(57)【要約】【課題】燃料ガス噴射ノズルとバーナユニット間の位置ずれに影響されず左右の袖炎口に混合気を均等分配でき、濃気導入管の長さを短くできる袖火式濃淡燃焼バーナの提供。【解決手段】第２バーナ５への混合気を供給する吸入口１０が形成され、出口側が左右の分配管部１３，１３の上流側入口に接続された導入管部１１を備え、導入管部１１に、流通する混合気流の流束を、該導入管部１１の管中心軸ｘに垂直な軸ｙに対する流束幅ｗｙが狭まるように収斂させる管形状の狭隘部１７を設け、左右の分配管部１３，１３の上流側入口を、狭隘部１７において混合気流の流束幅ｗｙが狭められる幅軸ｙ方向を法線方向とし狭隘部１７の管中心軸ｘを含む平面を対称面Ｓとして、該対称面Ｓに対して面対称に相合され且つ該狭隘部１７の下流側出口に対向して配置する。【選択図】図５
2014055756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１バーナの火炎口である主炎口の左右に第２バーナの火炎口である袖炎口が配設され、前記第１バーナにエアリッチな混合気を、前記第２バーナにガスリッチな混合気を供給し、前記主炎口及び前記両袖炎口にて濃淡燃焼を行わせしめる袖火式濃淡燃焼バーナに於いて、前記第２バーナに供給される混合気を左右の前記袖炎口へ分配する混合気分配構造であって、
左右対称に形成され、下流側がそれぞれ左右の前記袖炎口に連通する一対の分配管部と、
入口側に前記第２バーナに供給される混合気が供給される吸入口が形成され、出口側が左右の前記分配管部の上流側入口に接続された管状の導入管部と、を備え、
前記導入管部には、流通する混合気流の流束を、該導入管部の管中心軸に垂直な少なくとも一軸に対する流束幅が狭まるように収斂させる管形状の狭隘部が設けられ、
左右の前記分配管部の上流側入口は、前記狭隘部において混合気流の流束幅が狭められる幅軸方向を法線方向とし且つ該狭隘部の管中心軸を含む平面を対称面として、該対称面に対して面対称に相合され、且つ該狭隘部の下流側出口に対向して配置されていることを特徴とする混合気分配構造。
【請求項２】
前記狭隘部は、管状に形成された収斂管を備え、
前記収斂管は、前記分配管部の対称面に対し面対称な形状に形成され、且つ該対称面の法線方向の軸に対する幅が、前記導入管部の入口側から出口側に向かって漸次縮小する形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の混合気分配構造。
【請求項３】
前記収斂管の出口に接続され、前記導入管部の出口側に向かって拡開する拡開管部を備えたことを特徴とする請求項２記載の混合気分配構造。
【請求項４】
第１バーナの火炎口である主炎口の左右に第２バーナの火炎口である袖炎口が配設され、前記第１バーナにエアリッチな混合気を、前記第２バーナにガスリッチな混合気を供給し、前記主炎口及び前記両袖炎口にて濃淡燃焼を行わせしめる袖火式濃淡燃焼バーナであって、
前記第２バーナに供給される混合気を左右の前記袖炎口へ分配する、請求項１乃至３の何れか一に記載の混合気分配構造を備えたことを特徴とする袖火式濃淡燃焼バーナ。
【請求項５】
第１バーナの火炎口である主炎口の左右に第２バーナの火炎口である袖炎口が配設され、前記第１バーナにエアリッチな混合気を、前記第２バーナにガスリッチな混合気を供給し、前記主炎口及び袖炎口にて濃淡燃焼を行わせしめる袖火式濃淡燃焼バーナに於いて、前記第２バーナに供給される混合気を左右の前記袖炎口へ分配する混合気分配方法であって、
導入管部に供給された前記第２バーナに供給される混合気の気流の流束を、流路中心軸を含む対称面に対し面対称に形成された収斂管により一旦収斂させた後、
前記収斂管の出口に対向し且つ前記収斂管の対称面に対して対称に、対接して配置された一対の分配管部の上流側入口に向かって、前記混合気の気流を前記収斂管から開放することにより、前記両分配管部入口に前記混合気の気流を分配流入させ、
前記両分配管部入口に流入する混合気を、該分配管部を通して左右の前記袖炎口に供給することを特徴とする混合気分配方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１バーナ火炎口（主炎口）の左右に第２バーナ火炎口（袖炎口）を対称に配設し、第１バーナにエアリッチな混合気、第２バーナにガスリッチな混合気を供給し、第１及び第２バーナの火炎口にて濃淡燃焼を行う袖火式濃淡燃焼バーナに関し、特に、左右の第２バーナに供給する混合気を左右均等に分配供給するための混合気分配供給技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の袖火式濃淡燃焼バーナとして、例えば、特許文献１，２に記載の技術が公知である。袖火式濃淡燃焼バーナは、特許文献１の図１〜図４及び特許文献２の図１〜図４に示されているように、中央に配された主炎口（第１バーナ火炎口）においてエアリッチ（又はガスリッチ）な混合気を燃焼させ、主炎口の左右両袖に隣接して配された袖炎口（第２バーナ火炎口）においてガスリッチ（又はエアリッチ）な混合気を燃焼させることにより、不完全燃焼を抑えてＮＯｘ発生の抑制を図るガスバーナである。通常、中央の主炎口とその両袖の袖炎口の火炎口組は、前後方向に複数個縦列して配される。
【０００３】
尚、本明細書において「ガスリッチな混合気」とは、理論空燃比に対して燃料の含有率が大きい燃料・空気混合気をいい、「エアリッチな混合気」とは、理論空燃比に対して空気の含有率が大きい燃料・空気混合気をいう。例えば、メタン（ＣＨ４）燃料の場合、空気中の酸素比率を２０％とすれば、理論空燃比Ｒ０は体積比でＲ０＝（空気体積）／（燃料体積）＝１０となる。従って、Ｒ０＜１０の混合気がガスリッチな混合気、Ｒ０＞１０の混合気がエアリッチな混合気である。また、「空気比」とは、理論空燃比Ｒ０に対する実際の空燃比Ｒの比をいい、空気比ＡＲ＝Ｒ／Ｒ０＝（送入空気量）／（燃焼に必要な空気量）と定義される。通常の袖火式濃淡燃焼バーナでは、ガスリッチな混合気の空気比はＡＲｃ＝０．４〜０．７程度、エアリッチな混合気の空気比はＡＲｄ＞１．７程度に設定されている。
【０００４】
図１０は、特許文献１に記載の袖火式濃淡燃焼バーナの斜視図である。燃焼用の燃料ガスは、燃料ガス供給管１０１，１０２から供給される。燃料ガス供給管１０１，１０２は上下に水平に並べて配設されている。燃料ガス供給管１０１には等間隔で複数の上部ノズル１０３が設けられ、燃料ガス供給管１０２には、上部ノズル１０３と水平方向の位置を同じくして、複数の下部ノズル１０４が設けられている。上下１組のノズル１０３，１０４の組のそれぞれに対向して、バーナユニット１０５（袖火式濃淡燃焼バーナ）が縦列して配設されている。尚、ノズル１０３，１０４の組とバーナユニット１０５との間には、バーナユニット１０５への供給空気量を調節するためのダンパ１０６が配設されている。ダンパ１０６は、其々のノズル１０３，１０４に対向する位置に、ノズル１０３，１０４の先端外径よりも大きめの絞り穴１０７，１０８が其々貫設されている。燃料ガスに混合される空気は、この絞り穴１０７，１０８を通してバーナユニット１０５へ供給される。
【０００５】
其々のバーナユニット１０５は、プレート状であり、プレス加工された左右面対称な２枚１組の板金２組で構成されている。中央の２枚の板金１０９，１１０を相合したユニットを主バーナ１１１と呼び、外側の２枚の板金をカバー１１２，１１３と呼ぶ。カバー１１２，１１３は、主バーナ１１１の外側から合着され、バーナユニット１０５が構成される。
【０００６】
板金１０９，１１０及びカバー１１２，１１３の平面視外形は、大きい四角形の左側側辺に、上辺を合わせてもう一つの小さい四角形を合体したＬ字形状の凹六角形に形成されている。板金１０９，１１０は、上辺中央から中央部乃至左辺下部に亘って膨出部が形成されている（特許文献１の図２（イ）参照）。この膨出部で形成される管路が、エアリッチな混合気が流通するマニホールド（以下「淡気マニホールド」と呼ぶ。）となっている。また、板金１０９，１１０を相合した主バーナ１１１の上辺には、この膨出部によって開口が形成されており、この開口が主バーナ１１１の火炎口である主炎口１１４となっている。また、主バーナ１１１の左辺下部にも、この膨出部によって主炎口１１４に連通する開口が形成されており、この開口がエアリッチな混合気を送入する淡気吸入口１１７となっている。
【０００７】
一方、カバー１１２，１１３にも、上辺中央から中央部乃至左辺下部に亘って膨出部が形成されている（特許文献１の図２（ロ）参照）。この膨出部で形成される管路が、ガスリッチな混合気が流通するマニホールド（以下「濃気マニホールド」という。）となっている。また、主バーナ１１１の両側にカバー１１２，１１３を合着して形成される袖火バーナ１１５の上辺は、この膨出部によって主バーナ１１１の両袖に位置する開口が形成されており、この開口が袖火バーナ１１５の火炎口である袖炎口１１６，１１６となっている。また、板金１０９，１１０を相合した主バーナ１１１の左辺の淡気吸入口１１７上方から中央付近にかけて、板金１０９，１１０に形成された第２の膨出部によって、主炎口１１４とは連通しない管路である濃気導入管１１８が形成されている。この濃気導入管１１８は、一端が主バーナ１１１の左辺側に開口し、この開口が濃気吸入口１１９となっている。また、他端は主バーナ１１１の左右両側面に向けて開口している。そして、この開口１２０，１２０は、濃気導入管１１８と連通し、濃気吸入口１１９から両袖の袖炎口１１６，１１６にかけての混合気流路が形成されている。濃気導入管１１８の入口付近には、上下方向に括れたスロート１２１が形成されており、燃料ガスと空気とがよく混合するように設計されている。
【０００８】
燃料ガス供給管１０２から下部ノズル１０４へ供給される燃料ガスは、下部ノズル１０４から噴射され、ダンパ１０６の絞り穴１０８を通して淡気吸入口１１７へ噴射送入される。このとき噴射される燃料ガスは絞り穴１０８周辺の空気を巻き込んでエアリッチな混合気となり、主バーナ１１１の淡気マニホールドに流入する。そして、淡気マニホールドから主炎口１１４へと流通し、主炎口１１４から噴射され燃焼される。
【０００９】
一方、燃料ガス供給管１０１から上部ノズル１０３へ供給される燃料ガスは、上部ノズル１０３から噴射され、ダンパ１０６の絞り穴１０７を通して濃気吸入口１１９へ噴射送入される。このとき噴射される燃料ガスは絞り穴１０７周辺の空気を巻き込んでガスリッチな混合気となり、濃気導入管１１８に流入する。ガスリッチな混合気は、濃気導入管１１８の開口１２０，１２０から両袖の濃気マニホールドに流入し、袖炎口１１６，１１６から噴射され燃焼される。
【００１０】
主炎口１１４から噴射されるエアリッチな混合気は、燃料ガスが不足しているため、単独では燃焼を持続することができないが、両袖の袖炎口１１６，１１６から噴射されるガスリッチな混合気の火炎によって常に保炎されることにより、主炎口１１４でも持続的な燃焼が行われる。また、濃淡火炎の燃焼を行うことにより燃料ガスの不完全燃焼が低減し、ＮＯｘの発生量も抑制される。
【００１１】
図１１（ａ）は、図１０のバーナユニット１０５をＣ−Ｃ線で切断し燃料ガス供給管１０１，１０２の側から見た断面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のバーナユニット１０５の濃気吸入口１１９近傍のＡ−Ａ線矢視断面図である。図１１（ｃ）は、図１１（ａ）のバーナユニット１０５の濃気吸入口１１９近傍のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【００１２】
特許文献１の袖火式濃淡燃焼バーナにおいては、図１１（ｂ），（ｃ）に示されているように、濃気吸入口１１９から送入される燃料ガスと空気は、スロート１２１付近で混合され、濃気導入管１１８の開口１２０，１２０に形成された分配壁１２２（板金１０９，１１０によりプレス形成されている）によって左右の濃気マニホールドに分配され、両袖の袖炎口１１６，１１６へと送られるように構成されている。
【００１３】
一方、特許文献２では、左右の袖炎口に供給するガスリッチな混合気の流路が左右に完全に分離され独立した形式の袖火式濃淡燃焼バーナが開示されている。図１２は、特許文献２に記載の袖火式濃淡燃焼バーナの斜視図である。図１２においては、図１０との比較のため、図１０の構成部分に対応する構成部分には同符号を付している。図１２の袖火式濃淡燃焼バーナでは、濃気導入管１１８内の分配壁１２２が濃気吸入口１１９まで迫り出しており、バーナユニット１０５内のガスリッチな混合気の流路は、濃気吸入口１１９から完全に左右に分離されている。従って、この袖火式濃淡燃焼バーナを使用する場合には、燃料ガスを供給するノズル１０３，１０４としては、図１３のようなノズルが使用されている。図１３において、上下１組のノズル１０３，１０４の組はノズルベース１２３上に縦列して配設されている。各バーナユニット１０５は、上部ノズル１０３が濃気吸入口１１９に対向し、下部ノズル１０４が淡気吸入口１１７に対向するように配設される。濃気吸入口１１９に対向する上部ノズル１０３からは燃料ガスが噴射され、ノズルの周りの空気を巻き込み濃気吸入口１１９にガスリッチな混合気が供給され、淡気吸入口１１７に対向する下部ノズル１０４からは燃料ガスが噴射され、ノズルの周りの空気を巻き込み淡気吸入口１１７にエアリッチな混合気が供給される。上部ノズル１０３には、濃気吸入口１１９の左右の混合気流路に対応して、左右に２つの燃料ガス噴射口１２４，１２４が設けられている。これら左右の燃料ガス噴射口１２４，１２４は、それぞれ分配壁１２２の左右の混合気流路へ、燃料ガスを供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平７−４２９１７号公報
【特許文献２】特開２０１１−２０２８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、上記特許文献２の袖火式濃淡燃焼バーナにおける袖炎口への給気方式では、袖炎口への混合気の流路が左右に完全に分離され独立しているため、必然的に上部ノズル１０３には、図１３のように左右に２つの燃料ガス噴射口１２４，１２４を設ける必要がある。一方、バーナユニット１０５は、図１０のように、広面を対向させて複数並べて配設されるため、一つのバーナユニット１０５の厚みは制限されている。従って、上部ノズル１０３の大きさはバーナユニット１０５の厚みによって制限され、それに伴い燃料ガス噴射口１２４，１２４の口径も制限される。図１３に示したような二穴の上部ノズル１０３の場合、制限されたノズル先端面に２つの開口を設ける必要があるため、一穴の場合に比べて燃料ガス噴射口の総開口面積は小さくせざるを得ない。従って、特許文献１のような一穴の上部ノズル１０３を使用する場合に比べ、燃料ガス噴出口１２４の口径が小さいため加工が難しいなどの問題があった。
【００１６】
一方、上記特許文献１の袖火式濃淡燃焼バーナでは、図１０のように、袖炎口への供給に一穴の上部ノズル１０３を使用するため、上述のような問題は生じない。しかしながら、上部ノズル１０３から供給される混合気を主バーナ１１１の左右に設けられた濃気マニホールドに均等に分配することが難しいという問題がある。以下この問題について説明する。
【００１７】
図１４は、図１０，図１１に示した袖火式濃淡燃焼バーナの上部ノズル１０３から濃気導入管１１８内の燃料ガス及び空気の流れの様子を計算した結果である。図１４（ａ）は図１１（ｂ）の断面から見た図、図１４（ｂ）は図１１（ｃ）の断面から見た図である。計算結果の図においては、薄色になるほど気流速度が速いことを表し、図中の格子点上の白矢印は流れの方向、図中の小点は流線を示すために気流と共に流したトレーサー粒子を表す（他の図においても同じ）。上部ノズル１０３から噴出された燃料ガスは、真っ直ぐにダンパ１０６の絞り穴１０７を通過して濃気吸入口１１９へ流入する。この際、上部ノズル１０３と絞り穴１０７の隙間から周辺の空気を巻き込む。実際にはファン（特許文献１の図４参照）により絞り穴１０７周辺の空気は加圧され、空気の流入量が多くなるように設定されている。濃気吸入口１１９へ流入した燃料ガスと空気は濃気導入管１１８内を直進し分配壁１２２に突き当たり、左右の濃気マニホールドに分配される。燃料ガスの流れは濃気導入管１１８内を直進する間に徐々に広がるが、計算上は分配壁１２２の上流側では燃料ガスと空気の混合はあまり見られない。尚、特許文献１には、スロート１２１は燃料ガスと空気の混合を促すために設けられていることが記載されているが、計算ではスロート１２１による燃料ガスと空気の混合の効果はあまり大きくは見られず、燃料ガスと空気の流束は濃気吸入口１１９から分配壁１２２までほぼ直進することが観察される。
【００１８】
ところで、実際の製品では、図１０に示されているとおり、燃料ガス供給管１０１，１０２とノズル１０３，１０４のユニット、ダンパ１０６、及び各バーナユニット１０５は、個別の部品として製造され、金具やボルト等によって組み上げられる。従って、必然的に上部ノズル１０３と濃気導入管１１８との位置関係には組み立て誤差によるある程度のばらつきが生じる。図１５は、上部ノズル１０３と濃気導入管１１８に位置ずれがある場合の燃料ガス及び空気の流れの様子を計算した結果である。図１５（ａ）は図１１（ｃ）の断面から見た図、図１５（ｂ）は分配壁１２２を濃気吸入口１１９に近づけた場合を表す図である。上部ノズル１０３が分配壁１２２の中心面からずれた場合、図１５に示すように、燃料ガスと空気は左右の濃気マニホールドには均等に分配されず、上部ノズル１０３が偏倚した側の濃気マニホールドには燃料ガスが多く流入し、その反対側の濃気マニホールドには空気が多く流入する。燃料ガスは濃気導入管１１８内を流れる間に管の断面内で徐々に広がるため、図１５（ａ）のように濃気吸入口１１９と分配壁１２２との距離が長ければ、上部ノズル１０３の偏倚による燃料ガスの分配量の偏りは生じるものの、その程度は小さくなる。しかし、図１５（ｂ）のように濃気吸入口１１９と分配壁１２２との距離が短くなると、燃料ガスは管の断面内に十分に広がる前に分配壁１２２に達するため、上部ノズル１０３の偏倚による燃料ガスの分配量の偏りが大きくなり、袖炎口１１６での燃焼にバラツキが生じるという問題が顕在化してくる。そのため、特許文献１の袖火式濃淡燃焼バーナの方式では、濃気吸入口１１９と分配壁１２２との距離をある程度長くとる必要があるため、その分その下流にある左右の濃気マニホールドの体積や同じケース内に配設された淡気マニホールドの容積を小さくせざるを得ない。一方、総ての袖炎口１１６や主炎口１１４に混合気をできるだけ均等に分配するためには濃気マニホールドや淡気マニホールドの体積は大きいほどよい。逆に、マニホールドの体積が小さいほど各袖炎口１１６や各主炎口１１４に供給される混合気の流量の不均一性が大きくなる。従って、濃気マニホールド，淡気マニホールドの大きさと濃気導入管１１８の長さとの間で設計上の相剋が生じ、設計上の体積配分が難しくなるという問題があった。また、濃気導入管１１８を長くしても、やはり上部ノズル１０３の偏倚により燃料ガスの分配量の偏りはある程度生じ、完全に上部ノズル１０３の取り付け誤差の影響を排除できないという問題があった。
【００１９】
そこで、本発明の目的は、上述のような一穴の燃料ガス噴射ノズルを使用する袖火式濃淡燃焼バーナにおいて、燃料ガス噴射ノズルとバーナユニットとの間の位置ずれに影響されることなく主炎口の左右の袖炎口に供給する混合気を左右均等に分配することができ、且つ濃気導入管の長さを短くすることが可能な混合気分配構造及びそれを備えた袖火式濃淡燃焼バーナ並びに混合気分配方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明に係る混合気分配構造の第１の構成は、第１バーナの火炎口である主炎口の左右に第２バーナの火炎口である袖炎口が配設され、前記第１バーナにエアリッチな混合気を、前記第２バーナにガスリッチな混合気を供給し、前記主炎口及び前記両袖炎口にて濃淡燃焼を行わせしめる袖火式濃淡燃焼バーナに於いて、前記第２バーナに供給される混合気を左右の前記袖炎口へ分配する混合気分配構造であって、
左右対称に形成され、下流側がそれぞれ左右の前記袖炎口に連通する一対の分配管部と、
入口側に前記第２バーナに供給される混合気が供給される吸入口が形成され、出口側が左右の前記分配管部の上流側入口に接続された管状の導入管部と、を備え、
前記導入管部には、流通する混合気流の流束を、該導入管部の管中心軸に垂直な少なくとも一軸に対する流束幅が狭まるように収斂させる管形状の狭隘部が設けられ、
左右の前記分配管部の上流側入口は、前記狭隘部において混合気流の流束幅が狭められる幅軸方向を法線方向とし且つ該狭隘部の管中心軸を含む平面を対称面として、該対称面に対して面対称に相合され、且つ該狭隘部の下流側出口に対向して配置されていることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、外部の燃料ガス噴射ノズルから導入管部の吸入口に噴射供給される燃料ガスの気流は、狭隘部において導入管部の管中心軸に垂直な少なくとも一軸（以下「幅軸」という。）に対する流束幅が狭まるように収斂される。従って、外部の燃料ガス噴射ノズルの噴射軸が導入管部の管中心軸からずれている場合であっても、燃料ガスの流束は、幅軸が狭隘部において管中心軸に収斂され加速される。このとき、同時に燃料ガスとともに吸入口から流入する空気の流束も、狭隘部において管中心軸に収斂され加速され、この収斂によって燃料ガスと空気が混合される。次いで、狭隘部を通過した空気と燃料ガスとの混合気は、導入管部の出口側で開放されるとともに、狭隘部の下流側出口に対向して配置された左右の分配管部の上流側入口に流入する。このとき、分配管部の上流側入口は、狭隘部において混合気流の流束幅が狭められる幅軸方向を法線方向とし且つ該狭隘部の管中心軸を含む平面を対称面として、該対称面に対して面対称に相合されているため、導入管部の出口側に開放された混合気の流束はほぼ均等に二分され、左右の分配管部に分配される。
【００２２】
また、本発明においては狭隘部によって混合気を強制的に収束・拡散させるため、特許文献１のように燃料ガスの流束の自然拡散を促すために導入管部を長くする必要がない。従って、全体の容積が制限される袖火式濃淡燃焼バーナのバーナユニット内において、導入管部を短くし、第２バーナの分配管部（及び第１バーナの分配管部）の容積を大きくすることが可能となり、前述したような設計上の相剋の問題を解消することが可能となる。
【００２３】
ここで、「エアリッチな混合気」，「ガスリッチな混合気」の定義については、〔背景技術〕の欄で述べた通りである。
【００２４】
本発明に係る混合気分配構造の第２の構成は、前記第１の構成において、前記狭隘部は、管状に形成された収斂管を備え、
前記収斂管は、前記分配管部の対称面に対し面対称な形状に形成され、且つ該対称面の法線方向の軸に対する幅が、前記導入管部の入口側から出口側に向かって漸次縮小する形状に形成されていることを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、収斂管に流入した燃料ガスと空気は、入口側から出口側に向かって漸次縮小する形状の管路によって、大きく流れが乱されることなく収斂される。従って、流路抵抗が小さく、収斂管における圧力損失を極力小さくすることができる。
【００２６】
本発明に係る混合気分配構造の第３の構成は、前記第２の構成において、前記収斂管の出口に接続され、前記導入管部の出口側に向かって拡開する拡開管部を備えたことを特徴とする。
【００２７】
この構成によれば、収斂管を通過した混合気は、拡開管部によって拡散がより大きく誘導されるため、左右の分配管部の上流側入口によりスムーズに流入させることができる。
【００２８】
本発明に係る袖火式濃淡燃焼バーナは、第１バーナの火炎口である主炎口の左右に第２バーナの火炎口である袖炎口が配設され、前記第１バーナにエアリッチな混合気を、前記第２バーナにガスリッチな混合気を供給し、前記主炎口及び前記両袖炎口にて濃淡燃焼を行わせしめる袖火式濃淡燃焼バーナであって、
前記第２バーナに供給される混合気を左右の前記袖炎口へ分配する、前記第１乃至第３の何れか一の構成の混合気分配構造を備えたことを特徴とする。
【００２９】
本発明に係る混合気分配方法は、第１バーナの火炎口である主炎口の左右に第２バーナの火炎口である袖炎口が配設され、前記第１バーナにエアリッチな混合気を、前記第２バーナにガスリッチな混合気を供給し、前記主炎口及び袖炎口にて濃淡燃焼を行わせしめる袖火式濃淡燃焼バーナに於いて、前記第２バーナに供給される混合気を左右の前記袖炎口へ分配する混合気分配方法であって、
導入管部に供給された前記第２バーナに供給される混合気の気流の流束を、流路中心軸を含む対称面に対し面対称に形成された収斂管により一旦収斂させた後、
前記収斂管の出口に対向し且つ前記収斂管の対称面に対して対称に、対接して配置された一対の分配管部の上流側入口に向かって、前記混合気の気流を前記収斂管から開放することにより、前記両分配管部入口に前記混合気の気流を分配流入させ、
前記両分配管部入口に流入する混合気を、該分配管部を通して左右の前記袖炎口に供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
以上のように、本発明によれば、外部の燃料ガス噴射ノズルの噴射軸のずれに影響されることなく、混合気の流束を左右の分配管部に均等に二分することが可能であるため、袖火式濃淡燃焼バーナと外部の燃料ガス噴射ノズルとの位置ずれ公差が緩和され、図１０のように袖火式濃淡燃焼バーナを並列して組み上げたユニットの製造の歩留まりを向上させることができる。
【００３１】
また、導入管部の長さを従来に比べて短くすることができるため、第２バーナの分配管部（及び第１バーナの分配管部）の容積を従来の一穴ノズル方式の袖火式濃淡燃焼バーナよりも大きくすることが可能となり、総ての袖炎口や主炎口に混合気がより均等に分配されるように袖火式濃淡燃焼バーナを設計することが可能となる。これにより、袖火式濃淡燃焼バーナを小さく（短く）することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例１に係る袖火式濃淡燃焼バーナのバーナユニットの斜視図である。
【図２】図１のバーナユニットの側面図である。
【図３】図１のバーナユニットの分解斜視図である。
【図４】図３の第１バーナ３の側面図である。
【図５】図１のバーナユニット１を燃料ガス噴射ノズルの前方に設置した状態を示す図である。（ａ）はバーナユニット１の側面方向から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図６】実施例１に係る袖火式濃淡燃焼バーナの上部ノズル１４から導入管部１１内の燃料ガス及び空気の流れの様子を計算した結果である。（ａ）上部ノズル１４の燃料ガス噴射口１４ａを小さくした場合、（ｂ）上部ノズル１４の燃料ガス噴射口１４ａを大きくした場合。
【図７】上部ノズル１４と導入管部１１に位置ずれがある場合の燃料ガス及び空気の流れの様子を計算した結果である。（ａ）上部ノズル１４の燃料ガス噴射口１４ａを小さくした場合、（ｂ）上部ノズル１４の燃料ガス噴射口１４ａを大きくした場合。
【図８】上部ノズル１４と導入管部１１に位置ずれがある場合において、狭隘部１７が無い場合の燃料ガス及び空気の流れの様子を計算した結果である。
【図９】図７（ｂ）の場合において、燃料ガスの噴射開始から定常状態に至るまでの混合気の流れの変化を表す図である。
【図１０】特許文献１に記載の袖火式濃淡燃焼バーナの斜視図である。
【図１１】（ａ）図１０のバーナユニット１０５をＣ−Ｃ線で切断し燃料ガス供給管１０１，１０２の側から見た断面図である。（ｂ）図１１（ａ）のバーナユニット１０５の濃気吸入口１１９近傍のＡ−Ａ線矢視断面図である。（ｃ）図１１（ａ）のバーナユニット１０５の濃気吸入口１１９近傍のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図１２】特許文献２に記載の袖火式濃淡燃焼バーナの斜視図である。
【図１３】図１２の袖火式濃淡燃焼バーナに使用される燃料ガス噴射ノズルを表す斜視図である。
【図１４】図１０，図１１に示した袖火式濃淡燃焼バーナの上部ノズル１０３から濃気導入管１１８内の燃料ガス及び空気の流れの様子を計算した結果である。（ａ）図１１（ｂ）の断面から見た図である。（ｂ）図１１（ｃ）の断面から見た図である。
【図１５】上部ノズル１０３と濃気導入管１１８に位置ずれがある場合の燃料ガス及び空気の流れの様子を計算した結果である。（ａ）図１１（ｃ）の断面から見た図である。（ｂ）分配壁１２２を濃気吸入口１１９に近づけた場合を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００３４】
図１は、本発明の実施例１に係る袖火式濃淡燃焼バーナのバーナユニットの斜視図である。図２は、図１のバーナユニットの側面図である。図３は、図１のバーナユニットの分解斜視図である。図４は、図３の第１バーナ３の側面図である。
【００３５】
袖火式濃淡燃焼バーナのバーナユニット１は、上端面に細長い主炎口２を具備する第１バーナ３と、第１バーナ３の左右両袖に配設され主炎口２の左右両袖に位置する細長い袖炎口４，４を具備する第２バーナ５を備えている。第１バーナ３は、左右対称にプレス加工した１枚の鋼板３ａを２つ折りして相合させることにより形成されている。また、第２バーナ５は、左右対称にプレス加工した１枚の鋼板からなるカバー６を、図３に示したように、折り曲げて第１バーナ３の外側に被着させることによって形成されている。
【００３６】
本実施例においては、第１バーナ３においてエアリッチな混合気を燃焼させ、第２バーナ５においてガスリッチな混合気を燃焼させる。
【００３７】
第１バーナ３の主炎口２には、図１，図３に示したように、主炎口２の長手方向に沿って４枚の整流板７が挿着されている。また、主炎口２はバーナユニット１の前部側辺に形成された淡気吸入口８に連通している。淡気吸入口８から主炎口２に繋がる管路が淡気マニホールド９である。
【００３８】
一方、第２バーナ５の左右の袖炎口４，４は、バーナユニット１の前部側辺の淡気吸入口８上方に形成された濃気吸入口１０に連通している。濃気吸入口１０は、図３に示すように、第１バーナ３を形成する鋼板３ａの前部中央付近をプレス成形で管状に膨出させることにより形成された導入管部１１の入口となっている。導入管部１１の出口側は、図３，図４に示すように、扇形の出口開口１２を鋼板３ａに形成することによって、第１バーナ３の左右両側の空間に連通している。また、カバー６には、この導入管部１１に対向する部分からカバー６の上辺にかけて、図３に示すような膨出部６ａが形成されており、カバー６を第１バーナ３の左右両側面に相合させることにより、この膨出部６ａと鋼板３ａとの間に形成される空間として濃気マニホールド（分配管部）１３，１３が形成されている。第１バーナ３の左右に形成された濃気マニホールド１３，１３は、それぞれ、導入管部１１の出口から左右の袖炎口４，４に連通する管路である。この濃気マニホールド１３，１３は、第１バーナ３の中心面を対称面Ｓ（図５（ｂ）参照）として、左右対称に形成されている。
【００３９】
以上のように形成されたバーナユニット１は、図１０と同様に、互いに広面を対向させた状態でケース内に縦列して配置される（特許文献２の図３参照）。図５は、図１のバーナユニット１を燃料ガス噴射ノズルの前方に設置した状態を示す図である。図５（ａ）はバーナユニット１の側面方向から見た図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。図５において、ノズルベース１６上に上下１組に配置された上部ノズル１４及び下部ノズル１５からは、燃料ガスが噴射される。ノズルベース１６は、図１３と同様に、上部ノズル１４及び下部ノズル１５が水平に２列に複数配設されている。尚、図１３では、上部ノズル１０３は二穴ノズル、下部ノズル１０４は一穴ノズルとされているが、本実施例においては、上部ノズル１４，下部ノズル１５ともに一穴ノズルが使用されている。
【００４０】
図５に示すように、バーナユニット１の濃気吸入口１０は上部ノズル１４に対向し、淡気吸入口８は下部ノズル１５に対向するように配置される。濃気吸入口１０と上部ノズル１４、及び淡気吸入口８と下部ノズル１５との間には、等間隔の隙間が設けられており、周辺の空気が濃気吸入口１０，淡気吸入口８へ吸入されやすいように設計されている。
【００４１】
導入管部１１には、流通する混合気流の流束を、導入管部１１の管中心軸ｘに垂直な軸ｙ（以下「幅軸ｙ」という。）に対する流束幅が、濃気吸入口１０から導入管部１１の出口に向かうにつれて狭まるように収斂させる管形状の狭隘部１７が設けられている。ここで、管中心軸ｘと幅軸ｙに垂直な座標軸をｚとする（図５（ｂ）参照）。狭隘部１７は、図３，図４に示したように、第１バーナ３を構成する鋼板３ａをプレス成形により膨出させることによって、第１バーナ３と一体に形成されている。
【００４２】
左右の濃気マニホールド１３，１３の上流側入口は、狭隘部１７において混合気流の流束幅が狭められる幅軸ｙ方向を法線方向とし且つ狭隘部１７の管中心軸ｘを含む平面（ｘ−ｚ平面）を対称面Ｓとして、対称面Ｓに対して面対称に相合され、且つ狭隘部１７の下流側出口に対向して配置されている。濃気マニホールド１３，１３の上流側入口は、扇形の出口開口１２を鋼板３ａに形成することによって形成されており、この鋼板３ａの出口開口１２の弧の部分が、混合気流を左右の濃気マニホールド１３，１３に分配する分配壁２１となっている。
【００４３】
狭隘部１７は、濃気吸入口１０から下流に向けて漏斗管状に形成された収斂管１８、及び収斂管１８の出口に接続され導入管部１１の出口側に向かって拡開する拡開管部２０から構成されている。ここで、収斂管１８の幅軸ｙに対する幅をｗｙ（ｘ）と記す。また、収斂管１８の先端の最も幅ｗｙ（ｘ）の狭い部分を絞り部１９と呼び、絞り部１９における収斂管１８の幅ｗｙ（ｘ）をｗｙｍｉｎとする。また、濃気吸入口１０における収斂管１８の幅ｗｙ（ｘ）をｗｙｍａｘとする。この収斂管１８が、濃気マニホールド１３，１３の対称面Ｓに対し面対称な形状に形成され、且つ対称面Ｓの法線方向の幅軸ｙに対する幅ｗｙ（ｘ）が、導入管部１１の入口側から出口側に向かって漸次縮小する形状に形成されている。
【００４４】
ｗｙｍａｘに対するｗｙｍｉｎの比を絞り比Ｒｗ（＝ｗｙｍｉｎ／ｗｙｍａｘ）と呼ぶ。図５（ｂ）に示した例では、Ｒｗ＝０．２３としている。本発明では、絞り比Ｒｗは、収斂管１８を流通する混合気流の流束の幅が、濃気吸入口１０から導入管部１１の出口に向かうにつれて狭まるように収斂させる程度に設計されていればよい。具体的には、Ｒｗ＝０．１〜０．４とすることが望ましい。
【００４５】
尚、ここでいう「混合気流の流束の幅」は、「収斂管１８の幅ｗｙ（ｘ）」とは異なるものを指すことに注意しておく。分かりやすく説明するため、図１４の例を使って説明すると、図１４（ａ）において、ｚ軸方向の混合気流の流束の幅ｗｆｚ（ｘ）は、ｚ軸方向の管の幅ｗｚ（ｘ）とは明らかに異なっていることが分かる。また、図１４（ｂ）では、ｙ軸（幅軸）方向の混合気流の流束の幅ｗｆｙ（ｘ）は、ｙ軸方向の管の幅ｗｙ（ｘ）と略同じ程度となっているが、ｙ軸方向の管の幅ｗｙ（ｘ）が、濃気吸入口１１９から分配壁１２２に亘って略均一であるため、混合気流の流束の幅ｗｆｙ（ｘ）も濃気吸入口１１９から分配壁１２２に亘って略均一となっており、混合気流の流束は収斂されてはいない。
【００４６】
以上のように構成された本実施例に係る袖火式濃淡燃焼バーナについて、以下その混合気分配過程について詳しく説明する。
【００４７】
図６は、実施例１に係る袖火式濃淡燃焼バーナの上部ノズル１４から導入管部１１内の燃料ガス及び空気の流れの様子を計算した結果である。図６（ａ）は、上部ノズル１４の燃料ガス噴射口１４ａを小さくした場合、図６（ｂ）は、上部ノズル１４の燃料ガス噴射口１４ａを大きくした場合を表している。尚、図６（ｂ）は、燃料ガスの流れを空気の流れから明確に区別できるようにするために、図６（ａ）に比べて空気比ＡＲを小さくして計算している。
【００４８】
上部ノズル１４の燃料ガス噴射口１４ａから噴射される燃料ガスは、濃気吸入口１０に送入される。この際、濃気吸入口１０と上部ノズル１４の隙間から周辺の空気も流入し、導入管部１１には燃料ガスと空気が流入する。尚、濃気吸入口１０近傍の空気は、外部のファン（図示せず）からの送風によって加圧されているため、空気の流入量は加圧された分だけ多くなる。濃気吸入口１０に流入した燃料ガスと空気は、収斂管１８により絞り部１９に向けて流束が収斂されるとともに混合・整流される。そして、絞り部１９を通過した混合気は、拡開管部２０によって再び開放され、左右（幅軸ｙ方向）に対称に広がる。そして、分配壁２１により左右の濃気マニホールド１３，１３に均等に分配される。
【００４９】
図７は、上部ノズル１４と導入管部１１に位置ずれがある場合の燃料ガス及び空気の流れの様子を計算した結果である。図６と同様、図７（ａ）は、上部ノズル１４の燃料ガス噴射口１４ａを小さくした場合、図７（ｂ）は、上部ノズル１４の燃料ガス噴射口１４ａを大きくした場合を表している。空気比ＡＲは、図６の場合と同一条件としている。
【００５０】
上部ノズル１４と導入管部１１に位置ずれがある場合、収斂管１８に流入する燃料ガス及び空気の流れは片側に偏倚している。しかしながら、収斂管１８によって絞り部１９に向けて流束が収斂されるとともに混合・整流されるため、絞り部１９においては混合気の流れは左右対称となり燃料ガスと空気はほぼ完全に混合される。そして、絞り部１９を通過した混合気は、拡開管部２０によって再び開放され、左右（幅軸ｙ方向）に対称に広がる。そして、分配壁２１により左右の濃気マニホールド１３，１３に均等に分配される。
【００５１】
狭隘部１７の効果を検証するため、図７（ｂ）の場合において狭隘部１７が無い場合との比較を行った。図８は、上部ノズル１４と導入管部１１に位置ずれがある場合において、狭隘部１７が無い場合の燃料ガス及び空気の流れの様子を計算した結果である。狭隘部１７が無い場合、濃気吸入口１０に流入した燃料ガスと空気は、殆ど混合されずに分配壁２１に向かって直進する。そのため、上部ノズル１４が偏倚した側の濃気マニホールド１３には燃料ガスが多く流入し、その反対側の濃気マニホールド１３には空気が多く流入することになる。この結果から、確かに狭隘部１７によって、燃料ガスの混合と整流・均等分配が為されていることが分かる。
【００５２】
図９は、図７（ｂ）の場合において、燃料ガスの噴射開始から定常状態に至るまでの混合気の流れの変化を表す図である。上部ノズル１４から燃料ガスの噴射が始まるとともに、燃料ガス噴射口１４ａ付近の圧力が収斂管１８により絞り部１９に収束されて、絞り部１９においても空気流の発生が見られる（図９（ａ））。次いで、燃料ガスの流頭が収斂管１８に流入し始めると、同時に絞り部１９から左右の濃気マニホールド１３，１３に向かう空気流（以下「助走流」という。）が生じる（図９（ｂ））。そして、燃料ガスの流頭が絞り部１９を通過するときには（図９（ｃ））、既に、絞り部１９から左右の濃気マニホールド１３，１３に均等に分配する助走流が形成されており、燃料ガスはこの助走流に導かれて左右の濃気マニホールド１３，１３に均等に分配する流れを形成する（図９（ｄ））。このように、狭隘部１７によって、燃料ガス流の流頭で生じる渦流が抑えられ、燃料ガスの噴射開始直後から濃気マニホールド１３，１３には混合気が均等に分配される。
【００５３】
以上のように、濃気吸入口１０に流入した燃料ガスと空気の流束を、流路中心軸ｘを含む対称面Ｓに対し面対称に形成された収斂管１８（狭隘部１７）により、一旦収斂させた後、収斂管１８の出口に対向し且つ収斂管１８の対称面Ｓに対して対称に対接して配置された一対の濃気マニホールド１３，１３の上流側入口に向かって、混合気の気流を収斂管１８から開放することにより、両濃気マニホールド１３，１３に混合気の気流を分配流入させることで、上部ノズル１４と導入管部１１に位置ずれの有無によらず常に両濃気マニホールド１３，１３に混合気の気流を均等に分配することが可能となる。尚、収斂管１８は、前述したとおり、鋼板３ａのプレス成形により濃気マニホールド１３，１３の入口部分の内壁（分配壁２１周辺の部分）と一体に成型されるため、収斂管１８と濃気マニホールド１３，１３の入口（分配壁２１）との位置の誤差は無視できる程度に小さいと考えてよい。
【００５４】
また、このように狭隘部１７によって混合気の気流を収斂・開放することで混合気の流束を左右均等となるように強制的に整流するため、従来のように導入管部１１の長さを長くとる必要はない。従って、導入管部１１の長さを従来に比べて短くすることで、第２バーナ５の濃気マニホールド１３，１３（及び第１バーナ３の淡気マニホールド９）の容積を従来よりも大きくすることが可能となり、総ての袖炎口４や主炎口２に混合気がより均等に分配されるようにバーナユニット１を設計することが可能となる。
【符号の説明】
【００５５】
１  バーナユニット
２  主炎口
３  第１バーナ
３ａ  鋼板
４  袖炎口
５  第２バーナ
６  カバー
６ａ  膨出部
７  整流板
８  淡気吸入口
９  淡気マニホールド
１０  濃気吸入口
１１  導入管部
１２  出口開口
１３  濃気マニホールド（分配管部）
１４  上部ノズル
１４ａ  燃料ガス噴射口
１５  下部ノズル
１６  ノズルベース
１７  狭隘部
１８  収斂管
１９  絞り部
２０  拡開管部
２１  分配壁
【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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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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１４】
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【図１５】
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