JPH0718595B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は燃焼ガスなど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
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
フイン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つている。

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つ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、冷媒の熱分解や機器の異常温度上
昇が生じるなどの問題があつた。

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。

課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
着し前記燃焼ガス出口を上下より挟む位置に設けられ上
下方向に向く多数の通路を持つ伝熱フインと、前記伝熱
隔壁の外面と密着し下部に入口ヘツダー管を、上部に出
口ヘツダー管を備え、上下方向に通路を備えた冷媒通路
部材と、前記燃焼室の内面を覆う断熱材とからなり、前
記冷媒通路部材の入口ヘツダー管近傍に前記燃焼ガス出
口を位置させたものである。

作用 この構成により、バーナなど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
高温ガス通路の伝達隔壁に密着した複数の伝熱フインで
分割し、高温ガス通路の伝熱隔壁と上下方向の通路を有
する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
媒の熱分解を防止できる。そして、冷媒通路部材の下部
の入口ヘツダー管を強力加熱することにより冷媒は上昇
気泡流となり、気泡ポンプ作用を増大させることができ
る。すなわち、冷媒通路部材の入口ヘツダー管近傍に前
記燃焼ガス出口を構成することにより、入口ヘツダー管
より流入した冷媒は入口ヘツダー管近くで前記燃焼ガス
出口から流入した高温燃焼ガスにより急激に加熱され、
冷媒は気相の多い二相の気泡流となり、冷媒通路部材の
上部の出口ヘツダー管に気泡ポンプ作用を増大させ上昇
する。そのため、冷媒通路内の冷媒は均一に比重が小さ
くなり浮力による循環が増大し、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行なわせ、冷媒の熱
分解も生じない。

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に伝達隔壁13が組み合わさつて高
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の下端には入口ヘツダー管
19が設けられ、冷媒通路部材17の上端には出口ヘツダー
管20が設けられている。そして入口ヘツダー管19の一端
には入口管21が接続され、出口ヘツダー管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。前記入口ヘツダー管19の他端には下方に曲折された
オイル抜き管23が設けられている。また、入口ヘツダー
管19と出口ヘツダー管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13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イン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は筒状であつて、その内面には断熱材26が設けられて
いる。また、前記伝熱フイン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、この伝熱フイン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イン24,25の外周
を通り上側の伝熱フイン24の上方中央で集合する排気通
路27が形成されるようになつている。そして、この排気
通路27は前記排気管16と連通するものである。なお、前
記伝熱フイン24,25の上下方向の長さは、上側の伝熱フ
イン24の方が下側の伝熱フイン25よりも長く、両伝熱フ
イン24,25で挟まれた状態で位置する燃焼ガス出口15は
前記入口ヘツダー管19の近傍に形成されている。

上記構成において、燃料の供給装置により供給された燃
料をバーナー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イン
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を通つて入口ヘツダー管19に入つ
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が前記通路24a,2
5a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17の上下方向の通路18内の冷媒を
入口ヘツダー管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を出口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、スムーズに冷媒を蒸発
させる。しかも冷媒通路部材17の通路18の冷媒入口近傍
に前記燃焼ガス出口15を形成することにより、入口管21
より流入した冷媒は通路18の冷媒入口近くにおいて前記
燃焼ガス出口15から流入した高温燃焼ガスにより急激に
加熱され、冷媒は気相の多い二相の気泡流となり冷媒通
路部材17の上部の冷媒出口管22に気泡ポンプ作用を増大
させ上昇する。そのため、冷媒通路部材17の通路18内の
冷媒は均一に比重が小さくなり、浮力による循環が増大
し、冷媒を局部過熱させることがなく、無動力機搬送を
確実に行なわせ、冷媒の熱分解も生じない。さらに伝熱
フイン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ツダー管20に流入し出口管22
より放熱器（図示せず）に向かつて流出する。そして、
冷媒は上下方向の通路18を平行に流れるため、入口ヘツ
ダー管19、出口ヘツダー管20を冷媒は多く流れるが、前
記自然循環量の増大による冷媒循環量が多くなるため、
伝熱量に対して余裕ができ、トータル熱交換能力が大き
く局部過熱が生じないものとなる。また、高温ガス通路
部材14に燃焼室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
記伝熱フイン24,25から通路18に効率良く伝達すること
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、劣化を生じることなく、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、また伝熱フイン
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ツドしたブレージングシート
として組立て、同時に一体ブレージングすることによ
り、これらは熱的に連結でき、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か得られる。

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ツドしたブレージングシートと
し、ブレージングにより前記伝熱フイン24,25と一体的
に構成することにより燃焼室11からの熱が伝熱フイン2
4,25を通じて通路18に高い熱交換効率で伝熱し、効率ア
ツ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26
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ツサーのオ
イルが常に溶存しており、加熱器で冷媒を気化させると
次第にオイルが溜つてくる。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の底部の入口ヘツダー管19
に接続してオイル抜き管23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、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前
記燃焼ガス出口を上下より挟む位置に設けられ上下方向
に向く多数の通路を持つ伝熱フインと、前記伝熱隔壁の
外面と密着し下部に冷媒入口ヘツダー管を、上部に出口
ヘツダー管を備え、上下方向に通路を備えた冷媒通路部
材と、前記燃焼室の内面を覆う断熱材とからなり、前記
冷媒通路部材の入口ヘツダー管近傍に前記燃焼ガス出口
を位置させたものであり、次のような効果が得られる。

すなわち、冷媒通路部材の入口ヘツダー管近傍に燃焼ガ
ス出口を位置させてあることにより、入口ヘツダー管よ
り流入した冷媒は入口ヘツダー管近くの通路内で前記燃
焼ガス出口から流入した高温燃焼ガスにより急激に加熱
され、冷媒は気相の多い二相の気泡流となり上部の出口
ヘツダー管に気泡ポンプ作用を増大させ上昇する。その
ため、通路内の冷媒は均一に比重が小さくなり浮力によ
る循環が増大し、冷媒を局部過熱させることがなく無動
力熱搬送を確実に行なわせ、冷媒の熱分解が生じないた
め気泡ポンプ作用による自然循環力が安定して均一とな
り、トータル熱交換能力が大きく、冷媒の熱分解防止や
機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。さら
に、冷媒は上下方向の通路内を平行に流れるため、冷媒
入口および冷媒出口を冷媒は多く流れるが、自然循環量
の増大による冷媒循環量が多くなるため、伝熱量に対し
て余裕ができ、トータル熱交換能力が大きく局部過熱が
生じないものとなり、熱交換効率が大きくなり、コンパ
クト化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……入口ヘツ
ダー管、20……出口ヘツダー管、24,25……伝熱フイ
ン、24a,25a……通路、26……断熱材。

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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前記燃焼ガス出口を
   上下より挟む位置に設けられ上下方向に向く多数の通路
   を持つ伝熱フインと、前記伝熱隔壁の外面と密着し下部
   に入口ヘツダー管を、上部に出口ヘツダー管を備え、上
   下方向に通路を備えた冷媒通路部材と、前記燃焼室の内
   面を覆う断熱材とからなり、前記冷媒通路部材の入口ヘ
   ツダー管近傍に前記燃焼ガス出口を位置させた熱交換
   器。