JP2768182B2 - 予混合バーナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、多数の微小炎孔を形
成した保炎体の表面に火炎を形成する形式の予混合バー
ナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年大気汚染等環境問題から燃焼ガス中
の有害成分が極めて少ない都市ガス、ＬＰＧ等のガス燃
料が産業上多用される傾向にあり、ボイラ等の産業機械
においてもガスバーナを用いたものが増加している。こ
れらガスバーナの一種に、微小孔（炎孔）を多数個形成
した保炎体を通して予混合気を流出させ、この保炎体表
面に多数の微小火炎を形成する形式の、所謂表面燃焼バ
ーナと称される予混合バーナがある。前記予混合バーナ
は、使用する機器によって容量を変更する必要がある場
合には、一般に、小型の保炎体を単位ユニットとし、こ
の保炎体ユニットを所定個数組み合せた状態で所定の枠
状フレームに収容することにより、各種容量のバーナを
得ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のよう
な予混合バーナにおいて、高負荷燃焼とするために予混
合気の供給圧を高めると、保炎体表面からの微小火炎は
徐々に大きさを増していく。周知のように、燃焼反応
は、予混合気の噴出速度と燃焼速度が釣り合う領域で行
われるため、前述の在来の予混合バーナにおいては、予
混合気の供給圧を高めるにしたがい、火炎が一体化し、
遂には燃焼反応領域が平坦面状となってしまう。この状
態では、供給予混合気量に対して燃焼反応領域が狭くな
っており、火炎の安定性が悪く、燃焼に振動を伴う。特
に、予混合気の供給圧力の変動により、予混合気の噴出
速度に変化が生じると、前述の釣り合い状態が容易にく
ずれ、火炎にリフトや吹き消えが生じる。また、この種
の予混合バーナにおける着火時には、火炎が瞬時に保炎
体全面に拡がるため、着火時の衝撃が大きいという問題
もある。

【０００４】この問題を解決するためのものとして、所
定個数の窓孔を穿設した枠状のフレームホルダ部材を保
炎体表面に配設する等して、所定個数毎の微小孔のグル
ープを保炎体表面に区画形成し、前述の燃焼反応に寄与
する領域を拡大した予混合バーナがある。この予混合バ
ーナにおいては、在来のバーナに比べて燃焼時の騒音レ
ベルも、大幅に低減されているが、燃焼性や、騒音に関
して更なる改善の必要があった。

【０００５】更に、小型・高負荷燃焼タイプで、適用す
る熱機器に対する汎用性が高く、安定燃焼可能な予混合
バーナは技術的に達成されておらず、この種のバーナに
対する市場からの要求も高まっている。そこで、出願人
は更に研究を行い、この種バーナにおける安定燃焼の条
件設定を試み、その一連の研究の中において、この様な
関連性を知得し、この発明を完成するに至った。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、前記課題を
解決するためになされたもので、保炎体に形成した多数
の炎孔から予混合気を噴出させ、前記保炎体表面にて火
炎を形成する形式の予混合バーナにおいて、前記多数の
炎孔からなり互いに炎孔構成を同じとした主火炎形成用
の多数の主炎炎孔群を互いに所定間隔を存して規則的に
配列すると共に、前記各主炎炎孔群よりも少数の炎孔か
らなり前記各主炎炎孔群の周囲に前記主炎より小さく、
互いに大きさの異なる袖火を形成する第一袖火炎孔群と
第二袖火炎孔群とを配置し、前記各主炎炎孔群，第一袖
火炎孔群及び第二袖火炎孔群を非火炎領域を存して互い
に所定距離を隔てて形成したことを第一の特徴とし、前
記各第二袖火炎孔群Ｃが、前記多数の主炎炎孔群Ａが形
成する列の間に配列され、前記各第一袖火炎孔群Ｂが、
前記各第二袖火炎孔群Ｃの各列間における前記各主炎炎
孔群Ａ間に配置されていることを第二の特徴とする。

【０００７】

【作用】この発明に係る予混合バーナによれば、保炎体
表面に形成される火炎が、互いに炎孔構成を同じとし、
互いに所定間隔を存して規則的に配列される多数の主炎
炎孔群により分割形成される多数の主炎と、各主炎炎孔
群の周囲に配置される第一袖火炎孔群及び第二袖火炎孔
群により形成される大小の袖火とに独立して形成され、
しかも主炎は大きくて長く、袖火は小さくて短く形成さ
れるので、予混合気の噴出速度が変化しても、燃焼速度
との釣り合い状態が維持され、保炎性の高い安定燃焼が
行われ、燃焼反応領域が拡大する。また、主炎と袖火と
で火炎の大きさ（長さ）が相違することにより燃焼共鳴
が減少し、騒音が低減する。更に、第一袖火炎孔群と、
第二袖火炎孔群とで炎孔の数を異ならせることにより火
炎の振動周波数を相違させ、燃焼共鳴の発生を一層有効
に防止することができる。

【０００８】

【実施例】図１〜４は、この発明に係る予混合バーナと
しての表面燃焼バーナの第一実施例を示すものである。
それらの図面において、保炎体１０は、その表裏を貫通
し、予混合気を噴出する多数の炎孔１１を形成したもの
である。この第一実施例における保炎体１０の基本的な
構成は、セラミック粒子を型締めした後、焼結、あるい
は結着する等の造形手段によって平板状に成形したもの
である。前記多数の炎孔１１は、型締め時に同時、ある
いはその後に穿孔することによって形成してある。

【０００９】そして、前記保炎体１０においては、前記
多数の炎孔１１を、主炎を形成する主炎炎孔群Ａ，主炎
の周囲に小さな袖火群を形成する第一袖火炎孔群Ｂ，並
びに前記主炎炎孔群Ａと第一袖火炎孔群Ｂとを取り囲む
袖火列を形成する第二袖火炎孔群Ｃとに区画形成し、前
記第二袖火炎孔群Ｃによって形成される袖火列が縦列配
置状態となるように設定してある。ここで、前記各主炎
炎孔群Ａは図示の如く互いに炎孔構成を同じ、すなわち
炎孔１０の数及び配置を同じにし、互いに所定間隔を存
して上下、左右に規則的に配列されている。そして、上
下方向に並ぶ多数の主炎炎孔群Ａを縦方向主炎炎孔群Ａ
列とすると、隣接する縦方向主炎炎孔群Ａ列同士は千鳥
配置の関係となっている。また、前記主炎炎孔群Ａの長
軸方向（最大幅方向）を、前記第二袖火炎孔群Ｃの配列
方向に添う方向としている。また、第二袖火炎孔群Ｃに
よって形成される袖火列が複数列の場合には、それらが
互いに平行になるように配置する。

【００１０】更に、前記主炎炎孔群Ａと、前記第一袖火
炎孔群Ｂと、前記第二袖火炎孔群Ｃとでは、炎孔１１の
個数を適宜相違させ、各炎孔群Ａ，Ｂ，Ｃ毎に密集配置
すると共に、各炎孔群Ａ，Ｂ，Ｃ間に所定の間隔をおい
て保炎体１０上に配置してある。すなわち、火炎の形成
される各炎孔群Ａ，Ｂ，Ｃ間に火炎の形成されない非火
炎領域Ｎを形成してある。

【００１１】第一実施例について、具体的に説明する
と、前記主炎炎孔群Ａは、３６個の炎孔１１を略六角形
形状に集合配置したものとなっている。前記第一袖火炎
孔群Ｂは、３個の炎孔１１を三角形形状に集合配置した
ものと、４個を略菱形形状に集合配置したものとなって
いる。そして、前記主炎炎孔群Ａと前記第一袖火炎孔群
Ｂとを取り囲む袖火列を形成する第二袖火炎孔群Ｂは、
８個の炎孔１１を略台形形状に集合配置したもので、第
二袖火炎孔群Ｂによって形成される袖火列をその向きを
交互に反転させながら実質上一直線状に、複数条設けて
ある。また、前記六角形状をなす主炎炎孔群Ａは、最大
外径寸法方向（その最も離隔する部分間を通る軸線方
向、所謂、長軸方向）を、前記第二袖火炎孔群Ｃの配列
方向に添う方向としている。

【００１２】更に、この第一実施例における予混合バー
ナは、前記保炎板１０表面が上下方向となるように縦置
き状態で用いる場合、少なくとも前記第二袖火炎孔群Ｃ
によって形成される一連の袖火列の配列方向が、前記保
炎体１０の上下方向に沿うように（鉛直線に対して約３
０度程度までの傾斜は許容される。）設定されており、
前述したような多数の垂直伝熱管を備えた熱機器への装
着の便宜を考えるならば、前記前記第二袖火炎孔群Ｃに
よる袖火列の形成方向は、矩形平板状の保炎体１０の一
辺に対して前述の範囲内の適宜の角度を持たせた状態で
形成するのが好ましい。

【００１３】前記構成の予混合バーナの機能について、
以下に説明する。先ず、着火時においては、パイロット
バーナ等により予混合バーナの一部に着火するが、この
火炎は、各炎孔群Ａ，Ｂ，Ｃ毎に順次に火炎が伝播する
ように形成され、従来のように、火炎が瞬時に保炎体１
０の表面全体に広がるといったことが無いため、着火
音、衝撃も小さく抑えることができる。また、火炎の保
炎性、安定性を著しく高めてあるため、着火後速やかに
所定の火炎形状を形成することができる。

【００１４】そして、この発明に係る予混合バーナにお
いて、保炎体１０上の各炎孔群Ａ， Ｂ，Ｃ毎に形成され
る火炎は、各炎孔群Ａ，Ｂ，Ｃの複数の炎孔１１から噴
出する予混合気によるものであり、これらの各炎孔１１
による火炎は、予混合気の供給圧力を上げていくと、隣
り合う炎孔１１からの火炎と一体化し、より大きな火炎
となっていく。しかし、この発明に係る予混合バーナに
おいては、各炎孔群Ａ，Ｂ，Ｃを互いに所定距離を隔て
て形成し、各炎孔群Ａ，Ｂ，Ｃ間に非火炎領域Ｎを設け
てあるため、各炎孔群Ａ，Ｂ，Ｃ毎の火炎の一体化が防
止される（第３図参照）。したがって、予混合気の供給
圧力が高く、高燃焼負荷としても、各炎孔群Ａ，Ｂ，Ｃ
毎に火炎が独立して形成され、従来のものより燃焼反応
に寄与する領域が広がり、予混合気の供給圧力の変動に
より、予混合気の噴出速度が変化しても、燃焼速度との
釣り合い状態が持維し、また釣り合い状態が破れても、
容易に回復し、安定した燃焼が行われる。

【００１５】更に、各炎孔群Ａ，Ｂ，Ｃの火炎の大きさ
（長さ）は底面積、すなわち炎孔１１の寸法や個数に依
存するため、主炎炎孔群Ａの火炎は長く、第一袖火炎孔
群Ｂ及び第二袖火炎孔群Ｃの火炎は短くなっている。し
たがって、負荷を高めていくと、バーナ全体としての火
炎形状には、適宜に長短が生じるため、保炎性が高まる
と共に各炎孔群Ａ，Ｂ，Ｃによる火炎の振動周波数が互
いに相違し、したがって、バーナ全体としては振動周波
数が分散し、燃焼共鳴音の発生を有効に防止できる。よ
って燃焼時、特に、高負荷燃焼時の騒音が低減されると
共に、安定した燃焼を行うことができる。

【００１６】また、第二袖火列炎孔群Ｃは縦列配置の袖
火列をなすように配置してあり、また、この袖火列によ
る火炎は、前述の非火炎領域Ｎによって適宜分断されて
いることから、前述の保炎効果を発揮すると共に、全体
として保炎体１０表面から直交方向に薄壁状に延び、そ
の間の主炎炎孔群Ａ及び第一袖火炎孔群Ｂによる火炎を
同方向の帯状に区画する火炎が形成される。

【００１７】このように、方向性を持たせて区画した火
炎は、幅の狭い方向に関しては流路形状、重力、気流等
の影響を受けて火炎の方向が変化し易く、幅の広い方向
に関しては前述の影響を受け難くなっている。そのた
め、この予混合バーナを伝熱管２０を平行に配置してな
る燃焼機器に適用する場合、火炎の形成の状況と伝熱管
隙間の方向とを関連付けて配置すれば、燃焼の安定化が
図れる。

【００１８】すなわち、前記構成の予混合バーナを熱機
器、特に垂直な伝熱管を互いに平行に配列してなるボイ
ラ等に適用する場合には、以下のように設定する（図４
参照）。図示するように、前記構成の保炎体１０よりな
る予混合バーナを、その第二袖火炎孔群Ｃのうち、平行
をなす一組の袖火列の形成方向が、適用する熱機器の伝
熱管２０の軸線方向と平行ないしは適宜の傾斜角（鋭
角）をもって配置し、実質上、各炎孔の炎孔群、ないし
は、予混合バーナ全面に伝熱管の軸方向に長細い偏平な
断面を有する火炎を形成するように設定する。

【００１９】この様な配置方法によると、保炎体１０か
らの火炎は、前述の袖火列両側の非火炎領域Ｎによって
伝熱管２０の軸方向に広がる薄壁状の火炎に分断されて
おり、前記袖火列の配列方向に沿う一連の火炎が一体的
になびくため、各火炎は、伝熱管２０の表面に沿って流
れる。

【００２０】したがって、前記第二袖火炎孔群Ｃの薄壁
状の袖火列によって主炎とその周囲の袖火を挟み、その
間にそれら火炎群を一連に連なった状態で火炎形成を行
わせることにより、前記火炎の保炎状況の方向性を保炎
体１０表面で異ならせ、適応する燃焼機器の伝熱管２０
群の隙間に容易に流通させることができる。

【００２１】この理由は、従来の予混合バーナでは、火
炎の保炎性に方向性を持たせていないため、火炎が伝熱
管の隙間に流入するに際して個々の火炎が伝熱管にて分
断されており、この際の抵抗が大きく、また、伝熱管２
０の後流側に渦が生じ易いため、騒音や流路抵抗の増大
の要因になっていたが、この発明に係る予混合バーナに
おいては前述のように保炎体１０表面に形成される火炎
の保炎方向に方向性を持たせてあるため、この方向と伝
熱管２０の配置方向とを一致させることにより、伝熱管
２０隙間に火炎が容易に流入するためである。換言すれ
ば、この火炎は、複数の伝熱管２０間に形成される隙間
の広がり方向と実質上近似の広がりを有する火炎形状と
なっているため、前記伝熱管２０表面を沿って流れた
後、この伝熱管２０間の隙間に対して容易に流入するの
である。

【００２２】また、前記保炎体を、予混合気を水平、あ
るいは斜め方向に噴出させるように配置した場合、その
保炎体に形成される火炎は、一般に重力や気流（上昇気
流）の影響により、火炎は保炎体表面から周囲に向けて
放射状に広がると共に火炎の先端は上方に向けて偏る傾
向にある。また、火炎は大きさが小さいほど保炎し易い
が、流路、重力、気流等の影響により火炎の形成方向に
偏りが生じ易い。しかし、この発明に係る予混合バーナ
のように火炎の保炎状況の方向性を保炎体１０表面で異
ならせることにより、前述の如き重力、気流等の影響に
関係無く、予混合気の噴出方向、すなわち炎孔１１の軸
方向に沿う火炎を形成することができる。

【００２３】また、この予混合バーナを適応する燃焼機
器が伝熱管２０を垂直に配列した構造のものである場
合、前述の作用効果、並びに、前述したように火炎の保
炎状況の方向性を保炎体１０表面で異ならせたことによ
り、この保炎方向性と伝熱管２０の配置方向とを関連付
けることによって伝熱管２０隙間に火炎が容易に流入す
るため、前述のような騒音や流路抵抗の増大といった不
都合が解消できる。

【００２４】また、以上では、予混合バーナを縦置き
（火炎が水平に延びる方向）に配置する場合について説
明したが、この発明においては、予混合バーナを横置き
（火炎が上下方向に延びる方向）としてもよい。

【００２５】以上の第一実施例においては、主炎炎孔群
をなす炎孔群の形状を略六角形形状としてあるが、この
ような第一実施例に限らず、四角形、菱形等とすること
もでき、更に、図５に示すように、第一袖火炎孔群を適
当数集約して主炎炎孔群間に介在させたもの、図６に示
すように、平行をなす第二袖火炎孔群の各組毎に炎孔の
列数を相違させたもの、図７に示すように、各第二袖火
炎孔群の炎孔の列数を最少（一列）としたもの等とする
こともでき、その形状は、この発明の要旨を逸脱しない
範囲で適宜変更可能である。

【００２６】更に、保炎体１０は、セラミック粒子を焼
結して形成し、この形成体にグループ分けする如く炎孔
を形成したものであったが、この発明では、基本構成と
なる予混合バーナは、発泡セラミクス、セラミック粒焼
結ブロック等の多孔質材料を用いることもでき、また、
平形と波形のリボンを積層した多孔質ブロックも用いる
ことができる。

【００２７】更に、予混合バーナの炎孔は、そのような
材質の平板状材料に直接形成したものでも、また、予混
合バーナの表面、あるいはいは裏面に、炎孔を適宜分断
する枠状体を設けた構成とすることもできる。例えば、
図８に示すような枠状体３０を多数の炎孔を均一に形成
してなる予混合バーナの燃焼面側あるいはその裏面に配
置することにより実質的に図１に示すような炎孔の炎孔
群を形成する。

【００２８】加えて、予混合バーナの基本となる形状
は、以上の各実施例においては、平板状となっている
が、この発明においては、平板状に限らず、曲面状、円
筒状とすることもでき、したがって、この予混合バーナ
の利用目的、あるいは適用しようとする熱機器の炉形状
等に応じて適宜、変更可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る予
混合バーナは、保炎体表面に発生する火炎が、互いに炎
孔構成を同じとし規則的に配列された多数の主炎炎孔群
により形成される大きく、長い多数の主炎と、第一袖火
炎孔群及び第二袖火炎孔群により形成される小さく、短
い袖火とに独立して形成されるので、大面積で、高燃焼
負荷のバーナであっても、また予混合気の供給圧の変動
等による予混合気の噴出速度の変化があっても、安定し
た火炎を得ることができ、従来問題となっていた火炎の
リフトや吹き消えを防止し、燃焼反応領域を大きく取る
ことができる。また、主炎炎孔群と第一袖火炎孔群及び
第二袖火炎孔群を構成する炎孔の数を異ならせているの
で主炎と袖火との振動周波数が、互いに異なり、バーナ
全体として見ると火炎の振動周波数が分散し、燃焼共鳴
の発生を一層有効に防止できるため、燃焼共鳴音、着火
衝撃等が解消できる。

【００３０】更に、従来のものに比べて燃焼負荷を高め
ることができるため、同一燃焼量であれば、著しく小型
のバーナとすることができる。

【００３１】したがって、この発明によれば、高負荷燃
焼が可能な、低騒音の商品的価値の高い予混合バーナを
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る予混合バーナの第一実施例を示
す平面図である。

【図２】図１のＩ−Ｉ線に沿う縦断面図である。

【図３】図１に示す予混合バーナの機能を説明するため
の図面で、各炎孔群を模式化して示す概略斜視図であ
る。

【図４】この発明に係る予混合バーナを熱機器に適用し
た場合の機能を説明するための概略図である。

【図５】この発明に係る予混合バーナの第二実施例を示
す要部の平面図である。

【図６】この発明に係る予混合バーナの第三実施例を示
す要部の平面図である。

【図７】この発明に係る予混合バーナの第四実施例を示
す要部の平面図である。

【図８】この発明に係る予混合バーナの第五実施例を示
す要部の平面図である。

【符号の説明】１０ 保炎体１１ 炎孔２０ 伝熱管Ａ 主炎炎孔群Ｂ 第一袖火炎孔群Ｃ 第二袖火炎孔群

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F23D 14/16 F23D 14/14

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 保炎体１０に形成した多数の炎孔１１か
   ら予混合気を噴出させ、前記保炎体１０表面にて火炎を
   形成する形式の予混合バーナにおいて、前記多数の炎孔
   １１からなり互いに炎孔構成を同じとした主火炎形成用
   の多数の主炎炎孔群Ａを互いに所定間隔を存して規則的
   に配列すると共に、前記各主炎炎孔群Ａよりも少数の炎
   孔１１からなり前記各主炎炎孔群Ａの周囲に前記主炎よ
   り小さく、互いに大きさの異なる袖火を形成する第一袖
   火炎孔群Ｂと第二袖火炎孔群Ｃとを配置し、前記各主炎
   炎孔群Ａ，第一袖火炎孔群Ｂ及び第二袖火炎孔群Ｃを非
   火炎領域Ｎを存して互いに所定距離を隔てて形成したこ
   とを特徴とする予混合バーナ。
2. 【請求項２】 前記各第二袖火炎孔群Ｃが、前記多数の
   主炎炎孔群Ａが形成する列の間に配列され、前記各第一
   袖火炎孔群Ｂが、前記各第二袖火炎孔群Ｃの各列間にお
   ける前記各主炎炎孔群Ａ間に配置されていることを特徴
   とする請求項１に記載の予混合バーナ。