(57)【要約】 【課題】構造的に製作が容易なものでありながら、熱の吸収効率は高く維持することができるようにした給水予熱装置を提供する。【解決手段】燃焼排ガスが流れる排ガス通路２に燃焼排ガス流に対して交差するフィンチューブ３を多段に設置し、フィンチューブ内にボイラ給水を流すことで燃焼排ガスから熱を回収してボイラ給水を予熱するようにしている給水予熱装置７であって、前記フィンチューブ３は、直管の外周面から周方向へ延びる熱吸収用フィン５を持つものであって、前記熱吸収用フィン５は、フィンチューブ３の一方の端部側に向けて傾斜させた傘状の熱吸収用フィンとしている。燃焼排ガスの流れ方向に隣り合うフィンチューブ３では、傘状とした熱吸収用フィン５の傾斜方向が交互となるように設置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼排ガスが流れる排ガス通路に燃焼排ガス流に対して交差するフィンチューブを多段に設置し、フィンチューブ内にボイラ給水を流すことで燃焼排ガスから熱を回収してボイラ給水を予熱するようにしている給水予熱装置であって、前記フィンチューブは、直管の外周面から周方向へ延びる熱吸収用フィンを持つものであって、前記熱吸収用フィンは、フィンチューブの一方の端部側に向けて傾斜させた傘状の熱吸収用フィンとしていることを特徴とする給水予熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載の給水予熱装置において、燃焼排ガスの流れ方向に隣り合うフィンチューブでは、傘状とした熱吸収用フィンの傾斜方向が交互となるように設置していることを特徴とする給水予熱装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の給水予熱装置において、傘状とした熱吸収用フィンの傾斜は、直管の軸に垂直な面に対して１０°から２０°傾けたものとしていることを特徴とする給水予熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直管の外側表面に周方向へ広がる熱吸収用フィンを設置することで伝熱量を増大しているフィンチューブを持った給水予熱装置に関するものである。 
【背景技術】
【０００２】
ボイラでは、ボイラ給水と燃焼排ガスの間で熱交換することによる給水予熱が広く行われている。給水予熱装置は、排ガス通路内に燃焼排ガス流とは交差する方向に延びる伝熱管を多数設置しておき、伝熱管内部にボイラ給水を通すことで、伝熱管周囲に流れる燃焼排ガスと伝熱管内を流れるボイラ給水の間で熱交換を行う。このような給水予熱装置での伝熱管は、一般的には端部同士を１８０°のＵベンド管でつなぐことで長い流路を形成しており、ボイラ給水は伝熱管による流路の一方の端部から他方の端部へ向けて、途中で何度も折り返しながら流れるようにしている。給水予熱装置内を流れるボイラ給水は燃焼排ガスの熱を吸収することで温度を上昇し、伝熱管が燃焼排ガスから吸収する熱量が多くなるほど給水の温度を上昇させることができ、ボイラの効率は向上する。
【０００３】
給水予熱装置の伝熱管は、実開平５−５２５６４号公報に記載があるように、熱吸収量を大きくするための熱吸収用フィンを付けたフィンチューブを使用し、熱吸収用フィンで熱の吸収量を増大させることが行われている。実開平５−５２５６４号公報に記載のフィンチューブでは、直管の外側表面に伝熱面積を拡大する熱吸収用フィンとして円盤状の差込フィンを多数段設置する。この熱吸収用フィンは、中心部分をバーリング加工し、開口部の周りに小幅な円筒状部分を形成しており、直管の外側表面と熱吸収用フィンの円筒状部分の間で周隅肉溶接もしくはプロジェクション溶接することで固定するようにしている。
熱吸収用フィンは直管の軸に対して垂直な方向に広がる円盤形状であり、多段に設置している熱吸収用フィンの間にできる平行な熱吸収用フィンのすき間を燃焼排ガスが通り抜け、その際に燃焼排ガスが熱吸収用フィンを加熱する。
【０００４】
このような伝熱管を排ガス通路内に多数設置する場合の配列としては、千鳥配列と碁盤目配列が知られている。千鳥配列は伝熱管列の段ごとに半ピッチずらすものであり、１段下の伝熱管の段に移るごとに伝熱管のすき間は半ピッチ横にずれるものであるため、燃焼排ガスの流れは蛇行する伝熱管間のすき間を流れる蛇行した流れとなる。燃焼排ガス流を蛇行させると、燃焼排ガスが伝熱管の伝熱面に接触する時間が長くなり、燃焼排ガス流にはより大きな乱流が発生することにより、伝熱管が回収することのできる熱量が大きくなる。そのため、千鳥配列は碁盤目配列に比べて熱交換の効率が高くなる反面、製作時には手間が掛かることになる。逆に碁盤目配列は千鳥配列に比べると製作時の手間が少なくなるが、伝熱管が直線的に並ぶと伝熱管のすき間部分も直線となるためにすき間部分を直線的に流れる燃焼排ガスが多くなってしまい、熱交換の効率が低下する問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平５−５２５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、構造的に製作が容易なものでありながら、熱の吸収効率は高く維持することができるようにした給水予熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、燃焼排ガスが流れる排ガス通路に燃焼排ガス流に対して交差するフィンチューブを多段に設置し、フィンチューブ内にボイラ給水を流すことで燃焼排ガスから熱を回収してボイラ給水を予熱するようにしている給水予熱装置であって、前記フィンチューブは、直管の外周面から周方向へ延びる熱吸収用フィンを持つものであって、前記熱吸収用フィンは、フィンチューブの一方の端部側に向けて傾斜させた傘状の熱吸収用フィンとしていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記の給水予熱装置において、燃焼排ガスの流れ方向に隣り合うフィンチューブでは、傘状とした熱吸収用フィンの傾斜方向が交互となるように設置していることを特徴とする。請求項３に記載の発明は、前記の給水予熱装置において、傘状とした熱吸収用フィンの傾斜は、直管の軸に垂直な面に対して１０°から２０°傾けたものとしていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明を実施することにより、製作の容易な碁盤目配列の給水予熱装置でありながら、熱吸収量を高いものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例における給水予熱装置の熱交換器部分を抜き出した正面図
【図２】本発明の一実施例における伝熱管の熱吸収用フィンの差し込み状況を示した一部抜き出し斜視図
【図３】本発明の一実施例における給水予熱装置のフロー図
【図４】図１の側面図
【図５】従来における給水予熱装置の熱交換器部分を抜き出した正面図
【図６】従来における伝熱管の熱吸収用フィンの差し込み状況を示した一部抜き出し斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施している給水予熱装置の熱交換器部分を抜き出した正面図、図２は発明の一実施例における伝熱管の熱吸収用フィンの差し込み状況を示した一部抜き出し斜視図、図３は本発明の一実施例における給水予熱装置のフロー図、図４は図１の側面図である。また図５と図６は比較のためのものであって、図５は従来における給水予熱装置の熱交換器部分を抜き出した正面図、図６は従来における伝熱管の熱吸収用フィンの差し込み状況を示した一部抜き出し斜視図である。
【００１２】
ボイラ１で発生した燃焼排ガスは、排ガス通路２を通して戸外へ排出するものであるが、排ガス通路２途中に給水予熱装置７を設けており、排ガスは給水予熱装置７を通した後に戸外へ排出する。給水予熱装置７は略直方体の形状をしており、給水予熱装置７の側面に排ガス入口８、上面に排ガス出口９を設けている。排ガス入口８は、給水予熱装置７の側面であるが上面に近い位置に設けており、排ガスは給水予熱装置内の上部に入る。
【００１３】
給水予熱装置内には、内部を排ガス入口８側と排ガス出口９側に分割する仕切板４を設置しておく。仕切板４は、上端側と左右の端部では給水予熱装置の排ガス流路壁面とつながり、下端側では給水予熱装置底面との間に隔たりを持ったものとしており、給水予熱装置内は仕切板４の下方以外で分断している。給水予熱装置内部は、仕切板によって２つの排ガス流路に分割した構成で、排ガス入口８側の流路は排ガス流下降流路１０、排ガス出口９側の流路は排ガス流上昇流路１１となる。排ガス流は排ガス流下降流路１０で下降し、仕切板４の下方でターンした後、排ガス流上昇流路１１で上昇流となる。そのため、排ガス入口８から給水予熱装置７内上部に入った排ガスは、給水予熱装置７内の伝熱管設置部を下向きに流れ、仕切板４の下方の空間でターンした後、そこから上方に向けて流れて排ガス出口９より排出される。
【００１４】
排ガス流下降流路１０内には水平方向に伸びるフィンチューブ３を多数設ける。フィンチューブ３の配列は碁盤目配列としており、図では４列のフィンチューブを６段設置することで２４本のフィンチューブ３を設置している。フィンチューブの端部では、左右の隣もしくは上下の隣との間を１８０°のＵベンド管１２でつなぐことで長い流路を形成している。ボイラの給水配管１３は、給水予熱装置７の手前で分岐してフィンチューブ最下段の２本に接続しており、給水配管１３から給水予熱装置７に入ったボイラ給水は、２系統に分岐してフィンチューブによる流路の一方の端部から他方の端部へ向けて、途中で何度も折り返しながら上段へと流れ、最上段の２本のフィンチューブ３から取り出してボイラ１へ供給する。
給水予熱装置７内を流れるボイラ給水は、燃焼排ガスの熱を吸収することで温度を上昇し、フィンチューブ３が燃焼排ガスから吸収する熱量が多くなるほど給水の温度を上昇させることができ、ボイラの効率は向上する。
【００１５】
フィンチューブ３は、直管表面に全周の熱吸収用フィン５を設置している。直管に熱吸収用フィン５を設置することで伝熱面積が大きくなり、熱吸収量を大きくすることができる。熱吸収用フィン５は円盤状の薄板であって熱吸収用フィン５の中心部には、熱吸収用フィン５を直管に差し込んで接合するために直管外径にあわせた穴を開口している。熱吸収用フィンの中心の穴の周りは、バーリング加工をすることによって直管の軸心に対して平行な方向へ折り曲げた円筒部を設けている。円盤状である熱吸収用フィンは、直管の表面と接続する内側の開口部から３６０°の周方向へ広がるものであるが、根本側から先端側に向けては直管の中心軸から垂直な面に対して傾斜を設けた傘型の熱吸収用フィン５とし、フィンチューブ３の一方の端部側に傾けたものとしている。熱吸収用フィン５の傾斜角度は、傾斜が小さくなりすぎると燃焼排ガスを蛇行させる作用が少なくなり、逆に傾斜が大きくなりすぎると隣り合う熱吸収用フィンの間に燃焼排ガスが入りにくくなるため、直管軸と垂直な面に対して１０°から２０°程度が適当である。
【００１６】
フィンチューブは、直管に多数枚の熱吸収用フィン５を設置したものであり、同じ直管に設置する傘型の熱吸収用フィン５では、傘部の傾斜を同じ向きとすることで熱吸収用フィン５は狭い間隔で積み重ねている。この場合、隣り合う熱吸収用フィン５の間にできるすき間も、垂直方向に対して傾斜することになる。そして熱吸収用フィン５は傘型であって同じ端部の側に傾けているものであるため、各フィンチューブ３では、熱吸収用フィン５のすき間を通ってくる燃焼排ガスの流れは上側のすき間と下側のすき間では、流れていく向きが逆となる。
【００１７】
また、熱吸収用フィン５は傘状としているため、溶接又は拡管等の方法で傘状の熱吸収用フィン５を直管に固定する際に、熱吸収用フィン５の歪等を一定方向に保つことが期待でき、熱吸収用フィンの倒れなどによるフィンピッチの乱れを防止できる。
【００１８】
熱吸収用フィン５の傾斜方向は、燃焼排ガスが流れる方向で隣り合うフィンチューブ間、つまり図では上下で隣り合うフィンチューブでは交互に逆向きになるようにする。図１では最上段のフィンチューブでは熱吸収用フィン５が向かって左側に傾斜し、上から２段目のフィンチューブでは熱吸収用フィン５は向かって右側に傾斜している。このように最下段のフィンチューブまで、熱吸収用フィン５の傾斜方向を交互にしていると、下向きに流れている燃焼排ガスは熱吸収用フィン５に沿って流れていくため、フィンチューブ３の表面に達するごとに流れ方向が入れ替わる蛇行する流れとなる。つまり図１の場合、燃焼排ガス流は最上段のフィンチューブ３の上側では右方向へ流れ、最上段フィンチューブの下側と２段目フィンチューブの上側では左方向、更にその下方である２段目フィンチューブ下側と３段目フィンチューブ上側では再び右方向というように蛇行する。
【００１９】
図５及び図６で記載している従来の給水予熱装置では、熱吸収用フィン５は平板状の平型熱吸収用フィン６であり、この場合には隣り合う平型熱吸収用フィン６の間にできるすき間は直管の軸に対して垂直であって直線状となる。この場合、平型熱吸収用フィン６に沿って流れる燃焼排ガスは、蛇行することなく直線状に流れるためフィンチューブ３が吸収することのできる熱量は少なくなっていた。
【００２０】
本発明では、フィンチューブの配置は碁盤目配列としているが、熱吸収用フィン５によって燃焼排ガスの流れが蛇行するようにしている。そして燃焼排ガス流の蛇行は熱吸収用フィンの形状によって行っているのであって、じゃま板を設置するなどの必要はない。そのため、構造的には簡素であるフィンチューブの碁盤目配列であって、コスト低減やリードタイムの短縮に繋がるものでありながら、燃焼排ガスがフィンチューブのすき間を直線的に流れることを防止することができて熱回収効率の高い高性能な給水予熱装置を製作することができる。
【００２１】
また、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。 
【符号の説明】
【００２２】
１  ボイラ 
２  排ガス通路 
３  フィンチューブ 
４  仕切板
５  熱吸収用フィン 
６  平型熱吸収用フィン 
７  給水予熱装置
８  排ガス入口
９  排ガス出口 
１０  排ガス流下降流路
１１  排ガス流上昇流路
１２  Ｕベンド管
１３  給水配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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