JPH06323771A - 再生式熱交換器 - Google Patents
再生式熱交換器Info
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- JPH06323771A JPH06323771A JP5139112A JP13911293A JPH06323771A JP H06323771 A JPH06323771 A JP H06323771A JP 5139112 A JP5139112 A JP 5139112A JP 13911293 A JP13911293 A JP 13911293A JP H06323771 A JPH06323771 A JP H06323771A
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Classifications
-
- 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
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Landscapes
- Air Supply (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐食性、耐熱性に秀れると共に、耐衝撃性を
有する再生式熱交換器を提供する。 【構成】 複数層を形成する伝熱エレメント集合体のう
ち少なくとも１つの層の伝熱エレメントを重量百分率で
SiO2 65〜85％、Al2O3 10〜30％及びK2O及びNa2O計１〜
５％を含有すると共に、結晶相の主組成が石英又はクリ
ストバライトであるセラミックで構成する。
有する再生式熱交換器を提供する。 【構成】 複数層を形成する伝熱エレメント集合体のう
ち少なくとも１つの層の伝熱エレメントを重量百分率で
SiO2 65〜85％、Al2O3 10〜30％及びK2O及びNa2O計１〜
５％を含有すると共に、結晶相の主組成が石英又はクリ
ストバライトであるセラミックで構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ボイラ用空気予熱器、
排煙脱流用ガスヒータ等として用いられる再生式熱交換
器に係る。
排煙脱流用ガスヒータ等として用いられる再生式熱交換
器に係る。
【０００２】
【従来の技術】再生式熱交換器は、伝熱エレメントを蓄
熱体とし、該伝熱エレメントを一定時間毎に高温気体及
び低温気体と交互に接触させ、高温気体の熱によって低
温気体を加熱する装置である。
熱体とし、該伝熱エレメントを一定時間毎に高温気体及
び低温気体と交互に接触させ、高温気体の熱によって低
温気体を加熱する装置である。
【０００３】この様な再生式熱交換器の１例としてはボ
イラ用空気予熱器があり、その構造を図５を用いて簡単
に説明する。なお、図６は従来の伝熱エレメント集積バ
スケットを示す。
イラ用空気予熱器があり、その構造を図５を用いて簡単
に説明する。なお、図６は従来の伝熱エレメント集積バ
スケットを示す。
【０００４】図５において、円筒状のロータ５は、蓄熱
体である伝熱エレメントの集積体を通常複数層（この例
では３層６ａ、６ｂ、６ｃ）内包しており、集合体は多
数の伝熱エレメント板62が集合してバスケット61内に収
容された構造を有する（図６）。このような伝熱エレメ
ント集積体は、軸受装置（図示されていない）により回
転可能に保持され、駆動装置（図示されていない）によ
り回転される。
体である伝熱エレメントの集積体を通常複数層（この例
では３層６ａ、６ｂ、６ｃ）内包しており、集合体は多
数の伝熱エレメント板62が集合してバスケット61内に収
容された構造を有する（図６）。このような伝熱エレメ
ント集積体は、軸受装置（図示されていない）により回
転可能に保持され、駆動装置（図示されていない）によ
り回転される。
【０００５】伝熱エレメント集積体は、図５に示す例で
は、高温気体７の流れ方向に順に高温側伝熱エレメント
集積体層６ａ、中温側伝熱エレメント集積体層６ｂ及び
低温側伝熱エレメント集積体層６ｃと称される。
は、高温気体７の流れ方向に順に高温側伝熱エレメント
集積体層６ａ、中温側伝熱エレメント集積体層６ｂ及び
低温側伝熱エレメント集積体層６ｃと称される。
【０００６】加熱気体である高温気体（たとえばボイラ
排ガス）７及び被加熱気体である低温気体（たとえば空
気）８は接続ダクト（図示されていない）により各々別
流路を形成しており、これら両気体はシール機構（図示
されていない）によって混合しないように流通される。
排ガス）７及び被加熱気体である低温気体（たとえば空
気）８は接続ダクト（図示されていない）により各々別
流路を形成しており、これら両気体はシール機構（図示
されていない）によって混合しないように流通される。
【０００７】ロータ内の伝熱エレメントが高温気体７に
さらされると、該伝熱エレメントは高温気体により加熱
され、ついでロータの回転に伴い、低温気体８中に移動
し、ここで低温気体に対して熱を放出して低温気体８を
加熱する。その後、再びロータの回転に伴い、高温気体
７中に移動する。この操作を連続してくり返すことによ
り、高温気体７を冷却すると共に、低温気体８を加熱す
る。
さらされると、該伝熱エレメントは高温気体により加熱
され、ついでロータの回転に伴い、低温気体８中に移動
し、ここで低温気体に対して熱を放出して低温気体８を
加熱する。その後、再びロータの回転に伴い、高温気体
７中に移動する。この操作を連続してくり返すことによ
り、高温気体７を冷却すると共に、低温気体８を加熱す
る。
【０００８】各伝熱エレメント集積体を構成し、バスケ
ット61に収容される伝熱エレメント板62は、通常高温側
用は軟鋼、低温側用は耐触鋼で形成される。又、まれに
低温側用としてエナメル被覆鋼が使用されることもあ
る。
ット61に収容される伝熱エレメント板62は、通常高温側
用は軟鋼、低温側用は耐触鋼で形成される。又、まれに
低温側用としてエナメル被覆鋼が使用されることもあ
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前記再生式熱交換器の
伝熱エレメントの材質として、軟鋼、耐触鋼を使用する
場合、特に低温側では酸による腐食環境下にあるため寿
命の問題が生じ、高温側では高温気体上流の燃焼設備
（たとえばボイラ等）の燃焼不良によって発生する未燃
物が伝熱エレメント上に付着することにより発生する火
災の問題が生じる。
伝熱エレメントの材質として、軟鋼、耐触鋼を使用する
場合、特に低温側では酸による腐食環境下にあるため寿
命の問題が生じ、高温側では高温気体上流の燃焼設備
（たとえばボイラ等）の燃焼不良によって発生する未燃
物が伝熱エレメント上に付着することにより発生する火
災の問題が生じる。
【００１０】さらに、エナメル被覆鋼では、スーツブロ
ア等の機械的衝撃によりエナメル被覆層が損傷を受ける
ことによる寿命低下の問題と共に、上記火災の問題も生
ずる。
ア等の機械的衝撃によりエナメル被覆層が損傷を受ける
ことによる寿命低下の問題と共に、上記火災の問題も生
ずる。
【００１１】これらの課題を解決するために伝熱エレメ
ントの材質としてセラミックを採用することがある。こ
の場合、熱交換器の構造上生ずる周期的な温度振幅、あ
るいはスーツブロアによる熱衝撃に耐える必要があるこ
とから、コージェライト、βスポジュメン等の低熱膨張
セラミックを使用した例があるが、これらのセラミック
は結晶中のアルカリ成分が硫酸におかされ、損傷すると
いう欠点を有する。
ントの材質としてセラミックを採用することがある。こ
の場合、熱交換器の構造上生ずる周期的な温度振幅、あ
るいはスーツブロアによる熱衝撃に耐える必要があるこ
とから、コージェライト、βスポジュメン等の低熱膨張
セラミックを使用した例があるが、これらのセラミック
は結晶中のアルカリ成分が硫酸におかされ、損傷すると
いう欠点を有する。
【００１２】従って、耐酸性が良く、実用的な耐熱衝撃
性を有するセラミック材の開発及び伝熱エレメントの形
状の開発が必要である。
性を有するセラミック材の開発及び伝熱エレメントの形
状の開発が必要である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明に係る再生式熱交
換器は、蓄熱体である伝熱エレメントが高温気体及び低
温気体と交互に熱交換する再生式熱交換器であり、伝熱
エレメントの集積体が気体流れ方向に対し２以上の層を
形成してなり、これら伝熱エレメントの集積体の２以上
の層の内、少なくとも１つの層の伝熱エレメントが、主
成分として重量百分率でSiO2 65〜85％、Al2O3 10〜30
％及びK2O及びNa2O計１〜５％を含有すると共に、結晶
相の主組成が石英又はクリストバライトであるセラミッ
クで構成されていることを特徴とする。
換器は、蓄熱体である伝熱エレメントが高温気体及び低
温気体と交互に熱交換する再生式熱交換器であり、伝熱
エレメントの集積体が気体流れ方向に対し２以上の層を
形成してなり、これら伝熱エレメントの集積体の２以上
の層の内、少なくとも１つの層の伝熱エレメントが、主
成分として重量百分率でSiO2 65〜85％、Al2O3 10〜30
％及びK2O及びNa2O計１〜５％を含有すると共に、結晶
相の主組成が石英又はクリストバライトであるセラミッ
クで構成されていることを特徴とする。
【００１４】前記伝熱エレメント集積体は四角形又は台
形断面の多数のハニカムブロックで構成されており、前
記セラミック製伝熱エレメントは少なくとも100℃毎秒
の温度落差に耐える。
形断面の多数のハニカムブロックで構成されており、前
記セラミック製伝熱エレメントは少なくとも100℃毎秒
の温度落差に耐える。
【００１５】
【作用】本発明において、セラミック製伝熱エレメント
は硫酸に強いSiO2を主成分とし、石英又はクリストバラ
イトを主結晶相とするため、耐食性が向上すると共に、
耐熱性も向上し、もって低温部では寿命延長に寄与し、
高温部では火災の危険性を消滅させる。
は硫酸に強いSiO2を主成分とし、石英又はクリストバラ
イトを主結晶相とするため、耐食性が向上すると共に、
耐熱性も向上し、もって低温部では寿命延長に寄与し、
高温部では火災の危険性を消滅させる。
【００１６】また、四角形の台形断面のハニカムブロッ
クで伝熱エレメント集積体が構成されているため、実用
的な伝熱効率を有しながら、製造・組立が容易な構造を
提供しうる。
クで伝熱エレメント集積体が構成されているため、実用
的な伝熱効率を有しながら、製造・組立が容易な構造を
提供しうる。
【００１７】さらに、実用的な耐熱衝撃性を有するため
スーツブロアを使用でき、付着灰による閉塞の危険性を
低下させる。
スーツブロアを使用でき、付着灰による閉塞の危険性を
低下させる。
【００１８】従って、運転上あるいは防災上極めて安全
でかつ経済的な熱交換器を提供できる。
でかつ経済的な熱交換器を提供できる。
【００１９】
【実施例】次に、本発明を実施例によってさらに説明す
る。
る。
【００２０】図１は本発明に係る回転再生式熱交換器の
回転体部分を示している。なお、支持軸受装置、駆動装
置、接続ダクト、シール装置は図示されていない。
回転体部分を示している。なお、支持軸受装置、駆動装
置、接続ダクト、シール装置は図示されていない。
【００２１】回転体は円筒状のロータ１で構成されてお
り、このロータは複数層の伝熱エレメント集積体を内包
している。伝熱エレメント集積体は通常２〜４層で構成
されるが、この例では３層（２ａ、２ｂ、２ｃ）で構成
されている。このロータ１にはボイラからの排ガス３及
び加熱される空気４が互いに対向流状で流れ込んでお
り、この両者間をロータが回転することにより熱交換が
行われる。このため、図の上側は下側に比べ温度が高
く、上から高温層２ａ、中温層２ｂ、低温層２ｃと呼ば
れる。
り、このロータは複数層の伝熱エレメント集積体を内包
している。伝熱エレメント集積体は通常２〜４層で構成
されるが、この例では３層（２ａ、２ｂ、２ｃ）で構成
されている。このロータ１にはボイラからの排ガス３及
び加熱される空気４が互いに対向流状で流れ込んでお
り、この両者間をロータが回転することにより熱交換が
行われる。このため、図の上側は下側に比べ温度が高
く、上から高温層２ａ、中温層２ｂ、低温層２ｃと呼ば
れる。
【００２２】図２は、本発明の１具体例に係るセラミッ
ク製伝熱エレメント集積バスケットを示しており、これ
を複数個並べることにより伝熱エレメント集積体層２
ａ、２ｂ、２ｃが形成される。本発明の１具体例によれ
ば、これら伝熱エレメント集積体層２ａ、２ｂ、２ｃ
は、いずれもセラミック製伝熱エレメント集積バスケッ
トにより構成される。セラミック製伝熱エレメント集積
バスケットは、バスケット21及びセラミック製伝熱エレ
メントブロック22ａ、22ｂにより構成されている。
ク製伝熱エレメント集積バスケットを示しており、これ
を複数個並べることにより伝熱エレメント集積体層２
ａ、２ｂ、２ｃが形成される。本発明の１具体例によれ
ば、これら伝熱エレメント集積体層２ａ、２ｂ、２ｃ
は、いずれもセラミック製伝熱エレメント集積バスケッ
トにより構成される。セラミック製伝熱エレメント集積
バスケットは、バスケット21及びセラミック製伝熱エレ
メントブロック22ａ、22ｂにより構成されている。
【００２３】図３は四角形断面のセラミック製伝熱エレ
メントブロック22ｂの拡大図であり、図４は台形断面の
セラミック製伝熱エレメントブロック22ａの拡大図であ
る。これら形状の伝熱エレメントブロックを適宜組み合
せて伝熱エレメント集積バスケットを形成する。
メントブロック22ｂの拡大図であり、図４は台形断面の
セラミック製伝熱エレメントブロック22ａの拡大図であ
る。これら形状の伝熱エレメントブロックを適宜組み合
せて伝熱エレメント集積バスケットを形成する。
【００２４】本発明によるセラミック製伝熱エレメント
ブロックは、石英、アルミナ、ムライト、長石、陶石、
粘度等を所定の割合に配合した原料に水を加えてハニカ
ム形状に押出し成形し、乾燥、焼成過程を経て製造され
る。
ブロックは、石英、アルミナ、ムライト、長石、陶石、
粘度等を所定の割合に配合した原料に水を加えてハニカ
ム形状に押出し成形し、乾燥、焼成過程を経て製造され
る。
【００２５】下記表１に示す化学組成を有する４種（セ
ラミック１−４）のセラミック製伝熱エレメントを調製
し、60％硫酸煮沸液中での96時間浸漬試験後に重量減量
率を測定した。その結果を表１に併せて示す。
ラミック１−４）のセラミック製伝熱エレメントを調製
し、60％硫酸煮沸液中での96時間浸漬試験後に重量減量
率を測定した。その結果を表１に併せて示す。
【００２６】いずれのセラミックも良好な耐硫酸性を示
しているが、Al2O3の含有量が減少すれば重量減量率が
増加する傾向を示している。また、セラミック４は耐硫
酸性では良好な値を示すが、焼結性が悪く、難がある。
しているが、Al2O3の含有量が減少すれば重量減量率が
増加する傾向を示している。また、セラミック４は耐硫
酸性では良好な値を示すが、焼結性が悪く、難がある。
【００２７】
【表１】 次に、上記セラミック製伝熱エレメントに加わる温度落
差を検討した。検討例では、排ガス入口温度390℃、空
気出口温度330℃、高温側の平均温度360℃、排ガス出口
温度180℃、空気入口温度80℃、低温側の平均温度130℃
である。ロータは回転数４rpm程度と非常にゆっくりと
回転するため、定常運転での温度落差は問題にならな
い。
差を検討した。検討例では、排ガス入口温度390℃、空
気出口温度330℃、高温側の平均温度360℃、排ガス出口
温度180℃、空気入口温度80℃、低温側の平均温度130℃
である。ロータは回転数４rpm程度と非常にゆっくりと
回転するため、定常運転での温度落差は問題にならな
い。
【００２８】一方、スーツブロア（図示されていない）
が低温側に設置される場合、このスーツブロアによる温
度落差が問題となる。スーツブロア噴射媒体は空気又は
蒸気であるが、空気噴射の方がより厳しく、噴流による
伝熱エレメントの冷却速度を検討すると60℃／秒とな
る。しかしながら、本発明によるセラミック製伝熱エレ
メントは100℃／秒の冷却速度にも耐え、実用的な耐熱
衝撃性を有する。
が低温側に設置される場合、このスーツブロアによる温
度落差が問題となる。スーツブロア噴射媒体は空気又は
蒸気であるが、空気噴射の方がより厳しく、噴流による
伝熱エレメントの冷却速度を検討すると60℃／秒とな
る。しかしながら、本発明によるセラミック製伝熱エレ
メントは100℃／秒の冷却速度にも耐え、実用的な耐熱
衝撃性を有する。
【００２９】
【発明の効果】本発明により、充分な耐酸性及び耐熱性
を有し、実用的な耐熱衝撃性を有する伝熱エレメントが
得られるため、耐食性・耐久性に秀れ、火災が発生しに
くい再生式熱交換器が得られる。
を有し、実用的な耐熱衝撃性を有する伝熱エレメントが
得られるため、耐食性・耐久性に秀れ、火災が発生しに
くい再生式熱交換器が得られる。
【００３０】なお、本発明は、各種炉用の再生式熱交換
器、ガスタービン用再生式熱交換器にも適用される。
器、ガスタービン用再生式熱交換器にも適用される。
【図１】本発明の再生式熱交換器回転体の好適な１具体
例の断面図である。
例の断面図である。
【図２】本発明に係る伝熱エレメント集積バスケットの
斜視図である。
斜視図である。
【図３】本発明に係る四角形断面の伝熱エレメントブロ
ックの斜視図である。
ックの斜視図である。
【図４】本発明に係る台形断面の伝熱エレメントブロッ
クの斜視図である。
クの斜視図である。
【図５】従来の再生式熱交換器回転体を示す断面図であ
る。
る。
【図６】従来の伝熱エレメント集積バスケットを示す斜
視図である。
視図である。
【符号の説明】 １、５ ロータ ２ａ、６ｂ 高温側伝熱エレメント集積体層 ２ｂ、６ｂ 中温側伝熱エレメント集積体層 ２ｃ、６ｃ 低温側伝熱エレメント集積体層 ３、７ 高温気体 ４、８ 低温気体 ２１、６１ バスケット ２２ａ、２２ｂ 伝熱エレメントブロック ６２ 伝熱エレメント板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 角田 英雄 長崎県長崎市深堀町５丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 深川 雅幸 長崎県長崎市深堀町５丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 中村 利治 佐賀県西松浦郡有田町1288番地 岩尾磁器 工業株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】蓄熱体である伝熱エレメントが高温気体及
び低温気体と交互に熱交換する再生式熱交換器であっ
て、前記伝熱エレメントの集積体を気体流れ方向に対し
２以上の層を形成するよう設置してなる再生式熱交換器
において、前記２以上の層の少なくとも１つの層の伝熱
エレメントを、重量百分率でSiO2 65〜85％、Al2O3 10
〜30％及びK2O及びNa2O計１〜５％を含有すると共に、
結晶相の主組成が石英又はクリストバライトであるセラ
ミックで構成したことを特徴とする、再生式熱交換器。 - 【請求項２】請求項１記載のものにおいて、前記セラミ
ック製の伝熱エレメント集積体が、四角形又は台形断面
の多数のハニカムブロックで構成されたものであること
を特徴とする、再生式熱交換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13911293A JP3422520B2 (ja) | 1993-05-17 | 1993-05-17 | 再生式熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13911293A JP3422520B2 (ja) | 1993-05-17 | 1993-05-17 | 再生式熱交換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06323771A true JPH06323771A (ja) | 1994-11-25 |
| JP3422520B2 JP3422520B2 (ja) | 2003-06-30 |
Family
ID=15237773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13911293A Expired - Fee Related JP3422520B2 (ja) | 1993-05-17 | 1993-05-17 | 再生式熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3422520B2 (ja) |
-
1993
- 1993-05-17 JP JP13911293A patent/JP3422520B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3422520B2 (ja) | 2003-06-30 |
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Legal Events
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