JP6173178B2 - シングルエンド型ラジアントチューブバーナ - Google Patents

Description

本発明は、炉壁を貫通する状態で設置される先端側が閉塞された外管の内部に、先端側が開口した内管が設けられ、
前記内管の内部に、先端にガス噴出部を備えた筒状のガスノズルが配置され、
前記内管の基端側から先端側に向けて燃焼用空気が供給され、
前記外管と前記内管との間に、燃焼ガスを前記外管の先端側から基端側に流動させる排ガス通路が形成されたシングルエンド型ラジアントチューブバーナに関する。

かかるシングルエンド型ラジアントチューブバーナは、加熱炉や熱処理炉等に装備されて、ガスノズルのガス噴出部から噴出されたガス燃料を、内管の内部に燃焼炎を形成する状態で燃焼させて、炉内空間を間接的に加熱するのに利用されることになる。
また、外管と内管との間の排ガス通路を流動する燃焼ガスによって、内管を加熱して、内管に供給された燃焼用空気を予熱するようにすることにより、排熱の回収を行うようになっている。

ちなみに、一般に、外管の炉外方側端部に、炉壁の外面に当て付けた状態に設置する外管設置用鍔状部が設けられ、炉壁よりも外方側に設置されて、内管の炉外方側部分及びガスノズルの炉外方側部分を支持するバーナ本体に、外管設置用鍔状部に対応する本体設置用鍔状部が設けられて、炉壁の外面に当て付けた外管設置用鍔状部に対して本体設置用鍔状部を当て付けた状態で、それらの外管設置用鍔状部及び本体設置用鍔状部を炉壁にボルト固定する形態で、外管及びバーナ本体を設置することが行われる。

このようなシングルエンド型ラジアントチューブバーナの従来例として、外管と内管との間の排ガス通路の炉壁に対応する部分に、熱交換促進部材としてのコイルスプリングが、内管の外周面に接触する状態で装着されたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１においては、バーナ本体に、排ガス通路に連通する連通部分が内管を覆う状態で形成されて、コイルスプリングが、連通部分にも配置されている。

また、特許文献１においては、コイルスプリングの外周側と連通部分の外周面との間に間隙が形成されることが記載されているため、詳細な説明はないが、図面（図１）に、連通部分の外周面と排ガス通路の外周面とが同径状態で連なる形態が記載されていることを考慮すると、コイルスプリングの外周側と排ガス通路の外周面を形成する外管の内面との間にも隙間が形成されていると考えられるものである。

つまり、コイルスプリングの内周側を内管の外周面に接触させることに加えて、コイルスプリングの外周側を外管の内周面にも接触させるようにすると、コイルスプリングの熱膨張を吸収させ難いものとなる等の不都合があるため、コイルスプリングの内周側を内管の外周面に接触させる場合には、コイルスプリングの外周側と外管の内周面との間には隙間が形成されるものであると考えることができる。

シングルエンド型ラジアントチューブバーナの別の従来例として、外管と内管との間の排ガス通路における炉壁に対応する部分に、内管よりも大径で外管よりも小径の挿入円筒部を備える挿入部材が配置され、この挿入部材には、挿入円筒部と外管との間を通して燃焼ガスが通流することを抑制する閉塞部が設けられたものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００８−２０９０５８号公報 特開２０１２−１９３８７９号公報

特許文献１のシングルエンド型ラジアントチューブバーナは、排ガス通路を流動する燃焼ガスを、熱交換促進部材としてのコイルスプリングによって、旋回させながら流動させるようにするため、排熱の回収効率を向上できるものであるが、コイルスプリングの外周側と外管の内面との間を流動する燃焼ガスが保有する熱を適切に回収できないため、排熱の回収効率を十分に向上できないものであった。

特許文献２のシングルエンド型ラジアントチューブバーナは、内管と挿入部材の挿入円筒部との間の狭い通路を通して、排ガス通路を流動する燃焼ガスを流動させるようにするため、排熱の回収効率を向上できるものであるが、単に、内管と挿入部材の挿入円筒部との間を燃焼ガスが流動するものであるため、排熱の回収効率を十分に向上できないものであった。

本発明は、上記実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、排熱の回収効率を十分に向上できるシングルエンド型ラジアントチューブバーナを提供する点にある。

本発明のシングルエンド型ラジアントチューブバーナは、炉壁を貫通する状態で設置される先端側が閉塞された外管の内部に、先端側が開口した内管が設けられ、
前記内管の内部に、先端にガス噴出部を備えた筒状のガスノズルが配置され、
前記内管の基端側から先端側に向けて燃焼用空気が供給され、
前記外管と前記内管との間に、燃焼ガスを前記外管の先端側から基端側に流動させる排ガス通路が形成されたものであって、その第１特徴構成は、
前記外管と前記内管との間のうちの、少なくとも前記炉壁に対応する部分に、円筒状部材が、当該円筒状部材と前記外管との間は燃焼ガスの流動を抑制しかつ当該円筒状部材と前記内管との間は燃焼ガスの流動を許容する状態で配置され、
前記円筒状部材の内面に、螺旋状部材が、前記内管の外面との間に隙間を形成する状態で設けられている点を特徴とする。

すなわち、前記外管と前記内管との間のうちの、炉壁に対応する部分においては、円筒状部材の存在によって、円筒状部材と外管との間は燃焼ガスが流動することがなく、円筒状部材と内管との間のみを燃焼ガスが流動する状態となる。

そして、円筒状部材と内管との間を流動する燃焼ガスの一部は、円筒状部材の内面に設けた螺旋状部材と内管の外面との間の隙間を、内管に接触しながら流動して、内管を熱伝導により加熱することになる。
また、燃焼ガスの残部は、円筒状部材の内面に設けた螺旋状部材の案内作用によって旋回する状態で、螺旋状部材及び円筒状部材に接触しながら流動して、螺旋状部材及び円筒状部材を加熱することになり、その結果、螺旋状部材及び円筒状部材からの輻射熱によって、内管を加熱することになる。

したがって、内管に接触しながら流動する燃焼ガスにて、内管を熱伝導により加熱し、螺旋状部材及び円筒状部材に接触しながら流動する燃焼ガスにて加熱された螺旋状部材及び円筒状部材の輻射熱にて、内管を加熱するものであるから、排ガス通路を流動する燃焼ガスが保有する熱を内管の加熱に有効に利用できる。

つまり、燃焼ガスを内管の外面に接触させながら流動させることによる熱伝導と、燃焼ガスを螺旋状部材及び円筒状部材に接触しながら流動させることによる輻射加熱とによって、燃焼ガスが保有する熱を内管の加熱に有効に利用できるため、排熱回収効率を十分に向上できるのである。
また、円筒状部材と螺旋状部材との存在によって、燃焼ガスの熱が炉壁に伝わりにくくする断熱効果を得られるため、この点からも、燃焼ガスが保有する熱を内管の加熱に有効に利用できる。

要するに、本発明の第１特徴構成によれば、排熱の回収効率を十分に向上できるシングルエンド型ラジアントチューブバーナを提供できる。

本発明のシングルエンド型ラジアントチューブバーナの第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記螺旋状部材の複数が、前記円筒状部材の周方向に沿って並ぶ状態で設けられている点を特徴とする。

ちなみに、複数の螺旋状部材が円筒状部材の周方向に沿って並ぶ状態とは、円筒状部材の軸方向における任意の位置に複数の螺旋状部材が存在し、全体として多条螺旋となっている状態を意味する。

すなわち、円筒状部材と内管との間を流動する燃焼ガスのうちで、円筒状部材の内面に設けた螺旋状部材と内管の外面との間の隙間を流動する燃焼ガスを除いた燃焼ガスが、円筒状部材の内面に設けた複数の螺旋状部材の間を通して流動することになり、複数の螺旋状部材及び円筒状部材を加熱することになる。

したがって、円筒状部材と内管との間を流動する燃焼ガスのうちで、円筒状部材の内面に設けた螺旋状部材と内管の外面との間の隙間を流動する燃焼ガスを除いた燃焼ガスが保有する熱を、複数の螺旋状部材及び円筒状部材の加熱に有効に利用して、複数の螺旋状部材及び円筒状部材の輻射熱にて、内管を加熱することができる。

つまり、円筒状部材と内管との間を流動する燃焼ガスのうちで、円筒状部材の内面に設けた螺旋状部材と内管の外面との間の隙間を流動する燃焼ガスを除いた燃焼ガスが保有する熱を、内管の加熱のために適切に回収できるのであり、排熱回収効率を一層向上することができる。

要するに、本発明の第２特徴構成によれば、排熱の回収効率を一層向上できるシングルエンド型ラジアントチューブバーナを提供できる。

本発明のシングルエンド型ラジアントチューブバーナの第３特徴構成は、上記第１又は第２特徴構成に加えて、
前記外管の炉外方側端部に、前記炉壁の外面に当て付けた状態に設置する外管設置用鍔状部が設けられ、
前記炉壁よりも外方側に設置されて、前記内管の炉外方側部分及び前記ガスノズルの炉外方側部分を支持するバーナ本体に、前記外管設置用鍔状部に対応する本体設置用鍔状部が設けられ、
前記円筒状部材の炉外方側端部に、前記外管設置用鍔状部と前記本体設置用鍔状部との間に配置される部材設置用鍔状部が設けられている点を特徴とする。

すなわち、一般に、外管の外管設置用鍔状部を、炉壁の外面に当て付け、バーナ本体の本体設置用鍔状部を、外管設置用鍔状部の外面に当て付けた状態で、外管設置用鍔状部及び本体設置用鍔状部を炉壁にボルト固定する形態で、外管及びバーナ本体を設置することが行われるが、円筒状部材の部材設置用鍔状部を、外管設置用鍔状部と本体設置用鍔状部との間に配置して、外管設置用鍔状部、本体設置用鍔状部及び部材設置用鍔状部を炉壁にボルト固定することにより、外管及びバーナ本体に加えて、円筒状部材を設置できる。

したがって、外管やバーナ本体の設置構成を有効利用した構成にて、円筒状部材を設置でき、しかも、既設の外管やバーナ本体に対しても、円筒状部材を設置できる。

要するに、本発明の第３特徴構成によれば、上記第１又は第２特徴構成による作用効果に加えて、円筒状部材の設置構成の容易化を図り、しかも、既設の外管やバーナ本体に対しても円筒状部材を適切に設置できるシングルエンド型ラジアントチューブバーナを提供できる。

シングルエンド型ラジアントチューブバーナの縦断側面図 図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図 円筒状部材の一部切欠斜視図

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（シングルエンド型ラジアントチューブバーナの全体構成）
図１に示すように、シングルエンド型ラジアントチューブバーナは、熱処理炉等の加熱炉の炉内空間Ｋを間接的に加熱するように構成されている。
すなわち、先端側が閉塞された外管１が炉壁Ｗを貫通する状態で設置され、外管１の内部に、先端側及び基端側の両側が開口した内管２が設けられ、内管２の内部に、先端にガス噴出部３ａを備えた筒状のガスノズル３が配置され、内管２の基端側から先端側に向けて燃焼用空気Ａが供給され、外管１と内管２との間に、燃焼ガスＥを外管１の先端側から基端側に流動させる排ガス通路Ｒが形成されている。

そして、ガスノズル３のガス噴出部３ａから噴出されるガス燃料Ｇが、内管２の内部に燃焼炎Ｆを形成する状態で燃焼して、炉内空間Ｋを加熱するように構成され、また、排ガス通路Ｒを流動する燃焼ガスＥによって内管２を加熱することにより、内管２の内部を流動する燃焼用空気Ａを予熱するよう構成されている。

（バーナ本体の構成）
内管２の炉外方側部分及びガスノズル３の炉外方側部分を支持するバーナ本体Ｈが、炉壁Ｗよりも外方側に設置されている。
すなわち、バーナ本体Ｈは、外筒４及び内筒５を同軸心状に備え、外筒４の底部を閉じる底壁６を備え、さらに、外筒４及び内筒５の先端側が接続された前壁７を備えている。
尚、内筒５の後端部は、底壁６よりも内方側に位置する状態に形成されている。

そして、ガスノズル３が、底壁６に支持された状態で、内筒５の内部に同軸心状に配設され、内管２が、端部に形成した鍔状部２Ａを内筒５の端部に当て付けた状態で、内筒５に支持されている。

外筒４には、燃焼用空気Ａを供給する筒状の燃焼用空気供給部４Ａが設けられ、この燃焼用空気供給部４Ａより供給された燃焼用空気Ａが、外筒４と内筒５との間の空気供給空間ＡＳを流動したのち、内管２の基端側の開口より内管２の内部に流動して、内管２の先端側に流動するように構成されている。

内筒５の後端部には、燃焼ガスＥを排出する筒状の燃焼ガス排出部５Ａが、外筒４を貫通する形態で設けられ、排ガス通路Ｒを流動する燃焼ガスＥが、内管２と内筒５との間の燃焼ガス流動空間ＥＳを流動したのち、燃焼ガス排出部５Ａを通して外部に排出されるように構成されている。

（排熱回収増加構成）
図１及び図２に示すように、外管１と内管２との間のうちの、炉壁Ｗに対応する部分に、円筒状部材８が、当該円筒状部材８と外管１との間は燃焼ガスＥの流動を抑制しかつ当該円筒状部材８と内管２との間は燃焼ガスの流動を許容する状態で配置されている。
つまり、円筒状部材８の外径が、外管１の内径と同径に形成されて、円筒状部材８と外管１との間の燃焼ガスＥの流動を抑制するように構成され、円筒状部材８の内径が、内管２の外径よりも大きく形成されて、円筒状部材８と内管２との間の燃焼ガスＥの流動を許容するように構成されている。

図１〜図３に示すように、円筒状部材８の内面に、螺旋状部材９が、内管２の外面との間に隙間Ｄを形成する状態で設けられている。ちなみに、本実施形態では、螺旋状部材９の内周側の径が、８３．６ｍｍであるのに対して、内管２の外径が約８０ｍｍである。
また、本実施形態においては、螺旋状部材９の複数（本実施形態では３個）が、円筒状部材８の周方向に沿って並ぶ状態で設けられている。

ちなみに、本実施形態においては、螺旋状部材９は、２周分に亘る形態で設けられている。
尚、図１の縦断側面図においては、３個の螺旋状部材９のうちの一つについては、手前側部分を２点鎖線で記載して、螺旋状部材９が２周分に亘る形態であることを明示している。

したがって、円筒状部材８と内管２との間を流動する燃焼ガスＥの一部が、円筒状部材８の内面に設けた螺旋状部材９と内管の外面との間の隙間を、内管２に接触しながら流動して、内管２を熱伝導により加熱するように構成されている。
また、燃焼ガスＥの残部が、円筒状部材８の内面に設けた螺旋状部材９の案内作用によって旋回する状態で、螺旋状部材９及び円筒状部材８に接触しながら流動して、螺旋状部材９及び円筒状部材８を熱伝導により加熱することになり、その結果、螺旋状部材９及び円筒状部材８からの輻射熱によって、内管２を加熱するように構成されている。

したがって、内管２に接触しながら流動する燃焼ガスＥにて、内管２を熱伝導により加熱し、螺旋状部材９及び円筒状部材８に接触しながら流動する燃焼ガスＥにて加熱された螺旋状部材９及び円筒状部材８の輻射熱にて、内管２を加熱するものであるから、排ガス通路Ｒを流動する燃焼ガスＥが保有する熱を内管２の加熱に有効に利用できるため、排熱回収効率を十分に向上できる。

そして、本実施形態においては、螺旋状部材９の複数（本実施形態では３個）が、円筒状部材８の周方向に沿って並ぶ状態で設けられているから、円筒状部材８と内管２との間を流動する燃焼ガスＥのうちで、円筒状部材８の内面に設けた螺旋状部材９と内管２の外面との間の隙間Ｄを流動する燃焼ガスを除いた燃焼ガスが、円筒状部材８の内面に設けた複数（本実施形態では３個）の螺旋状部材９の間を通して流動することになり、複数の螺旋状部材９及び円筒状部材８を加熱することになるため、排熱回収効率を一層向上することができる。

（設置構成）
外管１の炉外方側端部に、炉壁Ｗの外面に当て付けた状態に設置する外管設置用鍔状部１ｔが設けられ、バーナ本体Ｈの炉壁Ｗに対向する部分に、外管設置用鍔状部１ｔに対応する本体設置用鍔状部Ｈｔが、前壁７から連なる状態で設けられている。
また、円筒状部材８の炉外方側端部に、外管設置用鍔状部１ｔと本体設置用鍔状部Ｈｔとの間に配置される部材設置用鍔状部８ｔが設けられている。

したがって、円筒状部材８の部材設置用鍔状部８ｔを、外管設置用鍔状部１ｔと本体設置用鍔状部Ｈｔとの間に配置して、外管設置用鍔状部１ｔ、本体設置用鍔状部Ｈｔ及び部材設置用鍔状部８ｔを炉壁Ｗにボルト固定することにより、外管１及びバーナ本体Ｈに加えて、円筒状部材８を設置できるように構成されている。

ちなみに、円筒状部材８が装備されていないシングルエンド型ラジアントチューブにおいては、一般に、外管１の外管設置用鍔状部１ｔを、炉壁Ｗの外面に当て付け、バーナ本体Ｈの本体設置用鍔状部Ｈｔを、外管設置用鍔状部１ｔの外面に当て付けた状態で、外管設置用鍔状部１ｔ及び本体設置用鍔状部Ｈｔを炉壁にボルト固定する形態で、外管１及びバーナ本体Ｈを設置することが行われるが、このような既設のシングルエンド型ラジアントチューブに対しても、部材設置用鍔状部８ｔを備えた円筒状部材８は、部材設置用鍔状部８ｔを外管設置用鍔状部１ｔと本体設置用鍔状部Ｈｔとの間に配置することにより、設置することができる。

〔別実施形態〕
次に、別実施形態を列記する。
（１）上記実施形態においては、螺旋状部材９を備える円筒状部材８が、外管１と内管２との間のうちの、炉壁Ｗに対応する部分に設けられる場合を例示したが、螺旋状部材９を備える円筒状部材８を、炉壁Ｗに対応する部分よりも炉内方側に伸びる形態で実施してもよく、また、螺旋状部材９を備える円筒状部材８を、内管２と内筒５との間の燃焼ガス流動空間ＥＳの内部に伸びる形態で実施してもよい。

（２）上記実施形態においては、円筒状部材８に３個の螺旋状部材９を設ける場合を例示したが、１個の螺旋状部材９を備えさせる形態で実施してもよく、また、複数の螺旋状部材９を備えさせる場合においても、２個や４個以上の螺旋状部材９を備えさせる形態で実施してもよい。

（３）上記実施形態においては、円筒状部材８の外径と外管１の内径とが同径となる場合を例示したが、円筒状部材８の外径を外管１の内径よりも小さくしてもよい。この場合には、円筒状部材８の部材設置用鍔状部８ｔが、外管設置用鍔状部１ｔと本体設置用鍔状部Ｈｔとの間に配置された状態で円筒状部材８が設置されるものであるから、部材設置用鍔状部８ｔによって、円筒状部材８と外管１との間の燃焼ガスＥの流動を抑制することができる。

１ 外管
１ｔ 外管設置用鍔状部
２ 内管
３ ガスノズル
３ａ ガス噴出部
８ 円筒状部材
８ｔ 部材設置用鍔状部
９ 螺旋状部材
Ａ 燃焼用空気
Ｄ 隙間
Ｅ 燃焼ガス
Ｈ バーナ本体
Ｈｔ 本体設置用鍔状部
Ｒ 排ガス通路
Ｗ 炉壁

Claims (3)

1. 炉壁を貫通する状態で設置される先端側が閉塞された外管の内部に、先端側が開口した内管が設けられ、
   前記内管の内部に、先端にガス噴出部を備えた筒状のガスノズルが配置され、
   前記内管の基端側から先端側に向けて燃焼用空気が供給され、
   前記外管と前記内管との間に、燃焼ガスを前記外管の先端側から基端側に流動させる排ガス通路が形成されたシングルエンド型ラジアントチューブバーナであって、
   前記外管と前記内管との間のうちの、少なくとも前記炉壁に対応する部分に、円筒状部材が、当該円筒状部材と前記外管との間は燃焼ガスの流動を抑制しかつ当該円筒状部材と前記内管との間は燃焼ガスの流動を許容する状態で配置され、
   前記円筒状部材の内面に、螺旋状部材が、前記内管の外面との間に隙間を形成する状態で設けられているシングルエンド型ラジアントチューブバーナ。
2. 前記螺旋状部材の複数が、前記円筒状部材の周方向に沿って並ぶ状態で設けられている請求項１記載のシングルエンド型ラジアントチューブバーナ。
3. 前記外管の炉外方側端部に、前記炉壁の外面に当て付けた状態に設置する外管設置用鍔状部が設けられ、
   前記炉壁よりも外方側に設置されて、前記内管の炉外方側部分及び前記ガスノズルの炉外方側部分を支持するバーナ本体に、前記外管設置用鍔状部に対応する本体設置用鍔状部が設けられ、
   前記円筒状部材の炉外方側端部に、前記外管設置用鍔状部と前記本体設置用鍔状部との間に配置される部材設置用鍔状部が設けられている請求項１又は２記載のシングルエンド型ラジアントチューブバーナ。

Images