JPS63259332A - ヒ−トパイプを用いた熱交換装置 - Google Patents

ヒ−トパイプを用いた熱交換装置

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JPS63259332A
JPS63259332A JP9056387A JP9056387A JPS63259332A JP S63259332 A JPS63259332 A JP S63259332A JP 9056387 A JP9056387 A JP 9056387A JP 9056387 A JP9056387 A JP 9056387A JP S63259332 A JPS63259332 A JP S63259332A
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紀之 織田
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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」 本発明は、温風暖房器などに好適に使用できるヒートパ
イプ(以下HPと略す)を用いた熱交換装、置に関する
「従来の技術」 温風暖房器の熱交換装置としては、第6図に示すように
、バーナプレート64の下流面で生成した燃焼ガスHを
、筒状の伝熱管81の内部に通し、被加熱空気りを伝熱
管61外において伝熱管61に直交させて流す方式が従
来より多用されている。
温風暖房器では、流速および温度とも可能な限り一様な
温風を1幅40〜Hcmの温風吹出し口より室内に向け
て吹出すことが要請され、温風送出用ファン65を用い
、かつ、伝熱管61を2〜3パスとなるように蛇行状に
往復させて、温風の温度分布を均一となるようにしてい
る。
しかし、この方式では、所要の伝熱面積が大きくなり、
総括伝熱係数として20〜30kca l/m2 /h
/”C程度が限界で、その結果、この方式を用いるかぎ
り装置の小型化が限界にきており、また、ファン65の
すぐ下流の温風吹出し口における幅方向め温度分布が大
きいなどの問題点があった。
「発明の解決しようとする問題点」 本発明は、従来の温風暖房器用熱交換装置では小型化に
限界があり、かつ、温風吹出し口での温度むらが存在し
た点に鑑み、これらを解決する新規な熱交換装置を提供
することを目的とする。
「発明の構成」 本発明の熱交換装置は、加熱流体の流路には、HPの受
熱部と、前記受熱部に近接した下流に通気可能に設けら
れる輻射体と、前記輻射体の下流に設けられる前記HP
の別の受熱部または別のHPの受熱部とを配置し、被加
熱流体の流路には、加熱流体の流路に受熱部を配置され
るHPの放熱部を配置することを特徴とする。
本発明ではHPを用いたので、HPの放熱部の長手方向
の温度むらがなく、したがって温風吹出し口での幅方向
の温度分布がなくなる。
また、HP受熱部のうち、加熱流体の流路の上流側、す
なわち高温側に設けられる受熱部に近接した下流には、
通気可能に設けられた輻射体を配置する。
そのため、この受熱部はその周囲を流れた高温の、例え
ば1500〜1700℃の加熱流体カラ、8oo〜15
00℃といったきわめて大きな温度差をもって対流伝熱
により加熱されるのみならず、加熱流体と輻射体との間
の対流伝熱により輻射体が加熱されて白熱し、この白熱
した輻射体から強い輻射線が上流側の受熱部に、上述し
た大きな温度差に基づいて効果的に照射される。
かくして、上流側の受熱部は対流伝熱と輻射伝熱との双
方により加熱され、高温火炎などを含む加熱流体と上記
HP受熱部との間の熱伝達率は、100〜200kca
l/m2/h/℃にも達する。
輻射体を通過した加熱流体はまだ700〜1000 ’
C!の高温であり、ついで別のHP受熱部、特には外面
にフィンを有する別のHP受熱部に導かれて充分に熱吸
収される。ここで別のHP受熱部は、別のHPの受熱部
であってもよいし、さきに上流側に受熱部を配置された
同じHPの別のHP受熱部であってもよい。このように
高い熱伝達率によって小型化が達成される。
したがって、例えば高温の燃焼ガスからHPを介して熱
交換して温風を発生させるにあたり、受熱部側について
格別の配慮がなされてないと、例えば3,000kca
l/hの放熱量を確保するには径34+emのHPを6
本捏度必要とし、価格的、スペース的にメリットが少な
かったのに対し、本発明によれば、径34+amのHP
が1〜2本でも済み、価格的にもスペース的にも大きな
メリットが生じる。
本発明の好ましい態様では、輻射体に近接した上流に設
けられる受熱部を、ベアチューブまたはフィン高さが3
mm以下のローフインチューブ、特には、ベアチューブ
とし、輻射体の下流に設けられる受熱部を、前記ベアチ
ューブまたはローフインチューブよりもフィン高さが高
いフィンチューブとする。上流側の受熱部を、フィン高
さの高いチューブとすると、高温によりフィンが熱損傷
を受けやすい。下流側の受熱部を、上記よりフィン高さ
の低いチューブとすると、伝熱面積が不充分で充分な熱
吸収がしにくくなる。
一方、HPの放熱部にはフィンをつけて放熱を促進し、
HP内部の作動流体の温度を所定の温度範囲内に維持す
るのが望ましい。
輻射体は、高温で効果的な輻射熱を発生させうるように
、耐熱性材料、例えば炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ア
ルミニウムなどのセラミックス材料製とするのが好まし
い。形状としては、ハニカム、クロス、三次元網状体な
ど、それ自身で通気性を有するものが好ましいが、それ
自身では通気性を有しない小球、細巾板、細棒などを適
宜な間隔をおいて配置するなどして、輻射体層を加熱流
体が通気可能としてもよい。
HPについては、温風暖房器に使用する場合、管材質と
してはステンレス、銅、アルミニウムなど、作動媒体と
しては水、フロン、ダウサム、ナフタリンなどが好まし
い。
本発明において、加熱流体には、燃料として都市ガス、
プロパンガス、天然ガスなどの気体燃料や灯油などの液
体燃料を燃焼させて生成した高温の燃焼ガス、特には1
500〜1700℃といった高温の燃焼ガスが好適であ
る。燃焼手段としては拡散燃焼型バーナあるいは予混合
型バーナが使用でき、その際、上流側HPの受熱部上流
縁と燃焼手段の燃料ガス吐出口(例えばバーナ先端ある
いはバーナプレート下流面)との距離は、拡散燃焼型バ
ーナでは50〜150mm、予混合型バーナでは110
0t以下として、本発明装置のいっそうの小型化に資す
るのがよい。なお、この距離をこのように短くしても、
白熱した輻射体の酸化機能により、COなどの不完全燃
焼成分の発生は抑制される。
本発明で上流側受熱部を有するHPは好ましくは1〜2
本配置され、下流側受熱部を有する別のHPも好ましく
は1〜2本配置される。なお、上流側受熱部はかなりの
高温にさらされるが、放熱部を流れる空気などの被加熱
流体により冷却されるので、熱損傷が防止される。
「実施例」 第1図および第2図に示す本発明の実施例の熱交換装置
では、ケーシング9が加熱流体である燃焼ガスHの流路
と被加熱流体である空気りの流路を区画している。燃焼
用空気と燃料ガスとを所定割合で混合した予混合気Pは
、燃焼手段である面状のバーナプレート4に導かれる。
このバーナプレート4は多数の貫通する炎孔を有し、炎
孔を通過した予混合気Pはバーナプレート4の下流側で
面状に火炎を形成し、燃焼ガスHとなる。
燃焼ガスHの流れ方向で見てバーナプレート4に近接し
た下流には2木の第1HPIの受熱部1aが配置され、
受熱部1aに近接した下流にセラミックスハニカムから
なる輻射体3を配する。また、輻射体3に近接した下流
には2本の第2HP2の受熱部2aを配する0本実施例
では第1HPIの受熱部1aをフィンのないベアチュー
ブ、第2HP2の受熱部2aをフィン7を有するフィン
チューブとしている。これらの受熱部1a、輻射体3、
受熱部2aはいずれも燃焼ガスHの流れに直交するよう
に配置されている。
なお、バーナプレート4下流面から下流であって、かな
り高温の加熱流体Hが流れる部分には、断熱ライニング
10が施されている。
第1HPIおよび第2HP2はそれぞれ空気りの流路ま
で延在して、空気りの流れに直交するように配置され、
それぞれ放熱部1b、放熱部2bとして機能する。放熱
部1bおよび放熱部2bはそれぞれフィン7を有して所
要の放熱面績を備える。また本実施例では空気りの流れ
に沿って放熱部2b、放熱部1b、ファン5がこの順に
設けられているが、空気りの流れに沿って、例えば放熱
部1b、放熱部2b、ファン5の順に設けることもでき
る。
第1HPIの作動媒体はダウサムなどの有機系熱媒油ま
たはナフタリンとし、第2HP2の作動媒体は水とする
のが温風暖房器用として好ましいが、条件によっては第
2HP2の作動媒体も有機系熱媒油やナフタリンとする
こともできる。第2HP2の作動媒体にナフタリンを用
いる場合には作動媒体の凝固を防ぐために、放熱部2b
のフィン高さは高過ぎないようにする。
第3図に示す別の実施例では、HP8の受熱部を高温側
受熱部8cと低温側受熱部6dに区分し、受熱部8cを
ベアチューブ、受熱部8dをフィンチューブとしている
。バーナプレート4の下流に受熱部8cを置き、その近
接下流で輻射線が受熱部6cを照射する位置にセラミッ
クスハニカムからなる輻射体3を配置し、さらにケーシ
ング9により転向させられた燃焼ガスが受熱部6dを加
熱するように配置されている。6bは放熱部である。
この実施例によれば、第1図に示した実施例よりもHP
の本数が少なくでき、例えば全部でただ1本のHPとす
ることもできて、さらにコンパクトな熱交換装置が得ら
れる。
なお、第3図の実施例で受熱部8dを通過した加熱流体
をもう一度転向させてHP8のさらに別の受熱部に熱を
与えるように構成するこ′とも可能である。
なお、これらの実施例において、HPは水平に設置して
も充分な効果が得られるが、HPを受熱部が下がるよう
に10度以下、好ましくは6度程度傾けると、熱サイフ
オンの原理が応用でき、HPの輸送熱量がさらに増大し
、よりコンパクトな装置が形成される。
第4図の例は、高さが2III層のフィン8を有するロ
ーフインチューブからなる受熱部1aを複数段に千鳥配
置して、輻射体3からバーナプレート4への輻射線をな
るべくさえぎるようにし、それにあわせて受熱部2aも
複数段に千鳥配置した他は第1図の例とほぼ同様である
第5図の例は、セラミックスハニカムからなる複数枚の
輻射体3を、高さが2■のフィン8を有するローフイン
チューブからなる受熱部6Cの軸方向に向けて傾斜配置
して、輻射体3からの輻射線がより有効に受熱部6Cに
入射するようにした他は第3図の実施例とほぼ同様であ
る。
このように受熱部1aないしは受熱部6Cは、フィンを
過熱したり作動媒体を過熱したりしない範囲でフィン高
さ31以下のローフインチューブとすることも可能であ
る。
なお、第1図、第3図、第5図の実施例でHPl、2.
8はそれぞれ1木でも複数本でもよく、複数本の場合に
は同一段に水平配列しても複数段に千鳥配列してもよい
ことはいうまでもない。
「作 用」 本発明では、高温の加熱流体の流路には、HPの受熱部
、その近接下流には通気可能とされた輻射体、さらにそ
の下流には第2の受熱部をそれぞれ配はし、主に上流側
の受熱部に対し輻射伝熱が作用し、高温流体からHPへ
の高い熱伝達率が実現される。もちろん、高温流体と上
記したそれぞれの受熱部との間で対流伝熱も行なわれる
また、このように配置することにより、輻射体からバー
ナプレートなどの燃焼手段への熱輻射の大部分が上流側
の受熱部により遮蔽され、燃焼バーナの過熱、逆火など
が防止される。この目的から上流側HPが複数本のHP
からなる場合、千鳥配置が好ましい。下流側の受熱部で
は加熱流体の温度が下がって、フィンの損傷の恐れも少
ないので、外面にフィンをつけ伝熱をさらに促進するこ
とが可能である。
上述の如く、上流側および下流側の受熱部に原人した熱
は、HPの作用により、きわめて効果的に放熱部に伝え
られる。この熱によりHPの放熱部の管の温度は上昇す
るが、HPの特性として、HPP手方向の温度むらはほ
とんどない、そのため、温風暖房器として要求される均
一な温風が得られる。
また、HPでは管内に含まれた作動媒体の相変化(蒸発
、凝縮)により、管内の伝熱を行なうため、HP内部で
の熱の伝達はきわめて効果的に行なわる。したがって、
加熱流体から被加熱流体への熱伝達は、実質的に加熱流
体からHP受受熱性外壁の、およびHPP熱部から被加
熱流体への熱伝達によって制限される。
放熱部については圧損が許されるかぎり密なフィンを設
けることが可能なため、熱伝達率が比較的小さくてもH
PP外表面積あたりの熱流束を大きくとることができる
問題は受熱部であるが、本発明によれば、上流側、すな
わち最も高温側でバーナプレートに近い受熱部はベアチ
ューブまたはローフインチューブからなっており、高温
火炎に近接しているため、高温の加熱流体と受熱部外壁
との間に800〜1500℃の温度差が与えられ、かつ
、輻射体には900〜1200℃の高温流体が流入して
輻射体を白熱させ、白熱した輻射体から強い輻射線が上
流側受熱部に照射されて、加熱流体と上記受熱部との間
の熱伝達率を 100〜200kcal/m2/h/ 
”Oにも達せしめ、かつ、輻射体を通過して700〜1
000℃まで温度の低下した加熱流体を外面にフィンを
有する下流側受熱部に導き、主に対流伝熱によって熱吸
収させるため、効果的な熱交換ができ、本発明の構成に
よらない場合に比して、受熱部のHPの本数を 1/3
〜1/8にすることが可能となる。
「発明の効果」 以上説明した通り、本発明によれば、熱交換装置の小型
化が図れるため、温風暖房器の小型化、薄型化が可能と
なるうえ、吹出し温風温度の均一化が図れる。
なお、本発明の装置は温風暖房器のみならず、食用油、
浴槽などの加熱にも使用できる。
【図面の簡単な説明】
:JS1図は本発明装鐙の一実施例の断面図、第2図は
第1図における■−!!線に沿った断面図、第3図、第
4図、第5図はは本発明装はのそれぞれ異なる別の実施
例の断面図、第6図は従来の温風暖房器用熱交換装置の
断面図である。 1.2J:ヒートパイプ  Ia、2a、ee、Gd:
受熱部lb、2bJb:放熱部  3:輻射体  7.
8:フィン第30

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、加熱流体の流路には、ヒートパイプの受熱部と、前
    記受熱部に近接した下流に通気可能に設けられる輻射体
    と、前記輻射体の下流に設けられる前記ヒートパイプの
    別の受熱部または別のヒートパイプの受熱部とを配置し
    、被加熱流体の流路には、加熱流体の流路に受熱部を配
    置されるヒートパイプの放熱部を配置することを特徴と
    する熱交換装置。 2、前記輻射体に近接した上流に設けられる受熱部を、
    ベアチューブまたはフィン高さが3mm以下のローフィ
    ンチューブとし、前記輻射体の下流に設けられる受熱部
    を、前記ベアチューブまたはローフィンチューブよりも
    フィン高さの高いフィンチューブとする特許請求の範囲
    第1項記載の熱交換装置。
JP9056387A 1987-04-13 1987-04-13 ヒ−トパイプを用いた熱交換装置 Granted JPS63259332A (ja)

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