JP2010501818A - ガスバーナーの炎孔部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な費用で製作可能な構造でありながらも火炎の安定性を高め、火炎の延長による不完全燃焼を防止できるガスバーナーの炎孔部構造を提供する。
【解決手段】ボイラーの熱交換器に熱を加えるように設置される予混合燃焼バーナーに備えられ、所定間隔で多数の炎孔２３が形成された複数の炎孔片２０をバーナー本体１１の装着具１３に並列に設置して形成された炎孔部構造である。炎孔片２０は、上面部２１が少なくとも二つ以上の方向に向かうように折曲又は屈曲された形態に形成され、上面部２１の相異なる方向に向かう各面に相異なる方向に向かうように炎孔２３が形成される。

Description

本発明は、炎孔を通じた火炎の衝突噴射によって火炎の安定性を向上させ、不完全燃焼物の発生を減少させることができるガスバーナーの炎孔部構造に関する。

一般に、ボイラーや給湯器などに使用されるガスバーナーとして、以前にはブンゼンバーナーが使われたが、最近には公害物質の発生を減らし、燃焼室を小型化するために予混合燃焼方式のバーナーを主に使用している。

このような予混合燃焼バーナーには、燃料ガスと空気の予混合気を吐出させて火炎を形成するように多数の炎孔が形成された炎孔部が備わっているが、以前の炎孔部は、平板や円筒形からなる一つの板材に炎孔を穿孔した構造が使われていた。しかし、このような構造は、熱応力による変形によりバーナーの燃焼面がねじれたり、炎孔が損傷したり、不完全燃焼と逆火を誘発したりする恐れが高い問題があった。

このような短所を補完するために、金属繊維を織ったメタルファイバーマットやセラミックを焼結して製造したセラミック板などを用いた炎孔部構造も使われているが、このような構造は材料費が高く、製作方法が複雑で、製造原価が高くなり、予混合器の構造が複雑になることによる圧力損失の増加によって火炎が不安定になったり騒音が発生したり、それぞれの構造的特性による短所、例えばメタルファイバーマットの場合には柔軟性ゆえに、組立作業時の引っ張りによる変形、設置後のたわみなどにより燃焼面と炎孔が不均一に変形したり、セラミック焼結板構造の場合には上部に設置される熱交換器の凝縮水が落ちて炎孔面が損傷したりするなど多くの問題点があった。

そのため、金属板材を用いた安価な構造でありながらも、金属板材で形成されることによる熱応力による変形問題を解決できるように改善された炎孔部構造が知られている。この炎孔部構造が図１に示されている。

図示された従来の炎孔部は、バーナー本体１００の上部に形成された装着具１１０に複数の炎孔片１２０を並列に設置して形成されたもので、各炎孔片１２０は下向開口された「逆コ」字の形断面形状を有するように折り曲げられた長いチャネル形態で形成され、その上面部に所定の間隔で多数の炎孔１２１が形成される。各炎孔片１２０の両端部は固定カバー１２３及びボルトによって、バーナー本体１００に固定される。

このような炎孔部構造は金属板材を加工した炎孔片１２０で形成されるので、その製造費用が安く、分離した各炎孔片１２０が個別に固定されて熱応力による炎孔部全体の変形を減らすことができ、炎孔片１２０の装着個数を調節して、バーナーの発熱容量を容易に調節できるなどの長所がある。

しかし、予混合燃焼バーナーの火炎はブンゼンバーナーの拡散火炎と異なり、燃焼可能領域が狭い特性を有しており、例えば、メタンが主成分であるＬＮＧを燃焼させた理想的な予混合燃焼火炎の場合、過剰空気比１．６以上では火炎が形成されない。実際に予混合燃焼器では、燃料と空気の混合が理想的に形成されない関係で、過剰空気比１．７程度まで燃焼が行われる場合もあるが、このような場合は火炎が飛ばされ不安定になる。

したがって、従来のように平面からなる炎孔片１２０の上面部に備わった炎孔１２１を通じて火炎が形成される場合、保炎構造を有することができず、リフティング現象により火炎が不安定な状態になりやすく、予混合器の負荷、例えば、流量や速度が増加することによって火炎の長さも増加するため、燃焼器の上側に設置される熱交換器に火炎が直接接触する可能性が多く、このような場合、火炎温度の低下に伴う不完全燃焼によって一酸化炭素などの公害物質が多量に発生する問題点があった。

本発明は、安価な費用で製作可能な構造でありながらも、火炎の安定性を高め、火炎の延長による不完全燃焼を防止できるガスバーナーの炎孔部構造を提供する。

以上のように本発明によれば、垂直方向に対して傾いた二つ以上の方向に形成された炎孔を通して、隣接する炎孔板間に火炎の衝突噴射がなされるようにすることによって、保炎性が向上して高負荷燃焼時にも良好な火炎安定性を維持でき、火炎の垂直方向の長さが短縮され、熱交換器と火炎の接触による不完全燃焼を防止でき、バーナーの大きさをさらに小型化しながらも、燃焼負荷を高めることができる効果がある。

また、要求性能と条件により炎孔片の形態又は配列を異なるようにして、前述した効果を満足あるいは増進させながらも、設計条件に適したバーナーを提供することができる。

また、炎孔片の上面部を折曲又は屈曲された形態で形成して、変形強度を増加させることによって、複数の炎孔片が一つの板材からなる構造で炎孔部を構成しても熱応力による変形を減らすことができるため、一層耐久性が向上した炎孔部構造を提供することができる。

従来のガスバーナーの炎孔部構造を示した斜視図である。 本発明に係るガスバーナーの炎孔部構造の第１実施形態を示した斜視図である。 図２に示された実施形態による炎孔部構造の要部を示した断面図である。 本発明に係る炎孔部構造の第２実施形態を示した斜視図である。 本発明に係る炎孔部構造の第３実施形態を示した斜視図である。 本発明に係る炎孔部構造の第４実施形態を示した斜視図である。 本発明に係る炎孔部構造の第５実施形態を示した斜視図である。 本発明に係る炎孔部構造の第６実施形態を示した斜視図である。 本発明に係る炎孔部構造の第７実施形態を示した斜視図である。

前記目的を達成するために本発明は、ボイラーの熱交換器に熱を加えるように設置される予混合燃焼バーナーに備えられ、所定間隔で多数の炎孔が形成された複数の炎孔片をバーナー本体の装着具に並列に設置して形成された炎孔部構造であって、前記炎孔片のうち少なくとも一つは上面部が少なくとも二つ以上の方向に向かうように折曲又は屈曲された形態で形成され、前記上面部の相異なる方向に向かう各面別に相異なる方向に向かうように炎孔が形成されたガスバーナーの炎孔部構造である。

上述した本発明の目的、特徴及び長所は、次の詳細な説明を通じて、さらに明らかになる。以下、添付された図面を参照し、本発明に係る好ましい実施形態について詳細に説明する。

図２は本発明に係るガスバーナーの炎孔部構造の第１実施形態を示した斜視図であり、図３はその要部構造を示した断面図である。

図２及び図３に示された実施形態のように、本発明の炎孔部構造は、バーナー本体１１の上部に形成された複数の装着具１３に各々複数の炎孔片２０が連接して並列に設置された構造からなる。

前記バーナー本体１１は、通常のもので、図示してはいないが、その下部に燃料ガスと空気が混合されるマニホールドが結合し、このマニホールドに燃料供給のためのガス供給管及び空気供給のための送風器が結合し、これは公知の構造であるので詳細な説明を省略する。

前記バーナー本体１１の内部には、隔壁１２によって区切られた予混合気収容空間１４が容量により複数形成され、各収容空間１４は上向開口され、その上部に前記装着具１３が形成された構造を有する。

前記炎孔片２０は縦方向に沿って中央部が上面部２１をなすように横方向の両側が下向きに折り曲げられ、下向開口されたチャネル形態で形成されるものの、前記上面部２１は上側に突出したくさび形断面形態を有するように折曲形成され、折曲ライン２４によって区分された両面別に多数の炎孔２３が形成されて、各炎孔２３を通じた予混合気の吐出方向が垂直方向に対して傾いた方向になるように構成される。また、折曲ライン２４の両側面に形成された各炎孔２３は両側の炎孔２３が同一の位置ではなく、互い違いの位置に形成されるように配列されるのが好ましい。

前記バーナー本体１１の各装着具１３の両側端の部分には各々固定溝１６が形成され、各炎孔片２０の両側縦端部には前記固定溝１６に載置される支持突起２７が形成され、この支持突起２７の上部を加圧するようにボルト１７によってバーナー本体１１に締結される固定板１５によって炎孔片２０が固定される。また、各炎孔片２０の両側面部には熱応力によるねじれ防止及び冷却促進のため多数の凹溝２５が形成される。

上述した通り、本発明の炎孔部構造は、炎孔片２０の上面部２１が折り曲げられて、相異なる方向に向かう二つの傾斜面が形成され、この二つの傾斜面に炎孔２３が形成された構造なので、図３に示すように、各炎孔２３を通じて形成される火炎の噴射方向が垂直方向に対して傾いた方向になると同時に、隣接する炎孔片２０の炎孔２３を通じて形成される火炎が互いに衝突しながら、保炎構造を形成するようになる。

これによって、従来の平板型火炎片に比べて、火炎の保炎性が向上し、火炎の空気比又は予混合器の負荷を高めても、火炎のリフティング及びそれによる不安定性が減少し、火炎の垂直方向の長さが短縮されて、熱交換器に火炎が直接接する場合に憂慮される一酸化炭素などの不完全燃焼物の発生も防止できるようになる。したがって、このような炎孔部構造の適用を通じて、バーナーの燃焼室の高さを低くでき、単位面積当りの熱負荷を高められるため、一層小さいサイズのバーナー構造でさらに高負荷の燃焼を実現できるようになる。さらに、炎孔片２０の幅と炎孔２３間の間隔を同一にする場合、従来に比べて各炎孔２３の長さはおよそ半分程度に減り、その数量はほぼ二倍程度に増加するので、このような効果は一層増大できる。

また、折曲ライン２４の両側面の炎孔片２０が互い違いの位置に配置されるようにすることによって、各炎孔片２０に炎孔２３を狭い間隔でぎっしりと形成した場合にも、隣接する炎孔２３を通じて形成された火炎が必要以上に衝突したり合わされるのを防止するため、さらに高負荷の燃焼が可能で燃焼強度の調節が容易なバーナー構造を実現することができる。また、同じ理由で、図示してはいないが、隣接して設置された二つの炎孔片２０の互いに向き合う炎孔２３も互い違いの位置になるように形成することができる。

一方、図示された実施形態では前記炎孔片２０が上側に突出したくさび形断面を有する形態で折り曲げられたものを例示したが、本発明はこれに限定されるのではなく、炎孔片２０に形成された炎孔２３が二つ以上の方向に向かうように炎孔片２０の上面部が二つ以上の方向に向かうように折曲又は屈曲形成された多様な形態で形成され得る。たとえば、図８に示すように、前記実施形態と類似に各炎孔片２０の上面部２１がくさび形断面形態を有するようにするものの、前述した実施形態と反対に折曲ライン２４の形成部が下側に向かうように、すなわちバーナー本体１１の内側に窪んだ形態で形成され得る。

また、このようなくさび形断面形態だけではなく、図４に示すように、前記炎孔片２０の上面部２１がほぼ円弧形の断面形態を有するように屈曲して形成され、この上面部２１の二つ以上の位置に垂直方向に対して傾いた方向に向かうように炎孔２３が形成された構造で形成されてもよい。このような形態の場合にも、前述したくさび形構造と同じように、図９に示すように、上面部２１が内側に窪んだ形態で形成され得る。

場合によっては、前記炎孔片２０が全て同一の形態で形成されない場合もある。たとえば、図５に示すように、従来の炎孔片１２０と類似に平面形態の上面部２１ａを具備した炎孔片２０ａと、上述したように上面部２１が折曲又は屈曲形成された立体型炎孔片２０とが交互に配置されるようにするなど、異なる形態の炎孔片２０、２０ａが混合設置された構造で形成されてもよい。図５に示すように、炎孔片２０、２０ａを設置する場合には、平面形炎孔片２０ａを通じて形成された火炎の両側が、立体型炎孔片２０を通じて形成された火炎と衝突するようになるので、前述したような保炎性及び火炎安定性の向上効果を得ることができるだけでなく、火炎の衝突角度と間隔を一層広い範囲で容易に調節できる長所がある。

また、図５に示すように、バーナー本体１１の装着具１３の両側端に配置される炎孔片２０ｂの場合、火炎がバーナー本体１１に接触することによって発生し得る火炎の不安定と不完全燃焼を防止するために、炎孔片２０ｂの上部両面のうち他の炎孔片２０、２０ａに向かう面にだけ炎孔２３が形成され、バーナー本体１１の壁面に向かう部分には炎孔２３が形成されない構造で形成されるのが好ましい。

上記の通り、装着具１３の両側端に配置される炎孔片２０の他の実施形態として、図６に示すように、炎孔部内側に向かう面には傾斜面２８が形成され、炎孔部外側に向かう面は装着具１３の壁面に密着するように垂直面２９を形成し、前記傾斜面２８にだけ炎孔２３が形成された構造で炎孔片２０が形成されてもよい。

また、前述した実施形態では各炎孔片２０が分離した個別部材で形成されたものを例示したが、場合によっては図７に示すように、一つの板材を折曲加工し、複数の炎孔片２０が一つの部材からなる構造で形成されてもよい。このような場合、各炎孔片２０の上面部２１が折曲又は屈曲された形態で形成されて変形に対する強度が増加し、下側に凹溝２５が形成されて応力を分散させられるようになるので、各炎孔片２０が分離した構造ではなくても、熱応力による変形を従来の板材形態の炎孔部構造に比べて減らせる長所がある。

本発明は、安価な費用で製作可能な構造でありながらも、火炎の安定性を高め、火炎の延長による不完全燃焼を防止できるガスバーナーの炎孔部構造を提供することができる。

Claims (5)

1. ボイラーの熱交換器に熱を加えるように設置される予混合燃焼バーナーに備えられ、所定間隔で多数の炎孔２３が形成された複数の炎孔片２０をバーナー本体１１の装着具１３に並列に設置して形成された炎孔部構造であって、
   前記炎孔片２０のうち少なくとも一つは上面部２１が少なくとも二つ以上の方向に向かうように折曲又は屈曲された形態で形成され、前記上面部２１の相異なる方向に向かう各面別に相異なる方向に向かうように炎孔２３が形成されたガスバーナーの炎孔部構造。
2. 前記炎孔片２０の上面部２１が外側に突出したり内側に窪んだくさび形又は円弧形断面形態からなることを特徴とする請求項１に記載のガスバーナーの炎孔部構造。
3. 前記炎孔片２０のうちバーナー本体１１の装着具１３の両側端の部分に設置される炎孔片２０ｂは、相異なる方向に向かう各面のうち隣接する炎孔片２０に向かう面にだけ炎孔２３が形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスバーナーの炎孔部構造。
4. 前記炎孔片２０の相異なる方向に向かう面に形成された各炎孔２３は各面別に相異なる位置に互い違いに配列されるように形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスバーナーの炎孔部構造。
5. 前記炎孔片２０は一つの板材を折曲加工し、複数の炎孔片２０が互いに連結した一つの部材で形成されるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスバーナーの炎孔部構造。

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