JP6305378B2

JP6305378B2 - 蓄熱体

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Inventors: 健友影山
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Description

本発明は、蓄熱式バーナに用いられる蓄熱体に関する。

鍛造炉、熱処理炉、溶解炉、焼成炉などでは、バーナの燃焼により空間内温度を高温とするために、蓄熱式バーナ（リジェネバーナ）が使用されることがある。蓄熱式バーナは、バーナの燃焼により高温となった排ガスと、バーナの燃焼のために供給されるガスとを、交互に蓄熱体に流通させるべく、ガスの流通方向が数十秒間隔で切り換えられるバーナである。この流通方向の切り替えを行うことで、排ガスの熱は蓄熱体で回収され、回収された熱がバーナの燃焼のために新たに供給されるガスを予熱するために利用される。

したがって、蓄熱式バーナは、燃焼効率が高く、燃料を節減することができるため、省エネルギーに資するとともに、排出される二酸化炭素を削減することができる。このような蓄熱式バーナには、それぞれ蓄熱体と組み合わせられた一対のバーナを用いるタイプ（ツインリジェネバーナ）と、一つのバーナでガスの流通方向を切り替えるタイプ（セルフリジェネバーナ）とがある。
蓄熱式バーナ用の蓄熱体としては、セラミックスボール（特許文献１），ハニカム構造体（特許文献２），セラミックス筒（特許文献３）が使用されている。
特許文献１には、大きさの異なるセラミックスボールを用いることで、蓄熱体の充填密度を高めることが記載されている。

特許文献２には、アルミナ、コーディエライト、ムライト等のセラミックスのハニカム構造体を、蓄熱式バーナ用蓄熱体として使用する技術が記載されている。ハニカム構造体は、ボールに比べて表面積が非常に大きいという利点がある。さらに、ハニカム構造体は、ガス流通に伴う圧力損失が小さいという利点もある。

特許文献３には、セラミックス筒を使用する技術が記載されている。特許文献３には、少なくとも後段側でセラミックス筒を整列配置することを記載している。セラミックス筒は圧損が小さく、かつ表面積が大きいという利点がある。

特開２００３−３４３８２９号公報特開２００３−２８７３７９号公報特開２００５−２４９２３９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ガスはケーシング内に充填されたボールの間の空隙を流通するため、圧力損失が大きいという問題があった。また、ボールの表面積は小さいため、中心部まで利用できずに熱交換が不十分となるという問題もあった。

さらに、セラミックスボールは、熱容量を高めるために径を大きくすると、表面と内部（中心部）との温度差（部分的な温度差）が大きくなり、体積変化（熱膨張・収縮）に起因する割れが生じやすくなるという問題があった。

特許文献２〜３に記載のハニカム構造体又はセラミックス筒では、大きな表面積を得るために、隔壁が非常に薄いものとなっていた。そのため、ハニカム構造（セラミックス筒）の蓄熱体は、強度が低いという問題があった。また、薄い隔壁は、隔壁の部分的な熱容量が小さくなることを示し、その結果として、熱交換可能な熱量の減少（熱交換性の低下）を招くだけでなく、隔壁自身の耐熱性の低下を招く。
また、蓄熱と放熱との繰り返しに伴う急激な温度変化により、亀裂や割れを生じ易いという問題、すなわち、耐熱衝撃性が低いという問題もあった。

ハニカム構造体の場合、耐熱衝撃性を高めるために、その形状を小型化したハニカム構造体とすることが検討されている。しかしながら、この小さなハニカム構造体は、規則的に配列する必要があり、その結果として組み付けのコストが膨大になるという問題があった。
さらに、特許文献３のセラミックス筒は、軸方向の長さが長く、組み付けのコストが膨大になるという問題があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、強度、耐熱衝撃性、及び熱交換の効率が高く、かつ組み付け性に優れた蓄熱式バーナに用いられる蓄熱体を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、蓄熱式バーナに用いられる蓄熱体について検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。

本発明の蓄熱体は、バーナの燃焼により加熱された排ガス及びバーナの燃焼のために供給されるガスを交互に流通させて熱交換を行う蓄熱式バーナに用いられる蓄熱体であって、軸方向の長さ（Ｌ）と外径（ｄ_Ｏ）との比（Ｌ／ｄ_Ｏ）が０．８より大きく１．２未満の筒状のセラミックスよりなり、軸方向の端面の少なくとも一方が、軸方向に対して略平面的に傾斜して形成されていることを特徴とする。

本発明の蓄熱体は、筒状のセラミックスよりなる。蓄熱体が筒状をなすことで、径方向の内部（内周面）と外部（外周面）から加熱でき、径方向（蓄熱体の厚さ方向）での部分的な温度ムラが生じなくなり、高い耐熱衝撃性を持つこととなる。なお、蓄熱体の形状の筒状とは、軸心に中空部をもつとともに、軸方向に沿って伸びている形状を示す。また、筒状とは、軸方向の両端面に開口が形成された形状である。

そして、軸方向の長さ（Ｌ）と外径（ｄ_Ｏ）との比（Ｌ／ｄ_Ｏ）が０．８より大きく１．２未満となることで、蓄熱体の体格が立方体に近い形状となる。この形状によると、蓄熱式バーナの収容空間に蓄熱体を流し込んで組み付けを行うことができ、組み付けられた蓄熱体はランダムに配置される。蓄熱体がランダムに配されると、収容空間内で均一な熱交換が可能となる。
上記のように、本発明の蓄熱体は、強度、耐熱衝撃性、及び熱交換の効率が高く、かつ組み付け性に優れた蓄熱体となっている。

参考形態１の蓄熱体の斜視図である。参考形態１の蓄熱体の断面図である。参考形態１の蓄熱体の組み付けを示した構成図である。実施形態１の蓄熱体の斜視図である。実施形態１の蓄熱体の断面図である。実施形態２の蓄熱体の斜視図である。実施形態２の蓄熱体の断面図である。参考形態２の蓄熱体の断面図である。参考形態３の蓄熱体の断面図である。参考形態４の蓄熱体の径方向断面図である。参考形態５の蓄熱体の径方向断面図である。実施例の蓄熱体が組み付けられる蓄熱式バーナの構成を示す図である。

以下、実施の形態を用いて具体的に本発明の蓄熱体を説明する。
［参考形態１］
（蓄熱体）
本形態の蓄熱体１は、バーナの燃焼により加熱された排ガス及びバーナの燃焼のために供給されるガスを交互に流通させて熱交換を行う蓄熱式バーナに用いられる蓄熱体である。

本形態の蓄熱体１は、図１〜２に示したように、円筒状の多孔質セラミックスよりなる。図１は、蓄熱体１の斜視図である。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線での断面図である。

本形態の蓄熱体１は、円筒状の多孔質セラミックスよりなる。ここで、円筒状とは、軸方向に垂直な断面形状が円環状をなす形状を示す。蓄熱体１が円筒状をなすことで、径方向でのセラミックスの厚さが均一となる。そして、蓄熱体１が各ガスにさらされたときに、円筒状の軸芯部（内表面）と外部（外表面）とが各ガスと接触する。そして、本形態の蓄熱体１は、円筒状の両面から温度変化が生じるため、厚さ方向での部分的な温度ムラが生じない。すなわち、蓄熱体１は、高い耐熱衝撃性を持つ。
また、本形態の蓄熱体１は、円筒状の形状となることで、広い表面積を有することとなる。各ガスと接触する面積が増加し、熱交換の性能が向上する。

さらに、円筒状をなすことで、柱状の中実体（軸心の中空を有さない形状，緻密体）の場合と比較して、その質量を軽くすることができる。蓄熱体１が軽量化されると、蓄熱体１の取り扱いを容易にできるだけでなく、蓄熱式バーナの装置に組み付けたときに大きな質量がバーナに加わらなくなり、装置の損傷を抑えることができる。
本形態の蓄熱体１は、図１〜２に示したように、軸方向の両端面が、軸方向に垂直に広がるように形成されている。

本形態の蓄熱体１は、軸方向の長さ（Ｌ）と外径（ｄ_Ｏ）との比（Ｌ／ｄ_Ｏ）が０．８より大きく１．２未満となっている。本形態の蓄熱体１で、０．８＜（Ｌ／ｄ_Ｏ）＜１．２となることで、蓄熱体１の組み付け性が向上する。なお、本形態における軸方向の長さ（Ｌ）は、蓄熱体１の軸方向の両端面間の距離に当たる。また、円筒状の本形態の蓄熱体１では、外径（ｄ_Ｏ）は、円筒の直径に当たる。

具体的には、蓄熱体１の外形がこの範囲に含まれると、蓄熱体１の形状が従来のセラミックスボールと近似する。そうすると、従来のセラミックスボールと同様の取り扱いが可能となり、蓄熱体１の集合体を流し込んで組み付ける（収容空間に充填する）ことが可能となる。つまり、蓄熱体１の取り扱いが容易となる。

また、蓄熱体１の外形がこの範囲に含まれると、蓄熱体１の集合体を流し込んで組み付けたときに、蓄熱体１がランダムに配置される。ランダムに配置されると、配列した状態と比較して、各ガスとの接触量が増加する。つまり、各ガスと接触する面積が増加し、熱交換の性能が向上する。

なお、軸方向の長さ（Ｌ）と外径（ｄ_Ｏ）との比（Ｌ／ｄ_Ｏ）が０．８未満となると、外径に対する軸方向の長さが短くなり（全体として短軸形状となり）、組み付けた時に蓄熱体１が配列しやすくなる。また、比（Ｌ／ｄ_Ｏ）が１．２を超えても、同様に蓄熱体１が配列しやすくなる。

軸方向の長さ（Ｌ）で表される蓄熱体１の大きさは限定されるものではないが、従来のセラミックスボールの径と同程度の大きさ（サイズ）であることが好ましい。すなわち、６〜３０ｍｍであることが好ましく、８〜２０ｍｍであることがより好ましい。

本形態の蓄熱体１は、図２に示したように、筒状の蓄熱体１が、外径（ｄ_Ｏ）と内径（ｄ_Ｉ）との比（ｄ_Ｏ／ｄ_Ｉ）が１．２より大きく４未満である。円筒状の本形態の蓄熱体１では、内径（ｄ_Ｉ）は、円筒の軸心の中空部の直径に当たる。外径（ｄ_Ｏ）と内径（ｄ_Ｉ）との比（ｄ_Ｏ／ｄ_Ｉ）は、円筒状の蓄熱体１の径方向での厚さに関連する。蓄熱体１の厚さが１．２＜（ｄ_Ｏ／ｄ_Ｉ）＜４の範囲内となることで、上記した効果をより発揮できる。

外径（ｄ_Ｏ）と内径（ｄ_Ｉ）との比（ｄ_Ｏ／ｄ_Ｉ）が１．２以下となると、蓄熱体１の径方向での厚さが薄くなる。つまり、蓄熱体１の強度が低下する。また、蓄熱体１を形成するセラミックス量が減少し、授受可能な熱の総量に関連する熱容量も減少する。

外径（ｄ_Ｏ）と内径（ｄ_Ｉ）との比（ｄ_Ｏ／ｄ_Ｉ）が４を超えて大きくなると、蓄熱体１の径方向での厚さが過剰に厚くなる。つまり、蓄熱体１の径方向での厚さが厚くなりすぎ、軸芯部（内表面）と外部（外表面）との距離が長くなる。この場合、厚さ方向において表面（内表面と外表面）と中心部（内表面と外表面の間の厚さ方向の中心部）との間で温度ムラが生じやすくなり、耐熱衝撃性が低下しやすくなる。

本形態の蓄熱体１は、多孔質セラミックスよりなることが好ましい。多孔質セラミックスは、微細な細孔を有しており、広い表面積を形成する。この結果、各ガスとの接触面積が増加し、熱交換性が向上する。加えて、多孔質セラミックスが熱膨張を生じたときに、細孔容積が減少することで熱膨張を許容することとなり、蓄熱体の耐熱衝撃性も向上する。なお、多孔質セラミックスの細孔は、それぞれが独立した細孔（セラミックス内の閉塞した細孔）であっても、連続した細孔（連通した細孔）であっても、いずれでも良い。好ましくは、連続した細孔（表面に露出した細孔が表面に凹凸を形成する細孔）である。

本形態の蓄熱体１は、多孔質セラミックスであれば、その材質が限定されるものではない。すなわち、蓄熱体１を形成する材質は、従来の蓄熱体を形成する材質（セラミックス）を用いることができる。この材質としては、例えば、アルミナ，コーディエライト，ムライト，炭化ケイ素等からなるセラミックスをあげることができる。

これらのセラミックスのうち、熱伝導率が高い炭化ケイ素を主成分としてなる炭化ケイ素質セラミックスが最も好ましい。すなわち、熱伝導率が高くなることで、バーナからの排ガスの熱を短時間で回収し、回収した熱を短時間で供給ガスに付与することができ、熱交換の効率が高くなる。具体的には、それぞれのセラミックス（緻密体）の熱伝導率として、炭化ケイ素（１００〜２００Ｗ／ｍ・Ｋ），アルミナ（３０Ｗ／ｍ・Ｋ），コーディエライト（４Ｗ／ｍ・Ｋ），ムライト（５Ｗ／ｍ・Ｋ）であることが知られている。

加えて、炭化ケイ素の熱膨張率は、約４×１０^−６／℃と小さい。これは、アルミナの熱膨張率の約１／２である。すなわち、炭化ケイ素は、熱伝導率が高いとともに熱膨張率が小さいため、耐熱衝撃性に優れる。したがって、炭化ケイ素は、蓄熱と放熱との繰り返しに伴って急激な温度変化を受け続ける、蓄熱式バーナに用いられる蓄熱体として適している。

さらに、炭化ケイ素は、他のセラミックス（特にアルミナ）と比較して、軽量である。このため、炭化ケイ素質セラミックスで蓄熱体１を形成すると、他のセラミックスと比較して軽量の蓄熱体を得られる。軽量の蓄熱体１は、充填したときに蓄熱式バーナに加わる重さ（質量，重量）を低減でき、蓄熱式バーナの装置の簡略化（低コスト化）を達成できる。

蓄熱体１が炭化ケイ素質セラミックスよりなる場合、酸化防止材を含有することが好ましい。炭化ケイ素質セラミックスが酸化防止材を含有することで、多孔質セラミックス自身が酸化分解することを防止できる。加えて、酸化防止材が多孔質セラミックス自身の強度を高める効果を発揮する。

炭化ケイ素質セラミックスに含まれる酸化防止材は、限定されるものではないが、酸化ケイ素であることが好ましい。酸化防止材としての酸化ケイ素は、炭化ケイ素質セラミックスを酸化して生成（酸化雰囲気下で熱処理してガラス質として生成）できる。

本形態の蓄熱体１の多孔質セラミックスは、気孔率が限定されるものではなく、５０％以下の多孔質セラミックスよりなることが好ましい。気孔率が５０％を超えると、多孔質セラミックスに占める細孔の割合が過剰となり、蓄熱体１の強度が低下する。

気孔率の下限については、特に限定されるものではない。気孔率が小さくなりすぎると、気孔率を有することの効果が十分に発揮できなくなる。気孔率は、５％以上であることが好ましい。

好ましい気孔率は、蓄熱体１を形成するセラミックスにより異なるため一概に決定できるものではない。例えば、多孔質の炭化ケイ素質セラミックスよりなる場合には、２０〜５０％であり、より好ましい気孔率は３０〜５０％である。多孔質のアルミナ質セラミックスよりなる場合には、５〜４０％であり、より好ましい気孔率は５〜２０％である。

（蓄熱式バーナ）
本形態の蓄熱体１は、蓄熱式バーナに用いられる。蓄熱式バーナは、バーナの燃焼により加熱された排ガス及びバーナの燃焼のために供給されるガスを交互に流通させて熱交換を行う。本形態の蓄熱体１は、この熱交換に利用される。蓄熱式バーナは、特に限定されるものではなく、従来公知の構成の蓄熱式バーナをあげることができる。蓄熱式バーナでは、本形態の蓄熱体１は収容空間２（蓄熱室）に収容（充填）され、熱交換に用いられる。
蓄熱式バーナは、例えば、後述の図１２に示した構成の蓄熱式バーナ４を例示できる。なお、図１２に示した構成の蓄熱式バーナ４として、収容空間２（蓄熱室）の縦方向（図中の上下方向）に沿って各ガスが流れる蓄熱式バーナが例示されているが、流れる方向が略水平方向（横方向）でもよい。また、バーナの向きも特に限定されるものではなく、縦型でも横型でもよい。

（蓄熱体の組み付け）
蓄熱体１の組み付けを、カラム３を用いて具体的に説明する。カラム３は、図３に示したように、各ガスが連通する上下方向（鉛直方向）に伸び、その内部に収容空間２を区画する。カラム３は、筒状の本体部３０と、底板３１と、上板３２と、を有する。
筒状の本体部３０は、軸方向が鉛直方向に伸びる筒状の部材である。本体部３０は、その内周面が耐熱性を持つ材質により形成される。

本体部３０は、鉛直方向の上方の端部に蓄熱体１を投入する投入部３３が、下方の端部に蓄熱体１を排出する排出部３４が、それぞれもうけられている。投入部３３及び排出部３４は、蓄熱体１を収容空間２に充填・排出するためにもうけられており、蓄熱体１が通過しないときには、閉塞している。

底板３１は、本体部３０の下方側の端部に配置され、収容空間２の下方側の端面を区画する。底板３１は、各ガスの通過を許容するとともに、充填された蓄熱体１を支持する。
上板３２と、本体部３０の上方側の端部に配置され、収容空間２の上方側の端面を区画する。上板３２は、各ガスの通過を許容する。

底板３１及び上板３２は、各ガスの通過を許容することから、多数の通気口が開口した網状やメッシュ状を有する。底板３１及び上板３２も、耐熱性を持つ材質により形成される。

蓄熱体１は、本体部３０の投入部３３から、収容空間２内に投入（供給）され、収容（充填）される。このとき、排出部３４は閉塞しており、投入された蓄熱体１は収容空間２内に蓄積していき、収容（充填）される。蓄熱体１の投入が終了したら投入部３３が閉じられる。これにより、蓄熱体１が収容空間２内に充填される。このとき、蓄熱体１は、収容空間２内で、配列することなくランダムに充填される。
蓄熱体１が収容空間２内に充填されると、蓄熱式バーナを使用できる。

蓄熱体１は、本体部３０の排出部３４を介して、収容空間２内から排出される。排出部３４は軸方向の下方側にもうけられており、排出部３４を開放することで、蓄熱体１が排出される。これにより、蓄熱体１が収容空間２内から排出される。

（本形態の効果）
本形態の蓄熱体１は、軸方向長さ（Ｌ），外径（ｄ_Ｏ），内径（ｄ_Ｉ）が所定の範囲に含まれることで、強度，耐熱衝撃性及び熱交換の効率が高く、かつ組み付け性に優れた蓄熱体となる効果を発揮する。

さらに、本形態の蓄熱体１は、従来のボールと比較して大幅に軽量化できる。この構成によると、図３に示したように、軸方向にのびるカラム３に充填しても、底板３０に加わる重さを低減でき、カラム３（底板３０及び蓄熱式バーナ）に大きな荷重がかかることによる損傷を抑えることができる。

［実施形態１］
本形態の蓄熱体１は、外形が異なること以外は、参考形態１と同様である。本形態の蓄熱体１を、図４に斜視図で、図５に断面図で、それぞれ示した。図４は、図１と同様に蓄熱体１を示した斜視図である。図５は、図４中のＶ−Ｖ線での断面図である。

本形態の蓄熱体１は、図４〜５に示したように、円筒状の軸方向の一方の端面１ａ（図４中の上側の端面）が、軸方向に対して略平面的に傾斜して形成されている。本形態の蓄熱体１は、軸方向の他方の端面１ｂが、軸方向に対して垂直に形成されている。
本形態の蓄熱体１のように、軸方向の少なくとも一方の端面が略平面的に傾斜している場合には、軸方向の長さ（Ｌ）は、蓄熱体１の軸方向の長さの最も長い距離（Ｌ_ｌ）と、最も短い距離（Ｌ_ｓ）と、の平均の距離（Ｌ_ａｖ）とすることができる。
本形態の蓄熱体１は、その外周形状（端面の角度）が異なるのみであり、参考形態１と同様の効果を発揮する。

さらに、本形態の蓄熱体１は、軸方向の一方の端面１ａが軸方向に対して傾斜して形成されていることで、カラム３に流し込んで充填したときに、一方の端面１ａと当接する別の蓄熱体１が配列しなくなる。つまり、確実にランダムに配されることとなる効果を発揮する。

［実施形態２］
本形態の蓄熱体１は、外形が異なること以外は、実施形態１，参考形態１と同様である。本形態の蓄熱体１を、図６に斜視図で、図７に断面図で、それぞれ示した。図６は、図１，４と同様に蓄熱体１を示した斜視図である。図７は、図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ線での断面図である。

本形態の蓄熱体１は、図６〜７に示したように、円筒状の軸方向の一方の端面１ａ及び他方の端面１ｂが、軸方向に対していずれも略平面的に傾斜して形成されている。そして、一方の端面１ａの傾斜角αと、他方の端面１ｂの傾斜角βと、が異なっている（α≠β）。
蓄熱体１の軸方向の長さ（Ｌ）は、実施形態１に規定したように、蓄熱体１の軸方向の長さの最も長い距離（Ｌ_ｌ）と、最も短い距離（Ｌ_ｓ）と、の平均の距離（Ｌ_ａｖ）とする。

本形態の蓄熱体１は、その外周形状が異なるのみであり、実施形態１，参考形態１と同様の効果を発揮する。本形態の蓄熱体１は、軸方向の両端面１ａ，１ｂが傾斜して形成されており、よりランダムに充填できる。

さらに、本形態の蓄熱体１は、軸方向の一方の端面１ａと他方の端面１ｂとが軸方向に対して異なる傾斜角（α≠β）で傾斜して形成されている。なお、二つの傾斜角α，βは、α≠１８０−βの関係でもある。この構成によると、蓄熱体１は、カラム３に流し込んで充填したときに、一方の端面１ａと当接する別の蓄熱体１が配列しなくなる。仮に、端面同士が当接するように配列しても、傾斜した端面同士がガイドされ、より確実にランダムに配されることとなる効果を発揮する。

［参考形態２］
本形態の蓄熱体１は、外形が異なること以外は、参考形態１と同様である。本形態の蓄熱体１を、図８に断面図で示した。図８は、図２と同様に蓄熱体１の軸心での断面を示した断面図である。

本形態の蓄熱体１は、図８に示したように、径方向の外径が変化する筒状に形成されている。本形態の蓄熱体１は、軸方向の中央部の外径が最も大きくなるように、略タル状の外形の円筒状を有している。本形態の蓄熱体１は、外径の変化に合わせて、内径も変化している。すなわち、本形態の蓄熱体１は、図８に示したように、径方向の厚さは略一定である。

本形態の蓄熱体１は、軸方向の位置によらず、軸方向長さ（Ｌ），外径（ｄ_Ｏ），内径（ｄＩ）が所定の範囲に含まれている。つまり、軸方向の端部（端面１ａ，１ｂ）及び中央部における外径（ｄ_Ｏ），内径（ｄ_Ｉ）が、いずれも参考形態１に規定の範囲内となっている。詳しくは、任意の軸方向での位置における垂直な断面において、外径（ｄ_Ｏ）及び内径（ｄ_Ｉ）が所定の範囲に含まれている。
本形態の蓄熱体１は、その外周形状が異なるのみであり、参考形態１と同様の効果を発揮する。

［参考形態３］
本形態の蓄熱体１は、径方向の厚さが異なること以外は、参考形態２と同様である。本形態の蓄熱体１を、図９に断面図で示した。図９は、図８と同様に蓄熱体１の軸心での断面を示した断面図である。

本形態の蓄熱体１は、図９に示したように、径方向の内径が一定となるように形成されている。また、本形態の蓄熱体１は、軸方向の中央部の外径が最も大きくなるように、略タル状の円筒状の外形を有している。すなわち、本形態の蓄熱体１は、軸方向の両端で厚さが薄く、軸方向の中央部の厚さが最も厚くなるように形成されている。
本形態の蓄熱体１は、軸方向の端部（端面１ａ，１ｂ）及び中央部における外径（ｄ_Ｏ），内径（ｄ_Ｉ）が、いずれも参考形態１に規定の範囲内となっている。詳しくは、参考形態２のときと同様に、任意の軸方向での位置における垂直な断面において、外径（ｄ_Ｏ）及び内径（ｄ_Ｉ）が所定の範囲に含まれている。
本形態の蓄熱体１は、その厚さが一定でないこと以外は参考形態１と同様であり、同様の効果を発揮する。

［参考形態４］
本形態の蓄熱体１は、外形が異なること以外は、参考形態１と同様である。本形態の蓄熱体１を、軸方向に垂直な断面で図１０に示した。
本形態の蓄熱体１は、図１０に示したように、一部が切れた円環状の断面形状の筒状を有する。なお、本形態の蓄熱体１では、外径（ｄ_Ｏ）及び内径（ｄ_Ｉ）は、切れていない状態での円環状の外周及び内周の直径に当たる。
本形態の蓄熱体１は、その外周形状が異なるのみであり、参考形態１と同様の効果を発揮する。

［参考形態５］
本形態の蓄熱体１は、外形が異なること以外は、参考形態１と同様である。本形態の蓄熱体１を、軸方向に垂直な断面で図１１に示した。
本形態の蓄熱体１は、図１１に示したように、六角形状の断面形状の筒状（六角筒）を有する。なお、本形態の蓄熱体１では、外径（ｄ_Ｏ）は、断面の重心（軸心）を通過する仮想線での長さが最も長い部分の距離に相当し、六角形の対称な位置にある角を通過する線での距離に当たる。また、内径（ｄ_Ｉ）は、外径（ｄ_Ｏ）を求める仮想線における内周面の距離に当たる。図１１において、仮想線は、軸心を通過する破線で示している。
本形態の蓄熱体１は、その外周形状が異なるのみであり、参考形態１と同様の効果を発揮する。

［参考形態５の変形形態］
参考形態１では円筒形状の蓄熱体１を、参考形態５では六角筒形状の蓄熱体１を、それぞれ示したが、これらの形状に限定されない。例えば、三角形，四角形（正方形、長方形）などの多角形としても良い。多角形は、正多角形が好ましい。

以下、実施例を用いて本発明を説明する。本発明の参考実施例（以下、実施例とも称する）として参考形態１の蓄熱体１を製造した。
（実施例１）
本例は、外径（ｄ_Ｏ）：８．０ｍｍ、内径（ｄ_Ｉ）：４．５ｍｍ、軸方向の長さ（Ｌ）：８．０ｍｍの円筒状の蓄熱体１である。本例の蓄熱体１は、軸方向の長さ（Ｌ）と外径（ｄ_Ｏ）との比（Ｌ／ｄ_Ｏ）が１．００であり、外径（ｄ_Ｏ）と内径（ｄ_Ｉ）との比（ｄ_Ｏ／ｄ_Ｉ）が１．７８である。
本例の蓄熱体１は、気孔率が１０％の多孔質のアルミナセラミックスよりなる。

（実施例２）
本例は、外径（ｄ_Ｏ）：１０．０ｍｍ、内径（ｄ_Ｉ）：４．０ｍｍ、軸方向の長さ（Ｌ）：１０．０ｍｍの円筒状の蓄熱体１である。本例の蓄熱体１は、軸方向の長さ（Ｌ）と外径（ｄ_Ｏ）との比（Ｌ／ｄ_Ｏ）が１．００であり、外径（ｄ_Ｏ）と内径（ｄ_Ｉ）との比（ｄ_Ｏ／ｄ_Ｉ）が２．５０である。
本例の蓄熱体１は、気孔率が３５％の多孔質の炭化ケイ素セラミックスよりなる。

（比較例１）
本例は、従来のセラミックスボールよりなる蓄熱体である。本例の蓄熱体は、φ９．５ｍｍのボール状である。
本例の蓄熱体１は、実施例１と同じアルミナセラミックスよりなる。

（比較例２）
本例は、外径（ｄ_Ｏ）：８．０ｍｍ、内径（ｄ_Ｉ）：４．５ｍｍ、軸方向の長さ（Ｌ）：１５．０ｍｍの円筒状の蓄熱体１である。本例の蓄熱体１は、軸方向の長さ（Ｌ）と外径（ｄ_Ｏ）との比（Ｌ／ｄ_Ｏ）が１．８８であり、外径（ｄ_Ｏ）と内径（ｄ_Ｉ）との比（ｄ_Ｏ／ｄ_Ｉ）が１．７８である。
本例の蓄熱体１は、実施例１と同じアルミナセラミックスよりなる。

（実施例３）
本例は、外径（ｄ_Ｏ）：８．０ｍｍ、内径（ｄ_Ｉ）：７．０ｍｍ、軸方向の長さ（Ｌ）：８．０ｍｍの円筒状の蓄熱体１である。本例の蓄熱体１は、軸方向の長さ（Ｌ）と外径（ｄ_Ｏ）との比（Ｌ／ｄ_Ｏ）が１．００であり、外径（ｄ_Ｏ）と内径（ｄ_Ｉ）との比（ｄ_Ｏ／ｄ_Ｉ）が１．１４である。
本例の蓄熱体１は、気孔率が５％の多孔質のアルミナセラミックスよりなる。

（実施例４）
本例は、外径（ｄ_Ｏ）：８．０ｍｍ、内径（ｄ_Ｉ）：１．５ｍｍ、軸方向の長さ（Ｌ）：８．０ｍｍの円筒状の蓄熱体１である。本例の蓄熱体１は、軸方向の長さ（Ｌ）と外径（ｄ_Ｏ）との比（Ｌ／ｄ_Ｏ）が１．００であり、外径（ｄ_Ｏ）と内径（ｄ_Ｉ）との比（ｄ_Ｏ／ｄ_Ｉ）が５．３３である。
本例の蓄熱体１は、実施例１と同じアルミナセラミックスよりなる。

［評価］
上記の各例の蓄熱体１について、蓄熱式バーナ４に組み付けて燃焼を行い、蓄熱体の評価を行った。

（蓄熱式バーナ）
蓄熱体１が組み付けられる蓄熱式バーナ４は、図１２に模式的に示した構成を有する。
蓄熱式バーナ４は、図１２に示したように、炉体５において向かい合った２台のバーナ４（４Ａ，４Ｂ）を備える。２台のバーナ４（４Ａ，４Ｂ）は、同様の構成であり、同じ参照符号を付与する。

蓄熱式バーナ４は、炉体５内に燃料を噴射する燃料噴射口４１をもつバーナ部４０と、燃焼用空気を給気管から供給するとともに燃焼排ガス（排ガス）を排気管から排気させる給排気路４３を有する給排気部４２と、炉体５に燃焼用空気を供給するとともに炉体５から燃焼排ガス（排ガス）を排気させる吸排気口４４と、を備えている。

バーナ部４０は、燃料（燃焼用ガス）を噴射する燃料噴射口４１を有する。燃料噴射口４１から噴射された燃料（燃焼用ガス）は、燃焼を生じて、炉体５の内部の加熱に用いられる。
給排気部４２は、燃焼用空気を給気管から供給するとともに、燃焼排ガスを排気管から排気させる給排気路４３を有する。

吸排気部４２は、その経路中に、蓄熱体１を収容する蓄熱室４５を有する。蓄熱室４５は、上記の図３で示した収容空間２に相当する。蓄熱室４５は、本体部４６と、底板４７とに区画される。

本体部４６は、カラム３の本体部３０に相当する。本体部４６は、カラム３の投入部３３と排出部３４に相当する、投入部４８と排出部４９と、を有する。投入部４８は、本体部４６において、蓄熱室４５の上部（蓄熱室４５を区画する壁部のうち、底板４７の鉛直上方）に設けられている。排出部４９は、蓄熱室４５の下部（蓄熱室４５を区画する壁部のうち、底板４７の側方部）に設けられている。
底板４７は、カラム３の底板３１に相当し、その上部に蓄熱体１が固定されない状態で保持（載置）される。

（蓄熱式バーナへの組み付け）
本評価に用いられる蓄熱式バーナ４の蓄熱室４５は、軸方向の長さが１０ｃｍであり、内容積が４Ｌのものが用いられた。
各例の蓄熱体１は、排出部４９が閉じた状態で投入部４８から、蓄熱室４５内に流し込むように充填される（組み付けられる）。蓄熱室４５内に充填した蓄熱体１の総質量を測定し、表１に示した。蓄熱体１の総質量は、見かけ容積４Ｌの蓄熱体１の質量である。

充填後の各例の蓄熱体１のいずれにも、損傷が確認されなかった。つまり、各例の蓄熱体１は、流し込む時の衝撃に対して十分な強度を備えていることが確認できた。
また、各例の蓄熱体１は、蓄熱式バーナ４の蓄熱室４５に流し込むように充填できたことから、組み付け性にも優れていることが確認できた。

（蓄熱式バーナの燃焼）
蓄熱式バーナ４を、炉内温度が１３００℃となるように動作させた。
具体的には、蓄熱式バーナ４Ａは、給排気部４２（吸気管）を介して、燃焼用空気を給気管から蓄熱室４５に供給する。燃焼用空気は、蓄熱室４５で蓄熱体１と接触した後に吸排気口４４を通過して、炉体５内に供給される。炉体５内には、同時にバーナ部４０の燃料噴射口４１から燃料（燃焼用ガス）が噴射され、燃焼が行われる。

このとき、蓄熱式バーナ４Ｂでは、バーナ部４０から燃料（燃焼用ガス）が噴射されない。そして、炉体５の燃焼排ガス（排ガス）が吸排気口４４を介して、蓄熱室４５に供給される。排ガスは、蓄熱室４５で蓄熱体１と接触した後に給排気部４２（排気管）を介して排気される。蓄熱室４５で蓄熱体１と排ガスが接触することで、排ガスにより蓄熱体１が加熱され蓄熱する。
所定時間経過後、蓄熱式バーナ４Ａと蓄熱式バーナ４Ｂとの機能を入れ替える。
具体的には、蓄熱式バーナ４Ａは、上記の蓄熱式バーナ４Ｂと同様に、炉体５内の排ガスの排気を行う。

蓄熱式バーナ４Ｂは、上記の蓄熱式バーナ４Ａと同様に、炉体５内で燃焼を行う。このとき、蓄熱式バーナ４Ｂでは、給排気部４２（吸気管）を介して、蓄熱室４５に供給される燃焼用空気は、先に加熱された蓄熱体１と接触する。この接触により、燃焼用空気は、加熱され（熱交換する）、昇温した燃焼用空気が炉体５内に供給される。そして、バーナ部４０の燃料噴射口４１から燃料（燃焼用ガス）が噴射され、燃焼が行われる。
所定時間経過後、蓄熱式バーナ４Ａと蓄熱式バーナ４Ｂとの機能を入れ替える。
本評価では、このバーナの入れ替えが繰り返され、蓄熱式バーナ４での燃焼が行われる。

本評価では、蓄熱室４５に流れ込む排ガスは、１３００℃である。蓄熱室４５に流れ込む燃焼用空気は、常温である。蓄熱室４３内に流れ込むガスの切り替えは、１５秒ごとに行われた。

排ガスの温度が安定した時、蓄熱室４５に充填した蓄熱体１のうち、底板４７と当接する位置にある蓄熱体１の温度（低温部温度）と、最も炉体５に近接した最上部に位置する蓄熱体１の温度（高温部温度）と、を測定し、表１に合わせて示した。

また、蓄熱室４５から底板４７を通過して排出される排出ガスの温度を測定し、表１に合わせて示した。
同時に、蓄熱室４５を通過する各ガスの圧力を測定し、蓄熱室４５をガスが通過する時の圧力損失を求めた。得られた圧力損失を、表１に合わせて示した。

なお、蓄熱式バーナ４の燃焼を行ったときに、比較例１の蓄熱体には、割れや欠け等の破損が確認された。この破損は、表面と内部（中心部）との温度差（部分的な温度差）が大きくなることで生じる、体積変化（熱膨張・収縮）に起因する破損である。

表１に示したように、ボール状の蓄熱体である比較例１は、総質量が９．０ｋｇと重くなっている。これに対し、各実施例の蓄熱体１は、円筒状であり、総質量が比較例１よりも軽くなっており、組み付けの作業性が向上している。また、各実施例の蓄熱体１は、軽量であることから底板４７に加わる負荷（蓄熱体１の総質量）が低減しており、蓄熱式バーナの負荷を低減できる効果を発揮する。

特に、実施例２の蓄熱体１は、炭化ケイ素セラミックスにより形成されることで、他のアルミナセラミックスよりなる蓄熱体と比較して、大幅に軽量になっている。

また、表１に示したように、軸方向の長さ（Ｌ）と外径（ｄ_Ｏ）との比（Ｌ／ｄ_Ｏ）が１．８８と大きな比較例２の蓄熱体は、排気温度及び圧力損失が高い。比較例２の蓄熱体の排気温度及び圧力損失は、比較例１よりも悪化している。これに対し、比（Ｌ／ｄ_Ｏ）が１．００の各実施例の蓄熱体１は、比較例２（及び比較例１）よりも排気温度及び圧力損失が低い。このことは、比較例２の蓄熱体は、長軸円筒状であり、収容空間２（蓄熱室）内で周期的な配列状態となるためと考えられる。

各実施例の蓄熱体１において、外径（ｄ_Ｏ）と内径（ｄ_Ｉ）との比（ｄ_Ｏ／ｄ_Ｉ）が小さくなるにつれて、圧力損失が小さくなることが確認できる。また、比（ｄ_Ｏ／ｄ_Ｉ）が大きくなるにつれて、蓄熱体１の総質量が増加することが確認できる。

以上に詳述したように、軸方向の長さ（Ｌ）と外径（ｄ_Ｏ）との比（Ｌ／ｄ_Ｏ）が所定の範囲内にある各実施例の蓄熱体１は、強度、耐熱衝撃性、及び熱交換の効率が高く、かつ組み付け性に優れた蓄熱体となっている。

１：蓄熱体
２：収容空間
３：カラム３０：本体部
３１：底板３２：上板
４：蓄熱式バーナ４０：バーナ部
４１：燃料噴射口４２：吸排気部
４３：吸排気路４４：蓄熱室
４５：蓄熱室４６：本体部
４７：底板４８：投入部
４９：排出部

Claims

バーナの燃焼により加熱された排ガス及びバーナの燃焼のために供給されるガスを交互に流通させて熱交換を行う蓄熱式バーナ（４）に用いられる蓄熱体（１）であって、
軸方向の長さ（Ｌ）と外径（ｄ_Ｏ）との比（Ｌ／ｄ_Ｏ）が０．８より大きく１．２未満の筒状のセラミックスよりなり、軸方向の端面の少なくとも一方が、該軸方向に対して略平面的に傾斜して形成されていることを特徴とする蓄熱体（１）。
筒状の前記蓄熱体は、外径（ｄ_Ｏ）と内径（ｄ_Ｉ）との比（ｄ_Ｏ／ｄ_Ｉ）が１．２より大きく４未満である請求項１記載の蓄熱体。
炭化ケイ素質セラミックスよりなる請求項１〜２のいずれか１項に記載の蓄熱体。