JP2010242982A - 先混合バーナ - Google Patents

Abstract

【課題】サブ火炎の保炎性を高めてメイン火炎の燃焼安定性を向上させることのできる先混合バーナを提供する。
【解決手段】燃料ガス導通管１の先端に燃料ガス導通管１と同心であって燃料ガス導通管１よりも径の大きな円筒状ヘッダ部２、燃料ガス導通管１の周囲を空気供給流路１２とし、前記円筒状ヘッダ部２よりも空気流上流部分の燃料ガス導通管周囲に燃料ガス導通管１と同心のバッフル板４を設け、バッフル板４には、燃料ガス導通管１の中心軸からの距離が円筒状ヘッダ部２の中心軸から周壁までの距離よりも短い部分に一次空気噴出孔７と、燃料ガス導通管１の中心軸からの距離が円筒状ヘッダ部２の中心軸から周壁までの距離よりも長い部分に二次空気噴出孔８を、それぞれ複数個設けておき、円筒状ヘッダ部２の周壁には、放射状にメイン燃料ガスを噴射するメインガス燃料噴出孔５を、バッフル板４の一次空気噴出孔設置位置とは重ならない位置に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は先混合方式の低ＮＯｘガスバーナに関するものである。

特開平１１−３３７０２２号公報には、バーナ先端部から噴射した燃料ガスと空気を混合する先混合バーナの記載がある。このバーナは、燃料ガスを供給するガスノズルの先端面を閉塞し、ガスノズル先端部近くの周部分に放射状に燃料ガスを噴射するメインガス燃料噴出孔、メインガス燃料噴出孔よりも根元側のガスノズル周部分にサブガス燃料噴出孔を設けている。このバーナでは、燃焼用空気の多い過空気部と燃料ガスの多い過燃料部が交互に形成されるため、火炎に濃淡が発生し、濃淡燃焼によってＮＯｘ発生量が低減される。また、サブガス燃料噴出孔から噴射されるサブ燃料ガスによってサブ火炎を発生しておくことで火炎の安定性を高めることも行われている。

しかし、前記特開平１１−３３７０２２号公報に記載のバーナでは、安定した燃焼を行うためには、燃焼空気の流入速度及び燃料ガスの噴出速度をある程度高く維持できることが前提となる。この条件は、比較的大容量のバーナには適用できるが、送風機の能力が小さく、燃料ガス供給圧力が低い（低圧供給）比較的小容量のバーナでは、十分なエアー流速とガス噴出流速が得られないために保炎が不安定となり、振動燃焼などが発生しやすくなるという問題がある。

特開平１１−３３７０２２号公報

本発明が解決しようとする課題は、燃料ガスの供給圧力が低い場合であっても、サブ火炎の保炎性を高く維持することで、メイン火炎の燃焼安定性を向上させることのできる先混合バーナを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、燃料ガスを供給する燃料ガス導通管の先端に燃料ガス導通管と同心であって燃料ガス導通管よりも径の大きな円筒状ヘッダ部、燃料ガス導通管の周囲を空気供給流路とし、前記円筒状ヘッダ部よりも空気流上流部分の燃料ガス導通管周囲に燃料ガス導通管と同心のバッフル板を設け、バッフル板には、燃料ガス導通管の中心軸からの距離が円筒状ヘッダ部の中心軸から周壁までの距離よりも短い部分に一次空気噴出孔と、燃料ガス導通管の中心軸からの距離が円筒状ヘッダ部の中心軸から周壁までの距離よりも長い部分に二次空気噴出孔を、それぞれ複数個設けておき、円筒状ヘッダ部の周壁には、円筒状ヘッダ部の中心軸から放射状にメイン燃料ガスを噴射するメインガス燃料噴出孔を、バッフル板の一次空気噴出孔設置位置とは重ならない位置に設けたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記の先混合バーナにおいて、燃料ガス導通管の円筒状ヘッダ部とバッフル板で挟まれている部分の周壁に、バッフル板の一次空気噴出孔設置位置とは重ならない方向にサブ燃料ガスを噴射するサブガス燃料噴出孔を設けたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記の先混合バーナにおいて、燃料ガス導通管のガス流路を狭める燃料ガス導通管流路縮小部材をバーナの先端部近くに設けたことを特徴とする。

本発明を実施することで、円筒状ヘッダ部とバッフル板の間に負圧域が発生し、燃料ガスの一部は負圧域に引き込まれて負圧域で燃焼することになり、負圧域で小さく安定した火炎が発生する。そのため、円筒状ヘッダ部の下流側に発生するメイン火炎への火移り状態が大幅に改善され、振動燃焼などの異常が発生しにくくなる。また、燃料ガス導通管周壁の円筒状ヘッダ部とバッフル板の間の部分から保炎用ガスを負圧域に向けて噴射するようにしておくと、負圧域ではメインガス燃料噴出孔から噴射したメイン燃料ガスと、サブガス燃料噴出孔から噴射した燃料ガスが空気と混合することになり、負圧域での燃焼をさらに安定させることができる。そして、燃料ガス導通管のバーナ先端部近くに燃料ガス導通管流路縮小部材を設け、燃料ガス導通管内の圧力を高めることで、燃焼による圧力変動のガス流路への伝播を抑制でき、燃焼の安定性をさらに向上させることができる。

本発明を実施しているバーナの先端部分における断面図 本発明を実施しているバーナの先端部分における斜視図 図２を下方から見た平面図

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施しているバーナの先端部分における断面図、図２は本発明を実施しているバーナの先端部分における斜視図、図３は図２を下方から見た平面図である。

バーナは、中央に燃料ガスを供給する燃料ガス導通管１を持ち、燃料ガス導通管１の先端に円筒状ヘッダ部２設ける。円筒状ヘッダ部２は、燃料ガス導通管１と同一の中心軸を持ち、燃料ガス導通管１よりも径の大きな円筒形状であって、円筒状ヘッダ部２の下面（前壁）は塞ぎ、周壁にメインガス燃料噴出孔５を設けている。メインガス燃料噴出孔５は、燃料ガス導通管１から送られてきた燃料ガスを周方向へ噴射するものであり、８方向の等間隔に設けている。

バーナの外周には、燃料ガス導通管１と同心であって燃料ガス導通管１及び円筒状ヘッダ部２の周囲を囲む円筒である燃焼筒３を設ける。燃料ガス導通管１と燃焼筒３の間は、燃焼用の空気を供給する空気供給流路１２であり、燃料ガス導通管１の外面から燃焼筒３の内面までの空気供給流路１２を塞ぐバッフル板４を設ける。バッフル板４は、円筒状ヘッダ部２よりも所定の距離を隔てた空気流上流側に設けており、バッフル板４には燃料ガス導通管に近い側から順に一次空気噴出孔７、二次空気噴出孔８、三次空気噴出口９を設けておく。一次空気噴出孔７と二次空気噴出孔８はバッフル板４を貫通させた小孔、三次空気噴出口９はバッフル板４の周縁部を切り欠いたものであり、一次空気噴出孔７・二次空気噴出孔８・三次空気噴出口９は、バッフル板の中心軸から８方向に等間隔で放射状に延びる線上に配置する。一次空気噴出孔７は、燃料ガス導通管１の中心軸から一次空気噴出孔７までの距離が、円筒状ヘッダ部２の中心軸から円筒状ヘッダ部の周壁までの距離よりも短くなる位置に配置し、一次空気噴出孔７から直下に噴射した空気は、円筒状ヘッダ部２の上面（後壁）に衝突するようにしておく。二次空気噴出孔８は、燃料ガス導通管１の中心軸から二次空気噴出孔８までの距離が、円筒状ヘッダ部２の中心軸から円筒状ヘッダ部の周壁までの距離よりも長くなる位置に配置しておく。

燃料ガス導通管１の円筒状ヘッダ部２とバッフル板４で挟まれている部分には、周壁を貫通する小孔であるサブガス燃料噴出孔６を設ける。サブガス燃料噴出孔６もメインガス燃料噴出孔５と同様に燃料ガスを周方向へ噴射するものであり、８方向の等間隔に設けている。メインガス燃料噴出孔５とサブガス燃料噴出孔６は、同一方向に燃料ガスを噴射するようにしており、一次空気噴出孔７らを設置している放射状線とは半ピッチずらすことで、噴射方向が重ならないように配置する。

燃料ガス導通管１のガス流路には、途中に流路縮小部を設ける。燃料ガス導通管１と円筒状ヘッダ部２の接合部に、燃料ガス導通管１の流路を狭める燃料ガス導通管流路縮小部材１１を設けておく。円筒状ヘッダ部２の上面は、燃料ガス導通管１の中心軸部分に燃料ガス導通管１の径よりも小さな開口部を開けたものであり、燃料ガス導通管流路縮小部材１１を設けたことで、燃料ガス導通管１内を送られてきた燃料ガスは、燃料ガス導通管流路縮小部材１１の前後で圧力差が発生することになる。

本バーナによる作用を説明する。空気供給流路１２を通して送られてきた燃焼用空気は、一次空気噴出孔７・二次空気噴出孔８・三次空気噴出口９に分かれ、バッフル板４からバーナの先端方向へ向けて噴射される。一次空気噴出孔７を通過した一次空気は、直下に円筒状ヘッダ部２があるため、円筒状ヘッダ部の上面に衝突した後、円筒状ヘッダ部上面に沿って放射状に流れることになる。一次空気噴出孔７と二次空気噴出孔８からは空気が高速で噴射されているため、バッフル板４の下流側であって空気流から少し外れた部分には負圧域１０が発生する。負圧域１０は、一次空気噴出孔７・二次空気噴出孔８・円筒状ヘッダ部２で囲まれている部分に発生することになり、一次空気噴出孔７の配置位置から半ピッチずれた部分に８箇所の負圧域１０が発生する。

円筒状ヘッダ部２の周壁に設けているメインガス燃料噴出孔５から噴射する燃料ガスの大部分は、横向きに噴射した後にバッフル板４からの燃焼用空気と混合し、燃焼用空気とともに図の下方へと流れながら燃焼する。しかし、負圧域１０が存在していると、メインガス燃料噴出孔５から噴射した燃料ガスの一部は、負圧域１０を目指して円筒状ヘッダ部２の上面側へ回り込むことになる。そして、一次空気噴出孔７から噴射した一次空気は、円筒状ヘッダ部２によって放射状の流れとなっているため、空気流に燃料ガスを下方へ押し下げる作用は小さくなっている。そのため、メインガス燃料噴出孔５から噴射した燃料ガスの一部を効果的に負圧域１０へ導くことができる。

負圧域１０に取り込まれた燃料ガスは、負圧域１０で空気と混合して燃焼することになり、負圧域１０で小さく安定した火炎が発生する。円筒状ヘッダ部２とバッフル板４の間に安定した火炎を発生させておくことで、円筒状ヘッダ部２の下流側に発生するメイン火炎への火移り状態が大幅に改善され、振動燃焼などの異常が発生しにくくなる。

さらに、燃料ガス導通管周壁の円筒状ヘッダ部２とバッフル板４の間の部分にサブガス燃料噴出孔６を設けておき、サブガス燃料噴出孔６から燃料ガスを負圧域１０に向けて噴射するようにしておくと、負圧域１０ではサブガス燃料噴出孔６から噴射した燃料ガスも混合することになる。このことにより、負圧域１０での燃焼をさらに安定させることができる。

また、燃料ガスの供給圧力が低く、ガス噴射部の圧力と炉内圧力の差が小さくなると、燃焼火炎の形成による圧力変化が、燃料ガス導通管方向に伝わってガス噴出圧力が不安定になり、そのことで振動燃焼が発生しやすくなる。燃料ガス導通管１の先端近くである円筒状ヘッダ部２の接続部に燃料ガス導通管流路縮小部材１１を設けておくと、燃料ガス導通管流路縮小部材１１の前後で圧力差が発生する。燃料ガスを供給する圧力自体は同じであっても、燃料ガス導通管１内の圧力が高まることになると、燃料ガス導通管１へ伝わる圧力変動を抑制することができる。このことによって、燃焼の安定性をさらに向上させることができる。

１ 燃料ガス導通管
２ 円筒状ヘッダ部
３ 燃焼筒
４ バッフル板
５ メインガス燃料噴出孔
６ サブガス燃料噴出孔
７ 一次空気噴出孔
８ 二次空気噴出孔
９ 三次空気噴出口
１０ 負圧域
１１ 燃料ガス導通管流路縮小部材
１２ 空気供給流路

Claims (3)

1. 燃料ガスを供給する燃料ガス導通管の先端に燃料ガス導通管と同心であって燃料ガス導通管よりも径の大きな円筒状ヘッダ部、燃料ガス導通管の周囲を空気供給流路とし、前記円筒状ヘッダ部よりも空気流上流部分の燃料ガス導通管周囲に燃料ガス導通管と同心のバッフル板を設け、バッフル板には、燃料ガス導通管の中心軸からの距離が円筒状ヘッダ部の中心軸から周壁までの距離よりも短い部分に一次空気噴出孔と、燃料ガス導通管の中心軸からの距離が円筒状ヘッダ部の中心軸から周壁までの距離よりも長い部分に二次空気噴出孔を、それぞれ複数個設けておき、円筒状ヘッダ部の周壁には、円筒状ヘッダ部の中心軸から放射状にメイン燃料ガスを噴射するメインガス燃料噴出孔を、バッフル板の一次空気噴出孔設置位置とは重ならない位置に設けたことを特徴とする先混合バーナ。
2. 請求項１に記載の先混合バーナにおいて、燃料ガス導通管の円筒状ヘッダ部とバッフル板で挟まれている部分の周壁に、バッフル板の一次空気噴出孔設置位置とは重ならない方向にサブ燃料ガスを噴射するサブガス燃料噴出孔を設けたことを特徴とする先混合バーナ。
3. 請求項１又は２に記載の先混合バーナにおいて、燃料ガス導通管のガス流路を狭める燃料ガス導通管流路縮小部材をバーナの先端部近くに設けたことを特徴とする先混合バーナ。

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