JPH07301404A - 予混合式ガスバーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料ガスや燃焼用空気に流量変動が生じるこ
とによって、両者の混合によって生成される予混合気に
空気比の変動が生じたとしても、安定して火炎を維持す
ることのできる予混合式ガスバーナを提供すること。 【構成】 予混合気の供給を受けるバーナ本体(10)の先
端部に、触媒を担持してなる保炎部材(20)を装着し、前
記バーナ本体(10)における保炎部材(20)より予混合気の
供給方向上流側に、主火炎用の炎孔(31)とその周囲に配
置した副火炎用の炎孔(32)とを有するノズル部材(30)を
設けた構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、供給される予混合気
に空気比の変動が生じても、安定して火炎を維持するこ
とのできる予混合式ガスバーナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】気体燃料を用いる所謂ガスバーナにおい
ては、燃料ガスと燃焼用空気の混合方式によって、先混
合式（拡散燃焼方式）と予混合式（予混合燃焼方式）と
に分類される。前者先混合方式のガスバーナは、バーナ
に燃料ガスと燃焼用空気を個別に供給し、バーナ先端に
おいて両者を混合させながら燃焼させるもので、局所的
に理論空燃比に近い空気比が得られ、その領域が起点と
なって燃焼が維持されるため、広い空気比にわたって燃
焼可能範囲が得られる。後者の予混合方式のガスバーナ
は、燃料ガスと燃焼用空気を所定の空気比で予め混合
し、この予混合気をバーナに供給して燃焼させるもの
で、先混合式のものに比べて「燃焼速度が速い」，「火
炎が周囲の外乱の影響を受け難い」，「安定した火炎が
得られる」という利点のために、各種熱機器のメインバ
ーナとして、また、メインバーナへの着火用のパイロッ
トバーナとして多方面に採用されている。

【０００３】しかしながら、予混合方式のガスバーナ
は、先混合方式のものに比べて燃焼可能な空気比の範囲
が狭く、その範囲を越えると火炎が消炎してしまうとい
う問題があり、特に、メインバーナへの着火を行うため
のパイロットバーナとして適用しているような場合、こ
のように消炎が生じると、パイロットバーナとしての機
能を果たさなくなる。例えば、ガスバーナに供給される
燃料ガスや燃焼用空気に流量変動が生じ、それらによっ
て生成される予混合気の空気比が燃焼可能範囲を越える
と簡単に不着火や消炎を生じる。更に具体的な例を挙げ
ると、前記の予混合式のパイロットバーナ並びにメイン
バーナを採用したボイラにおいて、このパイロットバー
ナに導入される燃料ガスや燃焼用空気の流量変動，或
は、メインバーナへ燃料ガスや燃焼用空気の供給を開始
した時点で生じる供給圧力の一時的低下（脈動等）によ
って予混合気の空気比が変動すると、これによってパイ
ロットバーナが消炎し易い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、前記のように燃料ガスや燃焼用空気に流
量変動が生じることによって、両者の混合によって生成
される予混合気に空気比の変動が生じたとしても、安定
して火炎を維持することのできる予混合式ガスバーナを
提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
に鑑み、これを解決するためになされたもので、予混合
気の供給を受けるバーナ本体の先端部に、触媒を担持し
てなる保炎部材を装着し、前記バーナ本体における保炎
部材より予混合気の供給方向上流側に、主火炎用の炎孔
とその周囲に配置した副火炎用の炎孔とを有するノズル
部材を設けたことを第１の特徴とする予混合式ガスバー
ナである。更に、前記保炎部材が、バーナ本体の内周壁
側からその中心側に向けて延びる複数のフィン状部材か
らなることを第２の特徴とし、前記保炎部材が、波板形
状であって、バーナ本体先端部内周に沿って設けられて
いることを第３の特徴とし、前記保炎部材が、リング状
であって、バーナ本体先端の内周面に設けられているこ
とを第４の特徴とし、前記保炎部材が、ハニカム形状で
あることを第５の特徴とする予混合式ガスバーナであ
る。

【０００６】

【作用】この発明に係る予混合式ガスバーナによれば、
ノズル部材(30)から噴出する予混合気に着火し、形成さ
れる火炎の燃焼熱によって、保炎部材(20)が昇温されて
触媒燃焼を開始する。副火炎用の炎孔(32)から噴出する
予混合気によって生じた火炎は、バーナ本体(10)の内周
壁に接して保炎され、主火炎用の炎孔(31)から噴出する
予混合気による燃焼を促進させる。そして、これらの予
混合気の未燃焼分は、保炎部材(20)を通過する際に触媒
による燃焼反応を生じ、この保炎部材(20)を通過した後
も燃焼反応を持続し、火炎を形成する。このとき保炎部
材(20)は、ノズル部材(30)からの燃焼火炎と保炎部材(2
0)に担持した触媒による反応熱により加熱され、予混合
気の着火源として十分な熱量を保有しており、前記のよ
うな空気比の変動に対してもこの状態が維持され、安定
した燃焼火炎を維持することができ、予混合式ガスバー
ナとして安定して機能する。更に、保炎部材(20)を前述
のような複数のフィン状部材(21)を備えたものとした
り、波板形状やハニカム形状とすることにより、保炎部
材(20)で発生する熱量を調整でき、保炎部材(20)を通し
て噴出する火炎や未燃焼の予混合気の噴出速度を調整す
ることによって更に安定した保炎を達成する。

【０００７】

【実施例】以下、この発明の具体的な実施例を図面に基
づいて詳細に説明する。尚、図１は、この発明に係る予
混合式ガスバーナの一実施例を示すものであり、図２
は、保炎部材の形状を説明するための正面図であり、図
３は、ノズル部材の形状を説明するためのＩＩＩ−ＩＩ
Ｉ線断面図である。

【０００８】図面において、予混合式ガスバーナ(B)
は、予混合気の供給を受けるバーナ本体(10)，このバー
ナ本体(10)の先端側内部に取付けられる保炎部材(20)並
びにノズル部材(30)とで構成される。

【０００９】前記バーナ本体(10)は、この実施例におい
ては筒形状のものであって、予混合気供給手段（図示省
略）からの予混合気は、その基端部側から導入される構
成となっている。

【００１０】前記保炎部材(20)は、バーナ本体(10)の先
端部内側に装着されており、この保炎部材(20)のバーナ
本体に対する取付位置は、予混合式ガスバーナ(B) の取
扱いの便宜や、外力から保炎部材(20)を保護するため
に、バーナ本体(10)の先端部端面と面一或は若干奥側と
なるように保炎部材(20)を設けるのが好ましい。この保
炎部材(20)の形状は、この実施例においては、図２に示
すように、バーナ本体(10)への装着状態において、バー
ナ本体(10)の内周壁側からその中心側に向けて放射状に
延びる複数のフィン状部材(21)を備えたものとしてあ
る。この実施例においては、各フィン状部材(21)を環状
の保持部材(32)によってその周囲を連結するように保炎
部材(20)として一体的に構成し、この保炎部材(20)をバ
ーナ本体(10)に取付けたものとしてあるが、各フィン状
部材(21)の取付形態に関しては、各フィン状部材(21)と
環状の保持部材(32)を別個の構成部材とし、両者を適宜
の手段で接合一体化することにより、保炎部材(20)とし
て一体的に構成し、この保炎部材(20)をバーナ本体(10)
に取付けたものであっても、更に、各フィン状部材(21)
の基端部でもって直接的にバーナ本体(10)に取付ける等
の形態に変更してもよい。更に、この保炎部材(20)は、
セラミック等の耐熱性素材でもって製作し、Ａｇ，Ｐ
ｔ，Ｐｄ等の貴金属，Ｙ，Ｌａ等の希土類元素，或はそ
れらの混合物を触媒として担持したものや、複合酸化物
触媒を触媒として担持したもの、或は、複合酸化物触媒
自体で製作したものである。

【００１１】前記ノズル部材(30)は、前記バーナ本体(1
0)における保炎部材(20)より予混合気の供給方向上流側
に、所定の間隔をおいて取付けられており、その中央部
には、主火炎用の大径の炎孔（以下、主炎孔と称す
る。）(31)を設け、その周囲に小径の副火炎用の炎孔
（以下、副炎孔と称する。）(32)を複数個形成してあ
る。図示する実施例における副炎孔(32)は、ノズル部材
(30)の周囲をバーナ本体(10)の奥側（予混合気の供給方
向上流側）に向けて所定角度、傾斜するように構成し、
この傾斜面に対して略直交方向に直行方向に副炎孔(32)
を設けたものである。

【００１２】更に、この実施例においては、バーナ本体
(10)の内部に略同軸状に着火用電極(40)を設けてある。
この着火用電極(40)は、その先端をノズル部材(30)の中
央部の主炎孔(31)と適宜の間隔をおいて同軸状に配置す
ると共に、バーナ本体(10)並びにノズル部材(30)とは絶
縁状態で設けてあり、この着火用電極(40)とノズル部材
(30)との間で電気火花を発生させることにより、予混合
気に着火するように構成してある。

【００１３】上記構成の予混合式ガスバーナについて、
その作用を以下に説明する。まず、前記の着火用電極(4
0)の先端をノズル部材(30)の中央部の主炎孔(31)との間
に電気火花を発生させ、この状態で、前記予混合気供給
手段からの予混合気をノズル部材(30)の主炎孔(31)並び
に副炎孔(32)から噴出させ、予混合気に着火する。この
段階において、副炎孔(32)から噴出する予混合気による
燃焼火炎（副火炎）は、ノズル部材(30)周囲のバーナ本
体(10)に衝突してこのバーナ本体(10)を加熱している状
態であり、副火炎は安定した燃焼を継続している。一
方、主炎孔(31)から噴出する予混合気による燃焼火炎
（主火炎）は、その周囲を取り巻くように形成される副
火炎によって直接，また、副火炎によって加熱されたバ
ーナ本体(10)によって間接的に、その主火炎の根元を加
温されるため、燃焼を促進され、安定した燃焼を維持す
る。

【００１４】そして、これらの主火炎，副火炎は、保炎
部材(20)を瞬時に触媒反応開始温度まで加熱昇温するた
め、主炎孔(31)から噴出された予混合気の未燃焼分は、
保炎部材(20)を通過する過程において触媒による接触燃
焼反応によって燃焼する。この保炎部材(20)を通過した
予混合気の未燃焼分は、保炎部材(20)を通過した燃焼火
炎からの燃焼熱並びに保炎部材(20)における触媒燃焼に
よる燃焼熱を受け、保炎部材(20)の後流側において燃焼
反応が促進され、通常の火炎燃焼が行われる。このとき
保炎部材(20)は、ノズル部材(30)からの燃焼火炎と保炎
部材(20)における触媒燃焼による燃焼熱により加熱さ
れ、予混合気の着火源として、また、触媒活性を維持す
るのに十分な熱量を保有しているため、前記のような空
気比の変動に対してもこの状態が維持され、安定した燃
焼火炎を維持することができ、予混合式ガスバーナとし
て安定して機能する。

【００１５】次に前述のように、燃料ガスや燃焼用空気
の供給圧力の流量変動（或は脈動）により、予混合気の
空気比が変動したり、予混合気の供給圧力が変動した場
合について説明する。この場合、僅かな空気比の変動
は、前記ノズル部材(30)によって形成された副火炎の作
用によって主火炎が保炎され、安定した燃焼が行われ
る。しかし、空気比の変動が大きい場合には、ノズル部
材(30)と保炎部材(20)との間の空間では火炎は不安定と
なるが、その後流側の保炎部材(20)においては、前記保
炎部材(20)に蓄積された熱エネルギによって触媒燃焼反
応が維持・継続するため、この燃焼熱により、保炎部材
(20)の後流側において火炎が形成され、安定して維持さ
れる。従って、この発明によれば、供給される予混合気
の空気比が、在来の予混合式の予混合式ガスバーナの燃
焼可能範囲を越えて変化しても安定した燃焼火炎が維持
できることになる。

【００１６】ここで、在来の予混合式ガスバーナと比較
すると、まず、在来の予混合式ガスバーナにおいては、
着火性，メインバーナへの火移り性を確保する等の制約
から、空気比は０．９〜１．０程度の狭い空気比の範囲
に調整して用いられており、従って、前述のように燃料
ガスや燃焼用空気の供給圧力の変動（或は脈動）によっ
て比較的簡単にこの空気比の範囲から逸脱し、消炎す
る。しかし、発明者等の実験によると、この発明に係る
予混合式ガスバーナでは、空気比が１．４程度までの希
薄予混合気の状態においても燃焼火炎を安定して維持で
きるという結果を得ている。従って、この発明に係る予
混合式ガスバーナは、前述したように特に確実に火炎を
保持しておく必要のあるパイロットバーナとして好適で
あり、このように火炎の安定性が頗る良好なために燃料
ガスや燃焼用空気に脈動（変動）が生じ、予混合気の空
気比が変動したとしても、安定して火炎を維持している
ためメインバーナへの着火を確実に行うことができる。
更に、このバーナをメインバーナとして適用する場合に
は、前記の実施例に示す形態でそのまま利用するほか、
複数本を適宜の配列で配置し、全体として１個の所望の
燃焼容量のバーナとして利用することも可能である。こ
のようなメインバーナとして適用した場合においても前
記の優秀な保炎性は維持されるため、前記のような空気
比の変動による消炎を有効に防止できることになる。こ
のことは、メインバーナの消炎を検知すると、再度プレ
パージ等を行ってから着火する構成の熱機器において、
燃焼状態の中断を行うことなく、安定した運転状態を提
供できることになる。

【００１７】以上の説明において、ノズル部材(30)に形
成する主炎孔(31)は、大径の炎孔をノズル部材(30)の中
央に１個設けてあるが、この実施例のような構造の他、
多数の小径の炎孔を設けることにより形成したものでも
構わない。また、副炎孔(32)は、この実施例のようにバ
ーナ本体(10)側に傾斜させてノズル部材(30)に設け、こ
の副炎孔(32)に形成される副火炎によってバーナ本体(1
0)を積極的に加熱することにより、バーナ本体(10)の保
有熱による保炎性能を高めるのが好ましい。具体的な構
造としては、図示する実施例のように、ノズル部材(30)
の周囲を、バーナ本体(10)の奥側（予混合気の供給方向
上流側）に向けて所定角度傾斜するように構成し、この
傾斜面に対してほぼ直交方向に副炎孔(32)を設ける他、
前記ノズル部材(30)の周囲を傾斜させることなく、副炎
孔(32)自体をバーナ本体(10)側に傾斜させて設けたもの
であってもよい。

【００１８】更に、以上の説明において、保炎部材(20)
の形状は前記図２に示す形状のものに限らず、図４に示
すように、波板形状の触媒担持体（或は触媒自体）(23)
を、バーナ本体(10)先端部内周に沿って設けることによ
って保炎部材(20)を形成した構成，図５に示すようにリ
ング状をなす触媒担持体（或は触媒自体）(24)を、バー
ナ本体(10)先端の内周面に沿って設けることによって保
炎部材(20)を形成した構成，図６に示すようなハニカム
形状の触媒担持体（或は触媒自体）(25)を保炎部材(20)
とした構成のものであってもよく、特に、図４，５に示
す実施例のものにおいては、波板形状や平板形状のリボ
ン状触媒担持部材を、バーナ本体(10)の先端部の内側面
に沿ってリボン状の触媒担持部材を貼着することにより
保炎部材(20)を構成することができ、極めて、低価格
で、前記のような効果を得ることができる。そのような
形状にすることによって、保炎部材(20)の表面積を調整
することができ、これにより保炎部材(20)の保有し得る
熱エネルギ，畜熱量や触媒反応に寄与する触媒担持面積
の調整や、ノズル部材(30)から噴出する燃焼火炎（或は
予混合気の未燃焼分）に適宜の流路抵抗を与え、保炎性
を向上させることができる。特に、保炎部材(20)を図６
に示すようなハニカム形状に形成して、触媒反応面積を
拡大すると、この保炎部材(20)における燃焼割合が増加
して保炎性がより向上する。一方、図２に示すような多
数のフィン状部材(21)を設けたり、図４に示すように、
波板形状の触媒担持体（或は触媒自体）(23)を設けた
り、図５に示すようにリング状をなす触媒担持体（或は
触媒自体）(24)を設ける等のような構成により順次触媒
反応面積を縮小すると、保炎部材(20)以降の火炎が大き
くでき、着火遅れ時間が短縮でき、瞬時に燃焼火炎を形
成することができる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る予
混合式ガスバーナは、燃料ガスや燃焼用空気の脈動（変
動）が生じ、予混合気の空気比が変動したとしても安定
して燃焼火炎を維持することができ、しかも、保炎部材
を前述のような複数のフィン状部材を備えたものとした
り、波板形状，リング形状，ハニカム形状等とすること
により、保炎部材での熱容量を調整すると共に、保炎部
材を通して噴出する火炎や未燃焼の予混合気の噴出速度
を調整することによって更に安定した保炎を達成するこ
とができる。従って、この発明によれば、不要に着火動
作を繰り返すことなく安定した燃焼状態を維持できるた
め、確実に火炎を保持しておく必要のあるパイロットバ
ーナや、連続運転が好ましい熱機器のメインバーナとし
て有効に利用できる等、多方面のバーナについて適用す
ることのできる予混合式ガスバーナを提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る予混合式ガスバーナの一実施例
を示す縦断側面図である。

【図２】図１における保炎部材の形状を説明するための
拡大正面図である。

【図３】図１におけるノズル部材の形状を説明するため
のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面の拡大図である。

【図４】この発明に係る予混合式ガスバーナの保炎部材
の他の形状例を説明するための拡大正面図である。

【図５】この発明に係る予混合式ガスバーナの保炎部材
の更に他の形状例を説明するための拡大正面図である。

【図６】この発明に係る予混合式ガスバーナの保炎部材
の更に他の形状例を説明するための拡大正面図である。

【符号の説明】

(B) 予混合式ガスバーナ (10) バーナ本体 (20) 保炎部材 (21) フィン状部材 (22) 保持部材 (23) 波板形状の触媒担持体（或は触媒自体） (24) リング状の触媒担持体（或は触媒自体） (25) ハニカム状の触媒担持体（或は触媒自体） (30) ノズル部材 (31) 炎孔（主炎孔） (32) 炎孔（副炎孔）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二宮 夏彦 愛媛県松山市堀江町７番地 株式会社三浦 研究所内 (72)発明者 宮田 賞三 愛媛県松山市堀江町７番地 株式会社三浦 研究所内 (72)発明者 田窪 昇 愛媛県松山市堀江町７番地 三浦工業株式 会社内 (72)発明者 越智 俊明 愛媛県松山市堀江町７番地 三浦工業株式 会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予混合気の供給を受けるバーナ本体(10)
   の先端部に、触媒を担持してなる保炎部材(20)を装着
   し、前記バーナ本体(10)における保炎部材(20)より予混
   合気の供給方向上流側に、主火炎用の炎孔(31)とその周
   囲に配置した副火炎用の炎孔(32)とを有するノズル部材
   (30)を設けたことを特徴とする予混合式ガスバーナ。
2. 【請求項２】 前記保炎部材(20)が、バーナ本体(10)の
   内周壁側からその中心側に向けて延びる複数のフィン状
   部材(21)からなることを特徴とする請求項１記載の予混
   合式ガスバーナ。
3. 【請求項３】 前記保炎部材(20)が、波板形状であっ
   て、バーナ本体(10)先端部内周に沿って設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の予混合式ガスバーナ。
4. 【請求項４】 前記保炎部材(20)が、リング状であっ
   て、バーナ本体(10)先端の内周面に設けられていること
   を特徴とする請求項１記載の予混合式ガスバーナ。
5. 【請求項５】 前記保炎部材(20)が、ハニカム形状であ
   ることを特徴とする請求項１記載の予混合式ガスバー
   ナ。