JP7675664B2 - Radiant tube type heating device and inner tube - Google Patents
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Description
本発明は、ラジアントチューブ式加熱装置及び内筒に関する。 The present invention relates to a radiant tube type heating device and an inner tube.
一般に、ラジアントチューブ式加熱装置は、バーナからラジアントチューブ内に燃料ガスと燃焼空気とを供給してラジアントチューブ内で燃焼させ、発生した燃焼ガスにより加熱されたラジアントチューブによる輻射熱で加熱対象物を間接的に加熱する装置である。 In general, a radiant tube heating device is a device that supplies fuel gas and combustion air from a burner into a radiant tube, burns them in the radiant tube, and indirectly heats an object to be heated with radiant heat from the radiant tube heated by the generated combustion gas.
このラジアントチューブ式加熱装置では、燃焼空間が限られているため、ラジアントチューブ単体では熱を有効に使いきれず、熱交換器や伝熱促進体などを用いて熱効率を上昇させて使用されることが多い。
ラジアントチューブ内に、燃焼空気を燃焼ガス(排ガス)の熱によって予熱するための熱交換器を備えたラジアントチューブ式加熱装置として、従来、例えば、特許文献1に示すものが知られている。
In this type of radiant tube heating device, the combustion space is limited, so the radiant tube alone cannot effectively use the heat, and so it is often used with a heat exchanger or heat transfer promoter to increase thermal efficiency.
2. Description of the Related Art A radiant tube heating device having a heat exchanger inside a radiant tube for preheating combustion air with the heat of combustion gas (exhaust gas) is known from the related art, for example, as shown in Patent Document 1.
この特許文献1に示すラジアントチューブ式加熱装置は、両端部が炉体を貫通するラジアントチューブと、ラジアントチューブの一端部側における中空部に配置された燃焼バーナと、ラジアントチューブの他端部側の中空部に配置され、燃焼用エアを排気ガスの熱によって予熱するための熱交換器とを備えている。そして、この熱交換器は、セラミックからなり、円筒形状を有する本体と、本体の外周面に沿って螺旋状に形成された排気ガスの放熱用流動路と、本体の内部に螺旋状に形成された燃焼用エアの吸熱用流動路と、本体の中心部に形成された予熱済み燃焼用エアの還流路とを備えている。 The radiant tube heating device shown in Patent Document 1 includes a radiant tube with both ends penetrating the furnace body, a combustion burner disposed in the hollow section at one end of the radiant tube, and a heat exchanger disposed in the hollow section at the other end of the radiant tube for preheating the combustion air with the heat of the exhaust gas. This heat exchanger is made of ceramic and includes a cylindrical body, a heat dissipation flow path for the exhaust gas formed in a spiral shape along the outer periphery of the body, a heat absorption flow path for the combustion air formed in a spiral shape inside the body, and a return path for the preheated combustion air formed in the center of the body.
このラジアントチューブ式加熱装置によれば、熱処理炉内の雰囲気を清浄に保ちつつ加熱でき、且つ熱効率及び耐久性に優れたラジアントチューブ式加熱装置とすることができる。 This radiant tube heating device can heat the heat treatment furnace while keeping the atmosphere clean, and is a radiant tube heating device with excellent thermal efficiency and durability.
また、ラジアントチューブ自体の構造的な強度を高めるとともに、熱消費効率の優れたラジアントチューブとして、従来、例えば、特許文献2に示すものが知られている。
特許文献2に示すラジアントチューブは、加熱される鋼板の表面と平行な長軸と、鋼板の表面に対して垂直な短軸とを備えた楕円状断面をもつものである。
特許文献2に示すラジアントチューブによれば、楕円状断面を有し、長軸を加熱される鋼板の表面と平行に配置することから、ラジアントチューブの鋼板に対する投影面積が真円状断面を有するものよりも大きくなる。これにより、ラジアントチューブから放射される熱量が効率よく鋼板の表面に伝えられという効果を奏する。
Furthermore, a radiant tube that has improved structural strength and excellent heat consumption efficiency has been known in the past, for example, as shown in
The radiant tube shown in
The radiant tube shown in
更に、熱回収性能を高めた熱交換器を内蔵したラジアントチューブとして、従来、例えば、特許文献3に示すものが知られている。
特許文献3に示す放射管は、放射管の排ガス側の管体内に、筒状の通気性固体から成る第1仕切を放射管の被熱物加熱面に対応する位置に配設するとともに筒状の通気性固体から成る第2仕切を第1仕切より排ガス出口寄りの位置に配設し、第1仕切および第2仕切により囲繞された熱交換室内に熱交換器を設け、放射管内の高温ガスが、第1仕切を通過して熱交換室を経て第2仕切を通過後排ガス出口から排出されるよう流通するガス流通路を形成したものである。
Furthermore, as a radiant tube incorporating a heat exchanger with improved heat recovery performance, for example, the one shown in Patent Document 3 is known.
The radiant tube shown in Patent Document 3 has a first partition made of a cylindrical breathable solid arranged within the tube body on the exhaust gas side of the radiant tube at a position corresponding to the heating surface of the heated object of the radiant tube, and a second partition made of a cylindrical breathable solid arranged at a position closer to the exhaust gas outlet than the first partition, and a heat exchanger is provided within a heat exchange chamber surrounded by the first and second partitions, forming a gas flow passage through which high-temperature gas in the radiant tube passes through the first partition, passes through the heat exchange chamber, and then passes through the second partition before being discharged from the exhaust gas outlet.
この特許文献3に示す放射管によれば、高い放射能力を有する通気性固体から成る第1仕切および第2仕切を用いて燃焼ガスの顕熱を放射熱に変換し、放射管の管体への放射熱の負荷による加熱室内への伝熱性能の向上と熱交換器への放射熱の負荷による熱回収効率の向上を達成でき、かつ熱交換器を放射管内に内蔵させて極めてコンパクトな構造の熱交換器付放射管を得ることができる。 According to the radiation tube shown in Patent Document 3, the sensible heat of the combustion gas is converted into radiant heat using the first and second partitions made of a breathable solid with high radiation capacity, improving the heat transfer performance into the heating chamber by loading radiant heat onto the tube body of the radiation tube, and improving the heat recovery efficiency by loading radiant heat onto the heat exchanger. In addition, by incorporating the heat exchanger into the radiation tube, it is possible to obtain a radiation tube with a heat exchanger having an extremely compact structure.
しかしながら、これら従来の特許文献1に示すラジアントチューブ式加熱装置、特許文献2に示すラジアントチューブ、及び特許文献3に示す放射管にあっては、以下の課題があった。
即ち、特許文献1に示すラジアントチューブ式加熱装置の場合、既存の熱交換器をセラミック製の熱交換器に交換する必要があり、交換費用が嵩む等の理由により導入のためのハードルが非常に高いという課題がある。
However, the conventional radiant tube type heating device disclosed in Patent Document 1, the radiant tube disclosed in
In other words, in the case of the radiant tube heating device shown in Patent Document 1, the existing heat exchanger needs to be replaced with a ceramic heat exchanger, and there is a problem that the hurdle for introduction is very high due to reasons such as the high replacement costs.
また、特許文献2に示すラジアントチューブにおいて、熱交換器の設置を考えた場合、既存の熱交換器は断面形状が真円のラジアントチューブに合わせて開発されてきているため、断面形状が楕円のラジアントチューブに既存の熱交換器を設置したとすると、ラジアントチューブの断面形状の変化によって燃焼ガスの流れが変化し十分な熱交換器での排熱回収効率が得られないという課題がある。
In addition, when considering the installation of a heat exchanger in the radiant tube shown in
更に、特許文献3に示す放射管の場合、熱交換器を囲繞する筒体(第1仕切及び第2仕切)の一端側の開口部に通気孔を備えた支持板が設けられている。筒体の一端側の開口部に通気性を有する仕切りがある場合、圧力損失が大きくなるという課題がある。また、支持板に形成される通気部が、燃焼ガス中のダストや煤で閉塞し、不具合をきたす可能性があるという課題がある。 Furthermore, in the case of the radiant tube shown in Patent Document 3, a support plate with an air hole is provided at the opening on one end of the cylinder (first partition and second partition) surrounding the heat exchanger. If there is a partition with air permeability at the opening on one end of the cylinder, there is a problem that pressure loss increases. There is also a problem that the ventilation part formed in the support plate may be clogged with dust or soot in the combustion gas, causing malfunctions.
従って、本発明はこの従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、熱交換器の交換や改造をすることなくラジアントチューブ内に備えられた熱交換器での排熱回収効率を向上させることができるラジアントチューブ式加熱装置及び内筒を提供することにある。 The present invention was made to solve this problem, and its purpose is to provide a radiant tube heating device and inner tube that can improve the efficiency of exhaust heat recovery in the heat exchanger installed inside the radiant tube without replacing or modifying the heat exchanger.
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るラジアントチューブ式加熱装置は、ラジアントチューブ内に熱交換器を備えたラジアントチューブ式加熱装置であって、前記熱交換器の外周を囲うように前記熱交換器と前記ラジアントチューブとの間の燃焼ガス流路に配置した両端に開口部を有する内筒本体と、前記内筒本体と前記ラジアントチューブとの間の燃焼ガス流路内を流れる燃焼ガスの流れを抑制する邪魔板部とを備えた内筒を配置したことを要旨とする。 In order to solve the above problems, the radiant tube heating device according to one embodiment of the present invention is a radiant tube heating device equipped with a heat exchanger inside a radiant tube, and is characterized by the arrangement of an inner tube having an inner tube body with openings at both ends, which is arranged in the combustion gas flow path between the heat exchanger and the radiant tube so as to surround the outer periphery of the heat exchanger, and a baffle plate portion that suppresses the flow of combustion gas flowing in the combustion gas flow path between the inner tube body and the radiant tube.
また、本発明の別の態様に係る内筒は、前述のラジアントチューブ式加熱装置に用いられる内筒であって、前記内筒本体と前記邪魔板部を有することを要旨とする。 Another aspect of the present invention is an inner tube used in the above-mentioned radiant tube heating device, and is characterized in that it has the inner tube body and the baffle plate portion.
本発明に係るラジアントチューブ式加熱装置及び内筒によれば、熱交換器の交換や改造をすることなくラジアントチューブ内に備えられた熱交換器での排熱回収効率を向上させることができるラジアントチューブ式加熱装置及び内筒を提供できる。 The radiant tube heating device and inner cylinder of the present invention can provide a radiant tube heating device and inner cylinder that can improve the exhaust heat recovery efficiency of the heat exchanger installed inside the radiant tube without replacing or modifying the heat exchanger.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。
また、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiments shown below are merely examples of devices and methods for embodying the technical concept of the present invention, and the technical concept of the present invention is not limited to the following embodiments in terms of the materials, shapes, structures, arrangements, etc. of the components.
In addition, the drawings are schematic, and therefore, it should be noted that the relationship between thickness and planar dimensions, ratios, etc. may differ from the actual relationship between thickness and planar dimensions, and the drawings may include parts in which the relationship between dimensions and ratios differ from one another.
(第1実施形態)
図1には、本発明の第1実施形態に係るラジアントチューブ式加熱装置が示されており、ラジアントチューブ式加熱装置1は、略M字形に屈曲したラジアントチューブ10を備えている。
ラジアントチューブ10の一端部10a及び他端部10bは、ラジアントチューブ10が加熱対象物を加熱する熱処理炉内に突出するように、熱処理炉の炉壁2に取り付けられている。ラジアントチューブ10の断面形状は、第1実施形態にあっては、図2に示すように、所定板厚を有する内径Dの真円の管形状となっている。
そして、ラジアントチューブ10の一端部10a側の中空部11には、バーナ20が配置されている。バーナ20は、燃料ガスと燃焼空気をラジアントチューブ10内に供給してラジアントチューブ10内で燃焼させ、発生した燃焼ガスによりラジアントチューブ10を内部から加熱する。このバーナ20は、燃料ガスを供給する燃料ガス供給路52と燃焼空気を供給する燃焼空気供給路53とを有する第1部材50に取り付けられている。燃料ガスは、第1部材50に設けられた燃料ガス供給口51から燃料ガス供給路52を介してバーナ20に送られる。燃焼空気は、後述する燃焼空気供給口54から燃焼空気供給路53を介してバーナ20に送られる。
そして、燃焼ガスにより加熱されたラジアントチューブ10による輻射熱で加熱対象物、例えば、鋼板を加熱する。
First Embodiment
FIG. 1 shows a radiant tube heating device according to a first embodiment of the present invention, and the radiant tube heating device 1 includes a
One
A
The
一方、ラジアントチューブ10の他端部10b側の燃焼ガス流路12には、熱交換器30が配置されている。熱交換器30は、ラジアントチューブ10を加熱した燃焼ガス(排ガス)と燃焼空気との間で熱交換を行うことによって外部から供給される燃焼空気を加熱し、加熱した燃焼空気をバーナ20側に供給する。熱交換器30は、燃焼空気供給路62と燃焼ガス排出路64とを有する第2部材60に取り付けられている。燃焼空気は、燃焼空気供給口61から燃焼空気供給路62を介して熱交換器30に供給され、そこで燃焼ガス(排ガス)と熱交換されて加熱されて給気口63から空気配管55を介して第1部材50に設けられた燃焼空気供給口54に供給される。そして、前述したように、燃焼空気は、燃焼空気供給口54から燃焼空気供給路53を介してバーナ20に送られる。
そして、熱交換器30で排熱回収された燃焼ガス(排ガス)は、燃焼ガス排出路64を介して燃焼ガス排出口65から外部に排出される。
ここで、本実施形態に係るラジアントチューブ式加熱装置1においては、熱交換器30での排熱回収効率を向上させるべく、図1及び図2に示すように、熱交換器30とラジアントチューブ10の他端部10b側との間の燃焼ガス流路12に、内筒40を配置してある。
On the other hand, a
The combustion gas (exhaust gas) from which the exhaust heat has been recovered by the
Here, in the radiant tube heating device 1 of this embodiment, in order to improve the exhaust heat recovery efficiency in the
この内筒40は、熱交換器30の外周を囲う内筒本体41と、内筒本体41とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12b内を流れる燃焼ガスの流れを抑制する邪魔板部42とを備えている。
The
内筒本体41は、断面形状が真円の管形状を有する円筒管体で構成されており、両端に開口部(図示せず)を有する。この開口部には、網状、ハニカム状、せんい状、多孔質状などの通気性を有する仕切を設けないことが好ましい。この開口部に網状などの通気性を有する仕切を設けると、圧力損失が大きくなる。また、仕切に形成される通気部が、燃焼ガス中のダストや煤で閉塞し、不具合をきたす可能性がある。このため、内筒本体41を、両端に開口部を有する形状とした。また、内筒本体41の素材は、特に限定するものではないが、熱負荷に耐えられるものとするのが好ましく、例えば、セラミック材料、耐火物等が挙げられる。
The
また、内筒本体41の外径は、ラジアントチューブ10の内径Dよりも小さい。内筒本体41の内径は、熱交換器30の外径dと、内筒本体41の内壁面と熱交換器30の外壁面との隙間wを用いて表すと、d+2wである。なお、内筒本体41のラジアントチューブ10の長さ方向に沿う長さは、特に規定はないが、熱交換器30のラジアントチューブ10の長さ方向に沿う長さ全体をカバーできる長さであればよい。また、内筒本体41の長さ方向の両端は開口し、第2部材60に設けられた燃焼ガス排出路64に連通している。
また、邪魔板部42は、図1及び図3に示すように、内筒本体41の長さ方向の端部に設けられ、内筒本体41から外方に突出するフランジ円板形状に形成され、内筒本体41とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12bを閉塞するようになっている。邪魔板部42及び内筒本体41は、一体に形成されている。邪魔板部42は、図示しない取付ボルトにより、前述した第2部材60に取り付けられる。
The outer diameter of the
1 and 3, the
このように、本発明の第1実施形態に係るラジアントチューブ式加熱装置は、熱交換器30の外周を囲うように熱交換器30とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12に配置した内筒本体41と、内筒本体41とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12b内を流れる燃焼ガスの流れを抑制する邪魔板部42とを備えた内筒40を配置している。
In this way, the radiant tube heating device according to the first embodiment of the present invention has an
これにより、ラジアントチューブ10内を流れる燃焼ガスは、ラジアントチューブ10の他端部10b側の燃焼ガス流路12のところでは、熱交換器30と内筒40の内筒本体41との間の燃焼ガス流路12a内を主に流れ、内筒本体41とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12b内では邪魔板部42によってその流れが抑制される。これにより、熱交換器30と内筒40の内筒本体41との間の燃焼ガス流路12a内では、燃焼ガスの流速が増加すると共にレイノルズ数が向上し、燃焼ガスから熱交換器30への熱伝達性能が上昇し、熱交換器30での排熱回収効率を向上させることができる。
As a result, the combustion gas flowing through the
一方、内筒本体41とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12b内では燃焼ガスのよどみ領域が生じて断熱性能が向上する。内筒40が配置されている熱交換器30の設置部は、ラジアントチューブ10の末端部(他端部10b)に位置するため大部分が断熱材からなる炉壁2中に位置し、燃焼ガスからラジアントチューブ10へ熱を伝熱する必要はなく、燃焼ガスのよどみにより生じた断熱効果は内筒40の内筒本体41の温度を上昇させ、熱交換器30の排熱回収能力の向上に寄与することになる。
そして、熱交換器30での排熱回収効率を向上させるために、本実施形態では、熱交換器30を既存のものから交換したりあるいは改造したりする必要はない。
On the other hand, a stagnation area of the combustion gas occurs in the combustion
In this embodiment, in order to improve the exhaust heat recovery efficiency in the
従って、本実施形態に係るラジアントチューブ式加熱装置1によれば、熱交換器30の交換や改造をすることなくラジアントチューブ10内に備えられた熱交換器30での排熱回収効率を向上させることができるラジアントチューブ式加熱装置1を提供できる。
Therefore, according to the radiant tube heating device 1 of this embodiment, a radiant tube heating device 1 can be provided that can improve the exhaust heat recovery efficiency of the
そして、本実施形態では、邪魔板部42は、内筒本体41から外方に突出し、内筒本体41とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12bを閉塞する。これにより、燃焼ガスは、内筒本体41とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12bから外部へ排出されることが完全に阻止される。このため、ラジアントチューブ10内を流れる燃焼ガスは、ラジアントチューブ10の他端部10b側の燃焼ガス流路12のところでは、熱交換器30と内筒40の内筒本体41との間の燃焼ガス流路12a内のみを流れることになる。これにより、熱交換器30と内筒40の内筒本体41との間の燃焼ガス流路12a内では、燃焼ガスの流速が増加すると共にレイノルズ数が向上し、その結果燃焼ガスから熱交換器30への熱伝達性能が上昇し、熱交換器30での排熱回収効率を向上させることができる。
In this embodiment, the
また、本実施形態では、内筒本体41の内壁面と熱交換器30の外壁面との隙間wを熱交換器30の外径dで除したw/dが0.06以上としてある。
In addition, in this embodiment, the gap w between the inner wall surface of the
この理由について説明する。図5には、ラジアントチューブ10の断面形状を所定板厚を有する内径Dの真円の管形状とした上で、熱交換器30を通過した後の燃焼ガス温度と、内筒本体41の内壁面と熱交換器30の外壁面との隙間wを熱交換器の外径dで除した値w/dとの関係が示されている。また、図6には、ラジアントチューブ10の断面形状を所定板厚を有する内径Dの真円の管形状とした上で、圧力損失と、内筒本体41の内壁面と熱交換器30の外壁面との隙間wを熱交換器30の外径dで除した値w/dとの関係が示されている。
The reason for this will be explained. Figure 5 shows the relationship between the combustion gas temperature after passing through the
図5から理解できるように、w/dが小さければ小さいほど熱交換器30を通過した後の燃焼ガス温度が小さいことがわかる。これは、w/dが小さければ小さいほど熱交換器30で排熱回収が効率よくなされていることを意味する。
As can be seen from Figure 5, the smaller the w/d, the lower the combustion gas temperature after passing through the
一方、図6から理解できるように、w/dが小さければ小さいほど圧力損失が大きくなることがわかる。圧力損失が大きくなると、ラジアントチューブ10内の負圧を保つことができなくなる。ラジアントチューブ10の使用期間が長期になると、ラジアントチューブ10に亀裂が生じることがある。ラジアントチューブ10に亀裂が生じた場合に、ラジアントチューブ10内が負圧である場合には、ラジアントチューブ10内の燃焼ガスが炉内に漏洩することばなく加熱対象物を燃焼ガスに曝す危険性が少ない。w/d<0.06では、圧力損失が約500Paを超え、特に大きくなることから、本実施形態では、w/dが0.06以上となるように、内筒本体41の内径と熱交換器30の外径dとを設定している。
On the other hand, as can be seen from FIG. 6, the smaller the w/d, the greater the pressure loss. If the pressure loss increases, it becomes impossible to maintain negative pressure inside the
一方、w/dが大きくなるほど、図5に示したとおり排熱回収効率が低下する。本実施形態では、内筒本体41と、内筒本体41とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路内を流れる燃焼ガスの流れを抑制する邪魔板部42とを備えた内筒40を、内筒本体41が熱交換器30の外周を囲うように、かつ、熱交換器30とラジアントチューブ10の内壁面との間に位置するように配置している。このため、本実施形態においては、燃焼ガス流路となる隙間wは、内筒40がない場合の隙間(D-d)/2よりも小さくなるため、内筒40がない場合に比べて排熱回収効率は向上する。よって、内筒40を上記のように配置できるかぎりにおいてはw/dの上限値は特に設けるものではないが、排熱回収効率の向上効果を大きくするためにはw/dが0.15以下となるように、内筒本体41の内径d+2wと熱交換器30の外径dとが設定されていることが好ましい。
On the other hand, as w/d increases, the exhaust heat recovery efficiency decreases as shown in FIG. 5. In this embodiment, the
なお、ラジアントチューブ10の内壁面と内筒本体41の外壁面との隙間WDには、ラジアントチューブ10内のガスが存在しているが、ガスの抜け道がないため、流動は抑制されている。これにより、炉壁2に熱が伝わり、熱回収効率の低下を抑制する効果が得られる。空気の熱伝導率は小さいため前述の隙間WDはわずかでもあれば上記の効果は得られる。ただし、隙間WD=0であっても内筒40により熱交換器30の周りの燃焼ガス流速を大きくすることができるため、熱回収率の向上効果は得られる。
Gas inside the
次に、内筒40の変形例について、図4を参照して説明する。図4に示すように、内筒40を構成する邪魔板部42は、内筒本体41の長さ方向の両端部以外の箇所に所定間隔を空けて設置された2枚の邪魔板42a,42bで構成されている。各邪魔板42a,42bは、内筒本体41から外方に同一長さ突出し、図示はしないが内筒本体41とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12bを閉塞する。
Next, a modified example of the
これにより、内筒40が、熱交換器30とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12に傾いた状態で配置された場合でも、2枚の邪魔板42a,42bのうちのいずれか一方の邪魔板で確実に内筒本体41とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12bを閉塞することができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係るラジアントチューブ式加熱装置について、図7を参照して説明する。図7には、本発明の第2実施形態に係るラジアントチューブ式加熱装置に適用されるラジアントチューブの図2と同様の断面が示されている。
本発明の第2実施形態に係るラジアントチューブ式加熱装置は、図1に示す第1実施形態に係るラジアントチューブ式加熱装置1と基本構成は同一であるが、ラジアントチューブ10の断面形状と内筒40の形状が異なっている。
As a result, even if the
Second Embodiment
Next, a radiant tube type heating device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 7. Fig. 7 shows a cross section similar to Fig. 2 of a radiant tube applied to the radiant tube type heating device according to the second embodiment of the present invention.
The radiant tube heating device of the second embodiment of the present invention has the same basic configuration as the radiant tube heating device 1 of the first embodiment shown in Figure 1, but the cross-sectional shape of the
即ち、本発明の第2実施形態に係るラジアントチューブ式加熱装置におけるラジアントチューブ10の断面形状は、図7に示すように、所定板厚を有する内径について長径a、短径bの楕円の管形状となっている。
That is, the cross-sectional shape of the
ラジアントチューブ10の断面形状を楕円の管形状とし、楕円の長軸が加熱対象物と対向するようにラジアントチューブ10を配置することで加熱対象物に対するラジアントチューブ10の投影面積が大きくなり、ラジアントチューブ10から放射される熱量を効率よく加熱対象物に伝達することができる。また、ラジアントチューブ10が縦型炉に用いられる場合には、図1に示すように、ラジアントチューブ10の一端部側と他端部側とが鉛直方向に沿って並ぶように、ラジアントチューブ10を炉壁2に固定することになる。この場合において、ラジアントチューブ10の断面形状を楕円の管形状とし、ラジアントチューブ10の直管部における楕円の長軸が鉛直方向となるようにラジアントチューブ10を配置することで、ラジアントチューブ10の剛体強度を鉛直方向に大きくし、ラジアントチューブ10の自重に伴う曲げモーメントの作用によるラジアントチューブ10の変形を抑制することができる。
By making the cross-sectional shape of the
また、熱交換器30とラジアントチューブ10の他端部10b側との間の燃焼ガス流路12に配置された内筒40は、熱交換器30の外周を囲う内筒本体41と、内筒本体41とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12b内を流れる燃焼ガスの流れを抑制する邪魔板部42とを備えている。
The
そして、内筒本体41は、断面形状が真円の管形状を有する円筒管体で構成されており、両端に開口部(図示せず)を有する。この開口部には、網状、ハニカム状、せんい状、多孔質状などの通気性を有する仕切を設けないことが好ましい。内筒本体41の外径は、ラジアントチューブ10の短径bよりも小さい。内筒本体41の内径は、熱交換器30の外径dと、内筒本体41の内壁面と熱交換器30の外壁面との隙間wを用いて表すと、d+2wである。また、内筒本体41のラジアントチューブ10の長さ方向に沿う長さは、特に規定はないが、熱交換器30のラジアントチューブ10の長さ方向に沿う長さ全体をカバーできる長さとしてある。
The
ここで、邪魔板部42は、内筒本体41の長さ方向の端部に設けられているが、図1乃至図3に示す邪魔板部42と異なり、内筒本体41から外方に突出するフランジ楕円板形状に形成され、内筒本体41とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12bを閉塞するようになっている。邪魔板部42及び内筒本体41は、一体に形成されている。
Here, the
このように、第2実施形態に係るラジアントチューブ式加熱装置にあっても、熱交換器30の外周を囲うように熱交換器30とラジアントチューブ41との間の燃焼ガス流路12に配置した内筒本体41と、内筒本体41とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12b内を流れる燃焼ガスの流れを抑制する邪魔板部42とを備えた内筒40を配置している。
In this way, even in the radiant tube type heating device according to the second embodiment, an
これにより、ラジアントチューブ10内を流れる燃焼ガスは、ラジアントチューブ10の他端部10b側の燃焼ガス流路12のところでは、熱交換器30と内筒40の内筒本体41との間の燃焼ガス流路12a内を主に流れ、内筒本体41とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12b内では邪魔板部41bによってその流れが抑制される。これにより、熱交換器30と内筒40の内筒本体41との間の燃焼ガス流路12a内では、燃焼ガスの流速が増加すると共にレイノルズ数が向上し、燃焼ガスから熱交換器30への熱伝達性能が上昇し、熱交換器30での排熱回収効率を向上させることができる。
As a result, the combustion gas flowing through the
ここで、ラジアントチューブ10の断面形状を第2実施形態のように楕円形状とすると、熱交換器30との間の燃焼ガス流路12の断面積は、ラジアントチューブ10の断面形状を真円とする場合よりも大きくなるケースが多い。この場合、燃焼ガス流路12を流れる燃焼ガスの流速が遅くなることから、燃焼ガスから熱交換器30への熱伝達性能が悪化し、熱交換器30での排熱回収効率が悪くなってしまう問題がある。
Here, if the cross-sectional shape of the
これに対して、第2実施形態に係るラジアントチューブ式加熱装置では、熱交換器30とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12に、熱交換器30の外周を囲う内筒本体41と、内筒本体41とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12b内を流れる燃焼ガスの流れを抑制する邪魔板部42とを備えた内筒40を配置することで、この問題を解決している。
In contrast, the radiant tube heating device according to the second embodiment solves this problem by disposing an
そして、内筒本体41とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12b内では燃焼ガスのよどみ領域が生じて断熱性能が向上する。内筒40が配置されている熱交換器30の設置部は、ラジアントチューブ10の末端部(他端部10b)に位置するため大部分が断熱材からなる炉壁2中に位置し、燃焼ガスからラジアントチューブ10へ熱を伝熱する必要はなく、燃焼ガスのよどみにより生じた断熱効果は内筒40の内筒本体41の温度を上昇させ、熱交換器30の排熱回収能力の向上に寄与することになる。
A stagnation area of the combustion gas occurs in the combustion
そして、ラジアントチューブ10の断面形状を楕円形状とした場合に、熱交換器30での排熱回収効率を向上させるために、熱交換器30を既存のものから交換したりあるいは改造したりする必要はない。
And when the cross-sectional shape of the
従って、第2実施形態に係るラジアントチューブ式加熱装置1によれば、熱交換器30の交換や改造をすることなくラジアントチューブ10内に備えられた熱交換器30での排熱回収効率を向上させることができるラジアントチューブ式加熱装置を提供できる。
Therefore, according to the radiant tube heating device 1 of the second embodiment, a radiant tube heating device can be provided that can improve the exhaust heat recovery efficiency of the
そして、第2実施形態では、邪魔板部42は、内筒本体41から外方に突出するフランジ楕円板形状に形成され、内筒本体41と断面が楕円形状のラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12bを閉塞する。これにより、燃焼ガスは、内筒本体41とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12bから外部へ排出されることが完全に阻止される。このため、ラジアントチューブ10内を流れる燃焼ガスは、ラジアントチューブ10の他端部10b側の燃焼ガス流路12のところでは、熱交換器30と内筒40の内筒本体41との間の燃焼ガス流路12a内のみを流れることになる。これにより、熱交換器30と内筒40の内筒本体41との間の燃焼ガス流路12a内では、燃焼ガスの流速が更に増加すると共にレイノルズ数が更に向上し、燃焼ガスから熱交換器30への熱伝達性能が更に上昇し、熱交換器30での排熱回収効率を更に向上させることができる。
In the second embodiment, the
また、この第2実施形態に係るラジアントチューブ式加熱装置でも、内筒本体41の内壁面と熱交換器30の外壁面との隙間wを熱交換器30の外径dで除したw/dが0.06以上としてある。
これにより、第1実施形態に係るラジアントチューブ式加熱装置と同様に、圧力損失が大きくなることを回避した上で熱交換器30での排熱回収効率を向上させることができる。
Furthermore, in the radiant tube heating device of the second embodiment, the gap w between the inner wall surface of the
As a result, similarly to the radiant tube heating device according to the first embodiment, it is possible to improve the exhaust heat recovery efficiency in the
なお、ラジアントチューブ10の断面形状を楕円の管形状とした場合、内筒本体41とラジアントチューブ10との間は、ラジアントチューブ10の断面における長径方向の隙間Waと短径方向の隙間Wcとでは、その大きさが異なる。この場合、隙間Wa及び隙間Wcはわずかでもあれば熱回収効率の低下を抑制する効果が得られる。ただし、隙間Wa=隙間Wc=0であっても、内筒40により熱交換器30の周りの燃焼ガス流速を大きくすることができるため、熱回収率の向上効果は得られる。
In addition, when the cross-sectional shape of the
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。 The above describes an embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to this and various modifications and improvements can be made.
例えば、第1実施形態及び第2実施形態に係るラジアントチューブ式加熱装置において、邪魔板部42は、内筒本体41とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12b内を流れる燃焼ガスの流れを抑制するものであれば、内筒本体41から外方に突出するものに限定されない。また、邪魔板部42は、内筒本体41と一体に形成される必要は必ずしもない。
For example, in the radiant tube heating device according to the first and second embodiments, the
また、第1実施形態及び第2実施形態に係るラジアントチューブ式加熱装置において、邪魔板部42は、内筒本体41とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12b内を流れる燃焼ガスの流れを抑制するものであれば、内筒本体41とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12bを閉塞する必要は必ずしもない。
また、ラジアントチューブ10の断面形状は、真円形状と楕円形状とに限定されない。
また、内筒本体41の内壁面と熱交換器30の外壁面との隙間をw、熱交換器の外径をdとしたとき、w/dが0.06以上である必要は必ずしもない。
また、内筒本体41と熱交換器30は同心円である必要は必ずしもない。
Furthermore, in the radiant tube heating devices of the first and second embodiments, the
Furthermore, the cross-sectional shape of the
Furthermore, when the gap between the inner wall surface of the
Moreover, the
本発明の効果を検証すべく、図7に示す断面形状が楕円形状のラジアントチューブ10と熱交換器30との間の燃焼ガス流路12に内筒40を配置した本発明例と、断面形状が楕円形状のラジアントチューブ10と熱交換器30との間の燃焼ガス流路12に40を配置しない比較例とについて、熱処理炉の外部に排出される排ガス顕熱の変化を測定した。
To verify the effects of the present invention, the change in the sensible heat of the exhaust gas discharged outside the heat treatment furnace was measured for an example of the present invention in which an
ラジアントチューブ10の断面形状は、その内径について長径aが234mm、短径bが186mmの楕円の管形状である。また、内筒40の内筒本体41の外径は186mm、内径は182mm、である。また、内筒本体41の長さ方向の長さはラジアントチューブ10の内端部(炉壁2の外側面との交差部)から熱交換器30の先端までとした。また、邪魔板部42は、図3と同様に、内筒本体41の長さ方向の端部から外方(図3における上下方向)に突出したフランジ円板形状で、内筒本体41とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12bを閉塞するものである。
The cross-sectional shape of the
ラジアントチューブ式加熱装置に投入する燃料ガス量および燃焼空気量を揃える調整を行い、熱処理炉から外部に排出される排ガスの顕熱の変化を測定した。投入した燃料ガスの発熱量を100%としたとき、本発明例では、比較例と比較し、排ガス顕熱は1%減少した。熱処理炉内で使えなかった熱が排ガス顕熱として排出されるため、排ガス顕熱の減少は熱交換器30での排熱回収が向上したことを意味する。従って、排ガス顕熱の変化を測定した結果、本発明例は、比較例に対して熱交換器30での排熱回収が向上していることがわかった。
また、次のcase1の場合、case2の場合、case3の場合のそれぞれにつき熱交換器30を通過した後の燃焼ガス温度の変化量を調査した。その調査結果を図8に示す。
The amount of fuel gas and the amount of combustion air fed into the radiant tube heating device were adjusted to be uniform, and the change in the sensible heat of the exhaust gas discharged from the heat treatment furnace to the outside was measured. When the calorific value of the fed fuel gas was taken as 100%, the sensible heat of the exhaust gas in the present invention example was reduced by 1% compared to the comparative example. Since the heat that could not be used in the heat treatment furnace is discharged as sensible heat of the exhaust gas, the reduction in the sensible heat of the exhaust gas means that the recovery of the exhaust heat in the
Further, the amount of change in the combustion gas temperature after passing through the
case1は、ラジアントチューブ10の断面形状を内径Dの真円とし、そのラジアントチューブ10の燃焼ガス流路12に外径dの熱交換器30を設置し、D/d=1.9の関係を満たす場合において、熱交換器30とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12に内筒40を設置しない場合の熱交換器30を通過した後の燃焼ガス温度と、熱交換器30とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12にw/d=0.17となる内筒40を設置した場合の熱交換器30を通過した後の燃焼ガス温度との差を燃焼ガス温度の変化量としたものである。
In case 1, the cross-sectional shape of the
case2は、ラジアントチューブ10の断面形状を長径aと短径bとの比a/b=1.24となる楕円とし、そのラジアントチューブ10の燃焼ガス流路12に外径dの熱交換器30を設置し、b/d=1.9の関係を満たす場合(濡れぶち長さが前記内径Dの真円のラジアントチューブよりも大きい場合)において、熱交換器30とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12に内筒40を設置しない場合の熱交換器30を通過した後の燃焼ガス温度と、熱交換器30とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12にw/d=0.17となる内筒40を設置した場合の熱交換器30を通過した後の燃焼ガス温度との差を燃焼ガス温度の変化量としたものである。
In
case3は、ラジアントチューブ10の断面形状を長径aと短径bとの比a/b=1.24となる楕円とし、その濡れぶち長さが前記内径Dの真円のラジアントチューブと同じになるようなラジアントチューブ10とし、そのラジアントチューブ10の燃焼ガス流路12に外径dの熱交換器30を設置した場合において、熱交換器30とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12に内筒40を設置しない場合の熱交換器30を通過した後の燃焼ガス温度と、熱交換器30とラジアントチューブ10との間の燃焼ガス流路12にw/d=0.17となる内筒40を設置した場合の熱交換器30を通過した後の燃焼ガス温度との差を燃焼ガス温度の変化量としたものである。
In case 3, the cross-sectional shape of the
図8を参照すると、case2の燃焼ガス温度の変化量が、case1の燃焼ガス温度の変化量及びcase3の燃焼ガス温度の変化量と比較して大きいことが分かる。つまり、ラジアントチューブ10の断面形状を楕円形状としてその濡れぶち長さが真円のラジアントチューブよりも大きい場合の方が、ラジアントチューブ10の断面形状を真円とする場合や、ラジアントチューブ10の断面形状を楕円形状としてその濡れぶち長さが真円のラジアントチューブと同じとする場合よりも、内筒40の設置による排熱回収の効果が大きいといえる。
Referring to FIG. 8, it can be seen that the amount of change in the combustion gas temperature in
1 ラジアントチューブ式加熱装置
2 炉壁
10 ラジアントチューブ
10a ラジアントチューブの一端部
10b ラジアントチューブの他端部
11 中空部
12 燃焼ガス流路(熱交換器とラジアントチューブとの間)
12a 燃焼ガス流路(熱交換器と内筒本体との間)
12b 燃焼ガス流路(内筒本体とラジアントチューブとの間)
20 バーナ
30 熱交換器
40 内筒
41 内筒本体
42 邪魔板部
42a 邪魔板
42b 邪魔板
50 第1部材
51 燃料ガス供給口
52 燃料ガス供給路
53 燃焼空気供給路
54 燃焼空気供給口
55 空気配管
60 第2部材
61 燃焼空気供給口
62 燃焼空気供給路
63 給気口
64 燃焼ガス排出路
65 燃焼ガス排出口
Reference Signs List 1 Radiant
12a Combustion gas flow path (between the heat exchanger and the inner cylinder body)
12b Combustion gas flow path (between the inner cylinder body and the radiant tube)
20
Claims (4)
前記熱交換器の外周を囲うように前記熱交換器と前記ラジアントチューブとの間の燃焼ガス流路に配置した両端に開口部を有する内筒本体と、前記内筒本体と前記ラジアントチューブとの間の燃焼ガス流路内を流れる燃焼ガスの流れを抑制する邪魔板部とを備えた内筒を配置し、
前記内筒本体の内壁面と前記熱交換器の外壁面との隙間をw、前記熱交換器の外径をdとしたとき、w/dを0.06以上かつ0.15以下としたことを特徴とするラジアントチューブ式加熱装置。 A radiant tube type heating device equipped with a heat exchanger inside a radiant tube,
an inner cylinder having an inner cylinder body having openings at both ends and disposed in a combustion gas flow path between the heat exchanger and the radiant tube so as to surround an outer periphery of the heat exchanger; and a baffle plate portion for suppressing the flow of combustion gas flowing in the combustion gas flow path between the inner cylinder body and the radiant tube;
A radiant tube type heating device characterized in that when the gap between the inner wall surface of the inner tube body and the outer wall surface of the heat exchanger is w and the outer diameter of the heat exchanger is d, w/d is 0.06 or more and 0.15 or less.
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