JPH07113497B2 - 熱交換器 - Google Patents

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運び暖房を行
うものに第５図に示すような冷媒加熱暖房機がある。

これは燃焼ガスと冷媒との熱交換器１と放線器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
−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。

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であるため局部過熱に生じ、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
性能上の課題があった。

本発明は、かかる従来の課題を解消するものでバーナ等
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
よる自然循環力を増進させることによりスムーズに循環
させ、さらに効率よく伝熱して熱効率を向上させるもの
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、板状の伝熱隔壁部材を設け、一方の面に密着
して冷媒通路部材を固定し、他面に枠形の取付縁部にお
いて燃焼室端板を固定し、前記伝熱隔壁部材と燃焼室端
板間に高温ガス通路を構成し、前記燃焼室端板の中央部
に燃焼ガス出口孔を穿設すると共に燃料供給装置に接続
したバーナーを装着した燃焼室筐体を固定し、前記燃焼
ガス出口孔に対応する位置の前記伝熱隔壁部材の上下に
多数のフィン片を形成した伝熱フィンを設け、前記フィ
ン片間と前記伝熱フィンの上下、左右に高温ガス通路を
構成し、下部には排気部を設け、前記冷媒通路部材には
上下にヘッダー管を接続し、前記燃焼室筐体の内面壁に
は断熱材を設けたものである。

作用 本発明は、前記した構成によって、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孔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に密着した多数の
フィン片を形成した伝熱フィンを具備する伝熱隔壁部材
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
成したの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、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は生じない。そして、
前記燃焼ガス出口孔に上下に多数のフィン片で分割し上
下に通路を構成した伝熱フィンと、前記伝熱フィンで分
割した上下の通路の他方を前記伝熱フィンの外周を通り
集合する排気通路と、前記排気通路の前記伝熱フィンの
下部に連通した排気管を設けることにより冷媒通路の下
部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の高温ガス通路用部材を前
記燃焼室で構成し、外壁を構成する伝熱隔壁部材で高温
ガス通路を構成し、伝熱隔壁部材と密着した冷媒通路部
材で構成した二重壁構成により、前記内壁の高温ガス通
路用部材から伝熱フィンを通じて冷媒通路に伝熱するた
め伝熱効率が上昇し、また多穴管構成の冷媒通路部材と
伝熱隔壁部材との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
が生じなく信頼性の高いシステムとなる。

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図は本発明の熱交換器の一実施例の断面図、第２図
は本発明の冷媒通路部材の断面図、第３図は第１図の熱
交換器の展開斜視図、第４図は第１図の熱交換器の燃焼
ガス通路部の断面図、を示す。

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、10Aは燃焼室
筐体、11は板状の伝熱隔壁部材であり、12Aは枠形の取
付環状縁部12Bを有する箱形の燃焼室端板で、取付環状
縁部12Bを伝熱隔壁部材11に密着して固定し、燃焼室端
板12Aと伝熱隔壁部材11間に高温ガス通路12を構成す
る。燃焼室端板12Aの中央部には燃焼ガス出口孔13を穿
設し、高温ガス通路12には排気通路14を設ける。

15は伝熱隔壁部材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16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、
それぞれ入口管19、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。

22A、22Bは伝熱隔壁部材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、波形状に屈曲させて多数
のフィン片を形成してある。燃焼室10の高温ガス通路12
と接しない残りの内壁面は全面を覆う断熱材23が設けて
ある。

燃焼ガス出口孔13に上下に複数のフィン片で分割し上下
に通路を構成した伝熱フィン22A、22Bとこのフィンで分
割した上下の通路24、25の他方を前記伝熱フィン22A、2
2Bの外周を通り集合する排気通路26、27と伝熱フィン22
Bの下部に連通した排気管28を設けてある。

本発明の熱交換器の動作を説明する。

前記構成において、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
燃焼ガス出口孔13を通り、高温ガス通路12の伝熱フィン
22A、22Bの間の通路24、25を通り、排気通路26、27から
排気管28より排気する。

冷媒入口管17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の縦方向の通路16内の冷媒を十分に
加熱する。そこで加熱された液状冷媒は気化蒸気を開始
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通路16内を下方から上
方に上昇し、特に燃焼ガスを燃焼室10から燃焼ガス出口
孔13を出たのち高温ガス通路12で冷媒に伝熱するため、
燃焼ガスの温度は一定に安定しており、１つの出口から
噴出することにより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。

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以外の伝熱隔壁部材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。

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。

燃焼ガス出口孔13より排気管28に至る燃焼ガス通路を上
下に通路25、26で分け、下側に排気管28を設けたため、
燃焼ガス出口孔13より通路25を通り排気管28に至る経路
が短かくでき、燃焼ガスは通路26より通路25を多く流れ
る。このため通路16内の冷媒は下部で十分にかつ均一に
加熱されるため気泡ポンプ作用が強められ循環力が増加
できる。そして伝熱フィン22A、22Bを通った燃焼ガスが
排気通路26、27を通過する時も伝熱隔壁部材11を通り、
冷媒に熱が伝わるため伝熱面積が大きくなり熱交換効率
が増加できる。

また高温ガス通路12の内壁を前記燃焼室10の燃焼室端板
12Aで構成し外壁を構成する伝熱隔壁部材11とこの伝熱
隔壁部材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10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、劣化が生じなくなり、あるいは機器
の異常温度上昇防止による信頼性の高いシステムであ
る。

燃焼室10の高温ガス通路12と接しない残りの筐体10Cの
内壁面は断熱材23で覆い放熱を防止する。

さらに冷媒通路部材16の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
として帯状のアルミニウム製の板を波状に屈曲させて構
成し、かつ伝熱隔壁部材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部材11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15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、
接触熱抵抗がな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供することができる。

また高温ガス通路12の内壁を構成する前記燃焼室10の外
壁となる燃焼室端板12A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ブレージングシートとして
この素材を用い、一体ブレージングによる伝熱フィン22
A、22Bと一体に構成することにより燃焼室10からの熱が
伝熱フィン22A、22Bと燃焼室端板12Aを通じて冷媒通路1
6に高効率な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、高温ガス通路の内壁を構成する前記燃焼室10の
外壁の燃焼室端板12Aをアルミニウムとし、伝熱隔壁部
材11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10の高温ガス通路12と接しない残りの筐体
10A内面を覆う断熱材23の外周に冷媒通路部材15の通路1
6と連通する通路（たとえば密閉管路３の放熱器３への
往き管）を密接して構成すると断熱材23から外部に放熱
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。

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。冷媒通路部材15の冷媒通路
16の底部の入口ヘッダー17に接続した下方に曲折しオイ
ル抜き管21を設けてあるため加熱器にオイルが溜ると冷
媒と一緒に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じなく、信頼性の高いシステム
となる。

発明の効果 本発明の前記構成によれば、 （１） 断熱構成の燃焼室と連通して設けた燃焼ガス出
口孔から噴出する燃焼ガスを燃焼ガスが通過する前記高
温ガス通路の伝熱隔壁に密着した多数のフィン片を形成
する伝熱フィンを具備する伝熱隔壁部材に縦方向に通路
を有する多穴管構成の冷媒通路部材を密着して構成した
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、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、特に燃焼ガス通路を上下に設け、下部
に近い所に排気管を設けることにより冷媒通路部材の下
部を均一に強く加熱するため、一層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頼性向上を図ることが
できる。

（２） 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。

（３） 伝熱隔壁部材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、劣化が生じなくな
り、あるいは機器の異常温度上昇防止による信頼性の高
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
災に直接冷媒ガスが触れることがなく、安全性が高いも
のである。

（４） 高温ガス通路の内壁を構成し、燃焼室の外壁と
なる燃焼室端板12A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ブレージングシートとしてこの
素材を用い、一体ブレージングにより伝熱フィン外壁、
排気通路を一体に構成することにより、燃焼室からの熱
が伝熱フィン、排気通路を通じて冷媒通路に高効率な熱
交換効率で伝熱し、効率アップと機器のコンパクト化が
可能となり、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
安全性が高いものとなる。

（５） 燃焼室の高温ガス通路と接しない残りの内面壁
を覆う断熱材の外周に冷媒通路部材の通路と連通する通
路（たとえば密閉管路の放熱器への往き管）を密接して
構成すると、断熱材から外部に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にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱交換器の一実施例の断面図、第２図
は本発明の冷媒通路部材の断面図、第３図は第１図熱交
換器の展開斜視図、第４図は第１図熱交換器の燃焼ガス
通路部の断面図、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、を示す。 8:バーナー、10:燃焼室、11:伝熱隔壁部材、12:高温ガ
ス通路、12A:燃焼室端板、13:燃焼ガス出口孔、14:排気
部、15:冷媒通路部材、16:通路、17:入口ヘッダー管、1
8:出口ヘッダー管、19、20:入口管、出口管、21:オイル
抜き管、22A、22B:伝熱フィン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桜武 達規 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 山口 紘一郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−108192（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】板状の伝熱隔壁部材を設け、一方の面に密
   着して冷媒通路部材を固定し、他面に枠形の取付環状縁
   部において燃焼室端板を固定し、前記伝熱隔壁部材と燃
   焼室端板間に高温ガス通路を構成し、前記燃焼室端板の
   中央部に燃焼ガス出口孔を穿設すると共に燃焼供給装置
   に接続したバーナーを装着した燃焼室筐体を固定し、前
   記燃焼ガス出口孔に対応する位置の前記伝熱隔壁部材の
   上下に多数のフィン片を形成した伝熱フィンを設け、前
   記フィン片間と前記伝熱フィンの上、下、左右に高温ガ
   ス通路を構成し、下部には排気部を設け、前記冷媒通路
   部材には上下にヘッダー管を接続し、前記燃焼室筐体内
   面壁には断熱材を設けた熱交換器。