JP4121219B2 - リジェネレイティブバーナにおける蓄熱体支持機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リジェネレイティブバーナにおける蓄熱体支持機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リジェネレイティブバーナは、バーナ本体内の給排気経路中に蓄熱体を充填したバーナ２台を一対として適宜時間毎に燃焼と排気を繰り返す交番燃焼を行い、蓄熱体を介しての排熱回収により高効率な燃焼を行うものである。
通常のリジェネレイティブバーナでは、燃焼時において蓄熱体の充填層中を燃焼用空気が下から上に流れ、また排気時には蓄熱体の充填層中を排ガスが上から下に流れる構成としており、蓄熱体の充填層は、その低温側、即ち空気供給（排気）側である下側を通気性を有する多孔体で支持すると共に、高温側、即ち燃焼側である上側は支持部材を用いずに解放状態で直接に燃焼部と連通している。
しかしながら、バーナを小型化するため、バーナ本体１における蓄熱体２の充填層３内を燃焼用空気が水平や下向きに流れる構造を有するリジェネレイティブバーナでは、高温側において蓄熱体が飛び出さないように支持する必要があるため、蓄熱体より小さな通気孔を単数もしくは複数設けた耐熱性の支持部材を用いた支持機構を構成している。
高温側の支持機構は、具体例として次に示すような構成が用いられている。
（１） 図６に示すように、蓄熱体ａの充填層ｂの高温側に、蓄熱体ａの外径よりも小さな内径の通気孔ｃを設けた耐火物ｄを支持部材として設置した構成。
（２） 図７に示すように、蓄熱体ａの充填層ｂの高温側に、大径の通気孔ｅを設けた耐火物ｄを設置すると共に、通気孔ｅの充填層ｂ側は径大に構成し、この径大部に蓄熱体ａの外径よりも小さな内径の通気孔ｆを複数設けたセラミックプレートｇを支持部材として設置した構成。
（３） 図示は省略しているが、蓄熱体ｃの充填層ｂ側にセラミックフォーム等のセラミック多孔質体を支持部材として設置した構成。
尚、図６、図７において、符号ｈはバーナ本体、ｉは冷却空気管、ｊは冷却空気管ｉ内に設置した燃料供給管、ｋは蓄熱体ａの充填層ｂの低温側に設置した多孔体、ｍは着火装置であり、これらの動作は図により自明であるので説明は省略する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような支持機構では、次のような課題がある。
（１） 図６、図７に示すような通気孔ｃ，ｇの構造では、例えば図８、図９に示すように蓄熱体ａが通気孔ｃ，ｇの一部を閉塞してしまう場合があり、この場合には、（ａ）．圧力損失が増加する、（ｂ）．閉塞部分からの空気、排ガスの流れが少なくなって、全体として偏流を生じる等の不都合が生じる。
（２） （１）に示す不都合の発生を防止するために、表面に凹凸を設ける等の加工を行って複雑な構造を形成することは耐火物では困難である。そして、蓄熱体の性能を上げるために、小口径のボール等の細かい部材を蓄熱体として使用する場合には、（ａ）．小口径の通気孔の加工が困難である、（ｂ）．コストが上昇する、（ｃ）．強度が落ちる等の問題が生じ、実用化できない。
（３） 支持部材として金属材料を用いれば、小孔を多数設けたり、表面に凹凸を設ける等の微細な加工が可能で、従って複雑な構造が可能であるが、金属材料では、高温で使用する場合に熱変形や酸化等の問題が生じ、また材料の最高使用温度が比較的低く、高温で使用することができない。
（４） より耐熱性に優れるファインセラミック等の部品を支持部材として使用する場合、複雑な構造とするとコスト高になる。また、細い枝状のセラミックで形成されるフォーム状の部材、即ち上述したセラミック多孔質体を用いた場合には、強度が低く、蓄熱体との接触により徐々に割れて崩壊してしまう。
従って本発明は、このような課題を解決することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明では、バーナ本体内の給排気経路中に蓄熱体を充填するリジェネレイティブバーナにおいて、蓄熱体の充填層の高温側に、縁側から中側に渡って複数の通気孔を設けた耐火物を支持部材として設置し、この耐火物の充填層側には、通気孔を通る細長い溝を形成し、溝の幅は蓄熱体の外径よりも狭く形成している蓄熱体支持機構を提案するものである。
【０００５】
以上の本発明においては、一つの通気孔に対して一つの細長い溝を配置する他、一つの通気孔に対して複数の細長い溝を配置することもできるし、これとは逆に、一つの細長い溝に対して複数の通気孔を配置することもできる。
【０００６】
また、本発明では、以上の構成において、充填する蓄熱体は、少なくとも大径と小径の２種類の蓄熱体から構成し、大径の蓄熱体を高温側に充填すると共に、小径の蓄熱体を低温側に充填すること提案する。
【０００７】
そして本発明では、上記の構成において、大径の蓄熱体の充填層と小径の蓄熱体の充填層間に耐熱性と通気性を有する仕切部材、例えば金属パンチングプレートやセラミックファイバー繊維を編んだ布状部材等を介装することを提案する。
【０００８】
以上の本発明によれば、蓄熱体が細長い溝に嵌まったとしても、この細長い溝の他の部分を介して通気孔との通気を確保することができ、従って通気孔の閉塞を防止することができる。
耐火物には縁側から中側に渡って複数の通気孔と、これらの通気孔を通る細長い溝を形成すればよく、単純な構造であるので耐火物でも加工が容易である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１は本発明を適用したリジェネレイティブバーナの実施の形態を示す縦断面図であり、また図２は図１のＡ−Ａ線断面の一部を示すもの、図３は図２のＢ−Ｂ線断面の一部を示すものである。
図において、符号１はバーナ本体を示すもので、符号２は給排気経路中に蓄熱体３を充填して成る充填層を示すものである。充填層２の低温側、即ち空気供給（排気）側は従来と同様に通気性を有する多孔体４で支持しており、一方、充填層２の高温側は、縁側から中側に渡って複数の通気孔５を設けた耐火物７で支持している。蓄熱体３セラミック製のボール等を利用することができる。
バーナ本体１の後端側から充填層２と耐火物７を貫通する冷却空気管８を設けており、この冷却空気管８内に燃料供給管９と着火装置１０を設置している。
以上の構成において、この実施の形態では、充填層２に充填する蓄熱体３は、大径の蓄熱体３ｂと小径の蓄熱体３ｓとから構成しており、大径の蓄熱体３ｂを高温側に充填すると共に、小径の蓄熱体３ｓを低温側に充填している。
一方、耐火物７の充填層２側には、図２及び図３に拡大して示すように、通気孔５を通る細長い溝６を形成しており、この細長い溝６の幅は大径の蓄熱体３ｂの外径よりも狭く形成している。このような細長い溝６と通気孔５は単純な構造であるため、耐火物７ではあっても加工は容易である。
【００１０】
以上の構成において、燃焼運転時においては、通気口１１から供給された燃焼用空気が充填層２を流れ、蓄熱体３の熱を回収して予熱された後、細長い溝６から通気孔５を通って流出し、冷却空気管８内の燃料供給管９から噴出する燃料と混合して燃焼に供される。
一方、排気運転時においては、他の対を成すリジェネレイティブバーナからの排ガスが通気孔５から細長い溝６を介して充填層２内に流入し、この充填層２を流れて蓄熱体３に熱を与えた後、充填層２の低温側の外側の空間１２から通気口１１を経て排出される。
【００１１】
以上の燃焼又は排気動作において、充填されて耐火物７の表面に当接する大径の蓄熱体３ｂが細長い溝６に嵌まったとしても、この細長い溝６は、幅を大径の蓄熱体３ｂの外径よりも狭く形成しているので、蓄熱体３ｂが完全に細長い溝６内に嵌まってしまうことはなく、嵌まった状態は、例えば図２、図３のような状態であるので、充填層２側と通気孔５との通気は、蓄熱体３ｂが嵌まっていない他の部分を介して確保される。従って、従来のように通気孔の閉塞が発生することを抑えることができる。
【００１２】
またこの実施の形態では、上述したように充填した蓄熱体は、大径と小径の蓄熱体３ｂ，３ｓとから構成し、大径の蓄熱体３ｂを高温側に充填すると共に、小径の蓄熱体３ｓを低温側に充填した構成であることから、次のような利点がある。
まず、高温側に大径の蓄熱体３ｂを配置することにより、細長い溝６の幅、そして通気孔５の断面積を大きくすることができるので、上述したように通気孔５の閉塞が抑えられることと相俟って圧力損失を低減することができる。
また、大径の蓄熱体３ｂによる圧力損失の小さな充填層２ｂを高温部に設けることにより、圧力損失は大であるが蓄熱効率が高い、小径の蓄熱体３ｓによる充填層２ｓに流入する高温排気ガスの偏流を抑えることができる。
【００１３】
以上の第１の実施の形態とは異なり、本発明では、他の実施の形態として、充填層２の全体に渡って同じ径の蓄熱体３を充填する構成にも適用できるものである。
【００１４】
図４は本発明を適用したリジェネレイティブバーナの第２の実施の形態を示すもので、図１のＡ−Ａ線に相当する断面の一部を示すものである。この第２の実施の形態では、一つの通気孔５に対して細長い溝６を複数、この場合、直交する２つの細長い溝６を配置している。
また本発明では、第３の実施の形態として、図示は省略するが、第２の実施の形態の配置とは逆に、一つの細長い溝６に対して複数の通気孔５を配置することもできるものである。
【００１５】
次に図５は本発明を適用したリジェネレイティブバーナの第４の実施の形態を示す縦断面図であり、図１に示す第１の実施の形態と同様な構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
この第４の実施の形態では、大径の蓄熱体３ｂの充填層２ｂと小径の蓄熱体３ｓの充填層２ｓの間に耐熱性と通気性を有する仕切部材１３を介装したものである。
この仕切部材１３としては、金属パンチングプレートや、セラミックファイバー繊維を編んだ布状部材等を用いることができる。
このように両充填層２ｂ，２ｓ間に仕切部材１３を設けることにより、大径と小径の蓄熱体３ｂ，３ｓの混合を防止することができ、交換等のメンテナンスを別々に行うことができる。
仕切部材１３として、熱変形しやすい金属パンチングプレートを用いても、両側の蓄熱体３ｂ，３ｓに挟まれて支持されるので、熱変形による影響を抑えることができる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は以上のとおりであるので、次のような効果がある。
ａ．蓄熱体の充填層の高温側の支持部材として、安価な耐火物を用いて通気孔の閉塞面積を低減することができ、且つ単純な構造で構成することができるので低コストである。
ｂ．高温側に大径の蓄熱体を配置することにより、細長い溝の幅、そして通気孔の断面積を大きくすることができるので、ａに示すように通気孔の閉塞が抑えられることと相俟って圧力損失を低減することができる。
ｃ．大径の蓄熱体による圧力損失の小さな充填層を高温部に設けることにより、圧力損失は大であるが蓄熱効率が高い、小径の蓄熱体による充填層に流入する高温排気ガスの偏流を抑えることができる。
ｄ．両充填層間に仕切部材を設けることにより、大径と小径の蓄熱体の混合を防止することができ、交換等のメンテナンスを別々に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用したリジェネレイティブバーナの実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ線断面の一部を示す説明図である。
【図３】 図２のＢ−Ｂ線断面の一部を示す説明図である。
【図４】 本発明を適用したリジェネレイティブバーナの第２の実施の形態を示すもので、図１のＡ−Ａ線に相当する断面の一部を示す説明図である。
【図５】 本発明を適用したリジェネレイティブバーナの第３の実施の形態を示す縦断面図である。
【図６】 蓄熱体支持機構の従来例を示すリジェネレイティブバーナの縦断面図である。
【図７】 蓄熱体支持機構の他の従来例を示すリジェネレイティブバーナの縦断面図である。
【図８】 図６のリジェネレイティブバーナにおいて蓄熱体が通気孔の一部を閉塞してしまう状態の一例を示す説明図である。
【図９】 図６のリジェネレイティブバーナにおいて蓄熱体が通気孔の一部を閉塞してしまう状態の一例を示す他の説明図である。
【符号の説明】
１ バーナ本体
２（２ｂ，２ｓ） 充填層
３ 蓄熱体
３ｂ 大径の蓄熱体
３ｓ 小径の蓄熱体
４ 多孔体
５ 通気孔
６ 細長い溝
７ 耐火物
８ 冷却空気管
９ 燃料供給管
１０ 着火装置
１１ 通気口
１２ 空間
１３ 仕切部材

Claims (1)

1. バーナ本体内の給排気経路中に蓄熱体を充填するリジェネレイティブバーナにおいて、蓄熱体の充填層の高温側に、縁側から中側に渡って複数の通気孔を設けた耐火物を支持部材として設置し、この耐火物の充填層側には、通気孔を通る細長い溝を形成し、この細長い溝は一つの通気孔に対して複数配置され、前記細長い溝の幅は蓄熱体の外径よりも狭く形成していることを特徴とするリジェネレイティブバーナにおける蓄熱体支持機構。

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