JP7389778B2

JP7389778B2 - バーナ

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Publication number: JP7389778B2
Application number: JP2021171750A
Authority: JP
Inventors: 弘司中垣; 和成仲井
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 2021-10-20
Filing date: 2021-10-20
Publication date: 2023-11-30
Anticipated expiration: 2041-10-20
Also published as: JP2023061674A

Description

本発明は、温風を発生させることができるバーナに関する。

従来、セラミック材を焼成する炉としては、特許文献１及び２に示されるような、バーナの火炎で生成される熱風（高温の排気ガス）で加熱するバッチ式の炉が開示されており、セラミック材を加熱するためのバーナとしては、特許文献３に示されるようなバーナが開示されている。

特開平６－２７３０６１号公報特開平４－１８６０９０号公報特開平１１－６６０６号公報特開２００４－３１７１０７号公報

ここで、セラミック材の焼成工程において、工程の初期段階では、１００℃以下の比較的低温でセラミック材の加熱を行い、セラミック材中に含まれるバインダー（粘結成分）を蒸発させると、より良好な焼成が可能となることが知られている。しかし、従来のバーナを用いて１００℃以下の熱風を発生させるためには、供給する燃料を大幅に減少させなければならず、その結果、燃料を噴射する流速が低下し、失火を起こしたり、燃焼できなかったりするという課題が存在した。また、セラミック材中のバインダーを蒸発させるために、特許文献４に示されるようなバーナを含む装置を用いて、比較的低温の「温風」を発生させることが開示されているが、この場合、そのような装置を通常のバーナ以外に別途設ける必要があり、コストが増加する傾向にあった。

そこで、本発明では、簡便な構成で温風を発生させることができるバーナを提供することを目的とする。ここで、温風とは、例えば、本発明のバーナの通常の使用において、燃料の供給量を低減していき、燃焼できなくなるときの熱風の温度よりも低い温度の熱風をいい、以降、このような比較的低温である熱風を温風ということとする。

本発明は、バーナであって、
燃料を供給する第１燃料管と、
前記第１燃料管の第１ノズル部を囲むように設けられ、燃焼用空気を供給する空気管と、
前記第１燃料管よりも少ない量の燃料を供給する第２燃料管と、を備え、
前記第２燃料管の第２ノズル部は、前記第１燃料管に囲まれるようになっている。

前記構成によれば、第１燃料管を使用して発生させる高温の熱風と、第２燃料管を使用して発生させる温風の両方を供給できるバーナを提供できる。つまり、従来の構造のバーナに第２燃料管を組み込むことによって、従来の構造のバーナを利用しながら、高温の熱風と温風の両方を供給できるバーナを提供できる。

本発明は、さらに、次のような構成を備えるのが好ましい。
（１）前記第１ノズル部は、先端が閉じられて、先端部近傍の外周面に燃料を噴射する第１噴射孔が少なくとも１つ設けられており、
前記第２ノズル部は、先端が閉じられて、先端部近傍の外周面に燃料を噴射する第２噴射孔が設けられており、
１つの前記第１噴射孔と前記第２噴射孔とは、互いに対向するようになっている。

（２）前記構成（１）において、前記第２噴射孔に対向する前記第１噴射孔の孔径は、前記第２噴射孔に対向しない前記第１噴射孔の孔径より大きくなっている。

（３）前記構成（１）又は（２）において、前記第１噴射孔の孔径は、前記第２噴射孔の孔径より大きくなっている。

（４）前記構成（１）～（３）のいずれか１つにおいて、前記バーナはさらに、前記第１燃料管の外周側に位置する点火プラグを備えており、
前記点火プラグの点火部は、前記第１噴射孔と前記第２噴射孔とが互いに対向する延長線上から所定距離ずれた位置に設けられている。

前記構成（１）によれば、第２噴射孔からの燃料が第１噴射孔から噴射されやすく、空気管から供給される燃焼用空気と混合しやすくなり、第２燃料管による燃焼を促進することができる。

前記構成（２）によれば、第２噴射孔からの燃料が第１噴射孔からより噴射されやすく、空気管から供給される燃焼用空気とより混合しやすくなり、第２燃料管による燃焼をより促進することができる。

前記構成（３）によれば、第２噴射孔からの燃料が第１噴射孔からより噴射されやすく、空気管から供給される燃焼用空気とより混合しやすくなり、第２燃料管による燃焼をより促進することができる。

前記構成（４）によれば、第２噴射孔からの燃料を着火させやすくしながら、点火プラグが火炎の形成の邪魔をすることを抑制できる。

要するに、本発明によると、簡便な構成で温風を発生させることができるバーナを提供することができる。

本発明の実施形態に係るバーナの概略側面図である。図２は、図１のII-II断面矢視図である。図２の中心拡大図である。高温の熱風を発生させる場合のバーナの燃焼を示す概略側面図である。温風を発生させる場合のバーナの燃焼を示す概略側面図である。

図１は、本発明の実施形態に係るバーナ１０の概略側面図である。図１に示されるように、バーナ１０は、燃料を供給する第１燃料管１と、第１燃料管１よりも少ない量の燃料を供給する第２燃料管２と、燃焼用空気を供給する空気管３と、を備えている。空気管３は、第１燃料管１の第１ノズル部１１を囲むように設けられており、第１燃料管１は、第２燃料管２の第２ノズル部２１を囲むように設けられている。

第１ノズル部１１は、断面円形の燃料供給路を有し、先端が閉じられている。第２ノズル部２１も同様に、断面円形の燃料供給路を有し、先端が閉じられている。第２ノズル部２１の内径ｒ２は、第１ノズル部１１の内径ｒ１の半分以下となっている。また、第１ノズル部１１の内径ｒ１は、空気管３の内径ｒ３の半分以下となっている。そして、空気管３、第１ノズル部１１及び第２ノズル部２１は、同心円状となるように設けられている。したがって、空気管３の中心軸Ｏ１は、第１ノズル部１１の中心軸及び第２ノズル部２１の中心軸と一致する。

第１燃料管１には、第１燃料管１を開閉し、燃料供給量を調整する調整弁１２が設けられており、第２燃料管２には、第２燃料管２を開閉し、第２燃料管２の燃料供給量を調整する調整弁２２が設けられている。第２燃料管２の最大燃料供給量は、第１燃料管１の最大燃料供給量の１００分の３～５程度となっている。また、空気管３には、空気管３を開閉し、燃焼用空気供給量を調整する調整弁３１が設けられている。

図２は、図１のII-II断面矢視図であり、図３は、図２の中心拡大図である。図１～図３に示されるように、第１ノズル部１１は、先端部近傍の外周面に燃料を噴射する第１噴射孔１３が少なくとも１つ設けられている。本実施形態では、第１噴射孔１３は、第１ノズル部１１の軸線方向に垂直な断面において、同一円周上に略均等間隔で６つ設けられている。１つの第１噴射孔１３ａの孔径は、その他の５つの第１噴射孔１３ｂ～１３ｆの孔径よりも大きくなっている。また、その他の５つの第１噴射孔１３ｂ～１３ｆの孔径は、最も孔径が大きい第１噴射孔１３ａに隣接する２つの第１噴射孔１３ｂ、１３ｆ及び空気管３の中心軸Ｏ１に対して、第１噴射孔１３ａと対称の位置に位置する第１噴射孔１３ｄの孔径は、残りの２つの第１噴射孔１３ｃ、１３ｅの孔径よりも小さくなっている。なお、第１噴射孔１３ｂ、１３ｄ、１３ｆの孔径は同じであり、また、第１噴射孔１３ｃ、１３ｅの孔径は同じとなっている。第１噴射孔１３ａの孔径は、第１噴射孔１３ｂ、１３ｄ、１３ｆの孔径の略２倍となっている。

第２ノズル部２１は、先端部近傍の外周面に燃料を噴射する第２噴射孔２３が１つ設けられている。第２噴射孔２３は、第１噴射孔１３が同一円周上に略均等間隔で設けられる断面上に設けられている。そして、最も孔径が大きい第１噴射孔１３ａと第２噴射孔２３とは、空気管の中心軸Ｏ１を通る直線Ｌ１上において、互いに対向するようになっている。第２噴射孔２３の孔径は、最も孔径が小さい第１噴射孔１３ｂ、１３ｄ、１３ｆの孔径よりも小さくなっている。すなわち、第２噴射孔２３の孔径は、すべての第１噴射孔１３の孔径よりも小さくなっている。

空気管３の中心軸Ｏ１と第２噴射孔２３とを結ぶ扇形Ｃ１の中心角θ１を維持して、扇形Ｃ１を第１ノズル部１１まで延長させたとき、最も孔径が大きい第１噴射孔１３ａの孔径は、扇形Ｃ１の円弧Ｃ２を包含するようになっている。

バーナ１０はさらに、空気管３の内周側であり、第１燃料管１の第１ノズル部１１の外周側であって、第１ノズル部１１の外周側（図では上方）に位置する、点火プラグ４を備えている。点火プラグ４の先端には着火のための点火部４１が設けられており、点火部４１は、第１噴射孔１３ａと第２噴射孔２３とが互いに対向する直線Ｌ１の延長線上から所定距離Ｘ１ずれた位置に設けられている。所定距離Ｘ１は、第１噴射孔１３ａの孔径程度である。

（バーナ１０の燃焼の制御）
以下、バーナ１０の燃焼の制御について説明する。

図４は、１０００℃以上の高温の熱風を発生させる場合、すなわち、通常燃焼時のバーナ１０の燃焼を示すバーナ１０の概略側面図である。図４に示されるように、通常燃焼時（バーナの通常の使用）では、空気管３からの燃焼用空気と共に第１燃料管１から燃料が供給される。このとき、第２燃料管２から燃料は供給されてもよく、また、供給されなくてもよい。すなわち、調整弁１２及び調整弁３１が開放され、調整弁２２は開放されてもよく、閉止されてもよい。なお、図では、調整弁１２、２２、３１が開放された状態を白抜きで示し、閉止された状態を黒塗りで示している。ここで、バーナ１０の最大燃焼量は、調整弁１２が全開のときの第１燃料管１の最大燃料供給量と調整弁２２が全開のときの第２燃料管２の最大燃料供給量に基づき設定される。また、バーナ１０の燃焼量は、適宜必要な燃焼量となるよう、調整弁１２の開度が調整され、それに応じた燃焼用空気供給量となるように調整弁３１の開度も調整される。なお、第１燃料管１から供給される燃料量は、第２燃料管２から供給される燃料量に比べて十分に多いので、通常燃焼時において、第２燃料管２からの燃料供給量は、火炎の形成に対してほとんど影響を与えない。燃料は、６つの第１噴射孔１３から噴射され、第１燃料管１の第１ノズル部１１を囲むような大きさの火炎が形成される。この火炎及び火炎による熱風によって、バーナ１０は材料を加熱する。なお、燃料の供給量を低減するため、調整弁１２の開度を小さくしていくと、それぞれの第１噴射孔１３から噴射される燃料の流速が低下し、限界以下になると失火してしまい、燃焼できなくなる。

図５は、比較的低温である熱風を発生させる場合、すなわちセラミック材中に含まれるバインダーを蒸発させるベークアウト時に１００℃以下の温風を必要とする場合等におけるバーナ１０の燃焼を示す、バーナ１０の概略側面図である。図５に示されるように、温風供給時では、第２燃料管２から燃料が供給され、第１燃料管１からは燃料が供給されない。すなわち、調整弁１２は閉止され、調整弁２２及び調整弁３１は開放される。燃料供給量が少ないため、第１燃料管１からの燃料供給では、上記のとおり燃焼できなくなるためである。なお、第２燃料管２からの燃料供給量は少量であるので、通常、調整弁２２は全開とされる。燃料は１つの第２噴射孔２３から噴射され、それが第２噴射孔２３と対向する第１噴射孔１３ａから噴射されて、空気管３内を流れる燃焼用空気と混合し火炎が形成される。第２燃料管２は第１燃料管１よりも内径が小さく、また第２噴射孔２３も第１噴射孔１３より小さいため、燃料は非常に勢いよく第２噴射孔２３から噴射される。したがって、燃料は第２噴射孔２３の正面にある第１噴射孔１３ａをほとんど通過し、他の第１噴射孔１３ｂ～１３ｆから噴射されることはない。よって、燃料供給量が少なくても、第１噴射孔１３ａから燃料が燃焼可能な流速で噴射される。したがって、温風供給時のバーナ１０の火炎の大きさは、通常燃焼時のバーナ１０の火炎の大きさに比べてかなり小さくなる。この火炎及び火炎による温風によって、バーナ１０は材料を低温で加熱する。

前記構成のバーナ１０によれば、次のような効果を発揮できる。

（１）バーナ１０は、燃料を供給する第１燃料管１と、第１燃料管１の第１ノズル部１１を囲むように設けられ、燃焼用空気を供給する空気管３と、第１燃料管１よりも少ない量の燃料を供給する第２燃料管２と、を備え、第２燃料管２の第２ノズル部２１は、第１燃料管１に囲まれるようになっているので、第１燃料管１を使用して発生させる高温の熱風と、第２燃料管２を使用して発生させる温風の両方を供給できるバーナ１０を提供できる。つまり、従来の構造のバーナに第２燃料管２を組み込むことによって、従来の構造のバーナを利用しながら、高温の熱風と温風の両方を供給できるバーナを提供できる。それによって、例えば上述したようなセラミックの焼成において、高温の熱風と１００℃以下の熱風（温風）の両方を発生させることができるので、１台のバーナで良好な焼成を行うことができる。

（２）第１燃料管１の第１ノズル部１１は、先端が閉じられて、先端部近傍の外周面に燃料を噴射する第１噴射孔１３が少なくとも１つ設けられており、第２燃料管２の第２ノズル部２１は、先端が閉じられて、先端部近傍の外周面に燃料を噴射する第２噴射孔２３が１つ設けられており、１つの第１噴射孔１３ａと第２噴射孔２３とは、互いに対向するようになっているので、第２噴射孔２３からの燃料が第１噴射孔１３ａから噴射されやすく、空気管３から供給される燃焼用空気と混合しやすくなり、第２燃料管２による燃焼を促進することができる。

（３）第２噴射孔２３に対向する第１噴射孔１３ａの孔径は、第２噴射孔２３に対向しない第１噴射孔１３ｂ～１３ｆの孔径より大きくなっているので、第２噴射孔２３からの燃料が第１噴射孔１３ａからより噴射されやすく、空気管３から供給される燃焼用空気とより混合しやすくなり、第２燃料管２による燃焼をより促進することができる。

（４）第１噴射孔１３ａの孔径は、第２噴射孔２３の孔径より大きくなっているので、第２噴射孔２３からの燃料が第１噴射孔１３ａからより噴射されやすく、空気管３から供給される燃焼用空気とより混合しやすくなり、第２燃料管２による燃焼をより促進することができる。

（５）バーナ１０は、第１燃料管１の外周側に位置する点火プラグ４を備えており、点火プラグ４の点火部４１は、第１噴射孔１３ａと第２噴射孔２３とが互いに対向する直線Ｌ１の延長線上から所定距離Ｘ１ずれた位置に設けられているので、第２噴射孔２３からの燃料を着火させやすくしながら、点火プラグ４が火炎の形成の邪魔をすることを抑制できる。

（６）最大の孔径の第１噴射孔１３ａと第２噴射孔２３とは互いに対抗するようになっているので、最大の孔径の第１噴射孔１３ａ近傍の火炎を検出する火炎検出器を配置することによって、通常燃焼時の火炎及び温風供給時の火炎の両方を検出することができる。すなわち、１つの火炎検出器で、通常燃焼時の火炎及び温風供給時の火炎の両方を検出することができる。

（７）第２噴射孔２３に対向する第１噴射孔１３ａの孔径は、その他の第１噴射孔１３ｂ～１３ｆの孔径よりも大きくなっている。また、最も孔径が大きい第１噴射孔１３ａに隣接する２つの第１噴射孔１３ｂ、１３ｆ及び空気管３の中心軸Ｏ１に対して、第１噴射孔１３ａと対称の位置に位置する第１噴射孔１３ｄの孔径は、残りの２つの第１噴射孔１３ｃ、１３ｅの孔径よりも小さくなっている。このように６つの第１噴射孔の孔径を調整することにより、円周方向に均等に燃料が噴射されやすくなり、火炎の形成を安定させることができる。

（８）第１噴射孔１３ａの孔径は、扇形Ｃ１の円弧Ｃ２を包含するようになっているので、第２噴射孔２３から噴射される燃料は、第１噴射孔１３ａの縁に衝突しにくくなっており、第１噴射孔１３ａから円滑に噴射されることができる。

上記実施形態では、第１噴射孔１３は６つ設けられているが、第１噴射孔１３は少なくとも１つ設けられればよい。ただし、通常使用時における火炎の形成を安定させるために、第１噴射孔１３は、第１ノズル部１１の先端部近傍の外周面に、同一円周上に略均等間隔で３つ以上設けられることが好ましい。

上記実施形態では、第２ノズル部２１の内径は、第１ノズル部１１の内径の半分以下となっている。第２ノズル部２１の内径は、第２燃料管２の燃料供給速度、すなわち、第２ノズル部２１内の燃料の流速が所定値を超えない範囲で、できるだけ小さいことが好ましい。

上記実施形態では、第２噴射孔２３は１つ設けられているが、複数設けられてもよい。この場合、複数の第２噴射孔からの燃料が、第１噴射孔から噴射されやすくするため、複数の第２噴射孔はそれぞれ、第１噴射孔と対向していることが好ましい。

特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、各種変形及び変更を行うことも可能である。

本発明では、簡便な構成で温風を発生させることができるバーナを提供できるので、産業上の利用価値が大である。

１第１燃料管
１１第１ノズル部１２調整弁
１３（１３ａ～１３ｆ）第１噴射孔
２第２燃料管
２１第２ノズル部２２調整弁
２３第２噴射孔
３空気管
３１調整弁
４点火プラグ
４１点火部
１０バーナ
ｒ１～ｒ３内径
Ｏ１中心軸
Ｃ１扇形Ｃ２円弧

Claims

燃料を供給する第１燃料管と、
前記第１燃料管の第１ノズル部を囲むように設けられ、燃焼用空気を供給する空気管と、
前記第１燃料管よりも少ない量の燃料を供給する第２燃料管と、を備え、
前記第２燃料管の第２ノズル部は、前記第１燃料管に囲まれるようになっており、
前記第１ノズル部は、先端が閉じられて、先端部近傍の外周面に燃料を噴射する第１噴射孔が少なくとも１つ設けられており、
前記第２ノズル部は、先端が閉じられて、先端部近傍の外周面に燃料を噴射する第２噴射孔が設けられており、
１つの前記第１噴射孔と前記第２噴射孔とは、互いに対向するようになっている、バーナ。
前記第２噴射孔に対向する前記第１噴射孔の孔径は、前記第２噴射孔に対向しない前記第１噴射孔の孔径より大きくなっている、請求項１記載のバーナ。
前記第１噴射孔の孔径は、前記第２噴射孔の孔径より大きくなっている、請求項１又は２に記載のバーナ。
前記バーナはさらに、前記第１燃料管の外周側に位置する点火プラグを備えており、
前記点火プラグの点火部は、前記第１噴射孔と前記第２噴射孔とが互いに対向する延長線上から所定距離ずれた位置に設けられている、請求項１～３のいずれか１つに記載のバーナ。