JP5811751B2 - 管状火炎バーナ - Google Patents
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Description
従来、この種の予混合燃焼方式のガスバーナとして、例えば、図9に示す管状火炎バーナが知られている(特許文献1参照)。図9は、従来例の管状火炎バーナの制御システム構成図である。
更に、燃焼室110には、燃焼室110の一端側端部である下流側端部の内壁の温度を測定するための温度計115が設けられ、この温度計115で検出された値の信号が演算・制御器117へ送られるようになっている。また、予混合気を吹き込むノズル113に接続された配管には、流量調節計116が接続され、この流量調節計116で検出された流量値の信号が演算・制御器117へ送られると共に、演算・制御器117から流量調節計116へ制御信号が送られるようになっている。
しかしながら、図9に示した管状火炎バーナ100においては、バーナ単体を熱風発生装置として使用する場合の、排ガスを希釈する方法については全く記載がない。具体的に述べると、管状の火炎120を形成する上で重要な部分である燃焼室110の胴長方向中間部からの希釈温度調整ガスを吹き込む場合の燃焼室110の形状や吹き込み方法に関する記載が全くない。また、燃焼室110の排出口111において、希釈温度調整ガスで排ガスを希釈し、熱風の温度を調整する方法について全く記載がない。
従って、本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、安定した火炎の形成ができて良好な燃焼性を確保できるとともに、一定量以上の希釈温度調整ガスを投入しても失火せずに、熱風の温度を適切に低下させることができる管状火炎バーナを提供することにある。
D2−D1≧t…(1)
D2−D1≧d…(2)
Vb=0.9Va〜1.1Va…(3)
ここで、Vb=DIb/{(πD22/4)−(πD12/4)}
Va=DIa/(πD12)
但し、DIbは、温度圧力補正が済んだ、燃焼室の希釈温度調整ガスが吹き込まれる部分における最大の希釈温度調整ガスの流量、DIaは、温度圧力補正が済んだ、燃焼室の燃料ガス及び酸素含有ガスが吹き込まれる部分における最大の燃料ガス及び酸素含有ガスの流量である。
D2−D1≧t…(1)
また、本発明のうち請求項2に係る管状火炎バーナによれば、胴長方向に延びる円筒管状に形成され、前記胴長方向の一端が開放した排出口を形成し、前記胴長方向の他端が閉塞した燃焼室と、該燃焼室の胴長方向の他端近傍に設置され、前記燃焼室内に該燃焼室の接線方向に燃料ガスを吹き込む燃料ガス用ノズルと、該燃焼室の胴長方向の他端近傍に設置され、前記燃焼室内に該燃焼室の接線方向に酸素含有ガスを吹き込む酸素含有ガス用ノズルとを備えた管状火炎バーナにおいて、前記燃焼室は、前記胴長方向の他端側から中間部分にかけて設けられた小径部と、前記胴長方向の中間部分から前記胴長方向の一端側にかけて設けられた大径部と、前記小径部から前記大径部に向けて徐々に径が太くなるよう設定されたテーパ部とを備え、前記燃焼室の小径部に、前記燃料ガス用ノズル及び前記酸素含有ガス用ノズルを設置すると共に、前記燃焼室の大径部に、前記燃焼室の大径部内に該大径部の接線方向に希釈温度調整ガスを吹き込む希釈温度調整ガス用ノズルを設置し、前記希釈温度調整ガス用ノズルにおける前記大径部内に希釈温度調整ガスを吹き込む開口部分は、断面円形状の丸孔とされており、該丸孔の直径をdとし、前記小径部の内径をD1とし、前記大径部の内径をD2とした場合に、前記小径部の内径D1及び前記大径部の内径D2について、次の(2)式が成立する。
D2−D1≧d…(2)
また、本発明のうち請求項3に係る管状火炎バーナによれば、請求項1又は2記載の管状火炎バーナにおいて、燃焼室の希釈温度調整ガスが吹き込まれる部分のガスの胴長方向の流速をVb、燃焼室の燃料ガス及び酸素含有ガスが吹き込まれる部分の胴長方向のガスの流速をVaとした場合に、次の(3)式が成立するように、希釈温度調整ガス、燃料ガス、及び酸素含有ガスの流量を調整する制御手段を備えている。
Vb=0.9Va〜1.1Va…(3)
更に、燃焼室10の大径部14には、1対の希釈温度調整ガス用ノズル18が設置されている。1対の希釈温度調整ガス用ノズル18は、図3(B)に示すように、大径部14の左右両側に対角を成すように対向配置されている。各希釈温度調整ガス用ノズル18は、大径部14に胴長方向に沿って形成された接続用開口14Aに接続される。各希釈温度調整ガス用ノズル18は、大径部14内に大径部14内壁面の接線方向に沿って希釈温度調整ガスを吹き込むようになっている。希釈温度調整ガスは、排出口11からの熱風の温度を低下させるためのものであって、熱風の温度を低下できるものであれば、空気、窒素などの不活性ガス、酸素含有ガス、あるいは燃料ガスなどのいずれであってもよい。
D2−D1≧t…(1)
D2−D1≧d…(2)
更に、酸素含有ガスを吹き込む酸素含有ガス用ノズル17に接続された配管には、流量調節計20が接続され、燃料ガスを吹き込む燃料ガス用ノズル16に接続された配管には、流量調節計21が接続されている。更に、希釈温度調整ガスを吹き込む希釈温度調整ガス用ノズル18に接続された配管にも、流量調節計22が接続されている。そして、これら流量調節計20、21、22で検出された流量値の信号が演算・制御器23へ送られると共に、演算・制御器23から流量調節計20、21、22へ制御信号が送られるようになっている。
Vb=0.9Va〜1.1Va…(3)
ここで、Vb=DIb/{(πD22/4)−(πD12/4)}
Va=DIa/(πD12)
但し、DIbは、温度圧力補正が済んだ、燃焼室の希釈温度調整ガスが吹き込まれる部分における最大の希釈温度調整ガスの流量、DIaは、温度圧力補正が済んだ、燃焼室の燃料ガス及び酸素含有ガスが吹き込まれる部分における最大の燃料ガス及び酸素含有ガスの流量である。
そして、演算・制御器23は、算出されたVa、Vbに基づいて、Vb=0.9Va〜1.1Vaとなるように、流量調節計20、21、22へ制御信号を送り、希釈温度調整ガス、燃料ガス、及び酸素含有ガスの流量を調整する。演算・制御器23が、請求項4に規定する「制御手段」を構成する。
管状火炎バーナ1において、燃料ガス用ノズル16から燃料ガスが、酸素含有ガス用ノズル17から酸素含有ガスが燃焼室10内に吹き込まれると、燃料ガス及び酸素含有ガスが旋回流となって混合し、点火プラグ19により点火される。すると、燃焼室10内には、図2に示すように、管状の火炎30が生成される。そして、燃焼室10内のガスは旋回しながら下流側へ流れるが、その間、内壁側のガスが順次燃焼して軸心側へ移動し、排出口11から排出される。
ここで、燃焼室60は、管状火炎バーナ1における燃焼室10と異なり、小径部13及び大径部14は存在せず、胴長方向において均一の外径及び内径を有する単純な円筒管形状に形成されている。
更に、燃焼室60の胴長方向の中央よりやや一端側、即ち下流側には、1対の希釈温度調整ガス用ノズル68が設置されている。1対の希釈温度調整ガス用ノズル68は、管状火炎バーナ1における希釈温度調整ガス用ノズル18と同様に、図6(B)に示すように、燃焼室60の左右両側に対角を成すように対向配置されている。各希釈温度調整ガス用ノズル68は、燃焼室60内に燃焼室60内壁面の接線方向に沿って希釈温度調整ガスを吹き込むようになっている。
そして、図5及び図6(A)、(B)に示すように、希釈温度調整ガス用ノズル68から希釈温度調整ガスが燃焼室60内に吹き込まれていない場合には、火炎80は、燃焼室60の内径に沿うように胴長方向下流側に向けて延びる。
例えば、燃料ガス用ノズル16及び酸素含有ガス用ノズル17の設置個数及び配置の仕方は、それぞれ燃焼室10内に燃料ガス、酸素含有ガスを吹き込めるようになっていれば、図示した例に限られない。
また、希釈温度調整ガス用ノズル18の設置個数及び配置の仕方は、燃焼室10の大径部14内に該大径部14の接線方向に希釈ガス温度調整ガスを吹き込むようになっていれば、図示した例に限られない。
この調査において、管状火炎バーナ1における寸法関係は下記の通りである。
燃焼室10の小径部13の内径D1;φ174mm
燃焼室10の大径部14の内径D2:φ270mm
燃料ガス用ノズル16におけるスリットのサイズ:75mm×15mm
酸素含有ガス用ノズル17におけるスリットのサイズ:75mm×30mm
希釈温度調整ガス用ノズル18におけるスリットのサイズ:200mm×30mm
燃料ガス用ノズル16及び酸素含有ガス用ノズル17のスリットと希釈温度調整ガス用ノズル18のスリットとの間の距離:800mm
燃焼室10の全長:1500mm
この結果を表1及び図8に示す。
一方、図5に示す管状火炎ガスバーナ51において、希釈温度調整ガスとして空気を吹き込んだ場合には、温度調整用空気流量を384.4(Nm3/hr)以上にすると、失火してしまった。従って、排出口における熱風温度として648(℃)以下を得ることができなかった。
10 燃焼室
11 排出口
12 閉塞部
13 小径部
13A、13B、14A、14B 接続用開口
14 大径部
15 テーパ部
16 燃料ガス用ノズル
17 酸素含有ガス用ノズル
18 希釈温度調整ガス用ノズル
18A スリット
19 点火プラグ
20、21、22 流量調節計
23 演算・制御器(制御手段)
Claims (3)
- 胴長方向に延びる円筒管状に形成され、前記胴長方向の一端が開放した排出口を形成し、前記胴長方向の他端が閉塞した燃焼室と、該燃焼室の胴長方向の他端近傍に設置され、前記燃焼室内に該燃焼室の接線方向に燃料ガスを吹き込む燃料ガス用ノズルと、該燃焼室の胴長方向の他端近傍に設置され、前記燃焼室内に該燃焼室の接線方向に酸素含有ガスを吹き込む酸素含有ガス用ノズルとを備えた管状火炎バーナにおいて、
前記燃焼室は、前記胴長方向の他端側から中間部分にかけて設けられた小径部と、前記胴長方向の中間部分から前記胴長方向の一端側にかけて設けられた大径部と、前記小径部から前記大径部に向けて徐々に径が太くなるよう設定されたテーパ部とを備え、
前記燃焼室の小径部に、前記燃料ガス用ノズル及び前記酸素含有ガス用ノズルを設置すると共に、
前記燃焼室の大径部に、前記燃焼室の大径部内に該大径部の接線方向に希釈温度調整ガスを吹き込む希釈温度調整ガス用ノズルを設置し、
前記希釈温度調整ガス用ノズルにおける前記大径部内に希釈温度調整ガスを吹き込む開口部分は、断面矩形形状のスリットとされており、該スリットの短辺方向の厚さをtとし、前記小径部の内径をD1とし、前記大径部の内径をD2とした場合に、前記小径部の内径D1及び前記大径部の内径D2について、次の(1)式が成立することを特徴とする請求項1記載の管状火炎バーナ。
D2−D1≧t…(1) - 胴長方向に延びる円筒管状に形成され、前記胴長方向の一端が開放した排出口を形成し、前記胴長方向の他端が閉塞した燃焼室と、該燃焼室の胴長方向の他端近傍に設置され、前記燃焼室内に該燃焼室の接線方向に燃料ガスを吹き込む燃料ガス用ノズルと、該燃焼室の胴長方向の他端近傍に設置され、前記燃焼室内に該燃焼室の接線方向に酸素含有ガスを吹き込む酸素含有ガス用ノズルとを備えた管状火炎バーナにおいて、
前記燃焼室は、前記胴長方向の他端側から中間部分にかけて設けられた小径部と、前記胴長方向の中間部分から前記胴長方向の一端側にかけて設けられた大径部と、前記小径部から前記大径部に向けて徐々に径が太くなるよう設定されたテーパ部とを備え、
前記燃焼室の小径部に、前記燃料ガス用ノズル及び前記酸素含有ガス用ノズルを設置すると共に、
前記燃焼室の大径部に、前記燃焼室の大径部内に該大径部の接線方向に希釈温度調整ガスを吹き込む希釈温度調整ガス用ノズルを設置し、
前記希釈温度調整ガス用ノズルにおける前記大径部内に希釈温度調整ガスを吹き込む開口部分は、断面円形状の丸孔とされており、該丸孔の直径をdとし、前記小径部の内径をD1とし、前記大径部の内径をD2とした場合に、前記小径部の内径D1及び前記大径部の内径D2について、次の(2)式が成立することを特徴とする管状火炎バーナ。
D2−D1≧d…(2) - 前記燃焼室の希釈温度調整ガスが吹き込まれる部分のガスの胴長方向の流速をVb、前記燃焼室の燃料ガス及び酸素含有ガスが吹き込まれる部分の胴長方向のガスの流速をVaとした場合に、次の(3)式が成立するように、希釈温度調整ガス、燃料ガス、及び酸素含有ガスの流量を調整する制御手段を備えたことを特徴とする請求項1又は2記載の管状火炎バーナ。
Vb=0.9Va〜1.1Va…(3)
ここで、Vb=DIb/{(πD22/4)−(πD12/4)}
Va=DIa/(πD12)
但し、DIbは、温度圧力補正が済んだ、燃焼室の希釈温度調整ガスが吹き込まれる部分における最大の希釈温度調整ガスの流量、DIaは、温度圧力補正が済んだ、燃焼室の燃料ガス及び酸素含有ガスが吹き込まれる部分における最大の燃料ガス及び酸素含有ガスの流量である。
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