JPS6375488A - 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おる。

［従来の技術］ 一般に熱交換器は、温度の異なる２つの流体を直接又は
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
に複数の伝熱管を配設し、該伝熱管内に一方から他方へ
低温流体を流すと同時にケーシング内に高温流体を流し
、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に高温に耐え得られない。

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ｊ９られる材質として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９図及
び第１０図に示す如く、周りに断熱材２を施こして一方
から他方へ高温排ガスＨＧを流すようにしたケーシング
１の側部に、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、空気の入口部４を
、又、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悪く、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、
熱交換自体が大型化して来る問題がある。

そこで、本発明は、熱交換器自体をコンパクトにし且つ
伝熱管外熱伝達率を向上させて高性能なセラミックス熱
交換器を提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記目的を達成するために、ケーシング内に
複数本のセラミックス製伝熱管が配設してあり、その外
側を高温流体が流れるようにしであるセラミックス熱交
換器において、各伝熱管の配列間に、複数枚のセラミッ
クス製輻射板を、管外側を流れる高温流体の流れ方向と
平行に配し、且つ各輻射板の表面に、上記高温流体の流
れ方向と直交する方向へ延びる突条部を設けた構成とす
る。

［作　　用］ 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該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、又、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
よる対流熱伝達のほかに、各輻射板の突条部により高温
流体が各伝熱管間でよどみなく流れることによって得ら
れる対流熱伝達が促進される。

［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図乃至第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ＩＩ
Ｇにより燃焼用空気への予熱を行うような場合に適用し
た例を示す。

周りに断熱材２を配し一方から高温排ガスＩＩＧが入っ
て他方より排出されるようにしたケーシング１の管板部
１０−側壁に燃焼用空気への入口部４を設けると共に他
側壁に燃焼用空気への出口部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を各々平
行に配して、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の出口部５に開口させ、各
伝熱管３内を燃焼用空気へが流れるようにする。又、上
記ケーシング１内の伝熱管配列位置には、上記各伝熱管
３の上下方向の配列ピッチにほぼ一致させた間隔で突条
部７を幅方向全長にわたり設けた帯板状のセラミックス
製伝熱促進用輻射板６を、高温排ガスＨＧの流れ方向と
平行に且つ各伝熱管３の配列間に各々設け、各伝熱管３
の軸心方向と平行に延びるように置かれた各突条部７に
より高温排ガスＨＧの一部が伝熱管３側に変向させられ
るようにする。

燃焼用空気の入口部４より燃焼用空気へを各伝熱管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の一方より流すと、該高温排ガスＩＩＧの流れは、
第４図に矢印ａで示す直接伝熱管３に接触する流れのほ
かに、突条部７付きの輻射板６の存在により、矢印すで
示す如く高温排ガスＨＧの流れ方向に沿い位置している
伝熱管３間方向への流れと、矢印Ｃで示す如く上記輻射
板６に接触する方向への流れが発生する。上記矢印ａと
矢印すの各派れにより伝熱管３に接触した高温排ガスｔ
ｌＧは、該伝熱管３の管壁を通じて伝熱管３内の燃焼用
空気式に熱を伝えるため、所謂、対流熱伝達が行われる
。この際、輻射板６に突条部７がない場合には、輻射板
６と該輻ｑ］板６に沿って配列されている伝熱管３との
間を高温排ガスＨＧが通り後けるため、高温排ガスＩＩ
Ｇの流れ方向に配列されている各伝熱管３同士の間には
高温排ガスが滞留するよどみ部８が第５図の如く発生し
、対流熱伝達率が悪くなるが、本発明では、輻射板６に
高温排ガスＩＩＧの流れ方向を変える突条部７が設けで
あるので、該突条部７により変向された高温排ガスＨＧ
の一部が第４図の矢印ｄの如く上記よどみ部８の方向へ
流れて伝熱管３に接触するため、よどみ部８の発生がな
くなり且つ対流熱伝達が促進される。更に、上記第４図
の矢印Ｃの如く高湿排ガスＩＩＧの一部が輻射板６に接
触することにＪ：る対流熱伝達により該輻射板６が加熱
され、その結果、該輻射板６から伝熱管３へ第４図に示
す矢印ｅの如く輻射熱が伝えられる、所謂、輻射熱伝達
が得られる。この輻射熱伝達と前記対流熱伝達により伝
熱管３外の高温排ガス）ＩＧの熱伝達率を向上させるこ
とができる。

以上は、本発明の一実施例であるが、本発明は上記実施
例に限定されるものではなく、第６図に示す如く、各伝
熱管３内に金属製又はセラミックス製の薄肉ねじり板９
を挿入し、伝熱管３内の熱伝達率の向上を図るようにす
ることもできる。すなわち、前記した構成のセラミック
ス熱交換器において、各伝熱管３の内部に、第６図に示
す如く薄肉のねじり板９を挿入すると、該伝熱管３内を
流れる燃焼用空気への流速が上がると同時に乱流が発生
し、この乱流により第７図に示す如く伝熱管３内を流れ
る空気へが伝熱管３の管壁に当ることにより熱を伝える
、所謂、対流熱伝達と、伝熱管３からねじり板９に熱を
伝える輻射熱伝達が得られ、伝熱管３内の熱伝達率をよ
り向上させることができ、前記実施例における伝熱管外
の熱伝達率の向上と相俟って高性能なセラミックス熱交
換器を大川することが可能となる。

なお、上記薄肉ねじり板９は、第６図の如く平板をねじ
った構成以外に、断面十字状とした薄板をねじった構成
としてもよく、又、伝熱促進用の輻射板６は、帯板の長
手方向と直角方向に延びるように突条部７を設け、その
長手方向を高温排ガスＩＩＧの流れ方向と平行になるよ
うに設置した場合を例示したが、第８図に示す如く、突
条部７を帯板の長手方向に延びるように設けて該突条部
７が高温排ガスＨＧの流れ方向に直交するように輻射板
６を各伝熱管３の配列間に設置させてもよい。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明のセラミックス熱交換器によれば
、高温流体の通路にセラミックス製の伝熱管を多数配設
し、且つ上記各伝熱管の外側を流れる高温流体の通路に
、該高温流体の流れ方向に対し直角方向に延びるよう突
条部を有する伝熱促進用のセラミックス製の輻射板を、
高温流体の流れ方向と平行に配した構成を有しているの
で、高温流体が直接伝熱管に接触することによる対流熱
伝達のほかに、輻射板の突条部により高温流体の流れが
変えられて伝熱管に接触することによる対流熱伝達と、
輻射板が加熱されることによる該輻射板から伝熱管への
輻射熱伝達が得られ、これら輻射熱伝達と対流熱伝達の
促進により伝熱管外の熱伝達率が向上し、伝熱管を長く
したり、本数を増やすことなく伝熱効果を上げて効率よ
く熱交換を行わせ得られ、コンパクトで高性能なセラミ
ックス熱交換器とすることができる。又、上記各伝熱管
内に薄板によるねじり板を挿入することにより、伝熱管
内の流速をあげ且つ乱流を生じさせ得てセラミックス製
伝熱管を構造的に無理な形状（たとえば、コルゲート）
にすることなく管内熱伝達率を向上できると共に、比較
的大口径管でも伝熱管内の伝熱性能を向上できるので、
伝熱管は大径で短かい管を採用できることになり、セラ
ミックス製伝熱管を容易に且つ安価に製作でき、又、強
度上の信頼性も大となる。

【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■方向拡大断面図、第３図
は輻射板の一例を示す斜視図、第４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５図は輻射
板に突部がない場合の流体の流れを示す説明図、第６図
は本発明の他の実施例における伝熱管の一例を示す図、
第７図は第６図に示す伝熱管内の熱伝達状態を示す説明
図、第８図は輻射板の他の例を示す斜視図、第９図は現
在のセラミックス熱交換器の断面図、第１０図は第９図
のＸ方向拡大断面図である。 １・・・ケーシング、２・・・断熱材、３・・・伝熱管
、６・・・輻射板、７・・・突条部、９・・・ねじり板
、ＨＧ・・・高温排ガス、Ａ・・・燃焼用空気。 第１図　　　　　　　第２図 図面の浄書（内容に変更なし） 第３図 第８図 ＨＣＮ 第６図 第７図 ８−）（Ｇ 手続補正＠（方式） 昭和６１年１２月３日 特許庁長官　黒　１）明　雄　殿 １、事件の表示 昭和６１年　特　許　願　第２２０１５２号２、発明の
名称 セラミックス熱交換器 ３、補正をりる者 事件との関係　　特許出願人 東京都千代田区大手町二丁目２番１号 （００９）石川島播磨重工業株式会社 ４、代　理６人　′ 昭和６１年１１月５日　（発送日６１・１１・２５）６
、補正の対象 ・′”１） 図面第３図及び第８図を濃厚な黒色で鮮明に描いた別紙
第３図及び第８図の如く補正する。 乙添付書類の目録

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）周りに断熱材を施こして一方から他方へ高温流体を
   流すようにしたケーシング内に、複数本のセラミックス
   製の伝熱管を配設し、該各伝熱管内に低温流体を流すよ
   う各伝熱管の両端を管板部を貫通させ、且つ上記ケーシ
   ング内の各伝熱管の配列間に、表面に適宜間隔で突条部
   を平行に設けた複数枚のセラミックス製の伝熱促進用輻
   射板を、上記高温流体の流れ方向と平行に且つ上記突条
   部が高温流体の流れ方向と直交するように設置してなる
   ことを特徴とするセラミックス熱交換器。