JP2007120923A - 蓄熱式交番燃焼炉 - Google Patents

Abstract

【課題】 バーナ部を設ける位置が制約を受けても燃焼ガスがショートパスしたりせず炉内の温度を均一にすることができる蓄熱式交番燃焼炉を提供する。
【解決手段】 炉壁１１に設けるバーナ部２１と、蓄熱体２２を収容した蓄熱室２３と、前記バーナ部２１と蓄熱室２３とを接続する給気路２４と、炉壁１１に形成した排気口１５と前記蓄熱室２３とを接続する排気路２６とを備えたバーナ２を対をなすように設ける。この対をなす両バーナ２の蓄熱室２３と給気ブロア３及び排気ブロア４とを四方弁５を介して接続する。一方のバーナ２ａにて燃焼中に他方のバーナ２ｂの排気路２６を介して炉内１０の燃焼ガスを排気する蓄熱式交番燃焼炉である。一方のバーナ２ａのバーナ部２１での燃焼により炉内１０に噴出される燃焼ガスが炉内１０の大部分を循環してから他方のバーナ２ｂの排気路２６に接続される排気口１５から排出されるようにバーナ部２１と排気口１５とを配置した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、対をなす蓄熱式のバーナを交番燃焼させて、蓄熱体により高温の燃焼ガスの排熱を回収する蓄熱式交番燃焼炉に関するものである。

従来より、鍛造炉等の工業炉に蓄熱式交番燃焼炉が用いられている（例えば特許文献１参照）。蓄熱式交番燃焼炉は、図６に示すように、対をなす蓄熱式のバーナ２を交番燃焼させる所謂リジェネレイティブバーナシステムを備えた炉１である。蓄熱式のバーナ２は、炉壁１１に設けたバーナ部２１に蓄熱室２３を設けたもので、炉壁１１に対をなすように設けられる。各蓄熱室２３は四方弁５及び流路５１、５２を介して給気ブロア３及び排気ブロア４に接続されると共に、燃料バルブ６１を設けた燃料ガス供給路６が接続される。

そして、一方のバーナ２ａのバーナ部２１にて燃焼中に他方のバーナ２のバーナ部２１より炉内１０の燃焼ガスを排気し、次に四方弁５を切り替えて各バーナ２ａ、２ｂの燃焼、排気を交番させ、これにより交番燃焼を行うものである。この時、排気側のバーナ２にて炉内１０の燃焼ガスを排気する際に蓄熱室２３に収容した蓄熱体２２に燃焼ガスの熱を蓄熱し、次にこのバーナ２にて燃焼する際に、蓄熱した熱によって燃料ガス及び燃焼用空気の予熱を行うことで、高温の燃焼ガスの排熱を高効率で回収することができるものである。

このような従来の蓄熱式交番燃焼炉においては、例えば炉床１３に載置した被加熱物７に直接火炎が当たらないようにバーナ部２１を炉壁１１の上部や炉天井１２に設ける必要がある、といったようにバーナ部２１を設ける位置が制約を受けることが多いものであった。この場合、例えば前記のように炉壁１１の上部や炉天井１２にバーナ部２１を設けると、一方のバーナ２ａの燃焼により炉内１０に噴出した燃焼ガスは略大部分が図中の矢印イに示すように炉内１０の下部に至らずに炉内１０の上部をショートパスして他方のバーナ２ｂのバーナ部２１から排気されると共に、他方のバーナ２ｂのバーナ部２１から噴出した燃焼ガスは略大部分が矢印ロに示すように上部をショートパスして一方のバーナ２ｂのバーナ部２１から排気されることとなって、被加熱物７が配置してある炉内１０の下部の温度が上昇しないものであった。
このように、各バーナ２においては燃焼部であるバーナ部２１から燃焼ガスの排気も行うため、バーナ部２１の設置位置によって炉内１０の燃焼ガスの流れに偏りが生じ、燃焼ガスがショートパスして温度が上昇しない部分が生じてしまい、炉内１０の温度が均一にならない、といった問題があるものであった。
特開平０９−２１０３４６号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、バーナ部を設ける位置が制約を受けても燃焼ガスがショートパスしたりせず炉内の温度を均一にすることができる蓄熱式交番燃焼炉を提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１に係る発明にあっては、炉壁１１に設けるバーナ部２１と、蓄熱体２２を収容した蓄熱室２３と、前記バーナ部２１と蓄熱室２３とを接続する給気路２４と、炉内１０と前記蓄熱室２３とを連通する排気路２６とを備えたバーナ２を対をなすように設け、この対をなす両バーナ２の蓄熱室２３と給気ブロア３及び排気ブロア４とを四方弁５を介して接続し、一方のバーナ２ａにて燃焼中に他方のバーナ２ｂの排気路２６を介して炉内１０の燃焼ガスを排気する蓄熱式交番燃焼炉であって、一方のバーナ２ａのバーナ部２１での燃焼により炉内１０に噴出される燃焼ガスが炉内１０の大部分を循環してから炉壁１１に形成した排気口１５より他方のバーナ２ｂの排気路２６を介して排出されるようにバーナ部２１と排気口１５とを配置して成ることを特徴とするものである。

このような構成とすることで、バーナ部１を設ける位置が制約を受けるものであっても、バーナ部１から噴出される燃焼ガスがショートパスして排気口１５から排出されることがなく、炉内１０の温度を均一にすることができることができる。

また、請求項２に係る発明にあっては、請求項１において、バーナ部２１を炉壁１１の上部又は炉天井１２に設けると共に排気口１５を炉壁１１の下部に設けて成ることを特徴とするものである。

このような構成とすることで、バーナ部２１を炉内１０の上部に設けて被加熱物７を炉床１３に載置する場合でも炉内１０の下部の被加熱物７を高温にすることができる。

本発明にあっては、バーナ部を設ける位置が制約を受けるものであっても、バーナ部から噴出される燃焼ガスがショートパスして排気口から排出されることがなく、炉内の温度を均一にすることができることができる。

以下、本発明の一実施形態について添付図面に基づいて説明する。本発明の蓄熱式交番燃焼炉は、鍛造炉、熱処理炉といった様々な工業炉に適用可能であって、適用する工業炉は特に限定されないが、本実施形態では鍛造炉として説明する。

鍛造炉１は、図１の垂直断面図及び図２の水平断面図に示すように、平面視略矩形状に炉壁１１を形成すると共に該炉壁１１の上端に炉天井１２を設け、炉壁１１の一部に出入口１１ａを形成すると共に該出入口１１ａに炉扉１４を開閉自在に設けて構成される。炉壁１１及び炉扉１４、炉床１３、炉天井１２は、耐火性及び断熱性を有する部材により形成され、これらに囲まれる略密閉された空間が被加熱物７を加熱するための炉内１０となる。炉壁１１の上下方向の長さは炉壁１１の一辺の長さ（横方向の長さ）と同等かそれ以上の長さの縦長状となっている。

被加熱物７は、ロット毎に炉床１３上に載置して加熱処理するもので、加熱処理前に炉扉１４を開けて被加熱物７を炉床１３上に載置して設置し、炉扉１４を閉めて加熱処理を行うバッチ式の処理を行うものである。

次に、鍛造炉１に設けるバーナ２について説明する。本発明におけるバーナ２は、炉壁１１に設けるバーナ部２１と、蓄熱体２２を収容した蓄熱室２３と、前記バーナ部２１と蓄熱室２３とを接続する給気路２４と、炉内１０と前記蓄熱室２３とを連通する排気路２６とで主体が構成される。

バーナ部２１は、炉内１０に臨むように炉壁１１に設けて、供給される燃料ガス及び燃焼用空気を燃焼して発生する燃焼ガスを炉内１０に噴出するものである。本実施形態では床上に載置する被加熱物７に火炎が直接当たらないように炉壁１１の上部（炉天井１２の近傍である上端部）に設けてある。このバーナ部２１には、燃料ガス及び燃焼用空気を供給するための給気路２４の一端が接続され、該給気路２４の他端は蓄熱室２３に接続されるが、本実施形態では給気路２４の他端は蓄熱室２３に繋がる共有経路２８に接続される。

蓄熱室２３は、内部に蓄熱体２２を収容すると共に燃料ガス及び燃焼用空気と燃焼ガスの流路の一部となるもので、蓄熱体２２としてはセラミック製の小球やハニカム構造体等が使用されるが特に限定されない。蓄熱室２３は、本実施形態では炉天井１２上に設置しているが、特に設置位置は限定されず、炉壁１１の側方や炉床１３下であってもよい。この蓄熱体２２には、上記のように共有経路２８を介して給気路２４と排気路２６が接続されると共に後述する給気ブロア３及び排気ブロア４と燃料ガス供給路６が四方弁５及び流路５１〜５４を介して接続され、蓄熱室２３を流れる燃焼ガスの排熱回収を行うと共に、蓄熱室２３を流れる燃料ガス及び燃焼用空気の予熱を行うものである。

給気路２４にはダンパ２５が設けてある。給気路２４は内部を予熱されて高温となった燃料ガス及び燃焼用空気が流れるため、前記ダンパ２５には水冷式のものを使用して耐火性、耐熱性を持たせている。

また、炉壁１１には排気口１５が形成してあり、この排気口１５に排気路２６の一端が接続されると共に、排気路２６の他端は蓄熱室２３に接続されるもので、本実施形態では排気路２６の他端は蓄熱室２３に接続される前記共有経路に接続される。そして、排気路２６にはダンパ２７が設けてあるが、排気路２６は内部を炉内１０から排気される高温の燃焼ガスが流れるため、給気路２４に設けたダンパ２７と同様に水冷式のものを使用して耐火性、耐熱性を持たせている。

上記バーナ２は、対をなすように鍛造炉１に設けるもので、本実施形態では一対設けてあるが複数対設けてもよい。また、対をなすバーナ２のバーナ部２１は、図１に示すように対向する炉壁１１に設けたり、後述するが同じ炉壁１１に設けたり（図４参照）、隣接する炉壁１１に設けてもよい（図５参照）。また、排気口１５は各バーナ２毎に形成してあるが、一つの排気口１５を共有してもよい。但しこの場合でも排気路２６は各バーナ２毎に設けるものである。

上記対をなす両バーナ２の蓄熱室２３には、四方弁５を介して給気ブロア３及び排気ブロア４とが接続してある。すなわち、対をなす両バーナ２の蓄熱室２３と四方弁５のポートとをそれぞれ流路５１、５２にて接続すると共に、給気ブロア３及び排気ブロア４と四方弁５のポートとをそれぞれ流路５３、５４にて接続するものである。この四方弁５は、給気ブロア３と一方のバーナ２ａ（図中左側のバーナ２）の蓄熱室２３とを連通させ且つ排気ブロア４と他方のバーナ２ｂ（図中右側のバーナ２）の蓄熱室２３とを連通させるか（図１参照）、給気ブロア３と他方のバーナ２ｂの蓄熱室２３とを連通させ且つ排気ブロア４と一方のバーナ２ａの蓄熱室２３とを連通させるか（図３参照）を切り替えるものである。

また対をなす両バーナ２には、燃料ガス供給路６がそれぞれ接続してあると共に、各燃料ガス供給路６には燃料バルブ６１が設けてあり、この燃料バルブ６１を開くことで燃料ガスをバーナ２にそれぞれ供給することができる。

次に、交番燃焼運転について説明する。まず、一方のバーナ２ａにて燃焼を行うと共に他方のバーナ２ｂにて排気を行うが、これにあたっては図１に示すように、一方のバーナ２ａの給気路２４のダンパ２５を駆動して所定流量が流れるように設定すると共に排気路２６のダンパ２７を駆動して流量をなくし、他方のバーナ２ｂの排気路２６のダンパ２７を駆動して所定流量が流れるように設定すると共に給気路２４のダンパ２５を駆動して流量をなくす。更に四方弁５を、給気ブロア３と一方のバーナ２ａの蓄熱室２３とを連通させると共に排気ブロア４と他方のバーナ２ｂの蓄熱室２３とを連通させた状態とし、一方のバーナ２ａに接続した燃料ガス供給路６の燃料バルブ６１を開くと共に他方のバーナ２ｂに接続した燃料ガス供給路６の燃料バルブ６１を閉じる。そして、給気ブロア３によって燃焼用空気を供給すると共に燃料ガス供給路６より燃料ガスを供給し、一方のバーナ２ａのバーナ部２１にて燃焼用ガス及び燃料ガスを燃焼させて高温の燃焼ガスを炉内１０に噴出させる。またこれと共に、排気ブロア４によって炉内１０の高温の燃焼ガスを排気ガスとして他方のバーナ２ｂの排気口１５、排気路２６、四方弁５、排気ブロア４を介して排気する。

次に、上記両バーナ２のダンパ２５、２７の絞り量、燃料バルブ６１の開閉、四方弁５の連通状態を切り替えることで、今度は他方のバーナ２ｂにて燃焼を行うと共に一方のバーナ２ａにて排気を行い、この切り替えを繰り返して交番燃焼を行っている。

この時の炉内１０での燃焼ガスの流れについて説明する。バーナ部２１及び排気口１５が図１（図３）、図２に示すような配置である場合には、一方のバーナ２ａのバーナ部２１にて燃焼して噴出された燃焼ガスは、概ね図１、図２の矢印イに示す経路で排気口１５に流れて排気されると共に、他方のバーナ２ｂのバーナ部２１にて燃焼して噴出された燃焼ガスは、概ね図３、図２の矢印ロに示す経路で排気口１５に流れて排気されるが、この時燃焼ガスはショートパスせず炉内１０の上部から下部にわたって流れると共に平面視においても全体を循環するように流れるため、炉内１０の全体に行き渡って局所的に温度が上昇しない部分が生じたりせず炉内１０の温度を均一にすることができ、これにあたって、バーナ２の数量を増加させたり炉内１０を攪拌するための循環ファンを設けたりする必要がなく、コスト増加が抑えられるものである。

また、バーナ部２１及び排気口１５の平面視における配置が図４に示すように、同じ炉壁１１にバーナ部２ａ、２ｂを設けると共に対向する炉壁１１に排気口１５を設ける場合場合には、一方のバーナ２ａのバーナ部２１にて燃焼して噴出された燃焼ガスは、概ね矢印イに示すように対向する炉壁１１に設けた排気口１５に流れて排気されると共に、他方のバーナ２ｂのバーナ部２１にて燃焼して噴出された燃焼ガスも矢印ロに示すように対向する炉壁１１に設けた排気口１５に流れて排気されるため、上述したように燃焼ガスが炉内１０の全体に行き渡って局所的に温度が上昇しない部分が生じたりせず炉内１０の温度を均一にすることができる。

また、バーナ２の平面視における配置が図５に示すように、隣接する炉壁１１に各バーナ部２ａ、２ｂのバーナ部２１及び排気口１５をそれぞれ設ける場合には、一方のバーナ２ａのバーナ部２１にて燃焼して噴出された燃焼ガスは概ね矢印イに示すように循環するように流れて排気口１５から排気されると共に、他方のバーナ２ｂのバーナ部２１にて燃焼して噴出された燃焼ガスも矢印ロに示すように炉内１０を循環するように流れて排気口１５から排気されるため、上述したのと同様に燃焼ガスが炉内１０の全体に行き渡って局所的に温度が上昇しない部分が生じたりせず炉内１０の温度を均一にすることができる。

本発明の一実施形態において一方のバーナにて燃焼している状態を説明する垂直断面図である。 同上の実施形態の水平断面図である。 同上の実施形態において他方のバーナにて燃焼している状態を説明する垂直断面図である。 バーナ部の配置が異なる他例の水平断面図である。 バーナ部の配置が異なる更に他例の水平断面図である。 従来例の垂直断面図である。

符号の説明

１ 炉
１１ 炉壁
１５ 排気口
２ バーナ
２ａ 一方のバーナ
２ｂ 他方のバーナ
２１ バーナ部
２２ 蓄熱体
２３ 蓄熱室
２４ 給気路
２６ 排気路
３ 給気ブロア
４ 排気ブロア
５ 四方弁
６ 燃料ガス供給路

Claims (2)

1. 炉壁に設けるバーナ部と、蓄熱体を収容した蓄熱室と、前記バーナ部と蓄熱室とを接続する給気路と、炉内と前記蓄熱室とを連通する排気路とを備えたバーナを対をなすように設け、この対をなす両バーナの蓄熱室と給気ブロア及び排気ブロアとを四方弁を介して接続し、一方のバーナにて燃焼中に他方のバーナの排気路を介して炉内の燃焼ガスを排気する蓄熱式交番燃焼炉であって、一方のバーナのバーナ部での燃焼により炉内に噴出される燃焼ガスが炉内の大部分を循環してから炉壁に形成した排気口より他方のバーナの排気路を介して排出されるようにバーナ部と排気口とを配置して成ることを特徴とする蓄熱式交番燃焼炉。
2. バーナ部を炉壁の上部又は炉天井に設けると共に排気口を炉壁の下部に設けて成ることを特徴とする請求項１記載の蓄熱式交番燃焼炉。

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