JP2014149107A - 気体燃料バーナー - Google Patents

Abstract

【課題】
気体燃料バーナーに改良を施すことで、工業炉の設備コストを低減すること。
【解決手段】
気体燃料２を噴射する燃料ノズル３と、支燃用の酸素ガス４を噴射すると共に、燃料ノズル３の外周側に配置された酸素ノズル５とで二重管構造を形成し、両ノズル３，５が、それらの流路に沿う方向と直交する幅方向に沿って扁平な噴射口をそれぞれ先端部に有する気体燃料バーナー１において、燃料ノズル３の先端部３ａを、幅方向の中央部が両端部よりも突出するように形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、工業炉用のバーナーとして使用される気体燃料バーナーに関する。

例えば、ガラス溶融炉等の工業炉用のバーナーとして、天然ガス等の気体燃料と、支燃用の酸素ガス、又は酸素ガスを含む混合ガス（空気等）とを使用する気体燃料バーナーが用いられている。このようなバーナーの代表的な構造としては、特許文献１に開示されるようなものが知られている。

すなわち、同文献には、気体燃料を噴射する燃料ノズルと、支燃用の酸素ガスを噴射すると共に、当該燃料ノズルの外周側に配置された酸素ノズルとで二重管構造を形成し、これらの両ノズルが、その流路に沿う方向と直交する幅方向に沿って扁平（同文献においては、略矩形）な噴射口を有する構造が開示されている。

このような構造によれば、バーナーから噴射されたフレームが、幅方向において、適度に扇状に広がっていくと共に、フレームが広がった分だけ輻射伝熱によって加熱できる面積が大きくなる。そのため、例えば、このバーナーをガラス溶融炉に用いた場合には、ガラスを好適に溶融させることが可能である。

特許第３５９１０５８号公報

ところで、この種のバーナーを工業炉に用いる際、煉瓦等の耐火物で構成される炉壁にバーナーを設置した状態で、炉内に向かってフレームを噴射する手法が採用される。その場合に、燃料ノズルの先端部に形成された噴射口は、平坦な開口部とされているのが通例であるため、一つのバーナーが輻射伝熱によって加熱できる面積には限りがあり、一つのバーナーのみで広大な炉の全域を均一に加熱することは困難である。

このため、通常、複数（多数）のバーナーを炉壁に分散させて設置することにより、炉内の均一な加熱を可能としている。然るに、このような単純な手法では、多数のバーナーを設置したことに起因して、バーナーの維持・管理・稼動費用の高騰等を招き、工業炉の設備コストについての問題が発生している。

上記の事情に鑑みなされた本発明は、気体燃料バーナーに改良を施すことで、工業炉の設備コストを低減することを技術的課題とする。

上記の課題を解決するために創案された本発明は、気体燃料を噴射する燃料ノズルと、支燃用の酸素ガス、又は酸素ガスを含む混合ガスを噴射すると共に、前記燃料ノズルの外周側に配置された支燃ガスノズルとで二重管構造を形成し、前記両ノズルが、それらの流路に沿う方向と直交する幅方向に沿って扁平な噴射口をそれぞれ先端部に有する気体燃料バーナーにおいて、前記燃料ノズルの先端部を、前記幅方向の中央部が両端部よりも突出するように形成したことに特徴付けられる。

このような構成によれば、燃料ノズルの先端部に形成された噴射口が、平坦な開口部ではなく、幅方向の中央部が両端部よりも突出した開口部とされているため、この噴射口の幅方向の両端部周辺は、幅方向外方に向かって開放された状態にある。そのため、この噴射口が平坦な開口部とされていた従来の気体燃料バーナーと比較して、燃料の幅方向に対する広がりの度合いが大きくなり、扇状に広がっていくフレームをさらに幅広に形成することが可能となる。これにより、一つのバーナーあたりで輻射伝熱により加熱できる面積が大きくなるため、従来のものと比較して、炉壁に設置することが必要なバーナーの数を少数とすることができ、ひいては、工業炉の設備コストを低減することが可能となる。なお、支燃ガスノズルからは酸素ガス、又は酸素ガスを含む混合ガス（空気等）を噴射する態様とすることができるが、これらのうち、酸素ガスを噴射した場合には、より幅広なフレームを形成することが可能である。

上記の構成において、前記燃料ノズルの先端部が、前記幅方向における中央部を基準として対称な形状を有することが好ましい。

このようにすれば、幅方向における中央部を基準として対称なフレームを形成することができ、幅方向において均一な加熱が可能となる。

上記の構成において、前記燃料ノズルの先端部が、円弧状に形成されていてもよい。

このようにしても、従来の気体燃料バーナーと比較して、噴射されて扇状に広がっていくフレームを幅方向において幅広に形成することが可能となる。

上記の構成において、前記燃料ノズルの先端部が、三角形状に形成されていてもよい。

このようにしても、従来の気体燃料バーナーと比較して、噴射されて扇状に広がっていくフレームを幅方向において幅広に形成することが可能となる。

上記の構成において、前記燃料ノズルと前記支燃ガスノズルとの間に形成された間隙内における前記両ノズルの噴射口の近傍に、前記酸素ガス、又は酸素ガスを含む混合ガスの流路に沿う流れを、前記幅方向に分配する衝立を設けてもよい。

このようにすれば、衝立により酸素ガス、又は酸素ガスを含む混合ガスの流路に沿う流れを幅方向に分配することが可能となる。そのため、噴射されるフレームもまた、同様に幅方向に分配することができ、幅方向において、さらに均一な加熱が可能となる。

以上のように、本発明によれば、一つのバーナーあたりで輻射伝熱により加熱できる面積が大きくなるため、従来のものと比較して、炉壁に設置することが必要なバーナーの数を少数とすることができ、ひいては、工業炉の設備コストを低減することが可能となる。

本発明の第一実施形態に係る気体燃料バーナーを示す平面図である。 本発明の第一実施形態に係る気体燃料バーナーを示す正面図である。 本発明の第二実施形態に係る気体燃料バーナーを示す平面図である。 本発明の第二実施形態に係る気体燃料バーナーを示す正面図である。 本発明の第三実施形態に係る気体燃料バーナーを示す平面図である。 本発明の第三実施形態に係る気体燃料バーナーを示す正面図である。 本発明の他の実施形態に係る気体燃料バーナーを示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して説明する。

図１，図２は、それぞれ本発明の第一実施形態に係る気体燃料バーナー１を示す平面図、正面図である。これらの図に示すように、気体燃料バーナー１は、気体燃料２（例えば、天然ガス）を噴射する燃料ノズル３と、支燃用の酸素ガス４を噴射すると共に、燃料ノズル３の外周側に配置された支燃ガスノズルとしての酸素ノズル５とを備えている。

燃料ノズル３は、その横断面の形状が矩形状に形成され、矩形の長辺の寸法Ａは、短辺の寸法に対して４倍以上とされている。また、燃料ノズル３は、その長手方向である流路に沿う方向（図１における上下方向）と直交する幅方向（図１における左右方向）に沿って扁平な噴射口を有している。この噴射口は、正面視で矩形状に形成されると共に、当該噴射口を形成する先端部（開口部）３ａが、幅方向において、側部から中央部に移行するにつれて、気体燃料２の噴射先側に突き出ており、円弧状の形状を呈している。さらに、先端部３ａは、幅方向における中央部を基準として対称な形状を有すると共に、その長手方向における寸法Ｂは、上述した長辺の寸法Ａに対して、５％〜１０％の長さに形成される。なお、先端部３ａにおける突き出た部位は、対向して二箇所（図２における開口部の上下）に形成されており、これらの形状、及び寸法は、互いに同一となっている。

酸素ノズル５は、燃料ノズル３の外周側に略同心状に配置されることで、燃料ノズル３と酸素ノズル５とで二重管構造を形成し、両ノズル３，５によって酸素ガス４を流通させるための間隙Ｓが形成される。また、酸素ノズル５の噴射口は、燃料ノズル３と同様に、正面視で矩形状に形成されている。さらに、酸素ノズル５の横断面の形状もまた、矩形状に形成されている。

以下、上記の第一実施形態に係る気体燃料バーナー１の作用について説明する。

この気体燃料バーナー１によれば、燃料ノズル３の噴射口を形成する先端部３ａが、幅方向において平坦であった従来の気体燃料バーナーと比較して、噴射されて扇状に広がっていくフレームＦを幅方向において幅広に形成することが可能となる。換言すれば、図１に示すように、フレームＦの幅方向における寸法Ｗ（最大幅）を大きくすることができる。なお、フレームＦの厚み方向における寸法Ｈ（中央部における厚み）は、従来の気体燃料バーナーと比較して小さくなる。

これにより、一つの気体燃料バーナー１あたりで輻射伝熱により加熱できる面積が大きくなるため、従来のものと比較して、炉壁に設置することが必要な気体燃料バーナー１の数を少数とすることができ、ひいては、工業炉の設備コストを低減することが可能となる。また、幅方向における中央部を基準として対称なフレームＦを形成することができ、幅方向において均一な加熱が可能である。

図３，図４は、それぞれ本発明の第二実施形態に係る気体燃料バーナー１を示す平面図、正面図である。ここで、以降に記載する第二、第三実施形態に係る気体燃料バーナーについての説明において、上記の第一実施形態に係る気体燃料バーナーと同一の機能、又は形状を有する構成要素については、各実施形態を説明するための図面に同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する。

この第二実施形態に係る気体燃料バーナー１が、上記の第一実施形態に係る気体燃料バーナーと相違している点は、燃料ノズル３の先端部３ａにおいて、突き出た部位の長手方向における寸法Ｂが長くなっている点である。

以下、上記の第二実施形態に係る気体燃料バーナー１の作用について説明する。

この気体燃料バーナー１によれば、上記の第一実施形態に係る気体燃料バーナーと比較して、噴射されて扇状に広がっていくフレームＦを、幅方向においてさらに幅広に形成することが可能となる。換言すれば、図３に示すように、フレームＦの幅方向における寸法Ｗを、より大きくすることができる。

このように突き出た部位の長手方向における寸法Ｂを変更することで、フレームＦの幅方向における寸法Ｗを調整することが可能である。すなわち、寸法Ｂが大きくなれば、寸法Ｗも大きくなり、寸法Ｂが小さくなれば、寸法Ｗも小さくなる。なお、本実施形態において、フレームＦの厚み方向における寸法Ｈは、上記の第一実施形態に係る気体燃料バーナーと比較して、さらに小さくなる。

図５，図６は、それぞれ本発明の第三実施形態に係る気体燃料バーナー１を示す平面図、正面図である。この第三実施形態に係る気体燃料バーナー１が、上記の第一実施形態に係る気体燃料バーナーと相違している点は、燃料ノズル３と酸素ノズル５との間に形成された間隙Ｓ内における両ノズル３，５の噴射口の近傍に、酸素ガス４における長手方向（流路に沿う方向）に沿った流れを、幅方向に分配する衝立６が設けられている点である。

衝立６は、燃料ノズル３、及び酸素ノズル５の長手方向に沿って延びると共に、燃料ノズル３の上方、及び下方の二箇所に設けられている。また、幅方向において間隙Ｓの中央部に位置するように配置されている。さらに、燃料ノズル３の最先端（先端部３ａの突き出た部位における最先端）から衝立６までの寸法Ｃは、寸法Ａ以下とされると共に、衝立６の長手方向に直交する断面の面積（二つの衝立６の各々における断面積の和）は、酸素ノズル５の噴射口における開口面積に対し、３．５％以上とされている。

以下、上記の第三実施形態に係る気体燃料バーナー１の作用について説明する。

この気体燃料バーナー１によれば、衝立６によって酸素ガス４の長手方向に沿った流れを幅方向に分配することが可能となるため、噴射されるフレームＦもまた、同様に幅方向に分配することができる。これにより、幅方向において、さらに均一な加熱が可能となる。

ここで、本発明に係る気体燃料バーナーは、上記の各実施形態で説明した構成に限定されるものではない。例えば、上記の各実施形態においては、燃料ノズルの先端部が円弧状を呈しているが、図７に示すように、先端部３ａにおける突き出た部位をＶ字状とし、先端部３ａが三角形状となるようにしてもよい。なお、同図においては、燃料ノズル３以外の図示を省略している。

加えて、上記の第三実施形態においては、衝立が、燃料ノズルと酸素ノズルとによって形成される間隙内において、中央部にのみ設けられる構成となっているが、幅方向に複数の衝立を設けてもよい。この場合、例えば、二つの衝立を設けたとすると、酸素ガスの長手方向（流路に沿う方向）に沿った流れを幅方向において、三つに分配することが可能となるため、噴射されるフレームもまた、同様に三つに分配することができる。

また、上記の各実施形態においては、酸素ノズルが、燃料ノズルの外側に略同心状に配置される構成となっているが、偏心させて配置することもできる。この場合、例えば、燃料ノズルを酸素ノズルに対して下方に偏心させると、酸素ガスの流量が上方で増加し、下方で減少する。これにより、噴射されたフレームの上方の輝度を高めることができる。

さらに、上記の各実施形態において、酸素ガスに代わって酸素ガスを含む混合ガスを使用してもよい。酸素ガスを含む混合ガスの一例としては、空気を挙げることができる。

１ 気体燃料バーナー
２ 気体燃料
３ 燃料ノズル
３ａ 燃料ノズルの先端部
４ 酸素
５ 酸素ノズル
６ 衝立
Ｓ 間隙

Claims (5)

1. 気体燃料を噴射する燃料ノズルと、
   支燃用の酸素ガス、又は酸素ガスを含む混合ガスを噴射すると共に、前記燃料ノズルの外周側に配置された支燃ガスノズルとで二重管構造を形成し、
   前記両ノズルが、それらの流路に沿う方向と直交する幅方向に沿って扁平な噴射口をそれぞれ先端部に有する気体燃料バーナーにおいて、
   前記燃料ノズルの先端部を、前記幅方向の中央部が両端部よりも突出するように形成したことを特徴とする気体燃料バーナー。
2. 前記燃料ノズルの先端部が、前記幅方向における中央部を基準として対称な形状を有することを特徴とする請求項１に記載の気体燃料バーナー。
3. 前記燃料ノズルの先端部が、円弧状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の気体燃料バーナー。
4. 前記燃料ノズルの先端部が、三角形状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の気体燃料バーナー。
5. 前記燃料ノズルと前記支燃ガスノズルとの間に形成された間隙内における前記両ノズルの噴射口の近傍に、前記酸素ガス、又は酸素ガスを含む混合ガスの流路に沿う流れを、前記幅方向に分配する衝立を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の気体燃料バーナー。

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