JPH0719426A

JPH0719426A - バーナ装置

Info

Publication number: JPH0719426A
Application number: JP16457593A
Authority: JP
Inventors: Takao Horie; 孝男堀江; Shoichi Sakai; 正一酒井; Masahito Mishima; 雅人三島; Mitsuyasu Nakajima; 三泰中嶋; Kenjiro Nakajima; 賢次郎中島; Tatsuya Suzuki; 達哉鈴木; Takashi Tenkou; 孝天高
Original assignee: GIFU GAS KK; Okamoto Corp; Toho Gas Co Ltd
Current assignee: GIFU GAS KK; Okamoto Corp; Toho Gas Co Ltd
Priority date: 1993-07-02
Filing date: 1993-07-02
Publication date: 1995-01-20

Abstract

(57)【要約】【目的】燃料と燃焼用空気の混合性および保炎性が向
上されて、幅広い燃焼条件範囲で安定した燃焼状態を得
ることのできるバーナ装置を提供すること。【構成】バーナ本体１８とバーナタイル２０の間に配
設されたバッフル板３８に対して、燃焼用空気の噴出孔
４２を、バーナタイル２０の軸心に対して周方向同一方
向に且つ軸直角方向外方に傾斜して複数個設けると共
に、燃料の噴出孔４６の噴出口４４を、それら燃焼用空
気の噴出孔４２の噴出口４０の内方に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、溶解炉や熱処理炉等の工業炉に
好適に用いられるバーナ装置に係り、特に燃料と燃焼用
空気の混合性および保炎性が向上されて優れた燃焼性能
が発揮され、幅広い燃焼条件範囲で安定した燃焼状態を
得ることのできるバーナ装置に関するものである。

【０００２】

【背景技術】従来から、工業炉等に用いられるバーナ装
置の一種として、燃料と燃焼用空気をバーナタイルの内
孔に噴出させて混合し、燃焼させるようにした拡散燃焼
式のものが知られている。

【０００３】そして、このような拡散燃焼式のバーナ装
置にあっては、バーナタイルの内孔に混合ガスの渦流発
生箇所が設けられ、そこで保炎することにより、火炎起
点部が設定されるようになっている。具体的には、従
来、かかる保炎部は、バーナタイルの内孔を急激に拡径
させて、その段差部に渦流を発生させたり、或いは燃料
や燃焼用空気の噴出ノズルをバーナタイルの内孔に突出
させて、かかるノズルの噴出口の近くに再循環領域を形
成して渦流を発生させること等によって、構成されてい
る。

【０００４】ところで、かくの如きバーナ装置におい
て、燃焼状態を安定化させて、空燃比やターンダウンレ
シオ等の燃焼条件の設定範囲を広く確保すると共に、優
れた燃焼効率を得るには、燃料と燃焼用空気の混合性を
向上させる必要がある。そして、そのためには、燃料や
燃焼用空気の流速上昇が有効であることが知られてい
る。

【０００５】ところが、従来構造のバーナ装置では、燃
料や燃焼用空気の流速を上昇させると、保炎部の流速も
上昇して保炎性が悪化し、火炎起点部の位置が不安定と
なって、振動燃焼や騒音の発生原因となるという問題が
あり、最悪の場合には、失火してしまう恐れもあった。
それ故、燃料や燃焼用空気の流速の上昇には、実用上の
限界があり、充分な燃料と燃焼用空気の混合性を得るこ
とが、極めて困難であった。

【０００６】また、ノズルをバーナタイルの内孔に突出
させた構造のものにおいては、ノズル先端部にフランジ
部等を形成して、その後流側に生ぜしめられる渦流域で
の保炎性の向上を図ることも考えられるが、かかる構造
のものでも、燃料や燃焼用空気の流速を上昇させた場合
に、保炎部の流速上昇に起因する保炎性の悪化が避けら
れず、しかも、突出したノズル先端部がバーナタイルの
高温雰囲気中に晒されるために、充分な耐久性が得られ
難いという問題もあった。

【０００７】

【解決課題】ここにおいて、本発明は、上述の如き事情
を背景として為されたものであって、その解決課題とす
るところは、燃料と燃焼用空気の混合性が向上されて、
優れた燃焼効率が発揮されると共に、幅広い燃焼条件範
囲で良好なる燃焼状態を得ることのできるバーナ装置を
提供することにある。

【０００８】また、本発明は、保炎性が向上されて、火
炎起点部の安定化と、それに伴う燃焼状態の安定化が図
られ、振動や騒音の発生原因となる異常燃焼が防止され
るバーナ装置を提供することも、目的とする。

【０００９】

【解決手段】そして、このような課題を解決するため
に、請求項１に記載の本発明の特徴とするところは、燃
料と燃焼用空気をバーナタイルの内孔に噴出させて混合
し、燃焼させるようにしたバーナ装置において、前記燃
料および前記燃焼用空気の前記バーナタイル内孔への噴
出部にバッフル板を配設し、かかる燃焼用空気の噴出孔
を、該バーナタイル内孔の軸心周りに複数個、かかる軸
心に対して周方向同一方向に且つ軸直角方向外方に傾斜
して形成すると共に、それら燃焼用空気の噴出孔の開口
部の内方に、前記燃料の噴出孔の開口部を位置せしめた
ことにある。

【００１０】また、請求項２に記載の本発明の特徴とす
るところは、請求項１に記載の発明に係るバーナ装置に
おいて、前記燃料の噴出孔より噴出される燃料に、前記
燃焼用空気の噴出孔より噴出される燃焼用空気と略同一
の噴出方向を与える導流部材を、前記燃料の噴出孔に設
けたことにある。

【００１１】更にまた、請求項３に記載の本発明の特徴
とするところは、請求項１又は２に記載の発明に係るバ
ーナ装置において、前記燃料の噴出孔を環状断面とし、
該噴出孔の中心部を貫通して、前記バーナタイルの内孔
に開口するガス流通孔を形成したことにある。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を更に具体的に明らかにするた
めに、本発明の実施例について、図面を参照しつつ、詳
細に説明する。

【００１３】先ず、図１には、本発明の一実施例とし
て、工業炉に用いられるガスバーナ１０が示されてい
る。かかるガスバーナ１０は、それぞれ略円筒形状を呈
する内側筒状体１２、中間筒状体１４、外側筒状体１６
が、同一軸心上に配設されて三重管構造とされたバーナ
本体１８と、かかるバーナ本体１８における各筒状体１
２，１４，１６の軸方向一方の開口部に取り付けられた
厚肉筒状のバーナタイル２０とによって、構成されてい
る。

【００１４】より詳細には、バーナ本体１８を構成する
内側筒状体１２は、比較的小径の円筒形状を呈してお
り、軸方向後方（図中、右側）の端部が開口されて、ガ
ス供給口２２に接続されている一方、軸方向前方の端部
が閉塞されて、そこに小口のガス噴出口２４が設けられ
ている。また、この内側筒状体１２の内孔は、ガス供給
口２２から供給されるガスを、ガス噴出口２４に導くガ
ス流通孔２６とされている。

【００１５】さらに、かかる内側筒状体１２の筒壁部に
は、軸方向中間部分に位置して、径方向外方に向かって
突出する複数枚の平板状の旋回羽２８が、管軸方向に対
して所定角度傾斜して固着されている。更に、内側筒状
体１２の筒壁部の先端部には、径方向外方に突出し、そ
の突出高さが、先端側に行くに従って次第に大きくなっ
て拡径する整流突部３０が、一体的に形成されている。

【００１６】また、中間筒状体１４は、内側筒状体１２
よりも大径で、長さの短い円筒形状を呈しており、軸方
向後方の端部に、外向きのフランジ部３２を有してい
る。そして、かかるフランジ部３２には、側壁部に燃料
ガス供給口３４が設けられた接続匣体３６が固着されて
おり、中間筒状体１４の内孔が、この接続匣体３６内に
開口されている。

【００１７】また一方、中間筒状体１４の軸方向前方の
端部には、径方向外方に向かって広がる円板状のバッフ
ル板３８が、一体的に形成されている。そして、かかる
バッフル板３８には、径方向中間部分において、同一円
周上に八個の貫通孔４０が設けられており、それら各貫
通孔４０に対して、後方側から、ガイドパイプ４２が挿
入され、後方に所定長さ突出する状態で固着されてい
る。また、図２に示されているように、これらの貫通孔
４０は、いずれも、中間筒状体１４の軸心に対して周方
向同一方向および軸直角方向外方に傾斜して形成されて
おり、ガイドパイプ４２が、傾斜して装着されるように
なっている。

【００１８】そうして、かくの如き中間筒状体１４は、
前記内側筒状体１２に外挿されており、内側筒状体１２
を内部に収容する状態で、同軸的に配設されている。な
お、内側筒状体１２は、その軸方向前方の端面が、バッ
フル板３８の前面と略同一面上に位置せしめられている
一方、その軸方向後方の端部が、中間筒状体１４の後方
開口部から突出し、接続匣体３６内を貫通して、ガス供
給口２２に接続されている。

【００１９】これによって、内側筒状体１２と中間筒状
体１４の筒壁部間には、円環状断面を呈し、燃料ガス供
給口３４から供給される燃料ガスを、前方の燃料ガス噴
出口４４に導く燃料ガス噴出孔４６が、形成されてい
る。また、この燃料ガス噴出孔４６内には、内側筒状体
１２に設けられた旋回羽２８と整流突部３０が位置せし
められており、流通される燃料ガスが、旋回羽２８によ
り周方向に旋回する螺旋流とされた後、整流突部３０に
より軸直角方向外方に向かって広がる拡開流とされて、
燃料ガス噴出口４０から前方に噴出されるようになって
いる。

【００２０】さらに、中間筒状体１４には、外側筒状体
１６が外挿され、中間筒状体１４を内部に収容する状態
で、同軸的に配設されている。かかる外側筒状体１６
は、中間筒状体１４よりも大径の円筒形状を呈してお
り、筒壁部に燃焼用空気供給口４８が設けられている。
また、この外側筒状体１６には、軸方向後方端部に内向
きのフランジ部５０が、軸方向前方端部に外向きのフラ
ンジ部５２が、それぞれ、一体的に形成されている。

【００２１】そして、かかる外側筒状体１６は、その後
方のフランジ部５０が中間筒状体１４のフランジ部３２
に固着される一方、前方のフランジ部５２がバッフル板
３８に固着されることにより、中間筒状体１４に固設さ
れている。

【００２２】これによって、中間筒状体１４と外側筒状
体１６の筒壁部間には、燃焼用空気供給口４８から供給
される燃焼用空気を、バッフル板３８に固着されたガイ
ドパイプ４２に導く燃焼用空気の供給流路５４が形成さ
れている。そして、この供給流路５４によって導かれた
燃焼用空気は、各ガイドパイプ４２を通じて、バッフル
板３８の貫通孔４０から前方に噴出されるようになって
いる。

【００２３】また、各ガイドパイプ４２は、周方向およ
び径方向外方に向かって傾斜して配設されていることか
ら、燃焼用空気が、バッフル板３８の各貫通孔４０か
ら、周方向および径方向外方に向かって噴出されるよう
になっている。なお、このことから明らかなように、本
実施例では、ガイドパイプ４２によって燃焼用空気の噴
出孔が構成されていると共に、バッフル板３８の貫通孔
４０が燃焼用空気の噴出孔の開口部とされている。

【００２４】さらに、このような構造とされたバーナ本
体１８には、バーナタイル２０が、バッフル板３８の前
面に固着されることにより、取り付けられている。かか
るバーナタイル２０は、テーパ状の内孔５６を有してお
り、この内孔５６の小径側の開口端面においてバッフル
板３８に重ね合わされ、内孔５６が、バーナ本体１８を
構成する筒状体１２，１４，１６と同軸的に位置するよ
うに取り付けられている。

【００２５】それによって、バーナ本体１８のガス噴出
口２４，燃料ガス噴出口４４および燃焼用空気噴出口と
しての貫通孔４０が、それぞれ、バーナタイル２０にお
ける内孔５６の小径側端部に開口せしめられている。

【００２６】上述の如き構造とされたガスバーナは、例
えば、ガス供給口２２から空気を、燃料ガス供給口３４
から天然ガス等の燃料ガスを、燃焼用空気供給口４８か
ら空気を、それぞれ供給し、それによって、ガス噴出口
２４から空気を、燃料ガス噴出口４４から燃料ガスを、
貫通孔４０から燃焼用空気を、それぞれ、バーナタイル
２０の内孔５６に噴出せしめることにより、かかる内孔
５６内で燃料ガスと燃焼用空気を拡散混合させて燃焼せ
しめ、火炎を形成する。

【００２７】そこにおいて、図３に示されているよう
に、貫通孔４０から噴出する燃焼用空気は、バーナタイ
ル２０の内孔５６の内周面に向かって周方向に傾斜して
噴出することから、内孔５６内に、図３中に矢印：Ａで
示されている如き、螺旋状に旋回する空気流が発生す
る。また、バッフル板３８の表面には、貫通孔４０から
噴出する燃焼用空気の運動エネルギによる吸引効果（連
行作用）に基づいて、図３中に矢印：Ｂで示されている
如き、中心部側から燃焼用空気の噴出部である貫通孔４
０に向かう引込流が発生する。

【００２８】そして、かかる引込流（Ｂ）によって、燃
料ガス噴出口４４より噴出された燃料ガスが、バッフル
板３８の表面を流れて燃焼用空気に吸引されることか
ら、この引込流（Ｂ）の吸引力と、空気流（Ａ）の旋回
力の相乗的作用によって、燃料ガスと燃焼用空気が、急
速に混合する。

【００２９】なお、本実施例では、燃料ガス噴出孔４６
内に配設された旋回羽２８および整流突部３０によっ
て、燃料ガスが、空気流（Ａ）と略同一の方向に向かう
旋回流として燃料ガス噴出口４４から噴出することか
ら、引込流（Ｂ）が効果的に発生し、燃料ガスと燃焼用
空気とが、一層有利に混合することとなる。

【００３０】また、旋回する空気流の内部において、燃
焼した熱流と未燃焼の燃料ガスと燃焼用空気の混合ガス
の一部が、旋回する空気流から離れて空気噴出口である
貫通孔４０に向かって再循環することから、図３中に矢
印：Ｃで示されている如き、比較的大きなドーナツ状の
再循環領域が形成され、そこに、大きな渦流が発生す
る。

【００３１】そして、この渦流（Ｃ）によって、容積の
大きな保炎部が形成されて、バッフル板の表面近くが火
炎起点部となる。即ち、かかる保炎部は、容積が大き
く、従来構造のバーナ装置で形成される保炎部の渦流に
比べて流速が充分に遅いことから、燃料ガスの燃焼用空
気の混合性を向上させるべく空気流（Ａ）の速度を上げ
ても、火炎起点部の安定性が充分に確保され得るのであ
る。因みに、本発明者が実験したところ、空燃比＝０．
９〜２．０，ターンダウンレシオ＝１：１０以上の広い
燃焼条件の範囲に亘って、安定した燃焼が継続され得る
ことが、確認された。

【００３２】さらに、内側筒状体１２内に形成されたガ
ス流通孔２６を流通せしめられる空気は、内側筒状体１
２を冷却する。なお、本実施例では、このガス流通孔２
６を流通せしめられる空気は、主に、内側筒状体１２の
冷却を目的とするものであり、貫通孔４０を通じて噴出
される燃焼用ガスの数％程度の流量に設定することがで
きる。

【００３３】なお、かくの如きガスバーナ１０におい
て、燃焼用空気の噴出角度、即ちガイドパイプ４２の配
設角度は、燃焼用空気の流量や貫通孔４０の口径、バー
ナタイル２０の口径等によっても異なるが、前述の如き
空気流（Ａ），引込流（Ｂ）および渦流（Ｃ）を有効に
生ぜしめ、より優れた混合性と保炎性を得るためには、
かかるガイドパイプ４２の軸心（バーナタイル２０の内
孔５６の軸心）に対する傾斜角度を、周方向において１
０°〜３０°，径方向において１０°〜３０°の範囲に
設定することが望ましい。

【００３４】従って、上述の如き構造とされたガスバー
ナ１０にあっては、燃焼用ガスと燃焼用空気の混合性の
向上と、保炎性の向上（火炎起点部の安定化）が、共
に、有利に達成され得るのであり、また、それによっ
て、燃焼効率の向上と燃焼の安定化が図られて、短炎化
および振動や騒音の低減が、いずれも有利に達成され得
る。

【００３５】また、かかるガスバーナ１０においては、
バッフル板３８からノズル等を突出形成する必要がな
く、各部材の直接的な被炎を回避できることから、耐久
性の向上も有利に図られ得る。

【００３６】更にまた、かかるガスバーナ１０にあって
は、バーナタイル２０や各筒状体１２，１４，１６とし
て、簡単な形状および構造のものを採用できることか
ら、製造が容易で製造コストが安いという利点もある。

【００３７】さらに、かかるガスバーナ１０において
は、噴出される燃焼用空気の吸引効果に基づいて、燃料
ガスが吸引される構造のため、炉内圧が変動した場合で
も、火炎起点部への炉内圧の影響が少なく、安定した燃
焼状態が維持され得るといった利点もある。

【００３８】加えて、上述の如きガスバーナ１０におい
ては、ガス供給口２２から、空気の代わりに酸素を供給
し、ガス噴出口２４から酸素を噴出せしめることも可能
である。即ち、それによって、旋回する空気流（Ａ）の
中心部に位置する火炎中心部に、高温の酸素火炎を形成
することができる。

【００３９】そして、このような酸素火炎は、バーナタ
イル２０の内孔５６の中心部に形成されることから、貫
通孔４０から噴出される燃焼用空気に酸素を混入させて
火炎温度の上昇を図る場合に比べ、バーナタイル２０の
温度上昇を抑えて、その耐久性を確保しつつ、火炎温度
の上昇を図ることが可能となる。

【００４０】以上、本発明の実施例について詳述した
が、本発明は、かかる具体例にのみ限定して解釈される
ものではない。

【００４１】例えば、前記実施例では、燃料ガス噴出孔
４６内に、導流部材としての旋回羽２８および整流突部
３０が配設されていたが、そのような導流部材は、必ず
しも必要なものではない。即ち、燃料ガスを軸方向に噴
出させた場合でも、噴出される燃焼用空気の吸引効果に
基づく、燃料ガスと燃焼用空気の混合性の向上効果等
は、有効に発揮され得るものである。

【００４２】また、前記実施例では、燃料ガス噴出孔４
６の内側にガス流通孔２６が形成されていたが、かかる
ガス流通孔２６は、必ずしも必要ではない。

【００４３】更にまた、燃料ガス噴出口の形状は、前記
実施例の如き円環形状のものに限定されるものではな
く、複数の貫通孔等によって形成しても良い。

【００４４】さらに、燃焼用空気として、空気のみでな
く、酸素等を混入させた空気を採用することも、勿論、
可能である。

【００４５】その他、一々列挙はしないが、本発明は、
当業者の知識に基づいて、種々なる変更，修正，改良等
を加えた態様において実施され得るものであり、また、
そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限
り、いずれも、本発明の範囲内に含まれるものであるこ
とは、言うまでもない。

【００４６】

【発明の効果】上述の説明から明らかなように、本発明
に従う構造とされたバーナ装置においては、噴出される
燃焼用空気によって燃料に及ぼされる吸引効果と、バー
ナタイル内孔を旋回流通せしめられる燃焼用空気の旋回
力とによって、燃料と燃焼用空気が急速に混合されるこ
とから、優れた混合性が発揮されて、燃焼条件の設定範
囲の拡大と燃焼効率の向上が図られ得る。

【００４７】また、本発明に係るバーナ装置において
は、容積の大きな再循環領域によって保炎部が形成され
ることから、保炎部における流速が抑えられ、火炎起点
部の安定化および燃焼状態の安定化が図られて、振動や
騒音も効果的に防止され得る。

【００４８】さらに、請求項２に記載の本発明に係るバ
ーナ装置においては、燃料噴出孔より噴出された燃料
が、燃焼用空気の空気流に有利に導かれることから、燃
料と燃焼用空気の混合性が、一層向上され得る。

【００４９】また、請求項３に記載の本発明に係るバー
ナ装置においては、ガス流通孔を通じて空気等の冷却ガ
スを流通せしめることが可能であり、それによって、燃
料の噴出孔を形成する部材に対する冷却効果が発揮され
ることから、かかる部材の耐久性の向上が図られ得る。

【００５０】更にまた、かかる請求項３に記載の本発明
に係るバーナ装置においては、ガス流通孔を通じて酸素
ガスを流通せしめることも可能であり、それによって、
バーナタイルの壁面から離れた火炎中心部に高温の酸素
火炎が形成されることから、バーナタイルの温度上昇を
抑えて耐久性を確保しつつ、高温の火炎を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としてのガスバーナを示す縦
断面図である。

【図２】図１におけるII−II断面に相当する説明図であ
る。

【図３】図１に示されているガスバーナのバーナタイル
内孔における燃焼用空気等の流動状態を説明するための
説明図である。

【符号の説明】

１０ガスバーナ１８バーナ本体２０バーナタイル２４ガス噴出口２６ガス流通孔２８旋回羽３０整流突部３８バッフル板４０貫通孔４２ガイドパイプ４４燃料ガス噴出口４６燃料ガス噴出孔５６内孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者酒井正一岐阜県各務原市那加西市場町１丁目22番地 (72)発明者三島雅人岐阜県各務原市那加西市場町４丁目１− 121 サニーハイツ花みずき (72)発明者中嶋三泰愛知県名古屋市熱田区桜田町19番18号東邦瓦斯株式会社内 (72)発明者中島賢次郎愛知県名古屋市熱田区桜田町19番18号東邦瓦斯株式会社内 (72)発明者鈴木達哉愛知県名古屋市熱田区桜田町19番18号東邦瓦斯株式会社内 (72)発明者天高孝岐阜県岐阜市加納坂井町２番地岐阜瓦斯株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料と燃焼用空気をバーナタイルの内孔
に噴出させて混合し、燃焼させるようにしたバーナ装置
において、前記燃料および前記燃焼用空気の前記バーナタイル内孔
への噴出部にバッフル板を配設し、かかる燃焼用空気の
噴出孔を、該バーナタイル内孔の軸心周りに複数個、か
かる軸心に対して周方向同一方向に且つ軸直角方向外方
に傾斜して形成すると共に、それら燃焼用空気の噴出孔
の開口部の内方に、前記燃料の噴出孔の開口部を位置せ
しめたことを特徴とするバーナ装置。
【請求項２】前記燃料の噴出孔より噴出される燃料
に、前記燃焼用空気の噴出孔より噴出される燃焼用空気
と略同一の噴出方向を与える導流部材を、前記燃料の噴
出孔に設けた請求項１に記載のバーナ装置。
【請求項３】前記燃料の噴出孔を環状断面とし、該噴
出孔の中心部を貫通して、前記バーナタイルの内孔に開
口するガス流通孔を形成した請求項１又は２に記載のバ
ーナ装置。