(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面及びその反対側底面を備え、
チェッカー煉瓦中を流体が循環できるように前記上面から前記底面まで延びるように多数の貫通孔が形成され、及び隣接する貫通孔間に仕切り壁が形成された、熱送風炉に用いるチェッカー煉瓦であって、
前記貫通孔の断面が六角形を基調とした形状に形状化されており、この六角形の直線部は交互に第一半径（ｒ１）を有する凹面及び第二半径（ｒ２）を有する凸面に置換されており、隣接し合う貫通孔が、一方の貫通孔の凹面が隣接する他方の貫通孔の凸面へ向けられるように配置され、一定の厚さをもつ仕切り壁が隣接し合う貫通孔の間に形成されるようにしてなることを特徴とするチェッカー煉瓦。
【請求項２】
前記凸面に２つの縁部分と、それらの間の中央部分があり、
前記凹面は第一半径（ｒ１）の湾曲を用いて形成され、及び前記凸面の中央部分は第二半径（ｒ２）の湾曲を用いて形成され、及び前記凸面の前記縁部分は第前記第一及び第二半径（ｒ１、ｒ２）よりも小さい第三半径（ｒ３）の湾曲を用いて形成されることを特徴とする請求項１記載のチェッカー煉瓦。
【請求項３】
前記第一半径（ｒ１）が前記第二半径（ｒ２）と一致することを特徴とする請求項１又は２記載のチェッカー煉瓦。
【請求項４】
前記第三半径（ｒ３）が前記第二半径（ｒ２）の半分であることを特徴とする請求項２または３記載のチェッカー煉瓦。
【請求項５】
前記貫通孔がチェッカー煉瓦の前記上面に向かって先細に形状化されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のチェッカー煉瓦。
【請求項６】
前記チェッカー煉瓦の断面が六角形であり、前記上面から前記底面まで貫通孔の断面の半分と一致する断面を持つチャネルが６つの側面に延びていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のチェッカー煉瓦。
【請求項７】
前記チャネルが、２つの隣接するチェッカー煉瓦が並べて配置された時に前記チェッカー煉瓦の前記側面間に貫通孔が形成されるように配列されることを特徴とする請求項６記載のチェッカー煉瓦。
【請求項８】
前記上面及び底面の一方に少なくとも１個の隆起部分が設けられ、前記上面及び底面の他の一方に対応する少なくとも１個の窪みが設けられ、前記少なくとも１個の隆起部分と前記少なくとも１個の窪みによって積み重ねられるチェッカー煉瓦の間に接合部が形成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のチェッカー煉瓦。
【請求項９】
前記上面及び底面のそれぞれの前記少なくとも１個の隆起部分は中央隆起部分であることを特徴とする請求項８記載のチェッカー煉瓦。
【請求項１０】
前記中央隆起部分の断面が３回回転対称であることを特徴とする請求項９記載のチェッカー煉瓦。
【請求項１１】
前記上面または底面それぞれの角部において、前記中央隆起部分の形状の１部に相当する周縁隆起部分が含まれ、前記周縁隆起部分は隣接するチェッカー煉瓦の周縁隆起部分に対して相補的となるように寸法化及び配置されることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載のチェッカー煉瓦。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くはチェッカー煉瓦、特に回収熱交換器、なかでも熱送風炉中における熱回収に用いられる耐火性チェッカー煉瓦に関する。
【背景技術】
【０００２】
冶金工業において、従来高炉用空気の前加熱が熱送風炉として知られる隣接蓄熱ヒーターで実施されている。これらの炉は通常、内部燃焼室を備える炉の場合では円筒形耐火壁部と炉を燃焼室とチェッカー煉瓦を含むチェッカー室に仕切る内側縦方向仕切り壁部から成るか、あるいは外部燃焼室を備える炉の場合では連絡ドームを備える２つの円筒形耐火材内張り室から成る。空気及び燃料が１または２個の開口部を通して燃焼室中の所謂セラミックバーナーあるいは金属バーナー中へ送り込まれ、生成した燃焼ガスは上向きには燃焼室から燃焼室上方へ流れ、また下向きにはチェッカー処理室を通り、最終的には該処理室底部へ流れ、そこから排出される。燃焼ガスが多数のチェッカー煉瓦を含むチェッカー処理室を通過するにつれて、燃焼ガスから生ずる熱がチェッカー煉瓦へ伝達され、該煉瓦中に保持される。一旦チェッカー煉瓦が十分高温にまで達すると、炉中において流体流方向の逆転が生ずる。チェッカー処理室底部へ冷風を導入し、さらにチェッカー処理室中へ該冷風を送り込むことによりチェッカー煉瓦から生ずる熱は該冷風に吸収される。さらに熱を吸収した送風は仕切り壁上及び燃焼室中を通過し、該送風は炉の外殻部中の熱風排気口を通して炉から排出され高炉へ送られる。
【０００３】
チェッカー煉瓦のデザイン及び配列については、これまで何年にも亘っていろいろな検討が為されてきた。このようなチェッカー煉瓦デザインの例は、例えば八角形の外形と、四角形断面の中心を通る孔をもつチェッカー煉瓦について記載されているＵＳ４，４３６，１４４に見出すことができる。さらに、この煉瓦の場合、壁厚はほぼ均等に作製されている。これら煉瓦は、好ましくは層状に積み上げられ、互い違いに配列される。このように配列することにより、ガス用に形成される縦方向に延びる孔を備えたチェッカー煉瓦の積み重ねが得られる。チェッカー煉瓦の積み重ねを容易にするため、煉瓦上面には隆起部分が設けられ、かつ煉瓦底面にはそれに対応する窪みが設けられる。
【０００４】
前記チェッカー煉瓦デザインの別の例は、例えば、ほぼ正方形のチェッカー煉瓦に多数の貫通孔が設けられ、各孔が矩形部分と先細形状部分から形成されているＵＳ２，０１７，７６３に見出すことができる。貫通孔が多数あり、貫通孔の間には仕切り壁が形成されている。ＵＳ４，４３６，１４４に比較して、これらの仕切り壁によりチェッカー煉瓦の強度が向上されている。また、多数の貫通孔が設けられることにより、ガスとチェッカー煉瓦との接触表面積が大きくなるため、より高い熱交換のための加熱面積も増大されている。
【０００５】
ＵＳ２，０１７，７６３に開示された例に類似するチェッカー煉瓦も提案されている。このチェッカー煉瓦の場合、貫通孔が設けられ、断面は環状、正方形または六角形を呈している。断面は、ほぼ均質な厚さの仕切り壁を形成することが可能となる点において特に好ましくは六角形である。六角形の断面をもつチェッカー煉瓦はＧＳＩタイプのチェッカー煉瓦として市販され、商品として既知である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、さらに改良が為された熱力学的性能に優れるチェッカー煉瓦を提供することを目的とする。本目的は請求項１項記載のチェッカー煉瓦によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明では、特に熱送風炉用のチェッカー煉瓦が提案されている。このチェッカー煉瓦は上面及び対向する底面を有し、該上面から底面まで多数の貫通孔が延びており、これら貫通孔によって流体がチェッカー煉瓦を通過して循環することが可能とされている。また、本チェッカー煉瓦では隣接し合う貫通孔間に仕切り壁が形成される。本発明の観点に従って、貫通孔の断面は、凸面と凹面を交互にもつ六角形に形状化される。このように形状化することにより、加熱面、すなわち、チェッカー煉瓦と貫通孔を通るガスとの熱交換を果たす貫通孔とチェッカー煉瓦間の面を増加させることが可能となる。六角形貫通孔の場合、例えば従来技術によるＧＳＩタイプのチェッカー煉瓦における例と同様に、加熱面を約４０％増加させることが可能である。貫通孔の流体圧を減ずることにより熱交換効率が高められる。また、ほぼ一定な自由断面も得ることができる。ゆえに、このような断面形状をもつチェッカー煉瓦を用いることにより、より効率のよい熱力学的性能が得られる。
【０００８】
好ましくは、隣接し合う貫通孔は、１個の貫通孔の凹面が隣接貫通孔の凸面と向かい合うように配列される。隣接し合う貫通孔は、好ましくは、ほぼ一定の厚さをもつ仕切り壁が隣接貫通孔との間に形成されるように配列される。壁厚がほぼ一定とされることにより、均等な熱伝達、及びさらに重要な点として仕切り壁自体の均質な加熱及び冷却が得られ、それによって仕切り壁内における温度変化に起因する仕切り壁に対する損傷が回避される。
【０００９】
第一半径の湾曲を用いて凹面を形成することが可能であり、また、第二半径の湾曲を用いて凸面を形成することが可能である。第一半径は第二半径にほぼ一致させることが可能である。第一半径と第二半径がほぼ同じである場合、隣接チェッカー煉瓦の凸面f(tx+(1-t)y)<tf(x)+(1-t)f(y)と凹面f(tx+(1-t)y)>tf(x)+(1-t)f(y)は相補性となる。
【００１０】
好ましい実施態様においては、凸面には２つの縁部分と、それら部分の間に中央部分が設けられ、凹面は第一半径の湾曲を用いて形成され、凸面の中央部分は第二半径の湾曲を用いて形成され、及び凸面の縁部分は、第一半径及び第二半径よりも小さい第三半径の湾曲を用いて形成される。この第三半径は、例えば第二半径の半分程度であってもよい。凸面の縁部分の半径が相対的に小さいことにより、凸面から凹面への伝達がより円滑に行われる。
【００１１】
より有利な態様として、貫通孔はチェッカー煉瓦の上面に向かう方向に先細状に形状化される。
【００１２】
好ましくは、チェッカー煉瓦の断面はほぼ六角形とされ、その６つの側面は上面から底面まで延びるように形状化される。
【００１３】
有利な態様として、チェッカー煉瓦の側面には貫通孔の断面の半分に一致した断面をもつチャネルが設けられる。これらチャネルは、２つの隣接チェッカー煉瓦が並べて配列された時にチェッカー煉瓦の側面のチャネルの相補によって貫通孔が形成されるように配列される。その結果、チェッカー煉瓦の外壁の加熱面も増加される。さらに、チェッカー煉瓦が並べて配列される場合、２つの隣接するチェッカー煉瓦の間に貫通孔を追加形成することも可能である。しかしながら、さらに重要なことは、チェッカー煉瓦の外壁の厚さも、仕切り壁と同様にほぼ一定なことである。かかる外壁においては均等な熱伝達が確保される。
【００１４】
本発明の好ましい実施態様においては、上面または底面のいずれかの面に少なくとも１個の隆起部分が設けられ、他方の面には対応する少なくとも１個の窪みが設けられ、前記少なくとも１個の隆起部分と前記少なくとも１個の窪みによって、積み重ねられたチェッカー煉瓦の間に、接合部（接合のための構成）が形成される。前記少なくとも１個の隆起部分は上面または底面のそれぞれの上の中央隆起部分であってもよい。この中央隆起部分の断面を３つの部分から成る回転対称としてもよい。前記隆起接合部及び窪み接合部により、チェッカー煉瓦が不正確に設置されることを防止することが可能である。さらに、このような隆起及び窪み形状とすることにより、底面積がさらに大きくなり、圧縮時におけるクリープが向上される。その結果として、低品質材料から成るチェッカー煉瓦を用いて同等な結果を得ることができるため、チェッカー煉瓦のコスト低下を達成することが可能となる。熱送風炉をより小型軽量化することができ、それにより、熱送風炉の性能を減ずることなく材料コストの低減及び組立時間の短縮が果される。
【００１５】
さらに、前記少なくとも１個の隆起部分を上面または底面それぞれの角部分中の周縁隆起部分として構成することも可能であり、該周縁隆起部分は隣接するチェッカー煉瓦の周縁隆起部分と相補的になるように寸法化及び配列される。前記周縁隆起部分は相補された時、中央隆起部分の断面と一致する断面をもつように寸法化及び配列することが可能である。中央隆起部分は周縁窪みと相互に働き合い、他方周縁隆起部分は中央窪みと相互に働き合うことが可能である。隆起部分と窪みをこのように構成することにより、チェッカー煉瓦をジグザグ配列に積み重ねることが可能となる。前記隆起部分と窪みの形状により、チェッカー煉瓦を常に正しく配列することが確保される。
【００１６】
本願明細書において、用語「凹状の」は厳密な意味での「厳格に凹状な」と理解されるべきであり、従って直線は除外される。同様に、用語「凸状の」は厳密な意味での「厳格に凸状の」と理解されるべきであり、従って直線は除外される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に従ったチェッカー煉瓦の透視図である。
【図２】図１のチェッカー煉瓦の貫通孔の断面図である。
【図３】図１のチェッカー煉瓦の上面から見た上面図である。
【発明を実施するための手段】
【００１８】
以下に記載の非限定的実施態様を用いて添付図面を参照しながら本発明についてさらに明らかにする。
【００１９】
図１は本発明に従ったチェッカー煉瓦１０を示した図である。本チェッカー煉瓦はほぼ六角形の断面形状を呈し、上面１２及び反対側の底面１４と、前記上面１２から前記底面１４まで延びる６つの側面１５から成る。本チェッカー煉瓦には上面１２から底面１４へ延びる多数の貫通孔１６が設けられ、かかる構造によりチェッカー煉瓦１０を通した流体の循環が可能とされている。また、隣接し合う貫通孔１６の間には仕切り壁１８が形成されている。前記貫通孔１６の断面は特有な形状を呈している。この形状については図２の説明において詳しく説明する。
【００２０】
図２は貫通孔１６の断面図である。この断面は点線２０で示すような六角形を基調としており、六角形の直線状面２２は、交互に続いている凸面２４と凹面２6へと変形されている。凹面２６は第一半径ｒ１の湾曲を用いて形成され、また凸面２４は第二半径ｒ２の湾曲を用いて形成される。図２に示した特定の実施態様においては、凸面２４は２つの縁部分２８、３０とそれらの間にある中央部分３２から成り、凸面２４の中央部分３２は第二半径ｒ２の湾曲を用いて形成され、凸面２４の縁部分２８、３０は第二半径ｒ２よりも小さい第三半径ｒ３の湾曲を用いて形成される。好ましくは、第三半径ｒ３は第二半径ｒ２の約半分である。さらに、有利な態様において、第一半径ｒ１は第二半径ｒ２とほぼ同一である。また有利な態様として、上記それぞれの半径は、凸面２４と凹面２６が滑らかに移行するように選定される。
【００２１】
前記貫通孔１６の断面形状は、それぞれが六角形形状の角部に位置する６つの湾曲点をもつ閉じられた組織化した形状とも言えるものである。
【００２２】
図３は図１に示したチェッカー煉瓦の上面図であり、本図では貫通孔１６の相互間の配列を明瞭に理解することができる。隣接し合う貫通孔１６、１６’、１６”は、１個の貫通孔の凹面２６と隣接する他の貫通孔の凸面２４が向かい合うように配置されている。さらに、この配置では、隣接貫通孔間の仕切り壁１８の壁厚がほぼ一定にされている。
【００２３】
図３から理解されるように、チェッカー煉瓦１０の側面には貫通孔１６の断面の半分と一致した形状をもつチャネル３４が設けられる。これらのチャネル３４は、２つの隣接チェッカー煉瓦１０が並べて配列された時に隣接チェッカー煉瓦１０の接触し合う側面１５間に貫通孔１６が形成されるように配列される。
【００２４】
図には示されていないが、貫通孔１６はチェッカー煉瓦１０の上面１２へ向かって先細に形状化される。すなわち、底面１４における貫通孔１６の断面が上面１２における貫通孔１６の断面よりも大きくなるように形状化されている。
【００２５】
チェッカー煉瓦１０の積み重ね特性を向上させるために上方接合部と下方接合部が設けられる。図１及び図３から理解されるように、チェッカー煉瓦１０の上面１２には隆起部分３６が設けられ、他方チェッカー煉瓦１０の底面１４には前記隆起部分に対応する窪み部分３８が設けられる。図３の六角形チェッカー煉瓦１０においては、３回回転対称の断面をもつ中央隆起部分４０を設けることによって積み重ねられるチェッカー煉瓦の正しい方位付けが確保される。中央隆起部分４０は中央貫通孔１６の周囲に配置され、６個の隣接貫通孔１６に取り囲まれる。前記中央隆起部分４０の断面は全体として三角形に形状化され、その三角形の角部は、中央のチェッカー煉瓦に面する凹面をもつ隣接チェッカー煉瓦の凹面２６の湾曲と適合するように丸く形状化される。
【００２６】
前記中央隆起部分４０に加え、図３の六角形チェッカー煉瓦１０には上面１２の角部４４に周縁隆起部分４２が形成される。周縁隆起部分の断面は中央隆起部分４０の断面の１／３部分と一致し、これら周縁隆起部分は、３個の隣接するチェッカー煉瓦１０を並べて配列する時に、隣接するチェッカー煉瓦１０の周縁隆起部分４２によって中央隆起部分４０と一致する隆起部分が形成されるように配列される。これら隆起部分により、チェッカー煉瓦を正しくジグザグ形状に積み重ねることが可能となる。図１から理解されるように、詳細には説明されていないが、チェッカー煉瓦１０の底面１４には中央窪み部分と周縁窪み部分が形成される。
【００２７】
また、上面１２に窪み３８が設けられる場合において、底面１４に隆起部分３６を設けることも可能なことに注意すべきである。
【符号の説明】
【００２８】
１０：チェッカー煉瓦
１２：上面
１４：底面
１５：側面
１６：貫通孔
１８：仕切り壁
２０：六角形形状
２２：直線状面
２４：凸面
２６：凹面
ｒ１：第一半径
ｒ２：第二半径
２８：縁部分
３０：縁部分
３２：中央部分
ｒ３：第三半径
３４：チャネル
３６：隆起部分
３８：窪み
４０：中央隆起部分
４２：周縁隆起部分
４４：角部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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