(57)【要約】【課題】炭素由来成分及び未燃成分を適切に生成し、この炭素由来成分及び未燃成分を完全燃焼させることにより、加熱対象物を加熱する際の放射伝熱量をより高くすることができるバーナを提供する。【解決手段】バーナ１は、１段目燃焼部１１及び２段目燃焼部１２を備える。１段目燃焼部１１は、第１燃料Ｆ１と第１燃焼用空気Ａ１とが燃焼して第１火炎Ｈ１を形成し、第１火炎Ｈ１によって、第１燃料Ｆ１と別に供給される第２燃料Ｆ２を加熱して、第２燃料Ｆ２中に炭素由来成分及び未燃成分を生成させる部位である。２段目燃焼部１２は、第１火炎Ｈ１によって着火され、炭素由来成分及び未燃成分を含む第２燃料Ｆ２と、第１燃焼用空気Ａ１と別に供給される第２燃焼用空気Ａ２とが完全燃焼して第２火炎Ｈ２を形成する部位である。【選択図】図１
2019199969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１燃料と第１燃焼用空気とが燃焼して第１火炎を形成し、前記第１火炎によって、前記第１燃料と別に供給される第２燃料を加熱して、前記第２燃料中に炭素由来成分及び未燃成分を生成させる１段目燃焼部と、
前記第１火炎によって着火され、前記炭素由来成分及び前記未燃成分を含む前記第２燃料と、前記第１燃焼用空気と別に供給される第２燃焼用空気とが完全燃焼して第２火炎を形成する２段目燃焼部と、を備えるバーナ。
【請求項２】
前記１段目燃焼部は、
前記第１燃料が通過して噴出される第１燃料筒と、
前記第１燃料筒の内周側において前記第２燃料が通過して噴出される第２燃料筒と、
前記第１燃料筒の外周側において前記第１燃焼用空気が通過して噴出される噴出筒部、及び前記噴出筒部から前記噴出筒部の軸方向の先端側に延長して形成され、前記第１火炎によって前記第２燃料を加熱するための加熱筒部を有する第１空気筒と、を有し、
前記２段目燃焼部は、
前記第１空気筒の外周側において前記第２燃焼用空気が通過して噴出される第２空気筒を有する、請求項１に記載のバーナ。
【請求項３】
前記噴出筒部は、
前記噴出筒部の周方向に沿って前記噴出筒部内に流入する前記第１燃焼用空気によって前記第１燃焼用空気の旋回流を形成するよう構成され、
かつ、前記噴出筒部内の外周部に形成され、前記第１燃焼用空気の旋回流の一部を噴出させる外周噴出部と、
前記外周噴出部よりも内周側の位置であって前記第１燃料筒よりも外周側の位置における、前記周方向の複数箇所に形成され、前記第１燃焼用空気の旋回流の残部を噴出させる内周噴出部と、を有する、請求項２に記載のバーナ。
【請求項４】
前記内周噴出部は、前記外周噴出部が形成された位置から、前記第１空気筒の軸方向の先端側に突出して形成されている、請求項３に記載のバーナ。
【請求項５】
前記１段目燃焼部は、
前記第１燃料と前記第１燃焼用空気とが混合された混合気が通過して噴出され、前記混合気によって前記第１火炎を形成するための混合気筒と、
前記混合気筒の外周側において前記第２燃料が通過する通過筒部、及び前記通過筒部から前記通過筒部の軸方向の先端側に延長して形成され、前記第１火炎によって前記第２燃料を加熱するための加熱筒部を有する燃料筒と、を有し、
前記２段目燃焼部は、
前記燃料筒の外周側において前記第２燃焼用空気が通過して噴出される空気筒を有する、請求項１に記載のバーナ。
【請求項６】
前記混合気筒は、
前記混合気筒の周方向に沿って前記混合気筒内に流入する前記混合気によって前記混合気の旋回流を形成するよう構成され、
かつ、前記混合気の旋回流を噴出させる先端噴出部を有する、請求項５に記載のバーナ。
【請求項７】
前記燃料筒は、
前記燃料筒の前記通過筒部の周方向に沿って前記通過筒部内に流入する前記第２燃料によって前記第２燃料の旋回流を形成するよう構成されている、請求項５又は６に記載のバーナ。
【請求項８】
前記混合気筒の中心部には、冷却用の燃焼用空気を通過させる冷却機能付きスタビライザーが配置されている、請求項５〜７のいずれか一項に記載のバーナ。
【請求項９】
前記１段目燃焼部は、
前記第１燃料と前記第１燃焼用空気とが混合された混合気が通過して内周側へ噴出され、前記混合気によって前記第１火炎を形成するための混合気筒と、
前記混合気筒の内周側において前記第２燃料が通過する通過筒部、及び前記通過筒部から前記通過筒部の軸方向の先端側に延長して形成され、前記第１火炎によって前記第２燃料を加熱するための加熱筒部を有する燃料筒と、を有し、
前記２段目燃焼部は、
前記燃料筒の外周側において前記第２燃焼用空気が通過して噴出される空気筒を有する、請求項１に記載のバーナ。
【請求項１０】
前記燃料筒の周方向の複数箇所には、前記混合気を噴出させるための、前記燃料筒の軸方向に延びる噴出孔が複数形成されている、請求項９に記載のバーナ。
【請求項１１】
前記混合気筒内には、前記混合気筒の周方向の複数箇所に、前記燃料筒内に噴出される前記混合気の旋回流を形成するための旋回翼が配置されている、請求項９又は１０に記載のバーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１段目燃焼部及び２段目燃焼部によって２段階に燃焼を行うバーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
業務用、産業用等として用いられるバーナには、燃料ガス又は燃料を燃焼用空気と燃焼させて火炎を形成し、火炎からの放射熱によって加熱対象物を加熱するものがある。例えば、特許文献１の輝炎発生燃焼方法においては、燃料を全空気量の１５％以下の一次空気によって一次燃焼させるとともに、一次燃焼ガスに、一次燃焼ガスの３倍以上の流速の二次空気を混合させることが記載されている。また、特許文献１には、燃焼熱及び放射熱によって煤及び輝炎を発生させることが記載されている。このような輝炎を発生させるバーナは、一般的に輝炎バーナと呼ばれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−５５６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１等の従来の輝炎バーナにおいては、可視光域において黄色く光っているものの、放射伝熱量をより高くするためには更なる工夫が必要であることが分かった。特許文献１においては、一次空気の流速に比べて二次空気の流速を高めるものの、燃料の流速、流量等を変化させる工夫はなされていない。また、放射伝熱量をより高くするためには、バーナの構造に更なる工夫が必要であることが分かった。
【０００５】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、炭素由来成分及び未燃成分を適切に生成し、この炭素由来成分及び未燃成分を完全燃焼させることにより、加熱対象物を加熱する際の放射伝熱量をより高くすることができるバーナを提供しようとして得られたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、第１燃料と第１燃焼用空気とが燃焼して第１火炎を形成し、前記第１火炎によって、前記第１燃料と別に供給される第２燃料を加熱して、前記第２燃料中に炭素由来成分及び未燃成分を生成させる１段目燃焼部と、
前記第１火炎によって着火され、前記炭素由来成分及び前記未燃成分を含む前記第２燃料と、前記第１燃焼用空気と別に供給される第２燃焼用空気とが完全燃焼して第２火炎を形成する２段目燃焼部と、を備えるバーナにある。
【発明の効果】
【０００７】
前記一態様のバーナにおいては、１段目燃焼部及び２段目燃焼部の２段階に燃焼を行うことにより、第２燃料中に炭素由来成分及び未燃成分を生成し、その後、第２燃料を完全燃焼させる。そして、２段目燃焼部において、第２燃料における炭素由来成分及び未燃成分を完全燃焼させた第２火炎を形成することにより、第２火炎から大きな放射熱を発生させることができる。これにより、加熱対象物を加熱する際の放射伝熱量をより高くすることができる。
【０００８】
特に、１段目燃焼部においては、第１燃焼用空気と燃焼して第１火炎を形成する第１燃料と、第１火炎によって加熱される第２燃料とが用いられる。そして、第１燃料とは別に第２燃料を用いることにより、炭素由来成分及び未燃成分を効果的に生成することができる。なお、第１燃焼用空気との燃焼に第１燃料のすべてが用いられてもよく、第１燃焼用空気との燃焼に第１燃料のすべてと第２燃料の一部とが用いられてもよい。また、第１燃焼用空気との燃焼に第１燃料の一部が用いられてもよい。
【０００９】
また、第１燃料と別に供給される第２燃料、及び第１燃焼用空気と別に供給される第２燃焼用空気を用いることにより、炭素由来成分及び未燃成分を適切に生成し、炭素由来成分及び未燃成分を適切に完全燃焼させることができる。
【００１０】
それ故、前記一態様のバーナによれば、炭素由来成分及び未燃成分を適切に生成し、この炭素由来成分及び未燃成分を完全燃焼させることにより、加熱対象物を加熱する際の放射伝熱量をより高くすることができる。
【００１１】
バーナへの第２燃料の供給量は、バーナへの第１燃料の供給量よりも多くすることができる。また、第１燃料と第２燃料は、同じ組成の燃料としてもよく、異なる組成の燃料としてもよい。また、バーナへの第２燃焼用空気の供給量は、バーナへの第１燃焼用空気の供給量よりも多くすることができる。また、第１燃焼用空気と第２燃焼用空気は、同じ酸素濃度の空気としてもよく、異なる酸素濃度の空気としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１にかかる、バーナを示す断面図。
【図２】実施形態１にかかる、バーナを拡大して示す断面図。
【図３】実施形態１にかかる、バーナを示す図で、図２のIII−III断面図。
【図４】実施形態１にかかる、バーナを示す図で、図２のIV−IV断面図。
【図５】実施形態１にかかる、他のバーナを拡大して示す断面図。
【図６】実施形態１にかかる、他のバーナを示す図で、図５のVI−VI断面図。
【図７】実施形態２にかかる、バーナを示す断面図。
【図８】実施形態２にかかる、バーナを拡大して示す断面図。
【図９】実施形態２にかかる、バーナを示す図で、図８のIX−IX断面図。
【図１０】実施形態２にかかる、バーナを示す図で、図８のX−X断面図。
【図１１】実施形態２にかかる、他のバーナを示す図で、図８のIX−IX断面相当図。
【図１２】実施形態２にかかる、他のバーナを拡大して示す断面図。
【図１３】実施形態３にかかる、バーナを示す断面図。
【図１４】実施形態３にかかる、バーナを拡大して示す断面図。
【図１５】実施形態３にかかる、バーナを示す図で、図１４のXV−XV断面図。
【図１６】実施形態３にかかる、バーナを示す図で、図１４のXVI−XVI断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
前述したバーナにかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
本形態のバーナ１は、図１及び図２に示すように、１段目燃焼部１１及び２段目燃焼部１２を備える。１段目燃焼部１１は、第１燃料Ｆ１と第１燃焼用空気Ａ１とが燃焼して第１火炎Ｈ１を形成し、第１火炎Ｈ１によって、第１燃料Ｆ１と別に供給される第２燃料Ｆ２を加熱して、第２燃料Ｆ２中に炭素由来成分及び未燃成分を生成させる部位である。２段目燃焼部１２は、第１火炎Ｈ１によって着火され、炭素由来成分及び未燃成分を含む第２燃料Ｆ２と、第１燃焼用空気Ａ１と別に供給される第２燃焼用空気Ａ２とが完全燃焼して第２火炎Ｈ２を形成する部位である。
【００１４】
以下に、本形態のバーナ１について詳説する。
本形態において、「軸方向Ｌ」とは、バーナ１の中心軸線Ｏに沿った方向のことをいう。また、「軸方向Ｌ」は、後述する第１空気筒３の軸方向Ｌ等として示される。また、「周方向Ｃ」とは、バーナ１の中心軸線Ｏの周りの方向のことをいう。「軸方向Ｌの先端側Ｌ１」とは、バーナ１の軸方向Ｌにおいて火炎Ｈ１，Ｈ２が形成される側のことをいう。本形態においては、「軸方向Ｌの先端側Ｌ１」は、鉛直方向の上側となる。
【００１５】
図１に示すように、本形態のバーナ１は、業務用、産業用等として、工業炉に取り付けられ、工業炉内に配置された加熱対象物を、火炎Ｈ１，Ｈ２から生じる放射熱によって加熱するものである。工業炉は、加熱炉、熱処理炉、浸炭炉等の種々の炉とすることができる。バーナ１は、都市ガス等の燃料ガスを用いて燃焼を行うガスバーナである。バーナ１は、鉛直方向に平行に配置され、上方に火炎Ｈ１，Ｈ２を形成する状態で使用される。なお、バーナ１は、鉛直方向に対して若干傾斜する状態で使用してもよい。
【００１６】
図１及び図２に示すように、本形態の１段目燃焼部１１は、第１燃料Ｆ１が通過して噴出される第１燃料筒２１と、第１燃料筒２１の内周側において第２燃料Ｆ２が通過して噴出される第２燃料筒２２と、第１燃料筒２１の外周側において第１燃焼用空気Ａ１が通過して噴出される第１空気筒３とを有する。第１空気筒３は、噴出筒部３１及び加熱筒部３２によって構成されている。噴出筒部３１は、第１燃料筒２１の外周側に配置されて第１燃焼用空気Ａ１が通過して噴出される部位である。加熱筒部３２は、噴出筒部３１から噴出筒部３１の軸方向Ｌの先端側Ｌ１に延長して形成されており、第１火炎Ｈ１によって第２燃料Ｆ２を加熱する部位である。
【００１７】
本形態の２段目燃焼部１２は、加熱筒部３２の外周側において第２燃焼用空気Ａ２が通過して噴出される第２空気筒４を有する。第２空気筒４は、加熱筒部３２の周方向Ｃの各部又は全周から第２燃焼用空気Ａ２を噴出させるよう構成されている。
【００１８】
第１燃料Ｆ１及び第２燃料Ｆ２には、いずれも燃料ガスが使用される。本形態の第１燃料Ｆ１及び第２燃料Ｆ２には、同じ組成の燃料ガスが使用される。なお、第１燃料Ｆ１及び第２燃料Ｆ２には、組成が異なる燃料ガスを用いてもよい。また、第１燃料Ｆ１及び第２燃料Ｆ２には、液体燃料（油燃料）を用いることもできる。この場合には、液体燃料を噴射させる構成を採用することができる。
【００１９】
本形態においては、第２燃料Ｆ２中に炭素由来成分及び未燃成分を適切に発生させるために、バーナ１への第２燃料Ｆ２の供給量（流量）は、バーナ１への第１燃料Ｆ１の供給量（流量）よりも多くすることができる。第１燃料Ｆ１の流量は、第１燃焼用空気Ａ１との燃焼のしやすさ、及びこの燃焼によって、第２燃料Ｆ２を加熱するための火炎Ｈ１の温度を考慮して決定することができる。
【００２０】
また、第２燃料Ｆ２の流量を第１燃料Ｆ１の流量よりも多くする割合は、第１燃料Ｆ１及び第２燃料Ｆ２の燃焼が安定し、かつ第１燃料Ｆ１及び第２燃料Ｆ２を用いて炭素由来成分及び未燃成分を適切に発生させることができる範囲内で設定することができる。また、例えば、第１燃料Ｆ１の流量を第２燃料Ｆ２の流量よりも多くすることも可能である。
【００２１】
バーナ１への第２燃焼用空気Ａ２の供給量（流量）は、バーナ１への第１燃焼用空気Ａ１の供給量（流量）よりも多くすることができる。第１燃焼用空気Ａ１の流量と第２燃焼用空気Ａ２の流量との比は、第１燃料Ｆ１の流量と第２燃料Ｆ２の流量との比に応じて適宜設定することができる。また、例えば、第１燃焼用空気Ａ１の流量を第２燃焼用空気Ａ２の流量よりも多くすることも可能である。
【００２２】
第１燃焼用空気Ａ１には、大気としてのフレッシュエアの他、酸素富化空気、酸素（純粋な酸素）等を用いることができる。第２燃焼用空気Ａ２には、大気としてのフレッシュエアの他、酸素富化空気、酸素（純粋な酸素）等を用いることができる。酸素富化空気とは、大気に比べて酸素濃度を高くした空気のことをいう。
【００２３】
また、第１燃焼用空気Ａ１及び第２燃焼用空気Ａ２の少なくとも一方には、所定の温度に加熱された予熱空気を用いることもできる。第１燃焼用空気Ａ１及び第２燃焼用空気Ａ２の少なくとも一方は、例えば、バーナ１の燃焼後に生じる排ガスを混合させて、予熱空気とすることもできる。
【００２４】
図２に示すように、本形態の第１燃料筒２１と第２燃料筒２２とは、内周側と外周側とに重なる二重管を形成している。第１燃料筒２１は外周側の管を構成し、第２燃料筒２２は内周側の管を構成している。第１燃料Ｆ１は、第１燃料筒２１の先端開口部２１１から上方に向けて噴出される。第２燃料Ｆ２は、第２燃料筒２２の先端開口部２２１から上方に向けて噴出される。
【００２５】
第１空気筒３は、底部が閉塞されるとともに天井部が開口された円筒体として形成されている。また、第１空気筒３内には、噴出筒部３１と加熱筒部３２とを仕切る仕切り部材３３が配置されている。仕切り部材３３は、第１燃料筒２１の先端部から外周側に配置された円盤状部材によって形成されている。なお、第１燃料筒２１及び第２燃料筒２２の少なくとも一方は、仕切り部材３３から軸方向Ｌの先端側Ｌ１に突出させてもよい。
【００２６】
図２及び図３に示すように、噴出筒部３１は、噴出筒部３１の周方向Ｃに沿って噴出筒部３１内に流入する第１燃焼用空気Ａ１によって第１燃焼用空気Ａ１の旋回流を形成するよう構成されている。第１燃焼用空気Ａ１の旋回流は、第１空気筒３（及び噴出筒部３１）の中心軸線の周りを旋回する流れとして形成される。換言すれば、第１燃焼用空気Ａ１の旋回流は、第１空気筒３と第１燃料筒２１との間に形成された円環状空間３１１を、第１空気筒３の周方向Ｃに旋回する流れを形成する。
【００２７】
第１空気筒３の噴出筒部３１の外周部には、第１空気筒３内へ第１燃焼用空気Ａ１が流入するための第１燃焼用空気Ａ１の入口部３４が接続されている。第１燃焼用空気Ａ１の入口部３４は、噴出筒部３１の外周部における周方向Ｃの１箇所又は複数箇所に接続することができる。第１燃焼用空気Ａ１の入口部３４を構成する配管３４１は、噴出筒部３１の周方向Ｃに沿って配置されている。また、第１燃焼用空気Ａ１の入口部３４は、第１燃焼用空気Ａ１を旋回させながら上方へ移動させるために、第１空気筒３（噴出筒部３１）の下端部（基端部）の近傍に配置されている。
【００２８】
図２に示すように、噴出筒部３１には、第１燃焼用空気Ａ１を噴出させるための外周噴出部３１２及び内周噴出部３１３が形成されている。より具体的には、外周噴出部３１２は、噴出筒部３１内の外周部に形成されており、第１燃焼用空気Ａ１の旋回流の一部を噴出させるものである。換言すれば、外周噴出部３１２は、仕切り部材３３の外周端部と噴出筒部３１の内周面との間に、円環状の隙間として形成されている。
【００２９】
また、内周噴出部３１３は、外周噴出部３１２よりも内周側の位置であって第１燃料筒２１よりも外周側の位置における、周方向Ｃの複数箇所に形成されており、第１燃焼用空気Ａ１の旋回流の残部を噴出させるものである。換言すれば、内周噴出部３１３は、仕切り部材３３の板面において、第１燃焼用空気Ａ１を噴出させる複数の噴出孔として形成されている。
【００３０】
また、図２及び図３に示すように、内周噴出部３１３は、外周噴出部３１２が形成された位置から、第１空気筒３の軸方向Ｌの先端側Ｌ１に突出して形成されている。換言すれば、内周噴出部３１３は、仕切り部材３３から軸方向Ｌの先端側Ｌ１に突出するよう、仕切り部材３３に設けられた突出部材３１４によって形成されている。
【００３１】
内周噴出部３１３を、突出部材３１４の先端部に形成することにより、突出部材３１４の先端部に保炎用の小さな火炎を形成することができる。内周噴出部３１３及び突出部材３１４は、第１空気筒３の中心軸線の周りの周方向Ｃに複数並んで配置されている。換言すれば、内周噴出部３１３及び突出部材３１４は、第１空気筒３の中心軸線を中心として放射状に広がる状態で配置されている。
【００３２】
加熱筒部３２は、第１空気筒３の軸方向Ｌの先端側Ｌ１に位置する部分として形成されている。加熱筒部３２の先端部は、第１空気筒３の先端開口部３５として開口している。第１燃料筒２１から上方へ噴出される第１燃料Ｆ１と、外周噴出部３１２及び内周噴出部３１３から上方へ噴出される第１燃焼用空気Ａ１とは、加熱筒部３２内において燃焼する。なお、第１燃料Ｆ１と第１燃焼用空気Ａ１とが混ざった混合気Ｇへの着火は、スパーク、保炎用のパイロット火炎等の種々の方法によって行うことができる。
【００３３】
第１燃料Ｆ１と第１燃焼用空気Ａ１とが燃焼するときには、第１燃料Ｆ１と第１燃焼用空気Ａ１との燃焼による第１火炎Ｈ１によって、第２燃料筒２２から上方へ噴出される第２燃料Ｆ２が加熱される。第２燃料Ｆ２は、第１火炎Ｈ１の中心部を通過するようにして上方へ噴出される。
【００３４】
図２及び図４に示すように、第２空気筒４は、第１空気筒３の加熱筒部３２の外周側に配置された環状筒体として形成されている。第２空気筒４の内周側であって加熱筒部３２の外周部には、第２空気筒４内に供給される第２燃焼用空気Ａ２を加熱筒部３２内へ噴出させるための噴出孔（スリット）４１Ａが複数形成されている。第２空気筒４の軸方向Ｌの先端側Ｌ１の端部には、第２空気筒４内に供給される第２燃焼用空気Ａ２を軸方向Ｌの先端側Ｌ１へ噴出させるための噴出孔（スリット）４１Ｂが複数形成されている。
【００３５】
第２燃焼用空気Ａ２を加熱筒部３２内へ噴出させることにより、加熱筒部３２への煤等の炭素由来成分の付着を抑制することができる。噴出孔４１Ａ，４１Ｂは、加熱筒部３２の周方向Ｃの複数箇所において形成されている。噴出孔４１Ａは、第２空気筒４の軸方向Ｌに沿った、軸方向Ｌに長い形状に形成することができる。第２燃焼用空気Ａ２は、各噴出孔４１Ａ，４１Ｂによって第２空気筒４から加熱筒部３２の内周側及び先端側Ｌ１へ噴出される。
【００３６】
図４に示すように、第２空気筒４は、第２空気筒４の周方向Ｃに沿って第２空気筒４内に流入する第２燃焼用空気Ａ２によって第２燃焼用空気Ａ２の旋回流を形成するよう構成されている。第１空気筒３の加熱筒部３２の外周と第２空気筒４の内周との間には、第２燃焼用空気Ａ２の旋回流が通過する円環状の空間４１１が形成されている。
【００３７】
第２空気筒４の外周部には、第２空気筒４内へ第２燃焼用空気Ａ２が流入するための第２燃焼用空気Ａ２の入口部４２が設けられている。第２燃焼用空気Ａ２の入口部４２は、第２空気筒４の外周部における周方向Ｃの１箇所又は複数箇所に設けることができる。第２燃焼用空気Ａ２の入口部４２を構成する配管４２１は、第２空気筒４の周方向Ｃに沿って配置されている。また、第２燃焼用空気Ａ２の入口部４２は、第２燃焼用空気Ａ２を旋回させながら上方へ移動させるために、第２空気筒４の基端部（下端部）の近傍に配置されている。
【００３８】
また、図５及び図６に示すように、第２空気筒４内には、第２空気筒４の周方向Ｃの複数箇所に、第２燃焼用空気Ａ２の旋回流を形成するための旋回翼４３を配置することができる。旋回翼４３は、流体が衝突する板状部材によって構成され、衝突する流体の流れを規制するためのものである。旋回翼４３は、加熱筒部３２の周りに並ぶ状態で配置される。換言すれば、旋回翼４３は、第２空気筒４内の周方向Ｃに複数並ぶ状態で配置される。第２空気筒４内に旋回翼４３を配置する場合には、第２空気筒４内における第２燃焼用空気Ａ２を更に容易に旋回させることができる。
【００３９】
第２空気筒４には、第２燃焼用空気Ａ２を軸方向Ｌの先端側Ｌ１へ噴出させるための噴出孔４１Ｂのみを複数形成することができる。また、第２空気筒４には、第２燃焼用空気Ａ２を加熱筒部３２の内周側へ噴出させるための噴出孔４１Ａのみを複数形成することもできる。
【００４０】
図２に示すように、第１燃焼用空気Ａ１の入口部３４から第１空気筒３の噴出筒部３１内に第１燃焼用空気Ａ１が流入するときには、第１燃料筒２１の周りを旋回しながら上昇する第１燃焼用空気Ａ１の旋回流が形成される。そして、第１燃焼用空気Ａ１は、噴出筒部３１の外周噴出部３１２から加熱筒部３２内へ噴出されるとともに、噴出筒部３１の内周噴出部３１３から加熱筒部３２内へ噴出される。
【００４１】
また、第１燃料筒２１内を上昇する第１燃料Ｆ１は、第１燃料筒２１の先端開口部２１１から加熱筒部３２内へ噴出される。また、第２燃料筒２２内を上昇する第２燃料Ｆ２は、第２燃料筒２２の先端開口部２２１から加熱筒部３２内へ噴出される。そして、加熱筒部３２内へ噴出された第１燃料Ｆ１は、加熱筒部３２内へ噴出された第１燃焼用空気Ａ１と混合されて燃焼し、第１火炎Ｈ１を形成する。また、第２燃料筒２２内を上昇する第２燃料Ｆ２は、加熱筒部３２において第１火炎Ｈ１によって加熱される。
【００４２】
また、加熱筒部３２内を通過する第２燃料Ｆ２は、第１火炎Ｈ１によって加熱されるとともに、第２空気筒４から加熱筒部３２内に噴出される第２燃焼用空気Ａ２と燃焼する。そして、第２燃料Ｆ２と第２燃焼用空気Ａ２との燃焼により、第１火炎Ｈ１に重なるように第２火炎Ｈ２が形成される。
【００４３】
（作用効果）
本形態のバーナ１においては、１段目燃焼部１１及び２段目燃焼部１２の２段階に燃焼を行うことにより、第２燃料Ｆ２中に炭素由来成分及び未燃成分を生成し、その後、第２燃料Ｆ２を完全燃焼させる。炭素由来成分には、煤等があり、未燃成分には、メタン等の炭化水素、水素、一酸化炭素等がある。そして、２段目燃焼部１２において、第２燃料Ｆ２における炭素由来成分及び未燃成分を完全燃焼させた第２火炎Ｈ２を形成することにより、第２火炎Ｈ２から大きな放射熱を発生させることができる。これにより、バーナ１によって加熱対象物を加熱する際の放射伝熱量をより高くすることができる。
【００４４】
特に、１段目燃焼部１１においては、第１燃焼用空気Ａ１と燃焼して第１火炎Ｈ１を形成する第１燃料Ｆ１と、第１火炎Ｈ１によって加熱される第２燃料Ｆ２とが用いられる。そして、第１燃料Ｆ１とは別に第２燃料Ｆ２を用いることにより、炭素由来成分及び未燃成分を効果的に生成することができる。なお、第１燃焼用空気Ａ１との燃焼に第１燃料Ｆ１のすべてが用いられてもよく、第１燃焼用空気Ａ１との燃焼に第１燃料Ｆ１のすべてと第２燃料Ｆ２の一部とが用いられてもよい。また、第１燃焼用空気Ａ１との燃焼に第１燃料Ｆ１の一部が用いられてもよい。
【００４５】
また、第１燃料Ｆ１に比べて第２燃料Ｆ２を多くし、かつ第１燃焼用空気Ａ１に比べて第２燃焼用空気Ａ２を多くすることにより、炭素由来成分及び未燃成分を適切に生成し、炭素由来成分及び未燃成分を適切に完全燃焼させることができる。
【００４６】
また、本形態においては、第１燃料Ｆ１は、内周噴出部３１３から噴出される第１燃焼用空気Ａ１と混合されて燃焼する。また、外周噴出部３１２から噴出される第１燃焼用空気Ａ１は、第１空気筒３の内周面に沿って上昇する。そして、第１燃料Ｆ１は、外周噴出部３１２から噴出される第１燃焼用空気Ａ１とも混合されて燃焼する。外周噴出部３１２から噴出される第１燃焼用空気Ａ１によって、第１燃料Ｆ１に含まれる炭素由来成分としての煤等が第１空気筒３の内周面に付着することを防止することができる。
【００４７】
それ故、本形態のバーナ１によれば、炭素由来成分及び未燃成分を適切に生成し、この炭素由来成分及び未燃成分を完全燃焼させることにより、加熱対象物を加熱する際の放射伝熱量をより高くすることができる。
【００４８】
＜実施形態２＞
本形態は、特に、１段目燃焼部１１の構成が実施形態１に示した構成と異なる場合について示す。
本形態の１段目燃焼部１１は、図７及び図８に示すように、混合気筒５及び燃料筒６を有する。混合気筒５は、第１燃料Ｆ１と第１燃焼用空気Ａ１とが混合された混合気Ｇが通過して噴出され、混合気Ｇによって第１火炎Ｈ１を形成するよう構成されている。燃料筒６は、混合気筒５の外周側において第２燃料Ｆ２が通過する通過筒部６１と、通過筒部６１から通過筒部６１の軸方向Ｌの先端側Ｌ１に延長して形成され、第１火炎Ｈ１によって第２燃料Ｆ２を加熱するための加熱筒部６２とを有する。
【００４９】
図８及び図９に示すように、混合気筒５は、混合気筒５の周方向Ｃに沿って混合気筒５内に流入する混合気Ｇによって混合気Ｇの旋回流を形成するよう構成されている。混合気筒５の中心部（中心軸線の位置）には、スタビライザー（軸部）５３が中心軸線に沿って配置されている。スタビライザー５３は、混合気筒５内の混合気Ｇの旋回流の中心部における流れの変動を少なくして、第１火炎Ｈ１及び第２火炎Ｈ２を安定的に保持するためのものである。混合気筒５の基端部近傍には、混合気Ｇの入口部５４が接続されている。混合気Ｇの入口部５４は、混合気筒５の外周部における周方向Ｃの１箇所又は複数箇所に設けることができる。混合気Ｇの入口部５４を構成する配管５４１は、混合気筒５の周方向Ｃに沿って配置されている。混合気筒５の先端部には、混合気Ｇの旋回流を噴出させる、開口部としての先端噴出部５１が形成されている。
【００５０】
混合気筒５の先端側部分には、混合気筒５の軸方向Ｌの先端側Ｌ１に行くに連れて縮径するテーパ部５２が形成されている。そして、先端噴出部５１は、テーパ部５２の先端位置にある開口部に形成されている。
【００５１】
図８及び図９に示すように、燃料筒６の通過筒部６１は、混合気筒５の外周側において円環状の空間６１１を形成している。通過筒部６１の基端部近傍には、第２燃料Ｆ２の入口部６３が接続されている。第２燃料Ｆ２の入口部６３は、通過筒部６１の外周部における周方向Ｃの１箇所又は複数箇所に設けることができる。第２燃料Ｆ２の入口部６３を構成する配管６３１は、通過筒部６１の周方向Ｃに沿って配置されている。
【００５２】
燃料筒６は、通過筒部６１の周方向Ｃに沿って通過筒部６１内に流入する第２燃料Ｆ２によって第２燃料Ｆ２の旋回流を形成するよう構成されている。燃料筒６の加熱筒部６２は、混合気筒５の先端噴出部５１よりも軸方向Ｌの先端側Ｌ１に位置する部位として形成されている。加熱筒部６２においては、混合気筒５の先端噴出部５１から形成される第１火炎Ｈ１によって、通過筒部６１を通過した第２燃料Ｆ２が加熱される。
【００５３】
図８及び図１０に示すように、本形態の２段目燃焼部１２は、燃料筒６（加熱筒部６２）の外周側において第２燃焼用空気Ａ２が通過して噴出される空気筒７を有する。空気筒７は、燃料筒６の外周側に配置された環状筒体として形成されている。空気筒７の内周側であって燃料筒６の外周部には、空気筒７内に供給される第２燃焼用空気Ａ２を燃料筒６内へ噴出させるための噴出孔７１が複数形成されている。噴出孔７１は、燃料筒６の周方向Ｃの複数箇所において、第２燃焼用空気Ａ２を噴出させるために形成されている。
【００５４】
本形態の空気筒７内には、第２燃焼用空気Ａ２の噴出方向を案内する複数のフィン７３が配置されている。フィン７３は、第２燃焼用空気Ａ２が、外周側から内周側へ流れるとともに軸方向Ｌの先端側Ｌ１へ傾斜して流れるよう構成されている。フィン７３は、空気筒７内の軸方向Ｌ及び周方向Ｃに並ぶ状態で複数配置されている。そして、第２燃焼用空気Ａ２は、空気筒７から燃料筒６内の先端側へ傾斜して噴出される。
【００５５】
図９に示すように、混合気筒５に接続された、混合気Ｇの入口部５４を構成する配管５４１は、第１燃料Ｆ１と第１燃焼用空気Ａ１とを混合させるための混合器５５に接続されている。混合器５５には、第１燃料Ｆ１が供給される配管５６と第１燃焼用空気Ａ１が供給される配管５７とが接続されている。そして、第１燃料Ｆ１と第１燃焼用空気Ａ１とが混合器５５において混合され、混合器５５から配管５４１を経由して混合気筒５内へ混合気Ｇが供給される。
【００５６】
本形態においては、混合気筒５における第１燃料Ｆ１と第１燃焼用空気Ａ１との混合比率（空燃比）を適切に調整することにより、第１火炎Ｈ１及び第２火炎Ｈ２の形成状態を調整することができ、第２燃料Ｆ２における煤等の炭素由来成分の生成量を調整することができる。
【００５７】
図８に示すように、混合気Ｇの入口部５４から混合気筒５内に混合気Ｇが流入するときには、混合気筒５内のスタビライザー５３の周りを旋回しながら上昇する混合気Ｇの旋回流が形成される。そして、混合気Ｇが、混合気筒５の先端噴出部５１から噴出される際に燃焼して、第１火炎Ｈ１が形成される。また、第１火炎Ｈ１の下方（基端側）の位置には、混合気Ｇが燃焼する範囲の周囲において、三日月状の第３火炎Ｈ３が形成される。
【００５８】
そして、第２燃料Ｆ２の入口部６３から燃料筒６内に第２燃料Ｆ２が流入するときには、燃料筒６内の混合気筒５の周りを旋回しながら上昇する第２燃料Ｆ２の旋回流が形成される。加熱筒部６２内を通過する第２燃料Ｆ２は、空気筒７から加熱筒部６２内に噴出される第２燃焼用空気Ａ２と燃焼する。そして、第２燃料Ｆ２と第２燃焼用空気Ａ２との燃焼により、第１火炎Ｈ１に重なるように第２火炎Ｈ２が形成される。燃料筒６を通過する第２燃料Ｆ２は、加熱筒部６２において第１火炎Ｈ１及び第２火炎Ｈ２によって加熱される。
【００５９】
本形態においては、混合気Ｇを用いて１段目の燃焼を行って第１火炎Ｈ１を形成し、第１火炎Ｈ１及び第２火炎Ｈ２によって、第１火炎Ｈ１及び第２火炎Ｈ２の周囲を通過する第２燃料Ｆ２を加熱する。混合気Ｇを用いることにより、第１火炎Ｈ１及び第２火炎Ｈ２の形成状態を容易に調整することができる。
【００６０】
また、図１１に示すように、混合気筒５へは、入口部５４から第１燃料Ｆ１と第１燃焼用空気Ａ１との混合気Ｇを流入させる代わりに、別々の入口部５４から第１燃料Ｆ１と第１燃焼用空気Ａ１とを流入させることもできる。この場合には、混合気筒５内において、第１燃料Ｆ１と第１燃焼用空気Ａ１とが旋回するときに混合されて混合気Ｇとなり、この混合気Ｇが混合気筒５の先端噴出部５１から噴出されて第１火炎Ｈ１及び第２火炎Ｈ２が形成される。
【００６１】
また、図１２に示すように、混合気筒５の中心部には、スタビライザー５３の代わりに、冷却用の燃焼用空気を通過させる冷却機能付きスタビライザー（冷却空気筒）５８を配置することもできる。冷却機能付きスタビライザー５８は、混合気筒５内の混合気Ｇの旋回流の中心部における流れの変動を少なくして、第１火炎Ｈ１及び第２火炎Ｈ２を安定的に保持するとともに、自らの冷却を可能にしたものである。この場合には、バーナ１において、第１燃料Ｆ１、第２燃料Ｆ２、第１燃焼用空気Ａ１及び第２燃焼用空気Ａ２が噴出されるときには、冷却機能付きスタビライザー５８の先端部から第３燃焼用空気Ａ３を噴出させる。第３燃焼用空気Ａ３は、大気としてのフレッシュエアとすることができる。冷却機能付きスタビライザー５８を用いる場合には、冷却機能付きスタビライザー５８内を通過する第３燃焼用空気Ａ３によって、混合気筒５及び冷却機能付きスタビライザー５８を適度に冷却し、混合気筒５及び冷却機能付きスタビライザー５８の劣化、高温腐食等を緩和することができる。
【００６２】
また、空気筒７における噴出孔７１、第２燃焼用空気Ａ２の入口部７２等の構成は、実施形態１に示した第２空気筒４の噴出孔４１、第２燃焼用空気Ａ２の入口部４２の構成と同様にすることもできる。また、フィン７３の代わりに、実施形態１に示した旋回翼４３を用いてもよい。
【００６３】
本形態においても、第２燃料Ｆ２中に炭素由来成分及び未燃成分を適切に発生させるために、バーナ１への第２燃料Ｆ２の供給量（流量）は、バーナ１への第１燃料Ｆ１の供給量（流量）よりも多くすることができる。バーナ１への第２燃焼用空気Ａ２の供給量（流量）は、バーナ１への第１燃焼用空気Ａ１の供給量（流量）よりも多くすることができる。
【００６４】
本形態のバーナ１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１と同様である。
【００６５】
＜実施形態３＞
本形態も、特に、１段目燃焼部１１の構成が実施形態１に示した構成と異なる場合について示す。
本形態の１段目燃焼部１１は、図１３及び図１４に示すように、混合気筒５Ｘ及び燃料筒６Ｘを有する。本形態の混合気筒５Ｘと燃料筒６Ｘとの配置関係は、実施形態２に示した混合気筒５と燃料筒６との配置関係と逆になっている。本形態の混合気筒５Ｘは、第１燃料Ｆ１と第１燃焼用空気Ａ１とが混合された混合気Ｇが軸方向Ｌへ通過して内周側へ噴出され、混合気Ｇによって第１火炎Ｈ１を形成するよう構成されている。本形態の燃料筒６Ｘは、混合気筒５Ｘの内周側において第２燃料Ｆ２が通過する通過筒部６１Ｘと、通過筒部６１Ｘから通過筒部６１Ｘの軸方向Ｌの先端側Ｌ１に延長して形成され、第１火炎Ｈ１によって第２燃料Ｆ２を加熱するための加熱筒部６２Ｘとを有する。
【００６６】
混合気筒５Ｘの内周側であって燃料筒６Ｘの周方向Ｃの複数箇所には、混合気Ｇを噴出させるための、燃料筒６Ｘの軸方向Ｌに延びる噴出孔（スリット）５１Ｘが複数形成されている。混合気筒５Ｘ内の混合気Ｇは、複数の噴出孔５１Ｘから、混合気筒５Ｘの内周側に位置する燃料筒６Ｘ内へ噴出される。そして、複数の噴出孔５１Ｘから燃料筒６Ｘ内に噴出された混合気Ｇが燃焼して、第１火炎Ｈ１が形成される。
【００６７】
図１５に示すように、混合気筒５Ｘの内周面と燃料筒６Ｘの外周面との間には、混合気Ｇの旋回流が通過する円環状の空間５１１が形成されている。混合気筒５Ｘには、混合気Ｇの入口部５４が設けられている。また、混合気Ｇの入口部５４を構成する配管５４１は、第１燃料Ｆ１と第１燃焼用空気Ａ１とが混合される混合器５５に接続されている。混合気Ｇの入口部５４及び混合器５５の構成は、実施形態１と同様にすることができる。そして、混合気筒５Ｘ内においては、混合気Ｇの旋回流が形成される。
【００６８】
なお、混合気筒５Ｘ内には、混合気筒５Ｘの周方向Ｃの複数箇所に、燃料筒６Ｘ内に噴出される混合気Ｇの旋回流を形成するための旋回翼を配置することができる。この場合には、混合気Ｇの旋回流によって第１火炎Ｈ１を形成することができる。
【００６９】
図１４に示すように、燃料筒６Ｘの基端部には、第２燃料Ｆ２が供給される配管６３Ｘが接続されている。第２燃料Ｆ２は、配管６３Ｘから噴出されて燃料筒６Ｘ内を上昇する。第２燃料Ｆ２は、混合気筒５Ｘの内周側において、混合気筒５Ｘから噴出される混合気Ｇの内周側を通過する。
【００７０】
図１６に示すように、本形態の２段目燃焼部１２は、燃料筒６Ｘ（加熱筒部６２Ｘ）の外周側において第２燃焼用空気Ａ２が通過して噴出される空気筒７を有する。空気筒７には、第２燃焼用空気Ａ２の噴出孔７１、第２燃焼用空気Ａ２の入口部７２が形成されている。空気筒７の構成は、実施形態２に示した空気筒７の構成と同様にすることができる。また、空気筒７の構成は、実施形態１に示した第２空気筒４の構成と同様にすることもできる。
【００７１】
図１４に示すように、混合気Ｇの入口部５４から混合気筒５Ｘ内に混合気Ｇが流入するときには、混合気筒５Ｘ内においては、燃料筒６Ｘの周りを旋回しながら上昇する混合気Ｇの旋回流が形成される。そして、混合気Ｇが、混合気筒５Ｘの噴出孔５１Ｘから内周側へ噴出される際に燃焼して、第１火炎Ｈ１が形成される。また、第２燃料Ｆ２の配管６３Ｘから燃料筒６Ｘ内に流入する第２燃料Ｆ２は、燃料筒６Ｘ内を上昇する。そして、燃料筒６Ｘ（加熱筒部６２Ｘ）内を通過する第２燃料Ｆ２は、第１火炎Ｈ１によって加熱される。
【００７２】
燃料筒６Ｘ内を通過する第２燃料Ｆ２は、第１火炎Ｈ１によって加熱されるとともに、空気筒７から燃料筒６Ｘ内に噴出される第２燃焼用空気Ａ２と燃焼する。そして、第２燃料Ｆ２と第２燃焼用空気Ａ２との燃焼により、第１火炎Ｈ１に重なるように第２火炎Ｈ２が形成される。
【００７３】
本形態においても、バーナ１への第１燃料Ｆ１の供給量（流量）と第２燃料Ｆ２の供給量（流量）との比は、実施形態２と同様にすることができる。また、バーナ１への第１燃焼用空気Ａ１の供給量（流量）と第２燃焼用空気Ａ２の供給量（流量）との比も、実施形態２と同様にすることができる。
【００７４】
本形態のバーナ１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１，２と同様である。また、本形態においても、実施形態１，２に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１，２と同様である。
【００７５】
本発明は、各実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。
【符号の説明】
【００７６】
１  バーナ
１１  １段目燃焼部
１２  ２段目燃焼部
２１  第１燃料筒
２２  第２燃料筒
３  第１空気筒
３１  噴出筒部
３１２  外周噴出部
３１３  内周噴出部
３２  加熱筒部
４  第２空気筒
５，５Ｘ  混合気筒
５１  先端噴出部
６，６Ｘ  燃料筒
６１，６１Ｘ  通過筒部
６２，６２Ｘ  加熱筒部
７  空気筒
Ｆ１  第１燃料
Ｆ２  第２燃料
Ａ１  第１燃焼用空気
Ａ２  第２燃焼用空気
Ｈ１  第１火炎
Ｈ２  第２火炎
Ｌ  軸方向
Ｃ  周方向
【図１】
2019199969.tif 000003
【図２】
2019199969.tif 000004
【図３】
2019199969.tif 000005
【図４】
2019199969.tif 000006
【図５】
2019199969.tif 000007
【図６】
2019199969.tif 000008
【図７】
2019199969.tif 000009
【図８】
2019199969.tif 000010
【図９】
2019199969.tif 000011
【図１０】
2019199969.tif 000012
【図１１】
2019199969.tif 000013
【図１２】
2019199969.tif 000014
【図１３】
2019199969.tif 000015
【図１４】
2019199969.tif 000016
【図１５】
2019199969.tif 000017
【図１６】
2019199969.tif 000018