JP4928318B2

JP4928318B2 - バーナノズル

Info

Publication number: JP4928318B2
Application number: JP2007073042A
Authority: JP
Inventors: 太郎若林; 康修青木
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2027-03-20
Also published as: JP2008232543A

Description

本発明は、加熱炉内に燃料ガスを噴出させるバーナノズルに関する。

鍛造炉等の加熱炉には、該加熱炉内に燃料ガスや燃焼用空気を噴出させて燃焼を生じさせるためのバーナが設置されている（例えば特許文献１参照）。このバーナは、燃料ガスを供給するための金属管の先端にバーナノズルを連通接続させ、該バーナノズル先端の噴出口から加熱炉内に燃料ガスを噴出させる構造である。

従来、上記バーナノズルとしては金属製のものを用いることが一般的であるが、特に炉内が１０００℃を超える高温になる場合にはバーナノズルの内面側に高温腐食が生じ、ラッパ状の減肉現象により不具合を生じるという問題がある。そこで、上記バーナノズルとしてセラミック製のものを用いることも提案されている。この場合にはバーナノズルの内面側の高温腐食を防止することができ、バーナノズルをより高温側に設置して燃焼性能を向上させることが可能となる。

しかし、このようにセラミック製のバーナノズルを用いる場合には、金属管との接続が問題となる。つまり、金属管との接続手段としては例えばネジ止めによる接続が考えられるが、セラミックと金属とは熱膨張率が大きく異なるため、このネジ止めによる接続では膨張時に螺合部にて割れが生じる恐れがあり、安全性に問題がある。また、別の接続手段としては溶着による接続が考えられるが、この溶着によれば上記安全性の問題は解消されるものの、溶着に掛かるコストが高くつくという問題が生じる。加えて、バーナノズル全体をセラミック製とする材料費によってもコスト高を招くという問題がある。
特開平９−２１０３４６号公報

本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、高温環境下で用いるバーナノズルを、低コストであり、且つ高温腐食が防止された安全性の高いものとして提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明を、燃料ガス供給用の金属管９に連通接続され、該金属管９を通じて送り込まれる燃料ガスを加熱炉２内に向けて噴出させるバーナノズル１であって、金属管９に連通接続される筒状の金属ノズル部材１６と、該金属ノズル部材１６の内周面に嵌合する筒状のセラミックノズル部材１７とから成り、金属ノズル部材１６の内周面が、下流側に近づく程に小径となるように形成した金属テーパ面２０であり、セラミックノズル部材１７の外周面が、金属テーパ面２０と沿う傾斜に形成したセラミックテーパ面２１であることを特徴としたものとする。

上記構成のバーナノズル１とすることで、金属管９は共に金属である金属ノズル部材１６と接続されるので、熱膨張時に割れが生じることは防止される。そして、最も過酷な条件となるバーナノズル１の内周部分にはセラミックノズル部材１７が配してあるので、高温腐食が生じるという事態も防止される。これにより、バーナノズル１をより高温側に設置して燃焼性能を向上させることが可能となる。

更に、バーナノズル１のうちセラミック製とする部分は内側のセラミックノズル部材１７だけで済むので、材料費に掛かるコストが低減される。また、金属管９に連通接続させる部材はセラミックノズル部材１７ではなく金属ノズル部材１６であるから、溶着等の高コストな手段を用いる必要がない。これにより、低コストで提供可能となる。なお、過酷な条件下にあるセラミックノズル部材１７を一定期間使用した後は、セラミックノズル部材１７のみを交換すればよい。つまり、高い耐熱性が要求される部分にだけ金属ノズル部材１６とは別体のセラミックノズル部材１７を配することで、更に低コスト化が図れるものである。

また上記構成のバーナノズル１にあっては、金属ノズル部材１６の内周面が、下流側に近づく程に小径となるように形成した金属テーパ面２０であり、且つセラミックノズル部材１７の外周面が、金属テーパ面２０と沿う傾斜に形成したセラミックテーパ面２１である。このようにして、金属ノズル部材１６の金属テーパ面２０にセラミックノズル部材１６のセラミックテーパ面２１が当たるように設けることで、セラミックノズル部材１６の下流側への抜け止めが確実になされる。加えて、金属ノズル部材１６とセラミックノズル部材１７との間で熱膨張に大きな違いが生じた場合であっても、両テーパ面２０，２１が滑ることで熱膨張差は円滑に吸収される。

また上記構成のバーナノズル１にあっては、金属管９の下流側端部が、セラミックノズル部材１７の抜け止め部２２を成すことも好適である。このようにすることで、シンプルで安価な構成により、セラミックノズル部材１７の上流側への抜け止めが確実になされる。

本発明は、高温環境下で用いるバーナノズルを、低コストであり、且つ高温腐食が防止された安全性の高いものとして提供することができるという効果を奏する。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。図３には、本発明の実施形態における一例のバーナノズル１を設置した加熱炉２を示している。この加熱炉２は、鍛造炉等の工業炉に好適に用いられる蓄熱式交番燃焼炉であり、対を成す蓄熱式のバーナ３を交番燃焼させる所謂リジェネレイティブバーナシステムを備えている。

蓄熱式のバーナ３は、加熱炉２の炉壁４の対向箇所に一対設置されるものであって、炉壁４中に設置した一対のバーナタイル５に空気流路６及び配管路７を貫設し（図１参照）、該空気流路６に蓄熱室８を連通接続させるとともに、該配管路７内には燃料ガス供給用の金属管９を挿通させている。なお、バーナ３の設置箇所は炉壁４の対向箇所に限らず、炉壁４に並設してあってもよい。炉壁４外側にて両蓄熱室８は四方弁１０に接続させており、該四方弁１０を通じて両蓄熱室８を給気ブロア１１及び排気ブロア１２に接続させている。また金属管９の上流端は、炉壁４外側にて、燃料バルブ１３を設けた燃料供給路１４に接続させている。金属管９の下流端には、図１、図２示すバーナノズル１が接続させてあるが、このバーナノズル１については後述する。なお、本文中の上流及び下流は、燃料ガスの流れ方向を基準としたものである。

上記構成の蓄熱式のバーナ３を備えた蓄熱式交番燃焼炉にあっては、一方のバーナ３にて空気流路６を通じて燃焼用空気を供給する（図１中の矢印Ａ参照）とともに金属管９を通じて燃料ガスを供給して（矢印Ｂ参照）燃焼を生じさせ、この一方のバーナ３の燃焼の最中に、他方のバーナ３においては空気流路６を通じて加熱炉２内の燃料ガスを排気する。そして、四方弁１０を切り替えて各バーナ３の燃焼、排気を交番させる。この交番燃焼を行う際、排気側のバーナ３においては蓄熱室８内に収容した蓄熱体１５に燃料ガスの熱を蓄熱し、次にこのバーナ３にて燃焼を行う際に、蓄熱体１５に蓄熱した熱によって燃焼用空気の予熱を行う。これにより、高温の燃料ガスの排熱を高効率で回収するものである。

以下、バーナノズル１について詳述する。図２（ａ）等に示すように、本例のバーナノズル１は筒状を成す外側の金属ノズル部材１６と、この金属ノズル部材１６の内側に嵌合して収容される同じく筒状のセラミックノズル部材１７とから成る。金属ノズル部材１６の上流側端部には接続用筒部１８が上流側に向けて延設してあるとともに、金属管９の下流側端部には上記接続用筒部１８よりも小径の接続用筒部１９が下流側に向けて延設してあり、金属ノズル部材１６の接続用筒部１８が外側となり金属管９の接続用筒部１９が内側となるように両筒部１８，１９を螺合させることで、金属ノズル部材１６を金属管９に連通接続させる構造である。なお、両筒部１８，１９を接着剤で接続させる等の他の接続手段であっても構わない。

金属ノズル部材１６の内周面は、下流側に近づくほど小径となるように中心軸Ｃに対して一様に傾斜した金属テーパ面２０となっている。そして、この金属テーパ面２０と対向するセラミックノズル部材１７の外周面は、金属テーパ面２０と一致する傾斜角にて中心軸Ｃに対して一様に傾斜するセラミックテーパ面２１となっており、両テーパ面２０，２１の嵌合によりセラミックノズル部材１７の下流側への抜け止めがされている。

セラミックノズル部材１７の上流側への抜け止めは、金属管９の下流側端部に形成される接続用筒部１９によりなされる。即ち、この接続用筒部１９の内径ｄ１は、セラミックノズル部材１７の上流端の外径ｄ２よりも小さく設けており、セラミックノズル部材１７が上流側に移動した場合には接続用筒部１９が当たって抜け止め部２２の役割を果たす構造である。なお、両テーパ面１０，２１の嵌合により下流側への抜け止めがされる際のセラミックノズル部材１７の位置と、接続用筒部１９に当たって上流側への抜け止めがされる際のセラミックノズル部材１７の位置との間には、軸方向に所定の隙間を設けている。

上記構成のバーナノズル１によれば、金属管９は金属ノズル部材１６と螺合して連通接続され、共に金属である両者１６，９には大きな熱膨張の差はないので、螺合部にて割れが生じることは防止される。両者１６，９の材質は一致させることが好ましいが、熱膨張率に大きな差が生じずに割れの生じる危険性のない材質であれば相違してもよい。そして、最も過酷な条件となるバーナノズル１の内周部分にはセラミックノズル部材１７が配してあるので、高温腐食が生じるという事態も防止される。これにより、バーナノズル１をより高温側に設置して燃焼性能を向上させることが可能となる。

また、バーナノズル１のうちセラミック製とする部分は内側のセラミックノズル部材１７だけで済むので、材料費に掛かるコストが低減されるという利点や、このセラミックノズル部材１７は金属ノズル部材１６内に収容させるだけでよいのでバーナノズル１を金属管９と接続させるのに溶着等の高コストな手段を用いる必要がないという利点があり、低コストでの提供に大きく寄与する。

更に、内部に収容されるセラミックノズル部材１７の抜け止めについては、金属ノズル部材１６の金属テーパ面２０による下流側への抜け止めや、金属管９の接続用筒部１９による上流側への抜け止めにより確実に行われる。しかも、このための構造自体はシンプルで安価な構造である。なおセラミックノズル部材１７のセラミックテーパ面２１は金属テーパ面２０と沿うように形成しているので、外側の金属ノズル部材１６と内側のセラミックノズル部材１７との間で熱膨張に大きな違いが生じた場合であっても両テーパ面２０，２１が滑ることで熱膨張差は円滑に吸収される。

加えて、過酷な条件下にあるセラミックノズル部材１７を一定期間使用した後は、金属ノズル部材１６を金属管９から一旦取り外し、セラミックノズル部材１７のみを容易に交換することが可能である。つまり、高い耐熱性が要求される部分にだけセラミックノズル部材１７を配してこれを容易に交換することができるので、更に低コスト化が図れるものである。

本発明の実施形態における一例のバーナノズルを設置したバーナタイルを示す概略断面図である。（ａ）は図１のバーナノズルの主要部拡大図であり、（ｂ）は（ａ）を正面から見た状態を示す。同上のバーナノズルを設置する加熱炉の説明図である。

符号の説明

１バーナノズル
２加熱炉
９金属管
１６金属ノズル部材
１７セラミックノズル部材
２０金属テーパ面
２１セラミックテーパ面
２２抜け止め部

Claims

燃料ガス供給用の金属管に連通接続され、該金属管を通じて送り込まれる燃料ガスを加熱炉内に向けて噴出させるバーナノズルであって、金属管に連通接続される筒状の金属ノズル部材と、該金属ノズル部材の内周面に嵌合する筒状のセラミックノズル部材とから成り、金属ノズル部材の内周面が、下流側に近づく程に小径となるように形成した金属テーパ面であり、セラミックノズル部材の外周面が、金属テーパ面と沿う傾斜に形成したセラミックテーパ面であることを特徴とするバーナノズル。
金属管の下流側端部が、セラミックノズル部材の抜け止め部を成すことを特徴とする請求項１に記載のバーナノズル。