(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流れ反転式の熱回収型のバーナー装置において、
該バーナー装置は、
ガス通路を有するバーナーハウジングであって、前記ガス通路が該バーナーハウジングを通って伸びているバーナーハウジングと、
前記バーナーハウジングの下方に配置され、上表面及び下表面を有する流体通過性の熱回収媒体床を包囲するハウジングが設けられた単段式の熱回収器であって、前記ハウジングが、該バーナー装置の外部と連通する開口部を有する熱回収器とを有し、
前記熱回収器は、
前記ハウジング内に設けられ、前記熱回収媒体床の前記下表面の直下に位置する液体収集室と、
前記ハウジング内に設けられ、前記バーナーハウジングの前記ガス通路と、前記液体収集室とを直接的に相互接続する第１ガス通路と、
前記ハウジング内に設けられ、前記外部と連通している前記ハウジングの前記開口部と、前記熱回収媒体床の前記上表面とを相互接続する第２ガス通路とを備えていて、
前記第１ガス通路と前記第２ガス通路とが、実質的に前記熱回収媒体床のみを介して互いに連通していることを特徴とするバーナー装置。
【請求項２】
前記液体収集室が、その底壁に配設された液溜めを備えていることを特徴とする、請求項１に記載のバーナー装置。
【請求項３】
前記液溜めが、該液溜めを覆う穴のあいたカバーを有することを特徴とする、請求項２に記載のバーナー装置。
【請求項４】
前記液体収集室が、その内部に配設された液体排出口を有することを特徴とする、請求項１に記載のバーナー装置。
【請求項５】
前記液溜めが、その内部に配設された液体排出口を有することを特徴とする、請求項２又は３に記載のバーナー装置。
【請求項６】
前記液体排出口が、その内部に取り外し可能に配置された閉鎖部材を備えていることを特徴とする、請求項４又は５に記載のバーナー装置。
【請求項７】
前記液体排出口が、開放された液体排出管に接続されていることを特徴とする、請求項４又は５に記載のバーナー装置。
【請求項８】
前記熱回収媒体床が、耐火性材料からなる複数の個々の粒状物の充填床を備えていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１つに記載のバーナー装置。
【請求項９】
前記熱回収媒体床が、前記熱回収器のハウジング内で、多孔性の支持部によって支持されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１つに記載のバーナー装置。
【請求項１０】
前記多孔性の支持部が、全体的に互いに離間された直立する支柱によって、前記ハウジングの底面の上に保持されていることを特徴とする、請求項９に記載のバーナー装置。
【請求項１１】
前記多孔性の支持部が、固体部によって分離された開口部を備えた媒体床を支持する上面を備えた格子であることを特徴とする、請求項９に記載のバーナー装置。
【請求項１２】
前記格子の前記開口部が、前記上面に、前記格子の全領域の３０〜９０％の範囲内の結合領域を有することを特徴とする、請求項１１に記載のバーナー装置。
【請求項１３】
前記格子の前記開口部が、前記上面に、前記格子の全領域の４０〜７０％の範囲内の結合領域を有することを特徴とする、請求項１１に記載のバーナー装置。
【請求項１４】
前記開口部が、細長い形状に形成され、ある幅とある長さとを有していて、前記幅は前記長さよりも短いことを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか１つに記載のバーナー装置。
【請求項１５】
前記開口部の前記幅が、１９〜２２ｍｍの範囲であることを特徴とする、請求項１４に記載のバーナー装置。
【請求項１６】
前記格子が、該格子に比べて、上面の領域が小さい格子タイルの配列を備えていることを特徴とする、請求項１１〜１５のいずれか１つに記載のバーナー装置。
【請求項１７】
前記個々の粒状物が球体であることを特徴とする、請求項８に記載のバーナー装置。
【請求項１８】
前記球体が、２５〜３８ｍｍの範囲の直径を有することを特徴とする、請求項１７に記載のバーナー装置。
【請求項１９】
前記ハウジングが、前記熱回収媒体床を保持する下側部品と、前記下側部品から取り外すことができる上側部品とを備えた２部品構成のものであることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか１つに記載のバーナー装置。
【請求項２０】
前記上側部品及び前記下側部品が、前記ハウジングの１つの側部で少なくとも１つのヒンジによって連結されていることを特徴とする、請求項１９に記載のバーナー装置。
【請求項２１】
前記ハウジングが、前記第１ガス通路を内張りする、耐火性材料からなる断熱層を有することを特徴とする、請求項１〜２０のいずれか１つに記載のバーナー装置。
【請求項２２】
前記バーナーハウジング内に収容された可燃燃料バーナーを備えていることを特徴とする、請求項１〜２１のいずれか１つに記載のバーナー装置。
【請求項２３】
流れ反転式の熱回収型のバーナー装置のための単段式の熱回収器において、
上表面及び下表面を有する流体通過性の熱回収媒体床を包囲するハウジングであって、前記バーナー装置の外部と連通する開口部と、該熱回収器の上方に配置されたバーナーハウジングと接続するように構成されたポートとを有するハウジングと、
前記ハウジング内に設けられ、前記熱回収媒体床の前記下表面の直下に位置する液体収集室と、
前記ハウジング内に設けられ、前記ポートと、前記液体収集室とを直接的に相互接続する第１ガス通路と、
前記ハウジング内に設けられ、前記外部と連通している前記ハウジングの前記開口部と、前記熱回収媒体床の前記上表面とを相互接続する第２ガス通路とを備えていて、
前記第１ガス通路と前記第２ガス通路とが、実質的に前記熱回収媒体床のみを介して互いに連通していることを特徴とする熱回収器。
【請求項２４】
加熱対象物と、気化可能な汚染物とを収容している加熱炉を加熱する方法であって、
加熱された燃料燃焼用ガスを前記加熱炉内に導入するとともに、前記加熱炉から放出される燃焼ガスから熱を回収するために、少なくとも２つの請求項１に記載の流れ反転式の熱回収型のバーナー装置が交互に用いられ、  
該方法は、
前記加熱炉から排出された高温の燃焼ガスと、前記熱回収媒体床を通る外部の燃料燃焼用ガスとを交互に通し、
前記加熱炉から出た前記高温の燃焼ガスを、前記熱回収媒体床のうちの少なくとも１つの熱回収媒体床を通して、該熱回収媒体床の前記下表面から前記上表面に向って上向きに流通させ、
前記外部の燃料燃焼用ガスを、前記熱回収媒体床のうちの前記少なくとも１つの熱回収媒体床を通して、該熱回収媒体床の前記上表面から前記下表面に向って下向きに流通させ、
前記バーナー装置の前記熱回収媒体床の下方において、前記バーナー装置の少なくとも１つの熱回収媒体床から、液体の形態の前記汚染物を除去することを特徴とする方法。
【請求項２５】
前記高温の燃焼ガスを、３０〜６１０ｍ／分の範囲の流速で、前記熱回収媒体床を通して上向きに通すことを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記高温の燃焼ガスを、２４４〜３９６ｍ／分の範囲の流速で、前記熱回収媒体床を通して上向きに通すことを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記高温の燃焼ガスを、前記液体の形態の前記汚染物の排出を促進して前記熱回収媒体床から排出するために前記流速を低減する期間を除いて、一定の流速で前記熱回収媒体床を通して上向きに通すことを特徴とする、請求項２４〜２６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２８】
前記期間が、各熱回収型のバーナー装置の毎時間の操作に対して、２〜８分の範囲であることを特徴とする、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱損失を低減しつつ加熱炉等を加熱するために用いられる流れ反転式の熱回収型のバーナー装置に関するものである。より詳しく述べれば、本発明は、熱回収型のバーナー装置で用いられる熱交換媒体の汚染の問題に対処するための方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
可燃燃料バーナーは、しばしば、屑アルミニウム等の屑金属、屑ガラス及びその他の材料を溶融することが意図されている加熱炉を加熱するために用いられる。このようなバーナーは、燃料燃焼用空気の供給が必要であり、また加熱炉内に導入される大量かつ高温の燃焼ガスを生成する。熱回収型のバーナー（リジェネレイティブバーナー）は、本来は廃棄される、加熱炉を出た燃焼ガスの熱を再利用することにより、燃料効率を改善するように構成されている。通常、２つの燃料バーナーが連携して用いられ、両者は、熱吸収性材料からなる２つの流体通過性の媒体、通常は耐火性材料からなる粒状物で構成された媒体床と協働するように構成されている。この媒体床は、ガスと媒体床の接触時において両者の相対的な温度に応じて、媒体床を通り抜けるガスから熱を吸収し、又はこのガスに熱を供給する。２つのバーナーのうち第１のバーナーが動作しているときに、この第１のバーナーによって生成された燃焼ガス（廃ガス）が、最終的には加熱炉から吸引され、２つの媒体床のうちの第２の媒体床を通り抜けてこの第２の媒体床を加熱する。これと同時に、第１のバーナーのための燃料燃焼用ガス（通常は空気）が、第１の媒体床を介して供給され、その前のバーナーサイクルによってすでに高温となっている第１の媒体床によって加熱される。効率が最大となることが意図されている期間（大抵は３０秒ないし３分）を経過した後、第１のバーナーの動作が停止され、第２のバーナーが動作を開始する。この後、第２のバーナーのための燃料燃焼用ガスが、第２の媒体床（第１のバーナーからの廃ガスによってそれ以前に加熱された媒体床）を介して引き抜かれる。第２のバーナーからの燃焼ガス（廃ガス）が加熱炉から引き抜かれて第１の媒体床を通り抜け、これにより第１の媒体床が再び加熱される。このように２つのバーナーを交互に使用することにより、廃熱の大部分が回収されて加熱炉に戻され、これにより加熱炉を高い熱効率で運転することができる。１つの加熱炉に対して２つより多いバーナーを用いることが可能であることは明らかである。この場合、一群のバーナーからの廃ガスが、協働する熱回収媒体床により、他の一群のバーナーからの燃焼用ガスを予熱するのに用いられる。また、複数のバーナーを、互いに異なる加熱サイクルをもつ対で動作させるようにしてもよい。
【０００３】
このように用いられる熱回収型のバーナーの欠点は、これと協働する媒体床が、しばしば、加熱炉から取り出され媒体床を通り抜ける廃ガス中の汚染物により汚染状態となることである。汚染物の性状は、加熱炉内で加熱される材料に依存する。例えば、加熱炉が屑アルミニウムの再溶融に用いられる場合、金属の溶融を促進するとともに過度の金属酸化を防止するために、しばしば、塩フラックスが添加される。この塩フラックスは、加熱炉の稼働温度で部分的に気化し、この後媒体床内で凝縮し、これにより媒体床を通り抜けるガスの流れが制限され、最終的には媒体床を閉塞させるおそれがある。気化した塩フラックスは、まず凝縮して液体となるが、媒体床を通って冷温の領域に進むのに伴って、最終的には固体となる。この問題は、従来技術においてよく認識され、種々の方法で堆積した汚染物を除去することにより、この問題を解決しようと試みられてきた。
【０００４】
２００２年６月１３日に発行されたクレーンら（Crane et al.）に係る特許文献１は、金属溶融炉で用いられるタイプの典型的なバーナー／媒体床結合体を開示している。特許文献１は、媒体床が許容できない程度まで汚染されたときには、媒体床全体を取り換えるといった便宜的な方法を開示している。かくして、媒体床は、新たな媒体、修復された媒体あるいは汚染物が除去された媒体を備えた予備の媒体床により、最小限の遅れで交換される。
【０００５】
１９９０年７月３１日に発行されたワトソン（Watson）に係る特許文献２は、アルミニウム溶融設備で用いることができる、熱回収媒体床を備えた２バーナー型の加熱炉を開示している。特許文献２は、媒体床が塩等により汚染状態となるといったことに注目しており、定期的に、媒体床を高温状態となるまで加熱して吸着された塩を溶融し、これを収集して廃棄することができるようにした制御システムを開示している。
【０００６】
１９８９年２月２８日に発行されたワード（Ward）に係る特許文献３は、ガラス又は非鉄金属を溶融させるための熱回収型のバーナーシステムにおいて用いるための熱回収器の仕様を開示している。この発明に係るシステムは、媒体床の一端に汚染されていない耐火性球体（媒体床を構成する粒状物）を供給するための入口と、媒体床の他端から汚染された耐火性球体を除去するための手段とを備えている。かくして、媒体床が更新されるのに伴って汚染物が除去される。
【０００７】
１９９０年５月８日に発行されたギットマン（Gitman）に係る特許文献４は、アルミニウムの溶融のための熱回収型のバーナーの制御システムを開示している。この制御システムでは、汚染物量がとくに多いときには、加熱サイクルのある段階で、媒体床をバイパスさせるようにしている。したがって、媒体床の汚染が低減される。
【０００８】
１９８９年５月１０日に発行されたウィルスら（Wills）に係る特許文献５は、ガラスを溶融させるための熱回収型のバーナーシステムを開示している。このシステムは、中間の冷却段階（２つの熱回収型媒体床の間）を用いており、これにより汚染物を、清掃が容易なダクトの部分で凝縮させることができる。
【０００９】
１９８８年１月６日に発行されたグッドフェロウ（Goodfellow）に係る特許文献６は、熱回収媒体床が２つの部分に配置されている熱回収型のバーナーシステムを開示している。このシステムでは、ガスが、第１の部分を下向きに通り抜け、この後第２の部分を上向きに通り抜けるようになっている。温度分布は、汚染されたゾーンが媒体床の第１の部分の最も下側の層に近接して配置され、温度分布の変化が比較的小さくなり、その結果媒体床の第１の部分からの閉塞を生じさせる材料の移動は溶融状態で生じる。汚染物は、収集され廃棄される。
【００１０】
２００６年５月４日に発行された特許文献７は、汚染物を除去するガスを下側から媒体床に高速の流れで導入し、粒状物を互いに相対的に移動させて固体の汚染部を除去することにより媒体床を清掃する方法及び装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／００７２０２０号明細書
【特許文献２】米国特許第４,９４４,６７０号明細書
【特許文献３】米国特許第４,８０７,６９５号明細書
【特許文献４】米国特許第４,９２３,３９１号明細書
【特許文献５】英国特許出願公開第２２０９３８６号明細書
【特許文献６】英国特許出願公開第２１９２２６４号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００６／００９３９７８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前記の問題に対するこれらの解決策は、いくつかの点で有効であるが、なお、高価な装置の改修を必要とし、又は媒体床を頻繁に交換することを必要とするなどといった欠点を有している。したがって、とくに燃焼ガスが凝縮性の汚染物を含んでいる場合における、媒体床を通るガスの流れを減少させる媒体床の汚染物を処理する他の手法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の１つの典型的な実施態様は、熱回収型のバーナー装置（リジェネレイティブバーナー装置）を提供する。このバーナー装置は、好ましくは可燃燃料バーナーを収容するバーナーハウジングと、その内部を通って伸びるガス通路と、上表面及び下表面を有する流体通過性の熱回収媒体床（fluid-porous heat regenerative media bed）を包囲するハウジングが設けられた単段式の熱回収器とを備えている。ハウジングは、通常は（必須ではないが）付加的な配管、パイプ又は通気口（vent）を経由してバーナー装置の外部と連通する開口部を有している。ハウジング内の第１ガス通路は、バーナーハウジングのガス通路と、熱回収媒体床の下表面とを直接的に相互接続している（interconnect）。ハウジング内の第２ガス通路は、外部と連通しているハウジングの開口部と、熱回収媒体床の上表面とを相互接続している。第１ガス通路と第２ガス通路とは、実質的に熱回収媒体床のみを介して互いに連通しており、これにより一方のガス通路から他方のガス通路へのガスの流れは、必然的に媒体床を通って流れるようになっている。実際には、バーナー装置の全体的な効率にとって重要なものでなければ、媒体床のまわりにある程度のガスの漏れが生じてもよいのはもちろんである。
【００１４】
本明細書において特記すべきことは、媒体床又は熱回収器を説明するための「単段式（single-stage）」との語は、連続で切れ目のない単一の伝熱ゾーンのみにおいて、ガスと耐火性媒体との間で熱交換が行われることを意味するということである。これは、二重の又は多段の媒体床又は熱回収器、例えば２つの媒体床に一方の媒体床から他方の媒体床につながる通路によって形成される分離部が設けられている前記特許文献６に開示されたものとは対照的な概念である。
【００１５】
かかる構成の装置は、廃ガスである高温の燃焼ガスが媒体床を上向きに通り抜け、これにより燃焼ガス中の凝縮可能な汚染物（contaminant）が媒体床内で凝縮して液体となった後、固体となる前に、重力により媒体床から流出することを可能にする。この後、液体の汚染物は、媒体床の下方の位置で、熱回収器から除去される。したがって、高温の燃焼ガスが、加熱炉等から排出され、第１の開口部を経由し、媒体床を通って流れる際に、凝縮した汚染物は、重力により、媒体床における低温の上表面ではなく、高温の表面に向って流れる（このとき、下表面は、高温の燃焼ガスによって加熱されている）。このため、汚染物が媒体床から出る前に固化し（freeze）あるいは固体化する（solidify）可能性が低減される。
【００１６】
ここで、第１ガス通路が、第１の開口部を、流体通過性の媒体床の下表面に直接的に接続していることが注目される。ここで、「直接的に（directly）」との語は、ガス通路内を流通しているガスが、ガス通路の側部から自然に逃げる熱を除き、該ガスとの間で大量の熱交換を行う物体又は装置を経由しないことを意味する。ここで、廃ガスである高温の燃焼ガスが第１ガス通路を流通しているときに、気化した汚染物を大量に伴っている燃焼ガスは、流体通過性の媒体床の下表面に直接的に導入される。このため、ガスが下表面を通って流体通過性の媒体床に流入する前に、気化した汚染物の大量の凝縮を生じさせる可能性のある熱量の損失が生じない。
【００１７】
ハウジングは、熱回収媒体床の下表面の直下に配設された液体収集室を備えているのが好ましい。液体収集室は、その底壁に配設された液溜めを備えていてもよい。この液溜めは、オプションとしての穴のあいたカバープレート（perforated cover plate）で覆われていてもよく、また覆われないままであってもよい。液体収集室又は液溜めには、液体排出口が設けられていてもよい。また、液体の汚染物を定期的に除去できるように、オプションとしての、取り外し可能な閉鎖部材が設けられていてもよい。あるいは、液体排出口が、汚染物を連続的に除去するための、オプションとしての開かれた液体排出管に接続されていてもよい。
【００１８】
媒体床は、例えば球体、又はその他の規則的もしくは非規則的な形状をもつ、耐火性材料からなる個々の粒状物（discrete particles）からなる充填床の形態のものであってもよい。これに代えて、媒体床は、複数の通路又は相互接続された複数の孔が設けられた流体通過性の固体（fluid-permeable solid）であってもよい。
【００１９】
熱再生器のハウジングは、２つの部品、すなわち熱回収媒体床を保持する下側部品と、この下側部品から取り外すことができる上側部品とで形成されているのが好ましい。２つの部品は、ハウジングの１つの側部で、少なくとも１つのヒンジで互いに連結されているのが好ましい。そして、媒体床へのアクセス（点検）が必要となるまでは、互いに背向する側部で２つの部品を互いに保持するために、取り外し可能な固定具、例えば連結ボルトが設けられていてもよい。
【００２０】
熱回収器のハウジングは、少なくとも第１ガス通路を内張りする、耐火性材料からなる断熱層を有しているのが好ましい。
【００２１】
本発明のもう１つの典型的な実施態様によれば、熱回収型のバーナー装置のための単段式の熱回収器が提供される。この熱回収器は、次の構成要素を備えている。
上表面及び下表面を有する流体通過性の熱回収媒体床を包囲するハウジングであって、バーナー装置の外部と（直接的又は間接的に）連通する開口部と、バーナーハウジングと接続するように構成されたポートとを有するハウジング。
ハウジング内に設けられ、ポートと、熱回収媒体床の下表面とを直接的に相互接続する第１ガス通路。
ハウジング内に設けられ、バーナー装置の外部と連通しているハウジングの開口部と、熱回収媒体床の上表面とを相互接続する第２ガス通路。
ここで、第１ガス通路と第２ガス通路とは、熱回収媒体床のみを介して、互いに連通している。
【００２２】
本発明のさらにもう１つの典型的な実施態様によれば、加熱対象物（charge to be heated）と気化可能な汚染物（vaporizable contaminant）とを収容している加熱炉を加熱する方法が提供される。ここで、加熱された燃料燃焼用ガスを加熱炉内に導入するとともに、加熱炉から放出される燃焼ガスから熱を回収するために、少なくとも２つの熱回収型のバーナー装置が交互に用いられる。少なくとも２つの熱回収型のバーナー装置は、それぞれ、上表面及び下表面を有する単段式の熱回収媒体床を用いたものである。この方法は、加熱炉から排出された高温の燃焼ガスと、熱回収媒体床を通る外部の燃料燃焼用ガス（空気）とを交互に通すようにしている。加熱炉から出た高温の燃焼ガスは、熱回収媒体床のうちの少なくとも１つの熱回収媒体床を通って、該熱回収媒体床の下表面から上表面に向って上向きに流通させられる。外部の燃料燃焼用ガス（空気）は、熱回収媒体床のうちの少なくとも１つの熱回収媒体床を通って、該熱回収媒体床の上表面から下表面に向って下向きに流通させられる。バーナー装置の少なくとも１つの熱回収媒体床の下方において、バーナー装置から液体の状態の汚染物が除去される。
【００２３】
本発明のすべての実施態様においては、媒体床を通り抜けるガス流れが、可能な限り固体の汚染物の堆積が回避されるように確実に最適化されるのが好ましい。媒体床を支持している格子（grating）の多孔度（porosity）が低い場合、凝縮した液体の塩が十分に排出されず、このため最終的には固体化した汚染物が媒体床を閉塞させるということが判明している。実際、サイクルの排気過程において、一般に格子の多孔度が極めて小さい状態が、ガス流れが極めて強い状態と組み合わされた場合は問題が生じるということが、理論的に解明されている。バーナーが休止するとともに、加熱炉から出た排気ガスが媒体床を流通しているときには、排気ガスに随伴する気体の塩は、媒体床との接触により液体に状態変化する。しかしながら、格子の開口部の面積が格子の固体部の面積に比べて極めて小さいことに起因して、塩の大部分が排出されるのは防止される。問題を悪化させるのは、塩をさらに媒体床押し込む傾向がある、サイクルのこの過程における排気ガス流れの強度である。長時間にわたってこれらの２つの因子が組み合わせられると、媒体床の底部位置から、汚染物が凍結して固体の表面を形成するのに十分な低温となる位置までの距離ないしは厚さの三分の一の地点まで、汚染物が進入して媒体床内に塩の蓄積を生じさせる。
【００２４】
この問題は、必要な場合、すなわち熱再生器及び格子の特定の仕様について前記の問題が明らかとなった場合に、格子の多孔度を大きくすることにより解決することができる。格子によって覆われる総面積に対する格子の開口部の面積の割合は（平面視における、すなわち格子の上面における面積）、一般的には３０〜９０％の範囲であるのが好ましく、４０〜７０％の範囲であるのがより好ましい。
【００２５】
この問題に関する他の因子は、媒体床を構成している粒状物の寸法ないしは形状によって影響される媒体床自体の多孔度、及び、格子の多孔度と媒体床の多孔度との間の相互作用である。まず第１に、格子の開口部は、円形であるよりは細長い形状であるのが好ましく、この場合、開口部は、媒体床を構成する球形の粒状物によって完全に閉塞されることはありえない。開口部における実際の幅に対する長さの比は任意に設定することができるが、一般に、開口部の長さは通常は幅の少なくとも２倍であり、少なくとも幅の５倍であるのがより好ましい。開口部のすべてが同一の寸法及び形状をもつことが必要ではないのはもちろんであり、支持支柱の位置、あるいはその他の装置の設計上の理由により、異なる寸法及び形状をもつ開口部を用いる方が有利であることが多い。
【００２６】
もう１つの考察すべき事項は、開口部の幅が大きくなるのに伴って、媒体床を構成する粒状物が、上側から開口部内においてより低い位置に着座させられ、これにより開口部の上端における固体材料の断面が大きくなり、さらにはガス流れに対する抵抗が大きくなることである。これに対する補償は、粒状物の寸法を大きくすることにより行うことができるが、これは媒体床全体の多孔度に影響を及ぼす。例えば、媒体床が、例えばアルミナ又はその他のセラミックからなる直径が１インチ（２５ｍｍ）の球形の粒状物で形成される一方、開口部の幅が０．７５インチ（１９ｍｍ）ではなく０．８８インチ（２２ｍｍ）である場合、媒体が開口部内に存在するときには、球形の粒状物は、より広い開口部内において、より低い位置に着座して、「有効（effective）」開口面積を減少させる傾向がある、ということが判明している。これを補償するために、直径が１〜１．５インチ（２５〜３８ｍｍ）よりも大きい大型の球体の粒状物を用いてもよい。このような大型の球体の粒状物は、有効多孔度を４０％増加させるものと推測される。
【００２７】
すでに説明したとおり、サイクルの排気段階におけるガス流れの強度はまた、媒体床内に固体が蓄積するといった問題にも影響を及ぼす。排気ガスの流速は、典型的には媒体床／格子界面において、約１８９０フィート／分（５７６ｍ／分）であるが、この流速は、媒体床から塩の流れを妨げるのに十分な強度である。この位置におけるガス流れは、格子の多孔度によって直接的に影響される。すなわち、格子の多孔度が高ければ高いほど、流速が低くなる。格子の多孔度が高い場合、同一体積のガス流れは、より低い流速で移動するが、この流速は、より大きい断面積をもつ開口部と同等のものでる。理論上、基本的な実施態様においては、媒体床／格子界面におけるガス流れは、約１００〜２０００フィート/分（３０〜６１０ｍ／分）の範囲で変化するが、媒体床は依然有効に機能する。１００フィート／分（３０ｍ／分）の流速では、格子の多孔度の広い範囲にわたって、良好な塩の排出を期待することができる。他方、２０００フィート／分（６１０ｍ／分）の流速では、媒体床から排出される塩の量は、明らかに制限される。開放された格子の仕様（open grating design）と組み合わせると、好ましいガスの流速は８００〜１３００フィート／分（２４４〜３９６ｍ／分）となり、これは好ましい排出を行うことができる範囲であるので、加熱炉／媒体床性能（furnace/media bed performance）が最適なものとなるようバランスされたものとなる。
【００２８】
格子の仕様に関して多孔度が小さすぎることが判明した場合、これをより多孔度が大きい格子と交換するまでは、次のような手法を用いることにより、固体の堆積を最小限に抑制することができる。この手法においては、バーナーの燃焼速度を周期的ないしは定期的に低下させることにより、排気ガスの流速を低下させる。バーナーは二つ一組で動作し、典型的には、１分毎又は数分毎に運転を交代する。この手法では、毎１時間の運転において短期間（例えば、２〜８分、より好ましくは約５分）、１対のバーナーによる燃焼ガスの流れを３０％低下させるようにしている。この場合、１時間の各期間に蓄積された塩を媒体床から排出するのに余分な時間がかかる。複数対のバーナーを有する比較的大型の加熱炉においては、出力を低下させたバーナーの期間を連続させることができ、この場合２つの期間が重複することはない。この手法は、前記の問題に対する永続的な解決策、又はより多孔度が大きい格子を装着するまでの一時的な方策である。
【００２９】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の典型的な実施形態を詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明との比較のために示された、従来の熱回収型のバーナー装置及びこれに関連する加熱炉の一部の模式的な立面断面図である。バーナー装置は、高温の燃焼ガスを加熱炉に供給する可燃燃料バーナーを備えている。
【図２】例えば図１に示す種類の可燃燃料バーナーで用いるのに適した、本発明の典型的な実施形態に係る熱回収型のバーナー装置の立面断面図である。
【図３】本発明のもう１つの典型的な実施形態に係る熱回収器の斜視図であり、バーナーハウジングは図を簡明にするため除去されている。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿って切断した熱回収器の立面断面図である。
【図５】代替的な実施形態に係る熱回収器の底部の平面図であり、媒体床が除去された状態において、支持格子の仕様を示している。
【図６】図５に示す実施形態の斜視図である。
【図７】図５及び図６に示す格子を構成する配列を形成するのに用いられる格子タイルの斜視図である。
【図８】異なる仕様の格子を有する本発明のもう１つの代替的な実施形態に係る、図５に示すものと同様の上側から見た平面図である。
【図９】図８に示す格子配列を構成するタイルとともに用いられる格子タイルの上側から見た平面図である。
【図１０】図９に示す格子タイルの１つの側部の側面図である。
【図１１】図９に示す格子タイルのもう１つの側部の側面図である。
【図１２】さらにもう１つの実施形態に係る格子タイルの斜視図である。
【図１３】図１２に示す格子タイルの上側からみた平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本明細書の以下の記載及び図面中のいくつかの図において、同様の構成要素又は等価な構成要素には同一の参照番号が付されている。しかしながら、異なる図においてそれぞれの構成要素を特定するために同一の参照番号が使用されていても、これらの構成要素が必然的に同一のものであることを意味するものと解すべきではない。明細書の記載及び図面自体の記載によれば、これらの構成要素間には、何らかの相違があることは明らかであろう。
【００３２】
図１は、前記のクレーンらに係る特許文献１（その開示内容は、とくに参照により本明細書に組み入れられる）に開示されているものと同種の従来の熱回収型の燃料バーナー装置を示している。すでに説明したとおり、図１に示されたバーナー装置は、これと同一又は類似ないしは同様の第２のバーナー装置と連携して動作する。このバーナー装置には、包括的に参照番号１０が付されている。このバーナー装置は、燃料バーナー１３を収容するバーナーハウジング１１と、管状部材１４によってバーナーハウジング１１に相互接続された熱回収器１２とを備えている。バーナーハウジング１１は、加熱炉１５（ユニット）が、点火され稼働しているときには、該加熱炉１５（部分的に示されているだけである）内に突出し、燃料バーナー１３からの高温の燃焼ガスを加熱炉内部に導入する。加熱炉１５（furnace）は、例えば、金属を溶融させ又は金属から合金を生成し、とくにアルミニウムを溶融させ、アルミニウム合金を生成するのに用いることができる。加熱炉１５内には、気化可能な塩フラックス（salt flux）が存在する。加熱操作の実施時に、燃料燃焼用空気が、バーナー装置の外部から熱回収器１２内に燃料燃焼用空気開口部１６を介して導入され、この燃料燃焼用空気は管状部材１４を介してバーナーハウジング１２に流入し、バーナー１３に酸素を供給する。この経路を流れた後、燃料燃焼用空気は、好ましくは球形に形成された個別の複数の耐火性粒状物１８の集合体からなる熱回収媒体床１７を介して流れさせられる。これらの粒状物が、前のサイクルで高温となっている場合、燃料燃焼用空気は、これらの球形の粒状物から熱を吸収し、この熱を加熱炉１５に回収する。バーナー１３が稼働していないときには、バーナーハウジング１１は、加熱炉１５からの燃焼廃ガス、すなわち燃焼サイクルを行っている、協働するもう１つの熱回収バーナー装置（図示せず）によって加熱炉内に導入された高温の燃焼廃ガスのための出口として機能する。高温の燃焼廃ガスは、バーナーハウジング１１から開口部１６に向かって流れ、その際熱回収媒体床１７を通り抜けてその熱を粒状物１８に伝達して該粒状物の温度を上昇させ、粒状物１８は次のサイクルにおいて導入される燃料燃焼用空気を加熱する。このように、燃料燃焼用空気と燃焼廃ガスとが、両方向矢印１９で示されているように、管状部材１４介して両方向に交互に流れる。バーナー１３が稼働していないときには、高温の燃焼廃ガスが、媒体床１７を下向きに通り抜けて冷却される。バーナー１３が稼働しているときには、低温の燃料燃焼用ガスが媒体床１７を上向きに通り抜けて加熱される。
【００３３】
この従来の仕様の燃料バーナー装置における問題点は、加熱炉からの高温の燃焼廃ガス中の汚染物（contaminant）が媒体床１７内に堆積され、これにより媒体床を流通するガスの流れが悪くなり、最終的には媒体床を全面的に閉塞させるおそれがあるということである。また、燃焼ガス（廃ガス）が。気化した塩フラックスなどといった凝縮可能な汚染物を含有しているときには、特別な問題が存在する。すなわち、燃焼ガスが媒体床を下向きに通り抜けているときに、塩フラックスが凝縮して液体となり、この液体が重力及びガス圧力の作用により媒体床の下側の部分へ流下するが、この部分はこの液体が固化するのに十分な低温状態にあるので、固体の堆積物が形成される。この固体の堆積物は、粒状物間の間隙を閉塞させ、あるいは粒子を互いに結合させる傾向があるので、最終的にはガスの流れを完全に止めてしまうおそれがある。
【００３４】
図２は、本発明の１つの典型的な実施形態を示している。図２は、熱回収型のバーナー装置１０の立面断面図である。バーナー装置１０は、バーナーハウジング１１と、管状部材１４によってバーナーハウジング１１と相互接続された熱回収器１２とを有している。このバーナー装置は、図２を簡潔にするため、バーナーを取り外した状態で示されているが、該バーナー装置の稼動時には、バーナーハウジング１１内に、図１に示されたバーナー１３と同様のバーナーが設けられる。バーナーハウジング１１は、耐火性ライニング２６（内張り）が付設された外側金属胴２５を有し、その内部には、管状部材１４の内部と連通するガス通路２０が形成されている。熱回収器１２は、金属製の熱回収器ハウジング２１を有し、この熱回収器ハウジング２１には、少なくとも高温のガスと接触することがある内面には耐火性ライニング２２（内張り）が付設されている。耐火性ライニング２２は、断熱性を有しており、熱回収器ハウジングからの熱損失を可及的に低減するとともに（minimize）、高温のガスが熱回収器内部を腐食させるのを防止する。また、耐火性材料からなる分離壁２３が、バーナー装置の稼動時に、高温のガスを低温のガスと物理的及び熱的に分離する。熱回収器ハウジング２１の下面２４近傍において、分離壁２３の下部には、開口部４９が設けられている。熱回収器ハウジング２１は、好ましくは球形の個別の耐火性粒状物１８が層状に配設されてなる流体通過性の単段式の熱回収媒体床１７を包囲している。熱回収媒体床１７は、ガス及び液体が該熱回収媒体床を通り抜けるのを可能にする流体通過性の構造を有している。この典型的な実施形態においては個別の複数の耐火性粒状物からなる媒体床を用いるのが好ましいが、この実施形態あるいは他の実施形態において、これに代えて他の流体通過性の構造物を用いてもよいということに注目すべきである。例えば、その本体部を貫通する多数の狭い通路を有する耐火性材料からなる一体型の構造物を用いてもよい。あるいは、その本体部の全体にわたって分布させられた、相互に接続された中空セル（hollow cells）を有する一体型の構造物を用いてもよい。媒体床１７は、上表面２７及び下表面２８を有する一方、耐火性の格子２９によって形成された穴のあいた支持体によって支持されている。ここで、格子２９は、互いに離間され、全体的には直立した一連の耐火性支持柱３０によって、熱回収器ハウジングの底面２４の上に保持されている。媒体床１７の下方の支持柱３０によって形成された空間部は、下部室３１（高温ガス室）を形成している。下部室３１は、使用時には、高温のガス、すなわちバーナーの動作状態に対応する加熱炉からの燃焼廃ガス又は媒体床からの高温の燃料燃焼用空気で満たされる。この下部室３１（高温ガス室）は、熱回収器１２内の第１ガス通路３２（高温ガス通路）の一部を形成する。この第１ガス通路３２は、バーナーハウジングのポート３３を、分離壁２３の開口部４９を経由して、媒体床１７の下表面２８と直接的に相互接続させる。また、ポート３３は、順に、管状部材１４の内部と、バーナーハウジング１１のガス通路２０と連通し、最終的には加熱炉（図示せず）の内部と連通する。かくして、高温のガスは���第１ガス通路３２を介して、加熱炉から、媒体床１７の下表面２８へ直接的に供給される。ここで、第１ガス通路３２は、（連続する耐火性ライニングの作用により）該第１ガス通路３２に沿った温度の低下を可及的に低減する（minimize）ように構成されている。第１ガス通路３２は、何ら閉塞されていない。また、バーナー装置は単段式の媒体床１７を用いているので、バーナー装置には、通路を通り抜けるガスの温度を大幅に変化させる、これ以外のさらなる媒体床、このような媒体床の一部、又はその他の装置は何も設けられていない。
【００３５】
熱再生器ハウジング２１は、媒体床１７の上方に配置された、バーナー装置の外部と連通する開口部３４を備えている。この開口部３４は、バーナーユニットの稼働状態に応じて、燃料燃焼用空気を熱回収器ハウジング内に導入し、又は熱回収器ハウジングから冷却された燃焼ガスを除去するためのものである。開口部３４は、適切な部位、例えば加熱炉の建屋の外壁の高い部位に配設された排気口（vent）に至る配管（図示せず）に接続すればよい。さらに、通り抜ける高温の燃焼廃ガス中の有害成分を除去するために、オプションとして、環境保護のための装置を、排気口に至る配管に接続してもよい。媒体床１７の上方において熱回収器ハウジング２１の内部は、上部室３５（低温室）を形成する。この上部室３５は、使用時には低温のガス、すなわち外部から導入される燃料燃焼用空気、又は媒体床１７を通り抜けることにより冷却された燃焼廃ガスで満たされる。上部室３５は、媒体床１７の上表面２７と、外部と連通する開口部３４とを直接的に相互接続させる、熱回収部２１内の第２ガス通路３６として機能する。
【００３６】
典型的な実施形態においては、上部室３５（低温ガス室）は媒体床１７の直上に配置され、下部室３１（高温ガス室）は媒体床１７の直下に配置され、第１ガス通路３２（下部室３１を含む）と第２ガス通路３６（上部室３５を含む）とは、流体通過性の熱回収媒体床１７を介してのみ、互いに連通している。
【００３７】
図２中に矢印Ａで示すように、熱回収器２０に取り付けられたバーナーユニットが稼働していない期間においては、加熱炉からの高温の燃焼廃ガスは、バーナーハウジング１１内のガス通路２０に流入し、管状部材１４を通り抜け、ポート３３を通って熱回収器ハウジング２１に流入し、第１ガス通路３２を通り、開口部４９をと経由して下部室３１に流入し、下部室３１の各支持柱３０の間を通り、下表面２８を経由して媒体床１７に流入し、上表面２７を経由して媒体床１７から流出し、第２ガス通路３６を形成している上部室３５に流入し、この後開口部３４を経由して外部に流出する。バーナーユニットが稼働しているときには、ガスの流れは、外部から導入され媒体床１７内を燃焼ガスの流れとは逆方向に流通する燃料燃焼用空気であり、開口部３４からポート３３へ通り抜け、ポート３３からバーナーハウジング１１に流入する。
【００３８】
高温の燃焼ガスが熱回収器１２を流通しているときには、この燃焼ガスは、媒体床１７内を上向きに通り抜ける。このため、下表面２８が媒体床１７における比較的高温の表面となる一方、燃焼ガスが耐火性粒状物１８との接触により冷却されるので、上表面２７は媒体床１７における比較的低温の表面となる。かくして、媒体床１７の温度は、上側ほど低くなる。燃焼ガスが気化した塩フラックス等の汚染物を含んでいる場合、汚染物は、媒体床１７の高い部位、すなわち媒体床の温度が汚染物の凝縮温度より低くなる部位で凝縮して液体となる。媒体床内のこの高い部位において凝縮可能な汚染物がすべて液体に変化した場合、媒体床内のこの高い部位よりさらに高い部位を流れる燃焼ガスは、もはや凝縮可能な汚染物を含まないので、たとえ媒体床の温度が汚染物の固化温度より低くなっても、このさらに高い部位には固体の汚染物は形成されない。それにもかかわらず、燃焼廃ガスが前記の高い部位を通過して上昇したときに、該燃焼廃ガス中に少量の凝縮可能な汚染物が残留し、この汚染物が凝縮して液体となり、汚染物がその固化温度より低くなる領域に流入したとしても、汚染物の大部分は液体への凝縮を生じさせる領域内に留まるので、固体の状態の汚染物は少量形成されるだけである。さらに、凝縮して液体となった汚染物が重力の影響下で流れることができれば、この汚染物は比較的高温の下表面２８に向かって媒体床１７内を下向きに流れ、最終的には、媒体床１７から滴下し又は滴り落ちるであろう。媒体床１７の下方の下部室３１は常に高温に維持されるので、汚染物は固化することなく液体の状態を維持する。液体の汚染物は、最終的には、ハウジングの下面２４から排出される。なお、ハウジング内では、液体の汚染物が下部室３１内に集められて液だまりを形成する。ハウジングの側壁には、下面２４の近傍、あるいは下面２４自体に排液孔４２が設けられ、収集された液体の状態の汚染物を定期的にハウジングから排出することができるようになっている。排液孔４２は、取り外し可能なセラミックの栓４３によって、一時的に閉止することができる。これに代えて、排液孔４２を、液体の汚染物を連続的に排出するために設けられる排液管（図示せず）に接続してもよい。液体の汚染物の大半が加熱炉から排出された塩フラックスの凝縮物である場合、この汚染物を固化させる過程と粉砕する過程とを経た後、加熱炉に戻して再利用するようにしてもよい。通常は、この汚染物の精製は必要とされない。
【００３９】
汚染物が媒体床１７内で固化する可能性をさらに低減するために、上表面２７と下表面２８の間の媒体床の深さを、高温の燃焼ガスが媒体床を流通している期間は、上表面２７の温度が、常に汚染物の固化温度より高く維持されるように設定してもよい。この場合、燃焼ガスが媒体床を通り抜ける際に、燃焼ガス中に汚染物がいくらか残留していても、この汚染物は媒体床中に固体で堆積されることはない。この後、汚染物が、媒体床より下流側において装置の一部分に固体が堆積することはもちろんであるが、このような固体の堆積は、媒体床自体を閉塞するように作用することはない。しかしながら、このような構成の装置は、燃焼ガスがその他の実施形態の場合に比べて高温で媒体床から流出するので、燃焼ガスから媒体床への熱移動を可及的に多くするといった意図に反することになり、好ましいものではない。しかしながら、これは、固体の堆積が媒体床を急速に閉塞させ、又は頻繁な清掃を必要とすることになる環境下では、なお望ましいものといえる。
【００４０】
高温の燃焼ガスが媒体床内を流れ始めるときには、（バーナーが稼働している期間に、媒体床が外部からの燃料燃焼用空気との接触により冷却されてしまっているので）媒体床は全体的に非常に低温であるということに留意すべきである。それゆえ、媒体床が燃焼ガスからさらに多くの熱を吸収するまでの間は、汚染物は、凝縮して液体となり、高温の燃焼ガスが流れる初期段階では固体となる。しかし、これは有害なことではない。なぜなら、媒体床が加熱されてその温度が上昇したときに、初期段階で堆積した固体の汚染物は再溶融され、重力の作用の下で媒体床から流出するからである。さらに、媒体床内の温度勾配（temperature profile）は時々刻々変化し（たとえ、高温の燃焼ガスが媒体床内を一定流量で流れたとしても）、ある程度の汚染物の固化（freezing）と再溶融が起こるものと予測される。しかしながら、全体としては、固体の形成（build up）が起こったとしても、通常は、温度勾配が再び変化したときに再溶融する。
【００４１】
また、高温の燃焼ガスは、媒体床内を上向きに流通し、凝縮した液体の汚染物を媒体床の高い部位で、温度が汚染物の固化温度より低いゾーンに向かって移動させる傾向があるが、燃焼ガスは、液体を移動させる効果を妨げる重力に逆らって液体を移動させることになるというこが注目される。さらに、バーナーが点火されたときに、燃料燃焼用空気は、媒体床が大幅に冷却されるのに要する時間が経過する前に、媒体床内をその頂部から底部まで流れ始めるが、この燃料燃焼用空気は、重力の作用と相まって液体の汚染物に作用を及ぼし、液体の汚染物を媒体床の下表面から下方に流出させる。
【００４２】
このような有利な効果があるとしても、媒体床の点検ないしはアクセス（access）を行って、媒体床の定期的な清掃又は交換を行うことができるようにするのが好ましい。このため、熱回収器ハウジング２１は、ガス漏れを起こさない水平方向の分離線３７（gas-tight line of separation）が設けられた、上側部品２１Ａ及び下側部品２１Ｂからなる２つの部品で構成されている。上側部品２１Ａの下側の縁部のまわりに外向きに広がる短い金属製スカート部３８が設けられ、これにより上側部品２１Ａが下側部品２１Ｂの上に正確に位置決めすることができるようになっている。通常、２つの部品は、例えば締結ボルト等（図示せず）などの連結具により、互いに堅固に固定されている。熱回収型のバーナー装置１０は、しばしば、地上から持ち上げられた位置に配置され、加熱炉の上部で加熱を行う。ハウジングの上側部品２１Ａは、バーナーハウジング１１及び他の構造部品に対して接続具により支持され、媒体床の交換時に加熱炉の上に配置されたままにするのが好ましい。しかしながら、接続具が取り外されたときには、下側部品２１Ｂを、例えば巻き上げ機、クレーン、又はフォークリフトトラックなどの機械装置により降ろして取り外すようにしてもよい。媒体床１７は、ハウジングの下側部品２１Ｂ内に配置されているので、下側部品２１Ｂが上側部品２１Ａから一旦取り外されれば、完全に点検することができる。下側部品２１Ｂは、容易に反転させることができる。また、取り外された媒体又は媒体床は、ワイヤバスケット内又は穴があいた箱（図示せず）に収容し、これによりハウジングの下側部品２１Ｂから持ち上げられ、交換され、又は清掃のために取り外される。
【００４３】
一般に、媒体床の寸法は、媒体床を通り抜けるガスの質量流量（mass flow）、熱吸収材料の蓄熱パラメータ（heat storage parameter）、及び、媒体床の空隙度ないしは多孔度（下表面と上表面の間において媒体床と交差する方向の圧力低下を決定する）等に応じて選択される。媒体床が複数の個別の粒状物からなる場合、多孔度（porosity）は、粒状物の形状及び寸法によって決定される。すでに言及したとおり、粒状物は球形であってその寸法が０．５〜１．７５インチ（１３〜４４ｍｍ）の範囲で変化するのが好ましく、約０．７５インチ（約１９ｍｍ）でありかつアルミナ製であるのが最も好ましい。バーナーが稼働せず高温の燃焼ガスが第１ガス通路３２を通って流れているときには、媒体床１７の下表面２８の温度は約１１００℃まで上昇するが、ハウジングの壁を介しての不可避な熱損失（ただし少量）に起因して、下表面の温度は、通常、加熱炉自体の温度より約５０℃低くなる。これとは対照的に、媒体床の上表面２７の温度は、媒体床の厚さに応じて約２５０℃まで上昇するだけである。媒体床の厚さは、約１５〜２０インチ（３８〜５１ｃｍ）の範囲であるのが好ましく、約１６インチ（約４１ｃｍ）であるのが最も好ましい。媒体床の厚さと交差する方向の温度低下は、通常はほぼ直線的であり、好ましい実施例においては、およそ５３℃／インチ（約２１℃／ｃｍ）近傍の値である。このような場合、媒体床の下表面から上方に約６インチ（約１５ｃｍ）の深さの位置では、媒体床の温度は約７８０℃である。この深さの位置は、通常、下表面から媒体床の多孔性の本体内へ塩フラックスが進入する最大の深さである。金属溶融用の加熱炉で通常用いられる塩フラックス（例えば、塩化ナトリウムと塩化カリウムの混合物）は、約１０００℃の温度で凝縮し始めて液体となり、約６４５℃の共晶固化点（eutectic freezing point）で固化して固体となる。この共晶固化点は、進入の最大深さの部位で予測される最低温度７８０℃より低いので、塩フラックスは媒体床の多孔性の本体内に液体の状態で留まる。それゆえ、塩フラックスは、媒体床の多孔性の本体内で、下表面から、約６インチ（約１５ｃｍ）の最大深さの部位まで、進入するだけである。
【００４４】
図３及び図４は、熱回収器１２の代替的かつ典型的な実施形態を示している。この実施形態は、図２に示す実施形態とは、第１に、ハウジング２１の上側部品２１Ａが、図２に示す上側部品２１Ａと比べていく分か高くなり、媒体床の上方の上部室の寸法が大きくなっている点で相違する。また、ポート３３と、このポート３３の下方のガス通路３２とについては、その高さが低減されている。さらに、外部への開口部３４が利便性をより高めるために、ハウジング２１の上表面３９に配置されている。より大きいヒンジ４０が、熱回収器の１つの側部でハウジングの上側部品２１Ａと下側部品２１Ｂとを連結している。そして、取り外し可能な連結ボルト４１（図３中に１つだけ示されている。）が、ハウジングの反対側の側部で、上側部品２１Ａと下側部品２１Ｂとを連結している。ボルトは、装置の稼動時にはハウジングの両部品を互いに連結するが、媒体床の点検ないしはアクセス（access）が必要なときには、このボルトを迅速に取り外して、下側部品２１Ｂをヒンジ４０のまわりに下方に揺動させることができるようになっている。
【００４５】
図４は断面図である（斜視図でもある）。この図４では、図を簡潔にするために媒体床は描写されていないが、媒体床と下部室３１に配置された格子のための耐火性支持柱３０とを支持する穴のあいた耐火性格子２９が描写されている。図３及び図４によれば、格子２９ひいては媒体床が、ハウジングの設置面積（footprint）において可及的に大きい面積を占めていることは明らかである。なぜなら、ガス通路３２及びガスポート３３が、ハウジングの１つの角部に限定的に配置されているからである。このように、媒体床は可及的に大きい表面積をもち、熱移動を可及的に多くするように構成されている。
【００４６】
図４に示すように、高温のガスは、ガス通路３２及びポート３３につながる格子２９の下方の開口部４９を経由して、下部室３１に流入するとともにこれから流出する（図３参照）。この実施形態においては、ハウジングの後壁（すなわち、ポート３３とは反対側の壁）と隣り合う底壁４７に、小さい矩形の液溜め４４が設けられている。この液溜めは、穴のあいたカバープレート４５によって覆われ、かつ中央排液部４２（central drain）を備えている。この実施形態では、カバープレート４５は、格子２９を支持する支持柱３０のための固定基部（secure base）として機能する一方、液体の汚染物が液溜め４４を通って流れることが可能となるように穴があけられた構造をもつように構成されている。ある場合には、穴のあいたカバープレート４５の穴は、液体の汚染物中の固体の物体（solid bodies）により、又は穴の中又は穴のまわりの汚染物自体の固化により、閉塞状態となる傾向がある。このような場合、支持柱は、該支持柱が液溜め４４のまわり（ただし、直上ではない）の室の下壁４７と接触し、この後カバープレート４５の全体を、液溜めが頂部で開口した状態となるようにして除去するように構成すればよい。これに代えて、熱回収器の仕様を、液溜めの位置が過不足のない距離だけ室の後壁から離反するように（室の前壁に向かって）若干移動させ、かつ通常は後壁に隣り合って配置される支持柱３０の後の列（back row）の部位が空間となる（clear）ように変更してもよい。この後再び、カバープレート４５が、取り除かれる。液溜め４４は、中央部で、熱回収器の前壁に向かって短い経路でのみ、後壁に沿って経路の一部分でのみ伸びる。バーナーユニットが稼働していないときには、バーナーユニットが稼働しているときに開口部４９を通って反対方向に流れる燃料燃焼用空気の量に比べて、より大量の燃焼廃ガスが熱回収器の前部で開口部４９を通って流れる。これは、液体の汚染物を、媒体床から熱回収器の後壁に向かって押し出す傾向があるが、液溜めはこの位置に配置され液体の汚染物を受け入れる。この後、液溜めに収集された液体の汚染物は、排液穴４２を経由して、間欠的に又は連続的に液溜めから除去される。排液穴４２は、定期的に取り外されて、蓄積された液体の汚染物を除去する栓によって閉止する（plug）ことができる。通常の操作においては、液溜め４４を、１週間に約２回の頻度で排液することが必要とされるだけであるが、これは排液穴４２の下方に容器を配置することにより実施することができる。液溜めの排液の頻度は、加熱炉の大きさ（size）と、加熱炉に供給される塩フラックス（又は他の汚染物）の量とに依存することはもちろんである。これに代えて、排液穴４２を、液体の汚染物を連続的に排液するとともに、汚染物を再利用（リサイクル）のために再処理する自動化されたシステム（図示せず）に接続してもよい。
【００４７】
液溜め４４には、汚染物を、ハウジングから除去する前において液体状態に維持するのに十分な高温状態に維持するために、耐火性断熱層４６を設けるのが好ましい。このような液溜めを設けた場合は、より多くの液体の汚染物を収集することが可能となり、格子２９ひいては媒体床を、ハウジング２１の下部に保持して、高温のガスが接触するハウジングの側壁の面積を小さくすることが可能となり、これにより熱損失をさらに低減することが可能となる。
【００４８】
図５〜図１３に示す代替的な各実施形態においては、格子２９が、その配置及び取り外しを容易にするために、「タイル（tiles）」と呼ばれている小さいユニットの配列で構成されている。これにより、必要があれば、異なる仕様のタイルと交換することにより、格子内における開口部の面積を容易に変更する（modify）ことができる。タイルは、耐火性材料、例えば金属又はセラミックで作成するのが好ましい。
【００４９】
この種の第１の実施形態は、図５、図６及び図７に示されている。図５は、熱回収器の下側部品２１ｂの平面図であり、媒体床の下の格子２９の上面を示すために媒体床を取り外した状態における熱回収器を示している。図６は下側部品２１ｂの斜視図である。図７は、隣り合って並んで配置される同一のタイルの配列で用いられる場合において、格子２９を構成するのに用いられる種類の正方形の格子タイル２９ａの斜視図である。格子タイル２９ａは、平坦で穴のあいたプレート２９ｂと、４つの一体化された支持柱３０とを有している。図５及び図６に示すように、タイル２９ａは、互いに整列して配置されて格子２９を形成し、これにより細長い開口部５０ａ、５０ｂは、すべて同一の方向を向くように整列されている。中央側の開口部５０ａはその全周囲が閉じられているが、端側の開口部５０ｂは、隣り合うタイルの隣り合う側部側で開かれている。プレート２９ｂの固体部２９ｂ（solid portions）は、各開口部を仕切り、開口部間の細長いバー５１（bar）と、交差するクロスバー５２（cross-bar）とを形成している。配列中で用いられる場合、隣り合うタイルの端部側の開口部５０ｂは、互いに連結されて連結型開口部５０ｃを形成している。図５から明らかなとおり、連結型開口部５０ｃは、中央側の開口部５０ａよりもいく分か短くなっている。このようなタイルで形成された格子は、該格子の頂面において（すなわち、格子と媒体床の界面で）、約４６％の多孔度を有している（格子の全表面積に対する開口部の面積の比）。
【００５０】
図８〜図１１に示す実施形態は、格子タイルの開口部の仕様ないしは形状が、格子２９を流通する空気を多くするように変更されている点を除けば、前記の実施形態と同様ないしは類似のものである。図９に最も良く示されているように、中央側の開口部５０ａ及び端部側の開口部５０ｂはやや長く形成され、バー５１及びクロスバー５２は、厚さが低減されている。実際、クロスバー５２は、必要な支持性及び強度を得るために、領域５２ａにおいて支持柱３０の直上では幅が広くなっている。しかしながら、中央部５２ｂでは幅が狭くなり、この領域では開口部５０ａ、５０ｂが長くなり、自由空間（free space）の面積がより大きくなり、ガスの流れを増加させるようになっている。また、図７に示すタイルの場合と同様に、細長い開口部５０ａ、５０ｂと平行なプレート２９ｂの側部は、凹部５０ｄ、５０ｅを形成するように変形させられている。かくして、同一のタイルが隣り合って並んで配置されたときには、これらは連結されて、開口部５０ａ、５０ｂとほぼ同一の寸法及び形状の開口部を形成する。図８は、熱回収器の底部２１ｂに格子２９を形成するように配置されたこれらのタイルを示している。この仕様における多孔度は、ほぼ５７％である。この仕様において（又は、同様の多孔度をもつ他の仕様）、媒体床を形成する球形の粒状物の直径がほぼ１．５インチ（３８ｍｍ）である場合、排気ガスの界面速度（interface velocity）は、約１０００フィート／分（３０４．８ｍ／分）まで低減され、これにより液体の汚染物の良好な排液が可能となる。
【００５１】
図１２及び図１３は、それぞれ、さらに他の仕様の格子タイル２９ａの斜視図及び平面図である。この仕様においては、プレート２９ｂは、１対のクロスロッド５６（cross-rod）によって互いに結合された複数の平行バー５５で構成されている。ここで、１対のクロスロッド５６は、隣り合う平行バー間に間隔５７が保たれるようにして、複数の平行バー５５を一括して保持している。支持柱３０は、支持強度を可及的に高めるとともに、空気の流れに対する抵抗を可及的に低減するために、クロスロッド５６の下方に配置されている。この仕様は、格子の強度及び耐久性を犠牲にすることなく、格子２９を流通する空気を可能な限り増加させることを意図している。この仕様の多孔度は、平行バー５５と間隔５７との間の相対的な面積の比に依存するが、比較的高く７０％程度である。
【００５２】
添付の特許請求の範囲の範囲内において、本発明のその他の典型的な実施形態も可能であることは認識できるであろう。
【符号の説明】
【００５３】
１０  バーナー装置、１１  バーナーハウジング、１２  熱回収器、１３  燃料バーナー、１４  管状部材、１５  加熱炉、１７  熱回収媒体、１８  耐火性粒状物。
【図１】
0005980806.tif 000002
【図２】
0005980806.tif 000003
【図３】
0005980806.tif 000004
【図４】
0005980806.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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