JP2010025524A - リジェネレイティブバーナー - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でありながら、蓄熱体に付着したダスト類の離脱並びに除去（回収）を効率良く行うことができるリジェネレイティブバーナーを提供する。
【解決手段】多数の蓄熱体５を充填するための蓄熱室４を有するリジェネレイティブバーナー１であって、蓄熱室４内に回転可能に設けられた一本以上のシャフト８と、シャフト８に設けられたスクリュー羽根１０と、シャフト８を回転させる駆動装置１２と、蓄熱体５から離脱したダスト類を回収する回収室７と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄熱体を介してバーナーへの燃焼用空気の供給及びバーナーからの燃焼ガスの排出を行なうリジェネレイティブバーナー（蓄熱式バーナー）、特に、その蓄熱体に付着した付着物の除去に関するものである。

特開２００５−２５７２００号公報 特開平１１−１３２４４４号公報 特開平１０−１２２５５２号公報

従来から、例えば、各種工業炉において、省エネルギー化を図る観点から、燃焼した後の排ガスの熱を利用して燃焼用空気を加熱するリジェネレイティブバーナー（蓄熱式バーナー）が知られている。

リジェネレイティブバーナーは、燃焼排ガスと燃焼用空気とを交互に通過させる流路を有し、その流路中にセラミックボール等からなる蓄熱体を充填した蓄熱室を設けたもので、燃焼排ガスの持つ熱エネルギーを効率的に燃焼用空気の加熱源として回収するものである。

一般的には、１基の炉に少なくとも一対のリジェネレイティブバーナーを設置し、これを所定時間間隔で交互燃焼させている。

具体的には、燃焼側バーナーで燃焼させた燃焼排ガスを、対となる排気側バーナーで吸引して燃焼排ガスの持つ熱エネルギーを蓄熱体に貯える。

モードが切り替わると流れが逆になり、燃焼用空気が熱を貯えた蓄熱体により予熱され、燃料と混合して燃焼する。

そして、燃焼排ガスは、反対側のバーナーに吸引され内蔵した蓄熱体を加熱・蓄熱され、これが交互に繰り返される。

このようなリジェネレイティブバーナーにおいては、炉内からの燃焼排ガスが蓄熱室を通過する過程で蓄熱体に排ガスダストやスケール（以下「ダスト類」と称する）が付着して目詰まりすることにより、燃焼用空気が不足して不完全燃焼となり、燃焼率・蓄熱率の低下等の要因となってしまうという問題が生じていた。

そこで、蓄熱体を交換したり、燃焼サイクルとは別に蓄熱体に付着したダスト類を除去するための清掃用圧縮空気等を吹き付けたりする技術が知られているが、蓄熱体を交換する場合、多くの蓄熱体を排出するために無駄な労力が発生するばかりでなく、その作業のために装置を停止しなければならず、圧縮空気の吹き付けでは十分な清掃（除去）を行うことができないという問題が生じていた。

そこで、蓄熱体に付着したダスト類を除去するために、蓄熱室内で回転するシャフトを設けると共に、このシャフトに、放射状等に延びる攪拌羽根或いは突出杆を設けたり、シャフトそのものを屈曲（蛇行）させることにより、蓄熱体を攪拌しつつ、蓄熱体に付着したダスト類を除去する技術が提案されている（例えば、特許文献１乃至３参照）。

ところが、上記の如く構成されたリジェネレイティブバーナーにあっては、シャフトに、放射状等に延びる攪拌羽根や突出杆を設けたり、シャフトそのものを屈曲（蛇行）させるだけであるので、蓄熱体は蓄熱室内の元の位置付近（周辺）の狭い範囲で移動するだけであり、蓄熱体の表面からダスト類の離脱が困難であるばかりでなく、蓄熱体が固形物であるために蓄熱室の側面や底面が攪拌の際の障壁となって行き詰まってしまい、蓄熱体の攪拌に大きな動力を必要とするといった問題が生じていた。

また、シャフトは、炉内からの燃焼排ガスが蓄熱室を通過する流路方向と直行する方向（ガスが縦断する方向）に延在されているため、狭い範囲での蓄熱体しか攪拌することができないという問題が生じていた。

従って、燃焼排ガスが蓄熱室を通過する流路方向である蓄熱室の深さ（高さ）を十分に確保した場合、その深さ方向と直行する一部の蓄熱体のみが攪拌されることとなるため、蓄熱室の深さ方向で蓄熱体の経年劣化が著しく異なってしまうという問題が生じていた。

本発明が解決しようとする課題は、簡単な構成でありながら、蓄熱体に付着したダスト類の離脱並びに除去（回収）を効率良く行うことができるリジェネレイティブバーナーを提供することを目的とする。

その目的を達成するため、請求項１に記載のリジェネレイティブバーナーは、多数の蓄熱体を充填するための蓄熱室を有するリジェネレイティブバーナーであって、蓄熱室内に回転可能に設けられた１本以上のシャフトと、該シャフトに設けられたスクリュー羽根と、前記シャフトを回転させる駆動装置と、前記蓄熱体から離脱したダスト類を回収する回収室と、を備えたことを特徴とする。
請求項１に記載の発明によれば、蓄熱体の攪拌に大きな動力を必要とすることなく多数の蓄熱体を蓄熱室内の広い範囲で移動させることができ、蓄熱体の表面からダスト類の離脱を容易に行うことができるばかりでなく、蓄熱室内の多数の蓄熱体を満遍なく攪拌させることができる。

また、請求項２に記載のリジェネレイティブバーナーは、前記シャフトは、前記蓄熱室を通過する燃焼排ガスの流路方向である上下方向に沿って延びることを特徴とする。
請求項２に記載の発明によれば、蓄熱体の全てを満遍なく蓄熱室内全体を上下流路方向に沿って攪拌させることによって、攪拌に伴う相互摩擦や燃焼排ガスに直接触れること等に起因する蓄熱体の経年劣化を均一化することができ、しかも、蓄熱室内の一部の蓄熱体を頻繁に交換したり選別する必要がなく、メンテナンスの容易性を確保することができる。

請求項３に記載のリジェネレイティブバーナーは、前記回収室は、前記蓄熱室の下端よりも低い位置に配置されていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明によれば、蓄熱体の攪拌と、攪拌された蓄熱体に付着したダスト類の回収とを分離・独立させることができ、蓄熱体へのダスト類の再付着等を抑制することができる。

請求項４に記載のリジェネレイティブバーナーは、前記スクリュー羽根及び前記駆動装置は、前記シャフトの回転に伴って蓄熱体を上方空間へと押し上げる方向に螺旋方向及び回転方向が規定されていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明によれば、蓄熱体を攪拌する際の移動スペース（盛り上がりスペース）を容易に確保することができる。

請求項５に記載のリジェネレイティブバーナーは、前記シャフトが離間状態で複数本配置され、前記駆動装置の駆動によって前記複数本のシャフトが回転することを特徴とする。
請求項５に記載の発明によれば、多数の蓄熱体を同時期に満遍なく攪拌することができ、蓄熱体の経年劣化を容易に均一化することができる。なお、複数のシャフトは同時に回転させることが好ましい。

請求項６に記載のリジェネレイティブバーナーは、前記複数本のシャフトは、同方向に螺旋方向が規定された前記スクリュー羽根が設けられ且つ同方向に回転することを特徴とする。
請求項６に記載の発明によれば、同一種類のスクリュー羽根を用いて蓄熱体を攪拌することができ、部品点数の削減並びに攪拌作用の均一化に貢献することができる。

請求項７に記載のリジェネレイティブバーナーは、前記複数本のシャフトは、互いに逆方向に螺旋方向が規定された前記スクリュー羽根が設けられ且つ互いに逆方向に回転することを特徴とする。
請求項７に記載の発明によれば、複数のスクリュー羽根の相互作用によって、多数の蓄熱体の攪拌経路を長く確保することができ、蓄熱体同士の擦り合わせ等に起因するダスト類の除去効果を促進することができる。

なお、複数本のシャフトは、平行且つ等間隔に配置されていることが好ましい。その場合、多数の蓄熱体を、より確実且つ満遍なく攪拌することができる。

本発明のリジェネレイティブバーナーによれば、簡単な構成でありながら、蓄熱体に付着したダスト類の離脱並びに除去（回収）を、リジェネレイティブバーナーの機能を維持しつつ、効率良く行うことができる。

次に、本発明のリジェネレイティブバーナーに係る実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施例１）
図１は本発明のリジェネレイティブバーナーに適用されるシャフトが１本の場合の蓄熱室の縦断面図である。

図１において、リジェネレイティブバーナー１は、給気ファン及び排気ファン（共に図示せず）と連通する第１のガス出入口２と、炉内（図示せず）と連通する第２のガス出入口３とを有する。

第１のガス出入口２は、給気ファン側の切換弁２ａと、排気ファン側の切換弁２ｂとによって流路が制御され、燃焼時においては、切換弁２ａが開、切換弁２ｂが閉とされて、第１のガス出入口２から燃焼用空気を導入し、蓄熱室４を経由して燃焼ガスを第２のガス出入口３から炉内に導入する。

一方、非燃焼時（相対するリジェネレイティブバーナー）においては、切換弁２ｂが開、切換弁２ａが閉とされて、第２のガス出入口３から炉内の燃焼排ガスを吸引し、蓄熱室４を経由して第１のガス出入口２から排気ファンへと排気する。

このようにして、一対のリジェネレイティブバーナーは、交互に燃焼と非燃焼とを繰り返す。

また、第１のガス出入口２と第２のガス出入口３との間に形成されたガス流路中に配置された蓄熱室４の内部には、例えば、セラミックボールからなる多数の蓄熱体５が充填されている。また、蓄熱室４の下方には、例えば、多孔板（又は金網）６ａと円形多孔板６ｂとを備えた隔壁６によって区画された回収室７が設けられている。さらに、蓄熱室４の内部には、蓄熱室４を通過する燃焼排ガスの流路方向である上下方向に沿って延びる１本のシャフト８と、シャフト８に設けられたスクリュー羽根１０と、が設けられている。尚、蓄熱室４の外部には、シャフト８を連動して回転させる駆動装置１２が設けられている。また、円形多孔板６ｂは、スクリュー羽根１０の下方に位置している。

シャフト８の下端には，例えば、スプロケット（プーリ又はギヤ等でも良い）１３が設けられており、駆動装置１２の動力をチェーン（ベルト又はギヤ等でも良い）１４を介して伝達することによって、シャフト８が所定方向に回転する。

この際、シャフト８は、スクリュー羽根１０の螺旋方向に応じて蓄熱体５を蓄熱室４内の上方へと押し上げることによって、蓄熱体５の全体を蓄熱室４内で攪拌（図の矢印参照）する方向に回転する。

上記の構成において、駆動装置１２は、常時、若しくは必要に応じて選択的又は自動的に駆動し、この駆動によってシャフト８が所定方向に回転すると同時にスクリュー羽根１０を一体に回転させる。

この際、シャフト８の回転方向とスクリュー羽根１０の螺旋方向とによって、スクリュー羽根１０の周辺近傍の蓄熱体５が、蓄熱室４の上方（空間）側へと向けて押し上げられる。また、これと同時に、スクリュー羽根１０の周辺近傍から離れた蓄熱体５が蓄熱室４の下方へと自然下降することにより、蓄熱室４の内部全体の蓄熱体５が攪拌されることとなる。

このスクリュー羽根１０によって押し上げられた蓄熱体５によって、蓄熱室４の上方にもともと存在していた蓄熱体５は、押し上げられた蓄熱体５と同量の蓄熱体５が、スクリュー羽根１０と蓄熱室４を構成する側面との間から下方へと自然落下するように移動し、蓄熱室４内の蓄熱体５が全体的に上下方向に攪拌されることとなる。

また、この蓄熱体５の攪拌に伴い、蓄熱体５は、スクリュー羽根１０及び蓄熱体５が互いに擦り合い、表面に付着したダスト類が離脱される。

さらに、この離脱されたダスト類の付着物は、細粒であることから、燃焼ガスと共に各多孔板６ａ，６ｂを経て回収室７へと導かれ、その回収室７と連通する排出口等から回収することができる。

さらに、蓄熱体５は、その全てが満遍なく蓄熱室４の全体を上下に、即ち、燃焼排ガスの流路方向に沿って攪拌されるため、例えば、攪拌に伴う相互摩擦や、燃焼排ガスに直接触れる（高温化）こと等に起因する経年劣化の均一化を図ることができる。

従って、蓄熱体５の回収や交換は、その全体を同時期に行うことができるため、劣化の激しいものと劣化の少ないものとが混在しているような、部分的な回収・交換といった不確定要素の大きい無駄な作業を不要とし得て、よって、作業コスト並びに備品コストの高騰を抑制することができる。

（実施例２）
図２は本発明のリジェネレイティブバーナーに適用されるシャフトが複数本の場合の蓄熱室の縦断面図である。

図２において、リジェネレイティブバーナー１は、給気ファン及び排気ファン（共に図示せず）と連通する第１のガス出入口２と、炉内（図示せず）と連通する第２のガス出入口３とを有する。

第１のガス出入口２は、給気ファン側の切換弁２ａと、排気ファン側の切換弁２ｂとによって流路が制御され、燃焼時においては、切換弁２ａが開、切換弁２ｂが閉とされて、第１のガス出入口２から燃焼用空気を導入し、蓄熱室４を経由して燃焼ガスを第２のガス出入口３から炉内に導入する。

一方、非燃焼時（相対するリジェネレイティブバーナー）においては、切換弁２ｂが開、切換弁２ａが閉とされて、第２のガス出入口３から炉内の燃焼排ガスを吸引し、蓄熱室４を経由して第１のガス出入口２から排気ファンへと排気する。

このようにして、一対のリジェネレイティブバーナーは、交互に燃焼と非燃焼とを繰り返す。

また、第１のガス出入口２と第２のガス出入口３との間に形成されたガス流路中に配置された蓄熱室４の内部には、例えば、セラミックボールからなる多数の蓄熱体５が充填されている。また、蓄熱室４の下方には、例えば、多孔板（又は金網）６ａと円形多孔板６ｂとを備えた隔壁６によって区画された回収室７が設けられている。さらに、蓄熱室４の内部には、蓄熱室４を通過する燃焼排ガスの流路方向である上下方向に沿って延びる複数（２本）のシャフト８，９と、シャフト８，９に設けられたスクリュー羽根１０，１１と、が設けられている。尚、蓄熱室４の外部には、上記実施例１と同様に、シャフト８を連動して回転させる駆動装置（図示せず）が設けられている。また、円形多孔板６ｂは、スクリュー羽根１０，１１の各下方に位置している。

シャフト８、９の下端には，例えば、スプロケット（プーリ又はギヤ等でも良い）１３が設けられており、駆動装置の動力をチェーン（ベルト又はギヤ等でも良い）１４を介して伝達することによって、シャフト８，９が所定方向に回転する。

この際、シャフト８，９は、スクリュー羽根１０，１１の螺旋方向に応じて蓄熱体５を蓄熱室４内の上方へと押し上げることによって、蓄熱体５の全体を蓄熱室４内で攪拌（図の矢印参照）する方向に回転する。

従って、各シャフト８，９に設けられたスクリュー羽根１０，１１は、本実施例においては、互いに同方向に螺旋方向が設定されている。

尚、例えば、図３に示すように、駆動装置の動力伝達系統を独立又は互いに逆方向（例えば、背面駆動など）として各シャフト８，９の回転方向を互いに逆方向とすると共に、スクリュー羽根１０，１１の螺旋方向を変えることによって、結果的に蓄熱体５を蓄熱質４の上方に向けて押し上げることができれば、その動力系統等は任意に設定することができる。

また、本実施の形態においては、蓄熱体５に付着したダスト類の回収の容易性を考慮して、シャフト８，９は上下方向に沿って延び、回収室７は蓄熱室の下部に配置されている。

これにより、回収室７の底面と面一の底面を有する回収口１５を回収室７と連通して設けることにより、回収室７に回収したダスト類の処分を容易に行うことができる。尚、この回収口１５は、実施例１に示した回収室７においても同様の構成のものが設置されている。

上記の構成において、駆動装置は、常時、若しくは必要に応じて選択的又は自動的に駆動し、この駆動によってシャフト８，９が所定方向に回転すると同時にスクリュー羽根１０，１１を一体に回転させる。

この際、シャフト８，９の回転方向とスクリュー羽根１０，１１の螺旋方向とによって、スクリュー羽根１０，１１の周辺近傍の蓄熱体５が、蓄熱室４の上方（空間）側へと向けて押し上げられる。また、これと同時に、スクリュー羽根１０，１１の周辺近傍から離れた蓄熱体５が蓄熱室４の下方へと自然下降することにより、蓄熱室４の内部全体の蓄熱体５が攪拌されることとなる。

このスクリュー羽根１０，１１によって押し上げられた蓄熱体５によって、蓄熱室４の上方にもともと存在していた蓄熱体５は、押し上げられた蓄熱体５と同量の蓄熱体５が、スクリュー羽根１０，１１と蓄熱室４を構成する側面との間、並びに、各スクリュー羽根１０，１１の間から下方へと自然落下するように移動し、蓄熱室４内の蓄熱体５が全体的に上下方向に攪拌されることとなる。

また、この蓄熱体５の攪拌に伴い、蓄熱体５は、スクリュー羽根１０，１１及び蓄熱体５が互いに擦り合い、表面に付着したダスト類が離脱される。

さらに、この離脱されたダスト類の付着物は、細粒であることから、燃焼ガスと共に各多孔板６ａ，６ｂを経て回収室７へと導かれ、その回収室７と連通する排出口１5から回収することができる。

さらに、蓄熱体５は、その全てが満遍なく蓄熱室４の全体を上下に、即ち、燃焼排ガスの流路方向に沿って攪拌されるため、例えば、攪拌に伴う相互摩擦や、燃焼排ガスに直接触れる（高温化）こと等に起因する経年劣化の均一化を図ることができる。

従って、蓄熱体５の回収や交換は、その全体を同時期に行うことができるため、劣化の激しいものと劣化の少ないものとが混在しているような、部分的な回収・交換といった不確定要素の大きい無駄な作業を不要とし得て、よって、作業コスト並びに備品コストの高騰を抑制することができる。

本発明の実施例に係るリジェネレイティブバーナーに適用されるシャフトが１本の場合の蓄熱室の縦断面図である。 本発明の実施例に係るリジェネレイティブバーナーに適用されるシャフトが複数（２本）の場合の蓄熱室の縦断面図である。 本発明の実施例に係るリジェネレイティブバーナーに適用されるシャフトが複数（２本）でスクリュー羽根の螺旋方向が逆の場合の蓄熱室の縦断面図である。

符号の説明

１…リジェネレイティブバーナー
２…第１のガス出入口
２ａ…切換弁
２ｂ…切換弁
３…第２のガス出入口
４…蓄熱室
５…蓄熱体
６…隔壁
６ａ…多孔板（金網）
６ｂ…円形多孔板
７…回収室
８…シャフト
９…シャフト
１０…スクリュー羽根
１１…スクリュー羽根
１２…駆動装置
１３…スプロケット（又はプーリ、ギヤ）
１４…チェーン（又は、ベルト、ギヤ）
１５…回収口

Claims (7)

1. 多数の蓄熱体を充填するための蓄熱室を有するリジェネレイティブバーナーであって、
   蓄熱室内に回転可能に設けられた１本以上のシャフトと、該シャフトに設けられたスクリュー羽根と、前記シャフトを回転させる駆動装置と、前記蓄熱体から離脱したダスト類を回収する回収室と、を備えたことを特徴とするリジェネレイティブバーナー。
2. 前記シャフトは、前記蓄熱室を通過する燃焼排ガスの流路方向である上下方向に沿って延びることを特徴とする請求項１に記載のリジェネレイティブバーナー。
3. 前記回収室は、前記蓄熱室の下端よりも低い位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のリジェネレイティブバーナー。
4. 前記スクリュー羽根及び前記駆動装置は、前記シャフトの回転に伴って蓄熱体を上方空間へと押し上げる方向に螺旋方向及び回転方向が規定されていることを特徴とする請求項３に記載のリジェネレイティブバーナー。
5. 前記シャフトが離間状態で複数本配置され、前記駆動装置の駆動によって前記複数本のシャフトが回転することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のリジェネレイティブバーナー。
6. 前記複数のシャフトは、同方向に螺旋方向が規定された前記スクリュー羽根が設けられ且つ同方向に回転することを特徴とする請求項５に記載のリジェネレイティブバーナー。
7. 前記複数のシャフトは、互いに逆方向に螺旋方向が規定された前記スクリュー羽根が設けられ且つ互いに逆方向に回転することを特徴とする請求項５に記載のリジェネレイティブバーナー。

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