JP6622241B2 - ラジアントチューブバーナ - Google Patents

Description

本発明は、ラジアントチューブバーナに関する。

従来、例えば、熱処理炉内の雰囲気ガスを燃焼ガスと直接接触させることなく加熱するためのバーナとして、ラジアントチューブバーナが知られている。この種のバーナのバーナ排気部には、燃焼騒音を軽減することを目的として、燃焼排ガスが流れる排気流路の出口側端部における流路径を絞る筒状の絞りが設けられている場合がある。そして、このバーナ排気部における絞りの外周には、燃焼排ガスを外部へ排気するための排気筒が被せられる。筒状の絞りから流出した燃焼排ガスは、排気筒内を通って外部へ排気される。

なお、先行する特許文献１には、先端部に断面積の異なる膨張、圧縮室を有するマフラーをスロート管出口に連通するように取り付ける一方、スロート管に多数の孔を穿設してスロート管を包囲する上記マフラーとで共鳴室を形成してなる、消音機能を有するラジアントチューブバーナが開示されている。

実公昭５３−５０４３号公報

しかしながら、バーナ排気部に筒状の絞りを設けた従来の排気構造だけでは、気柱共鳴現象による燃焼騒音を軽減する効果がそれほど期待できない。

本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、従来に比べ、燃焼騒音を軽減させることが可能なバーナ用部材を有するラジアントチューブバーナを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、燃焼排ガスが流れる排気流路の出口側端部における流路径を絞るための筒状の絞りを備えたバーナ排気部と、上記燃焼排ガスを外部へ排気する排気筒と、上記バーナ排気部と上記排気筒との間に設置されたバーナ用部材と、を有するラジアントチューブバーナであって、
上記バーナ用部材は、
上記絞りの外周に隙間を設けて配置される筒状体と、
上記筒状体の筒周面に形成された少なくとも１つの開口部と、を有しており、
上記開口部は、上記絞りの先端部周辺を取り囲む筒周面領域内のいずれかに配置されており、
上記筒状体の筒径方向から見た上記筒周面領域の幅は、上記絞りの先端面より上記バーナ排気部側へ５ｍｍ＋上記開口部の開口径分だけ離れた上流位置から、上記絞りの先端面より上記排気筒側へ５ｍｍ＋上記開口部の開口径分だけ離れた下流位置までとされており、
上記上流位置は、上記バーナ排気部への接続部分を除いた上記筒状体の最下端部よりも上記排気筒側に配置される、
ラジアントチューブバーナにある。

上記ラジアントチューブバーナは、上記構成を有している。そのため、上記ラジアントチューブバーナにおける上記バーナ用部材では、絞りの先端部周辺を取り囲む筒周面領域に配置された開口部にて、燃焼排ガスが流れる空間の密閉系が終了する。そのため、上記ラジアントチューブバーナによれば、従来に比べ、気柱共鳴現象によるバーナの燃焼騒音を軽減することができる。また、上記ラジアントチューブバーナにおける上記バーナ用部材では、筒状の絞りの外周に隙間を設けて筒状体が配置されるので、二重管構造を形成することができ、上記開口部からベンチュリ効果により外気が吸引される。そのため、上記ラジアントチューブバーナによれば、開口部からの燃焼排ガスのリークも抑制しやすい。また、上記ラジアントチューブバーナによれば、比較的簡易な構造により、燃焼騒音を軽減させることができる。

実施例１のラジアントチューブバーナの断面を模式的に示した説明図である。 実施例１のラジアントチューブバーナが備えるバーナ用部材の周辺を拡大して模式的に示した説明図である。 実施例１のラジアントチューブバーナが備えるバーナ用部材を筒径方向から見て模式的に示した説明図である。 図２におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。 バーナ用部材の開口部とバーナ排気部の絞りとの位置関係を説明するための説明図である。 実施例２のラジアントチューブバーナが備えるバーナ用部材における、図４に対応する断面図（但し、切断位置は、絞りの先端面よりもバーナ排気部側）である。 実施例３のラジアントチューブバーナが備えるバーナ用部材における、図４に対応する断面図（但し、切断位置は、絞りの先端面よりもバーナ排気部側）である。

上記ラジアントチューブバーナは、上記バーナ用部材を有する。上記バーナ用部材において、筒状体の筒径方向から見た上記筒周面領域の幅は、絞りの先端面よりバーナ排気部側へ５ｍｍ＋開口部の開口径分だけ離れた上流位置から、絞りの先端面より排気筒側へ５ｍｍ＋開口部の開口径分だけ離れた下流位置までとされる。

上記上流位置よりもバーナ排気部側の筒周面に開口部が形成されると、燃焼排ガスが流れる空間の密閉度合が高くなるため、開口部を形成した意味が小さくなり、燃焼騒音の軽減効果が小さくなる傾向が見られる。一方、上記下流位置よりも排気筒側の筒周面に開口部が形成されると、開口部から燃焼排ガスが噴出しやすくなる傾向が見られる。上記構成によれば、上記筒周面領域の幅内に開口部が配置されることで、燃焼騒音の軽減効果と、開口部からの燃焼排ガスのリーク抑制効果とのバランスに優れたラジアントチューブバーナが得られる。

筒状体の筒径方向から見た上記筒周面領域の幅は、上記作用効果を確実なものとしやすくなる観点から、好ましくは、絞りの先端面よりバーナ排気部側へ３ｍｍ＋開口部の開口径分だけ離れた上流位置から、絞りの先端面より排気筒側へ３ｍｍ＋開口部の開口径分だけ離れた下流位置まで、より好ましくは、絞りの先端面よりバーナ排気部側へ１ｍｍ＋開口部の開口径分だけ離れた上流位置から、絞りの先端面より排気筒側へ１ｍｍ＋開口部の開口径分だけ離れた下流位置まで、さらにより好ましくは、絞りの先端面よりバーナ排気部側へ開口部の開口径分だけ離れた上流位置から、絞りの先端面より排気筒側へ開口部の開口径分だけ離れた下流位置までとすることができる。

上記バーナ用部材において、開口部は、筒状体の筒径方向から見て、絞りの先端面と重複するように配置されている、または、絞りの先端面よりもバーナ排気部側に配置されている構成とすることができる。

この構成によれば、燃焼騒音の軽減効果と、開口部からの燃焼排ガスのリーク抑制効果とのバランスに優れたラジアントチューブバーナを確実なものとすることができる。

上記バーナ用部材は、開口部を複数有しており、各開口部は、筒状体の周方向に互いに離間して配置されている構成とすることができる。

この構成によれば、絞りの先端部周辺が複数の開口部で取り囲まれる。そのため、この構成によれば、燃焼騒音の軽減効果を確実なものとしやすいラジアントチューブバーナが得られる。

上記バーナ用部材において、開口部の数は、具体的には、例えば、２個以上８個以下とすることができる。

この構成によれば、絞りの先端部周辺を複数の開口部で取り囲みやすくなる。そのため、この構成によれば、燃焼騒音の軽減効果をより確実なものとしやすいラジアントチューブバーナが得られる。

上記バーナ用部材において、筒状体におけるバーナ排気部側の端部は、排気流路の出口側端部に着脱自在に接続可能に構成されているとともに、筒状体における排気筒側の端部は、排気筒の入口側端部に着脱自在に接続可能に構成されているとよい。

この構成によれば、上記バーナ用部材を有していない従来構造のバーナにおけるバーナ排気部と排気筒との間に、上記バーナ用部材を装着するだけで、上記作用効果を奏することが可能になる。

ラジアントチューブバーナでは、燃焼排ガスがラジアントチューブ内を通ってくる。そのため、ラジアントチューブバーナでは、気柱共鳴現象による燃焼騒音が生じやすい。それ故、上記ラジアントチューブバーナによれば、燃焼騒音の軽減に有利なラジアントチューブバーナが得られる。

なお、上述した各構成は、上述した各作用効果等を得るなどのために必要に応じて任意に組み合わせることができる。

（実施例１）
実施例１のラジアントチューブバーナについて、図１〜図５を用いて説明する。図１〜図４に例示されるように、本例のラジアントチューブバーナが備えるバーナ用部材１は、燃焼排ガスＥが流れる排気流路８０の出口側端部８０１における流路径を絞るための筒状の絞り８１を備えたバーナ排気部８と、燃焼排ガスＥを外部へ排気する排気筒９との間に設置される部材である。バーナ用部材１は、絞り８１の外周に隙間を設けて配置される筒状体２と、筒状体２の筒周面に形成された少なくとも１つの開口部３とを有しており、開口部３は、絞り８１の先端部周辺を取り囲む筒周面領域２０内のいずれかに配置されている。

また、本例のラジアントチューブバーナ５は、燃焼排ガスＥが流れる排気流路８０の出口側端部８０１における流路径を絞るための筒状の絞り８１を備えたバーナ排気部８と、燃焼排ガスＥを外部へ排気する排気筒９と、バーナ排気部８と排気筒９との間に設置された上記バーナ用部材１とを有している。以下、これらを詳説する。

本例において、ラジアントチューブバーナ５は、シングルエンド型のものである。ラジアントチューブバーナ５は、具体的には、バーナボディ５１と、ラジアントチューブ５２と、ガスパイプ５３と、バーナノズル５４と、を有している。

バーナボディ５１は、その内部に燃焼用空気Ａを流入させることが可能に構成されている。バーナボディ５１の側面には、燃焼用空気Ａを取り込むための給気口５１０と、バーナ排気部８とが設けられている。

ラジアントチューブ５２は、バーナボディ５１に連結されている。ラジアントチューブ５２は、アウターチューブ５２１と、アウターチューブ５２１の内周側に設けられたインナーチューブ５２２とを備える二重管構造を有している。インナーチューブ５２２の基端部側は、バーナボディ５１内部まで延びている。バーナボディ５１に流入した燃焼用空気Ａは、インナーチューブ５２２の基端部からチューブ内へ流入する。なお、アウターチューブ５２１は、熱処理炉の炉壁６の内側に配設され、バーナボディ５１は、炉壁６の外側に配設される。

ガスパイプ５３は、ラジアントチューブ５２におけるインナーチューブ５２２の内周側に配置されている。ガスパイプ５３内には、外部の燃料ガス源（不図示）から燃料ガスＦが供給される。ガスパイプ５３内には、スパークロッド５５が挿通されている。なお、ガスパイプ５３内において、スパークロッド５５は、絶縁材料によって保護されている。

バーナノズル５４は、ガスパイプ５３の先端部に着脱自在に接続されている。バーナノズル５４内には、スパークロッド５５のロッド先端部５５１が突出している。バーナノズル５４の内周面には、アース電極棒５４１が１本突設されている。本例では、スパークロッド５５に電圧を印加し、ロッド先端部５５１からアース電極棒５４１へスパークを飛ばすことにより、燃焼用空気Ａと燃料ガスＦとの混合気に着火して火炎を形成可能とされている。なお、図示はしないが、バーナノズル５４の基端部側に設けられたテーパー面部には、インナーチューブ５２２内を流れる燃焼用空気Ａの一部をバーナノズル５４の内側に取り込むための孔部が複数形成されている。

インナーチューブ５２２とアウターチューブ５２１との間の空間は、燃焼用空気Ａと燃料ガスＦとの混合気の燃焼によって生じた燃焼排ガスＥを流す排気流路８０とされている。排気流路８０は、バーナボティ５１内部まで延びるとともに、バーナボディ５１の側面からバーナボディ５１の外部に引き出されている。本例では、この排気流路８０の出口側端部８０１に筒状の絞り８１が設けられている。絞り８１の流路径は、絞り８１よりも上流側の排気流路８０の流路径より小さく設定されている。つまり、絞り８１の流路断面積は、絞り８１よりも上流側の排気流路８０の流路断面積より小さく設定されている。

絞り８１は、具体的には、基部８１１と、基部８１１から突出する筒部８１２とを有している。基部８１１の外径は、排気流路８０の出口側端部８０１の内径よりも小さく形成されている。基部８１１の外周面には、雄螺子８１１ａが形成されている。基部８１１の雄螺子８１１ａは、排気流路８０の出口側端部８０１の内周面に形成された雌螺子８０１ａに螺合されている。

バーナ用部材１において、筒状体２におけるバーナ排気部８側の端部は、排気流路８０の出口側端部８０１に着脱自在に接続可能に構成されている。本例では、具体的には、筒状体２におけるバーナ排気部８側の端部の筒周面に雄螺子２１ａが形成されている。そして、本例では、筒状体２におけるバーナ排気部８側の端部に形成された雄螺子２１ａが、上述した排気流路８０の出口側端部８０１の内周面に形成された雌螺子８０１ａに螺合されている。なお、バーナ用部材１の筒状体２の軸心と、筒状の絞り８１の軸心とは一致している。また、筒状体２の筒径は、絞り８１の筒径よりも大きく形成されており、これにより、筒状体２の内周面と絞り８１の筒部８１２の外周面との間に隙間が形成されている。したがって、絞り８１の先端面８１０よりもバーナ排気部８側では、バーナ用部材１の筒状体２の内側に配置された絞り８１と、絞り８１の外側に配置された筒状体２の一部とによって二重管構造が形成されている。但し、絞り８１の軸方向の長さは、筒状体２の軸方向の長さよりも小さく設定されている。そのため、絞り８１の先端面８１０は、筒状体２の両端面間に配置されている。

また、バーナ用部材１において、筒状体２における排気筒９側の端部は、排気筒９の入口側端部９０に着脱自在に接続可能に構成されている。本例では、具体的には、筒状体２における排気筒９側の端部の筒周面に雄螺子２１ｂが形成されている。また、排気筒９の入口側端部９０の内周面に雌螺子９０ｂが形成されている。そして、本例では、筒状体２における排気筒９側の端部に形成された雄螺子２１ｂが、排気筒９の入口側端部９０の内周面に形成された雌螺子９０ｂに螺合されている。なお、上述した雄螺子と雌螺子の関係は、反対の関係とすることも可能である。

バーナ用部材１は、筒状体２の筒周面に少なくとも１つの開口部３を有している。本例では、筒状体２の筒周面に、４個の開口部３を有する例が図示されている。また、各開口部３は、筒状体２の周方向に互いに離間して配置されている。各開口部３間の間隔は、具体的には、等間隔とされている。

バーナ用部材１において、開口部３は、いずれも、絞り８１の先端部周辺を取り囲む筒周面領域２０内のいずれかに配置されている。ここで、開口部３が配置される筒周面領域２０の幅は、図５に示されるように、筒状体２の筒径方向から見て、絞り８１の先端面８１０よりバーナ排気部８側へ５ｍｍ＋開口部３の開口径分（開口部１つ分）だけ離れた上流位置２０１から、絞り８１の先端面８１０より排気筒側へ５ｍｍ＋開口部３の開口径分（開口部１つ分）だけ離れた下流位置２０２までとされている。本例では、具体的には、図２に示されるように、筒周面領域２０内で、開口部３は、絞り８１の先端面８１０と重複するように配置されている例が示されている。

次に、本例のラジアントチューブバーナ５の作用効果について説明する。

本例のラジアントチューブバーナ５は、上記構成を有している。そのため、本例のラジアントチューブバーナ５では、絞り８１の先端部周辺を取り囲む筒周面領域２０に配置された開口部３にて、燃焼排ガスＥが流れる空間の密閉系が終了する。そのため、本例のラジアントチューブバーナ５によれば、従来に比べ、気柱共鳴現象によるバーナの燃焼騒音を軽減することができる。また、本例のラジアントチューブバーナ５では、筒状の絞り８１の外周に隙間を設けて筒状体２が配置されるので、二重管構造を形成することができ、開口部３からベンチュリ効果により外気が吸引される。そのため、本例のラジアントチューブバーナ５によれば、開口部３からの燃焼排ガスＥのリークも抑制しやすい。また、本例のラジアントチューブバーナ５によれば、比較的簡易な構造により、燃焼騒音を軽減させることができる。

（実施例２）
実施例２のラジアントチューブバーナについて、図６を用いて説明する。

図６に例示されるように、本例のラジアントチューブバーナが備えるバーナ用部材１では、絞り８１の先端部周辺を取り囲む筒周面領域２０に配置された開口部３の数が６個とされている。また、開口部３は、筒状体２の筒径方向から見て、絞り８１の先端面８１０よりもバーナ排気部８側に配置されている。その他の構成は、実施例１と同様である。

本例によっても、実施例１と同様の作用効果が得られる。

（実施例３）
実施例３のラジアントチューブバーナについて、図７を用いて説明する。

図７に例示されるように、本例のラジアントチューブバーナが備えるバーナ用部材１では、絞り８１の先端部周辺を取り囲む筒周面領域２０に配置された開口部３の数が８個とされている。その他の構成は、実施例２と同様である。

本例によっても、実施例１と同様の作用効果が得られる。

＜実験例＞
以下、上記バーナ用部材を備えるラジアントチューブバーナを、実験例を用いてより具体的に説明する。

−実験例１−
バーナ排気部と排気筒との間にバーナ用部材を装着したラジアントチューブバーナＲ１を構成した。但し、バーナ排気部における絞りの先端内径は１８ｍｍ、絞りの先端外径は２２ｍｍとした。また、バーナ用部材における筒状体の内径は３６ｍｍ、開口部の開口径は１６ｍｍ、開口部の数は４個とした。なお、各開口部は、筒状体の周方向に互いに離間して等間隔で配置した。また、各開口部は、筒状体の筒径方向から見て、絞りの先端面よりもバーナ排気部側に配置した。

一方、比較として、バーナ排気部と排気筒との間にバーナ用部材を装着することなく、バーナ排気部と排気筒とを直接接続し、ラジアントチューブバーナＲ２を構成した。

各ラジアントチューブバーナにおける排気筒の出口側端部から５０ｃｍ離れた位置で、騒音値を測定した。その結果、ラジアントチューブバーナＲ１の騒音値は、７５ｄＢ〜８０ｄＢであった。これに対し、ラジアントチューブバーナＲ２の騒音値は、９０ｄＢであった。

この結果から、ラジアントチューブバーナＲ１によれば、従来のラジアントチューブバーナＲ２に比べ、燃焼騒音を軽減させることが可能であることが確認された。

−実験例２−
実験例１のラジアントチューブバーナＲ１において、バーナ用部材の開口部の形成位置を軸方向で変化させることにより、絞り先端面に対する開口部の形成位置の影響を調査した。

その結果、筒状体の筒径方向から見て、絞りの先端面よりバーナ排気部側へ５ｍｍ＋開口部の開口径分だけ離れた上流位置よりもさらに上流側に開口部を形成した場合には、燃焼騒音の軽減効果が小さくなる傾向が見られた。また、絞りの先端面より排気筒側へ５ｍｍ＋開口部の開口径分だけ離れた下流位置よりもさらに下流側に開口部を形成した場合には、開口部から燃焼排ガスが噴出しやすくなる傾向が見られた。

このことから、開口部が形成される筒周面領域の幅は、上記上流位置から上記下流位置までとすることが好ましいことが確認された。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例、実験例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、上記実施例では、シングルエンド型のラジアントチューブバーナを用いて説明したが、上記バーナ用部材は、他にも、Ｕ型、Ｗ型等の異なる形式のラジアントチューブバーナにも適用することが可能である。

１ バーナ用部材
２ 筒状体
２０ 筒周面領域
３ 開口部
５ ラジアントチューブバーナ
８ バーナ排気部
８０ 排気流路
８０１ 出口側端部
８１ 絞り
９ 排気筒
Ｅ 燃焼排ガス
Ａ 燃焼用空気
Ｆ 燃料ガス

Claims (1)

1. 燃焼排ガスが流れる排気流路の出口側端部における流路径を絞るための筒状の絞りを備えたバーナ排気部と、上記燃焼排ガスを外部へ排気する排気筒と、上記バーナ排気部と上記排気筒との間に設置されたバーナ用部材と、を有するラジアントチューブバーナであって、
   上記バーナ用部材は、
   上記絞りの外周に隙間を設けて配置される筒状体と、
   上記筒状体の筒周面に形成された少なくとも１つの開口部と、を有しており、
   上記開口部は、上記絞りの先端部周辺を取り囲む筒周面領域内のいずれかに配置されており、
   上記筒状体の筒径方向から見た上記筒周面領域の幅は、上記絞りの先端面より上記バーナ排気部側へ５ｍｍ＋上記開口部の開口径分だけ離れた上流位置から、上記絞りの先端面より上記排気筒側へ５ｍｍ＋上記開口部の開口径分だけ離れた下流位置までとされており、
   上記上流位置は、上記バーナ排気部への接続部分を除いた上記筒状体の最下端部よりも上記排気筒側に配置される、
   ラジアントチューブバーナ。

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