JP3674821B2 - バーナ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーナに関するものであり、特に灯油等の液体燃料を使用するバーナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ガンタイプバーナと称される、液体燃料を加圧して噴射し、空気と混合して燃焼するバーナが知られており、石油給湯器や石油温水暖房機に広く使用されている。
またガンタイプバーナの一つの形態として、NOx等の有害物質の発生を低減するために、ノズルの近傍に旋回空気流発生部材5を配置し、その下流に少し距離をおいて絞り板28を配置したバーナが知られている。
図8は、従来技術のガンタイプバーナの正面断面図である。
バーナ100は、図示しない熱交換器を加熱するためのもので、ハウジング2内にノズル収納筒3と旋回空気流発生部材5及び燃焼筒6が配されている。ハウジング2は、下部が図9の様に正方形部20となっており、その上部に円筒形部21が設けられている。
そしてハウジング2の正方形部20には、送風機8が取り付けられている。
【0003】
ノズル収納筒3は二重構造となっており、半球状のノズル収納内筒10と、その外側に設けられたノズル収納外筒11を有し、いずれもハウジング2の正方形部20内に配されている。
ノズル収納内筒10は、先端部分に開口15が設けられている他、周壁部には、空気を導入するための小穴(図示せず)が多数設けられている。
またノズル収納外筒11は端部が開放された円筒形であり、周囲に縦方向に延びるスリット(図示せず)が設けられている。
燃料噴射ノズル12と点火プラグ13は、ノズル収納内筒10内に収納されており、燃料噴射ノズル12は、燃料ポンプ16と接続されている。
【0004】
旋回空気流発生部材5は、具体的には、空気導入路22(図9)内に風向板23を多数、風車の様に並べて設けたものであり、図9の様に送風機8の風を旋回的に付勢してノズル収納筒3内に導入するものである。
【0005】
燃焼筒6は、端部が開放された円筒形であり、周面に小穴(図示せず)が多数設けられている。燃焼筒6は、ノズル収納筒3と同心状に位置し、ノズル収納筒3の開放端に接続されている。
またハウジング20と燃焼筒6との間には空隙部25が設けられている。空隙部25は、前記した空気導入路22と連通しており、送風機8によって作られた送風は、空隙25にも入り、図示しない小穴を介して燃焼筒6に導入される。
【0006】
また燃焼筒6と、ノズル収納筒3との間には絞り板28が設けられている。絞り板28は、中央部に開口30が設けられた板である。
【0007】
次に従来技術のバーナ100の作用について説明する。
バーナ100を燃焼する際には、ポンプ16を起動して噴射ノズル12から燃料を噴射する。そして同時に送風機8を起動し、ハウジング2内に送風する。
送風は、空気導入路22から風向板23に当たり、旋回的に付勢されてノズル収納筒3内に導入される。そして送風の一部は、図示しない小穴からノズル収納筒内筒10内に入り、ノズル収納筒内筒10内にいわゆる零次空気が導入される。また送風の一部は、螺旋渦状となってノズル収納外筒11内に入り、ノズル収納外筒11内に一次空気が導入される。
さらに送風の一部は、空気導入路22から空隙部25に流れ、小穴を介して燃焼筒6に二次空気が導入される。
【0008】
こうして零次空気、一次空気、二次空気がそれぞれノズル収納筒内筒10、ノズル収納外筒11および燃焼筒6に導入され、噴射ノズル12から噴射された燃料は送風機1からの空気と混合し、点火プラグ13により点火されて主として燃焼筒6内で燃焼する。
【0009】
このとき、燃焼時にノズル収納内筒10の側面に設けられた小穴(図示せず)からノズル収納内筒10の内部に入った空気は、燃料噴射ノズル12の周囲を通り、同噴射ノズル12から噴射された燃料と混合されて燃焼筒6内に流入する。
また、ノズル収納外筒11の側面に設けられたスリット(図示せず)からノズル収納外筒11に流入した空気は、図10の点線の様に強力な旋回渦を発生し、ノズル収納内筒10の開口15から当該旋回渦(矢印A)の中に噴射された燃料は、当該旋回渦の作用によって空気と混合される。そしてこの混合気体は、絞り板28によって一旦縮流され当該部位によって燃料と空気がより活発に混合される。また混合気体は、図10の実線の様に絞り板28の開口30から燃焼筒6側に噴射される。
燃焼筒6の側面に設けられた小穴(図示せず)から燃焼筒6内に流入した空気は、燃焼筒6内のガスをさらに攪拌しつつ、そのガス内に残る液体燃料粒子や可燃ガスに酸素を供給して燃焼させる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術のバーナ100は、空気と燃料との混合状態が比較的優れる点と、火炎温度を低くすることができるため、NOxの濃度を低減することができる利点がある。しかしながら、従来技術のバーナ100は、火炎の基部が空間に浮いたような状態で燃焼する特性を持ち、入力が大きいときに火炎の安定性が悪く、騒音が大きいという問題点がある。
すなわち従来技術のバーナ100では、燃焼が開始されるのは点火プラグ13の近傍であるが、気流が燃焼筒6へ向かっているため、燃焼は主として燃焼筒6の内部で行われる。そして従来技術のバーナ100では、火炎の基端部は、図11の様に絞り板28の上流のバーナ中心の空間部(図11の点線部分)に発生し、火炎は、下流側に向かって広がり、あたかも碗の様な形状の火炎が形成される。
この様に従来技術のバーナ100は、空間部に火炎の基端部があり、火炎が安定しない。従来技術のバーナ100は、火炎基端部の安定性が悪いため、バーナの安定性が入力大の時に特に悪くなり、騒音が大きく、時には振動燃焼が発生する場合もあった。
【0011】
そこで本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、安定した火炎状態をもって燃焼させることができるバーナを開発することを課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
そして上記した課題を解決するための請求項1に記載の発明は、燃料を噴射する燃料噴射部と、所定の開口を有する絞り部と、旋回的空気流を発生させる旋回空気流発生部材を有し、燃料噴射部から噴射された燃料を旋回空気流発生部材によって発生された空気流と混合し、絞り部の開口から当該混合気体を噴射するバーナにおいて、絞り部の開口と対向する位置に、混合気体を旋回方向に方向付ける旋回部材を設け、前記混合気体を旋回部材に吹きつけて混合気体の旋回を強めると共に、混合気体を外側に拡散させることを特徴とするバーナである。
【0013】
本発明のバーナでは、絞り部の開口と対向する位置に混合気体を旋回方向に方向付ける旋回部材を設けたので、絞り部の開口部分で混合気体の旋回がさらに強化され、火炎の保炎作用が向上する。そのため火炎の基端部は、絞り部の開口部分に落ちつき、火炎が安定する。
【0014】
また請求項2に記載の発明は、旋回部材の旋回方向は、旋回空気流発生部材が発生する旋回方向に沿うものであることを特徴とする請求項1に記載のバーナである。
【0015】
本発明のバーナでは、旋回部材の旋回方向は、旋回空気流発生部材が発生する旋回方向に沿うものである。そのため本発明のバーナでは、旋回空気流発生部材によって発生された旋回が、絞り部の開口近傍においてさらに強化される。そのため火炎の保炎作用が向上し、火炎の基端部は、絞り部の開口部分に落ちつき、火炎が安定する。
【0016】
さらに請求項3に記載の発明は、旋回部材は、中央に貫通穴が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の記載のバーナである。
【0017】
本発明のバーナでは、旋回部材の中央に貫通穴が設けられている。貫通穴の役目は、混合気体の逆流や滞留を防ぐものである。すなわち前記した請求項1又は2に記載のバーナの基本構成は、旋回部材に混合気体を吹きつけて混合気体の旋回を強めると共に、混合気体を外側に拡散させるものであるが、旋回部材に吹きつけられた混合気体の一部は、旋回部材の背面側に回り込もうとする。
これに対して本発明(請求項3)のバーナでは、旋回部材の中央に貫通穴が設けられており、旋回部材に吹きつけられた混合気体の一部は、中心部分が貫通穴を通って下流側に至る。そのため、前記した旋回部材を回り込もうとする混合気体は、貫通穴から出た混合気体と衝突し、混合気体の逆流や滞留が阻止される。
【0018】
また請求項4に記載の発明は、旋回部材には、螺旋形状及び/又は風向きに方向性を持たせる板又は溝が設けられていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のバーナである。
【0019】
本発明のバーナで採用する旋回部材は、螺旋形状、風向きに方向性を持たせる板又は溝が設けられているため、空気流を旋回方向に方向付ける効果が高い。
【0020】
また請求項5に記載の発明は、旋回部材は、固定具によって取り付けられ、当該固定具は、線材又は板材によって作られたものであり、支持線が放射形状に延び、その中央で旋回部材を支持するものであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のバーナ である。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下さらに本発明の実施形態について説明する。なお本実施形態のバーナの構成の内、従来技術と同一の部材は同一の番号を付することによって重複した説明を省略する。
図1は、本発明の実施形態のガンタイプバーナの正面断面図である。図2は、図1に示すガンタイプバーナで採用する旋回部材の斜視図である。図3は、図2の旋回部材の正面図及び平面図である。図4は、図1のガンタイプバーナにおける混合気体の流れの様子を示す模式図である。図5は、図1のガンタイプバーナにおける火炎の様子を示す模式図である。図6、図7は、本発明の他の実施形態におけるガンタイプバーナで採用する旋回部材の正面図及び平面図である。図9は、本発明の実施形態及び従来技術のガンタイプバーナの正方形部の平面断面図である。
【0022】
図において、1は、本実施形態のバーナを示す。本実施形態のバーナ1は、旋回部材40が設けられている点を除いて従来技術のバーナと同一である。簡単に説明すると、バーナ1は、ハウジング2内にノズル収納筒3と旋回空気流発生部材5及び燃焼筒6が配されてなるものであり、ハウジング2の正方形部20には、送風機8が取り付けられている。
【0023】
ノズル収納筒3は半球状のノズル収納内筒10とノズル収納外筒11の二重構造となっており、燃料噴射ノズル12と点火プラグ13は、ノズル収納内筒10内に収納されている。そして燃料噴射ノズル12は、燃料ポンプ16と接続されている。
【0024】
旋回空気流発生部材5は、空気導入路22内に風向板23を多数、風車様に並べて設けたものであり、図9の様に送風機8の風を旋回的に付勢してノズル収納筒3内に導入するものである。
【0025】
燃焼筒6は円筒形であり、ノズル収納筒3と同心状に位置し、ノズル収納筒3の開放端に接続されている。
そして燃焼筒6とノズル収納筒3との間には、中央部に開口30が設けられた絞り板28が設けられている。なお絞り板28の位置は、燃料噴射ノズル12からおよそ30mm〜40mm程度であり、本実施形態のバーナ1では、約36mmである。
【0026】
そして、本実施形態のバーナ1で最も重要な点は、絞り板28の開口30の下流側に旋回部材40が設けられていることである。
旋回部材40は、金属又はセラミックで作られたものであり、円板状の基部41を有し、その表面に7個の突起43,44,45,46,47,48,49が設けられている。ここで中央の突起43は、六角形状であり、中央に貫通穴50が設けられている。
その他の突起44,45,46,47,48,49は、いずれも同一の形状であり、正面から見た形状が図3(a)の様に略三角形である。突起44,45,46,47,48,49は、突起43を中心として環状に並べられ、中央の突起43の6面と、各突起44,45,46,47,48,49の長辺との間に隙間が設けられ、当該隙間で溝が形成されている。また各周辺の突起44,45,46,47,48,49同士の間にも隙間が設けられ、当該隙間は前記した溝と直線的に繋がり、各溝は、斜め外側に向かって開放されている。すなわち旋回部材40は、図3(a)の様に、放射状に延びる溝51〜56を有する。そして当該溝51〜56の旋回方向は、前記した旋回空気流発生部材5の風向板23の旋回方向と一致する。
【0027】
旋回部材40は、固定具60によって絞り板28の開口30の下流側に、開口30と溝51〜56とが対向する様に設けられている。絞り板28の開口30の中心と、旋回部材40の中心線は一致する。また絞り板28の開口30と旋回部材40との距離は、概ね3〜10mm程度であり、より望ましくは、5mm程度である。
なお固定具60は、線材又は板材によって作られたものであり、支持線62が放射形状に延び、その中央で旋回部材40を支持するものである。
【0028】
次に本実施形態のバーナ1の作用について説明する。
バーナ1の使用方法は、基本的に従来技術と同一であり、ポンプ16を起動して噴射ノズル12から燃料を噴射し、送風機8を起動し、ハウジング2内に風を送る。
そして送風は、従来技術と同様に空気導入路22から風向板23に当たり、旋回的に付勢されてノズル収納筒3内に導入され、一部は、図示しない小穴からノズル収納筒内筒10内に入り、ノズル収納筒内筒10内にいわゆる零次空気が導入される。また送風の一部は、螺旋渦状となってノズル収納外筒11内に入り、ノズル収納外筒11内に一次空気が導入される。
さらに送風の一部は、空気導入路22から空隙部25に流れ、小穴を介して燃焼筒6に二次空気が導入される。
【0029】
そして従来技術と同様にノズル収納外筒11に流入した空気は、強力な旋回渦を発生し、ノズル収納内筒10の開口15から当該旋回渦(矢印A)の中に噴射された燃料は、当該旋回渦の作用によって空気と混合される。また混合気体は、絞り板28によって一旦縮流され当該部位によって燃料と空気がより活発に混合される。
【0030】
そして本実施形態のバーナ1では、絞り板28を出た混合気体は、旋回部材40によってさらに旋回力が付され、燃料と空気との混合が促進される。すなわち絞り板28の開口30を出た混合気体は、旋回しつつ、狭い開口30を通ることにより、軸方向に付勢されて噴出する。ここで本実施形態のバーナ1では、開口30の下流の直近部に旋回部材40が設けられ、旋回部材40の溝51〜56の旋回方向は、前記した様に旋回空気流発生部材5の風向板23の旋回方向と一致する。そのため開口30から出た混合気体は、旋回部材40の溝51〜56のによって導かれ、さらに強く旋回される。
図4は、本実施形態のバーナ1における混合ガスの流れを示したものであり、ノズル収納筒3内では、破線の様に混合気体が旋回し、絞り板28の開口30を出た部位では、混合気体は実線の矢印の様にさらに強く旋回される。本実施形態のバーナ1では、従来技術のバーナ100に比べて、開口30を出た混合気体が外側に広がる。
【0031】
そして点火プラグ13により混合気体に点火され、燃焼筒6内で混合気体が燃焼する。
ここで本実施形態のバーナ1では、混合気体は絞り板28の開口30を出た部位で強く攪拌され、空気の流れが制御されるため、火炎は絞り板28の開口30部分に強く保炎される。そのため火炎の基端部は、図5の破線部分の絞り板28の開口30に生じ、火炎は安定する。
また旋回部材40の周囲からの混合気体の回り込みは、旋回部材40の貫通穴50から出る混合気体によって阻止される。
なおバーナ1への入力が大きい場合は、混合気体の旋回速度が大きくなり、火炎は、旋回方向に広がって旋回部材40の中央の貫通穴50からの火炎は消失する。これに対してバーナ1への入力が小さい場合は、貫通穴50の部位にも火炎が生じる。
【0032】
上記した実施形態では、突起43〜49を主体とした旋回部材を例示したが、本発明は、旋回部材の形状を突起43〜49を主体としたもので限定するものではなく、例えば図6に示す旋回部材70の様に風向板71を主体としたものであってもよい。すなわち旋回部材70は、曲線を描いた風向板71を放射状に並べた羽根状のものである。旋回部材70についても中央部に貫通穴73が設けられている。
また前記した実施例では、旋回部材の溝深さや風向板71の高さはいずれも同一であるが、図7に示す旋回部材75の様に周部に向かって暫時風向板76の高さが低くなって行くものも推奨される。旋回部材75についても中央部に貫通穴77が設けられている。
【0033】
【発明の効果】
本発明のバーナでは、絞り部の開口と対向する位置に空気流を旋回方向に方向付ける旋回部材を設けたので、絞り部の開口部分で混合気体の旋回がさらに強化され、火炎の保炎作用が向上する。そのため火炎の基端部は、絞り部の開口部分に落ちつき、火炎が安定する。
したがって本発明のバーナは、安定した火炎状態をもって燃焼し、騒音等も少ない。
【0034】
また請求項2に記載のバーナは、旋回部材の旋回方向は、旋回空気流発生部材が発生する旋回方向に沿うものであるため、旋回空気流発生部材によって発生された旋回が、絞り部の開口近傍においてさらに強化され、火炎の保炎作用が向上し、火炎の基端部は、絞り部の開口部分に落ちつき、火炎が安定する。
【0035】
さらに請求項3に記載のバーナは、混合気体の逆流や滞留を防止する効果があり、火炎をさらに安定させることができる効果がある。
【0036】
また請求項4に記載のバーナは、空気流を旋回方向に方向付ける効果が高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態のガンタイプバーナの正面断面図である。
【図2】 図1に示すガンタイプバーナで採用する旋回部材の斜視図である。
【図3】 図2の旋回部材の正面図及び平面図である。
【図4】 図1のガンタイプバーナにおける混合気体の流れの様子を示す模式図である。
【図5】 図1のガンタイプバーナにおける火炎の様子を示す模式図である。
【図6】 本発明の他の実施形態におけるガンタイプバーナで採用する旋回部材の正面図及び平面図である。
【図7】 本発明の他の実施形態におけるガンタイプバーナで採用する旋回部材の正面図及び平面図である。
【図8】 従来技術のガンタイプバーナの正面断面図である。
【図9】 本発明の実施形態及び従来技術のガンタイプバーナの正方形部の平面断面図である。
【図10】 従来技術のガンタイプバーナにおける混合気体の流れの様子を示す模式図である。
【図11】 従来技術のガンタイプバーナにおける火炎の様子を示す模式図である。
【符号の説明】
1 バーナ
2 ハウジング
3 ノズル収納筒
5 旋回空気流発生部材
6 燃焼筒
8 送風機
10 ノズル収納内筒
11 ノズル収納外筒
13 点火プラグ
16 ポンプ
20 正方形部
23 風向板
25 空隙部
28 絞り板
30 開口
40 旋回部材
43,44,45,46,47,48,49 突起
50 貫通穴
51,52,53,54,55,567 溝
60 固定具
70,75 旋回部材
71,76 風向板
73,77 貫通穴
Claims (5)
- 燃料を噴射する燃料噴射部と、所定の開口を有する絞り部と、旋回的空気流を発生させる旋回空気流発生部材を有し、燃料噴射部から噴射された燃料を旋回空気流発生部材によって発生された空気流と混合し、絞り部の開口から当該混合気体を噴射するバーナにおいて、絞り部の開口と対向する位置に、混合気体を旋回方向に方向付ける旋回部材を設け、前記混合気体を旋回部材に吹きつけて混合気体の旋回を強めると共に、混合気体を外側に拡散させることを特徴とするバーナ。
- 旋回部材の旋回方向は、旋回空気流発生部材が発生する旋回方向に沿うものであることを特徴とする請求項1に記載のバーナ。
- 旋回部材は、中央に貫通穴が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載のバーナ。
- 旋回部材には、螺旋形状及び/又は風向きに方向性を持たせる板又は溝が設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のバーナ。
- 旋回部材は、固定具によって取り付けられ、当該固定具は、線材又は板材によって作られたものであり、支持線が放射形状に延び、その中央で旋回部材を支持するものであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のバーナ。
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