JP2017120145A - 平面燃焼バーナ用バーナプレート - Google Patents

Abstract

【課題】周辺機器の寸法を変更することなく燃焼振動の発生を抑制することが可能な平面燃焼バーナ用バーナプレートを提供する。【解決手段】燃料と空気の予混合気（Ｐ）が供給される多数の炎孔（２９）を有し、平面燃焼バーナ（２１）に用いられて、表面が燃焼領域（Ｂ）に臨むバーナプレート（１）において、多数の前記炎孔（２９）が形成された燃焼部（３１）と、前記燃焼部（３１）を取り囲む、炎孔（２９）が存在しない隔離部（３３）とを設ける。前記燃焼部（３１）の燃焼領域（Ｂ）側の表面は、前記隔離部（３３）の燃焼領域（Ｂ）側の表面に対して燃焼領域（Ｂ）側に突出しているか、または予混合気（Ｐ）供給領域側に凹んでいる。【選択図】図４

Description

本発明は、平面燃焼バーナに用いられるバーナプレートの構造に関する。

平面燃焼バーナは、例えば、吸収式冷温水機のような空調機器の再生器に用いられている。平面燃焼バーナを用いることにより、バーナの設置スペースを小さくできる利点がある。

特開２００４−２３９４８３号公報

しかし、平面燃焼バーナでは、一般的に燃料濃度が希薄な予混合気を燃焼させる。多数の炎孔で火炎を保持する平面燃焼バーナでは、特に燃焼負荷が小さい場合には各火炎の燃焼が不安定になり、燃焼振動が発生することがある。

燃焼振動の発生を抑制するために、例えば、上記特許文献１では、平面燃焼バーナを利用する再生器の排気通路の構造を改良することが提案されている。しかし、平面燃焼バーナが設置される機器の構造変更は、寸法やコストの増大を招きかねず、望ましくない。

本発明の目的は、上記の課題を解決するために、周辺機器の寸法を変更することなく燃焼振動の発生を抑制することが可能な平面燃焼バーナ用バーナプレートを提供することにある。

前記した目的を達成するために、本発明に係る平面燃焼バーナ用バーナプレートは、燃料と空気の予混合気が供給される多数の炎孔を有し、表面が燃焼領域に臨むバーナプレートであって、多数の前記炎孔が形成された燃焼部と、前記燃焼部を取り囲む、炎孔が存在しない隔離部とを有し、前記燃焼部の燃焼領域側の表面が、前記隔離部の燃焼領域側の表面に対して燃焼領域側に突出しているか、または予混合気供給領域側に凹んでいる。

この構成によれば、バーナプレート表面に凹凸を設けることにより、多数の炎孔のよって保持される火炎の長さが不均一となり、燃焼振動の発生が抑制される。

本発明の一実施形態において、前記燃焼部の燃焼領域側の表面が、前記隔離部の燃焼領域側の表面に対して角錘状または楕円錐状に凹んでいてもよい。この構成によれば、燃焼部の前方に形成される、振動伝達媒体の密度の高い領域によって火炎長の不均一性が維持されることにより、燃焼振動の発生が抑制される。

本発明の一実施形態において、前記燃焼部の燃焼領域側の表面が、前記隔離部の燃焼領域側の表面に対して段差状に凹んでいてもよい。この構成によれば、燃焼部中央部分への火炎の収束が促進されて火炎長が不均一になることにより、燃焼振動の発生が抑制される。

本発明の一実施形態において、前記燃焼部の燃焼領域側の表面が、前記隔離部の燃焼領域側の表面に対して角錘状または楕円錐状に突出していてもよい。この構成によれば、燃焼部が中心部分へ向けて突出状に形成されていることにより、燃焼部において不均一な流速場が形成されて火炎長が不均一になる。これにより、燃焼振動の発生が抑制される。

以上のように、本発明に係る平面燃焼バーナ用バーナプレートによれば、周辺機器の寸法を変更することなく燃焼振動の発生を抑制することが可能となる。

本発明に係るバーナプレートが使用される機器の例を示すブロック図である。 本発明に係るバーナプレートが使用される平面燃焼バーナの概略構成を模式的に示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るバーナプレートを示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係るバーナプレートを示す斜視図である。 図４に示すバーナプレートの作用を説明する模式図である。 本発明の第２実施形態に係るバーナプレートを示す斜視図である。 図６に示すバーナプレートの作用を説明する図であり、（ａ）が従来例による発熱コンター図、（ｂ）が第２実施形態の例による発熱コンター図である。 本発明の第３実施形態に係るバーナプレートを示す斜視図である。 図８に示すバーナプレートの作用を説明する図であり、（ａ）が従来例による流速コンター図、（ｂ）が第２実施形態の例による流速コンター図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

図１に、本発明の第１実施形態に係る平面燃焼バーナ用バーナプレート（以下、単に「バーナプレート」と称する。）１が設置される機器の一例である吸収式冷凍機Ｒの概略構成を示す。吸収式冷凍機Ｒは、蒸発器３において水を蒸発させることにより、蒸発潜熱によって冷水管５を通る冷却対象である水Ｗ１を冷却する。蒸発器３へは、凝縮器７で水蒸気を凝縮することにより得られた水Ｗ２が供給される。蒸発器３で発生した水蒸気Ｗ３は、吸収器９において、吸湿媒体（例えば臭化リチウム水溶液）に吸収される。吸収器９で水蒸気Ｗ３を吸収した低濃度の吸湿媒体Ｍ１は、再生器１１へ送給され、再生器１１で加熱されて水蒸気Ｗ４と高濃度の吸湿媒体Ｍ２に分離される。再生器１１で生成された水蒸気Ｗ４は凝縮器７へ供給され、高濃度の吸湿媒体Ｍ２は吸収器９へ返送される。

吸収式冷凍機Ｒにおいて、図２に示すように、平面燃焼バーナ２１は、低濃度の吸収媒体Ｍ１を加熱する装置として前記再生器１１に設けられる。再生器１１は、加熱対象である低濃度の吸湿媒体Ｍ１（図１）を通過させる被加熱管（図示せず）を収容する再生器本体２３と、再生器本体２３に隣接して設けられた平面燃焼バーナ２１とを含む。平面燃焼バーナ２１では、所定の比率で供給された燃料Ｆと空気Ａが予混合室２５において予混合され、予混合気Ｐがバーナプレート１に供給される。バーナプレート１は、例えばセラミックのような耐熱材で形成された、全体としてほぼ板状の部材であり、表裏に貫通する多数の炎孔２９が形成されている。予混合気Ｐは、バーナプレート１の各炎孔２９に供給され、図示しない点火器によって点火される。

なお、以下の説明において、バーナプレート１における、火炎が保持される燃焼領域Ｂ側を「前方」と呼び、予混合気Ｐが供給される領域Ｓ（図示の例では予混合室２５）側を「後方」と呼ぶ場合がある。図１の例では、再生器本体２３のケーシングの内部空間が、平面燃焼バーナ２１の燃焼領域Ｂとなる。また、バーナプレート１における燃焼領域Ｂに臨む面を、単に「表面」と呼び、予混合気供給領域Ｓに臨む面を、単に「裏面」と呼ぶ。

図３に示すように、本実施形態に係るバーナプレート１は、多数の炎孔２９が形成された燃焼部３１と、燃焼部３１を取り囲む、炎孔２９が存在しない隔離部３３とを有している。なお、「隔離部」は、燃焼部３１における炎孔２９間の間隔よりも大きな間隔を有する燃焼部３１間を隔てる領域として形成されている点で、燃焼部３１における炎孔２９間の隙間領域と区別される。

より詳細には、バーナプレート１は、平面視でほぼ菱形の領域を形成する複数の第１燃焼部３１Ａと、同じく平面視でほぼ菱形で、第１燃焼領域Ｂより小面積の領域を形成する複数の第２燃焼部３１Ｂとを有している。複数の第１燃焼部３１Ａは、菱形の各辺が対向するように所定の間隔を空けて配置されている。複数の第２燃焼部３１Ｂは、２つの第１燃焼部３１Ａの各頂点の間に配置されている。複数の第１燃焼部３１Ａ間の領域が、燃焼部３１を取り囲む、炎孔２９が存在しない隔離部３３を形成している。隔離部３３の表面は、全体が同一面上に形成されており、かつバーナプレート１の裏面に平行に形成されている。なお、以下の説明では、第１燃焼部３１Ａおよび第２燃焼部３１Ｂについて、これらを区別する必要のない事項については、まとめて「燃焼部３１」と称する場合がある。

図示の例では、第１燃焼部３１Ａにおいては、計３６個の炎孔２９が６行×６列の配列で等間隔に配置されている。第２燃焼部３１Ｂにおいては、４個の炎孔２９が２行×２列の配列で等間隔に配置されている。もっとも、燃焼部３１における炎孔２９の個数および配列は、この例に限定されない。

図４に示すように、本実施形態に係るバーナプレート１において、第１燃焼部３１Ａの表面および第２燃焼部３１Ｂの表面は、それぞれ、隔離部３３から後方へ角錘状（この例では四角錘状）に凹む形状を有している。すなわち、平面視で各燃焼部３１の中央に位置する頂点と、燃焼部３１と隔離部３３との境界を形成する各辺とによって画定される複数（この例では４つ）の三角形状の面によって、各燃焼部３１の表面が形成されている。なお、図２に示すように、バーナプレート１の裏面は凹凸を有しない平坦な面として形成されている。

このように形成されたバーナプレート１の効果を、燃焼領域Ｂにおける振動伝達媒体の流れ場を模式的に示す図５を用いて説明する。同図に示すように、燃焼領域Ｂ内では、燃焼領域Ｂを画定するケーシング（この例では再生器本体２３のケーシング）の内壁面での反射によって、バーナプレート１に向かう振動伝達媒体流れ（圧力波）ＰＷが生じている。この圧力波ＰＷが、角錘状に凹む、つまり燃焼部３１中央部分に向かって後方に傾斜する燃焼部３１の表面３１ａによって反射されることにより、燃焼部３１中央部分の前方に、局所的に媒体密度の高い領域Ｈが形成される。媒体密度の高い領域Ｈでは、音響インピーダンス（媒体密度と媒体中の音速との積で表される）が高くなり、圧力波ＰＷが伝播しにくくなる。このようにして、不均一な炎孔２９の配置により形成された不均一な火炎長を有する燃焼領域Ｂにおいて、さらに局所的な媒体密度の上昇により圧力波ＰＷの干渉が妨げられて、火炎が伸縮しにくくなるため、火炎長の不均一性が維持される。これにより、本実施形態に係るバーナプレート１では、燃焼振動の発生が抑制される。

なお、バーナプレート１の燃焼部３１および隔離部３３の形状および配置は、図３および図４に示した例に限定されない。例えば、燃焼部３１が楕円形（円形を含む）の領域として形成されていてもよい。その場合、燃焼部３１は、隔離部３３から楕円錐状（円錐状を含む）に凹む形状を有する。また、本実施形態では、バーナプレート１に、燃焼部３１として、大きさが異なる２種類の第１燃焼部３１Ａと第２燃焼部３１Ｂが設けられている例を示したが、すべて大きさが等しい複数の燃焼部３１が設けられていてもよく、大きさが異なる３つ以上の種類の燃焼部３１が設けられていてもよい。

図６に、本発明の第２実施形態に係るバーナプレート１を示す。第２実施形態に係るバーナプレート１は、第１実施形態として説明したバーナプレート１と、構造上、燃焼部３１の表面が隔離部３３の表面から段差状に凹んでいる点においてのみ異なっている。以下の説明では、第１実施形態と構造面および作用面で異なる点についてのみ説明する。

具体的には、本実施形態に係るバーナプレート１の燃焼部３１である第１燃焼部３１Ａの表面は、その全体が、隔離部３３の表面と平行に形成されており、かつ予混合気供給領域Ｓ側へ段差状に凹む形状を有している。すなわち、第１燃焼部３１Ａと隔離部３３との境界部分には、バーナプレート１の第１燃焼部３１Ａの表面に垂直な壁面４１が段差面として形成されている。

このように形成されたバーナプレート１の効果を、燃焼を行った場合の発熱量コンター図である図７を用いて説明する。図７（ａ）は、燃焼部３１と隔離部３３とを同一平面状に形成したバーナプレート１（比較例）を用いて燃焼を行った場合の発熱量コンター図であり、図７（ｂ）は、本実施形態に係るバーナプレート１を用いて燃焼を行った場合の発熱量コンター図である。

同図から明らかなように、比較例に係るバーナプレートでは、燃焼部３１内において、各炎孔２９で保持される火炎の長さがほぼ均一であるのに対して、本実施形態に係るバーナプレート１では、燃焼部３１の段差が形成された端部から中央部分付近に向かって火炎長が大きくなっている。つまり、本実施形態に係るバーナプレート１では、燃焼部３１において火炎長が不均一となっている。これは、図６の燃焼部３１と隔離部３３との間の段差を形成する壁面４１の作用により、燃焼部３１の中央部分への火炎の収束が促進されることに起因すると考えられる。つまり、壁面４１における摩擦の影響を受けて、壁面４１付近で流速が低下することによって、燃焼部３１の中央部分に向かって火炎の収束が促進される。このように、燃焼部３１内において火炎長が不均一となる結果、本実施形態に係る燃焼プレートでは、燃焼振動の発生が抑制される。

なお、本実施形態では、燃焼部３１のうち第１燃焼部３１Ａのみを段差状に凹む形状としたが、第２燃焼部３１Ｂについても段差状に凹む形状としてもよい。

図８に、本発明の第３実施形態に係るバーナプレート１を示す。第３実施形態に係るバーナプレート１は、第１実施形態として説明したバーナプレート１と、構造上、燃焼部３１が隔離部３３から角錘状に突出している点においてのみ異なっている。以下の説明では、第１実施形態と構造面および作用面で異なる点についてのみ説明する。

上述のように、本実施形態に係るバーナプレート１において、燃焼部３１（第１燃焼部３１Ａおよび第２燃焼部３１Ｂ）の表面は、それぞれ、隔離部３３から前方へ角錘状（この例では四角錘状）に突出する形状を有している。すなわち、平面視で各燃焼部３１の中央に位置する頂点と、燃焼部３１と隔離部３３との境界を形成する各辺とによって画定される複数（この例では４つ）の三角形状の面によって、各燃焼部３１の表面が形成されている。

このように形成されたバーナプレート１の効果を、燃焼を行った場合の流速コンター図である図９を用いて説明する。図９（ａ）は、燃焼部３１と隔離部３３とを同一平面状に形成したバーナプレート１（比較例）を用いて燃焼を行った場合の流速コンター図であり、図９（ｂ）は、本実施形態に係るバーナプレート１を用いて燃焼を行った場合の流速コンター図である。

同図から明らかなように、比較例に係るバーナプレートでは、燃焼部３１内において、ほぼ均一な流速場が形成されているのに対して、本実施形態に係るバーナプレート１では、燃焼部３１の段差が形成された端部から中央部分付近に向かって燃焼部３１の突出度合いが大きくなるのにしたがって、流速も大きくなっている。つまり、本実施形態に係るバーナプレート１では、燃焼部３１において不均一な流速場が形成されており、その結果火炎長も不均一となる。このように、燃焼部３１において火炎長が不均一となる結果、本実施形態に係る燃焼プレートでは、燃焼振動の発生が抑制される。

以上説明したように、いずれの実施形態においても、バーナプレート１において燃焼部３１の表面を隔離部３３の表面に対して突出させるかまたは凹ませることにより、多数の炎孔２９によって保持される火炎の長さが不均一となり、燃焼振動の発生が抑制される。しかも、バーナプレート１の表面に凹凸を設けても、バーナプレート１の大幅な寸法変更とならないので、このバーナプレート１が使用される平面燃焼バーナ２１およびこの平面燃焼バーナ２１が設置される機器の寸法を変更することなく燃焼振動を抑制できる。

なお、バーナプレート１は、第１〜第３実施形態として説明した例に限らず、燃焼部３１の表面が、隔離部３３に対して燃焼領域Ｂ側に突出しているか、または予混合気供給領域Ｓ側に凹んでおり、このような形状によって各炎孔２９に保持される火炎の長さが不均一となれば、燃焼振動が抑制される。例えば、第１実施形態と第２実施形態の中間的な形態として、燃焼部３１が、隔離部３３に対して角錘台状または楕円錐台状に凹んでいてもよい。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１ 平面燃焼バーナ用バーナプレート
２１ 平面燃焼バーナ
２９ 炎孔
３１ 燃焼部
３３ 隔離部
Ｂ 燃焼領域
Ｐ 予混合気
Ｓ 予混合気供給領域

Claims (4)

1. 燃料と空気の予混合気が供給される多数の炎孔を有し、平面燃焼バーナに用いられて、表面が燃焼領域に臨むバーナプレートであって、
   多数の前記炎孔が形成された燃焼部と、
   前記燃焼部を取り囲む、炎孔が存在しない隔離部と、
   を有し、
   前記燃焼部の燃焼領域側の表面が、前記隔離部の燃焼領域側の表面に対して燃焼領域側に突出しているか、または予混合気供給領域側に凹んでいる、
   平面燃焼バーナ用バーナプレート。
2. 請求項１に記載の平面燃焼バーナ用バーナプレートにおいて、前記燃焼部の燃焼領域側の表面が、前記隔離部の燃焼領域側の表面に対して角錘状または楕円錐状に凹んでいる平面燃焼バーナ用バーナプレート。
3. 請求項１に記載の平面燃焼バーナ用バーナプレートにおいて、前記燃焼部の燃焼領域側の表面が、前記隔離部の燃焼領域側の表面に対して段差状に凹んでいる平面燃焼バーナ用バーナプレート。
4. 請求項１に記載の平面燃焼バーナ用バーナプレートにおいて、前記燃焼部の燃焼領域側の表面が、前記隔離部の燃焼領域側の表面に対して角錘状または楕円錐状に突出している平面燃焼バーナ用バーナプレート。

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