説明

ラジアントチューブバーナ

【課題】表面燃焼バーナの着火性及び保炎性を確保しつつ、燃焼ガスを完全燃焼させることのできるラジアントチューブバーナを提供する。
【解決手段】ラジアントチューブバーナ1は、燃焼体12の表面において燃焼を行う表面燃焼バーナ10と、該表面燃焼バーナ10の外周側に配置されたラジアントチューブ2と、ラジアントチューブ2から延設された伝熱管3とを備えている。表面燃焼バーナ10は、筒部121の外周側面にガス流出孔122を備えた燃焼体12と、混合ガスGmを流通するガスパイプ13とを備えている。表面燃焼バーナ10は、燃焼体12の先端に配され空気噴出口142を備えた空気ノズル14と、空気噴出口142と連通し空気を流通する空気パイプ15とを備えており、空気ノズル14の空気噴出口142から二次空気A2を噴出させるよう構成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、表面燃焼バーナを用いたラジアントチューブバーナに関する。
【背景技術】
【0002】
浸炭などの工業用間接加熱に用いられるバーナとしては、ラジアントチューブバーナが知られている。ラジアントチューブバーナは、バーナを燃焼させることにより、バーナの外周側に配されたラジアントチューブを加熱し、ラジアントチューブからの輻射伝熱及び対流伝熱によって被加熱物を加熱するものである。ラジアントチューブバーナに用いられるバーナとしては、バーナの内部に配されたガスパイプ及び空気パイプにそれぞれ燃焼ガスと燃焼空気と通流させ、バーナ先端部において噴出される燃焼ガスと燃焼空気とを混合し燃焼させる先混合型のバーナが主流となっている(特許文献1)。
【0003】
近年、環境保全のため、窒素酸化物(NOx)の排出量のさらなる削減が可能なラジアントチューブバーナの開発が求められている。
低NOx化が可能なバーナとしては、表面燃焼バーナが挙げられる。この表面燃焼バーナは、筒状に形成した燃焼体に、燃焼ガスと燃焼空気とを予め混合した混合ガスを供給し、燃焼体の表面において火炎を分散させて燃焼させるよう構成されている。このように燃焼体の表面に火炎を分散させ、火炎の燃焼温度を低下させることにより、NOxの排出量を削減することができる。したがって、表面燃焼バーナをラジアントチューブバーナに用いることにより、ラジアントチューブバーナの低NOx化を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2008−082617号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上述した表面燃焼バーナを用いたラジアントチューブバーナには以下の問題点がある。
表面燃焼バーナを用いたラジアントチューブバーナは、従来用いられている先混合型のバーナに比べて、着火性及び保炎性が低下しやすい。すなわち、ラジアントチューブバーナ内において表面燃焼バーナに着火した際に、ラジアントチューブ内の圧力が瞬間的に上昇する。この圧力上昇により、燃焼体の表面に供給される燃焼ガスの流量が低下することで、燃焼ガスの希薄化が生じ着火性及び保炎性が低下する。
【0006】
また、ラジアントチューブバーナおいては、燃焼時に生じる排気ガスの対流熱を加熱に用いるためにラジアントチューブの先端に伝熱管を延設する場合がある。このとき、伝熱管の加熱効率をより向上するには、伝熱管の内径を小径化して排気ガスの流速を上昇させたり、伝熱管の表面積を拡大することが効果的であり、種々の形状の伝熱管が用いられている。この伝熱管の形状によっては、ラジアントチューブバーナにおける圧力損失が増大する場合がある。このように圧力損失が増大した場合、着火時におけるラジアントチューブ内の圧力がより上昇しやすくなるため、さらに表面燃焼バーナの着火性及び保炎性が低下しやすい。
【0007】
本発明は、上述の背景に鑑みてなされたものであり、表面燃焼バーナの着火性及び保炎性を確保すると共に燃焼ガスを完全燃焼させることの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】
本発明の一態様は、筒状の燃焼体の表面において燃焼を行う表面燃焼バーナと、該表面燃焼バーナの外周側に配置されたラジアントチューブと、該ラジアントチューブから延設され上記表面燃焼バーナからの排気ガスを導出する伝熱管とを備えたラジアントチューブバーナであって、
上記表面燃焼バーナは、筒部の外周側面に複数のガス流出孔を備えた上記燃焼体と、
一次空気と燃焼ガスとを混合した混合ガスを流通すると共に上記燃焼体の内側に上記混合ガスを供給するガスパイプと、
上記燃焼体の先端外部に配され空気噴出口を備えた空気ノズルと、
該空気ノズルに二次空気を供給する空気パイプとを備えており、
上記空気ノズルの上記空気噴出口から上記二次空気を噴出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にある(請求項1)。
【発明の効果】
【0009】
上記ラジアントチューブバーナは、上記燃焼体の先端に配され上記二次空気を噴出する上記空気噴出口を備えた上記空気ノズルと、該空気ノズルに上記二次空気を供給する上記空気パイプとを備えており、上記二次空気を上記空気ノズルの上記空気噴出口から噴出するよう構成してある。これにより、上記ラジアントチューブバーナにおける上記表面燃焼バーナの着火性及び保炎性を確保しつつ、上記燃焼ガスを完全燃焼させることができる。
【0010】
すなわち、上記ラジアントチューブバーナにおいては、上記混合ガスの空気比を低下させることにより、上記表面燃焼バーナの着火時に上記ラジアントチューブ内に圧力の上昇が生じた場合においても上記表面燃焼バーナの着火性及び保炎性を確保することができる。一方、上記燃焼体の表面で空気比を低下させた混合ガスを燃焼させると、酸素不足による不完全燃焼が生じる。そのため、上記表面燃焼バーナの燃焼により生じる一次排気ガスには、未燃の上記燃焼ガスや一酸化炭素が含まれることとなる。
【0011】
ここで、上記ラジアントチューブバーナは、上記のごとく構成された上記空気ノズルを有しているので、上記表面燃焼バーナの先端外部において、上記一次排気ガスに上記二次空気を供給することができる。これにより、上記一次排気ガスには、該一次排気ガスに含まれる未燃の上記燃焼ガス及び一酸化炭素を燃焼させるために必要な量の酸素が供給される。そのため、上記一次排気ガスに含まれる未燃の上記燃焼ガス及び一酸化炭素を燃焼させ、上記ラジアントチューブバーナにおいて完全燃焼を行うことができる。
【0012】
このように、上記ラジアントチューブバーナにおいては、表面燃焼バーナの着火性及び保炎性を確保しつつ、燃焼ガスを完全燃焼させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】実施例1における、ラジアントチューブバーナを示す説明図。
【図2】実施例1における、ラジアントチューブバーナの要部断面図。
【図3】実施例1における、ラジアントチューブバーナを備えた熱風発生器を示す説明図。
【図4】実施例1における、空気ノズルを示す説明図(A−A線矢視断面図)。
【図5】燃焼ガス調整手段を備えたラジアントチューブバーナを示す断面図。
【図6】燃焼体の形状例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【0014】
上記ラジアントチューブバーナにおいて混合ガスの空気比とは、混合ガスに含まれる一次空気の量をV1(m/h)とし、混合ガスに含まれる燃焼ガスを完全燃焼させるために必要な理論空気量をV0(m/h)として、V1/V0により求められる値を示すものである。
また、ラジアントチューブバーナ全体の空気比とは、上記空気ノズルから噴出される二次空気の量をV2(m/h)として、(V1+V2)/V0により求められる値を示すものである。
【0015】
また、上記伝熱管の内径は、上記ラジアントチューブの内径に比べて小さくしてもよい(請求項2)。この場合には、上記伝熱管の内側を流通する排気ガスの流速を上昇させ、上記伝熱管における熱伝達効率を向上することができる。また、上記伝熱管をストレート形状ではなく、曲げ、あるいは螺旋状に巻回した形状を容易に採用することができる。これにより、上記伝熱管の全長を長くして表面積を拡大しつつ、全体の配置スペースを低減すると共にその表面積を拡大しやすい。その反面、上記伝熱管における圧力損失が大きくなりやすく、着火性及び保炎性が低下しやすい。そのため、上記伝熱管の内径を上記ラジアントチューブの内径に比べて小さくする場合には、上記構造のラジアントチューブバーナを用いることが非常に有効であり、着火性及び保炎性を確保しつつ、上記伝熱管の熱伝達効率を向上することができる。
【実施例】
【0016】
(実施例1)
ラジアントチューブバーナにかかる実施例について、図1〜図4を参照して説明する。
ラジアントチューブバーナ1は、図1に示すごとく、筒状の燃焼体12の表面において燃焼を行う表面燃焼バーナ10と、該表面燃焼バーナ10の外周側に配置されたラジアントチューブ2と、該ラジアントチューブ2から延設され表面燃焼バーナ10からの排気ガスを導出する伝熱管3(図3)とを備えている。表面燃焼バーナ10は、筒部121の外周側面に複数のガス流出孔122を備えた燃焼体12と、一次空気A1と燃焼ガスG1とを混合した混合ガスGmを流通すると共に燃焼体12の内側に混合ガスGmを供給するガスパイプ13とを備えている。また、表面燃焼バーナ10は、燃焼体12の先端外部に配され空気噴出口142を備えた空気ノズル14と、空気ノズル14に空気を供給する空気パイプ15とを備えており、空気ノズル14の空気噴出口142から二次空気A2を噴出するよう構成されている。
【0017】
以下、本例のラジアントチューブバーナ1について、さらに詳細に説明する
本例において、表面燃焼バーナ10の空気ノズル14を配した側を先端側と定義し、その反対側を基端側と定義する。
また、伝熱管3において、ラジアントチューブ2と連結された端部側を上流側と定義し、その反対側を下流側と定義する。
【0018】
本例のラジアントチューブバーナ1は、液槽加熱装置(図示略)に用いられるものである。
ラジアントチューブバーナ1は、図1に示すごとく、燃焼体12の表面において燃焼を行う表面燃焼バーナ10と、表面燃焼バーナ10の外周側に配置されたラジアントチューブ2と、ラジアントチューブ2から延設され表面燃焼バーナ10からの二次排気ガスE2を導出する伝熱管3とを備えている。
【0019】
表面燃焼バーナ10は、表面燃焼バーナ10を液槽加熱装置の液槽壁部5に固定するバーナ固定部11と、混合ガスGmを流通するガスパイプ13と、円筒状に形成された燃焼体12と、燃焼体12の先端に配された空気ノズル14と、空気ノズル14へと空気を供給する空気パイプ15とを備えている。
【0020】
バーナ固定部11は、円板状をなしており、その中央にガスパイプ13を挿通固定してある。また、バーナ固定部11におけるガスパイプ13の外周側の位置には、混合ガスGmに着火する着火プラグ16と燃焼体12の燃焼状態を検出するフレームロッド17とを挿通固定してある。また、バーナ固定部11は同一円周上に形成された複数の固定ボルト挿通穴(図示略)を有しており、液槽加熱装置における液槽壁部5に配された固定ボルト(図示略)を挿通可能に構成されている。
【0021】
ガスパイプ13は、円筒状をなしており、その内側に挿通された空気パイプ15との間に形成された空間に、混合ガスGmを流通するよう構成されている。ガスパイプ13の基端側には、ガス供給配管131と連結されたガス流入部132を配してある。また、ガスパイプ13の外周には、円筒状の燃焼体12を配してあり、燃焼体12と対向する外周側面には複数のガス供給孔133が形成されている。
【0022】
燃焼体12は、繊維状の耐熱合金を編み合せたメタルニットを円筒状に形成してなる。燃焼体12をなすメタルニットは、繊維状の耐熱合金の間に形成された隙間を備えている。この隙間はメタルニット全体に形成されており、ガスパイプ13により供給される混合ガスGmを燃焼体12の外周面へと流出させるガス流出孔122をなしている。メタルニットの素材としては、ステンレス合金等の種々の耐熱合金を用いることができる。燃焼体12は、ガスパイプ13の先端からガスパイプ13の約4分の3を覆うように配されている。
【0023】
図1に示すごとく、ガスパイプ13の内側には、空気パイプ15が挿通配置されており、空気パイプ15の先端には、空気ノズル14が配されている。
空気ノズル14は、図2に示すごとく、ガスパイプ13と略同一の直径からなるノズル円筒部141と、ノズル円筒部141の両端に配された開口部を覆う蓋部143とを備えている。基端側に配された蓋部143には、空気パイプ15と連通する連通口144が形成されており、空気パイプ15を流通する空気を空気ノズル14へと流入可能に構成されている。
【0024】
また、ノズル円筒部141は、図4に示すごとく、その外周側面の法線方向に沿って形成された8つの空気噴出口142を有している。ノズル円筒部141の軸線方向から見たとき、隣り合う空気噴出口142の軸線が互いに45°の角度をなすように等間隔に形成されている。これにより、空気パイプ15から空気ノズル14の内側に流入する二次空気A2を、空気噴出口142から燃焼体12の軸方向と垂直な方向に向かって噴出させることができる。尚、空気ノズル14の形状及び空気噴出口の形状及び配置は、これに限るものではない。
【0025】
図1に示すごとく、表面燃焼バーナ10の外周側には、ラジアントチューブ2を配してある。ラジアントチューブ2は、円環状のチューブ固定部21と、チューブ固定部21の下面から立設した円筒状のチューブ本体部20とを備えている。チューブ固定部21は、液槽壁部5の固定ボルト(図示略)に対応した位置に形成された固定ボルト挿通穴(図示略)を備えている。チューブ本体部20は、表面燃焼バーナ10の外周に配された大径部22と、表面燃焼バーナ10の先端側の位置に配され、かつ大径部22よりも直径の小さい小径部23とを備えている。大径部22と小径部23との間は、小径部23に向かって徐々に縮径するように形成されたテーパ部24によって連結されており、小径部23の先端側には伝熱管3が連結されている。尚、本例においては、小径部23の内径を1インチとし、大径部22の内径を2インチとした。
【0026】
伝熱管3は、図3に示すごとく、ラジアントチューブ2の軸線方向に沿って延設された上流側直管部31と、上流側直管部31に対して直角に形成された屈曲部33と、屈曲部33の下流側端部から上方に向かって延設された下流側直管部32とを備えている。また、伝熱管3の内径は、ラジアントチューブ2の小径部23の内径と同様に1インチとしてある。
【0027】
上記のごとく、構成されたラジアントチューブバーナ1において、燃焼を行う際には、表面燃焼バーナ10のガスパイプ13に混合ガスGmを流入させると共に、空気パイプ15に空気を流入させる。尚、本例のラジアントチューブバーナ1においては、例えば混合ガスGmの空気比を0.7〜1未満の範囲に設定し、ラジアントチューブバーナ1全体の空気比を1.2〜1.4の範囲に設定することができる。
【0028】
図1に示すごとく、ガスパイプ13に流入した混合ガスGmは、その内側を流通し外周側面に形成されたガス供給孔133から燃焼体12の内側へと供給される。そして、混合ガスGmは、燃焼体12をなすメタルニットにおける金属繊維の間に形成された隙間からなるガス流出孔122を通り燃焼体12の表面へと流出する。ガス流出孔122から流出した混合ガスGmは、着火プラグ16によって着火された後、燃焼体12の表面において火炎を形成し燃焼する。このとき、表面燃焼バーナ10に生じる輻射熱は、ラジアントチューブ2を介して液槽加熱装置内の被加熱流体へと伝達される。
【0029】
図1及び図2に示すごとく、表面燃焼バーナ10の燃焼により生じた未燃の燃焼ガスG1や一酸化炭素を含む一次排気ガスE1は、空気パイプ15を流通し空気ノズル14から噴出される二次空気A2と混合される。これにより、一次排気ガスE1に酸素が供給され一次排気ガスE1に含まれる未燃の燃焼ガスG1や一酸化炭素が再度燃焼し、空気ノズル14の先端側に火炎Hが形成される。これにより、ラジアントチューブ2内において完全燃焼が行われ、二次排気ガスE2が発生する。二次排気ガスE2は伝熱管3の内側を流通しながら、液槽加熱装置内の被加熱空気と熱交換をすることで被加熱空気を加熱し排気される。
【0030】
本例のラジアントチューブバーナ1は、上記のごとく、燃焼体12の先端に配され二次空気A2を噴出する空気噴出口142を備えた空気ノズル14と、空気ノズル14に二次空気A2を極給する空気パイプ15とを備えており、二次空気A2を空気ノズル14の空気噴出口142から噴出するよう構成してある。これにより、混合ガスGmの空気比を低下させラジアントチューブバーナ1における表面燃焼バーナ10の着火性及び保炎性を確保しながら、ラジアントチューブバーナ1において燃焼ガスG1を完全燃焼させることができる。
【0031】
また、伝熱管3の内径は、ラジアントチューブ2の内径に比べて小さくしてある。そのため、伝熱管3の内側を流通する2次排気ガスE2の流速を上昇させ、伝熱管3における熱伝達効率を向上することができる。また、本例に示した伝熱管3の形状以外にも、曲げ形状や、螺旋状に巻回した形状を容易に採用することができる。これにより、伝熱管3の全長を長くして表面積を拡大しつつ、全体の配置スペースを低減すると共にその表面積を拡大しやすい。その反面、伝熱管3における圧力損失が大きくなりやすく、着火性及び保炎性が低下しやすい。そのため、伝熱管3の内径をラジアントチューブ2の内径に比べて小さくする場合には、上記構造のラジアントチューブバーナ1を用いることが非常に有効であり、着火性及び保炎性を確保しつつ、伝熱管3の熱伝達効率を向上することができる。
【0032】
また、燃焼体12は、金属繊維を編んで形成されたメタルニットによって形成されている。メタルニットは柔軟な素材であり、容易に変形させることができる。そのため、筒状の燃焼体12を容易に形成することができる。
【0033】
また、混合ガスGmの空気比は、0.7〜1.0未満の範囲内となるように設定し、ラジアントチューブバーナ1全体の空気比は、1.2〜1.4の範囲内となるように設定してある。そのため、ラジアントチューブバーナ1において着火性及び保炎性を確実に確保すると共に、ラジアントチューブバーナ1において燃焼ガスG1を確実に完全燃焼させることができる。
【0034】
上記のごとく本例に示すラジアントチューブバーナによれば、表面燃焼バーナの着火性及び保炎性を確保しつつ、燃焼ガスを完全燃焼させることができる。
【0035】
また、実施例1のラジアントチューブバーナ1においては、混合ガスGmの空気比を一定に設定したが、燃焼状態に応じて混合ガスGmの空気比を調整する燃焼ガス調整手段4を設けることもできる。
具体的な例として、内側に燃焼ガスG1を流通すると共にガスパイプ13と合流する補助ガスパイプ41と、補助ガスパイプ41を開閉するための開閉弁42とを備えるラジアントチューブバーナ1を図5に示す。
【0036】
図5のラジアントチューブバーナ1において表面燃焼バーナ10の着火時には、混合ガスGmの空気比を0.7〜0.8の範囲内とし、表面燃焼バーナ10に着火した後には、燃焼ガスG1の流量を減らして混合ガスGmの空気比を0.8超〜1.0の範囲内Hへと変化させることができる。そして、開閉弁42を閉状態とした後の燃焼ガスG1の流量に対するラジアントチューブバーナ1全体の空気比は、1.2〜1.4の範囲内となるように設定することができる。この場合には、着火時と燃焼時とにおいて混合ガスGmの空気比を最適な数値とすることができる。
尚、燃焼ガス調整手段は、上述の構造に限定するものではなく、混合ガスにおける空気比を変化させる種々の構造を用いることができる。
【0037】
また、上述した実施例1に示したラジアントチューブバーナ1においては、表面燃焼バーナ10の燃焼体12をメタルニットにより構成したが、これに限るものではない。例えば、セラミック等からなる多孔体や、パンチングメタル等により構成することができる。
また、燃焼体12の形状は実施例1に示した円筒形状に限るものではない。例えば、図6に示すごとく、略円錐筒形状としてもよいし、多角形断面からなる角筒形状としてもよい。
【0038】
また、本例においては、ラジアントチューブバーナ1を液槽加熱装置に用いたが、これに限るものではなく、熱風発生器等、種々の装置の熱源として用いることができる。
【符号の説明】
【0039】
1 ラジアントチューブバーナ
10 表面燃焼バーナ
12 燃焼体
121 筒部
122 ガス流出孔
13 ガスパイプ
14 空気ノズル
142 空気噴出口
15 空気パイプ
2 ラジアントチューブ
3 伝熱管
A1 一次空気
A2 二次空気
Gm 混合ガス
G1 燃焼ガス

【特許請求の範囲】
【請求項1】
筒状の燃焼体の表面において燃焼を行う表面燃焼バーナと、該表面燃焼バーナの外周側に配置されたラジアントチューブと、該ラジアントチューブから延設され上記表面燃焼バーナからの排気ガスを導出する伝熱管とを備えたラジアントチューブバーナであって、
上記表面燃焼バーナは、筒部の外周側面に複数のガス流出孔を備えた上記燃焼体と、
一次空気と燃焼ガスとを混合した混合ガスを流通すると共に上記燃焼体の内側に上記混合ガスを供給するガスパイプと、
上記燃焼体の先端外部に配され空気噴出口を備えた空気ノズルと、
該空気ノズルに二次空気を供給する空気パイプとを備えており、
上記空気ノズルの上記空気噴出口から上記二次空気を噴出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、上記伝熱管の内径は、上記ラジアントチューブの内径に比べて小さいことを特徴とするラジアントチューブバーナ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2013−57448(P2013−57448A)
【公開日】平成25年3月28日(2013.3.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−196004(P2011−196004)
【出願日】平成23年9月8日(2011.9.8)
【出願人】(000221834)東邦瓦斯株式会社 (440)
【Fターム(参考)】