(57)【要約】【課題】小型軽量化する。燃焼用空気の供給量を減らしてもその流速を落とさないようにする。【解決手段】取鍋１の蓋２に設けられて取鍋１内を乾燥あるいは加熱する取鍋用蓄熱式バーナ装置であって、作動時には連続燃焼する少なくとも１本の燃焼ユニット３と、燃焼ユニット３の周りに設けられ、蓄熱メディア４を内蔵する複数の給排用スロート５と、給排用スロート５毎に設けられ、給気モードと排気モードとを交互に切り替える三方弁６と、冷起動時に取鍋１内の燃焼排ガスを排気する排気通路７とを備え、三方弁６は、冷起動時には全て給気モードに切り替わり、昇温後には一部が給気モードに、残りが排気モードにそれぞれ切り替わると共に、給気モードと排気モードの組み合わせを順次変化させるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
取鍋の蓋に設けられて前記取鍋内を乾燥あるいは加熱する取鍋用蓄熱式バーナ装置において、作動時には連続燃焼する少なくとも１本の燃焼ユニットと、前記燃焼ユニットの周りに設けられ、蓄熱メディアを内蔵する複数の給排用スロートと、前記給排用スロート毎に設けられ、給気モードと排気モードとを交互に切り替える三方弁と、冷起動時に前記取鍋内の燃焼排ガスを排気する排気通路とを備え、前記三方弁は、冷起動時には全て給気モードに切り替わり、昇温後には一部が給気モードに、残りが排気モードにそれぞれ切り替わると共に、給気モードと排気モードの組み合わせを順次変化させるものであることを特徴とする取鍋用蓄熱式バーナ装置。
【請求項２】
前記三方弁は、昇温後において、温度上昇に伴って給気モードの数を減少させると共に排気モードの数を増加させることを特徴とする請求項１記載の取鍋用蓄熱式バーナ装置。
【請求項３】
前記三方弁を排気モードに切り替えることで余分となった燃焼用空気が流入するエジェクタと、排気モードに切り替えられた三方弁を通り抜けた燃焼排ガスを前記エジェクタに導く排気系統とを備えることを特徴とする請求項１又は２記載の取鍋用蓄熱式バーナ装置。
【請求項４】
前記取鍋内への燃焼用空気の供給量を前記三方弁の切り替えによって変化させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の取鍋用蓄熱式バーナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、取鍋用蓄熱式バーナ装置に関する。更に詳述すると、本発明は、取鍋の蓋に設けられ、取鍋内の乾燥および加熱を行う取鍋用蓄熱式バーナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
取鍋の乾燥および加熱を行う交互燃焼蓄熱式バーナシステムとして、例えば特許第２９０９３６７号公報に開示されたものがある。この交互燃焼蓄熱式バーナシステムを図１３及び図１４に示す。交互燃焼蓄熱式バーナシステム１０１は取鍋１０２の蓋１０３に設けられており、燃焼用空気の供給（給気）と燃焼排ガスの排出（排気）とを蓄熱体１０４を通して交互に行い、燃焼排ガスの温度に近い高温の燃焼用空気によって一対のバーナ１０５，１０６を短時間に交互に燃焼させるものである。
【０００３】
この交互燃焼蓄熱式バーナシステム１０１によれば、燃焼排ガスの熱を有効に利用することができるため、燃料消費量を少なくすることができると共に、取鍋１０２内の昇温速度を速めることができる。
【０００４】
【特許文献１】特許第２９０９３６７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の交互燃焼蓄熱式バーナシステム１０１では、常に交互燃焼を行っているので、バーナ１０５，１０６の大きさを冷起動時（常温からの昇温時）に合わせて設計することになり、バーナ１０５，１０６が大きくなる。そのため、蓋１０３の移動装置荷重負担が増加することになる。
【０００６】
また、上述の交互燃焼蓄熱式バーナシステム１０１では、一対のバーナ１０５，１０６を交互に燃焼させるため、燃焼切換えの際に燃料供給の休止時間が生じ、バーナシステムとしてはバーナ単体の最大熱負荷能力よりかなり低い平均燃焼能力としか発揮できない。そのため、休止時間による能力不足を補うためにバーナ１０５，１０６をより大きな容量で設計する必要がある。
【０００７】
さらに、取鍋１０２内の昇温に伴い、燃焼量を減ずるときに空気量を減ずるとその流れの速度が落ちるため、燃焼用空気による撹拌能力が落ち、最も加熱しなければならない取鍋底を効率良く加熱することができない。
【０００８】
本発明は、小型軽量化することができると共に、目標加熱温度に近づいて、燃焼量低下に伴い燃焼用空気の供給量を減らしたときにもその流速が落ちることがない取鍋用蓄熱式バーナ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的を達成するために請求項１記載の発明は、取鍋の蓋に設けられて取鍋内を乾燥あるいは加熱する取鍋用蓄熱式バーナ装置において、作動時には連続燃焼する少なくとも１本の燃焼ユニットと、燃焼ユニットの周りに設けられ、蓄熱メディアを内蔵する複数の給排用スロートと、給排用スロート毎に設けられ、給気モードと排気モードとを交互に切り替える三方弁と、冷起動時に取鍋内の燃焼排ガスを排気する排気通路とを備え、三方弁は、冷起動時には全て給気モードに切り替わり、昇温後には一部が給気モードに、残りが排気モードにそれぞれ切り替わると共に、給気モードと排気モードの組み合わせを順次変化させるものである。
【００１０】
したがって、取鍋の内張耐火物を乾燥あるいは加熱するときには、取鍋の口を蓋で塞ぎ、この蓋に装備された取鍋用蓄熱式バーナ装置の燃焼によって得られた高温火炎の輻射熱と燃焼ガスの流動によって内張耐火物を温める。冷起動時には、全ての三方弁が給気を行うので、全ての給排用スロートから燃焼用空気が噴射されて最大出力で燃焼が行われる。一方、昇温後には一部の三方弁が給気を行い、残りの三方弁が排気を行うので、燃焼用空気を噴射する給排用スロート（以下、給気スロートという）と燃焼排ガスを排気する給排用スロート（以下、排気スロートという）とが存在することになる。内張耐火物の表面で熱交換した後の燃焼排ガスは排気スロート側の蓄熱メディアを通って排気される際に、その顕熱が蓄熱メディアに回収される。そして、蓄熱メディアに回収された熱は直接熱交換によって極めて高い熱交換効率で燃焼用空気の予熱に使われて再び取鍋内へ戻される。このときの燃焼用空気の温度は、排気される燃焼排ガスの温度に近い高温にできるので、これに更に燃料の燃焼による熱を加えて高温火炎が得られ炉内温度を急速に昇温させる。しかも、給気を行う三方弁と排気を行う三方弁との組み合わせが順次変化するので、給気スロートと排気スロートとの組み合わせが順次変化し、火炎位置が頻繁に移り変わる。このため、取鍋内での温度分布をより均一化できる。
【００１１】
また、請求項２記載の取鍋用蓄熱式バーナ装置は、三方弁が、昇温後において温度上昇に伴って給気モードの数を減少させると共に排気モードの数を増加させるものである。したがって、全ての給排用スロートのうち、取鍋内の温度上昇に伴い給気スロートとなるものの割合が減少し、排気スロートとなるものの割合が増加する。そのため、取鍋内の温度上昇に伴って燃焼量を減少させても、燃焼用空気の流速を維持することができる。
【００１２】
また、請求項３記載の取鍋用蓄熱式バーナ装置は、三方弁を排気モードに切り替えることで余分となった燃焼用空気が流入するエジェクタと、排気モードに切り替えられた三方弁を通り抜けた燃焼排ガスをエジェクタに導く排気系統とを備えるものである。したがって、三方弁の切り換えによって余分になった燃焼用空気はエジェクタへと導かれて排出される。エジェクタには取鍋内から排出された燃焼排ガスを導く排気系統が接続されており、燃焼用空気が流れる力を利用して排気系統から燃焼排ガスが吸引され排出される。
【００１３】
さらに、請求項４記載の取鍋用蓄熱式バーナ装置は、取鍋内への燃焼用空気の供給量を三方弁の切り替えによって変化させるものである。したがって、ターンダウン時は燃焼用空気の供給量を流量調節弁で制御するのではなく、給気モードの三方弁と排気モードの三方弁の数の比率を変化させることで制御することができる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の取鍋用蓄熱式バーナ装置では、作動時には連続燃焼する少なくとも１本の燃焼ユニットと、燃焼ユニットの周りに設けられ、蓄熱メディアを内蔵する複数の給排用スロートと、給排用スロート毎に設けられ、給気モードと排気モードとを交互に切り替える三方弁と、冷起動時に取鍋内の燃焼排ガスを排気する排気通路とを備え、三方弁は、冷起動時には全て給気モードに切り替わり、昇温後には一部が給気モードに、残りが排気モードにそれぞれ切り替わると共に、給気モードと排気モードの組み合わせを順次変化させるものであるので、冷起動時には拡散バーナとして使用することができ、取鍋内の温度上昇後にはリジェネバーナとして使用することができる。冷起動時には最大の出力が必要となるので、この冷起動時に必要な出力に合わせてバーナ装置の出力が設計される。冷起動時に全ての給排用スロートから燃焼用空気を噴射させるので、冷起動時に交互燃焼を行うリジェネバーナに比べてバーナ装置を小型軽量化することができる。また、燃焼ユニットは常に燃焼が継続されているので、交互燃焼蓄熱式バーナのように燃焼切り換え時の燃料供給の休止時間が生じることがない。そのため、平均燃焼能力が大きくなり、このことからもバーナ装置を小型軽量化することができる。さらに、三方弁によって給気と排気とを切り換えることで、給気スロートの数を増減して燃焼用空気の供給量を調節しており、燃焼用空気の必要量が増加した場合には給気スロートの数を増やし、燃焼用空気の必要量が減少した場合には給気スロートの数を減らしているので、燃焼用空気の流速を落とさずにその供給量を減少させることができる。このため、燃焼用空気の必要量が減少した場合にも燃焼用空気による撹拌能力を維持することができ、最も加熱しなければならない取鍋の底を効率よく加熱することができる。また、流量調節弁によって燃焼用空気の供給量を調節する場合に比べて、燃焼用空気の供給量の制御が容易になる。
【００１５】
また、請求項２記載の取鍋用蓄熱式バーナ装置では、三方弁が、昇温後において温度上昇に伴って給気モードの数を減少させると共に排気モードの数を増加させるので、取鍋内の温度上昇に伴って燃焼量を減少させることができる。即ち、必要とされる燃焼量に応じてバーナ装置の燃焼量を調節することができる。
【００１６】
また、請求項３記載の取鍋用蓄熱式バーナ装置では、三方弁を排気モードに切り替えることで余分となった燃焼用空気が流入するエジェクタと、排気モードに切り替えられた三方弁を通り抜けた燃焼排ガスをエジェクタに導く排気系統とを備えているので、余分となった燃焼用空気が流れる力を利用して燃焼排ガスを吸引し排出することができる。そのため、排出用のファンを不要にすることができる。
【００１７】
さらに、請求項４記載の取鍋用蓄熱式バーナ装置では、取鍋内への燃焼用空気の供給量を三方弁の切り替えによって変化させるので、給気モードの三方弁と排気モードの三方弁の数の比率を変化させることで燃焼用空気の供給量を制御することができる。このため、燃焼用空気の供給量を減少させてもその流速を高速に維持することができ、取鍋内の燃焼ガスの運動量を確保することができ、取鍋内の温度分布の均一化が可能になる。また、燃焼用空気の供給量を流量調節弁で制御するのではなく、三方弁の切り替えによって制御するので、その制御が単純化され、バーナ装置を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１〜図１０に、本発明の取鍋用蓄熱式バーナ装置の実施形態の一例を示す。取鍋用蓄熱式バーナ装置（以下、単にバーナ装置という）は、取鍋１の蓋２に設けられて取鍋１内を乾燥あるいは加熱するものであって、作動時には連続燃焼する少なくとも１本の燃焼ユニット３と、燃焼ユニット３の周りに設けられ、蓄熱メディア４を内蔵する複数の給排用スロート５と、給排用スロート５毎に設けられ、給気モードと排気モードとを交互に切り替える三方弁６と、冷起動時に取鍋１内の燃焼排ガスを排気する排気通路７とを備え、三方弁６は、冷起動時には全て給気モードに切り替わり、昇温後には一部が給気モードに、残りが排気モードにそれぞれ切り替わると共に、給気モードと排気モードの組み合わせを順次変化させるものである。また、本実施形態では、三方弁６を排気モードに切り替えることで余分となった燃焼用空気が流入するエジェクタ３９と、排気モードに切り替えられた三方弁６を通り抜けた燃焼排ガスをエジェクタ３９に導く排気系統である排気ダクト２３とを備えている。余分となった燃焼用空気は、給気系３５から分岐するバイパス通路３７によってエジェクタ３９に導かれる。
【００２０】
本実施形態では、例えば１本の燃焼ユニット３と例えば６箇所の給排用スロート５を一体化させてバーナアッセンブリ８を構成している。即ち、燃焼ユニット３が取り付けられたバーナタイル９の周囲に給排用スロート５が形成された円筒状のバーナタイル１０が連結されている。バーナタイル９には燃料スロート１１が形成されており、この燃料スロート１１に燃焼ユニット３が取り付けられている。
【００２１】
燃焼ユニット３はオイルガン１２とエアガン１３より構成されている。オイルガン１２には燃料となる例えばオイルおよび霧化媒体の圧縮空気が供給され、エアガン１３には一次空気である燃焼用空気の一部が供給されている。燃料の供給量は取鍋１内への燃焼用空気の供給量に応じて調節されている。燃焼ユニット３は、その近傍に設けられたパイロットバーナ１４のパイロット火炎によって着火され、バーナ装置の作動時には常に燃焼し続けている。なお、燃料として使用できるものはオイルに限るものではなく、例えばガス等を使用しても良い。即ち、オイルガン１２を備える燃焼ユニット３に代えてガス燃料を使用するガンを備える燃焼ユニット３を採用しても良い。
【００２２】
パイロットバーナ１４は燃焼ユニット３の近傍に配置されている。パイロットバーナ１４はパイロットガンの外部で調圧されたパイロットガスおよびパイロット空気を供給して燃焼を行う。パイロットバーナ１４にはＵＶ（紫外線式）火炎検出器１５が設けられている。
【００２３】
蓄熱メディア４はこれを収容するメディアケース１６とともにメディアカセット１７を構成し、給排用スロート５に内蔵されている。即ち、メディアカセット１７は給排用スロート５と同数設けられている。
【００２４】
バーナアッセンブリ８は、例えば以下のようにして一体化されている。燃焼ユニット３のフランジ３ａは１次バーナタイル９のタイルケース１８に図示しないねじによって固定されている。また、バーナタイル１０のタイルケース１９には、タイルケース１８とメディアカセット１７のフランジ１７ａとケーシング２８のフランジ２８ａがねじ止めされている。このとき、フランジ２８ａとフランジ１７ａとの間にはリング２１が挟み込まれている。また、タイルケース１９には外ケーシング２０が固着されている。
【００２５】
バーナアッセンブリ８は、蓋２の中央に設けられたバーナ取付口２ａに取鍋１内に向けて嵌め込まれ固定されている。バーナ取付口２ａの周囲には取付用円筒部４４が固着されており、この取付用円筒部４４にタイルケース１９がねじ止めされている。
【００２６】
図９及び図１０に三方弁６を示す。この実施形態の三方弁６は、例えば往復動するピストン２２によって排気ダクト２３に連通する排気室２４と給気ダクト２５に連通する給気室２６のいずれかを蓄熱メディア４及び給排用スロート５に連通する給排室２７に選択的に連通させるようにしたものである。給排室２７を給気室２６に連通させると給気モードとなり、排気室２４に連通させると排気モードとなる。
【００２７】
排気室２４は外ケーシング２０内の空間で、その中に給排室２７を区画形成する円筒状のケーシング２８が軸方向に貫通して燃焼ユニット３の周りに環状に配置されている。外ケーシング２０には排気ダクト２３が接続されている。
【００２８】
給排室２７を区画するケーシング２８は、その前端がタイルケース１９に連結され、後端に給気室２６を区画形成するケーシング２９が接続されている。ケーシング２８内には、排気室２４と給排室２７とを連通させる両端開口のベンド３０がそれぞれ設けられている。このベンド３０の給排室２７側のポート３１は、給気室２６と給排室２７とを区画するケーシング２９によって形成されるポート３２と僅かな空間をあけて相対するように配置されている。したがって、給排室２７は排気室２４と給気室２６との双方に連通可能な構造とされている。
【００２９】
また、給気室２６を形成するケーシング２９は各ケーシング２８毎に設けられている。そして、隣り合うケーシング２９は相互にダクト３３で連結されて全体として環状を成し、例えば２箇所のケーシング２９に設けられた給気ダクト２５によって給気ファン３４を備える給気系３５に接続される。給気系３５はバイパス通路３７によってエジェクタ３９に接続されている。各ケーシング２９には、それぞれピストン２２を駆動するアクチュエータ３６が備えられ、給気室２６と排気室２４の各ポート３１，３２の間に配置されたピストン２２を支持するように設けられている。アクチュエータ３６は、例えばエアシリンダである。
【００３０】
したがって、ピストン２２を後退させてポート３２を閉じれば、給排室２７はポート３１を介して排気室２４と連通し、蓄熱メディア４が収められたメディアカセット１７及び給排用スロート５を排気ダクト２３に接続する。即ち、三方弁６が排気モードに切り替えられる。また、ピストン２２を前進させてポート３１を閉じれば、給排室２７はポート３２を介して給気室２６と連通し、蓄熱メディア４が収められたメディアカセット１７及び給排用スロート５を給気系３５に接続する。即ち、三方弁６が給気モードに切り替えられる。これによって、燃焼排ガスの排気と燃焼用空気の給気とが交互に切り替えられ、排ガス温度に近い高温の予熱燃焼用空気が燃焼ユニット３の周りから取鍋１内へ高速噴射される。
【００３１】
ここで、蓄熱メディア４は少なくとも１本の燃焼ユニット３の周りに複数例えば本実施形態の場合には６本配置されており、各給排用スロート５・メディアケース１６毎に独立したアクチュエータ３６を駆動して燃焼用空気の噴出と燃焼排ガスの排気とを切り替えるようにしている。そして、燃焼ユニット３からは連続的に燃料が噴射されて燃焼が行われ、いずれかのメディアケース１６から噴出される高温予熱空気との間で連続して燃焼させるようにしている。このように燃焼ユニット３を連続して燃焼させているので、対となるバーナを交互に燃焼させるリジェネバーナに比べて平均燃焼能力が大きくなり、その分だけバーナ装置を小型化することができる。
【００３２】
また、蓄熱メディア４（蓄熱体とも呼ばれる）は、例えばメディアケース１６にあらかじめ組み込まれ、カートリッジ式のメディアカセット１７として給排用スロート５に組み込まれている。メディアケース１６の先端は、例えば図５に示すように、Ｉ字状の開口となるように絞り込まれている。そして、その開口が給排用スロート５から取鍋１内へ臨むように配置される。本実施形態では、図５に示すように、各メディアケース１６の開口が燃焼ユニット３を中心に放射状に並ぶように配置されている。なお、蓄熱メディア４は、カートリッジ式とせずに蓄熱メディア４単体で給排用スロート５へ直接装填しても良い。
【００３３】
メディアケース１６の材料としては、例えば、１０００℃程度の排ガスを流す場合にはステンレススティールなどの耐熱鋼が、また１０００℃よりも高い程度の排ガスを流す場合にはＳｉＣなどのセラミックスが使用されている。このメディアケース１６の絞り部分先端の開口の大きさを変えることで、燃焼用空気の噴射速度（運動量）を自由にコントロールすることができ、火炎の形状及び性状を変えることができる。尚、メディアケース１６の断面形状は特に円形に限られず、四角形や三角形あるいはその他の多角形若しくは楕円形などの必要に応じた断面形状が適宜採用される。
【００３４】
メディアケース１６と蓄熱メディア４との間の隙間にはガスケット４０が配置されて保持されるように組み込まれている。ガスケット４０は、高温で適度の流動性を有しかつ低温では固化ないし高粘着性を有するもの、例えば接着剤、接合剤、硬化剤、充填剤などを含む耐熱接着剤などが使用可能である。具体的には、ガスケット４０としては、水ガラス（アルカリケイ酸塩の濃厚水溶液）やケイ酸カリウムなどのアルカリ金属系シリケート系、無機充填剤が加えられた金属リン酸塩などのホースフェート系あるいはコロダイルシリカ系などの耐熱接着剤の使用が可能であり、例えば水ガラスまたはケイ酸カリウムまたはこれらと他の組成物との混合物の使用が好ましい。混合物としては、アルミナ粉などのセラミックス微粉やモルタル等の耐火物微粉などの使用が好ましい。特に、水ガラス、例えばＳｉＯ２（３５−３８％）、Ｎａ２Ｏ（１７−１９％）、Ｆｅ（０．０２％以下）、Ｈ２Ｏ（約５０％以下）からなる組成の水ガラスは、経済的でかつ所望の効果を奏することから好ましい。この組成の水ガラスの場合、低温時の固定効果が高いだけでなく、１０００〜１２００℃程度の高温でもタール程度あるいはそれよりも僅かに低い程度の高粘性を示して２．８×１０−３ｇｆ／ｍｍ２以上の接着力を有し、尚かつ安価である。したがって、高温時にはメディアケース１６内で蓄熱メディア４を束縛することなく自由に移動可能なように緩やかに保持し、尚かつ低温時には、粘性を増し更には固化することによって、蓄熱メディア４をメディアケース１６に固定する。これによって、蓄熱メディア４とメディアケース１６との間に隙間がなくなり、蓄熱メディア４の周りをすり抜けるガスの流れを阻止してほぼ全量が蓄熱メディア４を通過するようにできる。このため、蓄熱メディア４の中を均一にガスが流れてサーマルクラックなどの発生を防止できる。ここで、水ガラスのガスケットとしての使用はアルミナ製蓄熱材などには好適であるが、コージライトから成る蓄熱メディア４の場合には、水ガラス中のナトリウム成分が触れるとコロージョンを起こす虞があるのでケイ酸カリウムの使用が好ましい。
【００３５】
この水ガラス製ガスケット４０は、溶液状態のまま無乾燥でメディアケース１６内に装填するようにしても良いが、予め１〜２４時間かけて自然乾燥あるいは低温（５０℃以下）加熱乾燥させてから使用することが好ましい。本発明者等の実験の結果によると、無乾燥あるいはほとんど乾燥していない状態では、蓄熱メディア４の良好な保持が確保し難いことが判明した。これは、水ガラスは、約８０℃前後で水分の蒸発による発泡が始まるため、高温の排ガスに晒されて急速に加熱されると発泡が顕著となって気泡として残り、ガスケットとしての配置が不連続で不均一なものとなる虞がある。そこで、加熱乾燥の場合には５０℃以下で１時間以上、好ましくは６時間から１２時間程度加熱し、自然乾燥の場合には２４時間以上、好ましくは５日以上かけて十分乾燥させることが望まれる。
【００３６】
また、ガスケット４０はそれ単独で蓄熱メディア４とメディアケース１６との間の隙間に配置されることも可能であるが、場合によっては使用温度において耐熱性を有するガラスファイバやセラミックファイバあるいはこれらの織物ないし不織布、更には耐熱金属の織物ないし不織布などの耐熱性補強材（図示省略）に含浸させて配置することも可能である。この場合、耐熱性補強材によってガスケット４０が補強されかつ耐熱性補強材を伸縮させながらいつも蓄熱メディア４と周辺のメディアケース１６とに固定されているため、より弾力的に蓄熱メディア４を保持できると共にガスケット４０そのものの保持力を増して蓄熱メディア４の周りをすり抜ける流体の漏れを少なくして蓄熱メディア４に均一に流体を通過させ得る。また、耐熱性補強材の介在により、蓄熱メディア４とメディアケース１６とが直接接触して衝撃により割れが生じるのを防ぐことができる。
【００３７】
また、蓄熱メディア４は、比較的圧力損失が低い割に熱容量が大きく耐久性の高い材料、例えばセラミックスで成形されたハニカム形状のセル孔を多数有する筒体の使用が好ましい。この場合、蓄熱容量の割に圧損が低いため、給気ファン３４の能力を上げずに給気と排気とが実施可能である。例えば３００mmＡｑ以下の低圧損で実現できる。また、蓄熱メディア４としては、例えば、燃焼排ガスのように１０００℃前後の高温流体と燃焼用空気のように２０℃前後の低温流体との熱交換には、コージライトやムライト、アルミナ等のセラミックスを材料として押し出し成形によって製造されるハニカム形状のものの使用が好ましい。また、ハニカム形状の蓄熱メディア４は、その他のセラミックスやセラミックス以外の素材例えば耐熱鋼等の金属あるいはセラミックスと金属の複合体例えばポーラスな骨格を有するセラミックスの気孔中に溶融した金属を自発浸透させ、その金属の一部を酸化あるいは窒化させてセラミックス化し、気孔を完全に埋め尽くしたＡｌ２Ｏ３−Ａｌ複合体、ＳｉＣ−Ａｌ２Ｏ３−Ａｌ複合体などを用いて製作しても良い。尚、ハニカム形状とは、本来六角形のセル（穴）を意味しているが、本明細書では本来の六角形のみならず四角形や三角形のセルを無数にあけたものを含む。また、一体成形せずに管などを束ねることによってハニカム形状の蓄熱メディア４を得るようにしても良い。また、蓄熱メディア４の形状も特に図示のハニカム形状に限定されず、図示していないが筒状のメディアケース１６に平板形状や波板形状の蓄熱材料を放射状にあるいは環状に配置したり、パイプ形状の蓄熱材料を軸方向に流体が通過するように充填したものであっても良い。
【００３８】
斯様にカートリッジ式として構成された蓄熱メディア４は、給排用スロート５にメディアカセット１７を挿入してから外ケーシング２０を被せるだけの簡単な作業で装着できる。また、蓄熱メディア４の交換もメディアカセット１７単位で同様に簡単に行える。更に、カートリッジ式とした場合、１本当たりのメディアカセット１７が賄える燃焼空気量（排気量を含む）が定まるので、要求される定格燃焼量に応じて必要となる数のメディアカセット１７を組み込むことで容易にバーナ仕様を得ることができる。即ち、燃焼ユニット３、ウインドボックス、三方弁６などは定格燃焼量に大きな影響を受けないことから共用化ができ、メディアカセット１７の数とそれを支持するバーナタイル１０などを変更するだけでバーナ仕様の変更が可能である。
【００３９】
取鍋１の蓋２には、炉内温度測定用フランジ４１が設けられている。本実施形態では、例えば２箇所に炉内温度測定用フランジ４１を設けている。炉内温度測定用フランジ４１には孔を通じて取鍋１内の熱が伝わりやすくなっている。炉内温度測定用フランジ４１に図示しない温度センサを取り付けることで、取鍋１内の温度を測定することができる。この温度に基づいて後述する冷起動時の運転、昇温後の運転が行われる。
【００４０】
蓋２の表面の４箇所（図１には１箇所のみ図示）には吊下げワイヤ４３を接続する取付片４２が設けられている。吊下げワイヤ４３を図示しないクレーン等の取鍋蓋支持装置によって吊下げることで、蓋２が支持される。蓋２は取鍋１に対して若干浮かせた状態で支持されている。
【００４１】
排気通路７は例えば取鍋１と蓋２の間の隙間である。即ち、蓋２は取鍋１の開口を密閉するものではなく、若干浮かせた状態で支持されているので、蓋２と取鍋１との間には常に隙間が生じている。本実施形態ではこの隙間を排気通路７として利用している。ただし、排気通路７はこの隙間に限るものではなく、例えば蓋２に煙突を設けてこの煙突と前記隙間とを排気通路７としても良い。
【００４２】
エジェクタ３９は、三方弁６を排気モードに切り替えることで余分となった燃焼用空気の流れを利用して燃焼排ガスを吸引し排出する。説明を容易にするために単純化して説明する。例えば、６つ即ち全ての三方弁６が給気モードに切り替えられ、エジェクタ空気弁３８が閉じられている状態で給気ファン３４から毎分６Ｘリットルの燃焼用空気が供給されていた場合に、３つ即ち半分の三方弁６が排気モードに切り替えられると、取鍋１内に噴射される燃焼用空気は半分の３Ｘリットルになるので、残りの３Ｘリットルの燃焼用空気が余分となる。この余分の燃焼用空気（以下、余剰空気という）はエジェクタ空気弁３８を開いてバイパス通路３７を通じてエジェクタ３９に導かれて排出される。そして、この流れの圧力を利用してダクト２３内の燃焼排ガスが吸引され、余剰空気と一緒に排出される。エジェクタ３９を設けることで燃焼排ガスを排出するためのファン等の排風機が不要になり、バーナ装置全体を小型化できると共に、取鍋蓋支持装置を介する排気配管を省略することができる。
【００４３】
なお、６つの三方弁６が全て給気モードに切り替えられている場合には、給気ファン３４から供給される燃焼用空気は全て取鍋１内に噴射されるので、余剰空気は発生しない。このため、エジェクタ３９において、余剰空気の流れの圧力を利用して燃焼排ガスを吸引することはできない。しかしながら、この状態では、全ての三方弁６が給気モードとなっており、給排用スロート５から排気が行われることがないので、特に問題になることはない。
【００４４】
次に、バーナ装置の作動について説明する。先ずパイロットバーナを点火した後、燃焼ユニット３から燃料と一次空気を噴射させて燃焼させ、給排用スロート５から燃焼用空気をそれぞれ噴射させて燃焼させる。
【００４５】
本発明のバーナ装置では、冷起動時には、全ての三方弁６が給気モードに切り替えられ、エジェクタ空気弁３８は閉じられている。即ち、各三方弁６のアクチュエータ３６はピストン２２を前進させて給排室２７を給気室２６に連通させる。これにより、給気ファン３４から給気系３５に供給された燃焼用空気は２本のダクト２５を通ってこれらが接続された２つの給気室２６に流入し、各ダクト３３を通じて残りの全ての給気室２６に流入する。そして、各ポート３２から各給排室２７に流入し、蓄熱メディア４を通って取鍋１内へと噴射される。この様に全ての給排用スロート５から燃焼用空気が噴射されることでバーナ装置を最大出力で燃焼させることになり、取鍋１内の温度を迅速に昇温することができる。取鍋１内を加熱した燃焼排ガスは、排気通路７から取鍋１の外に排出される。即ち、冷起動時には最大燃焼となるので、バーナ装置の最大熱負荷能力を発揮することができ、燃焼効率を下げずにより最大熱負荷能力の小さなバーナ装置とすることができ、バーナ装置を小型化することができる。
【００４６】
このとき、全ての三方弁６を給気モードとし、全ての給排用スロート５から燃焼用空気を噴射させることで、蓄熱メディア４による燃焼排ガスの熱回収はできなくなるが、冷起動時には取鍋１内は未だ低温であり、排出される燃焼排ガスの温度も低いことから、たとえ熱回収を行ったとしても回収できる熱量は少ない。このため、冷起動時に熱回収を行わないことによる省エネへの悪影響は少ない。
【００４７】
また、本発明のバーナ装置は、昇温後には一部の三方弁６が給気モードに、残りの三方弁６が排気モードにそれぞれ切り替わると共に、給気モードと排気モードの組み合わせを順次変化させる。三方弁６が給気モードから排気モードに切り替えられた給排用スロート５では、取鍋１内の燃焼排ガスが蓄熱メディア４を通じて排出される。このとき、高温の燃焼排ガスは低温の蓄熱メディア４との間で熱交換を行い、低温となってから給排室２７に流入する。一方、三方弁６が排気モードから給気モードに切り替えられた給排用スロート５では、燃焼用空気が蓄熱メディア４を通じて供給される。このとき、低温の燃焼用空気は高温の蓄熱メディア４との間で熱交換を行い、取鍋１内燃焼排ガスの温度に近い高温にまで加熱された後、取鍋１内へと噴射される。即ち、燃焼排ガスの熱を利用して燃焼用空気を予熱することができ、熱を有効に利用することができる。
【００４８】
また、給気モードの三方弁６と排気モードの三方弁６との組み合わせが順次切り替わるので、燃焼用空気の噴射位置が次々に移動し、非定在火炎となって温度分布の偏りを抑制することができる。組み合わせの切り替えは、例えば５〜３０秒周期で行われる。ただし、切り替えの周期は５〜３０秒に限るものではない。
【００４９】
さらに、燃焼ユニット３からは燃料が噴射され続けるので、交互燃焼蓄熱式バーナのように燃焼切り換え時の燃料供給の休止時間が生じることがなく、平均燃焼能力が大きくなる。
【００５０】
ここで、給排用スロート５のメディアカセット１７を経て噴出される燃焼用空気は予熱されて膨張し高流速化される。したがって、高温かつ高流速の燃焼用空気噴流に燃焼ユニット３からの燃料噴流が随伴されて燃焼ガスともども随時取り込んで緩慢燃焼しながら取鍋１内のガス流動を激しくする。このため、発生ＮＯｘが燃料噴流中に取り込まれて還元されたり、取鍋１内ガスの混合の促進が起きて局所高温域のない平滑な温度分布が形成されるため、ＮＯｘの発生を小さく抑えることができる。また、緩慢燃焼となるため火炎が長く延び、炉内温度の部分的な偏りを抑制すると共に、取鍋１の底面の加熱を十分に行うことができる。なお、開口の大きさが異なるメディアケース１６のメディアカセット１７と交換することによって、燃焼用空気の炉内への噴射速度（運動量）や方向などを簡単に変更できかつ自由にコントロールすることができ、火炎の形状及び性状を変えることができる。
【００５１】
一部の三方弁６を排気モードに切り替えることで給気を行う給排用スロート５の数が減少し、その分だけ取鍋１内に噴射させる燃焼用空気の量が減る。しかしながら、１つ当たりの給排用スロート５の噴射量は変化しないので、流速を落とさずに燃焼用空気を噴射させることができる。また、給気を行う給排用スロート５の数が減少することで、給気ファン３４から供給される燃焼用空気が取鍋１内に噴射されずに余ることになるが、この余剰空気はバイパス通路３７を通じてエジェクタ３９へと導かれ、燃焼排ガスを吸引する駆動源になることは上述の通りである。
【００５２】
ここで、三方弁６は、昇温後において、温度上昇に伴って給気モードの数を減少させると共に排気モードの数を増加させる。即ち、取鍋１内の温度上昇に伴い必要とされるバーナ装置の火力は減少するが、給気を行う給排用スロート５の数を減らし、排気を行う給排用スロート５の数を増加させることで、取鍋１内への燃焼用空気の供給量を減らし、バーナ装置の火力を落とすことができる。このとき、給気を行う給排用スロート５の数に応じて燃焼ユニット３からの燃料の噴射量を調節している。このように、バーナ装置の燃焼量を減らす場合に給気を行う給排用スロート５の数を減らして燃焼用空気の供給量を減らしているので、燃焼量に伴い燃焼用空気の供給量を減らしても、取鍋１内に噴射される燃焼用空気の流速を高速のまま維持することができ、取鍋１内の撹拌能力を維持することができる。
【００５３】
例えば、冷起動時には給気モードと排気モードの三方弁６の数（給気モード：排気モード）を（６：０）とし、昇温に伴い、（５：１）→（４：２）→（３：３）→（２：４）→（１：５）のように変化させることが可能である。
【００５４】
このように、本発明のバーナ装置では、取鍋１内への燃焼用空気の供給量を三方弁６の切り替えによって変化させている。即ち、ターンダウン時は燃焼用空気の供給量を流量調節弁で制御するのではなく、給気モードの三方弁６と排気モードの三方弁６の数の比率を変化させることで制御し、燃焼量に応じて燃焼用空気を予熱する蓄熱メディア４と燃焼用排ガスから排熱を回収する蓄熱メディア４の数とを変化させている。これにより、取鍋１内に噴射させる燃焼用空気の流速を高速に維持することができて取鍋１内の燃焼ガスの運動量を確保することができ、取鍋１内の温度分布の均一化が可能になる。また、燃焼用空気の供給量を流量調節分で制御するのではなく、三方弁６の切り替えによって制御するので、その制御が単純化され、バーナ装置を小型化することができる。
【００５５】
バーナ装置は蓋２に設けられているので、小型化することで蓋２への装着に有利になる。即ち、取鍋１と蓋２の間の隙間が排気通路７となっており、蓋２の周囲から燃焼排ガスが排出させることになる。バーナ装置が大型のものであると蓋２の周囲から排出される燃焼排ガスから十分に距離をおいてバーナ装置を配置することが困難になるが、バーナ装置を小型化することで、蓋２の周囲から排出される燃焼排ガスから十分に距離をおいてバーナ装置を配置することができる。また、蓋２は取鍋支持装置によって吊下げられてものであるが、バーナ装置を小型化して軽量化することで吊下げ支持が容易になる。
【００５６】
例えば、冷起動時において、取鍋１内の温度（炉内温度測定用フランジ４１に取付けられた温度センサによって検出された温度。他も同じ）が５００℃に到達するまでは、全ての三方弁６が給気モードに切り替えられており、全ての給排用スロート５から燃焼用空気を噴射させる。
【００５７】
そして、取鍋内の温度が５００℃を超えると、８００℃に到達するまでは、３つの三方弁６が給気モードに維持され、残りの３つの三方弁６が排気モードに切り替えられる。即ち、３つの給排用スロート５から燃焼用空気を噴射（給気）させ、残りの３つの給排用スロート５から燃焼用排ガスを排出（排気）させる。このとき、給気を行う給排用スロート５の位置と排気を行う給排用スロート５の位置を偏らせることで、給気を行う給排用スロート５と排気を行う給排用スロート５を分けて配置することが望ましい。給気を行う給排用スロート５と排気を行う給排用スロート５を分けて配置することで、燃焼ユニット３から噴射された燃料や給気を行う給排用スロート５から噴射された燃焼用空気がすぐに排気行う給排用スロート５から排出されてしまう所謂ショートカットを抑制することができる。このように、給気を行う給排用スロート５と排気を行う給排用スロート５とを分けながら順次それらの組み合わせを変化させる例として、例えば図１１に示すように、給気を行う給排用スロート５を１つずつずらすものがある。なお、図１１では、給気を行う給排用スロート５を黒丸で、排気を行う給排用スロート５を白丸でそれぞれ示している（図１２も同様である）。また、給気と排気の組み合わせは、例えば９秒毎に順次変化する。
【００５８】
ただし、給気を行う給排用スロート５と排気を行う給排用スロート５との組み合わせの変化は上述のものに限るものではない。また、給気を行う給排用スロート５の数と排気を行う給排用スロート５の数も上述のものに限るものではない。また、上述の動作を行う温度の範囲も上述の範囲に限るものではない。さらに、給気を行う給排用スロート５と排気を行う給排用スロート５との組み合わを変化させる時間も上述のものに限るものではない。
【００５９】
そして、取鍋内の温度が８００℃を超えると、２つの三方弁６が給気を行い、残りの４つの三方弁６が排気を行う。即ち、２つの給排用スロート５から燃焼用空気を噴射させ、残りの４つの給排用スロート５から燃焼用排ガスを排出させる。このとき、給気を行う給排用スロート５と排気を行う給排用スロート５を分けて配置し、シートカットを抑制することが望ましい点は上述の場合と同様である。このように、給気を行う給排用スロート５と排気を行う給排用スロート５とを分けながら順次それらの組み合わせを変化させる例として、例えば図１２に示すように、給気を行う給排用スロート５を１つずつずらすものがある。給気と排気の組み合わせは、例えば９秒毎に順次変化する。
【００６０】
ただし、給気を行う給排用スロート５と排気を行う給排用スロート５との組み合わせの変化は上述のものに限るものではない。また、給気を行う給排用スロート５の数と排気を行う給排用スロート５の数も上述のものに限るものではない。また、上述の動作を行う温度の範囲も上述の範囲に限るものではない。さらに、給気を行う給排用スロート５と排気を行う給排用スロート５との組み合わを変化させる時間も上述のものに限るものではない。
【００６１】
バーナ装置は、例えば排気より未燃分が発生しない範囲でできる限り少ない過剰空気（たとえば空気比＝約１．３）で運転するのが一般的であるが、過剰空気（たとえば空気比２．０）でも運転可能である。ただし、点火時は燃焼が不安定となる虞があるので、点火後例えば１分間は空気比２．０以上で運転することが好ましい。
【００６２】
バーナ装置では、上述の通り、昇温後には蓄熱メディア４を介して排熱回収する。燃焼排ガスは蓄熱メディア４を暖め、燃焼用空気は蓄熱メディア４を冷やす。このため、燃焼用空気の量（以下、空気量という）と燃焼用排ガスの量（以下、排気量という）とのバランスが重要である。燃料として例えばＡ重油を使用する場合は、例えば空気量１３０に対して、排気量は１３８となり、燃焼用排ガスの全量を蓄熱メディア４を通して排出すると、排気温度が高くなる。特に燃料中に不活性分を含むオフガスの比率が増すと排気温度は高くなる。ただし、燃焼用排ガスの一部をバイパス（対流部等の蓄熱メディア４以外からの排出）することにより燃焼用排ガス温度を下げることができる。三方弁６の過熱を防止するため燃焼用排ガス温度は３８０℃（バーナ部品の耐熱温度）以下となるように管理することが好ましい。
【００６３】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば上述の説明では、三方弁６は往復動するピストン２２によって排気室２４と給気室２６とのいずれかを給排室２７に選択的に連通させるタイプのものであったが、このタイプのものでなくても良い。例えば、フラッパの揺動によって流路を切り替えるタイプの三方弁でも良く、その他のタイプの三方弁でも良い。
【００６４】
また、上述の説明では、冷起動時に全ての三方弁６を給気モードに切り替えて運転を行っていたが、このような運転を行うのは冷起動時に限るものではなく、例えば昇温後であっても取鍋１内の温度を急激に上昇させたい場合等にも全ての三方弁６を給気モードに切り替えて運転を行っても良い。
【００６５】
また、上述の説明では、燃焼ユニット３を例えば１本だけ備えていたが、燃焼ユニット３を２本以上備えても良い。
【００６６】
また、上述の説明では、燃焼ユニット３の周囲に例えば６本の給排用スロート５を設けていたが、燃焼ユニット３の周囲に設ける給排用スロート５の数はこれに限るものではなく、２本、３本、４本、５本、７本以上でも良い。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の取鍋用蓄熱式バーナ装置の実施形態の一例を示し、取鍋の蓋に装着した状態の断面図である。
【図２】同取鍋用蓄熱式バーナ装置を取鍋の蓋に装着した状態の平面図である。
【図３】同取鍋用蓄熱式バーナ装置を拡大して示す断面図である。
【図４】同取鍋用蓄熱式バーナ装置を拡大して示す平面図である。
【図５】同取鍋用蓄熱式バーナ装置を取鍋の蓋の内側からみた様子を示す図である。
【図６】パイロットバーナを取り付ける様子を示す断面図である。
【図７】給気ダクトからバイパス通路が分岐する様子を示す図である。
【図８】給気と排気の系統を示す図である。
【図９】三方弁を示し、排気モードに切り替えられている状態の断面図である。
【図１０】三方弁を示し、給気モードに切り替えられている状態の断面図である。
【図１１】（給気を行う給排用スロート：排気を行う給排用スロート）＝（３：３）の場合に、これらの組み合わせが順次変化する様子を説明するための図である。
【図１２】（給気を行う給排用スロート：排気を行う給排用スロート）＝（２：４）の場合に、これらの組み合わせが順次変化する様子を説明するための図である。
【図１３】従来の交互燃焼蓄熱式バーナシステムを取鍋の蓋に装着した状態を示す概念図である。
【図１４】同交互燃焼蓄熱式バーナシステムの断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  取鍋
２  蓋
３  燃焼ユニット
４  蓄熱メディア
５  給排用スロート
６  三方弁
７  排気通路
３９  エジェクタ
【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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【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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【図１４】
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