JP7286362B2 - Header plateless heat exchanger - Google Patents
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Description
本発明は、両端部が厚み方向に膨出した偏平チューブを積層してなる熱交換器であって、そのヘッダープレートを不要とする熱交換器に関する。
BACKGROUND OF THE
下記特許文献1には、両端部の溝底高さが厚み方向に膨出した一対の溝型プレートを組み合わせて偏平チューブを形成し、各偏平チューブを膨出部で積層してコアを形成し、そのコアの外周にケーシングを被嵌し、偏平チューブ内に高温の排ガスを流通させると共に、偏平チューブの外周に冷却水を流通して、両流体間熱交換を行ったものが知られている。
即ち、図5に示す如く、偏平チューブ1の積層体によりコア3を形成し、その外周にケーシング5を被嵌すると共に、コア3の両側とケーシング5との間に排ガス7の出入口タンクを設け、コア3の長手方向の両端部に一対の冷却水パイプを設け、ケーシング5の入口2から排ガス7をコア3の各偏平チューブ1内に導く。それと共に、ケーシング5のコア3の両端から冷却水8を各偏平チューブ1の外面側に流通させ、排ガス7と冷却水8との間に熱交換を行わせたものである。
In
That is, as shown in FIG. 5, a
熱交換器の冷却水8として水道水を用いると、それに殺菌剤として、残留塩素、及び塩化物イオンが含まれている。すると、偏平チューブ1にステンレス鋼を用いても、該残留塩素の影響でステンレス鋼の自然電位が上昇し、一方、該塩化物イオンの影響でステンレス鋼の腐食電位は低減することから、特に高温域(一般的に70℃以上)においては、腐食環境(自然電位>腐食電位)に至る。
そのため、熱交換材料には特に質の高い高耐食性のステンレス材料を使用する必要があった。すると、熱交換器の価格が高価にならざるを得ない欠点があった。
そこで、本発明は係る問題点を解決することを課題とする。
When tap water is used as the
Therefore, it has been necessary to use a particularly high-quality, highly corrosion-resistant stainless steel material for the heat exchange material. Then, there was a drawback that the price of the heat exchanger was inevitably high.
Then, this invention makes it a subject to solve the problem which concerns.
請求項1に記載の本発明は、それぞれ、長手方向の両端部の溝底1aの高さが、中間部のそれより高く厚み方向に膨出された膨出部1dを有する第1の溝型プレート1bと第2の溝形プレート1cとを有し、第1の溝形プレート1bの溝底と第2の溝型プレート1cの溝底とを、互いに対向させて嵌着して偏平チューブ1が構成され、複数の偏平チューブ1を前記膨出部1dで積層してコア3が形成され、コア3の外周にケーシング5が被嵌され、コア3の各偏平チューブ1内に高温の排ガス7が流通すると共に、各偏平チューブ1の外周に冷却水8が流通するヘッダープレートレス型熱交換器において、
排ガス7の入口2側に配置され、高耐蝕性材料からなる前記偏平チューブ1の積層体からなる入口コア3aと、その入口コア3aに直列して前記排ガス7の出口側に配置され、前記高耐蝕性材料に比べて耐蝕性の低い材料からなる偏平チューブ1の積層体からなる出口コア3bとを有し、
両コア3a,3bの外周が前記ケーシング5で被嵌されており、
前記入口コア3aと出口コア3bとの境において、供給する冷却水と接触して発生する前記出口コア3bの耐食性の低い材料の自然電位が、その腐食電位より低くなる温度T1となるように構成したヘッダープレートレス型熱交換器である。
According to the first aspect of the present invention, the height of the
An
The outer circumferences of both
At the boundary between the
請求項2に記載の本発明は、請求項1に記載のヘッダープレートレス型熱交換器において、
前記入口コア3a、出口コア3bの端どうしが前記長手方向に互いに離間し、少なくとも一方側のコアの偏平チューブ1の前記膨出部1dの側壁1fが前記長手方向に延長されて延長部1eを構成し、その延長部1eが他方のコアの偏平チューブ1の端部に接合されたヘッダープレートレス型熱交換器である。
The present invention according to
The ends of the
請求項1に記載の熱交換器は、排ガス7の入口2側に配置された入口コア3aが高耐蝕性材料の偏平チューブ1の積層体からなり、その入口コア3aに直列して排ガス7の出口側に配置され出口コア3bが比較的、耐蝕性の低い材料の偏平チューブ1の積層体からなり、両コア3a,3bの外周がケーシング5に被嵌され、各偏平チューブ1内に排ガス7が流通し、各偏平チューブ1の外周に冷却水8が流通するものである。
即ち、上流側で、より高温の排ガス7が内部を流通する入口コア3aの偏平チューブ1が高耐蝕性材料で形成され、その劣化を効果的に防止し、比較的低温の排ガス7が内部を流通する出口コア3bの偏平チューブ1を低耐蝕性材料で形成したので、少ない高耐蝕材料を用いつつ全体として、耐蝕性の高い経済的なヘッダープレートレス型熱交換器を提供できる。
また、前記入口コア3aと出口コア3bとの境において、供給する冷却水と接触して発生する前記出口コア3bの耐食性の低い材料の自然電位が、その腐食電位より低くなる温度T1となるように構成したものである。
これにより、出口コア3bがその全長で腐食発生温度以下となるため、出口コア3bに廉価材の使用が可能となる効果がある。
In the heat exchanger according to
That is, on the upstream side, the
Further, at the boundary between the
As a result, the temperature of the
請求項2に記載の熱交換器は、前記入口コア3a、出口コア3bの端どうしが離間し、一方の偏平チューブ1の延長部1eが他方の偏平チューブ1の端部に接合されたものである。
このように、入口コア3aと出口コア3bとが離間することにより、互いの熱的影響を可及的に少なくすると共に、境目で排ガスを攪拌して温度を均一にし、下流側の出口コア3bの耐久性を向上できる。
In the heat exchanger according to
By separating the
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
この熱交換器は、図2に示す如く、入口コア3aとそれに連結された出口コア3bとを有し、それらがケーシング5に被嵌される。
このケーシング5は、ケーシング本体5aとその上端を被嵌する蓋材5bとからなる。 そして入口コア3a及び出口コア3bは、図1に示す如く、ケーシング5内に直列的に収納されて、その長手方向の両端部にガスタンク部9が設けられる。この例では、入口コア3a及び出口コア3bの境は、それらコアの向かい合う端どうしが長手方向に互いに離間して空間部14が設けられる。
また、入口コア3aと出口コア3bとからなるコア3の長手方向の一側には、夫々水タンク13(図1)を介して水パイプ6が突設されている。さらに、ケーシング5はその他側に入口コア3aと出口コア3bの水の流路をつなぐ水側連結部5cが設けられ、その水側連結部5cとコア3との間に水タンク13が形成されている。水側連結部5cを構成する水タンク13の位置は、空間部14の位置に整合する。
Next, an embodiment of the present invention will be described based on the drawings.
As shown in FIG. 2, this heat exchanger has an
The
A
入口コア3a,出口コア3bは、夫々偏平チューブ1の積層体からなる。
各偏平チューブ1は、図3に示す如く、第1の溝型プレート1bと第2の溝型プレート1cとの嵌着体からなる。それらは、長手方向の両端部に溝底1aの高さが中間部のそれより高く厚み方向に膨出された膨出部1dを有する。そして、それらは互いに溝底1aを対向させて嵌着したものからなる。そして、複数の偏平チューブ1を膨出部1dで積層して、入口コア3a,出口コア3bが形成される。
なお、この例では図3(A)~(C)に示す如く、偏平チューブ1の第2の溝型プレート1cの端部に延長部1eが突設され、それが互いに図3(C)の如く接続される。それにより、入口コア3a,出口コア3bは、図1に示す如く、空間部14を介して連結される。
これにより、入口コア3a及び出口コア3bの排ガス7流通側は、積層された前記延長部1eとケーシング5とのろう付接合により、ケーシング5の長手方向の中間の水タンク13を流通する冷却水を封止する構成をとっている。
The
Each
In this example, as shown in FIGS. 3(A) to 3(C), an
As a result, the
このようなヘッダープレートレス型熱交換器において、入口コア3a,出口コア3bの端部に形成されたガスタンク部9には、夫々ガスパイプ10が設けられる。そして、入口2側のガスパイプ10から排ガス7が各偏平チューブ1の内部に導かれる。
そして、排ガス7はケーシング5の入口2からガスタンク部9を介して、入口コア3aの各偏平チューブ1の内部に流入し、ついで出口コア3bの各偏平チューブ1内部を流通し、出口側のガスパイプ10に流出する。
In such a header plateless heat exchanger,
The
また、冷却水8は、水道水が一方の水パイプ6から出口コア3bの各偏平チューブ1の外周を流通して、ケーシング5の長手方向の中間の水側連結部5cを構成する水タンク13を迂回し、入口コア3aの各偏平チューブ1の外周を流通し、他方の水パイプ6より流出する。そして、排ガス7と冷却水8との間に熱交換が行われるものである。
In addition, the
入口コア3aを構成する偏平チューブ1は、高耐食性を有するステンレス鋼からなり、出口コア3bはそれに比べて耐食性の低いステンレス鋼からなる偏平チューブ1の積層体からなる。
一例として、高耐食性を有するステンレス鋼(価格は廉価ステンレス鋼に比べ高価である)として、Cr10.5%以上、C1.2%以下を含むSUS445J2、所謂スーパーステンレス等を用いることができる。耐食性の低い廉価なステンレス鋼として、SUS316L等を用いることができる。
入口コア3aは排ガス7の上流側にあり、その入口コア3aの内部に高温の排ガス7が流通する。これに対して、出口コア3bは排ガス7の下流側に位置して、排ガス7の温度が低下している。排ガス7は、上流側から下流側に流通するにつれて、熱交換されているため、排ガス7の温度が徐々に下がる。言い換えると、コア3全体の長手方向における温度分布は上流側が高くなり、下流側は低くなる。
耐食性の低い廉価ステンレス材を使用した出口コア3bの腐食発生境界の温度T1の位置は、コア3全体を廉価ステンレス材とした時の長手方向における温度分布の熱解析結果と、後述のように導出する温度T1から、把握することができる。
The
As an example of stainless steel with high corrosion resistance (which is more expensive than inexpensive stainless steel), SUS445J2 containing 10.5% or more and 1.2% or less of C, so-called super stainless steel, or the like can be used. SUS316L or the like can be used as inexpensive stainless steel with low corrosion resistance.
The
The position of the temperature T1 at the corrosion initiation boundary of the
図4は、出口コア3bを構成する耐食性の低いステンレス材料に対し、冷却水として水道水を用いた場合の温度と腐食電位及び自然電位の関係を示したものである。
水道水の残留塩素濃度に伴い、前記ステンレス材料の自然電位は上昇するが、一方、温度上昇に伴い、その自然電位は低減する。従って、例えば残留塩素濃度を1ppm(水質管理目標の最大値)と固定した場合の自然電位は、図4に示す通り、温度上昇に伴って、次第に低下する。
また、同様に、水道水中の塩化物イオン濃度に伴い、前記ステンレス材料の腐食電位は上昇するが、一方、温度上昇に伴い、その腐食電位は低減する。従って、例えば、塩化物イオン濃度200ppm(省令水質基準の最大値)と固定した場合の腐食電位は、図4に示す通り、温度上昇に伴って、次第に低下する。
以上の関係より、出口コア3bを構成する耐食性の低いステンレス材料自体の温度を、所定の水道水環境で上昇させていくと、(自然電位>腐食電位)の関係となるT1が導出される。温度T1よりも高温になると腐食が進行し、腐食発生の温度域となる。
FIG. 4 shows the relationship between temperature, corrosion potential, and self-potential when tap water is used as cooling water for a stainless steel material with low corrosion resistance forming the
The natural potential of the stainless steel material increases as the residual chlorine concentration of the tap water increases, while the natural potential decreases as the temperature rises. Therefore, for example, when the residual chlorine concentration is fixed at 1 ppm (the maximum value of the water quality control target), the natural potential gradually decreases as the temperature rises, as shown in FIG.
Similarly, the corrosion potential of the stainless steel material increases as the chloride ion concentration in the tap water increases, while the corrosion potential decreases as the temperature rises. Therefore, for example, when the chloride ion concentration is fixed at 200 ppm (the maximum value of the ordinance water quality standard), the corrosion potential gradually decreases as the temperature rises, as shown in FIG.
From the above relationship, when the temperature of the stainless steel material itself with low corrosion resistance constituting the
そこで、本発明では図1に示す如く、供給する冷却水と接触して発生する前記出口コア3bの耐食性の低い材料の自然電位が、その腐食電位より低くなる温度T1の位置を入口コア3aと出口コア3bとの境の空間部14に位置させる。
一方、入口コア3aのステンレス材料は、所定の水道水環境下で、想定される最大温度においても、(自然電位<腐食電位)の関係を維持できる高耐食性ステンレス材料を選定することとなる。
即ち、入口コア3a及び出口コア3bは、共にステンレス鋼板を用いると共に、廉価ステンレス材の腐食発生の温度域に配置される入口コア3aは、より耐食性の高い高価な素材を用いる。そして、廉価ステンレス材の腐食が生じ難い温度領域に配置される出口コア3bは入口コア3aの材料よりも廉価な素材を用いることができる。それにより、全体として熱交換器を安価に形成できるとともに、腐食の生じ難い信頼性の高い熱交換器を形成することができる。
本願発明は、排熱回収用の熱交換器として利用できる。
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 1, the position of temperature T1 at which the natural potential of the material of the
On the other hand, for the stainless steel material of the
That is, the
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a heat exchanger for exhaust heat recovery.
1 偏平チューブ
1a 溝底
1b 第1の溝型プレート
1c 第2の溝型プレート
1d 膨出部
1e 延長部
1f 側壁
2 入口
3 コア
3a 入口コア
3b 出口コア
REFERENCE SIGNS
5 ケーシング
5a ケーシング本体
5b 蓋材
5c 水側連結部
6 水パイプ
7 排ガス
8 冷却水
9 ガスタンク部
10 ガスパイプ
11 インナーフィン
12 ディンプル
13 水タンク
14 空間部
T1 温度
5 casing 5a casing
Claims (2)
排ガス(7)の入口(2)側に配置され、高耐蝕性材料からなる前記偏平チューブ(1)の積層体からなる入口コア(3a)と、その入口コア(3a)に直列して前記排ガス(7)の出口側に配置され、前記高耐蝕性材料に比べて耐蝕性の低い材料からなる偏平チューブ(1)の積層体からなる出口コア(3b)とを有し、
両コア(3a)(3b)の外周が前記ケーシング(5)で被嵌されており、
前記入口コア(3a)と出口コア(3b)との境において、供給する冷却水と接触して発生する前記出口コア(3b)の耐食性の低い材料の自然電位が、その腐食電位より低くなる温度T1となるように構成したヘッダープレートレス型熱交換器。 A first grooved plate (1b) and a first grooved plate (1b) respectively having groove bottoms (1a) at both ends in the longitudinal direction and having bulging portions (1d) bulging in the thickness direction, the height of which is higher than that of the intermediate portion. 2 groove-shaped plates (1c), wherein the groove bottom of the first groove-shaped plate (1b) and the groove bottom of the second groove-shaped plate (1c) are opposed to each other and fitted to flatten A tube (1) is constructed, a plurality of flat tubes (1) are laminated at the bulging portion (1d) to form a core (3), and a casing (5) is fitted around the outer circumference of the core (3). , in a header plateless heat exchanger in which high-temperature exhaust gas (7) circulates in each flat tube (1) of the core (3) and cooling water (8) circulates around the outer circumference of each flat tube (1) ,
An inlet core (3a) arranged on the inlet (2) side of the exhaust gas (7) and made of a laminate of the flat tubes (1) made of a highly corrosion-resistant material, and the exhaust gas in series with the inlet core (3a). an outlet core (3b) arranged on the outlet side of (7) and made of a laminate of flat tubes (1) made of a material having lower corrosion resistance than the highly corrosion-resistant material;
The outer circumferences of both cores (3a) and (3b) are covered with the casing (5),
A temperature at which the self-potential of the low corrosion-resistant material of the outlet core (3b) generated in contact with the supplied cooling water at the boundary between the inlet core (3a) and the outlet core (3b) is lower than the corrosion potential. Header plateless heat exchanger configured to be T1 .
前記入口コア(3a)、出口コア(3b)の端どうしが前記長手方向に互いに離間し、少なくとも一方側のコアの偏平チューブ(1)の前記膨出部(1d)の側壁(1f)が前記長手方向に延長されて延長部(1e)を構成し、その延長部(1e)が他方のコアの偏平チューブ(1)の端部に接合されたヘッダープレートレス型熱交換器。 The header plateless heat exchanger of claim 1, wherein
The ends of the inlet core (3a) and the outlet core (3b) are separated from each other in the longitudinal direction, and the sidewall (1f) of the bulging portion (1d) of the flat tube (1) of at least one side of the core is the A header-plateless heat exchanger that extends longitudinally to form an extension (1e) that is joined to the end of the flat tube (1) of the other core.
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