JP2007163043A - 濃淡燃焼バーナ - Google Patents

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佳克 辻
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Abstract

【課題】淡炎口寸法の安定化を図るとともに、部品点数を減らして、コストを低減させた濃淡燃焼バーナを提供すること。
【解決手段】燃料ガスと燃焼用空気とを混合した空気比の高い混合気が噴出される淡炎口18を形成する淡バーナユニット12と、その淡炎口18の両側に配置されて空気比の低い混合気が噴出される濃炎口20を形成する濃バーナユニット14とを有し、淡バーナユニット12の淡炎口18に、前記空気比の高い混合気を噴出させる複数の貫通孔38を穿設した炎口ユニット16を設けた濃淡燃焼バーナ10とする。この炎口ユニット16は、所定の厚みを有する板金で形成されたものや、鋳造品、ダイカスト品などを例示することができる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、濃淡燃焼バーナに関し、さらに詳しくは、燃料ガスと燃焼用空気とを混合した空気比の高い混合気と空気比の低い混合気とを同時に燃焼させて、燃焼ガスの低NOx化を図る濃淡燃焼バーナに関するものである。
従来、ガスバーナの燃焼によって発生する燃焼ガスの低NOx化を図る目的で、濃淡燃焼が行われている。濃淡燃焼とは、ガスバーナに設けられた複数の燃料噴出口のうちのいくつかで、燃料ガスと燃焼用空気とを混合した空気比の高い混合気を燃焼させ、同時に、その他で、空気比の低い混合気を燃焼させる燃焼方法をいう。この濃淡燃焼には、濃淡燃焼バーナが好適に用いられている。
濃淡燃焼バーナは、例えば、特許文献1に示されるように、合わせられた状態で淡ガス入口とガス通路とが形成されるようにプレス加工された2枚の板金の上部に、挟持固定される格好で、複数のスリット炎口を有する炎口ユニットが配置された淡バーナユニットを備えている。
また、折り曲げ合わされた状態で濃ガス入口とガス通路とが形成されるようにプレス加工された1枚の板金の、その折り曲げ合わされた状態での上端に連結片を残し、上方を開口させた形状の濃バーナユニットを備えている。そして、この濃バーナユニットが、淡バーナユニットの上部に、両側から挟み込む格好で組付け固定されている。この組付け状態において、淡バーナユニットの両側に濃ガス入口とガス通路とが形成され、淡炎口の両側に濃炎口が形成されるように、両者が一体に組付けされている。
この濃淡燃焼バーナは、空気比の高い混合気が淡炎口に供給され、空気比の低い混合気が濃炎口に供給されて、両混合気を同時に燃焼させている。すなわち、淡炎口から噴出される淡火炎は、燃料ガスが希薄な燃焼のため、火炎温度が低下して、NOxの生成を抑制することができる。ところが、この淡火炎は、空気比が高いことから、リフトしやすい。そのため、淡火炎を安定化させる(保炎する)目的で、淡炎口の両側に濃炎口を配置し、濃火炎を形成させている。この濃火炎は、淡炎口から噴出される淡火炎との間で拡散混合されて、淡火炎を安定化させる。
ここで、淡炎口には、燃焼用空気が多く供給されるため、淡炎口に供給される風量は多くなっている。この風量が多くなると、淡炎口で流れの乱れが発生しやすくなり、火炎が安定しなくなる。そのため、このような流れの乱れを作らないように、淡炎口に供給される混合気の整流化が図られている。
図5によって、濃淡燃焼バーナにおける淡炎口を構成する炎口ユニットの構造の一例を示しながら、淡炎口に供給される混合気の整流化について説明する。淡炎口の炎口ユニット62は、中央に位置する芯板64と、芯板64の両側に配置される一対の第1仕切板66、66と、さらにその両外側に配置される一対の第2仕切板68、68とで構成される。これらは、高さと長さとが同じとなる板金からなり、これらの各板を、上端縁が一致するように高さを揃えた状態で、長さ方向の両端縁でスポット溶接されて一体化されている。
つまり、この炎口ユニット62は、複数の板金が、淡炎口への混合気の供給方向に沿って並べられ、これら複数の板金どうしの間隙により炎口(淡炎口)70、70・・・を形成している。これら複数の板金は、混合気の供給上流側に伸びており、その供給上流側から混合気を整流化させるものとなっている。
そして、この炎口ユニット62の外側には燃料ガスと燃焼用空気とを混合した空気比の低い混合気が供給される濃炎口72、72が配設され、この濃炎口72、72より噴出される濃火炎と前記淡炎口70、70・・・より噴出される淡火炎との間の拡散混合が起こり、これによって、淡炎口70、70・・・から噴出される淡火炎の安定化が図られている。
特開2004−308945号公報
しかしながら、特許文献1に示されるように、従来の濃淡燃焼バーナ60は、淡炎口70への混合気の供給方向に沿って複数の板金を並べ、これらの板金をスポット溶接して一体化することにより炎口ユニット62を形成している。そして、この炎口ユニット62の板金どうしの間隙により淡炎口70を形成していることから、板金の並べ方やスポット溶接の影響などにより、その淡炎口70の寸法が安定しないという問題があった。そして、淡炎口70に供給される混合気の流れに乱れが生じやすくなっていた。
また、複数の板金を並べて炎口ユニット62を形成しているため、部品点数が多くなり、コストが嵩むという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、淡炎口寸法の安定化を図るとともに、部品点数を減らして、コストを低減させた濃淡燃焼バーナを提供することにある。
上記課題を解決するために本発明に係る濃淡燃焼バーナは、燃料ガスと燃焼用空気とを混合した空気比の高い混合気が噴出される淡炎口を形成する淡バーナユニットと、その淡炎口の両側に配置されて空気比の低い混合気が噴出される濃炎口を形成する濃バーナユニットとを有する濃淡燃焼バーナにおいて、前記淡バーナユニットの淡炎口に、前記空気比の高い混合気を噴出させる複数の貫通孔を穿設した炎口ユニットを設けることを要旨とする。
この場合、前記炎口ユニットは、所定の厚みを有し、混合気の噴出方向と直交して配される板金により形成され、その板金に前記貫通孔が穿設形成されていることが望ましい。このとき、前記炎口ユニットは、前記淡バーナユニットの淡炎口の幅方向の中央位置にこの炎口ユニットを幅方向に2分割する仕切部を備え、この仕切部により仕切られた分割炎口ユニットにそれぞれ前記貫通孔が穿設形成されているものであっても良い。
また、前記炎口ユニットは、寸法設計された鋳型を用いて合金等の金属を鋳造して得た所定の厚みを有する鋳造品または寸法設計された金型に合金等の金属を射出成形して得られた所定の厚みを有するダイカスト品であることが望ましい。
そして、前記貫通孔は、角形および/または丸形の形状を有することが望ましい。
本発明に係る濃淡燃焼バーナによれば、空気比の高い混合気を噴出させる複数の貫通孔を穿設した炎口ユニットを淡バーナユニットの淡炎口に設けたことから、淡炎口寸法を一定にすることができる。これによって、淡炎口寸法を安定化させることができる。
また、複数の板金を用いることなく、複数の貫通孔を穿設した炎口ユニットを淡炎口に設けるものなので、部品点数を減らして、コスト低減を図ることができる。
この場合、上記炎口ユニットが、所定の厚みを有し、混合気の噴出方向と直交して配される板金により形成されると、安価で簡単な材料により淡炎口寸法を安定化でき、また、部品点数も減らすことができる。このとき、淡バーナユニットの淡炎口の幅方向の中央位置にこの炎口ユニットを幅方向に2分割する仕切部を備えていると、供給された混合気を供給上流側から分けるため、この淡炎口に供給される混合気の整流化にさらに寄与するものとすることができる。
また、上記炎口ユニットを、寸法設計された鋳型を用いて合金等の金属を鋳造して得た所定の厚みを有する鋳造品または寸法設計された金型に合金等の金属を射出成形して得られた所定の厚みを有するダイカスト品とすると、寸法精度良く貫通孔を形成することができるとともに、この炎口ユニットを大量生産可能にすることができる。
さらに、上記貫通孔が、角形または丸形の形状であれば、これらは簡単形状なので、例えば、プレス加工や鋳型等により寸法精度良く簡単に形成することができる。この場合、角形と丸形とを組み合わせると、炎口ユニットの貫通面積を大きくすることができる。
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明に係る濃淡燃焼バーナの第一実施形態を表す分解斜視図である。また、図2は、図1に示す濃淡燃焼バーナの平面図(a)とそのA−A断面拡大図(b)である。図3は、第二実施形態に係る濃淡燃焼バーナの平面図(a)とそのB−B断面拡大図(b)及びC−C断面拡大図(c)である。図4は、第三実施形態に係る濃淡燃焼バーナの平面図(a)とそのD−D断面拡大図(b)及びE−E断面拡大図(c)である。
図1に示されるように、第一実施形態に係る濃淡燃焼バーナ10は、燃料ガスと燃焼用空気とを混合した空気比の高い混合気が噴出される淡炎口18を形成する淡バーナユニット12と、空気比の低い混合気が噴出される濃炎口20を形成する濃バーナユニット14と、この淡バーナユニット12の淡炎口18に、この淡炎口18を覆うように設置される炎口ユニット16とで構成されている。
ここで、空気比とは、淡炎口または濃炎口より噴出される混合気の燃料ガスと燃焼用空気との比率をいい、燃料ガスに対する燃焼用空気の割合(=燃焼用空気/燃料ガス)をいう。空気比が高いとは、通常、空気比が1.0以上のときであり、燃料が希薄な状態を指すが、濃炎口より噴出される混合気の空気比が1.0以上であっても良い。この場合には、相対的に、淡炎口より噴出される混合気の空気比が、濃炎口より噴出される混合気の空気比よりも高ければ良い。また、燃料を完全に燃焼させるために最低必要な空気量(理論空気量)よりも多い量の空気を混合するときを、空気比が高いとすることもできる。
淡バーナユニット12の淡炎口18に炎口ユニット16を設置し、これらの上部に濃バーナユニット14を配置し、この濃バーナユニット14により淡バーナユニット12と炎口ユニット16とを挟み込んで、これらをスポット溶接等することにより、これらが一体に組付けられている。
淡バーナユニット12は、プレス加工された2枚の板金22、22からなる。この2枚の板金22、22を組み合わせると、この2枚の板金22、22に形成された凹凸によって、下側側縁に略長円形の淡ガス入口24が開口形成され、上側端縁に淡炎口18が開口形成される。
淡ガス入口24と淡炎口18との間には、U字状のガス通路26が横向きに形成され、下端を淡ガス入口24に、上端を淡炎口18にそれぞれ接続させている。ガス通路26と淡炎口18との接続部分は、上方へ行く程長手方向の寸法が長くなるテーパ状の均圧室28に形成されて、ガス通路26の上端から淡炎口18全体への混合気の供給を図っている。
そして、この2枚の板金22、22の上側端縁に形成された淡炎口18に、この2枚の板金22、22で挟持される状態で、炎口ユニット16が内接されている。この炎口ユニット16は、淡炎口18に、スポット溶接等により固定されている。
濃バーナユニット14は、上方が開口され上端に複数の連結片30を有する板金32がプレス加工されたものからなる。炎口ユニット16を固定した淡バーナユニット12を両外側から挟み込んで組付けると、この板金32に形成された凹凸によって、濃バーナユニット14の下側側縁かつ淡ガス入口24の上方位置に濃ガス入口34が開口形成される。この濃ガス入口34は、開口正面(図1の矢印X方向)から見て略円形形状を呈しており、淡バーナユニット12の板金22、22により区画された状態にある。また、上側端縁に、淡バーナユニット12との間で、濃炎口20が開口形成される。この濃炎口20は、連結片30により長手方向で4分割されている。濃ガス入口34と濃炎口20との間にはガス通路36が形成され、下端を濃ガス入口34に、上端を濃炎口20にそれぞれ接続させている。
炎口ユニット16は、淡バーナユニット12や濃バーナユニット14と同じ材質の板金からなるものであれば良い。図2(a)に示されるように、炎口ユニット16は、淡バーナユニット12の淡炎口に配置されており、幅方向に長辺を有する略長方形の角形となる貫通孔38、38・・・がその長手方向に複数列設されている。
そして、貫通孔38が形成された位置における幅方向の断面をみてみると、A−A断面拡大図(図2(b))に示されるように、炎口ユニット16は、淡炎口18を覆うように配置された板金が、淡炎口18の幅より両端を折り曲げ加工されたものであり、幅方向の断面形状が略コ字状になっている。この略コ字状に形成された板金の両端の折り曲げたところを、スポット溶接等により淡炎口18に内接させている。淡炎口18を覆っている面には、淡炎口18の幅方向をほぼ穿孔する貫通孔38が設けられている。
次に、第二実施形態について説明する。濃淡燃焼バーナ40の淡バーナユニット12と濃バーナユニット14は、第一実施形態に係る濃淡燃焼バーナ10と同じものであるため、これらの説明を省略し、その炎口ユニットについて説明する。図3(a)に示されるように、炎口ユニット42は、淡バーナユニット12の淡炎口に配置されており、幅方向に長辺を有する略長方形の角形となる貫通孔44、44・・・が炎口ユニット42の長手方向に複数列設されている。この角形の貫通孔44と貫通孔44との間には、丸形の貫通孔46、46・・・が幅方向に4つ並べられ、これらが炎口ユニット42の長手方向に複数列設されている。
そして、角形の貫通孔44が形成された位置における幅方向の断面をみてみると、B−B断面拡大図(図3(b))に示されるように、炎口ユニット42は、炎口ユニット16と同様、淡炎口18を覆うように配置され、幅方向の断面形状が略コ字状に形成された板金からなっている。淡炎口18を覆っている面には、淡炎口18の幅方向をほぼ穿孔する貫通孔44が設けられている。
また、丸形の貫通孔46が形成された位置における幅方向の断面をみてみると、C−C断面拡大図(図3(c))に示されるように、淡炎口18を覆っている面の幅方向に、同じ大きさの丸形の貫通孔46、46・・・が等間隔に4つ並ぶように設けられている。
次に、第三実施形態について説明する。濃淡燃焼バーナ48の淡バーナユニット12と濃バーナユニット14は、第一実施形態に係る濃淡燃焼バーナ10と同じものであるため、これらの説明を省略し、その炎口ユニットについて説明する。図4(a)に示されるように、炎口ユニット50は、幅方向の中央位置で分割された分割炎口ユニット52、52からなる。これら分割炎口ユニット52、52のそれぞれには、幅方向に長辺を有する略長方形の角形となる貫通孔54、54・・・が分割炎口ユニット52の長手方向に複数列設され、この角形の貫通孔54と角形の貫通孔54との間には、丸形の貫通孔56、56が幅方向に2つ並べられ、これらが分割炎口ユニット52の長手方向に複数列設されている。
そして、角形の貫通孔54が形成された位置における幅方向の断面をみてみると、D−D断面拡大図(図4(b))に示されるように、分割炎口ユニット52、52は、炎口ユニット16と同様、板金からなり、淡炎口18を覆うように配置されている。分割炎口ユニット52、52は、それぞれその一端が長くなるように板金の両端が折り曲げ加工され、淡炎口18の幅方向の中央位置で接合されたものとなっている。
その長くなっている一端は、淡バーナユニット12の淡炎口18の幅方向の中央位置にこの淡炎口18を幅方向に2分割する仕切部58、58となっている。この仕切部58の長さは、特に限定されるものではない。分割炎口ユニット52、52の淡炎口18を覆っている面には、幅方向に長辺を有する略長方形の角形の貫通孔54がそれぞれ穿設されている。
また、丸形の貫通孔56が形成された位置における幅方向の断面をみてみると、E−E断面拡大図(図4(c))に示されるように、分割炎口ユニット52、52の淡炎口18を覆っている面には、丸形の貫通孔56、56が淡炎口18の幅方向に2つ並ぶようにそれぞれ穿設されている。
上記第一実施形態から第三実施形態に係る炎口ユニットには、プレス加工等によって、簡単に、寸法精度良く、所定寸法で貫通孔を穿設させることができる。
さらに、他の実施形態として、炎口ユニットを所定の厚みを有する鋳造品やダイカスト品とすることもできる。鋳造品は、例えば、アルミ、亜鉛、マグネシウム、銅合金等の合金などの金属を溶融させ、寸法設計された鋳型に注入して鋳造することにより製造される。ダイカスト品は、これらの溶融金属を寸法設計された金型に流し込み、射出成形することにより製造される。このとき、鋳型や金型の内部に、寸法設計された円筒形および/または角形の突起部などを予め備えておくことにより、寸法精度高く、所定寸法で貫通孔を形成させることができる。
以上、本実施形態に係る濃淡燃焼バーナの炎口ユニットには、所定寸法を有する貫通孔が複数設けられているが、その寸法(例えば、縦幅や横幅、内径など)は、特に限定されるものではない。また、貫通孔を穿設する数も、特に限定されるものではない。貫通孔の形状は、角形のみ、丸形のみ、あるいは角形と丸形とを組み合わせたものとすることができるが、これらの形状に限定されるものではない。その組み合わせにおいて、角形と丸形とを交互に配置するものに限られることはない。
また、本実施形態に係る濃淡燃焼バーナの炎口ユニットは、所定の厚みを有するものが良い。例えば、淡炎口18に供給されてきた空気比の高い混合気を確実に整流化させるために、その板厚を0.5mm以上とすることが好ましい。
淡炎口18に設置される炎口ユニットには、燃焼用空気が多く供給されるため、その風量は多くなっている。この風量が多くなると、供給された空気比の高い混合気に流れの乱れが発生しやすくなり、噴出される火炎が安定しなくなる。このような供給される混合気に流れの乱れを作らないように整流化するために、供給される空気比の高い混合気の風量と炎口ユニットの厚みとを考慮して、貫通孔の寸法や数を適宜定めることができる。また、このような、貫通孔を穿設する方法は、供給される空気比の高い混合気の風量条件等に合わせて寸法設定できるメリットがある。
そして、例えば、このように構成された濃淡燃焼バーナ10においては、炎口ユニット16が淡炎口18に組付けされて、炎口ユニット16の貫通孔38によって淡炎口18が一定寸法(貫通孔38の寸法)とされる。一方、淡バーナユニット12と濃バーナユニット14とが組み付けされて、淡炎口18の両側に濃炎口20が形成される。
よって、この濃淡燃焼バーナ10を図示しない取付枠に取付けて、取付枠に固定した図示しないノズル台から淡ガス入口24および濃ガス入口34へ燃料ガスを噴出させると、燃焼用空気とともに各々のガス入口24、34へ、空気比の高い混合気および空気比の低い混合気となって供給され、ガス通路26、36を通過し、各々貫通孔38および濃炎口20から噴出される。ここで、放電電極等の図示しない着火手段によって着火すると、貫通孔38では淡火炎として、濃炎口20では濃火炎として各々燃焼することになる。
この空気比が高く、風量の多い混合気は、炎口ユニット16を通過する際、貫通孔38によって流れが定められて(整流化されて)、上方へ噴出されることになる。
このような構成の濃淡燃焼バーナ10によれば、空気比の高い混合気を噴出させる複数の貫通孔38を所定寸法に穿設した炎口ユニット16が淡バーナユニット12の淡炎口18に設けられていることから、この淡炎口18を一定寸法にすることができる。これによって、淡炎口18の寸法を安定化させることができる。このように、淡炎口18の寸法が安定化されると、風量の多い混合気であっても、この炎口ユニット16を通過する際、整流化され、噴出される燃焼火炎を安定化させることができる。
また、複数の板金を用いることなく、複数の貫通孔38を穿設した炎口ユニット16を淡炎口18に設けるものなので、従来のものより部品点数を減らして、コスト低減を図ることができる。
そして、所定の厚みを有し、混合気の噴出方向と直交して配される板金により形成された炎口ユニット16なので、安価で簡単な材料により淡炎口寸法を安定化でき、また、部品点数も減らすことができる。
また、濃淡燃焼バーナ48によれば、この炎口ユニット50が、淡炎口18の幅方向の中央位置にこの炎口ユニット50を幅方向に2分割する仕切部58を備えていることから、供給された混合気を供給上流側から分けるため、この淡炎口18に供給される混合気の整流化にさらに寄与するものとすることができる。
さらに、炎口ユニットを、寸法設計された鋳型を用いて合金等の金属を鋳造して得た所定の厚みを有する鋳造品または寸法設計された金型に合金等の金属を射出成形して得られた所定の厚みを有するダイカスト品とすると、寸法精度良く貫通孔を形成することができるとともに、この炎口ユニットを大量生産可能にすることができる。そして、例えば、略コ字状に設計された鋳型または金型を用いると、板金からなるものと比べて、その両端を折り曲げ加工等することが必要ない。
また、濃淡燃焼バーナ10、40、48などによれば、貫通孔が、角形または丸形の簡単な形状なので、例えば、プレス加工や鋳型等により寸法精度良く簡単に貫通孔を形成することができる。角形と丸形とを組み合わせたものは、炎口ユニットの貫通面積を大きくすることができる。
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
例えば、上記実施形態において、炎口ユニット16などは、幅方向の断面形状が略コ字状に限られるものではない。要は、淡炎口18を覆う部材であって、その淡炎口18を覆う部材に所定寸法の貫通孔が複数穿設されていれば良い。
また、炎口ユニット16は、板金1枚によって形成されているが、淡炎口18を覆う方向に、所定寸法に穿設された貫通孔を複数有する板金をさらに1枚設けたものであっても良い。また、板金1枚から形成されている炎口ユニット16に、淡炎口18の幅方向の中央位置からこの炎口ユニット16を幅方向に2分割する仕切部を設けたものであっても良い。
本発明に係る濃淡燃焼バーナは、給湯器などのガス燃焼機器の燃焼バーナに使用することができる。
本発明に係る濃淡燃焼バーナの第一実施形態を表す分解斜視図である。 第一実施形態に係る濃淡燃焼バーナの平面図(a)とそのA−A断面図(b)である。 第二実施形態に係る濃淡燃焼バーナの平面図(a)とそのB−B断面図(b)及びC−C断面図(c)である。 第三実施形態に係る濃淡燃焼バーナの平面図(a)とそのD−D断面図(b)及びE−E断面図(c)である。 従来の濃淡燃焼バーナの平面図(a)とそのF−F断面図(b)である。
符号の説明
10、40、48 濃淡燃焼バーナ
12 淡バーナユニット
14 濃バーナユニット
16、42、50 炎口ユニット
18 淡炎口
20 濃炎口
38、44、46、54、56 貫通孔
58 仕切部

Claims (5)

  1. 燃料ガスと燃焼用空気とを混合した空気比の高い混合気が噴出される淡炎口を形成する淡バーナユニットと、その淡炎口の両側に配置されて空気比の低い混合気が噴出される濃炎口を形成する濃バーナユニットとを有する濃淡燃焼バーナにおいて、前記淡バーナユニットの淡炎口に、前記空気比の高い混合気を噴出させる複数の貫通孔を穿設した炎口ユニットを設けることを特徴とする濃淡燃焼バーナ。
  2. 前記炎口ユニットは、所定の厚みを有し、混合気の噴出方向と直交して配される板金により形成され、その板金に前記貫通孔が穿設形成されていることを特徴とする請求項1に記載の濃淡燃焼バーナ。
  3. 前記炎口ユニットは、前記淡バーナユニットの淡炎口の幅方向の中央位置にこの炎口ユニットを幅方向に2分割する仕切部を備え、この仕切部により仕切られた分割炎口ユニットにそれぞれ前記貫通孔が穿設形成されていることを特徴とする請求項2に記載の濃淡燃焼バーナ。
  4. 前記炎口ユニットは、寸法設計された鋳型を用いて合金等の金属を鋳造して得た所定の厚みを有する鋳造品または寸法設計された金型に合金等の金属を射出成形して得られた所定の厚みを有するダイカスト品であることを特徴とする請求項1に記載の濃淡燃焼バーナ。
  5. 前記貫通孔は、角形および/または丸形の形状を有することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の濃淡燃焼バーナ。
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