JPH10176810A

JPH10176810A - 蓄熱式バーナ及び該蓄熱式バーナを用いたラジアントチューブバーナ

Info

Publication number: JPH10176810A
Application number: JP8336540A
Authority: JP
Inventors: Yoshimoto Fujii; 良基藤井; Shunichi Akiyama; 俊一秋山; Shigeo Kurioka; 茂雄栗岡; Tatsuya Shimada; 達哉島田; Seiji Suga; 政治菅; Ryoichi Tanaka; 良一田中; Takuya Igarashi; 琢也五十嵐
Original assignee: Nippon Furnace Co Ltd; NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: Nippon Furnace Co Ltd; JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-12-17
Filing date: 1996-12-17
Publication date: 1998-06-30
Anticipated expiration: 2016-12-17
Also published as: JP3760392B2

Abstract

(57)【要約】【課題】蓄熱体内を通過しようとする燃焼排ガスが偏
流している場合でも、蓄熱体での偏熱の発生を防止し、
熱ストレス等による蓄熱体の割れを防止できる蓄熱式バ
ーナを提供する。【解決手段】燃焼用空気及び燃焼排ガスの通路となる
燃焼用空気通路１３と、これに配設された蓄熱体１７
と、燃焼用空気通路１３の一端側に設けられた燃焼用空
気噴射口３３とを備え、主燃焼時には燃焼用空気を蓄熱
体１７で予熱して燃焼用空気噴射口３３から噴出し、主
燃焼以外のときには燃焼排ガスを燃焼用空気噴射口３３
から導入して蓄熱体１７で熱回収する構造の蓄熱式バー
ナにおいて、蓄熱体１７における燃焼排ガスの流入断面
を、蓄熱体１７と燃焼用空気噴射口３３との間の燃焼用
空気通路１３断面よりも小さく設定し、燃焼用空気噴射
口３３から導入された燃焼排ガスの全部又は一部が蓄熱
体１７にストレートに流入しないように蓄熱体１７を配
置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工業用加熱炉、間
接加熱炉等の熱設備に設置される蓄熱式バーナ及び該蓄
熱式バーナを用いたラジアントチューブバーナに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０はバーナに付随して蓄熱体が設け
らた従来の直火式の蓄熱式バーナを用いた加熱炉の一例
を示している。図１０において、２は加熱炉、５ａ、５
ｂは加熱炉２に対向配置されたバーナ、１７ａ、１７ｂ
はバーナ５ａ，５ｂにおける燃焼用空気を供給する管路
に設置された蓄熱体、２５ａ、２５ｂは燃料遮断弁、４
１は燃焼用空気と燃焼排ガスの流路を切り替える切替
弁、４２は燃焼排ガス排気口、８は加熱炉２内に投入さ
れた被加熱物である。

【０００３】上記のように構成された加熱炉２において
は、対向配置されたバーナ５ａ，５ｂは交互に燃焼して
被加熱物８及び蓄熱体１７ａ、１７ｂを加熱する。すな
わち、ある一定時間は一方に配置された蓄熱体を他方に
配置されたバーナの燃焼排ガスで加熱し、次の一定時間
は既に加熱されている前記一方の蓄熱体で燃焼用空気を
予熱しながら一方に配置されたバーナを燃焼させ、この
動作を交互に行うというものである。この点を図１０に
基づいて具体的に説明すると、図１０においては、バー
ナ５ａが燃焼状態であることを示しており、このとき蓄
熱体１７ａは前回のバーナ５ｂの燃焼時にバーナ５ｂの
燃焼排ガスによって高温に加熱されている。切替弁４１
を介して吸入される常温（３０℃）の燃焼用空気が蓄熱
体１７ａで加熱されて約１２５０℃の予熱空気となって
バーナ５ａに供給されている。また、バーナ５ａの燃焼
による燃焼排ガスの一部はバーナ５ｂを経て約１３５０
℃で蓄熱体１７ｂに入り、蓄熱体１７ｂを加熱して２０
０℃で排気される。そして、所定の時間間隔で燃料遮断
弁２５ａ、２５ｂと切替弁４１とを連動して切り替える
ことによってバーナ５ａとバーナ５ｂを切替えるように
構成されている。

【０００４】従来、蓄熱体１７ａ、１７ｂには、例え
ば、１３００℃以上の高温の燃焼排ガスが通過したとし
ても溶融しないセラミックスが用いられ、その形状はボ
ール状あるいは塊状であった。しかし、蓄熱体には、単
位容積当たりの熱交換面積が大きく、かつ、ガス通過面
積が大きく、しかも流体通過時の圧力損失の小さい物が
好ましいことから、最近ではハニカム構造の蓄熱体が用
いられている。そして、例えば特公平２−２３９５０号
公報に開示された発明に代表されるようなセラミックハ
ニカムを蓄熱体とした蓄熱式バーナが提供されている。

【０００５】なお、セラミックス製のハニカム状蓄熱体
は押し出し成型したセラミックス材料を焼結して製造さ
れている。従って、その断面形状は通過流体の流れ方向
（蓄熱体の長手方向）で一定である。また、通過する流
体は、ハニカム状蓄熱体のある升目に流れ込むと他の升
目には拡散しない構造となっている。

【０００６】上記図１０に示したものは直火式の蓄熱式
バーナであったが、これとは別に加熱炉を間接加熱して
炉内雰囲気を所望の状態（温度）に調整することが可能
な加熱源として、例えば実公平２−２３９５０号公報に
示されたラジアントチューブバーナがある。同公報に示
されたラジアントチューブバーナは、図１１に示すよう
に、ラジアントチューブ３の両端にバーナ５と蓄熱体１
７を配置し、両端のバーナ５を交互に切替て交番燃焼す
るというものである。このような、いわゆる蓄熱式ラジ
アントチューブバーナ（リジェネレーティブラジアント
チューブバーナ）は熱効率向上、ラジアントチューブ温
度分布均一化によるラジアントチューブ寿命延長・補修
費低減効果を発揮している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セラミ
ックス製のハニカムを用いて蓄熱バーナの蓄熱体を形成
すると、前述のように、セラミックス製のハニカム状蓄
熱体の断面形状は通過流体の流れ方向（蓄熱体の長手方
向）で一定であり、また、通過する流体は、ハニカム状
蓄熱体のある升目に流れ込むと他の升目には拡散しない
構造となっているので、燃焼排ガスがハニカム状蓄熱体
に流入前の流路にて偏流した場合には以下のような問題
があった。すなわち、燃焼排ガスが偏流するとハニカム
状蓄熱体におけるハニカム断面での流入量に差が生じ
る。そして、燃焼排ガスが多量に流れ込んだ升目では、
ハニカム格子の蓄熱容量以上の熱を蓄積できないため、
充分な排熱回収ができず、また、ハニカム格子が高温化
し、少量しか流れ込まない升目の格子との温度差が大き
くなりハニカム断面での熱応力が発生し、ハニカム状蓄
熱体が割れて長期安定使用ができないという問題があっ
た。すなわち、ハニカム状蓄熱体の割れが進行すると、
微細化したハニカム破片が升目を閉塞したり、またハニ
カム内の流体の流れが乱れ圧力損失が増大したり、さら
に破損したハニカムが飛散してバーナから炉内に吹き出
し蓄熱容量を低下させるのである。

【０００８】また、高温の燃焼排ガスの偏流と低温の燃
焼用空気の偏流がマッチング、すなわち、多量に燃焼排
ガスが流れ込む升目に多量の燃焼用空気が流れ込むよう
な同等の偏流が生じている場合は熱回収効率が、均等に
流れ込んでいる場合に比べて大幅に低下することはない
が、高温の燃焼排ガスの偏流と低温の燃焼用空気の偏流
がアンマッチング、すなわち、多量に燃焼排ガスが流れ
込む升目に少量の燃焼用空気が流れ込み、少量の燃焼排
ガスが流れ込む升目に多量の燃焼用空気が流れ込むよう
な偏流が生じている場合は、高温の燃焼排ガスが蓄熱体
より排出され、低温の予熱空気しか得られない低熱効率
の蓄熱バーナとなってしまうという問題があった。

【０００９】本発明は、上記問題点を解決するために発
明されたもので、蓄熱体内を通過しようとする流体が偏
流している場合でも、蓄熱体での偏熱の発生を防止して
熱ストレス等による蓄熱体の割れを防止し、蓄熱体寿命
の延命を図り、長期間安定した運転ができる蓄熱式バー
ナを提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る蓄熱式バー
ナにおいては、燃焼用空気及び燃焼排ガスの通路となる
通気路と、該通気路に配設された蓄熱体と、前記通気路
の一端側に設けられた燃焼用空気噴射口とを備え、主燃
焼時には燃焼用空気を前記蓄熱体で予熱して前記燃焼用
空気噴射口から噴出し、主燃焼以外のときには燃焼排ガ
スを前記燃焼用空気噴射口から導入して前記蓄熱体を通
過させ、該蓄熱体で熱回収する構造のものにおいて、前
記蓄熱体における前記燃焼排ガスの流入断面を、前記蓄
熱体と前記燃焼用空気噴射口との間の通気路断面よりも
小さく設定し、前記燃焼用空気噴射口から導入された燃
焼排ガスの全部又は一部が前記蓄熱体にストレートに流
入しないように前記蓄熱体を配置したものである。

【００１１】また、燃焼用空気及び燃焼排ガスの通路と
なる通気路と、該通気路に配設された蓄熱体と、前記通
気路の一端側に設けられた燃焼用空気噴射口とを備え、
主燃焼時には燃焼用空気を前記蓄熱体で予熱して前記燃
焼用空気噴射口から噴出し、主燃焼以外のときには燃焼
排ガスを前記燃焼用空気噴射口から導入して前記蓄熱体
を通過させ、該蓄熱体で熱回収する構造の蓄熱式バーナ
において、前記蓄熱体における前記燃焼排ガスの流入断
面の一部に、前記燃焼排ガスが通過できない壁体を形成
し、前記燃焼用空気噴射口から導入された燃焼排ガスの
全部又は一部が前記蓄熱体にストレートに流入しないよ
うにしたものである。

【００１２】さらに、本発明に係るラジアントチューブ
バーナは、上記の蓄熱式バーナをラジアントチューブの
端部に少なくとも１つ以上配置したものである。

【００１３】また、ラジアントチューブバーナにおける
蓄熱式バーナは、燃焼用空気噴射口がラジアントチュー
ブの径方向に偏心して設けられてなるものである。

【００１４】

【発明の実施形態】

実施の形態１．図１は本発明を適用したラジアントチュ
ーブバーナの一実施の形態を説明する説明図である。図
において、１はラジアントチューブバーナで、略Ｕ字状
に湾曲するラジアントチューブ３、およびこのラジアン
トチューブ３の両端部に配設される一対のバーナ５等に
より構成されている。ラジアントチューブバーナ１はラ
ジアントチューブ３の内部をその両端部に配設されたバ
ーナ５の燃焼排ガスが通過してラジアントチューブ３の
外面が加熱され、その外表面から放射する放射熱で加熱
炉、熱処理炉等の内部を加熱するというものである。

【００１５】ラジアントチューブ３の両端部に配設され
た各バーナ５は同一の構成であり、バーナボディ９、バ
ーナボディ９の内部に配設されて燃料ガスが通過するバ
ーナガン１１、バーナボディ９とバーナガン１１との間
に形成された燃焼用空気通路１３、燃焼用空気通路１３
に配設された蓄熱体１７、蓄熱体１７の外周部に形成さ
れた壁体１２、及びバーナガン１１の先端部に設置され
たバッフル１５等により構成されている。

【００１６】バーナガン１１は、筒状に形成されたパイ
ロット燃焼用空気通路２１、パイロット燃焼用空気通路
２１の内部にやはり筒状に形成された燃料通路１９、及
び図示しない点火プラグなどにより構成されている。こ
のように、バーナガン１１は、パイロット燃焼用空気通
路２１内に、これと同心円状に燃料通路１９が配置され
ているという単純な構造であり、バーナガン１１を比較
的細く形成することができる。

【００１７】図２はバーナガン１１の燃料通路１９に燃
料を供給する燃料供給配管の配管系統図である。図２に
基づいて、燃料供給配管の配管系統について説明する。
燃料供給通路２３の一端側には図示しない燃料供給源が
接続され、他端側にはバーナガン１１の燃料通路１９が
接続される。そして、燃料供給通路２３の途中には、バ
ーナガン１１への燃料の供給を制御する制御弁２５が介
装されると共に、この制御弁２５を迂回するバイパス通
路２７が設けられている。バイパス通路２７の途中に
は、バーナガン１１に供給される燃料をバーナガン１１
がパイロット燃焼を行うのに最低限必要な量に調整する
流量制御弁２９および制御弁３１が介装されている。以
上のように構成された配管系統においては、バーナーが
主燃焼する場合には燃料供給通路２３の制御弁２５が開
放されると共に、バイパス通路２７の制御弁３１が閉止
される。一方、バーナがパイロット燃焼する場合には燃
料供給通路２３の制御弁２５が閉止されると共に、バイ
パス通路２７の制御弁３１が開放される。

【００１８】再び図１に基づいて、バーナガン１１の構
成を説明する。バーナガン１１の周りの空間は燃焼用空
気通路１３となっているが、一方のバーナ５が非作動の
待機状態となっている場合には、この燃焼用空気通路１
３は他方のバーナ５からの高温の燃焼排ガスが流れる排
気通路となる。しかし、燃料通路１９の回りの空間はパ
イロット燃焼用空気通路２１が形成されており、しかも
パイロット燃焼用空気通路２１内には燃焼前で低温（常
温）の燃焼用空気が常に供給されているので、燃料通路
１９内の燃料が燃焼用空気通路１３内の燃焼排ガスの熱
で加熱され高温になることはない。

【００１９】蓄熱体１７は、比較的圧力損失が低い割に
熱容量が大きく、耐久性の高い材料（例えば、セラミッ
クス）をハニカム状に形成し、その内部を空気が通過す
ることができるように構成されている。そして、蓄熱体
１７内を高温の燃焼排ガスが通過するときには蓄熱体１
７が燃焼排ガスから熱を回収して加熱され、この加熱さ
れた蓄熱体１７内を燃焼用の空気が通過するときには通
過空気が蓄熱体１７から熱を奪い昇温する。

【００２０】壁体１２は、バッフル１５に形成された燃
焼用空気噴射口３３より吸引される高温でかつ偏流して
流入する燃焼排ガスを拡散させて、蓄熱体１７にほぼ均
等に流入させる機能を有している。この壁体１２がない
場合には、偏流して流入する燃焼排ガスが偏流したまま
蓄熱体１７に流入することになり、本願明細書の発明が
解決しようとする課題の項で説明したように、蓄熱体１
７の破損という問題が生ずることになるが、この壁体１
２の拡散作用によって、このような問題の発生を抑制す
ることができるのである。

【００２１】なお、壁体１２を設けない場合には、燃焼
用空気噴射口３３と蓄熱体１７の間の空間を長くして高
速で流入した燃焼排ガスがラジアントチューブ円形断面
で拡散し、ラジアントチューブ断面でほぼ整流された流
れになるまで成長させる必要があるが、このようにする
には直線で数メートルの間隔が必要となり、バーナが巨
大化し設備費が高騰することになる。したがって、壁体
１２を設けることは、簡易な構成で拡散・整流効果が得
られ、設備費の高騰を抑えることができる。なお、壁体
１２の材料は、高温の燃焼排ガスが高速で衝突しても浸
食されない材質のものであれば如何なる物でも使用可能
であるが、本実施の形態においては耐火煉瓦と同等の性
質を有するプラスチック耐火物を使用している。

【００２２】なお、他方のバーナ５も、上述した一方の
バーナ５と同様に構成されており、各バーナ５の各バー
ナボディ９の一端側が空気通路機構１０を介して、燃焼
用空気供給源及び大気側に接続されている。空気通路機
構１０には、図１に示す四方弁４１が設けられており、
各バーナ５と燃焼用空気供給源又は大気側との接続を切
り替えることができるようになっている。四方弁４１を
図示する位置にした場合には、図中下側に配置されたバ
ーナ５の燃焼用空気通路１３が燃焼用空気供給源に接続
されると共に、図中上側に配置されたバーナ５の燃焼用
空気通路１３が大気側に接続されるようになっている。
そして、四方弁４１を切り替えた場合には、この接続関
係が逆になる。

【００２３】ここで、燃焼用空気とバーナ５の作動との
関係を図３に示す。図３において、横軸はバーナ５の作
動モードを示し、縦軸は燃焼量及び空気供給量を示して
いる。バーナ５が作動する燃焼モードでは、パイロット
燃焼用空気に加えて主燃焼用空気がバーナ５に圧送供給
される。一方、バーナ５が非作動の待機状態となる排気
モードでは、パイロット燃焼用空気のみが圧送されてお
り、このバーナ５には、バーナガン１１がパイロット燃
焼するのに適した量の燃焼用空気が供給される。この場
合には、バーナ５の燃焼量は、バーナガン１１がパイロ
ット燃焼するのみであり、本実施の形態の場合、５００
０Kcal／Ｈ程度の燃焼量である。以上の説明から分かる
ように、バーナガン１１のパイロット燃焼用空気通路２
１にはバーナ５の作動状態とは無関係に常にパイロット
燃焼用空気が供給されている。

【００２４】図４は図１に示したラジアントチューブバ
ーナ１のバーナ５の近傍の断面図であり、以下図４に基
づいてバーナ５の近傍の構成を詳細に説明する。ラジア
ントチューブ３は、図４に示すように、その中間部を炉
壁７に設けられた取付孔７ａで支持し、端部を炉外に位
置させるようにして、該端部に設けられたフランジ３ａ
が炉壁７外面に設けられた取付部７ｂに固定されてい
る。ラジアントチューブ３の両端部と炉壁７との隙間
は、図示しないシール部材で気密に塞がれている。

【００２５】バーナボディ９は一端側がほぼ直角に屈曲
した略円筒状からなり、屈曲側端部にはフランジ９ｃ
が、他端側にはフランジ９ｂがそれぞれ設けられてお
り、フランジ９ｃがラジアントチューブ３のフランジ３
ａと共に炉壁７の取付部７ｂに取り付けられている。こ
のバーナボディ９の屈曲部には、バーナガン１１を挿入
するための孔９ａが穿設されている。

【００２６】バッフル１５は、ラジアントチューブ３内
の炉壁７内面にほぼ対応する位置に配置されている。図
５はバッフル１５の正面図である。図４及び図５に基づ
いて、バッフル１５の詳細を説明する。バッフル１５
は、円板部１５ａと、この円板部１５ａの全周縁からバ
ーナガン１１の方向に向けて延びる周壁１５ｂとにより
構成され、この周壁１５ｂには内管１５ｆが連続して形
成されており、内管１５ｆの端部にはフランジ３ａと重
なるフランジ３５ａが形成されている。円板部１５ａの
直径はラジアントチューブ３の内壁と概略同一に設定さ
れ、円板部１５ａはラジアントチューブ３内を閉塞して
いる。また、バッフル１５の周壁１５ｂはラジアントチ
ューブ３の内周面に略固定されている。

【００２７】バッフル１５の円板部１５ａには、図５に
示すように、その周縁部に切り欠き１５ｄが設けられる
と共に、中央より少し外周に偏った位置に小径孔１５ｃ
が設けられている。切り欠き１５ｄは、円板部１５ａの
下端部分を半月状に切り欠いて形成されており、ラジア
ントチューブ３と共に燃焼用空気噴射口３３を構成して
いる。すなわち、燃焼用空気噴射口３３は、ラジアント
チューブ３の横断面に対して偏芯して設けられており、
燃焼用空気はラジアントチューブ３内空間の偏芯した位
置に高速で噴出してラジアントチューブ３内で自己排ガ
ス循環流を形成する。一方、燃料ガスは、燃焼用空気噴
射口３３から離れた位置にある小径孔１５ｃから噴出さ
れ、燃焼用空気による自己排ガス循環流に巻き込まれな
がら燃焼する。これによって、局部高温域を形成しない
燃焼を実現し、蓄熱式ラジアントチューブバーナ最大の
欠点であった窒素酸化物の大量発生を防止し低ＮＯ_x燃
焼を実現している。

【００２８】また、小径孔１５ｃの位置は、バーナボデ
ィ９に設けられたバーナガン１１を挿入するための孔９
ａに対向する位置である。また、小径孔１５ｃの直径
は、バーナガン１１の先端の外径と略同一寸法に設定さ
れている。さらに、小径孔１５ｃの周縁は、バーナボデ
ィ９に向けて延出して円筒状部分１５ｅを形成し、この
円筒状部分１５ｅにバーナガン１１を内装するガイドパ
イプが配置されて支持される。そして、バーナガン１１
は、前述したようにバーナボディ９の孔９ａからラジア
ントチューブ３内に挿入され、ラジアントチューブ３と
略平行に配置され、その先端がバッフル１５で支持され
ているガイドパイプ（図示せず）の中に挿入されてい
る。このように、バーナガン１１の先端はバッフル１５
の小径孔１５ｃの位置にあり、燃焼用空気噴射口３３と
一定の距離を離して配置されている。

【００２９】壁体１２は、蓄熱体１７の外周部に形成さ
れており、燃焼用空気噴射口３３に対向する部分の径方
向の高さは、燃焼用空気噴射口３３の高さとほぼ同一に
設定されている。このように設定することによって、燃
焼用空気噴射口３３から吸入されるほぼ全ての燃焼排ガ
スを壁体１２に衝突させて拡散させることができる。

【００３０】図６に本実施の形態に使用した壁体１２及
び蓄熱体１７の断面図を示した。図へ６に示すように、
壁体１２は蓄熱体１７の外周の全周に亘って形成されて
おり、燃焼用空気噴射口３３に対向する部分が厚めに形
成されている。このように、燃焼用空気噴射口３３に対
向する部分が厚めに形成することで、燃焼用空気噴射口
３３から吸入される燃焼排ガスが確実に衝突するように
なり、蓄熱体への均等な流入をより確実にする。なお、
この実施の形態では、壁体１２における燃焼用空気噴射
口３３に対向する部分を厚めに形成したが、壁体１２の
全周を同一の厚みに形成してもよい。このようにすれ
ば、壁体１２の製作が容易になる。

【００３１】以上のように構成された一方のバーナ５
は、以下のように作動する。まず、パイロット燃焼を行
う場合には、燃料供給通路２３の制御弁２５を閉弁し、
燃料をバイパス通路２７を介してのみバーナガン１１へ
供給する。このバーナガン１１へは、燃焼用空気供給源
から常にパイロット燃焼用空気が圧送されており、燃料
とパイロット燃焼用空気とがパイロット燃焼に適した空
気比の混合ガスになる。そして、この混合ガスに点火プ
ラグで着火し、パイロット燃焼を行う（図１に示す上側
のバーナ５の状態）。

【００３２】バーナガン１１がパイロット燃焼を行って
いる状態において、燃料供給通路２３の制御弁２５を開
き、且つ、燃焼用空気供給源からの主燃焼用空気の供給
を開始すると、燃料供給源から多量の燃料がバーナガン
１１の燃料通路１９に圧送され、バーナガン１１は主燃
焼を行う。そして、この主燃焼している状態において、
燃料供給通路２３の制御弁２５を閉じるとともに、燃焼
用空気供給源からの燃焼用空気の供給を停止すると、バ
ーナガン１１がパイロット燃焼の状態に戻る。この状態
でも、バーナガン１１へは燃料供給通路２３のバイパス
通路２７介して少量の燃料が供給され、また、燃焼用空
気供給源は常に燃焼用空気を供給しているので、バーナ
ガン１１は、安定したパイロット燃焼を行う。

【００３３】このように作動する各バーナ５を備えたラ
ジアントチューブバーナ１は、各バーナ５を交互に作動
させる、いわゆる、交番燃焼を行う。まず、一方のバー
ナ５（以下、一方のバーナ５に関する構成要素の符号に
は、Ａを付記する。）を作動させ、他方のバーナ５（以
下、他方のバーナ５に関する構成要素の符号には、Ｂを
付記する。）を非作動状態にする場合について説明す
る。この場合には、燃料供給通路２３Ａの制御弁２５Ａ
を開弁し、燃焼用空気通路２３Ｂの制御弁２５Ｂを閉弁
するとともに、空気通路機構１０の四方弁４１を図１に
示す位置に切り替える。これにより、バーナ５Ａには主
燃焼に必要な燃料と主燃焼用空気及びパイロット燃焼用
空気が供給され、上述した主燃焼が行われる。一方、バ
ーナ５Ｂのバーナガン１１Ｂにはパイロット燃焼に適し
た量の燃料およびパイロット燃焼用空気が供給されてお
り、パイロット燃焼が継続される。

【００３４】バーナ５Ａの主燃焼で発生した燃焼排ガス
は、ラジアントチューブ３内をこれを加熱しながらバー
ナ５Ｂに向けて流れる。そして、この燃焼排ガスは、バ
ッフル１５Ｂの燃焼用空気噴射口３３Ｂから燃焼用空気
通路１３Ｂ内に流入し、空気通路機構１０を介して大気
側に排出される。このとき、燃焼用空気噴射口３３Ｂが
ラジアントチューブ内で偏心した配置となっていること
からラジアントチューブ円形断面での燃焼排ガスは偏流
となって燃焼用空気通路１３Ｂに流入する。そして、こ
の流入した燃焼排ガスは壁体１２Ｂに衝突して拡散さ
れ、バーナボディ９Ｂ内の蓄熱体１７Ｂ内にほぼ均等に
流入する。蓄熱体１７Ｂ内に流入した燃焼排ガスは、そ
こで熱回収されて排気される。なお、燃焼排ガスから熱
回収した各蓄熱体１７Ｂの温度は上昇して、燃焼用空気
の予熱に供される。

【００３５】バーナ５Ａが主燃焼を開始してから所定時
間Ｔ（例えば、２０秒位）だけ経過すると、図２に示し
た燃料供給通路２３Ａの制御弁２５Ａが閉弁し、燃料供
給通路２３Ｂの制御弁２５Ｂが開弁するとともに、空気
通路機構１０の四方弁４１が切り替わり、作動側と待機
側のバーナ５Ａ、５Ｂが交替し、バーナ５Ｂで主燃焼が
行われ、バーナ５Ａでパイロット燃焼が行われる。

【００３６】図７は上述したバーナ５Ａ，５Ｂの交番燃
焼の様子を示す図であり、横軸が時間を示し、縦軸がバ
ーナ５Ａ，５Ｂのそれぞれについての燃焼状態を示して
いる。図７に基づいて、バーナ５Ａ，５Ｂの交番燃焼の
様子を説明する。時刻ｔ１において、バーナ５Ａが主燃
焼を開始し、バーナ５Ｂがパイロット燃焼を開始する。
そして、時間Ｔだけ経過した時刻ｔ２では、主燃焼を行
っていたバーナ５Ａがパイロット燃焼に切り替わり、パ
イロット燃焼を行っていたバーナ５Ｂが主燃焼を開始す
る。以後同様にして、時間Ｔの経過毎に、作動側と待機
側のバーナ５Ａ、５Ｂが切り替わり、ラジアントチュー
ブバーナ１は交番燃焼を実施する。

【００３７】実施の形態２．図８は本発明の他の実施の
形態のバーナ部の断面図である。実施の形態１において
は、蓄熱体１７を主燃焼用空気通路１３内にのみ配置
し、蓄熱体１７の全周に亘って壁体１２を形成した例を
示したが、本実施の形態においては、蓄熱体１７を主燃
焼用空気通路１３内及びバーナボディ９内の下側に並べ
て配置すると共に、主燃焼用空気通路１３内に配置した
蓄熱体１７の外周部の一部に壁体１２を形成したもので
ある。図９は主燃焼用空気通路１３内に配置した蓄熱体
１７及び壁体１２の断面図である。この実施の形態２の
ように壁体１２を蓄熱体１７の外周の一部に設けること
によって、蓄熱体１７の流路断面を広くすることがで
き、燃焼排ガスのよどみを少なくできる。

【００３８】なお、上記の実施の形態１，２において
は、蓄熱体１７を主燃焼用空気通路１３の断面より小形
に形成して蓄熱体１７の外周部に壁体１２を別途設けた
ものを示したが、蓄熱体１７を主燃焼用空気通路１３の
断面と同形に形成して蓄熱体１７における燃焼用空気噴
射口３３に対向する部分の孔を埋めることによって壁体
を形成してもよい。このようにすれば、蓄熱体１７及び
壁体１２を新たに製作しなくてもよいので、コストを低
く抑えることができる。

【００３９】なお、各蓄熱体１７の設置位置は上述した
実施の形態１，２に限るものではなく、主燃焼用空気通
路１３内、または、これに接続される空気通路機構１０
の通路途中であればどの位置であってもよい。

【００４０】また、上述の実施の形態１，２は本発明の
好適な実施の形態の一つではあるが、本発明はこれに限
定されたものではなく発明の要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々変形実施可能である。例えば、上記の実施の形
態においては、各バーナ５の作動待機状態の切替えを、
Ｔ時間毎に繰り返す構成としたが、各蓄熱体１７Ａ、１
７Ｂの温度を監視し、この温度が設定温度以上に達した
時点で、各バーナ５Ａ、５Ｂの作動、待機を切り替える
構成としてもよい。

【００４１】さらに、本発明のバーナをラジアントチュ
ーブから独立し形式、すなわち、燃焼排ガス雰囲気を充
満して被加熱物を直接加熱する炉に適用してもよい。ま
た、例えば実開平６−６５７０５公報に開示されたよう
な三又形のラジアントチューブを用いた蓄熱式ラジアン
トチューブシステムにも適用できる。さらに、バーナの
蓄熱体はハニカム状蓄熱体に限るものではなく、ボール
状、塊状などセラミックス、金属など如何なる形状、材
質の物に適用可能である。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、本発明においては、蓄熱
体における燃焼排ガスの流入断面を、蓄熱体と燃焼用空
気噴射口との間の通気路断面よりも小さく設定し、燃焼
用空気噴射口から導入された燃焼排ガスの全部又は一部
が蓄熱体にストレートに流入しないように蓄熱体を配置
したので、蓄熱体内を通過しようとする燃焼排ガスが偏
流している場合でも、燃焼排ガスを蓄熱体にほぼ均等に
流入させることが可能となり、蓄熱体での偏熱を防止し
て熱ストレス等による蓄熱体の割れを防止し、蓄熱体寿
命の延命を図り長期間安定した運転ができる蓄熱式バー
ナを可能にした。これによって、熱設備の補修費低減、
バーナ損傷により緊急対策として該当バーナの燃焼を停
止した場合に発生する炉への投入熱量低減、作業能率低
下など機会損失の低減など種々の効果が得られる。

【００４３】また、蓄熱体における燃焼排ガスの流入断
面の一部に、燃焼排ガスが通過できない壁体を形成し、
燃焼用空気噴射口から導入された燃焼排ガスの全部又は
一部が蓄熱体にストレートに流入しないようにしたの
で、燃焼用空気噴射口から導入された燃焼排ガスが壁体
に衝突して拡散され、蓄熱体にほぼ均等に流入するよう
になり、蓄熱体での偏熱が防止され、熱ストレス等によ
る蓄熱体の割れの発生が防止される。このため、蓄熱体
寿命の延命が図られ、長期間安定した運転ができる蓄熱
式バーナが実現された。これによって、熱設備の補修費
低減、バーナ損傷により緊急対策として該当バーナの燃
焼を停止した場合に発生する炉への投入熱量低減、作業
能率低下など機会損失の低減など種々の効果が得られ
る。

【００４４】さらに、整流板又は壁体を備えた蓄熱式バ
ーナをラジアントチューブの端部に少なくとも１つ以上
配置することによって、上記効果に加えてラジアントチ
ューブバーナの有する効果を得ることができる。

【００４５】また、ラジアントチューブバーナにおける
蓄熱式バーナにおける燃焼用空気噴射口を、ラジアント
チューブの径方向に偏心して設けるようにしたので、上
記効果に加えて、ラジアントチューブ内に噴出する燃焼
用空気による自己循環流が発生し、燃料ガスと燃焼用空
気が直ちに接触することがなくなり、燃焼が徐々に進行
する緩慢燃焼が実現でき、ＮＯ_Xの発生を抑制すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の説明図である。

【図２】本発明の実施の形態１における燃料給通路の系
統図である。

【図３】本発明の実施の形態１におけるラジアントチュ
ーブバーナの燃焼状態と供給される空気量の関係を示す
説明図である。

【図４】本発明の実施の形態１のバーナの近傍の断面図
である。

【図５】本発明の実施の形態１におけるバッフルの説明
図である。

【図６】本発明の実施の形態１に適用した壁体及び蓄熱
体の断面図である。

【図７】本発明の実施の形態１におけるラジアントチュ
ーブバーナの交番燃焼の様子を説明する説明図である。

【図８】本発明の実施の形態２におけるバーナの近傍の
断面図である。

【図９】本発明の実施の形態２に適用した壁体及び蓄熱
体の断面図である。

【図１０】従来の蓄熱式バーナを用いた燃焼排ガス雰囲
気の加熱炉の概略図である。

【図１１】従来のラジアントチューブバーナの構成の説
明図である。

【符号の説明】

１ラジアントチューブバーナ３ラジアントチューブ５バーナ１１バーナガン１２壁体１３燃焼用空気通路１５バッフル１９燃料通路２１パイロット燃焼用空気通路３３燃焼用空気噴射口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者栗岡茂雄東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者島田達哉東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者菅政治東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者田中良一神奈川県横浜市鶴見区尻手２丁目１番53号日本ファーネス工業株式会社内 (72)発明者五十嵐琢也神奈川県横浜市鶴見区尻手２丁目１番53号日本ファーネス工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼用空気及び燃焼排ガスの通路となる
通気路と、該通気路に配設された蓄熱体と、前記通気路
の一端側に設けられた燃焼用空気噴射口とを備え、主燃
焼時には燃焼用空気を前記蓄熱体で予熱して前記燃焼用
空気噴射口から噴出し、主燃焼以外のときには燃焼排ガ
スを前記燃焼用空気噴射口から導入して前記蓄熱体を通
過させ、該蓄熱体で熱回収する構造の蓄熱式バーナにお
いて、前記蓄熱体における前記燃焼排ガスの流入断面を、前記
蓄熱体と前記燃焼用空気噴射口との間の通気路断面より
も小さく設定し、前記燃焼用空気噴射口から導入された
燃焼排ガスの全部又は一部が前記蓄熱体にストレートに
流入しないように前記蓄熱体を配置したことを特徴とす
る蓄熱式バーナ。
【請求項２】燃焼用空気及び燃焼排ガスの通路となる
通気路と、該通気路に配設された蓄熱体と、前記通気路
の一端側に設けられた燃焼用空気噴射口とを備え、主燃
焼時には燃焼用空気を前記蓄熱体で予熱して前記燃焼用
空気噴射口から噴出し、主燃焼以外のときには燃焼排ガ
スを前記燃焼用空気噴射口から導入して前記蓄熱体を通
過させ、該蓄熱体で熱回収する構造の蓄熱式バーナにお
いて、前記蓄熱体における前記燃焼排ガスの流入断面の一部
に、前記燃焼排ガスが通過できない壁体を形成し、前記
燃焼用空気噴射口から導入された燃焼排ガスの全部又は
一部が前記蓄熱体にストレートに流入しないようにした
ことを特徴とする蓄熱式バーナ。
【請求項３】請求項１乃至２のいずれかに記載の蓄熱
式バーナをラジアントチューブの端部に少なくとも１つ
以上配置したことを特徴とするラジアントチューブバー
ナ。
【請求項４】前記ラジアントチューブバーナにおける
蓄熱式バーナは、燃焼用空気噴射口がラジアントチュー
ブの径方向に偏心して設けられていることを特徴とする
請求項３記載のラジアントチューブバーナ。