JP2007010206A - 蓄熱式バーナ - Google Patents

Abstract

【課題】 環状燃焼室を有した加熱炉で使用される蓄熱式バーナにあって、バーナノズルの両脇に設けられた吸排気孔は、吸気用として利用される時はバーナノズルに近いほど噴出した燃料に燃焼空気を混合させるには有利であるが、排気用として利用される時は、噴出された燃料を吸い込んでＣＯの排出量を増加させてしまう。
【解決手段】 バーナノズル７の左右両側に設けられた吸排気孔９，１０は、孔内に導入或いは導出方向に向けた傾斜面を形成し、断面が縦長い長方形の開口部を逆ハの字形に配置し、バーナノズル７の右側に位置する吸排気孔９から送り込まれた燃焼空気により燃焼されて発生した火炎を左側下方を向くように偏らせる燃焼形態と、左側に位置する吸排気孔１０から送り込まれた燃焼空気により燃焼されて発生した火炎を右側下方を向くように偏らせる燃焼形態とを交互に実行する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、環状燃焼室を有する加熱炉に好適利用でき、その加熱炉内で発生した燃焼排ガスから熱エネルギを効率よく回収して燃焼用空気を予熱する蓄熱式バーナに関する。

蓄熱式バーナとしては、特許文献１に記載のように、炉壁に互いに交叉するように設けた二方向に連通孔を有する蓄熱体を備え、炉体内において前記蓄熱体の連通孔にそれぞれ吸排気管を接続すると共に、炉体内に面する蓄熱体の連通孔近傍にバーナノズルを配置し、一方の蓄熱体の連通孔に接続した吸排気管から燃焼空気を炉内に導入すると共に、炉内において前記蓄熱体の連通孔近傍のバーナノズルから燃料を噴出して燃焼させる一方、燃焼ガスを燃焼空間を介して炉内の蓄熱体における他方の蓄熱体の連通孔を連通させて排熱を回収する動作と、他方の蓄熱体の連通孔における吸排気管と他方の蓄熱体の連通孔近傍におけるバーナノズルとによる燃焼動作と共に、前記一方の蓄熱体の連通孔における排熱回収動作を交互に所定時間毎に実行するようにしたツインバーナタイプがある。

前記特許文献１に記載のツインバーナタイプは、独立したバーナノズルが二本必要であると共に、それら二本のバーナノズルを交互に切り換える切り換え機構が不可欠である。
そこで特許文献２や特許文献３に記載のように、燃料の噴出方向を左右切り換え可能としたバーナノズルの両側に吸排気孔をそれぞれ設けることで、左右に独立して設けていたバーナノズルを中央に集結して一本化した、コンビネーションバーナタイプが提案されている。

又、前記特許文献３には、変更例として、バーナノズルの向きを変更することにより燃料噴出方向を切り換える方式のシングルバーナタイプが、更に、引用文献４には、バーナノズルの先端を二股に分けて左右両方向へ燃料を噴出させる方式のシングルバーナタイプも開示されており、前者のものは燃料の噴出方向を変更可能なバーナがノズル一本で済むし、後者のものは、バーナノズルの向きを変更する必要もない。

特開平１０−５４６６７号公報 特開２００２−８１８６８号公報 特開平８−２８５２６６号公報 特開平９−８９２４２号公報 特開平６−４６１３８号公報

ツインバーナタイプやコンビネーションバーナタイプは、二本のバーナノズルを交互に利用するための切り換え機構が、又、バーナノズルの向きを変更することにより燃料噴出方向を切り換えるシングルバーナタイプでは、燃料噴出方向を変更するための切り換え機構がそれぞれ必要であるのに対し、バーナノズルの先端を二股に分けて左右両方向へ燃料を噴出させる方式のシングルバーナタイプでは、切り換えは不要であるが、燃焼空気を導入する吸排気孔側に噴出された燃料は完全燃焼されるものの、燃焼排ガスが導出される吸排気孔側に噴出された燃料は、吸排気孔内へ瞬時に吸い込まれ、不完全燃焼のまま排気されてしまう。
又、特許文献５に記載のように、燃料の噴出方向を真正面に向けたシングルバーナタイプもあるが、この蓄熱式バーナは、火炎が真正面に向かって広がるので、環状燃焼室内で火炎を右或いは左回りさせる加熱炉には不向きである。

本発明は、切り換え機構を持たない一本のバーナノズルにて、環状燃焼室内で完全燃焼を可能とする蓄熱式バーナであって、その構成は、炉壁に形成された燃料供給孔内の奥まった部位に先端を位置決めした一本のバーナノズルを配置し、燃料供給孔を挟んだ両脇に通気可能な蓄熱材を備えた吸排気孔を設け、それらの吸排気孔は、一方の吸排気孔における燃焼空気の導入、若しくは燃焼排ガスの導出方向を、互いに他方の吸排気孔側下方へ向けることで、バーナノズルの右側に位置する吸排気孔から導入された燃焼空気により燃焼されて発生した火炎を左側を向くように偏らせ、左側に位置する吸排気孔から導入された燃焼空気により燃焼されて発生した火炎は右側を向くように偏らせることにある。
又、前記吸排気孔には、孔内に導入或いは導出方向に向けた傾斜面を形成したり、吸排気孔の開口部を逆ハの字形に配置することができる。

バーナノズルの右側に位置する吸排気孔から導入された燃焼空気により燃焼されて発生した火炎は、燃焼空気の吹き出し圧によってバーナノズルの正面下方を横切って左側に送り出され、流れはその後上昇しながら炉内を一巡し、完全燃焼により発生した燃焼排ガスはバーナノズルの正面上方を通って左側の吸排気孔へと導入される。
又、バーナノズルの先端が燃料供給孔の奥まった部位に位置決めされているので、燃料供給孔におけるバーナノズルの先端より先の部分がフードとしての機能を果たし、バーナノズルから噴出された燃料の流れが、互いにクロスする火炎の流れと燃焼排ガスの流れとの影響を受けにくくなって、バーナノズルから噴出された燃料が不完全燃焼のまま吸排気孔に吸い込まれることがなくなる。
そして、吸排気孔内に、導入或いは導出方向に向けた傾斜面を形成したり、吸排気孔の開口部を逆ハの字形に配置すれば、燃焼空気を効率よくバーナノズルの左右下方に振り分けて噴出させたり、環状燃焼室内を一巡してきた燃焼排ガスを効率よく吸い込ませることができる。

本発明に係る蓄熱式バーナを、図面に基づいて説明する。
図１は本発明の蓄熱式バーナを備えた加熱炉の縦断面、図２は横断面をそれぞれ示したもので、加熱炉１は、炉内の中央にるつぼ２が配置されていて、側壁にはガスバーナユニット３を組み込んだバーナタイル４が装備されている。

加熱炉１は、横断面を円形とした上面解放の炉内空間を有し、その炉内空間内に、断面Ｕ字状のるつぼ２が、上縁に設けられたフランジ部２ａにてフローティング支持されていて、炉内空間の炉壁とるつぼ２の周面との間には環状燃焼室５が形成されている。
炉内空間の底面中央には台座６が設置されていて、その台座６上にるつぼを直接載置することもできる。

ガスバーナユニット３には１本のバーナノズル７が突設され、バーナタイル４の中央下部に貫設された燃料供給孔としてのガス供給孔８内に、先端が炉内空間側の開口部より手前に位置決めされた前記ガスバーナユニットのバーナノズル７を後方より挿入して装備され、バルブなどのコントローラは炉外に露出されている。
又ガス供給孔８内には、前記バーナノズル７から噴出するガスに点火するためのパイロットバーナ（図示せず）が組み込まれている。
前記ガス供給孔８の左右には吸排気孔９，１０が設けられており、それらの吸排気孔９，１０は、切り換え弁１１，１２を介して互いに吸気路と排気路とに対して切り換え接続されるようになっている。
前記吸気路１１の先にはブロアが、排気路１２の先には煙突が、それぞれ接続されていおり、吸排気孔９，１０内には、通気可能な蓄熱材１３が充填されている。
前記各吸排気孔９，１０は、断面が縦長い長方形を呈しており、炉内に向けて開口した部分の内壁に下り勾配の傾斜面が形成されると共に、炉内に対する開口面を、ガス供給孔を頂点としたＶ字形の両辺に沿った配置、言い換えると逆ハの字状に配置することで、一方の吸排気孔における燃焼空気の導入、若しくは燃焼排ガスの導出方向が、他方の吸排気孔側下方を向くように調整されている（図２，図３参照）。

次に、運転形態を説明すると、右側の吸排気孔９が吸気路１１に、左側の吸排気路１０が排気路１２に接続された状態では、バーナノズル８の先端から噴出されたガスはパイロットバーナで着火され、ガス供給孔８から環状燃焼室５内に放出される。
環状燃焼室５内に放出されたガスは、バーナノズル７の正面にて右側の吸排気孔９より導入された燃焼空気と混ざり合って火炎を形成し、その火炎は燃焼空気の流れに乗って左側へと広がって流れる。

火炎は、炉壁とるつぼとの間に形成された環状燃焼室５内を一巡する間、暖められた空気が上昇する自然法則に従って、るつぼ２の周面に沿ってスパイラル状に流れ、バーナノズルの正面上方に到達した火炎（燃焼排ガス）は、左側の吸排気孔１０へと吸い込まれる。

即ち、バーナノズルの正面においては、吸排気孔の高さを基準にすると、基準高さの右側から左側の下方向へ向かって流れる火炎と、右側上方から左側の基準高さへ流れる燃焼排ガスとが互いに衝突しないようにクロスする。
又、バーナノズルの先端が、ガス供給孔の奥まった部位に位置決めされていることによって、バーナノズルから噴出されるガスの流れと火炎（燃焼排ガス）の流れとが干渉し合うことをなくしているので、未燃焼の生ガスが吸排気孔に吸い込まれる不完全燃焼が防止される。

左側の吸排気孔１０から導出された燃焼排ガスは、蓄熱材１３を通過する際に熱交換され、煙突から放出される。
蓄熱材の蓄熱量が一定値を超えた時点で、切り換え弁１１，１２を操作してそれまで吸気路と接続されていた吸排気孔９を排気路との接続に変更すると共に、排気路と接続されていた吸排気孔１０を吸気路にとの接続に変更すると、火炎及び燃焼排ガスは前記と逆の方向に流れて炉内を一巡する。
このとき、前記排気路に接続されていた吸排気孔１０内の蓄熱材１３に蓄積されていた熱エネルギは、吸気路に接続が切り換えられた吸排気孔１０内において、吸入された空気との間で熱交換が行なわれ、それによって燃焼空気は予熱される。

このように吸排気孔を吸気路及び排気路に対して交互に切り換えることで、燃焼排ガスに含まれている熱エネルギが、燃焼空気の予熱に効率よく利用される。

本実施例では、断面を縦長い長方形とした吸排気孔の開口面をＶ字（逆ハの字）状に配置することで、燃焼空気の導入、若しくは燃焼排ガスの導出方向を他方の吸排気孔側下方に向くように調整しているが、吸排気孔の断面は縦長い長方形に限定するものでなく、円形断面をした複数の吸排気孔をＶ字形に配列したり、バーナタイルに真直な吸排気孔をバーナノズルの正面下側に向けて形成したり、開口部に整流板を取り付けるなど、吸排気孔における燃焼空気の導入、若しくは燃焼排ガスの導出方向が、他方の吸排気孔側下方を向いていれば、吸排気孔の形態は適宜変更して差し支えない。

本発明の蓄熱式バーナを利用する加熱炉は、環状燃焼室を有していればるつぼ用に限定されるものでなく、又、一基の加熱炉に対して複数の蓄熱式バーナを設けることもできるし、吸排気孔の径路や蓄熱材の配置などは任意に定めることができる。
又、バーナノズルは気体燃料用ばかりでなく液体燃料用にも適用される。

尚、本発明はバーナノズルの正面において火炎と燃焼排ガスの流れを交叉させることにより、不完全燃焼を防止すると共に、炉内温度の均一化を目的としたものであって、バーナノズルのガス噴出方向に対する吸排気孔の導入或いは導出角度を、バーナノズルと被加熱物との距離によって調整、或いは変更可能とすることが望ましい。

本発明に係る蓄熱式バーナを備えた加熱炉の縦断面説明図である。 本発明に係る蓄熱式バーナを備えた加熱炉の横断面説明図である。 本発明に係る蓄熱式バーナの横断面説明図である。 本発明に係る蓄熱式バーナの正面説明図である。

符号の説明

１・・加熱炉、２・・るつぼ、２ａ・・フランジ、３・・バーナユニット、４・・バーナタイル、５・・環状燃焼室、６・・台座、７・・バーナノズル、８・・ガス供給孔、９．１０・・吸排気孔、１１，１２・・切り換え弁、１３・・蓄熱材。

Claims (3)

1. 炉壁に形成された燃料供給孔内の奥まった部位に先端を位置決めした一本のバーナノズルを配置し、燃料供給孔を挟んだ両脇に通気可能な蓄熱材を備えた吸排気孔を設け、それらの吸排気孔は、一方の吸排気孔における燃焼空気の導入、若しくは燃焼排ガスの導出方向を、互いに他方の吸排気孔側下方へ向けることで、バーナノズルの右側に位置する吸排気孔から導入された燃焼空気により燃焼されて発生した火炎を左側を向くように偏らせ、左側に位置する吸排気孔から導入された燃焼空気により燃焼されて発生した火炎は右側を向くように偏らせることを特徴とする蓄熱式バーナ。
2. 前記吸排気孔は、孔内に吹き出し或いは吸い込み方向に向けた傾斜面を形成した請求項１に記載の蓄熱式バーナ。
3. 吸排気孔の開口部が逆ハの字形に配置されている請求項１又は２に記載の蓄熱式バーナ。

Images