JP2007298185A

JP2007298185A - 火炎制御装置及び方法

Info

Publication number: JP2007298185A
Application number: JP2006103742A
Authority: JP
Inventors: Kakuji Ogawara; 加久治小河原; Masayuki Kitazawa; 雅之北澤; Kiichi Ishida; 喜一石田; Daisuke Kuwabara; 大輔桑原
Original assignee: Yamaguchi University NUC
Current assignee: Yamaguchi University NUC
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2006-04-05
Publication date: 2007-11-15

Abstract

【課題】ガスバーナーにおいて、火炎の高さを能動的に制御することで、燃料流速が増大しても火炎の吹き消えを防止するとともに、窒素酸化物を低減する。
【解決手段】ガスバーナー５の火炎制御装置であって、所定周波数・音圧の空気振動波を発生する空気振動波発生手段２と、ガスバーナー５の炎口６外部の周囲に設けられ、前記空気振動波発生手段２で発生した空気振動波を火炎７の外周部に導く複数のノズル４とを有し、前記空気振動波を火炎７の外周部に印加することにより火炎７を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスバーナーの火炎を空気振動波により制御する火炎制御装置及び方法に関する。ガスバーナーであれば、家庭用にも産業用にも用いることができ、ガスコンロ、ガス給湯器、ガス焼却場などにも応用可能である。燃料ガスは、一般に用いられている可燃性ガスであればいずれでもよく、空気を混合したものでもよい。

ガスバーナーにおいて、燃料ガスの流速が増大すると、燃焼時に発生する窒素酸化物の量が減少することが分かっている。しかしながら、燃料ガスの流速が増大しすぎると火炎の吹き消えが生じてしまう。燃料ガスの流速が増大しても火炎の吹き消えが生じないように、火炎の高さを制御できる装置が開発されてきている。

非特許文献１には、ガスバーナーの火炎を側面からスピーカーにより音響励振することにより、火炎の高さや形状を測定することが記載されている。また、特定の音圧や周波数で、火炎の短炎化等の形状変化が観測されることが示唆されている。
菱田学ほか、「２２０３噴流拡散火炎の音響励振による燃焼促進」、Ｎｏ．９８−１日本機械学会第７５期通常総会講演会講演論文集（ＩＩＩ）［１９９８−３．３１〜４．３東京］、ｐ．３４３−３４４

非特許文献１の火炎調節技術は火炎の側面から直接スピーカーで音響波を与えるもので、一般のガスバーナーに応用するのは設置上の問題などがあり困難である。また、単純に側面から音響波を与えるものなので、効果的な火炎の制御は期待できない。

本発明の目的は、一般のガスバーナーにも適用でき、効果的に火炎の高さを制御できる火炎制御技術を提供することである。また、火炎の高さを能動的に制御することで、燃料流速が増大しても火炎の吹き消えを防止するとともに、窒素酸化物を低減することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は以下の構成となっている。

ガスバーナーの火炎制御装置であって、所定周波数・音圧の空気振動波を発生する空気振動波発生手段と、ガスバーナーの炎口外部の周囲に設けられ、前記空気振動波発生手段で発生した空気振動波を火炎の外周部に導く複数のノズルとを有し、前記空気振動波を火炎の外周部に印加することにより火炎を制御することを特徴とする火炎制御装置。

ガスバーナーの火炎制御方法であって、所定周波数・音圧の空気振動波を、ガスバーナーの炎口外部の周囲に設けられた複数のノズルを介して火炎の外周部に導き、前記空気振動波を火炎の外周部に印加することにより火炎を制御することを特徴とする火炎制御方法。

また、以下の実施態様を有する。

前記複数のノズルは、前記空気振動波を前記炎口中心から少しずれた方向に印加するような向きに配置されている。

前記空気振動波の、周波数及び音圧の少なくとも一方を制御することにより、前記火炎の高さを制御する。

前記空気振動波発生手段で発生した空気振動波を前記ノズルに伝達するための空気振動波伝播通路を有することを特徴とする。

前記複数のノズルごとに空気振動波発生手段を設ける。

前記空気振動波発生手段は、スピーカー、アクチュエーター又は圧電素子である。

複数のノズルを用いて空気振動波を火炎の外周部に印加することにより、効果的に火炎の高さの制御ができるということが実験的に確認された。これは、火炎の外周部に空気振動波を印加することにより火炎の外周部に空気の振動旋回流が発生し、この空気の振動旋回流により燃料ガスと空気との反応が促進され、燃焼効率が向上することによるものと考えられる。また、この燃料効率の向上により火炎の高さを制御でき、燃料ガスの流速を増大させても火炎の吹き消えを抑えることができる。さらに、窒素酸化物の発生量を低減させることもできる。

また、複数のノズルを用いて空気振動波を火炎の外周に印加しているので、装置の設置場所に融通が利き、一般のガスバーナーに適用させやすいという効果がある。さらに、装置の構成によっては、既存のガスバーナーに適用することも可能である。

図1は本発明の実施例の全体の概略図、図２は図1の実施例を上から見た図である。本実施例の火炎制御装置は、空気振動波の周波数及び音圧を制御する制御装置１、空気振動波を発生させる空気振動波発生手段２、空気振動波発生手段２で発生した空気振動波をノズル４へ伝達する空気振動波伝播通路３、火炎７の外周部へ空気振動波を導く複数のノズル４で構成されている。空気振動発生手段２は、音波などの空気振動を発生させるもので、スピーカー、アクチュエーター、圧電素子などである。空気振動波伝播手段３は、空気振動波を伝播するチューブ等である。複数のノズル４は空気振動波を火炎の外周部に導くもので、細い中空管などであり、火炎７の中心軸に対して円周上に配置されている。制御装置１で周波数及び音圧を制御して空気振動波発生手段２で空気振動波を発生させる。空気振動波発生手段２で発生した空気振動波は、空気振動波伝播通路３を通り、複数のノズル４に伝播される。複数のノズル４から照射された空気振動波は火炎７の外周部に印加され、火炎７の制御をする。複数のノズル４は、空気振動波を火炎７の中心軸から少しずれた方向に印加するような向きに配置されている。

図５に本実施例の実験結果のグラフを示す。グラフの横軸は空気振動波の周波数、縦軸は吹き消え限界燃料流速を示している。この吹き消え限界燃料流速以上の燃料流速になると、火炎は吹き消えてしまう。この吹き消え限界燃料流速が大きいほど燃焼効率が良く、燃料流速を大きくすることができ、窒素酸化物の発生量を低減させられる。グラフは、火炎中心軸方向を０°とした場合の空気振動波の照射角度別にプロットされている。このグラフを見ると、空気振動波の照射角度が０°（０ｄｅｇ）以外で、顕著な効果があることがわかる。すなわち、空気振動波を火炎中心軸から少しずれた方向に印加することで顕著な効果がある。なかでも照射角度３０°（３０ｄｅｇ）は本実験で用いた全周波数域において安定的な性能を示している。また、空気振動波の照射角度０°（０ｄｅｇ）でも、印加する周波数（本実験結果では４０Ｈｚ）によっては、効果が有ることが分かる。このように、空気振動波を火炎の外周部に印加することで、燃焼効率を上げられ、燃料流速を上げることができ、窒素酸化物の発生量を低減させられることがわかる。

図３は本発明の別の実施例を表す図である。図３も上から見た図であり、主な構成は図２と同様である。図２の実施例では、空気振動波発生手段２は１つで、空気振動波発生手段２で発生した空気振動波を複数のノズル４に分配していたが、図３の実施例では各ノズルごとに個別に空気振動波発生手段２を設けている。このようにすることで、空気振動波伝播通路３を設ける必要が無くなり、火炎周囲のスペースが狭いなどで空気振動波伝播通路３の設置が困難な場合には有利な構成である。また、ノズル４ごとに空気振動波発生手段２があるので、空気振動波発生手段２ごとに異なる位相の空気振動波を発生することができ、よりきめ細かい制御が可能になる。

図４は、本発明をガスコンロやガス給湯器などの複数の炎口を有するガスバーナーに応用した場合の実施例を示している。図４は上から見た図である。炎口６の間隔が狭い場合、本実施例のように隣り合う炎口６で空気振動波の旋回方向を異ならせることで、狭いスペースでも効果的に火炎の制御ができる。

上記実施例以外にも、ノズル４の配置や向き、空気振動波発生手段２の個数、空気振動波の位相などを変えることで、様々な実施の形態が考えられる。

本発明の実施例の全体の概略図。図1の実施例を上から見た図。本発明の別の実施例（上から見た図）。複数炎口を有するガスバーナーへの応用例。吹き消え限界燃料流速の実験結果のグラフ。

符号の説明

１制御装置
２空気振動波発生手段
３空気振動波伝播通路
４ノズル
５ガスバーナー
６炎口
７火炎

Claims

ガスバーナーの火炎制御装置であって、
所定周波数・音圧の空気振動波を発生する空気振動波発生手段と、
ガスバーナーの炎口外部の周囲に設けられ、前記空気振動波発生手段で発生した空気振動波を火炎の外周部に導く複数のノズルとを有し、
前記空気振動波を火炎の外周部に印加することにより火炎を制御することを特徴とする火炎制御装置。
前記複数のノズルは、前記空気振動波を前記炎口中心から少しずれた方向に印加するような向きに配置されていることを特徴とする請求項１記載の火炎制御装置。
前記空気振動波の、周波数及び音圧の少なくとも一方を制御することにより、前記火炎の高さを制御することを特徴とする請求項１〜２記載の火炎制御装置。
前記空気振動波発生手段で発生した空気振動波を前記ノズルに伝達するための空気振動波伝播通路を有することを特徴とする請求項１〜３記載の火炎制御装置。
前記複数のノズルごとに空気振動波発生手段を設けることを特徴とする請求項１〜４記載の火炎制御装置。
前記空気振動波発生手段は、スピーカー、アクチュエーター又は圧電素子であることを特徴とする請求項１〜５記載の火炎制御装置。
ガスバーナーの火炎制御方法であって、
所定周波数・音圧の空気振動波を、ガスバーナーの炎口外部の周囲に設けられた複数のノズルを介して火炎の外周部に導き、
前記空気振動波を火炎の外周部に印加することにより火炎を制御することを特徴とする火炎制御方法。