リジェネラジアントチューブバーナ
【課題】燃焼空気の供給量を安定化し高効率加熱を可能とすると共に、配設方向の自由度が高いリジェネラジアントチューブバーナを提供する。
【解決手段】リジェネラジアントチューブバーナ１は、熱処理炉５内に配設するラジアントチューブ２と、一対のガスバーナ４とを備えてなる。ガスバーナ４は、ガスノズル４４１を設けたガスパイプ４４と、ホールドエアパイプ４３と、蓄熱体４２を収容したバーナボディ４１とを有してなる。バーナボディ４１には、コンバスタチューブ３が接続されている。コンバスタチューブ３は、２次エア孔３１１を有する基部３１と、中空円筒部３２からなる。コンバスタチューブ３は、基部３１が上記バーナボディ４１に接続されており、基部３１には、３次エアを送るための３次エア孔３１２を貫通形成してある。ガスノズル４４１の先端部を２次エア孔３１１の内周側に挿入配置してなる。
【解決手段】リジェネラジアントチューブバーナ１は、熱処理炉５内に配設するラジアントチューブ２と、一対のガスバーナ４とを備えてなる。ガスバーナ４は、ガスノズル４４１を設けたガスパイプ４４と、ホールドエアパイプ４３と、蓄熱体４２を収容したバーナボディ４１とを有してなる。バーナボディ４１には、コンバスタチューブ３が接続されている。コンバスタチューブ３は、２次エア孔３１１を有する基部３１と、中空円筒部３２からなる。コンバスタチューブ３は、基部３１が上記バーナボディ４１に接続されており、基部３１には、３次エアを送るための３次エア孔３１２を貫通形成してある。ガスノズル４４１の先端部を２次エア孔３１１の内周側に挿入配置してなる。
【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リジェネ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リジェネラジアントチューブバーナは、一方のガスバーナの燃焼時に生じる排気ガスの熱量を、他方のガスバーナが有する蓄熱体に蓄熱するよう構成してある。そして、他方のガスバーナを燃焼させる際に蓄熱した熱を利用することで燃焼空気を昇温することにより、高い熱効率と高効率加熱とを可能としている。その反面、燃焼空気が高温に予熱されることで火炎の温度が上昇し、ＮＯｘの排出量が多くなるという欠点がある。そのため、低ＮＯｘ化を目的として、ラジアントチューブの内側にコンバスタチューブと呼ばれる円筒状の燃焼筒を設けることにより、二段燃焼を行う構造が知られている。
【０００３】
このようなリジェネラジアントチューブバーナとしては、例えば、特許文献１に示すものがある。特許文献１に示されたリジェネラジアントチューブバーナは、ラジアントチューブの内面に配された円弧状板上にコンバスタチューブを載置することよって配置すると共に、上記円弧状板は、上記ラジアントチューブの内周面と、上記コンバスタチューブとの間に形成される空間の下半分を塞ぐように配されている。また、燃焼ガスを噴出するガスノズルの先端と、上記コンバスタチューブの基端側開口端との間には、軸方向に所定の距離が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１３２２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に示されるリジェネラジアントチューブバーナにおいては、上記のごとく、上記ガスノズルと上記コンバスタチューブとの間に距離を開け、ガスノズルをコンバスタチューブの外側に配しているため、周囲の燃焼空気の流れにより、上記コンバスタチューブの内に入るべき流れがその外側に流れ出る場合がある。そのため、上記コンバスタチューブ内において、一次燃焼の燃焼状態が不安定となりやすい。
また、上記円弧状板を配することにより、上記ラジアントチューブの内周面と上記コンバスタチューブの外周面との間に形成される燃焼空気流路における断面の略半分が塞がれるため、上記燃焼空気流路から上記コンバスタチューブ先端側へ供給される燃焼空気の供給量に偏りが生じ、二次燃焼における燃焼状態が不安定となるおそれがある。
【０００６】
また、上記コンバスタチューブは、上記円弧状板上に載置するように構成されており、適切な位置に配置し難いため、整備や保全作業毎に位置が定まりにくい。この場合にも、一次燃焼及び二次燃焼における燃焼状態が不安定となりやすい。
上記のごとく、一次燃焼及び二次燃焼において、燃焼状態が不安定となるため、上記リジェネラジアントチューブバーナの燃焼効率が低下し、熱効率が低下する場合がある。
【０００７】
また、上記コンバスタチューブと上記円弧状板とは、互いに固定されていない。そのため、上記コンバスタチューブは、横倒しした状態でのみ配設が可能であり、リジェネラジアントチューブバーナにおける配設方向の自由度が低い。
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、燃焼空気の供給量を安定化し高効率加熱を可能とすると共に、配設方向の自由度が高いリジェネ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】
【０００９】
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された一対のガスバーナとを備えたリジェネラジアントチューブバーナにおいて、
上記ガスバーナは、燃焼ガスを噴出させるガスノズルを先端に設けたガスパイプと、該ガスパイプの外側に当該ガスパイプと二重管状となるように配置された１次エア供給用のホールドエアパイプと、該ホールドエアパイプを囲うように配置された蓄熱体を収容したバーナボディとを有してなり、
上記バーナボディの先端には、上記ラジアントチューブの中において先端を開口させた円筒状のコンバスタチューブが接続されており、
該コンバスタチューブは、中央に貫通形成された２次エア孔を有する円板状の基部と、該基部の上記２次エア孔の内周部又はその近傍から立設した中空円筒部からなると共に、上記基部の外周部が上記バーナボディに接続されており、
上記コンバスタチューブの上記基部には、上記バーナボディから上記コンバスタチューブと上記ラジアントチューブの間へと３次エアを送るための複数の３次エア孔を貫通形成してあり、
上記ラジアントチューブと上記コンバスタチューブとの間には、上記３次エアが流通する３次エア流路を形成してあり、
上記ガスノズルの先端部を上記コンバスタチューブの上記２次エア孔の内周側に挿入配置してなることを特徴とするリジェネラジアントチューブバーナにある（請求項１）。
【発明の効果】
【００１０】
本発明において、上記コンバスタチューブは、上記基部の外周部が上記バーナボディに接続されており、上記ガスノズルの先端部を上記コンバスタチューブの２次エア孔の内周側に挿入配置してなる。すなわち、上記ガスノズルと、上記コンバスタチューブとは、共に上記バーナボディに配設されており、両者は、常に一定の位置関係となる。
【００１１】
また、上記ガスノズルの先端部が、上記コンバスタチューブの２次エア孔の内周側に挿入配置されることにより、上記ガスノズル及び上記ホールドエアパイプと、上記２次エア孔との間の距離により、上記２次エア孔からコンバスタチューブ内に流入する上記２次エアの流量を決定する事ができ、上記２次エアの流量調整を容易とすることができる。したがって、上記コンバスタチューブ内に流入する上記２次エアの流量を安定させ、上記コンバスタチューブ内で行われる上記一次燃焼の燃焼効率を向上することができる。
また、上記コンバスタチューブと上記バーナボディとは、接続されているため、上記コンバスタチューブの配設方向を自由に設定することができる。そのため、上記リジェネラジアントチューブバーナの構造における自由度を向上することができる。
【００１２】
また、上記コンバスタチューブの上記基部には、上記バーナボディから上記コンバスタチューブと上記ラジアントチューブの間へと３次エアを送るための複数の３次エア孔を貫通形成してある。この場合には、上記３次エア流路における上記３次エアの流量及び流通状態を理想の状態に近づけることができる。また、上記３次エア孔を、上記基部の円周方向に等間隔で配することができる。この場合には、上記３次エア流路を流通する３次エアの流量を、円周方向全周において、略均等とすることができる。これにより、上記コンバスタチューブの先端部前方において行われる二次燃焼における、燃焼の偏りを防止し、燃焼効率を向上することができる。また、上記３次エア孔の配設位置を適宜変更することもできる。この場合には、上記３次エアの流入量を意図的に偏らせたい場合においても、所望の３次エアの流通状態を得ることができる。
【００１３】
また、上記２次エア孔の内径と、上記３次エア孔の内径及び数量を変更し、それぞれの内径における面積を変更することにより、上記２次エア孔を流通する上記２次エアの流量及び上記３次エア孔を流通する上記３次エアの流量を調整することができる。
上記のごとく、一次燃焼及び二次燃焼に対する２次エア及び３次エアの供給量を安定化し、一次燃焼及び二次燃焼の燃焼状態を最適な状態に近づけることにより、上記リジェネラジアントチューブバーナの２段階燃焼の燃焼状態をより理想に近い状態とすることができ、加熱効率を向上させることができる。
【００１４】
このように、本発明によれば、燃焼空気の供給量を安定化し高効率加熱を可能とすると共に、配設方向の自由度が高いリジェネラジアントチューブバーナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１における、リジェネラジアントチューブバーナを示す説明図。
【図２】図１の部分拡大図。
【図３】図２の要部拡大図。
【図４】実施例１における、コンバスタチューブの説明図。
【図５】図３のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図６】実施例１における、コンバスタモジュールの構成を示す説明図。
【図７】実施例２における、コンバスタチューブの正面図。
【図８】図４のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明において、上記コンバスタチューブをなす上記基部と上記中空円筒部とは、上記基部の上記２次エア孔の内径Ｄ１（ｍｍ）が上記中空円筒部の内径Ｄ２（ｍｍ）よりも小さく設定してあることが好ましい（請求項２）。この場合には、上記基部の２次エア孔の内径Ｄ１（ｍｍ）を変更することにより、上記２次エア孔に流入する上記２次エアの流量を調整すると共に、上記中空円筒部の内径Ｄ２（ｍｍ）を、上記二次燃焼を行うのに適した内径とし、空間を確保することができる。これにより、上記二次燃焼における燃焼効率をより理想の状態に近づけることができる。また、上記２次エア孔の内径Ｄ１（ｍｍ）は、後述の上記ホールドエアパイプの外径Ｄ３（ｍｍ）よりも大きいことが好ましい。上記内径Ｄ１（ｍｍ）が上記外径Ｄ３（ｍｍ）以下の場合、上記二次燃焼に必要な上記２次エアを供給できなくなるおそれがある。
【００１７】
また、上記コンバスタチューブの上記基部の内径Ｄ１（ｍｍ）と、上記ホールドエアパイプの外径Ｄ３（ｍｍ）と、上記基部の内径Ｄ１から上記中空円筒部の内径Ｄ２を除した寸法Ｈ（ｍｍ）とは、０≦Ｈ＜（Ｄ１−Ｄ３）／２の関係にあることが好ましい。この場合には、確実に２次エアを上記コンバスタチューブの内側に供給することができる。
Ｈ＜０の場合には、上記基部と上記中空円筒部の接続部における肉厚が薄くなるため、強度が低下するおそれがある。また、Ｈ≧（Ｄ１−Ｄ３）／２の場合には、上記コンバスタチューブの内側に供給する２次エアの量が不十分となるおそれがある。
【００１８】
また、上記コンバスタチューブは、上記基部をガスケットを介して、両面から固定フランジにより挟持されると共に、上記固定フランジを上記ガスバーナと上記ラジアントチューブとの間において挟持することにより保持されていることが好ましい（請求項３）。この場合には、上記コンバスタチューブの破損を防止すると共に、耐久性に優れた保持状態とすることができる。上記コンバスタチューブの材料としては、セラミックを用いる場合が多い。セラミックは、高い耐熱性を有する反面、靭性が低いため大きな外力を受けると破損しやすい。そのため、例えば、セラミック製の上記コンバスタチューブに固定用の貫通穴を設け、その他の構成部品と共に、ボルト等により共締めして固定した場合、締付力により破損する場合がある。
【００１９】
これに対し、上記のごとく、上記コンバスタチューブを、上記基部の外周部を上記ガスケットを介して、両面から上記固定フランジにより挟持した場合には、上記ガスケットを圧縮しながら固定されるため、上記基部にかかる圧力を低減し、最適な固定状態とすることができる。尚、上記基部の両面に配される上記固定フランジにおいて、固定時における上記基部を挟持する面の間の距離は、上記基部の厚さと圧縮状態にある上記ガスケットの厚さとを加えたものとする。
【００２０】
また、上記基部の貫通穴における内径の面積Ｘ１（ｍｍ２）から上記ホールドエアパイプの外径をなす円の面積Ｘ２（ｍｍ２）を除した面積をＸ（ｍｍ２）とし、複数の上記３次エア孔の面積を合計した面積をＹ（ｍｍ２）としたとき、２Ｘ≦Ｙ≦４Ｘの関係にあることが好ましい（請求項４）。この場合には、上記２次エア孔に流入する上記２次エアの量と、上記３次エア孔に流入する上記３次エアの量との割合を理想に近い状態とし、上記リジェネラジアントチューブバーナの加熱効率を向上させることができる。
【実施例】
【００２１】
（実施例１）
本発明の実施例にかかるリジェネラジアントチューブバーナ１について、図１〜図６を用いて説明する。
尚、図３は、コンバスタチューブ３、ホールドエアパイプ４３、ガスパイプ４４及びガスノズル４４１以外の記載は省略したものである。
【００２２】
本例に示すリジェネラジアントチューブバーナ１は、図１〜図３に示すごとく、熱処理炉５内に配設するラジアントチューブ２と、該ラジアントチューブ２の両端部に配設された一対のガスバーナ４とを備えてなる。ガスバーナ４は、燃焼ガスを噴出させるガスノズル４４１を先端に設けたガスパイプ４４と、該ガスパイプ４４の外側に当該ガスパイプ４４と二重管状となるように配置された１次エア供給用のホールドエアパイプ４３と、該ホールドエアパイプ４３を囲うように配置された蓄熱体４２を収容したバーナボディ４１とを有してなる。バーナボディ４１の先端には、ラジアントチューブ２の中において先端を開口させた円筒状のコンバスタチューブ３が接続されている。該コンバスタチューブ３は、図４及び図５に示すごとく、中央に貫通形成された２次エア孔３１１を有する円板状の基部３１と、該基部３１の２次エア孔３１１の内周部又はその近傍から立設した中空円筒部３２からなる。また、コンバスタチューブ３は、基部３１の外周部が上記バーナボディ４１に接続されており、コンバスタチューブ３の基部３１には、バーナボディ４１からコンバスタチューブ３とラジアントチューブ２の間へと３次エアを送るための複数の３次エア孔３１２を貫通形成してある。ラジアントチューブ２とコンバスタチューブ３との間には、３次エアが流通する３次エア流路３１３を形成してある。本例に示すリジェネラジアントチューブバーナ１は、図３に示すごとく、ガスノズル４４１の先端部をコンバスタチューブ３の２次エア孔３１１の内周側に挿入配置してなる。
【００２３】
以下詳説する。
図１に示すごとく、本例のリジェネラジアントバーナ１は、Ｗ字形状のラジアントチューブ２の両端にそれぞれガスバーナを設けたものであり、この一対のガスバーナは、同様の構造を有する。説明の都合上、バーナボディ４１を配した側を後方とし、コンバスタチューブ３を配した側を前方とする。また、コンバスタチューブ３等において、後方に配される端部を基端とし、前方に配される端部を先端とする。
【００２４】
図２に示すごとく、本例のガスバーナ４は、該ガスバーナ４の中心軸線上に配されたホールドエアパイプ４３と、該ホールドエアパイプ４３の周囲に配された蓄熱体４２と、ホールドエアパイプ４３と蓄熱体４２とを内側に配するバーナボディ４１とを有している。
【００２５】
本例のホールドエアパイプ４３は、図２及び図３に示すごとく、１次エアを通過させて噴出させる１次エア流路を有し、その内側に燃焼ガスを流通させて噴出させるガスパイプ４４と、ガスバーナ４の点火を行うためのスパークロッド４５を挿入配置してなる。ガスパイプ４４の先端部には、燃料噴出孔を有するガスノズル４４１を設けてあり、燃焼ガスを後述のコンバスタチューブ３内へ噴出するよう構成してある。また、ガスノズル４４１の先端部は、ホールドエアパイプ４３の先端部の端面から前方に突出するように配されている。
【００２６】
本例においては、図３に示すごとく、ガスノズル４４１の先端部が、コンバスタチューブ３の基端部側の端面より前方に向かって距離Ｌだけ挿入配置されている。ガスノズル４４１の先端部の挿入距離Ｌの大きさは適宜選択できるが、基部３１の厚み程度が好ましい。挿入距離Ｌが、大きすぎる場合、一次燃焼を開始する位置までの距離が長くなり、その分、コンバスタチューブ３を延長する必要があり、コンバスタチューブ３の大型化を招くおそれがある。また、本例のガスバーナ４は、ガスノズル４４１から噴出させた燃焼ガスの一部と、１次エア流路から噴出させた１次エアとを燃焼させて保炎を行うよう構成してある。
【００２７】
バーナボディ４１は、図２に示すごとく、略円筒形状を有しており、その外周面には、燃焼空気を流入する空気流入口４１２を配してある。また、バーナボディ４１の先端側には、縮径された開口部が形成されており、該開口部には、ラジアントチューブ２にガスバーナ４を取付けるためのバーナ取付フランジ４１３が形成してある。また、バーナボディ４１の内側には、ホールドエアパイプ４３を挿通するホールドエアパイ内筒部４１１を設けてあり、バーナボディ４１の外周面と内筒部４１１の間に上記の蓄熱体４２が収容されている。バーナボディ４１の外周面と内筒部４１１との間に形成される蓄熱体４２を配した空間には、空気流入口４１２から流入した空気を流通させることができ、蓄熱体４２に蓄熱した熱により、流入する空気を予熱し昇温することができる。
【００２８】
本例の蓄熱体４２は、図２に示すごとく、球状のセラミックス（図示略）からなり、ホールドエアパイプ４３の周囲に多数配置してある。この蓄熱体４２は、後述するバーナボディ４１の外カバー４１１と内筒部４１１との間のスペースを埋めるように配置してある。尚、蓄熱体４２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】
ラジアントチューブ２は、図１及び図２に示すごとく、耐熱鋳鋼からなり、その両端部における外周面に略長方形の平板からなるラジアントチューブ固定フランジ部２５を溶接により配設してある。ラジアントチューブ２は、該ラジアントチューブ固定フランジ部２５を熱処理炉５の炉壁に配された棒ネジ５１とバーナ固定用ナット５２とによって、熱処理炉５の炉壁にバーナボディ４１と共締めすることにより固定されている。
【００３０】
また、ラジアントチューブ２は、図１に示すごとく、一対のガスバーナ４を両端部に配設し、該両端部から垂直方向に垂下した第１ストレート部２１の下端と、この第１ストレート部２１に平行に並列配置した２つの第２ストレート部２２の下端とをそれぞれ曲線状の第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の上端同士を、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、燃焼時における火炎Ｈを２点鎖線によって示してある。
【００３１】
図２に示すごとく、上記のガスバーナ４とラジアントチューブ２との間には、一対の固定フランジ３４によって、ガスケット３３を介して挟持されたコンバスタチューブ３を配してなる。
一対の固定フランジ３４は、図６に示すごとく、押えフランジ３５と受けフランジ３６とによって構成されている。押えフランジ３５は、同図中に示すごとく、後述するコンバスタチューブ３の基部３１の外径よりも大きい円板形状を有しており、中央部にガスバーナ４から送られる燃焼空気及び他方のガスバーナ４から送られる排気ガスを流通させる流通孔３５１を設けてある。該流通孔３５１は、後述する３次エア孔３１２の外接円よりも大きく、その円周方向における外側には、コンバスタチューブ３及びバーナボディ４１とのシール面となるシール部３５２が形成されている。該シール部３５２はコンバスタチューブ３の基部３１の外径と略同一の外径を有している。また、該シール部３５２の周囲には、当該シール部３５２よりも板厚が厚い締結部３５３を有している。該締結部３５３は、シール部３５２の両面に対して同じ厚さ分突出するように形成されており、コンバスタチューブ３の基部３１及びバーナボディ４１のバーナ取付フランジ４１３に設けた段部と嵌合可能に構成されている。また、締結部３５３には、ラジアントチューブ２に設けた棒ネジ５１を挿通する棒ネジ挿通穴３５４と、押えフランジ３５と受けフランジ３６とコンバスタチューブ３を仮固定する際に用いるタップ穴３５とを設けてある。
【００３２】
受けフランジ３６は、図６に示すごとく、押えフランジ３５と同様にコンバスタチューブ３の基部３１の外径よりも大きい円板形状を有しており、中央部にガスバーナ４から送られる燃焼空気及び他方のガスバーナ４から送られる排気ガスを流通させる流通孔３６１を設けてある。該流通孔３６１は、後述する３次エア孔３１２の外接円よりも大きく、その円周方向における外側には、コンバスタチューブ３及びバーナボディ４１とのシール面となるシール部３６２が形成されている。該シール部３６２はコンバスタチューブ３の基部３１の外径と略同一の外径を有している。また、該シール部３６２の周囲には、当該シール部３６２よりも板厚が厚い締結部３６３を有している。該締結部３６３は、コンバスタチューブ３の基部３１に向かって突出するように形成されており、コンバスタチューブ３の基部３１と嵌合可能に構成されている。また、締結部３６３には、ラジアントチューブ２に設けた棒ネジ５１を挿通する棒ネジ挿通穴３６４と、押えフランジ３５と受けフランジ３６とコンバスタチューブ３を仮固定する際に用いるボルトを挿通するボルト挿通穴３６５とを設けてある。
【００３３】
尚、取付け状態において対向する押えフランジ３５のシール部３５２と、受けフランジ３６のシール部３６２とのシール面間距離は、それぞれの締結部３５３、３６３の厚さにより決定される。上記シール面間距離は、コンバスタチューブ３の基部３１の板厚に圧縮時のガスケット３３の厚さを加えた距離としてある。
ガスケット３３は、図６に示すごとく、上記の押えフランジ３５及び受けフランジ３６におけるシール部３５２のシール面と略同一のリング形状を有している。該ガスケット３３は、固定時の締付力により圧縮されるよう構成されており、メタルジャケットガスケット３３等を用いることが好ましい。
【００３４】
コンバスタチューブ３は、図４及び図５に示すごとく、中央に貫通形成された２次エア孔３１１を有する円板状の基部３１と、該基部３１の２次エア孔３１１の近傍から立設した中空円筒部３２からなる。本例のコンバスタチューブ３は、セラミック製であり基部３１及び中空円筒部３２は一体に成形されている。基部３１には、バーナボディ４１から、ラジアントチューブ２とコンバスタチューブ３との間に形成された３次エア流路３１３へと３次エアを送るための１０個の３次エア孔３１２を同一円周上に等間隔で設けてある。本例においては、基部３１の２次エア孔３１１の内径Ｄ１を、中空円筒部３２の内径Ｄ１よりも小さく設定してあり、コンバスタチューブ３の内周面に突出した内鍔部３１４が形成してある。
【００３５】
本例においては、図４に示すごとく、コンバスタチューブ３の基部３１の内径Ｄ１（ｍｍ）と、ホールドエアパイプ４３の外径Ｄ３（ｍｍ）と、基部３１の内径Ｄ１から中空円筒部３２の内径Ｄ２を除した寸法Ｈ（ｍｍ）とは、０≦Ｈ＜（Ｄ１−Ｄ３）／２の関係にある。
また、基部３１の２次エア孔３１１における内径の面積Ｘ１（ｍｍ２）からホールドエアパイプ４３の外径をなす円の面積Ｘ２（ｍｍ２）を除した面積をＸ（ｍｍ２）とし、複数の３次エア孔３１２の面積を合計した面積をＹ（ｍｍ２）としたとき、２Ｘ≦Ｙ≦４Ｘの関係にある。
【００３６】
次に、本例におけるラジアントチューブ２へのガスバーナ４及びコンバスタチューブ３の取付け方法を図２及び図６を用いて説明する。
図６に示すごとく、コンバスタチューブ３、一対の固定フランジ３４及びガスケット３３の仮固定を行う。受けフランジ３６のシール面にガスケット３３を配し、次いで、受けフランジ３６の流通孔３５１にコンバスタチューブ３を挿通し、該コンバスタチューブ３の基部３１を受けフランジ３６の締結部３５３の内側に勘合させる。次に、押えフランジ３５の一方のシール面にガスケット３３を配し、該ガスケット３３を配した側のシール面をコンバスタチューブ３の基部３１に当接させ、該基部３１を締結部３５３の内側に勘合させる。次に、仮固定用ボルト３７を受けフランジ３６のボルト挿通穴３６５に挿通し、押えフランジ３５のタップ穴３５に締め付け固定を行う。これにより、コンバスタチューブ３、一対の固定フランジ３４及びガスケット３３の仮固定が完了し、コンバスタチューブモジュール３０が形成される。
【００３７】
次いで、図２に示すごとく、コンバスタチューブモジュール３０を、ラジアントチューブ２の内側に挿通すると共に、ラジアントチューブ固定フランジ部２５に設けた棒ネジ５１を、コンバスタチューブモジュール３０をなす一対の固定フランジ３４（押えフランジ３５、受けフランジ３６）の棒ネジ挿通穴３５４に挿通する。次いで、ガスバーナ４を、バーナボディ４１のバーナ取付けフランジ４１５に設けた段部をコンバスタチューブモジュール３０の押えフランジ３５が有する締結部３５３の内側に勘合させると共に、バーナ取付けフランジ４１５に設けた棒ネジ挿通穴３５４に挿通させる。そして、棒ネジ５１にバーナ固定用ナット５２を締付け、ガスバーナ４及びコンバスタチューブモジュール３０をラジアントチューブ２に共締め固定する。このとき、１対の固定フランジ３４とコンバスタチューブ３の間に配されたガスケット３３が圧縮されることにより、コンバスタチューブ３を破損することなく、最適な保持状態で保持される。
【００３８】
このように組付けられたリジェネラジアントチューブバーナ１においては、一方のガスバーナ４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の排熱は、他方のガスバーナ４における蓄熱体４２によって回収される。すなわち、排気ガスがバーナボディ４１内における蓄熱体４２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、排気ガスＧの熱を、ラジアントチューブ２及びコンバスタチューブ３が吸熱することで両者の温度が上昇する。さらに、この温度低下後の排気ガスの熱を、バーナボディ４１に収容された蓄熱体４２が蓄熱することにより、排気ガスの排熱回収を行うことができる。
【００３９】
また、排熱回収を行った側のガスバーナ４において燃焼を行う際には、バーナボディ４１に収容された蓄熱体４２に接触し昇温した燃焼空気が、２次エア孔３１１及び３次エア孔３１２へと流入する。２次エア孔３１１とホールドエアパイプ４３及びガスノズルとの間から、コンバスタチューブ３内に流入した２次エアは、ガスノズルから噴出された燃料ガスと混合され、コンバスタチューブ３内において一次燃焼を行う。これにより、コンバスタチューブ３内からラジアントチューブ２内に向けて、燃料リッチな不完全な燃焼状態の火炎Ｈが形成される。
【００４０】
そして、３次エア孔３１２に流入し、３次エア流路３１３を流通した３次エアが上記火炎Ｈに供給されることにより、二次燃焼が行われる。これにより、ラジアントチューブ２内において、一次燃焼において未燃状態にあった燃焼ガスを燃焼させることができる。
このように、本例においては、一次燃焼と二次燃焼との２段階燃焼を行うことにより、急激な燃焼を抑え、ＮＯｘの排出量を低減させることができる。
【００４１】
さらに、本例において注目すべきことは、コンバスタチューブ３は、基部３１の外周部がバーナボディ４１に接続されており、ガスノズル４４１の先端部をコンバスタチューブ３の２次エア孔３１１の内周側に挿入配置してなることである。
これにより、ガスノズル４４１と、コンバスタチューブ３とは、共にバーナボディ４１に配設されており、両者は、常に一定の位置関係となる。
【００４２】
また、ガスノズルの先端部が、コンバスタチューブ３の２次エア孔３１１の内周側に挿入配置されることにより、ガスノズル及びホールドエアパイプ４３と、２次エア孔３１１との間の距離により、２次エア孔３１１からコンバスタチューブ３内に流入する２次エアの流量を決定する事ができ、２次エアの流量調整を容易とすることができる。したがって、コンバスタチューブ３内に流入する２次エアの流量を安定させ、コンバスタチューブ３内で行われる一次燃焼の燃焼効率を向上することができる。
【００４３】
また、コンバスタチューブ３は、ガスバーナ４とラジアントチューブ２との間に挟持することで、固定されているため、コンバスタチューブ３の配設方向を自由に設定することができる。そのため、リジェネラジアントチューブバーナ１の構造における自由度を向上することができる。
【００４４】
また、コンバスタチューブ３の基部３１には、バーナボディ４１からコンバスタチューブ３とラジアントチューブ２の間へと３次エアを送るための複数の３次エア孔３１２を貫通形成してある。これにより、３次エア流路３１３における３次エアの流量及び流通状態を理想の状態に近づけることができる。本例においては、３次エア孔３１２を、基部３１の円周方向に等間隔で配している。そのため、３次エア流路３１３を流通する３次エアの流量を、円周方向全周において、略均等とすることができる。これにより、コンバスタチューブ３の先端部前方において行われる二次燃焼における、燃焼の偏りを防止し、燃焼効率を向上することができる。
【００４５】
上記のごとく、一次燃焼及び二次燃焼に対する２次エア及び３次エアの供給量を安定化し、一次燃焼及び二次燃焼の燃焼状態を最適な状態に近づけることにより、リジェネラジアントチューブバーナ１の２段階燃焼の燃焼状態をより理想に近い状態とすることができ、加熱効率を向上させることができる。
【００４６】
また、コンバスタチューブ３をなす基部３１と中空円筒部３２とは、基部３１の２次エア孔３１１の内径Ｄ１（ｍｍ）が中空円筒部３２の内径Ｄ２（ｍｍ）よりも小さく設定してある。そのため、基部３１の２次エア孔３１１の内径Ｄ１（ｍｍ）により、２次エア孔３１１に流入する２次エアの流量を調整すると共に、中空円筒部３２の内径Ｄ２（ｍｍ）を、二次燃焼を行うのに適した内径とし、空間を確保することができる。これにより、二次燃焼における燃焼効率をより理想の状態に近づけることができる。
【００４７】
また、コンバスタチューブ３の基部３１の内径Ｄ１（ｍｍ）と、ホールドエアパイプ４３の外径Ｄ３（ｍｍ）と、基部３１の内径Ｄ１から中空円筒部３２の内径Ｄ２を除した寸法Ｈ（ｍｍ）とは、０≦Ｈ＜（Ｄ１−Ｄ３）／２の関係にある。これにより、確実に２次エアを上記コンバスタチューブ３の内側に供給することができる。
【００４８】
また、コンバスタチューブ３は、基部３１をガスケット３３を介して、両面から固定フランジ３４（押えフランジ３５、受けフランジ３６）により挟持されると共に、上記固定フランジ３４をガスバーナ４とラジアントチューブ２との間において挟持することにより保持されている。そのため、コンバスタチューブ３の破損を防止すると共に、耐久性に優れた保持状態とすることができる。本例において、コンバスタチューブ３は、基部３１の外周部をガスケット３３を介して、両面から固定フランジ３４により挟持してある。このとき、ガスケット３３を圧縮しながら固定するため、基部３１にかかる圧力を低減し、最適な固定状態とすることができる。
【００４９】
また、基部３１の貫通穴における内径の面積Ｘ１（ｍｍ２）からホールドエアパイプ４３の外径をなす円の面積Ｘ２（ｍｍ２）を除した面積をＸ（ｍｍ２）とし、複数の３次エア孔３１２の面積を合計した面積をＹ（ｍｍ２）としたとき、２Ｘ≦Ｙ≦４Ｘの関係にある。これにより、２次エア孔３１１に流入する２次エアの量と、３次エア孔３１２に流入する上記３次エアの量との割合を理想に近い状態とし、リジェネラジアントチューブバーナ１の加熱効率を向上させることができる。
【００５０】
（実施例２）
本例は、図７及び図８に示すごとく、実施例１のコンバスタチューブ３に対して、基部３１の２次エア孔３１１の内径Ｄ１及び３次エア孔３１２の数量及び形状を変更した例である。本例においては、２次エア孔３１１の内径Ｄ１と中空円筒部３２の内径Ｄ２とを同一としてある。また、３次エア孔３１２の数量を６個とし、形状を長円形状としてある。
リジェネラジアントチューブバーナ１の燃焼条件によっては、本例のコンバスタチューブ３を用いた場合においても実施例１と同様の作用効果を得ることができる。尚、本例に示すコンバスタチューブ３は、その形状の一例を示すものであり、リジェネラジアントチューブバーナ１の燃焼条件に応じて、種々の形状を用いることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１ リジェネラジアントチューブバーナ
２ ラジアントチューブ
３ コンバスタチューブ
３１ 基部
３１１ ２次エア孔
３１２ ３次エア孔
３１３ ３次エア流路
３２ 中空円筒部
３３ ガスケット
３４ 固定フランジ
４ ガスバーナ
４１ バーナボディ
４２ 蓄熱体
４３ ホールドエアパイプ
４４ ガスパイプ
４４１ ガスノズル
５ 熱処理炉
【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リジェネ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リジェネラジアントチューブバーナは、一方のガスバーナの燃焼時に生じる排気ガスの熱量を、他方のガスバーナが有する蓄熱体に蓄熱するよう構成してある。そして、他方のガスバーナを燃焼させる際に蓄熱した熱を利用することで燃焼空気を昇温することにより、高い熱効率と高効率加熱とを可能としている。その反面、燃焼空気が高温に予熱されることで火炎の温度が上昇し、ＮＯｘの排出量が多くなるという欠点がある。そのため、低ＮＯｘ化を目的として、ラジアントチューブの内側にコンバスタチューブと呼ばれる円筒状の燃焼筒を設けることにより、二段燃焼を行う構造が知られている。
【０００３】
このようなリジェネラジアントチューブバーナとしては、例えば、特許文献１に示すものがある。特許文献１に示されたリジェネラジアントチューブバーナは、ラジアントチューブの内面に配された円弧状板上にコンバスタチューブを載置することよって配置すると共に、上記円弧状板は、上記ラジアントチューブの内周面と、上記コンバスタチューブとの間に形成される空間の下半分を塞ぐように配されている。また、燃焼ガスを噴出するガスノズルの先端と、上記コンバスタチューブの基端側開口端との間には、軸方向に所定の距離が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１３２２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に示されるリジェネラジアントチューブバーナにおいては、上記のごとく、上記ガスノズルと上記コンバスタチューブとの間に距離を開け、ガスノズルをコンバスタチューブの外側に配しているため、周囲の燃焼空気の流れにより、上記コンバスタチューブの内に入るべき流れがその外側に流れ出る場合がある。そのため、上記コンバスタチューブ内において、一次燃焼の燃焼状態が不安定となりやすい。
また、上記円弧状板を配することにより、上記ラジアントチューブの内周面と上記コンバスタチューブの外周面との間に形成される燃焼空気流路における断面の略半分が塞がれるため、上記燃焼空気流路から上記コンバスタチューブ先端側へ供給される燃焼空気の供給量に偏りが生じ、二次燃焼における燃焼状態が不安定となるおそれがある。
【０００６】
また、上記コンバスタチューブは、上記円弧状板上に載置するように構成されており、適切な位置に配置し難いため、整備や保全作業毎に位置が定まりにくい。この場合にも、一次燃焼及び二次燃焼における燃焼状態が不安定となりやすい。
上記のごとく、一次燃焼及び二次燃焼において、燃焼状態が不安定となるため、上記リジェネラジアントチューブバーナの燃焼効率が低下し、熱効率が低下する場合がある。
【０００７】
また、上記コンバスタチューブと上記円弧状板とは、互いに固定されていない。そのため、上記コンバスタチューブは、横倒しした状態でのみ配設が可能であり、リジェネラジアントチューブバーナにおける配設方向の自由度が低い。
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、燃焼空気の供給量を安定化し高効率加熱を可能とすると共に、配設方向の自由度が高いリジェネ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】
【０００９】
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された一対のガスバーナとを備えたリジェネラジアントチューブバーナにおいて、
上記ガスバーナは、燃焼ガスを噴出させるガスノズルを先端に設けたガスパイプと、該ガスパイプの外側に当該ガスパイプと二重管状となるように配置された１次エア供給用のホールドエアパイプと、該ホールドエアパイプを囲うように配置された蓄熱体を収容したバーナボディとを有してなり、
上記バーナボディの先端には、上記ラジアントチューブの中において先端を開口させた円筒状のコンバスタチューブが接続されており、
該コンバスタチューブは、中央に貫通形成された２次エア孔を有する円板状の基部と、該基部の上記２次エア孔の内周部又はその近傍から立設した中空円筒部からなると共に、上記基部の外周部が上記バーナボディに接続されており、
上記コンバスタチューブの上記基部には、上記バーナボディから上記コンバスタチューブと上記ラジアントチューブの間へと３次エアを送るための複数の３次エア孔を貫通形成してあり、
上記ラジアントチューブと上記コンバスタチューブとの間には、上記３次エアが流通する３次エア流路を形成してあり、
上記ガスノズルの先端部を上記コンバスタチューブの上記２次エア孔の内周側に挿入配置してなることを特徴とするリジェネラジアントチューブバーナにある（請求項１）。
【発明の効果】
【００１０】
本発明において、上記コンバスタチューブは、上記基部の外周部が上記バーナボディに接続されており、上記ガスノズルの先端部を上記コンバスタチューブの２次エア孔の内周側に挿入配置してなる。すなわち、上記ガスノズルと、上記コンバスタチューブとは、共に上記バーナボディに配設されており、両者は、常に一定の位置関係となる。
【００１１】
また、上記ガスノズルの先端部が、上記コンバスタチューブの２次エア孔の内周側に挿入配置されることにより、上記ガスノズル及び上記ホールドエアパイプと、上記２次エア孔との間の距離により、上記２次エア孔からコンバスタチューブ内に流入する上記２次エアの流量を決定する事ができ、上記２次エアの流量調整を容易とすることができる。したがって、上記コンバスタチューブ内に流入する上記２次エアの流量を安定させ、上記コンバスタチューブ内で行われる上記一次燃焼の燃焼効率を向上することができる。
また、上記コンバスタチューブと上記バーナボディとは、接続されているため、上記コンバスタチューブの配設方向を自由に設定することができる。そのため、上記リジェネラジアントチューブバーナの構造における自由度を向上することができる。
【００１２】
また、上記コンバスタチューブの上記基部には、上記バーナボディから上記コンバスタチューブと上記ラジアントチューブの間へと３次エアを送るための複数の３次エア孔を貫通形成してある。この場合には、上記３次エア流路における上記３次エアの流量及び流通状態を理想の状態に近づけることができる。また、上記３次エア孔を、上記基部の円周方向に等間隔で配することができる。この場合には、上記３次エア流路を流通する３次エアの流量を、円周方向全周において、略均等とすることができる。これにより、上記コンバスタチューブの先端部前方において行われる二次燃焼における、燃焼の偏りを防止し、燃焼効率を向上することができる。また、上記３次エア孔の配設位置を適宜変更することもできる。この場合には、上記３次エアの流入量を意図的に偏らせたい場合においても、所望の３次エアの流通状態を得ることができる。
【００１３】
また、上記２次エア孔の内径と、上記３次エア孔の内径及び数量を変更し、それぞれの内径における面積を変更することにより、上記２次エア孔を流通する上記２次エアの流量及び上記３次エア孔を流通する上記３次エアの流量を調整することができる。
上記のごとく、一次燃焼及び二次燃焼に対する２次エア及び３次エアの供給量を安定化し、一次燃焼及び二次燃焼の燃焼状態を最適な状態に近づけることにより、上記リジェネラジアントチューブバーナの２段階燃焼の燃焼状態をより理想に近い状態とすることができ、加熱効率を向上させることができる。
【００１４】
このように、本発明によれば、燃焼空気の供給量を安定化し高効率加熱を可能とすると共に、配設方向の自由度が高いリジェネラジアントチューブバーナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１における、リジェネラジアントチューブバーナを示す説明図。
【図２】図１の部分拡大図。
【図３】図２の要部拡大図。
【図４】実施例１における、コンバスタチューブの説明図。
【図５】図３のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図６】実施例１における、コンバスタモジュールの構成を示す説明図。
【図７】実施例２における、コンバスタチューブの正面図。
【図８】図４のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明において、上記コンバスタチューブをなす上記基部と上記中空円筒部とは、上記基部の上記２次エア孔の内径Ｄ１（ｍｍ）が上記中空円筒部の内径Ｄ２（ｍｍ）よりも小さく設定してあることが好ましい（請求項２）。この場合には、上記基部の２次エア孔の内径Ｄ１（ｍｍ）を変更することにより、上記２次エア孔に流入する上記２次エアの流量を調整すると共に、上記中空円筒部の内径Ｄ２（ｍｍ）を、上記二次燃焼を行うのに適した内径とし、空間を確保することができる。これにより、上記二次燃焼における燃焼効率をより理想の状態に近づけることができる。また、上記２次エア孔の内径Ｄ１（ｍｍ）は、後述の上記ホールドエアパイプの外径Ｄ３（ｍｍ）よりも大きいことが好ましい。上記内径Ｄ１（ｍｍ）が上記外径Ｄ３（ｍｍ）以下の場合、上記二次燃焼に必要な上記２次エアを供給できなくなるおそれがある。
【００１７】
また、上記コンバスタチューブの上記基部の内径Ｄ１（ｍｍ）と、上記ホールドエアパイプの外径Ｄ３（ｍｍ）と、上記基部の内径Ｄ１から上記中空円筒部の内径Ｄ２を除した寸法Ｈ（ｍｍ）とは、０≦Ｈ＜（Ｄ１−Ｄ３）／２の関係にあることが好ましい。この場合には、確実に２次エアを上記コンバスタチューブの内側に供給することができる。
Ｈ＜０の場合には、上記基部と上記中空円筒部の接続部における肉厚が薄くなるため、強度が低下するおそれがある。また、Ｈ≧（Ｄ１−Ｄ３）／２の場合には、上記コンバスタチューブの内側に供給する２次エアの量が不十分となるおそれがある。
【００１８】
また、上記コンバスタチューブは、上記基部をガスケットを介して、両面から固定フランジにより挟持されると共に、上記固定フランジを上記ガスバーナと上記ラジアントチューブとの間において挟持することにより保持されていることが好ましい（請求項３）。この場合には、上記コンバスタチューブの破損を防止すると共に、耐久性に優れた保持状態とすることができる。上記コンバスタチューブの材料としては、セラミックを用いる場合が多い。セラミックは、高い耐熱性を有する反面、靭性が低いため大きな外力を受けると破損しやすい。そのため、例えば、セラミック製の上記コンバスタチューブに固定用の貫通穴を設け、その他の構成部品と共に、ボルト等により共締めして固定した場合、締付力により破損する場合がある。
【００１９】
これに対し、上記のごとく、上記コンバスタチューブを、上記基部の外周部を上記ガスケットを介して、両面から上記固定フランジにより挟持した場合には、上記ガスケットを圧縮しながら固定されるため、上記基部にかかる圧力を低減し、最適な固定状態とすることができる。尚、上記基部の両面に配される上記固定フランジにおいて、固定時における上記基部を挟持する面の間の距離は、上記基部の厚さと圧縮状態にある上記ガスケットの厚さとを加えたものとする。
【００２０】
また、上記基部の貫通穴における内径の面積Ｘ１（ｍｍ２）から上記ホールドエアパイプの外径をなす円の面積Ｘ２（ｍｍ２）を除した面積をＸ（ｍｍ２）とし、複数の上記３次エア孔の面積を合計した面積をＹ（ｍｍ２）としたとき、２Ｘ≦Ｙ≦４Ｘの関係にあることが好ましい（請求項４）。この場合には、上記２次エア孔に流入する上記２次エアの量と、上記３次エア孔に流入する上記３次エアの量との割合を理想に近い状態とし、上記リジェネラジアントチューブバーナの加熱効率を向上させることができる。
【実施例】
【００２１】
（実施例１）
本発明の実施例にかかるリジェネラジアントチューブバーナ１について、図１〜図６を用いて説明する。
尚、図３は、コンバスタチューブ３、ホールドエアパイプ４３、ガスパイプ４４及びガスノズル４４１以外の記載は省略したものである。
【００２２】
本例に示すリジェネラジアントチューブバーナ１は、図１〜図３に示すごとく、熱処理炉５内に配設するラジアントチューブ２と、該ラジアントチューブ２の両端部に配設された一対のガスバーナ４とを備えてなる。ガスバーナ４は、燃焼ガスを噴出させるガスノズル４４１を先端に設けたガスパイプ４４と、該ガスパイプ４４の外側に当該ガスパイプ４４と二重管状となるように配置された１次エア供給用のホールドエアパイプ４３と、該ホールドエアパイプ４３を囲うように配置された蓄熱体４２を収容したバーナボディ４１とを有してなる。バーナボディ４１の先端には、ラジアントチューブ２の中において先端を開口させた円筒状のコンバスタチューブ３が接続されている。該コンバスタチューブ３は、図４及び図５に示すごとく、中央に貫通形成された２次エア孔３１１を有する円板状の基部３１と、該基部３１の２次エア孔３１１の内周部又はその近傍から立設した中空円筒部３２からなる。また、コンバスタチューブ３は、基部３１の外周部が上記バーナボディ４１に接続されており、コンバスタチューブ３の基部３１には、バーナボディ４１からコンバスタチューブ３とラジアントチューブ２の間へと３次エアを送るための複数の３次エア孔３１２を貫通形成してある。ラジアントチューブ２とコンバスタチューブ３との間には、３次エアが流通する３次エア流路３１３を形成してある。本例に示すリジェネラジアントチューブバーナ１は、図３に示すごとく、ガスノズル４４１の先端部をコンバスタチューブ３の２次エア孔３１１の内周側に挿入配置してなる。
【００２３】
以下詳説する。
図１に示すごとく、本例のリジェネラジアントバーナ１は、Ｗ字形状のラジアントチューブ２の両端にそれぞれガスバーナを設けたものであり、この一対のガスバーナは、同様の構造を有する。説明の都合上、バーナボディ４１を配した側を後方とし、コンバスタチューブ３を配した側を前方とする。また、コンバスタチューブ３等において、後方に配される端部を基端とし、前方に配される端部を先端とする。
【００２４】
図２に示すごとく、本例のガスバーナ４は、該ガスバーナ４の中心軸線上に配されたホールドエアパイプ４３と、該ホールドエアパイプ４３の周囲に配された蓄熱体４２と、ホールドエアパイプ４３と蓄熱体４２とを内側に配するバーナボディ４１とを有している。
【００２５】
本例のホールドエアパイプ４３は、図２及び図３に示すごとく、１次エアを通過させて噴出させる１次エア流路を有し、その内側に燃焼ガスを流通させて噴出させるガスパイプ４４と、ガスバーナ４の点火を行うためのスパークロッド４５を挿入配置してなる。ガスパイプ４４の先端部には、燃料噴出孔を有するガスノズル４４１を設けてあり、燃焼ガスを後述のコンバスタチューブ３内へ噴出するよう構成してある。また、ガスノズル４４１の先端部は、ホールドエアパイプ４３の先端部の端面から前方に突出するように配されている。
【００２６】
本例においては、図３に示すごとく、ガスノズル４４１の先端部が、コンバスタチューブ３の基端部側の端面より前方に向かって距離Ｌだけ挿入配置されている。ガスノズル４４１の先端部の挿入距離Ｌの大きさは適宜選択できるが、基部３１の厚み程度が好ましい。挿入距離Ｌが、大きすぎる場合、一次燃焼を開始する位置までの距離が長くなり、その分、コンバスタチューブ３を延長する必要があり、コンバスタチューブ３の大型化を招くおそれがある。また、本例のガスバーナ４は、ガスノズル４４１から噴出させた燃焼ガスの一部と、１次エア流路から噴出させた１次エアとを燃焼させて保炎を行うよう構成してある。
【００２７】
バーナボディ４１は、図２に示すごとく、略円筒形状を有しており、その外周面には、燃焼空気を流入する空気流入口４１２を配してある。また、バーナボディ４１の先端側には、縮径された開口部が形成されており、該開口部には、ラジアントチューブ２にガスバーナ４を取付けるためのバーナ取付フランジ４１３が形成してある。また、バーナボディ４１の内側には、ホールドエアパイプ４３を挿通するホールドエアパイ内筒部４１１を設けてあり、バーナボディ４１の外周面と内筒部４１１の間に上記の蓄熱体４２が収容されている。バーナボディ４１の外周面と内筒部４１１との間に形成される蓄熱体４２を配した空間には、空気流入口４１２から流入した空気を流通させることができ、蓄熱体４２に蓄熱した熱により、流入する空気を予熱し昇温することができる。
【００２８】
本例の蓄熱体４２は、図２に示すごとく、球状のセラミックス（図示略）からなり、ホールドエアパイプ４３の周囲に多数配置してある。この蓄熱体４２は、後述するバーナボディ４１の外カバー４１１と内筒部４１１との間のスペースを埋めるように配置してある。尚、蓄熱体４２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】
ラジアントチューブ２は、図１及び図２に示すごとく、耐熱鋳鋼からなり、その両端部における外周面に略長方形の平板からなるラジアントチューブ固定フランジ部２５を溶接により配設してある。ラジアントチューブ２は、該ラジアントチューブ固定フランジ部２５を熱処理炉５の炉壁に配された棒ネジ５１とバーナ固定用ナット５２とによって、熱処理炉５の炉壁にバーナボディ４１と共締めすることにより固定されている。
【００３０】
また、ラジアントチューブ２は、図１に示すごとく、一対のガスバーナ４を両端部に配設し、該両端部から垂直方向に垂下した第１ストレート部２１の下端と、この第１ストレート部２１に平行に並列配置した２つの第２ストレート部２２の下端とをそれぞれ曲線状の第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の上端同士を、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、燃焼時における火炎Ｈを２点鎖線によって示してある。
【００３１】
図２に示すごとく、上記のガスバーナ４とラジアントチューブ２との間には、一対の固定フランジ３４によって、ガスケット３３を介して挟持されたコンバスタチューブ３を配してなる。
一対の固定フランジ３４は、図６に示すごとく、押えフランジ３５と受けフランジ３６とによって構成されている。押えフランジ３５は、同図中に示すごとく、後述するコンバスタチューブ３の基部３１の外径よりも大きい円板形状を有しており、中央部にガスバーナ４から送られる燃焼空気及び他方のガスバーナ４から送られる排気ガスを流通させる流通孔３５１を設けてある。該流通孔３５１は、後述する３次エア孔３１２の外接円よりも大きく、その円周方向における外側には、コンバスタチューブ３及びバーナボディ４１とのシール面となるシール部３５２が形成されている。該シール部３５２はコンバスタチューブ３の基部３１の外径と略同一の外径を有している。また、該シール部３５２の周囲には、当該シール部３５２よりも板厚が厚い締結部３５３を有している。該締結部３５３は、シール部３５２の両面に対して同じ厚さ分突出するように形成されており、コンバスタチューブ３の基部３１及びバーナボディ４１のバーナ取付フランジ４１３に設けた段部と嵌合可能に構成されている。また、締結部３５３には、ラジアントチューブ２に設けた棒ネジ５１を挿通する棒ネジ挿通穴３５４と、押えフランジ３５と受けフランジ３６とコンバスタチューブ３を仮固定する際に用いるタップ穴３５とを設けてある。
【００３２】
受けフランジ３６は、図６に示すごとく、押えフランジ３５と同様にコンバスタチューブ３の基部３１の外径よりも大きい円板形状を有しており、中央部にガスバーナ４から送られる燃焼空気及び他方のガスバーナ４から送られる排気ガスを流通させる流通孔３６１を設けてある。該流通孔３６１は、後述する３次エア孔３１２の外接円よりも大きく、その円周方向における外側には、コンバスタチューブ３及びバーナボディ４１とのシール面となるシール部３６２が形成されている。該シール部３６２はコンバスタチューブ３の基部３１の外径と略同一の外径を有している。また、該シール部３６２の周囲には、当該シール部３６２よりも板厚が厚い締結部３６３を有している。該締結部３６３は、コンバスタチューブ３の基部３１に向かって突出するように形成されており、コンバスタチューブ３の基部３１と嵌合可能に構成されている。また、締結部３６３には、ラジアントチューブ２に設けた棒ネジ５１を挿通する棒ネジ挿通穴３６４と、押えフランジ３５と受けフランジ３６とコンバスタチューブ３を仮固定する際に用いるボルトを挿通するボルト挿通穴３６５とを設けてある。
【００３３】
尚、取付け状態において対向する押えフランジ３５のシール部３５２と、受けフランジ３６のシール部３６２とのシール面間距離は、それぞれの締結部３５３、３６３の厚さにより決定される。上記シール面間距離は、コンバスタチューブ３の基部３１の板厚に圧縮時のガスケット３３の厚さを加えた距離としてある。
ガスケット３３は、図６に示すごとく、上記の押えフランジ３５及び受けフランジ３６におけるシール部３５２のシール面と略同一のリング形状を有している。該ガスケット３３は、固定時の締付力により圧縮されるよう構成されており、メタルジャケットガスケット３３等を用いることが好ましい。
【００３４】
コンバスタチューブ３は、図４及び図５に示すごとく、中央に貫通形成された２次エア孔３１１を有する円板状の基部３１と、該基部３１の２次エア孔３１１の近傍から立設した中空円筒部３２からなる。本例のコンバスタチューブ３は、セラミック製であり基部３１及び中空円筒部３２は一体に成形されている。基部３１には、バーナボディ４１から、ラジアントチューブ２とコンバスタチューブ３との間に形成された３次エア流路３１３へと３次エアを送るための１０個の３次エア孔３１２を同一円周上に等間隔で設けてある。本例においては、基部３１の２次エア孔３１１の内径Ｄ１を、中空円筒部３２の内径Ｄ１よりも小さく設定してあり、コンバスタチューブ３の内周面に突出した内鍔部３１４が形成してある。
【００３５】
本例においては、図４に示すごとく、コンバスタチューブ３の基部３１の内径Ｄ１（ｍｍ）と、ホールドエアパイプ４３の外径Ｄ３（ｍｍ）と、基部３１の内径Ｄ１から中空円筒部３２の内径Ｄ２を除した寸法Ｈ（ｍｍ）とは、０≦Ｈ＜（Ｄ１−Ｄ３）／２の関係にある。
また、基部３１の２次エア孔３１１における内径の面積Ｘ１（ｍｍ２）からホールドエアパイプ４３の外径をなす円の面積Ｘ２（ｍｍ２）を除した面積をＸ（ｍｍ２）とし、複数の３次エア孔３１２の面積を合計した面積をＹ（ｍｍ２）としたとき、２Ｘ≦Ｙ≦４Ｘの関係にある。
【００３６】
次に、本例におけるラジアントチューブ２へのガスバーナ４及びコンバスタチューブ３の取付け方法を図２及び図６を用いて説明する。
図６に示すごとく、コンバスタチューブ３、一対の固定フランジ３４及びガスケット３３の仮固定を行う。受けフランジ３６のシール面にガスケット３３を配し、次いで、受けフランジ３６の流通孔３５１にコンバスタチューブ３を挿通し、該コンバスタチューブ３の基部３１を受けフランジ３６の締結部３５３の内側に勘合させる。次に、押えフランジ３５の一方のシール面にガスケット３３を配し、該ガスケット３３を配した側のシール面をコンバスタチューブ３の基部３１に当接させ、該基部３１を締結部３５３の内側に勘合させる。次に、仮固定用ボルト３７を受けフランジ３６のボルト挿通穴３６５に挿通し、押えフランジ３５のタップ穴３５に締め付け固定を行う。これにより、コンバスタチューブ３、一対の固定フランジ３４及びガスケット３３の仮固定が完了し、コンバスタチューブモジュール３０が形成される。
【００３７】
次いで、図２に示すごとく、コンバスタチューブモジュール３０を、ラジアントチューブ２の内側に挿通すると共に、ラジアントチューブ固定フランジ部２５に設けた棒ネジ５１を、コンバスタチューブモジュール３０をなす一対の固定フランジ３４（押えフランジ３５、受けフランジ３６）の棒ネジ挿通穴３５４に挿通する。次いで、ガスバーナ４を、バーナボディ４１のバーナ取付けフランジ４１５に設けた段部をコンバスタチューブモジュール３０の押えフランジ３５が有する締結部３５３の内側に勘合させると共に、バーナ取付けフランジ４１５に設けた棒ネジ挿通穴３５４に挿通させる。そして、棒ネジ５１にバーナ固定用ナット５２を締付け、ガスバーナ４及びコンバスタチューブモジュール３０をラジアントチューブ２に共締め固定する。このとき、１対の固定フランジ３４とコンバスタチューブ３の間に配されたガスケット３３が圧縮されることにより、コンバスタチューブ３を破損することなく、最適な保持状態で保持される。
【００３８】
このように組付けられたリジェネラジアントチューブバーナ１においては、一方のガスバーナ４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の排熱は、他方のガスバーナ４における蓄熱体４２によって回収される。すなわち、排気ガスがバーナボディ４１内における蓄熱体４２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、排気ガスＧの熱を、ラジアントチューブ２及びコンバスタチューブ３が吸熱することで両者の温度が上昇する。さらに、この温度低下後の排気ガスの熱を、バーナボディ４１に収容された蓄熱体４２が蓄熱することにより、排気ガスの排熱回収を行うことができる。
【００３９】
また、排熱回収を行った側のガスバーナ４において燃焼を行う際には、バーナボディ４１に収容された蓄熱体４２に接触し昇温した燃焼空気が、２次エア孔３１１及び３次エア孔３１２へと流入する。２次エア孔３１１とホールドエアパイプ４３及びガスノズルとの間から、コンバスタチューブ３内に流入した２次エアは、ガスノズルから噴出された燃料ガスと混合され、コンバスタチューブ３内において一次燃焼を行う。これにより、コンバスタチューブ３内からラジアントチューブ２内に向けて、燃料リッチな不完全な燃焼状態の火炎Ｈが形成される。
【００４０】
そして、３次エア孔３１２に流入し、３次エア流路３１３を流通した３次エアが上記火炎Ｈに供給されることにより、二次燃焼が行われる。これにより、ラジアントチューブ２内において、一次燃焼において未燃状態にあった燃焼ガスを燃焼させることができる。
このように、本例においては、一次燃焼と二次燃焼との２段階燃焼を行うことにより、急激な燃焼を抑え、ＮＯｘの排出量を低減させることができる。
【００４１】
さらに、本例において注目すべきことは、コンバスタチューブ３は、基部３１の外周部がバーナボディ４１に接続されており、ガスノズル４４１の先端部をコンバスタチューブ３の２次エア孔３１１の内周側に挿入配置してなることである。
これにより、ガスノズル４４１と、コンバスタチューブ３とは、共にバーナボディ４１に配設されており、両者は、常に一定の位置関係となる。
【００４２】
また、ガスノズルの先端部が、コンバスタチューブ３の２次エア孔３１１の内周側に挿入配置されることにより、ガスノズル及びホールドエアパイプ４３と、２次エア孔３１１との間の距離により、２次エア孔３１１からコンバスタチューブ３内に流入する２次エアの流量を決定する事ができ、２次エアの流量調整を容易とすることができる。したがって、コンバスタチューブ３内に流入する２次エアの流量を安定させ、コンバスタチューブ３内で行われる一次燃焼の燃焼効率を向上することができる。
【００４３】
また、コンバスタチューブ３は、ガスバーナ４とラジアントチューブ２との間に挟持することで、固定されているため、コンバスタチューブ３の配設方向を自由に設定することができる。そのため、リジェネラジアントチューブバーナ１の構造における自由度を向上することができる。
【００４４】
また、コンバスタチューブ３の基部３１には、バーナボディ４１からコンバスタチューブ３とラジアントチューブ２の間へと３次エアを送るための複数の３次エア孔３１２を貫通形成してある。これにより、３次エア流路３１３における３次エアの流量及び流通状態を理想の状態に近づけることができる。本例においては、３次エア孔３１２を、基部３１の円周方向に等間隔で配している。そのため、３次エア流路３１３を流通する３次エアの流量を、円周方向全周において、略均等とすることができる。これにより、コンバスタチューブ３の先端部前方において行われる二次燃焼における、燃焼の偏りを防止し、燃焼効率を向上することができる。
【００４５】
上記のごとく、一次燃焼及び二次燃焼に対する２次エア及び３次エアの供給量を安定化し、一次燃焼及び二次燃焼の燃焼状態を最適な状態に近づけることにより、リジェネラジアントチューブバーナ１の２段階燃焼の燃焼状態をより理想に近い状態とすることができ、加熱効率を向上させることができる。
【００４６】
また、コンバスタチューブ３をなす基部３１と中空円筒部３２とは、基部３１の２次エア孔３１１の内径Ｄ１（ｍｍ）が中空円筒部３２の内径Ｄ２（ｍｍ）よりも小さく設定してある。そのため、基部３１の２次エア孔３１１の内径Ｄ１（ｍｍ）により、２次エア孔３１１に流入する２次エアの流量を調整すると共に、中空円筒部３２の内径Ｄ２（ｍｍ）を、二次燃焼を行うのに適した内径とし、空間を確保することができる。これにより、二次燃焼における燃焼効率をより理想の状態に近づけることができる。
【００４７】
また、コンバスタチューブ３の基部３１の内径Ｄ１（ｍｍ）と、ホールドエアパイプ４３の外径Ｄ３（ｍｍ）と、基部３１の内径Ｄ１から中空円筒部３２の内径Ｄ２を除した寸法Ｈ（ｍｍ）とは、０≦Ｈ＜（Ｄ１−Ｄ３）／２の関係にある。これにより、確実に２次エアを上記コンバスタチューブ３の内側に供給することができる。
【００４８】
また、コンバスタチューブ３は、基部３１をガスケット３３を介して、両面から固定フランジ３４（押えフランジ３５、受けフランジ３６）により挟持されると共に、上記固定フランジ３４をガスバーナ４とラジアントチューブ２との間において挟持することにより保持されている。そのため、コンバスタチューブ３の破損を防止すると共に、耐久性に優れた保持状態とすることができる。本例において、コンバスタチューブ３は、基部３１の外周部をガスケット３３を介して、両面から固定フランジ３４により挟持してある。このとき、ガスケット３３を圧縮しながら固定するため、基部３１にかかる圧力を低減し、最適な固定状態とすることができる。
【００４９】
また、基部３１の貫通穴における内径の面積Ｘ１（ｍｍ２）からホールドエアパイプ４３の外径をなす円の面積Ｘ２（ｍｍ２）を除した面積をＸ（ｍｍ２）とし、複数の３次エア孔３１２の面積を合計した面積をＹ（ｍｍ２）としたとき、２Ｘ≦Ｙ≦４Ｘの関係にある。これにより、２次エア孔３１１に流入する２次エアの量と、３次エア孔３１２に流入する上記３次エアの量との割合を理想に近い状態とし、リジェネラジアントチューブバーナ１の加熱効率を向上させることができる。
【００５０】
（実施例２）
本例は、図７及び図８に示すごとく、実施例１のコンバスタチューブ３に対して、基部３１の２次エア孔３１１の内径Ｄ１及び３次エア孔３１２の数量及び形状を変更した例である。本例においては、２次エア孔３１１の内径Ｄ１と中空円筒部３２の内径Ｄ２とを同一としてある。また、３次エア孔３１２の数量を６個とし、形状を長円形状としてある。
リジェネラジアントチューブバーナ１の燃焼条件によっては、本例のコンバスタチューブ３を用いた場合においても実施例１と同様の作用効果を得ることができる。尚、本例に示すコンバスタチューブ３は、その形状の一例を示すものであり、リジェネラジアントチューブバーナ１の燃焼条件に応じて、種々の形状を用いることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１ リジェネラジアントチューブバーナ
２ ラジアントチューブ
３ コンバスタチューブ
３１ 基部
３１１ ２次エア孔
３１２ ３次エア孔
３１３ ３次エア流路
３２ 中空円筒部
３３ ガスケット
３４ 固定フランジ
４ ガスバーナ
４１ バーナボディ
４２ 蓄熱体
４３ ホールドエアパイプ
４４ ガスパイプ
４４１ ガスノズル
５ 熱処理炉
【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された一対のガスバーナとを備えたリジェネラジアントチューブバーナにおいて、
上記ガスバーナは、燃焼ガスを噴出させるガスノズルを先端に設けたガスパイプと、該ガスパイプの外側に当該ガスパイプと二重管状となるように配置された１次エア供給用のホールドエアパイプと、該ホールドエアパイプを囲うように配置された蓄熱体を収容したバーナボディとを有してなり、
上記バーナボディの先端には、上記ラジアントチューブの中において先端を開口させた円筒状のコンバスタチューブが接続されており、
該コンバスタチューブは、中央に貫通形成された２次エア孔を有する円板状の基部と、該基部の上記２次エア孔の内周部又はその近傍から立設した中空円筒部からなると共に、上記基部の外周部が上記バーナボディに接続されており、
上記コンバスタチューブの上記基部には、上記バーナボディから上記コンバスタチューブと上記ラジアントチューブの間へと３次エアを送るための複数の３次エア孔を貫通形成してあり、
上記ラジアントチューブと上記コンバスタチューブとの間には、上記３次エアが流通する３次エア流路を形成してあり、
上記ガスノズルの先端部を上記コンバスタチューブの上記２次エア孔の内周側に挿入配置してなることを特徴とするリジェネラジアントチューブバーナ。
【請求項２】
請求項１に記載のリジェネラジアントチューブバーナにおいて、上記コンバスタチューブをなす上記基部と上記中空円筒部とは、上記基部の上記２次エア孔の内径Ｄ１が上記中空円筒部の内径Ｄ２よりも小さく設定してあることを特徴とするリジェネラジアントチューブバーナ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のリジェネラジアントチューブバーナにおいて、上記コンバスタチューブは、上記基部をガスケットを介して、両面から固定フランジにより挟持されると共に、上記固定フランジを上記ガスバーナと上記ラジアントチューブとの間において挟持することにより保持されていることを特徴とするリジェネラジアントチューブバーナ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のリジェネラジアントチューブバーナにおいて、上記基部の貫通穴における内径の面積Ｘ１（ｍｍ２）から上記ホールドエアパイプの外径をなす円の面積Ｘ２（ｍｍ２）を除した面積をＸ（ｍｍ２）とし、複数の上記３次エア孔の面積を合計した面積をＹ（ｍｍ２）としたとき、２Ｘ≦Ｙ≦４Ｘの関係にあることを特徴とするリジェネ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された一対のガスバーナとを備えたリジェネラジアントチューブバーナにおいて、
上記ガスバーナは、燃焼ガスを噴出させるガスノズルを先端に設けたガスパイプと、該ガスパイプの外側に当該ガスパイプと二重管状となるように配置された１次エア供給用のホールドエアパイプと、該ホールドエアパイプを囲うように配置された蓄熱体を収容したバーナボディとを有してなり、
上記バーナボディの先端には、上記ラジアントチューブの中において先端を開口させた円筒状のコンバスタチューブが接続されており、
該コンバスタチューブは、中央に貫通形成された２次エア孔を有する円板状の基部と、該基部の上記２次エア孔の内周部又はその近傍から立設した中空円筒部からなると共に、上記基部の外周部が上記バーナボディに接続されており、
上記コンバスタチューブの上記基部には、上記バーナボディから上記コンバスタチューブと上記ラジアントチューブの間へと３次エアを送るための複数の３次エア孔を貫通形成してあり、
上記ラジアントチューブと上記コンバスタチューブとの間には、上記３次エアが流通する３次エア流路を形成してあり、
上記ガスノズルの先端部を上記コンバスタチューブの上記２次エア孔の内周側に挿入配置してなることを特徴とするリジェネラジアントチューブバーナ。
【請求項２】
請求項１に記載のリジェネラジアントチューブバーナにおいて、上記コンバスタチューブをなす上記基部と上記中空円筒部とは、上記基部の上記２次エア孔の内径Ｄ１が上記中空円筒部の内径Ｄ２よりも小さく設定してあることを特徴とするリジェネラジアントチューブバーナ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のリジェネラジアントチューブバーナにおいて、上記コンバスタチューブは、上記基部をガスケットを介して、両面から固定フランジにより挟持されると共に、上記固定フランジを上記ガスバーナと上記ラジアントチューブとの間において挟持することにより保持されていることを特徴とするリジェネラジアントチューブバーナ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のリジェネラジアントチューブバーナにおいて、上記基部の貫通穴における内径の面積Ｘ１（ｍｍ２）から上記ホールドエアパイプの外径をなす円の面積Ｘ２（ｍｍ２）を除した面積をＸ（ｍｍ２）とし、複数の上記３次エア孔の面積を合計した面積をＹ（ｍｍ２）としたとき、２Ｘ≦Ｙ≦４Ｘの関係にあることを特徴とするリジェネ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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１４１１００（Ｐ２０１２−１４１１００Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９４５０８（Ｐ２０１０−２９４５０８）
【出願日】平成２２年１２月２９日（２０１０．１２．２９）
【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２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２９日（２０１０．１２．２９）
【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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