JP4928319B2 - バーナノズルの設置構造 - Google Patents
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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の設置方法に関し、詳しくはセラミック製のバーナノズルを金属管に連通接続させるための技術に関する。
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、この場合にはバーナノズルが８００〜９００℃を超えると極端に寿命が短くな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が１０００℃以上まで耐えることが可能となり、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。
ここで、セラミック製のバーナノズルと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。しかし、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。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、コストが高くつくという問題が生じる。
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、加熱炉用のセラミック製のバーナノズルを金属管に接続させて設置することのできるバーナノズルの設置構造を、安全性が高く且つ低コストな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セラミック製のバーナノズル１の設置構造であって、該バーナノズル１の上流側端部を該金属管９の下流側端部に嵌合支持させるとともに、該バーナノズル１の下流側端部を、加熱炉２に設けた支持孔２４内に嵌合支持させ、バーナノズル１の下流側端部の外周面には、下流端に近づくほど小径となるテーパ面１８を設け、加熱炉２に設けた支持孔２４の内周面には、該テーパ面１８と沿うように傾斜した嵌合支持用の支持テーパ面２５を設けたものとする。
上記構成のバーナノズル１の設置構造とすることで、セラミック製であって１０００℃以上まで耐えることが可能なバーナノズル１を高温側に設置して燃焼性能を高めることができるとともに、このバーナノズル１を、金属管９との熱膨張差によって破損が生じることのない安全且つ低コストな構造により該金属管９と接続して設置することができる。そして、バーナノズル１が確実に抜け止めされるとともに、バーナノズル１が熱膨張を生じた際にはテーパ面１８及び支持テーパ面２５がずれることで熱膨張差が円滑に吸収される。
また、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セラミック製のバーナノズル１の設置構造であって、該バーナノズル１の上流側端部を該金属管９の下流側端部に嵌合支持させるとともに、バーナノズル１の上流側端部の外周面には、上流端に近づくほど小径となるテーパ面３０を設け、金属管９の下流側端部の内周面には、該テーパ面３０と沿うように傾斜した嵌合支持用の支持テーパ面３１を設けたものとすることも好適である。上記構成のバーナノズル１の設置構造とすることで、セラミック製であって１０００℃以上まで耐えることが可能なバーナノズル１を高温側に設置して燃焼性能を高めることができるとともに、このバーナノズル１を、金属管９との熱膨張差によって破損が生じることのない安全且つ低コストな構造により該金属管９と接続して設置することができる。バーナノズル１が熱膨張を生じた際には、テーパ面３０及び支持テーパ面３１がずれることで熱膨張差が円滑に吸収される。
また、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セラミック製のバーナノズル１の設置構造であって、該バーナノズル１の上流側端部を該金属管９の下流側端部に嵌合支持させるとともに、バーナノズル１の下流側端部の外周面には、下流端に近づくほど小径となるテーパ面１８を設け、加熱炉２に設けた支持孔２４の内周面には、該テーパ面１８と沿うように傾斜した嵌合支持用の支持テーパ面２５を設け、バーナノズル１の上流側端部の外周面には、上流端に近づくほど小径となるテーパ面３０を設け、金属管９の下流側端部の内周面には、該テーパ面３０と沿うように傾斜した嵌合支持用の支持テーパ面３１を設けたものとすることも好適である。上記構成のバーナノズル１の設置構造とすることで、セラミック製であって１０００℃以上まで耐えることが可能なバーナノズル１を高温側に設置して燃焼性能を高めることができるとともに、このバーナノズル１を、金属管９との熱膨張差によって破損が生じることのない安全且つ低コストな構造により該金属管９と接続して設置することができる。バーナノズル１が熱膨張を生じた際は、テーパ面１８及び支持テーパ面２５がずれることや、テーパ面３０及び支持テーパ面３１がずれることで、熱膨張差が円滑に吸収される。
本発明は、加熱炉用のセラミック製のバーナノズルを金属管に接続させて設置することのできるバーナノズルの設置構造を、安全性が高く且つ低コストな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に示すようにバーナノズル１が設置してあるが、この設置構造については後述する。
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の設置構造について詳述する。図２に拡大して示すように本例のバーナノズル１は、筒状を成すセラミック製のものであり、一方の開口が下流側の噴出口１６、他方の開口が上流側の流入口１７となっている。ここでの上流及び下流は、燃料ガスの流れ方向を基準とする。バーナノズル１の下流側端部において噴出口１６を囲むように形成される外周面は、下流側先端に近づくほど小径となるように全周に設けたテーパ面１８となっている。またバーナノズル１の上流側端部において流入口１７を囲むように形成される外周面には全周に亘って凹段部１９が形成されており、この凹段部１９によって、バーナノズル１の上流側端部が流入口１７を囲む小径の筒部２０となっている。
燃料ガス供給用の金属管９は、バーナノズル１の内径と同程度の内径を有する筒状のものであり、その内周面の下流端部に凹段部２１を設け、この凹段部２１によって、バーナノズル１の筒部２０よりも大径であり且つ該筒部２０と嵌合する筒部２２を形成している。即ち、本例のバーナノズル１においては、バーナノズル１の上流側端部にて流入口１７を囲んで形成される小径の筒部２０が内側となり、金属管９の下流側端部にて形成される大径の筒部２２が外側となるように両筒部２０，２２が嵌合することで、バーナノズル１の上流側端部を支持するようになっている。
またバーナノズル１の下流側端部は、配管路７内に配した押さえ板２３の支持孔２４内に嵌合させて支持する構造である。押さえ板２３は耐火材、金属、セラミック等の各種材料から成り、この耐火材としては耐火レンガ、キャスタブル耐火物等が適宜用いられる。この支持孔２４の内周面は、下流側に近づくほど小径となるように傾斜した支持テーパ面２５となっており、バーナノズル１の下流側端部を支持孔２４内に挿入した際に、バーナノズル１のテーパ面１８と支持孔２４の支持テーパ面２５が沿うように傾斜角を一致させている。
図１に示すように押さえ板２３は、補助火炎燃料ガスを供給する（矢印Ｃ参照）ための補助火炎燃料ガス管２６の下流端部に、固定部２７を介して確実に固定させてある。また、この補助火炎燃料ガス管２６を囲むように配管路７に嵌入させた燃焼筒２８を通じても燃焼用空気が送り込まれ（矢印Ｄ参照）、押さえ板２３に貫設してある空気孔（図示せず）を通じて加熱炉２内に供給されるように設けている。
上記構成の設置構造によれば、セラミック製のバーナノズル１の上流側端部及び下流側端部を嵌合支持させる簡単な構造により該バーナノズル１を安定的に設置することができ、しかもこれを支持する金属管９や押さえ板２３の金属部品との間で熱膨張差が生じても、所定の隙間を設けて嵌合支持させている構造であるから熱膨張差による破損の発生は防止される。また特に本例にあっては、バーナノズル１の下流側端部がテーパ構造により抜け止めされながら嵌合支持される構造となっているので、熱膨張差が生じてもこのテーパ構造のテーパ面１８，２５がずれることで円滑に吸収される。
なお、押さえ板２３の固定構造としては図１に示すような固定部２７に拠る構造に限定されず、例えば図４に示すように配管路７中に段部２９を設けておき、この段部２９に押さえ板２３の周縁部を当てるとともに逆側からバーナノズル１を当てて固定する構造であってもよい。また図５に示すように、配管路７内に固定される燃焼筒２８と一体に設ける構造であってもよい。図５の構造においては保持火炎燃焼ガス管２６は備えてなく、燃焼筒２８内を通じて燃焼用空気が供給される構造ともしてない。
次に、本発明の実施形態における他例のバーナノズル１を設置した加熱炉２について図６に基づいて説明するが、上記した一例と同様の構成については詳しい説明を省略する。本例のバーナノズル１にあっては、バーナノズル１の上流側端部と金属管９との接続においても、下流側端部と同様のテーパ構造を用いて嵌合支持させている。
即ち、バーナノズル１の上流側端部において流入口１７を囲むように形成される外周面は、上流側先端に近づくほど小径となるように全周に設けたテーパ面３０となっている。また燃料ガス供給用の金属管９の下流側端部の内周面は、下流側に近づくほど大径となるように全周に亘って傾斜した支持テーパ面３１となっており、バーナノズル１の上流側端部を金属管９の下流側端部に挿入した際に、バーナノズル１のテーパ面３０と金属管９の支持テーパ面３１が沿うように傾斜角を一致させている。
上記構成の設置構造によれば、バーナノズル１の上流側端部及び下流側端部を共に所定の隙間を介したテーパ構造で嵌合支持させるという簡単な構造により、セラミック製のバーナノズル１を安定的に設置することができる。また、本例にあっては熱膨張差が生じても、上流側のテーパ構造においてテーパ面３０，３１がずれるとともに下流側のテーパ構造においてテーパ面１８，２５がずれることで、熱膨張差は円滑に吸収される。
なお、上記した一例及び他例においては、バーナノズル１の下流側端部を嵌合支持する支持孔２４を炉壁４に固定してある押さえ板２３に貫設した構造としているが、この構造に限定される訳ではなく、耐火物や金属から成る炉壁４自体を押さえ板２３として用いた構造、即ち炉壁４に支持孔２４を貫設してセラミックノズル１を嵌合支持させる構造としてもよい。
１ バーナノズル
２ 加熱炉
４ 炉壁
９ 金属管
１８ テーパ面
２４ 支持孔
２５ 支持テーパ面
３０ テーパ面
３１ 支持テーパ面
２ 加熱炉
４ 炉壁
９ 金属管
１８ テーパ面
２４ 支持孔
２５ 支持テーパ面
３０ テーパ面
３１ 支持テーパ面
Claims (3)
- 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セラミック製のバーナノズルの設置構造であって、該バーナノズルの上流側端部を該金属管の下流側端部に嵌合支持させるとともに、該バーナノズルの下流側端部を、加熱炉に設けた支持孔内に嵌合支持させ、バーナノズルの下流側端部の外周面には、下流端に近づくほど小径となるテーパ面を設け、加熱炉に設けた支持孔の内周面には、該テーパ面と沿うように傾斜した嵌合支持用の支持テーパ面を設けたことを特徴とするバーナノズルの設置構造。
- 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セラミック製のバーナノズルの設置構造であって、該バーナノズルの上流側端部を該金属管の下流側端部に嵌合支持させるとともに、該バーナノズルの下流側端部を、加熱炉に設けた支持孔内に嵌合支持させ、バーナノズルの上流側端部の外周面には、上流端に近づくほど小径となるテーパ面を設け、金属管の下流側端部の内周面には、該テーパ面と沿うように傾斜した嵌合支持用の支持テーパ面を設けたことを特徴とするバーナノズルの設置構造。
- 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セラミック製のバーナノズルの設置構造であって、該バーナノズルの上流側端部を該金属管の下流側端部に嵌合支持させるとともに、該バーナノズルの下流側端部を、加熱炉に設けた支持孔内に嵌合支持させ、バーナノズルの下流側端部の外周面には、下流端に近づくほど小径となるテーパ面を設け、加熱炉に設けた支持孔の内周面には、該テーパ面と沿うように傾斜した嵌合支持用の支持テーパ面を設け、バーナノズルの上流側端部の外周面には、上流端に近づくほど小径となるテーパ面を設け、金属管の下流側端部の内周面には、該テーパ面と沿うように傾斜した嵌合支持用の支持テーパ面を設けたことを特徴とするバーナノズルの設置構造。
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