(57)【要約】【課題】低負荷状態における燃焼が不安定になることを抑制可能なガスバーナーを提供すること。【解決手段】本発明にかかるガスバーナー１は、燃料ガス導管１１から、より大径の燃料ガスノズル１３に燃料ガスが供給されると共に、燃料ガスノズル１３の外側から吐出口側に向かって空気が燃料ガスとは独立して供給され、燃料ガスと空気とが燃料ガスノズル１３の吐出口側において混合され燃焼するガスバーナー１であって、燃料ガスノズル１３は、内部に管軸が同心となるように設けられた複数の内管１２を有し、複数の内管１２の端面は燃料ガスノズル１３の吐出口側において揃えられていると共に、複数の内管１２の長さは内側ほど長くなっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス導管から、より大径の燃料ガスノズルに燃料ガスが供給されると共に、前記燃料ガスノズルの外側から吐出口側に向かって空気が前記燃料ガスとは独立して供給され、前記燃料ガスと前記空気とが前記燃料ガスノズルの吐出口側において混合され燃焼するガスバーナーであって、
前記燃料ガスノズルは、内部に管軸が同心となるように設けられた複数の内管を有し、
前記複数の内管の端面は前記燃料ガスノズルの吐出口側において揃えられていると共に、前記複数の内管の長さは内側ほど長くなっている、
ガスバーナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスバーナーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスバーナーは、一般的に、全負荷状態における燃焼効率が良好となるように設計される。特許文献１には、燃料ガスと空気とを混合して燃焼させるガスバーナーに関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２５４５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のガスバーナーは一般的に、全負荷状態における燃焼効率が良好となるように設計される。このようなガスバーナーを低負荷状態、例えば、全負荷状態に対して１０％程度の低負荷状態で燃焼させると、燃焼が不安定になるという問題がある。具体的には、低負荷状態での燃焼では失火する可能性が増大する。また、局所的な燃焼火炎が生じ、局所的に高温となることによってＮＯｘが発生しやすい。
【０００５】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、低負荷状態における燃焼が不安定になることを抑制可能なガスバーナーを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかるガスバーナーは、
燃料ガス導管から、より大径の燃料ガスノズルに燃料ガスが供給されると共に、燃料ガスノズルの外側から吐出口側に向かって空気が前記燃料ガスとは独立して供給され、燃料ガスと空気とが燃料ガスノズルの吐出口側において混合され燃焼するガスバーナーであって、燃料ガスノズルは、内部に管軸が同心となるように設けられた複数の内管を有し、複数の内管の端面は燃料ガスノズルの吐出口側において揃えられていると共に、複数の内管の長さは内側ほど長くなっている。
【０００７】
本発明にかかるガスバーナーでは、燃料ガスノズルの内部に管軸が同心となるように設けられた複数の内管を有し、複数の内管の端面は燃料ガスノズルの吐出口側において揃えられていると共に、複数の内管の長さは内側ほど長くなっている。このような構成により、ガスバーナーの燃焼の際に、低負荷状態における燃焼が不安定になることを抑制できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、ガスバーナーの燃焼の際に、低負荷状態における燃焼が不安定になることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態にかかるガスバーナーの縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿うガスバーナーの横断面図である。
【図３】実施の形態にかかる全負荷状態のガスバーナーのガスの流れと火炎の形状とを示す縦断面図である。
【図４】実施の形態にかかる全負荷状態のガスバーナーにおける、火炎の形状と燃料ガス及び空気が混合される角度とを示す拡大縦断面図である。
【図５】実施の形態にかかる低負荷状態のガスバーナーのガスの流れと火炎の形状とを示す縦断面図である。
【図６】実施の形態にかかる低負荷状態のガスバーナーにおける、火炎の形状と燃料ガス及び空気が混合される角度とを示す拡大縦断面図である。
【図７】比較例にかかる全負荷状態のガスバーナーのガスの流れと火炎の形状とを示す縦断面図である。
【図８】比較例にかかる全負荷状態のガスバーナーにおける、火炎の形状と燃料ガス及び空気が混合される角度とを示す拡大縦断面図である。
【図９】比較例にかかる低負荷状態のガスバーナーのガスの流れと火炎の形状とを示す縦断面図である。
【図１０】比較例にかかる低負荷状態のガスバーナーにおける、火炎の形状と燃料ガス及び空気が混合される角度とを示す拡大縦断面図である。
【図１１】実施の形態と比較例にかかる負荷率の変動とガスの流速の関係とを示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、図面は適宜、簡略化されている。
なお、当然のことながら、図１〜図１０に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸プラス向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、図面間で共通である。
【００１１】
＜実施の形態＞
図１は、実施の形態にかかるガスバーナーの縦断面図である。図１に示すように、ガスバーナー１は、燃料ガス導管１１と、内管１２と、燃料ガスノズル１３と、空気導管１４と、着火装置（不図示）と、を備える。燃料ガス導管１１は、燃料タンク（不図示）から供給された燃料ガスを内管１２及び燃料ガスノズル１３の内部へと供給する。燃料ガスとしては、例えば、水素ガスなどを用いることができる。空気導管１４は、燃料ガスノズル１３の吐出口側（ｘ軸正側）に対し、酸素を含む空気を供給する。燃料ガス導管１１、内管１２、燃料ガスノズル１３及び空気導管１４は、例えば、金属製である。また、各管の中心軸が一致するように、同心円状に配設されている。
【００１２】
図１に示すように、内管１２は、内管１２ａと、内管１２ｂとを備える。内管１２ａおよび内管１２ｂの端面（ｙｚ平面）は、燃料ガスノズル１３の吐出口側において揃えられている。さらに、内管１２の長さは内側ほど長くなっている。すなわち、内管１２ａの長さＬ１は、内管１２ｂの長さＬ２より長い（Ｌ１＞Ｌ２）。つまり、内管１２ａの端面が内管１２ｂの端面より燃料ガス導管１１に近接するように配設されている。なお、本実施の形態では、内管１２は内管１２ａと内管１２ｂとの２つの内管を備えるが、内管の数はこれに限定されず、燃料ガスノズルの管の径や求める火炎のサイズ等、必要に応じて適宜変更することができる。
【００１３】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿うガスバーナー１の横断面図である。図２に示すように、内管１２の内管１２ａの外側に内管１２ｂが配設され、内管１２ｂの外側に燃料ガスノズル１３が配設され、燃料ガスノズル１３の外側に空気導管１４が配設されている。図２に示すように、内管１２、燃料ガスノズル１３、空気導管１４は、中心軸が一致するように、同心円状に配設されている。内管１２の内管１２ａ及び内管１２ｂと、内管１２ｂ及び燃料ガスノズル１３と、燃料ガスノズル１３及び空気導管１４とは、互いに支持部材（不図示）によって連結されている。支持部材の径は、燃料ガス及び空気の流れを妨げない程度、すなわち空気抵抗が生じにくい程度の径とする。支柱部材としては、例えば、直径１ｍｍ程度の針金などを用いることができる。
【００１４】
図３は、実施の形態にかかる全負荷状態のガスバーナーのガスの流れと火炎の形状とを示す縦断面図である。図３において、燃料ガスの流れを矢印、空気の流れを白抜き矢印として示す。図３に示すガスバーナーは全負荷状態にあるため、燃料ガス導管１１から供給される燃料ガスの流速が大きい。燃料ガスの流速が大きいため、燃料ガスの流れは乱流となる。乱流となった燃料ガスは、燃料ガスノズル１３の内部全体へと拡散される。すなわち、内管１２ａ及び内管１２ｂの両方の管へと燃料ガスが供給される。
【００１５】
図３に示すように、燃料ガスは、燃料ガスノズル１３および内管１２の内部を矢印方向（ｘ軸正方向）に進む。燃料ガスノズル１３の外側には、空気導管１４が配設されている。内管１２の吐出口側（ｘ軸正側）において、燃料ガスは空気導管１４から供給される空気（白抜き矢印）と混合される。すなわち、燃料ガスと空気とはそれぞれ独立して燃料ガスノズル１３の吐出口側に向かって供給される。内管１２の吐出口側において混合された燃料ガス及び空気は、着火装置（不図示）により着火し、燃焼することによって、火炎Ｆ１となる。
【００１６】
図４は、実施の形態にかかる全負荷状態のガスバーナーにおける、火炎の形状と燃料ガス及び空気が混合される角度とを示す拡大縦断面図である。図４に示すように、本実施形態のガスバーナーにおいて、全負荷状態の場合、火炎Ｆ１は燃料ガスノズル１３全体に広がり（広角）、火炎Ｆ１の形状は長炎となる。燃料ガス及び空気は、管の中心軸に近い角度でそれぞれ供給される。よって、火炎（燃料ガス）に対して安定的に空気が供給される。
【００１７】
図５は、実施の形態にかかる低負荷状態のガスバーナーのガスの流れと火炎の形状とを示す縦断面図である。ここで、本実施の形態における低負荷状態とは、全負荷状態を１００％としたとき、約１０％程度の負荷率をいう。図５に示すガスバーナー１は低負荷状態にあるため、燃料ガス導管１１から供給される燃料ガスの流速が小さい。燃料ガスの流速が小さいため、燃料ガスの流れは、層流となる。前述の通り、内管１２ａの端面は内管１２ｂの端面より燃料ガス導管１１に近接するように配設されている。したがって、内管１２ａに、層流となった燃料ガスが供給されやすい。
【００１８】
図５に示すように、燃料ガスは主に内管１２ａの内部を矢印方向（ｘ軸正方向）に進む。全負荷状態のときと同様、内管１２ａの吐出口側（ｘ軸正側）において、燃料ガスは空気導管１４から供給される空気（白抜き矢印）と混合される。内管１２ａの吐出口側において混合された燃料ガス及び空気は、着火装置（不図示）により着火し、燃焼することによって、火炎Ｆ２となる。
【００１９】
図６は、実施の形態にかかる低負荷状態のガスバーナーにおける、火炎の形状と燃料ガス及び空気が混合される角度とを示す拡大縦断面図である。図６に示すように、本実施形態のガスバーナーにおいて、低負荷状態の場合、火炎Ｆ２は内管１２ａの吐出口側に形成され、火炎Ｆ２の形状は、全負荷状態の場合（図４）と相似の形状となる。全負荷状態の場合と同様に、燃料ガス及び空気は、管の中心軸に近い角度でそれぞれ供給される。よって、火炎（燃料ガス）に対して安定的に空気が供給される。
【００２０】
図６に示すように、本実施の形態のガスバーナーの低負荷状態における燃焼では、内管１２ａ以外の管からは燃料ガスが供給されていないか、極めて少ない量である。すなわち、火炎Ｆ２と空気導管１４との間に燃料ガスが流れていないか、極めて少ない量しか流れていない空間が形成される。したがって、空気導管１４から供給される空気（白抜き矢印）が、燃料ガスノズル１３や内管１２ｂの吐出口側（ｘ軸正側）の端面（ｙｚ平面）に沿って流れることができ、火炎Ｆ２へと空気が供給されるため、空気の供給が不安定となることを抑制できる。
【００２１】
従来のように、ガスバーナーは一般的に、全負荷状態における燃焼効率が良好となるように設計されているため、低負荷状態における燃焼効率は燃焼が安定しないという問題があった。
【００２２】
本実施の形態では、低負荷状態における燃焼を行っているが、この低負荷状態の燃焼の際に、燃料ガスが供給される内管１２のうち内管１２ａに比較的多くの燃料ガスが供給されるように設計されている。具体的には、内管１２ａおよび内管１２ｂの端面（ｙｚ平面）は、燃料ガスノズル１３の吐出口側において揃えられている。さらに、内管１２の長さは内側ほど長くなっている。すなわち、内管１２ａの長さＬ１は、内管１２ｂの長さＬ２より長い（Ｌ１＞Ｌ２）。つまり、内管１２ａの端面が内管１２ｂの端面より燃料ガス導管１１に近接するように配設されている。したがって、内管１２ａに、比較的多くの燃料ガスを供給することができる。よって、燃料ガスの流速低下を防ぎ、燃料ガス及び空気の供給の不安定さに起因する燃焼が不安定になるという問題を抑制することができる。さらに、燃焼が不安定になることを抑制できることにより、ＮＯｘの発生も抑制することができる。
【００２３】
＜比較例＞
図７は、比較例にかかる全負荷状態のガスバーナーのガスの流れと火炎の形状とを示す縦断面図である。比較例にかかるガスバーナ−１００は、燃料ガス導管１１１と、燃料ガスノズル１１３と、空気導管１１４と、着火装置（不図示）と、を備える。図７に示すように、燃料ガスは、燃料ガスノズル１１３の内部を矢印方向（ｘ軸正方向）に進む。燃料ガスノズル１１３の外側には、空気導管１１４が配設されている。燃料ガスノズル１１３の吐出口側（ｘ軸正側）において、燃料ガスは空気導管１１４から供給される空気（白抜き矢印）と混合される。燃料ガスノズル１１３の吐出口側において混合された燃料ガス及び空気は、着火装置（不図示）により着火し、燃焼することによって、火炎Ｆ１０１となる。なお、比較例１にかかるガスバーナー１００を用いて形成される全負荷状態の火炎Ｆ１０１の形状は、実施の形態にかかるガスバーナー１を用いて形成される全負荷状態の火炎Ｆ１の形状と近い形状である。
【００２４】
図８は、比較例にかかる全負荷状態のガスバーナーにおける、火炎の形状と燃料ガス及び空気が混合される角度とを示す拡大縦断面図である。図８に示すように、比較例のガスバーナーにおいて、全負荷状態の場合、火炎Ｆ１０１は燃料ガスノズル１１３全体に広がり（広角）、火炎Ｆ１０１の形状は長炎となる。燃料ガス及び空気は、管の中心軸に近い角度でそれぞれ供給される。したがって、火炎に対して安定的に空気が供給される。
【００２５】
図９は、比較例にかかる低負荷状態のガスバーナーのガスの流れと火炎の形状とを示す縦断面図である。図９に示すように、燃料ガスは、燃料ガスノズル１１３の内部を矢印方向（ｘ軸正方向）に進む。燃料ガスノズル１１３を通過した燃料ガスは、燃料ガスノズル１１３の吐出口側において、空気導管１１４から供給される空気（白抜き矢印）と混合される。燃料ガスノズル１１３の吐出口側において混合された燃料ガス及び空気は、着火装置（不図示）により着火し、燃焼することによって、火炎Ｆ１０２となる。
【００２６】
図１０に示すように、低負荷状態では燃料ガスの勢いが弱まるため、燃料ガスの流速は遅く、燃料ガスは燃料ガスノズル１１３全体に広がり（広角）、火炎の形状は短炎となる。また、図１０の右上の拡大図に示すように、空気と混合する燃料ガスの供給は少ない。つまり、広角に広がった短炎の火炎の内側から外側へと向かう燃料ガス（黒矢印および斜線）の流れが小さく、空気導管１１４からは回り込むようにして空気を供給する必要があり、空気を供給しにくいため、火炎Ｆ１０２の大きさは小さくなる。すなわち、燃料ガスに対して空気の供給量が間欠となり、空気が供給過多となって失火する場合や、逆に、空気が供給不足となって失火する場合が生じる。また、燃焼が逆火する可能性や、燃焼効率の低下も生じる。
【００２７】
図１１は、実施の形態と比較例にかかる、燃焼ガスの負荷率の変動と燃焼ガス及び空気の流速の関係とを示したグラフである。実施の形態においては、燃焼ガス及び空気の負荷率が低負荷である場合においても、燃料ガスが燃料ガスノズルの内管に集中的に供給されるため、燃料ガスの流速が速い。それに対し、比較例では、燃焼ガス及び空気の負荷率が低負荷である場合は、燃料ガスの流速が遅い。すなわち、本願の実施の形態では、燃料ガスノズルを複数設けることにより、低負荷時においても、燃料ガス及び空気の流速が安定したガスバーナーを提供することができる。
【００２８】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１、１００  ガスバーナー
１１、１１１  燃料ガス導管
１２、１２ａ、１２ｂ  内管
１３、１１３  燃料ガスノズル
１４、１１４  空気導管
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ１０１、Ｆ１０２  火炎
【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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