JP2012122706A - シングルエンド型ラジアントチューブバーナ - Google Patents

Abstract

【課題】バーナ装置によりラジアントチューブを加熱するに当たり、ムダになるエネルギーを極力減少させることができるシングルエンド型ラジアントチューブバーナを提供する。
【解決手段】本発明は、内部が仕切壁１１によって往路２と復路３とに仕切られたラジアントチューブ１と、ラジアントチューブ１内の往路２に向けて燃焼による熱風を送出するバーナ装置４とを備えたシングルエンド型ラジアントチューブバーナであって、前記仕切壁１１によって仕切られた往路２と復路３とが、前記ラジアントチューブ１の中心軸廻りに螺旋状に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、シングルエンド型ラジアントチューブバーナに関する。

従来、内部が仕切壁によって往路と復路とに仕切られたラジアントチューブと、この往路に向けて燃焼による熱風を送出するバーナ装置とを備えたシングルエンド型ラジアントチューブバーナが知られている（例えば特許文献１，２参照）。

この特許文献１記載のラジアントチューブバーナは、有底円筒状のラジアントチューブを備えている。このラジアントチューブは、内部が仕切壁により２つの燃焼室に仕切られており、これら２つの燃焼室同士が先端側で連通している。特許文献１記載のラジアントチューブは、燃焼室がラジアントチューブの長手方向に沿って長く形成されており、当該燃焼室内部を流通する燃焼ガスが、ラジアントチューブの長手方向と同方向に流れるようになっている。

また特許文献２記載のラジアントチューブバーナも、特許文献１記載のものと同様に、有底円筒状のラジアントチューブを備えている。このラジアントチューブは、有底円筒状の外管と、この外管の内部に収容された当該外管と同心円状の内管とを有し、二重管構造となっている。このラジアントチューブバーナは、内管の周壁により、当該内管の内部の燃焼室と、内管と外管との間の燃焼室とに仕切られており、これら燃焼室が内管端部と外管底部との間の隙間を介して連通している。特許文献２記載のラジアントチューブも、燃焼室がラジアントチューブの長手方向に沿って長く形成されており、当該燃焼室内部を流通する燃焼ガスが、ラジアントチューブの長手方向と同方向に流れるようになっている。

特開平９−７９５２４号公報 特開平７−８３４１４号公報

ところで、上記特許文献１，２のラジアントチューブは、内部を流通する燃焼ガスが、ラジアントチューブの長手方向と同方向に流れるよう構成されているため、ラジアントチューブの長手方向の長さが短い場合には燃焼ガスの流路長さが短くなってしまう。燃焼ガスの流路長さが短いと、燃焼ガスとラジアントチューブとの熱交換率が低下し、排気ガスの排熱温度が上昇する。つまりこの場合、ラジアントチューブの温度上昇に使用される熱エネルギーが小さく廃棄される熱エネルギーが大きくなってしまうため、バーナ装置からラジアントチューブへの熱伝達においてムダなエネルギーが多くなってしまうという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、バーナ装置によりラジアントチューブを加熱するに当たり、ムダになるエネルギーを極力減少させることができるシングルエンド型ラジアントチューブバーナを提供することにある。

本発明のシングルエンド型ラジアントチューブバーナは、内部が仕切壁１１によって往路２と復路３とに仕切られたラジアントチューブ１と、ラジアントチューブ１内の往路２に向けて燃焼による熱風を送出するバーナ装置４とを備えたシングルエンド型ラジアントチューブバーナであって、前記仕切壁１１によって仕切られた往路２と復路３とが、前記ラジアントチューブ１の中心軸廻りに螺旋状に形成されていることを特徴とする。

このように往路２と復路３とが螺旋状に形成されていることにより、ラジアントチューブ１内を流通する燃焼ガスが、ラジアントチューブ１の長手方向に対し交差する方向に流れ、燃焼ガスの流路長さが長くなる。しかも、往路２と復路３とが螺旋状に形成されていることにより、バーナ装置４から送出される熱風が、ラジアントチューブ１内において乱流になりやすい。これによりバーナ装置４から送出される熱風による熱が、ラジアントチューブ１に伝導しやすいものとなる。

またこのシングルエンド型ラジアントチューブバーナにおいて、前記ラジアントチューブ１の中心軸廻りに螺旋状に形成された往路２と復路３とが、前記ラジアントチューブ１の長手方向の略全長に亘って設けられていることが好ましい。

このような構成によれば、往路２と復路３との間の仕切壁１１の表面積が平板状の仕切壁１１よりも増大するうえ、当該仕切壁１１がラジアントチューブ１の略全長に亘って形成されているため、燃焼ガスと仕切壁１１との接触面積も増大する。仕切壁１１と燃焼ガスとの接触面積が増大すると、仕切壁１１に対する熱の伝導も大きくなり、仕切壁１１の温度が上昇する。そして加熱された仕切壁１１の輻射熱により、ラジアントチューブ１の表面温度を一層上昇させることができる。

またシングルエンド型ラジアントチューブバーナにおいて、前記バーナ装置４は、排気ガスの排熱を蓄熱すると共に給気と排気とを切り替えることで、前記蓄熱を利用して燃焼に用いる給気の予熱を行なうリジェネレイティブバーナであることが好ましい。

このような構成によれば、排熱を給気の予熱に用いることができ、燃焼ガスの熱効率を一層高めることができる。

本発明のシングルエンド型ラジアントチューブバーナによれば、バーナ装置によりラジアントチューブを加熱するに当たり、ムダになるエネルギーを極力減少させることができる。

本発明の一実施形態のラジアントチューブバーナを示す側断面図である。 同上の実施形態のラジアントチューブバーナにおいて、図１のガスの流通経路を切り替えた状態を示す側断面図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面に基づいて説明する。

本実施形態のラジアントチューブバーナは、いわゆるシングルエンド型のラジアントチューブバーナである。このラジアントチューブバーナは、ラジアントチューブ１が炉内に位置するように炉壁に取り付けられる。ラジアントチューブバーナは、バーナ装置４によって送出された燃焼ガスによってラジアントチューブ１が加熱されるようになっており、高温となったラジアントチューブ１の輻射熱により、炉内に収容された加熱対象物を加熱する。このラジアントチューブバーナは、内部にガス流路１４を有する有底円筒状のラジアントチューブ１と、このラジアントチューブ１内部のガス流路１４に向けて燃焼による熱風を送出するバーナ装置４とを備えている。

ラジアントチューブ１は、内部のガス流路１４を流通する燃焼ガスと熱交換を行なうことにより、表面全体が高温となる。本実施形態のラジアントチューブ１は、一直線状で且つ一端が開口した有底円筒状のラジアントチューブ本体１０と、このラジアントチューブ本体１０内に収容配置された仕切壁１１とを備えている。ラジアントチューブ本体１０及び仕切壁１１には、耐熱鋳鋼やセラミックス等が好適に用いられる。

仕切壁１１は、ラジアントチューブ本体１０の内面とでガス流路１４を形成する。仕切壁１１は、帯状の平板を当該平板の幅方向中央廻りで捻ったような形状となっており、この幅方向の端面がラジアントチューブ１の中心軸廻りに螺旋状に形成されている。この仕切壁１１は、その端面がラジアントチューブ１の内側面に対し、当接又は近接対向するよう配置される。この仕切壁１１は、ラジアントチューブ１の長手方向の略全長に亘って設けられており、ラジアントチューブ１の長手方向の略全長に亘ってガス流路１４を形成する。

ガス流路１４は、第１の流路１２と、第２の流路１３とから構成されている。第１の流路１２と第２の流路１３とは、ラジアントチューブ１の底部において相互に連通しており、いずれか一方が往路２となり、いずれか他方が復路３となる。この第１の流路１２と第２の流路１３とは、互いに隣接した状態でラジアントチューブ１の中心軸廻りに螺旋状に形成されており、ラジアントチューブ１の長手方向に見て交互に配置された状態となっている。このガス流路１４は、ガス流れ方向に直角な断面において断面Ｕ字状に形成されている。なお第１の流路１２と第２の流路１３とは、ラジアントチューブ１の底部を境界にして分けられる。

バーナ装置４は、ラジアントチューブ１内のガス流路１４に向けて燃焼による熱風を送出する。本実施形態のバーナ装置４はリジェネレイティブバーナにより構成されており、ラジアントチューブ１の開口端部に装着される。このバーナ装置４は、第１の流路１２に連通する第１の蓄熱室４１と、第２の流路１３に連通する第２の蓄熱室４２と、第１の流路１２に給気し且つ第２の流路１３から排気する（第１の流路１２を往路２とし第２の流路１３を復路３とする場合）か、又は第２の流路１３に給気し且つ第１の流路１２から排気する（第２の流路１３を往路２とし第１の流路１２を復路３とする場合）かを切り替える切替手段４３とを備えている。さらにバーナ装置４は、この切替手段４３の上流側に給気ブロア４４を備えている。

またバーナ装置４は、第１の流路１２に臨む第１の燃料供給口４５と、第２の流路１３に臨む第２の燃料供給口４６とを備えている。この第１の燃料供給口４５と第２の燃料供給口４６とは、燃料供給路５０によって燃料供給源４７に接続されており、燃料供給路５０に設けられた電磁弁５１，５２により開閉自在に構成されている。さらにバーナ装置４は、電磁弁５１，５２及び切替手段４３の動作を制御する制御部を有している。

本実施形態の切替手段４３は、四方弁により構成されており、給気ブロア４４と、第１の蓄熱室４１と、第２の蓄熱室４２と、排気管４９とにそれぞれ接続されている。切替手段４３は、通気管路４８を介して、第１の蓄熱室４１及び第２の蓄熱室４２と接続されている。切替手段４３は、給気ブロア４４と第１の蓄熱室４１とを連通させ且つ第２の蓄熱室４２と排気管４９とを連通させる状態（図１）と、給気ブロア４４と第２の蓄熱室４２とを連通させ且つ第１の蓄熱室４１と排気管４９とを連通させる状態（図２）とを切り替える。すなわち切替手段４３は、第１の蓄熱室４１を介して第１の流路１２にエアを供給すると共に第２の蓄熱室４２を介して排気管４９から排気する流通経路と、第２の蓄熱室４２を介して第２の流路１３にエアを供給すると共に第１の蓄熱室４１を介して排気管４９から排気する流通経路とを交互に切り替えるよう制御部により制御される。

第１の蓄熱室４１及び第２の蓄熱室４２は、内部に蓄熱材を収容する。第１の蓄熱室４１と第２の蓄熱室４２とのうち、復路３となる側の流路下流側に位置する蓄熱室は排気ガスの排熱を蓄熱し、往路２となる側の流路上流側に位置する蓄熱室は、排気ガスにより蓄熱した熱を利用して燃焼前の給気の予熱を行なう。

このような構成のラジアントチューブバーナは、次のように動作する。

制御部が切替手段４３を制御して第１の流路１２に向けて給気を行なわせると、給気ブロア４４から供給されたエアが、第１の蓄熱室４１を介して第１の流路１２に供給される（図１参照）。次いで制御部は、電磁弁５１を開放させて第１の燃料供給口４５を開放し、第１の流路１２に燃料ガスを噴出させ、第１の流路１２に臨むスパークロッド（図示せず）に点火する。これにより燃焼が起こり、このとき生成された炎や燃焼ガスにより、第１の流路１２に熱風が送出される。

このとき生成される炎は、第１の流路１２（往路２）に沿って螺旋状となり、燃焼ガスは第１の流路１２（往路２）に沿って螺旋状に流れる。そして、往路２に沿って伸びる炎や当該往路２に沿って移動する燃焼ガスは、仕切壁１１及びラジアントチューブ１と熱交換を行う。高温の燃焼ガスは、第１の流路１２（往路２）から第２の流路１３（復路３）に移動する。次いで、第２の流路１３（復路３）に沿って流路を移動し、仕切壁１１及びラジアントチューブ１と熱交換を行いながら、第２の蓄熱室４２を通過し、通気管路４８を介して切替手段４３に到達し、排気管４９を介して排気される。このとき第２の蓄熱室４２は、復路３の下流側に位置しているから、仕切壁１１及びラジアントチューブ１と熱交換しきれなかった熱エネルギーを回収する。

一定時間後、制御部は、切替手段４３を切り替え、第２の流路１３（往路２）に向けて給気を行わせるよう制御する（図２参照）。給気ブロア４４から供給されたエアは、第２の蓄熱室４２を介して第２の流路１３（往路２）に供給される。このとき第２の蓄熱室４２は、先に回収した熱により給気ブロア４４からの給気を予熱する。第２の蓄熱室４２を通過することで温度上昇したエアは、第２の流路１３に供給される。次いで制御部は、電磁弁５２を開放させて第２の燃料供給口４６を開放し、第２の流路１３に燃料ガスを噴出させ、第２の流路１３に臨むスパークロッドに点火する。これにより第２の流路１３に燃焼による熱風が送出される。

本実施形態のバーナ装置４は、このような動作を、所定時間ごとに繰り返し行なうよう制御される。

本実施形態のラジアントチューブバーナは、往路２と復路３とが螺旋状に形成されていることにより、ラジアントチューブ１内を流通する燃焼ガスが、ラジアントチューブ１の長手方向に対し交差する方向に流れるから、当該長手方向と同方向に流路を有するラジアントチューブ１よりも、燃焼ガスの流路長さが長くなる。そのうえ往路２と復路３とが螺旋状に形成されていることにより、バーナ装置４から送出される熱風が、ラジアントチューブ１内において乱流になりやすい。これによりバーナ装置４から送出される熱風による熱が、ラジアントチューブ１に伝導しやすいものとなる。

また、本実施形態のラジアントチューブバーナは、仕切壁１１が捻られたような形状となっている上にラジアントチューブ１の長手方向の略全長に亘って形成されているから、往路２と復路３との間の仕切壁１１の表面積が平板状の仕切壁よりも増大する。これにより燃焼ガスと仕切壁１１との接触面積も増大する。仕切壁１１と燃焼ガスとの接触面積が増大すると、仕切壁１１に対する熱の伝導も大きくなり、仕切壁１１の温度が上昇する。そして加熱された仕切壁１１の輻射熱により、ラジアントチューブ１の表面温度を一層上昇させることができる。

また本実施形態のラジアントチューブバーナは、バーナ装置４がリジェネレイティブバーナにより構成されているから、排熱を給気の予熱に用いることができ、燃焼ガスの熱効率を一層高めることができるという利点を有する。

また、本実施形態のラジアントチューブバーナは、往路２と復路３とが隣接するよう交互に配置されており、燃焼ガスの温度が低くなる復路３のすぐ両隣に温度の高い往路２が位置しているため、ラジアントチューブ１表面の温度の均一化を図ることができ、温度のばらつきを抑制することができる。

また、仮にラジアントチューブ１の長手方向を短くしようとした場合であっても、内部を流通する燃焼ガスの流通経路の長さを長く確保することができるから、燃焼ガスの熱交換効率を保ったまま、ラジアントチューブ１の小型化を図ることができる。

また本実施形態のラジアントチューブバーナは、ラジアントチューブ１の内径が、内部に仕切壁１１を収容できる大きさに形成されていればよいため、従来の外管と内管との二重構造のラジアントチューブ１に比べて、小径化を図ることが可能である。

またこのように小型化が可能となった結果、本実施形態のラジアントチューブ１を小型設備へ設置することができるようになり、しかも設計上の自由度が向上する。

なお本実施形態のラジアントチューブバーナは、一直線状のラジアントチューブ１により構成されていたが、本発明のシングルエンド型ラジアントチューブバーナのラジアントチューブの形状は、一直線状のものでなくてもよく、この点限定されるものではない。

また本実施形態のラジアントチューブバーナは、バーナ装置４としてリジェネレイティブバーナが用いられていたが、本発明のシングルエンド型ラジアントチューブバーナのバーナ装置は、リジェネレイティブバーナでなくてもよく、このリジェネレイティブバーナは必ずしも必要な構成ではない。

１ ラジアントチューブ
１０ ラジアントチューブ本体
１１ 仕切壁
１２ 第１の流路
１３ 第２の流路
１４ ガス流路
２ 往路
３ 復路
４ バーナ装置
４１ 第１の蓄熱室
４２ 第２の蓄熱室
４３ 切替手段
４４ 給気ブロア
４５ 第１の燃料供給口
４６ 第２の燃料供給口
４７ 燃料供給源
４８ 通気管路
４９ 排気管
５０ 燃料供給路

Claims (3)

1. 内部が仕切壁によって往路と復路とに仕切られたラジアントチューブと、
   ラジアントチューブ内の往路に向けて燃焼による熱風を送出するバーナ装置と
   を備えたシングルエンド型ラジアントチューブバーナであって、
   前記仕切壁によって仕切られた往路と復路とが、前記ラジアントチューブの中心軸廻りに螺旋状に形成されている
   ことを特徴とするシングルエンド型ラジアントチューブバーナ。
2. 前記ラジアントチューブの中心軸廻りに螺旋状に形成された往路と復路とが、前記ラジアントチューブの長手方向の略全長に亘って設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載のシングルエンド型ラジアントチューブバーナ。
3. 前記バーナ装置は、排気ガスの排熱を蓄熱すると共に給気と排気とを切り替えることで、前記蓄熱を利用して燃焼に用いる給気の予熱を行なうリジェネレイティブバーナである
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のシングルエンド型ラジアントチューブバーナ。
   

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