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JPH04200B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH04200B2
JPH04200B2 JP59203089A JP20308984A JPH04200B2 JP H04200 B2 JPH04200 B2 JP H04200B2 JP 59203089 A JP59203089 A JP 59203089A JP 20308984 A JP20308984 A JP 20308984A JP H04200 B2 JPH04200 B2 JP H04200B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
honeycomb body
tubes
tube
ceramic
silicon carbide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP59203089A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6183897A (ja
Inventor
Yukio Fukatsu
Yasuhiko Endo
Tetsuo Takehara
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.)
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
Priority to JP59203089A priority Critical patent/JPS6183897A/ja
Priority to EP85112081A priority patent/EP0176074B1/en
Priority to DE8585112081T priority patent/DE3579778D1/de
Priority to CA000491728A priority patent/CA1267137A/en
Publication of JPS6183897A publication Critical patent/JPS6183897A/ja
Priority to US07/047,546 priority patent/US4787443A/en
Publication of JPH04200B2 publication Critical patent/JPH04200B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F7/00—Elements not covered by group F28F1/00, F28F3/00 or F28F5/00
    • F28F7/02—Blocks traversed by passages for heat-exchange media
    • 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
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/0058—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for only one medium being tubes having different orientations to each other or crossing the conduit for the other heat exchange medium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/32—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/04—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of ceramic; of concrete; of natural stone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/18—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes sintered
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S165/00—Heat exchange
    • Y10S165/355—Heat exchange having separate flow passage for two distinct fluids
    • Y10S165/356—Plural plates forming a stack providing flow passages therein
    • Y10S165/393—Plural plates forming a stack providing flow passages therein including additional element between heat exchange plates
    • Y10S165/394—Corrugated heat exchange plate
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S165/00—Heat exchange
    • Y10S165/905—Materials of manufacture
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S165/00—Heat exchange
    • Y10S165/907—Porous

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

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などの排
ガスの有する熱エネルギーを回収するのに好適な
セラミツクス製の熱交換体および熱交換方法を提
供することにある。
「従来技術およびその問題点」 チユーブを用いた熱交換器において、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価格が高い上に熱伝導性が
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、金属製フインは使用できなかつた。さらに
硫黄などの不純物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。
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形、射出成形もしくは液圧
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末だ実用化されていない。
一方、セラミツクス製ハニカムを用いた熱交換
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５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
下方向交互に配置されるように形成したものも用
いられている。この熱交換体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になつて、熱バランスが
悪く熱交換効率が低下する。
「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用することができ、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
熱交換に適したセラミツクス製の熱交換体を提供
することにある。
「発明の構成」 本発明によるセラミツクス製の熱交換体は、セ
ラミツクス製のハニカム体と、このハニカム体の
通気路隔壁を貫通するように前記ハニカム体に挿
通された複数のセラミツクス製チユーブと、前記
ハニカム体と前記チユーブとの当接部分に施され
た固着材とからなり、前記ハニカム体および前記
チユーブは、炭化珪素質、窒化珪素質、窒化アル
ミニウム質およびサイアロン質から選ばれた材質
からなり、前記固着材は、炭化珪素質または金属
珪素質からなることを特徴とする。
また、本発明による熱交換方法は、前記熱交換
体を用い、前記ハニカム体の通気路に高温又は腐
食性の気体を流通させ、前記複数のセラミツクス
製チユーブに液体を流通させることを特徴とす
る。
したがつて、チユーブに水などの高密度流体を
通し、ハニカム体の通気路に排ガスなどの低密度
流体を通すことによつて、熱伝達係数の高い高密
度流体側の伝熱面積よりも熱伝達係数の低い低密
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。この
場合、適用する流体に応じてハニカム体の寸法、
形状やチユーブの本数、肉厚、外径を選択するこ
とにより、伝熱面積を調整することができる。
本発明の熱交換方法はハニカム体の通気路内を
流れる流体側よりもチユーブ内を流れる流体側の
熱伝達係数が５倍以上大きい場合に特に有効であ
る。
この場合、高密度流体が接するチユーブの内面
積に対して、低密度流体が接するハニカム体の通
気路隔壁の総表面積（隔壁の両側に低密度流体が
接する場合は表裏とも表面積に算入される。）は
５倍以上とされるのが熱バランス上、望ましい。
さらに高密度流体が水で、低密度流体が燃焼排ガ
スであるような場合には水側伝熱面積（チユーブ
内面積）に対し、ガス側伝熱面積（通気路隔壁総
表面積）は20倍以上であることが好ましく、この
場合には、チユーブが交差するハニカム体通気路
隔壁のピツチは一般に５mm程度以下となるように
密に配置されることとなる。
また、従来のセラミツクス製熱交換体において
ハニカム体の通気路隔壁は両流体を区画する隔壁
として使用されるのに対し、本発明においてハニ
カム体の通気路隔壁はかかる機能は必要とせず、
熱交換を助けるフインとして用いている。このよ
うに、ハニカム体をフインとして用いたので、単
位体積当りの表面積が大で軽量という理想的なフ
インが得られる。
さらに、従来のセラミツクス製熱交換体におい
て、例えば高温ガスと空気との熱交換をする場
合、セラミツクス体の温度は高温ガスと空気との
平均温度近辺まで加熱され、セラミツクス体のガ
ス出入口部に大きな温度差がつき、これによつて
発生する熱応力により、セラミツクス体に亀裂が
発生しやすかつた。しかし、本発明の熱交換体に
おいては、ハニカム体は炭化珪素質、窒化珪素
質、窒化アルミニウム質、サイアロン質など、特
には炭化珪素質に代表される熱伝導率の大きいセ
ラミツクスからなるのが好ましく、これにより、
例えば壁面熱伝達率の非常に大きな水などの液体
をチユーブに通したと、熱伝導率の大きなセラミ
ツクス製のハニカム体の通気路隔壁をフインとし
て用いているのでチユーブおよびハニカム体の温
度は水などの液体の温度に非常に近いレベルに抑
えることが可能なため、結果的にセラミツクス体
のガス出入口部の温度差も小さくなり、発生する
熱応力を低く抑えることができる。
さらにまた、本発明においては、水などの高密
度流体の通路が比較的少数のチユーブからなるの
で、チユーブの製法、肉厚、内面処理などを適当
に選ぶことにより、一方の流体から他方の流体へ
の漏洩の可能性を公知のセラミツクス製熱交換体
と比べて大幅に減少させることができる。
本発明において、固着材は少なくともハニカム
体の外壁とチユーブとの当接部分に実質的に気密
となるように施されることが必要であり、この場
合、固着材はチユーブの固定と流体のシールとを
兼ねている。また、固着材はさらにハニカム体内
部の隔壁とチユーブとの当接部分にも施されてハ
ニカム体とチユーブとの伝熱性を良好にする。ハ
ニカム体内部の隔壁とチユーブとの当接部分に固
着材を施すにあたつては必ずしも気密であること
を要せず、フインとして作用する隔壁とチユーブ
との間の所要の伝熱が確保できればよい。このた
めには、かかる隔壁とチユーブとの当接部分の延
面積の30％以上が固着材によつて接合されている
ことが好ましい。
本発明においては、ハニカム体およびチユーブ
はいずれも同質のセラミツクス材料からなること
が、熱膨張差による熱応力割れを防止する上で好
ましく、特にはいずれも炭化珪素質材料からなる
のが好ましい。両者が炭化珪素質材料からなる場
合においては、固着材は炭化珪素質または金属珪
素質材料からなるのが好ましい。どちらの場合も
反応燃結設備で容易に形成でき、さらに固着材が
炭化珪素質であれば熱応力割れが同様に防止で
き、固着材が金属珪素質であれば簡便に製作でき
る。
本発明のかかる熱交換体は例えば次のように製
造できる。炭化珪素質チユーブ外周に、炭素分お
よび必要に応じてさらに炭化珪素粉末を含有する
粉末または泥漿をコーテイングしておき、炭化珪
素質ハニカム体にチユーブを挿通した状態で、チ
ユーブとハニカム体との当接部分に金属珪素をデ
イツピング、吸上げ、注入、塗布などの方法で流
入し、その後、溶融金属珪素雰囲気下で炭素と珪
素を反応させつつ焼結して接合するなどの、いわ
ゆる反応焼結法を採用してチユーブとハニカム体
を炭化珪素質固着材で固着することができる。し
たがつて、ハニカム体内部の隔壁とチユーブとの
接合も比較的容易に行なうことができる。なお固
着材のみならずハニカム体、チユーブとも反応焼
結炭化珪素質であつてもよく、さらにこのハニカ
ム体、チユーブともに固着材の反応焼結時に同時
に反応焼結されてもよい。そして、ハニカム体、
チユーブおよび固着材の熱膨張係数が等しくなる
ので、熱応力が生じにくくなる。さらに、炭化珪
素は熱伝導率が高いので熱交換率も良好となる。
なお固着材は金属珪素質であつてもよく、この場
合には例えばいずれも炭化珪素質からなるハニカ
ム体にチユーブを挿通し、これの一部または全部
を金属珪素浴中に浸漬することにより、ハニカム
体とチユーブとの間隙に毛細管現象などにより金
属珪素が充填され、これを引上げて冷却すること
により固着する。このような熱交換体は製作が簡
便である上に、さほど高温でない温度下では充分
使用できる。
本発明では、チユーブはハニカム体の通気路を
閉塞しないような位置に配置される。すなわち、
チユーブがハニカム体の通気路を閉塞すると、そ
の部分に位置するハニカム体のセルに通気がなさ
れなくなり、ハニカム体を流れる流体とチユーブ
とが直接接触できなくなるので、熱交換効率が低
下する。チユーブがハニカム体の通気路を閉塞し
ないようにするためには、例えばハニカム体のセ
ルの断面形状を長四角形、長三角形、長六角形な
どとし、それらの断面形状の長手寸法よりもチユ
ーブ外形を小さくしてもよい。
本発明ではハニカム体は押出し成形法によつて
製造されてもよく、もしくは平板と波板との交互
積層法などの積層法によつてもよい。積層法にあ
つては例えば波形などに成形した炭素紙を接着し
て所定のハニカム形状とし、この波形板を貫通す
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
することによりハニカム体、チユーブ、固着材と
もに炭化珪素質からなる熱交換体を得てもよい。
「発明の実施例」 第１図および第２図には本発明の一実施例が示
されている。これらの図において、ハニカム体１
１は、セラミツクスの押出成形体からなり、断面
が長方形をなす多数の平行に走行するセル１２を
有する。ハニカム体１１にはセル１２が形成する
通気路と直交して交差する複数の貫通孔が穿設さ
れ、その孔に同じくのセラミツクスの複数のチユ
ーブ１３が挿通されている。この場合、第２図に
示すように、チユーブ１３によつてセル１２の流
路が閉塞されないようにするため、チユーブ１３
はセル１２の正断面の長手方向と直交し、かつセ
ル１２の走行方向とも直交するように挿通されて
いる。この実施例の場合、ハニカム体１１および
チユーブ１３は共に炭化珪素質セラミツクスから
なり、炭素分などを外周に塗付されたチユーブ１
３の外径とハニカム体１２の孔の内径との隙間に
は、高温下で金属珪素が含浸されるとともに反応
焼結されることにより、炭化珪素質の固着材１４
が形成されている。この固着材１４はハニカム体
１１の外壁部分のみでなく、内部の隔壁部分にも
形成されており、これによつてチユーブ１３はハ
ニカム体１１の各隔壁と固着材１４を介して接合
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１３の内面に
は、セラミツクス溶液（うわ薬）を流入して焼結
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。
この熱交換体を用いて、例えば高温の排ガスと
水とを熱交換する場合、高温の排ガスはハニカム
体１１の各セル１２に流通させ、水はチユーブ１
３に流通させる。したがつて、排ガスはハニカム
体１１内においてチユーブ１３と衝突迂回し、チ
ユーブ１３を加熱すると共に、ハニカム体１１内
の隔壁をも加熱することになる。そして、チユー
ブ１３は排ガスにより直接加熱されると共にハニ
カム体１１の隔壁からの伝熱によつても加熱され
る。この場合、ハニカム体１１の隔壁は炭化珪素
質の固着材１４によつてチユーブ１３に連結され
ているので熱伝達は良好になされ、ハニカム体１
１の隔壁が伝熱フインの役割をなす。金属珪素質
の固着材であつても同様に良好な熱伝達がされ
る。
このように、壁面熱伝達率の良好な水は比較的
伝熱面積の小さいチユーブ１３内を流通しても良
好な熱伝達がなされ、壁面熱伝達率の悪い高温の
排ガスは伝熱面積の大きなハニカム体１１の各セ
ル１２を流通してその熱を効率的にハニカム体１
１の隔壁およびチユーブ１３に与える。したがつ
て、加熱側と被加熱側との両者の熱バランスがよ
く、熱交換効率は良好となる。
この実施例による熱交換体を用いて実際に試験
を行なつた例を示すと次の通りである。ハニカム
体１１として、外形の断面が１辺100mmの正方形
をなし、奥行200mm、各セル１２の流路断面は
24.7×2.7mmで、壁厚0.3mmのものを使用した。チ
ユーブ１３として、外径５mmのものを32本配置し
た。ガスは第２図において紙面に垂直方向に流
れ、その流量は約400Nm3／ｈである。ガスの入
口側の温度は約400℃、出口側の温度は約280℃で
あつた。チユーブ１３には水を1.8m3／ｈの流量
で流通させ、入口側の温度は約70℃、出口側の温
度は約80℃であつた。チユーブ１３内部の水側熱
伝達係数は約11400kcal／m2ｈ℃であり、チユー
ブ１３外部のガス側熱伝達係数は約106kcal／m3
ｈ℃であるが、ハニカム体１１の隔壁によりガス
側の有効伝熱面積はチユーブ１３内面の30倍以上
とることができ、全体として熱交換量は
17000kcal／ｈを確保することができた。
以上の関係を数式で示すと次の通りである。
Ｑ＝GW（CPW2TW2−CPW1TW1） ＝Gg（CPg1Tg1−CPg2Tg2） ＝UAg△Tm 水量GW＝1.8m3／hr 水比熱（入口）CPW1＝979kcal／m3℃ （ただし、TW1＝70℃で） 水比熱（出口）CPW2＝975kacl／m3℃ （ただし、TW2＝80℃で） ガス量Gg＝400Nm3／hr ガス比熱（入口）CPg1＝0.343kcal／m3℃ （ただし、Tg1＝400℃で） ガス比熱（出口）CPg2＝0.338kcal／m3℃ （ただし、Tg2＝280℃で） チユーブ内伝熱面積AW＝0.0348m2 チユーブ内熱伝達係数 αW＝NuwKw／Di＝11400 チユーブ内ヌセルト数Nuw＝70.0 チユーブ内水の熱伝導率KW＝0.572kcal／mhr℃ チユーブ内内径Di＝0.0035ｍ ガス側伝熱面積Ag＝1.285m2 ガス側熱伝達係数 αg＝NugKg／Dp＝106 ガス側ヌセルト数Nug＝12.6 ガス側の熱伝導率Kg＝0.042kcal／mhr℃ チユーブ外径Dp＝0.005m 総括伝熱係数Ｕは、次式で表される。
１／Ｕ＝１／αg＋γ＋γf＋Ag／Am×Tt／Kt＋
１／αW（Ag／Aw） 汚れ係数γ＝0.002m2hr℃／kcal フイン伝熱抵抗γf＝0.0048m2hr℃／kcal チユーブ平均径面積Am＝0.040m2 チユーブ肉厚Tt＝0.00075m チユーブ熱伝導率Kt＝110kcal／mhr℃ これよりＵ＝51.0kcal／m2hr℃ 対数平均温度差△Tm＝ （Tg1−TW2）−（Tg2−TW1）／ln｛（Tg1−TW2）／（Tg
2−TW1）｝＝261 以上によりＱの各式とも約17000kcal／ｈにな
る。圧損はガス側190mmAg、温水側110mmAgでい
ずれも低い値に押えることができる。
この熱交換体の応用例として、例えばバスなど
のデイーゼルエンジンの排ガスから熱回収する装
置として利用する場合、排ガスをハニカム体１１
の各セル１２に流通させ、チユーブ１３にエンジ
ンの冷却水を流通させて、排ガスの熱により冷却
水を加熱する。加熱された冷却水は、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両の
室内の暖房として利用することができる。また、
エンジンの始動時に排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房の他にも例えばバス
の乗客へのサービスなど種々の利用方法が考えら
れる。勿論、本発明においてチユーブ側に通す流
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熱交換体は有
利な構成となつている。
第３図には、本発明による熱交換体の他の実施
例が示されており、この実施例ではハニカム体１
１として、断面が三角形をなすセル１２を有する
ものが使用されている。このように、セル１２の
断面形状は種々のものが採用できる。
なおこれらの実施例ではハニカム体１１にチユ
ーブ孔をあけるにあたつてチユーブと直交するハ
ニカム隔壁に断続的にドリルで孔あけ加工される
が、この際ハニカム隔壁が所望以上に割れるなど
の困難がある場合には、ハニカム体１１のチユー
ブと平行するハニカム隔壁上に孔の中心線がくる
ように孔あけ加工すると連続切削が可能となり、
孔あけ加工が容易となつて、第６図および第７図
に示すような熱交換体が得られる。
なお孔あけ加工はドリルによる代りに放電加
工、レーザー加工なども可能である。
第４図には、本発明による熱交換体の製造にお
いて、他の例が示されている。すなわち、ハニカ
ム体１１の隔壁の厚みが薄くて孔あけ加工が困難
な場合、あるいは隔壁に意図的に隙間を設けたい
場合などに好適な構造である。この例によれば、
チユーブ１３の外径よりもわずかに大きめの円弧
状の凹部１５を形成された分割ハニカム体１６を
用意し、この凹部１５にチユーブ１３を嵌合させ
ながら分割ハニカム体１６を接合することにより
チユーブ１３を組み込んだハニカム体が構成され
る。
なお、本発明においてチユーブはハニカム体の
通気路と交差していればよく、したがつて両者は
適宜斜交していてもよい。またチユーブは必ずし
も相互に平行であることを要せず、さらにチユー
ブの末端がハニカム体の外壁から突出する代り
に、ハニカム体の外壁面上まであつてもよい。
「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つて、フイ
ンチユーブと同等な効果をもつ熱交換体を安価に
提供することができる。また、水とガスのように
熱伝達係数が著しく異なる流体の熱交換に適用し
た際、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
体の通過圧損を低く抑えることができる。さら
に、従来の金属製熱交換器では扱うことのできな
かつた高温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ガスなどに適
用した際、スートフア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。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例を示す斜視図、第２図
は同実施例の断面図、第３図は他の実施例を示す
断面図、第４図は本発明の熱交換体の製造法の一
例を示す分解斜視図、第５図は従来のセラミツク
ス製熱交換体を示す斜視図、第６図は本発明の別
の実施例を示す側面図、第７図は第６図における
Ｘ−Ｘ線矢視図である。 図中、１１はハニカム体、１２はセル、１３は
チユーブ、１４は固着材、１５は凹部、１６は分
割ハニカム体である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ セラミツクス製のハニカム体と、このハニカ
    ム体の通気路隔壁を貫通するように前記ハニカム
    体に挿通された複数のセラミツクス製チユーブ
    と、前記ハニカム体と前記チユーブとの当接部分
    に施された固着材とからなり、前記ハニカム体お
    よび前記チユーブは、炭化珪素質、窒化珪素質、
    窒化アルミニウム質およびサイアロン質から選ば
    れた材質からなり、前記固着材は、炭化珪素質ま
    たは金属珪素質からなることを特徴とするセラミ
    ツクス製の熱交換体。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記ハニカ
    ム体および前記チユーブは、炭化珪素質材料から
    なるセラミツクス製の熱交換体。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項におい
    て、前記複数のセラミツクス製チユーブ内面の総
    表面積に対し、前記ハニカム体の通気路隔壁の総
    表面積を５倍以上としたセラミツクス製の熱交換
    体。 ４ セラミツクス製のハニカム体と、このハニカ
    ム体の通気路隔壁を貫通するように前記ハニカム
    体に挿通された複数のセラミツクス製チユーブ
    と、前記ハニカム体と前記チユーブとの当接部分
    に施された固着材とからなり、前記ハニカム体お
    よび前記チユーブは、炭化珪素質、窒化珪素質、
    窒化アルミニウム質およびサイアロン質から選ば
    れた材質からなり、前記固着材は、炭化珪素質ま
    たは金属珪素質からなるセラミツクス製の熱交換
    体を用い、前記ハニカム体の通気路に高温又は腐
    食性の気体を流通させ、前記複数のセラミツクス
    製チユーブに液体を流通させることを特徴とする
    熱交換方法。 ５ 特許請求の範囲第４項において、前記ハニカ
    ム体の通気路に流通させる気体を露点以下まで冷
    却する熱交換方法。 ６ 特許請求の範囲第４項または第５項におい
    て、前記ハニカム体の通気路に流通させる気体が
    燃焼排ガスである熱交換方法。
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