JPH0330050B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は燃焼バーナに関する。より詳しくは伝
熱管を介して熱を外部に伝える伝熱管などに設け
られる自己ガス圧利用加圧式燃焼バーナに関する
ものである。

（従来の技術） 例えば、フライヤーの揚物油に浸管して熱を伝
える伝熱管の始端に設けられ、都市ガスや家庭用
ガス、その他のガスを使用するガス燃焼バーナ
は、ベンチユリー管式あるいは吹込式バーナが用
いられており、従来これらのバーナでは、小孔か
ら大気圧に向かつて直接ガスを噴出させるもので
あつた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、これらのガス燃焼バーナに用い
られる都市ガスや家庭用ガス、その他のガスの圧
力は大気圧よりも高々水柱圧で数百ミリメートル
高いだけであつて、噴気孔を出たところでは水柱
数ミリメートルにまで減圧されてしまい、空気と
燃料ガスとの混合は必要空気量の数倍にも達し、
火焔温度は理論火焔温度より低くなり、燃焼効率
が悪くなるという問題があつた。

また途中で空気を混合して混合ガス状態でバー
ナ孔で着火する構成のものでは、ガス圧力は殆ん
ど初期の圧力エネルギーを失つてしまい、燃焼は
大気圧下で行われて、やはり火焔温度が可成り低
いという問題点があつた。

これらの問題点を解決するため、空気圧送装置
又は吸出し装置を別に備えて燃焼ガスを燃焼室に
送気する手段がとられているが、しかし装置が複
雑高価となり、取扱いが厄介であるという問題点
があつた。

本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、高価な送気手段を設けることなく燃
焼開始点においてもなおガス元圧力エネルギーを
有効に残すと共に、空気との混合比率を最適に自
己制御可能とする構造簡易なガス燃焼バーナの提
供を目的としている。

（課題を解決するための手段） 上記目的を解決するための本発明の要旨とする
ところは、円筒先端外周を円錐形に成形し、内部
に軸心に沿つてガス噴出口を穿設してなる燃料ノ
ズルと、基端内周が燃料ノズルの前記先端円錐形
部分に対応する円錐形状をなし、前記燃料ノズル
の前記円錐形部分が所定の隙間の第１次空気取入
口を設けて挿嵌される１次空気用開口と、該１次
空気用開口に続く所定口径の絞り部及び該絞り部
に続きゆるやかな末広がり形状とした圧力回復部
を同心に穿設するとともに、先端部外周を円錐形
に成形してなる１次混合ノズルとを備えた燃焼バ
ーナにおいて、基端内周が１次混合ノズルの前記
先端円錐形部分に対応する円錐形状をなし、前記
１次混合ノズルの前記円錐形部分が所定隙間の２
次空気取入口を設けて挿嵌させる２次空気用開
口、該２次空気用開口に続く所定口径の絞り部、
該絞り部に続きゆるやかな末広がり形状とした圧
力回復部及び該圧力回復部に続き大きな末広がり
角をなした着火部を穿設してなる２次混合ノズル
と、混合ガスが流出する複数の孔を有し、前記２
次混合ノズルの先端部に取付けられる保焔板と、
該保焔板の周縁を囲繞して取付けられる末広がり
管とを設け、前記燃料ノズル及び１次混合ノズル
の最先端をナイフエツジに形成し、該燃料ノズル
及び１次混合ノズルを軸心に沿つて移動可能にし
て前記１次空気取入口及び２次空気取入口の大き
さを調節可能としたことにある。

（作用） 燃料ノズルの噴出口を高速で噴出した燃料ガス
は、噴射速度で燃焼空気が吸込まれる燃料ノズル
の先端円錐形部分と、１次空気ノズルの１次空気
用開口とで構成される１次空気取入口から空気を
誘導して１次混合ノズルの絞り部に送入され、該
部において１次混合ガスを形成する。

前記絞り部は所定の口径になされているから、
誘導される１次空気量は適切に制限された量とな
つており、１次混合ガスは理論混合比以下のもの
となつている。

絞り部を通過した１次混合ガスは、１次混合ノ
ズルのゆるやかな末広がり形状の圧力回復部で速
度エネルギーの１部は徐々に圧力エネルギーに変
換され、圧力を回復してゆく。該部においては、
燃料ガスが当初保有していた圧力の大部分を回復
するに至る。但し火焔の伝播速度以上の流速は依
然保有しているので、燃焼はしない。

１次混合ノズルを噴出した前記１次混合ガスは
ここで再び高速となり圧力は噴気圧以下となり、
２次混合ノズルの２次空気用開口との間で構成す
る２次空気取入口から２次空気を誘導し、２次混
合ノズルの絞り部に送入される。

該２次混合ノズルの絞り部の口径も適切に所定
の寸法に形成されており、誘導２次空気量は１次
混合ガスと合体して理論的に最適の空気と燃料と
の混合比に近い値となるようなされている。

２次混合ノズルの絞り部を適切な混合ガスとな
つて通過した２次混合ガスは２次混合ノズルの圧
力回復部を通過中に燃料ガスの当初保有圧力の大
部分が回復して、（但し該部においても火焔伝播
速度を上まわる流速は維持している。）先端部に
設けられている大きな末広がり角を有する着火部
に噴出し、該部において着火と保焔に充分な流速
にまで遅くなり該部において着火される。

保焔板は、前面に適宜燃料流体のよどみ部を構
成すると共に、背部において過流を生じ保焔の作
用をなす。

そして火焔は末広がり管を経て例えば伝熱管中
に火焔熱流を送出する。

（実施例） 以下図面に基づき本発明の一実施例を詳細に説
明する。

自己ガス圧利用加圧式燃焼バーナＢは同軸上に
縦列に配列される複数個の各部要素部材からなつ
ており、始端に設けられ、燃料源に結合されて燃
料ガスを噴出する燃料ノズル１０と、基部に前記
燃料ノズル１０を同心に挿嵌し、燃料ガスと１次
空気とを混合して１次混合ガスを送出するインゼ
クター形の１次混合ノズル２０と、該１次混合ノ
ズル２０の先端部を基部に同心に挿嵌し、２次混
合ガスを送出するインゼクター形の２次混合ノズ
ル３０と、該２次混合ノズル３０の先端に取付け
られ安定した火焔の保持を図る保焔板４０と、該
保焔板４０とを囲んで設けられる末広がり管５０
とからなつており、末広がり管５０の外周にはバ
ーナを伝熱管などの管端に取付るバーナ取付部材
６０が設けられている。

燃料ノズル１０は、第１図に示すように、雄ね
じからなる取付部１１を設け、先端部の外周が円
錐形に且つ最先端がナイフエツジ１０ａに形成さ
れており、内部は軸心に沿つてガスの噴出口１２
が穿孔されている。

１次混合ノズル２０は、第２図、第３図に示す
ように基端部に前記燃料ノズル１０の取付部１１
を螺合させる雌ねじの取付部２１に設けられてお
り、空気取入用の複数個の切欠２２が設けられて
いる。つづいて燃料ノズル１０を接合したとき、
前記燃料ノズル１０の円錐形先端部に対応して空
気通路を形成すべく円錐状の１次空気用開口２３
が設けてあつて、燃料ノズル１０をその軸心に沿
つた方向に位置調節することによつて調節可能な
１次空気取入口S₁として燃料ノズル１０の外周と
１次混合ノズル２０の内周との間に所定隙間が設
けられ、さらにつづいて１次空気量を制限する絞
り部２４が形成されている。該絞り部２４の長さ
l₁および口径d₁は空気量の制限、ひいては燃料ガ
スとの１次混合比を決定する重要な要素となつて
いる。

前記絞り部２４に続いてさらにゆるやかに末広
がりを有する圧力回復部２５が同心に穿設され、
最先端がナイフエツジ２０ａに形成されている。
該圧力回復部２５の末広がり角θ₁と、長さL₁とは
前記絞り部を通過して流出する１次混合ガスの速
度エネルギーを圧力エネルギーに変換させるとと
もに、１次混合ガスに逆引火しないだけの流速を
保持するように定められている。

一方、該１次混合ノズル２０の先端外周部は円
錐形に形成され、つづいて円筒部には２次混合ノ
ズル３０に接合させるための雄ねじからなる取付
部２６が設けられている。

２次混合ノズル３０は、第４図、第５図に示す
ように、後端部内周に１次混合ノズル２０に設け
られている取付部２６と螺合する雌ねじ取付部３
１を設けるとともに、１次混合ノズル２０の位置
を調節することで大きさ調節可能な所定隙間の２
次空気取入口S₂に連通する複製個の吸込口３２が
設けられている。つづいて１次混合ノズル２０の
先端円錐形に対応して円錐形の２次空気用開口３
３が設けられ、さらにつづいて空気の取入量を制
限する絞り部３４が穿設されている。該絞り部３
４における内径d₂および長さl₂は２次空気の取入
量を制御する重要なフアクターである。

さらに前記絞り部３４に続いてはゆるやかな末
広がりをなす圧力回復部３５が構成されている。
該圧力回復部３５は、絞り部３４を通過する２次
混合ガスの速度エネルギーを圧力エネルギーに変
換する作用をなし、末広がり角θ₂および長さL₂は
該圧力回復部３５の噴出端において混合ガスが当
初保有していたガス圧力の大半を回復させるとと
もに、一方流速が火焔伝播速さ以下とならないよ
うに構成されている。

そして前記圧力回復部３５に続いては末広がり
角の大きい着火部３６が設けられており、一方外
周の先端部分にはバーナ取付部材６０を結合する
ための取付部３７が設けられている。

前記２次混合ノズル３０の先端部に取付けられ
る保焔板４０は、第６図、第７図に示すように、
中央部に主噴出口４１を穿設し、周りに複数個の
副噴出小孔４２と、さらに円周の板部を切欠いて
周緑噴出口４３が設けられて、混合ガスが流出す
るようになつている。

末広がり管５０は、第８図に示すように後端内
周に前記２次混合ノズルの外周に設けられた取付
部３７に接合される取付部５１が設けられてお
り、保焔板４０を狭持する爪部５２に続いて末広
がり部５３が設けられ、外周全長にわたりバーナ
取付部６０に接合する取付部５４が設けられてい
る。

バーナ取付部材６０は、第９図、第１０図に示
すように、中心部に前記末広がり管５０に接合す
る取付部６１ａが設けられた保持リング６１と、
周縁を伝熱管などの管端に圧入して取付けるため
の縁辺部６２ａを成形した取付板６２とから成つ
ている。

次に作用を説明する。

上記のように成された各機能部材は第１図に示
すように組み立てられ、燃料燃焼バーナＢが構成
される。

燃料ノズル１０の基端に図示しない燃料源部が
結合され、燃料が供給される。この燃料は一般に
都市ガス又はこれに準ずるガスが使用され、その
供給圧力は大気圧よりも水柱圧数百ミリメートル
高い程度である。

燃料ノズル１０の噴出口１２から噴出する燃料
ガスは該部において高い噴出速度が得られ、圧力
は低気圧が速度水頭となつて燃料ノズル１０の先
端外周の円錐部と、１次混合ノズル２０の１次空
気用開口２３との間に形成される１次空気の取込
口C₁を通つて１次空気が誘導される。該１次空
気の取込量は１次混合ノズル２０の絞り部２４の
口径d₁によつて制御されている。

１次空気と燃料ガスとは絞り部２４の通過中に
１次混合ガスとなり圧力回復部２５に流出する。

圧力回復部２５では、絞り部２４中の速度エネ
ルギーは徐々に回復され、角度θ₁が必要角度で長
さL₁が口径d₁に対し必要長とすれば、燃料ガスの
噴出前の圧力近傍まで回復され、しかも該部にお
ける流速はなお火焔伝播速度を下回らないよう末
広がり角θ₁および長さL₁が設定されている。

可燃ガス中における火焔伝播速度は、ガスの種
類、空気との混合比、圧力、温度などによつて変
わるものであり、必ずしも一定でないが、何れに
しても一般市販供給ガス類似燃焼を都市ガスとし
て用いるものの通常使用状態における火焔伝播速
度は毎秒数十センチメートル程度であり、前記圧
力回復部２５内の１次混合ガスの流速はこれを下
まわらないよう設定されるものである。

１次混合ノズル２０の先端から大気圧中に放出
された１次混合ガスは、ここで大気圧以下とな
り、１次混合ノズル２０の先端部と、２次混合ノ
ズル３０の２次空気用開口３３とで構成される２
次空気取入口C₂から空気を吸込み、絞り部３４
中で２次混合ガスを形成するが、該絞り部３４の
口径d₂は取入空気量が１次混合ガスと混合して丁
度適量の混合比となるように制御作用をなしてい
る。

絞り部３４中で混合され、圧力回復部３５中に
流れた２次混合ガスは該圧力回復部３５で燃料ガ
スの初期圧力の大部分が回復される。しかしなが
ら流速は依然前記火焔伝播速度を下回らないよう
末広がり角θ₂と長さL₂が決められている。

２次混合ガスは続いて２次混合ノズル３０の先
端部に設けられている着火部において流速が火焔
着火可能速度にまで低下させられ燃焼が開始す
る。

保焔板４０は前面によどみを作り、後流側に複
雑な渦流を作つて火焔の保持作用をなしている。

なお、本発明は単独の自己ガス圧により、その
圧力範囲内で燃焼部ガス圧力が有圧であるバーナ
に広く適用可能であり、１次混合ノズル及び２次
混合ノズルをインゼクター形に代えてエゼクター
形にしてもよく、また、空気取入口から単なる空
気を取り入れるのに代えて、富酸素膜による富酸
素空気又は酸素を取り入れてもよい。

（発明の効果） 本発明に係る燃料燃焼バーナは上記のように燃
料の元ガスの保有エネルギーによつて燃焼用一次
空気を吸入し、この混合気の噴射時のエネルギー
損を回復し、その回復した混合気体の保有するエ
ネルギーでもつて再度燃焼空気を２次空気取入口
から吸入し、燃料ノズル及び１次混合ノズルの最
先端をナイフエツジに形成し、該燃料ノズル及び
１次混合ノズルを軸心方向に移動可能にして１次
空気取入口及び２次空気取入口の大きさを調節可
能としたことにより、燃料ガスと空気との混合比
を最適に調節することができ、しかも着火点にお
いても尚充分噴出圧力を維持しているから、伝熱
管中などの火焔導入が充分なされ、他の送気手段
を要せず、安価に構成することが可能となつた。

また、本発明に係る燃焼バーナでは、２次混合
ノズルの先端に大きな末広がり角をなす着火部を
同心に穿設してあり、混合ガスが流出する複数の
孔を有し、２次混合ノズルの先端部に取付けられ
る保焔板と、該保焔板の周縁を囲繞して取付けら
れる末広がり管とを設けたことにより、当該保焔
板の前面によどみを作り、後流側に渦流を生じさ
せて逆火を防ぎ火焔を安定的に保持することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

各図は本発明の一実施例を示しており、第１図
は燃料燃焼バーナの縦断面図、第２図は１次混合
ノズルの縦断面図、第３図は片側半分のみを示す
同じく後部正面図、第４図は２次混合ノズルの縦
断面図、第５図は片側半分のみを示す同じく後部
正面図、第６図は保焔板の正面図、第７図は同じ
く縦断面図、第８図は末広がり管の縦断面図、第
９図はバーナ取付部材の縦断面図、第１０図は同
じく背面図である。 Ｂ……燃料燃焼バーナ、C₁……１次空気取入
口、C₂……２次空気取入口、d₁……１次混合ノズ
ル絞り部の口径、l₁……１次混合ノズル絞り部の
長さ、L₁……１次混合ノズル圧力回復部の長さ、
θ₁……１次混合ノズル圧力回復部の末広がり角、
d₂……２次混合ノズル絞り部の口径、l₁……２次
混合ノズル絞り部の長さ、L₂……２次混合ノズ
ル圧力回復部の長さ、θ₂……２次混合ノズル圧力
回復部の末広がり角、S₁……１次空気取入口、S₂
……２次空気取入口、１０……燃料ノズル、１０
ａ……ナイフエツジ、１２……噴出口、２０……
１次混合ノズル、２０ａ……ナイフエツジ、２３
……１次空気用開口、２４……絞り部、２５……
圧力回復部、３０……２次混合ノズル、３３……
２次空気用開口、３４……絞り部、３５……圧力
回復部、３６……着火部、４０……保焔板、５０
……末広がり管、６０……バーナ取付部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 円筒先端外周を円錐形に成形し、内部に軸心
   に沿つてガス噴出口を穿設してなる燃料ノズル
   と、基端内固が燃料ノズルの前記先端円錐形部分
   に対応する円錐形状をなし、前記燃料ノズルの前
   記円錐形部分が所定の隙間の第１次空気取入口を
   設けて挿嵌される１次空気用開口と、該１次空気
   用開口に続く所定口径の絞り部及び該絞り部に続
   きゆるやかな末広がり形状とした圧力回復部を同
   心に穿設するとともに、先端部外周を円錐形に成
   形してなる１次混合ノズルとを備えた燃焼バーナ
   において、基端内周が１次混合ノズルの前記先端
   円錐形部分に対応する円錐形状をなし、前記１次
   混合ノズルの前記円錐形部分が所定隙間の２次空
   気取入口を設けて挿嵌される２次空気用開口、該
   ２次空気用開口に続く所定口径の絞り部、該絞り
   部に続きゆるやかな末広がり形状とした圧力回復
   部及び該圧力回復部に続き大きな末広がり角をな
   した着火部を穿設してなる２次混合ノズルと、混
   合ガスが流出する複数の孔を有し、前記２次混合
   ノズルの先端部に取付けられる保焔板と、該保焔
   板の周縁を囲繞して取付けられる末広がり管とを
   設け、前記燃料ノズル及び１次混合ノズルの最先
   端をナイフエツジに形成し、該燃料ノズル及び１
   次混合ノズルを軸心に沿つて移動可能にして前記
   １次空気取入口及び２次空気取入口の大きさを調
   節可能としたことを特徴とする自己ガス圧利用加
   圧式燃焼バーナ。