JP2003156205A

JP2003156205A - 予混合バーナ

Info

Publication number: JP2003156205A
Application number: JP2001352230A
Authority: JP
Inventors: Koji Shintani; 幸司新谷; Atsushi Too; 篤史東尾; Hideaki Suemori; 秀昭末盛; Ritsuo Hashimoto; 律男橋本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2003-05-30

Abstract

(57)【要約】【課題】コスト上昇を抑えて、逆火と自然着火の防止
を図る。【解決手段】燃料と空気とを予め混合した予混合ガス
Ｇを燃焼させる予混合バーナ１であって、予混合ガスＧ
を燃焼する複数の燃焼ノズル孔８と、各燃焼ノズル孔８
に対応して設けられ燃焼ノズル孔８に予混合ガスＧを供
給する複数の挟流路７と、挟流路７の内部に挟流路７の
軸線に沿って配置され、挟流路７との間に形成されるガ
ス通路１１を流れる予混合ガスＧの流速を燃焼速度以上
に設定する伝熱棒１０と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼板の連続焼鈍設
備や連続亜鉛メッキ設備等の加熱帯で使用される予混合
バーナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料と空気を予め混合して供給し燃焼さ
せる予混合バーナの従来例の一つを図５に示す。この予
混合バーナ５０は、バーナ本体５１の先端に燃焼筒５２
と燃焼ノズル５３とを有し、バーナ本体５１内に供給し
た予混合ガスＧを燃焼ノズル５３から燃焼筒５２内に吹
き出し、火炎Ｆを形成させるように構成されている。な
お、図５において、符号５５は点火プラグ管、１００は
炉壁の耐熱材、１０１は炉壁、１０２は被加熱材であ
る。

【０００３】また、特開２００１−１３２９１２号公報
では、予混合ガスを燃焼するセラミック製の燃焼ノズル
と、該燃焼ノズルに接続され前記予混合ガスの流速を燃
焼速度以上に設定する狭流路を中実円筒金属に穿孔して
なる狭流路部とを有する予混合バーナが提案されてい
る。この予混合バーナでは、伝熱特性に優れた中実円筒
金属に狭流路部を形成したので、上流側端面の面積及び
熱伝導に寄与する断面積が増して予混合ガスによる対流
冷却性能が向上する。また、この予混合バーナでは、燃
焼ノズルと狭流路部との間に断熱層を設けることによ
り、炉内および火炎Ｆの熱（輻射熱）が燃焼ノズルから
バーナ本体に伝わり難くし、これにより燃焼ノズル近傍
のバーナ本体の温度が高温にならないようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示す従来の予混合バーナ５０においては、炉内および火
炎Ｆの熱が燃焼ノズル５３に伝わって燃焼ノズル５３の
温度が高温となり、燃焼ノズル５３が溶損あるいは割れ
等して損傷するため、燃焼ノズルには耐熱性に優れた材
料を使用せざるを得ず、コスト高となった。また、供給
する予混合ガスＧの温度が上がるにつれて、燃焼速度が
上がること、また、バーナ本体５１が高温になり自然着
火の危険があることから、従来の予混合バーナ５０で
は、予熱空気を使用することが難しく、予熱空気を使用
する場合でも２５０゜Ｃ程度が予熱の限界とされてい
た。

【０００５】一方、特開２００１−１３２９１２号公報
に開示された予混合バーナにおいては、前述したよう
に、セラミックス製の燃焼ノズルと狭流路部との間に断
熱層を設けているため、構造が複雑になるとともに、組
立てが困難になり、コストが高くなってしまう。また、
前記断熱層は耐熱性には優れているが、高い耐久性や信
頼性を得ることができず、燃焼ノズルや断熱層が損傷し
た場合に、バーナ本体内で予混合ガスが自然着火し、バ
ーナ本体を焼損させる虞があった。

【０００６】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、コストの上昇を招くことなく高い耐久性と信頼性
を得ることができ、逆火と自然着火の防止を図ることが
できるとともに、高温予熱空気が使用可能な予混合バー
ナを提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載した発明は、燃料と空気とを予め混
合した予混合ガスを燃焼させる予混合バーナであって、
前記予混合ガスを燃焼する複数の燃焼ノズル孔と、前記
各燃焼ノズル孔に対応して設けられ該燃焼ノズル孔に予
混合ガスを供給する複数の挟流路と、前記挟流路の内部
に該挟流路の軸線に沿って配置され、挟流路との間に形
成されるガス通路を流れる前記予混合ガスの流速を燃焼
速度以上に設定する伝熱棒と、を備えること特徴とする
予混合バーナである。このように構成することにより、
狭流路内における予混合ガスとの接触面積及び熱伝達に
寄与する断面積を大きくなって伝熱性が向上し、挟流路
部における予混合ガスによる対流冷却性能が向上し、挟
流路内において予混合ガスが自然着火するのを防止する
ことが可能になる。また、ガス通路を流れるガス流速が
予混合ガスの燃焼速度より大きく設定されているので、
逆火を防止することが可能になる。

【０００８】請求項２に記載した発明は、請求項１に記
載の発明において、前記伝熱棒は円柱状をなし、該伝熱
棒が前記挟流路と同心上に設置されていることを特徴と
する。このように構成することにより、挟流路と伝熱棒
の間に円環状のガス通路を形成することができ、伝熱棒
の外形寸法を変えるだけでガス通路を流れる予混合ガス
の流速を容易に調整することが可能になる。

【０００９】請求項３に記載した発明は、請求項１に記
載の発明において、前記伝熱棒の外周面には軸線方向の
一端から他端まで連続して延びる流路溝が設けられてお
り、該伝熱棒の外周面が前記挟流路の内周面に接触した
状態で固定されていることを特徴とする。このように構
成することにより、狭流路内における予混合ガスとの接
触面積及び熱伝達に寄与する断面積をさらに大きくする
ことができ、挟流路内における対流冷却性能をさらに向
上することが可能になる。請求項４に記載した発明は、
請求項３に記載の発明において、前記伝熱棒は焼きばめ
によって固定されたことを特徴とする。このように構成
することにより、伝熱棒を確実に挟流路内に設置するこ
とが可能になる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る予混合バー
ナの実施の形態を図１から図４の図面を参照して説明す
る。図１は本発明に係る予混合バーナ１の縦断面図、図
２は同分解斜視図である。予混合バーナ１は、バーナ本
体２と、バーナ本体２の先端に設けられた燃焼筒３と、
を備えている。なお、図１において、符号Ｆは予混合バ
ーナ１から噴出される火炎、１００は、予混合バーナ１
が取付けられる炉壁１０１の耐火材、１０２は火炎Ｆで
加熱処理される被加熱材である。

【００１１】バーナ本体２には、その先端部に挟流路部
４が設けられていて、この狭流路部４には、その軸中心
に点火プラグ管５を通すプラグ管穴６が設けられ、プラ
グ管穴６の周囲に等ピッチで多数の断面円形の狭流路
７，７・・・が設けられている。プラグ管穴６は挟流路
部４の先端面で開口しており、この開口端に点火プラグ
管５が取り付けられている。また、各挟流路７の下流端
は、挟流路部４の先端面に開口された燃焼ノズル孔８，
８・・・に１対１対応で連なり、挟流路部４の先端部分
は燃焼ノズル部９を構成している。燃焼筒３は、挟流路
部４の先部に外嵌されており、燃焼ノズル部９は燃焼筒
３の内部に格納されている。一方、各挟流路７の上流端
は、バーナ本体２において上流側に設けられたガス流通
室１２に連通している。

【００１２】この挟流路部４は、たとえばＳＵＳ３１０
などの中実円筒金属を素材とし、ドリルなどを用いた機
械加工により軸方向に沿ってプラグ管穴６および狭流路
７を穿孔して形成されたものである。図示の例では、合
計２８本の狭流路７を等ピッチに２列配列してあるが、
適宜設計変更可能なことは言うまででもない。狭流路部
４は、炉内及び火炎Ｆの熱が、バーナ本体２側へ伝わる
のを抑えるために、炉壁１０１の耐火材１００の厚さに
対して１／５以上の長さ、より好ましくは１／３以上の
長さに設定されている。

【００１３】また、各挟流路７の内部には伝熱棒１０が
設置されている。伝熱棒１０は、挟流路７の内径よりも
小さい外径を有する円柱状をなし、挟流路７と同じ長さ
にされており、図３および図４（ａ）に示すように、挟
流路７と同心上に軸線に沿って配置され、固定されてい
る。そして、挟流路７の内周面と伝熱棒１０の外周面と
の間に形成される円環状の隙間は、予混合ガスＧが流通
するガス通路１１となる。

【００１４】ここで、各挟流路７内に形成されたガス通
路１１の断面積を合計した総断面積は、バーナ本体２に
おけるガス流通室１２の断面積よりも小さく設定されて
おり、ガス通路１１を通過する際に予混合ガスＧの流速
が加速されるようになっている。特に、この実施の形態
では、予混合バーナ１が最低燃焼負荷で燃焼される時に
ガス通路１１を流れる予混合ガスＧの流速Ｖｃが、予混
合ガスＧの燃焼速度Ｓよりも大きくなるように設定され
ている。この円柱状の伝熱棒１０の場合には、伝熱棒１
０の外形寸法を変えるだけで、ガス通路１１を流れる予
混合ガスＧの流速Ｖｃを容易に調整することができる。
バーナ本体２のガス流通室１２に供給された予混合ガス
Ｇは、燃料と空気とを予め混合したものであり、ここで
使用する燃料は、プロパン、ＬＮＧ、ＣＯＧ（Ｃｏｋｅ
ＯｖｅｒＧａｓ）、ＬＰＧなどである。

【００１５】次に、この予混合バーナ１の作用を説明す
る。この予混合バーナ１においては、図示しない管路か
らバーナ本体２のガス流通室１２に供給された予混合ガ
ス３８は、狭流路部４において各狭流路７のガス通路１
１に分散される。そして、予混合ガスＧがバーナ本体２
の共通の流通室１２から各狭流路７のガス通路１１を通
って燃焼ノズル孔８から燃焼筒３内に噴出するので、点
火プラグ管５により予混合ガスＧに点火して火炎Ｆを形
成し、この火炎Ｆにより燃焼筒３の前方にある被加熱材
１０２を直接加熱する。この時、予混合バーナ１が最低
燃焼負荷で燃焼される時にもガス流速Ｖｃが予混合ガス
Ｇの燃焼速度Ｓより大きくなるように保たれるので、逆
火が生じることはない。

【００１６】また、狭流路部４を中実円筒金属製とし、
その挟流路部４に複数の挟流路７を設け、さらに、狭流
路７内に伝熱棒１０を設置したので、狭流路７内におけ
る予混合ガスＧとの接触面積及び熱伝達に寄与する断面
積が大きくなって伝熱性に優れたものとなり、したがっ
て、ガス流通室１２側に供給される予混合ガスＧにより
挟流路部４は効率よく対流冷却される。これにより、狭
流路部４には燃焼ノズル部９からガス流通室１２へ大き
な温度勾配を付けることができ、その結果、燃焼ノズル
部９の温度（すなわち、挟流路部４の下流側端面の温
度）を下げることができる。なお、燃焼ノズル部９の温
度は、狭流路部４の長さや空気予熱温度などを適宜に設
定することにより、予混合ガスＧの着火温度以下となる
よう調整することができる。

【００１７】このように、挟流路７内における対流冷却
性能が向上し、燃焼ノズル部９の温度を下げることがで
きるので、燃焼ノズル部９に耐熱性の高い高価な金属を
使用しないで済み、コストを低減することができる。ま
た、挟流路７内における対流冷却性能が向上するので、
バーナ本体２内で予混合ガスＧが自然着火するのを防止
することができる。さらに、挟流路７内における自然着
火および逆火を防止することができることにより、予混
合ガスＧの温度を自然着火温度近くまで上げることが可
能になり、高温の予熱空気の利用が可能になる。また、
予混合バーナ１の燃焼負荷の可燃範囲を拡大することが
でき、その結果、予混合バーナ１の燃焼負荷を絞ること
が可能になる。

【００１８】図４（ｂ）は、伝熱棒１０の他の実施の形
態における伝熱棒１０の断面図である。この伝熱棒１０
は、４つのフィン１０ａを十字状に連結してなり、隣接
するフィン１０ａ、１０ａの間が伝熱棒１０の全長に亘
って直線的に延びる流路溝１０ｂになっている。伝熱棒
１０は焼きばめによって挟流路７に固定されており、各
フィン１０ａの外縁部１０ｃが挟流路７の内周面に接触
させている。すなわち、伝熱棒１０は、その外周面に、
軸線方向の一端から他端まで連続して延びる流路溝１０
ｂが設けられていて、流路溝１０ｂを除いた伝熱棒１０
の外周面が挟流路７の内周面に接触した状態で固定され
ており、挟流路７の内周面と流路溝１０ｂで囲まれた部
分が予混合ガスＧが流れるガス通路１１となる。

【００１９】このように構成された伝熱棒１０において
は、狭流路７内における予混合ガスＧとの接触面積及び
熱伝達に寄与する断面積をさらに大きくすることがで
き、挟流路７内における対流冷却性能をさらに向上する
ことができる。また、伝熱棒１０は焼きばめによって挟
流路７に固定されているので、伝熱棒１０が挟流路７か
ら脱落することがない。なお、伝熱棒１０の断面形状は
前述した実施の形態に限るものではなく、星形などにす
ることも可能である。

【００２０】

【発明の効果】以上説明するように、請求項１に記載し
た発明によれば、挟流路内における自然着火および逆火
を防止することができ、予混合ガスの温度を上げること
ができるという優れた効果が奏される。また、挟流路内
における予混合ガスによる対流冷却性能が向上するの
で、挟流路部に耐熱性の高い高価な金属を使用しないで
済み、コストを低減することができるという効果も奏さ
れる。また、予混合バーナの燃焼負荷の可燃範囲を拡大
することができるという効果もある。請求項２に記載し
た発明によれば、挟流路と伝熱棒の間に円環状のガス通
路を形成することができ、伝熱棒の外形寸法を変えるだ
けでガス通路を流れる予混合ガスの流速を容易に調整す
ることが可能になるという優れた効果が奏される。

【００２１】請求項３に記載した発明によれば、狭流路
内における予混合ガスとの接触面積及び熱伝達に寄与す
る断面積をさらに大きくすることができ、挟流路内にお
ける対流冷却性能をさらに向上することが可能になるの
で、逆火および自然着火に対する防止効果を更に向上さ
せることができる。請求項４に記載した発明によれば、
伝熱棒を確実に挟流路内に設置することができ、伝熱棒
の脱落を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る予混合バーナの第１の実施の
形態の縦断面図である。

【図２】前記第１の実施の形態における予混合バーナ
の分解斜視図である。

【図３】前記第１の実施の形態における予混合バーナ
の挟流路部の縦断面図である。

【図４】（ａ）は前記第１の実施の形態における予混
合バーナの挟流路および伝熱棒の拡大断面図であり、
（ｂ）は他の実施の形態における予混合バーナの挟流路
および伝熱棒の拡大断面図である。

【図５】従来の予混合バーナの縦断面図である。

【符号の説明】

１予混合バーナ２バーナ本体３燃焼筒７挟流路８燃焼ノズル孔１０伝熱棒１０ｂ流路溝１１ガス通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者末盛秀昭広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱重工業株式会社広島製作所内 (72)発明者橋本律男広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱重工業株式会社広島研究所内Ｆターム(参考） 3K017 AA03 AA05 AA10 AB07 AB09 AD01 AD03 AD08 CA05 CB07 CB09 CB11 CE01 CH04 DF03 DF06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料と空気とを予め混合した予混合ガス
を燃焼させる予混合バーナであって、前記予混合ガスを燃焼する複数の燃焼ノズル孔と、前記各燃焼ノズル孔に対応して設けられ該燃焼ノズル孔
に予混合ガスを供給する複数の挟流路と、前記挟流路の内部に該挟流路の軸線に沿って配置され、
挟流路との間に形成されるガス通路を流れる前記予混合
ガスの流速を燃焼速度以上に設定する伝熱棒と、を備えること特徴とする予混合バーナ。
【請求項２】前記伝熱棒は円柱状をなし、該伝熱棒が
前記挟流路と同心上に設置されていることを特徴とする
請求項１に記載の予混合バーナ。
【請求項３】前記伝熱棒の外周面には軸線方向の一端
から他端まで連続して延びる流路溝が設けられており、
該伝熱棒の外周面が前記挟流路の内周面に接触した状態
で固定されていることを特徴とする請求項１に記載の予
混合バーナ。
【請求項４】前記伝熱棒は焼きばめによって固定され
たことを特徴とする請求項３に記載の予混合バーナ。