(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が閉塞されたラジアントチューブの基端側から先端側に向けて、ガス燃料を前記ラジアントチューブの内周面に沿う筒状に供給する燃料供給部と、
前記燃料供給部から筒状に供給されるガス燃料の内方側に燃焼用酸素含有ガスを旋回する状態で供給する酸素含有ガス供給部としての環状の空気吐出口と、
前記ラジアントチューブの中央部を通して、前記ラジアントチューブの先端側から基端側に流動する燃焼ガスを排気する排気部とが設けられて、
炎を前記ラジアントチューブの内周面に沿って前記ラジアントチューブの先端側に延びるように形成し、燃焼ガスを前記ラジアントチューブ内の先端で反転させて、前記炎の内方側を流動させて前記排気部から排出するように構成されているシングルエンド型ラジアントチューブ燃焼装置。
【請求項２】
前記酸素含有ガス供給部へ燃焼用酸素含有ガスを導く酸素含有ガス路が、前記酸素含有ガス供給部からの燃焼用酸素含有ガス供給方向視にて、前記排気部から排出される燃焼ガスを導く排気路の外周を囲む環状で、且つ、前記排気路における出口側から燃焼用酸素含有ガスが供給されるように構成され、
前記酸素含有ガス路及び前記排気路が、前記酸素含有ガス路を流れる燃焼用酸素含有ガスと前記排気路を流れる燃焼ガスとの間で熱交換させるように構成されている請求項１記載のシングルエンド型ラジアントチューブ燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シングルエンド型ラジアントチューブ燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかるシングルエンド型ラジアントチューブ燃焼装置は、例えば、金属溶解、熱処理等の工業炉の熱源として用いられるものであり、先端が閉塞されたラジアントチューブ内でガス燃料を燃焼させて、加熱対象物を間接的に加熱するものである。
従来は、図６に示すように、ラジアントチューブ１内に、両端が開口した燃焼筒４０をその先端がラジアントチューブ１の閉塞先端側を向き且つ閉塞先端との間に間隔が開く状態で設けていた。
そして、ラジアントチューブ１の基端側から先端側に向けて、ガス燃料Ｇを燃焼筒４０の中心に供給する燃料供給部４１と、その燃料供給部４１から供給されるガス燃料Ｇの外周側を筒状に流動させる状態で燃焼用酸素含有ガスＡを燃焼筒４０内に供給する酸素含有ガス供給部４２と、燃焼筒４０とラジアントチューブ１との間の環状空間を通してラジアントチューブ１の先端側から基端側に向けて流動する燃焼ガスＥを排気する排気部４３とを設け、炎Ｆを燃焼筒４０内にてラジアントチューブ１の先端に向けて延びるように形成し、燃焼ガスＥをラジアントチューブ１の先端で反転させて、燃焼筒４０とラジアントチューブ１との間の環状空間を流動させて、排気部４３から排出するように構成していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、かかるシングルエンド型ラジアントチューブ燃焼装置においては、加熱はラジアントチューブを介して行われるものである。
しかしながら、従来のシングルエンド型ラジアントチューブ燃焼装置では、燃焼筒は、輻射率の向上には多少の寄与はするものの、加熱には直接寄与しないにもかかわらず、ガス燃料の燃焼を完結させるには不可欠のものであるが、その燃焼筒に起因して下記のように種々の問題があった。
即ち、部品点数が多くなることから、材料費が高くなると共に、構成が複雑になって製造作業が複雑になるためにコストアップの要因となり、低廉化を図り難かった。
又、燃焼筒が変形してラジアントチューブに接触すると、ラジアントチューブにも異常を来たす虞があり、あるいは、燃焼筒が焼損すると燃焼が不安定となることから、ラジアントチューブの点検ばかりでなく、燃焼筒の点検も必要となるが、燃焼筒はラジアントチューブ内に位置することから、その燃焼筒の点検作業が複雑となり、延いては、メンテナンスが複雑なものとなっていた。
【０００４】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、シングルエンド型ラジアントチューブ燃焼装置において、低廉化及びメンテナンスの簡素化を図ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１記載の発明〕
請求項１に記載の特徴構成は、先端が閉塞されたラジアントチューブの基端側から先端側に向けて、ガス燃料を前記ラジアントチューブの内周面に沿う筒状に供給する燃料供給部と、
前記燃料供給部から筒状に供給されるガス燃料の内方側に燃焼用酸素含有ガスを旋回する状態で供給する酸素含有ガス供給部としての環状の空気吐出口と、
前記ラジアントチューブの中央部を通して、前記ラジアントチューブの先端側から基端側に流動する燃焼ガスを排気する排気部とが設けられて、
炎を前記ラジアントチューブの内周面に沿って前記ラジアントチューブの先端側に延びるように形成し、燃焼ガスを前記ラジアントチューブ内の先端で反転させて、前記炎の内方側を流動させて前記排気部から排出するように構成されていることにある。
請求項１に記載の特徴構成によれば、燃料供給部にて、ガス燃料がラジアントチューブの内周面に沿う筒状に供給され、酸素含有ガス供給部にて、燃焼用酸素含有ガスが旋回する状態で、燃料供給部から筒状に供給されるガス燃料の内方側に供給されて、炎がラジアントチューブの内周面に沿ってラジアントチューブの先端側に延びるように形成され、燃焼ガスが、ラジアントチューブ内の先端で反転して炎の内方側をラジアントチューブの基端側に向かって流動して、排気部にて排出される。
つまり、ガス燃料がラジアントチューブの内周面に沿う筒状に供給され、そのように筒状に供給されるガス燃料の内方側に、燃焼用酸素含有ガスが旋回する状態で供給されることから、燃焼用酸素含有ガスの遠心力により、ガス燃料がラジアントチューブの内周面に沿って流動しながら、燃焼用酸素含有ガスとの混合が行われるので、炎がラジアントチューブの内周面に沿ってラジアントチューブの先端側に延びるように形成される。
燃焼ガスは、ラジアントチューブ内の先端で反転して、炎の内方側をラジアントチューブの基端側に向かって流動し、排気部にて排出される。
ラジアントチューブの内周面に沿ってラジアントチューブの先端側に向かって筒状に流れる燃焼気流（以下、外流と称する場合がある）と、その筒状の外流の内方側をラジアントチューブの基端側に向かって流動する燃焼気流（以下、内流と称する場合がある）との境界部は燃焼気流の乱れが発生し易く、ガス燃料と燃焼用酸素含有ガスとの混合はこの境界部分の影響を受け易いが、筒状に流動するガス燃料の内方側を燃焼用酸素含有ガスが旋回状態で流動することから、その燃焼用酸素含有ガスの遠心力により、ガス燃料は内流から離れて流れ易くなるので、外流と内流との境界部に酸素濃度の高い層を生じさせて、その酸素濃度の高い層にて、炎の形成に対する内流の影響を抑制することが可能となるので、燃焼を安定して完結させることができるのである。
つまり、従来の如き燃焼筒を用いることなく、ラジアントチューブ内で燃焼を安定して完結させることが可能となるので、燃焼筒を用いない分、材料費が安くなると共に、構成が簡単になって製造作業が簡単となることから、コストダウンを図ることが可能となり、又、従来の如き燃焼筒の点検が不要となる。
従って、シングルエンド型ラジアントチューブ燃焼装置において、低廉化及びメンテナンスの簡素化を図ることができるようになった。
【０００６】
〔請求項２記載の発明〕
請求項２に記載の特徴構成は、前記酸素含有ガス供給部へ燃焼用酸素含有ガスを導く酸素含有ガス路が、前記酸素含有ガス供給部からの燃焼用酸素含有ガス供給方向視にて、前記排気部から排出される燃焼ガスを導く排気路の外周を囲む環状で、且つ、前記排気路における出口側から燃焼用酸素含有ガスが供給されるように構成され、
前記酸素含有ガス路及び前記排気路が、前記酸素含有ガス路を流れる燃焼用酸素含有ガスと前記排気路を流れる燃焼ガスとの間で熱交換させるように構成されていることにある。
請求項２に記載の特徴構成によれば、    燃焼ガスが排気路をラジアントチ  ューブの先端側から基端側に向かう方向に出口に向かって流動し、その排気路の外周を囲む環状の酸素含有ガス路を燃焼用酸素含有ガスがラジアントチューブの基端側から先端側に向かう方向に流動し、酸素含有ガス路を流れる燃焼用酸素含有ガスと排気路を流れる燃焼ガスとの間で熱交換されて、燃焼ガスにて酸素含有ガスが予熱される。
そして、燃料供給部、酸素含有ガス供給部、排気部は、記載順に外側から内側に向けて並んで、燃料供給部が最外周に位置することから、その燃料供給部にガス燃料を導くための燃料路も、排気路の外周を囲む環状の酸素含有ガス路の外周、即ち、最外周に位置するので、排熱回収効率を高くすべく酸素含有ガス路及び排気路の長さを長くするに当たっては、最外周の燃料路に制限されること無く、長くすることが可能である。つまり、燃料路を長くすること無く、酸素含有ガス路及び排気路を長くして、排熱回収効率を高くすることが可能となる。
一方、従来では、図６に示すように、燃料供給部４１、酸素含有ガス供給部４２、排気部４３は、記載順に内側から外側に向けて並んで、燃料供給部４１は最内周に位置することから、酸素含有ガス供給部４２からの燃焼用酸素含有ガス供給方向視にて、酸素含有ガス供給部４２へ燃焼用酸素含有ガスＡを導く酸素含有ガス路４４は、燃料供給部４１にガス燃料Ｇを導くための燃料路４５の外周を囲む環状に構成され、排気部４３から排出される燃焼ガスＥを導く排気路４６は酸素含有ガス路４４の外周を囲む環状に構成されて、燃料路４５は最内周に位置するので、排熱回収効率を高くすべく酸素含有ガス路４４及び排気路４６の長さを長くするに当たっては、それらの内方側に位置する燃料路４５に規制されることとなる。つまり、排熱回収効率を高くすべく、酸素含有ガス路４４及び排気路４６の長さを長くするには、それらに対応して燃料路４５も長くする必要があり、構成が複雑化する。
従って、請求項２に記載の特徴構成によれば、燃料路を長くすること無く、酸素含有ガス路及び排気路を長くして、排熱回収効率を高くすることが可能となるので、構成を簡略化して低廉化を図りながら、排熱回収効率を高くして熱効率を向上することが可能となった。
【０００７】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
以下、図１ないし図３に基づいて、本発明の第１実施形態を説明する。尚、図１及び図３において、ガス燃料Ｇの流れを実線矢印にて示し、燃焼用酸素含有ガスとしての燃焼用空気Ａの流れを一点鎖線矢印にて示し、燃焼ガスＥの流れを破線矢印にて示す。
図１ないし図３に示すように、シングルエンド型ラジアントチューブ燃焼装置は、先端が閉塞されたラジアントチューブ１と、そのラジアントチューブ１の基端側にそのラジアントチューブ１内でガス燃料Ｇを燃焼させるように設けたバーナＢとを備えて構成してある。
【０００８】
バーナＢは、ラジアントチューブ１の基端側から先端側に向けて、ガス燃料Ｇをラジアントチューブ１の内周面に沿う筒状に供給する燃料供給部としての複数の燃料噴出孔２と、複数の燃料噴出孔２から筒状に供給されるガス燃料Ｇの内方側に燃焼用空気Ａを旋回する状態で供給する酸素含有ガス供給部としての空気吐出口３と、ラジアントチューブ１の中央部を通して、ラジアントチューブ１の先端側から基端側に流動する燃焼ガスＥを排気する排気部としての排気口４とを設けて、炎Ｆをラジアントチューブ１の内周面に沿ってラジアントチューブ１の先端側に延びるように形成し、燃焼ガスＥをラジアントチューブ１内の先端で反転させて、炎Ｆの内方側を流動させて排気口４から排出するように構成してある。
【０００９】
図１ないし図３に基づいて、バーナＢについて説明を加える。
それぞれ円筒状で、記載順に大径となる内筒５、中間筒６及び外筒７を、同軸状に三重に重ねて配設してある。外筒７をラジアントチューブ１の基端に内嵌可能なように、外筒７の外径はラジアントチューブ１の内径と略同一にしてある。中間筒６の先端は外筒７の先端よりも突出させ、内筒５の先端は中間筒６の先端よりも突出させ、並びに、中間筒６の基端は外筒７の基端よりも突出させ、内筒５の基端は中間筒６の基端よりも突出させてある。
【００１０】
周方向に等間隔で複数（本実施形態では８個）の燃料噴出孔２を穿設した環状体８を、外筒７の先端縁と中間筒６の外周面とにより形成される環状の開口部に嵌め込み、外筒７の基端は閉塞して、中間筒６と外筒７との間に形成される環状の空間を、複数の燃料噴出孔２にガス燃料Ｇを導く燃料路９として機能させるようにし、外筒７の基端側に、ガス燃料Ｇを燃料路９に受け入れる燃料受入口１０を設けてある。
【００１１】
中間筒６の先端縁と内筒５の外周面とにより形成される環状の開口部を空気吐出口３として機能させ、中間筒６の基端は閉塞し、内筒５と中間筒６との間に形成される環状の空間を、空気吐出口３に燃焼用空気Ａを導く酸素含有ガス路としての空気路１１として機能させるようにし、その空気路１１内に旋回羽根１２を配設して、空気路１１を流動する燃焼用空気Ａがその旋回羽根１２を通過することにより旋回流動するように構成し、中間筒６の基端側に、燃焼用空気Ａを受け入れる空気受入口１３を設けてある。
【００１２】
内筒５の先端の円形の開口部を排気口４として機能させ、内筒５の内部を、排気口４から排出される燃焼ガスＥを導く排気路１４として機能させ、内筒５の基端開口部を排気路１４の出口１５として機能させるように構成してある。
【００１３】
つまり、空気吐出口３へ燃焼用空気Ａを導く空気路１１を、空気吐出口３からの燃焼用空気吐出方向視（燃焼用酸素含有ガス供給方向視に相当する）にて、排気口４から排出される燃焼ガスＥを導く排気路１４の外周を囲む環状で、且つ、排気路１４における出口１５側から燃焼用空気Ａを供給するように構成してある。
【００１４】
上述のように構成したバーナＢを、外筒７の先端側をラジアントチューブ１の基端に内嵌した状態で、ラジアントチューブ１に組み付けてある。
燃料受入口１０に、都市ガス等のガス燃料Ｇを導く燃料供給路１６を接続し、空気受入口１３には、給気ファン１７からの燃焼用空気Ａを導く空気供給路１８を接続し、並びに、排気路４の出口１５に、排気ファン１９にて吸気される燃焼ガスＥを導く燃焼ガス導出路２０を接続してある。但し、排気ファン１９は、ラジアントチューブ１の内圧を負圧に保つ必要のある場合のみにおいて使用するものである。
【００１５】
そして、燃料供給路１６を通じて供給されるガス燃料Ｇを燃料路９を通じて導いて、複数の燃料噴出孔２から、ラジアントチューブ１の内周面に沿う筒状に噴出し、空気供給路１８を通じて供給される燃焼用空気Ａを空気路１１を通じて導くと共に旋回羽根１２にて旋回させて、燃焼用空気Ａを、環状の空気吐出口３から、複数の燃料噴出孔２から筒状に噴出されるガス燃料Ｇの内方側に旋回する状態で吐出して、炎Ｆをラジアントチューブ１の内周面に沿ってラジアントチューブ１の先端側に延びるように形成し、燃焼ガスＥをラジアントチューブ１内の先端で反転させて、炎Ｆの内方側を流動させて排気口４から排気路１４へ排出させて、排気路１４を通じて導いて、燃焼ガス導出路２０を通じて排出するように構成してある。
【００１６】
上述のように構成したシングルエンド型ラジアントチューブ燃焼装置は、例えば、炉内を加熱する用途で用いる場合は、図１に示すように、炉壁３０に形成したチューブ挿入孔３１に、ラジアントチューブ１をその先端側から炉内３２に突出するように挿入した状態で設けて、ラジアントチューブ１を介して炉内３２を間接加熱する。
【００１７】
以下、本発明の第２実施形態を説明するが、第２実施形態において第１実施形態と同じ構成要素や同じ作用を有する構成要素については、重複説明を避けるために、同じ符号を付すことにより説明を省略し、主として、第１実施形態と異なる構成を説明する。
【００１８】
図４及び図５に示すように、第２実施形態においては、内筒５に、その内外に突出する状態で、複数の帯状のフィン２１を内筒５の長手方向に沿わせた姿勢で周方向に間隔を開けて並べて付設し、第１実施形態と同様に、空気吐出口３へ燃焼用空気Ａを導く空気路１１を、空気吐出口３からの燃焼用空気吐出方向視にて、排気口４から排出される燃焼ガスＥを導く排気路１４の外周を囲む環状で、且つ、排気路１４における出口１５側から燃焼用空気Ａを供給するように構成してある。
そして、空気路１１及び排気路１４を、空気路１１を流れる燃焼用空気Ａと排気路１４を流れる燃焼ガスＥとの間で熱交換させるように構成して、燃焼ガスＥの排熱を回収して燃焼用空気Ａを予熱する熱交換器２２を設けてある。
【００１９】
そして、上述のように熱交換器２２を設けるに当たっては、外筒７は第１実施形態と同様に、ラジアントチューブ１の基端側に近づけた状態としてあるが、中間筒６及び外筒７は、第１実施形態に比べて、ラジアントチューブ１の先端から基端に向く方向に長く延ばして、空気路１１及び排気路１４を長くして、排熱回収効率を高くするようにしてある。
【００２０】
そして、そのように、排熱回収効率を高くすべく空気路１１及び排気路１４を長くするに当たっては、燃料路９は、空気路１１、排気路１４及び燃料路９の配置形態において最外周に位置するので、空気路１１及び排気路１４は、最外周の燃料路９に制限されること無く、長くすることが可能である。つまり、燃料路９を長くすること無く、空気路１１及び排気路１４を長くして、排熱回収効率を高くすることが可能である。
【００２１】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ）  燃料供給部は、上記の実施形態において例示した如き環状体８に穿設した複数の燃料噴出孔２にて構成する場合に限定されるものではない。例えば、環状体８に周方向に間隔を隔てて複数の筒状ノズルを取り付けて、それら複数の筒状ノズルにて構成したり、環状体８に環状のスリットを形成して、その環状のスリットにて構成しても良い。
又、燃料供給部を、上記の実施形態の如き複数の燃料噴出孔２にて構成する場合、燃料噴出孔２の個数は変更可能である。
【００２２】
（ロ）  酸素含有ガス供給部からラジアントチューブ１内に供給する燃焼用酸素含有ガスとしては、上記の実施形態において例示した空気以外に、空気にラジアントチューブ１から排出した燃焼ガスＥを混合したものや、酸素含有率を高くした酸素富化空気等、種々のものを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るシングルエンド型ラジアントチューブ燃焼装置のラジアントチューブ長手方向に沿う面での断面図
【図２】第１実施形態に係るシングルエンド型ラジアントチューブ燃焼装置の要部のラジアントチューブ長手方向に沿う面での断面図
【図３】図２におけるイ−イ矢視図
【図４】第２実施形態に係るシングルエンド型ラジアントチューブ燃焼装置の要部のラジアントチューブ長手方向に沿う面での断面図
【図５】図４におけるロ−ロ矢視図
【図６】従来のシングルエンド型ラジアントチューブ燃焼装置のラジアントチューブ長手方向に沿う面での断面図
【符号の説明】
１    ラジアントチューブ
２    燃料供給部
３    酸素含有ガス供給部
４    排気部
１１  酸素含有ガス路
１４  排気路
Ａ    燃焼用酸素含有ガス
Ｅ    燃焼ガス
Ｆ    炎
Ｇ    ガス燃料
【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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