(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスと燃焼用空気または難燃性の低カロリーガスが通る通気性のある熱交換部材(22)と、前記熱交換部材を貫通し先端が燃焼室側に位置するバーナーとを有する燃焼装置において、
前記燃焼室側に延びて前記バーナー(23)から前記燃焼室(21)内に向けて噴射される火炎をガイドするガイド部(41)を備えた火炎安定化手段(40)を有し、
前記火炎安定化手段(40)は前記熱交換部材に設けられている燃焼装置。
【請求項２】
燃焼室(21)を構成する壁体に設けられて排気ガスと燃焼用空気または難燃性の低カロリーガスが通る通気性のある熱交換部材(22)と、前記熱交換部材の中央部を通り先端が前記燃焼室側に位置するバーナーとを有する燃焼装置において、
前記熱交換部材の前記燃焼室側の端面を越えて前記燃焼室側に延びて前記バーナー(23)から前記燃焼室(21)内に向けて噴射される火炎の形成が前記排気ガスによって邪魔されないように前記火炎をガイドするガイド部(41)を備えたセラミック製の火炎安定化手段(40)を有し、
前記火炎安定化手段(40)は前記熱交換部材に設けられている燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーナーから燃焼装置内に火炎が噴射される燃焼装置に関し、特に、安定した火炎状態を作るための火炎安定化手段を備えた燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加熱炉、鍛造炉、焼準炉、調質炉などの工業用炉や、タービンの蒸気発生用加熱装置等に使用されている燃焼装置には、省エネルギを図る上から、炉内で燃焼した後の排気ガスの熱を回収して燃焼用空気を加熱するようにした燃焼装置がある。
【０００３】
本件出願人も、この種燃焼装置として、効率良く熱回収することができる燃焼装置を既に提案済である（例えば、特願平４−２２，２０５号、特開平１−２２２，１０２号等）。これら燃焼装置は、概して、図１０に示すように、燃焼室１に開設された排気ガス吸引口２に通気性のある蓄熱体よりなる熱交換部材３を設け、燃焼した後に排気ガス吸引口２から排出される排気ガスの熱を熱交換部材３に伝達し、この熱交換部材３を介して燃焼用空気あるいは燃料ガスを直接的に加熱するようにしたものである。
【０００４】
このようにすれば、熱損失を防止しつつ排気ガスの熱を有効利用し、燃焼装置の燃焼効率を著しく高めるとともに熱回収効率の向上を図ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この燃焼装置は、優れた燃焼効率あるいは熱回収効率を発揮し、極めて有用性の高いものであるが、一時的に火炎の安定性に乏しくなる虞れがある。つまり、この燃焼装置は、排気ガス吸引口に排気ガスの熱を回収する熱交換部材が設けられ、この熱交換部材と同軸的にバーナーが設けられているので、バーナーから噴射された火炎の周囲を通って排気ガスが流通することになり、排気ガスの流量等によっては、これが一時的に火炎噴射の邪魔をすることがあり、火炎が安定的に噴射されない虞れが生じる。
【０００６】
本発明は、上述した従来技術に伴う課題を解決するためになされたもので、バーナーから噴射された火炎が常に安定的に噴射されるようにした火炎安定化手段を備えた燃焼装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成する本発明は、燃焼室の壁体に開設された排気ガス吸引口に取り付けらて排気ガスの熱を回収する通気性のある熱交換部材と、熱交換部材を通して吸引される排気ガスによって火炎の形成が邪魔される位置に先端が配置されたバーナーとを有する燃焼装置において、バーナーの先端から燃焼室内に向けて噴射される火炎の形成が前記排気ガスによって邪魔されないように火炎をガイドするガイド部を備えた火炎安定化手段を設ける。
【０００８】
また排気ガスと燃焼用空気または難燃性の低カロリーガスが通る通気性のある熱交換部材と、熱交換部材を貫通し先端が燃焼室側に位置するバーナとを有する燃焼装置においては、燃焼室側に延びてバーナーから燃焼室内に向けて噴射される火炎をガイドするガイド部を備えた火炎安定化手段を設ける。この場合、熱交換部材は燃焼室を構成する壁体に設けることができる。また火炎安定化手段は、熱交換部材の燃焼室側の端面を越えて燃焼室側に延びてバーナーから燃焼室内に向けて噴射される火炎の形成が排気ガスによって邪魔されないように火炎をガイドするガイド部を備える。
【０００９】
このようにすれば、燃焼装置の作動中は、吸引口に吸引された排気ガスの熱により熱交換部材が高温に加熱蓄熱され、この熱交換部材中に燃焼用空気等が通過すると予熱されることになり、熱損失を防止しつつ熱効率良く燃焼することになる。特に、バーナーから噴射された火炎は、火炎安定化手段のガイド部によりガイドされて燃焼室内に噴射されるので、熱交換部材に吸引される排気ガスにより火炎の形成が邪魔されることはなく安定した火炎となって噴射されることになる。
【００１０】
火炎安定化手段を熱交換部材に設けると、バーナーと火炎安定化手段とが別体になるため、火炎安定化手段の組み付け及びバーナーの組み付けを別にすることができ、バーナーとの組み付け性が向上し、取り付け強度の好ましいものとなる。また火炎安定化手段を熱交換部材に設けると、火炎安定化手段の重量が重くなった場合でも、火炎安定化手段を確実に固定できる。更に、火炎安定化手段を熱交換部材に設けると、バーナーを火炎安定化手段と切り離すことでき、バーナ−を交換する際に、バーナーだけを抜き出すことができ、バーナーの交換作業が容易になる。
【００１１】
なお熱交換部材を、通気性のある蓄熱体により構成し、バーナーに燃焼用空気を供給する空気通路と、燃焼した後の排気ガスが流通する排ガス通路が内部に独立に形成されたダクトに連通するように設け、熱交換部材とダクトが相対的に回転させると、空気の予熱温度が経時的に低下することはなく、燃焼作用もきわめて高温領域で行なわれ、熱回収の良い、効率的に優れた燃焼装置となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。図１は、本発明の一実施例に係る燃焼装置の概略断面図、図２は、図１の２−２線に沿う断面図、図３は、同実施例の要部を示す概略説明図である。
【００１３】
図１に示す燃焼装置２０は、例えば、耐火レンガ等の耐火材よりなる燃焼室２１の下部に取付けられ、燃焼室２１の内部に向って火炎を放射し内部を加熱するように構成されている。
【００１４】
この燃焼装置２０は、燃焼室２１の側壁に開設された排気ガス吸引口２１ａに固定的に取り付けられたセラミックス製の熱交換部材２２と、この熱交換部材２２のほぼ中心に設けられたバーナー２３と、前記熱交換部材２２とほぼ同形で、熱交換部材２２との間で空気等が連通するように連設された円筒状のダクト部２４と、このダクト部２４を回動可能に支持するハウジング２５とを有している。前記熱交換部材２２は、一端から他端まで貫通されたハニカム状のセルを多数有する円筒状のセラミックスであるため、通気性があり、セラミックス製であることから熱を良く蓄える蓄熱体となっている。
【００１５】
前記ダクト部２４は、熱交換部材２２と同軸的に設けられ、中心部分にハウジング２５を貫通して外部まで伸延された中空軸２６が設けられている。また、このダクト部２４の内部には、図２に示すように、バーナー２３から噴射された火炎部分に燃焼用空気（図１では実線白抜き矢印で示す）を導く１２０度程度の中心角を有する空気通路２４ａと、前記燃焼室２１内で燃焼した後の排気ガス（図１では破線白抜き矢印で示す）が流通する排気ガス通路２４ｂが相互に独立に区画形成されている。
【００１６】
【外１】
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また、前記ダクト部２４の排気ガス通路２４ｂ側は、端部近傍において仕切板２７により仕切られ、先端部は熱交換部材２２とほぼ接している。
【００１７】
このダクト部２４の略中心を挿通して設けられた中空軸２６は、ハウジング２５外において回転手段Ｒと連結され、この中空軸２６を介してダクト部２４の回転を行なうようになっている。この回転手段Ｒは、モータＭ、歯車２８，２９及びチェーン３０等から構成されている。
【００１８】
前記中空軸２６中にはバーナー２３が挿通されているが、このバーナー２３は、先端が熱交換部材２２の中心部分に形成された凹部２２ｂまで伸延され、この凹部２２ｂに嵌合された火炎安定化手段４０を介して燃焼室２１内に向かって火炎を噴射するようになっている。
【００１９】
なお、図１中の符号「３１」は、ダクト部２４を回転自在に支持する支持板、「３２」は、軸受とシール材との総称である。
【００２０】
特に、本実施例に係る火炎安定化手段４０は、図３に示すように、バーナー２３から噴射される火炎を所定長ガイドする（即ちバーナー２３の先端から燃焼室２１内に向けて噴射される火炎の形成が排気ガスによって邪魔されないように火炎をガイドする）ガイド部４１と、このガイド部４１より軸直角方向側方に突出するフランジ部４２と、このフランジ部４２に対するバーナー側の前記ガイド部４１に開設された通孔４３と、前記ガイド部４１の先端に形成された混合ゾーン４４とを有している。この混合ゾーン４４は、前記通孔４３から流入した空気と火炎とを混合する部分である。また、火炎安定化手段４０を、燃焼室２１の壁体に取り付けた熱交換部材２２に設けると、バーナー２３との組み付け性が向上し、取り付け強度の好ましいものとなる。
【００２１】
次に、実施例の作用を説明する。ブロアを起動し、燃焼装置２０を始動すると、回転手段ＲのモータＭが回転し、燃料と燃焼用空気が混合しバーナー２３で着火する。バーナー２３による火炎は、火炎安定化手段４０を通って燃焼室２１内に向って伸びる。
【００２２】
この場合、バーナー２３から噴射された火炎は、火炎安定化手段４０のガイド部４１によりガイドされて燃焼室２１内に噴射されるので、熱交換部材２２に戻って来る排気ガスにより火炎の形成が邪魔されることはなく、安定的に噴射されることになる。
【００２３】
また、このガイド部４１に設けられたフランジ部４２には、熱交換部材２２を通過してきた燃焼用空気の一部がフランジ部４２により変向させられ、ガイド部４１の通孔４３を通って燃焼用空気の一部が導かれているので、このガイド部４１内で火炎は空気と混合し安定的に燃焼する。
【００２４】
しかも、この火炎は、前記ガイド部４１の先端の混合ゾーン４４において、通孔４３から流入した空気と火炎との混合が高められるので、火炎の安定性は一層助長されることになる。
【００２５】
燃焼装置の作動中は、排気ガス吸引口２１ａに吸引された排気ガスの熱により熱交換部材２２が高温に加熱され、この熱交換部材２２に熱が蓄えられる。この熱は、熱交換部材２２中を通過する燃焼用空気の予熱に利用されるので、高温の燃焼用空気が火炎安定化手段４０内の火炎に供給され、効率良く燃焼され、炉の熱効率も向上する。
【００２６】
また、熱交換部材２２に対してダクト部２４を回転させると、このダクト部２４の先端から吐出される空気により熱交換部材２２が冷却されても、ダクト部２４の回転により空気は次々と高温の熱交換部材で加熱されることになるので、空気の予熱温度が経時的に低下することはなく、燃焼作用もきわめて高温領域で行なわれる。特に、この予熱は、燃焼室２１から吐出された直後の高温の排気ガスにより行なう、いわば即時加熱方式となっているので、加熱時に熱のロスがなく、高温の燃焼用空気を効率良く作ることができ、この高温の空気によって行なう燃焼作用は、略完全燃焼となる。したがって、燃焼は、きわめて高温領域で行なわれ、予熱空気温度の経時変化がない。
【００２７】
なお、燃焼火炎は、熱交換部材２２に戻る排気ガスの一部が取り込まれる排気ガスの再循環作用のため、火炎温度が低下しＮＯｘの排出量が所定値以下にコントロールされる。
【００２８】
図４は、本発明に係る火炎安定化手段の他の例を示すもので、この火炎安定化手段４０Ａは、バーナー２３から噴射される火炎を所定長ガイドするガイド部４１と、このガイド部４１より軸直角方向側方に突出するフランジ部４２とを有し、前記の混合ゾーン４４が設けられていない。混合ゾーン４４は、前記通孔４３から流入した空気と火炎とを火炎安定化手段内で混合し、火炎の安定を図るようにしたものであり、この混合がガイド部４１において十分行なわれるならば、この例のように必ずしも混合ゾーン４４はなくても良い。
【００２９】
また、この火炎安定化手段４０，４０Ａを構成する材料としては、熱変形しないものであればどのようなものでも良いが、具体例としては、セラミック，耐熱鋼等を挙げることができる。
【００３０】
前記火炎安定化手段は、上述した実施例のみに適用されるものではなく、種々の燃焼装置に対して使用することができる。
【００３１】
例えば、図示はしないものの、前記熱交換部材２２自体が回転する方式の燃焼装置（特開平１−２２２，１０２号公報参照）に使用しても良く、あるいは図５に示すように、燃焼室２１である炉壁に対向するように熱交換部材２２を取り付け、この熱交換部材２２にバーナー２３（図６に示す）を設けた燃焼装置とし、切換弁５０により選択的に燃焼用空気を適用するようにしたものであっても良い。この実施例では、図６に示すように、熱交換部材２２を通った燃焼用空気がフランジ部４２により通孔４４内に導入されるが、この場合も火炎の安定化を図ることができる。
【００３２】
また、火炎安定化手段４０を、図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、一対の近接して設けられた熱交換部材２２，２２間に設置し、各熱交換部材２２，２２にそれぞれダクトＤ，Ｄを連設しても良い。このようにすれば、ダクトＤ，Ｄに連設された配管に設けられたバルブ（図示せず）を制御することにより、排気ガスと燃焼用空気の切り換え制御が可能となり、制御性の良い燃焼装置となる。
【００３３】
さらに、上述した実施例は、空気通路２４ａと排気ガス通路２４ｂをダクト部２４内に１本ずつ形成したが、本発明は、これのみに限定されるものではなく、多数の空気通路２４ａと排気ガス通路２４ｂをダクト部２４内に形成してもよいことはいうまでもない。
【００３４】
加えて、上述した実施例は、燃焼用空気を使用したが、空気通路２４ａを通って供給されるものは、単に空気のみでなく、例えば、難燃性の低カロリーガスのようなものであっても良い。
【００３５】
上記実施例によれば、ガイド部の通孔から流入した空気は火炎と混合され、燃焼が一層助長され、安定した火炎となって噴射される。しかも、このガイド部には、外方に突出するフランジ部が設けられているので、熱交換部材を通過してきた燃焼用空気等の一部がフランジ部により変向し、通孔を通ってガイド部内に導かれ、内部の火炎に向かって流れ、ガイド部内で混合され安定的な燃焼に寄与することになる。加えて、ダクト部内には空気通路と排気ガス通路が独立して形成され、ダクト部あるいは熱交換部材を相対的に回転させると、燃焼用空気が熱交換部材により予熱され、燃焼作用がきわめて高温領域で行なわれ、予熱空気温度の経時変化がなく、装置全体の構成が簡単で、安全性の高い、効率の良い燃焼が可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、バーナーから噴射された火炎を、火炎安定化手段のガイド部によりガイドして燃焼室内に噴射するようにしているので、熱交換部材に戻る排気ガスにより火炎の形成が邪魔されることはなく、火炎が安定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る燃焼装置の概略断面図である。
【図２】図１の２−２線に沿う断面図である。
【図３】図１の要部を示す断面説明図である。
【図４】火炎安定化手段の他の例を示す断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施例を示す概略断面図である。
【図６】図５の要部を示す断面説明図である。
【図７】（Ａ）は、本発明のさらに別の実施例を示す概略断面図、（Ｂ）は、図７（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図８】従来の燃焼装置の概略断面図である。
【符号の説明】
２１  燃焼室
２１ａ  排気ガス吸引口
２２  熱交換部材
２３  バーナー
２４ａ  空気通路
２４ｂ  排ガス通路
４０  火炎安定化手段
４１  ガイド部
４２  フランジ部
４３  通孔
４４  混合ゾーン
【図１】
0003595426.tif 000003
【図２】
0003595426.tif 000004
【図３】
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【図４】
0003595426.tif 000006
【図５】
0003595426.tif 000007
【図６】
0003595426.tif 000008
【図７】
0003595426.tif 000009
【図８】
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