JPH11159885A

JPH11159885A - 潜熱回収用熱交換器

Info

Publication number: JPH11159885A
Application number: JP9345863A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Tsujikawa; 茂男辻川; Yoshihiro Shintani; 嘉弘新谷; Shigeru Komukai; 茂小向
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1997-12-01
Filing date: 1997-12-01
Publication date: 1999-06-15

Abstract

(57)【要約】【課題】給湯器、ボイラ等に適用される潜熱回収用熱交
換器について、酸性ドレン水による影響そのものをなく
し、その腐食を永続的に防止することができる潜熱回収
用熱交換器を得る。【解決手段】潜熱回収用熱交換器の外表面にｎ型半導体
である酸化チタンを被覆するとともに、潜熱回収用熱交
換器の該被覆面に対して光を当てる装置又は日光を当て
る装置を備えてなることを特徴とする潜熱回収用熱交換
器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は潜熱回収用熱交換器
に関し、より具体的には酸性ドレン水に対する耐腐食性
を改善してなる給湯器やボイラ、或いは吸収冷凍機、ガ
スエンジン、燃料電池の排ガスからの熱回収装置等に用
いられる潜熱回収用熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば給湯器やボイラ等における給水は
気体燃料又は液体燃料の燃焼ガスにより熱交換器を介し
て加熱される。この加熱には主として燃焼ガスの顕熱が
利用されるが、燃焼ガスの顕熱のみによる加熱では燃焼
ガスが有する熱を十分に回収できないため、顕熱を利用
する主熱交換器に加えて潜熱回収用熱交換器を配置し、
燃焼排ガスの潜熱をも回収するようにすることによりさ
らに高効率で加熱するよう改善されている。ところが、
従来、潜熱回収用熱交換器に発生する酸性のドレンによ
る当該潜熱回収用熱交換器の腐食が問題となっている。

【０００３】図１は潜熱回収用熱交換器を有する熱交換
器を備えた給湯器の一例を示す図である。図１中、１は
ケーシング、２は燃料ガス導管、３はバーナ、４は主熱
交換器、５は潜熱回収用熱交換器である。導管２からの
燃料ガスはバーナ３で燃焼され、燃焼ガスは主熱交換器
４、潜熱回収用熱交換器５を経て排ガス導管６から排出
される。７はその排ガス排出用のファンである。給水管
８から送られる給水は主熱交換器４の側壁のコイル管を
通って潜熱回収用熱交換器５へ入り、ここで排ガス中の
顕熱及び潜熱により温められる。

【０００４】潜熱回収用熱交換器５で温められた水はさ
らに熱交換器９で設定温度まで加熱され、給湯管１０を
経て給湯される。バーナ３で発生する燃焼ガスは、潜熱
回収用熱交換器５がない場合には例えば２００℃前後で
器外へ排出されることになるが、潜熱回収用熱交換器５
により該２００℃前後の排気ガスからその顕熱のほか潜
熱も回収される。この時、潜熱回収用熱交換器５の外壁
面（外表面）は１００℃以下、通常４０〜６０℃程度の
温度となるためドレン水が発生するが、このドレン水は
集水皿１１、ドレン導管１２を経て排出される。１３は
酸性ドレン水を無害として排出するための中和器であ
る。

【０００５】ところで、ドレン水には燃焼排ガス中のＮ
ＯｘやＳＯｘ、或いはＣＯ₂ 等が溶け込んでＨＮＯ₃、
Ｈ₂ＳＯ₃、Ｈ₂ＣＯ₃ 等となる。このためドレン水は酸
性（通常ｐＨ＝３程度）となり、これが潜熱回収用熱交
換器の壁面を腐食してしまう。そこで、これまでこの腐
食を防止するために様々な腐食防止法が提案されてきて
おり、この防食法は大きく分けて（１）水を散布してド
レンを洗い流す方法と（２）熱交換器の外壁面に耐食性
のある物質をコーティングする方法との２種類に分類さ
れる。

【０００６】図２はそれら防食法の例を示す図である。
図２（ａ）は上記（１）水を散布してドレンを洗い流す
方法の例を示し（特開平６ー２２９６９９号）、熱交換
のパイプや温水用等の配管の記載は省略している。図２
（ａ）中１４はケーシング、１５はバーナであり、本例
ではバーナ１５は下方に向けて燃焼され、燃焼ガスは熱
交換器での熱交換を経て排ガスとして導管１６から排出
される。１７は顕熱交換領域と潜熱交換領域を有する熱
交換器で、ここに潜熱交換領域に対する水噴霧ノズル１
８が配置される。給湯器としての作動中、ドレン洗い流
し用の水が給水管１９から弁２０を介して水噴霧ノズル
１８へ供給・噴霧され、これにより潜熱交換領域におけ
る熱交換器表面のドレンを洗い流した後、排水受２０を
経て排出される。

【０００７】ところが、上記のように水を散布してドレ
ンを洗い流す方法では、水を散布するための装置が必要
であるばかりでなく、散布後の集水装置等も必要とな
り、さらには、給水時期や給水量等を調整する制御装置
も必要となる。しかも、この方法では、特に腐食に対し
て最も厳しいと考えられる熱交換器の隙間部を十分に洗
い流せないという問題もある。

【０００８】また、（２）熱交換器の外表面に耐食性の
ある物質をコーティングする方法では、コーティング層
に欠陥があった場合には腐食を加速してしまい、それを
防ぐためにはコーティングを厚くする必要がある。そう
するとコスト高になり、また熱伝導率を阻害することに
もなってしまう。このため、この方法ではコーティング
を厚くするほか、熱伝導率等についても配慮する必要が
あるが、図２（ｂ）はその一例を示す図である（特開昭
６０ー１６４１６７号）。

【０００９】図２（ｂ）中、２２は吸熱フィン、水管よ
りなる金属製伝熱部材、２３は第１のコーティング層
で、ポリボロシロキサンを主成分とする有機ケイ素重合
体とチタン有機化合物と無機質充填材とから構成され
る。該無機質充填材はＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＣ、ＴｉＯ₂、ス
テンレス鋼粉末などからなり、図２（ｂ）中、２４と
して示すように該層中均一に分散されている。２５は有
機系樹脂バインダーよりなる第２のコーティング層であ
る。そして特開昭６０ー１６４１６７号の実施例によれ
ば、第１のコーティング層２３の厚さは約１５〜２０μ
ｍ、第２のコーティング層２５の厚さは約１０〜１５μ
ｍとされる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、給湯
器やボイラ等に配置される従来の潜熱回収用熱交換器に
おいて、上記のような腐食上の諸問題点のない腐食防止
を達成することを目的とするもので、酸性ドレン水によ
る影響そのものがなく、長期間にわたる腐食の発生、進
行をなくするようにしてなる潜熱回収用熱交換器及びこ
れを配置してなる給湯器やボイラ、或いは吸収冷凍機、
ガスエンジン、燃料電池の排ガスからの熱回収装置を提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、潜熱回収用熱
交換器の外表面にｎ型半導体である酸化チタンを被覆す
るとともに、潜熱回収用熱交換器の該被覆面に対して光
を当てる装置又は日光を当てる装置を備えてなることを
特徴とする潜熱回収用熱交換器を提供する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明においては潜熱回収用熱交
換器の外表面にｎ型半導体である酸化チタンが被覆され
る。また本発明は各種形式の給湯器やボイラ、吸収冷凍
機、ガスエンジン又は燃料電池の排ガスからの熱回収装
置等に設置される潜熱回収用熱交換器に適用されるが、
これを給湯器の場合について云えば、図１や図２（ａ）
に示すような形式とは限らず、何れの形式のものにも適
用される。さらに、本発明における熱交換器の材質（母
材）としては銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム
合金、炭素鋼、ステンレス鋼、その他熱交換器の材質と
して使用される金属材料であれば何れも使用される。

【００１３】熱交換器の外表面に対して酸化チタン被覆
を形成する方法としては、パイプ状やフィン付パイプ状
等の適宜の形状の熱交換器の外表面に酸化チタンの被覆
を形成し得る手法であれば何れも適用できる。例えばス
プレー法、浸漬法、ゾルーゲル法（例えば酸化チタンの
粉末を、必要に応じてバインダーとともに水性ゾルと
し、これをスプレー法、浸漬法等により熱交換器表面に
付着させ、乾燥・焼成する）、スパッタリング法等適宜
の方法で行うことができる。

【００１４】ところで、当該被覆酸化チタンにおける光
照射下のアノード反応は下記反応式（１）で示され、光
照射によって生成した正孔（ｈ⁺）により水が酸化され
て酸素を発生する反応である。

【化１】Ｈ₂Ｏ＋２ｈ⁺ → １/２Ｏ₂ ＋２Ｈ⁺ （１）

【００１５】この酸化チタン表面でのアノード反応によ
り母材はカソード防食される。このことから、本発明に
おける銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、
炭素鋼、ステンレス鋼、その他の金属材料に対する酸化
チタンの被覆においては、隙間、孔、亀裂等の欠陥は許
容され、その自身は損耗することのない被覆として熱交
換器を永続的に防食することができる。

【００１６】さらに、この反応は光の作用によって生じ
た正孔（ｈ⁺）によるもので、酸化チタン自体の溶損或
いは劣化を伴わない。すなわちこのカソード防食作用は
酸化チタンについて非犠牲的であり、酸化チタン自体に
は何らの溶損或いは劣化を起こすことがないというきわ
めて有効な利点を有する。

【００１７】本発明における酸化チタン被覆の厚さにつ
いては数ｎｍ〜１００ｎｍ程度の範囲で十分であるが、
それ以上であってもよい。この点、前述特開昭６０ー１
６４１６７号の場合には、第１のコーティング層２３の
厚さは約１５〜２０μｍ（すなわち約１５０００〜２０
０００ｎｍ）、第２のコーティング層２５の厚さは約１
０〜１５μｍ（すなわち約１００００〜１５０００ｎ
ｍ）であるが、本発明における被覆の厚さは、それを１
００ｎｍ程度以上とする場合においても、従来のコーテ
ィング層に比べて格段に薄くすることができる。

【００１８】図３は熱交換器のチューブ外表面への酸化
チタンの被覆の態様例を縦断面図として示す図である。
まず図３（ａ）は管状チューブ型熱交換器の場合で、２
６はそのチューブ、２７がその外表面に形成された酸化
チタンの被覆層である。図３（ｂ）はフィン付の管状チ
ューブ型熱交換器の場合で、２８はチューブ、２９はそ
れに螺旋状に付設されたフィンであり、３０がその外表
面に形成された酸化チタンの被覆層である。被覆はフィ
ン間に露出したチューブ面にも形成される。

【００１９】フィン付管状チューブ型熱交換器には、フ
ィンを管状チューブの長手方向と直角に平行に付設した
ものやフィンを管状チューブの長手方向と同方向に付設
したものなど各種あるが、上記の点はこれらの場合も同
様である。また、熱交換器にはそれら管状チューブ型の
態様のほか、例えばプレート型等のものもあるが、給湯
器やボイラなどの熱交換器としてこれらの形式の熱交換
器を用いる場合にも上記と同様にその外表面に酸化チタ
ンの被覆層が施される。

【００２０】また、本発明においては酸化チタンの被覆
には光を当てることが必要である。このための態様とし
ては、熱交換器に施した酸化チタンの被覆面に光を当て
る装置を配置し、光を常時又は所定の時間間隔を置いて
照射するようにする。また被覆面へ当てる光としては好
ましくは波長約４１５ｎｍ以下の光が使用される。光源
としてはその波長域の光を発生できるものであれば何れ
も使用でき、その例としてはハロゲン電球等の白熱電
球、蛍光ランプ、水銀ランプ等のＨＩＤランプ（高圧放
電ランプ）、Ｘｅランプ、日光（自然光）等を挙げるこ
とができる。

【００２１】酸化チタンの被覆に対しては光を当てる方
法としては、潜熱回収用熱交換器における該酸化チタン
の被覆層の面に光を当て得る方法であれば何れも適用で
き、例えば（１）〜（６）のような態様で行うことがで
きる。（１）酸化チタン被覆層を有する潜熱回収用熱交
換器の位置の上方（斜め上方を含む）に光源を配置す
る。（２）酸化チタン被覆層を有する潜熱回収用熱交換
器の位置の下方（斜め下方を含む）に光源を配置する。
（３）酸化チタン被覆層を有する潜熱回収用熱交換器の
位置の上方（斜め上方を含む）及び下方（斜め下方を含
む）に光源を配置する。

【００２２】（４）酸化チタン被覆層を有する潜熱回収
用熱交換器の位置の側部に光源を配置する。（５）、
（１）〜（４）の態様における光源として日光（自然
光）を使用する。すなわち、日光を、例えば光ファイバ
ー等の導光手段により（１）〜（４）の態様における光
源の位置に導いて光源として使用する。この場合、必要
に応じて導光手段の先端部（光源と反対側端部）に集光
レンズ等の集光手段を配置する。（６）潜熱回収用熱交
換器を収容する容器自体を耐熱ガラス等の光透過性材料
で構成し、容器周囲の自然光が酸化チタン被覆層に当た
るようにする。

【００２３】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく
説明するが、本発明がこれら実施例に制限されないこと
はもちろんである。

【００２４】《実施例１》図４は、図１に示すような給
湯器について、潜熱回収用熱交換器として本実施例によ
る酸化チタン被覆層を形成した潜熱回収用熱交換器を配
置し、該潜熱回収用熱交換器の斜め上方に光源を配置し
た図である。図４中、図１と共通する部分には同じ符号
を用いており、この点以下の図面についても同じであ
る。図４中、Ｔ（５）が酸化チタン被覆層を形成した潜
熱回収用熱交換器である。

【００２５】該潜熱回収用熱交換器の構成材質としては
ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４鋼）を用い、これに対する
酸化チタン被覆層は市販のチタン白を水に懸濁させてゾ
ル状態とし、これに図３（ｂ）に示すようなフィン付き
管状チューブからなる熱交換器を浸漬した後、乾燥さ
せ、焼成することにより形成した。Ｌは光源で、本実施
例では球状光源を用い、また光源Ｌを被って反射鏡Ｒを
配置した。光源Ｌからの光は図４中矢印のように発射さ
れ、これにより被覆酸化チタン面の水が酸化して酸素を
発生し、被覆酸化チタンの損失・劣化を常時防止し、潜
熱回収用熱交換器の腐食を永続的に防止することができ
る。

【００２６】《実施例２》図５は、図１に示すような給
湯器について、酸化チタン被覆層を形成した潜熱回収用
熱交換器を配置し、該潜熱回収用熱交換器の上方に光源
を配置した図である。図５（ａ）において、Ｔ（５）が
酸化チタン被覆層を形成した潜熱回収用熱交換器であ
る。潜熱回収用熱交換器は、その材質として銅を用いて
構成し、これに対して実施例１の場合と同様にして酸化
チタン被覆層を形成した潜熱回収用熱交換器を用いた。
Ｌは光源であり、本実施例では管状光源を使用してい
る。

【００２７】図５（ｂ）は、図５（ａ）中ＡーＡ線断面
図でその上方から見た図である。図５（ｂ）のとおり、
本実施例における管状光源Ｌは熱交換器４の長方形断面
の幅方向の中央部〔図５（ｂ）では上下方向の中央部〕
に配置しているが、中央部より左側或いは右側に配置し
てもよい。また図５（ｃ）は管状光源Ｌの断面図であ
る。図示のとおり、光源Ｌの上部に反射板Ｒを配置する
ことで、光源Ｌから酸化チタン被覆層への光の照射をよ
り有効に行い、光源Ｌから照射される光量について損失
がないようにしている。

【００２８】《実施例３》図６は、図１に示すような給
湯器について、潜熱回収用熱交換器として本実施例によ
る酸化チタン被覆層を形成した潜熱回収用熱交換器を配
置し、該潜熱回収用熱交換器の上方及び下方に光源を配
置した図である。潜熱回収用熱交換器は実施例２の場合
と同様にして構成したものである。図６において、Ｔ
（５）が酸化チタン被覆層を形成した潜熱回収用熱交換
器であり、Ｌ₁及びＬ₂が潜熱回収用熱交換器Ｔの上下に
配置された管状光源である。

【００２９】

【発明の効果】本発明の酸化チタン被覆の潜熱回収用熱
交換器によれば、該酸化チタン被覆に光を当てることで
生成する正孔（ｈ⁺）による水の酸化がアノード反応で
あるため、被覆酸化チタンに溶損或いは劣化を起こすこ
とがない。このことから酸化チタン被覆の厚さを従来の
場合に比べて格段に薄くでき、また熱交換器構成材料で
ある金属材料に対する隙間、孔、亀裂等の欠陥は許容さ
れる。

【００３０】このように、本発明の潜熱回収用熱交換器
によれば、酸性ドレン水による影響そのものをなくし、
長期間にわたる腐食の発生、進行をなくすることができ
る。また、本発明の潜熱回収用熱交換器は各種形式の給
湯器やボイラの潜熱回収用熱交換器として、また吸収冷
凍機、ガスエンジン又は燃料電池の排ガスからの熱回収
装置に設置されるが、特に給湯器及びボイラ用として好
ましく適用され、該潜熱回収用熱交換器の腐食を永続的
に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】潜熱回収用熱交換器を有する熱交換器を備えた
給湯器の一例を示す図。

【図２】従来の潜熱回収用熱交換器の防食法を説明する
図。

【図３】熱交換器のチューブ外表面への酸化チタンの被
覆の態様例を縦断面図として示す図。

【図５】潜熱回収用熱交換器として酸化チタン被覆層を
形成した潜熱回収用熱交換器を配置し、該潜熱回収用熱
交換器の上方に光源を配置した図。

【図６】潜熱回収用熱交換器として酸化チタン被覆層を
形成した潜熱回収用熱交換器を配置し、その上方及び下
方に光源を配置した図。

【符号の説明】

１、１４ケーシング２燃料ガス導管３、１５バーナ４主熱交換器５潜熱回収用熱交換器６排ガス導管７排ガス排出用のファン８給水管９熱交換器１０給湯管１１集水皿１２ドレン導管１３中和器１６排ガス導管１７熱交換器（顕熱交換領域と潜熱交換領域からな
る）１８水噴霧ノズル１９給水管２０弁２１排水受２２吸熱フィン２３第１のコーティング層２４第２のコーティング層２５無機質充填材２６管状熱交換器のチューブ２７、３０酸化チタンの被覆層２８チューブ２９フィンＴ（５）酸化チタン被覆層を形成した潜熱回収用熱交
換器Ｌ、Ｌ₁、Ｌ₂ 光源Ｒ反射鏡

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年２月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図４】潜熱回収用熱交換器として酸化チタン被覆層を
形成した潜熱回収用熱交換器を配置し、該潜熱回収用熱
交換器の斜め上方に光源を配置した図。

【符号の説明】１、１４ケーシング２燃料ガス導管３、１５バーナ４主熱交換器５潜熱回収用熱交換器６排ガス導管７排ガス排出用のファン８給水管９熱交換器１０給湯管１１集水皿１２ドレン導管１３中和器１６排ガス導管１７熱交換器（顕熱交換領域と潜熱交換領域からな
る）１８水噴霧ノズル１９給水管２０弁２１排水受２２吸熱フィン２３第１のコーティング層２４第２のコーティング層２５無機質充填材２６管状熱交換器のチューブ２７、３０酸化チタンの被覆層２８チューブ２９フィンＴ（５）酸化チタン被覆層を形成した潜熱回収用熱交
換器Ｌ、Ｌ₁、Ｌ₂ 光源Ｒ反射鏡

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】潜熱回収用熱交換器の外表面にｎ型半導体
である酸化チタンを被覆するとともに、潜熱回収用熱交
換器の該被覆面に対して光を当てる装置又は日光を当て
る装置を備えてなることを特徴とする潜熱回収用熱交換
器。
【請求項２】上記潜熱回収用熱交換器の構成材料が銅、
銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、炭素鋼又は
ステンレス鋼である請求項１記載の潜熱回収用熱交換
器。
【請求項３】上記潜熱回収用熱交換器の酸化チタン被覆
面に対して光を当てる装置又は日光を当てる装置が潜熱
回収用熱交換器の上方に配置されてなることを特徴とす
る請求項１記載の潜熱回収用熱交換器。
【請求項４】上記潜熱回収用熱交換器の酸化チタン被覆
面に対して光を当てる装置又は日光を当てる装置が潜熱
回収用熱交換器の下方に配置されてなることを特徴とす
る請求項１記載の潜熱回収用熱交換器。
【請求項５】上記潜熱回収用熱交換器の酸化チタン被覆
面に対して光を当てる装置又は日光を当てる装置が潜熱
回収用熱交換器の上方及び下方に配置されてなることを
特徴とする請求項１記載の給湯器の潜熱回収用熱交換
器。
【請求項６】上記潜熱回収用熱交換器が給湯器、ボイ
ラ、吸収冷凍機、ガスエンジン又は燃料電池の排ガスか
らの熱回収装置における潜熱回収用熱交換器である請求
項１〜５の何れかに記載の潜熱回収用熱交換器。