JPH05322458A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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、
熱交換効率を維持しかつ機器の信頼性を保つことを目的
としたものである。 【構成】 燃焼室ケース１０とその内部に設ける断熱材
２３の間に第２の断熱材２４を設けることにより、温度
変化に対しても断熱材２３と燃焼室ケース１０の間に隙
間を生じることが無く構成でき断熱性を維持し、断熱材
２３にクラックが生じた場合も高温の燃焼ガスが燃焼室
ケース１０側に流れ断熱性能の劣化や機器の損傷を生じ
る事も無く、熱交換効率を維持しかつ性能劣化や機器の
信頼性の高いシステムになるという効果がある。

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
より冷媒を加熱してなる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。

【０００３】図４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）、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。

【０００４】

【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。

【０００５】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。

【０００６】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、燃焼室と熱交
換部が一体による熱交換量の不均一は熱交換器１のフィ
ン５の温度も部分的に局部過熱を生じ耐久、信頼性で問
題であった。

【０００７】本発明は上記課題を解決するもので、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く、
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
の高いシステムを可能にし、さらに、熱交換効率を維持
しかつ機器の信頼性を保つことを目的としたものであ
る。

【０００８】

【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、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
路の出口部と排気路を接続する排気室と、前記燃焼室ケ
ースの内部に燃焼室の前記高温ガス通路と接しない残り
の外面の全面を覆う断熱材と、前記燃焼室ケースと前記
断熱材の間に設けた第２の断熱材とを設けた構成として
ある。

【０００９】

【作用】本発明は上記構成によって、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し、この燃焼ガ
スは外周の伝熱隔壁に密着した多数の高温ガス通路を通
過させ、前記伝熱隔壁と一体とした冷媒通路部材を複数
の冷媒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にでき、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、バーナを臨ませた燃焼室を有する燃焼室ケースと
冷媒を蒸発せしめ熱交換する前記高温ガス通路を当接
し、これより燃焼部と熱交換部を分離でき、燃焼を完了
した高温ガスを熱交換部に均一に流れる。そのため、燃
焼室ケースの内部に燃焼室の高温ガス通路と接しない残
りの外面の全面を覆う断熱材により断熱構成とし、燃焼
室ケースと断熱材の間に第２の断熱材を設けることによ
り、温度変化に対しても断熱材と燃焼室ケースの間に隙
間を生じることが無く構成でき断熱性を維持し、断熱材
にクラックが生じた場合も高温の燃焼ガスが燃焼室ケー
ス側に流れ断熱性能の劣化や機器の損傷を生じる事も無
く、熱交換効率を維持しかつ性能劣化や機器の信頼性の
高いシステムになる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１から図２において、１０は円筒上の燃焼室ケ
ースで、内面にアルミナ、シリカ等の繊維材を成型加工
した断熱材２３を設けて燃焼室１０ａを形成し、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２２を通じて熱を均一
に伝える。１４ａは燃焼室ケース１０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１
４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１５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を接続しこの各々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の内面に熱的に接するよ
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を燃焼室ケース１０の内部に設け
てある。高温ガス通路１２の出口部と排気路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てある。燃焼室ケース１０の内部
に設けて燃焼室１０ａを形成する断熱材２３は、高温で
耐熱性と強度のあるアルミナ、シリカ等の繊維材を型を
用いて乾燥成型加工する。燃焼室ケース１０と断熱材２
３の間に第２の断熱材２４を設けた構成としてある。第
２の断熱材２４は、比較的耐熱温度の低いガラス繊維、
ロックウール等の材料を用いこの小片を燃焼室ケース１
０と断熱材２３の間に挿入して断熱材を多層に構成して
組み立ててある。

【００１１】上記構成において、燃料の供給装置により
供給した燃料をバーナ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１４ｂに流
れる高温ガスは排気室１４ｂで合流し排気路１４に流れ
る。冷媒入口管１９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
冷媒通路１６に分流して流れ、高温ガス通路１２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管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。特に燃焼部と
熱交換部を完全に分離したため、燃焼ガスは燃焼室１０
ａから燃焼ガス出口１３を出たのち高温ガス通路１２で
冷媒に伝熱し、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よりセパレータ部を通り放熱器（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より、前記内壁から伝熱フィン
２２を通じて冷媒通路１６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。そして、この断熱材２３は、高温で
耐熱性と強度のあるアルミナ、シリカ等の繊維材を型を
用いて乾燥成型加工することにより、燃焼火炎に合わせ
て最適の形状に高断熱状態で一体に成型できる。しか
し、燃焼室ケース１０と断熱材２３の間には部品の寸法
ばらつき、燃焼による温度変化により隙間が生じる。そ
こで、第２の断熱材２４は、比較的耐熱温度の低いガラ
ス繊維、ロックウール等の材料を用いこの小片を燃焼室
ケース１０と断熱材２３の間に挿入して組み立ててあ
る。そのため、断熱材２３と燃焼室ケース１０の寸法変
化に対して第２の断熱材２４の形状変化で吸収して温度
変化に対しても隙間を生じることが無く構成でき断熱性
を維持し、また断熱材２３と燃焼室ケース１０の熱膨張
率の差による応力で断熱材２３が割れる事が無く、断熱
材２３にクラックが生じた場合も第２の断熱材２４で閉
塞し、断熱材２３で機密性が保つ事ができ、高温の燃焼
ガスが燃焼室ケース側に流れ断熱性能の劣化や機器の損
傷を生じる事も無く、熱交換効率を維持しかつ性能劣化
や機器の信頼性の高いシステムになる。また、一般に、
熱伝導率の高温になる程劣化する度合は材料により異な
る。そこで、高温部の断熱材２３と比較的低温部の第２
の断熱材２４に分割したため、温度に合わせた最適の材
料が選定でき、高断熱性能と低コスト化が図れる。そし
て、燃焼室ケース１０と断熱材２３は第２の断熱材２４
の厚さだけ隙間が設けてあるため、組立が容易であり簡
単である。本実施例では、第２の断熱材２４を小片で構
成したが、圧縮性のシート等で構成しても同様である。

【００１２】この実施例の構成によれば燃焼室ケースと
断熱材の間に第２の断熱材を設けることにより、温度変
化に対しても断熱材と燃焼室ケースの間に隙間を生じる
事が無く構成でき断熱性を維持し、断熱材にクラックが
生じた場合も高温の燃焼ガスが燃焼室ケース側に流れ断
熱性能の劣化や機器の損傷を生じる事も無く、熱交換効
率を維持しかつ性能劣化や機器の信頼性の高いシステム
になるという効果がある。

【００１３】

【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排気
路を接続する排気室と、前記燃焼室ケースの内部に燃焼
室の前記高温ガス通路と接しない残りの外面の全面を覆
う断熱材と、前記燃焼室ケースと前記断熱材の間に設け
た第２の断熱材とを備えた構成によれば、次の効果が得
られる。 （１）燃焼室ケースと断熱材の間に第２の断熱材を設け
ることにより、温度変化に対しても断熱材と燃焼室ケー
スの間に隙間を生じることが無く構成でき断熱性を維持
し、断熱材にクラックが生じた場合も高温の燃焼ガスが
燃焼室ケース側に流れ断熱性能の劣化や機器の損傷を生
じる事も無く、熱交換効率を維持しかつ性能劣化や機器
の信頼性の高いシステムになる。 （２）高温部の断熱材と比較的低温部の第２の断熱材に
分割したため、温度に合わせた最適の材料が選定でき、
高断熱性能にでき省エネルギーと低コスト化が図れる。 （３）断熱材の熱膨張率を第２の断熱材で吸収するた
め、断熱材が割れる事が無く耐久的にに信頼性の高いも
のとなる。

【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断面斜視
図

【図２】上記図１の伝熱隔壁、燃焼筒、断熱材、第２の
断熱材

【図３】従来の冷媒加熱器の回路構成図

【図４】従来の冷媒加熱器の外観斜視図

【符号の説明】

８ バーナ １０ 燃焼室ケース １０ａ 燃焼室 １１ 伝熱隔壁 １２ 高温ガス通路 １３ 燃焼ガス出口 １４ 排気路 １５ 冷媒通路材 １６ 冷媒通路 ２２ 伝熱フィン ２３ 断熱材 ２４ 第２の断熱材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾浜 昌宏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 近藤 龍太 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

【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
   通路の出口部と排気路を接続する排気室と、前記燃焼室
   ケースの内部に燃焼室の前記高温ガス通路と接しない残
   りの外面の全面を覆う断熱材と、前記燃焼室ケースと前
   記断熱材の間に設けた第２の断熱材とを備えた熱交換
   器。
2. 【請求項２】断熱材は繊維材を成型して一体とし、第２
   の断熱材は燃焼室ケースと前記断熱材との間に繊維材の
   小片を挿入して構成した請求項１記載の熱交換器