JP3789935B2 - 拡張ターンダウンを有する大気ガスバーナ - Google Patents

Description

発明の背景
本発明は一般に大気ガスバーナに関し、特に家庭の調理器具用のガスバーナに関する。更に詳しくは、本発明は、ガスバーナの動作範囲の改良に関する。
大気ガスバーナは家庭のガス調理器具の面加熱ユニットとして通常使用されている。これらのガスバーナは典型的には多数の炎口が形成されたバーナヘッドを有している。混合管が燃料と空気の混合気をバーナヘッド内に導入する。燃料と空気の混合気は炎口を通過し、点火され燃焼する。適切な動作範囲すなわちターンダウン（ｔｕｒｎｄｏｗｎ）を達成することは大気ガスバーナの不可欠な設計パラメータである。ガス調理器具に使用されるガスバーナは広い範囲の入力に対して動作することがしばしば必要であるので、このようなガスバーナにとってターンダウンは特に重要である。
現在の多くのガスバーナは適切なシマー（とろ火）動作を行うことができない。これは安定な炎を維持するバーナ炎口における最低ガス速度によってターンダウンが制限されるからである。燃料入力がシマー動作のために低減されると、炎口を通るガス速度は遅くなり、ついには、全く炎がなくなるか、或いは部屋の通風やオーブンのドアを急激に閉める動作のような周囲の影響によって消え易い限界の炎を生じる程に低いガス速度になる。この問題は特に、密閉型ガスバーナ装置（すなわち、バーナの基部の回りのクックトップ面に開口部がなく、これによりこぼれ汁などがクックトップの下側の部分に入らないようにして、器具の清掃を容易にしているバーナ装置）において明らかである。
従って、従来のクックトップのバーナの外観、感じおよび清掃の容易さを維持しながら、拡張したターンダウンを達成することができる大気ガスバーナに対する要望がある。
発明の概要
上述した要望を満足するために、本発明は、複数の炎口が形成されたバーナ本体を有するガスバーナを提供する。バーナ本体内にはバッフル（ｂａｆｆｌｅ）が配置されて、バーナ本体の内部を第１および第２の室に分割している。バッフルはカップ部を有し、該カップ部から入口管が軸方向に延在していると共に、複数のチャンネルが半径方向に延在している。チャンネルの各々は別々の１つの炎口と整列している。典型的には炎口は少なくとも２４個あり、チャンネルは４個ある。また、バーナは、燃料を第１の室に供給するためにベンチュリ管のような入口導管と整列した第１の燃料ノズルを含み、また燃料を第２の室に供給するためにバーナ本体内に延在して、バッフルの入口管と整列した第２の燃料ノズルを含んでいる。
通常の動作では、第１のノズルからの燃料はすべての炎口を通って流れるが、シマー動作では、燃料は第２のノズルを通って注入されて、チャンネルと整列した炎口のみを通って流れる。このチャンネルと整列した炎口は全炎口数よりも少ないので、これらの炎口を通るガスの速度は一層大きくなり、ターンダウンの増大が可能である。更に、第２の燃料ノズルは、第１の燃料ノズルの噴射オリフィスよりも断面積の小さい噴射オリフィスを有する。
他の実施態様では、バーナ本体内に配置されたバッフルがカップ部を有し、このカップ部から入口管が延在している。カップ部の外側縁部は炎口と整列していて、各炎口を上側部分と下側部分に分割する。各炎口の下側部分はカップ部の下側の第１の室に面しており、各炎口の上側部分はカップ部の上側の第２の室に面している。好ましくは、各炎口の上側部分は全炎口面積の約６分の１乃至４分の１である。通常動作では、第１のノズルからの燃料は炎口の下側部分と上側部分の両方を通って放出される。シマー動作では、燃料は第２のノズルから第２の室内に噴射され、炎口の上側部分のみを通って放出される。
本発明の他の目的および利点は添付図面を参照した次の詳細な説明および添付の請求の範囲を閲読することにより明らかになるであろう。
図面の説明
本発明の要旨は明細書の特許請求の範囲に特に指摘され明確に請求されている。しかしながら、本発明は添付図面に関連した次の説明を参照することにより良く理解することができる。
図１は、本発明による第１の実施例のガスバーナの上断面図である。
図２は、図１の線２−２に沿ったガスバーナの断面図である。
図３は、図１の線３−３に沿ったガスバーナの断面図である。
図４は、本発明による第２の実施例のガスバーナの断面図である。
発明の詳しい説明
図面を参照する。同じ参照符号は全図を通じて同じ構成要素を示している。図１乃至３は本発明による大気ガスバーナ１０を示している。ガスバーナ１０は支持面１２に取り付けられ、この支持面１２はレンジまたはクックトップのようなガス調理器具の上面の一部を形成している。図２および図３に良く示されているように・ガスバーナ１０はいわゆる密封型バーナとして構成されている。これは支持面１２とバーナの基部との間に開口部がないことを意味している。支持面の下側の区域はこぼれ汁等が入らないように密封されていて、これにより調理面の清掃を容易にしている。しかしながら、本発明は、密封型バーナ器具での使用に限定されるものでなく、他のタイプのガス調理器具にも同様に適用し得るものである。
ガスバーナ１０はバーナ本体１４を有する。このバーナ本体１４は、必ずしもそうではないが、円筒形であることが好ましい。バーナ本体１４はほぼ円筒形の側壁１６、底部１８および頂部２０を有し、これらにより中空内部を画定している。１つのタイプのバーナについて記載し図示しているが、本発明は打抜きアルミニウム製バーナおよび分離取付式オリフィスバーナのような他のタイプのバーナにも適用し得るものである。
複数の炎口２２が側壁１６に形成されている。ここで使用されている用語「炎口」は炎を維持することのできる任意の形状の開口部を意味する。炎口２２は頂部２０またはその近くに側壁１８の周囲に沿って分布して配置され、典型的には必ずしもそうする必要はないが等間隔で配置される。一般的に、炎口２２の全数は約２４乃至３０個である。これらの炎口２２のすべては本質的には構造が同じであるが、以下に説明するように、それらの幾つかは燃料が供給される態様が異なっている。
ベンチュリ管のような混合管２４（図２に示す）がバーナ本体１４の外部に位置する入口を有し、またバーナ本体の底部１８に設けられた開口部に接続されて、バーナ本体１４の内部に対する入口導管を構成している。第１の燃料ノズルすなわち主燃料ノズル２６が混合管２４に隣接して配置され、主燃料ノズルは混合管２４の入口に整列した噴射オリフィス２８を有し、これにより噴射オリフィス２８から放出される燃料が混合管２４内に流入する。燃焼を維持する主な空気は、バーナ１０の周囲の空間から得られ、従来のように燃料の噴射によって混合管２４の入口の周りの空間領域から取り込まれる。こうして混合管２４は燃料と空気の混合気をバーナ本体の内部に導入する。噴射オリフィス３２を有する第２の燃料ノズルすなわちシマー燃料ノズル３０がバーナ本体１４の底部１８を通って軸方向に延在するように配置され、噴射オリフィス３２はバーナ本体１４の内部に上向きに位置する。第２の燃料ノズル３０は底部１８の中心に配置されることが好ましく、第１の燃料ノズル２６は中心からずれた所に配置されている。第２の噴射オリフィス３２は第１の噴射オリフィス２８の断面積よりもかなり小さい断面積を有している。
内部バッフル３４がバーナ本体１４の内部に配設されている。バッフル３４は、バーナ本体内部の上側部分に配置された好ましくは円筒形のカップ部３６を有する。カップ部３６は、バーナ本体１４に対して同心に位置決めされて、バーナ本体１４の内部をカップ部３６の外側の第１の室３８とカップ部３６の内側の第２の室４０とに分割している。入口管４２がカップ部３６の底から軸方向に延在している。入口管４２は第２の燃料ノズル３０の近くまで延在し、噴射オリフィス３２が入口管４２と整列する。第２の噴射オリフィス３２から放出される燃料は入口管４２内に流れ込み、第１の室３８から空気を取り込む（空気は混合管２４を介して第１の室３８内に入る）。入口管２４は燃料と空気の混合気を第２の室４０内に導入する。
また、バッフル３４は、カップ部３６の側部から半径方向に延在する４つのチャンネル４４を含む。これらのチャンネル４４はカップ部３６の周囲に等間隔に配置されることが好ましい。チャンネル４４の各々は対応する１つの炎口２２に対して整列している。チャンネル４４と整列している４つの炎口は、以下「シマー炎口」と称し、第２の室４０に流体的に接続されている。残りの炎口は、以下「主炎口」と称し、第１の室３８と直接流体的に連通している。
更に、シマー炎口は、第１の室３８内の燃料と空気の混合気の幾分かが入口管４２を通って第２の室４０に入るので、第１の室３８と流体的に連通している。しかしながら、第２のオリフィス３２から第２の室４０内に噴射される燃料と空気の混合気は、動作中、第１の室３８内に流入しない。従って、主炎口は第２の室４０から分離されている。主炎口は第１の室３８と流体的に連通しているが、第２の室４０から隔離されている。シマー炎口は第１および第２の室３８，４０の両方と流体的に連通している。
４つのチャンネル４４および４つのシマー炎口について図示し説明したが、本発明ではこれらの構成要素の数は必ずしも４つに限定されない。しかしながら、シマー炎口の数は主炎口の数よりもかなり少ないものである。
第１の燃料ノズル２６および第２の燃料ノズル３０は両方とも２段弁４８（図式的に示されている）を介してガス供給源４６に接続されている。弁４８はガス調理器具の対応する制御ノブにより周知の方法で制御され、ガス供給源４６から２つの燃料ノズル２６，３０へのガスの流れを調整するようになっている。２段弁４８は本技術で周知のものであり、可変流量の燃料を第１の燃料ノズル２６に供給する第１段と可変流量の燃料を第２の燃料ノズル３０に供給する第２段とを有する。
弁４８の動作範囲は次の通りである。広く開放した時、弁４８は第１段にあり、燃料を最大圧力で第１の燃料ノズル２６に供給する。弁４８を絞っていくと、燃料の圧力は低減して第１段の最小圧力点に達する。この点から弁を更に絞ると、弁４８は第２段に切り替わり、燃料が最初第２の燃料ノズル３０に第２段の最大圧力で供給される。第２段において弁４８を絞っていくと、バーナ１０がオフになるまで燃料圧力は低減する。第１のオリフィス２８は、最大圧力で所望の最大バーナ入力レートを生じるように大きさが定められる。第２のオリフィス３２は、好ましくは、第１のオリフィス２８が第１段の最小圧力のときに生じるのと同じ入力レートを最大圧力で生じるように大きさが定められる。これを達成するため、第２のオリフィスの断面積に対する第１のオリフィスの断面積の比は単一段に対するターンダウン比におおよそ等しくされる。
動作では、所望のガスバーナ１０に対応するガス調理器具上の制御ノブを操作して、弁４８が２つの燃料ノズル２６，３０の一方に燃料を供給するようにする。通常動作では、弁４８は第１段に調節されて、燃料が第１の燃料ノズル２６に送られる。この燃料は第１のオリフィス２８から放出されて、燃焼用の空気を取り込んで、混合管２４に入る。この結果の燃料と空気の混合気が混合管２４から第１の室３８内に流れ込み、この混合気の大部分は燃焼用に主炎口を通って放出される。第１の室３８内の燃料と空気の混合気の残りは、内部バッフル３４の入口管４２を通って第２の室４０内に流れ込み、シマー炎口を通って放出される。バッフル３４を通過する混合気に対して僅かな流れ抵抗の増加があるが、本発明のバーナ１０の通常の動作は従来のバーナの動作と本質的に差異はない。
シマー動作または拡張ターンダウン動作では、弁４８は第２段に調節されて、燃料が第２の燃料ノズル３０に送られる。この燃料は第２のオリフィス３２から放出される。この燃料の噴射は第１の室３８から空気を取り込み、その燃料と空気の混合気は第２の室４０に分配するために入口管４２に差し向けられる。第２の室から、燃料と空気の混合気はチャンネル４４を通って、燃焼のためにシマーバーナ炎口を介して放出される。２４乃至３０個の全ての炎口の代わりに４つのシマー炎口のみに流れが生じるので、同じバーナ入力レートにおいて炎口での速度が一層速くなる。この炎口速度が一層速くなることにより安定な炎が生じ、これによって全体のターンダウンが改善される。
バーナ１０の動作の具体例を示すと、第１のオリフィス２８は、水柱４インチの最大圧力で９６００ＢＴＵ／ｈｒのバーナ入力レートおよび水柱０．０６２５インチの最小圧力で１２００ＢＴＵ／ｈｒの入力レートを発生するように大きさが定められる。また、第２のオリフィス３２が最大圧力で生じる入力レートと第１のオリフィス２８が第１段の最小圧力で生じる入力レートとが等しくなるように第２のオリフィス３２の大きさが定められている（すなわち、第１のオリフィス２８の約８分の１の断面積を有する）場合、第２のオリフィスは最大圧力で１２００ＢＴＵ／ｈｒの入力レートおよび最小圧力で約１５０ＢＴＵ／ｈｒの入力レートを生じる。したがって、バーナ１０の全体の動作範囲は約１５０乃至９６００ＢＴＵ／ｈｒになる。これらの値は単にバーナ１０の改良されたターンダウンを証明するための一例として示したものであり、本発明を制限するものではない。
図４は、本発明の第２の実施例の大気ガスバーナ１１０を示している。ガスバーナ１１０は、レンジまたはクックトップのようなガス調理器具の頂部の一部を形成している支持面１１２に取り付けられている。ガスバーナ１１０は好ましくは円筒形のバーナ本体１１４を有し、バーナ本体は、中空内部を画定しているほぼ円筒形の側壁１１６、底部１１８および頂部１２０を有する。複数の炎口１２２が頂部１２０またはその近くにおいて側壁１１６に形成されており、典型的には、必ずしも必要ではないが、等間隔に配置されている。
ベンチュリ管のような混合管１２４が、バーナ本体１１４の外部に配置された入口を有し、また底部１１８の開口部に接続されて、バーナ本体１１４の内部に対する入口導管を構成している。第１の燃料ノズルすなわち主燃料ノズル１２６が、混合管１２４に隣接して配置されて、混合管１２４の入口と整列した噴射オリフィス１２８を有し、該噴射オリフィス１２８から放出された燃料を混合管１２４内に送り込むようになっている。噴射オリフィス１３２を有する第２の燃料ノズルすなわちシマー燃料ノズル１３０がバーナ本体１１４の底部１１８を通って軸方向に延在し、噴射オリフィス１３２はバーナ本体１１４の内部に上向きに配置されている。第１の実施例の場合と同様に、第２の噴射オリフィス１３２は第１のオリフィス１２８の断面積よりもかなり小さい断面積を有する。
内部バッフル１３４がバーナ本体１１４の内部に設けられている。このバッフル１３４はバーナ本体内部の上側部分に配置された好ましくは深皿形状のカップ部１３６を含む。カップ部１３６は、その外側縁部１３７がバーナ本体１１４の内面に接触するような大きさに形成され位置決めされている。これにより、カップ部１３６は、バーナ本体１１４の内部をカップ部１３６の下側の第１の室１３８とカップ部１３６の上側の第２の室１４０とに分割している。入口管１４２がカップ部１３６の底から軸方向に延在している。入口管１４２は第２の燃料ノズル１３０の近くまで延在して、噴射オリフィス１３２が入口管１４２と整列するようになっている。
バッフル１３４は、カップ部１３６の縁部１３７が炎口１２２に対して整列するように位置決めされ、これにより各炎口１２２を上側部分と下側部分とに分割している。各炎口の上側部分は炎口部全体の約６分の１乃至４分の１である。炎口の下側部分は第１の室１３８と直接流体的に連通し、上側部分は第２の室１４０と直接流体的に連通している。更に、上側部分は、第１の室１３８内の燃料と空気の混合気の幾分かが入口管１４２を通って第２の室１４０内に入るので、第１の室１３８と流体的に連通している。しかしながら、第２のオリフィス１３２から第２の室１４０内に噴射される燃料と空気の混合気は、動作中、第１の室１３８内に入らない。従って、下側部分は第２の室１４０から隔離されている。このように、下側部分は第１の室１３８と流体的に連通しているが、第２の室１４０から隔離されており、上側部分は第１および第２の室１３８，１４０の両方と流体的に連通している。
第１の燃料ノズル１２６および第２の燃料ノズル１３０の両方は２段弁１４８を介してガス供給源１４６に接続されている。２段弁１４８はガス供給源１４６から２つの燃料ノズル１２６，１３０へのガスの流れを調整する。弁１４８は第１の実施例で説明した弁と同じである。通常動作では、弁１４８は第１段に調節されて、燃料が第１の燃料ノズル１２６に送られる。この燃料は第１のオリフィス１２８から放出されて、燃焼用の空気を取り込んで、混合管１２４に入る。その燃料と空気の混合気は第１の室１３８内に流入し、混合気の大部分は燃焼のために炎口１２２の下側部分を通って放出される。残りの燃料と空気の混合気は内部バッフル１３４の入口管１４２を通って第２の室１４０内に流入して、燃焼のために炎口の上側部分を通る。バッフル１３４を通過する混合気に対して僅かな流れの制限の増加があるが、本発明のバーナ１１０の通常動作は従来のバーナの動作と本質的に差異はない。
シマー動作または拡張ターンダウン動作では、弁１４８は第２段に調節されて、燃料が第２の燃料ノズル１３０に送られる。次いで燃料と空気の混合気が入口管１４２に差し向けられて、第２の室１４０に送られる。第２の室から、燃料と空気の混合気は燃焼のために上側部分を通って放出される。炎口全体の代わりに各炎口の上側部分のみが流れに対して開放しているため、同じバーナ入力レートに対して一層速い炎口速度が維持される。この一層速い炎口速度により一層安定な炎が生じ、これにより全体のターンダウンが改善される。
以上、ターンダウンを改良するために専用のシマーバーナ構造を有するガスバーナについて説明した。本発明を特定の実施例について説明したが、特許請求の範囲に記載されている本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができることは当業者にとって明らかなことであろう。

Claims (11)

1. 内部がバッフルにより第１および第２の室に分割されているバーナ本体であって、前記第２の室が前記第１の室と流体的に連通しているバーナ本体と、
   前記バーナ本体に形成されていて、前記第１の室と流体的に連通している第１の組の炎口と、
   前記バーナ本体に形成されていて、前記第２の室に流体的に連通している第２の組の炎口と、
   第１の動作モード中、燃料と空気の混合気が前記第１の組及び第２の組の炎口の両方から放出されるように該燃料と空気の混合気を前記第１及び第２の室の両方に導入し、第２の動作モード中、燃料と空気の混合気が前記第２の組の炎口のみから放出されるように燃料と空気の混合気を前記第２の室のみに導入する手段と、
   前記バーナ本体に配置され、前記第１の組及び第２の組の炎口を規定する前記バッフルであって、前記導入する手段は、前記バッフルから前記第２の室と流体的に連通している前記第１の室内に延在する入口管を備えている、前記バッフルと、
   燃料を前記第１の室内に噴射するように構成された第１のオリフィスを有する第１の燃料ノズルと、
   燃料を前記入口管を介して前記第２の室内に噴射するように構成された第２のオリフィスを有する第２の燃料ノズルとを含み、
   前記バッフルは複数のチャンネルを有しており、各チャンネルは、前記第２の室と前記第２の組の炎口の１つとを流体的に連通している、ガスバーナ。
2. 内部がバッフルにより第１および第２の室に分割されているバーナ本体であって、
   前記第２の室が前記第１の室と流体的に連通しているバーナ本体と、
   前記バーナ本体に形成されていて、前記第１の室と流体的に連通している第１の組の炎口と、
   前記バーナ本体に形成されていて、前記第２の室に流体的に連通している第２の組の炎口と、
   第１の動作モード中、燃料と空気の混合気が前記第１の組及び第２の組の炎口の両方から放出されるように該燃料と空気の混合気を前記第１及び第２の室の両方に導入し、第２の動作モード中、燃料と空気の混合気が前記第２の組の炎口のみから放出されるように燃料と空気の混合気を前記第２の室のみに導入する手段と、
   前記バーナ本体に配置され、前記第１の組及び第２の組の炎口を規定する前記バッフルであって、前記導入する手段は、前記バッフルから前記第２の室と流体的に連通している前記第１の室内に延在する入口管を備えている、前記バッフルと、
   燃料を前記第１の室内に噴射するように構成された第１のオリフィスを有する第１の燃料ノズルと、
   燃料を前記入口管を介して前記第２の室内に噴射するように構成された第２のオリフィスを有する第２の燃料ノズルとを含み、
   前記バーナ本体は円周状に間隔を置いて設けられた複数の炎口を備え、
   前記バッフルは、前記炎口の各々を上側部分と下側部分に分割する、前記複数の炎口と整列した外側縁部を有し、該下側部分が前記第１の組の炎口を規定し、該上側部分が前記第２の組の炎口を規定している、ガスバーナ。
3. 前記第２の組の炎口の数が前記第１の組の炎口の数よりも少ない請求の範囲１又は２に記載のガスバーナ。
4. 前記第１の組の炎口は少なくとも２０個の炎口を有し、前記第２の組の炎口は４個の炎口を有している請求の範囲３記載のガスバーナ。
5. 前記第２のオリフィスの断面積が前記第１のオリフィスの断面積よりも小さい請求の範囲１乃至４のいずれかに記載のガスバーナ。
6. 前記バーナ本体はほぼ円筒形である請求の範囲１乃至５のいずれかに記載のガスバーナ。
7. 前記バッフルがカップ部を備えている請求の範囲１乃至６のいずれかに記載のガスバーナ。
8. 前記カップ部はほぼ円筒形である請求の範囲７記載のガスバーナ。
9. 前記入口導管はベンチュリ管で構成されている請求の範囲１乃至８のいずれかに記載のガスバーナ。
10. 前記第２の燃料噴射オリフィスは、前記第１の燃料噴射オリフィスが最小有効圧力のときに生じるのと同じ入力レートを最大有効圧力で生じるように大きさが定められている請求の範囲１乃至９のいずれかに記載のガスバーナ。
11. 前記各炎口の前記上側部分は全炎口面積の約６分の１乃至４分の１である請求の範囲２記載のガスバーナ。

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