JP2004003767A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は低ＮＯｘ燃焼装置に関し、低ＮＯｘ化と同時に入力可変範囲の拡大化、低騒音化、未燃成分の抑制を図ったものである。
【解決手段】炎口分割板２１ａ、２１ｂは長手方向の断面が波型である波型部２２を有し、波型部２２の頂部２３近傍を略円弧形状として頂部２３が互いに密着するように配置して小分割された希薄炎口２５を形成したものである。
そして炎口分割板２１ａ、２１ｂの変形を未然に防止して小入力時の逆火を防止でき、入力可変範囲を拡大できる。また最小限の枚数の炎口分割板で小分割された希薄炎口２５を形成しつつ炎口面積を最大限大きくできるため、乱れの抑制された低流速の希薄混合気が噴出して安定した火炎長の短い希薄火炎が形成され、低騒音化、未燃成分の抑制を実現できる
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として家庭用又は業務用の燃焼装置において特に低ＮＯｘ化と同時に入力可変範囲の拡大化、低騒音化、未燃成分の抑制を図った燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の低ＮＯｘ燃焼装置は特許２６９０４４７号公報に記載されている図１４のようなものが一般的であった。この低ＮＯｘ燃焼装置は希薄混合気が噴出する希薄炎口１と、希薄炎口１の両側に配置され濃混合気が噴出する濃炎口２を備えたバーナユニットを複数配置して構成されている。希薄炎口１は４枚の金属波板３と３枚の金属平板４を交互に重ねて、断面が台形状の小炎口としている。
【０００３】
そして上記希薄炎口１から供給された希薄混合気は、燃焼室内で火炎温度が低く従って低ＮＯｘではあるが自身は不安定な希薄火炎を形成する。一方濃炎口２から供給された濃混合気は燃焼室内で火炎温度が高く従ってＮＯｘ濃度は高いが自身は安定な濃火炎を形成し、近接した希薄火炎に熱エネルギ−を供給して燃焼反応を促進させることにより全体として安定ないわゆる濃淡燃焼を実現する。そして淡バ−ナ２の燃料供給割合を濃バ−ナ４より大きく設定し、全体として低ＮＯｘ化を図っていた。また希薄炎口を小さく分割された小炎口とすることにより希薄混合気を整流して燃焼騒音の抑制を図っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の低ＮＯｘ燃焼装置では、金属平板４の強度が不足しているため、小入力時おいて希薄火炎が希薄炎口１に接近して希薄炎口１の温度が上昇すると、金属平板４が変形して開口が大きくなる希薄炎口１が発生し、その結果希薄炎口１が赤熱して逆火を招く課題があった。また金属波板３と金属平板４を交互に重ねて希薄炎口１を形成しているため、重量が重くなる課題があった。また金属平板４があるため希薄炎口１の炎口面積を大きく設定できず、希薄混合気の流速が速くなるため、燃焼騒音の抑制が十分ではなく、また希薄火炎長が長くなることによりＨＣ（炭化水素）、ＣＯ等の発生が多い課題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、炎口分割板は長手方向の断面が波型である波型部を有し、前記波型部の頂部近傍を略円弧形状として前記頂部が互いに密着するように配置して小分割された希薄炎口を形成したものである。
【０００６】
そして炎口分割板の変形を未然に防止して小入力時の逆火を防止でき、入力可変範囲を拡大できる。また最小限の枚数の炎口分割板で小分割された希薄炎口を形成しつつ炎口面積を最大限大きくできるため、乱れの抑制された低流速の希薄混合気が噴出して安定した火炎長の短い希薄火炎が形成され、低騒音化、未燃成分の抑制を実現できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、複数枚の炎口分割板を内包し希薄炎口を形成する希薄バーナ形成板と、前記希薄炎口に近接配置された濃炎口とを備え、前記炎口分割板は長手方向の断面が波型である波型部を有するとともに前記波型部の頂部近傍を略円弧形状とし、複数の前記炎口分割板の前記頂部が互いに密着するように配置して小分割された希薄炎口を形成している。
【０００８】
そして、全ての炎口分割板が波型断面を有しているため、機械的強度を大きくでき、小入力時における炎口分割板の変形を防止して逆火の発生を防止でき、入力可変範囲を拡大できる。また最小限の枚数の炎口分割板で小分割された炎口を形成できることにより、燃焼装置を軽量かつ安価に提供できる。さらに波型部の頂部が互いに密着するように配置していることにより板の重なり部を極小にしていることに加え、最小限の枚数の炎口分割板で小分割された炎口を形成していることにより、炎口面積を大きくすなわち希薄混合気の流速を小さく設定でき、その結果燃焼騒音を抑制できるとともに、希薄火炎長を短くできＨＣ、ＣＯ等の未燃成分の発生を抑制できる。また希薄混合気の通路となる希薄炎口が、希薄混合気の乱れ成分の多い長手方向に小分割されているため、希薄混合気の長手方向の流速ベクトル成分が減衰して乱れが抑制されて安定な希薄火炎が形成され、燃焼騒音を抑制できるとともにいわゆる振動燃焼を抑制できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、希薄バーナ形成体の外側に接合して濃炎口を形成する濃バーナ形成板を備え、前記希薄バーナ形成板と前記濃バーナ形成板の下流近傍は長手方向の断面が波型である波型部を有し、前記波型部の頂部近傍を略円弧形状として前記希薄バーナ形成体および前記濃バーナ形成体の前記頂部が互いに密着するように配置して小分割された濃炎口を形成している。
【００１０】
そして、希薄バーナ形成板、濃バーナ形成板が波型断面を有しているため、機械的強度を大きくでき、小入力時における両バーナ形成板の変形を防止し、逆火の発生を防止できる。また濃混合気の通路が長手方向に小分割されているため、整流された濃混合気が濃炎口から噴出して安定な濃火炎を形成して燃焼騒音をさらに抑制できる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、複数枚の炎口分割板を内包し希薄炎口を形成する希薄バーナ形成板と、前記希薄炎口に近接配置された第一濃炎口と、前記第一濃炎口に近接配置された第二濃炎口とを備え、前記炎口分割板は長手方向の断面が波型である波型部を有するとともに前記波型部の頂部近傍を略円弧形状とし、複数の前記炎口分割板の前記頂部が互いに密着するように配置して小分割された希薄炎口を形成し、前記第一濃炎口より噴出する混合気濃度は前記第二濃炎口より噴出する混合気濃度よりも濃く設定している。
【００１２】
そして、第二濃炎口から供給される第一濃炎口よりも薄い濃混合気により自身が安定な火炎を形成し、第一濃炎口から噴出される濃混合気の熱分解反応を促進する。そして第一濃炎口から供給される濃混合気はこの熱分解により化学的に活性な中間生成物を多量に発生し、この中間生成物が希薄炎口上に形成される希薄火炎の基部に拡散供給されて基部の微小空間に燃焼反応が活発に行われる「高温・高反応域」が形成され、希薄火炎自身が安定化される。従って希薄炎口への燃料入力比率と希薄混合気の濃度を小さくすることができるので、さらなる低ＮＯｘ化と低騒音化を実現できるとともに、燃焼量可変幅の拡大や、空気の高速変動にも追従して安定燃焼を実現できる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、炎口分割板の混合気通流方向の長さを１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下としている。
【００１４】
そして、圧損が過大になることなく希薄混合気の乱れが十分抑制されるため、燃焼空気を供給するファンの動作回転数が低く抑えられると共に安定した希薄火炎が形成され、燃焼装置全体の騒音をさらに抑制できる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、炎口分割板の波周期を１ｍｍ以上４ｍｍ以下としている。
【００１６】
そして、波型部の周期を過度に密にせず、埃等による炎口の閉塞やプレス加工時の材料切れを防止しつつ、希薄混合気の乱れを十分抑制して、燃焼騒音をさらに抑制できる。
【００１７】
請求項６記載の発明は、炎口分割板は、混合気通流方向の上流部に長手方向の断面が直線である直線部を有し、前記炎口分割板を複数枚配置して波型部で小分割された小分割通路の上流に扁平通路を構成している。
【００１８】
そして、希薄混合気が扁平通路を通流した後、小分割された通路に流入するので、希薄混合気の圧力低下が滑らかになって希薄混合気の乱れが十分抑制され、燃焼騒音をさらに抑制できる。
【００１９】
請求項７記載の発明は、炎口分割板は、直線部と波型部の間に切り欠き部を有し、前記炎口分割板を複数枚配置して、扁平通路と小分割通路の間に空間部を構成している。
【００２０】
そして、炎口分割板の圧損を大きくすることなく、炎口分割板の上流側先端が乱れの発生しやすい上流部まで届くため、希薄混合気の乱れが発生する前に希薄混合気が扁平通路に流入して乱れが十分抑制され、燃焼騒音をさらに抑制できる。
【００２１】
請求項８記載の発明は、希薄炎口、第一濃炎口、第二濃炎口はそれぞれに混合気室を有すると共に、第二濃炎口の第二濃混合気室は連通手段を介して希薄炎口の希薄混合気室と連通させて希薄混合気と第一濃混合気の間の濃度の混合気を生成させる構成としている。
【００２２】
そして、個別に燃料供給系を設ける場合よりも燃焼装置全体を小型で安価に製作することができる。
【００２３】
請求項９記載の発明は、上流に希薄混合気室を有する希薄炎口と、前記希薄炎口に隣接し上流に第一濃混合気室を有する第一濃炎口と、前記第一濃炎口と隣接し上流に第二濃混合気室を有する第二濃炎口とを備え、前記第二濃混合気室は連通手段を介して希薄混合気室と連通させて希薄混合気と第一濃混合気の間の濃度の第二濃混合気を生成させるとともに、前記希薄混合気室の上流には希薄燃料・空気導入口を設け、かつ第一、第二濃混合気室の上流には当該第一、第二濃混合気室の両方に連通する一つの共通燃料・空気導入口を設けている。
【００２４】
そして、希薄燃料・空気導入口と共通燃料・空気導入口へそれぞれ燃料を独立して供給する構成としているため、希薄混合気と濃混合気への燃料供給割合を調節して安定燃焼範囲を調節したり、供給する燃料の種類が異なった場合にはその燃料に最適の燃料分配比および各混合気の濃度を容易に再設定することができる。従って同一燃焼装置で各種の燃料を使用できる。
【００２５】
請求項１０記載の発明は、上部の希薄炎口と下部の希薄燃料・空気導入口を形成する希薄バーナ形成板と、前記希薄バーナ形成板に接合して第一濃炎口を形成する第一濃バーナ形成板と、前記第一濃バーナ形成板に接合して第二濃炎口を形成するとともに前記第一濃炎口と前記第二濃炎口に連通する共通燃料・空気導入口を形成する第二濃バーナ形成板を設けている。
【００２６】
そして、希薄バーナ形成板は希薄炎口と第一濃炎口の形成を兼ね、一方第一濃バーナ形成板は第一濃炎口と第二濃炎口の形成を兼ねているため、バーナユニットを構成する板金等の材料を最小限にすることができ、燃焼装置全体を軽量で安価に製作できる。
【００２７】
請求項１１記載の発明は、第一濃バーナ形成板に内側への段押し部を設けて希薄バーナ形成板と密着させ、第二濃バーナ形成板に内側への段押し部を設けて前記第一濃バーナ形成板に密着させている。
【００２８】
そして、組立時における溶接を最小限にしながらも各バーナ形成板の内側への湾曲を防ぎ、所望の炎口寸法を長期にわたり維持して初期の燃焼性能を維持できる。
【００２９】
請求項１２記載の発明は、請求項３、８〜１１のいずれか１項記載の燃焼装置をバーナユニットとして構成し、前記バーナユニットの外側に突起を設けて前記バーナユニットを複数隣接配置し、前記突起を隣に配置されるバーナユニットと密着させている。
【００３０】
そして、組立時における溶接を最小限にしながらもバーナユニットを形成する板の外側への湾曲を防ぎ、所望の炎口寸法を長期にわたり維持して初期の燃焼性能を維持できる。また単一のバーナユニットにて燃焼を完結でき、バーナユニット本数、配置間隔等を自由に選択でき、設計の自由度を高めることができる
請求項１３記載の発明は、第一濃炎口から噴出する第一濃混合気は可燃限界外の過濃混合気としている。
【００３１】
そして、希薄混合気と第一濃混合気の濃度勾配を大きくして、希薄火炎の基部への第一濃混合気の流入を促進させて「高温・高反応域」の形成を促進でき、希薄火炎を強固に安定化できる。
【００３２】
請求項１４記載の発明は、希薄炎口への燃料供給量を第一、第二濃炎口への燃料供給量より多く設定している。
【００３３】
そして、ＮＯｘの少ない希薄火炎の割合を増し、超低ＮＯｘを実現できる。
【００３４】
請求項１５記載の発明は、希薄炎口からの混合気の噴出速度を第一、第二濃炎口からの混合気の噴出速度より速く設定している。
【００３５】
そして、高速噴流に伴う巻き込み効果により第一濃混合気が希薄混合気に巻き込まれ、「高温・高反応域」の形成を促進できる。また希薄混合気の流速を速く設定しても希薄火炎が安定化されるため希薄炎口の面積を小さくすることができ、燃焼装置全体を小型で安価に製作することができる。
【００３６】
請求項１６記載の発明は、希薄炎口の炎口面積を第一、第二濃炎口の炎口面積より大きく設定している。
【００３７】
そして、希薄混合気の噴出速度が極度に速くならず、安定した希薄火炎が形成されるとともに、燃焼用空気を供給するファンの負荷が低減され、燃焼装置全体の騒音を抑制することができる。
【００３８】
請求項１７記載の発明は、各炎口の燃料・空気導入口から各炎口までの通路長の内、希薄炎口の燃料・空気導入口から希薄炎口までの通路長を最も長く設定している。
【００３９】
そして、希薄燃料・空気導入口から供給された多量の空気と大部分の燃料は長い通路を通過する間に十分混合され、また整流されて乱れが減衰して希薄炎口へ供給されるため、超ＮＯｘ燃焼と燃焼騒音の低減を実現することができる。
【００４０】
請求項１８記載の発明は、希薄炎口の燃料・空気導入口の開口面積を第一、第二炎口の燃料・空気導入口より大きく設定している。
【００４１】
そして、燃焼用空気は大きな圧損を受けることなく希薄炎口に多量に供給され、多量の希薄混合気を生成して超低ＮＯｘの希薄火炎を形成することができる。また燃焼用空気を供給するファンの負荷が低減され、燃焼装置全体の騒音を抑制することができる。
【００４２】
請求項１９記載の発明は、希薄炎口の燃料・空気導入口を第一、第二炎口の燃料・空気導入口より下部に位置させている。
【００４３】
そして、ファンが供給する燃焼用空気は大きな圧損を受けることなく上流側に位置する希薄燃料・空気導入口から希薄炎口に導かれるため、ファンの負荷が低減され、燃焼装置全体の騒音を抑制することができる。
【００４４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００４５】
（実施例１）
図１（ａ）および（ｂ）は本発明の実施例１の燃焼装置を示す平面図および正面図、図２（ａ１）および（ｂ１）は同燃焼装置の炎口分割板を示す平面図および正面図、図２（ａ２）および（ｂ２）は同燃焼装置の炎口分割板を示す平面図および正面図、図３は同燃焼装置の炎口分割板の長さの影響を示す図、図４は同燃焼装置の炎口分割板の波周期の影響を示す図である。
【００４６】
図１〜図２において、２１ａ、ｂは炎口分割板であり、長手方向の断面が波型である波型部２２を有し、波型部２２の頂部２３の近傍を略円弧形状としている。本実施例では４枚の炎口分割板を使用している。希薄バーナ形成板２４が炎口分割板２１ａ、ｂを内包し、頂部２３が互いに密着するように炎口分割板２１ａ、ｂを配置して小分割された希薄炎口２５を形成するとともに小分割通路２５ａを形成している。また希薄バーナ形成体２４は希薄燃料・空気導入口２６、希薄混合管２７、希薄抵抗部２８を形成している。
【００４７】
希薄バーナ形成板２４の両側に濃バーナ形成板２９を接合し、濃炎口３０、濃燃料・空気導入口３０、濃混合管３２、濃抵抗部３３を形成している。
【００４８】
次に動作、作用について説明すると、希薄燃料・空気導入口２６より多量の燃料と空気が流入し、希薄混合管２７で混合し希薄混合気が形成される。均一な希薄混合気が希薄炎口２５に供給されるよう希薄抵抗部２８の通路厚みが調整されている。また濃燃料・空気導入口３１より少量の燃料と空気が流入し、濃混合管３２で混合し、濃混合気が形成される。均一な濃混合気が濃炎口３０に供給されるよう濃抵抗部３３の通路厚みが調整されている。
【００４９】
濃炎口３０から濃混合気が噴出し、濃火炎（図示せず）が形成される。希薄炎口２５から希薄混合気が噴出し、希薄火炎（図示せず）が形成される。希薄火炎は濃火炎の熱的影響を受け、安定化される。火炎温度が低く、ＮＯｘ発生の少ない希薄火炎への入力割合を多くして、全体として低ＮＯｘ化を図っている。
【００５０】
ここで炎口分割板２１ａ、ｂが波型断面を有しているため、機械的強度を大きくでき、小入力時における炎口分割板の変形を防止し、逆火の発生を防止できる。また最小限の枚数の炎口分割板で小分割された希薄炎口２５を形成できることにより、燃焼装置を軽量かつ安価に提供できる。さらに波型部２２の頂部２３が互いに密着するように配置していることにより板の重なり部を極小にしていることに加え、最小限の枚数の炎口分割板で小分割された希薄炎口２５を形成していることにより、炎口面積を大きくすなわち希薄混合気の流速を小さく設定でき、その結果燃焼騒音を抑制できるとともに、希薄火炎長を短くできＨＣ、ＣＯ等の未燃成分の発生を抑制できる。また小分割通路２５ａは希薄混合気の乱れ成分の多い長手方向に小分割されているため、希薄混合気の長手方向の流速成分が減衰して乱れが抑制されて安定な希薄火炎が形成され、燃焼騒音を抑制できるとともにいわゆる振動燃焼を抑制できる。
【００５１】
図３において、炎口分割板２１ａ、ｂの長さＬが大きくなるほど、小分割通路２５ａの通路が長くなり、希薄混合気の乱れが小さくなる。Ｌが１０ｍｍより小さいと乱れが非常に大きくなり、燃焼騒音が非常に大きくなる。一方、Ｌが長くなるほど圧損が単調に増加し、燃焼空気を供給するファン（図示せず）の負荷が増し、ファン回転数を高く設定する必要がある。Ｌが４０ｍｍより大きいと希薄混合気の乱れ低下度合いは飽和するため、ファン回転数が大きくなることの影響を受け、燃焼装置の騒音は高くなる。よってＬを１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下とすることにより圧損が過大になることなく希薄混合気の乱れが十分抑制されるため、燃焼空気を供給するファンの動作回転数が低く抑えられると共に安定した希薄火炎が形成され、燃焼装置全体の騒音をさらに抑制できる。
【００５２】
図４において、炎口分割板の波周期Ｐが長くなるほど、希薄炎口２５が長手方向に大きくなり、希薄混合気の長手方向の流速成分が十分に減衰せず、乱れが大きくなる。Ｐが４ｍｍ以上では乱れが急激に大きくなり、燃焼騒音も急激に大きくなる。一方Ｐが小さくなりすぎると、開口が小さくなり埃等による炎口の閉塞の恐れがある。またプレス加工時に炎口分割板の材料が過度に伸びて板厚が薄くなり、材料切れが発生する。例えば炎口分割板の板厚が０．３５ｍｍ、波型部２２の振幅（頂部から頂部まで）が１ｍｍの時、Ｐが１ｍｍより小さいとプレス加工時に切れが発生した。よってＰを１ｍｍ以上４ｍｍ以下とすることにより、埃等による希薄炎口２５の閉塞やプレス加工時の材料切れを防止しつつ、希薄混合気の乱れを十分抑制して、燃焼騒音をさらに抑制できる。
【００５３】
（実施例２）
図５（ａ）および（ｂ）は本発明の実施例２の燃焼装置を示す平面図および正面図である。
【００５４】
本実施例が実施例１と異なる点は、希薄バーナ形成板２４１と濃バーナ形成板２９１の下流近傍は長手方向の断面が波型である波型部２２１を有し、波型部２２１の頂部２３１近傍を略円弧形状として希薄バーナ形成体２４１および濃バーナ形成体２９１の頂部２３１が互いに密着するように配置し、小分割された濃炎口３０１を形成している点である。なお実施例１と同一符号のものは同じ構成を有し、説明を省略する。
【００５５】
次に動作、作用について説明すると、希薄バーナ形成板２４１、濃バーナ形成板２９１が波型断面を有しているため、機械的強度を大きくでき、小入力時における両バーナ形成板の変形を防止し、逆火の発生を防止できる。また濃混合気の通路が長手方向に小分割されているため、整流された濃混合気が濃炎口３０１から噴出して安定な濃火炎を形成して燃焼騒音をさらに抑制できる。
【００５６】
（実施例３）
図６（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は本発明の実施例３の燃焼装置における炎口分割板を示す平面図、正面図および下面図である。
【００５７】
本実施例が実施例１と異なる点は、炎口分割板２１１ａ、ｂの混合気通流方向の上流部に、長手方向の断面が直線である直線部３４を有し、炎口分割板２１１ａ、ｂを複数枚配置して扁平通路３５を構成している点である。３６は直線部３４において内向きに突出させた突起である。なお実施例１と同一符号のものは同じ構成を有し、説明を省略する。
【００５８】
次に動作、作用について説明する。実施例１の構成では、小分割通路２５ａへの流入前後で希薄混合気の通路断面積が大きく変化する。ところが本実施例の扁平通路３５の通路断面積は小分割通路２５ａの断面積よりも大きい。よって希薄混合気の通路断面積の縮小度合いが滑らかになり、希薄混合気の圧力低下が滑らかになって希薄混合気の乱れが十分抑制され、燃焼騒音をさらに抑制できる。また突起３６により扁平通路３５が精度よく構成される。
【００５９】
（実施例４）
図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は本発明の実施例４の燃焼装置における炎口分割板を示す平面図、正面図、下面図および図７（ｂ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【００６０】
本実施例が実施例３と異なる点は、炎口分割板２１２ａ、ｂにおいて直線部３４と波型部２２の間に切り欠き部３７を有し、炎口分割板２１２ａ、ｂを複数枚配置して、扁平通路３５と小分割通路２５ａの間に空間部３８を構成した点である。なお実施例１と同一符号のものは同じ構成を有し、説明を省略する。
【００６１】
次に動作、作用について説明する。希薄混合気の乱れは図１に示した希薄抵抗部２８の後流で大きく発生する。ところで炎口分割板２１２ａ、ｂの長さを長くすると圧損が単調に大きくなる。圧損の殆ど無い空間部３８を設けて炎口分割板２１２ａ、ｂの長さを長くすることにより圧損を大きくすることなく、炎口分割板の上流側先端が乱れの発生しやすい希薄抵抗部２８の後流に届くため、希薄混合気の乱れが発生する前に希薄混合気が扁平通路３５に流入して乱れが十分抑制され、燃焼騒音をさらに抑制できる。
【００６２】
なお、実施例１で示した直線部の無い波型部のみの炎口分割板２１ａ、ｂに切り欠き部を設けて空間部を形成しても同様の効果を得ることができる。また従来一般的に用いられる直線部のみの炎口分割板に切り欠き部を設けて空間部を形成しても同様の効果を得ることができる。
【００６３】
（実施例５）
図８（ａ）および（ｂ）は本発明の実施例５の燃焼装置を示す平面図および正面図、図９（ａ）および（ｂ）は同燃焼装置の希薄バーナ形成板を示す平面図および正面図、図１０（ａ）および（ｂ）は同燃焼装置の第一濃バーナ形成板を示す平面図および正面図、図１１（ａ）および（ｂ）は同燃焼装置の第二濃バーナ形成板を示す平面図および正面図、図１２は図８（ａ）のＹ−Ｙ線断面図、図１３（ａ）および（ｂ）は同燃焼装置の火炎の模式図および従来の燃焼装置の火炎の模式図である。
【００６４】
本実施例が実施例１と異なる点は、希薄炎口２５に近接配置された第一濃炎口４３と、第一濃炎口４３に近接配置された第二濃炎口４６とを備えた点である。以下詳細を説明する。
【００６５】
図８〜図１３において、希薄バーナ形成板２４１が上部に希薄炎口２５、下部に希薄燃料・空気導入口２６、希薄混合管２７、希薄混合気室４１を形成している。希薄バーナ形成板２４１の両側に第一濃バーナ形成板４２を接合し、第一濃炎口４３とその上流の第一濃混合気室４４を形成している。第一濃バーナ形成板４２の外側には第二濃バーナ形成板４５を接合し、第二濃炎口４６とその上流の第二濃混合気室４７を形成している。さらに第二濃バーナ形成板４５は希薄バーナ形成板２４１とも接合することによって、第一濃混合気室４４と第二濃混合気室４７に連通する連通室４８と希薄燃料・空気導入口２６の上部に位置する共通燃料・空気導入口４９を形成している。希薄バーナ形成板２４１には希薄混合気室４１と第二濃混合気室４７を連通させる連通手段５０が設けられている。これら希薄バーナ形成板２４１とその両側の第一濃バーナ形成板４２とその両側に設けられた第二濃バーナ形成板４５とが一体化されてバーナユニット５１が構成される。バーナケース５２内にはこのバーナユニット５１が複数個収納される。５３はバーナユニット５１の外側となる第二濃バーナ形成板４５に設けた突起である。
【００６６】
５４ａ、５４ｂはそれぞれ第一濃バーナ形成板４２、第二濃バーナ形成板４５において内側に突出させた段押し部である。なお実施例１と同一符号のものは同じ構成を有し、説明を省略する。
【００６７】
次に動作、作用について説明すると、希薄燃料・空気導入口２６より多量の燃料と空気が流入し、希薄混合気が希薄混合気室４１に供給される。希薄混合気の大部分は希薄炎口２５より噴出し、残りは連通手段５０を通じて第二濃混合気室４７に流入する。一方共通燃料・空気導入口４９より少量の燃料と空気が流入し、可燃限界外の過濃混合気が連通室４８に供給され、第一濃混合気室４４と第二濃混合気室４７に分岐される。第一濃混合気室４４に供給された過濃混合気はそのままの濃度で第一濃炎口４３より噴出する。また第二濃混合気室４７に供給された過濃混合気は連通手段５０から流入した少量の希薄混合気で希釈されて理論混合比に近い濃度の濃混合気となり、第二濃炎口４６より噴出する。
【００６８】
図１３（ａ）に示すように、第二濃炎口４６より噴出する理論混合比に近い濃混合気は火炎温度が高く自身が非常に安定な安定火炎Ａを形成する。また希薄炎口２５より噴出する希薄混合気は火炎温度が低くＮＯｘ濃度が低い希薄火炎Ｂを形成する。さらに第一濃炎口４３より噴出する過濃混合気は高温の安定火炎Ａの影響を受け熱分解して中間生成物を多量に発生しつつ濃火炎Ｃを形成する。そして前述中間生成物が希薄炎口２５上に形成される希薄火炎Ｂの基部に拡散供給されて希薄火炎Ｂの基部に反応化学種が豊富で燃焼反応が極めて活発な「高温・高反応域」αが形成される。安定火炎Ａ、濃火炎Ｃおよび希薄火炎Ｂはつながった一体的な火炎となる。
【００６９】
このように、これら三種類の混合気濃度を有する本発明の燃焼は図１３（ｂ）に示す従来の濃淡燃焼で濃火炎Ｈの熱的な影響を受け希薄火炎Ｉが安定化された場合に比べ大幅に希薄火炎の安定化が図れるものである。従って火炎温度が低くＮＯｘ発生の少ない希薄火炎Ｂへの燃料入力比率を増すことができ、低燃焼騒音を維持しながら超低ＮＯｘ化を実現できる。
【００７０】
また共通燃料・空気導入口４９は第一濃混合気室４４と第二濃混合気室４７に連通した構成となっているため、第一濃炎口４３と第二濃炎口４６にそれぞれ燃料、空気を個別に供給する必要がなく、バ−ナ構成の簡潔化と小型化を実現できる。
【００７１】
また希薄燃料・空気導入口２６と共通燃料・空気導入口４９へそれぞれ燃料を独立して供給している。これにより希薄混合気と濃混合気への燃料供給割合を調節して安定燃焼範囲を調節したり、供給する燃料の種類が異なった場合にはその燃料に最適の燃料分配比および各混合気の濃度を容易に再設定することができる。従って同一燃焼装置で各種の燃料を使用できる。
【００７２】
また希薄バーナ形成板２４１、第一濃バーナ形成板４２、第二濃バーナ形成板４５を接合してバーナユニット５１を構成している。すなわち希薄バーナ形成板２４１は希薄炎口２５と第一濃炎口４３の形成を兼ね、一方第一濃バーナ形成板４２は第一濃炎口４３と第二濃炎口４６の形成を兼ねている。これによりバーナユニット５１を構成する板金等の材料を最小限にすることができ、燃焼装置全体を軽量で安価に製作できる。
【００７３】
また第一濃バーナ形成板４２に内側への段押し部５４ａを設けて希薄バーナ形成板２４１と密着させ、第二濃バーナ形成板４５に内側への段押し部５４ｂを設けて第一濃バーナ形成板４２に密着させている。さらにバーナユニット５１の外側となる第二濃バーナ形成板４５に突起５３を設け、バーナケース５２内にバーナユニット５１を複数隣接配置し、突起５１を隣に配置されるバーナユニット５２と密着させている。これにより組立時における溶接を最小限にしながらも各バーナ形成板の内側および外側への湾曲を防ぎ、所望の炎口寸法を長期にわたり維持して初期の燃焼性能を維持できる。また単一のバーナユニット５１にて燃焼を完結でき、バーナユニット本数、配置間隔等を自由に選択でき、設計の自由度を高めることができる。
【００７４】
また本実施例では第一濃炎口４３から噴出する第一濃混合気の濃度を可燃限界外の過濃混合気としているため、希薄混合気と第一濃混合気の濃度勾配が大きくなり、これにより希薄火炎Ｂの基部への第一濃混合気の流入を促進させて「高温・高反応域」αの形成を促進でき、希薄火炎Ｂを強固に安定化できる。
【００７５】
また本実施例では希薄炎口２５への燃料供給量を、例えば総供給量の８０％程度と、第一濃炎口４３、第二濃炎口４６への燃料供給量より多く設定している。これによりＮＯｘの少ない希薄火炎Ｂの割合を増し、燃焼装置全体として超低ＮＯｘを実現できる。
【００７６】
また本実施例では希薄炎口２５からの希薄混合気の流速を速く設定しているため希薄混合気室４１の内圧は、第二濃炎口４６からの混合気流速が小さな第二濃混合気室４７より大きくなっている。従って希薄混合気室４１と第二濃混合気室４７を連通させる連通手段５０を介して希薄混合気が第二濃混合気室４７に流入し連通室４８から供給された第一濃混合気を希釈する。このように連通手段５０を設けることにより個別に燃料供給系を設ける場合よりも燃焼装置全体を小型で安価に製作することができる。さらに高速噴流に伴う巻き込み効果により第一濃混合気が希薄混合気に巻き込まれ、「高温・高反応域」の形成を促進できる。また希薄混合気の流速を速く設定しても希薄火炎が安定化されるため希薄炎口の面積を小さくすることができ、燃焼装置全体を小型で安価に製作することができる。
【００７７】
また本実施例では希薄炎口２５の炎口面積を第一濃炎口４３及び第二濃炎口４６の炎口面積よりも大きく設定している。このため希薄混合気の噴出速度が極度に速くならず、安定した希薄火炎Ｂが形成されるとともに、ファン負荷が低減され、燃焼装置全体の騒音を抑制することができる。
【００７８】
また本実施例では各炎口の燃料・空気導入口から各炎口までの通路長の内、希薄燃料・空気導入口２６から希薄炎口２５までの通路長を最も長く設定している。これにより希薄燃料・空気導入口２６から供給された多量の空気と大部分の燃料は通路を通過する間に十分混合され、整流を受けて均一に希薄炎口２５に供給される。このように希薄炎口２５への均一供給及び流れの乱れの減衰が図られるため超ＮＯｘ燃焼と燃焼騒音の低減を実現することができる。
【００７９】
また本実施例では希薄燃料・空気導入口２６の開口面積を共通燃料・空気導入口４９の開口面積よりも大きく設定している。これによりファンからバーナケース５２内に供給された燃焼用空気は大きな圧力損失を受けることなく希薄炎口２５に多量に供給され、多量の希薄混合気を生成して超低ＮＯｘの希薄火炎Ｂを形成することができる。またファン負荷が低減され、燃焼装置全体の騒音を抑制することができる。
【００８０】
また本実施例では希薄燃料・空気導入口２６を共通燃料・空気導入口４９よりも下部に位置させている。これによりファン１２０からバーナケース５２内に供給された燃焼用空気は大きな圧力損失を受けることなく上流側に位置する各希薄燃料・空気導入口２６から希薄炎口２５に導かれるため、ファン負荷を低減し騒音を抑制することができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の燃焼装置は、炎口分割板の変形を未然に防止して小入力時の逆火を防止できる。また最小限の枚数の炎口分割板で小分割された希薄炎口を形成しつつ炎口面積を最大限大きくできるため、乱れの抑制された低流速の希薄混合気が噴出して安定した火炎長の短い希薄火炎が形成され、低騒音化、未燃成分の抑制を実現できる
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施例１の燃焼装置を示す平面図
（ｂ）同燃焼装置を示す正面図
【図２】（ａ１）同燃焼装置の炎口分割板を示す平面図
（ｂ１）同燃焼装置の炎口分割板を示す正面図
（ａ２）同燃焼装置の炎口分割板を示す平面図
（ｂ２）同燃焼装置の炎口分割板を示す正面図
【図３】同燃焼装置の炎口分割板の長さの影響を示す図
【図４】同燃焼装置の炎口分割板の波周期の影響を示す図
【図５】（ａ）本発明の実施例２の燃焼装置を示す平面図
（ｂ）同燃焼装置を示す正面図
【図６】（ａ）本発明の実施例３の燃焼装置における炎口分割板を示す平面図
（ｂ）同燃焼装置の炎口分割板を示す正面図
（ｃ）同燃焼装置の炎口分割板を示す下面図
【図７】（ａ）本発明の実施例４の燃焼装置における炎口分割板を示す平面図
（ｂ）同燃焼装置の炎口分割板を示す正面図
（ｃ）同燃焼装置の炎口分割板を示す下面図
（ｄ）図７（ｂ）のＸ−Ｘ線断面図
【図８】（ａ）本発明の実施例５の燃焼装置を示す平面図
（ｂ）同燃焼装置を示す正面図
【図９】（ａ）同燃焼装置の希薄バーナ形成板を示す平面図
（ｂ）同燃焼装置の希薄バーナ形成板を示す正面図
【図１０】（ａ）同燃焼装置の第一濃バーナ形成板を示す平面図
（ｂ）同燃焼装置の第一濃バーナ形成板を示す正面図
【図１１】（ａ）同燃焼装置の第二濃バーナ形成板を示す平面図
（ｂ）同燃焼装置の第二濃バーナ形成板を示す正面図
【図１２】図８（ａ）のＹ−Ｙ線断面図
【図１３】（ａ）同燃焼装置の火炎を示す模式図
（ｂ）従来の燃焼装置の火炎を示す模式図
【図１４】従来の燃焼装置を示す平面図
【符号の説明】
２１ａ、２１ｂ、２１１ａ、２１１ｂ、２１２ａ、２１２ｂ　炎口分割板
２２、２２１　波型部
２３、２３１　頂部
２４、２４１　希薄バーナ形成板
２５　希薄炎口２５
２５ａ　小分割通路
２６　希薄燃料・空気導入口
２９、２９１　濃バーナ形成板
３０、３０１　濃炎口
３４　直線部
３５　扁平通路
３７　切り欠き部
３８　空間部
４１　希薄混合気室
４２　第一濃バーナ形成板
４３　第一濃炎口
４４　第一濃混合気室
４５　第二濃バーナ形成板
４６　第二濃炎口
４７　第二濃混合気室
４９　共通燃料・空気導入口
５０　連通手段
５１　バーナユニット
５３　突起
５４ａ、５４ｂ　段押し部

Claims (19)

1. 複数枚の炎口分割板を内包し希薄炎口を形成する希薄バーナ形成板と、前記希薄炎口に近接配置された濃炎口とを備え、前記炎口分割板は長手方向の断面が波型である波型部を有するとともに前記波型部の頂部近傍を略円弧形状とし、複数の前記炎口分割板の前記頂部が互いに密着するように配置して小分割された希薄炎口を形成した燃焼装置。
2. 希薄バーナ形成体の外側に接合して濃炎口を形成する濃バーナ形成板を備え、前記希薄バーナ形成板と前記濃バーナ形成板の下流近傍は長手方向の断面が波型である波型部を有し、前記波型部の頂部近傍を略円弧形状として前記希薄バーナ形成体および前記濃バーナ形成体の前記頂部が互いに密着するように配置して小分割された濃炎口を形成した燃焼装置。
3. 複数枚の炎口分割板を内包し希薄炎口を形成する希薄バーナ形成板と、前記希薄炎口に近接配置された第一濃炎口と、前記第一濃炎口に近接配置された第二濃炎口とを備え、前記炎口分割板は長手方向の断面が波型である波型部を有するとともに前記波型部の頂部近傍を略円弧形状とし、複数の前記炎口分割板の前記頂部が互いに密着するように配置して小分割された希薄炎口を形成し、前記第一濃炎口より噴出する混合気濃度は前記第二濃炎口より噴出する混合気濃度よりも濃く設定した燃焼装置。
4. 炎口分割板の混合気通流方向の長さを１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下とした請求項１〜３いずれか１項記載の燃焼装置。
5. 炎口分割板の波周期を１ｍｍ以上４ｍｍ以下とした請求項１〜４いずれか１項記載の燃焼装置。
6. 炎口分割板は、混合気通流方向の上流部に長手方向の断面が直線である直線部を有し、前記炎口分割板を複数枚配置して波型部で小分割され小分割通路の上流に扁平通路を構成した請求項１〜５いずれか１項記載の燃焼装置。
7. 炎口分割板は、直線部と波型部の間に切り欠き部を有し、前記炎口分割板を複数枚配置して、扁平通路と小分割通路の間に空間部を構成した請求項６記載の燃焼装置。
8. 希薄炎口、第一濃炎口、第二濃炎口はそれぞれに混合気室を有すると共に、第二濃炎口の第二濃混合気室は連通手段を介して希薄炎口の希薄混合気室と連通させて希薄混合気と第一濃混合気の間の濃度の混合気を生成させる構成とした請求項３記載の燃焼装置。
9. 上流に希薄混合気室を有する希薄炎口と、前記希薄炎口に隣接し上流に第一濃混合気室を有する第一濃炎口と、前記第一濃炎口と隣接し上流に第二濃混合気室を有する第二濃炎口とを備え、前記第二濃混合気室は連通手段を介して希薄混合気室と連通させて希薄混合気と第一濃混合気の間の濃度の第二濃混合気を生成させるとともに、前記希薄混合気室の上流には希薄燃料・空気導入口を設け、かつ第一、第二濃混合気室の上流には当該第一、第二濃混合気室の両方に連通する一つの共通燃料・空気導入口を設けた請求項３または８項記載の燃焼装置。
10. 上部の希薄炎口と下部の希薄燃料・空気導入口を形成する希薄バーナ形成板と、前記希薄バーナ形成板に接合して第一濃炎口を形成する第一濃バーナ形成板と、前記第一濃バーナ形成板に接合して第二濃炎口を形成するとともに前記第一濃炎口と前記第二濃炎口に連通する共通燃料・空気導入口を形成する第二濃バーナ形成板を設けた請求項３、８〜９のいずれか１項記載の燃焼装置。
11. 第一濃バーナ形成板に内側への段押し部を設けて希薄バーナ形成板と密着させ、第二濃バーナ形成板に内側への段押し部を設けて前記第一濃バーナ形成板に密着させた請求項１０記載の燃焼装置。
12. 請求項３、８〜１１のいずれか１項記載の燃焼装置をバーナユニットとして構成し、前記バーナユニットの外側に突起を設けて前記バーナユニットを複数隣接配置し、前記突起を隣に配置されるバーナユニットと密着させた燃焼装置。
13. 第一濃炎口から噴出する第一濃混合気は可燃限界外の過濃混合気とした請求項３、８〜１２のいずれか１項記載の燃焼装置。
14. 希薄炎口への燃料供給量を第一、第二濃炎口への燃料供給量より多く設定した請求項３、８〜１３のいずれか１項記載の燃焼装置。
15. 希薄炎口からの混合気の噴出速度を第一、第二濃炎口からの混合気の噴出速度より速く設定した請求項３、８〜１４のいずれか１項記載の燃焼装置。
16. 希薄炎口の炎口面積を第一、第二濃炎口の炎口面積より大きく設定した請求項３、８〜１５のいずれか１項記載の燃焼装置。
17. 各炎口の燃料・空気導入口から各炎口までの通路長の内、希薄炎口の燃料・空気導入口から希薄炎口までの通路長を最も長く設定した請求項３、８〜１６のいずれか１項記載の燃焼装置。
18. 希薄炎口の燃料・空気導入口の開口面積を第一、第二炎口の燃料・空気導入口より大きく設定した請求項３、８〜１７のいずれか１項記載の燃焼装置。
19. 希薄炎口の燃料・空気導入口を第一、第二炎口の燃料・空気導入口より下部に位置させた請求項２、８〜１８のいずれか１項記載の燃焼装置。

Images