JP3572110B2 - セラミック熱交換器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、複数の流体通路をもつハニカム状のセラミック蓄熱材を備えたエアヒータ等のセラミック熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の複数の流体通路をもつハニカム状のセラミック製の蓄熱材（以下セラミック蓄熱材という）を図２及び図３に示す。このセラミック蓄熱材９は、図３に示すように仕切壁１０によって正方形の横断面をもつ複数の流体（空気）通路１１が軸方向に形成されたハニカム状の矩形断面の角柱体をなしている。
【０００３】
図４は前記セラミック蓄熱材９を用いたセラミック製エアヒータの主要部であるロータの斜視図である。ロータ１はその中心に回転軸２を有し、円筒状の外殻４の中には、複数の流体通路１１をもつ前記セラミック蓄熱材９の複数個を詰めたバスケット３の複数個が放射状に収容されている。図４（ａ）中Ａで示す部分は、図４（ｂ）に示すバスケット３が装着される部分を示す。前記ロータ１は、ロータ１まわりの対向する直径上に配置されロータ１の外殻４に接する２個のロータ側面シール６，６及び同ロータ側面シール６，６を結ぶ直径上に延在するロータ上面シール５と図示を省略したロータ下面シールによってほぼ等分された２部分に区画されており、図４（ａ）中に白抜き矢印に示すように、一方の部分には燃焼排ガス７が、他方の部分には燃焼用空気８が互いに逆方向に流れるようになっている。
【０００４】
前記ロータ１は、回転軸１まわりにゆっくりと回転し、燃焼排ガス７の熱を燃焼用空気８へ伝える。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来のセラミック製エアヒータの性能を上げるためには、セラミック蓄熱材９の伝熱性能を上げる必要がある。
【０００６】
ハニカムの等価直径ｄｅは、流体通過断面積をＡ１ とし流体通路断面のぬれぶち長さをＡ２ とすると、
ｄｅ＝４Ａ１ ／Ａ２ （１）
で表わされる。ヌセルト数をＮｕとし、流体の熱伝達率をλとすると、熱伝達率ｈは、
ｈ＝Ｎｕ・λ／ｄｅ （２）
で表わされる。ハニカムの流体通路内の流体の流れは、通常レイノルズ数Ｒｅが２０００程度で層流であるためにＮｕはレイノルズ数に対して変化しない。よって、等価直径ｄｅが小さいほど熱伝達率ｈが大きくなる。
【０００７】
図３に示される構造のハニカムでは、ハニカムの目開きをｄとすると
Ａ１ ＝ｄ２ 、Ａ２ ＝４ｄであり、
ｄｅ＝４×ｄ２ ／４ｄ＝ｄ
であるので、熱伝達率ｈはｈ＝Ｎｕ・λ／ｄとなり、セラミック蓄熱体９の伝達性能を上げるためには、ハニカムの目開きｄを小さくする必要がある。
【０００８】
一方、ハニカムの目開きｄと空隙率Ｐｏｒとの間には、仕切壁１０の板厚をｔ（図３参照）とすると、
Ｐｏｒ＝｛ｄ／（ｄ＋ｔ）｝ ２ （３）
なる関係がある。
またハニカム蓄熱材に必要な強度をもたせるためのｄとｔとの関係は、
ｔ≧０．１２ｄ （４）
となる。
前記式（３）、（４）よりｔが最小の０．１２ｄの場合でも、
となり、ハニカムの目開きｄを小さくすると空隙率が低下して圧力損失が増大すという問題点が生ずる。
【０００９】
本発明は、以上の問題点を解決することができるセラミック熱交換器を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の流体通路をもつハニカム状のセラミック製の蓄熱材を備えたセラミック熱交換器において、前記蓄熱材の流体通路内に同流体通路を横切るように、十字状に配置されハニカムの目開きの０．１２倍以上の厚さのハニカム仕切壁より薄い２枚の薄板を内蔵したことを特徴とする。
【００１１】
【作用】
本発明では、セラミック製の蓄熱材の流体通路内に同流体通路を横切るように、十字状に配置されハニカムの目開きの０．１２倍以上の厚さのハニカム仕切壁より薄い２枚の薄板を内蔵しているので、薄板を内蔵することによってもハニカムの流体通路の断面積は実質的に変わることがなく、従って、空隙率Ｐｏｒは薄板を内蔵したことによって実質的に低下することはない。一方、薄板の側面は流体通過断面のぬれぶちとなり、ハニカムのぬれぶち長さはその分だけ長くなり、前記式（１）で示される等価直径ｄｅが小さくなる。これによって、前記式（２）で示される熱伝達率ｈが大きくなる。
【００１２】
従って、本発明によれば、ハニカムの空隙率を低下させず、従って、圧力損失を増大させることなく、ハニカムの熱伝達率を向上させることができる。
【００１３】
【実施例】
本発明の一実施例を、図１によって説明する。本実施例は、図２ないし図４に示される従来のセラミック熱交換器のセラミック蓄熱材において、ハニカムの流体通路１１の対角線上に流体通路１１を横切るように同流体通路１１の軸方向（図１の紙面に直角方向）へ延び十字状に配置された２枚の薄板１３を挿入し、その両端を仕切壁１０の隅部に取付けている。
【００１４】
本実施例では、図１に示すように薄板１３を挿入しているので、薄板１３を内蔵しても流体通路１１の断面積は実質的に変化せず、従って、ハニカムの空隙率は低下せず圧力損失が増加することはない。一方、流体通過断面積Ａ１ とぬれぶち長さＡ２ は、
Ａ１ ＝１／４・ｄ２
Ａ２ ＝ｄ＋√２ｄ
となり、ハニカムの等価直径ｄｅは前記式（１）により
と減小し、図２ないし図４に示される従来のセラミック蓄熱材に比して前記式（２）で示される熱伝達率ｈが増加することになる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明は、複数の流体通路をもつハニカム状のセラミック製の蓄熱材の流体通路内に同流体通路を横切るように、十字状に配置されハニカムの目開きの０．１２倍以上の厚さのハニカム仕切壁より薄い２枚の薄板を内蔵しているので、圧力損失を増加させることなく熱伝達率を上げることができ、熱交換器をコンパクトにすると共にコストダウンを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るセラミック蓄熱材の拡大図である。
【図２】従来のセラミック熱交換器のセラミック蓄熱材の斜視図である。
【図３】前記従来のセラミック蓄熱材の拡大図である。
【図４】従来のセラミック熱交換器を示し、図４（ａ）はその斜視図、図４（ｂ）はバスケットの斜視図である。
【符号の説明】
１ ロータ
２ 回転軸
３ バスケット
４ 外殻
５ ロータ上面シール
６ ロータ側面シール
７ 燃焼排ガス
８ 燃焼用空気
９ 蓄熱材
１０ 仕切壁
１１ 流体通路
１３ 薄板
【産業上の利用分野】
本発明は、複数の流体通路をもつハニカム状のセラミック蓄熱材を備えたエアヒータ等のセラミック熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の複数の流体通路をもつハニカム状のセラミック製の蓄熱材（以下セラミック蓄熱材という）を図２及び図３に示す。このセラミック蓄熱材９は、図３に示すように仕切壁１０によって正方形の横断面をもつ複数の流体（空気）通路１１が軸方向に形成されたハニカム状の矩形断面の角柱体をなしている。
【０００３】
図４は前記セラミック蓄熱材９を用いたセラミック製エアヒータの主要部であるロータの斜視図である。ロータ１はその中心に回転軸２を有し、円筒状の外殻４の中には、複数の流体通路１１をもつ前記セラミック蓄熱材９の複数個を詰めたバスケット３の複数個が放射状に収容されている。図４（ａ）中Ａで示す部分は、図４（ｂ）に示すバスケット３が装着される部分を示す。前記ロータ１は、ロータ１まわりの対向する直径上に配置されロータ１の外殻４に接する２個のロータ側面シール６，６及び同ロータ側面シール６，６を結ぶ直径上に延在するロータ上面シール５と図示を省略したロータ下面シールによってほぼ等分された２部分に区画されており、図４（ａ）中に白抜き矢印に示すように、一方の部分には燃焼排ガス７が、他方の部分には燃焼用空気８が互いに逆方向に流れるようになっている。
【０００４】
前記ロータ１は、回転軸１まわりにゆっくりと回転し、燃焼排ガス７の熱を燃焼用空気８へ伝える。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来のセラミック製エアヒータの性能を上げるためには、セラミック蓄熱材９の伝熱性能を上げる必要がある。
【０００６】
ハニカムの等価直径ｄｅは、流体通過断面積をＡ１ とし流体通路断面のぬれぶち長さをＡ２ とすると、
ｄｅ＝４Ａ１ ／Ａ２ （１）
で表わされる。ヌセルト数をＮｕとし、流体の熱伝達率をλとすると、熱伝達率ｈは、
ｈ＝Ｎｕ・λ／ｄｅ （２）
で表わされる。ハニカムの流体通路内の流体の流れは、通常レイノルズ数Ｒｅが２０００程度で層流であるためにＮｕはレイノルズ数に対して変化しない。よって、等価直径ｄｅが小さいほど熱伝達率ｈが大きくなる。
【０００７】
図３に示される構造のハニカムでは、ハニカムの目開きをｄとすると
Ａ１ ＝ｄ２ 、Ａ２ ＝４ｄであり、
ｄｅ＝４×ｄ２ ／４ｄ＝ｄ
であるので、熱伝達率ｈはｈ＝Ｎｕ・λ／ｄとなり、セラミック蓄熱体９の伝達性能を上げるためには、ハニカムの目開きｄを小さくする必要がある。
【０００８】
一方、ハニカムの目開きｄと空隙率Ｐｏｒとの間には、仕切壁１０の板厚をｔ（図３参照）とすると、
Ｐｏｒ＝｛ｄ／（ｄ＋ｔ）｝ ２ （３）
なる関係がある。
またハニカム蓄熱材に必要な強度をもたせるためのｄとｔとの関係は、
ｔ≧０．１２ｄ （４）
となる。
前記式（３）、（４）よりｔが最小の０．１２ｄの場合でも、
【０００９】
本発明は、以上の問題点を解決することができるセラミック熱交換器を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の流体通路をもつハニカム状のセラミック製の蓄熱材を備えたセラミック熱交換器において、前記蓄熱材の流体通路内に同流体通路を横切るように、十字状に配置されハニカムの目開きの０．１２倍以上の厚さのハニカム仕切壁より薄い２枚の薄板を内蔵したことを特徴とする。
【００１１】
【作用】
本発明では、セラミック製の蓄熱材の流体通路内に同流体通路を横切るように、十字状に配置されハニカムの目開きの０．１２倍以上の厚さのハニカム仕切壁より薄い２枚の薄板を内蔵しているので、薄板を内蔵することによってもハニカムの流体通路の断面積は実質的に変わることがなく、従って、空隙率Ｐｏｒは薄板を内蔵したことによって実質的に低下することはない。一方、薄板の側面は流体通過断面のぬれぶちとなり、ハニカムのぬれぶち長さはその分だけ長くなり、前記式（１）で示される等価直径ｄｅが小さくなる。これによって、前記式（２）で示される熱伝達率ｈが大きくなる。
【００１２】
従って、本発明によれば、ハニカムの空隙率を低下させず、従って、圧力損失を増大させることなく、ハニカムの熱伝達率を向上させることができる。
【００１３】
【実施例】
本発明の一実施例を、図１によって説明する。本実施例は、図２ないし図４に示される従来のセラミック熱交換器のセラミック蓄熱材において、ハニカムの流体通路１１の対角線上に流体通路１１を横切るように同流体通路１１の軸方向（図１の紙面に直角方向）へ延び十字状に配置された２枚の薄板１３を挿入し、その両端を仕切壁１０の隅部に取付けている。
【００１４】
本実施例では、図１に示すように薄板１３を挿入しているので、薄板１３を内蔵しても流体通路１１の断面積は実質的に変化せず、従って、ハニカムの空隙率は低下せず圧力損失が増加することはない。一方、流体通過断面積Ａ１ とぬれぶち長さＡ２ は、
Ａ１ ＝１／４・ｄ２
Ａ２ ＝ｄ＋√２ｄ
となり、ハニカムの等価直径ｄｅは前記式（１）により
【００１５】
【発明の効果】
本発明は、複数の流体通路をもつハニカム状のセラミック製の蓄熱材の流体通路内に同流体通路を横切るように、十字状に配置されハニカムの目開きの０．１２倍以上の厚さのハニカム仕切壁より薄い２枚の薄板を内蔵しているので、圧力損失を増加させることなく熱伝達率を上げることができ、熱交換器をコンパクトにすると共にコストダウンを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るセラミック蓄熱材の拡大図である。
【図２】従来のセラミック熱交換器のセラミック蓄熱材の斜視図である。
【図３】前記従来のセラミック蓄熱材の拡大図である。
【図４】従来のセラミック熱交換器を示し、図４（ａ）はその斜視図、図４（ｂ）はバスケットの斜視図である。
【符号の説明】
１ ロータ
２ 回転軸
３ バスケット
４ 外殻
５ ロータ上面シール
６ ロータ側面シール
７ 燃焼排ガス
８ 燃焼用空気
９ 蓄熱材
１０ 仕切壁
１１ 流体通路
１３ 薄板
Claims (1)
- 複数の流体通路をもつハニカム状のセラミック製の蓄熱材を備えたセラミック熱交換器において、前記蓄熱材の流体通路内に同流体通路を横切るように、十字状に配置されハニカムの目開きの０．１２倍以上の厚さのハニカム仕切壁より薄い２枚の薄板を内蔵したことを特徴とするセラミック熱交換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01159295A JP3572110B2 (ja) | 1995-01-27 | 1995-01-27 | セラミック熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01159295A JP3572110B2 (ja) | 1995-01-27 | 1995-01-27 | セラミック熱交換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08200971A JPH08200971A (ja) | 1996-08-09 |
| JP3572110B2 true JP3572110B2 (ja) | 2004-09-29 |
Family
ID=11782183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01159295A Expired - Fee Related JP3572110B2 (ja) | 1995-01-27 | 1995-01-27 | セラミック熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3572110B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102652249A (zh) * | 2009-12-11 | 2012-08-29 | 日本碍子株式会社 | 热交换器 |
-
1995
- 1995-01-27 JP JP01159295A patent/JP3572110B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102652249A (zh) * | 2009-12-11 | 2012-08-29 | 日本碍子株式会社 | 热交换器 |
| US9534856B2 (en) | 2009-12-11 | 2017-01-03 | Ngk Insulators, Ltd. | Heat exchanger |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08200971A (ja) | 1996-08-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020521 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040628 |
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080702 Year of fee payment: 4 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |