JP2017032237A - Heat reservoir - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄熱式バーナに用いられる蓄熱体に関する。 The present invention relates to a heat storage body used for a heat storage burner.
鍛造炉、熱処理炉、溶解炉、焼成炉などでは、バーナの燃焼により空間内温度を高温とするために、蓄熱式バーナ(リジェネバーナ)が使用されることがある。蓄熱式バーナは、バーナの燃焼により高温となった排ガスと、バーナの燃焼のために供給されるガスとを、交互に蓄熱体に流通させるべく、ガスの流通方向が数十秒間隔で切り換えられるバーナである。この流通方向の切り替えを行うことで、排ガスの熱は蓄熱体で回収され、回収された熱がバーナの燃焼のために新たに供給されるガスを予熱するために利用される。 In a forging furnace, a heat treatment furnace, a melting furnace, a firing furnace, and the like, a regenerative burner (regenerative burner) may be used to increase the temperature in the space by burning the burner. In the regenerative burner, the gas flow direction is switched at intervals of several tens of seconds so that the exhaust gas that has become hot due to the burner combustion and the gas that is supplied for the burner combustion flow alternately to the heat storage body. It is a burner. By switching the flow direction, the heat of the exhaust gas is recovered by the heat storage body, and the recovered heat is used to preheat the gas newly supplied for the burner combustion.
したがって、蓄熱式バーナは、燃焼効率が高く、燃料を節減することができるため、省エネルギーに資するとともに、排出される二酸化炭素を削減することができる。このような蓄熱式バーナには、それぞれ蓄熱体と組み合わせられた一対のバーナを用いるタイプ(ツインリジェネバーナ)と、一つのバーナでガスの流通方向を切り替えるタイプ(セルフリジェネバーナ)とがある。
蓄熱式バーナ用の蓄熱体としては、セラミックスボール(特許文献1),ハニカム構造体(特許文献2),セラミックス筒(特許文献3)が使用されている。
特許文献1には、大きさの異なるセラミックスボールを用いることで、蓄熱体の充填密度を高めることが記載されている。
Therefore, the regenerative burner has high combustion efficiency and can save fuel, thereby contributing to energy saving and reducing carbon dioxide emitted. Such a heat storage burner includes a type using a pair of burners each combined with a heat storage body (twin regenerative burner) and a type switching a gas flow direction with one burner (self regenerative burner).
Ceramic balls (Patent Document 1), honeycomb structures (Patent Document 2), and ceramic cylinders (Patent Document 3) are used as the heat storage body for the heat storage burner.
特許文献2には、アルミナ、コーディエライト、ムライト等のセラミックスのハニカム構造体を、蓄熱式バーナ用蓄熱体として使用する技術が記載されている。ハニカム構造体は、ボールに比べて表面積が非常に大きいという利点がある。さらに、ハニカム構造体は、ガス流通に伴う圧力損失が小さいという利点もある。
特許文献3には、セラミックス筒を使用する技術が記載されている。特許文献3には、少なくとも後段側でセラミックス筒を整列配置することを記載している。セラミックス筒は圧損が小さく、かつ表面積が大きいという利点がある。
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、ガスはケーシング内に充填されたボールの間の空隙を流通するため、圧力損失が大きいという問題があった。また、ボールの表面積は小さいため、中心部まで利用できずに熱交換が不十分となるという問題もあった。
However, the technique described in
さらに、セラミックスボールは、熱容量を高めるために径を大きくすると、表面と内部(中心部)との温度差(部分的な温度差)が大きくなり、体積変化(熱膨張・収縮)に起因する割れが生じやすくなるという問題があった。 Furthermore, when the diameter of ceramic balls is increased to increase the heat capacity, the temperature difference (partial temperature difference) between the surface and the interior (center) increases, and cracks are caused by volume changes (thermal expansion / contraction). There is a problem that it is easy to occur.
特許文献2〜3に記載のハニカム構造体又はセラミックス筒では、大きな表面積を得るために、隔壁が非常に薄いものとなっていた。そのため、ハニカム構造(セラミックス筒)の蓄熱体は、強度が低いという問題があった。また、薄い隔壁は、隔壁の部分的な熱容量が小さくなることを示し、その結果として、熱交換可能な熱量の減少(熱交換性の低下)を招くだけでなく、隔壁自身の耐熱性の低下を招く。
また、蓄熱と放熱との繰り返しに伴う急激な温度変化により、亀裂や割れを生じ易いという問題、すなわち、耐熱衝撃性が低いという問題もあった。
In the honeycomb structure or the ceramic cylinder described in
In addition, there is a problem that cracks and cracks are likely to occur due to a rapid temperature change that accompanies repeated heat storage and heat dissipation, that is, thermal shock resistance is low.
ハニカム構造体の場合、耐熱衝撃性を高めるために、その形状を小型化したハニカム構造体とすることが検討されている。しかしながら、この小さなハニカム構造体は、規則的に配列する必要があり、その結果として組み付けのコストが膨大になるという問題があった。
さらに、特許文献3のセラミックス筒は、軸方向の長さが長く、組み付けのコストが膨大になるという問題があった。
In the case of a honeycomb structure, in order to improve thermal shock resistance, it has been studied to use a honeycomb structure having a reduced shape. However, the small honeycomb structures need to be regularly arranged, and as a result, there is a problem that the assembling cost becomes enormous.
Furthermore, the ceramic cylinder of
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、強度、耐熱衝撃性、及び熱交換の効率が高く、かつ組み付け性に優れた蓄熱式バーナに用いられる蓄熱体を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a heat storage body used for a heat storage burner having high strength, thermal shock resistance, and high heat exchange efficiency and excellent assembly properties. To do.
上記課題を解決するために、蓄熱式バーナに用いられる蓄熱体について検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。 In order to solve the above problems, as a result of repeated studies on the heat storage body used in the heat storage type burner, the present invention has been made.
本発明の蓄熱体は、バーナの燃焼により加熱された排ガス及びバーナの燃焼のために供給されるガスを交互に流通させて熱交換を行う蓄熱式バーナに用いられる蓄熱体であって、軸方向の長さ(L)と外径(dO)との比(L/dO)が0.8より大きく1.2未満の筒状のセラミックスよりなることを特徴とする。 The heat storage body of the present invention is a heat storage body used in a heat storage burner that performs heat exchange by alternately circulating exhaust gas heated by combustion of the burner and gas supplied for combustion of the burner, and is axially The ratio (L / d 2 O 3 ) of the length (L) to the outer diameter (d 2 O 3 ) is greater than 0.8 and less than 1.2, and is characterized by being made of cylindrical ceramics.
本発明の蓄熱体は、筒状のセラミックスよりなる。蓄熱体が筒状をなすことで、径方向の内部(内周面)と外部(外周面)から加熱でき、径方向(蓄熱体の厚さ方向)での部分的な温度ムラが生じなくなり、高い耐熱衝撃性を持つこととなる。なお、蓄熱体の形状の筒状とは、軸心に中空部をもつとともに、軸方向に沿って伸びている形状を示す。また、筒状とは、軸方向の両端面に開口が形成された形状である。 The heat storage body of this invention consists of cylindrical ceramics. By making the heat storage body cylindrical, it can be heated from the inside (inner peripheral surface) and outside (outer peripheral surface) in the radial direction, and partial temperature unevenness in the radial direction (thickness direction of the heat storage body) does not occur. It will have high thermal shock resistance. The cylindrical shape of the heat storage body indicates a shape having a hollow portion in the axial center and extending along the axial direction. Further, the cylindrical shape is a shape in which openings are formed on both end surfaces in the axial direction.
そして、軸方向の長さ(L)と外径(dO)との比(L/dO)が0.8より大きく1.2未満となることで、蓄熱体の体格が立方体に近い形状となる。この形状によると、蓄熱式バーナの収容空間に蓄熱体を流し込んで組み付けを行うことができ、組み付けられた蓄熱体はランダムに配置される。蓄熱体がランダムに配されると、収容空間内で均一な熱交換が可能となる。
上記のように、本発明の蓄熱体は、強度、耐熱衝撃性、及び熱交換の効率が高く、かつ組み付け性に優れた蓄熱体となっている。
Then, the ratio of the axial length (L) and outer diameter (d O) (L / d O) that is less than greater than 0.8 1.2, size of the regenerator is close to a cubic shape It becomes. According to this shape, the heat storage body can be poured into the housing space of the heat storage burner and assembled, and the assembled heat storage bodies are randomly arranged. When the heat accumulators are randomly arranged, uniform heat exchange is possible in the accommodation space.
As described above, the heat storage body of the present invention is a heat storage body that has high strength, thermal shock resistance, and high efficiency of heat exchange and is excellent in assemblability.
以下、実施の形態を用いて具体的に本発明の蓄熱体を説明する。
[実施形態1]
(蓄熱体)
本形態の蓄熱体1は、バーナの燃焼により加熱された排ガス及びバーナの燃焼のために供給されるガスを交互に流通させて熱交換を行う蓄熱式バーナに用いられる蓄熱体である。
Hereinafter, the heat storage body of the present invention will be specifically described using embodiments.
[Embodiment 1]
(Heat storage)
The
本形態の蓄熱体1は、図1〜2に示したように、円筒状の多孔質セラミックスよりなる。図1は、蓄熱体1の斜視図である。図2は、図1中のII−II線での断面図である。
The
本形態の蓄熱体1は、円筒状の多孔質セラミックスよりなる。ここで、円筒状とは、軸方向に垂直な断面形状が円環状をなす形状を示す。蓄熱体1が円筒状をなすことで、径方向でのセラミックスの厚さが均一となる。そして、蓄熱体1が各ガスにさらされたときに、円筒状の軸芯部(内表面)と外部(外表面)とが各ガスと接触する。そして、本形態の蓄熱体1は、円筒状の両面から温度変化が生じるため、厚さ方向での部分的な温度ムラが生じない。すなわち、蓄熱体1は、高い耐熱衝撃性を持つ。
また、本形態の蓄熱体1は、円筒状の形状となることで、広い表面積を有することとなる。各ガスと接触する面積が増加し、熱交換の性能が向上する。
The
Moreover, the
さらに、円筒状をなすことで、柱状の中実体(軸心の中空を有さない形状,緻密体)の場合と比較して、その質量を軽くすることができる。蓄熱体1が軽量化されると、蓄熱体1の取り扱いを容易にできるだけでなく、蓄熱式バーナの装置に組み付けたときに大きな質量がバーナに加わらなくなり、装置の損傷を抑えることができる。
本形態の蓄熱体1は、図1〜2に示したように、軸方向の両端面が、軸方向に垂直に広がるように形成されている。
Furthermore, by forming a cylindrical shape, it is possible to reduce the mass of the columnar solid body (a shape without a hollow shaft, a dense body). If the
As shown in FIGS. 1 and 2, the
本形態の蓄熱体1は、軸方向の長さ(L)と外径(dO)との比(L/dO)が0.8より大きく1.2未満となっている。本形態の蓄熱体1で、0.8<(L/dO)<1.2となることで、蓄熱体1の組み付け性が向上する。なお、本形態における軸方向の長さ(L)は、蓄熱体1の軸方向の両端面間の距離に当たる。また、円筒状の本形態の蓄熱体1では、外径(dO)は、円筒の直径に当たる。
In the
具体的には、蓄熱体1の外形がこの範囲に含まれると、蓄熱体1の形状が従来のセラミックスボールと近似する。そうすると、従来のセラミックスボールと同様の取り扱いが可能となり、蓄熱体1の集合体を流し込んで組み付ける(収容空間に充填する)ことが可能となる。つまり、蓄熱体1の取り扱いが容易となる。
Specifically, when the outer shape of the
また、蓄熱体1の外形がこの範囲に含まれると、蓄熱体1の集合体を流し込んで組み付けたときに、蓄熱体1がランダムに配置される。ランダムに配置されると、配列した状態と比較して、各ガスとの接触量が増加する。つまり、各ガスと接触する面積が増加し、熱交換の性能が向上する。
Moreover, when the external shape of the
なお、軸方向の長さ(L)と外径(dO)との比(L/dO)が0.8未満となると、外径に対する軸方向の長さが短くなり(全体として短軸形状となり)、組み付けた時に蓄熱体1が配列しやすくなる。また、比(L/dO)が1.2を超えても、同様に蓄熱体1が配列しやすくなる。
When the ratio (L / d O ) between the axial length (L) and the outer diameter (d O ) is less than 0.8, the axial length with respect to the outer diameter becomes shorter (as a whole, the shorter axis It becomes a shape), and it becomes easy to arrange the
軸方向の長さ(L)で表される蓄熱体1の大きさは限定されるものではないが、従来のセラミックスボールの径と同程度の大きさ(サイズ)であることが好ましい。すなわち、6〜30mmであることが好ましく、8〜20mmであることがより好ましい。
The size of the
本形態の蓄熱体1は、図2に示したように、筒状の蓄熱体1が、外径(dO)と内径(dI)との比(dO/dI)が1.2より大きく4未満である。円筒状の本形態の蓄熱体1では、内径(dI)は、円筒の軸心の中空部の直径に当たる。外径(dO)と内径(dI)との比(dO/dI)は、円筒状の蓄熱体1の径方向での厚さに関連する。蓄熱体1の厚さが1.2<(dO/dI)<4の範囲内となることで、上記した効果をより発揮できる。
外径(dO)と内径(dI)との比(dO/dI)が1.2以下となると、蓄熱体1の径方向での厚さが薄くなる。つまり、蓄熱体1の強度が低下する。また、蓄熱体1を形成するセラミックス量が減少し、授受可能な熱の総量に関連する熱容量も減少する。
If the ratio between the outer diameter (d O) and an inner diameter (d I) (d O / d I) is 1.2 or less, the thickness becomes thinner in the radial direction of the
外径(dO)と内径(dI)との比(dO/dI)が4を超えて大きくなると、蓄熱体1の径方向での厚さが過剰に厚くなる。つまり、蓄熱体1の径方向での厚さが厚くなりすぎ、軸芯部(内表面)と外部(外表面)との距離が長くなる。この場合、厚さ方向において表面(内表面と外表面)と中心部(内表面と外表面の間の厚さ方向の中心部)との間で温度ムラが生じやすくなり、耐熱衝撃性が低下しやすくなる。
The ratio of outer diameter (d O) and an inner diameter (d I) (d O / d I) is greater than 4, the thickness in the radial direction of the
本形態の蓄熱体1は、多孔質セラミックスよりなることが好ましい。多孔質セラミックスは、微細な細孔を有しており、広い表面積を形成する。この結果、各ガスとの接触面積が増加し、熱交換性が向上する。加えて、多孔質セラミックスが熱膨張を生じたときに、細孔容積が減少することで熱膨張を許容することとなり、蓄熱体の耐熱衝撃性も向上する。なお、多孔質セラミックスの細孔は、それぞれが独立した細孔(セラミックス内の閉塞した細孔)であっても、連続した細孔(連通した細孔)であっても、いずれでも良い。好ましくは、連続した細孔(表面に露出した細孔が表面に凹凸を形成する細孔)である。
It is preferable that the
本形態の蓄熱体1は、多孔質セラミックスであれば、その材質が限定されるものではない。すなわち、蓄熱体1を形成する材質は、従来の蓄熱体を形成する材質(セラミックス)を用いることができる。この材質としては、例えば、アルミナ,コーディエライト,ムライト,炭化ケイ素等からなるセラミックスをあげることができる。
As long as the
これらのセラミックスのうち、熱伝導率が高い炭化ケイ素を主成分としてなる炭化ケイ素質セラミックスが最も好ましい。すなわち、熱伝導率が高くなることで、バーナからの排ガスの熱を短時間で回収し、回収した熱を短時間で供給ガスに付与することができ、熱交換の効率が高くなる。具体的には、それぞれのセラミックス(緻密体)の熱伝導率として、炭化ケイ素(100〜200W/m・K),アルミナ(30W/m・K),コーディエライト(4W/m・K),ムライト(5W/m・K)であることが知られている。 Of these ceramics, silicon carbide ceramics mainly composed of silicon carbide having high thermal conductivity are most preferable. That is, by increasing the thermal conductivity, the heat of the exhaust gas from the burner can be recovered in a short time, and the recovered heat can be applied to the supply gas in a short time, so that the efficiency of heat exchange is increased. Specifically, as the thermal conductivity of each ceramic (dense body), silicon carbide (100 to 200 W / m · K), alumina (30 W / m · K), cordierite (4 W / m · K), It is known to be mullite (5 W / m · K).
加えて、炭化ケイ素の熱膨張率は、約4×10−6/℃と小さい。これは、アルミナの熱膨張率の約1/2である。すなわち、炭化ケイ素は、熱伝導率が高いとともに熱膨張率が小さいため、耐熱衝撃性に優れる。したがって、炭化ケイ素は、蓄熱と放熱との繰り返しに伴って急激な温度変化を受け続ける、蓄熱式バーナに用いられる蓄熱体として適している。 In addition, the thermal expansion coefficient of silicon carbide is as small as about 4 × 10 −6 / ° C. This is about 1/2 of the thermal expansion coefficient of alumina. That is, since silicon carbide has high thermal conductivity and low thermal expansion coefficient, it has excellent thermal shock resistance. Accordingly, silicon carbide is suitable as a heat storage body used in a heat storage burner that continues to undergo a rapid temperature change with repeated heat storage and heat dissipation.
さらに、炭化ケイ素は、他のセラミックス(特にアルミナ)と比較して、軽量である。このため、炭化ケイ素質セラミックスで蓄熱体1を形成すると、他のセラミックスと比較して軽量の蓄熱体を得られる。軽量の蓄熱体1は、充填したときに蓄熱式バーナに加わる重さ(質量,重量)を低減でき、蓄熱式バーナの装置の簡略化(低コスト化)を達成できる。
Furthermore, silicon carbide is lighter than other ceramics (particularly alumina). For this reason, if the
蓄熱体1が炭化ケイ素質セラミックスよりなる場合、酸化防止材を含有することが好ましい。炭化ケイ素質セラミックスが酸化防止材を含有することで、多孔質セラミックス自身が酸化分解することを防止できる。加えて、酸化防止材が多孔質セラミックス自身の強度を高める効果を発揮する。
When the
炭化ケイ素質セラミックスに含まれる酸化防止材は、限定されるものではないが、酸化ケイ素であることが好ましい。酸化防止材としての酸化ケイ素は、炭化ケイ素質セラミックスを酸化して生成(酸化雰囲気下で熱処理してガラス質として生成)できる。 The antioxidant contained in the silicon carbide ceramic is not limited, but is preferably silicon oxide. Silicon oxide as an antioxidant can be generated by oxidizing silicon carbide ceramics (generated as glass by heat treatment in an oxidizing atmosphere).
本形態の蓄熱体1の多孔質セラミックスは、気孔率が限定されるものではなく、50%以下の多孔質セラミックスよりなることが好ましい。気孔率が50%を超えると、多孔質セラミックスに占める細孔の割合が過剰となり、蓄熱体1の強度が低下する。
The porous ceramics of the
気孔率の下限については、特に限定されるものではない。気孔率が小さくなりすぎると、気孔率を有することの効果が十分に発揮できなくなる。気孔率は、5%以上であることが好ましい。 The lower limit of the porosity is not particularly limited. When the porosity is too small, the effect of having the porosity cannot be sufficiently exhibited. The porosity is preferably 5% or more.
好ましい気孔率は、蓄熱体1を形成するセラミックスにより異なるため一概に決定できるものではない。例えば、多孔質の炭化ケイ素質セラミックスよりなる場合には、20〜50%であり、より好ましい気孔率は30〜50%である。多孔質のアルミナ質セラミックスよりなる場合には、5〜40%であり、より好ましい気孔率は5〜20%である。
A preferable porosity varies depending on ceramics forming the
(蓄熱式バーナ)
本形態の蓄熱体1は、蓄熱式バーナに用いられる。蓄熱式バーナは、バーナの燃焼により加熱された排ガス及びバーナの燃焼のために供給されるガスを交互に流通させて熱交換を行う。本形態の蓄熱体1は、この熱交換に利用される。蓄熱式バーナは、特に限定されるものではなく、従来公知の構成の蓄熱式バーナをあげることができる。蓄熱式バーナでは、本形態の蓄熱体1は収容空間2(蓄熱室)に収容(充填)され、熱交換に用いられる。
蓄熱式バーナは、例えば、後述の図12に示した構成の蓄熱式バーナ4を例示できる。なお、図12に示した構成の蓄熱式バーナ4として、収容空間2(蓄熱室)の縦方向(図中の上下方向)に沿って各ガスが流れる蓄熱式バーナが例示されているが、流れる方向が略水平方向(横方向)でもよい。また、バーナの向きも特に限定されるものではなく、縦型でも横型でもよい。
(Regenerative burner)
The
An example of the heat storage burner is the heat storage burner 4 having a configuration shown in FIG. In addition, as the heat storage type burner 4 having the configuration shown in FIG. 12, a heat storage type burner in which each gas flows along the vertical direction (vertical direction in the drawing) of the accommodation space 2 (heat storage chamber) is illustrated. The direction may be a substantially horizontal direction (lateral direction). Further, the direction of the burner is not particularly limited, and may be vertical or horizontal.
(蓄熱体の組み付け)
蓄熱体1の組み付けを、カラム3を用いて具体的に説明する。カラム3は、図3に示したように、各ガスが連通する上下方向(鉛直方向)に伸び、その内部に収容空間2を区画する。カラム3は、筒状の本体部30と、底板31と、上板32と、を有する。
筒状の本体部30は、軸方向が鉛直方向に伸びる筒状の部材である。本体部30は、その内周面が耐熱性を持つ材質により形成される。
(Assembly of heat storage body)
The assembly of the
The cylindrical
本体部30は、鉛直方向の上方の端部に蓄熱体1を投入する投入部33が、下方の端部に蓄熱体1を排出する排出部34が、それぞれもうけられている。投入部33及び排出部34は、蓄熱体1を収容空間2に充填・排出するためにもうけられており、蓄熱体1が通過しないときには、閉塞している。
The
底板31は、本体部30の下方側の端部に配置され、収容空間2の下方側の端面を区画する。底板31は、各ガスの通過を許容するとともに、充填された蓄熱体1を支持する。
上板32と、本体部30の上方側の端部に配置され、収容空間2の上方側の端面を区画する。上板32は、各ガスの通過を許容する。
The
The
底板31及び上板32は、各ガスの通過を許容することから、多数の通気口が開口した網状やメッシュ状を有する。底板31及び上板32も、耐熱性を持つ材質により形成される。
Since the
蓄熱体1は、本体部30の投入部33から、収容空間2内に投入(供給)され、収容(充填)される。このとき、排出部34は閉塞しており、投入された蓄熱体1は収容空間2内に蓄積していき、収容(充填)される。蓄熱体1の投入が終了したら投入部33が閉じられる。これにより、蓄熱体1が収容空間2内に充填される。このとき、蓄熱体1は、収容空間2内で、配列することなくランダムに充填される。
蓄熱体1が収容空間2内に充填されると、蓄熱式バーナを使用できる。
The
When the
蓄熱体1は、本体部30の排出部34を介して、収容空間2内から排出される。排出部34は軸方向の下方側にもうけられており、排出部34を開放することで、蓄熱体1が排出される。これにより、蓄熱体1が収容空間2内から排出される。
The
(本形態の効果)
本形態の蓄熱体1は、軸方向長さ(L),外径(dO),内径(dI)が所定の範囲に含まれることで、強度,耐熱衝撃性及び熱交換の効率が高く、かつ組み付け性に優れた蓄熱体となる効果を発揮する。
(Effect of this embodiment)
The
さらに、本形態の蓄熱体1は、従来のボールと比較して大幅に軽量化できる。この構成によると、図3に示したように、軸方向にのびるカラム3に充填しても、底板30に加わる重さを低減でき、カラム3(底板30及び蓄熱式バーナ)に大きな荷重がかかることによる損傷を抑えることができる。
Furthermore, the
[実施形態2]
本形態の蓄熱体1は、外形が異なること以外は、実施形態1と同様である。本形態の蓄熱体1を、図4に斜視図で、図5に断面図で、それぞれ示した。図4は、図1と同様に蓄熱体1を示した斜視図である。図5は、図4中のV−V線での断面図である。
[Embodiment 2]
The
本形態の蓄熱体1は、図4〜5に示したように、円筒状の軸方向の一方の端面1a(図4中の上側の端面)が、軸方向に対して傾斜して形成されている。本形態の蓄熱体1は、軸方向の他方の端面1bが、軸方向に対して垂直に形成されている。
本形態の蓄熱体1のように、軸方向の少なくとも一方の端面が傾斜している場合には、軸方向の長さ(L)は、蓄熱体1の軸方向の長さの最も長い距離(Ll)と、最も短い距離(Ls)と、の平均の距離(Lav)とすることができる。
本形態の蓄熱体1は、その外周形状(端面の角度)が異なるのみであり、実施形態1と同様の効果を発揮する。
As shown in FIGS. 4 to 5, the
When at least one end face in the axial direction is inclined as in the
The
さらに、本形態の蓄熱体1は、軸方向の一方の端面1aが軸方向に対して傾斜して形成されていることで、カラム3に流し込んで充填したときに、一方の端面1aと当接する別の蓄熱体1が配列しなくなる。つまり、確実にランダムに配されることとなる効果を発揮する。
Furthermore, the
[実施形態3]
本形態の蓄熱体1は、外形が異なること以外は、実施形態1〜2と同様である。本形態の蓄熱体1を、図6に斜視図で、図7に断面図で、それぞれ示した。図6は、図1,4と同様に蓄熱体1を示した斜視図である。図7は、図6中のVII−VII線での断面図である。
[Embodiment 3]
The
本形態の蓄熱体1は、図6〜7に示したように、円筒状の軸方向の一方の端面1a及び他方の端面1bが、軸方向に対していずれも傾斜して形成されている。そして、一方の端面1aの傾斜角αと、他方の端面1bの傾斜角βと、が異なっている(α≠β)。
蓄熱体1の軸方向の長さ(L)は、実施形態2に規定したように、蓄熱体1の軸方向の長さの最も長い距離(Ll)と、最も短い距離(Ls)と、の平均の距離(Lav)とする。
As shown in FIGS. 6 to 7, the
As defined in the second embodiment, the axial length (L) of the
本形態の蓄熱体1は、その外周形状が異なるのみであり、実施形態1〜2と同様の効果を発揮する。本形態の蓄熱体1は、軸方向の両端面1a,1bが傾斜して形成されており、よりランダムに充填できる。
The
さらに、本形態の蓄熱体1は、軸方向の一方の端面1aと他方の端面1bとが軸方向に対して異なる傾斜角(α≠β)で傾斜して形成されている。なお、二つの傾斜角α,βは、α≠180−βの関係でもある。この構成によると、蓄熱体1は、カラム3に流し込んで充填したときに、一方の端面1aと当接する別の蓄熱体1が配列しなくなる。仮に、端面同士が当接するように配列しても、傾斜した端面同士がガイドされ、より確実にランダムに配されることとなる効果を発揮する。
Furthermore, the
[実施形態4]
本形態の蓄熱体1は、外形が異なること以外は、実施形態1と同様である。本形態の蓄熱体1を、図8に断面図で示した。図8は、図2と同様に蓄熱体1の軸心での断面を示した断面図である。
[Embodiment 4]
The
本形態の蓄熱体1は、図8に示したように、径方向の外径が変化する筒状に形成されている。本形態の蓄熱体1は、軸方向の中央部の外径が最も大きくなるように、略タル状の外形の円筒状を有している。本形態の蓄熱体1は、外径の変化に合わせて、内径も変化している。すなわち、本形態の蓄熱体1は、図8に示したように、径方向の厚さは略一定である。
As shown in FIG. 8, the
本形態の蓄熱体1は、軸方向の位置によらず、軸方向長さ(L),外径(dO),内径(dI)が所定の範囲に含まれている。つまり、軸方向の端部(端面1a,1b)及び中央部における外径(dO),内径(dI)が、いずれも実施形態1に規定の範囲内となっている。詳しくは、任意の軸方向での位置における垂直な断面において、外径(dO)及び内径(dI)が所定の範囲に含まれている。
本形態の蓄熱体1は、その外周形状が異なるのみであり、実施形態1と同様の効果を発揮する。
Regardless of the position in the axial direction, the
The
[実施形態5]
本形態の蓄熱体1は、径方向の厚さが異なること以外は、実施形態4と同様である。本形態の蓄熱体1を、図9に断面図で示した。図9は、図8と同様に蓄熱体1の軸心での断面を示した断面図である。
[Embodiment 5]
The
本形態の蓄熱体1は、図9に示したように、径方向の内径が一定となるように形成されている。また、本形態の蓄熱体1は、軸方向の中央部の外径が最も大きくなるように、略タル状の円筒状の外形を有している。すなわち、本形態の蓄熱体1は、軸方向の両端で厚さが薄く、軸方向の中央部の厚さが最も厚くなるように形成されている。
本形態の蓄熱体1は、軸方向の端部(端面1a,1b)及び中央部における外径(dO),内径(dI)が、いずれも実施形態1に規定の範囲内となっている。詳しくは、実施形態4のときと同様に、任意の軸方向での位置における垂直な断面において、外径(dO)及び内径(dI)が所定の範囲に含まれている。
本形態の蓄熱体1は、その厚さが一定でないこと以外は実施形態1と同様であり、同様の効果を発揮する。
As shown in FIG. 9, the
In the
The
[実施形態6]
本形態の蓄熱体1は、外形が異なること以外は、実施形態1と同様である。本形態の蓄熱体1を、軸方向に垂直な断面で図10に示した。
本形態の蓄熱体1は、図10に示したように、一部が切れた円環状の断面形状の筒状を有する。なお、本形態の蓄熱体1では、外径(dO)及び内径(dI)は、切れていない状態での円環状の外周及び内周の直径に当たる。
本形態の蓄熱体1は、その外周形状が異なるのみであり、実施形態1と同様の効果を発揮する。
[Embodiment 6]
The
As shown in FIG. 10, the
The
[実施形態7]
本形態の蓄熱体1は、外形が異なること以外は、実施形態1と同様である。本形態の蓄熱体1を、軸方向に垂直な断面で図11に示した。
本形態の蓄熱体1は、図11に示したように、六角形状の断面形状の筒状(六角筒)を有する。なお、本形態の蓄熱体1では、外径(dO)は、断面の重心(軸心)を通過する仮想線での長さが最も長い部分の距離に相当し、六角形の対称な位置にある角を通過する線での距離に当たる。また、内径(dI)は、外径(dO)を求める仮想線における内周面の距離に当たる。図11において、仮想線は、軸心を通過する破線で示している。
本形態の蓄熱体1は、その外周形状が異なるのみであり、実施形態1と同様の効果を発揮する。
[Embodiment 7]
The
As shown in FIG. 11, the
The
[実施形態7の変形形態]
実施形態1では円筒形状の蓄熱体1を、実施形態7では六角筒形状の蓄熱体1を、それぞれ示したが、これらの形状に限定されない。例えば、三角形,四角形(正方形、長方形)などの多角形としても良い。多角形は、正多角形が好ましい。
[Modification of Embodiment 7]
In
以下、実施例を用いて本発明を説明する。本発明の実施例として実施形態1の蓄熱体1を製造した。
(実施例1)
本例は、外径(dO):8.0mm、内径(dI):4.5mm、軸方向の長さ(L):8.0mmの円筒状の蓄熱体1である。本例の蓄熱体1は、軸方向の長さ(L)と外径(dO)との比(L/dO)が1.00であり、外径(dO)と内径(dI)との比(dO/dI)が1.78である。
本例の蓄熱体1は、気孔率が10%の多孔質のアルミナセラミックスよりなる。
Hereinafter, the present invention will be described using examples. The
Example 1
This example is a
The
(実施例2)
本例は、外径(dO):10.0mm、内径(dI):4.0mm、軸方向の長さ(L):10.0mmの円筒状の蓄熱体1である。本例の蓄熱体1は、軸方向の長さ(L)と外径(dO)との比(L/dO)が1.00であり、外径(dO)と内径(dI)との比(dO/dI)が2.50である。
本例の蓄熱体1は、気孔率が35%の多孔質の炭化ケイ素セラミックスよりなる。
(Example 2)
This example is a
The
(比較例1)
本例は、従来のセラミックスボールよりなる蓄熱体である。本例の蓄熱体は、φ9.5mmのボール状である。
本例の蓄熱体1は、実施例1と同じアルミナセラミックスよりなる。
(Comparative Example 1)
This example is a heat storage body made of a conventional ceramic ball. The heat storage body of this example has a ball shape of φ9.5 mm.
The
(比較例2)
本例は、外径(dO):8.0mm、内径(dI):4.5mm、軸方向の長さ(L):15.0mmの円筒状の蓄熱体1である。本例の蓄熱体1は、軸方向の長さ(L)と外径(dO)との比(L/dO)が1.88であり、外径(dO)と内径(dI)との比(dO/dI)が1.78である。
本例の蓄熱体1は、実施例1と同じアルミナセラミックスよりなる。
(Comparative Example 2)
This example is a
The
(実施例3)
本例は、外径(dO):8.0mm、内径(dI):7.0mm、軸方向の長さ(L):8.0mmの円筒状の蓄熱体1である。本例の蓄熱体1は、軸方向の長さ(L)と外径(dO)との比(L/dO)が1.00であり、外径(dO)と内径(dI)との比(dO/dI)が1.14である。
本例の蓄熱体1は、気孔率が5%の多孔質のアルミナセラミックスよりなる。
(Example 3)
This example is a
The
(実施例4)
本例は、外径(dO):8.0mm、内径(dI):1.5mm、軸方向の長さ(L):8.0mmの円筒状の蓄熱体1である。本例の蓄熱体1は、軸方向の長さ(L)と外径(dO)との比(L/dO)が1.00であり、外径(dO)と内径(dI)との比(dO/dI)が5.33である。
本例の蓄熱体1は、実施例1と同じアルミナセラミックスよりなる。
Example 4
This example is a
The
[評価]
上記の各例の蓄熱体1について、蓄熱式バーナ4に組み付けて燃焼を行い、蓄熱体の評価を行った。
[Evaluation]
About the
(蓄熱式バーナ)
蓄熱体1が組み付けられる蓄熱式バーナ4は、図12に模式的に示した構成を有する。
蓄熱式バーナ4は、図12に示したように、炉体5において向かい合った2台のバーナ4(4A,4B)を備える。2台のバーナ4(4A,4B)は、同様の構成であり、同じ参照符号を付与する。
(Regenerative burner)
The heat storage burner 4 to which the
The regenerative burner 4 includes two burners 4 (4A, 4B) facing each other in the
蓄熱式バーナ4は、炉体5内に燃料を噴射する燃料噴射口41をもつバーナ部40と、燃焼用空気を給気管から供給するとともに燃焼排ガス(排ガス)を排気管から排気させる給排気路43を有する給排気部42と、炉体5に燃焼用空気を供給するとともに炉体5から燃焼排ガス(排ガス)を排気させる吸排気口44と、を備えている。
The regenerative burner 4 has a
バーナ部40は、燃料(燃焼用ガス)を噴射する燃料噴射口41を有する。燃料噴射口41から噴射された燃料(燃焼用ガス)は、燃焼を生じて、炉体5の内部の加熱に用いられる。
給排気部42は、燃焼用空気を給気管から供給するとともに、燃焼排ガスを排気管から排気させる給排気路43を有する。
The
The air supply / exhaust section 42 has a supply / exhaust passage 43 that supplies combustion air from an air supply pipe and exhausts combustion exhaust gas from the exhaust pipe.
吸排気部42は、その経路中に、蓄熱体1を収容する蓄熱室45を有する。蓄熱室45は、上記の図3で示した収容空間2に相当する。蓄熱室45は、本体部46と、底板47とに区画される。
The intake / exhaust section 42 has a
本体部46は、カラム3の本体部30に相当する。本体部46は、カラム3の投入部33と排出部34に相当する、投入部48と排出部49と、を有する。投入部48は、本体部46において、蓄熱室45の上部(蓄熱室45を区画する壁部のうち、底板47の鉛直上方)に設けられている。排出部49は、蓄熱室45の下部(蓄熱室45を区画する壁部のうち、底板47の側方部)に設けられている。
底板47は、カラム3の底板31に相当し、その上部に蓄熱体1が固定されない状態で保持(載置)される。
The
The
(蓄熱式バーナへの組み付け)
本評価に用いられる蓄熱式バーナ4の蓄熱室45は、軸方向の長さが10cmであり、内容積が4Lのものが用いられた。
各例の蓄熱体1は、排出部49が閉じた状態で投入部48から、蓄熱室45内に流し込むように充填される(組み付けられる)。蓄熱室45内に充填した蓄熱体1の総質量を測定し、表1に示した。蓄熱体1の総質量は、見かけ容積4Lの蓄熱体1の質量である。
(Assembling to a heat storage burner)
The
The
充填後の各例の蓄熱体1のいずれにも、損傷が確認されなかった。つまり、各例の蓄熱体1は、流し込む時の衝撃に対して十分な強度を備えていることが確認できた。
また、各例の蓄熱体1は、蓄熱式バーナ4の蓄熱室45に流し込むように充填できたことから、組み付け性にも優れていることが確認できた。
No damage was confirmed in any of the
Moreover, since the
(蓄熱式バーナの燃焼)
蓄熱式バーナ4を、炉内温度が1300℃となるように動作させた。
具体的には、蓄熱式バーナ4Aは、給排気部42(吸気管)を介して、燃焼用空気を給気管から蓄熱室45に供給する。燃焼用空気は、蓄熱室45で蓄熱体1と接触した後に吸排気口44を通過して、炉体5内に供給される。炉体5内には、同時にバーナ部40の燃料噴射口41から燃料(燃焼用ガス)が噴射され、燃焼が行われる。
(Combustion of regenerative burner)
The regenerative burner 4 was operated so that the furnace temperature was 1300 ° C.
Specifically, the heat storage burner 4A supplies combustion air from the air supply pipe to the
このとき、蓄熱式バーナ4Bでは、バーナ部40から燃料(燃焼用ガス)が噴射されない。そして、炉体5の燃焼排ガス(排ガス)が吸排気口44を介して、蓄熱室45に供給される。排ガスは、蓄熱室45で蓄熱体1と接触した後に給排気部42(排気管)を介して排気される。蓄熱室45で蓄熱体1と排ガスが接触することで、排ガスにより蓄熱体1が加熱され蓄熱する。
所定時間経過後、蓄熱式バーナ4Aと蓄熱式バーナ4Bとの機能を入れ替える。
具体的には、蓄熱式バーナ4Aは、上記の蓄熱式バーナ4Bと同様に、炉体5内の排ガスの排気を行う。
At this time, in the regenerative burner 4B, fuel (combustion gas) is not injected from the
After a predetermined time has elapsed, the functions of the heat storage burner 4A and the heat storage burner 4B are switched.
Specifically, the heat storage burner 4A exhausts the exhaust gas in the
蓄熱式バーナ4Bは、上記の蓄熱式バーナ4Aと同様に、炉体5内で燃焼を行う。このとき、蓄熱式バーナ4Bでは、給排気部42(吸気管)を介して、蓄熱室45に供給される燃焼用空気は、先に加熱された蓄熱体1と接触する。この接触により、燃焼用空気は、加熱され(熱交換する)、昇温した燃焼用空気が炉体5内に供給される。そして、バーナ部40の燃料噴射口41から燃料(燃焼用ガス)が噴射され、燃焼が行われる。
所定時間経過後、蓄熱式バーナ4Aと蓄熱式バーナ4Bとの機能を入れ替える。
本評価では、このバーナの入れ替えが繰り返され、蓄熱式バーナ4での燃焼が行われる。
The regenerative burner 4B performs combustion in the
After a predetermined time has elapsed, the functions of the heat storage burner 4A and the heat storage burner 4B are switched.
In this evaluation, this burner replacement is repeated, and combustion in the regenerative burner 4 is performed.
本評価では、蓄熱室45に流れ込む排ガスは、1300℃である。蓄熱室45に流れ込む燃焼用空気は、常温である。蓄熱室43内に流れ込むガスの切り替えは、15秒ごとに行われた。
In this evaluation, the exhaust gas flowing into the
排ガスの温度が安定した時、蓄熱室45に充填した蓄熱体1のうち、底板47と当接する位置にある蓄熱体1の温度(低温部温度)と、最も炉体5に近接した最上部に位置する蓄熱体1の温度(高温部温度)と、を測定し、表1に合わせて示した。
When the temperature of the exhaust gas is stabilized, among the
また、蓄熱室45から底板47を通過して排出される排出ガスの温度を測定し、表1に合わせて示した。
同時に、蓄熱室45を通過する各ガスの圧力を測定し、蓄熱室45をガスが通過する時の圧力損失を求めた。得られた圧力損失を、表1に合わせて示した。
Further, the temperature of exhaust gas discharged from the
At the same time, the pressure of each gas passing through the
なお、蓄熱式バーナ4の燃焼を行ったときに、比較例1の蓄熱体には、割れや欠け等の破損が確認された。この破損は、表面と内部(中心部)との温度差(部分的な温度差)が大きくなることで生じる、体積変化(熱膨張・収縮)に起因する破損である。 In addition, when the heat storage burner 4 was burned, the heat storage body of Comparative Example 1 was confirmed to be broken or broken. This breakage is a breakage caused by volume change (thermal expansion / contraction) caused by an increase in temperature difference (partial temperature difference) between the surface and the inside (center portion).
表1に示したように、ボール状の蓄熱体である比較例1は、総質量が9.0kgと重くなっている。これに対し、各実施例の蓄熱体1は、円筒状であり、総質量が比較例1よりも軽くなっており、組み付けの作業性が向上している。また、各実施例の蓄熱体1は、軽量であることから底板47に加わる負荷(蓄熱体1の総質量)が低減しており、蓄熱式バーナの負荷を低減できる効果を発揮する。
As shown in Table 1, in Comparative Example 1 which is a ball-shaped heat storage body, the total mass is as heavy as 9.0 kg. On the other hand, the
特に、実施例2の蓄熱体1は、炭化ケイ素セラミックスにより形成されることで、他のアルミナセラミックスよりなる蓄熱体と比較して、大幅に軽量になっている。
In particular, the
また、表1に示したように、軸方向の長さ(L)と外径(dO)との比(L/dO)が1.88と大きな比較例2の蓄熱体は、排気温度及び圧力損失が高い。比較例2の蓄熱体の排気温度及び圧力損失は、比較例1よりも悪化している。これに対し、比(L/dO)が1.00の各実施例の蓄熱体1は、比較例2(及び比較例1)よりも排気温度及び圧力損失が低い。このことは、比較例2の蓄熱体は、長軸円筒状であり、収容空間2(蓄熱室)内で周期的な配列状態となるためと考えられる。
Further, as shown in Table 1, the length in the axial direction (L) and outer diameter (d O) and the ratio (L / d O) is 1.88 and the heat storage of large Comparative Example 2, the exhaust gas temperature And pressure loss is high. The exhaust temperature and pressure loss of the heat storage body of Comparative Example 2 are worse than those of Comparative Example 1. On the other hand, the
各実施例の蓄熱体1において、外径(dO)と内径(dI)との比(dO/dI)が小さくなるにつれて、圧力損失が小さくなることが確認できる。また、比(dO/dI)が大きくなるにつれて、蓄熱体1の総質量が増加することが確認できる。
In the
以上に詳述したように、軸方向の長さ(L)と外径(dO)との比(L/dO)が所定の範囲内にある各実施例の蓄熱体1は、強度、耐熱衝撃性、及び熱交換の効率が高く、かつ組み付け性に優れた蓄熱体となっている。
As described in detail above, the
1:蓄熱体
2:収容空間
3:カラム 30:本体部
31:底板 32:上板
4:蓄熱式バーナ 40:バーナ部
41:燃料噴射口 42:吸排気部
43:吸排気路 44:蓄熱室
45:蓄熱室 46:本体部
47:底板 48:投入部
49:排出部
1: Heat storage body 2: Housing space 3: Column 30: Body part 31: Bottom plate 32: Top plate 4: Thermal storage burner 40: Burner part 41: Fuel injection port 42: Intake / exhaust part 43: Intake / exhaust passage 44: Heat storage chamber 45: Thermal storage chamber 46: Body part 47: Bottom plate 48: Input part 49: Discharge part
Claims (4)
軸方向の長さ(L)と外径(dO)との比(L/dO)が0.8より大きく1.2未満の筒状のセラミックスよりなることを特徴とする蓄熱体(1)。 A heat storage body (1) used in a heat storage burner (4) for exchanging heat by alternately circulating exhaust gas heated by combustion of a burner and gas supplied for combustion of the burner,
A heat storage element (1) comprising a cylindrical ceramic having a ratio (L / d O ) between an axial length (L) and an outer diameter (d O ) of greater than 0.8 and less than 1.2 ).
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