(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給管を備えたバーナ部と蓄熱体を収納した蓄熱室とからなる蓄熱式直火バーナが少なくとも一対で構成され、前記一対の蓄熱式直火バーナを所定時間毎に交互に切換えて燃焼と排気とを行わせる蓄熱式交番燃焼装置において、
先端部および後端部が先絞り形状を有する混合室の先端部をその口径よりも大径の燃焼室と連通する一方、後端部を前記蓄熱室に連通させてバーナ部を形成するとともに、前記混合室の入口近傍に燃料供給管を配置し、かつ、前記燃焼室にパイロットバーナを配置したことを特徴とする予混合型蓄熱式交番燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予混合型蓄熱式交番燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
近年、省エネルギーを図るために、燃料供給管を備えたバーナ部と蓄熱体を収納した蓄熱室とからなる蓄熱式直火バーナが少なくとも一対で構成され、一方の蓄熱式直火バーナを燃焼状態に、他方の蓄熱式直火バーナを排気状態とすることにより燃焼排ガスの顕熱を蓄熱体で回収する状態を所定時間毎に切換え、蓄熱体で回収した顕熱で燃焼用空気を加熱することにより熱効率の向上を図る蓄熱式交番燃焼装置が広く採用されている。
【０００３】
具体的には、たとえば、特開平１０−１８５１２８号公報に示される高温空気用低ＮＯｘバーナ（蓄熱式直火バーナ）では、燃料供給管を備えたバーナ部と蓄熱体を収納した蓄熱室とからなり、バーナ部後部は蓄熱室に連通している。そして、燃焼時には、排気工程で燃焼排ガスの吸引により加熱された蓄熱体に燃焼用空気を供給して加熱したのち前記バーナ部に供給するものである。
【０００４】
しかしながら、前記蓄熱式直火バーナにおいて、燃料供給管は前記蓄熱室の高温気体流路を介してバーナ部に至っているため、燃料供給管を空冷構造もしくは水冷構造とし、その外周部を耐火物にて断熱施工する必要がある。
【０００５】
その結果、燃料供給管を冷却することになり、燃焼排ガス温度、燃焼用空気温度が低下し熱損失があり、また、断熱施工のため燃料供給管の構造が複雑化するとともにバーナ本体が大型化する。
【０００６】
さらに、冷却に冷却水を使用する場合、水質によっては冷却水通路に汚れが付着して冷却効果が大幅に低下するばかりか、冷却水通路が閉塞した場合は、燃料供給管が焼損する危険性があるという課題を有する。
【０００７】
また、特開平９−２４３０５６号公報にて、燃焼室の外周のバーナタイルに相対向して一対以上の燃料ノズルを配置して、前記公報に記載のもののように冷却空気や冷却水を必要としない蓄熱式バーナも提案されている。
【０００８】
しかしながら、この蓄熱式直火バーナは、パイロットバーナ等の点火手段がなく、かつ、高温の燃焼用空気の外周に燃料を吹き込む混合方式を採用しているため、燃料と燃焼用空気とが充分に撹拌混合されず、燃焼用空気温度が燃料の自燃着火温度以上でないと燃焼が不安定になり、かつ、自燃着火温度以下では燃焼できないという課題を有する。
【０００９】
したがって、本発明は、燃料供給管を冷却構造とせず、かつ、燃焼用空気温度如何にかかわらず常に安定して着火燃焼する予混合型蓄熱式交番燃焼装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【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、燃料供給管を備えたバーナ部と蓄熱体を収納した蓄熱室とからなる蓄熱式直火バーナが少なくとも一対で構成され、前記一対の蓄熱式直火バーナを所定時間毎に交互に切換えて燃焼と排気とを行わせる蓄熱式交番燃焼装置において、先端部および後端部が先絞り形状を有する混合室の先端部をその口径よりも大径の燃焼室と連通する一方、後端部を前記蓄熱室に連通させてバーナ部を形成するとともに、前記混合室の入口近傍に燃料供給管を配置し、かつ、前記燃焼室にパイロットバーナを配置した予混合型蓄熱式交番燃焼装置としたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態について図１〜図５にしたがって説明する。
図１は対向する炉壁Ｔａに設置された本発明にかかる予混合型蓄熱式交番燃焼装置（以下、蓄熱式直火バーナという）Ｂｒ（一方のみを示す）を示し、蓄熱式直火バーナＢｒは、バーナ部１と蓄熱体８を収納した蓄熱室６とからなり、蓄熱室６は図示しない排気手段と燃焼用空気供給手段に切換手段を介して接続されている。
【００１２】
そして、バーナ部１は炉内に開口する燃焼室２を有し、この燃焼室２と前記蓄熱室６の空間７とは先端部３ａおよび後端部３ｂが先絞り状となった混合室３で連通している。なお、前記燃焼室２の径Ｄは混合室３の先端口径ｄより大となっている。
【００１３】
また、前記混合室３には燃料を混合室３の内周面に沿って旋回流として供給する燃料供給管４が混合室３の接線方向に設けてある（図２参照）。
【００１４】
さらに、前記燃焼室２にはパイロットバーナ５が配設されている。
【００１５】
なお、前記後端部３ｂ、混合室３の内部および先端部３ａを通過する気体の流速をそれぞれＶ1，Ｖ2，Ｖ3とすると、Ｖ3＞Ｖ1＞Ｖ2となるように設定してある。
【００１６】
したがって、炉の操業時には、一方の蓄熱式直火バーナＢｒにおいては、蓄熱室６から燃焼用空気を供給するとともに燃料供給管４から燃料を混合室３に供給すると、燃料は混合室３の内周面に沿って旋回流を形成し前記燃焼用空気と撹拌混合して先絞り状に形成された混合室３の先端部３ａから１００〜１３０ｍ／ｓｅｃの高速で燃焼室２内に噴出し、燃焼室２内のパイロットバーナ５により着火して燃焼を開始する。
【００１７】
そして、もう一方の蓄熱式直火バーナ（図示せず）は炉内排ガスを吸引排気して炉内排ガスの顕熱を蓄熱体８で回収する。前記一対の蓄熱式直火バーナは前述の燃焼と排気を所定時間毎に交互に繰り返し、やがて、燃焼用空気が自燃着火温度（一般的に７００〜８００℃）まで加熱されると前記パイロットバーナ５を消火することになる。
【００１８】
なお、燃焼用空気と燃料との混合をより促進するために、図３に示すように、混合室３の内周面で、かつ、燃料供給口の下流側に凹凸部ａを設けて、凹凸部ａ近傍に乱流を発生させるようにしてもよい。
【００１９】
また、図４に示すように、前記燃焼室２の噴出口２ａと同心的に複数の２次燃焼用空気供給管９を形成して、蓄熱室６からの全燃焼用空気量の８５〜６２％を２次空気として炉内に供給することにより、１次燃焼用空気と燃料との混合気体と２次燃焼用空気との緩慢混合によりＮＯｘの発生を制御するようにしてもよい。
【００２０】
ところで、蓄熱室６からの燃焼用空気温度が燃料の自燃着火温度以上に加熱されると、前記混合室３内で燃焼反応が起こり蓄熱室６内に逆火し蓄熱室６が焼損する危険性がある。
【００２１】
したがって、これを防止するために、混合室３の各部での前述した流速Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3の関係をＶ3＞Ｖ1＞Ｖ2とすればよい。
【００２２】
すなわち、燃料ガスとして使用するメタンガスあるいはプロパンガスの各雰囲気温度における燃焼速度（火炎伝播速度）の関係は表１に示す通りである。
【００２３】
【表１】
0004165993.tif 000002
【００２４】
また、混合室３の後端部３ｂの内径と、混合室３の先端部３ａの内径とを６０ｍｍ、混合室３の内径を９０ｍｍとし、燃料をメタンガスとした場合の試験データは表２に示す通りであり、表１，表２から燃料および混合室各部の雰囲気（燃焼ガス）温度と燃焼（伝播）速度との関係をグラフに示すと、図５の通りである。
なお、燃料における２８７℃以上の温度に対する数値は計算上のデータによる。
【００２５】
【表２】
0004165993.tif 000003
【００２６】
このことから、Ｖ3＞Ｖ1＞Ｖ2とすれば、Ｖ1はほぼ常にメタンガスあるいはプロパンガスの燃焼速度（火炎伝播速度）より高速となり蓄熱室６への逆火は生じない。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、燃料供給管は蓄熱室を通ることなくバーナ部の混合室の入口近傍に開口するため十分に予混合され、かつ、燃料供給管を冷却する必要がなく、熱損失が少ないばかりか、冷却構造を不要とするためバーナ本体を小型化することができる。また、燃焼室にパイロットバーナを備え、かつ、燃焼用空気が低温でも十分に予混合されているため安定燃焼が可能となる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の予混合型蓄熱式交番燃焼装置の断面図。
【図２】  図１のII−II線断面図。
【図３】  図１の混合室の変形例。
【図４】  本発明の予混合型蓄熱式交番燃焼装置の他の実施形態を示す断面図。
【図５】  メタンガスの温度と火炎伝播速度との関係および混合室とその先端部と後端部の温度と燃焼速度との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
Ｂｒ〜予混合型蓄熱式交番燃焼装置、１〜バーナ部、２〜燃焼室、３〜混合室、３ａ〜先端部、３ｂ〜後端部、４〜燃料供給管、５〜パイロットバーナ、６〜蓄熱室。
【図１】
0004165993.tif 000004
【図２】
0004165993.tif 000005
【図３】
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【図４】
0004165993.tif 000007
【図５】
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