JP2017032168A - 予混合バーナ - Google Patents

Abstract

【課題】予混合バーナでの予混合ガス流路の長さを抑えながら、燃焼用空気と燃料ガスの混合性を向上させる予混合バーナを提供する。【解決手段】燃焼用空気と燃料ガスを混合した予混合ガスを流すウインドボックス１と、ウインドボックス１の下流側にウインドボックス１から送られてきた予混合ガスを噴射して燃焼を行うバーナヘッド２を持った予混合バーナにおいて、予混合ガスが流れる流路は、ウインドボックス１よりもバーナヘッド２で流路断面積を大きくし、かつバーナヘッド１での流路断面積を拡大する直前の位置に、ウインドボックス１での流路断面積よりも流路断面積を小さくした流路縮小部５を設ける。バーナヘッド２にはウインドボックス１内を送られてきている予混合ガス流動方向の延長線上に、予混合ガス流に対して垂直であって、予混合ガス流の流れをバーナヘッド内の周縁方向に広げるための面を持った混合促進板４を設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼用空気と燃料ガスを予め混合しておき、予混合ガスを噴射しながら燃焼を行う予混合バーナに関するものであり、より詳しくは予混合バーナにおける燃焼用空気と燃料ガスの混合性を向上させた予混合バーナに関するものである。

実開平６−６９１８号公報に記載があるように、燃焼用空気と燃料ガスを予め混合しておき、予混合ガスを噴射しながら燃焼を行う予混合バーナが知られている。予混合バーナでは、燃焼用空気を流すウインドボックス内に燃料ガス噴射ノズルを設置しておき、ウインドボックス内の燃焼用空気流に向けて燃料ガスを噴射する。ウインドボックス内の流路が十分な距離であると、燃焼用空気と燃料ガスは均一に混合することができ、十分に混合した予混合ガスを燃焼することで良好な燃焼を行うことができる。また、実開平６−６９１８号公報に記載のバーナでは、バーナヘッド内に混合促進板を設置することで燃焼用空気と燃料ガスの混合性を向上させている。バーナヘッドの先端側にはコンバスタ（セラミックプレート）を設置して、コンバスタに設けている多数の小孔からバーナの先側へ予混合ガスを噴射し、バーナの先側で燃焼を行う。

予混合バーナでは、燃焼部へ予混合ガスを噴射する前に燃焼用空気と燃料ガスが十分に混合しておく必要がある。ウインドボックス内を流れる圧力を持った燃焼用空気流に、圧力を持った燃焼用ガスを噴射すると、ある程度の距離を流れる間に燃焼用空気と燃料ガスは良好に混合される。しかし、燃焼量の増減を可能とした予混合バーナでは、燃焼量を減少すると、燃焼用空気量と燃料ガス量が減少し、燃焼用空気と燃料ガスの圧力は低下する。燃焼用空気及び燃料ガスの圧力低下は、ターンダウン比を大きくしたバーナほど大きくなり、燃焼量を半分になると風圧は約１／４となる。燃焼用空気と燃料ガスの圧力が低くなると、燃焼用空気と燃料ガスの混合性は低下することになり、混合状態が不十分になると、予混合バーナでは完全燃焼することができなくなってＣＯの発生量が増加するなどの問題が発生することになる。

ウインドボックス内で十分に混合するためには、ウインドボックスでの流路を長くすればよいが、予混合バーナでも小型化が求められているために、ウインドボックスの流路長さを長くすることは難しい。そのため、ウインドボックスでの予混合ガス流路の長さを抑えながら予混合ガスの混合性を高めることが望まれていた。

実開平６−６９１８号公報

本発明が解決しようとする課題は、予混合バーナでの予混合ガス流路の長さを抑えながら、燃焼用空気と燃料ガスの混合性を向上させることにある。

請求項１に記載の発明は、燃焼用空気と燃料ガスを混合した予混合ガスを流すウインドボックスと、ウインドボックスの下流側にウインドボックスから送られてきた予混合ガスを噴射して燃焼を行うバーナヘッドを持った予混合バーナにおいて、予混合ガスが流れる流路は、ウインドボックスよりもバーナヘッドで流路断面積を大きくし、かつバーナヘッドでの流路断面積を拡大する直前の位置に、ウインドボックスでの流路断面積よりも流路断面積を小さくした流路縮小部を設けていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記の予混合バーナにおいて、バーナヘッドにはウインドボックス内を送られてきている予混合ガス流動方向の延長線上に、予混合ガス流に対して垂直であって、予混合ガス流の流れをバーナヘッド内の周縁方向に広げるための面を持った混合促進板を設けていることを特徴とする。

予混合ガス流は、流路断面積が縮小されると流速は上昇し、流速が上昇した状態で流路断面積の大きなバーナヘッドに入ると、予混合ガスの流れは広がることになる。その際に予混合ガス流には乱流が発生し、燃焼用空気と燃料ガスの混合性が向上する。また、バーナヘッド内の、ウインドボックスから送られてきている予混合ガス流動方向の延長線上に、予混合ガス流に対して垂直であって、予混合ガス流の流れをバーナヘッド内の周縁方向に広げるための面を持った混合促進板を設けていると、予混合ガスは混合促進板に衝突後、混合促進板の表面に沿って放射状に広がり、混合促進板の外縁部を回り込む流れとなる。その際にも予混合ガス流には乱流が発生し、燃焼用空気と燃料ガスの混合性が向上する。予混合ガス流は、流路縮小によって流速が増加した状態で混合促進板に衝突し、流路を拡大しているバーナヘッドの側壁と混合促進板外縁の間を回り込むことになることで、燃焼用空気と燃料ガスの混合がより促進される。

燃焼用空気と燃料ガスの混合性が向上することで燃焼性が良くなる。また短い距離で燃焼用空気と燃料ガスの混合を行うことができるため、燃焼装置を小型化することができる。

本発明を実施している予混合バーナの断面図 本発明を実施している予混合バーナの一部透過斜視図

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施している予混合バーナの断面図、図２は本発明を実施している予混合バーナの一部透過斜視図である。本発明の予混合バーナは、燃料ガスと燃焼用空気を混合しながら流すウインドボックス１と、予混合ガスを噴射して燃焼を行うバーナヘッド２からなっている。ウインドボックス１は、送風機（図示せず）から送られてきた燃焼用空気を流すものであり、燃料ガスを噴射する燃料ノズル（図示せず）をウインドボックス１に設置しておき、燃焼用空気に燃料ガスを噴射して混合するようにしている。バーナヘッド２は、ウインドボックス１の下流に設置しており、ウインドボックス１よりも径を大きくしている。バーナヘッド２の先側にはセラミックプレートに多数の小孔をあけたコンバスタ３を設置しており、ウインドボックス１からバーナヘッド２に送られた予混合ガスは、コンバスタ３に開けている小孔を通してバーナ先側に噴射する。バーナヘッド２の先側は燃焼室であり、コンバスタ３から燃焼室へ予混合ガスを噴射することで、コンバスタ３の燃焼室側表面で火炎７の燃焼を行う。

バーナヘッド２は、ウインドボックス１よりも径を大きくしているため、ウインドボックス１とバーナヘッド２の接合部では、予混合ガスの流路断面積が拡大する。そして、ウインドボックス１とバーナヘッド２の接合部には、予混合ガス流路断面積を縮小する流路縮小部５を設けている。そのため、予混合ガス流路の断面積は、ウインドボックス１の終端にて一旦縮小し、縮小部を抜けてバーナヘッド２に入ると、流路断面積はウインドボックス１よりも大きくなる。

実施例での流路縮小部５は、ウインドボックス１内の予混合ガス流路周縁部にあたる位置と、中心軸部分を含んだ直径方向に延びる中央部をふさぐようにしている。そしてバーナヘッド２内には、ウインドボックス１での予混合ガスの流れ方向に対して垂直な面を持っている混合促進板４を設ける。混合促進板４は、バーナヘッド２の中心軸と同心の円盤からなっており、流路縮小部５と混合促進板４の間は、バーナヘッド２の中心軸部分に設けた支柱８によって接続している。

ウインドボックス１内を送られてきた予混合ガスは、バーナヘッド２に入る直前で流路断面積が縮小するため、流路縮小部５の部分で流速が増大する。その後、バーナヘッド２内に入ると、バーナヘッド２の径はウインドボックス１の径より大きいため、予混合ガスは周方向に広がる。また、ウインドボックス１内を流れてきた予混合ガス流の延長線上には、予混合ガスの流動方向に対して垂直な面を持つ混合促進板４を設けており、混合促進板４はバーナヘッド２の中心軸付近をふさぐものであるため、バーナヘッド２内に入った予混合ガスは一旦周方向に流れ、混合促進板４外側のバーナヘッド周壁との間を回り込む。

ウインドボックス１内で燃焼用空気と燃料ガス流すと、燃焼用空気と燃料ガスは徐々に混合していくが、ウインドボックス１内のみで十分な混合を行うためには、ウインドボックスでの流路を長くする必要がある。しかし、ウインドボックス１での流路を長くすると、燃焼装置が大きくなってしまうため、ウインドボックス１での流路の長さを抑えながら、予混合ガスの混合性を高くする。

予混合ガス流は、ウインドボックス１からバーナヘッド２へ入る際、流路断面積を縮小することで流速を増加させている。そして流速増加の直後に流路の径を拡大するとともに、予混合ガス流の延長線上に混合促進板４を設けており、予混合ガス流は混合促進板４に衝突した後に、周方向へ放射状に広がるようにしている。このような構成にしておくと、ウインドボックス１からバーナヘッド２内に入った際に、予混合ガス流に乱流が発生するようになり、燃焼用空気と燃料ガスの混合性が向上することになる。そのため、ウインドボックス１での流路の長さを抑えながら予混合ガスの混合性を高くすることができる。燃焼装置での燃焼量が半分になると、燃焼用空気と燃料ガスの圧力は約１／４となる。そして、燃焼用空気と燃料ガスの圧力が低くなると、燃焼用空気と燃料ガスの混合性が低下する事になっていた。しかし、上記の構成とすることで、燃焼量の小さな場合においても効率よく混合することができるため、安定燃焼を維持することができる。

なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。例えば図では、ウインドボックス１は円筒形状としているが、これを断面四角形の四角柱形状にするなどしても同様の作用を得ることができる。

１ ウインドボックス
２ バーナヘッド
３ コンバスタ
４ 混合促進板
５ 流路縮小部
６ 流路拡大部
７ 火炎
８ 支柱

Claims (2)

1. 燃焼用空気と燃料ガスを混合した予混合ガスを流すウインドボックスと、ウインドボックスの下流側にウインドボックスから送られてきた予混合ガスを噴射して燃焼を行うバーナヘッドを持った予混合バーナにおいて、予混合ガスが流れる流路は、ウインドボックスよりもバーナヘッドで流路断面積を大きくし、かつバーナヘッドでの流路断面積を拡大する直前の位置に、ウインドボックスでの流路断面積よりも流路断面積を小さくした流路縮小部を設けていることを特徴とする予混合バーナ。
2. 請求項１に記載の予混合バーナにおいて、バーナヘッドにはウインドボックス内を送られてきている予混合ガス流動方向の延長線上に、予混合ガス流に対して垂直であって、予混合ガス流の流れをバーナヘッド内の周縁方向に広げるための面を持った混合促進板を設けていることを特徴とする予混合バーナ。
   

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