WO1996005474A1 - Generateur de gaz a haute temperature - Google Patents

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WO1996005474A1
WO1996005474A1 PCT/JP1995/001603 JP9501603W WO9605474A1 WO 1996005474 A1 WO1996005474 A1 WO 1996005474A1 JP 9501603 W JP9501603 W JP 9501603W WO 9605474 A1 WO9605474 A1 WO 9605474A1
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gas
temperature
combustion
heat storage
air
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PCT/JP1995/001603
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Ryoichi Tanaka
Toshiaki Hasegawa
Jun Sudo
Hiroshige Ikebe
Tsutomu Yasuda
Yukio Mizutani
Masashi Katsuki
Original Assignee
Nippon Furnace Kogyo Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for generating an ultra-high temperature gas containing no impurities. More specifically, the present invention is, for example, about 10000 to 16000. Decomposition of various fuels at high temperatures of about K (approximately 727 to 1327 ° C) High-temperature reactions of test equipment that uses high-temperature gas, such as ignition characteristic test equipment, and products that do not allow the mixing of impurities
  • the present invention relates to a high-temperature gas generator mainly used as a high-temperature gas supply source for an apparatus or the like.
  • the electric heating type heating device requires a long startup time to prevent disconnection of the heating element, which is extremely inconvenient in practical use.
  • a tube-type heat exchanger has a poor heat exchange efficiency.
  • a high-temperature gas of about 100 to 160 ° K, produce a material that is practical in terms of material and structure. It is difficult to do that.
  • these conventional heating apparatuses have a problem that the time during which the high-temperature gas can be supplied is short and the preparation time until the high-temperature gas can be supplied is long.
  • the temperature fluctuation width is large because the temperature drops rapidly.
  • An object of the present invention is to provide a high-temperature gas generating device that supplies high-temperature gas at a short supply interval and for a long time, and has a small temperature fluctuation during the supply.
  • the high-temperature gas generating device of the present invention includes a burner device provided with a heat storage unit and exhausting combustion gas through the heat storage unit, and the high-temperature gas extracting means.
  • a path for introducing an arbitrary gas into the passage-shaped combustion chamber through the heat accumulator and supplying it to an arbitrary point from the high-temperature gas extracting means, and the burners are alternately burned to raise the temperature of both heat accumulators.
  • the combustion is interrupted and an arbitrary gas is passed through the regenerator to supply the arbitrary gas having reached the desired temperature to the outside from the high-temperature gas extracting means for a certain period of time.
  • the combustion gas generated by the alternately burning burner device is exhausted through the heat storage body of the opposite burner device, and its sensible heat is recovered.
  • the waste heat is recovered to the heat storage body by direct heat exchange. Is done.
  • a part of the heat recovered in the heat storage is again used for preheating the combustion air with extremely high efficiency by the direct heat exchange and returned to the combustion device. Therefore, the temperature of both heat storage bodies is raised while repeating the alternate combustion.
  • the fuel is burned using the preheated combustion air, the temperature inside the furnace of the combustion equipment can be rapidly raised, and the heat can be stored in the heat storage body on the opposite side.
  • the part where the cold combustion air flows in and the part where the high temperature combustion gas flows out are on the opposite side of the combustion chamber, rapid cooling can be performed in a short time.
  • the temperature difference is alleviated while flowing in the combustion chamber, thereby preventing the heat storage element from being broken by thermal stress.
  • the temperature in the furnace can be rapidly changed from a low temperature to a high temperature by controlling the amount of combustion, so that a gas supply time corresponding to the request of the high-temperature gas utilization device can be secured.
  • the high-temperature gas generator of the present invention since the arbitrary gas is heated using the heat stored in the heat storage body, the heat capacity can be increased, and the temperature fluctuation width of the arbitrary gas can be reduced.
  • the present invention provides a plurality of high-temperature gas generators as described above, and connects the high-temperature gas extracting means to each other via flow path switching means. Gas is generated and supplied. In this case, since the high-temperature gas is always supplied from one of the high-temperature gas generators, the high-temperature gas can be continuously supplied.
  • the high-temperature gas generating device of the present invention includes a high-temperature gas extracting means, in which a heat storage element that is heated only by the combustion gas without exchanging heat with the combustion air is installed, and an exhaust system is connected to perform the alternate combustion. At times, part of the combustion gas is exhausted through a heat storage element in the high-temperature gas extraction means, and is used only for heating any gas to be heated to a high temperature. In this case, even if a temperature difference occurs between the heat storage elements of the panner devices provided at both ends of the combustion chamber due to alternating combustion, one of the heat storage elements passes through the heat storage element in the high-temperature gas extracting means. The temperature difference between the gas heated by the body and the gas heated by the other regenerator is adjusted, and the gas is extracted as a high-temperature gas with a uniform temperature.
  • the high-temperature gas generator of the present invention is provided with a set of two parner devices each of which includes a heat storage body and supplies an arbitrary gas to be heated to a high temperature through the heat storage body and exhausts the combustion gas.
  • the combustion chamber of the parner device is connected to the high-temperature gas extracting means, respectively.
  • a route is provided from the take-out means to an arbitrary location, and the burner is burned alternately, and high-temperature gas is generated alternately by switching between the two routes to continuously supply the gas. I have to. In this case, since the high-temperature gas is always supplied through one of the heat storage elements, the high-temperature gas can be continuously supplied.
  • the high-temperature gas extracting means is a set of The three-way valve connects the combustion chambers of the burner device to each other.
  • the remaining ports of the three-way valve are used as high-temperature gas outlets, and the combustion chambers of the parner device are alternately opened. In this case, only the hot gas flows alternately through the three-way valve as the fluid switching means, so that there is no heat shock.
  • the high-temperature gas generator of the present invention is provided with a bypass passage which connects the combustion chambers of one set of the panner devices and communicates the space between each combustion chamber and each heat storage element.
  • a three-way valve is provided in the passage, the remaining port is used as a high-temperature gas outlet, and the outlet side of each regenerator is connected to a four-way valve that is selectively connected to the air supply system and the exhaust system.
  • the air supplied from the supply system is passed through the regenerator and preheated to high-temperature air, and a part of it is used as combustion air and burned by a wrench placed immediately before the other regenerator, while preheated to high temperature
  • a part of the generated air is continuously supplied to the outside from the high-temperature gas outlet through the bypass passage.
  • part of the air that has passed through the regenerator is supplied as high-temperature gas from the arbitrary gas extracting means, and at the same time, part of the air is supplied to the parner side of the other combustion device to remove the high-temperature combustion air. Since it is used for combustion, low calorie gas fuel can be used. Also, since only the high-temperature gas flows alternately through the three-way valve as the fluid switching means, there is no heat shock. Further, the high-temperature gas generator of the present invention uses the combustion air and the combustion gas at different times by relative rotation between the two flow paths for flowing the combustion air and the combustion gas.
  • a heat storage element that can pass sensible heat of the combustion gas to the combustion air with high efficiency by passing through the same area, and supplying the combustion air and exhausting the combustion gas through the heat storage element.
  • At least one pair of burner devices is provided to supply air to each burner device, and the air is passed through the regenerator.
  • One burner device burns using air, and the other burner device burns the air.
  • the air is heated by a heat storage unit as an arbitrary gas that raises the temperature to a high temperature, and is continuously heated to a high temperature. In this case, the temperature of the combustion chamber is rapidly increased by the relative rotation of the regenerator as in the case of alternately burning one set of burner devices, and the preparation time for hot gas supply is reduced.
  • the high-temperature gas generator of the present invention shuts off the fuel injection to the parner device immediately before switching the flow, and scavenges the gas with a fresh- ger. In this case, the combustion gas remaining in the regenerator and the passage is scavenged, so that the high-temperature gas is not contaminated by the combustion gas.
  • the high-temperature gas generating device of the present invention includes a rectifying cylinder in the high-temperature gas extracting means.
  • the rectification cylinder eliminates the pulsation of the high-temperature gas and smoothes it, enabling a stable supply o
  • the high-temperature gas generator of the present invention has two flow paths for flowing an arbitrary gas to be heated to a high temperature and a combustion gas, respectively,
  • a heat storage element capable of passing an arbitrary gas and a combustion gas to the same region at different times by relative rotation between the two and transmitting the sensible heat of the combustion gas to the arbitrary gas with high efficiency.
  • a burner gas exhauster through a heat storage unit, and simultaneously discharges the combustion gas and supplies an arbitrary gas through different regions of the heat storage unit, and intermittently operates when the heat storage unit reaches a predetermined temperature.
  • the gas passing through the heat accumulator is rotated relatively or continuously to relatively switch, so that an arbitrary gas reaching a desired temperature is continuously supplied to the outside.
  • the arbitrary gas to be heated and the combustion gas pass through different regions of the heat storage at the same time, and when the temperature reaches a predetermined temperature, the heat storage rotates relative to each other, thereby passing through the heat storage.
  • the gas can be switched and the arbitrary gas can be passed through the portion where the combustion gas has passed to raise the temperature to a continuous supply.
  • the heat storage body rotates intermittently or continuously, and one end is formed in a conical shape, and a flow path for introducing combustion gas into the storage medium.
  • a flow path for taking out a high-temperature arbitrary gas through the heat storage body are arranged so as to face the end of the conical shape and to be orthogonal to the heat storage body.
  • the combustion gas flows into the regenerator, the combustion gas is rectified by the conical end face and is uniformly distributed to all openings. It is scattered and passes through the regenerator with a uniform velocity distribution. Therefore, the heat storage body is uniformly heated, and the time required to raise the temperature of the heat storage body to the predetermined temperature can be shortened, so that the time required for supplying the high-temperature gas can be shortened, and the arbitrary gas can be uniformly heated.
  • the burner mainly burns gaseous fuel using oxygen-enriched air.
  • the combustion gas storage becomes smaller than when only air is used, so that the pressure of the arbitrary gas becomes higher and the combustion gas leaks to the arbitrary gas side. No hot gas is contaminated by the combustion gas.
  • FIG. 1 is a principle view showing a first embodiment of the high-temperature gas generator of the present invention.
  • FIG. 2 is a principle view showing a second embodiment of the high-temperature gas generator of the present invention.
  • FIG. 3A to 3D are explanatory diagrams showing a specific configuration and an operation method of the apparatus of the second embodiment in FIG. 2, and FIG. 3A is a view using the upper heat storage body of the high-temperature gas generator on the right side.
  • the hot gas is released, Figure 3B releases the hot gas using the lower heat storage unit of the right hot gas generator, and Figure 3C uses the upper heat storage unit of the left hot gas generator to release the hot gas.
  • Gas is released, and Fig. 3D shows the case where the high-temperature gas is released using the regenerator below the hot gas generator on the left.
  • FIG. 4 is a principle view showing a third embodiment of the high-temperature gas generator of the present invention.
  • FIG. 5 is a principle diagram showing an example of a flow path switching device of the high-temperature gas generator of FIG.
  • FIG. 6 is a relationship diagram showing the relationship between the killed state and the valve operation state of the apparatus of FIG.
  • FIG. 7 is a principle view showing a fourth embodiment of the high temperature gas generator of the present invention.
  • FIG. 8 is a principle view showing a fifth embodiment of the high-temperature gas generator of the present invention.
  • FIG. 9 is a principle view showing a sixth embodiment of the high-temperature gas generator of the present invention.
  • FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a specific configuration of a rotary heat exchanger as a main part of the high-temperature gas generator of FIG.
  • FIG. 11 is a sectional view taken along the line XI—XI of FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 shows an embodiment of the high-temperature gas generator of the present invention.
  • This high-temperature gas generator has, at both ends of a passage-shaped combustion chamber 1, parner devices 2 and 3 having heat storage bodies 4 and 5, respectively, and removes any gas to be heated to a high temperature almost at the center of the combustion chamber 1.
  • An optional gas extraction means 17 is provided.
  • the optional gas take-out means 17 is made of a duct, has a built-in heat storage body 34, and has a flow control valve 19 and a solenoid valve for shutting off the flow path downstream of the heat storage body 34.
  • An exhaust system 11 ′ is connected between the flow control valve 19 and the solenoid valve 18.
  • the burner alternately burns the burner devices 2 and 3 at both ends to discharge the combustion gas through the stopped burner 4 or 5 and partially burn the burner.
  • the gas is extracted from the exhaust system 11, via the heat storage unit 34, and when supplying the high-temperature gas, both the burner units 2, 3 are stopped and any gas to be heated to high temperature in place of the combustion air is supplied. It is provided so as to be introduced into the combustion chamber 1 through both the heat storage bodies 4 and 5 and to be supplied to a desired equipment such as an experimental apparatus from an arbitrary gas extracting means 17 at the center of the combustion chamber 1.
  • the parner devices 2 and 3 provide fuel supply means 6 and 6 for directly injecting fuel into the combustion chamber 1, heat storage elements 4 and 5, and supply combustion air into the combustion chamber 1 through the heat storage elements 4 and 5.
  • Combustion air supply means 8, 8 Arbitrary gas supply systems 13 and 13 for supplying an arbitrary gas are connected to the upstream side of the combustion air supply means 8 and 8 or the regenerators 4 and 5, respectively. It is provided so that it is supplied to the combustion chamber 1 through the combustion chamber 1.
  • the fuel nozzles 6, 6 of the first parner device 2 and the second parner device 3 are provided so as to alternately supply fuel through the interposition of the switching shutoff valves 7, 7.
  • the combustion air supply means 8, 8 are selectively connected to the exhaust system 11 and the combustion air supply system 12 by the interposition of flow path switching means, for example, a four-way valve 10. The combustion air is supplied from the air supply means 8, while the combustion gas is exhausted from the other combustion air supply means 8.
  • the optional gas supplied from the optional gas supply system 13 passes through the first heating element 4 or the second heating element 5 and is heated to take out the optional gas provided substantially at the center of the combustion chamber 1. It will be supplied to any facilities, equipment, places, etc. from means 17.
  • the arbitrary gas may be used also as the combustion air, but it goes without saying that another gas such as an inert gas, air with a low oxygen concentration, or a specific gas may be used as needed.
  • the third and fourth heaters are heated when the combustion exhaust gas is exhausted from the opposite side of the panner. Heating elements 15 and 16 may be incorporated as needed.
  • the third and fourth regenerators 15 and 16 are not used for preheating the combustion air, but are used only for heating an arbitrary gas and are installed when the supply time of the high-temperature gas is to be extended.
  • the combustion air supply means 8, 8 are provided with switching shutoff valves 9, 9 so as to shut off the flow path of the combustion air when supplying an arbitrary gas.
  • the heat storage bodies 4, 5, 15, 15, 16 and 34 are not limited to a specific shape or material, but are switched in a short time to obtain a heat storage medium such as combustion exhaust gas. . C the heat exchange with the room ⁇ 2 0 e C about cryogenic fluids such as hot gas and the combustion air or any gas before and after the order efficiently performed, for example Kojirai preparative Ya Murai Sera Mi click scan such bets It is preferable to use a honeycomb-shaped material manufactured by extrusion molding.
  • Honeycomb shape means a hexagonal cell (hole) originally, but in the present specification, it includes not only the original hexagon but also an infinite number of square or triangular cells.
  • the heat storage body is not limited to such integrally molded honeycomb ceramic ceramics, and may be configured by using ceramic ceramic tubes.
  • a platform using a heat storage material such as SiN which can be used at a much higher temperature than cordier, light, etc.
  • the aggregate may be used as a heat storage.
  • first and second heat storage units 4 and 5 are heated to a predetermined temperature when the first burner unit 2 and the second burner unit 3 alternately repeat combustion.
  • the combustion is interrupted, and any gas is supplied to the first and / or second regenerators 4 and 5 instead of the combustion air to directly heat the regenerators 4 and 5.
  • the desired gas is heated to a high temperature by replacement, and the temperature is made uniform by the heat storage unit 34 so as to be taken out from the arbitrary gas taking out means 17.
  • the second burner unit 3 is burned by supplying fuel and combustion air at the route indicated by the solid arrow, and the first heat storage body 4 and the heat storage body 34 and, if necessary, with high-temperature combustion gas.
  • the third and fourth regenerators 15 and 16 installed by heating are heated.
  • Part of the combustion gas passes through the heat storage element (and in some cases also the heat storage elements 15 and 16) 4 and cools down, and then the combustion air supply means 8 ⁇ shutoff valve 9 ⁇ four-way valve 10-exhaust system 1 Exhausted into the atmosphere through 1.
  • Part of the combustion gas passes through the heat storage unit 34 and is discharged from the flow control valve 19 through the exhaust system 11 '. At this time, the solenoid valve 18 is closed.
  • the combustion is stopped and an arbitrary gas is introduced.
  • the temperature of the heat storage bodies 4 and 5 is equal to or higher than the higher one. The temperature is higher than.
  • supply air for combustion or optional gas Prior to the supply of the optional gas, supply air for combustion or optional gas to It is preferable to scavenge the inside of the heat storage bodies 4, 5 and 34 (in some cases, the heat storage bodies 15 and 16).
  • the arbitrary gas receives heat when passing through the first and second (and possibly the third and fourth heat storage elements) heat storage elements 4 and 5, and reaches a desired temperature.
  • the temperature difference is eliminated from the extraction means 17 by the heat storage body 34, and the heat is supplied to arbitrary facilities and facilities.
  • the gas temperature stops below a predetermined temperature or when the batch operation of the next process is completed the supply of the high-temperature gas is stopped by the shut-off valve 18 and the process returns to the first process.
  • the optional gas supplied at high temperature is air, the combustion air can be used as it is. In this case, a dedicated arbitrary gas supply system 13 is not required.
  • the switching of the combustion air or the combustion exhaust gas to the heat storage elements 4 and 5 is not particularly limited, but is preferably within 2 minutes, more preferably within 1 minute, and most preferably. 2 0-4 0 seconds this c is rapidly performed that case in a, increases the efficiency of heat exchange, heating rate of the heat storage body is shortened preparation time large next hot gas supply.
  • the above-mentioned apparatus is an example of supplying the high-temperature gas intermittently, but the high-temperature gas can be supplied continuously by arranging a plurality of such apparatuses.
  • a plurality of high-temperature gas generators (shown by frames) in Fig. 1 can be arranged in parallel, and high-temperature gas can be supplied alternately to enable continuous supply as a whole.
  • two high-temperature gas generators A and B are installed side by side,-is repeated.
  • three high-temperature gas generators A, B and C are installed side by side,- Continuous supply is also possible by switching in the order of A ⁇ B—C—by gas temperature.
  • FIGS. 3A to 3D show a more specific example of the apparatus shown in FIG.
  • This device is basically a combination of two high-temperature gas generators shown in Fig. 1 as a set, and the burner 1 has the burner 1, 2, and the heat storage elements 4, 5 at both ends of each piece.
  • the burner 1 has the burner 1, 2, and the heat storage elements 4, 5 at both ends of each piece.
  • the combustion chambers 1 and 1 of the two high-temperature gas generators A and B with a three-way valve 21 via a three-way valve 21, the right hot gas generator A and the left High temperature Any gas heated to a high temperature alternately is taken out from the gas generating equipment B and supplied to any facility, equipment, or place.
  • a heat storage body 34 and an exhaust system 11 ' are provided in the flow path for taking out an arbitrary gas, and heat storage bodies 15 and 16 are provided. It is also possible.
  • a hot arbitrary gas for example, air is released in the right hot gas generator A
  • a burner is used in the left hot gas generator B
  • the devices 2 and 3 are alternately fired to store the sensible heat of the combustion gas in both the heat storage units 4 and 5.
  • the heat storage unit 5 is stored as heat storage for the next cycle.
  • combustion is performed using the combustion air preheated through the heat storage unit 4.
  • the air is exhausted from the exhaust system 11 including the water jacket through the heat storage body 5 of the opposite side burner device 3 (see FIG. 3A).
  • Combustion of the parner devices 2 and 3 is performed alternately until the heat storage elements 4 and 5 reach a predetermined temperature (see FIG. 3B), and heat is stored for the next cycle.
  • the burner units 2 and 3 of the hot gas generating device A on the right alternately burn as shown in Figure 3C. Then, heating and storage of heat storage elements 4 and 5 are started.
  • the combustion is stopped and only air is supplied, and high-temperature air is obtained through one of the heat accumulators 5 and then supplied to a test device or the like.
  • the four-way valve 10 is switched to flow air toward the heat storage 4 to obtain warm air (see FIG. 3D).
  • the right high-temperature gas generation apparatus A heats the heat storage elements 4 and 5 by alternate combustion to store heat. I do. This heating and hot gas release are alternately repeated by the left and right hot gas generators A and B, thereby continuously supplying hot gas.
  • FIG. 4 shows another embodiment.
  • the high-temperature gas generating apparatus of this embodiment is configured to rotate the combustion air by the relative rotation between the two-system flow paths 27 and 28 through which the combustion air and the combustion gas flow.
  • a heat storage unit 32 that can pass gas and combustion gas to the same area at different times and transfer the sensible heat of the combustion gas to the combustion air with high efficiency, and for combustion through the heat storage unit 32 It has a pair of panner devices 2 and 3 that raise the temperature of the heat storage body 32 by supplying air and exhausting the combustion gas to store heat, and supply air to each of the parner devices 2 and 3 together.
  • this air is passed through the regenerator 32, one of the burners is used for combustion using the air, and the other is heated by the regenerator 32 as an arbitrary gas that raises the temperature of the air.
  • the temperature is kept high so that it can be continuously supplied to the outside. More specifically, the combustion gas is not moved between the panner devices 2 and 3 at both ends of the combustion chamber 1, and the respective flow path switching devices 22 are used independently of each other.
  • the high-temperature gas generators A and B are configured so that the supply of combustion air and the discharge of combustion exhaust gas are simultaneously performed in different places and areas of the same heat storage body 32 to exchange heat. It is preferable to use the heat storage body 32 having the same composition and structure as the heat storage bodies shown in FIGS. 1 to 3 described above.
  • the flow path switching device 22 is not particularly limited, for example, International Publication WO94 / 027484 or Japanese Patent Application No. Hei 5-9-199 already proposed by the present applicant. It is preferable to use the channel switching device disclosed in JP-A-8-7766 or Japanese Patent Application No. 5-269,433, and more preferably to use a rotating disk type.
  • a radial partition wall 23 that divides a plurality of chambers 29 in a circumferential direction and an air chamber lined in a strange direction are provided upstream of the heat storage unit 32.
  • Double cylinders 30 and 31 that concentrically partition two chambers 27 and an exhaust chamber 28 are provided.
  • a switching means 24 made of a disk orthogonal to the flow path is provided between the double cylinders 30 and 31 and the partition wall 23.
  • the switching means 24 has an air supply communication hole 26 for communicating the air supply chamber 27 with the optional chamber 29, and an exhaust communication hole for communicating the exhaust chamber 28 with the optional chamber 29.
  • a gas supply chamber 27 and an exhaust chamber 28 are provided so as to simultaneously communicate with different areas of one heat storage body 32 at the same time.
  • a combustion air supply system 12 and an optional gas supply system 13 are connected to the lined air chamber 27, and an exhaust chamber 28 is connected to the exhaust chamber 28. Exhaust system 1 1 is connected.
  • the exhaust communication hole 25 and the air supply communication hole 26 do not exist in the same room / compartment 29 at the same time, and any one of the air supply communication hole 26 and the exhaust communication hole 25 A room and an empty room 29 are provided so as to be located between the air supply communication hole 26 and the exhaust communication hole 25. Therefore, by rotating the disk 24 serving as the switching means, the flow path of one heat storage element 32 is controlled so as to be divided into several parts in the circumferential direction and to be continuously switched. It is controlled so that air flows and exhaust gas flows simultaneously in a part. It should be noted that a pipe for supplying an arbitrary gas different from the combustion air supply system 12 may be connected to the air supply chamber 27 so that a desired gas flows to the heat storage unit 32 instead of the combustion air. good.
  • high-temperature air can be supplied continuously by operating each valve as shown in FIG.
  • A while the supplied fuel and air are diffused and burned, the combustion gas is discharged to the outside of the combustion chamber through another section different from the air supply of the heat storage unit 32 and discharged to the atmosphere via the exhaust system 11. I do.
  • the valve of the first high-temperature gas generator A that opens and closes the flow path 33 that connects the test section (the laboratory part that requires high-temperature gas) and the high-temperature gas generators A and B V HA 1 is closed, the valve V HA 2 of the second hot gas generator B is connected, and the air passing through the heat storage unit of the second hot gas generator B is supplied to the test section.
  • the valves VA1 and VA2 are always opened, and air is constantly supplied to the first high-temperature gas generator A and the second high-temperature gas generator B.
  • By switching the VF supply fuel to either the first hot gas generator A or the second hot gas generator B, or not to any of the hot gas generators A and B.
  • valve V HA1 of the first hot gas generator A is connected to the test section 3 , while the fuel is supplied to the second hot gas generator B, and the valve V HA 2 is closed.
  • step 3 To stop the air supply to the test section (step 3). At this time, the valve VG1 is closed and the exhaust system 11 of the first high-temperature gas generator A is shut off. Thereby, the air supplied to the first high-temperature gas generator A via the heat storage unit 32 is converted into high-temperature air and sent to the test section.
  • the second high-temperature gas generator B combustion is performed using air preheated by the heat storage unit 32, and the combustion gas passes through different regions of the heat storage unit 32 and is discharged from the exhaust system 11 to the atmosphere. Is done. Thereby, heat is stored in the heat storage body 32 of the second high-temperature gas generator B.
  • the fuel supply to the first hot gas generator A and the second hot gas generator B is cut off, and only air is simultaneously supplied to the first hot gas generator A and the second hot gas generator B. Supplied.
  • the valves VG1 and VG2 of the exhaust system 11 are closed, and no air is exhausted from the exhaust system 11. Therefore, the air supplied to the first high-temperature gas generator A is preheated by the heat storage unit 32, is sent to the test section as high-temperature air, and is sent to the second high-temperature gas generator B.
  • the supplied air is scavenged in the high-temperature gas generator B and exhausted from the valve VHA2 (fourth step).
  • fuel is supplied to the first hot gas generator A by switching the valve VF, while the valve VG2 is closed to release air in the second hot gas generator B. It is provided so as not to be exhausted through the exhaust system. Further, the valve V HA 1 is closed and the valve V HA 2 is communicated to the test section. Therefore, the supply of air from the first high-temperature gas generator A to the test section is stopped, and the heat of the heat storage unit 32 is started, while the air is supplied to the second high-temperature gas generator B. The heated air is preheated by the heat storage unit 32, becomes high-temperature air, and is sent to the test section (fifth step).
  • the above 1st to 5th Continuously supplying hot air to the test section 3 by repeating the process sequentially, and supplying high-temperature gas continuously by switching and using two or more heat storage elements as described above.
  • a rectifier is further provided, a so-called pulsating flow in which the supply of the hot gas is momentarily interrupted when the fluid is switched can be suppressed.
  • FIG. 7 shows an embodiment in which a rectifying cylinder is provided.
  • This high-temperature gas generator has a heat storage element 4 4,
  • a pair of burner units 4 2 and 4 3 for supplying an arbitrary gas to be heated to a low temperature and exhausting the combustion gas through the regenerators 4 4 and 4 5 are provided.
  • the combustion chambers 41 of the devices 42, 43 are connected to the high-temperature gas extracting means 53, respectively.
  • a three-way valve is employed as the high-temperature gas extracting means 53.
  • the two opposing ports 53a and 53b of the three-way valve 53 are provided with the combustion chambers 41 and 43 of the panner fittings 42 and 43, respectively. , 41 are connected, and the remaining port 53c is used as a hot gas outlet to connect the rectifier ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 54.
  • Reference numeral 54 denotes a cylinder having a generally large cross-sectional area, which is not shown, but is provided with a wire mesh or the like therein to remove unevenness and turbulence in the flow. That is, the rectification ⁇ 54 gives a time sufficient to attenuate the deviation of the flow and the fluctuation of the velocity created by the fluid supply unit.
  • the outlets of the heat storage elements 44 and 45 are connected to opposing boats of the four-way valve 50, respectively, so that an arbitrary gas to be heated to a high temperature, for example, an arbitrary gas supply system 52 for supplying air and a combustion gas It is provided so as to be selectively connected to an exhaust system 51 that discharges air.
  • a three-way valve 53 serving as a high-temperature gas takeout means.
  • a part of the air pumped from the fan 48 is branched by the distribution means 54 to the combustion chambers 41, 41 between the three-way valve 53 and the heat storage bodies 44, 45, respectively. It is provided so that it can be supplied.
  • An air supply system 53 connected to each of the combustion chambers 41, 1 is provided with a solenoid valve 49 so that supply of combustion air can be shut off.
  • each combustion A fuel nozzle 46 for injecting fuel is connected to the chambers 41 and 41, and is provided so that the fuel can be arbitrarily shut off by a solenoid valve 47.
  • the three-way valve 53 for switching the flow of the high-temperature gas depending on the case, the gas flows at a high temperature of about 10000 or more (1273 ° ⁇ ) or more.
  • the hot gas generator where it is such configured preferred correct c to use one linear expansion coefficient is constituted by sera mission-box for example mullite preparative like is rather heat resistant small burner So ⁇ 4 By burning 2 and 43 alternately and switching between two paths, an arbitrary gas supply path and an exhaust path, high-temperature gas can be generated alternately and supplied continuously.
  • the air supplied by the fan 48 is injected into one of the combustion chambers 41 through the air supply system 53, and the remaining air is an arbitrary gas which is to be heated to a high temperature.
  • the regenerator 45 or 44 connected to the other combustion chamber 41, and exchanges heat with the regenerator 45 or 44 to raise the temperature to the three-way valve 53. It is supplied to the rectifier ⁇ 54 via the rectifier.
  • the air supplied to one of the combustion chambers 41 burns fuel in the combustion chamber 41 to generate high-temperature combustion gas.
  • the combustion gas passes through the heat storage body 44 or 45 and becomes low temperature by heating the heat storage body.
  • the exhaust gas is discharged from the exhaust system 51 via the four-way valve 50.
  • the four-way valve 50 is rotated to switch the air flow, the burner device 42 or 41 that has been burning is stopped, and the other burner device 41 or 41 is stopped.
  • Burn 2 At this time, the scavenging is performed by flowing the fresh air into the combustion chamber on the side of the burner device which has been burning before the other burner device is burned by slightly preceding the fuel cut-off before switching the air.
  • the gas to be heated to a high temperature that is, air
  • the rectifying cylinder 54 smoothes the pulsating flow of the high-temperature gas.
  • the gas heated to a high temperature The air is not polluted because the combustion exhaust gas is completely flushed to the exhaust system 51 by the scavenging just before switching of the air flow.
  • FIG. 8 shows another embodiment.
  • low-power gas is used as fuel. It is made possible to use it. It has heat storage elements 64 and 65, and supplies a set of arbitrary gas to be heated to a low temperature through the heat storage elements 64 and 65 and exhausts combustion gas.
  • a bypass passage that connects the combustion chambers 6 1, 6 1 of the 2, 6 3 with a connection path 60 and connects the spaces between the combustion chambers 6 1, 6 1 and the heat storage bodies 6 4, 6 5.
  • 75 is provided, and a three-way valve 73 is provided in this bypass passage 75 as means for taking out high-temperature gas, and the remaining port 73c is used as a high-temperature gas taking-out port, and a rectifying cylinder 74 is connected to it. I am doing it.
  • Combustion chambers 6 1, 6 1 are connected to each other, and heat storage bodies 6 4, 6 5 are arranged at both ends, and the outlet side of the heat storage bodies 6 4, 6 5 is a duct.
  • the system 72 which is connected to the four-way valve 70 at the port 72 to supply air, and the exhaust system 71 are selectively connectable.
  • the air supplied from the air supply system 69 is passed through the heated regenerator 65 or 64 to preheat it to high-temperature air, and a part of it is passed through the bypass passage 75. While supplying the remaining air to the rectifier ⁇ 74, while supplying the rest as combustion air to the burner unit 62 or 63 located immediately before the heat storage unit 64 or 65 at the other end for combustion.
  • the Pana-Sen 6 2 or 6 3 uses high-temperature combustion air, for example, 100 to 160 ° K, it is easy to use low-calorie gas as fuel. Can be burned. Then, the generated combustion gas passes through the heat accumulator 64 or 65 to heat the heat accumulator, and then is discharged from the four-way valve 70 as exhaust gas.
  • the pulsation generated at the time of air switching can be suppressed due to the presence of the rectifying cylinders 54 and 74, and the rectifying cylinder can be continuously cleaned at high temperatures. Gas can be supplied for a long time.
  • the flow straightening tubes 54 and 74 can also be applied to the embodiments shown in FIGS. 2 to 4, and in this case, the same effect can be obtained.
  • the heat storage bodies 44, 45, 64, and 65 have the same composition and structure as the heat storage bodies shown in FIGS. 1 to 3 described above.
  • the heat storage body 84 is rotated. In this way, the combustion gas and the arbitrary gas are alternately passed without interrupting the combustion of the burner allocation 83 to continuously supply the arbitrary gas heated to a high temperature.
  • the high-temperature gas generator S of this embodiment has two systems of flow paths 81, 82 for flowing an arbitrary gas to be heated to a high temperature and a combustion gas, respectively. The relative rotation between these two flow paths 8 1, 8 2 allows the arbitrary gas and the combustion gas to pass through the same region at different times, and efficiently dissipates the sensible heat of the combustion gas to the arbitrary gas.
  • a heat storage body 84 that can be transmitted to the heat storage body 84, and a parner device 83 that supplies combustion gas to the heat storage body 84.
  • the two flow paths 8 1 and 8 2 are a fixed introduction flow path 8 1 a for supplying an arbitrary gas to the heat storage body 84 with the heat storage body 84 interposed therebetween, and a heat storage body 84.
  • a high-temperature gas extraction channel 81b that supplies any gas that has been heated to a high temperature to external facilities, etc., and an exhaust channel 82b that exhausts the low-temperature combustion gas that passes through the heat storage 84.
  • the hot gas is taken out from the high-temperature gas take-out channel 8 1 b and the combustion gas from the panner device 83 is passed through another area of the heat storage body 84 and exhausted from the exhaust flow path 82 b to remove the heat storage body 84. It is provided for heating. Therefore, the flow in the combustion gas introduction passage 82a and the arbitrary gas introduction passage 81a is interrupted by intermittent or continuous rotation after the heat storage body 84 reaches a predetermined temperature. Without passing through, that is, without stopping the combustion of the burner device 83, the gas passing through the heat storage body 84 can be switched, and a high-temperature gas such as air at a constant temperature can be supplied continuously.
  • the casing 89 has a cylindrical shape, and has openings at the upper end and the peripheral surface near the bottom surface.
  • the openings on the peripheral surface are provided with two openings 90, 90 at positions that are exactly opposite to each other, one for the combustion gas introduction flow path 82a and the other for the arbitrary gas with high temperature.
  • K is placed so as to communicate with the extraction flow path 81b.
  • a table 99 for supporting the lower end of the heat storage body 84 is provided below the openings 90, 90 of the casing 89. Have been killed. A groove 100 crossing the table surface is provided on the surface of the table 99 facing the heat storage body 84 at the center.
  • a ridge 98 extending from the heat storage body 84 is formed at the center of the end face facing the table 99, and the ridge 98 is formed in the groove 100 of the table 99.
  • the seal between the table 99 and the heat storage body 84 is formed by being fitted to the heat sink.
  • a fixed introduction passage 81a for supplying an arbitrary gas to the heat storage 84 and an exhaust passage 82 for exhausting the combustion gas passing through the heat storage 84 are provided at the upper end opening of the casing 89.
  • the cylindrical tube 97 constituting the member b is rotatably connected to the casing 89.
  • the cylindrical pipe 97 is vertically partitioned by a partition wall 87 in the middle of the inside, and is divided into an introduction flow path 81a and an exhaust flow path 82a.
  • the heat storage body 84 is supported by the bearing base 91 and the holder 93 so that the heat storage body 84 can be accommodated in the casing 89 and rotate with the casing 89.
  • a seal mechanism 94 is provided between the holder 93 and the casing 89.
  • the seal mechanism 94 is a combination of concavo-convex portions that are rotatable in the circumferential direction and engage with each other in the axial direction. .
  • a half cylindrical member 94a having bellows-like irregularities on the inner surface is fixed to the holder 93 side, and a cylindrical member 94b having irregularities on the surface side is shifted by half a bit to the casing 89 side. Then, the seals are formed by fitting each other so that the concave and convex portions are engaged with each other.
  • This sealing mechanism 94 can reduce the leakage of air or combustion gas to the outside.
  • a 0-ring 92 is interposed between the casing 89 and the bearing base 91 for sealing.
  • the heat storage body 84 has a wedge-shaped slope formed at the end communicating with the high-temperature gas extraction passage 81b and the combustion gas introduction passage 82a.
  • a flow path 8 2 a for introducing the combustion gas into the heat storage body 84 and a flow path 8 1 b for extracting an arbitrary gas heated to a high temperature through the heat storage body 84 face the wedge-shaped end. It is arranged so as to be orthogonal to the heat storage body 84. As a result, the combustion gas is uniformly dispersed and passes through the heat storage body 84 facing the combustion gas introduction flow path 82a.
  • the high-temperature gas outlet channel 81b and the combustion gas inlet channel 82a are defined by a single duct 96 and the wedge-shaped end face of the heat storage body 84. — Formed by dividing by wings 8-9. It is preferable to use the heat storage body 84 having the same composition and structure as the heat storage bodies shown in FIGS. 1 to 3 described above.
  • the parner device 83 mainly burns gaseous fuel using oxygen-enriched combustion air. Therefore, the amount of combustion gas generated is smaller than when burning only with air, and the gas volume and pressure relationship between the air A 1 and the combustion gas A 2 that are supplied to the high temperature when passing through the heat storage body 84. Becomes A 1 >> A 2, and the combustion gas hardly leaks to the high-temperature gas side, and the gas to be heated to a high temperature is not contaminated by the combustion gas.
  • the arbitrary gas is air, a part of which is used as combustion air, and the remainder A 1 is heated by the heat storage body 84 and supplied to desired equipment. In this case, the supply air temperature can be adjusted by changing the ratio of Al / A2.
  • the air for combustion and the arbitrary gas may be distinguished from each other, and a gas other than the air may be supplied from a flow path of another system.
  • the present invention relates to the supply of high-temperature gas to an experimental device that uses a high-temperature gas at around 1000 or a high-temperature reactor for products that do not allow mixing of impurities, such as a device for decomposing various fuels and an ignition characteristic test device.
  • a high-temperature air can also be used as an oxidizing agent. For example, it can be used to separate core sand for aluminum hardened with resin.
  • the generated high-temperature air is guided to a separate incineration combustion chamber, etc., and can be used for incineration of flame-retardant solids.
  • continuous data can be measured in an experimental apparatus requiring a high-temperature atmosphere. For example, it can be used to raise the reaction temperature of CVD (Chemical Vapor Deposition), and experiments can be performed without using expensive hydrogen or oxygen.
  • CVD Chemical Vapor Deposition

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Description

明細害
高温気体発生装匱
技術分野
本発明は、 不純物を含まない超高温の気体を発生する装置に関する。 更に詳述 すると、 本発明は、 例えば、 約 1 0 0 0 〜 1 6 0 0。 K (約 7 2 7 〜 1 3 2 7 °C ) の高温での各種燃料の分解 · 着火特性試験装置等のように高温気体を利用する実 験装置や不純物の混合を許容しない製品の高温反応装置などの高温気体供給源と して主に使用される高温気体発生装置に関する。
背景技術
従来、 不純物を含まない状態で高温気体を得るには、 電気ヒータを用いた電熱 式あるいは熱交換チューブを用いた間接熱交換式の加熱装置の使用が一般的であ る c
しかしながら、 電熱式加熱装置は、 発熱エ レメ ン トの断線を防止する等のため 起動時間が長くなり、 実用上はなはだし く不便である。
また、 管式熱交換器による加熱装置は、 熱交換効率が悪く 、 1 0 0 0 〜 1 6 0 0 ° K程度の高温の気体を得るには材質や構造面で実用的なものを制作すること が困難である。
更に、 これら従来の加熱装置はいずれも高温気体の供給できる時間が短く、 ま た高温気体を供給できるよ うになるまでの準備時間が長くかかるという問題を有 している。 しかも、 急速に温度が低下するため温度変動幅が大きいという問題を 有している。
発明の開示
本発明は、 高温気体の供給間隔が短く かつ長時間供給し、 その間の温度変動が 少ない高温気体発生装匱を提供することを目的とする。
かかる目的を達成するため、 本発明の高温気体発生装置は、 蓄熱体を備えこの 蓄熱体を通して燃焼ガスの排気を行うバーナ装置を高温気体取り出し手段が備え られた通路状の燃焼室の両端に設け、 かつ各バーナ装置の蓄熱体に排気手段と高 温にしょう とする任意気体の供給手段とを連結して、 蓄熱体を通して燃焼ガスが 排気される経路と、 蓄熱体を通して任意気体を通路状の燃焼室内に導入し高温気 体取り出し手段から任意の箇所に供給する経路とを構成し、 バーナ装置を交互に 燃焼させて双方の蓄熱体を昇温させ所定の温度に達した後に燃焼を中断して蓄熱 体に任意気体を通過させて所望の温度に達した任意気体を高温気体取り出し手段 から一定時間外部に供給するようにしている。
この装置によると、 交互に燃焼するパーナ装置によって発生した燃焼ガスは、 反対側のパーナ装置の蓄熱体を通過して排気される際にその顕熱 . 廃熱が直接熱 交換によって蓄熱体に回収される。 そして、 蓄熱体に回収された熱の一部は再び 直接熱交換によつて極めて高い効率で燃焼用空気の予熱に使われて燃焼装置内へ 戻される。 そこで、 交互燃焼を緣返しながら双方の蓄熱体を昇温させる。 ここで、 予熱された燃焼用空気を使って、 燃料を燃焼させると、 燃焼装匱の炉内を急速に 昇温させ反対側の蓄熱体に髙ぃ熱を蓄熱できる。 蓄熱体に交互に流される燃焼ガ スと燃焼用空気の切り換えを急速に、 例えば 2回 分以上の短時間に行う ことに よつて熱交換の効率が向上し、 蓄熱体の昇温速度が大となり高温気体供袷の準備 時間が短縮される。 そこで、 パーナ装置の燃焼を中断して、 燃焼用空気に代えて 任意の気体 （空気を含む） を蓄熱体に流せば、 蓄熱体との直接熱交換によって不 純物を含まずに、 また気体の組成を変えずに容易に高温の気体が得られる。
また、 本発明によると、 冷たい燃焼用空気の流入する部分と高温の燃焼ガスの 流出部分とが燃焼室を挟んで反対側にあるため、 短時間で急冷 .急熱が緣り返さ れても、 燃焼室内を流れる間に温度差が緩和されて熱応力による蓄熱体の破壊が 防力 れる。
また、 本発明の高温気体発生装置によると、 燃焼量の制御によって炉内温度を低 温から高温まで急速に変化させ得るので、 高温気体利用装置側の要求に対応した 気体供給時間の確保ができる。 更に、 本発明の高温気体発生装置によると、 蓄熱体に蓄えられた熱を利用して 任意気体の加熱を行うため、 熱容量を大き くでき、 任意気体の温度変動幅の縮小 でき る。
また、 本発明は、 上述の高温気体発生装置を複数設置し、 それらの高温気体取 り出し手段同士を流路切替え手段を介して連結し、 前記流体切替手段の切り換え によ り連続的に高温気体を発生させて供給するようにしている。 この場合、 常時 いずれかの高温気体発生装置から高温気体が供給されるため高温気体を連铳供給 でき る。
また、 本発明の高温気体発生装置は、 高温気体取り出し手段内に燃焼用空気と 熱交換を行わずに燃焼ガスによって加熱されるだけの蓄熱体を設置すると共に排 気系を接続し、 交互燃焼時に燃焼ガスの一部を高温気体取り出し手段内の蓄熱体 を通して排気するようにし、 高温にしょうとする任意気体の加熱にのみ使用する ようにしている。 この場合、 交互燃焼のために燃焼室の両端に備えられたパーナ 装置の各蓄熱体の間で温度差が生じても、 高温気体取り出し手段内の蓄熱体を通 過する際に、 一方の蓄熱体で加熱された気体と他方の蓄熱体で加熱された気体と の温度差が調整されて均一な温度の高温気体として取り出される。
また、 本発明の高温気体発生装置は、 蓄熱体を備えこの蓄熱体を通して高温に しょ う とする任意気体の供給と燃焼ガスの排気を行うパーナ装置を 2基で 1組と して備える と共に各パーナ装置の燃焼室を高温気体取り出し手段にそれぞれ連結 し、 一方のパーナ装置の蓄熱体を通して燃焼ガスが排気される経路と、 高温にし よう とする任意気体を蓄熱体を通して燃焼室内へ導入し高温気体取り出し手段か ら任意の箇所に供袷する経路とを構成し、 パーナ装匱を交互に燃焼させると共に 2つの前記経路を切り換えることにより交互に高温気体を発生させて連続的に供 袷するよ 0にしている。 この場合、 常時いずれかの蓄熱体を経て髙温気体が供給 されるため、 高温気体を連铳供給できる。
また、 本発明の高温気体発生装置において、 高温気体取り出し手段は 1 組のバ ーナ装置の燃焼室同士を連結する三方弁であり、 該三方弁の残りのポー トを髙温 気体取り出し口と し、 パーナ装置の燃焼室を交互に開放するようにしている。 こ の場合、 流体切り替え手段たる三方弁には髙温の気体のみが交互に流れるためヒ ー ト シ ョ ッ クがなく なる。
また、 本発明の髙温気体発生装置は、 1組のパーナ装置の燃焼室同士を連結す ると共に各燃焼室と各蓄熱体との間の空間同士を連通させるバイ パス通路を設け. このバイパス通路に三方弁を設けて残りのポー トを高温気体取り出し口と し、 空 気供給系と排気系とに選択的に接続される四方弁に各蓄熱体の出口側をそれぞれ 連結して、 空気供袷系から供給された空気を蓄熱体に通過させて高温の空気に予 熱しその一部を燃焼用空気と して他方の蓄熱体の直前に配置されたパーナで燃焼 させる一方、 高温に予熱された空気の一部をバイ パス通路を介して高温気体取り 出し口から外部へ連統的に供給するようにしている。 この場合、 蓄熱体を通過し た空気の一部が高温気体と して任意気体取り出し手段から供給されると同時に一 部が他方の燃焼装置のパーナ装置側に供給されて高温の燃焼用空気を使つて燃焼 が行われるので低カロ リ ー ガス燃料でも使用できる。 また、 流体切り替え手段た る三方弁には高温の気体のみが交互に流れるためヒー ト シ ョ ッ クがなく なる。 また、 本発明の高温気体発生装置は、 燃焼用空気と燃焼ガス とを流す 2系統の 流路との間の相対的な回転によつて燃焼用空気と燃焼ガスとを時間を異にして同 じ領域に通過させ燃焼ガス の顕熱を髙効率で燃焼用空気に伝達させることが可能 な蓄熱体を含み、 蓄熱体を通して燃焼用空気の供給と燃焼ガス の排気を行うこと によつて蓄熱体を昇温させるパーナ装置を少なく とも 1組有し、 各パーナ装置に 空気を供袷すると共にこの空気を蓄熱体に通過させ、 一方のバーナ装置では空気 を使用して燃焼させ、 他方のバ一ナ装置では空気を高温にしょう とする任意気体 と して蓄熱体で加熱し、 高温にして外部に連続供給するようにしている。 この場 合、 蓄熱体の相対回転によって、 1組のバーナ装置を交互燃焼させる場合と同様 に燃焼室内を急速に昇温させ、 高温気体供給の準備時間が短縮される。 また、 本発明の髙温気体発生装置は、 流れを切り替える直前にパーナ装置への 燃料噴射を遮断してフ レツ シュヱァによ り掃気するよう にしている。 この埸合、 蓄熱体内及び通路内に残留する燃焼ガスが掃気されるため、 高温気体が燃焼ガス で汚染されることがない。
また、 本発明の高温気体発生装置は、 高温気体取り出し手段に整流筒を備えて いる。 この場合、 整流筒で高温気体の脈動がなく されて平滑化され安定供給がで きる o
また、 本発明の高温気体発生装置は、 高温にしょうとする任意気体と燃焼ガス とをそれぞれ流す 2系統の流路と、 これら 2流路の途中にそれぞれ接铳されてか つこれら 2流路との間の相対的な回転によつて任意気体と燃焼ガスとを同じ領域 に時間を異にして通過させ燃焼ガスの顕熱を髙効率で任意気体に伝達させるこ と が可能な蓄熱体と、 蓄熱体を通して燃焼ガスの排気を行うパーナ装置とを含み、 燃焼ガスの排気と任意気体の供給とを蓄熱体のそれぞれ異なる領域を通して同時 に行い、 蓄熱体が所定の温度に達したときに間欠的にあるいは連统的に回転させ て蓄熱体を通過する気体を相対的に切り換えて所望の温度に達した任意気体を外 部に連続供袷するようにしている。 この場合、 髙温にしよう とする任意の気体と 燃焼ガスとが蓄熱体のそれぞれ異なる領域を同時に通過し、 所定の温度に達した 際に蓄熱体が相対回転することによって、 蓄熱体を通過する気体を切り換えて燃 焼ガスが通過していた部分に任意気体を通過させて高温とし連統供給できる。 そ して、 蓄熱体の総体回転によって、 パーナ装置を常時燃焼させながら同時に任意 気体の加熱が反対側の領域で実施できるので、 高温気体が連続供給できる。 また、 本発明の高温気体発生装置において、 蓄熱体は間欠的にあるいは連続的 に回転し、 かつ一方の端部が円錐形に形成されると共に該蓄熟体に燃焼ガスを導 入する流路と該蓄熱体を経て高温とされた任意気体を取り出す流路とが円錐形の 端部に面して蓄熱体と直交するように配置されている。 この場合、 燃焼ガスが蓄 熱体に流入する際に円錐形状の端面で燃焼ガスが整流されて全開口部に均一に分 散されて均一な速度分布で蓄熱体内を通過する。 したがって、 蓄熱体が均一に加 熱され、 番熱体を所定温度までに昇温させる時間を短く して高温気体供給までの 時間を短縮できると共に任意気体を均一に加熱することができる。
また、 本発明の高温気体発生装置において、 パーナ装置は酸素富化空気を用い て主と してガス燃料を燃焼させるようにしている。 この場合、 酸素富化空気の利 用によって燃焼させるため燃焼ガス置が空気だけを使用する場合に比べて少な く なるので任意気体の圧力の方が大き くなり、 燃焼ガスが任意気体側に漏洩するこ とがなく、 燃焼ガスで高温気体が汚染されることがない。
図面の簡単な説明
図 1 は本発明の高温気体発生装置の第 1 の実施例を示す原理図である。
図 2 は本発明の高温気体発生装置の第 2の実施例を示す原理図である。
図 3 A〜図 3 Dは図 2の第 2の実施例の装置の具体的な構成と運転方法を示す 説明図で、 図 3 Aは右側の高温気体発生装置の上側の蓄熱体を用いて高温気体を 放出し、 図 3 Bは右側の高温気体発生装置の下側の蓄熱体を用いて高温気体を放 出し、 図 3 Cは左側の高温気体発生装置の上側の蓄熱体を用いて高温気体を放出 し、 図 3 Dは左側の高温気体発生装置の下側の蓄熱体を用いて高温気体を放出し ている場合を示す。
図 4 は本発明の高温気体発生装置の第 3の実施例を示す原理図である。
図 5 は図 4の高温気体発生装置の流路切換装置の一例を示す原理図である。 図 6 は図 4の装置の作勦状態と弁動作状態との関係を示す関係図である。 図 7 は本発明の髙温気体発生装置の第 4の実施例を示す原理図である。
図 8は本発明の高温気体発生装置の第 5の実施例を示す原理図である。
図 9 は本発明の高温気体発生装置の第 6の実施例を示す原理図である。
図 1 0は図 9の高温気体発生装置の要部たる回転式熱交換器の具体的構成を示 す縱断面図である。
図 1 1 は図 1 0の X I— X I線に沿う断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明する。
図 1 に本発明の高温気体発生装置の一実施例を示す。 この高温気体発生装置は 通路状の燃焼室 1 の両端に、 蓄熱体 4 , 5を有するパーナ装匱 2 , 3をそれぞれ 備えると共に燃焼室 1 のほぼ中央に高温にしょう とする任意の気体を取り出す任 意気体取り出し手段 1 7が設けられている。 任意気体取り出し手段 1 7 は、 本実 施例の場合にはダク 卜から成り、 蓄熱体 3 4を内蔵すると共にそれより下流側に 流置制御弁 1 9 と流路遮断用のソ レノ ィ ドバルブ 1 8を設け、 流置制御弁 1 9 と ソ レノ イ ドバルブ 1 8 との間に排気系 1 1 ' を接統している。 そ して、 この装置 の場台、 蓄熱時には両端のパーナ装置 2 , 3を交互に燃焼させて停止中のパーナ 側の蓄熱体 4 あるいは 5を経由させて燃焼ガスを排気させると共に一部の燃焼ガ スは蓄熱体 3 4を経て排気系 1 1 ， から抜き出され、 高温気体の供給時には両バ ーナ装置 2， 3を停止して燃焼用空気に代えて高温にしょう とする任意気体を両 蓄熱体 4 , 5を通して燃焼室 1内へ導入し燃焼室 1 の中央の任意気体取り出し手 段 1 7から所望の設備例えば実験装置などへ供給するように設けられている。 パーナ装置 2， 3は、 燃焼室 1 内に燃料を直接噴射する燃料供給手段 6， 6 と、 蓄熱体 4， 5 と、 これら蓄熱体 4 , 5を通して燃焼用空気を燃焼室 1 内へ供給す る燃焼用空気供給手段 8 , 8 とから構成されている。 また、 燃焼用空気供給手段 8 , 8あるいは蓄熱体 4， 5の上流側には任意の気体を供給する任意気体供給系 1 3 , 1 3がそれぞれ接続され、 任意の気体を蓄熱体 4 , 5 を通して燃焼室 1 内 に供給するよ うに設けられている。 第 1 のパーナ装置 2及び第 2のパーナ装置 3 の燃料ノ ズル 6， 6には切換用遮断弁 7 , 7 の介在によ って交互に燃料を供給す るよ うに設けられている。 また、 燃焼用空気供給手段 8 , 8は、 流路切換手段例 えば四方弁 1 0の介在によって排気系 1 1 と燃焼用空気供給系 1 2 とに選択的に 接統され、 一方の燃焼用空気供給手段 8からは燃焼用空気が供給される一方、 他 方の燃焼用空気供袷手段 8からは燃焼ガスが排気されるように設けられている。 —方、 任意気体供給系 1 3から供給される任意気体は第 1 の ¾熱体 4あるいは第 2の番熱体 5を通過して加熱され燃焼室 1 のほぼ中央に設けられる任意気体取り 出し手段 1 7から任意の施設 · 設備 · 場所などへ供給される。
これによつて、 番熱体 4 , 5 ( 3 4 ) を通して燃焼ガスが排気される経路と、 蓄熱体 4 , 5を通して任意気体を通路状の燃焼室 1内に導入し高温気体取り出し 手段 1 7から任意の箇所に供給する経路とが構成されている。 ここで、 任意気体 は、 燃焼用空気と兼用しても良いが、 必要に応じて別の気体例えば不活性ガスや 酸素濃度の低い空気あるいは特定のガス等が使用されることは言うまでもない。 また、 第 1 の蓄熱体 4 と第 2の蓄熱体 5 との間の通路状の燃焼室 1 内には燃焼 排ガスが反対側のパーナから排気される際に加熱される第 3及び第 4の番熱体 1 5， 1 6が必要に応じて内蔵されることがある。 この第 3及び第 4の蓄熱体 1 5， 1 6 は燃焼用空気の予熱には使用されず、 任意気体の加熱にのみ使用され高温気 体の供給時間を長く したいときに設置される。 尚、 燃焼用空気供給手段 8， 8 に は切換用遮断弁 9 , 9が設置されており、 任意気体を供給するときには燃焼用空 気の流路を遮断するように設けられている。
こ こで、 蓄熱体 4 , 5 , 1 5， 1 6， 3 4 と しては特定の形状や材質に限定さ れる ものではないが、 短い時間で切り換え、 燃焼排ガスのよ うな 1 0 0 0。C前後 の高温気体と燃焼用空気や任意気体のような室温 · 2 0 eC程度の低温流体との熱 交換を効率良く行わせるには、 例えばコージライ トゃムライ トなどのセラ ミ ッ ク スを材料と して押し出し成形によつて製造されるハニカ ム形状のものの使用が好 ま しい。 ハニカム形伏とは本来六角形のセル （穴） を意味しているが、 本明細害 では本来の六角形のみならず四角形や三角形のセルを無数に開けたものを含む。 また、 このよ うな一体成形のハニカム伏セラ ミ ッ ク スに限らずセラ ミ ッ ク スのチ ュ一ブを朿ねるこ とによって蓄熱体を構成するようにしても良い。 更に、 コージ ライ トゃムライ ト等よりもはるかに高温で使用可能な S i Nなどの蓄熱材料を使 用する場台には単純なパイ ブの集合体あるいは棒状やボール状に成形したものの 集合物を蓄熱体と して使用しても良い。
この装置の場合、 第 1 のバーナ装匱 2 と第 2のバーナ装置 3 とを交互に燃焼を 緣返し、 第 1 の蓄熱体 4及び第 2の蓄熱体 5が所定温度にまで昇温したときに燃 焼を中断し、 燃焼用空気に代えて任意の気体を第 1 あるいは第 2の蓄熱体 4 , 5 の双方若し く はいずれか一方に供給し、 蓄熱体 4， 5 との直接熱交換によって任 意気体を高温にし更に蓄熱体 3 4で温度を均一にして任意気体取り出し手段 1 7 から取り出すようにしている。
即ち、 実線の矢印で示すルー トで燃料および燃焼用空気を供給して第 2のバー ナ装 3を燃焼させ、 高温の燃焼ガスで第 1 の蓄熱体 4 および蓄熱体 3 4並びに 必要に応じて設置される第 3及び第 4の蓄熱体 1 5 , 1 6を加熱する。 燃焼ガス の一部は蓄熱体 （場合によっては蓄熱体 1 5 , 1 6 も） 4を通過して低温となつ てから燃焼用空気供給手段 8→遮断弁 9→四方弁 1 0—排気系 1 1 と通って大気 中に排出される。 また、 燃焼ガスの一部は蓄熱体 3 4を通過して流量制御弁 1 9 から排気系 1 1 ' を経由して排出される。 このとき、 ソ レノ ィ ドバルブ 1 8は閉 じられている。 次に、 切換弁 7 , 1 0の切り換えによって燃料および燃焼用空気 を破線の矢印で示すルー トで第 1 のパーナ装置 2へ供給する。 ここで、 第 1 の蓄 熱体 4 は先の工程において燃焼ガスの顕熱を奪って温度が上昇している。 したが つて燃焼用空気は蓄熱体 4 に蓄えられた熱の一部を受けて高温となり、 より高温 の燃焼ガスが得られる。 このため、 同じ燃料であれば急速に燃焼室内温度を上げ 得る。 交番燃焼と蓄熱を緣り返すこ とにより、 燃焼室内温度および蓄熱体温度が 急上昇する。 そこで、 サーモセンサ 2 0 による測定で例えば第 2の蓄熱体 5の空 気出口側における蓄熱体温度または空気温度が所定の温度に達すると、 燃焼を停 止させ、 任意気体を導入する。 このとき、 任意気体取り出し手段 1 7 の蓄熱体 3 4は加熱されるだけで周期的に燃焼用空気で冷却されることがないので、 蓄熱体 4 , 5の温度が高い方と同じかあるいはそれより も高い温度となっている。 任意 気体の供給に先がけて、 燃焼用空気あるいは任意気体を供給し、 燃焼室 1 内およ び蓄熱体 4 , 5及び 3 4 (場合によつては蓄熱体 1 5 , 1 6 ) 内を掃気しておく ことが好ま しい。 任意気体は、 第 1及び第 2 (場合によっては第 3及び第 4の蓄 熱体） の蓄熱体 4 あるいは 5を通過する際に熱を受けて所望の温度となり、 更に 燃焼室中央の任意気体取り出し手段 1 7 から蓄熱体 3 4で温度差が解消されて任 意の設備 · 施設 ' 場所などへ供給されることになる。 気体温度が所定の温度以下 に停止するか、 次工程のバッチ操作が終了した場合には遮断弁 1 8により高温気 体の供給を停止し、 最初の工程に戻る。 尚、 高温で供給する任意気体が空気の場 合には燃焼用空気がそのまま利用できる。 この場合には、 専用の任意気体供給系 1 3 は必要なくなる。 また、 蓄熱体 4 , 5に対する燃焼用空気あるいは燃焼排ガ スの切り換えは、 特に限定される ものではないが、 好ま しく は 2分以内、 より好 ま し く は 1 分以内、 最も好ま しく は 2 0〜 4 0秒の間隔で急速に行うことである c この場合、 熱交換の効率が向上し、 蓄熱体の昇温速度が大となり高温気体供給の 準備時間が短縮される。
以上の装置は高温気体を間欠的に供給する例であるが、 このような装置を複数 個並匱することによって高温気体を連続的に供給するこ ともできる。 例えば、 図 2に示すよ うに、 図 1 の高温気体発生装置 （枠で示している） を複数並設し、 交 互に高温気体を供給するよ うにして全体で連続供給を可能とできる。 例えば、 A と B との 2基の高温気体発生装置を並設した場合には、 — —と繰り 返し、 Aと Bと Cの 3基の高温気体発生装置を並設した場合には、 — A→ B— C—という順序で気体温度によつて切り替えることによつて連続供給も 可能となる。
図 2の装置をより具体化した場合を図 3 A〜図 3 Dに示す。 この装置は、 基本 的には図 1 に示す高温気体発生装置を 2基 1組と して組み合わせたもので、 燃焼 室 1 の各片の両端にパーナ装置 2 , 3 と蓄熱体 4， 5 とをそれぞれ備えた 2つの 高温気体発生装置 A , Bの燃焼室 1 , 1 同士を三方弁 2 1 を介して連結すること によって三方弁 2 1 の切り換えによつて右側の高温気体発生装置 Aと左側の高温 気体発生装匱 Bから交互に高温に加熱された任意気体を取り出し任意の施設 · 設 備 · 場所などへ供給するようにしたものである。 尚、 本実施例の装置においても, 図 1 の実施例と同様に、 任意気体を取り出す流路内に蓄熱体 3 4 と排気系 1 1 ' を設けたり、 蓄熱体 1 5 , 1 6を設けることも可能である。
この装置の場合、 例えば図 3 A及び図 3 Bに示すように、 右側の高温気体発生 装置 Aにおいて高温の任意気体、 例えば空気を放出している間、 左側の高温気体 発生装匱 Bにおいてバーナ装置 2 , 3を交互に焚き双方の蓄熱体 4 , 5 に燃焼ガ スの顕熱を蓄えるようにしている。 例えば、 右側の高温気体発生装置 Aでは蓄熱 体 4 に空気を流して高温気体を得ている間、 蓄熱体 5は次のサイ ク ルのための蓄 熱と して保存しておく。 他方、 左側の高温気体発生装置 Bにおいては、 蓄熱体 4 を通して予熱された燃焼用空気が使われて燃焼が行われる。 そして、 反対側のバ ーナ装置 3 の蓄熱体 5を経てウ ォ ータージャケッ トを備える排気系 1 1 から排気 される （図 3 A参照） 。 パーナ装置 2 , 3 の燃焼は、 蓄熱体 4 , 5が所定温度に 達するまで交互に行われ （図 3 B参照） 、 次のサイ クルのための蓄熱を行う。 右側の高温気体発生装匱 Aの両蓄熱体 4 , 5の熱を利用し切った後は、 図 3 C に示すように、 右側の高温気体発生装置 Aのパーナ装置 2 , 3 を交互に燃焼させ て蓄熱体 4， 5の加熱 · 蓄熱を開始する。 そして、 左側の高温気体発生装置 Bで は、 燃焼を停止して空気のみを供給し、 一方の蓄熱体 5 を通して高温空気を得て からテス ト装置などへ供袷する。 また、 蓄熱体 5が所定温度にまで冷えた後は四 方弁 1 0を切り換えて蓄熱体 4側へ空気を流して髙温空気を得る （図 3 D参照） o このよ うにして左側の高温気体発生装匱 Bの二つの蓄熱体 4 , 5を使って高温空 気を放出している間に右側の高温気体発生装置 Aでは交互燃焼によつて蓄熱体 4 , 5を昇温させ蓄熱する。 この加熱と高温気体放出とを左右の高温気体発生装置 A , Bで交互に繰り返すこ とによつて連統的に髙温気体を供給する。
図 4 に他の実施例を示す。 この実施例の高温気体発生装置は、 燃焼用空気と燃 焼ガスとを流す 2系铳の流路 2 7 , 2 8 との間の相対的な回転によつて燃焼用空 気と燃焼ガスとを時間を異にして同じ領域に通過させ燃焼ガスの顕熱を高効率で 燃焼用空気に伝達させることが可能な蓄熱体 3 2 を含み、 蓄熱体 3 2を通して燃 焼用空気の供給と燃焼ガスの排気を行う ことによ って蓄熱体 3 2を昇温させて蓄 熱するパーナ装置 2 , 3を 1組有し、 各パーナ装置 2 , 3に空気を供給すると共 にこの空気を蓄熱体 3 2に通過させ、 一方のバーナ装置では空気を使用して燃焼 させ、 他方のバーナ装置では空気を高温にしょう とする任意気体と して蓄熱体 3 2で加熱し、 高温にして外部に連続供袷するようにしている。 より具体的には、 燃焼室 1 の両端にあるパーナ装置 2 , 3 の間で燃焼ガスの移動を行わず、 流路切 換装置 2 2 を利用して各パーナ装置 2， 3 ごとに独立して高温気体発生装置 A , Bを構成し、 燃焼用空気の供給と燃焼排ガスの排出とを同じ 1 つの蓄熱体 3 2 の 異なる箇所 · 領域で同時に行い熱交換させるようにしたものである。 尚、 蓄熱体 3 2 は前述の図 1 〜図 3に示す蓄熱体と同様の組成 ·構造のものの使用が好ま し い。
流路切換装置 2 2 と しては特に限定されるものではないが、 例えば、 本件出願 人によって既に提案されている国際公開 W O 9 4 / 0 2 7 8 4号あるいは特願平 5 - 1 9 8 , 7 7 6号や特願平 5 - 2 6 9 , 4 3 7号に開示されている流路切替 装置を用いることが好ま し く 、 より好ま しく は回転円板式のものの使用である。 例えば、 図 5 A及び図 5 Bに示すように、 蓄熱体 3 2の上流側に、 円周方向に複 数の室 2 9 を区画する放射状の仕切壁 2 3 と、 怪方向に袷気室 2 7 と排気室 2 8 との 2室を同心状に区画する二重円筒 3 0 , 3 1 とが設置されている。 そして、 二重円筒 3 0， 3 1 と仕切壁 2 3 との間に流路と直交する円板から成る切換手段 2 4が設けられている。 この切換手段 2 4には給気室 2 7 と任意の室 2 9 とを連 通させる給気用連通孔 2 6 と排気室 2 8 と任意の室 2 9 とを連通させる排気用連 通孔 2 5 とをそれぞれ有し、 給気室 2 7 と排気室 2 8 とを 1 つの蓄熱体 3 2の異 なる領域にそれぞれ同時に連通させるように設けられている。 また袷気室 2 7 に は燃焼用空気供給系 1 2並びに任意気体供給系 1 3が接続され、 排気室 2 8には 排気系 1 1 が接統されている。 このとき、 排気用連通孔 2 5 と給気用連通孔 2 6 とは、 同じ室 · 区画 2 9に同時に存在せず、 かつ給気用連通孔 2 6 と排気用連通 孔 2 5のいずれにも連通しない室 · 空室 2 9が給気用連通孔 2 6 と排気用連通孔 2 5 との間に位置するように設けられている。 したがって、 切換手段たる円板 2 4を回転させるこ とによって、 1 つの蓄熱体 3 2の流路が円周方向に幾つかに区 画されて連続的に切り換わるように制御され、 一部に空気が流れ一部に排ガスが 同時に流れるよう に制御される。 尚、 給気室 2 7 に燃焼用空気供給系 1 2 とは別 の任意気体を供給する配管を接続し、 燃焼用空気に代えて所望の気体を蓄熱体 3 2へ流すよ うにしても良い。
こ の シス テムの場合、 図 6に示すように各弁を作動させるこ とによつて高温空 気を連続的に供袷することができ る。 まず、 第 1 の高温気体発生装置 Aに燃料を 供給する一方、 第 1 の高温気体発生装置 A及び第 2 の高温気体発生装置 Bの双方 に空気を同時に供給し、 第 1 の高温気体発生装置 Aにおいては供給された燃料と 空気を拡散燃焼させる一方、 蓄熱体 3 2の空気を供給するのとは異なる別の区画 を通して燃焼ガスを燃焼室外へ排出し排気系 1 1 を経て大気中へ排出する。 この とき、 テ ス ト セク シ ョ ン （高温気体を必要とする実験室部分〉 と各高温気体発生 装置 A , Bを接続する流路 3 3を開閉する第 1 の高温気体発生装置 Aのバルブ V HA 1 は閉じ られ、 第 2 の高温気体発生装置 Bのバルブ V HA 2 は連通され、 第 2 の 高温気体発生装置 Bの蓄熱体を通過した空気をテス ト セク ショ ンへ送気する。 こ のシス テムの場合、 バルブ V A 1及びバルブ V A 2は常時開けられ、 第 1 の高温気体 発生装置 A及び第 2の高温気体発生装置 Bへ常時空気が供給される。 そ して、 バ ルブ V F の切り換えによって燃料を第 1 の高温気体発生装置 Aか第 2の髙温気体 発生装置 Bのいずれかに供給するか若し く はいずれの高温気体発生装置 A , Bに も供給しないように設けられている。 また、 バルブ V G 1及びバルブ V G 2を開閉さ せる こ とによって第 1 の高温気体発生装置 A及び第 2 の高温気体発生装置 Bから 燃焼ガスを取り出し排気するように設けられている （第 1行程） 。 次に、 第 1 の高温気体発生装置 Aへの燃料を遮断し送気ラ イ ン開けて掃気する —方、 第 2 の高温気体発生装置 Bのバルブ V HA2 をテス ト セク シ ョ ンに連通させ て第 2の高温気体発生装匱 Bの蓄熱体 3 2を通過して髙温に予熱された空気を送 気する （第 2工程） 。 次に、 第 1 の髙温気体発生装置 Aのバルブ V HA 1 をテス ト セク シ 3 ンへ連通させる一方、 第 2 の高温気体発生装置 Bへ燃料を供給すると共 にバルブ V HA 2 を閉じてテ ス ト セ ク シ ョ ンへの送気を停止する （第 3工程） 。 こ のと き、 バルブ V G 1が閉じられ第 1 の高温気体発生装置 Aの排気系 1 1 が遮断さ れる。 これによつて、 蓄熱体 3 2 を経て第 1 の高温気体発生装置 Aに供給された 空気は、 高温の空気にされてテス トセク ショ ンへ送気される。 また、 第 2の高温 気体発生装置 Bでは蓄熱体 3 2で予熱された空気を使って燃焼し、 その燃焼ガス が蓄熱体 3 2 の異なる領域を通過して排気系 1 1 から大気中へ排気される。 これ によって、 第 2の高温気体発生装置 Bの蓄熱体 3 2に蓄熱される。 次いで、 第 1 の高温気体発生装置 A及び第 2 の高温気体発生装匱 Bへの燃料供給が遮断され、 空気のみが第 1 の高温気体発生装置 A及び第 2の高温気体発生装置 Bへ同時に供 給される。 このとき、 排気系 1 1 のバルブ V G 1及びバルブ V G 2は閉じて排気系 1 1 から空気が排出されることはない。 したがって、 第 1 の高温気体発生装置 Aへ 供給された空気は蓄熱体 3 2で予熱され高温の空気となつてテ ス ト セク シ ョ ンへ 送気され、 第 2 の高温気体発生装置 Bへ供給された空気は高温気体発生装置 B内 を掃気してバルブ V HA 2 から排気される （第 4工程） 。 更に、 次の工程ではバル ブ V F の切り換えによ って第 1 の高温気体発生装置 Aへ燃料が供給される一方、 バルブ V G 2が閉じられて第 2の高温気体発生装置 B内の空気が排気系を通じて排 気されないように設けられている。 また、 バルブ V HA 1 が閉じられバルブ V HA 2 がテ ス ト セ ク ショ ンへ連通される。 したがって、 第 1 の高温気体発生装置 Aから のテ ス ト セ ク ショ ンへの送気が停止されて蓄熱体 3 2 の加熱が開始される一方、 第 2 の高温気体発生装置 Bに供給された空気が蓄熱体 3 2で予熱されて高温の空 気となってテ ス ト セク シ ョ ンへ送気される （第 5工程） 。 以上の第 1 から第 5の 工程を順次繰り返すことによってテス トセク シ 3 ンへ髙温の空気を連統送気する, 以上のよ うにして 2つ以上の蓄熱体を切り替えて使用するこ とにより高温気体 を連続的に供給する場合において更に整流简を設ければ、 流体の切り替え時に髙 温気体の供給が瞬間的に途切れる所謂脈流を抑制することができる。
図 7 に整流筒を設けた一実施例を示す。 この高温気体発生装置は、 蓄熱体 4 4 ,
4 5 を備えこの蓄熱体 4 4 , 4 5 を通して髙温にしよう とする任意気体の供給と 燃焼ガスの排気を行うパーナ装置 4 2 , 4 3を 2基で 1 組と して備えると共に各 バーナ装置 4 2， 4 3 の燃焼室 4 1 を高温気体取り出し手段 5 3 にそれぞれ連結 するよ うに したものである。 高温気体取り出し手段 5 3 としては三方弁が採用さ れ、 この三方弁 5 3 の相対向する 2 つのポー ト 5 3 a , 5 3 bにそれぞれパーナ 装匱 4 2， 4 3の燃焼室 4 1， 4 1 が連結されると共に残りのポー ト 5 3 cを高 温気体取り出し口と して整流简 5 4を接統するよ うにしている。 ここで、 整流简
5 4 は、 通常、 断面積の大きな筒で、 図示していないが内部には金網などが設け られ、 ここで流れの不均一や乱れが取り除かれる。 即ち、 流体供給部で作られた 流れの偏りや速度の変動を減衰させるに充分な時間をこの整流简 5 4で与える。 また、 各蓄熱体 4 4 , 4 5の出口は四方弁 5 0 の相対向するボー トにそれぞれ 接铳され、 高温にしょうとする任意気体例えば空気を供給する任意気体供給系 5 2 と燃焼ガスを排出する排気系 5 1 とに選択的に接続されるように設けられてい る。 そして、 一方のバーナ装置 4 2あるいは 4 3 の蓄熱体 4 4 あるいは 4 5を通 して燃焼ガスが排気される経路と、 高温にしょ 0 とする任意気体を蓄熱体 4 5 あ るいは 4 4 を通して燃焼室 4 1 内へ導入し高温気体取り出し手段たる三方弁 5 3 を介して任意の箇所に供給する経路とを構成するようにしている。 フ ァ ン 4 8か ら圧送される空気は分配手段 5 4でその一部が分岐されて三方弁 5 3 と蓄熱体 4 4 , 4 5 との間の各燃焼室 4 1 , 4 1 にそれぞれ供給し得るよ うに設けられてい る。 各燃焼室 4 1 , 1 に接続される給気系 5 3 はそれぞれソ レノ ィ ドバルブ 4 9を備えて燃焼用空気の供袷を遮断し得るよ うに設けられている。 また、 各燃焼 室 4 1 , 4 1 には、 燃料を噴射する燃料ノ ズル 4 6が接続され、 ソ レノ ィ ドバル ブ 4 7 によって燃料が任意に遮断し得るように設けられている。 こ こで、 高温気 体の流れを切り換える三方弁 5 3 と しては、 場合によつてはその中を約 1 0 0 0 て （ 1 2 7 3 ° Κ ) 以上の高温で気体が流れるため、 線膨張率が小さ く耐熱性の あるセラ ミ ッ クス例えばムライ ト等で構成されたものを使用することが好ま しい c 斯様に構成された高温気体発生装置によれば、 バーナ装匮 4 2 , 4 3を交互に 燃焼させると共に任意気体供給経路と排気経路との 2つの経路を切り換えるこ と によ り交互に高温気体を発生させて連铳的に供給するこ とができる。 即ち、 フ ァ ン 4 8によつて供給される空気の一部は給気系 5 3を経て一方の燃焼室 4 1 に噴 射される共に残りの空気は高温にしょう とする任意気体と して四方弁 5 0を介し て他方の燃焼室 4 1 に接続された蓄熱体 4 5あるいは 4 4に供給され、 蓄熱体 4 5あるいは 4 4 と熱交換を行って高温とされ三方弁 5 3 を介して整流简 5 4に供 給される。 一方の燃焼室 4 1 に供給された空気は燃焼室 4 1 内で燃料を燃焼させ て髙温の燃焼ガスを発生させる。 そして、 この燃焼ガスは蓄熱体 4 4あるいは 4 5を通過して蓄熱体を加熱することによって低温になる。 そして、 四方弁 5 0 を 介して排気系 5 1 から排出される。 所定時間例えば 3 0秒程度経過した後、 四方 弁 5 0を回転させて空気の流れを切り替え、 今まで燃焼させていたパーナ装置 4 2あるいは 4 1 を停止させて他方のパーナ装置 4 1 あるいは 4 2を燃焼させる。 このとき、 燃料遮断を空気の切り替えより も僅かに先行させることによって他方 のパーナ装置を燃焼させる前に今まで燃焼させていたバーナ装置側の燃焼室にフ レ ッ シュエアを流して掃気する。 その後、 高温にしょう とする気体即ち空気を供 袷することによって、 加熱された蓄熱体で気体が高温に加熱されてから整流筒 5 4へ供袷される。 整流筒 5 4では高温気体の脈流が平滑化される。 また、 高温に 加熱される気体 . 空気は、 空気の流れの切り替え直前の掃気によつて燃焼排ガス が完全に排気系 5 1 へ押し流されるため汚染されることがない。
また、 図 8に他の実施例を示す。 この実施例は、 燃料として低力口 リ一ガスを 使用可能にしたもので、 蓄熱体 6 4 , 6 5を備えこの蓄熱体 6 4， 6 5 を通して 髙温にしようとする任意気体の供袷と燃焼ガスの排気を行う 1 組のパーナ装 S 6 2 , 6 3の燃焼室 6 1 , 6 1 同士を連結路 6 0で連結すると共に各燃焼室 6 1， 6 1 と各蓄熱体 6 4 , 6 5 との間の空間同士を連通させるバイパス通路 7 5を設 け、 このバイパス通路 7 5 に高温気体取り出し手段としての三方弁 7 3 を設けて 残りのポー ト 7 3 cを高温気体取り出し口と し、 そこに整流筒 7 4 を接铳するよ うにしている。 1 組のパーナ装置 6 2 , 6 3は、 燃焼室 6 1 , 6 1 同士が連結さ れて両端に蓄熱体 6 4 , 6 5が配置され、 更に蓄熱体 6 4 , 6 5の出口側がダク ト 7 2で四方弁 7 0 と連結されて空気を供袷する系统 6 9 と排気系 7 1 とに選択 的に接続可能とされている。 この高温気体発生装置の場合、 空気供給系 6 9から 供給された空気を昇温された蓄熱体 6 5 あるいは 6 4に通過させて高温の空気に 予熱しその一部をバイパス通路 7 5 を介して整流简 7 4 に供給する一方、 残部を 燃焼用空気と して他端側の蓄熱体 6 4あるいは 6 5の直前に配備されたパーナ装 置 6 2あるいは 6 3へ供袷し燃焼に使用する。 したがって、 パーナ装匱 6 2ある いは 6 3は、 高温の燃焼用空気例えば 1 0 0 0〜 1 6 0 0 ° Kの燃焼用空気を用 いるので、 低カロ リーガスを燃料と しても容易に燃焼させ得る。 そして、 発生し た燃焼ガスは蓄熱体 6 4あるいは 6 5を通過して同蓄熱体を加熱した後、 排ガス と して四方弁 7 0から排出される。
以上のよ うに図 7及び図 8の実施例の場合、 整流筒 5 4 , 7 4を有しているの で空気の切り替えの際に生ずる脈動を抑えることができ、 連続して高温でク リー ンな気体を長時間供袷するこ とができる。 勿論、 僅かな脈動は問題とならない用 途においては、 整流筒 5 4 , 7 4が存在しないこ とは特に問題とならない。 また、 整流筒 5 4 , 7 4 は図 2〜図 4の実施例に適用すること も可能であり、 この場合 には同様の効果が得られる。 尚、 蓄熱体 4 4， 4 5 , 6 4 , 6 5は前述の図 1〜 図 3 に示す蓄熱体と同様の組成 · 構造のものの使用が好ま しい。
更に、 図 9〜図 1 1 に他の実施例を示す。 この実施例は、 蓄熱体 8 4 を回転さ せることによって、 バーナ装蠹 8 3の燃焼を中断させずに交互に燃焼ガスと任意 気体とを通過させて高温に加熱された任意気体を連続供給しようとする ものであ る。 この実施例の高温気体発生装 Sは、 高温にしょうとする任意気体と燃焼ガス とをそれぞれ流す 2系統の流路 8 1 , 8 2 と、 これら 2流路 8 1 , 8 2の途中に それぞれ接続されてかっこれら 2流路 8 1 , 8 2 との間の相対的な回転によって 任意気体と燃焼ガスとを同じ領域に時間を異にして通過させ燃焼ガスの顕熱を髙 効率で任意気体に伝達させることが可能な蓄熱体 8 4 と、 この蓄熱体 8 4 に燃焼 ガスを供給するパーナ装置 8 3 とから構成されている。
こ こで、 2流路 8 1， 8 2 とは、 蓄熱体 8 4を挟んでこの蓄熱体 8 4 に任意気 体を供铪する固定の導入流路 8 1 a と、 蓄熱体 8 4を通過して高温にされた任意 気体を外部施設等に供給する高温気体取り出し流路 8 1 bと、 蓄熱体 8 4を通過 して低温となった燃焼ガスを排気する排気流路 8 2 b と、 蓄熱体 8 4 に燃焼ガス を供給する燃焼ガスを導入する流路 8 2 a とで構成され、 蓄熱体 8 4の一部の領 域に導入流路 8 1 aから任意気体を供給して通過させた後高温気体取り出し流路 8 1 bから取り出すと共にパーナ装置 8 3の燃焼ガスを蓄熱体 8 4の他の領域を 通過させて排気流路 8 2 bから排気して蓄熱体 8 4 を加熱するように設けられて いる。 したがって、 蓄熱体 8 4が所定の温度に達した後に間欠的にあるいは連続 回転するこ とによ って、 燃焼ガス導入流路 8 2 a及び任意気体導入流路 8 1 a で の流れを中断せずに、 即ちバーナ装置 8 3の燃焼を停止させずに蓄熱体 8 4を通 過する気体を切り換えるこ とができ、 連統して一定温度の高温気体例えば空気等 を供給できる。
ケーシ ング 8 9 は、 円筒形を成し、 上端と底面寄りの周面に開口部を有してい る。 周面の開口部は、 互いに真反対となる位置にそれぞれ 2箇所の開□ 9 0， 9 0が設けられ、 一方が燃焼ガスの導入流路 8 2 a に他方が高温となつた任意気体 の取り出し流路 8 1 bにそれぞれ連通するように K置される。 また、 ケーシ ング 8 9の開口 9 0 , 9 0の下には蓄熱体 8 4の下端を受け支えるテーブル 9 9が設 けられている。 このテーブル 9 9 の中央の蓄熱体 8 4 と対向する面にはテーブル 面を横切る溝 1 0 0が設けられている。 また、 蓄熱体 8 4側にもテーブル 9 9 と 対向する端面の中央に蓄熱体 8 4 を搔切る突条部 9 8が形成され、 この突条部 9 8がターブル 9 9 の溝 1 0 0 に嵌合されるこ とによってテーブル 9 9 と蓄熱体 8 4 との間のシールが成される。 他方、 ケーシ ング 8 9の上端開口部には、 蓄熱体 8 4 に任意気体を供給する固定の導入流路 8 1 a と、 蓄熱体 8 4を通過した燃焼 ガスを排気する排気流路 8 2 bとを構成する円筒管 9 7がケーシング 8 9 に対し て回転自在に接铳されている。 この円筒管 9 7は内部の中程を仕切り壁 8 7で垂 直に仕切ることによつて導入流路 8 1 a と排気流路 8 2 a とに区画されている。 蓄熱体 8 4 は、 ケ一 シ ング 8 9 に収容されてケ一シ ング 8 9 ごと回転し得るよ うに軸受台 9 1 及びホルダ 9 3 に支持されている。 ホルダ 9 3 とケーシ ング 8 9 との間には円周方向には回転可能でかつ軸方向には係合する軸断面形状が波形と なった凹凸を組み合わせたシール機構 9 4が介在されている。 例えば、 ベローズ 状の凹凸を内面に有する半割りの筒部材 9 4 aをホルダ 9 3側に、 また凹凸を表 面に有する筒部材 9 4 bをケーシ ング 8 9側にそれぞれ半ビツチずらして固着し、 互いの凹凸が嚙み合うように嵌合されてシールが構成されている。 このシール機 構 9 4 によって外部への空気あるいは燃焼ガスの リークを減少させ得る。 また、 ケ一 シ ング 8 9 と軸受台 9 1 との間には 0 リ ング 9 2が介在されてシールされて いる。
また、 蓄熱体 8 4は髙温気体取り出し流路 8 1 bおよび燃焼ガスを導入する流 路 8 2 a と連通する側の端部が楔状の斜面に形成されている。 そして、 該蓄熱体 8 4 に燃焼ガスを導入する流路 8 2 a と該蓄熱体 8 4を経て高温とされた任意気 体を取り出す流路 8 1 bとが楔形の端部に面して蓄熱体 8 4 と直交するように配 置されている。 これによつて、 燃焼ガスは燃焼ガス導入流路 8 2 aに面した蓄熱 体 8 4内に均一に分散されて通過する。 高温気体取り出し流路 8 1 b と燃焼ガス を導入する流路 8 2 a とは、 1つのダク ト 9 6内を蓄熱体 8 4 の楔形の端面とケ — シ ング 8 9で仕切ることによって形成されている。 尚、 蓄熱体 8 4は前述の図 1〜図 3に示す蓄熱体と同様の組成 ·構造のものの使用が好ま しい。
また、 パーナ装置 8 3は酸素富化した燃焼用空気を用いて主と してガス燃料を 燃焼させる。 したがって、 発生する燃焼ガス量は空気のみで燃焼させるときより も少なくなり、 蓄熱体 8 4 を通過する際の高温にしょう として供給される空気 A 1 と燃焼ガス A 2 とのガスボリューム及び圧力関係が A 1 > > A 2 となり、 燃焼 ガスが高温気体側へ漏れることがほとんどなくなり、 高温にしょう とする気体が 燃焼ガスで汚染されることがない。 尚、 本実施例の場合、 任意気体は空気であつ て、 その一部 A 2 を燃焼用空気と して使用し、 残部 A 1 を蓄熱体 8 4で加熱して 所望の設備へ供給する。 この場合、 A l / A 2 の比を変えるこ とにより、 供給空 気温度の調節が可能となる。 勿論、 燃焼用の空気と任意気体とを区別し、 空気以 外の気体を別系铳の流路から供給させるようにしても良い。
尚、 上述の実施例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。
産業上の利用可能性
本発明は、 各種燃料の分解 ，着火特性試験装置等のように、 1 0 0 0て前後の 高温の気体を利用する実験装置や不純物の混合を許容しない製品の高温反応装置 の高温気体の供給源と して利用できる。 また、 高温空気を酸化剤と しても利用で きる。 例えばレジンで固められたアル ミ铸物用の中子砂の剝離に利用できる。 更に、 発生した高温空気を別置きの焼却燃焼室等に導いて難燃性の固形物の焼 却に使える。 この実施例の場合、 連続して高温空気を発生させて供給できるので、 高温雰囲気を必要とする実験装置において連続データを測定することが可能とな る。 例えば、 C V D ( Chem i c a l Vapor Depos i t i on) の反応温度の高温化に利用 でき、 高価な水素や酸素を使わずに実験可能となる。

Claims

請求の範囲
1 . 番熱体を備えこの蓄熱体を通して燃焼ガスの排気を行うパーナ装置を高温気 体取り出し手段が備えられた通路状の燃焼室の両端に設け、 かつ各パーナ装置の 前記蓄熱体に排気手段と高温にしょうとする任意気体の供給手段とを連結して、 前記蓄熱体を通して燃焼ガスが排気される経路と、 前記番熱体を通して任意気体 を前記通路状の燃焼室内に導入し高温気体取り出し手段から任意の簡所に供給す る経路とを棟成し、 前記バーナ装置を交互に燃焼させて双方の蓄熱体を昇温させ 所定の温度に達した後に燃焼を中断して前記蓄熱体に前記任意気体を通過させて 所望の温度に達した前記任意気体を前記高温気体取り出し手段から一定時間外部 に供給することを特徴とする高温気体発生装置。
2 . 請求の範囲第 1項記載の高温気体発生装置を複数設置し、 それらの高温気体 取り出し手段同士を流路切替え手段を介して連結し、 前記流体切替手段の切り換 えにより連続的に高温気体を発生させて供給することを特徴とする高温気体発生 装置。
3 . 前記高温気体取り出し手段内に燃焼用空気と熱交換を行わずに燃焼ガスによ つて加熱されるだけの蓄熱体を設置すると共に排気系を接続し、 交互燃焼時に燃 焼ガスの一部を前記高温気体取り出し手段内の蓄熱体を通して排気するようにし、 高温にしょう とする任意気体の加熱にのみ使用することを特徴とする 青求の範囲 第 1 項記載の高温気体発生装置。
4 . 蓄熱体を備えこの蓄熱体を通して高温にしょ う とする任意気体の供給と燃焼 ガスの排気を行うパーナ装置を 2基で 1 組と して備えると共に各バーナ装置の燃 焼室を高温気体取り出し手段にそれぞれ連結し、 一方のパーナ装置の前記番熱体 を通して燃焼ガスが排気される経路と、 高温にしょうとする任意気体を前記番熱 体を通して前記燃焼室内へ導入し前記高温気体取り出し手段から任意の箇所に供 給する経路とを構成し、 前記バーナ装置を交互に燃焼させると共に 2つの前記経 路を切り換えるこ とにより交互に高温気体を発生させて連続的に供給することを 特徴とする髙温気体発生装置。
5 . 前 己高温気体取り出し手段は 1組のバーナ装置の燃焼室同士を連結する三方 弁であり、 該三方弁の残りのボー トを髙温気体取り出し口と し、 前記パーナ装置 の燃焼室を交互に開放することを特徴とする請求項 4記載の高温気体発生装匮。
6 . 1組の前記パーナ装匱の燃焼室同士を連結すると共に各燃焼室と各蓄熱体と の間の空間同士を連通させるバイパス通路を設け、 このバイパス通路に三方弁を 設けて残りのポー トを高温気体取り出し口と し、 空気供給系と排気系とに選択的 に接铳される四方弁に各蓄熱体の出口側をそれぞれ連結して、 前記空気供給系か ら供給された空気を前記蓄熱体に通過させて高温の空気に予熱しその一部を燃焼 用空気と して他方の蓄熱体の直前に配置されたパーナで燃焼させる一方、 高温に 予熱された空気の一部を前記バイパス通路を介して前記高温気体取り出し口から 外部へ連铳的に供給するこ とを特徴とする請求の範囲第 4項記載の高温気体発生 装匮。
7 . 燃焼用空気と燃焼ガスとを流す 2系統の流路との間の相対的な回転によって 前記燃焼用空気と前記燃焼ガスとを時間を異にして同じ領域に通過させ前記燃焼 ガス の顕熱を髙効率で前記燃焼用空気に伝達させることが可能な蓄熱体を含み、 前記蓄熱体を通して燃焼用空気の供袷と燃焼ガスの排気を行う こ とによって前記 蓄熱体を昇温させるパーナ装置を少なく とも 1組有し、 各パーナ装置に空気を供 給すると共にこの空気を前記蓄熱体に通過させ、 一方のパーナ装置では前記空気 を使用して燃焼させ、 他方のバーナ装置では前記空気を高温にしょうとする任意 気体と して前記蓄熱体で加熱し高温にして外部に連続供給することを特徴とする I青求の範囲第 4項記載の高温気体発生装置。
8 . 流れを切り替える直前に前記バーナ装置への燃料噴射を遮断してフ レ ッ シュ エアにより掃気することを特徴とする請求の範囲第 1項から第 7項のいずれかに 記載の高温気体発生装置。
9 . 前記高温気体取り出し手段に整流筒を備えたことを特徴とする請求の範囲第 2項から第 8項のいずれかに記載の高温気体発生装置。
1 0 . 高温にしょ うとする任意気体と燃焼ガスとをそれぞれ流す 2系統の流路と. これら 2流路の途中にそれぞれ接続されてかつこれら 2流路との間の相対的な回 転によつて前記任意気体と前記燃焼ガスとを同じ領域に時間を異にして通過させ 前記燃焼ガスの顕熱を高効率で前記任意気体に伝達させることが可能な蓄熱体と, 前記蓄熱体を通して燃焼ガスの排気を行うパーナ装置とを含み、 前 己燃焼ガスの 排気と前記任意気体の供給とを前記蓄熱体のそれぞれ異なる領域を通して同時に 行い、 前記蓄熱体が所定の温度に達したときに間欠的にあるいは連統的に回転さ せて前記蓄熱体を通過する気体を相対的に切り換えて所望の温度に達した前記任 意気体を外部に連統供給することを特徴とする高温気体発生装置。
1 1 . 前記蓄熱体は間欠的にあるいは連続的に回転し、 かつ一方の端部が円維形 に形成されると共に該蓄熱体に燃焼ガスを導入する流路と該蓄熱体を経て高温と された任意気体を取り出す流路とが前記円錐形の端部に面して前記蓄熱体と直交 するよ うに配置されていることを特徴とする請求の範囲第 1 0項記載の高温気体 発生装置。
1 2 . 前記パーナ装置は酸素富化空気を用いて主と してガス燃料を燃焼させるこ とを特徴とする請求の範囲第 1 0 または第 1 1項のいずれかに記載の高温気体発 生装置。
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