JPH0749224Y2 - 排ｒｘガス燃焼装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、雰囲気熱処理炉から発生する可燃性ガスを燃
焼して有効利用するようにした、雰囲気熱処理炉の温度
調節に用いられる排RXガス燃焼装置に関する。

（従来の技術） 雰囲気熱処理は、雰囲気熱処理炉内に目的に応じて酸化
性ガス、還元性ガス、不活性ガス、浸炭性ガス等の雰囲
気ガスを充満させ、この雰囲気ガスの温度を放熱チュー
ブで調節しながら行なわれる。

そして、この雰囲気ガスの中には、浸炭を行う場合のよ
うに可燃性ガス（以下RXガスという）が使用される。

従来のRXガスを燃焼して再利用するバーナとしては、第
５図に示すものがある。このバーナは、放熱管１がＵ字
形になっていて、雰囲気熱処理炉２の壁面を貫通して炉
内３のRXガス中に差し込まれている。そして、ノズル５
から送気されるエジエクタエアによりノズル７から排RX
ガスを吸引すると共にノズル６から燃料ガスを供給して
ノズル８から供給される燃焼用空気により燃焼させる。
この燃料は、放熱チューブ１内で行なわれる。10は火炎
である。又燃焼ガスは、Ｕ字状の放熱管１内を矢印の方
向に流れて、ダクト11から排気筒12より排気される。

又、第４図は排RXガスを燃焼するようにはなっていな
い、雰囲気熱処理炉で一般的に使用しているシングルエ
ンド型ラジアントチューブバーナを示す。

このバーナは、燃焼ガス燃焼用管13と燃料ガス燃焼空気
用管14を同心円状に設けて燃料ガス用空気路15を形成
し、燃料ガス燃焼空気用管14の外側に熱交換室内管17と
外管16を同心円状に設けて、熱交換室18と空気室19とを
形成する。20は熱交換室18内に設けられた伝熱管であ
り、空気室19と燃料ガス用空気路15とを連通するように
設けられている。

燃料ガスは、ノズル21から燃料ガス燃焼用管13内に供給
され、燃料ガス空気路15に供給された空気と混合されて
ラジアントチューブ内筒22内で燃焼する。この燃焼ガス
は、ラジアントチューブ内筒22の端部で反転して、ラジ
アントチューブ外筒23との間で形成される燃焼ガス24内
を矢印の方向に流れる。そして、この燃焼ガスは、熱交
換室18において、ノズル25から供給されて伝熱管20内を
流れている空気と熱交換し、空気は昇温されて燃料ガス
用空気路15に流入し、一方燃焼ガスは降温してエジエク
タノズル26からの空気と共に排気管27から排気されるよ
うになっている。

なお、エジエクタ効果によりラジアントチューブ内筒2
2、外筒23内は負圧になり、ノズル21からは燃料ガス
が、又ノズル25からは空気が吸引され、燃料ガス、空気
及び燃焼ガスは矢印のように流れるようになっている。

（考案が解決しようとする課題） 上記従来の第５図に示したバーナにおいて、放熱管１内
で燃焼した燃焼ガスはそのまま排気していたので、燃焼
ガスが保有する熱エネルギを有効に利用していなかった
ので熱効率が低いという問題があった。

又、雰囲気熱処理炉では、熱処理の目的に応じた純粋の
RXガスを使用しなければならないことから、熱負荷が大
きい放熱管１が焼損して、燃焼ガスが洩れた場合は不都
合を生ずる。

したがって、熱負荷が最も高い火炎10の部分の放熱チュ
ーブ１に孔が開いたときは、バーナーの取換えが必要に
なり、耐用寿命が短いという問題がある。

この耐用寿命を少しでも長くするためには、放熱チュー
ブ１を太くして燃焼室負荷を低くしなければならない。
このように燃焼室負荷を低くすると、放熱チューブ１の
放熱量が低下して放熱チューブの本数を増す必要があ
り、更に放熱チューブ１が太くかつＵ字型になっている
ので雰囲気熱処理炉の炉壁を貫通して取付けるバーナの
取付面積が広くなることから、雰囲気熱処理炉が大型化
する。その結果雰囲気熱処理炉の温度を調節するための
余分な熱エネルギの消費及びRXガスの消費をもたらすこ
とになり、省エネルギ、省資源の点で問題がある。

次に第４図に示したバーナは、燃焼ガスと燃焼用空気と
を熱交換して、燃焼ガスの保有熱を有効に利用している
点、ラジアントチューブ内筒22とラジアントチューブ外
筒23とで二重構造にし、燃焼室を担うラジアントチュー
ブ22にたとえ孔があいても雰囲気熱処理炉内への燃焼ガ
スの洩れを防止して耐用寿命を延長している点、及びこ
の耐用寿命の延長と相まって、ラジアントチューブ内筒
22を細くし、燃焼室負荷を高くしてラジアントチューブ
外筒からの放熱量を多くし、雰囲気熱処理炉を小型化し
ている点から、第５図に示したバーナの熱効率の問題
点、耐用寿命及び省エネルギ、省資源の問題点は解決さ
れている。

しかしながら第４図に示すバーナは、排RXガスを有効利
用せずに、雰囲気熱処理炉以外の所で燃焼して処分して
いたので、排RXガスの保有熱及びRXガスを無駄にしてお
り、省エネルギ、省資源の点でなお問題がある。

そして、排RXガスを燃焼処理するための燃焼設備が必要
であると共に、炉外で燃焼させるので作業環境温度が昇
温し、作業環境を悪くするという問題がある。

本考案は、排RXガス及びその保有熱を有効に利用して、
更に熱効率の向上、省エネルギ、省資源を図り、作業環
境をもよくした排RXガス燃焼装置を提供するものであ
る。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するための本考案に係る手段は、燃料ガ
ス燃焼用管を中心にして順次同心円状に燃料ガス燃焼用
空気管、RXガス燃焼用管、RXガス燃焼用空気管を設けて
同心円状に燃料ガス路、燃料ガス燃焼用空気路、RXガス
路及びRXガス燃焼用空気路を形成する。そして、前記RX
ガス燃焼用空気管の外側に同心円状に熱交換器用外胴を
設けて排ガス熱交換室を形成し、該排ガス熱交換室にエ
ジエクタを接続すると共に排ガス熱交換室を貫通してRX
ガス燃焼用空気路にRXガス燃焼用空気ノズルを接続す
る。

一方において、前記熱交換器用外胴及びRXガス燃焼用空
気管を貫通してRXガス路に連通するRXガス熱交換室を設
け、このRXガス熱交換室を貫通して燃料ガス燃焼用空気
路に連通する燃料ガス燃焼用空気ノズルを設けると共に
RXガス熱交換室にRXガス供給ノズルを接続する。

そして、前記RXガス燃焼用空気管に連接してラジアント
チューブ内筒を設け、このラジアントチューブ内筒に対
し同心円状にラジアントチューブ外筒を被せ、このラジ
アントチューブ外筒の端部を前記熱交換器用外胴に接続
したものである。

（作用） このように構成したので、エジクタにより燃料ガスは燃
料ガス供給ノズルから燃料ガス燃焼用管内に吸引され、
燃料ガス燃焼用空気は燃料ガス燃焼用空気ノズルから燃
料ガス燃焼用空気炉へ吸引され、雰囲気熱処理炉内のRX
ガスはRXガス供給ノズルからRXガス熱交換室を経てRXガ
ス路内に吸引され、RXガス燃焼用空気はRXガス燃焼用空
気供給ノズルからRXガス燃焼用空気路に吸引されて、燃
料ガス及びRXガスはラジアントチューブ内で燃焼する。

この燃焼ガスは、ラジアントチューブ内筒の端部で反転
して、ラジアントチューブ内筒とラジアントチューブ外
筒との間の環状の隙間を通って排ガス熱交換室に至り、
エジエクタにより排出される。

この一連の流れにおいて、燃料ガス燃焼用空気は、RXガ
ス熱交換室で受熱すると共に燃料ガス用空気路とRXガス
路との間でも受熱して昇温され、RXガスの保有熱を有効
利用する。

一方排ガスの保有熱は、排ガス熱交換室内でRXガス燃焼
用空気との間で熱交換して放熱し、RXガス燃焼用空気は
受熱して昇温する。そして、RXガス燃焼用空気が受熱し
た排ガスの熱は順次同心円の流路内を流れているRXガ
ス、燃料ガス燃焼用空気、燃料ガスへと熱伝達される。
特にRXガスは燃料ガス燃焼用空気との間で熱交換して降
温しているので、排気ガスの熱を受熱して昇温している
RXガス燃焼用空気との間の温度差が大きくなって熱伝達
が活発になり、それだけ排ガスの保有熱の回収が促進さ
れる。

又、ラジアントチューブ内筒とラジアントチューブ外筒
により二重構造になっているから、熱負荷が高いラジア
ントチューブ内筒に孔があいても、燃焼ガスがラジアン
トチューブ外筒から外部に洩れず、又たとえラジアント
チューブ外筒に孔があいても、エジエクタによりバーナ
の内部が負圧になっているので、燃焼ガスが外部に洩れ
ることはない。これにより、ラジアントチューブ内筒及
び外筒を極力細くすることが可能になり、ラジアントチ
ューブ外筒からの放熱量が向上する。

（実施例） 以下本考案の一実施例について詳細に説明する。第１図
において、燃料ガス燃焼用管13を中心にして順次同心円
状に燃料ガス燃焼用空気管14、RXガス燃焼用管29及びRX
ガス燃焼用空気管28が設けられて、燃料ガス路33、燃料
ガス用空気路32、RXガス路31及びRXガス燃焼用空気路30
が第２図に示すように同心円状に形成されている。34は
流路出口部に設けられた旋回羽根である。ラジアントチ
ューブ内筒22の直径を極力小径にして燃焼室負荷を上げ
るために、ラジアントチューブ内筒22の端部とRXガス燃
焼用空気管28及びRXガス燃焼用管29の端部との間を離間
し、この両者間にはRXガス及びRXガス燃焼用空気をラジ
アントチューブ内筒22内に案内するためのガイド筒25が
設けられている。又ラジアントチューブ内筒22に同心円
状にラジアントチューブ外筒が被せられていて、その後
端は蓋板23′で塞さがれており、ラジアントチューブ内
筒22の後端と蓋板23′とを離間して矢印のように燃焼ガ
スの反転を可能にし燃焼ガス流路24を形成している。35
は第２図にも示すように燃焼ガス反転部に設けた整流板
である。36はRXガス燃焼用空気管28の外側に同心円状に
設けた熱交換器用外胴であり、ラジアントチューブ外筒
23の端部が接続されて排ガス熱交換室37が形成されてい
る。この排ガス熱交換室37は、RXガス燃焼用空気管28の
長さの範囲であり、熱交換器用外胴36の長さ範囲ではな
い。37′は熱交換器用外胴36に接続された排ガスダクト
であり、この排ガスダクト37′を貫通してRXガス燃焼用
空気供給ノズル38をRXガス燃焼用空気路30に接続するこ
とにより、排ガスとRXガス燃焼用空気との接触を多く
し、排ガスの保有熱を少しでも多く、RXガス燃焼用空気
に回収するようにしている。39は排ガスダクト37′に接
続されたエジエクタである。40は熱交換器用外胴36及び
RXガス燃焼用空気路30を貫通して、RXガス路31に連通す
るように設けられたRXガス熱交換室である。41はこのRX
ガス熱交換室40を貫通して燃料ガス用空気路32に連通す
るように設けられた燃料ガス燃焼用空気ノズルである。
42はRXガス熱交換室40に接続されたRXガス供給ノズルで
ある。21は燃料ガス路33に連通して設けられた燃料ガス
供給ノズルである。43は燃料ガス路33内に挿入された点
火栓である。

次に第３図において、空気源配管54からは、バタフライ
バルブ46,47,48を介してそれぞれ、エジエクタ39、RXガ
ス燃焼用空気供給ノズル38及び燃料ガス燃焼用空気ノズ
ル41に空気が供給されるようになっている。53は例えば
ブタンガス等の燃料ガス配管であり、電磁弁44を介して
燃料ガス供給ノズル21に燃料ガスを供給するようになっ
ている。56は、雰囲気熱処理炉内のRXガスを吸引するた
めのRXガス配管であり、オリフィス51、電磁弁50、エジ
エクタ49を介してRXガス供給ノズル42にRXガスを供給す
るようになっている。55は、エジエクタ49用のエア配管
であり、52はコントロールモータバルブである。

以上のように構成した本実施例の作用について次に説明
する。先ず排RXガス燃焼装置の運転について第３図を用
いて説明すると、雰囲気熱処理炉の負荷に応じてバタフ
ライバルブ47の開度を制御してエジエクタ39によるバー
ナ（ラジアントチューブ外筒23）内の負圧力を制御し、
燃料ガス配管53からの燃料ガス量を制御する。これと同
時にRXガス配管56からRXガスが吸引される。このRXガス
量はオリフィス51により一定量に制限されている。そし
て各空気量はバタフライダンパ46,48にて制御される。
又低負荷時等においてエジエクタ39による吸引力が不足
して、RXガスの吸引が不十分なときは、コントロールモ
ータバルブ52の開度制御を行って、エジエクタ49に送る
空気量を制御してその吸引力を制御し、RXガスの吸引を
確保する。

通常の運転時においては、燃料ガスは常時燃焼するよう
にして、雰囲気熱処理炉内の温度を維持するようにし、
RXガスについては、例えば雰囲気熱処理炉の扉を開けて
製品投入及び搬出するときなど、その内部圧力が低下し
た時に電磁弁50を閉めるようにして、雰囲気炉内への外
気の侵入を防止する。又、緊急事態が生じた時は、電磁
弁44,45を閉めて、運転を停止する。

次に燃焼装置自体の作用について第１図を用いて説明す
ると、燃料ガス路33に吸引された燃料ガスは、燃料ガス
用空気路32に供給された空気と混合して常時ラジアント
チューブ内筒22内で燃焼する。一方RXガス路31に吸引さ
れたRXガスは、RXガス燃焼用空気路30に供給された空気
と混合して、常時燃焼している燃料ガスの燃焼により着
火燃焼する。この燃焼ガスは、ラジアントチューブ内筒
22の後端で反転し、整流板35により燃焼ガス路24内に均
等に分配されて矢印方向に流れる。そして、排ガス熱交
換室37内で燃焼ガスとRXガス燃焼用空気路30内を流れる
空気との間で対向流による熱交換を行う。このようにし
て受熱したRXガス燃焼用空気の熱は、同心円状に設けら
れている流路を流れるRXガス、燃料ガス燃焼用空気及び
燃料ガスへと熱伝達される。

一方RXガス供給ノズルからRXガス熱交換室40内に流入し
たRXガスは、燃料ガス燃焼用空気ノズル41から流入する
空気により冷却されて降温すると共に、空気は受熱して
昇温する。

このRXガスの降温により、前記RXガス燃焼用空気とRXガ
スとの間の熱交換において温度勾配を大きくして熱交換
効率を高め、排ガスの保有熱を更に効率よく回収する。

このようにして排ガス熱交換室37内で放熱した排ガス
は、更に排ガスダクト37′内においてRXガス燃焼用空気
供給ノズル38内を流れる空気と熱交換し、エジエクタ39
により吸引排出される。

一方燃料ガスの洩れに関しては、ラジアントチューブ内
筒22とラジアントチューブ外筒23により二重構造になっ
ており、かつ、ラジアントチューブ外筒23内は負圧にな
っているので、たとえラジアントチューブ外筒に孔があ
いたとしても雰囲気熱処理炉内への洩れはない。これと
相まって、ラジアントチューブ内筒22を極力細くして、
ラジアントチューブ内筒22内で燃焼する燃焼室負荷を上
げることが可能になり、ラジアントチューブ外筒23から
の放熱量を高くすることが可能になる。

（考案の効果） 以上詳述した通り本考案によれば、燃料ガス路を中心と
して同心円状に順に燃料ガス燃焼用空気路、RXガス路及
びRXガス燃焼用空気路を形成し、RXガス燃焼用空気管の
外周に排ガス熱交換室を設けると共に熱交換器用外胴及
びRXガス燃焼用空気管を貫通してRXガス路に連通するRX
ガス熱交換室を設け、燃料ガス燃焼用空気によりRXガス
を降温するようにしたので、排ガスから受熱して昇温し
ているRXガス燃焼用空気と降温されているRXガスとの間
の温度勾配を大きくし排ガスの熱回収効率を向上するこ
とができる。

又、ラジアントチューブ内筒及び外筒により二重構造に
し、かつエジエクタにてラジアントチューブ外筒内を負
圧にしているので、たとえラジアントチューブで内筒及
び外筒に孔があいても、雰囲気熱処理炉内への燃焼ガス
の洩出はない。

したがってその耐用寿命を延長することができると共
に、ラジアントチューブ内筒を細くして燃焼室負荷を高
くすることができ、ラジアントチューブ外筒からの放熱
効率を向上することができる。

その結果、雰囲気熱処理炉を小型化し、RXガスの使用料
や熱エネルギの消費を低減し、かつ排ガスの熱回収及び
RXガスの再利用を行い、省エネルギ、省資源化が達成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の縦断面図、第２図は第１図
のＡ−Ａ線における縦断面図、第３図は第１図の実施例
に対する弁管線図、第４図は従来例の縦断面図、第５図
は従来のRXガス燃焼を備えたバーナの縦断面図である。 13……燃料ガス燃焼用管 14……燃料ガス燃焼用空気管 22……ラジアントチューブ内筒 23……ラジアントチューブ外筒 28……RXガス燃焼用空気管 29……RXガス燃焼用管 30……RXガス燃焼用空気路 31……RXガス路 32……燃料ガス用空気路 33……燃料ガス路 36……熱交換器用外胴 37……排ガス熱交換室 38……RXガス燃焼用空気供給ノズル 39……エジエクタ 40……RXガス熱交換室 41……燃料ガス燃焼用空気ノズル 42……RXガス供給ノズル

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２３Ｇ 7/06 ＺＡＢ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料ガス燃焼用管を中心にして順次同心円
   状に燃料ガス燃焼用空気管、RXガス燃焼用管、RXガス燃
   焼用空気管を設けて同心円状に燃料ガス路、燃料ガス燃
   焼用空気路、RXガス路及びRXガス燃焼用空気路を形成
   し、前記RXガス燃焼用空気管の外側に同心円状に熱交換
   器用外胴を設けて排ガス熱交換室を形成し、該排ガス熱
   交換室にエジエクタを接続すると共に排ガス熱交換室を
   貫通してRXガス燃焼用空気路にRXガス燃焼用空気ノズル
   を接続し、一方前記熱交換器用外胴及びRXガス燃焼用空
   気管を貫通してRXガス路に連通するRXガス熱交換室を設
   け、該RXガス熱交換室を貫通して燃料ガス燃焼用空気路
   に連通する燃料ガス燃焼用空気ノズルを設けると共にRX
   ガス熱交換室にRXガス供給ノズルを接続し、前記RXガス
   燃焼用空気管に連接してラジアントチューブ内筒を設
   け、該ラジアントチューブ内筒に対し同心円状にラジア
   ントチューブ外筒を被せ、該ラジアントチューブ外筒の
   端部を前記熱交換器用外胴に接続したことを特徴とする
   排RXガス燃焼装置。