JPS63118597A - セラミツクス熱交換器 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は燃焼式加熱炉等の高温排ガスの排熱回収を行う
場合等の如き高温の流体を対象としたセラミックス熱交
換器に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に熱交換器は、温度の異なる２つの流体を間接的に
接触させて高温流体を冷却し、低温流体を加熱させるも
ので、通常、高温流体を流すケーシングの内部に伝熱管
群を配設し、該伝熱管内に低温流体を流して高温側と低
温側とを伝熱管の管壁を介して熱交換させるようにしで
ある。

上記高温流体の温度があまり高くない場合には、伝熱管
を金属製としても問題はないが、高温流体が加熱炉の高
温排ガスの如き約１３００℃位の場合は、従来の金属製
の伝熱管を用いた熱交換器では該伝熱管が上記高温排ガ
スに常時さらされているため耐えられない。

そのため、高温の排ガスの排熱を回収するために高温に
も耐えられる材質として伝熱管をセラミックス製とした
熱交換器が考えられ、前記したような加熱炉等の高温排
ガスの排熱を回収することが行われるようになっている
。

現在考えられているセラミックス熱交換器は、第５図お
よび第６図に示す如く、周りに断熱材２、を施して下方
から上方へ高温排ガスＨＧを流すようにしたケーシング
１の内部に、多数のセラミックス製の伝熱管３を、高温
排ガスＨＧの流れ方向と直交するように配設し、上記各
伝熱管３の両端を管板部１０を貫通させ、上記各伝熱管
３の一端側には低温流体、たとえば、空気Ａの入口部４
を、また、各伝熱管３の他端側には空気の出口部５をそ
れぞれ設け、各伝熱管３内を流れる低温流体と、各伝熱
管３の外側を流れる高温流体とを熱交換させるようにし
である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、現在までのセラミックス熱交換器では、伝熱
管３の外側を高温流体が該伝熱管３の管壁に接触しなが
ら流れるときに伝熱管３の壁面を通じて熱が伝えられる
という対流熱伝達のみである。そのため、温度の異なる
流体間の熱伝達率が慈く、伝熱管３の外側を流れる高温
排ガスの排熱回収効率が低くなっている。上記の熱伝達
率を良好にするためには、伝熱管３の長さを長くすると
か、伝熱管３の本数を増やすこと等が考えられるが、熱
交換器自体が大型化して来る。

〔発明の目的〕

本発明は、上記問題点に鑑み案出されたもので、伝熱管
単位長さ当りの熱伝達率を向上させて熱交換器自体をコ
ンパクトにし高性能かつより製作性の良いセラミックス
熱交換器を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段〕 上記目的を達成づるため本発明のセラミックス熱交換器
は、高温流体が流通する断熱ケーシング内に、高温流体
の流れと直交する方向に低温流体が流通ずるセラミック
ス製の伝熱管群が配設されるとともに、上記ケーシング
内の各伝熱管の配列間に伝熱管と平行でかつ高温流体の
流れ方向に沿って伝熱促進用のセラミックス製の輻射板
が配設されており、かつ上記輻射板の表面に接するよう
に各伝熱管と平行にセラミックス製の伝熱促進棒が設け
られて高温流体が配管群の間を、配管回りで淀みなく流
れるようになっていることを特徴とするものである。

〔作　　　用〕

伝熱管外側の高温流体は、各輻射板に沿って流れ、この
間に輻射板が加熱されることによって高温輻射板からの
輻射熱が伝熱管に伝達される輻射熱伝達が促進される。

また、伝熱管外を流れる高温流体が伝熱管に接触して流
れることによる対流熱伝達は、各輻射板に接して設けら
れる伝熱促進棒により高温流体が各伝熱管間で伝熱管表
面に沿ってよどみなく流れることによって促進される。

さらに、伝熱促進棒も高温になるので棒からの輻射伝熱
も期待できる。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図ないし第３図は本発明の一実施例を示すもので、
たとえば、加熱炉等からの約１３００℃の高温排ガスＨ
Ｇにより燃焼用空気Ａの予熱を行うような場合に適用し
た例を示す。

ケーシング１は周りに断熱材２を配し、下方から高温排
ガスｌ−（Ｇが入って上方より排出されるようになって
いる。またケーシング１の一側壁に燃焼用空気Ａの入口
部４を設けると共に他側壁に燃焼用空気Ａの出口部５を
設け、上記ケーシング１内には、多数本のセラミックス
製の伝熱管３群を高渦流体の流れ方向と直角方向に配し
て、各一端を管板部１０を貫通させて上記燃焼用空気Ａ
の入口部４に開口させると共に、各他端を管板部１０を
貫通させて燃焼用空気への出口部５に間口させ、各伝熱
管３内を燃焼用空気Ａが流れるようにする。また、上記
ケーシング１内の伝熱管群内には、セラミックス製伝熱
促進用の輻射板６を、高温排ガスＨＧの流れ方向に沿っ
てかつ各伝熱管３と平行に管配列間に各々設ける。

また、伝熱管３群の管配列間には図のように管と平行方
向にかつ管と管の中間位置に輻射板６に接して伝熱促進
枠７が設けられている。尚、棒の形状は図のような円形
でもよいが、三角形、半円形などどのような形でもよい
。

次に作用を説明する。

燃焼用空気Ａの入口部４より燃焼用空気Ａを各伝熱管３
内に流し、上記各伝熱管３外に高温排ガスＨＧをケーシ
ング１の下方より上方に流すと、該高温排ガスＨＧの流
れは第３図に矢印ａで示すように流れる。即ち高温排ガ
スＨＧは輻射板６に沿って上昇する間に伝熱促進枠７に
よって流れが側方に曲げられ、伝熱管３との接触が改善
され対流熱伝達率が向上する。即ち輻射板６のみで伝熱
促進枠７がないとすれば第４図に示すように高温排ガス
ＨＧは図のように輻射板６に沿って流れるのと、伝熱管
″Ｆ流側に剥離流を生じることから図の点線で示すよう
に伝熱管の中間の領域内に淀み部８が発生しやすく熱伝
達率が低下することが知られているが、本発明では棒７
により伝熱管下流側の剥離流が阻止されるので高温排ガ
スの流れに淀み部８が発生しにくくなり上述の如く熱伝
達率が向上する。

ざらに、輻射板６、伝熱促進枠７は高温排ガスＨＧから
対流伝熱により熱を伝達され、それら自身の温度はほぼ
高温排ガスと同等の温度になっているので、点線矢印す
、ｃで示すように熱線（赤外線）が活発に発生し輻射板
６、伝熱促進枠７から伝熱管３に活発に輻射伝熱が行わ
れ、熱交換器の熱伝達率が向上する。この場合、輻射板
６と伝熱促進枠は、伝熱管配列ピッチ等に応じて、接し
て配置したりあるいはわずかに輻射板６から離れて、流
体の流れ方向に見てオーバーラツプするように内側に配
置するなどの最適化を行うことができる。尚、第２図で
は伝熱管内は中空に示されているが、伝熱管３内部で伝
熱管壁から燃焼用空気Ａへの熱伝達率を向上させるため
管内部に図示しないスワラ−（例えば金属製の薄肉ねじ
り板）を挿入しておき、管内にはげしい乱流を発生させ
ることも行われる。

尚、以上述べた輻射板６と伝熱促進枠７との組合せの代
りに第７図に示すように輻射板６の表面に突起９を設け
ることも考えられる。しかし突起を有する輻射板は製作
上小型のものに限られるため数枚の板を互いに接着して
一枚の板にする必要があり、かつ製作費が高価になるな
どの欠点がある。さらに配管列間に輻射板を挿入する関
係で突起の高さが制限され高温流体が配管列間をまんべ
んなく流れるようにする性能は本発明に比して多少劣る
ものと考えられる。

（発明の効果） 以上述べたように本発明のセラミックス熱交換器には以
下の効果がある。

（１）　　伝熱管群の配管列内に輻射板および伝熱促進
枠を配設したので、高温流体から低温流体への熱の伝熱
は対流伝熱の他輻射伝熱によって促進され、伝熱管単位
長さ当り熱伝達率が向上する。この場合、輻射板と伝熱
促進枠は別体としているので、伝熱管配列ピッチ等に応
じて、接して配置したりあるいは流体の流れ方向に見て
伝熱管とオーバーラツプするように、やや内側に配置す
るなどの最適化を行うことができる。

■　以上述べた熱伝達率の向上により、熱交換器はコン
パクトとなり、伝熱管の全長（本数×長さ）も短くてす
むので、熱交換器も安価になるとともに強度上の信頼性
も向上する。

■　輻射板と伝熱促進枠を別体としているので□、セラ
ミックス製作上一体化物に比較し安価で、セラミックス
接合部も生じないので強度・製作上の問題が少ない。

（４）　　輻射板と伝熱促進枠を別体としたので伝熱管
と促進枠がオーバーラツプしても伝熱管の配列内に輻射
板を挿入することが容易に行われ、組立が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のセラミックス熱交換器の一実施例を示
す断面図、第２図は第１図の■矢視拡大断面図、第３図
は伝熱管外を流れる流体による熱伝達の状態を示す説明
図、第４図は伝熱促進枠７がない場合の流体の流れを示
す説明図、第５図は従来のセラミックス熱交換器の断面
図、第６図は第５図の■矢視拡大断面図、第７図は突起
を有する輻射板の斜視図である。 １・・・・・・ケーシング ２・・・・・・断　熱　材 ３・・・・・・伝　熱　管 ６・・・・・・輻射板 ７・・・・・・伝熱促進棒 第１図　　　　　第２図 第３図　　　　第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高温流体が流通する断熱ケーシング内に、高温流体の流
   れと直交する方向に低温流体が流通するセラミックス製
   の伝熱管群が配設されるとともに、上記ケーシング内の
   各伝熱管の配列間に伝熱管と平行でかつ高温流体の流れ
   方向に沿って伝熱促進用のセラミックス製の輻射板が配
   設されており、かつ上記輻射板の表面近くにまたは表面
   に接するように各伝熱管と平行にセラミックス製の伝熱
   促進棒が設けられて、高温流体が配管群の間を、配管回
   りで淀みなく流れるようになっていることを特徴とする
   セラミックス熱交換器。