JP5462527B2 - 管状火炎バーナ - Google Patents

Description

本発明は、家庭用、業務用及び産業用の加熱に汎用的に用いることができる管状火炎バーナの構造に関する。

従来の管状火炎バーナは、円筒状の燃焼室の側面に管軸方向に沿って開口するスリットを設け、そのスリットから燃焼室内面の接線方向に向けて、混合気又は燃料ガスと空気を導入させて旋回燃焼を行い、管状火炎を形成するものであった（例えば、特許文献１参照。）。

特許第３３５８５２７号公報

管状火炎の実用状の利点の１つに、燃焼室の内壁が未燃混合気の層で覆われ、火炎はより中心方向に形成されるため、燃焼室の昇温が抑えられ、バーナタイル等の耐火材料で覆わなくても金属で燃焼室を形成できる点がある。従って、安価かつ輸送中の落下や振動等にも強いバーナを製造できる。

上述の燃焼室昇温を抑え、かつ旋回燃焼を行うためには、燃焼室内面の接線方向から混合気又は燃料ガスと空気を導入するのが必ずしも最上の方策ではない。
また、混合気又は燃焼ガスと空気の流量分布を均一化するために長い導入路を形成することは、バーナ全体をコンパクトかつ安価に製造する上で問題があった。

本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、管状火炎の特徴をより顕著に発揮させると共に安価かつコンパクトな管状火炎バーナを提供する点にある。

この目的を達成するために、本発明に係る管状火炎バーナの特徴構成は、円筒状の燃焼室の管軸方向に沿って開口されたスリットから、燃料ガスと空気の混合気又は燃料ガスと空気を偏心導入して旋回燃焼させる管状火炎バーナにおいて、
前記混合気又は燃料ガスと空気を受け入れるヘッダーを備え、
前記ヘッダーの前記混合気又は燃料ガスと空気を前記スリットに導く導入路の管軸方向に直交する方向での流路幅が、前記燃焼室に接近する側ほど連続的に縮小され、
前記導入路が、板材を曲げて円弧状に形成され、前記混合気又は前記燃料ガスと前記空気を隔てる隔壁を兼用し、
前記燃焼室と前記導入路の一部を板材で一体的に成型した一体成型体の複数を前記燃焼室の軸心を中心として巴状に組み合わせて管状火炎バーナ本体が形成され、
前記ヘッダーと前記導入路と前記スリットとが、前記燃焼室の管軸方向の全長に亘って設けられている点にある。

本特徴構成によれば、燃料ガスと空気の混合気又は燃料ガスと空気（以下、混合気等と略称する場合がある）をスリットに導く導入路の流路幅が下流側に向かって縮小することで、スリットの開口幅と同一の一定幅の導入路に比較して、導入路の上流側ほど流路幅が大きくなり、圧損を小さくすることができる。しかも、導入路の流路幅は、連続的に縮小されているので、不連続で縮小させるものと比較しても、圧損を小さくすることができる。従って、本発明により、圧力の低い燃焼用ブロア、ファンを使用できることになり、省エネルギーかつ低コストを実現できる。また、スリットにおける流量分布や流れの方向の指向性も導入路の流路断面において同様に留めることができる。

従来の管状火炎バーナは、例えば、パイプ等の円筒から接線方向に広がる直線上の混合気等の導入路を取り付けたものであったが、導入路が長く四方に張り出して、バーナ全体として嵩高いものであった。本特徴構成では、板材の板金加工によってバーナを安価に成型するとともに、例えば、導入路を燃焼室の外周部位に巻き付けるように曲げることによって、燃焼室と導入路を一体としてみたときに、コンパクトに構成することができる。

上述のように、導入路を燃焼室の外周部位に巻き付けるように構成する場合、最も簡便なのは、円弧を用いることである。これにより、専用の金型を用いなくても、ロールによって導入路を形成することが可能になる。

板材にて導入路を形成する場合、さらに進んで燃焼室壁まで一体に成型することが便利であり、安価にバーナを製造することができる。また、比較的薄い板材を使用した場合、板の断面を円弧形状に加工するまでもなく、単に垂直に切断した断面でも、旋回流を形成する上でほとんど問題にならないので、二次加工を省略することができる。

本発明に係る管状火炎バーナの更なる特徴構成は、前記導入路又は前記燃焼室と前記導入路を形成する板材において前記燃焼室と反対側の端部で、前記導入路での流体の流れ方向と垂直な方向に流体を流す通路の一部を構成している点にある。

板材にて、導入路又は燃焼室と導入路を構成する場合、導入路での流体の流れ方向と垂直な方向に流体を流す通路を混合気又は燃料ガスと空気のいわゆるヘッダーとし、さらにヘッダーまで一体に成型すれば、一層安価かつ簡便にバーナを製造することができる。管状火炎バーナの場合、一般にヘッダーを用いてその垂直方向にある導入路に混合気等を流量分布を抑えて供給する必要があるので、導入路での流体の流れ方向と垂直な方向に流体を流す通路をヘッダーとして一体成型することがより有用なものとなる。

本発明に係る管状火炎バーナの更なる特徴構成は、前記導入路の途中に、前記管軸方向及び同一流体の導入路間の流量分布を均一化するための絞り構造を備えている点にある。

導入管の流量分布の均一化は、一次的にはヘッダーを用いて行われるが、途中に絞り部分を設けて圧力損失を取ることで、二次的にさらに均一な流量分布を実現することができる。また、燃料ガス等の流量を規制して最大流量を決めることも可能になる。

第１参考形態における管状火炎バーナの斜視図 第１参考形態における管状火炎バーナの管軸方向での断面図 第２参考形態における管状火炎バーナの管軸方向での断面図 第２参考形態における管状火炎バーナの管軸方向での断面図 第３参考形態における管状火炎バーナの管軸方向での断面図 第４参考形態における管状火炎バーナの管軸方向での断面図 第４参考形態における管状火炎バーナの管軸方向での断面図 実施形態における管状火炎バーナの管軸方向での断面図

本発明に係る管状火炎バーナの実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１参考形態〕
図１及び図２は、本願の権利範囲に含まれるものではないが、管状火炎バーナの第１参考形態を示すものである。図１は、管状火炎バーナの斜視図であり、図２は、管状火炎バーナの管軸方向での断面図である。ちなみに、図中白抜き矢印は、管状火炎を例示している。
管状火炎バーナ１は、円筒状の燃焼室２と、燃焼室２の側面に管軸方向（図１中上下方向）に沿って開口するスリット３とを備え、スリット３から燃焼室２内面の接線方向に向けて燃料ガス（例えば天然ガス等の燃料ガス）と空気の混合気を偏心導入させて旋回燃焼させている。燃焼室２の管軸方向の両端はフランジ（図示省略）で閉塞されており気密が保たれているが、一端のみ（図１中上方側）燃焼ガスの通路として燃焼室２の内径と同径の円形状の開口部が同心で開口されている。

管状火炎バーナ１は、スリット３にて燃料ガスと空気の混合気を燃焼室２に導入させるために、燃料ガスと空気の混合気を受け入れるヘッダー４と、ヘッダー４の混合気をスリット３に導く導入路５とを備えている。ヘッダー４、導入路５及びスリット３の夫々は、燃焼室２の底部を除く燃焼室２の管軸方向の略全長に亘って配設されている。これにより、後述するが、管軸方向に直交する方向での導入路５の流路幅を燃焼室２に接近する側ほど連続的に縮小させることによる圧損が小さくなるという利点を、燃焼室２の管軸方向の略全長に亘って得ることができ、圧損の低減を効果的に図ることができる。ここで、管状火炎バーナ１の燃焼室について、管状火炎バーナ１内の燃焼空間（燃焼室２）だけでなく、管状火炎バーナ１よりも燃焼ガスの流動方向の下流側の火炎が存在する空間（例えば、図１中鎖線にて囲む空間）をも含めて、管状火炎バーナ１の燃焼室としている。

ヘッダー４は、燃焼室２の管軸方向に沿って延びる円筒状に形成されており、燃焼室２の管軸方向（燃焼室２における燃焼ガスの流動方向と同一方向）に混合気を通流させながら混合気を受け入れる構成となっている。導入路５は、ヘッダー４での混合気の通流方向と直交する方向に混合気を通流させて燃焼室２の側壁に形成されたスリット３に向けて混合気を通流させる構成となっている。そして、管軸方向に直交する方向での導入路５の流路幅が、燃焼室２に接近する側ほど連続的に縮小されている。つまり、導入路５は、燃焼室２側の端部の流路幅がスリット３の開口幅と同等となるように構成されており、燃焼室２から離れるほど流路幅が大きくなるように構成されている。これにより、流路幅をスリット３の開口幅と同等の一定幅とする導入路に比べて、圧損が小さくなる。また、流路幅をスリット３の開口幅と同等の一定幅とする導入路では、一部にへこみ等の変形があると流量分布が大きく崩れることがあったのに比べて、圧損が最も狭い部分で決まるようになり、途中の変形に流量分布が影響され難いという特長もある。また、ヘッダー４や導入路５での混合気の流量については、燃焼用ブロア、ファン等の回転速度を調整する等により混合気の流量を調整自在に構成されており、燃焼室２での燃焼状態が所望の燃焼状態となるようにヘッダー４や導入路５での混合気の流量が調整されている。

燃焼室２は、ある程度耐熱性のあるステンレス等の金属管で構成され、導入路５は、金属板にて製作されている。ヘッダー４は、ガス管等の金属管を基にして製作されている。導入路５の金属板の素材に特に制限はなく、塗装鋼板、アルミ亜鉛メッキ鋼板、ステンレス板、アルミ板等が使用可能である。

この第１参考形態では、燃料ガスと空気の混合気をヘッダー４、導入路５、スリット３により燃焼室２に導入させているが、燃料ガスと空気を各別に燃焼室２に導入させることも可能である。つまり、燃料ガスを燃焼室２に導入させるための燃料ガス専用のヘッダー、導入路、スリットを設けるとともに、空気を燃焼室２に導入させるための空気専用のヘッダー、導入路、スリットを設ける。
ヘッダー４、導入路５、スリット３の数については、２つに限るものではなく、１つ以上であれば適宜変更することができる。また、上述の如く、燃料ガスと空気を各別に燃焼室２に導入させるものでは、少なくとも燃料ガス専用のものと空気専用のものとを１つずつ設けていればよく、２つ以上であれば適宜変更することができる。

〔参考形態〕
図３及び図４は、本願の権利範囲に含まれるものではないが、管状火炎バーナの第２参考形態を示すものであり、管状火炎バーナの管軸方向での断面図を示している。この第２参考形態は、上記第１参考形態において、スリット３から燃焼室２に導入させる混合気の導入方向についての別実施形態である。その他の構成については、上記第１参考形態と同様であるので、その説明は省略する。

スリット３から燃焼室２に導入させる混合気を、燃焼室２と同心でかつ燃焼室２よりも小径である仮想円筒６の接線方向又はそれよりも小角度の方向から燃焼室２に導入させている。この第２参考形態では、導入路５の流路幅については、スリット３の開口幅と同等の一定幅としている。

図３では、燃焼室２に対する導入路５の接続位置（導入路５の外側の内壁）から混合気を導入させる導入方向に延長させた直線Ｐが仮想円筒６の接線となるようにスリット３及び導入路５が配置されている。これにより、混合気を仮想円筒６の接線方向に向かって燃焼室２に導入させている。仮想円筒６は、燃焼室２と同心で且つ燃焼室２の内径の７０〜９５％程度の内径を有している。

図４では、燃焼室２に対する導入路５の接続位置（導入路５の外側の内壁）から混合気を導入させる導入方向に延長させた直線Ｐと、その直線Ｐに対する仮想円筒６の接点を通る法線Ｈとの成す角度αが９０度よりも小さな角度になるようにスリット３及び導入路５が配置されている。これにより、混合気を仮想円筒６の接線方向よりも小角度の方向から燃焼室２に導入させている。仮想円筒６の内径は図３と同様としている。

この第２参考形態でも、上記第１参考形態と同様に、ヘッダー４、導入路５及びスリット３の夫々は、燃焼室２の底部を除く燃焼室２の管軸方向の略全長に亘って配設されている。そして、ヘッダー４は、燃焼室２の管軸方向に沿って延びる円筒状に形成されており、燃焼室２の管軸方向（燃焼室２における燃焼ガスの流動方向と同一方向）に混合気を通流させながら混合気を受け入れる構成となっている。また、導入路５は、ヘッダー４での混合気の通流方向と直交する方向に混合気を通流させる構成となっている。

〔第３参考形態〕
図５は、本願の権利範囲に含まれるものではないが、管状火炎バーナの第３参考形態を示すものであり、管状火炎バーナの管軸方向での断面図を示している。この第３参考形態は、上記第１参考形態において、導入路５を形成するための構成についての別実施形態であり、その他の構成については、上記第１参考形態と同様であるので、その説明は省略する。

導入路５について、一対の板材の夫々を曲げて円弧状の導入路５が形成されている。これにより、同一長さの導入路５であっても、導入路５とヘッダー４も含むバーナ全体の寸法を小さくできる。

ちなみに、図５では、導入路５について、上記第１参考形態と同様に、導入路５の流路幅が、燃焼室２に接近する側ほど連続的に縮小されているが、この構成に代えて、上記第２参考形態における構成を採用することもできる。つまり、スリット３の開口幅と同等の一定幅とし、スリット３から燃焼室２に導入させる混合気を、燃焼室２と同心でかつ燃焼室２よりも小径である仮想円筒６の接線方向又はそれよりも小角度の方向から燃焼室２に導入させるように構成することもできる。

〔第４参考形態〕
図６及び図７は、管状火炎バーナの第４参考形態を示すものであり、管状火炎バーナの管軸方向での断面図を示している。この第４参考形態は、上記第１参考形態において、燃焼室２、導入路５及びヘッダー４を形成するための構成についての別実施形態であり、その他の構成については、上記第１参考形態と同様であるので、その説明は省略する。

図６では、燃焼室２の一部、導入路５及びヘッダー４を板材で一体的に成型した一体成型体７の複数（例えば２つ）を燃焼室２の軸心を中心として巴状に組み合わせて管状火炎バーナ本体を形成している。燃焼室２の一部及び導入路５を成型した一体成型体７において燃焼室２と反対側の端部に、導入路５での混合気の流れ方向と垂直な方向（管軸方向）に混合気を通す通路をヘッダー４とし、燃焼室２の一部及び導入路５に加えて、ヘッダー４も一体的に成型されている。これにより、燃焼室２の一部、導入路５及びヘッダー４を形成した一体成型体７を巴状に組み合わせるだけで管状火炎バーナ１を製造することができる。

一体成型体７は、板材の両端部から円弧状に曲げて接近させて燃焼室２の壁部を成型し、その燃焼室２の壁部の端部から連続して径方向外側に延びる円弧状の通路を形成して導入部５を成型し、その導入路５の端部に連続して円形の中空空間を形成してヘッダー４を成型している。これにより、導入路５は、上記第３参考形態と同様に、板材を曲げて円弧状に形成されており、複数の一体成型体７の夫々は、略同一形状に形成されている。板材は、適宜溶接等で接続することが可能である。また、板材（金属板）の材質は、ある程度の耐熱材料（例えばステンレス鋼、アルミ亜鉛メッキ鋼板等）が望ましい。

図７では、一体成型体７は、燃焼室２の一部及び導入路５を板材で一体的に成型した一体成型体７の複数（例えば２つ）を組み合わせて管状火炎バーナ本体を形成している。一体成型体７は、板材の両端部から円弧状に曲げて接近させて燃焼室２の壁部を成型し、その燃焼室２の壁部の端部から連続して径方向外側に延びる円弧状の通路を形成して導入部５を成型している。金属管等にて成型されたヘッダー４に一体成型体７を取り付けて一体的な部材として、その複数の部材を燃焼室２の軸心を中心として巴状に組み合わせて管状火炎バーナ本体を形成している。

また、図７では、円弧状の導入路５の途中に、管軸方向及び複数の導入路５間の流量分布を均一化するための絞り構造８を備えている。図７では、ヘッダー４の側壁部に形成された管軸方向に沿って開口するスリット（細長い角穴）にて絞り構造８が構成されている。例えば、管軸方向に多数並べた丸穴にて絞り構造８を構成してもよい。更に、導入路５の最狭部を絞り構造８に兼用することもできる。また、多孔板や金網等で圧損を付けることでも絞り構造８とすることもできる。絞り構造８の配置位置については、ヘッダー４から燃焼室２に至る導入路５の途中であれば適宜変更が可能である。

ちなみに、図６及び図７では、導入路５について、上記第１参考形態と同様に、導入路５の流路幅が、燃焼室２に接近する側ほど連続的に縮小されているが、この構成に代えて、上記第２参考形態における構成を採用することもできる。つまり、スリット３の開口幅と同等の一定幅とし、スリット３から燃焼室２に導入させる混合気を、燃焼室２と同心でかつ燃焼室２よりも小径である仮想円筒６の接線方向又はそれよりも小角度の方向から燃焼室２に導入させるように構成することもできる。

〔実施形態〕
図８は、本発明に係る管状火炎バーナの実施形態を示すものであり、本発明に係る管状火炎バーナの管軸方向での断面を模式的に示したものである。この実施形態は、上記第４参考形態において、混合気を燃焼室２に導入させる構成に代えて、燃料ガスと空気を各別に燃焼室２に導入させる構成を採用した別実施形態であり、その他の構成については、上記第１参考形態と同様であるので、その説明は省略する。

図８では、ヘッダー４、導入路５、及び、スリット３の夫々について、燃料ガス用のものと空気用のものと異なる流体の夫々に対応して２種類があり、ヘッダー４、導入路５、及び、スリット３の２種類のものが燃焼室２の周方向において並ぶ状態で複数（例えば２つ）備えられている。燃焼室２の周方向において燃料ガス用ものと空気用のものとが交互に配置されている。絞り構造８については、管軸方向に一列に並んだ多数の丸穴にて構成されている。スリット３について、例えば、管軸方向に間隔を隔てて丸穴を配設してそれら複数の丸穴にてスリットを形成している。

ちなみに、図８では、導入路５について、上記第１参考形態と同様に、導入路５の流路幅が、燃焼室２に接近する側ほど連続的に縮小されているが、この構成に代えて、上記第２参考形態における構成を採用することもできる。つまり、スリット３の開口幅と同等の一定幅とし、スリット３から燃焼室２に導入させる混合気を、燃焼室２と同心でかつ燃焼室２よりも小径である仮想円筒６の接線方向又はそれよりも小角度の方向から燃焼室２に導入させるように構成することもできる。

本発明は、管状火炎の特徴をより顕著に発揮させると共に安価かつコンパクトにできる各種の管状火炎バーナに適応可能である。

１ 管状火炎バーナ
２ 燃焼室
３ スリット
５ 導入路
６ 仮想円筒
７ 一体成型体
８ 絞り構造

Claims (3)

1. 円筒状の燃焼室の管軸方向に沿って開口されたスリットから、燃料ガスと空気の混合気又は燃料ガスと空気を偏心導入して旋回燃焼させる管状火炎バーナであって、
   前記混合気又は燃料ガスと空気を受け入れるヘッダーを備え、
   前記ヘッダーの前記混合気又は燃料ガスと空気を前記スリットに導く導入路の管軸方向に直交する方向での流路幅が、前記燃焼室に接近する側ほど連続的に縮小され、
   前記導入路が、板材を曲げて円弧状に形成され、前記混合気又は前記燃料ガスと前記空気を隔てる隔壁を兼用し、
   前記燃焼室と前記導入路の一部を板材で一体的に成型した一体成型体の複数を前記燃焼室の軸心を中心として巴状に組み合わせて管状火炎バーナ本体が形成され、
   前記ヘッダーと前記導入路と前記スリットとが、前記燃焼室の管軸方向の全長に亘って設けられている管状火炎バーナ。
2. 前記導入路又は前記燃焼室と前記導入路を形成する板材において前記燃焼室と反対側の端部で、前記導入路での流体の流れ方向と垂直な方向に流体を流す通路の一部を構成している請求項１に記載の管状火炎バーナ。
3. 前記導入路の途中に、前記管軸方向及び同一流体の導入路間の流量分布を均一化するための絞り構造を備えている請求項１又は２に記載の管状火炎バーナ。

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