JPS5938513B2 - 廃熱回収用フイン付きヒ−トパイプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は硫黄酸化物を含む廃ガスから熱を回収する廃熱
回収用フィン付ヒートパイプに関し、特に硫酸に対する
耐食性を向上せしめたものである。

一般に廃熱回収用熱交換器としてフィン付きヒートパイ
プの一方を吸熱部として高温の廃ガスが流通するダクト
内に配置し、他方を放熱部として空気などの低温ガスが
流通するダクト内に配置したものが開発されている。

壕だ燃料油として硫黄を含むものを用いると、この燃焼
廃ガス中には硫黄酸化物ＳＯｘが含まれている。

この硫黄酸化物が水蒸気を伴なった状態で、硫酸露点よ
り低くなった場合、或はこの露点より低温のフィン付き
ヒートパイプに触れると、この表面で硫酸が生成され、
激しい腐食が発生し、熱交換器用フィン付きヒートパイ
プの寿命を著しく短縮してしまう。

このため硫酸の腐食に対して優れた耐食性を有する鉛で
フィン付きヒートパイプを形成することも行なわれてい
るが、このものは軟質で機械的強度に乏しいため長尺の
ものを取付けることができず、また腐食の問題から作動
液として水を使用することができない。

丑だ銅、アルミニウム、鋼などで形成したフィン伺きヒ
ートパイプを溶融鉛中に漬浸して表面に鉛メッキ層を形
成して耐食性を向上させることも考えられるが、この方
法はフィンが形成されているためパイプ材の如く連続的
なメッキ作業ができず、また溶融した鉛がフィンの谷部
を埋めて表面積を減少させる上、十分なメッキ厚が得ら
れないため部分的に腐食を生ずるなどの欠点がある。

本発明はかかる点に鑑み種々研究を行なった結果、ヒー
トパイプの容器を銅、アルミニウム、鋼あるいはこれら
を主成分とする合金で形成した廃熱回収用フィン付きヒ
ートパイプにおいて、前記ヒートパイプの廃ガス側に位
置する吸熱部の外管をフィンをつけた鉛又は鉛合金で形
成した複合二重管よりなる耐食性と強度をもたせた廃熱
回収用フィン付キヒートハイプを開発したものである。

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すもので、この廃熱回収
用フィン付きヒートパイプは銅、アルミニウム、鋼、あ
るいはこれらを特徴とする特許など熱伝導性と強度に優
れた金属で形成されたヒートパイプの容器１の一方を高
温の廃ガスと触れる吸熱部２とし、他方を空気などの低
温ガスと触れる放熱部３とし、前記吸熱部２に鉛または
鉛合金からなる被覆管４を複合すると共にその表面に同
様に鉛または鉛合金からなる複数枚のプレートフィン５
ａを設け、且つ前記放熱部３に容器１と同様に熱伝導性
と強度に優れた金属材料からなるプレートフィン５ｂを
設けたものである。

なお吸熱部２側に設けた上記被覆管４およびプレートフ
ィン５ａを形成する鉛合金としては、例えば０５〜１１
重量％の範囲でアンチモンを含む鉛合金を用いることに
より引張強度、硬さなど機械的性質を高めることができ
る。

なおこの場合アンチモンの添加量が０．５重量％未満で
は添加効果が少なく、また１１％を越えて添加すると共
晶組織の出現により脆くなる。

才だ上記構成の廃熱回収用フィン付きヒートパイプを製
造する方法としては第２図に示す如くヒートパイプの容
器１となる両端を開口した金属管の片側に鉛または鉛合
金からなる被覆管４を被せた後、この部分に挿通孔６を
穿設した鉛または鉛合金からなるプレートフィン５ａ・
・・を所定の間隔で差込む。

次に被覆管４を被せていない容器１０片側から、銅、ア
ルミニウム、鋼、あるいはこれらの合金からなる挿通孔
６を穿設したプレートフィン５ｂ・・・を所定の間隔で
差込む。

このように糾合せた状態で容器１となる金属管の一端側
からプラグＴを金属管内にシリンダーなどにより押込ん
で金属管を拡管させ、これとプレートフィン５ａ・・・
、被覆管４、およびプレートフィン５ｂ・・・とを同時
に固定し、吸熱部２側を二重管構造としたフィン付きチ
ューブを製造するものである。

このようにフィン付きチューブを製造した後、更に必要
に応じて、該チューブを鉛の固溶体化湿度以上に加熱し
た後、室温まで急冷して焼入れを行ない、鉛の機械的強
度を更に高めるようにしても良い。

次にこのように成形したフィン付きチューブの一端を閉
塞し、他端に細管またはブラインドリベットを設けた蓋
を設けた後、容器１の内部を減圧シテ、水、アルコール
、アンモニア、フレオンなどの作動液８を封入して細管
を封じ切るか、またはブラインドリベットをだしかめて
密閉し第１図に示す如き完成品とするものである。

上記の如く構成された廃熱回収用ヒートパイプは、吸熱
部２側を高温の廃ガスが流通する熱交換器のダクト内に
、壕だ放熱部３側を低温の空気が流通するダクト内に配
置するようにヒートパイプの中央部側を仕切管板に貫挿
して、廃熱回収用熱交換器を組立てる。

このように組立られた熱交換器において、硫黄酸化物を
含む廃ガスが水蒸気を伴った状態で、硫酸露点以下にな
った場合、或はヒートパイプの温度が低温の場合、吸熱
部２の表面で硫酸が生成されるが、この表面部分は耐食
性に優れた鉛まだは鉛合金で形成されているため、長期
間使用しても腐食されることがない。

またとのヒートパイプは二重管構造の吸熱部２側におい
て内管に相当する容器１を機械的強度に優れた金属で構
成しであるので、鉛単体で構成した場合に比べて強度が
大きく、変形しにくいため長尺のものを取付けることが
できる。

第３図は本発明の他の実施例を示すもので、この廃熱回
収用フィン付きヒートパイプは銅、アルミニウム、鋼あ
るいはこれらを主成分とする合金で形成されたヒートパ
イプの容器１の外側に錫メッキ層９を介して鉛または鉛
合金からなるフィンチューブ１０を設け、一方を吸熱部
２、他方を放熱部３としたものである。

とのヒートパイプの製造方法としては例えばヒ−１−パ
イプの容器１となる金属管を予め溶融錫中に浸漬（〜て
表面に錫メッキ層９を形成した後、更に必要に応じてフ
ラックスを塗布した後、フィンチューブ１０を被せ、次
いでプラグ７を押込んで金属管を拡管させてこれとフィ
ンチューブ１０を密着させる。

次にこのように組合せた状態で１８０〜２３０°Ｃに加
熱することによりフィンチューブ１０を構成する鉛また
は鉛合金と錫メッキ層９との間で半田（Ｐｂ−８ｎ合金
）が形成されて両者が強固にろう付けされる。

なおこの場合ろう付は温度を鉛の固溶体化温度以上とし
て室温まで急冷することによりろう付けと鉛の焼入れを
同時に行なうことができる。

このように二重管構造のフィンチューブを形成した後、
内部を減圧密閉して作動液８を封入することによし第３
図の如き完成品とするものである。

とのヒートパイプは容器１とフィンチューブ１０とを錫
メッキ層９を介して接合、加熱し、形成された半田によ
って両者が強固にろう付けされているので、この間での
熱抵抗が少なく、シかも機械的強度に優れたものが得ら
れる。

第４図は本発明の更に異なる他の実施例を示すもので、
この廃熱回収用フィン付きヒートパイプは銅、アルミニ
ウム、鋼あるいはこれらを主成分とする合金で形成され
たヒートパイプの容器１の一方を吸熱部２、他方を放熱
部３とし、前記吸熱部２に半田メッキ層１１を介して鉛
捷たは鉛合金からなるフィンチューブ１０ａを設けると
共に、前記放熱部３に半［Ｈメツギ層１１を介して容器
１と同様の熱伝導性に優れた金属からなるフィンチュー
ブ１０ｂを設けたものである。

とのヒートパイプは第３図に示すものと同様に容器１と
なる金属管の表面に半田メッキ層１１を形成した後、フ
ィンチューブ１０ ａ ＋ １０ ｂを被せて拡管固定
し、次いでこれを加熱ろう付けして両者の複合界面を密
着させたものである。

なお上記実施例では何れもヒートパイプを形成した後、
熱交換器の仕切管板に取付けるようにしだものについて
示したが、ヒートパイプの容器１となる金属管を仕切管
板に貫挿させた後、この金属管に被覆管４とプレートフ
ィン５ ａ ＋ ５ ｂを被せてるか、或はフィンチュ
ーブ１０を被せて拡管し、二重管構造のフィンチューブ
の製造と、仕切管板への取付けを同時に行ない、しかる
後この二重管構造のフィンチューブをヒートパイプ化す
る方法でも良い。

次に本発明の具体的な実施例について設明する。

実施例 １ 第２図に示す如く外径１９．０５ ｍｍ９６．肉厚０８
闘、長さ２ｍのヒートパイプの容器１となる鋼管の吸熱
部２側に内径１９．５ｍｍ＄、外径２１．５ｍｍ。

長さ１ｍの被覆管４となるＰｂ−３重量％ｓｂ合金管を
被せたものを２０本製造した。

また内径２２酊ダの挿通孔６を２０個等間陥に穿設した
厚さ２ｍｍのＰｂ−６重量％ｓｂ合金板からなるプレー
トフィン５ａをピッチ５朋で被覆管４を被せた吸熱部２
側に差込み、また内径１９．５ｍｍ＄の挿通孔６を２０
個等間隔に穿設した厚さ２ｍｍのアルミニウム板からな
るプレートフィン５ｂをピッチ５朋で放熱部３側に差込
んだ後、プラグ７で拡管して固定した。

次に前記容器１内に、内容積の２０％に相当する蒸留水
を作動液８として封入して第１図に示す如きヒートパイ
プとした。

、このようにして得られたユニットを４細組合せて廃熱
回収用熱交換器を製造した。

この廃熱回収用熱交換器によりＳ０２を１１０００ＰＰ
と水分を１０％含む２００°Ｃの廃ガス（硫酸露点１４
１℃）を吸熱部２側に通し、３５°Ｃの空気を放熱部３
側に通して廃熱回収した。

この場合ヒートパイプの表面湿度はほぼ１２０°Ｃで硫
酸露点より低く吸熱部２側の表面に硫酸が生成された６
、このようにして１年間廃熱回収を行なっても外観は何
ら変化が認められなかった。

これに対して被覆管４、プレートフィン５ａとも銅で形
成したヒートパイプを用いて組立てた廃熱回収用熱交換
器を比較のために使用したところ約４カ月でヒートパイ
プに貫通孔を生じヒートパイプとしての作動を停屯して
しまった。

実施例 ２ 外径１９．０５ｍｍ＄、肉厚０．２關、長さ１ｍのヒー
トパイプの容器１となる鋼管を溶融錫中に浸漬して表向
に錫メッキ層９を形成した。

次にこの容器１にフィン外径４６ｍｍ、にｌ、内径２０
．０ｍｍ＄のＰｂ−４重量％ｓｂ合金フィンチューブ１
０を被せた後、プラグ７で拡管させて両者を固定［−１
次いでこの二重管構造のフィンチューブを２４００Ｃに
３０分間加熱した後室温１で急冷してろう付けと鉛合金
フィンチューブ１０との焼入れを同時に行なった。

次いでこの内部に作動液８として蒸留水を４０ｍ１月人
１−で第３図に示す如きヒートパイプとしだ。

このようにして得られた１００本のヒートパイプを組立
て廃熱回収用熱交換を製造し、ＳＯ２を５００ＰＰｍと
水分を１０％含む１８０°Ｃの廃ガス（硫酸露点１３５
℃）を吸熱部２側に通し、３０°Ｃの空気を放熱部３側
に通して廃熱回収を行なった。

この場合ヒートパイプの表面温度はほぼ１００℃で硫酸
露点より低くかったが、この状態で１年間廃熱回収を行
っても、外観は何ら変化が認められなかった。

これに対してフィンチューブ１０を銅で形成したヒート
パイプを用いて組立てた廃熱回収用熱交換器を使用した
ところ約２カ月で貫通孔を生じヒートパイプとしての作
動を停止してしまった。

実施例 ３ 外径１９．０５ｍｍｇ、肉厚１．０ ｍ、ｍ、長さ１．
５ｍのヒートパイプの容器１となる鋼管を溶融半田（６
０重量％Ｓ ｎ −４０重量％Ｐｂ）中に浸漬して表面
に半田メッキ層１１を形成した。

次に内径２０ｍｒｔｖ７Ｊ、フィン外径４２ｍｃｌ長さ
７５ｃｒｒＬの鉛フィンチューブ１０ａと銅フインチュ
ーブ１０ｂとを前記容器１となる鋼管に半分づつ被せた
後、プラグ７で拡管させて鋼管とフィンチューブ１０ａ
、１０ｂとを固定し、次いでこの二重管構造のフィンチ
ューブを２５０℃に３０分間加熱してろう付けを行なっ
た。

次にこの内部に作動液８としてフレオン１１３を８０ｍ
１封入して第４図に示す如きヒートパイプとした。

このようにして得られだヒートパイプ１２０本を組立て
廃熱回収用熱交換器を製造し、ＳＯ２を３００ＰＰｍと
水分１０％を含む１５０℃の廃ガス（硫酸露点１２７°
Ｃ）を吸熱部２側に通し、４０゛Ｃの空気を放熱部３側
に通して廃熱回収を行なった。

この場合ヒートパイプの表面温度はほぼ８０°Ｃで硫酸
露点よりはるかに低くかったが、この状態で１年間廃熱
回収を行なっても外観は何ら変化か認められなかった。

これに対してフィンチューブｌＱａ、１０ｂを銅で形成
したヒートパイプを用いて組立てた廃熱回収用熱交換器
を使用したところ約１カ月で貫通孔を生じヒートパイプ
としての作動を停止してし１つだ。

以上説明した如く本発明に係る廃熱回収用フィン利きヒ
ートパイプによれば、ヒートパイプの容器を熱伝導性と
強度に優れた合金で形成し、該ヒートパイプの廃ガス側
に位置する吸熱部の表面およびフィンを鉛または鉛合金
で形成してヒートパイプの耐食性を持たせて長寿命化を
図ると共に、吸熱部側を二重管構造として強度をもたせ
ることによりヒートパイプの長尺化を図ることができる
など顕著な効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す廃熱回収用フィン付き
ヒートパイプの断面図、第２図は第１図のヒートパイプ
を製造する状態を示す断面図、第３図および第４図は夫
々本発明の他の実施例を示す断面図である。 １・・・・・・容器、２・・・・・・吸熱部、３・・・
・・・放熱部、４・・・・・・被覆管、５ａ、５ｂ・・
・・・・プレートフィン、６・・・・・・挿通孔、７・
・・・・・プラグ、８・・・・・・作動液、１０・・・
・・・錫メッキ層、１０，１０ａ、１０ｂ・・・・・・
フィンチューブ、１１・・・・・・半田メッキ層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ヒートパイプの容器を銅、アルミニウム、鋼あるい
   はこれらを主成分とする合金で形成した廃熱回収用フィ
   ン付きヒートパイプにおいて、前記ヒートパイプの廃ガ
   ス側に位置する吸熱部の外管をフィンをつけた鉛又は鉛
   合金で形成した複合二重管よりなることを特徴とする廃
   熱回収用フィン付きヒートパイプ。