JPH01296003A - チューブバーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は、チューブバーナに係り、特に管状の耐熱容器
の内部で気体状燃料を燃焼させ加熱された容器の外表面
からの輻射伝熱又は対流伝熱により周囲の被加熱物を加
熱するためのチューブバーナに関する。

〔従来の技術〕

チューブバーナは管内で気体状燃料を燃焼させて管表面
からの熱エネルギーにより被加熱物を加熱するものであ
るために被加熱物を燃焼ガスに曝させない利点を有する
。このため、チューブバーナは、電熱ヒータの省エネル
ギー代替品として浸炭炉、浸炭窒化炉、光輝熱処理炉、
除冷炉、焼付印刷炉、ベーキング炉、琺瑯焼成炉、セラ
ミック焼成炉、間接加熱を要する乾燥炉、液状物質への
浸漬加熱等に幅広く用いられている。

従来、この種のバーナとしては、気相燃焼バーナをチュ
ーブ内に組み込んだ第９図の如きものが知られている。

第９図の例では、炉壁１に設置された外筒２の内部に作
られた空間の中心部にバーナ１８を配し、燃料１３と空
気１４を供給し、気相燃焼させている。気相燃焼では発
熱（火炎発生）空間が限定されるため、局所的な高温領
域ができる１、この高温域を出来るだけ平担化するため
にバーナ１８と外ｆｌＦ２の間にセラミック等よりなる
内管１７が外筒２と同心円上に設置される。この内筒１
７にはほぼ等間隔に小孔１９が形成されている。燃焼ガ
ス３０は内管１７の出口２１及び内管１７に設けた小孔
１９を通って、内管１７と外筒２との間の空間に至り、
排ガス出口孔２８から排出される。この間に、バーナ１
８で発生した熱は内管１７を介した輻射伝熱及び燃焼ガ
スの流動による対流伝熱により外筒２に伝達され、外筒
２から発せられる輻射熱又は外筒２と接した流体への対
流伝熱により周囲の被加熱物に伝えられる。したがって
、内管１７に設けられた小孔１９は高温燃焼ガスを外筒
２側へリークさせることによって、外筒２の温度分布を
平坦化するために形成されている。また、内管１７の入
口部３１には排出される燃焼ガスの保有熱を回収し、燃
焼用空気等を予熱するために、フィン８等に代表される
表面拡張機構が施されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記した従来のチューブバーナにおいて
は、以下の如き問題点を有している。すなわち、気相燃
焼バーナを組み込んでいるために、局所的な高温域を有
し、被加熱物に対する均等な加熱ができない、この弊害
を避けるためにセラミック等よりなる内管１７を設けて
いるが、内管１７は苛酷な条件に曝されることから損耗
もはなはだしく、また高価でもある。さらに内管１７の
設置によっても温度分布を平坦化させることははなはだ
難しい、加えて、局所的な高温領域の存在により多量の
窒素酸化物の発生を避けることは本質的に困難である。

空燃比についても、気相燃焼方式であるための制限が大
きく、適切な空燃比が保持されない場合には煤塵の発生
、又は燃焼不能の事態を招り、シたがって、燃焼負荷調
整範囲は当然狭いものとなる。

本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、平
坦化された温度分布を有し、窒素酸化物等の発生もなく
、被加熱物の状況に応じた幅広い燃焼負荷の調整が可能
なチューブバーナを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記した目的は、中空管よりなる外筒の内部に内管を配
置し、この内管と外筒との間に形成される空間部に燃焼
触媒を配置することによって触媒燃焼領域を形成し、燃
料と空気等に代表される酸化剤との混合流体を内管を介
して燃焼触媒を配置された空間部に流動可能とすること
によって達成される。

〔作用〕

燃焼触媒が配置された領域に供給された燃料と空気等の
酸化剤とからなる混合流体は、燃焼触媒の存在によって
燃焼触媒の全領域で燃焼反応を起こすため、気相燃焼バ
ーナの如く局所的な高温領域を生じることがない、した
がって、被加熱物に対する均等が加熱が可能となり、ま
た、窒素酸化物等の発生も少なくなる０発熱域の温度が
平坦化される結果、バーナを構成する各部材の損耗も小
さくなる。また、接触触媒反応は気相燃焼に比較して空
燃比の制限が緩やかであり、幅広い負荷調整が可能とな
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明すす。

第１図は本発明の一実施例を示す断面図である。

このチューブバーナは、軸方向一端が閉鎖された外筒２
、外筒２の最内部に外筒２と同心円上に設けられた分散
管４ａ、分散管４ａの外周囲に環状のバッフルｌｌａを
介して分散管４ａと同心円上に設けられた筒状燃焼触媒
３、燃焼ノズル５、空気供給孔２７、燃料１３と空気１
４の混合器６、ガス出口孔２８及び点火装置７とから主
として構成される。

外筒２は炉壁ｌの内側（炉内側）に閉鎖された一端部が
配置され、炉壁１の外側（炉外側）にガス出口孔２８を
構成する開放された他端部が配置されている０分散管４
ａには所定の間隔で複数個の小孔１２が設けられ、これ
らの小孔１２を介して分散管４ａ内部空間と、分散管４
ａと筒状の燃焼触媒３とによって形成された空間とが連
通ずるようになっている。前記小孔１２の径は逆火を防
ぐために消炎径より小さく設計されている。筒状の燃焼
触媒３と外筒２とによって形成される環状空間部は、燃
焼ガス３０の流路を構成している。

そして、分散管４ａの入口部２ａの外表面のガス流路に
はフィン８が設けられている０点火装置７は燃焼触媒３
と外筒２とによって形成される空間部、すなわち、燃焼
ガス３０の流路に挿入されている。また、分散管４ａの
軸方向一端部（閉鎖側）と筒状の燃焼触媒３の軸方向両
端部が接する部分には熱膨張による伸び差の吸収とガス
シールをかねて断熱性の緩衝シール部材９ａ、１０ａが
配置されている。

次に上記のように構成されるチューブバーナの作用につ
いて説明する。

燃料１３と空気１４とがそれぞれ燃料ノズル５及び空気
供給孔２７から供給されると、混合器６により混合され
、混合気１５となって分散管４ａの小孔１２から燃焼触
媒３に向かって噴出される。

燃焼触媒３で接触燃焼反応がおき、発生した熱は燃焼触
媒３の温度を高め、燃焼触媒３からの輻射熱と燃焼ガス
３０からの対流伝熱により、外筒２は高温に加熱される
。外筒２が高温になると輻射伝熱及び対流伝熱により、
周囲の被加熱物が加熱昇温される。一方、排出される燃
焼ガス３０は多量の熱エネルギーを保有しているため、
分散管４ａの入口部２９の外周に設けたフィン８により
熱回収を図り、供給空気１４及び燃料１３を予熱するこ
とがゼきる。燃焼触媒３と分散管４ａとの間には空間が
あるため、小孔１２から噴出した混合気１５の噴流は燃
焼触媒３に到達するまでに所定の広さに拡散される。

本実施例において、燃焼触媒３と分散管４ａとの間の空
間をバッフルｌｌａで仕切っているので、小孔１２から
噴出される混合気１５が排ガス出口孔２８側へ偏流する
、いわゆるシ櫂−トパス現象を防止し、燃焼触媒３ａの
軸方向に軸方向に分散させることができる。

接触燃焼反応における空燃比の制限は気相燃焼よりもは
るかに緩やかである。しかしながら、その反応温度につ
いては下限が存在する。したがって、この種の装置では
、燃焼触媒３の予熱、すなわち点火方法が問題となる０
本実施例における点火方法は下記の如きものである。ま
ず燃料１３と空気１４を混合して混合気１５を得るが、
点火時における燃料濃度を気相燃焼反応における可燃範
囲に調整しておく、混合気１５が燃焼触媒３を通過して
燃焼ガス流路に配置された点火装置７に達する前後に、
点火装置７を作動させ前記混合気１５に点火する。この
時点では燃焼触媒３の表面で気相燃焼反応がおきており
、やがて燃焼触媒３の温度が上昇すれば、燃焼域は触媒
部に移る。

ここで、負荷に応じて、混合気１５の燃料濃度を調整す
ればよい０本実施例のチューブバーナを加熱炉等に用い
る場合、炉の昇温過程では多量の入熱を必要とするが、
昇温後は炉壁等からの熱損失を補うだけで良いことが多
い、このような場合には燃料濃度を希薄にして入熱を小
さくすることも可能であり、省エネルギーの観点からも
有効である。

第２図は、第１図のチューブバーナにおける分散管の他
の実施例を示す斜視図である０分散管４ａと燃焼触媒３
との間の空間を仕切るバッフルの形状は、小孔１２から
噴出する混合気噴流を分散管４ａの長軸方向に実質的に
分離できれば、その作用は同じである。したがって、第
２図に示すように、螺旋状のバッフルＩｌｂを設けても
よい。

このような螺旋状のバッフルｌｌｂはフィン付管を製作
する要領で簡単に製造できるから大量生産に有利である
。

第３図は本発明の第３実施例を示し、一端が閉鎖された
外筒２の内部に外筒２と同心円上に内管２２が配置され
ている。この内管２２の一端側は燃料１３と空気１４の
供給口を形成し、内管２２の他端側は開口されると共に
外筒２の閉鎖端と所定の間隔で離間されている。内管２
２と外筒２とによって形成される円環状の空間部には外
筒２の軸方向に所定の間隔をもって円環状の燃焼触媒２
３が配置されている。そして、各円環状の燃焼触媒２３
の間にはリード線２６が接続された伝熱ヒータ２５が配
置されている。なお、混合器２４付近に位置する燃焼流
路にフィン８が設置されている点は第一実施例と同様で
ある。

本実施例は、目的とする温度が比較的低温で簡便な構造
とする場合に好適である。内管２２に供給された混合気
１５はガスの流動方向に直列に配設された複数の燃焼触
媒２３を通過しながら徐々に触媒反応を起こしていく０
点火に際しては、伝熱ヒータ２５等により予め燃焼触媒
２３を予熱しておくことが必要である。運転条件によっ
ては、燃焼触媒２３による加熱と同時に伝熱ヒータ２５
をも併用してヒータによる加熱を行うことによって幅広
い温度調整が可能である。

第４図は本発明の第４実施例を示し、第１実施例に示す
チューブバーナと異なる点は、排ガス出口孔２８を、空
気供給孔２７及び燃料ノズル５の設置位置に対してバー
ナの軸方向反対側に設置したものであり、加熱炉等の構
造によっては本実施例が有利となる。なお、第４図にお
いて第１図と同一構成部分は同一符号で示し、構成上の
説明は省略する。

第５図は本発明の第５実施例を示す要部断面図である０
本実施例においては、排出される燃焼ガス３０の一部を
混合器６ａに設けた燃焼ガス導入孔３２に導き、燃焼１
３、空気１４及び燃焼ガス導入孔３２から導入される燃
焼ガス３１ａとから混合気１５を得るようにしたもので
ある。燃焼ガス３．Ｏａは高温であり、その保有熱量を
有効に回収することができる。混合気１５の酸素濃度は
低下するが燃焼触媒３の作用により安定した燃焼が可能
であり、徘ガス損失を低下させることができる。

第６図は本発明の第６実施例を示し、断面楕円形状の外
筒２の内部は、緩衝シール部材９を介して配設された燃
焼触媒３ａによって混合気１５の流路と燃焼ガス３０流
路に区画されている。混合気１５の流路側には軸方向及
び周方向に所定の間隔をおいて設けられた多数の小孔１
２を有する分散管４が配置されている。

上記のように分散管４は、必ずしも外筒２の最内部に位
置する必要はなく、また平板状の燃焼触媒３ａを用いる
場合、分散管４は燃焼触媒３ａを挟んで燃焼ガス３０の
流路と対応する位置にあればよい、さらに外筒２の断面
形状は楕円形状の（臥円形状等の任意の形状を採用する
ことができる。

第７図は本発明の第７実施例を示し、図示してない外筒
の内部に外筒と同心円上に分散管４が配置されている０
分散管４には上記した実施例の場合と同様に軸方向及び
周方向に所定の間隔で多数の小孔１２が設けられ、この
分散管４の内部に混合器６が設置されている。混合器６
は、円筒状に形成され、その軸方向先端部に混合気噴出
口を有し、円筒軟体側周面が分散管４の内周面に摺動自
在となっている。第７実施例において、混合器６を分散
管４の長袖方向に移動させ、分散管４に設けられた多数
の小孔１２のうちで閉鎖される小孔１２の数を調整する
ことによって、分散管４の外周側に配置された燃焼触媒
に対する混合気１５の供給領域を制御することができ、
図示していない外筒の表面温度分布を変え、加熱範囲を
制御することが可能となる。

第８図は本発明の第８実施例を示し、外筒２の内部にそ
の外筒と同心円上に起動用バーナチップ３３が配置され
、その外周囲に起動用バーナチップと同心円上に分散管
４Ｃが配置されて起動用バーナチップ３３が分散管４Ｃ
の先端部に位置するようになっている０分散管４Ｃには
仕切り板により２つの領域に区画され、軸方向先端部側
の空間部（Ａ）は小孔１２ａを介して分散管４Ｃと外筒
２とによって形成される空間部に連通し、軸方向後端部
側の空間部（Ｂ）は小孔１２ｂを介して分散管４Ｃと外
筒２とによって形成される空間部に連通している。空間
部Ａには２次燃料導管３５ａが接続され、空間部Ｂには
２次燃料導管３５ｂが接続されている。

第８実施例において、点火トーチ７ａにより燃料１３及
び空気１４の混合気を着火して燃焼触媒２３ａを昇温す
る。さらに外筒２からの放熱に応じて、例えば、２次燃
料１３ａ、２次燃料１３ｂをそれぞれ空間部Ａ及び小孔
１２ａ、空間部Ｂ及び小孔１２ｂより燃焼触媒２３ａ・
・に導入してチューブ外筒温度を均一にすることができ
る。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、接触燃焼反応によりチュ
ーブバーナ外筒の温度分布を平坦化することができ、被
加熱物に対する均等な加熱が可能となるばかりでなく、
局所的な高温部がなくなるため排出ガス中の窒素酸化物
が非常に少なくなるという効果がある。また、構成部材
の損耗が少なく、長寿命、高信頼性のチューブバーナと
なる。

さらに、気相燃焼方式に比較して、運転可能な空燃比が
広いため、負荷調整が容易であり、排ガス損失も低くな
る等々の効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す断面図、第２図は第
１図における分散管の他の例を示す斜視図、第３図は本
発明の第３実施例を示す断面図、第４図は本発明の第４
実施例を示す断面図、第５図は本発明の第５実施例を示
す要部断面図、第６図は本発明の第６実施例を示す断面
図、第７図は本発明の第７実施例を示す断面図、第８図
は本発明の第８実施例を示す断面図、第９図は従来のチ
ューブバーナの例を示す断面図である。 ■・・・・・・炉壁、２・・・・・・外筒、３．３ａ、
２３．２３ａ・・・・・・燃焼触媒、４．４ａ、４ｂ、
４ｃ・・・・・・分散管、５・・・・・・燃料ノズル、
６．６ａ、２４・・・・・・混合器、７・・・・・・点
火装置、８・・・・・・フィン、９．９ａ。 ９ｂ、　　１０　ａ、　　１０　ｂ・・・・−緩衝シー
ル部材、１１ａ、ｌｌｂ・・・・・・バッフル、１２・
・・・・・小孔、２２・・・・・・内管、２５・・・・
・・伝熱ヒータ、２７・・・・・・空気供給孔、２８・
・・・・・排ガス出口孔、３２・・・・・・燃焼ガス導
入孔。 代理人　弁理士　西　元　勝　− 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 つ → 第７図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）中空管よりなる外筒内部で燃料及びこれを酸化さ
   せるための空気等の酸化剤を供給して燃焼反応を行わせ
   、その燃焼熱により外筒を加熱して、該外筒と被加熱物
   との間の輻射伝熱及び対流伝熱により被加熱物を加熱す
   るチューブバーナにおいて、前記外筒の内部に前記燃料
   と酸化剤との混合流体を流動させる内管を配置し、該内
   管と前記外筒との間に形成される空間部における前記内
   管の軸方向に連続的乃至所定の間隔をおいて燃焼触媒を
   配置して触媒燃焼領域を形成したことを特徴とするチュ
   ーブバーナ。
2. （２）前記内管の周方向及び軸方向に所定の間隔におい
   て、前記混合流体が流通可能な小孔を設けたことを特徴
   とする請求項（１）記載のチューブバーナ。
3. （３）前記内管と同心円上に筒状の燃焼触媒を配置し、
   前記内管の外周面と前記燃焼触媒の内周面との間に形成
   される空間部にバッフル等の仕切り部材を設けたことを
   特徴とする請求項（１）記載のチューブバーナ。
4. （４）燃料と酸化剤を混合させる混合器が、前記内管の
   一端部側に設置されていることを特徴とする請求項（１
   ）記載のチューブバーナ。
5. （５）前記混合器に燃焼ガス導入孔を設け、前記燃焼触
   媒による燃焼ガスの一部を混合器に導入するこようにし
   たことを特徴とする請求項（１）記載のチューブバーナ
   。
6. （６）前記混合器が前記内管内の軸方向に移動可能に設
   置され、混合器の移動距離によって前記内管に形成され
   た小孔を閉鎖する数を調整可能としたことを特徴とする
   請求項（２）記載のチューブバーナ。
7. （７）前記外筒と前記内管との間に形成され、燃焼ガス
   の流路となる領域に点火装置を設置したことを特徴とす
   る請求項（１）記載のチューブバーナ。