JP5943205B2

JP5943205B2 - 気体燃料バーナー

Info

Publication number: JP5943205B2
Application number: JP2013017030A
Authority: JP
Inventors: 宏介浅井; 昌樹藤原
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2033-01-31
Also published as: JP2014149109A

Description

本発明は、工業炉用のバーナーとして使用される気体燃料バーナーに関する。

例えば、ガラス溶融炉等の工業炉用のバーナーとして、天然ガス等の気体燃料と、支燃用の酸素ガス、又は酸素ガスを含む混合ガス（空気等）とを使用する気体燃料バーナーが用いられている。このようなバーナーの代表的な構造としては、特許文献１に開示されるようなものが知られている。

すなわち、同文献には、気体燃料を噴射する燃料ノズルと、支燃用の酸素ガスを噴射すると共に、当該燃料ノズルの外周側に配置された酸素ノズルとで二重管構造を形成し、これらの両ノズルが、その流路に沿う方向と直交する幅方向に沿って扁平（同文献においては、略矩形）な噴射口を有する構造が開示されている。

このような構造によれば、バーナーから噴射されたフレームが、幅方向において、適度に扇状に広がっていくと共に、フレームが広がった分だけ輻射伝熱によって加熱できる面積が大きくなる。そのため、例えば、このバーナーをガラス溶融炉に用いた場合には、ガラスを好適に溶融させることが可能である。

特許第３５９１０５８号公報

ところで、この種のバーナーを工業炉に用いる場合、図７に示すように、煉瓦等の耐火物１２０で構成される炉壁１１０にバーナー１００を設置した状態で、炉内に向かってフレームＦを噴射する手法が採用される。さらに、このバーナー１００から噴射されるフレームＦは、扁平で揺らぎやすく、例えば、噴射されたフレームＦの周辺で気流に乱れが生じた場合、容易に舞い上がってしまう等、直進性に乏しい性質を有している。

このため、噴射されたフレームＦが、炉内へと向かう途中で耐火物１２０を焼いてしまう場合があり、当該耐火物１２０、ひいては、炉壁１１０が溶けて破損してしまう問題があった。このような事態が発生すると、破損した耐火物１２０を新たなものと交換する必要が生じるが、例えば、ガラス溶融炉においては、炉内の温度が約１６００℃の高温まで加熱されていること等から、交換作業には困難を伴っているのが現状である。

上記の事情に鑑みなされた本発明は、気体燃料バーナーに改良を施すことで、工業炉における炉壁の破損を抑制することを技術的課題とする。

上記の課題を解決するために創案された本発明は、気体燃料を噴射する燃料ノズルと、支燃用の酸素ガス、又は酸素ガスを含む混合ガスを噴射すると共に、前記燃料ノズルの外周側に配置された支燃ガスノズルとで二重管構造を形成し、前記両ノズルが、それらの流路に沿う方向と直交する幅方向に沿って扁平な噴射口をそれぞれ先端部に有する気体燃料バーナーにおいて、前記燃料ノズルの先端部を、前記幅方向の中央部が両端部よりも窪むように形成したことに特徴付けられる。

このような構成によれば、燃料ノズルの先端部に形成された噴射口が、平坦な開口部ではなく、幅方向の中央部が両端部よりも窪んだ開口部とされているため、この噴射口の幅方向の中央部が先端側に向かって開放される部位が、幅方向の両端部が先端側に向かって開放される部位よりも、窪んだ位置に存在することになる。そのため、この噴射口が平坦な開口部とされていた従来の気体燃料バーナーと比較して、直進性に優れ且つ揺らぎにくいフレームを形成することが可能となる。これにより、このフレームが、炉内へと向かう途中で炉壁を構成する耐火物を焼いてしまうような事態の発生を可及的に防止することができ、その結果、工業炉における炉壁の破損を抑制することが可能となる。なお、支燃ガスノズルからは、酸素ガス、又は酸素ガスを含む混合ガス（空気等）を噴射する態様とすることができるが、これらのうち、酸素ガスを噴射した場合には、より直進性に優れ、且つ揺らぎにくいフレームを形成することが可能である。

上記の構成において、前記燃料ノズルの先端部が、前記幅方向における中央部を基準として対称な形状を有することが好ましい。

このようにすれば、幅方向における中央部を基準として対称なフレームを形成することができ、幅方向において均一な加熱が可能となる。

上記の構成において、前記燃料ノズルの先端部が、円弧状に形成されていてもよい。

このようにしても、従来の気体燃料バーナーと比較して、揺らぎにくく、直進性に優れたフレームを噴射することが可能となる。

上記の構成において、前記燃料ノズルの先端部が、Ｖ字状に形成されていてもよい。

以上のように、本発明によれば、揺らぎにくく、直進性に優れたフレームを噴射することが可能となり、従来のものと比較して、炉壁を構成する耐火物を焼いてしまうような事態の発生を可及的に防止することができるため、工業炉における炉壁の破損を抑制することが可能となる。

本発明の第一実施形態に係る気体燃料バーナーを示す平面図である。本発明の第一実施形態に係る気体燃料バーナーを示す正面図である。本発明の第一実施形態に係る気体燃料バーナーを示す側面図である。本発明の第二実施形態に係る気体燃料バーナーを示す平面図である。本発明の第二実施形態に係る気体燃料バーナーを示す正面図である。本発明の他の実施形態に係る気体燃料バーナーを示す平面図である。従来の気体燃料バーナーを示す側面図である。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して説明する。

図１，図２は、それぞれ本発明の第一実施形態に係る気体燃料バーナー１を示す平面図、正面図である。これらの図に示すように、気体燃料バーナー１は、気体燃料２（例えば、天然ガス）を噴射する燃料ノズル３と、支燃用の酸素ガス４を噴射すると共に、燃料ノズル３の外周側に配置された支燃ガスノズルとしての酸素ノズル５とを備えている。

燃料ノズル３は、その横断面の形状が矩形状に形成され、矩形の長辺の寸法Ａは、短辺の寸法に対して４倍以上とされている。また、燃料ノズル３は、その長手方向である流路に沿う方向（図１における上下方向）と直交する幅方向（図１における左右方向）に沿って扁平な噴射口を有している。この噴射口は、正面視で矩形状に形成されると共に、当該噴射口を形成する先端部（開口部）３ａが、幅方向において、側部から中央部に移行するにつれて、気体燃料２の噴射元側に窪んでおり、円弧状の形状を呈している。さらに、先端部３ａは、幅方向における中央部を基準として対称な形状を有すると共に、その長手方向における寸法Ｂは、上述した長辺の寸法Ａに対して、５〜１０％の長さに形成される。なお、先端部３ａにおける窪んだ部位は、対向して二箇所（図２における開口部の上下）に形成されており、これらの形状、及び寸法は、互いに同一となっている。

酸素ノズル５は、燃料ノズル３の外周側に略同心状に配置されることで、燃料ノズル３と酸素ノズル５とで二重管構造を形成し、両ノズル３，５によって酸素ガス４を流通させるための間隙Ｓが形成される。また、酸素ノズル５の噴射口は、燃料ノズル３と同様に、正面視で矩形状に形成されている。さらに、酸素ノズル５の横断面の形状もまた、矩形状に形成されている。

以下、上記の第一実施形態に係る気体燃料バーナー１の作用について説明する。

この気体燃料バーナー１によれば、燃料ノズル３の噴射口を形成する先端部３ａが、幅方向において平坦であった従来の気体燃料バーナーと比較して、図３に示すように、工業炉の炉壁に設置された場合、揺らぎにくく、直進性に優れたフレームＦを噴射することが可能となる。これにより、このフレームＦが、炉内へと向かう途中で炉壁１１０を構成する耐火物１２０を焼いてしまうような事態の発生を可及的に防止することができ、その結果、工業炉における炉壁１１０（耐火物１２０）の破損を抑制することが可能となる。

このため、破損した耐火物１２０を、新たなものと交換する必要が生じたとしても、その交換の頻度を可及的に抑制することが可能である。また、幅方向における中央部を基準として対称なフレームＦを形成することができるため、幅方向において均一な加熱が可能となる。なお、この気体燃料バーナー１から噴射されるフレームＦの幅方向における寸法Ｗ（最大幅）は、従来の気体燃料バーナーと比較して小さくなる。さらに、フレームＦの厚み方向における寸法Ｈ（中央部における厚み）は、従来の気体燃料バーナーと比較して大きくなる。

図４，図５は、それぞれ本発明の第二実施形態に係る気体燃料バーナー１を示す平面図、正面図である。ここで、以降に記載する第二実施形態に係る気体燃料バーナーについての説明において、上記の第一実施形態に係る気体燃料バーナーと同一の機能、又は形状を有する構成要素については、第二実施形態について説明するための図面に同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する。

この第二実施形態に係る気体燃料バーナー１が、上記の第一実施形態に係る気体燃料バーナーと相違している点は、燃料ノズル３の先端部３ａにおいて、窪んだ部位の長手方向における寸法Ｂが長くなっている点である。

以下、上記の第二実施形態に係る気体燃料バーナー１の作用について説明する。

この気体燃料バーナー１によれば、上記の第一実施形態に係る気体燃料バーナーと比較して、より揺らぎにくく、より直進性に優れたフレームＦを噴射することが可能となる。なお、この気体燃料バーナー１から噴射されるフレームＦの幅方向における寸法Ｗ（最大幅）は、上記の第一実施形態に係る気体燃料バーナーと比較して小さくなる。また、フレームＦの厚み方向における寸法Ｈ（中央部における厚み）は、第一実施形態に係る気体燃料バーナーと比較して大きくなる。

このように、窪んだ部位の長手方向における寸法Ｂを変更することで、フレームＦの幅方向における寸法Ｗ、及び厚み方向における寸法Ｈを調整することが可能である。すなわち、寸法Ｂが大きくなれば、寸法Ｗは小さくなり、寸法Ｈは大きくなる。一方、寸法Ｂが小さくなれば、寸法Ｗは大きくなり、寸法Ｈは小さくなる。

ここで、本発明に係る気体燃料バーナーは、上記の各実施形態で説明した構成に限定されるものではない。例えば、上記の各実施形態においては、燃料ノズルの先端部が円弧状を呈しているが、図６に示すように、先端部３ａの窪んだ部位がＶ字状となるようにしてもよい。なお、同図においては、燃料ノズル３以外の図示を省略している。

また、上記の各実施形態においては、酸素ノズルが、燃料ノズルの外側に略同心状に配置される構成となっているが、偏心させて配置することもできる。この場合、例えば、燃料ノズルを酸素ノズルに対して下方に偏心させると、酸素ガスの流量が上方で増加し、下方で減少する。これにより、噴射されたフレームの上方の輝度を高めることができる。

さらに、上記の各実施形態において、酸素ガスに代わって酸素ガスを含む混合ガスを使用してもよい。酸素ガスを含む混合ガスの一例としては、空気を挙げることができる。

１気体燃料バーナー
２気体燃料
３燃料ノズル
３ａ燃料ノズルの先端部
４酸素
５酸素ノズル
Ｓ間隙

Claims

気体燃料を噴射する燃料ノズルと、
支燃用の酸素ガス、又は酸素ガスを含む混合ガスを噴射すると共に、前記燃料ノズルの外周側に配置された支燃ガスノズルとで二重管構造を形成し、
前記両ノズルが、それらの流路に沿う方向と直交する幅方向に沿って扁平な噴射口をそれぞれ先端部に有する気体燃料バーナーにおいて、
前記燃料ノズルの先端部を、前記幅方向の中央部が両端部よりも窪むように形成したことを特徴とする気体燃料バーナー。
前記燃料ノズルの先端部が、前記幅方向における中央部を基準として対称な形状を有することを特徴とする請求項１に記載の気体燃料バーナー。
前記燃料ノズルの先端部が、円弧状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の気体燃料バーナー。
前記燃料ノズルの先端部が、Ｖ字状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の気体燃料バーナー。