JP3155155B2 - シングルエンド型ラジアントチューブ発熱体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一端が閉塞されたシン
グルエンドチューブの内部で高温の空気と燃料を反応さ
せたラジアントチューブ発熱体に関し、たとえば溶解
炉、保持炉、雰囲気加熱炉等の加熱装置に利用される。

【０００２】

【従来の技術】シングルエンド型ラジアントチューブ発
熱体の熱源は電気ヒータが一般的であるが、ガス燃料も
用いられる（たとえば、実開昭６４−５７６５号公
報）。シングルエンド型ラジアントチューブの具備すべ
き特性の一つに、被加熱物である溶湯への伝熱効率を大
にするために、チューブ底を加熱する、あるいはチュー
ブ底まで均一に加熱することである。従来のガス焚きの
シングルエンド型ラジアントチューブでは、チューブ底
を加熱するために、ガスノズルをチューブ底付近まで延
設し、インナチューブを用いて燃焼流と排気流の流れゾ
ーンをわけていた。しかし、インナチューブは常時高温
にさらされ劣化が激しく、交換等のメンテナンス性が問
題であった。これを解決するために、本出願人の１名に
より、ディスク回転式燃焼バーナ本体と長尺のシングル
エンドチューブとからなるシングルエンド型ラジアント
チューブ発熱体が提案された（出願日：平成５年１２月
３日）。そのシングルエンド型ラジアントチューブ発熱
体のバーナタイルは平板からなり、燃料の排気孔へのシ
ョートパスを防止するため、エアノズル（給排に共用さ
れるバーナタイルにあけられた通気孔）とガスノズル
（バーナタイル中央にあけられた燃料噴射孔）との間隔
を大にしていた。その結果、給気の燃料流を随伴する力
が低下するので、燃焼空気の運動量を上げて燃料随伴能
力を向上させることで対応していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、燃焼空気の運
動量の増加により、次の２つの大きな問題が生じてい
た。ひとつは、燃焼空気の流速向上のためのバーナ内給
気通路内圧力増大に起因するバーナ内リーク（給気の給
気通路から排気通路へのリーク）の増大、その結果の給
気の噴出流速の低下、燃料随伴力低下、燃料の排気への
ショートパス量の増大、空気不足による不完全燃焼と排
気中のＣＯの増加である。もうひとつは、バーナ内リー
ク分空気量を増大する空気比増加によるチューブの酸
化、チューブ底部の乱流発生、熱交換温度効率の低下
（ふく射係数の減少）、被加熱物への伝熱効率の低下、
その結果生じる燃費の悪化である。本発明の目的は、従
来程、燃焼空気の運動量の増加、それに伴なうバーナ内
リークの増大、空気比増加、を伴なわないで、チューブ
底を加熱できる、ガス焚きのシングルエンド型ラジアン
トチューブ発熱体を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の蓄熱燃焼用バーナは次の通りである。 （１） 蓄熱燃焼用バーナと一端が閉塞されたシングル
エンドチューブからなり、前記蓄熱燃焼用バーナが、蓄
熱体と、前記蓄熱体の軸方向一側に配置され、給排が切
替えられる複数の通気孔が開口する給排気面と、燃料開
放面を有するバーナタイルと、前記蓄熱体の軸方向他側
に配置され、互いに摺動可能に面接触された回転ディス
クと固定ディスクとを有する給排気の切替機構と、から
なっていることを特徴とするシングルエンド型ラジアン
トチューブ発熱体。 （２） 蓄熱燃焼用バーナと一端が閉塞されたシングル
エンドチューブからなり、前記蓄熱燃焼用バーナが、蓄
熱体と、前記蓄熱体の軸方向一側に配置され、給排が切
替えられる通気孔が複数開口された給排気面と、 該給
排気面から突出された突出部と、該突出部の内側に形成
された燃料開放面とを有するバーナタイルと、前記蓄熱
体の軸方向他側に設けられた給排気の切替機構と、から
なっていることを特徴とするるシングルエンド型ラジア
ントチューブ発熱体。 （３） 前記蓄熱燃焼用バーナの前記バーナタイルと前
記蓄熱体の部分が前記シングルエンドチューブに内蔵さ
れている（１）または（２）記載のシングルエンド型ラ
ジアントチューブ発熱体。 （４） 前記回転ディスクが一方向にのみ回転される構
造となってい（１）記載のシングルエンド型ラジアント
チューブ発熱体。 （５） 前記回転ディスクが往復回動される構造となっ
てい（１）記載のシングルエンド型ラジアントチューブ
発熱体。 （６） 前記燃料開放面が、前記突出部先端に向かって
末拡がりに形成されている（２）記載のシングルエンド
型ラジアントチューブ発熱体。 （７） 前記突出部の外周面に軸方向に延びるエアガイ
ドが形成されている（２）記載のシングルエンド型ラジ
アントチューブ発熱体。 （８） 前記給排気面に、前記通気孔の間の位置で前記
突出部の突出方向に突出するエアノズルセパレータが設
けられている（２）記載のシングルエンド型ラジアント
チューブ発熱体。 （９） 前記シングルエンドチューブ内に、前記シング
ルエンドチューブの底部に向って延びる湯洩れ検知機構
が設けられている（１）または（２）記載のシングルエ
ンド型ラジアントチューブ発熱体。 （１０） 前記シングルエンドチューブはインナチュー
ブをもたないインナチューブレス構造とされている
（１）または（２）記載のシングルエンド型ラジアント
チューブ発熱体。

【０００５】

【作用】上記（１）のシングルエンド型ラジアントチュ
ーブ発熱体では、切替機構が回転ディスクと固定ディス
クとの二重ディスクからなるので、摺動接触面積が大と
なり、給気の、ディスク間を通しての排気への洩れが低
減され、給気圧を上げることができる。したがって、燃
焼空気の噴出流速がその分増大され、火炎が遠くまで届
き、シングルエンドチューブをチューブ底部迄加熱でき
る。燃焼空気流速の増大に伴なって、燃焼空気の、燃料
を随伴する力が増し、燃料がそのまま排気にショートパ
スして不完全燃焼状態で排出されることが抑制され、排
ガス中のＣＯが低減する。また、燃焼空気流速の増大に
より、排気の一部が給気に巻き込まれて再循環し、燃焼
が緩慢になってＮＯ_X が低減する他、チューブ全長にわ
たって均一に加熱されるようになる。また、切替機構に
よる給排の切替に応じて火炎がシングルエンドチューブ
内を周方向に位置をかえるので、シングルエンドチュー
ブの加熱が周方向に均一化され、シングルエンドチュー
ブの寿命がのびる。上記（２）のシングルエンド型ラジ
アントチューブ発熱体では、バーナタイルにおいて燃料
開放面が給排気面から突出されているので、燃料が排気
に巻き込まれることが抑制され、燃料開放面と給排が切
替えられる通気孔との、軸方向と直角方向の間隔を近づ
けてもよく、燃焼空気の燃料随伴性が高まり、チューブ
底部まで加熱できるようになる。また、燃料の排気への
巻込み、ショートパスが抑制されて、排ガス中のＣＯ、
ＨＣが低減する。上記（３）では、バーナ本体のうち、
バーナタイルと蓄熱体等高温になる部分がシングルエン
ドチューブに内蔵されているので、放散熱損失が防止さ
れ、チューブへの熱伝達量が増加する。また、バーナタ
イル部分のチューブ底までの距離が縮まり、チューブ底
部の高温化にも効果がある。上記（４）では、回転ディ
スクは一方向に、モータ駆動等により回転され、蓄熱体
は給気部分と排気部分が周方向に順次回転していき、全
域が確実に利用される。上記（５）では、回転ディスク
は往復回動され、シリンダ等によって駆動される。給排
の切替えは一方向回転に比べて早く、瞬時切替シャッタ
を構成している。上記（６）では、燃料開放面が末広が
り形状とされているため、燃料の燃焼空気への随伴性が
良好となり、排気へのショートパスが低減する。そのた
め、ＣＯ濃度が低減する。また、平面状保炎面の場合と
異なり、保炎面に沿って生じた微小の渦は燃料開放面に
より排気に引かれるのを阻止されて燃料開放面内でほぼ
完全に燃焼するので、ＣＯ濃度がさらに低減する。上記
（７）では、突出部側面にエアガイド溝が形成されてい
るので、ガイドにより燃焼空気の流れが拘束され指向性
のあるエアが吐出する。これによって、チューブ底まで
容易に加熱される。また、指向性と速度の上げられた燃
焼空気への燃料の随伴性が高まり、燃料の排ガスへのシ
ョートパスも抑制されて排ガス中のＣＯが低減する。ま
た、ガイド内を流れる燃焼空気への、外側からの排ガス
の巻込みにより、酸素リーンな燃焼空気が作られ、それ
によって燃料と燃焼ガスとの混合物の燃焼が緩慢とな
り、ＮＯ_X が低減する他、シングルエンドチューブがよ
り遠くまで均一に加熱される。したがって、反応領域が
チューブ底の方に移動して、チューブ底を高温にでき
る。上記（８）では、バーナタイルの給排気面に、通気
孔間にエアノズルセパレータを突出させたので、給気孔
として働いている通気孔から排気孔として働いている通
気孔への燃焼空気のショートパスを阻止できる。ショー
トパスが生じると空気不足が生じて不完全燃焼が生じる
が、エアノズルセパレータによりそれを抑制できる。上
記（９）では、湯洩れ検知機構が設けられているので、
シングルエンドチューブが万一損傷して溶湯がシングル
エンドチューブ内に侵入すると湯洩れ検知機構により、
それを即座に検出でき、必要な対策をとることができ
る。上記（１０）では、インナチューブレス構造のた
め、インナチューブの熱的損傷がなく、寿命も長くな
る。

【０００６】

【実施例】以下に、本発明の望ましい実施例を図面を参
照して説明する。図中、図１、図１３は本発明の何れの
実施例にも適用可能であり、図２〜図５、図８および図
９は本発明の第１実施例に係わり、図１０、図１２は本
発明の第２実施例に係わり、図６は本発明の第３実施例
に係わり、図７は本発明の第４実施例に係わり、図１２
は本発明の第５実施例に係わる。全実施例にわたって共
通な構成部分には全実施例にわたって同じ符号を付して
ある。

【０００７】はじめに本発明の全実施例にわたって共通
な構成部分とその作用を、たとえば、図１〜図５、図８
および図９を参照して説明する。図１３に示すように、
溶解炉、保温炉、雰囲気加熱炉等の炉１０１には、炉内
の被加熱物（たとえばアルミ溶湯等）１０２を加熱する
ためにシングルエンド型ラジアントチューブ発熱体１０
０が炉壁を挿通するように設けられている。シングルエ
ンド型ラジアントチューブ発熱体１００は、図１に示す
ように、蓄熱燃焼用バーナ（バーナ本体）１と、耐酸
性、耐浸食性、耐熱性に優れた材料（たとえば、セラミ
ックス、ただしメタルでもよい）からなる一端が閉塞さ
れたシングルエンドチューブ１０３とからなる。蓄熱燃
焼用バーナ１から噴射される燃料と燃焼空気との燃焼に
よる火炎によって、シングルエンドチューブ１０３は副
射、対流によって加熱され、燃焼排ガスは蓄熱燃焼用バ
ーナ１を通して排気される。シングルエンドチューブ１
０３は少なくとも底部１０４が溶湯１０２中に浸漬され
ていて、溶湯の対流、熱伝導により溶湯１０２を加熱す
る。シングルエンドチューブ１０３が溶湯を下部迄効果
的に加熱するには、シングルエンドチューブ１０３は底
部１０４迄加熱される必要がある。

【０００８】図１、図２に示すように、蓄熱燃焼用バー
ナ１は、隔壁２１によって複数に分割された蓄熱体３０
と、蓄熱体３０の軸方向一側に配置され燃料噴射ノズル
２０を挿通させるとともに給排が切り替わる通気孔２７
を有するバーナタイル２２と、蓄熱体３０の軸方向他側
に配置された切替機構４０と、燃料噴射ノズル２０、蓄
熱体３０、および切替機構４０を内部に組みつけた枠体
１０と、からなる。切替機構４０は、互いに摺動可能に
面接触された回転ディスク４４と固定ディスク４６と、
給排気の仕切壁４１を有し、回転ディスク４４は回転デ
ィスク４４の回転によって連通、遮断される複数の通気
用開口部４２、４３を有し、固定ディスク４６は貫通孔
４７を有し、通気用開口部４２、４３は仕切壁４１の一
側に連通する給気通気用開口部４２と仕切壁４１の他側
に連通する排気通気用開口部４３を含んでいる。

【０００９】蓄熱燃焼用バーナ１は、給気通路２を介し
て送風手段（たとえば、ブロワ、コンプレッサ等）４に
接続されており、排気通路３を介して大気に解放されて
いる。一方、燃料噴射ノズル２０からの燃料およびパイ
ロット空気と、給気通気用開口部４２から蓄熱体３０を
通って流れてきた給気は、シングルエンドチューブ１０
３内に送り込まれる。切替機構４０は、給気と排気の蓄
熱体分割部分への流れを、所定時間間隔毎（たとえば、
２０秒〜数分毎）に切替える。給気は蓄熱体３０の上流
側でたとえば約２０℃であったものが、蓄熱体３０を通
るときに温められ、空気噴射ノズル２６からの燃焼用空
気となって流れ出るときにはたとえば約９００℃とな
り、排ガス流となって蓄熱体３０に入るときはたとえば
約１０００℃となり、蓄熱体３０を通るときに蓄熱体の
温度を上げて自身はたとえば約２００℃に温度が低下さ
れる。ついで、切替機構４０が給排気を切替え、それま
で排気が流れていたところに給気を通し、それまで給気
が流れていたところに排気を通す。かくして排気の熱は
蓄熱体３０に蓄熱され、給気に切替えられたときに蓄熱
した熱で給気を温める。

【００１０】図２は蓄熱燃焼用バーナ１の一例を拡大し
て示している。燃料噴射ノズル２０は、バーナ中心部で
軸方向に延び、それと同芯状に一次空気（パイロットエ
ア）パイプ２１が延びていて、燃料噴射ノズル２０の外
周面と一次空気パイプ２１の内周面との間の環状通路を
一次空気が流れるようになっている。燃料噴射ノズル２
０は、先端部を除いて電気絶縁材、たとえば碍子、で覆
われており、電気絶縁材で覆われていない先端部に燃料
の一部をパイロット燃料として吐出するパイロット燃料
吐出口２０ａを設け、そこから吐出されるパイロット燃
料に、電気絶縁材で覆われていない燃料噴射ノズル先端
部と一次空気パイプ２１との間に電気的に火花をとばし
て、着火させるようになっている。

【００１１】図３、図４は、バーナタイル２２の部分の
詳細構造を示している。バーナタイル２２は、給排が切
替えられる通気孔２６が複数開口された給排気面２３
と、給排気面２３から突出された突出部２４と、突出部
２４の内側から先端にわたって形成された、燃料／１次
空気混合物を開放する燃料開放面２５を有している。通
気孔２６はある時は給気孔として働き、ある時は排気孔
として働き、給排が切替えられる。給排の切替は後述の
切替機構４０による。バーナタイル２２の給排気面２３
には、通気孔２６間に、エアノズルセパレータ２９が突
出させて設けられており、給気孔から噴出された燃焼空
気が排気孔に流れることを防止し、燃焼空気が全て燃焼
に寄与できるようにしてある。燃料開放面２５は突出部
２４の先端に向かって末拡がりに形成されている。末拡
がり構造は、テーパであってもよいし、Ｒであってもよ
いし、またテーパ面、Ｒ面はなめらかな面であってもよ
いし、ぎざぎざを付された（接触面積を大とするため）
面であってもよい。

【００１２】突出部２４の外周側部に、通気孔２６と同
芯状に、軸方向に延びるガイド溝２７が形成されてい
る。通気孔２６のうち給気孔として働いている通気孔２
６を通って流出される給気（２次空気、メインエア）
は、少なくとも一部がガイド溝２７を通って指向性の強
い、流速の速い流れ２８Ａとなる。通気孔２６は給排気
面２３に近づく程なめらかに絞られており、蓄熱体３０
を通過した給気が通気孔２６を通る時に、流速が増加さ
れるようになっている。また、通気孔２６は給排気面２
３に近づく程通路中心が突出部２４の軸芯側に近づけら
れている。通気孔２６は給排気面２３において通気孔２
６の断面の少なくとも一部が突出部２４と重なることが
望ましく、この重なった部分の突出部側面にガイド溝２
７が形成されている。したがって、通気孔２６は突出部
２４によって閉塞されない。ただし、通気孔２６を、給
排気面２３において通気孔２６の断面が突出部２４の外
周に接するように配設してもよい。

【００１３】蓄熱体３０はハニカム状のセラミックから
なり、ハニカム状とすることによってガスとの接触面積
が大とされている。蓄熱体３０は、隔壁３１によって周
方向に複数に分割されている。

【００１４】図８、図９は、切替機構４０側の詳細を示
している。切替機構４０のうち一部の部材は可動部材で
ある。たとえば図８の例では仕切壁４１、回転ディスク
４４は可動部材である。切替機構４０のうち可動部材
は、駆動手段（たとえば、モータ、シリンダ等）４５に
よって一方向または往復回転駆動される。切替機構４０
のうち残りの部材は静止部材である。たとえば固定ディ
スク４６は静止部材である。回転ディスク４４と固定デ
ィスク４６は互いに、面接触されているので、従来の仕
切壁と回転ディスクとの接触に比べて、接触面積は大で
あり、シール性が大とされている。切替機構４０の仕切
壁４１は周方向に延びていて、内外周の一方に給気通路
２、他方に排気通路３を形成する。回転ディスク４４の
うち、仕切壁４１の内外周の一方に給気通気用開口部４
２があけられており、他方に排気通気用開口部４３があ
けられている。給気通気用開口部４２は給気通路２側に
設けられ、排気通気用開口部４３は排気通路３側に設け
られる。回転ディスク４４はばね５１で固定ディスク４
６に押しつけられている（図１０参照）。回転ディスク
４４が回転されることにより、蓄熱体３０の分割された
部分の給、排気の流れが切替わる。

【００１５】複数に分割された蓄熱体部分のうち排気通
気用開口部４３でカバーされる部分の容積は給気通気用
開口部４２でカバーされる部分の容積以上となるように
給、排気通気用開口部４２、４３の個数、形状が設定さ
れている。たとえば、蓄熱体３０が４個に隔壁３１によ
って分割された場合、排気通気用開口部４３でカバーさ
れるのは３個または２個で、給気通気用開口部４２でカ
バーされるのは１個または２個である。排気容積を大き
くすることによって排気流速が低減するため、蓄熱体３
０が蓄熱しやすくなる。また、駆動手段４５がモータか
らなる場合、モータが排気の熱の影響を受けないように
するために、仕切壁４１より給気通路２側に設置されて
いる。さらに、蓄熱燃焼用バーナ１のうち、バーナタイ
ル２２と蓄熱体３０の部分はシングルエンドチューブ１
０３に内蔵されている。

【００１６】上記の共通構成による作用は次の通りであ
る。まず、切替機構４０では、回転ディスク４４と固定
ディスク４６とが摺動可能に面接触されているので、回
転ディスク４４と固定ディスク４６との接触面積が増大
し、給気が回転ディスク４４と固定ディスク４６との間
を通って排気にリークするのを抑制できる。このシール
性の増大によって、給気の圧力を高めることができる。
給気圧の増大によって、燃焼用空気の流出速度が増し
て、火炎はシングルエンドチューブ１０３内を底部１０
４の方向に延び、底部１０４を効果的に加熱する。ま
た、給気圧の増大によって、燃料噴射側において、燃焼
用空気流への燃料流の随伴性を高めて、燃料の排気孔へ
のショートパスを抑制することができ、ＣＯを低減す
る。また、燃焼用空気の流出速度が増すことによって、
燃焼排ガスの燃焼用空気への巻き込みが増え、それによ
って、燃焼が緩慢になって、ＮＯｘが低減する。また、
固定ディスクを設けたため、回転ディスク４４が仕切壁
を通過する場合に比べて、給気のカバーエリアの自由度
が向上しており、切替時の給気量の減少が発生しない設
定が可能となるし、隔壁３１の厚さも自由に設定できる
ので、蓄熱室の設計が自由になる。

【００１７】また、バーナタイル２２、蓄熱体３０、切
替機構４０が枠体１０の内部に組みつけられているの
で、蓄熱体３０と切替機構４０とを接続する配管類が不
要となり、配管の施工が不要で、装置が小型化される。
また、配管があるときには配管内の排気のパージが切替
時に必要になるが、配管がないためパージが必要でなく
なり、切替時間も短い。蓄熱体３０は隔壁３１によって
周方向に分割されているが、回転ディスク４４を回転さ
せることによって容易に蓄熱体３０の各部分の給排気を
切替える切替構造が得られる。また、切替機構４０の仕
切壁４１を周方向に延ばしたので、回転ディスク４４を
回転させても、常に可動の給気通路用開口部４２と静止
の吸気通路２を対応させ、可動の排気通気用開口部４３
と静止の排気通路３を対応させることが可能になる。ま
た、給気通路２の方に駆動モータ４５を設置したので、
駆動モータ４５に排気の熱が影響することが抑制され
る。さらに、排気容積を給気容積以上としたので、排気
流速が低減して蓄熱体３０が熱を蓄熱しやすくなる。

【００１８】また、 給排気面２３から突出部２４が突
出され、その内側に燃料開放面２５が形成されているた
め、燃料開放面２５と、通気孔２６のうち排気孔として
働いている通気孔とが離れ、燃料開放面２５から出た燃
料と１次空気との混合物の流れ２８Ｂが排気孔に流れる
排気の流れ２８Ｃに巻き込まれにくくなる。このため、
燃料開放面２５と通気孔２６との、軸方向と直角方向の
間隔を近づけてもよく、そうすることによって、燃焼用
空気の燃料随伴性が高まり、チューブ底部１０４まで加
熱できるようになる。また、燃焼用空気の燃料随伴性が
大になることによって、燃料の排気へのショートパスが
抑制される。燃料が排気に巻き込まれると、排気中の酸
素量が少ないため燃料は不完全燃焼し、ＣＯを生成する
が、本発明実施例では燃料の排気への巻き込みが抑えら
れるので、ＣＯは大幅に少なくなる。また、燃料開放面
２５が突出部先端に向かって末拡がり状とされているた
め、燃料と一次空気とが燃料開放面２５の内側を流れて
いる間は、排気流れ２８Ｃから排気孔側に誘引されても
燃料開放面２５が邪魔になって排気流れ２８Ｃへの巻き
込みが抑えられる。また、燃料開放面２５が末拡がり状
となっているため、燃料の給気流れ２８Ａへの随伴性が
高まり、給気と混合されて完全燃焼されやすくなる。こ
れによって、さらにＣＯの生成が少なくなる。突出部２
４と、燃料開放面２５の末拡がり構造によって、従来構
造では排気中に約３０００ｐｐｍあったＣＯが、約２０
０ｐｐｍ以下に低減される。

【００１９】また、突出部２４の側部にエアガイド溝２
７が形成されているため、通気孔２６から流れ出た給気
は、少なくとも一部がエアガイド溝２７に入る。エアガ
イド溝２７に入った給気は、エアガイド溝２７内を直線
状に流れて突出部先端から前方に向かって指向性をもっ
て流出する。この流れはエアガイド溝２７を流れている
間はほとんど拡散がないので流速のおとろえない、流速
大の流れである。これによって、シングルエンドチュー
ブ１０３の底部１０４まで加熱される。また、この流れ
の、燃料を誘引して随伴させる力は大きい。この随伴力
は燃料が排気に巻き込まれるのをさらに抑制し、上記の
ＣＯの約２００ｐｐｍ以下を、さらに約１００ｐｐｍ以
下に低減する。燃料が、指向性大かつ流速大の給気と混
合しても、燃料と給気との混合は瞬時には促進されず、
給気の流れが下流に移るとともに徐々に混合していっ
て、緩慢に燃焼し、その過程で完全燃焼していく。ま
た、ガイド溝２７を流れる流れは外側から排ガスを巻き
込むため酸素不足によっても燃焼が緩慢となる。この緩
慢燃焼によってＮ₂ とＯ₂ との結合も緩慢になり、ＮＯ
_X の生成も大幅に低減される。さらに、流速大、緩慢燃
焼によって、火炎がチューブ底部１０４まで延び、シン
グルエンドチューブ１０３が全体にわたって加熱される
ようになり、より均一加熱が可能になる。

【００２０】また、通気孔２６が給排気面２３に近づく
につれて絞られているので、給気が通気孔２６を通ると
きに給気の流速が増大される。これによって、上記の給
気流速大による作用がさらに強められる。また、通気孔
２６の中心が突出部軸芯側に寄せられているので、給気
が通気孔２６から出るときには、かなりの部分がガイド
溝２７の中に入っていく。そして、上記の指向性のある
給気流れがより強く生成される。また、反応性をさらに
高めるために、必要に応じて、通気孔２６の軸芯をやや
（１０〜２０度）内向き（給気が突出部軸芯に近づく方
向）にしてもよい。

【００２１】また、蓄熱燃焼用バーナ１のうち、蓄熱体
３０およびバーナタイル２２の部分（高温になる部分）
が、セラミックスのシングルエンドチューブ１０３内に
納められるので、熱放散が抑えられ、シングルエンドチ
ューブ１０３を底部１０４まで加熱することに役立つ。
さらに、上記の指向性のある燃焼用空気の流れによっ
て、インナチューブが無くても燃焼用空気と排ガスとの
シングルエンドチューブ１０３でのすみわけが可能とな
り、インナチューブレス構造を採用できる。

【００２２】つぎに、本発明の各実施例に特有な構成、
作用について説明する。本発明の第１実施例では、図２
〜図５、図８、図９に示すように、回転ディスク４４は
一方向にのみ回転され、モータ４５によって駆動され
る。この回転によって、蓄熱体３０の分割部分は順次、
排気、給気が切替えられ、全部分が確実に蓄熱燃焼に寄
与する。

【００２３】本発明の第２実施例では、図１０、図１１
に示すように、回転ディスク４４は第１の位置５１と第
２の位置５２との間に往復回動され、シリンダ４５によ
って駆動される。この回動によって蓄熱体３０の給排が
瞬時に切替えられる。貫通孔４７は仕切壁３１Ａ、３１
Ｂに対応する部位にはあけられていないので、給気通気
用開口部４２が固定ディスクの貫通孔４７間部位を通過
する時には給気は絞られるが、その時には燃料供給も弁
６によって絞られるので、一次空気と燃料の比は、所定
の比に保たれ、パイロット火炎を消火することなく、連
続運転が可能である。

【００２４】本発明の第３実施例では、図６に示すよう
に、バーナタイル２２に設けられた通気孔２６が、突出
部２４に形成されたエアガイド溝２７と一部のみ重なっ
ている。したがって、通気孔２６から噴出された燃焼空
気は一部のみがエアガイド溝２７に入る。そのため、指
向性は第１実施例（図５）程には強くはないが、本発明
に含まれる。

【００２５】本発明の第４実施例では、図７に示すよう
に、バーナタイル２２に設けられた通気孔２６は突出部
２４と重ならず、突出部２４の側面にはエアガイド溝２
７は設けられていない。そのため、指向性は、第１、第
２実施例程には強くはないが、本発明に含まれる。

【００２６】本発明の第５実施例では、図１２に示すよ
うに、シングルエンドチューブ１０３内に、耐熱性のあ
る導電性材料からなる棒（たとえば、カンタル棒）を先
端を除いて電気絶縁材（たとえば、碍子）で被覆したも
のからなる湯洩れ検知機構１０５を底部１０４直近位置
まで延ばして配設しておき、それに電圧（たとえば、１
０Ｖ程度）をかけておく。シングルエンドチューブ１０
３に損傷が生じて溶湯がシングルエンドチューブ１０３
内に侵入すると、２本の導電棒間に電流が流れ、それを
検知することによって、チューブ１０３の損傷を検知で
きる。図示例は、チューブ１０３内に２本の導電棒を配
置してその間に電圧を付与した場合を示したが、チュー
ブ内容積が小の場合は、チューブ１０３内に配設する棒
は１本のみとし、他の１本を炉体（１０１）に設置して
も、同様の作用効果が得られる。２本の棒の設置場所も
図１２のように互いに離してもよいし、あるいは熱電対
のように保護棒で覆ってもよく、先端が互いに絶縁され
溶湯が侵入したときに導電すればよい。

【００２７】

【発明の効果】請求項１のシングルエンド型ラジアント
チューブ発熱体によれば、切替機構を回転ディスクと固
定ディスクの摺動接触構造としたので、摺動面を大きく
とれ、シール性が大になって、給気圧を増大でき、燃焼
空気の噴出速度を増大できて、火炎をチューブ底部に向
って伸ばすことができ、チューブ底部を加熱できる。ま
た、燃焼空気流速増大により燃料随伴性が向上し、燃料
の排気へのショートパスが減って、排気中のＣＯ濃度が
低減する。請求項２のシングルエンド型ラジアントチュ
ーブ発熱体によれば、燃料開放面を給排気面から突出さ
せたので、燃料の排気への巻き込みが少なくなり、その
分通気孔と燃料開放面との軸直角方向間隔を縮小でき、
その結果、指向性をもつ燃焼空気の燃料随伴性が高ま
り、シングルエンドチューブ底部方向に火炎を伸ばすこ
とができ、チューブ底部を効果的に加熱できるようにな
る。また、燃料の排気へのショートパスが減る分、排ガ
ス中のＣＯ、ＨＣを低減できる。請求項３のシングルエ
ンド型ラジアントチューブ発熱体によれば、バーナタイ
ル、蓄熱体がシングルエンドチューブ内に納められてい
るので、放散熱損失を防止でき、その分チューブへの熱
伝達量を増大できる。また、バーナタイルのチューブ底
部までの距離も縮まるので、チューブ底部の加熱が容易
になる。請求項４のシングルエンド型ラジアントチュー
ブ発熱体によれば、回転ディスクを一方向に回転させ
て、蓄熱体を順次利用できる。請求項５のシングルエン
ド型ラジアントチューブ発熱体によれば、回転ディスク
を往復回動させ、給排の瞬時切替えが可能である。請求
項６のシングルエンド型ラジアントチューブ発熱体によ
れば、燃料開放面を末広がりとしたので、燃料が燃焼空
気に随伴されやすくなり、燃料の排気への巻き込みが少
なくなる。請求項７のシングルエンド型ラジアントチュ
ーブ発熱体によれば、突出部にエアガイド溝を形成した
ので、燃焼空気の指向性が強まり、チューブ底部をより
効果的に加熱できる。請求項８のシングルエンド型ラジ
アントチューブ発熱体によれば、給気孔間にエアノズル
セパレータを設けたので、燃焼空気の排気へのショート
パスが抑制され、空気不足によるＣＯ生成が抑制され
る。請求項９のシングルエンド型ラジアントチューブ発
熱体によれば、湯洩れ検知機構を設けたので、シングル
エンドチューブ損傷を速やかに確実に検知できる。請求
項１０のシングルエンド型ラジアントチューブ発熱体に
よれば、インナチューブがないので、インナチューブと
りかえが不要となり、寿命も長くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシングルエンド型ラヂアントチューブ
発熱体の全体概略断面図である。

【図２】本発明の第１実施例で、図１のうち蓄熱燃焼用
バーナの部分の拡大断面図である。

【図３】図２のうちバーナタイル部の断面図である。

【図４】図３の平面図である。

【図５】図４の概略平面図である。

【図６】本発明の第３実施例のシングルエンド型ラヂア
ントチューブ発熱体のバーナタイル部分の概略平面図で
ある。

【図７】本発明の第４実施例のシングルエンド型ラヂア
ントチューブ発熱体のバーナタイル部分の概略平面図で
ある。

【図８】本発明の第１実施例に係るシングルエンド型ラ
ヂアントチューブ発熱体の蓄熱燃焼用バーナ部分の切替
機構部分とその近傍の断面図である。

【図９】図８の平面図である。

【図１０】本発明の第２実施例に係るシングルエンド型
ラヂアントチューブ発熱体の蓄熱燃焼用バーナ部分の切
替機構部分とその近傍の断面図である。

【図１１】図１０の平面図である。

【図１２】本発明の第５実施例に係るシングルエンド型
ラヂアントチューブ発熱体の断面図である。

【図１３】本発明のシングルエンド型ラヂアントチュー
ブ発熱体を装着した炉の概略断面図である。

【符号の説明】

１ 蓄熱燃焼用バーナ ２ 給気通路 ３ 排気通路 ４ 送風手段 １０ 枠体 ２０ 燃料噴射ノズル ２１ 一次空気パイプ ２２ バーナタイル ２３ 給排気面 ２４ 突出部 ２５ 燃料開放面 ２６ 通気孔 ２７ エアガイド溝 ３０ 蓄熱体 ３１ 隔壁 ４０ 切替機構 ４１ 仕切壁 ４２ 給気通気用開口部 ４３ 排気通気用開口部 ４４ 回転ディスク ４５ 駆動モータまたはシリンダ ４６ 固定ディスク ４７ 貫通孔 １００ シングルエンド型ラヂアントチューブ発熱体 １０３ シングルエンドチューブ １０４ 底部 １０５ 湯洩れ検知機構

フロントページの続き (72)発明者 三谷 和久 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 田中 良一 神奈川県横浜市鶴見区尻手２丁目１番53 号 日本ファーネス工業株式会社内 (72)発明者 廣田 寛 愛知県名古屋市中区金山３丁目13番28号 扶桑熱爐株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−14724（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−43202（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−281102（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−221545（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−178516（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−94013（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−113509（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−233251（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−65714（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭53−97741（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−204111（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23D 14/12 F23C 3/00 301 F23L 15/00 - 15/02

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄熱燃焼用バーナと一端が閉塞されたシ
   ングルエンドチューブからなり、前記蓄熱燃焼用バーナ
   が、 蓄熱体と、 前記蓄熱体の軸方向一側に配置され、給排が切替えられ
   る複数の通気孔が開口する給排気面と、燃料開放面を有
   するバーナタイルと、 前記蓄熱体の軸方向他側に配置され、互いに摺動可能に
   面接触された回転ディスクと固定ディスクとを有する給
   排気の切替機構と、からなっていることを特徴とするシ
   ングルエンド型ラジアントチューブ発熱体。
2. 【請求項２】 蓄熱燃焼用バーナと一端が閉塞されたシ
   ングルエンドチューブからなり、前記蓄熱燃焼用バーナ
   が、 蓄熱体と、 前記蓄熱体の軸方向一側に配置され、給排が切替えられ
   る通気孔が複数開口された給排気面と、 該給排気面か
   ら突出された突出部と、該突出部の内側に形成された燃
   料開放面とを有するバーナタイルと、 前記蓄熱体の軸方向他側に設けられた給排気の切替機構
   と、からなっていることを特徴とするるシングルエンド
   型ラジアントチューブ発熱体。
3. 【請求項３】 前記蓄熱燃焼用バーナの前記バーナタイ
   ルと前記蓄熱体の部分が前記シングルエンドチューブに
   内蔵されている請求項１または請求項２記載のシングル
   エンド型ラジアントチューブ発熱体。
4. 【請求項４】 前記回転ディスクが一方向にのみ回転さ
   れる構造となってい請求項１記載のシングルエンド型ラ
   ジアントチューブ発熱体。
5. 【請求項５】 前記回転ディスクが往復回動される構造
   となってい請求項１記載のシングルエンド型ラジアント
   チューブ発熱体。
6. 【請求項６】 前記燃料開放面が前記突出部先端に向か
   って末拡がりに形成されている請求項２記載のシングル
   エンド型ラジアントチューブ発熱体。
7. 【請求項７】 前記突出部の外周面に軸方向に延びるエ
   アガイドが形成されている請求項２記載のシングルエン
   ド型ラジアントチューブ発熱体。
8. 【請求項８】 前記給排気面に、前記通気孔の間の位置
   で前記突出部の突出方向に突出するエアノズルセパレー
   タが設けられている請求項２記載のシングルエンド型ラ
   ジアントチューブ発熱体。
9. 【請求項９】 前記シングルエンドチューブ内に、前記
   シングルエンドチューブの底部に向って延びる湯洩れ検
   知機構が設けられている請求項１または請求項２記載の
   シングルエンド型ラジアントチューブ発熱体。
10. 【請求項１０】 前記シングルエンドチューブはインナ
    チューブをもたないインナチューブレス構造とされてい
    る請求項１または請求項２記載のシングルエンド型ラジ
    アントチューブ発熱体。