(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理ガス流入口を有する外筒と、該外筒内に設けられ、かつ、被処理ガスの通過孔を有する内筒とからなる二重構造の燃焼器本体に切替式蓄熱バーナーを配設すると共に、前記燃焼器本体に内筒内の燃焼室で処理されたガスを流出させるためのガス流出口を設けた切替式蓄熱バーナー付燃焼装置。
【請求項２】
請求項１の切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を熱交換装置に取り付けた切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を用いた設備。
【請求項３】
切替式蓄熱バーナー付燃焼装置の燃焼バーナーに供給する燃料供給量を熱交換装置に内蔵されている伝熱管の出口部における温度又は圧力に基づいて制御するようにした請求項２記載の切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を用いた設備。
【請求項４】
切替式蓄熱バーナー付燃焼装置の被処理ガス流入口と熱交換装置のガス排出口を循環パイプにて連通させ、かつ、循環パイプに循環ファンを配した請求項２記載の切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を用いた設備。
【請求項５】
循環ファンの上流に配したダンパーの開閉度を循環パイプを流れるガス流量に基づいて制御するようにした請求項４記載の切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を用いた設備。
【請求項６】
請求項１の切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を筒状の炉体に取り付けるとともに、該炉体から排出される熱風の一部を切替式蓄熱バーナー付燃焼装置の被処理用ガス流入口に戻すようにした切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を用いた設備。
【請求項７】
請求項１の切替式蓄熱バーナー付燃焼装置をボイラ本体に配設するとともに、該ボイラ本体から排出される排ガスの一部を切替式蓄熱バーナー付燃焼装置の被処理用ガス流入口に戻すようにした切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を用いた設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速切替式蓄熱型燃焼器（サイクリックバーナー（ High-cycle Regenerative System ) ）を用いて形成させた切替式蓄熱バーナー付燃焼装置および該切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を用いた各種設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この高速切替式蓄熱型燃焼器の燃焼ガスの温度は、極めて高温（１０００℃以上）である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、この高速切替式蓄熱型燃焼器の燃焼ガスの温度に着目し、この燃焼ガスによって被処理ガスを効率的に処理できるコンパクトな構造の切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を提供すること、および切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を用いた各種の設備を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１の発明は、被処理ガス流入口を有する外筒と、該外筒内に設けられ、かつ、被処理ガスの通過孔を有する内筒とからなる二重構造の燃焼器本体に切替式蓄熱バーナーを配設すると共に、前記燃焼器本体に内筒内の燃焼室で処理されたガスを流出させるためのガス流出口を設けた切替式蓄熱バーナー付燃焼装置である。
【０００５】
また、請求項２の発明は、請求項１の切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を熱交換装置に取り付けた切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を用いた設備である。
また、請求項３の発明は、切替式蓄熱バーナー付燃焼装置の燃焼バーナーに供給する燃料供給量を熱交換装置に内蔵されている伝熱管の出口部における温度又は圧力に基づいて制御するようにした請求項２記載の切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を用いた設備である。
【０００６】
また、請求項４の発明は、切替式蓄熱バーナー付燃焼装置の被処理ガス流入口と熱交換装置のガス排出口を循環パイプにて連通させ、かつ、循環パイプに循環ファンを配した請求項２記載の切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を用いた設備である。
また、請求項５の発明は、循環ファンの上流に配したダンパーの開閉度を循環パイプを流れるガス流量に基づいて制御するようにした請求項４記載の切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を用いた設備である。
【０００７】
また、請求項６の発明は、請求項１の切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を筒状の炉体に取り付けるとともに、該炉体から排出される熱風の一部を切替式蓄熱バーナー付燃焼装置の被処理用ガス流入口に戻すようにした切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を用いた設備である。
また、請求項７の発明は、請求項１の切替式蓄熱バーナー付燃焼装置をボイラ本体に配設するとともに、該ボイラ本体から排出される排ガスの一部を切替式蓄熱バーナー付燃焼装置の被処理用ガス流入口に戻すようにした切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を用いた設備である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態について説明する。
（イ）  切替式蓄熱バーナー付燃焼装置
図１に示すように、切替式蓄熱バーナー付燃焼装置１は、燃焼器本体１０と、この本体１０に取り付けられた高速切替式蓄熱型燃焼バーナー２０から構成されている。
【０００９】
上記燃焼器本体１０は、側壁部に被処理ガス導入口１３を有する外筒１１と、外筒１１内に設けられ、かつ、被処理ガス通過孔としての多数の希釈孔１５を有するセラミックス製の内筒１２から形成されている。また、燃焼器本体１０は、内筒１２内に形成された燃焼室１６の加熱ガスｇを流出させるためのガス流出口１４を備えている。
【００１０】
内筒１２は、燃焼器本体１０に導入される被処理ガスｇ′によって冷却されるから大半のセラミックスを用いることができるばかりでなく、ある種の耐熱金属も用いることができる。しかし、局所的に温度分布が発生することが懸念される場合には、前者を使用する方が望ましい。
一方、高速切替式蓄熱型燃焼バーナー２０は、主として、燃焼バーナー２１ａと蓄熱器２２ａを有する第１系統の燃焼器２３ａと、燃焼バーナー２１ｂと蓄熱器２２ｂを有する第２系統の燃焼器２３ｂと、４方バルブ２４から形成されている。そして、４方バルブ２４は、第１系統の燃焼器２３ａに連通する連通管２７と、第２系統の燃焼器２３ｂに連通する連通管２８と、燃焼空気の導入管２５と、排気管２６を備えている。
【００１１】
次に、上記切替式蓄熱バーナー付燃焼装置の作用について説明する。
４方バルブ２４を通って燃焼室１６に供給される燃焼空気Ａは、第１系統の燃焼器２３ａを通過する間に予め蓄熱している蓄熱器２２ａによって加熱され、高温の空気になって燃焼室１６に流入する。この高温の空気の流入と同期して第１系統の燃焼器の燃焼バーナー２１ａから燃焼室１６に噴射されたガス燃料Ｆは、高温の空気と混合しながら激しく燃焼し、超高温の燃焼ガスＧが発生する。
【００１２】
一方、被処理ガス流入口１３から燃焼器本体１０に供給された被処理ガスｇ′（ガス温度、約２００℃）は、内筒１２に存在する多数の希釈孔１５から燃焼室１６に流入し、超高温の燃焼ガスＧによって所定の温度（約８００℃）に直接加熱される。
所定温度に加熱された加熱ガスｇの大部分は、ガス流出口１４から外方に排出されるが、その一部は、第２系統の燃焼器２３ｂを通過する間に蓄熱器２２ｂを加熱しながら排ガスＧ1 （ガス温度、約１５０℃）として連通管２８、４方バルブ２４、排気管２６を経て大気中に放出される。
【００１３】
上記４方バルブ２４が切り換わると、燃焼室１６に流入する燃焼空気Ａは、第２系統の燃焼器２３ｂを通過する間に蓄熱器２２ｂによって加熱されて高温の空気になる。この高温の空気の流入と同期して第２系統の燃焼器の燃焼バーナー２１ｂから燃焼室１６に噴射されたガス燃料Ｆは、高温の空気に混合しながら激しく燃焼し、超高温の燃焼ガスＧが発生する。
【００１４】
一方、被処理ガス流入口１３から燃焼器本体１０に供給された被処理ガスｇ′（ガス温度、約２００℃）は、内筒１２に存在する多数の希釈孔１５から燃焼室１６内に流入し、超高温の燃焼ガスＧによって所定の温度（約８００℃）に直接加熱される。
加熱された加熱ガスｇの大部分は、ガス流出口１４から外方に排出されるが、その一部は、第１系統の燃焼器２３ａを通過する間に蓄熱器２２ａを加熱し、自分自身は排ガスＧ1 （ガス温度、約１５０℃）として連通管２７、４方バルブ２４、排気管２６を経て大気中に放出される。以下、所定のインターバル、例えば、２０〜３０秒間隔で切替式蓄熱バーナー付燃焼装置１の４方バルブ２４が切り換えられる。
【００１５】
上記のように、切替式蓄熱バーナー付燃焼装置１は、燃焼器本体１０の燃焼室１６において被処理ガスｇ′を超高温の燃焼ガスＧによって直接加熱することができるので、被処理ガスｇ′を効率的に加熱できる。
また、切替式蓄熱バーナー付燃焼装置１は、４方バルブ２４が２０〜３０秒単位で切り換わるため、高速切替式蓄熱型燃焼バーナー２０における蓄熱器２２ａ，２３ｂを小型化できる。従って、高速切替式蓄熱型燃焼バーナー２０自体、強いては切替式蓄熱バーナー付燃焼装置１自体をコンパクト化させることができる。
【００１６】
また、燃焼空気を高温に加熱することによりガス燃料の保有しているエネルギーを有効に引き出すことができるので、燃焼バーナー２１ａ，２１ｂに供給する燃料も節減できる。
（ロ）  加熱炉（その１）
図２は、上記の切替式蓄熱バーナー付燃焼装置１を加熱炉１１１に適用した例であり、伝熱管３３を内蔵した竪形の熱交換装置３０の上端に切替式蓄熱バーナー付燃焼装置１を取り付け、熱交換装置３０の底部にあるガス排出口３１と切替式蓄熱バーナー付燃焼装置１の被処理ガス流入口１３を循環パイプ３２によって連通するとともに、循環パイプ３２の途中に循環ファン５を設けている。
【００１７】
この加熱炉１１１は、伝熱管３３に水を通すことによって温水が得られるので、温水器、暖房や床暖房用ボイラとして使用できる。また、ダウサムなどの熱媒を通すことにより熱媒ボイラとしても使用できる。更に、発電用ボイラの再熱器やごみ焼却炉における廃熱ボイラの過熱器としても使用できる。
また、この加熱炉１１１は、切替式蓄熱バーナー付燃焼装置１自体の利点に加え、加熱炉自体をコンパクト化できる。従って、加熱炉の設置面積も少なくて済む。
（ハ）  加熱炉（その２）
図３は、図２の加熱炉１１１をグレードアップさせた加熱炉１１２であり、伝熱管３３を内蔵した竪形の熱交換装置３０の上端に切替式蓄熱バーナー付燃焼装置１を取り付け、熱交換装置３０の底部にあるガス排出口３１と切替式蓄熱バーナー付燃焼装置１の被処理ガス流入口１３を循環パイプ３２によって連通するとともに、循環パイプ３２の途中に循環ファン５を設けている。
【００１８】
更に、循環パイプ３２にガス排出口３１から排ガス導入口１３に向かって、順に、ガス流量計３、入口ダンパ４及び循環ファン５を設け、加熱ガスｇの循環量が基準値より増加すると、コントローラー６によって入口ダンパ４の開度を小さくし、加熱ガスｇの循環量が基準値より減少すると、コントローラー６によって入口ダンパ４の開度を大にするようになっている。
【００１９】
更に、熱交換装置３０内に設けた伝熱管３３の出口部に温度計７を設ける一方、燃焼バーナー２１ａに連通する燃料供給管３４ａに流量制御弁８ａを設けるとともに、燃焼バーナー２１ｂに連通する燃料供給管３４ｂに流量制御弁８ｂを設け、熱媒ｍの温度が所定温度より高くなると、コントローラー９によって流量制御弁８ａ，８ｂを絞り、熱媒ｍの温度が所定温度より低くなると、コントローラー９によって流量制御弁８ａ，８ｂの絞り具合いを緩めるようになっている。
【００２０】
この加熱炉１１２は、図２の加熱炉１１１に比べて熱媒ｍの温度を任意にコントロールできるとともに、燃焼バーナー２１ａ，２１ｂに供給するガス燃料Ｆを節約できる。
また、この加熱炉１１２は、上記加熱炉１１１と同様に、伝熱管３３に水を通すことによって温水が得られるので、温水器、暖房や床暖房用ボイラとして使用できる。また、ダウサムなどの熱媒を通すことにより熱媒ボイラとしても使用できる。また、発電用ボイラの再熱器やごみ焼却炉における廃熱ボイラの過熱器としても使用できる。更に、切替式蓄熱バーナー付燃焼装置１自体の利点に加え、加熱炉自体をコンパクト化できる。したがって、加熱炉の設置面積も少なくて済む。
（ニ）  熱エネルギー回収ボイラ
図４の熱エネルギー回収ボイラ１１３、図３の加熱炉１１２からガス流量計３、ダンパ４、循環ファン５、コントローラ６および循環パイプ３２を撤去し、代わりに、燃焼装置１の被処理ガス導入口１３に排ガス供給管３５を接続させるとともに、熱交換装置のガス排出口３１にガス排出管３６を取り付けた構造になっている。その他の部分は、図３の加熱炉１１２と構造上、相違がないため、詳細な説明を省略する。
【００２１】
この熱エネルギー回収ボイラ１１３は、排ガス供給管３５から切替式蓄熱バーナー付燃焼装置１に助燃料として、例えば、原動機や燃焼炉などから出る排ガスを供給することによって排ガスが保有している熱エネルギーを効率的に回収することができる。すなわち、この例の場合、第１，第２系統の燃焼器２３ａ，２３ｂの燃焼空気の温度が非常に高いので、高エクセルギー燃焼と称し、排ガス中の熱エネルギーを有効に回収することができる。また、排ガスの代わりに臭気ガスなどの有害ガスを導入してこれらのガスを熱分解させるとともに、その排ガスから廃熱から熱エネルギーを効率的に回収することができる。
（ホ）  熱風炉
図５は、切替式蓄熱バーナー付燃焼装置１を熱風炉１１４に適用した例であり、筒状の炉体３７の上端に切替式蓄熱バーナー付燃焼装置１を取り付け、炉体３７の底部にあるガス排出口３１と切替式蓄熱バーナー付燃焼装置１の被処理ガス流入口１３を循環パイプ３２によって連通するとともに、循環パイプ３２に循環ファン５を設けている。更に、炉体３７の底部に設けた熱風供給管３８から熱風を排出するようになっている。
【００２２】
この熱風炉１１４の熱風は、例えば、乾燥炉における蒸気の代替品、ガス化炉における乾留熱源、塗装工程における乾燥空気として供給することができる。
（ヘ）  ボイラ
図６は、切替式蓄熱バーナー付燃焼装置１をボイラ１１５に適用した例であり、ボイラ本体６０の上端に切替式蓄熱バーナー付燃焼装置１を取り付けるとともに、ボイラ本体６０の底部にあるガス排出口３１と切替式蓄熱バーナー付燃焼装置１の被処理ガス流入口１３を循環パイプ３２によって連通するとともに、循環パイプ３２に循環ファン５を設けている。更に、ボイラ本体６０の底部に排ガス管６１を設けている。
【００２３】
ボイラ本体６０は、エコノマイザ６２、加熱器６３、タンク６４を有しており、エコノマイザ６２に供給された水は、エコノマイザ６２を通過する間に予熱されてタンク６４に入り、蒸発した蒸気は、加熱器６３を通過する間に加熱され各種の機器に供給される。
本発明は、請求項において限定した以外は、その特定の実施の態様に制約されるのではない。例えば、ガス燃料Ｆのコントロール手段を構成する機器としては、温度計の代わりに圧力計を用いてもよい。
【００２４】
更に、以上の説明では、第１，第２系統の燃焼器２３ａ，２３ｂに供給する燃焼空気Ａを４方バルブ２４によって切り換えるようにした高速切替式蓄熱型燃焼バーナー２０について説明したが、ボイラなど、設備自体が小型である場合は、高速切替式蓄熱型燃焼バーナー２０の代わりに、図７及び図８に示すような、デスク回転型シングルバーナー２０′を使用してもよい。
【００２５】
このデスク回転型シングルバーナー２０′は、４方バルブの代わりにバーナー２０′に組み込まれた円盤状のデスク４１が１０〜２０秒で１回転する。４２は、ドーナツ状のヘッド部であり、その開口部４３から導入された燃焼空気Ａは、デスク４１の第１通路４４を通って蓄熱体４５内に内蔵された第１蓄熱器４６に達し、この第１蓄熱器４６を通過する間に加熱されて高温の空気となり、バーナータイル４７の第１孔４８から燃焼室１６内に噴出する。
【００２６】
一方、ガス燃料Ｆは、軸芯部に設けられたノズル５３から燃焼室１６内に噴射され、そこで、上記の加熱空気に触れて激しく燃焼する。そして、燃焼室１６内の燃焼ガスＧの一部は、バーナータイル４７の第２孔４９から蓄熱体４５の第２蓄熱器５０に至り、この第２蓄熱器５０を加熱して温度低下した燃焼排ガスＧ1 は、デスク４１の第２通路５１を通ってヘッド部４２の排出口５２から大気中に放出されるようになっている。
【００２７】
【発明の効果】
▲１▼  上記のように、請求項１の発明は、被処理ガス流入口を有する外筒と、該外筒内に設けられ、かつ、被処理ガスの通過孔を有する内筒とからなる二重構造の燃焼器本体に切替式蓄熱バーナーを配設すると共に、前記燃焼器本体に内筒内の燃焼室で処理されたガスを流出させるためのガス流出口を設けたので、燃焼器本体の燃焼室において被処理ガスｇ′を超高温の燃焼ガスＧによって直接加熱することができ、以て、被処理ガスｇ′を効率的に加熱できる。
【００２８】
また、この切替式蓄熱バーナー付燃焼装置は、４方バルブが２０〜３０秒単位で切り換わるため、高速切替式蓄熱型燃焼バーナーにおける蓄熱器を小型化できる。従って、高速切替式蓄熱型燃焼バーナー自体、強いては切替式蓄熱バーナー付燃焼装置自体をコンパクト化させることができる。
また、燃焼空気を高温に加熱することによりガス燃料の保有しているエネルギーを有効に引き出すことができるので、燃焼バーナーに供給する燃料も節減でき
▲２▼  また、請求項２の発明は、請求項１の切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を熱交換装置に取り付けたので、熱交換装置の伝熱管に水を通すことによって温水が得られるので、温水器、暖房や床暖房用ボイラとして使用できる。また、ダウサムなどの熱媒を通すことにより熱媒ボイラとしても使用できる。更に、発電用ボイラの再熱器やごみ焼却炉における廃熱ボイラの過熱器としても使用できる。
【００２９】
また、この加熱炉は、切替式蓄熱バーナー付燃焼装置自体の利点に加え、加熱炉自体をコンパクト化できる。従って、加熱炉の設置面積も少なくて済むという利点がある。
▲３▼  また、請求項３の発明は、切替式蓄熱バーナー付燃焼装置の燃焼バーナーに供給する燃料供給量を熱交換装置に内蔵されている伝熱管の出口部における温度又は圧力に基づいて制御するようにしたので、伝熱管から排出される熱媒温度を任意にコントロールすることができるとともに、切替式蓄熱バーナー付燃焼装置の燃焼バーナーに供給する燃料供給量を節約することができる。
【００３０】
▲４▼  また、請求項４の発明は、切替式蓄熱バーナー付燃焼装置の被処理ガス流入口と熱交換装置のガス排出口を循環パイプにて連通させ、かつ、循環パイプに循環ファンを配したので、ガスを強制的に循環させることができる。
▲５▼  また、請求項５の発明は、循環ファンの上流に配したダンパーの開閉度を循環パイプを流れるガス流量に基づいて制御するようにしたから、循環ガスの流量を任意にコントロールすることができる。
【００３１】
▲６▼    また、請求項６の発明は、請求項１の切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を筒状の炉体に取り付けるとともに、該炉体から排出される熱風の一部を切替式蓄熱バーナー付燃焼装置の被処理用ガス流入口に戻すようにしたから、クリーンな熱風を各種の装置に供給することができる。
▲７▼  また、請求項７の発明は、請求項１の切替式蓄熱バーナー付燃焼装置をボイラ本体に配設するとともに、該ボイラ本体から排出される排ガスの一部を切替式蓄熱バーナー付燃焼装置の被処理用ガス流入口に戻すようにしたから、ボイラを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる切替式蓄熱バーナー付燃焼装置の概略図である。
【図２】本発明にかかる切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を用いた加熱炉の概略図である。
【図３】本発明にかかる切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を用いた加熱炉の概略図である。
【図４】本発明にかかる切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を用いた熱エネルギー回収ボイラの概略図である。
【図５】本発明にかかる切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を用いた熱風炉の概略図である。
【図６】本発明にかかる切替式蓄熱バーナー付燃焼装置を用いたボイラの概略図である。
【図７】デスク回転型シングルバーナーの分解斜視図である。
【図８】デスクの平面図である。
【符号の説明】
１０  燃焼器本体                  １１  外筒
１２  内筒                        １３  被処理ガス流入口
１４  ガス流出口                  １５  被処理ガスの通過孔
１６  燃焼室                      ２０  切替式蓄熱バーナー
【図１】
0003705668.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】
0003705668.tif 000007
【図７】
0003705668.tif 000008
【図８】
0003705668.tif 000009