JPS5860192A - 熱交換器用複層充填体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱交換器用複層充填体、詳しくは排気カスその
他の高温またはｔｉｌｏ流体と熱交換して熱回収または
熱賦与を行危う移動層式または充填層式熱交換器などに
遺した伝熱充填体として用いる熱交換器用検層充填体に
関するものである。

従来よシ熱交＃器用の４種の伝熱充填体が提案されてい
るが、これらｄいずれも十分な熱交耕作用を発揮しうる
奄のではなかった。

たとえば耐火物製球形中実粒子からなる充填体を用いた
場合に社、空隙率が小さく、流体の旅路が狭少で圧損が
大きい上に、材料の熱伝導率が小さいために、蓄熱時に
は充填体の表面部のみがすみやかに高温になり、あるい
は放熱時−に鉱宍面部のみがすみやかに低源になるが、
いずれの−合本球径が大吉、いときにはその中心部に社
はとんど影響を与えず、したがって伝熱充構体としては
実質的に表間部のみしか利用されず、その利用効率は不
十分である。また、金属製球形中実充填体では、材料の
熱伝導率は耐火物のそれより大きいので球径が大きいと
きでも中心部も表面部とは埋同様に蓄熱・放熱に利用し
うるが、比重が大きいために充填体重量が大きくなシ、
シ九がってきわめて多数の充填体を収容する熱交換器お
よびその周辺装置あるいは熱交換器を設電すべき基礎な
どけ大きな重量を支持するに足るきわめて強固な構造と
するなどの必要があって好ましくかい。着た、伝熱責構
体の粒径な小さくすることにより中心部をも蓄熱耐菊熱
に有効に利用しようとすると、ガス噌どの粒体の流通性
がさらに悪くなり、流体に大きな圧力を加える必要が生
じ、熱交換器の耐圧度を大きくしたシ、流体駆動に大き
なエネルギーを要するなど不都合である。

一方、たとえば、％分明５６５６−２ｌ１１には、正多
面体状多孔中空金属からなる移動層式熱交換器用伝熱充
填体が提案されているが、充填体の内部空間が伝熱体と
して利用されていないため、体積嶺りの有効表面部が少
なく、熱交換効率が不十分であシ、また、九とえはダス
ト中８０１．Ｎｉ１ｓなどを含むいわゆるダーティ−排
ガスから熱回収をはかろうとする場合には、中空部にダ
スＦもしくは８０１．Ｎｉｌなどに由来して生成する化
合物が付着・沈積し、熱交換効率を低下させるなどの欠
点を有していえ。さらにまた、ラシとリング状あるいは
ナドル状の伝熱充填体本知られているが、これらは流体
流通性は比較的曳好であるが、充填体自身の流動性が悪
く、あるいはダスト類が付着しやすいなど難点があった
。

従来の各種伝熱充填体のもつこれらの欠点を解決すべく
、本発明者は鋭意検討した結果、本発−に到達したもの
である。すなわち、本発明′の目的′とするところは体
積当シの比表面積が大充填体を提供するにある。さらに
また、いわゆるダーティ−カスなどの流体に対してもダ
ストもしくは流体中に含有される成分に由来して生成す
る化合物の付着・沈積を防止し、熱交換効率の低下しな
い熱交換器用伝熱充填体を提供するにある。

すなわち本発明は、殻体と芯体とからなる熱交換器用複
層充填体であって、該殻体祉複数個の孔を有する中空体
でありＸ＃殻体の中空部に錠殻体と独立して動きうる芯
体を収容して力ることを特徴とする熱交換―用Ｉ１層充
填体を提供するものである。

しかしてとの複層充填体の殻体は一層からなる殻体と芯
体とからなる亀のはもとよシ、殻体の中空部に１より小
さな内側の殻体（以下、内らなる殻□体と芯体とからな
る伝熱充填体を４提供するものである。また、殻体の中
空部に収容される３体または内殻体の数社中空部内に収
容しうる範囲で一個でも複数個でもよく、複数個Ｏ場合
Ｋａその形状・大きさは同じであっても異なっていても
差し支えない。複層の殻体ある。

いは豐数個のる体、内殻体とすることは複層充填体の幾
何学的面積の飛躍的増大をもたらし、伝熱効率が大巾に
向上する長所を有する。一方、一層のみの殻体あるいは
一個の芯体とすることはＩＩＮ充亨体の製作を容易にし
て実用的であり、また、芯体を相対的に大きな形状とす
ることが可能となって、ダスト類の付着・沈積防止に有
効な、芯体の殻体内面との衝突・摩１［Ｋ大！！女エネ
ルギーを与オ、られる利点がある。

殻体の外形・内形は殻体を構成でき、かつ独立に動きう
る芯体を収容できるような中空部を設けることができる
範Ｈで任意の形状でよく、直方体・立方体なとの多面体
あるいけ円筒、だ内体、球などの曲面体でも差し支えな
い。きわめて細憂い形状あるいはきわめて扁平な形状は
中空部を設けにくいので好ましくない、たとえば、多面
体あるいは円筒にあっては各平面部は外形線外方にやや
凸に、内形は中空部に向かつてやや凹に構成し、あるい
Ｆｉ一点中辺を形成する部分は適宜滑らかになるように
削）％とした形状となして、殻体・芯体の転勤を容易に
し、あるいは充填体の充填・後込時に取扱い容易で隼粍
・伽突による破掘を少なくするような配慮がされてめる
ことは好ましい、殻体の外形と内形とは相似であっても
相似でなくてもよい。

殻体の大きさは伝熱充填体として流体との関に十分に伝
熱しあえるような大きさであれば特に限定されないが、
外形が球である場合には外径が１０−１００ｗ樺度が好
ましく、まえ、球でない場合には最大寸法が１６０−程
度以下１、かつ最小寸法が６ｗ程度以上であることが好
オしい。

ｉｌｌ外側の殻体（以下、最外殻体という、）の肉厚は
、充填体群による′ｉ＃１を支え、かっ熱交換能力の少
なからざる部分の寄与を果すに十分な肉厚とすることか
好ましい、具体的にはその肉厚は最外殻体の外形の最大
寸法の工よシ小さく、かつ最小寸法のｉより大きいこと
が好ましく、また１〜２０ｍ＃＋糧度であることが好ま
しい。内殻体の肉厚は、充填体群の荷重を支える必！ｌ
！Ｉはなく、熱交換能力に対するしかるべき寄与と、自
重および内体重量を支える点奢配膚すれば一般に十分で
ある。殻体の肉厚が全表面にわたってほぼ均一でちるこ
とは各部分の均等な熱的寄与および強度保持の点で好ま
しい。

殻体はその外表面から内昏面まで貫通する孔を置数個有
することが必要である。孔の形状は任意であるが、通常
には円形が簡便である。孔の数は殻体に要求される強度
を損ゎ々い範囲でΦ 多数ある方が、中空部への流体の流通を容易にし、かつ
、孔の側面も流体との接触表面として熱交換に寄与する
ので好ましいが、余りに多数であると殻体の製作が複雑
となシ、強度も低下するので好着しくない。具体的には
４〜２０個が好適である。孔の配置は各孔での流体の流
通がほぼ均一になるように、なるぺ〈対称的に、かつ、
孔相互間の距離がおおむね均等になるように設けるのが
好ましい。

孔の大きさは流体の流通が充分に行われ、かつ殻体に要
求される強度を損わない範囲で適宜選定して差し支えな
いが、代表径ｌ−以下の孔は流体の流通が円滑に行われ
難いので好ましくない。また、孔の大きさは、揺動・転
動によ〉芯体が容易に脱落しない大きさであ石ことが重
要である。ひとたび製作した複層充填体をいかなる位置
関係に置いて移動・移送せしめても内体が孔から脱落し
ないことは、脱稿した内体を再び中空部に入れる操作が
不要である利点を有し、このためには本発明の実施例で
ある第１図に示すごとく、孔の最小寸法を芯体の外形の
最小寸法より小さくするの屯一つの方法である。

また、他の実施例である第２図に示すごとく、特定の孔
の径を芯体の外形の最大寸法よシ小さく、かつ３体の外
形の最小寸法よシ大きくすることにより、相互が特定の
位置関係にあるときに限り、芯体紘殻体から出し入れが
可能であるが、通常の場合には他の相互位置関係にあっ
てそのときに唸す体は殻体から脱落しｆｋｈような構造
とすることも可能であり、この場合には殻体の制作後に
３体を収容せしめうる利点および殻体を破壊することな
く殻体から芯体をとりだして、たとえば洗浄・補修がで
きる利点を有する。

芯体は中空体でも中東体でもよく、ま九有孔であっても
無孔であってもよい、有孔中空体である場合には、この
芯体の幾何学的表面積の増大に呵る伝熱効率向上の利点
あるいは流体流路がさらに増大することによ多流体の流
通が容易になり流体駆動圧低減の利点を有し、中東体で
ある場合には、芯体内懺面にダスト類の付着・沈積する
遣れかない利点などを有する。鷹た、６体の外形線殻体
中空部に収容し得て、かつ、その中空部内で独立に動き
得ることが必要で６艶、特に揺動もしくは転動すること
により、芯体が殻体内表面の大部分と接触しりるよう′
な大きさ・形状であることが好ましい。芯体の外形が凸
曲面のみで構成されていることは揺動・転勤が容易であ
る利点を有し、まえ、５体の外形に辺中頂点がある場合
には殻体内表面と鋭利にぶつかシ、あゐいはこする利点
を有し、それぞれがダスト類の付着・沈積防止に寄与す
る。３葎の大きさとしては、九とえば殻体、芯体の外形
がともに球の場合には、芯体の直径は殻体の直径のｎ−
１１であることが実際的９好ましく、他の形状の場合に
も実効的にこれに相応するような大きさが好ましい。

特にこの禎層充項体を移動層式熱交換器の伝熱充填体と
して使用する場合には、この充填体群が熱交換器内を重
力もしくはその他の外方によシ層状をなして移動する必
要があシ、また場合によっては熱交換器の出口部を出て
から入口部に再投入する間にコンベア・リフトなどの移
送装置を介して出口部から入口部まで移送させられる必
１’がある。かかる移動・移送時にその操作を円滑に行
わせ、たとえば熱交換器内でプリッジンダ現象その他０
岸擦カによシ移動が抑制されたり阻止されたシすること
を防止するために、殻体の外形が球形状でＴｏシ、°そ
の代表径が１０〜１００■であることが好ましい。ここ
で球形状とは、凸曲面とＸＰ−面とからのみ構成され、
かつ、すべての点が平滑であって、最大寸法と最小寸法
の比が１〜２の範囲にある形状を言い、代表径とは最大
寸法と最小寸法の幾何平均を言う。また、殻体の外形と
は孔部がないものとみなしての外形であり、材質に基づ
〈表両の黴細な凹凸などを無視するものであることは言
うまでもない。

殻体および芯体の材質としては金属、ガラス、プラスチ
ックスなども適宜使用し′うるが、とりわけセフィック
スは使用温Ｖ域の上限を高く設定でき、耐食性・耐摩耗
性にすぐれ、軽量であるなどの点で有利である。好まし
い上２ミックス材質としてはコージェライト、アルミナ
、ｉクネタア、ムライト、ジルコン、ジルコニア−１炭
化珪素、窒化珪素などが挙げられる。

着た、殻体と芯体、は必ずしも同じ材質である必要はな
く、たとえば中実芯体としてセヲミレクスを用い、形状
が複雑な殻体は製作が比較的容易な金属で構成してもよ
く、あるいけ殻体のみを透明なガラスで製作して内表面
へのダスト類の付着状況を透視可能としてもよい。

この複層充填体を製作するには各種の方法が採用しうる
。あらかじめ中央部で殻体を二分割し九半殻体をプレス
法−などにより製作し、この中に３体を納めたのち、分
割部を溶接、接着、圧着、あるいけねじ込みなどの方法
で接合するのも一つの方法である。この場合、殻体の孔
は接合前に形成してもよく、接合後に形成してもよい。

不燃性の材料で形成した芯体の表面に適宜の庫さの可燃
性あるいは熱流動性の樹脂・ペーストを＊ｒ、その外側
に同じく不燃性の材料で殻体の形状を塗布などの方法で
形成せしめ、熱部３！！によって中間の樹脂・ペースト
層を燃焼もしくは流出させることによ＃）製作すること
も可能てめる。ｔた、殻体を完成したのち、適宜な方法
で芯体を外部から孔を通して中空部に落としこんでもよ
い。

本発明の伝熱充填体を熱交換器忙充填するＫあ九つでは
同じ形状のものを多数個使用してもよく、また形状の異
なる種類の本発明に係る伝熱充填体を混合使用してもよ
い。また、熱交換器内の部位に応じて〜各種の本発明に
係る伝熱充填体を使いわけてもよい。また、従来よシ会
知の伝熱充填体と適宜混合して充填してもよい。

この発明の伝熱充填体は上に述べたような構成を有して
いることから、体積当妙の比表面積が大きく、したがっ
て蓄熱・放熱の熱交換速度が早くなり、熱交換効率の向
上と熱交換器のコンパクト化に寄与する。また、殻体と
芯体との間に自由空間を有することから軽量の伝熱充填
体が得られ、熱交換器や、その周辺装置を簡素化できる
ものである。また、特にダーティ−ガスなどを流体とし
て用いる場合には、従来の充填体では中実球形状充填体
を除いてダスト類の付着・沈積が大きな問題であったが
、本発明社この点を解決するものである。すなわち、充
填層式熱交婁器などにあっては適宜のインターバルでこ
の充填体を熱交換器外にとシ出し、また移動層式熱交換
器にあっては充填体が移動して熱交換器外あるいは熱交
換器のうちで含塵流体と接する区間の外に出たのちに、
この芯体あるいは充填体あるいは充填体群に振動・回転
などの運動を与えることにより、殻体と芯体とが相互の
位置関係を様々にとシながら殻体内−藺と芯体外向とが
衝突・接触・摺動し、その際にこの面に付着・沈積して
いた、あるいは付着・沈積する恐れのあ゛るダスト類を
かきおとし、殻体の孔から充填体外に排出されることＫ
より１ダスト類の付着・沈積を抑制本しくは防止、さら
には除去できるのである。

この運動を与えるには充填体あるいは充填体群を容器に
入れてこの容器を運動させてもよく、また適宜に支持し
て支持体を運動させてもよく、また、気流、液流などに
より少なくとも芯体を連動せしめてもよい。また、移動
層式熱交換器に使用する場合に鉱、熱交換器内を伝熱充
填体が移動する間に１殻体と芯体とが相互の位置関係を
かえて接触することによ抄熱交換器内でのダスト類の付
着・沈積を抑制もしくは防止することが可能となシ、こ
の場合には熱交換器外での充填体に対する除謳・防鳳の
ための装雪・操作が不要になるか、あるいはその負荷・
頻度を大きく低減できることも本発明の大きな特徴の一
つである。

つぎに図面に示す実施例について本発明を説明すると、
第１図は外形、内形ともに球であり、相互に等間隔にな
るように６個の孔α）を配した殻体（２）を有する複層
充填体である。１個の中実球であり、力・つ孔の直径よ
シ大きい直径を有する芯体（６）を殻体の中空部（荀に
収容している。芯体の収容にあたっては接合面（５）、
で二分割し九半殻体の一方に芯体を収容し、しかるのち
に他方の半殻体を接合面が重なシ合うように配置して適
宜な方法で接合する。

第２図は、長袖の両端に２個の円形の孔（１′）を配し
、任童の短軸の両端に２個のより大きい円形の孔（１’
）を配して、計４債の孔を有するラグビーボール状の殻
体（至）の中空部（４Ｋゼリービーンズ状の中実芯体（
２）を２個収容している複層充填体である。理解しやす
いように第ｚｇにおいては芯体の長軸が殻体の長軸と同
−平、面にある特殊な相互位置関係の場合を示したが、
通常は各種の位置関係にある。芯体偉）のｊｌｉ径は孔
げ）の直径よシ小さいが、孔げ）の［？によシ大きく、
また、芯体Ｃ）の長径は中空部（６）の短径よシ小さく
構成されているので、あらかじめ適宜な方法で形成した
殻体（２）の外部から芯体ψ）を孔（ｆ）？通して中空
部（４）に収容できる。

【図面の簡単な説明】

躯１図、第２図は本発明の複層充填体の二つの例を示す
断面図で、（１）は孔、（至）は殻体、（２）は芯体、
（荀は中空部である。 ７／閉

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　殻体と芯体とからなる熱交換器用複層充填体
   であって、該殻体は複数個の孔を有する中空体であり、
   該殻体の中空部に該殻体と独立して動きうる芯体を収容
   してなることを％黴とする熱交換器用複層充填体。 ＠　１個の殻体と１個の中実の芯体とからかる特許請求
   の範囲第１項記載のｖＩｌｌ充填体。 （３）　複層充填体の材質をセラミックスとする特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の複層充填体。 （２）熱交換器を移動層式熱交換器とする特許請求の範
   囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の複層充填体。 （２）　殻体の外形が代表径１０〜Ｚｏｏｍの球形状で
   あり、３体の外形が球形状で、あってその１里 代表径が該殻体の外形の代表径の１０””２であり、餓
   殻体の孔の数が４〜２０個である特許請求の範囲第１項
   乃至第４項のいずれかに記載の複層充填体。