JPH1137673A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、燃焼排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
ものであり、高効率で熱交換し、機器の局部過熱および
冷媒の熱分解を防止することである。 【解決手段】 伝熱フィン８、９に流入する燃焼排ガス
の水平方向の流量分布を多数の断面積が異なる熱交換通
路８ａ，９ａによりコントロールし、冷媒の通過量が多
い多穴管１１の冷媒入口１３ａ，冷媒出口１４ａ側にな
るほど燃焼排ガスを多く流すことにより伝熱フィン８、
９及び多穴管１１の局部過熱がなくなる。これにより排
気口６の位置にかかわらず水平方向の燃焼排ガス量の適
切化が図れ冷媒の熱分解や機器の異常温度上昇を防止し
機器の信頼性の向上を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼によって発生
する高温ガスにより冷媒を加熱して、冷暖房に利用する
熱交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃焼排ガスにより冷媒を加熱して
液状冷媒を蒸発気化させ、潜熱により熱を運び暖房を行
う熱交換器は、特公平７−１８５９５号公報に記載され
ているようなものが一般的であった。この熱交換器は図
４（ａ）、（ｂ）に示すように１は燃料供給装置２に接
続したバーナ３に一端側が接続された断熱材１ａを内張
りにした燃焼筒で、この燃焼筒１は伝熱隔壁４に密着し
て設けられた燃焼排ガス通路部材５に他端側が接続され
ている。なお燃焼排ガス通路部材５には排気管６を有
し、燃焼排ガス通路部材５に伝熱隔壁４が組み合わさっ
て燃焼排ガス通路が形成されている。前記燃焼排ガス通
路の内部には伝熱隔壁４に密着し燃焼排ガス入口７を形
成するように上下２つの伝熱フィン８、９がそれぞれ設
けられている。

【０００３】また図４に示すように前記伝熱フィン８、
９は伝熱隔壁４に取り付けられた状態において上下方向
に向く多数の熱交換通路を形成し、この伝熱フィン８、
９が前記燃焼排ガス通路部材５で覆われた状態において
伝熱フィン８、９の外周を通り上側の伝熱フィン８の上
方中央で集合する排気通路１０が形成されるようになっ
ている。なお前記伝熱フィン８の熱交換通路８ａの長さ
は伝熱フィン９の熱交換通路９ａの長さより長くなって
いる。

【０００４】前記伝熱隔壁４の外面には熱的に連結させ
た多穴管１１が設けられ、この多穴管１１には上下方向
に向く冷媒通路１２が多数設けられている。前記多穴管
１１の下端には冷媒入口ヘッダー管１３が設けられ、多
穴管１１の上端には冷媒出口ヘッダー管１４が設けられ
ている。

【０００５】燃料供給装置２より供給された燃料をバー
ナ３で燃焼し、燃焼筒１で発生した燃焼排ガスは図５に
示すように燃焼排ガス入口７を通り燃焼排ガス通路内部
の伝熱フィン８，９の熱交換通路８ａ，９ａを通り、排
気通路１０から排気管６に流れる。冷媒入口ヘッダー管
１３に冷媒入口１３ａより入った液冷媒は多穴管１１の
下部より多数の上下方向の冷媒通路１２に分流し、一方
伝熱フィン８，９が前記熱交換通路８ａ，９ａを流れる
燃焼排ガスの熱を多穴管１１に伝熱し、その結果冷媒通
路１２内の冷媒を加熱する。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冷媒通
路１２内を上昇し、多穴管１１の上端より冷媒出口ヘッ
ダー管１４を経由して冷媒出口１４ａに流出してゆく。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記する従来の構成で
は、伝熱フィンの長さの相異による上下方向の燃焼排ガ
ス量の適切化は図られているが水平方向の燃焼排ガスの
適切化手段がない為、冷媒入口ヘッダー管１３及び冷媒
出口ヘッダー管１４を有する多穴管１１の冷媒通路１２
の構成では排気口が設けられている位置によっては多穴
管１１に局部過熱部が生じ冷媒の熱分解や機器の異常温
度上昇が生じる課題があった。

【０００７】本発明は上記課題を解決するもので、排気
口の位置に規制されないで、水平方向の燃焼排ガス量の
適切化を図り冷媒の熱分解や機器の異常温度上昇を防止
し機器の信頼性の向上を図ることを目的とするものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、燃焼筒の一端にバーナを、他端に排気口を
有する燃焼排ガス通路部材と、伝熱隔壁とを備えて燃焼
室を構成し、前記伝熱隔壁の燃焼筒側には燃焼排ガス流
入部となる燃焼排ガス入口を有する燃焼排ガス通路を備
えた複数の伝熱フィンを有し、前記伝熱フィンの前記燃
焼筒の反対側には前記伝熱フィンと前記伝熱隔壁と密着
接合した複数の冷媒通路を有する多穴管と、前記多穴管
の下端には一端が閉塞した冷媒入口ヘッダー管を、上端
には前記冷媒入口ヘッダー管と同じ側の一端を閉塞した
冷媒出口ヘッダー管を設け、前記伝熱フィンは上下方向
の燃焼排ガス通路を有し、前記複数の伝熱フィンの熱交
換通路は断面積を異にした構成にしたものである。

【０００９】上記発明によれば、水平方向の燃焼排ガス
流量分布は、通路抵抗が少ない結果冷媒の通過量が多い
多穴管の冷媒出入口側になるほど燃焼排ガスを多く流れ
る分布となり伝熱フィンの局部過熱がなく冷媒の熱分解
や機器の異常温度上昇を防止することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明は請求項に記載の形態で実
施できるものであり、請求項１記載のように燃焼筒の一
端にバーナを、他端に排気口を有する燃焼排ガス通路部
材と、伝熱隔壁とを備えて燃焼室を構成し、前記伝熱隔
壁の燃焼筒側には燃焼排ガス流入部となる燃焼排ガス入
口を有する燃焼排ガス通路を備えた複数の伝熱フィンを
有し、前記伝熱フィンの前記燃焼筒の反対側には前記伝
熱フィンと前記伝熱隔壁と密着接合した複数の冷媒通路
を有する多穴管と、前記多穴管の下端には一端が閉塞し
た冷媒入口ヘッダー管を、上端には前記冷媒入口ヘッダ
ー管と同じ側の一端を閉塞した冷媒出口ヘッダー管を設
け、前記伝熱フィンは上下方向の燃焼排ガス通路を有
し、前記複数の伝熱フィンの熱交換通路は断面積を異に
した構成とすることにより実施できる。

【００１１】また、請求項２記載のように伝熱フィンは
熱交換通路が同形状で、燃焼排ガス入口の形状が冷媒入
口ヘッダー管と冷媒出口ヘッダー管の閉塞側に近づく程
上下方向に幅が狭くする構成として実施できるものであ
る。

【００１２】そして、以上のように実施することによ
り、水平方向の燃焼排ガス流量分布は、通路抵抗が少な
い結果、冷媒の通過量が多い多穴管の冷媒出入口側にな
るほど燃焼排ガスを多く流れる分布となり、伝熱フィン
の局部過熱がなく冷媒の熱分解や機器の異常温度上昇を
防止することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。なお従来例の図４、図５と同一の部分には同
一の符号を付与する。

【００１４】（実施例１）図１（ａ）、（ｂ）は本発明
の実施例１における熱交換器の断面図である。図１にお
いて１は燃料供給装置２に接続したバーナ３に一端側が
連通して設け内壁に断熱材１ａを内張りした燃焼筒で、
この燃焼筒１は伝熱隔壁４に密着して設けられた燃焼排
ガス通路部材５と一体の部品となっている。なお燃焼排
ガス通路部材５は図２に示す排気管６を有している。詳
しくは燃焼排ガス通路部材５に伝熱隔壁４が組み合わさ
って燃焼排ガス通路が形成されている。前記伝熱隔壁４
の外側には密着接合された多穴管１１が設けられ、この
多穴管１１は上下方向に向く冷媒通路１２が多数設けら
れている。前記多穴管１１の下端には一端が閉塞された
冷媒入口ヘッダー管１３が設けられ、多穴管１１の上端
には前記冷媒入口ヘッダー管の閉塞された一端と同方向
の一端が閉塞された冷媒出口ヘッダー管１４が設けられ
ている。

【００１５】図２に示すように冷媒入口ヘッダー管１３
の冷媒入口１３ａと冷媒出口ヘッダー管１４の冷媒出口
１４ａはそれぞれ冷媒回路と接続されている。また冷媒
入口ヘッダー管１３と冷媒出口ヘッダー管１４は前記上
下方向の冷媒通路１２により互いに連通している。前記
燃焼排ガス通路の内部には伝熱隔壁４の内面に熱的に接
するように伝熱フィン８、９が設けられている。この伝
熱フィン８、９は一体型のアルミニウム押し出し材部品
で燃焼排ガス入口７を有している。そして、前記燃焼筒
１は筒状であり、その内面には断熱材１ａが設けられて
いる。また図２に示すように前記伝熱フィン８、９は伝
熱隔壁４に取り付けられた状態において上下方向に向く
多数の断面積が異なる熱交換通路８ａ、９ａを形成し、
この伝熱フィン８、９が前記燃焼排ガス通路部材５で覆
われた状態において伝熱フィン８、９の外周を通り燃焼
排ガス入口７の左に集合する排気通路１０が形成される
ようになっている。そしてこの排気通路１０は前記排気
管６と連通するものである。

【００１６】次に動作、作用について説明すると、上記
構成において、燃料供給装置２により供給された燃料を
バーナ３で燃焼し、燃焼筒１で発生した燃焼排ガスは燃
焼排ガス入口７を通り燃焼排ガス通路内部の伝熱フィン
８、９の熱交換通路８ａ，９ａを通り、排気通路１０か
ら排気管６に流れる。前記冷媒入口ヘッダー管１３に入
った液冷媒は多穴管１１の下部より多数の上下方向の冷
媒通路１２に分流し、一方伝熱フィン８、９が前記熱交
換通路８ａ、９ａ内を流れる燃焼排ガスの熱を多穴管１
１に伝熱し、その結果多穴管１１の上下方向の冷媒通路
１２内の冷媒を冷媒入口ヘッダー管１３に近い下部より
充分に加熱する。

【００１７】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になる。発生
した気泡は浮力効果で上下方向の冷媒通路１２内を上昇
し液冷媒をともなって冷媒出口ヘッダー管１４に流れて
いく。伝熱フィン８、９の熱交換通路８ａ，９ａは、熱
交換通路８ａより熱交換通路９ａを通る燃焼排ガスの通
路長さを長くし通路抵抗を大きくすることにより液冷媒
が多く分布する多穴管１１の下側に燃焼排ガスを多く流
し、冷媒が気液二相状態となり液冷媒の分布が少ない多
穴管１１の上側には燃焼排ガスを下側より少なく流すよ
うに燃焼排ガスを上下方向に分流することができる。こ
れにより伝熱フィン８，９は効果的に加熱され、多穴管
１１内の冷媒も上下方向に効率的に加熱される。この結
果伝熱フィン８、９および多穴管１１の局部過熱なしに
効率的に熱交換できる。また冷媒の熱分解も生じない。

【００１８】さらに伝熱フィンの熱交換通路の断面積を
異にすることにより伝熱フィン８，９に流入する燃焼排
ガスの水平方向の流量分布を冷媒の通過量が多い多穴管
１１の冷媒入口１３ａ，冷媒出口１４ａ側になるほど燃
焼排ガスを多く流すようコントロールし、伝熱フィン
８，９および多穴管１１は水平方向においても効率的に
加熱され熱交換される。本実施例においては図２に示す
ように構成上多穴管１１の水平方向の冷媒流量は流路抵
抗の少ない冷媒入口１３ａおよび冷媒出口１４ａ側が多
い傾向なので、伝熱フィン８，９内の水平方向の燃焼排
ガス流量分布も冷媒入口１３ａおよび冷媒出口１４ａ側
が多くなるよう設定されている。

【００１９】本実施例では図２に示すように冷媒の通過
量が多い多穴管１１の冷媒入口１３ａ，冷媒出口１４ａ
側になるほど燃焼排ガスを多く流すようコントロールす
るため、伝熱フィンの燃焼排ガスが通る熱交換通路面積
をＹ方向にいくほど段階的に増加するものとしている。

【００２０】本実施例では、機器の縦方向のコンパクト
化を図り排気管６を伝熱フィン８，９に対し冷媒入口１
３ａおよび冷媒出口１４ａの逆側に位置する構成として
いるが、伝熱フィン８，９の燃焼排ガスが通る熱交換通
路の形状により燃焼排ガスの流量分布をコントロールす
ることができるので、排気管６の位置を伝熱フィン８，
９に対し自由に設定することが可能となる。

【００２１】（実施例２）図３は本発明の実施例２にお
ける伝熱フィンを示したものである。なお実施例１と同
符号の部分は同一構造を有し、説明は省略する。

【００２２】実施例１と異なる点は、燃焼排ガスの水平
方向の分布を、伝熱フィン８、９の燃焼排ガス通路幅で
はなく燃焼排ガスの入口の形状によりコントロールする
ことである。

【００２３】次に動作、作用について説明する。実施例
１でも説明したように冷媒の通過量が多い多穴管１１の
冷媒入口１３ａ，冷媒出口１４ａ側になるほど燃焼排ガ
スを多く流すようコントロールするため、実施例１では
伝熱フィンの燃焼排ガスが通る熱交換通路面積をＹ方向
にいくほど段階的に増加するものとしているのに対し、
本実施例では図３に示すように伝熱フィン８，９の燃焼
排ガスが通る熱交換通路面積は均一で燃焼排ガス入口の
形状をＹ方向に進む程上下方向の幅を広くするものとし
ていることである。

【００２４】これにより冷媒の通過量が多い多穴管の冷
媒出入口側になるほど燃焼排ガスを多く流れる分布とな
り伝熱フィン８，９および多穴管１１の局部過熱なしに
効率的に熱交換できる。また冷媒の熱分解も生じない。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、燃焼筒の
一端にバーナを、他端に燃焼排ガス通路部材を設け、伝
熱隔壁と前記燃焼筒、ハ゛ーナとで燃焼室を構成し、前記伝
熱隔壁の燃焼筒側には多数の燃焼排ガス通路を有する伝
熱フィン、伝熱隔壁の燃焼筒の反対側には複数の冷媒通
路を有する多穴管を密着接合し、前記多穴管の下端には
冷媒入口ヘッダー管が、上端には冷媒出口ヘッダー管が
設けられ、前記伝熱フィンは上下方向の燃焼排ガス通路
を有し、前記複数の伝熱フィンの燃焼排ガスが通る熱交
換通路は断面積を異にした構成となっている。

【００２６】従って伝熱フィンは、冷媒出入口ヘッダー
管の冷媒出入口側になる程伝熱フィンの通路面積を大き
くする形状としているため、水平方向では冷媒の通過量
が多い多穴管の冷媒出入口側になるほど燃焼排ガスを多
く流すことにより伝熱フィンの局部過熱がなくなり冷媒
の熱分解や機器の異常温度上昇を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の実施例１における熱交換器の断
面図 （ｂ）同熱交換器の（ａ）におけるＡ−Ａ断面図

【図２】（ａ）同燃焼排ガス通路内部の構成図 （ｂ）同燃焼排ガス通路内部の要部と対応する燃焼排ガ
スと冷媒の流量分布図

【図３】実施例２における伝熱フィン正面図

【図４】（ａ）従来例における熱交換器の断面図 （ｂ）同熱交換器の（ａ）におけるＡ−Ａ断面図

【図５】同従来例の燃焼排ガス通路内部の構成図

【符号の説明】

１ 燃焼筒 １ａ 断熱材 ２ 燃料供給装置 ３ バーナ ４ 伝熱隔壁 ５ 燃焼排ガス通路部材 ６ 排気管 ７ 燃焼排ガス入口 ８，９ 伝熱フィン ８ａ，９ａ 熱交換通路 １０ 排気通路 １１ 多穴管 １２ 冷媒通路 １３ 冷媒入口ヘッダー管 １３ａ 冷媒入口 １４ 冷媒出口ヘッダー管 １４ａ 冷媒出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 落合 秀志 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】 燃焼筒の一端にバーナを、他端に燃焼排
   ガス通路部材と、伝熱隔壁とを備えて燃焼室を構成し、
   前記伝熱隔壁の燃焼筒側には燃焼排ガス流入部となる燃
   焼排ガス入口を有する燃焼排ガス通路を備えた複数の伝
   熱フィンを有し、前記伝熱フィンの前記燃焼筒の反対側
   には前記伝熱フィンと前記伝熱隔壁と密着接合した複数
   の冷媒通路を有する多穴管と、前記多穴管の下端には一
   端が閉塞した冷媒入口ヘッダー管を、上端には前記冷媒
   入口ヘッダー管と同じ側の一端を閉塞した冷媒出口ヘッ
   ダー管を設け、前記伝熱フィンは上下方向の燃焼排ガス
   通路を有し、前記複数の伝熱フィンの熱交換通路は断面
   積を異にした熱交換器。
2. 【請求項２】 伝熱フィンは、熱交換通路が同形状で、
   燃焼排ガス入口の形状が冷媒入口ヘッダー管と冷媒出口
   ヘッダー管の閉塞側に近づく程上下方向に幅が狭くなる
   ようにした請求項１記載の熱交換器。