JPH02103308A - 燃焼器装置 - 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、燃焼装置、特に、気体または蒸気燃料燃焼式
放射バーナ装置に関する。

（従来の技術） 大形のガラス溶融装置の分野におけるような工業上の用
途においては、一対のバーナおよびこれに関連する蓄熱
ベッド（ｈｅａｔ　ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ　ｂｅｄ
）を用いて蓄熱加熱［ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ　ｈｅ
ａｔｉｎｇｌを行なうことが知られている。

また、例えば、ソワーズ（Ｓｏｗａｒｄｓｌ　に付与さ
れた米国特許筒３，７５１．２１３号およびコッチ（Ｋ
ｏｃｂ）に付与された米国特許筒３．８１０．７３２号
に記載されているように、多孔質の板状の強度のある放
射バーナを気体または蒸気燃料を用いて作動させること
ができることも知られている。

（発明が解決しようとする課題） しかしなから、従来の装置は、ＮＯｘの発生を低く押え
ることができず、しかも安全かつ迅速に所要温度まで加
熱することができないという欠点を有している。また、
従来の燃焼器装置は、火炎を加工物から物理的に分離し
なければならず、そのため放射チューブまたは放射壁を
配設することが必要となり、複雑な構造となっている。

本発明は、先行技術のかかる問題点を解決するためにな
されたものである。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、高温かつ高率で作動する放射バーナ装
置が提供されている。装置は、対をなす即ち結合された
セクションを備え、各セクションは、直流型燃焼器およ
び蓄熱器領域を有している。本発明によれば、導管およ
び該導管と組合された制御体が、可燃ガスを一方の燃焼
器・蓄熱器セクション（ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ／ｒｅｇｅ
ｎｅｒａｔｏｒ　５ｅｃｔｉｏｎｌへ周期的に導くと同
時に、他方の燃焼器・蓄熱器セクションから燃焼生成物
を取出すようになっている。燃焼器・蓄熱器セクション
のかかる作用は、制御体と導管とによって交互のサイク
ルで逆転される。各セクションの燃焼器および蓄熱器領
域は、互いに隣接して積重ねられ、層にされあるいは板
状に配設されるのが好ましい。燃焼器および蓄熱器領域
のかかる板状または層状形態により、装置の構造がコン
パクトで効率のよいものとなる。作動している燃焼器領
域と熱を受けている蓄熱器領域との間で、加熱しようと
する加工物の空間を介して気体が流れ、対流加熱による
加工物への熱伝導を行なうようにしている。

従って、本発明に係る燃焼器装置は、作業ステーション
に面した燃焼器面領域および各燃焼器面と組合された多
孔質体蓄熱器をそれぞれ有する一対の隣接した燃焼器・
蓄熱器セクションと、各燃焼器・蓄熱器セクションに可
燃ガスを導くとともに各燃焼器・蓄熱器セクションから
燃焼生成物を交互的に導く導管手段と、一方の燃焼器・
蓄熱セクションへの可燃ガスの流れと他方の燃焼器・蓄
熱器セクションからの燃焼生成物の流れを周期的に制御
するとともに他方の燃焼器・蓄熱器セクションへの可燃
ガスの流れと一方の燃焼器・蓄熱器からの燃焼生成物の
流れとを交互に制御する手段とを備え、前記各セクショ
ンの前記燃焼器面領域は該燃焼器面領域および該領域と
組合された多孔質体蓄熱器を燃焼生成物が通過すること
ができるように十分に開口しており、前記各セクション
の多孔質体蓄熱器は該蓄熱器を交互して流れる可燃ガス
と燃焼生成物の少なくとも一方を通すことができるよう
に配設されており、前記多孔質体蓄熱器は燃焼生成物に
含まれる熱を可燃ガスに伝達するために該熱の大部分を
周期的に吸収することができるようになっており、前記
セクションは各セクションからの燃焼生成物が他方のセ
クションにおいて受けられるように配設されており、し
かも前記各セクションの燃焼器面は各セクションでの燃
焼により発生する熱の大部分を放射するように配設され
ていることを特徴とする構成を備え、高レベルの放射熱
を発生するようになっている。

（実施例） 以下、本発明を、添付図面に示す実施例に関して説明す
る。

第１図には、構成が簡素化された、蓄熱結合されている
（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｌｙ　ｃｏｕｐｌｅｄ）多
孔質本体を備えた燃焼器装置１０が示さねている。燃焼
器装置１０は、実質上同一の一対のセクション、図示の
実施例においては、燃焼器・蓄熱器ユニット１１を備え
ている。各燃焼器・蓄熱器ユニット１１は、直方体形状
をなし、かつ、燃焼器即ちバーナ領域１６と蓄熱器領域
１７とを備えた一連の積み重ねられたあるいは層状とな
った多孔質領域を備えた板状体となっている。本明細書
において使用されている「多孔」じ°ｐｏｒｏｕｓ’“
）なる語は、空気、天然ガス、その他の気体または蒸気
燃料およびこれらの反応物または燃焼生成物を、所望の
熱出力を維持するのに十分大きい流速で通すことができ
る構造体または材料を云う。

このような用途においては、「多孔」なる語は、気体を
十分に通過させるように気孔が十分に分布された剛性の
ある中実体を意味する。多孔性材料は、所定の自己支持
形態、例えば、スクリーン、布、織布マット（ｗｏｖｅ
ｎ　ｍａｔｔｅｌ　および不織布マット、穿孔板、結合
粒子または網状物質および緩く保持されているような固
着されていない形態の粒子とすることができる。図示の
燃焼器領域１６は、アルミナのような高温に耐える粒子
即ちフリット２０の層と、耐高温性の保持スクリーンま
たは穿孔プレート２１とを備えている。多孔質燃焼器領
域１６のフリット２０は、例えば、約３．２乃至６．４
　ｍｍ　（１７８乃至１７４インチ）の範囲にある粒度
を有し、スクリーン２１の開口のサイズは選択された上
記粒度よりもわずかたけ小さくなっている。スクリンー
ン２１は、例えば、公知の化学蒸着技術により形成する
ことができ、アルミナ繊維を有するアルミナ複合体とし
て形成することができる。多孔質蓄熱器領域１７は、例
えば、多孔質燃焼器領域１６と直接接触する炭化珪素フ
リット２３の層から形成することができる。

蓄熱器領域１７はまた、フリット即ち粒子２３を支持す
る金属スクリーン２２を備えている。

以下に説明するように、スクリーン２２が曝露されるの
は中温だけであるので、耐熱性ステンレス鋼のような比
較的一般的な材料から形成することができる。保持スク
リーン２２の開口のサイズは、蓄熱器領域即ち層１７の
粒子が漏出するのを防止するように十分小さくなってい
る。

天然ガスのような気体燃料が、第２図に示すように構成
されているマニホールド２６を介して燃焼器領域１６に
導入される。マニホールド２６は、好ましくは、セラミ
ックまたはアルミナ複合体のような、比較的高温に耐え
る適宜の材料から形成される。図示の実施例においては
、マニホールド２６は、気体燃料を燃焼器領域１６に放
出するように、一方の側に、ドリルまたはその他の手段
により孔２７が形成されている６孔２７は、多孔質燃焼
器領域１６を構成するフリット即ち粒子２０が入り込ま
ないように十分小さくなっている。燃料分配マニホール
ド２６は、孔２７の領域に多孔質壁を配置するようにし
て構成することもできる。燃料分配マニホールド２６は
、燃焼器領域１６内に配設された孔即ち出口手段２７を
有するとともに、燃焼器領域１６の外面即ち高温面３１
から離隔配置されている。この外側高温面３１は、一部
はスクリーン２１から形成され、部はスクリーン２１の
開口を介して露出される燃焼器領域の下部粒子２０によ
り形成されている。

マニホールド２６の出口孔２７は、十分な量の気体燃料
を燃焼器領域１６全体に均一に供給することができ、か
つ、下記のようにして供給される空気と十分に混合する
ことができるような数と分布とを有している。気体燃料
は、供給ライン３４からバルブ３３の自動制御を受けな
から導管３２を介してマニホールド２６へ適宜の圧力で
供給される。

酸素を含有する空気が、２位置制御バルブ３７から延び
るブレナムまたは導管３６を介して燃焼領域１６へ供給
される。導管即ちダクト（ｃｏ口ｄｕｉｔ）３６の横断
面は、多孔質プレートまたは支持スクリーン２２によっ
て示される燃焼器・蓄熱器セクションの参照番号３８で
示される低温側と略同じ面積となっている。バルブ３７
は、導管即ちダクト３６内の圧力を大気圧よりも太き（
保持する供給ブロア３９からダクト３６に新鮮な空気を
供給する。また、バルブ３７は、（第１図においてバル
ブ３７の実線位置における右の）もう一方の燃焼器・蓄
熱器セクションをダクト３６を介して排気ブロア４１の
取入れ口に接続することにより該セクションから気体を
排出するようになっている。排気ブロア４１は、連結さ
れている導管即ちダクト３６の圧力を大気圧よりも低く
保持している。気体または蒸気燃料の流量を制御するバ
ルブ３３は、関連する導管即ちダクト内の圧力に応答す
るパイロット作動式バルブである。パイロットライン４
６は、ダクト３６内の圧力をバルブ３３に信号として伝
達することにより、ダクト３６内の圧力が大気圧よりも
高くなったときにバルブを開いて気体燃料を供給する。

これとは逆に、ダクト３６内の圧力が大気圧よりも低く
なったときには、バルブ３３は閉じて、各燃焼器・蓄熱
器セクション１１への気体の供給を遮断する。

バーナ装置１０によって加熱されるべき加工物即ち負荷
５１が、第１図に略示されている。各スクリーン２１と
スクリーンの孔を介して露出される下部多孔質材料２０
とによって形成される各燃焼器ユニット１１の高温面３
１は、かかる高温面と直交する射線が加工物５１に可能
な限り照射されるように、加工物５１と対面するように
配設されるのが好ましい。図示の実施例においては、高
温面３１は、実質上平坦となっている。

燃焼器・蓄熱器装置１０は、高温面に隣接して配設され
た通常の点火器（図示せず）により、燃焼器・蓄熱器ユ
ニット１１の一方の中にある空気（または酸素）と天然
ガスのような気体燃料との可燃性混合物を点火すること
により、作動を開始する。上記説明から明らかなように
、空気は、空気供給ブロア３９から、バルブ３７を介し
て、更にバーナの低温側３８と多孔質蓄熱器領域１７を
介して供給される。気体燃料は、ダクト３６内の圧力に
応答してバルブ３３を介して供給される。

かくして、燃焼が多孔質燃焼器領域１６において行なわ
れ、温度が作動レベルまで上昇する。

燃焼は１点火された燃焼器・蓄熱器セクション１１で継
続し、燃焼生成物が、先づ不活性な燃焼器領域１６を通
過し、次に蓄熱器領域１７を通過することにより、もう
一方の燃焼器・蓄熱器セクション１１を介して放出され
る。燃焼生成物の潜熱の大部分は、このもう一方の燃焼
器・蓄熱器セクション１１の蓄熱領域１７において吸収
される。熱を受ける蓄熱器領域１７の蓄熱容量に近づく
と、燃焼器・蓄熱器セクション１１の動作を逆転させる
。これは、空気バルブ３７を適宜の自動制御の下で第１
図の実線の位置から点線で示す位置へ変位させることに
より行なわれる。燃料供給バルブ３３もまた、それぞれ
のダクト３６内の圧力の変化に応答して状態を変化し、
一方は燃料の供給を遮断し、もう一方は燃料の供給を開
始する。可燃性の気体混合物は、燃焼生成物の遮断され
た流れにより燃焼器・蓄熱器セクション１１において行
なわれる加熱によって新たに活性化されたこの燃焼器・
蓄熱器セクション１１において点火される。

燃焼即ち反応生成物の気体が一方の面３１から他方の面
３１へ流れるときに、かかる生成物の強制対流が、燃焼
器・蓄熱器セクション１１の高温側３１にすぐ隣接した
空間において生ずる。かかる対流により、加工物即ち負
荷５１の加熱が一層良好に行なわれる。燃焼器・蓄熱器
セクション１１の作動により、これらの面３１は高温に
保持される。これは、空気および気体燃料を、所望の作
動温度における放射により放出される熱を補充するのに
十分な速度で供給することにより行なわれる。これらの
高温面３１の作動温度範囲の上限は、これらの面を形成
する材料の耐久性により制限される。通常使用される材
料では、平均的１３７１°Ｃ（約２５００°Ｆ）の温度
を得ることができる。スクリーン２１を、化学蒸着技術
により得られるアルミナおよびアルミナ繊維から形成す
る場合には、より高温とすることができる。蓄熱器領域
１７は、燃焼生成物の潜熱の８５％はどを吸収すること
ができるので、燃焼器装置１０は比較的高い熱効率を発
揮することができる。か（して、本実施例の燃焼器即ち
バーナ装置は、高い熱効率と高い熱放射出力を発揮する
ことができる。燃焼器領域１６の高温面３１が水平ある
いは殆ど水平であるときには、気体の流量が粒状材料２
０の流動化を防止することができるように十分に低いレ
ベルに保持されている場合には、スクリーン２１を取除
くことができる。燃焼即ち反応生成物の流量が比較的小
さい場合には、加工物５１と燃焼器・蓄熱器セクション
１１との間の空間には、静止状態が生ずる。かかる状態
においては、必要な場合には、加工物に気体を噴射即ち
射出することにより加工物５１を取囲む雰囲気を制御し
て、加工物から火炎を物理的に分離するために放射チュ
ーブまたは放射壁を使用する必要性をなくすことができ
る。

第３および４図には、蓄熱結合された多孔質体燃焼器の
セットを多数使用した燃焼器・蓄熱器装置６０が概略的
に示されている。第４図は、マルチ燃焼器装置６０の反
対側即ち低温側を示し、１つおきに列をなす燃焼器・蓄
熱器セクション６１が一方の導管アセンブリ即ちマニホ
ールド６２に連結されているとともに、これらのマニホ
ールドの列に介在して列をなす燃焼器・蓄熱器セクショ
ン６１が別の導管アセンブリ即ちマニホールド６３に連
結されている。２位置バルブ６４は、第１図のバルブ３
７と同様に機能し、新鮮な空気を一方のマニホールド６
２に供給するとともに、燃焼生成物を他方のマニホール
ド６３から排出する。バルブ６４の位置により、一方の
モードにおける燃焼と他方のモードにおける蓄熱という
燃焼器・蓄熱器セクション１１の機能が繰返されあるい
は交互に行なわれる。供給ブロア６６と排出ブロア６７
が、バルブ６４を介してマニホールド６２と６３にそれ
ぞれ接続されている。気体燃料は、第１および２図に関
して上記したのと実質上同じ態様で各燃焼器・蓄熱器セ
クション６１に供給される。各燃焼器・蓄熱器セクショ
ン６１は、第１図に関して説明したのと実質上同じ態様
で構成することができる。燃焼器・蓄熱器セクションの
、参照番号７１で示す高温面に存在する燃焼生成物は、
蓄熱モードで作動している燃焼器・蓄熱器セクションの
各隣接する高温面へ流れることができる。

第５図は、加熱されている加工物または加工物を包囲す
る雰囲気から燃焼ガスを絶縁することが所望される用途
において有用な放射面バーナ８゜を形成する本発明の実
施例を示す。バーナ８ｏの燃焼器・蓄熱器ユニット１１
は、第１図に示す装置ｌＯのユニットと同様な構成素子
を備えており、かかる同様な素子には同じ参照番号が付
されている。不透質の箱状カバー８１が、参照番号８２
で示す空間を囲んでおり、燃焼生成物は該空間８２を介
して一方のユニット１１から他方のユニットへ流れる。

図示の実施例においては、カバー８１は、隣接して対を
なすユニット１１の多孔質領域１６の双方の高温の外面
３１に置かれ、平行しかつ同じ広がりをもっ主壁８３を
有している。カバー８１はまた、互いに一体的に形成さ
れかつ主壁８３とも一体的に形成された４つの側壁８４
を有している。第５図には、これら側壁のうちの２つだ
けが示されている。側壁８４は、第６図に示すように、
ユニット１１の隣接する溝付縁部８６に、適宜の接着剤
８８によって固着されたひだ（ｗｒｉｎｋｌｅ）　８７
によって接合されている。カバー８１は、作動温度にお
いて使用（ｓｅｒｖｉｃｅｌするのに適したセラミック
のような材料から形成することができる。ユニット１１
の作動の際には、気体は、第１図に関して説明したのと
同様な態様で流される。しかしなから、交互するユニッ
ト１１に存在する燃焼生成物は、カバー８１内に収容さ
れ、加工物即ち負荷９１を相違する空間から隔離される
。カバー８１は、高温面３１からの輻射および燃焼生成
物の対流によって加熱される。

かくして、カバー８１は高温に達し、該カバーによって
蓄えられた熱が外面８９から加工物９１へ放射される。

本発明を特定の実施例に関して説明したが、上記説明は
本発明の単なる例示であって、本発明を限定するもので
はない、従って、上記した特定の実施例の変更と修正と
を本発明の精神と範囲内において行なうことができるこ
とは当業者にとって明らかである。従って、本発明の範
囲は、特許請求の範囲の記載によって定められるもので
ある。

（効果） 本発明の上記構成によれ゛ば、多孔質体拐料の有用な温
度は、ＮＯｘの発生が著しく低い火炎温度内に制限され
るので、ＮＯｘの発生を比較的低く押えることができる
。また、多孔質本体の表面温度よりも低い数百度のピー
ク温度まで著しく大きい伝熱速度で該本体を加熱するこ
とができる。

本発明によればまた、鉄および鋼を溶融しあるいは過熱
するといった処理を行なうのに十分に高い温度を輻射に
より得ることができる。更にまた、本発明によれば、反
応生成物は、燃焼器と加工物との間で層流を形成するよ
うに十分に静かに流すことができるので、加工物に気体
を噴射することにより、加工物即ち負荷を包囲する雰囲
気を制御することができる。従って、火炎を加工物から
物理的に分離する放射チューブまたは放射壁の配設の必
要性をなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に従って構成された対をなす
蓄熱結合長孔質体燃焼器装置を示す斜視図、第２図は第
１図の燃焼器装置において使用されている燃料分配マニ
ホールドを示す斜視図、第３図は本発明の別の実施例に
従って構成された複式燃焼器装置の高温側を示す概略斜
視図、第４図はガス流導管を示す第３図の装置の低温側
の概略斜視図、第５図は第１図と同様な蓄熱結合ユニッ
トとカバーとから構成される本発明の別の実施例に係る
燃焼器装置を示す斜視図、第６図はカバーの側壁と燃焼
器・蓄熱器ユニットとの接合領域を示す部分断面図であ
る。 ｌＯ・・・燃焼器装置、１１・・・燃焼器・蓄熱器ユニ
ット、１６・・・燃焼器即ちバーナ領域、１７・・・蓄
熱器領域、２０・・・粒子即ちフリット、２１・・・ス
クリーン、２２・・・炭化珪素フリット、２６・・・マ
ニホールド２７・・・孔、３１・・・外側高温面、３２
・・・導管、３３・・・パルプ、３４・・・供給ライン
、３６・・・タクト、３７・・・パルプ、３８・・・低
温側、３９・・・プロア、４６・・・パイロットライン
、５１・・・加工物、６ｏ・・・燃焼器装置、６１・・
・燃焼器蓄熱器セクション、６２．６３・・・マニホー
ルド、６４・・・パルプ、６６．６７・・・ブロア、７
１・・・高温側、８０・・・放射面バーナ、８１・・・
カバー、８９・・・外面、９１・・・加工物。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）作業ステーションに面した燃焼器面領域および各
   燃焼器面と組合された多孔質体蓄熱器をそれぞれ有する
   一対の隣接した燃焼器・蓄熱器セクションと、各燃焼器
   ・蓄熱器セクションに可燃ガスを導くとともに各燃焼器
   ・蓄熱器セクションから燃焼生成物を交互的に導く導管
   手段と、一方の燃焼器・蓄熱セクションへの可燃ガスの
   流れと他方の燃焼器・蓄熱器セクションからの燃焼生成
   物の流れを周期的に制御するとともに他方の燃焼器・蓄
   熱器セクションへの可燃ガスの流れと一方の燃焼器・蓄
   熱器からの燃焼生成物の流れとを交互に制御する手段と
   を備え、前記各セクションの前記燃焼器面領域は該燃焼
   器面領域および該領域と組合された多孔質体蓄熱器を燃
   焼生成物が通過することができるように十分に開口して
   おり、前記各セクションの多孔質体蓄熱器は該蓄熱器を
   交互して流れる可燃ガスと燃焼生成物の少なくとも一方
   を通すことができるように配設されており、前記多孔質
   体蓄熱器は燃焼生成物に含まれる熱を可燃ガスに伝達す
   るために該熱の大部分を周期的に吸収することができる
   ようになっており、前記セクションは各セクションから
   の燃焼生成物が他方のセクションにおいて受けられるよ
   うに配設されており、しかも前記各セクションの燃焼器
   面は各セクションでの燃焼により発生する熱の大部分を
   放射するように配設されていることを特徴とする高レベ
   ルの放射熱を発生する燃焼器装置。
2. （２）前記各セクションの多孔質体蓄熱器は緩いフリッ
   ト状粒子のベッドからなることを特徴とする請求項１に
   記載の燃焼器装置。
3. （３）前記燃焼器面は少なくとも一部がフリット状粒子
   からなることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器装置
   。
4. （４）前記粒子は燃焼器の高温側で剛性スクリーンによ
   り保持されていることを特徴とする請求項３に記載の燃
   焼器装置。
5. （５）前記各セクションは多孔質体から形成された燃焼
   器領域と放射面へ向けて前記多孔質体の中へ燃料を射出
   する手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の
   燃焼器装置。
6. （６）前記射出手段は多孔質体燃焼器領域全体に燃料を
   分配するマニホールドを複数の場所に備えることを特徴
   とする請求項５に記載の燃焼器装置。
7. （７）前記セクションのうちの活性セクションに大気圧
   よりも高い圧力で可燃ガスを供給する手段を備えること
   を特徴とする請求項６に記載の燃焼器装置。
8. （８）前記セクションのうちの蓄熱セクションから燃焼
   生成物を大気圧よりも低い圧力で排出する手段を備える
   ことを特徴とする請求項７に記載の燃焼器装置。
9. （９）各セクションの燃焼器面に隣接した空間を包囲す
   るカバーを備え、該カバーは各セクションの燃焼器面に
   面する側の反対側で加工物から燃焼生成物を隔離するよ
   うに配設されており、しかも前記カバーは前記燃焼器・
   蓄熱器セクションから受ける熱を前記加工物へ放射する
   ようになっていることを特徴とする請求項１に記載の燃
   焼器装置。