JP5378325B2 - 管状バーナ - Google Patents

Description

本発明は、燃料ガスと一次空気とが流入する後端の流入口と、流入口に対し縮径したベンチュリー部と、ベンチュリー部から前方に向けて次第に拡径するテーパー管部とを有する混合管を備え、混合管の前端部に、複数の炎口を有する炎口部材が嵌合された管状バーナに関する。

従来、この種のバーナとして、特許文献１に記載のものが知られている。このものでは、炎口部材を焼結金属製の厚肉のものとしている。そして、炎口部材に前後方向に貫通する複数の炎口を形成し、燃料ガスと一次空気との混合ガスがこれら炎口から噴出して燃焼するようにしている。

ここで、混合管から炎口部材に向かう混合ガスの流れは、テーパー管部の影響で径方向外方に向かう方向成分を持つ。そのため、炎口部材の厚さを薄くしたのでは、火炎が径方向外方に広がりやすくなる。これに対し、上記従来例のものでは、炎口部材が厚いため、各炎口で混合ガスの流れが前方に向くように整流され、火炎が径方向外方に広がることを防止できる。

然し、上記従来例では、炎口部材を材料費の高い焼結金属製のものにするため、コストアップを招く不具合がある。

米国特許第５１８６６２０号明細書

本発明は、以上の点に鑑み、炎口部材を板金製として、コストダウンを図ることができるようにし、且つ、火炎が径方向外方に広がることを防止できるようにした管状バーナを提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、燃料ガスと一次空気とが流入する後端の流入口と、流入口に対し縮径したベンチュリー部と、ベンチュリー部から前方に向けて次第に拡径するテーパー管部とを有する混合管を備え、混合管の前端部に、複数の炎口を有する炎口部材が嵌合され、燃料ガスと一次空気との混合ガスがこれら炎口から噴出して燃焼するようにした管状バーナであって、炎口部材は、板金製の前板と、前板よりも後方に位置する板金製の後板とで構成され、前板に、中央部の第１炎口と、第１炎口の周囲に位置する消炎距離以下の幅のスリット状の複数の第２炎口とが形成され、後板に、中央部の第１通気孔と、第１通気孔の周囲に位置する、第１通気孔よりも小径の複数の第２通気孔とが形成され、後板と前板との少なくとも一方に、第１通気孔に流入した混合ガスを第１炎口に導く筒部が設けられることを特徴とする。

本発明によれば、炎口部材を板金製の前後２枚の板で構成するため、焼結金属製の炎口部材を用いる上記従来例に比し、コストダウンを図ることができる。更に、本発明では、炎口部材を板金製としても、火炎が径方向外方に広がることを防止できる。

即ち、本発明では、第１通気孔に流入した混合ガスを第１炎口に導く筒部を設けることで、第１炎口に向かう混合ガスの流れが筒部によって整流され、第１炎口から前方に向けて混合ガスが勢いよく噴出する。一方、後板の比較的小径の第２通気孔を介して前板のスリット状の第２炎口から噴出する混合ガスの流速は比較的低く抑えられる。そのため、第２炎口から噴出する混合ガスが第１炎口から高速で噴出する混合ガスの流れに引き寄せられ、火炎が径方向外方に広がることを抑制できる。

尚、筒部を設けずに、第１炎口を前板から前方に突出する筒状に形成した場合も、第１炎口から噴出する混合ガスの流れを整流して、火炎の径方向外方への広がりを抑制する効果が得られる。然し、これでは、第１炎口の筒状部に入熱される火炎からの熱量が大きくなり、第１炎口の過熱で逆火し易くなる。これに対し、本発明では、第１炎口を筒状に形成せずに、火炎の外方への広がりを抑制する効果が得られ、第１炎口の過熱による逆火を防止できる。また、第２炎口を消炎距離以下の幅のスリット状に形成することで、第２炎口における逆火も防止できる。

また、本発明において、筒部の後部は、第１通気孔から前方に向けて次第に縮径し、この後部より前方の筒部の部分は、第１通気孔より小径の円筒状に形成されることが望ましい。これによれば、混合ガスの整流作用に加え、混合ガスの流速を第１通気孔への流入速度より速くする増速作用が得られ、火炎の径方向外方への広がりを効果的に抑制できる。

また、筒部の長さは、後板と前板との間の前後方向距離と同等であることが望ましい。尚、この「同等」は、筒部の長さが後板と前板との間の前後方向距離と同一である場合だけでなく、筒部の長さが後板と前板との間の前後方向距離よりも僅かに短く、後板に設けた筒部の前端と前板との間又は前板に設けた筒部の後端と後板との間に前後方向の隙間を生じても、筒部に流れた混合ガスや第１通気孔に流入した混合ガスがこの隙間から前板と後板との間の筒部外方の空間に漏れることがない場合も含むことを意味する。これによれば、第１通気孔に流入した混合ガスが全て第１炎口に導かれ、第１炎口から噴出する混合ガスの流速が速くなって、火炎の径方向外方への広がりを効果的に抑制できる。

また、後板に筒部を設ける場合、第１炎口の口径は、筒部の前端の内径以上であることが望ましい。これによれば、筒部に流れた混合ガスが前板に阻害されずにスムーズに第１炎口から噴出し、第１炎口から噴出する混合ガスの流速が速くなると共に、圧力損失も少なくなる。

尚、第２炎口が前板の径方向に長手のスリット状である場合は、第１炎口寄りの前板の部分に、内側の第２炎口が周方向に等ピッチで複数形成されると共に、内側の第２炎口の径方向内端と外端との中間部に位置する前板の部分と内側の第２炎口の径方向外端よりも径方向外方に位置する前板の部分との間に、外側の第２炎口が内側の第２炎口に対し周方向に半ピッチ位置をずらして複数形成されることが望ましい。これによれば、前板にバランス良く第２炎口を配置することができる。

本発明の第１実施形態のバーナの切断側面図。 第１実施形態のバーナの斜視図。 第１実施形態のバーナの切断斜視図。 本発明の第２実施形態のバーナの切断斜視図。

図１を参照して、１は本発明の実施形態の管状バーナを示している。このバーナ１は、暖房機の熱源として用いるものであり、室内空気との熱交換を行う熱交換パイプＰの流入端に対向して配置される。

バーナ１は、混合管２と、混合管２の前端部に嵌合させた炎口部材３とで構成されている。図２、図３も参照して、混合管２は、後端の流入口２１と、流入口２１に対し縮径したベンチュリー部２２と、ベンチュリー部２２から前方に向けて次第に拡径するテーパー管部２３とを有している。そして、流入口２１に臨ませて配置したガスノズル（図示せず）から噴射する燃料ガスと一次空気とが流入口２１から混合管２内に流入し、混合管２内で燃料ガスと一次空気との混合ガスが生成されるようにしている。尚、混合管２は、板金製であって、プレス成形されたステンレス鋼板等の２枚の板金２ａ，２ａを重ね合わせて形成される。

また、図示しないが、管状バーナ１は複数並設されている。そして、混合管２を構成する２枚の板金２ａ，２ａの前端部に、他の板金２ａから離れる方向の窪み部２ｂを形成し、この窪み部２ｂによって両板金２ａ，２ａ間に生ずる隙間により、隣接するバーナに火移りさせるスリット状の火移り炎口２ｃを形成している。

混合管２の前端部は、テーパー管部２３の前端のアール状の拡径部２３ａから前方にのびる円筒状に形成されている。そして、混合管２の前端部に嵌合させる炎口部材３は、ステンレス鋼板等の板金で形成された前板４と、前板４よりも後方に位置する、ステンレス鋼板等の板金で形成された円板状の後板５とで構成されている。

前板４は、円板状の前面部分の外周から後方にのびて混合管２の前端部内周面に嵌合する筒状部４ａを有している。また、前板４には、その前面中央部の第１炎口４１と、第１炎口４１の周囲に位置する、消炎距離以下の幅（例えば０．７ｍｍ）のスリット状の複数の第２炎口４２とが形成されている。

ここで、第２炎口４２は、前板４の径方向に長手のスリット状である。尚、このような第２炎口４２を周方向に等ピッチで単純に形成すると、周方向に隣接する第２炎口４２，４２間の間隔が径方向外方部分で広くなり過ぎてしまう。そこで、本実施形態では、第１炎口４１寄りの前板４の部分に、内側の第２炎口４２ｉｎを周方向に等ピッチで複数形成すると共に、内側の第２炎口４２ｉｎの径方向内端と外端との中間部に位置する前板４の部分と内側の第２炎口４２ｉｎの径方向外端よりも径方向外方に位置する前板４の部分との間に、外側の第２炎口４２ｏｕｔを内側の第２炎口４２ｉｎに対し周方向に半ピッチ位置をずらして複数形成している。これによれば、前板４にバランス良く第２炎口４２を配置することができる。

尚、第２炎口４２は、前板４の周方向に長手のスリット状であってもよい。即ち、第１炎口４１と同心の内外複数の同心円上に、前板４の周方向に長手のスリット状の第２炎口を複数形成してもよい。

また、前板４の筒状部４ａの前部には、前板４の前面部分に向けて所定の曲率で湾曲して、混合管２の前端部内周面から離隔するコーナーアール部４ｂが形成されている。そして、コーナーアール部４ｂに、周方向の間隔を存してスリット状の複数の保炎口４３を形成している。

後板５には、中央部の第１通気孔５１と、第１通気孔５１の周囲に位置する、第１通気孔５１よりも小径の複数の第２通気孔５２とが形成されている。後板５には、更に、第１通気孔５１の孔縁から第１炎口４１に向けて前方に突出する筒部５３が形成されている。そして、第１通気孔５１に流入した混合ガスが筒部５３を介して第１炎口４１に導かれるようにしている。

ここで、筒部５３の後部は、第１通気孔５１から前方に向けて次第に縮径し、この後部より前方の筒部５３の部分（筒部５３の前部）は、第１通気孔５１より小径の円筒状に形成されている。また、筒部５３の長さは、後板５と前板４との間の前後方向距離と同一であり、筒部５３の前端と前板４との間に前後方向の隙間を生じないようにしている。また、第１炎口４１の口径は、筒部５３の前端の内径以上である。本実施形態では、第１炎口４１の口径を筒部５３の前端の外径にほぼ等しくしている。

上述した本実施形態の管状バーナ１によれば、炎口部材３を板金製の前後２枚の板４，５で構成するため、焼結金属製の炎口部材を用いる上記従来例に比し、コストダウンを図ることができる。また、炎口部材３を板金製にすると、燃料ガスと一次空気との混合ガスが混合管２のテーパー管部２３の影響で径方向外方に向かう方向成分を持って噴出して、火炎が径方向外方に広がりやすくなる。然し、本実施形態では、火炎が径方向外方に広がることを抑制でき、熱交換パイプＰに火炎を確実に送り込むことができる。以下、その理由について詳述する。

本実施形態では、第１通気孔５１に流入した混合ガスを第１炎口４１に導く筒部５３を設けることで、第１炎口４１に向かう混合ガスの流れが筒部５３によって整流され、第１炎口４１から前方に向けて混合ガスが勢いよく噴出する。一方、後板５の比較的小径の第２通気孔５２を介して前板４のスリット状の第２炎口４２から噴出する混合ガスの流速は比較的低く抑えられる。そのため、ベルヌーイの定理により、第２炎口４２から噴出する混合ガスが第１炎口４１から高速で噴出する混合ガスの流れに引き寄せられる。その結果、第１炎口４１から噴出する混合ガスの燃焼で形成される火炎に第２炎口４２から噴出する混合ガスの燃焼で形成される火炎が合体して、前方に細長く伸びる集合火炎Ｆａが形成され、火炎が径方向外方に広がることを抑制できる。

また、本実施形態では、筒部５３の前部を第１通気孔５１より小径の円筒状に形成しているため、混合ガスの整流作用に加え、混合ガスの流速を第１通気孔５１への流入速度より速くする増速作用が得られる。従って、第１炎口４１から噴出する混合ガスの流速が一層速くなって、火炎の径方向外方への広がりを効果的に抑制できる。

ところで、筒部５３を設けずに、第１炎口を前板から前方に突出する筒状に形成した場合も、第１炎口から噴出する混合ガスの流れを整流して、火炎の径方向外方への広がりを抑制する効果が得られる。然し、これでは、第１炎口の筒状部に入熱される火炎からの熱量が大きくなり、第１炎口の過熱で逆火し易くなる。これに対し、本実施形態では、第１炎口４１を筒状に形成せずに、火炎の径方向外方への広がりを抑制する効果が得られ、第１炎口４１の過熱による逆火を防止できる。また、第２炎口４２を消炎距離以下の幅のスリット状に形成することで、第２炎口４２における逆火も防止できる。

尚、スリット状の第２炎口４２に代えて、消炎距離以下の径の丸孔を多数形成し、この丸孔で第２炎口を構成しても、逆火を防止できる。但し、本実施形態の如く、第２炎口４２をスリット状に形成した方が、加工が容易になると共に、圧力損失も低減でき、有利である。

また、筒部５３の長さを後板５と前板４との間の前後方向距離よりも短くすることも可能である。然し、これでは、筒部５３の前端と前板４との間に前後方向の隙間を生じ、筒部５３に流れた混合ガスの一部がこの隙間から前板４と後板５との間の筒部５３外方の空間に漏れて、第１炎口４１から噴出する混合ガスの流速が低下してしまう。これに対し、本実施形態では、筒部５３の長さを後板５と前板４との間の前後方向距離と同一にして、筒部５３の前端と前板４との間に前後方向の隙間を生じないようにしている。そのため、第１通気孔５１に流入した混合ガスが全て第１炎口４１に導かれ、上述した増速作用と相俟って第１炎口４１から噴出する混合ガスの流速が一層速くなり、火炎の径方向外方への広がりを一層効果的に抑制できる。

尚、本実施形態では、筒部５３の長さを後板５と前板４との間の前後方向距離と同一に設定しているが、これに限定されない。即ち、筒部５３の長さが後板５と前板４との間の前後方向距離よりも僅かに短く、筒部５３の前端と前板４との間に前後方向の隙間を生じても、筒部５３に流れた混合ガスがこの隙間から前板４と後板５との間の筒部５３外方の空間に漏れることがない場合には、上記と同様の効果が得られる。

また、本実施形態では、第１炎口４１の口径を筒部５３の前端の内径以上にしているため、筒部５３に流れた混合ガスが前板４に阻害されずにスムーズに第１炎口４１から噴出し、第１炎口４１から噴出する混合ガスの流速が速くなると共に、圧力損失も少なくなる。

また、各保炎口４３から噴出する混合ガスは、混合管２の前端内周面に衝突して、コーナーアール部４ｂと混合管２の前端内周面との間に生ずる環状の隙間内で周方向に拡散した後、この隙間から前方に噴出する。そして、この隙間からの混合ガスの噴出速度は、混合管２の前端内周面への混合ガスの衝突拡散で低下するため、リフトしにくい火炎Ｆｂが形成され、保炎性が確保される。

次に、図４に示す第２実施形態について説明する。第２実施形態の基本的な構造は上記第１実施形態と特に異ならず、第１実施形態と同様の部材、部位に上記と同一の符号を付している。第２実施形態の第１実施形態との相違点は、第１炎口４１の口径を筒部５３の前端の外径よりも大きくしたことである。

第２実施形態においても、筒部５３に流れた混合ガスが前板４に阻害されずにスムーズに第１炎口４１から噴出する。そのため、第１実施形態と同様に、第１炎口４１から噴出する混合ガスの流速が速くなると共に、圧力損失も少なくなる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、後板５に筒部５３を形成したが、前板４に、第１炎口４１の口縁から第１通気孔５１に向けて後方に突出する筒部を形成し、第１通気孔５１に流入した混合ガスをこの筒部を介して第１炎口４１に導くようにしてもよい。この場合、筒部の長さを後板５と前板４との間の前後方向距離と同等にし、筒部の後端と後板５との間に、第１通気孔５１に流入した混合ガスが後板５と前板４との間の筒部外方の空間に漏れる隙間を生じないようにすることが望ましい。尚、筒部の長さを後板５と前板４との間の前後方向距離よりも長くし、筒部の後端部を第１通気孔５１に嵌合させることも可能である。また、前板４に筒部を形成する場合も、筒部の後部を第１通気孔５１から前方に向けて次第に縮径させ、筒部の前部を第１通気孔５１より小径で第１炎口４１と同径の円筒状に形成することが望ましい。但し、前板４にこのような筒部を形成する場合は、筒部の加工が面倒になるため、上記実施形態の如く後板５に筒部５３を形成した方が有利である。

また、後板５に第１通気孔５１の孔縁から前方に突出する筒部を形成すると共に、前板４に第１炎口４１の口縁から後方に突出する筒部を形成し、両筒部を後板５と前板４との間で嵌合させて、第１通気孔５１に流入した混合ガスを両筒部を介して第１炎口４１に導くようにしてもよい。尚、前板４と後板５との少なくとも一方に、これら板４，５とは別体の筒部を取付けることも可能である。更に、上記実施形態では、板金製の混合管２を用いたが、鋳造品から成る混合管を用いることも可能である。また、上記実施形態の保炎口４３は省略してもよい。また、上記実施形態は、暖房機用の管状バーナに本発明を適用したものであるが、暖房機以外の燃焼装置で用いる管状バーナにも同様に本発明を適用できる。

１…管状バーナ、２…混合管、２１…流入口、２２…ベンチュリー部、２３…テーパー管部、３…炎口部材、４…前板、４１…第１炎口、４２…第２炎口、４２ｉｎ…内側の第２炎口、４２ｏｕｔ…外側の第２炎口、５…後板、５１…第１通気孔、５２…第２通気孔、５３…筒部。

Claims (5)

1. 燃料ガスと一次空気とが流入する後端の流入口と、流入口に対し縮径したベンチュリー部と、ベンチュリー部から前方に向けて次第に拡径するテーパー管部とを有する混合管を備え、混合管の前端部に、複数の炎口を有する炎口部材が嵌合され、燃料ガスと一次空気との混合ガスがこれら炎口から噴出して燃焼するようにした管状バーナであって、
   炎口部材は、板金製の前板と、前板よりも後方に位置する板金製の後板とで構成され、
   前板に、中央部の第１炎口と、第１炎口の周囲に位置する消炎距離以下の幅のスリット状の複数の第２炎口とが形成され、
   後板に、中央部の第１通気孔と、第１通気孔の周囲に位置する、第１通気孔よりも小径の複数の第２通気孔とが形成され、
   後板と前板との少なくとも一方に、第１通気孔に流入した混合ガスを第１炎口に導く筒部が設けられることを特徴とする管状バーナ。
2. 前記筒部の後部は、前記第１通気孔から前方に向けて次第に縮径し、この後部より前方の筒部の部分は、第１通気孔より小径の円筒状に形成されることを特徴とする請求項１記載の管状バーナ。
3. 前記筒部の長さは、前記後板と前記前板との間の前後方向距離と同等であることを特徴とする請求項１又は２記載の管状バーナ。
4. 前記後板に前記筒部が設けられ、前記第１炎口の口径は、筒部の前端の内径以上であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の管状バーナ。
5. 前記第２炎口は、前記前板の径方向に長手のスリット状であって、第１炎口寄りの前板の部分に、内側の第２炎口が周方向に等ピッチで複数形成されると共に、内側の第２炎口の径方向内端と外端との中間部に位置する前板の部分と内側の第２炎口の径方向外端よりも径方向外方に位置する前板の部分との間に、外側の第２炎口が内側の第２炎口に対し周方向に半ピッチ位置をずらして複数形成されることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の管状バーナ。