JP5955195B2 - 管状火炎バーナ及び燃焼装置 - Google Patents
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Description
燃料と空気又は燃料と空気との混合気である供給ガスを、前記燃焼室にて軸心周りの旋回流が発生する状態で、前記燃焼室に供給する旋回供給手段とを備え、
前記燃焼室で燃料を旋回燃焼させ、当該旋回燃焼により生成された燃焼ガスを前記噴出口から噴出させる管状火炎バーナ及びそれを備えた燃焼装置に関する。
このような管状火炎バーナは、燃料や空気の供給量を比較的大幅に変化させても安定した燃焼状態を維持できる。よって、燃焼量や空気比の可変範囲を比較的大きく取れ、更には、比較的低騒音且つ低NOxとすることができる点で、ファンヒータなどの燃焼装置用のバーナとして注目されている。
例えば、特許文献1に記載の管状火炎バーナでは、更なる燃焼量可変範囲の拡大を図るべく、大径の管状火炎バーナと小径の管状火炎バーナとを多段式に連結している。即ち、この多段式の管状火炎バーナは、低燃焼量の際には、大径の管状火炎バーナでの旋回燃焼は停止した状態で小径の管状火炎バーナのみで旋回燃焼を行って、小径の管状火炎のみを噴出させ、高燃焼量の際には、大径の管状火炎バーナでの旋回燃焼を行って、大径の管状火炎を噴出させる形態で、燃焼量を比較的広く変更することができる。
端部が噴出口として開口され、前記噴出口に通じる燃焼室を内部に形成する円柱筒状の
燃焼筒部と、
燃料と空気又は燃料と空気との混合気である供給ガスを、前記燃焼室にて軸心周りの旋回流が発生する状態で、前記燃焼室に供給する旋回供給手段とを備え、
前記燃焼室で燃料を旋回燃焼させ、当該旋回燃焼により生成された燃焼ガスを前記噴出口から噴出させる管状火炎バーナであって、
その第1特徴構成は、
前記噴出口に接続され、前記噴出口から前記燃焼ガスの噴出方向に沿って漸次拡径する拡径室を内部に形成する円錐筒状の拡径筒部を備え、
前記旋回供給手段が、
前記燃焼筒部を外囲する円筒状で、前記燃焼筒部との間に形成された前室に前記供給ガスを供給する供給口が穿設された外筒部と、
前記燃焼筒部の周方向に分散配置され、前記燃焼筒部の軸心方向に沿った長尺状で、前記燃焼筒部の内周壁面の接線方向に穿設された複数の流入スリットとを有して構成されている点にある。
燃焼量の増加のために、燃焼室に対する燃料と空気又は混合気である供給ガスの供給量を増加させる場合、拡径部材の内周壁面に沿って漸次拡径する管状火炎が安定して形成されることになる。
一方、燃焼量又は空気比の減少のために、燃焼室に対する供給ガスの供給量を減少させる場合、燃焼室の直径を比較的小さくすることで、少なくとも燃焼筒部の内周壁面に沿った管状火炎が安定して形成されることになる。即ち、燃焼室への供給ガスの供給量を減少させる場合でも、燃焼室の直径を比較的小さく設定することによって、表面積が比較的狭い円柱筒状の管状火炎を安定して形成することができる。よって、燃焼安定性を良好なものに維持しながら、燃焼量又は空気比の大幅な縮小が可能となる。
従って、本発明により、煩雑な構造及び制御を採用することなく、燃焼安定性を良好なものに維持しながら、燃焼量や空気比の可変範囲を拡大し、更なる低騒音及び低NOxを実現することができる管状火炎バーナを実現することができる。
また、上記管状火炎バーナの第1特徴構成によれば、燃焼筒部の内部に形成された燃焼室に対して、燃焼筒部の周方向に分散配置された複数の流入スリットの夫々から、燃焼室の外周壁の接線方向に向けて、供給ガスが供給されることになるので、燃焼室に安定した旋回流を発生させて、安定した管状火炎を形成することができる。
前記燃焼筒部の両端部の夫々が前記噴出口として開口されている点にある。
尚、このような両端開放型の管状火炎バーナは、両端から燃焼ガスが噴出されるために実用的には適用範囲が限定されるが、空気が通過する通風路に、燃焼ガスを噴出させるバーナを配置するように構成されたファンヒータ等の燃焼装置に対して、好適に適用することができる。
前記外筒部に形成された供給口が、前記燃焼筒部に形成された前記流入スリットに対して、前記燃焼筒部の軸心に沿って異なる位置に配置されている点にある。
前記拡径筒部の内周壁面の少なくとも大径側が、耐熱性材料で形成されている点にある。
しかし、管状火炎の下流では未燃の供給ガスがなくなり、燃焼ガスが周壁面に接するため、本発明の管状火炎バーナでは、熱損傷等を招くことがある。
そこで、上記管状火炎バーナの第5特徴構成によれば、このように火炎自身が接触する可能性がある拡径筒部の内周壁面の少なくとも大径側が耐熱性材料で形成されているので、このような熱損傷等を防止することができる。
尚、燃焼筒部の内周壁面や拡径筒部の内周壁面の小径側については、管状火炎が離間して形成されることから、耐熱性材料で形成する必要がなく、安価なステンレスなどの金属で形成することができる。
空気が通過する通風路に、燃焼ガスを噴出させるバーナを配置した燃焼装置であって、
その特徴構成は、
前記バーナとして、上記第1乃至第4特徴構成の何れかを有する管状火炎バーナを備えた点にある。
即ち、上記燃焼装置の特徴構成によれば、これまで説明してきた管状火炎バーナの第1乃至第4特徴構成と同様の作用効果を発揮して、煩雑な構造及び制御を採用することなく、燃焼安定性を良好なものに維持しながら、燃焼量や空気比の可変範囲を拡大し、更なる低騒音及び低NOxを実現することができるファンヒータ等の燃焼装置を実現することができる。
前記通風路において、前記空気の通流方向に対して前記燃焼筒部の軸心を横断させる姿勢で、前記管状火炎バーナを配置した点にある。
即ち、上記燃焼装置の更なる特徴構成によれば、通風路における空気の通流方向に対して、管状火炎バーナの燃焼筒部の軸心を横断させる姿勢で、通風路に管状火炎バーナが配置されているので、拡径筒部がその内部に形成される管状火炎に対する風避けになって、通風路の空気の流れによって管状火炎が乱れることを抑制することができる。
以下に、本発明に係る管状火炎バーナ50の実施形態について、図1〜図3に基づいて説明する。
図1に示す管状火炎バーナ50は、旋回燃焼により生成された管状火炎PFを含む燃焼ガスFGを噴出口2から噴出させるように構成されており、具体的には、端部が噴出口2として開口され、当該噴出口2に通じる燃焼室16を内部に形成する円柱筒状の燃焼筒部1と、供給ガスとしての燃料Gと空気Aとの混合気Mを、燃焼室16にて軸心X周りの旋回流が発生する状態で、当該燃焼室16に供給する旋回供給手段3とを備える。
また、この管状火炎バーナ50は、燃焼筒部1の両端部の夫々が噴出口2として開口される所謂両端開放型に構成されており、その両端部の夫々の噴出口2から燃焼ガスFGを噴出させる。よって、燃焼室16に発生する混合気Mの旋回流は、その燃焼筒部1の軸心X方向における中央部分において軸心X方向の流れが無い状態となるので、その中央部分に形成される管状火炎PFは極めて安定した一種の火種の役割を果たす。
また、上記円柱筒状部11は、詳細については後述する円錐筒状の拡径筒部12等と共に、円筒状の噴出側部材10の中央側の一部分として設けられており、上記流入スリット形成部材20は、夫々の円柱筒状部11の中央側の端部に形成された外嵌用凹部11aに外嵌される状態で支持されている。
上記旋回供給手段3は、燃焼筒部1を外囲する円筒状の外筒部31と、燃焼筒部1の周方向に分散配置された複数の流入スリット23とを有して構成されている。
即ち、上記外筒部31は、中心部に円柱筒状部11が挿入される円盤状の両端部32を有する円柱筒状の外筒部材30の胴部として構成されており、その外筒部31は、燃焼筒部1との間に円柱筒状の前室34を形成すると共に、混合気Mを混合室41から前室34に受け入れるための供給口33が穿設されている。
この供給口33は、周方向に延出するスリット状に形成されており、また、燃焼筒部1に形成された後述する流入スリット23に対して、燃焼筒部1の軸心Xに沿って異なる位置、具体的には軸心X方向において当該流入スリット23を挟む両側の位置に配置されている。
また、前室34に混合気Mを供給する供給口33が、当該前室34から燃焼室16に同混合気Mを供給する流入スリット23に対して、燃焼筒部の軸心Xに沿って異なる位置に配置されている。即ち、前室34では混合気Mが流入スリット23に直接吹き付けられることが防止されて、円柱筒状部11の外周壁面に一旦衝突して前室34全体に拡散することになる。よって、全ての流入スリット23には均等に混合気Mが流入することになり、結果、燃焼室16において発生する混合気Mの旋回流が安定したものとなる。
即ち、上記拡径筒部12は、円柱筒状の円柱筒状部11と共に、噴出側部材10の一部の円錐筒状の部分として設けられており、燃焼筒部1の円柱筒状部11の端部にある噴出口2に接続され、当該噴出口2から燃焼ガスFGの噴出方向に沿って漸次拡径する拡径室18を内部に形成する。
尚、本実施形態では、燃焼筒部1の両端部の夫々が噴出口2として開口されているので、これら両方の噴出口2の夫々に対して上記拡径筒部12は設けられている。
そして、燃焼量又は空気比の増加のために、燃焼室16に対する混合気Mの供給量が増加されると、図1に示す管状火炎PFの状態のように、噴出口2から拡径室18に対して勢いよく噴出する燃焼ガスFGにおいて、拡径筒部12の内周壁面12aに沿って漸次拡径する管状火炎PFが安定して形成されることになる。即ち、燃焼室16の直径を比較的小さく設定した場合でも、燃焼室16への混合気Mの供給量が増加することによって、表面積が比較的広い円錐筒状の管状火炎PFが安定して形成される。よって、燃焼安定性が良好なものに維持され、燃焼量又は空気比の大幅な拡大が可能となる。
尚、上記管状火炎バーナ50において、燃焼量及び空気比の調整は、燃料Gの供給量を調整可能な調整弁45の開度、並びに空気Aの供給量を調整可能なファン43の送風量を制御することにより調整される。
しかし、図1に示すように、燃焼量を増加させることで比較的大きな管状火炎PFが形成される場合には、噴出口2から拡径室18に対して噴出する燃焼ガスFGにおいて拡径筒部12の内周壁面に沿って漸次拡径する管状火炎PFが形成され、その内周壁面12aの大径側の端部19付近では、径の拡大により燃焼ガスFGの旋回方向の流速が低下して、管状火炎PFが乱れ、管状火炎PF自身が内周壁面12aに接触することがある。
そこで、この管状火炎バーナ50では、拡径筒部12の内周壁面12aの大径側の一部に、耐熱性材料としてのセラミックス製の円柱筒状の耐熱性筒状部材15が設けられており、上記のような管状火炎PFの内周壁面12aへの接触による熱損傷が防止されている。
以下に、本発明に係る燃焼装置の実施形態としてのファンヒータ100について図4に基づいて説明する。
尚、かかるファンヒータ100に設けられる管状火炎バーナ50は、これまで説明してきたものと同様の構成を有するので、その詳細構成についての説明は割愛する。
よって、このファンヒータ100は、当該管状火炎バーナ50の燃焼安定性が良好なものに維持されるので、燃焼量や空気比の可変範囲が拡大されていることで、更なる低騒音及び低NOxが実現されている。
更に、通風路102では、室内空気RAの通流方向(図4では上下方向)に対して、燃焼筒部1の軸心を横断、具体的には直交させる姿勢で、管状火炎バーナ50が配置されている。
よって、噴出口2に接続された拡径筒部12が、その内部の拡径室18に形成される管状火炎PFに対する風避けになり、通風路102の空気の流れによって管状火炎PFが乱れて燃焼が不安定になることが抑制されている。
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
(1)上記実施形態の管状火炎バーナ50は、燃焼筒部1の両端部の夫々が噴出口2として開口されている所謂両端開放型に構成したが、別に、一方の噴出口2を閉塞した片端閉塞型に構成しても構わない。
2 :噴出口
3 :旋回供給手段
12 :拡径筒部
15 :耐熱性筒状部材
16 :燃焼室
18 :拡径室
23 :流入スリット
31 :外筒部
33 :供給口
34 :前室
50 :管状火炎バーナ
100 :ファンヒータ
102 :通風路
A :空気
G :燃料
M :混合気(供給ガス)
FG :燃焼ガス
PF :管状火炎
X :軸心
Claims (6)
- 端部が噴出口として開口され、前記噴出口に通じる燃焼室を内部に形成する円柱筒状の燃焼筒部と、
燃料と空気又は燃料と空気との混合気である供給ガスを、前記燃焼室にて軸心周りの旋回流が発生する状態で、前記燃焼室に供給する旋回供給手段とを備え、
前記燃焼室で燃料を旋回燃焼させ、当該旋回燃焼により生成された燃焼ガスを前記噴出口から噴出させる管状火炎バーナであって、
前記噴出口に接続され、前記噴出口から前記燃焼ガスの噴出方向に沿って漸次拡径する拡径室を内部に形成する円錐筒状の拡径筒部を備え、
前記旋回供給手段が、
前記燃焼筒部を外囲する円筒状で、前記燃焼筒部との間に形成された前室に前記供給ガスを供給する供給口が穿設された外筒部と、
前記燃焼筒部の周方向に分散配置され、前記燃焼筒部の軸心方向に沿った長尺状で、前記燃焼筒部の内周壁面の接線方向に穿設された複数の流入スリットとを有して構成されている管状火炎バーナ。 - 前記燃焼筒部の両端部の夫々が前記噴出口として開口されている請求項1に記載の管状火炎バーナ。
- 前記外筒部に形成された供給口が、前記燃焼筒部に形成された前記流入スリットに対して、前記燃焼筒部の軸心に沿って異なる位置に配置されている請求項1又は2に記載の管状火炎バーナ。
- 前記拡径筒部の内周壁面の少なくとも大径側が、耐熱性材料で形成されている請求項1〜3の何れか1項に記載の管状火炎バーナ。
- 空気が通過する通風路に、燃焼ガスを噴出させるバーナを配置した燃焼装置であって、
前記バーナとして、請求項1〜4の何れか1項に記載の管状火炎バーナを備えた燃焼装置。 - 前記通風路において、前記空気の通流方向に対して前記燃焼筒部の軸心を横断させる姿勢で、前記管状火炎バーナを配置した請求項5に記載の燃焼装置。
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