(57)【要約】【課題】逆火を防止することが可能な、水素ガスと酸素ガスとを混合して燃焼させる加熱炉を提供する。【解決手段】実施形態に係る加熱炉１０は、燃焼筒１と蓋２とで密閉空間を形成する炉本体１１と、炉本体１１内に配置され、水素ガス噴出口３ａを有する水素ガス供給管３と、水素ガス供給管３とは独立して炉本体１１内に配置され、水素ガス噴出口３ａの近傍に配置される酸素ガス噴出口４ａを有する酸素ガス供給管４と、水素ガス供給管３の途中に設けられた逆火防止弁５とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
壁体と蓋体とで密閉空間を形成する炉本体と、
前記炉本体内に配置され、水素ガス噴出口を有する水素ガス供給管と、
前記水素ガス供給管とは独立して前記炉本体内に配置され、前記水素ガス噴出口の近傍に配置される酸素ガス噴出口を有する酸素ガス供給管と、
前記水素ガス供給管の途中に設けられた逆火防止弁と、
を備える、
加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガスを燃焼させて加熱処理を行う、加熱炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、周囲から区画されて外部からの空気の侵入防止された加熱炉本体と、該加熱炉本体に取り付けられ、水素ガスと酸素ガスを燃焼反応させるバーナーとを備える加熱炉が開示されている。加熱炉本体内に導入された被加熱物は、バーナーによって発生する高温蒸気により加熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２８４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、バーナノズルの上流で水素ガスと酸素ガスとを予め混合し、その混合ガスへの着火により形成された火炎を加熱炉本体内に供給する方式が採用されている。しかしながら、水素ガスは燃焼速度が早いため、水素ガスと酸素ガスとを予混合すると、火炎がガス供給管に逆流する逆火が生じやすい。この逆火によりガス供給管が破損する虞がある。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、水素ガスと酸素ガスとを混合して燃焼させるとともに、逆火を防止することが可能な加熱炉を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る加熱炉は、壁体と蓋体とで密閉空間を形成する炉本体と、前記炉本体内に配置され、水素ガス噴出口を有する水素ガス供給管と、前記水素ガス供給管とは独立して前記炉本体内に配置され、前記水素ガス噴出口の近傍に配置される酸素ガス噴出口を有する酸素ガス供給管と、前記水素ガス供給管の途中に設けられた逆火防止弁とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、水素ガスと酸素ガスとを混合して燃焼させるとともに、逆火を防止することが可能な加熱炉を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態に係る加熱炉の構成を示す図である。
【図２】実施の形態に係る加熱炉の構成を示す横断面図である。
【図３】実施の形態に係る加熱炉の構成を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。各図における同等の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１０】
実施の形態は、水素ガスと酸素ガスとを混合して燃焼することで加熱処理を行う、加熱炉に関する。実施の形態に係る加熱炉は、壁体と蓋体とで密閉空間を形成する炉本体を備える。炉本体内には、それぞれ独立して設けられた水素ガス供給管と酸素ガス供給管とが配置される。水素ガス供給管の水素ガス噴出口は、酸素ガス供給管の酸素ガス噴出口の近傍に配置される。また、水素ガス供給管の途中に設けられた逆火防止弁を備える。これにより、水素ガスと酸素ガスとを混合して燃焼させるとともに、逆火を防止することが可能となる。
以下、実施の形態に係る加熱炉について、具体的な例を挙げて説明する。
【００１１】
図１〜３は、実施の形態に係る加熱炉１０の構成を示す図である。図２は図１の加熱炉１０をｘｙ平面で切断した横断面図であり、図３は加熱炉１０をｙｚ平面で切断した縦断面図である。図１に示すように、加熱炉１０は、壁体である燃焼筒１と蓋体である蓋２とで、外部からの空気の侵入が防止された密閉空間を形成する炉本体１１を備える。被加熱物である鍛造用ビレット２０は、燃焼筒１内に導入され、蓋２を閉じることにより形成される密閉空間内で加熱される。
【００１２】
図２、３に示すように、加熱炉１０は、燃焼筒１、蓋２、水素ガス供給管３、酸素ガス供給管４、流路形成筒６、逆火防止弁５、水素検知器７、排ガス管８を備えている。燃焼筒１は、ｚ方向に延びる筒状体である。燃焼筒１の一端は閉じられ、他端は開放されている。燃焼筒１の開放された端部が、鍛造用ビレット２０を導入する導入口となる。蓋２は、燃焼筒１の開放された端部に開閉自在に接続されている。蓋２を閉じることで、炉本体１１内を密閉空間とし、放熱を防ぐことができる。燃焼筒１、蓋２は、例えば、同一の耐熱ＳＵＳで形成され得る。
【００１３】
炉本体１１内には、水素ガス供給管３と酸素ガス供給管４とが独立して配置されている。実施の形態では、４本の水素ガス供給管３と４本の酸素ガス供給管４がｚ方向に延びるように設けられている。近接して配置される１本の水素ガス供給管３と１本の酸素ガス供給管４のセットが、４セット設けられる。各セットは、燃焼筒１の内周面に沿って、９０度ずつ間隔をあけて配置されている。
【００１４】
実施の形態では、水素ガス供給管３と酸素ガス供給管４のセットがそれぞれ管状火炎バーナーを構成する。水素ガス供給管３は、燃料として、水素ガスを炉本体１１内に供給する。酸素ガス供給管４は、酸化剤として、酸素ガスを含む空気を炉本体１１内に供給する。なお、酸化剤としては、空気だけではなく、酸素富化空気、酸素ガスのみであってもよい。
【００１５】
このようなバーナーの燃料として、例えば、都市ガス（１３Ａ）が用いられる場合がある。都市ガスを用いた場合、燃料の燃焼により二酸化炭素等が発生し、大気汚染を招く虞がある。これに対し、実施の形態では、水素ガスと酸素ガスを用い、二酸化炭素等の生成を防止している。
【００１６】
しかし、水素ガスと酸素ガスとを予混合すると、爆発や逆火の危険性が高まる。また、水素ガスは拡散速度が他の燃焼ガスに比べて早いため、水素ガスと酸素ガスとを着火位置の近傍で混合する必要がある。そこで、実施の形態では、水素燃焼の安全面を考慮し、以下の構成が採用されている。
【００１７】
図３に示すように、水素ガス供給管３には、複数の水素ガス噴出口３ａがｚ方向に並ぶように設けられている。また、酸素ガス供給管４には、複数の酸素ガス噴出口４ａがｚ方向に並ぶように設けられている。水素ガス噴出口３ａと酸素ガス噴出口４ａは同じ数だけ設けられている。酸素ガス噴出口４ａは、それぞれ対応する水素ガス噴出口３ａの近傍に配置される。
【００１８】
水素ガス噴出口３ａと酸素ガス噴出口４ａの近傍には、図示しない着火源が配置される。水素ガス噴出口３ａから放出される水素ガスと、酸素ガス噴出口４ａから放出される酸素ガスとが混合した直後に、着火源により混合ガスに着火することができる。このように、実施の形態では、着火源の近傍で水素ガスと酸素ガスとを混合させることにより、予混合での爆発、逆火の危険性を下げることができる。
【００１９】
加熱炉１０は、炉本体１１内で水素ガスと酸素ガスとの混合ガスへの着火により火炎を形成する。混合ガスの燃焼によって発生した熱で炉本体１１内を高温にすることで、鍛造用ビレット２０が加熱される。
【００２０】
都市ガスは、着火速度が水素に比べて遅く、バーナーを消火しても燃料供給管まで逆火しないが、水素ガスは消火時に逆火の恐れがある。そこで、実施の形態では、水素ガス供給管３の途中に逆火防止弁５が設けられている。逆火防止弁５は、燃焼筒１の外側に配置される。バーナーの燃焼を止める時に水素ガスの供給を停止すると、水素ガスの供給停止時に発生するバーナーにおける燃焼の逆流が逆火防止弁５により防止される。これにより、水素燃焼における安全性を確保することができる。
【００２１】
なお、逆火防止弁としては、消炎フィルターと逆止弁を備えた公知の逆火防止弁が用いられる。逆火防止弁５としては、例えば、日酸ＴＡＮＡＫＡ製ＦＡ−５１０ストップキング５＋（水素用）を用いることができる。
【００２２】
燃焼筒１の外側には、燃焼筒１の外周面を取り囲むように流路形成筒６が配置されている。流路形成筒６は、燃焼筒１と所定の距離だけ離間して配置される。燃焼筒１の外周面と流路形成筒６の内周面とで、水素ガスの燃焼時に発生する排ガスを流す排ガス流路９が形成される。排ガス流路９の上端は開放され、排ガスが排出されるガス出口となる。また、排ガス流路９の下端には、排ガス管８が接続されている。
【００２３】
燃焼筒１には、排ガス流路９に連通する排気口１ａが設けられている。排ガスは、排気口１ａを介して排ガス流路９に流入する。排ガスには、高温の水蒸気、燃焼残りの水素ガス、空気が含まれる。排ガス中の水素ガス成分は、排ガス流路９のガス出口へと向かう。また、排ガスは、排ガス管８を通って、酸素ガス供給管４に流入する。排ガス中の水蒸気による排熱は再度利用され、燃焼効率を上げることができる。流路形成筒６は、例えば、燃焼筒１、蓋２と同一の耐熱ＳＵＳにより形成され得る。
【００２４】
燃焼筒１と流路形成筒６とで形成される排ガス流路内には、水素検知器７が配置される。水素検知器７は、例えば、流路形成筒６の内周面において、排ガス流路９のガス出口近傍に配置される。水素検知器７は、排ガス中に含まれる燃焼残りの水素ガスを検出する。これにより、燃焼残りの水素が周囲に拡散するのを防止することができ、発火の危険性を回避することが可能となる。水素検知器７としては、例えば、新コスモス電機製の水素検知器ＸＰ−３１６０−Ｈ２を用いることができる。
【００２５】
以上説明したように、実施の形態によれば、水素ガス供給管３、酸素ガス供給管４が隣接して配置され、水素ガスと酸素ガスとを予混合せずに着火することができるため、爆発の危険性を回避することができる。また、水素ガス供給管３内で逆火が発生しても、逆火防止弁５により逆火を止めることができ、配管の損傷を防止することができる。さらに、燃料が水素ガスであるため、二酸化炭素の生成が防止され、環境にやさしいバーナーが実現できる。
【００２６】
また、排ガス流路９、排ガス管８により、排ガスが循環される構造であるため、燃焼効率が上がり、水素ガスの使用量を減らすことができる。さらに、水素検知器７により燃焼残りの水素ガスを検知することで、水素ガスの拡散を防止することができる。
【００２７】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１  燃焼筒
１ａ  排気口
２  蓋
３  水素ガス供給管
３ａ  水素ガス噴出口
４  酸素ガス供給管
４ａ  酸素ガス噴出口
５  逆火防止弁
６  流路形成筒
７  水素検知器
８  排ガス管
９  排ガス流路
１０  加熱炉
１１  炉本体
２０  鍛造用ビレット
【図１】
2020067225.tif 000003
【図２】
2020067225.tif 000004
【図３】
2020067225.tif 000005