JP2008249279A - 自己排熱回収型バーナを備えた加熱炉 - Google Patents

Abstract

【課題】水平方向の断面が環形状を有する燃焼空間を形成した加熱炉において、燃焼空間の鉛直方向における温度のばらつきを軽減できると共に、加熱炉の占有面積を小さくできる加熱炉を提供する。
【解決手段】加熱炉６は、自己排熱回収型バーナ１を複数配設してなり、水平方向Ｗの断面が環形状を有する燃焼空間６１を形成してなる。燃焼空間６１は、水平方向Ｗの長さＬ１よりも鉛直方向Ｈの長さＬ２が長くなっている。自己排熱回収型バーナ１は、加熱炉６の天井部６０１の外面６０２に取り付けたバーナボディ２と、燃焼空間６１内に突出配置した燃焼筒４とを有しており、環形状の燃焼空間６１の環状方向における複数箇所に対応して配設してある。燃焼筒４は、その下端部４１から燃焼空間６１内へ燃焼ガスＧ１を噴出させるよう構成してあり、その下端部先端４１１を燃焼空間６１の鉛直方向Ｈの中間位置よりも下方に位置させている。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱炉内を加熱すると共にこの加熱後の燃焼排ガスの排熱を回収するよう構成した自己排熱回収型バーナを備えた加熱炉に関する。

各種の加熱炉内を加熱する際には、排気ガスの排熱を利用して燃焼を行う種々のガスバーナが用いられている。
例えば、特許文献１の吸熱反応用触媒反応器においては、耐火材から成るハウジング内中に、複数の管状触媒容器及び複数のバーナを、ハウジングの天井部から下方に向けて配設することが開示されている。また、各管状触媒容器の側部の全周は、バーナによる火炎が直接接触することを防止する熱配分器によって覆っている。そして、複数のバーナによって、ハウジングの天井部からハウジング内の下方に向けて火炎を形成し、燃焼加熱後の排ガスを、熱配分器の下端からこの熱配分器内を通って排気するよう構成している。

しかしながら、加熱炉内に被加熱物を配設して、水平方向の断面が環形状を有する燃焼空間を形成する際に、特に環形状の軸方向（鉛直方向）に長い燃焼空間を形成する場合には、炉内の温度のばらつきを軽減するためには更なる工夫が必要とされる。すなわち、この場合に、複数のバーナを軸方向に並べて加熱炉に配設したときには、燃焼空間の鉛直方向においてバーナの配設位置に対応する部分の温度が高くなり、燃焼空間の軸方向における温度のばらつきが大きくなってしまう。また、この場合に、燃焼空間の上方から直接火炎を形成すると燃焼空間の軸方向における上方の温度が高くなり、燃焼空間の軸方向における温度のばらつきが大きくなってしまう。

特表平９−５０３９６１号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、水平方向の断面が環形状を有する燃焼空間を形成した加熱炉において、燃焼空間の鉛直方向における温度のばらつきを軽減することができると共に、加熱炉の占有面積を小さくすることができる加熱炉を提供しようとするものである。

第１の発明は、燃料ガスと燃焼用空気とを燃焼させた燃焼ガスによって加熱炉内を加熱すると共に、該加熱後の燃焼排ガスを回収して上記燃焼用空気の予熱を行うよう構成した自己排熱回収型バーナを複数配設した加熱炉において、
該加熱炉は、その炉内の水平方向の中心部分に被加熱物を鉛直方向に向けて配設することによって、水平方向の断面が環形状を有する燃焼空間を形成しており、該燃焼空間は、水平方向の長さよりも鉛直方向の長さが長くなっており、
上記自己排熱回収型バーナは、上記加熱炉の天井部において、上記環形状の燃焼空間の環状方向における複数箇所に対応して配設してあり、該複数の自己排熱回収型バーナは、上記加熱炉の天井部の外面に取り付けたバーナボディと、該バーナボディから下方に突出し、上記燃焼空間の上面から該燃焼空間内に突出配置した燃焼筒とをそれぞれ有しており、
該燃焼筒は、その下端部から上記燃焼空間内へ上記燃焼ガスを噴出させるよう構成してあると共に、その下端部先端を上記燃焼空間の鉛直方向の中間位置よりも下方に位置させていることを特徴とする自己排熱回収型バーナを備えた加熱炉にある（請求項１）。

本発明の加熱炉においては、鉛直方向に長く水平方向の断面が環形状を有する燃焼空間を形成した加熱炉において、燃焼空間の鉛直方向における温度のばらつきを軽減するための工夫を行っている。
具体的には、加熱炉に配設した複数の自己排熱回収型バーナ（単に、バーナということがある。）の燃焼筒は、その下端部から燃焼空間内へ燃焼ガスを噴出させるよう構成してあると共に、その下端部先端を燃焼空間の鉛直方向の中間位置よりも下方に位置させている。

そして、各バーナにおける燃焼筒の下端部から噴出される燃焼ガスは、燃焼空間の下方から上方へと流れ、被加熱物を下方から上方へ加熱することができ、この加熱後には、燃焼排ガスとなって各バーナを介して燃焼空間の外部へ排気される。これにより、燃焼空間においては、その鉛直方向（環形状の軸方向）において、温度のばらつきが生じることを抑制することができる。また、被加熱物は、燃焼筒からの輻射熱によっても加熱される。
なお、各バーナにおいて、燃焼排ガスは、燃焼用空気の予熱を行った後、各バーナの外部へ排気される。これにより、各バーナにおいて、燃焼排ガスの排熱を回収することができ、エネルギー効率を向上させることができる。

また、本発明においては、バーナのバーナボディは、加熱炉の天井部の上方に配置されており、加熱炉の側部には配置されていない。これにより、加熱炉の側部の外方へバーナが突出することがなく、工場等に加熱炉を設置した際にこの加熱炉が占める占有面積を小さくすることができる。
それ故、本発明の自己排熱回収型バーナを備えた加熱炉によれば、水平方向の断面が環形状を有する燃焼空間を形成した加熱炉において、燃焼空間の鉛直方向における温度のばらつきを軽減することができると共に、加熱炉の占有面積を小さくすることができる。

第２の発明は、燃料ガスと燃焼用空気とを燃焼させた燃焼ガスによって加熱炉内を加熱すると共に、該加熱後の燃焼排ガスを回収して上記燃焼用空気の予熱を行うよう構成した自己排熱回収型バーナを複数配設した加熱炉において、
該加熱炉は、その炉内の水平方向の中心部分に被加熱物を鉛直方向に向けて配設することによって、水平方向の断面が環形状を有する燃焼空間を形成しており、該燃焼空間は、水平方向の長さよりも鉛直方向の長さが長くなっており、
上記自己排熱回収型バーナは、上記加熱炉の天井部において、上記環形状の燃焼空間における環状方向の複数箇所に対応して配設してあり、該複数の自己排熱回収型バーナは、上記加熱炉の天井部の外面に取り付けたバーナボディと、該バーナボディから下方に突出し、上記燃焼空間の上面から該燃焼空間内に突出配置した燃焼筒とをそれぞれ有しており、
該燃焼筒は、その下端部先端を上記燃焼空間の下面又はその近傍に位置させて閉塞してなると共に、その側部の軸方向に沿った複数箇所に上記燃焼ガスを噴出させるための噴出孔を有していることを特徴とする自己排熱回収型バーナを備えた加熱炉にある（請求項５）。

本発明の加熱炉においても、鉛直方向に長く水平方向の断面が環形状を有する燃焼空間を形成した加熱炉において、燃焼空間の鉛直方向における温度のばらつきを軽減するための工夫を行っている。
具体的には、加熱炉に配設した複数のバーナの燃焼筒は、その下端部先端を燃焼空間の下面又はその近傍に位置させて閉塞してなると共に、その側部の軸方向に沿った複数箇所に燃焼ガスを噴出させるための噴出孔を有している。

そして、各バーナにおける燃焼筒の側部において、軸方向に沿った複数箇所に形成した噴出孔から噴出される燃焼ガスは、燃焼空間の上下方向の各部に噴出され、被加熱物を上下方向の各部において加熱することができる。そして、燃焼ガスは燃焼空間の上方へと流れ、被加熱物の加熱を行った後には、燃焼排ガスとなって各バーナを介して燃焼空間の外部へ排気される。これにより、燃焼空間においては、その鉛直方向（環形状の軸方向）において、温度のばらつきが生じることを抑制することができる。また、被加熱物は、燃焼筒からの輻射熱によっても加熱される。
なお、各バーナにおいて、燃焼排ガスは、燃焼用空気の予熱を行った後、各バーナの外部へ排気される。これにより、各バーナにおいて、燃焼排ガスの排熱を回収することができ、エネルギー効率を向上させることができる。

また、本発明においても、バーナのバーナボディは、加熱炉の天井部の上方に配置されており、加熱炉の側部には配置されていない。これにより、加熱炉の側部の外方へバーナが突出することがなく、工場等に加熱炉を設置した際にこの加熱炉が占める占有面積を小さくすることができる。
それ故、本発明の自己排熱回収型バーナを備えた加熱炉によっても、水平方向の断面が環形状を有する燃焼空間を形成した加熱炉において、燃焼空間の鉛直方向における温度のばらつきを軽減することができると共に、加熱炉の占有面積を小さくすることができる。

上述した第１、第２の発明における好ましい実施の形態につき説明する。
第１、第２の発明において、上記自己排熱回収型バーナにおける上記燃焼筒は、必ずしも鉛直方向に沿って上記燃焼空間内に突出配置する必要はなく、鉛直方向に若干傾斜した状態で燃焼空間内に突出配置することもできる。
また、上記燃焼筒の下端部先端は、上記燃焼空間の鉛直方向の全長に対して該燃焼空間の下面から１／３の範囲内に位置させることが好ましい。この場合には、燃焼空間の鉛直方向における温度のばらつきをより効果的に抑制することができる。

また、第１の発明において、上記自己排熱回収型バーナは、上記環形状の燃焼空間の環状方向における２〜８箇所に対応して略等間隔に配設することが好ましい（請求項２）。
この場合には、環形状の燃焼空間の環状方向における温度のばらつきを軽減することができる。

また、上記燃焼筒の側部の軸方向に沿った複数箇所には、上記燃焼ガスを噴出させるための噴出孔を形成することができる（請求項３）。
この場合には、噴出孔から噴出させる燃焼ガスにより、燃焼空間内の雰囲気ガスを撹拌することができ、燃焼空間における温度のばらつきをより効果的に軽減することができる。

また、上記燃焼筒の下端部は、傾斜状に絞ることができる（請求項４）。
この場合には、燃焼筒の下端部から噴出させる燃焼ガスの流速を大きくすることができ、被加熱物の下部の加熱を効果的に行うことができる。

以下に、本発明の自己排熱回収型バーナを備えた加熱炉にかかる実施例につき、図面と共に説明する。
本例の加熱炉６は、図１〜図３に示すごとく、燃料ガスＦと燃焼用空気Ａとを燃焼させた燃焼ガスＧ１によって加熱炉６内を加熱すると共に、加熱後の燃焼排ガスＧ２を回収して燃焼用空気Ａの予熱を行うよう構成した自己排熱回収型バーナ１（単に、バーナ１ということがある。）を複数配設してなる。加熱炉６は、その炉内の水平方向Ｗの中心部分に被加熱物６２を鉛直方向Ｈに向けて配設することによって、水平方向Ｗの断面が環形状を有する燃焼空間６１を形成している。燃焼空間６１は、水平方向Ｗの長さ（本例では直径）Ｌ１よりも鉛直方向Ｈの長さＬ２が長くなっている。

自己排熱回収型バーナ１は、図１〜図３に示すごとく、加熱炉６の天井部６０１において、環形状の燃焼空間６１の環状方向（周方向）Ｒにおける複数箇所に対応して配設してある。各自己排熱回収型バーナ１は、加熱炉６の天井部６０１の外面６０２に取り付けたバーナボディ２と、バーナボディ２から下方に突出し、燃焼空間６１の上面６１１から燃焼空間６１内に突出配置した燃焼筒４とをそれぞれ有している。
各燃焼筒４は、その下端部４１から燃焼空間６１内へ燃焼ガスＧ１を噴出させるよう構成してあると共に、その下端部先端４１１を燃焼空間６１の鉛直方向Ｈの中間位置よりも下方に位置させている。本例の燃焼筒４の下端部先端４１１は、燃焼空間６１の鉛直方向Ｈの全長Ｌ２に対して燃焼空間６１の下面６１２から１／３の範囲内に位置している。

以下に、本例の自己排熱回収型バーナ１を備えた加熱炉６につき、図１〜図３と共に詳説する。
図３に示すごとく、本例のバーナボディ２は、燃焼用空気Ａを流入させるための外部ボディ２を構成している。この外部ボディ２には、燃焼用空気Ａの吸気口２１と、燃焼排ガスＧ２の排気口２２とが形成してある。
外部ボディ２内には、加熱炉６の燃焼空間６１から排気される燃焼排ガスＧ２を流入させるための内部筒３が形成してある。この内部筒３は、その先端部が燃焼空間６１に開放されており、その後端部が上記排気口２２に連通されている。なお、内部筒３は、外部ボディ２と別体に構成することができる。

上記燃焼筒４は、内部筒３内に挿通配設してあり、その後端側部分が内部筒３及びバーナボディ２内に位置すると共に、その先端側部分が内部筒３及びバーナボディ２から突出している。なお、先端側部分とは、加熱炉６側の部分のことをいい、後端側部分とは、先端側部分とは反対側の部分のことをいう。
また、加熱炉６の天井部６０１には、加熱炉６の外面６０２から燃焼空間６１に開口するバーナ配置口６３が形成してあり、各バーナ１の燃焼筒４は、バーナ配置口６３内に挿通配置してある。

図３に示すごとく、燃焼筒４内には、燃料ガスＦを通過させるためのガスパイプ５が挿通配設してあり、ガスパイプ５の先端部には、燃料ガスＦを噴出させるガスノズル５１が設けてある。ガスノズル５１の下端部先端４１１は、燃焼空間６１の上面６１１の位置の近傍に位置している。
燃焼用空気Ａが通過する空気通路１１は、外部ボディ２と内部筒３との間の空間、内部筒３の後端部において燃焼筒４の後端部と連通される空間、燃焼筒４とガスパイプ５及びガスノズル５１との間の空間に連通形成されている。また、燃焼排ガスＧ２が通過する排気通路１２は、内部筒３と燃焼筒４との間の空間、及び加熱炉６のバーナ配置口６３と燃焼筒４との間の空間に連通形成されている。

そして、吸気口２１からバーナボディ２内に流入した燃焼用空気Ａは、外部ボディ２と内部筒３との間を通って、燃焼筒４の後端部へ流入する。また、ガスノズル５１から噴出された燃料ガスＦは、燃焼筒４内を通過する燃焼用空気Ａと混合されて燃焼し、燃焼ガスＧ１及び燃焼火炎を形成する。
一方、内部筒３内に排気される燃焼排ガスＧ２は、燃焼筒４及び内部筒３を伝熱面として、燃焼筒４内及び内部筒３内を通過する燃焼用空気Ａを予熱（加温）した後、排気口２２からバーナ１の外部へ排気される。

図２に示すごとく、本例の加熱炉６の内壁は、水平方向Ｗの断面が円形状を有しており、本例の被加熱物６２は水平方向Ｗの断面が円形状を有している。そして、燃焼空間６１は、水平方向Ｗの断面が円環形状に形成されている。加熱炉６は、金属製容器６０の中に、耐熱性タイル６００を配置してなり、耐熱性タイル６００によって燃焼空間６１を形成している。
また、本例のバーナ１は、環形状の燃焼空間６１の環状方向Ｒにおける４箇所に対応して略等間隔に配設してある。

なお、加熱炉６の内壁、被加熱物６２は、必ずしも円形状に形成する必要はなく、水平方向Ｗの断面を四角等の多角形状に形成することもできる。そして、例えば、加熱炉６の内壁及び被加熱物６２の水平方向Ｗの断面を四角形状にしたときには、四角環形状の燃焼空間６１を形成することができる。また、この場合には、バーナ１は、例えば、四角環形状の燃焼空間６１の４つの角部にそれぞれ配設することができる。

また、図１に示すごとく、燃焼筒４の側部の軸方向Ｈに沿った複数箇所には、燃焼ガスＧ１を噴出させるための噴出孔４２を形成することができる。この場合には、噴出孔４２から噴出させる燃焼ガスＧ１により、燃焼空間６１内の雰囲気ガスを撹拌することができ、燃焼空間６１における温度のばらつきをより効果的に軽減することができる。また、複数の噴出孔４２は、燃焼空間６１の環状方向Ｒの一方側にのみ形成することができ、燃焼空間６１の環状方向Ｒの両側に形成することもできる。

また、図３に示すごとく、燃焼筒４の下端部４１には、傾斜状に絞った絞り部４１２（同図において２点鎖線で示す）を形成することができる。この場合には、燃焼筒４の下端部４１から噴出させる燃焼ガスＧ１の流速を大きくすることができ、被加熱物６２の下部の加熱を効果的に行うことができる。

本例の加熱炉６においては、鉛直方向Ｈに長く水平方向Ｗの断面が環形状を有する燃焼空間６１を形成した加熱炉６において、燃焼空間６１の鉛直方向Ｈにおける温度のばらつきを軽減するための工夫を行っている。
具体的には、加熱炉６に配設した複数のバーナ１の燃焼筒４は、その下端部４１から燃焼空間６１内へ燃焼ガスＧ１を噴出させるよう構成してあると共に、その下端部先端４１１を燃焼空間６１の鉛直方向Ｈの中間位置よりも下方に位置させている。

そして、各バーナ１における燃焼筒４の下端部４１から噴出される燃焼ガスＧ１は、燃焼空間６１の下方から上方へと流れ、被加熱物６２を下方から上方へ加熱することができ、この加熱後には、燃焼排ガスＧ２となって各バーナ１を介して燃焼空間６１の外部へ排気される。これにより、燃焼空間６１においては、その鉛直方向（環形状の軸方向）Ｈにおいて、温度のばらつきが生じることを抑制することができる。また、被加熱物６２は、燃焼筒４からの輻射熱によっても加熱される。
なお、各バーナ１において、燃焼排ガスＧ２は、燃焼用空気Ａの予熱を行った後、各バーナ１の外部へ排気される。これにより、各バーナ１において、燃焼排ガスＧ２の排熱を回収することができ、エネルギー効率を向上させることができる。

また、本例においては、バーナ１のバーナボディ２は、加熱炉６の天井部６０１の上方に配置されており、加熱炉６の側部には配置されていない。これにより、加熱炉６の側部の外方へバーナ１が突出することがなく、工場等に加熱炉６を設置した際にこの加熱炉６が占める占有面積を小さくすることができる。
それ故、本例の自己排熱回収型バーナ１を備えた加熱炉６によれば、水平方向Ｗの断面が環形状を有する燃焼空間６１を形成した加熱炉６において、燃焼空間６１の鉛直方向Ｈにおける温度のばらつきを軽減することができると共に、加熱炉６の占有面積を小さくすることができる。

（実施例２）
本例は、上記複数の自己排熱回収型バーナ１における燃焼筒４Ａに、実施例１とは異なる工夫を行った例である。
具体的には、図４に示すごとく、本例のバーナ１における燃焼筒４Ａは、その下端部先端４１１を燃焼空間６１の下面６１２に位置させて閉塞してなると共に、その側部の軸方向Ｈに沿った複数箇所に燃焼ガスＧ１を噴出させるための噴出孔４２が形成してある。

本例の燃焼筒４Ａの下端部先端４１１は、燃焼空間の下面６１２によって閉塞した。これに対し、燃焼筒４Ａの下端部先端４１１は、燃焼筒４Ａを構成する部材によって底部を形成して閉塞することもできる。
本例においては、各バーナ１における燃焼筒４Ａの側部において、軸方向Ｈに沿った複数箇所に形成した噴出孔４２から噴出される燃焼ガスＧ１は、燃焼空間６１の上下方向Ｈの各部に噴出され、被加熱物６２を上下方向Ｈの各部において加熱することができる。そして、燃焼ガスＧ１は燃焼空間６１の上方へと流れ、被加熱物６２の加熱を行った後には、燃焼排ガスＧ２となって各バーナ１を介して燃焼空間６１の外部へ排気される。これにより、燃焼空間６１においては、その鉛直方向（環形状の軸方向）Ｈにおいて、温度のばらつきが生じることを抑制することができる。
本例においても、その他の構成は上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

実施例１における、加熱炉を側方から見た状態で示す断面説明図。 実施例１における、加熱炉を上方から見た状態で示す断面説明図。 実施例１における、自己排熱回収型バーナを側方から見た状態で示す断面説明図。 実施例２における、加熱炉を側方から見た状態で示す断面説明図。

符号の説明

１ 自己排熱回収型バーナ
１１ 空気通路
１２ 排気通路
２ バーナボディ（外部ボディ）
３ 内部筒
４ 燃焼筒
４１ 下端部
４１１ 下端部先端
４２ 噴出孔
５ ガスパイプ
６ 加熱炉
６１ 燃焼空間
６２ 被加熱物
Ａ 燃焼用空気
Ｆ 燃料ガス
Ｇ１ 燃焼ガス
Ｇ２ 燃焼排ガス
Ｈ 鉛直方向
Ｗ 水平方向
Ｒ 環状方向

Claims (5)

1. 燃料ガスと燃焼用空気とを燃焼させた燃焼ガスによって加熱炉内を加熱すると共に、該加熱後の燃焼排ガスを回収して上記燃焼用空気の予熱を行うよう構成した自己排熱回収型バーナを複数配設した加熱炉において、
   該加熱炉は、その炉内の水平方向の中心部分に被加熱物を鉛直方向に向けて配設することによって、水平方向の断面が環形状を有する燃焼空間を形成しており、該燃焼空間は、水平方向の長さよりも鉛直方向の長さが長くなっており、
   上記自己排熱回収型バーナは、上記加熱炉の天井部において、上記環形状の燃焼空間の環状方向における複数箇所に対応して配設してあり、該複数の自己排熱回収型バーナは、上記加熱炉の天井部の外面に取り付けたバーナボディと、該バーナボディから下方に突出し、上記燃焼空間の上面から該燃焼空間内に突出配置した燃焼筒とをそれぞれ有しており、
   該燃焼筒は、その下端部から上記燃焼空間内へ上記燃焼ガスを噴出させるよう構成してあると共に、その下端部先端を上記燃焼空間の鉛直方向の中間位置よりも下方に位置させていることを特徴とする自己排熱回収型バーナを備えた加熱炉。
2. 請求項１において、上記自己排熱回収型バーナは、上記環形状の燃焼空間の環状方向における２〜８箇所に対応して略等間隔に配設してあることを特徴とする自己排熱回収型バーナを備えた加熱炉。
3. 請求項１又は２において、上記燃焼筒の側部の軸方向に沿った複数箇所には、上記燃焼ガスを噴出させるための噴出孔が形成してあることを特徴とする自己排熱回収型バーナを備えた加熱炉。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記燃焼筒の下端部は、傾斜状に絞ってあることを特徴とする自己排熱回収型バーナを備えた加熱炉。
5. 燃料ガスと燃焼用空気とを燃焼させた燃焼ガスによって加熱炉内を加熱すると共に、該加熱後の燃焼排ガスを回収して上記燃焼用空気の予熱を行うよう構成した自己排熱回収型バーナを複数配設した加熱炉において、
   該加熱炉は、その炉内の水平方向の中心部分に被加熱物を鉛直方向に向けて配設することによって、水平方向の断面が環形状を有する燃焼空間を形成しており、該燃焼空間は、水平方向の長さよりも鉛直方向の長さが長くなっており、
   上記自己排熱回収型バーナは、上記加熱炉の天井部において、上記環形状の燃焼空間における環状方向の複数箇所に対応して配設してあり、該複数の自己排熱回収型バーナは、上記加熱炉の天井部の外面に取り付けたバーナボディと、該バーナボディから下方に突出し、上記燃焼空間の上面から該燃焼空間内に突出配置した燃焼筒とをそれぞれ有しており、
   該燃焼筒は、その下端部先端を上記燃焼空間の下面又はその近傍に位置させて閉塞してあると共に、その側部の軸方向に沿った複数箇所に上記燃焼ガスを噴出させるための噴出孔を有していることを特徴とする自己排熱回収型バーナを備えた加熱炉。

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