JP2016133235A

JP2016133235A - 直進炎型ガスバーナ

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Publication number: JP2016133235A
Application number: JP2015006804A
Authority: JP
Inventors: 田中　康郎; Yasuro Tanaka; 康郎田中
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2015-01-16
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2016-07-25
Anticipated expiration: 2035-01-16
Also published as: JP6395619B2

Abstract

【課題】火炎をより短炎化させることができる直進炎型ガスバーナを提供する。
【解決手段】燃焼筒７の内部であってバーナ本体Ｂに対して燃焼用空気の流動方向の下流側に、燃焼用空気とガス燃料を燃焼筒７の中心軸Ｚに対して旋回させる旋回羽根Ｓが配置されており、旋回羽根Ｓは複数の板状の羽根板Ｖを有し、羽根板Ｖは、空気流路Ａからの燃焼用空気の流れと、外周側孔からのガス燃料の流れＸとの両方が当たる位置に配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、後端側から前端側に向けて燃焼用空気が流動する円筒状の燃焼筒内に、バーナ本体が、前記燃焼筒の内周面との間に環状の空気流路を形成する状態で配置される直進炎型ガスバーナに関する。

鉱物等の無機物や有機物の粉末・粒状体である原料に対し、溶融・焼成等の熱処理を行う炉において、従来より軽油や重油を燃料とするオイルバーナや酸素燃焼バーナが用いられている。炉に投入された原料は、バーナが生成する火炎の中を通過する際に、加熱され、溶融や焼成が行われる。

近年では、メンテナンスの容易性、コスト、環境負荷などの理由から、ガス燃料（例えば、都市ガス１３Ａ）を空気燃焼させるガスバーナが用いられるようになっている。

特開２０１３−２５００２５号公報

特許文献１の直進炎型ガスバーナでは、コーン部におけるガス燃料と燃焼用空気の混合について改良することで火炎を短炎化し、火炎の高温化を図っている。しかし、熱処理の対象となる粒状体の直径が大きかったり、融点が高い物質である場合等には、高負荷でのガスバーナの運転が行われ、火炎のさらなる短炎化・高温化が求められる。

本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、火炎のさらなる短炎化・高温化を実現することにある。

上記目的を達成するための本発明の特徴構成は、後端側から前端側に向けて燃焼用空気が流動する円筒状の燃焼筒内に、バーナ本体が、前記燃焼筒の内周面との間に環状の空気流路を形成する状態で配置される直進炎型ガスバーナであって、前記バーナ本体は、先端側ほど大径となる中空円錐台状のコーン部と、前記コーン部の後端側底部に連なりガス燃料が供給されるガス燃料供給用筒部とを備え、前記バーナ本体は前記コーン部の先端側が前記燃焼用空気の流動方向下流側に位置する姿勢で配置され、前記コーン部の後端側底部に、前記ガス燃料供給用筒部から供給されるガス燃料を前記コーン部の内部空間に噴出する主炎孔が形成され、前記主炎孔が、前記コーン部の後端側底部における外周側に周方向に間隔を隔てて形成される複数の外周側孔と、前記コーン部の後端側底部における中央部に形成され前記燃焼筒の中心軸に沿ってガス燃料を噴出する中央孔とを備え、前記燃焼筒の内部であって前記バーナ本体に対して燃焼用空気の流動方向の下流側に、前記燃焼用空気と前記ガス燃料とを前記燃焼筒の中心軸に対して旋回させる旋回羽根が配置されており、前記旋回羽根は複数の板状の羽根板を有し、前記羽根板は、前記空気流路からの前記燃焼用空気の流れと、前記外周側孔からの前記ガス燃料の流れとの両方が当たる位置に配置される点にある。

上記の特徴構成によれば、燃焼筒の内部であってバーナ本体に対して燃焼用空気の流動方向の下流側に、燃焼用空気とガス燃料とを燃焼筒の中心軸に対して旋回させる旋回羽根が配置されており、旋回羽根は複数の板状の羽根板を有し、羽根板は、空気流路からの燃焼用空気の流れと、外周側孔からのガス燃料の流れとの両方が当たる位置に配置されるので、空気流路からの燃焼用空気と外周側孔からのガス燃料とを燃焼筒の中心軸に対して旋回させ、両者を急速に混合することができる。これにより、旋回羽根の下流側での燃焼用空気とガス燃料との混合度合いを高くしてガス燃料を急速燃焼させ、短炎化により火炎を高温化することができる。特に高負荷での運転においては、ガス燃料と燃焼用空気とが高い圧力で直進炎型ガスバーナに供給されるので、旋回羽根によるガス燃料と燃焼用空気とがより強く混合され、顕著な短炎化・高温化の効果が生じる。

本発明に係る直進炎型ガスバーナの別の特徴構成は、前記コーン部の周壁部をその厚さ方向で貫通して、前記燃焼用空気を前記内部空間に導く空気流動孔が、前記コーン部の周方向に並べて複数形成されている点にある。

上記の特徴構成によれば、燃焼用空気を内部空間に導く空気流動孔がコーン部の周方向に並べて複数形成されているので、外周側孔からのガス燃料が旋回羽根に到達する前に、コーン部の内部空間において燃焼用空気と混合される。これにより、コーン部で燃焼用空気と混合されたガス燃料が旋回羽根を通って空気流路からの燃焼用空気とともに旋回し、両者が混合されるので、旋回羽根の下流側での燃焼用空気とガス燃料の混合度合いがより高くなり、直進炎型ガスバーナの火炎のさらなる短炎化・高温化を実現することができる。

本発明に係る直進炎型ガスバーナの別の特徴構成は、前記燃焼筒を燃焼用空気の流動方向の下流側から見て前記中央孔と重ならない位置に前記羽根板が配置されている点にある。

上記の特徴構成によれば、燃焼筒を燃焼用空気の流動方向の下流側から見て中央孔と重ならない位置に羽根板が配置されているので、燃焼筒の中心軸に沿って中央孔から噴出されるガス燃料は、直接的には羽根板に当たらないこととなる。すると、中央孔からのガス燃料は外周側孔からのガス燃料に比べ、旋回羽根による旋回作用を受けにくく、燃焼用空気との混合度合いが低くなる。すなわち、燃焼筒を燃焼用空気の流動方向の下流側から見て中央孔と重なる位置は、燃料リッチの雰囲気となる。

旋回羽根の羽根板の下流側では、外周側孔からのガス燃料と空気流路からの燃焼用空気とが羽根板により十分に混合されている。そうすると、雰囲気は比較的リーン側となっているので、燃焼条件や何らかの外的要因によっては失火する可能性がある。これに対して、燃焼筒を燃焼用空気の流動方向の下流側から見て中央孔と重なる位置は、上述の通り比較的燃料リッチの雰囲気であるから、この位置における火炎が保炎として働き、直進炎型ガスバーナ全体としての失火の可能性を低減することができる。従って、より信頼性の高い直進炎型ガスバーナを実現することができる。

本発明に係る直進炎型ガスバーナの別の特徴構成は、前記燃焼筒を燃焼用空気の流動方向の下流側から見て少なくとも前記中央孔と重なる位置に、前記羽根板が配置されない空間である中央空間が設けられている点にある。

上記の特徴構成によれば、燃焼筒を燃焼用空気の流動方向の下流側から見て少なくとも中央孔と重なる位置に、羽根板が配置されない空間である中央空間が設けられているので、燃焼筒の中心軸に沿って中央孔から噴出されるガス燃料は、直接的には羽根板に当たらないこととなる。すると、中央孔からのガス燃料は外周側孔からのガス燃料に比べ、旋回羽根による旋回作用を受けにくく、燃焼用空気との混合度合いが低くなる。すなわち中央空間では燃料リッチの雰囲気となる。

旋回羽根の羽根板の下流側では、外周側孔からのガス燃料と空気流路からの燃焼用空気とが羽根板により十分に混合されている。そうすると、雰囲気は比較的リーン側となっているので、燃焼条件や何らかの外的要因によっては失火する可能性がある。これに対して中央空間は上述の通り比較的燃料リッチの雰囲気であるから、中央空間における火炎が保炎として働き、直進炎型ガスバーナ全体としての失火の可能性を低減することができる。従って、より信頼性の高い直進炎型ガスバーナを実現することができる。

本発明に係る直進炎型ガスバーナの別の特徴構成は、前記羽根板に挟まれた空間である板間空間が前記中央空間と連通している点にある。

上記の特徴構成によれば、羽根板に挟まれた空間である板間空間が中央空間と連通しているので、中央空間を流通する混合気（ガス燃料と燃焼用空気との混合気体）が板間空間に流入することが許容される。詳しくいえば、ガス燃料と燃焼用空気とがバーナ本体から旋回羽根の下流側へと流れるにつれて、徐々に混合することを許容する。

中央空間に羽根板が配置されないことにより、中央空間は燃料リッチの雰囲気となっている。板間空間と中央空間との間に障壁等が配置され両空間が連通しない場合、中央空間は燃料リッチのままに保たれ、旋回羽根の下流側に至って初めて周囲の混合気との混合が開始することとなる。すると、旋回羽根の下流側においても燃料リッチの領域が継続的に生じることとなる。

ここで上記の特徴構成の通り板間空間と中央空間とが連通していると、板間空間を通る混合気が旋回することによって中央空間の混合気が板間空間へと引き出され、両者が徐々に混合する。そして旋回羽根の下流側に到達したときには、ガス燃料と燃焼用空気との混合が、より進んだ状態となるので、火炎をより高温化することができる。すなわち上記の特徴構成により、中央空間の保炎効果による信頼性の向上と、ガス燃料・燃焼用空気の混合促進による短炎化・高温化を両立することができる。

本発明に係る直進炎型ガスバーナの別の特徴構成は、前記羽根板は少なくとも一対の平行な辺を有する四角形の板であり、前記羽根板はその一対の平行な辺が作る面を前記燃焼筒の内周面に対して垂直とし、かつ、当該面の法線が前記燃焼筒の中心軸に対して４５°の角度となる状態で配置されている点にある。

上記の特徴構成によれば、羽根板は少なくとも一対の平行な辺を有する四角形の板であり、羽根板はその一対の平行な辺が作る面を燃焼筒の内周面に対して垂直とし、かつ、当該面の法線が燃焼筒の中心軸に対して４５°の角度となる状態で配置されているので、ガス燃料と燃焼用空気とを効率的に混合しつつ、羽根板の焼損を抑制することができる。説明を追加すると、ガスバーナにおいてガス燃料と燃焼用空気とが混合された領域に何らかの部材を設置する場合、ガス燃料が燃焼して生じる高温の火炎により部材が焼損する可能性がある。旋回羽根の羽根板はガス燃料と燃焼用空気との混合を促進する部材であるから尚更である。ここで上述の角度（羽根板の法線と燃焼筒の中心軸とのなす角）を小さくすると混合が更に促進されるが、一方で焼損のリスクが高まる。角度を大きくすると混合の度合いが小さくなり焼損のリスクは低くなるが、火炎は長くなり温度が低下する。上記の特徴構成によれば、十分に火炎を短炎化・高温化させつつも、羽根板の焼損を抑制して直進炎型ガスバーナとして利用可能であることが、後述する実験により確認されている。

本発明に係る直進炎型ガスバーナの別の特徴構成は、前記羽根板の前記燃焼筒の直径方向に沿った長さが前記燃焼筒の直径の２５％〜３５％である点にある。

上記の特徴構成によれば、羽根板における燃焼筒の直径方向に沿った長さが燃焼筒の直径の２５％〜３５％であるから、燃焼筒の中心軸の付近に羽根板の配置されない空間が生じ、それが適切な大きさとなっている。これによって上述の保炎効果を生じさせ、さらに羽根板によるガス燃料と燃焼用空気との混合促進の度合いも適切なものとなっている。

炉の概略縦断側面図第１実施形態の直進炎型ガスバーナの切欠き側面図第１実施形態のバーナ本体の正面図図３におけるＩＶ−ＩＶ線矢視図第１実施形態の直進炎型ガスバーナの正面図第１実施形態の直進炎型ガスバーナの斜視透視図第２実施形態の直進炎型ガスバーナの切欠き側面図第２実施形態のバーナ本体の正面図図８におけるＩＸ−ＩＸ線矢視図第２実施形態の直進炎型ガスバーナの正面図燃焼試験の結果を表すグラフ

＜第１実施形態＞
以下、第１実施形態に係る直進炎型ガスバーナについて図１〜６に基づいて説明する。

図1に、有機物や無機物の球状化、鉱物の焼成等の熱処理を行う炉Ｇを示す。筒形状の炉Ｇは、その底部である基端部１に直進炎型ガスバーナＪを備え、上部には熱処理が施される原料が投入される原料投入部４を有している。原料投入部４から投入された原料は、直進炎型ガスバーナＪの火炎Ｆの内部を通過し、熱処理が行われる。

直進炎型ガスバーナＪは、燃焼筒７と、その後端に接続されるバーナ基枠１０とを有する。バーナ基枠１０は、ガス燃料（例えば、都市ガス１３Ａ）が供給されるガス燃料供給口８と、燃焼用空気が供給される空気供給口９を有する。燃焼用空気は図示しない送風機から送られる。ガス燃料と燃焼用空気は、バーナ基枠１０を通じて燃焼筒７に送られ、燃焼筒７の内部で混合・点火され、火炎Ｆが生成される。火炎Ｆが炉Ｇの中心軸Ｚに沿って延びる状態となるように、直進炎型ガスバーナＪは基端部１において炉Ｇの中心軸Ｚに対応する位置に、燃焼筒７の中心軸Ｚと炉Ｇの中心軸Ｚとを一致させて配置される。

なお本実施形態においては、炉Ｇにおいて火炎Ｆを生成するための燃焼用空気を、空気供給口９だけでなく炉Ｇの各所の隙間から供給することが可能なように構成されている。例えば、基端部１に挿入された直進炎型ガスバーナＪの周囲の隙間や、原料投入部４の近傍の隙間から炉Ｇの内部に流入する空気の流れＮにより、燃焼用空気を供給することもできる。

図２に示すように直進炎型ガスバーナＪは、後端側から前端側に向けて燃焼用空気が流動する円筒状の燃焼筒７と、バーナ本体Ｂとを有する。そして燃焼筒７の内部にバーナ本体Ｂが、燃焼筒７の内周面との間に環状の空気流路Ａを形成する状態で配置されている。またバーナ本体Ｂには点火器Ｅが備えられている。

バーナ本体Ｂは、先端側ほど大径となる中空円錐台状のコーン部Ｂｃと、コーン部Ｂｃの後端側底部に連なりかつガス燃料が供給される直円筒状のガス燃料供給用筒部Ｂｔとを有する。そしてバーナ本体Ｂは、コーン部Ｂｃの先端側が前記燃焼用空気の流動方向下流側に位置する姿勢で配置されている。

また燃焼筒７は、その先端がバーナ本体Ｂよりも燃焼用空気の流動方向下流側に延びる状態で配置される。そして燃焼筒７の前端側部分７ｓが、先端側ほど小径となる絞り形状に形成されている。

燃焼筒７の内部であってバーナ本体Ｂに対して燃焼用空気の流動方向の下流側に、旋回羽根Ｓが配置される。旋回羽根Ｓは、空気流路Ａからの燃焼用空気と、コーン部Ｂｃの後端側底部に形成された外周側孔１２ｂから噴出されるガス燃料（図２における矢印Ｘ）とを燃焼筒７の中心軸Ｚに対して旋回させる作用を有する。旋回羽根Ｓの詳細については後述する。

次に図３と図４に基づいてバーナ本体Ｂについて説明する。コーン部Ｂｃの後端部側の底部に、ガス燃料供給用筒部Ｂｔから供給されるガス燃料をコーン部Ｂｃの内部空間Ｋに噴出する主炎孔１２が形成されている。そして主炎孔１２は、コーン部Ｂｃの後端側底部における外周側に周方向に間隔を隔てて形成される複数の外周側孔１２ｂと、コーン部Ｂｃの後端側底部における中央部に形成される中央孔１２ａとを備えている。外周側孔１２ｂは、周方向に４５°間隔で並んで８個形成されている。なお、コーン部Ｂｃの内周面は、燃焼筒７の中心軸Ｚに対して３０°傾斜している。

図４に示すように、外周側孔１２ｂはその先端側ほどコーン部Ｂｃの周壁部に近づくよう、燃焼筒７の中心軸Ｚに対して２４°傾斜して設けられている。従って、外周側孔１２ｂから噴出されるガス燃料は、燃焼筒７の中心軸Ｚから離れる方向であって、燃焼筒７の内周面に向かう方向に噴出される。すなわち、外周側孔１２ｂからのガス燃料の流れは図２に示す矢印Ｘのようになり、外周側孔１２ｂからのガス燃料は旋回羽根Ｓの羽根板Ｖに当たる方向へ流れる。

中央孔１２ａは、燃焼筒７の中心軸Ｚに沿って設けられている。従って、中央孔１２ａから噴出されるガス燃料は、燃焼筒７の中心軸Ｚに沿って流れる。

コーン部Ｂｃの周壁部に、コーン部Ｂｃの後端側底部の外周側部分とコーン部Ｂｃの先端部とを連通してガス案内通路１３が設けられる。ガス案内通路１３は、ガス燃料供給用筒部Ｂｔから供給されるガス燃料をコーン部Ｂｃの先端部から燃焼用空気の流動方向下流側に向けて噴出する。ガス案内通路１３は、コーン部Ｂｃの周方向に間隔を隔てて並ぶ状態で複数設けられるが、本実施形態では、上述した外周側孔１２ｂと同じ位相となる状態で、周方向に沿って４５°の間隔で８個形成されている。

ガス案内通路１３の途中位置からガス燃料を内部空間Ｋに噴出する補助炎孔１４が、コーン部Ｂｃの周壁部に形成されている。補助炎孔１４は、８個のガス案内通路１３の夫々に対して一つずつ設けられている。つまり補助炎孔１４は、ガス案内通路１３と同様に、上述した外周側孔１２ｂと同じ位相となる状態で、周方向に沿って４５°の間隔で８個形成されている。

コーン部Ｂｃの周壁部をその厚さ方向で貫通して、燃焼用空気を内部空間Ｋに導く空気流動孔１５が、コーン部Ｂｃの周方向に並べて複数形成されている。空気流動孔１５は燃焼筒７の軸心方向に２個ずつ並んで配置され、全体で１６個形成されている。空気流動孔１５は、図３に示される通り、周状に配置されるガス案内通路１３の間に位置するように配置される。上述の通りガス案内通路１３は外周側孔１２ｂと同じ位相となる状態で配置されるから、外周側孔１２ｂは、周状に配置される空気流動孔１５の間に位置するように配置される。

次に、図２、図５および図６に基づいて旋回羽根Ｓおよび羽根板Ｖについて説明する。上述の通り旋回羽根Ｓは、燃焼筒７の内部であってバーナ本体Ｂに対して燃焼用空気の流動方向の下流側に配置される。

図２に示す通り、旋回羽根Ｓは複数の板状の羽根板Ｖを有する。羽根板Ｖは、少なくとも一対の平行な辺を有する四角形の板であり、本実施形態では長方形である。そして羽根板Ｖは、その一対の平行な辺が作る面を燃焼筒７の内周面に対して垂直とし、かつ、当該面の法線が燃焼筒７の中心軸Ｚに対して４５°の角度となる状態で、燃焼筒７の内周面に溶接により固定されている。本実施形態では、全ての羽根板Ｖが中心軸Ｚに対して同じ角度で配置されているので、旋回羽根Ｓを通過したガス燃料と燃焼用空気とは、燃焼筒７の中心軸Ｚに対して一方向で均一に旋回する。図５に示す羽根板Ｖの配置により、旋回羽根Ｓを通過したガス燃料と燃焼用空気とは、燃焼用空気の流動方向の下流側から見て反時計回りに旋回する。

図５は直進炎型ガスバーナＪの正面図であって、燃焼筒７を燃焼用空気の流動方向の下流側から見た図である。本実施形態では、８枚の羽根板Ｖが等間隔に燃焼筒７の内周面に配置されている。よって各々の羽根板Ｖは燃焼筒７の中心軸Ｚの周囲に４５°の間隔で等間隔で並んでいる。８枚の羽根板Ｖは、燃焼筒７を燃焼用空気の流動方向の下流側から見て、その一部が隣接する羽根板Ｖと重なる状態で配置される。

羽根板Ｖの、燃焼筒７の直径方向に沿った長さは、燃焼筒７の直径の２５％〜３５％とされている。具体的には、燃焼筒７の直径が２１６ｍｍ、羽根板Ｖの長さが５８ｍｍまたは７０ｍｍとされる。後述の燃焼試験にて、これらの長さの羽根板Ｖについて焼損が発生しないことが確認されている。

図５に示される通り羽根板Ｖは、燃焼筒７を燃焼用空気の流動方向の下流側から見て中央孔１２ａと重ならない位置に配置されている。すなわち、燃焼筒７を燃焼用空気の流動方向の下流側から見て中央孔１２ａと重なる位置には、羽根板Ｖは配置されない。よって、中央孔１２ａから燃焼筒７の中心軸Ｚに沿って噴出されたガス燃料は、直接的には羽根板Ｖに当たらずに通過することになる。

換言すれば、燃焼筒７を燃焼用空気の流動方向から見て少なくとも中央孔１２ａと重なる位置には、羽根板Ｖが配置されない空間である中央空間Ｌが設けられているといえる。中央空間Ｌは八角柱状の空間であって、その中心軸Ｚは燃焼筒７の中心軸Ｚと一致し、その側面は羽根板Ｖの先端に接している。

図６は直進炎型ガスバーナＪの斜視透視図であって、燃焼筒７の内部の羽根板Ｖとバーナ本体Ｂの配置を示している。

上述の通り羽根板Ｖは、燃焼筒７の中心軸Ｚの周囲に４５°の間隔で並んでいるので、複数の羽根板Ｖの間には空間が存在する。この羽根板Ｖの間の空間である板間空間Ｍは、羽根板Ｖの先端（燃焼筒７の径方向で中心軸Ｚに近い方の端部）が板や円筒等で連結されていないため、中央空間Ｌと連通している。これにより板間空間Ｍを通る混合気が旋回することによって中央空間Ｌの混合気が板間空間Ｍへと引き出される。従ってガス燃料と燃焼用空気は、中央空間Ｌから板間空間Ｍへと流入することができる。

ちなみに、本実施形態の直進炎型ガスバーナＪは、ガス案内通路１３は、内径が５．４ｍｍであり、補助炎孔１４の径が、２．５ｍｍであり、中央孔１２ａの径が、９．０ｍｍであり、外周側孔１２ｂの径が、４．２ｍｍである。
したがって、８個のガス案内通路１３の開口面積の総和と、８個の補助炎孔１４の開口面積の総和と、１個の中央孔１２ａ及び８個の外周側孔１２ｂを備える主炎孔１２の開口面積とを加えたバーナ全体の開口面積に対して、８個のガス案内通路１３の開口面積の総和及び主炎孔１２の開口面積が、それぞれ４５パーセント程度になり、かつ、８個の補助炎孔１４の開口面積の総和が、１０パーセント程度になる。

また、中央孔１２ａの開口面積に対して８個の外周側孔１２ｂの開口面積の総和は約１．７４倍であるから、中央孔１２ａから噴出されるガス燃料に比べて８個の外周側孔１２ｂから噴出されるガス燃料の総量は大きくなる。従って、中央空間Ｌに噴出されるガス燃料よりも旋回羽根Ｓに向けて噴出されるガス燃料の方が多くなるので、旋回羽根Ｓによるガス燃料と燃焼用空気との混合が効率的に行われる。

ちなみに、本実施形態のバーナ全体の開口面積は、本明細書の背景技術の欄にて説明した従来のガスバーナのバーナ全体の開口面積に較べて、４分の１程度であり、ガス燃料の噴出圧は、例えば８．６ｋＰａに設定されている。
尚、ガス燃料の噴出圧を高めることによって、噴出されるガス燃料が燃焼用空気を巻き込み易いものとなり、ガス燃料と燃焼用空気との混合を促進できるものとなる。

以下、直進炎型ガスバーナＪにおけるガス燃料の燃焼について説明を加える。まず、中央孔１２ａおよび外周側孔１２ｂからコーン部Ｂｃの内部空間Ｋにガス燃料が噴出される。そのガス燃料に、空気流動孔１５からコーン部Ｂｃの内部空間Ｋに供給される燃焼用空気が混合される。

中央孔１２ａから噴出され燃焼用空気が混合されたガス燃料は、燃焼筒７の中心軸Ｚに沿って流れ、その大部分が中央空間Ｌを通過する。

一方、外周側孔１２ｂから噴出され燃焼用空気が混合されたガス燃料は、旋回羽根Ｓの羽根板Ｖに向かって流れて、空気流路Ａからの燃焼用空気およびガス案内通路１３からのガス燃料と共に羽根板Ｖに当たる。

羽根板Ｖに当たったガス燃料と燃焼用空気とは、図２の矢印Ｗの様に、燃焼筒７の中心軸Ｚに対して旋回する。詳しくいえば、ガス燃料と燃焼用空気とは、燃焼筒７の中心軸Ｚを中心として旋回する。そしてこの旋回により、ガス燃料と燃焼用空気の一部は中央空間Ｌから板間空間Ｍへと引き出され、中央孔１２ａから噴出されたガス燃料と混合する。

そして、中央空間Ｌを通過した中央孔１２ａからのガス燃料（および燃焼用空気）と、旋回羽根Ｓにより燃焼筒７の中心軸Ｚの周りに旋回するガス燃料および燃焼用空気とは、旋回羽根Ｓの下流側で共に旋回しながら混合し、燃焼筒７の前方に流動する。そしてそのように流動するガス燃料と燃焼用空気との混合気体が、燃焼筒７の内部、詳しくいえば旋回羽根Ｓの下流側で燃焼を開始しながら、燃焼筒７の前方へ向けて直線上に延びる火炎Ｆを形成する。

また、補助炎孔１４から噴出されるガス燃料が、空気流動孔１５から供給される燃焼用空気によって、コーン部Ｂｃの周壁部の内面近くにて燃焼する。これにより補助炎が形成され、コーン部Ｂｃの内部を通過するガス燃料と燃焼用空気はこの補助炎によって加熱される。

＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態に係る直進炎型ガスバーナについて図７〜１０に基づいて説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
図７に示す第２実施形態に係る直進炎型ガスバーナは、第１実施形態と同様に燃焼筒７とバーナ本体Ｂとを有する。第２実施形態に係る燃焼筒７は、図２に示す第１実施形態と形状が異なる。すなわち第２実施形態に係る燃焼筒７は、旋回羽根Ｓの下流側近傍から内径が徐々に小さくなり、その前端側部分７ｓには内径が一定となる直線部分が設けられている。

図８に示すように、第２実施形態に係る直進炎型ガスバーナＪのバーナ本体Ｂは、コーン部Ｂｃの後端部側の底部に、中央孔１２ａと外周側孔１２ｂに加えて、外周側孔１２ｃを備えている。外周側孔１２ｃは、中央孔１２ａと外周側孔１２ｂの間であって外周側孔１２ｂと同位相の位置に、周方向に４５°の間隔で並んで８個形成されている。

図９に示すように、外周側孔１２ｃはその先端側ほどコーン部Ｂｃの周壁部に近づくよう、燃焼筒７の中心軸Ｚに対して２０°傾斜して設けられている。なお第２実施形態では、外周側孔１２ｂは中心軸Ｚに対して４０°傾斜して設けられている。すなわち、外周側孔１２ｃの中心軸Ｚに対する傾斜角度は、外周側孔１２ｂの中心軸Ｚに対する傾斜角度よりも小さい。

従って、外周側孔１２ｂおよび外周側孔１２ｃから噴出されるガス燃料は、燃焼筒７の中心軸Ｚから離れる方向であって、燃焼筒７の内周面に向かう方向に噴出される。すなわち、外周側孔１２ｂおよび外周側孔１２ｃからのガス燃料の流れは、図７に示す矢印Ｘのようになり、外周側孔１２ｂおよび外周側孔１２ｃからのガス燃料は旋回羽根Ｓの羽根板Ｖに当たる方向へ流れる。

コーン部Ｂｃの周壁部に、コーン部Ｂｃの後端側底部の外周側部分とコーン部Ｂｃの先端部とを連通してガス案内通路１３が設けられる。第２実施形態では、ガス案内通路１３は途中で２つの細い通路に分割されている。よって第２実施形態では、ガス案内通路１３はコーン部Ｂｃの周方向に間隔を隔てて並ぶ状態で複数設けられ、外周側孔１２ｂと同じ位相となる状態で、周方向に沿って４５°の間隔で８組、合計１６個形成されている。

次に図１０に基づいて、第２実施形態における羽根板Ｖの配置について説明する。第１実施形態において図５に示されるように、羽根板Ｖは、燃焼筒７の中心軸Ｚに沿う方向から見て、燃焼筒７の直径が羽根板Ｖの中央を通る位置に配置されている。第２実施形態においては、図１０に示される通り、燃焼筒７の中心軸Ｚに沿う方向から見て、燃焼筒７の直径が羽根板Ｖの一辺を通る位置に配置されている。例えば図１０中右下の羽根板Ｖ１は、その左側の辺が、燃焼筒７の直径Ｃ１に一致する位置に配置される。羽根板Ｖ１の２枚右側の羽根板Ｖも、下側の辺が燃焼筒７の直径Ｃ２に一致する位置に配置される。

＜燃焼試験＞
以下、第１実施形態および第２実施形態に係る実施例と比較例についての燃焼試験の結果を示す。

＜実施例１＞
第１実施形態に係る実施例として、燃焼筒７の直径を２１６ｍｍ、羽根板Ｖの長さを５８ｍｍとし、羽根板Ｖをバーナ本体Ｂの前方であって、羽根板Ｖの後端とバーナ本体Ｂの先端との距離が２５ｍｍとなる位置に配置して直進炎型ガスバーナＪを作成した。羽根板Ｖの枚数は８枚として等間隔に配置し、羽根板Ｖは燃焼筒７の内周面に対して直角に、かつ燃焼筒７の中心軸Ｚに対して４５°の角度で配置した。

＜実施例２＞
第１実施形態に係る実施例として、羽根板Ｖの長さを７０ｍｍとし、その他の条件は実施例１と同様として直進炎型ガスバーナＪを作成した。

＜実施例３＞
第２実施形態に係る実施例として、燃焼筒７の直径を２１６ｍｍ、羽根板Ｖの長さを７０ｍｍとし、羽根板Ｖをバーナ本体Ｂの前方であって、羽根板Ｖの後端とバーナ本体Ｂの先端との距離が２５ｍｍとなる位置に配置して直進炎型ガスバーナＪを作成した。羽根板Ｖの枚数は８枚として等間隔に配置し、羽根板Ｖは燃焼筒７の内周面に対して直角に、かつ燃焼筒７の中心軸Ｚに対して４５°の角度で配置した。なお、実施例３は実施例１および２と異なり、主炎孔１２に外周側孔１２ｂと外周側孔１２ｃの両方が設けられている。

＜比較例＞
旋回羽根Ｓ（羽根板Ｖ）を設けずに、その他の条件は実施例３と同様にして直進炎型ガスバーナＪを作成した。

＜試験条件＞
実施例１〜３および比較例に係る直進炎型ガスバーナＪを、ガス燃料の流量１３０Ｎｍ³／ｈ、燃焼用空気の空気比１．１の条件で燃焼させ、羽根板Ｖの焼損の有無を観測し、火炎Ｆの温度を測定した。

＜結果＞
羽根板Ｖの焼損については、実施例１〜３について５時間の燃焼試験を１０回行った。結果、実施例１〜３のいずれにおいても羽根板Ｖの焼損は観測されなかった。
実施例３および比較例についての、火炎Ｆの温度の測定結果を図１１のグラフに示す。
グラフの横軸はバーナ本体Ｂの先端からの距離、縦軸は火炎の温度を示す。距離２．０ｍ付近までは旋回羽根有り（実施例３）の方が火炎の温度が高くなっており、距離１．５ｍの位置では実施例３の方が約１００℃も高くなっている。一方距離２．０ｍ以遠では、実施例３の方が火炎の温度が低くなっている。すなわち、旋回羽根Ｓを備える実施例３の火炎は、旋回羽根Ｓを備えない比較例に比べ、バーナ本体Ｂの近くで火炎温度が高く、バーナ本体Ｂから離れると火炎温度が低くなっている。従って、旋回羽根Ｓの存在により火炎Ｆが短炎化し、火炎の温度が上昇しているといえる。
＜別実施形態＞

（１）上述の第１実施形態においては、外周側孔１２ｂはその先端側ほどコーン部Ｂｃの周壁部に近づくよう、燃焼筒７の中心軸Ｚに対して２４°傾斜して設けられているが、傾斜の角度はこれに限られず他の角度であってもよい。また外周側孔１２ｂを燃焼筒７の中心軸Ｚに平行に設けて、外周側孔１２ｂから噴出されるガス燃料が燃焼筒７の中心軸Ｚに平行に流れるように構成してもよい。この場合、羽根板Ｖの長さを適当に設定して、外周側孔１２ｂから噴出されるガス燃料の流れＸが旋回羽根Ｓの羽根板Ｖに当たるように直進炎型ガスバーナＪを構成する。

（２）上述の実施形態においては、燃焼筒７の前端側部分７ｓを先端側ほど小径となる絞り形状に形成していた。これを前端側部分７ｓを含めて燃焼筒７の全体を直円筒状としてもよい。

（３）上述の実施形態においては、羽根板Ｖは長方形の平板としたが、平行四辺形や台形など他の形状でもよいし、平面でなく捻れた形状でもよい。例えば、燃焼筒７の径方向で中心軸Ｚに近づくにつれて中心軸Ｚに対する角度（法線と中心軸Ｚがなす角）が小さくなるように構成すると、中心軸Ｚに近づくにつれて旋回の度合いがより大きくなり、混合をより促進することができる。

（３）上述の実施形態においては、直進炎型ガスバーナＪを有機物や無機物の球状化、鉱物の焼成等の熱処理を行う炉Ｇに装備する場合を想定して説明した。具体的には、パーライトや酸化チタン等の粉体の焼成に用いることができる。また、鍛造炉における各種の加熱や、ボイラのバーナ等、種々の加熱に適用できるものである。

なお、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

７：燃焼筒
１２：主炎孔
１２ａ：中央孔
１２ｂ：外周側孔
１２ｃ：外周側孔
１５：空気流動孔
Ａ：空気流路
Ｂ：バーナ本体
Ｂｃ：コーン部
Ｂｔ：ガス燃料供給用筒部
Ｊ：直進炎型ガスバーナ
Ｋ：内部空間
Ｌ：中央空間
Ｍ：板間空間
Ｓ：旋回羽根
Ｖ：羽根板
Ｘ：ガス燃料の流れ
Ｚ：中心軸

Claims

後端側から前端側に向けて燃焼用空気が流動する円筒状の燃焼筒内に、バーナ本体が、前記燃焼筒の内周面との間に環状の空気流路を形成する状態で配置される直進炎型ガスバーナであって、
前記バーナ本体は、先端側ほど大径となる中空円錐台状のコーン部と、前記コーン部の後端側底部に連なりガス燃料が供給されるガス燃料供給用筒部とを備え、前記バーナ本体は前記コーン部の先端側が前記燃焼用空気の流動方向下流側に位置する姿勢で配置され、
前記コーン部の後端側底部に、前記ガス燃料供給用筒部から供給されるガス燃料を前記コーン部の内部空間に噴出する主炎孔が形成され、
前記主炎孔が、前記コーン部の後端側底部における外周側に周方向に間隔を隔てて形成される複数の外周側孔と、前記コーン部の後端側底部における中央部に形成され前記燃焼筒の中心軸に沿ってガス燃料を噴出する中央孔とを備え、
前記燃焼筒の内部であって前記バーナ本体に対して燃焼用空気の流動方向の下流側に、前記燃焼用空気と前記ガス燃料とを前記燃焼筒の中心軸に対して旋回させる旋回羽根が配置されており、
前記旋回羽根は複数の板状の羽根板を有し、前記羽根板は、前記空気流路からの前記燃焼用空気の流れと、前記外周側孔からの前記ガス燃料の流れとの両方が当たる位置に配置される直進炎型ガスバーナ。
前記コーン部の周壁部をその厚さ方向で貫通して、前記燃焼用空気を前記内部空間に導く空気流動孔が、前記コーン部の周方向に並べて複数形成されている請求項１に記載の直進炎型ガスバーナ。
前記燃焼筒を燃焼用空気の流動方向の下流側から見て前記中央孔と重ならない位置に前記羽根板が配置されている請求項１または２に記載の直進炎型ガスバーナ。
前記燃焼筒を燃焼用空気の流動方向の下流側から見て少なくとも前記中央孔と重なる位置に、前記羽根板が配置されない空間である中央空間が設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の直進炎型ガスバーナ。
前記羽根板に挟まれた空間である板間空間が前記中央空間と連通している請求項４に記載の直進炎型ガスバーナ。
前記羽根板は少なくとも一対の平行な辺を有する四角形の板であり、前記羽根板はその一対の平行な辺が作る面を前記燃焼筒の内周面に対して垂直とし、かつ、当該面の法線が前記燃焼筒の中心軸に対して４５°の角度となる状態で配置されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の直進炎型ガスバーナ。
前記羽根板における前記燃焼筒の直径方向に沿った長さが前記燃焼筒の直径の２５％〜３５％である請求項６に記載の直進炎型ガスバーナ。