(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱材を充填した流路に温度の異なるガスを交互に通流し、前記蓄熱材を介して前記温度の異なるガス間で熱交換を行なう蓄熱式熱交換器において、前記蓄熱材は、複数枚積層されたメタルラスであり、各メタルラス板はその菱形目の長径方向がガス流方向と平行するように配置され、かつストランドの傾斜方向が交互に逆になるように積層されていることを特徴とする蓄熱式熱交換器。
【請求項２】
揮発性有機化合物を含むガスを触媒が作動する温度まで予熱し、予熱された前記ガスを触媒層を通過させて前記揮発性有機化合物を酸化除去したのち蓄熱式熱交換器を通過させて該蓄熱式熱交換器にガスの熱を吸収し、ガスの熱を回収した前記蓄熱式熱交換器に揮発性有機化合物を含む新たなガスを通過させたのち前記予熱を行なう触媒燃焼／蓄熱式ＶＯＣ処理装置において、前記蓄熱式熱交換器が請求項１に記載の蓄熱式熱交換器であることを特徴とする触媒燃焼／蓄熱式ＶＯＣ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、排ガス中の熱を回収し再生するため、蓄熱体に高温流体と低温流体を交互に流して前記蓄熱体を介して間接的に熱交換を行う蓄熱式熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１４に回転式の蓄熱式熱交換器（以下、蓄熱熱交換器という）の一利用例である、触媒燃焼／蓄熱式のＶＯＣ（Volatile Organic Compounds）処理装置の構成を示す。このＶＯＣ処理装置は、ＶＯＣを含んだガスを装置内に取り込み、触媒が作動する温度までガスを予熱し、触媒層でＶＯＣを酸化（燃焼）させてＶＯＣを除去するもので、燃焼ガス中の熱量を回収するために触媒層の上流側と下流側に蓄熱材を充填し、供給されるＶＯＣ含有ガスと処理済みガスを分配弁によって交互に切り替えて蓄熱材に導入するようになっている。すなわち、予熱と酸化反応によって高温になったガスを蓄熱材を通過させて蓄熱材を加熱し、高温になった蓄熱材にＶＯＣを含んだ新たなガスを導入してこのガスを加熱することで、予熱のための熱源を節約するものである。
【０００３】
この装置に使用される蓄熱熱交換器の性能特性は温度効率で表されるが、この温度効率を向上させる方法としては、蓄熱材の表面積を大きく、熱容量を大きく、伝熱を促進させる、という３つがポイントになる。ただし伝熱を促進するために蓄熱材を通過するガス流を乱流化すると圧力損失が増加するという関係にあることから、圧力損失の上昇を抑えたまま温度効率を向上させる技術が要求されている。一般には、低熱膨張率であるコーディェライト製のセラミックハニカムが、コンパクトかつ低圧損で高い温度効率が得られるとして蓄熱材に用いられている。
【０００４】
蓄熱熱交換器における蓄熱体の特性は、熱交換しうる最大熱量に対する実際に交換される熱量の割合を示す温度効率φで表現される。
φ＝（Ｔh−Ｔout）／（Ｔh−Ｔin）
但し、Ｔh  ：蓄熱材に流入する高温ガスの温度
Ｔout：蓄熱材から外部に流出するガスの温度
Ｔin  ：外部から蓄熱材に流入する低温ガスの温度
そして温度効率φは、ＮＴＵ（Number  of  Ｔransfer  Ｕnits：伝熱単位数、あるいは熱通過数と呼ばれ、α・Ａ／Ｗｃで示される）とＷr／Ｗc（水当量比：ＭＣｎ／ＧＣ、流体の熱容量に対する蓄熱体の熱容量）の関数で表され、ＮＴＵとＷr／Ｗcが大きいほど温度効率φは大きくなる。（α：熱伝達率、Ａ：表面積、Ｗｃ：ガスの熱流量 （kcal/（kg・℃））・（kg/h）、Ｗr：蓄熱体の熱容量（kcal/（kg・℃））・kg・（１／h）、Ｍ：蓄熱体の質量kg、Ｃ：比熱、ｎ：蓄熱材に流入するガス流を切り替える分配弁の回転数、Ｇ：ガスの流量kg/h）
なお、蓄熱熱交換器は、上述のようなＶＯＣ処理装置だけでなく、ボイラにおいても、図１４に示すような分配弁と蓄熱体を組み合わせた回転式熱交換器として構成されたローテミューレ型空気予熱器や、蓄熱体が回転してガス流路を切替えるユングストローム型空気予熱器などとしても使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ハニカムタイプの蓄熱体は、セル内の流れが層流域であることから熱伝達率は高くなく、単位体積当りの表面積が大きいことと熱容量が大きいことによって温度効率を向上させるタイプであり、処理ガス量が増大すると温度効率が大きく低下する。また、セラミックハニカムは、混練、成形、乾燥、焼成の過程を経て製作されるもので、コスト的にも他の蓄熱体と比べると高くなる。
【０００６】
セラミックハニカムの温度特性を評価すると次のようになる。すなわちハニカム形状は、単位体積当たりの表面積が大きく、熱容量が大きいという特長があるが、熱容量に関しては回転式熱交換器の場合には、回転数によって熱容量を補うことができるため、それほど有利にはならない。一方、セラミックハニカムは熱伝達率が小さく、図１５に示すように、ハニカムを通過する流体の速度が増加しても、その増加量は速度の増加率の０．３乗に比例する程度である。したがって、小さな熱伝達率を表面積の大きさで補うタイプのハニカム蓄熱体は、ガス流量の変動がない定常的な運転のみの場合は問題ないものの、処理ガス量が増えた場合に、α・Ａ／Ｗｃで表されるＮＴＵが分母のＷｃの増加で減少し、それに応じて温度効率φも低下することになる（図１６参照）。
【０００７】
図１６は温度効率とＮＴＵの関係をＷr／Ｗcをパラメータにして示したもので、処理ガス量が増えた場合の温度効率の動向を矢印で示している。図示のように、Ｗr／Ｗcが増加すれば温度効率は増加するが、ハニカムの場合、処理流量が増加すると、ＮＴＵが減少して温度効率は低下する傾向にある。
【０００８】
セラミックハニカムを図１７の交番式の蓄熱熱交換器に充填して試験を行った結果を図１８に示す。図１７の蓄熱熱交換器は、断面が１５０ｍｍ角の四角形の流路に、長さ５００ｍｍに亙ってセラミックハニカムを充填し、一方の側に３０℃の空気（低温ガス）を送り込むファンを設け、他方の側に１００℃の空気（高温ガス）を送り込むファンを設けたものである。この条件でかつ高温ガスと低温ガスの切替周期が３０秒で空塔速度１〜２m／ｓのとき、温度効率９８％であったものが、送風量を増やして3.8m／ｓにすると温度効率が９２％まで低下する（図１８参照）。
【０００９】
その結果、図１４のＶＯＣ処理装置に適用すると、供給ガスが３０℃、炉内温度３５０℃の定常運転で出口温度が３６℃であったものが、ガス量増加と共に出口温度が５６℃にまで上昇することになり、放熱量の増加に伴ない分配弁の温度が上昇し、熱変形によるガスリークやシール部分の劣化を助長することにつながる。すなわち、処理ガス量が増加すると温度効率が低下し、温度効率の低下に伴なって、放熱量の増加、分配弁の温度上昇、熱変形によるガスリークやシール部分の劣化という結果を招くことになる。
【００１０】
本発明の目的は、触媒燃焼／回転蓄熱方式のＶＯＣ処理装置等に用いられる蓄熱熱交換器を、処理ガス量が変動しても温度効率が低下しにくいものにすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述のようなハニカム蓄熱体の欠点を補うためには、蓄熱体の熱伝達率を向上させるとともに、処理ガス量が増加したとき、処理ガス量が増加したことによる処理ガスの水当量増加よりも、処理ガス量増加（流速増加）による蓄熱材の熱伝達率の増加の方が大きくなる蓄熱体を用いる必要がある。
【００１２】
蓄熱体における熱伝達率を向上させるには、
（１）蓄熱材の表面で生じる流れの温度境界層をできるだけ薄くし、蓄熱材高温面と低温流体（あるいは低温面と高温ガス）の距離をできるだけ小さくすること、
（２）蓄熱材壁面近傍で暖まった流体をできるだけ蓄熱材壁面近傍から移動させ、それと入れ替えに壁面から離れた場所にある冷たい流体を壁面近くに持ってくる（要するにかき混ぜる）こと、
が基本的な考えとなる。これらを実現するには、
ａ．伝熱面を微細化するとともに、
ｂ．３次元的な渦を形成させ、
ｃ．非定常流れを発生させる、
のが理想的である。
【００１３】
上記課題に対して発明者等が各種材料について試験を行った結果、メタルラス（ここでいうメタルラスは、エキスパンドメタルを含んだものである）を積層した蓄熱式熱交換器が好ましく、積層方法としては、メタルラスの菱形目の長径方向をガス流方向に合わせるとともに、ストランドの傾斜方向が交互になるように積層するか、帯状のメタルラスをアコーデオン状に折りたたみ、枠板によってパック圧を掛けて積層すればよい。
【００１４】
一般にメタルラスは鋼板に所定の配列で切り込みを入れその後、切り込み方向に対して直角方向に引っ張ることによって製作される。このメタルラスの目の詳細形状は、図１９に示すように、引っ張り方向に短径、引っ張り方向に対して直角方向に長径を持つ菱形目となる。また、ストランドで形成される開口部流路の軸は、図１９のＡ−Ａ断面である図２０に示すように、メタルラスの板に対する垂直軸に対して一方向に数十度ずれる。
【００１５】
積層する場合、メタルラスのストランドの傾斜方向を一方向にすると流れが偏る懸念があり、また流路幅が確保されないから、図２１に示すように、ストランドの傾斜方向が交互になるように積層する。また、積層したメタルラスをエレメントに束ねるには、複数の板を重ねて積層するか、あるいは帯状のメタルラスをアコーデオン状に折りたたみ、いずれの場合も枠内に充填した後パック圧を掛けて溶接等で固定する。
【００１６】
ガス流を流す方向は、積層したメタルラスに対し、図１９に示すように、エキスパンド方向に対して直角方向にかつラス目の長径方向に流す（ラス縦目流）、エキスパンド方向に流す（ラス横目流）、エキスパンドプレート面に垂直方向に流す（ラス板垂直流）の三つがある。どの方向から流しても３次元的な縦渦が形成されるが、発明者等の実験によれば、ラス縦目流の場合が最もいい効率が得られた。
【００１７】
メタルラスの積層においては、ラス板をプリーツ状やアコーデオン状に折り曲げる場合も、切断した板をそのまま重ねて行く場合も、いずれも端面を揃えて隙間の生じないように組み上げるのが望ましい。しかしながら、メタルラス板そのものの精度が出にくいことと、切断した際の頂点や端面が隣接するメタルラスと引っかかる等の現象が生じ、一旦絡み合うと位置を修復するのが極めて困難になり、結果的に局所的な隙間が発生してしまうこともある。このため、使用時にこの部分からガスがリークし、メタルラス本来の性能が発揮されない場合もある。メタルラス積層蓄熱体の性能を十分発揮させるには、積層の寸法精度、言いかえると充填精度を向上させ、流路中の局所的な隙間の発生を抑える必要がある。
【００１８】
そのためには、メタルラスに、ガス流れ方向に沿って稜線（あるいは谷線）を形成しておき、この稜線（あるいは谷線）を用いて位置決めしながら積層すればよい。すなわち、流れ方向に対して直角方向の断面形状が、くの字型かあるいは局所的な突起状の２次元形状を有するようにメタルラスをあらかじめ成形しておけばよい。また、メタルラスを、流れ方向に対して直角で、メタルラス面に対して垂直方向に１カ所以上の固定軸を貫通させて位置決め積層する構造としてもよい。
【００１９】
そのためには、図１、図２及び図９、図１０のようなメタルラス形状が適切である。すなわち、メタルラスに、ガス流れ方向に平行な方向に伸びる稜線（あるいは谷線）を形成し、この稜線（あるいは谷線）を順次重ねるようにして積層することにより、積層の精度が向上し、メタルラス端面も直線的に揃えることができる。図２は図１の矢印方向（ガス流れ方向）から見た平面図で、図１０は図９の矢印方向（ガス流れ方向）から見た平面図である。
【００２０】
この稜線や谷線の数は限定されるものではないが、精度良く積層するという目的に対しては１ヶ所で十分である。稜線の位置も中心に限定する必要は無く、片側に偏りがあっても差し支えない。また形状に関しては、稜線や谷線があれば良く、稜線や谷線に直交する断面で稜線や谷線位置のかどが多少曲率をもった形状でもよい。ただし小さな三角状や山の角度が極端に鋭角になると、その部分に隙間が生じたり充填密度が上がらないという問題も発生することがあるから、そのような形状は避けることが望ましい。
【００２１】
また、図１１、図１２のようにメタルラス蓄熱体エレメントに数カ所穿孔し、外枠に固定された軸に差込みながら積層する方法も有効である。図１２は図１１の矢印方向（ガス流れ方向）から見た平面図である。この場合、外枠と蓄熱体の間に、充填材を挿入して埋めなけらばならない空間ができないため、空間を有効に利用することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
厚さ０．２mmの鋼板を用い、メッシュの短目方向中心距離を２．１mm、長目方向中心距離を４．５mm、刻み幅０．６mmのメタルラスを製作した。刻み幅が小さいことから積層した蓄熱体は伝熱面の微細化が可能となり、目開きの流路軸はメタルラスに対して垂直軸に対して数十度の傾斜角をもっている。この結果、積層メタルラスに、図１９に示したどの方向からガスを通過させても、３次元的な縦渦が形成できる形状が得られた。
【００２３】
得られたメタルラスをストランドの傾斜方向が交互になるように、かつラス目の長手方向（菱形目の長径方向）をガス流方向に一致させて交互に積層した（ＭＬ積層体）。また、エキスパンドしていない鋼板（原鋼板）と前記メタルラスを交互に積層してＭＬ／むく板積層体を形成した。比較のために、２１０cpsi（cell/in２）のコーディエライトハニカムの蓄熱体（２１０cpsiハニカム）を用い、重量（kg/m３）、表面積（m２/m３）、熱容量（kcal/m３℃）を、２１０cpsiハニカム、ＭＬ積層体、及びＭＬ／むく板積層体について比較した。結果を図２３に示す。縦軸の数値は、２１０cpsiハニカムの値を基準にして、正規化したものである。
【００２４】
また、上記２１０cpsiハニカムと上記ＭＬ積層体について、空塔速度と熱伝達率の関係を調べた。結果を図１５に示す。
【００２５】
さらに、前記２１０cpsiハニカム、ＭＬ積層体、及びＭＬ／むく板積層体について調べた空塔速度と圧力損失の関係を、図２２に示す。
【００２６】
図２３に示すように、ＭＬ積層体からなる蓄熱体は、表面積と熱容量で２１０cpsiハニカムに劣るものの、図１５に示すように空塔速度Ｖ＝０．５〜５m/sの範囲で、熱伝達率が速度の１．３乗に比例することが分かった。ＭＬ積層体からなる蓄熱体をハニカムと同様に前記図１７に示す交番式の蓄熱熱交換器に充填し、空塔速度を定格運用条件に相当する速度から、その約２．５倍の速度に亙って変化させて試験を行った。その結果、温度効率は定格運用条件のときと殆ど変化せず定格運用条件のときの９５％以上を維持する結果が得られた（図１８参照）。このことは、処理ガス量（空塔速度）が増加した場合、ガスの水当量Ｗcは上昇するがそれ以上に蓄熱体であるＭＬ積層体の熱伝達率αが上昇してＮＴＵが増加し、若干のＷr／Ｗcの低下によっては温度効率が殆ど変化しなかったためと考えられる。
【００２７】
メタルラスとムク板を交互に積層したＭＬ／むく板積層体では、図２３に示すように、表面積や熱容量が増加することで、温度効率が改善された。しかし、ＭＬ／むく板積層体では、図２２に示すように、ＭＬ積層体に比べ、縦目流、横目流とも、圧力損失が大きくなっている。また、ＭＬ積層体、ＭＬ／むく板積層体を通じ、ＭＬ積層体のラス縦目流の場合が最も圧力損失が少ないことが示されている。２１０cpsiハニカムは、圧力損失は最小であった。
【００２８】
前記メタルラスを蓄熱体とする、図１４に示すような蓄熱熱交換器を含むＶＯＣ処理装置を構成して試験を行った。図示のＶＯＣ処理装置は、８室からなる蓄熱／触媒室と、この蓄熱／触媒室の上に配置された予熱ヒータ付ヘッダと、前記蓄熱／触媒室の下に配置された分配弁と、を含んで構成され、定格流量５ｍ３／minである。
【００２９】
分配弁は、軸線を上下方向にして配置された４重管と、この４重管の上端に接して同心状に配置された円盤状の回転弁と、この回転弁の上面に隣接して配置された固定弁と、を含んで構成されている。前記４重管の最外部の環状部分は触媒反応を終了した処理済ガスが外部に取り出される流路で、その内側の環状部分が外部から供給されたＶＯＣ含有ガスを通過させる流路、さらにその内側の環状部分がパージガスの吹き込み流路となっている。前記円盤状の回転弁には、前記環状の各流路に対応する半径方向の所定の扇状部に開口が設けられている。ＶＯＣ含有ガスを通過させる流路に対応した開口は中心角９０度の扇状開口、パージガスの吹き込み流路に対応した開口は中心角４５度の扇状開口、処理済ガスが外部に取り出される流路に対応した開口は中心角９０度の扇状開口がそれぞれ形成され、回転弁の回転方向で先頭になる方向から周方向に順に、ＶＯＣ含有ガスを通過させる流路に対応した開口、パージガスの吹き込み流路に対応した開口、処理済ガスが外部に取り出される流路に対応した開口賭成るように配置されている。
【００３０】
固定弁は、前記回転弁に対向して配置され、円周方向に等間隔に形成された８個の開口を備えたた円板と、この円板上面に前記開口位置に植立された円筒状の同じく８個のマニホールドと、前記円板の下面に十文字状に配置されて円板下面を各９０度の頂角を持つ４つの扇形に区画する仕切り板と、を含んで構成されている。
【００３１】
蓄熱／触媒室は、８室からなり、各室は断面形状が1辺１５０mmの四角で、高さ５５０mmとし、上部に高さ５０ｍｍの触媒室を設けてコーディェライト基材に貴金属（本実施の形態においてはＰt）を担持した触媒（耐熱温度５５０℃）を充填し、下部に高さ５００ｍｍの蓄熱室を設けてラス板積層蓄熱体を充填した。各蓄熱／触媒室は、それぞれその下面が前記マニホールドのどれかひとつの上端に対向するように配置されている。
蓄熱／触媒室の上部に高さ３００mmの加熱バーナ付きヘッダーを設けた。このヘッダーは、蓄熱／触媒室の上部に一つの密閉された区画を形成し、この密閉された区画は、前記８個の蓄熱／触媒室それぞれに連通している。
【００３２】
蓄熱室に充填したラス板積層蓄熱体の詳細は次の通りである。厚さ０．２mmのＳＵＳ３０４鋼板を幅５００mmの帯状長尺体のメタルラスに加工した。加工寸法は、刻み幅０．６mm、加工後の板厚さ０．８５mm、短目方向中心距離２．１mm、長目方向中心距離４．５mmである。長目方向（菱形の長径方向）が幅５００ｍｍの方向である。
【００３３】
（実施の形態１）プリーツ形
この長尺体メタルラスを１５０mm幅で交互に折り曲げ、０．５mm厚さの板で製作した１５０mm×１５０mm×５００mmLの枠にパック圧を掛けて充填して図４、図５の蓄熱体ユニットを得た。メタルラスは、メタルラスの菱形目の長径方向が図４の矢印方向になるように充填され、積層面が外枠に対向する部分はガスがリークしないように、シール剤７でシールされた。この場合、目標とする折り曲げ幅１５０mmに対して±２mm程度の誤差が生じ、充填してパック圧を掛けた状態で層内でメタルラスが局所的に湾曲し、隙間が生じている所もあった。これらの蓄熱ユニットにはこのような隙間が平均して２〜３ヶ所見受けられた。図５は、図４に示す蓄熱体ユニットを矢印方向（ガス流方向）からみた平面図である。積層方向の１５０mm内にメタルラスが１８０枚充填されており、重量は１１．４kgである。この蓄熱体ユニットを８個製作し、８室からなる蓄熱／触媒室それぞれに１個づつ充填した。
【００３４】
（実施の形態２）平板形
前記長尺体メタルラスを１５０mm幅に切断し、得られた平板短冊状のメタルラス板を、ストランドの傾斜方向が交互になるようにして厚みが１５０mmになるまで積層し、１５０mm×１５０mm×５００mmLの外枠内に充填し、図６、図７に示す蓄熱体ユニットを得た。図７は、図６に示す蓄熱体ユニットを矢印方向（ガス流方向）からみた平面図である。メタルラスの菱形目の長径方向が図６の矢印方向になるように充填し、積層面が外枠に対向する部分はシール剤７でシールした。積層の際、メタルラス同士が絡み合って端面がやや凸凹して層内で局所的に湾曲し、図８に示すように隙間が生じている所もあった。本実施の形態の蓄熱ユニットにはこのような隙間が平均して１〜２ヶ所見受けられた。この蓄熱体ユニットを８個製作し、８室からなる蓄熱／触媒室それぞれに１個づつ充填した。
【００３５】
（実施の形態３）稜線形
前記長尺体メタルラスを１６５mm幅で切断して長さ５００mmの短冊状とし、幅方向の中心軸で突起状の山（稜線）３を作って折り曲げ、投影幅が１５０mmになるように仕上げた。この中心軸に稜線を持つメタルラス２を、ストランドの傾斜方向が交互になるよう、稜線を位置決めに用いて積層しこれを１５０mm×１５０mm×５００mmLの外枠１内に積層充填し図１、図２に示す蓄熱体ユニットを得た。図２は図１に示す蓄熱体ユニットを矢印方向（ガス流方向）からみた平面図である。図示のように、稜線３はガス流の方向に平行する方向になるように形成されている。外枠と蓄熱体の間に発生した断面形状が台形と三角断面の隙間には無機繊維（本実施の形態においてはシリカ―アルミナ繊維のバルク）と無機接着剤を充填してガスが漏れないようにし、側面にはシール剤を充填して図１に示す蓄熱体ユニットを得た。板厚面から見た積層状態を図３に示す。この蓄熱体ユニットを8個製作し、８室からなる蓄熱／触媒室それぞれに1個づつ充填した。
【００３６】
（比較例）ハニカム
従来用いられている２１０cpsi（cell／in２）のコーディェライトハニカムを比較のために蓄熱体として用いた１５０mm×１５０mm×５００mmLの蓄熱体ユニットを用意した。ハニカムの孔の軸線方向がガス流れ方向になるようにハニカムを配置した。この蓄熱体ユニットを8個製作し、８室からなる蓄熱／触媒室それぞれに1個づつ充填した。
【００３７】
前記構成のＶＯＣ処理装置の蓄熱室それぞれに、上記実施の形態１〜３、及び比較例の蓄熱体ユニットを順に装着して試験を行った。得られた結果を、図１３に示す。
【００３８】
試験に際しては、パージガスを０．６ｍ３／min供給すると共に、回転弁を１rpmで回転させ、トルエン１００ppmを含有するＶＯＣガスを供給し、触媒層反応温度３５０℃に制御しながら運転した。パージガスとしては空気を用いたが、外気よりも高温の処理済のガスを再循環させてもよい。パージガスは蓄熱／触媒室を掃気してそこに残留するＶＯＣガスを加熱バーナ付きヘッダーに送り込み、ＶＯＣガスとともに、予熱されたのち、蓄熱／触媒室を経て排出される。ＶＯＣガス供給量は、３ｍ３／min、５ｍ３／min、７ｍ３／minの３段階に変え、供給されるＶＯＣガスの温度と排出されるガスの温度、及びトルエン濃度を測定した。
【００３９】
結果を図１３に示す。実施の形態１（プリーツ形），実施の形態２（平板形）はほぼ同じ結果が得られたので同じシンボル（菱形）で示してある。図１３から明らかなように、ハニカムは、流量が少ない場合は温度効率がよいが、流量が増加するにつれて温度効率が急激に低下している。これに対して、実施の形態３（稜線形）は、低流量ではハニカムと同程度の温度効率を発揮するとともに、ＶＯＣガス流量が増加しても温度効率の低下の度合がハニカムよりも少ないことが確認された。また、プリーツ形及び平板形は、流量変化に伴なう温度効率の変化はハニカムよりも少ないが、温度効率の絶対値がハニカム、稜線形のいずれよりも低くかった。これは、メタルラス板の積層に際し、板相互間の位置決めがやりにくく、一度重ねたものはずらしにくいことから、板相互間に隙間ができたためである。
【００４０】
メタルラス板に形成する位置決め用の形状としては、前記図１、図２に示す形状のほか、図９、図１０に示すような「く」の字状の形状でもよい。要はガス流れ方向に沿ってメタルラス板の全長に亙って延びる稜線（あるいは谷線）を持つような形状が、各メタルラス板の同一個所に形成されてあればよい。稜線の形状も、図示したようなはっきりした角がなくて丸みを帯びたものでも差し支えない。
【００４１】
また、図１１、図１２に示すように、各メタルラス板の同一個所に位置決め用の開口を設け、蓄熱体ユニットを構成する外枠に固定された固定軸６に挿通して積層するようにしてもよい。開口はメタルラス板の位置を決めるために２箇所とするのが望ましい。
【００４２】
なお、図１３には浄化率は示していないが、浄化率も前記温度効率とほぼ同様の傾向で、実施の形態１，２は実施の形態３に比べ、メタルラス板相互間の隙間の影響で若干低下している。
【００４３】
この結果から、同体積の２１０cpsiハニカムとメタルラスを用いた場合、メタルラスでは処理ガス量が増加した場合に温度効率の低かが少ないという利点がある。換言するとハニカムと同等の温度効率を得るにはメタルラス蓄熱体の方が少ない体積で済むことになる。
【００４４】
以上に述べた実施の形態１〜３の結果から、メタルラスに稜線を形成したり、貫通孔を設けてそれらを用いて位置決めしつつメタルラスの積層を行うことにより、そのような位置決め手段を用いないでメタルラスを積層する場合に比べ、温度効率が向上することが確認できた。
【００４５】
なお、上記各実施の形態においては、メタルラス板を蓄熱材に用いた例について説明したが、エキスパンドメタルもメタルラス板と同様の形状を有するものであり、同様に蓄熱材として使用可能である。
【００４６】
【発明の効果】
蓄熱熱交換器の蓄熱体としてメタルラス板を積層して用いることにより、通流されるガス量が変化しても、蓄熱熱交換器としての温度効率の変化を抑制することが可能となり、処理ガス量の変化に対して排ガス温度を抑えながら一定にする効果が得られる。
【００４７】
特に、ガス流れ方向に対して稜線（あるいは谷線）を形成し、積層時にこれを利用してメタルラス板相互間の位置決めを行うことにより、メタルラス板相互間に発生する隙間が低減され、温度効率の絶対値も従来にハニカムを用いたものに劣らない結果が得られた。
【００４８】
さらに、本発明のメタルラス積層の蓄熱体を触媒燃焼/蓄熱式ＶＯＣ処理装置に適用すれば、処理ガス量の変動に対して分配弁の温度上昇を抑えることができることから、装置の耐久性向上、分配弁の熱ひずみの抑制によるリーク防止が実現できる。
【００４９】
これらのＶＯＣ処理装置に限らず、本発明の蓄熱式熱交換器はガスタービンやスターリングエンジン等の再生器の比較的低い温度域に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態３のメタルラス積層蓄熱体を示す斜視図である。
【図２】図１のメタルラス積層蓄熱体を示す平面図である。
【図３】図１のメタルラス積層蓄熱体の積層状態を示す側面図である。
【図４】本発明の実施の形態１のメタルラス積層蓄熱体を示す斜視図である。
【図５】図４のメタルラス積層蓄熱体を示す平面図である。
【図６】本発明の実施の形態２のメタルラス積層蓄熱体を示す斜視図である。
【図７】図６のメタルラス積層蓄熱体を示す平面図である。
【図８】図６のメタルラス積層蓄熱体の積層状態を示す側面図である。
【図９】本発明の他の実施の形態を示す斜視図である。
【図１０】図９のメタルラス積層蓄熱体を示す平面図である。
【図１１】本発明のさらに他の実施の形態を示す斜視図である。
【図１２】図１１のメタルラス積層蓄熱体を示す平面図である。
【図１３】本発明の実施の形態と従来のセラミックハニカムの性能を比較して示すグラフである。
【図１４】本発明が適用されるＶＯＣ処理装置の構成例の概念を示す斜視図である。
【図１５】ハニカムとメタルラス蓄熱体について、空塔速度と熱伝達率の関係を比較して示すグラフである。
【図１６】ハニカムとメタルラス蓄熱体について、温度効率とＮＴＵの関係を比較して示すグラフである。
【図１７】蓄熱体の性能比較に用いた交番式の蓄熱熱交換器の概念を示す断面図である。
【図１８】２１０cpsiハニカムとメタルラス積層体について、空塔速度と温度効率の関係を比較して示すグラフである。
【図１９】メタルラス板の菱形目の詳細を示す平面図である。
【図２０】図１９のＡ−Ａ矢視断面を示す断面図である。
【図２１】メタルラス板の積層方向を示す断面図である。
【図２２】メタルラス積層体と２１０cpsiハニカムについて、空塔速度と圧力損失の関係を比較して示すグラフである。
【図２３】ＭＬ積層体とＭＬ／むく板積層体と２１０cpsiハニカムについて、単位体積当りの重量と表面積と熱容量を比較して示すグラフである。
【符号の説明】
１  外枠
２  メタルラス板
３  稜線（谷線）
４  充填材
５  谷線（稜線）
６  固定軸
７  シール材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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