JPH0335567B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は燃焼器の高速燃焼に特に適した燃焼
に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕

そのような燃焼器は、主として、機械工業や鉄
鋼産業や非鉄金属産業における熱処理、加熱或い
は焼しなまし用の炉として使用することができ
る。

燃焼器の高速燃焼のため特に使用されるセラミ
ツク製燃焼室の寿命は、燃焼室が受ける高温や、
燃焼器のON−OFF制御に伴う高い熱交換速度に
よる制限を受ける。その結果、燃焼室を比較的頻
繁に交換する必要がでてきて、炉が長期にわたつ
て停止することになり保守費用が嵩むことにな
る。

公知の燃焼室は、燃焼器本体に保持されてノズ
ルを包囲する中空の嵌合部材を備える。そのよう
な嵌合部材は、材料費及び修理費を節約するため
に、燃焼室の残りの部分より高熱に耐える物質か
ら作るのが好ましい。

米国特許第3320999号で開示される燃焼室は本
体と金属ケーシングの内部に配置される中空セラ
ミツク嵌合部材とより成る。嵌合部材を交換する
ためには燃焼室を備えた燃焼器全体を設備から取
り外す必要があり、これは休止期間が延長され修
繕費用が嵩むことになる。更に、セラミツク燃焼
室は金属ケーシングに強固に取付けられているの
で、燃焼室は、高温による燃焼室の熱膨張に起因
して大きな機械的な応力を受け、燃焼室の破損の
虞れがある。

英国特許第206983号で開示される燃焼室では耐
熱性煉瓦で作られた本体はトンネルを包囲してお
り、トンネルはその入口に向かつて先細となつて
おり、トンネルの入口部で拡開され、トンネルの
出口端で先細の出口ノズルを呈した嵌合部材を備
えている。この嵌合部材はトンネルの中心線と芯
合しており、耐熱性材料によつてトンネルケーシ
ングと連結される。この公知の燃焼室を高温とし
かつ高速度の熱交換を行わせると、嵌合部材と本
体との間の連結が緩くなる。その結果、燃焼室の
圧力が過大となつたり装置が振動したりすると、
嵌合部材がトンネルの出口における定位置から外
れる原因となる。この欠点は、燃焼室が、燃焼室
中心線と対象に配置した嵌合部材を備えたもので
ある場合は頻繁に出てくる。嵌合部材が緩くなる
虞れは燃焼器のON−OFF制御によつて一層大き
くなる。燃焼室のトンネルから嵌合部材が抜ける
と炉の休止期間が長くなり修理費用が嵩み、その
上加熱処理が中断されるため必然的に損失とな
る。

この発明の目的は燃焼室ケーシングの定位置に
強固に保持され、かつ急速かつ低費用の交換が可
能な嵌合部材を備えた燃焼室を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明によれば、燃焼室は軸方向トンネルを
成したケーシングと、該ケーシングによつて支
持される中空嵌合部材とを備え、該中空嵌合部材
はトンネルと組合せられケーシング軸線と同軸で
かつケーシング軸線と垂直な端面を有しているも
のであり、この構成において、前記嵌合部材の中
心線は前記端面に対し傾斜しており、該嵌合部材
中心線及びケーシング軸線は鋭角を形成する。

この発明の構造の燃焼室は嵌合部材を強固に保
持し、嵌合部材は、重力及び装置の作動時に発生
する傾斜力によつてケーシングのシートに保持か
つ楔止される。この発明の燃焼室ケーシングに配
置される嵌合部材の固定のための耐熱手段は省略
することができる。それ故、この発明の燃焼室の
嵌合部材は容易に交換可能である。従つて、この
発明は、燃焼室の修繕や嵌合部材の交換による休
止期間が減少することによつて、燃焼室の寿命を
延長し、運転費用を縮減し、生産量を増やすこと
ができる。

好適実施例では嵌合部材は、燃焼生成物の流れ
に対して前記内側端面の上流の位置で、ケーシン
グ中心線がケーシング軸線と交叉するようにケー
シング内に配置される。この実施例はケーシング
中にそのシートに嵌合部材を保持する傾斜力を強
め、この力は、嵌合部材の中心線と燃焼室軸線と
の間で形成される角度が小さくても、嵌合部材を
保持するため十分大きい。これによつて、燃焼室
の寸法が小さくなり燃焼室を構成するのに必要な
材料を節約することができる。

嵌合部材中心線とケーシング軸線とは3°から
30°までの鋭角を形成するのが好ましく、これに
よりケーシングの寸法をそんなに大きくしなくて
も嵌合部材をケーシング中に確実に保持すること
ができる。

ケーシング軸線と嵌合部材中心線との交叉点
と、前記内側端面との間の距離は、その距離と嵌
合部材の内面の最大直径との比が1.9と0.17との
間にあるように設定される。嵌合部材の寸法と燃
焼室ケーシングの寸法との間の比を好適に選定す
ることにより、嵌合部材を燃焼室内に保持する際
の信頼性が向上される。

他の実施例ではケーシング軸線と嵌合部材中心
線との交叉点は前記内側端面の面内にある。

〔実施例〕

この発明の実施例を添付図面に参照にしながら
説明する。

第１図は燃焼室１の長手方向断面図で、燃焼室
１は軸方向トンネル３を包囲するケーシング２を
備える。中空嵌合部材４は、ケーシング２の長手
方向軸線１１と同軸に配置されたオリフイス５を
包囲するものであり、嵌合部材４はケーシング２
の前端部に収納されるている。嵌合部材４の外被
は実質上は筒状（第１図の−線に沿う断面図
である第３図参照）であり、筒状外被の中心線と
ケーシングの軸線１１は鋭角を形成している。こ
の発明の形状ではケーシング軸線１１に垂直な平
面に位置する内側端面６と外側端面７とを具備す
る。これらの端面６及び７は楕円形（第１図の
−線に沿う断面図である第２図参照）であり、
嵌合部材４の中心線１４に対して傾斜している。
第１図に示すこの発明の実施例では嵌合部材４は
ケーシング２内に収納され、嵌合部材中心線１４
は、燃焼生成物の流れ方向に対して嵌合部材の上
流端で前記内側端面６の平面図に実質上位置する
点でケーシング軸線１１と交叉している。そし
て、中心線１４の軸線１１とは鋭角αをなす。こ
の発明の別の実施例では、第４図に示すように、
嵌合部材４の中心線１４はケーシング軸線１１に
対して距離ｅだけ垂直にずれており、嵌合部材４
の中心線１４とケーシング２の交叉点は燃焼生成
物の流れ方向に対して内側端面６の上流に位置し
ている。第４図に示す実施例ではケーシング軸線
１１と同軸なオリフイス５の上方の嵌合部材の肉
量がオリフイス５の下部の嵌合部材のそれより実
質的に多い。

燃焼器の作動によつて燃焼室１の内部に過剰圧
が形成され、第５図に示すように圧力及び力が嵌
合部材４に作用する。但しケーシング２と嵌合部
材４との間に粘着力は働いていないとする。第５
図において、P₁は燃焼室１の内部の圧力を示し、
P₂は機械内の圧力である。嵌合部材４に働くこ
れらの力は、嵌合部材４が非対称であることか
ら、傾斜モーメントを発生する。この傾斜モーメ
ントはＭ＝Ｐ×ａをもつて表され、ここにＭは傾
斜モーメントであり、Ｐは一定な力であり、ａは
力Ｐの距離を示す。第５図に示すように、嵌合部
材４は燃焼室１の軸線１１の方向に働く軸方向力
P₃を受ける。この力P₃は嵌合部材４の中心線１
４に沿つて働く分力P₄と、ケーシング２に対し
て嵌合部材４を押す分力P₄の方向と垂直な分力
P₅とに分けられる。

時計方向に働く傾斜モーメントＭは嵌合部材４
をケーシングの対向シートに対して加圧する。分
力P₅もまたケーシング２から嵌合部材４を分離
するのに抗するように働く。嵌合部材４をケーシ
ング２のシートから離し分離するためには、嵌合
部材４を前述の摩擦力に加えて重力に打ち勝つて
リフトさせなければならない。

嵌合部材４の中心線１４と燃焼室１の軸線との
間の最大角度α_naxは、嵌合部材４の底部の内側の
線と外側端面７とが交叉するＣで示す点を用いて
幾何学的に決定することができる。Ｄ／d₁＝1.4
〜1.5、d₂／d₁＝0.45〜0.55、ｌ／d₂＝1.2〜1.3と
したときに、最大角度α_nax＝27〜30°となり、こ
こにＤは嵌合部材４の楕円面の主軸を示し、d₁は
トンネル３の直径を示し、d₂はオリフイス５の外
径を示し、ｌは嵌合部材４の長さである。

嵌合部材４の中心線１４と燃焼室１の軸線１１
との間の角度αについていうと、この角度αを減
少すると変位の際の傾斜モーメントＭ及び嵌合部
材４のリフトが減少し、ケーシング２のシートで
の嵌合部材４の保持が悪くなり、一方角度αを大
きくするとケーシング２のシートでの嵌合部材４
の保持が良好となる。一方、ケーシング２の厚み
を増すと、寸法L₁及びL₂が大きくなり、最も薄
い点でケーシング２が破壊するのを防止すること
ができる。角度αを大きくするとケーシング２の
鋭角領域Ｂの応力が増し、かつ嵌合部材４の製造
がより困難となる。試験の結果ではαを3°とする
ことで十分であるが、好ましい実施例としては角
度αは5°から15°の間である。

第４図に示すように、嵌合部材４の中心線１４
は燃焼室１の軸面１１に対してｅ／Ｄ≦（１−
d₁／Ｄ）／２で変位させることができ、ここにｅ
は嵌合部材４の中心線１４に対する垂直変位を示
し、嵌合部材４の底部の厚みはｅ／Ｄの増加に従
つて減少される。具体化するという見地から、最
大変位ｅ／Ｄは、Ｄ／d₁≦1.4から1.5に対して、
0.15である。嵌合部材４の底の部分の壁面の最小
厚みを20から25mmに維持するために、ｅ／Ｄ≦
0.1にする必要がある。角度α＝３〜30°であるた
めにはｂ／Ｄ＝１／Ｄ×cotα＝0.92〜ら0.17であ
る。最適の構造としては、α＝５〜15°及びｂ／
Ｄ＝1.14〜0.37に対して長さ方向ずれｂを設定す
る。

嵌合部材４の中心線１４の垂直ずれは、嵌合部
材４の非対称に基づいて、燃焼室が作動するに従
つてケーシング２のシートに嵌合部材４を固定す
る傾斜モーメントを付加的に発生させる。嵌合部
材４の中心線１４の同時に傾斜及び垂直ずれさせ
ることにより、上述実施例で記載されたと同じ効
果が小さな傾斜及び変位角度で得られる。

第２，３図に示すように、嵌合部材４及びケー
シング２の相補的なシートは一側で平坦化され
る。これは嵌合部材４がその中心軸線１４の回り
で回るのを防止するためである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の燃焼室の概略長手方向断面
図。第２図は第１図の−線に沿う断面図。第
３図は第１図の−線に沿う断面図。第４図は
この発明の嵌合部材の実施例の長手方向断面図。
第５図はこの発明の他の実施例の長手方向断面図
で、嵌合部材が装置の作動中に受ける圧力及び力
を示す。 １……燃焼室、２……ケーシング、３……トン
ネル、４……嵌合部材、５……オリフイス、６…
…内側端面、７……外側端面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃焼器を高速燃焼させるための燃焼室であつ
   て、軸方向トンネルを形成したケーシングと、 ケーシングによつて支持される中空嵌合部材と
   を備え、該中空嵌合部材はケーシング軸線と同軸
   なトンネル出口のオリフイスを包囲しており、か
   つ中空嵌合部材はその端面がケーシング軸線に垂
   直なものにおいて、前記嵌合部材４の中心線１４
   は前記端面６，７に対し傾斜しており、該嵌合部
   材中心線１４及びケーシング軸線１１は鋭角αを
   形成することを特徴とする燃焼室。 ２ 嵌合部材４は、燃焼生成物の流れに対 て前
   記内側端面６の上流の位置で、ケーシング中心線
   がケーシング軸線１１と交叉するようにケーシン
   グ２内に配置される特許請求の範囲１に記載の燃
   焼室。 ３ ケーシング軸線１１と嵌合部材中心線１４と
   の交叉点と、前記内側端面６との間の距離は、そ
   の距離ｂと嵌合部材４の内側端面６の最大直径と
   の比が1.9と0.17との間にあるように設定される
   特許請求の範囲２に記載の燃焼室。 ４ ケーシング軸線１１と嵌合部材中心線１４と
   の交叉点は前記内側端面６の面内にある特許請求
   の範囲１に記載の燃焼器。 ５ 嵌合部材中心線１４とケーシング軸線１１と
   は3°から30°までの鋭角を形成す 特許請求の範
   囲１から４のいずれか一項に記載の燃焼室。