JP4007958B2 - ガスバーナ - Google Patents

Description

本発明は、ガスバーナに関し、さらに詳しくは、演出、装飾、照明、展示などの用途に好適なガスバーナに関するものである。

従来、不完全燃焼に見られる赤黄色い炎、いわゆる、輝炎による演出効果をねらった装置に用いられるガスバーナとして、例えば、かがり火装置用のガスバーナが知られている（特許文献１参照）。

このかがり火装置用ガスバーナは、ガス管が挿入される支柱の上端に不完全燃焼による炎を生ずる噴出ノズルを突設し、その噴出ノズルの外周に網状の内風防カバーを取り付け、さらにこの内風防カバーの外周に同じく網状の外風防カバーを取り付けた構造を有している。

特開平１１−３３９５０２号公報

しかしながら、上記ガスバーナは、かがり火用であることから、ゆらゆらとした広がりのある炎を形成することはできるが、炎の揺らぎが少ないロウソクのような、定常な火炎を形成することはできない。

また、この種のガスバーナを用いて長い輝炎を形成しようとした場合、炎は一層不安定で乱れ易くなる。この要因としては、図８に示したように、第１に、火炎の周りに大きな速度分布（速度勾配 ｒｏｔ ｕ：但し、ｕはベクトル量）が存在する（Ｓ’１）ことにより、渦が発生して周辺空気を巻き込み（Ｓ’２）、炎の乱れが発生する（Ｓ’３）、第２に、火炎内では燃焼に伴う発熱と膨張によりガス流速が増大するため、速度勾配がさらに大きくなる（Ｔ’１）、といったことなどが考えられる。

そこで本発明が解決しようとする課題は、長い輝炎を形成した場合であっても、炎の揺らぎが極めて少ないガスバーナを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係るガスバーナは、可燃性ガスを導入するガス導入管と、このガス導入管の先端に連通され、直径０．１〜３．０ｍｍの炎孔が１個または２個以上頂部に形成されたガスノズルと、このガスノズルの外周を覆い、途中部位より先端側が先細り状、基端側が略筒状に形成されたドラフト管と、前記ガスノズルから噴出される可燃性ガスに点火を行う点火装置とを備え、前記ガスノズルの頂部は、前記ドラフト管の先細り部分に配置されるとともに、前記炎孔は、前記ガスノズルの頂部を含む面上に前記ドラフト管の先端部開口を垂直に投影した投影面内に形成されており、さらに前記炎孔が２個以上形成されている場合には、炎孔ピッチが１〜１０ｍｍの範囲内にあることを要旨とする。

上記構成によれば、ガス導入管よりガスノズル内に導入された可燃性ガスは、ガスノズル頂部の炎孔より噴出する。点火装置により噴出ガスに点火を行うと、ガスノズルの上方には、不完全燃焼の炎、いわゆる、輝炎が形成される。

ここで、本発明に係るガスバーナでは、ガスノズルの頂部に直径０．１〜３．０ｍｍの炎孔が１個または２個以上形成されており、また、炎孔が２個以上形成されている場合には、炎孔ピッチが１〜１０ｍｍの範囲内とされているので、炎孔からのガスの噴出速度が均一化される。また、炎孔が２個以上形成されていても、炎が分割され難く、太くて、根本部分の乱れが少ない炎を形成することができる。

加えて、このガスノズルの外周には、その途中部位より先端側が先細り状、基端側が略筒状に形成されたドラフト管が設けられており、ガスノズルの頂部はドラフト管の先細り部分に配置されているので、燃焼によるドラフト効果により、ドラフト管内では炎の周りに上方向の強い空気流が発生する。そのため、噴流火炎周りの流速が均一化され、火炎周辺における速度勾配が減少して渦の発生が抑制され、炎の乱れが抑制される。

また、ガスノズル頂部の炎孔は、ガスノズルの頂部を含む面上にドラフト管の先端部開口を垂直に投影した投影面内に形成されているので、炎孔からの炎がドラフト管の内壁に触れ難い。そのため、これによっても炎の乱れが抑制される。

この際、前記可燃性ガスのガス圧は、１×１０^−３〜１×１０^６Ｐａの範囲内にあることが好ましい。

また、前記点火装置は、セラミックヒータまたは種火ガスバーナであることが好ましい。

本発明に係るガスバーナによれば、ガスノズル形状の最適化および燃焼用空気の整流化が図られているので、ガス流量を調節して長い輝炎を形成した場合であっても、炎の揺らぎが極めて少ないガスバーナを得ることができる。

そのため、本発明に係るガスバーナは、演出、装飾、照明、展示などの用途に好適に用いることができる。例えば、ガスバルブ開閉コントロールによりガス流量を調節すれば、揺らぎが極めて少ない炎を任意の高さで形成することができ、映画、テレビ、舞台、結婚披露宴、パーティー、庭園などの演出用などに好適に用いることができる。また、ロウソクの代替えとして仏壇、寺、墓などにも好適に用いることができる。

以下に、本実施形態に係るガスバーナ（以下、「本ガスバーナ」ということがある。）について説明する。

図１は、本ガスバーナの概略構成を示した断面図である。本ガスバーナ１０は、ガス導入管１１と、ガスノズル１２と、ドラフト管１３と、点火装置１４とを主な構成として備えている。以下、各構成について詳細に説明する。

本ガスバーナ１０において、ガス導入管１１は、鋳鉄などの材料により略筒状に形成されており、その基端部には、ガスガバナーなどのガス流量調整器（図示されず）を介して上流側に配設された可燃性ガス源（図示されず）が接続される。これにより、圧力調整された所望の可燃性ガス（都市ガス、天然ガス、プロパンガスなどの全ての可燃性ガス）をガス導入管内に引き込むことができる。一方、ガス導入管１１の先端部には、上方に向かって漸次拡径された継ぎ手部材１５などを介してガスノズル１２が取り付けられる。

ここで、ガス導入管１１に導入される可燃性ガスのガス圧は、炎高さとの兼ね合いなどから適宜調整されるが、１×１０^−３〜１×１０^６Ｐａ、好ましくは、１×１０^−２〜１×１０^５Ｐａ、より好ましくは、１×１０^−１〜１×１０^４Ｐａの範囲内で調整されるのが望ましい。また、燃焼範囲は、０．００１〜３５Ｋｗ、好ましくは、０．０１〜３０Ｋｗ、より好ましくは、０．１〜１０Ｋｗの範囲内で調整されるのが好ましい。

本ガスバーナ１０において、ガスノズル１２は、ステンレスまたは真ちゅうなどの材料により略筒状に形成されており、その先端部には、１個または２個以上の炎孔１６を備えた頂部１７が設けられ、全体として閉口状態とされている。一方、ガスノズル１０の基端部は、上述した継ぎ手部材１５などを介してガス導入管１１と連通され、ガス導入管１１内に導入された可燃性ガスをガスノズル１２内部に供給することができるようになっている。

ここで、本ガスバーナ１０では、ガスノズル１２の頂部１７に、直径０．１〜３．０ｍｍ、好ましくは、直径０．１〜２．０ｍｍ、より好ましくは、直径０．３〜１．５ｍｍの炎孔１６が１個または２個以上形成される。炎孔１６の直径は、使用する可燃性ガスの発熱量などを考慮して上記範囲より選択される。炎孔１６の直径が０．１ｍｍより小さくなると、長い炎の安定性が悪くなり、さらにメンテナンスし難いなどの問題が生じる傾向があるため好ましくない。一方、炎孔１６の直径が３．０ｍｍより大きくなると、炎高さが短くなったり、炎の根本付近が乱れる傾向があるので好ましくない。

また、炎孔１６が２個以上形成される場合には、その炎孔ピッチは、１〜１０ｍｍ、好ましくは、２〜８ｍｍ、より好ましくは、３〜７ｍｍの範囲内より選択される。炎孔ピッチが１ｍｍより小さくなると、炎の根本付近が乱れる傾向があるので好ましくない。一方、炎孔ピッチが１０ｍｍより大きくなると、炎が分割して太くならない傾向があるので好ましくない。

また、炎孔１６は、直線状、格子状、円形状（ドーナツ状）などの形状で配置することができる。好ましくは、燃焼用空気の流入量をたくさんとるために、格子状に配置すると良い。図２に、炎孔の配置の一例を示す。図２に示されるガスノズル１２は、例えば、ガスノズル１２の頂部１７上に、縦４列、横４列、合計１６個の炎孔１６を格子状に配列形成したものである。なお、炎孔配置は、縦４列×横４列以外の縦複数列×横複数列の格子状であっても良いことは言うまでもない。

次に、本ガスバーナ１０において、ドラフト管１３は、ガスノズル１２の外周に覆設される。ドラフト管１３は、ステンレスなどの材料により、途中部位より先端側が先細り状、基端側が略筒状に形成されており、基端部開口より燃焼用空気を取り込むことができるようになっている。

また、ドラフト管１３は、ガスノズル１２の頂部１７がドラフト管１３の先細り部分に位置するように配置される。好ましくは、先細り部分の中間部分が望ましい。この際、ドラフト管１３の固定は、ドラフト管１３の外側より蝶ボルトなどの締結部材１８を複数本挿入し、ガスノズル１２の周囲に取り付けた五徳爪などの固定部材１９に締結することなどにより行えば良い。

ドラフト管１３の高さは、１０〜２０００ｍｍ、好ましくは、５０〜１５００ｍｍ、より好ましくは、１００〜１０００ｍｍの範囲とするのが望ましい。ドラフト管１３の高さが１０ｍｍより小さくなると、炎が乱れる傾向があり、一方、２０００ｍｍより大きくなると、炎の乱れを防止する効果も頭打ちになる傾向があるからである。なお、ドラフト管１３の基端側における筒径は、固定部材１９を取り付けた際に、燃焼用空気の流れを妨げないように空間部分が確保されておれば、特に限定されるものではない。

ここで、本ガスバーナ１０において、ガスノズル頂部１７の炎孔１６とドラフト管１３の先端部開口２０との関係は次のようになっている。すなわち、ガスノズル頂部１７の炎孔１６は、ガスノズル１２の頂部１７を含む面上にドラフト管１３の先端部開口２０を垂直に投影した場合に、その投影面内に含まれるように形成されている。したがって、ドラフト管１３の先端部開口２０からガスノズル１２の頂部１７を垂直にのぞき込めば、頂部１７に形成されている全ての炎孔１６を視認することができる。

したがって、図２に示したガスノズル１２についてガスノズル頂部１７の炎孔１６とドラフト管１３の先端部開口２０との関係を具体的に図示すれば、図３に示すように、ドラフト管１３の先端部開口２０の内径より内側に１６個の炎孔１６全てが配置されることとなる。

このような炎孔配置としたのは、第１に、各炎孔間に燃焼用空気を流入させるためである。第２に、火炎の根本付近は、この燃焼用空気により青色の炎が形成され、燃焼が安定して吹き消えなどの現象が発生し難くなるためである。第３に、炎がドラフト管１３の内壁２１に当たれば、その部分で熱のやり取りが発生し、空気の流入が少なくなることによりドラフト効果が効き難くなってドラフト管１３内における整流作用が弱くなってしまうので、これを防ぐためである。

次に、本ガスバーナ１０において、点火装置１４は、ドラフト管１３の外側に取り付けられており、その点火部位２２は、ドラフト管１３の内部に挿通され、ガスノズル頂部１７より上方に配置される。具体的な点火装置１４としては、セラミックヒータ、種火ガスバーナなどを用いることができるが、スパーク音がほとんどない状態で点火できるなどの利点があることから、窒化珪素などを使用したセラミックヒータなどを好適に用いることができる。

次に、上記構成を備えた本ガスバーナ１０の作用について説明する。本ガスバーナ１０によれば、ガス導入管１１よりガスノズル１２内に導入された可燃性ガスは、ガスノズル頂部１７の炎孔１６より噴出する。点火装置１４により噴出ガスに点火を行うと、ガスノズル１２の上方には輝炎が形成される。

ここで、本ガスバーナ１０では、ガスノズル１２の頂部１７に直径０．１〜３．０ｍｍの炎孔１６が１個または２個以上形成されており、また、炎孔１６が２個以上形成されている場合には、炎孔ピッチが１〜１０ｍｍの範囲内とされているので、炎孔１６からのガスの噴出速度が均一化される。また、炎孔１６が２個以上形成されていても、炎が分割され難く、太くて、根本部分の乱れが少ない炎を形成することができる。

加えて、このガスノズル１２の外周には、その途中部位より先端側が先細り状、基端側が略筒状に形成されたドラフト管１３が設けられており、ガスノズル１２の頂部１７はドラフト管１３の先細り部分に配置されているので、図４に示すように、燃焼によるドラフト効果により、ドラフト管１３内では炎Ｆの周りにＹ方向の強い空気流が発生する（Ｓ１）。そのため、噴流火炎周りの流速が均一化され、火炎周辺における速度勾配が減少し（Ｓ２）、渦の発生が抑制され（Ｓ３）、炎の乱れが抑制される（Ｓ４）。

以上、本実施形態に係るガスバーナについて説明したが、上記実施形態は本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形・改良が可能なものである。

例えば、上記主要構成以外にも、本ガスバーナには、安全性を確保するなどのため、炎監視装置（ＵＶ）などが１台または２台以上取り付けられていても良い。この際、ドラフト管上部から炎の監視を行えば、上部からの光の流入を避けることができる。また、塩化リチウム、塩化銅、塩化カルシウムなどの金属水溶液を超音波振動器などにより振動させてミスト化し、これを可燃性ガス源から供給される可燃性ガスや燃焼用空気に導入すれば、炎色反応により炎のエッジ部分に、赤、緑、オレンジ、ピンクなどの色をつけることができる。また、輝炎に燃焼用空気を導入すれば、揺らぎの極めて少ない青い炎を得ることもでき、演出効果のある暖房機などに適用することもできる。

以下に実施例を示す。初めに、図５および図６に示す形状のガスバーナを作製した。なお、ガスノズルの材質には、真ちゅうを用い、ドラフト管の材質には、厚さ０．８ｍｍのＳＵＳ３０４を用いた。また、ドラフト管の下部に、炎監視装置（ＵＶ）を設置した。

次に、得られた実施例に係るガスバーナを用いて輝炎を形成した。この際、可燃性ガスとして１３Ａガスを用い、ガス圧力は０．２ＫＰａとした。

図７に、その結果を示す。図７に示すように、本実施例に係るガスバーナによれば、約４０ｃｍ程度の長い輝炎を極めて揺らぎのない状態で形成できることが確認できた。

本ガスバーナの概略構成を示した断面図である。 頂部に、縦４列、横４列、合計１６個の炎孔を格子状に配列形成したガスノズルを示した図である。 図２に示したガスノズルについて、ガスノズル頂部の炎孔とドラフト管の先端部開口との関係を示した図である。 ドラフト管の先端部を拡大し、整流化の原理を説明するための図である。 実施例に係るガスバーナの形状を示した図である。 実施例に係るガスバーナのガスノズル頂部の形状を示した図である。 実施例に係るガスバーナを用いて輝炎を形成した際の図である。 従来のガスバーナにおいて、炎が乱れる原因を説明するための図である。

符号の説明

１０ ガスバーナ
１１ ガス導入管
１２ ガスノズル
１３ ドラフト管
１４ 点火装置
１６ 炎孔
１７ 頂部
２０ 先端部開口
２１ 内壁

Claims (3)

1. 可燃性ガスを導入するガス導入管と、このガス導入管の先端に連通され、直径０．１〜３．０ｍｍの炎孔が１個または２個以上頂部に形成されたガスノズルと、このガスノズルの外周を覆い、途中部位より先端側が先細り状、基端側が略筒状に形成されたドラフト管と、前記ガスノズルから噴出される可燃性ガスに点火を行う点火装置とを備え、
   前記ガスノズルの頂部は、前記ドラフト管の先細り部分に配置されるとともに、前記炎孔は、前記ガスノズルの頂部を含む面上に前記ドラフト管の先端部開口を垂直に投影した投影面内に形成されており、さらに前記炎孔が２個以上形成されている場合には、炎孔ピッチが１〜１０ｍｍの範囲内にあることを特徴とするガスバーナ。
2. 前記可燃性ガスのガス圧は、１×１０^−３〜１×１０^６Ｐａの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載のガスバーナ。
3. 前記点火装置は、セラミックヒータまたは種火ガスバーナであることを特徴とする請求項１または２に記載のガスバーナ。