(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉体内に燃焼空間を形成するようにるつぼを配置し、前記炉体壁の適所に単蓄熱室式リジェネレイティブバーナを配置し、この単蓄熱室式リジェネレイティブバーナは、炉体壁に、互いに交叉するように設けた二方向の連通孔を有する蓄熱部を備え、炉体外において、前記蓄熱連通孔にそれぞれ給排気管を接続すると共に、炉体内に面する蓄熱部の蓄熱連通孔近傍に燃料ノズルを配置し、一方の蓄熱連通孔に接続した給排気管から燃焼空気を炉内に導入すると共に、炉内において前記蓄熱連通孔近傍の燃料ノズルから燃料を噴出して燃焼させる一方、燃焼ガスを燃焼空間を介して炉内の蓄熱部における他方の蓄熱連通孔を通過させて排熱を回収する動作と、他方の蓄熱連通孔における給排気管と他方の蓄熱連通孔近傍における燃料ノズルとによる燃焼動作と共に、前記一方の蓄熱連通孔における排熱回収動作を交互に所定時間毎に実行するようにしたことを特徴とするるつぼ炉。
【請求項２】
前記蓄熱部を方形状の箱体として相隣り合う二面が炉体壁から露出するように、もう一組の二面が炉内に面するように配置したことを特徴とする請求項１記載のるつぼ炉。
【請求項３】
前記二方向の連通孔を有する蓄熱部のそれぞれの連通孔を細分化することによって、連通孔の壁自体を蓄熱体とすることを特徴とする請求項１記載のるつぼ炉。
【請求項４】
前記交叉する二方向の連通孔の外枠を耐熱性材料で構成し、その連通孔内に蓄熱材を充填したことを特徴とする請求項１記載のるつぼ炉。
【請求項５】
前記燃料ノズルの周囲に燃焼用空気量の１５％以下の冷却用空気を供給することを特徴とする請求項１記載のるつぼ炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱効率を高めると共に省スペース化と低コスト化を図った、るつぼ炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、るつぼ炉（金属溶融炉）は、非鉄金属類、合金類、特に軽合金の溶解炉、溶解保持炉等として用いられている。その一般的な構造としては、炉の中央に置いたるつぼの外周から燃焼により加熱する構造であり、排気口は上部下部のいずれにも、バーナの配列は任意とされている。また、炉底には、必ず掃除口を設け、るつぼが破損したり、溶融金属が溢流した際、炉底に残留固着するのを防止している。
例えば図４に示すようなるつぼ炉１では、耐火材より形成した円筒形状の炉体２に、省エネルギーのためにリジェネレイティブバーナ３を一対設けて炉内に配置したるつぼ（図示省略）を周囲から加熱するようにした構成としている。このリジェネレイティブバーナ３は、図５に示すようにバーナ部３ａと蓄熱部３ｂが一体となった構造を有するもので、双方のバーナ３を所定時間毎（数十秒毎）に交互に燃焼させるようにしている。この際、燃焼していない方のリジェネレイティブバーナ３の蓄熱部３ｂを介して炉内の燃焼ガスを排出し、前記蓄熱部３ｂに熱を蓄え、この熱によって燃焼開始時に前記蓄熱部３ｂを介して取り入れられる燃焼空気を予熱し、熱効率の向上を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図示するように、炉体２外壁に装着したリジェネレイティブバーナ３を構成する蓄熱部３ｂおよびバーナ部３ａは、外壁から突出しているために炉の周囲に相当の設置空間が必要となるので省スペース化が困難であり、設置上の問題が生ずる。
本発明はこのような課題を改善するためになされたものであって、リジェネレイティブバーナの有する熱効率の良さを確保しつつ、省スペース化と低コスト化を図った、るつぼ炉を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために、本発明は、炉体内に燃焼空間を形成するようにるつぼを配置し、前記炉体壁の適所に単蓄熱室式リジェネレイティブバーナを配置し、この単蓄熱室式リジェネレイティブバーナは、炉体壁に、互いに交叉するように設けた二方向の連通孔を有する蓄熱部を備え、炉体外において、前記蓄熱連通孔にそれぞれ給排気管を接続すると共に、炉体内に面する蓄熱部の蓄熱連通孔近傍に燃料ノズルを配置し、一方の蓄熱連通孔に接続した給排気管から燃焼空気を炉内に導入すると共に、炉内において前記蓄熱連通孔近傍の燃料ノズルから燃料を噴出して燃焼させる一方、燃焼ガスを燃焼空間を介して炉内の蓄熱部における他方の蓄熱連通孔を通過させて排熱を回収する動作と、他方の蓄熱連通孔における給排気管と他方の蓄熱連通孔近傍における燃料ノズルとによる燃焼動作と共に、前記一方の蓄熱連通孔における排熱回収動作を交互に所定時間毎に実行するようにした。
前述の構成において、蓄熱部を方形状の箱体として相隣り合う二面が炉体壁から露出するように、もう一組の二面が炉内に面するように配置することができる。
また、前記二方向の連通孔を有する蓄熱部のそれぞれの連通孔を細分化することによって、連通孔の壁自体を蓄熱体とすることもできる。
また、前記交叉する二方向の連通孔の外枠を耐熱性材料で構成し、その連通孔内に蓄熱材を充填することも可能である。
さらに前記燃料ノズルの周囲に燃焼用空気量の１５％以下の冷却用空気を供給することも可能である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明にかかるるつぼ炉について、一つの実施の形態を挙げ、添付の図面に基づいて、以下説明する。
図１、図２にるつぼ炉１０を示し、このるつぼ炉１０は、耐火材よりなる炉体１１内に断面円形のるつぼ１２を燃焼空間を形成するように配置したものである。前記炉体１１は、略円筒形状のもので、前記炉体１１内において、るつぼ１２と炉体１１内壁面との間には、等間隔の空間を有し、この空間を後述するバーナの燃焼空間Ｓとしている。なお、この燃焼空間Ｓは、るつぼ１２外周を巡る断面周回形状を有している。
前記炉体１１の壁面の適所には、単蓄熱室式リジェネレイティブバーナ１３が取り付けられている。この単蓄熱室式リジェネレイティブバーナ１３は、炉体１１内外に露出するように設けた蓄熱部１４と、この蓄熱部１４を介して交互に炉内に燃焼空気を取り入れたり、炉内から前記蓄熱部１４を介して燃焼排ガスを排出するための一対の給排気管１５ａ、１５ｂと、炉内の前記蓄熱部１４近傍において燃料を噴射して、それぞれの給排気管１５ａ、１５ｂからの予熱された燃焼空気と混合するようにした燃料ノズル１６ａ、１６ｂとを有するものである。
【０００６】
前記蓄熱部１４は、方形状の箱体によって構成したもので、相隣り合う二面が炉体１１壁から露出するように、もう一組の二面が炉内に面するように配置している。すなわち蓄熱部１４は、図３に示すように、複数の蓄熱連通孔１４ａ、１４ｂに区画すると共に数段重ね合わせて構成した一対の箱体を、蓄熱連通孔１４ａと蓄熱連通孔１４ｂの流れ方向が互いに直角に交叉するように重ね合わせたもので、これら蓄熱連通孔１４ａ、１４ｂの壁自体が蓄熱体となっている。
かかる蓄熱部１４では、炉内からの燃焼排ガスを給排気管１５ａ、１５ｂを介して排出する際、燃焼排ガスから排熱を奪い、燃焼空気を給排気管１５ａ、１５ｂを介して蓄熱部１４における蓄熱連通孔１４ａ、１４ｂを通過して炉内に導入する際、前記排熱によって燃焼空気を予熱するようにしている。
そして前記蓄熱部１４の露出した二面には、給排気管１５ａ、１５ｂが接続してあり、炉内側の二面は、炉内の内壁面側に向かって拡開する形状に形成されたスロート１７ａ、１７ｂに面している。これらスロート１７ａ、１７ｂに前記燃料ノズル１６ａ、１６ｂの先端が臨入している（図２参照）。
なお、前記蓄熱部１４において、蓄熱連通孔１４ａ、１４ｂにセラミックボール等の蓄熱体を充填するようにしても、同様に燃焼排ガスの排熱を回収する一方、燃焼用空気を予熱することができる。
【０００７】
以上のような単蓄熱室式リジェネレイティブバーナ１３において、所定時間毎に燃焼が切り換わるわけであるが、給排気管１５ａから取り入れた燃焼空気は、蓄熱部１４の一方の蓄熱連通孔１４ａを通ってスロート１７ｂに至り、それと共にスロート１７ｂ内に燃料ノズル１６ｂから燃料を噴射して前記蓄熱連通孔１４ａからの燃焼空気と混合し、スロート１７ｂから炉内の燃焼空間に燃焼炎を形成することができる。
炉内の燃焼空間Ｓを前記燃焼による燃焼ガスが充満し、るつぼ１２を、るつぼ１２周囲から加熱し、この燃焼ガスは、スロート１７ａから蓄熱部１４の他方の蓄熱連通孔１４ｂを通って給排気管１５ｂを介して排出される。このとき、蓄熱部１４における蓄熱体によって排熱を取り込む。
【０００８】
次に、前記一連の燃焼、ガス排出動作を所定時間経過した後に、今度は反対の給排気管１５ｂから他方の蓄熱連通孔１４ｂを通ってスロート１７ａに予熱された燃焼空気が導入されると共に、燃料ノズル１６ａから燃料を噴出して燃焼動作を行う一方、逆方向から燃焼ガスを燃焼空間を巡らせ、スロート１７ｂから蓄熱部１４の一方の蓄熱連通孔１４ａを通って給排気管１５ａを介して排出し、蓄熱部１４における蓄熱体によって排熱を回収する動作を所定時間行なうという手順を実行する。
このような交番燃焼によって、燃焼ガスの運動方向が反転し、燃焼空間Ｓが周回形状ということもあり燃焼ガスは速やかに満遍なく行き渡るので、炉内の温度分布が良好となり、るつぼ１２を偏ることなく、周囲から加熱することができる。また燃焼時の火炎の状態は、燃料ノズル１６ａ、１６ｂからの燃料の噴出速度、角度、分数化、複数化等を調整することによって変動し、さらには炉の大きさ、そして必要とされるＮＯｘレベルに応じて調整することができる。
さらに、前記燃料ノズル１６ａ、１６ｂの周囲に冷却用空気を供給し、この量を燃焼空気量の１５％以下にすれば、燃焼の安定化が図れ、低ＮＯｘ燃焼も可能となる。
【０００９】
このように、るつぼ炉１０は、単蓄熱室式リジェネレイティブバーナ１３における蓄熱部１４は、方形状の一対の箱体を一体的に重ね合わせて構成され、しかも炉体１１にちょうど埋め込んだ構造であるので、従来のリジェネレイティブバーナを用いた炉に比較して、バーナ全体の占有スペースを抑えることができ、省スペース化が可能である。
また、単蓄熱室式リジェネレイティブバーナ１３をるつぼ炉に適用したので、蓄熱部１４による排熱回収作用により、熱効率を大幅に改善することができる。しかも、前記蓄熱部１４は一つであり、コストを抑えることができる。
【００１０】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、るつぼ炉に一体構造の蓄熱部を有するリジェネレイティブバーナを適用したことにより、熱効率の大幅な改善が期待できる。また、前記リジェネレイティブバーナは、蓄熱部が一体構造であるので、占有スペースを抑えることができ、従来のリジェネレイティブバーナを用いた炉に比較して製造コストを抑えることができる。
【００１１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるるつぼ炉の一例を示す模式的な外観斜視説明図である。
【図２】図１に示するつぼ炉の模式的な横断面説明図である。
【図３】図１に示するつぼ炉に適用したリジェネレイティブバーナにおける蓄熱部の構造を示した模式的斜視説明図である。
【図４】現行のるつぼ炉における、模式的な外観斜視説明図である。
【図５】図４に示するつぼ炉に適用したリジェネレイティブバーナの、模式的な断面説明図である。
【符号の説明】
１０                            るつぼ炉
１１                            炉体
１２                            るつぼ
１３                            単蓄熱室式リジェネレイティブバーナ
１４                            蓄熱部
１４ａ、１４ｂ                                    蓄熱連通孔
１５ａ、１５ｂ                  給排気管
１６ａ、１６ｂ                  燃料ノズル
１７ａ、１７ｂ                  スロート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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