(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を噴射する燃料噴射部と、所定の開口を有する絞り部と、旋回的空気流を発生させる旋回空気流発生部材を有し、燃料噴射部から噴射された燃料を旋回空気流発生部材によって発生された空気流と混合し、絞り部の開口から当該混合気体を噴射するバーナにおいて、絞り部の開口と対向する位置に、混合気体を旋回方向に方向付ける旋回部材を設け、前記混合気体を旋回部材に吹きつけて混合気体の旋回を強めると共に、混合気体を外側に拡散させることを特徴とするバーナ。
【請求項２】
旋回部材の旋回方向は、旋回空気流発生部材が発生する旋回方向に沿うものであることを特徴とする請求項１に記載のバーナ。
【請求項３】
旋回部材は、中央に貫通穴が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のバーナ。
【請求項４】
旋回部材には、螺旋形状及び／又は風向きに方向性を持たせる板又は溝が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のバーナ。
【請求項５】
旋回部材は、固定具によって取り付けられ、当該固定具は、線材又は板材によって作られたものであり、支持線が放射形状に延び、その中央で旋回部材を支持するものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のバーナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーナに関するものであり、特に灯油等の液体燃料を使用するバーナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガンタイプバーナと称される、液体燃料を加圧して噴射し、空気と混合して燃焼するバーナが知られており、石油給湯器や石油温水暖房機に広く使用されている。
またガンタイプバーナの一つの形態として、ＮＯｘ等の有害物質の発生を低減するために、ノズルの近傍に旋回空気流発生部材５を配置し、その下流に少し距離をおいて絞り板２８を配置したバーナが知られている。
図８は、従来技術のガンタイプバーナの正面断面図である。
バーナ１００は、図示しない熱交換器を加熱するためのもので、ハウジング２内にノズル収納筒３と旋回空気流発生部材５及び燃焼筒６が配されている。ハウジング２は、下部が図９の様に正方形部２０となっており、その上部に円筒形部２１が設けられている。
そしてハウジング２の正方形部２０には、送風機８が取り付けられている。
【０００３】
ノズル収納筒３は二重構造となっており、半球状のノズル収納内筒１０と、その外側に設けられたノズル収納外筒１１を有し、いずれもハウジング２の正方形部２０内に配されている。
ノズル収納内筒１０は、先端部分に開口１５が設けられている他、周壁部には、空気を導入するための小穴（図示せず）が多数設けられている。
またノズル収納外筒１１は端部が開放された円筒形であり、周囲に縦方向に延びるスリット（図示せず）が設けられている。
燃料噴射ノズル１２と点火プラグ１３は、ノズル収納内筒１０内に収納されており、燃料噴射ノズル１２は、燃料ポンプ１６と接続されている。
【０００４】
旋回空気流発生部材５は、具体的には、空気導入路２２（図９）内に風向板２３を多数、風車の様に並べて設けたものであり、図９の様に送風機８の風を旋回的に付勢してノズル収納筒３内に導入するものである。
【０００５】
燃焼筒６は、端部が開放された円筒形であり、周面に小穴（図示せず）が多数設けられている。燃焼筒６は、ノズル収納筒３と同心状に位置し、ノズル収納筒３の開放端に接続されている。
またハウジング２０と燃焼筒６との間には空隙部２５が設けられている。空隙部２５は、前記した空気導入路２２と連通しており、送風機８によって作られた送風は、空隙２５にも入り、図示しない小穴を介して燃焼筒６に導入される。
【０００６】
また燃焼筒６と、ノズル収納筒３との間には絞り板２８が設けられている。絞り板２８は、中央部に開口３０が設けられた板である。
【０００７】
次に従来技術のバーナ１００の作用について説明する。
バーナ１００を燃焼する際には、ポンプ１６を起動して噴射ノズル１２から燃料を噴射する。そして同時に送風機８を起動し、ハウジング２内に送風する。
送風は、空気導入路２２から風向板２３に当たり、旋回的に付勢されてノズル収納筒３内に導入される。そして送風の一部は、図示しない小穴からノズル収納筒内筒１０内に入り、ノズル収納筒内筒１０内にいわゆる零次空気が導入される。また送風の一部は、螺旋渦状となってノズル収納外筒１１内に入り、ノズル収納外筒１１内に一次空気が導入される。
さらに送風の一部は、空気導入路２２から空隙部２５に流れ、小穴を介して燃焼筒６に二次空気が導入される。
【０００８】
こうして零次空気、一次空気、二次空気がそれぞれノズル収納筒内筒１０、ノズル収納外筒１１および燃焼筒６に導入され、噴射ノズル１２から噴射された燃料は送風機１からの空気と混合し、点火プラグ１３により点火されて主として燃焼筒６内で燃焼する。
【０００９】
このとき、燃焼時にノズル収納内筒１０の側面に設けられた小穴（図示せず）からノズル収納内筒１０の内部に入った空気は、燃料噴射ノズル１２の周囲を通り、同噴射ノズル１２から噴射された燃料と混合されて燃焼筒６内に流入する。
また、ノズル収納外筒１１の側面に設けられたスリット（図示せず）からノズル収納外筒１１に流入した空気は、図１０の点線の様に強力な旋回渦を発生し、ノズル収納内筒１０の開口１５から当該旋回渦（矢印Ａ）の中に噴射された燃料は、当該旋回渦の作用によって空気と混合される。そしてこの混合気体は、絞り板２８によって一旦縮流され当該部位によって燃料と空気がより活発に混合される。また混合気体は、図１０の実線の様に絞り板２８の開口３０から燃焼筒６側に噴射される。
燃焼筒６の側面に設けられた小穴（図示せず）から燃焼筒６内に流入した空気は、燃焼筒６内のガスをさらに攪拌しつつ、そのガス内に残る液体燃料粒子や可燃ガスに酸素を供給して燃焼させる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術のバーナ１００は、空気と燃料との混合状態が比較的優れる点と、火炎温度を低くすることができるため、ＮＯｘの濃度を低減することができる利点がある。しかしながら、従来技術のバーナ１００は、火炎の基部が空間に浮いたような状態で燃焼する特性を持ち、入力が大きいときに火炎の安定性が悪く、騒音が大きいという問題点がある。
すなわち従来技術のバーナ１００では、燃焼が開始されるのは点火プラグ１３の近傍であるが、気流が燃焼筒６へ向かっているため、燃焼は主として燃焼筒６の内部で行われる。そして従来技術のバーナ１００では、火炎の基端部は、図１１の様に絞り板２８の上流のバーナ中心の空間部（図１１の点線部分）に発生し、火炎は、下流側に向かって広がり、あたかも碗の様な形状の火炎が形成される。
この様に従来技術のバーナ１００は、空間部に火炎の基端部があり、火炎が安定しない。従来技術のバーナ１００は、火炎基端部の安定性が悪いため、バーナの安定性が入力大の時に特に悪くなり、騒音が大きく、時には振動燃焼が発生する場合もあった。
【００１１】
そこで本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、安定した火炎状態をもって燃焼させることができるバーナを開発することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そして上記した課題を解決するための請求項１に記載の発明は、燃料を噴射する燃料噴射部と、所定の開口を有する絞り部と、旋回的空気流を発生させる旋回空気流発生部材を有し、燃料噴射部から噴射された燃料を旋回空気流発生部材によって発生された空気流と混合し、絞り部の開口から当該混合気体を噴射するバーナにおいて、絞り部の開口と対向する位置に、混合気体を旋回方向に方向付ける旋回部材を設け、前記混合気体を旋回部材に吹きつけて混合気体の旋回を強めると共に、混合気体を外側に拡散させることを特徴とするバーナである。
【００１３】
本発明のバーナでは、絞り部の開口と対向する位置に混合気体を旋回方向に方向付ける旋回部材を設けたので、絞り部の開口部分で混合気体の旋回がさらに強化され、火炎の保炎作用が向上する。そのため火炎の基端部は、絞り部の開口部分に落ちつき、火炎が安定する。
【００１４】
また請求項２に記載の発明は、旋回部材の旋回方向は、旋回空気流発生部材が発生する旋回方向に沿うものであることを特徴とする請求項１に記載のバーナである。
【００１５】
本発明のバーナでは、旋回部材の旋回方向は、旋回空気流発生部材が発生する旋回方向に沿うものである。そのため本発明のバーナでは、旋回空気流発生部材によって発生された旋回が、絞り部の開口近傍においてさらに強化される。そのため火炎の保炎作用が向上し、火炎の基端部は、絞り部の開口部分に落ちつき、火炎が安定する。
【００１６】
さらに請求項３に記載の発明は、旋回部材は、中央に貫通穴が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の記載のバーナである。
【００１７】
本発明のバーナでは、旋回部材の中央に貫通穴が設けられている。貫通穴の役目は、混合気体の逆流や滞留を防ぐものである。すなわち前記した請求項１又は２に記載のバーナの基本構成は、旋回部材に混合気体を吹きつけて混合気体の旋回を強めると共に、混合気体を外側に拡散させるものであるが、旋回部材に吹きつけられた混合気体の一部は、旋回部材の背面側に回り込もうとする。
これに対して本発明（請求項３）のバーナでは、旋回部材の中央に貫通穴が設けられており、旋回部材に吹きつけられた混合気体の一部は、中心部分が貫通穴を通って下流側に至る。そのため、前記した旋回部材を回り込もうとする混合気体は、貫通穴から出た混合気体と衝突し、混合気体の逆流や滞留が阻止される。
【００１８】
また請求項４に記載の発明は、旋回部材には、螺旋形状及び／又は風向きに方向性を持たせる板又は溝が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のバーナである。
【００１９】
本発明のバーナで採用する旋回部材は、螺旋形状、風向きに方向性を持たせる板又は溝が設けられているため、空気流を旋回方向に方向付ける効果が高い。
【００２０】
また請求項５に記載の発明は、旋回部材は、固定具によって取り付けられ、当該固定具は、線材又は板材によって作られたものであり、支持線が放射形状に延び、その中央で旋回部材を支持するものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のバーナである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下さらに本発明の実施形態について説明する。なお本実施形態のバーナの構成の内、従来技術と同一の部材は同一の番号を付することによって重複した説明を省略する。
図１は、本発明の実施形態のガンタイプバーナの正面断面図である。図２は、図１に示すガンタイプバーナで採用する旋回部材の斜視図である。図３は、図２の旋回部材の正面図及び平面図である。図４は、図１のガンタイプバーナにおける混合気体の流れの様子を示す模式図である。図５は、図１のガンタイプバーナにおける火炎の様子を示す模式図である。図６、図７は、本発明の他の実施形態におけるガンタイプバーナで採用する旋回部材の正面図及び平面図である。図９は、本発明の実施形態及び従来技術のガンタイプバーナの正方形部の平面断面図である。
【００２２】
図において、１は、本実施形態のバーナを示す。本実施形態のバーナ１は、旋回部材４０が設けられている点を除いて従来技術のバーナと同一である。簡単に説明すると、バーナ１は、ハウジング２内にノズル収納筒３と旋回空気流発生部材５及び燃焼筒６が配されてなるものであり、ハウジング２の正方形部２０には、送風機８が取り付けられている。
【００２３】
ノズル収納筒３は半球状のノズル収納内筒１０とノズル収納外筒１１の二重構造となっており、燃料噴射ノズル１２と点火プラグ１３は、ノズル収納内筒１０内に収納されている。そして燃料噴射ノズル１２は、燃料ポンプ１６と接続されている。
【００２４】
旋回空気流発生部材５は、空気導入路２２内に風向板２３を多数、風車様に並べて設けたものであり、図９の様に送風機８の風を旋回的に付勢してノズル収納筒３内に導入するものである。
【００２５】
燃焼筒６は円筒形であり、ノズル収納筒３と同心状に位置し、ノズル収納筒３の開放端に接続されている。
そして燃焼筒６とノズル収納筒３との間には、中央部に開口３０が設けられた絞り板２８が設けられている。なお絞り板２８の位置は、燃料噴射ノズル１２からおよそ３０ｍｍ〜４０ｍｍ程度であり、本実施形態のバーナ１では、約３６ｍｍである。
【００２６】
そして、本実施形態のバーナ１で最も重要な点は、絞り板２８の開口３０の下流側に旋回部材４０が設けられていることである。
旋回部材４０は、金属又はセラミックで作られたものであり、円板状の基部４１を有し、その表面に７個の突起４３，４４，４５，４６，４７，４８，４９が設けられている。ここで中央の突起４３は、六角形状であり、中央に貫通穴５０が設けられている。
その他の突起４４，４５，４６，４７，４８，４９は、いずれも同一の形状であり、正面から見た形状が図３（ａ）の様に略三角形である。突起４４，４５，４６，４７，４８，４９は、突起４３を中心として環状に並べられ、中央の突起４３の６面と、各突起４４，４５，４６，４７，４８，４９の長辺との間に隙間が設けられ、当該隙間で溝が形成されている。また各周辺の突起４４，４５，４６，４７，４８，４９同士の間にも隙間が設けられ、当該隙間は前記した溝と直線的に繋がり、各溝は、斜め外側に向かって開放されている。すなわち旋回部材４０は、図３（ａ）の様に、放射状に延びる溝５１〜５６を有する。そして当該溝５１〜５６の旋回方向は、前記した旋回空気流発生部材５の風向板２３の旋回方向と一致する。
【００２７】
旋回部材４０は、固定具６０によって絞り板２８の開口３０の下流側に、開口３０と溝５１〜５６とが対向する様に設けられている。絞り板２８の開口３０の中心と、旋回部材４０の中心線は一致する。また絞り板２８の開口３０と旋回部材４０との距離は、概ね３〜１０ｍｍ程度であり、より望ましくは、５ｍｍ程度である。
なお固定具６０は、線材又は板材によって作られたものであり、支持線６２が放射形状に延び、その中央で旋回部材４０を支持するものである。
【００２８】
次に本実施形態のバーナ１の作用について説明する。
バーナ１の使用方法は、基本的に従来技術と同一であり、ポンプ１６を起動して噴射ノズル１２から燃料を噴射し、送風機８を起動し、ハウジング２内に風を送る。
そして送風は、従来技術と同様に空気導入路２２から風向板２３に当たり、旋回的に付勢されてノズル収納筒３内に導入され、一部は、図示しない小穴からノズル収納筒内筒１０内に入り、ノズル収納筒内筒１０内にいわゆる零次空気が導入される。また送風の一部は、螺旋渦状となってノズル収納外筒１１内に入り、ノズル収納外筒１１内に一次空気が導入される。
さらに送風の一部は、空気導入路２２から空隙部２５に流れ、小穴を介して燃焼筒６に二次空気が導入される。
【００２９】
そして従来技術と同様にノズル収納外筒１１に流入した空気は、強力な旋回渦を発生し、ノズル収納内筒１０の開口１５から当該旋回渦（矢印Ａ）の中に噴射された燃料は、当該旋回渦の作用によって空気と混合される。また混合気体は、絞り板２８によって一旦縮流され当該部位によって燃料と空気がより活発に混合される。
【００３０】
そして本実施形態のバーナ１では、絞り板２８を出た混合気体は、旋回部材４０によってさらに旋回力が付され、燃料と空気との混合が促進される。すなわち絞り板２８の開口３０を出た混合気体は、旋回しつつ、狭い開口３０を通ることにより、軸方向に付勢されて噴出する。ここで本実施形態のバーナ１では、開口３０の下流の直近部に旋回部材４０が設けられ、旋回部材４０の溝５１〜５６の旋回方向は、前記した様に旋回空気流発生部材５の風向板２３の旋回方向と一致する。そのため開口３０から出た混合気体は、旋回部材４０の溝５１〜５６のによって導かれ、さらに強く旋回される。
図４は、本実施形態のバーナ１における混合ガスの流れを示したものであり、ノズル収納筒３内では、破線の様に混合気体が旋回し、絞り板２８の開口３０を出た部位では、混合気体は実線の矢印の様にさらに強く旋回される。本実施形態のバーナ１では、従来技術のバーナ１００に比べて、開口３０を出た混合気体が外側に広がる。
【００３１】
そして点火プラグ１３により混合気体に点火され、燃焼筒６内で混合気体が燃焼する。
ここで本実施形態のバーナ１では、混合気体は絞り板２８の開口３０を出た部位で強く攪拌され、空気の流れが制御されるため、火炎は絞り板２８の開口３０部分に強く保炎される。そのため火炎の基端部は、図５の破線部分の絞り板２８の開口３０に生じ、火炎は安定する。
また旋回部材４０の周囲からの混合気体の回り込みは、旋回部材４０の貫通穴５０から出る混合気体によって阻止される。
なおバーナ１への入力が大きい場合は、混合気体の旋回速度が大きくなり、火炎は、旋回方向に広がって旋回部材４０の中央の貫通穴５０からの火炎は消失する。これに対してバーナ１への入力が小さい場合は、貫通穴５０の部位にも火炎が生じる。
【００３２】
上記した実施形態では、突起４３〜４９を主体とした旋回部材を例示したが、本発明は、旋回部材の形状を突起４３〜４９を主体としたもので限定するものではなく、例えば図６に示す旋回部材７０の様に風向板７１を主体としたものであってもよい。すなわち旋回部材７０は、曲線を描いた風向板７１を放射状に並べた羽根状のものである。旋回部材７０についても中央部に貫通穴７３が設けられている。
また前記した実施例では、旋回部材の溝深さや風向板７１の高さはいずれも同一であるが、図７に示す旋回部材７５の様に周部に向かって暫時風向板７６の高さが低くなって行くものも推奨される。旋回部材７５についても中央部に貫通穴７７が設けられている。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のバーナでは、絞り部の開口と対向する位置に空気流を旋回方向に方向付ける旋回部材を設けたので、絞り部の開口部分で混合気体の旋回がさらに強化され、火炎の保炎作用が向上する。そのため火炎の基端部は、絞り部の開口部分に落ちつき、火炎が安定する。
したがって本発明のバーナは、安定した火炎状態をもって燃焼し、騒音等も少ない。
【００３４】
また請求項２に記載のバーナは、旋回部材の旋回方向は、旋回空気流発生部材が発生する旋回方向に沿うものであるため、旋回空気流発生部材によって発生された旋回が、絞り部の開口近傍においてさらに強化され、火炎の保炎作用が向上し、火炎の基端部は、絞り部の開口部分に落ちつき、火炎が安定する。
【００３５】
さらに請求項３に記載のバーナは、混合気体の逆流や滞留を防止する効果があり、火炎をさらに安定させることができる効果がある。
【００３６】
また請求項４に記載のバーナは、空気流を旋回方向に方向付ける効果が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態のガンタイプバーナの正面断面図である。
【図２】  図１に示すガンタイプバーナで採用する旋回部材の斜視図である。
【図３】  図２の旋回部材の正面図及び平面図である。
【図４】  図１のガンタイプバーナにおける混合気体の流れの様子を示す模式図である。
【図５】  図１のガンタイプバーナにおける火炎の様子を示す模式図である。
【図６】  本発明の他の実施形態におけるガンタイプバーナで採用する旋回部材の正面図及び平面図である。
【図７】  本発明の他の実施形態におけるガンタイプバーナで採用する旋回部材の正面図及び平面図である。
【図８】  従来技術のガンタイプバーナの正面断面図である。
【図９】  本発明の実施形態及び従来技術のガンタイプバーナの正方形部の平面断面図である。
【図１０】  従来技術のガンタイプバーナにおける混合気体の流れの様子を示す模式図である。
【図１１】  従来技術のガンタイプバーナにおける火炎の様子を示す模式図である。
【符号の説明】
１  バーナ
２  ハウジング
３  ノズル収納筒
５  旋回空気流発生部材
６  燃焼筒
８  送風機
１０  ノズル収納内筒
１１  ノズル収納外筒
１３  点火プラグ
１６  ポンプ
２０  正方形部
２３  風向板
２５  空隙部
２８  絞り板
３０  開口
４０  旋回部材
４３，４４，４５，４６，４７，４８，４９  突起
５０  貫通穴
５１，５２，５３，５４，５５，５６７  溝
６０  固定具
７０，７５  旋回部材
７１，７６  風向板
７３，７７  貫通穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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