JP2018169135A - ガスバーナ及びガスバーナの運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成を追加するだけで、異常燃焼が発生したとしても、安定した火炎を形成できるガスバーナを提供すること。【解決手段】バーナ先端部に可燃性ガスと空気との予混合ガスを噴出させる噴出口Ｆを開口して設け、噴出口Ｆに臨んで火花発生部６を配置し、火花発生部６に生じた電気火花により予混合ガスに着火する点火装置Ｔを設け、バーナ先端部における火炎状態を監視する監視部Ｍを設け、点火装置Ｔに、高周波電源部５を備えるとともに、監視部Ｍにより火炎状態が異常であると判断される場合に、火花発生部６に高周波電源部５により高周波電圧を印加可能にする電源制御部Ｂを備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、バーナ先端部に可燃性ガスと空気との予混合ガスを噴出させる噴出口を開口して設け、前記噴出口に臨んで火花発生部を配置し、前記火花発生部に生じた電気火花により前記予混合ガスに着火する点火装置を設けたガスバーナ及びガスバーナの運転方法に関する。

ガスバーナとして、低ＮＯｘ化を目的として、バーナ先端部に可燃性ガスと空気との予混合ガスを噴出させる噴出口を開口して設けたいわゆる予混合型ガスバーナが知られている。このようなガスバーナにおいて、ガスの着火は、噴出口に臨んで火花発生部を配置し、前記火花発生部に生じた電気火花により前記予混合ガスに着火する点火装置により行われる（特許文献１参照）。

このような点火装置によると、予混合ガス中の可燃性ガスが希薄であることに由来して、燃焼異常が発生しやすいことが知られている。たとえば、火炎が安定せずに噴出口から浮き上がってしまういわゆる「リフト」、火炎が浮き上がろうとしたり元に復帰しようとしたりする動きを繰り返す「燃焼振動」、「リフト」や「燃焼振動」に伴って火炎が消失する「失火」等が発生する場合がある。

このような現象を防止するために、異常燃焼発生時に再着火を試みることで、火炎を安定させることが知られており、再着火を可能にする点火装置として、パイロットバーナによる添え火を用いるもの、点火装置とマイクロ波放電装置とを組み合わせて、マイクロ波放電装置により放電を促して噴出口付近に火炎を再形成させるもの等が考えられている（特許文献２参照）。

実開平２−０１４５４４号公報 特開２００９−０３６１９７号公報

ところが、パイロットバーナを用いる場合も、マイクロ波放電装置を用いる場合も、ガスバーナとしては装置構成要素が増えてシステム構成が複雑になるという問題があるため、より簡便な構成で予混合ガスバーナの燃焼異常を回避する技術が望まれていた。

したがって、本発明は上記実状に鑑み、簡易な構成を追加するだけで、異常燃焼が発生したとしても、安定した火炎を形成できるガスバーナ及びガスバーナの運転方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明のガスバーナの特徴構成は、
バーナ先端部に可燃性ガスと空気との予混合ガスを噴出させる噴出口を開口して設け、前記噴出口に臨んで火花発生部を配置し、前記火花発生部に生じた電気火花により前記予混合ガスに着火する点火装置を設けたガスバーナであつて、
前記バーナ先端部における火炎状態を監視する監視部を設け、
前記点火装置に、高周波電源部を備えるとともに、前記監視部により火炎状態が異常であると判断される場合に、前記火花発生部に前記高周波電源部により高周波電圧を印加可能にする電源制御部を備えた点にある。

上記構成によると、バーナ先端部に可燃性ガスと空気との予混合ガスを噴出させる噴出口を開口して設け、噴出口に臨んで火花発生部を配置してあるから、火花発生部に生じた電気火花により予混合ガスに着火できる。ここで、生成した火炎は燃料が予混合ガスであるが、空気過剰率を高めた場合等には、火炎状態が不安定化しやすい。そこで、バーナ先端部における火炎状態を監視する監視部を設けてあれば、不安定化した火炎を迅速に把握することができ、火炎状態を安定化させる契機とすることができる。ここで、点火装置に、高周波電源部を備えると、点火装置は、通常の電源に比べて、きわめて高頻度で火花を発生することができる。すると、当該火花が予混合ガスに与える時間当たりのエネルギーが増大し、予混合ガスと火花との接触機会を大きく増加させることができる。そのため、火炎状態が不安定になったとしても、高周波電圧を付与することにより火炎状態を安定化することができる。すなわち、監視部により火炎状態が異常であると判断される場合に、電源制御部が火花発生部に高周波電源部により高周波電圧を印加することによって火炎を安定化することができる。

尚、高周波電源部の電源としては、１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の高周波電圧を印加可能であれば、入手容易な装置構成でありながら、十分に、予混合ガスと火花との接触機会を大きく増加させることができる。

予混合ガスが、空気過剰率１．０以上１．６以下で空気を混合した都市ガスであれば、予混合ガスとして着火させるにあたって、火炎が不安定になった場合に、監視部により常時火炎を安定させられるようになると、付加価値が高い。

また、異常と判断するにあたって、火炎状態として、火炎の発光強度、火炎の温度、噴出口圧力、噴出口における一酸化炭素濃度の少なくとも一つの監視項目を監視することにより、その監視項目の定常状態の値と、実際の測定値とを比較する等により、燃焼状態が定常状態からどの程度ずれているかを知ることができる。そのずれ度合いが１０％未満であれば、失火につながる可能性が低いものの、１０％以上変動した場合には失火につながる異常（火炎状態が不安定な状態）と判断することができるので、不安定化した火炎をより迅速に把握することができ、より確実に火炎の安定を図ることができる。

また、本発明のガスバーナの運転方法の特徴構成は、バーナ先端部に可燃性ガスと空気との予混合ガスを噴出させる噴出口を開口して設け、前記噴出口に臨んで火花発生部を配置し、前記火花発生部に生じた電気火花により前記予混合ガスに着火する点火装置を設けたガスバーナの運転方法であって、
前記バーナ先端部における火炎状態を監視する監視部による火炎状態の監視結果が異常と判断された場合、
前記点火装置に供えられた高周波電源部が、前記火花発生部に高周波電圧を印加する点にある。

また、前記監視部は、前記火炎状態として、火炎の発光強度、火炎の温度、噴出口圧力、噴出口における一酸化炭素濃度の少なくとも一つの監視項目を監視するものであり、各監視項目の測定値が、前記火炎状態が、定常状態にある時の各監視項目の測定値に比べて１０％以上変動した場合に、火炎状態の監視結果が異常と判断してもよく、また、火炎状態の監視結果が正常に復帰した場合、火花発生部に印加する高周波電圧を解除してもよい。

すなわち、本発明のガスバーナを、火炎が安定する状態を維持するように運転することができるので、予混合ガスをより一層安定燃焼させることができるようになった。

加えて、火炎が安定燃焼しているときには、火花発生部に印加する高周波電圧を解除しておくと、安定燃焼時には火花発生部は電力を消費しないので、消費電力を抑えつつ安定燃焼を持続させることができる

したがって、簡易な構成を追加するだけで、異常燃焼が発生したとしても、安定した火炎を形成できるガスバーナを提供することができるようになった。

実施形態に係るガスバーナの概略図

以下に、本発明の実施形態にかかるガスバーナを説明する。尚、以下に好適な実施例を記すが、これら実施例はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。

本実施形態に係るガスバーナは、ガス供給管４の先端部に都市ガス（可燃性ガスの一例）と燃焼用空気（酸化ガスの一例）との予混合ガスＧを噴出させる噴出口Ｆを開口して設け、噴出口Ｆに臨んで火花発生部６を配置し、火花発生部６に生じた電気火花により予混合ガスＧに着火する点火装置Ｔを設けてある。
また、本実施形態に係るガスバーナは、バーナ先端部における火炎状態を監視する監視部Ｍを設け、点火装置Ｔに、高周波電源部５及び電源制御部Ｂを備える。
この、ガスバーナの運転方法は、バーナ先端部における火炎状態を監視する監視部Ｍによる火炎状態の監視結果が異常と判断された場合、点火装置Ｔに供えられた高周波電源部５が、火花発生部６に高周波電圧を印加するものである。

〔ガスバーナ〕
図１に示すように、ガスバーナは、加熱炉等の炉壁を貫通する状態で設けられて、炉内空間を加熱するものであって、基端側に酸化ガスと燃料ガスとを所定の空気過剰率になるように混合された予混合ガスＧを供給する供給部１を備えるとともに、先端側に供給された予混合ガスＧを炉内２に噴出して燃焼炎３を炉内２に形成するための噴出口Ｆが形成されるガス供給管４として構成されている。

本実施形態においては、ガス供給管４は、金属材料（例えば、ステンレス材）にて構成されている。

ガス供給管４の内部には、点火装置Ｔとしての点火プラグＴ０が挿通されており、点火プラグＴ０の先端部Ｔ１がガス供給管４内の噴出口Ｆに臨ませた位置に固定されている。点火プラグＴ０は、金属製の電極部材Ｔ３を先端部Ｔ１と基端部Ｔ２とを除いて絶縁層Ｔ４で覆った構成となっており、点火プラグＴ０の基端部Ｔ２に、高周波電源部５を接続することにより、点火プラグＴ０の先端部Ｔ１とガス供給管４の噴出口Ｆ近傍との間の火花発生部６に火花を発生させられる構成となっている。

また、ガス供給管４の噴出口Ｆ近傍には、火炎から発せられる紫外線を検知する紫外線センサ７が設けられ、火炎を監視する監視部Ｍを構成している。

高周波電源部５としては、１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の高周波電圧を印加可能であるものが好適に用いられ、具体的には６ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下の高周波電圧を印加する高周波電源部５が入手容易である。なお、高周波電源部５は、従来の６０Ｈｚ程度の周波数の電圧を印加可能な電源部の替わりに設ける構成としても良く、当該電源部と併設する構成であっても良い。

また、予混合ガスＧとしては、空気過剰率１．０以上１．６以下で空気を混合した都市ガスが好適に用いられる。

これら構成によれば、監視部Ｍにより、火炎が異常であると判断される場合に、電源制御部Ｂにより、火花発生部６に高周波電源部５により高周波電圧を印加する運転が可能となる。具体的には以下のように運転する。

〔ガスバーナの運転方法〕
バーナ先端部における火炎状態を監視する監視部Ｍによる火炎状態の監視結果が異常と判断された場合、点火装置Ｔに備えられた高周波電源部５が、火花発生部６に高周波電圧を印加する。

具体的には、紫外線センサ７の火炎検知出力（火炎の発光強度）が、定常状態にある時の定常出力に比べて１０％以上変動した場合に、火炎状態の監視結果が異常と判断して電源制御部Ｂにより火花発生部６に高周波電圧を印加することにより、火炎の状態を安定させる。

すなわち、火炎がリフト状態になった場合には、火炎検知出力は低下するから、この出力が定常出力の９０％を下回った時に火花発生部６に高周波電圧を印加する運転を行ったところ、火炎を所定の位置で安定燃焼させられるようになった。この時の高周波電源部５は、６ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下の高周波電圧を印加するものであれば、いずれを用いても火炎を安定させる効果が認められ、１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の高周波電圧にて、同様の効果が得られるものと推定できるものであった。
なお、火炎状態が安定（或いは異常燃焼が収束）すれば、火花によらず、正常に燃焼を続けられる（火炎状態の監視結果が正常に復帰した）と判断でき、火花発生部６に印加する高周波電圧を解除する。

なお、点火装置Ｔとしては、噴出口Ｆを対極として放電を行うものであってもよいし、放電極と対極とを備えた点火プラグ状のものであってもよい。

監視部Ｍとしては、紫外線（火炎の発光強度）以外にも、火炎の温度、噴出口Ｆの圧力、噴出口ＦにおけるＣＯ濃度など火炎状態に応じて変動し、異常燃焼を検出できるものであれば利用できる。

また、上記実施の形態では炉内２に直接燃焼炎３を放射して加熱するガスバーナを例示したが、燃料に燃焼範囲外の空気を導入して、予混合的に燃焼させるラジアントチューブバーナに適用することも可能であり、種々多様なバーナの火炎を安定化するのに用いることができる。

本発明のガスバーナは、希薄燃焼等を行って異常燃焼が発生したとしても、安定した火炎を形成できるガスバーナとして利用することができる。

５ ：高周波電源部
６ ：火花発生部
Ｂ ：電源制御部
Ｆ ：噴出口
Ｇ ：予混合ガス
Ｍ ：監視部
Ｔ ：点火装置

Claims (7)

1. バーナ先端部に可燃性ガスと空気との予混合ガスを噴出させる噴出口を開口して設け、前記噴出口に臨んで火花発生部を配置し、前記火花発生部に生じた電気火花により前記予混合ガスに着火する点火装置を設けたガスバーナであつて、
   前記バーナ先端部における火炎状態を監視する監視部を設け、
   前記点火装置に、高周波電源部を備えるとともに、前記監視部により火炎状態が異常であると判断される場合に、前記火花発生部に前記高周波電源部により高周波電圧を印加可能にする電源制御部を備えたガスバーナ。
2. 前記高周波電源部が、１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の高周波電圧を印加可能である請求項１に記載のガスバーナ。
3. 前記予混合ガスが、空気過剰率１．０以上１．６以下で空気を混合した都市ガスである請求項１または２に記載のガスバーナ。
4. 前記監視部は、前記火炎状態として、火炎の発光強度、火炎の温度、噴出口圧力、噴出口における一酸化炭素濃度の少なくとも一つの監視項目を監視するものであり、各監視項目の測定値が、前記火炎状態が、定常状態にある時の各監視項目の測定値に比べて１０％以上変動した場合に、火炎状態の監視結果が異常と判断する請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスバーナ。
5. バーナ先端部に可燃性ガスと空気との予混合ガスを噴出させる噴出口を開口して設け、前記噴出口に臨んで火花発生部を配置し、前記火花発生部に生じた電気火花により前記予混合ガスに着火する点火装置を設けたガスバーナの運転方法であって、
   前記バーナ先端部における火炎状態を監視する監視部による火炎状態の監視結果が異常と判断された場合、
   前記点火装置に供えられた高周波電源部が、前記火花発生部に高周波電圧を印加するガスバーナの運転方法。
6. 前記監視部は、前記火炎状態として、火炎の発光強度、火炎の温度、噴出口圧力、噴出口における一酸化炭素濃度の少なくとも一つの監視項目を監視するものであり、各監視項目の測定値が、前記火炎状態が、定常状態にある時の各監視項目の測定値に比べて１０％以上変動した場合に、火炎状態の監視結果が異常と判断する請求項５に記載のガスバーナの運転方法。
7. 前記火炎状態の監視結果が正常に復帰した場合、前記火花発生部に印加する高周波電圧を解除する請求項５または６に記載のガスバーナの運転方法。

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