JPH10115408A - ラジアントチューブバーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蓄熱式バーナの小型化が図られ、蓄熱体での
偏熱を防止してバーナ損傷の低減が図られるラジアント
チューブバーナを提供することを目的とする。 【解決手段】 ラジアントチューブ１の両端にラジアン
トチューブバーナ２が装着され、バーナボディ２ａ内に
セラミックハニカム状蓄熱体７ａ〜７ｅが配置され、ラ
ジアントチューブ１の中央または偏心させてバーナガン
６は装填され、セラミックハニカム状の蓄熱体７ａと７
ｂ間に、セラミックボール蓄熱体８が充填され、セラミ
ックハニカム状蓄熱体７ｂから７ｅの蓄熱体間に空隙９
が設けられ、セラミックボールの蓄熱体８と空隙９によ
って、燃焼排ガスの偏流が解消され、燃焼排ガスの偏流
が解消される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工業用加熱炉、熱
処理炉等の熱源として使用されるラジアントチューブバ
ーナに関し、詳しくは、バーナと蓄熱体を少なくとも２
つ以上ラジアントチューブに配置し、各バーナが交番燃
焼する、所謂蓄熱式ラジアントチューブバーナに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、加熱炉を間接的に加熱して炉内雰
囲気を所望の温度に調整することができるラジアントチ
ューブバーナがある。代表的な例とし、図１３に示すよ
うな実公平２−２３９５０号公報のラジアントチューブ
バーナがあり、ラジアントチューブ１０の両端にバーナ
が備えられている。このバーナは燃料ノズル１２ａと空
気ノズル１２ｂとを備えるバーナガン１１と、蓄熱体１
３と、燃焼用空気噴射ノズル１４とを備えている。この
バーナは、両端のバーナを交互に切り替えて交番燃焼さ
せる蓄熱体ラジアントチューブバーナ（リジェネレーテ
ィブ方式のラジアントチューブバーナ）である。簡単に
交番燃焼について説明すると、ラジアントチューブバー
ナは、一方のラジアントチューブバーナから燃焼用空気
と燃料ガスが供給され、ラジアントチューブ内で燃焼
し、その高温排ガスはラジアントチューブ内を流れて他
方のラジアントチューブバーナ（蓄熱作用をする非燃焼
バーナ）の燃焼用空気ノズルから吸引される。高速で高
温空気をラジアントチューブバーナ内に噴出する燃焼用
空気ノズルは、燃焼排ガス吸引時、高温の燃焼排ガスが
高速で蓄熱体に向かって吸引されている。この状態を交
互に繰り返して、熱回収効率向上とラジアントチューブ
内の温度分布の均一化によるラジアントチューブの寿命
延長が図られ、補修費の低減効果が得るものである。

【０００３】さらに、図１４に示したような実開平６−
６５７０５号公報に開示された三叉路型のラジアントチ
ューブによる蓄熱体ラジアントチューブバーナも考案さ
れている。図１４は、三叉路型のラジアントチューブバ
ーナの概要を示す図であり、三叉路型のラジアントチュ
ーブ２０と、ラジアントチューブ２０の一端にバーナ２
１が設けられ、ラジアントチューブ２０の両他端に蓄熱
体２２が設けられている。燃料ガスと燃焼用空気がバー
ナ２１に供給され、燃焼排ガスは蓄熱体２２を介して排
気されている。

【０００４】また、図１３に示したラジアントチューブ
バーナでは、燃焼用空気噴射ノズル１４をラジアントチ
ューブ内で偏心させた配置とすることにより、燃焼用噴
出流速を１００ｍ／ｓ以上の高速にすることで、ラジア
ントチューブ内で自己排ガス循環流を形成して燃焼排ガ
スを強力・多量に巻き込みながら燃焼させて、局部的な
高温域を形成しない燃焼を実現している。このような燃
焼によって、蓄熱体ラジアントチューブバーナ最大の欠
点であった窒素酸化物の大量発生を防止して低ＮＯｘ燃
焼を達成している。

【０００５】図１３のラジアントチューブバーナでは、
セラミック製のハニカム蓄熱体を分割して挿入した場
合、図１５，図１６に示すような構造となる。図１５は
燃焼状態にあり、燃焼用空気がラジアントチューブバー
ナ内に供給され、高温に予熱した燃焼用空気と燃料ノズ
ル１２ａから燃料ガスとがラジアントチューブ内に供給
されて燃焼し、他方のラジアントチューブバーナでは、
図１６に示すように、燃焼排ガスが燃焼用空気噴射ノズ
ル１４からラジアントチューブ内に流入される。燃焼排
ガスの顕熱が蓄熱体１３ａ〜１３ｅに蓄えられる。

【０００６】しかし、図１５，図１６に示したように、
蓄熱体の断面形状は通過流体の流れ方向（蓄熱体の長手
方向）で一定であって、また、通過する流体は、ハニカ
ム状蓄熱体のある枡目（細管）に流れ込むと他の枡目
（細管）には拡散しない構造となっている。従って、ハ
ニカムへ略均等にガス流体が流れ込む場合には、蓄熱性
能を発揮するが、蓄熱体を通過する流体が流入前に、偏
心した燃焼用空気噴射ノズル１４からラジアントチュー
ブバーナ内に流入する際に、蓄熱体の断面での流入量に
差が発生し、高温燃焼ガスが多量に流れ込んだ細管で
は、蓄熱容量以上の熱を蓄積できずに、十分な熱回収が
できない。また、高温となった細管と、少量しか流れ込
まない細管との温度差が大きくなり、熱応力が発生し蓄
熱体が割れることがある。均等に常温空気が蓄熱体に流
入したとしても蓄熱体が偏熱した状態にあるために、十
分に熱回収ができない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図１３に示したラジア
ントチューブバーナは、燃焼用空気ノズルを偏心させる
ことにより、ＮＯｘ濃度の低下を達成した高速空気噴流
方式の蓄熱式ラジアントチューブバーナである。このラ
ジアントチューブバーナは、燃焼用空気ノズルがラジア
ントチューブ内で偏心した配置であるのでラジアントチ
ューブ円形断面での排ガスの流れは均一な速度で流れ
ず、図１６に矢印（流量分布）で示したように、偏心し
た燃焼用空気ノズルを中心に偏流した排ガス流れとなっ
てバーナ内に流入する。排ガス吸引ノズル（燃焼用空気
ノズル）と蓄熱体との間隔が狭いと高速で吸引した燃焼
排ガスは偏流を生じたまま蓄熱体の細管に流入するので
偏熱が発生する。燃焼用空気ノズルから流入した燃焼排
ガスは、ラジアントチューブ円形断面で拡散し、ラジア
ントチューブ断面で略整流された流れになるまで成長し
た後に蓄熱体を通過させるには、直線で数メートルの間
隔が必要となり、バーナが巨大化し設備費が高騰する欠
点がある。

【０００８】また、高速で吸引した燃焼排ガスがラジア
ントチューブ断面で偏流した状態で蓄熱体に流入すると
蓄熱体内で偏熱が発生する問題がある。更に、セラミッ
クハニカム状蓄熱体は、図１５のように密接させて配置
した場合には、周知のように、各ハニカムセル（隔壁）
を浸透して排ガスは流れないのでラジアントチューブ断
面円径方向へのガスの拡散は起こらない。従って、高温
排ガスがハニカム構造蓄熱体流入時に偏流しているとハ
ニカム構造体内では偏流状態は持続してハニカム構造体
内で偏熱が発生し、ハニカム構造体をなす蓄熱物の熱膨
張差によってハニカム構造の蓄熱体が熱変形したり、セ
ラミックハニカムで最悪の場合は破損に至るおそれがあ
る。

【０００９】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あって、蓄熱式バーナの小型化が可能であって、蓄熱体
での偏熱を防止して熱応力によるバーナ損傷の低減が図
られるラジアントチューブバーナを提供することを目的
とする。

【００１０】また、本発明は、蓄熱式バーナの小型化が
図られ、蓄熱体での偏熱を防止してバーナ損傷の低減が
図られ、しかも安価であって、バーナの寿命の延命、補
修費の低減が図られるとともに、バーナ損傷による緊急
対策であるラジアントチューブバーナ燃焼を緊急停止に
よる場合の投入熱量低減、作業能率低下等による損失が
解消できるラジアントチューブバーナを提供することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するためになされたものであり、請求項１の発明は、
ラジアントチューブの端部に装着されたラジアントチュ
ーブバーナにおいて、前記ラジアントチューブバーナ内
にバーナ軸方向に区分けされた複数の蓄熱体が収納さ
れ、前記蓄熱体間に空隙を少なくとも１箇所設けて配置
したことを特徴とするラジアントチューブバーナであ
り、蓄熱体間に空隙を設けることにより、ガス流の偏流
を防止する。

【００１２】また、請求項２の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記蓄熱体の厚みが少なくとも２種類
存在するとともに、前記蓄熱体の内、最も厚みの薄い蓄
熱体をラジアントチューブバーナの先端に近い位置に配
置したことを特徴とするラジアントチューブバーナであ
り、最も厚みの薄い蓄熱体で、最も高温となる部分の熱
ストレスを吸収する。

【００１３】また、請求項３の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記蓄熱体の厚みが異なるとともに、
前記蓄熱体の内、ラジアントチューブバーナの先端に近
い側に最も厚みの薄い蓄熱体を配置し、その蓄熱体から
遠ざかる方向に厚みの厚い蓄熱体を配置したことを特徴
とするラジアントチューブバーナであり、温度分布に応
じて段階的に蓄熱体の厚さを変えることによって、熱ス
トレスを吸収する。

【００１４】また、請求項４の発明は、請求項１ないし
３の何れかに記載の発明において、前記蓄熱体間の空隙
のガス流路方向の間隔を、前記空隙に接する蓄熱体の厚
さの薄い蓄熱体の厚みの１／１０以上としたことを特徴
とするラジアントチューブバーナであり、蓄熱体間の空
隙の厚さの上限はラジアントチューブバーナの形状によ
って自ずから設定され、このような空隙を形成すること
によってガス流の偏流を防止する。

【００１５】また、請求項５の発明は、請求項１ないし
４の何れかに記載の発明において、前記蓄熱体が多数の
細管によるハニカム構造体であることを特徴とするラジ
アントチューブバーナであり、ガス流の流動抵抗を可能
な限り低減して、しかも、ガス流との接触面積を拡大で
きるのでラジアントチューブバーナの熱効率を高めるこ
とができる。

【００１６】また、請求項６の発明は、請求項５に記載
の発明において、前記蓄熱体間の空隙が前記細管のピッ
チ以上であることを特徴とするラジアントチューブバー
ナであり、細管ピッチを基準として、空隙の間隔を設定
することによって、ガス流の偏流を防止する。空隙の間
隔の上限はラジアントチューブバーナの形状によって自
ずから設定される。

【００１７】また、請求項７の発明は、ラジアントチュ
ーブの端部に装着されるラジアントチューブバーナにお
いて、前記ラジアントチューブバーナ内にバーナ軸方向
に区分けされた複数の蓄熱体が細管によるハニカム構造
体であり、前記蓄熱体間に少なくとも１箇所に空隙を持
たせ、且つ前記空隙の間隔を少なくとも前記細管のピッ
チの間隔以上とすることを特徴とするラジアントチュー
ブバーナであり、バーナ軸方向に分割された蓄熱体であ
って、排ガスによる熱ストレスを吸収し、空隙によって
ガス流の偏流を防止する。なお、空隙の間隔は大きい程
よく、その上限は特に限定する必要はないが、ラジアン
トチューブバーナの形状等によって限定される。

【００１８】また、請求項８の発明は、ラジアントチュ
ーブの端部に装着されるラジアントチューブバーナにお
いて、前記ラジアントチューブバーナ内にバーナ軸方向
に区分けされた複数の蓄熱体が細管によるハニカム構造
体であり、前記蓄熱体間に少なくとも１箇所以上の空隙
を持たせて、前記空隙の少なくとも１箇所に、前記細管
の断面積より投影断面が大きい塊状蓄熱体を充填したこ
とを特徴とするラジアントチューブバーナであり、バー
ナ軸方向に分割された蓄熱体で、排ガスによる熱ストレ
スを吸収し、空隙と塊状蓄熱体とによってガス流の偏流
を防止する。

【００１９】また、請求項９の発明は、ラジアントチュ
ーブ端部に装着されて交番燃焼するラジアントチューブ
バーナにおいて、前記ラジアントチューブバーナ内にバ
ーナ軸方向に区分けされた複数の蓄熱体がハニカム構造
体であり、前記ラジアントチューブバーナ内の最先端の
蓄熱体に隣接する蓄熱体の両端に空隙を設けたことを特
徴とするラジアントチューブバーナであり、燃焼排ガス
の流入側に空隙を設けることによって、ガス流の偏流を
防止する。

【００２０】また、請求項１０の発明は、ラジアントチ
ューブ端部に装着されて交番燃焼するラジアントチュー
ブバーナにおいて、前記ラジアントチューブバーナが前
記ラジアントチューブ端部に挿入されるバーナボディ
と、前記バーナボディ内を貫通する空気ノズルと、前記
空気ノズル内を貫通する燃料ノズルと、前記バーナボデ
ィの先端に形成した燃焼用空気噴射口と、前記ラジアン
トチューブバーナ内に収納され、前記空気ノズルが貫通
するバーナ軸方向に区分けされた複数の蓄熱体とを具備
し、前記燃料ノズルの燃料噴射口に対して前記燃焼用空
気噴射口が前記ラジアントチューブバーナの内径方向に
離間し、且つ前記燃焼用空気噴射口または／および前記
燃料噴射口を偏心させて配置し、前記蓄熱体を蓄熱体間
に空隙を持たせて配置したことを特徴とするラジアント
チューブバーナであり、前記燃焼用空気噴射口と前記燃
料噴射口との関係を上記のようにすることによって、蓄
熱体間に設けられた空隙によって、ガス流の偏流が防止
できるとともに、窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度の低減が図
られて、熱回収効率が改善できる。

【００２１】また、請求項１１の発明は、ラジアントチ
ューブ端部に装着されて交番燃焼するラジアントチュー
ブバーナにおいて、前記ラジアントチューブバーナが前
記ラジアントチューブ端部に挿入されるバーナボディ
と、前記バーナボディ内を貫通する空気ノズルと、前記
空気ノズル内を貫通する燃料ノズルと、前記バーナボデ
ィの先端に形成した燃焼用空気噴射口と、前記ラジアン
トチューブバーナ内に収納され、前記空気ノズルが貫通
し、バーナ軸方向に区分けされた蓄熱体とを具備し、前
記燃料ノズルの燃料噴射口に対して前記燃焼用空気噴射
口が前記ラジアントチューブバーナの内径方向に離間
し、且つ前記燃焼用空気噴射口または／および前記燃料
噴射口を偏心させて配置し、前記蓄熱体をハニカム構造
体とし、少なくとも１箇所の前記蓄熱体間に空隙を持た
せて配置したことを特徴とするラジアントチューブバー
ナであり、ハニカム構造体からなる蓄熱体間に設けられ
た空隙により、ガス流の偏流が防止できるとともに、窒
素酸化物（ＮＯｘ）濃度の低減が図られて、熱効率が改
善できる。

【００２２】また、請求項１２の発明は、ラジアントチ
ューブに装着されて交番燃焼するラジアントチューブバ
ーナにおいて、前記ラジアントチューブバーナが前記ラ
ジアントチューブ端部に挿入されるバーナボディと、前
記バーナボディ内を貫通する空気ノズルと、前記空気ノ
ズル内を貫通する燃料ノズルと、前記バーナボディの先
端に形成した燃焼用空気噴射口と、前記ラジアントチュ
ーブバーナ内に収納され、前記空気ノズルが貫通し、バ
ーナ軸方向に区分けされた蓄熱体とを具備し、前記燃料
ノズルの燃料噴射口に対して前記燃焼用空気噴射口が前
記ラジアントチューブバーナの内径方向に離間し、且つ
前記燃焼用空気噴射口または／および前記燃料噴射口を
偏心させて配置し、前記蓄熱体が細管によるハニカム構
造体であって、少なくとも１箇所の前記蓄熱体間に空隙
を持たせ、且つ、前記蓄熱体間の空隙間隔を少なくとも
ハニカム構造体の細管ピッチの間隔以上であることを特
徴とするラジアントチューブバーナであり、ハニカム構
造体からなる蓄熱体間に設けられた空隙を細管ピッチを
基準に設定することにより、ガス流の偏流が防止できる
とともに、窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度の低減が図られ
て、熱効率が改善できる。

【００２３】また、請求項１３の発明は、ラジアントチ
ューブに装着されて交番燃焼するラジアントチューブバ
ーナにおいて、前記ラジアントチューブバーナが前記ラ
ジアントチューブ端部に挿入されるバーナボディと、前
記バーナボディ内を貫通する空気ノズルと、前記空気ノ
ズル内を貫通する燃料ノズルと、前記バーナボディの先
端に形成した燃焼用空気噴射口と、前記ラジアントチュ
ーブバーナ内に収納され、前記空気ノズルが貫通し、バ
ーナ軸方向に区分けされた複数の蓄熱体とを具備し、前
記燃料ノズルの燃料噴射口に対して前記燃焼用空気噴射
口が前記ラジアントチューブバーナの内径方向に離間
し、且つ前記燃焼用空気噴射口または／および前記燃料
噴射口を偏心させて配置し、前記蓄熱体がハニカム構造
体をなし、前記ハニカム構造体の細管断面より投影断面
が大きい塊状蓄熱体を充填した前記空隙を少なくとも１
箇所設けて配置したことを特徴とするラジアントチュー
ブバーナであり、塊状蓄熱体を充填することによって、
ガス流の偏流を防止することができる。

【００２４】また、請求項１４の発明は、ラジアントチ
ューブに装着されて交番燃焼するラジアントチューブバ
ーナにおいて、前記ラジアントチューブバーナが前記ラ
ジアントチューブ端部に挿入されるバーナボディと、前
記バーナボディ内を貫通する空気ノズルと、前記空気ノ
ズル内を貫通する燃料ノズルと、前記バーナボディの先
端に形成した燃焼用空気噴射口と、前記ラジアントチュ
ーブバーナ内に収納され、前記空気ノズルが貫通し、バ
ーナ軸方向に区分けされた複数の蓄熱体とを具備し、前
記燃料ノズルの燃料噴射口に対して前記燃焼用空気噴射
口が前記ラジアントチューブバーナの内径方向に離間
し、且つ前記燃焼用空気噴射口または／および前記燃料
噴射口を偏心させて配置し、前記蓄熱体がハニカム構造
体をなし、少なくとも１箇所の前記蓄熱体間に空隙をも
たせ、前記空隙が燃焼用空気噴射口近傍の最先端の蓄熱
体に隣接する蓄熱体の両端に空隙を設けて配置したこと
を特徴とするラジアントチューブバーナであり、燃焼排
ガスの流入側の蓄熱体の両端に空隙を設けることによ
り、燃焼排ガスの偏流を防止する。

【００２５】本発明者らは、複数の細管が設けられた蓄
熱体のある細管に流れ込んだガス流が他の細管には流れ
込まないことに起因して、部分的に異常高温状態が発生
し、ラジアントチューブバーナが破壊に至るおそれがあ
るが、図１１，図１２に示したように、蓄熱体間に空隙
を設けることにより、ガス流体が空隙に拡散して均一化
されることによって、偏流が解消されることを見い出し
た。また、空隙の間隔が細管ピッチの２倍以上の間隔に
することによって拡散効果が大きいことを確認した。

【００２６】更に、ハニカム間の空間を形成するスペー
サを配置する代わりに、拡散空間内に球状、塊状、また
は充填した際に通気性のよい状態が形成できる物体を充
填することで、流体の拡散効果と蓄熱効果が同時に得ら
れることを確認した。また、偏流によるハニカムに発生
する熱応力を低減するには、最初に流れ込む蓄熱体の厚
さを薄くすることによって、発生する熱応力を低減でき
る効果を確認している。本発明は、これらに基づいてな
され、上記発明を達成したものである。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るラジアントチ
ューブバーナの実施形態について、図面を参照して、種
々の実施形態について説明する。なお、本実施形態のラ
ジアントチューブは部分的にＲＴと略記して説明する。
また、ラジアントチューブバーナは、蓄熱体を備えてお
り、従来例で説明したように交番燃焼することによっ
て、熱回収効率の向上が図られるバーナであり、燃焼排
ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を低下し得るＲＴ
バーナである。

【００２８】（実施形態１）図１は、本発明に係るラジ
アントチューブバーナの一実施形態を説明するため図で
あり、同図（ａ）はＲＴバーナが装着されたＲＴ式加熱
装置の概要を示し、同図（ｂ）はＲＴバーナの断面図で
ある。同図（ａ）において、ＲＴ式加熱装置はＲＴ１と
ＲＴバーナ２とを備え、ＲＴ１の両端にＲＴバーナ２が
挿入されて固定された構造であり、ＲＴバーナ２の流出
入口２ｂは四方切替弁３に接続されている。ＲＴバーナ
２は、バーナボディ２ａに燃料ノズル４とパイロット空
気ノズル５とを備えるバーナガン６が装着され、ＲＴバ
ーナ２の先端部にＲＴの中心から偏心した位置に燃焼用
空気ノズル２ｃが設けられている。バーナボディ２ａ内
にはバーナ軸方向に区分けされた複数のセラミックハニ
カム状の蓄熱体７と蓄熱体７間に充填されたセラミック
ボール蓄熱体８とが設けられている。このＲＴ式加熱装
置では、ＲＴ１の両端にＲＴバーナ２が装着された構造
であり、ＲＴ１の両端からＲＴバーナ２の装着・脱着が
比較的容易な構造のＲＴ式加熱装置が形成されている。

【００２９】続いて、ＲＴバーナ２について、同図
（ｂ）を参照して説明する。バーナボディ２ａ内にセラ
ミックハニカム状の蓄熱体７ａ〜７ｅが収納され、蓄熱
体７ａ〜７ｅは、図９（ａ），（ｂ）に示したように、
ＲＴ２に断面形状に合わせた円筒形状であり、その中心
または中心から偏心した位置にバーナガン６が貫通する
穴７Ａが形成され、多数の細管７Ｂがバーナ軸方向に形
成されている。この円筒形状の蓄熱体の外観形状は、例
えば、直径が約１４０ｍｍ 、長さＤが蓄熱体７ａで約
３０ｍｍであり、最大１５０ｍｍである。流体通過断面
形状は、例えば、細管を形成する隔壁厚さＴが０．４３
ｍｍ、細管の開口枡目の一片の長さＬが２．１１ｍｍ、
細管ピッチ（セルピッチ）Ｐが２．５４ｍｍであり、開
口割合が６９．０％である。その伝熱面割合は１３．０
３ｃｍ² ／ｃｍ³ 、蓄熱容積割合は３１．０％である。
この材質はコージェライトからなるセラミックで形成さ
れており、この蓄熱体の耐熱温度は１，３００℃であ
る。無論、蓄熱体７ａ〜７ｅの材質は、コージェライト
に限定することなく、他の公知のセラミックハニカム、
金属製ハニカム、薄板を積層して中間に波板を介装させ
た段ボール形状のハニカムに代替できるものであり、Ｒ
Ｔ式加熱装置の設定温度に対して耐え得る耐熱性を有す
る蓄熱体であればよい。

【００３０】蓄熱体７ａ〜７ｅは５層で構成され、蓄熱
体７ｂと７ｃ、７ｃと７ｄ、７ｄと７ｅにはそれぞれ略
均等な間隔の空隙９が設けられ、蓄熱体７ａと７ｂ間に
はセラミックボール蓄熱体（塊状蓄熱体）８が充填され
ている。蓄熱体７ａ〜７ｅの厚みＤは、７ａ＜７ｂ＜７
ｃ＜７ｄ＜７ｅの関係となっている。最も厚さの薄い蓄
熱体７ａはバーナボディ２ａ内の先端方向に設けられて
おり、この蓄熱体７ａに最も高温の燃焼排ガスが流入す
る部分であり、そのために蓄熱体７ａに加わる熱応力を
回避するために、その厚みＤは薄くしている。バーナボ
ディ２ａの他端（流出入口２ｂ）に向かうに従って、燃
焼用空気の顕熱が蓄熱体に吸収されて低下し、蓄熱体に
加わる熱応力も低下する傾向にあるので蓄熱体の厚みＤ
は厚くしてもよい。その蓄熱体の厚みＤは発生する熱応
力に応じて設定するばよい。また、蓄熱体７ａはセラミ
ックボール蓄熱体８を支持する用途があり、セラミック
ボール蓄熱体（塊状蓄熱体）８の充填層の厚みは約２０
ｍｍ程度である。また、空隙９の間隔は細管ピッチ以上
であって、空隙９を形成する蓄熱体の厚みの薄い側の蓄
熱体の厚みに以下とする。

【００３１】また、ＲＴバーナ２の先端部は、図１０
（ａ）〜（ｅ）に示したように、バーナガン６が中心ま
たは中心から偏心した位置に配置され、燃料ノズル４、
パイロット空気ノズル５が開口し、その周囲に燃焼用空
気ノズル２ｃが設けられている。交番燃焼時、燃焼排ガ
スの顕熱がセラミックハニカム状蓄熱体に蓄熱状態にあ
る間、高温の燃焼排ガスは燃焼用空気ノズル２ｃからバ
ーナボディ２ａ内に流入する。燃焼用空気ノズル２ｃは
中心から偏心した位置に設けられており、バーナボディ
２ａ内には高温高速の偏流した燃焼排ガスが流れ込む。
セラミックボール蓄熱体８は、偏流した燃焼排ガスを拡
散させて、燃焼排ガスを整流することによって、部分的
な異常高温状態を回避することができる効果を有する。
なお、偏流した燃焼排ガスを整流するには、セラミック
ボール蓄熱体８をＲＴバーナ２の先端部近傍の空隙に充
填するのが効果的である。蓄熱体７ａ，７ｂ間の空隙９
に、セラミックボール蓄熱体８を充填することで、通気
性のよい充填層を形成し、燃焼排ガスの偏流を整流する
補完作用を有する。なお、空隙９の隙間は、例えば２５
ｍｍである。

【００３２】（実施形態２）図２は、本発明に係るラジ
アントチューブバーナの他の実施形態を示している。同
図において、図１の実施形態と同様にＲＴバーナ２は、
ＲＴ１の両端に装着され、ＲＴバーナ２にはセラミック
ハニカム状の蓄熱体７ａ〜７ｄが設けられ、蓄熱体７ａ
〜７ｄの厚さＤは、図１の実施形態と同様の原理で、Ｒ
Ｔバーナ２の先端方向程薄く、先端より遠ざかるにつれ
て厚くなっている。また、蓄熱体７ａと７ｂ間、７ｂと
７ｃ間、７ｃと７ｄ間の空隙にはセラミックボール蓄熱
体８が充填されている。このセラミックボール蓄熱体８
は、図１で示したものと同一のものである。バーナガン
６や燃焼用空気ノズル２ｃは図１０に示したような位置
関係に配置されている。

【００３３】図２の実施形態では、図１と比較して、蓄
熱体間に空隙が形成されていないので、空隙による整流
補完機能が減衰する。しかし、燃焼排ガスの偏流を整流
する機能を向上させるために、ＲＴバーナ２の先端から
セラミックハニカム状蓄熱体７ａまでの距離Ｂが十分に
設けられ、比較的大きな空間が形成され、更に、セラミ
ックボール蓄熱体８による充填層が形成されている。燃
焼用空気ノズル２ｃから流入した燃焼排ガスは、矢印Ｐ
で示したように偏流して、ＲＴバーナボディ２ａ内に流
入する。燃焼排ガスはＲＴバーナボディ２ａ内に設けた
比較的大きな空間で全体に回り込むように流入させるこ
とによって、偏流を改善して、部分的に異常温度になる
のを解消している。なお、蓄熱体７ａ〜７ｄは、図１の
実施形態と同様の原理によって、それらの厚みは、ＲＴ
バーナ２の先端から遠ざかるにつれて厚くなっている。
また、セラミックハニカム状蓄熱体の個数は、実施形態
に限定することなく、ＲＴ式加熱装置の形状や燃焼温度
等に応じて異なることはいうまでもない。

【００３４】（実施形態３）図３は、本発明に係るラジ
アントチューブバーナの他の実施形態を示している。同
図において、図１の実施形態と同様にＲＴバーナ２は、
ＲＴ１の両端に装着され、図１との相違はセラミックハ
ニカム状蓄熱体７ａ〜７ｄのそれぞれの蓄熱体の厚さＤ
が均等であることであり、ＲＴバーナ２の先端近傍の蓄
熱体７ａと７ｂ間のみにセラミックボール蓄熱体８によ
る充填層が形成されている。また、蓄熱体７ｂと７ｃ
間、及び７ｃと７ｄ間には空隙９が形成されている。燃
焼用空気ノズル２ｃの偏心によって偏流した燃焼排ガス
は、先ず、セラミックボール蓄熱体８で緩和するように
なされている。蓄熱体７ａの厚さは、図１や図２に実施
形態と比較して厚いが、偏流した燃焼排ガスはセラミッ
クボール蓄熱体８による充填層で拡散させることで緩和
させて蓄熱体７ｂで整流し、更に、蓄熱体７ｂ，７ｃ間
の空隙９で偏流を緩和させて、蓄熱体７ｃで整流してい
る。蓄熱体７ｃ，７ｄ及び蓄熱体７ｃ，７ｄ間の空隙９
も同様な働きをして、偏流した燃焼排ガスは整流され
る。

【００３５】図３の実施形態では、セラミックハニカム
状蓄熱体７ａ〜７ｄの厚さＤが均等であるが、ＲＴバー
ナボディ２ａ内の先端に位置するセラミックハニカム状
蓄熱体７ａが最も燃焼排ガスの温度の影響を受けるため
に、蓄熱体７ａが燃焼排ガスによる温度勾配による熱応
力によって破損が生じない厚みに設定する。残りのセラ
ミックハニカム状蓄熱体７ｂ〜７ｄの厚さも蓄熱体７ａ
と同じ厚さである。本実施形態では、セラミックボール
状蓄熱体８による燃焼排ガスの拡散作用と、空隙９によ
る燃焼排ガスの拡散によって整流作用を補完し、部分的
な温度上昇を解消することができる。蓄熱体７ａ〜７ｄ
を同一形状のものを使用したとしても熱応力による破壊
することがなく、蓄熱体の種類を少なくすることができ
るので、コスト的な利点が発生する。

【００３６】（実施形態４）図４ないし図７を参照し
て、本発明のラジアントチューブバーナの他の実施形態
について説明する。図４ないし図７の実施形態は、セラ
ミックハニカム状蓄熱体間の空隙に、セラミックボール
蓄熱体を充填しない構造である。バーナボディ２ａに
は、燃料ノズル４とパイロット空気ノズル５とが装備さ
れたバーナガン６が装着され、図１０（ａ）〜（ｅ）に
示したように、ＲＴバーナ２の先端部にＲＴの軸中心か
ら偏心した位置に燃焼用空気ノズル２ｃが設けられてい
る。

【００３７】図４の実施形態では、セラミックハニカム
状の蓄熱体７ａ〜７ｅの厚みがＲＴバーンの先端から遠
ざかるに従って厚さを厚くし、蓄熱体７ａ，７ｂ間、７
ｂ，７ｃ間、７ｃ，７ｄ間にはそれぞれ空隙９が設けら
れている。蓄熱体７ａ〜７ｅの厚さは、一例であるが、
図に示した通りである。空隙９は、図１の実施形態と同
様な原理によって、偏流した燃焼排ガスを整流する作用
を有する。本実施形態では、セラミックボール蓄熱体が
充填されていないので、蓄熱体充填層での流動抵抗を小
さくできる利点がある。

【００３８】また、図５，図６の実施形態では、セラミ
ックハニカム状の蓄熱体７ａ，７ｂ，７ｃの厚みが同一
であり、蓄熱体７ｄ，７ｅとが同一の厚みである。図６
ではセラミックハニカム状の蓄熱体７ａと７ｂ間、７ｂ
と７ｃ間、７ｃと７ｄ間にはそれぞれ空隙９が設けられ
ているが、蓄熱体７ｄと７ｅ間には空隙が設けられてい
ない。このようにセラミックハニカム状の蓄熱体の厚み
を二種類とすることによって、蓄熱体のコストは安価な
ものとなる。図７の実施形態では、セラミックハニカム
状の蓄熱体７ａ〜７ｄの厚みが均等であり、同一形状の
セラミックハニカム状の蓄熱体を用いることによって、
コスト的な利点が大きい。図７の実施形態では、セラミ
ックハニカム状の蓄熱体７ａは、燃焼排ガスの顕熱を蓄
積してその熱応力によって、破壊することがない厚さと
する。

【００３９】（実施形態５）図８を参照して、本発明の
ラジアントチューブバーナの他の実施形態について説明
する。図８の実施形態では、バーナボディ２ａの先端近
傍に配置されたセラミックハニカム状蓄熱体７ａの厚さ
を薄いものとし、状蓄熱体７ａと７ｂ間にセラミックボ
ール蓄熱体８が充填され、セラミックハニカム状蓄熱体
７ｂ〜７ｄは空隙を設けることなく、充填されている。
本実施形態では、セラミックボール蓄熱体８の充填層の
厚みを厚くすることによって、この充填層の良好な通気
性を利用して燃焼排ガスを拡散してその偏流を解消して
いる。バーナガン６の構造等は上記実施形態と同様であ
るので、その説明を省略する。

【００４０】なお、図４から図８の実施形態では、ＲＴ
式加熱装置の形状や燃焼排ガスの温度等に応じて、最適
な形状のＲＴバーナを選択することにより、燃焼排ガス
の偏流が解消され、燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度を低濃度
に達成し得るとともに、熱回収効率を高めることができ
る。

【００４１】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、充填さ
れた蓄熱体に間隙を持たせた構造、または充填された蓄
熱体の空隙に塊状蓄熱体を配置することによって、偏流
して流入する流体を整流し、蓄熱式のラジアントチュー
ブバーナの巨大化、設備費の高騰化を防止し、加えて、
安価であって蓄熱体での偏熱を防止し蓄熱体の寿命の延
命、補修費の低減を図り、更には、バーナ損傷による緊
急対策としてラジアントチューブバーナの運転を停止し
た際の炉への投入熱量，作業能率の低下等による損失を
低減することができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のラジアントチューブバーナの一実施形
態を示す図であり、（ａ）はＲＴ式加熱装置の断面図、
（ｂ）はラジアントチューブバーナの断面図である。

【図２】本発明のラジアントチューブバーナの他の実施
形態を示す断面図である。

【図３】本発明のラジアントチューブバーナの他の実施
形態を示す断面図である。

【図４】本発明のラジアントチューブバーナの他の実施
形態を示す断面図である。

【図５】本発明のラジアントチューブバーナの他の実施
形態を示す断面図である。

【図６】本発明のラジアントチューブバーナの他の実施
形態を示す断面図である。

【図７】本発明のラジアントチューブバーナの他の実施
形態を示す断面図である。

【図８】本発明のラジアントチューブバーナの他の実施
形態を示す断面図である。

【図９】蓄熱体を示す図である。

【図１０】ＲＴバーナの先端を示す図である。

【図１１】蓄熱体を流れる燃焼用空気の流れを示す図で
ある。

【図１２】蓄熱体を流れる燃焼排ガスの流れを示す図で
ある。

【図１３】従来のラジアントチューブバーナの一例を示
す断面図である。

【図１４】従来のラジアントチューブバーナの他の例を
示す断面図である。

【図１５】従来のバーナに流れる燃焼用空気の偏流を示
す図である。

【図１６】従来のバーナに流れる燃焼排ガスの偏流を示
す図である。

【符号の説明】

１ ラジアントチューブ ２ ラジアントチューブバーナ ２ａ バーナボディ ２ｂ 流出入口 ２ｃ 燃焼用空気ノズル ３ 四方切替弁 ４ 燃料ノズル ５ パイロット空気ノズル ６ バーナガン ７，７ａ〜７ｅ 蓄熱体 ７Ａ 穴 ７Ｂ 細管 ８ セラミックボール蓄熱体（塊状蓄熱体） ９ 空隙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗岡 茂雄 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 島田 達哉 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 菅 政治 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 五十嵐 琢也 神奈川県横浜市鶴見区尻手２丁目１番53号 日本ファーネス工業株式会社内

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ラジアントチューブの端部に装着される
   ラジアントチューブバーナにおいて、 前記ラジアントチューブバーナ内にバーナ軸方向に区分
   けされた複数の蓄熱体が収納され、前記蓄熱体間に空隙
   を少なくとも１箇所設けて配置したことを特徴とするラ
   ジアントチューブバーナ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のラジアントチューブバ
   ーナにおいて、 前記蓄熱体の厚みが少なくとも２種類存在するととも
   に、前記蓄熱体の内、最も厚みの薄い蓄熱体をラジアン
   トチューブバーナの先端に近い位置に配置したことを特
   徴とするラジアントチューブバーナ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のラジアントチューブバ
   ーナにおいて、 前記蓄熱体の厚みが異なるとともに、前記蓄熱体の内、
   ラジアントチューブバーナの先端に近い側に最も厚みの
   薄い蓄熱体を配置し、その蓄熱体から遠ざかる方向に厚
   みの厚い蓄熱体を配置したことを特徴とするラジアント
   チューブバーナ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３の何れかに記載のラジ
   アントチューブバーナにおいて、 前記蓄熱体間の空隙のガス流路方向の間隔を、前記空隙
   に接する蓄熱体の厚さの薄い蓄熱体の厚みの１／１０以
   上としたことを特徴とするラジアントチューブバーナ。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４の何れかに記載のラジ
   アントチューブバーナにおいて、 前記蓄熱体が多数の細管によるハニカム構造体であるこ
   とを特徴とするラジアントチューブバーナ。
6. 【請求項６】 請求項５に記載のラジアントチューブバ
   ーナにおいて、 前記蓄熱体間の空隙が前記細管のピッチ以上であること
   を特徴とするラジアントチューブバーナ。
7. 【請求項７】 ラジアントチューブの端部に装着される
   ラジアントチューブバーナにおいて、 前記ラジアントチューブバーナ内にバーナ軸方向に区分
   けされた複数の蓄熱体が細管によるハニカム構造体であ
   り、前記蓄熱体間に少なくとも１箇所に空隙を持たせ、
   且つ前記空隙の間隔を少なくとも前記細管のピッチの間
   隔以上とすることを特徴とするラジアントチューブバー
   ナ。
8. 【請求項８】 ラジアントチューブの端部に装着される
   ラジアントチューブバーナにおいて、 前記ラジアントチューブバーナ内にバーナ軸方向に区分
   けされた複数の蓄熱体が細管によるハニカム構造体であ
   り、前記蓄熱体間に少なくとも１箇所以上の空隙を持た
   せて、前記空隙の少なくとも１箇所に、前記細管の断面
   積より投影断面が大きい塊状蓄熱体を充填したことを特
   徴とするラジアントチューブバーナ。
9. 【請求項９】 ラジアントチューブ端部に装着されるラ
   ジアントチューブバーナにおいて、 前記ラジアントチューブバーナ内にバーナ軸方向に区分
   けされた複数の蓄熱体が収納され、前記蓄熱体がハニカ
   ム構造体であり、前記ラジアントチューブバーナ内の最
   先端の蓄熱体に隣接する蓄熱体の両端に空隙を設けたこ
   とを特徴とするラジアントチューブバーナ。
10. 【請求項１０】 ラジアントチューブ端部に装着される
    ラジアントチューブバーナにおいて、 前記ラジアントチューブバーナが前記ラジアントチュー
    ブ端部に挿入されるバーナボディと、前記バーナボディ
    内を貫通する空気ノズルと、前記空気ノズル内を貫通す
    る燃料ノズルと、前記バーナボディの先端に形成した燃
    焼用空気噴射口と、前記ラジアントチューブバーナ内に
    収納され、前記空気ノズルが貫通し、バーナ軸方向に区
    分けされた複数の蓄熱体とを具備し、前記燃料ノズルの
    燃料噴射口に対して前記燃焼用空気噴射口が前記ラジア
    ントチューブバーナの内径方向に離間し、且つ前記燃焼
    用空気噴射口または／および前記燃料噴射口を偏心させ
    て配置し、前記蓄熱体を蓄熱体間に空隙を持たせて配置
    したことを特徴とするラジアントチューブバーナ。
11. 【請求項１１】 ラジアントチューブ端部に装着される
    ラジアントチューブバーナにおいて、 前記ラジアントチューブバーナが前記ラジアントチュー
    ブ端部に挿入されるバーナボディと、前記バーナボディ
    内を貫通する空気ノズルと、前記空気ノズル内を貫通す
    る燃料ノズルと、前記バーナボディの先端に形成した燃
    焼用空気噴射口と、前記ラジアントチューブバーナ内に
    収納され、前記空気ノズルが貫通し、バーナ軸方向に区
    分けされた複数の蓄熱体とを具備し、前記燃料ノズルの
    燃料噴射口に対して前記燃焼用空気噴射口が前記ラジア
    ントチューブバーナの内径方向に離間し、且つ前記燃焼
    用空気噴射口または／および前記燃料噴射口を偏心させ
    て配置し、前記蓄熱体をハニカム構造体とし、少なくと
    も１箇所の前記蓄熱体間に空隙を持たせて配置したこと
    を特徴とするラジアントチューブバーナ。
12. 【請求項１２】 ラジアントチューブに装着されるラジ
    アントチューブバーナにおいて、 前記ラジアントチューブバーナが前記ラジアントチュー
    ブ端部に挿入されるバーナボディと、前記バーナボディ
    内を貫通する空気ノズルと、前記空気ノズル内を貫通す
    る燃料ノズルと、前記バーナボディの先端に形成した燃
    焼用空気噴射口と、前記ラジアントチューブバーナ内に
    収納され、前記空気ノズルが貫通し、バーナ軸方向に区
    分けされた複数の蓄熱体とを具備し、前記燃料ノズルの
    燃料噴射口に対して前記燃焼用空気噴射口が前記ラジア
    ントチューブバーナの内径方向に離間し、且つ前記燃焼
    用空気噴射口または／および前記燃料噴射口を偏心させ
    て配置し、前記蓄熱体が細管によるハニカム構造体であ
    って、少なくとも１箇所の前記蓄熱体間に空隙を持た
    せ、且つ、前記蓄熱体間の空隙間隔を少なくともハニカ
    ム構造体の細管ピッチの間隔以上であることを特徴とす
    るラジアントチューブバーナ。
13. 【請求項１３】 ラジアントチューブに装着されるラジ
    アントチューブバーナにおいて、 前記ラジアントチューブバーナが前記ラジアントチュー
    ブ端部に挿入されるバーナボディと、前記バーナボディ
    内を貫通する空気ノズルと、前記空気ノズル内を貫通す
    る燃料ノズルと、前記バーナボディの先端に形成した燃
    焼用空気噴射口と、前記ラジアントチューブバーナ内に
    収納され、前記空気ノズルが貫通し、バーナ軸方向に区
    分けされた複数の蓄熱体とを具備し、前記燃料ノズルの
    燃料噴射口に対して前記燃焼用空気噴射口が前記ラジア
    ントチューブバーナの内径方向に離間し、且つ前記燃焼
    用空気噴射口または／および前記燃料噴射口を偏心させ
    て配置し、前記蓄熱体がハニカム構造体をなし、前記ハ
    ニカム構造体の細管断面より投影断面が大きい塊状蓄熱
    体を充填した前記空隙を少なくとも１箇所設けて配置し
    たことを特徴とするラジアントチューブバーナ。
14. 【請求項１４】 ラジアントチューブに装着されるラジ
    アントチューブバーナにおいて、 前記ラジアントチューブバーナが前記ラジアントチュー
    ブ端部に挿入されるバーナボディと、前記バーナボディ
    内を貫通する空気ノズルと、前記空気ノズル内を貫通す
    る燃料ノズルと、前記バーナボディの先端に形成した燃
    焼用空気噴射口と、前記ラジアントチューブバーナ内に
    収納され、前記空気ノズルが貫通し、バーナ軸方向に区
    分けされた複数の蓄熱体とを具備し、前記燃料ノズルの
    燃料噴射口に対して前記燃焼用空気噴射口が前記ラジア
    ントチューブバーナの内径方向に離間し、且つ前記燃焼
    用空気噴射口または／および前記燃料噴射口を偏心させ
    て配置し、前記蓄熱体がハニカム構造体をなし、少なく
    とも１箇所の前記蓄熱体間に空隙をもたせ、前記空隙が
    燃焼用空気噴射口近傍の最先端に隣接する蓄熱体の両端
    に空隙を設けて配置したことを特徴とするラジアントチ
    ューブバーナ。