JP5511862B2 - バーナ用ガスノズル装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスバーナの混合管の上流端の流入口に向って燃料ガスを噴出させるバーナ用ガスノズル装置に関する。

この種のバーナ用ガスノズル装置が備えるガスノズルは、ノズル本体の先端に形成されたノズル孔先端のガス噴出口から、ガスバーナの混合管の流入口に向けて燃料ガスを噴出させ、このときガス噴出口から噴出する燃料ガス流のエゼクタ効果によりガスノズルの周囲から一次空気を吸引している。

しかし、ガスバーナの火力を小さくするために燃料ガスの供給量を減少させるとガス噴出口からのガス噴出速度が低下してエゼクタ効果を十分に得ることができない。

このため、ノズル本体内に、ノズル孔に流れ込む燃料ガス流に乱れを生じさせる障害物を設けたものが提案されている（特許文献１参照）。このものでは、ガスノズルへの燃料ガスの供給量が減少してガス噴出口からのガス噴出速度が低下しても、乱流状態の燃料ガスがガス噴出口から噴出して、一次空気の吸引を維持することができるとしている。

しかし、上記ノズルを用いても、最大火力のインプット（燃料ガスの供給量）を大きくするためにノズル孔の孔径を大きく形成した場合、火力を絞ったときにノズル孔の孔径が小さなものに比べてガス噴出速度が低下し、一次空気の吸引不足を生じて最小絞り時の燃焼状態が不安定になる。そのため、燃焼状態が安定するまでインプットを上げる必要があり、絞り性能の一層の向上が望まれていた。

そこで、絞り性能を一層向上させることができるバーナ用ガスノズル装置として、ノズル本体に孔径の異なる複数のノズル孔を設け、火力に応じて各ノズル孔への燃料ガスの供給を切換えるものや、単一のノズル孔に向けてニードルを進退させることにより火力に応じてガス噴出口の有効開口面積を変化させるものが提案されている（特許文献２参照）。

ノズル本体に孔径の異なる複数のノズル孔を設けたものによれば、最大火力では全てのノズル孔から燃料ガスを噴出させ、火力を絞ったときには孔径が小さな孔径から燃料ガスを噴出させることができるので、最小絞り時におけるガス噴出速度の低下が防止される。また、ニードルの進退によりガス噴出口の有効開口面積を変化させるものによれば、最小絞り時にガス噴出口の有効開口面積を小とすることができるので、最小絞り時におけるガス噴出速度の低下が防止される。

特開平１１−２１１０２８号公報 特開２０１０−１９４３４号公報

しかし、ノズル本体に孔径の異なる複数のノズル孔を設けた場合には、各ノズル孔の位置が分散してしまい、各ノズル孔が備えるガス噴出口とガスバーナの混合管の流入口とで両者の軸心ズレが生じる。このため、混合管内部での燃料ガスと一次空気との混合が円滑に行われず、ガスバーナにおける良好な燃焼が得られないおそれがある。

また、単一のノズル孔に向けてニードルを進退させるものでは、ニードルを進退させる動力源が必要となるため構造が複雑となり、それに伴ってコストが高くなる。

上記の点に鑑み、本発明は、構造が簡単でコストを増加させることなく、最大火力から最小火力にわたって良好な燃焼を得ることができるガスバーナ用ノズルを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明は、ガスバーナの混合管に設けられた燃料ガスの流入口に向って燃料ガスを噴出させるガスノズルと、該ガスノズルに燃料ガスを供給するガス供給管とを備え、該ガスノズルから噴出する燃料ガス流のエゼクタ効果により該ガスノズルの周囲から一次空気を吸引しつつ前記混合管に燃料ガスを供給するバーナ用ガスノズル装置において、前記ガスノズルは、第１ノズル部と、該第１ノズル部の内部に設けられた第２ノズル部とを備え、前記ガス供給管は、前記第１ノズル部に接続されて燃料ガスを該第１ノズル部に供給する第１ガス供給管と、前記第２ノズル部に接続されて燃料ガスを該第２ノズル部に供給する第２ガス供給管とを備え、前記第１ノズル部は、前記第１ガス供給管からの燃料ガスを導入する第１ガス通路孔と、該第１ガス通路孔に連通し、該第１ガス通路孔よりも小さい所定の孔径を維持して下流方向に延びるノズル孔と、該ノズル孔の下流端に形成されて該ノズル孔の孔径と同等の口径で前記混合管の流入口に向って開口する第１ガス噴出口とを備え、前記第２ノズル部は、前記第１ノズル部のノズル孔の孔径よりも小さい外径の棒状に形成されて前記第１ガス通路孔内部から前記ノズル孔に向って延設された胴部と、該胴部の軸線に沿った内部に形成されて前記第２ガス供給管からの燃料ガスを導入する第２ガス通路孔と、該第２ガス通路孔の下流端に形成されて前記第１ガス噴出口よりも小さい口径で開口する第２ガス噴出口とを備え、前記第２ガス噴出口は、該ノズル孔の上流端又は該ノズル孔の上流端よりも下流側に位置し、前記ガスバーナにおける最小火力時の燃料ガスの供給量に対応する口径で前記ノズル孔の内部に対応する位置から前記混合管の流入口に向って開口することを特徴とする。

上記の構成によれば、混合管の流入口側からガスノズルの先端を見ると、第１ガス噴出口の内側に第２ガス噴出口が開口する位置関係となり、ガス噴出口が二重に設けられたような構造となる。

そして、第１ガス噴出口は、ノズル孔の孔径と同等でガスバーナにおける最大火力時の燃料ガスの供給量に対応する口径で開口し、第２ガス噴出口は、ガスバーナにおける最小火力時の燃料ガスの供給量に対応する口径で開口している。これにより、最大火力を得るとき、第１ガス噴出口と第２ガス噴出口との両方から燃料ガスを噴出させて最大火力に対応する十分な量の燃料ガスを供給することができ、良好な燃焼を得ることができる。

また、最小火力を得るときには、第２ガス噴出口のみから燃料ガスを噴出させて最小火力に対応する量の燃料ガスを供給する。このとき、第２ガス噴出口から噴出する燃料ガス流（以下、噴出ガス流という）によって確実にエゼクタ効果が得られ、一次空気が円滑に吸入されて良好な燃焼を得ることができる。

更に、本発明におけるガスノズルは、第１ガス噴出口と第２ガス噴出口とから個別に燃料ガスを噴出させるが、上述したように、第１ガス噴出口の内側に第２ガス噴出口が開口する位置関係にあるので、ガス噴出口とガスバーナの混合管の流入口との軸心ズレを小さく抑えることができ、安定した噴出ガス流が得られるので、混合管内部での燃料ガスと一次空気との混合が円滑に行われる。

なお、第２ガス噴出口は第２ノズル部の胴部の先端に形成されるが、胴部の先端が、第１ノズル部のノズル孔の上流端よりも上流側（即ちノズル孔から離間した第１ガス通路孔の内部）に位置していると、第２ガス噴出口からの噴出ガス流が第１ノズル部のノズル孔を円滑に通過させることが難しくなり、安定した燃料ガスの供給ができない。

そこで、本発明においては、第２ガス噴出口を、第１ノズル部のノズル孔の上流端又は該ノズル孔の上流端よりも下流側に位置させている。第２ガス噴出口を、第１ノズル部のノズル孔の上流端に位置させることにより、第２ガス噴出口からの噴出ガス流は、確実に第１ノズル部のノズル孔を通過する。また、第２ガス噴出口を、第１ノズル部のノズル孔の上流端よりも下流側（例えば、ノズル孔の内部、或いは、ノズル孔の下流端）に位置させることで、第１ノズル部のノズル孔による第２ガス噴出口からの噴出ガス流への影響を飛躍的に減少させることができ、燃料ガスを安定して供給することができる。

このように、本発明によれば、最大火力から最小火力にわたって良好な燃焼を得ることができ、簡単を構造としてコストの増加が防止できる。

また、本発明においては、前記第１ガス供給管に、前記第１ノズル部に供給する燃料ガスの流量を前記ガスバーナの火力に応じて調節自在とする流量調節弁を設け、前記ガスバーナの燃焼中における前記第２ノズル部には、前記ガスバーナにおける最小火力時に対応する流量での燃料ガスの供給を維持することが好ましい。こうすることで、最小火力よりも大きな火力を得る場合には、前記流量調節弁により第１ガス噴出口から噴出させる燃料ガス量を増加させるだけでよく、最小火力を得るときには、前記流量調節弁により第１ガス噴出口からの燃料ガスの噴出を停止させればよい。このときにも、ガス噴出速度を低下させることなく第２ガス噴出口からの燃料ガスの供給を維持することができるので、燃料ガスの供給量を最小火力に対応するまで減少させても、第２ガス噴出口からの噴出ガス流によって確実にエゼクタ効果が得られ、一次空気が円滑に吸入されるので、ガスバーナにおいて良好な燃焼を得ることができる。

また、本発明において、前記第１ガス噴出口と前記第２ガス噴出口との夫々の軸心は、互いに同一軸線上に位置することが好ましい。これによれば、第１ガス噴出口からの噴出ガス流の流動軸心と、第２ガス噴出口からの噴出ガス流の流動軸心とが一致するので、第１ガス噴出口と第２ガス噴出口とから同時に燃料ガスが噴出していても、混合管の流入口に向う噴出ガス流を極めて安定させることができる。しかも、第１ガス噴出口と第２ガス噴出口とで個別に燃料ガスを噴出させる構成でありながら、第１ガス噴出口と第２ガス噴出口とを共に混合管の流入口の軸心に一致させることが可能となる。これにより、混合管内部での燃料ガスと一次空気との混合が一層確実に行われ、安定した良好な燃焼を得ることができる。

本発明の一実施形態のガスノズル装置を示す説明的側面図。 本実施形態における第２ノズル部の先端位置を示す要部の説明的断面図。 本実施形態に対する比較例を示す説明図。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１を参照して、１はコンロ等に採用するブンゼン式ガスバーナの混合管であり、２は混合管１に燃料ガスを供給するガスノズル装置である。ガスノズル装置２はガスノズル３と、ガスノズル３にガス燃料を供給するガス供給管４とを備えている。

ガスノズル３は、混合管１の上流端に形成されている流入口５に臨ませて配置され、流入口５に向かって噴出ガス流を形成する。ガスノズル３が形成する噴出ガス流は、エゼクタ効果によりガスノズル３の周囲から一次空気を吸引しつつ流入口５に向かう。これにより、混合管１内で燃料ガスと一次空気とが混合され、混合ガスがガスバーナの図示しない炎孔から噴出して燃焼する。

ガスノズル３は、第１ノズル部６と第２ノズル部７とによって構成されている。第１ノズル部６は、燃料ガスを導入する第１ガス通路孔８と、第１ガス通路孔８に連通して第１ノズル部６の先端まで延びるノズル孔９と、ノズル孔９の先端（下流端）で開口する第１ガス噴出口１０とを備えている。

ノズル孔９は、第１ガス通路孔８の孔径よりも小さい孔径に形成され、その孔径を維持して所定の長さを有している。第１ガス噴出口１０は、ノズル孔９の端縁により形成されているため、ノズル孔９の孔径と同等の口径となっている。

第２ノズル部７は、棒状の胴部１１と、胴部１１の軸線に沿った内部に形成されて燃料ガスを導入する第２ガス通路孔１２と、胴部１１の先端（第２ガス通路孔１２の下流端）で開口する第２ガス噴出口１３とを備えている。

胴部１１は、第１ノズル部６の後壁を気密に貫通して第１ノズル部６の第１ガス通路孔８内に入り、更にノズル孔９を通って第１ノズル部６の先端まで延設されている。胴部１１は、ノズル孔９内にあるとき、ノズル孔９の内周壁との間に所定の空隙が形成されるように、ノズル孔９の孔径よりも小さい外径に形成されている。

第２ガス通路孔１２は胴部１１の全長にわたって所定の孔径に維持されている。第２ガス噴出口１３は、第２ガス通路孔１２の端縁により形成されているため、第２ガス通路孔１２の孔径と同等の口径となっている。

そして、第１ガス噴出口１０と第２ガス噴出口１３とは、両者の軸心が同一軸線ｘ上に位置して、共に混合管１の流入口５に向けて開口している。これにより、混合管１の流入口５側からガスノズル３を見ると、第１ガス噴出口１０が円形に開口する内側に、第１ガス噴出口１０と同心円状の第２ガス噴出口１３が開口して、ガス噴出口が二重に設けられたような構造となる。

第１ノズル部６と、第２ノズル部７とには、夫々、ガス供給管４から分岐して延びる第１分岐管４ａ（第１ガス供給管）と第２分岐管４ｂ（第２ガス供給管）とが接続されて個別に燃料ガスが供給される。第１ノズル部６に接続される第１分岐管４ａには電動式の流量調節弁１４が介設されている。流量調節弁１４は、図示省略した火力調整摘み及びコントローラがステッピングモータ１５を作動させることで開度が制御されるようになっている。第２分岐管４ｂは、ガスバーナの燃焼時に一定の燃料ガス流量で第２ノズル部７に燃料ガスを供給するようになっている。なお、流量調節弁１４は電動式に限るものではなくガスコックのような手動式であってもよい。

第１分岐管４ａから供給される燃料ガスは、第１ノズル部６の第１ガス通路孔８に入り、ノズル孔９を通って第１ガス噴出口１０から噴出される。第２分岐管４ｂから供給される燃料ガスは、第２ノズル部７の第２ガス通路孔１２を経て第２ガス噴出口１３から噴出される。

第１ノズル部６のノズル孔９の孔径及び第１ガス噴出口１０の口径は、最大火力時の燃料ガスの供給量に対応する寸法とされ、第２ノズル部７の第２ガス通路孔１２の孔径及び第２ガス噴出口１３の口径は、最小火力時の燃料ガスの供給量に対応する寸法とされている。

そして、最小火力とする場合には、流量調節弁１４を閉弁して第１ノズル部６への燃料ガス供給を停止させた状態で、第２ノズル部７のみに燃料ガスが供給される。最小火力よりも大きな火力を得るときには、第２ノズル部７への一定流量の燃料ガス供給が維持され、第１ノズル部６には、流量調節弁１４の開度によって火力に応じた量の燃料ガスが供給される。また、最大火力を得るときには、第２ノズル部７への一定流量の燃料ガス供給が維持されると共に、第１ノズル部６には、第２ノズル部７への燃料ガス流量とトータルで最大火力が得られる量の燃料ガスが流量調節弁１４の開弁により供給される。

具体的に説明すれば、ガス噴出口が１個のみのガスノズルを用いる場合、最大火力でのインプット（バーナへの燃料ガスの供給量）を例えば３４５０ｋｃａｌ／ｈ（ガス種１３Ａ）にするのに必要なガス噴出口の開口面積は約１．５４mm²である。

一方、本実施形態では、最小火力を得るときには、第２ノズル部７の第２ガス噴出口１３のみから燃料ガスが噴出する。そして、第２ノズル部７の第２ガス通路孔１２の径方向断面積及び第２ガス噴出口１３の開口面積を０．１５９mm²程度に設定しておく。これにより、最小火力でのインプットが３５０ｋｃａｌ／ｈ程度に低くなっても、噴出ガス速度は低下せず、一次空気の吸引性能が良好に維持されて、安定して燃焼する。

また、第１ノズル部６のノズル孔９の径方向断面積及び第１ガス噴出口１０の開口面積は、第２ノズル部７の外周面を含む径方向断面積を差し引いたものとなるため、１．３８１mm²程度に設定する。これにより、第１ガス噴出口１０と第２ガス噴出口１３とのトータルによる有効開口面積が約１．５４mm²となり、最大火力のインプットが十分に得られて良好に燃焼する。

そして、最大火力から最小火力にわたり、第２ノズル部７の第２ガス噴出口１３におけるガス噴出速度を十分な流速に維持することができるので、第１ノズル部６への燃料ガスの供給量が変更されても、確実にエゼクタ効果が得られ、十分な量の一次空気を混合管１に吸引させることができる。

ここで、第１ノズル部６のノズル孔９に対する第２ノズル部７の先端の位置（第２ガス噴出口１３の開口位置）について説明する。本発明者は、第１ノズル部６のノズル孔９に対する第２ガス噴出口１３の最適位置を見出すべく、第１ノズル部６のノズル孔９に対する第２ノズル部７の先端位置を、図１乃至図３に示す位置に変更して噴出ガス流を確認する試験を行った。その結果、図１、図２（ａ）、及び図２（ｂ）に示すような第１ノズル部６のノズル孔９に対する第２ガス噴出口１３の位置が最適であり、図３に示すような第１ノズル部６のノズル孔９に対する第２ガス噴出口１３の位置では不適切であることを知見した。

即ち、図１に示すものは、第１ノズル部６の第１ガス噴出口１０（ノズル孔９の先端）と第２ノズル部７の第２ガス噴出口１３（胴部１１の先端）とを同一平面上に位置させている。この場合には、第１ガス噴出口１０と第２ガス噴出口１３との両方から燃料ガスを噴出させたとき、第１ガス噴出口１０からの噴出ガス流の中心に第２ガス噴出口１３からの噴出ガス流が送り込まれる状態となり、一体的な噴出ガス流が形成された。また、第２ガス噴出口１３のみから燃料ガスを噴出させたときにも、軸心が安定した噴出ガス流が得られた。これにより、混合管１に向う噴出ガス流によるエゼクタ効果で一次空気の吸引が円滑に行われ、良好な燃焼が得られた。

図２（ａ）に示すものは、第２ノズル部７の第２ガス噴出口１３（胴部１１の先端）を第１ノズル部６の第１ガス噴出口１０（ノズル孔９の先端）から突出させている。この場合でも、第１ガス噴出口１０と第２ガス噴出口１３との両方から燃料ガスを噴出させたとき、一体的な噴出ガス流が形成され、第２ガス噴出口１３のみから燃料ガスを噴出させたときにも、噴出ガス流が安定して、図１に示すものと全く同様の効果が得られた。

図２（ｂ）に示すものは、第２ノズル部７の第２ガス噴出口１３（胴部１１の先端）を第１ノズル部６のノズル孔９の上流端に位置させている。この場合には、第２ガス噴出口１３から噴出する燃料ガスが、ノズル孔９を経て第１ガス噴出口１０から噴出する。このため、ノズル孔９の内部には常に燃料ガス流が形成される。これにより、第１ガス噴出口１０と第２ガス噴出口１３との両方から燃料ガスを噴出させたとき、ノズル孔９の上流端から形成されている噴出ガス流によって、第１ガス通路孔８からノズル孔９への燃料ガスの流れが促され、第１ガス噴出口１０からは良好に噴出ガス流が形成された。

更に、図示しないが、ノズル孔９の内部に第２ガス噴出口１３を位置させた場合にも、図２（ｂ）に示すものと同様の効果が得られた。

しかし、図３に示すように、第２ガス噴出口１３が第１ガス通路孔８の内部に位置している場合には、第２ガス噴出口１３から噴出する燃料ガスのうちの一部しかノズル孔９に入り込まず、ノズル孔９に入り込めずに第１ガス通路孔８の内部に滞留した燃料ガスの影響で、第１ガス噴出口１０からの噴出ガス流の流速が著しく低下することが明らかとなった。

以上のことから、図１、図２（ａ）、及び図２（ｂ）に示すように、第２ガス噴出口１３を、ノズル孔９の上流端又はノズル孔９の上流端よりも下流側に位置させることで、火力の大小に関わらず十分な量の一次空気を混合管１に吸引させることができ、良好な燃焼を得ることができる。

なお、図１に示すように、第１ガス噴出口１０と第２ガス噴出口１３との夫々の軸心を互いに同一軸線ｘ上に位置させることにより、第２ガス噴出口１３と混合管１の流入口５の軸心とが一致するため、混合管１の内部での燃料ガスと一次空気との混合が一層確実に行われる。しかし、第１ガス噴出口１０と第２ガス噴出口１３とが図１、図２（ａ）、及び図２（ｂ）に示す位置関係にあれば、第１ノズル部６に対する第２ノズル部７の組み付け誤差等の影響により第１ガス噴出口１０の軸心に対して第２ガス噴出口１３の軸心が僅かにずれていたとしても、混合管１に向う燃料ガス流の流速は殆ど低下せず、十分な量の一次空気を混合管１に吸引させることができる。

１…混合管、２…ガスノズル装置、３…ガスノズル、４…ガス供給管、４ａ…第１分岐管（第１ガス供給管）、４ｂ…第２分岐管（第２ガス供給管）、５…流入口、６…第１ノズル部、７…第２ノズル部、８…第１ガス通路孔、９…ノズル孔、１０…第１ガス噴出口、１１…胴部、１２…第２ガス通路孔、１３…第２ガス噴出口、１４…流量調節弁。

Claims (3)

1. ガスバーナの混合管に設けられた燃料ガスの流入口に向って燃料ガスを噴出させるガスノズルと、該ガスノズルに燃料ガスを供給するガス供給管とを備え、該ガスノズルから噴出する燃料ガス流のエゼクタ効果により該ガスノズルの周囲から一次空気を吸引しつつ前記混合管に燃料ガスを供給するバーナ用ガスノズル装置において、
   前記ガスノズルは、第１ノズル部と、該第１ノズル部の内部に設けられた第２ノズル部とを備え、
   前記ガス供給管は、前記第１ノズル部に接続されて燃料ガスを該第１ノズル部に供給する第１ガス供給管と、前記第２ノズル部に接続されて燃料ガスを該第２ノズル部に供給する第２ガス供給管とを備え、
   前記第１ノズル部は、前記第１ガス供給管からの燃料ガスを導入する第１ガス通路孔と、該第１ガス通路孔に連通し、該第１ガス通路孔よりも小さい所定の孔径を維持して下流方向に延びるノズル孔と、該ノズル孔の下流端に形成されて該ノズル孔の孔径と同等の口径で前記混合管の流入口に向って開口する第１ガス噴出口とを備え、
   前記第２ノズル部は、前記第１ノズル部のノズル孔の孔径よりも小さい外径の棒状に形成されて前記第１ガス通路孔内部から前記ノズル孔に向って延設された胴部と、該胴部の軸線に沿った内部に形成されて前記第２ガス供給管からの燃料ガスを導入する第２ガス通路孔と、該第２ガス通路孔の下流端に形成されて前記第１ガス噴出口よりも小さい口径で開口する第２ガス噴出口とを備え、
   前記第２ガス噴出口は、該ノズル孔の上流端又は該ノズル孔の上流端よりも下流側に位置し、前記ガスバーナにおける最小火力時の燃料ガスの供給量に対応する口径で前記ノズル孔の内部に対応する位置から前記混合管の流入口に向って開口することを特徴とするバーナ用ガスノズル装置。
2. 前記第１ガス供給管には、前記第１ノズル部に供給する燃料ガスの流量を前記ガスバーナの火力に応じて調節自在とする流量調節弁が設けられ、
   前記ガスバーナの燃焼中における前記第２ノズル部には、前記ガスバーナにおける最小火力時に対応する流量での燃料ガスの供給が維持されることを特徴とする請求項１記載のバーナ用ガスノズル装置。
3. 前記第１ガス噴出口と前記第２ガス噴出口との夫々の軸心は、互いに同一軸線上に位置することを特徴とする請求項１又は２記載のバーナ用ガスノズル装置。

Images