JP5450869B1 - 蓄熱式バーナの蓄熱部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】施工が容易であって、短時間でかつ安価に製作することが可能であり、またコンパクトな形態であって省スペースで設置することが可能な蓄熱式バーナの蓄熱部構造を提供する。
【解決手段】燃焼用空気と排ガスが交互に流通するバーナ用ガス通路１に、排ガスから熱を回収し、回収した熱で燃焼用空気を加熱する球状蓄熱材３を収容したケーシング４を設けた蓄熱式バーナの蓄熱部構造において、ケーシングに、蓄熱材に燃焼用空気や排ガスが流通する中央領域ＣＡを形成するとともに、中央領域の周囲を取り囲む配置で、ケーシングの内面９ａ側付近の蓄熱材に燃焼用空気や排ガスが流通するのを妨げる外周領域ＯＡを形成する突出壁１４を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼用空気と排ガスが交互に流通するバーナ用ガス通路に、排ガスから熱を回収し、回収した熱で燃焼用空気を加熱する蓄熱材を備えた蓄熱式バーナの蓄熱部構造に関する。

たとえば、特許文献１の「リジェネレイティブバーナにおける燃料の予熱機構」は、リジェネレイティブバーナにおいて、燃料供給源から燃料噴出部に至る燃料経路を、蓄熱体による蓄熱部に構成した熱交換部を経由させる構成とし、燃料供給源からの燃料を、蓄熱部の熱交換部により予熱した後、燃料噴出部から噴出させる構成としている。

また、特許文献２の「蓄熱装置及び蓄熱式バーナ」は、加熱炉の熱変換効率を改善するために用いられる蓄熱装置であり、蓄熱体が収納された蓄熱体収容容器の排ガス入り側空間に障壁ブロックを備え、且つ、排ガス出側空間に空気供給ノズルを備えており、障壁プロックにより燃焼排ガスを分散して蓄熱体に供給するとともに、空気供給ノズルによって部分的に集中して燃焼用空気を蓄熱体に供給するようにしている。

特開２０００−９７４２７号公報 特開平９−１７８１６２号公報

蓄熱式バーナの燃焼火炎で加熱される炉内は約１３００度もの高温になる。蓄熱部は、炉内からの高温の排ガスを吸引する。このため、蓄熱部は、炉内と同様に耐火性を備えるべく、蓄熱部内に収容した蓄熱材の外側を、排ガスの温度に耐え得る十分な厚みの耐火物で覆う必要がある。

一般的な不定形耐火物で蓄熱材を覆う場合には、型組み、耐火物の流し込み、乾燥など、複数の工程が必要であると共に作業が煩雑であり、従って、施工時間がかかると同時に、作業費用も嵩むという課題がある。また、耐火物は、排ガスの温度に耐え得る十分な厚みが必要であるため、蓄熱部のサイズが大きくなり、広い設置スペースが必要になるという課題がある。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、施工が容易であって、短時間でかつ安価に製作することが可能であり、またコンパクトな形態であって省スペースで設置することが可能な蓄熱式バーナの蓄熱部構造を提供することを目的とする。

本発明にかかる蓄熱式バーナの蓄熱部構造は、燃焼用空気と排ガスが交互に流通するバーナ用ガス通路に、排ガスから熱を回収し、回収した熱で燃焼用空気を加熱する蓄熱材を収容したケーシングを設けた蓄熱式バーナの蓄熱部構造において、上記ケーシングに、上記蓄熱材に燃焼用空気や排ガスが流通する中央領域を形成するとともに、該中央領域の周囲を取り囲む配置で、該ケーシングの内面側付近の該蓄熱材に燃焼用空気や排ガスが流通するのを妨げる外周領域を形成する閉塞部材を設け、前記蓄熱材は、前記ケーシング内部に充填される多数の球体であり、前記閉塞部材は、上記ケーシングの内面から該ケーシングの内方へ突出される複数の環状形態の突出壁であって、該ケーシングの両端部の該突出壁が前記バーナ用ガス通路に連通する開口部を形成し、該ケーシング両端部の上記開口部の間で該突出壁が上記球体の移動を規制して上記外周領域に保持するために該球体の外形寸法よりも広い間隔で互いに隔てられることを特徴とする。

本発明にかかる蓄熱式バーナの蓄熱部構造にあっては、施工が容易であって、短時間でかつ安価に製作することができると共に、コンパクトな形態であって省スペースで設置することができる。具体的には、燃焼用空気及び排ガスは、突出壁で形成される開口部と突出壁で形成される開口部とを両端とする中央領域を流通する。中央領域の周囲を取り囲む配置で形成される外周領域では、互いに隣り合う突出壁間に一旦燃焼用空気や排ガスが入り込むと圧力が安定するので、その後は、外周領域における燃焼用空気や排ガスの流通が妨げられる。このため、外周領域では、突出壁によって各突出壁間に保持された蓄熱材、すなわち、ケーシングの内面側付近の蓄熱材間には燃焼用空気や排ガスが回り込まない。このように、ケーシング内に設けた突出壁により、外周領域に燃焼用空気及び排ガスが流通しないので、突出壁間に充填された蓄熱材を断熱材として機能させることができる。特に、ケーシングの内面からケーシングの内方へ突出させて複数の突出壁を設けたので、球状蓄熱材の移動を規制できると共に、外周領域における燃焼用空気及び排ガスの流通を阻止することができ、ケーシングの内面側付近の温度上昇を抑えることができる。

本発明に係る蓄熱式バーナの蓄熱部構造の好適な一実施形態を示す縦断面図である。 図１に示した蓄熱式バーナの蓄熱部構造における蓄熱部に球状蓄熱材が充填された様子を示す一部拡大斜視図である。 本発明に係る蓄熱式バーナの蓄熱部構造の変形例を示す縦断面図である。 図３に示した蓄熱式バーナの蓄熱部構造における蓄熱部にハニカム状のブロック体で構成した蓄熱材を設けた様子を示す一部拡大斜視図である。 本発明に係る蓄熱式バーナの蓄熱部構造の他の変形例を示す縦断面図である。 本発明に係る蓄熱式バーナの蓄熱部構造のさらに他の変形例を示す縦断面図である。 本発明に係る蓄熱式バーナの蓄熱部構造のさらに他の変形例を示す縦断面図である。 本発明に係る蓄熱式バーナの蓄熱部構造のさらに他の変形例を示す縦断面図である。

以下に、本発明にかかる蓄熱式バーナの蓄熱部構造の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る蓄熱式バーナの蓄熱部構造の縦断面図である。本実施形態に係る蓄熱式バーナの蓄熱部構造は、蓄熱式バーナＢに設けられて炉内と炉外とを連通するバーナ用ガス通路１に設備され、燃料と混合されて炉内で燃焼火炎を生成する燃焼用空気と、炉内から排出される排ガスとが交互に流通する蓄熱部２に備えられる。蓄熱部２は、炉内から排出される排ガスから熱を回収し、回収した熱で燃焼用空気を加熱する球体状をなす蓄熱材(以下、球状蓄熱材という)３がケーシング４内に収容されて構成される。

蓄熱部２は、図１に示すように、炉に接続される蓄熱式バーナＢのバーナ用ガス通路１の一部を形成する連結管部５に接合されるケーシング４と、ケーシング４内に充填された多数の球状蓄熱材３と、多数の孔が形成され、ガスの流通を確保しつつ多数の球状蓄熱材３をケーシング４内部に保持する耐熱性のグレーチング６とを備える。グレーチング６が有する多数の孔は、各々球状蓄熱材３の外形寸法より小さい。

連結管部５は、炉と同様の不定形耐火物を用いてバーナ用ガス通路１を形成している。連結管部５には、外部からバーナ用ガス通路１に燃料を供給するための燃料供給口７が設けられる。連結管部５の、不定形耐火物にて形成された通路形成部８は、炉から排出される高温の排ガスの温度に耐え得るように十分に厚く形成され、その端部は、下方に向かって開放されている。燃料供給口７の位置は一例であって、燃料供給口７をその他の位置に設けても良いことはもちろんである。

ケーシング４は、鋼板で形成される。ケーシング４は、連結管部５の下方に向かって開放された端部に接合される。ケーシング４は、周壁部９とその下端を閉塞する閉止壁部（図示では、底部）１０とを有する。

ケーシング４内は、水平面を形成するように周壁部９に固定されたグレーチング６により上下に仕切られている。グレーチング６の上側には、蓄熱材３が収容される蓄熱材収容部１１が形成され、グレーチング６の下側には、空洞のチャンバー１２が形成される。グレーチング６は、閉止壁部（底部）１０から燃焼用空気及び排ガスの流通に適した空間を隔てた高さ位置に配置されている。チャンバー１２を形成する周壁部９には、水平方向に突出させて、チャンバー１２内とケーシング４の外とを接続して、バーナ用ガス通路１を構成する吸排気管部１３が設けられる。

ケーシング４の、蓄熱材収容部１１を構成する部位には、周壁部９の内面９ａからケーシング４の内方へ突出され、上下方向に互いに間隔を隔てて配置された複数の突出壁１４が設けられる。

図２は、蓄熱部２に球状蓄熱材３が充填された様子を示す一部拡大斜視図である。本実施形態においては、４枚の突出壁１４が形成されている。図２では、そのうちの２枚の突出壁１４が示されている。各突出壁１４は、図２に示すように、周壁部９の内方における中央領域ＣＡを取り囲むように環状形態の棚状に形成されている。

４枚の突出壁１４のうち、最も下に位置する突出壁１４には、下方からグレーチング６が当接される。最も上に位置する突出壁１４は、周壁部９の上縁に設けられる。最上の突出壁１４と最下の突出壁１４との間に、２枚の突出壁１４がほぼ等しい間隔で配置される。各突出壁１４同士の間の間隔は、球状蓄熱材３の外形寸法より広く設定される。

突出壁１４の枚数は、最上の突出壁１４と最下の突出壁１４を含んだ枚数である。突出壁１４の形状は、板状のものに限られず、同様の役割を果たすものであれば、どのような形態であってもよい。

蓄熱部２は、連結管部５の通路形成部８の下方に向かって開放された端部に、外周フランジ１９を介して、ケーシング４の最上の突出壁１４が当接した状態で連結される。連結管部５に連結されたケーシング４の蓄熱材収容部１１には、上方からグレーチング６上に多数の球状蓄熱材３が充填されて収容される。蓄熱材３は、突出壁１４間の空間から中央領域ＣＡまでの全体に万遍なく充填される。充填された球状蓄熱材３は、４枚の突出壁１４により移動が規制されるので、上下に位置する突出壁１４間に球状蓄熱材３がより確実に保持される。

連結管部５と吸排気管部１３との間を流通する燃焼用空気及び排ガスは、最下の突出壁１４で形成される下部開口１５と、最上の突出壁１４で形成される上部開口１６とを両端とする蓄熱材収容部１１内の中央領域ＣＡを流通する（図中、ガス流通方向で示す）。一方、中央領域ＣＡの外側に、中央領域ＣＡの周囲を取り囲む配置で形成される外周領域ＯＡでは、互いに隣り合う突出壁１４間に一旦燃焼用空気や排ガスが入り込むと圧力が安定するので、その後は、外周領域ＯＡにおける燃焼用空気や排ガスの流通が妨げられる。このため、外周領域ＯＡでは、突出壁１４によって各突出壁１４間に保持された蓄熱材３、すなわち、ケーシング４の内面９ａ側付近の蓄熱材３間には燃焼用空気や排ガスが回り込まない。このため、外周領域ＯＡの蓄熱材３及びケーシング４は高温に加熱されることがない。外周領域ＯＡへの燃焼用空気や排ガスの流通を妨げる突出壁１４が閉塞部材に相当する。

本実施形態にかかる蓄熱式バーナの蓄熱部構造によれば、ケーシング４内に設けた突出壁１４により、外周領域ＯＡに燃焼用空気及び排ガスが流通しないので、突出壁１４間に充填された蓄熱材３を断熱材として機能させることができる。特に、周壁部９の内面９ａ側に複数の突出壁１４を設けたので、球状蓄熱材３の移動を規制できると共に、外周領域ＯＡにおける燃焼用空気及び排ガスの流通を阻止することができ、ケーシング４の内面９ａ側付近の温度上昇を抑えることができる。

外周領域ＯＡ及びケーシング４が高温にならないので、不定形耐火物を用いることなく、不定形耐火物と比較して軽量でコンパクトな鋼製のケーシング４を用いて蓄熱部２を形成することができる。すなわち、不定形耐火物を用いる場合には、型組み、耐火物の流し込み、乾燥など、多くの工程が必要であるとともに作業が煩雑であり、施工時間がかかり作業費用が嵩むが、本実施形態の蓄熱式バーナの蓄熱部構造によれば、耐火物を用いないので、施工が容易であって、短時間でかつ安価に製作することができると共に、コンパクトな形態であって省スペースで設置することができる。

中央領域ＣＡの周囲を取り囲む配置で、ケーシング４の内面９ａ側付近の球状蓄熱材３に燃焼用空気や排ガスが流通するのを妨げる外周領域ＯＡを形成する突出壁１４（閉塞部材）を備えるようにした本実施形態の構成は、上記特許文献１及び２には何らの開示も示唆も全くなく、本実施形態は、これら特許文献１及び２のいずれによっても得ることのできない有利な作用効果を奏する。

また、燃焼用空気及び排ガスが流通する中央領域ＣＡと同じ球状蓄熱材３を、燃焼用空気及び排ガスが流通しない外周領域ＯＡに充填して、ケーシング４の周壁部９近傍を断熱したので、より施工及び部材管理が容易であり、コストも抑えることができる。

上記実施形態においては、蓄熱材として、球体状をなす蓄熱材３を用いる例について説明したが、これに限るものではない。図３及び図４には、変形例が示されている。図３は、ハニカム状のブロック体でなる蓄熱材を用いた蓄熱部を示す縦断面図である。図３に示すように、蓄熱材としては、燃焼用空気や排ガスが流通する方向に沿い断面がハニカム状をなす多数の通孔１７ａを有するハニカム状のブロック体でなる蓄熱材（以下、ハニカム蓄熱材という）１７を用いても良い。

ハニカム蓄熱材１７を用いる場合には、グレーチング６を用いることなく、最上・最下の２枚の突出壁１４間にハニカム蓄熱材１７を配置すればよい。図４は、蓄熱部２にハニカム蓄熱材１７を備えた状態を示す図である。この場合には、ハニカム蓄熱材１７の、燃焼用空気や排ガスが流通する方向（ガス流通方向で示す）における両端部で、図４に示すように外周領域ＯＡに位置する通孔１７ａが上下２枚の突出壁１４により閉塞されるので、外周領域ＯＡに燃焼用空気や排ガスは流通しない。このため、ハニカム蓄熱材１７が有する、ケーシング４の内面９ａ側付近にて閉塞された通孔１７ａが空気断熱層を形成するので、外周領域ＯＡのハニカム蓄熱材１７及びケーシング４が高温に加熱されることを防止できる。

図５及び図６は、さらに他の変形例を示している。図５は、球状蓄熱材を用い、燃焼用空気等が水平方向に流通する蓄熱部を示す縦断面図である。図６は、ハニカム蓄熱材を用い、燃焼用空気等が水平方向に流通する蓄熱部を示す縦断面図である。

上記実施形態においては、燃焼用空気及び排ガスが上下方向に流通する場合について説明したが、図５及び図６に示すように、バーナ用ガス通路１から吸排気管部１３にわたって水平方向に燃焼用空気及び排ガスが流通するように、蓄熱部２を水平配置しても良い。このとき、蓄熱材として球状蓄熱材３を用いる場合には、炉側（図中、右側）の開口にもグレーチング１８を備えることが望ましい。

炉側の開口に設置するこのグレーチング１８も、耐熱性を有し、球状蓄熱材３の外径寸法より小さい孔が多数形成されている。

また、球状蓄熱材３を用いる場合には、上下縦向きにしたケーシング４内に球状蓄熱材３を充填した後に、水平横向きに向けて取り付けることが望ましい。しかしながら、これに限らず、ケーシング４を水平横向きに置いたときに上向きに開口する充填用開口を形成しておき、この充填用開口から球状蓄熱材３をケーシング４内に落とし込んで充填するようにしてもよい。このケーシング４を鉛直縦向きに設置できることは、上記実施形態（図１参照）で説明した通りである。

図７には、さらに他の変形例が示されている。図７は、この変形例に係る蓄熱式バーナの蓄熱部構造の縦断面図である。この変形例は、ケーシング４に、最上の突出壁１４と最下の突出壁１４だけを設けた場合である。このような変形例であっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

図８には、さらに他の変形例が示されている。図８は、この変形例に係る蓄熱式バーナの蓄熱部構造の縦断面図である。この変形例では、ケーシング４に、閉鎖部材としての突出壁１４を設けていない。

ケーシング４には、上記実施形態と同様に、当該ケーシング４内へ燃焼用空気や排ガスを流入させる上部開口１６及び下部開口１５が設けられている。この変形例では、ケーシング４のこれら上部開口１６及び下部開口１５の周辺部位に、これら開口１５，１６の口径を狭める封鎖部が設けられる。

図示例では、上部開口１６の封鎖部は、バーナ用ガス通路１を形成する、厚さを有する通路形成部８を、ケーシング４の上部開口１６の周辺部位に接合することで形成される。具体的には、厚さを有する通路形成部８の端部８ａが、ケーシング４の上部開口１６の口縁部分を周方向に沿って塞いで、上部開口１６の口径を狭める。他方、下部開口１５の封鎖部は、ケーシング４の下方に位置するグレーチング６の上端位置で、ケーシング４の下部開口１５の口縁部分を周方向に沿って塞いで、下部開口１５の口径を狭める環状の蓋２０で形成される。

これら封鎖部は、上記実施形態の突出壁と同様の役割を果たす。すなわち、封鎖部としての通路形成部８及び蓋２０は、ケーシング４内に、球状蓄熱材３に燃焼用空気や排ガスが流通する中央領域ＣＡを形成するとともに、中央領域ＣＡの周囲を取り囲む配置で、ケーシング４の内面側付近の球状蓄熱材３に燃焼用空気や排ガスが流通するのを妨げる外周領域ＯＡを形成する。

このような変形例であっても、外周領域ＯＡに燃焼用空気及び排ガスが流通しないので、通路形成部８の端部８ａと環状の蓋２０との間に充填された蓄熱材３を断熱材として機能させることができ、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。この変形例では、ケーシング４に突出壁を設ける必要がないので、上記実施形態よりもさらに、施工が容易であって、短時間でかつ安価に製作することができると共に、コンパクトな形態であって省スペースで設置することができる。

これら図７及び図８に示した変形例を、ハニカム蓄熱材１７に適用し得ることはもちろんである。

１ バーナ用ガス通路
２ 蓄熱部
３ 球状蓄熱材
４ ケーシング
５ 連結管部
６ グレーチング
７ 燃料供給口
８ 通路形成部
８ａ 通路形成部の端部（封鎖部）
９ 周壁部
９ａ 周壁部内面
１０ 閉止壁部（底部）
１１ 蓄熱材収容部
１２ チャンバー
１３ 吸排気管部
１４ 突出壁（閉塞部材）
１５ 下部開口
１６ 上部開口
１７ ハニカム状のブロック体でなる蓄熱材
１７ａ 通孔
１８ グレーチング
１９ 外周フランジ
２０ 蓋（封鎖部）
Ｂ 蓄熱式バーナ
ＣＡ 中央領域
ＯＡ 外周領域

Claims (1)

1. 燃焼用空気と排ガスが交互に流通するバーナ用ガス通路に、排ガスから熱を回収し、回収した熱で燃焼用空気を加熱する蓄熱材を収容したケーシングを設けた蓄熱式バーナの蓄熱部構造において、
   上記ケーシングに、上記蓄熱材に燃焼用空気や排ガスが流通する中央領域を形成するとともに、該中央領域の周囲を取り囲む配置で、該ケーシングの内面側付近の該蓄熱材に燃焼用空気や排ガスが流通するのを妨げる外周領域を形成する閉塞部材を設け、
   前記蓄熱材は、前記ケーシング内部に充填される多数の球体であり、
   前記閉塞部材は、上記ケーシングの内面から該ケーシングの内方へ突出される複数の環状形態の突出壁であって、該ケーシングの両端部の該突出壁が前記バーナ用ガス通路に連通する開口部を形成し、該ケーシング両端部の上記開口部の間で該突出壁が上記球体の移動を規制して上記外周領域に保持するために該球体の外形寸法よりも広い間隔で互いに隔てられることを特徴とする蓄熱式バーナの蓄熱部構造。

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