JP2005061659A

JP2005061659A - コンロ用内炎式バーナおよびコンロ

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Publication number: JP2005061659A
Application number: JP2003289667A
Authority: JP
Inventors: Yasunobu Takemoto; 安伸竹本
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2023-08-08
Also published as: TW200506287A; JP3941060B2; TWI226423B

Abstract

【課題】環状のバーナ本体３０の内周に内向きに開口する多数の炎孔３１を有し、これら炎孔の開口端が位置するバーナ本体内周の炎孔配置円３８の径方向に対し各炎孔からのガス噴出軸線ａが周方向に傾くように各炎孔を所定の振り角で周方向に傾斜させて成るコンロ用内炎式バーナにおいて、燃焼不良を生ずることなく熱効率を可及的に向上できるようにする。
【解決手段】各炎孔３１からのガス噴出軸線が接する炎孔配置円３８と同心の円柱状であって、ガス噴出軸線ａとの接点部分を下端、コンロの五徳の上縁と同等高さの部分を上端とする仮想火炎柱Ｆａと、仮想火炎柱Ｆａの下端と炎孔配置円３８とを結ぶ仮想火炎面Ｆｂとで構成される火炎モデルを想定する。仮想火炎柱Ｆａの外周面と仮想火炎面Ｆｂとの合計面積でバーナの定格インプット量を除して求められる単位面積当りインプット量が、燃焼排気中の一酸化炭素濃度を所定の許容上限濃度以下に抑えられる範囲で可及的に大きくなるように、炎孔３１の振り角を設定する。
【選択図】図６

Description

本発明は、環状のバーナ本体の内周に内向きに開口する多数の炎孔を有するコンロ用の内炎式バーナおよび内炎式バーナで構成される定格インプット量の異なる少なくとも大小２つのバーナを備えるコンロに関する。

従来、この種の内炎式バーナとして、炎孔の開口端が位置するバーナ本体内周の炎孔配置円の径方向に対し各炎孔からのガス噴出軸線が周方向に傾くように各炎孔を所定の振り角で周方向に傾斜させ、各炎孔から噴出する混合ガスの燃焼で生成される火炎がバーナ中央部で旋回しつつ合流して、上方に立ち昇る柱状の集合火炎が形成されるようにしたものは知られている(例えば、特許文献１参照。)。尚、従来、炎孔の振り角は、炎孔配置円の大きさ(バーナ本体の内径)に係りなく一定角度(例えば、２５度)に設定されている。
実開昭５５−１５０２２２号公報

上記の如くガス噴出軸線を周方向に傾斜させて火炎に旋回流を生じさせるのは、燃焼性を維持しつつ熱効率を向上させるためであるが、炎孔配置円の大きさに係りなくガス噴出軸線の振り角を一定にしたのでは、熱効率が必ずしも最良にはならないことが判明した。

本発明は、以上の点に鑑み、燃焼不良を生ずることなく熱効率を可及的に向上できるようにしたコンロ用内炎式バーナを提供することをその第１の課題とし、更に、このような内炎式バーナで構成される定格インプット量の異なる少なくとも大小２つのバーナを備える熱効率の良いコンロを提供することを第２の課題としている。

上記第１の課題を解決するため、本発明は、環状のバーナ本体の内周に内向きに開口する多数の炎孔を有し、これら炎孔の開口端が位置するバーナ本体内周の炎孔配置円の径方向に対し各炎孔からのガス噴出軸線が周方向に傾くように各炎孔を所定の振り角で周方向に傾斜させて成るコンロ用内炎式バーナにおいて、各炎孔からのガス噴出軸線が接する炎孔配置円と同心の円柱状であって、ガス噴出軸線との接点部分を下端、コンロの五徳の上縁と同等高さの部分を上端とする仮想火炎柱の外周面の面積と、仮想火炎柱の下端と炎孔配置円とを結ぶ仮想火炎面の面積との合計面積でバーナの定格インプット量を除して求められる単位面積当りインプット量が、燃焼排気中の一酸化炭素濃度を所定の許容上限濃度以下に抑えられる範囲で可及的に大きくなるように、炎孔の振り角が設定されていることを特徴とする。

また、上記第２の課題を解決するため、本発明は、環状のバーナ本体の内周に内向きに開口する多数の炎孔を有し、これら炎孔の開口端が位置するバーナ本体内周の炎孔配置円の径方向に対し各炎孔からのガス噴出軸線が周方向に傾くように各炎孔を所定の振り角で周方向に傾斜させて成る内炎式バーナで構成される定格インプット量の異なる少なくとも大小２つのバーナを備えるコンロにおいて、定格インプット量が大きく、炎孔配置円の径も大きな大バーナの炎孔の振り角を所定角度より大きく設定し、定格インプット量が小さく、炎孔配置円の径が小さな小バーナの炎孔の振り角を前記所定角度より小さく設定することを特徴とする。

本願発明者は、鋭意努力の結果、上記の如く求められる単位面積当りインプット量が燃焼性と熱効率とに対し密接な相関性を持つ値になることを知見するに至った。その理由は、以下の通りと考えられる。即ち、上記仮想火炎柱および上記仮想火炎面は、火炎が五徳に載置した調理容器の底面に接するまでのモデル化した火炎形状を表わしており、仮想火炎柱の外周面と仮想火炎面の合計面積は火炎に対する二次空気の接触面積に近似する。そのため、単位面積当りインプット量が或る程度以上に大きくなると、二次空気不足で燃焼性が悪化し、燃焼排気中の一酸化炭素濃度が許容上限濃度を超える。また、単位面積当りインプット量が大きくなると、火炎のエネルギー密度が大きくなり、熱効率が向上する。従って、単位面積当りインプット量が、燃焼排気中の一酸化炭素濃度を許容上限濃度以下に抑えられる範囲で可及的に大きくなれば、燃焼不良を生ずることなく熱効率が可及的に向上することになる。

ここで、仮想火炎柱の径と高さ、即ち、仮想火炎柱の外周面の面積は、炎孔配置円の径と炎孔の振り角と五徳の高さとから幾何学的に求めることができ、また、仮想火炎面の面積も炎孔配置円の径と炎孔の振り角と五徳の高さとから幾何学的に求めることができる。従って、炎孔配置円の径と五徳の高さと定格インプット量とが定められれば、単位面積当りインプット量に対応するガス噴出軸線の振り角は一義的に決まる。そして、炎孔の振り角を、燃焼排気中の一酸化炭素濃度を所定の許容上限濃度以下に抑えられる範囲で可及的に大きな単位面積当りインプット量に対応する角度に設定することにより、燃焼不良を生ずることなく熱効率を可及的に向上することができる。

また、コンロに、内炎式バーナで構成される定格インプット量の異なる大小２つのバーナを設ける場合、定格インプット量が大きく、炎孔配置円の径が大きな大バーナでは、炎孔の振り角を比較的大きく設定したほうが上記した単位面積当りのインプット量が大きくなり、一方、定格インプット量が小さく、炎孔配置円の径が小さな小バーナでは、炎孔の振り角を比較的小さく設定したほうが上記した単位面積当りのインプット量が大きくなる。従って、上記本発明のコンロのように、大バーナの炎孔の振り角を所定角度より大きく設定し、小バーナの炎孔の振り角を前記所定角度より小さく設定することにより、大小両バーナの熱効率を向上できる。

図１は、ドロップイン式のガラストップコンロを示している。このコンロのコンロ本体１は、システムキッチンのカウンタトップ(図示せず)に開設するコンロ開口に落し込まれ、カウンタトップ上にコンロ開口を覆うようにして天板２が載置される。

コンロ本体１には、左右一対の大バーナ３，４と、後部中央の小バーナ５と、グリル６とが設けられている。天板２は、セラミックガラス等の耐熱ガラス製であり、天板２の周辺を金属製の外枠７で囲っている。天板２には、前記各バーナ３，４，５を臨ませる計３個のバーナ用開口８(図３、図５参照)が開設されており、天板２上に、各バーナ用開口８を囲うようにして各五徳９を載置している。

ここで、右側の大バーナ４は、鍋底温度センサ４ａ付の外炎式バーナで構成されているが、左側の大バーナ３は、図２、図３に示すように、環状のバーナ本体３０の内周に内向きに開口する炎孔３１を多数形成した内炎式バーナで構成され、また、後部中央の小バーナ５も、図４、図５に示すように、環状のバーナ本体５０の内周に内向きに開口する炎孔５１を多数形成した内炎式バーナで構成されている。これら内炎式バーナ３，５のバーナ本体３０，５０内には、混合管部３２，５２を介してガスノズル３３，５３からの燃料ガスと一次空気との混合ガスが供給され、この混合ガスが炎孔３１，５１から噴出されて燃焼する。

バーナ本体３０，５０の上側には、バーナ用開口８内に挿入されるテーパコーン状の二次空気用の上部ガイド３４，５４が設けられ、また、バーナ本体３０．５０の下側にも、二次空気用の下部ガイド３５，５５が設けられている。下部ガイド３５，５５には、その中央部に位置させて汁受け皿３６，５６が着脱自在に装着され、更に、周囲１箇所に点火電極３７，５７が挿設されている。

各内炎式バーナ３，５の炎孔３１，５１には、炎孔３１，５１からのガス噴出軸線が斜め上向きに傾斜するように所定の仰角αが付けられている。更に、各内炎式バーナ３，５の炎孔３１，５１からのガス噴出軸線が、炎孔３１，５１の開口端が位置するバーナ本体内周の炎孔配置円３８，５８の径方向に対し周方向に傾くように、各炎孔３１，５１を所定の振り角θで周方向に傾斜させている。

ところで、バーナの定格インプット量(設定最強火力でのカロリー換算での供給ガス量)が大きくなる程、ガス噴出面積を広く確保する必要があるため、各内炎式バーナ３，５の炎孔配置円３８，５８の径Ｄは、定格インプット量の大きな大バーナ３では比較的大きく、定格インプット量の小さな小バーナ５では比較的小さく設定される。このように炎孔配置円３８，５８の径Ｄを定格インプット量に応じて変えたときに、炎孔３１，５１の振り角θを一定にしたままでは、熱効率が必ずしも最良にはならない。そのため、炎孔３１，５１の振り角θを炎孔配置円３８，５８の径Ｄに応じて適切に設定することが必要になる。

ここで、内炎式バーナ３，５の火炎が五徳９に載置した調理容器Ｐに接するまでの火炎形状をモデル化すると、図６に示すようになる。即ち、モデル火炎は、各炎孔３１，５１からのガス噴出軸線ａが接する炎孔配置円３８，５８と同心の円柱状であって、ガス噴出軸線ａとの接点部分を下端、五徳９の上縁と同等高さの部分(五徳９に載置した調理容器Ｐの底面に接する部分)を上端とする仮想火炎柱Ｆａと、仮想火炎柱Ｆａの下端と炎孔配置円３８，５８とを結ぶ仮想火炎面Ｆｂとで構成される。仮想火炎面Ｆｂは、炎孔３１，５１に仰角αが付けられているため、円錐面になる。

仮想火炎柱Ｆａの外周面の面積と仮想火炎面Ｆｂの面積との合計面積は火炎に対する二次空気の接触面積に近似する。従って、仮想火炎柱Ｆａの外周面の面積と仮想火炎面Ｆｂの面積との合計面積でバーナの定格インプット量を除して求められる単位面積当りインプット量が或る程度以上になると、二次空気不足で燃焼不良を生ずる。一方、単位面積当りインプット量が大きくなると、エネルギー密度が大きくなって、熱効率が向上する。このように仮想火炎柱Ｆａの外周面の面積と仮想火炎面Ｆｂの面積との合計面積でバーナの定格インプット量を除して求められる単位面積当りインプット量は燃焼性および熱効率と密接な相関性を持っている。

ここで、仮想火炎柱Ｆａの径ｄはＤ・ｓｉｎθになり、炎孔配置円３８，５８から仮想火炎柱Ｆａの上端までの高さは炎孔配置円３８，５８から五徳９の上縁までの高さＨに等しく、炎孔配置円３８，５８から仮想火炎柱Ｆａの下端までの高さｈは(Ｄ／２)・ｃｏｓθ・ｔａｎαになる。従って、炎孔配置円３１，５１の径Ｄ、五徳９の高さＨ、炎孔３１，５１の仰角αが設定されれば、仮想火炎柱Ｆａの外周面の面積と仮想火炎面Ｆｂの面積との合計面積は炎孔３１，５１の振り角θを元とする関数で表され、上記した単位面積当りインプット量に対応する振り角θが一義的に決定される。そして、この単位面積当りインプット量が、燃焼不良を生じない範囲、即ち、燃焼排気中の一酸化炭素濃度を所定の許容上限濃度(例えば、０．１％)以下に抑えられる範囲で可及的に大きくなるように、炎孔３１，５１の振り角θを設定すれば、熱効率が可及的に向上する。

ここで、定格インプット量が大きく、炎孔配置円３８の径が大きな大バーナ３では、炎孔３１の振り角θを比較的大きく設定したほうが上記した単位面積当りインプット量が大きくなり、一方、定格インプット量が小さく、炎孔配置円５８の径が小さな小バーナ５では、炎孔５１の振り角を比較的小さく設定したほうが上記した単位面積当りインプット量が大きくなる。従って、大バーナ３の炎孔３１の振り角θを所定角度(例えば、２５度)より大きく設定し、小バーナ５の炎孔５１の振り角θを前記所定角度より小さく設定することで、大小両バーナ３，５の熱効率が向上する。

定格インプット量が毎時３６５０ｋｃａｌ、五徳９の高さＨが５２ｍｍ、炎孔配置円３１の径Ｄが１０５ｍｍ、炎孔３１の仰角αが２０度の内炎式の大バーナ３において、炎孔３１の振り角θを図７に示すように３０度に設定すると、仮想火炎柱Ｆａの径ｄは５２．５ｍｍ、仮想火炎柱Ｆａの下端までの高さｈは１６．５ｍｍになる。そして、仮想火炎柱Ｆａの外周面の面積は５８４７．２ｍｍ^２、仮想火炎面Ｆｂの面積は６９１１．１ｍｍ^２、合計面積は１２７５８．３ｍｍ^２になり、単位面積当りインプット量は０．２８６０９０ｋｃａｌ／ｍｍ^２になる。五徳９に２リットルの水を入れた薬缶を載置した状態でこのバーナ３上の燃焼試験を行ったところ、燃焼排気中の一酸化炭素濃度は許容上限濃度の０．１％であり、水の沸き上り時間(水温が２０℃から９０℃に上昇するまでにかかる時間)は５分５秒であった。

比較例として、定格インプット量が毎時３６５０ｋｃａｌ、五徳高さが５０ｍｍ、炎孔配置円の径が１１５ｍｍ、炎孔の仰角が２０度、炎孔の振り角が２５度の内炎式バーナを用い、上記と同一の条件で燃焼試験を行った。この場合、仮想火炎柱Ｆａの径ｄは４８．６ｍｍ、仮想火炎柱Ｆａの下端までの高さｈは１９．０ｍｍ、仮想火炎柱Ｆａの外周面の面積は４７３８．２ｍｍ^２、仮想火炎面Ｆｂの面積は９０７９．３ｍｍ^２、合計面積は１３８１７．５ｍｍ^２になり、単位面積当りインプット量は０．２６４１５８ｋｃａｌ／ｍｍ^２になる。このバーナの燃焼排気中の一酸化炭素濃度は０．０５３％であり、水の沸き上り時間は５分３４秒であった。

また、定格インプット量が毎時１３９０ｋｃａｌ、五徳９の高さＨが３６ｍｍ、炎孔配置円５１の径Ｄが６５ｍｍ、炎孔５１の仰角αが２０度の内炎式の小バーナ５において、炎孔５１の振り角θを図８に示すように２０度に設定すると、仮想火炎柱Ｆａの径ｄは２２．２ｍｍ、仮想火炎柱Ｆａの下端までの高さｈは１１．１ｍｍになる。そして、仮想火炎柱Ｆａの外周面の面積は１７３８．０ｍｍ^２、仮想火炎面Ｆｂの面積は３１１８．２ｍｍ^２、合計面積は４８５６．２ｍｍ^２になり、単位面積当りインプット量は０．２８６２３４ｋｃａｌ／ｍｍ^２になる。上記と同一の条件でこのバーナ５の燃焼試験を行ったところ、燃焼排気中の一酸化炭素濃度は許容上限濃度に近い０．０９％であり、水の沸き上り時間は１１分２４秒であった。

比較例として、定格インプット量が毎時１３９０ｋｃａｌ、五徳高さが４５ｍｍ、炎孔配置円の径が６５ｍｍ、炎孔の仰角が２０度、炎孔の振り角が２５度の内炎式バーナを用い、上記と同一の条件で燃焼試験を行った。この場合、仮想火炎柱Ｆａの径ｄは２７．５ｍｍ、仮想火炎柱Ｆａの下端までの高さｈは１０．７ｍｍ、仮想火炎柱Ｆａの外周面の面積は２９５８．３ｍｍ^２、仮想火炎面Ｆｂの面積は２９００．６ｍｍ^２、合計面積は５８５８．９ｍｍ^２になり、単位面積当りインプット量は０．２３７２４７ｋｃａｌ／ｍｍ^２になる。このバーナの燃焼排気中の一酸化炭素濃度は０．０３５％であり、水の沸き上り時間は１２分２秒であった。

以上の如く、実施例の内炎式大バーナ３では、炎孔３１の振り角θを従来の２５度より大きな３０度とすることで、沸き上り時間が５分３４秒から５分５秒に短縮され、また、実施例の内炎式小バーナ５では、炎孔５１の振り角θを従来の２５度より小さな２０度とすることで、沸き上り時間が１２分２秒から１１分２４秒に短縮されている。ここで、実施例では、大小何れのバーナ３，５においても、上記した単位面積当りインプット量が燃焼不良を生じない範囲(燃焼排気中の一酸化炭素濃度が０．１％以下になる範囲)で可及的に大きな０．２８ｋｃａｌ／ｍｍ^２以上の値になっている。このことから、上記した単位面積当りのインプット量が燃焼不良を生じない範囲で可及的に大きくなるように炎孔３１，５１の振り角θを設定することにより、燃焼不良を生ずることなく熱効率を可及的に向上できることが分かる。

本発明バーナを具備するコンロの一例の斜視図。図１のコンロの左側の内炎式大バーナの上部ガイドを取り外した状態の平面図。図２のＩＩＩ―ＩＩＩ線で切断したコンロの切断面図。図１のコンロの内炎式小バーナの上部ガイドを取り外した状態の平面図。図４のＶ―Ｖ線で切断したコンロの切断面図。 (ａ)仮想火炎柱と仮想火炎面とから成る火炎モデルを示す斜視図、(ｂ)火炎モデルの側面図。内炎式大バーナの炎孔の振り角の設定と仮想火炎柱との平面視での関係を示す線図。内炎式小バーナの炎孔の振り角の設定と仮想火炎柱との平面視での関係を示す線図。

符号の説明

３，５…内炎式バーナ、３０，５０…バーナ本体、３１，５１…炎孔、３８，５８…炎孔配置円、Ｆａ…仮想火炎柱、Ｆｂ…仮想火炎面

Claims

環状のバーナ本体の内周に内向きに開口する多数の炎孔を有し、これら炎孔の開口端が位置するバーナ本体内周の炎孔配置円の径方向に対し各炎孔からのガス噴出軸線が周方向に傾くように各炎孔を所定の振り角で周方向に傾斜させて成るコンロ用内炎式バーナにおいて、
各炎孔からのガス噴出軸線が接する炎孔配置円と同心の円柱状であって、ガス噴出軸線との接点部分を下端、コンロの五徳の上縁と同等高さの部分を上端とする仮想火炎柱の外周面の面積と、仮想火炎柱の下端と炎孔配置円とを結ぶ仮想火炎面の面積との合計面積でバーナの定格インプット量を除して求められる単位面積当りインプット量が、燃焼排気中の一酸化炭素濃度を所定の許容上限濃度以下に抑えられる範囲で可及的に大きくなるように、炎孔の振り角が設定されていることを特徴とするコンロ用内炎式バーナ。
環状のバーナ本体の内周に内向きに開口する多数の炎孔を有し、これら炎孔の開口端が位置するバーナ本体内周の炎孔配置円の径方向に対し各炎孔からのガス噴出軸線が周方向に傾くように各炎孔を所定の振り角で周方向に傾斜させて成る内炎式バーナで構成される定格インプット量の異なる少なくとも大小２つのバーナを備えるコンロにおいて、
定格インプット量が大きく、炎孔配置円の径が大きな大バーナの炎孔の振り角を所定角度より大きく設定し、定格インプット量が小さく、炎孔配置円の径が小さな小バーナの炎孔の振り角を前記所定角度より小さく設定することを特徴とするコンロ。