(57)【要約】【課題】燃焼排気ガスの対流熱伝達を十分に行うことができ、燃焼排気ガスの排熱回収効率を向上させることができる熱交換バーナを提供すること。【解決手段】熱交換バーナ１は、吸気口２３及び排気口２４を設けた筒状のハウジング２１の内周側に筒状の隔壁２２を形成してなるバーナボディ２と、隔壁２２の内周側に挿通配置した伝熱チューブ４と、伝熱チューブ４の内周側に挿通配置したガスパイプ３とを有している。熱交換バーナ１は、吸気口２３より吸気した燃焼用空気Ａを、外側吸気通路１０１内及び内側吸気通路１０２内を通過させて、ガスパイプ３から噴射した燃料Ｆと共に燃焼させると共に、燃焼排気ガスＧ２を排気通路１０３内を通過させて排気口２４に導くよう構成してある。排気通路１０３内には、つる巻き形状を有し、燃焼排気ガスＧ２を旋回させて通過させるための熱交換促進部材５が設けてある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気口及び排気口を設けた筒状のハウジングの内周側に筒状の隔壁を形成してなるバーナボディと、上記隔壁の内周側に挿通配置した伝熱チューブと、該伝熱チューブの内周側に挿通配置したガスパイプとを有し、
上記吸気口より吸気した燃焼用空気を、上記ハウジングと上記隔壁との間に形成された外側吸気通路内を通過させた後、上記伝熱チューブの一端側より、該伝熱チューブと上記ガスパイプとの間に形成された内側吸気通路内を通過させて、上記ガスパイプから噴射した燃料と共に燃焼させると共に、該燃焼を行った後の燃焼排気ガスを上記伝熱チューブの他端側より、該伝熱チューブと上記隔壁との間に形成された排気通路内を通過させて上記排気口に導くよう構成した熱交換バーナにおいて、
上記排気通路内には、つる巻き形状を有し、上記燃焼排気ガスを旋回させて通過させるための熱交換促進部材を設けたことを特徴とする熱交換バーナ。
【請求項２】
請求項１において、上記伝熱チューブの他端側は、加熱炉内に突出しており、
上記内側吸気通路及び上記排気通路は、上記加熱炉内と連通されていることを特徴とする熱交換バーナ。
【請求項３】
請求項１において、上記バーナボディの他端側には、上記伝熱チューブの外周側を覆うアウターチューブが連結してあり、
上記排気通路は、上記伝熱チューブと上記アウターチューブとの間にも連続して形成されていることを特徴とする熱交換バーナ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記熱交換促進部材は、コイルスプリングによって形成してあることを特徴とする熱交換バーナ。
【請求項５】
請求項４において、上記コイルスプリングは、上記伝熱チューブに対して抜け防止を行った状態で、該伝熱チューブの外周面に装着してあることを特徴とする熱交換バーナ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項において、上記内側吸気通路には、つる巻き形状を有し、上記燃焼用空気を旋回させて通過させるための内側熱交換促進部材を設けたことを特徴とする熱交換バーナ。
【請求項７】
請求項６において、上記内側熱交換促進部材は、コイルスプリングによって形成してあることを特徴とする熱交換バーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱炉内等を加熱するために用いる熱交換バーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の加熱炉内を加熱する際には、排気ガスの排熱を利用して燃焼を行う種々のガスバーナ（熱交換バーナ）が用いられている。例えば、特許文献１においては、筒状のハウジング内に筒状の隔壁及びガスパイプを設けたバーナボディに対し、インナーチューブ及びアウターチューブを取り付けて、シングルエンドタイプのラジアントチューブバーナを形成している。そして、インナーチューブの内周側を通過させる燃焼用空気を、インナーチューブの外周側を通過させる燃焼排気ガスによって加温することによって、燃焼排気ガスの排熱を回収している。また、インナーチューブの外周側に複数の伝熱フィンを設けることによって、排熱の回収効率を向上させている。
【０００３】
しかしながら、排熱の回収効率をより向上させるためには、上記特許文献１のラジアントチューブバーナによっても十分ではない。すなわち、特許文献１においては、伝熱フィンによって熱交換を行う面積が増加するものの、燃焼排気ガスは、各伝熱フィン同士の隙間を直線的に通過してしまう。そのため、インナーチューブの周方向において燃焼排気ガスの流れの偏りが生じるおそれがあり、インナーチューブ及び各伝熱フィンに対して燃焼排気ガスの対流熱伝達を十分に行うことができないおそれがある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２９６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、燃焼排気ガスの対流熱伝達を十分に行うことができ、燃焼排気ガスの排熱回収効率を向上させることができる熱交換バーナを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、吸気口及び排気口を設けた筒状のハウジングの内周側に筒状の隔壁を形成してなるバーナボディと、上記隔壁の内周側に挿通配置した伝熱チューブと、該伝熱チューブの内周側に挿通配置したガスパイプとを有し、
上記吸気口より吸気した燃焼用空気を、上記ハウジングと上記隔壁との間に形成された外側吸気通路内を通過させた後、上記伝熱チューブの一端側より、該伝熱チューブと上記ガスパイプとの間に形成された内側吸気通路内を通過させて、上記ガスパイプから噴射した燃料と共に燃焼させると共に、該燃焼を行った後の燃焼排気ガスを上記伝熱チューブの他端側より、該伝熱チューブと上記隔壁との間に形成された排気通路内を通過させて上記排気口に導くよう構成した熱交換バーナにおいて、
上記排気通路内には、つる巻き形状を有し、上記燃焼排気ガスを旋回させて通過させるための熱交換促進部材を設けたことを特徴とする熱交換バーナにある（請求項１）。
【０００７】
本発明の熱交換バーナは、上記伝熱チューブと上記隔壁との間に形成された排気通路内に、つる巻き形状を有する熱交換促進部材を設けることにより、排気通路内を通過する燃焼排気ガスを旋回させて、燃焼排気ガスの排熱の回収効率を向上させるものである。
本発明の熱交換バーナにおいては、ガスパイプから噴出される燃料と、吸気口から吸気され、外側吸気通路及び内側吸気通路を通過して伝熱チューブから噴出される燃焼用空気との燃焼を行って、加熱炉内等の加熱を行う。次いで、この加熱後の燃焼排気ガスは、排気通路内を通過して排気口から熱交換バーナの外部に排気される。
【０００８】
そして、燃焼排気ガスが排気通路内を通過するときには、この燃焼排気ガスは、伝熱チューブを伝熱面として、伝熱チューブ内を流れる燃焼用空気と熱交換を行い、この燃焼用空気の温度を上昇させることができる。このとき、排気通路内に設けたつる巻き形状の熱交換促進部材により、排気通路内を通過する燃焼排気ガスを旋回させることができる。これにより、熱交換促進部材によって伝熱チューブの伝熱面積を増加することができるだけでなく、伝熱チューブに対する燃焼排気ガスの対流熱伝達を十分に行うことができる。また、熱交換促進部材により、伝熱チューブの周方向において燃焼排気ガスの流れの偏りが生じることを防止することができる。
【０００９】
それ故、本発明の熱交換バーナによれば、燃焼排気ガスの対流熱伝達を十分に行うことができ、燃焼排気ガスの排熱回収効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記伝熱チューブの他端側は、加熱炉内に突出させ、上記内側吸気通路及び上記排気通路は、上記加熱炉内と連通させることができる（請求項２）。この場合には、熱交換バーナにおいて燃焼を行った燃焼ガスによって加熱炉内を直接加熱することができる。そして、加熱後の燃焼排気ガスを、加熱炉内から排気通路内を経由して排気口へ排気することができる。
【００１１】
また、上記バーナボディの他端側には、上記伝熱チューブの外周側を覆うアウターチューブを連結し、上記排気通路は、上記伝熱チューブと上記アウターチューブとの間にも連続して形成することもできる（請求項３）。この場合には、熱交換バーナにおいて燃焼を行った燃焼ガスによって、アウターチューブを介して加熱炉内を間接加熱することができる。そして、加熱後の燃焼排気ガスを、伝熱チューブとアウターチューブとの間、及び伝熱チューブと隔壁との間に形成された排気通路内を経由して排気口へ排気することができる。
【００１２】
また、上記熱交換促進部材は、コイルスプリングによって形成することが好ましい（請求項４）。この場合には、コイルスプリングのつる巻き形状を利用して容易に熱交換促進部材を形成することができる。また、耐久性に優れた材質のコイルスプリングを用いることによって熱交換促進部材の耐久性を容易に向上させることができる。また、コイルスプリングは、熱膨張、熱収縮に対して柔軟に変形することが可能であり、熱交換促進部材が熱変形によって破損してしまうことを防止することができる。
【００１３】
また、上記コイルスプリングは、上記伝熱チューブに対して抜け防止を行った状態で、該伝熱チューブの外周面に装着することが好ましい（請求項５）。この場合には、コイルスプリングの全体が伝熱チューブに固定されていないことにより、熱膨張、熱収縮に対してより柔軟に変形することができる。
【００１４】
また、上記内側吸気通路には、つる巻き形状を有し、上記燃焼用空気を旋回させて通過させるための内側熱交換促進部材を設けることができる（請求項６）。この場合には、内側熱交換促進部材により、内側吸気通路内を通過する燃焼用空気を旋回させることができる。これにより、伝熱チューブを伝熱面とした燃焼排気ガスと燃焼用空気との熱交換を一層促進することができ、燃焼排気ガスの排熱回収効率を一層向上させることができる。
【００１５】
また、上記内側熱交換促進部材は、コイルスプリングによって形成することが好ましい（請求項７）。この場合には、コイルスプリングのつる巻き形状を利用して容易に内側熱交換促進部材を形成することができる。また、耐久性に優れた材質のコイルスプリングを用いることによって内側熱交換促進部材の耐久性を容易に向上させることができる。また、コイルスプリングは、熱膨張、熱収縮に対して柔軟に変形することが可能であり、内側熱交換促進部材が熱変形によって破損してしまうことを防止することができる。
【実施例】
【００１６】
以下に、本発明の熱交換バーナにかかる実施例につき、図面と共に説明する。
（実施例１）
本例の熱交換バーナ１は、図１〜図３に示すごとく、吸気口２３及び排気口２４を設けた筒状のハウジング２１の内周側に筒状の隔壁２２を形成してなるバーナボディ２と、隔壁２２の内周側に挿通配置した伝熱チューブ４と、伝熱チューブ４の内周側に挿通配置したガスパイプ３とを有している。
【００１７】
熱交換バーナ１は、吸気口２３より吸気した燃焼用空気Ａを、ハウジング２１と隔壁２２との間に形成された外側吸気通路１０１内を通過させた後、伝熱チューブ４の一端側より、伝熱チューブ４とガスパイプ３との間に形成された内側吸気通路１０２内を通過させて、ガスパイプ３から噴射した燃料（燃料ガス）Ｆと共に燃焼させると共に、燃焼を行った後の燃焼排気ガスＧ２を伝熱チューブ４の他端側より、伝熱チューブ４と隔壁２２との間に形成された排気通路１０３内を通過させて排気口２４に導くよう構成してある。そして、排気通路１０３内には、つる巻き形状を有し、燃焼排気ガスＧ２を旋回させて通過させるための熱交換促進部材５が設けてある（図３参照）。
【００１８】
なお、図１は、熱交換バーナ１の断面を示す図であり、図２は、吸気口２３の周辺を示す図であり、図３は、排気口２４の周辺を示す図である。図１において、燃焼用空気Ａ、燃焼排気ガスＧ２等の流れを実線の矢印で示し、伝熱チューブ４における熱の流れを破線の矢印で示す。また、本例において、一端側とは、加熱炉７の外壁側のことをいい、他端側とは、一端側とは反対側のことをいう。
【００１９】
以下に、本例の熱交換バーナ１につき、図１〜図５と共に詳説する。
図１に示すごとく、本例の熱交換バーナ１は、加熱炉７内を輻射熱によって間接加熱するラジアントチューブバーナである。そして、バーナボディ２の他端側には、伝熱チューブ（インナーチューブ）４の外周側を覆うアウターチューブ６が連結してある。また、排気通路１０３は、伝熱チューブ４と隔壁２２との間から伝熱チューブ４とアウターチューブ６との間にも連続して形成されている。
バーナボディ２及びアウターチューブ６は、アウターチューブ６の先端部（他端側）が加熱炉７内に突出する状態で、加熱炉７の外壁に取り付けてある。
【００２０】
また、バーナボディ２においては、加熱炉７に近い側に吸気口２３が設けてあり、加熱炉７から遠い側に排気口２４が設けてある。
また、伝熱チューブ４は、その後端側（一端側）に形成したフランジ部を、隔壁２２の後端部に取り付けて熱交換バーナ１に配設してある。アウターチューブ６は、その後端側（一端側）に形成したフランジ部によって加熱炉７の外壁に取り付けてある。また、外側吸気通路１０１と内側吸気通路１０２とは、伝熱チューブ４の後端側（一端側）において連通されている。
【００２１】
図１に示すごとく、本例の熱交換促進部材５は、耐久性に優れた鋼線をつる巻き状に巻回してなるコイルスプリング５を用いて形成してある。このコイルスプリング５は、熱膨張及び熱収縮に対して柔軟に変形することが可能であり、熱交換促進部材５が熱変形によって破損してしまうことを防止することができる。
本例のコイルスプリング５は、断面円形状の丸線を用いて形成したが、これ以外にも、断面略四角形状の角線を用いて形成することもできる。また、コイルスプリング５は、各種の耐熱金属、セラミックス等から形成することができる。
また、コイルスプリング５は、市販されているものを用いることができ、コイルスプリング５からなる熱交換促進部材５は、既存の熱交換バーナ１における伝熱チューブ４に対して容易に増設することができる。
【００２２】
同図に示すごとく、ガスパイプ３の先端部（他端側）には、ガスノズル３１が設けてあり、ガスパイプ３の内周側には、スパークプラグ３２が挿通配置してある。熱交換バーナ１を加熱炉７に取り付けた状態において、ガスノズル３１の先端は、加熱炉７の内壁面の近くに位置している。
熱交換促進部材５を構成するコイルスプリング５は、伝熱チューブ４の外周面において、ガスパイプ３の外周側に対応する部分に装着してある。
【００２３】
また、コイルスプリング５は、伝熱チューブ４に対して抜け防止を行った状態で、伝熱チューブ４の外周面に装着してある。そして、コイルスプリング５は、その内周側が伝熱チューブ４に接触していると共に、その外周側が隔壁２２との間に間隙を形成している。これにより、コイルスプリング５と伝熱チューブ４とが接触して、これらの間の熱伝導を容易にすることができる一方、コイルスプリング５と隔壁２２との間の間隙により、熱交換バーナ１の組付、分解が容易である。
【００２４】
コイルスプリング５は、焼き嵌めによって（加熱して膨張させた後に）伝熱チューブ４の外周面に装着することができる。また、コイルスプリング５は、その後端側（一端側）において伝熱チューブ４の外周面に設けた抜け防止突起４１によって伝熱チューブ４に対して抜け防止がなされており、その先端側（他端側）が固定されていない。そして、コイルスプリング５の先端側が固定されていないことにより、コイルスプリング５の熱変形をより容易にすることができる。
【００２５】
なお、熱交換促進部材５は、図４に示すごとく、鋳造等を行うことによって、伝熱チューブ４の外周面につる巻き形状の突起部４２を一体的に形成することもできる。また、熱交換促進部材５は、図５に示すごとく、伝熱チューブ４の外周面につり巻き形状の伝熱フィン４３を溶接することによって、伝熱チューブ４と一体的に形成することもできる。
【００２６】
本例の熱交換バーナ１においては、図１、図２に示すごとく、ガスパイプ３のガスノズル３１から噴出される燃料Ｆと、吸気口２３から吸気され、外側吸気通路１０１及び内側吸気通路１０２を通過して伝熱チューブ４の先端側（他端側）から噴出される燃焼用空気Ａとの燃焼を行う。この燃焼ガスＧ１の熱エネルギーを用い、アウターチューブ６を介する熱輻射により加熱炉７内等の間接加熱を行う。次いで、この加熱後の燃焼排気ガスＧ２は、伝熱チューブ４とアウターチューブ６との間、及び伝熱チューブ４と隔壁２２との間に形成された排気通路１０３内を通過し、排気口２４から熱交換バーナ１の外部に排気される。
【００２７】
そして、図１、図３に示すごとく、燃焼排気ガスＧ２が排気通路１０３内を通過するときには、この燃焼排気ガスＧ２は、伝熱チューブ４を伝熱面として、伝熱チューブ４内を流れる燃焼用空気Ａと熱交換を行い、この燃焼用空気Ａの温度を上昇させることができる。このとき、排気通路１０３内に設けたつる巻き形状の熱交換促進部材（コイルスプリング）５により、排気通路１０３内を通過する燃焼排気ガスＧ２を旋回させることができる。これにより、熱交換促進部材５によって伝熱チューブ４の伝熱面積を増加することができるだけでなく、伝熱チューブ４に対する燃焼排気ガスＧ２の対流熱伝達を十分に行うことができる。また、熱交換促進部材５により、伝熱チューブ４の周方向において燃焼排気ガスＧ２の流れの偏りが生じることを防止することができる。
【００２８】
それ故、本例の熱交換バーナ１によれば、燃焼排気ガスＧ２の対流熱伝達を十分に行うことができ、燃焼排気ガスＧ２の排熱回収効率を向上させることができる。
【００２９】
また、図６に示すごとく、上記内側吸気通路１０２には、つる巻き形状を有し、燃焼用空気Ａを旋回させて通過させるための内側熱交換促進部材５５を設けることができる。この内側熱交換促進部材５５は、熱交換促進部材５と同様にコイルスプリングから構成することができる。この内側熱交換促進部材５５を構成するコイルスプリングは、伝熱チューブ４の内周面に装着してある。内側熱交換促進部材５５により、内側吸気通路１０２内を通過する燃焼用空気Ａを旋回させることができる。これにより、伝熱チューブ４を伝熱面とした燃焼排気ガスＧ２と燃焼用空気Ａとの熱交換を一層促進することができ、燃焼排気ガスＧ２の排熱回収効率を一層向上させることができる。
【００３０】
（実施例２）
本例は、上記熱交換促進部材５を、加熱炉７内を燃焼火炎によって直接加熱する熱交換バーナ１Ａに適用した例である。
図７に示すごとく、本例の熱交換バーナ１Ａにおいては、上記アウターチューブ６を用いておらず、本例の熱交換バーナ１Ａは、伝熱チューブ４の先端側（他端側）を加熱炉７内に突出させた状態で、加熱炉７の外壁に取り付けてある。加熱炉７に設けたバーナ取付口７１には、アウターチューブ６の代わりの取付部材６５が設けてある。また、本例の内側吸気通路１０２及び排気通路１０３は、加熱炉７内と連通されている。
【００３１】
本例の熱交換バーナ１Ａにおいては、ガスノズル３１から噴出された燃料Ｆと、伝熱チューブ４から噴出された燃焼用空気Ａとの燃焼を行った燃焼ガスＧ１によって、加熱炉７内を直接加熱し、この加熱後の燃焼排気ガスＧ２は、伝熱チューブ４と取付部材６５との間、及び伝熱チューブ４と隔壁２２との間に形成された排気通路１０３内を通過し、排気口２４から熱交換バーナ１Ａの外部に排気される。
本例においても、その他の構成は上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例１における、熱交換バーナを示す断面説明図。
【図２】実施例１における、熱交換バーナを示す図で、図１におけるＡ−Ａ線矢視断面説明図。
【図３】実施例１における、熱交換バーナを示す図で、図１におけるＢ−Ｂ線矢視断面説明図。
【図４】実施例１における、熱交換促進部材を設けた他の伝熱チューブを示す説明図。
【図５】実施例１における、熱交換促進部材を設けた他の伝熱チューブを示す説明図。
【図６】実施例１における、他の熱交換バーナを示す断面説明図。
【図７】実施例２における、熱交換バーナを示す断面説明図。
【符号の説明】
【００３３】
１  熱交換バーナ
１０１  外側吸気通路
１０２  内側吸気通路
１０３  排気通路
２  バーナボディ
２１  ハウジング
２２  隔壁
２３  吸気口
２４  排気口
３  ガスパイプ
３１  ガスノズル
４  伝熱チューブ
５  熱交換促進部材（コイルスプリング）
５５  内側熱交換促進部材（コイルスプリング）
６  アウターチューブ
７  加熱炉
Ａ  燃焼用空気
Ｆ  燃料
Ｇ１  燃焼ガス
Ｇ２  燃焼排気ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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