JP5376868B2 - Combustor member and combustor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃焼器用部材および燃焼器に関するものである。 The present invention relates to a combustor member and a combustor.
従来、家庭用・業務用の加熱機器として、例えば、電気ヒータが広く用いられている。一般に、この種の電気ヒータは、化石燃料の持つエネルギーの多くを発電・送電時に失っているため、化石燃料に対するエネルギー利用効率は約4割程度であると言われている。 Conventionally, for example, electric heaters have been widely used as household and commercial heating devices. Generally, this type of electric heater loses much of the energy of fossil fuel during power generation / transmission, so it is said that the energy utilization efficiency for fossil fuel is about 40%.
近年、地球環境に対する負荷を抑制するなどの観点から、一層の省エネ化が進められており、加熱機器についてもエネルギーの有効利用を図る試みが盛んに行われるようになっている。 In recent years, further energy saving has been promoted from the viewpoint of suppressing the load on the global environment, and attempts have been actively made to make effective use of energy for heating devices.
このような背景の下、電気ヒータの代替品として、マイクロコンバスタと呼ばれる燃焼器が提案されている。このマイクロコンバスタは、化石燃料の燃焼熱を直接利用することができるので、約6割ものエネルギーを失う発電過程を省略することができる。そのため、大幅な省エネルギー化を図ることができる技術として期待されている。 Under such circumstances, a combustor called a micro combustor has been proposed as an alternative to an electric heater. Since this micro combustor can directly use the heat of combustion of fossil fuel, the power generation process that loses about 60% of energy can be omitted. Therefore, it is expected as a technology that can achieve significant energy saving.
例えば、特許文献1および特許文献2には、外部から中心部に向かって予混合ガスを供給する渦巻状の予混合ガス流路と、中心部で燃焼により生じた排気ガスを外部へ排出する渦巻状の排気ガス流路とが、伝熱壁で仕切られてなる1層構造の燃焼器が開示されている。 For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 describe a spiral premixed gas flow path for supplying a premixed gas from the outside toward the center, and a spiral for discharging exhaust gas generated by combustion at the center to the outside. A one-layered combustor in which a gas exhaust gas flow path is partitioned by a heat transfer wall is disclosed.
また例えば、特許文献3には、渦巻状のガス流路をそれぞれ形成した予混合室および燃焼室の2つを積層した2層構造の燃焼器が開示されている。 Further, for example, Patent Document 3 discloses a two-layer combustor in which two of a premixing chamber and a combustion chamber each having a spiral gas flow path are stacked.
この2層構造の燃焼器では、外部から供給された予混合ガスは、予混合室内の渦巻状のガス流路を通って予混合室の中心部に至る。予混合室の中心部に至った予混合ガスは、予混合室と燃焼室との間の伝熱隔壁に形成された消炎孔より、燃焼室の中心部に噴出される。燃焼室の中心部で燃焼により生じた排気ガスは、燃焼室内の渦巻状のガス流路を通って燃焼室の外部へ排出される。 In this two-layer combustor, the premixed gas supplied from the outside reaches the center of the premixing chamber through a spiral gas flow path in the premixing chamber. The premixed gas that has reached the central portion of the premixing chamber is jetted to the central portion of the combustion chamber through a flame extinguishing hole formed in the heat transfer partition between the premixing chamber and the combustion chamber. Exhaust gas generated by combustion in the center of the combustion chamber is discharged to the outside of the combustion chamber through a spiral gas flow path in the combustion chamber.
しかしながら、従来の燃焼器は、以下の点で改良の余地があった。 However, the conventional combustor has room for improvement in the following points.
すなわち、従来の燃焼器は、複数回巻かれた渦巻状のガス流路を用いている(例えば、特許文献1〜3の燃焼器は、8回巻き程度)。このような渦巻状のガス流路を有する燃焼器用部材は、鋳造や研削加工等によって形成せざるを得ない。それ故、量産性が悪いといった問題があった。また、鋳造や研削加工等によると、薄肉化難しく、高い熱効率を得る観点からも不利である。 That is, the conventional combustor uses a spiral gas flow path wound a plurality of times (for example, the combustors of Patent Documents 1 to 3 have about 8 turns). The combustor member having such a spiral gas flow path must be formed by casting, grinding, or the like. Therefore, there was a problem that the mass productivity was poor. In addition, casting and grinding are difficult to reduce the thickness and are disadvantageous from the viewpoint of obtaining high thermal efficiency.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明が解決しようとする課題は、量産性に優れ、高い熱効率を得やすい燃焼器用部材、また、これを用いた燃焼器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and a problem to be solved by the present invention is to provide a combustor member that is excellent in mass productivity and easily obtains high thermal efficiency, and a combustor using the same. There is.
上記課題を解決するため、本発明に係る燃焼器用部材は、金属板面に、略一巻きで外周から中心部に至るガス流路を有し、前記ガス流路の流路幅は、ガスの流れ方向に沿って増減し、前記ガス流路は、蛇行状に形成され、前記金属板の厚みは、1〜4mmの範囲内にあり、前記ガス流路の外周に、気密パッキンを嵌め込む溝部が形成されていることを要旨とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the combustor member according to the present invention has a gas flow path from the outer periphery to the center part on the metal plate surface, and the flow width of the gas flow path The gas channel is formed in a meandering shape along the flow direction, the thickness of the metal plate is in the range of 1 to 4 mm, and a groove portion into which an airtight packing is fitted on the outer periphery of the gas channel The gist is that is formed .
また、上記燃焼器用部材は、燃焼器の予混合室を形成するため、あるいは、燃焼器の燃焼室を形成するために用いられるものであると良い。 The combustor member may be used to form a premixing chamber of the combustor or to form a combustion chamber of the combustor.
上記燃焼器用部材が燃焼器の燃焼室を形成するために用いられるものである場合、上記ガス流路の流路幅は、中心部側の端部において最大にされていると良い。 When the combustor member is used to form a combustion chamber of the combustor, the gas channel width may be maximized at the end on the center side.
本発明に係る燃焼器は、上記燃焼器用部材を有することを要旨とする。 The gist of the combustor according to the present invention is to have the combustor member.
本発明に係る燃焼器用部材は、金属板面に、略一巻きで外周から中心部に至るガス流路を有している。このガス流路は、略一巻きで外周から中心部に至る形状であるので、金属板をプレス成形することにより形成することができる。そのため、量産性に優れる。また、鋳造や研削加工等による場合に比べて、低廉なコストで製造することが可能となる。また、流路壁を薄肉化しやすいので、熱効率も向上させやすい。 The combustor member according to the present invention has a gas flow path from the outer periphery to the central portion in a substantially single turn on the metal plate surface. Since this gas flow path has a shape extending from the outer periphery to the central portion in a substantially single turn, it can be formed by press-molding a metal plate. Therefore, it is excellent in mass productivity. Further, it is possible to manufacture at a lower cost than in the case of casting or grinding. Further, since the flow path wall is easily thinned, it is easy to improve the thermal efficiency.
また、上記ガス流路の流路幅を、ガスの流れ方向に沿って増減させているため、ガス流路内を流れるガスの滞留時間を稼ぎやすくなる。そのため、例えば、ガスの予熱等、熱交換を行いやすくなる。また、上記ガス流路が蛇行状に形成されているため、同様の作用効果が得られる。 Further, the flow path width of the gas channel, because the increase or decrease in the flow direction of the gas, is easily earn residence time of the gas flowing through the gas flow path. Therefore, for example, heat exchange such as gas preheating is facilitated. Further, since the gas flow path is formed in a meandering shape, the same effect can be obtained.
また、上記金属板の厚みが1〜4mmの範囲内にあるため、プレス成形性と熱効率との両立性に優れる。 Further, since the thickness of the metal plate is in the range of 1 to 4 mm, it is excellent in compatibility with press formability and thermal efficiency.
また、上記ガス流路の外周に気密パッキンを嵌め込む溝部が形成されているため、燃焼器の気密性を確保しやすくなる。 Further, since the groove fitting the air tight packing on the outer periphery of the gas flow path is formed, it becomes easy to ensure the airtightness of the combustor.
上記燃焼器用部材が燃焼器の燃焼室を形成するために用いられる場合、上記ガス流路の流路幅が、中心部側の端部において最大にされているときには、この部分で生じる燃焼による高温の火炎が流路壁に触れ難くなる。そのため、高温な火炎が流路壁と接触することにより熱を奪われ難くなり、CO濃度の低減に寄与しやすくなる。 When the combustor member is used to form a combustion chamber of the combustor, when the channel width of the gas channel is maximized at the end on the center side, the high temperature due to combustion occurring in this portion This makes it difficult to touch the flow path wall. For this reason, it becomes difficult for heat to be taken away by the high-temperature flame coming into contact with the flow path wall, and it is easy to contribute to the reduction of the CO concentration.
本発明に係る燃焼器は、上記燃焼器用部材を用いているので、量産性に優れる。また、薄肉化により高い熱効率を実現することができる。また、従来に比べ、低廉なコストで製造することができる。 Since the combustor according to the present invention uses the combustor member, it is excellent in mass productivity. Moreover, high thermal efficiency can be realized by thinning. Further, it can be manufactured at a lower cost than the conventional one.
以下、本発明の一実施形態に係る燃焼器用部材(以下、「本部材」ということがある。)、および、本発明の一実施形態に係る燃焼器(以下、「本燃焼器」)について説明する。 Hereinafter, a combustor member according to an embodiment of the present invention (hereinafter sometimes referred to as “main member”) and a combustor according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “present combustor”) will be described. To do.
図1は、本部材の一例を示した平面図である。図2は、図1におけるA−A断面図である。図3は、本部材の他の一例を示した平面図である。図4は、図3におけるB−B断面図である。 FIG. 1 is a plan view showing an example of this member. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 3 is a plan view showing another example of this member. 4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
図1に示した本部材10は、燃焼器の予混合室を形成するために好適に用いることができる。また、図3に示した本部材10は、燃焼器の燃焼室を形成するために好適に用いることができる。
The
これらの図に示すように、本部材10は、基本的に金属板から構成されており、金属板面には、ガス流路12が形成されている。
As shown in these drawings, the
本部材10において、ガス流路12は、略一巻きで外周から中心部に至っている(略一巻きで中心部から外周に至っている)。ガス流路12を、略一巻きで外周から中心部に至る形状とすることで、平坦な金属板をプレスし、ガス流路12を形成することが可能になる。したがって、プレス成形性を損なわない範囲内であれば、ガス流路12は、当該流路が一巻きする直前に外周と中心部とが連結されていても良いし、当該流路が一巻きした直後に外周と中心部とが連結されていても良い。
In the
また、ガス流路12は、外周から中心部に至るまでの間に、自身の流路壁同士が接触しないようにされていることが好ましい。プレス成形性を向上させることができるからである。
Moreover, it is preferable that the
ガス流路12の流路幅は、燃焼器全体の大きさ等を考慮して適宜決定することができる。この際、ガス流路12の流路幅は、ガス(予混合ガスや排気ガス等)の流れ方向に沿って増減させる、つまり、ガス流路12の流路幅が狭くなったり、広くなったりするように設計されていると良い。
The channel width of the
ガス流路12内を流れるガスの滞留時間を稼ぎやすくなるため、燃焼器に適用した場合に、ガスの予熱等、熱交換を行いやすくなるからである。このような効果は、ガス流路12を、蛇行状に形成することでも得ることができる。なお、ガス流路12の流路幅を増減させたり、ガス流路12を蛇行状に形成するには、流路内側に向かって流路壁を交互に突出させるなどすれば良い。
This is because it is easy to increase the residence time of the gas flowing in the
本部材10を、燃焼器の燃焼室を形成するために用いる場合、図3に示すように、ガス流路12は、中心部側の端部において流路幅が最大にされていると良い。ガス流路12の中心部側の端部にて燃焼による火炎が形成されるので、この部分の流路幅が最大にされておれば、燃焼空間が広くなり、高温の火炎が流路壁に触れ難くなる。そのため、高温の火炎が流路壁と接触して熱を奪われ難くなり、CO濃度の低減に寄与しやすくなるからである。
When the
また、ガス流路12の中心部側とは反対側の端部の流路幅は、中心部に至るまでの流路幅よりも広く形成されていると良い。予混合ガスの導入口14(図1)や排気ガスの排気口16(図3)から各ガスを比較的ゆっくりと導入・排出させることが可能となるため、燃焼器に適用した場合に熱交換効率を向上させることが可能になるからである。
Moreover, it is preferable that the flow path width at the end opposite to the center part of the
本部材10を構成する金属板の材質としては、例えば、ステンレス鋼、銅、銅合金などを例示することができる。
Examples of the material of the metal plate constituting the
また、金属板の厚みは、1〜4mmの範囲内にあると良い。金属板の厚みが1mm未満になると、プレス成形性が悪くなるし、強度も低下する。一方、金属板の厚みが4mmを越えると、燃焼器に適用した場合に熱効率が悪化しやすくなるからである。金属板の厚みが1〜4mmの範囲内にある場合には、プレス成形性と熱効率とを両立させやすい。 The thickness of the metal plate is preferably in the range of 1 to 4 mm. When the thickness of the metal plate is less than 1 mm, the press formability is deteriorated and the strength is also lowered. On the other hand, if the thickness of the metal plate exceeds 4 mm, the thermal efficiency tends to deteriorate when applied to a combustor. When the thickness of the metal plate is in the range of 1 to 4 mm, it is easy to achieve both press formability and thermal efficiency.
本部材10は、ガス流路12の外周に、Oリング等の気密パッキンを嵌め込む溝部18が形成されていることが好ましい。燃焼器の気密性を確保しやすくなるからである。
In the
なお、燃料器の予混合室を形成する側の本部材10に溝部18を形成した場合を例示したが、燃料器の燃焼室を形成する側の本部材10にも同様の溝部が形成されていても良い。
Although the case where the
次に、本燃焼器について説明する。本燃焼器は、基本的に、伝熱隔壁を介して、燃焼室と予混合室とが積層された2層構造を有している。本燃焼器は、上述した本部材を構成部材として有している。本燃焼器は、燃焼室が本部材により構成されていも良いし、予混合室が本部材により構成されていても良い。あるいは、燃焼室および予混合室の両方が本部材により構成されていても良い。 Next, the present combustor will be described. The combustor basically has a two-layer structure in which a combustion chamber and a premixing chamber are stacked via a heat transfer partition. This combustor has the above-described member as a constituent member. As for this combustor, the combustion chamber may be comprised by this member, and the premixing chamber may be comprised by this member. Alternatively, both the combustion chamber and the premixing chamber may be constituted by this member.
なお、燃焼室または予混合室の何れか一方が本部材により構成されている場合、他方の予混合室または燃焼室は、鋳造や研削加工等により形成された物であっても良い。燃焼室または予混合室の何れか一方に本部材を適用するだけでも本発明の効果が得られるからである。 In addition, when either one of a combustion chamber or a premixing chamber is comprised with this member, the thing formed by casting, grinding, etc. may be sufficient as the other premixing chamber or combustion chamber. This is because the effect of the present invention can be obtained only by applying this member to either the combustion chamber or the premixing chamber.
本燃焼器は、好ましくは、量産性に優れる、製造コストの低廉化等の観点から、燃焼室および予混合室の両方が本部材により構成されていると良い。以下、この場合について図面を用いて説明する。 In the present combustor, it is preferable that both the combustion chamber and the premixing chamber are formed of this member from the viewpoint of excellent mass productivity and reduction in manufacturing cost. Hereinafter, this case will be described with reference to the drawings.
図5は、本燃焼器の一例を模式的に示した断面図である。図5において、24は、図1に示した本部材10による予混合室であり、26は、図1に示した本部材10による燃焼室である。すなわち、本燃焼器20は、伝熱隔壁22を挟んで、図1に示した本部材10(上側)のガス流路形成面と、図2に示した本部材10(下側)のガス流路形成面とが対向するように積層されている。なお、上記積層は、気密性を保つことができれば、何れの方法により行われていても良く、例えば、接合、ねじ等による締結などの方法を利用することができる。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an example of the combustor. In FIG. 5, 24 is a premixing chamber by the
伝熱隔壁22の材質には、例えば、ステンレス鋼、銅、銅合金等などを用いることができる。伝熱隔壁22には、予混合室24のガス流路12の中心部側端部と、燃焼室26のガス流路12の中心部側端部とを連通する消炎孔(不図示)が形成されている。これにより、予混合室24側から燃焼室26側に向かって予混合ガスを噴出させることができる。
For example, stainless steel, copper, copper alloy, or the like can be used as the material of the
本燃焼器20では、伝熱隔壁22に消炎孔を直接形成せずに、消炎孔を有するセラミック体を伝熱隔壁22に嵌め込む構成を採用することもできる。このようにした場合には、消炎孔周辺の耐熱性が向上するため、燃焼室26内の火炎による高熱によって比較的小さな消炎孔が酸化されたり、変形したりし難くなる。それ故、本燃焼器20の耐久性を向上させることが可能となる。
In the
そして、本燃焼器20の燃焼室26側のガス流路12の中心部側端部に、例えば、イグナイタ、セラミックヒータなどの着火手段(不図示)の着火点を配置をすれば、本燃焼器を用いて燃焼を行うことができる。
And if the ignition point of ignition means (not shown), such as an igniter and a ceramic heater, is arranged at the center side end of the
本燃焼器20では、導入口14から導入された予混合ガスは、予混合室24のガス流路12に沿って流れ、ガス流路12の中心部側端部に至る。ガス流路12の中心部側端部に至った予混合ガスは、伝熱隔壁22の消炎孔より燃焼室26のガス流路12の中心部側端部に噴出される。噴出された予混合ガスは、着火手段により着火されて、火炎が形成されて燃焼が始まる。燃焼により生じた排気ガスは、燃焼室26のガス流路12に沿って外周方向へ流れ、排出口16から排出される。
In the
以上、本発明の一実施形態に係る燃焼器用部材および燃焼器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、種々の変形・改良などが可能なものである。 The combustor member and the combustor according to one embodiment of the present invention have been described above. However, the above embodiment does not limit the present invention, and various modifications and improvements can be made.
10 燃焼器用部材
12 ガス流路
14 導入口
16 排気口
18 溝部
20 燃焼器
22 伝熱隔壁
24 予混合室
26 燃焼室
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ガス流路の流路幅は、ガスの流れ方向に沿って増減し、
前記ガス流路は、蛇行状に形成され、
前記金属板の厚みは、1〜4mmの範囲内にあり、
前記ガス流路の外周に、気密パッキンを嵌め込む溝部が形成されていることを特徴とする燃焼器用部材。 On the metal plate surface, it has a gas flow path from the outer periphery to the center part with approximately one turn,
The channel width of the gas channel increases or decreases along the gas flow direction,
The gas flow path is formed in a meandering shape,
The thickness of the metal plate is in the range of 1 to 4 mm,
A combustor member, wherein a groove for fitting an airtight packing is formed on an outer periphery of the gas flow path .
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