JP5795552B2 - 蓄熱ユニット - Google Patents

Description

本発明は、上下方向寸法を小さくすることが可能な蓄熱ユニットに関する。

高温ガスと低温ガスとが反対方向から交互に流入し流出するケーシング内部に多数の粒状蓄熱材を充填し、これら蓄熱材により高温ガスと低温ガスとの間で熱を授受する蓄熱ユニットを用いた技術として、例えば特許文献１〜３が知られている。

特許文献１の「蓄熱式バーナ」は、蓄熱体を充填するための蓄熱器を有する蓄熱式バーナにおいて、蓄熱器側面の蓄熱体取出用蓋側が下になるように蓄熱器内に蓄熱体支持部材を傾斜させて設ける。蓄熱体を蓄熱体支持金物上に充填したときに、蓄熱体の充填層の厚みが変わるために生じる偏流を防止するため、蓄熱器内に蓄熱体の充填層の厚みが薄くなる部分を覆う偏流防止部を設けている。

特許文献２の「蓄熱式バーナーの蓄熱体の清掃方法」は、ボール状蓄熱体が蓄熱層に配置された状態で蓄熱体に振動を付与することにより該蓄熱体表面に付着した付着物を除去することを特徴とする蓄熱体の清掃方法であり、ボール状蓄熱体が配置された蓄熱層に振動付与装置を埋設させることにより、蓄熱体に振動を付与することができる。ボール状蓄熱体が蓄熱層に配置されたまま、蓄熱体に振動を付与することにより蓄熱体表面に付着した付着物を除去するので、作業負荷が少なく、短時間で安価に清掃を行うことができ、かつ付着物を十分に除去することができる。

特許文献３の「蓄熱式バーナーを有する加熱炉の運転方法」は、多孔性蓄熱体を付帯する直火式バーナーを備えた蓄熱型バーナーが複数基配置され、当該蓄熱式バーナーを交互に燃焼させるとともに、非燃焼時の直火式バーナーから炉内の燃焼ガスを吸引し、前記蓄熱体に燃焼ガスを導入して燃焼ガス中の熱を蓄熱体に回収し、この回収した熱を燃焼時の直火式バーナーの燃焼用空気の加熱に利用する、蓄熱式バーナーを有する加熱炉の運転方法であって、高炉ガスからガス中の二酸化炭素及び窒素を分離・除去して予め製造した、前記高炉ガスに比較して発熱量を高めた改質高炉ガスを、前記直火式バーナーの燃料ガスとして使用するようにしている。

特開２００６−１０５５１７号公報 特開２００７−３０９５９７号公報 特開２００９−１８６１０１号公報

これら背景技術ではいずれも、蓄熱器等は、その上下位置にガスの出入り口を設定して、ガスを蓄熱器等の上下方向に向かって縦向きに流通させ、この縦向きのガス流れにより蓄熱材を介して熱の授受を行う構造であった。

従って、蓄熱器等の内部に粒状蓄熱材を十分な量を充填し、また充填した蓄熱材の上にガスの流れを安定させるスペースを確保し、これらにより十分な熱の授受を確保する必要から、上下方向高さ寸法を高く設計する必要があり、高さ方向スペースの狭い場所には、設置することが困難であるという課題があった。このため、上下方向寸法を小さくすることが可能な装置の案出が望まれていた。

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、上下方向寸法を小さくすることが可能な蓄熱ユニットを提供することを目的とする。

本発明にかかる蓄熱ユニットは、高温ガスと低温ガスとが反対方向から交互に流入し流出するケーシング内部に多数の粒状蓄熱材を充填し、これら蓄熱材により高温ガスと低温ガスとの間で熱を授受する蓄熱ユニットにおいて、上記ケーシング内部にこれら高温ガス及び低温ガスを前後長さ方向へ流通させるために、該ケーシングの前後長さ方向両端に、高温ガス及び低温ガスがそれぞれ流入する高温側ガスポート及び低温側ガスポートを設け、上記ケーシング内部に、上記低温側ガスポートから仕切って上記粒状蓄熱材を閉じ込めて堆積させる通気性仕切り部材を設け、上記ケーシング内部に、上記仕切り部材から間隔を隔てて位置させて、該ケーシングを左右幅方向に横断する方向へ向かって、上下に少なくとも一段以上の棚板を設け、上記粒状蓄熱材を、上記ケーシングの天井部から上記棚板と上記仕切り部材との間に投入して、該ケーシングの底部上及び該棚板上に、当該粒状蓄熱材をその安息角で堆積させつつ、該ケーシングの底部から天井部に亘って充填したことを特徴とする。

前記棚板には、堆積した前記粒状蓄熱材の崩落を規制する規制部が設けられることを特徴とする。

前記棚板やケーシングの底部は、前記高温側ガスポートに向けて順次迫り上がる傾斜が設けられることを特徴とする。

前記棚板やケーシングの底部は、前記高温側ガスポートに向けて順次迫り上がる傾斜面を有することを特徴とする。

前記ケーシング内部に、前記通気性仕切り部材に代えて、前記低温側ガスポートに面しかつ前記棚板から間隔を隔てて位置させて、該ケーシングを左右幅方向に横断する方向へ向かって、上下に少なくとも一段以上の第２棚板を設け、前記粒状蓄熱材を、上記ケーシングの天井部から上記棚板と上記第２棚板との間に投入して、該ケーシングの底部上、該棚板上及び該第２棚板上に、当該粒状蓄熱材をその安息角で堆積させつつ、該ケーシングの底部から天井部に亘って充填したことを特徴とする。

本発明にかかる蓄熱ユニットにあっては、上下方向寸法を小さくすることができる。これにより、加熱炉等の周囲のスペースが限られている場合であっても、設置可能範囲が広がり、適切に取り付けることができると共に、炉体等への設置レイアウトのバリエーションを広げることができる。また、寸法が小さくなることで、蓄熱ユニットを軽量化することができる。このように省エネに寄与する蓄熱ユニットの設置性が向上することにより、種々の機器に適用することができて、省エネ機器の普及を促進することができる。

本発明に係る蓄熱ユニットの原理を説明するための説明図である。 本発明に係る蓄熱ユニットの第１実施形態を示す側断面図である。 図２中、Ａ−Ａ線矢視断面図である。 燃焼用空気や排ガスを横向きに流す構成として、高温側チャンバに、低温側チャンバと同様な通気性仕切り部材を設ける場合の説明図である。 本発明に係る蓄熱ユニットの第２実施形態を示す側断面図である。 第２実施形態の変形例を示す要部拡大図である。 本発明に係る蓄熱ユニットの第３実施形態を示す側断面図である。 第３実施形態における棚板が傾斜を有する場合の蓄熱材の堆積状態を説明する説明図である。 本発明に係る蓄熱ユニットの第４実施形態を示す側断面図である。

以下に、本発明に係る蓄熱ユニットの好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係る蓄熱ユニット１の原理を説明するための説明図であって、図１（ａ）は排気時、図１（ｂ）は給気時を示している。以下、蓄熱ユニット１を、リジェネレイティブバーナ２に適用した場合を例にとって説明する。

リジェネレイティブバーナ２は、燃焼動作と排気動作を交互に行う。加熱炉等の炉３内から高温ガスである排ガスＥを排気する排気動作には、排気系４の排気バルブ５が開放されると共に、給気系６の給気バルブ７が閉じられ、ダクト８を介して炉３内から排気系４へ排ガスＥが排出される。蓄熱ユニット１は、排出される排ガスＥで蓄熱材９を加熱する。これにより、蓄熱材９は熱を蓄える。

その後、排気バルブ５を閉じると共に給気バルブ７を開放して排気動作から燃焼動作に切り替えられる。給気系６から燃焼用空気Ｃを給気する燃焼動作では、蓄熱ユニット１は、給気される燃焼用空気Ｃを蓄熱材９で加熱する。蓄熱材９で加熱された燃焼用空気Ｃは、ダクト８を介して炉３内へ給気され、この際、燃料噴射ノズル１０から噴射される燃料Ｆと混合されて、炉３内に火炎を生じさせる。

蓄熱ユニット１には、排気動作時、排ガスＥがダクト８から排気系４へ向かって一方向に流れ、燃焼動作時、燃焼用空気Ｃが給気系６からダクト８へ向かって反対方向に流れる。このようなリジェネレイティブバーナ２の基本運転動作と、排ガスＥと燃焼用空気Ｃとの間で熱を授受する蓄熱ユニット１の機能は周知である。

蓄熱ユニット１は基本的に、ケーシングと１１、ケーシング１１内部に充填される多数の粒状の蓄熱材９と、排ガスＥ及び燃焼用空気Ｃをケーシング１１内部に導入して流通させるためガスポート１２，１３，１４と、ケーシング１１内部に設けられる通気性仕切り部材１５と、ケーシング１１に形成され、蓋体１６を開閉することで、ケーシング１１内部に蓄熱材９を充填するための投入口１７とを備えて構成される。

粒状の蓄熱材９は、蓄熱作用を有する素材、例えばセラミック製であって、コロコロと転がりやすいおおよそ球状に形成される。

ケーシング１１は、前後長さ方向に一対で設けられる前方端板１１ａ及び後方端板１１ｂと、左右幅方向に一対で設けられる側板１１ｃと、上部を塞ぐ天板１１ｄと、底部を塞ぐ底板１１ｅとから直方体状に形成される。ケーシング１１は、直方体状に限らず、円筒体状など、どのような形態であっても良い。ケーシング１１は、蓄熱材９が蓄える熱に耐える耐熱性と、蓄熱材９を収容し得る強度とを備えて構成され、例えばいずれも安価な鋼板などの金属材料や、耐火レンガなどの耐火物で構成される。要は、蓄熱材９を安定的に収容できて、温度差等による損傷を受けないものであればよい。

ケーシング１１の前方端板１１ａには、ケーシング１１内部に排ガスＥを流入させる高温側ガスポート１２が設けられる。高温側ガスポート１２には、炉３内に連通するダクト８が接続される。高温側ガスポート１２からは、リジェネレイティブバーナ２の排気動作時、排ガスＥが流入され、燃焼動作時、燃焼用空気Ｃがダクト８へ向かって流出される。

ケーシング１１の後方端板１１ｂには、ケーシング１１内部に燃焼用空気Ｃを流入させる給気用低温側ガスポート１３及びケーシング１１内部から排ガスＥを流出させる排気用低温側ガスポート１４が設けられる。給気用低温側ガスポート１３には、給気系６が接続され、排気用低温側ガスポート１４には、排気系４が接続される。

低温側ガスポート１３，１４では、リジェネレイティブバーナ２の排気動作時には、排気バルブ５が開放され、給気バルブ７が閉じられて、排気用低温側ガスポート１４から排ガスＥが排気系４へ排出される。燃焼動作時には、排気バルブ５が閉じられ、給気バルブ７が開放されて、給気用低温側ガスポート１３から燃焼用空気Ｃが流入される。

従って、ケーシング１１内部には、リジェネレイティブバーナ２の排気動作と燃焼動作の切替に応じ、ダクト８や給気系６、排気系４を介して排ガスＥや燃焼用空気Ｃが反対方向から交互に流入し流出する。そしてこれら排ガスＥや燃焼用空気Ｃは、前方端板１１ａ及び後方端板１１ｂの間で、ケーシング１１の前後長さ方向へ、すなわち横向きに流通される。

通気性仕切り部材１５は、ケーシング１１の後部に、後方端板１１ｂから間隔を隔てた位置に位置させて、ケーシング１１内部を仕切って設けられる。これにより、ケーシング１１内部には、仕切り部材１５と後方端板１１ｂとの間に低温側チャンバ１８が形成される。

仕切り部材１５は、板状部材であって、ガスＣ，Ｅの流通を妨げない通気性と、蓄熱材９が蓄える熱に耐える耐熱性と、ケーシング１１内に充填される蓄熱材９を、低温側チャンバ１８とは反対側に閉じ込めて堆積させる強度を備えて構成される。仕切り部材１５は、例えば安価な鋼材などの金属材料や耐火レンガなどの耐火物であって、粒状蓄熱材９の外形寸法よりも僅かに小さな孔径の孔を多数有する多孔状やメッシュ状に形成される。

仕切り部材１５で形成される低温側チャンバ１８には、給気用低温側ガスポート１３から低温の燃焼用空気Ｃがケーシング１１内に広がるように流入すると共に、仕切り部材１５側から、蓄熱材９を加熱して降温した排ガスＥが流入して排気用低温側ガスポート１４から排出される。

本発明に係る蓄熱ユニット１の原理は、投入口１７を開放してケーシング１１内部に投入する粒状蓄熱材９を、仕切り部材１５と前方端板１１ａとの間に、当該粒状蓄熱材９の安息角θで堆積させることにあり、原理を説明する図１では、ケーシング１１の底板１１ｅから天板１１ｄにわたって充填されている。安息角θで堆積させるため、ケーシング１１の前部では、蓄熱材９は、天板１１ｄから底板１１ｅにわたって、前方端板１１ａへ向かって下る傾斜面を形成しつつ堆積し、蓄熱材９と前方端板１１ａとの間に、高温側チャンバ１９が形成される。

図１において、蓄熱材９によるケーシング１１の前後長さ方向における傾斜面の寸法ｘは、蓄熱材９の安息角θと、天板１１ｄから底板１１ｅまでの高さ寸法ｙで決定される（ｘ＝ｙ／ｔａｎθ）。天板１１ｄから底板１１ｅにわたって充填した蓄熱材９により、ケーシング１１内部の前後長さ方向へ流通する排ガスＥや燃焼用空気Ｃを、ケーシング１１の縦断面において、万遍なく蓄熱材９に接触させることができ、十分に効率よく熱の授受を行わせることができる。

高温側チャンバ１９には、高温側ガスポート１２から高温の排ガスＥがケーシング１１内に広がるように流入すると共に、蓄熱材９側から、蓄熱材９で加熱されて昇温した燃焼用空気Ｃが流入して、この燃焼用空気Ｃは、高温側ガスポート１２からダクト８を介して炉３に向けて給気される。

図２及び図３には、本発明に係る蓄熱ユニット１の第１実施形態が示されている。図２は、図１と同様な、蓄熱ユニット１の側断面図、図３は、図２中、Ａ−Ａ線矢視断面図である。

第１実施形態の蓄熱ユニット１では、ケーシング１１の前部に、仕切り部材１５及び前方端板１１ａから間隔を隔てた位置に位置させて、ケーシング１１の左右幅方向に向かって、上下に少なくとも一段以上の棚板２０が設けられる。棚板２０を設けることにより、蓄熱材９は、ケーシング１１の底板１１ｅ上及び棚板２０上に、その安息角θで堆積しつつ、底板１１ｅから天板１１ｄにわたって充填される。図示例にあっては、棚板２０は、上下に３枚で３段設けられ、ケーシング１１を高さ方向に４分割している。

これら棚板２０は、天板１１ｄと底板１１ｅとの間の高さ方向に、等間隔で配設される。棚板２０は、その上に蓄熱材９を堆積させ得る強度があれば、左右両端を両側の側板１１ｃに取り付けても、あるいはいずれか一端を一方の側板１１ｃに取り付けるだけでも良い。棚板２０は、蓄熱材９が蓄える熱に耐える耐熱性と、蓄熱材９をその上に堆積させる強度を備えて構成される。棚板２０は、例えばいずれも安価な鋼板などの金属材料や、耐火レンガなどの耐火物で構成される。

棚板２０同士、棚板２０と底板１１ｅ、並びに棚板２０と天板１１ｄとの上下間隔は、ガスＣ，Ｅの流通を妨げない寸法に設定される。棚板２０上には、本発明の原理で説明したように、棚板２０と仕切り部材１５との間に位置する投入口１７から投入される蓄熱材９がその安息角θで堆積する。このときのケーシング１１の前後長さ方向における傾斜面の寸法ｘは、棚板２０同士の上下方向間隔寸法Ｐ（棚板２０と天板１１ｄ及び棚板２０と底板１１ｅも同様）と蓄熱材９の安息角θで関連付けられる（ｘ＝Ｐ／ｔａｎθ）。

棚板２０の上下方向の占有寸法（厚さ）をｔ、その枚数をｎとすると、棚板２０同士の上下間隔寸法Ｐと天板１１ｄから底板１１ｅまでの高さ寸法ｙとの関係は、ｙ＝ｎｔ＋（ｎ＋１）Ｐであるので、棚板２０を設けると、設けた枚数分に応じて、ケーシング１１の前後長さ方向における蓄熱材９の傾斜面の寸法ｘが短縮され、棚板２０の幅寸法Ｌ（ただし、ｘ≦Ｌ）が狭められて、ケーシング１１の前後方向長さ寸法が短くなる。棚板２０の幅寸法Ｌは、余裕をもって蓄熱材９を堆積させ得るように、ケーシング１１の前後長さ方向における蓄熱材９の傾斜面の寸法よりも、僅かながら長くする必要がある。

次に、第１実施形態に係る蓄熱ユニット１の作用について説明する。蓄熱ユニット１は、粒状蓄熱材９を、投入口１７から棚板２０と仕切り部材１５との間に投入して、ケーシング１１内部に充填することで構成される。

蓄熱材９は、投入し始めると、底板１１ｅ上に堆積し始める。蓄熱材９は、低温側ガスポート１３，１４側では仕切り部材１５位置で閉じ込められる。高温側ガスポート１２側では、蓄熱材９はその安息角θで堆積していく。蓄熱材９は、一番下の棚板２０の高さ位置まで堆積すると、底板１１ｅ上への堆積が止まり、その後、当該一番下の棚板２０上に堆積していく。

蓄熱材９は、一番下の棚板２０上でも、その安息角θで堆積していき、直上の棚板２０の高さ位置まで堆積すると、一番下の棚板２０上への堆積が止まり、その後、直上の棚板２０上に堆積していく。棚板２０同士の間では、このような堆積が繰り返される。最後に、蓄熱材９は、一番上の棚板２０でも、その安息角θで堆積していき、天板１１ｄ直下まで堆積する。これにより、蓄熱材９は、ケーシング１１の底板１１ｅから天板１１ｄにわたって密実に充填される。

蓄熱ユニット１としての作用は、排ガスＥ及び燃焼用空気Ｃがケーシング１１の前後長さ方向、すなわち横向きに流通されることを除き、背景技術で説明した縦向きにガスを流通させる蓄熱器等と同様である。

略述すると、給気バルブ７を閉じ、排気バルブ５を開放すると、排ガスＥは、炉３内から排気系４へ向かって一方向に流れる。排ガスＥは、ダクト８を介して、蓄熱ユニット１に流入する。排ガスＥは、ケーシング１１の高温側ガスポート１２から高温側チャンバ１９内に広がるように流れ込み、高温側チャンバ１９から棚板２０同士の間など通過して、蓄熱材９の隙間を流通する。この際、排ガスＥは蓄熱材９を加熱する。

蓄熱材９を加熱して温度が低くなった排ガスＥは、通気性仕切り部材１５を介して、低温側チャンバ１８へ流入し、低温側チャンバ１８から排気用低温側ガスポート１４を介して排気系４に排出される。

他方、排気バルブ５を閉じ、給気バルブ７を開放すると、燃焼用空気Ｃは、給気系６から炉３内へ向かって、排ガスＥと反対方向に流れる。燃焼用空気Ｃは、給気系６から蓄熱ユニット１に流入する。燃焼用空気Ｃは、ケーシング１１の給気用低温側ガスポート１３から低温側チャンバ１８内に広がるように流れ込み、低温側チャンバ１８から仕切り部材１５を介して、蓄熱材９の隙間を流通する。この際、燃焼用空気Ｃは、排気時に蓄熱材９に蓄熱させた熱によって加熱される。

蓄熱材９に蓄熱した熱で加熱されて温度が高くなった燃焼用空気Ｃは、棚板２０同士の間などを通過して、高温側チャンバ１９へ流入し、高温側チャンバ１９から高温側ガスポート１２を介して、ダクト８へ流出し、炉３内へ給気される。そして、燃焼用空気Ｃは、燃料噴射ノズル１０からの燃料Ｆと混合されて、炉３内に火炎を生じさせる。そして、蓄熱ユニット１は、燃焼用空気Ｃと排ガスＥが繰り返し交互に流入し流出されることで、蓄熱材９によりこれらガスＣ，Ｅ相互間で熱の授受を行う。

火炎を生じさせる手段として、スパークプラグやパイロットバーナ等の着火手段を設けるが、炉３内が既に着火温度以上であれば、設けなくてもよい。

図４は、燃焼用空気Ｃや排ガスＥを横向きに流す構成として、高温側チャンバ１９に、低温側チャンバと同様な通気性仕切り部材５０を設ける場合の説明図である。通気性仕切り部材５０としては、上述したように、通気性、耐熱性及び蓄熱材９を閉じ込めて堆積させる強度が求められる。

図４（ａ）に示すように、一対の通気性仕切り部材１５，５０をケーシング１１内部に対向配置した場合、高温な排ガスＥが流通する高温側チャンバ１９の通気性仕切り部材５０は、低温側チャンバ１８に設ける通気性仕切り部材１５よりも、耐熱性、そして特に強度に配慮する必要がある。

例えば、高温側チャンバ１９に設ける仕切り部材５０を、低温側チャンバ１８の金属製の網状の仕切り部材１５と同程度に構成すると、図４（ｂ）に示すように、高温な排ガスＥや加熱された燃焼用空気に晒されて網目が熱変形して開き、蓄熱材９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、図４（ｃ）に示すように、高温側チャンバ１９の仕切り部材５０として、低温側チャンバ１８側に設置する金属製の網状の板状部材の仕切り部材１５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。

第１実施形態に係る蓄熱ユニット１にあっては、排ガスＥと燃焼用空気Ｃとが反対方向から交互に流入し流出するケーシング１１内部に多数の粒状蓄熱材９を充填し、これら蓄熱材９により排ガスＥと燃焼用空気Ｃとの間で熱を授受する蓄熱ユニット１において、ケーシング１１内部にこれら排ガスＥ及び燃焼用空気Ｃを前後長さ方向へ横方向に流通させるために、ケーシング１１の前後長さ方向両端に、排ガスＥ及び燃焼用空気Ｃがそれぞれ流入する高温側ガスポート１２及び低温側ガスポート１３，１４を設け、ケーシング１１内部に、低温側ガスポート１３，１４から仕切って粒状蓄熱材９を閉じ込めて堆積させる通気性仕切り部材１５を設け、ケーシング１１内部に、仕切り部材１５から間隔を隔てて位置させて、ケーシング１１を左右幅方向に横断する方向へ向かって、上下に少なくとも一段以上の棚板２０を設け、粒状蓄熱材９を、ケーシング１１の投入口１７から棚板２０と仕切り部材１５との間に投入して、ケーシング１１の底板１１ｅ上及び棚板２０上に、当該粒状蓄熱材９をその安息角θで堆積させつつ、ケーシング１１の底板１１ｅから天板１１ｄに亘って充填するようにしたので、排ガスＥや燃焼用空気Ｃを横方向に流通させることができ、この横方向の流れにより蓄熱材９を介して熱の授受を行うことができて、蓄熱ユニット１の上下方向寸法を小さくすることができる。

特に、蓄熱ユニット１の高温側チャンバ１９側において、棚板２０により粒状蓄熱材９をその安息角θで安定的に堆積させることにより、蓄熱材９を閉じ込める強度部材が不要となる。棚板２０については、蓄熱材９が積まれている上側と、蓄熱材９が接する程度であって、ほぼ開放されている下側とでは、大きな温度差が生じるが、棚板２０の材質として、耐熱鋼板やセラミック、耐火レンガ等の耐熱材を選定したり、棚板２０に、適度な厚みを付与したりリブ材を設ける等して熱反りを防止するようにする。これにより、単なる棚板２０の設置という単純な構造により排ガスＥ等の十分で円滑な通気性と必要な耐熱性を確保することができ、コストアップを生じることなく、従来と遜色のない性能を発揮させることができる。

棚板２０を備えたことにより、安息角θで堆積する蓄熱材９によるケーシング１１の前後長さ方向における傾斜面の寸法ｘを短縮化することができ、ケーシング１１の前後方向長さ寸法を短くすることができる。仕切り部材１５及び棚板２０で、ケーシング１１内部に、低温側及び高温側チャンバ１８，１９を形成でき、これにより、低温側及び高温側ガスポート１２，１３，１４からの燃焼用空気Ｃ及び排ガスＥを、ケーシング１１内に広がるように流入させることができ、蓄熱材９に万遍なく接触させて効率良く熱の授受を行わせることができると共に、これらチャンバ１８，１９からガスポート１２，１３，１４への流出作用も円滑化することができる。

図５には、第２実施形態に係る蓄熱ユニット１が示されている。第２実施形態では、棚板２０には、堆積した粒状蓄熱材９の崩落を規制する規制部として、上向き突起部材２１が設けられる。図示するように、上向き突起部材２１は、棚板２０の先端縁、すなわち高温側チャンバに面する端部にその長さ方向（ケーシング１１幅方向）に沿って設けられる。また、ケーシング１１の底板１１ｅにも、棚板２０と同じ位置に、上向き突起部材２１が設けられる。

ケーシング１１内を高温側チャンバ１９へ向かって流通する燃焼用空気Ｃの流れや振動によって粒状蓄熱材９が動いても、この上向き突起部材２１によって、安息角θで堆積している蓄熱材９がケーシング１１内部で崩落することを防止できる。

図６には、第２実施形態の変形例が示されている。変形例では、規制部の一例である上向き突起部材２１に代えて、棚板２０の先端縁を上方へ曲げ上げることにより、棚板２０と一体的に迫り上がり部２０ａが形成される。このように構成すれば、極めて簡単に棚板２０に規制部を備えることができる。

これら第２実施形態及びその変形例にあっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

図７には、第３実施形態にかかる蓄熱ユニット１が示されている。第３実施形態では、棚板２０やケーシング１１の底板１１ｅは、高温側ガスポート１２に向けて順次迫り上がる傾斜が設けられたり、高温側ガスポート１２に向けて順次迫り上がる傾斜面２２を有している。

図示例にあっては、棚板２０が、高温側ガスポート１２に向けて順次迫り上がる傾斜で設けられ、ケーシング１１の底板１１ｅが、高温側ガスポート１２に向けて順次迫り上がる傾斜面２２を有している。傾斜面２２を形成するために、ケーシング１１の底板１１ｅには、棚板２０と同じ位置に、高温側チャンバ１９へ向かって順次板厚が厚くなる板状傾斜部材２３が設けられる。もちろん、傾斜を有する棚板２０を用いても良い。

棚板２０の先端縁には、蓄熱材９の万一の落下に備えて、蓄熱材９一個分以上のスペースを確保することが好ましい（図中、寸法Ｚを参照）。

棚板２０や底板１１ｅに対し、傾斜して設置したり、傾斜面２２を設定するようにすると、蓄熱材９の崩落を規制できることはもちろんのこと、上向き突起部材２１や迫り上がり部２０ａよりも通気抵抗を減少させることができる。さらに、棚板２０及び底板１１ｅに関し、傾斜を有する場合は、傾斜を有しない場合に比して、同じ棚板２０の幅寸法Ｌで、ケーシング１１の前後長さ方向における蓄熱材９の傾斜面の寸法ｘが短縮されるので、ケーシング１１の前後方向長さを短くして小型化することができる。

図８は、第３実施形態における棚板が傾斜を有する場合の蓄熱材の堆積状態を説明する説明図である。図中、θは蓄熱材９の安息角、αは棚板２０の傾斜角度、Ｌは棚板２０の幅寸法、Ｚは棚板２０の先端縁から安息角θで堆積する蓄熱材９の先端位置までの距離、Ｐは棚板２０同士の上下方向間隔である。これらには、下記の関係式が当てはまる。

寸法（１）＝ｓｉｎα・（Ｌ−Ｚ）
寸法（２）＝ｃｏｓα・（Ｌ−Ｚ）
寸法（３）＝ｔａｎθ・ｃｏｓα（Ｌ−Ｚ）
Ｐ＝寸法（１）＋寸法（３）
＝ｓｉｎα・（Ｌ−Ｚ）＋ｔａｎθ・ｃｏｓα（Ｌ−Ｚ）

棚板２０同士の上下方向間隔寸法Ｐや棚板２０の傾斜角度αにより、通気性を検討することができ、棚板２０の幅寸法Ｌや傾斜角度αで、ケーシング１１の前後方向長さを検討することができる。この関係式より、棚板２０の幅寸法Ｌや棚板２０同士の上下方向間隔寸法Ｐ、傾斜角度αを設定すればよい。傾斜角度αは、蓄熱材９の閉じ込め性と通気性からして、１５°〜４５°の範囲が好ましく、３０°が最も好ましい。このような第３実施形態であっても、上記第１及び第２実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

図９には、第４実施形態にかかる蓄熱ユニット１が示されている。この第４実施形態は、低温側ガスポート１３，１４側に、通気性仕切り部材１５に代えて、棚板２０や板状傾斜部材２３と同様な、上下に少なくとも一段以上の第２棚板２４及び第２板状傾斜部材２６を備えている。したがって、第２棚板２４等は、ケーシング１１内に、低温側ガスポート１３，１４に面しかつ棚板２０から間隔を隔てて位置される。第４実施形態では、蓄熱材９と後方端板１１ｂとの間に、低温側チャンバ１８が形成される。その他の構成は、第３実施形態と同様である。

第２棚板２４やケーシング１１の底板１１ｅは、低温側ガスポート１３，１４に向けて順次迫り上がる傾斜が設けられたり、低温側ガスポート１３，１４に向けて順次迫り上がる傾斜面２５を有している。

図示例にあっては、高温側ガスポート１２側の棚板２０等と同様に、第２棚板２４が、低温側ガスポート１３，１４に向けて順次迫り上がる傾斜で設けられ、ケーシング１１の底板１１ｅが、低温側ガスポート１３，１４に向けて順次迫り上がる傾斜面２５を有している。傾斜面２５を形成するために、ケーシング１１の底板１１ｅには、第２棚板２４と同じ位置に、低温側チャンバ１８へ向かって順次板厚が厚くなる板状傾斜部材２６が設けられている。

第４実施形態では、粒状蓄熱材９は、ケーシング１１の天板１１ｄから棚板２０等と第２棚板２４等との間に投入されて、ケーシング１１の底板１１ｅ上、棚板２０上及び第２棚板２４上に、当該蓄熱材９をその安息角で堆積させつつ、ケーシング１１の底板１１ｅから天板１１ｄに亘って充填される。

第４実施形態にあっても、第２棚板２４に、堆積した粒状蓄熱材９の崩落を規制する上向き突起部材や迫り上がり部などの規制部を設けるようにしても良いことはもちろんである。このような第４実施形態であっても、上記第１〜３実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

以上の実施形態では、蓄熱ユニット１を、リジェネレイティブバーナ２に適用した場合を例示して説明したが、本発明は、リジェネレイティブバーナ２に限らず、どのような熱利用設備に適用しても良いことはもちろんである。

１ 蓄熱ユニット
２ リジェネレイティブバーナ
３ 炉
４ 排気系
５ 排気バルブ
６ 給気系
７ 給気バルブ
８ ダクト
９ 粒状蓄熱材
１０ 燃料噴射ノズル
１１ ケーシング
１１ａ 前方端板
１１ｂ 後方端板
１１ｃ 側板
１１ｄ 天板
１１ｅ 底板
１２ 高温側ガスポート
１３ 給気用低温側ガスポート
１４ 排気用低温側ガスポート
１５ 通気性仕切り部材
１６ 蓋体
１７ 投入口
１８ 低温側チャンバ
１９ 高温側チャンバ
２０ 棚板
２０ａ 迫り上がり部
２１ 上向き突起部材
２２ 傾斜面
２３ 板状傾斜部材
２４ 第２棚板
２５ 傾斜面
２６ 第２板状傾斜部材
５０ 高温側チャンバに設けられる通気性仕切り部材
Ｃ 燃焼用空気
Ｅ 排ガス
Ｆ 燃料
Ｌ 棚板の幅寸法
Ｐ 棚板同士の上下方向間隔寸法
Ｑ 蓄熱材の堆積領域
Ｚ 棚板の先端縁から安息角で堆積する蓄熱材の先端位置までの距離
ｔ 棚板の上下方向の占有寸法
ｘ 蓄熱材によるケーシングの前後長さ方向における傾斜面の寸法
ｙ ケーシングの天板から底板までの高さ寸法
α 棚板の傾斜角度
θ 蓄熱材の安息角

Claims (5)

1. 高温ガスと低温ガスとが反対方向から交互に流入し流出するケーシング内部に多数の粒状蓄熱材を充填し、これら蓄熱材により高温ガスと低温ガスとの間で熱を授受する蓄熱ユニットにおいて、
   上記ケーシング内部にこれら高温ガス及び低温ガスを前後長さ方向へ流通させるために、該ケーシングの前後長さ方向両端に、高温ガス及び低温ガスがそれぞれ流入する高温側ガスポート及び低温側ガスポートを設け、
   上記ケーシング内部に、上記低温側ガスポートから仕切って上記粒状蓄熱材を閉じ込めて堆積させる通気性仕切り部材を設け、
   上記ケーシング内部に、上記仕切り部材から間隔を隔てて位置させて、該ケーシングを左右幅方向に横断する方向へ向かって、上下に少なくとも一段以上の棚板を設け、
   上記粒状蓄熱材を、上記ケーシングの天井部から上記棚板と上記仕切り部材との間に投入して、該ケーシングの底部上及び該棚板上に、当該粒状蓄熱材をその安息角で堆積させつつ、該ケーシングの底部から天井部に亘って充填したことを特徴とする蓄熱ユニット。
2. 前記棚板には、堆積した前記粒状蓄熱材の崩落を規制する規制部が設けられることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱ユニット。
3. 前記棚板や前記ケーシングの底部は、前記高温側ガスポートに向けて順次迫り上がる傾斜が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の蓄熱ユニット。
4. 前記棚板や前記ケーシングの底部は、前記高温側ガスポートに向けて順次迫り上がる傾斜面を有することを特徴とする請求項１または２に記載の蓄熱ユニット。
5. 前記ケーシング内部に、前記通気性仕切り部材に代えて、前記低温側ガスポートに面しかつ前記棚板から間隔を隔てて位置させて、該ケーシングを左右幅方向に横断する方向へ向かって、上下に少なくとも一段以上の第２棚板を設け、
   前記粒状蓄熱材を、上記ケーシングの天井部から上記棚板と上記第２棚板との間に投入して、該ケーシングの底部上、該棚板上及び該第２棚板上に、当該粒状蓄熱材をその安息角で堆積させつつ、該ケーシングの底部から天井部に亘って充填したことを特徴とする請求項１から４いずれかの項に記載の蓄熱ユニット。

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