JP2010190489A - バーナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱膨張によって放電位置がずれないバーナ装置を提供する。
【解決手段】装置の外壁となる固定壁４を貫通し、燃料を供給する通電可能な燃料供給パイプ６と、固定壁４を貫通し、燃料供給パイプ６と電気的に絶縁しながら燃料供給パイプ６に沿って配設され、先端が燃料供給パイプ６に近接する電極棒８とを有するバーナ装置１において、電極棒８は、先端近傍が燃料供給パイプ６に固定され、固定壁４を貫通する部分が固定壁４に固定され、燃料供給パイプ６に固定された部分と固定壁４に固定された部分との間で分断され、導電性のスリーブ１６を嵌装することよって接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、バーナ装置に関する。

バーナ装置には、燃料および燃焼空気を供給するための流路と、点火手段とが必要である。点火手段としては、電気火花を発生させるものが広く使用されている。このような点火手段として、燃料の流路となるパイプと、前記パイプに沿って配設した電極棒の先端部との間に火花放電を起こさせるものがある。

このようなバーナ装置は、例えば、特許文献１に記載されているようなラジアントチューブ式加熱装置のバーナとしても使用できる。

例えば、特許文献２および３には、装置の内部に長く延伸する導電性の燃料供給パイプおよび該燃料供給パイプに平行に配設した電極棒からなり、燃料供給パイプと電極棒との間に電圧を印加することによって火花放電を発生する点火手段を有するラジアントチューブバーナが記載されている。

このようなラジアントチューブバーナでは、一般に、装置の外壁と点火位置とが離れており、電極棒を保護する碍子と電極棒の熱膨張率の違いによって碍子が割れたり、燃料供給パイプと電極棒との熱膨張率の違いによって放電位置がずれたりする。

また、ラジアントチューブ式加熱装置において、主燃焼バーナの点火のために、上述の電気火花によって点火するバーナ装置を、パイロットバーナとして使用するものもある。このようなパイロットバーナの場合、熱膨張率の違いによって放電位置がずれると、燃料のない空間に電気火花が発生することになるため、全く点火できなくなるという問題がある。

図２に、従来の点火手段を備えるパイロットバーナ２１を使用したラジアントチューブバーナ２２を示す。従来のラジアントチューブバーナ２２用パイロットバーナ２１では、パイロット用燃料ガスとパイロットエアとの混合ガスを供給する導電性のパイプ２３に設けた小さな穴２４へ、パイプ２３と平行に配線した電極棒２５から放電することで、パイロットバーナ２１に点火する。電極棒２５は碍子２６で絶縁されている。

ラジアントチューブバーナ２１において、先に述べたような熱膨張率の違いによる点火位置のずれを防止するために、図３に示すように、電極棒２５の先端近傍の碍子２６を固定部材２７によってパイプ２３に堅固に固定し、電極棒２５および碍子２６の他端が外壁を封止する盲フランジ２８を摺動可能に貫通するようにする場合もある。しかしながら、装置の気密性が要求されるために、碍子２６と盲フランジ２８との間にグランドパッキンのようなシール構造２９が必要になる。このため、碍子２６の盲フランジ２８に対する摺動の摩擦力が大きくなり、碍子２６の先端の固定部材２７に大きな負荷が加わる。このため、このような構造のバーナ装置では、碍子２６や固定部材２７が破損することも多い。

さらに、近年、特許文献４および５に記載されているような、熱交換器や蓄熱器を利用した熱効率の改善の結果、ラジアントチューブバーナに供給される燃焼空気の温度が高くなる傾向にある。このため、点火手段の熱膨張による不具合が発生しやすくなっている。

特公平１−３７６４５号公報 特開平９−１４６１２号公報 特開平１１−２０１４１６号公報 特開２００１−３３０２０９号公報 特開２００７−２７８６９３号公報

前記問題点に鑑みて、本発明は、熱膨張によって放電位置がずれないバーナ装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明によるバーナ装置は、装置の外壁となる固定壁を貫通し、燃料を供給する導電性の燃料供給パイプと、前記固定壁を貫通し、前記燃料供給パイプと電気的に絶縁しながら前記燃料供給パイプに沿って配設され、先端が前記燃料供給パイプに近接する電極棒とを有し、前記電極棒は、先端近傍が前記燃料供給パイプに固定され、固定壁を貫通する部分が前記固定壁に固定され、前記燃料供給パイプに固定された部分と前記固定壁に固定された部分との間で分断され、導線性のスリーブを嵌装することよって接続されているものとする。

この構成によれば、導電性のスリーブによって分断された電極棒の導通を確保しながら、分断された電極棒のギャップを可変させることによって、燃料供給パイプと電極棒との熱膨張の差を吸収できる。これにより、放電位置がずれないので点火不良がなく点火が確実である。また、熱膨張による寸法変化を吸収することで、電極棒先端部の固定構造に大きな応力が加わらず、碍子や固定部材が破損する不具合がない。

また、本発明のバーナ装置において、前記スリーブは、片側が前記電極棒に固定されてもよい。

この構成によれば、溶接などの安価な方法でスリーブの脱落を防止できる。

また、本発明のバーナ装置において、前記電極棒は、碍子を介して前記燃料供給パイプ上に保持されてもよい。

この構成によれば、電極棒が途中で熱変形することによる望外の短絡や放電を防止できる。

また、本発明のバーナ装置は、電極棒および燃料供給パイプが長く、燃焼用空気の温度が高くなるラジアントチューブバーナ用のパイロットバーナに特に適する。

本発明によれば、燃料供給パイプに沿って配設される電極棒を途中で分断し、導電スリーブによって伸縮自在に接続するので、燃料供給パイプと電極棒との間に熱膨張率の差があっても、寸法変化の差を吸収して放電位置を維持することで点火を確実にでき、電極棒の固定構造に大きな負荷を与えて破損させることもない。

本発明の第１実施形態のパイロットバーナを備えたラジアントチューブバーナの断面図である。 従来のパイロットバーナを備えたラジアントチューブバーナの断面図である。 従来のパイロットバーナを備えた異なるラジアントチューブバーナの断面図である。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の１つの実施形態であるパイロットバーナ（バーナ装置）１を備えた燃焼排ガス循環式ラジアントチューブバーナ２を示す。ラジアントチューブバーナ２は、ラジアントチューブ３の端部を封止し、装置の外壁の開口を封止する盲フランジ（固定壁）４に、燃料を供給する燃料パイプ５と、パイロットガスおよびパイロットエアが供給される例えばステンレス鋼からなる導電性のパイロット用混合ガスパイプ（燃料供給パイプ）６が溶接固定されている。燃料パイプ５および混合ガスパイプ６の先端は、ラジアントチューブ３内に保持された保炎筒７の内部に向かって開口している。

パイロットバーナ１は、混合ガスパイプ６に沿って、例えばカンタル合金線からなる電極棒８が配設されている。電極棒８は、先端が混合ガスパイプ６に近接し、混合ガスパイプ６に形成した点火穴９に対向するように折り曲げられている。そして、電極棒８は、先端の近傍に碍子１０が固定され、混合ガスパイプ６に取り付けた固定部材１１によって碍子１０が保持されることにより、先端部分が点火穴９に対向して固定されている。碍子１０には、例えば、固定部材１１に螺合するねじが嵌合する凹部が形成され、確実な固定を可能にしてもよい。また、電極棒８は、折り曲げた先端部が点火穴９に対向する位置からずれないようにするために、碍子１０にプラグセメント（無機接着剤）等で固定してもよい。

また、電極棒８は、盲フランジ４を貫通する部分にも碍子１２が固定されており、この碍子１２が盲フランジ４に気密に固定されるようになっている。そして、電極棒８の中央部は、電極棒８に摺動可能に嵌装された筒状の碍子１３を介して、混合ガスパイプ６との間の絶縁距離を確保するように固定部材１４によって摺動可能に保持されている。電極棒８の碍子１３の両側には、碍子１３と隙間を空けてカシメ部材１５が圧着固定されている。このカシメ部材１５は、碍子１３の位置が大きくずれることを防止する。これらの碍子１０，１２，１３は、盲フランジ４および混合ガスパイプ６と電極棒８との間の絶縁を確保し、電極棒８の先端以外の場所で望外の放電や短絡が発生しないようにしている。尚、場合によっては、碍子１３についても、碍子１０と同様に、固定部材１４に対して固定してもよい。また、カシメ部材１５を用いずとも、電極棒８そのものをかしめて膨らみ部を作り出すことにより、碍子１３の位置ずれを防止してもよい。

さらに、電極棒８は、盲フランジ４の近傍で分断されており、例えばステンレス鋼からなる導電性のスリーブ１６が嵌装されることで互いに接続されている。スリーブ１６は、盲フランジ４側（上流側）の電極棒８に溶接１７によって固定されているが、反対側（下流側）の電極棒８に対しては固定されておらず、下流側の電極棒８はスリーブ１６に対して容易に抜き差し可能である。

ステンレス鋼からなる混合ガスパイプ６は、カンタル合金からなる電極棒８に比べて約１．３倍の熱膨張率を有する。このため、ラジアントチューブバーナ２内の温度が上昇すると電極棒８の先端部は、電極棒８全体の伸びに比べて大きく下流側に移動させられる。しかしながら、電極棒８は、盲フランジ４に保持されている部分の近傍で、２つに分断されているので、この部分のギャップがスリーブ１６の中で広がることにより、電極棒８に張力を作用させない。

また、スリーブ１６は、電極棒８のギャップの大きさにかかわらず、分断されている両側の電極棒８に接触して、両者の電気的接続を維持する。また、混合ガスパイプ６の中央部に固定された碍子１３も、電極棒８の摺動を許し、張力を与えない。

このために、電極棒８同士のギャップは、混合ガスパイプ６の温度が低いときにも、電極棒８同士が当接しないように決定される。また、スリーブ１６は、混合ガスパイプ６が高温となり、電極棒８間のギャップが大きくなっても、電極棒８が抜け落ちないように、全長および電極棒の差し込み長を十分に長くしてある。

これにより、電極棒８は、混合ガスパイプ６および自身の温度にかかわらず、常に、先端部を点火穴９に対向させており、盲フランジ４の外側において、混合ガスパイプ６と電極棒８との間に所定の電圧を印加したとき、点火穴９において、電極棒８の先端と混合ガスパイプ６との間に火花放電を発生させる。パイロットバーナ１は、常に点火穴９において火花放電を発生させられることで、燃料への点火が確実である。

また、電極棒８には張力が作用しないので、碍子１０および固定部材１１に過大な応力が加わることがなく、破損の心配がない。

本実施形態では、スリーブ１６は、盲フランジ４側の端部を電極棒８に溶接して、スリーブ１６が電極棒８から抜け落ちないようにしているが、片側の電極棒８に対してスリーブ１６を圧着などの方法で固定してもよい。また、スリーブ１６の穴の中央に隔壁を設けて、両側の電極棒８に対して摺動可能、且つ、一方に偏っても抜け落ちない差し込み長を確保するようにしてもよい。

尚、スリーブ１６は、温度が高くなりにくい盲フランジ４に近い位置に設けることが好ましいが、電極棒８のどの位置に設けてもよい。また、絶縁物を介してスリーブ１６を混合ガスパイプ６に固定してもよい。

本実施形態のようなラジアントチューブバーナ用パイロットバーナは、一般的に、燃焼温度が高く、炉体の厚い断熱層を貫通して取り付けられるため、装置の外壁となる盲フランジから、火花放電を生じさせて燃料に点火する位置までの距離が長い。このため、燃料供給パイプ（混合ガスパイプ）と電極棒との熱膨張による寸法変化の差が大きくなるので、本発明を適用することで点火の確実性を向上させるとともに、碍子や電極棒の固定構造の破損を防止できる効果が大きい。

本発明を適用できるラジアントチューブバーナは、上記実施形態のような循環式のものだけでなく、非循環式の例えばシングルエンド型のラジアントチューブバーナなどにも適用できる。さらに、本発明は、他の形式のバーナ装置に適用することも可能であり、パイロットバーナに限らず、電極棒からの火花放電で直接点火されるバーナであれば、どのようなバーナにも適用できる。

また、本発明を適用したバーナ装置は、熱膨張による点火位置のずれや固定構造の破損がないので、使用温度を高くすることができる。

１…パイロットバーナ
２…ラジアントチューブバーナ
３…ラジアントチューブ
４…盲フランジ（固定壁）
６…混合ガスパイプ（燃料供給パイプ）
８…電極棒
９…点火穴
１０…碍子
１１…固定部材
１２…碍子
１３…碍子
１５…カシメ部材
１６…スリーブ

Claims (4)

1. 装置の外壁となる固定壁を貫通し、燃料を供給する通電可能な燃料供給パイプと、
   前記固定壁を貫通し、前記燃料供給パイプと電気的に絶縁しながら前記燃料供給パイプに沿って配設され、先端が前記燃料供給パイプに近接する電極棒とを有し、
   前記電極棒は、先端近傍が前記燃料供給パイプに固定され、固定壁を貫通する部分が前記固定壁に固定され、前記燃料供給パイプに固定された部分と前記固定壁に固定された部分との間で分断され、導電性のスリーブを嵌装することよって接続されていることを特徴とするバーナ装置。
2. 前記スリーブは、片側が前記電極棒に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のバーナ装置。
3. 前記電極棒は、碍子を介して前記燃料供給パイプ上に保持されることを特徴とする請求項１または２に記載のバーナ装置。
4. 前記バーナ装置は、ラジアントチューブバーナ用パイロットバーナであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のバーナ装置。

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