特開 2024-119599 蓄熱式バーナー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024119599

(43)【公開日】2024-09-03

(54)【発明の名称】蓄熱式バーナー

(51)【国際特許分類】

   F23L 15/02 20060101AFI20240827BHJP

   F23C 99/00 20060101ALI20240827BHJP

【ＦＩ】

F23L15/02

F23C99/00 325

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023026608

(22)【出願日】2023-02-22

(71)【出願人】

【識別番号】000211123

【氏名又は名称】中外炉工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129791

【弁理士】

【氏名又は名称】川本 真由美

(74)【代理人】

【識別番号】100144200

【弁理士】

【氏名又は名称】奥西 祐之

(72)【発明者】

【氏名】大橋 武史

【テーマコード（参考）】

3K023

3K065

【Ｆターム（参考）】

3K023QA03

3K023QB01

3K023QC05

3K065TA01

3K065TA18

3K065TC03

3K065TD05

3K065TF01

3K065TG04

(57)【要約】

【課題】直火燃焼による短い火炎長と、通常の拡散燃焼による長い火炎長と、それらの中間的な火炎長を形成する蓄熱式バーナーを提供する。
【解決手段】内部に配設される蓄熱体１２ａ、１２ｂを介して支燃ガスの供給および排気ガスの排出を行う給排気部１１ａ、１１ｂと、給排気部１１ａ、１１ｂの内部に配設されて燃料を吐出する第１ノズル２１ａ、２１ｂと、給排気部１１ａ、１１ｂから離間配置されて給排気部１１ａ、１１ｂから供給される支燃ガスの流れ方向に沿って燃料を吐出する第２ノズル２２ａ、２２ｂと、給排気部１１ａ、１１ｂと第２ノズル２２ａ、２２ｂとの間に配設されて、給排気部１１ａ、１１ｂから供給される支燃ガスに対して燃料を吐出する第３ノズル２３ａ、２３ｂと、を備える。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に配設される蓄熱体を介して支燃ガスの供給および排気ガスの排出を行う給排気部と、
前記給排気部の内部に配設されて燃料を吐出する第１ノズルと、
前記給排気部から離間配置されて前記給排気部から供給される前記支燃ガスの流れ方向に沿って前記燃料を吐出する第２ノズルと、
前記給排気部と前記第２ノズルとの間に配設されて、前記給排気部から供給される前記支燃ガスに対して前記燃料を吐出する第３ノズルと、を備えることを特徴とする蓄熱式バーナー。

【請求項2】

前記第３ノズルは、前記支燃ガスの流れに向けて前記燃料を斜めに吐出するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の蓄熱式バーナー。

【請求項3】

前記第１ノズルと前記第２ノズルと前記第３ノズルに前記燃料を供給する燃料供給管には、それぞれへの前記燃料の供給量を調整する第１バルブと第２バルブと第３バルブとを配設して、前記第３ノズルによる第３火炎の火炎長は、前記第１ノズルによる第１火炎の最大火炎長と前記第２ノズルによる第２火炎の最小火炎長とを含むように調整可能であることを特徴とする、請求項１に記載の蓄熱式バーナー。

【請求項4】

前記第１ノズルおよび前記第３ノズルから前記燃料を吐出することを特徴とする、請求項１に記載の蓄熱式バーナー。

【請求項5】

内部に配設される蓄熱体を介して支燃ガスの供給および排気ガスの排出を行う給排気部と、
前記給排気部の内部に配設されて燃料を吐出する第１ノズルと、
前記給排気部から離間配置されて前記給排気部から供給される前記支燃ガスの流れ方向に沿って燃料を吐出する第２ノズルとを備える蓄熱式バーナーに対して、
前記給排気部と前記第２ノズルとの間に配設されて、前記給排気部から供給される前記支燃ガスに対して前記燃料を吐出する第３ノズルを追加することを特徴とする、蓄熱式バーナーの改造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、蓄熱式バーナーに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、一対の蓄熱式バーナーは、支燃ガスの供給および排気ガスの排出とを交互に行い、排気ガスの熱を回収して支燃ガスの予熱に利用することによって、高い熱効率を達成している。

【0003】

特許文献１は、燃料ガス内流と外流の流量比率を変更することにより、火炎長などを変更可能にするバーナーを開示する。特許文献２および特許文献３は、炉の立ち上げ時や炉内が着火温度以下であるときに、予め混合した空気および燃料を中央ノズルから吐出して直進性の火炎とし、炉内雰囲気が燃料の着火温度以上になると、炉内に直接吐出される燃料を拡散燃焼させる蓄熱式バーナーを開示する。

【0004】

特許文献４は、一対の副燃料管、給排気部および主燃料管を横並びで配置して、副燃料管による燃焼タイミングと主燃料管による燃焼タイミングとをずらすことによって、火炎長さや炉内温度分布を調整するリジェネバーナー装置を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開昭６０－１１０１８号公報

【特許文献2】特開２００３－７４８３４号公報

【特許文献3】特開２００８－２３２４７５号公報

【特許文献4】特許６４４８６７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来より、蓄熱式バーナーでは、火炎長が短い直火燃焼と、火炎長が長い拡散燃焼とを使い分けて、それぞれの燃焼量を調整することによって、火炎長を調整して、炉内の温度分布を調整している。しかしながら、拡散燃焼において、燃焼量を絞って火炎長を短くしようとしても、安定的な拡散燃焼を維持するためには、例えば、拡散燃焼の通常の火炎長の約３０％の長さにしか短くすることができない。また、直火燃焼において、燃焼量を最大にして火炎長を最大にしようとしても、拡散燃焼の通常の火炎長の約２０％相当の長さにしか長くすることができない。直火燃焼での火炎長を長くするためには直火燃焼用ノズルを大型化すればよいが、高温の火炎によって窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量が増加してしまう。したがって、従来の蓄熱式バーナーでは、通常の拡散燃焼による火炎長と直火燃焼による火炎長との間に、空白になっている火炎長が存在する。

【0007】

そこで、この発明の課題は、直火燃焼による短い火炎長と、通常の拡散燃焼による長い火炎長との中間的な火炎長を形成する蓄熱式バーナーを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、この発明の一態様に係る蓄熱式バーナーは、
内部に配設される蓄熱体を介して支燃ガスの供給および排気ガスの排出を行う給排気部と、
前記給排気部の内部に配設されて燃料を吐出する第１ノズルと、
前記給排気部から離間配置されて前記給排気部から供給される前記支燃ガスの流れ方向に沿って燃料を吐出する第２ノズルと、
前記給排気部と前記第２ノズルとの間に配設されて、前記給排気部から供給される前記支燃ガスに対して前記燃料を吐出する第３ノズルと、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

この発明によれば、第３ノズルを用いた新規の拡散燃焼によって、第１ノズルの直火燃焼による短い火炎長と、第２ノズルの通常の拡散燃焼による長い火炎長との中間的な火炎長を形成でき、第１ノズルを大型化することなく、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を抑制した状態で炉内温度分布を調整できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】蓄熱式バーナーにおいて、給排気部を用いた直火燃焼を模式的に説明する図である。（Ａ）は一方の第１ノズルを用いた直火燃焼を示し、（Ｂ）は他方の第１ノズルを用いた直火燃焼を示す。

【図2】蓄熱式バーナーにおいて、通常の拡散燃焼を模式的に説明する図である。（Ａ）は一方の第２ノズルを用いた通常の拡散燃焼を示し、（Ｂ）は他方の第２ノズルを用いた通常の拡散燃焼を示す。

【図3】第１実施形態に係る蓄熱式バーナーを模式的に説明する図である。（Ａ）は一方の第３ノズルを用いた新規の拡散燃焼を示し、（Ｂ）は他方の第３ノズルを用いた新規の拡散燃焼を示す。

【図4】第２実施形態に係る蓄熱式バーナーを模式的に説明する図である。（Ａ）は一方の第３ノズルを用いた新規の拡散燃焼を示し、（Ｂ）は他方の第３ノズルを用いた新規の拡散燃焼を示す。

【図5】この発明の蓄熱式バーナーの特徴を模式的に説明する図である。（Ａ）は第１ノズルを用いた直火燃焼時の最大火炎長を示し、（Ｂ）は第２ノズルを用いた通常の拡散燃焼時の最大火炎長を示し、（Ｃ）は第２ノズルを用いた通常の拡散燃焼時の最小火炎長を示し、（Ｄ）は第３ノズルを用いた新規の拡散燃焼時の火炎長を示す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照しながら、この発明に係る蓄熱式バーナー１０ａ、１０ｂの実施の形態を説明するが、便宜上、図１等において、炉１の幅方向の中央部を挟んで、左側を一方の側とするとともに、右側を他方の側とする。また、図１等において、バルブを開いた状態は白抜きで示し、バルブを閉じた状態は黒塗りで示している。

【0012】

〔第１実施形態〕
図１から図３および図５を参照しながら、第１実施形態に係る蓄熱式バーナー１０ａ、１０ｂを説明する。図１は、蓄熱式バーナー１０ａ、１０ｂにおいて、給排気部１１ａ、１１ｂを用いた直火燃焼を模式的に説明する図である。（Ａ）は一方の第１ノズル２１ａを用いた直火燃焼を示し、（Ｂ）は他方の第１ノズル２１ｂを用いた直火燃焼を示す。図２は、蓄熱式バーナー１０ａ、１０ｂにおいて、通常の拡散燃焼を模式的に説明する図である。（Ａ）は一方の第２ノズル２２ａを用いた通常の拡散燃焼を示し、（Ｂ）は他方の第２ノズル２２ｂを用いた通常の拡散燃焼を示す。図３は、第１実施形態に係る蓄熱式バーナー１０ａ、１０ｂを模式的に説明する図である。（Ａ）は一方の第３ノズル２３ａを用いた新規の拡散燃焼を示し、（Ｂ）は他方の第３ノズル２３ｂを用いた新規の拡散燃焼を示す。図５は、この発明の蓄熱式バーナー１０ａ、１０ｂの特徴を模式的に説明する図である。（Ａ）は第１ノズル２１ａ、２１ｂを用いた直火燃焼時の最大火炎長Ｌ１を示し、（Ｂ）は第２ノズル２２ａ、２２ｂを用いた通常の拡散燃焼時の最大火炎長Ｌ２－１を示し、（Ｃ）は第２ノズル２２ａ、２２ｂを用いた通常の拡散燃焼時の最小火炎長Ｌ２－２を示し、（Ｄ）は第３ノズル２３ａ、２３ｂを用いた新規の拡散燃焼時の火炎長Ｌ３を示す。

【0013】

図１に示すように、例えば、一対の蓄熱式バーナー１０ａ、１０ｂは、炉１の炉壁２において対向するように配設される。一方の蓄熱式バーナー１０ａは、一方の給排気口１４ａを備える一方の給排気部１１ａと、一方の第１ノズル２１ａと、一方の第２ノズル２２ａと、一方の第３ノズル２３ａとを有する。例えば、一対の一方の第２ノズル２２ａ，２２ａは、一方の給排気部１１ａを挟むように離間配置され、一対の一方の第３ノズル２３ａ，２３ａは、一方の給排気部１１ａと一方の第２ノズル２２ａとの間に配設される。一方の給排気口１４ａと、一方の第２ノズル２２ａの吐出口と、一方の第３ノズル２３ａの吐出口とは、例えば、一方の側方に位置する壁面２において面一で配設される。

【0014】

他方の蓄熱式バーナー１０ｂも、他方の給排気口１４ｂを備える他方の給排気部１１ｂと、他方の第１ノズル２１ｂと、他方の第２ノズル２２ｂと、他方の第３ノズル２３ｂとを有する。例えば、一対の他方の第２ノズル２２ｂ，２２ｂは、他方の給排気部１１ｂを挟むように離間配置され、一対の他方の第３ノズル２３ｂ，２３ｂは、他方の給排気部１１ｂと他方の第２ノズル２２ｂとの間に配設される。他方の給排気口１４ｂと、他方の第２ノズル２２ｂの吐出口と、他方の第３ノズル２３ｂの吐出口とは、例えば、他方の側方に位置する壁面２において面一で配設される。

【0015】

一方の給排気部１１ａにおいて、その内部には一方の蓄熱体１２ａが配設されるとともに、一方の蓄熱体１２ａよりも炉内３の近い側には、一方の第１ノズル２１ａが配設される。他方の給排気部１１ｂにおいても、その内部には他方の蓄熱体１２ｂが配設されるとともに、他方の蓄熱体１２ｂよりも炉内３の近い側には、他方の第１ノズル２１ｂが配設される。

【0016】

一方の第１ノズル２１ａ、一方の第２ノズル２２ａおよび一方の第３ノズル２３ａのそれぞれは、燃料を供給する燃料供給管４１に接続されている。燃料供給管４１には、一方の第１ノズル２１ａに対応する一方の第１バルブ３１ａと、一方の第２ノズル２２ａに対応する一方の第２バルブ３２ａと、一方の第３ノズル２３ａに対応する一方の第３バルブ３３ａとが配設される。第１バルブ３１ａ、第２バルブ３２ａおよび第３バルブ３３ａは、それぞれ、燃料供給管４１から供給される燃料の供給量を調整する。

【0017】

同様に、他方の第１ノズル２１ｂ、他方の第２ノズル２２ｂおよび他方の第３ノズル２３ｂのそれぞれは、燃料を供給する燃料供給管４１に接続されている。燃料供給管４１には、他方の第１ノズル２１ｂに対応する他方の第１バルブ３１ｂと、他方の第２ノズル２２ｂに対応する他方の第２バルブ３２ｂと、他方の第３ノズル２３ｂに対応する他方の第３バルブ３３ｂとが配設される。第１バルブ３１ｂ、第２バルブ３２ｂおよび第３バルブ３３ｂは、それぞれ、燃料供給管４１から供給される燃料の供給量を調整する。燃料として、例えば、天然ガス（都市ガス）、プロパン、ブタン、水素、アンモニアなどの燃料ガスが用いられる。

【0018】

一方の第２ノズル２２ａおよび他方の第２ノズル２２ｂは、それぞれ、一方の給排気部１１ａおよび他方の給排気部１１ｂのそれぞれから吐出される支燃ガスの流れ方向に沿って、燃料を吐出するように構成される。

【0019】

一方の第３ノズル２３ａおよび他方の第３ノズル２３ｂは、それぞれ、一方の給排気部１１ａおよび他方の給排気部１１ｂのそれぞれから吐出される支燃ガスの流れに向けて、燃料を斜めに吐出するように構成される。これにより、吐出された燃料は通常の拡散燃焼よりも狭い範囲で炉内３を拡散して混合性の良い状態で燃焼するために、新規の拡散燃焼による火炎（図５（Ｄ）においてＦ３として図示）は狭い範囲で形成されるので、新規の拡散燃焼による火炎長（図５（Ｄ）においてＬ３として図示）は通常の拡散燃焼による火炎長よりも短くなる。

【0020】

一方の給排気部１１ａおよび他方の給排気部１１ｂには、支燃ガス供給管４５および排ガス排出管４６が接続される。支燃ガス供給管４５には、一方の給排気部１１ａに対応する一方の支燃ガスバルブ３５ａと、他方の給排気部１１ｂに対応する他方の支燃ガスバルブ３５ｂとが配設される。支燃ガス供給管４５の上流側には給気ファン５１が配設され、支燃ガスは、支燃ガス供給管４５を通じて給排気部１１ａ、１１ｂに供給される。支燃ガスとして、例えば空気が用いられるが、酸素単体や、酸素を含む混合ガスも用いることができる。

【0021】

排ガス排出管４６の下流側には排気ファン５３および煙突５５が配設され、排気ガスは、排ガス排出管４６を流れたあと煙突５５から排出される。排ガス排出管４６には、一方の給排気部１１ａに対応する一方の排ガスバルブ３６ａと、他方の給排気部１１ｂに対応する他方の排ガスバルブ３６ｂとが配設される。

【0022】

次に、上記の構成からなる一対の蓄熱式バーナー１０ａ、１０ｂの動作を説明する。

【0023】

不図示であるが、炉１の操業開始時には、蓄熱式バーナー１０ａ，１０ｂの両方が同時に用いられて、第１ノズル２１ａ、２１ｂから吐出される燃料と、支燃ガス供給管４５とから供給される支燃ガスとによって燃焼を行い、炉内３を昇温させる。燃焼によって生成された排気ガスは、炉壁２に設けられた排気口（不図示）を通じて排出される。

【0024】

炉内３の温度が燃料の着火温度（例えば８００℃）以上になると、一方の蓄熱式バーナー１０ａの動作と他方の蓄熱式バーナー１０ｂの動作とが交番する蓄熱燃焼に切り替えられる。すなわち、蓄熱燃焼では、一方の蓄熱式バーナー１０ａが燃焼動作を行い且つ他方の蓄熱式バーナー１０ｂが排気ガスの熱を蓄熱する蓄熱動作を行い、一方の蓄熱式バーナー１０ａが排気ガスの熱を蓄熱する蓄熱動作を行い且つ他方の蓄熱式バーナー１０ｂが燃焼動作を行うことを交番する。以下に説明するように、蓄熱燃焼では、第２ノズル２２ａ、２２ｂを用いる拡散燃焼が通常行われる（簡単のために、「通常の拡散燃焼」という）。

【0025】

図２を参照しながら、一方の蓄熱式バーナー１０ａおよび他方の蓄熱式バーナー１０ｂにおける通常の拡散燃焼を説明する。

【0026】

図２（Ａ）において、一方の第２バルブ３２ａを開にすることで一方の第２ノズル２２ａから燃料が吐出され、吐出された燃料は炉内３を広い範囲で拡散する。炉内３を拡散した燃料は、一方の支燃ガスバルブ３５ａを開にすることで一方の給排気部１１ａから供給される支燃ガスと出会うことにより、一方の蓄熱式バーナー１０ａは通常の拡散燃焼を行う。したがって、一方の第２ノズル２２ａは、一方の給排気部１１ａから離れた位置での通常の拡散燃焼を生じさせる。

【0027】

図２（Ｂ）において、他方の第２バルブ３２ｂを開にすることで他方の第２ノズル２２ｂから燃料が吐出され、吐出された燃料は炉内３を広い範囲で拡散する。炉内３を拡散した燃料は、他方の支燃ガスバルブ３５ｂを開にすることで他方の給排気部１１ｂから供給される支燃ガスと出会うことにより、他方の蓄熱式バーナー１０ｂは通常の拡散燃焼を行う。したがって、他方の第２ノズル２２ｂは、他方の給排気部１１ｂから離れた位置での通常の拡散燃焼を生じさせる。

【0028】

そして、通常の拡散燃焼では、炉内３の温度が燃料の着火温度以上になっているため、第２ノズル２２ａ、２２ｂから吐出される燃料は、給排気部１１ａ、１１ｂから供給される支燃ガスと出会うと自燃する。

【0029】

したがって、第２ノズル２２ａ、２２ｂを用いた通常の拡散燃焼では、炉内３に供給された燃料は広い範囲で炉内３を拡散しながら燃焼して、炉内３の各所において拡散燃焼による第２火炎Ｆ２を形成する。図２に示す第２火炎Ｆ２は、図１に示した直火燃焼による第１火炎Ｆ１が届かない領域にも形成され、炉内３のワーク（図示しない）を加熱する。したがって、通常の拡散燃焼による加熱は、炉内３を広い範囲で加熱することができる。通常の拡散燃焼では、火炎温度が低くなるために窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を抑制できる。

【0030】

図２（Ａ）に示すように、一方の蓄熱式バーナー１０ａが通常の拡散燃焼を行っている間、他方の蓄熱式バーナー１０ｂが蓄熱動作を行い、図２（Ｂ）に示すように、一方の蓄熱式バーナー１０ａが蓄熱動作を行っている間、他方の蓄熱式バーナー１０ｂは、通常の拡散燃焼を行う。

【0031】

蓄熱式バーナー１０ａ、１０ｂにおける蓄熱動作を説明する。蓄熱動作では、蓄熱式バーナー１０ａ、１０ｂが燃焼することによって生成された排気ガスの熱を蓄熱する。例えば、図２（Ａ）において、一方の蓄熱式バーナー１０ａが通常の拡散燃焼を行うことにより生成される排気ガスは、他方の蓄熱式バーナー１０ｂにおける他方の排ガスバルブ３６ｂが開になり且つ排気ファン５３によって吸引されることにより、他方の給排気部１１ｂに取り込まれる。排気ガスが他方の給排気部１１ｂを通過する過程で、他方の給排気部１１ｂに配設される他方の蓄熱体１２ｂが排気ガスからの熱を吸収することにより、他方の蓄熱体１２ｂが蓄熱される。他方の蓄熱体１２ｂに蓄熱された熱は、次に他方の蓄熱式バーナー１０ｂが燃焼するときに支燃ガスが他方の蓄熱体１２ｂを通過するときに支燃ガスを予熱する。

【0032】

同様に、図２（Ｂ）において、他方の蓄熱式バーナー１０ｂが通常の拡散燃焼を行うことにより生成される排気ガスは、一方の蓄熱式バーナー１０ａにおける一方の排ガスバルブ３６ａが開になり且つ排気ファン５３によって吸引されることにより、一方の給排気部１１ａに取り込まれる。排気ガスが一方の給排気部１１ａを通過する過程で、一方の給排気部１１ａに配設される一方の蓄熱体１２ａが排気ガスからの熱を吸収することにより、一方の蓄熱体１２ａが蓄熱される。一方の蓄熱体１２ａに蓄熱された熱は、次に一方の蓄熱式バーナー１０ａが燃焼するときに支燃ガスが一方の蓄熱体１２ａを通過するときに支燃ガスを予熱する。なお、上述した各種のバルブ３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ、３５ａ、３５ｂ、３６ａ、３６ｂの開閉動作は、図示しない制御部によって制御される。

【0033】

蓄熱燃焼において上述した通常の拡散燃焼における最小火炎長（図５（Ｃ）においてＬ２－２として図示）よりもさらに短い火炎長を必要とする場合には、直火燃焼が使用される。図１を参照しながら、一方の蓄熱式バーナー１０ａおよび他方の蓄熱式バーナー１０ｂにおける直火燃焼を説明する。

【0034】

図１（Ａ）に示すように、一方の第１バルブ３１ａおよび一方の支燃ガスバルブ３５ａを開にし、他のバルブ３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂと、他方の支燃ガスバルブ３５ｂとを閉にする。これにより、一方の第１ノズル２１ａから吐出される燃料と一方の給排気部１１ａに供給される支燃ガスとが予め混合される。予混合された直火燃焼では、燃焼効率が高くて直進性を有する一方の第１火炎Ｆ１が生成される。

【0035】

同様に、図１（Ｂ）に示すように、他方の第１バルブ３１ｂおよび他方の支燃ガスバルブ３５ｂを開にし、他のバルブ３１ａ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂと、一方の支燃ガスバルブ３５ａとを閉にする。これにより、他方の第１ノズル２１ｂから吐出される燃料と他方の給排気部１１ｂに供給される支燃ガスとが予め混合される。予混合された直火燃焼では、燃焼効率が高くて直進性を有する他方の第１火炎Ｆ１が形成される。

【0036】

蓄熱燃焼において上述した通常の拡散燃焼における最小火炎長（図５（Ｃ）においてＬ２－２として図示）と、上述した直火燃焼における最大火炎長（図５（Ａ）においてＬ１として図示）との間に空白になっている火炎長を必要をする場合には、新規の拡散燃焼が行われる。図３を参照しながら、一方の蓄熱式バーナー１０ａおよび他方の蓄熱式バーナー１０ｂにおける新規の拡散燃焼を説明する。

【0037】

図３（Ａ）において、一方の第３バルブ３３ａを開にすることで一方の第３ノズル２３ａから燃料が吐出され、吐出された燃料は上述した通常の拡散燃焼の場合よりも狭い範囲で炉内３を拡散する。拡散した燃料は、一方の支燃ガスバルブ３５ａを開にすることで一方の給排気部１１ａから供給される支燃ガスと出会うことにより、一方の蓄熱式バーナー１０ａは新規の拡散燃焼による火炎（図５（Ｄ）においてＦ３として図示）を狭い範囲で形成する。したがって、一方の第３ノズル２３ａは、通常の拡散燃焼よりも一方の給排気部１１ａに寄った位置において、通常の拡散燃焼による火炎長よりも短い火炎長（図５（Ｄ）においてＬ３として図示）を形成する新規の拡散燃焼を生じさせる。

【0038】

図３（Ｂ）において、他方の第３バルブ３３ｂを開にすることで他方の第３ノズル２３ｂから燃料が吐出され、吐出された燃料は上述した通常の拡散燃焼の場合よりも狭い範囲で炉内３を拡散する。拡散した燃料は、他方の支燃ガスバルブ３５ｂを開にすることで他方の給排気部１１ｂから供給される支燃ガスと出会うことにより、他方の蓄熱式バーナー１０ｂは新規の拡散燃焼による火炎（図５（Ｄ）においてＦ３として図示）を狭い範囲で形成する。したがって、他方の第３ノズル２３ｂは、通常の拡散燃焼よりも他方の給排気部１１ｂに寄った位置において、通常の拡散燃焼による火炎長よりも短い火炎長（図５（Ｄ）においてＬ３として図示）を形成する新規の拡散燃焼を生じさせる。

【0039】

そして、新規の拡散燃焼においても、炉内３の温度が燃料の着火温度以上になっているため、第３ノズル２３ａ、２３ｂから吐出される燃料は、給排気部１１ａ、１１ｂから供給される支燃ガスと出会うと自燃する。

【0040】

したがって、第３ノズル２３ａ、２３ｂを用いた新規の拡散燃焼では、炉内３に供給された燃料は通常の拡散燃焼の場合よりも狭い範囲で炉内３を拡散しながら混合性の良い状態で燃焼して、炉内３の各所において新規の拡散燃焼による第３火炎Ｆ３を形成する。新規の拡散燃焼では、通常の拡散燃焼と同様に、火炎温度が低くなるために窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を抑制できる。

【0041】

通常の拡散燃焼の場合と同様に、図３（Ａ）に示すように、一方の蓄熱式バーナー１０ａが新規の拡散燃焼を行っている間、他方の蓄熱式バーナー１０ｂが他方の蓄熱体１２ｂによる蓄熱動作を行い、他方の蓄熱体１２ｂに蓄熱された熱は、次に他方の蓄熱式バーナー１０ｂが燃焼するときに支燃ガスが他方の蓄熱体１２ｂを通過するときに支燃ガスを予熱する。また、図３（Ｂ）に示すように、他方の蓄熱式バーナー１０ｂが新規の拡散燃焼を行っている間、一方の蓄熱式バーナー１０ａが一方の蓄熱体１２ａによる蓄熱動作を行い、一方の蓄熱体１２ａに蓄熱された熱は、次に一方の蓄熱式バーナー１０ａが燃焼するときに支燃ガスが一方の蓄熱体１２ａを通過するときに支燃ガスを予熱する。

【0042】

図５を参照しながら、この発明の蓄熱式バーナー１０ａ、１０ｂにおける火炎長の違い説明する。

【0043】

図５（Ａ）に示すように、第１ノズル２１ａ、２１ｂを用いた直火燃焼時の第１火炎Ｆ１は、最大火炎長Ｌ１を形成する。図５（Ｂ）に示すように、第２ノズル２２ａ、２２ｂを用いた通常の拡散燃焼時の第２火炎Ｆ２は、最大火炎長Ｌ２－１を形成する。図５（Ｃ）に示すように、第２ノズル２２ａ、２２ｂを用いた通常の拡散燃焼時の第２火炎Ｆ２は、最小火炎長Ｌ２－２を形成する。図５（Ｄ）に示すように、第３ノズル２３ａ、２３ｂを用いた新規の拡散燃焼時の第３火炎Ｆ３は、火炎長Ｌ３を形成する。

【0044】

図５（Ａ）に示す直火燃焼による第１火炎Ｆ１でも、燃焼量の調整により火炎長を変化させることができるが、火炎長の可変幅は小さく、最大でも最大火炎長Ｌ１に留まる。通常の拡散燃焼による第２火炎Ｆ２は、図５（Ａ）に示す第１火炎Ｆ１よりも幅広く火炎長を変化させることができ、図５（Ｂ）に示す最大火炎長Ｌ２－１から図５（Ｃ）に示す最小火炎長Ｌ２－２までの火炎長範囲を有する。図５（Ａ）に示す直火燃焼の最大火炎長Ｌ１と、図５（Ｃ）に示す通常の拡散燃焼の最小火炎長Ｌ２－２との間に、空白となる火炎長が存在している。

【0045】

新規の拡散燃焼においては、吐出された燃料は、通常の拡散燃焼の場合よりも狭い範囲で炉内３を拡散して混合性の良い状態で燃焼するので、通常の拡散燃焼による火炎長よりも短い火炎長Ｌ３を形成する。新規の拡散燃焼による第３火炎Ｆ３の火炎長Ｌ３は、通常の拡散燃焼による第２火炎Ｆ２の最小火炎長Ｌ２－２を含むように構成される。そして、火炎長Ｌ３は、直火燃焼による第１火炎Ｆ１の最大火炎長Ｌ１を含むように構成される。言い換えると、第３ノズル２３ａ、２３ｂによる第３火炎Ｆ３の火炎長Ｌ３は、第１ノズル２１ａ、２１ｂによる第１火炎Ｆ１の最大火炎長Ｌ１と、第２ノズル２２ａ、２２ｂによる第２火炎Ｆ２の最小火炎長Ｌ２－２とを含むように、第３バルブ３３ａ、３３ｂによる燃料の流量の調整範囲が構成される。したがって、新規の拡散燃焼による第３火炎Ｆ３は、直火燃焼による第１火炎Ｆ１の最大火炎長Ｌ１と通常の拡散燃焼による第２火炎Ｆ２の最小火炎長Ｌ２－２との間を埋めるような中間的な火炎長Ｌ３を形成する。これにより、新規の拡散燃焼は、直火燃焼による最大火炎長Ｌ１と、通常の拡散燃焼による最小火炎長Ｌ２－２との中間的な火炎長Ｌ３によって、空白になっている火炎長を埋めることができる。

【0046】

したがって、第３ノズル２３ａ、２３ｂを用いた新規の拡散燃焼によって、第１ノズル２１ａ、２１ｂの直火燃焼による短い火炎長と、第２ノズル２２ａ、２２ｂの通常の拡散燃焼による長い火炎長との中間的な火炎長Ｌ３を形成でき、第１ノズル２１ａ、２１ｂを大型化することなく、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を抑制した状態で炉内温度分布を調整できる。

【0047】

〔第２実施形態〕
図４を参照しながら、第２実施形態に係る蓄熱式バーナー１０ａ、１０ｂを説明する。図４（Ａ）は、第２実施形態に係る蓄熱式バーナー１０ａ、１０ｂであって、一方の第３ノズル２３ａを用いた新規の拡散燃焼を模式的に説明する断面図である。図４（Ｂ）は、第２実施形態に係る蓄熱式バーナー１０ａ、１０ｂであって、他方の第３ノズル２３ｂを用いた新規の拡散燃焼を模式的に説明する断面図である。

【0048】

図４に示すように、一方の第３ノズル２３ａおよび他方の第３ノズル２３ｂは、それぞれ、一方の給排気部１１ａおよび他方の給排気部１１ｂの近傍に位置する。それとともに、一方の第３ノズル２３ａおよび他方の第３ノズル２３ｂは、それぞれ、一方の給排気部１１ａおよび他方の給排気部１１ｂのそれぞれから吐出される支燃ガスの流れ方向に沿って、燃料を吐出するように構成されている。

【0049】

図４（Ａ）において、一方の第３バルブ３３ａを開にすることで一方の第３ノズル２３ａから吐出される燃料が、支燃ガスの流れ方向に沿って流れ、吐出された燃料は上述した通常の拡散燃焼の場合よりも狭い範囲で炉内３を拡散する。拡散した燃料は、一方の支燃ガスバルブ３５ａを開にすることで一方の給排気部１１ａから供給される支燃ガスと出会うことにより、一方の蓄熱式バーナー１０ａは新規の拡散燃焼を行う。したがって、一方の第３ノズル２３ａは通常の拡散燃焼よりも一方の給排気部１１ａに寄った位置において、新規の拡散燃焼を生じさせる。

【0050】

図４（Ｂ）において、他方の第３バルブ３３ｂを開にすることで他方の第３ノズル２３ｂから吐出される燃料が、支燃ガスの流れ方向に沿って流れ、吐出された燃料は上述した通常の拡散燃焼の場合よりも狭い範囲で炉内３を拡散する。拡散した燃料は、他方の支燃ガスバルブ３５ｂを開にすることで他方の給排気部１１ｂから供給される支燃ガスと出会うことにより、他方の蓄熱式バーナー１０ｂは新規の拡散燃焼を行う。したがって、他方の第３ノズル２３ｂは通常の拡散燃焼よりも他方の給排気部１１ｂに寄った位置において、新規の拡散燃焼を生じさせる。

【0051】

そして、上述した第１実施形態と同様に、炉内３の温度が燃料の着火温度以上になっているため、第３ノズル２３ａ、２３ｂから吐出される燃料は、給排気部１１ａ、１１ｂから供給される支燃ガスと出会うと自燃する。

【0052】

第２実施形態に係る新規の拡散燃焼においても、炉内３に供給された燃料は通常の拡散燃焼の場合よりも狭い範囲で炉内３を拡散しながら混合性の良い状態で燃焼して、炉内３の各所において新規の拡散燃焼による第３火炎Ｆ３を形成する。したがって、第３ノズル２３ａ、２３ｂを用いた新規の拡散燃焼によって、第１ノズル２１ａ、２１ｂの直火燃焼による短い火炎長と、第２ノズル２２ａ、２２ｂの通常の拡散燃焼による長い火炎長との中間的な火炎長Ｌ３を形成でき、第１ノズル２１ａ、２１ｂを大型化することなく、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を抑制した状態で炉内温度分布を調整できる。そして、支燃ガスの流れ方向に対して斜めに燃料を吐出する第１実施形態（図３に図示）と比較して、燃料がより遠方まで拡散することによって図３に示した火炎長よりも長い火炎長が得られる。これにより、火炎長の調整範囲を長い側にシフトさせることができ、応用範囲を拡大できるようになる。

【0053】

この発明の具体的な実施の形態や数値について説明したが、この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

【0054】

上記の実施の形態では、開閉バルブとして働く、第１バルブ３１ａ、３１ｂ、第２バルブ３２ａ、３２ｂまたは第３バルブ３３ａ、３３ｂのいずれか一つを開にして（残りを閉にして）、直火燃焼、通常の拡散燃焼または新規の拡散燃焼のいずれか一つを行うことを例示している。しかしながら、第１バルブ３１ａ、３１ｂ、第２バルブ３２ａ、３２ｂおよび第３バルブ３３ａ、３３ｂのそれぞれを、弁体の開度を調節可能である調節バルブにして、第１ノズル２１ａ、２１ｂからの吐出流量、第２ノズル２２ａ、２２ｂからの吐出流量および第３ノズル２３ａ、２３ｂからの吐出流量の割合を変えることもできる。これにより、新規の拡散燃焼による第３火炎Ｆ３は、直火燃焼による最大火炎長Ｌ１と通常の拡散燃焼による最小火炎長Ｌ２－２とを含む中間的な適宜の火炎長Ｌ３を形成できる。これにより、第３ノズル２３ａ、２３ｂを用いた新規の拡散燃焼による中間的な火炎長Ｌ３を形成でき、第１ノズル２１ａ、２１ｂを大型化することなく、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を抑制した状態で炉内温度分布を調整できる。

【0055】

上述した新規の拡散燃焼では、第３バルブ３３ａまたは３３ｂだけを開にして第３ノズル２３ａまたは２３ｂによる新規の拡散燃焼を開示している。しかしながら、第１バルブ３１ａまたは３１ｂおよび第３バルブ３３ａまたは３３ｂの両方を開にして、第１ノズル２１ａまたは２１ｂおよび第３ノズル２３ａまたは２３ｂから燃料を吐出することもできる。これにより、新規の拡散燃焼と直火燃焼とを混合したさらなる新規の燃焼を生じさせ、上述した新規の拡散燃焼よりも高温の火炎を形成できる。なお、第１ノズル２１ａ、２１ｂおよび第３ノズル２３ａ、２３ｂからの燃料の吐出は、同時に行ったり、少しタイミングをずらして行うこともできる。

【0056】

上記実施形態では、蓄熱式バーナー１０ａ、１０ｂは、給排気部１１ａ、１１ｂと、第１ノズル２１ａ、２１ｂと、第２ノズル２２ａ、２２ｂと、第３ノズル２３ａ、２３ｂと、を予め備えた形で提供される。しかしながら、給排気部１１ａ、１１ｂと、第１ノズル２１ａ、２１ｂと、第２ノズル２２ａ、２２ｂとを備える既存の蓄熱式バーナー１０ａ、１０ｂに対して、第３ノズル２３ａ、２３ｂを含む新規の拡散燃焼系を追加する改造工事を行うこともできる。これにより、既存の蓄熱式バーナー１０ａ、１０ｂに対して、上述した新規の拡散燃焼を容易に追加できる。

【0057】

この発明および実施形態をまとめると、次のようになる。

【0058】

この発明の一態様に係る蓄熱式バーナー１０ａ、１０ｂは、
内部に配設される蓄熱体１２ａ、１２ｂを介して支燃ガスの供給および排気ガスの排出を行う給排気部１１ａ、１１ｂと、
前記給排気部１１ａ、１１ｂの内部に配設されて燃料を吐出する第１ノズル２１ａ、２１ｂと、
前記給排気部１１ａ、１１ｂから離間配置されて前記給排気部１１ａ、１１ｂから供給される前記支燃ガスの流れ方向に沿って前記燃料を吐出する第２ノズル２２ａ、２２ｂと、
前記給排気部１１ａ、１１ｂと前記第２ノズル２２ａ、２２ｂとの間に配設されて、前記給排気部１１ａ、１１ｂから供給される前記支燃ガスに対して前記燃料を吐出する第３ノズル２３ａ、２３ｂと、を備えることを特徴とする。

【0059】

上記構成によれば、第３ノズル２３ａ、２３ｂを用いた新規の拡散燃焼によって、第１ノズル２１ａ、２１ｂの直火燃焼による短い火炎長と、第２ノズル２２ａ、２２ｂの通常の拡散燃焼による長い火炎長との中間的な火炎長Ｌ３を形成でき、第１ノズル２１ａ、２１ｂを大型化することなく、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を抑制した状態で炉内温度分布を調整できる。

【0060】

また、一実施形態の蓄熱式バーナー１０ａ、１０ｂでは、
前記第３ノズル２３ａ、２３ｂは、前記支燃ガスの流れに向けて前記燃料を斜めに吐出するように構成される。

【0061】

上記実施形態によれば、吐出された燃料は通常の拡散燃焼よりも狭い範囲で炉内３を拡散して混合性の良い状態で燃焼するために、新規の拡散燃焼による火炎は狭い範囲で形成されるので、新規の拡散燃焼による火炎長Ｌ３は通常の拡散燃焼による火炎長よりも短くなる。

【0062】

また、一実施形態の蓄熱式バーナー１０ａ、１０ｂでは、
前記第１ノズル２１ａ、２１ｂと前記第２ノズル２２ａ、２２ｂと前記第３ノズル２３ａ、２３ｂに前記燃料を供給する燃料供給管４１には、それぞれへの前記燃料の供給量を調整する第１バルブ３１ａ、３１ｂと第２バルブ３２ａ、３２ｂと第３バルブ３３ａ、３３ｂとを配設して、前記第３ノズル２３ａ、２３ｂによる第３火炎Ｆ３の火炎長Ｌ３は、前記第１ノズル２１ａ、２１ｂによる第１火炎Ｆ１の最大火炎長Ｌ１と前記第２ノズル２２ａ、２２ｂによる第２火炎Ｆ２の最小火炎長Ｌ２－２とを含むように調整可能である。

【0063】

上記実施形態によれば、直火燃焼による最大火炎長Ｌ１と、通常の拡散燃焼による最小火炎長Ｌ２－２との中間的な火炎長Ｌ３によって、空白になっている火炎長を埋めることができる。

【0064】

また、一実施形態の蓄熱式バーナー１０ａ、１０ｂでは、
前記第１ノズル２１ａ、２１ｂおよび前記第３ノズル２３ａ、２３ｂから前記燃料を吐出する。

【0065】

上記実施形態によれば、第１ノズル２１ａまたは２１ｂおよび第３ノズル２３ａまたは２３ｂから一緒に燃料を吐出することにより、新規の拡散燃焼と直火燃焼とを混合したさらなる新規の燃焼が形成され、上述した新規の拡散燃焼よりも高温の火炎を形成できる。

【0066】

別の局面では、蓄熱式バーナー１０ａ、１０ｂの改造方法は、
内部に配設される蓄熱体１２ａ、１２ｂを介して支燃ガスの供給および排気ガスの排出を行う給排気部１１ａ、１１ｂと、
前記給排気部１１ａ、１１ｂの内部に配設されて燃料を吐出する第１ノズル２１ａ、２１ｂと、
前記給排気部１１ａ、１１ｂから離間配置されて前記給排気部１１ａ、１１ｂから供給される前記支燃ガスの流れ方向に沿って燃料を吐出する第２ノズル２２ａ、２２ｂとを備える蓄熱式バーナー１０ａ、１０ｂに対して、
前記給排気部１１ａ、１１ｂと前記第２ノズル２２ａ、２２ｂとの間に配設されて、前記給排気部１１ａ、１１ｂから供給される前記支燃ガスに対して前記燃料を吐出する第３ノズル２３ａ、２３ｂを追加することを特徴とする。

【0067】

上記方法によれば、既存の蓄熱式バーナー１０ａ、１０ｂに対して、上述した新規の拡散燃焼を容易に追加できる。

【符号の説明】

【0068】

１…炉
２…炉壁
３…炉内
１０ａ、１０ｂ…蓄熱式バーナー
１１ａ、１１ｂ…給排気部
１２ａ、１２ｂ…蓄熱体
１４ａ、１４ｂ…給排気口
２１ａ、２１ｂ…第１ノズル
２２ａ、２２ｂ…第２ノズル
２３ａ、２３ｂ…第３ノズル
３１ａ、３１ｂ…第１バルブ
３２ａ、３２ｂ…第２バルブ
３３ａ、３３ｂ…第３バルブ
３５ａ、３５ｂ…支燃ガスバルブ
３６ａ、３６ｂ…排ガスバルブ
４１…燃料供給管
４５…支燃ガス供給管
４６…排ガス排出管
５１…給気ファン
５３…排気ファン
５５…煙突
Ｆ１…第１火炎
Ｆ２…第２火炎
Ｆ３…第３火炎
Ｌ１…第１火炎の最大火炎長
Ｌ２－１…第２火炎の最大火炎長
Ｌ２－２…第２火炎の最小火炎長
Ｌ３…第３火炎の火炎長

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】