JP2008544201A - 熱交換用の被覆層付き蓄熱体 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い熱交換率をもつ、熱交換用の被覆層付き蓄熱体を提供する。
【解決手段】本発明は被覆層付きの熱交換用蓄熱体適用する。前述の蓄熱体において、少なくとも蓄熱体の一側面に、蓄熱体本体より輻射率が良い高レベル輻射材質の被覆層が塗布されること。蓄熱体の形状はハニカム状、フィン状、ボール状あるいは板状であり、内部に穴がある。蓄熱体本体は耐火材質、セラミックス材質、あるいは鋼鉄材質にて製造されている。本発明にて提供させて頂く熱交換用被覆層付きの蓄熱体は吸熱、放熱能力が優れ、蓄熱容量が大きく、熱交換性能が高いとの性能を有すると共に、省エネルギー効果もある。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明は被覆層付きの熱交換用蓄熱体適用する。前述の蓄熱体において、少なくとも蓄熱体の一側面に、蓄熱体本体より輻射率が良い高レベル輻射材質の被覆層が塗布されること。蓄熱体の形状はハニカム状、フィン状、ボール状あるいは板状であり、内部に穴がある。蓄熱体本体は耐火材質、セラミックス材質、あるいは鋼鉄材質にて製造されている。本発明にて提供させて頂く熱交換用被覆層付きの蓄熱体は吸熱、放熱能力が優れ、蓄熱容量が大きく、熱交換性能が高いとの性能を有すると共に、省エネルギー効果もある。
【選択図】 図１
Description
本発明は熱交換装置、特に熱交換用被覆層付き蓄熱体に関するものである。
冶金、機械等の工業分野、農産物加工業において、熱交換器が広く使用されている。空気やガスを加熱するのは熱交換器の主な機能である。その中、ひとつの方法は直接石炭、ガス、石油、電気を熱源とする。もうひとつの方法は、余熱を熱源とする。
まず熱源にて熱交換器の蓄熱体を熱する、その後、熱した蓄熱体を加熱したい対象の空気又はガス中に入れ、蓄熱体が空気又はガスとの熱交換により、蓄熱体の熱エネルギーが吸いあげられ、空気又はガスを加熱する目的に至る。通常、蓄熱体は一般的に耐熱材質、セラミックス材質、あるいは鋼鉄材で出来ている。
蓄熱体の吸熱、放熱能力は熱交換器の熱交換能力にとって重要な要素であり、省エネルギーにも直結している。熱交換器の熱交換効率をアップさせるため、特許CN2462326YやCN2313197Yのように、数多くの特許により熱交換器の構造に対して改善を行っている。但し、これまで高レベル輻射材質の被覆層を増加により蓄熱体の蓄熱能力を改善し、熱交換効率向上を図る熱交換器についての報道はなかった。
中国特許ＣＮ２４６２３２６Ｙ
中国特許ＣＮ２３１３１９７Ｙ
本発明は従来技術の欠点を克服し、効果が優れ且つ省エネルギーの熱交換用被覆層付き蓄熱体を提供する。
本発明にて提供される熱交換用被覆層付き蓄熱体について、少なくとも一側面に高レベル輻射材質被覆層が塗布されること。
上記高レベル輻射材質の被覆層厚みは0.02乃至3mmである。
上記高レベル輻射材質の被覆層厚みは0.02乃至3mmである。
上記高レベル輻射材質は蓄熱体本体より、吸収率、輻射率が高い。
それにより、高レベル放射性物質にはある利点がある。それはその吸収率及び放射率が、熱保持器の中心が出来ている基材より高いことである。
上記蓄熱体の形状はハニカム状、フィン状、ボール状、楕円状、板状の中、何れ一種の形状となる。
上記蓄熱体の内部に穴があり、その内部の穴の形状は円形、正方形、長方形、菱形、六角形、あるいは多辺形である。蓄熱体本体は耐熱材質、セラミックス材質又は鋼鉄材質で作られる。
上記蓄熱体の切断面形状は円形、正方形、長方形、菱形、六角形或いは多辺形である。
上記高レベル輻射材質は、耐熱材質、セラミックス材質又は鋼鉄材質等で出来た蓄熱体の領域においてあらゆる高レベル輻射遠赤外材質に適用する。
上記高レベル輻射性物質の被覆層はペースト塗布、吹き付け塗装または含浸塗布等方式にて完成させ、被覆層が塗布された後、直接でも使用できるし、また、高温にて固まってから使用しても良い。
被覆層を塗布、吹き付け塗装または含浸塗布する前に、蓄熱体本体の表面に高温粘着剤を含む前処理液を塗布することにより、高レベル輻射性物質の被覆層が蓄熱体本体との間の粘着力をより一層アップすることができる。
上記前処理液はPA80というポリアミン硬化剤又はアルカリ金属ケイ酸塩を含む水溶液である。
高レベル輻射性物質被覆層に含まれる固体成分の粒径が20〜900nmになるように超微細化処理される。それらの処理より、高レベル輻射性物質被覆層が本体との付着力を向上させる。
本発明は熱交換器の被覆層付き蓄熱体の表面に、蓄熱体本体材質より輻射率の高い高レベル輻射性物質を塗布することに適用する。本発明は熱交換器の吸熱及び放熱能力を向上させ、従来技術の熱交換器より、吸熱及び放熱が早く、蓄熱容量を増加し、熱交換温度上昇する効果がある。
同時に、熱交換器の熱交換率を上げることで省エネルギーにも効果が得られる。特に、鋼鉄を生産する高炉熱風炉の格子煉瓦及び蓄熱ボールの表面に高レベル輻射性物質層を塗布する場合、熱風炉内の温度が均等になり、蓄熱容量が著しく増加される。これにより循環空気の温度を上げることができ、炉交換周期が短縮され、ガス消費量及び空気流量が低減される。これらの消費量が低減されることにより、更なる電気を節約することができる。
また従来の風力タービンの型式を変更することができるため、コストダウンにも繋がる。尚、被覆層が蓄熱体の本体を保護する働きもある。 鉄鋼圧延蓄熱方式加熱炉の蓄熱体の表面にその高レベル輻射性物質被覆層を塗布しておけば、蓄熱箱内部の温度が大幅にアップすることができる。
[実用例1]
図１に示しているように鋼鉄生産の高炉熱風炉の蓄熱体―格子煉瓦に適用する場合。格子煉瓦内部に円形穴1があり、格子煉瓦（蓄熱体）の全ての表面及び内部穴の表面に高レベル輻射性物層2が塗布される。被覆層の厚さは0.02ｍｍ。蓄熱体本体は耐火材質であり、高レベル輻射性物層2は蓄熱体本体より遠赤外領域における輻射率が高い物質である。その高レベル輻射性被覆層おける成分の重さ割合は下記となる。Cr2O３は110、粘土は80、モンモリロナイトは90、褐色コランダムは300、炭化ケイ素は100、接着型PA80は400、水は100となる。 その中固体物質において粒径が25から700nmまでにて超微細加工され、既存の熱交換器より、本実用例の蓄熱体を使用する熱交換器の方は20%以上の省エネルギー効果が得られる。
図１に示しているように鋼鉄生産の高炉熱風炉の蓄熱体―格子煉瓦に適用する場合。格子煉瓦内部に円形穴1があり、格子煉瓦（蓄熱体）の全ての表面及び内部穴の表面に高レベル輻射性物層2が塗布される。被覆層の厚さは0.02ｍｍ。蓄熱体本体は耐火材質であり、高レベル輻射性物層2は蓄熱体本体より遠赤外領域における輻射率が高い物質である。その高レベル輻射性被覆層おける成分の重さ割合は下記となる。Cr2O３は110、粘土は80、モンモリロナイトは90、褐色コランダムは300、炭化ケイ素は100、接着型PA80は400、水は100となる。 その中固体物質において粒径が25から700nmまでにて超微細加工され、既存の熱交換器より、本実用例の蓄熱体を使用する熱交換器の方は20%以上の省エネルギー効果が得られる。
[実用例２]
上記実例1と同様であるが、以下の相違点がある：ハニカム状蓄熱体の断面は外形は長方形であり、円形穴3及び高レベル輻射性物質の被覆層4がある。（図２参照）
上記実例1と同様であるが、以下の相違点がある：ハニカム状蓄熱体の断面は外形は長方形であり、円形穴3及び高レベル輻射性物質の被覆層4がある。（図２参照）
[実用例３]
図３に示しているように、熱交換用蓄熱体がフィン状であり、蓄熱体内部に長方形の穴5がある。蓄熱体の全ての表面（内部穴の表面を含む）に高レベル輻射性物質の被覆層6が塗布される。被覆層の厚みは0.03mmである。蓄熱体本体はセラミックス材質であり、高レベル輻射性物質の被覆層6は蓄熱体本体の材質より遠赤外輻射率が高い物質である。輻射性物質の成分重さの割合は下記となる：ZrOは15、Cr2O３は8、TiO2は10、モンモリロナイトは2、Al2O３は15、カーボランダムは10、接着型PA80は30、水は10である。既存の熱交換器より、本実用例の蓄熱体を使用する熱交換器の方は10%以上の省エネルギー効果が得られる。
図３に示しているように、熱交換用蓄熱体がフィン状であり、蓄熱体内部に長方形の穴5がある。蓄熱体の全ての表面（内部穴の表面を含む）に高レベル輻射性物質の被覆層6が塗布される。被覆層の厚みは0.03mmである。蓄熱体本体はセラミックス材質であり、高レベル輻射性物質の被覆層6は蓄熱体本体の材質より遠赤外輻射率が高い物質である。輻射性物質の成分重さの割合は下記となる：ZrOは15、Cr2O３は8、TiO2は10、モンモリロナイトは2、Al2O３は15、カーボランダムは10、接着型PA80は30、水は10である。既存の熱交換器より、本実用例の蓄熱体を使用する熱交換器の方は10%以上の省エネルギー効果が得られる。
[実用例４]
図４に示しているように、熱交換用蓄熱体は板状であり、蓄熱体の表面に高レベル輻射性物質の被覆層7が塗布される。被覆層の厚さは0.1mmである。蓄熱体本体8の材質は鋼鉄であり、高レベル輻射性物質の被覆層7は蓄熱体本体の材質より遠赤外輻射率が高い物質である。高レベル輻射性物質の成分重さの割合は下記となる。Cr2O３は60、褐色コランダムは200、粘土は50、モンモリロナイトは30、カーボランダムは200、ケイ酸ナトリウムは200、水は100である。 被覆層7の外側表面は熱交換面9である。高レベル輻射性物質の被覆層を塗布する前に、蓄熱体の表面に処理液を塗布しておく。処理液は10%PA80（ケイ酸ナトリウム）を含む水溶液である。 既存の熱交換器より、本実用例の蓄熱体を使用する熱交換器の方は10%以上の省エネルギー効果が得られる。
図４に示しているように、熱交換用蓄熱体は板状であり、蓄熱体の表面に高レベル輻射性物質の被覆層7が塗布される。被覆層の厚さは0.1mmである。蓄熱体本体8の材質は鋼鉄であり、高レベル輻射性物質の被覆層7は蓄熱体本体の材質より遠赤外輻射率が高い物質である。高レベル輻射性物質の成分重さの割合は下記となる。Cr2O３は60、褐色コランダムは200、粘土は50、モンモリロナイトは30、カーボランダムは200、ケイ酸ナトリウムは200、水は100である。 被覆層7の外側表面は熱交換面9である。高レベル輻射性物質の被覆層を塗布する前に、蓄熱体の表面に処理液を塗布しておく。処理液は10%PA80（ケイ酸ナトリウム）を含む水溶液である。 既存の熱交換器より、本実用例の蓄熱体を使用する熱交換器の方は10%以上の省エネルギー効果が得られる。
[実用例５]
図５に示しているように、熱交換蓄熱体はボール状である。蓄熱体の表面に高レベル輻射性物質の被覆層11が塗布される。被覆層の厚さは2mmである。被覆層の外側表面は熱交換面１２である。蓄熱体本体10は耐火材質であり、高レベル輻射性物質の被覆層11は蓄熱体本体の材質より遠赤外輻射率が高い物質である。高レベル輻射性物質の成分重さの割合は下記となる。ZrOは5、カーボランダムは10、チタニウムは5、粘土は3、褐色コランダムは40、水酸化アルミニウムは10、燐酸は15、水は12である。既存の熱交換器より、本実用例の蓄熱体を使用する熱交換器の相対温度が摂氏15度以上上昇している。本実用例は内部に熱交換用ボール状蓄熱体を有する蓄熱方式加熱炉に適用する。
図５に示しているように、熱交換蓄熱体はボール状である。蓄熱体の表面に高レベル輻射性物質の被覆層11が塗布される。被覆層の厚さは2mmである。被覆層の外側表面は熱交換面１２である。蓄熱体本体10は耐火材質であり、高レベル輻射性物質の被覆層11は蓄熱体本体の材質より遠赤外輻射率が高い物質である。高レベル輻射性物質の成分重さの割合は下記となる。ZrOは5、カーボランダムは10、チタニウムは5、粘土は3、褐色コランダムは40、水酸化アルミニウムは10、燐酸は15、水は12である。既存の熱交換器より、本実用例の蓄熱体を使用する熱交換器の相対温度が摂氏15度以上上昇している。本実用例は内部に熱交換用ボール状蓄熱体を有する蓄熱方式加熱炉に適用する。
[実用例６]
上記実用例５と同様であるが、以下の相違点がある：熱交換蓄熱体は楕円である。（図６参照）
上記実用例５と同様であるが、以下の相違点がある：熱交換蓄熱体は楕円である。（図６参照）
[実用例７]
高炉熱風炉内部のボール状蓄熱体に適用する。ボール状蓄熱体の表面に厚み2.5mmの高レベル輻射性物質被覆層が塗布される。高レベル輻射性物質被覆層の成分重さの割合は下記となる。カーボランダムは15、褐色コランダムは2、ジルコニアは35、モンモリロナイトは2、酸化クロムは6、接着型PA80は27、水は13である。
高炉熱風炉内部のボール状蓄熱体に適用する。ボール状蓄熱体の表面に厚み2.5mmの高レベル輻射性物質被覆層が塗布される。高レベル輻射性物質被覆層の成分重さの割合は下記となる。カーボランダムは15、褐色コランダムは2、ジルコニアは35、モンモリロナイトは2、酸化クロムは6、接着型PA80は27、水は13である。
高レベル輻射性物質の被覆層を塗布する前に、蓄熱体の表面に処理液を塗布しておく。処理液は10%PA80（アルカリ金属ケイ酸塩）を含む水溶液である。
[実用例８]
図７に示しているように、セラミックス蓄熱体本体13の上表面に厚み3mmの高レベル輻射性物質の被覆層14が塗布される。被覆層の外側表面は熱交換面15である。高レベル輻射性物質の成分重さの割合は下記となる。Fe2O３は60、ジルコニアは5、ケイ酸ナトリウムは20、水は15である。高レベル輻射性物質の被覆層を塗布する前に、蓄熱体の表面に処理液を塗布しておく。処理液は8%PA80（ケイ酸ナトリウム）を含む水溶液である。
図７に示しているように、セラミックス蓄熱体本体13の上表面に厚み3mmの高レベル輻射性物質の被覆層14が塗布される。被覆層の外側表面は熱交換面15である。高レベル輻射性物質の成分重さの割合は下記となる。Fe2O３は60、ジルコニアは5、ケイ酸ナトリウムは20、水は15である。高レベル輻射性物質の被覆層を塗布する前に、蓄熱体の表面に処理液を塗布しておく。処理液は8%PA80（ケイ酸ナトリウム）を含む水溶液である。
蓄熱体の高レベル輻射性物質被覆層の材質は自由に選択、組み合わせることは可能であり、上記の実用例は技術案に対しての説明に過ぎなく、発明を制限するものではない。
1・・・内部円形穴 2・・・高レベル輻射性物質の被覆層 3・・・内部円形穴
4・・・高レベル輻射性物質の被覆層 5・・・内部長方形穴
6・・・高レベル輻射性物質の被覆層 7・・・高レベル輻射性物質の被覆層
8・・・本体 9・・・熱交換面 10・・・本体 11・・・高レベル輻射性物質の被覆層
12・・・熱交換面 13・・・本体 14・・・高レベル輻射性物質の被覆層 15・・・熱交換面
4・・・高レベル輻射性物質の被覆層 5・・・内部長方形穴
6・・・高レベル輻射性物質の被覆層 7・・・高レベル輻射性物質の被覆層
8・・・本体 9・・・熱交換面 10・・・本体 11・・・高レベル輻射性物質の被覆層
12・・・熱交換面 13・・・本体 14・・・高レベル輻射性物質の被覆層 15・・・熱交換面
Claims (9)
- 被覆層付きの熱交換用蓄熱体に適用する。特徴としては、少なくとも蓄熱体の一側面に、高レベル輻射材質の被覆層が塗布されること。
- 上記1記述した被覆層付きの熱交用蓄熱体において、特徴としては、塗布される高レベル輻射材質の被覆層の厚さは0.02〜3mm
- 上記1記述した被覆層付きの熱交用蓄熱体において、特徴としては、蓄熱体本体より高レベル輻射材質の輻射率が高い。
- 上記1記述した被覆層付きの熱交用蓄熱体において、特徴としては、蓄熱体の形状はハニカム状、フィン状、ボール状、楕円状あるいは板状である。
- 上記1記述した被覆層付きの熱交用蓄熱体において、特徴としては、内部穴がある。
- 上記5記述した被覆層付きの熱交換用蓄熱体において、特徴としては、内部穴は円形、正方形、長方形、菱形、六角形あるいは多辺形である。
- 上記1記述した被覆層付きの熱交換用蓄熱体において、特徴としては、蓄熱体の断面外形は円形、正方形、長方形、菱形、六角形あるいは多辺形である。
- 上記1記述した被覆層付きの熱交換用蓄熱体において、特徴としては、高レベル
輻射性物質の被覆層はペースト塗布、吹き付け塗装または含浸塗布される前に、蓄熱体の表面に処理液を塗布しておく。前処理液はポリアミン硬化剤PA80又はアルカリ金属ケイ酸塩を含む水溶液である。 - 上記1記述した被覆層付きの熱交換用蓄熱体において、特徴しては、蓄熱体本体は耐火材質、セラミックス材質、あるいは鋼鉄材質にて製造されること。
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