JPH0522159B2

JPH0522159B2 -

Info

Publication number: JPH0522159B2
Application number: JP58196012A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Morishita; Motohiro Goto; Nobuyuki Kido
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1983-10-21
Filing date: 1983-10-21
Publication date: 1993-03-26
Also published as: JPS6089691A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、ブロツク状に形成されたセラミツク
ス製熱交換体の保持構造に関する。

近年、省エネルギーの観点から、炉の排ガスよ
り熱回収して、エネルギーの節約を行なうことが
試みられており、特に高温の排ガスから燃焼用空
気に直接熱交換する技術が望まれている。かかる
熱交換においては、排ガス温度が1000℃以上にな
ると従来使用されている金属の熱交換体では耐熱
性、耐食性の点で問題があり、セラミツクス製熱
交換体が必要となる。

そして、セラミツクス製熱交換体としてブロツ
ク状に形成されたものが知られている。このセラ
ミツクス製熱交換体は、外形がほぼ直方体状をな
し、体一対向面内に第一流体流路が開口し、第二
対向面内に第二流体流路が開口し、内部に両流体
流路を区画する多数の隔壁が設けられてできてお
り、高温度領域で使用でき、コンパクトな構造で
熱効率も高く、耐熱衝撃性に優れているので、高
温排ガスの熱交換に適している。

この熱交換体は、実際にはメタルケースの内側
にセラミツクスの断熱材が張られたケーシングに
収容されて使用される。しかしながら、メタルケ
ース、断熱材、熱交換体は、それぞれ特有の熱膨
張係数を有するため、高温下において特に断熱材
と熱交換体との間に隙間が生じ、しつかりと保持
することができなくなる。特に熱交換体の材質と
して、熱応力による割れを防ぐために例えばコー
ジエライト質のような低膨張率のセラミツクスを
使用した場合には、断熱材との熱膨張率の差が大
きくなるので、隙間も大きくなる。このように、
断熱材と熱交換体との間に隙間が生じると、ガタ
付きが生じるばかりではなく、例えば高温の排ガ
スと予熱空気とが互いにリークするという不都合
が生じる。すなわち、一般に予熱空気は排ガスよ
りも高圧であるため、予熱空気が上記の隙間を通
つて排ガス側に混入する。

特開昭57−31792号には、スプリングを介して
熱交換体をケーシング内に弾性保持する技術が開
示されている。しかし、この従来技術によれば、
断熱材と熱交換体との熱膨張率の差によるガタ付
きをスプリングによつて吸収することはできる
が、熱交換体とケーシングとの間に生じる隙間を
シールすることはできないため、予熱空気と排ガ
スとのリークを防止することはできなかつた。

したがつて、本発明の目的は、ブロツク状の熱
交換体をケーシングに収容する際に、熱膨張率の
差によるガタ付きを吸収し、かつ、被加熱ガスと
加熱ガスが互いにリークしないようにした熱交換
体保持構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、外形がほ
ぼ直方体状をなし、第一対向面内に被加熱ガス流
路が開口し、第二対向面内に加熱ガス流路が開口
し、内部に両ガス流路を区画する多数の隔壁が設
けられたセラミツクス製の熱交換体をケーシング
内に収容し保持する熱交換体保持構造において、
前記熱交換体の被加熱ガスの入口となる開口部を
囲むセラミツクス製のスペーサーと、このスペー
サーの外側の端部に装着されたゴムパツキンとを
介して、前記熱交換体が前記ケーシング内に収容
されており、前記ゴムパツキンの前記被加熱ガス
の入口側からの押圧力によつて、前記熱交換体が
前記ケーシング内に弾性保持されていることを特
徴とする。

したがつて、熱交換体とケーシングとの熱膨張
率の差によるガタ付きはゴムパツキンの弾性力に
よつて吸収され、また、熱交換体の開口部外周が
スペーサーとゴムパツキンによつてシールされる
ので、ガスのリークも防止される。また、ゴムパ
ツキンは高温の熱交換体に直接に触れず、スペー
サーを介して熱交換体を押圧しているので、ゴム
パツキンが熱的に損傷することは少ない。

本発明の実施に際し、スペーサーとゴムパツキ
ンは、熱交換体の被加熱ガスの入口となる開口部
に設けられる。スペーサーとゴムパツキンを被加
熱ガスの入口側の開口部に設けることにより、当
該開口部において被加熱ガスと加熱ガスのリーク
が防止されるとともに、これと対向する被加熱ガ
スの出口側の開口部の周囲も断熱材に押圧される
ことにより、ここでのガタ付きやリークも防止さ
れる。また、被加熱ガスの入口側の開口部は、ガ
ス温度が最も低くなる箇所であるので、ゴムパツ
キンの熱的損傷を有効に防止することができる。

また、スペーサーと熱交換体開口部周囲との当
接部分および必要に応じこれと対向する開口部周
囲と断熱材との当接部分は接着モルタルでシール
することが好ましい。このようにすれば、熱交換
体の開口部外周をより確実にシールすることがで
きる。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図には本発明が適用されるセラミツクス製
熱交換体の一例が示されている。すなわち、この
熱交換体１は、全体としてほぼ立方体状をなし、
第一対向面Ａ−Ａ内にスリツト状の空気流路２が
複数形成されている。また、第二対向面Ｂ−Ｂ内
に同じくスリツト状の排ガス流路３が複数形成さ
れている。そして、熱交換体１の内部において、
空気流路２と排ガス流路３とは交互に層状に形成
され、多数の隔壁によつて互いに区画されてい
る。

第２図ないし第５図には本発明の熱交換体保持
構造の一実施例が示されている。すなわち、熱交
換体１はケーシング４内に収容される。ケーシン
グ４は外側を覆うメタルケース５と、このメタル
ケース５の内側に張られた断熱材６とからなり、
内部には熱交換体１を収容する凹所７が形成さ
れ、熱交換体１の第一の対向面Ａ−Ａに対応する
部分には空気入口８と空気出口８とが設けられ、
熱交換体１の第二の対向面Ｂ−Ｂに対応する部分
には排ガス入口１１と排ガス出口１２とが設けら
れている。この場合、断熱材６としては通気性の
小さいキヤスタブルセラミツクス製が好ましい。
また、空気入口８には空気入口フランジ１３が着
脱自在に取付けられるようになつており、熱交換
体１はこの空気入口８からケーシング４内に挿入
される。空気入口フランジ１３には、整流板１４
が取付けられている。熱交換体１をケーシング４
内に挿入する際、熱交換体１と断熱材６との間に
は、接着モルタル１５を介在させる。すなわち、
接着モルタル１５を断熱材６の内側に塗布して熱
交換体１を挿入した後、振動機によつて加振して
熱交換体１を断熱材６に接着する。この接着モル
タル１５は耐熱性のあるセラミツクス質のものを
使用する。この場合、通常市販のセラミツクスモ
ルタルあるいは接着剤は、乾燥固化後もしくは加
熱後には、含まれていた水分や有機物が飛散し気
孔を形成することにより通気性を生じる恐れもあ
るので、モルタル部の厚さは１〜２mm程度に薄く
形成されることが好ましい。

そして、空気入口８には、熱交換体１の空気流
路２の開口部を囲むように、スペーサー１６が挿
入され、スペーサー１６の内端には接着モルタル
１５を介して熱交換体１に接着される。スペーサ
ー１６の材質としては、セラミツクスが採用さ
れ、特に熱交換体１と同材質のセラミツクスが好
ましい。また、気密性をより確実に賦写するた
め、スペーサー１６の内面または外面に釉薬処理
してもよい。スペーサーの外側の端部にはゴムパ
ツキン１７が装着される。このゴムパツキン１７
としては市販のゴムが使用できるが、好ましくは
シリコンゴムやフツ素ゴムのようなやや耐熱性の
高いゴムを使用する。そして、このゴムパツキン
１７の外側から空気入口フランジ１３が被せられ
る。この場合、特に第５図に示すように、ゴムパ
ツキン１７はスペーサー１６の端部ばかりでな
く、ケーシング４の開口縁部をもシールするよう
になつている。そして、空気入口フランジ１３は
その周縁部をケーシング４にボルト１８およびナ
ツト１９によつて締付け固定されている。

上記の構成において、高温の排ガスは第２図中
白抜矢印で示すように排ガス入口１１から熱交換
体１の排ガス流路３を通り排ガス出口１２から流
出する。一方、予熱空気は第２図中矢印で示すよ
うに空気入口フランジ１３から空気入口８を通り
さらに熱交換体１の空気流路２を通つて空気出口
９から流出する。したがつて、この実施例では予
熱空気と排ガスとが直交流型に流れる。そして、
熱交換体１の内部において、予熱空気は排ガスと
熱交換され、加熱されて取出される。ところで、
例えば1000℃以上の排ガスが流通することによつ
て熱交換体１およびその周囲が例えば500〜1000
℃に加熱されると、熱交換体１、断熱材６、メタ
ルケース５、スペーサー１６の熱膨張率の差によ
つて、特に熱交換体１と断熱材６との間に隙間が
生じる。しかし、本発明においては、空気入口フ
ランジ１３がゴムパツキン１７、スペーサー１６
を介して熱交換体１を内方に押し付けているの
で、熱膨張率の差による隙間はゴムパツキン１７
の弾性によつて吸収され、高温下においても熱交
換体１をしつかりと保持することができる。ま
た、スペーサー１６およびゴムパツキン１７によ
つて熱交換体１の空気流路２の開口部外周がシー
ルされるので予熱空気が排ガス側にリークするこ
とが防止される。さらに、このゴムパツキン１７
はメタルケース５と空気入口フランジ１３とをシ
ールし排ガスのリーク防止にも役だつている。ゴ
ムパツキン１７としては好ましくは耐熱性のある
ものが使用されるが、この実施例の場合、内部に
未加熱の予熱空気が流通するのであまり温度は上
がらず、せいぜい100℃前後であり、充分長期の
耐久性に耐えられる。

次に本発明の試験例を説明する。

試験例第２図ないし第５図に示した熱交換装置を用い
てリークテストを行なつた。

熱交換体１として、コージエライト質からなる
一体型の外形寸法が350×350×350mmのものを使
用した。この熱交換体１の空気流路２は４×290
mmの断面を有し14通路からなり、排ガス流路３は
10×290mmの断面を有し13通路からなつている。
そして、伝熱面積は2.18m²である。

ケーシング４としては、メタルケース５の外形
寸法が525×450×625mmであり、断熱材６として
断熱キヤスタブル（旭硝子株式会社製商品名
「ライトキヤスター14」）を場所により異なるが平
均50〜70mm内張りしたものを使用した。

組立ては、まず熱交換体１と断熱材６との間に
接着モルタル１５をヘラで約３mm塗布し、ただち
に熱交換体１を組込み、振動機によつて約30秒加
振し、熱交換体１と断熱材６とを接着した。次に
熱交換体１の空気流路２の入口側外周に同様の接
着モルタル１５をヘラで塗布し、コージエライト
質からなる外寸350×内寸305×高さ73mmのスペー
サー１６をセツトし、振動機にて加振して接着を
行なつた。さらに、厚さ７mm、外寸390mm、内寸
305mmのシリコンゴムのパツキン１７をこのスペ
ーサーの上に置き、空気入口フランジ１３をセツ
トしてボルト１８、ナツト１９にて締付け固定し
た。この状態で80℃×24Hr乾燥して、リークテ
ストを行なつた。

まず、空気の入出口を密閉し、その内部に空気
を加圧して送入し、空気圧力とリーク量を測定し
た。その結果は第８図に示す通りである。

次にこの熱交換装置をLPG燃料を使用するテ
スト炉の排ガス出口部に取付け、熱交換の性能を
テストした。その結果、排ガス流量250Nm³／
Hr、排ガス温度1200℃、空気流量239Nm³／Hr、
空気入口温度20℃のとき、空気出口温度が429℃、
排ガス温度が869℃であつた。温度効率は35％で
ある。このときの空気入口圧力は580mmH₂Oであ
り、空気出口圧力は570mmH₂Oであつた。また、
排ガス入口部の圧力は５mmH₂Oであり、排ガス
はそのまま大気へ放出した。

この状態での空気のリーク量の測定は空気入
口、出口および排ガス入口、出口でのO₂量を測
定することによつて行なつた。その結果、空気の
排ガス側へのリーク量は1.5Nm²／Hrであること
が判明した。室温のリーク量よりも減少している
のは、空気温度が高いために空気の粘性が大きく
なつたこと等によるものと思われる。この場合で
の空気リーク率は0.6％であり、極めて優れた結
果となつた。

以上説明したように、本発明によれば、熱交換
体の被加熱ガスの入口となる開口部を囲むスペー
サーと、このスペーサーの外側の端部に装着され
たゴムパツキンとを介して熱交換体がケーシング
内に弾性保持されているので、高温下において熱
交換体とケーシングとの熱膨張率の差によつて隙
間が生じても熱交換体をしつかりと保持すること
ができ、かつ、スペーサーとゴムパツキンとによ
つて熱交換体の被加熱ガス流路開口部外周がシー
ルされるので、被加熱ガスと加熱ガスが熱交換体
とケーシングとの隙間からリークすることも防止
できる。また、熱交換体の中で最も低温となる被
加熱ガス流路開口部に、スペーサーを介してゴム
パツキンを配置するようにしたので、ゴムパツキ
ンの熱的損傷を防止することができる。さらに、
スペーサーとゴムパツキンとによつて弾性保持す
るようにしたので、構造が簡単であり、組立てが
容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される熱交換体の一例を
示す斜視図、第２図は本発明の熱交換体保持構造
の一実施例を示す正面断面図、第３図は同実施例
を示す平面半断面図、第４図は同実施例を示す右
側面半断面図、第５図は同実施例の要部を示す部
分拡大断面図、第６図は室温空気のリークテスト
結果を示すグラフである。図中、１は熱交換体、２は空気流路、３は排ガ
ス流路、４はケーシング、８は空気入口、９は空
気出口、１１は排ガス入口、１２は排ガス出口、
１５は接着モルタル、１６はスペーサー、１７は
ゴムパツキン、Ａ−Ａは第一対向面、Ｂ−Ｂは第
二対向面である。

Claims

【特許請求の範囲】

１外形がほぼ直方体状をなし、第一対向面内に
被加熱ガス流路が開口し、第二対向面内に加熱ガ
ス流路が開口し、内部に両ガス流路を区画する多
数の隔壁が設けられたセラミツクス製の熱交換体
をケーシング内に収容し保持する熱交換体保持構
造において、前記熱交換体の被加熱ガスの入口と
なる開口部を囲むセラミツクス製のスペーサー
と、このスペーサーの外側の端部に装着されたゴ
ムパツキンとを介して、前記熱交換体が前記ケー
シング内に収容されており、前記ゴムパツキンの
前記被加熱ガスの入口側からの押圧力によつて、
前記熱交換体が前記ケーシング内に弾性保持され
ていることを特徴とする熱交換体保持構造。