(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略密閉された本体部(1)内に挿通して設けられた燃焼ノズル(11)と、当該燃焼ノズル(11)の周囲に形成され、当該燃焼ノズル(11)と平行に伸び先端が燃焼室(N)に臨まされた複数の通路部(12)と、前記本体部(1)の下部に設けられ、前記燃焼室(N)内から流出する排ガスや、空気供給手段から前記燃焼室(N)内に導かれる燃焼用空気を前記通路部(12)を通って流すための配風部(8)と、当該配風部(8)と前記本体部(1)の間に設けられ、前記排ガスの熱により加熱された蓄熱体(21)により前記燃焼用空気を加熱するようにした熱交換部(20)と、前記蓄熱体(21)に付着したダストを除去する浄化空気を、前記配風部(8)より前記熱交換部(20)の一部の領域に向けて吹き出し、前記本体部(1)の上部よりダストを含む空気を外部に取出すようにしたダスト除去手段(2)と、を有する蓄熱式バーナにおいて、
前記ダスト除去手段(2)は、前記通路部(12)を複数の通路 (12A,12B) に仕切る仕切り壁(13)の、燃焼室(N)より離れた端部に、前記熱交換部(20)の上部まで伸延する垂直壁(13a)を設けて垂直通路(12C)を形成し、該垂直通路(12C)の上部に多数のペレット状とした蓄熱体(21)の飛び出しを防止する多孔板(23a)を設け、前記ケース(24)を流通したダストを含む空気が、前記垂直通路(12C)を通り熱交換部(8)の上部の吸引口(O)より外部に排出されるようにしたことを特徴とする蓄熱式バーナ。
【請求項２】
前記熱交換部(20)は、前記配風部(8)に対し相対的に回転するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の蓄熱式バーナ。
【請求項３】
前記配風部(8)は、前記排ガスを流す排ガス通路(43)と、前記燃焼用空気を流す燃焼用空気通路(42)と、前記浄化空気を流す浄化空気通路(44)が区画形成され、前記排ガス、燃焼用空気及び浄化空気が相互に独立して蓄熱体(21)を流通するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の蓄熱式バーナ。
【請求項４】
前記熱交換部(20)は、底部に多孔板(23)が設けられ、内部が仕切板(22)により略均等に仕切られかつ内部にペレット状蓄熱体(21)が緩く収容された複数のシェル室(S)とされたケース(24)を有し、前記排ガス通路(43)、燃焼用空気通路(42)及び浄化空気通路(44)がそれぞれ選択された個数の前記シェル室(S)と連通するようにしたことを特徴とする１〜３のいずれかにに記載の蓄熱式バーナ。
【請求項５】
前記ダスト除去手段(2)は、前記熱交換部(20)と配風部(8)との間に、前記燃焼用空気が流通する第１切欠部(50a)と、排ガスが流通する第２切欠部(50b)と、浄化空気が流通する第３切欠部(50c)とを備えた固定板(50)を有することを特徴とする請求１〜４のいずれかに記載の蓄熱式バーナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガスからの熱を利用して燃焼用空気を加熱する蓄熱式バーナ、特に、ダストの処理が容易な蓄熱式バーナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の工業炉は、省エネルギーを図る上から、燃焼した後の排ガスの熱を利用して燃焼用空気を加熱する蓄熱式バーナが使用されている（例えば、特開平７−１１３，５０９号、特開平８−１６６，１２３号及び特開平１０−１２２，５５２号公報等参照）。
【０００３】
この蓄熱式バーナは、概して、炉の燃焼室内に導入する燃焼用空気と、炉の燃焼室内で燃焼した後の排ガスとを交互に、耐熱性材料により構成され通気性のある蓄熱体を通って流すことにより、当該蓄熱体により燃焼用空気と排ガスとを熱交換し、燃焼室内には加熱された燃焼用空気が導入されるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、連続燃焼と１３００℃以上の高温炉とか、炉内に灰や鉄粉等のダストが多く存在している過酷な炉では、永年使用していると、多数の小孔が設けられている固定されたセラミックボール蓄熱体やハニカム状蓄熱体では、ダスト等が付着し、この処理が面倒となるのみでなく、省エネルギーを図ることが極めて困難となる。
【０００５】
具体的には、鉄鋼用のスラブの加熱炉、アルミニュームの溶解タンク炉、灰融解ゴミ焼却炉、あるいはダイオキシン対策や灰中の有害重金属の溶質を防ぐために灰融解だけを目的とした炉（これらを「加熱炉」と略称する）では、前記した問題が極めて顕著である。
【０００６】
また、いわゆるペレット状の蓄熱体を使用した場合は、ペレットに付着したダスト等を篩により比較的簡単に処理できるが、蓄熱式バーナの運転を長時間にわたり中断しなければならない。
【０００７】
さらに、前記特開平１０−１２２，５５２号公報に開示されているように、ペレット状蓄熱体を連続して出し入れすれば、バーナ運転の中断はないが、ダスト等の処理のために装置全体が大型化し、コスト的にも高くなるという不具合もある。
【０００８】
本発明は、上述した従来技術に伴う課題を解決するためになされたもので、過酷な炉等に使用される蓄熱式バーナであっても、運転を中断することなく、ペレット状蓄熱体に付着したダスト等の処理を行なうことができ、メンテナンスが容易で、小型化された、コスト的にも有利な蓄熱式バーナを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的は、下記の手段により達成される。
【００１０】
（１）  略密閉された本体部内に挿通して設けられた燃焼ノズルと、当該燃焼ノズルの周囲に形成され、当該燃焼ノズルと平行に伸び先端が燃焼室に臨まされた複数の通路部と、前記本体部の下部に設けられ、前記燃焼室内から流出する排ガスや、空気供給手段から前記燃焼室内に導かれる燃焼用空気を前記通路部を通って流すための配風部と、当該配風部と前記本体部の間に設けられ、前記排ガスの熱により加熱された蓄熱体により前記燃焼用空気を加熱するようにした熱交換部と、前記蓄熱体に付着したダストを除去する浄化空気を、前記配風部より前記熱交換部の一部の領域に向けて吹き出し、前記本体部の上部よりダストを含む空気を外部に取出すようにしたダスト除去手段と、を有する蓄熱式バーナにおいて、前記ダスト除去手段は、前記通路部を複数の通路に仕切る仕切り壁の、燃焼室より離れた端部に、前記熱交換部の上部まで伸延する垂直壁を設けて垂直通路を形成し、該垂直通路の上部に多数のペレット状とした蓄熱体の飛び出しを防止する多孔板を設け、前記ケースを流通したダストを含む空気が、前記垂直通路を通り熱交換部の上部の吸引口より外部に排出されるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
（３）  前記熱交換部は、前記配風部に対し相対的に回転するようにしたことを特徴とする蓄熱式バーナ。
【００１３】
（４）  前記配風部は、前記排ガスを流す排ガス通路と、前記燃焼用空気を流す燃焼用空気通路と、前記浄化空気を流す浄化空気通路が区画形成され、前記排ガス、燃焼用空気及び浄化空気が相互に独立して蓄熱体を流通するようにしたことを特徴とする蓄熱式バーナ。
【００１４】
（５）  前記熱交換部は、底部に多孔板が設けられ、内部が仕切板により略均等に仕切られかつ内部にペレット状蓄熱体が緩く収容された複数のシェル室とされたケースを有し、前記排ガス通路、燃焼用空気通路及び浄化空気通路がそれぞれ選択された個数の前記シェル室と連通するようにしたことを特徴とする蓄熱式バーナ。
【００１５】
（６）  前記ダスト除去手段は、前記熱交換部と配風部との間に、前記燃焼用空気が流通する第１切欠部と、排ガスが流通する第２切欠部と、浄化空気が流通する第３切欠部とを備えた固定板を有することを特徴とする蓄熱式バーナ。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施形態に係る蓄熱式バーナを加熱炉の燃焼室壁に取付けた状態を示す概略図、図２は図１における２−２線に沿う断面図、図３は図２における３−３線に沿う断面図、図４は図２における４−４線に沿う断面図、図５は図２における５−５線に沿う断面図、図６は図２における６−６線に沿う断面図、図７は図２における７−７線に沿う断面図である。
【００１９】
まず、本実施形態に係る加熱炉Ｆについて概説する。図１において、加熱炉Ｆは、例えば、耐火レンガ等よりなる略密閉された本体部１を有し、当該本体部１の側壁１ａには、蓄熱式バーナ１０が取付けられている。
【００２０】
前記本体部１には、蓄熱体２１に付着したダストを空気流により除去するダスト除去手段２が設けられているが、このダスト除去手段２には、本体部１の頂部吸引口Ｏに連結され、排ガス（図中白抜き矢印）中に含まれるダスト等を除去するサイクロン等の集塵機３及び排気ファン４を有する集塵部５が含まれる。
【００２１】
本体部１の下部には、燃焼用空気ファン６からの燃焼用空気（図中実線矢印）や、排風機７により外部に排出される排ガス等を区画して流す配風部８が設けられている。
【００２２】
ここにおいて、「燃焼用空気」とは、純酸素、酸化窒素等のような酸素原子を含むガスあるいは空気、酸素富化空気等のような酸素ガス混合気体を総称するものである。
【００２３】
特に、本実施形態では、前記本体部１と配風部８との間に設けられた熱交換部２０において、燃焼用空気と排ガスとを熱交換することにより燃焼用空気の温度を高め、高い燃焼効率が得られるようにしている。
【００２４】
さらに、詳述する。この蓄熱式バーナ１０は、図２に示すように、本体部１内に形成された円筒状あるいは矩形状の通路部１２の中心を貫通して設けられた筒状本体１２ａを有し、この筒状本体１２ａ内に燃焼ノズル１１が設けられている。
【００２５】
燃焼ノズル１１は、後端から燃料及び一次空気が供給され、先端の漏斗状多孔部分１１ａが加熱炉Ｆの燃焼室Ｎに臨まされ、この先端より燃焼室Ｎ内に火炎を噴射するようになっている。
【００２６】
当該筒状本体１２ａは、図３，４に示すように、前記通路部１２を上下に２分するように水平に伸びている仕切り壁１３を有し、それぞれが均等な断面積の上部通路１２Ａと下部通路１２Ｂとされている。この上部通路１２Ａは、後に詳述する、燃焼用空気が流通する燃焼用空気通路となり、下部通路１２Ｂは、排ガスを排出する排ガス通路となる。
【００２７】
なお、この燃焼ノズル１１は、端部にモーティブ流体供給部を設け、このモーティブ流体供給部から燃焼ノズル１１の周囲あるいは中心に水蒸気あるいは高速空気からなるモーティブ流体が流れるように構成してもよい。モーティブ流体を流すと、燃焼ノズル１１から噴射される火炎の大小あるいはシャープさなどを調節することができ、火炎のフレキシビリティが増大し、制御性あるいは汎用性の幅も大きなものとなる。
【００２８】
前記通路部１２の仕切り壁１３は、本実施の形態では、燃焼室Ｎより離間する側に下部の熱交換部２０の直近位置まで垂下された垂直壁１３ａを有し、本体部１との間に垂直通路１２Ｃが形成されている。
【００２９】
この熱交換部２０は、図２，４，５に示すように、底部に多孔板２３が設けられ、内部に多数のペレット状蓄熱体２１が収容された円筒状ケース２４を有している。この円筒状ケース２４は、内部が複数の仕切板２２により略等角均等に仕切られ、これにより形成された複数のシェル室Ｓ内にそれぞれ前記ペレット状蓄熱体２１が比較的緩やかに、つまり相互に移動し得る程度に収容されている。ただし、後述の浄化空気の流速によっては移動不能な状態であってもよく、また、前記垂直通路１２Ｃの上部にペレット状蓄熱体２１の飛び出しを防止する多孔板２３ａを設けてもよい。
【００３０】
なお、このシェル室Ｓは、４個以上であって、より多い方が好ましいが、製作上からすれば、１２個程度が好ましい。
【００３１】
この円筒状ケース２４は、下部にパンチングプレート、金網あるいはエクスパンドメタル等のような開口率の大きい多孔板２３が設けられ、通気性を持って前記各シェル室Ｓ内のペレット状蓄熱体２１を保持している。
【００３２】
この円筒状ケース２４は、前記配風部８のフランジ部４９により支持された状態で、本体部１の下部内で駆動部３０により回転するように構成され、これにより熱交換部２０では、炉内からの排ガスにより加熱された部分に、前記燃焼用空気ファン４から送風された燃焼用空気が流され、排ガスにより加熱された高温状態の蓄熱体２１により燃焼用空気が加熱されることになる。
【００３３】
例えば、この蓄熱体２１を通る燃焼用空気は、当初常温程度（例えば約２０℃程度）のものであるが、蓄熱体２１により加熱され、約９００℃程度となって炉内に送り込まれる。一方、炉内からの排ガスは、蓄熱体２１を通るときには約１１００℃程度であり、蓄熱体２１に熱を与えた後は、約２００℃程度になって排出される。
【００３４】
前記蓄熱体２１としては、例えば、アルミナやムライト等の酸化系セラミックスや窒化物系セラミックス等のような、約１３００℃程度の高温ガスの熱を蓄熱できる耐熱・高強度材料をペレット状としたものを使用することが好ましく、またＭＡＳ（コーディエライト系）やＬＡＳ（リチウム・アルミナム・シリケート系）の低膨張材料等を使用してもよい。約５００〜６００℃程度の中温ガス用としては、セラミックスよりも安価な鉄、銅等の金属をペレット状としたもの使用することが好ましい。
【００３５】
ここに、ペレット状とは、単に球形状あるいは多角形状のもののみでなく、いわゆるラシヒリングのような短管状でもよく、また短棒状、細片、ナゲット状のもの等を含むことを意味する。
【００３６】
前記駆動部３０は、前記配風部８を挿通し、前記熱交換部２０の円筒状ケース２４の下面と連結された回転軸３１と、この回転軸３１の下端に設けられたウォームホイール３２と、このウォームホイール３２に噛合されたウォーム３３と、このウォーム３３を回転するモータＭとを有し、モータＭを駆動することにより円筒状ケース２４を回転するようになっている。
【００３７】
前記配風部８は、図２，６に示すように、本体部１の下部に取付けられた配風ケース４１を有し、この配風ケース４１の一側には、燃焼用空気ファン４からの燃焼用空気が流通する燃焼空気用ダクト（通路）４２が、他側には、排風機５により外部に排出される排ガスが流通する排ガス用ダクト（通路）４３が連設されており、また、この配風ケース４１には、ダスト除去手段２の一部を構成する、清浄用空気が流通する清浄空気用ダクト（通路）４４も連設されている。
【００３８】
配風ケース４１の内部は、前記回転軸３１の外部を覆うスリーブ４５が設けられ、このスリーブ４５からは、燃焼用空気、排ガス及び清浄用空気が相互に混入しないようにする仕切板４６，４７，４８が放射状に突出されている。
【００３９】
なお、これら仕切板は、単に前記３枚のみでなく、前記各シェル室Ｓに対応するように多数枚（製作上からすれば、１２枚程度）形成してもよい。
【００４０】
この場合、燃焼用空気及び排ガス用等の通路は、入口側が相互に連通されている必要があり、また、出口側は、３枚のみあるいは多数枚のいずれも、熱交換部２０と配風ケース４１との間で、圧力の高い燃焼用空気が排ガス側にリークしないようにすることが好ましい。
【００４１】
なお、配風ケース４１の頂部には、フランジ部４９が設けられ、このフランジ部４９により前記熱交換部２０の円筒状ケース２４を支持している。
【００４２】
ダスト除去手段２は、蓄熱体２１に付着したダストを除去する浄化空気を当該蓄熱体２１に吹き付け、除去したダストを炉外に排出するものであり、前記配風部８に設けられた浄化空気通路４４、本体部１の頂部に連結された集塵部５等の他に、前記フランジ部４９と前記多孔板２３との間に設けられた固定板５０を有している。
【００４３】
この固定板５０は、図７に示すように、燃焼用空気が流通する第１切欠部５０ａと、排ガスが流通する第２切欠部５０ｂと、浄化空気が流通する第３切欠部５０ｃとを有し、前記フランジ部４９と本体部１の下部との間に固定保持されている。
【００４４】
これら各切欠部の大きさは、例えば、シェル室Ｓが「１２」個形成されていれば、第１切欠部５０ａは「３」個分、第２切欠部５０ｂは「５」個分、第３切欠部５０ｃは「１」個分とされている。
【００４５】
つまり、所定回転している熱交換部２０における蓄熱体２１の熱交換効率を考慮した場合、排ガスが流通する第２切欠部５０ｂは大きくし、多量の排ガスが蓄熱体２１に当たるようにすることが好ましく、燃焼用空気が流通する第１切欠部５０ａは、当該加熱された蓄熱体２１から所定の熱量を確実に取り出すことができるように前記第２切欠部５０ｂよりは小さくすることが好ましく、第３切欠部５０ｃは、急激な空気流が得られるようにさらに小さくすることが好ましい。
【００４６】
この結果、配風部８の燃焼空気用ダクト４２、排ガス用ダクト４３、清浄空気用ダクト４４を相互に独立して流れてきた燃焼用空気、排ガス及び浄化空気は、蓄熱体２１を流通するとき、固定板５０の各切欠部５０ａ，５０ｂ，５０ｃによりそれぞれ選択された個数のシェル室Ｓに流入することになり、それぞれがその特性を発揮するように蓄熱体２１内を流通することになる。
【００４７】
次に、上記実施の形態の作用を説明する。
【００４８】
蓄熱式バーナ１０の燃焼ノズル１１からの燃料及び一次空気を噴射しつつ、図外の着火手段により着火した後に、この火炎に向かって燃焼用空気を通路１２Ａより炉内に送り込むと、この蓄熱式バーナ１０では、火炎が燃焼用空気により炉の奥の方まで届き、良好な加熱状態を発揮する。
【００４９】
炉内で燃焼した後の排ガスは、通路１２Ｂ及び蓄熱体２１を通って配風部８に至り、排ガス用ダクト４３より大気中等に排出されるが、本実施の形態では、モータＭが熱交換部２０の円筒状ケース２４を回転しているので、排ガスが流通した蓄熱体２１は加熱された後に、燃焼用空気が流通している領域に移動し、燃焼用空気を加熱することになる。
【００５０】
かかる運転を長期にわたり行っていると、蓄熱体２１にダストが付着するが、本実施形態では、浄化空気が配風部８より所定時間ごとに熱交換部２０に向けて吹き出されるので、ダストは、浄化空気により吹き飛ばされ、除去され、蓄熱体２１にダストが付着する事態が簡単に防止できる。
【００５１】
さらに詳述すれば、熱交換部２０は、シェル室Ｓ内にペレット状蓄熱体２１が収容されているので、浄化空気は、固定板５０の第３切欠部５０ｃを通り、当該第３切欠部５０ｃに対応するシェル室Ｓ内のペレット状蓄熱体２１を吹き上げ、蓄熱体２１に付着するダストを吹き飛ばす。
【００５２】
このとき、シェル室Ｓの上下には、多孔板２３が設けられているので、個々の蓄熱体２１が浄化空気により吹き飛ばされる虞れはない。
【００５３】
除去されたダストは、浄化空気にともなって上昇し、吸引口Ｏより外部に排出される。
【００５４】
このようにして１つのシェル室Ｓ内の蓄熱体２１が浄化されると、熱交換部２０の回転により、つぎつぎとシェル室Ｓ内の蓄熱体２１が浄化され、１回転すると浄化空気の供給を停止する。ただし、蓄熱体２１の汚れ状態によっては、適宜浄化時間あるいは熱交換部２０の回転数を調整すればよい。
【００５５】
本発明は、上述した実施の形態のみに限定されるものでなく、特許請求の範囲内において種々改変することができる。上述した実施の形態は、熱交換部２０が固定の配風部８に対し回転しているが、熱交換部２０を固定し配風部８が回転するようにしてもよく、両者は相対的に回転するものであればよい。
【００５６】
蓄熱体２１は、ペレット状であることが、ダストの除去からすれば、好ましいが、ハニカム状であっても何ら問題なく適用できる。
【００５７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、次の効果が得られる。
【００５８】
請求項１に記載の発明は、ダストを除去する浄化空気を、配風部より熱交換部の一部の領域に向けて吹き出し、本体部の上部より外部に取出すようにしたので、高温炉や過酷な炉でも、連続燃焼運転しつつ、ダストを容易に処理でき、装置は小型化し、コスト的にも有利となる。しかも、通路部の仕切り壁端部を垂直に曲げて垂直通路を形成し、この垂直通路を通りダストを含む空気が吸引口より外部に排出されるようにしたので、排出空気は最短距離を通り排出されることになり、ダストが他の部分に付着することもない。さらに、蓄熱体をペレット状とし、これを動かすと、ダストが蓄熱体から剥れ易く、ダストの処理がより簡単なものとなる。
【００６０】
請求項２に記載の発明は、熱交換部と配風部が相対的に回転するようにしたので、熱効率の高い蓄熱式バーナとなるのみでなく、ダストの処理が一層容易となる。
【００６１】
請求項３に記載の発明は、排ガス通路、燃焼用空気通路及び浄化空気通路が区画形成され、これらが相互に独立して蓄熱体を流す配風部としたので、構造が簡単となり、装置も小型化する。
【００６２】
請求項４に記載の発明は、熱交換部のケースを、上下に多孔板が設けられ、内部が複数のシェル室に区画され、各シェル室内にペレット状蓄熱体を緩く収容するようにし、排ガス通路、燃焼用空気通路及び浄化空気通路がそれぞれ選択された個数のシェル室と連通するようにしたので、不必要にガスや空気が混入せず、熱的損失が少なく、ダストの処理も確実となる。
【００６３】
請求項５に記載の発明は、熱交換部と配風部との間に、燃焼用空気、排ガス及び浄化空気をそれぞれ規定された領域を流通させる切欠部を備えた固定板を設けたので、さらに不必要にガスや空気の混入や熱的損失がなく、ダストの処理も確実となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る蓄熱式バーナを加熱炉の燃焼室壁に取付けた状態を示す概略図である。
【図２】図１における２−２線に沿う断面図である。
【図３】図２における３−３線に沿う断面図である。
【図４】図２における４−４線に沿う断面図である。
【図５】図２における５−５線に沿う断面図である。
【図６】図２における６−６線に沿う断面図である。
【図７】図２における７−７線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１…本体部、
２…ダスト除去手段、
８…配風部、
１１…燃焼ノズル、
１２…通路部、
１２Ａ，  １２Ｂ…通路、
１２Ｃ…垂直通路、
１３…仕切り壁、
１３ａ…垂直壁、
２０…熱交換部、
２１…蓄熱体、
２２…仕切板、
２３，２３ａ…多孔板、
２４…ケース、
４２…燃焼用空気通路、
４３…排ガス通路、
４４…浄化空気通路、
５０…固定板、
５０ａ…第１切欠部、
５０ｂ…第２切欠部、
５０ｃ…第３切欠部、
Ｏ…吸引口、
Ｎ…燃焼室、
Ｓ…シェル室。
【図１】
0003611770.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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