JP6715624B2 - ガスバーナ - Google Patents

Description

本発明は、燃焼エアを通流させる筒状のエア通流部と、先端部にガス噴出口を備え且つ前記エア通流部の内部に配置されるガス供給管と、を備えるガスバーナに関する。

この種のガスバーナは産業用ボイラーや加熱炉などに使用されており、例えば、特開平６−１１７６１２号公報（特許文献１）には、燃料ガスが供給されるメインバーナ用の外管と、燃焼エアと燃料ガスとの混合ガスが供給されるパイロットバーナ用の内管とによりガス供給管が形成されたものが開示されている。この特許文献１のガスバーナでは、主炎の点火を確度高く行わせるため、まずパイロットバーナ用の内管から混合ガスを噴出させてパイロット炎を点火させて、その後にメインバーナ用の外管から混合ガスを噴出させ、パイロット炎から火移りさせる形で主炎を点火させることが記載されている。

特開平６−１１７６１２号公報

しかし、上記従来のガスバーナのようにメインバーナにパイロットバーナを備えさせる形態では、火炎検知のための装置構成がメインバーナ用とパイロットバーナ用との２つ必要となり、コスト及びスペースが嵩むという問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、火炎検知を適切に行いながら、火炎検知のためのコスト及びスペースを低減し得るガスバーナを提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係るガスバーナは、
燃焼エアを通流させる筒状のエア通流部と、先端部にガス噴出口を備え且つ前記エア通流部の内部に配置されるガス供給管と、を備えるガスバーナであって、
前記エア通流部に対する燃焼エアの供給を停止し且つ前記ガス供給管に燃焼エアと燃料ガスとの混合ガスが供給される小インプット燃焼状態と、前記エア通流部に燃焼エアが供給され且つ前記ガス供給管に燃料ガスが供給される大インプット燃焼状態と、に切換可能な燃焼状態切換部を備え、
前記ガス供給管の後端に、火炎検知用の紫外線光電管が前記ガス噴出口を向く状態で設けられる点にある。

上記構成では、エア通流部に対し一つのガス供給管のみを設けながらも、小インプット燃焼状態と大インプット燃焼状態とに切換可能にすることによって、一つのガス供給管でメインバーナ（大インプット燃焼状態）とパイロットバーナ（小インプット燃焼状態）とを兼用したものとしてある。これにより、上記構成におけるガスバーナではガス供給管のガス噴出口における火炎を検知するのみで足り、従来ではメインバーナ用とパイロットバーナ用とで２つ必要となっていた火炎検知のための装置構成の数を１つにすることができる。したがって、火炎検知を適切に行いながら、火炎検知のためのコスト及びスペースを低減することができる。

本発明に係るガスバーナの更なる特徴構成は、前記燃焼状態切換部には、前記小インプット燃焼状態において燃焼用空気と燃料ガスとを混合させるベンチュリーミキサが設けられている点にある。

この構成によれば、燃焼用空気と燃料ガスとの混合にベンチュリーミキサを用いることで、簡易な構成により、燃焼用空気の流量にかかわらず一定の割合で燃料ガスを混合させることができる。

本発明に係るガスバーナの更なる特徴構成は、燃焼エアを給送するエア供給路が、前記エア通流部に接続される第１エア供給路と、前記ベンチュリーミキサに接続される第２エア供給路と、に分岐されている点にある。

この構成によれば、送風ファン等のエア供給のための装置をエア通流部とベンチュリーミキサとにそれぞれ別個に設けることなく、エア通流部とベンチュリーミキサとで共用することができるため、装置構成を簡素化できる。

ガスバーナの概略構成図 ガスバーナの拡大図 ガスバーナの正面図 小インプット燃焼状態を示す説明図 大インプット燃焼状態を示す説明図 別実施形態のガスバーナにおける小インプット燃焼状態を示す説明図 別実施形態のガスバーナにおける大インプット燃焼状態を示す説明図

本発明に係るガスバーナの実施形態について、図面を参照して説明する。以下では、図１〜５を用いて、本実施形態に係るガスバーナ１を加熱炉１００に対して使用した例について説明する。

図１において、１０１は加熱炉１００の炉壁であり、この炉壁１０１に本実施形態に係るガスバーナ１が取り付けられている。具体的には、ガスバーナ１は、バーナ本体としての円筒状のエア通流部１０と、エア通流部１０の内部に同芯状に配置されるガス供給管２０と、を備えており、炉壁１０１に設けられた取付孔１０２にエア通流部１０が挿通される状態で、炉壁１０１にガスバーナ１が取り付けられている。以下、本実施形態に係るガスバーナ１の各部の構成について説明する。

エア通流部１０には、内部空間に燃焼エアＡを通流させるために、燃焼エアＡを給送するエア供給路３０（より詳しくは後述の第１エア供給路３１）の一端が接続されており、エア供給路３０の他端に接続した図示しない燃焼エア供給用の装置としての送風ファン３４からエア通流部１０に燃焼エアＡが供給される。また、エア通流部１０には、炉壁１０１に当接する部分にバーナタイル１１が設けられており、このバーナタイル１１を介してエア通流部１０が炉壁１０１に連結されている。なお、燃焼エア供給用の装置としては、送風ファン３４に限らず、種々の装置を用いることができる。

ガス供給管２０には、燃料ガスＧ１を給送する燃料ガス供給路４０と、燃焼用空気としての燃焼エアＡと燃料ガスＧ１との混合ガスＧ２を給送する混合ガス供給路５０と、が接続されており、これにより、ガス供給管２０の内部に燃料ガスＧ１と混合ガスＧ２とをそれぞれ供給可能になっている。そして、ガス供給管２０は、先端部にガス噴出口２１を備え、供給された燃料ガスＧ１又は混合ガスＧ２を噴出可能になっている。ガス供給管２０には、スパークロッド２２がその一端２２ａがガス供給管２０の先端部まで延びる状態でガス供給管２０の中心軸と同一線上に配置されており、スパークロッド２２の他端に接続した点火プラグ２３によりスパークロッド２２の一端２２ａにスパークを発生させることで、ガス噴出口２１から噴出させた混合ガスＧ２を点火させる。

そして、ガス供給管２０の後端には、火炎検知用の紫外線光電管２４がガス噴出口２１を向く状態で設けられており、紫外線光電管２４によってガス噴出口２１前方における火炎の有無を検知可能になっている。紫外線光電管２４は図示しない制御部と接続してあり、紫外線光電管２４の検知結果に応じてガスバーナ１の運転を制御可能になっている。

図２に示すように、ガス噴出口２１には、ガスを旋回させながら噴出させる旋回ノズル２１ａが設けられている。これにより、ガス噴出口２１から噴出させる燃料ガスＧ１又は混合ガスＧ２を旋回させることができる。また、図１〜３に示すように、ガス供給管２０の先端部の外側には、円盤状で小孔２５ａが複数設けられた燃焼エアノズル２５が設けられており、ガス噴出口２１の前方領域には燃焼エアノズル２５の小孔２５ａを通った燃焼エアＡが供給される。

次に、エア供給路３０、燃料ガス供給路４０、及び、混合ガス供給路５０の構成について説明する。まず、混合ガス供給路５０にはベンチュリーミキサ５１が設けられている。そして、燃焼エアＡを給送するエア供給路３０が、エア通流部１０に接続される第１エア供給路３１と、ベンチュリーミキサ５１に接続される第２エア供給路３２と、に分岐されており、同様に、燃料ガスＧ１を給送する燃料ガス供給路４０が、ガス供給管２０に接続される第１ガス供給路４１と、ベンチュリーミキサ５１に接続される第２ガス供給路４２と、に分岐されている。このように構成されることによって、ベンチュリーミキサ５１のノズルに第２エア供給路３２から燃焼エアＡを通過させたとき、ベンチュリーミキサ５１に第２ガス供給路４２から燃料ガスＧ１が一定の割合で吸引されて、所望の混合比の混合ガスＧ２がベンチュリーミキサ５１内で生成される。これにより、混合ガス供給路５０を介して生成された混合ガスＧ２をガス供給管２０に供給可能になっている。例えば、混合ガスＧ２の混合比は特に限定されないが、本実施形態では、燃焼エア：燃料ガス＝１０：１となるように設定されている。

そして、エア供給路３０には、第１エア供給路３１における第２エア供給路３２との分岐箇所の下流側に電磁弁３３が設けられており、また、燃料ガス供給路４０には第１エア供給路４１における第２エア供給路４２との分岐箇所の下流側に電磁弁４３が設けられ、さらに、第２ガス供給路４２にも電磁弁４４が設けられている。このうち、第２ガス供給路４２における電磁弁４４は停止時や異常時にガスの通流を遮断するために閉状態とされるほかは、基本的には開状態とされる。そして、他の電磁弁３３，４３は、その開閉により、ガスバーナ１を、ガス供給管２０に燃焼エアＡと燃料ガスＧ１との混合ガスＧ２が供給される小インプット燃焼状態と、エア通流部１０に燃焼エアＡが供給され且つガス供給管２０に燃料ガスＧ１が供給される大インプット燃焼状態と、に切換可能な燃焼状態切換部として機能する。

具体的に説明すると、図４に示すように、小インプット燃焼状態においては、電磁弁３３，４３の両者が閉状態とされ、これにより、第１エア供給路３１からエア通流部１０への燃焼エアＡの供給が停止されるとともに第１ガス供給路４１からガス供給管２０への燃料ガスＧ１の供給が停止され、ベンチュリーミキサ５１にのみ燃焼エアＡが供給される状態となる。そして、ベンチュリーミキサ５１への燃焼エアＡの供給に伴い、ベンチュリーミキサ５１に第２ガス供給路４２から燃料ガスＧ１が一定の割合で吸引されて、予め設定した混合比の混合ガスＧ２がベンチュリーミキサ５１内で生成される。その結果、混合ガス供給路５０を介してガス供給管２０に混合ガスＧ２が供給されて、ガス噴出口２１から混合ガスＧ２が噴出されることになり、混合ガスＧ２による小インプット燃焼が実行可能となる。

そして、図５に示すように、大インプット燃焼状態においては、電磁弁３３，４３の両者が開状態とされ、これにより、第１エア供給路３１からエア通流部１０への燃焼エアＡの供給が開始されるとともに第１ガス供給路４１からガス供給管２０への燃料ガスＧ１の供給が開始される。その結果、エア通流部１０内に燃焼エアＡが通流する状態でガス噴出口２１から燃料ガスＧ１が噴出する状態となり、いわゆる先混合方式による大インプット燃焼が実行可能となる。

なお、本実施形態のガスバーナ１では、第１エア供給路３１に比べ第２エア供給路３２を細くしてあることや、第２エア供給路３２側では燃焼エアＡがベンチュリーミキサ５１を通過する必要があることによって、第１エア供給路３１側に比べ第２エア供給路３２側の方が燃焼エアＡを流す際の抵抗が高く設定されている。これにより、小インプット燃焼状態と大インプット燃焼状態とを通じて送風ファン３４が一定の運転を行いながらも、燃焼エアＡを流す際の抵抗の違いにより、大インプット燃焼状態における第１エア供給路３１からエア通流部１０への燃焼エアＡの供給量に比べ、小インプット燃焼状態における第２エア供給路３２からベンチュリーミキサ５１への燃焼エアＡの供給量が小さくなっている。具体的には、本実施形態では、小インプット燃焼状態においてベンチュリーミキサ５１に供給される燃焼エアＡの量を１０とすると（つまり、ガス供給管２０へは供給量１１（燃焼エアＡが１０で燃料ガスＧ１が１）の混合ガスＧ２が供給されることになる）、大インプット燃焼状態では、エア通流部１０に１２０の燃焼エアＡが供給されるようにしてある。なお、大インプット燃焼状態では、ガス供給管２０には１０の燃料ガスＧ１が供給されるようにしてある。

また、本実施形態のガスバーナ１では、大インプット燃焼状態においてもベンチュリーミキサ５１に燃焼エアＡが供給される状態となっているが、図５に示すように、本実施形態では混合ガス供給路５０からガス供給管２０に向かう混合ガスＧ２のガス圧よりも第１ガス供給路４１からガス供給管２０に向かう燃料ガスＧ１のガス圧が高くなるようにしてあるため、ガス供給管２０には混合ガスＧ２が供給されることなく、第１ガス供給路４１からの燃料ガスＧ１のみが供給されるようになっている。具体的に説明すると、上記したように、第１エア供給路３１側に比べ第２エア供給路３２側の方が燃焼エアＡを流す際の抵抗が高くなっているため、大インプット燃焼状態においてベンチュリーミキサ５１にも燃焼エアＡが供給される状態となっていても、第１エア供給路３１に優先的に燃焼エアＡが供給されるようになっている。その結果、第２エア供給路３２側に向かう燃焼エアのガス圧は小さなものとなる。特に、小インプット燃焼状態では第２エア供給路３２側にのみ送風ファン３４からの燃焼エアが供給される状態であったため、エア通流部１０にも送風ファン３４からの燃焼エアが供給される状態にある大インプット燃焼状態では、小インプット燃焼状態に比べ、第２エア供給路３２側に向かう燃焼エアのガス圧が一層低い値となっている。その結果、混合ガス供給路５０からガス供給管２０に向かう混合ガスＧ２のガス圧よりも第１ガス供給路４１からガス供給管２０に向かう燃料ガスＧ１のガス圧の方が高くなり、大インプット燃焼状態では、第１ガス供給路４１からの燃料ガスＧ１のみが供給されるようになっている。

この小インプット燃焼状態と大インプット燃焼状態との切換は電磁弁３３，４３の開閉を切り換えることによって行われる。具体的には、紫外線光電管２４の検知結果、加熱炉１００内に設けた図示しない温度センサの検知結果、作業者からの指示などに基づいて、制御部が電磁弁３３，４３の開閉を行う。以下に本実施形態のガスバーナ１における運転の一例について説明する。

まず点火について説明すると、点火時においては、ガスバーナ１は電磁弁３３，４３が閉状態とされた小インプット燃焼状態とされる。そして、ガス噴出口２１から混合ガスＧ２を噴出させた状態で、スパークロッド２２の一端２２ａにスパークを発生させることにより、混合ガスＧ２による小インプット燃焼としてのパイロット炎を点火させる。そして、紫外線光電管２４によりパイロット炎が検知されると、制御部により電磁弁３３，４３が開状態とされ、小インプット燃焼状態から大インプット燃焼状態への切換が行われる。これにより、混合ガスＧ２の燃焼によるパイロット炎から燃料ガスＧ１の燃焼によるメイン炎へと火移りが行われ、加熱炉１００内の加熱が行われる。

また、大インプット燃焼状態におけるメイン炎により、加熱炉１００内の温度が上昇し、所定温度まで達したことを温度センサが検知すると、制御部により電磁弁３３，４３が閉状態とされ、大インプット燃焼状態から小インプット燃焼状態への切換が行われる。これにより、燃料ガスＧ１の燃焼によるメイン炎から混合ガスＧ２の燃焼によるパイロット炎へと火移りが行われ、炉内温度の上昇がストップする。そして、温度センサの検知結果に応じて適宜大インプット燃焼状態と小インプット燃焼状態との間で燃焼状態を切り換えることで、炉内温度を適切な温度範囲内に維持できる。

本実施形態におけるガスバーナ１では、大インプット燃焼状態と小インプット燃焼状態とのいずれにおいてもガス噴出口２１から噴出されるガスを燃焼させるのみであるため、ガス噴出口２１における火炎を検知するのみで足りる。これにより、従来ではメインバーナ用とパイロットバーナ用とで２つ必要となっていた火炎検知のための装置構成の数を１つにすることができる。したがって、火炎検知を適切に行いながら、火炎検知のためのコスト及びスペースを低減することができる。

〔別実施形態〕
（１）上述の実施形態では、燃料ガス供給路４０（第１ガス供給路４１）と混合ガス供給路５０とが各別にガス供給管２０に接続された構成を例に説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば、図６，７に示すように、第１ガス供給路４１を混合ガス供給路５０に接続し、小インプット燃焼状態では混合ガス供給路５０から混合ガスＧ２が供給され、大インプット燃焼状態では混合ガス供給路５０から燃料ガスＧ１が供給されるようにしてもよい。この場合でも大インプット燃焼状態においてもベンチュリーミキサ５１に燃焼エアＡが供給される状態となっているが、ベンチュリーミキサ５１からガス供給管２０に向かう混合ガスＧ２のガス圧よりも第１ガス供給路４１から混合ガス供給路５０を経てガス供給管２０に向かう燃料ガスＧ１のガス圧が高くなるようにしてあるため、ガス供給管２０には混合ガスＧ２が供給されることなく、第１ガス供給路４１からの燃料ガスＧ１のみが供給されるようになっている。

（２）上述の実施形態では、エア供給路３０からの燃焼エアＡと燃料ガス供給路４０からの燃料ガスＧ１とからベンチュリーミキサ５１により混合ガスＧ２を生成した構成を例に説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されず、他の装置を用いて混合ガスＧ２を生成してもよい。また、エア供給路３０からの燃焼エアＡや燃料ガス供給路４０からの燃料ガスＧ１を利用することなく、燃焼エアＡとは異なる燃焼用空気や燃料ガスＧ１とは異なるガスを用いて別途生成した混合ガスＧ２をガス供給管２０に供給するようにしてもよい。

（３）上述の実施形態では、電磁弁３３，４３を燃焼状態切換部として用い、電磁弁３３，４３の開閉制御により小インプット燃焼状態と大インプット燃焼状態とを切り換える構成を例に説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されず、例えばダンパ等を用いて、エア通流部１０及びガス供給管２０に対する燃焼エアＡ、燃料ガスＧ１、及び混合ガスＧ２の供給量を漸次的に変化させる形態で、小インプット燃焼状態と大インプット燃焼状態との切換を行うようにしてもよい。

（４）上述の実施形態では、エア通流部１０を円筒状の部材とし、ガス供給管２０がエア通流部１０の内部に同芯状に配置されている構成を例に説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されず、エア通流部１０は筒状の部材であればよく、また、ガス供給管２０がエア通流部１０の内部に同芯状に配置されていなくてもよい。

尚、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

本発明は、例えば産業用のガスバーナに利用することができる。

１ ガスバーナ
１０ エア通流部
２０ ガス供給管
２１ ガス噴出口
２１ａ 旋回ノズル
３０ エア供給路
３１ 第１エア供給路
３２ 第２エア供給路
３３，４３ 電磁弁（燃焼状態切換部）
５１ ベンチュリーミキサ
Ａ 燃焼エア
Ｇ１ 燃料ガス
Ｇ２ 混合ガス

Claims (3)

1. 燃焼エアを通流させる筒状のエア通流部と、先端部にガス噴出口を備え且つ前記エア通流部の内部に配置されるガス供給管と、を備えるガスバーナであって、
   前記エア通流部に対する燃焼エアの供給を停止し且つ前記ガス供給管に燃焼用空気と燃料ガスとの混合ガスが供給される小インプット燃焼状態と、前記エア通流部に燃焼エアが供給され且つ前記ガス供給管に燃料ガスが供給される大インプット燃焼状態と、に切換可能な燃焼状態切換部を備え、
   前記ガス供給管の後端に、火炎検知用の紫外線光電管が前記ガス噴出口を向く状態で設けられるガスバーナ。
2. 前記燃焼状態切換部には、前記小インプット燃焼状態において燃焼用空気と燃料ガスとを混合させるベンチュリーミキサが設けられている請求項１に記載のガスバーナ。
3. 燃焼エアを給送するエア供給路が、前記エア通流部に接続される第１エア供給路と、前記ベンチュリーミキサに接続される第２エア供給路と、に分岐されている請求項２に記載のガスバーナ。

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