(57)【要約】【課題】バーナノズルを比較的安価なセラミックスで形成するのもかかわらず、バーナノズル自体の損傷を効果的に防止することのできる燃焼設備構造。【解決手段】バーナノズル６が、炉壁１に穿たれたノズル用孔３に内嵌されて炉内２に開口し、酸素供給ライン４が、炉壁１を通って炉内２に開口し、バーナノズル６から噴出される燃料ガスと酸素供給ライン４から供給される燃焼用酸素含有ガスが、炉内２で混合されて燃焼される燃焼設備構造で、炉壁１が、セラミックスタイルで形成され、バーナノズル６が、セラミックスで形成され、バーナノズル６の長手方向の全外周と炉内側の先端面を耐熱金属製の保護カバー９により一体的に覆ってノズル用孔３に内嵌されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを供給する燃料供給ラインの先端に接続されるバーナノズルが、炉壁に穿たれたノズル用孔に内嵌されて炉内に開口するように設けられ、燃焼用酸素含有ガスを供給する酸素供給ラインが、前記炉壁を通って炉内に開口するように設けられ、前記バーナノズルから噴出される燃料ガスと前記酸素供給ラインから供給される燃焼用酸素含有ガスが、前記炉内で混合されて燃焼される燃焼設備構造であって、
前記炉壁が、セラミックスタイルで形成され、前記バーナノズルが、セラミックスで形成されるとともに、そのバーナノズルの長手方向の全外周と炉内側の先端面を耐熱金属製の保護カバーにより一体的に覆った状態で、前記ノズル用孔に内嵌されている燃焼設備構造。
【請求項２】
前記保護カバーを形成する耐熱金属の熱膨張係数λｍの前記バーナノズルを形成するセラミックスの熱膨張係数λｓに対する比（λｍ／λｓ）が、６００℃で１〜１．２２である請求項１に記載の燃焼設備構造。
【請求項３】
前記バーナノズルの炉内側の先端面を覆う保護カバーが、前記炉壁の内面と面一になるように構成されている請求項１または２に記載の燃焼設備構造。
【請求項４】
前記バーナノズルが、その長手方向に沿って分割された２個の半割り部材からなり、その２個の半割り部材を耐熱接着剤により接合して構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃焼設備構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスを供給する燃料供給ラインの先端に接続されるバーナノズルが、炉壁に穿たれたノズル用孔に内嵌されて炉内に開口するように設けられ、燃焼用酸素含有ガスを供給する酸素供給ラインが、前記炉壁を通って炉内に開口するように設けられ、前記バーナノズルから噴出される燃料ガスと前記酸素供給ラインから供給される燃焼用酸素含有ガスが、前記炉内で混合されて燃焼される、いわゆる、先混合方式の燃焼設備構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような燃焼設備構造では、通常、炉壁がセラミックスタイルで形成される場合が多い。しかしながら、セラミックスタイルは、耐熱性に優れている反面、比較的靱性が低くて脆く、例えば、酸素供給ラインからノズル用孔に至る割れが生じると、酸素供給ラインからの燃焼用酸素含有ガスが、その割れを通ってバーナノズルの燃料噴出孔の近くに漏れ出し、適切な燃焼が阻害されるおそれがある。
このような不都合を解消するため、従来、バーナノズルが、その長手方向の全外周を耐熱金属製の保護カバーにより覆われた状態で、炉壁に穿たれたノズル孔に内嵌されたものが提案された（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−７４４９号公報（図２参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献に記載の燃焼設備構造は、炉壁の割れに起因する不都合を解消するもので、バーナノズル自体の損傷を防止するものではなかった。
すなわち、バーナノズルは、通常、耐熱ステンレスで形成されることが多いが、バーナノズル自体が６００℃近くにまで加熱される過酷な条件下では、耐熱ステンレスの耐久性に起因する早期の損傷が問題となる。そこで、ＮｉやＣｏを基材とする耐熱合金によりバーナノズルを形成することも提案されているが、セラミックスに比べて非常に高価なものとなる。
ところで、バーナノズルを比較的安価で耐熱性に優れたセラミックスで形成する場合、上記特許文献に記載のように、バーナノズルの長手方向全外周のみを耐熱金属製の保護カバーで覆うだけでは、バーナノズルの炉内側の先端面が、炉内に向けて完全に露出した状態で高温に晒されるため、靱性が低くて脆いセラミックスの特性に起因して、バーナノズルの炉内側先端面の外側角部から亀裂が生じて損傷する可能性が高くなる。
【０００５】
本発明の目的は、バーナノズルを比較的安価なセラミックスで形成するのもかかわらず、バーナノズル自体の損傷を効果的に防止することのできる燃焼設備構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
その目的を達成するため、本発明において、燃料ガスを供給する燃料供給ラインの先端に接続されるバーナノズルが、炉壁に穿たれたノズル用孔に内嵌されて炉内に開口するように設けられ、燃焼用酸素含有ガスを供給する酸素供給ラインが、前記炉壁を通って炉内に開口するように設けられ、前記バーナノズルから噴出される燃料ガスと前記酸素供給ラインから供給される燃焼用酸素含有ガスが、前記炉内で混合されて燃焼される燃焼設備構造の特徴構成は、
前記炉壁が、セラミックスタイルで形成され、前記バーナノズルが、セラミックスで形成されるとともに、そのバーナノズルの長手方向の全外周と炉内側の先端面を耐熱金属製の保護カバーにより一体的に覆った状態で、前記ノズル用孔に内嵌されているところにある。
【０００７】
上記構成によれば、バーナノズルが、その長手方向の全外周のみならず、その炉内側の先端面も耐熱金属製の保護カバーにより一体的に覆われているので、換言すると、バーナノズルの炉内側先端面の外側角部が、耐熱金属製の保護カバーにより完全に覆われてノズル用孔に内嵌されているので、たとえバーナノズルの炉内側の先端面が高温に晒されても、バーナノズルの炉内側先端面の外側角部から亀裂が生じて損傷することが抑制される。
したがって、バーナノズルを比較的安価なセラミックスで形成しても、バーナノズル自体の損傷を効果的に防止することができる。
【０００８】
上記構成を備えた燃焼設備構造において、前記保護カバーを形成する耐熱金属の熱膨張係数λｍの前記バーナノズルを形成するセラミックスの熱膨張係数λｓに対する比（λｍ／λｓ）が、６００℃で１〜１．２２であることが好ましい。
このように構成すれば、たとえバーナノズルや保護カバーが６００℃近くにまで加熱される過酷な条件下でも、保護カバーがバーナノズルから乖離する可能性は少なく、バーナノズルの損傷を確実に防止することができる。λｍ／λｓが１より小さい場合は、バーナノズルに割れを発生する可能性がある。λｍ／λｓが１．２２より大きい場合は、ガタが発生しやすく問題である。
【０００９】
上記構成を備えた燃焼設備構造において、前記バーナノズルの炉内側の先端面を覆う保護カバーが、前記炉壁の内面と面一になるように構成されていることが好ましい。
このように構成すれば、例えば、バーナノズルの先端面を覆う保護カバーを炉壁の内面からノズル用孔内へ引退させて配置する場合に比べて、ノズル用孔内が高温になるのを抑制することができ、その結果、靱性が低くて脆いセラミックスタイルで形成される炉壁の損傷防止をも図ることができる。
【００１０】
上記構成を備えた燃焼設備構造において、前記バーナノズルが、その長手方向に沿って分割された２個の半割り部材からなり、その２個の半割り部材を耐熱接着剤により接合して構成されていることが好ましい。
このように構成すれば、例えば、円柱体に燃料噴出孔を穿孔してバーナノズルを形成する場合に比べて、燃料噴出孔の形成が容易となり、バーナノズル自体を容易かつ確実に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】燃焼設備構造を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は正面図
【図２】バーナノズルの形成過程を示す分解斜視図
【図３】バーナノズルと保護カバーを示し、（ａ）は分解した状態の縦断面図、（ｂ）は組み立てた状態の縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明による燃焼設備構造の実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明の燃焼設備としては、加熱炉、熱処理炉、保持炉、焼き戻し炉、浸炭炉などの各種の炉があり、図１の（ａ）、（ｂ）に示すように、炉壁１が、耐熱性のセラミックスタイルで形成され、その炉壁１には、ノズル用孔３が炉壁１を貫通して炉内２に開口するように穿たれ、燃焼用酸素含有ガスを供給する酸素供給ラインとしての酸素供給孔４も、炉壁１を貫通して炉内２に開口するように複数（この実施形態では２個）穿たれている。
ノズル用孔３は、断面形状が円形で、その内部には、燃料ガスを供給する燃料供給ラインとしての燃料供給管５が挿入配置され、その燃料供給管５の先端に接続されるバーナノズル６が、ノズル用孔３に内嵌されて炉内２に開口するように設けられている。
【００１３】
バーナノズル６は、全体が円筒形状で、耐熱性の高いセラミックス、例えば、純度９９．９％以上のＡｌ2Ｏ3を用いたアルミナセラミックスで形成されている。そして、バーナノズル６は、図２に示すように、その長手方向に沿って分割された２個の半割り部材６ａからなり、その２個の半割り部材６ａを図外の耐熱接着剤（例えば、Ａｌ2Ｏ3のペーストなど）により接合して構成され、図３の（ａ）、（ｂ）に示すように、長手方向の一端部に雌ねじ７が刻設され、他端部に燃料噴出孔８が開口している。
バーナノズル６の雌ねじ７は、燃料供給管５先端の雄ねじと螺合して、燃料供給管５の先端にバーナノズル６を接続するためのもので、そのねじ部は、ねじ部からの損傷を抑制するため、通常のねじ部に比べてねじ山を緩くした設計とされている。
【００１４】
一例を挙げると、外径Ｄ１が５０ｍｍ程度の円筒体に対して、内径Ｄ２が３０ｍｍ程度の雌ねじ７を刻設する場合、一般的には、ＪＩＳＢ−０２０２のＰＦ３／４に基づいて、１インチ当たりの山数が１４で、ピッチが１．８ｍｍ、山頂と谷底の曲率半径が０．２５ｍｍ程度のねじが採用される。
しかしながら、本発明では、例えば、旧ＪＩＳＢ−０１０１のＰＦ１−１／２に基づいて、１インチ当たりの山数が６で、ピッチが４．２３ｍｍ、山頂と谷底の曲率半径が２ｍｍ程度の非常に緩いねじが採用され、それによって、ねじ部からの損傷を回避するように構成されている。
【００１５】
バーナノズル６は、半割り状の燃料噴出孔８を備えた２個の半割り部材６ａを接合し、その後、雌ねじ７を刻設して形成され、さらに、図３の（ａ）、（ｂ）に示すように、その長手方向の全外周が、耐熱金属からなる保護カバー９の円筒部９ａにより覆われ、かつ、その炉内２側の端面が、保護カバー９のフランジ部９ｂにより覆われている。つまり、バーナノズル６には、耐熱金属製の保護カバー９が被せられ、その長手方向の全外周と炉内２側の端面が保護カバー９により一体的に覆われて、その保護カバー９が、耐熱接着剤（例えば、Ａｌ2Ｏ3のペーストなど）によりバーナノズル６に接着されている。
そして、その保護カバー９により覆われたバーナノズル６が、図１の（ａ）に示すように、バーナノズル６の炉内２側の先端面を覆う保護カバー９のフランジ部９ｂが炉壁１の内面と面一になる状態でノズル用孔３に内嵌されている。
【００１６】
保護カバー９を形成する耐熱金属は、バーナノズル６を形成するセラミックの熱膨張係数λｓにできるだけ近い熱膨張係数λｍを有することが重要で、本発明では、耐熱金属の熱膨張係数λｍのセラミックスの熱膨張係数λｓに対する比（λｍ／λｓ）が、６００℃で１〜１．２２となるように設定されている。
具体的には、バーナノズル６が、常温〜２００℃で６．５×１０-6／℃、６００℃で７．５×１０-6／℃の熱膨張係数λｓを有する純度９９．９％以上のＡｌ2Ｏ3を用いたアルミナセラミックスで形成され、保護カバー９が、常温〜２００℃で７．５×１０-6／℃、６００℃で９．１×１０-6／℃の熱膨張係数λｍを有するインコロイ９０３（スペシャルメタルズ社の商品名）で形成されて、（λｍ／λｓ）が、６００℃でほぼ１〜１．２２となるように設定されている。
【００１７】
このような構成の燃焼設備構造によれば、バーナノズル６の燃料噴出孔８から燃料ガス（例えば、１３Ａなどの都市ガス）が炉内２へ噴出され、複数の酸素供給孔４から燃焼用酸素含有ガス（例えば、燃焼用空気）が炉内２へ供給されて、その燃料ガスと燃焼用酸素含有ガスが炉内２で混合されて燃焼される。
その際、たとえバーナノズル６や保護カバー９が６００℃近くにまで加熱される過酷な条件下でも、保護カバー９を形成する耐熱金属の熱膨張係数λｍのバーナノズル６を形成するセラミックスの熱膨張係数λｓに対する比（λｍ／λｓ）が、６００℃で１〜１．２２に設定されているので、保護カバー９がバーナノズル６から乖離する可能性は少なく、バーナノズル６の損傷が確実に防止される。
【００１８】
〔別実施形態〕
（１）先の実施形態では、バーナノズル６を純度９９．９％以上のＡｌ2Ｏ3を用いたアルミナセラミックスにより形成した例を示したが、それ以外にも、例えば、炭化珪素系や窒化珪素系などの耐熱性の高いセラミックスを採用することができ、同様に、保護カバー９についても、特にインコロイ９０３に限るものではなく、その他のインコロイやインコネル（いずれもスペシャルメタルズ社の商品名）などを採用することができる。
その場合、バーナノズル６のセラミックスと保護カバー９の耐熱金属に関し、熱膨張係数の比（λｍ／λｓ）が、必ずしも６００℃で１〜１．２２になるように設定する必要はなく、熱膨張係数の比（λｍ／λｓ）は、バーナノズル６や保護カバー９の加熱温度条件などに応じて適宜設定可能である。
【００１９】
（２）先の実施形態では、バーナノズル６の炉内２側の先端面を覆う保護カバー９のフランジ部９ｂが、炉壁１の内面と面一になるように構成した例を示したが、保護カバー９のフランジ部９ｂが、炉壁１の内面からノズル用孔３内へ引退するようにバーナノズル６を配置することもできる。
さらに、バーナノズル６を２個の半割り部材６ａから構成した例を示したが、単一の円柱体に燃料噴出孔８を穿孔するとともに、雌ねじ７を刻設してバーナノズル６を形成することもでき、また、そのバーナノズル６と燃料供給管５との接続手段に関しても、特にねじによる螺合に限るものではなく、接着剤により接着して接続することもできる。
【００２０】
（３）先の実施形態では、単一のバーナノズル６に対して、その右側の上下に２個の酸素供給孔４を配置した例を示したが、バーナノズル６に対する酸素供給孔４の配置数は任意であり、例えば、単一のバーナノズル６に対して、酸素供給孔４を１個だけ配置することも、３個以上配置することも可能であり、さらに、酸素供給孔４を配置する位置についても任意に設定することができる。
【符号の説明】
【００２１】
１        炉壁
２        炉内
３        ノズル用孔
４        酸素供給ライン
５        燃料供給ライン
６        バーナノズル
６ａ      半割り部材
９        保護カバー
λｓ      セラミックスの熱膨張係数
λｍ      耐熱金属の熱膨張係数
【図１】
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【図２】
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【図３】
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