JPH0120323B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は工業用として用いられるガスバーナー
に関し、詳しくは燃料としてメタン、プロパン等
の気体燃料を、支燃気体として酸素、酸素富化空
気あるいは空気を用い、急速予混合・燃焼による
高温の安定火炎を得ることを目的としたバーナー
に関する。 従来の天然ガスあるいはプロパン、ブタン等の
LPG等を燃料として用いる工業用ガスバーナー
は多くの場合、燃料噴出孔あるいは供給孔と空気
等の支燃気体噴出孔または供給孔の相互関係位置
の工夫が不足のため、双方の気体の混合が不充分
な部分が生じ、一部不完全燃料を生じることがあ
り、且つ火炎の形状も長紡鍾型となるため、高い
火炎温度が得られない不都合があつた。即ち、従
来のガスバーナーでは燃料気体と支持気体との混
合および火炎形成状態が悪く、高温が得にくいた
め、高融点金属あるいは耐火材のような高融点材
料を溶解させあるいは焼成させる場合は長時間を
要していた。また燃料ガスがメタン、プロパン等
の場合は上記の様な一部不完全燃焼の他にカーボ
ンの発生、付着があつたり、燃焼速度が遅いため
吹き消えが起きやすい、ターンダウン比の範囲が
狭い等の欠点があつた。 本発明は従来バーナーの上記欠点に鑑み、バー
ナー先端部に予混合室、燃焼室を設け、この室内
に各種方向に支燃気体を噴出する噴出口および燃
料気体噴出口を設け該室内に於て燃料気体と支燃
気体の急速かつ均一な混合を図ることにより、高
温火炎を得、不完全燃焼による未燃物、ススの発
生を皆無にし、ターンダウン比の範囲が広い安定
火炎あるいはその上シヤープな形状の局部加熱に
適したよう高温の火炎を形成する構造を有する気
体燃料用バーナーを提供するものである。以下本
発明を図面により詳細に説明する。 第１図は本発明によるバーナーの第１実施例の
側面断面図であり、第２図は第１図バーナーの先
端方向より見た正面図、第３図は第１図−部
の断面図、第４図は第１図−部の断面図であ
る。図に於てバーナー本体１の先端部の内部には
ノズル形成体２が嵌着されており、該ノズル形成
体２の後部には気体燃料導管３がガスケツト４を
介してネジ締付等により固定されている。ノズル
形成体２は水または空気による冷却ジヤケツト５
に格納されており、該冷却ジヤケツト５内には隔
壁６が設けられていて該ジヤケツト５内の内側を
通過して来た水等が先端部で折返して該ジヤケツ
ト５内の外側を通つて該ジヤケツト外に排出され
る様になつている。また、ノズル形成体２は縦断
面が円錐台形が予混合室７を有し、これに連なつ
て円柱状の燃焼室８が該ノズル形成体２と前記ジ
ヤケツト５とにより形成されていてこの双方によ
り縦断面が火炎噴出口９方向に向けて拡開する空
洞を形成する構造となつている。該予混合室７の
後部壁面にはその中心部に酸素、酸素富化空気あ
るいは空気等の第１支燃気体噴出孔１０ａが１ケ
あるいは複数個設けられている。該支持気体噴出
孔１０ａには前記気体燃料導管３と冷却ジヤケツ
ト５の内面とで形成される支燃気体供給径路１１
および前記ノズル形成体２に設けられた支燃気体
供給経路１２、支燃気体分配室１３を経、第１図
−部の横断面である第３図にも示した支燃気
体供給経路１４を経て支燃気体が供給される様に
供給路が連通している。前記支燃気体噴出孔１０
ａの周囲には前記気体燃料導管３と連通する気体
燃料噴出孔１５が複数個設けられている。また前
記円錐台形の予混合室７の壁面（錐面）には、該
予混合室７および前記燃焼室８の軸線を中心とし
て環状に複数個の第２支燃気体噴出孔１０ｂ……
が設けられている。該支燃気体噴出孔１０ｂ……
は第１図を−部で切断した横断面である第４
図に示した様に前記混合室７の横断面の円と同心
円の接線方向に穿孔されている。従つて前記燃料
噴出孔１５および第１支燃気体噴出孔１０ａより
噴出した両気体は予混合室７中で第２支燃気体噴
出孔１０ｂ……より前記軸線に対して90゜の方向
に旋回する様に噴出する支燃気体により極めて良
く混合されて次の燃焼室８に入る。前記環状に設
けられた第２支燃気体噴出孔１０ｂ……は予混合
室７の壁面（錐面）の母線方向に複数段設けても
良く、また第１図に示した縦断面図では軸線に対
して垂直方向に穿孔されているが、これは垂直に
限らず、前記火炎噴出口９の方向へ向けて傾斜さ
せて穿孔しても良い。この予混合室７に於ける支
燃気体の旋回流のために燃料気体と支燃気体の混
合が完全になり、かつ混合気体の密度が高くなる
ために高い火炎温度が得られる。同時に火炎噴出
口９の方向とは異なる方向の気体流が生じるため
吹き消えの防止、ターンダウン比のの範囲が拡大
がなされる。 次に前記ノズル形成体２の最も外側に環状に複
数個の第３支燃気体噴出孔１０ｃ，……が設けら
れ、該ノズル形成体２の前端面に開孔している。
該第３支燃気体噴出孔１０ｃ……より前記燃焼室
８へ噴出する酸素等の支燃気体は前記燃料気体噴
出孔１５より噴出する燃料、第１、第２支燃気体
噴出孔１０ａ，１０ｂ……より噴出する支燃気体
の両方の気体が混合して着火、燃焼している火炎
を外側より包み、燃焼を完全にする。この第３支
燃気体噴出孔１０ｃ……は第１図、第２図の様に
直線状に穿孔した場合の他、下記の様に設けるこ
とも出来る。即ちノズル形成体２の外周面に直
線状の条溝を設ける（第５図、第６図）、ノズ
ル形成体２の外周面にラセン状に条溝を設ける
（第７図、第６図）、ノズル形成体２の外周面に
浅いスリツト状の通路を設ける（第８図、第９
図）、中心軸のまわりに環状に複数のラセン状
穿孔を設ける（図示せず）等の方法によつて第３
支燃気体の供給通路を形成することが出来るが、
これらのうちのどれを選択するかは、それにより
形成される火炎の形状が、気体燃料の種類、支燃
気体の種類との組み合せによつても異なつて来る
ので目的に応じて、最良のものを定める。 またジヤケツト５に対するノズル形成体２の固
定位置を可変しておくことにより燃焼室８の深さ
（奥行）を調節し得る。前記第３支燃気体噴出孔
群１０ｃ……の型（第１図、第５図、第７図、第
８図等の）選択は、該燃焼室８の深さの調節と相
俟つて前記(i)完全燃焼の他(ii)火炎の形状の調節(iii)
支燃ガス流に旋回を与えた場合はターンダウン比
の巾を大きくすることが可能になる。 この様に本発明の第１の実施例のバーナーはメ
タン、プロパン等の燃焼速度の遅い気体燃料を用
いて高温火炎が得られ、ターンダウン比が巾広く
とれ且つ火炎形状のコントロールが容易なバーナ
ーであり、耐火物の焼成用等主として加熱用バー
ナーとして用いられる。 本発明第１実施例のバーナーと従来の気体燃料
用バーナーを用い同じ条件で燃焼実験を行いその
性能を比較した所次の様な結果が得られた。即ち
燃料気体としてプロパンを支燃気体として酸素を
用いた場合にその流量を変化させて、夫々のター
ンダウン比を比較した所、従来バーナーでは１：
３であつたのに対し、本実施例バーナーのそれは
１：５であつた。 次に本発明によるバーナーの第２実施例を説明
するが第１０図はその側面断面図であり第１１図
は第１０図バーナーの先端方向によりみた正面図
で第１図および第２図と共通する部分には同一符
号を付してその詳細な説明を省略する。該バーナ
ーの構造は燃料噴出孔、第１支燃気体噴出孔群、
第２支燃気体噴出孔群およびその供給経路は第１
実施例の場合と同じであり第３支燃気体噴出孔群
の設け方が異なる。第１０図に於てバーナー本体
１の先端部の内部にはノズル形成体２が嵌着され
ており、該ノズル形成体２の後部には気体燃料導
管３がガスケツト４を介してネジ締付等により固
定されている。冷却用ジヤケツト５がバーナー本
体１の外筒を形成していることも同様である。し
かしノズル形成体２は縦断面が円錐台形の予混合
室７とこれに連なる円柱状の燃焼室８とを有し、
縦断面が火炎噴出口９の方向に向けて拡開する空
洞を形成する構造になつている。予混合室７の後
部壁面中心部に酸素等の第１支燃気体噴出孔１０
ａが１ケあるいは複数個、その周囲に気体燃料噴
出孔群１５が設けられているのは第１図の場合と
同様である。また該予混合室７の壁面（錐面）
に、第２支燃気体噴出孔群１０ｂ……が環状に１
段又は軸線方向に複数段設けられ、該予混合室７
内に酸素等の支燃気体が横断面の円の接線方向に
噴出する様になつていて急速予混合により高温火
炎、安定火炎が得られる様になつていることも第
１図と同様である。 次に前記予混合室７あるいは燃焼室８の壁面上
で前記第２支燃気体噴出孔群１０ｂ……より火炎
噴出口９寄りの位置に予混合室７、燃焼室８の軸
線を中心として環状に複数個の第３支燃気体噴出
孔１０ｄ……が設けられている。該第３支燃気体
噴出孔１０ｄ……は前記支燃気体分配室１３より
燃焼室８に向けて前記軸線に漸次近づき該軸線上
の火炎噴出口９寄りの一点に収斂する方向に穿孔
されている。従つて該第３支燃気体噴出孔１０ｄ
……より噴出する酸素等の支燃気体は前記燃料気
体噴出孔１５、第１、第２支燃気体噴出孔１０ｂ
……より噴出して混合し、着火、燃焼している火
炎を外側より包み燃焼を完全にさせると共に火炎
の形をシヤープにして火炎内燃焼気体の密度を高
くし火炎温度を高くする役割を果し、更に前記第
２支燃気体噴出孔群１０ｂ……よりの支燃気体と
共に吹き消えを防ぐ保炎効果をもたらす。 該第３支燃気体噴出孔群１０ｄ……の前記軸線
へ収斂する角度αはこれを変えることにより火炎
形状（主として火炎長）を変えることが出来るの
で、燃料気体および支燃気体の種類あるいはバー
ナーの用途に応じてαの大きさを定める。また前
記予混合室７の錐面の母線の軸線に対する角度を
変えることによつて予混合状態を変えることも出
来る。 この様に本発明の第２の実施例のバーナーは同
様にプロパン等の燃焼速度の遅い気体燃料を用い
てシヤープな形状の火炎でしかも第１実施例のバ
ーナーよりも更に高温の火炎が得られ且つ吹き消
え等の起らない安定火炎が得られるので高融点金
属の溶解等の局部加熱に適したバーナーである。 次に本発明の第２実施例のバーナーと従来バー
ナーの性能を比較した実験例を第１表に示す。従
来バーナーは燃料気体と支燃気体の噴出孔が平行
に穿孔されている構造の気体燃料用バーナーであ
る。

【表】 第１表より明らかな様に金属アルミニウム片を
完全溶解するに要した時間を比較した実験に於
て、本発明第２実施例のバーナーは同じ燃料を同
じ流量用いた従来バーナーに比較して所要時間を
約1/4にも短縮し得ることが分つた。 本発明は前記の如き構造を有し、従来の気体燃
料バーナーに比して前述のように優れた性能を有
するバーナーであるが、その特徴は次の通りであ
る。即ち予混合室、燃焼室を設け、その中に設け
た酸素、酸素富化空気あるいは空気等の支燃気体
の噴出孔を３段階に分け夫々の噴出方向を変えた
ことにより次の様な効果が得られることである。
予混合室に於てまず第１支燃気体を燃料噴出孔の
内側から噴出させて部分予混合し、次いで第２支
燃気体は燃料噴出孔の外側から旋回して供給する
ことにより更に混合を良くして燃焼させる。この
予混合室、第１、第２支燃気体噴出孔を設けたこ
とによりほぼ完全燃焼、高密度燃焼による高温火
災が得られまた第２支燃気体噴出孔を設けたこと
によつて保炎機能が附与され巾広いターンダウン
比が得られる様になつた。更に本発明の気体燃料
用バーナーにおいては、第２支燃気体噴出孔の外
側に環状に配置された第３支燃気体噴出孔から、
第３支燃気体が上記によつて生成した火炎を外側
から包む様に供給されるので、燃焼が更に完全に
なされると共に、第１・第２支燃気体に対する第
３支燃気体の量、速度を変えることにより火炎形
状を容易にコントロールすることができる。 例えば、第１、第２支燃気体噴出孔からの支燃
気体供給量を減らし、第３支燃気体噴出孔からの
支燃気体供給量を増やすと、燃焼速度が遅く、長
い形状の火炎が得られる。逆に第１、第２支燃気
体噴出孔からの供給量を増やし、第３支燃気体噴
出孔からの供給量を減らすと、燃焼速度が速く短
い形状の火炎を得ることができる。 また、本発明の気体燃料用バーナーでは、前述
のように第３支燃気体噴出孔の形状を変えること
によつても火炎形状を変化させることができる。
特に第２実施例のバーナーにおいては、第３支燃
気体噴出孔から軸線に漸次付く方向に支燃気体が
噴出されるので、火炎が外側から絞られてシヤー
プな形状となり火炎密度が高まるため、更に高温
の火炎を形成できる。また吹き消えが防止され優
れた保炎効果が得られる。 さらに本発明の気体燃料用バーナーでは、支燃
気体の流路が第１、第２、第３と分割されてお
り、各流路の噴出ガス方向、角度、速度が異な
り、しかも第３支燃気体噴出孔から火炎を包む様
に支燃気体を供給するので、燃焼条件（ターンダ
ウン比等）の大幅な変化に対しても安定燃焼が得
られ、ターンダウン比等の調整巾を拡大すること
ができる。この様な構造にすることによりメタ
ン・プロパン等の燃焼速度の遅い気体を燃料気体
として用いた場合、速い噴出速度で噴出しても吹
き消しが起らず、未燃物またはススの発生が無
く、高温火炎が得られる様になり且つ広範囲のタ
ーンダウン比に於て安定火炎が得られる様になつ
た。即ち耐火材、高融点金属等の材料の加熱、焼
成、焼結、溶融、溶解等に用いて非常に有効な高
温、安定火炎が得られる様になつた。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図はこの発明のバーナーの第
１実施例を示すもので、第１図はバーナーの縦断
面図、第２図は正面図、第３図は第１図の−
線にそう断面図、第４図は第１図の−線にそ
う断面図、第５図ないし第９図はいずれも第３支
燃気体噴出口の実施態様を表すもので、第５図、
第７図、第８図は部分断面図、第６図、第９図は
一部を省略した正面図、第１０図および第１１図
はこの発明のバーナの第２実施例を示す縦断面図
と正面図である。 ５……冷却ジヤケツト、７……予混合室、８…
…燃焼室、９……火炎噴出口、１０ａ……第１支
燃気体噴出孔、１０ｂ……第２支燃気体噴出孔、
１０ｃ，１０ｄ……第３支燃気体噴出孔、１３…
…支燃気体分配室、１５……気体燃料噴出孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 前端部が火炎噴出口として開口し、横断面が
   円形で縦断面が該火炎噴出口方向に向けて拡開す
   る空洞よりなる予混合室・燃焼室を有し、前記空
   洞の後端部の中心部に前記火炎噴出口に向けて、
   支燃気体を噴出する少なくとも１ケの第１支燃気
   体用噴出孔、該第１支燃気体用噴出孔のまわりに
   前記火炎噴出口に向けて穿孔した複数個の燃料気
   体用噴出孔を設け、前記予混合室の壁面に、前記
   空洞の軸線を中心として環状に複数個配置され、
   且つ前記円形の横断面の接線方向に支燃気体が噴
   出する様に穿孔された複数個の第２支燃気体用噴
   出孔を一段または前記空洞の前後方向に複数段設
   け、前記空洞部内の前記第２支燃気体用噴出孔よ
   り外側に前記軸線を中心として複数個環状に配置
   され、前記火炎噴出口の方向に支燃気体を噴出す
   るように穿孔あるいは穿設された複数個の第３支
   燃気体用噴出孔あるいはスリツトを設け、前記予
   混合室・燃焼室の外側に冷却用ジヤケツトを設け
   たことを特徴とする気体燃料用バーナー。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のバーナーに於
   て、前記空洞内の前記第２支燃気体用噴出孔より
   外側に前記軸線に対して環状に複数個配置された
   第３支燃気体用噴出孔が、前記火炎噴出口方向
   で、且つ前記軸線に漸次近づく方向に支燃気体を
   噴出するように穿孔され、該環状に設けられた噴
   出孔群が１段または前記空洞の前後方向に複数段
   設けられていることを特徴とする気体燃料用バー
   ナー。