JP2012193946A - Air preheating device and exhaust air recirculating device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an air preheating device and an exhaust air recirculating device using the same, enabling high-efficiency heat exchange by applying a ceramic honeycomb structure in an element.SOLUTION: The element 7 of a heat exchanger 4 of the air preheating device is configured by arranging a number of cells formed to have a rectangular cross-section by ceramic partitions, on a grid. Exhaust air cell arrays 70A to which exhaust air is guided and air cell arrays 70B to which the air is guided are alternately arranged in the longitudinal direction or transverse direction of the grid. An uncooled exhaust air introducing path 2a is connected to openings of the exhaust air cell arrays at one end side of the element. A preheated air discharging path 8 is connected to openings of the air cell arrays at one end side. A cooled exhaust air discharging path 40 is connected to openings of the exhaust air cell arrays at the other end side. An unpreheated air introducing path 15 is connected to openings of the air cell arrays at the other end side.

Description

本発明は、熱処理炉などのバーナに適用する排熱回収型の空気予熱装置、特に、燃料を空気によって燃焼させるバーナからの燃焼気を加熱に用いた後の排気と、前記バーナに導入する空気とを熱交換することにより、該排気の持つ熱を回収する熱交換器を備える、空気予熱装置の構造に関する。より詳しくは、熱交換器に高耐熱材料を用いることによって高温の炉でも無駄なく排熱を回収し、さらに、空気予熱装置の熱交換器に微細構造のエレメントを用いることによってコンパクト化した、空気予熱装置および排気再循環装置に関する。   The present invention relates to an exhaust heat recovery type air preheating device applied to a burner such as a heat treatment furnace, and more particularly, exhaust after using combustion air from a burner that burns fuel by air for heating, and air introduced into the burner It is related with the structure of an air preheating apparatus provided with the heat exchanger which collect | recovers the heat | fever which this exhaust_gas | exhaustion carries out heat exchange. More specifically, exhaust heat can be recovered without waste even in a high-temperature furnace by using a high heat-resistant material for the heat exchanger, and further, the air can be made compact by using a fine structure element for the heat exchanger of the air preheating device. The present invention relates to a preheating device and an exhaust gas recirculation device.

一般的に、空気予熱装置における熱交換器の性能は、熱交換する流体に接する伝熱面の面積と、その伝熱面積における熱伝達率との積によって定まり、その積が大きいほど効率の高い熱交換器となる。また、熱交換器を構成するエレメントの単位体積当たりの伝熱面積は、該エレメントの代表寸法に略反比例し、同様に、伝熱面の熱伝達率は、ヌセルト数を一定と近似すると、前記代表寸法に反比例するため、前記の積は、エレメントの代表寸法の略２乗に反比例することになる。そのため、コンパクトかつ高性能な空気予熱器の構造としては、代表寸法の小さい微細構造のエレメントを用いることが、重要な要件となる。
ここで、流れに平行な方向に均一と見なせ、それに直交する方向に比べて十分に長い流路においては、その代表寸法として下式で定義される水力等価直径deを取るのが一般的である。

Figure 2012193946
流路の形状の例として、断面形状が円の場合には、その水力等価直径は、円の直径となり、正方形の場合は、その水力等価直径は、対辺距離と等しく、また、隙間に比べて十分に幅の広い平行な隙間の場合は、その水力等価直径は、その隙間の２倍の値となる。
ここで、ヌセルト数Ｎｕは、熱伝達率αと流体の熱伝導率λと前記deとによって、下式で定義される値である。
Figure 2012193946
ヌセルト数Ｎｕは、特に流れが層流の場合には、流路の断面形状に応じて理論的に定まり、円断面の場合には3.66、正方形断面の場合には2.97、平行な隙間の場合には、7.54である。 In general, the performance of a heat exchanger in an air preheater is determined by the product of the area of the heat transfer surface in contact with the fluid to be heat exchanged and the heat transfer coefficient in the heat transfer area, and the higher the product, the higher the efficiency. It becomes a heat exchanger. In addition, the heat transfer area per unit volume of the element constituting the heat exchanger is substantially inversely proportional to the representative dimension of the element. Similarly, the heat transfer coefficient of the heat transfer surface approximates that the Nusselt number is constant, Since it is inversely proportional to the representative dimension, the product is inversely proportional to the square of the representative dimension of the element. Therefore, as a structure of a compact and high-performance air preheater, it is an important requirement to use an element having a fine structure with a small representative dimension.
Here, uniform and regarded in a direction parallel to the flow, in a sufficiently long flow path than in the direction perpendicular thereto, generally take the hydraulic equivalent diameter d e is defined by the following equation as a typical dimension It is.
Figure 2012193946
As an example of the shape of the flow path, when the cross-sectional shape is a circle, the hydraulic equivalent diameter is the diameter of the circle, and when the cross section is a square, the hydraulic equivalent diameter is equal to the opposite distance, and compared to the gap. In the case of a sufficiently wide parallel gap, the hydraulic equivalent diameter is twice that of the gap.
Here, Nusselt number N u is the heat transfer coefficient α and heat conductivity of the fluid λ and said d e, is a value defined by the following equation.
Figure 2012193946
Nusselt number N u, particularly if the flow is laminar flow, Sadamari theoretically in accordance with the sectional shape of the channel, in the case of circular cross-section 3.66, 2.97 in the case of a square cross-section, in the case of parallel gaps Is 7.54.

また、高温の排気を排出する熱処理炉等に高効率な空気予熱装置を用いると、予熱空気温度も高温の排気に近い温度まで上昇するため、熱交換器のエレメントの耐熱性が不十分な場合には、排気を常温の空気で希釈する等の対応を余儀なくされる結果、熱交換効率が大幅に低下することになる。従って、熱交換器のエレメントには高い耐熱性が要求され、とりわけセラミック系の材料を使用することが望まれている。   Also, if a high-efficiency air preheating device is used in a heat treatment furnace that discharges high-temperature exhaust, the temperature of the preheated air rises to a temperature close to that of the high-temperature exhaust. As a result, it is necessary to take measures such as diluting the exhaust gas with air at room temperature. As a result, the heat exchange efficiency is greatly reduced. Therefore, the heat exchanger element is required to have high heat resistance, and in particular, it is desired to use a ceramic material.

近年、セル構造を持つセラミック製のエレメントが開発され、空気予熱装置にも適用され始めている。
例えば、特許文献１には、バーナと一体となる中空円筒体構造のセラミック製エレメントが、空気予熱式工業用バーナに使用することが記載されている。
また、特許文献２には、バーナ用途ではないが、異なる成分の気体を熱交換するためにセラミック製ハニカムを用いることが提案されている。
ちなみに、非特許文献１には、一般的な熱交換器として、並流や直交流の形式よりも、向流形式の方が効率は高いが、伝熱面温度は高くなることが示されている。 In recent years, ceramic elements having a cell structure have been developed and are beginning to be applied to air preheating devices.
For example, Patent Document 1 describes that a ceramic element having a hollow cylindrical structure integrated with a burner is used for an air preheating industrial burner.
Patent Document 2 proposes that a ceramic honeycomb is used for heat exchange of gases of different components, although not for burners.
Incidentally, Non-Patent Document 1 shows that, as a general heat exchanger, the counter-flow type is higher in efficiency than the parallel-flow or cross-flow type, but the heat transfer surface temperature is higher. Yes.

特開平１−225810号公報JP-A-1-225810 特表平８−503046号公報Japanese National Patent Publication No. 8-503046

工業炉ハンドブック(財)日本工業炉協会(1997)第724頁Industrial Furnace Handbook Japan Industrial Furnace Association (1997), p. 724

特許文献１に記載の空気予熱式工業用バーナの構成は、高耐熱の空気予熱装置をコンパクトに製作可能であるが、バーナの形状に合わせてエレメントを製造する必要があり、そのため製作上の制約から、その代表寸法を小さくすることができず、後述の理由により、その効率には自ずと限界があった。
また、特許文献２に記載の構成は、熱交換器として直交流形式に限定されてしまい、向流形式に比べると効率の面で限界がある。
なお、非特許文献３の記載内容は、一般的な理論に基づいての記述であり、高効率となる構成について具体的に与えるところはない。 The configuration of the air preheating type industrial burner described in Patent Document 1 can produce a highly heat-resistant air preheating device in a compact manner, but it is necessary to produce an element in accordance with the shape of the burner, and therefore restrictions on production. Therefore, the representative dimension cannot be reduced, and the efficiency is naturally limited for the reason described later.
Further, the configuration described in Patent Document 2 is limited to a cross flow type as a heat exchanger, and has a limit in terms of efficiency as compared with a counter flow type.
Note that the contents described in Non-Patent Document 3 are descriptions based on a general theory, and there is no specific description regarding a configuration with high efficiency.

そこで、本発明は、エレメントにセラミック製ハニカム構造を適用して、高効率の熱交換を実現した空気予熱装置およびこれを用いた排気再循環装置を提案することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to propose an air preheating device that realizes high-efficiency heat exchange by applying a ceramic honeycomb structure to an element, and an exhaust gas recirculation device using the air preheating device.

発明者らは、微細なセラミック製ハニカム構造体を熱交換器のエレメントとして使用するための条件について鋭意究明したところ、排気と空気とが分離した流路を形成しつつ、２種の流路を異なる方向に向けて集合させることによって、両流路が隣接する結果、熱通過率は高くなり、高効率の向流形式熱交換器を提供できることを見出し、本発明を完成するに至った。   The inventors diligently studied the conditions for using a fine ceramic honeycomb structure as an element of a heat exchanger. As a result, two types of flow paths were formed while forming a flow path in which exhaust and air were separated. As a result of gathering in different directions, both flow paths are adjacent to each other. As a result, the heat transfer rate is increased, and a highly efficient counter-current heat exchanger can be provided, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明の要旨構成は、次の通りである。
（１）燃料を空気によって燃焼させるバーナの燃焼気を加熱に用いた後の排気を導入し、前記バーナに供給する前の空気との間で熱交換する熱交換器を備える、空気予熱装置において、
前記熱交換器は、セラミック製の隔壁にて断面矩形状に区画されるセルの多数を碁盤目状に配列した、エレメントを有し、
前記エレメントは、その碁盤目の縦方向または横方向に、排気が導かれる排気セル列と空気が導かれる空気セル列とを交互に配置してなり、
前記エレメントの一端側では、前記排気セル列又は前記空気セル列の一方のセル列の各々は同列内セルが共通開口した合流路を有し、該合流路を介して前記エレメントの側面に開口してなり、前記排気セル列又は前記空気セル列の他方のセル列の各々は、該エレメントの前記一端側の端面で開口してなり、
かつ、
前記エレメントの他端側では、前記排気セル列又は前記空気セル列の一方のセル列の各々は同列内セルが共通開口した合流路を有し、該合流路を介して該エレメントの側面に開口してなり、前記排気セル列又は前記空気セル列の他方のセル列の各々は、該エレメントの他端側の端面で開口してなり、
前記一端側の排気セル列の開口部に未抜熱排気導入路が接続され、前記一端側の空気セル列の開口部に予熱空気導出路が接続され、前記他端側の排気セル列の開口部に抜熱排気導出路が接続され、前記他端側の空気セル列の開口部に未予熱空気導入路が接続されてなる、
ことを特徴とする空気予熱装置。 That is, the gist configuration of the present invention is as follows.
(1) In an air preheating device comprising a heat exchanger that introduces exhaust after using combustion air of a burner that burns fuel with air for heating and exchanges heat with air before being supplied to the burner ,
The heat exchanger has an element in which a large number of cells partitioned into a rectangular cross section by a ceramic partition are arranged in a grid pattern,
The element is formed by alternately arranging exhaust cell rows from which exhaust gas is guided and air cell rows from which air is guided in the vertical direction or the horizontal direction of the grid.
On one end side of the element, each one of the exhaust cell row or the air cell row has a joint channel in which cells in the same column are opened in common, and opens to a side surface of the element through the joint channel. Each of the exhaust cell row or the other cell row of the air cell row is opened at the end face on the one end side of the element,
And,
On the other end side of the element, each one of the exhaust cell row or the air cell row has a joint channel in which cells in the same column are opened in common, and the side surface of the element is opened through the joint channel. Each of the other cell rows of the exhaust cell row or the air cell row is opened at the end face on the other end side of the element,
An unheated exhaust exhaust passage is connected to the opening of the exhaust cell row on the one end side, a preheated air lead-out passage is connected to the opening of the air cell row on the one end side, and an opening of the exhaust cell row on the other end side The exhaust heat exhaust lead-out path is connected to the part, and the unpreheated air introduction path is connected to the opening of the air cell row on the other end side.
An air preheating device characterized by that.

（２）燃料を空気によって燃焼させるバーナの燃焼気を加熱に用いた後の排気を導入し、前記バーナに供給する前の空気との間で熱交換する熱交換器を備える、空気予熱装置において、
前記熱交換器は、セラミック製の隔壁にて断面矩形状に区画されるセルの多数を碁盤目状に配列した、エレメントを有し、
前記エレメントは、その碁盤目の縦方向または横方向に、排気が導かれる排気セル列と空気が導かれる空気セル列とを交互に配置してなり、
前記エレメントの一端側では、前記排気セル列および前記空気セル列の各々は、同列内セルが共通開口した合流路を有し、前記排気セル列は該合流路を介して該エレメントの一側面に開口するとともに、前記空気セル列は該合流路を介して該エレメントの前記一側面とは反対側の側面に開口してなり、
前記エレメントの他端側では、前記排気セル列および前記空気セル列の各々は、同列内セルが共通開口した合流路を有し、前記排気セル列は該合流路を介して該エレメントの一側面に開口するとともに、前記空気セル列の合流路は該エレメントの前記一側面とは反対側の側面に開口してなり、
前記一端側の排気セル列の開口部に未抜熱排気導入路が接続され、前記一端側の空気セル列の開口部に予熱空気導出路が接続され、前記他端側の排気セル列の開口部に抜熱排気導出路が接続され、前記他端側の空気セル列の開口部に未予熱空気導入路が接続されてなる、
ことを特徴とする空気予熱装置。 (2) In an air preheating apparatus comprising a heat exchanger that introduces exhaust after using combustion air of a burner that burns fuel by air for heating and exchanges heat with air before being supplied to the burner ,
The heat exchanger has an element in which a large number of cells partitioned into a rectangular cross section by a ceramic partition are arranged in a grid pattern,
The element is formed by alternately arranging exhaust cell rows from which exhaust gas is guided and air cell rows from which air is guided in the vertical direction or the horizontal direction of the grid.
On one end side of the element, each of the exhaust cell row and the air cell row has a joint passage in which cells in the same row are opened in common, and the exhaust cell row is disposed on one side of the element via the joint passage. And the air cell row is opened on the side surface opposite to the one side surface of the element via the combined flow path,
On the other end side of the element, each of the exhaust cell row and the air cell row has a joint passage in which cells in the same row are opened in common, and the exhaust cell row is disposed on one side surface of the element via the joint passage. And the combined flow path of the air cell row is open on the side surface opposite to the one side surface of the element,
An unheated exhaust exhaust passage is connected to the opening of the exhaust cell row on the one end side, a preheated air lead-out passage is connected to the opening of the air cell row on the one end side, and an opening of the exhaust cell row on the other end side The exhaust heat exhaust lead-out path is connected to the part, and the unpreheated air introduction path is connected to the opening of the air cell row on the other end side.
An air preheating device characterized by that.

（３）燃料を空気によって燃焼させるバーナの燃焼気を加熱に用いた後の排気を導入し、前記バーナに供給する前の空気との間で熱交換する熱交換器を備える、空気予熱装置において、
前記熱交換器は、セラミック製の隔壁にて断面矩形状に区画されるセルの多数を碁盤目状に配列した、エレメントを有し、
前記エレメントは、その碁盤目の縦方向または横方向に、排気が導かれる排気セル列と空気が導かれる空気セル列とを交互に配置してなり、
前記エレメントの一端側では、前記排気セル列又は前記空気セル列の一方のセル列の各々は同列内セルが共通開口した合流路を有し、該合流路を介して前記エレメントの側面に開口してなり、前記排気セル列又は前記空気セル列の他方のセル列の各々は、該エレメントの前記一端側の端面で開口してなり、
前記エレメントの他端側では、前記排気セル列および前記空気セル列の各々は、同列内セルが共通開口した合流路を有し、前記排気セル列は該合流路を介して該エレメントの一側面に開口するとともに、前記空気セル列の合流路は該エレメントの前記一側面とは反対側の側面に開口してなり、
前記一端側の排気セル列の開口部に未抜熱排気導入路が接続され、前記一端側の空気セル列の開口部に予熱空気導出路が接続され、前記他端側の排気セル列の開口部に抜熱排気導出路が接続され、前記他端側の空気セル列の開口部に未予熱空気導入路が接続されてなる、
ことを特徴とする空気予熱装置。 (3) In an air preheating device comprising a heat exchanger that introduces exhaust after using combustion air of a burner that burns fuel with air for heating and exchanges heat with air before being supplied to the burner ,
The heat exchanger has an element in which a large number of cells partitioned into a rectangular cross section by a ceramic partition are arranged in a grid pattern,
The element is formed by alternately arranging exhaust cell rows from which exhaust gas is guided and air cell rows from which air is guided in the vertical direction or the horizontal direction of the grid.
On one end side of the element, each one of the exhaust cell row or the air cell row has a joint channel in which cells in the same column are opened in common, and opens to a side surface of the element through the joint channel. Each of the exhaust cell row or the other cell row of the air cell row is opened at the end face on the one end side of the element,
On the other end side of the element, each of the exhaust cell row and the air cell row has a joint passage in which cells in the same row are opened in common, and the exhaust cell row is disposed on one side surface of the element via the joint passage. And the combined flow path of the air cell row is open on the side surface opposite to the one side surface of the element,
An unheated exhaust exhaust passage is connected to the opening of the exhaust cell row on the one end side, a preheated air lead-out passage is connected to the opening of the air cell row on the one end side, and an opening of the exhaust cell row on the other end side The exhaust heat exhaust lead-out path is connected to the part, and the unpreheated air introduction path is connected to the opening of the air cell row on the other end side.
An air preheating device characterized by that.

（４）前記合流路は、同一セル列内におけるセル相互間の隔壁をセルの軸方向を横切る向きに切削して同一セル列内におけるセル相互を連通させ、該切削後のセル列の端面を封止してなることを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の空気予熱装置。 (4) The joint channel cuts the partition walls between the cells in the same cell row in a direction crossing the axial direction of the cells so that the cells in the same cell row communicate with each other. The air preheating device according to any one of (1) to (3), wherein the air preheating device is sealed.

（５）前記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、前記熱交換器の前記排気の導入側に、多孔質でかつ排気の流通が可能の通気性固体を有することを特徴とする空気予熱装置。 (5) The air preheating according to any one of the above (1) to (4), characterized in that the exhaust side of the heat exchanger has a porous air-permeable solid capable of exhaust flow. apparatus.

（６）前記バーナが、炉内壁から炉内に突き出るラジアントチューブのバーナであり、前記熱交換器および通気性固体は、前記炉内壁より、前記加熱に用いた後の排気の下流側に配置することを特徴とする前記（５）に記載の空気予熱装置。 (6) The burner is a radiant tube burner that protrudes from the furnace inner wall into the furnace, and the heat exchanger and the breathable solid are disposed downstream of the exhaust after being used for the heating from the furnace inner wall. The air preheating device according to (5), characterized in that:

（７）前記通気性固体は、前記ラジアントチューブの軸方向と直交する断面と同じ端面形状を有することを特徴とする前記（６）に記載の空気予熱装置。 (7) The air preheating device according to (6), wherein the breathable solid has the same end surface shape as a cross section orthogonal to the axial direction of the radiant tube.

（８）前記通気性固体を複数配置すること特徴とする前記（５）乃至（７）のいずれかに記載の空気予熱装置。 (8) The air preheating device according to any one of (5) to (7), wherein a plurality of the breathable solids are arranged.

（９）前記通気性固体がセラミックスからなること特徴とする前記（５）乃至（８）のいずれかに記載の空気予熱装置。 (9) The air preheating device according to any one of (5) to (8), wherein the breathable solid is made of ceramics.

（１０）前記セルの矩形断面における各辺の長さが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする前記（１）から（９）のいずれかに記載の空気予熱装置。 (10) The air preheating device according to any one of (1) to (9), wherein a length of each side in the rectangular cross section of the cell is 1 mm or more and 10 mm or less.

（１１）前記セルの矩形断面における各辺の長さが３ｍｍ以下であることを特徴とする前記（１０）に記載の空気予熱装置。 (11) The air preheating device according to (10), wherein a length of each side in the rectangular cross section of the cell is 3 mm or less.

（１２）前記セル相互間の隔壁および前記セル列相互間の隔壁の厚さが前記セルの相対する辺の距離の１／１０以上１／１未満であることを特徴とする前記（１０）または（１１）に記載の空気予熱装置。 (12) The thickness of the partition walls between the cells and the partition wall between the cell rows is 1/10 or more and less than 1/1 of the distance between opposite sides of the cells (10) or The air preheating device according to (11).

（１３）前記（１）から（１２）のいずれかに記載の空気予熱装置を有し、該空気予熱装置の熱交換器によって予熱された、空気を吐出する空気ノズルと、該空気ノズルから吐出される空気および該空気ノズル周囲の前記熱交換器を迂回させた排気を混合する混合気流路と、からなる排気再循環エゼクタを有することを特徴とする排気再循環装置。 (13) An air nozzle that has the air preheating device according to any one of (1) to (12) and is preheated by a heat exchanger of the air preheating device, and discharges air from the air nozzle. An exhaust gas recirculation device comprising an exhaust gas recirculation ejector comprising an air-fuel mixture passage for mixing the air to be discharged and the exhaust gas that bypasses the heat exchanger around the air nozzle.

（１４）前記（１）から（１２）のいずれかに記載の空気予熱装置を有し、該空気予熱装置の熱交換器によって予熱された空気をバーナに供給し燃料を燃焼させて形成される、火炎を吐出する火炎ノズルと、該火炎ノズルから吐出される火炎および該火炎ノズル周囲の雰囲気を誘引して再循環する、燃焼気雰囲気とを有することを特徴とする雰囲気再循環装置。 (14) The air preheating device according to any one of (1) to (12) is provided, and the air preheated by the heat exchanger of the air preheating device is supplied to the burner to burn the fuel. An atmosphere recirculation apparatus comprising: a flame nozzle that discharges a flame; and a combustion gas atmosphere that attracts and recirculates the flame discharged from the flame nozzle and the atmosphere around the flame nozzle.

本発明によれば、微細なセラミック製ハニカム構造体をエレメントとして使用する際に、排気と空気とが分離した流路を形成しつつ２種の流路を異なる方向へ向けて集合させることが可能となる方途が拓かれるから、両流路が隣接して高い熱通過率が得られる結果、高効率の向流形式の熱交換器をそなえる空気予熱装置を提供できる。   According to the present invention, when a fine ceramic honeycomb structure is used as an element, it is possible to collect two types of flow paths in different directions while forming a flow path in which exhaust and air are separated. Therefore, as a result of obtaining a high heat transfer rate by adjoining both flow paths, it is possible to provide an air preheating device having a highly efficient counter-current heat exchanger.

さらに、エレメントの代表寸法を小さくすることができるから、高い熱伝達率と比表面積を実現できる。   Furthermore, since the representative dimension of the element can be reduced, a high heat transfer coefficient and a specific surface area can be realized.

また、一般に熱交換器の効率が高い場合には、予熱空気温度も高くなるため、火炎温度の上昇に伴うＮＯｘの生成が促進されるが、排気や雰囲気を再循環させることによって、火炎温度を高めることなく高い予熱温度の空気を利用可能となり、ＮＯｘの生成を抑制することもできる。   In general, when the efficiency of the heat exchanger is high, the preheated air temperature also increases, so the generation of NOx accompanying the increase in the flame temperature is promoted. However, by recirculating the exhaust gas and the atmosphere, the flame temperature is reduced. Air with a high preheating temperature can be used without increasing it, and the production of NOx can also be suppressed.

本発明の空気予熱装置をラジアントチューブのバーナに用いた場合の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure at the time of using the air preheating apparatus of this invention for the burner of a radiant tube. 熱交換器の概略構造を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of a heat exchanger. 本発明に従う熱交換器のエレメントを示す図である。It is a figure which shows the element of the heat exchanger according to this invention. エレメントの詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of an element. エレメントの詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of an element. エレメントの詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of an element. エレメントの詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of an element. エレメントの詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of an element. エレメントのセル寸法と効率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the cell size of an element, and efficiency. 排気再循環率と排熱回収率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an exhaust gas recirculation rate and an exhaust heat recovery rate. 本発明に従う雰囲気再循環装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the atmosphere recirculation apparatus according to this invention. エレメントの詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of an element. 排気経路に設ける通気性固体における輻射状態を示す図である。It is a figure which shows the radiation state in the air permeable solid provided in an exhaust path.

本発明の空気予熱装置について、図面を参照して詳しく説明する。
図１は、本発明の空気予熱装置をラジアントチューブのバーナに用いた場合の構成を示す図である。
同図において、符号１はラジアントチューブ２のバーナであり、このバーナ１では空気が導入されて燃料を燃焼させて形成される、火炎を火炎ノズル１ａから吐出する。この火炎の形成に伴う燃焼気は、例えばラジアントチューブ２を介して熱処理炉内の加熱に供され、その後排気３としてラジアントチューブ２から熱交換器４へと導入される。 The air preheating device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration when the air preheating device of the present invention is used for a burner of a radiant tube.
In the figure, reference numeral 1 denotes a burner of the radiant tube 2. In the burner 1, a flame formed by introducing air and burning fuel is discharged from the flame nozzle 1 a. The combustion gas accompanying the formation of the flame is used for heating in the heat treatment furnace through, for example, the radiant tube 2 and then introduced into the heat exchanger 4 from the radiant tube 2 as exhaust 3.

図２は、熱交換器４の詳細を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ｘ）−（ｘ）矢視断面図である。熱交換器４へと導入された排気３は、図２に示すように、排気３（以下、未抜熱排気３とも言う）とは別に熱交換器４へ導入される空気６（以下、未予熱空気６とも言う）との間で熱交換器４において熱交換される。この熱交換器４における熱交換後の抜熱排気３ａは、導出配管（抜熱排気導出路）40および煙道41を経由して放出される。一方、熱交換器４における熱交換後の予熱空気６ａは、予熱空気導出路８を経由してバーナ１に供給され、ここで燃料の燃焼に寄与することになる。   2A and 2B are diagrams showing details of the heat exchanger 4, wherein FIG. 2A is a side view, FIG. 2B is a plan view, and FIG. 2C is a cross-sectional view taken along arrows (x)-(x). As shown in FIG. 2, the exhaust gas 3 introduced into the heat exchanger 4 is separated from the exhaust gas 3 (hereinafter also referred to as unheated exhaust gas 3). The heat exchanger 4 exchanges heat with the preheated air 6. The heat removal exhaust 3 a after heat exchange in the heat exchanger 4 is discharged via a lead-out pipe (heat removal exhaust lead-out path) 40 and a flue 41. On the other hand, the preheated air 6a after the heat exchange in the heat exchanger 4 is supplied to the burner 1 via the preheated air lead-out path 8, and contributes to the combustion of fuel here.

ここで、エネルギー効率をより高めるには、上記した熱交換器４における熱交換効率を高めることが重要になる。そこで、本発明では、熱交換器４に以下に説明する構造を与える。
すなわち、熱交換器４に導入される排気３および空気６はそれぞれ熱交換器４内のエレメント７に供給されて、ここで熱交換がなされる。このエレメント７について、次に詳細に説明する。 Here, in order to further increase the energy efficiency, it is important to increase the heat exchange efficiency in the heat exchanger 4 described above. Therefore, in the present invention, the heat exchanger 4 has a structure described below.
That is, the exhaust 3 and air 6 introduced into the heat exchanger 4 are respectively supplied to the elements 7 in the heat exchanger 4 and heat exchange is performed here. Next, the element 7 will be described in detail.

図３に示すように、このエレメント７は、セラミック製の隔壁にて断面矩形状に区画されるセル70の多数を碁盤目状に配列してなる。そして、その碁盤目の縦方向または横方向に、図示例では図３の（ａ）―（ａ）矢視を図４（ａ）に示すように、排気が導かれる排気セル70ａが横方向に並ぶ排気セル列70Ａおよび、同（ｂ）―（ｂ）矢視を図４（ｂ）に示すように、空気が導かれる空気セル70ｂが横方向に並ぶ空気セル列70Ｂとを、縦方向へ交互に配置してなる。さらに、エレメント７の一端側（図４の例では左側）では、排気セル列70Ａは、エレメント７の端面7cに開口して開口部75を形成しており、この開口部75でラジアントチューブ２の排気口（未抜熱排気導入路）2a（図１参照）と連通している。
一方、空気セル列70Ｂの各々は、エレメント７の同側で、同列内の空気セル70ｂが共通開口した空気合流路71ｂを有しており、この空気合流路71ｂは、エレメント８の側面７aで共通開口する開口部76を有しており、この開口部76で予熱空気６ａを熱交換器４の外側のバーナ１側へ供給するための供給配管である予熱空気導出路８と連通する。 As shown in FIG. 3, this element 7 is formed by arranging a large number of cells 70 partitioned in a rectangular cross-section by ceramic partition walls in a grid pattern. Then, in the vertical direction or the horizontal direction of the grid, as shown in FIG. 4A in the example shown in FIG. 3 (a)-(a), the exhaust cell 70a to which the exhaust is guided is arranged in the horizontal direction. As shown in FIG. 4 (b), the exhaust cell row 70A and the air cell row 70B in which the air cells 70b into which the air is guided are arranged in the horizontal direction are arranged in the vertical direction. Alternatingly arranged. Further, on one end side of the element 7 (left side in the example of FIG. 4), the exhaust cell row 70A is opened to the end surface 7c of the element 7 to form an opening 75, and the opening 75 forms the radiant tube 2. It communicates with an exhaust port (unheated exhaust introduction passage) 2a (see FIG. 1).
On the other hand, each of the air cell rows 70B has an air joining channel 71b on the same side of the element 7 and in which the air cells 70b in the same row are opened, and this air joining channel 71b is formed on the side surface 7a of the element 8. A common opening is provided, and the opening 76 communicates with the preheated air lead-out path 8, which is a supply pipe for supplying the preheated air 6 a to the burner 1 outside the heat exchanger 4.

さらに、エレメント７の他端側（図４の例では右側）では、排気セル列70Ａの各々は、同列内の排気セル70ａが共通開口した排気合流路71ａを有しており、この排気合流路71aは、エレメント７の側面7aで共通開口する開口部73を有しており、この開口部73で抜熱排気３ａを熱交換器４の外側へ排出するための導出配管（抜熱排気導出路）40と連通する。一方、エレメント７の同側で空気セル列70Ｂの各空気セル70ｂは、エレメント７の端面7ｂに開口して開口部74を形成しており、この開口部74で未予熱空気６の導入配管（未予熱空気導入路）15（図２参照）と連通する。
すなわち、エレメント７の一端側（図４の例では左側）では、排気セル列70Ａ又は空気セル列70Ｂの一方のセル列（図４の例では空気セル列70Ｂ）の各々は同列内セルが共通開口した合流路（図４の例では空気合流路71ｂ）を有し、該合流路を介してエレメント７の側面（図４の例では側面7a）に開口してなり、排気セル列70Ａ又は空気セル列70Ｂの他方のセル列（図４の例では排気セル列70Ａ）の各々は、エレメント７の一端側の端面（図４の例では端面7ｃ）で開口してなり、エレメント7の他端側（図４の例では右側）では、排気セル列70Ａ又は空気セル列70Ｂの一方のセル列（図４の例では、排気セル列70Ａ）の各々は同列内セルが共通開口した合流路（図４の例では、排気合流路71ａ）を有し、該合流路を介してエレメント７の側面（図４の例では側面7ａ）に開口してなり、排気セル列70Ａ又は空気セル列70Ｂの他方のセル列（図４の例では、空気セル列70Ｂ）の各々は、エレメント７の他端側の端面（図４の例では、端面7ｂ）で開口してなり、前記一端側（図４の例では左側）の排気セル列70Ａの開口部75に未抜熱排気導入路2ａが接続され、前記一端側の空気セル列70Ｂの開口部76に予熱空気導出路8が接続され、前記他端側（図４の例では右側）の排気セル列70Ａの開口部73に抜熱排気導出路40が接続され、前記他端側の空気セル列70Ｂの開口部74に未予熱空気導入路15が接続されてなる。 Further, on the other end side of the element 7 (on the right side in the example of FIG. 4), each of the exhaust cell rows 70A has an exhaust joint passage 71a in which the exhaust cells 70a in the same row are opened, and this exhaust joint passage 71a has an opening 73 that opens in common on the side surface 7a of the element 7, and a lead-out pipe (exhaust heat exhaust lead-out path) for discharging the heat removal exhaust 3a to the outside of the heat exchanger 4 through the opening 73. ) Communicate with 40. On the other hand, each air cell 70b of the air cell row 70B on the same side of the element 7 is open to the end surface 7b of the element 7 to form an opening 74, and the opening 74 introduces unpreheated air 6 introduction piping ( It communicates with the unpreheated air introduction path) 15 (see Fig. 2).
That is, on one end side of the element 7 (left side in the example of FIG. 4), each cell in one cell row (the air cell row 70B in the example of FIG. 4) of the exhaust cell row 70A or the air cell row 70B has a common cell in the same row. It has an open joint channel (air joint channel 71b in the example of FIG. 4), and opens to the side surface (side surface 7a in the example of FIG. 4) of the element 7 through the joint channel. Each of the other cell rows (exhaust cell row 70A in the example of FIG. 4) of the cell row 70B is opened at the end face on one end side of the element 7 (end face 7c in the example of FIG. 4). On the side (the right side in the example of FIG. 4), one of the exhaust cell row 70A or the air cell row 70B (in the example of FIG. 4, the exhaust cell row 70A) In the example of FIG. 4, the exhaust joint channel 71 a) is provided, and the side surface of the element 7 (FIG. 4) is interposed through the joint channel. In FIG. 4, each of the other cell rows (the air cell row 70B in the example of FIG. 4) of the exhaust cell row 70A or the air cell row 70B is open on the other end side face (see FIG. In the example of FIG. 4, an unexposed heat exhaust introduction passage 2a is connected to the opening 75 of the exhaust cell row 70A on the one end side (left side in the example of FIG. 4). The preheated air lead-out path 8 is connected to the opening 76 of the air cell row 70B, and the heat removal exhaust lead-out path 40 is connected to the opening 73 of the exhaust cell row 70A on the other end side (right side in the example of FIG. 4). An unpreheated air introduction path 15 is connected to the opening 74 of the air cell row 70B on the other end side.

かような構成により、セラミックハニカム構造体をエレメントとして、排気と空気とが分離した流路を形成しつつ、例えば図示例では、一端側には空気合流路71ｂを配置し、未抜熱排気３の導入口と予熱空気６ａの導出口とを別個に設けることができ、一方、他端側には排気合流路71ａを配置し、合流させた抜熱排気３ａの導出口と未予熱空気６の導入口とを別個に設けることができ、微小なセルからなる両流路が隣接することで高い熱通過率を得ることができ、従前に比較して更に高い効率の得られる、向流形式の熱交換器となる。   With such a configuration, a flow path in which exhaust gas and air are separated is formed using the ceramic honeycomb structure as an element. For example, in the illustrated example, an air combined flow path 71b is disposed on one end side, and the unheated exhaust 3 And an outlet for the preheated air 6a can be provided separately. On the other hand, an exhaust combined passage 71a is disposed on the other end, and the outlet for the extracted heat exhaust 3a and the unheated air 6 are connected to each other. An inlet can be provided separately, and both flow paths consisting of minute cells can be adjacent to each other, so that a high heat transfer rate can be obtained, and a higher efficiency can be obtained compared to the conventional type. It becomes a heat exchanger.

ここで、排気合流路71ａおよび空気合流路71ｂは、各排気セル列70Ａおよび各空気セル列70Ｂのセル相互間の隔壁をセルの軸方向を横切る向きに切削してセル相互を連通させ、かつ切削後の開放端面72ａおよび72ｂを封止することにより、成形することができる。このように成形することによって、排気合流路71ａおよび空気合流路71ｂは、合流するに連れ出側へ向かって拡大する流路を確保でき、各セルにおける圧力損失を最小限に抑えることができる。   Here, the exhaust joint channel 71a and the air joint channel 71b cut the partition walls between the cells of each of the exhaust cell rows 70A and each of the air cell rows 70B in a direction crossing the cell axial direction so that the cells communicate with each other. It can shape | mold by sealing the open end surfaces 72a and 72b after cutting. By forming in this way, the exhaust merge flow path 71a and the air merge flow path 71b can secure a flow path that expands toward the exit side as they merge, and the pressure loss in each cell can be minimized.

なお、各セル列における切削角度θは、エレメント７側面のセル列の開口面積がセル列内のセルの断面積（図３における個々のセル70の断面積）の合計値と略一致するような角度にすることが好ましい。なぜなら、合流路断面積を各位置におけるセル列にあるセルの合計断面積と略等しくすることが合理的であるためである。合流路においては同一セル列内ではセル同士を隔離する隔壁が存在しないので、上記θは45°あれば十分である。具体的には切削角度θは20〜45°とすることが好ましい。   The cutting angle θ in each cell row is such that the opening area of the cell row on the side surface of the element 7 substantially matches the total value of the cross-sectional areas of the cells in the cell row (cross-sectional areas of the individual cells 70 in FIG. 3). An angle is preferred. This is because it is reasonable to make the combined flow path cross-sectional area substantially equal to the total cross-sectional area of the cells in the cell row at each position. In the combined flow path, there is no partition wall that separates cells in the same cell row, so it is sufficient that θ is 45 °. Specifically, the cutting angle θ is preferably 20 to 45 °.

また、図４に示した排気セル列70Ａおよび空気セル列70Ｂの組み合わせでは、空気セル列の一端側のみに合流路を設け、排気セル列の他端側のみに合流路を設けているが、排気セル列70Ａおよび空気セル列70Ｂのいずれかの一方セル列について、エレメントの両端側で合流路を介してエレメントの側面に開口させるようにし、他方のセル列については、両端側ともに合流路を設けずに直接エレメントの端面に開口させるようにしてもよい。図５、図６のこの場合の例を示す図である。図５に示す例では、排気セル列70Ａについてはエレメントの両端側の端面７ｃ、７ｂに開口部を設け、空気セル列70Ｂについては、両端側に合流路71ｂを設けて、この合流路71ｂを介して側面7ａ，7ｄにそれぞれ開口部を設けている。図６に示す例では、排気セル列70Ａについては、両端側に合流路71ａを設けて、この合流路71ａを介して側面7ａ，7ｄにそれぞれ開口部を設け、空気セル列70Ｂについてはエレメントの両端側の端面７ｃ、７ｂに開口部を設けている。   Further, in the combination of the exhaust cell row 70A and the air cell row 70B shown in FIG. 4, a combined flow path is provided only on one end side of the air cell row, and a combined flow path is provided only on the other end side of the exhaust cell row. One cell row of either the exhaust cell row 70A or the air cell row 70B is opened to the side surface of the element via the combined flow path at both ends of the element, and the combined flow path is formed on both ends of the other cell line. You may make it open directly to the end surface of an element, without providing. It is a figure which shows the example in this case of FIG. 5, FIG. In the example shown in FIG. 5, the exhaust cell row 70A is provided with openings on the end faces 7c and 7b on both ends of the element, and the air cell row 70B is provided with a combined flow channel 71b on both ends. Openings are provided in the side surfaces 7a and 7d, respectively. In the example shown in FIG. 6, the exhaust cell row 70A is provided with a combined flow path 71a at both ends, and openings are provided in the side surfaces 7a and 7d through the combined flow path 71a. Openings are provided in the end faces 7c and 7b on both ends.

さらに、図４に示した排気セル列70Ａおよび空気セル列70Ｂの組み合わせでは、排気合流路71ａと空気合流路71ｂとが前記エレメント７の逆側の端部にあるが、例えば図７に示すように、排気合流路71ａと空気合流路71ｂとがエレメント７の同じ側の端部にあってもよい。その場合、排気セル列70Ａは排気合流路を介してエレメント７の一側面に開口させるとともに、空気セル列は空気合流路を介してエレメント７の一側面とは反対側の側面に開口させる。図７の例では、エレメント７の左側の端部では、排気セル列70Ａは排気合流路71ａを介してエレメント7の側面7ｄに開口し、同左側の端部で、空気セル列70Ｂは空気合流路71ｂを介してエレメント７の側面7ａ（側面7ｄとは反対側の側面）に開口している。また、エレメント７の右側の端部では、排気セル列70Ａは排気合流路71ａを介してエレメント7の側面7ａに開口し、空気セル列70Ｂは空気合流路71ｂを介してエレメント７の側面7ｄ（側面7ａとは反対側の側面）に開口している。このように、エレメント７の同一端側で、排気合流路および空気合流路における、セル相互間の隔壁のセル軸方向に対する向きを逆にして切削加工し、排気合流路および空気合流路の開口方向を逆向きにすることにより、未予熱空気の導入口と抜熱排気の導出口とを、および、予熱空気の導出口と未抜熱排気の導入口とを、いずれも同一側の端部で別個に設けることができる。   Further, in the combination of the exhaust cell row 70A and the air cell row 70B shown in FIG. 4, the exhaust joint channel 71a and the air joint channel 71b are at the opposite end of the element 7, but for example as shown in FIG. In addition, the exhaust merge channel 71a and the air merge channel 71b may be at the end of the element 7 on the same side. In this case, the exhaust cell row 70A is opened on one side surface of the element 7 through the exhaust gas passage, and the air cell row is opened on the side surface opposite to the one side surface of the element 7 through the air joint channel. In the example of FIG. 7, the exhaust cell row 70A opens to the side surface 7d of the element 7 via the exhaust merge channel 71a at the left end of the element 7, and the air cell row 70B joins the air at the end on the left side. It opens to the side surface 7a (the side surface opposite to the side surface 7d) of the element 7 through the path 71b. Further, at the right end portion of the element 7, the exhaust cell row 70A opens to the side surface 7a of the element 7 via the exhaust joint channel 71a, and the air cell row 70B passes through the side surface 7d ( The side surface 7a is open on the side opposite to the side surface 7a. In this way, on the same end side of the element 7, cutting is performed by reversing the direction of the partition walls between the cells in the exhaust joint passage and the air joint passage with respect to the cell axis direction, and the opening direction of the exhaust joint passage and the air joint passage , The unheated air inlet and the exhaust heat exhaust outlet, and the preheated air outlet and the unheated exhaust inlet at the end on the same side. It can be provided separately.

さらにまた、エレメント７の一端側については、図４に示した場合と同様に、排気セル列又は空気セル列の一方のセル列の各々に同列内セルが共通開口した合流路を設け、該一方のセル列をこの合流路を介してエレメント７の側面に開口させ、排気セル列又は空気セル列の他方のセル列の各々は、エレメント７の一端側の端面で開口させ、エレメント７の他端側では、図７に示した場合と同様に、排気セル列および空気セル列の各々に同列内セルが共通開口した合流路を設け、排気セル列は合流路を介してエレメント７の一側面に開口させ、空気セル列の合流路はエレメント７の前記一側面とは反対側の側面に開口させてもよい。図８はこの場合の例を示すものである。
図８に示す例では、エレメント７の左側端部では、排気セル列70Ａについては、排気セル列内のセルが共通開口した排気合流路71ａを設け、排気セル列70Ａをこの排気合流路71ａを介してエレメント7の側面7ｄに開口させて、一方、空気セル列70Ｂについては、エレメント７の左側端面7ｃに開口させている。そして、エレメント７の右側端部では、排気セル列70Ａおよび空気セル列70Ｂの各々に同列内セルが共通開口した合流路71ａ、71ｂを設け、排気セル列70Ａは合流路（排気合流路）71ａを介してエレメント７の一側面7ａに開口させ、空気セル列は合流路（空気合流路）71ｂを介して、エレメント７の前記一側面7ａとは反対側の側面7ｄに開口させている。このようにすることで、エレメント７の一端側では、未抜熱排気３の導入口と予熱空気の導出口とを別個に設けることができ、また、エレメント７の他端側では、抜熱排気３ａの導出口と未予熱空気の導入口とを別個に設けることができる。 Further, as in the case shown in FIG. 4, the one end side of the element 7 is provided with a joint channel in which cells in the same row are commonly opened in each of one of the exhaust cell rows or the air cell rows. The other cell row of the exhaust cell row or the air cell row is opened at the end surface on one end side of the element 7, and the other end of the element 7 is opened. On the side, similarly to the case shown in FIG. 7, the exhaust cell row and the air cell row are each provided with a joint passage in which cells in the same row are opened, and the exhaust cell row is provided on one side of the element 7 through the joint passage. The combined flow path of the air cell row may be opened on the side surface of the element 7 opposite to the one side surface. FIG. 8 shows an example of this case.
In the example shown in FIG. 8, at the left end of the element 7, the exhaust cell row 70A is provided with an exhaust joint passage 71a in which cells in the exhaust cell row are commonly opened, and the exhaust cell row 70A is connected to the exhaust joint passage 71a. The air cell row 70B is opened on the left end surface 7c of the element 7 through the side surface 7d. At the right end of the element 7, the exhaust cell row 70A and the air cell row 70B are provided with joint passages 71a and 71b in which the cells in the same row are opened in common, and the exhaust cell row 70A is a joint passage (exhaust joint passage) 71a. The air cell array is opened on the side surface 7d of the element 7 opposite to the one side surface 7a via a combined flow path (air combined flow path) 71b. In this way, the inlet of the unheated exhaust 3 and the outlet of the preheated air can be separately provided on one end side of the element 7, and the heat exhausted exhaust is provided on the other end of the element 7. 3a outlet and unpreheated air inlet can be provided separately.

次に、各セル70の矩形断面における各辺の長さは、１mm以上10mm以下であることが好ましい。とりわけ、３mm以下とすることが推奨される。なぜなら、１mm未満とするには極めて精密な成形加工を施す必要があり品質のばらつきが懸念されるからである。一方、10mm以下とするのは、図９に、断面正方形のセルにおける目開き（辺の長さ）と排熱回収の効率との関係を示すように、目開きが10mm以下になると上記の効率が８％以上の水準となることから、有効な排熱の回収が可能であり、さらに、３mm以下に対しては、上記効率が４０％を上回り、さらに効果的である。しかるに、上記リスクを冒して１mm以下としても、その効率は約７０％に漸近して頭打ちになるため、効果的とはいえない。   Next, the length of each side in the rectangular cross section of each cell 70 is preferably 1 mm or more and 10 mm or less. In particular, it is recommended that the thickness be 3 mm or less. This is because, in order to make it less than 1 mm, it is necessary to perform a very precise molding process, and there is a concern about variations in quality. On the other hand, 10 mm or less is shown in FIG. 9 in which the above efficiency is obtained when the mesh size is 10 mm or less, as shown in the relationship between the mesh size (side length) in the square cell and the efficiency of exhaust heat recovery. Therefore, effective exhaust heat recovery is possible, and for 3 mm or less, the above efficiency exceeds 40%, which is more effective. However, even if the above risk is taken and the thickness is 1 mm or less, the efficiency becomes as high as about 70%, and it is not effective.

さらに、セル70相互間の隔壁並びに、排気セル列70Ａと空気セル列70Ｂとの間の隔壁の厚さが、前記セルの断面が正方形であれば一辺の長さの１／10以上一辺の長さ未満に、セル断面が長方形であれば相対する辺の距離の１／10以上１／１未満に、することが好ましい。なぜなら、その範囲において、熱交換器エレメントの容積に占める流路の容積が十分に取れ、適切な圧力損失の範囲に収まると共に、隔壁の強度も保てるからである。   Further, the partition wall between the cells 70 and the partition wall between the exhaust cell row 70A and the air cell row 70B have a length of 1/10 or more of the length of one side if the cell has a square cross section. If the cell cross section is rectangular, it is preferable to set it to 1/10 or more and less than 1/1 of the distance between opposite sides. This is because, in that range, the volume of the flow path occupying the volume of the heat exchanger element is sufficiently large, and the pressure is within an appropriate pressure loss range, and the strength of the partition wall can be maintained.

また、上記した空気予熱装置をバーナの排気再循環装置に適用するに当って、図１に示したように、該空気予熱装置の熱交換器４によって予熱された、予熱空気６ａを吐出する空気ノズル９と、該空気ノズル９から吐出される予熱空気６ａおよび該空気ノズル９周囲の前記熱交換器４を迂回導入した排気10ａを混合する混合気流路10と、からなる排気再循環エゼクタ11を有することが有利である。この排気再循環エゼクタ11を設置することによって、排気３の全てを熱交換器４に導入しないで一部を抜熱することなくバーナ１に再度供給することが可能になる。すなわち、図１０に熱交換器を通過させる排気再循環率と排熱回収率との関係を示すように、再循環排気は、熱交換器を通過させことなく、バーナに供給することが効率の向上に効果的である。排熱回収率が高すぎると予熱空気の温度は高くなるので、火炎温度の上昇に伴うＮＯｘの生成が促進される。排気を再循環させることによって、火炎温度を高めることなくＮＯｘの生成を抑制しつつ、高い予熱温度の空気を利用可能となる。   Further, when the above-described air preheating device is applied to the exhaust gas recirculation device of the burner, as shown in FIG. 1, the air preheated by the heat exchanger 4 of the air preheating device and discharges preheated air 6a. An exhaust gas recirculation ejector 11 comprising a nozzle 9 and a mixture flow passage 10 for mixing preheated air 6a discharged from the air nozzle 9 and exhaust gas 10a bypassing the heat exchanger 4 around the air nozzle 9 is provided. It is advantageous to have. By installing the exhaust gas recirculation ejector 11, it is possible to supply the exhaust gas 3 again to the burner 1 without extracting a part of the exhaust gas 3 without introducing it into the heat exchanger 4. That is, as shown in FIG. 10 showing the relationship between the exhaust gas recirculation rate passing through the heat exchanger and the exhaust heat recovery rate, it is efficient to supply the recirculated exhaust gas to the burner without passing through the heat exchanger. It is effective for improvement. If the exhaust heat recovery rate is too high, the temperature of the preheated air becomes high, so that the generation of NOx accompanying the increase in the flame temperature is promoted. By recirculating the exhaust gas, it is possible to use air having a high preheating temperature while suppressing the generation of NOx without increasing the flame temperature.

さらにまた、上記した空気予熱装置を直火式炉のバーナの雰囲気再循環装置として適用するに当って、図１１に示すように、該空気予熱装置の熱交換器４によって予熱された予熱空気６ａをバーナ１に供給し燃料を燃焼させて形成される、火炎を吐出する火炎ノズル１ａと、該火炎ノズル１ａから吐出される火炎および該火炎ノズル１ａ周囲の雰囲気を誘引して再循環（矢印Ｒ）する、燃焼気雰囲気12とを有することが、有利である。なぜなら、雰囲気を再循環させることによって、上述の排気を再循環させる場合と同様に、火炎温度を高めることなくＮＯｘの生成促進を抑制しつつ、高い予熱温度の空気を利用可能となるからである。   Furthermore, when the air preheating device described above is applied as an atmosphere recirculation device for a burner of a direct-fired furnace, as shown in FIG. 11, preheated air 6a preheated by the heat exchanger 4 of the air preheating device. Is supplied to the burner 1 to burn the fuel, and the flame nozzle 1a for discharging the flame, the flame discharged from the flame nozzle 1a and the atmosphere around the flame nozzle 1a are attracted and recirculated (arrow R It is advantageous to have a combustion atmosphere 12. This is because, by recirculating the atmosphere, air having a high preheating temperature can be used while suppressing the promotion of NOx generation without increasing the flame temperature, as in the case of recirculating the exhaust gas described above. .

なお、図１１に示す熱交換器４におけるエレメントの排気セル列70Ａおよび空気セル列70Ｂの組み合わせを、図１２に例示する。   In addition, the combination of the exhaust cell row 70A and the air cell row 70B of the elements in the heat exchanger 4 shown in FIG. 11 is illustrated in FIG.

ちなみに、本発明に従う熱交換器のエレメントを構成するセラミックスとしては、特に限定されないが、例えば、炭化珪素や窒化珪素は勿論、窒化ホウ素、アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア、チタニア、ハフニア、イットリア、ランタナなどの他、それらを適切な割合で混合させてなるムライト、コージェライト、酸化希土類安定化ジルコニアなどを用いることができる。   Incidentally, the ceramic constituting the element of the heat exchanger according to the present invention is not particularly limited. For example, boron carbide, alumina, silica, magnesia, zirconia, titania, hafnia, yttria, lantana, as well as silicon carbide and silicon nitride. In addition, mullite, cordierite, rare earth oxide-stabilized zirconia, or the like obtained by mixing them at an appropriate ratio can be used.

なお、図１において、熱交換器４へ至る排気３の導入経路５に設けた、多孔質でかつ排気の流通が可能の通気性固体５ａは、ラジアントチューブのバーナ１からの熱を熱交換器４に至る前に吸収し、ラジアントチューブのバーナ１からの輻射熱が直接熱交換器４に到達するのを回避し、逆にラジアントチューブ内に還流することにより、炉内への有効熱を増大せしめるためのものである。
ここで、通気性固体５ａは、所定の厚みを有する多孔質の通気性固体であり、図１３に示すように、ラジアントチューブのバーナ１から排気下流側に放出される輻射熱および排気の顕熱は、通気性固体５ａにて遮蔽され、熱交換器４に直接達することがない。上記輻射熱および排気顕熱を受けた通気性固体５ａでは、その遮蔽効果により、図１３に二点鎖線で示すような温度勾配を生じることになる。すなわち、上記輻射熱および排気顕熱は、通気性固体５ａにおいて輻射熱に変換され、排気上流側および排気下流側へと、それぞれ放出されるが、排気下流側への輻射熱は、通気性固体５ａの厚みに応じて遮蔽されて減衰するため、大部分は排気上流側へ放出される。かように、バーナ１からの排気は通気性固体５ａにおいて大幅な温度降下を伴って通過し、熱交換器４側へと流れることになる。従って、熱交換器４へ供給される排気は低温度になり、熱交換器４の使用環境が改善される結果、熱回収性能を長期にわたって維持することができる。一方、熱交換器４にて排気からの熱を回収した予熱空気は、従前に比較してより低温になるため、上記バーナ１での火炎の温度が低下し、ＮＯｘの生成抑制が可能となる。さらに、排気が多孔質の通気性固体５ａを通過することにより整流効果が得られて、熱交換器４へ均一な流れの排気が導かれるため、熱交換効率を高めることができる。 In FIG. 1, the air-permeable solid 5 a that is provided in the introduction path 5 of the exhaust gas 3 leading to the heat exchanger 4 and that can circulate the exhaust gas is configured to transfer heat from the burner 1 of the radiant tube to the heat exchanger. 4 is absorbed before the radiant heat from the burner 1 of the radiant tube reaches the heat exchanger 4, and the effective heat into the furnace is increased by returning to the radiant tube. Is for.
Here, the air-permeable solid 5a is a porous air-permeable solid having a predetermined thickness. As shown in FIG. 13, the radiant heat released from the burner 1 of the radiant tube to the exhaust downstream side and the sensible heat of the exhaust are It is shielded by the breathable solid 5a and does not reach the heat exchanger 4 directly. In the breathable solid 5a that has received the radiant heat and the exhaust sensible heat, a temperature gradient as shown by a two-dot chain line in FIG. 13 is generated due to the shielding effect. That is, the radiant heat and exhaust sensible heat are converted to radiant heat in the breathable solid 5a and released to the exhaust upstream side and the exhaust downstream side, respectively, but the radiant heat to the exhaust downstream side is the thickness of the breathable solid 5a. Since it is shielded and attenuated accordingly, most of it is discharged upstream of the exhaust. Thus, the exhaust from the burner 1 passes through the air-permeable solid 5a with a significant temperature drop and flows toward the heat exchanger 4 side. Therefore, the exhaust gas supplied to the heat exchanger 4 has a low temperature, and the usage environment of the heat exchanger 4 is improved. As a result, the heat recovery performance can be maintained for a long time. On the other hand, the preheated air that has recovered the heat from the exhaust gas in the heat exchanger 4 has a lower temperature than before, so the temperature of the flame in the burner 1 is reduced and NOx generation can be suppressed. . Further, since the exhaust gas passes through the porous air-permeable solid 5a, a rectifying effect is obtained, and a uniform flow of exhaust gas is guided to the heat exchanger 4, so that the heat exchange efficiency can be improved.

さらに、排気３が多孔質の通気性固体５ａを通過した際に、排気中のダストが除去され、熱交換器４におけるダストの付着が防止されるため、熱交換器４のダストによる効率低下を抑制することができる。   Further, when the exhaust gas 3 passes through the porous air-permeable solid 5a, dust in the exhaust gas is removed, and dust adherence in the heat exchanger 4 is prevented. Can be suppressed.

上記した通気性固体５ａに与える所定の厚みとは、光学的に遮蔽できる十分な厚みであり、具体的には10mm以上、好ましくは20〜60mmである。   The predetermined thickness given to the air-permeable solid 5a is a thickness that can be optically shielded, specifically 10 mm or more, preferably 20 to 60 mm.

また、通気性固体５ａは、ラジアントチューブが設置される炉の内壁より熱交換器４側に配置することが好ましい。なぜなら、炉の内面より排気下流側に通気性固体５ａ次いで熱交換器４が配置されることになるため、炉系外へ排出される有効熱の還元を可能とし、また熱交換器４が有効熱を持ち去ることを回避できるからである。   The breathable solid 5a is preferably arranged on the heat exchanger 4 side from the inner wall of the furnace in which the radiant tube is installed. This is because the air-permeable solid 5a and then the heat exchanger 4 are disposed downstream of the inner surface of the furnace, so that effective heat discharged outside the furnace system can be reduced, and the heat exchanger 4 is effective. This is because it is possible to avoid taking away heat.

通気性固体５ａおよび熱交換器４の配置について、図１に示すように、通気性固体５ａは、ラジアントチューブ２が設置される熱処理炉の内壁７と面一となるように配置し、熱交換器４は炉壁部もしくは炉壁外に配置することが、熱効率向上の観点から推奨される。   As for the arrangement of the breathable solid 5a and the heat exchanger 4, as shown in FIG. 1, the breathable solid 5a is arranged so as to be flush with the inner wall 7 of the heat treatment furnace in which the radiant tube 2 is installed. It is recommended that the vessel 4 be disposed outside or outside the furnace wall from the viewpoint of improving thermal efficiency.

さらに、通気性固体５ａは、ラジアントチューブの軸方向と直交する断面と同じ端面形状を有することが有利である。すなわち、通気性固体５ａを排気３の導入経路５内に配置した際に、ラジアントチューブ内周面との間に隙間が生じることがなく、排気３の全てが通気性固体５ａを通過し、排気３の顕熱が通気性固体５ａを介して炉系内へ確実に還元される。   Furthermore, it is advantageous that the air-permeable solid 5a has the same end surface shape as the cross section perpendicular to the axial direction of the radiant tube. That is, when the air-permeable solid 5a is disposed in the introduction path 5 of the exhaust gas 3, there is no gap between the inner surface of the radiant tube and all of the exhaust gas 3 passes through the air-permeable solid 5a, 3 is reliably reduced into the furnace system through the breathable solid 5a.

図１において、通気性固体５ａの２つを離間して配置してあるが、通気性固体５ａは１つでもよいのは勿論である。なお、複数を配置することによって、上記した熱還元および整流の効果はより高めることができ、設置場所との関係において増設することが有効である。   In FIG. 1, two of the breathable solids 5a are spaced apart from each other, but it is needless to say that one breathable solid 5a may be provided. In addition, by arranging a plurality, the effects of the above-described thermal reduction and rectification can be further enhanced, and it is effective to add more in relation to the installation location.

さらに、図１において、通気性固体５ａの２つを離間して配置してあるが、通気性固体５ａは１つでもよいのは勿論である。なお、複数を配置することによって、上記した熱還元および整流の効果はより高めることができ、設置場所との関係において複数の増設を行うことが有効である。
例えば、複数の通気性固体５ａを配置する際に、排気上流側に密度の小さい通気性固体５ａを配置して熱遮蔽体とし、排気下流側に密度の大きい通気性固体５ａを配置してフィルター機能を担保することによって、排気中にダストが多く含まれる場合には、排気下流側の通気性固体５ａをフィルターとして交換することによって、メンテナンスをより容易にすることが可能である。 Further, in FIG. 1, two of the breathable solids 5a are arranged apart from each other, but it is needless to say that one breathable solid 5a may be provided. By arranging a plurality, the effects of the above-described thermal reduction and rectification can be further enhanced, and it is effective to perform a plurality of additions in relation to the installation location.
For example, when arranging a plurality of air-permeable solids 5a, a low-density air-permeable solid 5a is disposed on the upstream side of the exhaust to form a heat shield, and a high-density air-permeable solid 5a is disposed on the downstream side of the exhaust. By ensuring the function, when a large amount of dust is contained in the exhaust gas, it is possible to make maintenance easier by replacing the air-permeable solid 5a on the exhaust downstream side as a filter.

通気性固体５ａは、炭化珪素や窒化珪素は勿論、窒化ホウ素、アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア、チタニア、ハフニア、イットリア、ランタナなどの他、それらを適切な割合で混合させてなるムライト、コージェライト、酸化希土類安定化ジルコニア等の耐久性の高いセラミックスからなることが、高温耐久性を確保する上で好ましい。
さらに、通気性固体５ａの孔径は、遮蔽性と通気性とを兼ね備えることのできる、大きさであり、具体的には、20mmφ以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.5mmφ〜４mmφである。 The breathable solid 5a includes not only silicon carbide and silicon nitride, but also boron nitride, alumina, silica, magnesia, zirconia, titania, hafnia, yttria, lantana, etc., and mullite and cordierite obtained by mixing them at an appropriate ratio. From the viewpoint of ensuring high-temperature durability, it is preferable to use ceramics having high durability such as rare earth oxide-stabilized zirconia.
Furthermore, the pore diameter of the air-permeable solid 5a is a size that can have both shielding properties and air-permeability. Specifically, it is preferably 20 mmφ or less, and more preferably 0.5 mmφ to 4 mmφ.

図１に示したところに従って、既存のラジアントチューブ施設に、本発明の空気予熱装置を適用した。なお、ラジアントチューブにおける排気条件は表１に示すとおりである。すなわち、既存の装置構成は、排気再循環エゼクタ11の入側に設けた熱交換器４がないものであり、本発明における熱交換器４に代えて、従来型の金属製レキュペレータが設置されたものである。
排気は25％を再循環して残りは排出し、新たに外部から空気を導入してバーナの燃焼を行うものである。この既存装置（再循環排気非迂回）においては、操業状態で測定した金属製レキュペレータの排熱回収（排気側温度）効率は27.1％であった。 As shown in FIG. 1, the air preheating device of the present invention was applied to an existing radiant tube facility. The exhaust conditions in the radiant tube are as shown in Table 1. That is, the existing apparatus configuration does not have the heat exchanger 4 provided on the inlet side of the exhaust gas recirculation ejector 11, and a conventional metal recuperator is installed instead of the heat exchanger 4 in the present invention. Is.
Exhaust gas is recirculated 25% and the rest is discharged, and air is newly introduced from outside to burn the burner. In this existing device (recirculation exhaust non-bypass), the exhaust heat recovery (exhaust side temperature) efficiency of the metal recuperator measured in the operating state was 27.1%.

Figure 2012193946
Figure 2012193946

一方、図１の施設に本発明の空気予熱装置を適用した場合については、熱交換器を通過
させた後の抜熱排気の一部を再循環排気として、空気ノズルから吐出される空気と混合し
た場合（再循環排気非迂回）と、熱交換器を迂回させた排気を再循環排気として、空気ノ
ズルから吐出される空気と混合した場合（再循環排気迂回）について行なった。その結果
、再循環排気非迂回の場合の排熱回収（排気側温度）効率が44.8％、再循環排気迂回の場
合の排気温度効率が53.2％であった。なお、熱交換器４のエレメントの仕様を、表２に示
す。 On the other hand, when the air preheating device of the present invention is applied to the facility of FIG. 1, a part of the heat removal exhaust after passing through the heat exchanger is used as recirculation exhaust and mixed with the air discharged from the air nozzle. This was performed in the case of recirculation exhaust (non-recirculation exhaust) and the case where the exhaust gas bypassing the heat exchanger was used as recirculation exhaust and mixed with air discharged from the air nozzle (recirculation exhaust bypass). As a result, the exhaust heat recovery (exhaust side temperature) efficiency was 44.8% when recirculation exhaust was not bypassed, and the exhaust temperature efficiency was 53.2% when recirculation exhaust was bypassed. The specifications of the elements of the heat exchanger 4 are shown in Table 2.

Figure 2012193946
Figure 2012193946

以上で述べた実施形態においては、ラジアントチューブ形式の焼鈍炉および直火式加熱
炉への適用を示したが、この例に限らず、本発明の空気予熱装置は、コークス炉、高炉熱
風炉、焼結機点火炉、製鋼取鍋予熱バーナのような製鉄用の燃焼設備に限らず、アルミニ
ウム精錬炉、窯業焼成炉、ガスタービンのような高温の排気を伴う燃焼設備全般の分野に
おいても適用することができる。 In the embodiment described above, application to a radiant tube type annealing furnace and a direct-fired heating furnace was shown, but not limited to this example, the air preheating device of the present invention includes a coke oven, a blast furnace hot stove, It is not limited to iron-making combustion equipment such as sintering furnace ignition furnaces and steel ladle preheating burners, but is also applicable to the fields of combustion equipment with high-temperature exhaust such as aluminum refining furnaces, ceramic firing furnaces, and gas turbines. be able to.

１バーナ
１ａ 火炎ノズル
２ ラジアントチューブ
２ａ 未抜熱排気導入路
３ 排気（未抜熱排気）
３ａ 抜熱排気
４ 熱交換器
５ 経路
５ａ 通気性固体
６ 空気（未予熱空気）
６ａ 予熱空気
７ エレメント
７ａ エレメントの側面
７ｂ エレメントの端面
７ｃ エレメントの端面
７ｄ エレメントの側面
８ 予熱空気導出路
１０ 混合気流路
１０ａ 迂回導入した排気
１１ エゼクタ
１２ 燃焼気雰囲気
１５ 未予熱空気導入路
４０ 抜熱排気導出路
４１ 煙道
70ａ 排気セル
70Ａ 排気セル列
70ｂ 空気セル
70Ｂ 空気セル列
71ａ 排気合流路
71ｂ 空気合流路
73 開口部
74 開口部
75 開口部
76 開口部
1 Burner 1a Flame nozzle 2 Radiant tube 2a Unheated exhaust introduction path 3 Exhaust (unheated exhaust)
3a Heat removal exhaust 4 Heat exchanger 5 Path 5a Breathable solid 6 Air (unpreheated air)
6a Preheated air 7 Element 7a Element side face 7b Element end face 7c Element end face 7d Element side face 8 Preheated air lead-out path 10 Mixture flow path 10a Detoured exhaust 11 Ejector 12 Combustion air atmosphere 15 Unpreheated air introduction path 40 Heat removal Exhaust outlet passage 41
70a Exhaust cell
70A exhaust cell line
70b Air cell
70B Air cell line
71a Exhaust gas flow path
71b Air channel
73 opening
74 opening
75 opening
76 opening

Claims (14)

燃料を空気によって燃焼させるバーナの燃焼気を加熱に用いた後の排気を導入し、前記バーナに供給する前の空気との間で熱交換する熱交換器を備える、空気予熱装置において、
前記熱交換器は、セラミック製の隔壁にて断面矩形状に区画されるセルの多数を碁盤目状に配列した、エレメントを有し、
前記エレメントは、その碁盤目の縦方向または横方向に、排気が導かれる排気セル列と空気が導かれる空気セル列とを交互に配置してなり、
前記エレメントの一端側では、前記排気セル列又は前記空気セル列の一方のセル列の各々は同列内セルが共通開口した合流路を有し、該合流路を介して前記エレメントの側面に開口してなり、前記排気セル列又は前記空気セル列の他方のセル列の各々は、該エレメントの前記一端側の端面で開口してなり、
かつ、
前記エレメントの他端側では、前記排気セル列又は前記空気セル列の一方のセル列の各々は同列内セルが共通開口した合流路を有し、該合流路を介して該エレメントの側面に開口してなり、前記排気セル列又は前記空気セル列の他方のセル列の各々は、該エレメントの他端側の端面で開口してなり、
前記一端側の排気セル列の開口部に未抜熱排気導入路が接続され、前記一端側の空気セル列の開口部に予熱空気導出路が接続され、前記他端側の排気セル列の開口部に抜熱排気導出路が接続され、前記他端側の空気セル列の開口部に未予熱空気導入路が接続されてなる、
ことを特徴とする空気予熱装置。 In an air preheating apparatus comprising a heat exchanger that introduces exhaust after using combustion air of a burner that burns fuel with air for heating and exchanges heat with air before being supplied to the burner,
The heat exchanger has an element in which a large number of cells partitioned into a rectangular cross section by a ceramic partition are arranged in a grid pattern,
The element is formed by alternately arranging exhaust cell rows from which exhaust gas is guided and air cell rows from which air is guided in the vertical direction or the horizontal direction of the grid.
On one end side of the element, each one of the exhaust cell row or the air cell row has a joint channel in which cells in the same column are opened in common, and opens to a side surface of the element through the joint channel. Each of the exhaust cell row or the other cell row of the air cell row is opened at the end face on the one end side of the element,
And,
On the other end side of the element, each one of the exhaust cell row or the air cell row has a joint channel in which cells in the same column are opened in common, and the side surface of the element is opened through the joint channel. Each of the other cell rows of the exhaust cell row or the air cell row is opened at the end face on the other end side of the element,
An unheated exhaust exhaust passage is connected to the opening of the exhaust cell row on the one end side, a preheated air lead-out passage is connected to the opening of the air cell row on the one end side, and an opening of the exhaust cell row on the other end side The exhaust heat exhaust lead-out path is connected to the part, and the unpreheated air introduction path is connected to the opening of the air cell row on the other end side.
An air preheating device characterized by that. 燃料を空気によって燃焼させるバーナの燃焼気を加熱に用いた後の排気を導入し、前記バーナに供給する前の空気との間で熱交換する熱交換器を備える、空気予熱装置において、
前記熱交換器は、セラミック製の隔壁にて断面矩形状に区画されるセルの多数を碁盤目状に配列した、エレメントを有し、
前記エレメントは、その碁盤目の縦方向または横方向に、排気が導かれる排気セル列と空気が導かれる空気セル列とを交互に配置してなり、
前記エレメントの一端側では、前記排気セル列および前記空気セル列の各々は、同列内セルが共通開口した合流路を有し、前記排気セル列は該合流路を介して該エレメントの一側面に開口するとともに、前記空気セル列は該合流路を介して該エレメントの前記一側面とは反対側の側面に開口してなり、
前記エレメントの他端側では、前記排気セル列および前記空気セル列の各々は、同列内セルが共通開口した合流路を有し、前記排気セル列は該合流路を介して該エレメントの一側面に開口するとともに、前記空気セル列の合流路は該エレメントの前記一側面とは反対側の側面に開口してなり、
前記一端側の排気セル列の開口部に未抜熱排気導入路が接続され、前記一端側の空気セル列の開口部に予熱空気導出路が接続され、前記他端側の排気セル列の開口部に抜熱排気導出路が接続され、前記他端側の空気セル列の開口部に未予熱空気導入路が接続されてなる、
ことを特徴とする空気予熱装置。 In an air preheating apparatus comprising a heat exchanger that introduces exhaust after using combustion air of a burner that burns fuel with air for heating and exchanges heat with air before being supplied to the burner,
The heat exchanger has an element in which a large number of cells partitioned into a rectangular cross section by a ceramic partition are arranged in a grid pattern,
The element is formed by alternately arranging exhaust cell rows from which exhaust gas is guided and air cell rows from which air is guided in the vertical direction or the horizontal direction of the grid.
On one end side of the element, each of the exhaust cell row and the air cell row has a joint passage in which cells in the same row are opened in common, and the exhaust cell row is disposed on one side of the element via the joint passage. And the air cell row is opened on the side surface opposite to the one side surface of the element via the combined flow path,
On the other end side of the element, each of the exhaust cell row and the air cell row has a joint passage in which cells in the same row are opened in common, and the exhaust cell row is disposed on one side surface of the element via the joint passage. And the combined flow path of the air cell row is open on the side surface opposite to the one side surface of the element,
An unheated exhaust exhaust passage is connected to the opening of the exhaust cell row on the one end side, a preheated air lead-out passage is connected to the opening of the air cell row on the one end side, and an opening of the exhaust cell row on the other end side The exhaust heat exhaust lead-out path is connected to the part, and the unpreheated air introduction path is connected to the opening of the air cell row on the other end side.
An air preheating device characterized by that. 燃料を空気によって燃焼させるバーナの燃焼気を加熱に用いた後の排気を導入し、前記バーナに供給する前の空気との間で熱交換する熱交換器を備える、空気予熱装置において、
前記熱交換器は、セラミック製の隔壁にて断面矩形状に区画されるセルの多数を碁盤目状に配列した、エレメントを有し、
前記エレメントは、その碁盤目の縦方向または横方向に、排気が導かれる排気セル列と空気が導かれる空気セル列とを交互に配置してなり、
前記エレメントの一端側では、前記排気セル列又は前記空気セル列の一方のセル列の各々は同列内セルが共通開口した合流路を有し、該合流路を介して前記エレメントの側面に開口してなり、前記排気セル列又は前記空気セル列の他方のセル列の各々は、該エレメントの前記一端側の端面で開口してなり、
前記エレメントの他端側では、前記排気セル列および前記空気セル列の各々は、同列内セルが共通開口した合流路を有し、前記排気セル列は該合流路を介して該エレメントの一側面に開口するとともに、前記空気セル列の合流路は該エレメントの前記一側面とは反対側の側面に開口してなり、
前記一端側の排気セル列の開口部に未抜熱排気導入路が接続され、前記一端側の空気セル列の開口部に予熱空気導出路が接続され、前記他端側の排気セル列の開口部に抜熱排気導出路が接続され、前記他端側の空気セル列の開口部に未予熱空気導入路が接続されてなる、
ことを特徴とする空気予熱装置。 In an air preheating apparatus comprising a heat exchanger that introduces exhaust after using combustion air of a burner that burns fuel with air for heating and exchanges heat with air before being supplied to the burner,
The heat exchanger has an element in which a large number of cells partitioned into a rectangular cross section by a ceramic partition are arranged in a grid pattern,
The element is formed by alternately arranging exhaust cell rows from which exhaust gas is guided and air cell rows from which air is guided in the vertical direction or the horizontal direction of the grid.
On one end side of the element, each one of the exhaust cell row or the air cell row has a joint channel in which cells in the same column are opened in common, and opens to a side surface of the element through the joint channel. Each of the exhaust cell row or the other cell row of the air cell row is opened at the end face on the one end side of the element,
On the other end side of the element, each of the exhaust cell row and the air cell row has a joint passage in which cells in the same row are opened in common, and the exhaust cell row is disposed on one side surface of the element via the joint passage. And the combined flow path of the air cell row is open on the side surface opposite to the one side surface of the element,
An unheated exhaust exhaust passage is connected to the opening of the exhaust cell row on the one end side, a preheated air lead-out passage is connected to the opening of the air cell row on the one end side, and an opening of the exhaust cell row on the other end side The exhaust heat exhaust lead-out path is connected to the part, and the unpreheated air introduction path is connected to the opening of the air cell row on the other end side.
An air preheating device characterized by that. 前記合流路は、同一セル列内におけるセル相互間の隔壁をセルの軸方向を横切る向きに切削して同一セル列内におけるセル相互を連通させ、該切削後のセル列の端面を封止してなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の空気予熱装置。   The joint channel cuts partition walls between cells in the same cell row in a direction crossing the cell axial direction to communicate the cells in the same cell row, and seals the end face of the cell row after the cutting. The air preheating device according to any one of claims 1 to 3, wherein 請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記熱交換器の前記排気の導入側に、多孔質でかつ排気の流通が可能の通気性固体を有することを特徴とする空気予熱装置。   5. The air preheating device according to claim 1, further comprising an air-permeable solid that is porous and capable of flowing an exhaust gas, on the exhaust introduction side of the heat exchanger. 前記バーナが、炉内壁から炉内に突き出るラジアントチューブのバーナであり、前記熱交換器および通気性固体は、前記炉内壁より、前記加熱に用いた後の排気の下流側に配置することを特徴とする請求項５に記載の空気予熱装置。   The burner is a burner of a radiant tube protruding from the furnace inner wall into the furnace, and the heat exchanger and the breathable solid are arranged downstream of the exhaust after being used for the heating from the furnace inner wall. The air preheating device according to claim 5. 前記通気性固体は、前記ラジアントチューブの軸方向と直交する断面と同じ端面形状を有することを特徴とする請求項６に記載の空気予熱装置。   The air preheating device according to claim 6, wherein the breathable solid has the same end surface shape as a cross section orthogonal to the axial direction of the radiant tube. 前記通気性固体を複数配置すること特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の空気予熱装置。   The air preheating device according to any one of claims 5 to 7, wherein a plurality of the air-permeable solids are arranged. 前記通気性固体がセラミックスからなること特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の空気予熱装置。   The air preheating device according to any one of claims 5 to 8, wherein the air-permeable solid is made of ceramics. 前記セルの矩形断面における各辺の長さが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の空気予熱装置。   The air preheating device according to any one of claims 1 to 9, wherein the length of each side in the rectangular cross section of the cell is 1 mm or more and 10 mm or less. 前記セルの矩形断面における各辺の長さが３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の空気予熱装置。   The length of each side in the rectangular cross section of the said cell is 3 mm or less, The air preheating apparatus of Claim 10 characterized by the above-mentioned. 前記セル相互間の隔壁および前記セル列相互間の隔壁の厚さが前記セルの相対する辺の
距離の１／１０以上１／１未満であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の空気予熱装置。 The thickness of the partition between the cells and the partition between the cell rows is 1/10 or more and less than 1/1 of the distance between the opposite sides of the cells. Air preheater. 請求項１から１２のいずれかに記載の空気予熱装置を有し、該空気予熱装置の熱交換器によって予熱された、空気を吐出する空気ノズルと、該空気ノズルから吐出される空気および該空気ノズル周囲の前記熱交換器を迂回させた排気を混合する混合気流路と、からなる排気再循環エゼクタを有することを特徴とする排気再循環装置。   An air nozzle for discharging air, the air nozzle for discharging air preheated by a heat exchanger of the air preheating device, the air discharged from the air nozzle, and the air, comprising the air preheating device according to any one of claims 1 to 12 An exhaust gas recirculation device comprising an exhaust gas recirculation ejector comprising an air-fuel mixture passage for mixing exhaust gas that bypasses the heat exchanger around the nozzle. 請求項１から１２のいずれかに記載の空気予熱装置を有し、該空気予熱装置の熱交換器によって予熱された空気をバーナに供給し燃料を燃焼させて形成される、火炎を吐出する火炎ノズルと、該火炎ノズルから吐出される火炎および該火炎ノズル周囲の雰囲気を誘引して再循環する、燃焼気雰囲気とを有することを特徴とする雰囲気再循環装置。
A flame for discharging a flame, comprising the air preheating device according to any one of claims 1 to 12, and formed by supplying air preheated by a heat exchanger of the air preheating device to a burner and burning fuel. An atmosphere recirculation apparatus comprising: a nozzle; a flame discharged from the flame nozzle; and a combustion gas atmosphere that induces and recirculates an atmosphere around the flame nozzle.
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