JP2933868B2

JP2933868B2 - 燃焼装置

Info

Publication number: JP2933868B2
Application number: JP8020127A
Authority: JP
Inventors: 靖夫広瀬; 武宮川
Original assignee: CHODA KAKO KENSETSU KK; FUAANESU TEKUNO KK
Current assignee: CHODA KAKO KENSETSU KK; FUAANESU TEKUNO KK
Priority date: 1996-02-06
Filing date: 1996-02-06
Publication date: 1999-08-16
Anticipated expiration: 2014-08-16
Also published as: JPH08233251A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼装置本体内で
燃焼した後の排気ガスの熱を回収し、燃焼空気と燃焼ガ
スの予熱に使用するようにした燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】加熱炉、鍛造炉、焼準炉、調質炉などの
工業用炉とか、タービンの蒸気発生用加熱装置等に使用
されている燃焼装置には、省エネルギを図る上から、燃
焼した後の排気ガスの熱を利用して燃焼空気を加熱する
ようにした燃焼装置がある。

【０００３】この種の燃焼装置に使用されるレキュペレ
ータは、一般的に、相互に近接して設けられた排気ガス
ラインと燃焼空気ラインとの間に所定の熱交換器を配
し、この両ライン内を流れる空気と排気ガスとの間で熱
交換させ、燃焼した後の排気ガスの熱を利用して燃焼空
気を加熱するようにしたものである。このレキュペレー
タの使用により回収される熱は、温度レベルでみれば、
約５０％程度であり、前記工業炉では、１２００℃の排
気ガスを利用する場合で熱交換した後の燃焼空気は６０
０℃程度になるものとされている。

【０００４】かかるレペキュレータは、その構成材料の
みでなくスペース的にも著じるしい制限を受け、時には
炉とか加熱装置等の本体よりも大きな場所となることも
ある。そこで、本件出願人は、燃焼装置本体の側壁に熱
交換部材を取付け、この熱交換部材を空気通路に対し回
転させるようにした燃焼装置（特開平１−２２２，１０
２号）あるいは燃焼空気供給用の空気通路を前記熱交換
部材に対し回転させるようにした燃焼装置（実願平３−
５９，４３４号）を最近提案した。

【０００５】前記熱交換部材回転式の燃焼装置１０Ａ
は、図６に略示するように、燃焼装置本体１１内の被加
熱物Ｗを加熱するバーナー１２を有し、このバーナー１
２近傍の側壁に、外形が円筒状で内部がハニカム状に仕
切られた通気性のあるセラミックス製の熱交換部材１３
を設け、燃焼装置本体１１内の高温の排気ガスを排気ガ
ス通路１４より外部に排出するときにその熱を熱交換部
材１３に蓄え、この蓄えた熱により空気通路１５から熱
交換部材１３内を通って流入する燃焼空気を加熱するよ
うにしたものである。そして、熱交換部材１３を回転軸
１５を介してモータＭにより回転させることにより、燃
焼空気への熱供給を継続して行なうようにしている。

【０００６】一方、空気通路回転式の燃焼装置１０Ｂ
は、図７に略示するように、燃焼装置本体１１の側壁
に、外形が円筒状で内部がハニカム状に仕切られた通気
性のあるセラミックス製の熱交換部材１３を設け、この
熱交換部材１３の中心を挿通するように、被加熱物Ｗを
加熱するバーナー１２を設け、燃焼装置本体１１内の高
温の排気ガスを排気ガス通路１４より戸外に排出すると
きに熱交換部材１３中を通るようにし、この排気ガスの
熱を熱交換部材１３に蓄え、この蓄えた熱によって空気
通路１５から熱交換部材１３中を通って供給される燃焼
空気を加熱するようにしたものである。そして、この空
気通路１５を回転手段１７により回転させることによ
り、燃焼空気への熱供給を継続して行なうようにしてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、これら燃焼
装置１０Ａ，１０Ｂは、図８に示すように、熱交換部材
１３中において、空気通路１４から送られてきた空気が
流通するゾーンＺa （以下、空気ゾーン）と、燃焼装置
本体１１側から流出する排気ガスが流通するゾーンＺe
（以下、排気ガスゾーン）との断面積の比率は考慮され
ていないので、例えば、空気ゾーンＺa が排気ガスゾー
ンＺe より大きいときには、空気が流通することにより
冷却された熱交換部材中のあるゾーンが、次に流通する
排気ガスによって所定の温度上昇される前に空気が再度
流入することになり、この空気が所定の温度まで上昇し
ないという虞もある。また、逆に、空気ゾーンＺa が排
気ガスゾーンＺe より小さいときには、空気の予熱は十
分であるが、排気ガスゾーンＺe を多量の排気ガスが流
通することにより、熱を無駄に排出することになる。ま
た、ハニカム状の多数の通路が形成された熱交換部材１
３では、各通路は一端から他端まで直線的に形成されて
いるが、この熱交換部材１３の端面に対向して設けられ
た空気通路１５側の空気ノズル１８と熱交換部材１３永
久単に相対的に回転させると、熱交換部材１３中のある
通路においては、燃焼空気と排気ガスが熱交換部材１３
中で衝突し、回転速度によっては熱交換部材１３の燃焼
装置本体側と空気通路側との間で温度勾配が生じること
になるので、熱交換部材１３を大型化し燃焼空気及び排
気ガスが多量に流通させ燃焼能力の高いものを得ること
は難しく、また熱交換部材１３の長寿命化も難しいとい
う欠点がある。

【０００８】本発明は、上述した従来技術に伴う課題を
解決するためになされたもので、燃焼空気の予熱を確実
に所定の温度まで上昇させることができ、無駄に排気ガ
スを排出することもなく、構成が簡単で、大型化が可能
で、省エネ効果及び安全性が高く、寿命の長い燃焼装置
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成する本
発明は、燃焼装置本体に取付けられたバーナーと、燃焼
空気が流通する空気通路が形成された空気ダクトと、燃
焼した後の排気ガスを燃料装置本体外に排出する排出ガ
ス通路が内部に形成された排気ダクトと、前記排気ガス
及び燃焼空気が内部を流通するセラミックス製の熱交換
部材と、この熱交換部材と該熱交換部材に対向して設け
られた前記空気ダクトの先端に設けられた空気ノズル
と、前記空気ダクトと熱交換部材とを相対的に回転させ
る回転手段とを有する燃焼装置において、前記熱交換部
材の外端面と前記空気ノズルとの間に、内部が仕切壁に
より等分に仕切られ周方向に複数個の小通路が形成され
た円筒体を位置固定に設け、前記空気ノズルの先端開口
部を円筒体の１つの小通路あるいは１つおきの小通路の
形状と対応するように形成し、前記回転手段により前記
空気ダクト又は熱交換部材のいずれか一方を、前記１つ
の小通路分を１単位として間歇的に回動若しくは移動さ
せるようにしたことを特徴とする燃焼装置である。

【００１０】前記回転手段による回転は、間歇的に同一
方向に回動させたり、正転と逆転を繰返すようにしても
よい。

【００１１】前記熱交換部材は、前記円筒体の仕切壁と
同数だけ仕切板により区画することが好ましく、前記バ
ーナーは、中央にモーティブ空気を供給する空気パイプ
を有することが好ましい。

【００１２】このようにすれば、空気ゾーンと排気ガス
ゾーンが等しい大きさとなるので、加熱された熱交換部
材中を、燃焼空気が流通することによって冷却される部
分と、燃焼による輻射熱や、排気ガス通路を流通する高
温の排気ガスとにより所定の温度上昇される部分が熱交
換部材全域に亘って等分に存在し、排気ガスを不必要に
排出することなく燃焼空気を所定温度まで上昇させるこ
とができ、しかもその温度管理も容易となる。

【００１３】また、熱交換部材中を流れる燃焼空気及び
排気ガスの流れが短時間の間に切り換るるので、熱交換
部材の燃焼装置本体と空気通路側とで温度勾配を生じる
ことが少なくなり、熱交換部材の大型化、長寿命化を達
成でき、この結果、燃焼能力の高いものを得ることがで
きる。しかも、熱交換部材を燃焼装置本体に固定した状
態としたものでは、比較的大型のものを形成しても問題
はなく、燃焼能力の高いものが簡単な構成で得ることが
できる。この熱交換部材を円筒体の仕切壁と同数だけ仕
切板により区画すれば、セラミックス製の熱交換部材を
補強でき、強度的に優れたものとなるのみでなく、空気
ノズルから中間の円筒体を通って熱交換部材に至る通路
が確実に形成されるので、燃焼空気を送風するときの圧
損が少なくなり、小さなブロアを用いても円滑に作動さ
せることができる。

【００１４】加えて、燃料パイプ中の空気パイプにモー
ティブ空気を供給すれば、バーナーから放射される火炎
の大小あるいはシャープさなどの調節することができ、
火炎のフレキシビリティが増大し、制御性あるいは汎用
性の幅も大きいものとなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施例を説明する。

【００１６】図１は、本発明の一実施例に係る燃焼装置
の概略断面図、図２は、図１の２−２線に沿う断面図、
図３は、図１の３−３線に沿う断面図である。

【００１７】図１において、燃焼装置２０は、例えば、
耐火レンガ等の耐火材よりなる燃焼装置本体２１の下部
に取付けられ、燃焼装置本体２１内の被加熱物を加熱す
る熱源として使用される。

【００１８】この燃焼装置２０は、燃焼装置本体２１内
に設けられた被加熱物を加熱するバーナー２２と、燃焼
した後の排気ガスを燃焼装置本体２１外に排出する排気
ガス通路２５が内部に形成された排気ダクト２６と、こ
の排気ダクト２６内に挿通して設けられ、内部に燃焼空
気が流通する空気通路２３が形成された空気ダクト２４
と、排気ガス及び燃焼空気が内部を流通するセラミック
ス製のハニカム状をした通気性のある蓄熱体である熱交
換部材２７と、この熱交換部材２７に対向して設けられ
た前記空気ダクト２４を回転させる回転手段Ｄとを有す
る。

【００１９】前記バーナー２２は、熱交換部材２７及び
空気ダクト２６の軸心を挿通して設けられ、その内端は
燃焼装置本体２１内に略臨むようにされ、外端は燃料ガ
スが導入される入口２８が設けられ、さらにバーナー２
２の中心部分には軸方向に沿ってモーティブ空気が流通
する空気パイプ２９（図では、図四の都合上１本の線で
示す）が設けられている。この空気パイプ２９は、該空
気パイブ２９から放出されるモーティブ空気の量を調節
することになり、バーナー２２から放射される火炎の大
小あるいはシャープさなどを調節するものである。この
モーティブ空気の量は、例えば、図４に示すように、理
論空気量の火炎のシャープ性と熱損失との関係で、２〜
５％程度が適当である。このモーティブ空気の調節によ
り、火炎のフレキシビリティ、制御性あるいは汎用性の
幅を大きなものとすることができる。また、前記バーナ
ー２２は、通常のガスバーナーであるが、場合によって
は油バーナー等を使用してもよい。このバーナー２２の
先端部分は、前記熱交換部材２７を通って空気通路２３
からの燃焼空気がバーナー２２からの火炎を囲んで噴出
するように構成されているので、バーナー２２からの火
炎は、燃焼空気により不必要に上方に変位するのが防止
されることになる。なお、図１中、符号「Ｇ」は、熱交
換部材２７の口縁部に設けられたガスケットＧである。

【００２０】排気ダクト２６は、その基端部分が燃焼装
置本体２１の外側壁に取付けられ、その外方端側は耐火
材よりなる仕切壁３０により区画され、この仕切壁３０
が内部の空気ダクト２４を軸受Ｊとシール部材Ｓとによ
り支持している。

【００２１】前記熱交換部材２７の外端面と、前記空気
ダクト２４の先端に設けられた空気ノズル３１との間に
は、円筒体３２が設けられている。この円筒体２９は、
図２に湿すように、内部が仕切壁３３により周方向に等
分に６つの小通路ｐに仕切られ、燃焼装置本体２１の外
側に位置固定に取付けられている。一方前記空気ノズル
３１は、図３に示すように、円筒体３２の１つおきの小
通路ｐと対向するように設けられた先端開口部３１ａが
形成され、前記回転手段Ｄにより空気ダクト２４を熱交
換部材２７に対し、前記円筒体２９の１つの小通路ｐを
１単位として間歇的に回転するようにしている。回転手
段Ｄによる回転は、空気ダクト２４又は熱交換部材２７
のいずれか一方を少なくとも１つの小通路ｐを１単位と
して間歇的に行なう。ただし、この回転は、空気ダクト
２４又は熱交換部材２７のいずれか一方を間歇的に同一
方向に回動したり、あるいは正転と逆転を繰返すように
してもよい。

【００２２】特に、この熱交換部材２７を、図５に示す
ように、円筒体３２の仕切壁３３と同数だけ仕切板３４
により区画すれば、この仕切板３４によりセラミックス
製の熱交換部材２７を補強することができ、強度的に優
れたものとなる。しかも、この仕切板３４と円筒体３２
が合致すれば、空気ノズル３１から中間の円筒体３２を
通って熱交換部材２７に至る通路が確実に形成されるこ
とになるので、燃焼空気を送風するときの圧損が少なく
なり、小さなブロアを用いても円滑に作動させることが
できる。

【００２３】なお、この回転手段Ｄは、空気ダクト２４
の外周に固着されたスプロケット３５を有し、このスプ
ロケット３５とモータＭにより回転される駆動歯車３６
とをチェーン３７を介して連結したものである。

【００２４】次に本実施例の作用を説明する。

【００２５】この燃焼装置２０を、例えば、鍛造炉等の
燃焼装置本体２１に取付け、モータＭを回転しつつバー
ナー２２に着火し、ブロアにより燃焼空気を送風する。

【００２６】バーナー２２より噴射された火炎は、空気
通路３３を通って流れてきた燃焼空気により酸素補給を
受けて鋭く高温の火炎となって、例えば鋳塊等の被加熱
物に向って伸びる。そして、鍛造炉内の温度は次第に上
昇し、所定時間が経過すると鍛造炉内の鋳塊は加熱され
軟化する。

【００２７】この場合、燃焼本体装置２１内の排気ガス
は、熱交換部材２７に通って排気ガス通路２５より外部
に流出することになるが、この熱交換部材２７は、燃焼
による輻射熱や、高温の排気ガスにより加熱され、その
熱が内部に蓄積され高温となっている。ここを空気通路
３３から吐出された空気が通過すると、加熱されて高温
の燃焼空気となるが、この加熱は、燃焼装置本体２１か
ら吐出された直後の排気ガスの熱を利用して直ちに燃焼
空気を加熱するという、いわば即時加熱方式となってい
るので、加熱時に熱のロスがなく、高温の加熱空気を効
率良く作ることができ、この高温の加熱空気によって行
なう燃焼作用もきわめて高温領域で行なわれ、燃焼開始
から所定の高温に達する時間が短時間となる。なお、排
気ガスは熱交換部材２７によって熱をある程度除去され
た後に排気ダクト２５に導かれるので、この燃焼装置は
必ずしも煙突は必要でない。

【００２８】この加熱された熱交換部材２７には、円筒
体２９の１つおきの小通路ｐと対向するように設けられ
た空気ノズル３１の先端開口部３１ａから吐出された燃
焼空気が流入するので、空気ゾーンＺa と排気ガスゾー
ンＺe が等しくなり、燃焼空気によって冷却される部分
と排気ガスによって昇温される部分が熱交換部材２７全
域に亘って等分に存在することになる。したがって、排
気ガスを不必要に排出することなく燃焼空気を所定温度
まで上昇させることができる。しかもこの場合、各ゾー
ンの断面積の大きさにより燃焼空気量、排気ガス量等も
分るので、熱交換部材２７及び燃焼空気の温度管理も容
易となる。

【００２９】また、空気ダクト２４を熱交換部材２７に
対し前記１つの小通路ｐを１単位として間歇的に回転し
ているので、熱交換部材２７中を流れる燃焼空気及び排
気ガスの流れが短時間の間に切り換るので、熱交換部材
２７の燃焼装置本体側と空気通路側とで温度勾配が生じ
ることが少なくなり、熱交換部材２７の大型化、長寿命
化を達成でき、この結果、燃焼能力の高いものを得るこ
とができる。図示実施例のように、熱交換部材２７を燃
焼装置本体２１に固定し回動させないものでは、比較的
大型のものを形成しても問題はなく、燃焼能力の高いも
のが簡単な構成で得ることができる。

【００３０】特に、仕切板３４により区画した熱交換部
材２７を用いれば、セラミックス製の熱交換部材２７が
補強されるのみでなく、空気ノズル３１から中間の円筒
体３２を通って熱交換部材２７に至る通路が形成され、
燃焼空気を送風するときの圧損が少なく、小さなブロア
を用いることもできる。

【００３１】本発明は、上述した鍛造炉等の炉のみに限
定されるものでなく、他の種々の装置、例えば乾燥装
置、タービンの蒸気発生装置等加熱に関するものなら
ば、種々の装置に対して使用することができる。また、
上述した実施例は、円筒体を仕切壁により６つの小流路
に仕切っているが、本発明は、これのみに限定されるも
のではなく、２つあるいは４つのものでもよく、さらに
多数の空気通路と排気ガス通路とを形成してもよいが、
この場合、空気ノズルを間歇的に回転する単位とその先
端形状等との関係で偶数個とすることが好ましい。さら
に、前記した実施例では、空気ダクトを回転させるよう
にしたものであるが、場合によっては、熱交換部材の側
を回転させるようにしてもよいことはいうまでもない。
前記回転ダクトの中心にモーティブ空気を供給する空気
ダクトを設けたが、このダクトは必ずしも設ける必要は
ない。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、空
気ゾーンと排気ガスゾーンが等しく、熱交換部材中での
燃焼空気による冷却部分と排気ガス等による昇温部分が
熱交換部材全域に亘って等分に存在し、排気ガスを不必
要に排出することなく燃焼空気を所定温度まで上昇させ
ることができ、温度管理も容易となる。

【００３３】また、熱交換部材中を流れる燃焼空気及び
排気ガスの流れが短時間の間に切り換るので、熱交換部
材の燃焼装置本体側と空気通路側とで温度勾配が生じる
ことが少なくなり、熱交換部材を大型化長寿命化でき、
燃焼能力の高いものを得ることができる。この熱交換部
材を円筒体の仕切壁と同数だけ仕切板により区画すれ
ば、セラミックス製の熱交換部材を強度的に優れたもの
にすることができ、燃焼空気送風時の圧損が少なく、小
さなブロアを用いることもできる。

【００３４】加えて、バーナーにモーティブ空気を供給
すれば、バーナーから放射される火炎の大小あるいはシ
ャープさなどの調節することができ、火炎のフレキシビ
リティが増大し、制御性あるいは汎用性の幅も大きなも
のとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る燃焼装置の概略断面図
である。

【図２】図１の２−２線に沿う断面図である。

【図３】図１の３−３線に沿う断面図である。

【図４】モーティブ空気量の制御特性を示す図である。

【図５】熱交換部材に仕切板を取付けた状態を示す断面
図である。

【図６】従来の燃焼装置を示す概略断面図である。

【図７】従来の他の燃焼装置を示す概略断面図である。

【図８】図７の８−８線に沿う断面図である。

【符号の説明】

２１燃焼装置本体２２バーナー２３空気通路２４空気ダクト２５排気ガス通路２６排気ダクト２７熱交換部材２９空気パイプ３１空気ノズル３１ａ先端開口部３２円筒体３３仕切壁３４仕切板Ｄ回転手段ｐ小通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平６−221545（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−908（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F23L 15/02 F23D 14/66

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼装置本体(21)に取付けられたバーナ
ー(22)と、燃焼空気が流通する空気通路(23)が形成され
た空気ダクト(24)と、燃焼した後の排気ガスを燃料装置
本体外に排出する排出ガス通路(25)が内部に形成された
排気ダクト(26)と、前記排気ガス及び燃焼空気が内部を
流通するセラミックス製の熱交換部材(27)と、この熱交
換部材(27)と該熱交換部材(27)に対向して設けられた前
記空気ダクト(24)の先端に設けられた空気ノズル(31)
と、前記空気ダクト(24)と熱交換部材(27)とを相対的に
回転させる回転手段(D) とを有する燃焼装置において、前記熱交換部材(27)の外端面と前記空気ノズル(31)との
間に、内部が仕切壁(33)により等分に仕切られ周方向に
複数個の小通路(p) が形成された円筒体(32)を位置固定
に設け、前記空気ノズル(31)の先端開口部(31a) を円筒
体(32)の１つの小通路(p) あるいは１つおきの小通路
(p) の形状と対応するように形成し、前記回転手段(D)
により前記空気ダクト(24)又は熱交換部材(27)のいずれ
か一方を少なくとも前記１つの小通路分を単位として間
歇的に回転させるようにしたことを特徴とする燃焼装
置。
【請求項２】前記回転手段(D) は、前記空気ダクト(2
4)又は熱交換部材(27)のいずれか一方を間歇的に同一方
向に回転させるようにした請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】前記回転手段(D) は、前記空気ダクト(2
4)又は熱交換部材(27)のいずれか一方を正転と逆転を繰
返すようにした請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項４】前記熱交換部材(27)は、前記円筒体(32)
の仕切壁(33)と同数だけ仕切板(34)により区画した請求
項１乃至３に記載の燃焼装置。
【請求項５】前記バーナー(22)は、中央にモーティブ
空気を供給する空気パイプ(29)を有する請求項１乃至４
に記載の燃焼装置。