JPH10205744A - 蓄熱燃焼バーナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料供給管を供給開口の中心部に配置して、
給気により燃料を包む状態で炉内で燃焼させる蓄熱燃焼
バーナ装置において、燃料供給管から噴出される燃料
が、排気ガス中に混じって排気されることを防止できる
ようにする。 【解決手段】 炉１に対して配置する蓄熱燃焼バーナ装
置においては、供給開口５の中心部に配置する燃料供給
管３の先端部を炉壁の内面と略同一の面にまで突出させ
て設け、前記燃焼部に対して蓄熱体１１、１２……と給
排気切換装置２０とを配置している。そして、供給開口
内では燃焼させずに燃焼炎を炉内で発生させ、排気開口
８……を介して排気ガスを吸引されることにより、未燃
焼成分が排気中に混合されないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は排気ガスから熱を回
収して燃焼用空気の予熱に利用する蓄熱燃焼バーナ装置
に関し、特に、未燃焼燃料等が排気に混じって排気系統
に流れないようにする蓄熱燃焼バーナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】加熱炉を加熱するために用いる蓄熱燃焼
バーナ装置としては、従来より種々の型式と構造のもの
が知られており、排気ガスから蓄熱ユニットに熱を移転
させて蓄積しておき、後で前記蓄熱ユニットに給気を通
して、給気を加熱した状態で燃焼部に送り込む機構を用
いていること等の共通の特徴がある。前記蓄熱燃焼バー
ナ装置としては、例えば、特開平２−１０００２号公報
等に示されるような装置が知られている。前記従来例の
蓄熱燃焼バーナ装置においては、炉に対して離れた位置
に２つのバーナ装置を配置し、１つのバーナ装置を使用
して加熱する際に、他方のバーナ装置から排気を行い、
その排気ガスの熱を蓄熱体に蓄積する。その後に、２つ
のバーナ装置の燃焼・排気を切り換え、他方のバーナ装
置を燃焼に使用する際には、先に蓄熱した蓄熱体により
給気を加熱しながら供給し、一方のバーナ装置を介して
排気を行って、蓄熱体に排気ガスの熱を蓄積するように
している。

【０００３】ところが、前述したような蓄熱燃焼バーナ
装置においては、排気側の燃料ノズルを高温の排気ガス
から保護するために、複雑な構造の装置として構成する
必要があり、バーナ装置が大型化するという欠点があ
る。また、燃料と空気との切換のために、給排気系統に
は多数の電磁弁等を設けているが、前記電磁弁等を高温
の雰囲気中で作動させるためには、前記弁等の価格が非
常に高価であり、その他の設備コストも上昇するという
問題もある。

【０００４】そこで、前述したような問題を解決するた
めに、特開平７−１１３５０９号公報等に示されるよう
な蓄熱バーナ装置が提案されており、多数の蓄熱体の中
心部に燃料供給管を配置して燃料を常時炉内に供給しな
がら、前記蓄熱体における給気と排気とを順次切り換え
て、連続燃焼を行わせ得る装置として構成している。前
記従来例の装置は、図５に示されるような構成を有する
もので、炉１の炉壁２を貫通するように供給開口５ａを
配置し、前記供給開口５ａの中央部に燃料供給管３ａの
先端部を突出させて設け、供給開口５ａの周囲には複数
の排気開口８、８ａを配置するとともに、点火バーナ９
を設けている。また、前記供給開口５ａに接続して熱交
換部１０を設けており、前記熱交換部１０には小さな区
画に区分された蓄熱体１１、１２……を配置し、前記蓄
熱体に対して給排気を案内するための給排気切換装置２
０と給排気部３０とを設けている。

【０００５】前記給排気切換装置２０は、円板状の回転
ディスク２１に対して給気開口２２と排気開口２３とを
設けており、軸受け部材２４により燃料供給管３ａを中
心にして回転させるように構成している。また、前記回
転ディスク２１を回転させるために駆動装置２６を設
け、モータ２６ａにより回転される駆動ギヤ２６ｂと、
回転ディスクの周囲に設けた被駆動ギヤ２６ｃとを噛み
合わせて駆動伝達を行うようにする。さらに、前記回転
ディスク２１と固定部材との間には、シール部材２５、
２５ａ……をそれぞれ配置している。前記給排気切換装
置２０の回転ディスク２１に対して給排気部３０を配置
しており、給気室３１と排気室３５とを略二重管状に設
けて、給気と排気とを行わせる経路を構成している。

【０００６】前述したように構成された装置において、
給排気切換装置２０の回転ディスク２１を低速で回転さ
せることにより、前記回転ディスク２１に設けた給気開
口２２と排気開口２３とが、円周方向に区画されている
蓄熱体に対して位置決めされて、給気と排気とを切換る
ようにしている。そして、給気室３１から給気開口２２
を介して吹き込まれる空気を蓄熱体１１を通して予熱し
ながら、供給開口５ａに向けて給気して燃料供給管３ａ
から噴出される燃料と混合して燃焼させる。また、回転
ディスク２１に設けた排気開口２３は排気室３５に接続
されて、排気ファンにより排気口３６を介して排気ガス
を排出するが、前記排気開口２３に連通される蓄熱体１
２では、排気ガス中の熱を蓄熱体に蓄熱し、蓄熱体を加
熱しながら排気を行っている。したがって、前記回転デ
ィスク２１が回転されることにより給気開口と排気開口
とが順次切り換えられ、排気ガスの熱を蓄積した蓄熱体
を通して給気を炉内に供給することにより、次の燃焼に
使用する空気を高温に加熱して供給するために、バーナ
装置の熱効率を向上させることが可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記図５に示されるよ
うな従来の蓄熱燃焼バーナ装置においては、図６に略図
として示すように、供給開口５ａ内で燃料と空気とが混
合されて燃焼が行われ、その燃焼炎Ｆは供給開口５ａか
ら炉内１に向けて噴出される状態で燃焼する。ところ
が、排気系として設定された蓄熱体１２に吸引される燃
焼ガスは、供給開口５ａと排気開口８ａを介して排出さ
れることがあり、未燃焼の燃料と空気の混合体が排気系
統に混入して排出されるために、燃料が無駄に消費され
るという問題が発生しやすい。また、未燃焼成分が排気
中に混入される場合には、最悪の状態では排気系統で燃
焼が起ったり、蓄熱体１２を余分に加熱する等の問題が
発生して、蓄熱体に悪影響を与えたりする場合がある。

【０００８】しかしながら、前記図５に示すような蓄熱
燃焼バーナ装置は、従来の蓄熱燃焼バーナ装置に比較し
て、装置の構成が簡素化できることと、燃料と空気とを
連続して供給し、燃焼を中断させずに炉の加熱を行い得
るという点では、非常に有効な装置である。そこで、前
述したような未燃焼成分を、排気に混合させないように
することにより、より良い蓄熱燃焼バーナ装置を構成で
きるものと考えられているものであることから、その装
置の特性を生かして、より燃焼効率の高い装置を得るこ
とが課題とされている。

【０００９】本発明は、前記従来の蓄熱燃焼バーナ装置
の問題を解消するもので、燃料供給管の周囲には炉内に
向かう空気流のみを形成させて、炉内での燃焼に供給
し、未燃焼成分が排気とともに排出されることを防止で
きる装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、１つの燃料供
給管と、複数の蓄熱体を備えた熱交換部と、前記熱交換
部に対して給排気の経路を切り換える給排気切換装置と
を備え、排気系として設定する蓄熱体に対して排気ガス
の熱を蓄熱し、給気系として設定する蓄熱体を通して給
気を予熱して炉内に供給する蓄熱燃焼バーナ装置に関す
る。本発明の請求項１においては、炉壁に設けた供給開
口の中央部に配置し、炉壁の内面に一致する位置まで突
出させて配置する燃料供給管の噴出口と、前記燃料供給
管を囲む空気流を形成する供給開口に設けた給気流路
と、前記供給開口の周囲に配置し、供給開口の基部に接
続される排気開口とを設けている。また、本発明の請求
項２においては、前記燃料供給管の噴出口から噴出され
る燃料を、供給開口から噴出される給気により囲む状態
で炉壁よりも炉内に向けて供給し、火炎を炉内で形成す
るようにしている。さらに、本発明の請求項３において
は、前記供給開口に設ける給気流路には、炉内に向けて
空気の流れを絞るための整流板を配置し、供給開口を介
して排気ガスの炉内からの流入を阻止する手段を構成し
ている。

【００１１】前述したように構成したことにより、本発
明においては、１つの燃料供給管から常時燃料を供給
し、複数個の蓄熱体のうちの任意のものを選択的に切り
換えながら、給気の作用を中断せずに炉内での燃焼を行
うとともに、炉内で火炎を生成させる状態で燃焼させる
ことができる。また、給気の供給開口の中央部に燃料供
給管を配置して、給気により燃料を囲む状態で炉内に供
給するために、排気に未燃焼物が含まれずに、蓄熱燃焼
バーナ装置における燃焼作用を良好に行わせることがで
きる。さらに、供給開口の内面に給気の絞り案内手段と
して整流板を配置する場合には、排気ガスが供給開口を
通って排出されることを防止して、排気開口を通して排
気ガスの案内を行うことが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図示される例にしたがって、本発
明の蓄熱燃焼バーナ装置を説明する。図１、２に示す例
では、前記図６の場合と同様に蓄熱燃焼バーナ装置の構
成を略図として示しているもので、炉１の炉壁２に設け
た供給開口５に対して配置する燃料供給管３の先端部
を、前記炉壁２の内面に一致させる位置まで突出させて
設けており、燃料噴出口４から噴出される燃料は供給開
口５から噴出される空気に混合されて、炉内で燃焼炎Ｆ
が形成される。図１に示す例では、前記装置において、
燃料供給管３に対しては図示を省略した燃料供給系統を
接続し、給排気系では、給排気切換装置２０と蓄熱体１
１、１２……により構成される熱交換部を配置してお
り、前記給排気切換装置２０としては、以下に説明する
機構の他に従来公知の任意の構成を有する給排気の切換
機構を配置することができる。また、前記燃料供給管３
に平行に配置する給排気系では、供給開口５の周囲の部
分に、任意の開口サイズで構成される排気開口８、８ａ
……を設けており、前記排気開口は供給開口５の底部で
給排気系統に接続されている。

【００１３】前述したように構成した蓄熱燃焼バーナ装
置においては、燃料供給管３の先端部を囲むように構成
される供給開口５からは、蓄熱体１１から供給される空
気流が、炉内に向けて噴出される状態となる。そして、
前記燃料供給管３の噴出口４を炉の内壁に一致する位置
まで突出させて設けているために、前記噴出口４から噴
出される燃料は、供給開口５から噴出される空気流に囲
まれる状態で炉内に噴出されながら燃焼し、未燃焼成分
が供給開口５の部分に戻るようなことはなくなる。ま
た、炉内から蓄熱体１２に向けて吸引される排気ガス
は、蓄熱体１２に対応する排気開口８ａから吸引される
ので、前記排気開口を介して供給開口の底部分に向けて
吸引される排気の一部は、燃焼用空気と混合されて再び
炉内に供給されるが、前記排気開口から吸引される排気
ガスの大部分は蓄熱体１２に向けて排出され、排気ガス
の熱が蓄熱体に蓄積される。したがって、燃料と空気と
が混合された未燃焼成分が、供給開口５の部分を逆流し
て排気系統に混合することはなくなり、燃料供給管３か
ら供給される燃料を空気と混合させて燃焼に有効に利用
することができる。

【００１４】図２に示す例は、前記図１の蓄熱燃焼バー
ナ装置に付加して、供給開口５に整流手段を設ける場合
を示しているもので、供給開口５の空気流路には複数の
整流板６、６ａ……を配置して、炉内に向けて噴出させ
る空気流の通過を許容するが、炉内から排気系に向けて
空気が流れることを阻止する手段を構成している。本実
施例に示される整流板６……としては、給気の流通方向
に向けて傾斜させた板部材を配置しており、蓄熱体１１
から燃料供給管３を囲むようにして噴出される空気流に
対しては、整流板６による抵抗を少なくするが、その逆
の方向に空気が流れようとする場合には、大きな抵抗を
示すものとして構成される。なお、前記整流板６として
は、供給開口５に設ける空気通路に対して、凹凸を形成
することやその他の任意の空気流の絞り手段を設けるこ
とができるもので、一方に向けて流れる空気流に対して
は抵抗が少なく、他方向に流れる空気流に対しては大き
な抵抗を示すような機構であれば、任意の構成手段を設
けることが可能である。

【００１５】前記図２に示す例において、排気開口８、
８ａ……を介して炉内から排出方向に吸引される排気ガ
スは、排気ガスを通す蓄熱体１２に対応する排気開口を
介して吸引されて、排気ガスの熱を蓄熱体に蓄熱しなが
ら排気ファンにより外気に排出される。また、排気ガス
の排出に対応しない位置にある排気開口から吸引される
炉内のガスは、供給開口から炉内に噴出される給気に混
入され、新鮮な給気とともに燃料を囲むようにして炉内
に噴出されて、燃焼炎Ｆを炉内の奥深くまで到達させ、
燃焼効率を向上させることができるようにする。さら
に、本実施例においては、前記供給開口に対して整流板
を配置していることにより、供給開口５では炉内に向け
た空気流は容易に通過し得るものの、炉内から排気側に
向けて流れる空気流が生成されることを防止することが
できる。したがって、炉内からの排気ガスは専ら排気側
に位置される蓄熱体に対応する排気開口を通って、排気
系統を形成することになり、供給開口５を通って未燃焼
燃料等が排気ガス中に混合されて排出することはない。

【００１６】前記図１、２に示されるような燃料供給系
統と給排気系統を、実際の蓄熱燃焼バーナ装置に組み込
んで構成する場合には、例えば、図３に示されるような
装置として実現される。前記図３に示される例において
は、燃料供給管および供給開口の構造を除いては、前記
図５に示される装置と同様に形成されるもので、本実施
例においては、炉１の炉壁２を貫通するように供給開口
５を配置し、前記供給開口５の中央部に燃料供給管３の
先端部を突出させて設け、供給開口５の周囲には複数の
排気開口８、８ａを配置するとともに、必要に応じて点
火バーナ９を組み込んで設けることができる。

【００１７】また、前記供給開口５に接続して、炉の外
側では熱交換部１０を設けており、前記熱交換部１０に
は小さな区画に区分された蓄熱体１１、１２……を配置
し、前記蓄熱体に対して給排気を案内するための給排気
切換装置２０と給排気部３０とを設けている。前記給排
気切換装置２０は、円板状の回転ディスク２１には給気
開口２２と排気開口２３とを設け、軸受け部材２４によ
り燃料供給管３を中心にして回転させるために、前記回
転ディスク２１を回転させるために駆動装置２６を設け
ている。さらに、前記回転ディスク２１と固定部材との
間には、シール部材２５、２５ａ……をそれぞれ配置
し、前記給排気切換装置２０の回転ディスク２１に対し
て給排気部３０を配置しており、給気室３１と排気室３
５とを略二重管状に設けて、給気と排気とを行わせる経
路を構成している。

【００１８】前記構成に加えて、図３に示される蓄熱燃
焼バーナ装置では、燃料供給管３の先端部を炉壁２の内
面に一致する位置まで突出させて設けており、前記燃料
供給管３の噴出口４から炉内に向けて燃料を噴出させ
る。また、前記燃料供給管３を囲む状態に設ける供給開
口５では、燃料供給管から噴出される燃料を、高速の空
気流により包む状態にして炉内に供給するために、供給
開口の炉側の開口部を絞る状態に形成している。さら
に、前記供給開口５の基部に向けて排気開口８、８ａ…
…の端部を接続して、排気ガスを案内する経路を設けて
おり、前記排気開口を通って吸引される排気ガスの一部
は、供給開口５内で給気に混合されて燃焼に利用される
が、前記排気ガスの大部分は排気系統の蓄熱体１２を通
って、熱交換してから排出される。

【００１９】前述したように構成してなる蓄熱燃焼バー
ナ装置において、給排気切換装置２０の回転ディスク２
１を低速で回転させることにより、前記回転ディスク２
１に設けた給気開口２２と排気開口２３とが、ディスク
の回転中心に対してリング状に配置されている複数の蓄
熱体に対して位置決めされて、給気と排気とを切換える
ようにしている。そして、給気室３１から給気開口２２
を介して吹き込まれる空気を蓄熱体１１を通して予熱し
ながら、供給開口５に向けて給気して燃料供給管３の排
気開口４から噴出される燃料と混合して燃焼させる。ま
た、回転ディスク２１に設けた排気開口２３は排気室３
５に接続されて、排気ファンにより排気口３６を介して
排気ガスを排出するが、前記排気開口２３に連通される
蓄熱体１２では、排気ガス中の熱を蓄熱体に移転させ、
蓄熱体を蓄熱しながら排気を行うようにされる。したが
って、前記回転ディスク２１を回転させることにより給
気開口と排気開口とが順次隣接する蓄熱体の間で切り換
えられ、排気ガスの熱を蓄積した蓄熱体を通して、予熱
された給気を炉内に供給することにより、次の燃焼に使
用する空気を高温に加熱して供給するために、バーナ装
置の熱効率を向上させることが可能となる。

【００２０】図４に示す例は、前記図２に対応して構成
される例を示すもので、供給開口５のリング状開口の内
面には整流板６、６ａを、その先端部が給気の流れる方
向に向けられる状態で、所定の間隔を持たせて配置して
いる。そして、前記整流板により給気が絞られる状態で
高速化されて炉内に供給されるが、炉内から供給開口に
排気が吸引される場合には、通気抵抗が非常に大きくな
るような排気方向に対する抵抗部材として構成し、排気
が供給開口を通って排出されないようにする。したがっ
て、図４に示されるように、供給開口５の内面に空気流
案内部材を配置する場合には、供給開口を通って排気が
流れることを阻止するので、排気ガスは排気開口８、…
…を通って排気系として設定された蓄熱体１２を通るの
で、燃料供給管から炉内に噴出される燃料は、排気系統
を戻って無駄に排出されることはなくなる。なお、本発
明の前記各実施例において、前記燃料供給管の周囲に設
ける給気の供給開口５と、前記供給開口の周囲に配置す
る排気開口８……とは、それぞれ燃料供給管を中心とし
たリング状の開口として構成することができるものであ
り、その他に、排気開口は、多数の孔状のものを略リン
グ状に配置して設けることもできる。

【００２１】前述したように構成された蓄熱燃焼バーナ
装置において、前記熱交換部に配置する蓄熱体をセラミ
ックスで構成する場合に、排気ガスの温度が１０００℃
前後の高温で、給気の温度が２０℃程度の低温の場合に
は、コージライトやムライト等のセラミックス材料を用
いることができる。前記蓄熱体を任意の形状の塊状に形
成して用いることの他に、前記セラミックス材料を押し
出し成型した後に焼結してハニカム状のものとして構成
することも可能である。また、前記特定の性質を有する
材料を使用することの他に、ハニカム状または塊状の蓄
熱体を構成する材料としては、酸化アルミを主成分とす
るものや、窒化シリコンと酸化アルミを主成分とするも
の等の、耐高温性と、高温加熱と低温の冷却を繰り返す
作用に耐え得る性質を有するセラミックス焼結体を用い
ることができる。

【００２２】さらに、前記ハニカム状の蓄熱体を軸方向
に平行に貫通させて設ける孔は、六角形、円形等の任意
の形状に構成することが可能であり、四角形や三角形等
の任意の断面形状を有するものとして構成できる。な
お、本発明の実施例において、熱交換部に配置する蓄熱
体の構造と配置数、給排気切換装置および給排気部とし
ては、従来公知の任意の手段を用いることが可能であ
り、特に、実施例に示された装置の構造に限定されるも
のではない。また、本発明の熱交換部に配置する蓄熱体
として、前記特開平７−１１３５０９号公報等に示され
たような、蓄熱体を仕切って区分した構造のものを用い
ても良い。

【００２３】

【発明の効果】本発明の蓄熱燃焼バーナ装置は、前述し
たような構成を有するものであるから、１つの燃料供給
管から常時燃料を供給し、複数個の蓄熱体のうちの任意
のものを選択的に切り換えながら、給気の作用を中断せ
ずに炉内での燃焼を行うとともに、炉内で火炎を生成さ
せる状態で燃焼させることができる。また、給気の供給
開口の中央部に燃料供給管を配置して、給気により燃料
を囲む状態で炉内に供給するために、排気に未燃焼物が
含まれることがなく、蓄熱燃焼バーナ装置の燃焼作用を
良好に行わせることができる。さらに、供給開口の内面
に給気の絞り案内手段として整流板を配置する場合に
は、排気ガスが供給開口を通って排出されることを防止
して、排気開口を通して排気ガスの案内を行うことが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の蓄熱燃焼バーナ装置の概略の構成を
示す説明図である。

【図２】 本発明の蓄熱燃焼バーナ装置の別の実施例の
説明図である。

【図３】 図１に対応する具体的な構成の説明図であ
る。

【図４】 図２に対応する給気部の構成の説明図であ
る。

【図５】 従来例の蓄熱燃焼バーナ装置の構成を示す説
明図である。

【図６】 図５の装置における空気流の説明図である。

【符号の説明】

１ 炉、 ２ 炉壁、 ３ 燃料供給管、 ５
供給開口、６ 整流板、 ８ 排気開口、１０
熱交換部、 １１・１２ 蓄熱体、２０ 給排気
切換装置、 ２１ 回転ディスク、 ２２ 給気開
口、２３ 排気開口、 ３０ 給排気部、 ３１
給気室、３５ 排気室。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １つの燃料供給管と、複数の蓄熱体を備
   えた熱交換部と、前記熱交換部に対して給排気の経路を
   切り換える給排気切換装置とを備え、排気系として設定
   する蓄熱体に対して排気ガスの熱を蓄熱し、給気系とし
   て設定する蓄熱体を通して給気を予熱して炉内に供給す
   る蓄熱燃焼バーナ装置において、 炉壁に設けた供給開口の中央部に配置し、炉壁の内面に
   一致する位置まで突出させて配置する燃料供給管の噴出
   口と、 前記燃料供給管を囲む空気流を形成する供給開口に設け
   た給気流路と、 前記供給開口の周囲に配置し、供給開口の基部に接続さ
   れる排気開口と、 を設けたことを特徴とする蓄熱燃焼バーナ装置。
2. 【請求項２】 前記燃料供給管の噴出口から噴出される
   燃料を、供給開口から噴出される給気により囲む状態で
   炉壁よりも炉内に向けて供給し、火炎を炉内で形成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の蓄熱燃焼バーナ装
   置。
3. 【請求項３】 前記供給開口に設ける給気流路には、炉
   内に向けて空気の流れを絞るための整流板を配置し、供
   給開口を介して排気ガスの炉内からの流入を阻止する手
   段を構成することを特徴とする請求項１または２に記載
   の蓄熱燃焼バーナ装置。