(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が閉塞された外管と、この外管の内側に所定間隔をもって配置された内管とからなるシングルエンドラジアントチューブの前記外管と内管とで形成される外管環状空間と内管内に外管蓄熱体と内管蓄熱体とを内蔵するとともに、前記外管環状空間と内管との各後部を交互に空気供給源と排気手段とに連通する２本の給排管に接続し、前記外管環状空間と内管に設けた燃焼ノズルでの燃焼を所定時間毎に交互に切り換えて交番燃焼を行ない、その燃焼排ガスの顕熱を前記内管蓄熱体あるいは外管蓄熱体で交互に回収し、高温の予熱空気で燃焼を行なうシングルエンド型蓄熱式ラジアントチューブバーナ装置において、
前記２本の給排管を、先端部にベンチュリ型吸引管を備えた構成とし、この給排管を排ガス排出口を備えたバイパス管で連通し、前記２本の給排管のうちいずれか一方の給排管を切換弁を切り換えて交互に空気供給手段に連通する構成とするとともに、前記燃焼ノズルを、前記外管環状空間に複数設置され、中心部から燃料ガスを噴出し、その外周から冷却空気を噴出する二重管構造の外管燃焼ノズルと、内管の中心部に配置され、かつ、中心部から燃料ガスを噴出し、その外周から冷却空気を噴出する二重管構造の内管燃焼ノズルとで構成するとともに、前記内管蓄熱体を、前記内管と内管燃焼ノズルの先端部との間に装着し、また、前記外管蓄熱体を、前記外管と外管燃焼ノズルの先端部との間に装着したことを特徴とするシングルエンド型蓄熱式ラジアントチューブバーナ装置。
【請求項２】
一端が閉塞された外管と、この外管の内側に所定間隔をもって配置された内管とからなるシングルエンドラジアントチューブの前記外管と内管とで形成される外管環状空間と内管内に外管蓄熱体と内管蓄熱体とを内蔵するとともに、前記外管環状空間と内管との各後部を交互に空気供給源と排気手段とに連通する２本の給排管に接続し、前記外管環状空間と内管に設けた燃焼ノズルでの燃焼を所定時間毎に交互に切り換えて交番燃焼を行ない、その燃焼排ガスの顕熱を前記内管蓄熱体あるいは外管蓄熱体で交互に回収し、高温の予熱空気で燃焼を行なうシングルエンド型蓄熱式ラジアントチューブバーナ装置の燃焼方法ににおいて、
炉内温度が燃料ガスの自己着火温度以下のときは、前記外管環状空間あるいは内管に設けた燃焼ノズルのいずれか一方に予混合燃料ガスを供給して連続燃焼を継続し、炉内温度が燃料ガスの自己着火温度以上になると、前記両燃焼ノズルでの燃焼を所定時間毎に切り換えて交番燃焼を行なうことを特徴とするシングルエンド型蓄熱式ラジアントチューブバーナ装置の燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シングルエンド型蓄熱式ラジアントチューブバーナ装置およびその燃焼方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シングルエンド型ラジアントチューブバーナ装置は、Ｕ型ラジアントチューブバーナ装置やＷ型ラジアントチューブバーナ装置の設置が困難な加熱設備に適用されるもので、このシングルエンド型ラジアントチューブバーナ装置は、たとえば、特開平７−８３４１４号公報等で提案されている。
【０００３】
すなわち、図２に示すように、前記シングルエンド型ラジアントチューブバーナ装置Ｔ１は先端が閉塞された外管１と、この外管１の内部に設けた内管２との二重管構造で構成され、かつ、前記内管２内に燃焼用空気供給管３、さらに、この燃焼用空気供給管３内に燃料ガス供給管４を配設し、前記燃焼用空気供給管３と内管２との間に形成した通路５に燃焼用空気を供給するとともに、燃料ガス供給管４から燃料ガスを供給して燃焼室６で燃焼させ、その燃焼排ガスは外管１の閉塞端部で反転したのち、外管１と内管２とで形成される環状空間７を通って外管１を加熱すると同時に、この燃焼排ガスの流れと対向して供給される燃焼用空気を予熱して排気されるようになっている。
【０００４】
しかしながら、前記のように、燃焼排ガスの流れと対向して供給される燃焼用空気を予熱する構成では、熱交換を行なう伝熱面積が制約されるため、熱回収率は炉内温度が９５０℃において約６５％程度であり、熱回収率に限界があった。
【０００５】
そこで、図３に示す構成のシングルエンド型蓄熱式ラジアントチューブバーナ装置Ｔ２が特開平７−８３４１４号公報にて提案されている。
【０００６】
このシングルエンド型蓄熱式ラジアントチューブバーナ装置Ｔ２は、先端が閉塞された外管１０と、この外管１０内に配設した内管１１との二重管構造で、外管１０と内管１１との後端部間に外管蓄熱体１２を、内管１１の後端部にも内管蓄熱体１３を各々備え、外管蓄熱体１２と内管蓄熱体１３の後端は切換弁Ｖを介して燃焼用空気供給ブロワ１４あるいは排気ブロワ１５に連通する。
【０００７】
また、内管１１内と、外管１０と内管１１とで形成される通路１６内に各々内管燃料ノズル１７と外管燃料ノズル１８とが配設されている。
【０００８】
そして、前記燃焼用空気供給ブロワ１４と排気ブロワ１５とを駆動するとともに切換弁Ｖを図示の状態とし内管燃料ノズル１７から燃料ガスを供給して点火すると、燃焼ガスは内管１１から前記通路１６を経て外管１０を加熱したのち、燃焼ガスは外管蓄熱体１２を通り燃焼排ガスの顕熱を最大限に回収する。
【０００９】
その後、切換弁Ｖを切り換えるとともに外管燃料ノズル１８から燃料ガスを供給する。この場合、燃焼用空気は、加熱された外管蓄熱体１２を通過して十分予熱されて燃焼に供されるため省エネルギー化が大きく、かつ、効率の高い燃焼を実現することができる。
【００１０】
所定時間経過すると切換弁Ｖを切り換えるとともに内管燃料ノズル１７から燃料ガスを供給して燃焼を行なう。以後、前記工程を繰り返し交番燃焼を行なう。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記シングルエンド型蓄熱式ラジアントチューブバーナ装置Ｔ２では、高温の予熱空気で燃焼するため燃焼火炎温度が高くなり、サーマルＮＯｘが増大する。また、燃焼用空気の供給と燃焼排ガスの排出を交互に切り換えるために燃焼用空気配管と燃焼排ガス配管中に切換弁を設ける必要があり、炉周りが配管で複雑になる。
【００１２】
さらに、内管燃料ノズル１７および外管燃料ノズル１８が内管蓄熱体１３と外管蓄熱体１２の下流側（前方）に配置される構造であるため、燃料ガスと燃焼用空気とが均一に混合されにくく、特に、燃料ガスの自己着火温度以下の低炉温時においては着火不良が頻発して安定燃焼ができないという課題を有する。
【００１３】
そこで本発明は、低ＮＯｘ化および省エネルギー化と効率の高い燃焼を燃焼ノズルを損傷することなく同時に実現することのできるシングルエンド型蓄熱式ラジアントチューブバーナ装置および燃料ガスの自己着火温度以下の低炉温時においても安定燃焼が可能なシングルエンド型蓄熱式ラジアントチューブバーナ装置の燃焼方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、一端が閉塞された外管と、この外管の内側に所定間隔をもって配置された内管とからなるシングルエンドラジアントチューブの前記外管と内管とで形成される外管環状空間と内管内に外管蓄熱体と内管蓄熱体とを内蔵するとともに、前記外管環状空間と内管との各後部を交互に空気供給源と排気手段とに連通する２本の給排管に接続し、前記外管環状空間と内管に設けた燃焼ノズルでの燃焼を所定時間毎に交互に切り換えて交番燃焼を行ない、その燃焼排ガスの顕熱を前記内管蓄熱体あるいは外管蓄熱体で交互に回収し、高温の予熱空気で燃焼を行なうシングルエンド型蓄熱式ラジアントチューブバーナ装置において、前記２本の給排管を、先端部にベンチュリ型吸引管を備えた構成とし、この給排管を排ガス排出口を備えたバイパス管で連通し、前記２本の給排管のうちいずれか一方の給排管を切換弁を切り換えて交互に空気供給手段に連通する構成とするとともに、前記燃焼ノズルを、前記外管環状空間に複数設置され、中心部から燃料ガスを噴出し、その外周から冷却空気を噴出する二重管構造の外管燃焼ノズルと、内管の中心部に配置され、かつ、中心部から燃料ガスを噴出し、その外周から冷却空気を噴出する二重管構造の内管燃焼ノズルとで構成するとともに、前記内管蓄熱体を、前記内管と内管燃焼ノズルの先端部との間に装着し、また、前記外管蓄熱体を、前記外管と外管燃焼ノズルの先端部との間に装着したものである。
【００１５】
また、一端が閉塞された外管と、この外管の内側に所定間隔をもって配置された内管とからなるシングルエンドラジアントチューブの前記外管と内管とで形成される外管環状空間と内管内に外管蓄熱体と内管蓄熱体とを内蔵するとともに、前記外管環状空間と内管との各後部を交互に空気供給源と排気手段とに連通する２本の給排管に接続し、前記外管環状空間と内管に設けた燃焼ノズルでの燃焼を所定時間毎に交互に切り換えて交番燃焼を行ない、その燃焼排ガスの顕熱を前記内管蓄熱体あるいは外管蓄熱体で交互に回収し、高温の予熱空気で燃焼を行なうシングルエンド型蓄熱式ラジアントチューブバーナ装置の燃焼方法ににおいて、炉内温度が燃料ガスの自己着火温度以下のときは、前記外管環状空間あるいは内管に設けた燃焼ノズルのいずれか一方に予混合燃料ガスを供給して連続燃焼を継続し、炉内温度が燃料ガスの自己着火温度以上になると、前記両燃焼ノズルでの燃焼を所定時間毎に切り換えて交番燃焼を行なうようにしたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の一実施の形態を図１にしたがって説明する。
本発明にかかるシングルエンド型蓄熱式ラジアントチューブバーナ装置Ｔは、大略、シングルエンドラジアントチューブ２０と、内管燃焼ノズル２６と、外管燃焼ノズル３０と、内管蓄熱体Ｒ１と、外管蓄熱体Ｒ２と、燃焼用空気供給ブロワ４０と燃料ガス供給源４１とからなる。
【００１７】
そして、前記シングルエンドラジアントチューブ２０は、先端（炉内側）が閉塞された外管２１と、この外管２１の内部に所定間隔をもって配設された前記外管２１より短い内管２２とで構成され、内管２２内部と外管２１内方とは外管先端部で連通している。なお、前記外管２１と内管２２の後端は閉塞されている。
【００１８】
前記内管燃焼ノズル２６は、前記内管２２の中心部に所定間隔をもって後端から装着し、その前方に内管燃焼室Ｓ１を形成するもので、中心部に燃料ガスを噴出する第１燃料供給管２７と、その外周に所定間隔をもって配設した第１冷却空気供給管２８とから構成され、前記第１燃料供給管２７と第１冷却空気供給管２８との間に第１冷却空気供給路２９を形成している。
【００１９】
前記外管燃焼ノズル３０は、前記外管２１と内管２２とで形成される環状空間２３内に後端から外管２１と内管２２に対して所定間隔をもって装着し、その前方に外管燃焼室Ｓ２を形成するもので、中心部に燃料ガスを噴出する第２燃料供給管３１とその外周に所定間隔をもって配設した第２冷却空気供給管３２とから構成され、前記第２燃料供給管３１と第２冷却空気供給管３２との間に第２冷却空気供給路３３を形成している。
【００２０】
また、前記内管２２と第１冷却空気供給管２８との間に形成される環状空間の前部には内管蓄熱体Ｒ１が、前記環状空間２３の前記第２冷却空気供給管３２の外周には外管蓄熱体Ｒ２が各々装填されている。
【００２１】
さらに、前記外管２１と内管２２との後端部には、第１給排管２４ａと第２給排管２４ｂとが設けられ、これら第１、第２給排管２４ａ，２４ｂは各々第１、第２ベンチュリ型吸引管３４ａ，３４ｂを備えるとともに、このベンチュリ型吸引管３４ａ，３４ｂ部分は排ガス排出口３６を備えたバイパス管３５で連通している。
【００２２】
前記燃焼用空気供給ブロワ４０は、外管燃焼用空気切換弁Ｖ１を介して第２ベンチュリ型吸引管３４ｂに、また、内管燃焼用空気切換弁Ｖ２を介して第１ベンチュリ型吸引管３４ａに接続するとともに、調節弁Ｖ３を介して第１冷却空気供給路２９への空気供給管に設けたミキサー４２と第２冷却空気供給路３３とに連通している。
【００２３】
前記燃料ガス供給源４１は減圧弁Ｖ４、昇温用電磁弁Ｖ６を介して前記第１冷却空気供給路２９への空気供給管に設けたミキサー４２に連通するとともに、減圧弁Ｖ５を介して内管燃焼用燃料切換弁Ｖ７から第１燃料供給管２７に、また、外管燃焼用燃料切換弁Ｖ８から第２燃料供給管３１にそれぞれ連通している。
【００２４】
つぎに、前記構成からなるシングルエンド型蓄熱式ラジアントチューブバーナ装置Ｔの操業について説明する。
【００２５】
まず、外管燃焼用空気切換弁Ｖ１を閉、内管燃焼用空気切換弁Ｖ２を開、調節弁Ｖ３を開、昇温用電磁弁Ｖ６を開、内管燃焼用燃料切換弁Ｖ７と外管燃焼用燃料切換弁Ｖ８とを閉とし、燃焼用空気供給ブロワ４０から燃焼用空気を第１ベンチュリ型吸引管３４ａを介して第１給排管２４ａから内管２２内に供給するとともに、前記内管燃焼ノズル２６の第１冷却空気通路２９には、ミキサー４２により予混合された予混合燃料ガスが供給され、内管燃焼室Ｓ１内に設けた図示しないパイロットバーナやスパークプラグ等を点火することにより着火し、内管燃焼室Ｓ１にて燃焼を開始する。
【００２６】
そして、前記燃焼により生じた燃焼排ガスは外管２１の閉塞した端部で反転し、内管２２と外管２１とで形成する環状空間２３を流れ、外管蓄熱体Ｒ２を加熱して第２給排管２４ｂからバイパス管３５に設けた排ガス排出口３６から排出される。この場合、第１ベンチュリ型吸引管３４ａから噴出する燃焼用空気による吸引作用で、前記排ガスの一部が燃焼用空気内に吸引されＮＯｘの低下に寄与することになる。
【００２７】
前述のように、燃焼排ガスは外管蓄熱体Ｒ２とともに外管燃焼ノズル３０をも加熱することになるが、外管燃焼ノズル３０の第２冷却用空気供給管３２には調節弁Ｖ３から所定量の冷却用空気が供給されているため、外管燃焼ノズル３０の熱的損傷および残留燃料によるクラッキングの発生が防止される。
【００２８】
そして、前記内管燃焼ノズル２６のみによる燃焼は、炉内温度が所定温度、たとえば、燃料ガスの自己着火温度以上になるまで継続する。
【００２９】
これは、炉内温度が、たとえば、燃料ガスの自己着火温度になる前に第１燃料供給管２７から燃料ガスを供給すると、この燃料ガスは、たとえば、約１００ｍ／秒の高速で噴出するため燃焼用空気との混合が十分に行なわれない等の理由により燃焼が不安定になるからである。
【００３０】
したがって、炉内温度が所定温度に達すると、前記内管燃焼用空気切換弁Ｖ２と昇温用電磁弁Ｖ６とを閉、外管燃焼用空気切換弁Ｖ１と外管燃焼用燃料切換弁Ｖ８とを開とし、第２燃料供給管３１から所定圧力に調節された燃料ガスが供給されるとともに、第２給排管２４ｂから燃焼用空気が供給され、外管燃焼室Ｓ２内に設けた図示しない点火手段で点火燃焼する。この場合、燃焼用空気は外管蓄熱体Ｒ２を通過し、その間に予熱されているため、直ちに安定した燃焼を行なう。
【００３１】
そして、前記燃焼排ガスは外管２１の閉塞した端部で反転し、内管２２内を流れて内管蓄熱体Ｒ１を加熱して第１給排管２４ａを通り排ガス排出口３６から排出される。
【００３２】
この場合においても、高温の燃焼排ガスにより内管燃焼ノズル２６が加熱されるが、調節弁Ｖ３から供給される所定量の冷却空気が第１冷却空気供給路２９へ供給されるため、内管燃焼ノズル２６の熱的損傷および残留燃料によるクラッキングの発生が防止される。
【００３３】
その後、所定時間、たとえば１０秒経過すると、外管燃焼用空気切換弁Ｖ１、外管燃焼用燃料切換弁Ｖ８を閉、内管燃焼用空気切換弁Ｖ２と内管燃焼用燃料切換弁Ｖ７を開とし、第１燃料供給管２７から燃料ガスを、内管蓄熱体Ｒ１を介して予熱した燃焼用空気を内管燃焼室Ｓ１に噴出させ、図示しない点火手段にて点火し安定した燃焼を行なう。この燃焼排ガスは外管蓄熱体Ｒ２を通って加熱したのち第２給排管２４ｂを介して排ガス排出口３６から排気される。この場合も、外管燃焼ノズル３０が高温の燃焼排ガスにより加熱されるが、第２冷却用空気供給管３２には調節弁Ｖ３から所定量の冷却用空気が供給されているため、外管燃焼ノズル３０の熱的損傷および残留燃料によるクラッキングの発生が防止されることになる。
【００３４】
その後、所定時間毎に前記動作を繰り返す。
【００３５】
なお、使用される燃料としては、気体燃料であれば特に限定されるものではない。特に、プロパンガスやブタンガス等の高カロリーガスを使用する場合、バーナのターンダウン時の燃焼性の向上および交番燃焼の切り換え時に燃え残り（燃焼が他方のバーナに切り換わっているにもかかわらず一方のバーナに火炎が存在している現象）が生じるため、前記燃料を燃焼用空気で希釈し、低位発熱量をＨＬ＝５０００〜１００００ｋｃａｌ／ｍ３Ｎに調節した希釈燃料とすることが好ましい。
【００３６】
また、交番燃焼時の燃料ガスおよび燃焼用空気の切換時において、切換弁の開動作は燃焼用空気切換弁が先に開となったのち燃焼用燃料切換弁を開とし、閉動作は燃焼用燃料切換弁を先に閉としたのち燃焼用空気切換弁を閉じるように制御することは言うまでもない。
【００３７】
さらに、前記実施の形態では、第１、第２給排管２４ａ，２４ｂにベンチュリ型吸引管３４ａ，３４ｂを設け、一方の給排管からの燃焼用空気のベンチュリ型吸引管からの噴出運動量によって，他方の給排管から燃焼排ガスの一部をバイパス管３５を介して燃焼用空気に吸引させ、排ガス循環により低ＮＯｘ化を図っているが、低ＮＯｘ化を図るには他の構成でもよいことは勿論である。ただ、前記構成とすると、燃焼用空気供給ブロワ４０の吸引側に排ガス循環配管や排ガス切換弁を設ける必要がなく、構成が簡単で安価な設備とすることができる。
【００３８】
また、前記実施の形態では、炉内温度が燃料ガスの自己着火温度以下のときは、内管燃焼ノズル２６の第１冷却空気供給路２９から予混合燃料ガスを供給して燃焼させるようにしたものを示したが、第１燃料供給管２７から予混合燃料ガスを供給してもよい。
【００３９】
さらに、予混合燃料ガスを外管燃焼ノズル３０の第２冷却空気供給路３３あるいは第２燃料供給管３１から供給するようにしてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１の発明によると、燃焼方法が交番燃焼であり、その燃焼排ガスが内管内および内管と外管間の空間に設けた蓄熱体を交互に通過し、燃焼用空気は前工程で加熱された蓄熱体を通って予熱されるため熱回収効率は８０〜５０％にも達し、省エネルギーと熱効率の高い燃焼を行なうことができる。しかも、内管および内管と外管との環状空間に設ける燃焼ノズルを、中央部から燃料ガスを噴出し、その外周から冷却空気を噴出する二重管構造としているため、燃焼ノズルが燃焼排ガスにより熱的に焼損することはない。
【００４１】
また、２本の給排管はベンチュリ型吸引管を備え、かつ、このベンチュリ型吸引管部分を排ガス排出口を備えたバイパス管で連通しているため、燃焼排ガスの一部はベンチュリ型吸引管から噴出する燃焼用空気により吸引されて供給（自己排ガス循環）されるため、排ガス切換弁が不要であるとともに、燃焼用空気供給ブロワの吸引側に排ガス循環配管等をする必要がなく簡単な構成で低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００４２】
また、請求項２の発明によると、炉内温度が燃料ガスの自己着火温度以下のときには、外管環状空間あるいは内管に設けた燃焼ノズルのいずれか一方に予混合燃料ガスを供給して連続燃焼を行なうため、低炉温時においても安定した燃焼を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかるシングルエンド型蓄熱式ラジアントチューブバーナ装置の概略図。
【図２】  従来のシングルエンド型ラジアントチューブバーナの概略図。
【図３】  従来のシングルエンド型蓄熱式ラジアントチューブバーナの概略図。
【符号の説明】
２０〜シングルエンドラジアントチューブ、２１〜外管、２２〜内管、２３〜環状空間、２４ａ，２４ｂ〜給排管、２６〜内管燃焼ノズル、２７〜第１燃料供給管、２８〜第１冷却空気供給管、３１〜第２燃料供給管、３２〜第２冷却空気供給管、３４ａ，３４ｂ〜ベンチュリ型吸引管、３５〜バイパス管、３６〜排ガス排出口、４０〜空気供給源、４１〜燃料ガス供給源、４２〜ミキサー、Ｒ１〜内管蓄熱体、Ｒ２〜外管蓄熱体、Ｔ〜シングルエンド型蓄熱式ラジアントチューブバーナ装置、Ｖ１〜外管燃焼用空気切換弁、Ｖ２〜内管燃焼用空気切換弁、Ｖ３〜調節弁、Ｖ６〜昇温用電磁弁。
【図１】
0003883885.tif 000002
【図２】
0003883885.tif 000003
【図３】
0003883885.tif 000004