JPS59157486A - 回転式熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転式熱交換器の断熱構造の改良に関し、特に
高温用回転式熱交換器に用いて有用なものである。

ボイラー、エンジン、ごみ焼却炉など種々の装置から、
数１００℃〜１０００℃といった高温のガスが排気され
ている。近年、省エネルギーの一環としてこれらの排Ｐ
を活用することが進められている。Ｌ７かし排気ガスは
多くの１夙合汚れているり）で、きれいながス例えば空
気との間で熱交換し、加熱された新たな望見をボイラに
供給して燃焼に用いることが行われる。

上述した熱交換に回転式熱交換器を便用する場合、使用
するガスが相当高温であるため、耐熱構造とする必要が
あるが、次のような問題点が生じている。

（１）利用するガスがｓｏｏ℃前後あるいはそれ以上高
温でオ）ると、ロータを格納するケーシングが通常使用
しているステンレス製のものでは高温に耐えられない。

そこで、ケーシング全体′ｆ：Ｍｎ鋼などの耐熱特殊金
属やレンガ、セラミックで作るとか、水冷フィンなどの
特殊な冷却装＠、ヲケーシングに装備する必要が生じる
。しかし、このよう々１ｌｌＩＩ熱あるいは断熱構造の
ケーシングは、利料費及び製造工事費が嵩み、回転式熱
交換器が極めて高価に々ってし壕う。このことは省エネ
ルギー化の促進に反する。更に、（２）　　ロータを支
持する軸受やその駆動装置、並びにガスのシール部材も
高温に耐える特殊なものを使用する必要があり、コスト
アップになってしまう。

なお、ロータ自体は耐熱性に優れていなければならない
が、セラミック製など１０００℃程度に耐えるものがあ
る。

上述した如く、従来の高温用回転式熱交換器では、ロー
タ（ｒ、１．やむをえないとしても、耐熱性を持たせる
ために多くの部品が特殊なものとなって椅めで高価にな
らざるを得す、排熱利用に十分寄与することができなか
った。

本発明は、上記従来技術の一欠点を解消し、安価で耐熱
性に優れた回転式熱交換器を提することを目的とする。

この目的は、高温に晒される部分を局限化することによ
り達成できる。つまり、回転式熱交換器のロータは軸方
向にのみ通気路を肩し半径方向には断熱性があるので、
熱交換に利用する高ｍガスはロータだけに、それもロー
タの軸周辺と外周付近は除いて向し、熱交換される方の
新たな冷たい空気は高温ガスの通る所以外のロータに全
て通し、更にロータとケーシング間の隙間部分にも全て
通す。このようにすることにより、ケーシング、ロータ
の軸受、駆動装］１イなどは低い温度の空気によって冷
却され、また高温ガスから遮断されることとなり、特別
に耐熱性を考慮した部品を用いる必要がなくなる。換財
すれば、熱交換に、４１１用する高温ガスの入口部分の
内壁、この高ＭＬｙスのり−り防止用のシール、及び熱
交換されて高温になった新たなマスの出口部分の内壁だ
けに耐熱性を持たせれば良いことになる。従って部品コ
ストが大幅に低下すると共に断熱工事が簡単になり、安
価々高温用回転式熱交換器が実現する。

以下、トン１面に基づいて本発明を説明する。第１図は
本発明の一実施例を示す断面図、第２図はシールの配置
金示す第１図のＡ−Ａ矢視断面図、第３図ｂ７Ｌロータ
の一部を示す正面図である。

これらの図において、木婁施例の回転式熱交換器は、８
００℃程度のボイラーからのリターンエアＲＡｉ用い、
外気ＯＡを６００℃程度に加熱してボイラー等へのザブ
ライエア５Ａ１４Ｊようとするものである。

ケーシング１　（＃：１．ステンレス製など通常の相打
で作った矩形の箱であり、この門にセラミックス製のロ
ータ２が格納されている。ロータ２は第３図に示すよう
に波形が積装されてなるハネカム構造であり、軸方向に
のみ通気路を有する。

従って径方向にけ°通伍せず、耐熱性Ｈｊがある、ロー
タ２の軸３は軸受４．５によって支持され、ケーシング
外面に設けられたモータ６によりスプロケット７，８及
びヂエーン９を介してゆっくりと回転駆町される、ケー
シング１の前面１ａ及び稜面１ｂ（（はそハぞれ矩形の
開口１０．１１゜１２．１３が前後に７１向して設けら
れている。

これらのｌｊ、ｉ　Ｄσ）うち、前面１ａのＩ；ｉＱ口
の一方ＪＯには炉からｓ　ｏ’　ｏ　’ｃ程度のリター
ンエアＩ−ＬＡが入力され、こ牙１．に対向する後面１
ｂの開口１１から２００Ｃ程度に降温し１こ排気エアＥ
Ａが排出される。他方、後面１ｂの他の開口１２から２
０℃程闇の外気ＯＡが入力され、６００℃程ｊ故に加５
さえしたザブライエアＳＡが前面１ａの開口１３からボ
イラ等へ供給される。

、１４と１５はそれぞれ低い温度のエアを取扱う送風機
である。送風機１４１ｄ、ロータ２から排気エアＥＡｉ
吸引し、送風機１５はロータ２へ外気ＯＡを送り込む。

１６はリターンエア入口ｌＯを形成すんダクト１７のロ
ータ側端部に沿って取り付けた高温用シールである。こ
のシール１６は第２図に示す如く、ロータ２の軸３及び
ロータ２の端面外周付近を除き、ロータ２の端面の約半
分の面積を囲むように略半円形状にめぐらされており、
・ロータ２の端面と４５７接する。候補すれば、リター
ンエア用ダクト１７の断面形状は外側からロータ１１１
１へ向って短形から略半円形に変化している。

１８は排気口１１を形成・ｒるダクト１９のロータ饋端
部に沿って取り付ｔアた篩部用シールである。拐「気エ
ア用ダクト１９はリターンエア用ダクト】７と同形状を
している。従って、このシール１８もロータ２の後９ｉ
ｌｌ端面に前のシール１６〜と同形状になって摺接する
。但し、排気エアＥｋの温度はリターンエアｌ（Ａより
も相当低いので、シール１８は耐熱性をさほど要求され
ない。

２０はロータ２と略同径の低温用シールである。このシ
ール２０は、ケーシング１の前面裏１ｕｌｌ　ｌ／Ｃリ
ターンエアロ４ダクト１７ケ囲んでロータ２と同軸に設
けられたロータ２と略同径のリング２１に取り伺けられ
ており、ロータ２の端面外周付近と摺接する。但し、こ
のシール２０は必ずしも必要で々いがこのシール２０が
ある場合は、ロータ２の外周部分を通る外気が十分確保
され、その部分の冷却効果が向上子る。

２２．２３及び２４は耐Ｐ相打であり、それぞれリター
ンエア用ダクト１７、排気エア用ダクト１９及びサプラ
イエア出口１３０内壁面が耐熱材料で形成されている。

耐熱相打としては、セラミック、レンガ、耐熱性金属が
用いられる。

但し、排気エア用ダクト１９の内周壁２３は排気エアＥ
Ａがかなり降温しているので耐熱処理を必ずしも必要と
しない。なお、この実施例ではダクト１７．１９及びｊ
ｌソング１はステンレス製など通常の材料で作られてい
る、 以上実施例の回転式熱交換器の構造を説明したが、次に
作用全説明する。

今、リターンエアＲＡがその入口１０に入ると、シール
１６で囲まれた略半円形の領域から全てロータ２円に入
る。リターンエアＲＡはロータ２内をその軸方向通気路
に沿って進み、ロータ２を加熱したのちシール１８で囲
′まれた略半円形の領域から排気口１１に至−り排出さ
れる。

リターンエアｋＬＡの流れ全第１図に実線の矢印で示す
。ＩＪターンエアＲ，Ａはシール１６とダクト１７とに
よってロータ２への入力領域が足っていること、且たロ
ータ２（はハニカム構造の断熱材であって半径方向への
熱伝導が殆んどないことから、ロータ２の軸周辺及び外
周部分はリターンエアＫＡによってはあまり面部化され
ず、ドーナツ状部分だけが加熱される。なお、＋１ター
ンエアｌ（Ａが８００℃とす］１ば、ロータ２のドーナ
ツ状部分は平均して６００℃程度となり、排気エアＥＡ
は２００℃程度となる。

一方、外気ＯＡがその人口１３に入ると、第１図に破細
矢印で示す如く、排気エア用のシール１８で塞された部
分を除きロータ２に入ると共に、ケーシング１の内壁面
及び排気エア用ダクト１９の外壁面に全て触れるように
ケーシン、７１円の全ての隙間に行きわたる。外気ＯＡ
のうちロータ２に入る外気は、ケーシング後面Ｊｂの内
壁、排気エア用ダクト１９の外周壁、高温用シール１５
の外側、軸受４及び駆動装置を冷却しながらロータ２に
入る。ロータ２に入る外気のウチ、リターンエアＩＬＡ
で加熱された領域Ｂｙ通ったもの即ち二点鎖線の矢印で
示す外気だけが例えば６００℃程度に加熱される。ロー
タ２に入る外気のうち、ロータの軸３付近及び外周部分
全通るものは、もともとそこは高温化されてはいないが
これら及び軸受５を冷却し、ロータ商過後は軸受５、リ
ターンエア用ダクト１７の外周壁、ケーシング前面１ａ
の内壁、高温用シール１６の外１１４１１、リング２１
の内側及び低温用シール２０の内側を冷却し、次いで加
熱され、たエアのまわＶを囲むようにして出口１３に至
る。ロータ２に入らない外気はケーシング１とロータ２
間の隙間に入シ、ケーシング１の内壁面、リング２１の
外側及び低温用シール２０の外ｍｌｌ’ｉ冷却すると共
に断熱拐として機能する。

つｔｐ、ロータ２．１１ターンエア用ダクト１７、シー
ル１６及びサプライエア出口１３だケ１（高温ガスが接
することになり、これら以外は冷い外気ＯＡで促成され
、外気ＯＡが２０℃であれば３０℃程度になるだけであ
る。従って、ロータ２、リターンエア用ダクト１７、シ
ールｊ６及びサプライエア出口１３だけに耐熱性を持た
せれば良いことに々す、断熱工事が簡単と女りまた材料
コストが低くたり、安価な高温用回転式熱交榊器が得ら
れる。

なお、ロータ２の外周はステンレスなどの１ｙング２ａ
によって内部のセラミック製ハニカムｔｉｌｔ造會補強
しているが、このリング２ａも冷却されるヘセラミック
はステンレスなどに比較するとｒＰｐＰ張率が極めて小
さいので、ロータ２全体が高温になるとリング２ａが大
きく膨張して外れてしまう。し〃１し、上述の如（ＩＩ
ソングａも冷却されるので、このリング２ａは殆んど膨
張せず、ｏ−タ２から外れることが万い。

ところで、ザブライエアＳＡＶこは加熱されていない外
気が混入することになり効率が若干下るが、効率はロー
タ２を大径にすることにより十分高ぐすることができＺ
）。効率全重視してロータ２を大径化する場合のコスト
アップよ、Ｄも、上、述した断熱工事の簡単化及び部品
コストのダウンの方がずっと効果が大きい。

以上の効果は外気口１２とザブライエア出口Ｊ３との位
置がゲージング、Ｉの前後進になっても同じである。

以上、本発明を説明したが、不発明はＷｒＪ温用回転式
熱ｙ換器のみならず、比較的低い温度のガスを対象とす
る回転式熱交換器にも適用できることは官う捷でもない
。

４、し１面のｆ（（ｉ　Ｉヤ々説、明 第１図は不発明の一実施例に仏る萬温ｆｉ４回転式熱交
換器の断ａ１１図、第２図はそのシール配置を示すＡ−
Ａ矢祝断ｍＩ図、第３図はロータの一部全示す正面図で
ある。

１）ｉ１面中、 １はケーシング、 ２はロータ、 ３けその軸、 ４と５は軸受、 ６はモータ、 ７と８はスプロケット、 ９はチェーン、 １０は１１タ一ンエア入口、 １１は排り４０． １２０よ外気人１−１． １３はサプライエア出口、 １４と１５は送風機、 １６と１８は高温用シール、 １７と１９はダクト、 ２０に低＠１１Ｊシール、 ２１はリング、 ２２．２３及び２４は耐熱材料、 １（Ａ　Ｉはリターンエア、 ＥＡ’は排気エア、 ＯＡは外気、 ＳＡはサプライエアである、 手続補正書 昭和５８年７Ｊ）２９日 特許庁長官殿 １１、　　事件の表示 昭和５８年　特　許　願第３０８５３号昭和　年審　　
　　刊年　　　　号 ２　発明の名称 回転式熱変換器 ３、　ｆ＋ｌｉ、ｉＦｌヲｔル’Ｒ ＝ＲＩとの関係　　　特許出願人 東京都港区赤坂−丁目９番１５号 ６、　補正の対象 明細書の１特許請求の範囲」、「発明の詳細な説明」及
び１図面の簡単な説明」の各網、並びに図・面。

７、　補正の内容 （１）明細書の「特許請求の範囲」の桐の記載を添付別
紙の「補正特許請求の範囲」の通シに補正する。

（２）　　明細書第２ページ９行目に記載の「ごみ焼却
炉など」を１ご今焼却炉、各種の炉など」と補正する。

（３）　　明細書第２ページ１０行目に記載のｒ　１０
００℃といった」をｒ１０００℃あるいはそれ以上とい
った」と補正する。

（４）明細書第３ページ１７行目に記載のｒ　１０００
℃程度」をｒｉｏｏｏ℃以上」と補正する。

（５）明細書第４ページ１２行目、同ページ１６行目、
第５ペーソ２行目にそれぞれ記載の「空気」を「ガス」
と補正する。

（６）　　明細書第５ページ１２行目の［外気ＯＡＪを
「新たなガスとしての外気ＯＡＪと補正する。

（７）明細書第５ページ１１〜１２行目、第６ページ８
行目、同ページ１９行目、第７ページ５〜６行目、同ペ
ージ１１行目、同ページ１５行目、同Ｒ−ジ最下行、第
８ページ８行目、同ページ１９行目、第９ページ１行目
、同ページ５行目、同ページ６行目、同イージ１０〜１
１行目、同ページ１２〜】３行目、第１０ページ６行目
、同ページ１２行目、第１１ページ６行目、第１３ペー
ジ７行目、同ページ１７行目に夫々記載の１リターンエ
ア」を１高温排気ガス」と補正する。

（８）明細書第５ページ１５行目、第８ページ１５〜１
６行目、第１１ページ１１行目、四イージ１４行目に夫
々記載の［ステンレス」を１鉄やステンレス」と補正す
る。

（９）　　明細書第６ページ１０行目、第８ページ１２
〜１３行目に夫々記載の１排気エア」を１排気ガス」と
補正する。

００　　明細書簡６−２−ジ１５行目の「低い温度のエ
ア」を「降温した排気ガスＥＡと外気ＯＡｊと補正する
。

（Ｌυ　明細書の第６ページ１６〜１７行目、第７ペー
ー／１１行目、開被−ソ１４〜１５行目、第８−（′−
ソ８行目、同ページ１２行目、會ｉ・　　　”　　′−
１第９−！！−ジ１５行目、同ページ１７行目、同ペー
ジ１９行目、第１０ページ３行目、第１３ページ１８行
目に夫々記載の［排気エア」を１降温した排気ガス」と
補正する。

０２　　明細書第７ページ５行目の［ロータ２・・する
。」を「ガスの漏洩をできるだけ少なくしている。」と
補正する。

α騰明細！４７ページ１４行目の「摺接する。」を「お
り、ガスの漏洩をできるかぎシ少なくしている。」と補
正する。

０４１　　明細書第８ページ３行目の１゛と摺接する。

」を１でのガス漏洩をできるかぎシ少なくしている。」
と補正する。

００　　明細書簡８２−）５行目の］ロータ２の外周」
をＩロータ２のうちその外周」と補正する。

αＱ　明細書簡８−！！−シロ行目の「・・・向上する
。」の次に「なお、上述した各種シール１６，１８゜２
０はラビリンスシールの如く非接触タイｔのものでも良
く、あるいはロータ端面と摺接するタイプのものでも良
い。」を加入する。

ａの　明細書第８ページ９行目の１サプライエア」を「
昇温したサプライエアの」と補正する。

（鴫　明卸ｌ朋、第９ページ１４行目の［６００℃程度
となり」を１６００℃程度と外気ＯＡ％加熱するに十分
な高温となり」と補正する。

０）））明細書簡９−ξ−ジ１６行目の１１３」を１１
２」と補正する。

はり　明細書第１０ページ１０行目の１外周部分」を１
０−タの外周部分」と補正する。

Ｑυ　明細書第１０ページ１８行目の１・・・入シ、ケ
ーシングト・・」ｆ：１・・・入５　、　ｏ−夕の外周
面、ケーシングト・・」と補正する。

（イ）明細書第１１ページ１〜５行目の「つまり・・・
なるだけである２、」をＥつまシ、ロータ２、排気ガス
用ダクト１７及びシール１６にだけ高温排気ガスＲＡが
接し、また算プライエア出口１３だけに高温のザブライ
エアＳＡが接することになり、これら以外は冷い外気Ｏ
Ａで保腰される。」と補正する （ハ）明＊ＩＩ］　４Ｊ第１２ペ一ジ１行目の［外槃」
を「冷い外気」と補正する。

Ｑ→　第１図を添付第１図に朱書きの辿り補正する。

８、　添＋Ｊ書類の目録 （１）　　補正特許請求の範囲　　　　　１通（２）補
正図ｒｌＩＩ（第１図）　　　　　１通−以上〜 補正特許請求の範囲 （１）径方向にはｌｆＪ？熱性を有するロータをケーシ
ング内に備え、このケーシングには熱交換に利用する高
湿ガスをロータの軸周辺と外周付近とを除きロータだけ
に案内する内壁を耐熱処理した入口及びこの入口のロー
タ側に取シ付けられガスの漏洩をできるだけ防ぐ高温用
ンｌ−ルを備えると共に、この入口の反対側にロータを
通った排気ガスを、全て外部へ案内する排気口及びこの
排気口のロータ側に取９付けられガスの漏洩をできるだ
け防ぐシールを備え、更に上記ケーシングにはガスをケ
ーシング内に導入するガス口を備えると共にこのｙ、ｘ
口の反対側に熱交換によシ加熱されたガスを導出する内
壁を耐熱処理した出口を備えた回転式熱交換器。

（２）　　特許ａ１１求のｌ＋ｌ’ｊ囲第１項において
、加熱されたガスの出口がある側のケーシング内面に、
ロータとほぼ同径のリングをロータと同軸に備え、この
リングのロータ側にロータとの間でがス洩れをできるだ
け少なくし加熱部分よシも大径に囲むシールを備えたこ
と１−特徴とする回転式熱交換器。

第１図 手続補正書 昭和５９年１１］２Ｊ口 特許庁長官殿 １、　事（’ｌの表示 昭和５８年　特　　許　溜筒３０８５３　零昭和　年審
　　　　刊年　　　　号 ２、発明の名称 回転式熱交換器 ３、ｉ：ｌｉ　ｉｔを・すると １（イ’Ｌ　、！：（７）ＢＩＩＩｖ　　　特許出願人
東京都港区赤坂１丁目９番１５号 株式会社バーナーインターナショナル ４、　　代理人 祁（史番弓１０７ 自　　　　　　発 ６、補正の対象 明細書の「特ｒｎ　ｎ’ｎ求の範囲」及び「発明の詳細
な説明、」の各１１１１゜ ７、補止の内容 （１）　　明＃ＩｆＩ着、の「特許請求の前Ｊ、囲」の
詞の記載を添付別紙の「補ＩＥ特ｉｆＦ請求の範囲」の
通シに補正する。

（２）　　明細書の第１２ベージ　９）行目に記載した
「も同じである。」の次に「また、ロータ２がセラミッ
ク製のハネカム構造である場合は、冷たいガスによって
ロータ２の中央部分と外周部分とが冷却さｎるだけでな
く、高温ガスによるロータ２の半径方向への熱伝達が極
めて少ないのて、軸３やその軸受４，５、補強用リング
２ａ及びケーシング１の昇温か更に減る。」を加入する
。

８、添付書類の目録 （１）補正特許請求の範囲　　　　　　　　１　通−以
　上〜 補正特許請求の範囲 （１）径方向には断熱性を有するロータ全ケーシング内
に備え％仁のケーシングには熱交換に利用する高温ガス
をロータの軸周辺と外周付近とを除きロータだけに案内
する内壁を耐熱処理した入口及びこの入口のロータ側に
取シ付けらｎガスの漏洩をできるだけ防ぐ高温用シール
を備えると共に、この入口の反対側にロータを通った排
気ガスを全て外部へ案内する排気口及びこの排気口のロ
ータ側に取υ付けら扛ガスの漏洩をできるだけ防ぐシー
ルを備え、更に上記ケーシングにはガスをケーシング内
面手続するガス口を備えると共にこのガス口の反対側に
熱交換により加熱さ几たガスを導出する内壁を耐熱処理
した出口を備えた回転式熱交換器。

（２、特許請求の範囲第１項において、加熱さｎたガス
の出口がある側のケーシング内面に、ロータとほぼ同径
のリングをロータ七同軸ＶＣｇＮえ。

このリングのロータ側にロータとの間でガス洩ｆ′Ｌ′
ｆ：できるだけ少なくし加熱部分よルも大径に囲むシー
ル全備えたことを特徴とする回転式熱交換器。

ること全特徴とする回転式熱交換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）径方向には断熱性を有するロータをケーシング内
   に備え、このケーシングには熱交換ニ利用する高温ガス
   全ロータの軸周辺と外周付近とを除きロータだけに案内
   する内壁全耐熱処理した入口及びこの入口のロータ側に
   取り付けられロータと摺接する高温用シールを備えると
   共に、この入口の反対側にロータを通った排気ガス全全
   て外部へ案内する抽気口及びこの排気口のロータブ則Ｖ
   ＣＫ９．ジ付けられ口〜りと摺接するシールをイ脂え、
   四に上記ケーシングには外気をケーシング内に導入する
   外気口全備えると共にこの外気口の反対１（）口に熱交
   換により加熱されたノＪ’スを導出する内壁を耐熱処理
   した出口を備えた回転式熱交換器。 （２、特許請求の範囲第１項において、加熱された出口
   がある１０１１のケーシング内面に、ロータとほぼ同径
   の＋ンングをロータと同軸に備え、このリングのロータ
   側にロータと摺接し加熱部分よりも太径に囲むシールを
   備えたことを特徴とする回転式熱交換器、