JPH1122922A - ブンゼン燃焼式バーナにおける燃焼用ガスの供給方法及びブンゼン燃焼式バーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】都市ガス等の空気より軽いガスを燃料として用
いるブンゼン燃焼式バーナではＴＤＲをあまり大きくす
ることができず、あるインプット以下においては逆火が
生じて、バーナヘッドの炎口外表面での燃焼を維持する
ことができなくなってしまう。 【解決手段】そこで本発明では、一次空気を吸引するノ
ズル２からの燃焼用ガスに加え、少量の燃焼用ガスを、
一次空気吸引部４からバーナヘッド７の炎口９に至る一
次空気混合経路８の適所に構成したバイパスガス供給部
１０から供給することにより、ノズルからの燃焼用ガス
と一次空気による空気比を低下させる。このため、イン
プットを絞った際の燃焼速度の上昇を抑制して逆火を防
止することができ、ＴＤＲを大きくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ガス等の空気
より軽いガスを燃料として用いるブンゼン燃焼式バーナ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えばガス陶芸窯用バーナとしては、燃
焼用空気の供給にファン等の動力を要しないブンゼン燃
焼式バーナが多く用いられる。図６は従来のガス陶芸窯
用のブンゼン燃焼式バーナを示すものであり、このブン
ゼン燃焼式バーナ１はノズル２、空気調節ダンパー３、
一次空気吸引口４、スロート５、混合管としてのベンチ
ュリー６、バーナヘッド７から構成されている。尚、混
合管はこのようにベンチュリー６が一般的であるが、全
長に渡ってその内径が同一なものもある。

【０００３】図７はガス陶芸窯の構成を示すものであ
り、通常、ガス陶芸窯２０には上記ブンゼン燃焼式バー
ナ１が２〜８本設置されている。燃焼用ガスはガス供給
系統２１を、ガス元弁２２、ガス流量調節弁２３を経て
流れてノズル２から噴出する。噴出したガスは一次空気
吸引口４から空気を吸引し、スロート５、ベンチュリー
６、バーナヘッド７の各内部により構成される一次空気
混合経路８を流れる間にガスと一次空気の混合気を形成
し、バーナヘッド７の炎口９から噴出してバーナヘッド
６外表面近傍で周囲の二次空気と混合して燃焼する。

【０００４】前記バーナを設置したガス陶芸窯による焼
き物の焼成は、点火後、常温から２００℃までの「あぶ
り」、２００℃から９５０℃程度までの「焙り焚」、９
５０℃から１１５０℃の「攻め焚」、及び１１５０℃か
ら１２３０℃に昇温し一定時間維持する「煉し焚」とい
う各段階を経て行われる。各焼成段階における窯の温度
管理はガス量（インプット）を調整することにより行う
が、最初の「あぶり」工程は予熱段階であり、焼き物の
割れを防止するため、特にゆっくりと昇温する必要があ
る。そのためには極力ガス量を絞ることが求められ、低
インプットで安定的に燃焼可能なバーナが求められてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のブンゼ
ン燃焼式バーナでは最小燃焼時と最大燃焼時のインプッ
ト比（絞り比）、即ち、ＴＤＲ（turn down ratio）を
あまり大きくすることができなかった。その理由は以下
の通りである。火炎を安定的に燃焼させるためには、燃
焼がバーナヘッドの炎口外部表面近傍で行われなければ
ならないが、そのためには炎口からの混合気噴出速度Ｖ
bと燃焼速度Ｖcとを均衡させなければならない。噴出速
度Ｖbが燃焼速度Ｖcより大きい場合にはリフト（煽火）
燃焼しやすく、逆の場合にはフラッシュバック（逆火）
現象が起こりやすくなる。このことからＶb、Ｖcがイン
プット変化によりどのように変化するかを知ることが必
要となる。

【０００６】まず、インプットと噴出速度Ｖbとの関係
について説明する。噴出速度Ｖbは一次空気吸引量Ａ、
ノズルからの噴出ガス量Ｇ、バーナ炎口面積Ｓbとする
と、 Ｖb＝（Ａ＋Ｇ）／Ｓb …………………（１） で表わされる。また、空気調節ダンパーが十分開放され
ていれば、一次空気吸引量Ａは極端に噴出ガス量が小さ
い場合を除き噴出ガス量Ｇに比例し Ａ＝αＧ（α：比例定数）…………………（２） で表わされるから、結局、 Ｖb ＝（１＋α）Ｇ／Ｓb…………………（３） となる。ここでＳbは、バーナを特定すれば一定である
から、（１＋α）／Ｓbは一定であり、結局、噴出速度
Ｖbは噴出ガス量Ｇに比例する。即ち、噴出ガス量Ｇを
絞るに従って噴出速度Ｖbは小さくなることになる。一
方、噴出ガス量を極端に絞った場合にはガスの浮力の影
響が大きくなり、一次空気吸引量Ａは式（２）で与えら
れる値より大きくなる。このようなブンゼン燃焼式バー
ナにおける噴出ガス量Ｇ（インプット）と噴出速度Ｖb
との関係を定性的に示したのが図５である。

【０００７】次にインプットと燃焼速度Ｖcとの関係に
ついて説明する。一般に混合気の燃焼速度Ｖcは一次空
気比が増すに従って大きくなり、理論空気比の近傍で極
大となる。ここに一次空気比は一次空気吸引量Ａと理論
空気量Ａthの比Ａ／Ａthで表わされるが、Ａth＝βＧ
（β：ガスの種類により決まる定数）であるから、Ａ／
Ａth＝α／βとなり、即ち、一次空気比はガス量に関わ
らず一定である。但し、前述の通り噴出ガス量が極端に
小さい場合には、浮力の影響を受け一次空気比は増加傾
向となるため、燃焼速度Ｖcも大きくなる傾向にある。
図４にはインプットと燃焼速度Ｖcとの関係も定性的に
示している。図４から明らかな通り、インプットを絞っ
ていくと、あるインプット以下ではＶb＜Ｖcとなる。つ
まり、この範囲では燃焼をバーナ外表面で維持すること
ができず、火炎はバーナ内部に入ってしまうことを意味
する。そうなると二次空気の供給が得られず消火に至る
か、一次空気比が理論空気比に近い場合にはベンチュリ
ー内部で継続燃焼するかのいずれかの状態となる。ベン
チュリー内部で継続的に燃焼することになると、バーナ
の過熱を招き危険である。このような理由により従来の
ブンゼン燃焼式バーナにおいては、インプットをあまり
絞ることができず、ＴＤＲは１：４程度が限度であっ
た。従って、従来のブンゼン燃焼式バーナを設置したガ
ス陶芸窯においては、各バーナのインプットを大きく絞
ることができないため、予熱段階では一部のバーナのみ
に点火して緩やかに昇温し、予熱完了後に残りのバーナ
に点火して昇温するという操作を行なう必要があった。
そして、この操作を自動化するためには、各バーナに遮
断弁を設けてＯＮ−ＯＦＦ制御する必要があり、コスト
アップ要因となるため実用的でなかった。本発明は、以
上のように陶芸窯用バーナ等として利用するブンゼン燃
焼式バーナの欠点を改良するためになされたものであっ
て、その目的とするところはブンゼン燃焼式バーナのＴ
ＤＲを大きくすることにより、高価な制御装置を必要と
することなく、最小インプットから最大インプットにわ
たる広い範囲で安定的に燃焼可能なブンゼン燃焼式バー
ナを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、まず、一次空気を吸引するノズルから
の燃焼用ガスに加え、少量の燃焼用ガスを、一次空気吸
引部からバーナヘッドの炎口に至る一次空気混合経路の
適所に構成したバイパスガス供給部から供給することに
より、ノズルからの燃焼用ガスと一次空気による空気比
を低下させるようにしたブンゼン燃焼式バーナにおける
燃焼用ガスの供給方法を提案する。

【０００９】上記方法において、少量の燃焼用ガスは、
バイパスガス供給部から必要に応じて供給する他、常時
供給することができる。そして後者の場合には、ノズル
からの燃焼用ガスの流量のみを変化させてインプットを
調節することができる。

【００１０】また本発明では、上記課題を解決するため
に、一次空気を吸引する燃焼用ガスを噴出するノズルに
加え、少量の燃焼用ガスを供給するバイパスガス供給部
を一次空気吸引部からバーナヘッドの炎口に至る一次空
気混合経路の適所に構成したブンゼン燃焼式バーナを提
案する。

【００１１】本発明では、上述したとおり、バイパスガ
ス供給部は、一次空気吸引部、一次空気吸引部とバーナ
ヘッド間の混合管、又はバーナヘッドというように一次
空気混合経路の適所に構成することができる。

【００１２】また本発明では、上記構成において、流量
調節弁を経てノズルに至るメインガス供給経路と、流量
調節弁の上流側においてメインガス供給経路から分岐さ
せてバイパスガス供給部に至るバイパスガス供給経路を
構成したブンゼン燃焼式バーナを提案する。このバイパ
スガス供給経路には流量調節弁を設けることができる。

【００１３】以上の本発明によれば、一次空気混合経路
には、ノズルからの燃焼用ガスと、それにより吸引され
た一次空気が供給されると共に、適所のバイパスガス供
給部から少量の燃焼用ガスが供給されるため、ノズルか
らの燃焼用ガスと一次空気による一次空気比は、バイパ
スガス供給部からの少量の燃焼用ガスにより低下させら
れる。この場合、インプットが大きい時は、ノズルから
の燃焼用ガスの流量が大きく、バイパスガス供給部から
の少量の燃焼用ガスによる上記一次空気比の低下割合が
小さいため、少量の燃焼用ガスを供給していても燃焼性
にあまり影響を与えない。これに対してインプットを絞
った時には、バイパスガス供給部からの燃焼用ガスの流
量の割合が相対的に高くなるため、一次空気比の低下割
合も大きくなり、燃焼速度の上昇を抑制する。これによ
りノズルからの燃焼用ガスの供給量を大きく絞っても、
逆火せず安定した燃焼が維持される。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図を参
照して説明する。図１は本発明に係るブンゼン燃焼式バ
ーナの第１の実施の形態を示す一部断面図であり、上述
した従来のブンゼン燃焼式バーナと同一の構成要素につ
いては同一の符号を付して重複する説明は省略する。図
１に示すブンゼン燃焼式バーナでは、一次空気混合経路
８の一部を構成するベンチュリー６に上述した少量の燃
焼用ガスのバイパスガス供給部１０を構成している。即
ち、このバイパスガス供給部１０はベンチュリー６に構
成したガス導入口１１にガス管１２を接続して構成して
おり、この場合、ガス管１２は、ガス導入口１１に付設
した接続用ソケット１３等を用い、ロウ付け、ネジ、袋
ナット等の接続手段により、気密を保って接続する構成
としている。尚、このガス管１２は後述するようにバイ
パスガス供給経路を構成するものである。

【００１５】図２は図１に示したブンゼン燃焼式バーナ
１へのガス供給系統の構成例を示すもので、このガス供
給系統は、ガス元弁１４から流量調節弁１５を経てノズ
ル２に至るメインガス供給経路１６と、流量調節弁１５
の上流側においてメインガス供給経路１６から分岐させ
て上記バイパスガス供給部１０に至るバイパスガス供給
経路１７とから構成しており、バイパスガス供給経路１
７には流量調節可能な弁１８を設けている。図２ではガ
ス供給系統を一つのブンゼン燃焼式バーナについてのみ
記載しているが、複数のブンゼン燃焼式バーナについて
は、マニホールド等の適宜の分岐手段を利用してガス供
給系統を構成することができる。

【００１６】以上の構成においては、メインガス供給経
路１６を経た燃焼用ガスはノズル２から噴出し、吸引し
た一次空気と共に、スロート５を経て一次空気混合経路
８を構成するベンチュリー６内に供給されると同時に、
バイパスガス供給経路１７を経た燃焼用ガスはバイパス
ガス供給部１０を経てベンチュリー６内に供給される。
バイパスガス供給部１０を経て供給される燃焼用ガスは
一次空気の吸引に寄与しないので、この燃焼用ガスは、
ノズルからの燃焼用ガスと一次空気による一次空気比を
低下させる。そしてノズル２から噴出させる燃焼用ガス
の流量を流量調節弁で調節することによりインプットを
調節することができる。またバイパスガス供給部１０を
経て供給する燃焼用ガスの流量は弁１８を調節して適切
に設定することができる。即ち、バイパスガス供給部１
０を経て供給する燃焼用ガスの流量は、インプットを絞
った時に、ノズル２からの燃焼用ガスと一次空気による
一次空気比を適切に低下させて、安定な燃焼が得られる
ように設定する。そして、このような設定では、インプ
ットが大きい時にはノズルからの燃焼用ガスの流量が大
きく、バイパスガス供給部からの少量の燃焼用ガスによ
る上記一次空気比の低下割合が小さいため、少量の燃焼
用ガスを供給していても燃焼性にあまり影響を与えな
い。バイパスガス供給部１０を経て供給する燃焼用ガス
の流量の設定は弁１８の調節により行う構成とする他、
予め設定するものとして弁１８を省略することもでき
る。また、バイパスガス供給部１０を経ての少量の燃焼
用ガスの供給は、場合によっては、インプットを絞った
時にのみ行わせるように構成することもできる。

【００１７】次に図３は、本発明に係るブンゼン燃焼式
バーナの第２の実施の形態を示す一部断面図であり、こ
の実施の形態では、バイパスガス供給部１０はバイパス
ガス供給経路を構成するガス管１４の開口端を一次空気
吸引口４に位置させて構成している。その他の構成要素
は図１と同じであるので、同一の構成要素については同
一の符号を付して重複する説明は省略する。

【００１８】次に図４は、本発明に係るブンゼン燃焼式
バーナの第３の実施の形態を示す一部断面図であり、こ
の実施の形態では、バイパスガス供給部１０はバーナヘ
ッド７の側面に形成したガス導入口１１にバイパスガス
供給経路を構成するガス管１４の開口端を接続して構成
している。その他の構成要素は図１と同じであるので、
同一の構成要素については同一の符号を付して重複する
説明は省略する。

【００１９】以上の第１〜第３の実施の形態において、
バイパスガス供給部１０は夫々１個所にのみ図示してい
るが、バイパスガス供給部１０は、夫々の実施の形態に
おいて複数の個所に構成することができるし、夫々の実
施の形態を組み合せて複数の個所に構成することもでき
る。即ち、バイパスガス供給部１０は、バーナの燃焼特
性等に応じて、一次空気吸引部からバーナヘッドの炎口
に至る一次空気混合経路において、最適の位置、数を選
択することが可能である。またバイパスガス供給部１０
の形状、構造等も適宜に選択することができる。

【００２０】

【実施例】次に本発明を適用したブンゼン燃焼式バーナ
を燃焼させた試験結果を説明する。試験に用いたバーナ
は最大インプット１０，０００kcal/hである。バイパス
ガス供給経路を構成するガス管の口径は６φである。バ
イパスガス供給部は第１の実施の形態に対応するものと
し、このバイパスガス供給部から供給する燃焼用ガスの
流量は、０．０３ｍ³（330kcal/h）に設定し、この状態
でメインガス供給経路を経てノズルから供給する燃焼用
ガスの流量を０〜０．９ｍ³（9,900kcal/h）まで変化さ
せていったが、常に安定的に燃焼した。また炎検出も正
常に行われた。一方、従来のブンゼン燃焼式バーナを用
いた場合は、ガス量が０．１ｍ³（1,100kcal/h）以下で
は燃焼が不安定で、扇風機で炎面に風を送ると容易にバ
ックした。以上のように本発明によるブンゼン燃焼式バ
ーナでは、最小燃焼時のインプットが従来バーナと比較
して１／２以下に絞ることができた。実際にガス陶芸窯
に設置する場合は安全率を見込む必要があるが、ＴＤＲ
を１：１０以上とすることは容易である。以上の結果
は、第２、第３の実施の形態に対応するバイパスガス供
給部においても同様であった。

【００２１】以上に説明したように本発明に係るブンゼ
ン燃焼式バーナは陶芸窯への設置用として最適である
が、用途は、これに限定されるものではなく、ＴＤＲを
大きくとる必要のある用途、例えば乾燥炉等に広く用い
ることができることは言うまでもない。

【００２２】

【発明の効果】本発明は以上のとおりであるので、次の
ような効果がある。 ａ．小インプット時において一次空気比を下げて燃焼速
度の上昇を抑制することができるので、最小インプット
を従来のブンゼン燃焼式バーナと比較して、例えば半分
以下にすることができ、このようにインプットを絞って
も逆火しない安定した燃焼を維持することができる。 ｂ．従って、ＴＤＲを、例えば１：１０と、従来のブン
ゼン燃焼式バーナと比較して大きくすることができ、最
小インプットから最大インプットまで安定した燃焼が得
られ、高度な温度制御を容易に行うことができる。 ｃ．本発明のブンゼン燃焼式バーナをガス陶芸窯に適用
した場合には、予熱段階における複数のバーナのインプ
ット調節をメインガス供給経路の流量調節弁の調節のみ
でを行なうことが可能となり、これにより予熱段階にお
ける緩やかな昇温が可能となって、焼き物の割れを防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるブンゼン燃焼式バーナの第１の
実施の形態を示す一部断面図である。

【図２】 本発明によるブンゼン燃焼式バーナへのガス
供給系統の構成例を示す系統図である。

【図３】 本発明によるブンゼン燃焼式バーナの第２の
実施の形態を示す一部断面図である。

【図４】 本発明によるブンゼン燃焼式バーナの第３の
実施の形態を示す断面図である。

【図５】 ブンゼン燃焼式バーナにおけるガスインプッ
トと噴出速度Ｖb及び燃焼速度Ｖc との関係を示す説明
図である。

【図６】 従来のブンゼン燃焼式バーナを示す一部断面
図である。

【図７】 従来のブンゼン燃焼式バーナを設置したガス
陶芸窯の構成を示す説明図である。

【符号の説明】

１ ブンゼン燃焼式バーナ ２ ノズル ３ 空気調節ダンパー ４ 一次空気吸引口 ５ スロート ６ ベンチュリー ７ バーナヘッド ８ 一次空気混合経路 ９ 炎口 １０ バイパスガス供給部 １１ ガス導入口 １２ ガス管 １３ 接続用ソケット １４ ガス元弁 １５ 流量調節弁 １６ メインガス供給経路 １７ バイパスガス供給経路 １８ 弁 ２０ ガス陶芸窯 ２１ ガス供給系統 ２２ ガス元弁 ２３ ガス流量調節弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高田 秀伸 愛知県日進市南ヶ丘２−14−４ (72)発明者 加藤 末正 愛知県瀬戸市平町３−137 ウイステリア 瀬戸Ａ−201 (72)発明者 市川 善英 愛知県日進市北新町南鶯515−１

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次空気を吸引するノズルからの燃焼用
   ガスに加え、少量の燃焼用ガスを、一次空気吸引部から
   バーナヘッドの炎口に至る一次空気混合経路の適所に構
   成したバイパスガス供給部から供給することにより、ノ
   ズルからの燃焼用ガスと一次空気による空気比を低下さ
   せることを特徴とするブンゼン燃焼式バーナにおける燃
   焼用ガスの供給方法
2. 【請求項２】 バイパスガス供給部からの少量の燃焼用
   ガスは常時供給し、ノズルからの燃焼用ガスの流量のみ
   を変化させてインプットを調節することを特徴とする請
   求項１記載のブンゼン燃焼式バーナにおける燃焼用ガス
   の供給方法
3. 【請求項３】 バイパスガス供給部は、一次空気吸引部
   に構成することを特徴とする請求項１又は２記載のブン
   ゼン燃焼式バーナにおける燃焼用ガスの供給方法
4. 【請求項４】 バイパスガス供給部は、一次空気吸引部
   とバーナヘッド間の混合管に構成することを特徴とする
   請求項１又は２記載のブンゼン燃焼式バーナにおける燃
   焼用ガスの供給方法
5. 【請求項５】 バイパスガス供給部は、バーナヘッドに
   構成することを特徴とする請求項１又は２記載のブンゼ
   ン燃焼式バーナにおける燃焼用ガスの供給方法
6. 【請求項６】 一次空気を吸引する燃焼用ガスを噴出す
   るノズルに加え、少量の燃焼用ガスを供給するバイパス
   ガス供給部を、一次空気吸引部からバーナヘッドの炎口
   に至る一次空気混合経路の適所に構成したことを特徴と
   するブンゼン燃焼式バーナ
7. 【請求項７】 バイパスガス供給部は、一次空気吸引部
   に構成することを特徴とする請求項６記載のブンゼン燃
   焼式バーナ
8. 【請求項８】 バイパスガス供給部は、一次空気吸引部
   とバーナヘッド間の混合管に構成することを特徴とする
   請求項７記載のブンゼン燃焼式バーナ
9. 【請求項９】 バイパスガス供給部は、バーナヘッドに
   構成することを特徴とする請求項７記載のブンゼン燃焼
   式バーナ
10. 【請求項１０】 流量調節弁を経てノズルに至るメイン
    ガス供給経路と、流量調節弁の上流側においてメインガ
    ス供給経路から分岐させて供給部に至るバイパスガス供
    給経路を構成したことを特徴とする請求項６〜９までの
    いずれか１項に記載のブンゼン燃焼式バーナ
11. 【請求項１１】 バイパスガス供給経路に流量調節弁を
    設けたことを特徴とする請求項１０記載のブンゼン燃焼
    式バーナ