(57)【要約】【課題】空気用外管及び排ガス用内管と排気管との接続部に応力集中が発生することを防止することができ、排気管の周辺に損傷が生じることを防止できる熱交換機能付バーナを提供すること。【解決手段】熱交換機能付バーナ１は、空気用外管２、燃焼筒４、燃料管５及び排ガス用内管３を有している。排ガス用内管３の外周部には、排ガスＧを排気するための排気管３１が設けてある。排気管３１は、空気用外管２の外周部に設けた挿通穴２２内に、所定の環状間隙２２１を形成した状態で挿通配置してあり、挿通穴２２には、変形可能な変形吸収管（補助管）２３が設けてある。排ガス用内管３を熱交換器として機能させる際に、変形吸収管２３を変形させながら排ガス用内管３をその軸方向へ熱膨張変形させるよう構成してある。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼用空気を流入させて通過させるための空気用外管と、
該空気用外管の内周側に挿通配置し、該空気用外管を通過させた燃焼用空気を通過させて噴出させるための燃焼筒と、
該燃焼筒の内周側に挿通配置し、燃料ガスを通過させて噴出させるための燃料管と、
上記空気用外管の内周側に挿通配置すると共に、上記燃料管及び上記燃焼筒を内周側に挿通配置させて、上記燃料ガスと上記燃焼用空気との燃焼を行った後に生じた排ガスを通過させる排ガス用内管とを有しており、
該排ガス用内管によって、上記燃焼用空気と上記排ガスとの熱交換を行うよう構成したバーナであって、
上記排ガス用内管の外周部には、上記排ガスを排気するための排気管が設けてあり、
該排気管は、上記空気用外管の外周部に設けた挿通穴内に、所定の環状間隙を形成した状態で挿通配置してあり、上記挿通穴には、補助管が設けてあり、
該補助管と上記排気管との間には、上記空気用外管内に流入した燃焼用空気を保持することが可能な空気保持空間が形成されており、
上記排気管と上記補助管とのいずれか一方又は双方は、変形可能な変形吸収管から構成してあり、
上記排ガス用内管を上記熱交換器として機能させる際には、上記変形吸収管を変形させながら上記排ガス用内管をその軸方向へ熱膨張変形させるよう構成したことを特徴とする熱交換機能付バーナ。
【請求項２】
請求項１において、上記空気用外管の取付側端部には、上記バーナを加熱炉の炉壁外面に取り付けるための取付フランジが設けてあり、
上記補助管及び上記排気管は、それぞれ上記空気用外管及び上記排ガス用内管において、上記炉壁外面への取付側とは反対側の端部に設けてあることを特徴とする熱交換機能付バーナ。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記変形吸収管は、蛇腹形状を有する金属製のフレキシブル配管によって構成してあり、
上記排ガス用内管を上記熱交換器として機能させる際には、上記フレキシブル配管を斜めに変形させながら上記排ガス用内管をその軸方向へ熱膨張変形させるよう構成したことを特徴とする熱交換機能付バーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガスの排熱を利用して燃焼を行うよう構成した熱交換機能付バーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
加熱炉等に用いるバーナにおいては、燃料ガスを燃焼用空気を用いて燃焼させた燃焼ガスによって炉内の加熱を行い、この加熱を行った後の排ガスの排熱によって燃焼用空気を再加熱して、バーナにおける燃焼効率を向上させている。
例えば、特許文献１の熱交換器内蔵型低ＮＯｘラジアントチューブバーナは、燃料ガス供給管、燃焼用空気供給管、燃焼排ガス供給管、ラジアントチューブ、熱交換器等を備えている。熱交換器は、空気供給部と排ガス供給部との間に配設してあり、空気供給部は、燃焼用空気供給管の後方に連通した第１筒部材と、この第１筒部材の外方において、所定間隔をもって燃焼排ガス供給管に取り付けた第２筒部材と、第１筒部材と第２筒部材との間に設けた隔離部材とから形成されている。そして、第２筒部材の中間部位には、熱膨張を吸収するための蛇腹部を設けている。
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１においては、上記蛇腹部は、上記第２筒部材の軸方向に生じる熱膨張を吸収するためのものであり、バーナの構造が特許文献１のものと異なる場合には、採用することができない。
すなわち、図５に示すごとく、排気ガスＧを通過させる排ガス用内管９３の外周部に設けた排気管９３１を、燃焼用空気Ａを通過させる空気用外管９２に設けた挿通穴内を挿通させた構造においては、空気用外管９２及び排ガス用内管９３と排気管９３１との接続部に、排ガス用内管９３の熱膨張変形による応力集中が作用することを回避するためには、更なる工夫が必要とされる。なお、同図は、従来のバーナ９を示し、符号９４は燃焼用空気Ａを通過させる燃焼筒を示し、符号９５は燃料ガスＦを通過させる燃料管を示す。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１４６１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、空気用外管及び排ガス用内管と排気管との接続部に応力集中が発生することを防止することができ、排気管の周辺に損傷が生じることを防止することができる熱交換機能付バーナを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、燃焼用空気を流入させて通過させるための空気用外管と、
該空気用外管の内周側に挿通配置し、該空気用外管を通過させた燃焼用空気を通過させて噴出させるための燃焼筒と、
該燃焼筒の内周側に挿通配置し、燃料ガスを通過させて噴出させるための燃料管と、
上記空気用外管の内周側に挿通配置すると共に、上記燃料管及び上記燃焼筒を内周側に挿通配置させて、上記燃料ガスと上記燃焼用空気との燃焼を行った後に生じた排ガスを通過させる排ガス用内管とを有しており、
該排ガス用内管によって、上記燃焼用空気と上記排ガスとの熱交換を行うよう構成したバーナであって、
上記排ガス用内管の外周部には、上記排ガスを排気するための排気管が設けてあり、
該排気管は、上記空気用外管の外周部に設けた挿通穴内に、所定の環状間隙を形成した状態で挿通配置してあり、上記挿通穴には、補助管が設けてあり、
該補助管と上記排気管との間には、上記空気用外管内に流入した燃焼用空気を保持することが可能な空気保持空間が形成されており、
上記排気管と上記補助管とのいずれか一方又は双方は、変形可能な変形吸収管から構成してあり、
上記排ガス用内管を上記熱交換器として機能させる際には、上記変形吸収管を変形させながら上記排ガス用内管をその軸方向へ熱膨張変形させるよう構成したことを特徴とする熱交換機能付バーナにある（請求項１）。
【０００７】
本発明の熱交換機能付バーナにおいては、空気用外管の内周側に排ガス用内管を挿通配置し、排ガス用内管の内周側に燃焼筒を挿通配置し、燃焼筒の内周側に燃料管を挿通配置してなり、空気用外管及び排ガス用内管と排気管との接続部に応力集中が発生することを防止するための工夫を行っている。
本発明のバーナにおいて、燃料ガスを燃焼用空気を用いて燃焼させる際には、空気用外管を通過する燃焼用空気は、排ガス用内管の外周部を介して排ガス用内管を通過する排ガスと熱交換を行い、排ガスにおける熱エネルギーが燃焼用空気に回収される。これにより、排ガス用内管を熱交換器として機能させる。そして、排ガス用内管を通過する排ガスは排気管を通過して外部へ排気される一方、空気用外管を通過する燃焼用空気は、燃焼筒内へ導かれた後噴射され、燃料管から噴射される燃料ガスと共に燃焼して、火炎が形成される。
【０００８】
このとき、排ガス用内管を通過する排ガスと、空気用外管を通過する燃焼用空気との温度差により、排ガス用内管には、軸方向への熱膨張変形が生じる。これに対し、本発明のバーナにおいては、排ガス用内管における排気管を、挿通穴に対して所定の環状間隙を形成した状態で、補助管内に挿通配置している。これにより、排ガス用内管を熱交換器として機能させる際に、排気管と補助管とのいずれか一方又は双方である変形吸収管を変形させながら排ガス用内管をその軸方向へ熱膨張変形させることができる。なお、この熱膨張変形の際には、排気管は挿通穴内で位置ずれすることができる。
そのため、空気用外管及び排ガス用内管と排気管との接続部に応力集中が発生することを防止することができ、排気管の周辺に損傷が生じることを防止することができる。
【０００９】
なお、空気用外管内に流入した燃焼用空気の一部は、補助管と排気管との間の空気保持空間へ流入するものの、空気保持空間が閉塞されていることにより、バーナの外部への漏洩は防止される。
それ故、本発明の熱交換機能付バーナによれば、空気用外管及び排ガス用内管と排気管との接続部に応力集中が発生することを防止することができ、排気管の周辺に損傷が生じることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記空気用外管と上記排ガス用内管とは、溶接により一体化することができ、鋳物によって一体化することもできる。
また、上記空気用外管の取付側端部には、上記バーナを加熱炉の炉壁外面に取り付けるための取付フランジが設けてあり、上記補助管及び上記排気管は、それぞれ上記空気用外管及び上記排ガス用内管において、上記炉壁外面への取付側とは反対側の端部に設けてあることが好ましい（請求項２）。
この場合には、空気用外管への燃焼用空気の流入口を、炉壁外面への取付側の端部に設け、流入口の形成位置と、変形吸収管及び排気管の形成位置とをできるだけ離すことができる。これにより、熱交換をより効果的に行うことができる一方、空気用外管及び排ガス用内管と排気管との接続部に発生する応力集中の防止効果をより顕著に得ることができる。
【００１１】
また、上記変形吸収管は、蛇腹形状を有する金属製のフレキシブル配管によって構成してあり、上記排ガス用内管を上記熱交換器として機能させる際には、上記フレキシブル配管を斜めに変形させながら上記排ガス用内管をその軸方向へ熱膨張変形させるよう構成することが好ましい（請求項３）。
この場合には、空気用外管及び排ガス用内管と排気管との接続部に発生する応力集中の防止効果を得ることができるバーナの構造を簡単に実現することができる。
【実施例】
【００１２】
以下に、本発明の熱交換機能付バーナにかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例の熱交換機能付バーナ１は、図１に示すごとく、以下の空気用外管２、燃焼筒４、燃料管５及び排ガス用内管３を有している。空気用外管２は、バーナ１における最も外側のハウジングを形成する構成部品であり、燃焼用空気Ａを流入させる流入口２１を外周部に有しており、流入口２１から流入した燃焼用空気Ａを通過させるよう構成してある。燃焼筒４は、空気用外管２の内周側に挿通配置してあり、空気用外管２を通過させた燃焼用空気Ａを通過させて噴出させるよう構成してある。燃料管５は、燃焼筒４の内周側に挿通配置してあり、燃料ガスＦを通過させて噴出させるよう構成してある。排ガス用内管３は、空気用外管２の内周側に挿通配置してあり、燃料管５及び燃焼筒４を内周側に挿通配置させて、燃料ガスＦと燃焼用空気Ａとの燃焼を行った後に生じた排ガスＧを通過させるよう構成してある。
【００１３】
そして、図２、図３に示すごとく、本例のバーナ１は、排ガス用内管３によって、燃焼用空気Ａと排ガスＧとの熱交換を行うよう構成してある。
排ガス用内管３の外周部には、排ガスＧを排気するための排気管３１が設けてある。また、排気管３１は、空気用外管２の外周部に設けた挿通穴２２内に、所定の環状間隙２２１を形成した状態で挿通配置してあり、挿通穴２２には、補助管２３が設けてある。補助管２３と排気管３１との間には、空気用外管２内に流入した燃焼用空気Ａを保持することが可能な空気保持空間２４が形成されている。
【００１４】
本例の補助管２３は、変形可能な変形吸収管２３から構成してある。そして、本例の熱交換機能付バーナ１は、排ガス用内管３を熱交換器として機能させる際には、排気管３１を挿通穴２２内で位置ずれさせると共に、変形吸収管２３を変形させながら排ガス用内管３をその軸方向へ熱膨張変形させるよう構成してある。なお、図２は、変形吸収管２３を変形させながら、排ガス用内管３が熱膨張変形すると共に排気管３１が位置ずれ（矢印Ｘで示す。）した状態を示す。
【００１５】
以下に、本例の熱交換機能付バーナ１につき、図１〜図３を参照して詳説する。
図１に示すごとく、本例の熱交換機能付バーナ１は、加熱炉７の炉壁外面７１に取り付けるよう構成してあり、自己の燃焼によって生じた燃焼ガスＨによって加熱炉７内を加熱し、この加熱後の排ガスＧの排熱を回収するよう構成した自己排熱回収型バーナである。
空気用外管２及び排ガス用内管３の取付側端部には、バーナ１を加熱炉７の炉壁外面７１に取り付けるための取付フランジ２５が設けてある。空気用外管２は、加熱炉７の炉壁外面７１に配置するよう構成してあり、空気用外管２及び排ガス用内管３には、加熱炉７の炉壁に設けた取付穴７２に挿通配置した排ガス回収用配管６が連結してある。そして、排ガス回収用配管６は、排ガス用内管３と連通されている。なお、排ガス回収用配管６は、必ずしも設ける必要がなく、燃焼筒４は、取付穴７２（バーナタイル内）に直接挿通配置することもできる。
【００１６】
本例の燃焼筒４は、その後端部に径方向外方へ突出するフランジ部４１を有しており、このフランジ部４１によって、排ガス用内管３の後端部に取り付けてある。燃焼筒４には、先端側の先端開口部４０１と後端側の後端開口部４０２とが形成されており、後端開口部４０２へは空気用外管２内へ流入した燃焼用空気Ａが流入するよう構成されている。
燃焼筒４の先端開口部４０１は、加熱炉７の炉壁内面７３よりも突出している。
【００１７】
図１に示すごとく、空気用外管２における燃焼用空気Ａの流入口２１は、空気用外管２において炉壁外面７１への取付側の端部に設けてある。変形吸収管（補助管）２３及び排気管３１は、それぞれ空気用外管２及び排ガス用内管３において、炉壁外面７１への取付側とは反対側の端部に設けてある。
また、燃料管５の先端部には、燃料ガスＦを噴出させるためのガスノズル５１が設けてある。
【００１８】
本例の排気管３１は、排ガス用内管３の外周部における後端部近傍に溶接してあり、排ガス用内管３に連通してある。また、空気用外管２及び排ガス用内管３は、取付フランジ２５に対して溶接を行って一体化してある。
図２、図３に示すごとく、本例の変形吸収管２３は、蛇腹形状を有する金属製のフレキシブル配管によって構成してある。変形吸収管２３の軸方向両端部には、取付用のフランジ部２３１が固定してあり、このフランジ部２３１は、挿通穴２２の周辺と排気管３１の先端部に設けた取付用のフランジ部３１１とに固定してある。
【００１９】
本例の熱交換機能付バーナ１においては、空気用外管２の内周側に排ガス用内管３を挿通配置し、排ガス用内管３の内周側に燃焼筒４を挿通配置し、燃焼筒４の内周側に燃料管５を挿通配置してなり、空気用外管２及び排ガス用内管３と排気管３１との接続部に応力集中が発生することを防止するための工夫を行っている
本例のバーナ１において、燃料ガスＦを燃焼用空気Ａを用いて燃焼させる際には、空気用外管２を通過する燃焼用空気Ａは、排ガス用内管３の外周部を介して排ガス用内管３を通過する排ガスＧと熱交換を行い、排ガスＧにおける熱エネルギーが燃焼用空気Ａに回収される。これにより、排ガス用内管３を熱交換器として機能させる。そして、排ガス用内管３を通過する排ガスＧは排気管３１を通過して外部へ排気される一方、空気用外管２を通過する燃焼用空気Ａは、燃焼筒４内へ導かれた後噴射され、燃料管５から噴射される燃料ガスＦと共に燃焼して、火炎が形成される。
【００２０】
このとき、排ガス用内管３を通過する排ガスＧと、空気用外管２を通過する燃焼用空気Ａとの温度差により、排ガス用内管３には、軸方向への熱膨張変形が生じる。これに対し、本例のバーナ１においては、排ガス用内管３における排気管３１を、挿通穴２２に対して所定の環状間隙２２１を形成した状態で、変形可能な変形吸収管２３内に挿通配置している。これにより、排ガス用内管３を熱交換器として機能させる際に、排ガス用内管３に熱膨張変形が生じたときには、変形吸収管（フレキシブル配管）２３を斜めに変形させながら排気管３１を挿通穴２２内で位置ずれさせることができる（図２参照）。そのため、空気用外管２及び排ガス用内管３と排気管３１との接続部に応力集中が発生することを防止することができ、排気管３１の周辺に損傷が生じることを防止することができる。なお、図２においては、排ガス用内管３が熱膨張変形する状態を示す。
【００２１】
なお、空気用外管２内に流入した燃焼用空気Ａの一部は、変形吸収管２３と排気管３１との間の空気保持空間２４へ流入するものの、空気保持空間２４が閉塞されていることにより、バーナ１の外部への漏洩は防止される。
また、バーナ１における空気用外管２及び排ガス用内管３の設計自由度が増加し、排ガス用内管３の外周部による熱効率の向上を図ることが容易になる。また、変形吸収管２３には、小さな外形のフレキシブル配管を用いることができ、例えば、排ガス用内管３にフレキシブル配管を設ける場合に比べて、製作コストの低減を図ることができる。
【００２２】
それ故、本例の熱交換機能付バーナ１によれば、空気用外管２及び排ガス用内管３と排気管３１との接続部に応力集中が発生することを防止することができ、排気管３１の周辺に損傷が生じることを防止することができる。
【００２３】
なお、図４に示すごとく、上記補助管２３を変形吸収管２３とする代わりに、上記排気管３１を上記フレキシブル配管から構成した変形吸収管とすることもできる。この場合においても、上記と同様の作用効果を得ることができる。また、図示は省略するが、上記排気管３１及び上記補助管２３を変形吸収管から構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例における、熱交換機能付バーナを、その側方から見た状態で示す断面説明図。
【図２】実施例における、変形吸収管（補助管）及び排気管の周辺を、その側方から見た状態で拡大して示す断面説明図。
【図３】実施例における、変形吸収管（補助管）及び排気管の周辺を、その軸方向から見た状態で拡大して示す断面説明図。
【図４】実施例における、他の熱交換機能付バーナにおける変形吸収管（補助管）及び排気管の周辺を、その側方から見た状態で拡大して示す断面説明図。
【図５】従来例における、熱交換機能付バーナの一部を、その側方から見た状態で示す断面説明図。
【符号の説明】
【００２５】
１  熱交換機能付バーナ
２  空気用外管
２２  挿通穴
２２１  環状間隙
２３  補助管（変形吸収管）
２４  空気保持空間
３  排ガス用内管
３１  排気管
４  燃焼筒
５  燃料管
６  排ガス回収用配管
７  加熱炉
Ａ  燃焼用空気
Ｆ  燃料ガス
Ｇ  排ガス
【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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