JP4613355B2 - Reactor using self heat exchange type heat exchanger - Google Patents

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Description

本発明は、自己熱交換型熱交換器を用いた反応器に関し、特にエネルギー消費を節約するための熱工学分野、及び大気や排ガス浄化を目的とする環境技術分野に適用して好適な技術に関するものである。   The present invention relates to a reactor using a self-heat exchange type heat exchanger, and more particularly to a technique suitable for application to the field of thermal engineering for saving energy consumption and the field of environmental technology for purifying air and exhaust gas. Is.

隔壁型熱交換器の性能を向上させる方法のひとつとして、伝熱体(隔壁)の面積を限られた空間容量の中でできる限り大きくする試みが多くなされている。伝熱体の形状を蛇腹型とすることはその方法のひとつとして典型的なものである。また、性能を向上する他の方法として、2つの流体の流れ方向を、伝熱面を挟んで共に同方向に向かう並流、あるいは互いに反対方向に向かう向流にそろえることも行われている。このような流れを実現するため、多管円筒式構造や、多数のプレス成形された伝熱板を重ねたプレート式構造、スパイラル形式などの熱交換器が作られている。   As one method for improving the performance of the partition heat exchanger, many attempts have been made to increase the area of the heat transfer body (partition) as much as possible in a limited space capacity. Making the shape of the heat transfer body into a bellows type is typical as one of the methods. In addition, as another method for improving the performance, the flow directions of two fluids are aligned with the parallel flow toward the same direction or the counterflows in opposite directions with the heat transfer surface interposed therebetween. In order to realize such a flow, heat exchangers such as a multi-tubular cylindrical structure, a plate structure in which a large number of press-formed heat transfer plates are stacked, and a spiral type have been made.

一方、1つの流体について上流と下流の間で熱交換を行うと、余分な熱エネルギーをあまり消費することなく、流れの一部分においてだけ温度を変化させることができ、様々な化学反応や熱処理プロセスにおける熱エネルギーロスを小さくすることができる。さらに、このような自己熱交換器と触媒あるいはバーナー燃焼を一体化したものとして、スパイラル型構造の自己熱交換器を利用した方式(文献:第39回燃焼シンポジウム、発表番号C145、平成13年11月21日〜11月23日、横浜(非特許文献1))、回転蓄熱型熱交換器を利用した方式(「燃料消費50%削減、エネルギー環境設計ガスバーナー」日経産業新聞、平成14年6月25日(非特許文献2))、流路方向を一定時間ごとに切り替える蓄熱室式熱交換器を利用した方式(特開2001−349524号公報(特許文献1)、文献:第39回燃焼シンポジウム、発表番号C144、平成13年11月21日〜11月23日、横浜(非特許文献3))などが知られている。   On the other hand, when heat is exchanged between upstream and downstream for one fluid, the temperature can be changed only in a part of the flow without consuming excessive heat energy, and in various chemical reactions and heat treatment processes. Thermal energy loss can be reduced. Further, as a system in which such a self-heat exchanger and catalyst or burner combustion are integrated, a system using a self-heat exchanger with a spiral structure (reference: 39th Combustion Symposium, presentation number C145, November 2001) 21 to November 23, Yokohama (Non-Patent Document 1)), a method using a rotary heat storage type heat exchanger ("50% reduction in fuel consumption, energy environment design gas burner", Nikkei Sangyo Shimbun, June 2002 March 25 (Non-patent Document 2)), a method using a heat storage chamber heat exchanger that switches the flow path direction at regular intervals (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-349524 (Patent Document 1), literature: 39th combustion) Symposium, presentation number C144, November 21 to November 23, 2001 (Yokohama (Non-patent Document 3)) and the like are known.

しかしながら、これら各種方式の熱交換器は、依然、熱交換面積が十分ではなく、製作も複雑であるという難点があった。また、熱交換効率やエネルギー消費の点でも改善の余地があった。   However, these various types of heat exchangers still have a problem that the heat exchange area is not sufficient and the manufacture is complicated. There was also room for improvement in terms of heat exchange efficiency and energy consumption.

特開2001−349524号公報JP 2001-349524 A 第39回燃焼シンポジウム、発表番号C145、平成13年11月21日〜11月23日、横浜The 39th Combustion Symposium, Presentation Number C145, November 21 to November 23, 2001, Yokohama 回転蓄熱型熱交換器を利用した方式(「燃料消費50%削減、エネルギー環境設計ガスバーナー」日経産業新聞、平成14年6月25日System using rotary heat storage type heat exchanger (“50% reduction in fuel consumption, energy environment design gas burner”, Nikkei Sangyo Shimbun, June 25, 2002 第39回燃焼シンポジウム、発表番号C144、平成13年11月21日〜11月23日、横浜The 39th Combustion Symposium, presentation number C144, November 21 to November 23, 2001, Yokohama

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、限られた容量の中でより大きな伝熱面積が得られ、かつ、製作が比較的容易であり、熱交換効率の飛躍的な向上をもたらすことができる自己熱交換型熱交換器を用いた反応器を提供することをその課題とする。   The present invention has been made in view of the situation of the prior art, and can provide a larger heat transfer area within a limited capacity, is relatively easy to manufacture, and has a dramatic increase in heat exchange efficiency. It is an object of the present invention to provide a reactor using a self-heat exchange type heat exchanger that can bring about an improvement.

本発明によれば、上記課題は下記の技術的手段により解決される。
(1)高温流体と低温流体を隔てるための隔壁型の伝熱体を有する熱交換器を用いた反応器において、
該熱交換器の該伝熱体が蛇腹型形状であり、両流体が主として該伝熱体の蛇腹部分の空隙部を稜線方向又は谷線方向に沿って向流するように構成されており、該伝熱体が、体透過及び微粒子捕捉が可能なフィルター機能を備えたものであり、かつ、該伝熱体の蛇腹部分の稜線と交わる端部に、流体を該伝熱体の反対側の蛇腹部分の空隙部に回り込ませるための流体回り込み空間部を設けていない自己熱換型熱交換器であることを特徴とする反応器。
(2)前記端部付近に、発熱体を設けたことを特徴とする前記(1)に記載の反応器。
(3)該熱交換器の該伝熱体の一部あるいは全表面に、発熱反応を促す触媒を担持させ、かつ、流体として該反応成分を含むものを用いることを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の反応器。
(4)フィルター機能を持つ該伝熱体がスペーサー用構造体を用いて蛇腹形に保持、形成されていることを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれかに記載の反応器。
According to the present invention, the above problem is solved by the following technical means.
(1) In a reactor using a heat exchanger having a partition type heat transfer body for separating a high temperature fluid and a low temperature fluid,
The heat transfer body of the heat exchanger has a bellows shape, and both fluids are configured to flow counterclockwise along the ridge line direction or the valley line direction mainly in the gap portion of the heat transfer body, the heat transfer body, are those having a filter function that can flow body transmission and diesel particulate, and, in the end portion intersecting the ridges of the bellows portion of the heat transfer member, opposite the the heat transfer body fluid A reactor that is a self-heat-exchange heat exchanger that is not provided with a fluid wrap-around space for wrapping around the gap portion of the bellows portion.
(2) The reactor according to (1), wherein a heating element is provided in the vicinity of the end.
(3) The above (1), wherein a catalyst that promotes an exothermic reaction is supported on a part or all of the surface of the heat transfer body of the heat exchanger, and the reaction component is used as a fluid. Or the reactor as described in (2).
(4) The reactor according to any one of (1) to (3) above, wherein the heat transfer body having a filter function is held and formed in a bellows shape using a spacer structure.

本発明によれば、限られた容量の中で熱交換面が大きくかつ製作が比較的容易で、熱交換効率が飛躍的に向上した自己熱交換型熱交換器と発熱体とからなる反応器において、伝熱体がフィルター機能を備えることにより、流体中に浮遊する微粒子を熱伝体で捕捉し、捕捉した微粒子の分解除去が可能な反応器の提供が可能となる。   According to the present invention, a reactor comprising a self-heat exchange type heat exchanger and a heating element that has a large heat exchange surface within a limited capacity, is relatively easy to manufacture, and has dramatically improved heat exchange efficiency. In this case, since the heat transfer body has a filter function, it is possible to provide a reactor in which fine particles floating in the fluid are captured by the heat transfer body and the captured fine particles can be decomposed and removed.

以下、本発明の自己熱交換型熱交換器について、好ましい参考例に基づいて説明する。   Hereinafter, the self heat exchange type heat exchanger of the present invention will be described based on preferred reference examples.

(第1参考例)
図1に第1参考例に係る熱交換器を立体透視斜視図で示す。
本参考例の熱交換器は、蛇腹型伝熱体(BF)を有する。この蛇腹型伝熱体(BF)は、高温流体1と低温流体2又は2’を隔てる隔壁が蛇腹型(ベローズ型あるいはアコーディオン型)構造となっている。蛇腹型伝熱体(BF)の蛇腹部分の稜線と交わる両端面(A及びA’)は、当該熱交換器の上下部壁とシール材(図示せず)等を介して密着させることによりシールされている。また、蛇腹部分の稜線と平行な伝熱体(BF)の両端部(a及びa’)は、当該熱交換器の両側面を構成する側壁(C、C’)と溶接あるいはシール材(図示せず)を介して密着させることによりシールされている。また、伝熱体(BF)の稜線と相対する熱交換器の前後側面(B及びB’)については、伝熱体(BF)の稜線部と容器側面(B及びB’)の間隔が蛇腹のピッチに比べて充分小さくなっており、さらに2流体の出入り口(D,D’、E,E’)が、伝熱体(BF)の稜線と相対する前後側面(B及びB’)の上下両端近くに設けられている。
(First Reference Example)
FIG. 1 shows a three-dimensional perspective view of a heat exchanger according to a first reference example.
The heat exchanger of this reference example has a bellows type heat transfer body (BF). The bellows type heat transfer body (BF) has a bellows type (bellows type or accordion type) structure with a partition wall separating the high temperature fluid 1 and the low temperature fluid 2 or 2 '. Both end surfaces (A and A ′) intersecting the ridgeline of the bellows portion of the bellows type heat transfer body (BF) are sealed by closely contacting the upper and lower walls of the heat exchanger via a sealing material (not shown). Has been. Further, both end portions (a and a ′) of the heat transfer body (BF) parallel to the ridgeline of the bellows portion are welded or sealed (FIG. 2) with the side walls (C, C ′) constituting both side surfaces of the heat exchanger. It is sealed by being brought into close contact via (not shown). Further, for the front and rear side surfaces (B and B ′) of the heat exchanger facing the ridge line of the heat transfer body (BF), the distance between the ridge line portion of the heat transfer body (BF) and the side surface of the container (B and B ′) is bellows. The two fluid outlets (D, D ′, E, E ′) are located above and below the front and rear side surfaces (B and B ′) opposite to the ridge line of the heat transfer body (BF). It is provided near both ends.

上記のような構造をとることにより、前面及び背面の入り口から入った温度の異なる2つの流体が、蛇腹型伝熱体(BF)を隔ててそれぞれの空隙部を蛇腹の稜線方向に、互いに並流(流れ1及び2)あるいは向流(1及び2’)することが実現できる。また、伝熱体を蛇腹型構造とすることにより、限られた容量の中で大きな伝熱面積が得られる。また、蛇腹型伝熱体はその製作が比較的容易であり、熱交換効率が飛躍的に向上する。   By adopting the above-described structure, two fluids having different temperatures entering from the front and rear entrances are arranged in parallel with each other in the ridgeline direction of the bellows with the bellows type heat transfer body (BF) being separated. Flow (flow 1 and 2) or counter flow (1 and 2 ') can be realized. Moreover, a large heat transfer area can be obtained in a limited capacity by making the heat transfer body a bellows type structure. In addition, the bellows type heat transfer body is relatively easy to manufacture, and the heat exchange efficiency is dramatically improved.

伝熱体(BF)の断面形状としてここでは三角波型を例示したが、これに限定されるものではなく、波型や稜線部だけ半円形になった平板型でもよい。また、伝熱体(BF)としては、箔状ステンレスを折り曲げて形づくったものや、焼成前の板状のセラミック材を蛇腹型に成形した後に焼成したものでもよい。また、外部からの圧縮力による蛇腹型伝熱体の破損や変形を防ぐ方法として、上記の箔状ステンレスや焼成前の板状セラミック表面に凹凸をつけたり、波形に加工した板をその波の稜線と垂直あるいは平行でない方向で折り曲げて蛇腹型として、隣り合う蛇腹面が互いに接するようにすればよい。   Although the triangular wave shape is exemplified here as the cross-sectional shape of the heat transfer body (BF), the shape is not limited to this, and a flat plate shape in which only the wave shape or the ridge portion is semicircular may be used. The heat transfer body (BF) may be formed by bending a foil-like stainless steel, or may be fired after forming a plate-like ceramic material before firing into a bellows shape. In addition, as a method of preventing damage and deformation of the bellows type heat transfer body due to external compressive force, the surface of the foil-like stainless steel or the plate-like ceramic before firing is made uneven, or a corrugated plate is formed on the corrugated line of the wave. It may be bent in a direction perpendicular or non-parallel to a bellows type so that adjacent bellow surfaces are in contact with each other.

図2(a)は、図1で示した構造を流体1の出入り口側から見た正面透視図である。D、Eは図1と同じ流体1の出入り口である。それぞれの裏側に流体2の出入り口D’、E’が設けられている。また、b、b’は、それぞれ正面から見た蛇腹型伝熱体(BF)の稜線及び谷線である。蛇腹型伝熱体(BF)の全体形状についても、ここで示したような直方体に限定されず、たとえば図2(b)に示すように、流体の流入出部分を扇子のように広げて、この部分の流通抵抗を小さくする形としてもよい。また、図2(c)に示すように蛇腹型伝熱体全体を扇子型としてもよい。このようにすることにより流体の流速を流れに沿って変化させることができ、より効率的な熱交換を達成できる場合もある。   FIG. 2A is a front perspective view of the structure shown in FIG. D and E are the entrances and exits of the fluid 1 as in FIG. On the back side of each, there are provided entrances and exits D ′ and E ′ for the fluid 2. Further, b and b 'are the ridge line and valley line of the bellows type heat transfer body (BF) as viewed from the front. The overall shape of the bellows type heat transfer body (BF) is not limited to the rectangular parallelepiped as shown here. For example, as shown in FIG. 2 (b), the inflow / outflow portion of the fluid is expanded like a fan, It is good also as a form which makes distribution resistance of this part small. Moreover, as shown in FIG.2 (c), the whole bellows type heat-transfer body is good also as a fan type. By doing so, the flow velocity of the fluid can be changed along the flow, and more efficient heat exchange may be achieved.

さらに、図2(c)の形状を円周方向に一周させた図3のような形態とすることもできる。この場合、稜線と平行な伝熱体(BF)の端部を互いに溶接あるいはシール材を介して密着させるなどの手段によりシールする。図3中の各記号は図1と対応した各部分を示している。D,E,D’,E’は図1と同様に、それぞれ流体1,2(2’)の出入り口であり、流体2の方向を変えることにより並流(2)にも向流(2’)にもなる。この構造では、外内筒面A、A’でのシールが必要である。ただし、このような円筒状とすることにより蛇腹の稜線と平行な両端部(図1のa及びa’)は消失する。面B及びB’については図1の場合と同じく、伝熱(BF)の稜線部と容器側面の間隔が蛇腹のピッチに比べて充分小さければよく、シールの必要はない。   Furthermore, it can also be set as a form like FIG. 3 which made the shape of FIG.2 (c) 1 round in the circumferential direction. In this case, the end portions of the heat transfer body (BF) parallel to the ridge line are sealed by means such as welding or contact with each other via a sealing material. Each symbol in FIG. 3 shows each part corresponding to FIG. D, E, D ′, and E ′ are the entrances and exits of the fluids 1 and 2 (2 ′), respectively, as in FIG. 1. By changing the direction of the fluid 2, countercurrent (2 ′) ). In this structure, sealing on the outer and inner cylindrical surfaces A and A 'is necessary. However, by adopting such a cylindrical shape, both end portions (a and a 'in FIG. 1) parallel to the ridgeline of the bellows disappear. For the surfaces B and B ', as in the case of FIG. 1, it is sufficient that the distance between the ridge line portion of the heat transfer (BF) and the side surface of the container is sufficiently smaller than the pitch of the bellows, and sealing is not necessary.

また、同じく円筒状であるが、蛇腹型伝熱体を図4に示すように配置した構造も可能である。図4中の各記号も図1と対応した各部分を示している。この場合、伝熱体(BF)は外筒Bと内筒B’に挟まれた空間内に置かれる。伝熱体(BF)の稜線と垂直な端面(A及びA’)において、それぞれの容器面と伝熱体(BF)とをシール材を介して密着させるなどの手段によりシールする。また、伝熱体(BF)の稜線と平行する両端部については、互いに完全に密着させるか溶接して、流体が伝熱体(BF)の反対面にリークしないようにシールする必要はあるが、図3の構造の場合と同様に、この部分での容器壁とのシール部は消失し、不要になる。一方、B,B’面においては、図1の場合と同様に、伝熱体(BF)の稜線と各面との距離がそれぞれの面における蛇腹のピッチより充分小さければよく、シールの必要はない。   Moreover, although it is also cylindrical, the structure which has arrange | positioned the bellows type | mold heat exchanger as shown in FIG. 4 is also possible. Each symbol in FIG. 4 also shows each part corresponding to FIG. In this case, the heat transfer body (BF) is placed in a space sandwiched between the outer cylinder B and the inner cylinder B ′. On the end faces (A and A ′) perpendicular to the ridgeline of the heat transfer body (BF), the respective container surfaces and the heat transfer body (BF) are sealed by means such as a sealant. In addition, it is necessary to seal both ends parallel to the ridge line of the heat transfer body (BF) so that the fluid does not leak to the opposite surface of the heat transfer body (BF) by being in close contact with each other or welding. As in the case of the structure of FIG. 3, the seal portion with the container wall at this portion disappears and becomes unnecessary. On the other hand, in the B and B ′ planes, as in the case of FIG. 1, the distance between the ridge line of the heat transfer body (BF) and each plane is sufficient to be sufficiently smaller than the pitch of the bellows on the respective planes. Absent.

(第2参考例)
第2参考例に係る熱交換器を図5に示す。本参考例の熱交換器は、図1の構造を持つ2流体用の隔壁型熱交換器において、蛇腹型伝熱体(BF)を挟んで互いに反対側にある一対の流体の出入り口(D、D’、E,E’)の代わりにDを入り口、D’を出口とし、さらに、伝熱体(BF)の一方の端部(A’)を密着シールするのではなく、入り口(D)から入った流体を伝熱体(BF)の反対面側に回り込ませるための流体回り込み空間部(F)を設けたことを特徴とするものである。それ以外の構成は第1参考例と同様である。
(Second reference example)
FIG. 5 shows a heat exchanger according to the second reference example. The heat exchanger of this reference example is a two-fluid partition wall heat exchanger having the structure of FIG. 1, and a pair of fluid inlet / outlet ports (D, D) on opposite sides of the bellows type heat transfer body (BF). Instead of D ′, E, E ′), D is the entrance, D ′ is the exit, and one end (A ′) of the heat transfer body (BF) is not tightly sealed, but the entrance (D) A fluid wrapping space (F) is provided to circulate the fluid that has entered from the side to the opposite side of the heat transfer body (BF). The other configuration is the same as that of the first reference example.

このような構造をとることにより、ひとつの流体がその上流と下流で蛇腹型伝熱体(BF)を挟んで互いに向流する自己熱交換型の熱交換器となる。また、同様の変形を施すことにより、図2、3、4のいずれの熱交換器についても、対応する自己熱交換器とすることができる。   By adopting such a structure, it becomes a self-heat exchange type heat exchanger in which one fluid flows counter-currently between the upstream and downstream sides of the bellows type heat transfer body (BF). Further, by applying the same modification, any of the heat exchangers shown in FIGS. 2, 3 and 4 can be a corresponding self-heat exchanger.

本参考例の熱交換器は、第1参考例の作用効果に加え、多管円筒式に代表される従来型の熱交換器構造を利用した自己熱交換器に比べて配管及び流体をシールするための構造が大幅に簡略化され、さらに蛇腹の数を増加させても全体及びシール構造が全く複雑にならない利点を持ち、熱交換効率がきわめて高い自己熱交換器を得ることができる。   In addition to the effects of the first reference example, the heat exchanger of this reference example seals piping and fluid as compared to a self-heat exchanger using a conventional heat exchanger structure represented by a multi-tube cylindrical type. Therefore, even if the number of bellows is increased, the whole structure and the sealing structure are not complicated at all, and a self-heat exchanger with extremely high heat exchange efficiency can be obtained.

図6(a)は図5の自己熱交換器の構造を正面透視図としたものである。図中bは稜線、b’は谷線(反対側の蛇腹部分の稜線に対応)を示す。
第2参考例においては、温度が極値となる流体回り込み空間部(F)は必ずしも1カ所である必要はなく、図6(b)のように、伝熱体(BF)の稜線方向の中央部に流体出入り口(D,D’)を設けることにより、入り口(D)から流入した流体が上下方向に分流し、それぞれ伝熱体(BF)の異なる端面に隣接した空間部(F,F’)で回り込んだ後、合流して出口(D’)から出るようにしてもよい。このようにすることにより、面(A)における伝熱体(BF)と容器壁との間のシールが不要になる。
FIG. 6A is a front perspective view of the structure of the self-heat exchanger of FIG. In the figure, b represents a ridge line, and b ′ represents a valley line (corresponding to the ridge line of the bellows portion on the opposite side).
In the second reference example, the fluid wrapping space portion (F) at which the temperature becomes an extreme value is not necessarily at one place, as shown in FIG. 6B, the center of the heat transfer body (BF) in the ridge line direction. By providing the fluid inlet / outlet (D, D ′) in the part, the fluid flowing in from the inlet (D) is divided in the vertical direction, and the space part (F, F ′ adjacent to the different end face of the heat transfer body (BF), respectively. ), And then merge and exit from the exit (D ′). By doing in this way, the seal | sticker between the heat exchanger (BF) in a surface (A) and a container wall becomes unnecessary.

さらに、図6(c)は、図6(b)のような中央部に出入り口を持ち流体が分流する自己熱交換器について、蛇腹型伝熱体(BF)を稜線方向に沿って細長い直方体の全体形状とし、さらに円環状にして、稜線と交わる伝熱体(BF)の両端部が同じ流体回り込み空間部(F)を共有する形としたものである。この変形例では、温度が極値となる空間部(F)を一カ所にしつつ、蛇腹部分の端面におけるシールが不要になる利点がある。   Further, FIG. 6 (c) shows a bellows type heat transfer body (BF) having a rectangular parallelepiped shape along the ridgeline direction, with respect to a self-heat exchanger having an inlet / outlet at the center as shown in FIG. The entire shape is formed into an annular shape, and both ends of the heat transfer body (BF) intersecting with the ridge line share the same fluid wraparound space (F). In this modified example, there is an advantage that the seal at the end face of the bellows portion is not required while the space portion (F) where the temperature is an extreme value is provided in one place.

(第3参考例)
以下図5に示す構造の自己熱交換器をベースとした反応器について説明する。
図7に示す反応器は、図5に示す自己熱交換器をベースとし、流体回り込み空間部(F)に発熱体(ヒータ)あるいは吸熱体(G)を組み込んだ、自己熱交換器と一体化した反応器である。このような構造の反応器では、温度の低い(高い)流入流体と、最高(最低)温度となる空間部(F)を経て加熱(冷却)された流出流体との間で伝熱することにより、空間部(F)でかなりの高温(低温)になっても、入り口(D)に対する出口(D’)での温度はそれほど高く(低く)ならない(例えばD,F,D’における温度がそれぞれ20℃、700℃、90℃)。このような構造のものは、流体を熱反応させるため加熱する必要はあるが再び取り出すときの温度はなるべく変化させたくないとき、加熱のためのエネルギー(電力)を小さくできる反応器として利用できる。従って、化学反応装置全般への応用が期待できる。
(Third reference example)
Hereinafter, a reactor based on a self-heat exchanger having the structure shown in FIG. 5 will be described.
The reactor shown in FIG. 7 is based on the self-heat exchanger shown in FIG. 5, and is integrated with the self-heat exchanger in which a heating element (heater) or a heat-absorbing element (G) is incorporated in the fluid wrapping space (F). Reactor. In the reactor having such a structure, heat is transferred between an inflowing fluid having a low temperature (high) and an outflowing fluid heated (cooled) through a space portion (F) having a maximum (minimum) temperature. The temperature at the outlet (D ′) with respect to the inlet (D) does not become so high (low) even when the space (F) becomes considerably high (low) (for example, the temperatures at D, F, and D ′ are respectively 20 ° C., 700 ° C., 90 ° C.). The structure having such a structure can be used as a reactor that can reduce the energy (electric power) for heating when it is necessary to heat the fluid to cause a thermal reaction but it is not desired to change the temperature when the fluid is taken out again. Therefore, application to chemical reaction equipment in general can be expected.

<第3参考例の性能の理論的見積もり>
図7に示す第3参考例の自己熱交換型反応器の性能を概略的に見積もる。該伝熱体(BF)の蛇腹形の稜線部(あるいは谷部)の折り曲げ形状が半円形となっており各伝熱面が互いに平行であるとすると、この場合の熱伝導は平行平板を挟んだ異なる流体間での熱伝導とみなすことができる。蛇腹面の総面積がA(m)、この伝熱面を挟んだ高温流体から低温流体への熱通過率がK(W/m・K)、隣合う蛇腹面の面間隔がd(m)であるとする。面間隔d=10−3(=1mm)程度の場合、この反応器内での流体の流速が1m/sオーダーにおける流れは層流となることが予想される。平行平板間を流れる層流では、壁面と高温、低温各流体との間の熱通過率h(W/m・K)は、熱流束一定という条件(向流の自己熱交換形反応器はこの条件で近似できる)の下では、
h=140/17×λ/D
で与えられる。ここで、係数140/17は通常Nusselt数と呼ばれる無次元数であり、与えられた条件では解析的に決められる値である。λは流体の熱伝導率(W/m・K)、Dは代表長さと呼ばれる寸法で、平行平板の場合は
D=2d
である。また、
K=1/2h
となる。これらの式をまとめると、結局
K=35/17×λ/d
となる。さて図7において、発熱体を使用する場合を仮定し、その発熱量を仮にQ(W)、流体の熱容量流量(温度依存性がないものとする)をμC(J/K・s)とし、熱交換体は理想的に断熱されて排熱以外の放熱は全くないものとすると、流体の入口温度Tと出口温度Tの関係は、
−T=Q/(μC
となる。ただし、ここでμは流体の質量流量(kg/s)を、Cは流体の定圧比熱(J/kg・K)を表す。また、流体回り込み部(F)に流入する流体温度Triと流体回り込み部(F)から流出する流体温度Troの間にも
ro−Tri=Q/(μC
が成り立つ。ここで、どれだけの割合の熱が高温側流体から低温側流体に移動されたかを意味する熱交換率φを、
φ=(Tro−T)/(Tro−T
と定義すると、
φ=(Tro−T)/(Tro−T+T−T)=(Tro−T)/(Tro−T+Q/(μC))
となり、さらに、
μC(Tro−T)=KA(T−T)=35/17×λ/d・A・Q/(μC
より、
φ=(35/17×λ/d・A)/(μC+(35/17×λ/d・A))・・・・・(1)
となる。
<Theoretical estimation of the performance of the third reference example>
The performance of the self-heat exchange reactor of the third reference example shown in FIG. 7 is roughly estimated. If the bent shape of the bellows-shaped ridgeline (or valley) of the heat transfer body (BF) is semicircular and the heat transfer surfaces are parallel to each other, the heat conduction in this case sandwiches the parallel plates. It can be regarded as heat conduction between different fluids. The total area of the bellows surface is A (m 2 ), the heat transfer rate from the high-temperature fluid to the low-temperature fluid across this heat transfer surface is K (W / m 2 · K), and the distance between adjacent bellows surfaces is d ( m). When the inter-surface distance is d = 10 −3 (= 1 mm), it is expected that the flow in the reactor at a flow velocity of the order of 1 m / s is a laminar flow. In the laminar flow flowing between parallel plates, the heat transfer rate h (W / m 2 · K) between the wall surface and each of the high-temperature and low-temperature fluids is such that the heat flux is constant (the countercurrent self-heat exchange reactor is Under this condition)
h = 140/17 × λ / D
Given in. Here, the coefficient 140/17 is a dimensionless number generally called a Nusselt number, and is a value analytically determined under given conditions. λ is the thermal conductivity of the fluid (W / m · K), D is a dimension called the representative length, and D = 2d for a parallel plate
It is. Also,
K = 1 / 2h
It becomes. Summing up these equations, K = 35/17 × λ / d
It becomes. In FIG. 7, assuming that a heating element is used, the heat generation amount is assumed to be Q (W), and the heat capacity flow rate of the fluid (assuming no temperature dependency) is μC p (J / K · s). When the heat exchanger is ideally radiator other than waste heat is insulated shall no relationship inlet temperature T i and the outlet temperature T o of the fluid,
T o -T i = Q / ( μC p)
It becomes. Here, μ represents the mass flow rate (kg / s) of the fluid, and C p represents the constant pressure specific heat (J / kg · K) of the fluid. Also, between the fluid temperature T ri flowing into the fluid wraparound portion (F) and the fluid temperature Tro flowing out from the fluid wraparound portion (F), Tro −T ri = Q / (μC p )
Holds. Here, the heat exchange rate φ, which means how much heat is transferred from the high temperature side fluid to the low temperature side fluid,
φ = (T ro -T o) / (T ro -T i)
Defined as
φ = (T ro -T o) / (T ro -T o + T o -T i) = (T ro -T o) / (T ro -T o + Q / (μC p))
And then
μC p ( Tro− T o ) = KA (T o −T i ) = 35/17 × λ / d · A · Q / (μC p )
Than,
φ = (35/17 × λ / d · A) / (μC p + (35/17 × λ / d · A)) (1)
It becomes.

(1)式を用いて、長さ1600mm、幅200mm(すなわちA=0.32m)の長方形薄板を40mm間隔ごとに40面に折り曲げ、隣り合う面間隔を1mm(=d)とした蛇腹型伝熱体(BF)について、流入流体として20℃空気(密度ρ=1.166kg/m、定圧比熱C=1005J/kg・K)、熱交換器の作動条件が20℃付近でλ(=0.0257W/m・K)が一定と仮定した場合の、空気流速v(L/s)と熱交換率φの関係を求めた結果を表1に示す。なお、この場合μは、
μ=ρv×10−3・・・・・・(2)
として算出した。
Using the formula (1), a rectangular thin plate having a length of 1600 mm and a width of 200 mm (that is, A = 0.32 m 2 ) is bent into 40 planes at intervals of 40 mm, and the interval between adjacent planes is 1 mm (= d). For the heat transfer body (BF), 20 ° C. air (density ρ = 1.166 kg / m 3 , constant pressure specific heat C p = 1005 J / kg · K) as the inflow fluid, and λ ( Table 1 shows the results of obtaining the relationship between the air flow velocity v (L / s) and the heat exchange rate φ, assuming that = 0.0257 W / m · K) is constant. In this case, μ is
μ = ρv × 10 −3 (2)
Calculated as

蛇腹形に成形したこの熱交換体の体積Vは、約0.32Lに過ぎない。従ってv=1L/sのときの空間速度は3600v/V=11250h−1となる。このような高い空間速度においても、計算の際に仮定したように伝熱体(BF)を完全に平行平板型に折り曲げることができれば、熱交換率93.5%というきわめて高い性能を発揮することが予想される。同様にさらに高空間速度のv=2L/s(SV=22500h−1)、3L/s(SV=33750h−1)でも、それぞれ87.8%、82.8%という高い熱交換率が得られる。 The volume V of the heat exchanger formed into a bellows shape is only about 0.32L. Therefore, the space velocity when v = 1 L / s is 3600 v / V = 111250 h −1 . Even at such high space velocities, if the heat transfer body (BF) can be bent completely into a parallel plate as assumed in the calculation, the heat exchange rate of 93.5% will be extremely high. Is expected. Similarly, even at higher space velocities of v = 2 L / s (SV = 22,500 h −1 ) and 3 L / s (SV = 33750 h −1 ), high heat exchange rates of 87.8% and 82.8% can be obtained, respectively. .

<第3参考例の性能検証実験>
次に、上記の計算例と同寸法の反応器を試作(1号器)して性能を調べた結果を表2に示す。伝熱体材料としては厚さ0.03mmのステンレス箔を用いた。また、発熱体として流体回り込み部(F)にカンタル線を設け、通電により約50W発熱させた。v=1, 2, 3L/sにてそれぞれ78, 69, 68%の熱交換性能が得られた。
<Performance verification experiment of the third reference example>
Next, Table 2 shows the results of a trial manufacture (No. 1 reactor) having the same dimensions as those in the above calculation example and examining the performance. A stainless steel foil having a thickness of 0.03 mm was used as the heat transfer material. In addition, a Kanthal wire was provided in the fluid wrapping part (F) as a heating element, and about 50 W was generated by energization. Heat exchange performances of 78, 69, and 68% were obtained at v = 1, 2, 3 L / s, respectively.

(第4参考例)
図8に第4参考例に係る反応器を示す。この反応器は、図7で説明した反応器における加熱を流体内に含まれる反応成分の触媒反応で行うものである。この反応器は、図5の構造を持つ自己熱交換器において、伝熱体(BF)の全表面、あるいは流体が回り込む端面に近い表面に触媒(H)を担持させ、自己熱交換器と一体化した触媒反応器である。この反応器では、熱交換率の高い蛇腹型伝熱面を持つ自己熱交換構造とモノリス型触媒担体構造を一体化させることにより、図7の場合と同様に、反応流体の温度を結果的にそれほど上昇させることなく反応器内部で触媒反応に十分な温度が得られ(例えばD,F,D’における温度がそれぞれ20℃、300℃、50℃)、高効率で省エネルギー的な反応を実現することができる。
(4th reference example)
FIG. 8 shows a reactor according to the fourth reference example. In this reactor, heating in the reactor described with reference to FIG. 7 is performed by a catalytic reaction of reaction components contained in the fluid. This reactor is a self-heat exchanger having the structure shown in FIG. 5, and the catalyst (H) is supported on the entire surface of the heat transfer body (BF) or the surface close to the end surface into which the fluid flows, and is integrated with the self-heat exchanger. It is a catalyzed reactor. In this reactor, the self-heat exchange structure having a bellows type heat transfer surface having a high heat exchange rate and the monolithic catalyst support structure are integrated, and as a result, the temperature of the reaction fluid is changed as in the case of FIG. A sufficient temperature for the catalytic reaction can be obtained inside the reactor without increasing so much (for example, the temperatures at D, F, and D ′ are 20 ° C., 300 ° C., and 50 ° C., respectively), realizing a highly efficient and energy-saving reaction. be able to.

<第4参考例の性能検証実験>
第4参考例の自己熱交換型触媒反応器の性能を実際に検証するため、伝熱体として厚さ0.03mm、幅200mm、長さ2720mmのステンレス箔を長手方向に対して直角に40mm間隔で計68面に折り曲げ、全体形状として約40×40×200mmの、図5に示すような直方体の蛇腹形伝熱体を作製した。この時の折り曲げられた伝熱体の隣り合う面間隔は約0.59mmであった。さらに、この伝熱体の流体が回り込む側の端面から流体出入口方向へ幅約40mmの範囲にアルミナ担持白金触媒をコーティングした後、厚さ0.6mmのステンレス板製の直方体容器に収めた。この容器には図5のD、D’に相当する出入り口を設け、低濃度の揮発性有機成分(VOC)を含む空気を流通させた。この試作2号器について、各VOCの除去性能と熱交換性能結果を表3に示す。室温空気に含まれる濃度0.3%以下のこれらVOCを、着火の際を除き外部からの補助的な熱を加えることなく、それ自身の酸化によって生ずる熱だけで、すなわち自己酸化的に90%以上分解し続けることができた。トルエンに関しては、流量1.1L/s(SV=12400h−1)という比較的高空間速度でも、濃度約0.1%のトルエンを約94%の除去率でCOとHOに完全分解した。
<Performance verification experiment of the fourth reference example>
In order to actually verify the performance of the self-heat exchange type catalytic reactor of the fourth reference example, a stainless steel foil having a thickness of 0.03 mm, a width of 200 mm, and a length of 2720 mm is used as a heat transfer body at a distance of 40 mm perpendicular to the longitudinal direction. Were bent into a total of 68 surfaces, and a rectangular parallelepiped-shaped heat transfer body having a total shape of about 40 × 40 × 200 mm as shown in FIG. 5 was produced. At this time, the distance between adjacent surfaces of the folded heat transfer body was about 0.59 mm. Furthermore, after coating the alumina-supported platinum catalyst in a range of about 40 mm in width from the end surface on the side where the fluid of the heat transfer body wraps around in the direction of the fluid inlet / outlet, it was stored in a rectangular parallelepiped container made of stainless steel having a thickness of 0.6 mm. This container was provided with doorways corresponding to D and D ′ in FIG. 5, and air containing a low concentration volatile organic component (VOC) was circulated. Table 3 shows the removal performance and heat exchange performance results of each VOC for this prototype No. 2 device. These VOCs having a concentration of 0.3% or less contained in air at room temperature can be converted into 90% by self-oxidation, ie, self-oxidation, without applying auxiliary heat from outside except during ignition. It was possible to continue to decompose. Regarding toluene, even at a relatively high space velocity of 1.1 L / s (SV = 12400 h -1 ), toluene with a concentration of about 0.1% is completely decomposed into CO 2 and H 2 O with a removal rate of about 94%. did.

塗装工場などでは、トルエン、キシレンなどの揮発性有機成分(いわゆるVOC、volatile organic compounds)による空気汚染が問題になっている。ところが、本反応器を用いれば、例えばトルエンを0.1%含む空気を付加的な加熱エネルギーを要することなく、白金触媒などの酸化触媒を用いることにより、トルエンの触媒燃焼で生じた熱のみを利用することにより反応温度を維持して酸化分解することができる。すなわち、本反応器は、空気中の低濃度揮発性有機汚染物質を処理する装置などへの応用が期待できる。   In paint factories and the like, air pollution due to volatile organic components (so-called VOC, volatile organic compounds) such as toluene and xylene has become a problem. However, if this reactor is used, for example, air containing 0.1% of toluene does not require additional heating energy, and by using an oxidation catalyst such as a platinum catalyst, only the heat generated by catalytic combustion of toluene can be obtained. By utilizing it, it is possible to oxidatively decompose while maintaining the reaction temperature. That is, this reactor can be expected to be applied to an apparatus for treating low concentration volatile organic pollutants in the air.

(第5参考例)
図9に第5参考例に係る反応器を示す。この反応器は、図5の構造の自己熱交換器において、伝熱体(BF)に蓄熱性を持たせ、さらに伝熱体(BF)の全表面、あるいは流体の入出口に近い側の領域表面に、流体に含まれる反応成分を反応させる触媒(H)を担持させるとともに、伝熱体(BF)の全表面、あるいは流体が回り込む伝熱体(BF)の端面側に近い領域表面に、反応成分を低温で吸着し高温で脱離させる吸着剤(I)を担持させた構造となっている。
(5th reference example)
FIG. 9 shows a reactor according to the fifth reference example. In this reactor, in the self-heat exchanger having the structure of FIG. 5, the heat transfer body (BF) has heat storage properties, and further, the entire surface of the heat transfer body (BF) or a region near the fluid inlet / outlet. On the surface, the catalyst (H) for reacting the reaction components contained in the fluid is supported, and the entire surface of the heat transfer body (BF) or the surface of the region close to the end face side of the heat transfer body (BF) into which the fluid wraps, The adsorbent (I) that adsorbs reaction components at a low temperature and desorbs them at a high temperature is supported.

本反応器によれば、流体温度がしだいに上昇する過渡的な反応条件において、温度が低いうちは、吸着剤(I)に反応成分を吸着させることにより捕捉しておく。流体温度が上昇するにつれ、伝熱体(BF)の入出口に近い部分から加熱されるが、流体が回り込む側部分の加熱は伝熱体(BF)の蓄熱性により、これよりかなり遅れる。このため、加熱が伝熱体(BF)全体に行き渡って、いったん吸着した反応成分が脱離する頃には、流体出口付近の温度はさらに高くなって触媒反応が起こる条件が達成されているので、反応成分が高効率で分解され、排出側に出ることがない。このような構造の反応器は、エンジン始動時に出やすく、また、排ガス温度が低いために従来の触媒コンバータでは処理しにくい、エンジン始動時に排出される炭化水素を処理するための自動車排ガスコンバータとして好適である。   According to this reactor, under transient reaction conditions in which the fluid temperature gradually increases, while the temperature is low, the adsorbent (I) is captured by adsorbing the reaction components. As the fluid temperature rises, it is heated from the portion near the inlet / outlet of the heat transfer body (BF), but the heating of the side portion where the fluid wraps around is considerably delayed due to the heat storage property of the heat transfer body (BF). For this reason, when the heating reaches the entire heat transfer body (BF) and the adsorbed reaction components are desorbed, the temperature near the fluid outlet is further increased, and the conditions under which the catalytic reaction occurs are achieved. The reaction components are decomposed with high efficiency and do not come out to the discharge side. The reactor having such a structure is suitable as an automobile exhaust gas converter for treating hydrocarbons discharged at the start of the engine, which is easy to come out at the start of the engine and is difficult to process with a conventional catalytic converter due to a low exhaust gas temperature. It is.

(第6参考例)
図10に第6参考例に係る反応器を示す。この反応器は、図7の構造の発熱体(G)を備えた自己熱交換器と一体化した反応器において、微粒子を捕捉できるフィルター(J)を、流体が回り込む伝熱体(BF)の端面に密着させた構造となっている。
(Sixth reference example)
FIG. 10 shows a reactor according to the sixth reference example. This reactor is a reactor integrated with a self-heat exchanger having a heating element (G) having the structure shown in FIG. 7, and a filter (J) capable of trapping fine particles is connected to a heat transfer element (BF) through which fluid flows. The structure is in close contact with the end face.

本反応器によれば、温度が最も高くなる空間部(F)にフィルター(J)を配置することにより、高温にすると分解できる炭素や高沸点有機成分からなる微粒子などを、流体の入出口温度をそれほど上昇させず熱エネルギーをそれほどかけなくても処理できる自己再生型フィルタートラップとなる。ディーゼルエンジン排ガス中の粒子状物質(PM)、とりわけその中の固体炭素分(すす)は600℃以上にならないと速やかに酸化除去できない。従来では、排ガス温度を間欠的にここまで上昇させてフィルターに捕捉された(PM)を酸化し、フィルター再生する技術があったが、これに必要なエネルギー(燃料)がかなりのものとなっていた。ところが、本反応器によれば、それほどエネルギーをかけることなく、PM酸化が速やかに起こる温度を得ることができる利点がある。本反応器では、フィルター(J)に、MoやVなどを含むPM酸化用触媒を担持しておけば、到達すべき温度を500℃や400℃などへと下げることも可能であり、エネルギー損失をさらに小さくすることも可能である。本反応器は、自己再生型のディーゼルパーティキュレートフィルターとしての応用が可能である。   According to this reactor, by arranging the filter (J) in the space (F) where the temperature becomes highest, the fine particles composed of carbon or high-boiling organic components that can be decomposed at a high temperature, etc. It becomes a self-regenerating filter trap that can be processed without increasing the heat so much and without applying much thermal energy. Particulate matter (PM) in diesel engine exhaust gas, especially solid carbon content (soot) in the diesel engine exhaust gas, cannot be oxidized and removed promptly unless the temperature is 600 ° C. or higher. Conventionally, there has been a technology for intermittently raising the exhaust gas temperature so far to oxidize (PM) trapped in the filter and regenerate the filter, but the energy (fuel) required for this is considerable. It was. However, according to this reactor, there is an advantage that a temperature at which PM oxidation occurs promptly can be obtained without applying much energy. In this reactor, if a PM oxidation catalyst containing Mo, V, etc. is supported on the filter (J), the temperature to be reached can be lowered to 500 ° C or 400 ° C, resulting in energy loss. Can be further reduced. This reactor can be applied as a self-regenerating diesel particulate filter.

(第7参考例)
図11に第7参考例に係る反応器を示す。この反応器は、図10で説明した自己再生型フィルタートラップにおいて、発熱体(G)を設ける代わりに、その加熱を触媒反応で行う構造となっている。すなわち、本反応器は、伝熱体(BF)の流体が回り込む側の端面に、微粒子を補足、除去するためのフィルター(J)を設けている。
(Seventh reference example)
FIG. 11 shows a reactor according to the seventh reference example. This reactor has a structure in which, in the self-regenerating filter trap described with reference to FIG. 10, heating is performed by a catalytic reaction instead of providing the heating element (G). That is, this reactor is provided with a filter (J) for capturing and removing fine particles on the end face of the heat transfer body (BF) on the side where the fluid flows.

本反応器によれば、流体に触媒反応成分を必要なだけ添加することにより、フィルター(J)における温度を必要なまでに高めることができる。本反応器は、図10の場合と同じく、ディーゼルエンジン排ガス中のPMを処理する自己再生型フィルタートラップとして使用できる。加熱を燃料の触媒酸化で行うことにより、発熱体を介するよりも熱エネルギー利用効率が高いので、より実用的なものである。本反応器も、自己再生型のディーゼルパーティキュレートフィルターとしての応用が可能である。   According to this reactor, the temperature in the filter (J) can be increased to a necessary level by adding as much catalytic reaction components as necessary to the fluid. As in the case of FIG. 10, this reactor can be used as a self-regenerating filter trap for treating PM in diesel engine exhaust gas. By performing the heating by catalytic oxidation of the fuel, the thermal energy utilization efficiency is higher than that through the heating element, so that it is more practical. This reactor can also be applied as a self-regenerating diesel particulate filter.

以下、本発明の自己熱交換型熱交換器を用いた反応器について、好ましい実施例に基づいて説明する。
(第1実施例)
図12に本発明による第1実施例に係る反応器を示す。この反応器は、図5の構造の自己熱交換器において、伝熱体(BF)としてフィルター機能を有する多孔性材料(K)を用いるとともに、伝熱体(BF)の流体が回り込む端部の空間部(F)をなくし、伝熱体(BF)と面(A’)との間をシールした構造としたものである。
Hereinafter, a reactor using the self-heat exchange heat exchanger of the present invention will be described based on preferred embodiments.
(First embodiment)
FIG. 12 shows a reactor according to the first embodiment of the present invention. This reactor uses a porous material (K) having a filter function as the heat transfer body (BF) in the self-heat exchanger having the structure shown in FIG. 5, and at the end where the fluid of the heat transfer body (BF) flows. The space (F) is eliminated, and the space between the heat transfer body (BF) and the surface (A ′) is sealed.

この構造の反応器では、入り口(D)から入った流体は伝熱体壁を通過して反対面に出て、出口(D’)より排出される。その間に、流体中に浮遊する微粒子が伝熱体面に捕捉される。本反応器では、伝熱体(BF)に触媒酸化反応を促す触媒を担持させ、さらにその反応成分を本反応器に入る手前で流体に添加することにより、図8あるいは図11の場合と同様に、触媒反応によって生じた熱により伝熱体兼フィルター自体が加熱される。さらに図5と同様の自己熱交換型流路構造により伝熱体下部ほど温度が高くなり、微粒子の分解除去がある領域より下部で実現する。フィルター再生度(流体の透過のしやすさ)は、本反応器前後の差圧を測るなどの手段により把握し、必要なレベルに達するまで当反応器の加熱度を調節すればよい。   In the reactor having this structure, the fluid entering from the inlet (D) passes through the heat transfer body wall, exits to the opposite surface, and is discharged from the outlet (D '). Meanwhile, fine particles floating in the fluid are trapped on the surface of the heat transfer body. In this reactor, a catalyst that promotes the catalytic oxidation reaction is supported on the heat transfer body (BF), and the reaction components are added to the fluid before entering the reactor, so that the same as in the case of FIG. 8 or FIG. In addition, the heat transfer body / filter itself is heated by the heat generated by the catalytic reaction. Further, the self-heat exchange type channel structure similar to that shown in FIG. The degree of filter regeneration (ease of fluid permeation) can be ascertained by means such as measuring the pressure difference across the reactor, and the heating degree of the reactor can be adjusted until the required level is reached.

また、本反応器によれば、従来多用されている交互封じ型の微粒子フィルター(図13、Lはフィルター機能を有する多孔質壁、Mはハニカム構造の流路出入り口を交互に塞ぐ目封じ材)と同程度のフィルター面積密度を得ることも可能であり、さらに自己熱交換能を有するので熱エネルギーの無駄の少ないフィルター再生を行うことが可能である。本反応器も、自己再生型のディーゼルパーティキュレートフィルターとしての応用が可能である。   In addition, according to this reactor, an alternating-sealed fine particle filter that has been widely used in the past (FIG. 13, L is a porous wall having a filter function, and M is a plugging material that alternately closes the flow path entrance / exit of the honeycomb structure). It is also possible to obtain a filter area density of the same level as that of the filter. Further, since it has a self-heat exchange capability, it is possible to perform filter regeneration with little waste of heat energy. This reactor can also be applied as a self-regenerating diesel particulate filter.

以下、本発明の自己熱交換型熱交換器を用いた輻射ヒーターについて、好ましい参考例に基づいて説明する。
(第8参考例)
図5に示す構造の自己熱交換器をベースとした輻射ヒータについて説明する。図14は第8参考例に係る輻射ヒータを示す。この輻射ヒータは、図5の自己熱交換器において、流体が回り込む空間部(F)に燃焼バーナー(N)と、空間部(F)と外部とを仕切る壁の一部分に熱伝導度及び熱輻射率が高い熱輻射板(P)を備えた構造となっている。本輻射ヒータでは、流体としては、燃料(O)と反応する空気など燃焼用酸化剤を含む気体を使う。
Hereinafter, the radiation heater using the self-heat exchange type heat exchanger of the present invention will be described based on preferred reference examples.
(Eighth reference example)
A radiant heater based on the self-heat exchanger having the structure shown in FIG. 5 will be described. FIG. 14 shows a radiant heater according to an eighth reference example. In the self-heat exchanger of FIG. 5, this radiant heater has thermal conductivity and thermal radiation in a part of the wall partitioning the combustion burner (N) and the space (F) from the outside in the space (F) where the fluid flows. It has a structure including a heat radiation plate (P) having a high rate. In the present radiant heater, a gas containing a combustion oxidant such as air that reacts with fuel (O) is used as the fluid.

このような構造によれば、燃焼排ガスが持っている熱を温度の低い流入体に伝達することにより、燃焼排ガスに捨てる熱エネルギーの少ない高効率の輻射ヒータとすることができる。本輻射ヒータは、燃焼排ガスへの熱エネルギー損失が少ない省エネ的なガス燃焼加熱器としての応用が可能である。 According to this structure, by transferring heat to the combustion exhaust gas has a low inflow body temperature can be a radiant heater less efficient thermal energy discarding the combustion exhaust gas. This radiation heater can be applied as an energy-saving gas combustion heater with little heat energy loss to combustion exhaust gas.

(第9参考例)
図15に第9参考例に係る輻射ヒータを示す。この輻射ヒータは、図8の自己熱交換器と一体化した触媒反応器を用いた輻射ヒータであって、流体が回り込む空間部(F)と外部とを仕切る壁の一部分に熱伝導度及び熱輻射率が高い熱輻射板(P)を備えた構造となっている。本輻射ヒータでは、流体としては、該触媒の作用により発熱反応する反応成分を含むものを使い、通常は、触媒として白金などの酸化触媒を、流体として炭化水素と空気の混合気を用いればよい。
(Ninth Reference Example)
FIG. 15 shows a radiant heater according to a ninth reference example. This radiant heater is a radiant heater using a catalytic reactor integrated with the self-heat exchanger shown in FIG. 8, and the thermal conductivity and heat are applied to a part of the wall that divides the space (F) into which the fluid flows and the outside. It has a structure provided with a heat radiation plate (P) having a high emissivity. In the present radiant heater, a fluid containing a reaction component that undergoes an exothermic reaction by the action of the catalyst is used. Usually, an oxidation catalyst such as platinum is used as the catalyst, and a mixture of hydrocarbon and air is used as the fluid. .

このような構造によれば、触媒反応で生じた流体によって運ばれる排熱の大部分を温度の低い流入流体に伝達することにより、流体に捨てる排熱エネルギーの少ない高効率の輻射ヒータとすることができる。本輻射ヒータも、燃焼排ガスへの熱エネルギー損失が少ない省エネ的なガス燃焼加熱器としての応用が可能である。   According to such a structure, most of the exhaust heat carried by the fluid generated by the catalytic reaction is transmitted to the inflow fluid having a low temperature, so that a high-efficiency radiant heater with less waste heat energy to be discarded in the fluid is obtained. Can do. This radiant heater can also be applied as an energy-saving gas combustion heater with little heat energy loss to combustion exhaust gas.

以上参考例及び本発明の実施例を述べたが、次にこれらの参考例を変形した典型的ないくつかの例及び実施例について述べる。   The reference examples and the embodiments of the present invention have been described above. Next, some typical examples and embodiments obtained by modifying these reference examples will be described.

(第10参考例)
この第10参考例は、前記第2参考例において、伝熱体(BF)の蛇腹部分の空隙部に、該伝熱体(BF)とは別個の通気性を有する構造体を少なくとも1種類以上挟んだものである。そして、この構造体をスペーサーの役割を果たすようにしたものである。
図16は、該構造体として、蛇腹形伝熱体(BF)の一つの折り曲げ面とほぼ同形状のステンレス金網片(m,m’)を用い、これらを蛇腹形伝熱体(BF)のすべての空隙部に挟んだものである。このような構造体を挟むことにより、伝熱面間隔が一様になる、蛇腹形伝熱体(BF)の空隙部における熱輻射が遮られて流路方向の断熱性が増す、その一方で隣合う伝熱面間で該構造体を通しての伝熱性が高まり流路と直角方向の温度が均一化する、蛇腹形伝熱体(BF)の構造体としての機械的強度が増す、などの効果が得られ、熱交換性能や耐久性を向上させることができる。通気性を良くして熱交換器での圧損を小さくするためには、なるべく開口率の大きい、すなわち網に用いるワイヤー線の直径に対して網目間隔(開口率)が大きいものを使用することが望ましい。また、網目の方向としては、図16に示すように伝熱体(BF)の稜線(あるいは谷線)に対して正方としても、図17(a)に示すように斜方としてもよい。また、端部にワイヤー線の切断面がある金網片ではなく、図17(b)に示すように、ワイヤー線をループ型に折り曲げて金網状に加工したものを使用すれば、伝熱体(BF)や以下に示すフィルター材などがワイヤー端部で損傷することを防ぐことができる。
(10th reference example)
In the tenth reference example, in the second reference example, at least one kind of structural body having air permeability separate from the heat transfer body (BF) is provided in the gap portion of the bellows portion of the heat transfer body (BF). It is sandwiched. This structure is made to serve as a spacer.
In FIG. 16, stainless steel wire mesh pieces (m, m ′) having substantially the same shape as one bent surface of the bellows type heat transfer body (BF) are used as the structure, and these are used as the bellows type heat transfer body (BF). It is sandwiched between all the gaps. By sandwiching such a structure, the heat transfer surface spacing becomes uniform, the heat radiation in the gap portion of the bellows-shaped heat transfer body (BF) is blocked, and the heat insulation in the flow path direction is increased. Effects such that heat transfer through the structure increases between adjacent heat transfer surfaces, the temperature in the direction perpendicular to the flow path becomes uniform, and the mechanical strength of the bellows type heat transfer body (BF) increases. And heat exchange performance and durability can be improved. In order to improve the air permeability and reduce the pressure loss in the heat exchanger, it is necessary to use the one having as large an opening ratio as possible, that is, one having a large mesh interval (opening ratio) with respect to the diameter of the wire used for the net. desirable. The mesh direction may be square with respect to the ridge line (or valley line) of the heat transfer body (BF) as shown in FIG. 16, or may be oblique as shown in FIG. 17 (a). Also, instead of a wire mesh piece having a wire wire cut surface at the end, as shown in FIG. 17B, if a wire wire bent into a loop shape and processed into a wire mesh shape is used, a heat transfer body ( BF) and the filter material shown below can be prevented from being damaged at the end of the wire.

次に、上記第10参考例の実証結果の一例を示す。表4は、試作1号器と同寸法、すなわち厚さ0.03mm、長さ1600mm、幅200mmのステンレス箔を長さ方向に対して直角に40mmごとに40面に折り曲げた蛇腹形伝熱体(BF)について、流体回り込み側近傍の幅約100mmの両表面にアルミナ担持白金触媒を担持し、さらに、線径0.45mm、8メッシュの平織ステンレス金網(開口率73.9%)を網目方向を正方として40×175mmの長方形にカットした構造体39枚を蛇腹形の空隙部に挟んだ自己熱交換型触媒反応器(試作3号器)の性能を示したものである。この場合の空隙部間隔は約1mmとなった。いずれのVOCについても、表4に示した反応条件において自己酸化的に反応が継続した。表3の結果と比べて明らかなように、伝熱体面積が2/3程度であるにもかかわらず熱交換率は同流速条件で10%以上も向上した。トルエンの場合、流速0.64L/sの流速条件で熱交換率は92%にまで達している。これに伴って触媒燃焼を自己酸化的に継続できるVOC濃度が著しく小さくなり、同流速条件のトルエンでは、0.023%という低濃度でも反応が進行している。また、VOC除去率も試作2号器と比べて全般的に格段に向上している。たとえば、流速2.92L/sという高空間速度(=32800h−1)でも、0.06%のトルエンが自己酸化的に99%の除去率でCOとHOに完全分解した。 Next, an example of the verification result of the tenth reference example will be shown. Table 4 shows a bellows type heat transfer body in which a stainless steel foil having the same dimensions as the prototype No. 1 device, that is, a thickness of 0.03 mm, a length of 1600 mm, and a width of 200 mm, is bent into 40 planes every 40 mm perpendicular to the length direction. For (BF), an alumina-supported platinum catalyst is supported on both surfaces with a width of about 100 mm in the vicinity of the fluid wrapping side, and a plain woven stainless steel wire mesh (opening ratio: 73.9%) with a wire diameter of 0.45 mm is also provided in the mesh direction. The performance of a self-heat exchange type catalytic reactor (prototype No. 3) in which 39 structures cut into a rectangle of 40 × 175 mm with a square is sandwiched between bellows-shaped gaps is shown. In this case, the gap interval was about 1 mm. For all VOCs, the reaction continued in an auto-oxidative manner under the reaction conditions shown in Table 4. As is clear from the results in Table 3, the heat exchange rate was improved by 10% or more under the same flow rate conditions despite the heat transfer area being about 2/3. In the case of toluene, the heat exchange rate reaches 92% at a flow rate condition of 0.64 L / s. Along with this, the VOC concentration at which catalytic combustion can be continued in an auto-oxidizing manner is remarkably reduced. With toluene under the same flow rate conditions, the reaction proceeds even at a low concentration of 0.023%. In addition, the VOC removal rate is also greatly improved as a whole compared with the prototype No. 2 device. For example, even at a high space velocity (= 32800 h −1 ) with a flow rate of 2.92 L / s, 0.06% of toluene was completely decomposed into CO 2 and H 2 O by autooxidation with a removal rate of 99%.

(第2実施例)
第2実施例は、前記第1実施例において、フィルター機能を持つ材料をスペーサー用構造体を用いて蛇腹形伝熱体(BF)に形成したものである。
伝熱体空隙部にスペーサーとしての構造体を挟む実施例によれば、これまで伝熱体として使用しにくいと思われていた構造的強度の弱い材料も蛇腹形伝熱体(BF)として使用することが可能になる。図18は、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質などの燃焼性微粒子を補足する機能を持つ耐熱性フィルタークロス(FC)を該構造体(m,m’)と組み合わせて蛇腹形伝熱体(BF)として利用したもの(自己熱交換器型フィルタートラップ)である。フィルタークロス(FC)の一端を折り畳んで厚みを増し(図18(a)のRの部分)、さらに蛇腹状に折った上で横方向から圧縮することにより、フィルタークロス(FC)の一方の面側の空隙部が蛇腹状の長手方向の一端でフィルタークロス(FC)自身により閉じられる。これを流路出入り口を持つ直方体容器に収め、フィルターを折り返さない方の端面を適当なシール材(図18(b)のs)で塞ぐとともに、フィルタークロス(FC)の折り畳み部(R)が外側に折り返された部分と熱交換器容器との間についても密着あるいは適当なシール材(図示せず)を用いて塞ぐことにより、自己熱交換型フィルタートラップとなる。すなわち、図18(b)はこの構造体の正面透視図であるが、図の正面側入り口(D)から入った燃焼性微粒子を含む流体(典型的には燃焼排ガス)は、スぺーサー(m)が配置されている正面側空隙部を下方に移動しつつ微粒子があまり捕捉されていない通気性の高い部分でフィルタークロス(FC)を透過し、スぺーサー(m’)が配置されている背面側空隙部を上方に流れて、背面側出口(D’)より排出される。この間、往路側と復路側の間で自己熱交換がなされる。
(Second embodiment)
In the second embodiment, a material having a filter function in the first embodiment is formed into a bellows type heat transfer body (BF) using a spacer structure.
According to the embodiment in which the structure as a spacer is sandwiched between the heat transfer body gaps, a material having a low structural strength, which has been thought to be difficult to use as a heat transfer body, is also used as a bellows type heat transfer body (BF). It becomes possible to do. FIG. 18 shows a bellows-type heat transfer body (FC) that combines a heat-resistant filter cloth (FC) having a function of capturing combustible fine particles such as particulate matter discharged from a diesel engine with the structure (m, m ′). BF) (self-heat exchanger type filter trap). One side of the filter cloth (FC) is expanded by folding one end of the filter cloth (FC) to increase the thickness (R portion in FIG. 18 (a)) and then folding it in a bellows shape and then compressing it laterally. The side gap is closed by the filter cloth (FC) itself at one end in the longitudinal direction of the bellows. This is housed in a rectangular parallelepiped container having a channel entrance and exit, and the end surface of the filter that is not folded back is closed with a suitable sealing material (s in FIG. 18B), and the folded portion (R) of the filter cloth (FC) is outside. A self-heat exchange type filter trap is obtained by close contact between the portion folded back to the heat exchanger container and the heat exchanger container by using a close seal or a suitable sealing material (not shown). That is, FIG. 18B is a front perspective view of this structure, but a fluid (typically combustion exhaust gas) containing combustible fine particles entering from the front side entrance (D) in the figure is a spacer ( m) is moving downward through the front side void where the fine particles are not trapped and the filter cloth (FC) is transmitted through the highly breathable part, and the spacer (m ′) is arranged. It flows upward through the back side gap and is discharged from the back side outlet (D ′). During this time, self-heat exchange is performed between the forward path side and the return path side.

さらに、図19(a)は、図18(a)と同様のフィルタークロス(FC)の一端を折り畳んで厚みを持たせるだけでなく、他端部も反対側に折り畳んで厚みを持たせた後、スぺーサー(m:正面側に配置、m’:背面側に配置)を用いて蛇腹形とした自己熱交換器型フィルタートラップの正面透視図である。このようにすると蛇腹形の空隙部の両端が交互に目封じされる。その結果、図18(b)で示したシール材(s)が不要となり、自己熱交換型フィルタートラップとしての構造が簡略化できる。また、この交互目封じした蛇腹形伝熱体(BF)では、図19(b)に示すように、流体入り口(D)をこれまでのように正面側でなく、上方に持ってくることも可能である。なお出口(D’)は、図19(a)と同じく背面側にある。入り口をこの位置とすることにより、流体が蛇腹形伝熱体(BF)の複数の往路空隙部に均等に流入しやすくなるので、熱交換性能や微粒子捕捉機能が向上する。もちろんこの場合、流路方向を反対向きとすることも可能である。   Further, FIG. 19A shows not only the thickness of one end of a filter cloth (FC) similar to that of FIG. 18A by folding, but also folding the other end to the opposite side to increase the thickness. FIG. 4 is a front perspective view of a self-heat exchanger type filter trap having a bellows shape using a spacer (m: arranged on the front side, m ′: arranged on the back side). In this way, both ends of the bellows-shaped gap are alternately sealed. As a result, the sealing material (s) shown in FIG. 18B becomes unnecessary, and the structure as a self-heat exchange type filter trap can be simplified. Further, in this alternately sealed bellows type heat transfer body (BF), as shown in FIG. 19 (b), the fluid inlet (D) may be brought upward rather than the front side as before. Is possible. The outlet (D ′) is on the back side as in FIG. By setting the entrance at this position, the fluid can easily flow evenly into the plurality of outward passage voids of the bellows-shaped heat transfer body (BF), so that the heat exchange performance and the particulate capturing function are improved. Of course, in this case, the flow path direction may be opposite.

(第11参考例)
この第11参考例は、前記第2参考例において、該伝熱体(BF)の蛇腹部分の空隙部に、触媒、吸着材、蓄熱材、フィルター材などの機能性材料を挟んだものである。
前記第4参考例、第5参考例、及び第1実施例では、触媒、吸着材、蓄熱材はいずれも伝熱体(BF)と兼用か伝熱体(BF)に直接担持されているものとしたが、この第11参考例は、これらの機能性材料を伝熱体(BF)とは別個に、伝熱体空隙部に挟んだものである。
(11th reference example)
In the eleventh reference example, in the second reference example, a functional material such as a catalyst, an adsorbent, a heat storage material, or a filter material is sandwiched in the gap portion of the bellows portion of the heat transfer body (BF). .
In the fourth reference example, the fifth reference example, and the first embodiment, the catalyst, the adsorbent, and the heat storage material are all directly supported by the heat transfer body (BF) or the heat transfer body (BF). However, in this eleventh reference example, these functional materials are sandwiched between the heat transfer body gaps separately from the heat transfer body (BF).

本第11参考例の第一は、第10参考例で用いたスぺーサー用構造体に触媒、吸着材、蓄熱材などの機能性材料を担持したものである。
また、本第11参考例の第二は、スぺーサーとしての役割と機能性材料を兼用する構造体を用いたものである。例えば粒径がほぼ一定で、適当な機械的強度を有するペレット型触媒を空隙部に一層分そろえて充填するなどの手法を利用することができる。
また、本第11参考例の第三は、スぺーサー用構造体に加えて機能性材料を挟んだものがある。
The first of the eleventh reference example is a structure in which a functional material such as a catalyst, an adsorbent, and a heat storage material is supported on the spacer structure used in the tenth reference example.
The second of the eleventh reference example uses a structure that serves both as a spacer and a functional material. For example, it is possible to use a technique in which a pellet-type catalyst having a substantially constant particle size and appropriate mechanical strength is further packed in the gap.
Further, the third of the eleventh reference example includes a functional material sandwiched in addition to the spacer structure.

ここで、本第11参考例の第三の一例を図20に示す。この例は、図16で示したのと同様のスペーサー(m:往路側、及びm’:復路側)を挟んだ蛇腹形伝熱体(BF)について、流体が回り込む端部近傍を示したものである。この付近において、伝熱体(BF)とスペーサー(m’)の間に、触媒等の機能性材料を担持した帯状の耐熱性クロス(CL)をさらに挟み込んだ配置を示している。このように伝熱体(BF)と別個の機能性材料を挟むことにより、自己熱交換器としての往路あるいは復路側だけに機能性材料を置くことが可能になり、各種の性能向上を図ることができる。   Here, a third example of the eleventh reference example is shown in FIG. This example shows the vicinity of the end where the fluid wraps around the bellows type heat transfer body (BF) with the same spacers (m: forward path side and m ′: return path side) as shown in FIG. It is. In this vicinity, an arrangement is shown in which a belt-like heat-resistant cloth (CL) carrying a functional material such as a catalyst is further sandwiched between the heat transfer body (BF) and the spacer (m ′). By sandwiching the functional material separate from the heat transfer body (BF) in this way, it becomes possible to place the functional material only on the forward path or the return path side as a self-heat exchanger, and to improve various performances. Can do.

また、本第11参考例の第三の上記例(図20)の実証例を示す。表5は、触媒を伝熱体(BF)に担持しなかったこと以外は試作3号器と同寸法、同構造の金網形構造体(m,m’)を挟んだ自己熱交換器に、長さ1600mm、幅40mmの帯状の、白金触媒を担持した耐熱性クロス(CL)を流体回り込み端部付近の復路側のみに挟んだ自己熱交換型触媒反応器(試作4号器)の性能を示したものである。表4の結果と比べて、同条件での熱交換率が2%程度向上している。また、エチレンについてみると、流速1.98L/sという高い空間速度(22300h−1)でも、表1に示した理論値にほぼ等しい高い熱交換率が得られている。これは、前述したスペーサー用構造体(m,m’)の効果に加えて、触媒反応が復路側のみで起こるため、上流側(往路側)へ熱交換しやすい配置にしたためと考えられる。 Further, a demonstration example of the third example (FIG. 20) of the eleventh reference example is shown. Table 5 shows a self-heat exchanger sandwiching a wire mesh structure (m, m ′) having the same dimensions and the same structure as prototype No. 3 except that the catalyst was not supported on the heat transfer body (BF). The performance of a self-heat exchange type catalytic reactor (prototype No. 4) with a heat-resistant cloth (CL) carrying a platinum catalyst, which is 1600mm long and 40mm wide, sandwiched only on the return path near the fluid wrapping end. It is shown. Compared with the results in Table 4, the heat exchange rate under the same conditions is improved by about 2%. Further, regarding ethylene, a high heat exchange rate substantially equal to the theoretical value shown in Table 1 is obtained even at a high space velocity (22300 h −1 ) with a flow rate of 1.98 L / s. This is presumably because, in addition to the effect of the spacer structure (m, m ′) described above, the catalytic reaction occurs only on the return path side, so that the heat exchange is facilitated upstream (outward path side).

試作4号器に対して、さらに、フィルター機能を持ち、またカーボン酸化触媒を持つ五酸化バナジウムを担持したムライト質の耐熱性クロス(CL)を伝熱体(BF)の流体回り込み部端面に密着させ、気体流路方向が表5の場合と逆、すなわち触媒担持体が往路側にあるようにした試作5号器を作り、自己熱交換型フィルタートラップとしての性能を検証した。ここで用いた流体は、カーボンブラックを0.1〜1mg/L浮遊させた室温空気で、ディーゼル排ガスを模したものである。反応温度を上げるため、さらに空気に対してHを1.5%添加した。この混合気体の流速は0.33L/sとした。その結果、Hが白金触媒上で酸化された際の反応熱と自己交換機能により、この反応器の折り返し部における平均温度Troは567℃まで上昇するとともに、捕捉されずに本試作器を通過したカーボンブラック量0.109g(=W)とカーボンブラックの酸化によって生じたCOとCOから算出された焼却カーボン量0.175g(=WCOx)から求められたカーボン除去率φ(=WCOx/(W+WCOx)×100)は62%となった。なお、上記のTroと入り口温度29℃(T)、出口温度123℃(T)から求めた熱交換率は約83%であった。 In addition to the prototype No. 4, the mullite heat-resistant cloth (CL) carrying vanadium pentoxide, which has a filter function and also has a carbon oxidation catalyst, is in close contact with the end face of the fluid transfer part (BF). Thus, a prototype No. 5 was produced in which the gas flow direction was opposite to that in Table 5, that is, the catalyst carrier was on the forward path side, and the performance as a self-heat exchange type filter trap was verified. The fluid used here is room temperature air in which 0.1 to 1 mg / L of carbon black is suspended, which simulates diesel exhaust gas. In order to increase the reaction temperature, 1.5% of H 2 was further added to the air. The flow rate of this mixed gas was 0.33 L / s. As a result, due to the reaction heat and self-exchange function when H 2 is oxidized on the platinum catalyst, the average temperature Tro at the turn-up portion of this reactor rises to 567 ° C. and the prototype is not captured. Carbon removal rate φ (=) obtained from 0.109 g (= W C ) of carbon black passed through and 0.175 g (= W COx ) of incinerated carbon calculated from CO 2 and CO generated by oxidation of carbon black W COx / (W C + W COx ) × 100) was 62%. In addition, the heat exchange rate calculated | required from said Tro , entrance temperature 29 degreeC ( Ti ), and exit temperature 123 degreeC (To) was about 83%.

(第12参考例)
この第12参考例は、前記第2参考例と同様の機能を有する自己熱交換型熱交換器であって、伝熱体面の一部を開口し、そこを流体回り込み部分としたものである。
前記第2参考例で述べた自己熱交換型熱交換器の流体回り込み部(F)は、伝熱体(BF)を蛇腹状に折り曲げて形成される端面をそのまま用いているが、この付近の伝熱体端部に一部切り込みを入れて、流体が回り込む境界や空間の形状を恣意的に形成したものが本変形例4の第一である。具体的な一例を図21(a)に示す。これは、蛇腹型伝熱体(BF)の一つの折り曲げ面において、伝熱体(BF)の一部を台形状に切り取って流体回り込み部(Q)としたものである。他の面についてもこれと合同に切りとってもよいし、また、場所をずらしたり、切り取り形状を三角形、長方形あるいはその他の形状に変更して切り取ってもよい。このようにすると、伝熱体(BF)とシール材(s’)の間に隙間を設けなくても、流体回り込み部空間を形成することができる。
(12th reference example)
The twelfth reference example is a self-heat exchange type heat exchanger having the same function as that of the second reference example, in which a part of the heat transfer body surface is opened and used as a fluid wraparound part.
The fluid wraparound portion (F) of the self-heat exchange type heat exchanger described in the second reference example uses the end face formed by bending the heat transfer body (BF) in a bellows shape as it is. A first modification of the fourth modification is that a part of the heat transfer body end portion is cut to arbitrarily form a boundary and a space around which the fluid flows. A specific example is shown in FIG. In this case, a part of the heat transfer body (BF) is cut into a trapezoidal shape on one bent surface of the bellows type heat transfer body (BF) to form a fluid wraparound portion (Q). Other surfaces may be cut together, or the location may be shifted, or the cut shape may be changed to a triangle, rectangle, or other shape. In this way, the fluid wrap-around space can be formed without providing a gap between the heat transfer body (BF) and the sealing material (s ′).

本第12参考例のその二は、前記第2参考例において、伝熱体(BF)の各折り曲げ面に周囲が閉じた開口部を設け、そこを流体回り込み部としたものである。その一例を図21(b)に示す。これは、蛇腹型伝熱体(BF)の各折り曲げ面の流体出入り口から離れた箇所に円形の開口部(S)を設けたものである。この時、図21(a)との根本的な相違は、開口部が伝熱体(BF)の端部と重ならず、閉じられた平面領域を占めていることである。開口部(S)は図示したように各折り曲げ面ごとに複数個あっても、また1個でも構わない。このような開口部(S)を設けることにより、伝熱体端面に流体回り込みのための空間をわざわざ設けることなく、自己熱交換のための流路を形成することができる。   The second of the twelfth reference example is that, in the second reference example, an opening having a closed periphery is provided on each bent surface of the heat transfer body (BF), and this is used as a fluid wraparound part. An example is shown in FIG. In this structure, a circular opening (S) is provided at a location away from the fluid inlet / outlet of each bent surface of the bellows type heat transfer body (BF). At this time, the fundamental difference from FIG. 21A is that the opening does not overlap the end of the heat transfer body (BF) and occupies a closed planar region. As shown in the figure, there may be a plurality of openings (S) or a single opening for each folding surface. By providing such an opening (S), a flow path for self-heat exchange can be formed without providing a space for fluid wrapping around the end face of the heat transfer body.

(第13参考例)
この第13参考例は、通気性のない伝熱体(BF)とスペーサー用構造体とフィルタークロスとを組み合わせたものである。すなわち、伝熱体(BF)とスペーサー用構造体(m,m’:例えば金網)を組み合わせた前記第10参考例において、該構造体を伝熱体(BF)の流体回り込み部端面からさらに延長して突出させ、その回りにフィルタークロス(FC)を蛇腹状に形成したものである。
図22は第13参考例の一例を示す。図22(a)に示すように、通気性を持たない伝熱体(BF)の復路側に長方形のスペーサー(m’)を挟む。その際、スペーサー(m’)の端が伝熱体(BF)の流体回り込み端面より突出するように配置する。次いで、伝熱体(BF)の一部とスペーサー(m’)の突出部分にかかるように、蛇腹状に形成し端部を折りたたんで厚み(R)を持たせたフィルタークロス(FC)をかぶせる。さらに、R部分とは重ならず、かつ、フィルタークロス(FC)と伝熱体(BF)の両方にまたがるようにスペーサー(m)を往路側空隙部に挟む。
図22(b)は、これら構成物の位置関係をより明瞭に示した、伝熱面に垂直な平面で切り取ってみたときの断面図である。伝熱体(BF)の端面からさらにフィルタークロス(FC)が伸びて、その先が折り畳み部分でシールされているため、流体は、フィルタークロス(FC)を通してスペーサー(m’)を挟んだ復路側に流れ込む構造となっており、結果的にフィルタートラップを備えた自己熱交換器として機能する。なお、フィルタークロス(FC)の折り畳み方向を逆にして復路側空隙部の端部をシールする方式としてもよい(図22(b)の右)。
(13th Reference Example)
The thirteenth reference example is a combination of a non-breathable heat transfer body (BF), a spacer structure, and a filter cloth. That is, in the tenth reference example in which the heat transfer body (BF) and the spacer structure (m, m ′: for example, a wire mesh) are combined, the structure is further extended from the end surface of the fluid wrap portion of the heat transfer body (BF). The filter cloth (FC) is formed in a bellows shape around it.
FIG. 22 shows an example of the thirteenth reference example. As shown in FIG. 22 (a), a rectangular spacer (m ′) is sandwiched on the return path side of the heat transfer body (BF) having no air permeability. In that case, it arrange | positions so that the end of spacer (m ') may protrude from the fluid wraparound end surface of a heat exchanger (BF). Next, a filter cloth (FC) having a bellows shape and having a thickness (R) is formed by folding the end portion so as to cover a part of the heat transfer body (BF) and the protruding portion of the spacer (m ′). . Further, the spacer (m) is sandwiched between the outward gaps so as not to overlap with the R portion and to extend over both the filter cloth (FC) and the heat transfer body (BF).
FIG. 22B is a cross-sectional view showing the positional relationship between these components more clearly, taken on a plane perpendicular to the heat transfer surface. Since the filter cloth (FC) extends further from the end face of the heat transfer body (BF) and the tip of the filter cloth (FC) is sealed at the folded part, the fluid is on the return path side with the spacer (m ′) sandwiched through the filter cloth (FC) As a result, it functions as a self-heat exchanger with a filter trap. In addition, it is good also as a system which reverses the folding direction of a filter cloth | cross (FC) and seals the edge part of a return-path side space | gap part (right of FIG.22 (b)).

(第14参考例)
この第14参考例は、第12参考例の形状を持つ伝熱体(BF)とスペーサー用構造体(m,m’)とフィルタークロスを組み合わせた自己熱交換型フィルタートラップである。図23に本変形例6の二例を示す。
図23(a)は、スペーサーを伝熱体端部から突出させるかわりに、図21(a)のような切り込み部分を伝熱体端部に作り、フィルタークロス(FC)とスペーサー用構造体(m,m’)を配置することにより、往路側スペーサー(m)を伝熱体端部から突出させないでもフィルター機能を持つ通気部(Q)を形成したものである。このようにすると、伝熱体(BF)とスペーサー(m)の端面を揃えることができ、フィルタートラップとしての組み立てが容易になる。
また、図21(b)のような伝熱体端部と重ならない開口部を持つ伝熱体(BF)を用いて、図23(b)のようにフィルタークロス(FC)とスペーサー用構造体(m,m’)を配置してもよい。このようにすると、伝熱体(BF)とフィルタークロス(FC)とスペーサー(m’)の端面が重なり(スペーサー(m)の端面はこれらよりR分だけ引っ込んでいる)、フィルタートラップとしての組み立てがさらに容易になる。
(14th reference example)
The fourteenth reference example is a self-heat exchange type filter trap in which a heat transfer body (BF) having the shape of the twelfth reference example, a spacer structure (m, m ′), and a filter cloth are combined. FIG. 23 shows two examples of the sixth modification.
In FIG. 23 (a), instead of projecting the spacer from the end of the heat transfer body, a cut portion as shown in FIG. 21 (a) is made at the end of the heat transfer body, and the filter cloth (FC) and the spacer structure ( By arranging m, m ′), a ventilation portion (Q) having a filter function is formed without causing the forward path side spacer (m) to protrude from the end portion of the heat transfer body. If it does in this way, the end surface of a heat exchanger (BF) and a spacer (m) can be arranged, and the assembly as a filter trap becomes easy.
Further, using a heat transfer body (BF) having an opening that does not overlap with the end of the heat transfer body as shown in FIG. 21B, a filter cloth (FC) and a spacer structure as shown in FIG. (M, m ′) may be arranged. In this way, the end faces of the heat transfer body (BF), the filter cloth (FC), and the spacer (m ′) overlap (the end face of the spacer (m) is recessed by R from these), and assembling as a filter trap Is even easier.

第1参考例の熱交換器を示す立体透視図である。It is a three-dimensional perspective view showing the heat exchanger of the first reference example. (a)は図1の正面透視図、(b)及び(c)は変形例の正面透視図である。(A) is a front perspective view of FIG. 1, (b) and (c) are front perspective views of a modification. 第1参考例の別例を示す図である。It is a figure which shows another example of a 1st reference example. 第1参考例の別例を示す図である。It is a figure which shows another example of a 1st reference example. 第2参考例に係る熱交換器を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the heat exchanger which concerns on a 2nd reference example. (a)は図5の正面透視図、(b)及び(c)は別例の正面透視図である。(A) is front perspective drawing of FIG. 5, (b) and (c) are front perspective views of another example. 自己熱交換器をベースとした第3参考例の反応器を示す正面透視図である。It is a front perspective view which shows the reactor of the 3rd reference example based on a self-heat exchanger. 自己熱交換器をベースとした第4参考例の反応器を示す正面透視図である。It is a front perspective view which shows the reactor of the 4th reference example based on a self-heat exchanger. 自己熱交換器をベースとした第5参考例の反応器を示す正面透視図である。It is a front perspective view which shows the reactor of the 5th reference example based on a self-heat exchanger. 自己熱交換器をベースとした第6参考例の反応器を示す正面透視図である。It is a front perspective view which shows the reactor of the 6th reference example based on a self-heat exchanger. 自己熱交換器をベースとした第7参考例の反応器を示す正面透視図である。It is a front perspective view which shows the reactor of the 7th reference example based on a self-heat exchanger. 本発明による自己熱交換器をベースとした第1実施例の反応器を示す正面透視図である。1 is a front perspective view showing a reactor of a first embodiment based on a self-heat exchanger according to the present invention. FIG. 交互封じ型の微粒子フィルターの説明図である。It is explanatory drawing of an alternately sealed type particulate filter. 自己熱交換器をベースとした第8参考例の輻射ヒータの正面透視図である。It is a front perspective view of the radiation heater of the 8th reference example based on a self heat exchanger. 自己熱交換器をベースとした第9参考例の輻射ヒータの正面透視図である。It is a front perspective view of the radiation heater of the 9th reference example based on a self heat exchanger. 第10参考例の説明図である。It is explanatory drawing of a 10th reference example. 第10参考例の説明図である。It is explanatory drawing of a 10th reference example. 第2実施例の説明図である。It is explanatory drawing of 2nd Example. 第2実施例の説明図である。It is explanatory drawing of 2nd Example. 第11参考例の説明図である。It is explanatory drawing of the 11th reference example. 第12参考例の説明図である。It is explanatory drawing of a 12th reference example. 第13参考例の説明図である。It is explanatory drawing of the 13th reference example. 第14参考例の説明図である。It is explanatory drawing of the 14th reference example.

符号の説明Explanation of symbols

BF 蛇腹型伝熱体
1 高温流体
2、2’ 低温流体
A、A’ 両端面
a、a’ 両端部
B、B’ 前後側面
C、C’ 側壁
D、D’、E、E’ 出入り口
F 流体回り込み空間部
G 発熱体又は吸熱体
H 触媒
I 吸着剤
J フィルター
K 多孔性材料
L 多孔質壁
M 目封じ材
N 燃焼バーナー
O 燃料
P 熱輻射板
m、m’ スペーサー
R 折り畳み部分
FC フィルタークロス
CL クロス
s、s’ シール材
S、Q 開口部
BF bellows type heat transfer body 1 high temperature fluid 2, 2 ′ low temperature fluid A, A ′ both end surfaces a, a ′ both end portions B, B ′ front and rear side surfaces C, C ′ side walls D, D ′, E, E ′ entrance / exit F fluid Circumferential space G Heat generating element or endothermic element H Catalyst I Adsorbent J Filter K Porous material L Porous wall M Sealing material N Combustion burner O Fuel P Heat radiation plate m, m 'Spacer R Folding part FC Filter cloth CL Cross s, s' sealant S, Q opening

Claims (4)

高温流体と低温流体を隔てるための隔壁型の伝熱体を有する熱交換器を用いた反応器において、
該熱交換器の該伝熱体が蛇腹型形状であり、両流体が主として該伝熱体の蛇腹部分の空隙部を稜線方向又は谷線方向に沿って向流するように構成されており、該伝熱体が、体透過及び微粒子捕捉が可能なフィルター機能を備えたものであり、かつ、該伝熱体の蛇腹部分の稜線と交わる端部に、流体を該伝熱体の反対側の蛇腹部分の空隙部に回り込ませるための流体回り込み空間部を設けていない自己熱換型熱交換器であることを特徴とする反応器。
In a reactor using a heat exchanger having a partition type heat transfer body for separating a high temperature fluid and a low temperature fluid,
The heat transfer body of the heat exchanger has a bellows shape, and both fluids are configured to flow counterclockwise along the ridge line direction or the valley line direction mainly in the gap portion of the heat transfer body, the heat transfer body, are those having a filter function that can flow body transmission and diesel particulate, and, in the end portion intersecting the ridges of the bellows portion of the heat transfer member, opposite the the heat transfer body fluid A reactor that is a self-heat-exchange heat exchanger that is not provided with a fluid wrap-around space for wrapping around the gap portion of the bellows portion.
前記端部付近に、発熱体を設けたことを特徴とする請求項1に記載の反応器。   The reactor according to claim 1, wherein a heating element is provided near the end. 該熱交換器の該伝熱体の一部あるいは全表面に、発熱反応を促す触媒を担持させ、かつ、流体として該反応成分を含むものを用いることを特徴とする請求項1又は2に記載の反応器。   3. The catalyst according to claim 1, wherein a catalyst that promotes an exothermic reaction is supported on a part or all of the surface of the heat exchanger of the heat exchanger, and the reaction component is used as a fluid. Reactor. フィルター機能を持つ該伝熱体がスペーサー用構造体を用いて蛇腹形に保持、形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の反応器。   The reactor according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat transfer body having a filter function is held and formed in a bellows shape using a spacer structure.
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