JPH0588183B2 - - Google Patents
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- JPH0588183B2 JPH0588183B2 JP26331285A JP26331285A JPH0588183B2 JP H0588183 B2 JPH0588183 B2 JP H0588183B2 JP 26331285 A JP26331285 A JP 26331285A JP 26331285 A JP26331285 A JP 26331285A JP H0588183 B2 JPH0588183 B2 JP H0588183B2
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- corrugated
- flat
- honeycomb body
- ceramic structure
- ceramic
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Description
【発明の詳細な説明】
「技術分野」
本発明は、例えば、デイーゼルエンジンあるい
はボイラーなどの排気ガスの有する熱エネルギー
を回収するのに好適なセラミツクス製構造体に関
する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION TECHNICAL FIELD The present invention relates to a ceramic structure suitable for recovering thermal energy contained in exhaust gas from, for example, a diesel engine or a boiler.
「従来技術およびその問題点」
チユーブを用いた熱交換器などの構造体におい
ては、管内に水などの流体を流し、管外に気体を
流すような場合、管の外側にフインを設けると熱
交換が効果的に行なわれることはよく知られてい
る。このため、金属製チユーブに金属製フインを
巻いてフインチユーブとすることは広く行なわれ
ている。しかし、800℃を超えるような高温ガス
を管外に流す場合、通常の金属フインでは耐熱性
がなく、また、耐熱性のある特殊合金では高価で
熱伝導性が悪いなどの欠点があつた。また、デイ
ーゼルエンジンなどの排ガスなどを管外の流体と
して用いる場合、排ガス中に含まれる黒煙粉末に
より、断続的、局部的なスートフアイアリングが
起こり、金属製フインの融点を超えるような高温
部ができるため、金属製フインを使用することは
困難であつた。さらに、不純物として硫黄分など
を含む燃料の燃焼ガスを管外の流体として用いる
場合には、フインやチユーブ外表面の低温腐食が
問題となり、通常の金属では熱交換器としての寿
命を著しく短縮されるという欠点があつた。"Prior art and its problems" In structures such as heat exchangers that use tubes, when a fluid such as water flows inside the tubes and gas flows outside the tubes, providing fins on the outside of the tubes will reduce heat. It is well known that exchange is effective. For this reason, it is widely practiced to wrap metal fins around a metal tube to form a finch tube. However, when high-temperature gas exceeding 800°C is forced to flow outside the tube, ordinary metal fins do not have the heat resistance, and special heat-resistant alloys have drawbacks such as being expensive and having poor thermal conductivity. In addition, when exhaust gas from a diesel engine, etc. is used as a fluid outside the tube, the black smoke powder contained in the exhaust gas causes intermittent and local soot firing, causing high temperature areas exceeding the melting point of the metal fin. Therefore, it was difficult to use metal fins. Furthermore, when fuel combustion gas containing impurities such as sulfur is used as a fluid outside the tube, low-temperature corrosion of the outer surface of the fins and tubes becomes a problem, and the life of ordinary metals as a heat exchanger is significantly shortened. It had the disadvantage of being
これらの欠点を解決する方法として、セラミツ
クスチユーブとセラミツクスフインを別々に作つ
て接着する方法、あるいはフイン付きチユーブを
セラミツクスの鋳込成型、射出成型もしくは液圧
プレスで作る方法が容易に考えられるが、熱抵抗
の少ないフインの接着技術が確立していないこと
や、熱応力の発生しにくい均一な成形技術が安価
に得られないことから、未だ実用化されていな
い。 As a way to solve these drawbacks, it is easy to think of a method of making a ceramic tube and a ceramic fin separately and gluing them together, or a method of making a finned tube by ceramic casting, injection molding, or hydraulic press. It has not yet been put to practical use because a technique for bonding fins with low thermal resistance has not been established, and a uniform molding technique that is less likely to generate thermal stress cannot be obtained at low cost.
一方、セラミツクス製ハニカムを用いた構造体
は公知であり(例えば、実開昭56−93695、特開
昭57−31792参照)、例えば、第7図に示すよう
に、全体として直方体状をなす本体1の一組の対
向壁を貫通するように第1の流体の流路2を上下
に平行に形成し、別の対向壁を貫通するように第
2の流体の流路3を流路2に対し薄い隔壁を介し
て上下方向に配置されるように形成したものも用
いられている。この構造体1は、例えば、排ガス
と空気との熱交換などのように、比熱や隔壁の両
側における熱伝達係数が同程度にとれる場合には
問題がないが、例えばガスと水のように隔壁の両
側における熱伝達係数が著しく異なる場合には、
ガス側の伝熱面積は大幅に不足し、水側の伝熱面
積は大幅に余裕があることとなつて、熱伝達のバ
ランスが悪く、熱交換効率が低下する。 On the other hand, structures using ceramic honeycombs are known (for example, see Utility Model Laid-Open No. 56-93695 and Japanese Patent Laid-open No. 57-31792). For example, as shown in FIG. A first fluid passage 2 is formed vertically in parallel so as to pass through a pair of opposing walls of 1, and a second fluid passage 3 is formed in the passage 2 so as to pass through another opposing wall. On the other hand, those formed so as to be arranged vertically with thin partition walls interposed therebetween are also used. This structure 1 has no problem when the specific heat and heat transfer coefficient on both sides of the partition wall are the same, such as when exchanging heat between exhaust gas and air. If the heat transfer coefficients on both sides of are significantly different, then
The heat transfer area on the gas side is significantly insufficient, and the heat transfer area on the water side is left with a large margin, resulting in poor heat transfer balance and reduced heat exchange efficiency.
「発明の目的」
本発明の目的は、高温または腐食性の排ガスな
どからの熱回収に適応することができ、熱交換効
率が高く、かつ、ガスと液体との熱交換のように
比熱や隔壁の両側の熱伝達係数の異なる流体間の
熱交換に適し、さらに需要に応じて自在に大きさ
に製作することのできるセラミツクス製構造体を
提供することにある。"Objective of the Invention" The object of the present invention is to be able to be applied to heat recovery from high-temperature or corrosive exhaust gas, etc., to have high heat exchange efficiency, and to have a high specific heat and partition wall as in heat exchange between gas and liquid. It is an object of the present invention to provide a ceramic structure suitable for heat exchange between fluids having different heat transfer coefficients on both sides of the body, and which can be manufactured to any size according to demand.
「発明の概要」
本発明によるセラミツクス製構造体は、セラミ
ツクス製のハニカム体と、このハニカム体の通気
路と交差するように前記ハニカム体に挿通されて
なるセラミツクス製のチユーブとを備えてなるセ
ラミツクス製構造体であつて、前記ハニカム体は
波板同士または波板と平板とを積層されてなり、
この積層によつて形成される前記通気路がいずれ
も平行に構成されてなることを特徴とする。"Summary of the Invention" A ceramic structure according to the present invention includes a ceramic honeycomb body and a ceramic tube inserted through the honeycomb body so as to intersect with the air passages of the honeycomb body. The honeycomb body is a structure made of corrugated sheets or a corrugated sheet and a flat sheet laminated together,
All of the ventilation passages formed by this lamination are arranged in parallel.
したがつて、チユーブに水などの高密度流体を
通し、上記積層により構成されたハニカム体の通
気路に排気ガスなどの低密度流体を流すことによ
つて、熱伝達係数の高い高密度流体側の伝熱面積
よりも伝熱係数の低い低密度流体側の伝熱面積を
大きくして熱バランスを良好にし、熱交換効率を
高めることができる。 Therefore, by passing a high-density fluid such as water through the tubes and flowing a low-density fluid such as exhaust gas through the ventilation channels of the honeycomb body configured by the above-mentioned laminated layers, the high-density fluid side with a high heat transfer coefficient can be By increasing the heat transfer area on the low-density fluid side, which has a lower heat transfer coefficient than the heat transfer area of , it is possible to improve heat balance and improve heat exchange efficiency.
本発明の好ましい態様では、ハニカム体は、平
板を挟んで隣接する二枚の波板の山部がそれぞれ
突き合わされてなつている。 In a preferred embodiment of the present invention, the honeycomb body is formed by abutting the peaks of two adjacent corrugated plates with a flat plate in between.
本発明の別の好ましい態様では、ハニカム体
は、波板の山部同士をそれぞれ向かい合わせに突
き合わせてなつており、これにより形成されたセ
ル断面積が、上記のような平板を介在させたとき
と比べ約2倍となつている。したがつて、ススな
どの多い排気ガスからの熱回収を行なうような場
合に、ススが通気路内壁に堆積してガス側の圧力
損失が増大する可能性を減少させることができ
る。 In another preferred embodiment of the present invention, the honeycomb body is formed by abutting the crests of corrugated sheets facing each other, and the cross-sectional area of the cells formed thereby is greater than when the above-mentioned flat plates are interposed. It is approximately twice as large as the previous year. Therefore, when heat is recovered from exhaust gas containing a lot of soot, it is possible to reduce the possibility that soot will accumulate on the inner wall of the ventilation passage and increase the pressure loss on the gas side.
本発明のまた別の好ましい態様では、ハニカム
体は、両面に交互に突起状の小さな波形部を有す
る平板状波板のそれぞれの波形部同士を突き合わ
せてなつている。 In another preferred embodiment of the present invention, the honeycomb body is formed by abutting the corrugated portions of flat corrugated plates having small protruding corrugated portions on both surfaces alternately.
本発明のさらに好ましい態様では、ハニカム体
は、サインカーブが緩やかに形成され、その山
部、谷部にさらに突出する波形部を有する波板
が、平板を挟んでその波形部を向かい合わせにし
て交互に積層したものである。ハニカム体をこの
ような形状にすることにより、フインプレート間
のピツチを小さくすることが可能となる。 In a further preferred embodiment of the present invention, the honeycomb body has a corrugated plate in which a sine curve is gently formed, and the corrugated plate has corrugated parts that further protrude at the peaks and troughs, and the corrugated plate faces each other with a flat plate in between. They are alternately laminated. By forming the honeycomb body into such a shape, it is possible to reduce the pitch between the fin plates.
これらの諸態様によれば、波板に穿設されるチ
ユーブ挿通孔の選定が容易になる。 According to these aspects, it becomes easy to select the tube insertion hole to be drilled in the corrugated plate.
本発明のさらに別の好ましい態様では、ハニカ
ム体は、波板と平板との交互積層にあたり、波板
は、その山部と谷部を同一方向に配向してなつて
いる。これによれば、波板と平板の当接部位で
は、平板は一枚の波板とだけ当接しているので、
熱応力などによる破損が起こりにくい。 In yet another preferred embodiment of the present invention, the honeycomb body is formed by alternately laminating corrugated plates and flat plates, with the corrugated plates having their peaks and valleys oriented in the same direction. According to this, at the contact area between the corrugated plate and the flat plate, the flat plate is in contact with only one corrugated plate, so
Less prone to damage due to thermal stress, etc.
本発明では、上記のような波板と平板とがとも
に熱伝導率の大なるセラミツクスからなつてい
る。このような熱伝導率の大なるセラミツクスと
しては、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウ
ム、サイアロンおよび珪素から選ばれる一種また
は二種以上を主成分とするものが好ましく挙げら
れ、なかでも、炭化珪素を主成分とするもの、も
しくは炭化珪素と珪素とを主成分とするものが好
ましい。しかしながら、波板、平板を構成するセ
ラミツクスの材質は必ずしもこれに限定されず、
例えばアルミナ、マグネシアなどのような酸化物
系の高熱伝導率のセラミツクスも場合によつては
採用可能である。波板または平板を形成するセラ
ミツクスの熱伝導率は、15Kcal/m/hr/℃以
上、特には50Kcal/m/hr/℃以上であること
が好ましい。 In the present invention, both the corrugated plate and the flat plate as described above are made of ceramics having high thermal conductivity. Preferred examples of such ceramics with high thermal conductivity include those whose main component is one or more selected from silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, sialon, and silicon. A material containing silicon carbide and silicon as main components is preferable. However, the materials of the ceramics that make up the corrugated plate and the flat plate are not necessarily limited to these.
For example, oxide-based ceramics with high thermal conductivity such as alumina and magnesia may also be used in some cases. The thermal conductivity of the ceramic forming the corrugated plate or flat plate is preferably 15 Kcal/m/hr/°C or higher, particularly 50 Kcal/m/hr/°C or higher.
このような積層法によつて本発明の構造体を製
造するにあたつては、例えば、炭素紙、特に樹脂
を配合された炭素紙を波形などに成形し、これら
を積層もしくは接着して所定のハニカム形状とす
る。得られたハニカム形状品の波板などを貫通す
るようにチユーブ挿通部を切除したのち、同じく
炭素紙、特に樹脂を配合された炭素紙からなるチ
ユーブを挿通し、ついで溶融金属珪素浴中にこれ
らの一部を浸漬することにより、毛細管現象によ
り金属珪素がこれの全体に含浸されるとともに、
ハニカム体とチユーブとの当接部分の間隙にも金
属珪素が充填され、ついで反応焼結されることに
より、ハニカム体、チユーブ、固着材とも炭化珪
素質、もしくは炭化珪素/珪素質に変化し、堅固
な構造体が得られる。この場合、チユーブ挿通部
を切除する工程は、積層もしくは接着する以前の
波板に対して行なつてもよく、また、チユーブは
あらかじめ炭化珪素質とされているものを採用し
てもよい。また、溶融金属珪素浴で処理する前
に、加熱処理もしくは浴媒処理して樹脂の一部も
しくは実質的に全部を除去してもよい。 In manufacturing the structure of the present invention by such a lamination method, for example, carbon paper, especially resin-containing carbon paper, is formed into a corrugated shape, and these are laminated or bonded to form a predetermined shape. It has a honeycomb shape. After cutting out the tube insertion portion so as to penetrate the corrugated plate of the obtained honeycomb-shaped product, a tube made of carbon paper, especially carbon paper mixed with resin, was inserted, and then these tubes were placed in a molten metal silicon bath. By immersing a part of the metal silicon, the metal silicon is completely impregnated by capillary action, and
The gaps between the abutting portions of the honeycomb body and the tubes are also filled with metallic silicon, and then by reaction sintering, the honeycomb body, the tubes, and the bonding material change to silicon carbide or silicon carbide/silicon. A solid structure is obtained. In this case, the step of cutting out the tube insertion portion may be performed on the corrugated sheet before it is laminated or bonded, and the tube may be made of silicon carbide in advance. Furthermore, before treatment with a molten metal silicon bath, a portion or substantially all of the resin may be removed by heat treatment or bath medium treatment.
「発明の実施例」
以下に、本発明の望ましい実施例を図面に基い
て詳細に説明する。"Embodiments of the Invention" Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第1図において、ハニカム体11はセラミツク
ス製波板12と同じくセラミツクス製平板13と
が交互に積層されてなつている。積層にあたつて
は、この実施例では、平板13を挟んで隣接する
二枚の波板12の山部がそれぞれ突き合わされて
いる。このような波板12と平板13の積層によ
つて多数の断面半月状のセル14が形成される。
セル14は平行に走行しており、それぞれ通気路
として機能する。このように積層されてなるハニ
カム体11の両端面には、ハニカム体11の損傷
防止および保護のため、寸法精度の確保されたセ
ラミツクス製の端板15が配置される。端板15
およびハニカム体11にはセル14の走行方向と
直交して交差する複数の貫通孔が穿設され、その
孔にセラミツクス製の複数のチユーブ16が挿通
されている。この場合、挿通されたチユーブ16
によつて各セル14が閉塞されないようにするた
め、チユーブ16の径を各セル14の断面形状の
長手方向寸法より小さくされ、あるいはこれに代
えて、チユーブ16の径が前記長手方向寸法の2
倍以下であれば波板12の山部と谷部との中間の
斜面部を結ぶ線上にチユーブ18の中心を位置さ
せてもよい。 In FIG. 1, a honeycomb body 11 is made up of corrugated ceramic plates 12 and ceramic flat plates 13 stacked alternately. When stacking, in this embodiment, the peaks of two adjacent corrugated sheets 12 with the flat plate 13 in between are butted against each other. A large number of cells 14 each having a semicircular cross section are formed by laminating the corrugated plate 12 and the flat plate 13 in this manner.
The cells 14 run in parallel and each function as a ventilation path. On both end faces of the honeycomb body 11 laminated in this manner, end plates 15 made of ceramic with guaranteed dimensional accuracy are arranged to prevent damage and protect the honeycomb body 11. End plate 15
The honeycomb body 11 is provided with a plurality of through holes perpendicularly intersecting the running direction of the cells 14, and a plurality of ceramic tubes 16 are inserted into the holes. In this case, the inserted tube 16
In order to prevent each cell 14 from being occluded by
The center of the tube 18 may be located on a line connecting the intermediate slope between the peak and valley of the corrugated sheet 12, as long as it is less than twice that.
このような積層法によつて本発明の構造体を製
造するにあたつては、炭素紙、特に、樹脂を配合
した炭素紙をサインカーブ状断面を有する波板1
2および平板13に成形し、次いでチユーブ16
の挿通されるべき部位がパンチによつて打ち抜か
れる。このような波板12と平板13とを交互に
積層または接着し、両端面に挿通孔の形成された
端板15を接着して所定のハニカム形状とする。
この波板12と平板13の大きさ、および両者の
積層厚さは需要に応じて自在に変更することがで
きる。この場合、挿通孔の形成は波板12と平板
13とを交互積層して得られたハニカム体11に
対して行なわれてもよい。そして、この挿通孔
に、同じく炭素紙、特に樹脂を配合した炭素紙よ
りなるチユーブ16を挿通し、ハニカム体の成形
体を得る。 In manufacturing the structure of the present invention by such a lamination method, carbon paper, particularly resin-blended carbon paper, is used as a corrugated plate 1 having a sine curve cross section.
2 and flat plate 13, then tube 16
The part to be inserted is punched out. Such corrugated plates 12 and flat plates 13 are alternately laminated or bonded, and end plates 15 having insertion holes formed on both end surfaces are bonded to form a predetermined honeycomb shape.
The size of the corrugated plate 12 and the flat plate 13, and the laminated thickness of both can be freely changed according to demand. In this case, the insertion holes may be formed in the honeycomb body 11 obtained by alternately laminating corrugated plates 12 and flat plates 13. Then, a tube 16 made of carbon paper, especially resin-blended carbon paper, is inserted into this insertion hole to obtain a honeycomb molded body.
このようにして得られた成形体は、樹脂を除去
された後、その一部を溶融金属珪素浴中に浸漬さ
れる。これにより、金属珪素は毛細管現象により
ハニカム体11の全体に含浸されるとともに、ハ
ニカム体11とチユーブ16との当接部分の間隙
にも充填される。次いで反応焼結されることによ
り、ハニカム体11全体およびチユーブ16は炭
化珪素質、もしくは炭化珪素/珪素質に変化し、
さらに炭化珪素間の微細な空間の多くは珪素で充
填される。さらに、波板12、平板13、端板1
5およびチユーブ16の相互間の当接部分の多く
が珪素で充填され、さらにその一部は炭化珪素に
変化し、強固な固着材となる。この固着材を介し
てチユーブ16は、波板12、平板13および端
板15と強固に接合され、この間の熱抵抗が実質
上無視できるまで小さくされている。さらに、チ
ユーブ16の内面には、うわ薬もしくはうわ薬懸
濁液を流し込んだのち、焼結させたり、フツ素樹
脂などのプラスチツク材料を流入、塗布などする
ことによりチユーブ16の気密性を確実にして、
ピンホールや微小クラツクなどからの流体の漏洩
が防止されている。 After the resin is removed from the molded body thus obtained, a portion thereof is immersed in a molten metal silicon bath. As a result, metal silicon is impregnated into the entire honeycomb body 11 by capillary action, and is also filled into the gap between the abutting portions of the honeycomb body 11 and the tubes 16. Next, by reaction sintering, the entire honeycomb body 11 and tubes 16 change to silicon carbide or silicon carbide/silicon,
Furthermore, many of the fine spaces between silicon carbide are filled with silicon. Furthermore, a corrugated plate 12, a flat plate 13, an end plate 1
Most of the abutting portions between the tube 5 and the tube 16 are filled with silicon, and some of it is further converted into silicon carbide to become a strong bonding material. The tube 16 is firmly joined to the corrugated plate 12, the flat plate 13, and the end plate 15 through this fixing material, and the thermal resistance therebetween is so small as to be virtually negligible. Furthermore, after pouring a glaze or a glaze suspension into the inner surface of the tube 16, the airtightness of the tube 16 is ensured by sintering it, or by introducing or coating a plastic material such as fluororesin.
Fluid leakage from pinholes and minute cracks is prevented.
上記のようにして得られた構造体の諸元は以下
の通りである。 The specifications of the structure obtained as described above are as follows.
間口A 125mm
高さB 132mm
奥行C 160mm
波板12の枚数23枚
平板13の枚数24枚(両側の端板15を含む)
波板12の山部/山部間の長さ22mm
波板12の山部/谷部間の高さ4.9mm
チユーブ16の本数 33本
チユーブ16の外径 7mm
有効伝熱面積 1.4m2
この構造体をケーシングに収容し、チユーブ1
6の両端を金属製ヘツダーに接続し、30℃の水を
20/minの流量に保つてチユーブ16内に流通
させた。一方、通気路として機能するセル14に
はデイーゼルエンジンの排気ガスを導入し、この
構造体の性能を試験した。なお、ガス入口温度
Tgは450℃,300℃,200℃とした。その結果を第
2図に示す。図中、aはTg=450℃、bはTg=
300℃、cはTg=200℃の場合をそれぞれ表わし
ている。試験結果からも明らかなように、この構
造体はきわめてコンパクトであるにもかかわら
ず、熱交換量すなわち伝熱量、および総括熱伝達
係数が非常に大きいことがわかる。したがつて、
例えば、デイーゼルエンジン搭載のバスなどで、
そのエンジンの排気ガスから熱回収する装置とし
て利用する場合、排気ガスの熱によりチユーブ1
6内を流通する水は効率よく加熱され、これを例
えば別に設置されたフアンヒータに送ることによ
り、車内の暖房として利用することができる。ま
た、エンジン始動時に排気ガスの熱エネルギーを
冷却水に伝達させることは、エンジンの暖気を早
める効果が大きいので、プレヒータとしても利用
できる。さらに、エンジン冷却水とは独立した系
統の水を加熱することにより、暖気のほかにも例
えばバスの乗客へのサービスなど種々の利用方法
が考えられる。なお、本発明においては、チユー
ブ16側に通す流体は水などの液体に限らず、高
圧空気や高圧ガスなどの高密度流体にも適用で
き、これらの流体の加熱においても、熱バランス
上本発明の構造体は有利な構成となつている。 Frontage A 125mm Height B 132mm Depth C 160mm Number of corrugated plates 12: 23 Number of flat plates 13: 24 (including end plates 15 on both sides) Length between peaks of corrugated plates 12: 22mm Length between peaks of corrugated plates 12 Height between peaks and valleys: 4.9mm Number of tubes 16: 33 Outer diameter of tubes 16: 7mm Effective heat transfer area: 1.4m 2This structure is housed in a casing, and tubes 1
Connect both ends of 6 to a metal header and add 30℃ water.
The flow rate was kept at 20/min and allowed to flow through the tube 16. On the other hand, exhaust gas from a diesel engine was introduced into the cell 14, which functions as a ventilation path, and the performance of this structure was tested. In addition, the gas inlet temperature
Tg was 450℃, 300℃, and 200℃. The results are shown in FIG. In the figure, a is Tg=450℃, b is Tg=
300°C and c represent the case where Tg=200°C, respectively. As is clear from the test results, although this structure is extremely compact, it has a very large amount of heat exchange, ie, heat transfer, and an overall heat transfer coefficient. Therefore,
For example, in buses equipped with diesel engines,
When used as a device to recover heat from the exhaust gas of the engine, the tube 1
The water flowing through the interior of the vehicle is efficiently heated and can be used for heating the interior of the vehicle by sending it to a separately installed fan heater, for example. Furthermore, transferring the thermal energy of the exhaust gas to the cooling water when starting the engine has a great effect on warming up the engine quickly, so it can also be used as a preheater. Furthermore, by heating water in a system independent of engine cooling water, it can be used in various ways in addition to warming air, such as providing services to bus passengers. In addition, in the present invention, the fluid passed through the tube 16 side is not limited to liquids such as water, but can also be applied to high-density fluids such as high-pressure air and high-pressure gas, and even in heating these fluids, the present invention The structure has an advantageous configuration.
第3図ないし第6図には、波板12同士、また
は波板12と平板13とを積層してなるハニカム
体11のそれぞれ別の実施例が示されている。 3 to 6 show different embodiments of the honeycomb body 11 formed by laminating corrugated plates 12 or corrugated plates 12 and flat plates 13.
第3図の実施例は、波板12だけを用い、その
山部同士を向かい合わせに積層したものである。
それぞれの波板12の波形は第1図の例と同一で
あるが、平板13を介在させていないため、セル
14の断面積が第1図の場合と比べ約2倍となつ
ている。したがつて、ススなどの多い排気ガスか
らの熱回収を行なうような場合に、ススが通気路
内壁に堆積してガス側の圧力損失が増大する可能
性を減少させることができる。 In the embodiment shown in FIG. 3, only corrugated sheets 12 are used, and the corrugated sheets 12 are laminated with their peaks facing each other.
The waveform of each corrugated plate 12 is the same as the example shown in FIG. 1, but since the flat plate 13 is not interposed, the cross-sectional area of the cell 14 is approximately twice that of the case shown in FIG. Therefore, when heat is recovered from exhaust gas containing a lot of soot, it is possible to reduce the possibility that soot will accumulate on the inner wall of the ventilation passage and increase the pressure loss on the gas side.
第4図の実施例は、両面に交互に突起状の小さ
な波形部17を有する平板状波板18を、その波
形部17同士を突き合わせて積層したものであ
る。また、第5図の例は、平板13と、サインカ
ーブが緩やかに形成され、その山部、谷部にさら
に突出する波形部19を有する波板20とを、そ
の波形部19を向かい合わせにして交互に積層し
たものである。ハニカム体11を第4図、第5図
のような形状にすることにより、例えば金属珪素
が含浸されるとき狭い隙間を金属珪素は埋めてし
まい、フインにならなくなるような状況を防止す
るため、フインプレート間のピツチを小さくする
ことが可能となる。 In the embodiment shown in FIG. 4, flat corrugated plates 18 having small protruding corrugated portions 17 on both surfaces alternately are laminated with the corrugated portions 17 butted against each other. Further, in the example shown in FIG. 5, a flat plate 13 and a corrugated plate 20 having a gently formed sine curve and further protruding corrugated portions 19 at the peaks and troughs are arranged with the corrugated portions 19 facing each other. These are alternately laminated. By forming the honeycomb body 11 in the shape shown in FIGS. 4 and 5, for example, when metal silicon is impregnated, the metal silicon fills a narrow gap and prevents a situation where the metal silicon does not become a fin. It becomes possible to reduce the pitch between the fin plates.
また、第6図の実施例は、波板12と平板13
とを交互に積層するにあたり、波板12の山部と
谷部を同一方向に配向したものが示されている。
これによれば、波板12と平板13の当接部位で
は、平板13は一枚の波板12とだけ当接してい
るので、熱応力などによる破損が起こりにくい。 In addition, the embodiment shown in FIG. 6 has a corrugated plate 12 and a flat plate 13.
When the corrugated sheets 12 are alternately laminated, the peaks and valleys of the corrugated sheets 12 are shown oriented in the same direction.
According to this, since the flat plate 13 is in contact with only one corrugated plate 12 at the contact portion between the corrugated plate 12 and the flat plate 13, damage due to thermal stress or the like is unlikely to occur.
なお本発明においては、チユーブ16はハニカ
ム体11の通気路と交差していればよく、したが
つて、両者は直交関係にある必要はなく、適宜斜
交していてもよい。また、チユーブ16は必ずし
も相互に平行であることを要せず、さらにチユー
ブ16の末端が端板15の外面から突出する代り
に、端板15の外面上までであつてもよい。 In the present invention, the tubes 16 only need to intersect with the ventilation passages of the honeycomb body 11, and therefore, they do not need to be orthogonal to each other, and may be obliquely intersected as appropriate. Further, the tubes 16 do not necessarily have to be parallel to each other, and instead of protruding from the outer surface of the end plate 15, the ends of the tubes 16 may extend up to the outer surface of the end plate 15.
「発明の効果」
以上説明したように、本発明によれば、チユー
ブをハニカム体に挿通させることにより、フイン
チユーブと同等な効果をもつ構造体を安価に提供
することができる。また、水とガスのように熱伝
達係数の著しく異なる流体の熱交換に適用した場
合、ハニカム体すなわちフインの表面積をチユー
ブ内面積に比して自由に大きくとれるため、熱バ
ランスを良好にして熱交換効率を高めることがで
きる。また、フインの作用をするハニカム体の隔
壁に平行にガスなどの流体が流されるので、その
流体の通過損失を低く押えることができる。さら
に、従来の金属製熱交換器では扱うことのできな
かつた高圧ガスや腐食性ガスに適用することがで
き、例えば、デイーゼルエンジンの排気ガスなど
に適用した際、スートフイアリングや酸露点腐食
に対抗することができる。加えて、チユーブの厚
み、材質、処理法を調整することにより、流体の
漏洩を防止することが容易であり、さらにまた、
発生する熱応力も低いレベルに押えることができ
る。また、ハニカム体の成形を積層法により行な
うので、需要に応じてハニカム体の大きさを自在
に変更することもできるし、材質や波板形状の選
択も容易にできるので、安価な製造が可能とな
る。"Effects of the Invention" As explained above, according to the present invention, by inserting tubes into a honeycomb body, a structure having the same effect as a finch tube can be provided at a low cost. In addition, when applied to heat exchange between fluids with significantly different heat transfer coefficients such as water and gas, the surface area of the honeycomb body, or fins, can be freely increased compared to the inner area of the tube, resulting in a good heat balance and heat transfer. Exchange efficiency can be increased. Furthermore, since fluid such as gas is flowed parallel to the partition walls of the honeycomb body that act as fins, the loss of the fluid passing through can be kept low. Furthermore, it can be applied to high pressure gases and corrosive gases that conventional metal heat exchangers cannot handle. For example, when applied to diesel engine exhaust gas, it prevents soot firing and acid dew point corrosion. can be countered. In addition, by adjusting the thickness, material, and processing method of the tube, it is easy to prevent fluid leakage.
The thermal stress generated can also be suppressed to a low level. In addition, since the honeycomb body is formed using a lamination method, the size of the honeycomb body can be changed freely according to demand, and the material and corrugated sheet shape can be easily selected, allowing for inexpensive manufacturing. becomes.
第1図は本発明の一実施例を示す斜視図、第2
図は第1図に示された構造体の性能曲線図、第3
図、第4図、第5図および第6図は本発明のそれ
ぞれ異なる実施例を示す部分拡大側面図、第7図
は従来のセラミツクス構造体の斜視図である。
11……ハニカム体、12,20……波板、1
3……平板13、14……セル、15……端板、
16……チユーブ、17,19……波形部、18
……平板状波板。
Fig. 1 is a perspective view showing one embodiment of the present invention;
The figure is a performance curve diagram of the structure shown in Figure 1,
4, 5 and 6 are partially enlarged side views showing different embodiments of the present invention, and FIG. 7 is a perspective view of a conventional ceramic structure. 11... Honeycomb body, 12, 20... Corrugated plate, 1
3...Flat plates 13, 14...Cells, 15...End plates,
16...Tube, 17, 19...Waveform section, 18
...Flat corrugated plate.
Claims (1)
ム体の通気路と交差するように前記ハニカム体に
挿通されてなるセラミツクス製のチユーブとを備
えてなるセラミツクス製構造体であつて、前記ハ
ニカム体は波板同士または波板と平板とを積層さ
れてなり、この積層によつて形成される前記通気
路がいずれも平行に構成されてなるセラミツクス
製構造体。 2 前記波板と平板との積層が、平板を挟んで隣
接する二枚の波板の山部をそれぞれ突き合わせて
なつている特許請求の範囲第1項に記載のセラミ
ツクス製構造体。 3 前記波板同士の積層が、波板の山部同士をそ
れぞれ向かい合わせに突き合わせてなつている特
許請求の範囲第1項に記載のセラミツクス製構造
体。 4 前記波板同士の積層が、両面に交互に突起状
の小さな波形部を有する平板状波板をそれぞれの
波形部同士を向かい合わせに突き合わせてなつて
いる特許請求の範囲第1項に記載のセラミツクス
製構造体。 5 前記波板と平板との積層が、緩かなサインカ
ーブ状の山部、谷部にさらに突出した波形部を有
する波板を、平板を挟んでその波形部で向かい合
わせに突き合わせてなつている特許請求の範囲第
1項に記載のセラミツクス製構造体。 6 前記波板と平板との積層が、平板を挟んで波
板の山部と谷部が同一方向に配向してなつている
特許請求の範囲第1項に記載のセラミツクス製構
造体。 7 前記波板と前記平板とは、ともに熱伝導率の
大なるセラミツクスからなつている特許請求の範
囲第2項ないし第6項のうちのいずれかに記載の
セラミツクス製構造体。 8 前記熱伝導率の大なるセラミツクスは、炭化
珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、サイアロ
ン、珪素から選ばれる一種または二種以上を主成
分とする特許請求の範囲第7項に記載のセラミツ
クス製構造体。[Scope of Claims] 1. A ceramic structure comprising a ceramic honeycomb body and a ceramic tube inserted through the honeycomb body so as to intersect with the ventilation path of the honeycomb body, The honeycomb body is a ceramic structure in which corrugated plates or corrugated plates and flat plates are laminated, and the ventilation passages formed by the lamination are parallel to each other. 2. The ceramic structure according to claim 1, wherein the lamination of the corrugated sheet and the flat sheet is formed by abutting the peaks of two adjacent corrugated sheets with a flat sheet in between. 3. The ceramic structure according to claim 1, wherein the corrugated sheets are stacked such that the peaks of the corrugated sheets are butted against each other. 4. The lamination of the corrugated sheets is made by stacking flat corrugated sheets having small protruding corrugated portions on both surfaces alternately, butting the corrugated portions of the corrugated sheets facing each other. Ceramic structure. 5. The lamination of the corrugated plate and the flat plate is made by corrugated plates having gently sine curved peaks and troughs with further protruding corrugated parts facing each other at their corrugated parts with the flat plate in between. A ceramic structure according to claim 1. 6. The ceramic structure according to claim 1, wherein the lamination of the corrugated sheet and the flat sheet is such that the peaks and valleys of the corrugated sheet are oriented in the same direction with the flat sheet in between. 7. The ceramic structure according to any one of claims 2 to 6, wherein the corrugated plate and the flat plate are both made of ceramics having high thermal conductivity. 8. The ceramic structure according to claim 7, wherein the ceramic having high thermal conductivity is mainly composed of one or more selected from silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, sialon, and silicon. .
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP85112081.6 | 1985-09-24 | ||
| EP85112081A EP0176074B1 (en) | 1984-09-28 | 1985-09-24 | Ceramic heat exchanger element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6270035A JPS6270035A (en) | 1987-03-31 |
| JPH0588183B2 true JPH0588183B2 (en) | 1993-12-21 |
Family
ID=8193788
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26331385A Granted JPS6270042A (en) | 1985-09-24 | 1985-11-22 | Structure made of ceramics |
| JP26331285A Granted JPS6270035A (en) | 1985-09-24 | 1985-11-22 | Structure made of ceramics |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26331385A Granted JPS6270042A (en) | 1985-09-24 | 1985-11-22 | Structure made of ceramics |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP7005361B2 (en) * | 2018-01-25 | 2022-01-21 | 三菱パワー株式会社 | How to install heat exchangers, boilers and heat exchangers |
-
1985
- 1985-11-22 JP JP26331385A patent/JPS6270042A/en active Granted
- 1985-11-22 JP JP26331285A patent/JPS6270035A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0335108B2 (en) | 1991-05-27 |
| JPS6270042A (en) | 1987-03-31 |
| JPS6270035A (en) | 1987-03-31 |
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