JP3814603B2 - 分離された炎孔部を有する予混合ガス燃焼バーナ - Google Patents

Description

本発明は分離された炎孔部を有する予混合ガス燃焼バーナに係り、より詳しくはチューブ型バーナとプレート型バーナとに分離構成された予混合ガス燃焼バーナで、バーナ表面に形成される全体炎孔部が多数の断片に分離され、前記プレート型バーナの下端に形成されるピン構造物に冷却用水管を貫通するよう配置することによって、炎孔部のサイズ及び数量変形が容易なことからバーナ全体の容量変更が容易な構造を有するようになり、バーナの過労運転によってバーナに熱応力が存在して坐屈のような変形及び熱膨張による変形が発生することを防止することができ、前記水管がチューブ型バーナとプレート型バーナとを固定する役割を並行できるよう分離された炎孔部を有する予混合ガス燃焼バーナに関する。

周知の通り、一般家庭で暖房及び温水供給のために主として使用するボイラーは使用燃料によってオイルボイラーとガスボイラーとに分けられ、前記オイルボイラーとガスボイラーはそれぞれ使用される燃料である油及びガスを燃焼するためのバーナが使用される。
すなわち、一般にバーナは燃料を安全かつ効率よく燃焼させ熱を得る装置であって、燃料の種類に応じてガス燃焼用のガスバーナ、灯油や重油など液体燃料の燃焼用であるオイルバーナ、石炭燃焼用の微粉炭バーナなどがある。

また、燃料と空気を混合する方法によって予混合型バーナと拡散型バーナとに分けられる。
前記予混合型バーナは燃料と空気を予め混合して燃焼させ、拡散型バーナは燃料と空気を燃焼器に別々に送って燃焼器中で混合して燃焼させる。

すなわち、今まで家庭用ガスボイラーなどのガス燃焼機器に幅広く使用されているアスバーナの殆どはバーナの火炎安定性と逆火現象などが発生する危険性が少ないという長所を有しているブンゼン式ガスバーナを主に採用しているが、このようなブンゼン式ガスバーナは構造的にバーナの火炎が長く火炎温度が高いだけではなく、燃焼に必要な空気量が理論空気量より遥かに多量の過剰空気を必要とするため、高温の排ガス排出による熱損失量と公害物質(ＮＯｘ、ＣＯなど)の排出量が多くてガス燃焼機器の効率極大化と公害物質の低減化などを期するのにある程度限界性を抱えていた。

また、公害物質(ＮＯｘ、ＣＯなど)を低下させ火炎温度を下げるための方法として、ガスバーナの燃焼表面材質として使用される多孔性の金属繊維織造組織の多孔体板(Knitted Metal Fiber Mat)を用いる予混合ガス燃焼があり、前記近年開発された予混合ガス燃焼方式のガスバーナの燃焼表面材質として使用される多孔性である金属繊維織造組織の多孔体板は直径５０μｍ以下の金属性材質を繊維組織のように織造よりなるもので、これらガスバーナの燃焼表面材質として使用し燃焼表面で可燃性である予混合ガスを完全燃焼させると同時に、その燃焼熱で金属繊維織造組織の多孔体板であるガスバーナの燃焼表面を加熱させることによってガスバーナの燃焼表面から強力で均一な固体輻射エネルギーを獲得できるようになされている。

また、燃焼用過剰空気量の減少及び燃焼排ガスの温度を下げることによって排ガスの熱損失量が減ることによって熱効率が増大されると同時に、公害物質(ＮＯｘ及びＣＯなど)の排出量を抑える効果が得られ、燃焼負荷の範囲(ターンダウン比:TDR)が既存の一般ガス燃焼機器の場合である(TDR=５:１)に比べて相当に広いだけではなく、火炎の安定性も遥かに優れ構造が簡単なので、セラミックやステンレスなどと共にガス燃焼機器の熱効率向上と公害物質の低減のための家庭用、商業用、産業用のガスバーナ用燃焼表面材質として幅広く使用されている傾向がある。

特に、セラミックやステンレス及び金属繊維織造組織である多孔体板などをガスバーナ用燃焼表面材質として使用する材質中には、多孔性の金属繊維織造組織である多孔体板の素材が熱処理効果によってバーナ背面の温度が着火温度以下に下がるため、これをガスバーナの燃焼表面材質として使用して予混合ガスを燃焼させる場合はバーナ火炎が多孔体板の小さい穴を通して逆流する恐がないなどの安全な素材として知られており、多孔性の金属繊維織造組織である多孔体板を用いたガスバーナは逆火現象などに対する別の対策を必要としないという長所があって公害物質(ＮＯｘ及びＣＯなど)を低減させ、火炎温度を下げるための方法の一つとして使用されていた。

しかし、従来の予混合ガス燃焼バーナの場合、火炎温度が低い場合はバーナ火炎の不安定化を引き起こし、製造コストが高くつくと共に製造に困難があり、単純な構造に設計される家庭用ガス燃焼機器では予混合ガス燃焼の安定的な統制が多少困難な場合が発生することがあった。

また、前記予混合ガス燃焼スリットの燃焼表面材質をセラミックやステンレスまたは金属繊維織造組織である多孔体板などを使用する場合においては燃料ガスと空気を混合させる予混合器の構造が大きくなり多少複雑になるため、予混合器内における圧力損失の増大によって送風抵抗が増大されるのみならず、よって燃焼時に一部高負荷領域で異常騒音が発生したりガスバーナの主火炎が不安定になる場合もあった。

このように従来の予混合ガス燃焼バーナの場合、バーナを構成する炎孔部が一つの板材あるいは円筒に加工され使用されたりメタルファイバなど織造された炎孔部を使用しているところ、一枚の板材または円筒に加工した場合、熱膨張によるバーナ表面の捻れなどの変形が発生する可能性があり、メタルファイバを使用する場合もバーナ組立時作業者がメタルファイバを引っ張って組立てることからメタルファイバに局部的あるいは全体的に大きくなった炎孔が形成されて火炎の飛散現象が起り、火炎の不均一が発生する恐があり、逆火の可能性も存在する危険性も持っていた。
また、製造上においても製造コストが高くついて高価であり、作製も容易でないなど種々の問題点があった。

特に、既存の予混合ガス燃焼バーナにおいて、チューブ状の予混合ガス燃焼バーナの場合、バーナの過労運転時熱応力による坐屈のような変形を防止し難い短所があり、過熱によるバーナ表面の焼損と熱による窒素酸化物(ＮＯｘ)の過多生成を防止し難いという短所を有していた。
また、既存の予混合ガス燃焼バーナの場合、バーナで過熱が起る場合にもこれを冷却させるための冷却用水管のような別途の構成要素を取付け難い構造を有しているという不都合があった。

本発明は前述したような従来の予混合ガス燃焼バーナの問題点を考慮して案出されたもので、その目的はバーナ表面に形成される全体炎孔部が多数の断片に分離され熱膨脹による変形防止が可能であり、炎孔部のサイズ及び数量変更が容易なことからバーナ全体の容量変更が容易な構造を有するようにした分離された炎孔部を有する予混合ガス燃焼バーナを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、予混合ガス燃焼バーナを互いに着脱可能なチューブ型バーナとプレート型バーナで構成する際、前記プレート型バーナの下端に形成されるピン構造物に冷却用水管を貫通するよう配置することによって、バーナの過労運転によりバーナに熱応力が存在して坐屈のような変形が発生することを防止することは勿論、火炎温度を下げて窒素酸化物の発生量を減らし、バーナ表面の赤熱による焼損を防止でき、チューブ型バーナとプレート型バーナとを固定する役割を並行できるようにした、分離された炎孔部を有する予混合ガス燃焼バーナを提供することにある。

前述したような目的を達成するための本発明に係る予混合ガス燃焼バーナにおいて、バーナの全体炎孔部が分離可能なことから熱膨脹による変形防止に有利になるよう前面が開口され内部が中空チューブ状を呈し、その上端面の両側縁線及び内側に一定間隔を隔てて形成される多数個の炎孔よりなる炎孔部が配置され、この炎孔部の間に一定空間の安着部が形成される構造よりなるチューブ型バーナと、該チューブ型バーナに形成される安着部に装着されるよう底面にピン構造物が形成されるプレート型板材よりなり、この板材の上面両側縁線に沿ってスリット状に一定間隔を隔てて形成される多数個の炎孔よりなる炎孔部が配置された構造のプレート型バーナで構成されることを特徴とする分離された炎孔部を有する予混合ガス燃焼バーナを提供することによって達成される。

この際、前記チューブ型バーナとプレート型バーナの炎孔部を構成する多数個の炎孔は均一なサイズに穿設されることが望ましい。
そして、本発明は前記チューブ型バーナの側面に形成される嵌合孔とプレート型バーナの底面のピン構造物に対応形成される嵌合孔を経て冷却用水管を貫通するよう配置されることを特徴とする。

前述したように本発明によれば、バーナの表面に形成される全体炎孔部が多数の断片に分離されバーナ表面が赤熱される場合は熱膨脹による捻れ程度を最小化して熱膨脹による変形防止が可能であり、炎孔部のサイズ及び数量変形が容易なのでバーナ全体の容量変形が易しい構造を有しながらも、既存の予混合ガス燃焼バーナと比較してバーナの運転性能維持が優れるという長所を有する極めて有用で効果的な発明である。

そして、本発明によれば前記チューブ型バーナとプレート型バーナで構成された予混合ガス燃焼バーナでプレート型バーナの下端に形成されたピン構造物に冷却用水管を貫通するよう配置することによって、バーナで過熱が起こる場合に冷却用水管を通して水を供給してこれを冷却させて、バーナの過労運転によってバーナに熱応力による坐屈のような変形が発生することを防止することができる。

また、前述したような冷却作用を通して火炎温度を下げて窒素酸化物の発生量を減らし、バーナ表面の赤熱による焼損を防止できる効果がある。
さらに、前記冷却用水管はチューブ型バーナとプレート型バーナとの間を固定する役割を並行できる極めて有用かつ効果的な発明である。

以下、添付した図面に基づき本発明の望ましい実施例について詳述する。
図１は本発明に係る予混合ガス燃焼バーナを構成するプレート型バーナを示す斜視図であり、図２は本発明に係る予混合ガス燃焼バーナを構成するチューブ型バーナを示す斜視図であり、図３は本発明に係る予混合ガス燃焼バーナの組立状態を示す斜視図であり図４は本発明に係る予混合ガス燃焼バーナに冷却用水管が組立てられた状態を示す斜視図であり、図５は本発明に係る予混合ガス燃焼バーナが適用されるガス燃焼バーナの全体構成を示す分解斜視図であり、図６は本発明に係る図５のガス燃焼バーナの組立状態を示す断面図である。

図１ないし図３に示したように、本発明に係る炎孔部が分離可能な予混合ガス燃焼バーナは上端面に多数個の炎孔が形成される炎孔部２１が一定間隔を隔てて配置され、ガスと空気が混合された状態で供給されるときにこれを燃焼させるチューブ型バーナ２０と、該チューブ型バーナ２０の上端面に形成される炎孔部２１の間に形成される安着部２２に着脱自在に配置されながら多数の炎孔よりなる炎孔部３１を有するプレート型バーナ３０で構成されている。

ここで、図２に示したように、本発明に係る前記チューブ型バーナ２０は前面が開口され内部が中空チューブ状を有しているもので、その上端面の両側縁線及び内側面に沿って一定間隔を隔てて均一なサイズに形成される多数個の炎孔よりなる炎孔部２１が配置され、この炎孔部２１の間に前記プレート型バーナ３０を交互に装着するための安着部２２が形成される構造よりなっている。
この際、前記炎孔部２１を構成する炎孔は、円形あるいはスリット状など、必要に応じて選択的に形成されることが望ましい。

そして、前記チューブ型バーナ２０は一つのチューブ状を一つの単位にして多数個のチューブ型バーナ２０を並列に連結配置できる。
この際、前記チューブ型バーナ２０のボディ側面には、後述するプレート型バーナ３０と固着結合するための水管７０(図４及び図５)が嵌挿できる複数個の嵌合孔２３が一定間隔を隔てて形成されている。

また、図１に示したように、前記チューブ型バーナ２０に形成される安着部２２に装着される前記プレート型バーナ３０は底面に一定の曲率を持って突出されたピン構造物３２が形成される平板形の板材よりなるバーナである。
すなわち、前記プレート型バーナ３０は、チューブ型バーナ２０と同様に、板材の上面の両側縁線に沿って均一なサイズのスリット状に一定間隔を隔てて形成される多数個の炎孔よりなる炎孔部３１が配置される構造よりなっている。

また、前記プレート型バーナ３０の底面に形成されるピン構造物３２には、前記チューブ型バーナ２０に形成される嵌合孔２３と対応して前述した水管７０(図４に示す)が挿通できるもう一つの嵌合孔３３が形成されている。
特に、前記チューブ型バーナ２０とプレート型バーナ３０に形成される多数個の炎孔よりなる炎孔部２１、３１は、炎孔自体が均一に穿孔されることによって単位バーナの性能が均一に現われる。

このような構造を有するチューブ型バーナ２０とプレート型バーナ３０は前記プレート型バーナ３０がチューブ型バーナ２０の安着部２２に装着され、一つの予混合ガス燃焼バーナを構成する。
この際、前記チューブ型バーナ２０の炎孔部２１は、プレート型バーナ３０間の中間に位置するようになり、前記チューブ型バーナ２０の炎孔部２１はプレート型バーナ３０間の火炎伝播を容易にし、前記チューブ型バーナ２０を並列に連結したときは、最左側及び最右側炎孔部２１がチューブ型バーナ２０間の火炎伝播を容易にする役割を果たす。

以上のような構成を有する本発明に係る予混合ガス燃焼バーナが適用されたガス燃焼バーナは、図５に示した通り、バーナの出力範囲が同一な数個のチューブ型バーナ２０とプレート型バーナ３０よりなる予混合ガス燃焼バーナを並列に配置して必要熱量に応じてバーナ数量を異にして燃焼させうるよう構成してバーナの多段制御が可能な構成を呈している。

すなわち、前記ガス燃焼バーナは下部に形成される空気吸込口１１を通して送風機５０から空気を供給されうるよう底面に送風機５０が装着される本体ケーシング１０を備えている。
この際、前記本体ケーシング１０には底面に装着される前記送風機５０とチューブ型バーナ２０間を区画する隔膜１３が底面と一定間隔を隔てて形成され、前記隔膜１３の上側にチューブ型バーナ２０が安着されるようになされている。
そして、前述したように前記チューブ型バーナ２０とプレート型バーナ３０よりなる予混合ガス燃焼バーナが、前記本体ケーシング１０に設けられた隔膜１３上に並列に配置される。

また、前記本体ケーシング１０の前面部には、本発明に係るチューブ型バーナ２０とプレート型バーナ３０にガスと空気を混合して供給できるようチューブ型バーナ２０の内部に挿入され一定間隔を隔てて配列されている多数個の混合気供給管４０を備えており、前記混合気供給管４０の前面には前記それぞれのバーナに独立して供給されるバーナ燃焼に必要なガスと空気の混合及び流量分配の役割を果たすベンチュリ６０が設けられる構成よりなっている。

このように前記チューブ型バーナ２０の前面にはチューブ型バーナ２０の内部に挿入装着される混合気供給管４０が設けられるところ、前記混合気供給管４０は前述したようにガスと空気が混合されバーナに混合器形態に供給する役割を果たすもので、既存の予混合ガス燃焼バーナで別の混合チャンバー(Mixing Chamber)を具備すべき短所を補って、ガスと空気が別の流路を通して同時に供給され、この混合気供給管４０を通りながら混合された状態でバーナに混合供給される。

勿論、この際前述したように前記混合気供給管４０の前面には、前記それぞれのバーナに独立して供給されるバーナ燃焼に必要なガスと空気の混合及び流量分配の役割を果たすベンチュリ６０が設けられる。
すなわち、前述したような混合気供給管４０とベンチュリ６０を通してガスと空気が流入される過程で互いに混合され供給されるようにすることから、既存の予混合ガス燃焼バーナで必要としている別の混合チャンバーを備えていない状態でも既存の予混合ガス燃焼バーナと同じく、２次空気が供給されなくても良い典型的な予混合ガス燃焼バーナの構造を有する。

また、前記各ベンチュリ６０の前端には、空気とガスを供給できる吸入口９０(言わば、マニホールド)が設けられ空気とガスを混合するための別途の装置を必要としないよう構成されており、ガスは前記ベンチュリ６０の前端に近接して設置されたノズルから供給される。
すなわち、前記吸入口９０には前記ノズルから噴射され供給されるガスと前記送風機５０から供給される空気を混合すると共に、前記各バーナの炎孔部２１、３１への流量分配を目的とする前記ベンチュリ６０と混合気供給管４０が設置される。

そして、図４に示したように、前記チューブ型バーナ２０にプレート型バーナ３０が装着される際、チューブ型バーナ２０とプレート型バーナ３０との間を堅固に固定しつつバーナの過労運転によってバーナに熱応力が存在して坐屈のような変形が発生しないよう冷却させるための水が循環するラインで構成された水管７０が設けられる。

すなわち、前記プレート型バーナ３０はチューブ型バーナ２０の安着部２２に単に嵌込組立てられる状態に装着されるが、この際前記水管７０が本体ケーシング１０の側面に形成される挿入孔１２を通して挿通され、前記チューブ型バーナ２０の側面に形成される嵌合孔２３とプレート型バーナ３０の底面のピン構造物３２に対応形成される嵌合孔３３を経て嵌込組立てられることによってチューブ型バーナ２０とプレート型バーナ３０との間を堅固に固定し、かつ水管７０に沿って循環する水によって過熱されたバーナを冷却させうる。

言い換えれば、前記プレート型バーナ３０の下端に形成されるピン構造物３２に冷却用水管７０を貫通するよう配置することによって、バーナで過熱が起る場合にバーナの上部炎孔部３１に発生した過熱がピン構造物３２を通して放出され、この際冷却用水管７０を通して水を供給してこれを冷却させ、バーナの過労運転によってバーナで熱応力による坐屈のような変形が発生することを防止できる長所を有する。

また、前述したような冷却作用を通して火炎温度を下げれば、一層窒素酸化物(ＮＯｘ)の発生量を減らせ、バーナ表面の赤熱による焼損を防止できる長所を有する。
特に、前記冷却用水管７０はプレート型バーナ３０がチューブ型バーナ２０の安着部２２に装着されるとき、チューブ型バーナ２０とプレート型バーナ３０との間を固定する役割を兼ねる。

ここで、図５に示され未説明符号８０は張力ボルト８０を示しているもので、前記張力ボルト８０は本体ケーシング１０の背面から混合気供給管４０の前面に亘って貫通して組立られ互いに堅固に固定する役割を果たすもので、参照符号４１は混合気供給管４０の前面下端に具備され送風機５０を通して吸い込まれた空気を吐き出す吸込空気吐出口４１である。

このようにチューブ型バーナ２０とプレート型バーナ３０が互いに分離可能なように構成された本発明の予混合ガス燃焼バーナは、典型的な予混合ガス燃焼バーナの構造を備えているため、既存の予混合ガス燃焼バーナの長所をそのまま有する。
すなわち、全体として火炎の長さを縮めると共に、火炎の温度を下げて同一面積に対する負荷を減らして一酸化炭素及び窒素酸化物などの公害物質の発生を最小限減らせる。

また、本発明に係るチューブ型バーナとプレート型バーナとに相互分離可能な予混合ガス燃焼バーナは、従来のブンゼンバーナ及び予混合ガスバーナと比較する際相対的に小サイズの高負荷バーナ組立体に製作が容易であり、全負荷目標熱量によって単位バーナの数量を加減できるので設計変更が容易な構造的特徴を有する。

すなわち、本発明の一実施例として示した図５には三つの予混合ガス燃焼バーナが並列に配置されている状態が示されているが、これに限られないことは勿論、多数個の予混合ガス燃焼バーナが並列に配置された状態でも必要熱量によってバーナ数を異にして燃焼させうるよう構成することができる。

特に、本発明においてバーナの出力は、炎孔部が配置されたプレートの数に支配されることから、プレートの数と炎孔のサイズによってバーナの容量変形が容易になる。
また、本発明において炎孔部が多数の断片に分離されていることから、バーナ表面が赤熱される場合も熱膨脹による捻れ程度を最小化して、既存の予混合ガス燃焼バーナと比較してバーナの運転性能維持が優れるという長所を有する。

バーナ全体の容量変更が容易な構造を有するようにした分離された炎孔部を有する予混合ガス燃焼バーナに適用できる。

本発明に係る予混合ガス燃焼バーナを構成するプレート型バーナを示す斜視図。 本発明に係る予混合ガス燃焼バーナを構成するチューブ型バーナを示す斜視図。 本発明に係る予混合ガス燃焼バーナの組立状態を示す斜視図。 本発明に係る予混合ガス燃焼バーナに冷却用水管が組立てられた状態を示す斜視図。 本発明に係る予混合ガス燃焼バーナが適用されたガス燃焼バーナの全体構成を示す分解斜視図。 本発明に係る図５のガス燃焼バーナの組立状態を示す断面図。

符号の説明

１０：本体ケーシング
１１：空気吸込口
２０：チューブ型バーナ
２１，３１：炎孔部
３０：プレート型バーナ
３２：ピン構造物
４０：混合気供給管
５０：送風機
６０：ベンチュリ
７０：冷却用水管

Claims (3)

1. 予混合ガス燃焼バーナにおいて、
   バーナの全体炎孔部が分離可能なことから熱膨脹による変形防止に有利になるよう前面が開口され内部が中空チューブ状を呈し、その上端面の両側縁線及び内側に一定間隔を隔てて形成される多数個の炎孔よりなる炎孔部２１が配置され、該炎孔部２１の間に一定空間の安着部２２が形成される構造よりなるチューブ型バーナ２０と、
   該チューブ型バーナ２０に形成された安着部２２に装着されるよう底面にピン構造物３２が形成されるプレート型板材よりなり、該板材の上面の両側縁線に沿ってスリット状に一定間隔を隔てて形成される多数個の炎孔よりなる炎孔部３１が配置される構造のプレート型バーナ３０とで構成されることを特徴とする分離された炎孔部を有する予混合ガス燃焼バーナ。
2. 前記チューブ型バーナ２０とプレート型バーナ３０の炎孔部２１、３１を構成する多数個の炎孔は均一のサイズに穿設されることを特徴とする請求項１に記載の分離された炎孔部を有する予混合ガス燃焼バーナ。
3. 前記チューブ型バーナ２０の側面に形成される嵌合孔２３とプレート型バーナ３０の底面のピン構造物３２に対応形成される嵌合孔３３を経て冷却用水管７０を貫通するよう配置することを特徴とする請求項１に記載の分離された炎孔部を有する予混合ガス燃焼バーナ。

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