JP2011075191A

JP2011075191A - リジェネレイティブバーナ

Info

Publication number: JP2011075191A
Application number: JP2009226636A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Ando; 嘉浩安藤
Original assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Adrec Co Ltd; NGK Kilntech Corp
Current assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Adrec Co Ltd; NGK Kilntech Corp
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-04-14

Abstract

【課題】加熱炉内でガス化していた金属成分が排気運転時に炉外で析出し、該析出金属成分が燃焼運転時に再度炉内に飛散することのないリジェネレイティブバーナを提供すること。
【解決手段】高温の炉内から排出される炉内排出ガスから吸収した熱を蓄熱し、炉内へ供給される燃焼用空気の昇温に用いる熱交換蓄熱体を有するリジェネレイティブバーナであって、該熱交換蓄熱体が、炉内排出ガスの排出流路と、燃焼用空気の供給流路とを、各々独立して有する。
【選択図】図１

Description

本発明はリジェネレイティブバーナに関するものである。

リジェネレイティブバーナは、蓄熱体を充填したバーナ２台を一対として数十秒サイクルで燃焼と排気を繰り返す交番燃焼を行い、排熱回収により高効率な燃焼を行うものである。

図７には、加熱炉１に従来のリジェネレイティブバーナ２（例えば、特許文献１等）を設置した例を示している。従来のリジェネレイティブバーナ２は、排気運転時には、燃料遮断弁３と燃焼空気弁４が閉じるとともに、燃焼排ガス弁５が開いており、炉内の排ガスは、蓄熱体６を通過する間に蓄熱体６に熱を与えた後、炉内ガスよりも低温のガスとなって炉外へ排出される。一方、燃焼運転時には、燃料遮断弁３と燃焼空気弁４が開くとともに、燃焼排ガス弁５が閉じており、燃焼用の空気は、蓄熱体６を通過する間に蓄熱体６から熱を奪って高温の予熱空気となってバーナに供給される。

耐熱性が求められる蓄熱体６は、例えば、セラミックハニカム等から構成される。また、蓄熱体６の構造は、一般に、同一の流路を、炉内の排ガスが蓄熱体６を通過する流路、および、燃焼用の空気が蓄熱体６を通過する流路として兼用するものとなっている。

ここで、高温の炉内ガスにカルシウムやマグネシウム等の金属成分が含有される場合には、炉内ガスの排気運転時に、蓄熱体６におけるガスの低温化に伴って析出し、蓄熱体６の下流側にスケールとして付着したり、蓄熱体６の下流側に連結する金属配管に錆びを生じる現象が観察される。そして排気運転と燃焼運転が切り替わった際に、これらのスケールや錆びが、加熱炉内に飛散する問題があった。特に、加熱炉内の被焼成物が衛生陶器等の施釉品の場合には、スケールや錆びが加熱炉内に飛散することにより、ボロ降り等の製品不良が発生してしまう問題があった。

特開２００３−３４３８２９号公報

本発明の目的は前記問題を解決し、加熱炉内でガス化していた金属成分が排気運転時に炉外で析出し、該析出金属成分が燃焼運転時に再度炉内に飛散することのないリジェネレイティブバーナを提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明のリジェネレイティブバーナは、高温の炉内から排出される炉内排出ガスから吸収した熱を蓄熱し、炉内へ供給される燃焼用空気の昇温に用いる熱交換蓄熱体を有するリジェネレイティブバーナであって、該熱交換蓄熱体が、炉内排出ガスの排出流路と、燃焼用空気の供給流路とを、各々独立して有することを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のリジェネレイティブバーナにおいて、炉内排出ガスの排出流路と、燃焼用空気の供給流路とを平行に配置したことを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１記載のリジェネレイティブバーナにおいて、炉内排出ガスの排出流路と、燃焼用空気の供給流路とを直交して配置したことを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載のリジェネレイティブバーナにおいて、熱交換蓄熱体を金属で構成したことを特徴とするものである。

請求項５記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載のリジェネレイティブバーナにおいて、熱交換蓄熱体をセラミックスで構成したことを特徴とするものである。

請求項６記載の発明は、複数の熱交換蓄熱体を有し、請求項１〜５の何れかに記載のリジェネレイティブバーにおいて、一つのバーナ本体に対して、交互に使用される複数の熱交換蓄熱体を有することを有することを特徴とするものである。

本発明に係るリジェネレイティブバーナでは、熱交換蓄熱体を、炉内排出ガスの排出流路と燃焼用空気の供給流路とを各々独立して有する構成とすることにより、加熱炉内でガス化していた金属成分が排気運転時に炉外で析出し、該析出金属成分が燃焼運転時に再度炉内に飛散する問題を解消した。これにより、特に、加熱炉内の被焼成物が衛生陶器等の施釉品の場合に、スケールや錆びが加熱炉内に飛散することにより、ボロ降り等の製品不良が発生してしまう問題を解消した。

本発明に係るリジェネレイティブバーナの説明図である。図１の蓄熱体の全体斜視図である。流路直交構造を有する蓄熱体の実施例である。流路直交構造を有する蓄熱体の実施例である。流路直交構造を有する蓄熱体の実施例である。流路平行構造を有する蓄熱体の実施例である。従来のリジェネレイティブバーナを用いた加熱炉の説明図である。本発明に係るリジェネレイティブバーナの他の実施形態の説明図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。

図１には、本発明に係るリジェネレイティブバーナの全体説明図を示し、図２には、図１の蓄熱体の全体斜視図を示している。なお、図１において、１１は加熱炉の炉壁であり、該リジェネレイティブバーナ２は、一対のバーナとして、加熱炉の両側の炉壁１１に各々対向設置され、例えば３０秒程度の短い周期で燃焼と排気を繰り返す交番燃焼を行う制御がなされている。

各バーナ２はそれぞれ蓄熱体６を備え、蓄熱体６としては耐熱性に優れかつ圧損の小さいセラミックハニカムを用いることが好ましく、その材質は耐食性や耐熱性を考慮して、ＳｉＣ系材料、コージライト、ムライト、アルミニウムチタネート等から最適なものを選択することができる。

本発明に係るリジェネレイティブバーナは、図１に示すように、炉内排出ガスの排出流路７と燃焼用空気の供給流路８と、各々独立して有しており、蓄熱体６にも炉内排出ガスの排出流路６ａと燃焼用空気の供給流路６ｂを独立して設けている。

排気運転時には、該排出ガスを蓄熱体６に設けた炉内排出ガスの排出流路６ａに導いて、高温の炉内ガスから熱を吸収し、該蓄熱体６に蓄える。

燃焼運転時には、炉内供給前の燃焼用空気が、蓄熱体６に設けた燃焼用空気の供給流路６ｂに導かれ、蓄熱体６に蓄えられた熱を吸収して昇温される。

高温の炉内ガスにカルシウムやマグネシウム等の金属成分が含有される場合には、蓄熱体６通過後のガス温度低下に伴い、炉内排出ガスの排出流路６ａにおいて、金属成分の析出が生じるが、本発明では、炉内排出ガスの排出流路６ａは、専ら炉内ガスを炉外へ排出する流路としてのみ用いられる。したがって、該バーナが、燃焼と排気を繰り返す交番燃焼を行う用途に用いられる場合であっても、炉内排出ガスの排出流路６ａの析出金属成分や、炉内排出ガスの排出流路６ａに発生した錆びが、炉内に逆流して飛散する問題を回避することができる。

図２に示す蓄熱体６は、炉内排出ガスの排出流路６ａと燃焼用空気の供給流路６ｂとを直行配置した構成を有するが、本実施形態には限定されず、蓄熱体として機能しうる熱容量を持ち、かつ炉内排出ガスの排出流路と燃焼用空気の供給流路とを各々独立して有する構成を有するものであればよい。熱交換蓄熱体６をセラミックスで構成する場合には、セラミックスを肉厚構造とすることで、熱容量が大きく熱効率に優れた熱交換蓄熱体６を得ることができる。

具体的には、例えば図３の（a）〜（ｄ）に示す流路直交構造を採用することができる。図３の（a）はハニカム接合型、（ｂ）は直交熱交換型、（ｃ）はプレート型、（ｄ）はフィンチューブ型を各々示している。ハニカム接合型（a）と直交熱交換型（ｂ）は、熱交換蓄熱体６をセラミックスで構成したものであり、プレート型（ｃ）とフィンチューブ型（ｄ）は、熱交換蓄熱体を金属で構成したものである。

図３において、ハニカム接合型（a）は、ハニカムの貫通孔の方向を直交させて積層したものである。直交熱交換型（ｂ）は、ハニカムの貫通孔に直交する貫通孔を設け、その内面を目封じすることにより、炉内排出ガスと燃焼用空気が混じり合わないようにしたものである。プレート型（ｃ）は、金属プレートにチューブを貫通させたものである。フィンチューブ型（ｄ）は、外側面にフィンを設けたチューブを複数配置したものである。

熱交換蓄熱体６をセラミックスで構成する流路直交構造のその他の形態として、例えば図４に示すように、波型の断面形状を有するセラミック構造体の流路を互い違いに重ね合わせた構造を採用することもできる。当該構造によれば、燃焼用空気と排出ガスの温度差により蓄熱体の局所部分に生じる熱衝撃を複数の構造体を重ね合わせることにより、応力集中の発生部分を分散させることが可能なため、応力集中が緩和され、また、サイズや構造体の組合せの自由度を高めることができる。当該構造において、構造体の中心付近では粗の波型間隔とし、外周付近は密の波型間隔とすることも可能であるし、また逆の構造にすることも可能である。なお、当該構造によれば、流路の設計変更を容易にすることができる。例えば、熱交換体としては、高温ガスができるだけ長時間の間、熱交換体セラミックスと接触する構造とすることが望ましく、流路をジグザグ状に形成することにより、高温ガスと熱交換体セラミックスとの接触時間を長くすることができる。

熱交換蓄熱体６をセラミックスで構成する流路直交構造のその他の形態として、例えば図５に示すように、構造体の片面には一方向の流路が形成されているが、構造体の片面に直交する流路を形成した構造を採用することもできる。当該構造によれば、構造体の片面に吸熱、廃熱の機能を持たせ、更なる熱収支の向上を図ることが可能となる。

その他、炉内排出ガスの排出流路６ａと燃焼用空気の供給流路６ｂとを平行配置した構成としてもよい。具体的には、例えば図６の（a）〜（ｂ）に示す流路平行構造を採用することができる。図６の（a）はハニカム型、（ｂ）はフィン型を各々示している。

図６において、ハニカム型（a）は、ハニカムの貫通孔の方向を平行にして積層したものである。フィン型（ｂ）は、外側面にフィンを設けたチューブを外周パイプ内に配置したものである。

（他の実施形態）
図８に示すように、一つのバーナ本体１２に対して、交互に使用される複数の熱交換蓄熱体６を備え、該複数の蓄熱体６を交互に使用する構成とすることもできる。一般に、リジェネレイティブバーナを構成する蓄熱体は、蓄熱と放熱を頻繁に繰り返すため、大きな負荷がかかり、破壊されやすいという問題がある。これに対し、本実施形態のように、一つのバーナ本体１２に対して複数の蓄熱体６を備え、該複数の蓄熱体６を交互に使用する構成とすることにより、各蓄熱体６の破壊リスクを低減することができる。

１加熱炉
２リジェネレイティブバーナ
３燃料遮断弁
４燃焼空気弁
５燃焼排ガス弁
６蓄熱体
６ａ炉内排出ガスの排出流路
６ｂ燃焼用空気の供給流路
７炉内排出ガスの排出流路
８燃焼用空気の供給流路
１１炉壁
１２バーナ本体

Claims

高温の炉内から排出される炉内排出ガスから吸収した熱を蓄熱し、炉内へ供給される燃焼用空気の昇温に用いる熱交換蓄熱体を有するリジェネレイティブバーナであって、
該熱交換蓄熱体が、炉内排出ガスの排出流路と、バーナ本体への燃焼用空気の供給流路とを、各々独立して有することを特徴とするリジェネレイティブバーナ。
炉内排出ガスの排出流路と、燃焼用空気の供給流路とを平行に配置したことを特徴とする請求項１記載のリジェネレイティブバーナ。
炉内排出ガスの排出流路と、燃焼用空気の供給流路とを直交して配置したことを特徴とする請求項１記載のリジェネレイティブバーナ。
熱交換蓄熱体を金属で構成したことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のリジェネレイティブバーナ。
熱交換蓄熱体をセラミックスで構成したことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のリジェネレイティブバーナ。
一つのバーナ本体に対して、交互に使用される複数の熱交換蓄熱体を有することを有することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のリジェネレイティブバーナ。