JP3763271B2 - Heat exchange unit - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭用又は業務用の燃焼装置を用いた熱交換装置に関し、更に詳しくは給湯または暖房などの燃焼ガス中の水蒸気潜熱を回収して熱効率の大幅な向上を図った潜熱回収熱交換装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の熱交換装置は第一の例として、例えば、特開2000−146304公報に記載されている図11のようなものがあった。図11において、1は銅製の通水管で、2は切削または転造加工によってフィン山3を形成した厚肉のアルミ製フィンチューブで、4はフィンチューブ2を囲む熱交換室側板で、5は通水管1と接合している銅製のU字管である。フィンチューブ2は熱交換室側板4で囲まれており、通水管1はフィンチューブ2内に挿通している構成になっていた。
【0003】
上記構成において、上流側で大部分の熱を奪われ、200〜300°C低温となった燃
焼排気ガスは、さらにフィンチューブ2に熱を奪われ、水蒸気が凝縮して結露水を生成し、さらに100°C以下の排気ガスとなって排出される。ここで炭酸や硝酸イオンを含む酸性結露水によって、フィンチューブ2及びフィン山3は腐食されるが、通水管1を覆うアルミ製フィンチューブ2は厚肉としたため、時間経過による通水管1までの腐食進行を遅らせて、ある程度の耐久性の保障を可能とした。
【0004】
また、第二の例として、特開2000−146305公報に記載された図12のようなものがあった。図12において、6は銅製の通水管で、7はアルミまたはステンレス鋼で形成された受熱管で、8は受熱管7の外周に植え立てたアルミまたはステンレス鋼で形成されたプレートフィンで、9は熱交換室を構成する側板である。受熱管7内に通水管6を挿通し、通水管6を拡管加工することによって、通水管6、受熱管7、フィンプレート8を一体に接合させた構成になっていった。
【0005】
上記の銅製の通水管6をアルミまたはステンレス鋼で形成された受熱管7で覆うような構成によって、燃焼ガスに接触する部分には、アルミまたはステンレス鋼などの耐食性素材が用いられ、銅製の通水管6を酸性結露水による腐食から保護することが可能となった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の第一の例における熱交換装置の構成では、燃焼ガスに接触する部分には、フィン山3を有するアルミ製のフィンチューブ2が用いられたため、燃焼ガス中の水蒸気による酸性結露水がアルミ表面に付着した際に、水酸化アルミが形成され、熱膨張してフィン山3の間の燃焼ガス通路を閉塞してしまい、時間が経過するとこの閉塞状況が進行して排気不良による不完全燃焼の発生や燃焼装置の着火不良を発生してしまうという課題があった。そして、アルミを肉厚構成にするために熱交換器が大型になるという課題もあった。
【0007】
また、上記従来の第二の例における熱交換装置の構成では、燃焼ガスに接触する部分には、ステンレス鋼製の受熱管7の外周に、ステンレス製のフィンプレート8が植え立てられ、拡管工法によって形成される構成になっているため、運転と停止による加熱と冷却の繰り返しによって、フィンプレート8と受熱管7の接合する部分には隙間ができてしまい、熱の伝わりが悪くなり、所期の高い熱効率が得られなくなるという課題があった。一方、隙間の発生を防止するためにロー付け加工をする場合には高価なステンレス鋼用のロー材や、銅に比べ高温度域の炉設備が必要で制作費が大幅に高くなってしまうという課題があった。
【0008】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、酸性結露水による腐食を防止し、所期性能が維持できて耐久性がよく、かつ小型化が図れる高効率熱交換装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の課題を解決するために、内管と、前記内管を覆う外装部とを備え、前記内管と前記外装部を一体化するとともに、前記外装部には前記内管の略長手方向に沿う伝熱フィンを一体形成するとともに、前記外装部は伝熱フィンを一体に有する伝熱板で構成し、前記伝熱フィンは伝熱板1枚からなる単層伝熱フィンと、前記伝熱板を複数枚重ね合わせて構成する複層伝熱フィンとからなる熱交換ユニットを提供する。
【0010】
上記の熱交換ユニットは燃焼ガス通路に配置し、内管を通水し、前記内管の表面を例えば耐食性のよい外装部で覆い、伝熱フィンを有する前記外装部は燃焼ガスに接触するような構成によって、内管と燃焼ガスとの接触を遮断し、内管の酸性ドレン水による腐食を防
ぐとともに、熱伝達率の低い燃焼ガス側に外装部によって形成される伝熱フィンが設けられているため、内管内を通水する水と伝熱フィン表面を流れる燃焼ガスとの熱交換は効率良く行うことができる。
【0011】
このように、伝熱フィンは簡単に形成され、耐久性のよい高効率熱交換装置を提供することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
請求項1に係る熱交換ユニットは、内管と、前記内管を覆う外装部とを備え、前記内管と前記外装部を一体化するとともに、前記外装部には前記内管の略長手方向に沿う伝熱フィンを一体形成するとともに、前記外装部は伝熱フィンを一体に有する伝熱板で構成し、前記伝熱フィンは伝熱板1枚からなる単層伝熱フィンと、前記伝熱板を複数枚重ね合わせて構成する複層伝熱フィンとからなる熱交換ユニットとする。
【0013】
上記熱交換ユニットは燃焼ガス通路に配置して、内管を通水し、前記内管の表面を例えば耐食性のよい外装部で覆い、伝熱フィンを有する前記外装部は燃焼ガスに接触するような構成によって、内管と燃焼ガスとの接触を遮断し、内管の酸性ドレン水による腐食を防ぐとともに、熱伝達率の低い燃焼ガス側に外装部によって形成される伝熱フィンが設けられているため、内管内を通水する水と伝熱フィンを流れる燃焼ガスとの熱交換は効率良く行うことができる。
【0014】
このように、伝熱フィンは簡単に形成され、耐久性がよく、高効率熱交換装置を提供することができる。
【0015】
上記の熱交換ユニットにおいて、複数の単層伝熱フィンを重ね合わせて複層伝熱フィンが構成でき、また、逆に複層伝熱フィンをはがして複数の単層伝熱フィンが構成できるため、必要に応じて、最適な伝熱フィン面積を簡単に調整できる。また、複層伝熱フィンはフィン厚みがあるので、フィン効率が上がり、伝熱性の向上も図れる。
【0016】
請求項に係る熱交換ユニットは、請求項1の構成に加えて、伝熱フィンは波状とした構成になっている。
【0017】
上記の熱交換ユニットにおいて、外装部の伝熱フィンを波状としたため、燃焼ガス通路に置かれている波状伝熱フィンは燃焼ガス流れを撹乱し、熱伝達率を高めて伝熱性をよくすることができる。また、伝熱フィンを波状にすることによって、有限な空間でより多く伝熱面積を確保できるため、伝熱性をよくすることができる。
【0018】
請求項に係る熱交換ユニットは、請求項1〜いずれかの構成に加えて、外装部は耐食性材料で構成されている。
【0019】
上記の熱交換ユニットにおいて、外装部は耐食性材料で構成されるため、酸性結露水による腐食を防止し、耐久性のよい高効率熱交換ユニットを提供することができる。
【0020】
請求項に係る熱交換ユニットは、請求項1〜いずれかの構成に加えて、内管は高熱伝導性材料で構成されている。
【0021】
上記の熱交換ユニットにおいて、内管は高熱伝導性材料で構成されるため、熱の伝わりをよくすることができ、高効率熱交換ユニットを提供することができる。
【0022】
請求項に係る熱交換ユニットは、請求項1〜いずれかの構成に加えて、内管と外装
部の間に、高熱伝導性材料が充填されている。
【0023】
内管と外装部の間に高熱伝導性材料を充填することによって、内管と外装部の間に隙間をなくし、外装部が受熱した熱を効率よく内管へ伝わることができ、高効率熱交換ユニットを提供することができる。
【0024】
【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。
【0025】
(実施例1)
図1は本発明の実施例1における熱交換装置のシステム構成図で、図2は熱交換装置を構成する熱交換ユニットの斜視図で、図3は熱交換ユニットの分解図である。
【0026】
図1において、10は燃料ガスを燃焼するバーナで、バーナ10の下流側には燃焼室11を構成するドラム缶12が設けられており、ドラム缶12の外周にドラム水管13が接着している。燃焼室11の下流側にはフィン管14を内包する顕熱熱交換器15と、排気室16が互いに密接して設けられている。排気室16の下流側に排気通路調整板17が設けられ、排気通路調整板17によって、排気ガスAが曲がって燃焼ガス通路18へ導かれる。燃焼ガス通路18の下流側部分は下に向き、排出通路21と連通している。排出通路21において、排気ガスBが曲がって導出通路22へ導かれ排気口23から排出する。また、排出通路21には結露水排出部24が接続されている。
【0027】
ここで、燃焼ガス通路18には、熱交換ユニット19を多数接続した熱交換装置20が設けられている。この熱交換ユニット19は、図2、3に示すように、2枚の伝熱板25a、25bを重ね合わせて、平板状の伝熱フィン25を構成する例えばステンレス鋼などの耐食性材料或いは表面処理を施した材料を用いた外装部26で銅などの高熱伝導性の材料を用いた内管27を覆い、これらを一体化して構成されている。
【0028】
以上のように構成された熱交換装置について、以下動作、作用を説明する。
【0029】
バーナ10の燃焼によって燃焼室11内で形成される高温燃焼ガスは顕熱熱交換器15でフィン管14内を流れる予熱水を加熱した後、低温燃焼ガスとなって、排気室16内に流入する。さらに排気室16の下流側において、この低温の排気ガスAが燃焼ガス通路18を通過しながら、下向きの流れ方向に偏向され、熱交換装置20を通過する。この時、熱交換装置20内において、伝熱フィン25を通じて内管27内を流れる水を予熱することによって排気ガスはさらに低温の排気ガスBとなり、燃焼排気ガス中の水蒸気は凝縮潜熱を奪われて外装部26の表面で凝縮水となる。この凝縮水にはCO2やNOxなどのガスが溶解しているため、酸性(pH=2〜4)を示す。発生した凝縮水は更に低温となった燃焼ガスとともに下向きに流れ、結露水排出部24から排出される。一方更に低温となった排気ガスBは排出通路21で偏向を受け、再び導出通路22を上方に流れ排気口23から大気に排出される。加熱流体である水は給水口(図示せず)から熱交換装置20の内管27内へ導入され、低温の排気ガスAから水蒸気潜熱を奪い給水時よりやや温度が高い予熱水となって、熱交換装置20から導出される。そして、この予熱水はドラム缶12の外周を巻くドラム水管13へと導かれ、ドラム缶12の外周を冷却しながらフィン管14に至り、顕熱熱交換器15で所定の温度まで加熱された後出湯される。
【0030】
このように、伝熱フィン25と一体構成の外装部26を用いて、内管27を覆い、一体化として構成された熱交換ユニット19は、外装部26を例えばステンレス鋼などの耐食性材料や、防食処理をすることによって、別材料または別手段で伝熱フィンを立てる必要なく、燃焼ガス中に含まれるCO2やNOxが溶解することによる酸性結露水の腐食から
内管27を保護し耐久性を向上させることができる。
【0031】
また、上流側の低温の加熱流体を、下流側の低温の燃焼ガスで熱交換装置20によって熱交換させ、下流側の高温の加熱流体を、上流側の高温の燃焼ガスで顕熱熱交換器15によって熱交換させる対向型熱交換システムとすることで加熱流体と燃焼ガスとの温度差を確保し効果的な伝熱を行なわせ小型の熱交換システムを実現することができる。
【0032】
(実施例2)
図4は本発明の実施例2の熱交換ユニット斜視図を示す。
【0033】
本実施例2において、実施例1と異なる点は、図4に示すごとく熱交換ユニット19は伝熱板25aまたは25bによって単層伝熱フィン28と、伝熱板25a、25bを重ね合わせて構成される複層伝熱フィン29とを備えることである。
【0034】
なお、実施例1と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【0035】
次に動作、作用を説明すると、伝熱板25aまたは25bの一部からなる単層伝熱フィン28は伝熱板25a、25bを重ね合わせて構成される複層伝熱フィン29に比べ、燃焼ガスと接触する伝熱面積は大きく取れる。また、複層伝熱フィン29は複数枚の伝熱板で構成され、フィン厚みがあるため、単層伝熱フィン28に比べフィン効率が高い。これらによって、熱交換ユニット19の吸熱効果が向上し、実施例1と比べより小型化な熱交換装置が実現できる。
【0036】
(実施例3)
図5は本発明の実施例3の熱交換ユニット斜視図で、図6は同熱交換ユニットの分解斜視図である。
【0037】
本実施例3において、実施例1と異なる点は、図5と図6に示すごとく熱交換ユニット19の外装部26は1枚の伝熱板30からなることである。
【0038】
なお、実施例1と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【0039】
次に動作、作用を説明すると、本実施例において、図6に示すように、1枚の伝熱板30を所定の位置で折り曲げて内管27を覆い熱交換ユニット19を構成するため、少ない部品点数で加工でき、低コストの熱交換装置が提供できる。
【0040】
(実施例4)
図7は本発明の実施例4の熱交換ユニット斜視図である。
【0041】
本実施例4において、実施例1と異なる点は、図7に示すごとく熱交換ユニット19の伝熱フィン31を波状としたことである。
【0042】
なお、実施例1と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【0043】
次に動作、作用を説明すると、伝熱フィン31を波状としたため、燃焼ガス通路に置かれている波状伝熱フィン31は燃焼ガス流れを撹乱し、熱伝達率を高めて伝熱性をよくすることができる。また、伝熱フィンを波状にすることによって、有限な空間でより多く伝熱フィンを確保できるため、伝熱性をよくすることができる。
【0044】
(実施例5)
図8は本発明の実施例5の熱交換ユニット斜視図である。
【0045】
本実施例5において、実施例1と異なる点は、図8に示すごとく熱交換ユニット19の伝熱フィン25は伝熱板25aと25bを重ねてスポット溶接手段32で密接させて構成されたことである。
【0046】
なお、実施例1と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【0047】
次に動作、作用を説明すると、伝熱板25aと25bはスポット溶接手段32で固定され密接されているため、外装部26は内管27と一体化することができるとともに、結露水が熱交換ユニット19の内管27へ浸透することを防ぐことができ、耐久性の向上が図れる。
【0048】
(実施例6)
本実施例6においては、各実施例に示す熱交換ユニット19の外装部26を、耐食性材料例えばステンレス鋼などで構成したことである。なお、本実施例は実施例1の図面を用いて説明する。
【0049】
次に動作、作用を説明すると、外装部26の表面が燃焼ガスと触れ、低温燃焼ガス中の水蒸気から凝縮した酸性結露水とも接触するため、耐食性材料例えばステンレス鋼などを用いると、外装部26表面が腐食される心配なく、内管27を酸性腐食から保護し、耐久性の向上が図れる。
【0050】
(実施例7)
本実施例7においては、各実施例1に示す熱交換ユニット19の内管27を、高熱伝導性材料例えば銅などで構成したことである。なお、本実施例は実施例1の図面を用いて説明する。
【0051】
次に動作、作用を説明すると、内管27を高熱伝導性材料で構成されることによって、内管27の内外壁における熱の伝わりをよくして、伝熱効果を向上させ、高効率の熱交換装置を提供することができる。
【0052】
(実施例8)
図9は本発明の実施例8の熱交換ユニット断面図である。
【0053】
本実施例8において、実施例1と異なる点は、図9に示すごとく熱交換ユニット19を構成する内管27と外装部26の間に、高熱伝導性材料33を充填したことである。
【0054】
なお、実施例1と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【0055】
次に動作、作用を説明すると、内管27と外装部26を一体化としたため、内管27の表面と外装部26の裏面は密接しているが、しかし、図9に示すように、伝熱板25aと伝熱板25bを重ね合わせた際に、伝熱板25aのエジ部34と伝熱板25bのエジ部35によって、外装部26と内管27の間に隙間ができてしまい、この隙間に空気などが入ると、熱抵抗が生じ、熱の流れを阻害することになる。本実施例はこの隙間に高熱伝導性材料33例えば粘度のある銅粉末などを充填することによって、隙間をなくし、伝熱性を向上させ、高効率の熱交換装置を提供することができる。
【0056】
なお、本実施例において、エジ部34、35による隙間に高熱伝導性材料33を充填するとしたが、内管27表面全体或いは外装部26の裏面に高熱伝導性材料を塗装してから一体化加工すると、より確実に内管27の表面と外装部26の裏面を接ぎ目なし密接させることができ、伝熱性が向上し、高効率の熱交換装置を提供することができる。
【0057】
(実施例9)
図10は本発明の実施例9の熱交換ユニット斜視図である。
【0058】
本実施例9において、実施例1と異なる点は、図10に示すごとく伝熱フィン25を構成する伝熱板25aの端の部分は折り曲げられ、伝熱板25bの端部を覆うかしめ部36を有することである。
【0059】
なお、実施例1と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【0060】
次に動作、作用を説明すると、伝熱板25aの端の部分は折り曲げられ伝熱板25bの端部をかしめる構成を有することによって、伝熱フィン25の端の部分はかしめられるため、結露水が端部にある伝熱板25aと伝熱板25bの接ぎ目を通して、熱交換ユニット19の内管27の部分へ浸透することを防ぐことができ、耐久性の向上が図れる。
【0061】
なお、前記各実施例において、顕熱熱交換器15がフィン管14を用いるとしたが、フィン管14を熱交換ユニット19に入れ替えても同様な効果が実現できる。
【0062】
なお、前記各実施例において、燃料ガスについて説明したが、石油燃料やその他の燃料を使用した場合でも同様の効果が実現できる。
【0063】
【発明の効果】
以上のように、発明によれば、酸性結露水による腐食を防止し、所期性能が維持できて耐久性がよく、かつ小型化が図れる高効率熱交換装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1における熱交換装置のシステム構成図
【図2】 同熱交換装置を構成する熱交換ユニットの斜視図
【図3】 同熱交換ユニットの分解図
【図4】 本発明の実施例2における熱交換ユニットの斜視図
【図5】 本発明の実施例3における熱交換ユニットの斜視図
【図6】 同熱交換ユニットの分解斜視図
【図7】 本発明の実施例4における熱交換ユニットの斜視図
【図8】 本発明の実施例5における熱交換ユニットの斜視図
【図9】 本発明の実施例8における熱交換ユニットの断面図
【図10】 本発明の実施例9における熱交換ユニットの斜視図
【図11】 従来の熱交換装置の要部断面図
【図12】 従来の他の熱交換装置の要部断面図
【符号の説明】
19 熱交換ユニット
25 伝熱フィン
25a、25b 伝熱板
26 外装部
27 内管
28 単層伝熱フィン
29 複層伝熱フィン
30 伝熱板
31 伝熱フィン
32 溶接手段
33 高熱伝導性材料
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat exchange device using a household or commercial combustion device, and more specifically, latent heat recovery heat exchange in which latent heat of steam in a combustion gas such as hot water supply or heating is recovered to greatly improve thermal efficiency. It relates to the device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, this type of heat exchange apparatus has been shown in FIG. 11 described in JP 2000-146304 A as a first example. In FIG. 11, 1 is a copper water pipe, 2 is a thick aluminum fin tube formed with fins 3 by cutting or rolling, 4 is a heat exchange chamber side plate surrounding the fin tube 2, and 5 is It is a copper U-shaped pipe joined to the water pipe 1. The fin tube 2 was surrounded by the heat exchange chamber side plate 4, and the water pipe 1 was inserted into the fin tube 2.
[0003]
In the above configuration, most of the heat is removed from the upstream side, and the combustion exhaust gas having a low temperature of 200 to 300 ° C. is further deprived of heat to the fin tube 2, and water vapor is condensed to generate condensed water. Furthermore, it is discharged as exhaust gas of 100 ° C. or less. Here, the finned tube 2 and the fin crest 3 are corroded by acidic dew condensation water containing carbonic acid and nitrate ions, but the aluminum finned tube 2 covering the water flow tube 1 is thick, so that the water flow tube 1 over time is reached. The corrosion progress was delayed to ensure a certain level of durability.
[0004]
As a second example, there is the one shown in FIG. 12 described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-146305. In FIG. 12, 6 is a copper water pipe, 7 is a heat receiving pipe formed of aluminum or stainless steel, 8 is a plate fin formed of aluminum or stainless steel planted on the outer periphery of the heat receiving pipe 7, Is a side plate constituting the heat exchange chamber. By inserting the water pipe 6 into the heat receiving pipe 7 and expanding the water pipe 6, the water pipe 6, the heat receiving pipe 7, and the fin plate 8 are integrally joined.
[0005]
The copper water pipe 6 is covered with a heat receiving pipe 7 made of aluminum or stainless steel, and a corrosion-resistant material such as aluminum or stainless steel is used for the portion in contact with the combustion gas. It became possible to protect the water pipe 6 from corrosion by acidic condensed water.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the configuration of the heat exchange device in the first conventional example, since the aluminum fin tube 2 having the fins 3 is used in the portion that comes into contact with the combustion gas, acidic dew condensation water due to water vapor in the combustion gas When aluminum adheres to the aluminum surface, aluminum hydroxide is formed and thermally expands to block the combustion gas passages between the fin crests 3. As time elapses, this blockage progresses and causes an exhaust failure. There existed a subject that generation | occurrence | production of complete combustion and the ignition failure of a combustion apparatus will generate | occur | produce. And there also existed a subject that a heat exchanger became large sized in order to make aluminum into a thick structure.
[0007]
Further, in the configuration of the heat exchange device in the second conventional example, a stainless steel fin plate 8 is planted on the outer periphery of the stainless steel heat receiving pipe 7 in a portion in contact with the combustion gas, and the pipe expansion method is performed. Therefore, due to the repetition of heating and cooling due to operation and stop, a gap is formed in the portion where the fin plate 8 and the heat receiving pipe 7 are joined, and the heat transfer is deteriorated. There is a problem that high thermal efficiency cannot be obtained. On the other hand, when brazing to prevent the occurrence of gaps, expensive stainless steel brazing material and furnace equipment in a high temperature range are required compared to copper, which greatly increases production costs. There was a problem.
[0008]
The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a high-efficiency heat exchange device that prevents corrosion due to acidic dew condensation water, maintains desired performance, has good durability, and can be downsized. Objective.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described conventional problems, the present invention includes an inner tube and an exterior portion that covers the inner tube, and the inner tube and the exterior portion are integrated, and the outer tube includes the inner tube. Are formed integrally with a heat transfer plate having a heat transfer fin integrally therewith, and the heat transfer fin is a single-layer heat transfer fin composed of a single heat transfer plate. And a heat exchange unit comprising a plurality of heat transfer fins configured by overlapping a plurality of the heat transfer plates .
[0010]
The above heat exchange unit is disposed in the combustion gas passage, passes through the inner pipe, covers the surface of the inner pipe with, for example, a corrosion-resistant exterior part, and the exterior part having the heat transfer fin is in contact with the combustion gas. With this configuration, the contact between the inner pipe and the combustion gas is blocked, and the inner pipe is prevented from being corroded by acid drain water, and the heat transfer fin formed by the exterior portion is provided on the combustion gas side having a low heat transfer coefficient. Therefore, heat exchange between the water passing through the inner pipe and the combustion gas flowing on the surface of the heat transfer fin can be performed efficiently.
[0011]
In this way, the heat transfer fins can be easily formed, and a highly efficient heat exchange device with good durability can be provided.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The heat exchange unit according to claim 1 includes an inner tube and an exterior part that covers the inner tube, and integrates the inner tube and the exterior part, and the exterior part has a substantially longitudinal direction of the inner tube. Are formed integrally with a heat transfer plate having a heat transfer fin integrally therewith, and the heat transfer fin includes a single-layer heat transfer fin composed of one heat transfer plate, and the heat transfer fin. A heat exchange unit including a plurality of heat transfer fins configured by stacking a plurality of heat plates.
[0013]
The heat exchange unit is disposed in the combustion gas passage, allows water to pass through the inner pipe, covers the surface of the inner pipe with, for example, a corrosion-resistant exterior part, and the exterior part having heat transfer fins contacts the combustion gas. With this configuration, the contact between the inner pipe and the combustion gas is blocked, and the inner pipe is prevented from being corroded by acid drain water, and the heat transfer fin formed by the exterior portion is provided on the combustion gas side having a low heat transfer coefficient. Therefore, heat exchange between the water passing through the inner pipe and the combustion gas flowing through the heat transfer fins can be performed efficiently.
[0014]
As described above, the heat transfer fins are easily formed, have high durability, and can provide a highly efficient heat exchange device.
[0015]
In the above heat exchange unit, a plurality of single-layer heat transfer fins can be stacked to form a multi-layer heat transfer fin, and conversely, a plurality of single-layer heat transfer fins can be peeled off to form a plurality of single-layer heat transfer fins If necessary, the optimum heat transfer fin area can be easily adjusted. Further, since the multilayer heat transfer fin has a fin thickness, the fin efficiency is improved and the heat transfer can be improved.
[0016]
The heat exchange unit according to claim 2 has a structure in which the heat transfer fins are wave-like in addition to the structure of claim 1 .
[0017]
In the above heat exchange unit, since the heat transfer fins of the exterior part are wave-like, the wave-like heat transfer fins placed in the combustion gas passage disturb the combustion gas flow and increase the heat transfer coefficient to improve heat transfer. Can do. Further, by making the heat transfer fins corrugated, more heat transfer area can be ensured in a finite space, so that heat transfer can be improved.
[0018]
In the heat exchange unit according to claim 3 , in addition to the structure of any one of claims 1 and 2 , the exterior portion is made of a corrosion-resistant material.
[0019]
In said heat exchange unit, since an exterior part is comprised with a corrosion-resistant material, the corrosion by acidic condensed water can be prevented and a highly efficient heat exchange unit with sufficient durability can be provided.
[0020]
According to a fourth aspect of the present invention , in addition to the structure of any one of the first to third aspects, the inner tube is made of a highly heat conductive material.
[0021]
In the above heat exchange unit, since the inner tube is made of a highly heat conductive material, heat transfer can be improved and a high efficiency heat exchange unit can be provided.
[0022]
In addition to the structure in any one of Claims 1-4 , the heat exchange unit which concerns on Claim 5 is filled with the high thermal conductivity material between the inner tube | pipe and the exterior part.
[0023]
By filling the inner tube and the exterior part with a high thermal conductivity material, there is no gap between the inner tube and the exterior part, so that the heat received by the exterior part can be efficiently transferred to the inner tube. An exchange unit can be provided.
[0024]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0025]
Example 1
1 is a system configuration diagram of a heat exchange device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a heat exchange unit constituting the heat exchange device, and FIG. 3 is an exploded view of the heat exchange unit.
[0026]
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a burner for burning fuel gas. A drum can 12 constituting a combustion chamber 11 is provided on the downstream side of the burner 10, and a drum water pipe 13 is bonded to the outer periphery of the drum can 12. On the downstream side of the combustion chamber 11, a sensible heat exchanger 15 containing the fin tube 14 and an exhaust chamber 16 are provided in close contact with each other. An exhaust passage adjusting plate 17 is provided on the downstream side of the exhaust chamber 16, and the exhaust gas A is bent by the exhaust passage adjusting plate 17 and guided to the combustion gas passage 18. A downstream portion of the combustion gas passage 18 faces downward and communicates with the discharge passage 21. In the discharge passage 21, the exhaust gas B is bent and guided to the lead-out passage 22 and is discharged from the exhaust port 23. Further, a dew condensation water discharge unit 24 is connected to the discharge passage 21.
[0027]
Here, the combustion gas passage 18 is provided with a heat exchange device 20 in which a large number of heat exchange units 19 are connected. As shown in FIGS. 2 and 3, the heat exchange unit 19 includes two heat transfer plates 25 a and 25 b that are stacked to form a plate-shaped heat transfer fin 25, such as a corrosion resistant material such as stainless steel, or a surface treatment. The outer portion 26 made of the material covered with the material covers the inner tube 27 made of a material having high thermal conductivity such as copper, and these are integrated.
[0028]
The operation and action of the heat exchange apparatus configured as described above will be described below.
[0029]
The high-temperature combustion gas formed in the combustion chamber 11 by the combustion of the burner 10 heats the preheated water flowing in the fin tube 14 by the sensible heat exchanger 15 and then becomes low-temperature combustion gas and flows into the exhaust chamber 16. To do. Further, on the downstream side of the exhaust chamber 16, the low-temperature exhaust gas A is deflected in the downward flow direction while passing through the combustion gas passage 18 and passes through the heat exchange device 20. At this time, in the heat exchange device 20, by preheating water flowing in the inner pipe 27 through the heat transfer fins 25, the exhaust gas becomes an even lower temperature exhaust gas B, and the water vapor in the combustion exhaust gas is deprived of condensation latent heat. And becomes condensed water on the surface of the exterior portion 26. Since gas such as CO2 and NOx is dissolved in this condensed water, it shows acidity (pH = 2 to 4). The generated condensed water flows downward together with the combustion gas that has become lower in temperature, and is discharged from the condensed water discharge unit 24. On the other hand, the exhaust gas B having a lower temperature is deflected by the discharge passage 21, flows again through the outlet passage 22, and is discharged from the exhaust port 23 to the atmosphere. Water, which is a heating fluid, is introduced into the inner pipe 27 of the heat exchange device 20 from a water supply port (not shown), takes steam latent heat from the low-temperature exhaust gas A, and becomes preheated water having a slightly higher temperature than during water supply, Derived from the heat exchange device 20. Then, the preheated water is led to a drum water pipe 13 that winds around the outer periphery of the drum can 12, reaches the fin pipe 14 while cooling the outer periphery of the drum can 12, and is heated to a predetermined temperature by the sensible heat exchanger 15 and then discharged from the hot water. Is done.
[0030]
As described above, the heat exchange unit 19 configured to be integrated with the inner pipe 27 by using the exterior portion 26 integrally formed with the heat transfer fins 25, the exterior portion 26 is made of a corrosion-resistant material such as stainless steel, The anticorrosion treatment protects the inner tube 27 from the corrosion of the acidic dew condensation water caused by the dissolution of CO2 and NOx contained in the combustion gas without the need to set up heat transfer fins with different materials or means, thereby improving durability. Can be improved.
[0031]
Further, the heat exchange device 20 exchanges heat with the low-temperature heating fluid on the upstream side by the low-temperature combustion gas on the downstream side, and the sensible heat exchanger uses the high-temperature heating fluid on the downstream side with the high-temperature combustion gas on the upstream side. By adopting the opposed heat exchange system in which heat is exchanged by 15, a temperature difference between the heating fluid and the combustion gas is ensured, and effective heat transfer is performed to realize a small heat exchange system.
[0032]
(Example 2)
FIG. 4 is a perspective view of a heat exchange unit according to the second embodiment of the present invention.
[0033]
In the second embodiment, the difference from the first embodiment is that, as shown in FIG. 4, the heat exchange unit 19 is configured by superimposing the single-layer heat transfer fins 28 and the heat transfer plates 25 a and 25 b with the heat transfer plates 25 a or 25 b. The multilayer heat transfer fin 29 is provided.
[0034]
In addition, the thing of the same code | symbol as Example 1 has the same structure, and abbreviate | omits description.
[0035]
Next, the operation and action will be described. The single-layer heat transfer fin 28 composed of a part of the heat transfer plate 25a or 25b is more combusted than the multi-layer heat transfer fin 29 formed by superimposing the heat transfer plates 25a and 25b. Large heat transfer area in contact with gas. Further, the multi-layer heat transfer fin 29 is composed of a plurality of heat transfer plates and has a fin thickness, so that fin efficiency is higher than that of the single-layer heat transfer fin 28. As a result, the endothermic effect of the heat exchange unit 19 is improved, and a more compact heat exchange apparatus can be realized as compared with the first embodiment.
[0036]
Example 3
FIG. 5 is a perspective view of a heat exchange unit according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 6 is an exploded perspective view of the heat exchange unit.
[0037]
The third embodiment is different from the first embodiment in that the exterior portion 26 of the heat exchange unit 19 is composed of a single heat transfer plate 30 as shown in FIGS. 5 and 6.
[0038]
In addition, the thing of the same code | symbol as Example 1 has the same structure, and abbreviate | omits description.
[0039]
Next, the operation and action will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 6, the heat exchange unit 19 is formed by bending one heat transfer plate 30 at a predetermined position to cover the inner tube 27, so that there is little. A low-cost heat exchange device can be provided that can be processed with the number of parts.
[0040]
(Example 4)
FIG. 7 is a perspective view of a heat exchange unit according to the fourth embodiment of the present invention.
[0041]
The fourth embodiment is different from the first embodiment in that the heat transfer fins 31 of the heat exchange unit 19 are waved as shown in FIG.
[0042]
In addition, the thing of the same code | symbol as Example 1 has the same structure, and abbreviate | omits description.
[0043]
Next, the operation and action will be described. Since the heat transfer fins 31 are wave-like, the wave-like heat transfer fins 31 placed in the combustion gas passage disturb the combustion gas flow and increase the heat transfer coefficient to improve heat transfer. be able to. Further, by making the heat transfer fins corrugated, more heat transfer fins can be secured in a finite space, so that heat transfer can be improved.
[0044]
(Example 5)
FIG. 8 is a perspective view of a heat exchange unit according to the fifth embodiment of the present invention.
[0045]
The fifth embodiment is different from the first embodiment in that the heat transfer fins 25 of the heat exchange unit 19 are configured by overlapping the heat transfer plates 25a and 25b and intimately contacting them with the spot welding means 32 as shown in FIG. It is.
[0046]
In addition, the thing of the same code | symbol as Example 1 has the same structure, and abbreviate | omits description.
[0047]
Next, the operation and action will be described. Since the heat transfer plates 25a and 25b are fixed and intimately bonded by the spot welding means 32, the exterior portion 26 can be integrated with the inner tube 27, and the dew condensation water exchanges heat. It is possible to prevent permeation into the inner pipe 27 of the unit 19 and improve durability.
[0048]
(Example 6)
In the present Example 6, the exterior part 26 of the heat exchange unit 19 shown in each Example is comprised with corrosion-resistant material, such as stainless steel. The present embodiment will be described with reference to the drawings of the first embodiment.
[0049]
Next, the operation and action will be described. Since the surface of the exterior part 26 comes into contact with the combustion gas and also comes into contact with acidic condensed water condensed from the water vapor in the low-temperature combustion gas, the use of a corrosion resistant material such as stainless steel makes the exterior part 26 The inner pipe 27 can be protected from acidic corrosion without worrying about the surface being corroded, and durability can be improved.
[0050]
(Example 7)
In the seventh embodiment, the inner tube 27 of the heat exchange unit 19 shown in each first embodiment is made of a highly heat conductive material such as copper. The present embodiment will be described with reference to the drawings of the first embodiment.
[0051]
Next, the operation and action will be described. By making the inner tube 27 of a highly heat conductive material, heat transfer on the inner and outer walls of the inner tube 27 is improved, the heat transfer effect is improved, and high efficiency heat is achieved. An exchange device can be provided.
[0052]
(Example 8)
FIG. 9 is a sectional view of a heat exchange unit according to the eighth embodiment of the present invention.
[0053]
In the eighth embodiment, the difference from the first embodiment is that a high heat conductive material 33 is filled between the inner tube 27 and the exterior portion 26 constituting the heat exchange unit 19 as shown in FIG.
[0054]
In addition, the thing of the same code | symbol as Example 1 has the same structure, and abbreviate | omits description.
[0055]
Next, the operation and action will be described. Since the inner tube 27 and the exterior portion 26 are integrated, the front surface of the inner tube 27 and the back surface of the exterior portion 26 are in close contact. However, as shown in FIG. When the heat plate 25a and the heat transfer plate 25b are overlapped, the edge portion 34 of the heat transfer plate 25a and the edge portion 35 of the heat transfer plate 25b create a gap between the exterior portion 26 and the inner tube 27, If air or the like enters this gap, a thermal resistance is generated and the flow of heat is obstructed. In this embodiment, the gap is filled with a highly heat conductive material 33, for example, a viscous copper powder, thereby eliminating the gap, improving the heat transfer property, and providing a highly efficient heat exchange device.
[0056]
In the present embodiment, the gap between the edge portions 34 and 35 is filled with the high thermal conductivity material 33. However, the entire surface of the inner tube 27 or the back surface of the exterior portion 26 is coated with the high thermal conductivity material and then integrated. As a result, the surface of the inner tube 27 and the back surface of the exterior portion 26 can be intimately brought into close contact with each other, heat conductivity is improved, and a highly efficient heat exchange device can be provided.
[0057]
Example 9
FIG. 10 is a perspective view of a heat exchange unit according to the ninth embodiment of the present invention.
[0058]
In the ninth embodiment, the difference from the first embodiment is that, as shown in FIG. 10, the end portion of the heat transfer plate 25a constituting the heat transfer fin 25 is bent and the caulking portion 36 covering the end portion of the heat transfer plate 25b. It is to have.
[0059]
In addition, the thing of the same code | symbol as Example 1 has the same structure, and abbreviate | omits description.
[0060]
Next, the operation and action will be described. Since the end portion of the heat transfer plate 25a is bent and the end portion of the heat transfer plate 25b is caulked, the end portion of the heat transfer fin 25 is caulked. It is possible to prevent water from penetrating into the inner tube 27 portion of the heat exchange unit 19 through the joint between the heat transfer plate 25a and the heat transfer plate 25b at the end, and the durability can be improved.
[0061]
In each of the above embodiments, the sensible heat exchanger 15 uses the fin tube 14, but the same effect can be realized even if the fin tube 14 is replaced with the heat exchange unit 19.
[0062]
In addition, although fuel gas was demonstrated in the said each Example, the same effect can be implement | achieved also when petroleum fuel and another fuel are used.
[0063]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a high-efficiency heat exchange device that prevents corrosion due to acidic dew condensation water, maintains desired performance, has good durability, and can be downsized. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram of a heat exchange device in Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of a heat exchange unit constituting the heat exchange device. FIG. 3 is an exploded view of the heat exchange unit. FIG. 5 is a perspective view of a heat exchange unit in Embodiment 2 of the present invention. FIG. 5 is a perspective view of a heat exchange unit in Embodiment 3 of the present invention. FIG. 6 is an exploded perspective view of the heat exchange unit. FIG. 8 is a perspective view of a heat exchange unit in Example 5 of the present invention. FIG. 9 is a cross-sectional view of a heat exchange unit in Example 8 of the present invention. The perspective view of the heat exchange unit in Example 9. [FIG. 11] The principal part sectional view of the conventional heat exchange apparatus. [FIG. 12] The principal part sectional view of the other conventional heat exchange apparatus.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 Heat exchange unit 25 Heat transfer fin 25a, 25b Heat transfer plate 26 Exterior part 27 Inner pipe 28 Single layer heat transfer fin 29 Multi-layer heat transfer fin 30 Heat transfer plate 31 Heat transfer fin 32 Welding means 33 High heat conductive material

Claims (5)

内管と、前記内管を覆う外装部とを備え、前記内管と前記外装部を一体化し、前記外装部には前記内管の略長手方向に沿う伝熱フィンを一体形成するとともに、前記外装部は伝熱フィンを一体に有する伝熱板で構成し、前記伝熱フィンは伝熱板1枚からなる単層伝熱フィンと、前記伝熱板を複数枚重ね合わせて構成する複層伝熱フィンとからなる熱交換ユニット。An inner tube and an exterior portion covering the inner tube, the inner tube and the exterior portion are integrated, and the exterior portion is integrally formed with heat transfer fins along a substantially longitudinal direction of the inner tube , The exterior part is composed of a heat transfer plate integrally including heat transfer fins, and the heat transfer fin is a composite layer composed of a single layer heat transfer fin composed of one heat transfer plate and a plurality of the heat transfer plates. Heat exchange unit consisting of layer heat transfer fins . 伝熱フィンは波状とした請求項記載の熱交換ユニット。The heat exchange unit according to claim 1 , wherein the heat transfer fins are corrugated. 外装部は耐食性材料で構成した請求項1または2記載の熱交換ユニット。The heat exchange unit according to claim 1 or 2, wherein the exterior portion is made of a corrosion-resistant material. 内管は高熱伝導性材料で構成した請求項1〜のいずれか1項記載の熱交換ユニット。The heat exchange unit according to any one of claims 1 to 3 , wherein the inner tube is made of a highly heat conductive material. 内管と外装部の間に、高熱伝導性材料を充填した請求項1〜のいずれか1項記載の熱交換ユニット。The heat exchange unit according to any one of claims 1 to 4 , wherein a high thermal conductivity material is filled between the inner tube and the exterior part.
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