JPS6024398B2 - 回転蓄熱式セラミツク熱交換体 - Google Patents

回転蓄熱式セラミツク熱交換体

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JPS6024398B2
JPS6024398B2 JP56208278A JP20827881A JPS6024398B2 JP S6024398 B2 JPS6024398 B2 JP S6024398B2 JP 56208278 A JP56208278 A JP 56208278A JP 20827881 A JP20827881 A JP 20827881A JP S6024398 B2 JPS6024398 B2 JP S6024398B2
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JP
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honeycomb structure
heat exchanger
ceramic
hole
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忠彰 松久
仁也 加藤
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D19/00Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium
    • F28D19/04Regenerative 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
    • F28D19/041Regenerative 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
    • F28D19/042Rotors; Assemblies of heat absorbing masses
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/04Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of ceramic; of concrete; of natural stone
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐熱衝撃性に優れた回転蓄熱式セラミック熱交
換体、特に中心軸のまわりを回転する中心支持形の回転
篭熱式セラミック熱交換体に関するものである。
一般に中心支持形の回転蓄熱式セラミック熱交換体は、
中心部に回転軸の鞠孔を有する中空状のハブの周囲に円
筒状のハニカム構造体を一体的に接合し、さらにその周
縁に環状のハニカム構造体保持用リングを鉄合した構造
のものが広く知られている。
そして、その熱交換体は一般にシール材により左右に2
分割された状態で中心軸のまわりを回転し、その熱交換
体の半分はシール材によつて分割された一方の区画内を
通過する加熱流体によって加熱されて蓄熱し、これを他
方の区画内で加熱しようとする流体に向って蓄熱された
熱量を放熱して熱交換体するものである。しかしながら
熱交換体を形成するセラミック質のハニカム構造体は、
薄壁でしさられた貫通孔中を高温流体が貫流するため高
温に加熱されるのに対し中心部のハブは肉厚でしかも高
温流体が流入せず、また熱伝導率の大きい金属製の中心
軸と近接しているため低温であり、従って熱交換体の使
用初期にハニカム構造体とハブとの間で大きな温度勾配
を生じ、熱衝撃によりハニカム構造体とハブとの間で被
断し易い欠点があった。
本発明の回転蓄熱式セラミック熱交換体は、従来のこれ
らの欠点を解消するためになされ、ハニカム構造体とハ
プとの間にセラミック材料よりなる貫通孔閉塞層を設け
て温度勾配を減少し、耐熱衝撃性を著しく改善したもの
であって、中空状のハプとそのハブの周囲に設けられた
ハニカム構造体とをセラミック接合材により一体的に接
合してなる回転蓄熱式セラミック熱交換体において、ハ
ニカム構造体の貫通孔が閉口する少くとも一方の端面部
、好ましくは高温ガス流入側端両部のハブとハニカム構
造体との接合部に薮して接合部近傍に、80000にお
けるハブとの熱膨脹率の差が0.1%以下であるセラミ
ック材料よりなる貫通孔閉塞層を設けた回転蓄熱式セラ
ミック熱交換体である。
本発明の構成を具体例を示す第1図にもとづいて更に詳
しく説明するとコージェラィト、ムラィト、アルミナ、
Bースポジユメン、Mg0一山203、TI02系、M
g0一山203−Ti02一Fe203系、Mg○−A
!203−Ti02−SiQ−Fe203系材料等の低
膨脹物質よりなり、貫通孔2の断面形状が三角形、四角
形、六角形等の多角形あるいは円形よりなる押し出しハ
ニカム、波状ハニカムあるいはェンボスドハニカム等よ
りなるセラミック質のハニカム構造体1の中央部に、中
央部に回転藤の轍孔3を有する中空状のハブ4が一体的
に固着され、さらにハニカム構造体1の貫通孔2が開□
する端面5,5′のハプ4とハニカム構造体1との接合
部近傍Aに、接合部に接して800qoにおけるハブ4
との熱膨脹率の差が0.1%以下、好ましくはハブ4と
同材質のセラミック材料よりなる貫通孔閉塞層6を設け
た回転蓄熱式セラミック熱交換体である。すなわち、本
発明はセラミック材料よりなる貫通孔閉塞層6をハニカ
ム構造体1の貫通孔2が閉口する少くとも一方の端面部
5,5′のハブ4とハニカム構造体1との接合部近傍A
に、接合部に接して設けることより、ハブ4と接するハ
ニカム構造体1の貫通孔2の一部が塞がれ、高温流体あ
るいは低温流体が該所の貫通孔2中を貫流することがな
く、しかもその部分の熱伝導率がハブ4の熱伝導率に比
べて約1′筋華度と小さいため、ハフ4とハニカム構造
体1との接合部近傍Aの温度勾配は著しく小さくなり結
果的に接合部の耐熱衝撃性が箸るしく向上するものであ
る。
なお、セラミック材料よりなる貫通孔閉塞層6を形成す
るには接合部に薮して、接合部近傍Aのハニカム構造体
1の貫通孔2内部にハニカム構造体1と同材質の粉末も
しくはスラリーを充填し焼成して固着させてもよいし、
あるいは第2図に示すように端部に3ッバ部8を一体的
に有するハブを、高温ガス流入側に凹部7を有するハニ
カム構造体1に鉄合接着してもよいし、さらに第3図に
示すように貫通孔2が閉口する端面5,5′のハブ4と
ハニカム構造体1との後合部近傍Aに、接合部に接して
設け4られたハニカム構造体1の凹部7に板状体9を隊
着してもよい。要するに貫通孔閉塞層6はハブ4とハニ
カム構造体1との接合部近傍Aのハニカム構造体1の貴
通孔2中に、高温流体および低温流体が貫流するのを防
ぐ効果のあるもので、かつ800qoにおけるハブ4と
の熱膨脹率の差が0.1%以下であるものであることが
大切である。
そして、貫通孔閉塞肩6の厚みは、ハニカム構造体1の
貫通孔2の形状大きさおよびハブ4の長さ使用条件等に
より変化するが、一般的にはハブ4の長さの1′10以
下でよい。さらに貫通孔閉塞層6は、焼成されたハブ4
およびハニカム構造体1を接合するときに設けても良い
し、あるいはハブ4およびハニカム構造体1の禾焼成形
体を接合焼成するときに一緒に設けてもよい。またセラ
ミック材料よりなる貫通孔閉塞層はハプと実質的に同じ
鉱物組成から成ることが好ましいが、同一でなくても8
00q0におけるハプとの熱膨脹率の差が0.1%以下
である材質であることが大切である。これは800qo
における熱膨脹率差が0.1%よりも大きくなるとハブ
と貫通孔閉塞層との間の耐熱衝撃性が低下するからであ
る。次に本発明を実施例により説明する。
実施例 1 コージェラィト素地を用いて押し出し法により貫通孔の
形状が三角形をした扇形のハニカム構造体を多数成形す
るとともに肉厚のハプをプレス成形により成形した。
そして、これらのハニカム構造体およびハブを140ぴ
0で5時間トンネル窯で焼成した後所望の寸法形状に機
械加工した。次いで扇形のハニカム構造体間およびハブ
とハニカム構造体間に焼成後コージェラィト鉱物となる
接合材のセラミックペーストを塗布して接合し、さらに
ハニカム構造体の貫通孔が開□する両端面部のハブとハ
ニカム構造体との接合部に接して接合部近傍の貫通孔中
に上記ペーストを充填した。しかる後、全体を乾燥後再
び140ぴ0で5時間焼成しセラミック材料よりなる貫
通孔閉塞層を両端面に有する一体構造の本発明の回転蓄
熱式セラミック熱交換体を作成した。
このときの貫通孔閉塞層とハブとの800qoにおける
熱膨脹の差は0.005%であった。なお、比較のため
に材質は全く同じで貫通孔閉塞層を有しない従来の熱交
換体を作成した。そして、これらの熱交換体を一定温度
に保持した電気炉中に30分保持した後、室内に取り出
し、30分間空冷する方法の熱衝撃試験を500qoか
ら実施し、異常が認められない場合は電気炉の温度を5
000間隔で上昇させ、熱交換体にクラックが発生する
温度差を比較測定した。その結果は、従来品については
温度差が650午0になるとハブとハニカム構造体間に
クラックが発生し、800qoでハブとハニカム構造体
間は完全に破断した。
これに対し本発明品は85び○の温度差でもクラツクが
発生せず温度差が900つ0の時はじめて熱交換体外周
部にクラックが発生したが、ハブとハニカム構造体間に
はクラックは生ぜず、95000の時はじめてハプとハ
ニカム構造体間にわずかにクラックの発生が認められた
。実施例 2ムラィト素地よりなる貫通孔の形状が四角
形の厚さ7仇肌、直径15仇舷のハニカム構造体をェン
ボス法で一体成形し、また同じ素地を用いてプレス法に
より外側がテーパ−形状で片端面にッバ部を有するハブ
を一体成形した。
そして十分な機械的強度を与えるため100ぴ0、1時
間仮焼した後、ハブとハニカム構造体とが第4図に示す
ような配置となるようにハブとハニカム構造体とを加工
した。次いでハブとハニカム構造体間に焼成後ムラィト
となる成分を含むスラリーを塗布し両者を圧着した後乾
燥し、137000、3時間焼成して、一方の端面部の
みにセラミック材料よりなる貫通孔閉塞層を設けた本発
明の熱交換体を作成した。この場合の貫通孔閉塞層とハ
ブとの80000における熱膨脹率の差は0.02%で
あった。この熱交換体を実施例1と同様な急熱V急冷熱
衝試験を行った結果、400℃の温度差ではクラツクは
みられず、450午0の温度差ではじめてハニカム構造
体にクラックが発生したが、ハブとハニカム構造体との
接合部にはクラツクは全く発生しなかった。以上述べた
とおり本発明の回転蓄熱式セラミック熱交換体はハニカ
ム礎造体の貫通孔が関口する少くとも一方の端面部のハ
プとハニカム構造体との接合部に接して接合部近傍に、
800qoにおけるハブとの熱膨脹率の差が0.1%以
下であるセラミック材料よりなる貫通孔閉塞層を有する
ためきわめて耐熱衝撃性に優れているものでありガスタ
ータビン、スターリングヱンジンなどの回転蓄熱式熱交
換体として使用できる燃費節減効果の極めて大きい熱交
換体であって産業上有用なものである。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第4図は、本発明の熱交換体の異なる0具体例
の断面を示す説明図である。 1・・・・・・ハニカム構造体、2・・・・・・貫通孔
、3・・・・・・回転軸の軸孔、4・・・・・・ハブ、
5,5′…・・・ハニカム構造体の端面部、6・・・・
・・貫通孔閉塞層、7・・・・・・ハニカム構造体の凹
部、8・・・・・・ッバ部、9・・・・・・板タ状体。 第1図第2図 第3図 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 中空状のハブとそのハブの周囲に設けられたハニカ
    ム構造体とをセラミツク接合材により一体的に接合して
    なる回転蓄熱式セラミツク熱交換体において、ハニカム
    構造体の貫通孔が開口する少くとも一方の端面部のハブ
    とハニカム構造体との接合部に接して800℃における
    ハブとの熱膨脹率の差が0.1%以下であるセラミツク
    材料よりなる貫通孔閉塞層を設け、熱応力を緩衝する空
    間を形成したことを特徴とする回転蓄熱式セラミツク熱
    交換体。 2 セラミツク材料よりなる貫通孔閉塞層が高温ガス流
    入側に設置されている特許請求の範囲第1項記載の回転
    蓄熱式セラミツク熱交換体。
JP56208278A 1981-12-23 1981-12-23 回転蓄熱式セラミツク熱交換体 Expired JPS6024398B2 (ja)

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EP82306321A EP0082608B1 (en) 1981-12-23 1982-11-26 Rotary regenerator type ceramic heat exchanger
DE8282306321T DE3262711D1 (en) 1981-12-23 1982-11-26 Rotary regenerator type ceramic heat exchanger
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