JP2013145075A - 灯火形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】管状火炎の安定高負荷燃焼等の特徴を残しながら、輝炎を形成し、火炎輻射をも利用できる灯火形成装置を提供する。
【解決手段】円筒状のバーナ本体１内面に接線方向に向けて燃焼用空気を噴出させる噴出部４を備え、軸方向における一端の壁面１ａに、軸方向燃料噴射部６を備え、他端１ｂに透明管部材２を連通接続するとともに、軸方向燃料噴射部６は、燃焼用空気が燃焼空間Ａにおいて旋回しつつ燃料と混合し管状火炎を形成して燃焼するとともに、輝炎形成領域Ｂに輝炎を形成可能な輝炎形成燃焼姿勢と、燃焼用空気が燃焼空間Ａにおいて予混合され、燃焼空間Ａ内において青炎を形成して燃焼する青炎形成燃焼姿勢との間で姿勢変更自在に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、円筒状の燃焼空間において混合気が管状火炎を形成して燃焼するバーナに関し、特に、天然ガス等の気体燃料を輝炎燃焼させ、装飾的な火炎を形成する灯火形成装置に関する。

従来、円筒状の燃焼空間を形成するバーナ本体内面に、接線方向に向けて空気と燃料ガスとの混合気を噴出させてまたは空気と燃料ガスとを各別に噴出させて、管状火炎を形成して燃焼する管状火炎バーナが知られており（たとえば、特許文献１、２参照。）、この管状火炎バーナの特徴を利用した応用開発が進められている。
また、このような管状火炎バーナを用いた輝炎バーナが開発されている（特許文献３）。

特開平１１−２８１０１５号公報 特開平１１−２８１０１８号公報 特開２００９−２２２２９１号公報

上記管状火炎バーナでは、燃焼空間内に管状火炎を形成して安定した高負荷燃焼等を実現することができる。このような火炎バーナに形成される輝炎は、大気中の拡散火炎に比べて温度が高く、比較的高空気比（たとえば、１．３）でも輝炎状態を保つため、煤が残りにくくかつ輻射が強い。

しかし、上記特許文献１、２に記載された管状火炎バーナで混合気を燃焼させると、一般に不輝炎が形成されるため、装飾的な輝炎は形成されず、燃焼量と空気比が適当な範囲内にある場合、当該混合気は管状火炎バーナの燃焼空間内でほぼ燃焼を完了し当該燃焼空間の外には火炎が存在しないため、当該管状火炎バーナの火炎輻射を利用することも困難となる。

また、このようにして高空気比で火炎を形成すると、バーナ本体内の円筒状の燃焼空間で高負荷な燃焼が継続するとともに、燃料ガス、燃焼用空気、燃焼排ガスの複雑な気流により、騒音が発生し、装飾的な輝炎を提供したい環境が静音を必要とする灯火形成装置としては不都合がある場合も発生する。

本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、管状火炎の安定高負荷燃焼等の特徴を残しながら、輝炎を形成し、火炎輻射をも利用できる灯火形成装置を提供する点にある。

〔構成１〕
上記目的を達成するための本発明の灯火形成装置の特徴構成は、
円筒状の燃焼空間を形成するバーナ本体内面に接線方向に向けて燃料ガスと燃焼用空気とを混合して、あるいは別個に噴出させる噴出部を備えるとともに、前記バーナ本体における前記燃焼空間の軸方向における一端の壁面に、軸方向に燃料ガスを噴射させる軸方向燃料噴射部を備え、前記バーナ本体における前記燃焼空間の軸方向における他端に透明管部材を連通接続するとともに、前記透明管部材内側に輝炎形成領域を形成し、
前記軸方向燃料噴射部は、前記噴出部から噴出した燃焼用空気が前記燃焼空間において旋回しつつ燃料ガスと混合し管状火炎を形成して燃焼する状態で、軸方向燃料噴射部から噴射した燃料ガスが前記輝炎形成領域に輝炎を形成可能な輝炎形成燃焼姿勢と、燃料ガスが前記噴出部から噴出した燃焼用空気と前記燃焼空間において予混合され、前記燃焼空間内において青炎を形成して燃焼する青炎形成燃焼姿勢との間で姿勢変更自在に設けられている点にある。

〔作用効果１〕
本特徴構成によれば、噴出部から噴出された燃料ガス（以下単に燃料と記載する場合がある）と燃焼用空気とが混合気となり、この混合気が燃焼空間内で燃焼して形成される管状火炎（の可視光発光部分）は、燃焼空間を形成するバーナ本体の内面（内壁面近傍）に沿って且つ内面からわずかに浮きあがった状態で、管状（中空の円筒状）に形成される。その管状火炎の中空部分は、ほぼ燃焼反応を終えた（正確にはＣＯがＣＯ₂に、ＯＨがＨ₂Ｏに変化する反応を一部残した）高温の燃焼ガスであり、その燃焼ガスが燃焼空間の一端から他端に向かって、旋回しながら全体として軸方向に流動する。

そして、燃焼空間の軸方向における一端の壁面部に配置された軸方向燃料噴射部から管状火炎の中心に向けて燃料ガスが噴射されると、燃焼に先立って、あるいは並行してこの燃料ガスは熱分解されて高エネルギーの煤が形成される。この煤が加熱されることにより黒体輻射に準じた固体輻射が発せられ、燃焼空間の軸方向における他端から輝炎が良好に形成される。さらに、燃料ガスおよび煤が、管状火炎によって高温（管状火炎の中心部の燃焼ガス温度は、対流によって燃焼空間の周部壁面（バーナ本体の内面）に熱を奪われることがないため、ガス輻射を無視すれば、断熱火炎温度と等しくなる。）に加熱されることにより、通常の拡散火炎から発せられる輝炎よりも強い輻射が得られる。

また、軸方向燃料噴射部は燃焼空間の軸方向における一端の壁面部に配置されているので、当該軸方向燃料噴射部から噴射される燃料ガスは管状火炎の中空部分の低酸素な燃焼ガスと混合されて緩慢に分解・燃焼しながら螺旋状に通流し、当該燃焼空間を出たところでその大部分を輝炎燃焼させることができる。すなわち、管状火炎またはその燃焼で形成される酸素含有高温燃焼ガスによって輝炎を包み込んで燃焼させることができるので、当該輝炎部分およびその下流で煤の大部分が燃焼し、輝炎燃焼後の煤の量を通常の拡散燃焼による輝炎に比べて格段に少なくすることができる。

特に、この燃焼が、燃料ガスと燃焼用空気とを燃焼空間内で混合するいわゆる拡散燃焼の構成をとる場合、一般に、逆火がなく、混合器が必要なく、しかも燃焼量の絞り比（ＴＤＲ：ターンダウン比）を大きくとることができる。また、燃焼空間内において混合気の不均一性が生じる可能性があるが、当該不均一性に起因して輝炎による輻射を大きくすることができる。さらに、暖炉等の火炎を鑑賞する用途には、不均一な輝炎（火炎）の方が動きが出て、演出効果が増大する効果も得られる。

よって、管状火炎の安定高負荷燃焼等の特徴を残しながら、さらに、輝炎を形成し、火炎輻射をも確実に利用することができる。

ここで、前記バーナ本体における前記燃焼空間の軸方向における他端に透明管部材を連通接続するとともに、前記透明管部材内側に輝炎形成領域を形成してあるから、燃焼空間を出たところで形成される輝炎は、前記透明管部材内側の輝炎形成領域にて形成されるから、この輝炎を安定に保持して、装飾用かつ火炎輻射用として利用することが可能となる。

このとき、前記透明管部材内側の輝炎形成領域では、高エネルギーの煤が燃焼してガス化するが、このような反応は常に１００％完全に進行するわけではなく、一部が未反応のまま透明管部材の内側に付着する場合がある。特に、燃焼空間内における燃焼開始時や、酸素不足による不完全燃焼時には、煤の発生が避けられないと考えられている。このような煤の付着を抑制するためには、前記燃焼空間内における燃料の燃焼状態をより完全燃焼が行われやすい状態に調整することが好ましい。そのために、輝炎を形成させつつ燃焼を行う定常燃焼状態としての輝炎形成燃焼を行うまえに、まず供給される燃料を完全燃焼させる燃焼状態を形成することが考えられる。

そこで、前記軸方向燃料噴射部を、輝炎形成燃焼姿勢と、青炎形成燃焼姿勢との間で姿勢変更自在に設けておけば、燃焼開始時には、まず、燃料ガスが燃焼用空気と予混合されやすい青炎形成燃焼姿勢とすることで、前記噴出部から噴出した燃焼用空気が前記燃焼空間において予混合され、前記燃焼空間内において青炎を形成して燃焼する青炎形成燃焼姿勢で燃焼を行うことで、煤の発生を抑制しながら燃焼を開始することができるとともに、この際の燃焼熱で、透明管部材を予熱しておくことができる。そして燃焼状態がより安定したところで、輝炎形成燃焼姿勢とすることで、前記噴出部から噴出した燃焼用空気が前記燃焼空間において旋回しつつ燃料と混合し管状火炎を形成して燃焼するとともに、前記輝炎形成領域に輝炎を形成可能な輝炎形成燃焼姿勢で燃焼を行うことによって、煤の発生しにくい運転条件を維持することができ、透明管部材に対する煤の付着を効率よく抑制することができる。

また、青炎形成燃焼姿勢で燃焼状態を安定させ、輝炎形成燃焼姿勢で輝炎を形成する燃焼を行う運転動作を行えるから、青炎形成燃焼姿勢で燃焼を安定させている期間に発生する熱で、前記透明管部材が予熱されるから、前記燃焼空間で発生した煤を含む混合気が、輝炎形成領域で急冷されて燃焼が不安定化することも避けられ、この燃焼の不安定化に伴って煤が透明管部材に付着するのを抑制することができる。

また姿勢の変更により、輝炎形成燃焼姿勢としても、たとえば軸方向燃料噴射部の噴射位置や、噴射方向を、前記バーナ本体や透明筒部材の形状、寸法に応じて適宜選択することにより、安定燃焼が行われて、輝炎が形成されやすい姿勢として、同時に騒音の発生しにくい姿勢を選択でき、騒音対策をとることも容易になる。

〔構成２〕
また、前記バーナ本体と前記透明管部材との接続部に、前記バーナ本体内径よりも小径の絞部を設けてあることが好ましい。

〔作用効果２〕
すなわち、絞部を設けることにより、前記バーナ本体の内部に形成される管状火炎は燃焼空間内部に保持されやすく、軸方向燃料噴射部から供給される燃料が、前記管状火炎の影響を受けて、不安定になることもない。さらに、絞部の上流側に形成される負圧により、透明管部材内に形成される輝炎を絞部側に引き寄せて安定化できる。結果、管状火炎と輝炎とがともに安定燃焼を図ることができる。

また、安定燃焼が行われれば、空気比が大きくても混合気の流れ整流することにより騒音が発生しにいように調整することができる。

〔構成３〕
また、前記軸方向燃料噴射部における燃料噴射端部の前記燃焼空間内への進入深さを調整する出退機構を設けることができる。

〔作用効果３〕
上記出退機構を設けてあれば、前記軸方向燃料噴射部における燃料噴射端部の前記燃焼空間内への進入深さを調整することができる。

ここで、燃料噴射端部の前記燃焼空間内への進入深さを少なくすると、前記軸方向燃料噴射部から供給される燃料は、前記燃焼空間において余裕のある広い予混合領域で燃焼用空気と混合できる状態を実現できるため、燃焼初期に青炎を形成して燃焼するようにして、予熱が完了するまで充分な混合状態で燃焼を完結させることができる。
逆に燃料噴射端部の前記燃焼空間内への進入深さを大きくすると、燃料噴射端部から供給される燃料ガスは、高エネルギーの煤を含有している状態で輝炎形成領域に進入するから、前記輝炎形成領域において輝炎が形成される燃焼が実現できる。

すなわち、少なくともこの２位置を切り替えられれば所望の燃焼状態を切換えて実現できるとともに、その２位置間で姿勢変更が可能であれば、より安定燃焼ができ、煤が透明管部材に付着しにくく、騒音の発生しにくい燃焼状態を選択することが容易になる。

〔構成４〕
前記バーナ本体内面に接線方向に向けて噴出する燃焼用空気に燃料ガスを供給する燃料供給部を備えるとともに、前記燃料供給部からの燃料供給量を調節する燃料供給量調整部を設けてあることが好ましい。

〔作用効果４〕
また、燃焼開始時期においては、上記バーナ本体の燃焼領域において、管状火炎の安定燃焼を図る必要性が高く、燃焼領域における管状火炎を形成するためには、前記バーナ本体内面に接線方向に向けて噴出する燃焼用空気に燃料を供給する燃料供給部を備えるとともに、前記燃料供給部からの燃料を燃焼させる方が、前記軸方向燃料噴射部からの燃料を燃焼させるのに比べて、燃焼用空気と燃料との混合を図ることができて効率がよい。逆に、燃焼領域の管状火炎が安定すると、輝炎形成領域に進入する高エネルギーの煤を含む燃料を多くすることが望ましく、この場合、前記軸方向燃料噴射部からの燃料を前記輝炎燃焼領域に向かって噴射する方が効率がよい。

そこで、前記バーナ本体内面に接線方向に向けて噴出する燃焼用空気に燃料を供給する燃料供給部を備えるとともに、前記燃料供給部からの燃料供給量を調節する燃料供給量調整部を設けておけば、前記管状火炎の燃焼状態を安定化したい場合に前記燃料供給部から供給される燃料を燃焼させて燃焼の安定化を図ることができる。

〔構成５〕
また、燃焼開始時と燃焼が安定する定常燃焼時との間で燃焼状態を制御する燃焼状態制御手段を備えるとともに、前記燃焼状態制御手段は、定常燃焼時に前記燃料供給部からの燃料供給量を燃焼開始時の燃料供給量より抑制することもできる。

〔作用効果５〕
構成４の項で述べたように、燃焼開始時には管状火炎の燃焼の安定化を図るためには、前記燃料供給部から燃料供給を行うことが好ましい。しかし逆に、輝炎燃焼を行っている定常運転時には、むしろ、燃料供給部からの燃料供給よりも前記軸方向燃料噴射部からの燃料を必要とする。そこで、前記燃焼状態制御手段は、定常燃焼時に前記燃料供給部からの燃料供給量を燃焼開始時の燃料供給量より抑制することにより、適切な燃料供給バランスを実現することができる。

〔構成６〕
さらに、前記軸方向燃料噴射部からの燃料供給量を調節する軸方向燃料噴射量調節部を設けてあってもよい。

〔作用効果６〕
構成４の項で述べたように、燃焼開始時と、定常燃焼時とでは供給される燃料の燃焼到達位置は相違する。そこで、前記軸方向燃料噴射部からの燃料供給量を調節する軸方向燃料噴射量調節部を設けて、燃焼初期と定常燃焼との間で軸方向に供給されるべき燃料の量も変更可能としてあれば、より適切に燃料供給バランスの調整が行える。

〔構成７〕
また、燃焼開始時と燃焼が安定する定常燃焼時との間で燃焼状態を制御する燃焼状態制御手段を備えるとともに、前記燃焼状態制御手段は、燃焼開始時に、前記軸方向燃料噴射量調節部からの燃料供給量を定常燃焼時の燃料供給量より抑制することができる。

〔作用効果７〕
構成４の項で述べたように、燃焼開始時には管状火炎の燃焼の安定化を図るためには、前記燃料供給部から燃料供給を行うことが好ましく、この場合、前記軸方向燃料噴射量調節部からの燃料供給量を定常燃焼時の燃料供給量より抑制することによって適切な燃料供給バランスを実現することができる。

実施形態における灯火形成装置の概念図、（ａ）は縦断側面図（ｂ）は横断平面図 実施形態における灯火形成装置の概念図（斜視図） 灯火形成装置の燃焼状態の説明図 別実施形態における輝炎バーナの軸方向に垂直な断面の概念図 別実施形態における輝炎バーナの軸方向に垂直な断面の概念図

本発明にかかる灯火形成装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。
〔バーナ本体〕
図１、２に示すように、本願にかかる灯火形成装置は、軸方向における一端に壁面１ａを有するとともに、他端に開口１ｂを有し、内部に円筒状の燃焼空間Ａを形成するバーナ本体１を備える。また、前記バーナ本体１における前記燃焼空間Ａの軸方向における他端に透明管部材２を連通接続するとともに、前記透明管部材２内側に輝炎形成領域Ｂを形成する。前記バーナ本体１の開口１ｂと前記透明管部材２とは、前記バーナ本体１内径よりも小径の絞部２１を介して接続されている。

前記バーナ本体１は、その燃焼空間Ａに供給する空気を受け入れる空気受入空間３ａおよびその燃焼空間Ａに供給する燃料ガス（燃料）を受け入れる燃料受入空間３ｂを備える。前記燃焼空間Ａはバーナ本体１の中央部に配置され、空気受入空間３ａおよび燃料受入空間３ｂは燃焼空間Ａを挟み込む状態で、バーナ本体１の内面（内壁面部分）と外面（外壁面部分）との間に一対設けられている。

〔噴出部〕
前記バーナ本体１には、前記空気受入空間３ａから燃焼空間Ａを形成するバーナ本体１内面の接線方向に向けて燃焼用空気を噴出させる噴出部としての空気用スリット４を設け、前記空気用スリット４から前記バーナ本体１内面に接線方向に向けて噴出する燃焼用空気に、燃料受入空間３ｂから燃料を供給する燃料供給部としての燃料用スリット５を設けてある。当該空気用スリット４は空気をバーナ本体１の内面の接線方向へ向けて相互に衝突せずに噴出できるように中心をずらせて対向して構成されている。このとき、空気受入空間３ａと、燃料受入空間３ｂとが周方向に交互になるように配置されている。

前記空気用スリット４は、軸方向に連なる状態でバーナ本体１のほぼ全長に亘って当該バーナ本体１の内面に形成されている。燃料用スリット５は、空気用スリット４の流路途中部分に接続され、燃料受入空間３ｂから燃焼空間Ａに燃料ガスを供給する。この空気用スリット４の流路途中に燃料受入空間３ｂから燃料用スリット５を介して燃料ガスを供給することにより、その流路途中において混合気を形成して燃焼空間Ａを形成するバーナ本体１の内面の接線方向に向けて混合気を噴出させ、燃焼空間Ａ内において同一回転方向に旋回させる。また、空気用スリット４から噴出または噴射される空気流量を調整する空気流量調整部６１、燃料用スリット５から噴出または噴射される燃料ガス流量を調整する燃料供給量調整部６２が流量調整弁として設けられている。

また、前記空気用スリット４（噴出部）は、燃焼空間Ａの軸方向に垂直な断面視で回転対称となるように配置されているので、燃焼空間Ａ内に混合気をできるだけ均一に噴出させて当該燃焼空間Ａ内における不完全燃焼の防止、輝炎バーナの不均一な昇温に伴う変形を防止することができる。なお、これら複数の噴出部は、燃焼空間内で同一回転方向の管状火炎を形成することができるように、燃焼空間Ａを形成するバーナ本体１内面の接線方向に同一回転方向に混合気等を噴出させる。

〔軸方向燃料噴射部〕
前記バーナ本体１において、燃焼空間Ａの軸方向における一端の壁面１ａから燃料ガスを軸方向に噴射させる軸方向燃料噴射部６を設けてある。前記軸方向燃料噴射部６は、前記燃焼空間Ａ内に出退駆動自在に設けられるノズル６ａを備え、前記ノズル６ａの先端部（燃料噴射端部）が、前記壁面１ａ近傍まで引退し、燃焼空間Ａの一端より燃料を徐々に供給する青炎形成燃焼姿勢と、前記ノズル６ａの先端部（燃料噴射端部）が、前記壁面１ａ近傍から前記燃焼空間Ａ内方側に突出して、燃料を輝炎形成領域Ｂで輝炎燃焼させる輝炎形成姿勢との間で、燃焼空間Ａ内への進入深さを調整して姿勢変更自在に出退駆動する出退機構７０を設けてある。

前記出退機構７０は、たとえば、前記軸方向燃料噴射部６を燃料噴射管７１ａを保持して円筒の軸方向にスライド可能とするスライド機構７１ｂを設け、燃料噴射管７１ａをスライド移動させる駆動装置７２を設けることによって実現することができる。

また、軸方向燃料噴射部６から噴出または噴射される燃料ガス流量を調整する軸方向燃料噴射量調節部６３が流量調整弁として設けられている。さらに、この空気流量調整部６１からの空気流量、燃料供給量調整部６２、軸方向燃料噴射量調節部６３からの燃料流量および前記出退機構７０による前記ノズル６ａの先端部（燃料噴射端部）の燃焼空間Ａ内への進入深さを制御する燃焼状態制御手段８を備えている。この燃焼状態制御手段８は、ＣＰＵなどから構成されるマイコンにより構成することができ、前記各空気流量調整部６１、燃料供給量調整部６２、軸方向燃料噴射量調節部６３に対する空気、燃料ガスの流量調整や、前記出退機構７０の姿勢制御を、所定のプログラム等に基づいて実行する。

〔燃焼状態の制御〕
図３（ａ）に示すように、燃焼用空気と燃料ガスが供給されると、前記噴出部（空気用スリット４）から噴出した燃焼用空気と燃料供給部（燃料用スリット５）からの燃料ガスとが混合した円筒状の混合気流れと、軸方向燃料噴射部６からの燃料ガスの流れが、燃焼空間Ａに形成される。

可燃限界内の適当な空気比の混合気は、点火すると燃焼し、燃焼空間Ａ内において中空円筒状のいわゆる管状火炎を形成する。管状火炎の中空部分は、ほぼ燃焼反応を終えた（正確にはＣＯがＣＯ２に、ＯＨがＨ２Ｏに変化する反応を一部残した）高温の燃焼ガスであり、その燃焼ガスが、燃焼空間Ａの壁面１ａ側端から他端に形成された開口１ｂに向かって、旋回しながら全体として軸方向に流動する。なお、この状態では、この燃焼空間Ａ内の管状火炎による燃焼により混合気は当該燃焼空間Ａ内でほぼ燃焼が完了し、燃焼空間Ａの他端に設けられた開口１ｂからは燃焼ガスが排出されるのみで、当該開口からは輝炎はほぼ形成されていない状態である。これにより、当該空気用スリット４および燃料用スリット５から混合気を均一な流量分布で供給して形成される管状火炎は、ＣＯやＮＯｘの発生が抑えられている。また、バーナ本体１の内面の近傍や空気受入空間３ａ、燃料受入空間３ｂには燃焼前の温度が低い混合気が存在することとなるため、バーナ本体１の内部に形成された燃焼空間Ａの周部壁面の温度上昇を最小限に抑えることができる。

燃焼開始初期（燃焼開始時）は、前記軸方向燃料噴射部６からの燃料ガス量を抑制して、おもに前記噴出部（空気用スリット４）から噴出した燃焼用空気と燃料供給部（燃料用スリット５）からの燃料ガスとにより前記燃焼空間内で青炎を形成する青炎燃焼を行う。すなわち、前記軸方向燃料噴射部６からの燃料ガスは、前記壁面近傍より徐々に供給されるが、前記輝炎形成領域Ｂに進入した高温の燃焼ガスが輝炎を形成しない状態で燃焼を行う。

燃焼空間Ａ内において管状火炎が形成され混合気の燃焼が行われている状態で、燃料供給部（燃料用スリット５）に供給される燃料ガスを、燃料供給量調整部６２によりその流量を調整しながら軸方向燃料噴射部６から燃焼空間Ａ内の軸方向で管状火炎の中心付近（中空部分）に噴射させると、図３（ｂ）に示すように、燃料ガスは燃焼に先立って、あるいは並行して熱分解され煤が形成される。この煤が加熱されることにより黒体輻射に準じた固体輻射が発せられ、管状火炎による燃焼ガスの流動に伴い燃料ガスおよび煤が燃焼空間Ａの開口１ｂ側端から排出され、輝炎が形成される。さらに、燃料ガスおよび煤が、管状火炎によって高温に加熱されることにより、通常の拡散火炎から発せられる輝炎よりも強い輻射が得られる。なお、軸方向燃料噴射部６は燃焼空間Ａの一端の壁面１ａ中心部に配置されているので、当該軸方向燃料噴射部６から噴射される燃料ガスは管状火炎の中空部分の低酸素な燃焼ガスと混合されて部分的に燃焼し、当該部分燃焼ガスおよび煤は燃焼空間Ａの中空部分を螺旋状に通流し、当該燃焼空間Ａから出たところでその大部分を輝炎燃焼させることができる。すなわち、管状火炎またはその燃焼で形成される燃焼空間Ａ内の周部壁面近傍を螺旋状に通流する酸素含有高温燃焼ガスによって輝炎を包み込んで燃焼させることができるので、当該輝炎部分およびその下流で煤の大部分が燃焼し、輝炎燃焼後の煤の量を通常の拡散燃焼による輝炎に比べて格段に少なくすることができる。

したがって、燃焼開始後、燃焼空間Ａにおける燃焼状態が安定し始めると、前記軸方向燃料噴射部６からの燃料供給料を増加するとともに、前記燃料供給部（燃料用スリット５）から供給される燃料ガスを抑制する制御を行う。すると、前記輝炎形成領域Ｂに輝炎が形成されやすくなる。また、輝炎形成領域Ｂの周壁を形成する透明管部材２は、燃焼開始初期の青炎燃焼状態時に輝炎形成領域Ｂに流入する高温の排気により予熱されているから、前記輝炎を形成する煤を容易には冷却することなく、前記透明管部材２に煤として付着するのが抑制される。

前記燃料の供給量の変更は、燃焼状態制御手段８により空気流量調整部６１および燃料供給量調整部６２および軸方向燃料噴射量調節部６３の開度を調整して行われる。空気受入空間３ａに供給される空気流量と、燃料受入空間３ｂに供給される燃料ガスの流量と、軸方向燃料噴射部６に供給される燃料ガスの流量との比率が所定の比率になるようにすることで、管状火炎の形成および輝炎の輝度や大きさ並びに輝炎部分において燃焼した後の燃焼ガス中に含まれる煤の量を適切なバランスにすることができる。なお、この所定の比率としては、予め記憶手段（図示せず）に記憶された過去の運転時における、上記両燃料ガスの流量の比率と、管状火炎の形成状態、輝炎の輝度や大きさ、輝炎燃焼後の燃焼ガス中の煤の量との関係を用いることで、所望の運転状況に応じた比率を適宜選択して用いることができる。

なお、噴出部から燃焼空間Ａに噴出される混合気中の燃料ガスの流量Ｑ１に対する軸方向燃料噴射部６から燃焼空間Ａに噴射される燃料ガスの流量Ｑ２の比率は、どのような比率であっても、両者を合計した燃料ガス流量が総括で可燃空気比範囲内にある限りほぼ燃焼は可能であるが、輝炎燃焼する灯火形成装置としての好ましい比率の範囲は、Ｑ２／Ｑ１＝０．５〜２程度である。つまり、燃焼状態制御手段８により噴出部（空気用スリット４）から噴出される燃料ガス量と、軸方向燃料噴射部６から噴射される燃料ガス量とが所定の関係となるように制御されるので、燃焼空間Ａの開口１ｂ側端で形成される輝炎（火炎）の輝度と当該輝炎部分で燃焼した後の燃焼ガス中の煤の量を制御することができる。これにより、火炎輻射の利用と煤の抑制のバランスをとりながら、管状火炎を形成して燃料ガスを燃焼させることが可能になり、下流における煤の再燃焼や煙突の掃除を省略または簡略化できることになる。

よって、本願にかかる灯火形成装置は、管状火炎の安定高負荷燃焼等の特徴を残しながら、さらに、輝炎を形成し、火炎輻射をも確実に利用することができる。

また、軸方向燃料噴射部６からの燃料ガスの供給位置を調整することによって、前記輝炎の輝度、大きさを調整することができるとともに、前記バーナ本体より発生する騒音量が調整でき、装飾用火炎としての輝炎の用途によって、騒音量を抑制することができる燃焼条件を選択することができるようになる。なお、この燃焼条件は、バーナ本体１の大きさ、透明管部材２の大きさ等によって異なり、騒音に関して、管状火炎の燃焼の際に発生する気流の共鳴音をキャンセルする位置で軸方向燃料噴射部６からの燃料ガスの供給が行えれば理想的である。また、輝炎の輝度に関して、前記軸方向燃料噴射部６の燃焼空間Ａに対する進入深さが浅いほど、前記燃焼空間Ａ内で燃料が完全燃焼されやすく、深いほど軸方向燃料噴射部６から供給される燃料が不完全燃焼状態のまま輝炎形成領域Ｂに進入しやすくなるとともに、管状火炎からの熱を受けにくくなる。そのため、軸方向燃料噴射部６を適度に燃焼空間Ａに進入させて、不完全燃焼度合いと管状火炎から受ける熱量のバランスを最適化することにより、より輝度の高い輝炎を形成させられるようになる。このような位置は、各灯火形成装置毎に経験的に求めることができ、輝度および騒音に関して最適化しうる位置を輝炎形成燃焼姿勢として定めることができる。

また、加えて、両燃料ガスの流量を適切に制御することにより、燃焼空間Ａの一端において形成される火炎を不輝炎から輝炎まで、また、燃焼空間Ａ内において形成される管状火炎を旋回火炎から（旋回を伴う）噴流火炎にまで変化させることが可能となる。これにより、燃焼熱を対流から火炎輻射までの形態で任意に利用することが可能になり、輝炎バーナとして機能する灯火形成装置を提供することができる。

〔別実施形態〕
（１）なお、燃焼空間内に混合気、燃焼用空気、燃料ガスを各別に噴出させる各噴出部を、燃焼空間の軸方向に長辺をもつスリットで構成することにより、円筒状の燃焼空間を形成するバーナ本体内面の接線方向への混合気または燃焼用空気および燃料ガスの噴出を均一に行うことができる。これにより、当該スリットから混合気、燃焼用空気、燃料ガスを均一な流量分布で供給して形成される管状火炎は、ＣＯやＮＯｘの発生が抑えられる。また、バーナ本体の内面の近傍（内壁面近傍）およびスリットの出入口の近傍には燃焼前の温度が低い混合気、燃焼用空気、燃料ガスが存在することとなるため、バーナ本体の温度上昇（過熱）を最小限に抑えることができる。また、燃焼空間内に流入する寸前で燃焼用空気と燃料ガスとが混合するので、逆火の恐れが少なくなる。また、混合器を必要とせず、しかも燃料量の絞り比（ＴＤＲ：ターンダウン比）を大きくとることができる。

（２）また、たとえば、図４に示す灯火形成装置のように構成することもできる。
本構成によると、燃焼空間Ａを形成するバーナ本体１の内面（内壁面部分）の接線方向に向けて、噴出部としての空気用スリット４と燃料用スリット５とから、燃焼用空気と燃料ガスとを各別に噴出させる構成としている。

この灯火形成装置は、空気受入空間３ａと燃料受入空間３ｂとがバーナ本体１の周方向に交互にそれぞれ２つずつ設けられている。噴出部として、空気受入空間３ａから燃焼空間Ａを形成するバーナ本体１の内面の接線方向に燃焼用空気を噴出する空気用スリット４と、燃料受入空間３ｂから燃焼空間Ａを形成するバーナ本体１の内面の接線方向に燃料ガスを噴出する燃料用スリット５とを設けている。空気用スリット４は、燃料用スリット５よりも幅広に形成している。

この空気用スリット４から燃焼用空気、燃料用スリット５から燃料ガスを、それぞれ燃焼空間Ａを形成するバーナ本体１の内面（内壁面部分）の接線方向に向けて噴出させ、バーナ本体１の内面付近でこれら燃焼用空気および燃料ガスが混合されて同一回転方向に旋回させることができる。

これにより、燃焼空間Ａ内において燃焼用空気と燃料ガスとが混合するので、逆火の恐れがなく、混合器を必要とせず、しかも燃料量の絞り比（ＴＤＲ：ターンダウン比）を大きくとることができる。また、燃焼空間Ａ内において混合気のマクロな不均一性が生じる可能性があるが、当該不均一性に起因して輝炎による輻射を大きくすることができる。さらに、暖炉等の火炎を鑑賞する用途には、不均一な輝炎（火炎）の方が動きが出て、演出効果が増大する効果も得られる。

（３）これまで説明してきた灯火形成装置において、前記噴出部を、前記軸方向に複数配置された円形断面ノズル４ｃとすることもできる。たとえば、図５に示す灯火形成装置のように構成することもできる。

本構成によると、燃焼空間Ａを形成するバーナ本体１の内面（内壁面部分）の接線方向に向けて、円形断面ノズル４ｃ（噴出部の一例）から燃焼用空気と燃料ガスとの混合気を噴出させる。
燃焼空間Ａを形成するバーナ本体１の内面の接線方向へ向けて相互に衝突せずに混合気を噴出できるように中心をずらせて対向して一対の円形断面ノズル４ｃが配置され、この円形断面ノズル４ｃと軸方向に間隔を隔てて一対の円形断面ノズル４ｃが設けられている。この４つの円形断面ノズル４ｃは周方向に互い９０度ずつずれて回転対称となるように配置されている。
これら円形断面ノズル４ｃから噴出される混合気は、連通路４ｄにより燃焼空間Ａを形成するバーナ本体１の内面（内壁面部分）の接線方向に向けて噴出され、燃焼空間Ａ内において同一回転方向に旋回する。

この構成によれば、燃焼空間Ａ内に混合気、燃焼用空気、燃料ガスを各別に噴出させる各噴出部を、燃焼空間Ａの軸方向に複数配置された円形断面ノズル４ｃで構成するので、比較的簡単に製造可能で製造コストが少ない複数の円形断面ノズル４ｃを用いて、円筒状の燃焼空間Ａを形成するバーナ本体１内面の接線方向へ混合気等を各別に噴出させることができる。この円形断面ノズル４ｃは軸方向に複数配置されるので、形成される火炎をより円筒状の管状火炎に近づけられるとともに、常温の混合気、燃料ガス、燃焼用空気の供給による冷却と上記管状火炎によりバーナ本体１の内面（内壁面近傍）に形成される未燃混合気層の断熱効果によって、バーナ本体１の内面の過熱を抑えることができる。なお、円形断面ノズル４ｃの数が比較的少ない場合には真正な管状火炎が形成されるものではないが、管状火炎による輝炎を形成し、火炎輻射を利用する灯火形成装置を構成する目的のためには十分な性能が得られる。また、暖炉等の火炎を鑑賞する用途の場合には、不均一な輝炎（火炎）を形成してこの輝炎を楽しむ用途にはより適しているともいえる。

〔その他〕
上述の別実施形態にも示すように、噴出部や、軸方向燃料噴射部を構成するノズルの数や形状は、適宜公知の形態で設計変更を行うことができる。また、前記噴射部から供給される燃焼用空気に燃料供給部からの燃料を供給しつつ混合するのに代えて、予混合で供給することもできるし、燃焼空間内で混合される形態とすることもできる。

本発明は、管状火炎の安定高負荷燃焼等の特徴を残しながら、さらに、管状火炎による輝炎を形成し、火炎輻射をも利用できる輝炎バーナとして装飾的な火炎を形成することができ、ガスファンヒータ等として好適に用いることができる。

１ ：バーナ本体
１ａ ：壁面
１ｂ ：開口
２ ：透明管部材
２１ ：絞部
３ａ ：空気受入空間
３ｂ ：燃料受入空間
４ ：空気用スリット
４ｃ ：円形断面ノズル
４ｄ ：連通路
５ ：燃料用スリット
６ ：軸方向燃料噴射部
６ａ ：ノズル
６１ ：空気流量調整部
６２ ：燃料供給量調整部
６３ ：軸方向燃料噴射量調節部
７０ ：出退機構
７１ａ ：管
７１ａ ：二重管
７２ ：駆動装置
７２ｂ ：管
８ ：燃焼状態制御手段
Ａ ：燃焼空間
Ｂ ：輝炎形成領域

Claims (7)

1. 円筒状の燃焼空間を形成するバーナ本体内面に接線方向に向けて燃料ガスと燃焼用空気とを混合して、あるいは別個に噴出させる噴出部を備えるとともに、
   前記バーナ本体における前記燃焼空間の軸方向における一端の壁面に、軸方向に燃料ガスを噴射させる軸方向燃料噴射部を備え、
   前記バーナ本体における前記燃焼空間の軸方向における他端に透明管部材を連通接続するとともに、前記透明管部材内側に輝炎形成領域を形成し、
   前記軸方向燃料噴射部は、
   前記噴出部から噴出した燃焼用空気が前記燃焼空間において旋回しつつ燃料ガスと混合し管状火炎を形成して燃焼する状態で、軸方向燃料噴射部から噴射した燃料ガスが前記輝炎形成領域に輝炎を形成可能な輝炎形成燃焼姿勢と、
   燃料ガスが前記噴出部から噴出した燃焼用空気と前記燃焼空間において予混合され、前記燃焼空間内において青炎を形成して燃焼する青炎形成燃焼姿勢との間で
   姿勢変更自在に設けられている灯火形成装置。
2. 前記バーナ本体と前記透明管部材との接続部に、前記バーナ本体内径よりも小径の絞部を設けてある請求項１に記載の灯火形成装置。
3. 前記軸方向燃料噴射部における燃料噴射端部の前記燃焼空間内への進入深さを調整する出退機構を設けてある請求項１または２に記載の灯火形成装置。
4. 前記バーナ本体内面に接線方向に向けて噴出する燃焼用空気に燃料ガスを供給する燃料供給部を備えるとともに、前記燃料供給部からの燃料供給量を調節する燃料供給量調整部を設けてある請求項１〜３のいずれか一項に記載の灯火形成装置。
5. 燃焼開始時と燃焼が安定する定常燃焼時との間で燃焼状態を制御する燃焼状態制御手段を備えるとともに、前記燃焼状態制御手段は、定常燃焼時に前記燃料供給部からの燃料供給量を燃焼開始時の燃料供給量より抑制する請求項４に記載の灯火形成装置。
6. 前記軸方向燃料噴射部からの燃料供給量を調節する軸方向燃料噴射量調節部を設けてある請求項１〜５のいずれか一項に記載の灯火形成装置。
7. 燃焼開始時と燃焼が安定する定常燃焼時との間で燃焼状態を制御する燃焼状態制御手段を備えるとともに、前記燃焼状態制御手段は、燃焼開始時に前記軸方向燃料噴射量調節部からの燃料供給量を定常燃焼時の燃料供給量より抑制する請求項６に記載の灯火形成装置。

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