(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】耐熱性チューブ２内に供給される酸化剤ガスＹを、耐熱性チューブ２の側壁内面２ｃに向けて案内する案内手段９を備える。【選択図】図１
2013057449.tif 000002
【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、
前記耐熱性チューブ内に供給される前記酸化剤ガスを、前記耐熱性チューブの側壁内面に向けて案内する案内手段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】
前記案内手段は、前記耐熱性チューブの側壁内面に向けて傾斜されると共に前記酸化剤ガスを前記耐熱性チューブ内の燃焼領域に噴出するダクトであ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】
前記ダクト内の流れ方向に沿うと共に前記ダクトに連続して設けられる補助案内板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。
【請求項４】
前記ダクト内に配置されると共に前記ダクト内を流れる前記酸化剤ガスを整流する整流板を備えることを特徴とする請求項２または３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】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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、上記耐熱性チューブ内に供給される上記酸化剤ガスを、上記耐熱性チューブの側壁内面に向けて案内する案内手段を備えるという構成を採用する。
【００１０】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記案内手段が、上記耐熱性チューブの側壁内面に向けて傾斜されると共に上記酸化剤ガスを上記耐熱性チューブ内の燃焼領域に噴出するダクトであるという構成を採用する。
【００１１】
第３の発明は、上記第２の発明において、上記ダクト内の流れ方向に沿うと共に上記ダクトに連続して設けられる補助案内板を備えるという構成を採用する。
【００１２】
第４の発明は、上記第２または第３の発明において、上記ダクト内に配置されると共に上記ダクト内を流れる上記酸化剤ガスを整流する整流板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、案内手段によって、耐熱性チューブの側壁内面に向けて酸化剤ガスが案内される。このため、耐熱性チューブの内部に供給された酸化剤ガスが供給直後に耐熱性チューブの内部から排気されることを防止することができる。さらに、耐熱性チューブの内部に供給された燃料が酸化剤ガスの流れに乗って供給直後に耐熱性チューブの内部から排気されることを防止することができる。
したがって、本発明によれば、耐熱性チューブの閉塞端側に燃料及び酸化剤ガスを十分に供給することができ、耐熱性チューブの内部の全体において均一な燃焼を行うことができる。このため、耐熱性チューブの表面における温度分布が均一化される。
また、本発明によれば、燃料が酸化剤ガスの流れに乗って供給直後に耐熱性チューブの内部から排気されることを防止することができるため、耐熱性チューブ内部における燃料の滞留時間を長く確保することができ、燃料の未燃分を減少させることができる。
よって、本発明によれば、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が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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のラジアントチューブバーナの変形例を示す要部断面図である。
【図４】本発明の一実施形態のラジアントチューブバーナの変形例における概略構成を示す全体図である。
【図５】本発明の一実施形態のラジアントチューブバーナの変形例を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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、制御装置６とを備えている。
【００１７】
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。
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。
【００１８】
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７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７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８が設けられている。
【００１９】
通気路８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８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。
なお、後に詳説するが、仕切板７にはダクト９が設けられており、通気路８は当該ダクト９を介して燃焼領域Ｒ１と連通されている。また、ダクト９と反対側の通気路８の端部には、通気孔１０が設けられている。
【００２０】
各通気路８の内部には、蓄熱体１１が配置されている。これらの蓄熱体１１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１１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１１に吸収されて蓄熱される。一方、各蓄熱体１１に通気孔１０側から空気Ｙが供給されると、蓄熱体１１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。
【００２１】
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出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。
【００２２】
燃料噴射ノズル３ａは、耐熱性チューブ２内部の燃焼領域Ｒ１に対して燃料Ｎを噴射するものであり、仕切板７の中央に形成された貫通孔７ａ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。
【００２３】
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７の貫通孔７ａから燃焼領域Ｒ１側に覗かせて配置されている。
【００２４】
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６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。
【００２５】
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６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。
【００２６】
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６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。
【００２７】
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６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８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８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８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。
【００２８】
ダクト９は、通気路８を介して供給される空気Ｙを燃焼領域Ｒ１に導入するため、あるいは、燃焼領域Ｒ１から通気路８に燃焼ガスＧを導入するための流路である。
そして、本実施形態においてダクト９は、耐熱性チューブ２内の燃焼領域Ｒ１に供給される空気Ｙを耐熱性チューブ２の側壁内面２ｃに向けて案内する。
具体的には、図１に示すように、ダクト９は、噴出し方向に向かうに連れて燃料噴射ノズル３ａから離間よるように燃料噴射方向に対して傾斜されており、これによってダクト９内を通る空気Ｙを耐熱性チューブ２の側壁内面２ｃに向けて案内する。
【００２９】
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８に空気Ｙを供給する場合には、図１における実線の矢印で示すように、左側の通気路８を空気Ｙが通過し、左側の通気路８を通過する際に空気Ｙが蓄熱体１１に蓄熱された熱量で加熱される。
そして、左側の通気路８で加熱された空気Ｙは、ダクト９を介して耐熱性チューブ２の燃焼領域Ｒ１に供給される。この際、空気Ｙは、ダクト９によって耐熱性チューブ２の側壁内面２ｃに向けて案内される。
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と混合された燃焼される。
一方、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９を介して右側の通気路８に供給されて排気される。この際、右側の通気路８に収容された蓄熱体１１に燃焼ガスＧの熱量が吸熱されて蓄熱される。
【００３０】
また、図１における紙面右側の通気路８に空気Ｙを供給する場合には、図１における破線の矢印で示すように、右側の通気路８を空気Ｙが通過し、右側の通気路８を通過する際に空気Ｙが蓄熱体１１に蓄熱された熱量で加熱される。
そして、右側の通気路８で加熱された空気Ｙは、ダクト９を介して耐熱性チューブ２の燃焼領域Ｒ１に供給される。この際、空気Ｙは、ダクト９によって耐熱性チューブ２の側壁内面２ｃに向けて案内される。
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。
一方、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における破線の矢印で示すように、燃焼領域Ｒ１からダクト９を介して左側の通気路８に供給されて排気される。この際、左側の通気路８に収容された蓄熱体１１に燃焼ガスＧの熱量が吸熱されて蓄熱される。
【００３１】
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、ダクト９によって、耐熱性チューブ２の側壁内面２ｃに向けて空気Ｙが案内される。このため、耐熱性チューブ２の内部の燃焼領域Ｒ１に供給された空気Ｙが供給直後に燃焼領域Ｒ１から排気されることを防止することができる。さらに、耐熱性チューブ２の内部に供給された燃料Ｎが空気Ｙの流れに乗って供給直後に耐熱性チューブ２の内部から排気されることを防止することができる。
したがって、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の閉塞端２ａ側に燃料Ｎ及び空気Ｙを十分に供給することができ、耐熱性チューブ２の内部の全体において均一な燃焼を行うことができる。このため、耐熱性チューブ２の表面における温度分布が均一化される。
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、燃料Ｎが空気Ｙの流れに乗って供給直後に耐熱性チューブ２の内部から排気されることを防止することができるため、耐熱性チューブ２内部における燃料Ｎの滞留時間を長く確保することができ、燃料Ｎの未燃分を減少させることができる。
よって、本実施形態のラジアントチューブバーナ１によれば、燃料Ｎや空気Ｙのショートパスを防ぎ、耐熱性チューブ２の表面における温度分布を均一化すると共に燃料Ｎの未燃分を減少させることが可能となる。
【００３２】
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、耐熱性チューブ２の側壁内面２ｃに向けて空気Ｙが案内するのに、傾斜されたダクト９を用いている。
このため、簡易な構成にて耐熱性チューブ２の側壁内面２ｃに向けて空気Ｙを案内することができる。
【００３３】
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。
【００３４】
例えば、図３（ａ）に示すように、ダクト９を断面円形の形状として複数設けることも可能である。
また、図３（ｂ）に示すように、断面円形のダクト９と、断面が略矩形のダクト９を各々備える構成を採用することも可能である。
【００３５】
また、図４に示すように、ダクト９内の流れ方向に沿うと共にダクト９に連続して設けられる補助案内板１２を備える構成を採用することも可能である。
このような構成を採用することによって、実質的にダクト９の流路長を延長することができ、ダクト９から吐出される空気Ｙの指向性を高めることができ、確実に空気Ｙを耐熱性チューブ２の側壁内面２ｃに到達させることが可能となる。
なお、補助案内板１２を燃焼領域Ｒ１側に設けることも可能であるが、燃焼領域Ｒ１内での流れを妨げる要因となる可能性があるため、通気路８側に設けることが好ましい。
【００３６】
また、図５に示すように、ダクト９内に配置されると共にダクト９内を流れる空気Ｙを整流する整流板１３を備える構成を採用することも可能である。
図５においては、１つのダクト９に対して整流板１３を３枚設ける構成を示しているが、整流板１３の枚数は任意である。
このような構成を採用することによって、ダクト９から吐出される空気Ｙの指向性を高めることができ、確実に空気Ｙを耐熱性チューブ２の側壁内面２ｃに到達させることが可能となる。
【００３７】
なお、上記実施形態においては、本発明の案内手段がダクト９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、ダクト９から吐出された空気Ｙを耐熱性チューブ２の側壁内面２ｃに向けて案内する案内部材を別途設置し、当該案内部材を本発明の案内手段とすることも可能である。
【００３８】
また、上記実施形態においては、空気Ｙが酸化剤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】
【００３９】
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、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（ガス供給排気手段）、６……制御装置、７……仕切板、８……通気路、９……ダクト（案内手段）、１０……通気孔、１１……蓄熱体、１２……補助案内板、１３……整流板、Ｇ……燃焼ガス、Ｎ……燃料、Ｙ……空気（酸化剤ガス）
【図１】
2013057449.tif 000003
【図２】
2013057449.tif 000004
【図３】
2013057449.tif 000005
【図４】
2013057449.tif 000006
【図５】
2013057449.tif 000007