JPH11211371A

JPH11211371A - 蓄熱体の保持構造

Info

Publication number: JPH11211371A
Application number: JP10014610A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Hasegawa; 敏明長谷川; Atsushi Sudo; 淳須藤; Tadahiro Araaki; 但宏荒明; Makoto Miyata; 誠宮田
Original assignee: Nippon Furnace Co Ltd
Current assignee: Nippon Furnace Co Ltd
Priority date: 1998-01-27
Filing date: 1998-01-27
Publication date: 1999-08-06

Abstract

(57)【要約】【課題】蓄熱体の動きを自由にし、尚かつ蓄熱体とハ
ウジングとの間の隙間を無くすように蓄熱体を保持す
る。【解決手段】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充填材７を蓄熱体２の周り
のハウジング５との間に隙間に配置し、蓄熱体２を保持
するようにしている。充填材７は、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である
ことが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は蓄熱体のハウジング
内における保持構造に関する。更に詳述すると、本発明
は、蓄熱体、特に多数の流路を有するハニカム状あるい
は細管状の蓄熱体の保持に好適な蓄熱体保持構造に関す
る。

【０００２】尚、本明細書においてハウジングとは、耐
火断熱材が内張りされた金属製ケーシング、ウィンドボ
ックス、バーナタイル（バーナスロート）などの蓄熱体
を収容するもの、あるいは蓄熱体を包囲するものの全て
を含むものとする。また本明細書では、例えば６０秒以
内好ましくは２０〜３０秒あるいはそれより短時間で高
周期に蓄熱−放熱サイクルを繰り返す蓄熱再生式燃焼装
置をリジェネバーナと呼ぶ。

【０００３】

【従来の技術】従来のリジェネバーナでは、筒形の耐熱
金属製ケースに蓄熱体（蓄熱体とも呼ばれる）が納めら
れてバーナの外に連結されるか、あるいはエアスロート
に内装されるように設けられている。例えば、図７の
（Ａ）に示すようなリジェネバーナの場合、断熱材で内
張りされた箱形の金属製ケーシング（以下ハウジングと
呼ぶ）１０１に蓄熱体１０２を収めてから同様の構成の
ウインドボックス１０３に連結し、更にこのウインドボ
ックス１０３を耐火物製バーナタイル１０４に突き合わ
せるようにして連結されている。この場合、蓄熱体１０
２とハウジング１０１との間を隙間なく蓄熱体１０２を
装填すると、蓄熱体１０２が熱膨張した際に破壊したり
割れたりしてしまうことから、隙間なく蓄熱体１０２を
装填することはできない。一方、蓄熱体１０２の周りに
隙間が発生すると、蓄熱体内の流路・セル孔に比べて圧
力損失がはるかに小さいため、そこを通過する流体が圧
倒的に多くなってしまう。このため、温度効率が低下す
ると共に流体の通過量に大きなばらつきが生じて蓄熱体
に極端な温度差が発生し（排ガスの場合、通過量が多い
所は熱く、少ない所は比較的冷たい）、熱応力に因る割
れを招くこととなる。

【０００４】そこで、蓄熱体１０２の熱膨張を許容しつ
つハウジング１０１との間の隙間を防ぐため、蓄熱体の
周りにガラスファイバ１０６を巻き付けてハウジング１
０１内へ装填し、蓄熱体１０２とハウジング１０１との
間の隙間をガラスファイバ１０６で充填して保持するよ
うにしている。また、多数のブロック片で必要な大きさ
の蓄熱体を構成する場合には、ガラスファイバで内張り
されたハウジング内に熟練者によってブロック片が密に
積み上げられる。

【０００５】更に、バーナタイル１０４とウィンドボッ
クス１０３との間に繋ぎ部分１０５が生じるためシール
を必要とする。しかも、シールが施される部分では炉内
とほぼ同じ温度例えば１０００℃程度あるいはそれ以上
となっているので、高温用の耐火性シール材を使用せざ
るを得ない。加えて、耐火物からなるバーナタイル１０
４と外殻が金属製のウインドボックス１０３とでは、熱
膨張率が異なるためボルト止めなどによって強固に連結
できない。そこで、セラミック繊維織物等の高温用シー
ル材を介在させて突き合わせる程度に連結されている。
また、場合によっては、図７の（Ｂ）に示すように、ガ
ラスファイバ１０６を巻き付けた蓄熱体１０２を収めた
金属製ケーシング（以下ハウジングと呼ぶ）１０１’を
直接突き合わせるだけで据え付けられている。尚、符合
１０５’は繋ぎ部分である。

【０００６】このような固定方法であっても、従来のバ
ーナでは一般には燃焼用空気の供給圧は比較的低圧であ
るため空気の漏れが大きな問題となることはなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この蓄
熱体保持構造によると、高温（１０００〜１３００℃程
度）の排ガスと低温（２０〜３０℃程度）の燃焼用空気
とに短時間で交互に晒されて膨張と収縮を繰り返すう
ち、ガラスファイバ１０６が経年変化によりへたりを起
こし、収縮時に蓄熱体１０２の周りのハウジング１０１
との間に隙間を発生させて蓄熱体１０２の周囲をすり抜
ける空気や排ガスの流れ（ショートパス）を増加させて
蓄熱体１０２が十分に利用されない事態を招いたり、極
端な温度差で割れを生じさせる虞がある。したがって、
ガラスファイバ１０６や蓄熱体１０２の頻繁な交換が必
要となりメンテナンスが容易でない。

【０００８】また、今まで問題とならなかったバーナタ
イル１０４とハウジング１０１，１０１’との間の繋ぎ
部分１０５，１０５’での漏れや、ハウジング内でのシ
ョートパスが極めて大きな問題として浮上してきた。即
ち、本発明者等がＮＯｘの低減について研究した結果、
高速例えば６０ｍ／ｓ以上、好ましくは１００〜１２０
ｍ／ｓで燃焼用空気を炉内へ供給するとき、ＮＯｘを急
激に低減できることを知見するに至った。しかし、燃焼
用空気を高速化するためには供給圧を従来より高くしな
ければならないが、従来問題とならなかったシール部分
での漏れや蓄熱体の周囲をすり抜ける空気や排ガスの漏
れを助長することとなり無視できない問題となることと
なった。

【０００９】本発明は、蓄熱体とそれを収容するハウジ
ングとの間に隙間が発生するのを防止しあるいは発生を
少なくできる蓄熱体の保持構造及びそれに用いて好適な
蓄熱体を提供することを目的とする。また、本発明で
は、蓄熱体のバーナへの取付に際して漏れのない蓄熱体
の保持構造を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、蓄熱体をハウジングに保持
させる構造において、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充填材をハウジング
と蓄熱体との間に配置するようにしている。

【００１１】この場合、蓄熱体が高温の排ガスに晒され
て高温に加熱されるに従って、蓄熱体とハウジングとの
間に配置された充填材も液化して適度の流動性を呈す
る。したがって、充填材の粘着力によって蓄熱体が束縛
されることなくハウジングに自由に移動可能に連結さ
れ、かつハウジングと蓄熱体との間の隙間が液化した高
粘度の充填材で充填されて弾力的に蓄熱体が保持され
る。その反面、冷却時には、蓄熱体が低温の空気に晒さ
れて冷却されるに従って、蓄熱体とハウジングとの間に
配置された充填材も粘性を増し更には固化する。しか
も、蓄熱体が冷却される過程においても、充填材の粘着
力と流動性によって蓄熱体の収縮に伴う移動が妨げられ
ることなく充填材が蓄熱体の動きに追従する。このた
め、蓄熱体に対し過度の拘束が加えられないと共に、蓄
熱体とハウジングとの間の隙間が充填材で埋められた状
態が維持される。即ち、蓄熱体が膨張してハウジングと
の間の隙間が狭まると充填材が広がり、隙間が広がると
充填材が集まり、いつもハウジングと蓄熱材との間の隙
間が埋まるようにして両者が固定される。その結果、蓄
熱体を拘束せず自由な熱膨張を許容しながらも蓄熱体の
周りをすり抜ける流体の漏れを少なくして蓄熱体に均一
に流体を通過させ得る。

【００１２】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の蓄熱体の保持構造において、充填材として水ガラス
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
合物のいずれかを使用するようにしている。この場合、
例えば４００℃以下の比較的低温時には高粘度を示しあ
るいは固化してハウジングと蓄熱体との固定効果が高
く、６００℃以上の比較的高温時にも蓄熱体の動きに追
従してハウジングとの固定を維持できる程度の粘着性と
流動性とを保持する。例えば、１２００〜１３００℃の
高温でも１０００ポイズ前後の常温のタール程度の粘性
を有する。

【００１３】また、請求項３記載の発明は、請求項１ま
たは２記載の蓄熱体の保持構造において、充填材が耐熱
性強化材に含浸されて配置されるようにしている。この
場合、耐熱性補強材によって充填材が補強されかつ耐熱
性強化材を伸縮させながらいつも周辺の蓄熱体とハウジ
ングとに固定されているため、より弾力的に蓄熱体を保
持できると共に充填材そのものの保持力を増して蓄熱体
の周りをすり抜ける流体の漏れを少なくして蓄熱体に均
一に流体を通過させ得る。ここで、耐熱性強化材とは、
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使用が好まし
い。

【００１４】また、請求項４記載の発明は、請求項１か
ら３のいずれかに記載の蓄熱体の保持構造において、蓄
熱体として直線的な極小の流路を形成するハニカム状の
矩形蓄熱材ブロック片または細管状の蓄熱材ブロック片
を集合させて成るもの使用するようにしている。

【００１５】また、請求項５記載の発明は、請求項１か
ら３のいずれかに記載の蓄熱体の保持構造において、蓄
熱体として扇形のハニカム状蓄熱材ブロック片を接合し
て円柱形と成したものを使用するようにしている。この
場合、セラミック製ハニカム蓄熱体が製作し得る限界の
大きさ以上の円形蓄熱体を形成できる。

【００１６】また、請求項６記載の発明は、請求項１か
ら５のいずれかに記載の蓄熱体の保持構造におけるハウ
ジングが蓄熱体を収容するメディア収納部とそれよりも
前方に配置されて流路を絞る絞り部と後方に配置された
フランジ部とを有する一体成形の筒形の蓄熱体ケースか
ら成り、フランジ部においてバーナ部品あるいは炉体と
の間のシールを可能にしかつ蓄熱体を蓄熱体ケース毎装
着可能としたカートリッジ形式であることを特徴として
いる。この場合、蓄熱体ケースとその周りのバーナ部品
あるいは炉体との間には、ケース後端の低温部でシール
されるため、低温用シール材によって確実なシールが施
される。また、絞り部とメディア収納部とが一体成形さ
れた蓄熱体ケースには絞り部とメディア収納部との間に
繋ぎ部分が存在しない。しかも、蓄熱体の取り外しを考
慮せずに、蓄熱体ケースへの蓄熱体の接着などによる組
み込みがバーナへの装着前にあらかじめ可能となるた
め、蓄熱体の周囲をすり抜ける空気の流れが防がれる。
これにより、完全なシールが可能となり、燃焼用空気の
供給圧を上げることができ、燃焼用空気の高流速化が可
能となる。

【００１７】更に、請求項７記載の発明は、請求項１か
ら６のいずれかに記載の蓄熱体の保持構造において、蓄
熱体は少なくともハウジングと対向する面に、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
する充填材をあらかじめ付着させるようにしている。こ
の場合、蓄熱体をハウジング内に隙間なく装填してから
リジェネバーナを操業させるだけで、蓄熱体の表面の充
填材を液化させ、更にハウジングと蓄熱体との間の隙間
に毛細管現象によって充填材を浸入させ、適宜位置に配
置させることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の一形態に基づいて詳細に説明する。

【００１９】図１及び図２に本発明の蓄熱体保持構造の
実施の一形態を示す。因みに、この実施形態におけるリ
ジェネバーナは、交互に燃焼する１組のバーナによって
構成される燃焼システムであって、燃焼するバーナと燃
焼停止するバーナとを周期的に切り替えて停止中のバー
ナのエアスロートから排気してエアスロートに内装され
た蓄熱体で熱回収すると共にその回収熱を次の燃焼時に
供給する燃焼用空気の予熱に用いるように設けられてい
る。蓄熱型バーナシステムは、図示していないが、流路
切替手段を介して空気供給系あるいは排気系に選択的に
接続される一対のバーナの一方を燃焼させている間に停
止中の他方から被加熱物の加熱などに使った後の燃焼ガ
スを排気させるようにして成る。したがって、蓄熱体保
持構造に関する部分を除いて流路切替手段の原理および
構成は公知でありかつまた要部でもないのでその詳細な
説明は省略する。

【００２０】各バーナの蓄熱体（蓄熱メディアとも呼ば
れる）２は、例えば図１に示すような絞り部４とメディ
ア収納部５とを一体成形した蓄熱体ケース３にあらかじ
め組み込まれ、蓄熱体カートリッジとしてバーナタイル
８のバーナスロート９へ挿入される。そして、蓄熱体ケ
ース３の先端の絞り部４の開口がバーナスロート９内へ
臨むように配置される。この実施形態の場合、図１に示
すように、蓄熱体カートリッジと燃料ノズル１７とはバ
ーナタイル８に並べて組み込まれ、１つのバーナタイル
アッセンブリ１として構成されている。そして、このバ
ーナタイルアッセンブリ１は炉体１３のバーナ取付口に
嵌め込まれて固定されている。また、蓄熱体カートリッ
ジとバーナタイル８とは、蓄熱体ケース３の後端のフラ
ンジ部６とバーナタイル８の金属ケーシング１２との間
にゴムリングなどの低温用シール材１６を介在させてバ
ーナタイル８の金属製ケーシング１２に固着されてい
る。したがって、蓄熱体カートリッジはバーナタイル８
によって炉内の高温雰囲気から保護され、バーナタイル
８と蓄熱体ケース３との間のシール１６部分は低温雰囲
気に晒されて保護されることとなる。尚、図中の符号１
０は燃料ノズル１７を収容するバーナタイル８の燃料噴
射口、１１はバーナタイル８を保護する金属ケーシング
部、１４は空気供給ポートと排気ポートとを兼用する給
排気ポート部材である。

【００２１】蓄熱体ケース３は、蓄熱体２を収納するメ
ディア収納部５の前方に絞り部４を有し全体に先端が急
に細くなった円筒形を成し、同一材料で一体成形されて
いる。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。ステンレススティール製
の場合には、溶接によってメディア収納部５と絞り部４
とが溶着されて一体化されている。このメディアケース
の絞り部４の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。蓄熱体ケース３の後端にはフランジ部６が形成さ
れ、蓄熱体カートリッジの装着時にバーナ部品例えばバ
ーナタイルアッセンブリ１あるいは炉体１３と係合し得
るように設けられている。尚、蓄熱体ケース３の断面形
状は特に円筒形に限られず、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。

【００２２】蓄熱体ケース３のメディア収納部５には、
蓄熱体２が装入されその周りのハウジングたるメディア
収納部５との間の隙間に充填材７が配置されて保持され
るように組み込まれている。充填材７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、充填
材７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、水ガラスは、粘性の高い水あめ状の液体であ
り、空気中に放置すると、次第に分解して二酸化ケイ素
を析出してゲル状に固まってしまうが、高温に加熱され
ると再び液化し１０００〜１２００℃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
す。水ガラスとしては、例えばＳｉＯ₂（３５−３８
％）、Ｎａ₂Ｏ（１７−１９％）、Ｆｅ（０．０２％以
下）、Ｈ₂Ｏ（約５０％以下）からなる組成のものの使
用が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
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、高温時にはハウジング内で
蓄熱体２を束縛することな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、メディア収納部（ハウジング）５内
に固定する。水ガラスの充填材としての使用はアルミナ
製蓄熱材などには好適である。しかし、コージライトか
ら成る蓄熱体の場合には、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。一方、比較的高温となる炉
内側に面した部分と比較的低温となる炉外側に面した部
分とで異なる材質例えばアルミナとコージライトとの蓄
熱体を組み合わせて使用することが好ましい。この場
合、蓄熱体の材質毎に異なる材質の充填材を使用するよ
うにしても良い。

【００２３】この水ガラス・充填材７は、蓄熱体（小塊
のブロック片を集合させたものを含む）２のハウジング
内壁面即ちメディア収納部５の内周壁面と対向する外周
壁面に適量を塗布して蓄熱体ケース３内へ装入すること
によって、蓄熱体２とハウジング５との間に設置され
る。水ガラス７の塗布量は、特定の量に限定されるもの
ではないが、蓄熱体２とハウジング５との間に発生する
隙間を充填するに十分な量を必要とする。一方、蓄熱体
２とハウジング５との間に形成される隙間は、必要以上
には大きくせず、蓄熱体２の熱膨張時に蓄熱体に対し全
く拘束力を与えないかあるいは与えたとしても蓄熱体２
の破壊や割れを招かない程度の大きさとなるように設定
されることが好ましい。また、水ガラス７は、溶液状態
のまま無乾燥でハウジング５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、蓄熱体の良好な保
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、充填材７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。

【００２４】また、充填材７はそれ単独で蓄熱体２とハ
ウジング５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
材によって充填材７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体２と周辺のハウジング５とに固
定されているため、より弾力的に蓄熱体２を保持できる
と共に充填材７そのものの保持力を増して蓄熱体２の周
りをすり抜ける流体の漏れを少なくして蓄熱体２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、蓄熱体２とハウジング５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。ここで、耐熱性
補強材とは、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使
用が好ましい。

【００２５】また、蓄熱体２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。例えば、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、アルミナやコージライト、ムラ
イト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体は、その他のセラミックスや
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体２を得るようにしても良い。

【００２６】このように構成された蓄熱体保持構造によ
ると、蓄熱体２は、例えば８００℃以上の高温雰囲気で
は、充填材７たる水ガラスが液化して適度の流動性を呈
するため緩やかにハウジング５に連結されて束縛される
ことなく自由に移動できる。このため、熱膨張や収縮に
よる蓄熱体２の移動が起きても、水ガラス７の粘性で蓄
熱体２とハウジング５とが固定されたまま移動し、隙間
が充填材７で満たされたまま保持される。したがって、
蓄熱体２の周りを流体がすり抜けることがほとんどな
い。また、蓄熱体２が自由に移動できるので、蓄熱体に
対し過度な拘束力が与えられることがなく、破損や割れ
を防止できる。その反面、例えば４００℃以下の低温時
には、充填材７の粘性が増し更には固化するためハウジ
ング５と蓄熱体２との間の隙間が充填された状態で固ま
って蓄熱体を保持する。しかも、蓄熱体が冷却される過
程においても、充填材の粘着力と流動性によって蓄熱体
の収縮に伴う移動が妨げられることなく充填材が蓄熱体
の動きに追従する。このため、蓄熱体に対し過度の拘束
が加えられないと共に、蓄熱体とハウジングとの間の隙
間が充填材で埋められた状態が維持される。

【００２７】したがって、蓄熱体を拘束せず自由な熱膨
張を許容しながらも蓄熱体の周りをすり抜ける流体の漏
れを少なくして蓄熱体に均一に流体を通過させ得る。そ
の結果、蓄熱体内部の偏熱を防止でき、熱応力軽減及び
破損や熱交換効率の向上をもたらす。（効果の確認）アルミナ製ハニカム状蓄熱体２とハウジ
ング５との間に上述の水ガラスから成る充填材７を配置
した図１のカートリッジ式蓄熱体に対し、常温から１１
００℃の間で加熱と冷却とを繰り返した。その結果、低
温時には水ガラス７が硬化して蓄熱体２とハウジング５
とを相互に連結し固定効果が高かった。また、高温時に
は、水ガラス７が液状化すると共にその粘性が低下し良
好な流動性と接着性を保持した。この高温時における粘
着力は、２．８×１０^-3ｇｆ／ｍｍ²以上の接着力があ
った。このため、水ガラス７によって、蓄熱体２とハウ
ジング５との分離を防いだ。即ち、蓄熱体が熱膨張と収
縮を繰り返しても、これに伴う変位に水ガラスが追従し
ハウジングとの間に隙間が発生するのを防いで固定状態
を維持した。この結果は、シャモットやコーデイライト
においても同様であった。

【００２８】また、図１及び図２の実施形態のように構
成された蓄熱体保持構造を採用したリジェネバーナによ
ると、メディア収納部５とエアスロート９の一部を構成
する絞り部４とが一体成形されかつ蓄熱体２が隙間なく
組み込まれた完全シール構造の蓄熱体ケース３内を通し
て燃焼用空気が供給されるので、その供給圧を上げても
漏れを起こすことがない。したがって、燃焼用空気の高
流速化が可能となり、この高温でかつ高流速の燃焼用空
気噴流に燃料噴流が随伴されて随時取り込まれながら拡
散燃焼すると共に炉内のガス流動を激しくするので、発
生ＮＯｘが燃料噴流中に取り込まれて還元されたり、炉
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。しかも、蓄熱体２のバーナへの装着及び
損傷時の交換などは、蓄熱体カートリッジ単位で行わ
れ、あらかじめ工場などで十分な品質管理の下で製作さ
れた蓄熱体カートリッジを用意して挿入するだけで完了
する。このため、現場での細かな調整や断熱壁の破壊や
修復などといった作業が全く必要なくなる。また、絞り
部４の開口の大きさが異なる蓄熱体カートリッジと交換
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。

【００２９】図３及び図４に本発明の蓄熱体保持構造の
他の実施形態を示す。この蓄熱体保持構造は、円筒形状
のハニカム蓄熱体２の中心に燃料ノズル１７’を配置し
たもので、ラジアントチューブバーナに適用して好適な
ものである。この場合、ラジアントチューブの一部がハ
ウジング５を成し、その内方に蓄熱体２を収容してい
る。このハウジング５と蓄熱体２との間および蓄熱体２
と燃料ノズル１７’を収容する保護シース管５’との間
にはそれぞれ充填材７，７’を配置することによって、
ハニカム状蓄熱体２はハウジング５，５’に弾性的に支
持される。保護シース管５’の内側には冷却空気を兼ね
た一次空気が流されることから、蓄熱体２との間にかな
りの温度差が生じるが、充填材７によって弾力的に支持
されるため、蓄熱体２の割れなどが生じ難くなる。

【００３０】図５に本発明の蓄熱体の保持構造の他の実
施形態を示す。この実施形態は、図１及び図２に示すカ
ートリッジ式蓄熱体の大型化を可能としたものである。
セラミック製の円形蓄熱体２’は、現在、１２０ｍｍφ
程度が製作の限界である。そこで、蓄熱体２’として、
製作限界の円形ハニカム２ａを中心にしてその周りに扇
形のハニカム状蓄熱材ブロック片２ｂ，…，２ｂを放射
状に配置して接合すれば、製作し得る限界の大きさ以上
の円形のセラミック製ハニカム蓄熱体２’を形成でき
る。そして、この蓄熱体２’をハウジング５の中に充填
材７を介在させて収容すれば、上述の各実施形態の蓄熱
体保持構造と同様の作用・効果が大形の蓄熱体２’に対
しても得られる。このとき、水ガラスは、低温では固体
であるが高温に加熱されると再び液化し１０００〜１２
００℃の高温でもタール程度の高粘性を示すことから、
蓄熱材ブロック片同士の接合剤としても利用することが
できる。

【００３１】図６に本発明の蓄熱体の保持構造の他の実
施形態を示す。この蓄熱体２”は、多数の矩形ブロック
から成るハニカム状蓄熱材ブロック片２ｃ，…，２ｃを
集合させて接着剤などで隣るブロック片同士２ｃ，…，
２ｃを繋いで一体化したものである。各蓄熱材ブロック
片２ｃは、例えば０．５〜２ｍｍ程度の薄肉のセル壁で
区画された多数のセル孔１ｂを有するハニカム形状を成
している。この場合にも、各蓄熱材ブロック片同士２
ｃ，…，２ｃを互いに接着するのに充填材と同じ水ガラ
スを使用することが好ましい。

【００３２】尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施
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、本発明は、細管状あるいはボール状やナゲ
ット状の蓄熱材ブロック片を集合させてなる蓄熱体に適
用することも可能である。ボール状やナゲット状の蓄熱
材の場合、蓄熱材ブロック片の周りにガスが流れる流路
が形成されるため、ハニカム状蓄熱体に比べて圧力損失
が大きくダストが詰まり易いという不利な点は有してい
るものの、小型化により耐熱衝撃性に優れるという利点
を有しつつ熱交換能力の向上を達成することができる。
また、蓄熱体は上述の各形態に限られず、蓄熱体そのも
のが回転する形式ものものや、流体切換器が回転するタ
イプのものでも使用かのうがである。更に、蓄熱体２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収納部５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。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１記載の本発明の蓄熱体保持構造は、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充填
材をハウジングと蓄熱体との間に配置するようにしてい
るので、高温時には充填材が液化し高い粘性で蓄熱体の
移動を許容し得る状態で保持するため、蓄熱体が束縛さ
れることなくハウジングに自由に移動可能に連結され、
かつハウジングと蓄熱体との間の隙間が液化した高粘度
の充填材で充填されて弾力的に蓄熱体が保持され、低温
時には充填材の粘性が増し更には固化するため蓄熱体を
強固に保持できる。しかも、蓄熱体が冷却される過程に
おいても、充填材の流動性によって蓄熱体の収縮に伴う
移動が妨げられることなく過度の拘束が加えられないと
共に、蓄熱体の周囲のハウジングとの間の隙間が充填材
で埋められ蓄熱体の周りを流れるショートパスを防止で
きる。その結果、蓄熱体内部の偏熱を防止でき、熱応力
軽減及び破損や熱交換効率の向上をもたらす。

【００３４】また、請求項２記載の発明によると、充填
材として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を使用するようにしているので、
低温時の固定効果が高いだけでなく、高温でも蓄熱体を
保持する粘着力を安定して保持し、尚かつ安価である。

【００３５】更に請求項３記載の発明によると、充填材
７を耐熱性補強材に含浸させて配置するようにしている
ので、充填材が補強されかつ耐熱性補強材を伸縮させな
がらいつも蓄熱体と周辺のハウジングとに固定されてよ
り弾力的に蓄熱体を保持できると共に充填材そのものの
保持力を増して蓄熱体の周りをすり抜ける流体の漏れを
少なくして蓄熱体に均一に流体を通過させ得る。

【００３６】また、請求項４記載の発明によると、目詰
まりも圧損も少ない。

【００３７】また、請求項５記載の発明によると、セラ
ミック製ハニカム蓄熱体が製作し得る限界の大きさ以上
の円形蓄熱体を形成できる。

【００３８】また、請求項６記載の蓄熱体支持構造によ
ると、燃焼用空気の噴射速度を高流速にするために供給
圧を上げても漏れが起き難くなり、高速噴流の形成が可
能となる。また、蓄熱体ケースとその周囲のバーナ部品
あるいは炉体との間のシールも低温部で行われるので、
低温用シールの使用が可能であり、十分なシールが実施
可能である。しかも、蓄熱体は充填材によって隙間なく
組み込むことができるので、蓄熱体の周囲をすり抜ける
空気の流れを少なくするように容易に組み込むことがで
き、ほぼ完全なシールが可能となる。したがって、燃焼
用空気の高流速化が可能となり、加熱空間の広い領域に
おいてガス流動をこれまでよりも格段に激しくし、炉内
ガスの巻き込み・混合を促進させて燃焼用空気の酸素濃
度の低下による酸化発熱反応の低速化と対流伝熱の増加
を起こして局部的な温度差を解消する。かくして、熱流
束のピークが小さく抑えられ、均一な温度分布が形成さ
れる。また、蓄熱体があらかじめケースに収められたカ
ートリッジ形式となっているので、メディア交換が容易
で、現場での細かな調整や断熱壁の破壊や修復などの作
業が全く必要なくなる。

【００３９】更に、請求項７記載の発明によると、蓄熱
体をハウジング内に隙間なく装填してからリジェネバー
ナを操業させるだけで、ハウジングと対向する面にあら
かじめ付着させられた充填材が液状化してハウジングと
蓄熱体との間の隙間に毛細管現象によって浸入し容易に
適宜位置に配置できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蓄熱体保持構造をカートリッジ式蓄熱
体に適用した実施の一形態を示す中央縦断面図である。

【図２】図１のカートリッジ式蓄熱体の横断面図であ
る。

【図３】本発明の蓄熱体保持構造をラジアントチューブ
バーナに適用した例を示す縦断面図である。

【図４】図３の蓄熱体の横断面図である。

【図５】本発明をカートリッジ式蓄熱体における蓄熱体
保持に適用した実施形態を示す横断面図である。

【図６】多数の矩形蓄熱材ブロック片を集合させて成る
蓄熱体の保持構造の例を示す横断面図である。

【図７】従来の蓄熱型バーナにおける蓄熱体の取り付け
構造を示す図で、（Ａ）はバーナの外に連結するタイプ
を、（Ｂ）はバーナタイルに直接取り付けるタイプをそ
れぞれ示す。

【符号の説明】

２蓄熱体５，５’，５” ハウジング７，７’ 充填材

【手続補正書】

【提出日】平成１０年２月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】

【従来の技術】従来のリジェネバーナでは、箱形の金属
製ケースに蓄熱体が納められてバーナの外に連結される
か、あるいはエアスロートに内装されるように設けられ
ている。例えば、図７の（Ａ）に示すようなリジェネバ
ーナの場合、断熱材で内張りされた箱形の金属製ケーシ
ング（以下ハウジングと呼ぶ）１０１に蓄熱体１０２を
収めてから同様の構成のウインドボックス１０３に連結
し、更にこのウインドボックス１０３を耐火物製バーナ
タイル１０４に突き合わせるようにして連結されてい
る。この場合、蓄熱体１０２とハウジング１０１との間
を隙間なく蓄熱体１０２を装填すると、蓄熱体１０２が
熱膨張した際に破壊したり割れたりしてしまうことか
ら、隙間なく蓄熱体１０２を装填することはできない。
一方、蓄熱体１０２の周りに隙間が発生すると、蓄熱体
内の流路・セル孔に比べて圧力損失がはるかに小さいた
め、そこを通過する流体が圧倒的に多くなってしまう。
このため、温度効率が低下すると共に流体の通過量に大
きなばらつきが生じて蓄熱体に極端な温度差が発生し
（排ガスの場合、通過量が多い所は熱く、少ない所は比
較的冷たい）、熱応力に因る割れを招くこととなる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】蓄熱体ケース３のメディア収納部５には、
蓄熱体２が装入されその周りのハウジングたるメディア
収納部５との間の隙間に充填材７が配置されて保持され
るように組み込まれている。充填材７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、充填
材７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、水ガラスは、粘性の高い水あめ状の液体であ
り、空気中に放置すると、次第に分解して二酸化ケイ素
を析出してゲル状に固まってしまうが、高温に加熱され
ると再び液化し１０００〜１２００℃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
す。水ガラスとしては、例えばＳｉＯ₂（３５−３８
％）、Ｎａ₂Ｏ（１７−１９％）、Ｆｅ（０．０２％以
下）、Ｈ₂Ｏ（約５０％以下）からなる組成のものの使
用が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
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、高温時にはハウジング内で
蓄熱体２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、メディア収納部（ハウジング）５
内に固定する。水ガラスの充填材としての使用はアルミ
ナ製蓄熱材などには好適である。しかし、コージライト
から成る蓄熱体の場合には、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。一方、比較的高温となる
炉内側に面した部分と比較的低温となる炉外側に面した
部分とで異なる材質例えばアルミナとコージライトとの
蓄熱体を組み合わせて使用することが好ましい。この場
合、蓄熱体の材質毎に異なる材質の充填材を使用するよ
うにしても良い。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３２】尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施
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、本発明は、細管状あるいはボール状やナゲ
ット状の蓄熱材ブロック片を集合させてなる蓄熱体に適
用することも可能である。ボール状やナゲット状の蓄熱
材の場合、蓄熱材ブロック片の周りにガスが流れる流路
が形成されるため、ハニカム状蓄熱体に比べて圧力損失
が大きくダストが詰まり易いという不利な点は有してい
るものの、小型化により耐熱衝撃性に優れるという利点
を有しつつ熱交換能力の向上を達成することができる。
また、蓄熱体は上述の各形態に限られず、蓄熱体そのも
のが回転する形式ものものや、流体切換器が回転するタ
イプのものでも使用可能である。更に、蓄熱体２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収納部５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。

フロントページの続き (72)発明者宮田誠神奈川県横浜市鶴見区尻手２丁目１番53号日本ファーネス工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蓄熱体をハウジングに保持させる構造に
おいて、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充填材を前記ハウジングと前記蓄
熱体との間に配置したことを特徴とする蓄熱体の保持構
造。
【請求項２】前記充填材は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であることを
特徴とする請求項１記載の蓄熱体の保持構造。
【請求項３】前記充填材はガラスファイバーに含浸さ
せて配置されることを特徴とする請求項１または２記載
の蓄熱体の保持構造。
【請求項４】前記蓄熱体は直線的な極小の流路を形成
するハニカム状の矩形蓄熱材ブロック片または細管状の
蓄熱材ブロック片の集合であることを特徴とする請求項
１から３のいずれかに記載の蓄熱体の保持構造。
【請求項５】前記蓄熱体は扇形のハニカム状蓄熱材ブ
ロック片を接合して円柱形と成したことを特徴とする請
求項１から３のいずれかに記載の蓄熱体の保持構造。
【請求項６】前記ハウジングは前記蓄熱体を収容する
メディア収納部とそれよりも前方に配置されて流路を絞
る絞り部と後方に配置されたフランジ部とを有する一体
成形の筒方の蓄熱体ケースから成り、前記フランジ部に
おいてバーナ部品あるいは炉体との間のシールを可能に
しかつ前記蓄熱体を前記蓄熱体ケース毎装着可能とした
カートリッジ形式であることを特徴とする請求項１から
５のいずれかに記載の蓄熱体の保持構造。
【請求項７】前記蓄熱体は少なくとも前記ハウジング
と対向する面に、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充填材を予め付着させて
いることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の
蓄熱体の保持構造。