(57)【要約】【課題】自己排ガス再循環（ＦＧＲ）方式のリジェネレイティブ燃焼装置において、熱疲労に対して耐久性のある連絡管を設ける。【解決手段】一対のリジェネレイティブバーナーの燃料噴射室間１を連通させる連絡管２は、複数の分割管２Ａ１，２Ａ２が波付き伸縮管２Ｂを介して接続されており、波付き伸縮管２Ｂの内側に断熱材２０が配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のリジェネレイティブバーナーと各リジェネレイティブバーナーにおける燃料噴射室間を連通させる連絡管とを備えた自己排ガス再循環方式のリジェネレイティブ燃焼装置であって、
前記連絡管は、複数の分割管が波付き伸縮管を介して接続されており、前記波付き伸縮管の内側に断熱材を配置したことを特徴とするリジェネレイティブ燃焼装置。
【請求項２】
前記波付き伸縮管は、当該波付き伸縮管を介して互いに接続される前記分割管の外側に重ねて配置され、前記波付き伸縮管と重なる前記分割管の外側に前記断熱材が配置されることを特徴とする請求項１記載のリジェネレイティブ燃焼装置。
【請求項３】
前記波付き伸縮管の両端は、前記分割管の外周に設けたフランジ部に接続されており、一対の前記フランジ部の間に前記断熱材が配置されることを特徴とする請求項１又は２記載のリジェネレイティブ燃焼装置。
【請求項４】
前記複数の分割管は、一対のリジェネレイティブバーナーにおける一方側の燃料噴射室に一端側が接続される第１の分割管と、一対のリジェネレイティブバーナーの他方側の燃料噴射室に一端側が接続される第２の分割管と、前記第１の分割管の他端側と前記第２の分割管の他端側の間に配置される第３の分割管を備え、
前記第１の分割管の他端側と前記第３の分割管の一端側が前記波付き伸縮管を介して接続され、前記第２の分割管の他端側と前記第３の分割管の他端側が前記波付き伸縮管を介して接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリジェネレイティブ燃焼装置。
【請求項５】
前記第１又は第２の分割管の一端側と前記第３の分割管の中間外周部とが連結ロッドを介して連結されていることを特徴とする請求項４に記載のリジェネレイティブ燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己排ガス再循環（ＦＧＲ）方式のリジェネレイティブ燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リジェネレイティブ燃焼装置は、一般に、蓄熱体と一体化した一対のバーナーを数十秒間隔で交互に燃焼させ、一方のバーナーが燃焼している時には、その排気が他方のバーナーの蓄熱体を加熱することで排気の熱エネルギーを回収し、次にそのバーナーが燃焼するときには、加熱した蓄熱体を通過させて燃焼用空気を予熱することで高効率の燃焼を得るものであり、従来捨てていた排気の熱を回収して燃焼効率を高めることで燃焼装置の省エネ化を図っている。
【０００３】
このようなリジェネレイティブ燃焼装置における排ガス再循環方式は、燃焼によって生成した排ガスの一部を排ガス経路から再循環経路を経て燃料噴射室内に還流させて混合することにより、燃焼によって生成されるＮＯｘの低減化を図るものである。この際、燃料の噴射圧による吸引（エジェクタ効果）によって排ガスを還流させる方式を自己排ガス再循環（ＦＧＲ）方式と呼んでいる。自己排ガス再循環方式のリジェネレイティブ燃焼装置は、一対のバーナーがそれぞれ備える燃料噴射室を繋ぐ連絡管（ＦＧＲ管）を備えており、各燃料噴射室には、燃料噴射ノズルと排気煙道を兼ねる混合筒が対向して接続されている（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１３２２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
自己排ガス再循環方式のリジェネレイティブ燃焼装置は、通過する排ガスの熱で前述した連絡管が加熱されて熱歪みが生じる。連絡管を流れる排ガスの方向は、一対のバーナーの燃焼の切り換えによって反転することになるので、連絡管の熱応力分布がバーナーの燃焼切り換えによって変化して、特定の箇所に繰り返し応力が生じることになる。このため連絡管は熱疲労を起こしやすい問題がある。
【０００６】
従来、前述した連絡管には、熱歪みを考慮して耐熱性の高いステンレス材料が用いられている。また、前述した繰り返し応力を吸収するため或いは既設のバーナーへの取付けを容易にするために、連絡管の中間部に波付き伸縮管を設けることがなされている。しかしながら、再循環する排ガスの温度は６００〜７００℃になる場合があり、ステンレス材料の鋭敏化や炭化減肉によって波付き伸縮管の部分が短期間に損傷を受けやすくなっている。
【０００７】
本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、自己排ガス再循環（ＦＧＲ）方式のリジェネレイティブ燃焼装置において、熱疲労に対して耐久性のある連絡管を設けること、波付き伸縮管を設けた連絡管に対して、ステンレス材料の鋭敏化や炭化減肉による短時間の損傷を防ぐこと、等が本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するために、本発明によるリジェネレイティブ燃焼装置は、以下の構成を具備するものである。
一対のリジェネレイティブバーナーと各リジェネレイティブバーナーにおける燃料噴射室間を連通させる連絡管とを備えた自己排ガス再循環方式のリジェネレイティブ燃焼装置であって、前記連絡管は、複数の分割管が波付き伸縮管を介して接続されており、前記波付き伸縮管の内側に断熱材を配置したことを特徴とするリジェネレイティブ燃焼装置。
【発明の効果】
【０００９】
このような特徴を有するリジェネレイティブ燃焼装置は、連絡管を複数の分割管で構成してその間に波付き伸縮管を介在させているので、熱歪みによる繰り返し応力を波付き伸縮管の伸縮によって吸収することができる。また、波付き伸縮管の内側に断熱材を配置しているので、排ガスの熱で波付き伸縮管が高温に加熱されるのを防止することができる。これによって、熱疲労に対して耐久性のある連絡管を設けることができ、波付き伸縮管を設けた連絡管に対して、ステンレス材料の鋭敏化や炭化減肉による短時間の損傷を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るリジェネレイティブ燃焼装置の要部を示した説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係るリジェネレイティブ燃焼装置の要部を示した説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係るリジェネレイティブ燃焼装置の構成例を示した説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係るリジェネレイティブ燃焼装置の他の構成例を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態の要部を示している。一対のリジェネレイティブバーナーの燃料噴射室１間を連通する連絡管（ＦＧＲ管）２は、複数の分割管２Ａ１，２Ａ２が波付き伸縮管２Ｂを介して接続されている。そして、波付き伸縮管２Ｂの内側に断熱材２０が配置されている。
【００１２】
図１に示した例では、分割管２Ａ１，２Ａ２は、その一端側がリジェネレイティブバーナーの燃料噴射室１に接続され、その他端側が間隔を空けて突き合わせられた同径管によって構成されている。そして、波付き伸縮管２Ｂは、分割管２Ａ１，２Ａ２の外径より大きい内径を有し、分割管２Ａ２（又は２Ａ１）の外側に重ねて配置されており、波付き伸縮管２Ｂと重なる分割管２Ａ２の外側に断熱材２０が配置されている。
【００１３】
また、波付き伸縮管２Ｂの両端は、分割管２Ａ１，２Ａ２の外周に設けたフランジ部２１に接続されており、一対のフランジ部２１の間に断熱材２０が配置されている。
【００１４】
このような連絡管２によると、分割管２Ａ１，２Ａ２の熱伸縮を波付き伸縮管２Ｂが吸収することで、熱歪みに対する耐久性を向上させており、断熱材２０を波付き伸縮管２Ｂの内側に配置することで、波付き伸縮管２Ｂが吸引されて還流する排ガスによって高温に加熱されるのを防いでいる。これによって、波付き伸縮管２Ｂの温度を２００℃程度以下に抑えることができ、ステンレス材料を用いる場合にも高温加熱によって起きる鋭敏化や炭化減肉を回避することができる。
【００１５】
ここで、断熱材２０は、分割管２Ａ２（又は２Ａ１）の外側に配置することで、連絡管２を流れる排ガス流の圧力損失が増大するのを防いでいる。そのための構造として、分割管２Ａ１，２Ａ２の外周にフランジ部２１を設けて分割管２Ａ１，２Ａ２の外径より大きい内径を有する波付き伸縮管２Ｂの両端をフランジ部２１に接続し、そのフランジ部２１間に断熱材２０を配置している。
【００１６】
また、分割管２Ａ１，２Ａ２の外径より大きい内径を有する波付き伸縮管２Ｂは、分割管２Ａ１，２Ａ２の軸ズレを吸収することができる。これによって既設のリジェネレイティブバーナーに対して連絡管２を後付けする場合に、簡易に付設することが可能になる。
【００１７】
図２は、一対のリジェネレイティブバーナーの燃料噴射室１間を連通する連絡管（ＦＧＲ管）２の他の構成例を示している。この例も前述した例と同様に複数の分割管２Ａ１，２Ａ２，２Ａ３を備えており、複数の分割管２Ａ１，２Ａ２，２Ａ３が、一対のリジェネレイティブバーナーにおける一方側の燃料噴射室１に一端側が接続される第１の分割管２Ａ１と、一対のリジェネレイティブバーナーの他方側の燃料噴射室１に一端側が接続される第２の分割管２Ａ２と、第１の分割管２Ａ１の他端側と第２の分割管２Ａ２の他端側の間に配置される第３の分割管２Ａ３によって構成される。ここで、第３の分割管２Ａ３の両端は、それぞれ間隔を空けて第１の分割管２Ａ１又は第２の分割管２Ａ２の他端側と突き合わせられている。
【００１８】
そして、第１の分割管２Ａ１の他端側と第３の分割管２Ａ３の一端側が波付き伸縮管２Ｂ１を介して接続され、第２の分割管２Ａ２の他端側と第３の分割管２Ａ３の他端側が波付き伸縮管２Ｂ２を介して接続されており、波付き伸縮管２Ｂ１，２Ｂ２の内側には、それぞれ断熱材２０が配置されている。
【００１９】
ここで、波付き伸縮管２Ｂ１，２Ｂ２と分割管２Ａ１，２Ａ２，２Ａ３との接続構造は前述した例と同様であり、分割管２Ａ１，２Ａ３の外周にフランジ部２１を設けて分割管２Ａ１，２Ａ３の外径より大きい内径を有する波付き伸縮管２Ｂ１の両端をフランジ部２１に接続し、そのフランジ部２１間に断熱材２０を配置しており、分割管２Ａ３，２Ａ２の外周にフランジ部２１を設けて分割管２Ａ３，２Ａ２の外径より大きい内径を有する波付き伸縮管２Ｂ２の両端をフランジ部２１に接続し、そのフランジ部２１間に断熱材２０を配置している。
【００２０】
また、第１の分割管２Ａ１（或いは第２の分割管２Ａ２）の一端側と第３の分割管２Ａ３の中間外周部とが連結ロッド２２を介して連結されている。第１の分割管２Ａ１（或いは第２の分割管２Ａ２）の一端側と第３の分割管２Ａ３の中間外周部にはそれぞれ外側に向けてアーム２３を張り出させており、このアーム２３間に連結ロッド２２が連結されている。
【００２１】
このような構成例を備える連絡管２を採用する場合にも、前述した例と同様に、熱歪みに対する耐久性を向上させることができ、波付き伸縮管２Ｂ１，２Ｂ２にステンレス材料を用いる場合に高温加熱によって起きる鋭敏化や炭化減肉を回避することができる。また、連絡管２を流れる排ガス流の圧力損失が増大するのを防ぐことができる。更には、波付き伸縮管２Ｂ１，２Ｂ２を２個設けることで、熱伸縮と分割管２Ａ１，２Ａ２，２Ａ３の偏芯による合成変位に対して高い耐久性を得ることができる。
【００２２】
また、この構成例は、第１の分割管２Ａ１（又は第２の分割管２Ａ２）と第３の分割管２Ａ３とを連結ロッド２２で連結しているので、この連結ロッド２２の長さを適宜調整することで、２つの波付き伸縮管２Ｂ１，２Ｂ２の変位量を均等に分散させることができ、また、既設のリジェネレイティブバーナーへの付設時に、第３の分割管２Ａ３を吊り下げることで据付作業を簡易に行うことができる。
【００２３】
図３は、前述した連絡管の構成を採用することができるリジェネレイティブ燃焼装置の構成例を示している。リジェネレイティブ燃焼装置１００は、ラジアントチューブ９の両端に一対のリジェネレイティブバーナー１０ａ，１０ｂを設置している。リジェネレイティブバーナー１０ａ，１０ｂは、同一構造を有しており、前述した連絡管２によって連通される燃料噴射室１を備え、燃料噴射室１には、燃料噴射ノズル４と混合筒５と排気煙道３を兼ねる筒状体が対向して接続されている。
【００２４】
また、リジェネレイティブバーナー１０ａ，１０ｂは、燃料噴射室１を囲むように給気部（排気部）７を有する空気筒６が設けられており、混合筒５（排気煙道３）と空気筒６の間に筒状蓄熱体１１が設置されている。この筒状蓄熱体１１は、内筒１２と外筒１３間にアルミナ製ボール等の多数の蓄熱体１４を充填することで構成されている。空気筒６は、バーナータイル１５を介してラジアントチューブ９に接続されており、ラジアントチューブ９に連通する混合筒５の先端部には、パイロットバーナー８が設置されている。
【００２５】
このようなリジェネレイティブ燃焼装置１００は、一方のリジェネレイティブバーナー１０ａが燃焼時には、給気部７から空気筒６内に供給された空気が、筒状蓄熱体１１の外筒１３の外周から求心状に蓄熱体１４の充填部に流入し、この充填部を流れた後、内筒１２内に流出して、この内筒１２の一端側からバーナータイル１５を経てラジアントチューブ９内に噴出し、混合筒５から噴出する燃料と燃焼排ガスとの混合気と混合して燃焼に供される。
【００２６】
一方、他方のリジェネレイティブバーナー１０ｂでは燃焼が停止状態で、当然燃料も噴射されておらず、排気状態となっている。即ち、一方のリジェネレイティブバーナー１０ａの燃焼排ガスは、バーナータイル１５から内筒１２内に流入した後、放射状に充填部に流入し、充填部を流れて外筒１３の外周から空気筒６内に流出し、排気部７から流出して排気される。
【００２７】
燃焼状態が切り換えられる次の時点では、他方のリジェネレイティブバーナー１０ｂが燃焼状態、一方のリジェネレイティブバーナー１０ａが燃焼停止状態となり、前述の説明と逆の経路で燃焼用空気が供給され、そして燃焼排ガスが排気される。このように給気部（排気部）７は燃焼状態が切り換えられる次の時点では、排気部（給気部）７として動作する。
【００２８】
以上の動作において、それぞれのリジェネレイティブバーナー１０ａ，１０ｂの燃料噴射室１間は連絡管２により連結されているため、燃焼状態のリジェネレイティブバーナー１０ａ（又は１０ｂ）における燃料の噴射により生ずる負圧により、排気状態のリジェネレイティブバーナー１０ｂ（又は１０ａ）においては、ラジアントチューブ９から、排気煙道３を兼ねる混合筒５を介して燃料噴射室１に燃焼排ガスの一部が吸引され、連絡管２を経て流れて、燃焼状態のリジェネレイティブバーナー１０ａ（又は１０ｂ）の燃料噴射室１内に流入し、上述したように燃料と混合されて排ガス再循環燃焼が行われる。
【００２９】
図３に示す実施の形態では、燃料噴射室１内における燃焼排ガスの再循環経路に網筒状蓄熱体等のＦＧＲ蓄熱体１６が設置されている。このため、一方側のリジェネレイティブバーナー１０ａ（又は１０ｂ）の燃料噴射室１内に至った燃焼排ガスは、このＦＧＲ蓄熱体１６を通って熱を放出した状態で連絡管２を流れ、他方側のリジェネレイティブバーナー１０ｂ（又は１０ａ）の燃料噴射室１内に流入する際に、ＦＧＲ蓄熱体１６の熱を奪って熱を回収する。従って、連絡管２を流れる燃焼排ガスの温度が低下するので、そこからの放熱が少なく、作業環境が向上すると共に、熱回収が行われるため効率も向上する。
【００３０】
図４は、前述した連絡管２の構成を採用することができる他のリジェネレイティブ燃焼装置の構成例を示している。この図においては、図３の構成要素と同様な構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。図４のリジェネレイティブ燃焼装置１００Ａでは、炉１７の適所に対を成すリジェネレイティブバーナー１０ａ，１０ｂを設置している。対を成すリジェネレイティブバーナー１０ａ，１０ｂの配置は、図に示すような配置の他、対向した配置等、適宜である。リジェネレイティブバーナー１０ａ，１０ｂの構成及び動作は図３のものと同様であるので、説明は省略する。
【００３１】
このようなリジェネレイティブ燃焼装置１００，１００Ａにおいて、一対の燃料噴射室１間を連通する連絡管２を図１或いは図２に示す構成にすることで、連絡管２の耐久性を高めることができ、リジェネレイティブ燃焼装置１００，１００Ａのメンテナンス性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１００，１００Ａ：リジェネレイティブ燃焼装置，
１：燃料噴射室，２：連絡管（ＦＧＲ管），
２Ａ１，２Ａ２，２Ａ３：分割管，
２Ｂ，２Ｂ１，２Ｂ２：波付き伸縮管，２０：断熱材，２１：フランジ部，
２２：連結ロッド，２３：アーム，
３：排気煙道，４：燃料噴射ノズル，５：混合筒，６：空気筒，
７：給気部（排気部），８：パイロットバーナー，９：ラジアントチューブ，
１０ａ，１０ｂ：リジェネレイティブバーナー，
１１：筒状蓄熱体，１２：内筒，１３：外筒，１４：蓄熱体，
１５：バーナータイル，１６：ＦＧＲ蓄熱体，１７：炉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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