(57)【要約】【課題】従来に比して熱効率が極めて高いと共に、燃料消費率を低く抑えることができる煙道一体型バーナーを提供する。【解決手段】バーナー本体が内装され炉内に開口する火口を備えた燃焼室を有する燃焼部と、前記燃焼部の外側に形成された排煙流路と、前記排煙流路と連通する煙道を備えた煙道部とを含み、前記煙道部の煙道外周には給気部から供給された給気エアを流通する予熱流路が形成されているとともに、前記燃焼部の燃焼室外周には前記予熱流路から流入する給気エアを加熱して燃焼室内に送入する燃焼エア流路が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナー本体が内装され炉内に開口する火口を備えた燃焼室を有する燃焼部と、
前記燃焼部の外側に形成された排煙流路と、
前記排煙流路と連通する煙道を備えた煙道部とを含み、
前記煙道部の煙道外周には給気部から供給された給気エアを流通する予熱流路が形成されているとともに、前記燃焼部の燃焼室外周には前記予熱流路から流入する給気エアを加熱して燃焼室内に送入する燃焼エア流路が形成されていることを特徴とする煙道一体型バーナー。
【請求項２】
前記予熱流路が給気部と連通する外筒部と該外筒部と上部で連通しかつ下部で前記燃焼エア流路と接続する二重筒構造よりなる請求項１に記載の煙道一体型バーナー。
【請求項３】
前記燃焼エア流路が前記予熱流路と後部で接続する外筒部と該外筒部と前部で連通しかつ後部で前記燃焼室と接続する二重筒構造よりなる請求項１又は２に記載の煙道一体型バーナー。
【請求項４】
前記煙道部が前記燃焼部の直上に配設されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の煙道一体型バーナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、煙道一体型バーナーに関する。
【背景技術】
【０００２】
発明者は、先に図５に示されるようなバーナー７０を提案した。このバーナー７０は、燃焼室７４の耐熱金属材料の室壁７５と、該室壁７５の外周に形成された空気路７８ａ及び空気路７８ｂと、該空気路７８ａ，７８ｂにおいて予熱され前記燃焼室７４に供給される空気Ａと、該空気Ａにより燃焼室７４で燃焼されるガスとからなるものである（例えば、特許文献１参照）。なお、図５において、符号７１は本体部、７３はガスノズル、７７はガス供給口、７９は空気出口である。
【０００３】
このバーナー７０において、燃焼室７４の熱は耐熱金属材料の室壁７５を介して空気路７８ａ，７８ｂに伝えられ、その結果、前記空気路７８ａ，７８ｂの空気が予熱される。この予熱された空気が燃焼に用いられることで、熱効率が向上しＮＯＸの発生を少なくすることができる。一方、前記燃焼室７４の室壁７５は空気によって冷却されるため、バーナータイルではない耐熱金属材料でも十分耐えることが可能なものである。
【０００４】
しかしながら、近年における省エネルギー化や環境問題等を勘案すると、この種バーナーについて、さらなる高い熱効率等が求められている。
【特許文献１】特開２００２−２２１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は前記の点に鑑みなされたもので、従来に比して熱効率が極めて高いと共に、燃料消費率を低く抑えることができる煙道一体型バーナーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、請求項１の発明は、バーナー本体が内装され炉内に開口する火口を備えた燃焼室を有する燃焼部と、前記燃焼部の外側に形成された排煙流路と、前記排煙流路と連通する煙道を備えた煙道部とを含み、前記煙道部の煙道外周には給気部から供給された給気エアを流通する予熱流路が形成されているとともに、前記燃焼部の燃焼室外周には前記予熱流路から流入する給気エアを加熱して燃焼室内に送入する燃焼エア流路が形成されていることを特徴とする煙道一体型バーナーに係る。
【０００７】
また、請求項２の発明は、前記予熱流路が給気部と連通する外筒部と該外筒部と上部で連通しかつ下部で前記燃焼エア流路と接続する二重筒構造よりなる請求項１に記載の煙道一体型バーナーに係る。
【０００８】
さらに、請求項３の発明は、前記燃焼エア流路が前記予熱流路と後部で接続する外筒部と該外筒部と前部で連通しかつ後部で前記燃焼室と接続する二重筒構造よりなる請求項１又は２に記載の煙道一体型バーナーに係る。
【０００９】
請求項４の発明は、前記煙道部が前記燃焼部の直上に配設されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の煙道一体型バーナーに係る。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明に係る煙道一体型バーナーによれば、バーナー本体が内装され炉内に開口する火口を備えた燃焼室を有する燃焼部と、前記燃焼部の外側に形成された排煙流路と、前記排煙流路と連通する煙道を備えた煙道部とを含み、前記煙道部の煙道外周には給気部から供給された給気エアを流通する予熱流路が形成されているとともに、前記燃焼部の燃焼室外周には前記予熱流路から流入する給気エアを加熱して燃焼室内に送入する燃焼エア流路が形成されているため、煙道部における煙道からの排熱及び燃焼部における燃焼室からの放熱を利用して極めて効率よく効果的に熱交換でき、前記バーナーの熱効率を従来に比して格段に向上させることができる。また、その結果として燃料消費量をより低く抑えることができる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、請求項１において、前記予熱流路が給気部と連通する外筒部と該外筒部と上部で連通しかつ下部で前記燃焼エア流路と接続する二重筒構造よりなるため、さらに効果的かつ確実に熱効率を向上させることができる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、請求項１又は２において、前記燃焼エア流路が前記予熱流路と後部で接続する外筒部と該外筒部と前部で連通しかつ後部で前記燃焼室と接続する二重筒構造よりなるため、さらに効果的かつ確実に熱効率を向上させることができる。
【００１３】
請求項４の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記煙道部が前記燃焼部の直上に配設されているため、燃焼室からの熱を効果的に利用することができる。また、煙道一体型バーナーがコンパクトになり余計な場所を取らず、炉への配設時等の取り扱いが容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下添付の図面に従ってこの発明を詳細に説明する。図１はこの発明の実施例に係る煙道一体型バーナーを示す概略断面図、図２は図１の煙道部を水平方向に切断した状態を示す概略断面図、図３は図１の燃焼部を垂直方向に切断した状態を示す概略断面図、図４はバーナーノズルの先端側を拡大して模式的に表す側面模式図である。
【００１５】
この発明の実施例である煙道一体型バーナー１０は、ポット炉、るつぼ炉、熱処理炉、鍛造炉、金属溶解炉、熱処理炉等の各種工業用の炉Ｒにおける炉壁Ｒｗに煙道部３０と一体的に配設されるものであって、図１ないし図３に示されるように、バーナー本体４０が内装され炉Ｒ内に開口する火口１７を備えた燃焼室１２を有する燃焼部１１と、前記燃焼部１１の外側に形成された排煙流路２０と、前記排煙流路２０と連通する煙道３１を備えた煙道部３０とを含み、前記煙道部３０の煙道３１外周には給気部３９から供給された給気エアａ（図中の実線矢印）を流通する予熱流路３５ａ，３５ｂが形成されているとともに、前記燃焼部１１の燃焼室１２外周には前記予熱流路３５ａ，３５ｂから流入する給気エアａを加熱して燃焼室１２内に送入する燃焼エア流路１５ａ，１５ｂが形成されている。なお、図中において符号３６は下板、４５は点火プラグ、４９はフランジ、Ｔはバーナータイルである。
【００１６】
燃焼部１１は、図１に示されるように、バーナー本体４０が内装され炉Ｒ内に開口する火口１７を備えた燃焼室１２を有する。バーナー本体４０には、図示しない従来公知のバーナーノズルが燃焼室１２の燃焼筒部１６内に向けて設けられており、天然ガス、都市ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、ＬＮＧ（液化天然ガス）等の気体燃料あるいは重油、軽油等の液体燃料等の各種燃料と混合用エア（ミキシングエア、ダイリューションエアともいう）とが混合されて、火口１７より炉Ｒ内に向けてバーナー炎Ｆが噴射される。
【００１７】
実施例では、図４に示されるバーナーノズル５０の先端部５１のように、中央の噴出口５５の外周に複数の孔部５６が形成される。燃料ガスを適度の濃度に希釈するために、図１の燃料ガス供給口４３から供給される燃料ガスと供給管４８を通じて供給される混合用エアが従来公知の手法により混合、供給されて前記各孔部５６より噴出されると共に、前記噴出口５５からは燃焼エアが噴出されて、後述する給気エアａを含めた燃焼エアとともに図１のバーナー炎Ｆとして燃焼される。なお、噴出口５５から供給される燃焼エアは、燃焼に伴うススや黒鉛等が前記噴出口５５の内側に付着することがあり、それを除去、防止するためのクリーンニング用のエアを兼ねて噴射されるように構成されてもよい。
【００１８】
排煙流路２０は、前記燃焼部１１の外側に形成され、炉Ｒ内で発生した排煙ｄ（図中の点線矢印）が流通される。実施例では、図１及び図３のように、排煙流路２０は、燃焼部１１を構成する外筒部１３及び炉Ｒの炉壁Ｒｗに形成されたバーナータイルＴ１との間の空間及び前記外筒部１３と内管２９との間の空間に形成される。排煙流路２０は燃焼部１１の外側に形成されるため、排煙流路２０を通る排煙ｄは燃焼部１１からの熱により熱せられて煙道部３０に流入される。なお、炉Ｒ内の排煙ｄがスムーズに排煙流路２０に排出されるように、炉Ｒ内の圧力はダンパー等によって公知の手法により適宜調整される。
【００１９】
煙道部３０は、前記排煙流路２０と連通する煙道３１を備え、排煙流路２０に流入された排煙ｄが煙道部３０の煙道３１を通じて外部へ排出されるように構成される（図１及び図３参照）。前記煙道部３０の配設される位置は特に限られないが、この実施例では前記燃焼部１１の真上に配設されており、燃焼室１２からの熱を利用することができ、さらに効果的に熱交換を行うことができるので熱効率が高くなる。また、煙道一体型バーナー１０がコンパクトになり、炉Ｒに配設しやすくなる。
【００２０】
また、この煙道部３０の煙道３１外周には、給気部３９から供給された給気エアａを流通する予熱流路３５ａ，３５ｂが形成される。ここで、前記給気エアａは、燃焼効率を向上させるために燃焼室１２に燃焼エアとして供給されるものである。実施例では、図１ないし図３から理解されるように、前記煙道３０の外側に同心円上に外筒部３２及び内筒部３３が設けられ、前記外筒部３２及び内筒部３３との間に予熱流路３５ａが形成され、前記内筒部３３と煙道３１との間に予熱流路３５ｂが形成される。そして、図１及び図３に示されるように、内筒部３３は外筒部３２よりも低くなるように上板３４から離隔して設けられているので、前記予熱流路３５ａ及び前記予熱流路３５ｂは上部３７で連通し、そして、下部３８で予熱流路３５ｂと後述する燃焼エア流路１５ａと接続する二重筒構造を有する。
【００２１】
そのため、従来では煙道部から放熱される熱はそのまま外部へ放出されていたが、この発明においては、煙道部３０において煙道３１からの熱を利用して効果的に熱交換を行うことができる。一方、排煙ｄは煙道３１を通じて外部へ排出される際に、前記煙道３１の外周に設けられた予熱流路３５ａ、３５ｂを通る給気エアａにより冷却されて外部へ放出される。
【００２２】
さらに、前記燃焼部１１の燃焼室１２外周には前記予熱流路３５ｂから流入する給気エアａを加熱して燃焼室１２内に送入する燃焼エア流路１５ａ，１５ｂが形成される。実施例では、図１及び図３に示されるように、燃焼筒部１６の外側であってその同心円上に、内筒部１４と外筒部１３が構成され、前記外筒部１３及び前記内筒部１４との間の空間に燃焼エア流路１５ａ、前記内筒部１４と燃焼筒部１６との間に燃焼エア流路１５ｂが形成される。図１の実施例に示されるように、前記外筒部１３に対して内筒部１４及び燃焼筒部１６は水平方向の長さが短く構成され、前記外筒部１３及び内筒部１４の後端は後壁４２に当接され、前記燃焼筒部１６の前端は前壁４１に当接される。
【００２３】
そして、後部１９において、予熱流路３５ｂと燃焼エア流路１５ａがフランジ４９及び後壁４２との間の空間を介して接続され、前部１８において燃焼エア流路１５ａと燃焼エア流路１５ｂが連通され、さらに後部１９において、燃焼エア流路１５ｂが燃焼室１２に接続される二重筒構造として形成される。そのため、前記燃焼部１１における熱交換が効果的に行われ、前記予熱流路３５ａ，３５ｂにおいて十分に予熱された給気エアａが燃焼エア流路１５ａ，１５ｂを流通することによって、さらに燃焼部１１においても熱交換を行うことができる。
【００２４】
次に、給気部３９より供給される給気エアａが煙道部３０において予熱された後、燃焼部１１において加熱されて燃焼室１２へ燃焼エアとして供給される方法について説明する。まず、図１ないし図３から理解されるように、給気エアａは、前記外筒部３２に設けられた給気部３９から供給されて、外筒部３２と内筒部３３との間に形成された予熱流路３５ａに流入される。そして、給気エアａは予熱流路３５ａ内を上昇して、煙道部３０の上部３７で連通する予熱流路３５ｂ内へ流通し、前記予熱流路３５ｂ内を下降される。
【００２５】
一方、炉Ｒ内の排煙ｄは炉Ｒ圧が調整されることにより、燃焼部１１の外筒部１３とバーナータイルＴ１との間の排煙流路２０を流入し、外筒部１３と内管２９との間に形成された排煙流路２０を通って、前記排煙流路２０に連通される煙道３１に流入される。このとき、前記排煙流路２０を通る排煙ｄはさらに、その真下側に位置する燃焼室１２からの熱により加熱されて煙道３１に流入される。
【００２６】
そのため、前記排煙ｄが煙道３１を通る際に放出される熱により、前記給気エアａは二重筒構造を有する予熱流路３５ａ及び予熱流路３５ｂを流通する間に、十分かつ確実に予熱されることが可能である。
【００２７】
このように煙道３１からの熱で十分に予熱された給気エアａは、次に、煙道部３０の下部３８において予熱流路３５ｂからフランジ４９と後壁４２との間の空間を通り、予熱流路３５ｂと連通する外筒部１３と内筒部１４との間の燃焼エア流路１５ａへ流入される。そして、給気エアａは燃焼エア流路１５ａと前部１８で接続される燃焼エア流路１５ｂへ流通され、続いて前記燃焼エア流路１５ｂと後部１９で接続される燃焼室１２内へ送入される。給気エアａは、二重筒構造の燃焼エア流路１５ａ，１５ｂを流入することによって、前記燃焼室１２からの熱によって、確実かつより高温に加熱されて燃焼エアとして燃焼室１２内に供給される。
【００２８】
以上のような図１の実施例の煙道一体型バーナー１０において、例えば、高さ約６５０ｍｍ×直径１３２０ｍｍ程度のルツボ炉Ｒに対して、ＬＰＧ等の燃料ガスを燃料として用いたバーナー炎Ｆの温度を約１１００〜１２００℃とし、前記炉Ｒ内温度を約１０００℃程度に加熱したとき、煙道３１を通る排煙ｄの温度は概ね８００〜９００℃程度となる。そして、上述のように煙道部３０及び燃焼部１１において熱交換が行われ、給気エアａが予熱流路３５ａ，３５ｂ及び燃焼エア流路１５ａ，１５ｂを流通することによって、約４００℃に加熱された燃焼エアとして燃焼室１２へ送入することができる。そのため、この実施例のルツボ炉において、燃焼エアを予熱、加熱しないで燃焼室に供給する場合と比較して、少なくとも約３０％以上高い熱効率が得られる。また、前述のように燃焼エアとして供給される給気エアａが高温に加熱されているため、燃焼時における燃料ガスと燃焼エアの混合も効率よく行われ、従来と比較して、炉Ｒ内の温度を短時間で所望の温度に昇温させることができ、その結果、燃料消費量も少なくてすむ。  
【００２９】
なお、この発明は前述の実施例のみに限定されるものではなく、前記予熱流路及び前記燃焼エア流路は二重筒構造のみならず、それ以上の複数の筒による複重筒構造により形成されるなどとしても構わない。また、この発明は当業者の自明な範囲において、上記各構成部材について様々な変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものを含む。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の実施例に係る煙道一体型バーナーを示す概略断面図である。
【図２】図１の煙道部を水平方向に切断した状態を示す概略断面図である。
【図３】図１の燃焼部を垂直方向に切断した状態を示す概略断面図である。
【図４】バーナーノズルの先端側を拡大して模式的に表す正面模式図である。
【図５】従来のバーナーを示す部分断面模式図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  煙道一体型バーナー
１１  燃焼部
１２  燃焼室
１５ａ，１５ｂ  燃焼エア流路
１７  火口
２０  排煙流路
３０  煙道部
３１  煙道
３５ａ，３５ｂ  予熱流路
３９  給気部
４０  バーナー本体
ａ  給気エア
【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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