JP3962188B2 - ガスバーナ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として浸管を用いて各種液体を加熱するガスハーナに係わり、特に、振動燃焼を抑制して最適空気比に容易に調整し得るガスバーナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、この種のガスバーナにおいては、燃焼ガス通路形状が通路断面に対して長い形式の炉体の焚口にバーナを密着させて燃焼させると振動燃焼を起こし、大きな騒音を発生させるだけでなく、不完全燃焼や不安定燃焼によって正常運転が妨げられることが知られている。
【０００３】
これは燃焼反応が燃焼ガスと連通する装置の通気管が持つ共鳴機構と同調するためと考えられており、この振動燃焼を防止するために、従来、ガスバーナの火炎位置と通気管が持つ定在波との相対的位置関係を最適化する方法（方法１という）と、ガスバーナ自体を振動燃焼が発生しない空気比で燃焼させる方法（方法２という）とが知られている。
【０００４】
そして、方法１の具体的な構造としては、通路内にバッフル板を設けて圧力反射を利用する構造（構造１という）や、ガスバーナの吸気部のダクトを延長する構造（構造２という）、及び図６に示すように、被加熱液５６が収容された液槽５７内に水平状態で配置された浸管５２の焚口５３に対して、ガスバーナ５１を離した状態で取り付け、かつ浸管５２の反焚口５３側に、排気ダクト５４を有する排気ファン５５を取り付けた構造（構造３という）が提案もしくは採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、方法１の構造１にあっては、圧力反射を有効にするためのバッフル板を通路内に設けるため、このバッフル板で通路内に相当の圧力損失を招きファンの大型化が必要になって、コストアップになり易いという問題点があると共に、浸管ガスの温度が起動時と定常時で変化するため、音速変化や他の高調波成分と同調したりして、火炎部分での定在波位相が安定せず、実機で有効に機能することが多くないという問題点があった。
【０００６】
また、方法１の構造２にあっては、吸気系の長大型化や、設置場所の個別条件によっては排気ダクトの延長バリエーションに有効性を欠く場合があるという問題点があった。また、方法１の構造３にあっては、ほとんどの環境や条件変化に対して有効性を持つものの、火炎近傍通気管に大気と連通する開口部を設けるため、燃焼室を負圧にする必要があり、排気ファン５４の増設が不可欠となって、コストアップや大型化になり易いという問題点があった。
【０００７】
また、方法２にあっては、空気比が共鳴強度と関連しているため、この共鳴領域を避けて空気比設定を行うことも考えられるが、しかし、空気比設定はＣＯ値と熱効率を左右する要因であることから、ＣＯ値と熱効率の何れかに犠牲を強いられることが多く、最適な燃焼を確保することが現実的に難しいという問題点があった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、請求項１記載の発明の目的は、振動燃焼を抑制し振動燃焼の影響を受けない最適空気比に調整して安定した燃焼状態が得られると共に、小型化と低コスト化が図れるガスバーナを提供することにある。また、請求項２記載の発明の目的は、請求項１記載の発明の目的に加え、より安定した燃焼状態が得られるガスバーナを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成すべく、本発明のうち請求項１記載の発明は、燃焼用空気通路を形成する筒状のドラフトチューブを備えたガスバーナにおいて、ドラフトチューブの下流側に浸管焚口と接続する接合部を設けると共に、該接合部の上流側のドラフトチューブに大気に連通し所定の条件下で流体力学的なシール機能が得られる開口部を設けたことを特徴とする。
【００１０】
このように構成することにより、筒状のドラフトチューブは、その下流側に設けた接合部が浸管焚口に接続されることによって浸管に直接取り付けられ、この状態でバーナが燃焼すると、ドラフトチューブの接合部より上流側に形成した開口部から大気が吸引される。この時、開口部における内部圧力等の条件が所定に設定され、かつドラフトチューブの開口部が該ドラフトチューブ内の空気流最速部に設けられることから、開口部からチューブ内に吸引される大気に流体力学的なシール機能が得られて浸管ガスの逆流が防止されると共に、音響的に大気と連通した状態となり、火炎近傍が定在波の圧力モードの節部となって共鳴機構から実用上回避される。
【００１１】
また、請求項２記載の発明は、ドラフトチューブの開口部の上流側で燃焼用空気通路内にバッフル板を設けたことを特徴とする。このように構成することにより、バッフル板でドラフトチューブ内の空気流最速部の空気流速、流量が制御されることから、空気流速等を最適値に設定して、より効率的な流体力学的シール機能が得られ、浸管ガスの逆流等がより確実に防止される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２は、本発明に係わるガスバーナの一実施例を示し、図１がその断面図、図２が図１のＡ部を拡大した断面図である。
【００１３】
図１及び図２において、ガスバーナ１は、例えば後端側が閉塞された有底円筒状のウィンドボックス２を有し、このウィンドボックス２の周面後端側にはガスノズル３が取り付けられると共に、ガスノズル３と対向する周面前端部側にはファン４が取り付けられている。また、ウィンドボックス２の内部には、均圧パイプ５が配置されると共に、この均圧パイプ５の内側には混合管６が配置されている。混合管６内には、その軸方向の中心位置に点火プラグ７が配置されると共に、ガスノズル３と対向する部分に一次空気孔８が形成されている。
【００１４】
また、ウィンドボックス２の開口側には、ドラフトチューブ９が一体的に設けられている。このドラフトチューブ９は、その下流側（内部空気流の下流側）に、外側方向に垂直に立ち上がったバーナ側接合部としてのフランジ１０が一体形成されると共に、このフランジ１０より下流側には円筒形の先端部１１が一体形成され、さらに、フランジ１０の後端側（内部空気流の上流側）の周壁には開口部１２が形成されている。
【００１５】
ドラフトチューブ９のフランジ１０は、浸管１３側の接合部としての焚口フランジ１６と例えば略同一形状に設定され、先端部１１は、その外径が浸管１３の焚口１４の内径よりも若干小さく設定され、開口部１２は、所定の直径を有する円形でドラフトチューブ９の円周方向に沿って所定の等間隔で複数個形成されている。
【００１６】
そして、ガスバーナ１は、ドラフトチューブ９の先端部１１を浸管１３の焚口１４内に挿入すると共に、フランジ１０をパッキン１５を介して浸管１３の焚口フランジ１６に接合して適宜の手段で固定することによって、被加熱液１７が収容された液槽１８に取り付けられている。なお、浸管１３は液槽１８内に水平状態で配置されている。
【００１７】
このガスバーナ１によれば、ガスノズル３から矢印イの如く供給される燃料ガスと、ファン４の回転により矢印ロの如く供給される空気とが、混合管６内で混合して混合気となり、この混合気が混合管６内を矢印ハの如く流れる。そして、この混合気に点火プラグ７で点火されることによってガスバーナ１が燃焼し、その火炎１９が浸管１３の焚口１４内に吐出する。
【００１８】
このガスバーナ１の燃焼時に、図２に示すように、ドラフトチューブ９内で混合管６の外部に矢印ニの如く流れる空気が最速流速となり、この最速流速部分において、ドラフトチューブ９に設けられた開口部１２から大気が矢印ホの如く吸引される。この大気の吸引によって、浸管１３の焚口１４内の燃焼ガス（浸管ガス）の逆流が防止される。つまり、開口部１２から吸引される大気が流体力学的なシール機能を有し、燃焼ガスの逆流が防止されることになる。
【００１９】
このように、上記実施例のガスバーナ１においては、ドラフトチューブ９の下流側に接合部としてのフランジ１０を形成すると共に、フランジ１０より上流側に開口部１２を形成しているため、フランジ１０をパッキン１５を介して浸管１３の焚口フランジ１６に密着状態で取り付けることができると共に、開口部１２によって最速流速部分が大気に連通するため、該部分に流体力学的なシール機能が得られて、浸管１３の焚口１４内の燃焼ガスの逆流を防止することができる。
【００２０】
また、開口部１２によって最速流速部分が大気と連通した状態となるため、燃焼時の火炎１９近傍が定在波の圧力モードの節部となって、燃焼による共鳴機構から実用上回避することができる。これらにより、振動燃焼を防止することができ、振動燃焼に影響を受けない最適空気比に調整（設定）できて、安定した燃焼状態のガスバーナ１を得ることができ、結果として、ＣＯ値と燃焼効率の両方を満足し得るガスバーナ１を得ることが可能になる。
【００２１】
なお、上記実施例におけるドラフトチューブ９の開口部１２における燃焼ガスのシール性能を、浸管圧力（炉圧）と開口部１２の圧力の各条件について実験したところ、炉圧条件が「正圧小」で開口部圧力が「負圧」の場合に、開口部１２により大気が吸引され、また、炉圧条件が「正圧中」で開口部圧力が「微小正圧」の場合に、開口部１２より内部空気が僅かに漏出するという結果が得られた。これらの条件下において本発明の実用化が可能である。
【００２２】
また、ドラフトチューブ９のフランジ１０をパッキン１５を介して直接浸管１３の焚口フランジ１６に取り付けることができるため、従来のようにガスバーナ５１を浸管５２の焚口５３から離して固定する必要がなくなり、浸管１３からガスバーナ１に至る長さをより短くすることができて、ガスバーナ１の小型化を図ることができる。
【００２３】
さらに、ドラフトチューブ９の上流側に開口部１２を形成することによって対応することができるため、必要最低限の開口部１２を適正位置に均等分布させることができて、燃焼性と熱効率を最大限有効に保持することができる。また、開口部１２の形成が容易に行えるため、構成簡易にして小型化によるコストダウンと加工コストの低減等が図れ、安価なガスバーナ１を得ることが可能になる。
【００２４】
図３〜図５は、図１のＡ部のそれぞれ他の変形例を示す図２と同様の断面図である。以下、上記実施例と同一部位には同一符号を付して説明する。先ず、図３に示す構造は、ドラフトチューブ９の上流側の下面にウィンドボックス２の前端部を積層固着すると共に、ドラフトチューブ９に別体のフランジ１０を固着するようにしたものである。この実施例においても、ドラフトチューブ９内の最速流速部分の形状が若干変化するものの、基本的に上記実施例と同一であり、開口部１２から吸引される大気によって流体力学的なシール機能が得られ、上記実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００２５】
また、図４に示す構造は、ドラフトチューブ９の開口部１２の上流側に、最速流速部分の内側方向（混合管６方向）に向けてバッフル板２０を垂直状態で固着したものであり、図５に示す構造は、混合管６の外周部でドラフトチューブ９の開口部１２の上流側に、外側方向（ドラフトチューブ６方向）に向けてバッフル板２１を垂直状態で固着したものである。
【００２６】
これらの構造においても、上記実施例と同様の作用効果が得られる他に、バッフル板２０、２１自体やその先端部の位置によって、ドラフトチューブ９内の最速流速部分を矢印ニの如く流れる空気の流速や流量が制御されることになり、大気による流体力学的なシール性をより最適な状態に設定することができるという作用効果が得られる。このように、ドラフトチューブ９の開口部１２とその裏面の形状は、ガスバーナ１の燃焼量、液槽１８の大きさ等に応じて適宜に設定することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の発明によれば、筒状のドラフトチューブの接合部の上流側に開口部を設けているため、所定の条件下で開口部から吸引される大気によって、流体力学的なシール機能が得られて空気流最速部における浸管ガスの逆流を防止することができると共に、音響的に大気と連通した状態となって火炎部近傍が定在波の圧力モードの節部となり、共鳴機構から実用上回避することができる。その結果、振動燃焼を抑制することができて、振動燃焼の影響を受けない最適空気比に調整して安定した燃焼状態が得られる。また、ドラフトチューブの接合部を浸管に直接取り付けることができるため、ガスバーナの小型化と低コスト化を図ることもできる。
【００２８】
また、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加え、ドラフトチューブの開口部の上流側で燃焼用空気通路内にバッフル板を設けているため、バッフル板でドラフトチューブ内の空気流最速部の空気流速、流量を制御することができて、空気流速等を大気による効率的な流体力学的シール機能が得られる最適値に設定できて、浸管ガスの逆流等を確実に防止し、より安定した燃焼状態を得ることができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるガスバーナの一実施例を示す断面図
【図２】同図１のＡ部を拡大した断面図
【図３】同図１のＡ部の変形例を示す図２と同様の断面図
【図４】同図１のＡ部の他の変形例を示す図２と同様の断面図
【図５】同図１のＡ部のさらに他の変形例を示す図２と同様の断面図
【図６】従来のガスバーナの一例を示す断面図
【符号の説明】
１・・・・・ガスバーナ
２・・・・・ウィンドボックス
３・・・・・ガスノズル
４・・・・・ファン
５・・・・・均圧パイプ
６・・・・・混合管
７・・・・・点火プラグ
８・・・・・一次空気孔
９・・・・・ドラフトチューブ
１０・・・・フランジ（接合部）
１１・・・・先端部
１２・・・・開口部
１３・・・・浸管
１４・・・・焚口
１５・・・・パッキン
１６・・・・焚口フランジ
１８・・・・液槽
１９・・・・火炎

Claims (2)

1. 燃焼用空気通路を形成する筒状のドラフトチューブを備えたガスバーナにおいて、前記ドラフトチューブの下流側に浸管焚口と接続する接合部を設けると共に、該接合部の上流側のドラフトチューブに大気に連通し所定の条件下で流体力学的なシール機能が得られる開口部を設けたことを特徴とするガスバーナ。
2. 前記ドラフトチューブの開口部の上流側で燃焼用空気通路内にバッフル板を設けたことを特徴とする請求項１記載のガスバーナ。

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