JP5132603B2 - 長炎ｌｎｇバーナー - Google Patents

Description

本発明は、碍子その他の陶磁器製品やセラミック製品を焼成するトンネル炉に設置するに適した長炎ＬＮＧバーナーに関するものである。

陶磁器製品やセラミック製品を焼成するトンネル炉の側壁には多数のバーナーが設置され、台車上に積載された被焼成品を加熱している。碍子のような比較的大型の製品を量産するトンネル炉は横幅が大きいため、台車の中央部に積載された被焼成品をも十分に焼成するためには、長炎バーナーが必要である。また長炎であっても勢いがない場合には炎の先端が上方を向いてしまい、台車の下部に積載された被焼成品を十分に焼成することができなくなる。

そこで従来は、軽油等のオイルを燃料とするオイルバーナーを用い、中心のオイルガンから小さい噴霧角度で燃料オイルを高速噴射するとともに、その外周から供給される一次空気に旋回を与えて炎の方向性を高めることにより、所望の長炎を形成していた。その一例が特許文献１に記載されている。

特開平６−１８００９号公報

ところが最近のＣＯ_２ガス排出量削減の社会的要請に応じて、工場の燃料をオイルからＬＮＧに置き換える燃料変更が進行しており、トンネル炉のバーナー燃料も従来の軽油からＬＮＧに置き換える必要が生じている。これによって工場のＣＯ_２ガス排出量を約１０％程度、削減することが可能となる。

しかし、オイルに比較してＬＮＧは単位体積当りの発熱量が小さいために、オイルバーナーと同一の発熱量を得るためにはオイルバーナーのオイルガンよりも大断面積のガスガン（本管）を必要とする。しかし既設炉体の構造上、バーナー全体の外径を拡大することは困難である。このためにガスガンの外周から供給される燃焼空気量が不足し勝ちとなり、炎を包み込む能力が低下するため、炎が従来のオイルバーナーよりも広がって上方に浮上する傾向が生じ、台車の下部に積載された被焼成品を十分に焼成することができないという問題を生じていた。

従って本発明の目的は、燃料としてＣＯ_２ガス排出量削減に寄与するＬＮＧを用い、しかも従来のオイルバーナーと同様の長炎を炉内に安定して形成することができる長炎ＬＮＧバーナーを提供することである。また本発明の他の目的は、ｍ値を大きく変化させ、還元燃焼及び酸化燃焼の何れをも行うことができる長炎ＬＮＧバーナーを提供することである。なおｍ値とは空気過剰係数を意味し、ｍ＝１が理論空気比であり、１未満では還元燃焼、１を超えると酸化燃焼となる。

上記の課題を解決するためになされた本発明の長炎ＬＮＧバーナーは、基部に燃焼用空気供給口を備え、先端が先細テーパ状のアウターカバーと、このアウターカバーの中心位置に固定されたＬＮＧ供給用の円筒状の本管と、この本管の外周に設けられた芯管とからなり、芯管の先端部外周面は先細テーパ状であってアウターカバーの先端との間にリング状の空気ノズルを形成しており、芯管の前部側壁には燃焼用空気を芯管の内部に旋回流として吹き込む複数の貫通孔が形成されており、芯管内部の先端部には本管から供給されたＬＮＧを旋回流として吹き込まれた燃焼用空気と混合する混合室が形成されており、芯管の先端部から噴出される旋回炎を前記リング状の空気ノズルから噴出される筒状の空気流により包み込んで長炎を形成することを特徴とするものである。

なお請求項２のように、芯管が本管の外周に進退可能に配置され、アウターカバーの先端との間に形成されるリング状の空気ノズルの面積を調節できる構造とすることが好ましい。また請求項３のように、芯管が本管の外周に進退可能に配置され、後退させると芯管の前部側壁に形成された複数の貫通孔が本管により順次閉塞され、芯管の内部に旋回流として吹き込まれる燃焼用空気量が絞られる構造とすることが好ましい。また請求項４のように、ＬＮＧの圧力よりも燃焼用空気の圧力を高くすることが好ましい。

本発明のバーナーは、アウターカバー内に供給された燃焼用空気を、芯管の前部側壁に形成された複数の貫通孔から芯管内部に旋回流として吹き込み、芯管の先端部に形成された混合室において本管から供給されたＬＮＧと混合する。このためＬＮＧは燃焼用空気と十分に混合されるとともに、強いスピンが掛けられた旋回炎となって噴出する。しかもＬＮＧと燃焼用空気とが混合された状態で芯管の先端部から噴出されるので、その噴出速度は一段と高まり、スピン炎の速度が高速化されて長炎の安定形成が可能となる。さらにこの旋回炎はリング状の空気ノズルから噴出される筒状の空気流により包み込まれて炎の拡がりが防止されるので、所望の長さの長炎を安定して形成することができる。

また請求項２の発明のように、芯管を本管の外周に進退可能に配置しリング状の空気ノズルの面積を調節できる構造とすれば、燃焼用空気量を自由に変化させることができ、前記したｍ値を変えて還元燃焼を行わせたり、酸化燃焼を行わせたりすることができる。さらに請求項３の発明のように、芯管を後退させると芯管の前部側壁に形成された複数の貫通孔が本管により順次閉塞される構造とすれば、芯管を後退させて燃焼用空気量を増大させたときに、貫通孔から混合室内に流入する空気量が減少して混合気のＬＮＧ濃度が増加する。これにより芯管の先端部から噴出される旋回炎の着火性を高め、炎の吹き消えを防止することができる。

本発明の実施形態を示す中央縦断面図である。 芯管の平面図である。 芯管の断面図である。 芯管を後退させた状態を示す中央縦断面図である。 本発明のバーナーを設置したトンネル炉の断面図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。図１に示されるとおり、本発明の長炎ＬＮＧバーナーは、アウターカバー１と、ＬＮＧ供給用の円筒状の本管２と、芯管３とからなる耐熱金属製のバーナーである。アウターカバー１は全体が略円筒状であり、その基部に燃焼用空気供給口４を備え、その先端部５は先細テーパ状に絞り込まれている。本管２はこのアウターカバー１の中心軸上に固定されたもので、全体は円筒状であり、その基部はＬＮＧ供給口６となっている。本管２の長さはアウターカバー１よりも短くなっている。ＬＮＧ供給口６から供給されるＬＮＧの圧力は７００〜８００ｍｍ水柱であり、燃焼用空気供給口４から供給される燃焼用空気の圧力はこれよりも高く、例えば９００〜１０００ｍｍ水柱となっている。

芯管３は本管２の外周に回転及びスライドできるように設けられたもので、図２に示されるようにハンドル７の突起７ａが、芯管３の基端部に設けられた凹部３ａに係合している。このためハンドル７を回転させることによって、アウターカバー１の外側から芯管３を回転できるようになっている。また図２に示すように芯管３の基部付近には螺旋溝８が形成されており、本管２の外周に突設されたピン９がこの螺旋溝８に嵌合されている。このため、ハンドル７によって芯管３を回転させると、芯管３は本管２に対して軸線方向に小距離だけ進退動することができる。

この芯管３の先端部は本管２の先端部を越えて前方に延びている。そして先端部外周面１０は先細テーパ状となっており、アウターカバー１の先端部５の内周面との間に同心リング状の空気ノズル１１を形成している。前記したように芯管３は本管２に対して軸線方向に小距離だけ進退動することができるので、芯管３を前進させると空気ノズル１１の断面積が小さくなって燃焼用空気量が減少し、逆に芯管３を後退させると空気ノズル１１の断面積が大きくなって燃焼用空気量が増加する。これによってｍ値を大きく変化させ、還元燃焼及び酸化燃焼の何れをも行うことができる。図４は芯管３を後退させた状態を示している。

また芯管３の前部の側壁には、複数の貫通孔１２が形成されている。図３に示すようにこれらの貫通孔１２は略接線方向に形成されており、燃焼用空気供給口４からアウターカバー１の内部に供給された燃焼用空気が芯管３の内部に旋回流として吹き込まれるようになっている。前記したように芯管３の先端部は本管２の先端部を越えて前方に延び、その内部が燃焼用空気とＬＮＧとの混合室１３となっている。このため貫通孔１２から混合室１３の内部に流入した燃焼用空気は高速で旋回しつつＬＮＧと均一に撹拌され、芯管３の先端部から強いスピンが掛けられた旋回炎となって噴出する。

なお、芯管３の先端部の内周面はスロート部１４でいったん最小径まで絞られたうえで再び先端に向かって拡大する形状の芯管ノズル１５となっている。混合気は強いスピンが掛けられた状態でこの芯管ノズル１５から噴出して旋回炎となるが、図４に示すようにその外周を包み込むように空気ノズル１１から燃焼用空気が噴出されるため、外側への広がりが抑制される。このため、スピンによる方向安定効果と燃焼用空気による包み込み効果とによって、安定した長炎を形成することができる。しかも前記したように燃焼用空気の圧力の方がＬＮＧの圧力よりも高いので、ＬＮＧは空気ノズル１１から噴出される高速の燃焼用空気による吸引作用を受けながら噴出し、より安定した長炎を形成することができる。

前記したように芯管３を後退させると、芯管３の前部側壁に形成された複数の貫通孔１２が本管により順次閉塞され、芯管の内部に旋回流として吹き込まれる燃焼用空気量が絞られる。これは前記したように、芯管３を後退させて空気ノズル１１の断面積が大きくなったとき、混合室１３内への燃焼用空気の流入量を抑制して着火性に優れた還元炎を形成し、炎の吹き消えを防止するためである。

本発明のバーナーはｍ値を変化させて酸化燃焼と還元燃焼とを行わせることができるが、いずれの燃焼状態においても長炎を形成することができる。以下にその理由を説明する。一般に大気中の燃焼においては、燃焼用空気量に対してガス量が多くなると炎は長くなる。これは火炎の伝播速度は変化しないのにガスの噴出速度が速くなるため、ノズルよりも離れた位置で着火するガスの割合が増加するためと、ガスと燃焼用空気との混合状態も悪くなるので着火が遅れるためである。すなわち、ｍ値の小さい還元燃焼の場合には、比較的容易に長炎を形成することができる。これに対してｍ値の大きい酸化燃焼の場合には長炎を形成しにくくなるが、本発明では上記したスピンによる方向安定効果と燃焼用空気による包み込み効果とによって、安定した長炎を形成することができる。しかも上記したように、酸化燃焼の場合には、貫通孔１２の一部を閉塞することにより混合室内の空気量を低下させて還元炎を形成し、その後に空気ノズル１１からの空気で還元炎を包み込みながら燃焼させることによって、勢いのある長炎を安定して形成することができる。

なお、温度調整のためにバーナーの発熱量を操作する必要があるが、酸化燃焼中はＬＮＧ量を増加させれば発熱量が増加する。これによって炎は長くなる傾向を示す。また還元燃焼中にバーナーの発熱量を増加させるためには、燃焼用空気量を増加させればよい。

以上に説明したように、本発明の長炎ＬＮＧバーナーは、ＣＯ_２ガス排出量削減に寄与することができるＬＮＧを燃料としながらも、強いスピンが掛けられた旋回炎の外周をリング状の空気ノズル１１から噴出される燃焼用空気流によって包み込むことによって、オイルバーナーと同様の安定した長炎を形成することができる。このため図５に示すようにトンネル炉２０の側壁に本発明の長炎ＬＮＧバーナーを設置すれば、炎の先端が上方に浮上することもなく、台車２１の下部に積載された被焼成品をも均等に焼成することが可能となる。しかもハンドル７を回転させることによって、ｍ値を変えて還元燃焼を行わせたり、酸化燃焼を行わせたりすることもできる。

１ アウターカバー
２ 本管
３ 芯管
４ 燃焼用空気供給口
５ 先端部
６ ＬＮＧ供給口
７ ハンドル
７ａ 突起
８ 螺旋溝
９ ピン
１０ 先端部外周面
１１ 空気ノズル
１２ 貫通孔
１３ 混合室
１４ スロート部
１５ 芯管ノズル
２０ トンネル炉
２１ 台車

Claims (4)

1. 基部に燃焼用空気供給口を備え、先端が先細テーパ状のアウターカバーと、このアウターカバーの中心位置に固定されたＬＮＧ供給用の円筒状の本管と、この本管の外周に設けられた芯管とからなり、芯管の先端部外周面は先細テーパ状であってアウターカバーの先端との間にリング状の空気ノズルを形成しており、芯管の前部側壁には燃焼用空気を芯管の内部に旋回流として吹き込む複数の貫通孔が形成されており、芯管内部の先端部には本管から供給されたＬＮＧを旋回流として吹き込まれた燃焼用空気と混合する混合室が形成されており、芯管の先端部から噴出される旋回炎を前記リング状の空気ノズルから噴出される筒状の空気流により包み込んで長炎を形成することを特徴とする長炎ＬＮＧバーナー。
2. 芯管が本管の外周に進退可能に配置され、アウターカバーの先端との間に形成されるリング状の空気ノズルの面積を調節できる構造としたことを特徴とする請求項１に記載の長炎ＬＮＧバーナー。
3. 芯管が本管の外周に進退可能に配置され、後退させると芯管の前部側壁に形成された複数の貫通孔が本管により順次閉塞され、芯管の内部に旋回流として吹き込まれる燃焼用空気量が絞られる構造としたことを特徴とする請求項１に記載の長炎ＬＮＧバーナー。
4. ＬＮＧの圧力よりも燃焼用空気の圧力を高くしたことを特徴とする請求項１に記載の長炎ＬＮＧバーナー。

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