JP6823730B2 - 予混合バーナ及び金属板の熱処理設備 - Google Patents

Description

本開示は、予混合バーナ及び金属板の熱処理設備に関する。

鋼板等の金属板の熱処理において、燃料と空気とが予め混合された予混合ガスを燃焼させる予混合バーナが使用されることがある。

例えば、特許文献１には、バーナ本体の先端部に燃焼筒及び複数の燃焼ノズルが設けられた予混合バーナが開示されている。この予混合バーナの複数の燃焼ノズルは、バーナ本体に取り付けられた複数のパイプによりそれぞれ形成されており、このパイプの中を予混合ガスが流通するようになっている。また、複数の燃焼ノズルのうちの１つには、パイプの中にイグニッションロッド（点火ロッド）が設けられており、イグニッションロッドの先端部にスパークを発生させて予混合ガスに点火し、燃焼ノズルの出口側に火炎を形成するようになっている。

特許第４０７４５８６号公報

ところで、予混合バーナの燃焼ノズルにおいてパイロット火炎（種火）を形成しない場合、該燃焼ノズルへの予混合ガスの供給量を変化させたときに予混合ガス中の燃料と空気の比率が変化して火炎を維持しにくい状態となり、失火が生じることがある。
また、予混合バーナにおいて燃焼ノズルに供給する予混合ガスの流量を低減させると（すなわち低燃焼負荷時）、火炎が燃料流路（燃焼ノズル）内部に入り込む現象である逆火が生じることがある。
このような失火や逆火は、予混合バーナの被処理物の品質欠陥や、燃焼ノズルの損傷の原因となり得るため、できるだけ抑制することが望ましい。
この点、特許文献１に記載の予混合バーナでは、逆火が生じないようにするため、イグニッションロッドが設けられたパイプ（燃焼ノズル）内を流通する予混合ガスの流速が火炎伝播速度以上となるように、該パイプの断面積が設定されている。
しかしながら、予混合バーナにおける失火や逆火をより効果的に抑制することが望まれる。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、効果的に失火又は逆火を抑制可能な予混合バーナ及びこれを備えた金属板の処理設備を提供することを目的とする。

本発明の少なくとも一実施形態に係る予混合バーナは、
燃料と空気とを予め混合した予混合ガスを燃焼させるための予混合バーナであって、
内部に点火ロッドが設けられた第１ノズルと、前記第１ノズル以外の第２ノズルと、を含む複数の燃焼ノズルと、
前記第１ノズルに予混合ガスを供給するための第１予混合ガス通路と、
前記第２ノズルに予混合ガスを供給するための第２予混合ガス通路と、を備え、
前記第１予混合ガス通路と前記第２予混合ガス通路とが流体的に分離されている
ことを特徴とする。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、効果的に失火又は逆火を抑制可能な予混合バーナ及びこれを備えた金属板の処理設備が提供される。

一実施形態に係る予混合バーナの概略断面図である。 図１に示す予混合バーナの前方部分の拡大図である。 図１に示す予混合バーナの後方部分の拡大図である。 図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 一実施形態に係る金属板の熱処理設備の概略構成図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、一実施形態に係る予混合バーナの概略断面図である。図２は、図１に示す予混合バーナ１の前方部分の拡大図であり、図３は、図１に示す予混合バーナ１の後方部分の拡大図であり、図４は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
なお、本明細書では、予混合バーナ１の軸方向（又は燃焼筒２４の軸方向）において、燃焼筒２４の開口部２５が位置する側を前方とし、その反対側を後方とする。

図１に示すように、予混合バーナ１は、複数の燃焼ノズル２，４と、燃焼ノズル２，４を囲うように設けられた燃焼筒２４と、と備える。

複数の燃焼ノズル２，４は、内部に点火ロッド１０が設けられた第１ノズル２と、第１ノズル２以外の第２ノズル４と、を含む。すなわち、第２ノズル４の内部には点火ロッド１０が設けられていない。

第１ノズル２及び第２ノズル４には、それぞれ、後述する第１予混合ガス通路６及び第２予混合ガス通路８を介して予混合ガスが供給されるようになっている。そして、第１ノズル２及び第２ノズル４の出口２ａ，４ａから噴き出される予混合ガスが燃焼することにより火炎が生成し、この火炎が、燃焼筒２４の先端部に形成される開口部２５から噴出されるようになっている。このように燃焼筒２４から噴出された火炎Ｆにより、被処理物１０１が熱処理されるようになっている。

点火ロッド１０は点火プラグ９に取り付けられており、点火ロッド１０の先端部は第１ノズル２の内部に配置されている。図２及び図３に示すように、点火ロッド１０は、先端部を除き、絶縁体で形成された絶縁管１１で覆われており、周囲の部材から絶縁されるようになっている。
予混合ガスへの点火時には、点火ロッド１０の先端部にスパークを発生させて、第１ノズル２に供給される予混合ガスに点火する。

なお、図１に示す予混合バーナ１は、炉壁３８に取り付けられている。炉壁３８は、少なくとも部分的に断熱材によって形成されていてもよい。

図２に示すように、第１ノズル２及び第２ノズル４は、ノズル管４０，４２によって少なくとも一部が形成されている。燃焼ノズル出口２ａ，４ａ側のノズル管４０，４２の一端は、ノズルプレート３０に形成された孔３１に貫通されるとともに、ノズル管４０，４２の他端は、ノズルプレート３０よりも後方（予混合ガスの流路の上流側）に位置する前方プレート１４に形成された孔１７に嵌合されている。これにより、ノズル管４０，４２は、燃焼筒２４の軸方向に沿って延びるように支持されている。

なお、ノズルプレート３０と前方プレート１４との間におけるノズル管４０，４２の周囲に、耐熱材３６が設けられていてもよい。

複数の燃焼ノズル２，４は、例えば図４に示すように、燃焼筒２４の中心軸Ｏの周囲に、周方向に複数配列されていてもよい。また、複数の燃焼ノズル２，４は、異なる径方向位置に配置されていてもよい。図４に示す例では、複数の燃焼ノズル２，４は、内周側に円周状に配列された６本の燃焼ノズル４と、外周側に円周状に配列された１０本の燃焼ノズル２，４と、を含む。
複数の燃焼ノズル２，４は、内部に点火ロッド１０が設けられる第１ノズル２を少なくとも１つ含む。第１ノズル２はどこに設けられていてもよい。図示する実施形態では、上述の外周側に円周状に配列された１０本の燃焼ノズル２，４のうちの１本が第１ノズル２である。

第２ノズル４に予混合ガスを供給するための第２予混合ガス通路８は、以下に述べる第２チャンバ２８及び第２入口流路５８を含む。

図１に示すように、前方プレート１４の後方には後方プレート１６が配置されている。すなわち、前方プレート１４は、後方プレート１６に対して燃焼ノズル２，４側に位置している。そして、前方プレート１４と後方プレート１６との間には、筒状の第２筒部材２２が延びており、少なくとも前方プレート１４、後方プレート１６、及び、第２筒部材２２の内壁面２３によって、第２チャンバ２８が形成されている。
また、第２筒部材２２には、予混合ガスを予混合バーナ１に導入するための第２入口管５６が接続されており、第２入口管５６によって第２入口流路５８が形成されている。

上述した第２チャンバ２８及び第２入口流路５８は、第２ノズル４に予混合ガスを供給するための第２予混合ガス通路８を構成する。すなわち、第２入口管５６から予混合バーナ１に導入された予混合ガスは、第２入口流路５８及び第２チャンバ２８を介して第２ノズル４に供給されるようになっている。

第１ノズルに予混合ガスを供給するための第１予混合ガス通路６は、以下に述べる流路１３、第１チャンバ２６、及び、第１入口流路５４を含む。

図１〜図３に示すように、第１ノズル２の後方には、後方プレート１６に設けられた孔１５を貫通するようにパイプ１２が設けられており、該パイプ１２は、第２チャンバ２８を通過して前方プレート１４まで延びている。図２に示すように、パイプ１２の前方の端部１２ａには雄ねじ４４が形成されており、該端部１２ａが前方プレート１４に形成されたねじ穴４６にねじ込まれることによって、パイプ１２が前方プレート１４に締結されている。
このパイプ１２には、第１ノズル２の内部に設けられた点火ロッド１０が挿通されている。また、パイプ１２の内壁面によって、第１ノズル２に連通する流路１３が形成されている。

図１及び図３に示すように、後方プレート１６を挟んで第２筒部材２２の反対側には、第１チャンバ２６を形成する第１筒部材２０が設けられている。なお、図示する実施形態では、第１筒部材２０は、外側筒部１８と、外側筒部１８の内周側に設けられる内側筒部１９と、によって一体的に形成されている。外側筒部１８と内側筒部１９は各々を嵌め合わせて形成されても、一部材として一体成形されていてもよい。

図３に示すように、第１筒部材２０の少なくとも一部は、パイプ１２の外周側に位置している。
第１筒部材２０の前端部は、例えば溶接により、後方プレート１６に取り付けられている。また、第１筒部材２０の後端部の開口２０ａは、点火プラグ９が差し込まれることにより閉じられている。図示する実施形態では、点火プラグ９に形成された雄ねじと、第１筒部材２０の開口２０ａに形成された雌ねじとが螺合することによって、点火プラグ９が第１筒部材２０に固定されている。

第１筒部材２０内部に挿入された部分のパイプ１２の外周面２７と、第１筒部材２０の後方プレート１６側の内周面２１との間には、空間を塞ぐようにシール部材３２が設けられている。このように設けられたシール部材３２によって、パイプ１２が貫通する後方プレート１６の孔１５を介した第１チャンバ２６と第２チャンバ２８との間の予混合ガスの漏れが低減されるようになっている。

なお、図３に示すように、第１筒部材２０を構成する内側筒部１９の後方端部にはフランジ２９が形成されており、予混合バーナ１の軸方向においてこのフランジ２９と外側筒部１８との間には、シール部材５０が設けられている。これにより、内側筒部１９と外側筒部１８との間の隙間を介した予混合ガスの漏れが低減されるようになっている。外側筒部１８と内側筒部１９が一部材として一体成形されている場合は、これらの間に隙間がないのでシール部材５０を設けなくてもよい。

また、第１筒部材２０には、予混合ガスを予混合バーナ１に導入するための第１入口管５２が接続されており、第１入口管５２によって第１入口流路５４が形成されている。

上述したパイプ１２により形成される流路１３、第１チャンバ２６及び第１入口流路５４は、第１ノズル２に予混合ガスを供給するための第１予混合ガス通路６を構成する。すなわち、第１入口管５２から予混合バーナ１に導入された予混合ガスは、第１入口流路５４、第１チャンバ２６、及び流路１３を介して、第１ノズル２に供給されるようになっている。

このように、予混合バーナ１において、第１予混合ガス通路６を形成するパイプ１２は、第２予混合ガス通路８を形成する第２チャンバ２８及び後方プレート１６を貫通するように設けられ、パイプ１２の両端の開口部が第２チャンバ２８の外部と連通している。これにより、第１予混合ガス通路６と、第２予混合ガス通路８とが流体的に分離されている。

以上に説明したように、少なくとも一実施形態に係る予混合バーナ１は、内部に点火ロッド１０が設けられた第１ノズル２と、第１ノズル２以外の第２ノズル４と、を含む複数の燃焼ノズル２，４を含む。そして、第１ノズル２に予混合ガスを供給するための第１予混合ガス通路６と、第２ノズル４に予混合ガスを供給するための第２予混合ガス通路８とが、流体的に分離されている。すなわち、上述の第１予混合ガス通路６に供給される予混合ガスの流量と、第２予混合ガス通路８に供給される予混合ガスの流量とは、個別に調整可能である。

一般に、予混合気を燃焼させる予混合バーナでは、燃料と空気を別々のノズルで供給する拡散燃焼バーナに比べて、燃焼を安定的に維持するのが難しく、特に、燃焼負荷の低下時等には、失火や逆火が生じやすい。
この点、上述の予混合バーナ１では、第１ノズル２に予混合ガスを供給するための第１予混合ガス通路６と、第２ノズル４に予混合ガスを供給するための第２予混合ガス通路８とが流体的に分離され、各々の流路の流体が燃焼前に混ざらないので、第１ノズル２と第２ノズル４それぞれに、異なる組成又は異なる流量の予混合ガスを供給することができる。これにより、例えば、予混合バーナ１の燃焼負荷を変更するときに、点火ロッド１０が設けられた第１ノズル２に供給する予混合ガスの流量を維持しながら、第２ノズル４に供給する予混合ガスの流量を増減させて、予混合バーナ１全体としての燃焼負荷を変化させることができる。よって、燃焼負荷によらず第１ノズル２で形成される火炎を維持しやすくなるため、予混合バーナ１における失火又は逆火を効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、第１ノズル２は、該第１ノズル２に供給された予混合ガスを燃焼させることによりパイロット火炎を生成するためのノズルであってもよい。

この場合、点火ロッド１０が設けられた第１ノズル２において予混合ガスを燃焼させてパイロット火炎（種火）を生成する場合において、予混合バーナ１の低燃焼負荷時に、該第１ノズル２に供給する予混合ガスの流量を維持しながら、第２ノズル４に供給する予混合ガスの流量を増減させて、予混合バーナ１全体としての燃焼負荷を変化させることができる。よって、燃焼負荷によらず第１ノズル２で形成されるパイロット火炎を維持しやすくなり、予混合バーナ１における失火又は逆火を効果的に抑制することができる。

また、幾つかの実施形態では、例えば図１〜図４に示す実施形態のように、予混合バーナ１は、点火ロッド１０が挿通されるとともに、第１予混合ガス通路６の少なくとも一部を内側に形成するパイプ１２と、パイプ１２が貫通する後方プレート１６と、後方プレート１６に対して複数の燃焼ノズル２，４側に位置する前方プレート１４と、前方プレート１４と後方プレート１６との間に延びる第２筒部材２２と、をさらに備える。そして、第２予混合ガス通路８は、少なくとも前方プレート１４、後方プレート１６、及び、第２筒部材２２の内壁面２３により形成される第２チャンバ２８を含み、パイプ１２は、第２チャンバ２８を通過して前方プレート１４まで延びている。

この場合、第１予混合ガス通路６を形成するパイプ１２が、第２予混合ガス通路８を形成する第２チャンバ２８及び後方プレート１６を貫通するように設けられている。これにより、第１予混合ガス通路６と第２予混合ガス通路８との流体的な分離が確立されるので、上述したように、燃焼負荷によらず第１ノズル２で形成される火炎を維持しやすくなり、予混合バーナ１における失火又は逆火を効果的に抑制することができる。

また、幾つかの実施形態では、例えば図１〜図４に示す実施形態のように、予混合バーナ１は、後方プレート１６を挟んで第２筒部材２２の反対側に設けられる第１筒部材と、第１予混合ガス通路６の一部であり、少なくとも第１筒部材２０により形成される第１チャンバ２６と、パイプ１２の外周面２７と、第１筒部材２０の内周面２１との間を塞ぐように設けられるシール部材３２と、をさらに備える。

この場合、シール部材３２によって、後方プレート１６のうちパイプ１２が貫通する孔１５を介した、第１チャンバ２６と第２チャンバ２８との間の予混合ガスの漏れが低減される。これにより、第１チャンバ２６を含む第１予混合ガス通路６と、第２チャンバ２８を含む第２予混合ガス通路８とがより確実に流体的に分離される。このため、燃焼負荷によらず第１ノズル２で形成される火炎を維持しやすくなり、予混合バーナ１における失火又は逆火を効果的に抑制することができる。

また、幾つかの実施形態では、例えば図１〜図４に示す実施形態のように、パイプ１２は、雄ねじ４４が形成された端部１２ａを有する。そして、パイプ１２は、端部１２ａが前方プレート１４に形成されたねじ穴４６にねじ込まれることによって前方プレート１４に締結される。

この場合、第１予混合ガス通路６を形成するパイプ１２の端部１２ａが前方プレート１４のねじ穴４６に螺合されることによりパイプ１２が前方プレート１４に締結されるので、この締結部によって、パイプ１２によって形成される第１予混合ガス通路６と、第２チャンバ２８によって形成される第２予混合ガス通路８とが流体的に分離される。よって、燃焼負荷によらず第１ノズル２で形成される火炎を維持しやすくなるため、予混合バーナ１における失火又は逆火を効果的に抑制することができる。

なお、図１〜図４に示す実施形態では、第１ノズル２を形成するノズル管４０と、第１予混合ガス通路６の一部である流路１３を形成し、第２チャンバ２８を通過するように設けられるパイプ１２とが別々の部材として設けられているが、他の実施形態は、第１ノズル２と流路１３（第１予混合ガス通路６の一部）とが一部材により形成されていてもよい。
例えば、予混合バーナ１は、前方プレート１４及び後方プレート１６を貫通し、先端部がノズルプレート３０の孔３１に嵌合するように設けられた１本の長尺パイプ（不図示）を有していてもよい。そして、長尺パイプのうち、前方プレート１４よりも前方の部分は第１ノズル２を形成するノズル管として機能し、前方プレート１４よりも後方の部分は流路１３（第１予混合ガス通路６の一部）を形成するパイプとして機能するようになっていてもよい。

なお、図１〜図４に示すように、第１ノズル２及び第２ノズル４を形成する部材としてノズル管４０，４２をそれぞれ用いる場合、ノズル管４０及びノズル管４２を共通の部品とすることができる。この場合、燃焼ノズル２，４を形成するための部品を共通化できるため、予混合バーナ１の製造コスト又はメンテナンスコストを抑制することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図１〜図４に示す実施形態のように、予混合バーナ１は、複数の燃焼ノズル２，４を囲うように設けられた燃焼筒２４をさらに備える。燃焼筒２４は、該燃焼筒２４の軸方向において燃焼ノズル２，４の出口２ａ，４ａから燃焼筒２４の開口部２５に向かうにつれて径が徐々に小さくなるテーパ部３４を有している。そして、点火ロッド１０は、燃焼筒２４の径方向において、該点火ロッド１０の少なくとも一部がテーパ部３４と重なるように位置している。

すなわち、幾つかの実施形態では、図２に示すように、点火ロッド１０の径方向位置を示す直線Ｃｒが、燃焼筒２４のテーパ部３４の径方向における存在範囲Ｒｔと重なっていてもよい。

幾つかの実施形態では、予混合バーナ１は、第１ノズル２に一定流量の予混合ガスが供給されるように構成されていてもよい。
ここで、「一定流量」とは、ある程度の幅を持った流量であってもよい。幾つかの実施形態では、第１ノズル２に供給される予混合ガスの流量は、規定期間内における予混合ガス流量の時間平均値±５％の範囲内、又は、該時間平均値±１０％の範囲内の流量であってもよい。

この場合、第１ノズル２に一定流量の予混合ガスが供給されるので、予混合バーナ１全体としての燃焼負荷を変化させた場合であっても、燃焼負荷によらず第１ノズル２で形成される火炎をより確実に維持することができる。よって、予混合バーナ１における失火又は逆火をより効果的に抑制することができる。

図５は、一実施形態に係る予混合バーナ１が適用された金属板の熱処理設備の概略構成図であり、予混合バーナ１への燃料と空気の供給系統を示す概略図である。
幾つかの実施形態では、例えば図５に示すように、金属板の熱処理設備１００は、予混合バーナ１と、前記第１予混合ガス通路６に接続される第１予混合ガス供給ライン１０６と、前記第２予混合ガス通路８に接続される第２予混合ガス供給ライン１０８と、を備えている。また、熱処理設備１００は、第１予混合ガス供給ライン１０６に接続される第１ミキサ６４と、第２予混合ガス供給ライン１０８に接続される第２ミキサ６６と、をさらに備えている。そして、熱処理設備１００において、前記第１予混合ガス供給ライン（１０６）における予混合ガスの流量、及び、前記第２予混合ガス供給ライン（１０８）における予混合ガスの流量は、例えば以下に説明するように、別々に調節可能になっている。

第１ミキサ６４には、該第１ミキサ６４に燃料及び空気をそれぞれ送給するための第１燃料供給ライン６０ａ及び第１空気供給ライン６２ａが接続されている。また、第２ミキサ６６には、該第２ミキサ６６に燃料及び空気をそれぞれ送給するための第２燃料供給ライン６０ｂ及び第２空気供給ライン６２ｂが接続されている。

なお、図５に示す例示的な実施形態では、第１燃料供給ライン６０ａと第２燃料供給ライン６０ｂとは、共通の燃料供給ライン６０から分岐したものであり、同一の燃料を第１ミキサ６４及び第２ミキサ６６に供給するようになっているが、他の実施形態では、第１燃料供給ライン６０ａと第２燃料供給ライン６０ｂとは互いに独立したラインであり、それぞれが異なる燃料（例えば、組成が異なる燃料）を第１ミキサ６４及び第２ミキサ６６に供給するようになっていてもよい。

また、図５に示す例示的な実施形態では、第１空気供給ライン６２ａと第２空気供給ライン６２ｂとは、共通の空気供給ライン６２から分岐したものであるが、他の実施形態では、第１空気供給ライン６２ａと第２空気供給ライン６２ｂとは互いに独立したラインであってもよい。

また、図５に示す例示的な実施形態では、第１予混合ガス供給ライン１０６は、第１ミキサ６４と予混合バーナ１との間で分岐しており、他の予混合バーナの燃焼ノズルにも接続されている。これにより、第１ミキサ６４からの予混合ガスは、各予混合バーナの燃焼ノズルに分配されるようになっている。
また、図５に示す例示的な実施形態では、第２予混合ガス供給ライン１０８は、第２ミキサ６６と予混合バーナ１との間で分岐しており、他の予混合バーナの燃焼ノズルにも接続されている。これにより、第２ミキサ６６からの予混合ガスは、各予混合バーナの燃焼ノズルに分配されるようになっている。

図５に示す例示的な実施形態において、第１空気供給ライン６２ａには、第１空気供給ラインにおける空気の流量を調節するための第１空気バルブ７０および第１空気混合比設定バルブ７１が設けられている。第１空気バルブ７０は、第１燃料供給ライン６０ａの圧力を取得して、その圧力に応じた所定開度となるように構成されている。また、第１空気混合比設定バルブは、第１ミキサ６４に供給する空気の流量を設定できるように構成されている。すなわち、第１空気バルブ７０および第１空気混合比設定バルブ７１は、第１燃料供給ライン６０ａの流量と第１空気供給ライン６２ａの流量との比が一定となるように、第１空気供給ライン６２ａの流量を調節するように構成されている。
ここで、「第１燃料供給ライン６０ａの流量と第１空気供給ライン６２ａの流量との比が一定」とは、この比が規定範囲内であることを意味する。幾つかの実施形態では、第１空気バルブ７０は、第１燃料供給ライン６０ａの流量と第１空気供給ライン６２ａの流量との比が規定期間内における該比の時間平均値±５％の範囲内、又は、該時間平均値±１０％の範囲内となるように、第１空気供給ライン６２ａの流量を調節するように構成されていてもよい。
これにより、第１ミキサ６４では、規定の燃料比率の予混合ガスが生成され、規定の燃料比率の予混合ガスが、第１ミキサ６４から第１予混合ガス通路６を介して第１ノズル２に供給される。

なお、図５に示すように、第１燃料供給ライン６０ａには、第１燃料供給ライン６０ａにおける燃料の流量を調節するための第１燃料バルブ６８が設けられていてもよい。
この場合、第１燃料バルブ６８の開度を規定値に維持することで、第１燃料供給ライン６０ａにおける燃料の流量が設定されるとともに、第１燃料供給ライン６０ａの圧力に応じて開度調節される第１空気バルブ７０の開度もほぼ一定に設定されるので、第１空気供給ライン６２ａにおける空気の流量もほぼ一定に設定される。これにより、第１ミキサ６４から、ほぼ一定の燃料比率かつ設定された流量の予混合ガスが、予混合バーナ１の第１ノズル２に供給される。

上述の実施形態では、第１燃料供給ライン６０ａの流量と第１空気供給ライン６２ａの流量との比が一定となるように、第１空気供給ライン６２ａの流量を調節するように構成された第１空気バルブ７０が設けられているので、燃料比率が一定の予混合ガスが第１ノズル２に供給される。よって、予混合バーナ１全体としての燃焼負荷が変化する場合であっても、燃焼負荷によらず第１ノズル２で形成される火炎をより確実に維持することができる。よって、予混合バーナ１における失火又は逆火をより効果的に抑制することができる。

他の実施形態では、第１燃料供給ライン６０ａの流量と第１空気供給ライン６２ａの流量との比が一定となるように、第１燃料供給ライン６０ａにおける燃料の流量を調節するように構成されたバルブが設けられていてもよい。この場合、第１燃料供給ライン６０ａに該バルブが設けられているので、上述した実施形態の場合と同様に、燃料比率が一定の予混合ガスが第１ノズル２に供給される。よって、予混合バーナ１全体としての燃焼負荷を低減した場合であっても、燃焼負荷によらず第１ノズル２で形成される火炎をより確実に維持することができる。よって、予混合バーナ１における失火又は逆火をより効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図５に示すように、予混合バーナ１は、第２燃料供給ライン６０ｂに設けられた第２燃料バルブ７２と、第２空気供給ライン６２ｂに設けられた第２空気バルブ７４と、第２燃料バルブ７２及び第２空気バルブ７４の開度を制御するためのコントローラ８０と、をさらに備える。コントローラ８０は、第２燃料供給ライン６０ｂにおける燃料の流量、及び、第２空気供給ライン６２ｂにおける空気の流量をそれぞれ変更するように、第２燃料バルブ７２及び第２空気バルブ７４の開度をそれぞれ制御するように構成されている。

なお、図５に示す例示的な実施形態では、第２燃料供給ライン６０ｂ及び第２空気供給ライン６２ｂにおいて、第２燃料バルブ７２及び第２空気バルブ７４の上流側には、それぞれ、流量計７６，７８が設けられている。流量計７６，７８は、第２燃料供給ライン６０ｂ及び第２空気供給ライン６２ｂにおける燃料又は空気の流量をそれぞれ計測するように構成されており、計測された流量を示す信号がコントローラ８０に送られるようになっている。コントローラは、これらの信号に基づいて、第２燃料バルブ７２及び第２空気バルブ７４の開度が目標開度となるように調節するように構成されていてもよい。

この場合、第２燃料バルブ７２及び第２空気バルブ７４の開度をそれぞれ任意に変更することで、第２ミキサ６６で生成される予混合ガス（すなわち、第２予混合ガス供給ライン１０８及び第２予混合ガス通路８を介して第２ノズル４に供給される予混合ガス）の燃料比率又は流量を任意に変更可能である。よって、予混合バーナ１全体としての燃焼負荷が任意に変更可能でありながら、該燃焼負荷によらず、第１ノズル２で形成される火炎を維持しやすい。よって、予混合バーナ１における失火又は逆火を効果的に抑制することができる。

コントローラ８０による第２燃料バルブ７２及び第２空気バルブ７４の開度制御は、例えば、以下に述べるように行ってもよい。
コントローラ８０は、図示しない温度センサから、被処理物１０１（図１参照）の温度、又は、予混合バーナ１が設置される炉の温度を示す信号を取得し、この信号に応じて、予混合バーナ１の燃焼負荷を設定する。そして、この燃焼負荷とするために必要な燃料及び空気の流量を得るための第２燃料バルブ７２及び第２空気バルブ７４の目標開度を決定する。そして、このように決定した目標開度となるように、第２燃料バルブ７２及び第２空気バルブ７４の開度を調節する。

以上に説明したように、熱処理設備１００において、前記第１予混合ガス供給ライン（１０６）における予混合ガスの流量、及び、前記第２予混合ガス供給ライン（１０８）における予混合ガスの流量は、別々に調節可能になっている。

また、上述したように、第１ミキサ６４で生成される予混合ガスの燃料ガスと空気の混合比（燃料／空気混合比）は、第１燃料供給ライン６０ａに設けられた第１燃料バルブ６８（第１バルブ）、第１空気供給ライン６２ａに設けられた第１空気バルブ７０（第１バルブ）及び第１空気混合比設定バルブ７１（第１バルブ）によって、調節可能である。
また、第２ミキサ６６で生成される予混合ガスの燃料ガスと空気の混合比（燃料／空気混合比）は、第２燃料供給ライン６０ｂに設けられた第２燃料バルブ７２（第２バルブ）及び第２空気供給ライン６２ｂに設けられた第２空気バルブ７４（第２バルブ）によって、調節可能である。
このように、第１ミキサ６４で生成され、予混合バーナ１の第１ノズル２に供給される予混合ガスの燃料／空気混合比と、第２ミキサ６６で生成され、第２ノズル４に供給される予混合ガスの燃料／空気混合比とは、別々に調節可能になっている。

幾つかの実施形態に係る予混合バーナ１は、被処理物１０１（図１参照）としての金属板を熱処理するための熱処理設備１００に適用されてもよい。
すなわち、幾つかの実施形態に係る金属板の熱処理設備１００において、予混合バーナ１は、金属板を熱処理するように構成されている。

金属板の熱処理設備では、金属板（例えば鋼板）に対して、バーナからの火炎を直接板に噴き付けることにより熱処理を行うことがある。
予混合バーナで生成される予混合火炎は、燃料と空気が均一に混合された状態の予混合ガスが燃焼されるため、拡散燃焼と比べて比較的早く燃焼が終わる。このため、このような予混合バーナを金属板の熱処理に用いることで、熱処理対象である金属板の酸化を抑制しやすいという利点がある。

すなわち、ボイラ等に用いられるバーナのように、空気と燃料をそれぞれノズルから放出しノズルの外で混合しながら燃焼させる拡散燃焼型のバーナでは、燃焼反応の間は、バーナの出口から火炎の先端までの空間において、未燃の燃料ガスと空気との混合比が均一ではなく、分布（即ち燃料濃度の濃淡）が生じる。このようなバーナで金属板を加熱した場合、混合ガス中に未反応の空気が多く存在する部分では極端に金属板を酸化させてしまい、金属板の後処理が難しくなったり、製品である金属板の品質に好ましくない影響を残したりする可能性がある。また、バーナ毎の空気と燃料の比率が変動しやすくなり、連続して搬送されてくる金属板又は金属帯板を、多数のバーナを配置して、連続的に加熱する装置では、バーナ毎の空気と燃料の比率を一定に調節するのが難しくなる。

これに対し、予混合バーナでは、空気と燃料を予め混合してからノズルから放出、即ち、空気と燃料が流入するミキサにおいて空気と燃料を混合され、ミキサから混合流体として流出してノズル至り、放出されている。このため、バーナ出口から火炎の先端までの空間において、未燃の燃料ガスと空気との混合比が均一化され、空間的な燃料濃度の濃淡が低減されている。よって、金属板の一部で極端に酸化が進む不具合は生じ難く、また、バーナ毎の空燃比のばらつきも抑えられる。よって、このような予混合バーナは、金属板や金属帯板の加熱に適している。

金属板の熱処理設備におけるバーナとして、上述の予混合バーナ１を採用することにより、該予混合バーナ１において、第１ノズル２に予混合ガスを供給するための第１予混合ガス通路６と、第２ノズル４に予混合ガスを供給するための第２予混合ガス通路８とが流体的に分離されているので、第１ノズル２と第２ノズル４それぞれに、異なる組成又は異なる流量の予混合ガスを供給することができる。よって、金属板の熱処理設備において、燃焼負荷によらず第１ノズル２で形成される火炎を維持しやすくなるため、予混合バーナ１における失火又は逆火を効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、金属板の熱処理設備は、鋼板の連続焼鈍設備、もしくは、鋼板の連続亜鉛メッキ設備、又は、これらの設備に含まれる加熱炉であってもよい。

幾つかの実施形態では、金属板の熱処理設備は、被処理物１０１としての金属板を搬送するための搬送装置（不図示）をさらに備えており、予混合バーナ１は、搬送装置で搬送される金属板を加熱するように構成される。
金属板は、帯状の金属帯板であってもよい。この場合、搬送装置としてのローラを用いて金属帯板が連続的に搬送されるようになっていてもよい。そして、予混合バーナ１は、ローラによって搬送されている金属帯板を連続的に加熱処理するようになっていてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

１ 予混合バーナ
２ 第１ノズル（燃焼ノズル）
２ａ 出口
４ 第２ノズル（燃焼ノズル）
４ａ 出口
６ 第１予混合ガス通路
８ 第２予混合ガス通路
９ 点火プラグ
１０ 点火ロッド
１１ 絶縁管
１２ パイプ
１２ａ 端部
１３ 流路
１４ 前方プレート
１５ 孔
１６ 後方プレート
１７ 孔
１８ 外側筒部
１９ 内側筒部
２０ 第１筒部材
２０ａ 開口
２１ 内周面
２２ 第２筒部材
２３ 内壁面
２４ 燃焼筒
２５ 開口部
２６ 第１チャンバ
２７ 外周面
２８ 第２チャンバ
２９ フランジ
３０ ノズルプレート
３１ 孔
３２ シール部材
３４ テーパ部
３６ 耐熱材
３８ 炉壁
４０ ノズル管
４２ ノズル管
４４ 雄ねじ
４６ ねじ穴
５０ シール部材
５２ 第１入口管
５４ 第１入口流路
５６ 第２入口管
５８ 第２入口流路
６０ 燃料供給ライン
６０ａ 第１燃料供給ライン
６０ｂ 第２燃料供給ライン
６２ 空気供給ライン
６２ａ 第１空気供給ライン
６２ｂ 第２空気供給ライン
６４ 第１ミキサ
６６ 第２ミキサ
６８ 第１燃料バルブ
７０ 第１空気バルブ
７１ 第１空気混合比設定バルブ
７２ 第２燃料バルブ
７４ 第２空気バルブ
７６ 流量計
７８ 流量計
８０ コントローラ
１０１ 被処理物
１００ 熱処理設備
１０６ 第１予混合ガス供給ライン
１０８ 第２予混合ガス供給ライン
Ｆ 火炎

Claims (11)

1. 燃料と空気とを予め混合した予混合ガスを燃焼させるための予混合バーナであって、
   内部に点火ロッドが設けられた第１ノズルと、前記第１ノズル以外の第２ノズルと、を含む複数の燃焼ノズルと、
   前記第１ノズルに予混合ガスを供給するための第１予混合ガス通路と、
   前記第２ノズルに予混合ガスを供給するための第２予混合ガス通路と、を備え、
   前記第１予混合ガス通路と前記第２予混合ガス通路とが流体的に分離され、
   前記点火ロッドが挿通されるとともに、前記第１予混合ガス通路の少なくとも一部を内側に形成するパイプと、
   前記パイプが貫通する後方プレートと、
   前記後方プレートに対して前記複数の燃焼ノズル側に位置する前方プレートと、
   前記前方プレートと前記後方プレートとの間に延びる第２筒部材と、
   をさらに備え、
   前記第２予混合ガス通路は、少なくとも前記前方プレート、前記後方プレート、及び、前記第２筒部材の内壁面により形成される第２チャンバを含み、
   前記パイプは、前記第２チャンバを通過して前記前方プレートまで延び、
   前記後方プレートを挟んで前記第２筒部材の反対側に設けられる第１筒部材と、
   前記第１予混合ガス通路の一部であり、少なくとも前記第１筒部材により形成される第１チャンバと、を備え、
   前記パイプの少なくとも一部は、前記第１筒部材の内部に挿入される
   ことを特徴とする予混合バーナ。
2. 前記第１ノズルは、該第１ノズルに供給された予混合ガスを燃焼させることによりパイロット火炎を生成するためのノズルである
   ことを特徴とする請求項１に記載の予混合バーナ。
3. 前記パイプが貫通する前記後方プレートの孔を介した、前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間の前記予混合ガスの漏れを低減するように設けられるシール部材を備える
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の予混合バーナ。
4. 前記パイプの外周面と、前記第１筒部材の内周面との間を塞ぐように設けられるシール部材を備える
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の予混合バーナ。
5. 前記パイプは、雄ねじが形成された端部を有し、
   前記パイプは、前記端部が前記前方プレートに形成されたねじ穴にねじ込まれることによって該前方プレートに締結された
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の予混合バーナ。
6. 前記複数の燃焼ノズルを囲うように設けられ、前記複数の燃焼ノズルの出口からの予混合ガスの燃焼により生成する火炎を噴き出すための燃焼筒をさらに備え、
   前記燃焼筒は、該燃焼筒の軸方向において前記燃焼ノズルの前記出口から前記燃焼筒の開口部に向かうにつれて径が徐々に小さくなるテーパ部を有し、
   前記点火ロッドは、前記燃焼筒の径方向において、該点火ロッドの少なくとも一部が前記テーパ部と重なるように位置する
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の予混合バーナ。
7. 前記第１ノズルに、一定流量の予混合ガスが供給されるように構成された
   ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の予混合バーナ。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の予混合バーナと、
   前記第１予混合ガス通路に接続される第１予混合ガス供給ラインと、
   前記第２予混合ガス通路に接続される第２予混合ガス供給ラインと、を備え、
   前記第１予混合ガス供給ラインにおける予混合ガスの流量、及び、前記第２予混合ガス供給ラインにおける予混合ガスの流量は、別々に調節可能である
   ことを特徴とする金属板の熱処理設備。
9. 前記第１予混合ガス供給ラインを介して前記第１ノズルに供給される前記予混合ガスを生成するための第１ミキサと、
   前記第２予混合ガス供給ラインを介して前記第２ノズルに供給される前記予混合ガスを生成するための第２ミキサと、
   前記第１ミキサに接続され、前記第１ミキサに燃料及び空気をそれぞれ送給するための第１燃料供給ライン及び第１空気供給ラインと、
   前記第２ミキサに接続され、前記第２ミキサに燃料及び空気をそれぞれ送給するための第２燃料供給ライン及び第２空気供給ラインと、
   前記第１燃料供給ライン又は前記第１空気供給ラインの少なくとも一方に設けられ、前記第１ミキサで生成される予混合ガスの燃料／空気混合比を調節するための少なくとも１つの第１バルブと、
   前記第２燃料供給ライン又は前記第２空気供給ラインの少なくとも一方に設けられ、前記第２ミキサで生成される予混合ガスの燃料／空気混合比を調節するための少なくとも１つの第２バルブと、
   をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の金属板の熱処理設備。
10. 前記第１ノズルに供給される前記予混合ガスを生成するための第１ミキサと、
    前記第１ミキサに接続され、前記第１ミキサに燃料を送給するための第１燃料供給ラインと、
    前記第１ミキサに接続され、前記第１ミキサに空気を送給するための第１空気供給ラインと、
    前記第１燃料供給ラインの流量と前記第１空気供給ラインの流量との比が一定となるように、前記第１燃料供給ライン又は前記第１空気供給ラインの流量を調節するように構成されたバルブと、をさらに備える
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載の金属板の熱処理設備。
11. 前記第２ノズルに供給される前記予混合ガスを生成するための第２ミキサと、
    前記第２ミキサに接続され、前記第２ミキサに燃料を送給するための第２燃料供給ラインと、
    前記第２ミキサに接続され、前記第２ミキサに空気を送給するための第２空気供給ラインと、
    前記第２燃料供給ラインに設けられた第２燃料バルブと、
    前記第２空気供給ラインに設けられた第２空気バルブと、
    前記第２燃料供給ラインの流量及び前記第２空気供給ラインの流量をそれぞれ変更するように、前記第２燃料バルブ及び前記第２空気バルブの開度をそれぞれ制御するように構成されたコントローラと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項８乃至１０の何れか一項に記載の金属板の熱処理設備。

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