JP2004522128A - ガス／空気混合気体用バーナ - Google Patents

Abstract

【課題】優れた採熱性を実現するとともに、低い排出量でガス／空気混合気体を燃焼することが可能なボリュームバーナを提供すること。
【解決手段】本発明は、ガス／空気混合気体用の吸気口（２）を有するガス／空気混合気体用バーナに関する。噴出管（７）は、上記吸気口（２）の下流に設けられ、上記噴出管（７）は、複数の貫通孔（８）を有する外装表面を備え、上記噴出管（７）は、火炎安定化手段（９）によって半径方向に囲まれる。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス／空気混合気体用バーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術におけるガス／空気混合気体用バーナとして、例えば、独国特許出願公開第４３２２１０９号に記載のものが知られている。多孔性物質で完全に満たされた一定の断面積を有する筐体内において、燃焼は軸方向に向かって発生する。火炎は多孔性物質の外側には広がらない。燃焼は、多孔性物質で満たされた空間内部でのみ発生する。火炎が多孔性物質の外部表面または境界表面から周囲に自由に広がることはない。このバーナは、ボリュームバーナ（ｖｏｌｕｍｅ ｂｕｒｎｅｒ）とも呼ばれる。この既知のバーナによって、ガス／空気混合気体を燃やしても排気量を低く抑えることが可能となる。
【０００３】
特開昭５９−１９５０２２号（日本国特許庁の公開特許公報要約書）記載のバーナは、貫通孔を有する管が、触媒物質から成る円筒体によって半径方向に囲まれた構造を有する。このバーナは表面バーナであって、火炎が表面から周囲に広がる点を特徴とする。
【０００４】
米国特許第４，９００，２４５号には、セラミック発泡体から成る円筒部材によって囲まれた噴出筒を備える赤外線バーナ装置が記載されている。円筒部材は、その表面上にガスを均一に分散させるために用いられる。ガスは円筒部材の表面で燃焼する。円筒部材の表面には火炎検出器が取り付けられている。火炎が消えると、自動的に着火される。
【０００５】
独国特許出願公開第１９５０８９０８号には、半径方向に周囲を囲む複数のスリットを有するバーナパイプが記載されている。複数のスリットから、扇状の火炎が噴出する。
【０００６】
英国特許第２２３１９４９号記載のガスバーナでは、可燃性のガス混合気体が多孔質セラミックディスクを通して供給され、燃焼する。波型の刻み目を有する、平坦なリングディスクから構成される層は、上記ディスクの下流に配置されてもよい。この場合、ガスは、一連の層を取り囲む外部表面上で燃焼する。
【０００７】
欧州特許第０３８２６７４号記載の赤外線バーナの場合、セラミック繊維から成る多孔質の層が、ワイヤメッシュ製の円筒上に配置される。このバーナも表面バーナである。表面バーナとしては、他にも独国特許第２９７１５１１９４１号や米国特許第４，６７９，５２８号などに記載のものが知られている。
【特許文献１】
独国特許出願公開第４３２２１０９号明細書
【特許文献２】
特開昭５９−１９５０２２号公報
【特許文献３】
米国特許第４，９００，２４５号明細書
【特許文献４】
独国特許出願公開第１９５０８９０８号明細書
【特許文献５】
英国特許第２２３１９４９号明細書
【特許文献６】
欧州特許第０３８２６７４号明細書
【特許文献７】
独国特許第２９７１５１１９４１号明細書
【特許文献８】
米国特許第４，６７９，５２８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、先行技術に認められる問題点を解消することである。特に、優れた採熱性を実現するとともに、その優れた採熱性によって、低い排気量でガス／空気混合気体を燃焼することが可能なボリュームバーナを提示する。本発明の他の目的は、従来のボリュームバーナおよび表面バーナを超える調整能力を有するボリュームバーナを提示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的は、請求項１に記載の特徴によって達成される。有用な実施形態は、請求項２から２２に記載されている。
【００１０】
本発明によれば、ガス／空気混合気体用の吸気口を有するガス／空気混合気体用バーナが提供される。上記バーナは、上記吸気口の下流に位置する噴出管を備え、上記噴出管は、複数の貫通孔を有する外装面を有しており、上記噴出管は、火炎安定化手段で半径方向に囲まれる。上記火炎安定化手段は、燃焼空間、すなわちボリュメトリックコンバスチョンゾーン（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｚｏｎｅ）を規定する。
【００１１】
本発明によると、上記バーナは優れた採熱性を有している。これは対流と放射によって熱伝達が向上したためである。調整領域全体で均質性が高まることで、特に低い排気量でガス／空気混合気体を燃焼することが可能となる。
【００１２】
この場合、「ガス／空気混合気体」とは、可燃性ガス、例えば、天然ガスおよびプロパンガスなどと、空気または他の適切な酸化剤とから成る混合気体を意味していると理解され、その混合比率は燃焼が可能となるように選択される。
【００１３】
噴出管における貫通孔の直径は、噴出管内に逆火が起きないように選択される。貫通孔の直径は、０．５ｍｍから２．０ｍｍであればよいが、１．３ｍｍから１．５ｍｍが好ましい。
【００１４】
ガスの燃焼は、主に火炎安定化手段内部で発生する。特に、火炎安定化手段で囲まれた外部表面で火炎が発生することはない。火炎安定化手段の機能は、燃焼空間を制限するとともに、火炎温度の上昇を抑え、低下させることである。さらに、火炎安定化手段には、ペクレ数を漸増させて、噴出管と燃焼空間との間の遷移領域における火炎を安定化させるという機能もある。火炎安定化手段は、筐体によって直接囲まれていない。採熱はスムーズに行われる。半径方向に配置される火炎安定化手段によって、特に大きな領域が採熱用に確保される。採熱用の領域は、例えば、円筒状外装の領域であってもよい。火炎安定化手段が半径方向に配置されることで、膨張する燃焼ガスが、外部へとつながる流路を経て、速やかに外部へと大量に排出されるという利点もある。火炎安定化手段内部で蓄熱することはないため、採熱性のさらなる向上が実現する。火炎安定化手段が半径方向に配置されることで、流路の断面は半径方向の広がりを示す。その結果、燃焼ガスの対流速度は抑制される。火炎は、機械的な流れによってさらに安定化する。こうして、バーナの調整能力はさらに高まる。
【００１５】
利点として、ガス／空気混合気体を噴出管に送り込むために、送風部が吸気口の下流に配置されていることが挙げられる。これによって、十分な量のガス／空気混合気体が、噴出管を通じて常に火炎安定化手段に供給される。
【００１６】
噴出管は不燃性のセラミック製でよいが、不燃性のセラミックとしては、セラミック繊維製のものが好ましい。不燃性のセラミック材の空隙率は、７５体積パーセント〜９５体積パーセントである。実用上、上記のようなセラミック材の耐用年数は長期に渡ることが知られている。特に、セラミック繊維から作られるセラミック材は、著しく耐破損性が高いため、長期の使用に耐えうる。セラミックは、約５０重量パーセントのアルミニウム酸化物と約５０重量パーセントのシリコン酸化物とから構成される。
【００１７】
噴出管も、他の適切な原料、例えば、耐熱金属、水晶ガラス、ガラスセラミック、発泡樹脂セラミックなどで構成されることは言うまでもない。
【００１８】
火炎安定化手段は、火炎の生成を可能とする程度の孔径を有する多孔性媒体でもよい。
【００１９】
有用な実施形態によると、火炎安定化手段は、噴出管から半径方向に配列され、互いに軸方向に空間を空けられた複数のリングディスクから構成される。リングディスクは、摩擦力によって噴出管に係合して固定することができる。
【００２０】
リングディスクは、第１および第２リングディスクから構成されており、上記第１リングディスクのリング半径は、上記第２リングディスクのリング半径より小さい。有用な実施形態によると、上記第２リングディスクのリング半径は、上記第１リングディスクのリング半径の少なくとも２倍である。この場合、「リング半径」とは、リングディスクの内半径と外半径との差を意味する。
【００２１】
さらなる実施形態によると、第１および第２リングディスクは、軸方向に沿って、噴出管に交互に配置される。第１および第２リングディスクを交互に配置することで、半径方向内側の第１火炎安定化ゾーンと、ゾーン間に第１リングディスクを挟まない半径方向外側の第２火炎安定化ゾーンとが、有利に構築される。上記第１火炎安定化ゾーンのペクレ数は、上記第２火炎安定化ゾーンのペクレ数より小さくてもよい。内側から外側に向かってペクレ数が漸増すると先述したが、この例ではペクレ数は連続的には増加しない。驚くべきことに、既に規定した２つの火炎安定化ゾーンによって、優れたダイナミクスを有するバーナが実現可能であることが示された。
【００２２】
一連の複数の火炎安定化ゾーンを火炎安定化手段内部に組み込むことも可能であることは言うまでもない。理想的には、ペクレ数は、内側から外側に向かって、連続的に、半径方向に増加する。ペクレ数は、ボリュームバーナの種類に応じた燃焼が火炎安定化手段内で発生するように常に選択される。一方、噴出管のペクレ数は、噴出管内部で逆火が発生しないように選択される。独国特許出願公開第４３２２１０９号には、ペクレ数の定義と、ボリュームバーナの動作および機能とが開示されていることから、独国特許出願公開第４３２２１０９号のこの開示部分も本明細書中に含まれる。
【００２３】
有用な実施形態によると、噴出管からリングディスクの外周縁にかけて、２つの隣り合うリングディスクの間に流路が形成されるように、リングディスクの領域は波形の刻み目を有する。波状の刻み目の波頂線は、中心部からリングディスクの周縁にかけて延びるか、好ましくは湾曲する。こうすることで、隣接する２つのリングディスクの間に、噴出管からリングディスクの外周縁にかけて連続する、好ましくは湾曲した流路が形成される。
【００２４】
さらなる実施形態によると、安定化手段の中に、内側から外側に向かって断面が半径方向に拡大する流路が形成される。安定化手段において、ペクレ数は外側に向かって半径方向に増大する。このような構成によって、燃焼に起因する熱に対して非常に強力な採熱性が実現し、調整能力も高まることは先述のとおりである。これに加えて、断面が内側から外側に向かって半径方向に拡大することで、熱音響自励によって放出されるノイズも大幅に減らすことができることが示される。本発明のバーナは、動作中、非常に静かである。特に、噴出管や火炎安定化手段を破損する可能性のある低周波振動が生じることはない。
【００２５】
リングディスクの領域には、さらに別の複数個の貫通孔が存在する。この複数個の別の貫通孔は、正方形、スリット状、または丸型のいずれの形状であってもよい。この別の貫通孔における開口部の面積は、約１ｍｍ²である。リングディスクは、好ましくはメッシュ構造を有する、不燃性のセラミック製でもよい。リングディスクは、アルミニウム酸化物性のマトリクスに含まれるムライト繊維から作られる繊維素材でもよい。
【００２６】
実施形態のさらなる特徴によると、リングディスクは、噴出管の端部周辺にある、不燃性セラミック製の２つの別のリングディスク間に配置される。この２つの不燃性セラミック製リングディスクは、燃焼スペースの両端に位置し、断熱材の役割を果たす。この２つの別のディスクは、貫通孔を有しない多孔性アルミニウム酸化セラミック製でもよい。
【００２７】
火炎安定化手段は、三次元構造を有する金属メッシュおよび多孔性セラミック材などで構成されてもよい。いずれの場合も、噴出管のペクレ数が６５未満で、火炎安定化手段のペクレ数が６５より大きいと有用である。こうすることで、噴出管内における火炎の逆火を確実に防ぐことができる。同時に、火炎安定化手段内で燃焼を起こすことが可能となる。
【００２８】
特に有利な実施形態の特徴において、火炎安定化手段は熱交換器によって囲まれる。火炎安定化手段から採熱された熱は、熱交換器内部を循環する液状媒体に非常に効率よく伝達する。熱交換器は、筐体で囲まれてもよい。
【発明の効果】
【００２９】
以上記載したように、本発明のガス／空気混合気体用バーナは優れた採熱性を実現し、低い排気量でガス／空気混合気体を燃焼することを可能にする。さらに本発明により、従来のボリュームバーナおよび表面バーナを超える調整能力を有するボリュームバーナが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を参照に、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１において、ガス／空気混合気体用の吸気口２は、送風部（詳細は図示せず）の筐体半殻１に設けられる。送風部の排気口３は、予燃室４に取り付けられたデフレクタ５の対面に設置される。デフレクタ５を用いることで、噴出管７の吸気口断面６における流速を最大限均一なものにすることができる。噴出管７は、直径約１．０ｍｍから２．０ｍｍの半径方向の貫通孔８を複数個有する。貫通孔８は、噴出管７の外装表面に均一に分布する。
【００３１】
噴出管７の外装表面にはリングディスク９が取り付けられるが、上記リングディスク９は波状の断面を有していると好ましい。リングディスク９は、軸方向に向かって、互いに間隔を空けて配置される。流路１０は、隣り合った２つのリングディスク９の間に存在する。噴出管７の両端付近において、追加リングディスク１１が噴出管７の外装表面上に取り付けられる。追加リングディスク１１は、例えば、非常に多孔質のアルミニウム酸化セラミック材などの断熱セラミック材で構成される。追加リングディスク１１は貫通孔を有しない。追加リングディスク１１によって、リングディスク９を軸方向に収容する燃焼スペースが限定される。参照符号１２は、熱交換器の管を示す。管１２と、リングディスク９、１１を備える噴出管７とは、ともに筐体Ｇ内に配置される。
【００３２】
図２は、噴出管７に配置されるリングディスク９の上面図を示す。リングディスク９は、メッシュ構造を有するセラミック材で構成される。このようなセラミック材は、ムライト繊維製の繊維素材をアルミニウム酸化物の懸濁液に含浸させ、懸濁液が乾いた後で、含浸させたムライト繊維材を焼結することで生成できる。この結果形成される新たな貫通孔を参照符号１５で示す。リングディスク９の表面を波状に設計すると特に有用であることはすでに実証されている。図２において、参照符号１３は波頂線を示す。波頂線１３は噴出管７からリングディスク９の周縁１４に向かって湾曲しているため、羽車のような構造となっている。各リングディスク９が、奇数個の波頂線１３を有していると好都合である。リングディスク９の波頂線１３が軸方向に連続して配置されるように、上記リングディスク９を連続的に並べると、噴出管７から周縁１４に向かって断面が広がっていく流路１０が形成される。このような流路１０によって、膨張する高温の燃焼ガスの排出がさらに容易になる。特に、効率のよい燃焼と効果的な採熱が実現できる。
【００３３】
リングディスク９は、ムライト繊維製のフリースで構成されてもよい。フリースは型崩れしにくい。フリースは、加圧成形したムライト繊維から生成可能である。フリースの形状は、リングディスクが波状の構造となるように設計される。必要となる貫通孔の形態は穿孔またはスリット状でよく、ブロッキングによって形成することができる。形状の安定したムライト製のフリースは、アルミニウム酸化物の懸濁液に含浸された後、乾燥を経て、焼結される。こうして、好みの形に成形された、型崩れしにくい耐熱性リングディスクが形成される。
【００３４】
実施形態の別の特徴として、リングディスクに触媒作用のある被膜を施してもよい。そのような被膜には、鉛、プラチナまたは他の適切な金属を含有することができる。触媒作用のある被膜を施されたリングディスクが使われたバーナの場合、排気量は顕著に低くなる。
【００３５】
図３から図５には、バーナの別の実施形態が示されている。第１リングディスク１６および第２リングディスク１７は、噴出管７に配置される。第１リングディスク１６および第２リングディスク１７は、外側に向かって半径方向に傾斜した波型の刻み目１８を有する。波型の刻み目１８によって、断面が内側から外側に向かって半径方向に広がる流路１０が形成される。第１リングディスク１６のリング半径Ｒ１は、第２リングディスク１７のリング半径Ｒ２のほぼ半分である。なお、この場合の「リング半径」とは、リングディスクの内半径と外半径との差を意味する。図４に示すＲ１とＲ２のリング半径は説明のための一例である。
【００３６】
図４に示すように、第１リングディスク１６は、第２リングディスク１７と連続して交互に重なり合うことで、第１火炎安定化ゾーンＢ１を形成する。第２リングディスク１７のリング断面は第１火炎安定化ゾーンＢ１を超えて張り出しており、半径方向外側の第２火炎安定化ゾーンＢ２を形成する。噴出管７によって形成されるゾーンＡのペクレ数は、６５未満である。ペクレ数を６５未満にすることで、噴出管７内部における火炎の逆火を確実に防ぐことができる。火炎安定化ゾーンＢ１およびＢ２のペクレ数は６５よりも大きく、第２火炎安定化ゾーンＢ２のペクレ数は、第１火炎安定化ゾーンＢ１のペクレ数よりも大きい。
【００３７】
本発明のバーナによると、燃焼は、リングディスク９、１６および１７によって形成される火炎安定化手段内部で発生する。火炎安定化手段を取り囲む表面上に火炎は現れない。上記バーナは、従来のボリュームバーナや表面バーナよりも広範囲に渡って調整が可能であるという点で、優れたダイナミクスを有している。
【００３８】
火炎安定化手段は、噴出管から半径方向に延びる領域を螺旋状に配置することで形成してもよい。また、火炎安定化手段は、タービン羽根型または羽車型のリングディスクであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】バーナの側面模式図。
【図２】図１におけるリングディスクの上面図。
【図３】バーナの斜視図。
【図４】図３の断面図。
【図５】図４の詳細図。
【符号の説明】
【００４０】
１ 送風部の半殻部分
２ 吸気口
３ 送風部の排気口
４ 予燃室
５ デフレクタ
６ 吸気口の断面
７ 噴出管
８ 貫通孔
９ リングディスク
１０ 流路
１１ 追加リングディスク
１２ 管
１３ 波頂線
１４ 周縁
１５ 別の貫通孔
１６ 第１リングディスク
１７ 第２リングディスク
１８ 波形の刻み目
Ａ ゾーン
Ｂ１ 第１火炎安定化ゾーン
Ｂ２ 第２火炎安定化ゾーン
Ｒ１ 第１リング半径
Ｒ２ 第２リング半径
Ｇ 筐体

Claims (22)

1. ガス／空気混合気体用の吸気口（２，６）１口を有す
   るガス／空気混合気体用バーナであって、
   噴出管（７）は、前記吸気口（２，６）の下流に設けられ、
   前記噴出管（７）は、複数の貫通孔（８）を有する外装表面を備え、
   前記噴出管（７）は、火炎安定化手段（９、１６、１７）によって半径方向に囲まれる、ガス／空気混合気体用バーナ。
2. ガスの燃焼は、主に前記火炎安定化手段（９、１６、１７）内部で発生することを特徴とする、請求項１に記載のバーナ。
3. 前記ガス／空気混合気体を前記噴出管（７）へと送り込むための送風部が、吸気口（２）の下流に配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載のバーナ。
4. 前記噴出管（７）は、不燃性のセラミック材、好ましくはセラミック繊維から作られることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバーナ。
5. 前記不燃性のセラミック材の空隙率は、７５体積パーセント〜９５体積パーセントであることを特徴とする、請求項４に記載のバーナ。
6. 前記火炎安定化手段は、発泡セラミック材で形成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のバーナ。
7. 前記火炎安定化手段は、前記噴出管（７）から半径方向に配列され、互いに軸方向に空間を空けられた複数のリングディスク（９、１６、１７）からなることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のバーナ。
8. 前記リングディスク（９、１６、１７）は、第１リングディスク（１６）および第２リングディスク（１７）から形成されており、
   前記第１リングディスク（１６）のリング半径（Ｒ１）は、前記第２リングディスク（１７）のリング半径（Ｒ２）よりも小さいことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のバーナ。
9. 前記第２リングディスク（１７）のリング半径（Ｒ１）は、第１リングディスク（１６）のリング半径（Ｒ１）の少なくとも２倍であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のバーナ。
10. 前記第１リングディスク（１６）および前記第２リングディスク（１７）は、軸方向に沿って、噴出管（７）上に交互に配置されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のバーナ。
11. 前記第１リングディスク（１６）および前記第２リングディスク（１７）を交互に連続させることで、半径方向内側に配置される第１火炎安定化ゾーン（Ｂ１）と、ゾーン間に第１リングディスク（１６）を挟まずに半径方向外側に配置される第２火炎安定化ゾーン（Ｂ２）とが構築されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のバーナ。
12. 前記第１火炎安定化ゾーン（Ｂ１）のペクレ数が、前記第２火炎安定化ゾーン（Ｂ２）のペクレ数よりも小さいことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のバーナ。
13. 前記噴出管（７）から前記リングディスク（９、１６、１７）の外周縁（１４）に向かって、２つの隣接するリングディスク（９、１６、１７）の間に流路（１０）が形成されるように、前記リングディスク（９、１６、１７）の面は波状の刻み目を有することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のバーナ。
14. 前記波状の刻み目（１８）の波頂線（１３）は、中心部から前記リングディスク（９、１６、１７）の前記周縁（１４）にかけて延びるか、好ましくは湾曲することで、隣接する２つのリングディスク（９、１６、１７）の間に、前記噴出管（７）から前記周縁（１４）にかけて連続する、好ましくは湾曲した流路（１０）を形成することを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のバーナ。
15. 前記流路（１０）の断面は、内側から外側に向かって半径方向に広がることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のバーナ。
16. 前記火炎安定化手段のペクレ数は、外側に向かって半径方向に増大することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のバーナ。
17. 前記リングディスク（９、１６、１７）の面は、さらに別の複数個の貫通孔（１５）を有していることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか１項に記載のバーナ。
18. 前記リングディスク（９、１６、１７）は、好ましくはメッシュ構造を有する、不燃性のセラミック製であることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか１項に記載のバーナ。
19. 前記セラミック材は、アルミニウム酸化物のマトリックス上のムライト繊維から形成されることを特徴とする、請求項１７に記載のバーナ。
20. 前記リングディスク（９、１６、１７）は、前記噴出管（７）の端部周辺にある、２つの別の不燃性セラミック製リングディスク（１１）間に配置されることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか１項に記載のバーナ。
21. 前記噴出管（７）は、６５未満のペクレ数を有し、前記火炎安定化手段（９、１６、１７）は、６５より大きなペクレ数を有することを特徴とする、請求項１〜２０のいずれか１項に記載のバーナ。
22. 前記火炎安定化手段（９、１６、１７）は、熱交換器（１２）によって囲まれることを特徴とする、請求項１〜２１のいずれか１項に記載のバーナ。