取り付けることにより、冷媒か少し減
少した場合も冷媒通路の上部は冷媒がガスとなり、熱を
顕熱で吸収し温度上昇を生しるから、これを早く検出で
き、より信頼性の高いシステムか得られる。

【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器の一部切欠斜
視図、第２図は同熱交換器の通路部材の断面図、第３図
は同熱交換器の裏面図、第４図は従来の冷媒加熱暖房機
の回路構成図、第５図は従来の冷媒加熱暖房機に使用さ
れる熱交換器の斜視図である。 ８・・・バーナ、１０・・・燃焼室、１１・・・伝熱隔
壁、１２・・・高温ガス通路部材、１３・・・燃焼ガス
入口、１４・・・排気出口、１５・・・冷媒通路部材、
１６・・・冷媒通路、ＩＴ・・入口ヘッダー管、１８・
・・出口ヘッダー管、１９・・・冷媒入口管、２Ｃ・・
冷媒出口管、２４・・・温度サーミ支夕（温度検知手段
）、２５・・・温度スイッチ。 代理人　　　森　　本　　義　　弘 第１図 １７−へＤへ７７′−曾 第４図 第ＳＩ！ｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、バーナの燃焼室にする燃焼ガス入口を有する高温ガ
   ス通路部材と、燃焼室に面する内面に前記高温ガス通路
   部材が密着された伝熱隔壁と、前記伝熱隔壁の外面の前
   記高温ガス通路部材に対応する位置に一体的に形成され
   て複数の上下方向の冷媒通路を有する冷媒通路部材と、
   前記冷媒通路部材の上下両端に設けられたヘッダー管と
   、前記ヘッダー管のそれぞれに取り付けた冷媒入口管お
   よび冷媒出口管と、前記冷媒出口管とは反対側の位置で
   前記冷媒通路部材に設けられた温度検知手段と、前記冷
   媒出口管に近い側の位置で前記冷媒通路部材に設けられ
   た温度感応型のスイッチとを備えた熱交換器。 ２、冷媒入口管と冷媒出口管は、ヘッダー管のそれぞれ
   に同一方向に延設されて取り付けられている請求項１記
   載の熱交換器。 ３、温度感応型のスイッチは冷媒出口管に近い側の位置
   で冷媒通路部材の上部に取り付けられている請求項１記
   載の熱交換器。 ４、温度感応型のスイッチは、冷媒通路部材に密着して
   固定した鉄を用いて取り付けられている請求項１記載の
   熱交換器。