ラジアントチューブバーナ
【課題】温度の均一性を図ると共に、割れを抑制し、耐久性に優れたセラミックス製のラジアントチューブを有するラジアントチューブバーナを提供する。
【解決手段】先端が閉塞し他端側を開口端とした、横断面形状が扁平楕円形状のセラミックスからなる外管4と、前記外管内に、外管の横断面における前記扁平楕円形状の長径方向に相対向し、かつ前記長径方向に対して垂直方向に軸線が位置するように配置された円筒形状のセラミックスからなる2本の内管5と、前記内管の側壁を貫通し、燃焼ガスを流出させる複数の流通穴5aと、前記複数の内管内部に夫々配設されたバーナ部6と、前記内管外側であって前記外管の開口端近傍に設けられた蓄熱部8と、前記内管内部に燃焼用空気を供給する吸気口2aと、前記蓄熱部を介して外管内の燃焼排ガスを排出する排気口2bとを備え、相対向して配置された内管内のバーナ部6によって交互に燃焼させる。
【解決手段】先端が閉塞し他端側を開口端とした、横断面形状が扁平楕円形状のセラミックスからなる外管4と、前記外管内に、外管の横断面における前記扁平楕円形状の長径方向に相対向し、かつ前記長径方向に対して垂直方向に軸線が位置するように配置された円筒形状のセラミックスからなる2本の内管5と、前記内管の側壁を貫通し、燃焼ガスを流出させる複数の流通穴5aと、前記複数の内管内部に夫々配設されたバーナ部6と、前記内管外側であって前記外管の開口端近傍に設けられた蓄熱部8と、前記内管内部に燃焼用空気を供給する吸気口2aと、前記蓄熱部を介して外管内の燃焼排ガスを排出する排気口2bとを備え、相対向して配置された内管内のバーナ部6によって交互に燃焼させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、工業用加熱炉、熱処理炉等に使用されるラジアントチューブバーナに関し、特に、ラジアントチューブがセラミックスからなるラジアントチューブバーナに関するものである。
【背景技術】
【0002】
例えば、工業用加熱炉、熱処理炉等の加熱炉において、炉内に燃焼ガスが存在すると悪影響を及ぼす加熱炉にあっては、炉内を燃焼ガスで満たす代わりに、ラジアントチューブバーナを用いて、間接加熱で高温の雰囲気を作り、被処理物の加熱処理を行っている。
このラジアントチューブバーナは、チューブ内でガスを燃焼させ、チューブ外表面からの輻射熱で、被処理物の加熱を行うものである。
【0003】
このラジアントチューブバーナとしては、シングルエンドの直管タイプのチューブを有するラジアントチューブバーナや、U字型やW字型のチューブを有するラジアントチューブバーナがある。これらラジアントチューブは、一般的に鋼管や鋳鉄管、あるいはセラミックス等の材料によって加工、製作される。
【0004】
しかしながら、鋼製や鋳鉄製のラジアントチューブにあっては、1000℃以上の高温領域において変形が大きく、耐久性に劣る。そのため、高温領域で用いられるラジアントチューブ材質としては、前記鋼や鋳鉄等の金属より、変形が小さく、耐久性に優れた炭化珪素などのセラミックスが望ましく、直管タイプのシングルエンド型のラジアントチューブバーナでは、SiC(炭化珪素)セラミックス製のラジアントチューブバーナが実用化されている。
【0005】
一方、U字型やW字型のチューブを有するラジアントチューブバーナは、シングルエンドの直管タイプのチューブを有するラジアントチューブバーナに比べて、高効率で伝熱量が大きいため望ましいものであるが、U字型やW字型のチューブをセラミックスで製造することが困難であった。
そのため、U字型やW字型の鋼製のチューブを有するラジアントチューブバーナは、実用化されているものの、U字型やW字型のセラミックス製のチューブを有するラジアントチューブバーナは、殆ど実用化されていない。
【0006】
また、セラミックス製のラジアントチューブを有するバーナとしては、例えば、特許文献1に示されるような、断面形状が扁平楕円形状のラジアントチューブを有するラジアントチューブバーナが提案されている。この特許文献1に示されたラジアントチューブバーナを図13に基づいて説明する。
このラジアントチューブバーナ100は、一端側を開口端としたラジアントチュ−ブ101を有し、このラジアントチュ−ブ101の開口端に、第1、第2の蓄熱体102a、102bを装着すると共に、第1、第2蓄熱体102a、102b間に、ラジアントチュ−ブ101内にノズルを臨ませて燃料を噴射する燃料供給パイプ103が配置されている。
前記ラジアントチュ−ブ101は、断面が図中、断面長手側寸法Hを短手側寸法Sに比較して大とした扁平な楕円形状に形成され、セラミックスにより構成されている。
【0007】
前記第1、第2蓄熱体102a、102b外側の近接した箇所には、燃焼用空気が第1、第2蓄熱体102a、102bにあたるように空気供給経路を介して空気ノズル(図示省略)が配設されている。これら空気ノズルから前記第1、第2蓄熱体102a、102bに噴出させる際、その噴出エネルギーによって、周辺空気、排気ガス等を吸引してチューブ内にもたらすようになされている。
【0008】
そして、図示しない切換弁を切り換えて空気供給経路から空気ノズルへ燃焼用空気を供給し、この燃焼用空気を第1、第2蓄熱体102a、102bのうちの一方に向かって噴出させると、その噴出エネルギーによって、周辺空気、排気ガス等を吸引して第1、第2蓄熱体 102a、102bのうちの一方を通過してチューブ内に至ると共に、燃料供給パイプ103からチューブ内に燃料を噴射して燃焼を行う。
【0009】
また、前記燃焼ガスは、燃焼用空気を取り入れた以外の蓄熱体102a、102bに至り、この燃焼用空気を取り入れた以外の蓄熱体102a、102bを燃焼ガスが通過する際に、燃焼ガスの廃熱が燃焼用空気を取り入れた以外の蓄熱体102a、102bによって回収され、次の燃焼に供する燃焼用空気の予熱をする。
このように切換弁を切り換えて、交互に燃焼用空気を第1、第2蓄熱体102a、102bを介して供給することで、燃焼が実行される。尚、図14に示すように、特許文献1では、燃焼ガスと排気ガスの一様な流れを形成するため、ラジアントチューブの中央に仕切り板104を設置したものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開平10−132222号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
ところで、特許文献1に示されたラジアントチューブバーナにあっては、セラミックス製のラジアントチューブの断面形状が扁平楕円形状であるため、ラジアントチューブバーナの昇温時に温度ムラによる熱応力により割れが発生するという技術的課題があった。また、ラジアントチューブの中央に仕切り板が設置されているが、仕切り板の先端部分とラジアントチューブの内壁とのクリアランス(隙間)設定が難しく、ラジアントチューブ全体を均一に加熱することが難しく、温度の均一性に劣るという技術的課題があった。
【0012】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、温度の均一性を図ると共に、割れを抑制し、耐久性に優れたセラミックス製のラジアントチューブを有す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。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記課題を解決するためになされた本発明にかかるラジアントチューブバーナは、先端が閉塞し他端側を開口端とした、横断面形状が扁平楕円形状のセラミックスからなる外管と、前記外管内に、外管の横断面における前記扁平楕円形状の長径方向に相対向し、かつ前記長径方向に対して垂直方向に軸線が位置するように配置された円筒形状のセラミックスからなる2本の内管と、前記内管の側壁を貫通し、燃焼ガスを流出させる複数の流通穴と、前記複数の内管内部に夫々配設されたバーナ部と、前記内管外側であって前記外管の開口端近傍に設けられた蓄熱部と、前記内管内部に燃焼用空気を供給する吸気口と、前記蓄熱部を介して外管内の燃焼排ガスを排出する排気口とを備え、相対向して配置された内管内のバーナ部が交互に燃焼を行うことを特徴としている。
【0014】
このように、本発明にあっては、横断面形状が扁平楕円形状のセラミックスからなる外管内に内管を設置すると共に、この内管内部にバーナ部を配置し、局所的な加熱を抑制しているため、外管及び内管の割れを抑制でき、耐久性を向上せることがきる。
しかも、前記内管を、外管の横断面における前記扁平楕円形状の長径方向に相対向し、かつ前記長径方向に対して垂直方向に軸線が位置するように配置すると共に、前記内管の側壁(管壁)を貫通し、燃焼ガスを流出させる複数の流通穴が設けられているため、外管を均一に加熱することができ、温度の均一性を図ることができる。
【0015】
ここで、前記内管に形成された流通穴は、横断面形状が扁平楕円形状の外管の短径方向を境にして、外管曲面側に対向した側の流通穴の総開口面積が、他の内管に対向した側の流通穴の総開口面積より大きくなるように形成されていることが望ましい。
このように、外管曲面側に対向した側の流通穴の総開口面積が、他の内管に対向した側の流通穴の総開口面積より大きくなるように形成されているため、流通穴から流出する燃焼ガスの流量は、外管曲面側が多く、他の内管に対向した側は少ない。
その結果、外管曲面側から流出した燃焼ガスは外管の内部曲面に当たり、外管内部の雰囲気を撹拌し、外管内部の温度をより均一になすことができる。
【0016】
尚、前記内管に形成された流通穴は、横断面形状が扁平楕円形状の外管の短径方向を境にして、外管曲面側に対向した側に形成され、外管の短径方向側には流通穴を形成しないか又は小径にした方が良い。
【0017】
更に、前記内管の先端が外管の底部から50mm以上離れていることが望ましく、また前記外管及び内管が炭化珪素焼結体であることが望ましい。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、温度の均一性を図ると共に、割れを抑制し、耐久性に優れたセラミックス製のラジアントチューブを有するラジアントチューブバーナを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の実施形態にかかるラジアントチューブバーナを示す断面図である。
【図2】図1に示すI−I断面図である。
【図3】図1に示す内管に形成された貫通した流通穴を示す正面図である。
【図4】図3に示した流通穴の変形例を示す図であって、(a)は流通穴の配置の変形例を示す図、(b)は流通穴の直径の変形例を示す図である。
【図5】図1に示す内管の第1の変形例であって、図1に示すI−I断面図である。
【図6】図5に示す内管に形成された貫通した流通穴を示す正面図である。
【図7】図5に示した流通穴の変形例を示す図であって、(a)は流通穴の配置の変形例を示す図、(b)は流通穴の直径の変形例を示す図である。
【図8】図1に示す内管の第2の変形例であって、図1に示すI−I断面図である。
【図9】図8に示す内管に形成された貫通した流通穴を示す正面図である。
【図10】図8に示した流通穴の変形例を示す図であって、(a)は流通穴の配置の変形例を示す図、(b)は流通穴の直径の変形例を示す図である。
【図11】図1に示す内管の第3の変形例であって、図1に示すI−I断面図である。
【図12】図11に示す内管に形成された貫通した流通穴を示す図であって、(a)はII方向からの矢視図、(b)はIII方向からの矢視図である。
【図13】従来のラジアントチューブバーナを示す図である。
【図14】従来の他のラジアントチューブバーナを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明にかかるラジアントチューブバーナについて、図1乃至図4を参照しながら説明する。このラジアントチューブバーナ1は、加熱炉50の外面51に取り付けられるバーナボディ部2と、内部においてガスを燃焼させる燃焼筒部3とを備えている。前記バーナボディ部2は、燃焼用空気Aを流入させるための吸気口2aと、燃焼排ガスを排出する排気口2bとが形成されている。
【0021】
また、燃焼筒部3は、横断面形状が扁平楕円形状のセラミックスからなる外管4と、前記外管4内に収容された円筒形状セラミックスからなる2本の内管5と、夫々の内管の内部に配設されたバーナ部6とを備えている。
前記外管4は、前記バーナボディ部2から下方に突出し、先端(一端)が閉塞し、他端側を開口端とされている。図1に示す縦断面図に示すように、外管4の側壁4aは直線状に形成され、先端部4bは所定の曲率半径を有する曲面形状を有している。
【0022】
また、図2の横断面図に示すように、外管4の両側側部4cは所定の半径を有する曲面形状を有し、前記両側側部4cを直線状の側壁4aで結ばれた、いわゆる扁平楕円形状になされている。
更に、前記外管4の開口端部にはフランジ部4dが形成され、前記フランジ部4dによって加熱炉50の外面51に取り付けられるように構成されている。
【0023】
また、前記内管5は、図1、2に示すように、前記外管4内に、外管4の横断面における前記扁平楕円形状の長径方向に相対向し、かつ前記長径方向Xに対して垂直方向Zに軸線が位置するように、2本配置されている。この内管5の両端部は開口されており、円筒状に形成されている。
またこの内管5の側壁には、図2、図3に概略図で示されているが、内管の側壁(周壁)を貫通し、この内管5内の燃焼ガスを流出させる複数の流通穴5aが形成されている。
この複数の流通穴5aは、図2、図3に示すように、内管5の周方向に所定の間隔、例えば、45度間隔で設けられ、かつ隣接する上下の流通穴5aが軸線方向(Z方向)において重なり合わないように、所定角度(22.5度)間隔でずれながら、内管5の軸線方向(Z方向)に所定の間隔をもって設けられている。
【0024】
この複数の流通穴5aは、前記したように燃焼ガスを内管5内から流出(噴出)させるための穴であって、流通穴5aから流出(噴出)する燃焼ガスにより、外管5内部の雰囲気ガスを撹拌することができ、外管4内部の温度のばらつきを軽減し、外管4の温度をより均一になすものである。
【0025】
この内管5の側壁に形成される複数の穴は、図4(a)に示すように、上端部側と下端部側とで流通穴5aの数を変えても良く、また、図4(b)に示すように、流通穴5aの径を変えても良い。この場合、内管の下端側が穴の数が大きく、また穴の径を大きく形成するのが好ましい。
このように、内管5の下端部側の流通穴5aの数が多く、あるいは流通穴5aの径を大きく形成した場合には、下端部側の流通穴5aからより多くの燃焼ガスが流出(噴出)するため、外管5内部の雰囲気ガスをより撹拌することができ、外管4の温度をより均一にすることができる。
【0026】
更に、前記内管5の上端部にはフランジ部5bが形成され、前記フランジ部5bによってバーナボディ部2に取り付けられるように構成されている。
【0027】
前記加熱炉50の内面52から突出した内管の長さ寸法L2及び外管の長さ寸法L1の差が50mm以上に形成されている。
これにより、外管4の鉛直方向(Z方向)において、温度のばらつきが生じることを抑制することができる。
【0028】
また、内管5の下端部には、傾斜状に絞ったスワラ(旋回器)7が設けられ、内管4の下端部41から噴出させる燃焼ガスGaを旋回流になすと共に、流速を大きくすることができるため、外管4内部の燃焼空間内の雰囲気ガスをより撹拌することができ、外管4内部の温度のばらつきを軽減し、外管4の温度をより均一にすることができる。
【0029】
また、前記内管5の内部に配設されたバーナ部6は、燃焼ガスを供給するガス管6a及びガスノズル6bと、それらを覆うバーナ管6cとを備えている。このバーナ部6の先端部は、前記加熱炉50の内面52と略同じ位置(同じ高さ)に配置されている。
【0030】
更に、内管5の外側であって、前記外管4の開口端近傍には蓄熱部8が設けられている。この蓄熱部はハニカムから構成され、内管5と外管4内の空間dから燃焼ガスを排気する際、この蓄熱部8を通過することにより、燃焼ガスの排熱が回収されるように構成されている。
燃焼排ガスGbは、蓄熱部8によって排熱が回収された後、外部へ排気される。このように、燃焼排ガスGbの排熱を回収することができ、エネルギー効率を向上させることができる。
【0031】
具体的には、前記バーナボディ部2には燃焼用空気流路が形成され、この燃焼用空気流路は、前記吸気口2aからボディ部2内の空間a、内管5の上端部において内管5内部と連通される空間b、内管5内部(内管5内部とバーナ部6)との間の空間cに連通形成されている。
また、前記バーナボディ部2には排気流路が形成され、この排気流路は、内管5と外管4との間の空間d、外管4の開口端部の近傍に設けられた蓄熱部8を介して、排気口2bに連通形成されている。
【0032】
そして、このように形成されたラジアントチューブバーナ1にあっては、吸気口2aから流入した燃焼用空気Aは、ボディ部2内の空間a、内管5の上端部において内管5内部と連通される空間b、内管5内部(内管5内部とバーナ部6)との間の空間cへ流入する。
そして、ガスノズル6bから噴出された燃料ガスFは、内管5内を通過する燃焼用空気Aと混合されて燃焼し、燃焼ガスGa及び燃焼火炎を形成する。
【0033】
一方、燃焼ガスGaは、もう一方のバーナボディ部2における内管5と外管4との間の空間d、外管の開口端部の近傍に設けられた蓄熱部8を介して、排気口2bから排出される。この際、蓄熱部8を加熱(熱を回収)し、排気口2bから外部へ排気される。
この蓄熱部8に蓄熱された熱は、バーナボディ部2の壁面及び内管の壁面(側面)を伝熱面として、燃焼用空気Aを予熱(加温)するために用いられる。また、この蓄熱体8は2つの内管の周囲を覆っているため、30秒ごとに交互に燃焼が切り替えられた際、他方の内管5内に供給される燃焼用空気Aを予熱(加温)するために用いられる。
【0034】
上記したように、本発明にかかるラジアントチューブバーナ1にあっては、前記外管4、内管5は、セラミックス、例えば、炭化珪素焼結体により形成されるため、金属製の管に比較して1000℃以上の高温燃焼に耐えられるものとなる。また、外管4を断面形状が扁平な楕円形状としたことにより、小さな設置スペースに対し伝熱面積を大きくとることができ、被処理物を効果的に加熱することができる。
また、横断面形状が扁平楕円形状のセラミックスからなる外管4内に2本の内管5を設置すると共に、この内管5内部にバーナ部6を配置し、局所的な加熱を抑制しているため、外管4及び内管5の割れを抑制でき、耐久性を向上せることがきる。
しかも、前記内管5を、外管4の横断面における前記扁平楕円形状の長径方向に相対向して配置し、かつ前記長径方向に対して垂直方向に内管5の軸線を配置している。更に、前記内管5の側壁(側面)を貫通した、燃焼ガスを流出させる複数の流通穴5aが設けられているため、外管4を均一に加熱することができ、温度の均一性を図ることができる。
【0035】
更に、図5乃至図7に基づいて、内管の第1の変形例を説明する。
この第1の変形例は、前記内管5に形成された流通穴5aが、横断面形状が扁平楕円形状の外管4の短径方向Yを境にして、外管側部4cに対向した側に形成され、他方の内管5に対向した側には形成されていない。また、外管側部4c(曲面側)に対向した側に形成された複数の流通穴5aは、図6に示すように、内管5の軸線方向に所定の間隔をもって設けられている。
【0036】
この内管5の側壁に形成される複数の流通穴5aは、縦一列(内管の軸線方向に一列)ではなく、横方向にずれた、いわゆる千鳥状に形成するのが好ましく、一方、図7(a)(b)に示すように、上端部側と下端部側とで穴の数を変えても良く、また穴の径を変えても良い。この場合、内管の下端側が穴の数が大きく、また穴の径を大きく形成するのが好ましい。
このように、内管5の下端部側の流通穴5aの数が多く、あるいは流通穴5aの径を大きく形成した場合には、下端部側の流通穴5aからより多くの燃焼ガスが流出(噴出)するため、外管5内部の雰囲気ガスをより撹拌することができ、外管4の温度を均一にすることができる。
【0037】
図8乃至図10に基づいて、内管5の第2の変形例を説明する。
この第2の変形例は、前記内管5に形成された流通穴5aが扁平楕円形状の外管4の短径方向Yを境にして、外管側部4c(曲面側)に対向した側に径方向に45度間隔で形成され、他方の内管5に対向した側には形成されていない。外管側部4c(曲面側)に対向した側に形成された複数の流通穴5aは、図9に示すように、内管5の軸線方向に所定の間隔をもって設けられている。
前記内管5に形成された流通穴5aから流出した燃焼ガスは、外管側部4c(曲面側)に当たり、外管内部の雰囲気を撹拌し、外管内部の温度を均一になすことができる。
【0038】
この内管5の側壁に形成される複数の流通穴5aは、図10(a)(b)に示すように、上端部側と下端部側とで穴の数を変えても良く、また穴の径を変えても良い。この場合、内管の下端側が穴の数が大きく、また穴の径を大きく形成するのが好ましい。
この場合においても、前記した第1の変形例と同様に、内管5の下端部側の流通穴5aの数が多く、あるいは流通穴5aの径を大きく形成した場合には、下端部側の流通穴5aからより多くの燃焼ガスが流出(噴出)するため、外管5内部の雰囲気ガスをより撹拌することができ、外管4の温度をより均一にすることができる。
【0039】
図11乃至図12に基づいて、内管の第3の変形例を説明する。
この第3の変形例は、前記内管に形成された流通穴5aは、扁平楕円形状の外管5の短径方向Yを境にして、外管側部4c(曲面側)側に対向した側の流通穴5aの総開口面積が、他方の内管5に対向した側の流通穴5aの総開口面積側より大きくなるように形成されている。
【0040】
具体的には、図11に示すように、同一横断面上において、前記内管5形成された流通穴5aが、扁平楕円形状の外管4の短径方向Yを境にして、外管側部4c(曲面側)側に対向した側に径方向に45度間隔で3個形成され、他方の内管5に対向した側には1個の流通穴5aが形成されている。更に、外管側部4c(曲面側)側に対向した側に形成された複数の穴は、図12(a)に示すように、内管5の軸線方向に所定の間隔をもって設けられている。また、他方の内管に対向した側に形成された流通穴5aは、図12(b)に示すように、内管5の軸線方向に所定の間隔をもって設けられている。
前記流通穴5aは同一の径によって形成されおり、その結果、外管側部4c(曲面側)側に対向した側の流通穴5aの総開口面積が、他方の内管5に対向した側の流通穴5aの総開口面積の3倍に形成されている。
【0041】
このように、内管5に形成された流通穴5aは、扁平楕円形状の外管4の短径方向Yを境にして、外管側部4c(曲面側)側に対向した側の流通穴5aの総開口面積が、他方の内管5に対向した側の流通穴5aの総開口面積側より大きくなるように形成されている場合には、外管側部4c(曲面側)側により多くの燃焼ガスが流出(噴出)するため、外管5内部の雰囲気ガスをより撹拌することができ、外管4の温度をより均一にすることができる。
【0042】
尚、この内管5の側壁に形成される複数の流通穴5aは、同じ高さ(同一面上)に、いわゆる横一列ではなく千鳥状に、高さを変えて形成するのが好ましく、一方、図7(a)(b)、図10(a)(b)に示すように、上端部側と下端部側とで穴の数を変えても良く、また穴の径を変えても良い。この場合、内管5の下端側が穴の数が大きく、また穴の径を大きく形成するのが好ましい。又、短径方向Y側にも穴の総開口面積が小さければ、外管5内部の雰囲気ガスをより撹拌することができ、外管4の温度をより均一にすることができる。一方、穴の形状としては、スリット形状でも同様な効果がある。
【実施例】
【0043】
(実験例1)
実施例1として、図1に示す構造のラジアントチューブバーナにおいて、断面形状(長軸長さ400mm、短軸長さ130mm)、肉厚15mm、長さ2000mmの炭化珪素焼結体製の楕円形ラジアントチューブの外管4を炉内にセットし、更に図11、図12に示すような断面形状が円(外径100mm、内径80mm)、長さ1000mmの炭化珪素焼結体製の内管5を、2本セットとし、内管内に燃焼用のバーナ部6をセットした。このとき、図1に示すL1とL2との差は、150mmとした。
【0044】
前記内管5に形成された流通穴5aは、扁平楕円形状の外管の短径方向を境にして、外管曲面側に対向した側に径方向に45度間隔で3個形成され、他方の内管に対向した側には1個の穴が形成されている。更に、外管曲面側に対向した側に形成された複数の流通穴5aは、図12(a)に示すように、内管5の軸線方向に、50mm間隔をもって設けられている。更に、加熱炉50の上端部側の流通穴5aの直径を10mmとし、それより下方の下端側の穴の直径を15mmとした。
【0045】
その後、バーナ部6を点火し、燃焼量を20000kwで昇温をおこない、定常状態になったときの外管4の側部(曲面部)の下端部の表面温度を測定した。表面温度差の測定は、事前に外管表面に熱電対を貼り付け、その最小値と最大値との差により求めた。
その結果、その表面温度差は、107℃であり、表面温度から熱応力解析で求めた熱応力は20MPaであった。
【0046】
また、比較例1として、図14に示すラジアントチュ−ブバーナを用いた。
そして、同様にして、燃料供給パイプ103を点火し、燃焼量を20000kwで昇温をおこない、定常状態になったときのラジアントチュ−ブの側部(曲面部)の下端部の表面温度を測定した。
その結果、その表面温度差は、239℃であり、表面温度から熱応力解析で求めた熱応力は57MPaであった。
【0047】
この実験例1から明らかなように、本発明にかかるラジアントチューブバーナにあっては、温度差が小さく、熱応力も小さいため、外管、内管の割れを抑制でき、耐久性を向上せることができることが確認できた。
【0048】
(実験例2)
外管の長さ寸法L1と内管の長さ寸法L2との差については、実施例1の150mm差の場合、表面温度差が107℃であり、熱応力は20Paであった。
また、実施例1において、外管の長さ寸法L1と内管の長さ寸法L2との差を50mmの場合を比較例2とした。この比較例2の50mm差の場合、表面温度差は、232℃であり、熱応力は44Paであった。
更に、実施例1において、外管の長さ寸法L1と内管の長さ寸法L2との差を300mmの場合を実施例2とした。この実施例2の300mm差の場合、表面温度差は、150℃であり、熱応力は30MPaであった。
このように、外管の長さ寸法L1と内管の長さ寸法L2との差が50mm以下の場合、内管の先端部が外管底部に近接し、表面温度差及び熱応力が大きくなり好ましくないことが確認された。
【符号の説明】
【0049】
1 ラジアントチューブバーナ
2 バーナボディ部
2a 吸気口
2b 排気口
3 燃焼筒部
4 外管
5 内管
5a 流通穴
6 バーナ部
8 蓄熱部
【技術分野】
【0001】
本発明は、工業用加熱炉、熱処理炉等に使用されるラジアントチューブバーナに関し、特に、ラジアントチューブがセラミックスからなるラジアントチューブバーナに関するものである。
【背景技術】
【0002】
例えば、工業用加熱炉、熱処理炉等の加熱炉において、炉内に燃焼ガスが存在すると悪影響を及ぼす加熱炉にあっては、炉内を燃焼ガスで満たす代わりに、ラジアントチューブバーナを用いて、間接加熱で高温の雰囲気を作り、被処理物の加熱処理を行っている。
このラジアントチューブバーナは、チューブ内でガスを燃焼させ、チューブ外表面からの輻射熱で、被処理物の加熱を行うものである。
【0003】
このラジアントチューブバーナとしては、シングルエンドの直管タイプのチューブを有するラジアントチューブバーナや、U字型やW字型のチューブを有するラジアントチューブバーナがある。これらラジアントチューブは、一般的に鋼管や鋳鉄管、あるいはセラミックス等の材料によって加工、製作される。
【0004】
しかしながら、鋼製や鋳鉄製のラジアントチューブにあっては、1000℃以上の高温領域において変形が大きく、耐久性に劣る。そのため、高温領域で用いられるラジアントチューブ材質としては、前記鋼や鋳鉄等の金属より、変形が小さく、耐久性に優れた炭化珪素などのセラミックスが望ましく、直管タイプのシングルエンド型のラジアントチューブバーナでは、SiC(炭化珪素)セラミックス製のラジアントチューブバーナが実用化されている。
【0005】
一方、U字型やW字型のチューブを有するラジアントチューブバーナは、シングルエンドの直管タイプのチューブを有するラジアントチューブバーナに比べて、高効率で伝熱量が大きいため望ましいものであるが、U字型やW字型のチューブをセラミックスで製造することが困難であった。
そのため、U字型やW字型の鋼製のチューブを有するラジアントチューブバーナは、実用化されているものの、U字型やW字型のセラミックス製のチューブを有するラジアントチューブバーナは、殆ど実用化されていない。
【0006】
また、セラミックス製のラジアントチューブを有するバーナとしては、例えば、特許文献1に示されるような、断面形状が扁平楕円形状のラジアントチューブを有するラジアントチューブバーナが提案されている。この特許文献1に示されたラジアントチューブバーナを図13に基づいて説明する。
このラジアントチューブバーナ100は、一端側を開口端としたラジアントチュ−ブ101を有し、このラジアントチュ−ブ101の開口端に、第1、第2の蓄熱体102a、102bを装着すると共に、第1、第2蓄熱体102a、102b間に、ラジアントチュ−ブ101内にノズルを臨ませて燃料を噴射する燃料供給パイプ103が配置されている。
前記ラジアントチュ−ブ101は、断面が図中、断面長手側寸法Hを短手側寸法Sに比較して大とした扁平な楕円形状に形成され、セラミックスにより構成されている。
【0007】
前記第1、第2蓄熱体102a、102b外側の近接した箇所には、燃焼用空気が第1、第2蓄熱体102a、102bにあたるように空気供給経路を介して空気ノズル(図示省略)が配設されている。これら空気ノズルから前記第1、第2蓄熱体102a、102bに噴出させる際、その噴出エネルギーによって、周辺空気、排気ガス等を吸引してチューブ内にもたらすようになされている。
【0008】
そして、図示しない切換弁を切り換えて空気供給経路から空気ノズルへ燃焼用空気を供給し、この燃焼用空気を第1、第2蓄熱体102a、102bのうちの一方に向かって噴出させると、その噴出エネルギーによって、周辺空気、排気ガス等を吸引して第1、第2蓄熱体 102a、102bのうちの一方を通過してチューブ内に至ると共に、燃料供給パイプ103からチューブ内に燃料を噴射して燃焼を行う。
【0009】
また、前記燃焼ガスは、燃焼用空気を取り入れた以外の蓄熱体102a、102bに至り、この燃焼用空気を取り入れた以外の蓄熱体102a、102bを燃焼ガスが通過する際に、燃焼ガスの廃熱が燃焼用空気を取り入れた以外の蓄熱体102a、102bによって回収され、次の燃焼に供する燃焼用空気の予熱をする。
このように切換弁を切り換えて、交互に燃焼用空気を第1、第2蓄熱体102a、102bを介して供給することで、燃焼が実行される。尚、図14に示すように、特許文献1では、燃焼ガスと排気ガスの一様な流れを形成するため、ラジアントチューブの中央に仕切り板104を設置したものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開平10−132222号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
ところで、特許文献1に示されたラジアントチューブバーナにあっては、セラミックス製のラジアントチューブの断面形状が扁平楕円形状であるため、ラジアントチューブバーナの昇温時に温度ムラによる熱応力により割れが発生するという技術的課題があった。また、ラジアントチューブの中央に仕切り板が設置されているが、仕切り板の先端部分とラジアントチューブの内壁とのクリアランス(隙間)設定が難しく、ラジアントチューブ全体を均一に加熱することが難しく、温度の均一性に劣るという技術的課題があった。
【0012】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、温度の均一性を図ると共に、割れを抑制し、耐久性に優れたセラミックス製のラジアントチューブを有す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。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記課題を解決するためになされた本発明にかかるラジアントチューブバーナは、先端が閉塞し他端側を開口端とした、横断面形状が扁平楕円形状のセラミックスからなる外管と、前記外管内に、外管の横断面における前記扁平楕円形状の長径方向に相対向し、かつ前記長径方向に対して垂直方向に軸線が位置するように配置された円筒形状のセラミックスからなる2本の内管と、前記内管の側壁を貫通し、燃焼ガスを流出させる複数の流通穴と、前記複数の内管内部に夫々配設されたバーナ部と、前記内管外側であって前記外管の開口端近傍に設けられた蓄熱部と、前記内管内部に燃焼用空気を供給する吸気口と、前記蓄熱部を介して外管内の燃焼排ガスを排出する排気口とを備え、相対向して配置された内管内のバーナ部が交互に燃焼を行うことを特徴としている。
【0014】
このように、本発明にあっては、横断面形状が扁平楕円形状のセラミックスからなる外管内に内管を設置すると共に、この内管内部にバーナ部を配置し、局所的な加熱を抑制しているため、外管及び内管の割れを抑制でき、耐久性を向上せることがきる。
しかも、前記内管を、外管の横断面における前記扁平楕円形状の長径方向に相対向し、かつ前記長径方向に対して垂直方向に軸線が位置するように配置すると共に、前記内管の側壁(管壁)を貫通し、燃焼ガスを流出させる複数の流通穴が設けられているため、外管を均一に加熱することができ、温度の均一性を図ることができる。
【0015】
ここで、前記内管に形成された流通穴は、横断面形状が扁平楕円形状の外管の短径方向を境にして、外管曲面側に対向した側の流通穴の総開口面積が、他の内管に対向した側の流通穴の総開口面積より大きくなるように形成されていることが望ましい。
このように、外管曲面側に対向した側の流通穴の総開口面積が、他の内管に対向した側の流通穴の総開口面積より大きくなるように形成されているため、流通穴から流出する燃焼ガスの流量は、外管曲面側が多く、他の内管に対向した側は少ない。
その結果、外管曲面側から流出した燃焼ガスは外管の内部曲面に当たり、外管内部の雰囲気を撹拌し、外管内部の温度をより均一になすことができる。
【0016】
尚、前記内管に形成された流通穴は、横断面形状が扁平楕円形状の外管の短径方向を境にして、外管曲面側に対向した側に形成され、外管の短径方向側には流通穴を形成しないか又は小径にした方が良い。
【0017】
更に、前記内管の先端が外管の底部から50mm以上離れていることが望ましく、また前記外管及び内管が炭化珪素焼結体であることが望ましい。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、温度の均一性を図ると共に、割れを抑制し、耐久性に優れたセラミックス製のラジアントチューブを有するラジアントチューブバーナを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の実施形態にかかるラジアントチューブバーナを示す断面図である。
【図2】図1に示すI−I断面図である。
【図3】図1に示す内管に形成された貫通した流通穴を示す正面図である。
【図4】図3に示した流通穴の変形例を示す図であって、(a)は流通穴の配置の変形例を示す図、(b)は流通穴の直径の変形例を示す図である。
【図5】図1に示す内管の第1の変形例であって、図1に示すI−I断面図である。
【図6】図5に示す内管に形成された貫通した流通穴を示す正面図である。
【図7】図5に示した流通穴の変形例を示す図であって、(a)は流通穴の配置の変形例を示す図、(b)は流通穴の直径の変形例を示す図である。
【図8】図1に示す内管の第2の変形例であって、図1に示すI−I断面図である。
【図9】図8に示す内管に形成された貫通した流通穴を示す正面図である。
【図10】図8に示した流通穴の変形例を示す図であって、(a)は流通穴の配置の変形例を示す図、(b)は流通穴の直径の変形例を示す図である。
【図11】図1に示す内管の第3の変形例であって、図1に示すI−I断面図である。
【図12】図11に示す内管に形成された貫通した流通穴を示す図であって、(a)はII方向からの矢視図、(b)はIII方向からの矢視図である。
【図13】従来のラジアントチューブバーナを示す図である。
【図14】従来の他のラジアントチューブバーナを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明にかかるラジアントチューブバーナについて、図1乃至図4を参照しながら説明する。このラジアントチューブバーナ1は、加熱炉50の外面51に取り付けられるバーナボディ部2と、内部においてガスを燃焼させる燃焼筒部3とを備えている。前記バーナボディ部2は、燃焼用空気Aを流入させるための吸気口2aと、燃焼排ガスを排出する排気口2bとが形成されている。
【0021】
また、燃焼筒部3は、横断面形状が扁平楕円形状のセラミックスからなる外管4と、前記外管4内に収容された円筒形状セラミックスからなる2本の内管5と、夫々の内管の内部に配設されたバーナ部6とを備えている。
前記外管4は、前記バーナボディ部2から下方に突出し、先端(一端)が閉塞し、他端側を開口端とされている。図1に示す縦断面図に示すように、外管4の側壁4aは直線状に形成され、先端部4bは所定の曲率半径を有する曲面形状を有している。
【0022】
また、図2の横断面図に示すように、外管4の両側側部4cは所定の半径を有する曲面形状を有し、前記両側側部4cを直線状の側壁4aで結ばれた、いわゆる扁平楕円形状になされている。
更に、前記外管4の開口端部にはフランジ部4dが形成され、前記フランジ部4dによって加熱炉50の外面51に取り付けられるように構成されている。
【0023】
また、前記内管5は、図1、2に示すように、前記外管4内に、外管4の横断面における前記扁平楕円形状の長径方向に相対向し、かつ前記長径方向Xに対して垂直方向Zに軸線が位置するように、2本配置されている。この内管5の両端部は開口されており、円筒状に形成されている。
またこの内管5の側壁には、図2、図3に概略図で示されているが、内管の側壁(周壁)を貫通し、この内管5内の燃焼ガスを流出させる複数の流通穴5aが形成されている。
この複数の流通穴5aは、図2、図3に示すように、内管5の周方向に所定の間隔、例えば、45度間隔で設けられ、かつ隣接する上下の流通穴5aが軸線方向(Z方向)において重なり合わないように、所定角度(22.5度)間隔でずれながら、内管5の軸線方向(Z方向)に所定の間隔をもって設けられている。
【0024】
この複数の流通穴5aは、前記したように燃焼ガスを内管5内から流出(噴出)させるための穴であって、流通穴5aから流出(噴出)する燃焼ガスにより、外管5内部の雰囲気ガスを撹拌することができ、外管4内部の温度のばらつきを軽減し、外管4の温度をより均一になすものである。
【0025】
この内管5の側壁に形成される複数の穴は、図4(a)に示すように、上端部側と下端部側とで流通穴5aの数を変えても良く、また、図4(b)に示すように、流通穴5aの径を変えても良い。この場合、内管の下端側が穴の数が大きく、また穴の径を大きく形成するのが好ましい。
このように、内管5の下端部側の流通穴5aの数が多く、あるいは流通穴5aの径を大きく形成した場合には、下端部側の流通穴5aからより多くの燃焼ガスが流出(噴出)するため、外管5内部の雰囲気ガスをより撹拌することができ、外管4の温度をより均一にすることができる。
【0026】
更に、前記内管5の上端部にはフランジ部5bが形成され、前記フランジ部5bによってバーナボディ部2に取り付けられるように構成されている。
【0027】
前記加熱炉50の内面52から突出した内管の長さ寸法L2及び外管の長さ寸法L1の差が50mm以上に形成されている。
これにより、外管4の鉛直方向(Z方向)において、温度のばらつきが生じることを抑制することができる。
【0028】
また、内管5の下端部には、傾斜状に絞ったスワラ(旋回器)7が設けられ、内管4の下端部41から噴出させる燃焼ガスGaを旋回流になすと共に、流速を大きくすることができるため、外管4内部の燃焼空間内の雰囲気ガスをより撹拌することができ、外管4内部の温度のばらつきを軽減し、外管4の温度をより均一にすることができる。
【0029】
また、前記内管5の内部に配設されたバーナ部6は、燃焼ガスを供給するガス管6a及びガスノズル6bと、それらを覆うバーナ管6cとを備えている。このバーナ部6の先端部は、前記加熱炉50の内面52と略同じ位置(同じ高さ)に配置されている。
【0030】
更に、内管5の外側であって、前記外管4の開口端近傍には蓄熱部8が設けられている。この蓄熱部はハニカムから構成され、内管5と外管4内の空間dから燃焼ガスを排気する際、この蓄熱部8を通過することにより、燃焼ガスの排熱が回収されるように構成されている。
燃焼排ガスGbは、蓄熱部8によって排熱が回収された後、外部へ排気される。このように、燃焼排ガスGbの排熱を回収することができ、エネルギー効率を向上させることができる。
【0031】
具体的には、前記バーナボディ部2には燃焼用空気流路が形成され、この燃焼用空気流路は、前記吸気口2aからボディ部2内の空間a、内管5の上端部において内管5内部と連通される空間b、内管5内部(内管5内部とバーナ部6)との間の空間cに連通形成されている。
また、前記バーナボディ部2には排気流路が形成され、この排気流路は、内管5と外管4との間の空間d、外管4の開口端部の近傍に設けられた蓄熱部8を介して、排気口2bに連通形成されている。
【0032】
そして、このように形成されたラジアントチューブバーナ1にあっては、吸気口2aから流入した燃焼用空気Aは、ボディ部2内の空間a、内管5の上端部において内管5内部と連通される空間b、内管5内部(内管5内部とバーナ部6)との間の空間cへ流入する。
そして、ガスノズル6bから噴出された燃料ガスFは、内管5内を通過する燃焼用空気Aと混合されて燃焼し、燃焼ガスGa及び燃焼火炎を形成する。
【0033】
一方、燃焼ガスGaは、もう一方のバーナボディ部2における内管5と外管4との間の空間d、外管の開口端部の近傍に設けられた蓄熱部8を介して、排気口2bから排出される。この際、蓄熱部8を加熱(熱を回収)し、排気口2bから外部へ排気される。
この蓄熱部8に蓄熱された熱は、バーナボディ部2の壁面及び内管の壁面(側面)を伝熱面として、燃焼用空気Aを予熱(加温)するために用いられる。また、この蓄熱体8は2つの内管の周囲を覆っているため、30秒ごとに交互に燃焼が切り替えられた際、他方の内管5内に供給される燃焼用空気Aを予熱(加温)するために用いられる。
【0034】
上記したように、本発明にかかるラジアントチューブバーナ1にあっては、前記外管4、内管5は、セラミックス、例えば、炭化珪素焼結体により形成されるため、金属製の管に比較して1000℃以上の高温燃焼に耐えられるものとなる。また、外管4を断面形状が扁平な楕円形状としたことにより、小さな設置スペースに対し伝熱面積を大きくとることができ、被処理物を効果的に加熱することができる。
また、横断面形状が扁平楕円形状のセラミックスからなる外管4内に2本の内管5を設置すると共に、この内管5内部にバーナ部6を配置し、局所的な加熱を抑制しているため、外管4及び内管5の割れを抑制でき、耐久性を向上せることがきる。
しかも、前記内管5を、外管4の横断面における前記扁平楕円形状の長径方向に相対向して配置し、かつ前記長径方向に対して垂直方向に内管5の軸線を配置している。更に、前記内管5の側壁(側面)を貫通した、燃焼ガスを流出させる複数の流通穴5aが設けられているため、外管4を均一に加熱することができ、温度の均一性を図ることができる。
【0035】
更に、図5乃至図7に基づいて、内管の第1の変形例を説明する。
この第1の変形例は、前記内管5に形成された流通穴5aが、横断面形状が扁平楕円形状の外管4の短径方向Yを境にして、外管側部4cに対向した側に形成され、他方の内管5に対向した側には形成されていない。また、外管側部4c(曲面側)に対向した側に形成された複数の流通穴5aは、図6に示すように、内管5の軸線方向に所定の間隔をもって設けられている。
【0036】
この内管5の側壁に形成される複数の流通穴5aは、縦一列(内管の軸線方向に一列)ではなく、横方向にずれた、いわゆる千鳥状に形成するのが好ましく、一方、図7(a)(b)に示すように、上端部側と下端部側とで穴の数を変えても良く、また穴の径を変えても良い。この場合、内管の下端側が穴の数が大きく、また穴の径を大きく形成するのが好ましい。
このように、内管5の下端部側の流通穴5aの数が多く、あるいは流通穴5aの径を大きく形成した場合には、下端部側の流通穴5aからより多くの燃焼ガスが流出(噴出)するため、外管5内部の雰囲気ガスをより撹拌することができ、外管4の温度を均一にすることができる。
【0037】
図8乃至図10に基づいて、内管5の第2の変形例を説明する。
この第2の変形例は、前記内管5に形成された流通穴5aが扁平楕円形状の外管4の短径方向Yを境にして、外管側部4c(曲面側)に対向した側に径方向に45度間隔で形成され、他方の内管5に対向した側には形成されていない。外管側部4c(曲面側)に対向した側に形成された複数の流通穴5aは、図9に示すように、内管5の軸線方向に所定の間隔をもって設けられている。
前記内管5に形成された流通穴5aから流出した燃焼ガスは、外管側部4c(曲面側)に当たり、外管内部の雰囲気を撹拌し、外管内部の温度を均一になすことができる。
【0038】
この内管5の側壁に形成される複数の流通穴5aは、図10(a)(b)に示すように、上端部側と下端部側とで穴の数を変えても良く、また穴の径を変えても良い。この場合、内管の下端側が穴の数が大きく、また穴の径を大きく形成するのが好ましい。
この場合においても、前記した第1の変形例と同様に、内管5の下端部側の流通穴5aの数が多く、あるいは流通穴5aの径を大きく形成した場合には、下端部側の流通穴5aからより多くの燃焼ガスが流出(噴出)するため、外管5内部の雰囲気ガスをより撹拌することができ、外管4の温度をより均一にすることができる。
【0039】
図11乃至図12に基づいて、内管の第3の変形例を説明する。
この第3の変形例は、前記内管に形成された流通穴5aは、扁平楕円形状の外管5の短径方向Yを境にして、外管側部4c(曲面側)側に対向した側の流通穴5aの総開口面積が、他方の内管5に対向した側の流通穴5aの総開口面積側より大きくなるように形成されている。
【0040】
具体的には、図11に示すように、同一横断面上において、前記内管5形成された流通穴5aが、扁平楕円形状の外管4の短径方向Yを境にして、外管側部4c(曲面側)側に対向した側に径方向に45度間隔で3個形成され、他方の内管5に対向した側には1個の流通穴5aが形成されている。更に、外管側部4c(曲面側)側に対向した側に形成された複数の穴は、図12(a)に示すように、内管5の軸線方向に所定の間隔をもって設けられている。また、他方の内管に対向した側に形成された流通穴5aは、図12(b)に示すように、内管5の軸線方向に所定の間隔をもって設けられている。
前記流通穴5aは同一の径によって形成されおり、その結果、外管側部4c(曲面側)側に対向した側の流通穴5aの総開口面積が、他方の内管5に対向した側の流通穴5aの総開口面積の3倍に形成されている。
【0041】
このように、内管5に形成された流通穴5aは、扁平楕円形状の外管4の短径方向Yを境にして、外管側部4c(曲面側)側に対向した側の流通穴5aの総開口面積が、他方の内管5に対向した側の流通穴5aの総開口面積側より大きくなるように形成されている場合には、外管側部4c(曲面側)側により多くの燃焼ガスが流出(噴出)するため、外管5内部の雰囲気ガスをより撹拌することができ、外管4の温度をより均一にすることができる。
【0042】
尚、この内管5の側壁に形成される複数の流通穴5aは、同じ高さ(同一面上)に、いわゆる横一列ではなく千鳥状に、高さを変えて形成するのが好ましく、一方、図7(a)(b)、図10(a)(b)に示すように、上端部側と下端部側とで穴の数を変えても良く、また穴の径を変えても良い。この場合、内管5の下端側が穴の数が大きく、また穴の径を大きく形成するのが好ましい。又、短径方向Y側にも穴の総開口面積が小さければ、外管5内部の雰囲気ガスをより撹拌することができ、外管4の温度をより均一にすることができる。一方、穴の形状としては、スリット形状でも同様な効果がある。
【実施例】
【0043】
(実験例1)
実施例1として、図1に示す構造のラジアントチューブバーナにおいて、断面形状(長軸長さ400mm、短軸長さ130mm)、肉厚15mm、長さ2000mmの炭化珪素焼結体製の楕円形ラジアントチューブの外管4を炉内にセットし、更に図11、図12に示すような断面形状が円(外径100mm、内径80mm)、長さ1000mmの炭化珪素焼結体製の内管5を、2本セットとし、内管内に燃焼用のバーナ部6をセットした。このとき、図1に示すL1とL2との差は、150mmとした。
【0044】
前記内管5に形成された流通穴5aは、扁平楕円形状の外管の短径方向を境にして、外管曲面側に対向した側に径方向に45度間隔で3個形成され、他方の内管に対向した側には1個の穴が形成されている。更に、外管曲面側に対向した側に形成された複数の流通穴5aは、図12(a)に示すように、内管5の軸線方向に、50mm間隔をもって設けられている。更に、加熱炉50の上端部側の流通穴5aの直径を10mmとし、それより下方の下端側の穴の直径を15mmとした。
【0045】
その後、バーナ部6を点火し、燃焼量を20000kwで昇温をおこない、定常状態になったときの外管4の側部(曲面部)の下端部の表面温度を測定した。表面温度差の測定は、事前に外管表面に熱電対を貼り付け、その最小値と最大値との差により求めた。
その結果、その表面温度差は、107℃であり、表面温度から熱応力解析で求めた熱応力は20MPaであった。
【0046】
また、比較例1として、図14に示すラジアントチュ−ブバーナを用いた。
そして、同様にして、燃料供給パイプ103を点火し、燃焼量を20000kwで昇温をおこない、定常状態になったときのラジアントチュ−ブの側部(曲面部)の下端部の表面温度を測定した。
その結果、その表面温度差は、239℃であり、表面温度から熱応力解析で求めた熱応力は57MPaであった。
【0047】
この実験例1から明らかなように、本発明にかかるラジアントチューブバーナにあっては、温度差が小さく、熱応力も小さいため、外管、内管の割れを抑制でき、耐久性を向上せることができることが確認できた。
【0048】
(実験例2)
外管の長さ寸法L1と内管の長さ寸法L2との差については、実施例1の150mm差の場合、表面温度差が107℃であり、熱応力は20Paであった。
また、実施例1において、外管の長さ寸法L1と内管の長さ寸法L2との差を50mmの場合を比較例2とした。この比較例2の50mm差の場合、表面温度差は、232℃であり、熱応力は44Paであった。
更に、実施例1において、外管の長さ寸法L1と内管の長さ寸法L2との差を300mmの場合を実施例2とした。この実施例2の300mm差の場合、表面温度差は、150℃であり、熱応力は30MPaであった。
このように、外管の長さ寸法L1と内管の長さ寸法L2との差が50mm以下の場合、内管の先端部が外管底部に近接し、表面温度差及び熱応力が大きくなり好ましくないことが確認された。
【符号の説明】
【0049】
1 ラジアントチューブバーナ
2 バーナボディ部
2a 吸気口
2b 排気口
3 燃焼筒部
4 外管
5 内管
5a 流通穴
6 バーナ部
8 蓄熱部
【特許請求の範囲】
【請求項1】
先端が閉塞し他端側を開口端とした、横断面形状が扁平楕円形状のセラミックスからなる外管と、
前記外管内に、外管の横断面における前記扁平楕円形状の長径方向に相対向し、かつ前記長径方向に対して垂直方向に軸線が位置するように配置された円筒形状のセラミックスからなる2本の内管と、
前記内管の側壁を貫通し、燃焼ガスを流出させる複数の流通穴と、
前記複数の内管内部に夫々配設されたバーナ部と、
前記内管外側であって前記外管の開口端近傍に設けられた蓄熱部と、
前記内管内部に燃焼用空気を供給する吸気口と、
前記蓄熱部を介して外管内の燃焼排ガスを排出する排気口とを備え、
相対向して配置された内管内のバーナ部が交互に燃焼を行うことを特徴とするラジアントチューブバーナ。
【請求項2】
前記内管に形成された流通穴は、横断面形状が扁平楕円形状の外管の短径方向を境にして、外管曲面側に対向した側の流通穴の総開口面積が、他の内管に対向した側の流通穴の総開口面積より大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項1記載のラジアントチューブバーナ。
【請求項3】
前記内管の先端が外管の底部から50mm以上離れていることを特徴とする請求項1乃至請求項2に記載されたラジアントチューブバーナ。
【請求項4】
前記外管及び内管が炭化珪素焼結体であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載されたラジアントチューブバーナ。
【請求項1】
先端が閉塞し他端側を開口端とした、横断面形状が扁平楕円形状のセラミックスからなる外管と、
前記外管内に、外管の横断面における前記扁平楕円形状の長径方向に相対向し、かつ前記長径方向に対して垂直方向に軸線が位置するように配置された円筒形状のセラミックスからなる2本の内管と、
前記内管の側壁を貫通し、燃焼ガスを流出させる複数の流通穴と、
前記複数の内管内部に夫々配設されたバーナ部と、
前記内管外側であって前記外管の開口端近傍に設けられた蓄熱部と、
前記内管内部に燃焼用空気を供給する吸気口と、
前記蓄熱部を介して外管内の燃焼排ガスを排出する排気口とを備え、
相対向して配置された内管内のバーナ部が交互に燃焼を行うことを特徴とするラジアントチューブバーナ。
【請求項2】
前記内管に形成された流通穴は、横断面形状が扁平楕円形状の外管の短径方向を境にして、外管曲面側に対向した側の流通穴の総開口面積が、他の内管に対向した側の流通穴の総開口面積より大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項1記載のラジアントチューブバーナ。
【請求項3】
前記内管の先端が外管の底部から50mm以上離れていることを特徴とする請求項1乃至請求項2に記載されたラジアントチューブバーナ。
【請求項4】
前記外管及び内管が炭化珪素焼結体であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載された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7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【公開番号】特開2012−13388(P2012−13388A)
【公開日】平成24年1月19日(2012.1.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−152831(P2010−152831)
【出願日】平成22年7月5日(2010.7.5)
【出願人】(507182807)コバレントマテリアル株式会社 (506)
【出願人】(000221834)東邦瓦斯株式会社 (440)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年1月19日(2012.1.19)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年7月5日(2010.7.5)
【出願人】(507182807)コバレントマテリアル株式会社 (506)
【出願人】(000221834)東邦瓦斯株式会社 (440)
【Fターム(参考)】
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