JPH11248379A

JPH11248379A - 蓄熱体及びその取付構造

Info

Publication number: JPH11248379A
Application number: JP10049747A
Authority: JP
Inventors: Iwao Ihara; 巌井原; Tamotsu Korada; 保古良田; Masaru Matsumoto; 勝松本; Toshiaki Hasegawa; 敏明長谷川; Atsushi Sudo; 淳須藤
Original assignee: IHARA CHIKURO KOGYO KK; Nippon Furnace Co Ltd
Current assignee: IHARA CHIKURO KOGYO KK; Nippon Furnace Co Ltd
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1998-03-02
Publication date: 1999-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】ダストによる固着を防ぎ、脱着を容易とす
る。【解決手段】温度勾配に沿って分割され積層される蓄
熱体１０において、各蓄熱体層を、ハニカム状蓄熱材１
とこの蓄熱材１の外周をハニカム状の開口面を除いて包
む枠２とで構成し、かつハニカム状蓄熱材１を層間に隙
間４が設定されるように枠２で保持して蓄熱材１および
枠２を一体的に組み付けると共に枠２を熱により構造が
粗になる遅燃性材料で形成するようにしている。そし
て、蓄熱体１０を設置する場合には、枠２による締め付
けで蓄熱材１の位置関係や崩れなどを防いで、設置後に
は枠２を徐々に酸化・燃焼させて崩れ易くするようにし
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄熱体特に多数の
流路を有するハニカム状の蓄熱体およびその取付構造に
関する。更に詳述すると、本発明は固着性のダストを燃
焼排気ガス中に含むような炉に用いられる蓄熱式燃焼装
置において排熱回収に使用される蓄熱体およびその蓄熱
体の燃焼装置への取付構造の改良に関する。尚、本明細
書において蓄熱式燃焼装置（以下リジェネバーナと呼
ぶ）とは、蓄熱体を介して燃焼用空気の供給及び排気を
短時間例えば少なくとも６０秒以内の短時間で高周期に
蓄熱−放熱サイクルを繰返して排ガス温度に近い高温に
予熱された燃焼用空気を得て燃焼させる燃焼システムを
いう。

【０００２】

【従来の技術】従来、リジェネバーナにおいて使用され
る蓄熱体としては、例えばハニカム状蓄熱体、細管状蓄
熱体、ボール状蓄熱体、ナゲット状蓄熱体などが知られ
ているが、なかでもハニカム状蓄熱体の使用が有用であ
ると考えられている。ハニカム状蓄熱体は、基本的に蓄
熱性能が高く、しかも通気圧損失が小さいという優れた
点があるからである。これはハニカム状蓄熱体のブロッ
ク内流路（セル孔）が直線的であることが寄与してお
り、同時にダストが蓄熱体内には堆積しにくい特性が得
られている。

【０００３】この蓄熱体は、従来、図５に示すように、
金網等の蓄熱材支持部材１０２が底面に張設された蓄熱
材収容容器１０１に収められて縦向きにリジェネバーナ
に装着されることが一般的である。蓄熱材収容容器１０
１は、例えば耐火・断熱層が内張りされた箱形の容器で
あり、燃焼用空気あるいは排ガス等を導入するためのウ
ィンドボックス等にフランジを使って止着可能に設けら
れている。この蓄熱材収容容器１０１の蓄熱材支持部材
１０２の上に、セラミック製ハニカム状蓄熱材の小塊の
ブロック片から成る蓄熱材１０３が多数積層・堆積され
ている。ハニカム状蓄熱体の場合には気流の流れ方向に
セル孔が平行となるように配置され、蓄熱体の外壁間に
隙間のないように密にセットされる。

【０００４】尚、蓄熱材収容容器１０１の上方及び金網
等の蓄熱材支持部材１０２の下には偏流防止のための蓄
熱材１０３の存在しない空間１０４，１０５が設けられ
ており、排ガスや燃焼用空気の円滑な流通が確保されて
蓄熱材１０３内でのガスの偏流が起こらないように設け
られている。これら空間は、蓄熱体内でのガスの偏流が
起こらないようにするためである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ハニカ
ム状蓄熱体はその特性を活かすため個々のセル孔の開口
が数ｍｍ以下と小さく、セル壁の肉厚も１ｍｍ以下と薄
くされているため、大きなブロックに構成すると、流路
方向の温度差による熱応力で壊れやすいという問題があ
る。そこで、これを避けるため、蓄熱体の温度勾配に沿
って分割し、積層する方法が取られているのであるが、
ダストが固着性をもつ場合、よほど製作精度が高く設置
が厳密に行われない限り、ハニカムの層と層の間でハニ
カム隔壁の天端が流路を遮り、ここに衝突したダストが
付着する虞がある。そして、一旦付着すると、流路が狭
まって益々衝突し易くなり、成長が加速される。このた
め、積層した各段の境目毎に固着性ダストが堆積し易く
なるという問題を有している。

【０００６】さらに、固着性のダストが炉内から排出さ
れるガス・排ガスに含まれる場合、積層した各段の境目
毎に堆積したダストがハニカムを互いに固着させる。こ
のため、ダスト詰まりが起こった場合、目詰まりを起こ
した特定の層の蓄熱体だけを交換することが困難となる
という問題がある。また、ダストによる固着は、蓄熱材
収容容器の内壁との間にも発生し、蓄熱体の脱着そのも
のを困難とする問題がある。

【０００７】そこで、本発明は、ダストによる固着を防
ぎ、蓄熱体の脱着を容易とする蓄熱体及びその取付構造
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、温度勾配に沿って分割され
積層される蓄熱体において、各蓄熱体層を、ハニカム状
蓄熱材とこの蓄熱材の外周をハニカム状の開口面を除い
て包む枠とで構成し、かつハニカム状蓄熱材を層間に隙
間が設定されるように枠で保持して蓄熱材および枠を一
体的に組み付けると共に枠を熱により構造が粗になる遅
燃性材料で形成するようにしている。

【０００９】したがって、蓄熱体を設置する場合には、
枠による締め付けのため蓄熱材の位置関係や崩れなどが
起こらない。また、運転稼働中は、枠が徐々に燃焼する
ため、固着性のダストが付着しようとしても蒸発あるい
は昇華し、枠の周辺で強固に融着固化することが妨げら
れる。さらに、運転稼働中に枠が徐々に燃焼して構造が
粗になるため、取り外し時に枠の部分が崩れやすい。ま
た、あらかじめ層毎に隙間を設けているので、ハニカム
の層と層の間の隙間部分を気体が流れてダストがハニカ
ム隔壁の天端に衝突する確率が下がり、またダストが付
着したとしても流路があまり狭くならず、加えて気体が
横滑りして広い所を選んで流れるので成長が遅くなる。
このため、ダストが層の間に堆積し難く、上下の層同士
が固着されることがなく層毎に分離し易くなる。

【００１０】さらに、層毎に一体化された蓄熱体は、枠
が徐々に燃焼して構造が粗になっているので、蓄熱体装
着部からの離れが容易となる。このため、層間で分離し
やすいことと相俟って、ダストにより閉塞し性能の劣化
した層の蓄熱体だけの交換が可能となる。

【００１１】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の蓄熱体において、枠の少なくとも底部にハニカム状
蓄熱材を通気可能に支持あるいは位置決めするための耐
熱性構造物例えば桟あるいは格子などを設けるようにし
ている。この場合、枠が粗な構造となっても、桟あるい
は格子などによって通気性を損なわずに蓄熱体の荷重が
支持される。

【００１２】更に、本発明の蓄熱体の取付構造は、蓄熱
式燃焼装置のバーナーボディに蓄熱体装着部を直結して
設け、該蓄熱体装着部に請求項１または２記載の蓄熱体
を流体の流れを横切る方向に層毎に着脱可能としてい
る。この場合、ダスト詰まりを起こした層の蓄熱体だけ
を流体の流れ方向と直交する側方へ取り出してから新た
な蓄熱体と取り替えられる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の一形態に基づいて詳細に説明する。

【００１４】図１及び図２に本発明の蓄熱体の一実施形
態を示す。この蓄熱体１０は、基本的には蓄熱材１と熱
により構造が粗になる遅燃性の枠２とで構成されてい
る。本実施形態の場合、蓄熱材１は通気方向に対して２
個以上を並列に配置して１つの層を構成するようにして
使用される。即ち、複数の蓄熱材１のブロックを集合さ
せて１つの層を構成するようにしている。

【００１５】各蓄熱材１は、例えば０．５〜２ｍｍ程度
の薄肉のセル壁で区画された多数のセル孔を有するハニ
カム形状のセラミックから成る。このハニカム構造の蓄
熱材１は、比較的圧力損失が低い割に熱容量が大きく、
蓄熱体として優れている。蓄熱体材料としては、特定の
ものに限定されるものではないが、例えば、排ガスのよ
うな１０００℃前後の高温流体との間で行う熱交換に
は、アルミナやコージライト、ムライト等のセラミック
ス材料あるいはセラミックス以外の素材例えば耐熱鋼等
の金属あるいはセラミックスと金属の複合体などの使用
が好ましい。セラミックスと金属との複合体としては、
例えばポーラスな骨格を有するセラミックスの気孔中に
溶融した金属を自発浸透させ、その金属の一部を酸化あ
るいは窒化させてセラミックス化し、気孔を完全に埋め
たＡｌ₂Ｏ₃−Ａｌ複合体、ＳｉＣ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ａｌ
複合体などが挙げられる。そして、セラミックス材料を
使用する場合には例えば押し出し成形によってハニカム
形状に製造される。尚、ハニカム形状とは、本来六角形
のみならず四角形や三角形のセルを無数にあけたものを
含む。また、セルとは多数の隔壁（セル壁）によって区
画された蓄熱体の長手方向に貫通する流路を意味する。

【００１６】この蓄熱材１は、熱衝撃の影響が少なくな
る大きさ、例えば１００ｍｍ角程度以下の大きさ、より
好ましくは５０ｍｍ角程度の大きさで成形され、必要数
が枠２に詰め込まれる。そして更に必要な段だけ積層さ
れる。

【００１７】枠２は、蓄熱材１の開口端面１ａを除く部
分を包むような筒型に形成されており、少なくとも底部
となる側の開口にハニカムを通気可能に支持若しくは位
置決めするための耐熱性構造物３例えば桟あるいは格子
などを設け、反対側の開口部即ち蓄熱材１の天端側の開
口部には空間４が形成されている。底部側にのみ耐熱性
構造物３を配置しているのは、可能な限り流路を遮るも
のを減らすとともに取り出し時に枠２を崩し易くするた
めである。したがって、必要あれば上下両端の開口部に
耐熱性構造物３を配置するようにしても良いし、最下層
となる蓄熱体１０の枠２にのみ耐熱性構造物３を配置す
るようにしても良い。また、場合によっては、枠２その
ものに耐熱性構造物３を備えずに、蓄熱体装着部を構成
するケーシング側に備えることもある。また、空間４
は、蓄熱材１の層と層との間に確実に空間を形成するた
めのものであるが、場合によっては耐熱性構造物３を含
む下部空間を大きくすることで上部の空間４を無くした
り、耐熱性構造物３によって層間に空間を形成するよう
にしても良い。更に、枠２の高さと耐熱材１の高さとを
同じにして、枠２の上端若しくは下端に足（図示省略）
を付け足すことによって枠２と枠２との間で層間に空間
を形成するようにしても良い。いずれにしても、蓄熱材
１の層と層との間に空間が形成されるように蓄熱材１が
枠２で保持されれば良い。

【００１８】ここで、耐熱性構造物３としてはセラミッ
クや耐熱鋼などの使用が好ましく、１つの層を構成する
全ての蓄熱材１を支持するように配置されている。ま
た、枠２の構成材料としては、熱により構造が粗になる
遅燃性の材質例えば炭素と粘土との混合物のような、一
部が可燃性物質で残りが不燃性物質から成る混合物の使
用が好ましい。可燃物質としては、炭素粉末の他、高炭
素質の高分子化合物例えばイミド系樹脂等の粉末の使用
が好ましい。また、不燃性物質としては、粘土類の他、
アルミナ系、アルミナ−シリカ系、アルミナ−ジルコニ
ア系、シャモット、塩基性（マグネシア、クロム−マグ
ネシア）等の耐火物の１ｍｍ以下の粉末、ガラス粉、３
２５メッシュ以下のアルミナ等の微粉末の使用が好まし
い。これら可燃物質と不燃性物質とは、２種以上を混合
し、場合によっては水ガラスやポリビニルアルコール
（ＰＶＡ）等の粘結剤を配合して成形される。このとき
の配合比や使用する粘結剤の種類などには、曝される雰
囲気に併せて適宜調整され、燃焼速度が調整される。

【００１９】炭素と粘土との混合物から成る枠２の場
合、枠２が高温にさらされると徐々に可燃物が燃えて、
やがては不燃物だけが残され、残った不燃物は多孔性の
粗な構造となる。このため、そこに固着性のダストが付
着しようとしても、蒸発あるいは昇華して枠２の周辺で
強固に融着固化することを妨げられる。そして、枠２と
蓄熱体１あるいは枠２と蓄熱体収容部を構成するケーシ
ングないしバーナボディや炉体などとの間を連結するこ
とがなくなる。遅燃性材料とは、上述の可燃物と不燃物
との混合物に特に限定されるものではなく、緩やかに酸
化例えば何日もかけて燃焼して構造が粗になる物質、あ
るいは乾燥などによって構造が粗になる物質であれば使
用可能である。更に、構造が粗とは、粘結性が結合力を
失い崩れ易くなる状態をいう。

【００２０】また、固着性のダストとは、蓄熱体に触れ
て冷却されたときに粘着性を発揮する物質、例えばアル
カリ酸化物と気相の酸（ＣＯ₂，ＳＯｘ，ＮＯｘ，ＨＣ
ｌ）とから成る塩類あるいは昇華性物質例えばモリブデ
ンのような８００℃程度で気体となる昇華性金属などを
含むようなダストである。このような固着性ダストは、
そのような成分を原料中に含む材料の加熱などに使われ
る炉、例えばガラス溶解炉や合金の加熱や熱処理を行う
金属加熱炉などで発生する。

【００２１】以上のように構成された本発明の蓄熱体１
０は、例えば図３に示すように、リジェネバーナ１１の
バーナーボディ１２に直結された蓄熱体装着部１３に、
流体の流れを横切る方向に層毎に着脱可能に収納されて
いる。ここで、蓄熱体装着部１３は、その上下の開口が
蓄熱体１０の枠２よりも小さく作られて段差を形成して
おり、枠２を支持すると共にダストが固着し難い構造と
されている。この蓄熱体装着部１３は、耐火断熱材を内
張りしたケーシングから成り、積層された蓄熱体１０を
側方から出し入れ可能にする開閉扉１３ａを備えてい
る。したがって、蓄熱体１０は蓄熱体装着部１３内に各
層毎に取り出し可能に積層されており、ダストが付着固
化した場合にも容易に必要な層の蓄熱体だけを取り出し
得る。尚、図中の符号１４は蓄熱体装着部１３の底部に
取り付けられるウィンドボックス１４であり、バーナガ
ン等のその他の装備は本発明においてバーナ構造が要部
でないことから図示を省略し、バーナボディだけを図示
している。

【００２２】以上のように構成された蓄熱体１０による
と、炉内雰囲気中に固着性ダストが含まれていても、枠
２は装着後に緩やかに酸化して粘結性や結合力を失って
崩れ易い状態となっている。他方、リジェネバーナ１１
の運転中には、各層の蓄熱材１はその端面が周面等に付
着した固着性ダストによって連結されて複数の蓄熱材１
が一体化され塊となる。そこで、交換が必要な蓄熱体１
０の取り出しに際しては、まず枠２を崩して蓄熱材１だ
けを１つの塊として取り出すことができ、取り外し作業
が容易となる。例えば、開閉扉１３ａを外すと、枠２の
側面と蓄熱材１の上面とが見える。そこで、固着物が多
い場合には、枠２を金属棒等で突き崩し、壁と枠２の縁
切りをする。そして、交換しなければならない蓄熱材１
の塊だけを取り外す。ここで、図３の蓄熱体収納構造に
よると、高温側となる上の段の蓄熱体ほど固着性ダスト
が融着して堆積すると共に固まっている。しかし、低温
側となる下の段の蓄熱体は、固着性ダストが堆積したと
しても固まっていないので容易に取り除いて清掃するこ
とができる。このため、下の段の方の蓄熱体層は交換し
なくとも再使用可能である。そこで、交換不要な蓄熱体
１０を残して掃除し、一度空気を吹き込んでごみを除去
する。そして、新しい蓄熱体１０をセットして開閉扉１
３ａを閉じる。このとき、新たに装入される蓄熱体１０
は、枠２により蓄熱材１が締め付けられているため、蓄
熱材１の位置ずれや崩れが起き難く、簡単に装入作業を
実施できる。

【００２３】図４に蓄熱体の他の取付構造の実施形態を
示す。この実施形態ではリジェネバーナ１１のバーナー
ボディ１２の上方に蓄熱体装着部１３を設置し、更にそ
の上にウィンドボックス１４を接続するようにしてい
る。蓄熱体装着部１３は、その下部の開口が枠２よりも
小さく作られていると共に上部の開口が枠２よりもやや
大きく作られ、蓄熱体１０を蓄熱体装着部１３に装入す
る際には上から順次降ろして積層する。また、ダストが
付着固化した場合には、蓄熱体装着部１３の開閉扉１３
ａを開けてダストが堆積する蓄熱体だけを枠２を崩して
抜き出す。ここで、上部の低温側では、蓄熱材１及び通
過する流体温度が低いので、可燃分が燃焼しておらず、
強度を失っていない。また、固着性ダストが堆積してい
ても、融着・焼結していないので、容易に取り払うこと
ができる。このため、上部の蓄熱体層は再使用が可能で
あることから、交換を必要とする下部寄りの蓄熱体１０
だけを図３の実施形態と同様に突き崩して取り出し、新
たな蓄熱体と交換する。

【００２４】尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施
の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明
の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、本実施形態では１つの枠に１段の蓄熱材１
を収めるようにしているが、１つの枠内に２段以上の蓄
熱材を積層することも可能である。また、本実施形態の
場合、蓄熱材１は通気方向に対して２個以上を並列に配
置して１つの層を構成するようにしているがこれに特に
限定されず、必要であれば単一の蓄熱材を１つの枠に収
めた状態で１つの層を構成するようにしても良い。ま
た、本実施形態では、蓄熱体装着部を構成するケーシン
グに蓄熱体が装填されるように設けられているがこれに
特に限定されず、バーナボディ内や炉体などに装填する
ようにしても良い。例えば、蓄熱材を枠に収めた状態で
更に耐熱性ケーシングなどに装填して炉壁に直接埋設す
るように装着することも可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
１記載の発明によると、装着時には強固な構造を保ち、
抜き出し時に容易に崩壊する枠で層毎に独立性を保たれ
ているので、堆積し固着したダストに阻害されることな
く容易に交換したい層だけを脱着することができる。

【００２６】また、請求項２記載の発明によると、枠が
粗な構造となっても、桟あるいは格子などによって通気
性を損なわずに蓄熱体の荷重が支持される。

【００２７】更に、本発明の蓄熱体の取付構造による
と、ダスト詰まりを起こした層の蓄熱体だけを流体の流
れ方向と直交する側方へ取り出してから新たな蓄熱体と
取り替えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蓄熱体の一実施形態を示す縦断面図で
ある。

【図２】図１の蓄熱体の斜視図である。

【図３】本発明の蓄熱体の取付構造の一実施形態を示す
縦断面図である。

【図４】本発明の蓄熱体の取付構造の他の実施形態を示
す縦断面図である。

【図５】従来の蓄熱体の取付構造の一例を示す縦断面図
である。

【符号の説明】

１ハニカム状蓄熱材２枠３耐熱性構造物４隙間を形成する空間１０蓄熱体１１リジェネバーナ１２バーナボディ１３蓄熱体装着部１４ウインドボックス

フロントページの続き (72)発明者松本勝大阪府大阪市北区本庄東３丁目５番21号井原築炉工業株式会社内 (72)発明者長谷川敏明神奈川県横浜市鶴見区尻手２丁目１番53号日本ファーネス工業株式会社内 (72)発明者須藤淳神奈川県横浜市鶴見区尻手２丁目１番53号日本ファーネス工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】温度勾配に沿って分割され積層される蓄
熱体において、各蓄熱体層を、ハニカム状蓄熱材とこの
蓄熱材の外周をハニカム状の開口面を除いて包む枠とで
構成し、かつ前記ハニカム状蓄熱材を層間に隙間が設定
されるように前記枠で保持して前記蓄熱材および枠を一
体的に組み付けると共に前記枠を熱により構造が粗にな
る遅燃性材料で形成して成ることを特徴とする蓄熱体。
【請求項２】前記枠の少なくとも底部には前記ハニカ
ム状蓄熱材を通気可能に支持若しくは位置決めするため
の耐熱性構造物を設けたことを特徴とする請求項１記載
の蓄熱体。
【請求項３】蓄熱式燃焼装置のバーナーボディに蓄熱
体装着部を直結して設け、該蓄熱体装着部に請求項１ま
たは２記載の蓄熱体を流体の流れを横切る方向に層毎に
着脱可能にしたことを特徴とする蓄熱体の取付構造。