ラジアントチューブバーナ
【課題】ガスバーナの燃焼によって生じるＮＯｘの排出量を効果的に低減させると共に、ラジアントチューブの表面における温度分布のばらつきを抑制できるラジアントチューブバーナを提供すること。
【解決手段】ラジアントチューブバーナ１は、ラジアントチューブ２と一対のガスバーナ３とを備え、ラジアントチューブ２からの輻射熱によって熱処理炉８内を加熱する。ガスバーナ３は、バーナボディ４と、ラジアントチューブ２内に挿入配置した燃焼筒５と、燃焼筒５内に挿入配置したバーナガン６とを有している。燃焼筒５は、燃焼筒５の内径をＤ１、ラジアントチューブ２の内径をＤ２、燃焼筒５におけるバーナガン６の先端部の外周側に対応する基端位置５０１から火炎Ｈを形成する方向における先端位置５０２までの長さをＬとしたとき、０．６×Ｄ２≦Ｄ１＜Ｄ２の第１関係と、４．５×Ｄ２≦Ｌ≦８×Ｄ２の第２関係とを有している。
【解決手段】ラジアントチューブバーナ１は、ラジアントチューブ２と一対のガスバーナ３とを備え、ラジアントチューブ２からの輻射熱によって熱処理炉８内を加熱する。ガスバーナ３は、バーナボディ４と、ラジアントチューブ２内に挿入配置した燃焼筒５と、燃焼筒５内に挿入配置したバーナガン６とを有している。燃焼筒５は、燃焼筒５の内径をＤ１、ラジアントチューブ２の内径をＤ２、燃焼筒５におけるバーナガン６の先端部の外周側に対応する基端位置５０１から火炎Ｈを形成する方向における先端位置５０２までの長さをＬとしたとき、０．６×Ｄ２≦Ｄ１＜Ｄ２の第１関係と、４．５×Ｄ２≦Ｌ≦８×Ｄ２の第２関係とを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対のガスバーナにおいて交互に燃焼を行い、ラジアントチューブからの輻射熱によって熱処理炉内を加熱するよう構成したラジアントチューブバーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
一対のガスバーナにおいて交互に燃焼を行うラジアントチューブバーナにおいては、燃焼を行った燃焼ガスが熱処理炉内の雰囲気ガスと直接接触することを防止するために、ラジアントチューブ内において燃焼を行うものがある。このラジアントチューブバーナにおいては、燃焼後の排気ガスの排熱を利用するために、ガスバーナにおける通路内に蓄熱体を配置している。そして、排気ガスの排熱を蓄熱体に回収し、この蓄熱体に燃料ガスと燃焼させるための空気を接触させ、加温された空気を燃焼に利用している。
【０００３】
このようなラジアントチューブバーナとしては、例えば、特許文献１に開示された蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置がある。
この蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置においては、燃焼炉内にＷ字状のラジアントチューブを配設し、炉壁に固定したラジアントチューブの両端部にバーナを配設している。このバーナにおいては、燃料供給部及び蓄熱体を収容する給排路を配設してなる蓄熱体用ケース（外筒）を炉壁の外面に配設し、給排路に、燃料供給部から噴出させたガス燃料を燃焼させて火炎を形成する燃焼筒を連結させている。
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１においては、上記燃焼筒の内径と長さとをどれだけの大きさに設定するかについては、何らの工夫もなされていない。すなわち、ガスバーナの燃焼によって生じるＮＯｘの排出量を低減させるためには、燃焼筒の長さと内径とを適切に設定する必要があることがわかった。
【０００５】
なお、特許文献２においては、二段燃焼を行うための一次燃焼筒の内径Ｄと燃料供給管の内径ｄとの比を、３．８≦Ｄ／ｄ≦７．７として、低ＮＯｘなラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナを実現している。しかしながら、特許文献２においては、一次燃焼筒の長さをどれだけの大きさにするかについては、何らの工夫もなされていない。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２７９００２号公報
【特許文献２】特開２００３−２１４６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、ガスバーナの燃焼によって生じるＮＯｘの排出量を効果的に低減させると共に、ラジアントチューブの表面における温度分布のばらつきを抑制することができるラジアントチューブバーナを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、熱処理炉内に配設するラジアントチューブと、該ラジアントチューブの両端部に配設し、該ラジアントチューブ内に交互に火炎を形成する一対のガスバーナとを備え、上記ラジアントチューブからの輻射熱によって上記熱処理炉内を加熱するよう構成したラジアントチューブバーナにおいて、
上記ガスバーナは、上記熱処理炉の炉壁外面に配設するバーナボディと、該バーナボディの炉壁内面側の開口部から上記ラジアントチューブ内に挿入配置した燃焼筒と、上記バーナボディから上記燃焼筒内に挿入配置したバーナガンとを有しており、
上記ラジアントチューブと上記燃焼筒との間には、上記バーナボディ内に連通する外側通路が形成してあり、上記燃焼筒と上記バーナガンとの間には、上記バーナボディ内に連通する内側通路が形成してあり、
上記バーナボディ内には、排熱を回収する蓄熱体が配置してあり、
上記燃焼筒は、該燃焼筒の内径をＤ１、上記ラジアントチューブの内径をＤ２、当該燃焼筒における上記バーナガンの先端部の外周側に対応する基端位置から火炎を形成する方向における先端位置までの長さをＬとしたとき、０．６×Ｄ２≦Ｄ１＜Ｄ２の第１関係と、４．５×Ｄ２≦Ｌ≦８×Ｄ２の第２関係とを有していることを特徴とするラジアントチューブバーナにある（請求項１）。
【０００９】
本発明のラジアントチューブバーナにおいては、蓄熱体を配置したバーナボディ内の通路を、ラジアントチューブと燃焼筒との間に形成した外側通路と、燃焼筒とバーナガンとの間に形成した内側通路とに連通させている。
そして、一方のガスバーナによって燃焼を行い、ラジアントチューブ内を通過した後の排気ガスの排熱は、他方のガスバーナにおける蓄熱体によって回収される。このとき、外側通路を通過する排気ガスは、ラジアントチューブ及び燃焼筒と接触することにより抜熱され、温度が低下する。この温度低下後の排気ガスがバーナボディ内における蓄熱体に接触することにより、排気ガスの温度がさらに低下して、排気ガスの排熱回収を行うことができる。
【００１０】
また、排熱回収を行った側のガスバーナにおいて燃焼を行う際には、バーナボディ内における蓄熱体に接触した後に内側通路内を通過するメイン空気と、バーナガンから噴出させた燃料ガスと燃焼させて、１段目の燃焼を行う。これにより、燃焼筒内からラジアントチューブ内に向けて、１段目の燃料リッチな不完全な燃焼による火炎が形成される。
【００１１】
そして、バーナボディ内における蓄熱体に接触した後に外側通路内を通過したサブ空気が上記火炎に供給されることにより、２段目の燃焼が行われる。これにより、ラジアントチューブ内において、１段目の燃焼における未燃分が完全に燃焼することができる。
このように、本発明においては、２段階の燃焼を行って、急激な燃焼を抑えることにより、ＮＯｘの排出量を低減させることができる。
【００１２】
また、本発明のラジアントチューブバーナにおいては、上記燃焼筒の内径と長さとを適切に設定している。すなわち、本発明においては、燃焼筒の内径Ｄ１は、ラジアントチューブの内径Ｄ２に対して、０．６×Ｄ２≦Ｄ１＜Ｄ２の第１関係を有するよう設定している。また、燃焼筒における基端位置から先端位置までの長さＬは、ラジアントチューブの内径Ｄ２に対して、４．５×Ｄ２≦Ｌ≦８×Ｄ２の第２関係を有するよう設定している。
【００１３】
そして、ラジアントチューブの内径Ｄ２に対する燃焼筒の内径Ｄ１をできるだけ大きくすると共に、ラジアントチューブの内径Ｄ２に対する燃焼筒の長さＬをできるだけ長くすることにより、燃焼筒内における１段目の燃焼及び燃焼筒の下流側における２段目の燃焼をより緩慢燃焼にすることができ、ＮＯｘの排出量をより低減させることができる。また、ラジアントチューブの内径Ｄ２に対する燃焼筒の長さＬをできるだけ長くすることにより、火炎がラジアントチューブにできるだけ当たらないようにすることができ、火炎によるラジアントチューブの局部加熱を抑制することができる。
【００１４】
このように、上記第１関係及び第２関係を有するよう燃焼筒の内径Ｄ１及び長さＬを設定することにより、ＮＯｘの排出量を効果的に低減させることができると共に、火炎によるラジアントチューブの局部加熱を抑制することができる。
それ故、本発明のラジアントチューブバーナによれば、ガスバーナの燃焼によって生じるＮＯｘの排出量を効果的に低減させると共に、ラジアントチューブの表面における温度分布のばらつきを抑制することができる。
【００１５】
上記燃焼筒の内径Ｄ１がラジアントチューブの内径Ｄ２に対して、０．６×Ｄ２＞Ｄ１となる場合には、燃焼筒の内径Ｄ１が小さくなりすぎて、燃焼筒内における１段目の燃焼の断面積負荷（単位断面積あたりの燃焼量（ｋＷ／ｍｍ2））が大きくなり、ＮＯｘの排出量を低減させることが困難になる。一方、燃焼筒の内径Ｄ１をラジアントチューブの内径Ｄ２に近づけ過ぎると、ラジアントチューブの内周面に燃焼筒の外周面が干渉するおそれがあり、Ｄ１は、Ｄ１≦０．９５×Ｄ２とすることができる。
【００１６】
また、上記燃焼筒における基端位置から先端位置までの長さＬがラジアントチューブの内径Ｄ２に対して、４．５×Ｄ２＞Ｌとなる場合には、燃焼筒が短くなりすぎて、十分な緩慢燃焼とならず、ＮＯｘの排出量を低減させることが困難になる。一方、上記燃焼筒における基端位置から先端位置までの長さＬがラジアントチューブの内径Ｄ２に対して、Ｌ＞８×Ｄ２となる場合には、燃焼筒が長くなりすぎて、燃焼筒をラジアントチューブ内に配置することが困難になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記ラジアントチューブは、互いに平行に並列配置した一対のストレート部を一端側において曲線状のベンド部によって連結してなるＵ字形状を有しており、上記ラジアントチューブバーナは、上記各ガスバーナによる火炎を、上記ストレート部から上記ベンド部を通過する位置まで形成するよう構成することができる（請求項２）。
この場合には、燃焼による火炎は、一方のガスバーナを配設したストレート部から、ベンド部を経由して他方のストレート部まで形成することができる。これにより、ラジアントチューブの表面における温度分布のばらつきを一層抑制することができる。
【００１８】
また、上記ラジアントチューブは、上記ガスバーナを配設した第１ストレート部と、該第１ストレート部に平行に並列配置した第２ストレート部とを一端側において曲線状の第１ベンド部によって連結してなると共に、上記第２ストレート部の他端側同士を、曲線状の第２ベンド部によって連結してなるＷ字形状を有しており、上記ラジアントチューブバーナは、上記各ガスバーナによる火炎を、上記各第１ストレート部から上記各第１ベンド部を通過する位置まで形成するよう構成することもできる（請求項３）。
この場合には、燃焼による火炎は、一方のガスバーナを配設した第１ストレート部から、第１ベンド部を経由して第２ストレート部まで形成することができる。これにより、ラジアントチューブの表面における温度分布のばらつきを一層抑制することができる。
【００１９】
また、上記バーナガンは、冷却用空気を通過させて噴出させる冷却空気管内に、上記燃料ガスを通過させて噴出させる燃料管を挿入配置してなり、該燃料管から噴出させた上記燃料ガスの一部と、上記冷却空気管から噴出させた上記冷却用空気とを燃焼させて保炎を行うよう構成することができる。
【００２０】
この場合には、冷却用空気によって燃焼管の先端部におけるガスノズルが高温になることを抑制することができ、ガスノズルを熱から保護することができる。また、冷却用空気を用いて燃料ガスの一部を燃焼させることにより、ガスノズル部における保炎を安定して行うことができる。これにより、ガスバーナにおける燃焼を一層安定させることができる。
【実施例】
【００２１】
以下に、本発明のラジアントチューブバーナにかかる実施例につき、図面と共に説明する。
本例のラジアントチューブバーナ１は、図１、図２に示すごとく、熱処理炉８内に配設するラジアントチューブ２と、ラジアントチューブ２の両端部に配設し、ラジアントチューブ２内に交互に火炎Ｈを形成する一対のガスバーナ３とを備え、ラジアントチューブ２からの輻射熱によって熱処理炉８内を加熱するよう構成してある。
【００２２】
図１に示すごとく、上記ガスバーナ３は、熱処理炉８の炉壁外面８０１に配設するバーナボディ４と、バーナボディ４の炉壁内面８０２側の開口部４０１からラジアントチューブ２内に挿入配置した燃焼筒５と、バーナボディ４から燃焼筒５内に挿入配置したバーナガン６とを有している。また、ラジアントチューブ２と燃焼筒５との間には、バーナボディ４内に連通する外側通路５１が形成してあり、燃焼筒５とバーナガン６との間には、バーナボディ４内に連通する内側通路５２が形成してある。
【００２３】
また、バーナボディ４のボディ通路４１内には、排熱を回収する蓄熱体７１が配置してある。本例のガスバーナ３は、バーナガン６から噴出させた燃料ガスＦにより、バーナボディ４内における蓄熱体７１に接触した後、内側通路５２内を通過するメイン空気Ａ１を用いて、１段目の燃焼を行うと共に、バーナボディ４内における蓄熱体７１に接触した後、外側通路５１内を通過したサブ空気Ａ２を用いて、２段目の燃焼を行うよう構成してある。
【００２４】
また、図１に示すごとく、上記燃焼筒５は、この燃焼筒５の内径をＤ１、ラジアントチューブ２の内径をＤ２、燃焼筒５におけるバーナガン６の先端部の外周側に対応する基端位置５０１から火炎Ｈを形成する方向における先端位置５０２までの長さをＬとしたとき、０．６×Ｄ２≦Ｄ１＜Ｄ２の第１関係と、４．５×Ｄ２≦Ｌ≦８×Ｄ２の第２関係とを有している。
【００２５】
以下に、本例のラジアントチューブバーナ１につき、図１、図２と共に詳説する。
本例において、バーナガン６の先端部とは、バーナガン６において、熱処理炉８の炉壁内面８０２側の端部をいう。
また、本例においては、一対のガスバーナ３のうち一方のガスバーナ３について図示するが、他方のガスバーナ３についても同様の構造を有する。
【００２６】
図１に示すごとく、本例のラジアントチューブ２は、耐熱性に優れた耐熱鋳鋼からなる。ラジアントチューブ２の両端部には、このラジアントチューブ２の端部を炉壁外面８０１に固定するためのラジアントチューブフランジ２１が形成してある。
本例のバーナボディ４は、燃焼筒５の断面外形よりも大きな断面外形を有している。バーナボディ４は、バーナガン６を挿通配置するための挿通穴４１１を有しており、この挿通穴４１１の周りに、空気（フレッシュエア）を通過させる環状のボディ通路４１を形成してなる。また、バーナボディ４には、ボディ通路４１内へ空気を流入させるための空気流入口４１２が形成してある。
【００２７】
また、同図に示すごとく、炉壁外面８０１に対向するバーナボディ４の端部には、ラジアントチューブフランジ２１に対面させて、炉壁外面８０１に取り付けるためのボディ取付フランジ４２が形成してある。また、バーナボディ４は、ラジアントチューブフランジ２１との間にパッキンを挟持して、炉壁外面８０１に固定される。
【００２８】
図１に示すごとく、本例の蓄熱体７１は、玉状のセラミックスであるセラミックスボールを多数配置して構成してある。この蓄熱体７１は、バーナボディ４のボディ通路４１内のスペースを埋めるように配置してある。なお、蓄熱体７１としては、多数の孔を有する多孔質体からなるセラミックスフォーム、又は格子状の多数のセルを形成してなるセラミックスハニカムを用いることもできる。
【００２９】
同図に示すごとく、本例のバーナガン６は、冷却用空気を通過させて噴出させる冷却空気管６１内に、燃料ガスＦを通過させて噴出させる燃料管６２を挿入配置してなる。本例のガスバーナ３は、燃料管６２から噴出させた燃料ガスＦの一部と、冷却空気管６１から噴出させた冷却用空気とを燃焼させて保炎を行うよう構成してある。また、冷却空気管６１内には、燃焼の着火を行うためのスパークロッド６５が挿入配置してある。
また、燃料管６２の先端部には、ガスノズル６３が形成してあり、このガスノズル６３には、燃料ガスＦを燃焼筒５内へ噴出させるための燃料噴出孔が形成してある。
【００３０】
図２に示すごとく、本例のラジアントチューブ２は、ガスバーナ３を配設した第１ストレート部２１と、この第１ストレート部２１に平行に並列配置した第２ストレート部２２とを一端側２０１において曲線状の第１ベンド部２３によって連結してなると共に、第２ストレート部２２の他端側２０２同士を、曲線状の第２ベンド部２４によって連結してなるＷ字形状を有している。同図において、火炎Ｈを２点鎖線によって示す。
【００３１】
そして、本例のラジアントチューブバーナ１は、燃焼側のガスバーナ３による火炎Ｈを、この燃焼側に位置する第１ストレート部２１から燃焼側に位置する第１ベンド部２３を通過する位置まで形成するよう構成してある。これにより、燃焼側のガスバーナ３を配設した第１ストレート部２１から、燃焼側の第１ベンド部２３を経由して燃焼側の第２ストレート部２２まで形成することができる。なお、燃焼側のガスバーナ３と排気側のガスバーナ３とは、所定の時間間隔毎に切り替わり、一対のガスバーナ３において交互に火炎Ｈが形成される。
【００３２】
また、図示は省略するが、上記ラジアントチューブ２は、互いに平行に並列配置した一対のストレート部を一端側において曲線状のベンド部によって連結してなるＵ字形状に形成することもできる。この場合において、燃焼側のガスバーナ３による火炎Ｈは、燃焼側のストレート部から燃焼側のベンド部を通過する位置まで形成するよう構成することができる。
【００３３】
本例のラジアントチューブバーナ１において、一方のガスバーナ３によって燃焼を行い、ラジアントチューブ２内を通過した後の排気ガスＧの排熱は、他方のガスバーナ３における蓄熱体７１によって回収される。すなわち、ラジアントチューブバーナ１においては、排気ガスＧがバーナボディ４内における蓄熱体７１に接触することにより、排熱回収が行われる。また、この排熱回収を行う際には、外側通路５１を通過する排気ガスＧは、ラジアントチューブ２及び燃焼筒５と接触することにより抜熱され、温度が低下する。この温度低下後の排気ガスＧがバーナボディ４内における蓄熱体７１に接触することにより、排気ガスＧの温度がさらに低下して、排気ガスＧの排熱回収を行うことができる。
【００３４】
また、排熱回収を行った側のガスバーナ３において燃焼を行う際には、バーナボディ４内における蓄熱体７１に接触した後に内側通路５２内を通過するメイン空気Ａ１と、バーナガン６から噴出させた燃料ガスＦと燃焼させて、１段目の燃焼を行う。これにより、燃焼筒５内からラジアントチューブ２内に向けて、１段目の燃料リッチな不完全な燃焼による火炎Ｈが形成される。
【００３５】
そして、バーナボディ４内における蓄熱体７１に接触した後に外側通路５１内を通過したサブ空気Ａ２が上記火炎Ｈに供給されることにより、２段目の燃焼が行われる。これにより、ラジアントチューブ２内において、１段目の燃焼における未燃分が完全に燃焼することができる。
このように、本例においては、２段階の燃焼を行って、急激な燃焼を抑えることにより、ＮＯｘの排出量を低減させることができる。
【００３６】
また、本例のラジアントチューブバーナ１においては、上記燃焼筒５の内径Ｄ１と長さＬとを適切に設定している。すなわち、本例においては、燃焼筒５の内径Ｄ１は、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対して、０．６×Ｄ２≦Ｄ１＜Ｄ２の第１関係を有するよう設定している。また、燃焼筒５における基端位置５０１から先端位置５０２までの長さＬは、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対して、４．５×Ｄ２≦Ｌ≦８×Ｄ２の第２関係を有するよう設定している。
【００３７】
そして、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する燃焼筒５の内径Ｄ１をできるだけ大きくすると共に、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する燃焼筒５の長さＬをできるだけ長くすることにより、燃焼筒５内における１段目の燃焼及び燃焼筒５の下流側における２段目の燃焼をより緩慢燃焼にすることができ、ＮＯｘの排出量をより低減させることができる。また、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する燃焼筒５の長さＬをできるだけ長くすることにより、火炎Ｈがラジアントチューブ２のストレート部分（本例では第１ストレート部２１）にできるだけ当たらないようにすることができ、火炎Ｈによるラジアントチューブ２のストレート部分（本例では第１ストレート部２１）の局部加熱を抑制することができる。
【００３８】
このように、上記第１関係及び第２関係を有するよう燃焼筒５の内径Ｄ１及び長さＬを設定することにより、ＮＯｘの排出量を効果的に低減させることができると共に、火炎Ｈによるラジアントチューブ２の局部加熱を抑制することができる。
それ故、本例のラジアントチューブバーナ１によれば、ガスバーナ３の燃焼によって生じるＮＯｘの排出量を効果的に低減させると共に、ラジアントチューブ２の表面における温度分布のばらつきを抑制することができる。
【００３９】
（確認試験）
本確認試験においては、上述したラジアントチューブバーナ１において、上記燃焼筒５の内径と長さとを適切に設定した場合に、ガスバーナ３の燃焼によって生ずるＮＯｘの排出量を低減できることを確認した。
図３及び図４にＮＯｘの排出量の確認を行った結果を示す。図３は、横軸に燃焼筒５の内径Ｄ１をとり、縦軸にＮＯｘの排出量をとって、両者の関係を示すグラフである。図４は、横軸に、燃焼筒５における基端位置５０１から先端位置５０２までの長さＬをとり、縦軸にＮＯｘの排出量をとって、両者の関係を示すグラフである。
【００４０】
ここで、燃焼筒５の内径Ｄ１は、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する倍率（無次元数）で示し（Ｄ１＝Ｄ２×倍率）、燃焼筒５における基端位置５０１から先端位置５０２までの長さＬは、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する倍率（無次元数）で示す（Ｌ＝Ｄ２×倍率）。また、ＮＯｘの排出量は、基準とするＮＯｘ濃度（ｐｐｍ）に対する比率（無次元数）によって示す。
図３において、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する燃焼筒５の内径Ｄ１を大きくすると、燃焼筒５内における１段目の燃焼の断面積負荷（単位断面積あたりの燃焼量（ｋＷ／ｍｍ2））が小さくなり、ＮＯｘの排出量を低減できることがわかった。
【００４１】
一方、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する燃焼筒５の内径Ｄ１を大きくしすぎると、ラジアントチューブ２の内周面に燃焼筒５の外周面が干渉するおそれがある。また、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する燃焼筒５の内径Ｄ１が小さくなると、燃焼筒５内における１段目の燃焼の断面積負荷（単位断面積あたりの燃焼量（ｋＷ／ｍｍ2））が大きくなり、ＮＯｘの排出量を十分に低減させることが困難になることがわかった。
よって、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する燃焼筒５の内径Ｄ１は、０．６×Ｄ２≦Ｄ１＜Ｄ２の関係を有するよう決定することがＮＯｘの排出量を低減させるために最適であることがわかった。
【００４２】
また、図４において、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する燃焼筒５における基端位置５０１から先端位置５０２までの長さＬを長くすると、ＮＯｘの排出量を低減できることがわかった。一方、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する燃焼筒５における基端位置５０１から先端位置５０２までの長さＬを長くしすぎると、燃焼筒５をラジアントチューブ２内に配置することが困難になることがわかった。また、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する燃焼筒５における基端位置５０１から先端位置５０２までの長さＬが短くなると、十分な緩慢燃焼とならず、ＮＯｘの排出量を低減させることが困難になることがわかった。
よって、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する燃焼筒５における基端位置５０１から先端位置５０２までの長さＬは、４．５×Ｄ２≦Ｌ≦８×Ｄ２の関係を有するよう決定することがＮＯｘの排出量を低減させるために最適であることがわかった。
【００４３】
また、図５には、上記一対のガスバーナ３を交互に燃焼させて、ラジアントチューブバーナ１を配設した熱処理炉８内の温度が９５０℃で定常状態となったときに、上記Ｗ字形状のラジアントチューブ２の各部位における温度を測定した結果を示す。同図は、横軸にラジアントチューブ２の有効長さ（ｍｍ）をとり、縦軸にラジアントチューブ２の表面（外周面）の温度（℃）をとって、ラジアントチューブ２の表面の温度分布を示すグラフである。ここで、ラジアントチューブ２の有効長さ（ｍｍ）は、ラジアントチューブ２が熱処理炉８内に露出する位置（炉壁内面８０２）を０ｍｍとして示す。
同図より、本例のラジアントチューブバーナ１によれば、ラジアントチューブ２の表面における温度分布のばらつきを抑制できることがわかった。
【００４４】
これに対し、図６には、従来のラジアントチューブバーナ（燃焼筒の長さが短く、上記第２関係を有していないもの）を配設した熱処理炉内の温度が９５０℃で定常状態となったときに、上記Ｗ字形状のラジアントチューブ２の各部位における温度を測定した結果を示す。同図に示されるように、従来のラジアントチューブバーナにおいては、火炎が形成されるラジアントチューブ２のストレート部分の表面において局部的に高温になっていることがわかる。
この結果より、本例のラジアントチューブバーナ１によれば、ラジアントチューブ２の表面における温度分布のばらつきを効果的に抑制できることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施例において、ラジアントチューブバーナのガスバーナの周辺を示す断面説明図。
【図２】実施例において、ラジアントチューブバーナの全体を示す断面説明図。
【図３】確認試験において、横軸に燃焼筒の内径Ｄ１をとり、縦軸にＮＯｘの排出量をとって、両者の関係を示すグラフ。
【図４】確認試験において、横軸に燃焼筒における基端位置から先端位置までの長さＬをとり、縦軸にＮＯｘの排出量をとって、両者の関係を示すグラフ。
【図５】確認試験において、横軸にラジアントチューブの有効長さをとり、縦軸にラジアントチューブの表面の温度をとって、実施例のラジアントチューブの表面の温度分布を示すグラフ。
【図６】確認試験において、横軸にラジアントチューブの有効長さをとり、縦軸にラジアントチューブの表面の温度をとって、従来のラジアントチューブの表面の温度分布を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４６】
１ ラジアントチューブバーナ
２ ラジアントチューブ
２１ 第１ストレート部
２２ 第２ストレート部
２３ 第１ベンド部
２４ 第２ベンド部
３ ガスバーナ
４ バーナボディ
４１ ボディ通路
５ 燃焼筒
５０１ 基端位置
５０２ 先端位置
５１ 外側通路
５２ 内側通路
６ バーナガン
７１ 蓄熱体
８ 熱処理炉
Ｆ 燃料ガス
Ａ１ メイン空気
Ａ２ サブ空気
Ｇ 排気ガス
Ｈ 火炎
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対のガスバーナにおいて交互に燃焼を行い、ラジアントチューブからの輻射熱によって熱処理炉内を加熱するよう構成したラジアントチューブバーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
一対のガスバーナにおいて交互に燃焼を行うラジアントチューブバーナにおいては、燃焼を行った燃焼ガスが熱処理炉内の雰囲気ガスと直接接触することを防止するために、ラジアントチューブ内において燃焼を行うものがある。このラジアントチューブバーナにおいては、燃焼後の排気ガスの排熱を利用するために、ガスバーナにおける通路内に蓄熱体を配置している。そして、排気ガスの排熱を蓄熱体に回収し、この蓄熱体に燃料ガスと燃焼させるための空気を接触させ、加温された空気を燃焼に利用している。
【０００３】
このようなラジアントチューブバーナとしては、例えば、特許文献１に開示された蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置がある。
この蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置においては、燃焼炉内にＷ字状のラジアントチューブを配設し、炉壁に固定したラジアントチューブの両端部にバーナを配設している。このバーナにおいては、燃料供給部及び蓄熱体を収容する給排路を配設してなる蓄熱体用ケース（外筒）を炉壁の外面に配設し、給排路に、燃料供給部から噴出させたガス燃料を燃焼させて火炎を形成する燃焼筒を連結させている。
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１においては、上記燃焼筒の内径と長さとをどれだけの大きさに設定するかについては、何らの工夫もなされていない。すなわち、ガスバーナの燃焼によって生じるＮＯｘの排出量を低減させるためには、燃焼筒の長さと内径とを適切に設定する必要があることがわかった。
【０００５】
なお、特許文献２においては、二段燃焼を行うための一次燃焼筒の内径Ｄと燃料供給管の内径ｄとの比を、３．８≦Ｄ／ｄ≦７．７として、低ＮＯｘなラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナを実現している。しかしながら、特許文献２においては、一次燃焼筒の長さをどれだけの大きさにするかについては、何らの工夫もなされていない。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２７９００２号公報
【特許文献２】特開２００３−２１４６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、ガスバーナの燃焼によって生じるＮＯｘの排出量を効果的に低減させると共に、ラジアントチューブの表面における温度分布のばらつきを抑制することができるラジアントチューブバーナを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、熱処理炉内に配設するラジアントチューブと、該ラジアントチューブの両端部に配設し、該ラジアントチューブ内に交互に火炎を形成する一対のガスバーナとを備え、上記ラジアントチューブからの輻射熱によって上記熱処理炉内を加熱するよう構成したラジアントチューブバーナにおいて、
上記ガスバーナは、上記熱処理炉の炉壁外面に配設するバーナボディと、該バーナボディの炉壁内面側の開口部から上記ラジアントチューブ内に挿入配置した燃焼筒と、上記バーナボディから上記燃焼筒内に挿入配置したバーナガンとを有しており、
上記ラジアントチューブと上記燃焼筒との間には、上記バーナボディ内に連通する外側通路が形成してあり、上記燃焼筒と上記バーナガンとの間には、上記バーナボディ内に連通する内側通路が形成してあり、
上記バーナボディ内には、排熱を回収する蓄熱体が配置してあり、
上記燃焼筒は、該燃焼筒の内径をＤ１、上記ラジアントチューブの内径をＤ２、当該燃焼筒における上記バーナガンの先端部の外周側に対応する基端位置から火炎を形成する方向における先端位置までの長さをＬとしたとき、０．６×Ｄ２≦Ｄ１＜Ｄ２の第１関係と、４．５×Ｄ２≦Ｌ≦８×Ｄ２の第２関係とを有していることを特徴とするラジアントチューブバーナにある（請求項１）。
【０００９】
本発明のラジアントチューブバーナにおいては、蓄熱体を配置したバーナボディ内の通路を、ラジアントチューブと燃焼筒との間に形成した外側通路と、燃焼筒とバーナガンとの間に形成した内側通路とに連通させている。
そして、一方のガスバーナによって燃焼を行い、ラジアントチューブ内を通過した後の排気ガスの排熱は、他方のガスバーナにおける蓄熱体によって回収される。このとき、外側通路を通過する排気ガスは、ラジアントチューブ及び燃焼筒と接触することにより抜熱され、温度が低下する。この温度低下後の排気ガスがバーナボディ内における蓄熱体に接触することにより、排気ガスの温度がさらに低下して、排気ガスの排熱回収を行うことができる。
【００１０】
また、排熱回収を行った側のガスバーナにおいて燃焼を行う際には、バーナボディ内における蓄熱体に接触した後に内側通路内を通過するメイン空気と、バーナガンから噴出させた燃料ガスと燃焼させて、１段目の燃焼を行う。これにより、燃焼筒内からラジアントチューブ内に向けて、１段目の燃料リッチな不完全な燃焼による火炎が形成される。
【００１１】
そして、バーナボディ内における蓄熱体に接触した後に外側通路内を通過したサブ空気が上記火炎に供給されることにより、２段目の燃焼が行われる。これにより、ラジアントチューブ内において、１段目の燃焼における未燃分が完全に燃焼することができる。
このように、本発明においては、２段階の燃焼を行って、急激な燃焼を抑えることにより、ＮＯｘの排出量を低減させることができる。
【００１２】
また、本発明のラジアントチューブバーナにおいては、上記燃焼筒の内径と長さとを適切に設定している。すなわち、本発明においては、燃焼筒の内径Ｄ１は、ラジアントチューブの内径Ｄ２に対して、０．６×Ｄ２≦Ｄ１＜Ｄ２の第１関係を有するよう設定している。また、燃焼筒における基端位置から先端位置までの長さＬは、ラジアントチューブの内径Ｄ２に対して、４．５×Ｄ２≦Ｌ≦８×Ｄ２の第２関係を有するよう設定している。
【００１３】
そして、ラジアントチューブの内径Ｄ２に対する燃焼筒の内径Ｄ１をできるだけ大きくすると共に、ラジアントチューブの内径Ｄ２に対する燃焼筒の長さＬをできるだけ長くすることにより、燃焼筒内における１段目の燃焼及び燃焼筒の下流側における２段目の燃焼をより緩慢燃焼にすることができ、ＮＯｘの排出量をより低減させることができる。また、ラジアントチューブの内径Ｄ２に対する燃焼筒の長さＬをできるだけ長くすることにより、火炎がラジアントチューブにできるだけ当たらないようにすることができ、火炎によるラジアントチューブの局部加熱を抑制することができる。
【００１４】
このように、上記第１関係及び第２関係を有するよう燃焼筒の内径Ｄ１及び長さＬを設定することにより、ＮＯｘの排出量を効果的に低減させることができると共に、火炎によるラジアントチューブの局部加熱を抑制することができる。
それ故、本発明のラジアントチューブバーナによれば、ガスバーナの燃焼によって生じるＮＯｘの排出量を効果的に低減させると共に、ラジアントチューブの表面における温度分布のばらつきを抑制することができる。
【００１５】
上記燃焼筒の内径Ｄ１がラジアントチューブの内径Ｄ２に対して、０．６×Ｄ２＞Ｄ１となる場合には、燃焼筒の内径Ｄ１が小さくなりすぎて、燃焼筒内における１段目の燃焼の断面積負荷（単位断面積あたりの燃焼量（ｋＷ／ｍｍ2））が大きくなり、ＮＯｘの排出量を低減させることが困難になる。一方、燃焼筒の内径Ｄ１をラジアントチューブの内径Ｄ２に近づけ過ぎると、ラジアントチューブの内周面に燃焼筒の外周面が干渉するおそれがあり、Ｄ１は、Ｄ１≦０．９５×Ｄ２とすることができる。
【００１６】
また、上記燃焼筒における基端位置から先端位置までの長さＬがラジアントチューブの内径Ｄ２に対して、４．５×Ｄ２＞Ｌとなる場合には、燃焼筒が短くなりすぎて、十分な緩慢燃焼とならず、ＮＯｘの排出量を低減させることが困難になる。一方、上記燃焼筒における基端位置から先端位置までの長さＬがラジアントチューブの内径Ｄ２に対して、Ｌ＞８×Ｄ２となる場合には、燃焼筒が長くなりすぎて、燃焼筒をラジアントチューブ内に配置することが困難になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記ラジアントチューブは、互いに平行に並列配置した一対のストレート部を一端側において曲線状のベンド部によって連結してなるＵ字形状を有しており、上記ラジアントチューブバーナは、上記各ガスバーナによる火炎を、上記ストレート部から上記ベンド部を通過する位置まで形成するよう構成することができる（請求項２）。
この場合には、燃焼による火炎は、一方のガスバーナを配設したストレート部から、ベンド部を経由して他方のストレート部まで形成することができる。これにより、ラジアントチューブの表面における温度分布のばらつきを一層抑制することができる。
【００１８】
また、上記ラジアントチューブは、上記ガスバーナを配設した第１ストレート部と、該第１ストレート部に平行に並列配置した第２ストレート部とを一端側において曲線状の第１ベンド部によって連結してなると共に、上記第２ストレート部の他端側同士を、曲線状の第２ベンド部によって連結してなるＷ字形状を有しており、上記ラジアントチューブバーナは、上記各ガスバーナによる火炎を、上記各第１ストレート部から上記各第１ベンド部を通過する位置まで形成するよう構成することもできる（請求項３）。
この場合には、燃焼による火炎は、一方のガスバーナを配設した第１ストレート部から、第１ベンド部を経由して第２ストレート部まで形成することができる。これにより、ラジアントチューブの表面における温度分布のばらつきを一層抑制することができる。
【００１９】
また、上記バーナガンは、冷却用空気を通過させて噴出させる冷却空気管内に、上記燃料ガスを通過させて噴出させる燃料管を挿入配置してなり、該燃料管から噴出させた上記燃料ガスの一部と、上記冷却空気管から噴出させた上記冷却用空気とを燃焼させて保炎を行うよう構成することができる。
【００２０】
この場合には、冷却用空気によって燃焼管の先端部におけるガスノズルが高温になることを抑制することができ、ガスノズルを熱から保護することができる。また、冷却用空気を用いて燃料ガスの一部を燃焼させることにより、ガスノズル部における保炎を安定して行うことができる。これにより、ガスバーナにおける燃焼を一層安定させることができる。
【実施例】
【００２１】
以下に、本発明のラジアントチューブバーナにかかる実施例につき、図面と共に説明する。
本例のラジアントチューブバーナ１は、図１、図２に示すごとく、熱処理炉８内に配設するラジアントチューブ２と、ラジアントチューブ２の両端部に配設し、ラジアントチューブ２内に交互に火炎Ｈを形成する一対のガスバーナ３とを備え、ラジアントチューブ２からの輻射熱によって熱処理炉８内を加熱するよう構成してある。
【００２２】
図１に示すごとく、上記ガスバーナ３は、熱処理炉８の炉壁外面８０１に配設するバーナボディ４と、バーナボディ４の炉壁内面８０２側の開口部４０１からラジアントチューブ２内に挿入配置した燃焼筒５と、バーナボディ４から燃焼筒５内に挿入配置したバーナガン６とを有している。また、ラジアントチューブ２と燃焼筒５との間には、バーナボディ４内に連通する外側通路５１が形成してあり、燃焼筒５とバーナガン６との間には、バーナボディ４内に連通する内側通路５２が形成してある。
【００２３】
また、バーナボディ４のボディ通路４１内には、排熱を回収する蓄熱体７１が配置してある。本例のガスバーナ３は、バーナガン６から噴出させた燃料ガスＦにより、バーナボディ４内における蓄熱体７１に接触した後、内側通路５２内を通過するメイン空気Ａ１を用いて、１段目の燃焼を行うと共に、バーナボディ４内における蓄熱体７１に接触した後、外側通路５１内を通過したサブ空気Ａ２を用いて、２段目の燃焼を行うよう構成してある。
【００２４】
また、図１に示すごとく、上記燃焼筒５は、この燃焼筒５の内径をＤ１、ラジアントチューブ２の内径をＤ２、燃焼筒５におけるバーナガン６の先端部の外周側に対応する基端位置５０１から火炎Ｈを形成する方向における先端位置５０２までの長さをＬとしたとき、０．６×Ｄ２≦Ｄ１＜Ｄ２の第１関係と、４．５×Ｄ２≦Ｌ≦８×Ｄ２の第２関係とを有している。
【００２５】
以下に、本例のラジアントチューブバーナ１につき、図１、図２と共に詳説する。
本例において、バーナガン６の先端部とは、バーナガン６において、熱処理炉８の炉壁内面８０２側の端部をいう。
また、本例においては、一対のガスバーナ３のうち一方のガスバーナ３について図示するが、他方のガスバーナ３についても同様の構造を有する。
【００２６】
図１に示すごとく、本例のラジアントチューブ２は、耐熱性に優れた耐熱鋳鋼からなる。ラジアントチューブ２の両端部には、このラジアントチューブ２の端部を炉壁外面８０１に固定するためのラジアントチューブフランジ２１が形成してある。
本例のバーナボディ４は、燃焼筒５の断面外形よりも大きな断面外形を有している。バーナボディ４は、バーナガン６を挿通配置するための挿通穴４１１を有しており、この挿通穴４１１の周りに、空気（フレッシュエア）を通過させる環状のボディ通路４１を形成してなる。また、バーナボディ４には、ボディ通路４１内へ空気を流入させるための空気流入口４１２が形成してある。
【００２７】
また、同図に示すごとく、炉壁外面８０１に対向するバーナボディ４の端部には、ラジアントチューブフランジ２１に対面させて、炉壁外面８０１に取り付けるためのボディ取付フランジ４２が形成してある。また、バーナボディ４は、ラジアントチューブフランジ２１との間にパッキンを挟持して、炉壁外面８０１に固定される。
【００２８】
図１に示すごとく、本例の蓄熱体７１は、玉状のセラミックスであるセラミックスボールを多数配置して構成してある。この蓄熱体７１は、バーナボディ４のボディ通路４１内のスペースを埋めるように配置してある。なお、蓄熱体７１としては、多数の孔を有する多孔質体からなるセラミックスフォーム、又は格子状の多数のセルを形成してなるセラミックスハニカムを用いることもできる。
【００２９】
同図に示すごとく、本例のバーナガン６は、冷却用空気を通過させて噴出させる冷却空気管６１内に、燃料ガスＦを通過させて噴出させる燃料管６２を挿入配置してなる。本例のガスバーナ３は、燃料管６２から噴出させた燃料ガスＦの一部と、冷却空気管６１から噴出させた冷却用空気とを燃焼させて保炎を行うよう構成してある。また、冷却空気管６１内には、燃焼の着火を行うためのスパークロッド６５が挿入配置してある。
また、燃料管６２の先端部には、ガスノズル６３が形成してあり、このガスノズル６３には、燃料ガスＦを燃焼筒５内へ噴出させるための燃料噴出孔が形成してある。
【００３０】
図２に示すごとく、本例のラジアントチューブ２は、ガスバーナ３を配設した第１ストレート部２１と、この第１ストレート部２１に平行に並列配置した第２ストレート部２２とを一端側２０１において曲線状の第１ベンド部２３によって連結してなると共に、第２ストレート部２２の他端側２０２同士を、曲線状の第２ベンド部２４によって連結してなるＷ字形状を有している。同図において、火炎Ｈを２点鎖線によって示す。
【００３１】
そして、本例のラジアントチューブバーナ１は、燃焼側のガスバーナ３による火炎Ｈを、この燃焼側に位置する第１ストレート部２１から燃焼側に位置する第１ベンド部２３を通過する位置まで形成するよう構成してある。これにより、燃焼側のガスバーナ３を配設した第１ストレート部２１から、燃焼側の第１ベンド部２３を経由して燃焼側の第２ストレート部２２まで形成することができる。なお、燃焼側のガスバーナ３と排気側のガスバーナ３とは、所定の時間間隔毎に切り替わり、一対のガスバーナ３において交互に火炎Ｈが形成される。
【００３２】
また、図示は省略するが、上記ラジアントチューブ２は、互いに平行に並列配置した一対のストレート部を一端側において曲線状のベンド部によって連結してなるＵ字形状に形成することもできる。この場合において、燃焼側のガスバーナ３による火炎Ｈは、燃焼側のストレート部から燃焼側のベンド部を通過する位置まで形成するよう構成することができる。
【００３３】
本例のラジアントチューブバーナ１において、一方のガスバーナ３によって燃焼を行い、ラジアントチューブ２内を通過した後の排気ガスＧの排熱は、他方のガスバーナ３における蓄熱体７１によって回収される。すなわち、ラジアントチューブバーナ１においては、排気ガスＧがバーナボディ４内における蓄熱体７１に接触することにより、排熱回収が行われる。また、この排熱回収を行う際には、外側通路５１を通過する排気ガスＧは、ラジアントチューブ２及び燃焼筒５と接触することにより抜熱され、温度が低下する。この温度低下後の排気ガスＧがバーナボディ４内における蓄熱体７１に接触することにより、排気ガスＧの温度がさらに低下して、排気ガスＧの排熱回収を行うことができる。
【００３４】
また、排熱回収を行った側のガスバーナ３において燃焼を行う際には、バーナボディ４内における蓄熱体７１に接触した後に内側通路５２内を通過するメイン空気Ａ１と、バーナガン６から噴出させた燃料ガスＦと燃焼させて、１段目の燃焼を行う。これにより、燃焼筒５内からラジアントチューブ２内に向けて、１段目の燃料リッチな不完全な燃焼による火炎Ｈが形成される。
【００３５】
そして、バーナボディ４内における蓄熱体７１に接触した後に外側通路５１内を通過したサブ空気Ａ２が上記火炎Ｈに供給されることにより、２段目の燃焼が行われる。これにより、ラジアントチューブ２内において、１段目の燃焼における未燃分が完全に燃焼することができる。
このように、本例においては、２段階の燃焼を行って、急激な燃焼を抑えることにより、ＮＯｘの排出量を低減させることができる。
【００３６】
また、本例のラジアントチューブバーナ１においては、上記燃焼筒５の内径Ｄ１と長さＬとを適切に設定している。すなわち、本例においては、燃焼筒５の内径Ｄ１は、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対して、０．６×Ｄ２≦Ｄ１＜Ｄ２の第１関係を有するよう設定している。また、燃焼筒５における基端位置５０１から先端位置５０２までの長さＬは、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対して、４．５×Ｄ２≦Ｌ≦８×Ｄ２の第２関係を有するよう設定している。
【００３７】
そして、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する燃焼筒５の内径Ｄ１をできるだけ大きくすると共に、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する燃焼筒５の長さＬをできるだけ長くすることにより、燃焼筒５内における１段目の燃焼及び燃焼筒５の下流側における２段目の燃焼をより緩慢燃焼にすることができ、ＮＯｘの排出量をより低減させることができる。また、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する燃焼筒５の長さＬをできるだけ長くすることにより、火炎Ｈがラジアントチューブ２のストレート部分（本例では第１ストレート部２１）にできるだけ当たらないようにすることができ、火炎Ｈによるラジアントチューブ２のストレート部分（本例では第１ストレート部２１）の局部加熱を抑制することができる。
【００３８】
このように、上記第１関係及び第２関係を有するよう燃焼筒５の内径Ｄ１及び長さＬを設定することにより、ＮＯｘの排出量を効果的に低減させることができると共に、火炎Ｈによるラジアントチューブ２の局部加熱を抑制することができる。
それ故、本例のラジアントチューブバーナ１によれば、ガスバーナ３の燃焼によって生じるＮＯｘの排出量を効果的に低減させると共に、ラジアントチューブ２の表面における温度分布のばらつきを抑制することができる。
【００３９】
（確認試験）
本確認試験においては、上述したラジアントチューブバーナ１において、上記燃焼筒５の内径と長さとを適切に設定した場合に、ガスバーナ３の燃焼によって生ずるＮＯｘの排出量を低減できることを確認した。
図３及び図４にＮＯｘの排出量の確認を行った結果を示す。図３は、横軸に燃焼筒５の内径Ｄ１をとり、縦軸にＮＯｘの排出量をとって、両者の関係を示すグラフである。図４は、横軸に、燃焼筒５における基端位置５０１から先端位置５０２までの長さＬをとり、縦軸にＮＯｘの排出量をとって、両者の関係を示すグラフである。
【００４０】
ここで、燃焼筒５の内径Ｄ１は、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する倍率（無次元数）で示し（Ｄ１＝Ｄ２×倍率）、燃焼筒５における基端位置５０１から先端位置５０２までの長さＬは、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する倍率（無次元数）で示す（Ｌ＝Ｄ２×倍率）。また、ＮＯｘの排出量は、基準とするＮＯｘ濃度（ｐｐｍ）に対する比率（無次元数）によって示す。
図３において、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する燃焼筒５の内径Ｄ１を大きくすると、燃焼筒５内における１段目の燃焼の断面積負荷（単位断面積あたりの燃焼量（ｋＷ／ｍｍ2））が小さくなり、ＮＯｘの排出量を低減できることがわかった。
【００４１】
一方、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する燃焼筒５の内径Ｄ１を大きくしすぎると、ラジアントチューブ２の内周面に燃焼筒５の外周面が干渉するおそれがある。また、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する燃焼筒５の内径Ｄ１が小さくなると、燃焼筒５内における１段目の燃焼の断面積負荷（単位断面積あたりの燃焼量（ｋＷ／ｍｍ2））が大きくなり、ＮＯｘの排出量を十分に低減させることが困難になることがわかった。
よって、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する燃焼筒５の内径Ｄ１は、０．６×Ｄ２≦Ｄ１＜Ｄ２の関係を有するよう決定することがＮＯｘの排出量を低減させるために最適であることがわかった。
【００４２】
また、図４において、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する燃焼筒５における基端位置５０１から先端位置５０２までの長さＬを長くすると、ＮＯｘの排出量を低減できることがわかった。一方、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する燃焼筒５における基端位置５０１から先端位置５０２までの長さＬを長くしすぎると、燃焼筒５をラジアントチューブ２内に配置することが困難になることがわかった。また、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する燃焼筒５における基端位置５０１から先端位置５０２までの長さＬが短くなると、十分な緩慢燃焼とならず、ＮＯｘの排出量を低減させることが困難になることがわかった。
よって、ラジアントチューブ２の内径Ｄ２に対する燃焼筒５における基端位置５０１から先端位置５０２までの長さＬは、４．５×Ｄ２≦Ｌ≦８×Ｄ２の関係を有するよう決定することがＮＯｘの排出量を低減させるために最適であることがわかった。
【００４３】
また、図５には、上記一対のガスバーナ３を交互に燃焼させて、ラジアントチューブバーナ１を配設した熱処理炉８内の温度が９５０℃で定常状態となったときに、上記Ｗ字形状のラジアントチューブ２の各部位における温度を測定した結果を示す。同図は、横軸にラジアントチューブ２の有効長さ（ｍｍ）をとり、縦軸にラジアントチューブ２の表面（外周面）の温度（℃）をとって、ラジアントチューブ２の表面の温度分布を示すグラフである。ここで、ラジアントチューブ２の有効長さ（ｍｍ）は、ラジアントチューブ２が熱処理炉８内に露出する位置（炉壁内面８０２）を０ｍｍとして示す。
同図より、本例のラジアントチューブバーナ１によれば、ラジアントチューブ２の表面における温度分布のばらつきを抑制できることがわかった。
【００４４】
これに対し、図６には、従来のラジアントチューブバーナ（燃焼筒の長さが短く、上記第２関係を有していないもの）を配設した熱処理炉内の温度が９５０℃で定常状態となったときに、上記Ｗ字形状のラジアントチューブ２の各部位における温度を測定した結果を示す。同図に示されるように、従来のラジアントチューブバーナにおいては、火炎が形成されるラジアントチューブ２のストレート部分の表面において局部的に高温になっていることがわかる。
この結果より、本例のラジアントチューブバーナ１によれば、ラジアントチューブ２の表面における温度分布のばらつきを効果的に抑制できることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施例において、ラジアントチューブバーナのガスバーナの周辺を示す断面説明図。
【図２】実施例において、ラジアントチューブバーナの全体を示す断面説明図。
【図３】確認試験において、横軸に燃焼筒の内径Ｄ１をとり、縦軸にＮＯｘの排出量をとって、両者の関係を示すグラフ。
【図４】確認試験において、横軸に燃焼筒における基端位置から先端位置までの長さＬをとり、縦軸にＮＯｘの排出量をとって、両者の関係を示すグラフ。
【図５】確認試験において、横軸にラジアントチューブの有効長さをとり、縦軸にラジアントチューブの表面の温度をとって、実施例のラジアントチューブの表面の温度分布を示すグラフ。
【図６】確認試験において、横軸にラジアントチューブの有効長さをとり、縦軸にラジアントチューブの表面の温度をとって、従来のラジアントチューブの表面の温度分布を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４６】
１ ラジアントチューブバーナ
２ ラジアントチューブ
２１ 第１ストレート部
２２ 第２ストレート部
２３ 第１ベンド部
２４ 第２ベンド部
３ ガスバーナ
４ バーナボディ
４１ ボディ通路
５ 燃焼筒
５０１ 基端位置
５０２ 先端位置
５１ 外側通路
５２ 内側通路
６ バーナガン
７１ 蓄熱体
８ 熱処理炉
Ｆ 燃料ガス
Ａ１ メイン空気
Ａ２ サブ空気
Ｇ 排気ガス
Ｈ 火炎
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理炉内に配設するラジアントチューブと、該ラジアントチューブの両端部に配設し、該ラジアントチューブ内に交互に火炎を形成する一対のガスバーナとを備え、上記ラジアントチューブからの輻射熱によって上記熱処理炉内を加熱するよう構成したラジアントチューブバーナにおいて、
上記ガスバーナは、上記熱処理炉の炉壁外面に配設するバーナボディと、該バーナボディの炉壁内面側の開口部から上記ラジアントチューブ内に挿入配置した燃焼筒と、上記バーナボディから上記燃焼筒内に挿入配置したバーナガンとを有しており、
上記ラジアントチューブと上記燃焼筒との間には、上記バーナボディ内に連通する外側通路が形成してあり、上記燃焼筒と上記バーナガンとの間には、上記バーナボディ内に連通する内側通路が形成してあり、
上記バーナボディ内には、排熱を回収する蓄熱体が配置してあり、
上記燃焼筒は、該燃焼筒の内径をＤ１、上記ラジアントチューブの内径をＤ２、当該燃焼筒における上記バーナガンの先端部の外周側に対応する基端位置から火炎を形成する方向における先端位置までの長さをＬとしたとき、０．６×Ｄ２≦Ｄ１＜Ｄ２の第１関係と、４．５×Ｄ２≦Ｌ≦８×Ｄ２の第２関係とを有していることを特徴とするラジアントチューブバーナ。
【請求項２】
請求項１において、上記ラジアントチューブは、互いに平行に並列配置した一対のストレート部を一端側において曲線状のベンド部によって連結してなるＵ字形状を有しており、
上記各ガスバーナによる火炎を、上記ストレート部から上記ベンド部を通過する位置まで形成するよう構成してあることを特徴とするラジアントチューブバーナ。
【請求項３】
請求項１において、上記ラジアントチューブは、上記ガスバーナを配設した第１ストレート部と、該第１ストレート部に平行に並列配置した第２ストレート部とを一端側において曲線状の第１ベンド部によって連結してなると共に、上記第２ストレート部の他端側同士を、曲線状の第２ベンド部によって連結してなるＷ字形状を有しており、
上記各ガスバーナによる火炎を、上記各第１ストレート部から上記各第１ベンド部を通過する位置まで形成するよう構成してあることを特徴とするラジアントチューブバーナ。
【請求項１】
熱処理炉内に配設するラジアントチューブと、該ラジアントチューブの両端部に配設し、該ラジアントチューブ内に交互に火炎を形成する一対のガスバーナとを備え、上記ラジアントチューブからの輻射熱によって上記熱処理炉内を加熱するよう構成したラジアントチューブバーナにおいて、
上記ガスバーナは、上記熱処理炉の炉壁外面に配設するバーナボディと、該バーナボディの炉壁内面側の開口部から上記ラジアントチューブ内に挿入配置した燃焼筒と、上記バーナボディから上記燃焼筒内に挿入配置したバーナガンとを有しており、
上記ラジアントチューブと上記燃焼筒との間には、上記バーナボディ内に連通する外側通路が形成してあり、上記燃焼筒と上記バーナガンとの間には、上記バーナボディ内に連通する内側通路が形成してあり、
上記バーナボディ内には、排熱を回収する蓄熱体が配置してあり、
上記燃焼筒は、該燃焼筒の内径をＤ１、上記ラジアントチューブの内径をＤ２、当該燃焼筒における上記バーナガンの先端部の外周側に対応する基端位置から火炎を形成する方向における先端位置までの長さをＬとしたとき、０．６×Ｄ２≦Ｄ１＜Ｄ２の第１関係と、４．５×Ｄ２≦Ｌ≦８×Ｄ２の第２関係とを有していることを特徴とするラジアントチューブバーナ。
【請求項２】
請求項１において、上記ラジアントチューブは、互いに平行に並列配置した一対のストレート部を一端側において曲線状のベンド部によって連結してなるＵ字形状を有しており、
上記各ガスバーナによる火炎を、上記ストレート部から上記ベンド部を通過する位置まで形成するよう構成してあることを特徴とするラジアントチューブバーナ。
【請求項３】
請求項１において、上記ラジアントチューブは、上記ガスバーナを配設した第１ストレート部と、該第１ストレート部に平行に並列配置した第２ストレート部とを一端側において曲線状の第１ベンド部によって連結してなると共に、上記第２ストレート部の他端側同士を、曲線状の第２ベンド部によって連結してなるＷ字形状を有しており、
上記各ガスバーナによる火炎を、上記各第１ストレート部から上記各第１ベンド部を通過する位置まで形成するよう構成してあることを特徴とするラジアントチューブバーナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−８２６１７（Ｐ２００８−８２６１７Ａ）
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６２７７８（Ｐ２００６−２６２７７８）
【出願日】平成１８年９月２７日（２００６．９．２７）
【出願人】（０００２２１８３４）東邦瓦斯株式会社 (440)
【出願人】（０００１４０３６２）株式会社横井機械工作所 (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２７日（２００６．９．２７）
【出願人】（０００２２１８３４）東邦瓦斯株式会社 (440)
【出願人】（０００１４０３６２）株式会社横井機械工作所 (9)
【Ｆターム（参考）】
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