JP3539657B2 - 蓄熱燃焼バーナ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は炉内を加熱するための蓄熱燃焼バーナ装置に関し、特に、１つのバーナ装置に対して蓄熱メディアを各々設けた給排気装置を任意の数配置し、前記給排気装置に設けた蓄熱メディアを介して、排気の熱を給気の加熱に使用する蓄熱燃焼バーナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炉を加熱するための蓄熱燃焼バーナ装置としては、従来より種々の型式と構造のものが知られているが、これらのバーナには共通の特徴があり、排気ガスから蓄熱ユニットに熱を移転させて蓄積しておき、後で前記蓄熱ユニットに給気を通して、給気を加熱した状態で燃焼部に送り込む機構を用いていることである。前記蓄熱燃焼バーナ装置としては、例えば、特開平２−１０００２号公報等に示されるような装置が知られているもので、前記従来例の蓄熱燃焼バーナ装置においては、炉に対して離れた位置に２つの蓄熱バーナ装置を配置し、１つのバーナ装置を使用して加熱する際には、他方のバーナ装置から排気を行い、その排気ガスの熱を蓄熱体に蓄積する。そして、一定の時間経過後に、２つのバーナ装置の燃焼・排気を切り換え、他方のバーナ装置を燃焼に使用し、先に蓄熱した蓄熱体を通して加熱した空気を供給する。また、別のバーナ装置を介して排気を行い、その蓄熱体に排気ガスの熱を蓄積するようにしている。
【０００３】
ところが、前記従来例に示されたような蓄熱燃焼バーナ装置は、燃焼サイクルを短時間で切り換えることには多くの解決を要する点が残り、装置が大型になるという問題もある。そこで、前述したような問題を解消するために、本出願人は、先に、図６、７に示すような蓄熱燃焼バーナ装置を提案している。前記図６、７に示される蓄熱燃焼バーナ装置１ａは、１つの燃料供給手段と、複数の蓄熱機能を有するメディアカートリッジとを組み合わせて構成し、１つのメディアカートリッジを介して加熱された給気の供給を行うとともに、他の複数のメディアカートリッジから排気を行って、それぞれの蓄熱メディアに熱を蓄積する機構を構成している。また、前記複数のメディアカートリッジの中央部には燃料供給管５を配置しており、炉内に開口する燃料供給口６から燃料を噴射させて、メディアカートリッジを通って供給される空気と混合して燃焼させるようにする。
【０００４】
前記蓄熱燃焼バーナ装置１ａは、炉本体の壁２に設けた開口に直接装備するもので、熱交換部１１ａには、図６、７に示すように、５つのメディアカートリッジ１２、１２ａ……を配置している。前記メディアカートリッジは、外筒５０を仕切り板５３、５３ａ……により仕切った区画内にそれぞれ配置しているもので、筒状のケーシング１３の内部に蓄熱メディア１５を収容している。そして、前記メディアカートリッジは、熱交換部の前板５１と後板５２の間に支持され、その後部に配置する切替板６０に設けた給気口６１と排気口６２を介して、給気と排気とが行われるようにされる。前記熱交換部１１ａの後部（炉の外側の部分）に配置される熱交換部２０ａは、外管部材７１と中管部材７５とによる二重管部材として構成されており、外管部材７１には排気室７２と排気口７３を配置し、内管部材７５には給気口７６と給気室７７とを設けている。さらに、前記外管部材７１の排気室７２は切替板６０の排気口６２に連通し、内管部材７５の給気室７７は切替板の給気口６１に連通しており、前記排気口７３には排気用のファンを接続し、給気口７６には給気用のファンを接続して給排気を行わせる。
【０００５】
前述したように構成してなる蓄熱燃焼バーナ装置１ａにおいては、切替板６０を駆動装置６４により所定の速度で回転させることにより、図７に示すように、切替板６０の給気口６１に対応するメディアカートリッジを通して加熱された空気が炉内に供給される。また、前記切替板６０の排気口６２に対応するメディアカートリッジからは、排気室７２に向けて排気が行われ、排気中の熱を蓄熱メディアに蓄積させて、次の給気を加熱することができるようにする。さらに、前記給排気系統を切り換えるための切替板６０に対しては、固定部材との間にシール部材６５……をそれぞれ配置しており、圧力の高い給排気が切替板の周囲から漏れ出したりすることがないようにシールされている。
【０００６】
そして、前述したように構成した蓄熱燃焼バーナ装置を構成することにより、蓄熱燃焼バーナ装置を１つのユニットとして炉に装備することが可能であり、比較的小さなスペースに高性能の装置を装備することができる。また、切替板に対して配置するシール部材も、メディアカートリッジを通って低温になった空気を通過させるために、低温用のシールを用いることができ、シール性能を良好に発揮できる。そして、メディアカートリッジ１２はカートリッジ形式のものとして構成されていることから、前記メディアカートリッジを交換することができるとともに、あらかじめ工場で製作するために品質管理を容易に行い得て、蓄熱燃焼バーナ装置としての性能を良好に発揮できるという利点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記図６に示されるような蓄熱燃焼バーナ装置は、比較的小型の装置としては十分な特性を発揮できるものの、熱容量の大きな大型の装置として構成しようとする場合には多少の難点が残る。例えば、バーナの発熱量を増大させようとする場合には、メディアカートリッジを大型化することが必要となるが、メディアカートリッジは蓄熱と放熱を繰り返して行い、蓄熱メディアが消耗した際には交換する必要があるもので、大型のメディアカートリッジとして構成すると、その取扱いが面倒である。また、切替板は大型化したメディアカートリッジに対応させて大型化した重いものを使用することになり、その着脱の作業が面倒である。つまり、前記大型化したメディアカートリッジのメンテナンスに際しては、前記切替板や蓄熱燃焼バーナ装置ユニットの中心部に配置されている燃料供給管を取り外したり、シール部材を着脱する必要があり、それ等の部材が大型のものであることから、作業性が良くないという問題が発生する。
【０００８】
本発明は、前述したような蓄熱燃焼バーナ装置をユニットとして構成する場合の問題を解消しようとするもので、前記ユニット化した蓄熱燃焼バーナ装置の特性を利用し、装置の大型化に容易に対処できる蓄熱燃焼バーナ装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃料供給手段と、給排気装置とを組み合わせて炉に配置するとともに、前記給排気装置は、蓄熱メディアをケーシングの内部に配置して設ける熱交換部と、給気系統と排気系統を切り換える三方弁部材と、を組み合わせて構成し、前記給排気装置を燃料供給手段と別体に炉本体に配置して構成する蓄熱燃焼バーナ装置に関する。
本発明においては、前記バーナ装置を、１つの燃料供給装置と３個以上の複数個の給排気装置とを、炉内に連通させた開口を介して各々組み合わせて構成し、１つの給排気装置の蓄熱メディアを介して給気しながら、他の給排気装置の蓄熱メディアを通して排気の動作を行わせて、 前記排気を通す蓄熱メディアに対して蓄熱作用を行わせるような制御を行うことを特徴とする。
【００１０】
前述したように構成したことにより、本発明の装置においては、１つの蓄熱メディアに対して１つの給排気装置を組み合わせるので、蓄熱メディアに対する給気と排気の案内の作用制御することができ、メディアカートリッジに対する空気の案内の作用を正確に行うことができ、炉の壁に取付けた各装置に対するメンテナンスを行う場合でも、他の装置が邪魔になることがなく、メンテナンスの効率を向上させることができる。また、１つの燃料供給手段と複数の給排気装置とを組み合わせて蓄熱燃焼バーナ装置を構成することにより、燃料を常時供給しながら、１つの給排気装置から給気を行って炉内の燃焼を継続させることができ、他の給排気装置から排気を行わせることにより、蓄熱メディアに対する蓄熱の作用を効率良く行うことができる。そして、本発明においては、発熱量の大きいバーナとして構成する場合でも、各構成部材の大型化に容易に対応が可能であり、給排気装置を大型化しても、そのメンテナンスを容易に行うことが可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図示される例にしたがって、本発明の蓄熱燃焼バーナ装置を説明する。図１に示す例は、燃料供給手段に組み合わせて使用する給排気装置１０の構成を示しているもので、後述するように、前記給排気装置１０は燃料供給手段と組み合わせて、炉に組み込まれて使用される１つの給排気装置ユニットとして構成される。前記給排気装置１０は、１つの熱交換部１１としてのメディアカートリッジ１２と、その後部に配置される給排気部２０とを組み合わせるが、前記給排気装置１０に配置するメディアカートリッジ１２は、ケーシング１３の内部に蓄熱メディア１５を設けている。そして、ケーシングの先端部には絞り部１６を介して給排気口１４を設けて炉内に開口させ、後部のフランジ１７を取付け板２３を介して、給排気部２０の前板２１に対して支持させている。前記メディアカートリッジ１２に配置する蓄熱メディア１５は、特公平７−３９９１３号公報等に示されるように、ハニカム状蓄熱体として構成することができ、セラミックスで構成されたセル孔を多数有する筒状の部材が好適に使用される。
【００１２】
前記熱交換部１１の後部（炉の外壁の裏側の部分）には、前板２１と後板２４の間に、筒状ハウジング２５により区画された給排気部２０を配置しており、前記ハウジングの内部空間を給気室２７として構成している。前記ハウジングの後端部には給気口２６を設けて給気路に接続し、前端部側には排気口２８を設けて排気路に接続している。前記熱交換部１１と給排気部２０を区画する前板２１には給排気口２２を設けており、前記給排気口２２に対応させて、給気路と排気路とに接続の切り換えを行う三方弁部材としての弁体部材３０を設けている。
【００１３】
前記弁体部材３０は、図３に示しているように、前板２１から突出させて設けた突出軸部材３２ａに対して、軸支部材３２を組み合わせて支持させ、駆動軸３６を介して回転されるもので、円板状の弁板３１ａと弁リング３１とを組み合わせて設け、内部に２つの給排気系統の空間を区間する仕切り板３４、３４ａを設けている。また、前記仕切り板３４、３４ａに対して一体に前板部材３５、３５ａを配置し、前記前板２１に設けた給排気口２２のサイズに対応させて前記前板部材を設け、前記弁体部材を回転させて給排気系統を切り換える際に、２つの空間部が連通しないようにする。そして、前記弁板３１ａに設けた給気口３７ａを介して給気室２７、３７とメディアカートリッジとを接続する給気系統と、メディアカートリッジと排気口３９とを接続する排気系統とを、弁体部材３０を回転させることにより切り換えることができるようにする。なお、前記弁体部材３０の後部側には、リング状のシール部材２９をスプリング２９ａにより押圧する手段を設けて、給気室２７と排気室３８とを遮断できるようにする。
【００１４】
前記蓄熱燃焼バーナ装置１において、前記蓄熱メディアをセラミックスで構成する場合に、排気ガスの温度が１０００℃前後の高温で、給気の温度が２０℃程度の低温の場合には、コージライトやムライト等のセラミックス材料を用い、押し出し成型した後に焼結してハニカム状のもの構成する。また、前記材料を使用することの他に、ハニカム状の蓄熱体を構成する材料としては、酸化アルミを主成分とするものや、窒化シリコンと酸化アルミを主成分とするもの等の、耐高温性と、高温加熱と低温の冷却を繰り返す作用に耐え得る性質を有するセラミックス焼結体を用いることができる。さらに、前記ハニカム状の蓄熱体を軸方向に平行に貫通させて設ける孔は、六角形、円形等の任意の形状に構成することが可能であり、四角形や三角形等の任意の断面形状を有するものとして構成できる。
【００１５】
前記本発明の実施例において、図１に示す例は炉内に向けて給気を行う場合を示しており、図２には炉内の燃焼ガスを排気する場合を示している。前記図１に示すように、弁体部材３０を給気系統に切り換えて炉内に空気を吹き込む場合には、給気口２６から弁体部材の給気口３７ａと前板に設けた給排気口２２を通し、メディアカートリッジ１２の蓄熱メディア１５を通して給気するので、吹き込まれる空気は蓄熱メディア１５の熱を奪って加熱された状態で給排気口１４から炉内に供給される。そして、別の系統から吹き込まれる燃料と混合して、高温に加熱された空気を燃焼に使用する。
【００１６】
また、炉内の燃焼ガスを排出する場合には、図２に示すように、弁体部材３０を回転させることにより、弁体部材の弁板の開口部が接続される給気空間３７が閉じられ、排気空間３８が前板２１の給排気口２２に接続される状態となる。そして、前記弁リング３１に設けた排気口３９を介して、メディアカートリッジ１２の蓄熱メディア１５を通った排気が排気口３８を介して排出され、その排気に際して排気中の熱が蓄熱メディア１５に移転されて、温度が低下した排気が排出される。また、前記弁体部材３０を回転させて、給気経路と排気経路をそれぞれ接続替えする際には、前板２１の給排気口２２は、仕切り板３４、３４ａと前板部材３５、３５ａにより２つの室３７、３８が相互に連通しないように塞がれるので、燃焼ガスが給気系統に混入したり、排気が給気系統に混入することが防止される。なお、前記弁体部材３０としては、図３に示されるような構成のものを用いることに限定されるものではなく、その他に、同様な作用を行い得るものであれば、従来公知の弁体部材を用いることが可能である。
【００１７】
【実施例】
前記図１に示されるように構成された給排気装置１０を、燃料供給装置と組み合わせて蓄熱燃焼バーナ装置１を構成する例を、図４、５に示している。図４に示される例は、１つの燃料供給手段と、１つの給排気装置１０とを組み合わせて配置する場合を示しており、炉本体の壁２は、耐火レンガで構成する内壁２ａとその外側に配置する断熱材２ｂ、および、炉の外側表面を覆う外板２ｃを組み合わせて構成する。前記給排気装置１０は炉壁２を貫通するようにしてメディアカートリッジ１２を設けるが、外側の部材を取り外すことにより、ケーシングの内部に収容している蓄熱メディア１５を着脱できるように設けている。また、前記メディアカートリッジ１２の外側には給排気部２０を配置しており、前記図１に示されるような吸排気系統を構成している。
【００１８】
前記給排気装置１０に近接させる位置に配置する燃料供給手段は、炉壁を貫通させるように設ける燃料供給管５と、前記燃料供給管５に接続する燃料供給装置６を設け、一次空気を混入した燃料や燃料のみを、燃料供給管５を介して炉内に向けて供給する。そして、前記炉壁に設けた開口４から供給される空気と、開口３を介して供給される燃料を混合して燃焼させ、炉内を加熱することができるようにする。また、所定の時間を区切って燃焼の動作を行った後で、燃料供給装置の動作を停止し、給排気装置１０の弁体部材３０を切り換えて、炉内の燃焼ガスを排気させることにより、蓄熱メディア１５に蓄熱する動作を行い、その後に設定する燃焼サイクルに際して、加熱した空気を給気できるようにする。前述したようにして、１個の燃料供給手段と、１個の給排気装置とを組み合わせた場合でも、炉内を加熱する蓄熱燃焼バーナ装置１を構成することができる。また、前記図４に示されるような装置は、加熱炉等に対して、前記蓄熱燃焼バーナ装置を所定の間隔を介して２組配置し、各蓄熱燃焼バーナ装置を交互に燃焼させるようにする場合にも、有効に使用することができる。
【００１９】
図５に示す例は、２つまたは複数個の給排気装置１０、１０……を、１個の燃料供給手段と組み合わせて蓄熱燃焼バーナ装置を構成する場合を示しているもので、複数個の給排気装置１０、１０……を、１個の燃料供給手段に対して略同心円状に配置して、蓄熱燃焼バーナ装置を構成している。そして、前記給排気装置１０に対応する開口４、４……の１つから加熱した空気を供給するとともに、他の開口からは排気ガスを吸引させて、メディアカートリッジの蓄熱メディアに排気の熱を蓄熱するようにさせる。本実施例において、２つの給排気装置を組み合わせて構成する場合には、例えば、特開平６−１５９６１３号公報に示された装置のように、２つの給排気装置を交互に給気と排気に切り換えて、交互燃焼方式の装置を構成することも可能である。また、１つの燃料供給手段に対して複数個の給排気装置を配置する場合には、各給排気装置の給排気部に設けた弁体部材により、１つの給気系統を選択して給気を行っているものとなることから、燃料供給系統からは常時燃料が供給されて、炉内での燃焼の動作が継続して行われることになる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の装置においては、前述したように構成したことにより、１つの蓄熱メディアに対して１つの給排気装置を組み合わせるので、蓄熱メディアに対する給気と排気の案内の作用制御することができ、メディアカートリッジに対する空気の案内の作用を正確に行うことができ、炉の壁に取付けた各装置に対するメンテナンスを行う場合でも、他の装置が邪魔になることがなく、メンテナンスの効率を向上させることができる。また、１つの燃料供給手段と複数の給排気装置とを組み合わせて蓄熱燃焼バーナ装置を構成することにより、燃料を常時供給しながら、１つの給排気装置から給気を行って炉内の燃焼を継続させることができ、他の給排気装置から排気を行わせることにより、蓄熱メディアに対する蓄熱の作用を効率良く行うことができる。そして、本発明においては、発熱量の大きいバーナとして構成する場合でも、各構成部材の大型化に容易に対応が可能であり、給排気装置を大型化しても、そのメンテナンスを容易に行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の給排気装置の構成を示す説明図である。
【図２】図１の給排気装置を排気系に使用する場合の説明図である。
【図３】給排気装置に使用する弁体部材の斜視図である。
【図４】本発明の蓄熱燃焼バーナ装置の構成を示す説明図である。
【図５】本発明の蓄熱燃焼バーナ装置の別の構成を示す説明図である。
【図６】本発明の前提となる蓄熱燃焼バーナ装置の構成を示す説明図である。
【図７】図６の装置に設ける熱交換部と切替板の構成の説明図である。
【符号の説明】
１ 蓄熱燃焼バーナ装置、 ２ 炉壁、 ５ 燃料供給管、
１０ 給排気装置、 １１ 熱交換部、
１２ メディアカートリッジ、 １５ 蓄熱メディア、
２０ 給排気部、 ２２ 給排気口、 ２５ ハウジング、
２９ シール板、 ３０ 弁体部材、 ３７ 給気空間、
３８ 排気空間、 ５０ 外筒、 ６０ 切替板、
７０ 吸排気部、 ７１ 外管、 ７５ 内管。

Claims (1)

1. 燃料供給手段と、給排気装置とを組み合わせて炉に配置するとともに、
   前記給排気装置は、蓄熱メディアをケーシングの内部に配置して設ける熱交換部と、給気系統と排気系統を切り換える三方弁部材と、を組み合わせて構成し、 前記給排気装置を燃料供給手段と別体に炉本体に配置して構成する蓄熱燃焼バーナ装置において、
   前記バーナ装置を、１つの燃料供給装置と３個以上の複数個の給排気装置とを、炉内に連通させた開口を介して各々組み合わせて構成し、
   １つの給排気装置の蓄熱メディアを介して給気しながら、他の給排気装置の蓄熱メディアを通して排気の動作を行わせて、
   前記排気を通す蓄熱メディアに対して蓄熱作用を行わせるような制御を行うことを特徴とする蓄熱燃焼バーナ装置。

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