JPH0251430A - 蓄熱室用耐火物の空積み構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガラス溶融炉の蓄熱室で蓄熱のために用いら
れる耐火物の空積み構造に係り、特に溶融鋳造された角
筒状の耐火煉瓦を用いた蓄熱室用耐火物の空積み構造に
関する。

〔従来の技術〕

ガラス溶融炉の蓄熱室用耐火物は、吐出口から排出され
蓄熱室に導かれた高温の排ガスにより、主に輻射伝熱に
よって加熱され、この加熱された耐火物は、冷たい燃焼
用空気を専ら対流伝熱によって予熱する。

従来、上記蓄熱室用耐火物の空積み構造としては特開昭
５５−１４９１３９号公報記載のものが知られている。

この蓄熱室用耐火物の空積み構造は、第９図に示すよう
に、四角筒の全ての稜線を切除して稜面１ａとした外輪
郭六角形をなし、上下の端面に相対応する凸部ｔｂ、凹
部１ｃを形成した角筒状の多数の耐火煉瓦１を、上下端
面の凸部１ｂと凹部１ｃを係合させ、かつ隣接するもの
同志稜面１ａを当接させて多層に空積みし、炉の上下方
向の軸に同軸的で、空断面四角形の多数のガス貫流炉２
を蓄熱室内に形成する構造となっている。

この空積み構造によれば、ガス貫流路を流れるガスの圧
力損失を小さく維持して比表面積を増加させ得る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の蓄熱室用耐火物の空積み構造
においては、蓄熱室の上下にのみ出入口を持ちそれぞれ
独立した多数のガス貫流路２が形成され、必然的に個々
のガス貫流路２の一方の入口から入るガスはそのまま他
方の出口から出ることとなる。

一方、ガラスタンク窯の吹出し口から蓄熱室へ流入する
高温の排ガスは、そのガス流の断面において、温度にお
いても流速においても一様に分布していない。このよう
な排ガスの不均一性を少しでも少なくするために蓄熱室
の上部空間部を大きく取る場合もあるが、それでも不均
一性はなくならない。したがって、温度的にも速度的に
も不均一な高温排ガスがそのまま蓄熱室の上部空間で分
配されて個々のガス貫流路２へと流れ込むことになる。

その結果、各ガス貫流路２に分配された高温排ガスは、
温度においても流速すなわち体積においても不均一とな
り、結局蓄熱室用耐火物の水平方向での分布において熱
交換速度にむらを生ずる。

そのため、各ガス貫流路２間で温度差が発生し、この温
度差は、時間が経過しても是正されることはなく、高温
部はど熱交換能率が早く低下し、部分的に高温の排ガス
がそのまま煙道に排出されたりする。その結果、一定時
間内に行われる蓄熱室全体の熱交換効率を下げるという
不都合が生ずる。このことは加熱された耐火物と冷たい
燃焼用空気との熱交換についても同様である。

そこで、本発明は、各ガス貫流路間の温度差を是正して
全体の熱交換効率を向上し得る蓄熱室用耐火物の空積み
構造の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記課題を解決するため、本発明は、角筒状の多数の耐
火煉瓦を空積みして蓄熱室内に上下方向の多数のガス貫
流路を形成する蓄熱室用耐火物の空積み構造において、
稜面に凹凸を設けた標準の高さの耐火煉瓦とこれより適
宜に低い耐火煉瓦を、隣接する前記ガス貫流路が所要位
置において連通するように隣接するもの同志凹凸を噛み
合わせて多層に空積みしたものである。

〔作　用〕

上記手段によれば、各耐火煉瓦が一体に噛み合わされる
と共に、隣り合うガス貫流路の所要位置に水平方向のバ
イパスが形成される。

耐火煉瓦は、アルミナ−シリカ−ジルコニア質等の電気
溶融鋳造品で、標準の高さの第１の耐火煉瓦より低い第
２の耐火煉瓦は、第１の耐火煉瓦の１７２〜９／１０の
高さであることが好ましく、９／１０を越えると、第１
の耐火煉瓦との間に形成される空間部の高さが小さすぎ
、使用中にガス中の浮遊物が付着溶融してついには閉塞
してしまうおそれがあり、又、１７２未満であると、耐
火煉瓦を支える稜面の凹凸面が少なすぎて空積み構造全
体が力学的に不安定となる。

又、第２の耐火煉瓦の同−段で占める数は、半数以下で
ないと全体として安定な構造とならない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図〜第８図と共に説明する
。

第１図、第２図及び第３図は本発明の一実施例を示す蓄
熱室用耐火物の空積み構造の一部分の斜視図、第１図に
おけるＩＩ　−ＩＩ線断面図及び第１図におけるＩＩＩ
　−ＩＩＩ線断面図である。

この蓄熱室用耐火物の空積み構造は、標準の高さ（例え
ば１５０ＩＩｌａｌ）の第１の耐火煉瓦５と、標準の高
さの１７２以上９／ｌＯ以下の高さの第２の耐火煉瓦６
とから構成されている。

両耐火煉瓦５．６は、アルミナ−シリカ−ジルコニア質
等の電気溶融鋳造品で、第４図に示すように、四角筒の
全ての稜線を切除して稜面とした外輪郭へ角形をなし、
全ての稜面に軸方向（図においては上下方向）と直角の
方向へ延在しかつ軸方向へ展開する鋸歯状の凹凸７が設
けられ、隣接するもの同志軸方向の移動を防止して噛み
合わ寄れるものである。又、両耐火煉瓦５．６の軸方向
の中空部８は、後述するガス貫流路を形成する。

上記耐火煉瓦５．６による蓄熱室用耐火物の空積み構造
は、第１図〜第３図に示すように、第１の耐火煉瓦５を
端面を当接して上下方向に多段に空積みして上下方向の
ガス貫流路９を形成する共に、水平面上で４個の耐火煉
瓦５の稜面の凹凸７を噛み合わせてこれらの耐火煉瓦５
によって囲まれたガス貫流路１０を形成し、かつ第１の
耐火煉瓦５の３段目毎を第２の耐火煉瓦６と置換した構
造とされており、第２の耐火煉瓦６は、隣接するガス貫
流路９相互で上下に１段ずれた配置となっている。

したがって、第２の耐火煉瓦６の上方又は下方（図にお
いては上方を示す）には、第１の耐火煉瓦５との間に標
準の高さより低い分だけの空間部１）が形成され、この
空間部１）が、隣接するガス貫流路９．１０を水平方向
で連絡するバイパスとして機能する一方、空間部１）か
ら上方の耐火煉瓦９．１０は、隣接する水平方向のもの
同志が凹凸７によって噛み合わされているので、極めて
安定に維持される。

このように、上下方向に伸びる多数にガス貫流路９．１
０を水平方向へ連絡するバイパスが形成されることによ
り、ガス流は、圧力の高い場所から低い場所へ水平方向
の移動をすることができる。

このガス流の水平方向の移動を最も有効に利用できるの
は、ガラス溶融炉の吹出口より導かれた高温ガス流が冷
えた耐火物を加熱する場合に、ガス流の流れる方向が耐
火物の上方から下降するように流す場合であり、逆に冷
たい燃焼用空気を高温の耐火物で予熱する場合は、耐火
物の下方より上昇するように流す場合である。この方法
は、従来から採用されている最も一般的な方法である。

その理由はよく知られていることであるが、高温ガスの
上方への浮力を考慮した場合に耐火物を均等に加熱する
ことができるからである。

詳述すると、高温ガスがガス貫流路９，１ｏを下降しな
がら耐火物を加熱するときに、仮に何らかの理由で周囲
より先行して高温に加熱される部分が発生してもその部
分は他の部分と較べて高温ガスとの温度差が小さいこと
となる。一般に、加熱物と被加熱物の２者の伝熱量は、
温度差の関数で表される。したがって、その部分を次に
通過するガスは、放熱量が他の部分に較べて少ないから
高温を維持することとなる。

一方、ガス体の性質として周囲より温度の高いガスは、
それだけ周囲より大きい浮力を有する性質を持つ。ガス
体の浮力の方向は上方であるから、上述の上方から下降
している局部的に高温のガス流では、浮力はガス流の流
れに抵抗をかけることとになりガスの圧力が下がる。し
たがって、流量が減る。そして、減った分のガスは、第
２図、第３図において矢印で示すように、バイパスを通
して水平方向の周囲の低温の場所へ流れる。

このようにして流量の減った部分では、耐火物の加熱が
周囲より遅れることとなり、逆に流量の増した部分の昇
温速度は、増すことになる。結果として、時間の経過に
つれ局部的に高温の耐火物は、次第に周囲の温度と平衡
を保つようになる。

このことは、同様に、最初にガス流が場所によって不均
衡な流速を持っていても耐火物との熱交換で冷却される
程度の違いにより生ずる浮力の差で次第に不均等が解消
されるように経過する。さらに同じような理由で、もし
耐火物の温度が局部的に低い場所があれば、そこを流れ
る高温ガス流は、よく冷却されて浮力も小さくなり、し
たがって流れは促進され、耐火物は良く加熱されるから
次第に周囲の温度と平衡を保つようになる。

このように、ガス貫流路９．１０を下降する高温ガスに
より耐火物を加熱するときは、ガス流がバイパスにより
水平方向へ自由に流れることができるため、耐火物は、
自然に効率よく均等に加熱される。

又、上記原理は、耐火物に流れ込む前の高温ガス流が、
流れの断面においても均等でない温度分布を持っていて
も、それを補正し解消させるように作用する。このこと
は、局部的に高温のガスが、耐火物に熱を与えることな
く高温のまま蓄熱室の外へ流出することがないことを意
味する。

更に、ガスの浮力を利用した均等加熱の原理は、高温の
耐火物で冷たい燃焼用空気を予熱する場合に、高温の耐
火物のガス貫流路９．１０を上昇するように冷えた空気
を流す場合にも通用され、局部的に高温の耐火物を残す
ことなく空気が効率よく均等に加熱される。

なお、上記実施例においては、第１の耐火煉瓦５を２段
空積みした後に、第２の耐火煉瓦６を１段空積みするパ
ターンを繰り返す構造としたが、これに限定されるもの
ではない。例えば１段づつ交互に空積みしてもよいし、
或いは前者を３段以上続けて空積みした後に後者を１段
空積みしたり、若しくは第２の耐火煉瓦の置換を部分的
に行うようにしてもよい、要するに、局部的に高温の排
ガスがそのまま排出されることのない程度のバイパスを
形成すればよく、バイパスを形成する空間部１）は、そ
のために耐火物の比表面積をあまり減少させないことが
必要である。この場合、空間部１）の合計体積をあまり
増やさいようにすべきで、望ましくは耐火物全体の体積
の２０％以下が好ましい。

又、第２の耐火煉瓦６の高さは、前述したように標準の
高さの第１の耐火煉瓦５の１／２以上９７１゜以下が好
ましく、９／１０を越える場合、空間部１）の高さが小
さすぎて使用中にガス中の浮遊物が付着溶融し、ついに
は閉塞してしまう危険があり、！／２未満の場合、耐火
煉瓦９．１０を支える稜面の凹凸７面が少なすぎて空積
み構造全体が力学的に不安定となる。同様に、第２の耐
火煉瓦６の同−段で占める数は、半数以下でないと全体
として安定な構造とならない。

更に、耐火煉瓦５．６の全ての稜面の凹凸７は、軸方向
と直角の方向へ延在しかつ軸方向へ展開する鋸歯状のも
のに限らず、例えば第５図に示すように、半球状の凹凸
７ａとしてもよい。

更に、両耐火煉瓦５．６の内側面及び外側面は、第４図
、第５図のように平面とする場合に限らず、例えば第６
図に示すように、内側面及び外側面に軸方向と直角の周
方向へ延在しかつ軸方向へ展開する鋸歯状の凹凸１２．
１３を形成したり、或いは第７図に示すように、内側面
に軸方向へ延在しかつ周方向へ展開する鋸歯状の凹凸１
４を形成すると共に、外側面に周方向へ延在しかっ軸方
向へ展開する鋸歯状の凹凸１３を形成するようにしても
よい、このようにすることにより、耐火物の比表面積が
増大する共に、ガス貫流路９゜１０を流れるガス流を乱
流にすることができる。

第８図は本発明の他の実施例を示す蓄熱室用耐火物の空
積み構造の一部分の斜視図で、第６図に示すタイプの耐
火煉瓦が使用されている。

この実施例の蓄熱室用耐火物の空積み構造は、前述した
実施例のものと同様に、標準の高さの第１の耐火煉瓦５
と、標準の高さのｌ／２以上９７１０以下の高さの第２
の第２の耐火煉瓦６とから構成されており、各耐火煉瓦
５．６の稜面に設けられた鋸歯状の凹凸７を互いに噛み
合わせ、かつ最小単位として４個の耐火煉瓦５，６で囲
まれて形成される空間部と、個々の耐火煉瓦５．６の中
空部８とが、上下の段で交互に連なって上下方向の多数
のガス貫流路９を形成するように各耐火煉瓦５．６の端
面を当接若しくは対向させて多段に空積みしてなる。そ
して背の低い第２の耐火煉瓦６は、適宜に配置されてお
り、この第２の耐火煉瓦６の上方又は下方（図において
は上方を示す）には、前述した実施例のものと同様に、
隣接するガス貫流路９を連絡するバイパスとして機能す
る空間部１）が形成されている。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、各耐火煉瓦が一体に噛み
合わされると共に、隣り合うガス貫流路の所要位置に水
平方向のバイパスが形成されるので、耐火物の空積み構
造が力学的に安定になると共に、高温ガスをガス貫流路
を下降するように流して耐火物を加熱する場合、耐火物
の各ガス貫流路に入る前のガス流がその断面において温
度においても流速においても不均等な分布を持っていて
も、それぞれのガス貫流路に入ってから上記バイパスを
通って水平方向にも自由に流れ、耐火物全体を等温度に
加熱するよう、いい替えればガス流は均等に冷却される
ように自由に動くことができる。

したがって、一部のガス流が高温のまま蓄熱室の外へ流
出することがないから、全体の熱交換効率が増大する。

又、耐火物は、どの部分においても均等に加熱されるこ
とができるから、局部加熱によって損傷することもない
。

同様に、高温の耐火物で冷えた燃焼用空気を加熱する場
合、高温の耐火物のガス貫流路を上昇するように冷えた
燃焼用空気を流す場合にも、燃焼用空気を効率よく加熱
することができるし、又、耐火物は、均等に冷却される
から、局部的な急冷による損傷が少ない。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第８図は本発明の実施例を示すもので、第１図
、第２図及び第３図は一実施例の蓄熱室用耐火物の空積
み構造の一部分の斜視図、第１図における１）−１）線
断面図及び第１図におけるＩＩＩ　−ＩＩＩ線断面図、
第４図は第１図の空積み構造に用いた耐火煉瓦の斜視図
、第５図、第６図及び第７図はそれぞれ他の実施例の耐
火煉瓦の斜視図、第８図は他の実施例の蓄熱室用耐火物
の空積み構造の一部分の斜視図、第９図は従来の蓄熱室
用耐火物の空積み構造の一部分の斜視図である。 ５・・・第１の耐火煉瓦 ６・・・第２の耐火煉瓦 ａ・・・凹凸 Ｏ・・・ガス貫流路 ・・・空間部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）角筒状の多数の耐火煉瓦を空積みして蓄熱室内に
   上下方向の多数のガス貫流路を形成する蓄熱室用耐火物
   の空積み構造において、稜面に凹凸を設けた標準の高さ
   の耐火煉瓦とこれより適宜に低い耐火煉瓦を、隣接する
   前記ガス貫流路が所要位置において連通するように隣接
   するもの同志凹凸を噛み合わせて多層に空積みしたこと
   を特徴とする蓄熱室用耐火物の空積み構造。