JP2020041723A - バーナ - Google Patents
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Abstract
Description
前記中心ノズルの外周側に配置され、前記中心ノズルの中心軸線の周りに、火炎を形成するための第2流体の旋回流を噴出させる環状の外周ノズルと、
前記外周ノズルに形成され、前記旋回流の、前記外周ノズルの周方向への旋回速度を調整可能な旋回流調整手段と、を備え、
前記旋回流調整手段は、前記第2流体の噴出流量を維持した、前記第1流体及び前記第2流体の燃焼によって形成する火炎の長さの調整が可能であるとともに、前記火炎の長さを維持した、前記第2流体の噴出流量の調整が可能である、バーナにある。
前記旋回流調整手段は、第2流体の旋回流の周方向への旋回速度を調整するために、中心ノズルの中心軸線との間の傾倒角度を変更可能な複数の動翼を用いる構成を採用することができる。また、前記旋回流調整手段は、第2流体の旋回流の周方向への旋回速度を調整するために、第2流体を直進させる流量と第2流体を旋回させる流量との割合を変更する構成を採用することもできる。
<実施形態1>
本形態のバーナ1は、図1〜図4に示すように、中心ノズル2、外周ノズル3及び旋回流調整手段4を備える。中心ノズル2は、火炎Hを形成するための第1流体としての燃料ガスFを噴出させるよう構成されている。外周ノズル3は、中心ノズル2の外周側に円環状に配置されており、中心ノズル2の中心軸線Oの周りに、火炎Hを形成するための第2流体としての燃焼用空気Aの旋回流A1を噴出させるよう構成されている。旋回流調整手段4は、外周ノズル3に形成されており、旋回流A1の、外周ノズル3の周方向Cへの旋回速度(旋回強さ)を調整可能に構成されている。旋回流調整手段4は、燃焼用空気Aの噴出流量を維持した、燃料ガスF及び燃焼用空気Aの燃焼によって形成する火炎Hの長さの調整が可能であるとともに、火炎Hの長さを維持した、燃焼用空気Aの噴出流量の調整が可能である。
(バーナ1)
図6に示すように、本形態のバーナ1は、燃焼による火炎Hを形成し、火炎Hからの放射熱によって加熱対象を加熱するものである。本形態の第1流体は、燃料としての燃料ガスFであり、本形態の第2流体は、燃料と燃焼させる燃焼用空気Aである。そして、バーナ1においては、中心ノズル2から噴出された燃料ガスFGと、外周ノズル3から噴出された燃焼用空気Aとの燃焼が行われ、火炎Hが形成される。換言すれば、バーナ1においては、主に、火炎Hの周囲から燃焼用空気Aにおける酸素が拡散しながら供給される拡散燃焼が行われる。
バーナ1によって加熱する加熱対象物8は、加熱炉7内に配置された加熱対象物8であってもよく、大気中に配置された加熱対象物8であってもよい。バーナ1は、バーナヘッド10を含むバーナ装置11と、バーナ装置11を電気的に制御する制御装置6とを備える。バーナヘッド10は、中心ノズル2及び外周ノズル3を用いて構成されている。バーナ装置11は、バーナヘッド10及び旋回流調整手段4を用いて構成されている。
図1、図3及び図4に示すように、本形態の旋回流調整手段4は、外周ノズル3の周方向Cに並ぶ状態で配置された複数の動翼(旋回羽根)41と、中心ノズル2に接続された第1配管51と、第1配管51内に設けられた第1流量調整弁53と、外周ノズル3に接続された第2配管52と、第2配管52内に設けられた第2流量調整弁54とを用いて構成されている。複数の動翼41は、外周ノズル3の周方向Cに交差する回動軸411を中心に回動して、中心ノズル2の中心軸線Oとの間の傾倒角度θを変更可能である。第1流量調整弁53は、中心ノズル2から噴出される燃料ガスFの噴出流量を調整するためのものであり、第2流量調整弁54は、外周ノズル3から噴出される燃焼用空気Aの噴出流量を調整するためのものである。
図1に示すように、中心ノズル2は、第1配管51に供給される燃料ガスFを噴出させる部分である。中心ノズル2には、断面円形状の流路21が形成されている。第1流量調整弁53によって第1配管51の開度が調整され、第1配管51から中心ノズル2へ供給される燃料ガスFの流量、換言すれば中心ノズル2から噴出される燃料ガスFの流量が調整される。中心ノズル2から燃料ガスFが噴出されることにより、燃料ガスFと燃焼用空気Aとの燃焼によって形成される火炎Hの直進性が維持される。燃料ガスFは、中心ノズル2の先端開口部22から噴出される。
図1に示すように、外周ノズル3は、中心軸線Oの方向(以下、軸方向Zという。)の先端側Z1に行くほど外径が縮小するテーパ形状に形成されている。外周ノズル3内においては、直進流としての燃焼用空気A、又は複数の動翼41によって旋回流A1となった燃焼用空気Aが通過する。外周ノズル3には、断面円環状の流路31が形成されている。燃焼用空気Aは、外周ノズル3の先端開口部33から噴出される。
図1、図3及び図4に示すように、各動翼41は、外周ノズル3の軸方向Zへ直進するように噴出される燃焼用空気Aの流れを、中心軸線Oの周りに螺旋状に旋回する流れに変更するためのものである。各動翼41の翼面が中心軸線Oに平行に配置されたとき、換言すれば、各動翼41の傾倒角度θが0°となるときには、燃焼用空気Aは直進流として外周ノズル3から噴出される。このとき、燃焼用空気Aの速度ベクトルVは軸方向Zを向き、速度ベクトルVは、直進方向成分V1のみとなり、周方向成分V2はない。換言すれば、旋回流A1の旋回速度はゼロとなる。
図1及び図2に示すように、本形態の複数の動翼41は、駆動源としてのシリンダー45によって駆動されて、同時に回動して同じ傾倒角度θに変更可能である。複数の動翼41の全体は、同じ方向に同じ傾倒角度θで回動する。シリンダー45は、複数の動翼41の全体に対して1つ設けることができ、複数の動翼41のうちの所定数の動翼41の組に対してそれぞれ設けることもできる。
図1及び図3に示すように、本形態のバーナ1は、制御装置6による制御を受けて、複数の動翼41の傾倒角度θ、第1流量調整弁53による燃料ガスFの噴出流量、及び第2流量調整弁54による燃焼用空気Aの噴出流量の各調整が可能である。制御装置6は、第1流量調整弁53による第1配管51の開度の調整、第2流量調整弁54による第2配管52の開度の調整、及びシリンダー45の往復動作を制御するよう構成されている。第1流量調整弁53及び第2流量調整弁54は、コントロールバルブとして構成されている。
図6に示すように、本形態のバーナ1は、加熱炉7の壁部に設けられており、加熱炉7内に配置された加熱対象物8を加熱するよう構成されている。加熱炉7には、加熱炉7内の加熱対象物8の温度を測定する温度測定手段71が配置されている。そして、バーナ1は、加熱対象物8の温度のフィードバックを受けて、加熱対象物8の適宜箇所の温度が目標温度になるよう燃焼を制御する燃焼システム12として形成されている。
本形態のバーナ1を動作させる際には、第1配管51に燃料ガスFが供給され、第2配管52に燃焼用空気Aが供給される。そして、第1流量調整弁53によって中心ノズル2から噴出される燃料ガスFの噴出流量が調整され、第2流量調整弁54によって外周ノズル3から噴出される燃焼用空気Aの噴出流量が調整される。このとき、バーナ1において燃焼を行う際の空気比(空気過剰率)は一定値に定められ、バーナ1から噴出される、燃料ガスFと燃焼用空気Aとの混合比率(混合割合)は一定値に定められる。
本形態のバーナ1は、中心ノズル2の外周側に配置された外周ノズル3に、外周ノズル3から噴出される燃焼用空気Aの旋回流A1の周方向Cへの旋回速度(旋回強さ)を調整可能な旋回流調整手段4を備える。そして、旋回流調整手段4による燃焼用空気Aの旋回流A1の旋回速度の調整を利用することにより、バーナ1によって形成する火炎Hの長さを適切に設定することができる。旋回流調整手段4は、複数の動翼41、第1流量調整弁53及び第2流量調整弁54を用いて構成されている。
本形態のバーナ1は、図10及び図11に示すように、第2流体としての燃焼用空気Aの、軸方向Z(中心軸線Oの方向)への噴出流量と周方向Cへの噴出流量との割合を調整する旋回流調整手段4を備える。また、本形態の旋回流調整手段4は、旋回室46において燃焼用空気Aの旋回流A1を形成するサイクロン式のものである。
なお、第1流体及び第2流体は、適宜変更することができる。例えば、第1流体には燃焼用空気Aを用い、第2流体には燃料ガスFを用いることができる。この場合には、燃料ガスFの旋回流を形成し、燃料ガスFの旋回流の旋回速度を調整することによって、形成される火炎Hの長さを調整することができる。
2 中心ノズル
3 外周ノズル
4 旋回流調整手段
41 動翼
411 回動軸
45 シリンダー(駆動源)
46 旋回室
51 第1配管
51A 配管
52 第2配管
52A 旋回用配管
52B 直進用配管
53 第1流量調整弁
53A 流量調整弁
54 第2流量調整弁
54A 旋回用流量調整弁
54B 直進用流量調整弁
6 制御装置
7 加熱炉
71 温度測定手段
8 加熱対象物
Claims (12)
- 火炎を形成するための第1流体を噴出させる中心ノズルと、
前記中心ノズルの外周側に配置され、前記中心ノズルの中心軸線の周りに、火炎を形成するための第2流体の旋回流を噴出させる環状の外周ノズルと、
前記外周ノズルに形成され、前記旋回流の、前記外周ノズルの周方向への旋回速度を調整可能な旋回流調整手段と、を備え、
前記旋回流調整手段は、前記第2流体の噴出流量を維持した、前記第1流体及び前記第2流体の燃焼によって形成する火炎の長さの調整が可能であるとともに、前記火炎の長さを維持した、前記第2流体の噴出流量の調整が可能である、バーナ。 - 前記旋回流調整手段は、
前記外周ノズルの周方向に並ぶ状態で配置され、前記外周ノズルの周方向に交差する回動軸を中心に回動して、前記中心ノズルの中心軸線との間の傾倒角度を変更可能な複数の動翼と、
前記中心ノズルに接続された第1配管と、
前記第1配管内に設けられ、前記中心ノズルから噴出される前記第1流体の噴出流量を調整するための第1流量調整弁と、
前記外周ノズルに接続された第2配管と、
前記第2配管内に設けられ、前記外周ノズルから噴出される前記第2流体の噴出流量を調整するための第2流量調整弁と、を用いて構成されており、
かつ、複数の前記動翼の前記傾倒角度を大きくするほど、前記旋回流の前記旋回速度を速くするとともに、前記火炎の長さを短くすることが可能であるとともに、前記第2流体の噴出流量を多くするほど、前記火炎の長さを長くすることが可能である、請求項1に記載のバーナ。 - 複数の前記動翼の前記回動軸は、前記外周ノズルの径方向に沿って設けられており、
複数の前記動翼は、前記外周ノズルの周方向へ傾倒するよう構成されている、請求項2に記載のバーナ。 - 複数の前記動翼は、駆動源によって駆動されて、同時に回動して同じ傾倒角度に変更可能であり、
前記第1流量調整弁、前記第2流量調整弁及び前記駆動源の動作は、制御装置によって制御されるよう構成されており、
前記制御装置においては、前記第1流量調整弁による前記第1流体の噴出流量、前記第2流量調整弁による前記第2流体の噴出流量、及び前記駆動源による複数の前記動翼の傾倒角度の各調整によって、前記第2流体の噴出流量と、前記火炎の長さとを変更可能な調整範囲が設定されている、請求項2又は3に記載のバーナ。 - 複数の前記動翼は、個別に、又は所定数ごとに回動して、別々の傾倒角度に変更可能である、請求項2又は3に記載のバーナ。
- 前記火炎の温度、加熱対象物の温度、又は加熱炉内の温度を測定する温度測定手段をさらに備え、
前記制御装置は、前記温度測定手段によって測定される温度に応じて、前記駆動源の制御によって複数の前記動翼の傾倒角度を調整して、前記火炎の長さを変更可能である、請求項4に記載のバーナ。 - 前記旋回流調整手段は、
前記中心ノズルに接続された配管と、
前記配管内に設けられ、前記中心ノズルから噴出される前記第1流体の噴出流量を調整するための流量調整弁と、
前記外周ノズルに形成されて前記旋回流を形成するための旋回室と、
前記旋回室の周方向に向けて前記第2流体としての旋回用第2流体を流入させるための旋回用配管と、
前記旋回用配管内に設けられ、前記旋回室内に流入させる前記旋回用第2流体の供給流量を調整するための旋回用流量調整弁と、
前記旋回室の中心軸線の方向に向けて前記第2流体としての直進用第2流体を流入させるための直進用配管と、
前記直進用配管内に設けられ、前記旋回室内に流入させる前記直進用第2流体の供給流量を調整するための直進用流量調整弁と、を用いて構成されており、
かつ、前記旋回室内への前記旋回用第2流体及び前記直進用第2流体の合計供給流量における、前記旋回室内への前記旋回用第2流体の供給流量の割合を多くするほど、前記旋回流の前記旋回速度を速くするとともに、前記火炎の長さを短くすることが可能である、請求項1に記載のバーナ。 - 前記流量調整弁、前記旋回用流量調整弁及び前記直進用流量調整弁の動作を制御する制御装置をさらに備え、
前記制御装置においては、前記流量調整弁による前記第1流体の噴出流量、前記旋回用流量調整弁による前記旋回用第2流体の噴出流量、及び前記直進用流量調整弁による前記直進用第2流体の噴出流量の各調整によって、前記旋回用第2流体と前記直進用第2流体とを合わせた前記第2流体の噴出流量と、前記火炎の長さとを変更可能な調整範囲が設定されている、請求項7に記載のバーナ。 - 前記火炎の温度、加熱対象物の温度、又は加熱炉内の温度を測定する温度測定手段をさらに備え、
前記制御装置は、前記温度測定手段によって測定される温度に応じて、前記旋回用流量調整弁及び前記直進用流量調整弁の動作の制御を受けて、前記旋回室内への前記旋回用第2流体及び前記直進用第2流体の合計供給流量における、前記旋回室内への前記旋回用第2流体の供給流量の割合を調整して、前記火炎の長さを変更可能である、請求項8に記載のバーナ。 - 前記第1流体は、燃料としての燃料ガス又は燃料の噴霧液滴であり、
前記第2流体は、前記燃料と燃焼させる燃焼用空気である、請求項1〜9のいずれか1項に記載のバーナ。 - 前記第2流体は、燃料としての燃料ガス又は燃料の噴霧液滴であり、
前記第1流体は、前記燃料と燃焼させる燃焼用空気である、請求項1〜9のいずれか1項に記載のバーナ。 - 前記第1流体及び前記第2流体は、燃料としての燃料ガス又は燃料の噴霧液滴である、請求項1〜9のいずれか1項に記載のバーナ。
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