(57)【要約】【課題】蓄熱材としてセラミックハニカムを用いることにより圧力損失を少なくすることができ、しかもセラミックハニカムを脱落しないように設置できる蓄熱式燃焼システムを提供する。【解決手段】蓄熱式熱交換器１を備え、燃焼排気を排気するときに排気から蓄熱式熱交換器１の蓄熱材２に排気熱を回収すると共に燃焼用空気を給気するときに蓄熱式熱交換器１の蓄熱材２から放熱して燃焼用空気を予熱するようにした蓄熱式燃焼システムである。これにおいて、蓄熱式熱交換器１に設けた蓄熱材収納空間３に蓄熱材２として排気が流入する高温側にセラミック製多孔体２ａを、低温側にセラミックハニカム２ｂを設置する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱式熱交換器を備え、燃焼排気を排気するときに排気から蓄熱式熱交換器の蓄熱材に排気熱を回収すると共に燃焼用空気を給気するときに蓄熱式熱交換器の蓄熱材から放熱して燃焼用空気を予熱するようにした蓄熱式燃焼システムにおいて、蓄熱式熱交換器に設けた蓄熱材収納空間に蓄熱材として排気が流入する高温側にセラミック製多孔体を低温側にセラミックハニカムを設置したことを特徴とする蓄熱式燃焼システム。
【請求項２】
蓄熱式熱交換器の蓄熱材収納空間の排気が流入する側の開口にセラミック製多孔体に係止し得る係止突起を設けたことを特徴とする請求項１記載の蓄熱式燃焼システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業炉等に用いる蓄熱式燃焼システムに関し、詳しくは燃焼排気を排気するときに排気から蓄熱式熱交換器の蓄熱材に排気熱を回収すると共に燃焼用空気を給気するときに蓄熱式熱交換器の蓄熱材から放熱して燃焼用空気を予熱するようにした蓄熱式燃焼システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鍛造炉、熱処理炉、溶解炉等の工業炉を加熱する蓄熱式燃焼システムは、工業炉の炉壁に一対のバーナを所定の間隔を隔てて装着してあり、このバーナには夫々蓄熱式熱交換器を設けてあり、一方のバーナを燃焼させるとき燃焼排気をもう一方のバーナの蓄熱式熱交換器の蓄熱材に通して蓄熱材に排気熱を回収すると共に燃焼させる方のバーナでは蓄熱式熱交換器の蓄熱材から放熱して給気する燃焼用空気を予熱するようにしている。
【０００３】
そしてこの蓄熱式熱交換器に装填される蓄熱材として一般的にはアルミナボールを充填させる方法が広く用いられているが、近年、容積や圧力損失の小ささからセラミックハニカムを使用することもある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特公平７−３９９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところでセラミックハニカムを縦に設置した場合（ハニカムの桝目が縦方向に連続する方向に配置した場合）、長期的な使用で燃焼排気の流れ方向に亀裂が生じ、部分的に筒状に切れて脱落することがある。これを防止するために、燃焼排気の流れの低温側が下になる場合にはセラミックハニカムを装填した部分の底面に金属製の網を設ける等の対処を施すが、燃焼排気の流れの高温側が下になる場合は金属製の網では耐久性に難があり、セラミックハニカムの脱落のおそれがある。
【０００５】
またセラミックハニカムは気体の流れる桝目が高温側から低温側まで貫通しているため、その端面は必ず開放する必要があるが、セラミックハニカムを支持するため、セラミックハニカムが係止する係止突起を蓄熱式熱交換器の蓄熱材収納空間の開口に設けると、その分気体の流れない部分が生じ、蓄熱材としてのセラミックハニカム全体が有効に熱交換しなくなる。
【０００６】
本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、蓄熱材としてセラミックハニカムを用いることにより圧力損失を少なくすることができ、しかもセラミックハニカムを脱落しないように設置できる蓄熱式燃焼システムを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明の蓄熱式燃焼システムは、蓄熱式熱交換器１を備え、燃焼排気を排気するときに排気から蓄熱式熱交換器１の蓄熱材２に排気熱を回収すると共に燃焼用空気を給気するときに蓄熱式熱交換器１の蓄熱材２から放熱して燃焼用空気を予熱するようにした蓄熱式燃焼システムにおいて、蓄熱式熱交換器１に設けた蓄熱材収納空間３に蓄熱材２として排気が流入する高温側にセラミック製多孔体２ａを、低温側にセラミックハニカム２ｂを設置したことを特徴とする。上記構成によれば、蓄熱材２としてセラミックハニカム２ｂを蓄熱材収納空間３に設置したことにより蓄熱材２の圧力損失が少なくなり、しかも蓄熱材２としてセラミック製多孔体２ａを蓄熱材収納空間３の高温側に設置したことにより高温側に耐久性を持たすことができ、セラミックハニカム２ｂに亀裂が生じても脱落するおそれがなくなる。
【０００８】
また蓄熱式熱交換器１の蓄熱材収納空間３の排気が流入する側の開口にセラミック製多孔体２ａに係止し得る係止突起４を設けたことを特徴とすることも好ましい。蓄熱材収納空間３に収納したセラミック製多孔体２ａに係止突起４を係止したことによりセラミック製多孔体２ａ及びセラミックハニカム２ｂを蓄熱材収納空間３に設置して保持できるのは勿論、セラミック製多孔体２ａは全体的に気体が拡散して通過するために係止突起４を形成してもセラミックハニカムのように通気が阻害されることがなく、蓄熱材２全体が熱交換に有効に作用する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は叙述の如く蓄熱材としてセラミックハニカムを蓄熱材収納空間に設置したことにより蓄熱材の圧力損失が少なくなるという効果があり、しかも蓄熱材としてセラミック製多孔体を蓄熱材収納空間の高温側に設置したことにより高温側に耐久性を持たすことができ、セラミックハニカムに亀裂が生じても脱落するおそれがなくなるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。
【００１１】
鍛造炉、熱処理炉、溶解炉等の工業炉５を加熱する蓄熱式燃焼システムは、図１に示すように構成されている。工業炉５の炉壁には一対のバーナ６Ａ，６Ｂが所定の間隔を隔てて装着されており、各バーナ６Ａ，６Ｂには夫々蓄熱式熱交換器１を装着してある。本例の場合、工業炉５は蓄熱式ラジアントチューブバーナと称されるタイプものを設置した間接加熱炉であり、一対のバーナ６Ａ，６Ｂをラジアントチューブ７で連結してある。蓄熱式熱交換器１は蓄熱材収納空間３を有しこの蓄熱材収納空間３には蓄熱材２を装填してあり、燃焼排気を排気するとき排気熱を蓄熱材２に蓄熱し、燃焼用空気を給気するとき蓄熱材２から放熱して燃焼用空気を予熱できるようになっている。
【００１２】
各バーナ６Ａ，６Ｂの蓄熱式熱交換器１の蓄熱材収納空間３と連通する給排気経路２１が夫々四方弁からなる切換弁８に連通させてあり、この切換弁８には排気を排出する排出経路９と燃焼用空気を供給する空気供給経路１０を連通させてあり、排出経路９に排気ファン１１を配置してあり、空気供給経路１０に給気ブロア１２を配置してある。一対の各バーナ６Ａ，６Ｂには燃料ガスを供給する燃料吐出管１３や温度を検知する温度検知部１４を中央に挿通してあり、この燃料吐出管１３の先端側に燃焼筒１５を配置してある。燃料吐出管１３には燃料供給管１６を連通させてあり、各燃料供給管１６には開閉弁１７ａ，１７ｂを設けてある。
【００１３】
そして開閉弁１７ａ，１７ｂや切換弁８を切り換えることでバーナ６Ａで燃焼させたり、バーナ６Ｂで燃焼させたりできるようになっている。バーナ６Ａを燃焼させるときは開閉弁１７ａが開状態で開閉弁１７ｂが閉状態であって、燃料がバーナ６Ａの燃料吐出管１３に供給されており、給気ブロア１２から給気される燃焼用空気は切換弁８、バーナ６Ａの蓄熱式熱交換器１を介してバーナ６Ａに供給され、燃料と燃焼用空気とが混合されて燃焼する。燃焼用空気がバーナ６Ａの蓄熱式熱交換器１を通過するときこの蓄熱式熱交換器１の蓄熱材２に蓄熱された熱にて予熱される。一方、工業炉５内の燃焼排気はバーナ６Ｂの蓄熱式熱交換器１、切換弁８、排気ファン１１を介して排出される。排気がバーナ６Ｂの蓄熱式熱交換器１を通過するとき燃焼排気の熱がバーナ６Ｂの蓄熱式熱交換器１の蓄熱材２に蓄熱される。
【００１４】
またバーナ６Ｂを燃焼させるときは開閉弁１７ｂが開状態で開閉弁１７ａが閉状態であって、燃料がバーナ６Ｂの燃料吐出管１３に供給されており、給気ブロア１２から給気される燃焼用空気は切換弁８、バーナ６Ｂの蓄熱式熱交換器１を介してバーナ６Ｂに供給され、燃料と燃焼用空気とが混合されて燃焼する。燃焼用空気がバーナ６Ｂの蓄熱式熱交換器１を通過するときこの蓄熱式熱交換器１の蓄熱材２に蓄熱された熱にて予熱される。一方、工業炉５内の燃焼排気はバーナ６Ａの蓄熱式熱交換器１、切換弁８、排気ファン１１を介して排出される。排気がバーナ６Ａの蓄熱式熱交換器１を通過するとき燃焼排気の熱がバーナ６Ａの蓄熱式熱交換器１の蓄熱材２に蓄熱される。
【００１５】
バーナ６Ａが燃焼する状態とバーナ６Ｂが燃焼する状態の切り換えは数十秒間隔で行われる。このようにバーナ６Ａ，６Ｂで交番燃焼させて燃焼排気の熱を蓄熱式熱交換器１の蓄熱材２に蓄熱し、この蓄熱した熱で給気する燃焼用空気を予熱することで工業炉５の加熱を高効率で行うことができる。
【００１６】
上記のようにバーナ６Ａ，６Ｂに設けた蓄熱式熱交換器１には図２に示すように蓄熱材２が装填されているが、本発明では蓄熱材２としてセラミック製多孔体２ａとセラミックハニカム２ｂとが装填されている。蓄熱式熱交換器１には蓄熱材収納空間３を設けてあるが、蓄熱材収納空間３の周囲にはキャスター等の耐火材からなる周壁１８を円筒状に設けてある。この蓄熱材収納空間３の下面の開口の周囲には周壁１８と一体になるように係止突起４を設けてある。かかる係止突起４は図３（ａ）に示すように周方向の全周に亙るように設けてあっても、図３（ｂ）に示すように周方向に部分的に設けてあってもよい。
【００１７】
この蓄熱材収納空間３の燃焼排気が流入する高温側である下部にはセラミック製多孔体２ａを設置してあり、セラミック製多孔体２ａの周囲を係止突起４に係止して脱落しないように収納してある。このセラミック製多孔体２ａの上にはセラミックハニカム２ｂを載設するように設置してある。セラミック製多孔体２ａは円環状に形成されており、セラミックハニカム２ｂは円筒状に形成されている。このセラミック製多孔体２ａやセラミックハニカム２ｂの外径Ｄは例えば１００〜１５０ｍｍであり、内径ｄは例えば４０ｍｍであり、高さＨは例えば２５０ｍｍ程度であり、セラミック製多孔体２ａの高さｈは例えば３０ｍｍ程度である。
【００１８】
セラミック製多孔体２ａとしては（株）ブリジストン製のセラフォームと称されるものがあり、図４（ａ）に示すように連続気孔１９を有する三次元骨格構造を有し、空孔率が高く（８０〜９０％）、見掛け比重が小さい（０．３５〜０．６０）ものである。このセラミック製多孔体２ａのセラミック材料としては、例えばチタン酸アルミニウム（Ａｌ２ＴｉＯ５）などが高温用として適切である。セラミックハニカム２ｂは例えば特公平７−３９９１３号公報で開示されるものであり、図４（ｂ）に示すようにハニカム状の空孔２０が縦方向に貫通するように有するものである。
【００１９】
上記のように蓄熱材２としてセラミック製多孔体２ａとセラミックハニカム２ｂとを設置してあり、セラミックハニカム２ｂの部分では通気性がよくて蓄熱材２の部分でも圧力損失が少なくなる。また高温の燃焼排気が流入する側にはセラミック製多孔体２ａを設置してあるために亀裂が入って脱落するおそれがなく、しかもセラミックハニカム２ｂに亀裂が入ってもセラミック製多孔体２ａにて受けられてセラミックハニカム２ｂが脱落するおそれがない。セミックハニカム２ｂだけであると、下端を係止突起４に係止したときに係止突起４に対応する部分の空孔２０の下端が係止突起４で塞がれ、図５の符号Ｂに示す部分に通気されない部分ができて熱交換の効率が低下するが、下部にセラミック製多孔体２ａを設けて係止突起４にて受けてあると、セラミック製多孔体２ａやセラミックハニカム２ｂの全体に通気されて熱交換の効率が向上する。このとき、係止突起４が図３（ｂ）に示すように周方向に部分的に設けてあると一層通気がされやすくなる。
【００２０】
なお、上記例ではラジアントチューブバーナと称されるものの例について述べたが、ラジアントチューブのない蓄熱式オープンフレームバーナ（直火式蓄熱方式バーナ）と称されるものでも同様に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態の一例の全体を示す断面図である。
【図２】同上のバーナの蓄熱式熱交換器の部分の拡大断面図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は同上の係止突起を説明する平面から見た断面図である。
【図４】（ａ）はセラミック製多孔体の構造を説明する拡大斜視図、（ｂ）はセラミックハニカムの構造を示す拡大斜視図である。
【図５】蓄熱材がセラミックハニカムだけのときの問題を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  蓄熱式熱交換器  
２  蓄熱材
２ａ  セラミック製多孔体
２ｂ  セラミックハニカム
３  蓄熱材収納空間
４  係止突起
【図１】
2006003012.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006003012.tif 000006
【図５】
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