JPH08128608A - ダブルエンド型ラジアントチューブバーナシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 細径であったりあるいは長尺であるダブルエ
ンド型ラジアントチューブを使用しても、チューブ表面
温度を均一にできると共に熱伝達効率を高くできるよう
にする。 【構成】 チューブ両端が同じ側に位置するダブルエン
ド型ラジアントチューブ１の両端にバーナ２Ａ，２Ｂを
配置し、これら一対のバーナ２Ａ，２Ｂを交互に燃焼さ
せると共に燃焼させていない方のバーナから燃焼排ガス
を排出し、かつ該燃焼排ガスと燃焼用空気とを交互に蓄
熱体６に通過させて燃焼用空気を高温に予熱してからバ
ーナ２Ａあるいは２Ｂに供給するラジアントチューブバ
ーナシステムにおいて、ラジアントチューブ１の両端部
を連結する排ガス循環パイプ１２を設け、燃焼させてい
ない方のバーナに引かれた燃焼排ガスの一部を排ガス循
環パイプ１２を経て燃焼中のバーナ側へ還流させ、高温
の燃焼排ガスが高温の燃焼用空気と燃料と共にチューブ
１内へ再び供給されるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ダブルエンド型ラジア
ントチューブバーナシステムに関する。更に詳述する
と、本発明は、両端が同じ側に位置するダブルエンド型
ラジアントチューブの両端に、燃焼排ガスと燃焼用空気
とを交互に蓄熱体に通過させることによって得られる高
温の燃焼用空気を用いて燃焼させるラジアントチューブ
バーナを配置したラジアントチューブバーナシステムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、蓄熱体を利用して燃焼排ガスの顕
熱を回収してそれで燃焼用空気の高温予熱を行う蓄熱燃
焼をラジアントチューブバーナに適用することが試みら
れている。例えば、図４に示すように、ダブルエンド型
のラジアントチューブ１０１の両端にラジアントチュー
ブバーナ１０２Ａ，１０２Ｂをそれぞれ取り付けて、こ
れらを交互に燃焼させ、ラジアントチューブバーナ１０
１を通過した燃焼排ガスを反対側の燃焼停止中のバーナ
のエアースロート１０３を通して排気させるものであ
る。このシステムにおいて、各バーナのエアースロート
１０３は、それぞれ蓄熱体１０４に接続され、燃焼時に
は燃焼用空気が供給される通路として使用され、燃焼停
止時には燃焼排ガスの排気通路として利用される。そし
て、各蓄熱体１０４では、燃焼排ガスが通過するときに
はその熱を回収し、燃焼用空気が通過するときには蓄え
られていた熱で燃焼用空気を燃焼排ガスの温度付近の高
温に予熱する。

【０００３】このようなラジアントチューブバーナシス
テムでは、ラジアントチューブの表面温度を均一化する
ことが重要である。そこで、従来は、燃焼用空気の運動
量を上げたり、排気ファンを設置して強制的に燃焼排ガ
スを排出することによって、火炎および燃焼ガスを長く
して熱流束分布を平坦化することが行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ラジア
ントチューブや蓄熱体の圧力損失の問題から、燃焼用空
気の運動量を上げることなどには限界があり、チューブ
表面温度を均一化することは困難である。特に、細径の
チューブや長いチューブの場合、圧力損失が大きくなる
ため、燃焼用空気の運動量を上げることができず、チュ
ーブ表面温度の均一化が一層困難である。このため、ラ
ジアントチューブバーナシステムにおいて細径のチュー
ブや長いチューブを実現することが困難であった。

【０００５】また、ラジアントチューブへの伝熱は、燃
焼ガスの運動量が小さいため、輻射伝熱が主で対流伝熱
が少なく全体に熱伝達係数が小さくなり、熱効率が悪
い。

【０００６】また、従来のラジアントチューブバーナシ
ステムによると、局所的な高温場が発生してＮＯｘの発
生量も多くなることから、ガスにスチームを混入して火
炎温度を下げることなどで低ＮＯｘ化を図らざるを得
ず、経済的でない。

【０００７】本発明は、細径であったりあるいは長尺で
あるダブルエンド型ラジアントチューブを使用しても、
チューブ表面温度を均一にできると共に熱伝達効率を高
くできるコンパクトなダブルエンド型ラジアントチュー
ブバーナシステムを提供することを目的とする。また、
本発明はＮＯｘ発生量を少なくすることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明は、チューブ両端が同じ側に位置するダブル
エンド型ラジアントチューブの両端にバーナを配置し、
これら一対のバーナを交互に燃焼させると共に燃焼させ
ていない方のバーナから燃焼排ガスを排出し、かつ該燃
焼排ガスと燃焼用空気とを交互に蓄熱体に通過させて燃
焼用空気を高温に予熱してから前記バーナに供給するラ
ジアントチューブバーナシステムにおいて、ラジアント
チューブの両端部を連結する排ガス循環パイプを設け、
燃焼排ガスの一部をラジアントチューブ内で循環させる
ようにしている。

【０００９】また、本発明のダブルエンド型ラジアント
チューブバーナは、排ガス循環パイプを燃焼用空気噴射
口よりも上流側に連結させ、燃焼用空気の噴射エネルギ
を利用したエゼクタ効果によってラジアントチューブ内
へ随伴させるようにしている。

【００１０】また、本発明のダブルエンド型ラジアント
チューブバーナは、排ガス循環パイプを燃焼用空気噴射
口付近に連結させ、燃焼用空気の噴射エネルギを利用し
たエゼクタ効果によってラジアントチューブ内へ随伴さ
せるようにしている。

【００１１】更に、本発明は、請求項３のダブルエンド
型ラジアントチューブバーナシステムにおいて、燃焼用
空気を燃料よりもはるかに高速で噴射するノズルと燃料
を噴射するノズルとを平行に配置し、かつそれらを耐火
材で囲繞すると共に燃料ノズルの噴射口が形成された端
面と空気ノズルの噴射口が形成された端面との間に段差
を設けて前記燃料ノズル側の端面を空気ノズル側の端面
よりも突出させていることを特徴とする。

【００１２】

【作用】したがって、請求項１記載のラジアントチュー
ブバーナでは、一方のバーナが燃焼中であるときには、
他方のバーナ側は強い負圧となるため、高流速で噴射さ
れる燃焼用空気と燃料とが反応して火炎が形成されると
共に燃焼ガスが他方のバーナ側へ強力に引き込まれる。
そして、燃焼排ガスの一部が燃焼停止中のバーナから蓄
熱体を経てラジアントチューブ外へ排出される一方、燃
焼排ガスの一部が排ガス循環パイプを経て燃焼中のバー
ナ側へ還流され、高温の燃焼排ガスが高温の燃焼用空気
と燃料と共にチューブ内へ再び供給される。燃焼排ガス
の一部のラジアントチューブ内での強循環は、チューブ
内における火炎を含む燃焼ガスの運動量を増大させ、局
所な高温場の発生を抑えると共にチューブ内温度の均一
化を達成する。そして、チューブの表面温度を均一化し
て平均チューブ表面温度の向上を可能とすると共に流動
ガス量の増大によって対流熱伝達を活発化させて熱効率
を上げる。また、大量の燃焼排ガスの循環は、噴射直後
の燃焼用空気への燃焼排ガスの巻き込み量を引き起こ
し、緩慢燃焼を起こすと共に長い火炎及び燃焼ガスの流
れを形成する。

【００１３】また、請求項２記載の発明の場合、排ガス
循環パイプを経て燃焼中のバーナ側へ還流される高温の
燃焼排ガスがラジアントチューブ内へ噴射される燃焼用
空気のエネルギーを利用したエゼクタ効果によってラジ
アントチューブ内へ燃焼用空気ともども噴射されて確実
に強循環を起こす。

【００１４】また、請求項３記載の発明の場合、排ガス
循環パイプを経て燃焼中のバーナ側へ還流される高温の
燃焼排ガスが燃焼用空気の流れに誘引されてラジアント
チューブ内へ燃焼用空気ともども噴射されて確実に強循
環を起こす。

【００１５】更に、請求項４記載の発明の場合、段差部
分では負圧が生じて排ガス循環パイプから強力に高温の
燃焼排ガスを誘引し、ラジアントチューブ内へ噴射させ
ると共にその一部が燃料ガスと混合する前の燃焼用空気
に巻き込まれて燃焼用空気の酸素濃度を低減させてい
る。そして、燃料が噴射される端面より下流においては
燃焼用空気の流れに燃料が誘引されて随伴混合される。
一方、燃焼用空気が噴出する端面と燃料が噴出する端面
との段差部分の面に沿って流れる燃焼用空気の一部が、
燃料が噴出する端面の段差寄りの付近において燃焼用空
気の流れとは逆流する渦を安定的に形成し、燃料ガスの
一部を巻き込んで種火となる火炎を形成する。このた
め、安定した緩慢燃焼を起こしながら、高速で噴出され
る高温の燃焼用空気とこれに誘引される燃料及び燃焼排
ガスとが強く混ざり合ってボリュームのある勢いの強い
火炎及び燃焼ガス流を形成する。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基
づいて詳細に説明する。

【００１７】図１に本発明のダブルエンド型ラジアント
チューブバーナシステムの一実施例を示す。このダブル
エンド型ラジアントチューブバーナシステムは、両端が
同じ側に位置するダブルエンド型ラジアントチューブ１
と、このチューブ１の両端部に配置される一対のラジア
ントチューブバーナ２Ａ，２Ｂ及びこれら一対のバーナ
２Ａ，２Ｂを交互に燃焼させるために選択的に燃焼用空
気供給系３と排気系４を切り替える四方弁などの流路切
替手段５並びに図示していない燃料供給系とそれをバー
ナ２Ａ，２Ｂに選択的に接続する流路切替手段とから構
成されている。各バーナ２Ａ，２Ｂは、一方が燃焼用空
気供給系３に接続されると他方が排気系４に接続される
関係にある。

【００１８】ダブルエンド型ラジアントチューブ１は、
本実施例の場合、Ｕ形チューブを例示しているがこれに
特に限定されるものではない。このラジアントチューブ
１の両端は、通常、炉壁（図示省略）を貫通して炉外に
配置されている。ラジアントチューブ１の炉壁への固定
は、例えば、炉壁にあけられたチューブより大径の穴に
チューブに取り付けた耐火材製バング（栓）をはめ込ん
でからこのバングと炉壁との間の隙間を耐火材でシール
することによって行われる。

【００１９】各ラジアントチューブバーナ２Ａ，２Ｂ
は、本実施例の場合、蓄熱体６を内装するタイプであ
り、パイロットバーナ兼用の燃料ノズル７と、エアノズ
ル８と燃料ノズル支持体９及びバーナボディ１０等から
構成されている。尚、ラジアントチューブ１の両端に配
置される各ラジアントチューブバーナ２Ａ，２Ｂは、通
常、同じ構成のものが採用されるが、場合によっては異
なる構造のバーナを採用しても良い。

【００２０】バーナボディ１０は、本実施例の場合、略
円筒状を成しており、フランジを利用した連結構造など
によって、その一端がラジアントチューブ１の端部に取
り付けられ、他端には蓄熱体６を収容するケーシング１
１が接続されている。このバーナボディ１０には、燃料
ノズル７が貫通するように取り付けられている。そして
更に、燃料ノズル７の外にはエアノズル８がバーナボデ
ィ１０を貫通するように設けられている。そして、チュ
ーブ両端のバーナボディ１０，１０同士は、排ガス循環
パイプ１２によって連結され、エアノズル８とバーナボ
ディ１０との間の空間１３，１３が排ガス循環パイプ１
２を介してそれぞれ連通されている。即ち、排ガス循環
パイプ１２を介してラジアントチューブ１の両端が連通
されてループが構成されている。

【００２１】また、排ガス循環パイプ１２には循環量調
整バルブ１５を備え付け、燃焼排ガスによる燃焼用空気
及び燃焼ガスの希薄率を可変とし、例えば炉の立ち上げ
時などのように燃焼が不安定となる低温時には排ガス循
環量を抑えて火炎安定性を重視し、炉が立ち上がった高
温時には排ガス循環量を増やすことでチューブ表面温度
の均一化並びにチューブ表面負荷の向上を達成してより
高効率化がねらえる。

【００２２】各蓄熱体６，６は、特に限定されるもので
はないが、例えば通路断面積が一定でかつ直線的に流路
が貫通しているハニカム形状のセラミックス例えばコー
ジライトやムライト等の使用が好ましい。このハニカム
形状のセラミックスは熱容量が大きく耐久性が高い割に
比較的圧力損失が低い。しかも、排気と給気とが交互に
淀みなく行われる。このため、排ガス中のダストなど
は、蓄熱体６，６のハニカム形状の流路内に付着し難い
し、付着しても逆洗されるため汚れることがない。更
に、排ガスから熱を回収する際に排ガスが酸露点温度以
下に低下してもセラミックスの表面に排ガス中のイオウ
分やその化学変化物質が捕捉されて下流の排気系のダク
トなどを低温腐食させることがない。

【００２３】なお、各バーナ２Ａ，２Ｂに連結されたケ
ーシング１１，１１は、ダクト１４，１４を介して回転
四方弁５にそれぞれ接続されている。

【００２４】燃料ノズル７としては、本実施例の場合、
パイロットバーナ兼用ノズルが採用されている。このパ
イロットバーナ兼用ノズル７は、図２に示すように、燃
料ノズル７ａと、一次空気を流す一次空気配管７ｂ及び
図示していない点火プラグ等より構成されている。燃料
ノズル７ａと一次空気配管７ｂとは同心円状に配置され
た二重管から成る。したがって、ノズルの構造は単純で
あり、比較的細く形成することができる。このパイロッ
トバーナ兼用ノズル７によると、燃料ノズル７ａの周り
の一次空気配管７ｂ内には二次空気としてエアノズル８
に流される燃焼用空気の約１０％程度の一次空気が流さ
れる。燃料ノズル７ａの先端部分には主たる噴射口の他
に周りの一次空気配管７ｂに向かって燃料の一部を噴射
する噴射口（図示省略）が開口され、燃料の一部をパイ
ロット燃料として一次空気配管７ｂ内に噴射して一次空
気と良好に混合させ、予混合気を得るように設けられて
いる。そこに、図示していないイグナイタが設置されて
おり、燃料ノズル７ｂの噴射口の周りに保炎源を形成で
きるように設けられている。

【００２５】ここで、一次空気配管７ｂにはパイロット
燃焼に適した必要最低限の量の一次空気がバーナの作動
状態とは無関係に常に流される。一次空気としては、蓄
熱体を通過しない冷たい空気が使用される。この一次空
気と二次空気として供給される高温の燃焼用空気とを合
わせて空気比は決定される。また、燃料ノズル７ａに
は，燃焼停止時にもパイロット火炎を維持するに十分な
量の燃料がパイロット燃料として常に流され、主燃焼と
パイロット燃焼とが継続するように構成されている。

【００２６】このパイロットバーナ兼用ノズル７および
エアノズル８は、バーナボディ１０のほぼ中央に配置さ
れてラジアントチューブ３内に挿入されている。したが
って、パイロットバーナ兼用ノズル１１の周りに高温に
予熱された二次燃焼用空気が流れ、更にその外側に燃焼
排ガスが流れる。パイロットバーナ兼用ノズル７の先端
はノズル支持体９でエアノズル８に支持されている。

【００２７】以上のように構成されたバーナシステムに
よると、次のようにして燃焼しチューブを発熱させる。

【００２８】図１の場合、バーナ２Ａが燃焼中で、バー
ナ２Ａから高流速で噴出された燃焼空気と燃料が反応し
て火炎が形成される。このとき、ダブルエンド型ラジア
ントチューブ１の他端のバーナ２Ｂ側は四方弁５を介し
て排気系４に接続されて強い負圧になるため、燃焼排ガ
スをバーナ２Ｂ側に強力に引き込む。そして、燃焼排ガ
スの一部はエアノズル８を通ってケーシング１１内へ導
入され、蓄熱体６を通過してからダクト１４及び四方弁
５を介して排気系４へ排出され、所定の排ガス処理が施
された後大気中へ放出される。また、燃焼排ガスの一部
は排ガス循環パイプ１２を経て燃焼中のバーナ２Ａ側へ
還流され、高温に予熱された燃焼用空気と燃料と共に高
温のままチューブ１内へ再び供給される。本実施例の場
合、ラジアントチューブ１内へ噴射される燃焼用空気の
噴射エネルギーによるエゼクタ効果によって燃焼排ガス
が吸引されて燃焼用空気に混合される。ここで、二次空
気として噴射される空気は、蓄熱体６を通過して予熱さ
れ、高温例えば８００℃以上にされてエアノズル７へ導
入される。このため、二次空気は膨張してその流速を増
し、二次空気噴射口から勢い良く、例えば１００ｍ／ｓ
位の速度で噴出してラジアントチューブ１の中央に高速
の空気の流れを形成する。したがって、エアノズル８の
噴射口の周辺では負圧が生じて燃焼排ガスを排ガス循環
パイプ１２から誘引し、燃焼用空気流と共にチューブ１
内に噴出される。燃焼排ガスは燃焼用空気の流れに取り
込まれながら流れ、燃料と燃焼用空気とは十分に燃焼排
ガスを巻き込んだ状態で徐々に燃焼しながらラジアント
チューブ内に延びるいわゆる緩慢燃焼を行う。そして、
燃焼排ガスは高流速の燃焼用空気に随伴する。その後、
燃焼排ガスを十分巻き込んだ運動量の大きい酸素濃度の
低い燃焼空気と燃料とによって緩慢燃焼を起こす。この
ため、ＮＯｘの発生量も大きく低減される。また、高温
の燃焼用空気を使用した場合には、火炎の安定性が高い
のは勿論のこと、ＮＯｘの発生を抑制しつつ指向性の強
い火炎及び燃焼ガス流を形成できるので、広い空間で均
一なヒートフラックスで燃焼させることができる。更
に、燃焼排ガスの一部のラジアントチューブ１内での強
循環は、チューブ１内における火炎を含む燃焼ガスの運
動量を増大させ、局所的な高温場の発生を抑えると共に
チューブ内温度の均一化を達成する。そして、チューブ
の表面温度を均一化して平均チューブ表面温度の向上を
可能としてチューブの単位面積当たりの伝熱負荷を著し
く向上させる。そして、流動ガス量の増大によって対流
熱伝達を活発化させて熱効率を上げる。また、大量の燃
焼排ガスの循環は、噴射直後の燃焼用空気への燃焼排ガ
スの大量の巻き込みを引き起こし、緩慢燃焼を起こすと
共に長い火炎及び燃焼ガスの流れを形成する。

【００２９】ここで、バーナ２Ａとバーナ２Ｂとの切替
えは、短時間に行うことが熱効率並びにチューブ表面温
度の均一化を図る上で好ましい。例えば、バーナ１Ａが
燃焼を開始してから２０〜４０秒位経過すると、バーナ
２Ａ側への燃料供給が停止される。そして、四方弁５が
切り替わってバーナ２Ａ側が排気系４に、バーナ２Ｂ側
が燃焼用空気供給系３に接続されてバーナ２Ｂを掃気す
る。その後、バーナ２Ｂ側の燃料供給系が開いてバーナ
２Ｂ側に主燃料が供給される。

【００３０】図３に他の実施例を示す。この実施例は、
排ガス循環パイプ１２を燃焼用空気噴射口付近に連結さ
せ、循環する燃焼排ガスを燃焼用空気の流れに直接吹き
付けてラジアントチューブ内へ随伴させるようにしたも
のである。この実施例におけるバーナ２０は、燃料より
もはるかに高速で燃焼用空気を噴射するノズル２１と燃
料を噴射するノズル２２とを平行に配置し、かつそれら
を耐火材のブロック２３で囲繞すると共に燃料ノズル２
２の噴射口２７が形成された端面２５と空気ノズル２１
の噴射口２６が形成された端面２４との間に段差を設け
て燃料ノズル２２側の端面２５を空気ノズル２１側の端
面２４よりも突出させるようにしている。空気ノズル２
１の噴射口２６の近傍には排ガス循環パイプ１２が設置
されている。排ガス循環パイプ１２は、図示するよう
に、バーナ２０への接続部分の形状を円弧状とし、排ガ
ス循環パイプ１２に対して燃焼用空気の流れが接線方向
となるように配置され、排ガスの流れが燃焼エアの流れ
に沿うように設けられている。

【００３１】空気ノズル２１と燃料（ガス）ノズル２２
とは、耐火材のブロック２３を貫通するように配置さ
れ、耐火材のブロック２３の段差がつけられた２つの端
面２４，２５に各ノズルの噴射口２６，２７が開口する
ように設けられている。ここで、燃料ノズル２２は図１
の実施例のものと同様にパイロットバーナを兼用するも
のが採用されており、一次空気として燃料ノズル２２と
平行に噴射される二次空気の約１０％程度の一次空気が
流されている。

【００３２】また、燃料噴射口２７と空気噴射口２６と
は同一平面に形成されず、段差がつけられた異なる面に
設けられかつ空気噴射口２６よりも下流側に燃料噴射口
２７が配置されている。即ち、燃料噴出口２７は空気噴
射口２６を設けた耐火材のブロックの端面（以下、基準
面という）２４から突出させた端面（以下、保炎面と呼
ぶ）２５に設置される。この保炎面２５の燃料噴出口２
７より安定的な一次火炎３２及び燃料Ｆが噴出される。
燃焼用空気は耐火材ブロック２３の中央より高速で噴出
される。この時、保炎面２５の段差部分の近傍において
燃焼用空気の流れに対し逆流する渦３１が安定的に形成
でき、燃料・ガスの一部と急速混合して保炎領域を形成
する。したがって、高温時はいうまでもなく、低温時も
安定的な種火が吹き消えることなく形成できる。空気ノ
ズル２１と燃料ノズル２２を平行に配置して保持する耐
火材のブロック２３は、本実施例の場合、一体に成形し
た単一ブロックで構成されているが、場合によっては空
気ノズル２１を保持する部分と燃料ノズル２２を保持す
る部分とを別々に成形したものを組み合わせて使用する
ようにしても良い。また、本実施例の場合、空気ノズル
２１は配管によって構成されておらず、耐火材ブロック
２にあけられた孔及び耐火材ブロック２３を内装するバ
ーナボディによって構成されている。勿論、空気ノズル
２１は配管によって構成しても良い。

【００３３】更に、上述の構造を採る場合、耐火材ブロ
ック２３には強度上の問題で空気ノズル２１と燃料ノズ
ル２２との間にある程度の距離を必要とする。このた
め、噴射直後の領域では燃料が高速の空気流に誘引され
難い傾向がある。そこで、燃料噴射口２７の空気ノズル
２１寄りの部分２９の形状を、図示するように、空気ノ
ズル２１側へ向かう曲面形状にすることが好ましい。こ
のことによって、燃料が燃焼用空気の流れ側に流れ出易
くなる。このため、より燃料の随伴混合能力が高まり、
ＣＯやＨＣなどの遊離未燃分の発生を防止することがで
きる。また、燃焼用空気の逆流する渦３１への燃料の供
給も良好となって一層安定な種火が形成できる。この形
状に関しては、曲面に限定されず、このような機能を満
たす構造であればよい。例えば斜面でも良い。

【００３４】また、空気ノズル２１は保炎面２５と基準
面２４との境界の段差部分に設置されている。そして、
保炎面２５寄りの部分には燃料を随伴混合させる機能を
持たせ、基準面２４寄りの部分には排ガスを再循環させ
る機能をもたせている。即ち、保炎面２５と基準面２４
との段差部分の面２８が空気ノズル２１の噴射口２６を
半割にするように噴射口２４の中央を横切るように配置
された場合、随伴混合機能と再循環機能との双方を両立
させ得る。一方、図示していないが空気ノズル２１の噴
射口２４に段差部分の面２８が外接するように配置する
場合には、半割の場合に比べて排ガスを巻き込む面積が
広くなるため、燃焼用空気の酸素濃度を低下させる機能
に優れることとなる。また、図示していないが段差部分
の面３０が交差するように配置して噴射口２４のほとん
どを包み込むようにする場合には、噴射された空気が耐
火材ブロック２３で保炎面２５まで拘束されている部分
が多いため、燃焼用空気の広がりが少ないより指向性の
強い燃焼用空気の流れが保炎面２５より噴出され、燃焼
ガスの随伴混合能力に優れることとなる。

【００３５】このように構成された図３に示すダブルエ
ンド型ラジアントチューブバーナによると、高温かつ高
流速で噴出する燃焼用空気の噴射エネルギーによって、
空気噴射口２６付近を負圧にして他方のバーナ側から排
ガス循環パイプ１２を介して環流される燃焼排ガスを吸
引する。そして、燃焼用空気の流れに沿って流れる燃焼
排ガスは強力に燃焼用空気中に巻き込まれ、温度を下げ
ることなく酸素濃度を低減させつつ噴流のボリュームを
増大させる。また、保炎面２５に達するまでに排ガスを
大量に巻き込んでいることから、またその後も継続して
燃焼排ガスを巻き込み続けるため、保炎面２５から噴出
する高流速で指向性のある燃焼用空気は比較的低速で平
行に噴射される燃料を早期に強力に誘引して随伴させ、
混合しながら遠くまで勢いを失わずに流れる間に緩慢燃
焼反応を進行させる。しかも、保炎面２５の段差部分寄
りの領域に起こる燃焼用空気の逆流に燃料の一部が誘引
されて拡散混合し、種火となるような安定した火炎を形
成するため高温時は勿論のこと、低温時から安定に火炎
が形成される。

【００３６】尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の
一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の
要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、本実施例のバーナシステムにおいては、バ
ーナ２Ａ，２Ｂの切り替えを設定時間毎に繰り返す構成
としたがこれに限るものではなく、各蓄熱体６Ａ，６Ｂ
を通過した後の燃焼排ガスの温度を監視し、この温度が
所定の温度例えば２００℃位に達した時点で切り替える
構成としても良い。

【００３７】また、本実施例では高温の燃焼用空気をバ
ーナに連結ないし内装した蓄熱体を利用した交番燃焼に
よって得る場合について主に説明したがこれに特に限定
されるものではなく、例えば燃焼用空気供給系と排気系
に対し蓄熱体を相対的に回転させることによって、ある
いは流路切替手段を用いて蓄熱体に対する流体の流れ方
向を切り替えることなどによって、高温の燃焼排ガスの
排熱を利用して燃焼用空気を高温に予熱したものを単一
のバーナに連続的に供給し、連続燃焼させるようにして
も良い。また、本実施例では燃料ノズルとしてパイロッ
トバーナ兼用ノズルを採用しているが、これに特に限定
されず、場合によっては燃料ノズルとは別個に燃料ノズ
ルの噴射口近傍にパイロットバーナを設置するようにし
ても良い。更に、本実施例ではガス燃料を用いる場合に
ついて主に説明したがこれに特に限定されず、例えばオ
イルなどの液体燃料を使用することも可能である。更
に、燃焼用空気は必ずしも１００ｍ／ｓ程度の高流速で
なくとも、それよりも遅い流速であっても本発明は成立
する。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載のダ
ブルエンド型ラジアントチューブバーナシステムは、燃
焼排ガスの一部が燃焼停止中のバーナから蓄熱体を経て
ラジアントチューブ外へ排出される一方、燃焼排ガスの
一部が排ガス循環パイプを経て燃焼中のバーナ側へ還流
され、高温の燃焼排ガスが高温の燃焼用空気と燃料と共
にチューブ内へ再び供給されるようにしているので、チ
ューブ内における火炎を含む燃焼ガスの運動量を増大さ
せ、局所な高温場の発生を抑えると共にチューブ内温度
の均一化を達成する。そして、チューブの表面温度を均
一化して平均チューブ表面温度の向上を可能とすると共
に流動ガス量の増大によって対流熱伝達を活発化させて
熱効率を上げる。また、大量の燃焼排ガスの循環は、噴
射直後の燃焼用空気への燃焼排ガスの巻き込み量を引き
起こし、緩慢燃焼を起こすと共に長い火炎及び燃焼ガス
の流れを形成する。その結果、従来のダブルエンド型ラ
ジアントチューブと比較して、同じ仕事をするために必
要な燃料は低減し、燃費向上にも結びつく。また、従来
不可能であった、細径、長尺のダブルエンド型ラジアン
トチューブの実用化も可能となる。更に、チューブ表面
温度の均一化の効果から、チューブ寿命延長や低廉材質
化が図れる。同じチューブ寿命で十分な場合にはチュー
ブ材質を落とせる。

【００３９】また、請求項２記載の発明の場合、排ガス
循環パイプを経て燃焼中のバーナ側へ還流される高温の
燃焼排ガスがラジアントチューブ内へ噴射される燃焼用
空気のエネルギーを利用したエゼクタ効果によってラジ
アントチューブ内へ燃焼用空気ともども噴射されて確実
に強循環を起こす。

【００４０】また、請求項３記載の発明の場合、排ガス
循環パイプを経て燃焼中のバーナ側へ還流される高温の
燃焼排ガスが燃焼用空気の流れに誘引されてラジアント
チューブ内へ燃焼用空気ともども噴射されて確実に強循
環を起こす。

【００４１】更に、請求項４記載のダブルエンド型ラジ
アントチューブバーナの場合、燃焼用空気が噴出する付
近の段差部分で負圧が生じて排ガス循環パイプから強力
に高温の燃焼排ガスを吸引して燃焼用空気と混合しなが
らチューブ内へ噴射させる一方、燃焼用空気の一部が燃
料噴出口付近において逆流する渦を安定的に形成して燃
料ガスの一部を巻き込み種火となる火炎を形成するので
燃焼用空気が燃料と混合する前に排ガスを十分巻き込ん
だ緩慢燃焼を安定的に起こしながら運動量の大きな火炎
及び燃焼ガス流を形成する。このため、チューブ内で均
一なヒートフラックスで燃焼させることができ、従来の
バーナに起こっていた局所加熱が防止でき、ラジアント
チューブの寿命を長くできる。また、大量の燃焼排ガス
の巻き込みによる緩慢燃焼によって、ＮＯｘの発生を抑
制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のダブルエンド型ラジアントチューブバ
ーナシステムの一実施例を示す概略構成図である。

【図２】図１のバーナ部分の具体的構成を示す断面図で
ある。

【図３】他のバーナシステムの実施例を示す概略断面図
である。

【図４】蓄熱燃焼を適用した従来のダブルエンド型ラジ
アントチューブバーナシステムの概略図である。

【符号の説明】

１ ダブルエンド型ラジアントチューブ ２Ａ，２Ｂ，２０ ラジアントチューブバーナ ６ 蓄熱体 ８ エアノズル ９ バーナボディ １２ 排ガス循環パイプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チューブ両端が同じ側に位置するダブル
   エンド型ラジアントチューブの両端にバーナを配置し、
   これら一対のバーナを交互に燃焼させると共に燃焼させ
   ていない方のバーナから燃焼排ガスを排出し、かつ該燃
   焼排ガスと燃焼用空気とを交互に蓄熱体に通過させて燃
   焼用空気を高温に予熱してから前記バーナに供給するラ
   ジアントチューブバーナシステムにおいて、前記ラジア
   ントチューブの両端部を連結する排ガス循環パイプを設
   け、燃焼排ガスの一部をラジアントチューブ内で循環さ
   せることを特徴とするダブルエンド型ラジアントチュー
   ブバーナシステム。
2. 【請求項２】 前記排ガス循環パイプを燃焼用空気噴射
   口よりも上流側に連結させ、燃焼用空気の噴射エネルギ
   を利用したエゼクタ効果によってラジアントチューブ内
   へ随伴させることを特徴とする請求項１記載のダブルエ
   ンド型ラジアントチューブバーナシステム。
3. 【請求項３】 前記排ガス循環パイプを燃焼用空気噴射
   口付近に連結させ、燃焼用空気の噴射エネルギを利用し
   たエゼクタ効果によってラジアントチューブ内へ随伴さ
   せることを特徴とする請求項１記載のダブルエンド型ラ
   ジアントチューブバーナシステム。
4. 【請求項４】 前記バーナは、燃焼用空気を燃料よりも
   はるかに高速で噴射するノズルと燃料を噴射するノズル
   とを平行に配置し、かつそれらを耐火材で囲繞すると共
   に燃料ノズルの噴射口が形成された端面と空気ノズルの
   噴射口が形成された端面との間に段差を設けて前記燃料
   ノズル側の端面を空気ノズル側の端面よりも突出させた
   ことを特徴とすることを特徴とする請求項３に記載のダ
   ブルエンド型ラジアントチューブバーナシステム。