JP2006057988A - Heat exchanger for recovering waste heat of combustion type heat source machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、給湯や温水暖房に用いる燃焼式熱源機の排気通路に組み込み、燃焼排気に含まれる廃熱の利用を行なう廃熱回収用熱交換器に関するものである。 The present invention relates to a heat exchanger for recovering waste heat that is incorporated in an exhaust passage of a combustion heat source unit used for hot water supply or hot water heating and uses waste heat contained in combustion exhaust.
従来、この種の廃熱回収用熱交換器は、排気中の窒素酸化物が溶け込んだ酸性の結露水にさらされるため、加工性の良い銅を直接使用することはできないので、耐食性の高いステンレス鋼製の側板とプレートフィンにステンレス鋼製受熱管を貫通させ、その中に銅製通水管を挿入し、端部を銅製のU字管で接続している(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, this type of heat exchanger for waste heat recovery is exposed to acidic dew condensation water in which nitrogen oxides in the exhaust are dissolved, so copper with good workability cannot be used directly. A stainless steel heat receiving pipe is passed through a steel side plate and a plate fin, a copper water pipe is inserted therein, and ends thereof are connected by a copper U-shaped pipe (for example, see Patent Document 1).
図6は、特許文献1に記載された従来の廃熱回収用熱交換器を示すものであり、図7は主要部の断面図である。図6、7に示すように、ステンレス鋼製側板1と、ステンレス鋼製プレートフィン2と、ステンレス鋼製受熱管3と、銅製通水管4と、銅製U字管5から構成されている。
しかしながら、前記従来の構成は、1つの通水経路で廃熱を利用した熱交換を行なうという発想のもとになされたもので、1つの通水経路を構成するために、通水管の端部を多くの銅製U字管で接合する必要があり、この接合作業に時間がかかる。また、入水から出水までに多くの曲りが存在するため、熱交換器の通水抵抗が大きくなってしまい、低水圧時の流量が低下するという課題を有していた。 However, the conventional configuration was made based on the idea of performing heat exchange using waste heat in one water passage, and in order to construct one water passage, the end of the water pipe Must be joined with many copper U-shaped tubes, and this joining work takes time. In addition, since there are many bends from entry to exit, there is a problem that the flow resistance at the time of low water pressure decreases because the water flow resistance of the heat exchanger increases.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、燃焼排気の結露水に対する耐食性を高めるとともに、加工性がよく、かつ低圧損の廃熱回収用熱交換器を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a heat exchanger for recovering waste heat having high workability and low pressure loss while improving the corrosion resistance against dew condensation water of combustion exhaust.
前記従来の課題を解決するために、本発明の廃熱回収用熱交換器は、ステンレス鋼製の側板と、前記側板間に配列したステンレス鋼製のプレートフィンと、前記側板とプレートフィンに設けた開口部に貫通させて並設したステンレス鋼製の鞘管と、前記鞘管に内通させ入水口と出水口を設けた複数の銅製通水管と、前記通水管の入水口を集合させ1つの入水経路を形成する入水ヘッダーと、前記通水管の出水口を集合させ1つの出水経路を形成する出水ヘッダーとを備え、前記通水管は受熱部に対し2重管構造とし、前記入水ヘッダー、及び出水ヘッダーを介して並列の熱交換経路を形成するようにしたものである。 In order to solve the conventional problem, a heat exchanger for waste heat recovery according to the present invention is provided on a stainless steel side plate, a stainless steel plate fin arranged between the side plates, and the side plate and the plate fin. A stainless steel sheath pipe that is provided in parallel through the opening, a plurality of copper water pipes that are internally passed through the sheath pipe and provided with a water inlet and a water outlet, and a water inlet of the water pipe is assembled 1 A water inlet header that forms two water inlet paths, and a water outlet header that gathers the water outlets of the water pipes to form one water outlet path, and the water pipe has a double pipe structure with respect to the heat receiving portion. In addition, a parallel heat exchange path is formed through the water discharge header.
この構成によって、燃焼排気との接触部分である受熱部はステンレス鋼製の鞘管で構成し、その内通部に銅製の通水管を挿入して通水経路を形成した2重管構造としているため、燃焼時の通水により生じる排ガス成分を含む結露水で銅製の通水管が侵されるという事態は回避でき、かつ通水管を入水口と出水口に対して並列に接続し複数の通水経路を経由して通水する構成としたことにより、廃熱回収用熱交換器内における通水抵抗を小さくすることができ、低水圧時の流量低下という問題も軽減できる。さらに、通水管を並列に接続し入水口と出水口をそれぞれ集合させた通水経路構成とすることにより、通水管端部における接合作業を大幅に軽減することができ、通水管の配設構成も簡素化され、加工性の向上が図れるものである。 With this configuration, the heat receiving portion which is a contact portion with the combustion exhaust is constituted by a stainless steel sheath tube, and a double water pipe structure is formed in which a water passage is formed by inserting a copper water passage into the inner passage portion. Therefore, it is possible to avoid the situation where the copper water pipe is eroded by the dew condensation water containing exhaust gas components generated by the water flow during combustion, and the water pipe is connected in parallel to the water inlet and the water outlet. By adopting a configuration that allows water to pass through, the water flow resistance in the waste heat recovery heat exchanger can be reduced, and the problem of a decrease in flow rate at low water pressure can be reduced. Furthermore, by connecting the water pipes in parallel and collecting the water inlets and outlets together, it is possible to greatly reduce the joining work at the ends of the water pipes. This simplifies the process and improves the workability.
本発明の廃熱回収用熱交換器は、燃焼排気の結露水に対する耐食性を高めるとともに、低圧損の熱交換経路を実現し、かつ加工性の向上を図ることができる。 The waste heat recovery heat exchanger according to the present invention can improve the corrosion resistance against the dew condensation water of the combustion exhaust gas, realize a heat exchange path with a low pressure loss, and improve workability.
第1の発明は、ステンレス鋼製の側板と、前記側板間に配列したステンレス鋼製のプレートフィンと、前記側板とプレートフィンに設けた開口部に貫通させて並設したステンレス鋼製の鞘管と、前記鞘管に内通させ入水口と出水口を設けた複数の銅製通水管と、前記通水管の入水口を集合させ1つの入水経路を形成する入水ヘッダーと、前記通水管の出水口を集合させ1つの出水経路を形成する出水ヘッダーとを備え、前記通水管は受熱部に対し2重管構造とし、前記入水ヘッダー、及び出水ヘッダーを介して並列の熱交換経路を形成したことを特徴とするもので、燃焼排気との接触部分である受熱部はステンレス鋼製の鞘管で構成し、その内通部に銅製の通水管を挿入して通水経路を形成した2重管構造としているため、燃焼時の通水により生じる排ガス成分を含む結露水で銅製の通水管が侵されるという事態は回避でき、かつ通水管を入水口と出水口に対して並列に接続し複数の通水経路を経由して通水する構成としたことにより、廃熱回収用熱交換器内における通水抵抗を小さくすることができ、低水圧時の流量低下という問題も軽減できる。さらに、通水管を並列に接続し入水口と出水口をそれぞれ集合させた通水経路構成とすることにより、通水管端部における接合作業を大幅に軽減することができ、通水管の配設構成も簡素化され、加工性の向上が図れるものである。 A first aspect of the present invention is a stainless steel side tube, a stainless steel plate fin arranged between the side plates, and a stainless steel sheath tube arranged in parallel through an opening provided in the side plate and the plate fin. A plurality of copper water pipes that are internally passed through the sheath pipe and provided with a water inlet and a water outlet; a water inlet header that collects the water inlets of the water pipe to form one water inlet path; and a water outlet of the water pipe The water flow pipe has a double pipe structure with respect to the heat receiving part, and a parallel heat exchange path is formed through the water inlet header and the water outlet header. The heat receiving part, which is the contact part with the combustion exhaust, is composed of a stainless steel sheath pipe, and a copper pipe is inserted into the inner passage to form a water pipe. Due to the structure, it is possible to A configuration in which the water pipe made of copper is damaged by the condensed water containing exhaust gas components that are generated, and the water pipe is connected in parallel to the water inlet and outlet to allow water to flow through multiple water paths. As a result, the water flow resistance in the waste heat recovery heat exchanger can be reduced, and the problem of a decrease in flow rate at low water pressure can be reduced. Furthermore, by connecting the water pipes in parallel and collecting the water inlets and outlets together, it is possible to greatly reduce the joining work at the ends of the water pipes. This simplifies the process and improves the workability.
第2の発明は、通水管を略U字形とし、片側に入水口と出水口を設け、前記入水口、及び出水口を集合する入水ヘッダー、及び出水ヘッダーを片方に集約させることを特徴とするもので、燃焼排気の廃熱回収面積を確保しつつ通水経路の圧損を軽減することができ、かつ、ろう付け箇所を増やすことなく、熱源機へ組み込んだ際、器具の前面に入水、出水ヘッダーを配置することが可能となって、合理的な配管構成を確保することができる。 The second invention is characterized in that the water pipe is substantially U-shaped, a water inlet and a water outlet are provided on one side, and the water inlet and the water inlet header that collects the water outlet and the water outlet header are concentrated on one side. Therefore, it is possible to reduce the pressure loss of the water flow path while securing the waste heat recovery area of the combustion exhaust, and when it is installed in the heat source machine without increasing the number of brazing points, A header can be arranged, and a reasonable piping configuration can be secured.
第3の発明は、プレートフィンにバーリング加工を施した開口部を設け、該開口部にステンレス鋼製の鞘管を貫通させ、その鞘管の内通部に通水管を挿入し、前記通水管を拡管加工することで側板、プレートフィン、鞘管、通水管を一体に接合するようにしたことを特徴とするもので、ろう付けや溶接による接合手段を用いることなく、短時間で確実に接合ができるため、加工性が向上するとともに、プレートフィン、鞘管、通水管の密着が良くなり熱の伝達も効率よく行うことができる。 According to a third aspect of the present invention, the plate fin is provided with an opening that is subjected to burring, a stainless steel sheath pipe is passed through the opening, and a water pipe is inserted into the inner passage of the sheath pipe. The side plate, plate fin, sheath pipe, and water pipe are joined together by expanding the pipe, and it is possible to join reliably in a short time without using joining means by brazing or welding. Therefore, workability is improved and adhesion between the plate fin, the sheath pipe and the water pipe is improved, and heat can be transmitted efficiently.
第4の発明は、プレートフィンのバーリング高さをプレートフィンの配列間隔と略同一にし、隙間なく配列することで、通水管が受熱部に対し3重管構造となるようにしたことを特徴とするもので、鞘管の表面をプレートフィンのバーリングにより覆うことで、燃焼排気の結露水に対する耐食性を一層向上させることができる。 The fourth invention is characterized in that the burring height of the plate fins is made substantially the same as the arrangement interval of the plate fins and arranged without gaps so that the water flow pipe has a triple pipe structure with respect to the heat receiving portion. Therefore, by covering the surface of the sheath tube with the burring of the plate fin, the corrosion resistance against the dew condensation water of the combustion exhaust gas can be further improved.
第5の発明は、入水ヘッダーを複数の通水管の入水口を集合させ、複数の入水経路を形成するように配置したことを特徴とするもので、熱交換が必要な部分にだけ通水できるようになり、熱源機を部分的に燃焼させた場合でも効率よく廃熱回収ができる。 The fifth invention is characterized in that the inlet header is arranged so that the inlets of a plurality of water pipes are gathered to form a plurality of water inlet paths, and water can be passed only to a portion requiring heat exchange. Thus, even when the heat source machine is partially burned, waste heat can be efficiently recovered.
第6の発明は、出水ヘッダーを複数の通水管の出水口を集合させ、複数の出水経路を形成するように配置したことを特徴とするもので、熱交換が必要な部分にだけ通水できるようになり、熱源機を部分的に燃焼させた場合でも効率よく廃熱回収ができる。 The sixth invention is characterized in that the outlet header is arranged so that outlets of a plurality of water pipes are gathered to form a plurality of water outlet paths, and water can be passed only to a portion requiring heat exchange. Thus, even when the heat source machine is partially burned, waste heat can be efficiently recovered.
第7の発明は、ステンレス鋼として、SUS304、SUS304L、SUS316、SUS316L等のオースナイト系ステンレス鋼を用いたことを特徴とするもので、燃焼排気の結露水に接する部分の耐食性を高めるとともに、安価で汎用性を有する廃熱回収用熱交換器を提供することができる。 The seventh invention is characterized by using an austenitic stainless steel such as SUS304, SUS304L, SUS316, SUS316L, etc. as the stainless steel, which increases the corrosion resistance of the portion in contact with the dew condensation water of the combustion exhaust gas and is inexpensive. The waste heat recovery heat exchanger having versatility can be provided.
第8の発明は、入水ヘッダーの入水口と出湯ヘッダーの出水口の取り出しを逆向き方向とすることを特徴とするもので、入水ヘッダーと出湯ヘッダーに接続された複数の通水管の通水抵抗が均一になり、流れる水の量が均一になり、燃焼排気ガスの廃熱回収が効率よくできる。 The eighth invention is characterized in that the water outlet of the water inlet header and the water outlet of the hot water header are taken out in opposite directions, and the water flow resistance of a plurality of water pipes connected to the water inlet header and the hot water header. Becomes uniform, the amount of flowing water becomes uniform, and waste heat recovery of combustion exhaust gas can be efficiently performed.
第9の発明は、入水ヘッダーの入水口と出湯ヘッダーの出水口を各々の中央部に配置することを特徴するもので、入水ヘッダーと出湯ヘッダーに接続された複数の通水管の通水抵抗は中央から両サイド方向に通水抵抗が大きくなり、通水管に流れる通水量も中央から両サイドに向かって減少する。排気ガスの流れも中央から両サイドに向けて減少するため、排気ガスの流れの多い中央部の通水管への通水量が多く流れることになり、燃焼排気ガスの廃熱回収が効率よくできる。 The ninth invention is characterized in that a water inlet of a water inlet header and a water outlet of a hot water header are arranged in the center of each, and the water flow resistance of a plurality of water pipes connected to the water inlet header and the hot water header is Water flow resistance increases from the center to both sides, and the amount of water flowing through the water pipe decreases from the center toward both sides. Since the flow of the exhaust gas also decreases from the center toward both sides, a large amount of water flows to the central water flow pipe where the flow of exhaust gas is large, and the waste heat recovery of the combustion exhaust gas can be efficiently performed.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における廃熱回収用熱交換器の上面図、図2は同廃熱回収用熱交換器の主要部の断面図、図3は同廃熱回収用熱交換器を組み込んだガス給湯機の全体構成図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a top view of a heat exchanger for waste heat recovery according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the main part of the heat exchanger for waste heat recovery, and FIG. It is a whole block diagram of the gas water heater incorporating the heat exchanger for operation.
図1において、ステンレス鋼製側板6a、6bの間にはステンレス鋼製プレートフィン7が所定の間隔を有して複数枚並設されており、そのプレートフィン7の適所には側板6aと6bを貫通してステンレス綱製の鞘管8が並設できるように所定の数だけ開口が設けてある。ステンレス鋼製鞘管8は側板6a、6bから両端部がわずかに突出するよう開口部に挿入される。鞘管8の内部には鞘管8の内径よりも一回り外径が小さい銅製のU字形通水管9が挿入される。通水管9は入水側と出水側のペアとなる鞘管8に片側から挿入され、入水口及び出水口となる端部は鞘管8より外部にでる長さとしてある。
In FIG. 1, a plurality of stainless
図2に示すように、側板6a、6bとプレートフィン7の開口の周囲はバーリング加工されており、通水管9を挿入後、拡管加工することで、側板6a、6bとプレートフィン7は通水管9、鞘管8と一体に接合される。また、通水管9の入水側には銅製の入水ヘッダー10がろう付けされ、出水側には銅製の出水ヘッダー11がろう付けされる。
As shown in FIG. 2, the peripheries of the openings of the
以上のように、本実施の形態においては通水管9をU字形にし鞘管8に挿入後、拡管加工でプレートフィン7、側板6a、6bと一体に接合できるため、非常に短時間で確実に接合ができるとともに、プレートフィン7、鞘管8、通水管9の密着も良くなるため、熱の伝達も効率よく行うことができる。
As described above, in the present embodiment, since the
次に、図3を用いて廃熱回収用熱交換器12をガス給湯機に組み込んだ構成について説明する。
Next, a configuration in which the waste heat
図3において、廃熱回収用熱交換器12は主熱交換器13の上部の排気通路内に組み込まれ、バーナ14で発生した燃焼熱により主熱交換器13が加熱され、その後、主熱交換器13を通った排気は側板6a、6b間を通るよう導かれ、そこでプレートフィン7及び鞘管8を介して受熱し通水管9内の水と熱交換される。また、給水は入水ヘッダー10に接続され、この入水ヘッダー10を介して複数の通水管9に分岐して並列に流れ、主熱交換器13の入水側に接続された出水ヘッダー11で集合されて主熱交換器13に流れる。給湯が使用された場合、給水は入水ヘッダー10に入りそこから各通水管9を通過し出水ヘッダー11より出た後、主熱交換器13を通って給湯栓に出湯される。
In FIG. 3, the waste heat
以上のように、本実施の形態では、廃熱回収用熱交換器12の排気が通過する部分はすべて耐食性が高く、一般的に管材等が入手しやすいステンレス鋼のオースナイト系SUS304を使用しているため、酸性の結露水に腐食されることがない。
As described above, in this embodiment, the exhaust gas passing through the exhaust heat
なお、ステンレス鋼としてはオースナイト系SUS304の他、さらに耐食性の高いSUS304L、SUS316、SUS316L等を使用してもよい。 As stainless steel, SUS304L, SUS316, SUS316L or the like having higher corrosion resistance may be used in addition to austenitic SUS304.
また、通常、廃熱回収用熱交換器を組み込まないガス給湯機に比べると廃熱回収用熱交換器の分だけ給湯の通水抵抗が増してしまうが、本実施の形態では、入水側に入水ヘッダー10、出水側に出水ヘッダー11を設け、複数の経路で並列に廃熱回収用熱交換器12に通水することができるため、通水抵抗を小さくすることができる。
In addition, compared with a gas water heater that does not incorporate a waste heat recovery heat exchanger, the resistance to hot water flow increases by the amount of the waste heat recovery heat exchanger. Since the
さらに、本実施の形態では、通水管9をU字形にし、入水ヘッダー10と出水ヘッダー11を廃熱回収用熱交換器12の片側に配置しているため、ガス給湯機に組み込む場合、前面側にヘッダーを配置でき組み立て性がよい。
Furthermore, in the present embodiment, the
(実施の形態2)
図4は、本発明の第2の実施の形態における廃熱回収用熱交換器の主要部の断面図である。実施の形態1と異なる点はプレートフィン16のバーリング加工高さとプレートフィン16の配列間隔を略同一にし、プレートフィン16を鞘管8の露出部がないように隙間なく配置したところである。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a cross-sectional view of the main part of the heat exchanger for waste heat recovery in the second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that the burring height of the
これにより、鞘管8の表面はプレートフィン7のバーリングにより被覆された状態となるため、通水管9は受熱部に対し3重構造となり、酸性の結露水に対する耐食性を一層向上させることができる。
Thereby, since the surface of the
(実施の形態3)
図5は、本発明の第3の実施の形態における廃熱回収用熱交換器の上面図である。実施の形態1と異なる点は入水ヘッダーを2分割し、片側の入水ヘッダー17には開閉弁19を取り付けているところであり、全ての通水管に水を流すか、入水ヘッダー18に接続された通水管にのみ水を流すか選択することが可能となっているところである。
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a top view of a heat exchanger for waste heat recovery in the third embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that the incoming header is divided into two parts, and an on-off
これにより、負荷が少なくバーナーが半面以下しか燃焼していない場合には入水ヘッダー17の開閉弁19を閉とすることで、バーナーの燃焼している側にだけ水を流すことができ、バーナーの非燃焼部を流れる空気によって熱交換器内の水が冷却されることがなくなり、部分負荷時にも高い熱効率を得ることができる。
As a result, when the load is low and the burner is burning only half or less, the on / off
なお、出水ヘッダーを分割しても上記と同一の効果を得ることが可能である。 Even if the flood header is divided, the same effect as described above can be obtained.
(実施の形態4)
図8は、本発明の第4の実施の形態における廃熱回収用熱交換器の上面図である。実施の形態1と異なる点は入水ヘッダー10の入水口と出湯ヘッダー11の出水口の取り出しを逆向き方向としたところである。
(Embodiment 4)
FIG. 8 is a top view of a waste heat recovery heat exchanger according to the fourth embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that the water inlet of the
これにより、入水ヘッダー10と出湯ヘッダー11に接続された複数の通水管9の通水抵抗が均一になり、流れる水の量が均一になることで、燃焼排気ガスの廃熱回収が効率よくできる。
Thereby, the water flow resistance of the plurality of
(実施の形態5)
図9は、本発明の第5の実施の形態における廃熱回収用熱交換器の上面図である。実施の形態1と異なる点は入水ヘッダー10の入水口と出湯ヘッダー11の出水口を各々の中央部に配置したところである。
(Embodiment 5)
FIG. 9 is a top view of a waste heat recovery heat exchanger according to the fifth embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that the water inlet of the
これにより、入水ヘッダー10と出湯ヘッダー11に接続された複数の通水管9の通水抵抗は中央から両サイド方向に通水抵抗が大きくなり、通水管9に流れる通水量も中央から両サイドに向かって減少する。排気ガスの流れも中央から両サイドに向けて減少するため、排気ガスの流れの多い中央部の通水管9への通水量が多く流れることになり、燃焼排気ガスの廃熱回収が効率よくできる。
Thereby, the water flow resistance of the plurality of
以上のように、本発明にかかる燃焼式熱源機の廃熱回収用熱交換器は、製造が容易で、かつ低圧損が可能となるので、ガスや石油を燃料とする風呂給湯機や給湯暖房機等の用途にも適用できる。 As described above, the waste heat recovery heat exchanger of the combustion heat source apparatus according to the present invention is easy to manufacture and can be subjected to low pressure loss. Therefore, a bath water heater or a hot water heater that uses gas or oil as fuel. It can also be used for machine applications.
6a 側板
6b 側板
7、16 プレートフィン
8 鞘管
9 通水管
10、17、18 入水ヘッダー
11 出水ヘッダー
12 廃熱回収用熱交換器
13 主熱交換器
14 バーナ
15 ファン
19 開閉弁
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CN105066216A (en) * | 2015-08-10 | 2015-11-18 | 赵泽宇 | Water diversion and collection machine having heating function |
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- 2005-01-25 JP JP2005016465A patent/JP2006057988A/en active Pending
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