JPS61105096A - 直交流形熱交換器 - 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】 本発明はセラミック材料から成る直交流形熱交換器に関
する。

高温及び又は腐蝕性熱交換媒体の伝熱では従来セラミッ
ク材料から成る熱交換器が数多く提案された。先行技術
を開示する資料として次の文献がある。

欧州特許出願明細書００４３１１５、 西独国特許公開公報ＤＩＯ８−２９５７３４２西独−特
許明細書　ＤＥ！ＰＳ−２５１０８９５西ａｉ特許公開
公報ＤＥＯＢ−２９３４９７５西独国特許明＃１８　Ｄ
ＩＰＢ−２７０７２９０＃　　　２８４ｊ５１ ＃　　　　　　　２６３１　　　ロ　　９　２そのよう
な熱交換器は１４００℃までの高い作業温度に適し、そ
してセラミック材料は腐蝕性媒体に耐え、特に高温の腐
蝕性ガスが冷却又は加熱される場合の使用に適する。露
点に達しないで凝縮され九腐蝕性を有する位相が生ずる
場合でも、そのようなセラミック熱交換器が使用される
ことができる。

西独−特許明細書ＤＥＰ８２６３１０９２に記載されて
いるように特別の熱交換器モジュールは大きな熱交換面
によって特徴づけられ、かつ記載の製造方法によってコ
スト安くつくられることができる。金属性の従来の熱交
換器では、大抵、高価な材質のみがそのような熱交換器
の製造に使用され、その結果この場合に熱伝達は極端に
高いコストでのみ可能であった。

西独−特許明細書ＤＩＬ−ＰＦ３２６３１０９２には、
セラミック材料から成るモジュールとして構成された熱
交換器要素が記載される。

材料選択によって及び十字状かつ層状に配設されている
個々のダクトの間の＠壁の層厚さを小さく選択すること
によって、この発明者はそのようなセラミック熱交換器
の普及の妨げとなっていた温度変動歪による損傷の危険
を減少させかつ同時に所定のスペースに使用される熱交
換面積を最大にすることに成功した。量産技術、特に体
積のものに対して個々の要素として極端に大きな寸法が
得られる。

しかしそのような要素の製造は困難性を伴う。

そのわけは一方では「グリーン・セラミック材料」から
成る個々の母ジュールは熱交換器要素として組立てられ
た後焼成されたければならないからである。

従って、熱応力に基く割れの発生を防止するため、大き
な燃焼室と周到な冷却法が必要である。

他方、そのように大きな要素は極端に大きな危険度を以
ってのみ搬送されることができる。

そのような大きな要素に損傷が生ずる場合、その要素は
最早不良品となる。

西独国特許明ＭＡ４ＩＤＥ　−２６３１０９２ではこの
発明者は隔壁のシステムによって大きなユニットに構成
される二重モジュールを創造することによって熱交換面
積の拡大と熱交換媒体容量の増大を達成した。

西独−特許明細書ＤＢ−２７０７２９０には個々の要素
から成る熱交換器が記載されてお）、個々の要素はセラ
ミック繊維材料から成る中間層によって大きな構造ユニ
ットに組立てられる。

この発明者は溝とウェブによって熱交換媒体の流れる開
口を被うことを考えた。

西独−特許明細書ＤＫ２９３４９７３にはセラミック材
料から成るリブのある層が相互に接着され、かつ熱交換
器要素が保持されることが記載されている。保持された
熱交換器要素はプレートから成る金属ハウジングによっ
て取囲まれる。

プレートはボルト、ねじ及びばねによって熱交換器要素
の側面に押しつけられ、その際緊塞材料は弾性的かつ可
撓性を有する。多数の熱交換器要素を一つの大きな構造
ユニットに組立てることはこの発明では提案されてない
。

西独−特許明細書ＤＩ！１−２５１０８９３１Ｃも個々
の形れんがから構成された伝熱式熱交換器が記載されて
いる。

ここでは６二つの形れんがが熱交換媒体のための一つの
ダクトを形成する。三つの形れんかによってまず、二つ
の熱交換媒体のための一つのダクトがつくられる。伝熱
式熱交換器の構成もこの発明によれば既設の室が形れん
がと壁れんかによって構築されることによって完成され
、その原形れんがは溝とばねとを備えている。画然交換
媒体の短絡は直交流形では、場合によっては要素をモル
タルでつけることＫよって回避されることができる。形
れんがの大きさによって伝熱式熱交換器の体積に対して
熱交換面積が比較的小さくなる。所定の体積の中での熱
交換面積の増大を意味するダクトの減少はこの発明によ
る形れんかによっては殆んど不可能である、そのわけは
形れんがの大きさを大きくしたことによって構築は益々
困難になり、熱交換面積の伝熱式熱交換器体積に対する
望ましい比は達成されることができないからである。

酉独国特許明細書ＤＨ２９５７５４２においても大きな
構造ユニットは熱交換器要素から構成され、その際同様
に個々の構成要素はボルト、ねじ及びばねによって相互
にクランプされる。

欧州特許出願明細書ＥＰ　ＯＯ４３１１３には、セラミ
ック熱交換器モジュールから成る直交流形熱交換器が記
載されており、このモジュールは同様にねじ、ばね及び
ピンから成るクランプ装置を介して押圧されかつガス密
に連通される。

本発明は熱交換媒体のためのクロスダクト示相互ガス密
に分離されるように個々の直交流形熱交換器要素を一つ
の大きな構造ユニットに構成することを課題の基礎とす
る。本発明による熱交換器は西独国特許明細書Ｄ１ｎ２
６３１０９２に記載された熱交換器要素から構成される
。これらの要素は例えば略高さ２０備では６０個までの
クロスダクトが重ねられ、その際各５０個は相互に平行
であり、また長さ３０ｃＩＰＬでは、１０個のダクトが
並ぶ。

この課題の解決は本発明によれば、上記熱交換器要素は
要素の上部及び下部分離面の層厚さを熱交換器要素の全
ての面の機械加工を可能にするように著しく増大し、そ
して垂直の縁を形成するウェブを熱交換器要素の全て面
の機械加工を可能にするように大きくした。個々の無交
換器要素の加工は全ての側面に縁に添ったノツチ又はラ
ッチが設けられていることによシ容易になった。これら
のノツチ又はラッチはノツチがラッチのための母型とな
るように形成されている。熱交換器要・素の重なり合っ
た側面上に片面にはノツチが、そしてこれと向い合う面
には対応したラッチがある。その上、側面は全ての隅に
凹部を備え、その凹部の断面の周囲寸法は、多数の熱交
換器要素が組合される場合に対称的なダクトの周囲長さ
の％となる。側面の加工によって開口を備えた側面の内
方部分がノツチ又はラッチに対して僅かに後退され、そ
の結果二つの熱交換器要素の組合せの際リング状に閉じ
た狭い室が生じ、その結果必ずしも個々のダクトが正確
な厚さに配列される必要はない。

本発明によるセラミック熱交換器は次のようにして構築
される。

一平面内に相互に垂直に配列された孔と接続フランジを
有する突起を備えた例えば金属材料から成る好適なハウ
ジングは耐熱的に断熱された、圧縮性の小さい又は非圧
縮性材料を塗布される。ハウジングの底は平らであり、
ハウジングの天井には例えば十字穴の十字面の大きさの
凹部がある。との凹部にはハウジングと固着された接続
管が連通し、ハウジングはその上縁に緊塞面を備えてお
りかつ好適なカバによってガス密に閉鎖されることがで
きる。このハウジングの底に乾燥した床に、又はモルタ
ル床に本発明により前加工された個々の熱交換器要素が
配置され、前記床によって穴の十字面が充填され、その
際全部で４つの方向に穴が拡がり、又は隅要素が塗布さ
れた隙間に押入される。熱交換器要素の第一層が完成し
た後、突当縁によって形成されたダクトと接合部が好適
な材料で閉塞される。熱交換器要素の第二層は第一層と
全く同様に構築されかつ仕上塗布される。この方法で全
ての孔の横断面が完成されるまで順次熱交換器要素が組
付けられる。全てのダクトと個々の熱交換器要素の突当
縁での接合部が好適な塗布材料で閉塞された後、熱交換
器の上側の凹部も耐熱性かつ断熱性塗布材料を充填され
、そしてカバは接続管を熱交換器ハウジングに好適な緊
塞部材と共に固定する。

好適な材料の使用及び層厚さの好適な選択によって熱応
力が場合によっては多層構造によって、また場合によっ
ては熱膨張率を異にする材料の選択によって減少される
ことは特に有利である。熱交換器ハウジングは比較的低
温に保持され、場合によっては強制的に冷却される。本
発明の思想の一つはハウジングの低温保持によってハウ
ジングの熱膨張が熱交換器要素のそれより小さく又は同
等にされることにある。それによって運転中熱交換器要
素上に圧力が作用し、その圧力は個々の要素が位置決め
されかつ傷の発生による圧力を負荷することなしに観察
されるような不緊塞個所の形成を回避させる。従って熱
交換器ハウジングはクランプ要素を必要としない。

本発明において、第３図から明らかな熱交換器要素から
成る熱交換器の側面の前にセラミック分配器が設けられ
、この分配器は断熱層又はハウジングに支持されかつ圧
力を中央の要素に均等に伝達するようにする。

本発明によるセラミック熱交換器を、図示の実施例に基
いて詳しく説明する。

第１図に基いて熱交換器要素を説明する。

第１図に示す熱交換器要素３は立方体形である。二つの
垂直な側面と上部の水平な側面が見える。本発明による
加工前の熱交換器要素素材においては側面は仕上加工さ
れた熱交換器要素中におけるラッチ１４の上面が位置す
る平面と同一面である。

ダクト（５又は４）のための開口を備えた仕上げられた
側面の部分は距離１５だけ素材の側面から内方へずらさ
れている。仕上げられた側面は一点鎖線７によって示さ
れた平面内に位置する０垂直の側面上のラッチははじめ
は直角な横断面６ｂを、そして続いて外方に向いたプリ
ズム状の横断面６ａを有し、その際ラッチは外方へ向っ
て縮少されている。′媒体１，２の入口開口では、プリ
ズム状の横断面の直角部分から成るラッチがその内面で
、一方媒体１，２の出口側ではラッチはその外面で突当
っている。

出口側ではラッチ１２１）の直角の横断面と、プリズム
状の横断面１２ａが存在する。出口平面の外面は距離１
３だけラッチのプリズム部分よりも凹んでいる。一方面
６ｂ、１２ｃは出口面より前方に位置しており、ノツチ
はアングル８，９の脚部によって特徴づけられる。熱交
換器要素の上面及び下面は流動ダクトの開口を有さない
。ここでは例えば上面にノツチ３が設けられ、ノツチは
縁１０によって区画されかつ深さ１１を有する。下面は
図示されてい表いが、ラッチは同時に縁１０によって区
画され、縁は下面から距離１１だけ突出する。側面上の
ノツチ又はラッチは多くの熱交換器要素が形状一体的に
組立てられるために役立つ。

第２図〜第４図にはノツチ又はラッチ３の考えられうる
種々の形態が示されている。第４図では従来の形態とは
異なり、熱交換器要素は垂直に立っている側面に鏡面対
称に矩形輪郭のラッチを備えている。リング１６は個々
の熱交換器要素を相互に面位置に保持するために使われ
る。その上側々の熱交換器要素の接合の際に生ずる、例
えば横断面が十字形として形成され、かつ緊塞材料で閉
塞されたダクトが認められる。

第５図は直交流形熱交換器の形態を示し、この熱交換器
は直交流形熱交換器要素から成る。

フランジ接手１９とカバ２０とを備えた４つの流入管又
は流出管１８が示されており、カバーはねじ２１によっ
て熱交換器の本体と固着されかつガス密に結合されてい
る。流動方向矢印１゜２は直交する二つの熱交換媒体の
流動方向を示す。

第６図は第５図に示す熱交換器のＡ−Ａ断面を示す。熱
交換器の内方カバー２２並びにフランジ１９を備えた流
入管又は流出管１８が示されているい熱交換器の中心に
は本発明による熱交換器要素２３の矩形状配置が図式的
に示されている。熱交換媒体１は紙面中を流れ、熱交換
媒体２は紙面中を前記流れに対して垂直に流れる。

第１図は第５図に示す熱交換器のＢ断面の部分を示す。

７ランジ１９を備えた熱交換媒体１゜１９０ための流出
管及び熱交換器２２のジャケットの傍に本発明による熱
交換器要素２３から成る一層が水平に配置されているこ
とを示す。

熱交換器要素２３は全側面をダクト１７及び１７ａによ
って取囲まれている。ダクト１７は水平に配列され、一
方ダク）１７ａは紙面に対して垂直である。

第８図において別の実施例が４つの熱交換器要素の突当
縁の断面図として示されている。各要素の好適に形成さ
れたラッチ又はノツチの間に全側面を取囲んで各要素が
配設されており、細長片又は層は縁のセラミック材料３
０から成っていて中間挿入され、後で圧力を除いて又は
圧力下で一鍛造圧力又は例えばハウジング圧力−好適な
方法で焼成温度で焼成され、それによって、要素の剛固
で、継目がなく、かつ緊密な結合が生ずる。この検量に
は例えば加熱排気ガスが適する。

【図面の簡単な説明】

第１図は西独国特許明細書ＤＥ　２６　Ｓ　１０９２に
よる熱交換器要素を本発明により変形しかつ好適な方法
で表面処理された該要素を示し、第２図は４つの要素の
突当てられた部分を断面で示し、その際断面は第１図の
Ａ−Ａｉ！！に沿う断面であり、 第３図は本発明によるセラミック熱交換器の外観であり
、 第４図は本発明による熱交換器のＢ　−Ｂ　Ｋ対して垂
直な面による断面図、 第５図は本発明による熱交換器の第３図Ａ　−Ａに垂直
な平面の断面図、 第６図は本発明によるノツチとラッチの第２図に対して
鏡面対称の配置、そして 第７図はスリーブによる個々の熱交換器要素の６立てを
示し、そして 第８図は他の実施例の熱交換器要素の突当縁の断面図を
示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）各二つのガス流入管とガス流出管とを備え
   た金属ハウジングと、 （ｂ）ハウジングの上面の少なくとも一つの組込カバー
   と、 （ｃ）十字状に積層されたガスダクトを備え、取かえ自
   在に矩形状に配置された多数のセ ラミック熱交換器要素から成るブロックと、（ｄ）金属
   ハウジングとセラミック熱交換器要素のブロックとの間
   の断熱部とから成る直 交流形熱交換器において、 （ｅ）各熱交換器要素は各側面の全部で４つのダクトの
   ない側縁にノッチ又はラッチを備 えており、 その結果向い合つた熱交換器要素は相互に 連通しかつ側面はガスダクト範囲において 接触せず、その結果隣接した熱交換器要素 の間の扁平な中空室が生ずること、 （ｆ）向い合つた各ノッチと各ラッチとの間に緊塞細長
   片が配設されていること、 （ｇ）各熱交換器要素は相互に形状一体的に連通するた
   めに底面及び天井面に同一形状の 少なくとも一つのノッチ又はラッチを備え ていること、 （ｈ）金属ハウジングとセラミック熱交換器要素のブロ
   ックとの間の断熱部は底と天井で はブロックを形状一体的に、そしてガス流 入口とガス流出口の方向においては運動拘 束的に取囲んでいることとを特徴とする直交流形熱交換
   器。
2. （２）側面の側縁にノッチ又はラッチが形成されており
   、かつ向い合つている側面の間には耐熱材料を充填され
   たダクトが形成されている、特許請求の範囲第１項記載
   の直交流形熱交換器。
3. （３）熱交換器要素のブロックの各側面に各一つの支持
   ハニカムが設けられている特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載の直交流形熱交換器。