JPS61225542A - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、燃焼ガスを用いて熱交換を行う給湯装置な
どの熱交換装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の給湯装置としては、第１１図に示すように、燃料
ガス入口２０から供給されたガスが燃焼バーナ２１で空
気と予混合されて燃焼室２２で完全燃焼し、この高温燃
焼ガスと上部のフィン付蛇管２３内を通る水が熱交換さ
れて、温水または熱水が作られるものである。

なお、図中、２４は水供給管を、２５は温水出口を夫々
示している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、かかる従来例にあっては、前記した燃焼
室２２が、給湯装置において絶対不可欠の構成要素であ
って、また、不完全燃焼を防止する都合上、燃焼バーナ
２１とフィン付蛇管２３との間隔りは、少なくとも２０
ｃｍを必要としている。

このため、燃焼室２２を必須の構成とする従来の給湯装
置にあっては、小型化を望めないという問題点を有して
いる。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、被加温液体の供給ヘッダと排液ヘッダとの
間を連通ずる多数の伝熱路を有し、且つ下方から供給さ
れる予混合ガスを上方に向けて通過させる小間隙を前記
伝熱路の相互間に設けてなる伝熱路群と、この伝熱路群
の上方に狭少な燃焼空間を介して設けた多孔質物体と、
この多孔質物体の上方に配設したフィン付蛇管とからな
ることを、その構成の要旨としている。

〔作用〕

伝熱路が給液ヘッダと排液ヘッダを連通し、被加温液体
を給液ヘッダから排液ヘッダへ輸送する。

伝熱路群の小間隙は、下方から供給される予混合ガスを
上方に通過させて、このガスを伝熱路群と多孔質物体と
の間の狭少な空間に導く。かかる空間に至った予混合ガ
スは、別途用意される点火装置などの点火、又は既に燃
焼している予混合ガスの熱により常に、この空間で着火
燃焼し、多孔質物体及び伝熱路群を加熱する。

そして、多孔質物体は、燃焼排ガスを、その内部で上方
に通過させ、これによりフィン付蛇管が、燃焼排ガスに
より加熱される。

また、加熱された多孔質物体は、前記伝熱路群に熱を放
射して、当該伝熱路群へ熱供給を行い、前記した燃焼に
よる熱と相俟って該伝熱路群の伝熱路内を輸送される被
加温液体を加熱、昇温させる。反面、この伝熱路群は、
伝熱路内を輸送される被加温液体により冷やされており
、この伝熱路群の小間隙内の予混合ガスの温度が発火温
度に上昇するのを抑止し、予混合ガスの送出負荷量の大
小に拘らず逆火の発生を阻止する。

また、前記多孔質物体は、常時加熱されているため、予
混合ガスを完全燃焼させると共に、炎の吹き消えを防止
する。

〔実施例〕

以下、この発明の詳細を図面に示す一実施例について説
明する。

図中、１は予混合ガスの導入管であって、この導入管１
は、直方体状で上面が開口するケース２内のガスヘッダ
１０に連通ずるように、ケース２底板中央で開口、連設
されている。

また、ケース２には、水を供給する蛇管１６を導入し、
水平面で蛇行させ、この蛇管１６には、集熱用のフィン
１５を設けている。

そして、このよう蛇行する蛇管１６の下方には、セラミ
ックス、金属網等でなる板状の多孔質物体８を設けてい
る。図中、１７は導管であって、前記多孔質物体８の周
側面に沿って周回し、その一端は蛇管１６のケース２内
の端部１６ａと連結され、水の供給を受は得るようにし
ている。さらに、この導管１７の他端１７ａは、給水ヘ
ッダ３に連結されている。

第６図は、前記多孔質物体８の下方に設けられ、熱交換
に供される伝熱路群ａを示している。図中、４は多孔質
物体８に対して前記給水ヘッダ３と反対側の側面に下向
きに給水ヘッダ３と平行となるように配設された排水ヘ
ッダであって、その一端は閉塞されている。

このようにケース２に配置された給水ヘッダ３と排水ヘ
ッダ４は、並列に配置される多数の伝熱細管５で連通さ
れている。この伝熱細管５としては、腐食を防止し、且
つ耐圧にするために、耐腐食性の金属管２例えば、ステ
ンレス、チタン、インコネル、銅等からなる細管が選択
され、その外径は、１〜８１１のものが用いられるが、
なかでも１〜３龍ふぁいが好適である。また、これら伝
熱細管５〜５は、外側面どうしの間隔が１〜５１１１程
度に設定されており、各伝熱細管５の間には第１図〜第
３図に示すように各伝熱細管５の表面を横切るように、
細線６を畳織状に延在させて配置している。

この細線６についても、好ましくは耐腐食性。

耐熱性のもの、例えば、ステンレス、チタン、インコネ
ル、銅、セラミックスファイバー、硝子繊維などの材質
が適用される。

かかる伝熱細管５と細線６とで伝熱路群ａを構成し、こ
の伝熱路群ａは、その下方から供給される予混合ガスを
上方に向けて通過させる小間隙７を有しており、ボイラ
を構成している。

なお、前記導入管１によりケース２内に供給される予混
合ガスは、前記伝熱路群ａの下方のガスヘッダ１０のみ
に導かれるようにされている。

さらに、伝熱路群ａと多孔質物体８の間には、狭少な燃
焼空間９を介在させている。また、この空間９の所定位
置には、圧電素子などの点火源（図示省略）が設けられ
ており、該伝熱路群ａを通過上昇した予混合ガスの燃焼
開始に供される。

このような構成において、前記蛇管１６に供給される水
は、多孔質物体８の周側面に沿って配設される導管１７
を経由して給水ヘッダ３へ流れ、次に、伝熱細管５〜５
を流れて排水ヘッダ４でケース２の外に導かれる。

また、導入管１からケース２内のガスヘッダ１０に所定
の送出負荷で供給される予混合ガスは、伝熱路群ａの小
間隙７を通過して燃焼空間９に至り、前記点火源により
点火されて燃焼を開始する。

その燃焼排ガスは、前記多孔質物体８の内部を通過して
排出される。その際、燃焼排ガスは、フィン１５付きの
蛇管１６を加熱する。なお、この狭少な空間９で起こる
燃焼は平面的に広がりをもった燃焼であって、第８図に
示すような炎１１を発生させる。

かかる燃焼により、前記伝熱路群ａは、加熱されて伝熱
細管５内を通る水を昇温させて、温水又は熱水にする。

また、燃焼により多孔質物体８も、加熱されることにな
り、この多孔質物体８からの熱放射により伝熱路群ａは
、更に加熱される。

そして、加熱された多孔質物体８は、その終縁付近に沿
って設けられている給水ヘッダ３及び排水ヘッダ４をも
、加熱するため、前記した燃焼による加熱及び熱放射に
よる加熱に加えて、相加的に水を昇温させるものであり
、高い熱交換率を得ることが出来る。

なお、前記したように蛇管１６が燃焼排ガスにより加熱
され、加えて導管１７が多孔質物体８により加熱されて
内部を通る水を昇温させるにも拘らず、水は１００℃よ
りも高くなることはないため、該伝熱路群ａを通過する
予混合ガスは、それぼど高い温度、とりわけ発火温度に
達することがない。また、各伝熱細管５の間隔Ｓは狭く
、細線６が畳織状に延設されているため、前記小間隙７
は文字通り微細なものとなり、通過する予混合ガスとの
接触面積を大きくし、温度上昇を確実に抑止する。この
ように、伝熱路群ａにより、いわゆる消炎距離が保持さ
れ、上方の燃焼が下方に移る、逆火現象を防止し、炎１
１は、常に一定の位置で表面燃焼として維持される。こ
のため、バーナの負荷を下げてガス量を絞った場合にも
、逆火現象は起こることない。

一般に、バーナの負荷を上げると、予混合ガスの流速は
増すため、炎は吹き飛び、又は吹き消え現象が発生する
が、この実施例によれば、負荷を上げ予混合ガスを増す
と、その増分だけ発生熱量も多くなり、従って、セラミ
ックス等でなる多孔質物体８も、加熱増となり、放射熱
量も大きくなる。そして、この放射熱が伝熱路群ａを通
過直後の予混合ガスを加熱することになり、燃焼速度を
速め、炎１１は、常に一定の位置で燃焼が開始され、多
孔質物体８と伝熱路群ａの間隙（燃焼空間９）で平面的
な表面燃焼が維持されて、保炎効果をもたらす。

さらに、このような表面燃焼によれば、第８図に示すよ
うに、炎１１が一様の短炎の集合体であって、平面状に
広がりをもって燃焼するため、炎１１に局部的な高温の
箇所が発生せず、また、供給水で水冷される伝熱路群ａ
の影響により、燃焼温度が、通常のバーナ燃焼に比較し
て低温となる。

かかる燃焼温度の低温化は、窒素酸化物の生成を抑止す
るための主要な因子であり、従来にない排出ガスのクリ
ーン化を期し得たものである。

発明者らの実施例においては、以下の条件を選択してい
る。

○条件 ・予混合ガス−都市ガス（１０，０ＯＯｋｃａｌ／ｈ）
・伝熱路群ａ　（細管ボイラ）の面積−１２０ｍｍ　Ｘ
　１２０ｍｍ ・伝熱細管５の材質−ステンレス 外径−２ｍｍ ・各伝熱細管５の間隔Ｓ−４鶴 ・細線６−ステンレス線 径寸法−０，５ｍｍ ・給水ヘッダ３及び排水ヘッダ４の外径−２０ｍｍ内径
−９１１１１１＋ ・多孔質物体８の気孔率−８０％（セラミックス）厚　
さ−１０ｍｍ ・蛇管１６　　　外　径−２０ｍｍ 内　径−９ｍｍ フィンピッチ−３，２ｍｍ フィン　幅　−３５ｍｍ ・導管１７　　　外　径−２０ｍｍ 内　径−９ｍｍ 上記の条件で行った結果、給水温度１８℃の水を３７！
／ｍｉｎの流速で送出した場合、回収温水（６８℃）が
得られた。

また、この実施に際して、逆火あるいは吹き消え現象は
全く発生せず保炎効果を得ることができた。

さらに、熱交換率が８０〜９５％と大きくなり、エネル
ギー損失を減少する結果が得られた。

次に、第９図及び第１０図に示す、この発明を適用した
他の一実施例について説明する。

この実施例においては、伝熱路群ａを第１０図に示すよ
うに、セラミックス板１２に、給水ヘッダ３と排水ヘッ
ダ４との間を連通ずる多数の液体輸送孔１３を所定間隔
を介して平行に開設すると共に、各液体輸送孔１３の間
部には、下面から上面に向けて予混合ガスを通過させ得
る、多数のガス流通孔１４を開設した構造としている。

なお、このガス流通孔１４は、前記液体郵送孔１３には
干渉しないものであって、下方から供給される予混合ガ
スを、上方に通過させる構造であればよく、例えば、第
１０図に示す如く、セラミックス板１２の上下方向に対
して傾斜して開設してもよい。

とりわけ、このようにガス流通孔１４を傾斜させた場合
には、前記した消炎距離を充分に確保することとなり、
逆火の確実な防止ができる。

また、この実施例においても、前記した実施例と同様に
、多孔質物体８を設け、この多孔質物体８と伝熱路群ａ
との間の燃焼空間９で表面燃焼を発生させるもので、同
様の保炎効果を得ることができる。

以上、実施例について説明したが、この発明においては
、被加温液体としては、水に限られるものではなく、目
的により各種の液体の加温を可能とするものである。

また、伝熱路群ａの面積、形状などは、適宜設計変更さ
れ得るものであって、特に、方形状のものとする必要は
ない。

さらに、上記実施例においては、多孔質物体８をセラミ
ックス材で構成しているが、その他金属の網、石綿等を
用いることも可能である。

さらにまた、蛇管１６に設けるフィン１５の形状は、図
面に示すような板状のものに限られるものではなく、熱
を集めるのに適するあらゆる形状に設計変更され得るも
のである。

〔発明の効果〕

畝上の説明で明白なように、予混合ガスが高負荷燃焼の
場合でも、吹き消えや、吹き飛び現象が起こらず、また
低負荷燃焼の場合でも逆火は起こらず、安全性を飛躍的
に向上させる効果が有る。

また、伝熱路群と多孔質物体との間の狭少な空間で表面
燃焼を起こさせる構成としたことによって、熱交換部の
面積及び体積を小さくすることが可能となり、小型で場
所をとらない給湯装置を作ることができる効果が有る。

さらに、燃焼に伴って加熱される多孔質物体が予混合ガ
スを完全燃焼させるため、従来のような給湯装置に設け
られている、不完全燃焼を防止するための、長大な燃焼
室を不要となし、熱交換部の縮小化と相俟って根本的な
小型化が可能とされている。

さらにまた、伝熱路群の冷却作用により火炎温度を低下
させて、有害な窒素酸化物の生成を抑止する効果が有る
。

而して又、この発明においては、予混合ガスの燃焼によ
る加熱及び加熱された多孔質物体の熱放射による加熱に
よる伝熱路群の加熱に加え、伝熱路に到達する水が燃焼
排ガスで加熱されるフィン付蛇管で予め加熱されるため
、この装置に給水されてから排水されるまでに受は取る
熱エネルギーが大きなものとなり、飛躍的に熱交換率を
高める効果が有る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明を適用した熱交換装置の一部破断斜
視図、第２図は、同部分断面図、第３図は、蛇管及び導
管及び供給ヘッダ並びに排水ヘッダの接続状態を示す説
明図、第４図は、蛇管の説明図、第５図は、導管の説明
図、第６図は、伝熱路群を示す平面図、第７図は、この
発明を適用した熱交換装置の縦断面図、第８図は、燃焼
状態を示す説明図、第９図は、この発明の他の実施例に
おける伝熱路群を示す斜視図、第１０図は、同伝熱路群
を示す一部破断拡大斜視図、第１１図は、　　区従来の
給湯装置を示す説明図である。　　　　　　　８３・・
・・・・給水ヘッダ、４・・・・・・排水ヘッダ、５・
・・・・・　　城伝熱細管、７・・・・・・・小間隙、
８・・・・・・多孔質物体、９・・・・・・燃焼空間、
１６・・・・・・蛇管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被加温液体の供給ヘッダと排液ヘッダとの間を連通する
   多数の伝熱路を有し、且つ下方から供給される予混合ガ
   スを上方に向けて通過させる小間隙を前記伝熱路の相互
   間に設けてなる伝熱路群と、この伝熱路群の上方に狭少
   な燃焼空間を介して設けた多孔質物体と、この多孔質物
   体の上方に配設したフィン付蛇管とからなることを特徴
   とする熱交換装置。