JP2004286270A

JP2004286270A - ガス燃焼装置

Info

Publication number: JP2004286270A
Application number: JP2003076964A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Tsukahara; 塚原弘祥; Kazumi Tamada; 玉田一實
Original assignee: Atam Giken Co Ltd
Current assignee: Atam Giken Co Ltd
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2023-03-20
Also published as: JP3793815B2

Abstract

【課題】従来バーナによる伝熱性能の低さや窒素酸化物発生量の多い点を改善し耐久性が高く応用範囲の広い燃焼装置を提供する。
【解決手段】バーナを収納した燃焼室に、空気制御装置を経て送風機からの空気を供給して燃料ガスを完全燃焼させると共に、燃焼に必要な空気量を超える空気を燃焼室に制御供給することによって燃焼室内の排気温度を低下させ、燃焼室に蓋をするように設けた多数の排気噴出口を有する噴出体から、排気を前記送風機の押し込み圧力のみを利用して噴出させて被加熱物を加熱するようにする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガス燃料または液体燃料をガス化させて燃焼させるための燃焼装置に関し、とくに不特定形状を有する被加熱物に対しても高効率の伝熱効果が得られ、排気中の窒素酸化物の発生を抑制でき、且つ装置全体の耐久性・信頼性の高い技術についてのものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種のガスバーナはガスこんろに代表されるように一次空気と二次空気を燃焼に用いて完全燃焼させるブンゼン式バーナを用い、炎および炎に混在する燃焼排気を用いてなべ等の被加熱物を面加熱するのが一般的であるが、その際の熱利用効率は、なべ加熱の場合４０数％と低い値であった。
一方、ガス燃料に対して燃焼に必要な空気の全てを予め混合させ二次空気を必要としない予混合燃焼方式も古くから存在した。更に近年送風機を利用しバーナ及び燃焼用空気を燃料の濃淡燃焼ができるように工夫し、窒素酸化物の発生をある程度抑制したいわゆる濃淡燃焼バーナも出現したが、これらの燃焼方式は被加熱物の吸熱面に存在する断熱性の空気境界膜が破壊されないために伝熱性能に不満が存在するものであった。（例えば、特許文献１，２参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開平０７−０１２３１２号公報（要約書、図１）
【特許文献２】
特開平０６−１０１８１７号公報（要約書、図１）
【０００４】
そのほか、最近上記したようなガス燃料に対して燃焼に必要な空気の全てを予め混合させ二次空気を必要としない予混合燃焼方式において、噴出体を設け高温の排気を被加熱物に向けて噴出させることによって高い伝熱効率を得る方式も発明され、既に公知となっている。（例えば、特許文献３，４，５参照）
【０００５】
【特許文献３】
特開２０００−２５７８５２号公報（第５頁、図１）
【特許文献４】
特開２００２−３９５１３号公報（第５頁、図１、図２）
【特許文献５】
特願２００１−２４３８５７明細書（図１〜図４）
【０００６】
上記の特許文献３〜５に示す構成は、いずれも予混合燃焼によってバーナからの高温排気を本発明と同様噴出体を経て被加熱物に直接衝突させるもので、伝熱性能は優れているが、バーナや噴出体が高温になり耐久性に問題を生ずることがある他、被加熱物の材質・形状及び加熱手段によってはその適用上不便な場合があり、改良を必要とされていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、前述のブンゼン式バーナによる燃焼装置の伝熱効率の低さ及び各種予混合燃焼装置での不具合点を無くするため、高い伝熱性能と低い窒素酸化物生成量を維持しつつ、装置の耐久性を高め適用範囲の拡大を図ることを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため請求項１の発明は、ガス燃焼用バーナ及びバーナを内部に収納する燃焼室に供給される送風機からの空気は、空気量制御装置によって燃焼用一次空気と燃焼用二次空気ないし燃焼室内冷却用空気に分流して供給され、バーナに導入するガス燃料の燃焼によって得られた高温の排気は、前記送風機の押し込み圧力のみを利用して燃焼室内の燃焼炎の下流に燃焼室に蓋をするように設けた多数の噴出口を有する噴出体から被加熱物の吸熱面に接近した位置でほぼ直角に当たるよう噴出させて被加熱物を加熱することを特徴とするガス燃焼装置についてのものである。
【０００９】
また、請求項２の発明は、燃焼室内では、バーナに供給される燃料ガスを完全燃焼させると共に、噴出口から噴出する燃焼排気の温度を所定の値にするための、燃料ガス供給量及び送風機の風量を変化させる制御装置を有し、前記制御装置は燃焼室内部に設置されたセンサーからの信号によって電子的に作動させる構成としたことを特徴とする請求項１に示すガス燃焼装置についてのものである。
【００１０】
また、請求項３の発明は、被加熱物への加熱量を変化させるために燃焼装置のオンオフ制御または段階的制御または無段階制御を行うためにバーナへのガス供給量及びこれに連動する送風機の風量を制御する制御装置を有することを特徴とする請求項１及び請求項２に示すガス燃焼装置についてのものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
請求項１の発明によれば、この発明の一実施例を示す図１において、送風機１からの空気２は通風路３を通って燃焼室４に至る。燃焼室４には分布板５及びバーナ６が収納設置されており、通風路３からの空気は空気制御装置７によって燃焼用一次空気８及び燃焼用二次空気９に分流される。バーナ６に対してはガス供給用マニホールド１０に設けたノズル１１からガスを噴出させて一次空気と混合し、バーナの炎口部１２において燃焼すると共に周囲の二次空気と接触して完全燃焼の炎１３を形成する。
【００１２】
また、二次空気の量はガスの完全燃焼に必要な量及び燃焼排気の温度を所定の値に維持するための量になるように前記の空気制御装置の形態を構成する。燃焼室４において燃焼排気はバーナの燃焼炎の下流に燃焼室に蓋をするように設けた耐熱金属やセラミックス等の耐熱材からなる噴出体１４の多数の噴出口１５から外気に噴出して被加熱物の吸熱面１６にほぼ直角に当たるような噴流１７となり被加熱物を加熱する。従って吸熱面１６に存在する断熱性空気膜を破壊して伝熱性を高め熱利用効率の大幅な向上が得られるが、実験によれば噴流１７の風速は毎秒１０メートル以上が望ましく、また噴出口１５と吸熱面１６との距離は２０ミリメートル以内が望ましい。
【００１３】
また、本発明の燃焼装置は、ほぼ密閉された燃焼室内で外気に触れることなく短時間で燃焼が完結し、しかも燃焼排気の温度がブンゼン式バーナ等の一般的バーナより低いので、有害な窒素酸化物の発生が極度に抑制されるものである。
なお、燃焼排気の温度は前述のように送風機からの二次空気量を多くすることによって通常の燃焼炎のみの温度に比べて低く設定できるため、燃焼室４、噴出体１４及び燃焼室に収納されるバーナ６その他の要素の耐久性を高めると共にバーナの逆火や被加熱物に対しての局所過熱を防止し、本発明の応用範囲の拡大につながることとなる。
【００１４】
図２は本発明における他の一実施例を示すもので、バーナ６’は燃焼室４’の大部分の投影面積を占める形態の予混合燃焼方式とし、送風機１からの空気は空気制御装置７’により、バーナへの燃焼用を目的とする供給の他に燃焼炎及び燃焼室の温度を下げるための冷却用として、燃焼室とバーナで構成する隙間からバーナ上部に分流して供給されるようなガイド１８が設けられている。なお、図２の実施例においては、空気制御装置７’は通風路３’内に設けて通路の通風抵抗によって空気量を制御する構成となっている。
【００１５】
言うまでもなく、図１及び図２は本発明の原理を説明するために比較的簡単な実施例を示したものであるから、具体的な実施形態としては被加熱物や噴出体の形状は図のような平坦なものに限られることは無く、例えば半球形、円筒形、角筒形、波形等各種の形態において実施可能である。また、本発明の燃焼装置と被加熱物を単一のユニットに構成することが容易である。このように各種の型式に対して適用範囲が広いことも、本発明の特徴の一つとなっている。
【００１６】
請求項２の発明は、センサー１９からの信号によって燃料ガス及び送風機の風量を電子制御装置（図示せず）を経由してガス電磁弁及び送風機のモータの作動を制御することによって所定の燃焼性及び燃焼排気の温度を得るための発明であり、請求項１の構成に付帯するものである。
【００１７】
請求項３の発明は被加熱物への加熱量を変化させるために前記センサー１９とは別の被加熱物の温度を検知する温度センサー（図示せず）等を用いてバーナ６，６’へのガス供給量と連動する送風機１の風量を制御するための構成を提供している。なお、図１及び図２において２０は被加熱物の例を示し本発明の作用を説明するためのものである。また、２１は燃料ガスを示している。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような構成で実施され、以下に示すような効果を生ずるものである。
【００１９】
燃焼排気が、噴出体の多数の噴出口から高速で被加熱物の吸熱面に衝突するので熱伝達率が大幅に向上し、従来比較的低い熱利用効率であったなべ、やかん、炊飯器等それ自体複雑な熱交換部を持たないものの加熱に使用しても、有用で熱効率の高いこんろ、炊飯器等の調理用機器が得られる。また、排気中の窒素酸化物を従来のブンゼン式バーナの１／２以下に抑えることが可能である。
【００２０】
燃焼室、バーナ及び噴出体は、供給空気量を制御することによって、炎自体の燃焼温度より低温度に維持できるため、装置の外部への放熱ロスの減少と装置自体の耐久性が向上し製造コストも削減できる。また、被加熱物の加熱ムラを防止し材料の選択も容易にする効果がある。更にバーナの良好燃焼範囲を拡大することができ、炎で直接加熱する従来方式に比べて被加熱物の形状制限も少なくなる等、燃焼装置全体の設計条件の緩和と適用範囲の拡大が可能となった。
【００２１】
その他、燃焼熱量の制御は電子的方法等を用いて簡単に制御できる。高温の炎を直接被加熱物に接触させないので、この装置の使用者が炎の輻射熱を浴びることが少なく引火のおそれも少ない等、以上説明したように従来技術ではなし得なかった数々の効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例を示す一部断面の構成図である。
【図２】他の実施例を示す一部断面の構成図である。
【符号の説明】
１送風機
２空気
３，３’ 通風路
４，４’ 燃焼室
５分布板
６，６’ バーナ
７，７’ 空気制御装置
８燃焼用一次空気
９燃焼用二次空気
１０マニホールド
１１，１１’ノズル
１２，１２’炎口部
１３炎
１４噴出体
１５噴出口
１６吸熱面
１７噴流
１８ガイド
１９センサー
２０被加熱物
２１燃料ガス

Claims

ガス燃焼用バーナ及びバーナを内部に収納する燃焼室に供給される送風機からの空気は、空気量制御装置によって燃焼用一次空気と燃焼用二次空気ないし燃焼室内冷却用空気に分流して供給され、バーナに導入するガス燃料の燃焼によって得られた高温の排気は、前記送風機の押し込み圧力のみを利用して燃焼室内の燃焼炎の下流に燃焼室に蓋をするように設けた多数の噴出口を有する噴出体から被加熱物の吸熱面に接近した位置でほぼ直角に当たるよう噴出させて被加熱物を加熱することを特徴とするガス燃焼装置。
燃焼室内では、バーナに供給される燃料ガスを完全燃焼させると共に、噴出口から噴出する燃焼排気の温度を所定の値にするための、燃料ガス供給量及び送風機の風量を変化させる制御装置を有し、前記制御装置は燃焼室内部に設置されたセンサーからの信号によって電子的に作動させる構成としたことを特徴とする請求項１に示すガス燃焼装置。
被加熱物への加熱量を変化させるために燃焼装置のオンオフ制御または段階的制御または無段階制御を行うためにバーナへのガス供給量及びこれに連動する送風機の風量を制御する制御装置を有することを特徴とする請求項１及び請求項２に示すガス燃焼装置。