JP3828968B2 - レキュペレータ及びレキュペレータバーナ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼排ガスから向流原理で流動する燃焼用空気への熱伝達を改善するための複数の鋸歯状の凸部と凹部とを有する管部分を周壁に備えた、レキュペレータバーナ用のレキュペレータであって、前記鋸歯が半径方向に方位づけられていて、管区分の長手方向で緊密に配列されている形式のものに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レキュペレータバーナは、レキュペレータを配設した燃焼室を有するバーナであり、該レキュペレータに沿って燃焼排ガスと燃焼用空気とが、向流原理で流動するようになっている。この流動時に燃焼用空気は予熱される。
【０００３】
レキュペレータバーナの目下の開発趨勢は、レキュペレータをセラミック材料から製造する方向にある。
【０００４】
長手方向に延びる雛襞を有するセラミック製中間管を備えたレキュペレータが、ドイツ連邦共和国特許出願公開第４０１１１９０号明細書に基づいて公知になっている。燃焼室へは、相応の半径方向通路を介して燃焼用空気が供給され、前記半径方向通路は、中間管と内管との間に画成された空気通路へ通じている。燃料は、中心管を介して供給される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、スリップキャスティング法によって製造可能な、しかも燃焼用空気と燃焼排ガスとの間の良好な熱伝達の可能なレキュペレータを製造することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明の構成手段は、レキュペレータがセラミック材料より成っており、前記鋸歯が中空に構成されており、半径方向で測定される中空鋸歯の歯丈Ｎが、前記管部分の肉厚Ｓの０．８倍〜４倍の範囲内にあり、長手方向で測定される鋸歯長ｌが、肉厚Ｓの４倍〜４０倍の範囲内にあり、周方向で互いに隣接し合った２つの鋸歯の成す角度αが７５°〜１２５°の範囲内にある点にある。
【０００７】
【作用】
セラミック製のレキュペレータは、流入する燃焼用空気から燃焼排ガスを分離するために管部分を有し、該管部分には、半径方向の複数の中空鋸歯が形成されている。該中空鋸歯はレキュペレータの表面積を拡張し、燃焼排ガスから燃焼用空気への熱伝達を改善する。中空鋸歯に基づいて、流れの境界層が、レキュペレータの外面でも内面でも、再三再四、掻き裂かれるので、その結果、滑らかな表面を有する慣用のレキュペレータに対比して熱伝達効率が著しく高められる。従って中空鋸歯は、発生排ガス流に所期の影響を及ぼすことができる。スリップキャスティング法で製造する場合、外側輪郭のみが確定されている。内側輪郭は、やや丸められている。また、前記の特定寸法により、内面に沿って流れる排ガス流に良好な影響を及ぼすことが保証される。
【０００８】
中空鋸歯は、長手方向に棟方向を有する寄せ棟屋根状の凸部として構成されているのが有利である。周方向では中空鋸歯は、管部分をめぐる夫々１つのリングを形成している。管軸方向では、このようなリングが多数互いに重なり合った状態となる。
【０００９】
中空鋸歯の歯丈Ｎ、鋸歯長ｌ及び夫々隣接し合った中空鋸歯によって形成される角度αについて夫々特定した前記の寸法範囲に基づいて、レキュペレータをスリップキャスティング法によって低廉に製造すること、及び機械的に安定させることが保証される。
【００１０】
レキュペレータの長手方向で重なり合う中空鋸歯は、周方向では互いにずらして配置するのが有利である。この周方向ずれは、鋸歯幅の半分に、或いは別の寸法に構成することもできる。中空鋸歯を、程度の差こそあれ急勾配の螺線に沿って位置させ、これによって、燃焼排ガスと燃焼用空気とレキュペレータとの間に強力な熱接触を得るようにすることができる。
【００１１】
レキュペレータの一方の端部には、残りの管部分と一体に構成された燃焼室を設けておくことが可能である。これによって、単純かつ頑丈な構造が得られる。燃焼室の周壁は滑らかである。スリップキャスティング法で製造する場合、付加経費をかけることなしにレキュペレータに燃焼室を配設することが可能である。
【００１２】
セラミック材料としては、相応の耐熱性と熱伝導性とを有するＳｉＣセラミックが特に適している。
【００１３】
前記の発明の構成手段を有するレキュペレータは、鋼製リブ付きレキュペレータの熱伝達効率に近い熱伝達効率を有している。雛襞付き管を有する公知セラミック製レキュペレータに対比した場合、この熱伝達効率値は、ほぼ倍増される。請求項１記載のレキュペレータを使用して構成されたレキュペレータバーナは、それ相応の顕著な利点を有している。
【００１４】
【実施例】
次に図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【００１５】
図１に示したレキュペレータバーナ１は、炉室を加熱するために、炉壁２の通し孔に取付けられている。該通し孔内には、排ガス導管３が嵌め込まれている。該排ガス導管３は、炉室を間接的に加熱するために、閉じられた排ガス導管として構成することもできる。
【００１６】
レキュペレータバーナ１は、バーナヘッド４を起点として延びる空気案内筒６を有し、該空気案内筒６は、前記排ガス導管３に対して実質的に共軸に保持されている。これに基づいて排ガス導管３と空気案内筒６との間に形成される環状室７は、ＳｉＣセラミック製レキュペレータ８によって外室９と内室１１とに分割されている。内室１１が、空気を供給するためにバーナヘッド４に設けられた空気供給接続部１３と連通しているのに対して、外室９は、排ガス接続部１４と連通している。バーナヘッド４に設けられた燃料管１６は、空気案内筒６を貫通して該空気案内筒と共軸に延びている。
【００１７】
図２及び図３では、フランジ１７を介してバーナヘッド４に一端をフランジ締結されたレキュペレータ８が特別に図示されている。該レキュペレータ８はフランジ１７に続いて、長さＬの管部分１８を有し、しかも該管部分１８は、多数の個々の中空鋸歯１９を有している。実質的に一定の直径を有する管部分１８の他端には燃焼室２１が接続しており、該燃焼室は端面側の開口２２によって噴流ノズルを形成している。
【００１８】
レキュペレータ８、特に管部分１８は、実質的に一様の肉厚を有するように構成されており、それによって、内室１１を制限する内面と、外室９を制限する外面は、それぞれ中空鋸歯を形成している。該中空鋸歯１９は、レキュペレータ８の円周に沿ってリング状に緊密に配列されている（図３）。各中空鋸歯１９は、レキュペレータの軸方向の棟２３によって互いに結合された２つの歯面２４ａ、２４ｂを有し、両歯面は、半径方向線に対して傾斜している。中空鋸歯１９は軸方向では、傾斜した三角形面によって制限されている。
【００１９】
各中空鋸歯１９の間には、凹部２６が夫々設けられており、該凹部２６は、中空鋸歯１９の形状に対応しているが、半径方向内向きに延びており、従って、いわば中空鋸歯１９の雌型像を成している。
【００２０】
各中空鋸歯１９の長さｌ（最大軸方向延在長）は、管部分１８の肉厚Ｓによって規定される範囲つまり肉厚Ｓの４倍〜４０倍の範囲内にある。また、管部分１８の最小内径と最大外径との直径差である中空鋸歯の歯丈Ｎは、肉厚Ｓの０．８倍〜４倍の範囲内にある。半径方向線に対する歯面２４ａ，２４ｂの傾斜角度は、３７．５°〜６２．５°である。
【００２１】
順次に続く中空鋸歯１９の軸方向位置は、周方向で互いにずらされている。その場合、このずれ値は、中空鋸歯の歯幅の半分であるので、順次に続く鋸歯リングの中空鋸歯は互い違いに位置することになる。
【００２２】
レキュペレータ８は、スリップキャスティング法で製造される。レキュペレータ８と管部分１８の前記の特定寸法は、レキュペレータの簡便な製造可能性を保証すると共に、レキュペレータの良好な熱伝達効率を得させる。スリップキャスティング法の場合、易流動性のセラミック泥漿が、相応の中空鋳型内へ注入される。部分脱水の後、中間製品には仕上げ成形、乾燥及び焼成処理が施される。
【００２３】
以上説明したレキュペレータバーナ１の作動態様は次の通りである：
運転中、燃焼用空気は、空気供給接続部１３を介して内室１１を通過し、燃焼室２１へ流入する。その際、燃焼用空気は、高温のレキュペレータ８に沿って流動することによって加熱される。燃料管１６を介して供給される燃料は、加熱された燃焼用空気と相俟って燃焼室２１内で燃焼する。発生する高温ガス又は燃焼ガスは、開口２２から流出し、排ガス導管３つまり噴射管を加熱する。燃焼排ガスは、外室９を通流して排ガス接続部１４へ向かって流れる。外室を通流時に、燃焼排ガスは、レキュペレータ８を外側から加熱する。
【００２４】
中空鋸歯１９を備えた管部分１８は、排ガスの熱を、流入する燃焼用空気へ伝達する熱交換器として機能する。熱交換に利用される面積は、中空鋸歯１９と、内室１１に対しては矢張り中空鋸歯として作用する凹部２６とによって、滑らかな周壁を有する管に対比すれば、著しく拡張されている。これに加えて、流入する燃焼用空気は、中空鋸歯１９と凹部２６とに沿って流れる際に充分混合され、全体として良好に加熱される。流れが、互いにずらされた中空鋸歯１９と凹部２１とによって掻き乱される結果、排ガスとレキュペレータ８の管部分１８との間に強力な熱接触が生じる。レキュペレータ８の外面に沿って流れる排ガスも、やはり中空鋸歯１９と凹部２６とによってレキュペレータ８と強力に熱接触せしめられて混合される。高温排ガスと、向流で導入される冷たい燃焼用空気との間でこのようにして得られる熱交換は、極めて効率的で、慣用の鋼製レキュペレータ管と同等に評価することができる。
【００２５】
スリップキャスティング法で製造されたセラミック製レキュペレータは、熱交換区域に、半径方向内向き及び半径方向外向きに延びる多数の中空鋸歯を備えている。中空鋸歯は、該鋸歯を除けば中空円筒形であるレキュペレータに、グループ毎に鋸歯リング状に配列することもできる。その場合、各鋸歯リンググルーブの中空鋸歯は、それぞれ隣接した鋸歯リンググループの中空鋸歯に対して周方向でずらされている。或いはまた、中空鋸歯を１条又は多条の螺線に沿って配置することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】セラミック製レキュペレータを備えたレキュペレータバーナの概略縦断面図である。
【図２】図１に示したレキュペレータバーナの概略横断面図である。
【図３】図１及び図２に示したセラミック製レキュペレータの概略斜視図である。
【符号の説明】
１ レキュペレータバーナ、 ２ 炉壁、 ３ 排ガス導管、 ４ バーナヘッド、 ６ 空気案内筒、 ７ 環状室、 ８ レキュペレータ、 ９ 外室、 １１ 内室、 １３ 空気供給接続部、 １４ 排ガス接続部、 １６ 燃料管、 １７ フランジ、 １８ 管部分、 １９中空鋸歯、 ２１ 燃焼室、 ２２ 開口、 ２３ 棟、 ２４ａ，２４ｂ 歯面、 ２６ 凹部、 Ｌ 管部分の長さ、 ｌ 鋸歯長、 Ｓ鋸歯の肉厚、 Ｎ 歯丈、 α 隣接し合った中空鋸歯の成す角度

Claims (5)

1. 燃焼排ガスから向流原理で流動する燃焼用空気への熱伝達を改善するための複数の鋸歯（１９）状の凸部と凹部とを有する管部分を周壁に備えた、レキュペレータバーナ用のレキュペレータであって、前記鋸歯が半径方向に方位づけられていて、管区分（１８）の長手方向で緊密に配列されている形式のものにおいて、
   レキュペレータがセラミック材料より成っており、
   前記鋸歯（１９）が中空に構成されており、
   半径方向で測定される中空鋸歯の歯丈（Ｎ）が、前記管部分（１８）の肉厚Ｓの０．８倍〜４倍の範囲内にあり、
   長手方向で測定される鋸歯長（ｌ）が、肉厚（Ｓ）の４倍〜４０倍の範囲内にあり、
   周方向で互いに隣接し合った２つの鋸歯（１９）の成す角度αが７５°〜１２５°の範囲内にある、
   ことを特徴とする、レキュペレータバーナ用のレキュペレータ。
2. 管部分（１８）の長手方向に相次いで配置された中空鋸歯（１９）が、周方向で互いにずらされている、請求項１記載のレキュペレータ。
3. 管部分（１８）が、該管部分の一端に設けられた燃焼室（２１）と一体に結合されている、請求項１記載のレキュペレータ。
4. レキュペレータ（８）がＳｉＣセラミック製である、請求項１記載のレキュペレータ。
5. レキュペレータバーナ（１）が、請求項１から４までのいずれか１項に記載のレキュペレータ（８）を備えていることを特徴とする、レキュペレータバーナ。

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