JP2001021110A - ガスバーナの燃焼方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスバーナのノズルの向きと被加熱物との位
置関係を燃焼目的に応じた最適の位置関係にセットでき
ない場合であっても、従来の燃焼方法と比較して、より
高い目的達成率を得ることを可能としたガスバーナの燃
焼方法及び装置を得る。 【解決手段】 ガスバーナ２からの燃焼火炎９の形成側
に電極板となりうる部材１を配置し、ガスバーナからの
燃焼火炎中に一方の電荷を持つ電極４を挿入し、前記電
極板となりうる部材に他方の電荷を持たせた状態でガス
バーナの燃焼を行う。それにより、燃焼火炎９は電極板
となりうる部材１に向けて整形される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスバーナの燃焼
方法及び装置に関し、特に、ガスバーナからの燃焼火炎
の形状や向きを整形することを可能としたガスバーナの
燃焼方法と該燃焼方法を用いるガスバーナの燃焼装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスバーナの燃焼において、バーナノズ
ルの先端に形成される燃焼火炎の形状は、原則的に、ノ
ズルの径やノズル角度、燃焼ガスの噴射速度、種別、空
気比、などの燃焼要因によって定まるものであり、燃焼
条件が与えられると、自ずとそれに応じた一つの火炎形
状でもって燃焼は進行する。従って、何らかの目的で燃
焼火炎の形状や向きを変える場合には、その目的に応じ
て上記の各種燃焼要因のいずれかを変更し、所要の火炎
を得るようにしている。

【０００３】すなわち、ある燃焼条件のもとで、それに
応じた燃焼火炎がバーナノズルの先端に形成されるとき
に、該火炎により高い加熱効率で被加熱物を加熱しよう
とすれば、ガスバーナと被加熱物との相対位置関係を調
整して高い効率を得るようにしており、燃焼装置あるい
は被加熱物の置かれている環境から、ガスバーナと被加
熱物との位置関係を最適な加熱条件が得られる位置関係
にセットできない場合には、加熱効率が低下するのは避
けられない。

【０００４】例えば、燃料ガスとして都市ガスを用いる
ガスバーナの場合、火炎（拡散火炎）は浮力によって上
方に持ち上がる傾向にあるために、被加熱物を下に置
き、上方からガスバーナの火炎を照射して加熱するやり
方で高い加熱効率を得ることは困難であり、そのため
に、都市ガスは、例えば金属熔着用の火炎源としてアセ
チレンのようには頻繁には用いられない。また、金属溶
解炉などにおいては、上方から火炎を溶解面に高い加熱
効率で照射できるように、燃料噴射ノズル径の調整によ
り流速を速める、又は、ノズル角度を調整するなどのよ
うな特別の工夫をすることが求められる。

【０００５】さらに、溶融金属を鋳型に鋳込んで種々の
鋳物物品を製造する場合に、鋳物物品の離型性を確保
し、また鋳型の鋳型面の保護をするために、鋳型面にバ
ーナ火炎を照射して煤を離型剤として塗布することが行
われるが（例えば、特開昭５６−１６５５５５号公報、
特開平５−１０４２０４号公報など）、都市ガスを燃料
ガスとする火炎は、通常の燃焼状態では煤の発生が少な
いと共に、前記のように上方に持ち上がる傾向があるた
めに、煤を付着させるべき面がバーナノズルの下方や側
方にある場合には、十分な量の煤を付着させることが困
難となる。

【０００６】そのために、例えば図８ａに示すような溶
融銅２０から銅線２１を連続鋳形する装置においては、
従来、燃料ガスとして、燃焼速度が高く、高流速で下方
や側方へ火炎を噴き出すことのできるアセチレンが用い
られ、アセチレン＋空気（燃料過剰条件）予混合バーナ
１０からの火炎で大量の煤を発生させて、図８ｂに示す
ように、鋳型１１の鋳型面１２へ煤による保護膜１３を
形成するのが普通となっている。なお、図８において、
１５は溶融銅流し込み用の鋳口であり、１６は溶融銅案
内用の金属ベルトである。しかしアセチレンは自爆性が
あり取り扱いに細心の注意が必要とされ、かつ高価であ
る。また、発生する大量の煤のすべてが付着するわけで
はなく、対流や浮力により広範囲に飛散してしまい、捕
捉効率が高いとはいえない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はガスバーナか
らの燃焼火炎が抱えている上記のような事情に鑑みてな
されたものであり、ガスバーナのノズルの向きと被加熱
物との位置関係を燃焼目的に応じた最適の位置関係にセ
ットできない場合であっても、従来の燃焼方法と比較し
て、より高い目的達成率を得ることを可能としたガスバ
ーナの燃焼方法を得ることを目的とする。また、その燃
焼方法を用いる燃焼装置を得ることを目的とする。

【０００８】本発明による燃焼方法及び装置によれば、
例えば加熱の目的でガスバーナを燃焼させる場合には、
燃焼火炎の持つ熱量を被加熱物へ伝熱する割合を効果的
に高めることができ、また、鋳型面に煤を付着させよう
とする場合には、例え都市ガスを燃料ガスとする場合で
あっても、煤の付着量を確実に増加させることができ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決すべく、ガスバーナからの燃焼火炎の態様につ
いて多くの観察と実験を行う過程において、燃焼火炎の
中に電極を挿入したときに、火炎の形状や向きに変化が
生じることを知見し、本発明をなすに至った。

【００１０】すなわち、本発明によるガスバーナの燃焼
方法は、基本的に、ガスバーナからの燃焼火炎形成側に
電極板となりうる部材を配置し、ガスバーナからの燃焼
火炎中に一方の電荷を持つ電極を挿入し、前記電極板と
なりうる部材に他方の電荷を持たせた状態でガスバーナ
の燃焼を行い、それにより、燃焼火炎を前記電極板とな
りうる部材に向けて整形することを特徴とする。

【００１１】また、本発明によるガスバーナの燃焼装
置、ガスバーナと、該ガスバーナからの燃焼火炎が照射
される被照射物と、該燃焼火炎中に挿入される電極とを
備え、前記被照射物は電極板となりうる物質で構成され
ており、かつ、前記被照射物と前記電極とは、それぞれ
極性の違う電極端子に接続されていることを特徴とす
る。

【００１２】本発明者らの実験によれば、上記本発明に
よる燃焼方法に従ってガスバーナを燃焼させた場合に、
燃料ガスの種類にかかわらず、その燃焼火炎は、前記他
方の電荷を持たせた電極板となりうる部材（燃焼火炎が
照射される被照射物）に向けてその形状を整形し、バー
ナノズルの向きと電極板となりうる部材とが垂直状態か
ら多少ずれた状態とされている場合でも、火炎先端はほ
ぼ垂直な状態で前記電極板となりうる部材に衝接させる
ことができた。また、燃料ガスとして都市ガスを用い、
ガスバーナを電極板となりうる部材の上方に置き、バー
ナノズルを下向きとして燃焼させた場合にも、火炎は上
方に持ち上がることなく、ノズルと電極板となりうる部
材との距離を調整することにより、電極板となりうる部
材の表面に沿って平面状に広げることができた。

【００１３】本発明によるガスバーナの燃焼方法及び装
置において、燃焼火炎が前記電極板となりうる部材（燃
焼火炎が照射される被照射物）に向けて整形される理由
は必ずしも明らかでないが、次のように考えられる。も
ともと火炎中には陽イオン、陰イオン、自由電子が存在
している。火炎中に正極直流放電を行うと、火炎中の自
由電子（負電荷を帯びている）は他のイオンよりも質量
がはるかに軽く、動きやすいため、放電電極に容易に集
まることができる。その結果として、火炎全体として正
に帯電することになり、その流れが主流を引っ張ること
によると思われる。

【００１４】電流の種別、極性、電極間の電圧は、絶縁
破壊を起こさないことを条件に任意であるが、本発明者
らの実験では、好ましくは、火炎側に挿入する電極側を
正極とした直流電流であり、電圧が３ｋＶ程度以上であ
れば十分に所期の目的が達成された。

【００１５】本発明によるガスバーナの燃焼方法及び装
置は、多くの分野で有意に利用できる。例えば、前記電
極板となりうる部材（燃焼火炎が照射される被照射物）
が、溶解炉の被溶解物（例えば、金属鉛）のような被加
熱物である場合には、バーナノズルと当該被加熱物の位
置関係が加熱に最適な関係とされていない場合であって
も、燃焼火炎が被加熱物に向けて整形されることによ
り、燃焼火炎を被加熱物表面に沿って平面状に広げるこ
とが可能となり、加熱効率は確実に高められる。

【００１６】また、前記電極板となりうる部材（燃焼火
炎が照射される被照射物）が鋳型である場合に、本発明
によるガスバーナの燃焼方法及び装置は、鋳型面に保護
膜（離型膜）としての煤を付着させるのに有効となる。
例えば、図８ａに示したような連続鋳形装置に本発明の
燃焼方法を適用する場合に、ガスバーナ１０からの燃焼
火炎は、能動的に鋳型１１に向けて整形され、その鋳型
面１２に沿って広がる。そのために、燃料ガスがアセチ
レンの場合には、生成される煤のほぼ全量が鋳型面１２
に付着して離型面を形成し、外部に飛散する量は極めて
少量となる。それにより、アセチレンの使用量も最小化
することができる。

【００１７】燃料ガスとして都市ガスを用いる場合に
は、バーナノズルの向きが下向きであっても、火炎の浮
き上がりは能動的に防止され鋳型面１２に案内される。
そのために、従来は使用が極めて困難であった都市ガス
を、鋳型における保護膜（離型膜）生成用の燃料ガスと
して有効に利用することが可能となる。また、本発明者
らの実験では、電極を挿入しない場合と比較して、煤の
生成量も増加した。

【００１８】都市ガスはアセチレンに比べて安価であり
また安全であることから、鋳型への煤による保護膜（離
型膜）生成の分野で、本発明の燃焼方法は極めて有効に
用いられる。その際に、燃料ガスとしては都市ガス単独
であってもよいが、煤の発生量を多くするために都市ガ
スとアセチレンとの混合ガスを用いてもよい。その場合
でも、アセチレンの使用量が低減される分だけ、安価と
なり安全性も向上する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明者らが行った実験に
基づいて、本発明を詳細に説明する。図１及び図２は、
金属板の加熱を目的としてガスバーナを燃焼させるとき
に、本発明を適用した場合を説明するものであり、図１
は電圧を印加した場合、図２は印加しない場合（従来の
燃焼方法）を示している。

【００２０】図において、１は、ガスバーナからの燃焼
火炎が照射される被照射物としての金属板（アルミ板）
であり、正の電極端子５１に接続されている。２は、ノ
ズル径３．７ｍｍのバーナであり、ノズル３を金属板１
側に向けて垂直下向きに配置されている。４は、負の電
極端子５２に接続されたステンレス鋼からなる電極棒で
あり、先端を火炎９の中に位置するようにして配置され
ている。電極端子５１，５２には、電源用制御箱５３か
ら、０〜１０ｋＶの直流電圧が１ｍＡ以下で印加される
ようになっている。

【００２１】上記の装置を用いて燃焼実験を行った。燃
料ガスとして都市ガスを用い、流量１．２Ｌ／ｍｉｎ、
バーナノズル３先端からアルミ板１までの直線距離１６
０ｍｍ、アルミ板１から電極棒先端までの距離５０ｍｍ
とし、電流を印加しない場合、電圧を３〜１０ｋＶの範
囲で印加した場合、の火炎形状を観察した。図２に示す
ように、電圧を印加しない場合には、燃焼火炎９は上方
に浮き上がる状態となり、火炎９がアルミ板１に衝接す
ることはない。印加電圧を上げて行くに従い、火炎９の
下端がアルミ板１に衝接する面積は広がっていき、５ｋ
Ｖでは、図１に示すように火炎の浮き上がりはなく、ア
ルミ板１に衝接した火炎のほぼすべてがアルミ板１の表
面に沿って拡がった。

【００２２】図３は、上記の燃焼方法を採用した溶解炉
３０を示す概略図であり、ガスバーナからの燃焼火炎が
照射される被照射物としての溶解炉及び被溶解物側を負
電極端子５２に接続し、上方に位置させたバーナ２から
の燃焼火炎内に正電極端子５１に接続した電極棒４を位
置させるようにしている。このような溶解炉において
は、投入口３１から投入される金属原料（被溶解物）３
２の表面に対して燃焼火炎９を平面状に広げることが可
能となり、高い熱効率の下で効率よく溶融金属３３を得
ることができる。

【００２３】次に、燃焼火炎による煤の生成及び付着量
についての実験を行った。用いた装置は、図４及び図５
に示すように、冷却水入口４１と冷却水出口４２を持つ
アルミ製水冷缶体４０を有し、それを電源用制御箱５３
の負電極端子５２に接続し。アルミ製水冷缶体４０の直
上には、ノズル径３．７ｍｍのバーナ２をノズル３をア
ルミ製水冷缶体４０側に向けてほぼ垂直に配置した。ま
た、アルミ製水冷缶体４０の上面には、図８ｂに示した
煤による保護膜１３を形成すべき鋳型面１２に相当する
部材としてアルミ薄板４３（ガスバーナからの燃焼火炎
が照射される被照射物に相当する）を置いた。バーナノ
ズル３とアルミ製水冷缶体４０との間には、先端を火炎
９の中に位置するようにしてステンレス鋼からなる電極
棒４を置き、電極棒４を電源用制御箱５３の正電極端子
５１に接続し、０〜１０ｋＶ程度の直流電圧が１ｍＡ以
下で印加できるようにした。上記の装置を用いて煤付着
実験を行った。

【００２４】［実験１］燃料ガスとして都市ガスを用
い、流量１．２Ｌ／ｍｉｎ、バーナノズル３先端からア
ルミ薄板４３までの直線距離１６０ｍｍ、アルミ薄板４
３から電極棒４先端までの距離３０ｍｍとした。その条
件で、電流を印加しない場合（図５）、電圧を５ｋＶ、
電流１ｍＡの正電流を印加した場合、（図４）のそれぞ
れについて１分間燃焼を継続させた。それぞれについ
て、燃焼時の火炎形状を観察すると共に、１分間燃焼経
過後のアルミ薄板４３の表面を目視により観察した。

【００２５】図５に示すように、電流を印加しない場合
には、燃焼火炎９は上方に浮き上がる状態となり、火炎
９がアルミ薄板１には衝接することはなかった。そし
て、１分間燃焼経過後のアルミ薄板４３の表面に色彩的
な変化は見られなかった。５ｋＶの電圧を印加した場合
では、図４に示すように火炎の浮き上がりはなく、アル
ミ薄板４３に衝接した火炎９のほぼすべてがアルミ薄板
４３の表面に沿って拡がった。そして、１分間燃焼経過
後のアルミ薄板４３の表面は一面均一に黒色となり、煤
の付着が確認された。

【００２６】上記の結果から、前記図８に示したような
装置において、燃料ガスとしてアセチレンに変えて都市
ガスを用いた場合でも、本発明による燃焼方法に従え
ば、すなわち、バーナ１０と鋳型１１あるいは金属ベル
ト１６との間に正電極端子に接続した電極棒を配置し、
鋳型１１及び金属ベルト１６を負電極端子側に接続させ
ることにより、火炎が鋳型に向けて整形されることか
ら、所要の煤による被膜１３を鋳型面１２などに確実に
形成しうる鋳型装置が得られることがわかる。

【００２７】［実験２］次に、都市ガスとアセチレンと
の混合ガスを燃料ガスとする場合について実験を行っ
た。実験条件は前記と同じとし、また、都市ガス流量は
一定として、アセチレンの流量を０〜１．１Ｌ／ｍｉｎ
まで変化させた。１分間の燃焼経過後にアルミ薄板４３
の表面に付着した煤の量を、燃焼前後の質量変化により
測定した。その結果を図６に示す。図示のように、放電
しない場合（電極棒４に電圧を印加しない場合：▽）に
は、アセチレンを加えても付着煤質量は観測されなかっ
たが、放電あり（電極棒４に電圧を印加した場合：○）
には、アセチレン流量にほぼ比例して付着量が増大して
いる。ちなみに、同じ燃焼条件で、放電しないで、アセ
チレン燃焼のみで、１分間燃焼経過後にアルミ薄板１３
の表面に煤２７ｍｇ（図６で◎の量、つまりアセチレン
流量０．７Ｌ／ｍｉｎ）を付着させようとしたところ、
アセチレンの流量１．１Ｌ／ｍｉｎを必要とした。この
ことから、本発明による燃焼方法に従えば、従来の燃焼
方法と比較して、少ないアセチレン流量でもって、多く
の煤付着量が得られることがわかり、安価でかつ安全性
の高い鋳型面への煤による離型面形成方法として、本発
明の燃焼方法はきわめて有効であることが示される。

【００２８】［実験３］さらに、本発明の有効性を確認
すべく、従来の燃焼方法であるアセチレン−空気予混合
バーナでの煤付着量の測定結果と図６に示す本発明の燃
焼方法との比較を行った。図７は、従来技術（アセチレ
ン−空気予混合バーナ）での煤付着量の測定結果であ
り、ここでは、アセチレン流量を１．５Ｌ／ｍｉｎで一
定とし、空気流量を調節することによって空気比（ａｉ
ｒ ｒａｔｉｏ）を変えている。図示のように空気比が
低くなるほど煤付着量は増えている。また、図で、４，
８，１２，１６ｍｍはバーナ出口（ノズル先端）とアル
ミ薄板との距離を示している。

【００２９】図６と図７とを比較すると、図６中のアセ
チレン流量０．７Ｌ／ｍｉｎのときの煤付着量は２７ｍ
ｇ（◎）であり、一方、従来技術では、距離１６ｍｍの
条件ではこれに見合う付着量は得ることができない。距
離１２ｍｍのときに空気比ほぼ０．１８の条件で、距離
４ｍｍ，８ｍｍのときに空気比ほぼ０．２の条件で、同
等の煤付着量が得られるが、いずれにしろ、このときの
アセチレン流量は１．１Ｌ／ｍｉｎと多く、本発明によ
る燃焼方法を使用することにより、３０％以上のアセチ
レン消費量低下が図られることが、ここからも立証され
る。また、本発明による燃焼方法を使用する場合には、
バーナノズルからの距離が離れていても高い煤付着量が
得られており、鋳型装置の設計自由度が大きくなる利点
ももたらされる。

【００３０】

【発明の効果】本発明のガスバーナの燃焼方法及び装置
によれば、火炎の向きを電極板となりうる部材に向けて
能動的に整形することができることから、ガスバーナの
ノズルの向きと被加熱物との位置関係を燃焼目的に応じ
た最適の位置関係にセットできないような場合であって
も、従来の燃焼方法と比較して、高い目的達成率を得る
ことができる。

【００３１】例えば加熱の目的でガスバーナを燃焼させ
る場合には、燃焼火炎の持つ熱量を被加熱物へ伝熱する
割合を効果的に高めることができ、また、鋳型面に煤を
付着させようとする場合には、例え都市ガスを燃料ガス
とする場合であっても、煤の付着量を確実に増加させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃焼方法及び装置を金属板の加熱を目
的として適用する場合を説明する図であり、図１は、電
圧を印加した場合を示している。

【図２】図１と同様な図であり、ここでは、電圧を印加
しない場合を示している。

【図３】本発明の燃焼方法を採用した溶解炉を示す概略
図。

【図４】本発明の燃焼方法を燃焼火炎による煤の生成を
目的として適用する場合を説明する図であり、図１は、
電圧を印加した場合を示している。

【図５】図４と同様な図であり、ここでは、電圧を印加
しない場合を示している。

【図６】都市ガスとアセチレンとの混合ガスを燃料ガス
により本発明の燃焼方法を実施した場合での煤の付着量
を示すグラフ。

【図７】従来技術（アセチレン−空気予混合バーナ）で
の煤付着量を示すグラフ。

【図８】従来法による溶融銅から銅線を連続鋳形する装
置を説明する概略図であり、図８ａは全体を示し、図８
ｂは鋳型面を断面で示している。

【符号の説明】

１、４３…電極板となりうる部材（被加熱物、アルミ
板、アルミ薄板）、２、１０…ガスバーナ、３…ノズ
ル、４…電極棒、９…火炎、１１…鋳型、１２…鋳型
面、１３…煤による保護膜（剥離膜）、５１…正電極端
子、５２…負電極端子、５３…電源用制御箱

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスバーナからの燃焼火炎形成側に電極
   板となりうる部材を配置し、ガスバーナからの燃焼火炎
   中に一方の電荷を持つ電極を挿入し、前記電極板となり
   うる部材に他方の電荷を持たせた状態でガスバーナの燃
   焼を行い、それにより、燃焼火炎を前記電極板となりう
   る部材に向けて整形することを特徴とするガスバーナの
   燃焼方法。
2. 【請求項２】 前記電極板となりうる部材が被加熱物で
   あり、燃焼火炎を当該被加熱物に向けて整形させること
   により、被加熱物に対する加熱効率を高めることを特徴
   とする請求項１記載のガスバーナの燃焼方法。
3. 【請求項３】 被加熱物が溶解炉の被溶解物であること
   を特徴とする請求項２記載のガスバーナの燃焼方法。
4. 【請求項４】 前記電極板となりうる部材が鋳型であ
   り、燃焼火炎を当該鋳型面に向けて整形させることによ
   り、鋳型面に対する保護膜としての煤の付着量を高める
   ことを特徴とする請求項１記載のガスバーナの燃焼方
   法。
5. 【請求項５】 燃料ガスとして、都市ガス単独又は都市
   ガスとアセチレンとの混合ガスを用いることを特徴とす
   る請求項４記載のガスバーナの燃焼方法。
6. 【請求項６】 ガスバーナと、該ガスバーナからの燃焼
   火炎が照射される被照射物と、該燃焼火炎中に挿入され
   る電極とを備え、前記被照射物は電極板となりうる物質
   で構成されており、かつ、前記被照射物と前記電極と
   は、それぞれ極性の違う電極端子に接続されていること
   を特徴とするガスバーナ燃焼装置。
7. 【請求項７】 前記ガスバーナ燃焼装置が溶解炉の一部
   を構成する燃焼装置であり、かつ、前記被照射物が溶解
   炉の被溶解物であることを特徴とする請求項６記載のガ
   スバーナ燃焼装置。
8. 【請求項８】 前記ガスバーナ燃焼装置が、鋳型面への
   煤付着装置の一部を構成する燃焼装置であり、かつ、前
   記被照射物が鋳型であることを特徴とする請求項６記載
   のガスバーナ燃焼装置。