JP4600991B2 - ガスバーナ - Google Patents

Description

本発明は、安定な火炎を得ることができ、しかも耐久性に優れた実用性の高い簡易な構造のガスバーナに関する。

ボイラや湯沸かし器等の燃焼設備に組み込まれるガスバーナにおいては、火炎を安定に形成して高負荷燃焼を実現し得ることのみならず、ＮＯx排出量や二酸化炭素排出量を低減し得ることが要求される。特に環境問題の観点から、予め所定の空気比で燃料ガスと空気とを混合した混合気をバーナに供給して燃焼させる全予混合燃焼バーナや、その燃焼制御への技術的な開発要求が高まっている。

一方、火炎のリフト現象を抑えて高い面負荷での燃焼を実現するガスバーナとして、セラミックス等の通気性多孔質体の表裏を貫通して多数の炎孔を設け、これらの炎孔を通過した混合気により主炎を形成すると共に、多孔質体を介してその表面に滲み出す混合気により滲み出し炎（着火炎）を形成し、着火炎にて前記主炎を保炎することが提唱されている。つまり炎孔に形成される炎がリフトしようとした場合、該主炎と炎孔との間の混合気を着火（引火）するに必要な熱を上記着火炎にて供給することで火炎のリフト現象を抑制し、これによって面負荷が高い状態での燃焼を継続的に維持するものとなっている（例えば特許文献１を参照）。
特開平１０−６８５０９号公報

しかしながら上述したセラミックス等の通気性多孔質体を用いたガスバーナは一般的に脆く、火炎による熱を受けて次第にボロボロになる等、その耐久性に難点がある。しかも着火用の副流火炎の大きさを適正化するべく通気性多孔質体自体の通気度を変えたり、或いはその通気度を調整するべく通気性多孔質体の厚みを変える等の加工が難しいので、その製作コストが嵩むことが否めない。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、安定な火炎を高効率に得ることができ、しかも耐久性に優れた実用性の高い簡易な構造のガスバーナを提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明に係るガスバーナは、
<ａ> 裏面側に供給された燃料ガスと空気との混合気を表面側に滲み出し可能な複数の細孔および／またはスリットを形成した熱伝導性の良好な金属プレートからなり、その表面側に滲み出し副流火炎を形成するバーナプレートと、
<ｂ> このバーナプレートの表裏を貫通して設けられた孔部と、この孔部の周縁から前記バーナプレートの裏面側に突出して該バーナプレートと一体に形成された熱伝導性の良好な金属製の筒部とからなり、前記バーナプレートの裏面側に供給された混合気を通流して該バーナプレートの表面側に主流炎を形成する炎孔と
を具備したものであって、
前記バーナプレートが前記滲み出し副流火炎から受ける熱の一部を上記炎孔の筒部に伝達し、該筒部にて前記炎孔を通流する混合気を加熱しながら前記バーナプレートの表面側に導くようにしたことを特徴としている。

好ましくは前記炎孔の筒部は、例えば請求項２に記載するように前記金属プレートに穿いた孔部の周縁を該金属プレートの裏面側に絞り加工して突出形成されたものとして実現される。或いは請求項３に記載するように前記前記炎孔の筒部は、前記金属プレートに穿いた孔部の周縁に該金属プレートの裏面側から接合された金属製の筒状体として実現される。

尚、請求項４に記載するように前記バーナプレートをなす熱伝導性の良好な金属プレートとして、耐熱性および良好な電気伝導性を兼ね備えたもの、いわゆる耐熱鋼を用いることも好ましい。また金属プレートとして、金属粉末を焼成した金属焼結体からなる多孔質金属板を用いるようにしても良い。

上述した構成のガスバーナによれば、バーナプレートの表面側の炎孔部には該炎孔を通過した混合気による主流炎が形成され、また該バーナプレートの表面には複数の細孔および／またはスリットから滲み出した混合気による滲み出し炎が形成される。この点については、前述した特許文献１に開示されるガスバーナと同様である。しかし本発明に係るガスバーナにおいては、前記バーナプレートの裏面側に突出して前記炎孔をなす孔部の周縁に連なる筒部が設けられており、バーナプレートが前記滲み出し炎から受ける熱が上記筒部に効率的に伝達されるようになっている。そして筒部は、該筒部に伝達された熱にて該炎孔を通流する混合気を加熱しながらバーナプレートの表面に導くように機能する。この結果、炎孔部に主流炎を形成する混合気の温度がその燃焼に十分な温度まで効果的に高められてバーナプレートの表面に導かれるので、主流炎のリフト現象が抑制されてその安定な燃焼状態が維持されることになる。

特に本発明に係るガスバーナは、熱伝導性の良好な金属プレートを主体として構成されるので、その全面に複数の細孔および／またはスリットを形成する加工、更には筒部を形成する加工を容易に行うことができ、その製造コストを大幅に低減することができる。しかも金属プレートを主体とするので、セラミックス等の焼結体に比較してその耐久性を十分高めることができる。またその構造自体も簡単であり、前述した細孔および／またはスリットによる通気度の調整も比較的簡単なので、燃焼仕様に応じたガスバーナの実現が容易であり、その実用的利点が多大である。

また金属プレートとして耐熱性および良好な電気伝導性を兼ね備えた、例えば耐熱鋼を用いれば、このガスバーナ（バーナプレート）自体を火炎検出用の電極（火炎電流検出用のカソード）やバーナ温度検出用の電極等として用いることも可能となる等の効果が奏せられる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るガスバーナについて説明する。
図１は実施形態に係るガスバーナの概略構造を部分的に示す斜視図で、１は熱伝導性の良好な金属プレートからなるバーナプレートである。このバーナプレー１には、その表裏を貫通して複数の細孔２が形成されている。更にこのバーナプレート１には、その表裏を貫通する大径の孔部３と、この孔部３の周縁から前記バーナプレート１の裏面側（バーナ上流側）に突出する筒部４とからなる炎孔５が設けられている。

ちなみにバーナプレート１の主体をなす金属プレートは、例えば厚みが０.３〜０.７ｍｍ程度の耐熱鋼からなる。このバーナプレート１の全体に亘って略均一に分布して設けらる複数の細孔２は、その開口径（直径）が消炎距離以内である０.０１〜０.１ｍｍの円形孔や、後述するスリットからなる。また前記炎孔５は、孔部３の内径（直径）が２ｍｍ程度で、筒部４の長さが炎孔部内径の３倍以上である６〜１２ｍｍ程度のものからなり、例えば４〜６ｍｍの間隔を隔ててバーナプレート１の全域に亘って略等間隔に２次元配列して設けられる。

複数の細孔２は、図２にその機能を概念的に示すようにバーナプレート１の裏面側に供給される燃料ガスと空気との混合気Ｇを該バーナプレート１の表面側（バーナ下流側）に滲み出させて、バーナプレート１の表面に炎高さの低い滲み出し副流火炎Ｓを形成する役割を担う。また炎孔５は、上記混合気Ｇを通流してバーナプレート１の表面に導き、該バーナの主たる燃焼炎である主流炎Ｍを形成する役割を担う。

特にこのガスバーナにおいては、前述した滲み出し副流火炎Ｓによってバーナプレート１の表面が加熱され、滲み出し副流火炎Ｓから受けた熱の一部Ｑが該バーナプレート１が熱伝達効率の良い金属プレートからなることと相俟って、その裏面側に突出した筒部４に向けて効率的に伝達されるようになっている。そしてこの炎孔５の筒部４には、バーナプレート１の裏面側から表面側に向けて温度の低い混合気Ｇが通流することから、上記筒部４に伝達された熱Ｑが混合気Ｇに向けて放散され、混合気Ｇは加熱されながらバーナプレート１の表面側へと導かれるようになっている。この結果、バーナプレート１の表面側へと導かれた混合気Ｇは燃焼するに十分な温度まで加熱されるので、リフト現象を生じることなく炎孔５の上部で安定に燃焼して主流炎Ｍを形成することになる。

即ち、炎孔５の周囲に形成した滲み出し副流火炎Ｓによる熱Ｑをバーナプレート１の表面にて受け、その熱Ｑを炎孔５の筒部４に伝達し、該筒部４を通流して主流炎Ｍを形成する混合気Ｇの加熱に用いるようにしているので、滲み出し副流火炎炎Ｓによる主流炎Ｍの保炎効果を十分に高めることが可能となる。従って主流炎Ｍを調整してその燃焼効率を高める場合であっても主流炎Ｍを安定に形成し、ひいてはその燃焼状態を安定に維持することが可能となる。

また上記構成のガスバーナによれば、その素材である金属プレートをプレス等によって穴開け加工し（細孔２および孔部３の形成）、次いで孔部３の周囲を絞り込み加工（いわゆるバーリング加工）して筒部４を形成するだけで良いので、その製作が容易であり、製作コストも安価に抑えることができる。しかもこのガスバーナは金属プレートを主体として構成されるので、長期に亘って混合気Ｇの燃焼（火炎形成）に供しても、例えばセラミック製の多孔質体のようにボロボロとなるようなことがなく、その耐久性を十分に高いものとすることができる。

またその構造自体も上述したように非常に簡単であり、前述した細孔２の通気度についても、その穴開け加工精度に委ねられるだけなので燃焼仕様に応じたガスバーナの実現が容易である。更には金属製のバーナプレート１として耐熱性および良好な電気伝導性を兼ね備えた、例えば耐熱鋼を用いれば、このガスバーナ（バーナプレート１）自体を火炎検出用の電極（火炎電流検出用のカソード）やバーナ温度検出用の電極等として用いることも可能となるので、その実用的利点が非常に高い等の効果が奏せられる。

尚、上述した実施形態においては、滲み出し副流火炎Ｓを形成する為の複数の細孔２を設け、炎孔５の筒部４を孔部３の周囲を絞り込み加工（バーリング加工）により形成するものとしたが、図３に例示するようにバーナプレート１の表面に微小幅のスリット６を形成して滲み出し副流火炎Ｓを形成するようにしても良く、バーナプレート１に形成した孔部３の周縁に、その裏面側から筒体７を溶接等により接合して炎孔５を形成するようにしても良い。

ちなみに上記スリット６については、例えばバーナプレート１を該バーナプレート１の厚みよりも僅かに大きい深さまで部分的に打ち抜き加工し、この打ち抜き加工により形成された段差部の表面と、その周囲のバーナプレート１の裏面との間に幅０.０１〜０.１ｍｍ程度の隙間として形成するようにすれば十分である。より具体的には、本発明に係るガスバーナの概略的な製造過程を図４(ａ)〜(ｄ)に模式的に示すように、先ず板状のプレート１に絞り込み加工により筒部４を備えた炎孔５を形成する［図４(ａ)を参照］。次いでこれらの炎孔５の間に位置する上記プレート１の主面に複数の切り込み８ａを形成すると共に、その縁部にプレート表面に突出する微小な突き出し８ｂを形成する［図４(ｂ)を参照］。そして切り込み８ａにより区画されたプレート１の微小領域をそれぞれ一方向に曲げ加工することで、前記切り込み８ａの部分にそれぞれ隙間を形成したルーバー状のプレート面を形成する［図４(ｃ)を参照］。その後、該プレート１をその面に沿って圧縮することで前記切り込み８ａに形成される隙間の間隔を調整し、これをスリット６とすれば良い。

尚、レーザ加工等により、バーナプレート１の表裏を貫通する所定幅のスリット６を穿設することも勿論可能である。またバーナプレート１として前述した厚みが０.３〜０.７ｍｍ程度の金属プレートを用いれば、その熱容量を小さくしてバーナ自体の過熱を防止することが可能となる。特にバーナプレート１の表面の面積（燃焼面の面積）に比較して、筒部４（７）の壁面により形成される混合気Ｇの加熱面積を十分に広くしておけば（例えば３倍程度）、前述した滲み出し副流火炎Ｓの熱による混合気Ｇの加熱を確実に行わせ、更にはバーナ自体の異常過熱を効果的に防ぐことが可能となる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、バーナプレート１の大きさや、炎孔５の数、更には炎孔５の大きさ等は、燃料ガスの性質（ガス性状）やバーナ仕様（燃焼負荷）等に応じて定めれば良いものである。またバーナプレート１の表面に形成する滲み出し副流火炎Ｓの大きさについても、主流炎Ｍの大きさに応じて定めれば良いものであり、当然、その仕様に応じて細孔２の径や数、配列ピッチ等を設定すれば十分である。

また本発明に係るガスバーナを、例えば図５に示すように２枚のバーナプレートを重ねて設けた構造として実現することも可能である。このような二重構造とすれば、上側のバーナプレートが加熱して副流火炎Ｓを形成するスリット（隙間）７の間隔が拡がり、これに起因してバックファイヤが生じても下側のバーナプレートにてその火炎を抑えることができるのでその防曝安全性を高めることが可能となる。また下側のバーナプレートについては、耐熱性に劣るが熱伝導性の高い、例えば銅合金のような金属材料を用いて実現することができるので、その製作コスト（材料コスト）を抑えることができる等の効果を期待することができる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態に係るガスバーナの概略構造を部分的に示す斜視図。 図１に示すガスバーナの機能を概念的に示す図。 本発明の別の実施形態に係るガスバーナの概略構造を部分的に示す斜視図。 本発明に係るガスバーナの概略的な製造工程の例を模式的に示す図。 本発明に係るガスバーナの変形例を示す図。

符号の説明

１ バーナプレート（金属プレート）
２ 細孔（滲み出し副流火炎の形成用）
３ 孔部
４ 筒部
５ 炎孔（主流炎の形成用）
６ スリット（滲み出し副流火炎の形成用）
７ 筒部

Claims (4)

1. 裏面側に供給された燃料ガスと空気との混合気を表面側に滲み出し可能な複数の細孔および／またはスリットを形成した熱伝導性の良好な金属プレートからなり、その表面側に滲み出し副流火炎を形成するバーナプレートと、
   このバーナプレートの表裏を貫通して設けられた孔部と、この孔部の周縁から前記バーナプレートの裏面側に突出して該バーナプレートと一体に形成された熱伝導性の良好な金属製の筒部とからなり、前記バーナプレートの裏面側に供給された混合気を通流して該バーナプレートの表面側に主流炎を形成する炎孔とを具備し、
   前記バーナプレートが前記滲み出し副流火炎から受ける熱の一部を上記炎孔の筒部に伝達し、該筒部にて前記炎孔を通流する混合気を加熱しながら前記バーナプレートの表面側に導くようにしたことを特徴とするガスバーナ。
2. 前記炎孔の筒部は、前記金属プレートに穿いた孔部の周縁を該金属プレートの裏面側に絞り加工して突出形成されたものである請求項１に記載のガスバーナ。
3. 前記炎孔の筒部は、前記金属プレートに穿いた孔部の周縁に該金属プレートの裏面側から接合された金属製の筒状体からなる請求項１に記載のガスバーナ。
4. 前記バーナプレートをなす熱伝導性の良好な金属プレートは、耐熱性および良好な電気伝導性を兼ね備えたものである請求項１に記載のガスバーナ。

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