JPS6039922B2 - ガスバ−ナ−におけるリフト防止方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスバーナーにおいて、火炎中に印加した電界
の作用を利用して火炎のリフティングや失火を防止して
安定燃焼を可能とする火炎リフト防止方法に関する。

一般に燃料ガスまたは燃料ガスと空気との混合ガスをガ
スバーナー（以下単にバーナーという。

）のバーナーボートより噴出させて燃料させた場合、前
記ガスの噴出速度がある限度を越えると火炎はバーナー
ボートより遊離していわゆるリフティング（煽火）を起
し、甚だしい時には失火を発生する。さて火炎安定化方
法としては、従来、火炎中に陽・陰電極を設け、該電極
に高函圧を印加して放電させて火炎にェネルギを与える
ことにより火炎を安定させる方法が知られているが、こ
の場合は、前記両軍極間に絶縁破壊を督させそのスパー
クによって火炎自体の温度を上昇させて燃料を促進させ
ることに特徴があるもので、このためには数千〜数万ボ
ルトの高電圧を要し、機器の絶縁耐力を増大させる必要
があるばかりでなく、放電によるガス爆発の誘発、人体
への感電等の欠点があった。

なおフレームロッド式による炎監視装置において火炎中
にロッドを設け該ロッドに通常交流２００Ｖ内外の電圧
を印加する技術が公知であるが、これは火炎の存在を検
知するに過ぎないものである。この種の火炎検知器では
、火炎中の内炎および外炎におけるイオン分布の相異な
らぴに電極形状の違いによるイオン吸収状態の相異を利
用して火炎に整流作用を与えるため、交流電圧を火炎に
印加するもので、したがって監視電極は火炎中の外炎内
に位置することが限定条件となるものである。

本発明は、単に火炎とバーナーベースとの間に、絶縁破
壊を起さない範囲で直流または交流電圧を印加すること
により、火炎のリフティングや失火を防止して火炎の安
定を可能とする火炎リフト防止方法を提供するものであ
る。

すなわち、本出願人は、火炎内のいづれかの位置に挿入
した電極とバーナーベースとの間に気体の絶縁破壊を起
さない２０００Ｖ以下の直流電圧又は３００〜２０００
Ｖの交流電圧を印加することにより、極めて有効的に火
炎のリフティング面をバーナーベース内に強制保持させ
て火炎のリフティング現象を阻止できることを発見し、
実験によってこの事実を確認した。

特に多炎孔バーナーによって作られる連接火炎では、そ
の火炎の一部に斯かる電圧を印加することにより、連接
火炎の全体のリフティング現象を防止できることが確認
された。本発明は、この発見に基づいて為されたガスバ
ーナーから生ずる火炎の安定化すなわちリフト防止方法
を提供するものである。次に本発明の一実施例を直流電
源を使用した場合について図面に従って説明する。

まずその構成を第１図によって説明すると、図中１はガ
スバ−ナーのベース（以下単にベースという。）、２は
ベースーの炎孔、３は火炎で、４は適宜の手段によって
該火炎３中に保持された電極（以下ロッドという。）で
ある。５は電源用端子箱で、陽極端子６および陰極端子
７を内蔵している。

しかして前記。ッド４と陽極端子６、ベースーと陰極端
子７とがそれぞれ接続されているとともに、ベースー・
ロッド４間に絶縁破壊（アーク放電）を起さない範囲の
電圧、たとえば２０００Ｖ以下の電圧が、前記陽極端子
６・陰極端子７間に印加されている。次に前記実施例の
作用および効果を第２図および第３図によって説明する
。

一般に火炎中には、化学電離によって陽イオンと陰イオ
ンが加熱された状態で存在し、その腸ィオンの濃度は一
次反応帯付近すなわちベース１に隣接する部位において
最大である。

しかして、火炎３中に挿入したロッド４には陽、またベ
ース１には陰の直流電圧をそれぞれ印加することにより
、ベース１付近に存在する腸イオンはクーロン力によっ
てベース１に引き付けられる。すなわち第２図において
、ベース１・ロッド４間に電圧が印加されない時は火炎
３は実線図示の状態に保たれ、次に前記の電気が印加さ
れるに及んで、火炎３中に電離した陽イオンとべ−スー
との間にクーロン力が作用し、しかも該クーロン力が強
く作用する部分すなわちベース１に近い部分の腸イオン
程強くベース１に引き付けられる。その結果、第３図と
の関連で後述するように、リフティング火炎のリフト境
界部もクーロン力によってバーナーベース１に設けた炎
孔２の近傍に引き寄せられかつそこに強制的に保持され
ると同時に前記によりベースーに引き付けられた火炎中
の陽イオン群としての熱エネルギーによって火炎根底部
がベースーの近傍にて厚みを増しその位置で加熱されて
燃料を促進し維持する効果すなわち保炎効果を発生して
前記のクーロン力は図示矢印Ｐ，Ｐのように外周方向へ
も作用して火炎の根底部が鎖線図示３Ａ、さらに破壊図
示３Ｂのように太くなる。従って、太くなった火炎根底
部は、炎孔２の付近のガスの燃料を相乗的に促進するこ
とになり、このクーロン力によるリフト境界部の引き寄
せ保持効果と保炎効果の相乗作用によって火炎の安定化
が発揮される。また第３図においては、リフティング火
炎の概面を図示している。一般にリフティング火炎は安
定燃料部３Ｌと不安定燃料部３Ｌ，，３Ｌを有し、これ
等の間にリフト境界部３Ｃ，３０が存在している。しか
して実線図示のリフティング火炎の安定燃料部３Ｌは上
記の相乗効果によって鎖線図示の不安定燃料部３Ｌ，さ
らには破壊図示の不安定燃料部３Ｌ２を駆逐して次第に
ベース１に引き付けられて安定燃料が行われる。すなわ
ち、火炎中の電界により生ずるクーロン力によって、火
種として働いている腸イオン群がベース１の方に移動し
、これに伴って、リフト境界部が同図３Ｃから３Ｄへと
降下し、ついには炎孔部にて安定保持することが確認さ
れる。しかも、第２図および第３図に示す前記の効果は
、ベース１の火炎を接する金属部面積を広くし、かつロ
ッド４を火炎３中に深く挿し込むことによりさらに増大
する。

しかして、ベース１とロッド４間に印加される電圧は絶
縁破壊を起さない範囲に制約されるものであり、かつ火
炎の抵抗値は数メガオームできわめて大きいため上記電
圧印加のための電力消費量はきわめて微量である。次に
本発明の他の実施例を直流電源を使用した場合について
第４図に示す多炎孔ガスィンバーナーを説明すると、図
中、１１はパイプ状に形成されたバーナーベース（以下
ラインベースという。

）、１２〜１２は該ラインベースに沿って各火炎１３〜
１３が互いに接触するような間隔に列状に配設された炎
孔であり、前記火炎１３は炎孔１２〜１２より噴出され
た燃料ガスの燃料によって出じたものである。さて、１
４は、前記火炎１３〜１３のうちの適宜の一個（図は右
端の火炎の場合を例示する。）の中に適宜手段によって
保持された電極（以下ロッドという。）で、耐熱兼絶縁
材によって保護されている。１５は電源用端子箱で、陽
極端子１．６および陰極端子１７を内蔵している。しか
して前記ロッド１４と陽極端子１６、ラインベース１１
と陰極端子１７がそれぞれ後続されているとともに、ベ
ース１１・ロッド１４間に絶縁破壊を起さない範囲の電
圧、たとえば２０００Ｖ以下の電圧が陽極端子１ ６１
陰極端子１ ７間に印加されている。さて本実施例の場
合においては、その図示右端の火炎１３が前記した第一
実施例の場合と同様の作用および効果を有して安定状態
で燃料し、そして各火炎１３〜１３どうしが接触可能と
なっており、この火炎自体に導体性を有するため、ロッ
ド１４に電圧を印加すれば、全火炎に対して電圧を印加
したこととなり、第一実施例と同様の作用および効果が
発揮されるとともに前記右端の火炎１３の熱ェネルギ−
が隣接する火炎１３に影響を与え、前記隣接の火炎１３
が安定し、そして順次隣接する火炎１３に安定化した火
炎１３の熱エネルギーが伝達されていき、全火炎の安定
化が図られる。

なお、上記した両実施例においては直流電源を使用した
場合を例示したが本発明においてはこれに限ることなく
交流電源を使用することも可能である。

前記交流電源は昇圧トランス等を使用し、３００Ｖ〜２
０００Ｖの交流電圧を前記ベース１、ラインベース１１
とロッド４，１１に印加する。

交流電圧を３００Ｖ以上としたのはベース１、ラインベ
ース１１に腸イオンを引き寄せ、保持する効果、すなわ
ちクーロン力が有効に発揮できる電圧が３００Ｖ以上だ
からであり、２０００Ｖ以下としたのは前述したように
ベースー、ラインベース１１とロッド４，１４との間に
絶縁破壊（アーク放電）が起こらない電圧が２０００Ｖ
以下だからである。交流電圧をベース１、ラインベース
１１とロッド４，１１に印加した場合でもベース１、ラ
インベース１１とロッド４，１４との間の火炎３，１３
中の陽、陰イオンの濃度が共に等しいので、火炎３，１
３の安定化が図られ、かつ前述したように腸イオンの濃
度はベース１、ラインベース１１に隣接する部位におい
て最大であり、このベース１、ラインベース１１付近に
存在する陽イオンはベース１、ラインベース１１に正の
電圧が周期的に印加されてもロッド４，１１側には移動
せず火炎３，１３によって加熱された金属部面積の広い
ベース１、ラインベース１１に残存し、そしてベース１
、ラインベース１１に負の電圧が印加されることにより
前記陽イオンがベース１、ラインベース１１側に引き寄
せられ、全体として腸イオンがベース１、ラインベース
１１に引き寄せられるので前述の直流電圧の場合と同様
の作用、効果が発揮されるのである。なお、その余の機
成は前述の実施例と同様である。さて、特許請求の範囲
に記載の発明は、火炎中に存在する陽イオンをクーロン
力によってバーナーベースに引き付けて保炎効果を誘起
する結果、該保炎効果と前記クーロン力によるリフト境
界群３Ｃ，３Ｄの引き寄せ保持効果との相乗作用によっ
て火炎の安定化が可能となってリフティングや失火を防
止することができるため、燃料ガスの噴出速度を脱加し
て同一バーナーにおいて燃料速度の速いガスから遅いガ
スまで安定燃料が可能となるばかりでなく、単位時間当
りの燃料ガス量を増加することができる。

因みにメタンガスの燃料に対して、本発明方法を適用し
た場合には、たとえば第５図に示す比較実験測定値によ
っても明らかなように、大中な燃料量増加が可能である
。すなわち、第５図は、燃焼用一次空気量とガス噴出速
度とを可変にして火炎のリフト抑制状態からリフト発生
状態に移る境界点をプロットした特性図である。火炎に
直流電圧を印加した場合は、印加しない場合に比して境
界点が右側にシフトしており、明らかにリフティング防
止効果が確認されるとともに、火炎が安定した状態でガ
ス噴出速度すなわち燃焼量を相対的に増加させ得ること
を示している。また本発明における印加電圧は従釆設備
と異って絶縁破壊を起さない範囲でよく、しかも微量な
消費電力で効果を達成できるため、機器の絶縁耐力を増
加する必要もなければ、放電によるガス嬢発の誘発、人
体への感電等の心配はほとんど不要である。

このことは第６図に示すメタンガスの燃料における印放
電圧と最大安定燃料量との関係を示す実験によっても確
認される。第６図では、火炎への印加電圧とバーナーで
のガス供給燃焼量とを変化させたときリフト抑制状態か
らリフト発生状態に移る境界点をプロットした特性図で
ある。

同特性図では、理論空気軍に対する一次空気量の割合（
すなわちＡＰ値２５％）を一定にして直流電圧と交流電
圧を印加した場合および異なるＡＰ値（４０％）で直流
電圧を印加した場合の印加電圧−燃焼量特性を示してい
る。すなわち、各特性曲線から判断すると、明らかに印
加電圧０〔Ｖ〕の状態に比し、火炎に電圧を印加した場
合には、いずれもリフト抑制効果が存在していることが
確認されるとともに、リフト抑制効果は、ほぼ５００〜
８００ボルトの印加電圧で飽和し始めることも確認され
る。特に直流印加電圧では交流印加電圧に比してリフト
抑制効果が著しいことが、このことは既に述べたように
電極４がバーナーベース１に対して正電位にあるときの
み有効に作用することから理解できる。なお本発明方法
は、前記両実施例に示された単炎孔バーナー、多炎孔バ
ーナー等の形状のバーナーに限ることなく、また拡散火
炎バーナー、子混合火炎バーナー等の燃焼方式にも利用
することが可能でその用途はきわめて広いものである。

上述のように、本発明方法によれば、直流電界によるク
ーロン力によってリフティング火炎のリフト境界部を常
時バーナーベースの炎孔近傍に強制的に引き寄せ保持し
、しかもこの位瞳でのガス燃焼を促進しバックアップす
るようにバーナーベースあるいはラインベースを引き寄
せられた腸イオンによって火炎の根底部を太くしてその
陽イオンの熱エネルギーによって所謂保炎効果を相乗的
に作用させているので、火炎のリフティングを極めて効
果的に防止抑制できるだけでなく、燃焼量なども増加調
整することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に使用する装置を単炎孔バー
ナーに適用した一実施例の略体説明図、第２図および第
３図はその作用説明図、第４図は本発明方法の実施に使
用する装置を多炎孔バ−ナーに適用した実施例の略体説
明図、第５図はメタンガス燃料量比較実験測定値線図、
第６図は印加電圧−最大安定燃焼量線図である。 １，１１……バーナーベース、３，１３……火炎、４，
１４・・・・・・鰭極、５，１５…・・・電源用陽極端
子、６，１６・・・・・・電源用陰極端子。 第１図第４図 第２図 第３図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 火炎内のいずれかの位置にバーナーベースから離隔
   して電極を挿入し、絶縁破壊を起さない範囲の２０００
   Ｖ以下の直流電圧又は３００〜２０００Ｖの交流電圧を
   、前記電極・前記バーナーベース間に印加して、火炎内
   に電界を発生させ、化学電離して火炎中に存在する陽イ
   オンをクーロン力によつて前記バーナーベースに引き付
   けることによつてより、火炎のリフト境界部を前記バー
   ナーベースに設けた炎孔に、また火炎の根底部を前記バ
   ーナーベースに強制的に引き寄せ保持させた後、該火炎
   の根底部を火炎の熱エネルギーによつて加熱して保炎効
   果を発生させ、前記クーロン力による前記リフト境界部
   の引き寄せ保持効果と前記保炎効果との相乗の作用によ
   つて火炎のリフテイングを抑制し得るようになしたこと
   を特徴とするガスバーナーにおけるリフト防止方法。