JP5774431B2 - 壁面輻射式バーナーユニット - Google Patents

Description

本発明は、処理材をより均一に加熱することが可能な壁面輻射式バーナーユニットに関する。

処理材を加熱する加熱炉としては例えば、処理材の側方に位置する炉壁から処理材に向かって、当該処理材とほぼ平行な火炎を生成するバーナーにより、処理材や炉内雰囲気を加熱するものが知られている。このような加熱炉のバーナーは、燃料が放射状に噴出されて円錐状の火炎が形成される。すなわち、火炎の断面形状がほぼ円形をなすため、処理材において火炎に近い部位と火炎から離れた部位とで、加熱状態が相違して、処理材を均一に加熱することが難しい。

このような問題に対し、扁平形状で厚さの薄い火炎を形成して処理材を加熱するために、火炎を広げるようにした装置が特許文献１及び２で知られている。特許文献１の「フレームを広げる装置並びにこの装置を使用した炉」は、燃焼ガスと燃焼支援ガスの一方からなる主ジェット流を導く主ノズルと、主ジェット流の回りを流れ、実質的に一定な幅を有し、燃焼ガスと燃焼支援ガスの他方からなる二次ジェット流を導く二次ノズルと、コアンダ効果により二次ジェット流を主ジェット流中に吸引させて二次ジェット流を偏向させて二次ジェット流と主ジェット流とを混合してフレームを形成するように二次ジェット流に正接的に配置された湾曲面とを有するものである。

特許文献２の「スリットノズル型バーナ、又はスリットノズル型リジェネレーティングバーナを取り付けたウオーキングビーム式金属加熱炉」は、扁平形状のバーナ火炎を有するスリット型バーナ又はスリットノズル型リジェネバーナを炉の側壁に取り付けて、炉の全高さ約２，５００ｍｍと背の低い、建設費の安い、省エネルギー化された新型のウオーキングビーム式金属加熱炉を建設するものである。

特開平８−１７８２３０号公報 特開平１０−１８３２３５号公報

しかしながら、厚さの薄い扁平形状の火炎を形成することは難しい。また、単に平坦な扁平形状の火炎を形成して処理材を加熱するだけでは、熱分布が均一になるように処理材を加熱することは困難である。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、処理材をより均一に加熱することが可能であると共に、炉体を小型化することも可能な壁面輻射式バーナーユニットを提供することを目的とする。

本発明にかかる壁面輻射式バーナーユニットは、処理材と対向する輻射壁面を形成する炉体エレメントと、該炉体エレメントの該輻射壁面に沿う扁平火炎を形成して当該輻射壁面を加熱するバーナーとを備え、上記輻射壁面からの輻射熱により処理材を加熱し、前記バーナーは、前記炉体エレメントに形成され、扁平火炎を吹き出す開口部と、上記炉体エレメントに形成され、上記開口部に接続されて燃焼用空気が流通される空気流路とを備え、該空気流路と前記輻射壁面とは、上記開口部を介して、連続する曲面で繋がっていて、前記バーナーの前記空気流路には、前記曲面の奥に位置させて、当該曲面に対し折り返す方向へ向けて湾曲経路が形成されていることを特徴とする。

前記扁平火炎は、コアンダ効果を生じる燃焼用空気の空気流により前記輻射壁面に沿わされることを特徴とする。

前記バーナーは、前記湾曲経路に沿って前記空気流路内へ燃料を噴射する燃料噴射部を有することを特徴とする。

前記バーナーの前記空気流路には、前記燃料噴射部からの燃料と燃焼用空気とが合流する合流部よりも下流側であって、前記曲面が前記湾曲経路へ向かって折り返される反転部位周辺に、燃料と燃焼用空気を撹拌混合するためのバッフル部が形成されていることを特徴とする。

前記バーナーは、排気で燃焼用空気を暖める蓄熱部を有し、燃焼動作と排気動作を交互に行う一対のリジェネレイティブバーナー装置を、前記輻射壁面を挟んで配置して構成され、一方の上記リジェネレイティブバーナー装置の排気吸引動作に伴って生成される該輻射壁面に沿う気流により、他方の上記リジェネレイティブバーナー装置の燃焼動作による上記扁平火炎を当該輻射壁面に沿わせることを特徴とする。

本発明にかかる壁面輻射式バーナーユニットにあっては、処理材をより均一に加熱することができると共に、炉体を小型化することができる。

本発明に係る壁面輻射式バーナーユニットの好適な一実施形態を示す当該バーナーユニットを備えた加熱炉の一部破断斜視図である。 図１に示した壁面輻射式バーナーユニットの要部縦断面図である。 図２中、Ａ部拡大図である。 図１に示した壁面輻射式バーナーユニットの上面図である。 図１に示した壁面輻射式バーナーユニットに備えられるバッフル部の作用を説明する説明図である。

以下に、本発明にかかる壁面輻射式バーナーユニットの好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る壁面輻射式バーナーユニットを備えた加熱炉１の構成を説明する一部破断斜視図である。本実施形態に係る加熱炉１は例えば、搬送される処理材２が予熱ゾーン、加熱ゾーン、均熱ゾーンを通過することにより加熱される連続式の加熱炉の一部を構成する。

加熱炉１には図１に示すように、内部に、加熱される処理材２を搬送する、例えばウォーキングビームのような搬送部３が設けられている。壁面輻射式バーナーユニット４は、炉体エレメント５と、バーナーを構成する交番燃焼式の一対のリジェネレイティブバーナー装置７から構成される。交番燃焼式のリジェネレイティブバーナー装置７はよく知られているように、排気Ｅ（図２参照）で燃焼用空気Ｃを暖める蓄熱部１１を有し、燃焼動作と排気動作を交互に行うようになっている。搬送部３で搬送される処理材２は、当該処理材２と対向し、バーナー装置７により焼かれて光輝状態に加熱される輻射壁面Ｚからの輻射熱により加熱される。本実施形態では、処理材２を加熱する輻射熱を発生する加熱炉１内面の輻射壁面Ｚが、処理材２の上方に位置する内面、すなわち加熱炉１の天井面６（図２参照）であって、この天井面６を壁面輻射式バーナーユニット４の炉体エレメント５で形成する場合を例にとって説明する。すなわち、図示例にあっては、炉体エレメント５は、炉体１ａの炉天井部を形成し、左右一対の炉壁部及び炉床部と共に炉体１ａを構成する。炉体エレメント５は、炉壁部や炉床部を形成するようにしてもよく、このような場合であっても、その他の炉天井部などと共に炉体１ａを構成する。

図２は、本実施形態に係る壁面輻射式バーナーユニット４の要部縦断面図であり、図３は、図２中Ａ部拡大図であり、図４は、壁面輻射式バーナーユニット４の上面図である。図４では、後述する燃料噴射部１０を省略して、空気流路８等を示している。壁面輻射式バーナーユニット４は図２に示すように、加熱炉１の内面としての天井面６を有し耐熱材でなる炉体エレメント５と、天井面６に沿う扁平火炎ｆを形成して当該天井面６を加熱する一対の蓄熱交番燃焼式のバーナー装置７とを備える。

炉体エレメント５は、加熱炉１内に搬送される処理材２の搬送方向と直交する方向が長手方向となるほぼ長方形の天井面６を有する直方体状をなし、空気流路８を構成する第１流路８ａが上方へ突出している。

炉体エレメント５の天井面６には、その長手方向の両端部側に、搬送方向に沿うスリット状に、開口部９がそれぞれ開口形成される。一対のリジェネレイティブバーナー装置７は、一方の燃焼動作時にその開口部９から扁平火炎ｆを吹き出し、他方の排気動作時にその開口部９から排気Ｅを吸引し、これら２つの開口部９で挟まれる領域が、扁平火炎ｆによって加熱されて固体輻射を生じる輻射壁面Ｚとなる。

炉体エレメント５には、開口部９を介して燃焼時に火炎ｆを噴き出し排気時に排気Ｅを吸引する空気流路８の一部と、空気流路８内に向かって燃料を噴射する燃料噴射部１０と、点火用のパイロットバーナー（図示せず）とが備えられ、これらによってバーナー装置７が構成される。空気流路８は、上記第１流路８ａと、炉体エレメント５の上側に設けられ蓄熱部１１に接続された第２流路８ｂとから構成される。蓄熱部１１には、吸排気用の連通管１２が接続される。

蓄熱交番燃焼式のバーナー装置７は上述したように、２台一組で構成される。一方のバーナー装置７の空気流路８を、燃料Ｆ及び燃焼用空気Ｃを供給する燃焼ガス供給路として使用する場合には、他方のバーナー装置７の空気流路８を、排気Ｅを排出する排気排出路として用い、切替操作で切り替えて交番燃焼される。各空気流路８と連通管１２との間に設けられた蓄熱部１１では、排気動作時に排気Ｅを排出する際の排熱を蓄熱し、燃焼動作時には、燃焼用空気Ｃが流通するときにこれを加熱するようになっている。これらバーナー装置７は、炉体エレメント５上に、対称な形状・構造で配置される。

空気流路８と輻射壁面Ｚとは、開口部９を介して、連続する曲面Ｓによって・がるように形成される。空気流路８には、曲面Ｓの奥に位置させて、当該曲面Ｓに対し折り返す方向へ向けて湾曲経路Ｙが形成される。図示例では、空気流路８の第１流路８ａは、下向きの直進経路Ｄと、開口部９側に・がって、炉体エレメント５の長手方向において、輻射壁面Ｚから反対側に張り出すように湾曲する湾曲経路Ｙとを有している。すなわち、第１流路８ａは、上部では下向きに直進し、天井面６側となる下部では、天井面６と直交する方向より、輻射壁面Ｚに対し反対側へ張り出すように湾曲している。さらに詳しくは、湾曲経路Ｙは図３に示すように、直進経路Ｄ側では、輻射壁面Ｚから離れつつ天井面６側へ向かうように湾曲し、開口部９側では、輻射壁面Ｚに接近しつつ天井面６側へ向かうように湾曲している。これにより、燃焼動作時には、開口部９からは、燃焼用空気Ｃ及び燃料Ｆが、輻射壁面Ｚに沿って斜めに吹き出される。

蓄熱部１１に接続される空気流路８の第２流路８ｂの水平部分は断面円形状である。他方、第１流路８ａと接続される第２流路８ｂの鉛直部分は図４に示すように、開口部９の形状に合わせた第１流路８ａの形状と合うように、下方へ向かって次第に幅広な矩形状に形成される。これによって、開口部９から吹き出す火炎ｆは、厚さの薄い扁平形状になる。開口部９の開口面積は、第１流路８ａの断面積よりもわずかに小さく設定され、開口部９での流速が高められる。

各バーナー装置７の燃料噴射部１０は、各開口部９の長手方向両端側に一対設けられ、湾曲経路Ｙに沿って空気流路８内へ燃料Ｆを噴射する。燃料噴射部１０は、第１流路８ａの輻射壁面Ｚ側に設けられ、湾曲されて張り出した外側湾曲面Ｙ１に向かって燃料Ｆが噴射される。燃料噴射部１０の燃料噴射口１０ａは、直進経路Ｄ下部に位置されて、これにより、燃焼用空気Ｃと燃料Ｆは、湾曲経路Ｙの上流側を合流部Ｘとして合流される。

図５に示すように、空気流路８には、燃料噴射部１０からの燃料Ｆと燃焼用空気Ｃとが合流する合流部Ｘよりも下流側であって、曲面Ｓが湾曲経路Ｙへ向かって折り返される反転部位Ｔ周辺に、燃料Ｆと燃焼用空気Ｃを撹拌混合するためのバッフル部１３が形成される。図示例では、湾曲経路Ｙよりも直進経路Ｄ側において、外側湾曲面Ｙ１と対向する内側湾曲面Ｙ２から突出する突起としてのバッフル１３ａが開口部９の長手方向に適宜間隔を隔てて設けられる。燃焼用空気Ｃ及び燃料Ｆは、バッフル１３ａにより撹拌され混合が促進される。バッフル１３ａを避けてスムーズに流通する燃焼用空気Ｃは、撹拌混合された燃焼用空気Ｃ及び燃料Ｆを随伴して、開口部９から勢いよく吹き出すようになっている。この両方の作用により、扁平火炎ｆであっても、燃料／空気の混合と、流速の双方を維持できる。なお、燃料噴射部１０は一対（２台）とは限らず、１台でも、３台以上であってもよい。

開口部９から吹き出す火炎ｆは、輻射壁面Ｚに・がる曲面Ｓによって燃焼用空気Ｃの空気流に作用するコアンダ効果により、天井面６の輻射壁面Ｚに沿って進む扁平形状の火炎ｆとなる。さらに本実施形態では、一方のバーナー装置７の排気吸引動作に伴って生成される輻射壁面Ｚに沿う気流により、他方のバーナー装置７の燃焼動作による扁平火炎ｆが当該輻射壁面Ｚに確実に沿い、天井面６全体が光輝状態となる。これらにより、輻射壁面Ｚ全面を効率よく熱して、固体輻射を生じさせて、処理材２を均一に加熱することができる。

本実施形態に係る壁面輻射式バーナーユニット４によれば、炉体エレメント５の輻射壁面Ｚを、蓄熱交番燃焼式の一対のバーナー装置７で生成される扁平火炎ｆにより加熱し、加熱された輻射壁面Ｚ全面からの輻射熱により処理材２を加熱するので、バーナーの火炎を直接当てて加熱する場合よりも、均一に処理材２を加熱することができる。

扁平火炎ｆを、コアンダ効果を生じる燃焼用空気Ｃの空気流により輻射壁面Ｚに沿わせるようにしたので、効率よく輻射壁面Ｚを加熱することができる。また、一方のバーナー装置７の排気吸引動作に伴って生成される輻射壁面Ｚに沿う気流により、他方のバーナー装置７の燃焼動作による扁平火炎ｆを当該輻射壁面Ｚに沿わせることができ、これによっても輻射壁面Ｚを扁平火炎ｆで効率的に加熱することができる。

詳細には、バーナー装置７に、炉体エレメント５に開口形成され、扁平火炎ｆを吹き出す開口部９と、炉体エレメント５に形成され、開口部９に接続されて燃焼用空気Ｃが流通される空気流路８とを備え、空気流路８と輻射壁面Ｚとを、開口部９を介して、連続する曲面Ｓで繋げて構成したので、開口部９から吹き出す火炎ｆをコアンダ効果により輻射壁面Ｚに沿わせることができる。そして、一対の蓄熱交番燃焼式のバーナー装置７により、扁平火炎ｆは、一方の開口部９から吹き出し、輻射壁面Ｚに沿って他方の開口部９へと吸引されるという一連の気流が生じており、扁平火炎ｆはその気流に伴って輻射壁面Ｚに沿って延びるので、確実かつ効率よく輻射壁面Ｚを加熱することができる。

開口部９からの火炎ｆは、扁平状であるので、輻射壁面Ｚをより広くかつ均一に加熱できる。炉体エレメント５と処理材２との間に形成する火炎ｆが扁平状であるので、処理材２と天井面６等の炉体１ａ内面との間隔を狭く（図では、加熱炉１の高さを低く）することができ、加熱炉１を小型化することができる。

バーナー装置７の空気流路８には、曲面Ｓの奥に位置させて、当該曲面Ｓに対し折り返す方向へ向けて湾曲経路Ｙが形成されているので、火炎ｆが開口部９から吹き出す際に、火炎ｆに、輻射壁面Ｚへ近づくように旋回作用を生じさせることができ、火炎ｆによる輻射壁面Ｚの加熱作用をさらに向上することができる。

バーナー装置７は、湾曲経路Ｙに沿って空気流路８内へ燃料Ｆを噴射する燃料噴射部１０を有しているので、燃焼用空気Ｃのスムーズな流れを確保しつつこれら燃料Ｆと燃焼用空気Ｃとの合流を円滑化でき、流速の速い火炎ｆを開口部９から吹き出すことができる。

バーナー装置７の空気流路８には、燃料噴射部１０からの燃料Ｆと燃焼用空気Ｃとが合流する合流部Ｘよりも下流側であって、曲面Ｓが湾曲経路Ｙへ向かって折り返される反転部位Ｔ周辺に、燃料Ｆと燃焼用空気Ｃを撹拌混合するためのバッフル部１３が形成されているので、燃料Ｆと燃焼用空気Ｃの混合を高めることができ、高効率の燃焼を確保することができる。

バッフル部１３をスムーズに流れた燃焼用空気Ｃ及び燃料Ｆは、気流の勢いが維持されていて、コアンダ効果を十分に発揮させることができ、輻射壁面Ｚを適切に加熱して十分な輻射熱で処理材２を処理することができる。

また、上記実施形態のように、炉体エレメント５（図では、炉天井部）とバーナー装置７を含む壁面輻射式バーナーユニット４をユニット化することにより、これらを連設して炉天井部等の炉体１ａを形成することで容易に加熱炉１を構成することができる。上記実施形態にあっては、炉体エレメント５を、炉天井部を構成するものとしたが、炉床部や炉壁部を構成するものであってもよいことはもちろんである。

１ 加熱炉
１ａ 炉体
２ 処理材
３ 搬送部
４ 壁面輻射式バーナーユニット
５ 炉体エレメント
６ 天井面
７ リジェネレイティブバーナー装置
８ 空気流路
８ａ 第１流路
８ｂ 第２流路
９ 開口部
１０ 燃料噴射部
１０ａ 燃料噴射口
１１ 蓄熱部
１２ 連通管
１３ バッフル部
１３ａ バッフル
Ｃ 燃焼用空気
Ｄ 直進経路
Ｅ 排気
Ｆ 燃料
ｆ 扁平火炎
Ｓ 曲面
Ｔ 反転部位
Ｘ 合流部
Ｙ 湾曲経路
Ｙ１ 外側湾曲面
Ｙ２ 内側湾曲面
Ｚ 輻射壁面

Claims (5)

1. 処理材と対向する輻射壁面を形成する炉体エレメントと、該炉体エレメントの該輻射壁面に沿う扁平火炎を形成して当該輻射壁面を加熱するバーナーとを備え、上記輻射壁面からの輻射熱により処理材を加熱し、
   前記バーナーは、前記炉体エレメントに形成され、扁平火炎を吹き出す開口部と、上記炉体エレメントに形成され、上記開口部に接続されて燃焼用空気が流通される空気流路とを備え、該空気流路と前記輻射壁面とは、上記開口部を介して、連続する曲面で繋がっていて、
   前記バーナーの前記空気流路には、前記曲面の奥に位置させて、当該曲面に対し折り返す方向へ向けて湾曲経路が形成されていることを特徴とする壁面輻射式バーナーユニット。
2. 前記扁平火炎は、コアンダ効果を生じる燃焼用空気の空気流により前記輻射壁面に沿わされることを特徴とする請求項１に記載の壁面輻射式バーナーユニット。
3. 前記バーナーは、前記湾曲経路に沿って前記空気流路内へ燃料を噴射する燃料噴射部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の壁面輻射式バーナーユニット。
4. 前記バーナーの前記空気流路には、前記燃料噴射部からの燃料と燃焼用空気とが合流する合流部よりも下流側であって、前記曲面が前記湾曲経路へ向かって折り返される反転部位周辺に、燃料と燃焼用空気を撹拌混合するためのバッフル部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の壁面輻射式バーナーユニット。
5. 前記バーナーは、排気で燃焼用空気を暖める蓄熱部を有し、燃焼動作と排気動作を交互に行う一対のリジェネレイティブバーナー装置を、前記輻射壁面を挟んで配置して構成され、
   一方の上記リジェネレイティブバーナー装置の排気吸引動作に伴って生成される該輻射壁面に沿う気流により、他方の上記リジェネレイティブバーナー装置の燃焼動作による上記扁平火炎を当該輻射壁面に沿わせることを特徴とする請求項１〜４いずれかの項に記載の壁面輻射式バーナーユニット。

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