JP3688077B2 - バーナ構造体の製造方法及びバーナ構造体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱装置のバーナに関するものであり、さらに詳細には、バーナの所定部に配設されて、その裏面側から炎孔を介して表面側に燃焼ガスが吐出され、表面側で燃焼ガスの燃焼をおこなうバーナ構造体（代表的な例は、所謂、バーナプレート）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、説明にあたり、バーナ構造体の代表として、バーナプレートを例にとって説明する。
従来、複数の炎孔をあけたバーナプレートは、ドリル、プレスなどにより加工、製造される。これらのバーナプレートは、これを１枚の板状体をして製造するため炎孔の中心線は直線状であり、燃焼ガスの吹き出し方向は炎孔中心の延長線上で直線となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
バーナの性能向上を考えた場合、その燃焼性（主に保炎性）を向上することが好ましく、燃焼によって発生する窒素酸化物の量を低減し、同時に発生する騒音を低いものとすることが好ましい。
このようなバーナの性能向上を考える手法として、所謂、炎孔の構造、さらには複数の炎孔間の配置状態を任意に調節したい。例えば、バーナの燃焼性を改善する場合、複数の炎孔を適切に配置し、それらの炎孔に形成される燃焼炎が互いに干渉し、保炎性能を発揮できるような構成とすることが考えられる。このような目的を実現しようとすると、各炎孔からのガス吹き出し方向を適切に制御する必要があるが、現行の技術では、炎孔の中心線が直線状であり、この中心線をバーナプレートのプレート面に対して、垂直もしくは一定方向の角度にしかできなかったために、実現できる構造は限られていた。
即ち、バーナの性能向上には、上記の要因からの大きな制限があった。
従って、本発明の目的は、バーナに形成される炎孔の形状・構造の選択性を格段に上げることが可能であるとともに、炎孔相互間の位置関係にあってもこれを、任意に設定することが可能なバーナ構造体の製造方法を得るとともに、性能向上の一環として比較的保炎性の良好なバーナ構造体を得ることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明によるバーナ構造体の製造方法の第１の特徴手段は、請求項１に記載されるように、積層状態で複数の貫通孔を互いに連通接続させて炎孔路を形成するように、前記貫通孔をそれぞれ有する板を複数積層して積層体を形成し、前記炎孔路の積層体表面に位置する前記貫通孔を燃焼ガス吐出口とし、積層体裏面に位置する前記貫通孔を燃焼ガス流入口とし、前記炎孔路を、流路中心が螺旋を成す曲線流路として形成することにある。
本願のバーナ構造体の製造にあたっては、複数の板が用意される。ここで、これらの板には、それぞれ貫通孔が、その表裏面間に渡って貫通されている。そして、これら複数の板を積層してバーナ構造体を製造するに、異なった板にある貫通孔間で、これらが互いに連通接続する配置関係で積層される。従って、積層体、表裏面間に渡って、連通接続された流路が形成され、この流路が、本願のバーナ構造体に於ける炎孔路とされる。即ち、炎孔路の積層体表面に位置する貫通孔は燃焼ガス吐出口とされ、積層体裏面に位置する貫通孔は燃焼ガス流入口とされることにより、この炎孔路が、従来の炎孔に相当するものとなる。
本願の製造方法にあっては、積層される板に設けられる貫通孔の位置関係、貫通孔の径関係等を任意に選択することができるため、炎孔路の構造を任意に設定することが可能となる。同時に、複数の炎孔路の位置、構造関係についても、任意設定可能である。従って、上記の目的を達成できる、バーナ構造体の製造方法を得ることができる。
このような炎孔路を形成する場合は、積層される貫通孔の位置関係で積層が進むに従って、板面方向に曲線状にずらしていくことで、実現できる。そして、炎孔路を螺旋とすることができ、吐出される燃焼ガスの噴出方向を、所望の螺旋状態で設定するものを、例えば、同径の貫通孔を開けた板を積層するだけの操作で得ることができる。
【０００５】
先に説明した、本願の目的を達成することができるバーナ構造体としては、請求項２に記載されているように、積層状態で複数の貫通孔を互いに連通接続させて炎孔路を形成するように、前記貫通孔をそれぞれ有する板を複数積層した構成の積層体で、前記炎孔路の積層体表面に位置する前記貫通孔を燃焼ガス吐出口とし、積層体裏面に位置する前記貫通孔を燃焼ガス流入口とするバーナ構造体であって、
前記炎孔路を少なくとも一対備え、一方の前記炎孔路から吐出する燃焼ガス流れが、他方の前記炎孔路から吐出する燃焼ガス流れに交差する構成とできる。
本願のバーナ構造体にあっては、その炎孔路の構造を任意に設定できる。そして、このバーナ構造体には、少なくとも一対の炎孔路を備え、一方の炎孔路を他方の炎孔路に対して、その吐出方向が互いに交差する。従って、各炎孔路からの火炎は、相互に干渉することとなり、保炎性等の点で、好ましい燃焼状態を実現することができる。
【０００６】
先に説明した、本願の目的を達成することができるバーナ構造体としては、請求項３に記載されているように、積層状態で複数の貫通孔を互いに連通接続させて炎孔路を形成するように、前記貫通孔をそれぞれ有する板を複数積層した構成の積層体で、前記炎孔路の積層体表面に位置する前記貫通孔を燃焼ガス吐出口とし、積層体裏面に位置する前記貫通孔を燃焼ガス流入口とするバーナ構造体であって、前記炎孔路を少なくとも一対備え、一方の前記炎孔路から吐出する燃焼ガス流れが、他方の前記炎孔路から吐出する燃焼ガス流れに交差しており、一方の前記炎孔路が、他方の前記炎孔路に対する保炎用の炎孔路として構成する。
ここで、保炎用の炎孔路とは、この炎孔路により形成される火炎が、他の炎孔路に形成される火炎に対して、その着火（保炎）用のエネルギーを与えることができる状態にあることを意味する。この構成では、各炎孔路からの火炎は、相互に干渉することとなり、保炎性等の点で、好ましい燃焼状態を実現することができる。結果、保炎性能を高めることができる。
【０００７】
先に説明した、本願の目的を達成することができるバーナ構造体としては、請求項４に記載されているように、積層状態で複数の貫通孔を互いに連通接続させて炎孔路を形成するように、前記貫通孔をそれぞれ有する板を複数積層した構成の積層体で、前記炎孔路の積層体表面に位置する前記貫通孔を燃焼ガス吐出口とし、積層体裏面に位置する前記貫通孔を燃焼ガス流入口とするバーナ構造体であって、
前記炎孔路を少なくとも一対備え、一方の前記炎孔路から吐出する燃焼ガス流れと、他方の前記炎孔路から吐出する燃焼ガス流れとが収束するように配置されており、少なくとも一対の前記炎孔路に形成される火炎が保炎されるものとする。
この構成でも、各炎孔路からの火炎は下手側で収束することにより、相互に干渉することとなり、保炎性等の点で、好ましい燃焼状態を実現することができる。結果、保炎性能を高めることができる。
【０００８】
先に説明した、本願の目的を達成することができるバーナ構造体としては、請求項５に記載されているように、積層状態で複数の貫通孔を互いに連通接続させて炎孔路を形成するように、前記貫通孔をそれぞれ有する板を複数積層した構成の積層体で、前記炎孔路の積層体表面に位置する前記貫通孔を燃焼ガス吐出口とし、積層体裏面に位置する前記貫通孔を燃焼ガス流入口とするバーナ構造体であって、
曲線流路である前記炎孔路を少なくとも一対備え、一方の前記炎孔路から吐出する燃焼ガス流れと、他方の前記炎孔路から吐出する燃焼ガス流れとが干渉するように配置されており、少なくとも一対の前記炎孔路に形成される火炎が保炎されるものとする。
この構成でも、曲線流路である各炎孔路からの火炎は下手側で干渉することにより、保炎性等の点で、好ましい燃焼状態を実現することができる。結果、保炎性能を高めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本願の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１（イ）には、本願のバーナ構造体の一例であるバーナプレート１の要部平面図が、図１（ロ）には、その断面図が示されている。さらに、図２に、このバーナプレート１の使用状態を示した。図２に示されるように、バーナプレート１は、燃焼ガスが供給されるバーナ本体２の燃焼部位に配設されて使用される。バーナ本体２の基端側には、燃料ガス供給管３及び燃焼用酸素含有ガスである空気を吸気するためのファン４が設けられており、バーナプレート１の裏面側に、燃料ガスと空気との混合ガスである燃焼ガスが供給される構造とされ、バーナプレート１に設けられた炎孔路５（所謂、炎孔）を介して、プレート裏面側から表面側へガスが吐出されて、燃焼をおこなうことができる。
【００１４】
図１に基づいて、前記バーナプレート１の構造、及び、その製造方法について説明する。このバーナプレート１は、板厚が０．１ｍｍ程度のステンレス板（ＳＵＳ３０４）６を１０枚程度積層した板状の積層体として構成されており、その全厚みは、１ｍｍ程度のものである。ここで、複数の板６の積層、固着するにあたっては、耐熱性の接着剤による接着、もしくは、加熱圧着の手法により、このような積層体が形成される。
【００１５】
バーナプレート１には、炎孔路５が備えられるのであるが、図１（イ）には、１組として設けられる４個の炎孔路５が図示されている。実際のバーナプレート１には、これらの複数組が、プレート表面の左右方向に均等に配設される。
図１（イ）において、炎孔路５の図示にあたっては、燃焼ガス吐出口７とされる表面側にある板６の貫通孔８を実線で示すとともに、この板６の下側（裏面側）にある板６、それぞれに設けられる貫通孔８の外縁と最下層の貫通孔８を破線で示している。さらに、最下層（バーナプレートの裏面）に設けられ、燃焼ガス流入口９とされる貫通孔８の中心を×印で示している。さらに、この炎孔路５の流路中心経路Ｃを、実線矢印で示している。
図より明らかなように、このバーナプレート１を構成する各板６には、円形の貫通孔８が、それぞれ開けられ、その積層状態にあって、互いの貫通孔８の位置を平面視で、徐々に螺旋状にずらした構成とされている。従って、相積層される複数の貫通孔８が、螺旋を描きながら互いに連通接続する。この炎孔路５は、積層された板６によって形成されるため、流路壁面１０は、概略階段状となっている。この階段状構造は、渦の形成に寄与するため、保炎の点からは、好ましい傾向を示す。
さらに、一組となっている４個の炎孔路５は、その流路中心の先端が、４個、一組の炎孔路５の中央部位Ｏに集まる構成とされている。
ここで、各々の貫通孔８は、孔径１．６ｍｍ程度の円孔である。
【００１６】
この構成のバーナプレート１にあっては、４個の炎孔路５から吐出した燃焼ガスは、前記中央部位Ｏに向かって吹き出し、それぞれの流路からの噴出ガスが、互いに、交差、干渉しながら、保炎性能を発揮して、良好な燃焼をおこなうことができる。
この構成の炎孔路５は、流路中心経路Ｃが螺旋を描くものであるため、これが曲線流路となっているとともに、板６の積層方向（図１（ロ））に於ける上下方向に対して傾いた方向に形成されるものとなっている。このように、バーナプレート表面に対して傾斜して燃焼ガスが吐出される場合は、燃焼ガス流れがプレート側へ寄ることとなるため、リフトが発生しにくく、騒音等の発生しにくい状態での、燃焼を可能とすることができる。
以上が、本願の代表的な実施形態である。
【００１７】
以下、本願の別実施の形態を説明するが、炎孔路の図示は、先に説明した図１（イ）の手法に従うものとする。
別実施の形態
（１） 図３に示す例は、基本的には、図１に示すものとほぼ同様のものであり、４個の炎孔路５が１組とされている。しかしながら、それぞれ、一対が、孔径の異なったものとされている。さらに、小径側の炎孔路５ａが、基本的にパイロット用に使用される。この例の場合は、小径側の火炎をパイロット炎として確保して、保炎性を向上させることができる。
（２） 図４に示すものは、一対の螺旋状をした炎孔路５を備えて、燃焼ガスが、互いに螺旋軌跡を描きながら、絡み合うようにして吐出できるように構成したものである。この例では、一対の流入口９ａと一対の吐出口７ａとが、直線上に配設され、流入口間の離間距離に対して、流入口間の離間距離が短く形成されている。一対の炎孔路５により、先端側に収束した二重螺旋が描かれる構成となっている。この例の場合も、互いの炎孔路５から吐出するガスによって形成される火炎が相互に干渉し、高い保炎性能を発揮することができる。
【００１８】
（３） 図５に示すものも、一対の炎孔路５を備えて構成される。この例の場合は、流路は、バーナプレート１の厚み方向に対して傾斜した直線状の流路中心線を備えるとともに、これらの一対の中心線が、互いに対向して交差するように構成されている。この例のバーナプレート１の断面を図５（ロ）に示した。
この例の場合は、燃焼ガスが互いに交差して吐出されることにより、干渉を起こし、保炎性が高まる。
（４） 図６（イ）（ロ）に示すものは、一対の炎孔路５を一組とするものであるが、この組が、所定の方向（図６（イ）（ロ）の紙面横方向）に並設配置される。
図６（イ）に示すものは、一対の炎孔路５において、一方の炎孔路５ｂは、燃焼ガス流入口９ｂと燃焼ガス吐出口７ｂとの位置が、平面視、重なった直線路となっている。そして、他方の炎孔路５ｃは、流路方向が、前記一方の炎孔路５ｂ側に傾斜した流路として形成されている。従って、この他方の炎孔路５ｃが、一方のものに対してパイロットとしての機能を果たす。
図６（ロ）に示すものは、図６（イ）に示すものと、基本概念は同一であるが、先に説明した他方の炎孔路５ｃであるパイロット側のものが、バーナプレート裏面側の貫通孔程、孔径が大きく、表面側に行くに従って、孔径が小さく、さらに、一方の炎孔路５ｂに近接する位置に配設される構成とされている。従って、この場合も、パイロット機能を発揮できるとともに、流路を絞ることで、流速を増大して、燃焼ガスの到達位置を延ばすことができる。
【００１９】
（５） これまで、説明してきた例においては、貫通孔８の形状を、その断面が円形のものとしたが、貫通孔８の断面形状は、任意に選択できる。即ち、断面が円形とは異なった非円形孔を使用することも好ましい場合がある。
例えば、貫通孔がそれぞれ楕円形とし、楕円の長軸側に位置ずれを起こしながら各板を積層し、この位置ずれ量を、流路軸方向視で、連通部が円形で近似できる様な量とすることができる。このようにしておくと、炎孔路の断面を円形に近いものとでき、流れを良好なものとすることができる。
さらに、楕円形の代わりに、断面が長方形の貫通孔を使用してもよい。このような方形の貫通孔を開口断面が長い軸方向に、所定量づつずらしながら積層すると、連通開口が正方形に近い孔を軸線を傾斜させた状態で形成することができる。
（６） さて、これまで説明してきた例にあっては、主に、バーナに於ける保炎性を向上させる目的で、本願製造方法、構造のバーナを使用する例を示したが、このような保炎、燃焼性の向上を目的とするのみならず、発生する騒音の防止の用にも使用できる。このような例について、以下に説明する。
本願のような、バーナプレートを備えたバーナにあっては、従来型のものは複数の炎孔を規則的に配置するため、一連の炎孔群が、同時に、ほぼ同形の火炎を形成しながら燃焼がすすむ。このようなバーナにあっては、各炎孔に形成される火炎の状態が、振動発生条件で一致した場合に、騒音を共鳴状態で発生したり、この騒音の要因である流体振動を起こしたりする。そこで、このような問題を解消するには、各炎孔の構造を、相互に異ならせることが好ましい。即ち、各炎孔の断面形状、噴出方向、炎孔径、配置等を異ならせて、バーナプレートから吐出するガス流れに、規則性が現れるのを回避するのである。
図７に、上記のような対策を施した典型的な（理解を容易にするため、かなりの誇張がある）バーナプレート１００の例を示した。図７（イ）は平面図を、図７（ロ）は断面図を示している。平面図に示すように、炎孔路５の吐出口の形状が相互に異ならせられるとともに、断面図に示すように、その吐出方向も相互に異なったものとなっている。本願の方法にあっては、積層構造で、炎孔路５を備えたバーナ構造体を形成するため、このような複雑な構成のものを、容易に実現することができる。
（７） これまで説明してきた例にあっては、基本的には、バーナプレートに関する例について説明したが、板を積層して得られる積層体の形状は、例えば、直方体状のブロック状となっていてもよい。円筒、円錐、波板形状等の形状を有していてもよい。従って、本願のように、板を積層して、内部に連通状の炎孔路を設けたものをバーナ構造体と呼ぶ。
本願にあっては、ハニカム状の板状多孔体を積層したものは、本願の対象ではない。このような例にあっては、特定の孔を通過する燃焼ガスが後続する特定の
孔に、選択的に流れるとは限らず、本願でいう炎孔路の形成がされないからである。
さらに、バーナ構造体が薄板状のバーナプレート（板厚０．５〜１０ｍｍ程度のもの）である場合は、従来吐出方向の制御に限界があったものを、本願のものにあっては、この限界を大幅に緩和することができる。
（８） さらに、このようにして得られるバーナの使用用途としては、任意の加熱機器に使用することが可能で、主な、用途としては、ボイラ、給湯器等が考えられる。
（９） さらに、バーナ構造体を成す板の材料としては、ＳＵＳの他、銅、セラミックス板、多孔質繊維マット等、任意のものが利用できる。さらに、各板間の積層、固着手法としては、任意の手法を採用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願の一実施形態のバーナプレートの構造を示す図
【図２】 本願のバーナプレートの使用状態を示す図
【図３】 バーナプレートの別実施形態を示す図
【図４】 さらなるバーナプレートの別実施形態を示す図
【図５】 さらなるバーナプレートの別実施形態を示す図
【図６】 さらなるバーナプレートの別実施形態を示す図
【図７】 流体振動防止・騒音防止構造のバーナプレートを示す図

Claims (5)

1. 積層状態で複数の貫通孔を互いに連通接続させて炎孔路を形成するように、前記貫通孔をそれぞれ有する板を複数積層して積層体を形成し、
   前記炎孔路の積層体表面に位置する前記貫通孔を燃焼ガス吐出口とし、積層体裏面に位置する前記貫通孔を燃焼ガス流入口とし、
   前記炎孔路を、流路中心が螺旋を成す曲線流路として形成するバーナ構造体の製造方法。
2. 積層状態で複数の貫通孔を互いに連通接続させて炎孔路を形成するように、前記貫通孔をそれぞれ有する板を複数積層した構成の積層体で、前記炎孔路の積層体表面に位置する前記貫通孔を燃焼ガス吐出口とし、積層体裏面に位置する前記貫通孔を燃焼ガス流入口とするバーナ構造体であって、
   前記炎孔路を少なくとも一対備え、一方の前記炎孔路から吐出する燃焼ガス流れが、他方の前記炎孔路から吐出する燃焼ガス流れに交差する構成のバーナ構造体。
3. 積層状態で複数の貫通孔を互いに連通接続させて炎孔路を形成するように、前記貫通孔をそれぞれ有する板を複数積層した構成の積層体で、前記炎孔路の積層体表面に位置する前記貫通孔を燃焼ガス吐出口とし、積層体裏面に位置する前記貫通孔を燃焼ガス流入口とするバーナ構造体であって、前記炎孔路を少なくとも一対備え、一方の前記炎孔路から吐出する燃焼ガス流れが、他方の前記炎孔路から吐出する燃焼ガス流れに交差しており、一方の前記炎孔路が、他方の前記炎孔路に対する保炎用の炎孔路として構成されるバーナ構造体。
4. 積層状態で複数の貫通孔を互いに連通接続させて炎孔路を形成するように、前記貫通孔をそれぞれ有する板を複数積層した構成の積層体で、前記炎孔路の積層体表面に位置する前記貫通孔を燃焼ガス吐出口とし、積層体裏面に位置する前記貫通孔を燃焼ガス流入口とするバーナ構造体であって、
   前記炎孔路を少なくとも一対備え、一方の前記炎孔路から吐出する燃焼ガス流れと、他方の前記炎孔路から吐出する燃焼ガス流れとが収束するように配置されており、少なくとも一対の前記炎孔路に形成される火炎が保炎されるバーナ構造体。
5. 積層状態で複数の貫通孔を互いに連通接続させて炎孔路を形成するように、前記貫通孔をそれぞれ有する板を複数積層した構成の積層体で、前記炎孔路の積層体表面に位置する前記貫通孔を燃焼ガス吐出口とし、積層体裏面に位置する前記貫通孔を燃焼ガス流入口とするバーナ構造体であって、
   曲線流路である前記炎孔路を少なくとも一対備え、一方の前記炎孔路から吐出する燃焼ガス流れと、他方の前記炎孔路から吐出する燃焼ガス流れとが干渉するように配置されており、少なくとも一対の前記炎孔路に形成される火炎が保炎されるバーナ構造体。

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