JPH06213585A - 切換蓄熱型熱交換器 - Google Patents
切換蓄熱型熱交換器Info
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- JPH06213585A JPH06213585A JP5006911A JP691193A JPH06213585A JP H06213585 A JPH06213585 A JP H06213585A JP 5006911 A JP5006911 A JP 5006911A JP 691193 A JP691193 A JP 691193A JP H06213585 A JPH06213585 A JP H06213585A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D17/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles
- F28D17/02—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles using rigid bodies, e.g. of porous material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
- F23L15/00—Heating of air supplied for combustion
- F23L15/02—Arrangements of regenerators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D19/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium
- F28D19/04—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier
- F28D19/041—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier with axial flow through the intermediate heat-transfer medium
- F28D19/042—Rotors; Assemblies of heat absorbing masses
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高い伝熱量及び温度効率を確保するととも
に、熱交換器の全体容積を小形化し、高性能且つコンパ
クトな切換蓄熱型熱交換器を提供する。 【構成】 高周期切換式蓄熱燃焼システムにおける第１
及び第２の切換蓄熱型熱交換器は、４方弁の切換時間τ
が６０秒以下に設定され、容積効率（Ｑ／Ｖ）が極大値
（Ｑ／Ｖ）max を指示する空隙率εを有する。温度効率
ηt は、０．７乃至１．０の範囲内の設定値に設定され
る。所定の演算式により、熱伝達係数ｈ、伝熱面積Ａ及
び切換時間τの関数として演算される温度効率が、上記
設定値に相当するように、熱伝達係数及び伝熱面積が設
定される。第１及び第２熱交換器は、上記空隙率、熱伝
達係数及び伝熱面積に相当するセル壁のピッチＰ及び壁
厚ｂを有する。
に、熱交換器の全体容積を小形化し、高性能且つコンパ
クトな切換蓄熱型熱交換器を提供する。 【構成】 高周期切換式蓄熱燃焼システムにおける第１
及び第２の切換蓄熱型熱交換器は、４方弁の切換時間τ
が６０秒以下に設定され、容積効率（Ｑ／Ｖ）が極大値
（Ｑ／Ｖ）max を指示する空隙率εを有する。温度効率
ηt は、０．７乃至１．０の範囲内の設定値に設定され
る。所定の演算式により、熱伝達係数ｈ、伝熱面積Ａ及
び切換時間τの関数として演算される温度効率が、上記
設定値に相当するように、熱伝達係数及び伝熱面積が設
定される。第１及び第２熱交換器は、上記空隙率、熱伝
達係数及び伝熱面積に相当するセル壁のピッチＰ及び壁
厚ｂを有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、切換蓄熱型熱交換器に
関するものであり、より詳しくは、６０秒以下の切換時
間に設定される高周期切換式蓄熱燃焼システムに設けら
れ、燃焼装置のための低温の燃焼用空気又は燃料ガス、
或いは、燃焼用空気と燃料ガスとの混合気と、高温の排
気ガスとに交互に接触し、これら低温流体及び高温流体
と交互に熱交換するように構成された切換蓄熱型熱交換
器に関するものである。
関するものであり、より詳しくは、６０秒以下の切換時
間に設定される高周期切換式蓄熱燃焼システムに設けら
れ、燃焼装置のための低温の燃焼用空気又は燃料ガス、
或いは、燃焼用空気と燃料ガスとの混合気と、高温の排
気ガスとに交互に接触し、これら低温流体及び高温流体
と交互に熱交換するように構成された切換蓄熱型熱交換
器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】燃焼装置と排熱回収用熱交換器とを備
え、熱交換器を低温の燃焼用空気又は燃料ガス、或い
は、燃焼用空気と燃料ガスとの混合気と、高温の排気ガ
スとに交互に接触させ、高温流体の排熱を蓄熱し、蓄熱
した熱量を放熱により低温流体に伝達するように構成さ
れた切換式蓄熱燃焼システムが知られている。かような
切換式蓄熱燃焼システムは、高炉用熱風炉、コークス
炉、或いは、ガラス溶解炉などの実用に供されている。
え、熱交換器を低温の燃焼用空気又は燃料ガス、或い
は、燃焼用空気と燃料ガスとの混合気と、高温の排気ガ
スとに交互に接触させ、高温流体の排熱を蓄熱し、蓄熱
した熱量を放熱により低温流体に伝達するように構成さ
れた切換式蓄熱燃焼システムが知られている。かような
切換式蓄熱燃焼システムは、高炉用熱風炉、コークス
炉、或いは、ガラス溶解炉などの実用に供されている。
【０００３】この形式の燃焼システムは、例えば、燃焼
装置を構成する一対のバーナと、各バーナの燃焼用空気
導入経路に夫々配設された第１及び第２の切換蓄熱型熱
交換器とを備え、燃焼すべきバーナが所定の切換時間に
て定期的に切換えられ、第１及び第２バーナは交互に燃
焼する。例えば、第１バーナが燃焼する間、排気ガス
は、燃焼していない第２バーナの燃焼用空気導入路を介
して送出される。高温の排気ガスの排熱は、排気ガスと
第２熱交換器との熱交換により第２熱交換器に回収され
る。蓄熱した第２熱交換器には、引き続く第２バーナの
燃焼時に燃焼用空気が通され、燃焼用空気は、第２熱交
換器との熱交換により、予熱される。
装置を構成する一対のバーナと、各バーナの燃焼用空気
導入経路に夫々配設された第１及び第２の切換蓄熱型熱
交換器とを備え、燃焼すべきバーナが所定の切換時間に
て定期的に切換えられ、第１及び第２バーナは交互に燃
焼する。例えば、第１バーナが燃焼する間、排気ガス
は、燃焼していない第２バーナの燃焼用空気導入路を介
して送出される。高温の排気ガスの排熱は、排気ガスと
第２熱交換器との熱交換により第２熱交換器に回収され
る。蓄熱した第２熱交換器には、引き続く第２バーナの
燃焼時に燃焼用空気が通され、燃焼用空気は、第２熱交
換器との熱交換により、予熱される。
【０００４】しかるに、従来の切換式蓄熱燃焼システム
は、バーナの切換時間が極めて長く設定されており、こ
の結果、温度効率又は排熱回収率が極めて低く、しか
も、過大な蓄熱容量を要するため、熱交換器を含む装置
全体を大形化してしまう。このような難点を解消すべ
く、温度効率の改善及び装置の小形化を企図して、切換
時間を極めて短時間、例えば６０秒以下に設定した所謂
高周期切換式蓄熱燃焼システム又は高速切換式蓄熱型燃
焼システム（High-cycle Regenerative CombustionSyst
em(HRS)) が近年提案されている。
は、バーナの切換時間が極めて長く設定されており、こ
の結果、温度効率又は排熱回収率が極めて低く、しか
も、過大な蓄熱容量を要するため、熱交換器を含む装置
全体を大形化してしまう。このような難点を解消すべ
く、温度効率の改善及び装置の小形化を企図して、切換
時間を極めて短時間、例えば６０秒以下に設定した所謂
高周期切換式蓄熱燃焼システム又は高速切換式蓄熱型燃
焼システム（High-cycle Regenerative CombustionSyst
em(HRS)) が近年提案されている。
【０００５】また、このような高周期切換式蓄熱燃焼シ
ステムにおける切換蓄熱型熱交換器として、ハニカム構
造のセラミック製蓄熱体が、本出願人による特願平２─
４１５５８３号（特開平４─２５１１９０号公報）にて
既に提案されている。同公報に開示されたハニカム状蓄
熱体は、以下の３つの設計条件に着目して構成されてい
る。即ち、(i)蓄熱量を増大させるべく、蓄熱体の見掛
け体積Ｖ当たりの正味体積Ｖｃを大きく設定し、（ii)
伝熱量を増大させるべく、蓄熱体の見掛け体積Ｖ当たり
の伝熱面積Ａｔを大きく設定し、(iii)流体の圧力損失
ΔＰを小さく設定する。そして、これら３つの条件の相
乗積、即ち、（Ｖｃ／Ｖ）×（Ａｔ／Ｖ）×（１／Δ
Ｐ）が略最大値を指示するように、熱交換器のセル壁の
ピッチ及びセル壁の壁厚、即ち、ハニカムピッチ及びハ
ニカム壁厚が決定されており、望ましいハニカムピッチ
Ｐとハニカム壁厚ｂとの比、即ち、Ｐ／ｂが、５乃至１
０の範囲、好ましくは７．５の値に設定される。
ステムにおける切換蓄熱型熱交換器として、ハニカム構
造のセラミック製蓄熱体が、本出願人による特願平２─
４１５５８３号（特開平４─２５１１９０号公報）にて
既に提案されている。同公報に開示されたハニカム状蓄
熱体は、以下の３つの設計条件に着目して構成されてい
る。即ち、(i)蓄熱量を増大させるべく、蓄熱体の見掛
け体積Ｖ当たりの正味体積Ｖｃを大きく設定し、（ii)
伝熱量を増大させるべく、蓄熱体の見掛け体積Ｖ当たり
の伝熱面積Ａｔを大きく設定し、(iii)流体の圧力損失
ΔＰを小さく設定する。そして、これら３つの条件の相
乗積、即ち、（Ｖｃ／Ｖ）×（Ａｔ／Ｖ）×（１／Δ
Ｐ）が略最大値を指示するように、熱交換器のセル壁の
ピッチ及びセル壁の壁厚、即ち、ハニカムピッチ及びハ
ニカム壁厚が決定されており、望ましいハニカムピッチ
Ｐとハニカム壁厚ｂとの比、即ち、Ｐ／ｂが、５乃至１
０の範囲、好ましくは７．５の値に設定される。
【０００６】
【発明の解決しようとする問題点】しかしながら、上記
公報に開示されたハニカム状蓄熱体では、蓄熱体各部の
相対的なサイズ又は大きさを所望の範囲に設定するにす
ぎず、蓄熱体の嵩又は全体容積を小形化する配慮が全く
なされていない。ここに、熱交換器の性能は、伝熱量及
び温度効率により一般に評価されており、伝熱量を増大
させ、しかも、高周期切換式蓄熱燃焼システムに要求さ
れる０．７乃至１．０の範囲の高い温度効率を達成する
には、必然的に蓄熱体の全体容積を増大させざるを得な
い事情がある。従って、上記ハニカム状蓄熱体からなる
熱交換器では、性能を向上させるために、嵩又は全体容
積が大形化しまう難点がある。かくて、高周期切換式蓄
熱燃焼システム内の限られた設置領域に配設される切換
蓄熱型熱交換器としては、かかるハニカム状蓄熱体は、
好ましく適用し難い。
公報に開示されたハニカム状蓄熱体では、蓄熱体各部の
相対的なサイズ又は大きさを所望の範囲に設定するにす
ぎず、蓄熱体の嵩又は全体容積を小形化する配慮が全く
なされていない。ここに、熱交換器の性能は、伝熱量及
び温度効率により一般に評価されており、伝熱量を増大
させ、しかも、高周期切換式蓄熱燃焼システムに要求さ
れる０．７乃至１．０の範囲の高い温度効率を達成する
には、必然的に蓄熱体の全体容積を増大させざるを得な
い事情がある。従って、上記ハニカム状蓄熱体からなる
熱交換器では、性能を向上させるために、嵩又は全体容
積が大形化しまう難点がある。かくて、高周期切換式蓄
熱燃焼システム内の限られた設置領域に配設される切換
蓄熱型熱交換器としては、かかるハニカム状蓄熱体は、
好ましく適用し難い。
【０００７】また、上記公報に開示されたハニカム状蓄
熱体は、上記バーナの切換時間と実質的に関連して設計
されたものではなく、このため、切換時間が６０秒以下
の短時間に設定される高周期切換式蓄熱燃焼システムに
おいては、上記ハニカム状蓄熱体の設計は、最適な切換
蓄熱型熱交換器として事実上採用し難い。本発明は、か
かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、切換時間が６０秒以下に設定される高周期切換
式蓄熱燃焼システムにおける切換蓄熱型熱交換器におい
て、高い伝熱量及び温度効率を確保するとともに、熱交
換器の全体容積を小形化し、高性能且つコンパクトな切
換蓄熱型熱交換器を提供することにある。
熱体は、上記バーナの切換時間と実質的に関連して設計
されたものではなく、このため、切換時間が６０秒以下
の短時間に設定される高周期切換式蓄熱燃焼システムに
おいては、上記ハニカム状蓄熱体の設計は、最適な切換
蓄熱型熱交換器として事実上採用し難い。本発明は、か
かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、切換時間が６０秒以下に設定される高周期切換
式蓄熱燃焼システムにおける切換蓄熱型熱交換器におい
て、高い伝熱量及び温度効率を確保するとともに、熱交
換器の全体容積を小形化し、高性能且つコンパクトな切
換蓄熱型熱交換器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は、蓄
熱体の全体容積当たりの蓄熱体の伝熱量を容積効率とし
て提唱し、該容積効率を高めることにより、熱交換器の
性能の向上及び小形化の双方を改善し得るとの知見に基
づき、鋭意研究を重ねた結果、熱交換器を以下の如く構
成することにより、上記目的を達成できるとの結論に達
した。
熱体の全体容積当たりの蓄熱体の伝熱量を容積効率とし
て提唱し、該容積効率を高めることにより、熱交換器の
性能の向上及び小形化の双方を改善し得るとの知見に基
づき、鋭意研究を重ねた結果、熱交換器を以下の如く構
成することにより、上記目的を達成できるとの結論に達
した。
【０００９】即ち、本発明は、６０秒以下の切換時間に
設定される高周期切換式蓄熱燃焼システムに設けられ、
燃焼装置のための低温の燃焼用空気又は燃料ガス、或い
は、燃焼用空気と燃料ガスとの混合気と、高温の排気ガ
スとに交互に接触し、これらの低温流体及び高温流体と
交互に熱交換するように構成された切換蓄熱型熱交換器
において、ハニカム構造の蓄熱体を有し、前記蓄熱体の
全体容積当たりの該蓄熱体の伝熱量として定義される容
積効率が、温度効率、流体温度及び空隙率の関数として
設定され、前記温度効率及び流体温度は、所定の設定値
に決定され、前記温度効率が、０．７乃至１．０の範囲
内の設定値に決定されるとともに、前記蓄熱体の熱伝達
係数、伝熱面積及び切換時間の関数として設定され、前
記蓄熱体は、前記容積効率が実質的に極大値を示す空隙
率と、前記温度効率の設定値に相当する熱伝達係数及び
伝熱面積とを有し、前記熱伝達係数、伝熱面積及び空隙
率に相応するハニカムピッチ及びハニカム壁厚を有する
ことを特徴とする切換蓄熱型熱交換器を提供する。
設定される高周期切換式蓄熱燃焼システムに設けられ、
燃焼装置のための低温の燃焼用空気又は燃料ガス、或い
は、燃焼用空気と燃料ガスとの混合気と、高温の排気ガ
スとに交互に接触し、これらの低温流体及び高温流体と
交互に熱交換するように構成された切換蓄熱型熱交換器
において、ハニカム構造の蓄熱体を有し、前記蓄熱体の
全体容積当たりの該蓄熱体の伝熱量として定義される容
積効率が、温度効率、流体温度及び空隙率の関数として
設定され、前記温度効率及び流体温度は、所定の設定値
に決定され、前記温度効率が、０．７乃至１．０の範囲
内の設定値に決定されるとともに、前記蓄熱体の熱伝達
係数、伝熱面積及び切換時間の関数として設定され、前
記蓄熱体は、前記容積効率が実質的に極大値を示す空隙
率と、前記温度効率の設定値に相当する熱伝達係数及び
伝熱面積とを有し、前記熱伝達係数、伝熱面積及び空隙
率に相応するハニカムピッチ及びハニカム壁厚を有する
ことを特徴とする切換蓄熱型熱交換器を提供する。
【００１０】本発明の上記構成によれば、ハニカムピッ
チ及びハニカム壁厚は、実質的に容積効率の極大値に相
応する。容積効率は、蓄熱体の全体容積が過大であり、
或いは、蓄熱体の伝熱量が過小である場合に、低率の値
を示すので、容積効率の極大値は、伝熱量及び蓄熱体の
全体容積の双方を最も効率的に得るための指標である。
従って、蓄熱体は、容積効率の極大値に実質的に相当す
るハニカムピッチ及びハニカム壁厚にて、最適の伝熱量
を発揮し、しかも、大きな伝熱量に比して最小の全体容
積を有する。
チ及びハニカム壁厚は、実質的に容積効率の極大値に相
応する。容積効率は、蓄熱体の全体容積が過大であり、
或いは、蓄熱体の伝熱量が過小である場合に、低率の値
を示すので、容積効率の極大値は、伝熱量及び蓄熱体の
全体容積の双方を最も効率的に得るための指標である。
従って、蓄熱体は、容積効率の極大値に実質的に相当す
るハニカムピッチ及びハニカム壁厚にて、最適の伝熱量
を発揮し、しかも、大きな伝熱量に比して最小の全体容
積を有する。
【００１１】しかも、上記ハニカムピッチ及びハニカム
壁厚によって得られる熱伝達係数及び伝熱面積は、０．
７乃至１．０の範囲の温度効率を達成する。従って、本
発明の熱交換器は、０．７乃至１．０の範囲の温度効
率、即ち、高周期切換式蓄熱燃焼システムの熱交換器が
目標とする高率の温度効率を確保できる。本発明の好ま
しい実施態様においては、前記容積効率（Ｑ／Ｖ）は、
下式(1)により定義され、前記温度効率（ηt ）は下式
(2) により定義され、 Ｑ／Ｖ＝ηt(Thi-Tci) (1-ε)Cm/τ・PM2/PM1 ・・・・・・・ (1) ηt ＝１／(1+2/PM1 + exp(-2PM1/PM2)) ・・・・・・・ (2) 前記式(1) 及び式(2) におけるＰＭ1 、ＰＭ2 は、下式
により求められ、 ＰＭ1 ＝ ｈＡ／Cg Gg ＰＭ2 ＝ ｈＡτ／Cm Gm 上記各式における符号は、以下の通り定義され、 Tci: 低温側気体の入口温度 ℃ Thi :高温側気体
の入口温度 ℃ ε : 蓄熱体の空隙率 Ａ : 伝熱面積 m2 ｈ : 熱伝達係
数 Kcal/m2h℃ τ : 切換時間 hr Cg : 気体の定
圧比熱 Kcal/m3N℃ Gg : 気体の流量 m3N/h Cm : 蓄熱体の
比熱 Kcal/m3 ℃ Gm : 蓄熱体の正味体積 m3 前記蓄熱体は、前記容積効率（Ｑ／Ｖ）が極大値を指示
する空隙率（ε）を有するとともに、前記温度効率（η
t ）が前記設定値を指示する熱伝達係数（ｈ）及び伝熱
面積（Ａ）を有し、前記ハニカムピッチ及びハニカム壁
厚は、該空隙率（ε）、熱伝達係数（ｈ）及び伝熱面積
（Ａ）に相当する値に決定される。なお、上記正味体積
(Gm)、伝熱面積（Ａ）及び流量（Gg) は、熱交換器全体
の正味体積、伝熱面積及び熱交換器の全流量である。
壁厚によって得られる熱伝達係数及び伝熱面積は、０．
７乃至１．０の範囲の温度効率を達成する。従って、本
発明の熱交換器は、０．７乃至１．０の範囲の温度効
率、即ち、高周期切換式蓄熱燃焼システムの熱交換器が
目標とする高率の温度効率を確保できる。本発明の好ま
しい実施態様においては、前記容積効率（Ｑ／Ｖ）は、
下式(1)により定義され、前記温度効率（ηt ）は下式
(2) により定義され、 Ｑ／Ｖ＝ηt(Thi-Tci) (1-ε)Cm/τ・PM2/PM1 ・・・・・・・ (1) ηt ＝１／(1+2/PM1 + exp(-2PM1/PM2)) ・・・・・・・ (2) 前記式(1) 及び式(2) におけるＰＭ1 、ＰＭ2 は、下式
により求められ、 ＰＭ1 ＝ ｈＡ／Cg Gg ＰＭ2 ＝ ｈＡτ／Cm Gm 上記各式における符号は、以下の通り定義され、 Tci: 低温側気体の入口温度 ℃ Thi :高温側気体
の入口温度 ℃ ε : 蓄熱体の空隙率 Ａ : 伝熱面積 m2 ｈ : 熱伝達係
数 Kcal/m2h℃ τ : 切換時間 hr Cg : 気体の定
圧比熱 Kcal/m3N℃ Gg : 気体の流量 m3N/h Cm : 蓄熱体の
比熱 Kcal/m3 ℃ Gm : 蓄熱体の正味体積 m3 前記蓄熱体は、前記容積効率（Ｑ／Ｖ）が極大値を指示
する空隙率（ε）を有するとともに、前記温度効率（η
t ）が前記設定値を指示する熱伝達係数（ｈ）及び伝熱
面積（Ａ）を有し、前記ハニカムピッチ及びハニカム壁
厚は、該空隙率（ε）、熱伝達係数（ｈ）及び伝熱面積
（Ａ）に相当する値に決定される。なお、上記正味体積
(Gm)、伝熱面積（Ａ）及び流量（Gg) は、熱交換器全体
の正味体積、伝熱面積及び熱交換器の全流量である。
【００１２】好ましくは、前記熱伝達係数（ｈ）は下式
(3) により演算され、 ｈ＝3.５Ｔ0.23 Ｖn0.8／ｄ0.2 ・・・・・・・ (3) 上式(3) における各符号は、以下の通り定義される。 ｄ : 相当直径 ｍ 相当直径＝４×（流路断面積）／（流路断面の周囲長） Ｔ : 気体の平均温度Ｋ Ｔ＝２７３＋（Thi + Tci)/2 Ｖn: 標準状態（０℃ 1 atm) に換算した気体の流速・
mN/s 更に好ましくは、前記流路の単位長さ当たりの圧力損失
（△Ｐ／Ｌ）が１０００乃至２０００mm H2O/m、望まし
くは、１５００mm H2O/mに設定され、気体の流速は下式
(4) により演算され、 Ｖn ＝√( d/1.3 ・ 2g／γn ・273/Ｔ・△P/L ) ・・・・・・・ (4) 上式(4) における各符号は、以下の通り定義される。 ｇ : 重力の加速度 9.8m/s2 Ｌ : 気体流路の長さ m γn : 気体の標準状態（０℃，1 atm)における比重量
Kg/m3N △P : 圧力損失 mmH2O なお、温度効率（ηt ）を求める上記式(2) は、本発明
者が創案した好適な温度効率の演算式であり、熱伝達係
数（ｈ）及び流速（Ｖn ）を求めるための上記式(2) 及
び(3) は、本発明者が見出した特定実験式である。
(3) により演算され、 ｈ＝3.５Ｔ0.23 Ｖn0.8／ｄ0.2 ・・・・・・・ (3) 上式(3) における各符号は、以下の通り定義される。 ｄ : 相当直径 ｍ 相当直径＝４×（流路断面積）／（流路断面の周囲長） Ｔ : 気体の平均温度Ｋ Ｔ＝２７３＋（Thi + Tci)/2 Ｖn: 標準状態（０℃ 1 atm) に換算した気体の流速・
mN/s 更に好ましくは、前記流路の単位長さ当たりの圧力損失
（△Ｐ／Ｌ）が１０００乃至２０００mm H2O/m、望まし
くは、１５００mm H2O/mに設定され、気体の流速は下式
(4) により演算され、 Ｖn ＝√( d/1.3 ・ 2g／γn ・273/Ｔ・△P/L ) ・・・・・・・ (4) 上式(4) における各符号は、以下の通り定義される。 ｇ : 重力の加速度 9.8m/s2 Ｌ : 気体流路の長さ m γn : 気体の標準状態（０℃，1 atm)における比重量
Kg/m3N △P : 圧力損失 mmH2O なお、温度効率（ηt ）を求める上記式(2) は、本発明
者が創案した好適な温度効率の演算式であり、熱伝達係
数（ｈ）及び流速（Ｖn ）を求めるための上記式(2) 及
び(3) は、本発明者が見出した特定実験式である。
【００１３】本発明の或る実施態様においては、前記蓄
熱体は、セラミックスで作られ、前記蓄熱体の比熱（C
m）は４０６に設定される。本発明の蓄熱体は、セラミ
ックスの種類に特に限定されるものではないが、例え
ば、コージライト、ムライト、炭化珪素、或いは、窒化
珪素などの成形品を蓄熱体の材質として好ましく用い得
る。また、ＡＬＭＡＸ ＴＡＰＥ：ＳＬＥＥＶＥ（アル
マックス・テープ：スリーブ）の名称で三井鉱山株式会
社から販売されているアルミナ繊維などで作られた多孔
性シート状セラミックスを、多層又は単層で配列し、或
いは、螺旋状に巻回し、上記蓄熱体を構成することも可
能である。
熱体は、セラミックスで作られ、前記蓄熱体の比熱（C
m）は４０６に設定される。本発明の蓄熱体は、セラミ
ックスの種類に特に限定されるものではないが、例え
ば、コージライト、ムライト、炭化珪素、或いは、窒化
珪素などの成形品を蓄熱体の材質として好ましく用い得
る。また、ＡＬＭＡＸ ＴＡＰＥ：ＳＬＥＥＶＥ（アル
マックス・テープ：スリーブ）の名称で三井鉱山株式会
社から販売されているアルミナ繊維などで作られた多孔
性シート状セラミックスを、多層又は単層で配列し、或
いは、螺旋状に巻回し、上記蓄熱体を構成することも可
能である。
【００１４】本発明の他の実施態様においては、前記蓄
熱体は、鋼材で作られ、前記蓄熱体の比熱（Cm）は８６
０に設定される。更に、かかる蓄熱体をステンレス、チ
タン、銅又は各種合金などより製造することも可能であ
る。本発明の或る実施態様によれば、蓄熱体は、複数の
方形断面の流路を備えた格子状のハニカム構造を備え
る。蓄熱体は、例えば正方形断面の流路を備え、流路を
形成するセル壁は、ハニカム壁厚ｂ及びハニカムピッチ
Ｐを有し、前記流路断面積は、各流路の横断面の断面
積、即ち、（ピッチＰ−壁厚ｂ）2 で演算され、流路断
面の周囲長は、各流路の断面の周囲長、即ち、４×（ピ
ッチＰ−壁厚ｂ）で演算され、前記相当直径は、（ピッ
チＰ−壁厚ｂ）により演算される。また、上記式におけ
る空隙率（ε）は、下式により演算され、 空隙率（ε）＝（Ｐ−ｂ）2 ／Ｐ2 上記式における伝熱面積（Ａ）／蓄熱体の正味体積（G
m）は下式により演算される。 Ａ／Gm＝４（Ｐ−ｂ）／（Ｐ2 −（Ｐ−ｂ）2 ） 本発明の好ましい実施態様によれば、前記切換時間
（τ）は６０秒以下の設定値に予め設定され、前記蓄熱
体は、前記極大値（Ｑ／Ｖ）max の７５％以上の値を示
す容積効率（Ｑ／Ｖ）に相応する空隙率（ε）を有す
る。更に好ましくは、前記ハニカム壁厚の上限値が設定
され、該上限値は、極大値（Ｑ／Ｖ）max の９０％の容
積効率（Ｑ／Ｖ）を与える空隙率（ε）に相応する。
熱体は、鋼材で作られ、前記蓄熱体の比熱（Cm）は８６
０に設定される。更に、かかる蓄熱体をステンレス、チ
タン、銅又は各種合金などより製造することも可能であ
る。本発明の或る実施態様によれば、蓄熱体は、複数の
方形断面の流路を備えた格子状のハニカム構造を備え
る。蓄熱体は、例えば正方形断面の流路を備え、流路を
形成するセル壁は、ハニカム壁厚ｂ及びハニカムピッチ
Ｐを有し、前記流路断面積は、各流路の横断面の断面
積、即ち、（ピッチＰ−壁厚ｂ）2 で演算され、流路断
面の周囲長は、各流路の断面の周囲長、即ち、４×（ピ
ッチＰ−壁厚ｂ）で演算され、前記相当直径は、（ピッ
チＰ−壁厚ｂ）により演算される。また、上記式におけ
る空隙率（ε）は、下式により演算され、 空隙率（ε）＝（Ｐ−ｂ）2 ／Ｐ2 上記式における伝熱面積（Ａ）／蓄熱体の正味体積（G
m）は下式により演算される。 Ａ／Gm＝４（Ｐ−ｂ）／（Ｐ2 −（Ｐ−ｂ）2 ） 本発明の好ましい実施態様によれば、前記切換時間
（τ）は６０秒以下の設定値に予め設定され、前記蓄熱
体は、前記極大値（Ｑ／Ｖ）max の７５％以上の値を示
す容積効率（Ｑ／Ｖ）に相応する空隙率（ε）を有す
る。更に好ましくは、前記ハニカム壁厚の上限値が設定
され、該上限値は、極大値（Ｑ／Ｖ）max の９０％の容
積効率（Ｑ／Ｖ）を与える空隙率（ε）に相応する。
【００１５】本発明の他の好ましい実施態様によれば、
前記切換時間（τ）は６０秒以下の設定値に予め設定さ
れ、前記蓄熱体の空隙率（ε）は、前記切換時間（τ）
の設定値の±５０％の範囲内における前記極大値（Ｑ／
Ｖ）max に相応する空隙率（ε）を有する。本発明の更
に他の好ましい実施態様によれば、前記切換時間（τ）
は６０秒以下の設定値に予め設定され、前記蓄熱体は、
前記空隙率（ε）に相当するハニカム壁厚ｂの±５０％
の範囲内のハニカム壁厚を有する。
前記切換時間（τ）は６０秒以下の設定値に予め設定さ
れ、前記蓄熱体の空隙率（ε）は、前記切換時間（τ）
の設定値の±５０％の範囲内における前記極大値（Ｑ／
Ｖ）max に相応する空隙率（ε）を有する。本発明の更
に他の好ましい実施態様によれば、前記切換時間（τ）
は６０秒以下の設定値に予め設定され、前記蓄熱体は、
前記空隙率（ε）に相当するハニカム壁厚ｂの±５０％
の範囲内のハニカム壁厚を有する。
【００１６】
【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明の実施例
について詳細に説明する。図１は、本発明の実施例に係
る切換蓄熱型熱交換器を備えた高周期切換式蓄熱燃焼シ
ステムの概略全体構成図であり、図２は、図１に示す高
周期切換式蓄熱燃焼システムの概略構造図である。
について詳細に説明する。図１は、本発明の実施例に係
る切換蓄熱型熱交換器を備えた高周期切換式蓄熱燃焼シ
ステムの概略全体構成図であり、図２は、図１に示す高
周期切換式蓄熱燃焼システムの概略構造図である。
【００１７】図１に示すように、高周期切換式蓄熱燃焼
システム１（以下、燃焼システム１という）は、燃焼用
空気の導入路２と、並列に配置された第１及び第２の切
換蓄熱型熱交換器１１、１２と、各熱交換器１１、１２
の下流側に配置された第１及び第２のバーナ２１、２２
と、これらのバーナ２１、２２の燃焼域を形成する燃焼
炉３０とを備えている。導入路２は、４方弁３を介して
第１及び第２分岐路４、５に接続されており、第１分岐
路４は、第１熱交換器１１を介して第１バーナ２１に連
通し、第２分岐路５は、第２熱交換器１２を介して第２
バーナ２２に連通している。４方弁３は、導入路２を第
１及び第２分岐路４、５の一方に連通させ、第１及び第
２分岐路４、５の他方を排気路６に連通させるように構
成されている。図１において、導入路２は、第１分岐路
４と連通し、排気路６は、第２分岐路５と連通してい
る。
システム１（以下、燃焼システム１という）は、燃焼用
空気の導入路２と、並列に配置された第１及び第２の切
換蓄熱型熱交換器１１、１２と、各熱交換器１１、１２
の下流側に配置された第１及び第２のバーナ２１、２２
と、これらのバーナ２１、２２の燃焼域を形成する燃焼
炉３０とを備えている。導入路２は、４方弁３を介して
第１及び第２分岐路４、５に接続されており、第１分岐
路４は、第１熱交換器１１を介して第１バーナ２１に連
通し、第２分岐路５は、第２熱交換器１２を介して第２
バーナ２２に連通している。４方弁３は、導入路２を第
１及び第２分岐路４、５の一方に連通させ、第１及び第
２分岐路４、５の他方を排気路６に連通させるように構
成されている。図１において、導入路２は、第１分岐路
４と連通し、排気路６は、第２分岐路５と連通してい
る。
【００１８】図２に示すように、第１及び第２バーナ２
１、２２は、３方弁として構成された燃料供給弁２３を
介して燃料供給系に連結されており、燃料供給弁２３
は、制御装置（図示せず）によって、第１及び第２バー
ナ２１、２２の一方に交互に燃料を供給するように制御
され、第１及び第２バーナ２１、２２を、交互に燃焼作
動させる。第１バーナ２１及び第２バーナ２２の切換え
は、６０秒以下に設定された所定時間毎に実行される。
第１及び第２バーナ２１、２２の火炎は、燃焼炉３０内
の受熱体３１に向けられており、受熱体３１は、本例で
は、被加熱流体を通す伝熱コイルとして示されている。
なお、第１及び第２バーナ２１、２２には、パイロット
バーナ及び点火用トランスなどの付帯設備が一般に設け
られるが、図を簡略化するために図示を省略してある。
１、２２は、３方弁として構成された燃料供給弁２３を
介して燃料供給系に連結されており、燃料供給弁２３
は、制御装置（図示せず）によって、第１及び第２バー
ナ２１、２２の一方に交互に燃料を供給するように制御
され、第１及び第２バーナ２１、２２を、交互に燃焼作
動させる。第１バーナ２１及び第２バーナ２２の切換え
は、６０秒以下に設定された所定時間毎に実行される。
第１及び第２バーナ２１、２２の火炎は、燃焼炉３０内
の受熱体３１に向けられており、受熱体３１は、本例で
は、被加熱流体を通す伝熱コイルとして示されている。
なお、第１及び第２バーナ２１、２２には、パイロット
バーナ及び点火用トランスなどの付帯設備が一般に設け
られるが、図を簡略化するために図示を省略してある。
【００１９】４方弁３は、回転軸７に固定された板状の
弁体８を備え、回転軸７は、駆動装置（図示せず）によ
り回転され、弁体８の位置を切換える。回転軸７は、駆
動装置により、第１及び第２バーナ２１、２２の切換時
期と同期して回転され、第１バーナ２１が燃焼作動する
間、導入路２を第１分岐路４と連通させ且つ第２分岐路
５を排気路６と連通させる第１位置に弁体８を保持し、
他方、第２バーナ２２が燃焼作動する間、導入路２を第
２分岐路５と連通させ且つ第１分岐路４を排気路６と連
通させる第２位置に弁体８を保持する。
弁体８を備え、回転軸７は、駆動装置（図示せず）によ
り回転され、弁体８の位置を切換える。回転軸７は、駆
動装置により、第１及び第２バーナ２１、２２の切換時
期と同期して回転され、第１バーナ２１が燃焼作動する
間、導入路２を第１分岐路４と連通させ且つ第２分岐路
５を排気路６と連通させる第１位置に弁体８を保持し、
他方、第２バーナ２２が燃焼作動する間、導入路２を第
２分岐路５と連通させ且つ第１分岐路４を排気路６と連
通させる第２位置に弁体８を保持する。
【００２０】第１バーナ２１が燃焼作動する間、燃焼炉
３０からの排気ガスは、第２熱交換器１２を通って排気
され、排気ガスの排熱は、第２熱交換器１２に蓄熱され
る。第２熱交換器１２は、引き続く第２バーナ２２の燃
焼作動の間に、第２分岐路５を介して導入される燃焼用
空気を予熱する。逆に、第２バーナ２２が燃焼作動する
間、燃焼炉３０からの排気ガスの排熱は、第１熱交換器
１１に蓄熱され、第１熱交換器１１は、引き続く第１バ
ーナ２１の燃焼作動の間に、第１分岐路４を介して導入
される燃焼用空気を予熱する。
３０からの排気ガスは、第２熱交換器１２を通って排気
され、排気ガスの排熱は、第２熱交換器１２に蓄熱され
る。第２熱交換器１２は、引き続く第２バーナ２２の燃
焼作動の間に、第２分岐路５を介して導入される燃焼用
空気を予熱する。逆に、第２バーナ２２が燃焼作動する
間、燃焼炉３０からの排気ガスの排熱は、第１熱交換器
１１に蓄熱され、第１熱交換器１１は、引き続く第１バ
ーナ２１の燃焼作動の間に、第１分岐路４を介して導入
される燃焼用空気を予熱する。
【００２１】第１及び第２熱交換器１１、１２として、
ハニカム構造のセラミック製蓄熱体が用いられており、
燃焼用空気及び排気ガスは、各熱交換器１１、１２に形
成された複数の流路１３、１４を通される。図３（ａ）
は、４方弁の第１位置における燃焼用空気及び排気ガス
の通過経路を示す概略構成図であり、図３（ｂ）は、４
方弁の第２位置における燃焼用空気及び排気ガスの通過
経路を示す概略構成図である。また、図４は、第１及び
第２熱交換器１１、１２の構造を部分的に拡大して示す
斜視図である。
ハニカム構造のセラミック製蓄熱体が用いられており、
燃焼用空気及び排気ガスは、各熱交換器１１、１２に形
成された複数の流路１３、１４を通される。図３（ａ）
は、４方弁の第１位置における燃焼用空気及び排気ガス
の通過経路を示す概略構成図であり、図３（ｂ）は、４
方弁の第２位置における燃焼用空気及び排気ガスの通過
経路を示す概略構成図である。また、図４は、第１及び
第２熱交換器１１、１２の構造を部分的に拡大して示す
斜視図である。
【００２２】４方弁が第１位置に位置するとき（図３
（ａ））、導入路２から導入される低温の燃焼用空気
（温度Tci)は、第１分岐路４を介して第１熱交換器１１
に通され、第１熱交換器１１の伝熱面と接触し、第１熱
交換器１１との熱交換により加熱される。かくして、燃
焼用空気は昇温され、比較的高温の燃焼用空気（温度Tc
o)として第１熱交換器１１から第１バーナ２１に供給さ
れる。他方、燃焼炉３０からの高温の排気ガス（温度Th
i)は、第２熱交換器１２を通され、第２熱交換器１２の
伝熱面と接触し、第２熱交換器１２との熱交換により第
２熱交換器１２を加熱する。かくして降温した排気ガス
は、比較的低温の排気ガス（温度Tho)として第２分岐路
５を介して排気路６に送出される。
（ａ））、導入路２から導入される低温の燃焼用空気
（温度Tci)は、第１分岐路４を介して第１熱交換器１１
に通され、第１熱交換器１１の伝熱面と接触し、第１熱
交換器１１との熱交換により加熱される。かくして、燃
焼用空気は昇温され、比較的高温の燃焼用空気（温度Tc
o)として第１熱交換器１１から第１バーナ２１に供給さ
れる。他方、燃焼炉３０からの高温の排気ガス（温度Th
i)は、第２熱交換器１２を通され、第２熱交換器１２の
伝熱面と接触し、第２熱交換器１２との熱交換により第
２熱交換器１２を加熱する。かくして降温した排気ガス
は、比較的低温の排気ガス（温度Tho)として第２分岐路
５を介して排気路６に送出される。
【００２３】４方弁を第１位置から第２位置に切換えた
とき（図３（ｂ））、導入路２から導入される低温の燃
焼用空気（温度Tci)は、第２分岐路５を介して第２熱交
換器１２に送られ、排気ガスにより加熱された第２熱交
換器１２との熱交換により加熱され、比較的高温の燃焼
用空気（温度Tco)として第２熱交換器１２から送出され
る。他方、燃焼炉３０からの高温の排気ガス（温度Thi)
は、第１熱交換器１１を通され、第１熱交換器１１との
熱交換により第１熱交換器１１を加熱し、比較的低温の
排気ガス（温度Tho)として第１分岐路４を介して排気路
６に送出される。
とき（図３（ｂ））、導入路２から導入される低温の燃
焼用空気（温度Tci)は、第２分岐路５を介して第２熱交
換器１２に送られ、排気ガスにより加熱された第２熱交
換器１２との熱交換により加熱され、比較的高温の燃焼
用空気（温度Tco)として第２熱交換器１２から送出され
る。他方、燃焼炉３０からの高温の排気ガス（温度Thi)
は、第１熱交換器１１を通され、第１熱交換器１１との
熱交換により第１熱交換器１１を加熱し、比較的低温の
排気ガス（温度Tho)として第１分岐路４を介して排気路
６に送出される。
【００２４】このように、蓄熱体を構成する切換蓄熱型
熱交換器、即ち、第１及び第２熱交換器１１、１２に
は、高温流体（燃焼排気ガス）と低温流体（燃焼用空
気）とが交互に供給され、伝熱接触により高温流体から
奪った熱量を低温流体との伝熱接触により低温流体に与
え、これにより、高温流体と低温流体との熱交換を行な
うように構成されている。かかる形式の熱交換器によれ
ば、従来の熱交換器にて限界とされていた６０乃至７０
％程度の温度効率を、流体の通過経路の切換時間を６０
秒以下の短時間に設定することにより、７０乃至１００
％に向上させることが理論的に可能である。
熱交換器、即ち、第１及び第２熱交換器１１、１２に
は、高温流体（燃焼排気ガス）と低温流体（燃焼用空
気）とが交互に供給され、伝熱接触により高温流体から
奪った熱量を低温流体との伝熱接触により低温流体に与
え、これにより、高温流体と低温流体との熱交換を行な
うように構成されている。かかる形式の熱交換器によれ
ば、従来の熱交換器にて限界とされていた６０乃至７０
％程度の温度効率を、流体の通過経路の切換時間を６０
秒以下の短時間に設定することにより、７０乃至１００
％に向上させることが理論的に可能である。
【００２５】図４に示す如く、第１及び第２熱交換器１
１、１２は、燃焼システム１に組み込み可能な幅Ｗ、長
さＬ及び高さＨを有し、複数の正方形断面の流路１３、
１４を備えた格子状のハニカム構造に構成されている。
各流路１３、１４を形成するセル壁１５の壁厚ｂ及び各
セル壁１５間のピッチＰは、以下の如く設定される所定
の壁厚及びピッチに夫々設定されている。
１、１２は、燃焼システム１に組み込み可能な幅Ｗ、長
さＬ及び高さＨを有し、複数の正方形断面の流路１３、
１４を備えた格子状のハニカム構造に構成されている。
各流路１３、１４を形成するセル壁１５の壁厚ｂ及び各
セル壁１５間のピッチＰは、以下の如く設定される所定
の壁厚及びピッチに夫々設定されている。
【００２６】本例の第１及び第２熱交換器１１、１２に
おいては、セル壁１５の壁厚及びピッチは、容積効率の
最大値に相応し且つ０．７乃至１．０の温度効率を確保
できる壁厚ｂ及びピッチＰに設定される。容積効率は、
蓄熱体の容積（流路を含む全体積）当たりの伝熱量を示
す指標であり、次式により定義される。 容積効率（Ｑ／Ｖ）＝ 蓄熱体の伝熱量Ｑ（Kcal/h）／
流路を含む蓄熱体の全体容積Ｖ（m3） また、温度効率ηt は、高温流体が保有する伝達可能な
熱量と低温流体が受熱する熱量との比を、流体の温度に
より指示する指標であり、一般には、次式にて定義され
る値である。 温度効率（ηt ） ＝（低温流体の出口温度Tco −低温
流体の入口温度Tci ）／（高温流体の入口温度Tho −低
温流体の入口温度Tci ） 上記容積効率（Ｑ／Ｖ）は、本発明者が始めて提唱する
蓄熱体の性能の指標であり、蓄熱体の伝熱量Ｑ及び蓄熱
体の全体容積Ｖの双方と関連しており、熱交換器の全体
体積の小形化を図りつつ、熱交換器の温度効率を向上さ
せる上で、有意義な指標である。従って、この容積効率
が最大値を指示する条件下に設定されたセル壁１５の壁
厚ｂ及びピッチＰは、熱交換器の温度効率を向上させる
一方、熱交換器の全体容積の増大を抑制し得る。
おいては、セル壁１５の壁厚及びピッチは、容積効率の
最大値に相応し且つ０．７乃至１．０の温度効率を確保
できる壁厚ｂ及びピッチＰに設定される。容積効率は、
蓄熱体の容積（流路を含む全体積）当たりの伝熱量を示
す指標であり、次式により定義される。 容積効率（Ｑ／Ｖ）＝ 蓄熱体の伝熱量Ｑ（Kcal/h）／
流路を含む蓄熱体の全体容積Ｖ（m3） また、温度効率ηt は、高温流体が保有する伝達可能な
熱量と低温流体が受熱する熱量との比を、流体の温度に
より指示する指標であり、一般には、次式にて定義され
る値である。 温度効率（ηt ） ＝（低温流体の出口温度Tco −低温
流体の入口温度Tci ）／（高温流体の入口温度Tho −低
温流体の入口温度Tci ） 上記容積効率（Ｑ／Ｖ）は、本発明者が始めて提唱する
蓄熱体の性能の指標であり、蓄熱体の伝熱量Ｑ及び蓄熱
体の全体容積Ｖの双方と関連しており、熱交換器の全体
体積の小形化を図りつつ、熱交換器の温度効率を向上さ
せる上で、有意義な指標である。従って、この容積効率
が最大値を指示する条件下に設定されたセル壁１５の壁
厚ｂ及びピッチＰは、熱交換器の温度効率を向上させる
一方、熱交換器の全体容積の増大を抑制し得る。
【００２７】上記燃焼システム１では、低温流体、即
ち、燃焼用空気と、高温流体、即ち、排気ガスとは、水
当量及び熱伝達係数が実質的に等しいものと仮定され、
セル壁１５の壁厚ｂ及びピッチＰは、下式(1) より求め
られる容積効率（Ｑ／Ｖ）の最大値に相応する壁厚ｂ及
びピッチＰに設定される。 Ｑ／Ｖ＝ηt(Thi-Tci) (1-ε)Cm/τ・PM2/PM1 ・・・・・・・ (1) ここに、式(1) における温度効率ηt は、下式(2) によ
り求められ、 ηt ＝１／(1+2/PM1 + exp(-2PM1/PM2)) ・・・・・・・ (2) 式(2) におけるＰＭ1 、ＰＭ2 は、下式により求めら
れ、 ＰＭ1 ＝ ｈＡ／Cg Gg ＰＭ2 ＝ ｈＡτ／Cm Gm 上記各式における符号は、以下の通り定義される。 Tci: 低温側気体の入口温度 ℃ Thi :高温側気体
の入口温度 ℃ ε : 蓄熱体の空隙率 Ａ : 伝熱面積 m2 ｈ : 熱伝達係
数 Kcal/m2h℃ τ : 切換時間 hr Cg : 気体の定
圧比熱 Kcal/m3N℃ Gg : 気体の流量 m3N/h Cm : 蓄熱体の
比熱 Kcal/m3 ℃ Gm : 蓄熱体の正味体積 m3 上記温度効率ηt の演算式(2) は、本発明者が創案した
温度効率の好適な計算式である。
ち、燃焼用空気と、高温流体、即ち、排気ガスとは、水
当量及び熱伝達係数が実質的に等しいものと仮定され、
セル壁１５の壁厚ｂ及びピッチＰは、下式(1) より求め
られる容積効率（Ｑ／Ｖ）の最大値に相応する壁厚ｂ及
びピッチＰに設定される。 Ｑ／Ｖ＝ηt(Thi-Tci) (1-ε)Cm/τ・PM2/PM1 ・・・・・・・ (1) ここに、式(1) における温度効率ηt は、下式(2) によ
り求められ、 ηt ＝１／(1+2/PM1 + exp(-2PM1/PM2)) ・・・・・・・ (2) 式(2) におけるＰＭ1 、ＰＭ2 は、下式により求めら
れ、 ＰＭ1 ＝ ｈＡ／Cg Gg ＰＭ2 ＝ ｈＡτ／Cm Gm 上記各式における符号は、以下の通り定義される。 Tci: 低温側気体の入口温度 ℃ Thi :高温側気体
の入口温度 ℃ ε : 蓄熱体の空隙率 Ａ : 伝熱面積 m2 ｈ : 熱伝達係
数 Kcal/m2h℃ τ : 切換時間 hr Cg : 気体の定
圧比熱 Kcal/m3N℃ Gg : 気体の流量 m3N/h Cm : 蓄熱体の
比熱 Kcal/m3 ℃ Gm : 蓄熱体の正味体積 m3 上記温度効率ηt の演算式(2) は、本発明者が創案した
温度効率の好適な計算式である。
【００２８】また、上記空隙率εは、蓄熱体の流路容積
（空隙容積）と、空隙容積を含む蓄熱体の全容積との比
であり、次式により定義され、 空隙率 ＝ 流路容積（空隙容積）／蓄熱体の全体容積 本例においては、空隙率εは、下式により演算される。 空隙率（ε）＝（Ｐ−ｂ）2 ／Ｐ2 また、上記式における伝熱面積（Ａ）／蓄熱体の正味体
積（Gm）は下式により演算される。 Ａ／Gm＝４（Ｐ−ｂ）／（Ｐ2 −（Ｐ−ｂ）2 ） 本例においては、温度効率ηt は、０．７乃至１．０の
範囲内の設定値に、好ましくは、０．９に予め設定され
る。燃焼空気の入口温度、即ち、低温側気体の入口温度
（Tci ）は、２０℃に設定され、排気ガス、即ち、高温
側気体の入口温度（Thi ）は、１０００℃に設定され
る。
（空隙容積）と、空隙容積を含む蓄熱体の全容積との比
であり、次式により定義され、 空隙率 ＝ 流路容積（空隙容積）／蓄熱体の全体容積 本例においては、空隙率εは、下式により演算される。 空隙率（ε）＝（Ｐ−ｂ）2 ／Ｐ2 また、上記式における伝熱面積（Ａ）／蓄熱体の正味体
積（Gm）は下式により演算される。 Ａ／Gm＝４（Ｐ−ｂ）／（Ｐ2 −（Ｐ−ｂ）2 ） 本例においては、温度効率ηt は、０．７乃至１．０の
範囲内の設定値に、好ましくは、０．９に予め設定され
る。燃焼空気の入口温度、即ち、低温側気体の入口温度
（Tci ）は、２０℃に設定され、排気ガス、即ち、高温
側気体の入口温度（Thi ）は、１０００℃に設定され
る。
【００２９】更に、上記蓄熱体の比熱Cmは下表に示す値
に設定される。本例の第１及び第２熱交換器１１、１２
では、セラミックス製蓄熱体からなるものと想定され、
下記のセラミックスの値（４０６）が採用された。 材 料 Ｃm セラミックス ４０６ スチール ８６０ また、上記熱伝達係数ｈは下式(3) により演算される。 ｈ＝3.５Ｔ0.23 Ｖn0.8／ｄ0.2 ・・・・・・・ (3) ここに、式(3) における各符号は、以下の通り定義され
る。 ｄ : 相当直径 ｍ 相当直径＝４×（流路断面積）／（流路断面の周囲長） Ｔ : 気体の平均温度Ｋ Ｔ＝２７３＋（Thi + Tci)/2 Ｖn: 標準状態（０℃ 1 atm) に換算した気体の流速・
mN/s 上記熱伝達係数ｈの計算式(3) は、本発明者が見出した
特定実験式である。なお、本例においては、流路断面積
は、各流路１３、１４の横断面の断面積であり、（ピッ
チＰ−壁厚ｂ）2 で示され、流路断面の周囲長は、各流
路１３、１４の断面の周囲長であり、４×（ピッチＰ−
壁厚ｂ）で示されるので、相当直径は、（ピッチＰ−壁
厚ｂ）により簡略的に計算し得る。
に設定される。本例の第１及び第２熱交換器１１、１２
では、セラミックス製蓄熱体からなるものと想定され、
下記のセラミックスの値（４０６）が採用された。 材 料 Ｃm セラミックス ４０６ スチール ８６０ また、上記熱伝達係数ｈは下式(3) により演算される。 ｈ＝3.５Ｔ0.23 Ｖn0.8／ｄ0.2 ・・・・・・・ (3) ここに、式(3) における各符号は、以下の通り定義され
る。 ｄ : 相当直径 ｍ 相当直径＝４×（流路断面積）／（流路断面の周囲長） Ｔ : 気体の平均温度Ｋ Ｔ＝２７３＋（Thi + Tci)/2 Ｖn: 標準状態（０℃ 1 atm) に換算した気体の流速・
mN/s 上記熱伝達係数ｈの計算式(3) は、本発明者が見出した
特定実験式である。なお、本例においては、流路断面積
は、各流路１３、１４の横断面の断面積であり、（ピッ
チＰ−壁厚ｂ）2 で示され、流路断面の周囲長は、各流
路１３、１４の断面の周囲長であり、４×（ピッチＰ−
壁厚ｂ）で示されるので、相当直径は、（ピッチＰ−壁
厚ｂ）により簡略的に計算し得る。
【００３０】更に、流路の単位長さ当たりの圧力損失
（△Ｐ／Ｌ）は１０００乃至２０００mm H2O/mの範囲の
設定値に好ましく設定し得る。本例では、△Ｐ／Ｌは、
１５００mm H2O/mに設定され、気体の流速は、本発明者
が見出した下記の特定実験式、即ち、下式(4) により演
算された。 Ｖn ＝√( d/1.3 ・ 2g／γn ・273/Ｔ・△P/L ) ・・・・・・・ (4) ここに、式(4) における各符号は、以下の通り定義され
る。 ｇ : 重力の加速度 9.8m/s2 Ｌ : 気体流路の長さ m γn : 気体の標準状態（０℃，1 atm)における比重量
Kg/m3N △P : 圧力損失 mmH2O 図５乃至図８は、上記式(1) 乃至(4) により演算された
第１及び第２熱交換器１１、１２の容積効率（Ｑ／Ｖ）
を示す線図であり、図５は、４方弁３の切換時間τを１
５秒に設定して得られた容積効率を示し、図６、図７及
び図８は、切換時間τを３０秒、４５秒及び６０秒に夫
々設定して得られた容積効率を示している。また、温度
効率ηt は、０．９に設定されている。
（△Ｐ／Ｌ）は１０００乃至２０００mm H2O/mの範囲の
設定値に好ましく設定し得る。本例では、△Ｐ／Ｌは、
１５００mm H2O/mに設定され、気体の流速は、本発明者
が見出した下記の特定実験式、即ち、下式(4) により演
算された。 Ｖn ＝√( d/1.3 ・ 2g／γn ・273/Ｔ・△P/L ) ・・・・・・・ (4) ここに、式(4) における各符号は、以下の通り定義され
る。 ｇ : 重力の加速度 9.8m/s2 Ｌ : 気体流路の長さ m γn : 気体の標準状態（０℃，1 atm)における比重量
Kg/m3N △P : 圧力損失 mmH2O 図５乃至図８は、上記式(1) 乃至(4) により演算された
第１及び第２熱交換器１１、１２の容積効率（Ｑ／Ｖ）
を示す線図であり、図５は、４方弁３の切換時間τを１
５秒に設定して得られた容積効率を示し、図６、図７及
び図８は、切換時間τを３０秒、４５秒及び６０秒に夫
々設定して得られた容積効率を示している。また、温度
効率ηt は、０．９に設定されている。
【００３１】図５乃至図８の座標系は、Ｘ軸をセル壁１
５の壁厚ｂ、即ち、ハニカム壁厚ｂに設定し、Ｙ軸を容
積効率（Ｑ／Ｖ）に設定したＸＹ座標系であり、セル壁
１５のピッチＰ、即ち、ハニカムピッチＰを５mm、４m
m、３mm、２mm及び１mmに予め設定した場合に得られる
容積効率（Ｑ／Ｖ）とハニカム壁厚ｂとの関数曲線が、
例示的に示されている。
５の壁厚ｂ、即ち、ハニカム壁厚ｂに設定し、Ｙ軸を容
積効率（Ｑ／Ｖ）に設定したＸＹ座標系であり、セル壁
１５のピッチＰ、即ち、ハニカムピッチＰを５mm、４m
m、３mm、２mm及び１mmに予め設定した場合に得られる
容積効率（Ｑ／Ｖ）とハニカム壁厚ｂとの関数曲線が、
例示的に示されている。
【００３２】各図において、容積効率（Ｑ／Ｖ）─ハニ
カム壁厚ｂの関数曲線には夫々、極大値が現れており、
任意のハニカムピッチＰに関して、所定のハニカム壁厚
ｂにて容積効率（Ｑ／Ｖ）の極大値（Ｑ／Ｖ）max が存
在する。かかる極大値（Ｑ／Ｖ）max は、本例の第１及
び第２熱交換器１１、１２における最適なセル壁１５の
ピッチＰ及び壁厚ｂを指示する座標である。所定のハニ
カムピッチＰの関数曲線における容積効率（Ｑ／Ｖ）の
極大値（Ｑ／Ｖ）max 、例えば、ピッチＰ＝２mmの関数
曲線における極大値（Ｑ／Ｖ）max のＹ座標は、約１
０．９×１０6Kcal/m3Nhであり、該極大値のＸ座標、即
ち、約０．３６mmがセル壁１５の最適な壁厚ｂである。
従って、セル壁１５のピッチ及び壁厚は、ピッチＰ＝２
mm、壁厚ｂ＝０．３６mmに好ましく設定し得る。
カム壁厚ｂの関数曲線には夫々、極大値が現れており、
任意のハニカムピッチＰに関して、所定のハニカム壁厚
ｂにて容積効率（Ｑ／Ｖ）の極大値（Ｑ／Ｖ）max が存
在する。かかる極大値（Ｑ／Ｖ）max は、本例の第１及
び第２熱交換器１１、１２における最適なセル壁１５の
ピッチＰ及び壁厚ｂを指示する座標である。所定のハニ
カムピッチＰの関数曲線における容積効率（Ｑ／Ｖ）の
極大値（Ｑ／Ｖ）max 、例えば、ピッチＰ＝２mmの関数
曲線における極大値（Ｑ／Ｖ）max のＹ座標は、約１
０．９×１０6Kcal/m3Nhであり、該極大値のＸ座標、即
ち、約０．３６mmがセル壁１５の最適な壁厚ｂである。
従って、セル壁１５のピッチ及び壁厚は、ピッチＰ＝２
mm、壁厚ｂ＝０．３６mmに好ましく設定し得る。
【００３３】各極大値（Ｑ／Ｖ）max の座標を通る容積
効率極大線Ｍが、各図に破線で示されており、任意のハ
ニカムピッチＰにおける容積効率（Ｑ／Ｖ）─ハニカム
壁厚ｂの関数曲線と、極大線Ｍとの交点の座標は、該ハ
ニカムピッチＰにおける最適なハニカム壁厚ｂを指示す
る。図５乃至図８から判るように、容積効率極大線Ｍ
は、切換時間τが増大するにつれて、全体的に低下する
とともに、各ハニカムピッチＰにおける極大値（Ｑ／
Ｖ）max は、より大きなハニカム壁厚ｂを指示するよう
に移行している。従って、切換時間τが長期化するにつ
れて、所定のハニカムピッチＰに対応する最適なハニカ
ム壁厚ｂは厚肉化することが判る。これは、比較的長い
切換時間τにて最大の容積効率（Ｑ／Ｖ）を確保するに
は、所定のハニカムピッチＰに対する最適なハニカム壁
厚ｂを増大させなければならないことを意味する。
効率極大線Ｍが、各図に破線で示されており、任意のハ
ニカムピッチＰにおける容積効率（Ｑ／Ｖ）─ハニカム
壁厚ｂの関数曲線と、極大線Ｍとの交点の座標は、該ハ
ニカムピッチＰにおける最適なハニカム壁厚ｂを指示す
る。図５乃至図８から判るように、容積効率極大線Ｍ
は、切換時間τが増大するにつれて、全体的に低下する
とともに、各ハニカムピッチＰにおける極大値（Ｑ／
Ｖ）max は、より大きなハニカム壁厚ｂを指示するよう
に移行している。従って、切換時間τが長期化するにつ
れて、所定のハニカムピッチＰに対応する最適なハニカ
ム壁厚ｂは厚肉化することが判る。これは、比較的長い
切換時間τにて最大の容積効率（Ｑ／Ｖ）を確保するに
は、所定のハニカムピッチＰに対する最適なハニカム壁
厚ｂを増大させなければならないことを意味する。
【００３４】図９乃至図１２は、上記式(1) 乃至(4) に
より演算された第１及び第２熱交換器１１、１２におけ
るハニカムピッチＰ及びハニカム壁厚ｂの関係を示す線
図である。図９乃至図１２の座標系は、Ｘ軸をハニカム
ピッチＰに設定し、Ｙ軸をハニカム壁厚ｂに設定したＸ
Ｙ座標系である。各図には、等しい値の容積効率（Ｑ／
Ｖ）を指示する曲線、即ち、上記式(1) 乃至(4) により
等しい値の容積効率（Ｑ／Ｖ）を与えるハニカムピッチ
Ｐ及びハニカム壁厚ｂの座標を結ぶ曲線が、等高線の如
く、夫々図示されている。従って、同一の曲線上のピッ
チＰ及び壁厚ｂの座標は、一定の容積効率（Ｑ／Ｖ）に
対応する。
より演算された第１及び第２熱交換器１１、１２におけ
るハニカムピッチＰ及びハニカム壁厚ｂの関係を示す線
図である。図９乃至図１２の座標系は、Ｘ軸をハニカム
ピッチＰに設定し、Ｙ軸をハニカム壁厚ｂに設定したＸ
Ｙ座標系である。各図には、等しい値の容積効率（Ｑ／
Ｖ）を指示する曲線、即ち、上記式(1) 乃至(4) により
等しい値の容積効率（Ｑ／Ｖ）を与えるハニカムピッチ
Ｐ及びハニカム壁厚ｂの座標を結ぶ曲線が、等高線の如
く、夫々図示されている。従って、同一の曲線上のピッ
チＰ及び壁厚ｂの座標は、一定の容積効率（Ｑ／Ｖ）に
対応する。
【００３５】図９は、４方弁３の切換時間τを１５秒に
設定したときに得られる上記容積効率の曲線（以下、等
高線と称する）を示し、図１０、図１１及び図１２は、
切換時間τを３０秒、４５秒及び６０秒に夫々設定して
得られる容積効率の等高線を示している。図９乃至図１
２には更に、図５乃至８と同様な容積効率極大線Ｍが破
線で示されている。容積効率極大線Ｍは、いわば等高線
の稜線に位置しており、容積効率極大線Ｍ上の座標は、
最大の容積効率（Ｑ／Ｖ）を与えるハニカムピッチＰ
（Ｘ座標）及びハニカム壁厚ｂ（Ｙ座標）を指示してい
る。各図には、極大値（Ｑ／Ｖ）max の７５％以上の容
積効率（Ｑ／Ｖ）に相応する座標の領域が斜線で示され
ており、この範囲内の座標におけるハニカムピッチＰ及
びハニカム壁厚ｂは、軽量且つコンパクトな第１及び第
２熱交換器１１、１２を得るためのセル壁１５のピッチ
Ｐ及び壁厚ｂとして好ましく採用し得る。なお、温度効
率ηt は、０．９に設定されている。
設定したときに得られる上記容積効率の曲線（以下、等
高線と称する）を示し、図１０、図１１及び図１２は、
切換時間τを３０秒、４５秒及び６０秒に夫々設定して
得られる容積効率の等高線を示している。図９乃至図１
２には更に、図５乃至８と同様な容積効率極大線Ｍが破
線で示されている。容積効率極大線Ｍは、いわば等高線
の稜線に位置しており、容積効率極大線Ｍ上の座標は、
最大の容積効率（Ｑ／Ｖ）を与えるハニカムピッチＰ
（Ｘ座標）及びハニカム壁厚ｂ（Ｙ座標）を指示してい
る。各図には、極大値（Ｑ／Ｖ）max の７５％以上の容
積効率（Ｑ／Ｖ）に相応する座標の領域が斜線で示され
ており、この範囲内の座標におけるハニカムピッチＰ及
びハニカム壁厚ｂは、軽量且つコンパクトな第１及び第
２熱交換器１１、１２を得るためのセル壁１５のピッチ
Ｐ及び壁厚ｂとして好ましく採用し得る。なお、温度効
率ηt は、０．９に設定されている。
【００３６】また、各図には、更に好ましいハニカムピ
ッチＰ及びハニカム壁厚ｂの範囲として、ハニカム壁厚
ｂの上限を指示する上限界線Ｎが図示されている。上限
界線Ｎは、極大値（Ｑ／Ｖ）max の９０％以上の容積効
率（Ｑ／Ｖ）を与える領域の上限を指示しており、上限
界線Ｎよりも下方の斜線部分に位置する座標（ハニカム
ピッチＰ及びハニカム壁厚ｂ）は、より一層軽量な第１
及び第２熱交換器１１、１２を得るためのセル壁１５の
ピッチＰ及び壁厚ｂとして好ましく採用し得る。
ッチＰ及びハニカム壁厚ｂの範囲として、ハニカム壁厚
ｂの上限を指示する上限界線Ｎが図示されている。上限
界線Ｎは、極大値（Ｑ／Ｖ）max の９０％以上の容積効
率（Ｑ／Ｖ）を与える領域の上限を指示しており、上限
界線Ｎよりも下方の斜線部分に位置する座標（ハニカム
ピッチＰ及びハニカム壁厚ｂ）は、より一層軽量な第１
及び第２熱交換器１１、１２を得るためのセル壁１５の
ピッチＰ及び壁厚ｂとして好ましく採用し得る。
【００３７】図１３乃至図１６は、上記式(1) 乃至(4)
において４方弁３の切換時間τを±５０％の範囲で変化
させた際に得られる上記容積効率極大線Ｍの変位を示す
線図である。図１３は、４方弁３の切換時間τを１５秒
に設定して得られた容積効率極大線Ｍを基準とし、図
６、図７及び図８は、切換時間τを３０秒、４５秒及び
６０秒に夫々設定して得られた容積効率極大線Ｍを基準
としている。なお、図１３乃至図１６の座標系は、Ｘ軸
をハニカム壁厚ｂに設定し、Ｙ軸を容積効率（Ｑ／Ｖ）
の極大値（Ｑ／Ｖ）max に設定したＸＹ座標系である。
また、各図には、ハニカムピッチＰを５mm、４mm、３m
m、２mmに予め設定し、切換時間τを変数とした場合に
得られる極大値（Ｑ／Ｖ）max とハニカム壁厚ｂとの関
数曲線が、例示的に示されている。なお、温度効率ηt
は、０．９に設定されている。
において４方弁３の切換時間τを±５０％の範囲で変化
させた際に得られる上記容積効率極大線Ｍの変位を示す
線図である。図１３は、４方弁３の切換時間τを１５秒
に設定して得られた容積効率極大線Ｍを基準とし、図
６、図７及び図８は、切換時間τを３０秒、４５秒及び
６０秒に夫々設定して得られた容積効率極大線Ｍを基準
としている。なお、図１３乃至図１６の座標系は、Ｘ軸
をハニカム壁厚ｂに設定し、Ｙ軸を容積効率（Ｑ／Ｖ）
の極大値（Ｑ／Ｖ）max に設定したＸＹ座標系である。
また、各図には、ハニカムピッチＰを５mm、４mm、３m
m、２mmに予め設定し、切換時間τを変数とした場合に
得られる極大値（Ｑ／Ｖ）max とハニカム壁厚ｂとの関
数曲線が、例示的に示されている。なお、温度効率ηt
は、０．９に設定されている。
【００３８】各図において、予め設定された４方弁３の
切換時間τ、例えば、２０秒（図１３）に予め設定して
得られた容積効率極大線Ｍを中心に、切換時間τを±５
０％、例えば、１０秒及び３０秒の範囲内（図１３）で
変化させた場合に得られる容積効率極大線Ｍの変位領域
が斜線で示されている。この領域内にて、所定のハニカ
ムピッチＰに対するＸ座標（ハニカム壁厚ｂ）は、切換
時間τの変更又は誤差を許容し且つ好適な容積効率（Ｑ
／Ｖ）を与えるセル壁１５の壁厚ｂとして好ましく採用
し得る。
切換時間τ、例えば、２０秒（図１３）に予め設定して
得られた容積効率極大線Ｍを中心に、切換時間τを±５
０％、例えば、１０秒及び３０秒の範囲内（図１３）で
変化させた場合に得られる容積効率極大線Ｍの変位領域
が斜線で示されている。この領域内にて、所定のハニカ
ムピッチＰに対するＸ座標（ハニカム壁厚ｂ）は、切換
時間τの変更又は誤差を許容し且つ好適な容積効率（Ｑ
／Ｖ）を与えるセル壁１５の壁厚ｂとして好ましく採用
し得る。
【００３９】図１７乃至図２０は、図９乃至１２と同様
な図であり、各図には、容積効率（Ｑ／Ｖ）の等高線
と、等高線の稜線に位置する容積効率極大線Ｍとが示さ
れている。各図には、容積効率極大線Ｍ上のＹ座標、即
ち、ハニカム壁厚ｂを±５０％の範囲内で変化させた場
合に得られるハニカム壁厚ｂ及びハニカムピッチＰの領
域が斜線で示されている。この範囲内の座標におけるハ
ニカムピッチＰ及びハニカム壁厚ｂは、軽量且つコンパ
クトな第１及び第２熱交換器１１、１２を得るためのセ
ル壁１５のピッチＰ及び壁厚ｂとして好ましく用い得
る。
な図であり、各図には、容積効率（Ｑ／Ｖ）の等高線
と、等高線の稜線に位置する容積効率極大線Ｍとが示さ
れている。各図には、容積効率極大線Ｍ上のＹ座標、即
ち、ハニカム壁厚ｂを±５０％の範囲内で変化させた場
合に得られるハニカム壁厚ｂ及びハニカムピッチＰの領
域が斜線で示されている。この範囲内の座標におけるハ
ニカムピッチＰ及びハニカム壁厚ｂは、軽量且つコンパ
クトな第１及び第２熱交換器１１、１２を得るためのセ
ル壁１５のピッチＰ及び壁厚ｂとして好ましく用い得
る。
【００４０】以上説明したように、本例の高周期切換式
蓄熱燃焼システム１における第１及び第２の切換蓄熱型
熱交換器１１、１２は、４方弁３の切換時間τが６０秒
以下に設定され、上記式(1) 乃至(4) において、容積効
率（Ｑ／Ｖ）が極大値（Ｑ／Ｖ）max を指示する空隙率
εを有する。また、温度効率ηt は、０．７乃至１．０
の範囲内の設定値、例えば、０．９に設定され、燃焼空
気（低温流体）の入口温度（Tci ）は、２０℃に設定さ
れ、排気ガス（低温流体）の入口温度（Thi ）は、１０
００℃に設定される。上記式(2) により、熱伝達係数
ｈ、伝熱面積Ａ及び切換時間τの関数として演算される
温度効率ηt が、上記設定値０．７乃至１．0 に相当す
るように、熱伝達係数ｈ及び伝熱面積Ａが設定される。
第１及び第２熱交換器１１、１２は、上記空隙率ε、熱
伝達係数ｈ及び伝熱面積Ａに相当するセル壁１５のピッ
チＰ及び壁厚ｂを有する。かかる構成の第１及び第２熱
交換器１１、１２では、セル壁１５のピッチＰ及び壁厚
ｂは、実質的に容積効率（Ｑ／Ｖ）の極大値（Ｑ／Ｖ）
max に相応しており、最適の伝熱量を発揮し、しかも、
大きな伝熱量に比して最小の全体容積を有する。また、
セル壁１５のピッチＰ及び壁厚ｂは、０．７乃至１．０
の範囲の温度効率を達成することができ、高周期切換式
蓄熱燃焼システムに要求される高率の温度効率を確保で
きる。
蓄熱燃焼システム１における第１及び第２の切換蓄熱型
熱交換器１１、１２は、４方弁３の切換時間τが６０秒
以下に設定され、上記式(1) 乃至(4) において、容積効
率（Ｑ／Ｖ）が極大値（Ｑ／Ｖ）max を指示する空隙率
εを有する。また、温度効率ηt は、０．７乃至１．０
の範囲内の設定値、例えば、０．９に設定され、燃焼空
気（低温流体）の入口温度（Tci ）は、２０℃に設定さ
れ、排気ガス（低温流体）の入口温度（Thi ）は、１０
００℃に設定される。上記式(2) により、熱伝達係数
ｈ、伝熱面積Ａ及び切換時間τの関数として演算される
温度効率ηt が、上記設定値０．７乃至１．0 に相当す
るように、熱伝達係数ｈ及び伝熱面積Ａが設定される。
第１及び第２熱交換器１１、１２は、上記空隙率ε、熱
伝達係数ｈ及び伝熱面積Ａに相当するセル壁１５のピッ
チＰ及び壁厚ｂを有する。かかる構成の第１及び第２熱
交換器１１、１２では、セル壁１５のピッチＰ及び壁厚
ｂは、実質的に容積効率（Ｑ／Ｖ）の極大値（Ｑ／Ｖ）
max に相応しており、最適の伝熱量を発揮し、しかも、
大きな伝熱量に比して最小の全体容積を有する。また、
セル壁１５のピッチＰ及び壁厚ｂは、０．７乃至１．０
の範囲の温度効率を達成することができ、高周期切換式
蓄熱燃焼システムに要求される高率の温度効率を確保で
きる。
【００４１】また、上記実施例において、セル壁１５の
ピッチＰ及び壁厚ｂは、好ましくは、所定の条件で演算
された極大値（Ｑ／Ｖ）max に対し、該極大値（Ｑ／
Ｖ）max の７５％以上の容積効率（Ｑ／Ｖ）を与える値
に設定される。これにより、所望の容積効率（Ｑ／Ｖ）
を確保しつつ、軽量且つコンパクトに第１及び第２熱交
換器１１、１２を設計することができる。更に好ましく
は、セル壁１５の壁厚ｂの上限は、極大値（Ｑ／Ｖ）ma
x の９０％以上の容積効率（Ｑ／Ｖ）を与える値に設定
される。これにより、第１及び第２熱交換器１１、１２
をより一層軽量化することが可能となる。
ピッチＰ及び壁厚ｂは、好ましくは、所定の条件で演算
された極大値（Ｑ／Ｖ）max に対し、該極大値（Ｑ／
Ｖ）max の７５％以上の容積効率（Ｑ／Ｖ）を与える値
に設定される。これにより、所望の容積効率（Ｑ／Ｖ）
を確保しつつ、軽量且つコンパクトに第１及び第２熱交
換器１１、１２を設計することができる。更に好ましく
は、セル壁１５の壁厚ｂの上限は、極大値（Ｑ／Ｖ）ma
x の９０％以上の容積効率（Ｑ／Ｖ）を与える値に設定
される。これにより、第１及び第２熱交換器１１、１２
をより一層軽量化することが可能となる。
【００４２】更に、上記実施例では、第１及び第２熱交
換器１１、１２におけるセル壁１５のピッチＰ及び壁厚
ｂは、好ましくは、上記式(1) 乃至(4) において予め設
定された４方弁３の切換時間τを±５０％の範囲で変化
させた際に得られる容積効率（Ｑ／Ｖ）の極大値（Ｑ／
Ｖ）max に相応するように設定される。これにより、第
１及び第２熱交換器１１、１２は、好適な容積効率（Ｑ
／Ｖ）を確保しつつ、切換時間τの変更又は誤差を許容
することができる。
換器１１、１２におけるセル壁１５のピッチＰ及び壁厚
ｂは、好ましくは、上記式(1) 乃至(4) において予め設
定された４方弁３の切換時間τを±５０％の範囲で変化
させた際に得られる容積効率（Ｑ／Ｖ）の極大値（Ｑ／
Ｖ）max に相応するように設定される。これにより、第
１及び第２熱交換器１１、１２は、好適な容積効率（Ｑ
／Ｖ）を確保しつつ、切換時間τの変更又は誤差を許容
することができる。
【００４３】また、上記実施例では、第１及び第２熱交
換器１１、１２は、所定の条件で演算された極大値（Ｑ
／Ｖ）max を与えるセル壁１５の壁厚ｂに対し、±５０
％の許容範囲内の壁厚ｂを有する。これにより、好適な
容積効率（Ｑ／Ｖ）を確保しつつ、軽量且つコンパクト
な第１及び第２熱交換器１１、１２を設計することがで
きる。
換器１１、１２は、所定の条件で演算された極大値（Ｑ
／Ｖ）max を与えるセル壁１５の壁厚ｂに対し、±５０
％の許容範囲内の壁厚ｂを有する。これにより、好適な
容積効率（Ｑ／Ｖ）を確保しつつ、軽量且つコンパクト
な第１及び第２熱交換器１１、１２を設計することがで
きる。
【００４４】なお、上記ハニカム構造は、流体通路を分
割して蜂の巣状に配列した構造のものを広く意味してお
り、ハニカム構造の形式は、上記第１及び第２熱交換器
１１、１２のものに限定されることなく、種々の構造形
式を採用し得る。かかるハニカム構造の各種形式が図２
１に例示されており、流路断面の形状は、円形、三角
形、正方形、長方形、六角形等の他、円管、板などを組
合せたものなどを含むことを容易に理解できよう。更
に、図２１には、これら種々の形態のハニカム構造にお
けるハニカムピッチＰ及びハニカム壁厚ｂが示されてい
る。このような、形態の変更に伴い、上記空隙率ε及び
Ａ／Gmの算定式が、その都度、設定変更し得ることを容
易に理解できよう。
割して蜂の巣状に配列した構造のものを広く意味してお
り、ハニカム構造の形式は、上記第１及び第２熱交換器
１１、１２のものに限定されることなく、種々の構造形
式を採用し得る。かかるハニカム構造の各種形式が図２
１に例示されており、流路断面の形状は、円形、三角
形、正方形、長方形、六角形等の他、円管、板などを組
合せたものなどを含むことを容易に理解できよう。更
に、図２１には、これら種々の形態のハニカム構造にお
けるハニカムピッチＰ及びハニカム壁厚ｂが示されてい
る。このような、形態の変更に伴い、上記空隙率ε及び
Ａ／Gmの算定式が、その都度、設定変更し得ることを容
易に理解できよう。
【００４５】また、上記実施例の燃焼システムは、第１
及び第２熱交換器１１、１２を所定位置に固定し、流体
通路４、５及びバーナ２１、２２を交互に切替えるよう
に構成されているが、流体の通過経路及び燃焼すべきバ
ーナを一定に保持し、熱交換器自体を回転させるように
構成された回転式の切換蓄熱型熱交換器に対して、本発
明を同様に適用し得る。かかる回転式の切換蓄熱型熱交
換器は図２２に例示されており、図２２において、回転
式の熱交換器１７は、セル壁１９により複数の流路１８
を形成してなる格子状のハニカム構造を備えている。熱
交換器１７は、駆動装置（図示せず）により矢印の方向
に回転され、低温流体、例えば燃焼用空気の流路４ａに
位置する部分と、高温流体、例えば排気ガスの流路５ａ
に位置する部分とが定期的に交代し、高温流体との熱交
換により蓄熱した熱を低温流体との熱交換により低温流
体に伝達するように構成されている。かかる回転式の熱
交換器１７は、上記第１及び第２熱交換器１１、１２と
実質的に同じ作用を奏しており、熱交換器１７のセル壁
１９のピッチ及び壁厚は、上述の実施例に基づいて、上
記第１及び第２熱交換器１１、１２におけるセル壁１５
のピッチＰ及び壁厚ｂと同様に決定し得る。
及び第２熱交換器１１、１２を所定位置に固定し、流体
通路４、５及びバーナ２１、２２を交互に切替えるよう
に構成されているが、流体の通過経路及び燃焼すべきバ
ーナを一定に保持し、熱交換器自体を回転させるように
構成された回転式の切換蓄熱型熱交換器に対して、本発
明を同様に適用し得る。かかる回転式の切換蓄熱型熱交
換器は図２２に例示されており、図２２において、回転
式の熱交換器１７は、セル壁１９により複数の流路１８
を形成してなる格子状のハニカム構造を備えている。熱
交換器１７は、駆動装置（図示せず）により矢印の方向
に回転され、低温流体、例えば燃焼用空気の流路４ａに
位置する部分と、高温流体、例えば排気ガスの流路５ａ
に位置する部分とが定期的に交代し、高温流体との熱交
換により蓄熱した熱を低温流体との熱交換により低温流
体に伝達するように構成されている。かかる回転式の熱
交換器１７は、上記第１及び第２熱交換器１１、１２と
実質的に同じ作用を奏しており、熱交換器１７のセル壁
１９のピッチ及び壁厚は、上述の実施例に基づいて、上
記第１及び第２熱交換器１１、１２におけるセル壁１５
のピッチＰ及び壁厚ｂと同様に決定し得る。
【００４６】更に、上記実施例では、流路を切換るため
の手段として、４方弁３が用いられているが、所謂ケー
ス切換型高速切換システム（ＣＥＭ）などの他の形式の
流路切換手段を採用しても良い。
の手段として、４方弁３が用いられているが、所謂ケー
ス切換型高速切換システム（ＣＥＭ）などの他の形式の
流路切換手段を採用しても良い。
【００４７】
【発明の効果】本発明の上記構成によれば、切換時間が
６０秒以下に設定される高周期切換式蓄熱燃焼システム
における切換蓄熱型熱交換器において、高率の温度効率
を確保しつつ、伝熱量及び全体容積を効率的に設定する
ことができるので、高い伝熱量及び温度効率を確保し、
しかも、熱交換器の全体容積を小形化できる。かくし
て、本発明によれば、高性能且つコンパクトな切換蓄熱
型熱交換器を提供することが可能となる。
６０秒以下に設定される高周期切換式蓄熱燃焼システム
における切換蓄熱型熱交換器において、高率の温度効率
を確保しつつ、伝熱量及び全体容積を効率的に設定する
ことができるので、高い伝熱量及び温度効率を確保し、
しかも、熱交換器の全体容積を小形化できる。かくし
て、本発明によれば、高性能且つコンパクトな切換蓄熱
型熱交換器を提供することが可能となる。
【図１】本発明の実施例に係る切換蓄熱型熱交換器を備
えた高周期切換式蓄熱燃焼システムの概略全体構成図で
ある。
えた高周期切換式蓄熱燃焼システムの概略全体構成図で
ある。
【図２】図１に示す高周期切換式蓄熱燃焼システムの概
略構造図である。
略構造図である。
【図３】４方弁の第１位置及び第２位置における燃焼用
空気及び排気ガスの通過経路を夫々示す概略構成図であ
る。
空気及び排気ガスの通過経路を夫々示す概略構成図であ
る。
【図４】図１に示す第１及び第２熱交換器の構造を部分
的に拡大して示す斜視図である。
的に拡大して示す斜視図である。
【図５】４方弁の切換時間を１５秒に設定し、式(1) 乃
至(4) により演算された第１及び第２熱交換器の容積効
率（Ｑ／Ｖ）を示す線図である。
至(4) により演算された第１及び第２熱交換器の容積効
率（Ｑ／Ｖ）を示す線図である。
【図６】４方弁の切換時間を３０秒に設定し、式(1) 乃
至(4) により演算された第１及び第２熱交換器の容積効
率（Ｑ／Ｖ）を示す線図である。
至(4) により演算された第１及び第２熱交換器の容積効
率（Ｑ／Ｖ）を示す線図である。
【図７】４方弁の切換時間を４５秒に設定し、式(1) 乃
至(4) により演算された第１及び第２熱交換器の容積効
率（Ｑ／Ｖ）を示す線図である。
至(4) により演算された第１及び第２熱交換器の容積効
率（Ｑ／Ｖ）を示す線図である。
【図８】４方弁の切換時間を６０秒に設定し、式(1) 乃
至(4) により演算された第１及び第２熱交換器の容積効
率（Ｑ／Ｖ）を示す線図である。
至(4) により演算された第１及び第２熱交換器の容積効
率（Ｑ／Ｖ）を示す線図である。
【図９】４方弁の切換時間を１５秒に設定し、式(1) 乃
至(4) により演算された第１及び第２熱交換器における
ハニカムピッチ及びハニカム壁厚の関係を示す線図であ
る。
至(4) により演算された第１及び第２熱交換器における
ハニカムピッチ及びハニカム壁厚の関係を示す線図であ
る。
【図１０】４方弁の切換時間を３０秒に設定し、式(1)
乃至(4) により演算された第１及び第２熱交換器におけ
るハニカムピッチ及びハニカム壁厚の関係を示す線図で
ある。
乃至(4) により演算された第１及び第２熱交換器におけ
るハニカムピッチ及びハニカム壁厚の関係を示す線図で
ある。
【図１１】４方弁の切換時間を４５秒に設定し、式(1)
乃至(4) により演算された第１及び第２熱交換器におけ
るハニカムピッチ及びハニカム壁厚の関係を示す線図で
ある。
乃至(4) により演算された第１及び第２熱交換器におけ
るハニカムピッチ及びハニカム壁厚の関係を示す線図で
ある。
【図１２】４方弁の切換時間を６０秒に設定し、式(1)
乃至(4) により演算された第１及び第２熱交換器におけ
るハニカムピッチ及びハニカム壁厚の関係を示す線図で
ある。
乃至(4) により演算された第１及び第２熱交換器におけ
るハニカムピッチ及びハニカム壁厚の関係を示す線図で
ある。
【図１３】４方弁の切換時間を１５秒に設定し、式(1)
乃至(4) において４方弁の切換時間を±５０％の範囲で
変化させた際に得られる容積効率極大線の変位を示す線
図である。
乃至(4) において４方弁の切換時間を±５０％の範囲で
変化させた際に得られる容積効率極大線の変位を示す線
図である。
【図１４】４方弁の切換時間を３０秒に設定し、式(1)
乃至(4) において４方弁の切換時間を±５０％の範囲で
変化させた際に得られる容積効率極大線の変位を示す線
図である。
乃至(4) において４方弁の切換時間を±５０％の範囲で
変化させた際に得られる容積効率極大線の変位を示す線
図である。
【図１５】４方弁の切換時間を４５秒に設定し、式(1)
乃至(4) において４方弁の切換時間を±５０％の範囲で
変化させた際に得られる容積効率極大線の変位を示す線
図である。
乃至(4) において４方弁の切換時間を±５０％の範囲で
変化させた際に得られる容積効率極大線の変位を示す線
図である。
【図１６】４方弁の切換時間を６０秒に設定し、式(1)
乃至(4) において４方弁の切換時間を±５０％の範囲で
変化させた際に得られる容積効率極大線の変位を示す線
図である。
乃至(4) において４方弁の切換時間を±５０％の範囲で
変化させた際に得られる容積効率極大線の変位を示す線
図である。
【図１７】４方弁の切換時間を１５秒に設定し、式(1)
乃至(4) により演算された第１及び第２熱交換器におけ
るハニカムピッチ及びハニカム壁厚の関係を示す線図で
あり、ハニカム壁厚を±５０％の範囲内で変化させた場
合に得られるハニカム壁厚及びハニカムピッチの領域が
斜線で示されている。
乃至(4) により演算された第１及び第２熱交換器におけ
るハニカムピッチ及びハニカム壁厚の関係を示す線図で
あり、ハニカム壁厚を±５０％の範囲内で変化させた場
合に得られるハニカム壁厚及びハニカムピッチの領域が
斜線で示されている。
【図１８】４方弁の切換時間を３０秒に設定し、式(1)
乃至(4) により演算された第１及び第２熱交換器におけ
るハニカムピッチ及びハニカム壁厚の関係を示す線図で
あり、ハニカム壁厚を±５０％の範囲内で変化させた場
合に得られるハニカム壁厚及びハニカムピッチの領域が
斜線で示されている。
乃至(4) により演算された第１及び第２熱交換器におけ
るハニカムピッチ及びハニカム壁厚の関係を示す線図で
あり、ハニカム壁厚を±５０％の範囲内で変化させた場
合に得られるハニカム壁厚及びハニカムピッチの領域が
斜線で示されている。
【図１９】４方弁の切換時間を４５秒に設定し、式(1)
乃至(4) により演算された第１及び第２熱交換器におけ
るハニカムピッチ及びハニカム壁厚の関係を示す線図で
あり、ハニカム壁厚を±５０％の範囲内で変化させた場
合に得られるハニカム壁厚及びハニカムピッチの領域が
斜線で示されている。
乃至(4) により演算された第１及び第２熱交換器におけ
るハニカムピッチ及びハニカム壁厚の関係を示す線図で
あり、ハニカム壁厚を±５０％の範囲内で変化させた場
合に得られるハニカム壁厚及びハニカムピッチの領域が
斜線で示されている。
【図２０】４方弁の切換時間を６０秒に設定し、式(1)
乃至(4) により演算された第１及び第２熱交換器におけ
るハニカムピッチ及びハニカム壁厚の関係を示す線図で
あり、ハニカム壁厚を±５０％の範囲内で変化させた場
合に得られるハニカム壁厚及びハニカムピッチの領域が
斜線で示されている。
乃至(4) により演算された第１及び第２熱交換器におけ
るハニカムピッチ及びハニカム壁厚の関係を示す線図で
あり、ハニカム壁厚を±５０％の範囲内で変化させた場
合に得られるハニカム壁厚及びハニカムピッチの領域が
斜線で示されている。
【図２１】ハニカム構造の各種形式を例示する熱交換器
の概略断面図である。
の概略断面図である。
【図２２】回転式の切換蓄熱型熱交換器を例示する斜視
図である。
図である。
１ 高周期切換式蓄熱燃焼システム ２ 導入路 ３ ４方弁 ４ 第１分岐路 ５ 第２分岐路 ６ 排気路 １１ 第１熱交換器 １２ 第２熱交換器 １３、１４ 流路 １５ セル壁 ２１ 第１バーナ ２２ 第２バーナ ３０ 燃焼炉 ３１ 受熱体
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年２月１７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１３】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１４】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１５】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１６】
Claims (17)
- 【請求項１】 ６０秒以下の切換時間に設定される高周
期切換式蓄熱燃焼システムに設けられ、燃焼装置のため
の低温の燃焼用空気又は燃料ガス、或いは、燃料用空気
と燃料ガスとの混合気と、高温の排気ガスとに交互に接
触し、これらの低温流体及び高温流体と交互に熱交換す
るように構成された切換蓄熱型熱交換器において、 ハニカム構造の蓄熱体を有し、前記蓄熱体の全体容積当
たりの該蓄熱体の伝熱量として定義される容積効率が、
温度効率、流体温度及び空隙率の関数として設定され、
前記温度効率及び流体温度は、所定の設定値に決定さ
れ、前記温度効率が、０．７乃至１．０の範囲内の設定
値に決定されるとともに、前記蓄熱体の熱伝達係数、伝
熱面積及び切換時間の関数として設定され、 前記蓄熱体は、前記容積効率が実質的に極大値を示す空
隙率と、前記温度効率の設定値に相当する熱伝達係数及
び伝熱面積とを有し、 前記熱伝達係数、伝熱面積及び空隙率に相応するハニカ
ムピッチ及びハニカム壁厚を有することを特徴とする切
換蓄熱型熱交換器。 - 【請求項２】 前記容積効率（Ｑ／Ｖ）は、下式(1) に
より定義され、前記温度効率（ηt ）は下式(2) により
定義され、 Ｑ／Ｖ＝ηt(Thi-Tci) (1-ε)Cm/τ・PM2/PM1 ・・・・・・・ (1) ηt ＝１／(1+2/PM1 + exp(-2PM1/PM2)) ・・・・・・・ (2) 前記式(1) 及び式(2) におけるＰＭ1 、ＰＭ2 は、下式
により求められ、 ＰＭ1 ＝ ｈＡ／Cg Gg ＰＭ2 ＝ ｈＡτ／Cm Gm 上記各式における符号は、以下の通り定義され、 Tci: 低温側気体の入口温度 ℃ Thi :高温側気体
の入口温度 ℃ ε : 蓄熱体の空隙率 Ａ : 伝熱面積 m2 ｈ : 熱伝達係
数 Kcal/m2h℃ τ : 切換時間 hr Cg : 気体の定
圧比熱 Kcal/m3N℃ Gg : 気体の流量 m3N/h Cm : 蓄熱体の
比熱 Kcal/m3 ℃ Gm : 蓄熱体の正味体積 m3 前記蓄熱体は、前記容積効率（Ｑ／Ｖ）が極大値を指示
する空隙率（ε）を有するとともに、前記温度効率（η
t ）が前記設定値を指示する熱伝達係数（ｈ）及び伝熱
面積（Ａ）を有し、前記ハニカムピッチ及びハニカム壁
厚は、該空隙率（ε）、熱伝達係数（ｈ）及び伝熱面積
（Ａ）に相当する値に決定されることを特徴とする請求
項１に記載の蓄熱切換型熱交換器。 - 【請求項３】 前記熱伝達係数（ｈ）は下式(3) により
演算され、 ｈ＝3.５Ｔ0.23 Ｖn0.8／ｄ0.2 ・・・・・・・ (3) 上式(3) において、各符号は、 ｄ : 相当直径 ｍ 相当直径＝４×（流路断面積）／（流路断面の周囲長） Ｔ : 気体の平均温度Ｋ Ｔ＝２７３＋（Thi + Tci)/2 Ｖn: 標準状態（０℃ 1 atm) に換算した気体の流速・
mN/s により定義されることを特徴とする請求項２に記載の蓄
熱切換型熱交換器。 - 【請求項４】 前記流路の単位長さ当たりの圧力損失
（△Ｐ／Ｌ）が１０００乃至２０００mm H2O/mに設定さ
れ、気体の流速は下式(4) により演算され、 Ｖn ＝√( d/1.3 ・ 2g／γn ・273/Ｔ・△P/L ) ・・・・・・・ (4) 上式(4) における各符号は、 ｇ : 重力の加速度 9.8m/s2 Ｌ : 気体流路の長さ m γn : 気体の標準状態（０℃，1 atm)における比重量
Kg/m3N △P : 圧力損失 mmH2O により定義されることを特徴とする請求項２又は３に記
載の蓄熱切換型熱交換器。 - 【請求項５】 前記圧力損失（△Ｐ／Ｌ）が、約１５０
０mm H2O/mに設定されることを特徴とする請求項４に記
載の蓄熱切換型熱交換器。 - 【請求項６】 前記蓄熱体は、セラミックスで作られ、
前記蓄熱体の比熱（Cm）は約４０６に設定されることを
特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の蓄熱
切換型熱交換器。 - 【請求項７】 前記蓄熱体は、鋼材で作られ、前記蓄熱
体の比熱（Cm）は約８６０に設定されることを特徴とす
る請求項２乃至５のいずれか１項に記載の蓄熱切換型熱
交換器。 - 【請求項８】 前記蓄熱体は、複数の方形断面の流路を
備えた格子状のハニカム構造を備えることを特徴とする
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の蓄熱切換型熱交
換器。 - 【請求項９】 前記切換時間（τ）は６０秒以下の設定
値に予め設定され、前記蓄熱体は、前記極大値（Ｑ／
Ｖ）max の７５％以上の値を示す容積効率（Ｑ／Ｖ）に
相応する空隙率（ε）を有することを特徴とする請求項
２乃至７のいずれか１項に記載の蓄熱切換型熱交換器。 - 【請求項１０】 前記ハニカム壁厚の上限値が設定さ
れ、該上限値は、極大値（Ｑ／Ｖ）max の９０％の容積
効率（Ｑ／Ｖ）を与える空隙率（ε）に相応することを
特徴とする請求項９に記載の蓄熱切換型熱交換器。 - 【請求項１１】 前記切換時間（τ）は６０秒以下の設
定値に予め設定され、前記蓄熱体の空隙率（ε）は、前
記切換時間（τ）の設定値の±５０％の範囲内における
前記極大値（Ｑ／Ｖ）max に相応する空隙率（ε）を有
することを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に
記載の蓄熱切換型熱交換器。 - 【請求項１２】 前記切換時間（τ）は６０秒以下の設
定値に予め設定され、前記蓄熱体は、前記空隙率（ε）
に相当するハニカム壁厚ｂの±５０％の範囲内のハニカ
ム壁厚を有することを特徴とする請求項２乃至７のいず
れか１項に記載の蓄熱切換型熱交換器。 - 【請求項１３】 前記熱交換器が対をなして設けられた
固定式の切換蓄熱型熱交換器であり、前記低温流体及び
高温流体の経路が交互に切換えられ、第１の熱交換器に
前記低温流体が通されるととき、前記高温流体が第２の
熱交換器に通され、第２の熱交換器に前記低温流体が通
されるととき、前記高温流体が第１の熱交換器に通さ
れ、前記流体経路の切換が６０秒以下の間隔でなされる
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記
載の切換蓄熱型熱交換器。 - 【請求項１４】 前記熱交換器が回転式の切換蓄熱型熱
交換器であり、前記低温流体及び高温流体の経路に交互
に置かれる第１及び第２の部分を有し、前記低温流体が
該熱交換器の第１の部分に通されるとき、前記高温流体
が前記熱交換器の第２の部分に通され、前記低温流体が
前記熱交換器の第２の部分に通されるとき、前記高温流
体が前記熱交換器の第１の部分に通され、前記第１及び
第２部分の切換が６０秒以下の間隔でなされることを特
徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の切換
蓄熱型熱交換器。 - 【請求項１５】 請求項１乃至請求項１４のいずれか１
項に記載の切換蓄熱型熱交換器を備えた高周期切換式蓄
熱燃焼システム。 - 【請求項１６】 請求項１３に記載の切換蓄熱型熱交換
器を備え、前記低温流体及び高温流体の経路を切換える
ために、４方弁を備えたことを特徴とする高周期切換式
蓄熱燃焼システム。 - 【請求項１７】 請求項１３に記載の切換蓄熱型熱交換
器を備え、前記低温流体及び高温流体の経路を切換える
ために、ケース切換型高速切換システムを備えたことを
特徴とする高周期切換式蓄熱燃焼システム。
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