JPS61180817A - 高速燃焼器用燃焼室構造 - 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〕 この発明は燃焼器の高速燃焼に特に適した燃焼に関する
。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕その
ような燃焼器は、主として、機械工業や鉄鋼産業や非鉄
金属産業における熱処理、加熱或いは焼きなまし用の炉
として使用することができる。

燃焼器の高速燃焼のため特に使用されるセラミック製燃
焼室の寿命は、燃焼室が受ける高温や、燃焼器の０Ｎ−
ＯＦＦ制御に伴う高い熱交換速度による制限を受ける。

その結果、燃焼室を比較的頻繁に交換する必要がでてき
て、炉が長期にわたって停止することになり保守費用が
嵩むことになる。

公知の燃焼室は、燃焼器本体に保持されてノズルを包囲
する中空の嵌合部材を備える。そのような嵌合部材は、
材料費及び修理費を節約するために、燃焼室の残りの部
分より高熱に耐える物質から作るのが好ましい。

米国特許第３３２０９９９号で開示される燃焼室は本体
と金属ケーシングの内部に配置される中空セラミック嵌
合部材とより成る。嵌合部材を交換するためには燃焼室
を備えた燃焼器全体を設備から取り外す必要があり、こ
れは休止期間が延長され修繕費用が嵩むことになる。更
に、セラミック燃焼室は金属ケーシングに強固に取付け
られているので、燃焼室は、高温による燃焼室の熱膨張
に起因して大きな機械的な応力を受け、燃焼室の破損の
虞れがある。

英国特許第２０６９８３号で開示される燃焼室では耐熱
性煉瓦で作られた本体はトンネルを包囲しており、トン
ネルはその入口に向かって先細となっており、トンネル
の入口部で拡開され、トンネルの出口端で先細の出口ノ
ズルを呈した嵌合部材を備えている。この嵌合部材はト
ンネルの中心線と芯台しており、耐熱性材料によってト
ンネルケーシングと連結される。この公知の燃焼室を高
温としかつ高速度の熱交換を行わせると、嵌合部材と本
体との間の連結が緩くなる。その結果、燃焼室の圧力が
過大となったり装置が振動したりすると、嵌合部材がト
ンネルの出口における定位置から外れる原因となる。こ
の欠点は、燃焼室が、燃焼室中心線と対称に配置した嵌
合部材を備えたものである場合は頻繁に出てくる。嵌合
部材が緩くなる虞れは燃焼器のｏＮ−ｏＦＦ’／１ｌＨ
Ｂによって一層大きくなる。燃焼室のトンネルから嵌合
部材が抜けると炉の休止期間が長くなり修理費用が嵩み
、その上加熱処理が中断されるため必然的に損失となる
。

この発明の目的は燃焼室ケーシングの定位置に強固に保
持され、かつ急速かつ低費用の交換が可能な嵌合部材を
備えた燃焼室を提供することにある。

ｃ問題点を解決するための手段〕 この発明によれば、燃焼室は軸方向トンネルを成したケ
ーシングと、該ケーシングによって支持される中空嵌合
部材とを備え、該中空嵌合部材はトンネルと組合せられ
ケーシング軸線と同軸でかつケーシング軸線と垂直な端
面を有しているものであり、この構成において、前記嵌
合部材の中心線は前記端面に対し、　（ｆｌ斜しており
、該嵌合部材中心線及びケーシング軸線は鋭角を形成す
る。

この発明の構造の燃焼室は嵌合部材を強固に保持し、嵌
合部材は、重力及び装置の作動時に発生する傾斜力によ
ってケーシングのシートに保持かつ楔止される。この発
明の燃焼室ケーシングに配置される嵌合部材の固定のた
めの耐熱手段は省略することができる。それ故、この発
明の燃焼室の嵌合部材は容易に交換可能である。従って
、この発明は、燃焼室の修繕や嵌合部材の交換による休
止期間が減少することによって、燃焼室の寿命を延長し
、運転費用を縮減し、生産量を増やすことができる。

好適実施例では嵌合部材は、燃焼生成物の流れに対して
前記内側端面の上流の位置で、ケーシング中心線がケー
シング軸線と交叉するようにケーシング内に配置される
。この実施例はケーシング中にそのシートに嵌合部材を
保持する傾斜力を強め、この力は、嵌合部材の中心線と
燃焼室軸線との間で形成される角度が小さくても、嵌合
部材を保持するため十分大きい。これによって、燃焼室
の寸法が小さくなり燃焼室を構成するのに必要な材料を
節約することができる。

嵌合部材中心線とケーシング軸線とは３°から３０°ま
での鋭角を形成するのが好ましく、これによりケーシン
グの寸法をそんなに大きくしなくても嵌合部材をケーシ
ング中に確実に保持することができる。

ケーシング軸線と嵌合部材中心線との交叉点と、前記内
側端面との間の距離は、その距離と嵌合部材の内面の最
大直径との比が１．９と０．１７との間にあるように設
定される。嵌合部材の寸法と燃焼室ケーシングの寸法と
の間の比を好適に選定することにより、嵌合部材を燃焼
室内に保持する際の信頼性が向上される。

他の実施例では　ケーシング軸線と嵌合部材中心線との
交叉点は前記内側端面の面内にある。

〔実施例〕

この発明の実施例を添付図面を参照にしながら説明する
。

第１図は燃焼室１の長手方向断面図で、燃焼室１は軸方
向トンネル３を包囲するケーシング２を備える。中空嵌
合部材４は、ケーシング２の長手方向軸線１１と同軸に
配置されたオリフィス５を包囲するものであり、嵌合部
材４はケーシング２の前端部に収納されるている。嵌合
部材４の外被は実質上は筒状（第１図のｍ−ｍ線に沿う
断面図である第３図参照）であり、筒状外被の中心線と
ケーシングの軸線１１は鋭角を形成している。この発明
の形状ではケーシング軸線１１に垂直な平面に位置する
内側端面６と外側端面７とを具備する。これらの端面６
及び７は楕円形（第１図の■−ｔＩ線に沿う断面図であ
る第２図参照）であり、嵌合部材４の中心線１４に対し
て傾斜している。

第１図に示すこの発明の実施例では嵌合部材４はケーシ
ング２内に収納され、嵌合部材中心線１４は、燃焼生成
物の流れ方向に対して嵌合部材の上流端で前記内側端面
６の平面内に実質上位置する点でケーシング軸線１１と
交叉している。そして、中心線１４と軸線１１とは鋭角
（α）をなす。この発明の別の実施例では、第４図に示
すように、嵌合部材４の中心線１４はケーシング軸線１
１に対して距離ｅだけ垂直にずれており、嵌合部材４の
中心線１４とケーシング２の交叉点は燃焼生成物の流れ
方向に対して内側端面６の上流に位置している。第４図
に示す実施例ではケーシング軸線１１と同軸なオリフィ
ス５の上方の嵌合部材の肉量がオリフィス５の下部の嵌
合部材のそれより実質的に多い。

燃焼器の作動によって燃焼室１の内部に過剰圧が形成さ
れ、第５図に示すように圧力及び力が嵌合部材４に作用
する。但しケーシング２と嵌合部材４との間に粘着力は
働いていないとする。第５図において、Ｐｌは燃焼室１
の内部の圧力を示し、Ｐ２は機械内の圧力である。嵌合
部材４に働くこれらの力は、嵌合部材４が非対称である
ことから、傾斜モーメントを発生する。この傾斜モーメ
ントはＭ＝ＰＸａをもって表され、ここにＭは傾斜モー
メントであり、Ｐは一定な力であり、ａは力Ｐの距離を
示す。第５図に示すように、嵌合部材４は燃焼室１の軸
線１１の方向に働く軸方向力Ｐ３を受ける。この力Ｐ３
は嵌合部材４の中心線１４に沿って働く分力Ｐ４と、ケ
ーシング２に対して嵌合部材４を押す分力Ｐ４の方向と
垂直な分力Ｐ５とに分けられる。

時計方向に働く傾斜モーメン）Ｍは嵌合部材４をケーシ
ングの対向シートに対して加圧する。分力Ｐ５もまたケ
ーシング２から嵌合部材４を分離するのに抗するように
働く。嵌合部材４をケーシング２中のシートから離し分
離するためには、嵌合部材４を前述の摩擦力に加えて重
力に打ち勝ってリフトさせなければならない。

嵌合部材４の中心線１４と燃焼室１の軸線との間の最大
角度αｍａｘは、嵌合部材４の底部の内側の線と外側端
面７とが交叉するＣで示す点を用いて幾何学的に決定す
ることができる。Ｄ／ｄ＋＝１．４〜１．５、ｄ２　／
ｄｊ　＝０．４５〜０．５５、Ｉ！／ｄ２＝１．２〜１
．３としたときに、最大角度（Ｘｍａｘ＝２７〜３０°
となり、ここにＤは嵌合部材４の楕円面の主軸を示し、
ｄｌはトンネル３の直径を示し、ｄ２はオリフィス５の
外径を示し、ｌは嵌合部材４の長さである。

嵌合部材４の中心線１４と燃焼室１の軸線１１との間の
角度αについていうと、この角度αを減少すると変位の
際の傾斜モーメンｌ−Ｍ及び嵌合部材４のリフトが減少
し、ケーシング２のシートでの嵌合部材４の保持が悪く
なり、一方角度αを大きくするとケーシング２のシート
での嵌合部材４の保持が良好となる。一方、ケーシング
２の厚みを増すと、寸法Ｌ１及びＬ２が大きくなり、最
も薄い点でケーシング２が破壊するのを防止することが
できる。角度αを大きくするとケーシング２の鋭角領域
Ｂの応力が増し、かつ嵌合部材４の製造がより困難とな
る。試験の結果ではαを３°とすることで十分であるが
、好ましい実施例としては角度αは５°から１５°の間
である。

第４図に示すように、嵌合部材４の中心線１４は燃焼室
１の軸線１１に対してｅ　／　Ｄ≦（１−ｄ＋／Ｄ）：
２で変位させることができ、ここにｅは嵌合部材４の中
心線１４に対する垂直変位を示し、嵌合部材４の底部の
厚みはｅ　／　Ｄの増加に従って減少される。具体化す
るという見地から、最大変位ｅ　／　Ｄは、Ｄ　／　ｄ
　１≦１．４から１．５に対して、０．１５である。嵌
合部材４の底の部分の壁面の最小厚みを２０から２５ｍ
ｍに維持するために、ｅ　／　Ｄ≦０．１にする必要が
ある。角度α＝３〜３０°であるためにはｂ／Ｄ＝１／
ＤＸｃｏｔ　ｃｔ＝１．９２〜ら０．１７である。最適
の構造としては、α＝５〜１５°及びｂ／Ｄ＝１．１４
〜０．３７に対して長さ方向ずれｂを設定する。

嵌合部材４の中心線１４の垂直ずれは、嵌合部材４の非
対称に基づいて、燃焼器が作動するに従ってケーシング
２のシートに嵌合部材４を固定する傾斜モーメントを付
加的に発生させる。嵌合部材４の中心線１４を同時に傾
斜及び垂直ずれさせることにより、上述実施例で記載さ
れたと同じ効果が小さな傾斜及び変位角度で得られる。

第２．３図に示すように、嵌合部材４及びケーシング２
の相補的なシートは一側で平坦化される。

これは嵌合部材４がその中心軸線１４の回りで回るのを
防止するためである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の燃焼室の概略長手方向断面図。 第２図は第１図のｎ−ｎ線に沿う断面図。 第３図は第１図のｍ−ｍ線に沿う断面図。 第４図はこの発明の嵌合部材の実施例の長手方向断面図
。 第５図はこの発明の他の実施例の長手方向断面図で、嵌
合部材が装置の作動中に受ける圧力及び力を示す。 ｌ・・・燃焼室、 ２・・・ケーシング、 ３・・・トンネル、 ４・・・嵌合部材、 ５・・・オリフィス、 ６・・・内側端面、 ７・・・外側端面。 以下奈白 ｆ／１．２　　　　　　　　　　ｆ／ＥＪｆ／Ｅ、４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃焼器を高速燃焼させるための燃焼室であって、軸
   方向トンネルを形成したケーシングと、ケーシングによ
   って支持される中空嵌合部材とを備え、該中空嵌合部材
   はケーシング軸線と同軸なトンネル出口のオリフィスを
   包囲しており、かつ中空嵌合部材はその端面がケーシン
   グ軸線に垂直なものにおいて、前記嵌合部材（４）の中
   心線（１４）は前記端面（６、７）に対し傾斜しており
   、該嵌合部材中心線（１４）及びケーシング軸線（１１
   ）は鋭角（α）を形成することを特徴とする燃焼室。 ２、嵌合部材（４）は、燃焼生成物の流れに対て前記内
   側端面（６）の上流の位置で、ケーシング中心線がケー
   シング軸線（１１）と交叉するようにケーシング（２）
   内に配置される特許請求の範囲１、に記載の燃焼室。 ３、ケーシング軸線（１１）と嵌合部材中心線（１４）
   との交叉点と、前記内側端面（６）との間の距離は、そ
   の距離（ｂ）と嵌合部材（４）の内側端面（６）の最大
   直径との比が１．９と０．１７との間にあるように設定
   される特許請求の範囲２、に記載の燃焼室。 ４、ケーシング軸線（１１）と嵌合部材中心線（１４）
   との交叉点は前記内側端面（６）の面内にある特許請求
   の範囲１、に記載の燃焼器。 ５、嵌合部材中心線（１４）とケーシング軸線（１１）
   とは３°から３０°までの鋭角を形成す特許請求の範囲
   １、から４、のいずれか一項に記載の燃焼室。