ガスバーナ
【課題】バーナ最大出力の５％程度の低出力時であっても、完全燃焼を実現可能なガスバーナを提供すること。
【解決手段】燃焼室の基部に設けた、有底円筒形状の火炎安定部材と、該火炎安定板の中心部を貫通し、先端開口部から燃焼室にガスを供給するガス供給管とを有するガスバーナであって、該ガス供給管内に、１次空気供給管を配置し、該１次空気供給管の先端が、ガス供給管の先端開口部から突出し、該１次空気供給管の先端外周部には、複数の小孔からなる１次空気供給口が形成され、該ガス供給管の先端開口部から排出されるガスの流れ方向と、該該１次空気供給口から排出される一次空気の流れ方向とが直交する。
【解決手段】燃焼室の基部に設けた、有底円筒形状の火炎安定部材と、該火炎安定板の中心部を貫通し、先端開口部から燃焼室にガスを供給するガス供給管とを有するガスバーナであって、該ガス供給管内に、１次空気供給管を配置し、該１次空気供給管の先端が、ガス供給管の先端開口部から突出し、該１次空気供給管の先端外周部には、複数の小孔からなる１次空気供給口が形成され、該ガス供給管の先端開口部から排出されるガスの流れ方向と、該該１次空気供給口から排出される一次空気の流れ方向とが直交する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低出力領域での完全燃焼を実現可能とするガスバーナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、ガラスの溶融、鍛造部品の焼純等に用いられる高温小規模の炉に最適なガスバーナとして、不完全燃焼により煤発生させ、該煤を含んだ輝炎を形成するガスバーナの技術が開示されている。また、特許文献２には、鉄鋼加熱炉におけるNOｘ対策ガスバーナとして、拡散火炎二段燃焼式ガスバーナの技術が開示されている。
【０００３】
このように、加熱炉に設置されるガスバーナは、各加熱炉の運転目的に最適に設計されることが一般的である。
【０００４】
加熱炉におけるガスバーナの燃焼効率は、空気と燃料の混合比率や混合条件に大きく依存する。したがって、所望の温度下における、最適な空燃比（以下、理論空燃比という）を計算し、ガス供給量と空気供給量が調整される。ただし、理論上最適量として供給されたガスと空気が、実際の加熱炉内では、十分に混合されない状態で燃焼(化学反応）してしまい、燃焼効率が低下する問題があった。
【０００５】
従来、単一の焼成炉(バッチ炉)で、酸化雰囲気、かつ数十度〜数百度まで幅広く温度変化する条件の焼成を行う場合、図３に示す構造のガスバーナを用い、その出力範囲を広範囲（低〜高出力）で制御する運転を行っていた。
【０００６】
該ガスバーナは、燃焼室１と、燃焼室の基部に設けた、有底円筒形状の火炎安定部材２と、該火炎安定部材の中心部を貫通し、先端開口部から燃焼室にガスを供給するガス供給管３とを備えたものである。図４には、該火炎安定部材２の説明図を示している。図４に示すように、該火炎安定部材は、側壁２１と、底面に形成した複数の小孔２２とを備え、燃焼室１と該火炎安定部材の側壁外周との隙間空間および、該火炎安定部材の底面に形成した複数の小孔２２から、空気が供給される。
【０００７】
該ガスバーナでは、特に、５％程度の低出力時に、前記燃焼効率低下の問題が顕著であった。このため、焼成条件として、煤を発生させない完全燃焼が要求される場合に、該不完全燃焼による煤の発生に起因する焼成品質不良の問題が生じていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−１３７５２７号公報
【特許文献２】特開２００２−２９５８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、前記問題を解決し、バーナ最大出力の５％程度の低出力時であっても、完全燃焼を実現可能なガスバーナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するためになされた本発明のガスバーナは、燃焼室の基部に設けた、有底円筒形状の火炎安定部材と、該火炎安定部材の中心部を貫通し、先端開口部から燃焼室にガスを供給するガス供給管とを有するガスバーナであって、該ガス供給管内に、１次空気供給管を配置し、該１次空気供給管の先端が、ガス供給管の先端開口部から突出し、該１次空気供給管の先端外周部には、複数の小孔からなる１次空気供給口が形成され、該ガス供給管の先端開口部から排出されるガスの流れ方向と、該該１次空気供給口から排出される一次空気の流れ方向とが直交すること特徴とするものである。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のガスバーナにおいて、燃焼室と該火炎安定部材の側壁外周との隙間空間および、該火炎安定部材の底面に形成した複数の小孔から、２次空気を供給することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るガスバーナは、燃焼室の基部に設けた、有底円筒形状の火炎安定部材と、該火炎安定部材の中心部を貫通し、先端開口部から燃焼室にガスを供給するガス供給管とを有するガスバーナにおいて、該ガス供給管内に、１次空気供給管を配置し、該１次空気供給管の先端が、ガス供給管の先端開口部から突出し、該１次空気供給管の先端外周部には、複数の小孔からなる１次空気供給口が形成され、該ガス供給管の先端開口部から排出されるガスの流れ方向と、該１次空気供給口から排出される一次空気の流れ方向とを直交させる構成を技術的特徴として備える。本発明では、該構成によって、燃焼筒内におけるガスと空気の混合性を改善し、該バーナ最大出力の５％程度の低出力時であっても、完全燃焼を実現可能とした。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のガスバーナの断面図である。
【図２】１次空気供給管４の説明図である。
【図３】従来のガスバーナの断面図である。
【図４】従来のガスバーナの火炎安定部材の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１には、本発明に係るガスバーナの好ましい実施形態を示している。
【００１５】
（ガスバーナの構成）
図１に示すように、燃焼室１と、燃焼室の基部に設けた、有底円筒形状の火炎安定部材２と、該火炎安定部材の中心部を貫通し、先端開口部から燃焼室にガスを供給するガス供給管３と、該ガス供給管内に配設された１次空気供給管４とから構成される。
【００１６】
図２には、１次空気供給管４の説明図を示している。
【００１７】
図２に示すように、該１次空気供給管４の先端は、ガス供給管３の先端開口部３１から突出するように配置され、該１次空気供給管４の先端外周部には、複数の小孔からなる１次空気供給口４１が形成されている。該ガス供給管の先端開口部３１から排出されるガス（G）の流れ方向と、該１次空気供給口４１から排出される一次空気（A1）の流れ方向とは直交する。
【００１８】
火炎安定部材２は、側壁２１と、底面に形成した複数の小孔２２とを備える。燃焼室に供給される２次空気のうち、一部（A２）は該火炎安定部材の底面に形成した複数の小孔２２から供給され、残部（A３）は燃焼室１と該火炎安定部材の側壁外周との隙間空間から供給される。
【００１９】
（ガスバーナの作用）
該ガスバーナは、バッチ炉に配設されており、該ガスバーナに供給されるガスと空気の量は、所望の焼成条件にあわせて設定される。
【００２０】
外部からガスと空気が供給されると、ガスはガス供給口３１から燃焼筒２内に噴出される。
【００２１】
一方、空気は、まず１次空気供給管４と２次空気供給管５とに分配される。
【００２２】
前記のように、該１次空気供給管４に分配された該１次空気（A１）は、小孔４１からガス供給管３の先端開口部３１のガス出側直近位置で、ガスの流れ方向と直交する方向に噴出される。このように、該１次空気（A１）に、ガス（Ｇ）の流れ方向に対して直交する方向の流れを与えることによって、ガスと空気の混合性の改善を図っている。
【００２３】
２次空気供給管５に分配された２次空気は、火炎安定部材２に形成された小孔２２を通過して燃焼室１に流れ込む空気（A２）と、燃焼室１と該火炎安定部材２の側壁２１外周との隙間空間を通過する空気（A３）とに分流して流れ、燃焼の用に供される。
【００２４】
本発明では、上記の空気流れを形成し、１次空気（A１）の流体と、ガス（Ｇ）の流体とを、ガス供給口３１直下付近で衝突させることにより、混合性の改善を図っている。即ち、従来の図３に示す従来のガスバーナでは、特に、混合該バーナ最大出力の５％程度の低出力時には、ガスと空気の流体が混じり合わずに、燃焼に寄与しないまま燃焼室から排出されてしまい、不完全燃焼が生じる問題があったが、本発明によれば、前記構成によりガスと空気の混合性を改善し、該バーナ出力の５％程度の低出力時であっても、完全燃焼を実現可能とした。
【実施例】
【００２５】
図１に示す、本発明のガスバーナと、図３に示す、従来のガスバーナを、バッチ炉に設置し、ガスとしては、低発燃量（８５００ｋcal/Nm3)の天然ガスを使用し、該バッチ炉におけるバーナの使用範囲は、８０００ｋcal/Hr〜２３万ｋcal/Hrとして、同一条件下(炉内温度２５０℃、空気量１００Nm3/Hr、ガス量５．５Nｍ３/Hr、空気比１．９３、燃焼量４６７９２ｋcal）で、燃焼試験を行った。
【００２６】
本発明のガスバーナでは、参考写真に示すように、青色の火炎（完全燃焼）が観察されたのに対し、従来のガスバーナでは、赤色の火炎（不完全燃焼）が観察された。
【００２７】
本実施例に示すように、従来のガスバーナでは、特に低温焼成領域において、十分な空気比を有する酸化雰囲気下であっても、空気比不足状態を示す赤色の火炎が生じてしまうが、本発明によれば、同一の条件下で、前記空気比不足状態を解消し、完全燃焼を実現することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１ 燃焼室
２ 火炎安定部材
２１ 側壁
２２ 小孔
３ ガス供給管
３１ 先端開口部
４ １次空気供給管
４１ １次空気供給口
５ ２次空気供給管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低出力領域での完全燃焼を実現可能とするガスバーナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、ガラスの溶融、鍛造部品の焼純等に用いられる高温小規模の炉に最適なガスバーナとして、不完全燃焼により煤発生させ、該煤を含んだ輝炎を形成するガスバーナの技術が開示されている。また、特許文献２には、鉄鋼加熱炉におけるNOｘ対策ガスバーナとして、拡散火炎二段燃焼式ガスバーナの技術が開示されている。
【０００３】
このように、加熱炉に設置されるガスバーナは、各加熱炉の運転目的に最適に設計されることが一般的である。
【０００４】
加熱炉におけるガスバーナの燃焼効率は、空気と燃料の混合比率や混合条件に大きく依存する。したがって、所望の温度下における、最適な空燃比（以下、理論空燃比という）を計算し、ガス供給量と空気供給量が調整される。ただし、理論上最適量として供給されたガスと空気が、実際の加熱炉内では、十分に混合されない状態で燃焼(化学反応）してしまい、燃焼効率が低下する問題があった。
【０００５】
従来、単一の焼成炉(バッチ炉)で、酸化雰囲気、かつ数十度〜数百度まで幅広く温度変化する条件の焼成を行う場合、図３に示す構造のガスバーナを用い、その出力範囲を広範囲（低〜高出力）で制御する運転を行っていた。
【０００６】
該ガスバーナは、燃焼室１と、燃焼室の基部に設けた、有底円筒形状の火炎安定部材２と、該火炎安定部材の中心部を貫通し、先端開口部から燃焼室にガスを供給するガス供給管３とを備えたものである。図４には、該火炎安定部材２の説明図を示している。図４に示すように、該火炎安定部材は、側壁２１と、底面に形成した複数の小孔２２とを備え、燃焼室１と該火炎安定部材の側壁外周との隙間空間および、該火炎安定部材の底面に形成した複数の小孔２２から、空気が供給される。
【０００７】
該ガスバーナでは、特に、５％程度の低出力時に、前記燃焼効率低下の問題が顕著であった。このため、焼成条件として、煤を発生させない完全燃焼が要求される場合に、該不完全燃焼による煤の発生に起因する焼成品質不良の問題が生じていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−１３７５２７号公報
【特許文献２】特開２００２−２９５８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、前記問題を解決し、バーナ最大出力の５％程度の低出力時であっても、完全燃焼を実現可能なガスバーナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するためになされた本発明のガスバーナは、燃焼室の基部に設けた、有底円筒形状の火炎安定部材と、該火炎安定部材の中心部を貫通し、先端開口部から燃焼室にガスを供給するガス供給管とを有するガスバーナであって、該ガス供給管内に、１次空気供給管を配置し、該１次空気供給管の先端が、ガス供給管の先端開口部から突出し、該１次空気供給管の先端外周部には、複数の小孔からなる１次空気供給口が形成され、該ガス供給管の先端開口部から排出されるガスの流れ方向と、該該１次空気供給口から排出される一次空気の流れ方向とが直交すること特徴とするものである。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のガスバーナにおいて、燃焼室と該火炎安定部材の側壁外周との隙間空間および、該火炎安定部材の底面に形成した複数の小孔から、２次空気を供給することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るガスバーナは、燃焼室の基部に設けた、有底円筒形状の火炎安定部材と、該火炎安定部材の中心部を貫通し、先端開口部から燃焼室にガスを供給するガス供給管とを有するガスバーナにおいて、該ガス供給管内に、１次空気供給管を配置し、該１次空気供給管の先端が、ガス供給管の先端開口部から突出し、該１次空気供給管の先端外周部には、複数の小孔からなる１次空気供給口が形成され、該ガス供給管の先端開口部から排出されるガスの流れ方向と、該１次空気供給口から排出される一次空気の流れ方向とを直交させる構成を技術的特徴として備える。本発明では、該構成によって、燃焼筒内におけるガスと空気の混合性を改善し、該バーナ最大出力の５％程度の低出力時であっても、完全燃焼を実現可能とした。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のガスバーナの断面図である。
【図２】１次空気供給管４の説明図である。
【図３】従来のガスバーナの断面図である。
【図４】従来のガスバーナの火炎安定部材の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１には、本発明に係るガスバーナの好ましい実施形態を示している。
【００１５】
（ガスバーナの構成）
図１に示すように、燃焼室１と、燃焼室の基部に設けた、有底円筒形状の火炎安定部材２と、該火炎安定部材の中心部を貫通し、先端開口部から燃焼室にガスを供給するガス供給管３と、該ガス供給管内に配設された１次空気供給管４とから構成される。
【００１６】
図２には、１次空気供給管４の説明図を示している。
【００１７】
図２に示すように、該１次空気供給管４の先端は、ガス供給管３の先端開口部３１から突出するように配置され、該１次空気供給管４の先端外周部には、複数の小孔からなる１次空気供給口４１が形成されている。該ガス供給管の先端開口部３１から排出されるガス（G）の流れ方向と、該１次空気供給口４１から排出される一次空気（A1）の流れ方向とは直交する。
【００１８】
火炎安定部材２は、側壁２１と、底面に形成した複数の小孔２２とを備える。燃焼室に供給される２次空気のうち、一部（A２）は該火炎安定部材の底面に形成した複数の小孔２２から供給され、残部（A３）は燃焼室１と該火炎安定部材の側壁外周との隙間空間から供給される。
【００１９】
（ガスバーナの作用）
該ガスバーナは、バッチ炉に配設されており、該ガスバーナに供給されるガスと空気の量は、所望の焼成条件にあわせて設定される。
【００２０】
外部からガスと空気が供給されると、ガスはガス供給口３１から燃焼筒２内に噴出される。
【００２１】
一方、空気は、まず１次空気供給管４と２次空気供給管５とに分配される。
【００２２】
前記のように、該１次空気供給管４に分配された該１次空気（A１）は、小孔４１からガス供給管３の先端開口部３１のガス出側直近位置で、ガスの流れ方向と直交する方向に噴出される。このように、該１次空気（A１）に、ガス（Ｇ）の流れ方向に対して直交する方向の流れを与えることによって、ガスと空気の混合性の改善を図っている。
【００２３】
２次空気供給管５に分配された２次空気は、火炎安定部材２に形成された小孔２２を通過して燃焼室１に流れ込む空気（A２）と、燃焼室１と該火炎安定部材２の側壁２１外周との隙間空間を通過する空気（A３）とに分流して流れ、燃焼の用に供される。
【００２４】
本発明では、上記の空気流れを形成し、１次空気（A１）の流体と、ガス（Ｇ）の流体とを、ガス供給口３１直下付近で衝突させることにより、混合性の改善を図っている。即ち、従来の図３に示す従来のガスバーナでは、特に、混合該バーナ最大出力の５％程度の低出力時には、ガスと空気の流体が混じり合わずに、燃焼に寄与しないまま燃焼室から排出されてしまい、不完全燃焼が生じる問題があったが、本発明によれば、前記構成によりガスと空気の混合性を改善し、該バーナ出力の５％程度の低出力時であっても、完全燃焼を実現可能とした。
【実施例】
【００２５】
図１に示す、本発明のガスバーナと、図３に示す、従来のガスバーナを、バッチ炉に設置し、ガスとしては、低発燃量（８５００ｋcal/Nm3)の天然ガスを使用し、該バッチ炉におけるバーナの使用範囲は、８０００ｋcal/Hr〜２３万ｋcal/Hrとして、同一条件下(炉内温度２５０℃、空気量１００Nm3/Hr、ガス量５．５Nｍ３/Hr、空気比１．９３、燃焼量４６７９２ｋcal）で、燃焼試験を行った。
【００２６】
本発明のガスバーナでは、参考写真に示すように、青色の火炎（完全燃焼）が観察されたのに対し、従来のガスバーナでは、赤色の火炎（不完全燃焼）が観察された。
【００２７】
本実施例に示すように、従来のガスバーナでは、特に低温焼成領域において、十分な空気比を有する酸化雰囲気下であっても、空気比不足状態を示す赤色の火炎が生じてしまうが、本発明によれば、同一の条件下で、前記空気比不足状態を解消し、完全燃焼を実現することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１ 燃焼室
２ 火炎安定部材
２１ 側壁
２２ 小孔
３ ガス供給管
３１ 先端開口部
４ １次空気供給管
４１ １次空気供給口
５ ２次空気供給管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室の基部に設けた、有底円筒形状の火炎安定部材と、該火炎安定部材の中心部を貫通し、先端開口部から燃焼室にガスを供給するガス供給管とを有するガスバーナであって、
該ガス供給管内に、１次空気供給管を配置し、
該１次空気供給管の先端が、ガス供給管の先端開口部から突出し、
該１次空気供給管の先端外周部には、複数の小孔からなる１次空気供給口が形成され、
該ガス供給管の先端開口部から排出されるガスの流れ方向と、該該１次空気供給口から排出される一次空気の流れ方向とが直交すること特徴とするガスバーナ。
【請求項２】
燃焼室と該火炎安定部材の側壁外周との隙間空間および、該火炎安定部材の底面に形成した複数の小孔から、２次空気を供給することを特徴とする請求項１記載のガスバーナ。
【請求項１】
燃焼室の基部に設けた、有底円筒形状の火炎安定部材と、該火炎安定部材の中心部を貫通し、先端開口部から燃焼室にガスを供給するガス供給管とを有するガスバーナであって、
該ガス供給管内に、１次空気供給管を配置し、
該１次空気供給管の先端が、ガス供給管の先端開口部から突出し、
該１次空気供給管の先端外周部には、複数の小孔からなる１次空気供給口が形成され、
該ガス供給管の先端開口部から排出されるガスの流れ方向と、該該１次空気供給口から排出される一次空気の流れ方向とが直交すること特徴とするガスバーナ。
【請求項２】
燃焼室と該火炎安定部材の側壁外周との隙間空間および、該火炎安定部材の底面に形成した複数の小孔から、２次空気を供給することを特徴とする請求項１記載のガスバーナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−２８１５１２（Ｐ２０１０−２８１５１２Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３５６４１（Ｐ２００９−１３５６４１）
【出願日】平成２１年６月５日（２００９．６．５）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【出願人】（５９１０７６１０９）エヌジーケイ・キルンテック株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月５日（２００９．６．５）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【出願人】（５９１０７６１０９）エヌジーケイ・キルンテック株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
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