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公開番号2025148017
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-07
出願番号2024048581
出願日2024-03-25
発明の名称熱交換器
出願人日本碍子株式会社
代理人アクシス国際弁理士法人
主分類F28D 7/16 20060101AFI20250930BHJP(熱交換一般)
要約【課題】熱交換性能に優れる熱交換器を提供する。
【解決手段】外周壁10と、外周壁10の内側に配設される部分を含む中間壁20と、中間壁20の内側に配設され、第1流体の流路となる複数のセル50aを区画形成する内側隔壁30と、外周壁10と中間壁20との間に配設され、第2流体の流路となる複数のセル50bを区画形成する外側隔壁40とを有するハニカム構造体100を備える熱交換器であり、熱交換器は、以下の式(1)で表される熱抵抗比が0.05～8.0である。
熱抵抗比=(S₂×R₂ ^0.5)/(S₁×R₁ ^0.5)
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
外周壁と、
前記外周壁の内側に配設される部分を含む中間壁と、
前記中間壁の内側に配設され、第１流体の流路となる複数のセルを区画形成する内側隔壁と、
前記外周壁と前記中間壁との間に配設され、第２流体の流路となる複数のセルを区画形成する外側隔壁と
を有するハニカム構造体を備え、
以下の式（１）で表される熱抵抗比が０．０５～８．０である熱交換器。
熱抵抗比＝（Ｓ
2
×Ｒ
2
0.5
）／（Ｓ
1
×Ｒ
1
0.5
）・・・（１）
式中、Ｓ
1
は前記ハニカム構造体における前記第１流体の接触面積［ｍ
2
］であり、Ｓ
2
は前記ハニカム構造体における前記第２流体の接触面積［ｍ
2
］であり、Ｒ
1
は以下の式（２）で表される前記第１流体の流速［ｍ／秒］であり、Ｒ
2
は以下の式（３）で表される前記第２流体の流速［ｍ／秒］である。
Ｒ
1
＝Ｂ
1
／（ρ
1
×Ａ
1
）・・・（２）
Ｒ
2
＝Ｂ
2
／（ρ
2
×Ａ
2
）・・・（３）
式中、Ｂ
1
は前記第１流体の流量［ｋｇ／秒］であり、Ｂ
2
は前記第２流体の流量［ｋｇ／秒］であり、ρ
1
は前記第１流体の密度［ｋｇ／ｍ
3
］であり、ρ
2
は前記第２流体の密度［ｋｇ／ｍ
3
］であり、Ａ
1
は前記ハニカム構造体における前記第１流体の流路断面積［ｍ
2
］であり、Ａ
2
は前記ハニカム構造体における前記第２流体の流路断面積［ｍ
2
］である。
続きを表示（約 650 文字）【請求項２】
前記セルが延びる方向に直交する断面において、前記内側隔壁及び前記外側隔壁が、周方向に延びる第１隔壁と、放射方向に延びる第２隔壁とを有する、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記中間壁の厚みは、前記第１隔壁の厚みよりも大きい、請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記外周壁の少なくとも一部に嵌合される第１外筒部材を更に備え、前記第１外筒部材は前記第２流体の流入口及び排出口を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記第１外筒部材が金属材料から構成されている、請求項４に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記ハニカム構造体の軸方向において、前記外周壁の両端部は、前記中間壁の両端部よりも内側に位置している、請求項１～３のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記中間壁の少なくとも一部に嵌合される第２外筒部材を更に備える、請求項６に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記第２外筒部材が金属材料から構成されている、請求項７に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記第１流体の流れ方向と、前記第２流体の流れ方向とが逆である、請求項１～３のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記ハニカム構造体がセラミックスを主成分とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の熱交換器。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
排ガスなどの熱源を利用し、燃料用空気や水蒸気の予熱を行う熱交換器が様々なシステムに導入されている。例えば、火力発電所などで使用されるボイラーからの排ガスを熱源として燃焼用空気を予熱する熱交換器や、燃料電池の排ガスを熱源とし水蒸気の発生及び予熱を行う熱交換器などが存在する。このような熱交換器を導入したシステムは、排ガスなどの廃熱となるエネルギーを再利用するため、使用エネルギーの削減効果があることが知られている。
【０００３】
上記の技術に用いられる気体同士の熱交換に好適な熱交換器として、特許文献１には、第１の流路である第１流体流通部となる２×２列以上のセルを区画形成する隔壁及び／又は連通気孔を有する三次元網目構造部と、その外周に中間壁を介して第２流体の流路である第２流体流通部となる複数のセルを区画形成する隔壁及び／又は前記三次元網目構造部と、さらにその外周に外周壁とを有し、前記第２流体が外部から前記第２流体流通部に流入するための流入部、及び前記第２流体流通部に流入した前記第２流体を前記外部に排出する排出部が前記外周壁の一部に少なくとも１対以上設けられた、セラミックスを主成分とするセラミックス構造体を備える熱交換器が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１５－０４２９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の熱交換器は、第１流体及び第２流体の流速などの様々な条件によっては、所望の熱交換性能が得られないことがある。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、熱交換性能に優れる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、外周壁、中間壁、内側隔壁及び外側隔壁を有するハニカム構造体を備える熱交換器について鋭意研究を行った結果、第１流体及び第２流体の接触面積及び流速を用いて表される熱抵抗比を所定の範囲に制御することにより、上記の課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、以下のように例示される。
【０００７】
［１］外周壁と、
前記外周壁の内側に配設される部分を含む中間壁と、
前記中間壁の内側に配設され、第１流体の流路となる複数のセルを区画形成する内側隔壁と、
前記外周壁と前記中間壁との間に配設され、第２流体の流路となる複数のセルを区画形成する外側隔壁と
を有するハニカム構造体を備え、
以下の式（１）で表される熱抵抗比が０．０５～８．０である熱交換器。
熱抵抗比＝（Ｓ
2
×Ｒ
2
0.5
）／（Ｓ
1
×Ｒ
1
0.5
）・・・（１）
式中、Ｓ
1
は前記ハニカム構造体における前記第１流体の接触面積［ｍ
2
］であり、Ｓ
2
は前記ハニカム構造体における前記第２流体の接触面積［ｍ
2
］であり、Ｒ
1
は以下の式（２）で表される前記第１流体の流速［ｍ／秒］であり、Ｒ
2
は以下の式（３）で表される前記第２流体の流速［ｍ／秒］である。
Ｒ
1
＝Ｂ
1
／（ρ
1
×Ａ
1
）・・・（２）
Ｒ
2
＝Ｂ
2
／（ρ
2
×Ａ
2
）・・・（３）
式中、Ｂ
1
は前記第１流体の流量［ｋｇ／秒］であり、Ｂ
2
は前記第２流体の流量［ｋｇ／秒］であり、ρ
1
は前記第１流体の密度［ｋｇ／ｍ
3
］であり、ρ
2
は前記第２流体の密度［ｋｇ／ｍ
3
］であり、Ａ
1
は前記ハニカム構造体における前記第１流体の流路断面積［ｍ
2
］であり、Ａ
2
は前記ハニカム構造体における前記第２流体の流路断面積［ｍ
2
］である。
【０００８】
［２］前記セルが延びる方向に直交する断面において、前記内側隔壁及び前記外側隔壁が、周方向に延びる第１隔壁と、放射方向に延びる第２隔壁とを有する、［１］に記載の熱交換器。
【０００９】
［３］前記中間壁の厚みは、前記第１隔壁の厚みよりも大きい、［２］に記載の熱交換器。
【００１０】
［４］前記外周壁の少なくとも一部に嵌合される第１外筒部材を更に備え、前記第１外筒部材は前記第２流体の流入口及び排出口を有する、［１］～［３］のいずれか一つに記載の熱交換器。
（【００１１】以降は省略されています）

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