(57)【要約】【課題】ラジアントチューブバーナにおいて、燃料や酸化剤ガスのショートパスを防ぎ、耐熱性チューブの表面における温度分布を均一化すると共に燃料の未燃分を減少させる。【解決手段】燃料供給手段３ｃから供給された燃料を案内して噴射するノズル管３ａと、当該ノズル管３ａを移動させて燃料Ｎの噴射方向を変更するノズル管移動手段６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が閉塞端とされると共に他端が開口端とされる有底筒形状の耐熱性チューブと、前記開口端側から前記耐熱性チューブ内に燃料を供給する燃料供給手段と、前記開口端側から前記耐熱性チューブ内に酸化剤ガスを供給すると共に前記耐熱性チューブ内で発生した燃焼ガスを前記開口端側から排気するガス供給排気手段とを備えるラジアントチューブバーナであって、
前記燃料供給手段から供給された燃料を案内して噴射するノズル管と、
当該ノズル管を移動させて前記燃料の噴射方向を変更するノズル管移動手段と
を備えることを特徴とするラジアントチューブバーナ。
【請求項２】
前記ノズル管の噴射口側の先端が前記耐熱性チューブの軸に対して傾斜されていることを特徴とする請求項１記載のラジアントチューブバーナ。
【請求項３】
前記ノズル管移動手段は、前記耐熱性チューブの軸を中心として前記ノズル管を回転移動させる駆動部と、当該駆動部を制御する制御装置とを備えることを特徴とする請求項２記載の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、ラジアントチューブバーナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から加熱炉の炉内を加熱するために、例えば特許文献１や特許文献２に示すようなラジアントチューブバーナが用いられている。
このラジアントチューブバーナは、有底筒形状の耐熱性チューブを有しており、当該耐熱性チューブ内で発生した燃焼ガスにより加熱された耐熱性チューブにて炉内を加熱するものである。
このようなラジアントチューブバーナでは、耐熱性チューブの開口端側から閉塞端に向けて燃料や空気を供給し、耐熱性チューブの内部で発生した燃焼ガスを再び耐熱性チューブの開口端側から排気する構成を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−７９５２４号公報
【特許文献２】特開平１０−１３２２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のようなラジアントチューブバーナでは、燃料や空気を供給する供給部と燃焼ガスを排気する排気部とが耐熱性チューブの同一端側（開口端側）に設けられることとなる。このため、耐熱性チューブの内部に供給された燃料や空気が、耐熱性チューブの閉塞端側に回らず排気部にショートパスする場合がある。
【０００５】
このような燃料や空気の排気部へのショートパスが生じると、耐熱性チューブ内部における燃料分布が不均一となり、耐熱性チューブの表面における温度ムラが大きくなり、周辺環境の良好な加熱を行うことができなくなってしまう。
【０００６】
特に耐熱性チューブの内部が燃料や空気の供給領域と燃焼ガスの排気領域とが仕切板等によって区分けされていないラジアントチューブバーナではショートパスが生じやすくなり、耐熱性チューブの表面における温度ムラが生じやすくなることが懸念される。
また、燃料のショートパスが生じると、燃料が耐熱性チューブの閉塞端側に回る場合と比較して、燃焼される燃料が減少し、燃料の未燃分が増大する。
【０００７】
また、燃焼ガスの熱量を蓄熱材で蓄積し、この熱量を耐熱性チューブ内部に供給する空気の加熱に用いる蓄熱式のラジアントチューブバーナがある。このような蓄熱式のラジアントチューブバーナでは、始めに燃焼ガスの排気経路に配置された蓄熱材を、その後、空気の供給経路に配置する必要がある。通常、蓄熱式のラジアントチューブバーナでは、蓄熱材を移動させるのではなく、空気の供給経路と燃焼ガスの排気経路を反対に用いることによって、蓄熱した蓄熱材が空気の供給経路に配置されるようにしている。
例えば、上述の燃料のショートパスを防ぐためには、燃料を燃焼ガスの排気部から離間する側に向けて噴射することが考えられる。しかしながら、蓄熱式のラジアントチューブバーナにおいては、始めのうちは燃焼ガスの排気経路から遠ざかるように燃料が供給されていたとしても、空気の供給経路と燃焼ガスの排気経路とが反対となった場合には、逆に燃焼ガスの排気経路に近づくように燃料が供給され、ショートパスを助長することになる。
【０００８】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ラジアントチューブバーナにおいて、燃料や酸化剤ガスのショートパスを防ぎ、耐熱性チューブの表面における温度分布を均一化すると共に燃料の未燃分を減少させることを目的とする。
さらに、本発明は、蓄熱式のラジアントチューブバーナにおいて、空気（酸化剤ガス）の供給経路と燃焼ガスの排気経路とが反対となった場合であっても、燃料や酸化剤ガスのショートパスを防ぐことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【００１０】
第１の発明は、一端が閉塞端とされると共に他端が開口端とされる有底筒形状の耐熱性チューブと、上記開口端側から上記耐熱性チューブ内に燃料を供給する燃料供給手段と、上記開口端側から上記耐熱性チューブ内に酸化剤ガスを供給すると共に上記耐熱性チューブ内で発生した燃焼ガスを上記開口端側から排気するガス供給排気手段とを備えるラジアントチューブバーナであって、上記燃料供給手段から供給された燃料を案内して噴射するノズル管と、当該ノズル管を移動させて上記燃料の噴射方向を変更するノズル管移動手段とを備えるという構成を採用する。
【００１１】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記ノズル管の噴射口側の先端が上記耐熱性チューブの軸に対して傾斜されているという構成を採用する。
【００１２】
第３の発明は、上記第２の発明において、上記ノズル管移動手段が、上記耐熱性チューブの軸を中心として上記ノズル管を回転移動させる駆動部と、当該駆動部を制御する制御装置とを備えるという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ノズル管移動手段によってノズル管を移動させることによって、耐熱性チューブ内における燃料の噴射方向を変更することができる。したがって、例えば、耐熱性チューブの内部において、燃焼ガスの排気位置（排気部）から遠くに向かうように燃料の噴射方向を変更することによって、燃料がショートパスして排気されることを防止することができる。
また、燃料を噴射することによって耐熱性チューブの内部に流れを形成することができる。このため、耐熱性チューブの内部に供給された燃料が、燃焼ガスの排気位置から遠ざかって耐熱性チューブの閉塞端に向かうような循環流を形成することで、燃料のショートパスを防止することができる。本発明によれば、燃料の噴射方向を変更することによって、上記循環流を形成し、これによって燃料がショートパスして排気されることをより確実に防止することができる。
【００１４】
また、本発明によれば、耐熱性チューブ内における燃料の噴射方向を変更することができるため、空気の供給経路と燃焼ガスの排気経路とが反対となった場合であっても、燃料や酸化剤ガスのショートパスを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態におけるラジアントチューブバーナの概略構成を示す全体図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるラジアントチューブバーナの動作を説明するための全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明に係るラジアントチューブバーナの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１７】
図１は、本実施形態のラジアントチューブバーナ１の概略構成を示す全体図である。また、図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
これらの図に示すようにラジアントチューブバーナ１は、耐熱性チューブ２と、ガスバーナ３と、点火装置４と、ガス供給排気装置５と、駆動部６と、制御装置７とを備えている。
【００１８】
耐熱性チューブ２は、内部で燃焼ガスが生成されることによって加熱され部位である。
この耐熱性チューブ２は、図１に示すように、一端が閉塞端２ａとされ、他端が開口端２ｂとされる有底筒形状に形状されている。なお、耐熱性チューブ２は、図２に示すように、断面が略楕円形状の扁平した形状を有している。この耐熱性チューブ２は、図１及び図２に示す軸Ｌを中心として、図１における左右及び図２における上下に対称な形状とされている。
さらに、耐熱性チューブ２は、例えば耐熱性の金属あるいは炭化ケイ素（ＳｉＣ）によって形成されることで耐熱性を付与されている。
【００１９】
この耐熱性チューブ２の内部には、図１及び図２に示すように仕切板８が設けられており、これによって耐熱性チューブ２の内部空間が閉塞端２ａ側の領域と開口端２ｂ側の領域とに区分けされている。
そして、仕切板８によって区分けされた耐熱性チューブ２の内部領域のうち、閉塞端２ａ側の空間は燃焼領域Ｒ１とされ、開口端２ｂ側の領域には燃焼領域Ｒ１と耐熱性チューブ２との外部との間で気体を通気する通気路９が設けられている。
【００２０】
通気路９は、図１に示すように、耐熱性チューブ２の左右に分かれて２つ設けられている。これらの通気路９同士は、互いに独立しており、内部の気体が混ざり合うことがないように構成されている。
また、仕切板８にはダクト１０が設けられており、通気路９は当該ダクト１０を介して燃焼領域Ｒ１と連通されている。また、ダクト１０と反対側の通気路９の端部には、通気孔１１が設けられている。
【００２１】
各通気路９の内部には、蓄熱体１２が配置されている。これらの蓄熱体１２は、メッシュ構造等により気体を通過可能に構成されており、例えばセラミックスによって形成されている。
なお、各蓄熱体１２に燃焼領域Ｒ１側から燃焼ガスが供給されると、燃焼ガスの熱量が蓄熱体１２に吸収されて蓄熱される。一方、各蓄熱体１２に通気孔１１側から空気Ｙが供給されると、蓄熱体１２に蓄熱された熱量が空気Ｙに伝熱されて空気が加熱される。
【００２２】
ガスバーナ３は、耐熱性チューブ２内に燃料及び空気を噴射すると共に耐熱性チューブ２内に火炎を形成するものである。
このガスバーナ３は、図１に示すように、燃料噴射ノズル３ａ（ノズル管）と、空気噴射ノズル３ｂと、燃料供給部３ｃ（燃料供給手段）と、空気供給部３ｄとを備えている。
【００２３】
燃料噴射ノズル３ａは、燃料供給部３ｃから供給される燃料Ｎを耐熱性チューブ２内部にて案内すると共に燃焼領域Ｒ１に対して噴射するものであり、仕切板８の中央に形成された貫通孔８ａから燃焼領域Ｒ１側に燃料Ｎを噴射する先端部を覗かせて配置されている。また、燃料噴射ノズル３ａの噴射口３ａ１側の先端が屈曲され、耐熱性チューブの軸Ｌに対して傾斜されている。つまり、本実施形態において燃料噴射ノズル３ａの先端部は、噴出口が側壁内面２ｃに向けられるように屈曲されている。
また、燃料噴射ノズル３ａは、空気噴射ノズル３ｂの内部に配置された軸受３ｅによって、耐熱性チューブ２の軸Ｌを中心として回転可能に支持されている。
【００２４】
空気噴射ノズル３ｂは、耐熱性チューブ２内部の燃焼領域Ｒ１に対して空気を噴射するものであり、燃料噴射ノズル３ａを囲うと共に空気を噴射する先端部を仕切板８の貫通孔８ａから燃焼領域Ｒ１側に覗かせて配置されている。
【００２５】
燃料供給部３ｃは、燃料噴射ノズル３ａに対して燃料を供給することによって、耐熱性チューブ２の開口端２ｂ側から耐熱性チューブ２の内部に燃料を供給するものである。
この燃料供給部３ｃは、制御装置７の制御の下、燃料噴射ノズル３ａに供給する燃料量を調節する。
【００２６】
空気供給部３ｄは、空気噴射ノズル３ｂに対して空気を供給するものであり、制御装置７の制御の下、空気噴射ノズル３ｂに供給する空気量を調節する。
なお、空気供給部３ｄから供給される空気は、ガスバーナ３による火炎を形成することを主たる目的とするものであり、耐熱性チューブ２内部の燃焼領域Ｒ１全体における燃料の燃焼を主たる目的とするものではない。
【００２７】
点火装置４は、ラジアントチューブバーナ１の起動にあたり、ガスバーナ３から噴射される燃料及び空気に対して着火するものである。
この点火装置４は、燃料噴射ノズル３ａ及び空気噴射ノズル３ｂの先端部に近接して配置される点火プラグ４ａと、制御装置７の制御の下において点火プラグ４ａに規定の電圧を印加する点火トランス４ｂとを備えている。
【００２８】
ガス供給排気装置５は、開口端２ｂ側から耐熱性チューブ２内に空気Ｙを供給すると共に耐熱性チューブ２内で発生した燃焼ガスＧを開口端２ｂ側から排気するものである。
このガス供給排気装置５は、図１に示すように、制御装置７によって制御される切替弁５ａを備えており、不図示の空気ポンプあるいは排気ポンプと通気路９との接続状態を切り替えることによって、空気Ｙ及び燃焼ガスＧの流れ方向を変更できるように構成されている。
このガス供給排気装置５は、一方の通気路９を介して耐熱性チューブ２内に空気Ｙを供給し、他方の通気路９を介して耐熱性チューブ２内から燃焼ガスＧを排気する。
【００２９】
駆動部６は、燃料噴射ノズル３ａの後端に設置される第１ギア６ａと、当該第１ギア６ａと噛合する第２ギア６ｂと、当該第２ギア６ｂを回転駆動するステッピングモータ６ｃとを備えている。このような駆動部６は、制御装置７の制御の下、燃料噴射ノズル３ａを耐熱性チューブ２の軸Ｌを中心として回転移動させる。
【００３０】
制御装置７は、本実施形態のラジアントチューブバーナ１の全体を制御するものである。例えば、この制御装置７は、ガス供給排気装置５と電気的に接続されており、ガス供給排気装置５に、空気Ｙ及び燃焼ガスＧの流れ方向を設定させる。さらに、制御装置７は、駆動部６と電気的に接続されており、燃料噴射ノズル３ａの噴出口が燃焼ガスＧの排気位置から遠のく方向を向くように、駆動部６に燃料噴射ノズル３ａを回転移動させる。
なお、本実施形態においては、上記駆動部６と制御装置７とによって、本発明のノズル管移動手段が構成されている。
【００３１】
このような構成を採用する本実施形態のラジアントチューブバーナ１によれば、例えば、図１における紙面左側の通気路９に空気Ｙが供給されると、図１における実線の矢印で示すように、左側の通気路９を空気Ｙが通過し、左側の通気路９を通過する際に空気Ｙが蓄熱体１２に蓄熱された熱量で加熱される。
そして、左側の通気路９で加熱された空気Ｙは、ダクト１０を介して耐熱性チューブ２の燃焼領域Ｒ１に供給される。
耐熱性チューブ２の燃焼領域Ｒ１に供給された空気Ｙは、耐熱性チューブ２の左側の側壁内面２ｃに沿って耐熱性チューブ２の閉塞端２ａに向けて流れ、この過程で耐熱性チューブ２内の燃料Ｎと混合されて燃焼される。
また、燃料Ｎと空気Ｙとが燃焼されて発生した燃焼ガスＧは、図１における実線の矢印で示すように、燃焼領域Ｒ１からダクト１０を介して右側の通気路９に供給されて排気される。この際、右側の通気路９に収容された蓄熱体１２に燃焼ガスＧの熱量が吸熱されて蓄熱される。
【００３２】
また、上述のように左側の通気路９を空気Ｙが通過する場合には、図１に示すように、噴射口３ａ１が左側を向くように、駆動部６にて燃料噴射ノズル３ａが回転移動される。このため、燃料噴射ノズル３ａから噴射される燃料Ｎが、図１における左側（燃焼ガスＧが排気される右側の通気路９から遠い側）に向けて噴射される。このとき、耐熱性チューブ２の燃焼領域Ｒ１には、燃料Ｎが、燃焼ガスＧの排気位置から遠ざかって耐熱性チューブ２の閉塞端２ａに向かうような循環流Ｆ１が形成される。このような循環流Ｆ１に乗って、燃料Ｎは、耐熱性チューブ２の閉塞端２ａ側にまで供給される。
【００３３】
また、図１における紙面右側の通気路９に空気Ｙが供給されると、図３における破線の矢印で示すように、右側の通気路９を空気Ｙが通過し、右側の通気路９を通過する際に空気Ｙが蓄熱体１２に蓄熱された熱量で加熱される。
そして、右側の通気路９で加熱された空気Ｙは、ダクト１０を介して耐熱性チューブ２の燃焼領域Ｒ１に供給される。
耐熱性チューブ２の燃焼領域Ｒ１に供給された空気Ｙは、耐熱性チューブ２の右側の側壁内面２ｃに沿って耐熱性チューブ２の閉塞端２ａに向けて流れ、この過程で耐熱性チューブ２内の燃料Ｎと混合された燃焼される。
また、燃料Ｎと空気Ｙとが燃焼されて発生した燃焼ガスＧは、図３における破線の矢印で示すように、燃焼領域Ｒ１からダクト１０を介して左側の通気路９に供給されて排気される。この際、左側の通気路９に収容された蓄熱体１２に燃焼ガスＧの熱量が吸熱されて蓄熱される。
【００３４】
また、上述のように右側の通気路９を空気Ｙが通過する場合には、図３に示すように、噴射口３ａ１が右側を向くように、駆動部６にて燃料噴射ノズル３ａが回転移動される。このため、燃料噴射ノズル３ａから噴射される燃料Ｎが、図３における右側（燃焼ガスＧが排気される左側の通気路９から遠い側）に向けて噴射される。このとき、耐熱性チューブ２の燃焼領域Ｒ１には、燃料Ｎが、燃焼ガスＧの排気位置から遠ざかって耐熱性チューブ２の閉塞端２ａに向かうような循環流Ｆ２が形成される。このような循環流Ｆ２に乗って、燃料Ｎは、耐熱性チューブ２の閉塞端２ａ側にまで供給される。
【００３５】
以上のような本実施形態のラジアントチューブバーナ１によれば、駆動部６及び制御装置７によって燃料噴射ノズル３ａを移動させることによって、耐熱性チューブ２内における燃料Ｎの噴射方向を変更することができる。したがって、例えば、耐熱性チューブ２の内部において、燃焼ガスＧの排気位置から遠くに向かうように燃料Ｎの噴射方向を変更することによって、燃料Ｎがショートパスして排気されることを防止することができる。
また、燃料Ｎを噴射することによって、燃料Ｎが、燃焼ガスＧの排気位置から遠ざかって耐熱性チューブ２の閉塞端２ａに向かうような循環流Ｆ１，Ｆ２を形成することで、燃料のショートパスをより確実に防止することができる。
【００３６】
また、本実施形態のラジアントチューブバーナ１によれば、耐熱性チューブ２内における燃料Ｎの噴射方向を変更することができるため、空気Ｙの供給経路と燃焼ガスＧの排気経路とが反対となった場合であっても、燃料Ｎや空気Ｙのショートパスを防ぐことができる。
【００３７】
また、本実施形態のラジアントチューブバーナ１においては、燃料噴射ノズル３ａの噴射口３ａ１側の先端が耐熱性チューブ２の軸Ｌに対して傾斜されている。このため、燃料噴射ノズル３ａを耐熱性チューブ２の軸Ｌを中心として回転させるのみで、燃料Ｎの噴射方向を変更することができる。つまり、本実施形態のラジアントチューブバーナ１では、燃料噴射ノズル３ａを複数設置する必要がなく、１つの燃料供給系によって複数の方向に燃料Ｎを噴射することが可能となっている。
【００３８】
また、上記実施形態においては、本発明におけるノズル管移動手段が、耐熱性チューブ２の軸Ｌを中心として燃料噴射ノズル３ａを回転移動させる駆動部６と、当該駆動部６を制御する制御装置７とを備えている。
このため、制御装置７によって駆動部６を制御することによって、自動的に燃料噴射ノズル３ａからの燃料Ｎの噴射方向を変更することが可能となる。
【００３９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４０】
例えば、上記実施形態においては、燃料噴射ノズル３ａが、１つの噴射口３ａ１を備える構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、燃料噴射ノズル３ａが複数の噴射口を備える構成を採用することもできる。
このような構成を採用することによって、より広範囲に燃料Ｎを噴射することが可能となる。
【００４１】
また、上記実施形態においては、先端が屈曲された燃料噴射ノズル３ａを回転移動させることにより、燃料Ｎの噴射方向を変更する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、直管の燃料噴射ノズルを用い、当該燃料噴射ノズルを傾動させることによって燃料Ｎの噴射方向を変更する構成を採用することも可能である。
【００４２】
また、上記実施形態においては、空気Ｙが酸化剤ガス（酸化剤を含むガス）である構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、酸化剤ガスとして空気と異なる組成のガスを用いることも可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１……ラジアントチューブバーナ、２……耐熱性チューブ、２ａ……閉塞端、２ｂ……開放端、２ｃ……側壁内面、３……ガスバーナ、３ａ……燃料噴射ノズル（ノズル管）、３ｂ……空気噴射ノズル、３ｃ……燃料供給部（燃料供給手段）、３ｄ……空気供給部、４……点火装置、５……ガス供給排気装置、６……駆動部、６ａ……第１ギア、６ｂ……第２ギア、６ｃ……ステッピングモータ、７……制御装置、８……仕切板、９……通気路、１０……ダクト、１１……通気孔、１２……蓄熱体、１３……整流板、Ｇ……燃焼ガス、Ｎ……燃料、Ｙ……空気（酸化剤ガス）、Ｌ……軸
【図１】
2013181718.tif 000003
【図２】
2013181718.tif 000004
【図３】
2013181718.tif 000005