JP2013245838A

JP2013245838A - 濃淡バーナ

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Publication number: JP2013245838A
Application number: JP2012117824A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Oda; 大志小田
Original assignee: Paloma Co Ltd
Current assignee: Paloma Co Ltd
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2013-12-09
Anticipated expiration: 2032-05-23
Also published as: US9086010B2; JP6029857B2; US20130312700A1

Abstract

【課題】火炎の表面積を大きくして安定した燃焼を実現する。
【解決手段】ガスと燃焼用空気とを混合した淡ガスが供給される内筒２と、その内筒２に同軸で外装され、内筒２との間にガスと燃焼用空気とを混合した濃ガスが供給される外筒３とを備えた濃淡バーナ１であって、内筒２の開口に、複数の小孔５，５・・を有し、先端へ行くに従って小径となるバーナヘッド４を設けた。このバーナヘッド４は、小孔５，５・・を千鳥状に配列したパンチングメタルを円錐状に形成したもので、小孔５，５同士の間隔は、小孔５の直径の２〜３倍となっている。また、小孔５の総面積は、内上筒２ｂの上端開口の面積よりも大きくなっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、淡ガスが供給される内管と、その内管に同軸で外装されて濃ガスが供給される外管とを備えて、温風暖房機等のガス燃焼器具に用いられる濃淡バーナ（低ＮＯｘバーナ）に関する。

温風暖房機等のガス燃焼器具においては、ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量削減のために、淡炎孔で理論空燃比より燃料の希薄な混合気（淡ガス）を燃焼させて主炎を形成し、その淡炎孔に隣接した濃炎孔で理論空燃比より燃料の濃い混合気（濃ガス）を燃焼させて袖火を形成する濃淡バーナ（低ＮＯｘバーナ）が用いられることがある。
例えば特許文献１においては、内管と外管とを備えた二重管から構成され、内管の端部を淡炎孔、内管と外管との間を濃炎孔として使用する濃淡バーナにおいて、安定した着火と淡ガスの混合改善とを行うために、二重管の端面全体を金網で被覆した発明が開示されている。

特開平６−１４７４２６号公報

しかし、特許文献１の濃淡バーナにおいては、淡炎孔の総面積は内管の径によって決定されるため、淡炎孔の総面積を大きくして火炎の表面積を大きくすることができず、安定した燃焼には至っていない。

そこで、本発明は、火炎の表面積を大きくして安定した燃焼を実現することができる濃淡バーナを提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ガスと燃焼用空気とを混合した淡ガスが供給される内筒と、その内筒に同軸で外装され、内筒との間にガスと燃焼用空気とを混合した濃ガスが供給される外筒とを備えた濃淡バーナであって、内筒の開口に、複数の小孔を有し、先端へ行くに従って小径となる突出体を設けたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、小孔の総面積を、内筒の開口面積以上としたことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の構成において、内筒の外周で外筒の内側に、内筒の内部と連通して淡ガスが供給される中間筒を同軸で設けたことを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、突出体の表面に形成される淡ガス火炎の表面積を大きくして安定した燃焼を実現することができる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、淡ガス火炎の表面積が確実に大きくなって安定燃焼に好適となる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加えて、突出体の根元に小孔から噴出する淡ガスよりも流速の遅い淡ガス火炎が形成されるため、淡ガス火炎の安定性が増す。

濃淡バーナの説明図で、（Ａ）が平面、（Ｂ）が正面をそれぞれ示す。Ａ−Ａ線断面図である。Ｂ−Ｂ線断面図である。中子の斜視図である。中子の説明図で、（Ａ）が平面、（Ｂ）が正面、（Ｃ）がＣ−Ｃ断面をそれぞれ示す。温風暖房機の概略図である。燃焼室の説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、濃淡バーナの一例を示す説明図で、（Ａ）が平面、（Ｂ）が正面をそれぞれ示し、図２がＡ−Ａ線断面を、図３がＢ−Ｂ線断面をそれぞれ示している。
この濃淡バーナ１は、内筒２と、内筒２に同軸で外装される外筒３との二重管構造となっている。
まず内筒２は、内下筒２ａと、内下筒２ａに同軸で内挿される内上筒２ｂとからなり、内上筒２ｂの上端開口には、突出体としての円錐状のバーナヘッド４が同軸で嵌着されている。このバーナヘッド４は、複数の小孔（淡炎孔）５，５・・を千鳥状に配列したパンチングメタルを円錐状に形成したもので、小孔５，５同士の間隔は、小孔５の直径の２〜３倍となっている。また、小孔５の総面積は、内上筒２ｂの上端開口の面積よりも大きくなっている。
よって、ここには、内筒２の内部を上昇してバーナヘッド４の各小孔５，５・・に至る淡ガス流路６が形成される。

さらに、内上筒２ｂの上端外周には、下端を閉塞して上端を開口した中間筒７が嵌着されて、内上筒２ｂとの間にリング状の副淡炎孔８を形成している。内上筒２ｂにおける中間筒７の嵌着部分には、周方向に所定間隔をおいて複数の貫通孔９，９・・が形成されて、内筒２の内部を副淡炎孔８と連通させている。
１０は、内下筒２ａの下端が同軸で挿入される円盤状のベースで、下方に突出する突出部１１には、内下筒２ａの内部と連通する大径の一次空気導入孔１２，１２が形成されると共に、内下筒２ａの下端開口に同軸で遊挿する淡ガス用ノズル１３が上向きに保持されている。

次に、外筒３は、ベース１０に組み付けられて内下筒２ａに同軸且つ非接触で外装される外下筒３ａと、外下筒３ａに同軸で連結される外上筒３ｂとからなる。外下筒３ａは、下半分が下方へ行くに従って大径となるテーパ状に形成されて、内下筒２ａと外下筒３ａとの間でベース１０には、小径の一次空気導入孔１５，１５を側面に有する濃ガス用ノズル１４が上向きに取り付けられている。

外上筒３ｂは、点対称位置に上端から切れ込みをそれぞれ形成すると共に、各切れ込みを挟む格好でフランジ１６，１６をそれぞれネジ止めした筒体で、組み付け状態で内筒２と外筒３との間に、内筒２と外筒３との間を上昇して中間筒７と外上筒３ｂとの間の濃炎孔１８に至る濃ガス流路１７を形成している。
また、対向するフランジ１６，１６同士も互いにネジ止めされているが、この対向するフランジ１６，１６の間には、上端を除いて板状のスペーサ１９が介在されており、対向するフランジ１６，１６の間に、切れ込みを介して濃ガス流路１７と連通する扁平な火移り流路２０が形成されている。

一方、内下筒２ａと外下筒３ａとの間には、中子２１が収容されている。この中子２１は、図４，５に示すように、濃ガス用ノズル１４が挿入されるスリット２２を有した平面視Ｃ字状のリング体で、スリット２２の上側は、上方へ行くに従って徐々に間隔が広がるＶ字状の拡開部２３に形成されている。また、中子２１は、外下筒３ａのテーパ形状に合わせて、下方へ行くに従って肉厚且つ大径となるテーパ状となっている。
よって、内下筒２ａと外下筒３ａとの間には、中子２１により、濃ガス用ノズル１４の延長上に位置し、上方へ行くに従って拡開すると共に内下筒２ａの軸心へ近づく誘導路２４が形成されることになる。

以上の如く構成された濃淡バーナ１は、淡ガス用ノズル１３に燃料ガスが供給されると、淡ガス用ノズル１３から燃料ガスが上向きに噴出することで、一次空気導入孔１２，１２から一次空気が吸引され、燃料ガスと一次空気とが内筒２内で混合されて淡ガス（等量比１．０以下）となって淡ガス流路６を上昇し、バーナヘッド４の各小孔５，５・・から噴出する。よって、図示しない点火電極によって点火されると、淡ガスが燃焼して各小孔５ごとに淡ガス火炎Ｆ１，Ｆ１・・を形成する。
また、淡ガス流路６内の淡ガスの一部は、内上筒２ａの貫通孔９から中間筒７内に流出し、副淡炎孔８から上方へ噴出して燃焼する。よって、バーナヘッド４の根元にも、淡ガス火炎Ｆ２がリング状に形成されることになる。なお、副淡炎孔８から噴出する淡ガスは、バーナヘッド４の各小孔５から噴出する淡ガスよりも流速が遅い。

一方、濃ガス用ノズル１４に燃料ガスが供給されると、一次空気導入孔１５，１５から一次空気が吸引され、燃料ガスと一次空気とが混合された濃ガス（等量比１．０以上）が上向きに噴出する。この濃ガスは、中子２１の部分で誘導路２３を通ることで、拡開しながら内筒２に沿って周回する格好となるため、濃ガス流路１７内へ均等に行き渡った状態で上昇する。そして、内筒２と外筒３との間の濃炎孔１８から噴出して燃焼し、リング状の濃ガス火炎Ｆ３を形成する。また、濃炎孔１８は、火移り流路２０と連通していることから、火移り流路２０から噴出する濃ガスもここで燃焼して濃ガス火炎Ｆ４を形成する。
このように、バーナヘッド４の周囲に濃ガス火炎Ｆ３がリング状に形成されることで、淡ガス火炎Ｆ２が保炎されてリフトが防止され、安定した燃焼が可能となる。また、低ＮＯｘも達成できる。

そして、この濃淡バーナ１は、例えば図６に示すような温風暖房機３０に使用される。ここでは空気入口３２を備えたケーシング３１内に、複数の濃淡バーナ１，１・・を収容した燃焼室３３を設けている。この燃焼室３３には、ケーシング３１内に開口する二次空気導入孔３４と二次空気調整用ファン３５とが設けられている。また、燃焼室３３での濃淡バーナ１，１・・は、図７に示すように、外上筒３ｂのフランジ１６が互いに隣接する向きで一列で直線状に並設されて、各バーナヘッド４を、燃焼室３３の上部に連設されたパイプ状の熱交換器３６にそれぞれ挿入している。３７はガス管である。

各熱交換器３６は、ケーシング３１の上部に形成された加熱室３８内で所定形状に屈曲した後、加熱室３８の上部で合流し、排気管３９と接続されている。熱交換器３６の合流後で排気管３９の上流側には、燃焼用ファン４０が設けられている。一方、加熱室３８の後方には、送風ファン４１が設けられて、加熱室３８に吸い込んだ空気を熱交換器３６を通過させて前方へ供給可能としている。

よって、この温風暖房機３０においては、まず燃焼用ファン４０が回転した後、一番端の濃淡バーナ１に点火して当該濃淡バーナ１が燃焼すると、火移り流路２０の濃ガス火炎Ｆ４を介して隣接する濃淡バーナ１が燃焼し、この繰り返しによって並設される全ての濃淡バーナ１，１・・が燃焼する。そして、燃焼用ファン４０の回転により燃焼排ガスを吸い込んで熱交換器３６を通過させることで、送風ファン４１によって供給される空気との熱交換を行う。よって、加熱室３８の前方へ温風が送出される。また、燃焼排ガスの吸込により、空気入口３２から燃焼用空気が導入され、一次空気と二次空気との供給がなされる。
なお、二次空気調整用ファン３５は、濃淡バーナ１の点火時から燃焼安定時の間にのみ作動させる。これは以下の理由による。

燃焼用空気の総量は、点火時は質量基準で大きく、燃焼中の平衡状態では小さい。よって、空燃比（燃料ガスと一次空気との比）も点火時の方が平衡時に比べて小さくなる。そこで、点火時に空燃比を平衡時に近づけるために、二次空気調整用ファン３５を点火時から燃焼が安定するまで作動させることで、二次空気を増やして一次空気を減らし、空燃比を平衡時に近づけるようにしたものである。

但し、一般的に点火時に二次空気を増やして一次空気を減少させる方法としては、二次空気調整用ファンの採用に限らず、二次空気の通路に開閉弁を配置し、点火時から燃焼が安定するまでは開閉弁を閉じ、その後開弁するようにしたり、一次空気の通路に補助ファンを配置し、点火時から燃焼が安定するまで停止させ、その後作動させるようにしたりすることも考えられる。

このように、上記形態の濃淡バーナ１によれば、内筒２の開口に、複数の小孔５，５・・を有し、先端へ行くに従って小径となるバーナヘッド４を設けたことで、バーナヘッド４の表面に形成される淡ガス火炎Ｆ１，Ｆ１・・の表面積を大きくして安定した燃焼を実現することができる。
特にここでは、小孔５，５・・の総面積を、内筒２の開口面積より大きくしているので、淡ガス火炎Ｆ１の表面積が確実に大きくなって安定燃焼に好適となる。
また、内筒２の外周で外筒３の内側に、内筒２の内部と連通して淡ガスが供給される中間筒７を同軸で設けているので、バーナヘッド４の根元に小孔５，５・・から噴出する淡ガスよりも流速の遅い淡ガス火炎Ｆ２が形成され、淡ガス火炎Ｆ１の安定性が増す。

なお、突出体は、上記形態のバーナヘッドのように直線的に先細りとなる円錐状にするものに限らず、曲線的に先細りとなる形状としたり、円錐でなく角錐としたりしても差し支えない。小孔も、形状や配列は上記形態に限らず、隣同士の火炎が繋がらない形態であれば、適宜変更可能である。また、小孔の総面積を、内筒の開口面積と等しくすることもできる。
さらに、上記形態では、内筒及び外筒を上下に二分割しているが、三分割以上であってもよいし、逆にそれぞれ単一の筒体で形成してもよい。すなわち、内筒及び外筒の構造は適宜設計変更可能である。
加えて、突出体での淡ガス火炎が安定していれば、中間筒を省略することもできる。

一方、上記形態では、中子を用いて濃ガスを導く誘導路を形成しているが、内筒の外周又は外筒の内周に、中子のスリット形状に相当する間隔を有する一対のリブを立設したり、内筒又は外筒の肉厚を変えたりすることで、濃ガス用ノズルから噴出される混合気を、上方へ行くに従って拡開させると共に、内筒の軸心へ近づくように導く誘導路を形成することも可能である。
その他、濃淡バーナは、温風暖房機に限らず、これ以外の他のガス燃焼器具にも採用可能である。

１・・濃淡バーナ、２・・内筒、２ａ・・内下筒、２ｂ・・内上筒、３・・外筒、３ａ・・外下筒、３ｂ・・外上筒、４・・バーナヘッド、５・・小孔、６・・淡ガス流路、７・・中間筒、８・・副淡炎孔、１０・・ベース、１２，１５・・一次空気導入孔、１３・・淡ガス用ノズル、１４・・濃ガス用ノズル、１７・・濃ガス流路、１８・・濃炎孔、２０・・火移り流路、２１・・中子、２２・・スリット、２３・・拡開部、２４・・誘導路、３０・・温風暖房機、３１・・ケーシング、３３・・燃焼室、３４・・二次空気導入孔、３５・・二次空気調整用ファン、３６・・熱交換器、３８・・加熱室、４０・・燃焼ファン、４１・・送風ファン。

Claims

ガスと燃焼用空気とを混合した淡ガスが供給される内筒と、その内筒に同軸で外装され、前記内筒との間にガスと燃焼用空気とを混合した濃ガスが供給される外筒とを備えた濃淡バーナであって、
前記内筒の開口に、複数の小孔を有し、先端へ行くに従って小径となる突出体を設けたことを特徴とする濃淡バーナ。
前記小孔の総面積を、前記内筒の開口面積以上としたことを特徴とする請求項１に記載の濃淡バーナ。
前記内筒の外周で前記外筒の内側に、前記内筒の内部と連通して前記淡ガスが供給される中間筒を同軸で設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の濃淡バーナ。