| 【発明の名称】 |
ラジアントチューブバーナ |
| 【発明者】 |
【氏名】雫石 伸
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| 【要約】 |
【課題】ラジアントチューブでは、炉壁内に位置する部分、即ち炉壁内対応部分を加熱する必要はなく、この部分をバーナ火炎で加熱すると、その過熱が生じ、燃焼効率の悪化、チューブ変形等の問題が生じる。そこで、このような問題が生じるのを防止するために、従来は、バーナの保炎部を炉の加熱室に近い部分に設置したり、保炎部を炉の外側に設置する場合には、ラジアントチューブの炉壁内対応部分の内面に耐火断熱材を設置する等の工夫が行われているが、前者のものでは、着火装置の変形や絶縁性の劣化等の問題が生じること、メンテナンス作業が困難であること、大きなスペースが必要であること等の課題があり、後者では耐火断熱材が過熱されることによるＮＯｘの増加や圧力損失の悪化等の課題がある。
【解決手段】そこで本発明では、ラジアントチューブ１の炉壁内対応部分８の内壁に沿って、多数の耐火性部材の小径チューブ１１を設置する等の構成により、筒状の軸方向流路９を構成したラジアントチューブバーナを提案するものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ラジアントチューブの炉壁内対応部分の内壁に沿って、耐火性部材による筒状の軸方向流路を構成したことを特徴とするラジアントチューブバーナ【請求項２】 筒状の軸方向流路は、ラジアントチューブの内径よりも僅かに小径の耐火性部材のチューブを、ラジアントチューブと同軸に設置して構成したことを特徴とする請求項１に記載のラジアントチューブバーナ【請求項３】 筒状の軸方向流路は、多数の耐火性部材の小径チューブを内壁に沿って環状に設置して構成したことを特徴とする請求項１に記載のラジアントチューブバーナ【請求項４】 多数の耐火性部材の小径チューブのうちの適数を、炉壁内対応部分よりも長く構成して、それらの先端側を炉壁内対応部分を越えて奥側に位置させることを特徴とする請求項３に記載のラジアントチューブバーナ【請求項５】 多数の耐火性部材の小径チューブのうちの適数は、複数段階で炉壁内対応部分よりも長く構成したことを特徴とする請求項４に記載のラジアントチューブバーナ【請求項６】 筒状の軸方向流路の内側に内側軸方向流路を構成し、内側軸方向流路は、先端側の端部を外側の軸方向流路よりも内側に構成したことを特徴とする請求項１〜５までのいずれか１項に記載のラジアントチューブバーナ【請求項７】 内側軸方向流路は、外側の筒状の軸方向流路の内径よりも僅かに小径の耐火性部材のチューブを同軸に設置して構成したことを特徴とする請求項６に記載のラジアントチューブバーナ【請求項８】 内側軸方向流路は、多数の耐火性部材の小径チューブを外側の筒状の軸方向流路の内側に環状に設置して筒状に構成したことを特徴とする請求項６に記載のラジアントチューブバーナ【請求項９】 内側軸方向流路は、外側の筒状の軸方向流路の内側に適数の耐火性部材の小径チューブを設置して構成したことを特徴とする請求項６に記載の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】ラジアントチューブバーナは、断熱材等から成る炉壁を通して加熱室内に設置した細い管内で燃焼を行い、その管からの放射によって炉内の被加熱物を間接加熱するものであり、図８は従来の通常のラジアントチューブバーナの一例を示すものである。図８に示すように、ラジアントチューブでは、炉壁内に位置する部分、即ち炉壁内対応部分を加熱する必要はなく、この部分をバーナ火炎で加熱すると、チューブの過熱が生じ、燃焼効率の悪化、チューブ変形等の問題が生じる。そこで、このような問題が生じるのを防止するために、従来は、次のような工夫が行われている。
【０００３】ａ．図８に示すように、バーナの保炎部を炉の加熱室に近い部分、即ち炉の外側から見て奥側に設置して、火炎が上記炉壁内対応部分を加熱することを防止する。ｂ．図９に示すように、バーナの保炎部をａとは異なり、奥側ではなく炉の外側に設置する場合、ラジアントチューブの炉壁内対応部分の内面に耐火断熱材を設置する。ｃ．チューブ両端にリジェネレイティブバーナを設置する場合、図１０に示すように、ａと同様にバーナの保炎部を炉の加熱室に近い部分に設置し、ラジアントチューブの炉壁内対応部分に蓄熱体を設置する。尚、図８〜図１０に示すラジアントチューブバーナの構成及び動作は、図中の要素の説明により自明であるので、それらの説明は省略する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上にあげた従来技術では、次のような課題がある。
（１） 保炎部を奥側に設置するａ，ｃでは、図８，図１０に示されるように、パイロットバーナやスパークロッド等の着火装置を保炎部に応じて奥側まで挿入する必要があり、このためラジアントチューブ内での熱放射の影響による変形、絶縁性の劣化等の問題が生じやすい。またこのような問題が発生した場合に、着火装置を取り出し、そして再度装着する等のメンテナンス作業が難しくなると同時に、着火装置を引き出すために、バーナの後方に大きなスペースが必要となる。
（２） バーナを炉の外側に設置し、ラジアントチューブの炉壁内対応部分に耐火断熱材を施工するｂでは、着火装置のメンテナンスや過熱による問題は回避できるが、ラジアントチューブ内面に施工した耐火断熱材が火炎に炙られ、高温になることによって窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出濃度が増加すると共に、ラジアントチューブの口径、即ち流路が狭められて圧力損失が増加し、燃焼用空気及び燃料ガスの供給圧力が高めとなる。
本発明はこのような課題を解決することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決するために本発明では、ラジアントチューブの炉壁内対応部分の内壁に沿って、耐火性部材による筒状の軸方向流路を構成したラジアントチューブバーナを提案する。
【０００６】本発明では、上記の構成において、筒状の軸方向流路は、ラジアントチューブの内径よりも僅かに小径の耐火性部材のチューブを、ラジアントチューブと同軸に設置して構成すること、又は多数の耐火性部材の小径チューブを内壁に沿って環状に設置して構成することを提案する。
【０００７】そして本発明では、多数の耐火性部材の小径チューブを内壁に沿って設置して構成するものにおいて、多数の小径チューブのうちの適数を、炉壁内対応部分よりも長く構成して、それらの先端側を炉壁内対応部分を越えて奥側に位置させることを提案する。そしてこの場合、適数は複数の段階で炉壁内対応部分よりも長く構成することを提案する。
【０００８】また本発明では、以上の構成において、筒状の軸方向流路の内側に内側軸方向流路を構成し、内側軸方向流路は、先端側の端部を外側の軸方向流路よりも内側に構成することを提案する。
【０００９】そして、本発明では、上記の構成において、内側軸方向流路は、外側の筒状の軸方向流路の内径よりも僅かに小径の耐火性部材のチューブを同軸に設置して構成することを提案する。
【００１０】また本発明では、上記の構成において、内側軸方向流路は、多数の耐火性部材の小径チューブを外側の筒状の軸方向流路の内側に環状に設置して筒状に構成すること、又は内側軸方向流路は、外側の筒状の軸方向流路の内側に適数の耐火性部材の小径チューブを設置して構成することを提案する。
【００１１】以上の本発明によれば、端部からラジアントチューブ内に流入した燃焼用空気の一部は筒状の軸方向流路を流れるので、バーナの保炎部を炉の外側に設置することによりラジアントチューブの炉壁内対応部分の位置に火炎が形成されても、筒状の軸方向流路を流れる燃焼用空気が熱を奪って伝熱を遮断するためラジアントチューブの炉壁内対応部分は過熱されない。また、軸方向流路を流れる燃焼用空気により、流路を構成する耐火性部材自体の過熱も抑制される。そして、このようにラジアントチューブの炉壁内対応部分への伝熱を遮断するための部材がラジアントチューブ内に設置されていても、この部材は軸方向流路を構成するものであるから、従来の耐火断熱材のように圧力損失が増加することは少ない。
【００１２】多数の耐火性部材の小径チューブを内壁に沿って配置することにより軸方向流路を構成する場合には、それらのうちの適数を炉壁対応部分よりも長く構成して、それらの先端側を炉壁対応部分を越えて奥側に位置させることにより、これらの小径チューブからの空気の流出位置を異ならせることができ、こうして容易に三段階以上の多段燃焼が可能となる。
【００１３】またラジアントチューブの炉壁内対応部分の内壁に沿って構成した筒状の軸方向流路の内側にも軸方向流路を構成することができ、この内側軸方向流路は炉壁内対応部分よりも短く構成することができるので、先端側の端部を外側の軸方向流路よりも内側に構成することにより、空気の流出位置を異ならせて多段燃焼を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明に係るラジアントチューブバーナの第１の実施の形態を示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−ＡＡ線断面図である。図１において、符号１はラジアントチューブ、２は断熱材等から成る炉壁であり、炉壁２の図中右側が炉内の加熱室、左側が炉の外側である。炉の外側に位置するラジアントチューブ１の端部には、燃焼用空気供給管３と燃料ガス供給管４を設けており、燃料ガス供給管４の先端側にはカップ状保炎器５を設けている。そしてパイロットバーナ又はスパークロッド等の着火装置６の着火部をカップ状保炎器５の内側に位置させており、またカップ状保炎器５の後壁には連通口７を形成している。符号８はラジアントチューブ１の炉壁内対応部分を示すもので、この炉壁内対応部分８の内壁に沿って、セラミック、セラミック多孔質体等の耐火性部材により形成した筒状の軸方向流路９を構成している。この実施の形態では、軸方向流路９は、多数の耐火性部材の小径チューブ１１を炉壁内対応部分８の内壁に沿って設置して構成している。
【００１５】以上の構成においては、燃料ガス供給管４からカップ状保炎器５を経てラジアントチューブ１の軸方向中央側に供給された燃料ガスと、燃焼用空気供給管３からラジアントチューブ１の端部に供給されて中央側に至った燃焼用空気とが、カップ状保炎器５の下流側において混合して燃焼が行われる。この際、燃焼用空気の一部は連通口７を経てカップ状保炎器５内に流入して保炎が行われる。一方、ラジアントチューブ１の端部に供給された燃焼用空気の一部は、軸方向流路９を構成する小径チューブ１１の上流側端部から流入して流れ、下流側端部から流出して燃焼に供される。従って、以上の構成においては、カップ状保炎器５の下流側において燃料ガスと混合する燃焼用空気を一次空気、そして軸方向流路９の下流側端部から流出して燃焼に供される燃焼用空気を二次空気とする二段燃焼が行われる。
【００１６】以上の燃焼状態において、火炎１０は（ａ）の２点鎖線で示すように、炉の外側に位置するカップ状保炎器５からラジアントチューブ１の炉壁内対応部分８の中央を経て炉内方向に形成されるため、筒状の軸方向流路９を構成する小径チューブ１１が加熱されるが、軸方向流路９を流れている燃焼用空気が熱を奪うため、伝熱が遮断され、従ってラジアントチューブ１の炉壁内対応部分８は過熱されない。このため炉壁内対応部分８の過熱に起因する燃焼効率の悪化やチューブ変形等の問題の発生が防止される。軸方向流路９は、このように炉壁内対応部分８の過熱に起因する問題の発生を防止するものであるから、その長さは、炉壁内対応部分８の長さよりも適宜短く（例えば数ｃｍ程度）構成することもできるし、また後述するように適宜長く構成することもできる。このように炉壁内対応部分８の過熱を防止するための耐火断熱材として作用する多数の小径チューブ１１は軸方向流路９を構成するものであるから、従来の耐火断熱材のように圧力損失が増加することは少ない。一方、軸方向流路９を流れる燃焼用空気は、同時に軸方向流路９を構成する耐火性部材である小径チューブ１１自体の過熱も抑制するので、この過熱に起因する窒素酸化物（ＮＯｘ）の増加を抑制することができる。加えて、軸方向流路９を設けたことにより、上述したとおり二段燃焼が行われるため、その効果によりＮＯｘが低減される。
【００１７】次に図２は本発明に係るラジアントチューブバーナの第２の実施の形態を示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は図１のＡ−ＡＡ線に相当する個所の断面図であるが、（ａ）は（ｂ）のＢ−ＢＢ線で切断した縦断面図である。この第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、軸方向流路９は、多数の耐火性部材の小径チューブ１１を炉壁内対応部分８の内壁に沿って配置して構成している。しかしながら、この第２の実施の形態では、多数の小径チューブ１１は、適数を炉壁内対応部分８よりも長く構成して、それらの先端側を炉壁内対応部分８を越えて奥側に位置させている。（ｂ）に示す例は、多数の小径チューブ１１の一つ置きに長く構成したものであるが、二つ置きに長くしたり、又は規則的ではなく適宜の個所を長くしたりと適宜に設計することができる。尚、図２においては、炉壁内対応部分８に対応させた長さの小径チューブは１１ａ、それよりも長くした小径チューブは１１ｂとして符号を付している。第２の実施の形態のその他の構成要素と作用は、第１の実施の形態と同様であるので、対応する要素に同一の符号を付し、重複する説明は省略する。この第２の実施の形態では、カップ状保炎器５の下流側において燃料ガスと混合する燃焼用空気を一次空気、そして軸方向流路９を構成する小径チューブ１１ａを流れ、その下流側端部から流出して燃焼に供される燃焼用空気を二次空気、小径チューブ１１ｂを流れ、その下流側端部から流出して燃焼に供される燃焼用空気を三次空気とする三段燃焼が行われる。以上の例では、多数の小径チューブ１１は２段階で長さを異ならせているが、それ以上の段階で長さを異ならせることもでき、それに応じて四段階以上の多段燃焼とすることが容易である。このように燃焼の段階を変えることにより、異なるＮＯｘ低減の効果とラジアントチューブ１の表面温度分布の調整を計ることができる。
【００１８】次に図３、図４は筒状の軸方向流路９の構成の他の実施の形態を示すものである。まず図３では、筒状の軸方向流路９は、上述したように、ラジアントチューブ１の内径よりも僅かに小径の耐火性部材のチューブ１２を、ラジアントチューブ１と同軸に設置して、ラジアントチューブ１とチューブ１２間を流路として構成したものである。また図４では、図３により構成した流路を仕切１３により複数の流路に区画したものである。
【００１９】次に図５〜図７は本発明に係るラジアントチューブバーナの第３の実施の形態を示すもので、図５は縦断面図、図６、図７は図１のＡ−ＡＡ線に相当する個所の断面図である。この第３の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、軸方向流路９は、多数の耐火性部材の小径チューブ１１を炉壁内対応部分８の内壁に沿って配置して構成している。そして、この第３の実施の形態では、軸方向流路９の内側に、更に内側軸方向流路１４を構成し、この内側軸方向流路１４は、先端側の端部を外側の軸方向流路９よりも内側に構成している。図６に示す実施の形態では、この内側軸方向流路１４は、軸方向流路９と同様に、多数の耐火性部材の小径チューブ１５を軸方向流路９の内側に環状に設置して筒状に構成している。この実施の形態では、カップ状保炎器５の下流側において燃料ガスと混合する燃焼用空気を一次空気、そして小径チューブ１５により構成される軸方向流路１２を流れ、その下流側端部から流出して燃焼に供される燃焼用空気を二次空気、小径チューブ１１により構成される軸方向流路９を流れ、その下流側端部から流出して燃焼に供される燃焼用空気を三次空気とする三段燃焼が行われる。図６の実施の形態では、内側軸方向流路１４は多数の小径チューブ１５を環状に配置して筒状に構成しているが、図７に示す実施の形態では、内側軸方向流路１４は、軸方向流路９の内側に適数、この場合４個の耐火性部材の小径チューブ１５を設置して構成している。以上の実施の形態の他、内側軸方向流路１４は、軸方向流路９につき図３、図４を示して説明したと同様に、軸方向流路９の内径よりも僅かに小径の耐火性部材のチューブを軸方向流路９と同軸に設置して構成することができる。
【００２０】
【発明の効果】本発明は以上のとおり、ラジアントチューブの炉壁内対応部分の過熱を筒状のの軸方向流路により防止する構成であるので、次のような効果がある。
ａ．バーナ保炎部を炉壁内でなく、炉の外側に設置することが可能であるため、着火装置の変形や絶縁性の劣化等の問題が生じないことに加えて、着火装置の取り出し、再装着等のメンテナンス作業も容易となり、バーナ後方の大きなスペースも必要でなくなる。
ｂ．軸方向流路を構成する耐火性部材自体の過熱も防止されるので、過熱によるＮＯｘの増加を抑制することができる。
ｃ．圧力損失を悪化することがない。
ｄ．二段燃焼又はそれ以上の多段燃焼とすることが容易であり、このことによりＮＯｘの多様な低減効果とラジアントチューブの表面温度の調整を計ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２２０２６２
【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年７月９日（１９９９．７．９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７１１０２
【弁理士】
【氏名又は名称】三觜 晃司
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２１１１７（Ｐ２００１−２１１１７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１月２６日（２００１．１．２６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１９５７００ |
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