JP4096016B2 - 蓄熱式ラジアントチューブバーナの燃焼方法 - Google Patents

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Description

本発明は、蓄熱式ラジアントチューブバーナの燃焼方法に関するものである。
バーナ装置において、加熱効率を向上させる技術として、伝熱管内の燃焼排ガスを脈動させることにより流速を速め熱伝達係数を大きくするパルス燃焼方式が知られている。
しかしながら、従来、パルス燃焼を行なうには、非常に短いサイクルで圧力変動を発生させる機構を、燃料および燃焼用空気の供給側に設ける必要がある。しかし、この機構を蓄熱式ラジアントチューブバーナに適用すると、バーナの点火、消火を断続的に、かつ、２台のバーナを交番させながら行なうため、燃焼の不安定や火炎検知器の検知不良にもとづく燃焼遮断が生じたり、また、バーナの点火、消火を制御する制御器の追従性に不安要素があり、蓄熱式ラジアントチューブバーナにパルス燃焼を適用することができなかった。
したがって、本発明は、パルス燃焼と同様、簡単な手段でラジアントチューブ内の圧力を脈動させて熱効率を向上させる蓄熱式ラジアントチューブバーナの燃焼方法を提供すること課題とする。
本発明は、前記の目的を達成するために、ラジアントチューブの両端部内にバーナ本体を設けてこのバーナ本体の外周部に蓄熱体を配置するとともに、前記蓄熱体後部に位置するラジアントチューブに燃焼用空気供給口兼排ガス排出口を備えた蓄熱式ラジアントチューブバーナにおいて、前記蓄熱式ラジアントチューブバーナの燃焼排ガス排気系に回転弁からなる脈動流発生機構を設け、バーナ燃焼時に前記回転弁の弁体を回転させることにより前記ラジアントチューブ内の排ガス圧力を脈動させて蓄熱式ラジアントチューブバーナを燃焼させるものである。
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、バーナの加熱効率を向上させるに必要な燃焼排ガスの脈動流の発生を、燃焼排ガス排気系に設けた回転弁からなる脈動流発生機構の弁体を回転させて行なうものでありバーナの燃焼は通常燃焼であるため、バーナのパルス燃焼と異なり他の機構に何の支障も与えることなく、加熱効率を向上させることができる。
つぎに、本発明の実施の形態を図１にしたがって説明する。
１０はラジアントチューブで、その両端部には、燃料供給管１１ａ，１１ｂが設けられるとともに、この燃料供給管１１ａ，１１ｂの外方に設けた内筒１２ａ，１２ｂの外周に外筒１３ａ，１３ｂが設けられ、前記内筒１２ａ，１２ｂと外筒１３ａ，１３ｂとで形成される空間にはたとえば、セラミックボールやセラミック製のハニカム体からなる蓄熱体１４ａ，１４ｂが充填されている。なお、蓄熱体１４ａ，１４ｂの前方には多数の開口１５ａ，１５ｂが設けられている。
また、前記外筒１３ａ，１３ｂとラジアントチューブ１０との間には隙間Ａが形成されているが、この隙間Ａは仕切板１６ａ，１６ｂにより長手方向に２分割されている。
さらに、ラジアントチューブ１０の前記仕切板１６ａ，１６ｂより後方には燃焼用空気供給兼排気口１７ａ，１７ｂが、前方には冷却用空気供給兼排気口１８ａ，１８ｂが設けられている。
そして、前記燃料供給管１１ａ，１１ｂは燃料遮断弁Ｖ1a,Ｖ1bを介して燃料供給ラインに接続するとともに、燃焼用空気供給兼排気口１７ａ，１７ｂは排ガス遮断弁Ｖ2a，Ｖ2bを介して排ガス吸引ファンＦ1に連通し、かつ、前記排ガス遮断弁Ｖ2a，Ｖ2bと燃焼用空気供給兼排気口１７ａ，１７ｂ間は燃焼用空気遮断弁Ｖ3a，Ｖ3bを介して燃焼用空気供給ブロワＦ2に連通している。
また、前記冷却用空気供給兼排気口１８ａ，１８ｂは冷却用空気遮断弁Ｖ4a，Ｖ4bを介して前記燃焼用空気供給ブロワＦ2に連通するとともに、前記冷却用空気遮断弁Ｖ4a，Ｖ4bと冷却用空気供給兼排気口１８ａ，１８ｂとの間は冷却用空気遮断弁Ｖ5a，Ｖ5bに接続している。
さらに、前記排ガス遮断弁Ｖ2a，Ｖ2bより下流の排ガス合流点ａより下流の排ガスラインに排ガス遮断弁Ｖ6を設けるとともに、この排ガス遮断弁Ｖ6のバイパスラインに調整弁Ｖ7とモータ駆動により開・閉する脈動流発生機構である回転弁Ｖ8が設置してある。
前記回転弁Ｖ8は、図２に示すように、流路Ｐを有する弁箱２０と、弁体２１を回転するシャフト２２とからなり、モータＭの駆動により流路Ｐを開閉するものである。なお、２３はシールパッキンで２４はグランドである。
つぎに、前記構成からなる蓄熱式ラジアントチューブバーナＢは、まず、前記燃料遮断弁Ｖ1a、排ガス遮断弁Ｖ2b、燃焼用空気遮断弁Ｖ3aおよび排ガス遮断弁Ｖ6を開、その他の遮断弁を閉とし、燃焼用空気供給ブロワＦ2、排ガス吸引ファンＦ1を駆動するとともに燃料供給ラインから燃料ガスを一方のバーナ本体Ｂraに供給する。燃焼用空気は蓄熱体１４ａを通過して開口１５ａから噴出する一方、燃料ガスは燃料供給管１１ａの先端開口部から噴出する。そして、燃焼用空気と燃料ガスは開口１５ａと燃料供給管１１ａの先端開口部との間に形成される保炎部１９ａで混合され、図示しない点火プラグのスパークによりバーナ本体Ｂraが着火し完全燃焼する。そして、その燃焼排ガスはラジアントチューブ１０を通り、その輻射伝熱により炉Ｔ内を加熱したのち蓄熱体１４ｂを通過して、該蓄熱体１４ｂを８００〜９００℃に加熱し、燃焼ガス自身は約２００℃に降温し、排ガス吸引ファンＦ1から排気される。
その後、所定時間経過後、前記冷却用空気遮断弁Ｖ4a，Ｖ4b，Ｖ5a，Ｖ5bを除く他の遮断弁を互いに逆方向に切替え、つまり、バーナ本体Ｂrbが燃焼し、バーナ本体Ｂraは消火する。
この場合、バーナ本体Ｂrbに供給される燃焼用空気は、既に高温となった蓄熱体１４ｂを通過して高温（７００〜８００℃）に予熱されて開口１５ｂから噴出する一方、燃料ガスは燃料供給管１１ｂの先端開口部から噴出する。そして、燃焼用空気と燃料ガスは燃料供給管１１ｂの先端開口部との間で形成される保炎部１９ｂで混合され完全燃焼する。この燃焼排ガスは今度は蓄熱体１４ａを通って蓄熱体１４ａを８００〜９００℃に予熱して排気される。
その後、所定時間が経過すると、前述とは逆に各遮断弁が元の状態に切替り順次バーナ本体Ｂra，Ｂrbは交番燃焼を行なう。
つぎに、ラジアントチューブ１０内の燃焼排ガスを脈動させるには、前述のように、バーナ本体Ｂra，Ｂrbを交番燃焼させるとともに、前記排ガス遮断弁Ｖ6を閉とし、調整弁Ｖ7をラジアントチューブ１０内の圧力Ｐ1をプラス圧力となるように調整したうえで、モータＭの駆動により脈動流発生機構である回転弁Ｖ8を作動させて数１０Ｈｚ〜１００Ｈｚのサイクルで流路Ｐを開閉させる。これによりラジアントチューブ１０内の圧力は、図３に示すように圧力はＰ1，Ｐmaxと変動し、つまり、燃焼排ガスは脈動流となって排気されることとなり、ラジアントチューブ１０内の加熱効率が向上することになる。
つぎに、ヒートサイクルの変更等により、炉温を降温させる必要が生じると、前記燃料遮断弁Ｖ1a，Ｖ1b、排ガス遮断弁Ｖ2a，Ｖ2b、燃焼用空気遮断弁Ｖ3a，Ｖ3bを閉とするとともに、たとえば、冷却用空気遮断弁Ｖ4aを開、Ｖ4bを閉とし、また冷却用空気遮断弁Ｖ5aを閉、Ｖ5bを開、排ガス吸引ファンＦ1を停止する。
そうすると、冷却用空気供給兼排気口１８ａから燃焼用空気供給ブロワＦ2からの冷却用空気が供給され、この冷却用空気は高温となっている蓄熱体１４ａ内を通過することなく、すなわち、余り昇温することなくラジアントチューブ１０に供給され、ラジアントチューブ１０を有効に冷却したのち冷却用空気遮断弁Ｖ5bから排気されることになる。
なお、冷却用空気を供給する冷却用空気供給口兼排気口は１８ａ，１８ｂのいずれでもよいが、低温側蓄熱体、たとえば、今まで燃焼状態にあったバーナ本体側から供給すれば、ラジアントチューブ１０を通過して昇温した冷却用空気が高温側蓄熱体の外周を通過するため該蓄熱体の保有熱の損失が少なく、つぎのバーナ燃焼時に、バーナ点火初期から燃焼用空気を予熱することができる。
本発明にかかる蓄熱式ラジアントチューブバーナおよびその配管系統を示す図。 回転弁の断面図。 回転弁開閉周期と炉圧との関係を示すグラフ。 従来の蓄熱式ラジアントチューブバーナを示す図。
符号の説明
１０…ラジアントチューブ、１１ａ，１１ｂ…燃料供給管、１２ａ，１２ｂ…内筒、１３ａ，１３ｂ…外筒、１４ａ，１４ｂ…蓄熱体、１５ａ，１５ｂ…開口、１６ａ，１６ｂ…仕切板、１７ａ、１７ｂ…燃焼用空気供給兼排気口、１８ａ，１８ｂ…冷却用空気供給兼排気口、１９ａ，１９ｂ…保炎部、Ａ…隙間、Ｂra，Ｂrb…バーナ本体、Ｆ1…排ガス吸引ファン、Ｆ2…燃焼用空気供給ブロワ、Ｖ1a，Ｖ1b…燃料遮断弁、Ｖ2a，Ｖ2b…排ガス遮断弁、Ｖ3a，Ｖ3b…燃焼用空気遮断弁、Ｖ4a，Ｖ4b…冷却用空気遮断弁、Ｖ5a，Ｖ5b…冷却用空気遮断弁、Ｖ6…排ガス遮断弁、Ｖ7…調整弁、Ｖ8…回転弁（脈動流発生機構）、ａ…排ガス合流点、Ｔ…炉。

Claims (1)

  1. ラジアントチューブの両端部内にバーナ本体を設けてこのバーナ本体の外周部に蓄熱体を配置するとともに、前記蓄熱体後部に位置するラジアントチューブに燃焼用空気供給口兼排ガス排出口を備えた蓄熱式ラジアントチューブバーナにおいて、前記蓄熱式ラジアントチューブバーナの燃焼排ガス排気系に回転弁からなる脈動流発生機構を設け、バーナ燃焼時に前記回転弁の弁体を回転させることにより前記ラジアントチューブ内の排ガス圧力を脈動させることを特徴とする蓄熱式ラジアントチューブバーナの燃焼方法。
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