JP6952461B2

JP6952461B2 - 蓄熱式バーナ及び加熱炉

Info

Publication number: JP6952461B2
Application number: JP2016243237A
Authority: JP
Inventors: 昌玄飯田
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2021-10-20
Anticipated expiration: 2036-12-15
Also published as: JP2018096643A

Description

本発明は、同心状に配置された外筒部と内筒部との間の筒状空間に筒状の蓄熱部が配置された流体通流部と、前記内筒部の内部に配置された燃料ガス吐出部と、前記流体通流部を通して燃焼用空気をバーナ先端側に供給する燃焼状態と前記流体通流部を通して燃焼排ガスをバーナ先端側からバーナ基端側に通流させる蓄熱状態とに切換える燃焼状態切換部とが設けられ、
前記蓄熱部が、ハニカム構造の複数の筒状の蓄熱体を、前記流体通流部の流体通流方向に設定間隔を隔てる形態で配置する形態に構成されている蓄熱式バーナに関する。

かかる蓄熱式バーナは、例えば、鋼材を焼き入れのために加熱処理する加熱炉に装備される等、種々の被加熱処理物を加熱処理する加熱炉に装備されることになり、一般には、複数の蓄熱式バーナが交番燃焼する交番燃焼形態で設けられることになる。
つまり、複数の蓄熱式バーナが、それらのうちの一部の蓄熱式バーナを蓄熱状態にするときには残部の蓄熱式バーナを燃焼状態にする交番燃焼形態で設けられることになる。

また、かかる蓄熱式バーナは、蓄熱部を構成するハニカム構造の複数の筒状の蓄熱体を、流体通流部の流体通流方向に設定間隔を隔てる形態で配置することにより、燃焼用空気や燃焼排ガスが、その流れ方向の上手側の蓄熱体に対して、その蓄熱体の一部の範囲を他の部分よりも多く通流する、いわゆる偏流状態で通流することがあっても、流れ方向に隣接する蓄熱体に到達するまでに、偏流状態を解消して、燃焼用空気や燃焼排ガスを、流れ方向に隣接する蓄熱体の全体に対して極力均一に流動させることができる（例えば、特許文献１参照。）。

特許第３７５４５０７号公報

蓄熱部を構成する複数の蓄熱体を、流体通流部の流体通流方向に設定間隔を隔てる形態で配置するには、例えば、蓄熱体の流体通流方向に沿う端面を受止め支持する位置決め用支持体を、内筒部の外周面に溶接により装着する等、位置決め用支持体を内筒部の外周面や外筒部の内周面に装着することが考えられる。

つまり、一つの蓄熱体を装填すると、その装填した蓄熱体における隣接する蓄熱体に対向する端面に対する位置決め用支持体を装着し、次に、その装填済みの蓄熱体に隣接する蓄熱体における装填済みの蓄熱体に対向する端面に対する装着位置決め用支持体を、隣接する蓄熱体を装填済みの蓄熱体に対して設定間隔を隔てて位置させる状態で受止めるための位置に装着する手順で、蓄熱体を装填するごとに位置決め用支持体を装着することが考えられる。

しかしながら、蓄熱体を装填するごとに位置決め用支持体を装着する作業は、面倒で手間の掛かる作業となるものであり、改善が望まれるものであった。

本発明は、上記実情に鑑みて為されたものであって、蓄熱部を構成する複数の蓄熱体の装填作業の簡素化を図ることができる蓄熱式バーナを提供する点にある。

本発明の蓄熱式バーナは、同心状に配置された外筒部と内筒部との間の筒状空間に筒状の蓄熱部が配置された流体通流部と、前記内筒部の内部に配置された燃料ガス吐出部と、前記流体通流部を通して燃焼用空気をバーナ先端側に供給する燃焼状態と前記流体通流部を通して燃焼排ガスをバーナ先端側からバーナ基端側に通流させる蓄熱状態とに切換える燃焼状態切換部とが設けられ、
前記蓄熱部が、ハニカム構造の複数の筒状の蓄熱体を、前記流体通流部の流体通流方向に設定間隔を隔てる形態で配置する形態に構成されているものであって、
その特徴構成は、前記蓄熱体に、隣接する前記蓄熱体との間に前記設定間隔を隔てるためのスペーサ部が一体成形され、
前記スペーサ部が、前記蓄熱体における内径側の端部に形成されている点にある。

すなわち、設定間隔を隔てて隣接する蓄熱体を位置させるためのスペーサ部が蓄熱体に一体成形されているから、複数の蓄熱体を、外筒部と内筒部との間の筒状空間に装填すれば、スペーサ部の存在によって、複数の蓄熱体が、隣接する蓄熱体との間に設定間隔を隔てる形態で装填されることなる。

したがって、隣接する蓄熱体を、設定間隔を隔てる形態で装填するために、特別な作業を行う必要が無くなるのであり、複数の蓄熱体の装填作業の簡素化を図ることができる。

要するに、本発明の蓄熱式バーナの特徴構成によれば、蓄熱部を構成する複数の蓄熱体の装填作業の簡素化を図ることができる。

また、蓄熱体における内径側の端部にスペーサ部を形成するものであるから、隣接する蓄熱体における対向する端面が大きく開放されるため、偏流を適切に回避し易いものとなる。

つまり、スペーサ部を、蓄熱体の外径側（大径側）の端部に形成するよりも、スペーサ部を、蓄熱体の内径側（小径側）の端部に形成する方が、隣接する蓄熱体における対向する端面が大きく開放されるため、偏流を適切に回避し易いものとなるのである。

要するに、本発明の蓄熱式バーナの特徴構成によれば、偏流を適切に回避し易いものとなる。

本発明の蓄熱式バーナの更なる特徴構成は、前記複数の蓄熱体が、同じ形態に形成されている点にある。

すなわち、複数の蓄熱体が同じ形態に形成されているから、複数の蓄熱体を異なる形態に形成する場合に較べて、蓄熱体の成型する型を一種類にすることができる等、蓄熱体の製作の簡素化を図ることができる。

要するに、本発明の蓄熱式バーナの更なる特徴構成によれば、蓄熱体の製作の簡素化を図ることができる。

本発明の加熱炉の特徴構成は、上述の蓄熱式バーナの複数が、一部の蓄熱式バーナを前記蓄熱状態にするときには残部の蓄熱式バーナを前記燃焼状態にする交番燃焼形態で設けられている点にある。

すなわち、蓄熱状態と燃焼状態とに切替えられる複数の蓄熱式バーナが、交番燃焼を行うものであるから、炉外に排出する燃焼排ガスが保有する熱を利用して燃焼用空気を予熱しながら、蓄熱式バーナを燃焼させることができるため、省エネ性の向上を図りながら被加熱処理物を加熱することができる。

しかも、複数の蓄熱式バーナの夫々が、蓄熱部を構成する複数の蓄熱体の夫々において、燃焼排ガスの熱を良好に蓄熱しながら、蓄熱した熱にて燃焼用空気を適切に加熱することができるものであるから、燃焼用空気の予熱を適切に行ないながら、省エネ性を適切に向上させることができる。

要するに、本発明の加熱炉の特徴構成によれば、省エネ性を適切に向上させることができる。

蓄熱式バーナの縦断側面図蓄熱体の斜視図加熱炉の概略横断平面図交番燃焼形態を示す説明図

〔実施形態〕
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（加熱炉の全体構成）
図３に示すように、例示する加熱炉は、炉体Ｈの炉内空間Ｎを通して搬送される被加熱処理物Ｄを加熱する火炎Ｍを炉内空間Ｎに形成する複数の蓄熱式バーナＢが、被加熱処理物Ｄの搬送経路Ｒの長手方向に沿って設けられて、搬送経路Ｒに沿って炉内空間Ｎに装入される被加熱処理物Ｄを、複数の蓄熱式バーナＢにて加熱するように構成されている。
ちなみに、炉体Ｈの炉内空間Ｎの温度は、例えば、８００℃〜１０００℃程度である。

本実施形態においては、４台の蓄熱式バーナＢが、炉体Ｈの両横側壁部の夫々に、搬送経路Ｒの長手方向に沿って２台ずつ並べる状態で設けられ、それら４台の蓄熱式バーナＢが、後述の如く、交番燃焼するように構成されている。

（蓄熱式バーナの構成）
蓄熱式バーナＢには、図１に示すように、同心状に配置された外筒部１と内筒部２との間の筒状空間に筒状の蓄熱部Ｕが配置された流体通流部Ａと、内筒部２の内部に配置された燃料ガス吐出部Ｇと、流体通流部Ａを通して燃焼用空気Ｆをバーナ先端側に供給する燃焼状態と流体通流部Ａを通して燃焼排ガスＥをバーナ先端側からバーナ基端側に通流させる蓄熱状態とに切換える燃焼状態切換部Ｋ（図３参照）とが設けられている。

本実施形態においては、流体通流部Ａの後端側部分には、蓄熱部３と連通する給排気室４が形成され、この給排気室４の給気用継手４Ａに、給気路５が接続され、給排気室４の排気用継手４Ｂに、排気路６が接続されている。
給気路５には、大気中の空気を燃焼用空気として供給する給気ファンＰ（図３参照）が接続され、排気路６には、燃焼排ガスを炉外に吸引排出する排気ファンＱ（図３参照）が接続されている。

燃料吐出部Ｇは、同心状の大径筒と小径筒とを備える二重管状の筒部７を備え、その筒部７の大径筒と小径筒との間に、バーナ軸心方向に沿う燃料通路が形成され、燃料通路の先端に、環状の燃料噴出部７Ａが形成されている。
上述した給排気室４の後端側箇所に、燃料ガスが供給される燃料供給用継手９が設けられ、燃料供給用継手９から供給される燃料ガスが、筒部７の燃料通路を通して、燃料噴出部７Ａに導入されるように構成されている。

図示は省略するが、環状の燃料噴出部７Ａの内部に、パイロット燃焼用ノズルが設けられ、図１に示すように、燃料供給用継手９の後端部に、パイロット燃焼用の燃料ガスを供給するパイロット用燃料供給継手１０及びパイロット燃焼用の燃焼用空気を供給するパイロット用空気供給継手１１が、筒部７の小径筒と連通状態で設けられて、パイロット用燃料供給継手１０から供給される燃料ガス及びパイロット用空気供給継手１１から供給される燃焼用空気が、二重管状の筒部７における小径筒の内部空間を通してパイロット燃焼用ノズルＵに供給されるように構成されている。
尚、図示は省略するが、二重管状の筒部７における小径筒の内部空間には、パイロット燃焼用ノズルから噴出される混合ガスを点火する点火用のスパークロッドが配置されている。

本実施形態においては、外筒部１における流体通流部Ａよりもバーナ先端側に位置する先端部１Ａが、先端側ほど小径となる形態に形成されて、蓄熱式バーナＢを燃焼状態に切換えた状態において、流体通流部Ａを通して供給される燃焼用空気Ｆをバーナ先端側に高速で通流させることにより、燃料吐出部Ｇの燃料噴出部７Ａから噴出される燃料ガスと燃焼用空気Ｆとの混合を緩慢にして、低ＮＯｘ化を図るように構成されている。

（蓄熱部の詳細）
図１に示すように、蓄熱部Ｕが、ハニカム構造の複数の筒状の蓄熱体３を、流体通流部Ａの流体通流方向に設定間隔Ｌを隔てる形態で配置する形態に構成され、且つ、蓄熱体３に、隣接する蓄熱体との間に設定間隔Ｌを隔てるためのスペーサ部３ａが一体成形されている。
ちなみに、蓄熱体３のハニカム構造とは、流体通流部Ａの流体通流方向に沿う多数の流路を備える構造を意味するものである。

本実施形態においては、蓄熱体３は、外径が１５５ｍｍ、内径が６２ｍｍで、流体通流部Ａの流体通流方向に沿う長さが７０ｍｍに形成されている。
本実施形態においては、スペーサ部３ａが、蓄熱体３における小径側の端部に形成されている。具体的には、スペーサ部３ａは、外径が８２ｍｍ、内径が６２ｍｍで、流体通流部Ａの流体通流方向に沿う長さが１０ｍｍに形成されている。

本実施形態においては、蓄熱体３が、流体通流部Ａの流体通流方向に沿って３個並設され、それら３個の蓄熱体３が同じ形態に形成されている。
つまり、３個の蓄熱体３が、外径、内径や長さが同じで、流体通流方向に沿う多数の流路が同様に形成された、いわゆる同仕様に形成されている。
ちなみに、３個の蓄熱体３のうちのバーナ後端側の蓄熱体３のスペーサ部３ａが、給排気室４の内部に設けた筒状支持部１２とフランジ接続される内筒部２のフランジ部２ａに対して当て付けられ、かつ、３個の蓄熱体３のうちのバーナ先端側の蓄熱体３の外周が、外筒部１における先端部１Ａの基端部に対して当て付けられることにより、流体通流部Ａの流体通流方向における位置が位置決めされている。

（交番燃焼の詳細）
図３に示すように、給気路５が、給気ファンＰと複数の蓄熱式バーナＢとを並列状態で接続するように構成され、給気路５における４つの蓄熱式バーナＢの夫々に対応する部分には、燃焼用空気の供給を断続する給気弁１５が設けられている。
排気路６が、排気ファンＱと複数の蓄熱式バーナＢとを並列状態で接続するように構成され、排気路６における４つの蓄熱式バーナＢの夫々に対応する部分には、排気路６を開閉する排気弁１６が設けられている。

図１に示すように、蓄熱式バーナＢの燃料供給用継手９には、メタンを主成分とする都市ガス等の燃料ガスを供給する燃料ガス供給路１７が接続され、図３に示すように、燃料ガス供給路１７には、各蓄熱式バーナＢへの燃料ガスの供給を各別に断続する燃料弁１８が設けられている。
ちなみに、給気弁１５、排気弁１６及び燃料弁１８を主要部として、各蓄熱式バーナＢを燃焼状態と蓄熱状態とに切換える燃焼状態切換部Ｋが構成されることなる。

すなわち、給気弁１５及び燃料弁１８を閉じかつ排気弁１６を開くことにより、蓄熱式バーナＢが蓄熱状態となり、給気弁１５及び燃料弁１８を開きかつ排気弁１６を閉じることにより、蓄熱式バーナＢが燃焼状態となるように構成されている。

つまり、給気ファンＰが、燃焼状態の蓄熱式バーナＢに燃焼用空気Ｆを供給し、炉内空間Ｎの燃焼排ガスＥを吸引して炉外に排出する排気ファンＱが、蓄熱状態の蓄熱式バーナＢに対して吸引作用することになり、そして、燃料ガスが、燃焼状態の蓄熱式バーナＢに供給されることにより、複数の蓄熱式バーナＢが、蓄熱状態と燃焼状態とに切替えられるように構成されている（図４参照）。

また、蓄熱式バーナＢの燃焼を制御する燃焼制御部（図示せず）が、給気弁１５、燃料弁１８及び排気弁１６を開閉制御して、複数の蓄熱式バーナＢのうちの一部の蓄熱式バーナＢが蓄熱状態となるときには残りの蓄熱式バーナＢが燃焼状態となるように切替える交番燃焼形態で、複数の蓄熱式バーナＢを燃焼させるように構成されている。

本実施形態においては、図３及び図４に示すように、炉体Ｈの両横側壁部の夫々に搬送経路Ｒの長手方向に沿って並べた２台の蓄熱式バーナＢを交番燃焼させるように構成されている。
詳しくは、平面視にて４角形の角部に位置する状態で並ぶ４台の蓄熱式バーナＢのうちで、対角線に位置する一対の蓄熱式バーナＢを組として、２組の蓄熱式バーナＢを交番燃焼させるように構成されている。

ちなみに、図３においては、給気弁１５、排気弁１６及び燃料弁１８のうちで、閉じ状態となるものを黒塗り状態で示し、給気弁１５、排気弁１６及び燃料弁１８のうちで、開き状態となるものを白抜き状態で示している。

尚、図示は省略するが、給気路５には、燃焼用空気の供給量を変更設定する給気ダンパが装備され、排気路６には、燃焼排ガスの排出量を変更設定する排気ダンパが装備され、また、燃料ガス供給路１７には、燃料ガスの供給量を変更設定する燃料調整弁が装備されて、複数の蓄熱式バーナＢの燃焼量が、給気ダンパ、排気ダンパ、及び、燃料調整弁の操作によって調整されることになる。

〔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、加熱処理物Ｄが搬送経路Ｒに沿って搬送される炉内空間Ｎに対して、４台の蓄熱式バーナＢを装備する場合を例示したが、蓄熱式バーナＢの設置数や設置形態は、加熱炉の具体的な形態において各種変更できる。

（２）上記実施形態においては、蓄熱式バーナＢが、加熱炉の炉内空間Ｎにて火炎Ｍを形成する形態を例示したが、本発明の蓄熱式バーナＢは、ラジアントチューブの内部空間に火炎Ｍを形成する、いわゆるラジアントチューブ式に形成してもよい。

（３）上記実施形態においては、蓄熱部Ｕが、３個の蓄熱体３を外筒部１と内筒部２との間の筒状空間に配設する場合を例示したが、配置する蓄熱体３の設置個数は各種変更できる。

（４）上記実施形態においては、複数個の蓄熱体３を同じ仕様に形成する場合を例示したが、各蓄熱体３の流体通流部Ａの流体通流方向の長さを異ならせる等、複数個の蓄熱体３の仕様を異ならせるようにしてもよい。

（５）上記実施形態においては、３個の蓄熱体３を配置する場合において、隣接する蓄熱体３の間の設定間隔Ｌを全て同じ間隔にする場合を例示したが、３個以上の蓄熱体３を配置する場合において、隣接する蓄熱体３の間の設定間隔Ｌを全て異ならせる、又は、一部だけ異ならせる等、隣接する蓄熱体３の間の設定間隔Ｌは種々設定できるものである。

尚、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

１外筒部
２内筒部
３蓄熱体
３ａスペーサ部
Ｋ燃焼状態切換部

Claims

同心状に配置された外筒部と内筒部との間の筒状空間に筒状の蓄熱部が配置された流体通流部と、前記内筒部の内部に配置された燃料ガス吐出部と、前記流体通流部を通して燃焼用空気をバーナ先端側に供給する燃焼状態と前記流体通流部を通して燃焼排ガスをバーナ先端側からバーナ基端側に通流させる蓄熱状態とに切換える燃焼状態切換部とが設けられ、
前記蓄熱部が、ハニカム構造の複数の筒状の蓄熱体を、前記流体通流部の流体通流方向に設定間隔を隔てる形態で配置する形態に構成されている蓄熱式バーナであって、
前記蓄熱体に、隣接する前記蓄熱体との間に前記設定間隔を隔てるためのスペーサ部が一体成形され、
前記スペーサ部が、前記蓄熱体における内径側の端部に形成されている蓄熱式バーナ。
前記複数の蓄熱体が、同じ形態に形成されている請求項１記載の蓄熱式バーナ。
請求項１又は２に記載の蓄熱式バーナの複数が、一部の蓄熱式バーナを前記蓄熱状態にするときには残部の蓄熱式バーナを前記燃焼状態にする交番燃焼形態で設けられている加熱炉。