JP2009168309A - 工業用バーナ - Google Patents

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Abstract

【課題】排ガスに保有される熱を効果的に回収してエネルギー効率を高め、しかも小形で簡単に構成でき、安価に実施できるようにする。
【解決手段】燃焼筒(17)の中心軸心に沿って形成した燃料供給路(18)の先端側に、ノズル部(19)を設ける。燃焼筒(17)の基端側とノズル部(19)との間で燃料供給路(18)の外側に空気供給路(21)を形成する。燃焼筒(17)の外側に外側筒体(22)を配置する。燃焼筒(17)の先端寄り位置と外側筒体(22)との間に排ガス入口(12)を開口し、外側筒体(22)の基端側に排ガス出口(23)を開口する。排ガス入口(12)と排ガス出口(23)との間に排ガス路(13)を空気供給路(21)に沿って形成する。排ガス路(13)を空気供給路(21)の周囲へ捲回される螺旋状に形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、各種の溶解炉やその他の熱処理炉などに用いられる工業用バーナに関し、さらに詳しくは、排ガスに保有される熱を効果的に回収してエネルギー効率を高め、しかも小形で簡単に構成でき、安価に実施できる工業用バーナに関する。
従来の工業用バーナにあっては、排ガスの熱を回収してエネルギー効率を高めたものとして、アルミナボールなどの蓄熱体を用いたものがある(例えば特許文献１参照、以下、従来技術１という。)。
この従来技術１では、燃焼により生じた排ガスを蓄熱体の間に通過させて蓄熱体を加熱し、次いでこの蓄熱体の間に燃焼用空気を通過させてこの燃焼用空気を加熱する。これにより排ガスの熱が高効率で回収される。しかしこの従来技術１では、蓄熱体に通過させる排ガスと燃焼用空気とを切換えて運転しなければならないうえ、耐熱性の高い蓄熱体を必要とするので、装置が大形化し、安価に実施できない問題がある。またこの蓄熱式バーナは、上記の蓄熱体が排ガスに含まれるダストなどで目詰まりや汚損を生じやすく、定期的な浄化のためのメンテナンスが煩雑である問題もある。
上記の排ガスの熱を回収できるより簡便なバーナとしては、バーナに熱交換器を付設して、この熱交換器で排ガスと燃焼用空気とを熱交換するものがある(例えば特許文献２参照、以下、従来技術２という。)。この従来技術２では、熱交換器内に排ガス路と空気供給路とが隔壁を介して設けてあり、この隔壁に設けたフィンなどにより排ガスの熱が燃焼用空気に回収される。この従来技術２は、工業用バーナで燃料を燃焼させながら排ガスの熱を回収できるが、バーナに熱交換器を接続する必要があり、装置が大形化する問題がある。
上記の熱交換器を、工業用バーナ自体に組み込むことも考えられる(例えば特許文献３参照、以下従来技術３という)。即ち、この従来技術３では、燃焼筒の外側に外側筒体を配置して、この外側筒体と燃焼筒との間に排ガス路を形成してあり、燃焼筒の外周面を介して、排ガス路内の排ガスと空気供給路内の燃焼用空気との間で熱交換が行われる。
しかしながら、工業用バーナは供給する熱カロリーから燃料や燃焼用空気の供給量が設定されており、これに応じて排ガスの流量も決まるので、この排ガスと燃焼用空気との間で十分に熱交換するには、所定長さの排ガス路が必要とされる。このため、上記の従来技術３では、燃焼筒の周囲の排ガス路を流れる排ガスから効率よく熱を回収しようとすると装置が大形化する問題があり、逆に装置を小形化しようとすると排ガスの熱を十分に回収できず、エネルギー効率を高くできない問題がある。
特開２００６−１０５５１７号公報 特開平０９−０１４６１２号公報 特開昭６１−０４９９１０号公報
本発明の技術的課題は上記の問題点を解消し、排ガスに保有される熱を効果的に回収してエネルギー効率を高め、しかも小形で簡単に構成でき、安価に実施できる工業用バーナを提供することにある。
本発明は上記の課題を解決するために、例えば、本発明の実施の形態を示す図１から図３に基づいて説明すると、次のように構成したものである。
即ち本発明は工業用バーナに関し、燃焼筒(17)の中心軸心に沿って基端側から先端側へ燃料供給路(18)を形成して、この燃料供給路(18)の先端側にノズル部(19)を設け、この燃焼筒(17)の基端側と上記のノズル部(19)との間で上記の燃料供給路(18)の外側に空気供給路(21)を形成した工業用バーナであって、上記の燃焼筒(17)の外側に外側筒体(22)を配置し、この燃焼筒(17)の先端寄り位置と外側筒体(22)との間に排ガス入口(12)を開口するとともに、外側筒体(22)の基端側に排ガス出口(23)を開口して、この排ガス入口(12)と排ガス出口(23)との間に排ガス路(13)を上記の空気供給路(21)に沿って形成し、上記の排ガス路(13)を上記の空気供給路(21)の周囲へ捲回される螺旋状に形成したことを特徴とする。
上記の排ガス入口から上記の排ガス路内へ流入した排ガスは、上記の空気供給路の周囲を螺旋状に進み、上記の排ガス出口へ流出する。このとき、排ガスに保有される熱の一部が、上記の空気供給路の周面を介してこの空気供給路内を流通する燃焼用空気に伝達される。
上記の螺旋状の排ガス路は、任意の手段により形成することができ、例えば螺旋状の管部材を用いて形成することも可能である。しかし、上記の空気供給路の外周面と上記の外側筒体の内周面との少なくともいずれか一方に螺旋状体を突設し、この螺旋状体のピッチ間に上記の排ガス路を形成すると、簡単な構成でありながら流路断面積の広い螺旋状の排ガス路を容易に形成することができ、しかも上記の螺旋状体により排ガスとの接触面積を広くして燃焼用空気との熱交換を良好に促進できるので、好ましい。
上記の排ガス路の外側には上記の外側筒体が位置しており、排ガスに保有される熱が外部へ放散されないように、この外側筒体を断熱材で構成することも可能である。しかし、この外側筒体の筒壁内に外周側通路と内周側通路とからなる外側空気供給路を形成し、この外周側通路の基端側に空気供給口を開口し、この外周側通路の先端側を内周側通路の先端側に連通させ、この内周側通路の基端側を上記の空気供給路の基端側に連通させると、より好ましい。この場合は、外側空気供給路内の空気層で排ガス路が断熱されるので、工業用バーナを断熱材で覆う必要を省略できるうえ、上記の排ガス路を流れる排ガスは、外側筒体の内周面を介して、上記の内周側通路を流れる燃焼用空気とも熱交換されるので、排ガスに保有される熱を一層良好に回収できるからである。
この場合、上記の内周側通路に流路がジグザグ状または螺旋状となる分散板を配置すると、この内周側通路内の流路が長く形成されるので、この通路内での燃焼用空気の通過時間を長くできて好ましい。さらに、この分散板を内周側通路の中心側の内周面に設けた場合には、この分散板により燃焼用空気との接触面積を広くして排ガスとの熱交換を良好に促進できるので、一層好ましい。
本発明は上記のように構成され作用することから、次の効果を奏する。
(１) 上記の排ガス路に流入した排ガスは、空気供給路の周囲を螺旋状に捲回しながら進むので、排ガス入口から排ガス出口に達するまでの経路が長いことから、排ガス路内での排ガスの通過時間を長くでき、空気供給路内の燃焼用空気と良好に熱交換させて排ガスに保有される熱を効果的に回収し、エネルギー効率を高めることができる。
(２) 上記の空気供給路に沿って形成される上記の排ガス路は、この空気供給路を捲回する螺旋状に形成してあるので、排ガス路を長く形成して排ガスと燃焼用空気との熱交換効率を高めたものでありながら、装置全体を小形に形成することができ、しかも排ガス路を螺旋状に形成するだけでよいので、装置全体を簡略に構成して安価に実施することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１と図２は本発明の実施形態を示し、図１は工業用バーナを備えた溶解炉の断面図であり、図２は工業用バーナの断面図である。
図１に示すように、熱処理炉の一種であるこの溶解炉(１)は、炉内空間(２)を囲む炉壁(３)の下端寄り部にバーナ装着孔(４)が透設してある。上記の炉内空間(２)には、上方の開口部(５)に坩堝(６)が装着してあり、この坩堝(６)内に被熱処理物であるアルミ合金などの非鉄金属(７)が収容してある。上記の炉壁(３)の内面には、螺旋状の凹溝または突条からなる案内手段(８)が形成してある。この炉壁(３)の上部には、排ガス導出口(９)が炉内空間(２)に臨ませて開口してあり、この排ガス導出口(９)と上記のバーナ装着孔(４)とを互いに連通させる排ガス案内路(10)が、上記の炉壁(３)の肉厚内に形成してある。
上記のバーナ装着孔(４)に装着される工業用バーナ(11)は、上記のバーナ装着孔(４)内に開口する排ガス入口(12)と、この排ガス入口(12)に連通した排ガス路(13)とを備える。この工業用バーナ(11)には、燃料供給管(14)と燃焼用空気供給管(15)とが接続してあり、この工業用バーナ(11)の先端から炉内空間(２)へ燃焼ガス(16)を噴出させることで、上記の坩堝(６)内の非鉄金属(７)が加熱される。
図２に示すように、上記の工業用バーナ(11)は、先端を開放した燃焼筒(17)を備えており、この燃焼筒(17)の中心軸心に沿って基端側から先端側へ燃料供給路(18)が形成してある。前記の燃料供給管(14)は、この燃料供給路(18)の基端側に接続される。この燃料供給路(18)の先端側にはノズル部(19)が設けてあり、このノズル部(19)と上記の燃焼筒(17)の先端との間に一次燃焼室(20)が形成してある。
上記の燃焼筒(17)内には、基端側と上記のノズル部(19)との間に空気供給路(21)が、上記の燃料供給路(18)の外側に形成してある。この空気供給路(21)の先端側は、上記の一次燃焼室(20)に連通してある。
上記の燃焼筒(17)の外側には、基端部から先端近傍部まで覆うように、外側筒体(22)が配置してある。この外側筒体(22)の基端側には排ガス出口(23)が開口してあり、この排ガス出口(23)に、例えば煙突状の排気筒(24)が接続される。
前記の排ガス入口(12)は、上記の燃焼筒(17)の先端寄り位置と外側筒体(22)の先端との間に開口してある。この排ガス入口(12)と上記の排ガス出口(23)との間に、前記の排ガス路(13)が上記の空気供給路(21)に沿って、燃焼筒(17)の外側に形成してある。
上記の燃焼筒(17)の外周面のうち、上記の空気供給路(21)の外周面に螺旋状体(25)が突設してある。上記の排ガス路(13)は、この螺旋状体(25)のピッチ間に、上記の空気供給路(21)の周囲を捲回する螺旋状に形成されている。上記の螺旋状体(25)は任意の手段で形成することができ、例えばコイル状の部材を燃焼筒(17)の外周面に溶接してもよく、或いは燃焼筒(17)と一体形成したもの等であってもよい。
なおこの実施形態では、上記の螺旋状体(25)の形成や燃焼筒(17)と外側筒体(22)との組付を容易にする等の理由から、この螺旋状体(25)の外周端を外側筒体(22)の内周面から僅かに離隔させてある。しかし本発明では、この螺旋状体(25)の外周端を外側筒体(22)の内周面に当接させてもよい。またこの実施形態では、この螺旋状体(25)を燃焼筒(17)の外周面に突設した。しかし本発明では、この螺旋状体(25)を上記の外側筒体(22)の内周面に突設してもよく、あるいは燃焼筒(17)の外周面と外側筒体(22)の内周面との両者に突設してもよい。
上記の外側筒体(22)の筒壁内には、外周側通路(26)と内周側通路(27)とからなる外側空気供給路(28)が形成してある。
上記の外周側通路(26)は基端側に空気供給口(29)が開口してあり、前記の燃焼用空気供給管(15)はこの空気供給口(29)に接続してある。この外周側通路(26)の先端側は、上記の内周側通路(27)の先端側に連通させてあり、この内周側通路(27)の基端側は上記の空気供給路(21)の基端側に連通させてある。また、この内周側通路(27)の中心側内周面には、周方向へ半周に亘って延びる分散板(30)が、例えば図２における上側と下側とから、交互に付設してある。これにより、燃焼用空気(31)の流路がジグザグ状または螺旋状にされている。
次に、上記の工業用バーナ(11)で上記の溶解炉(１)内の非鉄金属(７)を加熱する場合について説明する。
上記の工業用バーナ(11)にガス燃料(32)と燃焼用空気(31)とを供給し、上記のノズル部(19)前方の一次燃焼室(20)へ案内する。即ち、上記の燃焼用空気(31)は、外側空気供給路(28)の外周側通路(26)と内周側通路(27)とを順に通過したのち、空気供給路(21)を経て一次燃焼室(20)へ案内される。このとき、この内周側通路(27)を流れる燃焼用空気(31)は、上記の分散板(30)により通路内面と広い面積で接触しながら、ジグザク状または螺旋状の長い経路を進む。
上記の一次燃焼室(20)へ案内されたガス燃料(32)と燃焼用空気(31)は、互いに混合されて着火され、これにより、その火炎と燃焼ガス(16)が、燃焼筒(17)の先端から上記の溶解炉(１)の炉内空間(２)へ噴出する。この燃焼ガス(16)は、炉内空間(２)を前記の案内手段(８)に沿って進み、坩堝(６)の周囲を螺旋状に旋回しながら上昇して、坩堝(６)内の非鉄金属(７)を加熱したのち、排ガス(33)となって上記の排ガス導出口(９)から排ガス案内路(10)へ流出する。この排ガス案内路(10)に流入した排ガス(33)は、炉壁(３)の肉厚により外部への放熱を防止されながら、上記のバーナ装着孔(４)へ案内される。
このバーナ装着孔(４)に達した排ガス(33)は、上記の排ガス入口(12)から排ガス路(13)内へ流入し、上記の螺旋状体(25)により、通路内面と広い面積で接触しながら、上記の空気供給路(21)の外周面に沿って螺旋状の長い経路を進む。このとき、空気供給路(21)の外周面と外側筒体(22)の内周面とを介して、排ガス(33)に保有される熱の一部が燃焼用空気(31)へ良好に伝達される。そしてこの熱交換により温度が低下した排ガス(33)が、上記の排ガス出口(23)から上記の排気筒(24)を経て炉外へ排出される。上記の外側筒体(22)の内周面は、排ガス路(13)を流通する高温の排ガス(33)で加熱されるが、この外側筒体(22)の筒壁内には外周側通路(26)と内周側通路(27)とが形成してあるので、この両通路の空気層により良好に断熱され、外部空間への放熱が防止されている。
なお、この実施形態では、図２に示すように、上記の工業用バーナ(11)の先端部とバーナ装着孔(４)との間に隙間が形成してあるので、上記のバーナ装着孔(４)に達した排ガス(33)の一部は、この隙間から炉内空間(２)へ還流される。しかし本発明では、この隙間が形成されないように、上記のバーナ装着孔(４)の大きさを工業用バーナ(11)の先端部に適合させて設定してもよい。
上記の工業用バーナ(11)は、排ガス(33)に保有される熱を回収して燃焼用空気(31)を良好に加熱できるので、エネルギー効率が高い。例えば、排ガスと燃焼用空気との熱交換をしない従来の工業用バーナを用いた場合は、溶解時間が３時間４４分であり、排ガス温度が８７３℃であったが、これに対し上記の実施形態の工業用バーナを用いた場合は、溶解時間が２時間５４分で２２％以上短縮でき、排ガス温度は５６７℃で３００℃以上低下でき、従来のものに比べてガス消費を３０％削減することができた。
上記の実施形態では、上記の螺旋状体(25)を断面が矩形の板で形成した。しかし本発明におけるこの螺旋状体は特定の形状に限定されず、他の断面形状であってもよい。
例えば、図３に示す変形例では、この螺旋状体(25)を断面が円形の線条材で形成したものである。この場合は螺旋状体(25)を所定のコイル径とピッチに容易に形成できるので、安価に実施できて好ましい。
上記の実施形態で説明した工業用バーナは、本発明の技術的思想を具体化するために例示したものであり、各部材の形状や構造、配置などはこの実施形態のものに限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲内において種々の変更を加え得るものである。
例えば上記の排ガス路や空気供給路には、流路抵抗が過剰に大きくならない程度に、熱交換用のフィンを必要に応じて設けることも可能である。また上記の実施形態では内周側通路に分散板を設けたが、本発明ではこれを省略して燃焼用空気をより円滑に供給できるように構成してもよく、あるいは、流路抵抗が過剰に大きくならない場合は、この分散板に代えて螺旋状体を配置し、これによりこの内周側通路を螺旋状に形成してもよい。
また、上記の実施形態では、炉壁内面に案内手段を備える溶解炉に工業用バーナを用いた。しかし本発明の工業用バーナは、炉壁内面に案内手段を備えない溶解炉はもとより、金属を溶融状態に保持する保持炉や焼鈍し炉などの金属加熱炉、取鍋予熱炉、焼成炉等、他の用途や形状、構造の熱処理炉に用いることができる。
さらに本発明の工業用バーナは、例えば特開２００３−２６２３０５公報で開示されているような、溶解金属保持用の浸漬管バーナに適用することも可能である。この場合、上記の外側筒体は、燃焼筒の先端よりも前方へ突出させてその先端が閉塞され、一次燃焼室で燃焼させた燃焼ガスは、燃焼筒の先端で外側へ折り返されて、外側筒体との間に形成された排ガス路へ案内される。
なお、上記の実施形態ではガス燃料を用いたが、本発明の工業用バーナは液体燃料など他の燃料を用いてもよいことは、言うまでもない。
本発明の工業用バーナは、排ガスの熱を効果的に回収して、エネルギー効率を高め、しかも小形で簡単に構成でき、安価に実施できるので、溶解炉やその他の熱処理炉に好適に用いられる。
本発明の実施形態を示す、工業用バーナを備えた溶解炉の断面図である。 本発明の実施形態を示す、工業用バーナの断面図である。 本発明の変形例を示す、工業用バーナの要部の断面図である。
符号の説明
11…工業用バーナ
12…排ガス入口
13…排ガス路
17…燃焼筒
18…燃料供給路
19…ノズル部
21…空気供給路
22…外側筒体
23…排ガス出口
25…螺旋状体
26…外周側通路
27…内周側通路
28…外側空気供給路
29…空気供給口
30…分散板

Claims (4)

  1. 燃焼筒(17)の中心軸心に沿って基端側から先端側へ燃料供給路(18)を形成して、この燃料供給路(18)の先端側にノズル部(19)を設け、
    この燃焼筒(17)の基端側と上記のノズル部(19)との間で上記の燃料供給路(18)の外側に空気供給路(21)を形成した工業用バーナであって、
    上記の燃焼筒(17)の外側に外側筒体(22)を配置し、この燃焼筒(17)の先端寄り位置と外側筒体(22)との間に排ガス入口(12)を開口するとともに、外側筒体(22)の基端側に排ガス出口(23)を開口して、この排ガス入口(12)と排ガス出口(23)との間に排ガス路(13)を上記の空気供給路(21)に沿って形成し、
    上記の排ガス路(13)を上記の空気供給路(21)の周囲へ捲回される螺旋状に形成したことを特徴とする、工業用バーナ。
  2. 上記の空気供給路(21)の外周面と上記の外側筒体(22)の内周面との少なくともいずれか一方に螺旋状体(25)を突設し、この螺旋状体(25)のピッチ間に上記の排ガス路(13)を形成した、請求項１に記載の工業用バーナ。
  3. 上記の外側筒体(22)の筒壁内に、外周側通路(26)と内周側通路(27)とからなる外側空気供給路(28)を形成し、この外周側通路(26)の基端側に空気供給口(29)を開口し、この外周側通路(26)の先端側を内周側通路(27)の先端側に連通させ、この内周側通路(27)の基端側を上記の空気供給路(21)の基端側に連通させた、請求項１または請求項２に記載の工業用バーナ。
  4. 上記の内周側通路(27)に流路がジグザグ状または螺旋状となる分散板(30)を配置した、請求項３に記載の工業用バーナ。
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