JP4113188B2 - 偏平ガスバーナ - Google Patents

Description

本発明は、給湯用熱源機等の熱源として用いられる偏平ガスバーナに関する。

熱源機では、一般に、燃焼ファンで燃焼用空気を強制的に供給する燃焼筐内に、上方に開口する細長形状の炎口部を上端部に有する偏平ガスバーナを複数個並設している。この種の偏平ガスバーナは、従来、以下の如く構成されている。即ち、炎口部の長尺方向を前後方向、炎口部の短尺方向を横方向として、横方向に対峙する一対の側板で構成されるバーナ本体に、下部の混合管部と、混合管部に連なり、混合管部の上側で前後方向に延在する分布管部と、分布管部と炎口部との間の横幅を狭めた絞り部とが形成され、炎口部内に、横方向に並設した複数の整流板を有する整流部材が装着されている(例えば、特許文献１参照)。

整流部材は混合気を整流して炎口部から噴出させるために設けられている。ここで、燃焼ファンにより燃焼用空気を強制的に供給する燃焼筐内に偏平ガスバーナを配置する場合、混合管部に強制的に流入する一次空気の影響で乱流を生じ易くなる。そのため、混合気の流れを整流するには、整流部材を構成する整流板の枚数を４枚以上にする必要がある。

ところで、絞り部は、分布管部から炎口部に供給される混合気の前後方向の流量分布を均等化するために形成されるが、絞り部の横幅中央部では動圧が大きく混合気の流量も多くなる。そして、整流部材の横方向内側に位置する整流板の間には、絞り部の横幅中央部から流れ出る動圧が大きく流量の多い混合気が流入する。そのため、横方向内側に位置する整流板の間に流入した混合気が十分に整流されないまま炎口部の上方に噴出して燃焼し、火炎の安定性が悪くなって燃焼騒音を生じ易くなる。そこで、上記特許文献１に記載のものでは、整流部材を構成する整流板のうち横方向内側に位置する複数の整流板の間に画成される炎口流路の上下方向長さを長くして整流効果を高めるため、横方向内側の複数の整流板の下端の位置を外側の整流板の下端の位置より低くしている。例えば、図４に示す如く、整流部材９を５枚の整流板９ａで構成する場合は、横方向内側に位置する３枚の整流板９ａの下端の位置を共に低くしており、これら内側の整流板９ａの下端の位置は揃っている。

然し、このように、横方向内側に位置する複数の整流板９ａの下端の位置が揃っていると、絞り部７の横幅中央部から流れ出る混合気のうち内側の整流板９ａ，９ａの間の炎口流路に入りきれなかった混合気により、該炎口流路の両側の整流板９ａ，９ａの下端近傍で渦流が発生し、炎口流路の下端の入口部が渦流により両側から塞がれるようになる。その結果、整流板９ａによる混合気の整流作用に渦流による悪影響が及び、燃焼騒音を十分に低減できなくなる。また、内側の整流板９ａ，９ａの間の炎口流路に流れる混合気の通過抵抗が渦流の影響で大きくなり、更に、内側の複数の整流板９ａが共に下方に伸びているため、絞り部７から横方向外側の整流板９ａに混合気を導く通路部分が狭窄され、この部分での通過抵抗も大きくなる。その結果、炎口部３における圧力損失が大きくなり、炎口部３から所要量の混合気を噴出させるには、燃焼ファンの能力を高めることが必要になって、コストアップの要因になる。
特開平８−１３５９２９号公報

本発明は、以上の点に鑑み、燃焼騒音を低減して、且つ、炎口部における圧力損失も低減し得るようにした偏平バーナを提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、上方に開口する細長形状の炎口部を上端部に有する偏平ガスバーナであって、炎口部の長尺方向を前後方向、炎口部の短尺方向を横方向として、横方向に対峙する一対の側板で構成されるバーナ本体に、下部の混合管部と、混合管部に連なり、混合管部の上側で前後方向に延在する分布管部と、分布管部と炎口部との間の横幅を狭めた絞り部とが形成され、炎口部内に、横方向に並設した４枚以上の整流板を有する整流部材が装着され、整流部材を構成するこれら整流板のうちの複数の整流板が絞り部の直上部に配置されると共に、バーナ本体に、炎口部の上下方向中間部に位置させて、整流部材を横方向両側から挟み込む狭窄部が形成されるものにおいて、横方向に隣接する整流板の下端の位置に高低差が付けられ、絞り部の直上部に配置される整流板のうちの所定の１枚の整流板の下端の位置が最も低く、この整流板からの横方向距離が大きな整流板程その下端の位置が高くなっていることを特徴とする。

本発明によれば、絞り部の直上部に位置する上記所定の整流板により絞り部からの混合気がスムーズに横方向に振り分けられ、絞り部の横幅中央部から流れ出る動圧が大きく流量の多い混合気の流れも横方向に広げられて、流れが穏やかになる。そして、所定の整流板から横方向に離れるのに従って整流板の下端の位置が高くなるため、横方向に振り分けられた混合気の通路となる部分の面積が広く確保され、各整流板間の炎口流路に混合気がスムーズに流入する。その結果、炎口部における圧力損失が低減され、バーナ本体の混合管部に一次空気を供給する燃焼ファンの能力を高めなくても、炎口部から所要量の混合気を噴出させることができる。

また、各整流板間の炎口流路に混合気がスムーズに流入するため、整流板の下端近傍での渦流の発生が抑制される。但し、絞り部の直上部に位置する所定の整流板の下端には、絞り部の横幅中央部から流れ出る動圧が大きく流量の多い混合気が当たるため、その近傍で渦流が多少とも発生する。然し、所定の整流板に隣接する整流板の下端の位置は所定の整流板の下端の位置より高いため、所定の整流板とこれに隣接する整流板との間の炎口流路の下端の入口部が渦流で塞がれることはなく、この炎口流路にもスムーズに混合気が流入する。その結果、渦流による悪影響を受けることなく各整流板による混合気の整流作用が発揮され、火炎が安定して燃焼騒音が低減される。

ところで、絞り部を横方向一方に片寄らせて形成し、整流板の下端の位置を横方向一方の最外側の整流板から横方向他方の最外側の整流板に向けて順に高くすることも可能である。然し、これでは、バーナ本体がその横幅中心に対し非対称な形状になり、製造が面倒になる。従って、絞り部は、その横幅の中心がバーナ本体の横幅の中心に一致するように形成されていることが望ましい。この場合、整流部材を構成する整流板の枚数が４以上の偶数であると、バーナ本体の横幅中心の両脇に内側の２枚の整流板が配置される。そして、本発明によれば、この２枚の整流板の一方を上記所定の整流板としてその下端の位置を最も低くすることになるが、これでは、バーナ本体の横幅中心に関する対称性を確保できなくなり、炎口部からの混合気の噴出量の横方向分布の均等化を図ることが困難になる。これに対し、整流部材を構成する整流板の枚数を５以上の奇数にすれば、横方向中心に配置する整流板がバーナ本体の横幅中心に一致する。従って、この整流板の下端の位置を最も低くすることにより、バーナ本体の横幅中心に関する対称性を確保することができる。

図１は、給湯用熱源機の熱源として用いる濃淡燃焼式の偏平ガスバーナを示している。図示省略するが、熱源機は、燃焼ファンにより燃焼用空気を強制的に供給する燃焼筐を備えており、この燃焼筐内に偏平ガスバーナが複数個並設される。

図１に示す偏平ガスバーナは、バーナ本体１と、バーナ本体１の上部に被せられたバーナキャップ２とを備えている。バーナ本体１の上端部には、上方に開口する細長形状の炎口部３が形成され、また、バーナキャップ２により炎口部３の両脇に位置するスリット状の袖火炎口部４が形成されている。そして、理論空燃比より燃料の割合が希薄な混合気(エアリッチ混合気)を炎口部３から噴出させると共に、理論空燃比より燃料の割合が濃い混合気(ガスリッチ混合気)を袖火炎口部４から噴出させ、所謂濃淡燃焼を行うことによりＮＯｘの発生を低減できるようにしている。

以下、炎口部３の長尺方向を前後方向、炎口部３の短尺方向を横方向として、偏平ガスバーナの構成について説明する。バーナ本体１は、図２及び図３に示す如く、横方向に対峙する一対の側板１ａ，１ａで構成されている。尚、両側板１ａ，１ａは連続する１枚の板で形成されており、この板をバーナ本体１の下縁となる折曲げ線で合掌状態に折り曲げることによりバーナ本体１が形成される。そして、各側板１ａのプレス加工により、バーナ本体１に、上端部の炎口部３と、下部の混合管部５と、混合管部５に連なり、混合管部５の上側で前後方向に延在する分布管部６と、分布管部６と炎口部３との間の横幅を狭めた絞り部７とが形成されている。

混合管部５は、バーナ本体１の下部後縁に位置する開口端５ａから前方にのびており、その前端部が上方に屈曲して分布管部６に連通している。また、バーナ本体１の後部には、混合管部５と分布管部６との間に位置させて、袖火用の混合管部８が形成されている。この混合管部８は、バーナ本体１の後縁に位置する開口端８ａから前方に少しのびて終端しており、その前部の側面に通気孔８ｂが複数形成されている。両混合管部５，８には、その開口端５ａ，８ａに臨ませた各別のガスノズル(図示せず)から燃料ガスが供給されると共に、燃焼ファンからの空気(一次空気)が供給され、各混合管部５，８で燃料ガスと一次空気とが混合されて混合気が生成される。ここで、混合管部５の開口端５ａは比較的大きく形成されており、そのため、混合管部５では一次空気の流入量が多くなってエアリッチ混合気が生成される。一方、袖火用混合管部８の開口端８ａは比較的小さく形成されており、そのため、この混合管部８では一次空気の流入量が少なくなってガスリッチ混合気が生成される。

バーナキャップ２は、バーナ本体１の一対の側板１ａ，１ａの外側に被せられる一対の側板２ａ，２ａと、両側板２ａ，２ａをその上縁で連結する複数のブリッジ部２ｂとで構成されている。そして、バーナ本体１の側板１ａとバーナキャップ２の側板２ａとの間に、上端部の袖火炎口部４と、袖火用混合管部８から通気孔８ｂを介してバーナ本体１の外側に流出する混合気を袖火炎口部４に導く通路とが形成される。尚、バーナキャップ２の側板２ａには、バーナ本体１の分布管部６の前後方向中間部分の外側面に当接して、通気孔８ａからの混合気の流れを前後方向に振り分ける凹部２ｃと、バーナ本体１の炎口部３の外側面に当接して、袖火炎口部４を前後複数の区域に仕切る上下方向に長手の複数の凹部２ｄとが形成されている。

バーナ本体１の炎口部３内には整流部材９が装着されている。整流部材９は、図３に明示する如く、横方向に並設した５枚の整流板９ａを有しており、各整流板９ａ，９ａ間に横幅の狭い炎口流路が画成される。これら整流板９ａは、その上部の前後複数箇所の潰し部９ｂにおいて隙間無く重なり合っており、炎口流路が前後複数の区域に仕切られる。尚、バーナキャップ２のブリッジ部２ｂは潰し部９ｂの真上に位置する。また、バーナ本体１の炎口部３には、その上下方向中間部に位置させて、整流部材９を横方向両側から挟み込む狭窄部３ａが形成されている。これにより、狭窄部３ａの上側の側板１ａの部分と整流部材９の最外側の整流板９ａとの間に混合気が流れない盲空隙３ｂが画成される。

バーナ本体１の混合管部５で生成された混合気は、分布管部６と絞り部７とを介して炎口部３に流れ、各整流板９ａ，９ａ間の炎口流路を経て炎口部３の上方に噴出し、燃焼する。絞り部７の横幅は、混合管部５の下流端に近い前方部分から後方に向けて次第に広がっており、炎口部３に流入する混合気の前後方向の流量分布が均等化される。ところで、絞り部７をバーナ本体１の横方向一方に片寄らせて形成することも可能であるが、これでは、バーナ本体１がその横幅中心に対し非対称な形状になり、製造が面倒になる。そこで、本実施形態では、絞り部７を、その横幅の中心がバーナ本体１の横幅の中心に一致するように形成している。

この場合、整流部材９の５枚の整流板９ａのうち横方向中央に配置される１枚の整流板９ａとその横方向両側の２枚の整流板９ａとの計３枚の整流板９ａが絞り部７の直上部に配置されると共に、中央の整流板９ａが絞り部７の横幅中心の真上に位置する。そして、本実施形態では、この中央の整流板９ａの下端の位置を最も低くし、この整流板９ａからの横方向距離が大きな整流板９ａ程その下端の位置が高くなるようにしている。これにより、当然のことながら、横方向に隣接する整流板９ａ，９ａの下端の位置に高低差が付けられる。

このように各整流板９ａの下端の位置を設定すると、絞り部７の直上部に位置する中央の整流板９ａにより絞り部７からの混合気がスムーズに横方向に振り分けられ、絞り部７の横幅中央部から流れ出る動圧が大きく流量の多い混合気の流れも横方向に広げられて、流れが穏やかになる。そして、中央の整流板９ａから横方向に離れるのに従って整流板９ａの下端の位置が高くなるため、横方向に振り分けられた混合気の通路となる部分の面積が広く確保され、各整流板９ａ，９ａ間の炎口流路に混合気がスムーズに流入する。その結果、炎口部３における圧力損失が低減され、燃焼ファンの能力を高めなくても、炎口部３から所要量の混合気を噴出させることができる。

また、各整流板９ａ，９ａ間の炎口流路に混合気がスムーズに流入するため、整流板９ａの下端近傍での渦流の発生が抑制される。但し、中央の整流板９ａの下端には、絞り部７の横幅中央部から流れ出る動圧が大きく流量の多い混合気が当たるため、その近傍で渦流が多少とも発生する。然し、中央の整流板９ａに隣接する整流板９ａの下端の位置は中央の整流板９ａの下端の位置より高いため、中央の整流板９ａとこれに隣接する整流板９ａとの間の炎口流路の下端の入口部が渦流で塞がれることはなく、この炎口流路にもスムーズに混合気が流入する。その結果、渦流による悪影響を受けることなく各整流板９ａによる混合気の整流作用が発揮され、火炎が安定して燃焼騒音が低減される。

図３のＬ１〜Ｌ４の各部の寸法を、Ｌ１＝１０ｍｍ、Ｌ２＝７．６ｍｍ、Ｌ３＝３．８ｍｍ、Ｌ４＝２０．３ｍｍとした偏平ガスバーナ(本発明バーナ)と、図３のＬ１〜Ｌ４の各部に対応する部分の寸法を本発明バーナと同一にした図４に示す比較例のバーナとを用いて燃焼試験を行い、燃焼騒音を測定したところ、図５に示す結果が得られた。比較例バーナは、整流部材９を構成する５枚の整流板９ａのうち内側の３枚の整流板９ａの下端の位置を共に低くしたものである。尚、整流板９ａの上下方向長さは、本発明バーナでは、中央の整流板９ａが１９ｍｍ、その一つ外側の整流板９ａが１７ｍｍ、最外側の整流板９ａが１５ｍｍであり、比較例バーナでは、内側の３枚の整流板９ａが１９ｍｍ、最外側の整流板９ａが１７ｍｍである。また、燃焼試験は、１個のバーナを試験機にセットして大気開放で燃焼させることにより行った。炎口部３には、燃料ガス量(発熱量換算流量)が１９００ｋｃａｌ／ｈで、空気過剰率が１．４の混合気を供給し、袖火炎口部４には、燃焼ガス量が８００ｋｃａｌ／ｈで、空気過剰率が０．５の混合気を供給した。

図５は、１／３オクターブの規格に定められたバンドパスフィルタを通した各帯域の燃焼騒音の音圧レベルを示しており、ａ線が本発明バーナの燃焼騒音、ｂ線が比較例バーナの燃焼騒音である。また、オールパス(バンドパスフィルタを通さないときのトータルの音圧)を測定したところ、本発明バーナでは４７．９ｄＢ、比較例バーナでは４８．８ｄＢであった。従って、本発明バーナの方が燃焼騒音が小さくなることが分かる。

以上、絞り部７をその横幅中心がバーナ本体１の横幅中心に一致するように形成すると共に、整流部材９を構成する整流板９ａの枚数を５枚とした実施形態について説明したが、整流板９ａの枚数を７以上の奇数にしても良く、この場合も、横方向中央に配置される１枚の整流板の下端の位置を最も低くする。また、整流板９ａの枚数を４以上の偶数とすることも可能である。但し、絞り部７をその横幅の中心がバーナ本体１の横幅の中心に一致するように形成する場合、整流板９ａの枚数を４以上の偶数にすると、バーナ本体１の横幅中心の両脇に内側の２枚の整流板が配置されるため、この２枚の整流板のうちの一方の整流板の下端の位置を最も低くすることが必要になる。その結果、バーナ本体１の横幅中心に関する対称性を確保できなくなり、炎口部３からの混合気の噴出量の横方向分布の均等化を図ることが困難になる。従って、絞り部７をその横幅中心がバーナ本体１の横幅中心に一致するように形成する場合には、整流板９ａの枚数を５以上の奇数にすることが望ましい。

また、上記実施形態の偏平バーナはバーナキャップ２を備える濃淡燃焼式バーナであるが、バーナキャップ２を省略した濃淡燃焼式でない偏平バーナにも同様に本発明を適用できる。

本発明の実施形態の偏平ガスバーナを示す斜視図。 図１の偏平ガスバーナのバーナキャップを取外した状態の斜視図。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した断面図。 比較例のガスバーナの図３に対応する断面図。 燃焼騒音の測定結果を示すグラフ。

符号の説明

１…バーナ本体、１ａ…側板、３…炎口部、５…混合管部、６…分布管部、７…絞り部、９…整流部材、９ａ…整流板。

Claims (2)

1. 上方に開口する細長形状の炎口部を上端部に有する偏平ガスバーナであって、炎口部の長尺方向を前後方向、炎口部の短尺方向を横方向として、横方向に対峙する一対の側板で構成されるバーナ本体に、下部の混合管部と、混合管部に連なり、混合管部の上側で前後方向に延在する分布管部と、分布管部と炎口部との間の横幅を狭めた絞り部とが形成され、炎口部内に、横方向に並設した４枚以上の整流板を有する整流部材が装着され、整流部材を構成するこれら整流板のうちの複数の整流板が絞り部の直上部に配置されると共に、バーナ本体に、炎口部の上下方向中間部に位置させて、整流部材を横方向両側から挟み込む狭窄部が形成されるものにおいて、
   横方向に隣接する整流板の下端の位置に高低差が付けられ、絞り部の直上部に配置される整流板のうちの所定の１枚の整流板の下端の位置が最も低く、この整流板からの横方向距離が大きな整流板程その下端の位置が高くなっていることを特徴とする偏平ガスバーナ。
2. 前記絞り部は、当該絞り部の横幅の中心が前記バーナ本体の横幅の中心に一致するように形成され、前記整流部材は、５以上の奇数枚の整流板を有し、これら整流板のうち横方向中央に配置する整流板の下端の位置が最も低いことを特徴とする請求項１記載の偏平ガスバーナ。

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