(57)【要約】【課題】一つのバーナで高温気体（例えば、燃焼には関わらない高温の気体）を発生させるバーナおよび高温気体の発生方法を提供する。【解決手段】燃焼室１１と、該燃焼室１１を共通にして設けられた複数の蓄熱体１２、１３と、前記複数の蓄熱体は燃焼用空気を予熱して前記燃焼室１１に供給する第１の蓄熱体１２と、供給気体を予熱し高温化された高温気体として前記燃焼室に供給する第２の蓄熱体１３とからなり、燃焼時には前記燃焼室内の燃焼ガスを前記第２の蓄熱体１３を通して排出し、供給気体の供給時には前記燃焼室内の高温気体の一部を前記第１の蓄熱体１２を通して排出するとともに、一部を前記燃焼室に設けられた取り出し口１６から取り出す。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室と、該燃焼室を共通にして設けられた複数の蓄熱体と、前記複数の蓄熱体は燃焼用空気を予熱して前記燃焼室に供給する第１の蓄熱体と、被加熱気体を予熱し高温化された高温気体として前記燃焼室に供給する第２の蓄熱体とからなり、燃焼時には前記燃焼室内の燃焼ガスを前記第２の蓄熱体を通して排出し、供給気体の供給時には前記燃焼室内の高温気体の一部を前記第１の蓄熱体を通して排出するとともに、一部を前記燃焼室に設けられた取り出し口から取り出すことを特徴とする高温気体発生用バーナ。
【請求項２】
前記第１の蓄熱体と前記第２の蓄熱体とは互いに仕切られ、並列に配置してなることを特徴とする請求項１記載の高温気体発生用バーナ。
【請求項３】
前記第１の蓄熱体と前記第２の蓄熱体とは前記燃焼室を挟んで対向状に配置してなることを特徴とする請求項１記載の高温気体発生用バーナ。
【請求項４】
前記取り出し口の近傍または内部に前記燃焼ガスの排出を防止する手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高温気体発生用バーナ。
【請求項５】
前記取り出し口を前記第２の蓄熱体を出る高温気体の流線方向に設けたことを特徴とする請求項２または４記載の高温気体発生用バーナ。
【請求項６】
燃焼を前記第２の蓄熱体の近傍または内部で行わせることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の高温気体発生用バーナ。
【請求項７】
高温気体の一部または大部分を回収し再利用する循環装置を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の高温気体発生用バーナ。
【請求項８】
前記供給気体として、不活性ガスを用いることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の高温気体発生用バーナ。
【請求項９】
前記供給気体として、空気を用いることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の高温気体発生用バーナ。
【請求項１０】
一つのバーナに複数の蓄熱体を有するものを用いて、高温気体を発生させる方法であって、
燃焼用空気を一方の蓄熱体を通過させて予熱し燃焼室で燃料と混合して燃焼させ、その燃焼ガスを他方の蓄熱体を通して外部に排出するとともに、該他方の蓄熱体に燃焼熱を吸収させる燃焼工程と、
供給気体を前記他方の蓄熱体を通過させて予熱し高温化させ、その高温気体の一部を前記一方の蓄熱体を通して外部に排出するとともに、該第１の蓄熱体に高温気体の熱を吸収させ、一部を前記燃焼室に設けられた取り出し口から加熱対象物に供給する高温気体供給工程と、
を有することを特徴とする高温気体発生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温気体を発生させるバーナおよび高温気体の発生方法に関し、特に燃焼の熱を利用して燃焼には関係しない気体を予熱して高温化するバーナおよびそのバーナを用いた高温気体の発生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼材の加熱などの工業的な加熱においては、気体や液体の燃料を燃焼させて高温のガスを発生させ、その熱を鋼材に伝えることで温度を上げる装置として所謂、炉を使用することが経済性や生産性の面から一般的である。しかしながら、燃焼ガスを直接鋼材に触れさせることが問題となるような場合も多い。ここで問題となるのは鋼材が燃焼ガスによって容易に酸化されることであり、これは歩留まりの低下や表面性状の劣化をもたらす。
同様のことは溶鋼を入れるタンディッシュの場合にも問題となっており、この場合は空のタンディッシュが冷えないように加熱する際に、内部に残った残渣が酸化して次に注入された溶鋼と混ざって鋼中の酸素量が増加して品質を落とすという問題があった。このような問題に対する解決策として、例えば特開平８−１５９６６４号公報があり、これは蓄熱式バーナを利用して高温の不活性ガスを炉内に供給する方法である。
【０００３】
図９は上記特開平８−１５９６６４号公報による炉内の無酸化加熱方法を示すものである。
加熱対象のタンディッシュ１００の蓋上に一対の蓄熱式バーナ５０Ａ、５０Ｂが取り付けられる。各蓄熱式バーナ５０Ａ、５０Ｂは、燃料供給ライン５１および空気供給ライン５２を有するバーナ５３と、燃焼室５４、および蓄熱体５５を備えており、挿入管５６を介してタンディッシュ１００の蓋に接続されている。また、各蓄熱式バーナ５０Ａ、５０Ｂは、切替弁５７を介して接続され、切替弁５７は不活性ガスのＮ２供給径路６１、蓄熱体５５を経由するガス給排径路６２、外部への排気系路６３を切り替えられるようにしてある。６４は排気系路６３に設けられた排気ファンである。
【０００４】
この無酸化加熱方法は、一方の蓄熱式バーナ５０Ａを燃焼させることによりその蓄熱体５５を加熱するとともに、燃焼ガスを蓄熱体５５、切替弁５７を経由して排気ファン６４で吸引することにより、燃焼ガスの熱を蓄熱体５５に吸収・蓄熱させて外部に排気する。このとき、他方の蓄熱式バーナ５０Ｂでは、外部からＮ２ガスを切替弁５７を介して蓄熱体５５に供給し、その蓄熱体５５に蓄熱された熱によってＮ２ガスを高温化し、その高温のＮ２ガスを挿入管５６を通してタンディッシュ１００内に供給するものである。したがって、蓄熱式バーナ５０Ａ、５０Ｂを交互に燃焼させ、かつ切替弁５７の切替により蓄熱と排気、および高温のＮ２ガスの炉内供給とを交互に繰り返すことにより、タンディッシュ１００内部を高温のＮ２ガスで無酸化状態に加熱することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来技術は、不活性ガスを予熱して高温の気体を炉内に供給するという機能を有しているが、蓄熱体を内蔵したバーナをペアで使用しなければならないので、例えば小型の炉や民生用の暖房機器のようなものに利用しようとすると大きさや機構の複雑さが問題となるものであった。その原因としては、燃焼用の空気が蓄熱体で予熱されることなく外部から直接供給されるため、その温度が低く空気の温度を上げるためのエネルギーを燃焼で補わざるを得ないことにある。また、燃焼用空気の温度が低いため、特開平９−２９５１２７号公報に示されているようにパイロットバーナに対する特殊な点火方法をとらざるを得なくなる。
【０００６】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、一つのバーナで高温気体（例えば、燃焼には関わらない高温の気体）を発生させるバーナおよび高温気体の発生方法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】
本発明に係る高温気体発生用バーナは、燃焼室と、該燃焼室を共通にして設けられた複数の蓄熱体と、前記複数の蓄熱体は燃焼用空気を予熱して前記燃焼室に供給する第１の蓄熱体と、供給気体を予熱し高温化された高温気体として前記燃焼室に供給する第２の蓄熱体とからなり、燃焼時には前記燃焼室内の燃焼ガスを前記第２の蓄熱体を通して排出し、供給気体の供給時には前記燃焼室内の高温気体の一部を前記第１の蓄熱体を通して排出するとともに、一部を前記燃焼室に設けられた取り出し口から取り出すことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明のバーナは、一つのバーナに複数の蓄熱体を設けたもので、それらの蓄熱体のうち第１の蓄熱体は燃焼用の空気を予熱するためのものであり、第２の蓄熱体は供給気体、すなわち被加熱物や炉内、室内等を加熱するために供給する気体を予熱し高温化するためのものである。したがって、燃焼用空気は第１の蓄熱体により予熱されたうえで燃焼室に供給されるので、安定した燃焼が得られる。さらに、燃焼時には燃焼室内の燃焼ガスを第２の蓄熱体を通して排出し、供給気体の供給時には燃焼室内の高温気体の一部を第１の蓄熱体を通して排出するとともに、一部を燃焼室に設けられた取り出し口から取り出すことにより、該取り出し口からは燃焼ガスを排出せず高温気体を排出するので、燃焼ガスが混合しない純度の高い高温気体を得ることができる。
よって、本発明のバーナを用いることにより、特に酸化の問題が生じるような加熱対象に対して、無酸化雰囲気で加熱することができる。
また、本発明のバーナは、構成が簡単で小型化が容易なため、広範な用途に適用することができる。
【０００９】
また、本発明のバーナは、第１の蓄熱体と第２の蓄熱体とを互いに仕切り、並列に配置し、あるいは、第１の蓄熱体と第２の蓄熱体とを燃焼室を挟んで対向状に配置するものである。
複数の蓄熱体を並列に配置する場合は、燃焼用空気や高温気体が短絡して排出されないようにするため、蓄熱体相互間を仕切る仕切り板が必要であるが、対向状に配置する場合は、必ずしも仕切り板は必要ではない。
【００１０】
また、高温気体の取り出し口の近傍または内部に燃焼ガスの排出を防止する手段を設けることが好ましい。このような防止手段としては、燃焼ガスの流れ方向を第２の蓄熱体へ向かわせる整流体や弁機構などがある。
【００１１】
また、高温気体の取り出し口は第２の蓄熱体を出る高温気体の流線方向に設けることが好ましく、高温気体の噴出をスムーズに行わせることができる。
【００１２】
また、燃焼を第２の蓄熱体の近傍または内部で行わせることにより、燃焼ガスが高温気体の取り出し口から排出するのを防ぐことができる。
【００１３】
また、高温気体の一部または大部分を回収し再利用する循環装置を設けてもよい。特に、供給気体が高価なものである場合には、その高温気体の一部または大部分を循環装置で回収し再利用することにより経済性と省エネルギー化を図ることができる。
【００１４】
また、供給気体として、不活性ガスまたは空気を用いるものである。不活性ガスは、特に被加熱物の酸化が問題となるような場合に使用する。それ以外は主に空気が用いられるが、供給気体の種類に特に限定はない。
【００１５】
本発明の高温気体発生方法は、一つのバーナに複数の蓄熱体を有するものを用いて、高温気体を発生させる方法であって、
燃焼用空気を一方の蓄熱体を通過させて予熱し燃焼室で燃料と混合して燃焼させ、その燃焼ガスを他方の蓄熱体を通して外部に排出するとともに、該他方の蓄熱体に燃焼熱を吸収させる燃焼工程と、
供給気体を前記他方の蓄熱体を通過させて予熱し高温化させ、その高温気体の一部を前記一方の蓄熱体を通して外部に排出するとともに、該第１の蓄熱体に高温気体の熱を吸収させ、一部を前記燃焼室に設けられた取り出し口から加熱対象物に供給する高温気体供給工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】
このような燃焼工程と高温気体供給工程とを繰り返し行うことにより、加熱対象を高温気体で効率よく加熱することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。図１は本発明の実施形態による高温気体発生バーナの概略構成図である。
このバーナ１０は、本体内部の燃焼室１１を共通にして複数の蓄熱体１２、１３が仕切り板１４により仕切られた状態で設けられているものである。すなわち、同じ燃焼室１１に対して複数の蓄熱体１２、１３を並列に配置し、第１の蓄熱体１２と第２の蓄熱体１３は仕切り板１４により相互に仕切られているものである。蓄熱体の個数は２個に限られるものではなく、２個以上の複数であればよい。また、蓄熱体の配置についても後述するごとく燃焼室１１を挟んで対向状態に配置することができる。この場合は、必ずしも蓄熱体相互間を仕切る必要がないこともある。
【００１８】
燃焼室１１には、燃料供給口１５と高温気体取り出し口１６とが設けられる。供給気体はこのバーナの使用目的により異なり、例えば、タンディッシュ内の溶鋼のような被加熱物の酸化が問題となるような場合は不活性ガス（例えば、窒素ガス）であり、このバーナを暖房用に使用する場合は空気である。
高温気体取り出し口１６は、加熱対象物に通じており、ここではタンディッシュ１００に接続されている。
【００１９】
第１の蓄熱体１２は高温気体供給時の蓄熱を利用して燃焼用空気の予熱に供するためのものであり、第２の蓄熱体１３は燃焼時の蓄熱を利用して供給気体を高温化するためのものである。第１の蓄熱体１２には燃焼用空気の供給系１７と高温気体の排気系１８が接続され、第２の蓄熱体１３には供給気体の供給系１９と燃焼ガスの排気系２０が接続されている。図中、２１はこれらの供給系１７、１９、排気系１８、２０のそれぞれに設けられた開閉弁である。
【００２０】
このバーナ１０の動作を図２に基づいて説明する。バーナ１０は、図２（Ａ）に示す燃焼工程と、図２（Ｂ）に示す高温気体供給工程を繰り返して機能する。燃焼工程においては、図２（Ａ）に矢印で示すように、燃焼用空気を供給系１７から第１の蓄熱体１２を通して燃焼室１１に供給するとともに、燃料供給口１５から燃料を供給し両者を所定の空燃比で混合させて燃焼させる。このとき、燃焼用空気は、前回の高温気体供給工程（後述）において予熱・蓄熱された第１の蓄熱体１２を通過して供給されるので、第１の蓄熱体１２により予熱された空気が燃焼室１１に供給される。またこのとき、燃焼ガスは、第２の蓄熱体１３を通して排気系２０から排気ファン（図示せず）により吸引され外部に排出されるので、第２の蓄熱体１３は燃焼熱を吸収して蓄熱する。また、被加熱物（ここでは溶鋼）の酸化を防止するためには、燃焼ガスがなるべく取り出し口１６からタンディッシュ１００内へ入らないような手段を講じる必要がある。このような手段として、蓄熱体１２、１３の圧力損失や、取り出し口１６の口径、排気系２０の低圧化などに制限を加えるほか、後述する実施形態で示すような手段がある。
【００２１】
次に、第２の蓄熱体１３が燃焼ガスによって十分に温度上昇したならば、高温気体供給工程に切り替える。高温気体供給工程においては、供給系１９から必要な気体を供給する。この供給気体は上記燃焼工程で蓄熱された第２の蓄熱体１３を通過して燃焼室１１に供給されるので、供給気体は第２の蓄熱体１３により予熱され高温となる。この高温気体は、一部は燃焼用空気予熱用の蓄熱体１２、排気系１８を経由して排出され、このとき蓄熱体１２に高温気体の熱を吸収して蓄熱させる。また、高温気体の一部は取り出し口１６からタンディッシュ１００の内部に送り込まれる。また、取り出し口１６から排出される高温気体の流量をより多くするには、排気系１８の開閉弁２１の開度を小さくしたり、排気ファン（図示せず）の吸引圧力を低下させるなどの方法がとられる。
【００２２】
このように燃焼工程と高温気体供給工程とを繰り返すことにより、タンディッシュ１００の内部は、高温化された不活性ガス（例えば、高温窒素ガス）によって次第に加熱されていくとともに、内部の酸素量が減少していく。よって、タンディッシュ１００に注入される溶鋼の酸化防止と炉内加熱を行うことができる。
【００２３】
次に、上記燃焼工程において、燃焼ガスが高温気体取り出し口１６から排出しないようにする構成例について説明する。
その一つの手段は、図３に示すように、燃焼ガスの流れを制約する方法である。これは、燃焼ガスの流れ方向が上向きとなるように傾斜させた整流体２２を高温気体取り出し口１６の近傍で燃料供給口１５寄りに設けるものである。また、高温気体取り出し口１６は供給気体予熱用の第２の蓄熱体１３の下方、すなわち第２の蓄熱体１３から出る高温気体の流線方向に設けるとよい。
このような整流体２２を設置することにより、燃焼ガスの流れ方向が高温気体取り出し口１６と反対の方向になるので、燃焼ガスが高温気体取り出し口１６に流れ込むことがない。
【００２４】
別の手段は、図４に示すように、燃焼ガスの流れ方向には取り出し口を有しない供給管のような構造物による壁２３を設けるものである。燃焼ガスは壁２３に当たって上向きに流れの向きを変更するので、これと反対の下向きに開口する高温気体取り出し口１６に流れ込むことはない。
また、図示は省略するが、高温気体取り出し口１６を構成する配管内に弁などの能動的な手段を設けてもよい。
【００２５】
次に、必要な高温の気体が空気であるような場合の別の実施形態を図５に示す。この実施形態では、山形状の整流体２４が高温気体取り出し口１６の近傍に設けられている。整流体２４は第２の蓄熱体１３を通して供給される高温空気の一部が第１の蓄熱体１２の方へ向きを変えるようになっている。
この実施形態によれば、第２の蓄熱体１３を通して高温空気を取り出しながら、次工程の空気予熱用の第１の蓄熱体１２を燃焼で加熱するので、次工程の空気温度をより高くすることができ、そうすることで燃焼をより安定化することができる。また、本発明バーナ１０を暖房用に使用する場合に有効である。
【００２６】
図６は本発明のさらに別の実施形態を示すものである。この実施形態は、第２の蓄熱体１３の近傍に燃料供給管２５を設け、燃焼を第２の蓄熱体１３の近傍または内部で行わせるようにしたものである。また、高温気体取り出し口１６の近傍には図３と同様な整流体２２を配設し、第１の蓄熱体１２からの予熱空気が第２の蓄熱体１３の方へ向かうようにしている。
このような構成とすることにより、燃焼ガスが高温気体取り出し口１６から排出するのを防ぐことができるとともに、高温気体をより高温で取り出すことができる。
【００２７】
図７は本発明のさらに別の実施形態を示すものである。供給気体が高価なものである場合、図７のようにレシーバ２６、ファン２７からなる循環装置２８を設けることで高価な供給気体（高温気体）の一部もしくは大部分を回収し再利用することが可能となる。したがって、資源的にもエネルギー的にも（温度が高い気体を再利用するため）経済的となり、かつ省エネルギー化を図ることができる。
【００２８】
図８は蓄熱体の配置に関する別の実施形態を示すものであり、上から見た図を示す。この実施形態は、中央部の燃焼室１１を挟んで対向状態に第１の蓄熱体１２と第２の蓄熱体１３を配置したものである。この場合は、蓄熱体相互間を図１のように仕切る必要はない。また、高温気体取り出し口１６には、燃焼ガスを排出させず高温気体だけを取り出すように弁機構などを設ける必要がある。
このような蓄熱体１２、１３の配置構成であっても高温気体を取り出すことができる。
【００２９】
本発明において使用される蓄熱体は、空気その他の気体を効率よく通過させる通気性と、それらの気体の保有熱を効率よく吸収する伝熱性とを有するものであればよく、その構造や形状、材質等は特に限定されない。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、一つのバーナに複数の蓄熱体を設け、これらの蓄熱体を利用して燃焼工程と高温気体供給工程を行わせるようにしたものであるので、安定した燃焼を行うことができるとともに、必要な高温気体を燃焼ガスが混入しない高い純度で取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による高温気体発生バーナの概略構成図である。
【図２】本発明のバーナの燃焼工程と高温気体供給工程を示す説明図である。
【図３】燃焼ガスの高温気体取り出し口への流れ込みを防止する手段の一例を示す構成図である。
【図４】燃焼ガスの高温気体取り出し口への流れ込みを防止する手段の他の例を示す構成図である。
【図５】本発明の別の実施形態を示す概略構成図である。
【図６】本発明のさらに別の実施形態を示す概略構成図である。
【図７】本発明のさらに別の実施形態を示す概略構成図である。
【図８】本発明のさらに別の実施形態を示す概略構成図である。
【図９】特開平８−１５９６６４号公報によるバーナの概略構成図である。
【符号の説明】
１０　バーナ
１１　燃焼室
１２　第１の蓄熱体
１３　第２の蓄熱体
１４　仕切り板
１５　燃料供給口
１６　高温気体取り出し口
１７　燃焼用空気の供給系
１８　高温気体の排気系
１９　供給気体の供給系
２０　燃焼ガスの排気系
２１　開閉弁
２２　整流体
２３　壁
２４　整流体
２５　燃料供給管
２６　レシーバ
２７　ファン
２８　循環装置
【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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【図８】
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【図９】
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