(57)【要約】【課題】コンパクト性を有すると共に、ＮＯｘの発生を抑制することができるシングルエンドラジアントチューブバーナを提供すること。【解決手段】シングルエンドラジアントチューブバーナ１は、一端３１が閉塞されたシングルエンドラジアントチューブ３内に、燃焼用ガス７１を導くガス導入管４と、ガス導入管４の先端に配設された燃焼用ガス７１を噴出するガスノズル４１と、ガス導入管４を囲うように配設され燃焼用空気７２を導く上流内管５と、上流内管５の先端から延設されガスノズルよりも前方において縮径するテーパ状の噴出ノズル５１と、噴出ノズル５１との間に隙間を設けて配設された下流内管６とを内蔵してなる。下流内管６の内径形状は、その上流端から下流に行くに従って縮径する収縮部６１と、下流に行くに従って拡径する拡大部６２とを直接又は間接的に連ねた形状を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が閉塞されたシングルエンドラジアントチューブ内に火炎を発するよう構成されたシングルエンドラジアントチューブバーナにおいて、
燃焼用ガスを導くガス導入管と、
該ガス導入管の先端に配設された上記燃焼用ガスを噴出するガスノズルと、
上記ガス導入管を囲うように配設され燃焼用空気を導く上流内管と、
該上流内管の先端から延設され上記ガスノズルよりも前方において縮径するテーパ状の噴出ノズルと、
上記噴出ノズルとの間に隙間を設けて配設された下流内管とを上記シングルエンドラジアントチューブ内に内蔵してなり、
上記下流内管の内径形状は、その上流端から下流に行くに従って縮径する収縮部と、下流に行くに従って拡径する拡大部とを直接又は間接的に連ねた形状を有していることを特徴とするシングルエンドラジアントチューブバーナ。
【請求項２】
請求項１において、上記下流内管の内径形状は、上記収縮部と上記拡大部との間に、径が一定の平坦部を介在させてあることを特徴とするシングルエンドラジアントチューブバーナ。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記下流内管の外径形状は、その上流端から下流に行くに従って拡径する外部テーパ部を有していることを特徴とするシングルエンドラジアントチューブバーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シングルエンドラジアントチューブの内部で排ガスの再循環を行うことができるシングルエンドラジアントチューブバーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、浸炭などの工業用間接加熱において用いられるバーナとして、シングルエンドラジアントチューブバーナが知られている。このシングルエンドラジアントチューブバーナは、バーナボディを通過させて噴出させる燃焼用空気と、上記バーナボディの内周側に配設したガス管より噴出させる燃焼用ガスとを混合させて燃焼を行う。そして、この燃焼ガスを上記バーナボディに連結したシングルエンドラジアントチューブ内を通過させ、シングルエンドラジアントチューブからの放射熱により加熱する。
【０００３】
従来のシングルエンドラジアントチューブバーナ９は、図４及び図５に示すごとく、一端（先端）９７１が閉塞されたラジアントチューブ９７を有し、燃焼用空気８１及び燃焼用ガス８２の流入と、排ガス８９の放出とが、ラジアントチューブ９７の他端（後端）９７２近傍において行うことができる二重管構造になっている。
すなわち、シングルエンドラジアントチューブバーナ９は、バーナボディ９２から伸びるガス導入管９４及びその先端に設けられたノズル９５と、さらにその先に形成される火炎８８を囲うようにして設けられた内管９６を有しており、この内管９６を囲う外管として上記ラジアントチューブ９７を有している。そして、内管９６内に形成された火炎８８は、排ガスとしてＵターンし、内管９６と外管（ラジアントチューブ９７）との間を通ってバーナボディ９２側に戻っていき、排ガス８９としてバーナボディ９２から外部に排出されるよう構成されている。
【０００４】
ところで、このような構成のシングルエンドラジアントチューブバーナには、他の構造のバーナの場合と同様に、ＮＯｘ（窒素酸化物）排出量を可能な限り抑制することが求められている。
そこで、低ＮＯｘ化のために、バーナの外に排ガス再循環装置９９を取り付ける外部排ガス再循環法が報告されている（特許文献１）。
しかしながら、これらの外部排ガス再循環法を採用した場合には、上記の排ガス再循環装置を外部に設ける分だけバーナ全体の構造が大型化してしまい、コンパクト性が損なわれるという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−２１７８２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、コンパクト性を有すると共に、ＮＯｘの発生を抑制することができるシングルエンドラジアントチューブ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】
【０００７】
本発明は、一端が閉塞されたシングルエンドラジアントチューブ内に火炎を発するよう構成されたシングルエンドラジアントチューブバーナにおいて、
燃焼用ガスを導くガス導入管と、
該ガス導入管の先端に配設された上記燃焼用ガスを噴出するガスノズルと、
上記ガス導入管を囲うように配設され燃焼用空気を導く上流内管と、
該上流内管の先端から延設され上記ガスノズルよりも前方において縮径するテーパ状の噴出ノズルと、
上記噴出ノズルとの間に隙間を設けて配設された下流内管とを上記シングルエンドラジアントチューブ内に内蔵してなり、
上記下流内管の内径形状は、その上流端から下流に行くに従って縮径する収縮部と、下流に行くに従って拡径する拡大部とを直接又は間接的に連ねた形状を有していることを特徴とするシングルエンドラジアントチューブバーナにある（請求項１）。
【０００８】
本発明のシングルエンドラジアントチューブバーナ（以下、単にバーナという。）は、上記シングルエンドラジアントチューブ（以下、単にラジアントチューブという。）の内部に、上記上流内管と下流内管とに分離した構造の内管を設けてある。そのため、基本的なガスの流れは、上流内管を流れてくる燃焼用空気と燃焼用ガスとの混合気が下流内管内で火炎となり、その後、火炎は排ガスとしてＵターンし、上記上流内管とラジアントチューブとの間を通って進んでいく。
【０００９】
ここで、本発明では、上記上流内管の先端に噴出ノズルを設けてあり、この噴出ノズルは、上記ガスノズルよりも前方においてテーパ状に縮径している。そのため、燃焼過程の混合気流速を上昇させて下流内管に向かって噴出することができる。
【００１０】
また、上記噴出ノズルと上記下流内管との間には、上記のごとく隙間を設けてある。これにより、上記噴出ノズルの存在による混合気流速の上昇効果と相俟って、上記下流内管と上記外管との間を通過してきた排ガスの一部を上記下流内管の内部に取り込む作用を創出することができる。
【００１１】
また、上記下流内管は、その上流端から下流に行くに従って縮径する収縮部と、下流に行くに従って拡径する拡大部とを直接又は間接的に連ねた内径形状を有する。そのため、上記収縮部では圧力が低下して流速が上昇し、上記拡大部では、圧力と流速が回復する。それ故、噴出ノズルと下流内管との隙間における、排ガスの巻き込みをさらに促進する事ができる。
【００１２】
このように、本発明においては、ラジアントチューブの内部において、排ガスの再循環を行うことができる。この再循環を実現することにより、最終的に外部に排出される排ガス中のＮＯｘを、従来よりも大幅に低減する事ができる。そのため、従来提案されたような排ガス再循環装置を外部に設ける必要がない。
それ故、本発明によれば、コンパクト性を有し、ＮＯｘの発生を抑制することができるバーナを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
上記のごとく、本発明のバーナは、上記上流内管より延設され、上記ガスノズルよりも前方においてテーパ状に縮径している噴出ノズルを有している。この噴出ノズルの縮径（テーパ）の度合いは、軸方向に対して２０〜３０°の範囲で傾斜するように設定することが好ましい。縮径の度合いが上記２０°未満の場合には、燃焼過程の混合気流速を上昇させる効果が低下するおそれがあり、一方、３０°を超える場合には、圧損が大きくなりすぎるおそれがある。
【００１４】
また、上記下流内管の収縮部は、その拡径（テーパ）の度合いが、軸方向に対して、１０〜２０°の範囲で傾斜するように設定することが好ましい。この拡径の度合いが上記１０°未満の場合、及び２０°を超える場合には、排ガスが充分に吸引されないおそれがある。
【００１５】
また、上記下流内管の内径形状は、上記収縮部と上記拡大部との間に、径が一定の平坦部を介在させてあることが好ましい（請求項２）。
この場合には、噴出ノズルと下流内管との隙間における、下流内管と外管との間を流れる排ガスの巻き込みを促進できるという効果を得ることができる。
【００１６】
上記下流内管の外径形状は、その上流端から下流に行くに従って拡径する外部テーパ部を有していることが好ましい（請求項３）。
この場合には、下流内管と外管との間を流れる排ガスを下流内管内部に巻き込みやすくすることができるという効果が得られる。
また、上記下流内管の外部テーパ部は、その拡径（テーパ）の度合いが、軸方向に対して５〜２０°の範囲で傾斜するように設定することが好ましい。この拡径の度合いが上記５°未満の場合、及び２０°を超える場合には、排ガスが充分に吸引されないおそれがある。
【実施例】
【００１７】
以下に、本発明のシングルエンドラジアントチューブバーナ１（以下、単にバーナ１という。）にかかる実施例につき、図面を用いて説明する。
本例のバーナ１は、図１、図２に示すごとく、一端（先端）３１が閉塞されたシングルエンドラジアントチューブ３（以下、単にラジアントチューブ３という。）内に火炎７８を発するよう構成されている。
【００１８】
バーナ１は、燃焼用ガス７１を導くガス導入管４と、該ガス導入管４の先端に配設された上記燃焼用ガス７１を噴出するガスノズル４１と、上記ガス導入管４を囲うように配設され燃焼用空気７２を導く上流内管５と、該上流内管５の先端から延設され上記ガスノズル４１よりも前方において縮径するテーパ状の噴出ノズル５１と、上記噴出ノズルと５１の間に隙間を設けて配設された下流内管６とを上記ラジアントチューブ３内に内蔵してなる。
【００１９】
上記下流内管６の内径形状は、その上流端から下流に行くに従って縮径する収縮部６１と、下流に行くに従って拡径する拡大部６２とを、径が一定の平坦部６３によって連ねた形状を有する。
【００２０】
以下に、これを詳説する。
本例のバーナ１には、図１に示すごとく、ガス導入口２１、空気導入口２２及び排ガス導出口２９を備えたバーナボディ２を有し、これにラジアントチューブ３等を配設してなる。
上記ガス導入管４は、燃焼用ガス７１を導くガス導入口２１に連通するようにバーナボディ２の軸方向に向けて連結されている。上記上流内管５は、燃焼用空気７２を導く空気導入口２２に連通するようにガス導入管４の外周側に被せて配設してある。ラジアントチューブ３は、上流内管５の外周側に被さるようにして、バーナボディ２の内周側に、バーナボディ２の軸方向に連結されている。
【００２１】
そして、ラジアントチューブ３の内部に、上流内管５と下流内管６とに分離した構造の内管を設けてある。上記下流内管６は、噴出ノズル５１との間に隙間を設け、ラジアントチューブ３の内周側に挿通配設されている。具体的には、図示しない連結具によって、上流内管５の先端、つまり排出ノズル５１と下流内管６とを連結することによって、両者の間に隙間を設けた状態で下流内管６を固定してある。
【００２２】
そして、上記下流内管６と上記ラジアントチューブ３との間には、排ガス７９を通過させる第一排気通路３２が形成されており、上記上流内管５と上記外管ラジアントチューブ３との間には、排ガス７９を通過させる第二排気通路３３が形成されている。
また、上記ガス導入管４の内部には、発火に用いられるスパークプラグ４２が設けられている。
【００２３】
また、本例では、図２に示すごとく、噴出ノズル５１は、上述したごとく前方に行くにつれて縮径するテーパ状の形状を呈している。この縮径（テーパ）の度合いは、軸方向に対する角度αが２７°となるように設定した。
【００２４】
また、下流内管６は、上述したように、内径形状がその上流端から下流に行くに従って縮径する収縮部６１と、下流に行くに従って拡径する拡大部６２とを、径が一定の平坦部６３によって連ねた形状を有する。図２に示すごとく、収縮部６１の縮径の度合いは、軸方向に対する角度βが１３°となるように設定した。この収縮部６１の下流側には、平坦部６３を連ねた。平坦部６３の長さＬは７０ｍｍとした。次いで、平坦部６３の下流には、拡大部６２を連ねた。拡大部６２の拡径の度合いは、軸方向に対する角度δが７°となるようにした。拡大部６２の下流側は、下流内管６の先端まで内径が一定のストレート形状とした。
【００２５】
また、下流内管６は、外径形状がその上流端から下流に行くに従って拡径する外部テーパ部６４を有する。外部テーパ６４の拡径の度合いは、軸方向に対する角度γが８°となるように設定した。また、この外部テーパ６４よりも下流側は、下流内管６の先端まで外径が一定のストレート形状とした。
【００２６】
以下に、バーナ１における燃焼動作につき説明し、このバーナ１による作用効果につき説明する。
バーナ１において燃焼を行う際には、図２に示すごとく、上記ガス導入管４に燃焼用ガス７１を流入させると共に、上流内管５に燃焼用空気７２を流入させる。
ガス導入管４に流入された燃焼用ガス７１は、エア導入孔４１５からガスノズル４１内に導入された燃焼用空気７２と混合されて混合気となると共に、ガス導入管４の内部に設けられたスパークプラグ４２（図１）によって着火される。そして、混合気は、下流内管６内で火炎７８となる。
【００２７】
本例では、上記上流内管５の先端に設けられた上記噴出ノズル５１は、上記ガスノズル４１よりも前方においてテーパ状に縮径している。そのため、燃焼過程の混合気流速を上昇させて下流内管６に向かって噴出することができる。
【００２８】
上記火炎７８は、排ガス７９として、Ｕターンし、上記第一排気通路３２を通過する。上記排ガス７９が上記第一排気通路３２から上記第二排気通路３３へと通過する際に、上記噴出ノズル５１と上記下流内管６との間の隙間において、上述の、燃焼過程の混合気流速の上昇効果と相俟って、上記第一排気通路３２を通過してきた上記排ガス７９の一部を下流内管６の内部に取り込む作用を創出することができる。また、上記第二排気通路３３へと流入した上記排ガス７９は、排ガス導出口２９より当該バーナ１の外部へと排出される。
【００２９】
また、上記下流内管６において、その上流端から下流に行くに従って縮径する上記収縮部６１及び径が一定の上記平坦部６３では、圧力が低下して流速が上昇し、下流に行くに従って拡径する上記拡大部６２では、圧力と流速が回復する。それ故、噴出ノズル５１と下流内管６との隙間における、上記下流内管６の内部への排ガス７９の巻き込みをさらに促進する事ができる。
【００３０】
本例のバーナ１においては、上記のごとく、ラジアントチューブ３の内部において、燃焼による排ガスの再循環を実現することができる。そのため、最終的に外部に排出される排ガス中のＮＯｘの濃度を効果的に抑制することができる。また、従来技術のように、排ガス再循環装置を外部に設ける必要がなく、コンパクト性を有することができる。
それ故、本例のラジアントチューブバーナ１によれば、コンパクト性を有すると共に、ＮＯｘの発生を抑制することができる。
【００３１】
（性能試験）
本例においては、上記バーナ１の性能試験として、バーナ１において燃焼を行った後の排ガスのＮＯｘ濃度を測定した。また、比較のために、排ガスの再循環を行わないラジアントチューブバーナについても同様に測定を行った。その結果を図３に示す。同図は、横軸に炉内温度（℃）を、縦軸にＮＯｘ濃度（ｐｐｍ）をとったものであり、本例の結果（符号Ｅ）と比較の結果（符号Ｃ）とをプロットした。
上記測定におけるＮＯｘ濃度は、排ガス中の酸素濃度１１％換算値（すなわち排ガス中の実際の酸素濃度下におけるＮＯｘ濃度を、この排ガス中の酸素濃度が１１％である場合に換算した値）で示す。
【００３２】
図３より知られるごとく、本例のバーナ１における排ガス中のＮＯｘ濃度は、排ガスの再循環を行わないラジアントチューブバーナの排ガス中のＮＯｘ濃度と比に比べて、低いことがわかる。
このことより、本例のバーナ１においては、最終的に外部に排出される排ガス中のＮＯｘ濃度の低減効果が大きいことがわかる。
従って、本例のバーナ１を採用すれば、外部に従来のような排ガス再循環装置を設ける必要がないことがわかる。
【００３３】
以上のように、本発明のバーナは、コンパクト性を有すると共に、ＮＯｘの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例におけるバーナを示す断面図。
【図２】実施例におけるバーナの燃焼部周辺を示す断面図。
【図３】実施例における、炉内温度（℃）とＮＯｘ濃度（ｐｐｍ）との関係を示すグラフ。
【図４】従来技術におけるバーナを示す断面図。
【図５】従来技術におけるバーナの燃焼部周辺を示す断面図。
【符号の説明】
【００３５】
１  バーナ
２  バーナボディ
３  シングルエンドラジアントチューブ
３１  一端
４  ガス導入管
４１  ガスノズル
５  上流内管
５１  噴出ノズル
６  下流内管
６１  収縮部
６２  拡大部
７１  燃焼用ガス
７２  燃焼用空気
【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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