JP5785240B2 - ダクト式蓄熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、短時間で迅速に蓄熱材全量の交換作業を完了することが可能なダクト式蓄熱装置に関する。

工業炉に用いられるリジェネレイティブバーナには、排ガスの排熱で燃焼用空気を加熱する蓄熱装置が備えられている。この蓄熱装置には、球状蓄熱材が収容され、交互に流通する排ガスと燃焼用空気のうち、排ガスが流通するとき排熱が球状蓄熱材に蓄積され、その後、燃焼用空気が流通するときに当該燃焼用空気が球状蓄熱材で加熱されるようになっている。

この種の蓄熱装置に関しては、球状蓄熱材を交換する交換装置が特許文献１及び２で開示されている。特許文献１の「リジェネレイティブバーナの蓄熱体交換装置」は、蓄熱室上部外側に蓄熱体補充室を設け、前記蓄熱室と蓄熱体補充室とを単数又は複数の蓄熱体供給部で連通し、前記蓄熱室の底部は蓄熱体適量落下床で構成し、その蓄熱体適量落下床から落下した量だけ、前記蓄熱体補充室から蓄熱体供給部を介して蓄熱室に蓄熱体を供給するようにしている。

特許文献２の「蓄熱体交換機構を備えた蓄熱式交番燃焼装置」は、燃料ノズルを備えたバーナ部と、蓄熱体を収納した蓄熱室とからなる少なくとも一対の蓄熱式バーナとで構成され、前記一対の蓄熱式バーナを交互に燃焼と排気とを行わせる蓄熱式交番燃焼装置の、蓄熱室を略Ｌ字状に形成し、前記蓄熱室の先端が多孔板を介して前記バーナ部の燃焼室後端に接続され、前記蓄熱室の底部に蓄熱体排出用開閉弁を備えた蓄熱体排出管を設け、また、前記蓄熱室の上部と蓄熱体貯蔵タンクとを分配器および当該分配器の下流に位置する蓄熱体供給用開閉弁を備えた蓄熱体供給管で接続するようにしている。

特開平９−１５９１４８号公報 特開２００１−３１７７３２号公報

いずれの背景技術にあっても、蓄熱体が蓄熱室へ一気に供給されたり、蓄熱室から一気に排出されないよう、蓄熱体を徐々に供給・排出できるように、蓄熱室の容積に比して、十分に狭いあるいは細い通路部分を有する蓄熱体供給部や蓄熱体適量落下床、蓄熱体供給管、蓄熱体排出管を備えて構成されていた。このため、蓄熱体がこれら通路部分で目詰まりしてしまい、蓄熱体を交換できなくなってしまうという課題があった。

また、蓄熱体の交換については、少量ずつ交換するよりも全量を一気に交換した方が、交換されない蓄熱体が蓄熱室内にいつまでも残存してしまうなどの不都合がなく、設備管理上好ましい。全量を交換する場合には、リジェネレイティブバーナや工業炉設備を停止する必要がある。この停止期間を短縮するには、迅速な交換作業が求められるが、このような要請に応えることが難しかった。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、短時間で迅速に蓄熱材全量の交換作業を完了することが可能なダクト式蓄熱装置を提供することを目的とする。

本発明にかかるダクト式蓄熱装置は、上部ダクトが上部に接続されると共に、下部に下部ダクトが接続され、少なくとも該下部ダクト上方まで粒状蓄熱材が収容されて、該粒状蓄熱材を介して該上部ダクトと該下部ダクトの間に交互に燃焼用空気と排ガスが流通される鉛直ダクトと、該鉛直ダクト上に設けられ、上記粒状蓄熱材を当該鉛直ダクト内部に供給するための供給ホッパーと、該供給ホッパーと上記鉛直ダクトとの間に開閉自在に設けられ、閉じられて上記粒状蓄熱材を該供給ホッパー内に保持すると共に、開放されて該供給ホッパーから当該鉛直ダクト内部に上記粒状蓄熱材を投下するための上部ゲートと、上記鉛直ダクト下端に開閉自在に設けられ、閉じられて上記粒状蓄熱材を該鉛直ダクト内に保持すると共に、開放されて該鉛直ダクト内部から該粒状蓄熱材を排出する下部ゲートとを備え、前記上部ダクト及び前記下部ダクトの少なくともいずれか一方には、前記鉛直ダクト側から反対側へ向かって順次迫り上がる斜面を有し、その上に前記粒状蓄熱材がその安息角で堆積される傾斜堆積部が設けられることを特徴とする。

前記傾斜堆積部を有する前記上部ダクト及び前記下部ダクトと前記鉛直ダクトとの接続箇所には、前記粒状蓄熱材を当該接続箇所に充填するために、該粒状蓄熱材の安息角を越えない傾斜角度で、充填案内部が形成されることを特徴とする。

上記下部ダクトは、上記鉛直ダクトの下端よりも上方に接続され、該鉛直ダクトの下端周辺に、上記粒状蓄熱材への排ガスの流通が妨げられる底部領域が形成されることを特徴とする。

前記鉛直ダクトの内面には、該鉛直ダクト内方へ突出されて、前記粒状蓄熱材を保持する保持部材が設けられることを特徴とする。

前記粒状蓄熱体は、球体形状の球状蓄熱材であることを特徴とする。

本発明にかかるダクト式蓄熱装置にあっては、短時間で迅速に蓄熱材全量の交換作業を完了することができる。上部ダクト及び下部ダクトの少なくともいずれか一方に、鉛直ダクト側から反対側へ向かって順次迫り上がる斜面を有し、その上に粒状蓄熱材がその安息角で堆積される傾斜堆積部を設けたので、上部ダクト、鉛直ダクト及び下部ダクト同士を開放状態で接続して、燃焼用空気及び排ガスを円滑に流通させることができると同時に、粒状蓄熱材を閉じ込める形態の耐熱性を有する強度部材を不要とすることができ、構造面から信頼性を向上することができる。

本発明に係るダクト式蓄熱装置の好適な一実施形態を示す側断面図である。 図１中、Ｘ−Ｘ線矢視断面図である。 図１中、Ｙ−Ｙ線矢視断面図である。 図１のダクト式蓄熱装置による蓄熱材排出段階を示す側断面図である。 図１のダクト式蓄熱装置による蓄熱材投下段階を示す側断面図である。 図１のダクト式蓄熱装置による蓄熱材交換作業の完了状態を示す側断面図である。

以下に、本発明にかかるダクト式蓄熱装置の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るダクト式蓄熱装置の側断面図、図２は、図１中、Ｘ−Ｘ線矢視断面図、図３は、図１中、Ｙ−Ｙ線矢視断面図、図４は、図１のダクト式蓄熱装置による蓄熱材排出段階を示す側断面図、図５は、図１のダクト式蓄熱装置による蓄熱材投下段階を示す側断面図、図６は、図１のダクト式蓄熱装置による蓄熱材交換作業の完了状態を示す側断面図である。

本実施形態に係るダクト式蓄熱装置１は、上下鉛直方向に立設された真っ直ぐな鉛直ダクト２を備える。鉛直ダクト２は、上端２ａが上方に開放され、下端２ｂが下方に開放された中空筒体状に形成される。鉛直ダクト２の内径は、上端２ａから下端２ｂまで同一寸法で形成される。

鉛直ダクト２の上部には、上部ダクト３が接続される。鉛直ダクト２の下部には、下部ダクト４が接続される。下部ダクト４には、給気バルブ７を有する燃焼用空気供給管８と排気バルブ９を有する排ガス排出管１０が接続される。

下部ダクト４には、給気バルブ７を有する燃焼用空気供給管８と排気バルブ９を有する排ガス排出管１０が接続される。燃焼用空気供給管８は、燃焼用空気Ａを供給する空気供給ブロアー（図示せず）に接続され、排ガス排出管１０は、排ガスＢを排出する煙道（図示せず）に接続される。

リジェネレイティブバーナは、燃焼動作と排気動作を交互に行う一対のバーナユニットで構成される。各図は、一方のバーナユニットの主要部を示している。上部ダクト３は、例えば工業用炉の炉内に向けて開口していて、燃焼動作時には、燃焼用空気供給管８から供給される燃焼用空気Ａ（図中、実線矢印で示す）に燃料が混合されて、炉内に向けて火炎を生成する。排気動作時には、炉内の排ガスＢ（図中、点線矢印で示す）が排ガス排出管１０に向けて吸引される。

図１に示すように、燃焼用空気供給管８から炉内へ供給される燃焼用空気Ａは、下部ダクト４から鉛直ダクト２を経て、上部ダクト３へ流通される。排ガス排出管１０から排出される排ガスＢは、燃焼用空気Ａの流れとは逆に、上部ダクト３から鉛直ダクト２を経て、下部ダクト４へ流通される。すなわち、燃焼用空気Ａ及び排ガスＢの流通経路は、燃焼用空気Ａ及び排ガスＢを互いに反対向きで、燃焼用空気Ａを下部ダクト４から上部ダクト３へ、排ガスＢを上部ダクト３から下部ダクト４へ流通させるようにする。また、燃焼用空気供給管８及び排ガス排出管１０を、下部ダクト４に代えて、上部ダクト３に接続するようにして、下部ダクト４を炉内側に接続するようにしてもよい。いずれにしても、上部ダクト３と下部ダクト４の間に設けられる鉛直ダクト２には、交互に燃焼用空気Ａと排ガスＢが流通される。

鉛直ダクト２の内部には、上部ダクト３上方まで、セラミックス製などの粒状蓄熱材、本実施形態では球状形態の球状蓄熱材１１が収容される。

これにより、上部ダクト３や下部ダクト４から流れ込んで鉛直ダクト２内部を流れる燃焼用空気Ａ及び排ガスＢが球状蓄熱材１１を介して流通され、当該球状蓄熱材１１に接触される。球状蓄熱材１１は、排ガスＢが流通するとき、排ガスＢから排熱を回収し、燃焼用空気Ａが流通するとき、回収した排熱で燃焼用空気Ａを加熱する。

下部ダクト４には、鉛直ダクト２との接続箇所に、鉛直ダクト２内方に面して傾斜堆積部２０が設けられる。本実施形態にあっては、上部ダクト３にも同様に、鉛直ダクト２との接続箇所に、鉛直ダクト２内方に面して傾斜堆積部２０が設けられる。傾斜堆積部２０は、板材２１を上下方向に多段に配設して構成される。各板材２１は、鉛直ダクト２に面する端縁２１ａから反対側の端縁２１ｂに向かって順次迫り上がる斜面２１ｃを形成するように、各ダクト３，４内に斜めに取り付けられる。

傾斜堆積部２０に到達してくる球状蓄熱材１１は、球状であるため、最初は板材２１の上に滞留しないが、球状蓄熱材１１が鉛直ダクト２内に充満するに従い、次第に板材２１上に滞留し始め、最終的には球状蓄熱材１１は、これら板材２１の上に、その安息角で堆積される。そして、傾斜堆積部２０は、燃焼用空気Ａや排ガスＢを流通させつつ、球状蓄熱材１１が鉛直ダクト２内部から上部ダクト３や下部ダクト４にこぼれ出ないように保持する。

一番下の板材２１と各ダクト３，４の底面との隙間は、球状蓄熱材１１が鉛直ダクト２側からこぼれ出ないように、球状蓄熱材１１の外形寸法よりも狭く設定される。

傾斜堆積部２０の各板材２１は、鉛直ダクト２に面する端縁２１ａが鉛直ダクト２の内面２ｃとほぼ面一となるように設置され、これにより、後述するように、球状蓄熱材１１を鉛直ダクト２内部から排出するとき、球状蓄熱材１１が板材２１の斜面２１ｃに沿ってスムーズに落下して、傾斜堆積部２０の周辺に残存しないようになっている。

例えば、球状蓄熱材１１が鉛直ダクト２からこぼれ出ないように、上部及び下部ダクト３，４に金属製の網状の仕切り部材を設置するなどした場合、高温の排ガスＢや加熱された燃焼用空気Ａに晒されて網目が熱変形して開き、球状蓄熱材１１を閉じ込めることができなくて、こぼれ出てしまうような不具合が発生し得る。

強度を考慮して、金属製の網状の仕切り部材に比して部材寸法の大きな棒材で縦格子状にしたり、材料自体もセラミックなどの高性能耐熱材を採用することが考えられるが、部材寸法を大きくすると、通気性が阻害されて圧損が大きくなってしまうと共に、材料費の面でコストアップになってしまうという欠点がある。

本実施形態の傾斜堆積部２０は、球状蓄熱材１１をその安息角で安定的に堆積させることができ、これにより球状蓄熱材１１を閉じ込める強度部材を不要とすることができると共に、蓄熱部構造としての信頼性を向上することができる。板材２１は、低コストな耐火レンガなどの汎用品で形成される。本実施形態では、傾斜堆積部２０は、上部ダクト３及び下部ダクト４の双方に設けられているが、いずれか一方であっても良いことはもちろんである。

鉛直ダクト２と下部ダクト４及び／または上部ダクト３との接続箇所には、球状蓄熱材１１の安息角を超えない傾斜角度で面取りして、充填案内部２２が形成される。当該接続箇所に下向きの出隅部が存在すると、鉛直ダクト２内には、当該出隅部を回り込むようにして球状蓄熱材１１が収容されることとなり、そのために空所ができてしまって、熱の授受に関わるスペースに無駄が生じてしまう。

本実施形態では、球状蓄熱材１１の安息角を超えない傾斜角度で充填案内部２２を形成していて、これにより、空所が生じないように球状蓄熱材１１を接続箇所に密実に充填することができ、連なるダクト２，３，４の内部空間を無駄なく利用して、高効率な熱の授受作用を確保することができる。

鉛直ダクト２の上端２ａ上には、球状蓄熱材１１を鉛直ダクト２内部に供給するための供給ホッパー１２が設けられる。供給ホッパー１２はよく知られているように、下端部が供給方向に向かって傾斜する傾斜面で形成される。

供給ホッパー１２の下端１２ａの開口は、鉛直ダクト２の開口とほぼ同一寸法で形成される。供給ホッパー１２には、鉛直ダクト２内部に供給する前に予め、球状蓄熱材供給経路１３から球状蓄熱材１１が送り込まれ、貯留される。一回の貯留量は、球状蓄熱材１１の交換総量に設定される。

供給ホッパー１２の下端１２ａと鉛直ダクト２の上端２ａとの間には、開閉自在に上部ゲート１４が設けられる。上部ゲート１４は、閉じられることにより、供給ホッパー１２を鉛直ダクト２内部から遮断し、球状蓄熱材１１を供給ホッパー１２内に保持する。同時に、上部ゲート１４は、鉛直ダクト２内部を気密に保持する。他方、上部ゲート１４は、開放されることにより、供給ホッパー１２と鉛直ダクト２内部とを連通し、供給ホッパー１２から鉛直ダクト２内部に球状蓄熱材１１を投下する。

本実施形態では、上部ゲート１４は、左右一対の上部ゲート板１４ａが互いに接離するように、水平方向にスライド駆動され、接近することで閉じられ、離隔することで開放される。各上部ゲート板１４ａは好ましくは、鉛直ダクト２の上端２ａが全開される位置まで離隔駆動される。駆動機構としては例えば、油圧シリンダなどを用いればよい。

鉛直ダクト２の下端２ｂには、開閉自在に下部ゲート１５が設けられる。下部ゲート１５は、閉じられることにより、鉛直ダクト２内部を外部から遮断し、球状蓄熱材１１を鉛直ダクト２内部に保持する。同時に、下部ゲート１５は、鉛直ダクト２内部を気密に保持する。他方、下部ゲート１５は、開放されることにより、鉛直ダクト２内部と外部とを連通し、鉛直ダクト２内部から球状蓄熱材１１を排出する。

本実施形態では、下部ゲート１５も上部ゲート１４と同様に、下部ゲート板１５ａが水平方向にスライド駆動されることで開閉されるようになっている。これら上部ゲート１４及び下部ゲート１５は、観音開きで開閉駆動されるように構成してもよい。観音開きとすれば、スライド式に比べて、球状蓄熱材１１の排出を瞬時に迅速に行うことができる。

他方、スライド駆動であれば、設置に必要な上下寸法を小さくすることができ、ダクト式蓄熱装置１をコンパクト化することができる。他方、鉛直ダクト２の上下にスペースの余裕がある場合には、観音開きとすることで、球状蓄熱材１１の供給・排出を瞬時に迅速に行うことができる。

本実施形態では、下部ゲート１５の下方は空所とされているが、下部ゲート１５直下に、球状蓄熱材１１の排出を案内する排出シュートを設けるようにしても良い。

下部ダクト４は、下部ゲート１５が設けられる鉛直ダクト２の下端２ｂよりも上方に接続され，これにより鉛直ダクト２の下端２ｂ周辺に底部領域Ｃが形成される。下部ダクト４よりも下方となる鉛直ダクト２の下端２ｂ周辺の底部領域Ｃは、一旦排ガスＢ等が入り込むと圧力が安定するので、その後は、この底部領域Ｃへの排ガスＢ等の流通が妨げられる。

すなわち、底部領域Ｃには排ガスＢ等が回り込まず、球状蓄熱材１１同士の間の空気層も相俟って、断熱性が発現される。このため、下部ゲート１５周辺が高温に加熱されることを防止できる。従って、下部ゲート１５に施工される耐熱材を削減でき、下部ゲート１５の軽量化・低コスト化を達成できる。

また、鉛直ダクト２の内面２ｃには断熱材を施工せず、図１〜図３に示すように、当該内面２ｃから鉛直ダクト２内方へ突出させて、球状蓄熱材１１を保持してその流動性を抑制する保持部材が設けられる。図示例にあっては保持部材は、鉛直ダクト２内方に向かって下向き傾斜の傾斜面を有する傾斜板材１６で構成され、鉛直ダクト２の上下方向に多段に設けられる。傾斜板材１６は図２及び図３に示すように、上部ダクト３位置及び下部ダクト４位置では、これらダクト３，４に干渉しないようにコ字状に形成される一方、ダクト３，４以外の取り付け位置では、鉛直ダクト２の内面に沿うリング状に形成される。

傾斜板材１６によって球状蓄熱材１１を保持することにより、球状蓄熱材１１が流動して排ガスＢ等が鉛直ダクト２内部の内面２ｃ付近に回り込むことを防止することができて、鉛直ダクト２の周面に沿って確実に断熱性を発現させることができ、これによって鉛直ダクト２に対する断熱材の施工作業及び施工費用が不要となって、軽量化・低コスト化を図ることができる。傾斜板材１６であるので、球状蓄熱材１１をスムーズに排出することができる。

また、下向き傾斜の傾斜板材１６であることにより、その下方の影となる部分に球状蓄熱材１１が十分に充填されなくても、当該傾斜板材１６下には空気層が形成されるので、必要な断熱性を得ることができる。保持部材は、リング状の傾斜板材１６に代えて、鉛直ダクト２内方に向かって水平に突出する、リング状の水平板材で形成してもよい。

ダクト式蓄熱装置１の設置床１７の上には、鉛直ダクト２下に位置させて、下部ゲート１５から排出される球状蓄熱材１１を回収する回収容器１８が配置される。回収容器１８は、上向き開口部１８ａを有する。回収容器１８は、球状蓄熱材１１を受容できるものであれば、コンテナ形態など、どのような形態の容器であってもよい。本実施形態では、移動の利便性を向上するために、回収容器１８には、設置床１７上で走行自在な車輪１８ｂが設けられている。

ダクト式蓄熱装置１には、上部ゲート１４、下部ゲート１５、給気バルブ７及び排気バルブ８に接続されてこれらを制御するコントローラ１９が備えられる。

給気バルブ７は、リジェネレイティブバーナの燃焼動作時に開かれ（開動作は、図中、白抜き表記で示す）、燃焼用空気供給管８からの燃焼用空気Ａが、鉛直ダクト２から上部ダクト３へ送り込まれる。上部ダクト３へ送り込まれた燃焼用空気Ａは、その後燃料と混合され、これにより炉内に向けて火炎が生成される。このとき、排気バルブ９は閉じられている（閉動作は、図中、黒ベタ表記で示す）。他方、リジェネレイティブバーナの排気動作時には、給気バルブ７は閉じられると共に、排気バルブ９が開かれ、これにより、炉内からの排ガスＢが上部ダクト３を介して鉛直ダクト２内部に流通し、その後、排ガス排出管１０へと排出される。

コントローラ１９は、リジェネレイティブバーナの対になっているバーナユニットの一方のバーナユニットに関し、排気バルブ９が閉じられ給気バルブ７が開かれて燃焼用空気Ａが鉛直ダクト２を流通している状態にある燃焼動作時（他方のバーナユニットは排気動作状態）に、給気バルブ７が閉じられてその操作信号が給気バルブ７から入力されると、球状蓄熱材１１の交換操作を可能とする。あるいは、燃焼動作時に、コントローラ１９に給気バルブ７の閉じ信号を入力すると、この入力操作をトリガーとして、球状蓄熱材１１の交換操作を実施可能とする。

給気バルブ７が閉じられ、鉛直ダクト２内の気流が一旦停止されたことに応じて、コントローラ１９から下部ゲート１５に開放信号が送出される。その後、コントローラ１９に備えられるタイマなどによるカウントで所定時間が経過する等によって球状蓄熱材１１の全量が回収容器１８に落下したことを確認すると、下部ゲート１５に閉じ信号が送出される。その後、下部ゲート１５の開閉を検知するセンサ等により下部ゲート１５が閉じられたことを確認すると、コントローラ１９から上部ゲート１４に開放信号が送出される。

その後、コントローラ１９のタイマなどによるカウントによって所定時間が経過する等によって球状蓄熱材１１の全量が供給ホッパー１２から鉛直ダクト２内に投下されたことを確認すると、コントローラ１９から上部ゲート１４に閉じ信号が送出されるようになっている。最後に、上部ゲート１４の開閉を検知するセンサ等により上部ゲート１４が閉じられたことを確認すると、コントローラ１９から排気バルブ９に開き信号が送出されて当該一方のバーナユニットは排気動作に移行し、これにより、対になっている他方のバーナユニットで燃焼動作が開始される。

バルブ７，９やゲート１４，１５の動作制御は、コントローラ１９のタイマ等によるカウントアップによることなく、作業者が目視で状況を確認しつつ、コントローラ１９を操作してゲート１４，１５やバルブ７，９を開閉操作するようにしてもよい。その場合においても、コントローラ１９は、排気バルブ９が閉じられていることを条件に、給気バルブ７が閉じられることに応じて、交換操作の制御を許容する。従って、コントローラ１９は、排気バルブ９が開かれている排気動作時には、交換操作の制御を禁止するようになっている。

次に、本実施形態に係るダクト式蓄熱装置１の作用について説明する。図１及び図４〜図６には、図の順に従って、球状蓄熱材１１の交換操作の手順が示されている。図１は、リジェネレイティブバーナの通常運転時における一方のバーナユニットの燃焼運転状態が示されている。

燃焼動作時には、給気バルブ７が開かれると共に、排気バルブ９が閉じられ、燃焼用空気Ａは、燃焼用空気供給管８から鉛直ダクト２を経て、上部ダクト３へ流通される。球状蓄熱材１１の交換操作は、この燃焼動作時に行われる。

図４に示すように、まず、鉛直ダクト２下方の設備床１７上に、上向き開口部１８ａを下部ゲート１５に向けて、回収容器１８が配置される。また、供給ホッパー１２には、交換総量の球状蓄熱材１１が貯留される。次に、給気バルブ７が閉じられる。これにより、燃焼用空気Ａの流通が停止される。このとき、燃料の供給も停止する。

その後、コントローラ１９により、下部ゲート１５が開放される。これにより、鉛直ダクト２内部の球状蓄熱材１１が瞬時にかつ一気に、下部ゲート１５から回収容器１８内に排出される。次いで、コントローラ１９により、下部ゲート１５が閉じられる。

次いで、図５に示すように、コントローラ１９により、上部ゲート１４が開放される。これにより、供給ホッパー１２内の球状蓄熱材１１が瞬時にかつ一気に、上部ゲート１４から鉛直ダクト２内に投下される。

その後、図６に示すように、コントローラ１９により、上部ゲート１４が閉じられる。その後、排気バルブ９が開かれる。これにより、当該一方のバーナユニットでは排ガスＢの流通が開始されて排気運転状態に移行し、これと同時に、他方のバーナユニットでは燃焼運転か開始される。回収容器１８は、下部ゲート１５が閉じられた後、適宜タイミングで、洗浄設備等へ搬送される。洗浄等で再生された球状蓄熱材１１は、球状蓄熱材供給経路１３から供給ホッパー１２へ供給され、再利用される。

以上説明した本実施形態に係るダクト式蓄熱装置１にあっては、上下方向にストレートな形態の鉛直ダクト２に球状蓄熱材１１を収容するようにしたので、球状蓄熱材１１を交換する際の排出作業も、再度充填するための投下作業も、目詰まりが生じることなく、瞬時にかつ一気に行うことができ、球状蓄熱材１１全量の交換作業をきわめて短時間で迅速に完了することができる。

従って、球状蓄熱材１１を対象としたリジェネレイティブバーナのメンテナンスを簡素化できる。また、球状蓄熱材１１の全量を一気に交換することができるので、交換されない球状蓄熱材１１がいつまでも残存してしまうなどの不都合がなく、設備の管理を向上することができる。

本実施形態では、供給ホッパー１２の下端１２ａの開口を、鉛直ダクト２の開口とほぼ同一寸法で形成していること、並びに、傾斜堆積部２０を、上部及び下部ダクト３，４と鉛直ダクト２との接続箇所に、鉛直ダクト２内方に面して設けているので、これら供給ホッパー１２や傾斜堆積部２０周辺に球状蓄熱材１１が残存することなく、よりスムーズにかつ適切に交換作業を完了することできる。

殊に、排出作業では、下部ゲート１５を開けば球状蓄熱材１１をそのまま全量排出でき、掻き出すなどの煩雑な作業をなくすことができる。また、鉛直ダクト２であるので、構造がきわめて簡易であり、球状蓄熱材１１が投下されたり排出されても、これによる損傷発生を防止することができる。

鉛直ダクト２下に回収容器１８を配置し、回収容器１８で球状蓄熱材１１を回収するようにしたので、排出された球状蓄熱材１１を容易に別の場所へ移動することができる。

下部ゲート１５直上に、断熱性のある底部領域Ｃを形成したことにより、下部ゲート板１５ａの薄肉化や耐熱材の施工量の削減を確保することができ、これにより、下部ゲート１５の開閉動作時間を短縮できて、交換作業時間をさらに短くすることができる。

球状蓄熱材１１の交換作業は、下部ゲート１５及び上部ゲート１４の開閉操作だけでよく、簡易に短時間で作業を完了することができて、リジェネレイティブバーナの運転停止期間を短縮することができる。

上部ダクト３及び下部ダクト４に、鉛直ダクト２側から反対側へ向かって順次迫り上がる斜面２１ｃを有し、その上に球状蓄熱材１１がその安息角で堆積される傾斜堆積部２０を設けたので、ダクト２，３，４同士を開放状態で接続して、燃焼用空気Ａ及び排ガスＢを円滑に流通させることができると同時に、球状蓄熱材１１を閉じ込める形態の耐熱性を有する強度部材を不要とすることができ、構造面から信頼性を向上することができる。

傾斜堆積部２０を有する上部ダクト３及び下部ダクト４と鉛直ダクト２との接続箇所に、球状蓄熱材１１を当該接続箇所に充填するために、球状蓄熱材１１の安息角を越えない傾斜角度で、充填案内部２２を形成したので、空所が生じないように球状蓄熱材１１を接続箇所に密実に充填することができ、連なるダクト２，３，４の内部空間を無駄なく利用して、高効率な熱の授受作用を確保することができる。

鉛直ダクト２の内面２ｃに、当該鉛直ダクト２内方へ突出させて、球状蓄熱材１１を保持する傾斜板材１６を設けたので、球状蓄熱材１１が流動して排ガスＢ等が鉛直ダクト２の内面２ｃ付近に回り込むことを防止することができて、鉛直ダクト２の周面に沿って確実に断熱性を発現させることができ、これによって鉛直ダクト２に対する断熱材の施工作業及び施工費用が不要となって、軽量化・低コスト化を図ることができる。

下部ダクト４に、給気バルブ７を有する燃焼用空気供給管８と排気バルブ９を有する排ガス排出管１０を接続し、排気バルブ９が閉じられ給気バルブ７が開かれて燃焼用空気Ａが鉛直ダクト２に流通している状態で、給気バルブ７を閉じたことに応じて、下部ゲート１５の開閉動作に引き続き上部ゲート１４の開閉動作を行うように構成したので、高温排ガスＢの流通時は交換作業を禁止する一方で、燃焼用空気Ａの流通期間中、交換作業時のみ燃焼用空気Ａの供給を停止するようにして、この供給停止、すなわち給気バルブ７の閉じ操作によって炉内温度の変動を極力抑えつつ、リジェネレイティブバーナの運転期間中であっても、球状蓄熱材１１の交換作業を行うことができる。

また、低温な燃焼用空気Ａの流通時に交換作業をするので、球状蓄熱材１１の温度を下げて排出することができ、作業の安全性を高めることができる。

そして、一方のバーナユニットにおいて、球状蓄熱材１１の交換作業を終えて上部ゲート１４を閉じたら排気運転に切り換えるようにしたので、これに応じて他方のバーナユニットを排気運転から直ちに燃焼運転に切り換えることができ、球状蓄熱材１１の交換作業を組み入れながら、リジェネレイティブバーナの連続運転を確保することができて、これにより炉を連続的に操業することができる。

また、交換直後の低温の球状蓄熱材１１は、まず排気運転時に排ガスＢで加熱されて蓄熱・昇温することから始まるので、その後の燃焼運転時に燃焼用空気Ａが流通されるときには、十分な高温状態に達していて、当該燃焼用空気Ａを適切に加熱することができ、炉内に生成される火炎温度を高く維持することができる。

また、リジェネレイティブバーナを複数運転する場合、間引き運転によりいずれかのリジェネレイティブバーナは運転停止している。この運転停止期間中に交換作業を行っても良いことはもちろんである。

底部領域Ｃは、断熱性を有するので、この底部領域Ｃを形成する鉛直ダクト２部分は、耐火材などを用いることなく、鉄製シェルで形成してもよい。このようにすれば、鉛直ダクト２の製作費を低減することができる。

なお、粒状蓄熱体について、球体形状の球状蓄熱材１１を例示して説明したが、粒状とは、球状に限らず、楕円上や円筒状、破砕した形状など、転がり性を呈する形態であれば、どのような形態であってもよい。球状についても、真球である必要はなく、歪みや凹凸のある球状でよい。

１ ダクト式蓄熱装置
２ 鉛直ダクト
２ａ 鉛直ダクトの上端
２ｂ 鉛直ダクトの下端
２ｃ 鉛直ダクトの内面
３ 上部ダクト
４ 下部ダクト
７ 給気バルブ
８ 燃焼用空気供給管
９ 排気バルブ
１０ 排ガス排出管
１１ 球状蓄熱材
１２ 供給ホッパー
１２ａ 供給ホッパーの下端
１３ 球状蓄熱体供給経路
１４ 上部ゲート
１４ａ 上部ゲート板
１５ 下部ゲート
１５ａ 下部ゲート板
１６ 傾斜板材
１７ 設備床
１８ 回収容器
１８ａ 上向き開口部
１８ｂ 車輪
１９ コントローラ
２０ 傾斜堆積部
２１ 板材
２１ａ，２１ｂ 板材の端縁
２１ｃ 斜面
２２ 充填案内部
Ａ 燃焼用空気
Ｂ 排ガス
Ｃ 底部領域

Claims (5)

1. 上部ダクトが上部に接続されると共に、下部に下部ダクトが接続され、少なくとも該下部ダクト上方まで粒状蓄熱材が収容されて、該粒状蓄熱材を介して該上部ダクトと該下部ダクトの間に交互に燃焼用空気と排ガスが流通される鉛直ダクトと、
   該鉛直ダクト上に設けられ、上記粒状蓄熱材を当該鉛直ダクト内部に供給するための供給ホッパーと、
   該供給ホッパーと上記鉛直ダクトとの間に開閉自在に設けられ、閉じられて上記粒状蓄熱材を該供給ホッパー内に保持すると共に、開放されて該供給ホッパーから当該鉛直ダクト内部に上記粒状蓄熱材を投下するための上部ゲートと、
   上記鉛直ダクト下端に開閉自在に設けられ、閉じられて上記粒状蓄熱材を該鉛直ダクト内に保持すると共に、開放されて該鉛直ダクト内部から該粒状蓄熱材を排出する下部ゲートとを備え、
   前記上部ダクト及び前記下部ダクトの少なくともいずれか一方には、前記鉛直ダクト側から反対側へ向かって順次迫り上がる斜面を有し、その上に前記粒状蓄熱材がその安息角で堆積される傾斜堆積部が設けられることを特徴とするダクト式蓄熱装置。
2. 前記傾斜堆積部を有する前記上部ダクト及び前記下部ダクトと前記鉛直ダクトとの接続箇所には、前記粒状蓄熱材を当該接続箇所に充填するために、該粒状蓄熱材の安息角を越えない傾斜角度で、充填案内部が形成されることを特徴とする請求項１に記載のダクト式蓄熱装置。
3. 上記下部ダクトは、上記鉛直ダクトの下端よりも上方に接続され、該鉛直ダクトの下端周辺に、上記粒状蓄熱材への排ガスの流通が妨げられる底部領域が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のダクト式蓄熱装置。
4. 前記鉛直ダクトの内面には、該鉛直ダクト内方へ突出されて、前記粒状蓄熱材を保持する保持部材が設けられることを特徴とする請求項１〜３いずれかの項に記載のダクト式蓄熱装置。
5. 前記粒状蓄熱体は、球体形状の球状蓄熱材であることを特徴とする請求項１〜４いずれかの項に記載のダクト式蓄熱装置。

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