(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジアントチューブの両端部内にバーナ本体を設けるとともに、多数の貫通孔を有する複数のリング状蓄熱材を前記バーナ本体の外周に所定空間を保ち、かつ、隣接するリング状蓄熱材の貫通孔が同一直線上とならないように積層一体化した蓄熱体を前記ラジアントチューブ内面と所定空間を有するように配設するとともに、前記蓄熱体とラジアントチューブ内面との空間をラジアントチューブの長手方向に仕切部材で区画し、この仕切部材で区画された空間のラジアントチューブ端部側に燃焼用空気供給兼排ガス排気口を、他方側に冷却空気供給口を設けたことを特徴とする蓄熱式ラジアントチューブバーナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱式ラジアントチューブバーナ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】
従来、鉄鋼炉やアルミ溶解炉等の工業用燃焼加熱炉においては、高温の燃焼排ガスの顕熱を最大限に利用するため、蓄熱体により排ガスの熱を回収し、つぎにこの熱により燃焼用空気を予熱して省エネルギーを図る蓄熱式バーナが広く採用実用化されている。
【０００３】
そして、前記蓄熱体としては、特開平９−２４３０５５号公報に記載のセラミックからなるボール状の蓄熱材を利用したものや、特開平８−２４７６７号公報に記載のセラミックからなるハニカム状の蓄熱材を利用するものが知られている。
【０００４】
しかしながら、蓄熱体としてボール状の蓄熱材を使用する場合には、通気ガスが蓄熱材に衝突しながら流れる、つまり、乱流となるので熱伝達は良いが近接する蓄熱材間の通気抵抗が大きく、かつ、蓄熱材と通気ガスとの接触面積が小さいため効果的に熱回収することができず、必要な伝熱面積を確保するためには蓄熱体を大型化する必要があるという問題を有する。
【０００５】
一方、ハニカム状の蓄熱体は、その体積の割に表面積が大きいため、通気抵抗が少なく効果的に熱回収できるが、高温の燃焼排ガスから排熱を回収する場合、その構造上、周辺部分は中心部分に比べて高温となり、燃焼用空気を予熱する場合は、周辺部分は中心部分に比べて低温となって、大きな温度勾配が生じるため、一様に燃焼用空気（燃焼排ガス顕熱）を予熱（蓄熱）できない。また、セラミックからなるハニカム状の蓄熱材を使用する場合は外側部分が破損しやすいという問題を有する。
【０００６】
また、蓄熱式ラジアントチューブバーナとしては、特公平６−３５８８５号公報で図７に示すように、ラジアントチューブ４０の両端部に蓄熱体４１ａ，４１ｂを備えたバーナ本体４２ａ，４２ｂを設け、バーナを交互に燃焼させ、燃焼排ガスを一方の蓄熱体で回収し、つぎのバーナ切替え時にこの蓄熱体で燃焼用空気を予熱して省エネルギーを図る蓄熱式ラジアントチューブバーナが提案されている。
【０００７】
この蓄熱式ラジアントチューブバーナにおいては、切替弁Ｖ10および遮断弁Ｖ11、Ｖ12を操作して燃料ガスと燃焼用空気を図に示すように、一方のバーナ本体４２ａに供給して燃焼させて炉内を加熱する。そして、８００〜９００℃の燃焼排ガスは蓄熱体４１ｂを通過して蓄熱体４１ｂを８００〜９００℃とし、燃焼排ガス自身は約２００℃に降温して切替弁Ｖ10を介して排ガス吸引ファン４３から排気される。その後、所定時間経過すると、前記切替弁Ｖ10および遮断弁Ｖ11，Ｖ12を操作して、バーナ本体４２ｂを燃焼させる。この場合、燃焼用空気は蓄熱体４１ｂを通過することにより予熱され、その燃焼排ガスは約２００℃の蓄熱体４１ａを８００〜９００℃に加熱したのち排ガス吸引ファン４３から排気されるものである。なお、４４は燃焼用空気ブロワ、４５は炉壁である。
【０００８】
ところで、ヒートサイクルの変更あるいは炉内修理等を行なう場合、炉内温度を急速に冷却させることが要求される。このような場合、前記蓄熱式ラジアントチューブバーナにおいて、炉内冷却機能をもたせるためには、バーナを消火して、ラジアントチューブ４０内に燃焼用空気（冷却空気兼用）を供給することによりラジアントチューブを冷却することが考えられる。
【０００９】
しかしながら、いま、燃焼状態のバーナ本体４２ａを消火し、この消火したバーナ本体４２ａ側から冷却用空気を供給すると、常温の冷却用空気は初期において約２００℃の蓄熱体４１ａを通過して予熱されたのち、ラジアントチューブ４０内に流入し、ラジアントチューブ４０を冷却したのち、バーナ本体４２ａの燃焼によって発生した燃焼排ガスで８００〜９００℃に加熱された蓄熱体４１ｂを通過するため、冷却初期には７００〜８００℃に加熱されて排出されることになるが、このとき、切替弁Ｖ10および排ガス吸引ファン４３を焼損するという問題を有する。
【００１０】
なお、切替弁Ｖ10および排ガス吸引ファン４３を耐熱鋼製とすることにより焼損事故は防止できるが、高価になるばかりか、つぎにバーナを燃焼させる場合、各蓄熱体４１ａ，４１ｂは低温になっているため、立上がり時間がかかるという問題を有する。
【００１１】
また、逆に、他方のバーナ本体４２ｂ側から冷却用空気を供給すると、前記同様、冷却用空気は初期において高温状態の蓄熱体４１ｂを通過して予熱され、７００〜８００℃となってラジアントチューブ４０内に供給されるため、冷却時間が長くなるという問題を有する。
【００１２】
さらに、切替弁Ｖ10および排ガス吸引ファン４３の焼損を防止するために、冷却空気を短時間（数秒間隔）で供給方向を切換えるようにすると、前述の７００〜８００℃の空気の熱を蓄熱体４１ａ，４１ｂで受渡しすることになり、炉内を短時間で冷却することができないという問題を有する。
【００１３】
したがって、本発明は前記問題を解決すべく種々検討の結果なされたもので、熱回収効率の良好な蓄熱体を用いて、冷却空気を蓄熱体を通過することなくラジアントチューブに供給して前記課題を解決することのできる蓄熱式ラジアントチューブバーナ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、蓄熱式ラジアントチューブバーナを、ラジアントチューブの両端部内にバーナ本体を設けるとともに、多数の貫通孔を有する複数のリング状蓄熱材を前記バーナ本体の外周に所定空間を保ち、かつ、隣接するリング状蓄熱材の貫通孔が同一直線上とならないように積層一体化した蓄熱体を前記ラジアントチューブ内面と所定空間を有するように配設するとともに、前記蓄熱体とラジアントチューブ内面との空間をラジアントチューブの長手方向に仕切部材で区画し、この仕切部材で区画された空間のラジアントチューブ端部側に燃焼用空気供給兼排ガス排気口を、他方側に冷却空気供給口を設けた構成としたものである。
【００１５】
【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を参照しながら説明する。
１０はラジアントチューブで、その両端部には、燃料供給管１１ａ，１１ｂが設けられるとともに、この燃料供給管１１ａ，１１ｂの外方に設けた内筒１２ａ，１２ｂの外周に外筒１３ａ，１３ｂが設けられ、前記内筒１２ａ，１２ｂと外筒１３ａ，１３ｂとで形成される空間には下記する蓄熱体１４ａ，１４ｂが配設されている。なお、蓄熱体１４ａ，１４ｂの前方には多数の開口２２ａ，２２ｂが設けられている。
【００１６】
ところで、前記蓄熱体１４ａ，１４ｂは、内径を前記内筒１２ａ，１２ｂと略同一で、外径を外筒１３ａ，１３ｂより若干小径とし多数の貫通孔１６を有する円板状のセラミック焼成体等からなる複数の板状蓄熱材１５と、内径を内筒１２ａ，１２ｂと略同一の内環状部１８と外径を前記板状蓄熱材１５の外径と等しくした外環状部１９とをリブ２０で一体化した複数のスペーサ１７とからなる。
【００１７】
そして、前記板状蓄熱材１５とスペーサ１７とを、図４に示すように、内筒１２ａ，１２ｂ上に交互に、しかも、前記隣接する板状蓄熱材１５の貫通孔１６が同一直線上にならないように積層するとともに、その外周にセラミックテープ２１を巻回して一体化したもので、その後、外筒１３ａ，１３ｂ内に装着したものである。なお、貫通孔１６の開口率は、蓄熱材１５の平板部における３５〜５５％であるのが好ましい。
【００１８】
また、前記蓄熱体１４ａ，１４ｂを内蔵する外筒１３ａ，１３ｂとラジアントチューブ１０との間には空間Ａが形成されているが、この空間Ａは仕切板２３ａ，２３ｂにより長手方向に２分割されている。
【００１９】
さらに、ラジアントチューブ１０の前記仕切板２３ａ，２３ｂより後方には燃焼用空気供給兼排気口２４ａ，２４ｂが、前方には冷却用空気供給兼排気口２５ａ，２５ｂが設けられている。
【００２０】
そして、前記燃料供給管１１ａ，１１ｂは燃料遮断弁Ｖ1a,Ｖ1bを介して燃料供給ラインに接続するとともに、燃焼用空気供給兼排気口２４ａ，２４ｂは排ガス遮断弁Ｖ2a，Ｖ2bを介して排ガス吸引ファンＦ1に連通し、かつ、前記排ガス遮断弁Ｖ2a，Ｖ2bと燃焼用空気供給兼排気口２４ａ，２４ｂ間は燃焼用空気遮断弁Ｖ3a，Ｖ3bを介して燃焼用空気ブロワＦ2に連通している。
【００２１】
また、前記冷却用空気供給兼排気口２５ａ，２５ｂは冷却用空気遮断弁Ｖ4a，Ｖ4bを介して前記燃焼用空気ブロワＦ2に連通するとともに、前記冷却用空気遮断弁Ｖ4a，Ｖ4bと冷却用空気供給兼排気口２５ａ，２５ｂとの間は冷却用空気遮断弁Ｖ5a，Ｖ5bに接続している。
【００２２】
さらに、前記排ガス遮断弁Ｖ2a，Ｖ2bより下流の排ガス合流点ａより下流の排ガスラインに排ガス遮断弁Ｖ6を設けるとともに、この排ガス遮断弁Ｖ6のバイパスラインに調整弁Ｖ7とモータ駆動により開・閉する脈動流発生機構である回転弁Ｖ8が設置してある。
【００２３】
前記回転弁Ｖ8は、図５に示すように、流路Ｐを有する弁箱２７と、弁体２８を回転するシャフト２９とからなり、モータＭの駆動により流路Ｐを開閉するものである。なお、３０はシールパッキンで３１はグランドである。
【００２４】
つぎに、前記構成からなる蓄熱式ラジアントチューブバーナＢrは、まず、前記燃料遮断弁Ｖ1a、排ガス遮断弁Ｖ2b、燃焼用空気遮断弁Ｖ3aおよび排ガス遮断弁Ｖ6を開、その他の遮断弁を閉とし、燃焼用空気ブロワＦ2、排ガス吸引ファンＦ1を駆動するとともに燃料供給ラインから燃料ガスを一方のバーナ本体Ｂraに供給する。燃焼用空気は蓄熱体１４ａを通過して開口２２ａから噴出する一方、燃料ガスは燃料供給管１１ａの先端開口部から噴出する。そして、燃焼用空気と燃料ガスは開口２２ａと燃料供給管１１ａの先端開口部との間に形成される保炎部２６ａで混合され、図示しない点火プラグのスパークによりバーナ本体Ｂraが着火し完全燃焼する。そして、その燃焼排ガスはラジアントチューブ１０を通り、その輻射伝熱により炉Ｔ内を加熱したのち蓄熱体１４ｂを通過して、該蓄熱体１４ｂを８００〜９００℃に加熱し、燃焼ガス自身は約２００℃に降温し、排ガス吸引ファンＦ1から排気される。
【００２５】
このように、前記蓄熱体１４ａ，１４ｂは燃焼排ガスを通過させることにより蓄熱し、燃焼用空気を通過させることにより燃焼用空気を予熱するが、蓄熱体１４ａ，１４ｂは前述のように、板状蓄熱材１５とスペーサ１７とからなり、しかも隣接する板状蓄熱材１５に設けた貫通孔１６は同一直線上にならないようになっている。したがって、たとえば、高温の燃焼排ガスは貫通孔１６を通過してスペーサ１７により形成された空間Ｂに至るが、貫通孔１６が同一直線上に配置されていないため、燃焼排ガスは板状蓄熱材１５の平面部に衝突して拡散される。つまり、空間Ｂ内は乱流となり、板状蓄熱材１５は貫通孔１６の内面および平面部を一様に加熱されて燃焼排ガス自身は抜熱されて、順次、下流側の空間Ｂへと流れる。
したがって、加熱（蓄熱）効率は非常に良好である。また、同様に、燃焼用空気をも効率よく予熱することができる。
【００２６】
その後、所定時間経過後、前記冷却用空気遮断弁Ｖ4a，Ｖ4b，Ｖ5a，Ｖ5bを除く他の遮断弁を互いに逆方向に切替え、つまり、バーナ本体Ｂrbが燃焼し、バーナ本体Ｂraは消火する。
この場合、バーナ本体Ｂrbに供給される燃焼用空気は、既に高温となった蓄熱体１４ｂを通過して高温（７００〜８００℃）に予熱されて開口２２ｂから噴出する一方、燃料ガスは燃料供給管１１ｂの先端開口部から噴出する。そして、燃焼用空気と燃料ガスは燃料供給管１１ｂの先端開口部との間で形成される保炎部２６ｂで混合され完全燃焼する。この燃焼排ガスは今度は蓄熱体１４ａを通って蓄熱体１４ａを８００〜９００℃に予熱して排気される。
その後、所定時間が経過すると、前述とは逆に各遮断弁が元の状態に切替り順次バーナ本体Ｂra，Ｂrbは交番燃焼を行なう。
【００２７】
ところで、バーナ装置において、加熱効率を向上させる技術として、伝熱管内の燃焼排ガスを脈動させることにより流速を速め熱伝達係数を大きくするパルス燃焼方式が知られている。したがって、これを前記蓄熱式ラジアントチューブバーナＢrに適用するには、前述のように、バーナ本体Ｂra，Ｂrbを交番燃焼させるとともに、前記排ガス遮断弁Ｖ6を閉とし、調整弁Ｖ7をラジアントチューブ１０内の圧力Ｐ1をプラス圧力となるように調整したうえで、モータＭの駆動により回転弁Ｖ8を作動させて数１０Ｈｚ〜１００Ｈｚのサイクルで流路Ｐを開閉させる。これによりラジアントチューブ１０内の圧力は、図６に示すように圧力はＰ1，Ｐmaxと変動し、つまり、燃焼排ガスは脈動流となって排気されることとなり、ラジアントチューブ１０内の加熱効率を向上させることになる。
【００２８】
つぎに、ヒートサイクルの変更等により、炉温を降温させる必要が生じると、前記燃料遮断弁Ｖ1a，Ｖ1b、排ガス遮断弁Ｖ2a，Ｖ2b、燃焼用空気遮断弁Ｖ3a，Ｖ3bを閉とするとともに、たとえば、冷却用空気遮断弁Ｖ4aを開、Ｖ4bを閉とする一方、冷却用空気遮断弁Ｖ5aを閉、Ｖ5bを開、排ガス吸引ファンＦ1を停止する。
そうすると、冷却用空気供給兼排気口２５ａから燃焼用空気ブロワＦ2からの冷却用空気が供給され、この冷却用空気は高温となっている蓄熱体１４ａ内を通過することなく、すなわち、余り昇温することなくラジアントチューブ１０に供給され、ラジアントチューブ１０を有効に冷却したのち冷却用空気遮断弁Ｖ5bから排気されることになる。
【００２９】
なお、冷却用空気を供給する冷却用空気供給口兼排気口は２５ａ，２５ｂのいずれでもよいが、低温側蓄熱体、たとえば、今まで燃焼状態にあったバーナ本体側から供給すれば、ラジアントチューブ１０を通過して昇温した冷却用空気が高温側蓄熱体の外周を通過するため該蓄熱体の保有熱の損失が少なく、つぎのバーナ燃焼時に、バーナ点火初期から燃焼用空気を予熱することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明にかかる蓄熱式ラジアントチューブバーナによれば、蓄熱体は多数の貫通孔を有する板状蓄熱材をスペーサを介して所定空間を介するとともに隣接する貫通孔が互いに同一直線上とならないように積層一体化したものである。したがって、一端側の蓄熱材の貫通孔を通過して空間に入った高温（低温）気体は貫通孔内壁を加熱（冷却）したのち次の蓄熱材表面に衝突して乱流となりその表面を一様に加熱（冷却）し、前記空間内で拡散された気体は次の蓄熱材の各貫通孔に均一に流入し、前述のように各蓄熱材を一様に加熱（冷却）する。従って、蓄熱体の中心部と周辺部とで温度差を生じることがないので、効率のよい熱交換を行なうことができるとともに、ラジアントチューブを冷却する冷却用空気は、蓄熱体の外方とラジアントチューブ内方間の区画空間に供給され、蓄熱体内を通過することなく供給・排気されることになる。したがって、冷却用空気が蓄熱体により予熱されることがなく、従来、炉内冷却に要していた時間を、たとえば１時間から３０分に短縮でき生産効率を向上することができる。
【００３１】
また、炉の冷却終了後、再度、炉を昇温させる場合、蓄熱体は余り降温していないため、バーナ点火初期から燃焼用空気を予熱することができ省エネルギーを図ることができるという著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる蓄熱式ラジアントチューブバーナおよびその配管系統を示す図。
【図２】  板状蓄熱材の平面図。
【図３】  スペーサの平面図。
【図４】  図１の部分断面拡大図。
【図５】  回転弁の断面図。
【図６】  回転弁開閉周期と炉圧との関係を示すグラフ。
【図７】  従来の蓄熱式ラジアントチューブバーナを示す図。
【符号の説明】
１０…ラジアントチューブ、１１ａ，１１ｂ…燃料供給管、１２ａ，１２ｂ…内筒、１３ａ，１３ｂ…外筒、１４ａ，１４ｂ…蓄熱体、１５…板状蓄熱材、１６…貫通孔、１７…スペーサ、２２ａ，２２ｂ…開口、２３ａ，２３ｂ…仕切板、２４ａ，２４ｂ…燃焼用空気供給兼排気口、２５ａ，２５ｂ…冷却用空気供給兼排気口、Ａ…空間、Ｂr…蓄熱式ラジアントチューブバーナ、Ｂra，Ｂrb…バーナ本体、Ｆ1…排ガス吸引ファン、Ｆ2…燃焼用空気ブロワ、Ｖ1a，Ｖ1b…燃料遮断弁、Ｖ2a，Ｖ2b…排ガス遮断弁、Ｖ3a，Ｖ3b…燃焼用空気遮断弁、Ｖ4a，Ｖ4b…冷却用空気遮断弁、Ｖ5a，Ｖ5b…冷却用空気遮断弁、Ｖ6…排ガス遮断弁、Ｖ7…調整弁、Ｖ8…回転弁、ａ…排ガス合流点、Ｔ…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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【図５】
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【図６】
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【図７】
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