JP4964641B2 - 自己排熱回収型バーナ - Google Patents

Description

本発明は、加熱炉内を加熱すると共に、この加熱後の燃焼排ガスの排熱を回収するよう構成した自己排熱回収型バーナに関する。

各種の加熱炉内を加熱する際には、排気ガスの排熱を利用して燃焼を行う種々のガスバーナが用いられている。
例えば、特許文献１の蓄熱式燃焼バーナにおいては、蓄熱体の反加熱炉側流路を、燃焼排ガスを排出する複数のゾーンに分割された燃焼排ガス流路と、各燃焼排ガス流路に接続された燃焼空気流路とから構成している。そして、燃焼排ガス流路に、燃焼排ガス温度を検出する温度検出手段と、燃焼排ガスの流量を調節する流量調節手段とを設けている。これにより、燃焼排ガス流路中において、燃焼排ガスの偏流が生じてもこれを補償して均一な平均温度を得ることができ、蓄熱体が高温の燃焼排ガスによって部分的に破損されるのを防止している。

しかしながら、特許文献１においては、燃焼排ガス流路における温度分布の偏りを緩和するために、温度検出手段、流量調節手段等の電気的な手段を用いる必要があり、装置の構成が複雑になる。そのため、特に、断面環形状の燃焼排ガス流路を形成した場合に、簡単な機械的構成により、燃焼排ガス流路の周方向における温度分布の偏りを緩和させるためには、更なる工夫が必要とされる。

特開平１０−０２６３３８号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な機械的構成により、排ガス回収通路の周方向における温度分布の偏りを緩和させることができる自己排熱回収型バーナを提供しようとするものである。

本発明は、燃料ガスを燃焼用空気と燃焼させた燃焼ガスによって加熱炉内を加熱すると共に、該加熱後の燃焼排ガスを回収して上記燃焼用空気の予熱を行うよう構成した自己排熱回収型バーナにおいて、
上記燃焼排ガスを回収する排ガス回収通路の内周側に、上記燃焼用空気を通過させる空気通路を形成しており、
該空気通路及び上記排ガス回収通路は、上記燃焼用空気と上記燃焼排ガスとの熱交換に用いる熱交換体が配置された熱交換ボディに繋がっており、
上記排ガス回収通路内には、上記燃焼排ガスの通過方向に直交する周方向の一部に邪魔板が設けてあり、
上記排ガス回収通路の上記周方向において上記邪魔板を設けていない開口部位の下流側近傍には、上記排ガス回収通路内の温度を測定する温度測定用素子が設けてあり、
該温度測定用素子による測定温度が所定温度以上になったときには、上記熱交換体の加熱を防ぐために燃焼量を減少させるよう構成したことを特徴とする自己排熱回収型バーナにある（請求項１）。

本発明の自己排熱回収型バーナは、燃料ガスと、予熱後の燃焼用空気とを燃焼させた燃焼ガスによって、加熱炉内を直接加熱するバーナであり、加熱炉内を加熱した後の燃焼排ガスを通過させる排ガス回収通路の周方向において、温度分布の偏りが生じることを緩和する工夫を行っている。
具体的には、本発明においては、上記排ガス回収通路の内周側に上記空気通路を形成しており、排ガス回収通路内には、上記邪魔板を部分的に設けている。

そして、加熱炉内の加熱を行った後の燃焼排ガスが排ガス回収通路内に回収されるときには、この排ガス回収通路内への燃焼排ガスの流れの一部を邪魔板に衝突させることによって、排ガス回収通路の周方向における燃焼排ガスの流れの偏りを緩和させることができる。これにより、排ガス回収通路の周方向において燃焼排ガスによる局所的な加熱を緩和させることができる。
また、本発明においては、電気的な手段を用いることなく、上記局所的な加熱を緩和させることができる。

それ故、本発明の自己排熱回収型バーナによれば、簡単な機械的構成により、排ガス回収通路の周方向における温度分布の偏りを緩和させることができる。

上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記邪魔板は、上記排ガス回収通路の上記周方向において、上記加熱炉内から排気される上記燃焼排ガスの流量が最も多くなる周方向の部位に対応して、部分的に設けることが好ましい（請求項２）。
この場合には、加熱炉内の加熱を行った後の燃焼排ガスが排ガス回収通路内に回収されるときには、この排ガス回収通路内への燃焼排ガスの流れにおいて、流量が最も多くなる部分を邪魔板に衝突させることによって、排ガス回収通路の周方向における燃焼排ガスの流れの偏りを緩和させることができる。これにより、排ガス回収通路の周方向において燃焼排ガスの流量が最も多くなる部分の局所的な加熱を緩和させることができる。そのため、排ガス回収通路の周方向における温度分布の偏りを効果的に緩和させることができる。

また、上記自己排熱回収型バーナは、上記燃焼用空気を流入させるための外部ボディと、該外部ボディ内に配置され上記燃焼排ガスを流入させるための内部筒と、該内部筒内に配置され上記外部ボディ内へ流入した上記燃焼用空気を通過させて上記加熱炉内へ噴出させるための燃焼筒と、該燃焼筒内に配置され上記燃料ガスを通過させて上記加熱炉内へ噴出させるためのガスパイプとを有しており、上記空気通路は上記燃焼筒内に形成してあり、上記排ガス回収通路は上記内部筒内に形成してあり、上記熱交換ボディは、上記外部ボディに形成してあることが好ましい（請求項３）。

この場合には、上記排ガス回収通路の周方向における温度分布の偏りを緩和させることにより、燃焼用空気と燃焼排ガスとの熱交換を行うための熱交換体が、局所的に加熱されてしまうことを抑制することができる。そのため、熱交換体の耐久性を向上させることができる。

また、上記加熱炉は、断面円形状の燃焼空間を有すると共に、該燃焼空間の中心軸線を鉛直方向に配置してなり、上記自己排熱回収型バーナは、上記加熱炉の側壁部に配設してあると共に、上記燃焼空間の内周壁に沿って燃焼火炎を形成し、該燃焼火炎の形成によって上記燃焼空間内に上記燃焼ガスの旋回流を形成するよう構成してあり、上記排ガス回収通路内において上記邪魔板を設ける上記周方向の部位は、上記燃焼ガスの旋回流の進行方向に対して遠い側の側部とすることが好ましい（請求項４）。
上記断面円形状の燃焼空間を有する加熱炉に配設した自己排熱回収型バーナの排ガス回収通路において、燃焼ガスの旋回流の進行方向に対して遠い側の側部は、燃焼排ガスの流量が最も多くなる部位になる。そのため、この部位に上記邪魔板を設けることにより、排ガス回収通路の周方向における温度分布の偏りを効果的に緩和させることができる。

また、上記邪魔板は、上記排ガス回収通路の上記周方向において、上記燃焼ガスの旋回流の進行方向に対して近い側の側部にも設けることが好ましい（請求項５）。
上記断面円形状の燃焼空間を有する加熱炉に配設した自己排熱回収型バーナの排ガス回収通路において、燃焼ガスの旋回流の進行方向に対して近い側の側部は、燃焼排ガスの流量が最も少なくなる部位になる。そのため、この部位にも上記邪魔板を設けることにより、排ガス回収通路の周方向における温度分布の偏りをより効果的に緩和させることができる。

また、上記排ガス回収通路の上記周方向において上記邪魔板を設けていない開口部位の下流側近傍には、上記排ガス回収通路内の温度を測定する温度測定用素子が設けてあり、該温度測定用素子による測定温度が所定温度以上になったときには、上記自己排熱回収型バーナにおける燃焼量を減少させるよう構成してある。
これにより、排ガス回収通路内の温度が所定温度以上の高温になったときに、自己排熱回収型バーナにおける燃焼量を減少させることによって、上記熱交換体が上記所定温度以上に加熱されることを防止することができる。

以下に、本発明の自己排熱回収型バーナにかかる実施例につき、図面と共に説明する。
本例の自己排熱回収型バーナ１は、図１、図２に示すごとく、燃料ガスＦを燃焼用空気Ａと燃焼させた燃焼ガスＧ１によって加熱炉８内を加熱すると共に、加熱後の燃焼排ガスＧ２を回収して燃焼用空気Ａの予熱を行うよう構成してある。この自己排熱回収型バーナ１は、燃焼排ガスＧ２を回収する排ガス回収通路３０の内周側に、燃焼用空気Ａを通過させる空気通路４０を形成してなる。
そして、排ガス回収通路３０内には、この排ガス回収通路３０内における燃焼排ガスＧ２の通過方向Ｌに直交する周方向Ｒにおける温度分布を緩和するための邪魔板３１が設けてある。この邪魔板３１は、排ガス回収通路３０の周方向Ｒにおいて、加熱炉８内から排気される燃焼排ガスＧ２の流量が最も多くなる周方向Ｒの部位に対応して、部分的に設けてある。

以下に、本例の自己排熱回収型バーナ１につき、図１〜図４と共に詳説する。
図１、図２に示すごとく、本例の自己排熱回収型バーナ１は、燃焼用空気Ａを流入させるための外部ボディ２と、外部ボディ２内に配置され燃焼排ガスＧ２を流入させるための内部筒３と、内部筒３内に配置され外部ボディ２内へ流入した燃焼用空気Ａを通過させて加熱炉８内へ噴出させるための燃焼筒４と、燃焼筒４内に配置され燃料ガスＦを通過させて加熱炉８内へ噴出させるためのガスパイプ５とを有している。そして、本例の空気通路４０は燃焼筒４内に形成してあり、排ガス回収通路３０は内部筒３内に形成してある。

内部筒３は、外部ボディ２内に挿通配置してあり、燃焼筒４は、その先端側部分が外部ボディ２の炉壁側の端部よりも突出した状態で、内部筒３内に挿通配置してある。また、ガスパイプ５は、燃焼筒４内に挿通配置してあり、ガスパイプ５の先端部には燃焼ガスＧ１を噴出させるガスノズル５１が設けてある。
上記空気通路４０は、燃焼筒４の内周面とガスパイプ５の外周面との間に、環状に形成されており、上記排ガス回収通路３０は、内部筒３の内周面と燃焼筒４の外周面との間に、環状に形成されている。

外部ボディ２の先端部（炉壁側の端部）は、自己排熱回収型バーナ１を加熱炉８の炉壁に取り付けるための取付ベース２１によって閉じられている。また、取付ベース２１は、内部筒３に対向する部分の内側に貫通穴２２を有しており、排ガス回収通路３０は、貫通穴２２を介して加熱炉８内に開口している。
燃焼筒４内に形成された空気通路４０は、燃焼筒４の後端部（炉壁とは反対側の端部）において、外部ボディ２の内周面と内部筒３の外周面との間に形成された第２の空気通路２０と連通されている。

本例の自己排熱回収型バーナ１は、燃焼火炎Ｈの形成方向（ガスパイプ５、燃焼筒４及び内部筒３の軸方向Ｌ）を、略水平方向に向けて加熱炉８に配設して用いる。
図１、図２に示すごとく、外部ボディ２の上部には、外部ボディ２内へ流入させる燃焼用空気Ａを通過させるための流入通路６１と、排ガス回収通路３０内を通過した燃焼排ガスＧ２を排気するための排気通路６２とを、熱交換体６３を介して隣接形成してなる熱交換ボディ６が設けてある。本例の熱交換体６３は、金属製の向流プレート式のものとした。これ以外にも、熱交換体６３としては種々の構造のものを用いることができる。
流入通路６１の下端部は、外部ボディ２内に形成された第２の空気通路２０の上側部分と連通してあり、第２の空気通路２０内には、左右に仕切板２３が設けてある。

図１、図２に示すごとく、流入通路６１から第２の空気通路２０内へ流れる燃焼用空気Ａは、第２の空気通路２０の先端側（炉壁側）と後端側（炉壁とは反対側）とに分岐して流れる。そして、第２の空気通路２０の前方側へ分岐した燃焼用空気Ａは、左右の仕切板２３よりも上側に形成された上側開口部２３１を通って先端側へ流れた後、左右の仕切板２３よりも下側に形成された下側開口部２３２を通って後端側へ流れ、燃焼筒４の後端部から燃焼筒４内へ流れる。一方、第２の空気通路２０の後端側へ分岐した燃焼用空気Ａは、燃焼筒４の後端部から燃焼筒４内へ流れる。こうして、燃焼用空気Ａは、先端側へ分岐した流れと後端側へ分岐した流れとが合流して、燃焼筒４の先端部から加熱炉８内へ噴出される。

図１に示すごとく、排気通路６２の下端部は、内部筒３内に形成された排ガス回収通路３０の上側部分と連通してあり、排ガス回収通路３０内には、左右に邪魔板３１が設けてある。そして、図２に示すごとく、排ガス回収通路３０は、左右の邪魔板３１よりも上側の部分と下側の部分とが開口している。

図３、図４に示すごとく、本例の自己排熱回収型バーナ１を取り付けた加熱炉８は、断面円形状の燃焼空間８１を有すると共に、燃焼空間８１の中心軸線を鉛直方向に配置してなるものである。また、加熱炉８の上面から燃焼空間８１内には、被加熱物を入れるためのるつぼ状の容器８２が配置してある。
自己排熱回収型バーナ１は、加熱炉８の側壁部に配設してあると共に、燃焼空間８１の内周壁に沿って燃焼火炎Ｈを形成し、この燃焼火炎Ｈの形成によって燃焼空間８１内（加熱炉８の内壁面とるつぼ状の容器８２の外壁面との間の空間）に燃焼ガスＧ１の旋回流を形成するよう構成してある。

また、図２、図３に示すごとく、自己排熱回収型バーナ１の排ガス回収通路３０の周方向Ｒにおいて、上記邪魔板３１は、燃焼空間８１内に形成される燃焼ガスＧ１の旋回流の進行方向に対して遠い側の側部３０１に設けた高温側邪魔板３１Ａと、近い側の側部３０２に設けた低温側邪魔板３１Ｂとからなる。

また、図１、図２に示すごとく、本例の排ガス回収通路３０の周方向Ｒにおいて、邪魔板３１を設けていない開口部位の下流側（燃焼排ガスＧ２の流れの下流側）の近傍には、排ガス回収通路３０内の温度を測定する温度測定用素子７が設けてある。本例の温度測定用素子７は、排ガス回収通路３０の上部に設けてある。
自己排熱回収型バーナ１は、高温燃焼（例えば１１６ｋＷ）と低温燃焼（例えば４６ｋＷ）との２段階に燃焼を切り換えて運転するよう構成してある。そして、自己排熱回収型バーナ１は、通常は高温燃焼を行い、温度測定用素子７による測定温度が所定温度（例えば９００（℃））以上になったときには、低温燃焼に切り換えて燃焼量を減少させるよう構成してある。これにより、上記熱交換体６３が上記所定温度以上に加熱されることを防止することができる。

図３に示すごとく、本例の自己排熱回収型バーナ１において、加熱炉８内の加熱を行った後の燃焼排ガスＧ２が排ガス回収通路３０内に回収されるときには、この排ガス回収通路３０内への燃焼排ガスＧ２の流れにおいて、流量が最も多くなる周方向Ｒの部位は、加熱炉８の燃焼空間８１内に形成される燃焼ガスＧ１の旋回流の進行方向に対して遠い側の周方向Ｒの部位になる。一方、排ガス回収通路３０内への燃焼排ガスＧ２の流れにおいて、流量が最も少なくなる周方向Ｒの部位は、加熱炉８の燃焼空間８１内に形成される燃焼ガスＧ１の旋回流の進行方向に対して近い側の周方向Ｒの部位になる。

そして、燃焼排ガスＧ２の流れにおいて流量が最も多い部分は、上記遠い側の周方向Ｒの部位に設けた高温側邪魔板３１Ａに衝突させることができる。一方、燃焼排ガスＧ２の流れにおいて流量が最も少ない部分は、上記近い側の周方向Ｒの部位に設けた低温側邪魔板３１Ｂに衝突させることができる。これにより、燃焼排ガスＧ２の流れのうち最も流量が多くなる周方向Ｒの部分と、燃焼排ガスＧ２の流れのうち最も流量が少なくなる周方向Ｒの部分とが、排ガス回収通路３０の上記通過方向Ｌへ直進しないようにすることができる。そのため、排ガス回収通路３０の周方向Ｒにおいて燃焼排ガスＧ２の流量が最も多くなる部分の局所的な加熱を緩和させることができ、排ガス回収通路３０の周方向Ｒにおける燃焼排ガスＧ２の流れの偏りを効果的に緩和させることができる。

また、本例においては、電気的な手段を用いることなく、上記局所的な加熱を緩和させることができる。
それ故、本例の自己排熱回収型バーナ１によれば、簡単な機械的構成により、排ガス回収通路３０の周方向Ｒにおける温度分布の偏りを効果的に緩和させることができる。また、これにより、燃焼用空気Ａと燃焼排ガスＧ２との熱交換を行うための熱交換体６３が、局所的に加熱されてしまうことを抑制することができる。そのため、熱交換体６３の耐久性を向上させることができる。

また、上記排ガス回収通路３０の周方向Ｒにおける温度分布の偏りを効果的に緩和させることができることにより、燃焼空間８１の大きさ、形状が異なる加熱炉８毎に、排ガス回収通路３０の周方向Ｒにおける上記温度測定用素子７の配設位置を変更する必要がなくなる。これにより、熱交換体６３における燃料排ガスＧ２の入口部の温度の管理を容易にすることができる。

（確認試験）
本確認試験においては、上記排ガス回収通路３０内に邪魔板３１を設けたことによる効果を確認する試験を行った。本確認試験においては、上記加熱炉８としてのアルミ溶解保持るつぼ炉を用い、上記るつぼ状の容器８２内にアルミニウムを２００（ｋｇ）チャージし、上記自己排熱回収型バーナ１を用いて加熱を行った。自己排熱回収型バーナ１は、加熱能力が１１６（ｋＷ）のものを用い、上記排ガス回収通路３０内の上部、下部、及び左右の側部にそれぞれ温度測定用素子７（熱電対）を配置した。この温度測定用素子７は、邪魔板３１の配設位置の下流側近傍とした。

そして、自己排熱回収型バーナ１によって加熱炉８内を加熱したときにおける、排ガス回収通路３０内の上部、下部、及び左右の側部の温度をそれぞれ測定した。この測定は、排ガス回収通路３０内に上記高温側邪魔板３１Ａ及び低温側邪魔板３１Ｂを設けた場合（発明品）と、比較のために排ガス回収通路３０内に邪魔板３１を設けていない場合（比較品）とについて行った。

上記温度の測定を行った結果、比較品の排ガス回収通路３０内の左部（低温側の側部）の温度は、８４０（℃）、右部（高温側の側部）の温度は、９７０（℃）、上部の温度は、９３２（℃）、下部の温度は、９２３（℃）であった。そして、比較品の排ガス回収通路３０内における温度分布の偏り（最高温度部と最低温度部との差、左部と右部との温度差）は、１３０（℃）であった。
これに対し、発明品の排ガス回収通路３０内の上部の温度は、９００（℃）、下部の温度は、８６９（℃）であった。そして、発明品の排ガス回収通路３０内における温度分布の偏り（最高温度部と最低温度部との差、上部と下部との温度差）は、３１（℃）であった。なお、発明品においては高温側邪魔板３１Ａ及び低温側邪魔板３１Ｂを設けたことにより、各邪魔板３１の下流側近傍には燃焼排ガスＧ２の流れがなく、左部及び右部の温度の測定は行わなかった。

以上の結果より、排ガス回収通路３０内に邪魔板３１を設けていない比較品に比べて、排ガス回収通路３０内に邪魔板３１を設けた発明品の方が、周方向Ｒにおける温度分布の偏りが少ないことがわかった。

実施例における、自己排熱回収型バーナを正面から見た状態で示す断面説明図。 実施例における、自己排熱回収型バーナを示す図で、図１のＡ−Ａ線矢視近傍の断面を示す説明図。 実施例における、自己排熱回収型バーナを取り付けた加熱炉を、上方から見た状態で示す断面説明図。 実施例における、自己排熱回収型バーナを取り付けた加熱炉を、正面から見た状態で示す断面説明図。

符号の説明

１ 自己排熱回収型バーナ
２ 外部ボディ
２０ 第２の空気通路
３ 内部筒
３０ 排ガス回収通路
３１ 邪魔板
３０１ 遠い側の側部
３０２ 近い側の側部
４ 燃焼筒
４０ 空気通路
５ ガスパイプ
６ 熱交換ボディ
６１ 流入通路
６２ 排気通路
６３ 熱交換体
７ 温度測定用素子
８ 加熱炉
８１ 燃焼空間
８２ るつぼ状の容器
Ｌ 通過方向
Ｒ 周方向
Ａ 燃焼用空気
Ｆ 燃料ガス
Ｇ１ 燃焼ガス
Ｇ２ 燃焼排ガス

Claims (5)

1. 燃料ガスを燃焼用空気と燃焼させた燃焼ガスによって加熱炉内を加熱すると共に、該加熱後の燃焼排ガスを回収して上記燃焼用空気の予熱を行うよう構成した自己排熱回収型バーナにおいて、
   上記燃焼排ガスを回収する排ガス回収通路の内周側に、上記燃焼用空気を通過させる空気通路を形成しており、
   該空気通路及び上記排ガス回収通路は、上記燃焼用空気と上記燃焼排ガスとの熱交換に用いる熱交換体が配置された熱交換ボディに繋がっており、
   上記排ガス回収通路内には、上記燃焼排ガスの通過方向に直交する周方向の一部に邪魔板が設けてあり、
   上記排ガス回収通路の上記周方向において上記邪魔板を設けていない開口部位の下流側近傍には、上記排ガス回収通路内の温度を測定する温度測定用素子が設けてあり、
   該温度測定用素子による測定温度が所定温度以上になったときには、上記熱交換体の加熱を防ぐために燃焼量を減少させるよう構成したことを特徴とする自己排熱回収型バーナ。
2. 請求項１において、上記邪魔板は、上記排ガス回収通路の上記周方向において、上記加熱炉内から排気される上記燃焼排ガスの流量が最も多くなる周方向の部位に対応して、部分的に設けてあることを特徴とする自己排熱回収型バーナ。
3. 請求項１又は２において、上記燃焼用空気を流入させるための外部ボディと、該外部ボディ内に配置され上記燃焼排ガスを流入させるための内部筒と、該内部筒内に配置され上記外部ボディ内へ流入した上記燃焼用空気を通過させて上記加熱炉内へ噴出させるための燃焼筒と、該燃焼筒内に配置され上記燃料ガスを通過させて上記加熱炉内へ噴出させるためのガスパイプとを有しており、
   上記空気通路は上記燃焼筒内に形成してあり、上記排ガス回収通路は上記内部筒内に形成してあり、
   上記熱交換ボディは、上記外部ボディに形成してあることを特徴とする自己排熱回収型バーナ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記加熱炉は、断面円形状の燃焼空間を有すると共に、該燃焼空間の中心軸線を鉛直方向に配置してなり、
   上記自己排熱回収型バーナは、上記加熱炉の側壁部に配設してあると共に、上記燃焼空間の内周壁に沿って燃焼火炎を形成し、該燃焼火炎の形成によって上記燃焼空間内に上記燃焼ガスの旋回流を形成するよう構成してあり、
   上記排ガス回収通路内において上記邪魔板を設ける上記周方向の部位は、上記燃焼ガスの旋回流の進行方向に対して遠い側の側部としたことを特徴とする自己排熱回収型バーナ。
5. 請求項４において、上記邪魔板は、上記排ガス回収通路の上記周方向において、上記燃焼ガスの旋回流の進行方向に対して近い側の側部にも設けたことを特徴とする自己排熱回収型バーナ。

Images