(57)【要約】      （修正有）【課題】ハニカム蓄熱体に流入する燃焼排ガスの温度を低くすることができる蓄熱式バーナを提供する。【解決手段】蓄熱式バーナは、セラミックス製のハニカム蓄熱体５を具備し、ハニカム蓄熱体の燃焼排ガス流入側に、燃焼排ガスが流入する方向と平行な複数の貫通孔８を具備する耐熱金属６が設置されている。また、耐熱金属の燃焼排ガス流出側の端面に、ハニカム蓄熱体の燃焼排ガス流入側の端面に当接する突起が形成され、耐熱金属の燃焼排ガス流出側の端面とハニカム蓄熱体の燃焼排ガス流入側の端面との間に隙間が形成されている。また、耐熱金属のそれぞれの貫通孔の開口面積を合計した面積が、ハニカム蓄熱体のハニカム開口面積に略同一であり、耐熱金属の貫通孔を通過した燃焼排ガスの温度が、１２５０℃以下になる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス製のハニカム蓄熱体を具備する蓄熱式バーナにおいて、
前記ハニカム蓄熱体の燃焼排ガス流入側に、燃焼排ガスが流入する方向と平行な複数の貫通孔を具備する耐熱金属が設置されていることを特徴とする蓄熱式バーナ。
【請求項２】
前記耐熱金属の燃焼排ガス流出側の端面に、前記ハニカム蓄熱体の燃焼排ガス流入側の端面に当接する突起が形成され、前記耐熱金属の燃焼排ガス流出側の端面と前記ハニカム蓄熱体の燃焼排ガス流入側の端面との間に隙間が形成されていることを特徴とする請求項１記載の蓄熱式バーナ。
【請求項３】
前記耐熱金属のそれぞれの貫通孔の開口面積を合計した面積が、前記ハニカム蓄熱体のハニカム開口面積に略同一であることを特徴とする請求項１または２記載の蓄熱式バーナ。
【請求項４】
前記耐熱金属の貫通孔を通過した燃焼排ガスの温度が、１２５０℃以下になることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の蓄熱式バーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蓄熱式バーナ、特に、セラミックス製のハニカム蓄熱体を有する蓄熱式バーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バーナ等の燃焼熱により被加熱物、例えば鋼片等を加熱するための加熱炉においては、熱効率を高めるため、加熱炉内の燃焼排ガスから相当量の熱量を回収して、この回収した熱により燃焼用空気を予熱するプレヒート技術の開発が進んでおり、各種の方法が考案されている。このようなプレヒート技術の一つとして、例えば、蓄熱体を有するバーナを２基設け、これらのバーナを交互に燃焼させて、その燃焼させていない側のバーナを通して炉内の高温の燃焼排ガスを排出する際に、このバーナの蓄熱体に燃焼排ガス中の熱を蓄熱し、次にこのバーナを燃焼させる際にその蓄熱体に蓄えられた熱により燃焼用空気を予熱する技術が提案されている。このような蓄熱体を有する直火バーナを用いることで省エネルギー化に寄与している。
【０００３】
ここで、前記バーナの蓄熱体としては、伝熱面積が大きく圧力損失の小さいこと、耐熱性、耐熱衝撃性、耐食性に優れていることなどが要求されることから、セラミックスやアルミナ、耐熱金属等が使用されている。
さらに、発明者等は、蓄熱体として、ガスの流れ方向に沿うハニカム状のセル孔を多数形成したいわゆるハニカムセラミックスを採用した発明を開示している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、前記蓄熱体としてセラミックス製のハニカム（ハニカムセラミックス）を用いた場合には、高温の燃焼排ガスによる蓄熱中のハニカム蓄熱体に被加熱物の鋼片から発生したスケール等が付着し、セラミックス製のハニカム内にＦｅが浸入することによる損傷が起こる場合があり、耐久性に問題を有していた。このような問題は、特に炉温が高い直火式バーナにおいて大きな問題となっていた。例えば、通常使用されているセラミックス製のハニカムのセル厚みは約０．５ｍｍ程度であるが、１３５０℃程度の高温の燃焼排ガスに曝されるような環境下で使用すると、1年から2年程度で損傷するという問題があった。
【０００５】
そこで、このような問題に対して発明者等は、所定の平均粒径のアルミナ粒子を６０〜９６％含有し、残部がＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系酸化物および不可避不純物からなるハニカム構造体（例えば、特許文献２参照）や、ハニカム蓄熱体の上にセラミックボールやペレットの如き不定形物からなる蓄熱体層を設け、この蓄熱体層を随時交換可能に構成する発明を開示している（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特許第３２６０５８０号公報（第３−４頁、第１図）
【特許文献２】特許第３６１２０１３号公報（第４頁、第１図）
【特許文献３】特許第２９３６４４５号公報（第２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そして、特許文献２に開示した発明は、アルカリ成分およびスケールが存在する高温酸化雰囲気下においても粉化や融解が起き難いという顕著な効果を奏するものの、ハニカムに流入する燃焼排ガスの温度を低くして、ハニカムの昇温を低く抑えることによってさらに延命を図りたいという要請があった。
また、特許文献３に開示した発明は、鋼片から発生したスケール等をハニカム蓄熱体の上に設けたセラミックボール等からなる蓄熱体層に付着させ、この蓄熱体層のみを交換し、それ以外の蓄熱体は引続き使用するようにすることで、蓄熱体の交換を容易かつ短時間で行なうことを可能とし、交換のための費用を大幅に節減することを可能にするという顕著や効果を奏するものの、ハニカム蓄熱体に流入する燃焼排ガスの温度を低くして、ハニカム蓄熱体の昇温を低く抑えることによってさらに延命を図りたいという要請があった。
【０００７】
本発明は上記要請に応えるものであり、ハニカム蓄熱体に流入する燃焼排ガスの温度を低くすることができる蓄熱式バーナ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】
【０００８】
（１）本発明の蓄熱式バーナは、セラミックス製のハニカム蓄熱体を具備する蓄熱式バーナにおいて、
前記ハニカム蓄熱体の燃焼排ガス流入側に、燃焼排ガスが流入する方向と平行な複数の貫通孔を具備する耐熱金属が設置されていることを特徴とする。
（２）また、前記耐熱金属の燃焼排ガス流出側の端面に、前記ハニカム蓄熱体の燃焼排ガス流入側の端面に当接する突起が形成され、前記耐熱金属の燃焼排ガス流出側の端面と前記ハニカム蓄熱体の燃焼排ガス流入側の端面との間に隙間が形成されていることを特徴とする。
（３）また、前記耐熱金属のそれぞれの貫通孔の開口面積を合計した面積が、前記ハニカム蓄熱体のハニカム開口面積に略同一であることを特徴とする。
（４）前記耐熱金属の貫通孔を通過した燃焼排ガスの温度が、１２５０℃以下になることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
したがって、本発明の蓄熱式バーナは以下の効果を奏する。
（ｉ）燃焼排ガス流入側に耐熱金属が設置されているから、該耐熱金属に吸熱され、ハニカム蓄熱体を到達した際の燃焼排ガスの温度が低くなる。よって、セラミックス製のハニカム蓄熱体の粉化や融解が抑制され、蓄熱式バーナの延命が図られる。
（ｉｉ）また、耐熱金属の燃焼排ガス流出側の端面とハニカム蓄熱体の燃焼排ガス流入側の端面との間に隙間が形成されているから、耐熱金属から流出したときに燃焼排ガスの温度が不均一であっても、ハニカム蓄熱体に入るときには燃焼排ガスの温度が均一化され、ハニカム蓄熱体の局部的熱負荷が緩和される。
（ｉｉｉ）また、耐熱金属の合計開口面積が、ハニカム開口面積に略同一であるから、圧損が増加することがなく所定の熱交換が実行される。
（ｉｖ）また、ハニカム蓄熱体を到達した際の燃焼排ガスの温度が１２５０℃以下になるから、セラミックス製のハニカム蓄熱体の粉化や融解が抑制され、蓄熱式バーナの延命が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１〜図３は本発明の実施形態に係る蓄熱式バーナを説明する、図１は側断面図、図２は一部を示す斜視図、図３は一部の側面図である。
図１において、加熱炉２０の炉幅方向で対向する炉壁２１ａ、２１ｂに、それぞれ対向した一対の蓄熱式バーナ１０ａおよび蓄熱式バーナ１０ｂと、それぞれ対向した一対の蓄熱式バーナ１０ｃおよび蓄熱式バーナ１０ｄとが設置されている。なお、以下の説明において、共通する内容については添え字「ａ、ｂ、ｃ、ｄ」の記載を省略する。
【００１１】
蓄熱式バーナ１０は、ウインドボックス１と、蓄熱路２と、導入路３とを形成する本体４を有している。そして、ウインドボックス１には燃料遮断弁４１が設置された燃料配管４０が連通し、導入路３には燃焼空気弁５１が設置された燃焼用空気配管５０および燃焼排ガス弁６１が設置された燃焼排ガス配管６０が、それぞれ連通している。
また、蓄熱路２の導入路３寄りの位置（炉壁２１から遠い位置）に、ハニカム蓄熱体５（比表面積の大きなものが良く、通常、複数個のハニカム構造体によって構成されている）が設置され、蓄熱路２のウインドボックス１寄りの位置（炉壁２１に近い位置）に、耐熱金属によって形成された耐熱蓄熱体６が設置されている。
【００１２】
図１において、例えば、蓄熱式バーナ１０ａ、１０ｄが燃焼状態にあるから、燃料遮断弁４１ａ、４１ｄが開いて、図示しない燃料供給源より所定流量の加圧された燃料Ｆが供給され、また、燃焼空気弁５１ａ、５１ｄが開いて、図示しない空気供給源より所定流量で加圧された空気Ａが供給される。このとき、燃焼排ガス弁６１ａ、６１ｄが閉じている。このとき、供給された空気Ａは、ハニカム蓄熱体５ａ、５ｄおよび耐熱蓄熱体６ａ、６ｄより熱を奪って高温の予熱空気（以下「燃焼用空気」と称す）となってウインドボックス１ａ、１ｄに供給されている。
【００１３】
一方、この間、蓄熱式バーナ１０ｂ、１０ｃでは、燃料遮断弁４１ｂ、４１ｃおよび燃焼空気弁５１ｂ、５１ｃが共に閉じ、燃焼排ガス弁６１ｂ、６１ｃが開いている。したがって、燃焼排ガスＧは、ウインドボックス１ｂ、１ｃより吸引され、耐熱蓄熱体６ｂ、６ｃおよびハニカム蓄熱体５ｂ、５ｃを通過して、図示しない排気ブロワにより排気される。このとき、吸引された燃焼排ガスＧは、耐熱蓄熱体６ｂ、６ｃおよびハニカム蓄熱体５ｂ、５ｃを加熱する（蓄熱するの同じ）。すなわち、吸引された燃焼排ガスＧの温度は、耐熱蓄熱体６ｂ、６ｃによって奪われた熱量に相当する分だけ低温になって、耐熱蓄熱体６ｂ、６ｃに流入し、さらに、ハニカム蓄熱体５ｂ、５ｃによって奪われた熱量に相当する分だけ低温になって、排気される。したがって、耐熱蓄熱体６ｂ、６ｃの設置によって、ハニカム蓄熱体５ｂ、５ｃは過剰な高温に曝されることがない。
【００１４】
以上より、蓄熱式バーナ１０ａが燃焼状態のとき、これに対向する蓄熱式バーナ１０ｂは蓄熱状態にあり、同様に、蓄熱式バーナ１０ｄが燃焼状態のとき、これに対向する蓄熱式バーナ１０ｃは蓄熱状態にある。
したがって、一定の熱量が蓄熱された時点で、蓄熱式バーナ１０ａを蓄熱状態にして、これに対向する蓄熱式バーナ１０ｂを燃焼状態にし、同様に、蓄熱式バーナ１０ｄを蓄熱状態にして、これに対向する蓄熱式バーナ１０ｃを燃焼状態にする。そうすると、前記のように、蓄熱式バーナ１０ｂ、１０ｃに供給される空気Ａは加熱され、高温の燃焼用空気となってウインドボックス１ｂ、１ｃに供給される。
【００１５】
すなわち、一対の蓄熱式バーナ１０ａ、１０ｂ、および蓄熱式バーナ１０ｃ、１０ｄの燃焼（蓄熱に同じ）を、交互に切り替える交番燃焼（交番蓄熱に同じ）を実行することによって、燃焼排ガスの有する熱量が回収されるから、省エネ効果が得られる。
なお、以上は、一対の蓄熱式バーナ１０が炉長方向に２列配置されたものを示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、１列配置でも３列以上の配置であってもよい。また、各列毎の燃焼（蓄熱）切り替えタイミングは一致するものを例示しているが、これに限定するものではない。
【００１６】
図２において、ハニカム蓄熱体５は複数の直方体を組み合わせたものであって、該直方体は、高温焼成された９９％アルミナ製であって、燃焼排ガスの流れる方向（燃焼用空気の流れる方向に同じ）に平行する矩形または六角形等の蜂の巣状の開口部（図示しない）を具備する。
また、耐熱蓄熱体６は耐熱金属、例えば、９７％以上のクロムを含有する合金によって形成された耐熱直方体７を組み合わせたものであって、耐熱直方体７には、燃焼排ガスの流れる方向（燃焼用空気の流れる方向に同じ）に平行する貫通孔８が形成されている。このとき、耐熱蓄熱体６のそれぞれの貫通孔８の開口面積を合計した面積が、ハニカム蓄熱体５のハニカム開口面積に略同一であるから、耐熱蓄熱体６およびハニカム蓄熱体５はいずれも他方によって圧損が増加することがなく、それぞれのガス流れが保証され、所定の熱交換が実行される。
【００１７】
図３において、耐熱直方体７の燃焼排ガスの流出側端面に突起９が形成されている。したがって、耐熱直方体７をハニカム蓄熱体５の燃焼排ガスの流入側端面に設置した際、耐熱直方体７の燃焼排ガスの流出側端面とハニカム蓄熱体５の燃焼排ガスの流入側端面との間に、突起９に相当する隙間が形成される。このため、耐熱直方体７の貫通孔８と、ハニカム蓄熱体５の開口部との位相がずれた場合であっても、燃焼排ガスＧが耐熱蓄熱体６から流出したときに燃焼排ガスＧの温度が不均一であっても、ハニカム蓄熱体５に入るときには燃焼排ガスＧの温度が均一化され、ハニカム蓄熱体の局部的熱負荷が緩和される。
なお、図２は、一辺１４９ｍｍｍ、厚さ５０ｍｍの直方体において、高さ５ｍｍの略半球状の突起を設けたものを例示しているが、本発明はこれに限定するものではない。
【００１８】
図４は本発明の実施形態に係る蓄熱式バーナにおける温度分布を模式的に説明する温度線図である。
図４において、範囲「Ｂ−Ｃ」に耐熱金属領域が形成されているから、該領域において、燃焼排ガスは温度降下する（耐熱蓄熱体６が昇温する）。したがって、加熱炉２０から流入した直後の燃焼排ガスの温度が１３５０℃程度（位置「Ｃ」）であっても、ハニカム蓄熱体５に到達した際（位置「Ｂ」）の燃焼排ガスは１２５０℃以下に降下している。
よって、ハニカム蓄熱体５は高い温度に曝されないから、粉化や融解が生じ難くなっている。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
以上のように本発明の蓄熱式バーナは、ハニカム蓄熱体５が高い温度に曝されないため、ハニカム蓄熱体５の粉化や融解が生じ難く蓄熱式バーナの延命が図られるから、各種燃焼装置に設置される蓄熱式バーナとして広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る蓄熱式バーナを説明する側断面図。
【図２】本発明の実施形態に係る蓄熱式バーナを説明する一部を示す斜視図。
【図３】本発明の実施形態に係る蓄熱式バーナを説明する一部の側面図。
【図４】本発明の実施形態に係る蓄熱式バーナにおける温度分布を説明する温度線図。
【符号の説明】
【００２１】
１ ウインドボックス
２ 蓄熱路
３ 導入路
４ 本体
５ ハニカム蓄熱体
６ 耐熱蓄熱体
７ 耐熱直方体
８ 貫通孔
９ 突起
１０ 蓄熱式バーナ
２０ 加熱炉
２１ 炉壁
４０ 燃料配管
４１ 燃料遮断弁
５０ 燃焼用空気配管
５１ 燃焼空気弁
６０ 燃焼排ガス配管
６１ 燃焼排ガス弁
Ａ 空気
Ｆ 燃料
Ｇ 燃焼排ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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