JPH0979774A - セラミック波板積層式蓄熱体 - Google Patents

セラミック波板積層式蓄熱体

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JPH0979774A
JPH0979774A JP7236734A JP23673495A JPH0979774A JP H0979774 A JPH0979774 A JP H0979774A JP 7236734 A JP7236734 A JP 7236734A JP 23673495 A JP23673495 A JP 23673495A JP H0979774 A JPH0979774 A JP H0979774A
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JP
Japan
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heat storage
ceramic
plate
corrugated
corrugated plate
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Pending
Application number
JP7236734A
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English (en)
Inventor
Tsutomu Yasuda
力 保田
Mamoru Matsuo
護 松尾
Hiroyuki Tabata
博幸 田畑
Tetsuo Kawajiri
哲郎 川尻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KYUSHU CERAMICS KOGYO KK
Nippon Furnace Co Ltd
Original Assignee
KYUSHU CERAMICS KOGYO KK
Nippon Furnace Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

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  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】大きい伝熱面積を保ちつつ熱応力を吸収できる
構造とする。 【解決手段】セラミックの平板または緩い角度の波板
2’と鋭い角度の波板2が交互に積層され、流体の通過
方向には互いに自由に伸縮可能に支持されて鋭い角度の
波板2と平板あるいは緩い角度2’の波板との間でほぼ
三角形の流路6が形成され、一体成型のハニカム構造と
同様の単位容積当たりで非常に大きな熱交換面積例えば
セラミックボールと比べると4〜5倍の熱交換面積が得
られるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は耐火物製の熱交換媒
体に対し、高温流体と低温流体を交互に通過させ、高温
流体の保有熱を熱交換媒体を介して低温流体に伝える蓄
熱式熱交換器に関する。更に詳述すると、本発明は、従
来方式の蓄熱式熱交換器より高効率でより高温度のガス
体で使用できる熱交換用のセラミック波板積層式蓄熱体
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より蓄熱式熱交換器としては、バス
ケットウィーブれんがや矩形レンガなどのチェッカれん
がを蓄熱室内に積み上げたものか、あるいはセラミック
ボールを充填したものが一般的であった。しかし、近
年、本件出願人によってハニカム構造の薄い肉厚から成
るセラミック製の筒を蓄熱体として利用することが提案
され、現在使用されている。このセラミック製のハニカ
ム構造体を蓄熱体として使用する場合には主として、 単位容積当たりの熱交換面積が大きい 軽量である 流体ガスの圧力損失が小さい という特徴がある。
【0003】このため、バーナに内装あるいは直接外付
けする蓄熱式熱交換器用蓄熱体としては最適なものであ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ハニカ
ム状蓄熱体は1〜2mmの薄肉のセル壁で数mm角のセ
ル孔を多数形成した一体成型品なので、製作が難しくか
つ高温ガスの流れ方向の温度勾配と繰り返し生ずる熱応
力変化の吸収ができず、蓄熱体の一部にクラックが入る
という欠点がある。
【0005】また、蓄熱式熱交換器用蓄熱体としては高
温流体と低温流体とが短時間で交互に流されるので、熱
膨張率の小さなセラミック材の使用が好ましく、コージ
ライトやムライトの使用が一般的である。しかし、これ
らコージライトやムライトは用途によっては長時間使え
ない場合がある。例えば、アルミ溶解炉などで蓄熱式熱
交換器を利用する場合、アルミ中のナトリウムやカリウ
ム、フッ素、塩素などのアルカリ金属系かそれに結合し
ているハロゲン元素などでコロージョン(腐食)を起こ
す。
【0006】一方、アルミナはアルカリ金属あるいはハ
ロゲン元素に対してコロージョンを起こし難いが、熱膨
張率が大きいのでハニカム構造に成形すると、数十秒間
隔で高温流体と低温流体とを交互に通過させることによ
って割れが生じ、その破片がアルミ溶解炉などに落下す
る虞があるという問題がある。
【0007】そこで、本発明は、大きい伝熱面積を保ち
つつ熱応力を吸収できる構造を有する波板積層式蓄熱体
を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明のセラミック波板積層式蓄熱体は、セラミッ
クの平板または緩い角度の波板と鋭い角度の波板が交互
に積層され、それらを少なくとも流体の通過方向には互
いに固定しないように、または低温流体の導入側の端部
だけを固定するようにして流体の通過方向には互いに自
由に伸縮可能に支持されている。
【0009】したがって、鋭い角度の波板と平板あるい
は緩い角度の波板との間でほぼ三角形の流路が形成さ
れ、一体成型のハニカム構造と同様の単位容積当たりで
非常に大きな熱交換面積が得られる。しかも、高温流体
が導入される側の端部が固定されていないため、高温時
の熱膨張による熱応力を逃がすことができる。依って、
高温燃焼ガスの通過に対して耐熱性に優れ、より高温度
領域での使用が可能である。また単位容積当たりの伝熱
面積が大きいのでコンパクト設計ができ、同容積に対し
より高い熱交換効率の蓄熱体となる。
【0010】また、本発明のセラミック波板積層式蓄熱
体は、セラミックの平板または緩い角度の波板と鋭い角
度の波板とが押し出し成型により製作されたもので構成
されている。この場合、蓄熱体の製作が極めて容易にな
る。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
最良の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【0012】図1に本発明のセラミック波板積層式蓄熱
体の実施の形態の一例を示す。この蓄熱体は、セラミッ
ク平板1と鋭い角度のセラミック波板2が交互に積層さ
れ、流体の通過方向には互いに自由に伸縮可能に支持さ
れたものである。この実施の形態においては、セラミッ
クが平坦に作製し難いので、波板2と平板1とを単純に
交互に積層して蓄熱体を構成しようとしても、波板2の
山谷の角部4,4と平板1との突き合わせ部分3に隙間
ができて流体の漏れが生じる。このため、伝熱面の有効
面積が減少してしまう問題を伴う。そこで、図2に示す
ように平板1側の波板2の角部4が当接する部分に、波
板2の角部4が嵌まり込む縦溝(流体の通過方向の長
溝)5を形成し、そこに波板2の角部4を嵌合させるよ
うにして隣の空間へ洩れるのを防いでいる。尚、図中の
符号6は流路を示す。
【0013】また、図3に示すように、波の角度が異な
る2種類の波板2,2’を交互に積層して蓄熱体を構成
することもある。この場合、シールのための図2に示す
縦溝5を設ける必要がないので、板厚を薄くしても溝5
付近でのセラミック板の亀裂や割れなどの虞がない。例
えば、図3に示すように、緩い角度の波板2’と鋭い角
度の波板2とを用意し、これらを交互に積層するように
している。緩い角度の波板2’と鋭い角度の波板2とは
同じピッチで波が形成され、緩い角度の波板2’の山部
の裏側に鋭い角度の波板2の山部が突き当たると同時に
緩い角度の波板2’の谷部に鋭い角度の波板2の谷部が
突き当たるように積層され、2つの波板2,2’の間に
断面形状三角の流路6が形成されている。この場合、平
板と波板とを積層する場合に比べて突き合わせ部分から
の流体の漏れがほとんど問題とならないほどなので溝5
を設ける必要がなく、セラミック板の剛性を高くでき
る。
【0014】更に、図3に示す実施の形態の変形例を図
4に示す。この蓄熱体は、角度差の小さな2種類の波板
2,2’を交互に積層し、単位容積当たりの積層枚数を
増やして熱交換面積を大きくしたものである。
【0015】ここで、使用されるセラミック材として
は、特に限定されるものではないが、コージライト、ム
ライト、アルミナ及び炭化硅素またはその他の耐熱衝撃
性、耐熱性、耐食性を有するセラミックあるいはセラミ
ック−金属複合体が好ましいものとして挙げられる。
尚、セラミック−金属複合体は、ポーラスな骨格を有す
るセラミックの気孔中に溶融した金属を自発浸透させ、
その金属の一部を酸化あるいは窒化させてセラミック化
し、気孔を完全に埋め尽くした複合体であり、例えば、
主に80〜90wt%のAl2 3 を骨格としてそのポ
ーラス部に10〜20wt%のAl2 3 −Al複合材
を充填させて気孔率を0%としたもの、あるいはSi−
SiCの組み合わせなどが挙げられる。上述のAl2
3 −Al系セラミック−金属複合体の場合、高温におけ
る熱伝導係数並びに耐熱ショック係数に優れる。また、
これらのセラミック−金属複合体の他にアルミニウムの
酸化物、窒化物、ホウ化物、チタン酸塩、ケイ素の窒化
物、ホウ化物、チタン酸塩、チタンの窒化物、ホウ化
物、炭化物、ジルコニウムの窒化物、ホウ化物、炭化
物、ハフミウムのホウ化物、炭化物等とそれぞれの母材
金属との組み合わせが可能であるが、特に耐熱及び耐熱
衝撃性の面で優れている複合材としてSic−Al2
3 −Alが挙げられる。
【0016】一方、蓄熱体として最大の熱効率を得るた
めには、セラミック板の板厚をできるだけ薄く(例えば
1〜2mm前後)して、短時間(例えば20〜60秒前
後)で高温流体と低温流体とを切り換えて交互に通過さ
せることが好ましい。そこで、セラミックとしては、耐
熱性と同時に耐熱衝撃性が要求され、更に高温ガス中に
腐食性のガスが含有される場合は耐蝕性も要求される。
【0017】例えば、耐熱衝撃性が優先される場合はコ
ージライト(△t700℃)を使用し、耐熱性が要求さ
れる場合はムライトを使用すれば1,400℃位まで3
50MPaの強度を維持することができる。また、本発
明の積層式波板構造では、熱応力が吸収できるので、膨
張率は高いが耐蝕性に強く、かつ耐熱性にも強い高純度
アルミナの使用も可能になり、高耐熱性(1,900
℃)までの蓄熱体ができる。このアルミナ蓄熱体の使用
によって、アルミ溶解炉のようなアルカリ金属系かそれ
に結合しているハロゲン元素などが含まれる雰囲気下に
おいてもコロージョンを起こすことなく長期間蓄熱型バ
ーナに使用することができる。
【0018】
【実施例】
実施例1:板厚(T)0.5mm以下の平板1と波高間
隔(B)を3.5mmの鋭い角度(90゜)の波板2と
を交互に重ね合わせ低温流体の導入側のセラミック同士
を固定した。また、平板1に鋭い角度の波板2が噛み込
む様な溝5を入れ流体ガスが隣の波板の空間6へ漏れる
のを防ぐ構造とした。この場合における平板1と波板2
の最大間隔(A)は2.5m/mとなり、蓄熱体内部に
生じた熱応力を流体通過方向への伸縮およびそれと直交
する横方向に逃がしてセラミック板のクラック発生を抑
えることができた。そして、ほぼ同じ外形寸法のハニカ
ム構造の蓄熱体とほぼ同等の表面積がとれ、かつ蓄熱体
がアルミナであってもストレスリリースできた。
【0019】実施例2:板厚(T)0.5mm以下でか
つ波高間隔(B)を3.5m/m以内とした緩い角度
(160゜)の波板2’と鋭い角度(90゜)の波板2
とを交互に重ね合わせ、低温流体の導入側のセラミック
同士を固定した。この場合における平板1と波板2の最
大間隔(A)は2.25mmとなり、実施例1のものよ
り積層枚数を増やして単位容積当たりの熱交換面積を大
きくできるか、同じ熱交換面積の場合には蓄熱体容積を
小さくできる。更に、平板と波板とを積層する場合に比
べて突き合わせ部分からの流体の漏れがほとんど問題と
ならないほどなので溝5を設ける必要がなく、セラミッ
ク板の剛性を高くできる。
【0020】
【発明の効果】本発明のセラミック波板積層式蓄熱体
は、セラミックの平板または緩い角度の波板と鋭い角度
の波板が交互に積層され、流体の通過方向には互いに自
由に伸縮可能に支持されているので、鋭い角度の波板と
平板あるいは緩い角度の波板との間でほぼ三角形の流路
が形成され、一体成型のハニカム構造と同様の単位容積
当たりで非常に大きな熱交換面積例えばセラミックボー
ルと比べると4〜5倍の熱交換面積が得られる。したが
って、単位容積当たりの伝熱面積が大きいのでコンパク
ト設計ができ、同容積に対しより高い熱交換効率の蓄熱
体となる。しかも、鋭い角度の波板と平板あるいは緩い
角度の波板とを積み重ねるだけで蓄熱体を構成できるの
で、ハニカム構造の蓄熱体よりもはるかに容易に製造で
きる。加えて、積層されるセラミック板同士が固着され
ずかつ少なくとも高温流体が導入される側の端部が固定
されていないため、積層方向は勿論のことそれと直交す
る側方並びに流体の流れ方向に自由に伸縮できるので、
高温時の熱膨張による熱応力を逃がすことができる。依
って、耐熱衝撃性、耐熱性及び耐蝕性を備える蓄熱体が
容易に製造することができると共に高温燃焼ガスの通過
に対して耐熱性に優れ、より高温度領域での使用が可能
である。
【0021】特に、緩い角度のセラミック波板と鋭い角
度のセラミック波板とを交互に積層する場合には、波板
同士が接触する部分が平板と波板との場合よりも広いの
で、突き合わせ部分からの流体の漏れがほとんど問題と
ならず、シールのための溝などを設ける必要がなく、セ
ラミック板の製作の手間もかからないし剛性も高くでき
る。
【0022】また、請求項2記載の発明によると、低温
流体の導入側の端部だけが固定され、高温流体の導入側
の端部が非固定とされているので、セラミック板の伸縮
を阻害せずに互いに固定できる。従って、蓄熱体を鉛直
方向に配置する場合にも、積層されたセラミックの板が
抜け落ちる虞がない。
【0023】更に、請求項3記載の発明によると、セラ
ミック製造技術として確立された押し出し成型法と二種
類の型で製造された鋭い角度の波板と平板あるいは緩い
角度の波板とを利用して蓄熱体を構成できるので、ハニ
カム構造の一体型の蓄熱体よりもはるかに容易に製造で
き、コストダウンも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のセラミック波板積層式蓄熱体の実施の
形態の一例を示す図で、平板と鋭い角度の波板積層した
場合の断面図である。
【図2】平板の溝入り部分を拡大して示す断面図であ
る。
【図3】緩やかな角度の波板と鋭い角度の波板とを積層
した蓄熱体の例を示す断面図である。
【図4】鋭い角度の波板と、これよりも緩やかではある
がある程度角度がつけられた波板とを積層した蓄熱体の
例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 セラミック平板 2 鋭い角度のセラミック波板 2’ 緩やかな角度のセラミック波板 3 セラミックの平板と角度の鋭い波板との突き合わせ
部分 4 セラミック波板の角部 5 セラミック波板の角部が食い込む溝 6 流路
フロントページの続き (72)発明者 田畑 博幸 福岡県大牟田市新開町1番地 九州セラミ ックス工業株式会社内 (72)発明者 川尻 哲郎 福岡県大牟田市新開町1番地 九州セラミ ックス工業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミックの平板または緩い角度の波板
    と鋭い角度の波板が交互に積層され、流体の通過方向に
    は互いに自由に伸縮可能に支持されていることを特徴と
    するセラミック波板積層式蓄熱体。
  2. 【請求項2】 低温流体の導入側の端部だけが固定さ
    れ、高温流体の導入側の端部が非固定とされたことを特
    徴とする請求項1記載のセラミック波板積層式蓄熱体。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のセラミック波板積層式蓄
    熱体の平板または緩い角度の波板と鋭い角度の波板とが
    押し出し成型により製作されたものであることを特徴と
    するセラミック波板積層式蓄熱体。
JP7236734A 1995-09-14 1995-09-14 セラミック波板積層式蓄熱体 Pending JPH0979774A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002100381A (ja) * 2000-09-26 2002-04-05 Honda Motor Co Ltd 燃料電池用セパレータと燃料電池
JP2005036213A (ja) * 2003-06-30 2005-02-10 Furukawa Co Ltd 蓄熱材料
CN100386589C (zh) * 2006-04-30 2008-05-07 大连理工大学 多孔陶瓷高温带压水蒸气制备装置
WO2010070704A1 (ja) * 2008-12-16 2010-06-24 社団法人日本銅センター 蓄熱装置

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