JPS63254352A

JPS63254352A - 熱交換器

Info

Publication number: JPS63254352A
Application number: JP8792987A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kawamura; 英男河村; Keiichi Yamashita; 山下　恵一
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1987-04-11
Filing date: 1987-04-11
Publication date: 1988-10-21

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、内燃機関等を搭載した車両、トレーラ等の
車室、家庭用部屋、乾燥室、事務所、ビニールハウス等
の暖房装置、湯沸器等に適用される熱交換器に関する。

〔従来の技術〕

従来、例えば、特開昭６１−１８８２１６号公報に開示
されているような車両暖房用熱交換器がある。この車両
暖房用熱交換器について、第３図及び第４図を参照して
概説する。

第３図において、車両暖房用熱交換器５０については、
吸熱通路内に熱流通路が配置されているものである。前
記熱流通路は第１円筒５１及び第２円筒５２によって構
成され、前記吸熱通路は第３円筒５３によって構成され
ている。第１円筒５１の一端に燃焼器５５が連結され、
燃焼器５５の燃焼ガスが第１円筒５１内に送り込まれる
。第１円筒５１の他端は折り返しガイド５４を介して第
２円筒５２の一端と連通し、第２円筒５２の他端にはガ
ス出口５６が連結されている。前記吸熱通路を構成する
第３円筒５３の一端には冷風である空気を取り入れる空
気人口５７が形成され、その他端には温風である空気を
送り出す空気出口５９が形成されている。通常、空気人
口５７にはブロワ６１から冷気Ｃが吹き込まれ、空気出
口５９からの温風Ｈは下流に設置された空調装置６２に
送り込まれる。次いで、温風Ｈは空調装置６２から車両
室内に送り込まれる。第４図は第３図の線■−ｒＶにお
ける断面図である。第４図に示すように、第１円筒５１
と第２円筒５２との間には熱伝達用フィン５８が設けら
れ、第２円筒５２と第３円筒５３との間には熱交換用フ
ィン６０が設けられている。

更に、先行技術として、例えば、本出願人による出願で
ある特願昭６１−１３２６６４号に開示されているよう
な熱交換器がある。この熱交換器については、図示して
いないが、空気取入パイプと空気送出パイプとを備えた
吸熱通路筒体内にフィン付き熱流通路筒体を配置し、前
記熱流通路筒体と燃焼器とを熱流通路パイプによって連
絡し、前記熱流通路筒体を熱流往路筒体とその外周の熱
流復路筒体とから構成し、更に前記熱流通路パイプは前
記熱流通路筒体に対して屈折状態に取付けられ且つ前記
吸熱通路筒体を貫通して配置されているものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前掲特開昭６１−１８８２１６号公報に
開示されている車両暖房用熱交換器５０については、エ
ンジンとは別の燃焼器５５を設け、急速着火システムと
急速気化システムによって速やかに液体燃料を燃焼させ
、この燃焼熱から効率的に且つ迅速に暖房用空気を生成
して車内に送り込み、排気ガスが混入していないクリー
ンな暖房用空気を送り込むことができるが、その反面、
この熱交換器５０に挿通された燃焼器５５に連結された
第１円筒５１中には未気化燃料が残り、完全燃焼できず
にカーボンが発生するという問題が生じることがある。

また、先行技術としての上記熱交換器についても、上記
と同様な問題点を有している。

この発明の目的は、上記の問題点を解消することであり
、燃料を気化して気化燃料を燃焼させる゛燃焼装置を設
け、急速着火システムと急速気化システムによって速や
かに液体燃料を気化燃料に気化して燃焼させ、この燃焼
熱から効率的に且つ迅速に、例えば、暖房用空気を生成
して、排気ガスが混入していないクリーンな暖房空気を
車両、部屋等の室内に送り込むものであり、特に、燃焼
装置から送出される燃焼ガスに含まれる未気化燃料を熱
流通路筒体において完全燃焼させ、カーボンの発生を防
止し、臭いの発生を防止した熱交換器を従供することで
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、上記の問題点を解消し、上記の目的を達成
するために、次のように構成されている。

即ち、この発明は、流体取入部と流体送出部とを備えた
外筒内に熱流通路筒体を配置し、前記熱流通路筒体内に
燃焼装置の燃焼ガス送出口に連通した燃焼ガス筒体を配
置し、前記燃焼ガス筒体内に未気化燃料捕集手段を配置
したことを特徴とする熱交換器に関し、更に具体的に詳
述すると、前記未気化燃料捕集手段の設置位置が前記燃
焼装置における火炎が当たる位置であり、また前記熱流
通路筒体の内側及び外側にはフィン等の熱伝達手段が一
体的に設けられていることを特徴とする熱交換器に関す
る。

〔作用〕

この発明による熱交換器は、上記のように構成されてお
り、次のように作用する。即ち、この熱交換器は、流体
取入部と流体送出部とを備えた外筒内に熱流通路筒体を
配置し、前記熱流通路筒体内に燃焼装置の燃焼ガス送出
口に連通した燃焼ガス筒体を配置し、前記燃焼ガス筒体
内に未気化燃料捕集手段を配置したので、前記燃焼装置
から送出される燃焼ガスに含まれている未気化燃料又は
燃料が炭化することにより発生するカーボン等が前記未
気化燃料捕集手段に当たってそこで完全に燃焼され、熱
交換器内、即ち燃焼ガス筒体、熱流通路筒体内にカーボ
ンを発生させるような現象が生じることがなく、臭いの
発生を防止できる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明による熱交換器の一実
施例を詳述する。

第１図において、この発明による熱交換器が符号ＩＯに
よって全体的に示されている。この熱交換器１０につい
ては、例えば、ディーゼルエンジン又はガソリンエンジ
ンのエアクリーナ、単独のエアクリーナ等を通じて取り
入れる空気、あるいは直接的に外気又は室内から取り入
れる空気は、ブロワの吸込口から遠心式送風機等のプロ
ワによって吸い込まれ、次いで、スクロールから熱交換
器１０及び燃焼装置１に送り込まれるように構成されて
いる。燃焼用空気は燃焼装置ｌに送り込まれ、燃焼装置
１で発生した燃焼ガスを下流に設置された熱交換器１０
に送り込んで熱交換させて、暖房等に供するものである
。熱交換器１０の一端部に燃焼装置ｌを取付け、熱交換
器ＩＯの他端部にブロワのスクロールを直接的に連結し
ている。

熱交換器ＩＯによって暖められた空気即ち温風（場合に
よっては、水即ち温水）は、温風送出口即ち空気送出部
１４から暖房するべき室、例えば、内燃機関等を搭載し
た車両、トレーラ等の車両、家庭用部屋、乾燥室、事務
所、ビニールハウス等の室内へと送り出される。熱交換
器１０は、全体的に筒状に形成されており、主として熱
交換筒体である外筒２、外筒２内に配置された熱流通路
筒体８、及び熱流通路筒体８内に挿入配置された燃焼ガ
ス筒体９から成る。熱交換器ｌＯにおける外筒２の一端
部即ち空気取入部６には、送風機即ちプロワのスクロー
ルの出口が一体的に取付けられ（図示省略）、また、外
筒２の他端部には空気送出部１４が形成されている。熱
交換器１０にブロワが取付けられた側とは反対側には、
燃焼装置ｌが配置されている。燃焼装Ｎｌの燃焼筒１９
は、燃焼ガス筒体９に直結して連結されている。熱流通
路筒体８の一端部にはカップ状蓋体７が取付けられ、熱
流通路筒体８の他端部は外筒２の端部壁３２まで伸長し
ている。従って、燃焼ガス筒体９の内側には燃焼ガス通
路１３が形成され、燃焼ガス筒体９と熱流通路筒体８と
の間には熱伝達通路１１が形成され、及び熱流通路筒体
８と外筒２との間には熱交換通路即ち冷風を温風にする
放熱通路１２が形成されている。また、放熱通路１２と
熱伝達通路１１とは流体的には遮断された状態に構成さ
れている。熱流通路筒体８には内側と外側とに熱伝達手
段である放熱フィン５と受熱フィン１５が設けられてお
り、更にカップ状蓋体７にも内側と外側とに熱伝達手段
である受熱フィン３と放熱フィン４が設けられている。

燃焼ガス筒体９には、燃焼ガスを外部に排気するため燃
焼ガス排気口２３が設けられている。燃焼ガス排気口２
３には燃焼ガス排気パイプ２８が連結されており、該燃
焼ガス排気パイプ２８は放熱通路１２及び熱交換器ｌＯ
の外筒２を貫通して、例えば、外部、エンジンの吸気系
等に開放している。燃焼装置ｌへの燃焼用空気の供給は
、空気取入パイプ２７を通じて行われる。この発明によ
る熱交換器ｌＯは、上記のような構成であるので、暖房
用のプロワのスクロールと熱交換器１０とははソ′直線
的に連通しており、従って温風の流れに対してもはり直
線的に連通ずることになる。また、燃焼装置１の燃焼ガ
ス出口２１と熱交換器１０とははり直線的に連通してお
り、従って燃燵ガスの流れに対してもはソ゛直線的に即
ちダイレクトスルーの状態に連通ずることになる。

この発明による熱交換器１０の構造については、円筒状
の外筒２内に燃焼ガスが流れる円筒状の筒体を配置した
構成を有する。この筒体は、二重筒体であり、円筒状の
燃焼ガス筒体９とその外周に配置された円筒状の熱流通
路筒体８から成る。燃焼装置ｌの燃焼ガス送出口２１は
、燃焼ガス筒体９の一端部にはソ゛直線状に直接的に取
付けられている。従って、熱交換器ｌＯは、中央部に燃
焼装２１からの燃焼ガスが通る燃焼ガス通路１３、中間
部に燃焼ガスの燃焼熱を外周側に伝達する熱伝達通路１
１、及び外側部に燃焼熱を放熱して冷風を温風にする放
熱通路１２から構成されている。

しかも、燃焼ガス通路１３、熱伝達通路１１及び放熱通
路１２は、互いに同軸上に配置されている。

外筒２は、熱交換器１０の外側ケースを構成しており、
通常断熱材等（図示省略）で覆われている。

燃焼装置１が取付けられた側とは反対側の熱流通路筒体
８の端部には、内側に多数の受熱フィン３及び外側に多
数の放熱フィン４を備えたカップ状蓋体７が固定されて
いる。この構造によって、燃焼ガスの流れ通路即ち燃焼
ガス通路１３及び熱伝達通路１１と加熱されて暖房に供
される空気の流れ通路即ち放熱通路１２とは、端部にお
いて完全に遮断されている。また、燃焼ガス筒体９の端
部と熱流通路筒体８の一端部とはカップ状蓋体７によっ
て導通しており、熱流通路筒体８の他端部には燃焼ガス
排出パイプ２８に通じる燃焼ガス排気口２３が設けられ
ている。更に、熱流通路筒体８には、内側に多数の受熱
フィン１５が配置され且つ外側に多数の放熱フィン５が
配置されている。

これらの受熱フィン１５及び放熱フィン５は、熱流通路
筒体８に一体的に設けられることが熱伝導の点から好ま
しい。熱流通路筒体８及び力７ブ状苫体７に設けられた
各々の受熱フィン３，１５及び放熱フィン４，５を整合
状態に配置すれば、燃焼ガスの流れは受熱フィン３．１
５によって妨げられることなくスムースに流れることが
できる。

また、燃焼ガスによって暖められる空気の流れも放熱フ
ィン４．５によって妨げられることなくスムースに流れ
ることができる。上記のようにブロワ、燃焼装置１及び
熱交換器１０はは〜ストレート即ち直線的に配置されて
いるので、温風及び燃焼ガスの流れを妨げることがない
。

この発明による熱交換器１０は、特に、次の構成の点に
おいて特徴を有する。即ち、この熱交換器１０は、燃焼
ガス筒体９内において、空気取入部６と空気送出部１４
とを備えた熱交換通路筒体即ち外筒２内に熱流通路筒体
８を配置し、この熱流通路筒体８内に燃焼装置１の燃焼
ガス送出口２１に連通した燃焼ガス筒体９を配置し、更
に燃焼ガス筒体９内に未気化燃料捕集手段であるセラミ
ックス製ハニカム等の未気化燃料用トラップ１６を配置
したものである。ところで、燃焼装置ｌの燃焼室３１に
おいて気化燃料が燃焼しており、高負荷時、即ち液体燃
料が盛んに気化されて気化燃料が生成され且つ燃焼用空
気が大量に送り込まれて燃焼が盛んになった時には、そ
の火炎は燃焼ガス送出口２１を通じて燃焼ガス筒体９に
まで伸びている。火炎の伸びる距離は、燃焼状態によっ
ても異なるが、通常、燃焼ガス送出口２１からその直径
りの２倍の長さである。この熱交換器１０では、未気化
燃料用トラップ１６は、上記火炎の先端部が当たる位置
になるように設置されている。

この位置に未気化燃料用トラップ１６を設置することに
よって、火炎と共に吹き出される未気化燃料又は燃料が
炭化することにより発生するカーボンは、未気化燃料用
トラップ１６に接触し、完全燃焼されることになる。従
って、燃焼ガス筒体９内にカーボンが堆積するような現
象は防止される。

言い換えれば、一種のトラップ機能とアフタバーナ機能
を有する再燃焼システムを構成することになる。また、
この未気化燃料用トラップ１６に触媒作用を持たせる場
合には、燃焼ガスが流れるいずれの場所に設置してもよ
く、その場合には外部に未燃焼ガスを放出することがな
いので、安全上極めて好ましいものである。この未気化
燃料用トラップ１６の材質については、熱膨張係数が小
さく、熱容量も小さく、しかも断熱性がある材料、例え
ば、耐熱衝撃性セラミックスであるコージーライト（き
ん青石）、炭化珪素等が好ましいものである。

また、燃焼装置１の構造については、詳細には図示され
ていないが、例えば、次のような構成を有しているもの
を使用することができる。燃焼装置１は、セラミック類
の燃焼筒１９の外周に外筒１８を配置し、燃焼筒１９と
外筒１８との間に環状通路２２を形成している。燃焼筒
１９を空気流通関口２９を有する仕切板２０によっｔ気
化室３０と燃焼室３１とに仕切り、例えば、窒化珪素に
タングステン等の抵抗線を埋め込んで構成した気化用グ
ロープラグを内蔵した気化装置１７を燃焼室３１を貫通
して配置し、気化装置１７によって液体燃料を気化して
生成された気化燃料を噴出する燃料噴出口２４を気化室
３０に開口し、更に、気化室３０には点火用グロープラ
グ２５を設置する。気化装置１７内に設けられた気化用
グロープラグによって液体燃料を気化させて気化燃料に
すると共に、燃焼空気を取り入れて気化燃料と混合気を
生成し、僅かに存在する油滴あるいは混合気に点火用グ
ロープラグ２５によって点火し、燃焼室３１において混
合気を完全に燃焼させる。このような燃焼装置ｌを使用
することによって、液体燃料は急速に気化して気化燃料
となり、気化燃料は迅速に点火即ち着火され、迅速な燃
焼が可能になる。その結果、燃焼器Ｎ１は直ちに燃焼ガ
スを熱交換器１０に送り込むことができるようになる。

この発明による熱交換器１０は、以上のように構成され
ており、次のように作用する。

まず、ブロワが作動され、例えば、ディーゼルエンジン
又はガソリンエンジンのエアクリーナ、単独のエアクリ
ーナ等を通じて取り入れる空気、あるいは直接的に外気
又は室内から取り入れる空気は、燃焼用空気として燃焼
装置１の空気取入パイプ２７から環状通路２２に送り込
まれ、この環状通路２２から燃焼筒１９に多数形成され
た空気導入孔２６を通じて燃焼室３１に吹き込まれる。

一方、液体燃料は気化装置１７に内蔵された気化用グロ
ープラグによって気化されて気化燃料にされ、その気化
燃料は気化装置１７の燃料噴出口２４から気化室３０に
噴出される。この気化燃料は点火用グロープラグ２５に
よって点火され、次いで、燃焼室３１において気化燃料
と燃焼用空気とは混合気となって、盛んな燃焼状態にさ
れる。燃焼器ｗ１によって発生した燃焼ガスは燃焼ガス
送出口２１から燃焼ガス筒体９内の燃焼ガス通路１３に
吹き込まれる。燃焼ガス通路１３に吹き込まれた燃焼ガ
スは、未気化燃料用トラップ１６の機能によって完全燃
焼され、カーボンを発生することなく、燃焼ガス筒体９
の燃焼ガス通路１３からカップ状蓋体７によって矢印方
向にガイドされてＵターンし、次いで、熱流通路筒体８
内の熱伝達通路１１に送り込まれる。熱伝達通路１１に
は受熱フィン１５が半径方向に多数設置されているので
、燃焼ガスは受熱フィン１５によって燃焼熱を奪われ、
最後に燃焼ガス排気口２３から熱交換器ｌＯの外部に放
出される０例えば、熱交換器ｌＯが車両に適用される場
合には、放出される燃焼ガス即ち排気ガスをエンジンの
吸気系（図示省略）に送り込んで更に完全に燃焼するこ
ともできる。

一方、暖房用空気はブロワによって空気取入部６から送
り込まれ、外筒２内に位置するカップ状蓋体７の放熱フ
ィン４の間を通り抜け、放熱通路１２に吹込まれる０次
いで、送り込まれた空気は、放熱通路１２内に設置され
ている放熱フィン５の間を通って流れる。暖房用空気は
放熱フィン５の間を通って放熱フィン５から燃焼熱を吸
熱して即ち奪って暖められる。暖められた空気は温風と
なって、最後に、空気送出部１４から所定の暖房すべき
室、乾燥室等に送り出される。更に、温風用空気の送り
込み流量従って温風流量は、適宜な調節手段によって調
節されるものであり、所定の暖房すべき室、乾燥室等の
室の状況、所定の要求量に応じて調節することができる
。勿論、調節手段は、手動的に制御するか、又は所定の
暖房すべき室、乾燥室等の室に設置された温度センサー
、タイマ等に連動して自動的に制御するように構成する
こともできる。

以上のように、この発明による熱交換器の実施例につい
て詳述したが、この発明による熱交換器は必ずしもこれ
らの細部に限定されるものではない０例えば、上記実施
例では、燃焼装置の燃焼ガスと暖房用空気との熱交換に
ついて説明したが、水との熱交換にも適用できるもので
あることは勿論である０図では、熱交換器における燃焼
ガス筒体、熱流通路筒体及び外筒については、流量面積
、流れ抵抗、流速、フィンの取付け、数及び形状等を考
慮して最も好ましい円筒状に形成されているが、場所の
制約がある場合には、その他の形状、例えば、角筒状、
楕円筒状であってもよい。また、熱交換器を水平に設置
した状態が示されているが、必ずしも水平である必要は
な（、斜め方向に設置されてもよく、また竪型、例えば
、燃焼器を上部に且つ下部にブロワを設置してもよいこ
とは勿論である。燃焼装置を熱交換器に対して熱交換器
の一端にストレートに配置しているが、取付は角度につ
いては何ら限定されるものでないことは勿論である。更
に、蓋体の受熱フィン及び放熱フィンの数についても必
ずしも筒体内及び吸熱通路内に設けた受熱フィン及び放
熱フィンの数と同数にする必要もないことは勿論である
０両者の受熱フィン及び放熱フィンを整合状態に配置さ
せてもよく、場合によってはその必要もない、更に、受
熱フィン及び放熱フィンの形状についても種々に形成で
きることも勿論である。

〔発明の効果〕

この発明による熱交換器は１．上記のように構成されて
おり、次のような効果を存する。即ち、この熱交換器は
、流体取入部と流体送出部とを備えた外筒内に熱流通路
筒体を配置し、前記熱流通路筒体内に燃焼装置の燃焼ガ
ス送出口に連通した燃焼ガス筒体を配置し、前記燃焼ガ
ス筒体内に未気化燃料捕集手段を配置したので、前記燃
焼装置から送出される燃焼ガスに含まれている未気化燃
料或いは前記燃焼ガス筒体において未燃焼燃料が液化し
た未気化燃料又は燃料が炭化することにより発生するカ
ーボンが前記未気化燃料捕集手段に当たってそこで完全
に燃焼され、熱交換器内、即ち燃焼ガス筒体、熱流通路
筒体内にカーボンを発生させるような現象が生じない。

また、前記未気化燃料捕集手段を前記燃焼装置における
火炎が当たる位置に設定することによって、火炎と共に
吹き出される未気化燃料又は燃料が炭化することにより
発生するカーボンを、前記未気化燃料捕集手段に接触さ
せ、完全燃焼させると共に、臭いの発生を防止すること
ができる。従って、前記燃焼ガス筒体内にカーボンが発
生するような現象は防止される。言い換えれば、この前
記未気化燃料捕集手段は、一種のトラップ機能とアフタ
バーナ機能を存する再燃焼システムを構成することにな
る。更に、例えば、温風の流れはダイレクトスルー即ち
直線的に流すことができ、空気に対して低抵抗の配管を
提供でき、温風の圧力１員失は大きく低減でき、空気の
流入ベクトルを弱めることがなく、空気をスムースに前
記放熱フィンの間に流入させることができ、温風の流れ
は妨げられることなく極めて流暢に即ちスムースに流れ
ることができ、そのためブロワは送風能力の小さいもの
で済み、小型にすることができると共に、燃焼ガスと温
風にされるべき空気とは効率的に熱交換を行うことがで
きる。それ故に、例えば、暖房装置の作動後、直ちに且
つ極めて迅速に暖房等に供することができるようになる
。しかも、装置自体を極めてコンパクトに構成すること
ができると共に、構造を簡素化することができ、しかも
それだけ安価に製造することができるー、また、前記筒
体の端部には内側に受熱フィン及び外側に放熱フィンを
備えたカップ状蓋体が固定されているので、前記筒体全
長にわたって熱伝達面積を効果的に広くすることができ
、熱交換は極めて良好に且つ効率的に行われる。しかも
、装置全体の構造が極めて簡単であり、取り扱いも容易
であり、故障等も少なく、メインテナンス等も容易であ
ると共に、特に、前記燃焼装置から放出される燃焼ガス
は完全燃焼されており、安全上極めて好ましいと共に、
周囲環境を排気ガスによって汚染することがない等、種
々の効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による熱交換器の一実施例を示す平面
図、第２図は第１図の線■−■における断面図、第３図
は従来の車両暖房用熱交換器の一例を示す断面図、及び
第４図は第３図の線ｒＶ−ｒＶに於ける断面図である。ｌ・・−・・・・燃焼装置、２−＝−外筒、３，１５−
・−・・受熱フィン、４，５−・−・−放熱フィン、６
−−−一−・−空気取入部、８・−・・・・−熱流通路
筒体、９・−・・・−燃焼ガス筒体、１０−−−一・・
−熱交換器、１１・−・・・・・熱伝達通路、１２・−
−・放熱通路、１３−一一−−−燃焼ガス通路、１４−
・−・・空気送出部、１６・−−−一−−未気化燃料用
トラップ、１７−・・・・・・気化装置、１９・−−一
〜−−燃焼筒、２０−・−・−・−仕切板、２１−・−
・−燃焼ガス送出口、２３−・−−−−一燃焼ガス排気
口、２４・−一−−−−燃料噴出口、２５−・・・−・
点火用グロープラグ、２８−−−−−一燃焼ガス排気パ
イプ、３０・・−・−・気化室、３１−・−・−燃焼室
。特許出願人　　　いす−自動車株式会社代理人　弁理士
　　　　尾　仲　−宗第　　１　　図第　　２　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）流体取入部と流体送出部とを備えた外筒内に熱流
通路筒体を配置し、前記熱流通路筒体内に燃焼装置の燃
焼ガス送出口に連通した燃焼ガス筒体を配置し、前記燃
焼ガス筒体内に未気化燃料捕集手段を配置したことを特
徴とする熱交換器。
（２）前記未気化燃料捕集手段の設置位置は前記燃焼装
置における火炎が当たる位置であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の熱交換器。
（３）前記熱流通路筒体の内側及び外側にはフィン等の
熱伝達手段が一体的に設けられていることを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載の熱交換器。