JP5529126B2 - Improved radiant burner - Google Patents
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Description
本発明は、放射バーナープレートとスクリーンとを備える放射バーナーに関する。 The present invention relates to a radiant burner comprising a radiant burner plate and a screen.
放射バーナープレートとスクリーンとを備える放射バーナーが、例えば米国特許第4799879号または欧州特許第0539279号から知られている。スクリーンが放射バーナープレートと協働し、平均で約50%の効率レベルとなるバーナーの放射出力をもたらす。空気と燃焼剤との混合物をプレートの後ろ側から放射面へ導くように機能する貫通穴または穿孔の列を備える従来の放射バーナープレートから、貫通穴または穿孔が例えば米国特許第4,569,657号または米国特許第4,799,879号に記載されているようにいわゆるハニカムパターンに配置されている現今の放射バーナープレートへと改良がなされることによって、バーナーの放射出力が高められてきた。放射バーナープレートのこの改良または類似の改良によって、温度レベルが上昇するとともに、バーナーの放射出力が向上した。
一方、これらのハニカム状のパターンは、火炎が存在する場所においてバーナープレートの局所的な過熱を生じさせ、温度の一様性を損ない、平均のバーナー表面温度を相対的に低下させ、エネルギー効率を低下させている。したがって、このような局所的な高温によって、貫通穴または穿孔のパターンの使用が制限され、そのシステムにおいて得ることができる放射エネルギーの量の上限も決まってしまう。
A radiant burner comprising a radiant burner plate and a screen is known, for example, from US Pat. No. 4,799,879 or EP 0539279. The screen cooperates with the radiant burner plate to provide the radiant output of the burner, which averages an efficiency level of about 50%. From a conventional radiant burner plate with a row of through holes or perforations that serve to direct a mixture of air and combustion agent from the back of the plate to the radiating surface, through holes or perforations are disclosed, for example, in US Pat. No. 4,569,657. As described in US Pat. No. 4,799,879, improvements have been made to modern radiant burner plates arranged in a so-called honeycomb pattern, which has increased the radiant power of the burner. This or a similar improvement of the radiant burner plate increased the temperature level and improved the radiant output of the burner.
On the other hand, these honeycomb-like patterns cause local overheating of the burner plate in the presence of the flame, impairing temperature uniformity, relatively lowering the average burner surface temperature, and improving energy efficiency. It is decreasing. Thus, such local high temperatures limit the use of through-holes or perforation patterns and also determine the upper limit on the amount of radiant energy that can be obtained in the system.
より高い放射出力を達成する他のやり方が、例えば米国特許第3,847,536に提案されており、2つの放射スクリーンが放射バーナープレートの上方に使用されている。しかし、この放射バーナーの改良も、放射バーナーの中央において放射バーナープレートの局所的な過熱を引き起こすので、当業者は、放射バーナープレートの(局所的な)温度を下げて、放射バーナーの寿命を延ばすために、入力を減らすことを余儀なくさせている。 Another way of achieving higher radiant power is proposed, for example in US Pat. No. 3,847,536, where two radiant screens are used above the radiant burner plate. However, this radiant burner improvement also causes local overheating of the radiant burner plate in the center of the radiant burner, so one skilled in the art can reduce the (local) temperature of the radiant burner plate to extend the life of the radiant burner In order to do this, we are forced to reduce input.
しかしながら、放射バーナーの効率のさらなる改善が望まれている。 However, further improvements in the efficiency of radiant burners are desired.
本発明の一態様は、予混合室と燃焼室とを画成する本体を備えた放射バーナーを提供する。予混合室は、複数段のバーナー表面を有する少なくとも1つの放射バーナープレートによって前記燃焼室と区画され、前記燃焼室の範囲が第1放射スクリーンでさらに画定されており、前記燃焼室内に第2放射スクリーンをさらに備える。前記第2放射スクリーンは、使用時に拡張バーナー表面として機能しかつ前記少なくとも1つの放射バーナープレートが加熱されるように、前記少なくとも1つの放射バーナープレートの近傍にかつ平行に離隔して配置されている。
好ましい実施形態において、第2放射スクリーンは、平行に離間して配列された複数の丸棒または角棒からなる。好ましい実施形態において、第1および第2放射スクリーンは、セラミックなどの高耐熱材料、特に、酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニウム、チタン酸アルミニウム、酸化ケイ素、コランダムまたはムライト、炭化ケイ素、チッ化ケイ素、もしくは、シリコンインフィルトレート(silicon-infiltrated)炭化ケイ素のような金属溶浸セラミックから製造される。代替的に、放射スクリーンは、例えば二ケイ化モリブデン(MoSi2)または二ケイ化タングステン(WSi2)などの金属シリサイドを50重量%以上含む材料など、他の性質の耐熱材料から製造され得る。他の好ましい実施形態において、放射スクリーンは、カンタルAPMまたはAPMTなどといった種類の高級ステンレス鋼、耐高温腐食設計のFe−Cr−Al系合金、あるいは、アベスタ253MA、アベスタ153MA、インコネル601、インコロイ800HT、インコロイMA956などのようなクロム/ニッケル鋼など、高耐熱の鋼種から製造される。
One aspect of the present invention provides a radiant burner with a body defining a premixing chamber and a combustion chamber. The premixing chamber is delimited from the combustion chamber by at least one radiant burner plate having a plurality of stages of burner surfaces, the range of the combustion chamber being further defined by a first radiating screen, and a second radiating chamber within the combustion chamber. A screen is further provided. The second radiant screen functions as an extended burner surface in use and is disposed in proximity to and parallel to the at least one radiant burner plate so that the at least one radiant burner plate is heated. .
In a preferred embodiment, the second radiating screen consists of a plurality of round bars or square bars arranged in parallel and spaced apart. In a preferred embodiment, the first and second radiating screens are high heat resistant materials such as ceramic, in particular aluminum oxide or zirconium oxide, aluminum titanate, silicon oxide, corundum or mullite, silicon carbide, silicon nitride or silicon. Manufactured from a metal infiltrated ceramic such as silicon-infiltrated silicon carbide. Alternatively, the radiant screen can be made from a refractory material of other properties, such as a material containing 50 wt% or more of a metal silicide, such as molybdenum disilicide (MoSi 2 ) or tungsten disilicide (WSi 2 ). In another preferred embodiment, the radiant screen is made of a high-grade stainless steel such as Kanthal APM or APMT, a high temperature corrosion resistant Fe-Cr-Al alloy, or Avesta 253MA, Avesta 153MA, Inconel 601, Incoloy 800HT, Manufactured from high heat resistant steel grades such as chromium / nickel steel such as Incoloy MA956.
放射バーナープレートは、好ましくは、例えばコーディエライトまたはジルコニア、部分安定化ジルコニア(PSZ)、アルミナ、炭化ケイ素、または他の高級工業用セラミックなど、高温に対する耐性ならびに優秀な機械的および熱力学的特性を有するセラミック材料で製作される。放射バーナープレートの2段階のバーナー表面間の高低差が1〜20mmであり、より好ましくは1〜10mmであり、さらにより好ましくは2〜7mmであり、最も好ましくは5mmである。 The radiant burner plate is preferably resistant to high temperatures and excellent mechanical and thermodynamic properties such as, for example, cordierite or zirconia, partially stabilized zirconia (PSZ), alumina, silicon carbide, or other high-grade industrial ceramics. Made of ceramic material. The height difference between the two burner surfaces of the radiant burner plate is 1 to 20 mm, more preferably 1 to 10 mm, still more preferably 2 to 7 mm, and most preferably 5 mm.
放射バーナープレートが、複数段のバーナー表面を有している。好ましい実施形態においては、これらの複数段が列をなし、放射バーナープレートの貫通穴/穿孔の列ごとに交互に配置されている。そのようなバーナープレートの例を図1に見ることができ、代替的な例を図2および3に見ることができる。これらの形式のバーナープレートは、ハニカムまたは同様の穿孔パターンを有するセラミックタイルと比べて放射率が低い。これは、放射バーナープレートの複数段のバーナー表面のうち、低い方のバーナー表面では、列の側方も加熱されることで付加的な放射出力が得られ、より大きな放射出力がもたらされるのに対して、最も高いバーナー表面では、そのような付加的な放射出力が得られないため、多段放射バーナープレートそれ自体における全体としての放射出力およびエネルギー効率は、ハニカム状穿孔の放射バーナープレートより低くなる。 The radiant burner plate has a plurality of stages of burner surfaces. In a preferred embodiment, these stages are arranged in rows and are arranged alternately for each row of through-holes / perforations in the radiant burner plate. An example of such a burner plate can be seen in FIG. 1 and alternative examples can be seen in FIGS. These types of burner plates have a low emissivity compared to ceramic tiles having a honeycomb or similar perforation pattern. This is because among the multiple burner surfaces of the radiant burner plate, the lower burner surface also heats the sides of the row to provide additional radiant power, resulting in higher radiant power. In contrast, the highest burner surface does not provide such additional radiant power, so the overall radiant power and energy efficiency in the multistage radiant burner plate itself is lower than the radiant burner plate with honeycomb perforations. .
しかし、驚くべきことに、使用される放射バーナープレート自体の放射出力が低いにも拘わらず、その放射バーナープレートの近くに第2放射スクリーンを配置することによって、放射バーナープレートの早期の不具合を招来するバーナープレートの局所的過熱を生じずに、放射バーナープレートの放射出力を向上し得ることが観察された。これは、多段放射バーナープレートに対する第2放射スクリーンの背面放射が、バーナー表面の最も高い段において、第2放射スクリーンに最も近いがゆえに最大であるという事実によって、科学的に正確さを偽ることなく説明されるかも知れない。
したがって、この最も高い段が、この第2放射スクリーンからの距離がより大きいバーナー表面のより下方の段よりも加熱するが、放射バーナープレートのバーナー表面のこれらの低い段は、穿孔が開口する空洞の周囲の表面を加熱する火炎の効果によって、すでにより高い温度にあるため、本発明の全体としての効果によって、使用時に放射バーナープレートのバーナー表面の異なる段が同じ温度になる。換言すると、放射バーナープレートのバーナー表面の温度の一様性の向上が達成される。当業者であれば、複数の放射スクリーンに纏わる温度の一様性の向上が放射バーナー全体としてのエネルギー効率の向上をもたらすことを理解できるだろう。
好ましい実施形態において、第2放射スクリーンと少なくとも1つの放射バーナープレートのバーナー表面の最も高い段との間の距離は3〜50mmである。より好ましくは、第2放射スクリーンと放射バーナープレートの最も高い段との間の距離は5〜30mmであり、さらにより好ましくは10〜25mmであり、最も好ましくは15〜20mmである。好ましい実施形態において、第2放射スクリーンは、それが放射バーナープレートのバーナー表面の最も高い段の列の方向に従うように配置される。
Surprisingly, however, even though the radiant burner plate itself used has a low radiant power, placing a second radiant screen close to the radiant burner plate causes premature failure of the radiant burner plate. It has been observed that the radiant power of the radiant burner plate can be improved without causing local overheating of the burner plate. This is due to the fact that the back radiation of the second radiant screen relative to the multi-stage radiant burner plate is highest at the highest level of the burner surface, because it is closest to the second radiant screen, without any false accuracy. May be explained.
Thus, this highest stage heats more than the lower stage of the burner surface, which is a greater distance from this second radiating screen, but these lower stages of the burner surface of the radiant burner plate are the cavities where the perforations open. Due to the effect of the flame that heats the surface around the surface, it is already at a higher temperature, so that the overall effect of the present invention is to use different stages on the burner surface of the radiant burner plate at the same temperature in use. In other words, an improvement in temperature uniformity of the burner surface of the radiant burner plate is achieved. One skilled in the art will appreciate that improved temperature uniformity across multiple radiant screens results in improved energy efficiency for the overall radiant burner.
In a preferred embodiment, the distance between the second radiant screen and the highest step of the burner surface of the at least one radiant burner plate is 3-50 mm. More preferably, the distance between the second radiant screen and the highest step of the radiant burner plate is 5-30 mm, even more preferably 10-25 mm, most preferably 15-20 mm. In a preferred embodiment, the second radiant screen is arranged so that it follows the direction of the highest row of rows on the burner surface of the radiant burner plate.
第1放射スクリーンは、好ましくは金属格子である。他の好ましい実施形態において、第1放射スクリーンは、平行に離間して配列された複数の丸棒または角棒からなる。より好ましくは、第1および第2放射スクリーンが、平行に離間して配列された複数の丸棒または角棒からなる。さらに好ましい実施形態では、第1および第2放射スクリーンが同じ方向に配置される。好ましい代替的実施形態では、第1および第2放射スクリーンが互いにずれた角度で配置される。より好ましくは、第1および第2放射スクリーンが90°の角度にある。 The first radiating screen is preferably a metal grid. In another preferred embodiment, the first radiating screen consists of a plurality of round or square bars arranged in parallel and spaced apart. More preferably, the first and second radiating screens are composed of a plurality of round bars or square bars arranged in parallel with each other. In a further preferred embodiment, the first and second radiating screens are arranged in the same direction. In a preferred alternative embodiment, the first and second radiating screens are arranged at an angle offset from each other. More preferably, the first and second radiating screens are at an angle of 90 °.
本発明について観察される更なる利点は、チッ素酸化物または一酸化炭素などといった燃焼副生成物の排出が少ない点にある。これは、第2放射スクリーンがバーナー表面の拡大として機能し、ガス−空気混合物のより完全な燃焼をもたらすことによると思われる。 A further advantage observed for the present invention is the low emission of combustion by-products such as nitrogen oxides or carbon monoxide. This appears to be due to the second radiant screen functioning as an enlargement of the burner surface, resulting in a more complete combustion of the gas-air mixture.
本発明の他の態様は、燃焼室内に少なくとも1つの追加放射スクリーンを有する放射バーナーを提供する。 Another aspect of the invention provides a radiant burner having at least one additional radiant screen in the combustion chamber.
本発明の典型的な実施形態を、添付の図面を参照して以下で説明する。 Exemplary embodiments of the present invention are described below with reference to the accompanying drawings.
次に、本発明の典型的な実施形態を、図1〜7を参照して説明する。 An exemplary embodiment of the invention will now be described with reference to FIGS.
図1〜3は、本発明において使用することができる放射バーナープレートの典型的な実施形態の断面を示している。図1は、放射バーナープレート2の2段のバーナー表面を示し、図2および図3は、2つの異なる形態の3段のバーナー表面を示している。
1-3 show a cross-section of an exemplary embodiment of a radiant burner plate that can be used in the present invention. FIG. 1 shows a two-stage burner surface of a
図4および図5は、本発明の典型的な実施形態を示している。第1の放射スクリーン4は、カンタルAPMまたはAPMTなどといった種類の高級ステンレス鋼、耐高温腐食設計のFe−Cr−Al系合金、あるいは、アベスタ253MA、アベスタ153MA、インコネル601、インコロイ800HT、インコロイMA956などのようなクロム/ニッケル鋼など、高耐熱の鋼種から製造された、高耐熱の金属格子である。第2の放射スクリーン3は、セラミックなどの高耐熱材料、例えば、酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニウム、チタン酸アルミニウム、酸化ケイ素、コランダムまたはムライト、炭化ケイ素、チッ化ケイ素、もしくは、ケイ素を5〜50%またはそれ以上に溶浸させたシリコンインフィルトレート(silicon-infiltrated)炭化ケイ素のような金属溶浸セラミックから製造される。代替的に、放射スクリーンは、例えば二ケイ化モリブデン(MoSi2)または二ケイ化タングステン(WSi2)などの金属シリサイドを50重量%以上含む材料など、他の性質の耐熱材料から製造され得る。放射バーナープレート2は、2段階のバーナー表面を有し、先述したようにコーディエライトまたは他の熱力学的に適したセラミックからなるセラミックタイルで製造される。
4 and 5 illustrate an exemplary embodiment of the present invention. The
図6および7は、本発明の別の典型的な実施形態を示す。第1および第2放射スクリーンは、セラミックなどの高耐熱材料、例えば、酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニウム、チタン酸アルミニウム、酸化ケイ素、コランダムまたはムライト、炭化ケイ素、チッ化ケイ素、もしくは、ケイ素を5〜50%またはそれ以上に溶浸させたシリコンインフィルトレート炭化ケイ素のような金属溶浸セラミックから製造される。代替的に、放射スクリーンは、例えば二ケイ化モリブデン(MoSi2)または二ケイ化タングステン(WSi2)などの金属シリサイドを50重量%以上含む材料など、他の性質の耐熱材料から製造され得る。この例では、この第1および第2放射スクリーンが互いに90°の方向に配置されている。放射バーナープレート2は、2段階のバーナー表面を有し、コーディエライトからなるセラミックタイルで製造される。
Figures 6 and 7 illustrate another exemplary embodiment of the present invention. The first and second radiant screens are made of a high heat resistant material such as ceramic, for example, aluminum oxide or zirconium oxide, aluminum titanate, silicon oxide, corundum or mullite, silicon carbide, silicon nitride, or silicon, 5 to 50%. Alternatively, it is made from a metal infiltrated ceramic such as silicon infiltrated silicon carbide infiltrated further. Alternatively, the radiant screen can be made from a refractory material of other properties, such as a material containing 50 wt% or more of a metal silicide, such as molybdenum disilicide (MoSi 2 ) or tungsten disilicide (WSi 2 ). In this example, the first and second radiating screens are arranged at 90 ° to each other. The
ここに説明された新規な放射バーナー1は、使用において大きな柔軟性を有し、約1300℃の温度に達することが可能であり、既存の技術に比べて約10%という大きな放射係数の増加をもたらす。 The novel radiant burner 1 described here has great flexibility in use, can reach temperatures of about 1300 ° C., and has a large radiant coefficient increase of about 10% compared to existing technologies. Bring.
例えば1300℃またはそれ以上の極めて高い温度で使用可能であること、高いエネルギー効率、および、長い耐用年数などによって、本発明の放射バーナーは、高速で移動するウエブ材料の乾燥に特に適している。1つの好ましい応用分野は移動する紙ウエブの乾燥である。 Due to its ability to be used at very high temperatures, for example 1300 ° C. or higher, high energy efficiency and long service life, the radiant burner of the present invention is particularly suitable for drying fast moving web materials. One preferred application area is the drying of moving paper webs.
この改良された新たな放射バーナーは、予混合室と燃焼室とを画成する本体を備える。予混合室は、複数段のバーナー表面を有する少なくとも1つの放射バーナープレートによって燃焼室と区画されている。燃焼室はその範囲が第1放射スクリーンでさらに画定されている。放射バーナーは、燃焼室内に第2放射スクリーンをさらに備える。第2放射スクリーンは、使用時に拡張バーナー表面として機能しかつ前記少なくとも1つの放射バーナープレートが加熱されるように、該放射バーナープレートの近傍にかつ平行に離隔して配置されている。 The improved new radiant burner comprises a body defining a premixing chamber and a combustion chamber. The premixing chamber is separated from the combustion chamber by at least one radiant burner plate having a plurality of stages of burner surfaces. The combustion chamber is further delimited by a first radiating screen. The radiant burner further comprises a second radiant screen in the combustion chamber. The second radiant screen is arranged in the vicinity of and parallel to the radiant burner plate so that it functions as an extended burner surface in use and the at least one radiant burner plate is heated.
Claims (5)
前記予混合室が、複数段のバーナー表面を有する少なくとも1つの放射バーナープレートによって前記燃焼室と区画され、前記燃焼室の範囲が第1放射スクリーンでさらに画定されており、前記燃焼室内に第2放射スクリーンをさらに備え、
前記第2放射スクリーンは、使用時に拡張バーナー表面として機能しかつ前記少なくとも1つの放射バーナープレートが加熱されるように、前記少なくとも1つの放射バーナープレートの近傍にかつ平行に離隔して配置されており、前記第2放射スクリーンと前記少なくとも1つの放射バーナープレートのバーナー表面の最も高い段との間の距離は3〜50mmであることを特徴とする放射バーナー。 A radiant burner with a body defining a premixing chamber and a combustion chamber,
The premixing chamber is partitioned from the combustion chamber by at least one radiant burner plate having a plurality of stages of burner surfaces, the range of the combustion chamber being further defined by a first radiating screen, and a second in the combustion chamber. A radiation screen,
The second radiant screens, as functioning and the at least one radiant burner plate as an extension burner surface during use is heated, the are arranged at least one in the vicinity of the radiant burner plate and spaced apart in parallel A radiant burner, wherein the distance between the second radiant screen and the highest step of the burner surface of the at least one radiant burner plate is 3-50 mm .
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