JPH09280657A - 熱交換装置 - Google Patents

熱交換装置

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JPH09280657A
JPH09280657A JP8923996A JP8923996A JPH09280657A JP H09280657 A JPH09280657 A JP H09280657A JP 8923996 A JP8923996 A JP 8923996A JP 8923996 A JP8923996 A JP 8923996A JP H09280657 A JPH09280657 A JP H09280657A
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JP
Japan
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heat exchanger
heat
combustion gas
metal
lightweight material
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Pending
Application number
JP8923996A
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English (en)
Inventor
Yukiro Komai
幸郎 古米
Shiro Takeshita
志郎 竹下
Hideo Tomita
英夫 富田
Junichi Ueda
順一 植田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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  • Details Of Fluid Heaters (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は燃料を燃焼させて水や冷媒等の液体
を加熱する熱交換装置に関し、高信頼性と高応答性の熱
交換装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 バーナと、燃料を調節する燃料調節器
と、燃焼空気を送る燃焼ファンと、バーナ部下流に順次
位置する火炎を包み込む燃焼室と、液体側を金属とし燃
焼ガス側を高輻射軽量熱交換器により構成した熱交換器
からなっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はガス、石油等の燃料
を燃焼させて水や冷媒等の液体を加熱する熱交換装置に
関し、金属と熱伝導軽量材料で構成された熱交換器によ
り、熱交換器の信頼性を向上し、かつ、迅速な装置の温
度立ち上がりを得るものである。
【0002】
【従来の技術】A1・N(窒化アルミニウムの略号)熱
交換器等を用いた従来例は特開平2−684956号公
報に記載の発明があり、図5のごとく表される。パイプ
2およびフィン3は一部または全部をA1・Nで形成さ
れた後、減圧雰囲気において熱溶着されている。また、
熱交換器1の上半部は銅、下半部は窒化アルミニウムで
構成されているものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような従来のバー
ナ装置では、 (1)液体側にA1・N熱交換器が直に露出する可能性
があるため、水道法の規制があること。また、セラミッ
クスは落下の際に破損する可能性があり、液体漏れの問
題があった。
【0004】(2)Cu熱交換器とA1・N熱交換器が
混在するため、接合が困難であったり、接合のために減
圧雰囲気での熱溶着等大がかりな装置が必要であった。
【0005】(3)熱交換を迅速かつ正確に行うための
手段がなく、液体が所定の温度まで到達するために時間
がかかる等の問題点があり、使用者の不快感を助長した
り、節水を防げることが課題となっていた。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は燃焼ガスと被加
熱流体との熱交換をする被加熱流体側を金属とし、燃焼
ガス側を高熱伝導軽量材料として構成された熱交換器を
備えたものである。上記本発明によれば、熱交換器の熱
容量が小さく、速やかな熱交換ができ、高応答性が実現
し、液体温度の変動を小さくすることができる。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明は上記課題を解決するた
め、熱交換装置として燃焼ガスと被加熱流体との熱交換
をする被加熱流体側を金属とし燃焼ガス側を高熱伝導軽
量材料として構成された熱交換器とを備えたものであ
る。
【0008】また、熱交換器を被加熱流体側を金属パイ
プとして、燃焼ガス側を一体成形した高熱伝導軽量材料
で構成されたフィン付熱交換器としたもの、あるいは被
加熱流体側を金属パイプとして、燃焼ガス側を円盤状に
成形された高熱伝導軽量材料を多数積層してフィン構成
したものがある。
【0009】また、熱交換器を金属と高熱伝導軽量材料
とを高熱伝導軽量材料に近似した膨張係数を持った金属
を介して互いに接合して構成された熱交換器としたもの
がある。
【0010】次に、金属と高熱伝導軽量材料で構成され
た熱交換器等に配設された一つまたは複数の温度センサ
ーと、前記バーナ部に臨み燃料を調節する燃料調節器
と、前記バーナ部に連結し燃焼空気を送る燃焼ファンと
を設け、前記燃料調節器と前記燃焼ファンを迅速に液体
の温度が立ち上がるように制御する制御器よりなってい
る。
【0011】本発明の熱交換装置は上記構成により以下
のように作用する。燃料調節器により調節された燃料
と、燃焼ファンにより供給された空気とが混合した後、
バーナに供給され燃焼する。高温の燃焼ガスは高熱伝導
軽量材料で形成された熱交換器の外側を通過し対流熱伝
達により熱を吸収し、水等の液体が通過する金属で形成
された熱交換器の内側へと熱交換される。
【0012】また、燃焼ガス側の高熱伝導軽量材料と液
体側の金属を比較すると、金属の方が膨張係数が大きい
ため、高温となった際には高熱伝導軽量材料と金属との
隙間がなくなり、燃焼ガスからの熱を速やかに液体に熱
伝達する。
【0013】また、液体側の熱伝達率に対して燃焼ガス
側の熱伝達率が小さいため、液体側を単純な金属パイプ
として、燃焼ガス側を一体成形した高熱伝導軽量材料で
構成されたフィン付熱交換器として伝熱面積を増加さ
せ、効率的な熱交換を行う。
【0014】あるいは、加工性をあげるため、燃焼ガス
側を円盤状に成形された高熱伝導軽量材料を多数積層し
てフィン構成された熱交換器も同様の作用がある。
【0015】また、金属と高熱伝導軽量材料を高熱伝導
軽量材料に近似した膨張係数を持った金属を介して互い
に接合して構成された熱交換器は、金属と高熱伝導率軽
量材の間の熱抵抗を減少させて熱交換を行う。
【0016】次に、制御器は金属と高熱伝導軽量材料で
形成された熱交換器に配設された一つまたは複数の温度
センサにより液体の入口と出口の温度を検出し、バーナ
部に臨み燃料を調節する燃料調節器で燃料を調整し、バ
ーナ部に連結し燃焼空気を送る燃料ファンで空気量を制
御し、液体の温度を迅速に立ち上げ、高応答性となるよ
うに予測制御する。
【0017】本発明の熱交換装置における実施例を図1
〜図4により説明する。図1は本発明の第一実施例の熱
交換装置の構成図であり、以下のように作用する。燃料
調節器8で調節されノズル16から噴出する燃料と、燃
焼空気を送る燃焼ファン9から吐出した空気とが混合部
7で混合され、バーナ11に供給され燃焼する。高温の
燃焼ガスは高熱伝導軽量材料であるフィンパイプ式のA
1・N熱交換器12に導かれる。ここでは、高熱伝導軽
量材料としてフィンパイプ式のA1・N熱交換器12を
用いているが、他に窒化珪素、チタニウム、炭素繊維あ
るいはそれぞれの組み合わせ等が考えられる。また、高
温の燃焼ガスはフィンパイプ式のA1・N熱交換器12
の外側を通過し効率的に熱伝達される。また、燃焼ガス
側のA1・N熱交換器12の線膨張係数が3×10-6
℃に対して液体側のCu熱交換器13の線膨張係数が1
8×10-6/℃と大きいため、高温となった際にはA1
・N熱交換器12とCu熱交換器13の隙間がなくな
り、燃焼ガスからの熱を速やかにCu熱交換器13に熱
伝達する。
【0018】伝達された熱は、水道法等の規制がないパ
イプ状のCu熱交換器13を通じて液体に熱伝達され、
希望の液体温度に迅速に到達する。ここで、Cu熱交換
器13は金属であるため、一般的に装置内で液体の通路
として使用されているCuパイプ等と容易に接続され
る。また、A1・N熱交換器12は落下の際に破損する
可能性があるが、液体側が全てCu熱交換器13で構成
されるため、液体漏れ等の問題が生じない。さらに、熱
交換を終えた燃焼ガスは排気部17より排出される。液
体の温度は温度センサー14により検出され制御器15
に送られる。制御器14は温度センサー14の出力をも
とに燃料調節器8と燃焼ファン9をPID制御やフィー
ドフォワード方式により予測制御し、液体が希望の温度
に迅速になるように制御する。
【0019】ここで、A1・N熱交換器12は高熱伝導
率の利点があるため総括熱伝達率が上がることと、軽量
であることにより、従来のCu熱交換器の1/3以下の
重量となり、熱容量が1/3以下となるため迅速な熱交
換が可能となる。希望の温度になるため、従来15秒か
かっていたものが5秒と高応答性が達成され、流量変更
時や立ち上がりに問題となっていた使用者の不快感が軽
減されるばかりでなく、捨て水がなくなり節水、省エネ
ルギーが可能となる。
【0020】また、図2は本発明の第二実施例の熱交換
装置における熱交換器の構成図であり、液体側を単純な
Cuパイプ18として、燃焼ガス側をA1・Nパイプ2
0とA1・Nフィン21とを一体成形したA1・N熱交
換器12で構成している。この実施例の場合は、液体側
Cuパイプ18の熱伝達率800〜1000Kcal/m2h
℃に対して燃料ガス側A1・N熱交換器12の熱伝達率
は30〜50Kcal/m2h℃と小さいため、A1・Nパイ
プ20により伝熱面積を増加させ、熱伝達量のバランス
を取り、効率的な熱交換を行うことができる。
【0021】また、図3は本発明の第三実施例の熱交換
装置における熱交換器の構成図であり、液体側を単純な
Cuパイプ18として、燃焼ガス側を図4に示すように
A1・Nで成形された段部22を持った円盤型フィン2
3を多数積層することにより構成している。円盤形フィ
ン23は小型となるため成形が容易であり、低価格で熱
交換装置が提供できるとともに、Cuパイプ18との管
合部24の加工精度を上げることができ、Cuパイプ1
8とA1・Nからなる円盤型フィン23との間の熱抵抗
を減じて速やかな熱交換をすることができる。また、段
部22はフィン間隔を規制することができ、均一な熱交
換を促進することができる。
【0022】次に、例えば図3に示すCuパイプ18と
A1・Nからなる円盤型フィン23との間をA1・NI
近似した膨張係数を持った金属を介して互いに接合して
構成された熱交換器は、Cuパイプ18と円盤型フィン
23の間の熱抵抗を減少させて、さらに効率的な熱交換
を行う。この様な金属としてCu、Kov(コバー
ル)、Bao(ベリリア)等が考えられる。
【0023】
【発明の効果】上述した構成により本発明は次のような
効果を有する。
【0024】(1)熱伝達率の小さい燃焼ガス側を高熱
伝導軽量材料で構成したため熱交換器が高効率であり、
かつ軽量であるため熱交換器の熱容量が小さく、速やか
な熱交換ができ、高応答性が実現し、液体温度の変動が
少なく、かつ従来の1/3の時間で温度を立ち上げるこ
とができる。
【0025】(2)水道法等の規制がない金属の熱交換
器を通じて液体に熱伝達されるため、給湯機等に使用し
た場合は安心してお湯を提供できる。
【0026】(3)液体側が金属熱交換器であるため、
一般的に装置内で液体の通路として使用されているCu
パイプ等と容易に接続されるため、液体側が全て金属で
構成されるため、落下の際に破損する可能性がなく、液
体漏れ等の問題が生じない。
【0027】(4)液体側を単純なCuパイプとして、
燃焼ガス側を一体成形したフィン付A1・N熱交換器で
構成しているため、燃焼ガス側の伝熱面積を増加させ、
熱伝達量のバランスを取り、効率的な熱交換を行うこと
ができる。
【0028】(5)段部を持った円盤型フィンを多数積
層することにより構成しているため、成形が容易であ
り、低価格で熱交換装置が提供できるとともに、管合部
の加工精度をあげることができ、速やかな熱交換をする
ことができる。また、段部はフィン間隔を規制し、均一
な熱交換を促進することができる。
【0029】(6)金属と高熱伝導軽量材料とを高熱伝
導軽量材料に近似した膨張係数を持った金属を介して互
いに接合しているため、熱抵抗を減少させて効率的な熱
交換を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施例の熱交換装置の構成図
【図2】本発明の第二実施例の熱交換装置における熱交
換器の構成図
【図3】本発明の第三実施例の熱交換装置における熱交
換器の構成図
【図4】本発明の第三実施例の熱交換装置における円盤
型フィンの構成図
【図5】従来の熱交換装置の構成図
【符号の説明】
7 混合部 8 燃料調節器 9 燃焼ファン 10 燃焼室 11 バーナ 12 A1・N熱交換器 13 Cu熱交換器 14 温度センサー 15 制御器 23 円盤型フィン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 植田 順一 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 (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃焼ガスと被加熱流体との熱交換をする被
    加熱流体側を金属とし、燃焼ガス側を高熱伝導軽量材料
    として構成された熱交換器を備えた熱交換装置。
  2. 【請求項2】熱交換器を被加熱体側を金属パイプとし
    て、燃焼ガス側を一体成形した高熱伝導軽量材料で構成
    されたフィン付熱交換器とした請求項1記載の熱交換装
    置。
  3. 【請求項3】熱交換器を被加熱流体側を金属パイプとし
    て、燃焼ガス側を円盤状に成形された高熱伝導軽量材料
    を多数積層してフィン構成とした請求項1記載の熱交換
    装置。
  4. 【請求項4】熱交換器を金属と高熱伝導軽量材料とを高
    熱伝導軽量材料に近似した膨張係数を持った金属を介し
    て互いに接合して構成とした請求項1ないし3のいずれ
    か1項記載の熱交換装置。
  5. 【請求項5】金属と高熱伝導軽量材料で構成された熱交
    換器等に配設された一つまたは複数の温度センサーと、
    前記バーナ部に臨み燃料を調節する燃料調節器と、前記
    バーナ部に連結した燃焼空気を送る燃焼ファンとを設
    け、前記燃料調節器と前記燃焼ファンを制御する制御器
    よりなる請求項1ないし4のいずれか1項記載の熱交換
    装置。
JP8923996A 1996-04-11 1996-04-11 熱交換装置 Pending JPH09280657A (ja)

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JP8923996A JPH09280657A (ja) 1996-04-11 1996-04-11 熱交換装置

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JP (1) JPH09280657A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030090916A (ko) * 2002-05-23 2003-12-01 주식회사 경동보일러 가스보일러
JP2012066975A (ja) * 2010-09-24 2012-04-05 Denso Corp 窒化アルミニウム材料の製造方法、窒化アルミニウム材料及び熱交換器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030090916A (ko) * 2002-05-23 2003-12-01 주식회사 경동보일러 가스보일러
JP2012066975A (ja) * 2010-09-24 2012-04-05 Denso Corp 窒化アルミニウム材料の製造方法、窒化アルミニウム材料及び熱交換器

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