JP2007278693A - 蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置において、低ＮＯｘ化及び高熱効率化を図る。
【解決手段】ラジアントチューブ１の両端部のそれぞれに、外径がラジアントチューブ１の内径よりも小径の燃焼筒７が、ラジアントチューブ１内にガス燃料Ｇを供給する燃料供給部２よりも先方に位置してラジアントチューブ１内に挿入される状態で設けられ、その燃焼筒７における基端部が、その基端側ほど漸次径が太くなり、且つ、その基端側の開口端縁が燃料供給部２からのガス燃料噴出方向視で燃料供給部２を内在させて給排気路４における内周縁と外周縁との間に位置する状態の漏斗状部７ｒとなるように構成されて、燃料供給部２からガス燃料Ｇが燃焼筒７内に供給されると共に、燃焼筒７の内部及び外部が給排路４に連通されるように構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ラジアントチューブの両端部のそれぞれに、そのラジアントチューブ内にガス燃料を供給する燃料供給部と、その燃料供給部の外周部を囲む環状に形成され且つ蓄熱体を通気可能な状態で備えた給排路とを備えた本体部が設けられ、
前記一対の燃料供給部に交互にガス燃料が供給されるようにガス燃料供給を切り換える燃料供給切換手段と、
ガス燃料が供給される方の前記燃料供給部に対応する前記給排気路には燃焼用酸素含有ガスを供給し、且つ、ガス燃料の供給が停止される方の前記燃料供給部に対応する前記給排路からは前記ラジアントチューブ内の燃焼ガスを排気するように給排気状態を切り換える給排気切換手段とが設けられた蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置に関する。

かかる蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置は、例えば、金属溶解、熱処理等の工業炉の熱源として用いられるものであり、燃料供給切換手段により、一対の燃料供給部に交互にガス燃料が供給されるようにガス燃料供給を切り換え、並びに、給排気切換手段により、ガス燃料が供給される方の燃料供給部に対応する給排気路には燃焼用酸素含有ガスを供給し、且つ、ガス燃料の供給が停止される方の燃料供給部に対応する給排路からはラジアントチューブ内の燃焼ガスを排気するように給排気状態を切り換えることにより、蓄熱体に燃焼ガスを通過させてその保有熱を蓄熱すると共に、そのように蓄熱した蓄熱体に燃焼用酸素含有ガスを通過させて酸素含有ガスを予熱しながら、一対の燃料供給部にて交互にガス燃料を燃焼させるものである。

従来は、燃料供給部にてラジアントチューブ内に供給されるガス燃料に対して、給排路を通じてラジアントチューブ内に供給される燃焼用酸素含有ガスの全量をラジアントチューブ内において一箇所で一挙に混合させて、ガス燃料を燃焼させるように構成していた（例えば、特開２０００−３３７６１４号公報参照）。
又、ラジアントチューブ内を端部に向かって流動してくる燃焼ガスをそのまま給排気路に流入させて、排出するように構成していた。

しかしながら、従来では、ガス燃料と燃焼用酸素含有ガスとをラジアントチューブ内において一箇所で一挙に混合させて燃焼させることから、炎のピーク温度が高くなって、ＮＯｘの発生量が多くなるという問題があった。
又、ラジアントチューブ内をその端部に向かって流動してくる燃焼ガスはそのまま成り行き状態で給排気路に流入することから、ラジアントチューブ内を流動する燃焼ガスの流動状態において例えばラジアントチューブの径方向に偏りが生じたりすると、燃焼ガスは流動状態がラジアントチューブの径方向に偏ったままで蓄熱体を通過し易いので、蓄熱体全体にわたって均等に蓄熱され難くなって、次に蓄熱体を通過する燃焼用酸素含有ガスに対する放熱が効率良く行われ難いものとなり、排熱回収効率を向上する、延いては熱効率を向上する上で、改善の余地があった。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置において、低ＮＯｘ化及び高熱効率化を図ることにある。

〔請求項１記載の発明〕
請求項１に記載の特徴構成は、前記ラジアントチューブの両端部のそれぞれに、外径が前記ラジアントチューブの内径よりも小径の燃焼筒が、前記燃料供給部よりも先方に位置して前記ラジアントチューブ内に挿入される状態で設けられ、
その燃焼筒における基端部が、その基端側ほど漸次径が太くなり、且つ、その基端側の開口端縁が前記燃料供給部からのガス燃料噴出方向視で前記燃料供給部を内在させて前記給排気路における内周縁と外周縁との間に位置する状態の漏斗状部となるように構成されて、
前記燃料供給部からガス燃料が前記燃焼筒内に供給されると共に、前記燃焼筒の内部及び外部が前記給排路に連通されるように構成されていることにある。
請求項１に記載の特徴構成によれば、ガス燃料が供給される方の本体部においては、燃料供給部からガス燃料が燃焼筒内に供給され、給排路から流出した燃焼用酸素含有ガスは、燃焼筒の内部及び外部を流動するので、燃料供給部から燃焼筒内に供給されたガス燃料の一部は、燃焼筒内にて燃焼用酸素含有ガスと混合されて燃焼し、残部は、燃焼筒から流出した後、燃焼筒の外部を流動してきた燃焼用酸素含有ガスと混合されて燃焼する。
一方、ガス燃料の供給が停止されている方の本体部においては、ラジアントチューブ内をその端部に向かって流動してくる燃焼ガスは、燃焼筒の内部及び外部を流動して、給排気路に流入し、蓄熱体を通過して保有熱を蓄熱体に放熱した後、排出される。
つまり、燃料供給部から燃焼筒内に供給されてその燃焼筒内を通過して流動するガス燃料に対して、燃焼用酸素含有ガスを、先ず、燃焼筒内で供給し、次いで、燃焼筒から流出した後に供給する形態で、段階的に供給して、ガス燃料を複数段燃焼させることにより、炎のピーク温度を低下させることができるので、ＮＯｘの発生量を低減することができる。
ちなみに、そのように燃焼筒を設けて複数段燃焼させるようにしながらも、燃焼筒における基端部が漏斗状部となっているので、その漏斗状部の内部空間を燃焼室として機能させて、ガス燃料と燃焼用酸素含有ガスとを良好に混合させて、安定燃焼させることが可能となり、そのように安定燃焼する炎の保炎作用により、燃焼筒から流出したガス燃料も安定燃焼させることが可能となり、全体として安定燃焼性を維持することができる。
又、ラジアントチューブ内をその端部に向かって流動してくる燃焼ガスを、強制的に燃焼筒の内外に分けて流動させることにより、燃焼ガスを、ラジアントチューブの径方向に対して万遍なく広げて蓄熱体を通過させ易いので、蓄熱体全体にわたって均等に蓄熱され易くなって、次に蓄熱体を通過する燃焼用酸素含有ガスに対する放熱が効率良く行われるものとなり、排熱回収効率を向上することができ、延いては熱効率を向上することができる。
従って、蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置において、低ＮＯｘ化及び高熱効率化を図ることができるようになった。

〔請求項２記載の発明〕
請求項２に記載の特徴構成は、前記燃焼筒を前記本体部に支持する支持体が、前記漏斗状部の外周面に接触する漏斗状の内周面を備えた環状に形成されて、その漏斗状の内周面に前記漏斗状部の外周面が当て付けられる状態で前記燃焼筒を支持するように構成され、
前記支持体に、前記給排気路と前記ラジアントチューブ内における前記支持体よりも先端側とを連通させる連通路が設けられていることにある。
請求項２に記載の特徴構成によれば、燃焼筒は、漏斗状部の外周面が支持体の漏斗状の内周面に当て付けられる状態で、支持体により本体部に支持される。
そして、ガス燃料が供給される方の本体部においては、燃焼用酸素含有ガスは、燃焼筒の内部及び燃焼筒の外部に位置する連通路を流動して、ガス燃料に対して、複数段で供給され、一方、ガス燃料の供給が停止されている方の本体部においては、ラジアントチューブ内をその端部に向かって流動してくる燃焼ガスは、燃焼筒の内部及び燃焼筒の外部に位置する連通路を流動して、給排気路に流入する。
つまり、支持体の漏斗状の内周面に燃焼筒の漏斗状部の外周面を当て付けた状態で、支持体により燃焼筒を本体部に支持するので、燃焼筒の偏芯を抑制することが可能となり、形成される炎がラジアントチューブに接触したり、近づき過ぎたりするのを抑制して、ラジアントチューブの耐久性を向上することが可能となる。
従って、蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置において、耐久性を向上しながら、低ＮＯｘ化及び高熱効率化を図ることができるようになった。

〔請求項３記載の発明〕
請求項３に記載の特徴構成は、前記燃焼筒における前記漏斗状部よりも先端側に対応する箇所に、前記燃焼筒の姿勢を保持する保持体が、前記燃焼筒の外周面と前記ラジアントチューブの内周面とに当て付けられる状態で設けられていることにある。
請求項３に記載の特徴構成によれば、燃焼筒の外周面とラジアントチューブの内周面とに当て付けられる状態で設けられた保持体により、燃焼筒の姿勢が保持される。
つまり、保持体により、燃焼筒の姿勢が保持されるので、燃焼筒の偏芯を抑制することが可能となり、形成される炎がラジアントチューブに接触したり、近づき過ぎたりするのを抑制して、ラジアントチューブの耐久性を向上することが可能となる。
ちなみに、請求項２に記載の発明において、本請求項３に記載の特徴構成を実施すると、支持体の漏斗状の内周面による燃焼筒の支持作用、及び、保持体による燃焼筒の保持作用の協働により、燃焼筒の偏芯を一段と抑制することが可能となるので、ラジアントチューブの耐久性を一段と向上することが可能となるので好ましい。
従って、蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置において、耐久性を向上しながら、低ＮＯｘ化及び高熱効率化を図ることができるようになった。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
図１に示すように、蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置は、Ｗ字状等のラジアントチューブ１の両端部のそれぞれに、ラジアントチューブ１内にてガス燃料Ｇを燃焼させるように構成したバーナＢを設けて構成してある。
バーナＢは、ラジアントチューブ１内にガス燃料Ｇを供給する燃料供給部としてのガスノズル２（図２参照）と、そのガスノズル２の外周部を囲む環状に形成され且つ蓄熱体３を通気可能な状態で備えた給排路４（図２参照）とを備えた本体部Ｂｍを備えて構成し、ラジアントチューブ１を炉内Ｒに位置させ且つバーナＢの本体部Ｂｍを炉外に位置させた状態で、炉壁Ｗに支持して設けて、ラジアントチューブ１を介して間接的に炉内Ｒを加熱するように構成してある。

一対のガスノズル２のそれぞれに対して、ガス燃料Ｇを供給する燃料供給路２１を接続すると共に、各燃料供給路２１には、ガス燃料Ｇの供給を断続する開閉弁２２を設けてあり、その一対の開閉弁２２を交互に開弁することにより、一対のガスノズル２に交互にガス燃料Ｇを供給するようにしてある。つまり、一対の開閉弁２２により、燃料供給切換手段を構成してある。
四方弁２３の一対の給排気口（図示省略）に対して、一対の給排路４を給排管路２４て各別に接続し、給気口（図示省略）に対して給気用送風機２５を給気路２６にて接続し、並びに、排気口（図示省略）に対して排気用送風機２７を排気路２８にて接続してある。そして、四方弁２３の切り換えにより、一対の給排路４について、給気用送風機２５により燃焼用空気Ａが燃焼用酸素含有ガスとして供給される状態と、排気用送風機２７が吸気作用する状態とに背反的に切り換えるようにして、四方弁２３を給排気切換手段として機能させるように構成してある。
又、給気路２６には、エジェクタ２９を設けると共に、排気路２８とエジェクタ２９の吸引部とを排気再循環路３０にて接続してあり、それによって、燃焼用空気Ａにラジアントチューブ１から排出された燃焼ガスＥの一部を混合して、燃焼ガスＥの一部をバーナＢ内に再循環するように構成してある。

次に、図２及び図３に基づいて、バーナＢについて説明を加える。尚、図３においては、ガス燃料Ｇの流れを実線矢印にて示し、燃焼用酸素含有ガスとしての燃焼用空気Ａの流れを一点鎖線矢印にて示し、燃焼ガスＥの流れを破線矢印にて示し、図面上の右側のバーナＢはガス燃料Ｇが供給され、左側のバーナＢはガス燃料の供給が停止されている状態を示す。
バーナＢの本体部Ｂｍは、円筒状の外筒５内に、その外筒５よりも小径の円筒状の内筒６を同軸状に設け、外筒５と内筒６との間の環状の空間を給排気路４とし、その給排気路４内に多孔状に形成されて通気可能な蓄熱体３を設け、内筒６内に、ガスノズル２をそのガス噴出部を内筒６の先端開口部から内方側に引退させた状態で、内筒６と同軸状に配設して構成してある。

そして、図２ないし図６に示すように、本発明においては、ラジアントチューブ１の両端部のそれぞれに、外径がラジアントチューブ１の内径よりも小径の燃焼筒７を、ガスノズル２よりも先方に位置してラジアントチューブ１内に挿入する状態で設け、その燃焼筒７における基端部を、その基端側ほど漸次径が太くなり、且つ、その基端側の開口端縁がガスノズル２からのガス燃料噴出方向視でガスノズル２を内在させて給排気路４における内周縁と外周縁との間に位置する状態の漏斗状部７ｒとなるように構成して、ガスノズル２からガス燃料Ｇが燃焼筒７内に供給されると共に、燃焼筒７の内部及び外部が給排路４に連通されるように構成してある。

更に、燃焼筒７をバーナＢの本体部Ｂｍに支持する支持体としてのバーナタイル８を、燃焼筒７の漏斗状部７ｒの外周面に接触する漏斗状の内周面８ｒを備えた環状に形成して、その漏斗状の内周面８ｒに漏斗状部７ｒの外周面が当て付けられる状態で燃焼筒７を支持するように構成し、そのバーナタイル８に、給排気路４とラジアントチューブ１内におけるバーナタイル８よりも先端側とを連通させる連通路９を設けてある。

燃焼筒７について説明を加えると、燃焼筒７の先端側は直円筒状に構成し、基端側の漏斗状部７ｒの基端開口縁には、周方向に等間隔を隔てて、径方向外方に突出する複数の鍔部７ｆを設けてある。

バーナタイル８について説明を加えると、バーナタイル８の外周面は円柱の側周面状に構成し、そのバーナタイル８の漏斗状の内周面８ｒには、燃焼筒７の鍔部７ｆと同数の凹溝８ｍを、それぞれがバーナタイル８の軸心方向全長にわたって延びる状態で、周方向に等間隔を隔てて構成してある。
上述のように構成したバーナタイル８を、円筒状のタイルケーシング１０に内嵌状態で取り付けてある。

燃焼筒７をその先端側からバーナタイル８の孔に挿入し、バーナタイル８における隣接する凹溝８ｍの開口部同士の間に鍔部７ｆが位置するように周方向に位置合わせした状態で、漏斗状の内周面８ｒに漏斗状部７ｒの外周面を当て付けた状態とする。

そして、上述のように燃焼筒７を挿入したバーナタイル８を、燃焼筒７の基端開口縁が、ガスノズル２からのガス燃料噴出方向視でガスノズル２を内在させて給排気路４における内周縁と外周縁との間に位置する姿勢で、タイルケーシング１０を用いてねじ式の結合手段１１にて本体部Ｂｍの外筒５に組み付けることにより、燃焼筒７を、その漏斗状部７ｒの外周面がバーナタイル８の漏斗状の内周面８ｒに当て付けられる状態で本体部Ｂｍに支持させて、バーナＢを構成してある。
尚、図中の１４は、スパークロッドである。
更に、ラジアントチューブ１を、その基端開口部に燃焼筒７の先端側の直円筒状部分を挿入させた状態で、タイルケーシング１０にねじ式の結合手段１２にて支持させてある。

更に、燃焼筒７における漏斗状部７ｒよりも先端側に対応する箇所に、燃焼筒７の姿勢を保持する環状の保持体１３を、燃焼筒７の外周面とラジアントチューブ１の内周面とに当て付けられる状態で嵌め込んで、燃焼筒７の姿勢を保持するようにしてある。その環状の保持体１３には、軸心方向に貫通して、ラジアントチューブ１における保持体１３の両側部分を連通する連通孔１３ｈの複数を周方向に間隔を隔てて設けてある。

つまり、バーナタイル８の漏斗状の内周面８ｒに形成した複数の凹溝８ｍを、給排気路４とラジアントチューブ１内におけるバーナタイル８よりも先端側とを連通させる連通路９として機能させるように構成してある。

図２に示すように、ガス燃料Ｇが供給される方のバーナＢにおいては、ガスノズル２から燃焼筒７内にガス燃料Ｇが噴出されると共に、給排路４を流動して蓄熱体３にて予熱された燃焼用空気Ａが燃焼筒７の内部及び外部に供給され、燃焼筒７の内部に供給された燃焼用空気Ａは、燃焼筒７の内部を流動し、燃焼筒７の外部に供給された燃焼用空気Ａは、バーナタイル８に設けた連通路９及び保持体１３に設けた連通孔１３ｈを通過しながら、燃焼筒７の外周部を燃焼筒７の先端よりも先方に流動する。
そして、燃焼筒７内に噴出されたガス燃料Ｇの一部は、燃焼筒７内で、その燃焼筒７の内部に供給された燃焼用空気Ａと混合されて燃焼し、残部は、燃焼筒７の先端から流出して、燃焼筒７の外周部を燃焼筒７の先端よりも先方に流動してきた燃焼用空気Ａと混合されて燃焼する形態で、ガスノズル２から噴出されたガス燃料Ｇが２段燃焼する。

ちなみに、給排気路４に対して燃焼筒７の内部が連通する面積（即ち、燃焼筒７の基端の開口部において、給排気路４に対して臨む部分の面積）と、給排気路４に対して燃焼筒７の外部が連通する面積（即ち、給排気路４に対して開く連通路９の開口部の面積）の比は、概ね、８：２である。つまり、ガス燃料に対して、一段目で混合させる燃焼用空気量と、２段目で混合させる燃焼用空気量との比は、概ね８：２である。
尚、低ＮＯｘ化及び燃焼の安定性を両立させるためには、ガス燃料に対して一段目と２段目で混合させる燃焼用空気量の比は、８：２〜１：１の範囲に設定するのが好ましい。

又、ガス燃料Ｇの供給が停止されるバーナＢにおいては、排気用送風機２７の吸気作用により、他方のバーナＢにて生じる燃焼ガスＥが、燃焼筒７の先端側から燃焼筒７の内部及び外周部に流入して、燃焼筒７の内部及び外周部を流動して給排路４に流入し、その給排路４を流動する過程で保有熱を蓄熱体３に放熱して蓄熱体３を加熱した後、排出される。

〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ） 上記の実施形態においては、連通路９の具体構成として、バーナタイル８の漏斗状の内周面８ｒに形成した凹溝８ｍにて構成する場合について例示したが、これに限定されるものではなく、例えば、バーナタイル８にその軸心方向に貫通するように形成した孔でも良い。

（ロ） 上記の実施形態においては、保持体１３を環状に構成して、燃焼筒７をその全周にわたって保持するように構成する場合について例示したが、燃焼筒７における周方向の一部分を保持するように構成しても良い。例えば、ラジアントチューブ１を横向きに設ける場合は、保持体１３を横向き姿勢の燃焼筒７の周方向における下方側に相当する部分に設けて、燃焼筒７をその下方側から受けて保持するようにしても良い。

（ハ） 上記の実施形態のように保持体１３を環状に構成して、燃焼筒７をその全周にわたって保持するように構成する場合、燃焼用空気や燃焼ガスが燃焼筒７の長手方向に対応する方向に保持体１３を通過して流動可能なようにするに当たっては、保持体１３に連通孔１３ｈを形成する代わりに、保持体１３を通気可能な多孔状の材料にて形成しても良い。

（ニ） 上記の実施形態においては、ガス燃料に対して燃焼用空気を２段で混合させて、ガス燃料を２段燃焼させるように構成する場合について例示したが、ガス燃料に対して燃焼用空気を３段以上で混合させて、ガス燃料を３段以上で燃焼させるように構成しても良い。
この場合は、燃焼筒７の外部を流動する燃焼用空気を燃焼筒７の先方においてラジアントチューブ１の長手方向の異なる箇所でガス燃料に混合させるべく、燃焼用空気を導くように流路を設ける。

実施形態に係る蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置の全体概略構成を示す側面図 実施形態に係る蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置のバーナ周辺の縦断面図 実施形態に係る蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置の要部の縦断面図 図２のイ−イ矢視図 図２のロ−ロ矢視図 図２のハ−ハ矢視図

符号の説明

１ ラジアントチューブ
２ 燃料供給部
３ 蓄熱体
４ 給排路
７ 燃焼筒
７ｒ 漏斗状部
８ 支持体
８ｒ 漏斗状の内周面
９ 連通路
１３ 保持体
２２ 燃料供給切換手段
２３ 給排気切換手段
Ａ 燃焼用酸素含有ガス
Ｂｍ 本体部
Ｅ 燃焼ガス
Ｇ ガス燃料

Claims (3)

1. ラジアントチューブの両端部のそれぞれに、そのラジアントチューブ内にガス燃料を供給する燃料供給部と、その燃料供給部の外周部を囲む環状に形成され且つ蓄熱体を通気可能な状態で備えた給排路とを備えた本体部が設けられ、
   前記一対の燃料供給部に交互にガス燃料が供給されるようにガス燃料供給を切り換える燃料供給切換手段と、
   ガス燃料が供給される方の前記燃料供給部に対応する前記給排気路には燃焼用酸素含有ガスを供給し、且つ、ガス燃料の供給が停止される方の前記燃料供給部に対応する前記給排路からは前記ラジアントチューブ内の燃焼ガスを排気するように給排気状態を切り換える給排気切換手段とが設けられた蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置であって、
   前記ラジアントチューブの両端部のそれぞれに、外径が前記ラジアントチューブの内径よりも小径の燃焼筒が、前記燃料供給部よりも先方に位置して前記ラジアントチューブ内に挿入される状態で設けられ、
   その燃焼筒における基端部が、その基端側ほど漸次径が太くなり、且つ、その基端側の開口端縁が前記燃料供給部からのガス燃料噴出方向視で前記燃料供給部を内在させて前記給排気路における内周縁と外周縁との間に位置する状態の漏斗状部となるように構成されて、
   前記燃料供給部からガス燃料が前記燃焼筒内に供給されると共に、前記燃焼筒の内部及び外部が前記給排路に連通されるように構成されている蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置。
2. 前記燃焼筒を前記本体部に支持する支持体が、前記漏斗状部の外周面に接触する漏斗状の内周面を備えた環状に形成されて、その漏斗状の内周面に前記漏斗状部の外周面が当て付けられる状態で前記燃焼筒を支持するように構成され、
   前記支持体に、前記給排気路と前記ラジアントチューブ内における前記支持体よりも先端側とを連通させる連通路が設けられている請求項１記載の蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置。
3. 前記燃焼筒における前記漏斗状部よりも先端側に対応する箇所に、前記燃焼筒の姿勢を保持する保持体が、前記燃焼筒の外周面と前記ラジアントチューブの内周面とに当て付けられる状態で設けられている請求項１又は２記載の蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置。

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