JP2005188775A - 管状火炎バーナ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は安定した燃焼を可能とする管状火炎バーナを提供する。
【解決手段】先端が開放された管状の燃焼室と、ノズル噴射口が前記燃焼室の内面に開口した周方向及び／又は長手方向に複数の燃料または酸素含有ガスまたは燃料ガスと酸素含有ガスからなる予混合気の吹き込み用ノズルを備え、各ノズルの噴射方向が燃焼室内周面の接線方向とほぼ一致させ、前記燃焼室の内部には燃焼室内周面との間に所定の空隙を有する棒状部材が内挿され、前記棒状部材は、その長軸方向の長さを、旋回流が安定するように選定し、好ましくは管状の燃焼室の非開放側端部から、少なくともノズル噴出口の燃焼室開放端側までとし、且つその一方の端部が管状の燃焼室の非開放端側端部に接し、更に好ましく中空でその内部に着火源を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、炉や燃焼器等に備える管状火炎バーナに関するものである。

管状火炎バーナは炉や燃焼器等に用いられる。特許文献１には一端が開放された管状の燃焼室１５０を有し、この燃焼室１５０の閉塞端部近傍に燃料ガス１３０を吹き込むノズルと酸素含有ガス１４０を吹き込むノズルが、前記燃焼室の内周面の接線方向に向けて設けられ、旋回流１８０を燃焼室１５０の内部に発生させる管状火炎バーナ１００が開示されている。燃焼室１５０の内部に着火源１６０を設け、火炎１９０を発生させても良い。図９、１０に管状火炎バーナの一例を示す。

管状火炎バーナは、高速の旋回流中で安定な火炎がバーナ内に形成されるので、燃焼設備の小型化が達成されると共に、燃焼火炎の温度のバラツキが小さく、局所的な高温領域が形成されにくい上に、酸素比又は空気比を下げても安定燃焼ができるので、ＮＯｘなどの有害物質、炭化水素等の未燃焼分、煤煙といった環境汚染源を低減することができる。
特開平１１−２８１０１５号公報

しかしながら、管状火炎バーナは、管軸方向に細長いスリットに、管軸方向に細長く偏平させた供給ノズルを接続し、燃料ガス及び酸素含有ガスを燃焼室内周の接線方向に吹き込み強旋回をかけながら吹き込んで、管状の火炎を形成させるため、燃焼室など各部の寸法によっては振動燃焼が生じ、安定した燃焼が得られない場合があった。

例えば、ラジアントチューブに管状火炎バーナを組込むと、燃焼室長さが大きくなるので燃焼安定性が低下する場合が多い。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、燃焼安定性に優れる管状火炎バーナを提供することを目的とする。

本発明の課題は以下の手段により達成される。

１一方の先端または両端が開放された管状の燃焼室と、ノズル噴射口が前記燃焼室の内面に開口して燃料または酸素含有ガスを吹き込むノズルを備え、前記ノズルの噴射方向を燃焼室内周面の接線方向とする管状火炎バーナであって、前記燃焼室には棒状部材が内挿され、前記棒状部材の外周面は前記燃焼室内周面から所定の空隙をもって離間し前記棒状部材は前記ノズルにより燃焼室に吹き込まれる燃料ガスまたは酸素含有ガスからなる旋回流を安定させる長さを有していることを特徴とする管状火炎バーナ。
２一方の先端または両端が開放された管状の燃焼室と、ノズル噴射口が前記燃焼室の内面に開口し、燃料ガスと酸素含有ガスからなる予混合気を吹き込むノズルを備え、前記ノズルの噴射方向を燃焼室内周面の接線方向とする管状火炎バーナであって、前記燃焼室には棒状部材が内挿され、前記棒状部材の外周面は前記燃焼室内周面から所定の空隙をもって離間し、前記棒状部材は前記ノズルにより燃焼室に吹き込まれる燃料ガスと酸素含有ガスからなる予混合気による旋回流を安定させる長さを有していることを特徴とする管状火炎バーナ。
３前記棒状部材が筒状で、その内部に着火源を有していることを特徴とする１または２の管状火炎バーナ。
４前記棒状部材が筒状で、前記管状火炎バーナの外部から、前記棒状部材を通して、燃焼室内に燃料または酸素含有ガスまたは両者を混合したものを更に吹き込むことを特徴とする１または２記載の管状火炎バーナ。

本発明によれば、振動燃焼が生じにくく、また発生しても速やかに収束するので燃焼状態の安定性の高い管状火炎バーナが得られ産業上極めて有用である。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１に本発明の一実施形態に係る管状火炎バーナの構造を模式的に示す。図において、１は管状火炎バーナ、１１ａ、１１ｂは燃焼室内に、燃料または酸素含有ガスまたは両者を混合したものを吹き込むノズル、１２は管状火炎バーナの内部に配置される棒状部材、１３は燃料、１４は酸素含有ガス、１５は燃焼室、１８は燃料１３と酸素含有ガス１４による旋回流を示す。

管状火炎バーナ１は先端が開放された管状の燃焼室１５と、ノズル１１ａ，１１ｂを備える。ノズル１１ａ，１１ｂの噴射口は燃焼室１５の内面に開口し、ノズルの噴射方向を燃焼室内周面の接線方向とする。本発明で接線方向とは、ほぼ接線方向も含むものとする。

本図はノズル１１ａ，１１ｂの二つのノズルを有し、ノズル１１ａで燃料１３を、ノズル１１ｂで酸素含有ガス１４を吹き込む様子を示すが、燃料１３、酸素含有ガス１４を予め混合したものをノズル１１ａ，１１ｂから吹き込んでも良い。ノズルの数や燃焼室の径断面において取り付ける位置は特に規定せず、安定した燃焼が得られるように適宜選定する。

燃焼室１５の内部に、棒状部材１２を内挿し、その一方の端部を燃焼室１５の非開放端側端部に接して固定する。棒状部材１２の横断面は、その外周面の全面において燃焼室１５の内周面との間に、ノズル１１ａ，１１ｂにより吹き込まれる燃料１３や酸素含有ガス１４による旋回流１８が生じるように空隙を設ける。

棒状部材１２により、燃焼室１５に吹き込まれる燃料１３や酸素含有ガス１４の混合速度や、着火速度が変化し、吹き込まれる燃料１３や酸素含有ガス１４による流体力学的圧力変動波と燃焼反応による熱発生速度変動波燃焼反応による熱発生速度で位相差が生じ共振現象が回避できる。

棒状部材１２の長軸方向の長さは、ノズル１１ａ，１１ｂにより燃焼室に吹き込まれる燃料ガスと酸素含有ガスからなる予混合気による旋回流を安定させる長さであれば良く特に規定しない。

燃焼室１５の非開放側端部から、少なくともノズル１１ａ，１１ｂの噴出口の燃焼室１５の開放端側までとすると旋回流１８が安定して得られ好ましい。燃焼室１５の内部にノズル１１ａ，１１ｂを管軸方向の位置をずらして取り付ける場合は、より開放端に近いノズルの噴出口の開放端側までとすることが好ましい。

棒状部材１２は中実でも中空でも良く、またその材質は高温に耐えられるものであれば良く特に限定しない。棒状部材１２の外周面を高放射性コーティング材で被覆したり、輻射変換体とすると旋回流１８の中心部も保熱されるので、旋回流１８の内外での温度差が小さくなり、安定して維持できるので、より好ましい。

図２に本発明の他の実施形態に係る管状火炎バーナの構造を模式的に示す。図において１６は着火源、１９は着火炎を示し、その他の符号は図１と同じとする。棒状部材１２を中空部材とし、その内部に着火源１６を配置する。着火源はパイロットバーナなどが好ましいが特に限定しない。棒状部材１２に着火機構を組み込んでも良い。

図３に本発明の他の実施形態に係る管状火炎バーナの構造を模式的に示す。図において１７は管状火炎バーナ１の外部から燃焼室１５内に供給される燃料または酸素含有ガスまたは両者を混合したものを示し、その他の符号は図１と同じとする。

棒状部材１２を中空とし、その内部から燃焼室１５内に向けて、管状火炎バーナ１の外部から供給される（供給手段は図示しない）燃料または酸素含有ガスまたは両者を混合したもの１７を吹き込むことができるので、旋回流１８の内外の温度差が小さくなり、旋回流１８が安定して維持できる。

図４に本発明の他の実施形態に係る管状火炎バーナの構造を模式的に示す。図において２０は棒状部材１２を燃焼室１５の内部で支える支持部材を示し、その他の符号は図１と同じとする。

本実施形態に係る管状火炎バーナは、両端が開放された燃焼室１５を有し、燃焼室１５の長軸方向の中心部に燃料１３を燃焼室内に吹き込むノズル１１ａと、酸素含有ガス１４を吹き込むノズル１１ｂを配置している。

棒状部材１２は、ノズル１１ａとノズル１１ｂ間の支持部材２０によって燃焼室１５の内部に固定される。棒状部材１２と燃焼室１５の寸法や位置関係は図１の実施例に準じ、両端が開放された燃焼室１５でも旋回流１８が安定して得られるように選定すれば良く特に規定しない。

図５に本発明の他の実施形態を示す。ノズル１１ａとノズル１１ｂの間隔が図４に示す実施例よりも大きい場合、ノズル１１ａ，ノズル１１ｂが各々２個以上でも良く、本図では各々２個の場合を示す。

図４、５に示した実施例では、燃料１３をノズル１１ａから吹込み、酸素含有ガス１４をノズル１１ｂから吹き込む場合を示したが、燃料１３と酸素含有ガス１４を予め混合したものをこれらノズルから吹き込んでも良い。

支持部材２０には、棒状部材１２を着火源とする点火用電気スパーク配線や、燃料ガスなどの配管系を、燃焼熱からこれらを防護する冷却系とともに配置することができる。

図６は本発明の効果を安定燃焼領域の大きさで示す模式図で、燃焼室の長さと直径（内径）寸法を変化させた場合に安定燃焼領域の得られる領域を示している。本発明によれば、従来の管状火炎バーナに対し、燃焼室が長くなっても安定した燃焼が得られる。

本発明の効果を実施例をもって示す。図７は本実施例に用いた管状火炎バーナを模式的に示す図で、（１）は従来例、（２）は本発明例を示す。従来例、本発明例ともに、管状火炎バーナの寸法諸元およびノズル噴出流速は同じで、本発明例に用いた管状火炎バーナは従来例の燃焼室内に棒状部材を配置したものである。

実施例では棒状部材の筒軸方向の長さ、燃焼室の内径およびＣＯＧの燃焼流量を種々変化させ、燃焼火炎の安定性に及ぼす影響を調査した。図８に本実施例で得られた結果を示す。本発明例によればＣＯＧの燃焼流量によらず、安定した燃焼が得られ、特にＣＯＧの燃焼流量が多くなった場合でも安定した燃焼が得られる。

尚、図８において、左右に並列して表示されている丸印などの記号は左が従来例、右が本発明例で得られた結果を示す。

本発明の一の実施形態に用いる管状火炎バーナの構造を示す概略断面図。 本発明の他の実施形態に用いる管状火炎バーナの構造を示す概略断面図。 本発明の他の実施形態に用いる管状火炎バーナの構造を示す概略断面図。

本発明の他の実施形態に用いる管状火炎バーナの構造を示す概略断面図。 本発明の他の実施形態に用いる管状火炎バーナの構造を示す概略断面図 本発明の効果を示す説明図。 実施例に用いた管状火炎バーナの構造を説明する図で、（１）は従来例、（２）は本発明例を示す。 実施例（燃焼流量を変化させた場合の燃焼安定性に及ぼす棒状部材の高さ、燃焼室長さの影響）を示す図。 従来例。 従来例。

符号の説明

１ 管状火炎バーナ
１１ａ、１１ｂ ノズル
１２ 棒状部材
１３ 燃料
１４ 酸素含有ガス
１５ 燃焼室
１６ 着火源
１７ 外部から供給される燃料または酸素含有ガスまたは両者を混合したもの。

１８ 旋回流
１９ 火炎
２０ 支持部材
１００ 管状火炎バーナ（従来例）
１３０ 燃料（従来例）
１４０ 酸素含有ガス（従来例）
１５０ 燃焼室（従来例）
１６０ 着火源（従来例）
１８０ 旋回流（従来例）
１９０ 火炎（従来例）

Claims (4)

1. 一方の先端または両端が開放された管状の燃焼室と、ノズル噴射口が前記燃焼室の内面に開口し、燃料または酸素含有ガスを吹き込むノズルを備え、前記ノズルの噴射方向を燃焼室内周面の接線方向とする管状火炎バーナであって、前記燃焼室には棒状部材が内挿され、前記棒状部材の外周面は前記燃焼室内周面から所定の空隙をもって離間し前記棒状部材は前記ノズルにより燃焼室に吹き込まれる燃料ガスまたは酸素含有ガスからなる旋回流を安定させる長さを有していることを特徴とする管状火炎バーナ。
2. 一方の先端または両端が開放された管状の燃焼室と、ノズル噴射口が前記燃焼室の内面に開口し、燃料ガスと酸素含有ガスからなる予混合気を吹き込むノズルを備え、前記ノズルの噴射方向を燃焼室内周面の接線方向とする管状火炎バーナであって、前記燃焼室には棒状部材が内挿され、前記棒状部材の外周面は前記燃焼室内周面から所定の空隙をもって離間し、前記棒状部材は前記ノズルにより燃焼室に吹き込まれる燃料ガスと酸素含有ガスからなる予混合気による旋回流を安定させる長さを有していることを特徴とする管状火炎バーナ。
3. 前記棒状部材が筒状で、その内部に着火源を有していることを特徴とする請求項１または２の管状火炎バーナ。
4. 前記棒状部材が筒状で、前記管状火炎バーナの外部から、前記棒状部材を通して、燃焼室内に燃料または酸素含有ガスまたは両者を混合したものを更に吹き込むことを特徴とする請求項１または２記載の管状火炎バーナ。

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