JPH04167A - 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９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５９−１０７
１６７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
部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。（特開昭６１−２４９９６１号公報） 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浮力による自然循
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ｌ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、機器の信転性
能上の課題があった。また、特開昭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
に変形が生し、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し破損、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、かつ前記伝熱フ
ィンの断面を格子状に複数段設けた構成により、単位面
積当りの伝熱面積を増大でき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、フィンの局部高温を生じ
なく信転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隔壁と一体的にし、
かつ前記伝熱フィンの断面を格子状に複数段設けた構成
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しないため、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、フ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を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転性の高いシ
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
フィンの断面を格子状に複数段設けた構成により、フィ
ンピッチを小さくしても加工性が良く、各格子の外面全
てが伝熱面となり単位面積当りの伝熱面積を増大でき、
燃焼ガスの熱はフィンの全ての部分において速やかに伝
熱隔壁に伝熱するため、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熱交換器を高負荷コ
ンパクトにできかつ、フィンと伝熱隔壁との不密着によ
るフィンの局部高温を生しなく信軌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して冷媒通
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２
４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セ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１
６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、入口へ、ダーの他端にはオイル抜き管
２１を設けである。人口ヘッダー管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
路を構成し伝熱フィンの断面を格子状に複数段（この実
施例は２段）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１
０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が設けである。また、高温ガス通路１２Ａ
、１２Ｂには、通路１２Ａから排気管２４に連通ずる案
内路２５と、通路１２Ｂからフィン２２Ａ、２２Ｂの外
周を通り集合し排気管２４に連通ずる案内路２６を設け
である。

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２５．
２６から排気管２４に流れる。冷媒人口管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
熱を熱的に連結された伝熱隔壁１１から冷媒通路部材１
５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しない。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、２２
Ｂ以外の伝熱隔壁１１全面も伝熱面積となり高温ガス通
路１２Ａ、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２２Ａ、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、２２
Ｂと伝熱隔壁１１との不密着によるフィンの局部高温を
生じなく信鯨性の高いシステムとなる。また、高温ガス
通路１２Ａ、１２Ｂの内壁１４と前記伝熱フィン２２Ａ
、２２Ｂとを、伝熱フィンの断面を格子状に複数段押し
出し成型材で一体に構成することにより内壁１４に加え
られた燃焼ガスの熱は内壁１４の全ての部分において速
やかに伝熱隔壁に伝熱するため、内壁１４も全ての部分
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
、フィンと内壁との不密着による内壁１１の局部高温を
生しなく信軌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は
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（ｚＪ？！効率となり、過熱を生しなく
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０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ｌＯ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
昇防止による信転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
、２２Ｂ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プ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・７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、２２
Ｂとしてアルミニウム製の断面が格子状に複数段設けた
押し出し成型材の形状としては第２図に示すような多段
に多穴を設は内壁１１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図に示すような多穴を千鳥状
に配列し押し出し加工性を良好にしたもの、第４図に示
すような多孔の穴形状を楕円あるいは多角形に設は全体
のピッチを小さく加工し多孔の数を多く設定して単位当
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１
４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、効率アン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（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の底部の入ロヘソグー１７に
接続したオイル抜き管２１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しなく信転
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、かつ前記伝熱フィンの断
面を格子状に複数段設け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、かつ前記伝熱フィンの断
面を格子状に複数段設けた構成により、各格子の外面全
てが伝熱面となり単位面積当りの伝熱面積を増大でき、
燃焼ガスの熱はフィンの全ての部分において速やかに伝
熱隔壁に伝熱するため、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熱交換器を高負荷コ
ンパクトにでき、またフィンのピンチとフィンの厚みは
自由に設定できる。冷媒の流れに応して、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は燃焼ガス
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、この部分のフインピ・ノ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（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しなく信軌性の
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
ス通路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なわせ冷媒の熱分
解を生し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
いは機器の異常温度上昇防止による信鎖性向上を図るこ
とができる。

（４）上昇気泡流による気泡ポンプ作用により無動力熱
搬送が可能となり、低ランニングコストの暖房ができる
。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。

（５）外周伝熱隔壁と一体に冷媒通路部材１５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顧性の高いシステ
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炎に直接冷媒
ガスが触れることが無く安全性が高いものである。

（６）　　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
体に応力を生し破損、あるいは排ガス通路を閉塞し燃焼
状態の異常を生しることがなく安全性と耐久性の高いも
のである。

【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外
観斜視図、第２図は量器の冷媒通路部材面 と伝熱フィン部の断熱図、第３圀、第４図はそれぞれ量
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、１
１・・・・・・伝熱隔壁、１２Ａ、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
。 ８　゛　　ノ〜　−−フ・− ｔｏ−ｒ、　ｚ免１ １１−　　イ云　９ＩＩ！、　？４Ｉ　璧ｔｚＡ、　ｔ
１！ｅ　・−＊　ｉガＸ＆Ｕ−１３・・−ｇメ跣オ゛ス
エロ １４−・　内　１１ Ｉ５−・　障　り策遼ｊ番帥ヰ １６−・−ｆｆｌｌｌ）− ｔη、２２Ｂ−フィン 図 第 図 第 図 第 図 ／

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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
   熱フィンの断面を格子状に複数段設けた熱交換器。