JPS601554B2 - 蓄熱回転式熱交換器の回転体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、無数の流体通路群を有する回転体を仕切り
を介して２室に区割された鯵体内で２室に跨がつて連続
して回転させ、一方の室では高温の流体を流して回転体
に蓄熱させ、他方の室では低温の流体を流して熱を放出
させて熱交換を行なう蓄熱回転式熱交換器の回転体の改
良に関するもので、耐熱性を向上させ、熱膨張差に伴う
変形を防止させて非常な高温での使用を可能ならしめる
と共に伝熱面積を大きくして効率を向上させた回転体を
提供せんとするものである。

一般に、蓄熱回転式熱交換器は、流体通路群を多数備え
た円形の回転体を、仕切にて２室に区劃された流体通路
を有するハウジング内に、２室に跨がつて回転自在に装
着し、当該回転体を低速で回転させ、一方の室にある部
分は、高温の流体を流通させてこれの熱により回転体を
加熱して蓄熱させ、他方の室にある部分では、低温の被
加熱流体を流通させて回転体に蓄熱された熱を放熱させ
て熱交換を行なうようになしたものである。

ところで、上記熱交換器に使用される回転体は、高温部
では、８００ｏ○以上の非常に高温の流体が流れ、他方
では低温の流体が流れ、しかも高温の流体と低温の流体
とが交互に流れるので、流体の流れの抵抗を最小にする
と共に熱変化に伴う熱応力の影響を受けない材料及び構
成にする必要がある。そこで従来は、耐熱性にすぐれた
ガラスパイプを用いて、これを多数積層させて構成して
いるが、回転体の全域に亘つて円形に一体に形成するこ
とが非常に困難であるので、通常は、第１図に示す様に
、ガラスパイプ２を多数用いて扇形に積層し、各ガラス
パィプ２，２・・・間の隙間にガラスパイプと略同質の
接合材を充填させて焼成し、一体に結合させたブロック
体１を構成し、この様になしたたブロック体１を、第２
図に示す様に、回転中心となる回転軸３の周囲に複数個
配置させて円形になし、その外周面に全周に亘つて長尺
な金属バンド４を装着し、当該金属バンド４と回転軸３
とを半径方向に放射状に配された金属棒５にて連結して
各ブロック体１，１・・・を金属バンド４にて固定して
回転体６を構成している。しかし乍ら、上記構成の回転
体６では、ブロック体１を形成しているガラスパイプ２
とブロック体１を固定している金属バンド４とでは熱膨
脹率が異なる為に、熱交換時に高温流体が流れて加熱さ
れた際、フロック体１が殆んど膨脹しないのに対し、金
属バンド４が大幅に膨脹し、金属バンド４の周方向長さ
が長くなり拡径する。その為、ブロック体１と金属バン
ド４との間で隙間を生じ、ブロック体１の固定が不完全
となり、ガタつきを生じるといった欠点があった。この
欠点を解消する為に回転軸３と金属バンド４との間にブ
ロック体１の前後面において金属榛５を連結させている
が、当該金属棒５も直接高温の流体に晒されるので膨脹
し金属バンド４の拡径を十分に防止することができず、
多数の金属棒５を設けねばならず、それだけフロック体
１の流体通路が塞がれて流体の流通路が低下する。金属
棒５をブロック体１の前後面に装着するので、それだけ
ブロック体１の軸方向長さが短縮され、ブロック体１の
熱交換を行なう伝熱面積が狭められるといった欠点があ
った。また上記回転体６を用いた熱交換器では、回転体
をハウジング内に回転自在に装着する為、第３図に示す
様に回転体６とハウジング７の内壁との間には流体の漏
れを許容できる範囲内で若干の隙間を持たせてあるが、
熱効率を向上させる為には、特にハウジング７内を２室
に分割する仕切８の近傍での高温の流体と低温の流体と
の混合を防止する必要がある。しかし乍ら、回転体６は
仕切８を境にして２室に跨がつて連続して回転するもの
であり、仕切８の端面を回転体６に近接させても、従来
の回転体６では流体の混合を防止できなかった。即ち、
従来の回転体６は、ブロック体１の前後面に金属棒５が
装着されている為、ブロック体１と仕切８との間には金
属棒５との干渉をさげる為に大きな隙間が設けられ、金
属榛５と仕切８とが一致している場合には、流体の混合
を生じないが、金属棒５と仕切とがずれている場合には
、仕切８とブロック体１との間の隙間が大きくなり、流
体の混合を生じる。従って流体の混合を防止するには、
仕切８の幅寸法を隣接する金属樟５間を塞ぐ幅寸法に設
定せねばならず、それだけ回転体６の流体の通路が狭め
られることになり、効率が非常に低いものであった。こ
の発明は、上記従来の問題点に鑑み、これを改良除去し
たもので、各ブロック体を、熱膨脹差による半径方向の
変化を生じない様に固定すると共に、ハウジング内にお
けるブロック体と仕切との隙間を狭くして流体の混合を
防止して効率を向上させる回転体を提供するものである
。

以下この発明の構成を図面に示す実施例に従って説明す
る。

第４図及び第５図に於いて、１１は回転体１０を構成す
る素子となるブロック体で、適当数例えば６等分に等分
割された略扇形をなし、その両端面の一部に係止段部１
２，１２を形成してある。

このブロック体１１は、多数のガラスパイプ１２を所定
の形状に積層させ、各ガラスパィプ１３，１３・・・間
の隙間に同質の接合材を介在させて焼成し、一体に結合
させてある。またブロック体１１は内端側を平面に形成
してあり、複数のブロック体１１を円形に配置させた際
に、回転中心部に角孔１４を形成する。１５，１５…は
円形に配されたブロック体１１，１１・・・の端面間に
半径方向に配された取付用ボルトで、内端フランジー６
を隣接するブロック体１１，１１の係止段部１２，１２
に係止させ、外端を外方に突出させてある。

１７，１７・・・は各ブロック体１１，１１・・・を固
定する金属製の帯板で、１個のブロック体１１の外周面
の長さより長く形成してあり、フロック体１１，１１・
・・と同数の帯板１７，１７・・・を隣接するフロック
体１１，１１に跨がつて周方向に干渉しないように、帯
板１７の一端ではブロック体１１に接触し、他端では隣
接する帯板１７の外面に接触するように連続して装着し
、第６図に示す様に、夫々の帯板１７，１７・・・の両
端に形成した周方向に長い長孔１８，１８・・・に取付
用ボルト１５を貫通させ「ナット１９を締付けて固定し
、各ブロック体１１，１１・・・を連結固定して回転体
１０が構成される。

２０は隣接するブロック体１１，１１間の隙間を塞ぐガ
ラスパイプ１３と同質の充填材で、中央部に角孔１４と
外部とを蓮適する通路２１を残して充填される。

そしてこの様に構成した回転体１０を、第７図に示す様
に、仕切２４ａ，２４ｂにて２室に区劃され、夫々高温
ガス入口２５、高温空気出口２６、低温空気入口２７、
低温ガス出口２８を有する１対のハウジング２８，２８
内に流体通路を横切る様に配置し、回転自在に支持させ
、一方のハウジング２２の中心部に軸方向に挿入した回
転軸２９の先端を回転体１０の角孔１４に鉄入させ、一
部に形成した突起３０を角孔１４の端部に係止させ、先
端に固定板３１を装着し、ビス止〆３２して回転体２９
と回転体１０とを一体に連結させてある。

尚、回転体１０と両ハウジング２２，２３の仕切２４ａ
，２４ｂの内端とは、回端体１０の回転の支障とならな
い程度に近接させて対向配置させると共に他方のハウジ
ング２３の仕切２４ｂの中央部２４ｂ′を第８図に示す
様に、下方に湾曲させ、低温空気入口２７から供給され
た低温空気の一部を角孔１４から回転体１０内の通路２
１へ流通させ、帯板１７，１７・・・に形成した最孔１
８，１８・・・から流出させて取付用ボルト１５，１５
・・・及び帯板１７，１７・・・を冷却させる。３３，
３４はハウジング２２，２３内に装着された断熱材であ
る。

上記構成において、その作用を説明すると、回転軸２９
を回転させて回転体１０を低速で回転させ、同時に高温
ガス入口２５から高温ガスを供給し、低温空気入口２７
から低温空気を供給する。

するとハウジング２２の下部に供給された高温ガスは、
対応する回転体１０の流体通路群を通り、この間にブロ
ック体１１，１１…を加熱して各ガラスパィプ１３，１
３…に蓄熱させ、低温のガスを低温ガス出口２８から排
出させ、一方ハウジング２３の上部に供給された低温空
気は、対応する回転体１０の流体通路群を通り、この間
にブロック体１１，１１・・・のガラスパイプ１３，１
３・・・に篭熱された熱を奪い加熱されて高温となり高
温空気出口２６から排出され、高温ガスは低温ガスに、
低温空気は高温空気に夫々熱交換される。ところで、上
記動作時、回転体１０は高温ガスの流通に伴い高温に加
熱され、ブロック体１１，１１・・・及び帯板１７，１
７・・・が熱膨脹し熱膨脹率の違いから帯板１７，１７
・・・がブロック体１１，１１・・・より多く膨脹して
も帯板１７，１７・・・は分割されており、しかも互い
に周方向には干渉しない様に配置されており、帯板１７
の長孔１８と取付用ボルト１５との関係により帯板１７
が取付用ボルト１５に支障を与えることなくスライドし
、熱膨脹分が吸収されるので、帯板１７，１７・・・の
半径方向の寸法は変化せずブロック体１１，１１・・・
を確実に保持することができる。また上記回転体１０は
、低温空気の一部を角孔１４から内部通路２１を経て取
付用ボルト１５及び帯板１７に作用させるので、これら
の冷却作用が高く高温に加熱されないので、熱膨脹が少
なくなると共に熱影響を受け難く、耐熱性が向上し、よ
り高温の流体の熱交換が可能となる。更に回転体１０１
ま帯板１７，１７・・・の熱膨脹時の半径方向の寸法変
化を防止できるので、ブロック体１１，１１・・・の前
後面において半径方向の寸法変化を防止する特別な連結
榛を設ける必要がなく、それだけブロック体１１，１１
・・・の伝熱面積を広く取ることができ、しかもフロッ
ク体１１の前後面と仕切２４ａ，２４ｂとの間を狭くす
ることができ、仕切２４ａ，２４ｂの端部において高温
ガスと低温空気との混合を防止でき、仕切２４ａ，２４
ｂの幅寸法を狭くすることもでき、ブック体１１の流体
通路群を多く利用でき、熱交換効率が向上する。尚、各
ブロック体１１を固定する帯板１７，１７・・・の形状
は、上記実施例に限るものではなく、他に第９図に示す
様に、隣接するブロック体１１，１１・・・の端部間に
跨がつて短尺な帯板３５，３５・・・を装着し、これの
長孔３６，３６・・・に取付用ボルト１５，１５・・・
を貫通させ、ナット１９を綿付けて固定させてもよい。

以上説明した様に、この発明は多数のガラスパイプを同
方向に揃えて積層し、同質の接合材を混入させて暁結さ
せた扇形のブロック体を回転軸の周囲に複数個配置させ
て円形となし、隣接するブロック体間に取付ボルトを半
径方向に配置し、当該取付ボルトの内端を隣接するブロ
ック体の係止段部に内端フランジを介して係止させ、外
端をブロック体から外方に突出させると共に各ブロック
体間を低温空気を流通させる通路を残して充填物で充填
させ、１個のブロック体の外周長より長い帯板を、隣接
するブロック体間に跨って一端ではフロック体に接触し
、他端では隣接する帯板の外面に接触する様に連続して
装着し、当該帯板に形成した最孔に取付ボルトを貫通さ
せ、ナットを締付けて固定させたから、回転体が高温に
加熱され、これによりブロック体及び帯板が熱膨脹し、
帯板がブロック体より大きく膨脹しても、その膨脹は十
分に吸収され、帯板の回転中心からの半径方向の寸法関
係が変化せず、ブロック体と帯板との間に隙間を生じて
ブロック体がガタつくようなことはない。

また回転体は、低温空気の一部をブロック体間の通路に
導入し、取付用ボルト及び帯板を冷却させるので、冷却
効果が高く、熱膨脹が減少すると共に耐熱性が向上する
ので、より高温のガスを流通させることができる。更に
帯板の半径方向の変化を規制する為の連結棒をブロック
体の前後面において装着する必要がなく、それだけフロ
ック体の軸万向長さを長くでき、伝熱面積が広くなると
共にブロック体とこれと対向するハウジングの仕切の端
面との隙間を小さくでき、仕切の端部での高温ガスと低
温空気との混合を防止でき、熱交換率が大幅に向上する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な蓄熱回転式熱交換器の回転体を構成す
るブロック体の概略斜視図、第２図は従来の回転体の形
状を示す側面図、第３図は従釆の回転体の使用状態を示
す概略平面図、第４図は本発明に係る蓄熱回転式交換器
の回転体を示す要部側面図、第５図はその縦断面図、第
６図は回転体の姿部拡大平面図、第７図は本発明に係る
回転体を用いた熱交換器を示す断面図、第８図は回転体
と仕切との関係を示す概略図、第９図は他の実施例を示
す要都側面図である。 １０・・・回転体、１１・・・フロック体、１２・・・
係止段部、１３・・・ガラスパイプ、１４・・・角孔、
１５・・・取付用ボルト、１７・・・帯板、１８・・・
長孔、１９・・・ナット、２０・・・充填材、２１・・
・通路。 第１図第２図 第３図 第４図 第５図 ６図 第８図 第７図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多数のガラスパイプを同方向に揃えて積層し、同質
   の接合材を混入させて焼結させた扇形のブロツク体を回
   転軸の周囲に複数個配置させて円形となし、隣接するブ
   ロツク体間に取付ボルトを半径方向に配置し、当該取付
   ボルトの内端を隣接するブロツク体の係止段部に内端フ
   ランジを介して係止させ、外端をブロツク体から外方に
   突出させると共に各ブロツク体間を低温空気を流通させ
   る通路を残して充填物で充填させ、１個のブロツク体の
   外周長より長い帯板を、隣接するブロツク体間に跨って
   一端ではブロツク体に接触し、他端では隣接する帯板の
   外面に接触する様に連続して装着し、当該帯板に形成し
   た長孔に取付ボルトを貫通させ、ナツトを締付けて固定
   させたことを特徴とする蓄熱回転式熱交換器の回転体。