JP2006112721A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブンゼンバーナの持つ簡素な構成、軽量、低ＨＣといった利点を維持しながら、濃淡バーナと同等の低ＮＯｘを実現すること。
【解決手段】炎口２１から噴出する混合気流速に対する二次空気口３４から噴出する二次空気流速の比を２以上としたものである。これにより、低速の外炎中で燃焼する未燃物質は高速の二次空気流の吸引効果により効果的に二次空気に吸引されて、より希薄状態で燃焼することになるため、燃焼温度の高温化を抑制できる。よってブンゼンバーナの持つ簡素な構成、軽量、低ＨＣといった利点を維持しながら、濃淡バーナと同等の低ＮＯｘを実現できる。
【選択図】図１

Description

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化を図った燃焼装置に関するものである。

従来のこの種の燃焼装置は特許文献１および２に示すようなものが一般的であった。

図７は特許文献１に記載された従来の燃焼装置を示す図である。図７に示すように、バーナ１がバーナケース２内に所定の間隔で、本図の紙面と垂直方向に、併設されている。バーナケース２の底部に空気室３が形成され、ファン４が取り付けられている。バーナ１の燃料・空気導入口５に対向して燃料ノズル６が設けられている。

上記構成において、ファン４から空気室３に空気が供給され、一部は燃料・空気導入口５からバーナ１に一次空気として流入する。また燃料ノズル６から燃料が噴出し、燃料・空気導入口５からバーナ１に流入する。空気と燃料の混合気はバーナ１より燃焼室７に噴出して予混合火炎である内炎を形成する。空気室に供給された残りの空気は併設されているバーナ１の間を通流して燃焼室に二次空気として流出する。二次空気と内炎の未燃物質が混合し、内炎の外側に拡散火炎である外炎が形成される。本バーナは一般的にブンゼンバーナと呼ばれる。

図８は特許文献２に記載された従来の燃焼装置を示す図である。図８に示すように、上部に希薄炎口１１を有する希薄バーナユニット１２と上部に濃炎口１３を有する濃バーナユニット１４を交互に併設している。

上記構成において、希薄バーナユニット１２の希薄導入口（図示せず）から燃料および空気が流入し、希薄バーナユニット１２内で混合され、空気が多い希薄混合気が生成され、希薄炎口１１より希薄混合気が流出し、希薄火炎を形成する。一方濃バーナユニット１４の濃導入口（図示せず）より燃料および空気が流入し濃バーナユニット１４内で混合され空気が少ない濃混合気が生成され、濃炎口１３より濃混合気が流出し、濃火炎を形成する。火炎温度が低くＮＯｘ発生量が少なく燃焼性の悪い希薄火炎は、火炎温度が高くＮＯｘ発生量が多く安定した濃火炎によって安定化され、全体としてＮＯｘ発生量を抑制できる。本バーナは一般的に濃淡バーナと呼ばれる。
実開平２−８５２３９号公報 特許第２８３９０４９号公報

従来例１（特許文献１）のようなブンゼンバーナは構成が簡潔で、軽量の利点を有する。しかし２次空による火炎、特にブンゼン火炎の拡散火炎であるいわゆる外炎の温度抑制が困難であるため、火炎温度が高くサーマルＮＯｘの発生が多い課題があった。

一方、従来例２（特許文献２）のような濃淡バーナは低ＮＯｘの利点を有する。しかし２種類のバーナが必要となるため、構成が複雑になり、重い課題があった。また希薄火炎は燃焼速度が遅く燃焼しにくいため、特に空気過剰時や着火時に未燃のＨＣ（炭化水素）が多く発生する課題もあった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、低ＮＯｘ、低ＨＣ、簡素な構成、軽量を実現した燃焼装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するため、炎口から噴出する混合気流速に対する二次空気口から噴出する二次空気流速の比を２以上としたものである。

これにより、低速の外炎中で燃焼する未燃物質は高速の二次空気流の吸引効果により効果的に二次空気に吸引され、より希薄状態で燃焼することになるため、燃焼温度の高温化を抑制できる。

本発明の燃焼装置は、ブンゼンバーナの持つ簡素な構成、軽量、低ＨＣといった利点を維持しながら、濃淡バーナと同等の低ＮＯｘを実現できる。

第１の発明は、炎口と一次空気導入口を形成したバーナボディを併設し、前記バーナボディの間に二次空気口を形成するための二次空気ガイドを設け、前記炎口から噴出する混合気流速に対する前記二次空気口から噴出する二次空気流速の比を２以上としたものである。

そして、低速の外炎中で燃焼する未燃物質は高速の二次空気流の吸引効果により効果的に二次空気に吸引されて、より希薄状態で燃焼することになるため、燃焼温度の高温化を抑制して従来の濃淡バーナと同等の低ＮＯｘを実現できる。また濃淡バーナに比べ、構成の簡素化、軽量化、低ＨＣ化を実現できる。

第２の発明は、特に第１の発明において、炎口から噴出する混合気流速に対する二次空気口から噴出する二次空気流速の比を５以下としたものである。

そして、二次空気流速が過大となって二次空気口での圧力損失が過大になることを抑制できるため、燃焼空気を供給するファンの動作回転数を抑制して低騒音化できる。

第３の発明は、特に、第１の発明または第２の発明において、二次空気口と炎口との間の無口部距離を２ｍｍ以上としている。

そして、火炎基部への二次空気の流入が抑制され、その部分での燃焼反応が緩慢になって火炎温度が抑制され、さらに低ＮＯｘ化できる。

第４の発明は、特に第１〜３の発明のいずれか１つの発明において、バーナボディを間隔を設けて併設し、形成される隙間を二次空気が通流している。

そして、二次空気通流用の流路を新たに設けることなく、二次空気通路を形成でき、構成を簡潔化できる。

第５の発明は、特に第１〜４の発明のいずれか１つの発明において、二次空気口は二次空気ガイドのバーナ併設方向中心軸近傍に設けられている。

そして、バーナボディの併設ピッチを大きくすることなく無口部距離を大きくすることができ、燃焼装置を大きくすることなく、火炎温度の上昇を抑制し、低ＮＯｘ化できる。

第６の発明は、特に第１〜５の発明において、二次空気口は、バーナボディ併設方向に直行する方向が長い長穴形状としている。

そして、バーナボディの併設幅ピッチを大きくすることなくさらに無口部距離を大きくすることができ、燃焼装置を大きくすることなく、火炎温度の上昇を抑制し、低ＮＯｘ化できる。

第７の発明は、特に第１〜６の発明において、燃料と混合する一次空気の理論空気量に対する比率を０．７以下に設定している。

そして、火炎温度を抑制し、低ＮＯｘ化できる。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の燃焼装置を示す全体断面図、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図、図３は同燃焼装置を示す要部平面図、図４は混合気流速に対する二次空気流速の比とＮＯｘ、騒音、ＣＯの関係を示す特性図、図５は無口部距離ＬとＮＯｘ、ＣＯの関係を示す特性図である。

図１〜図５において、上部に炎口２１、下部側面に一次空気導入口２２を形成したバーナボディ２３を所定間隔にて併設し、バーナケースＡ２４、バーナケースＢ２５、バーナケースＣ２６、バーナケースＤ２７にて囲い、バーナユニット２８を構成している。バーナユニット２８の底部にファン２９を取付けている。一次空気導入口２２に対向して、燃料ガスを噴出する燃料噴出ノズル３０をバーナボディ２３と同数設けている。バーナケースＡ２４には二次空気を導く二次空気導入口３１を設けている。バーナボディ２３を併設して形成される隙間が二次空気通路３２となり、末端には二次空気ガイド３３を設けている。丸穴形状の二次空気口３４を二次空気ガイド３３のバーナ併設方向中心軸近傍に設けている。炎口２１と二次空気口３４の間の無口部３５（いわゆるリム部）の無口部距離Ｌを２ｍｍ以上の適値（例えば４ｍｍ）としている。燃焼室３６に着火手段３７を設けている。

次に動作、作用について説明すると、ファン２９が空気を供給し、その空気が一次空気として燃料噴出ノズル３０から噴出する燃料ガスとともにが一次空気導入口２２から各バーナボディ２３へ流入する。各バーナボディ２３内で燃料と空気が混合して可燃の混合気となり、炎口２１から燃焼室３６へ流出し、いわゆるブンゼン火炎の内炎（図示せず）を形成する。ここで一次空気過剰率（一次空気の理論空気量に対する比率）が０．７から０．９程度の範囲においては、一次空気過剰率が増えるに従い、急激に火炎温度が上昇し、急激にＮＯｘの発生が多くなる特性を持っている。そのため、低ＮＯｘ化のためには、一次空気過剰率を０．７以下にすることが好ましい。しかしながら過剰に低く一次空気過剰率を設定すると、イエローチップが発生するため、一次空気過剰率は０．６程度に設定することが好ましい。

ファン２９が供給した残りの空気は、二次空気導入口３１、二次空気通路３２を通流して二次空気口３４から二次空気として燃焼室３６へ流出する。二次空気により内炎の外側に外炎が形成され、完全燃焼する。本発明者らは、図４に示すように混合気流速（以後Ｖｍｉｘと称す）に対する二次空気流速（以後、Ｖ２と称す）の比（Ｖ２／Ｖｍｉｘ、以後流速比と称す）が２以上では従来の濃淡バーナと同等のＮＯｘ発生量となることを発見した。これは、低速の外炎中で燃焼する未燃物質は高速の二次空気流の吸引効果により効果的に二次空気に吸引されて、より希薄状態で燃焼することになるため、燃焼温度の高温化を抑制できるためと考えられる。しかし流速比が過大になると二次空気流速が過大になり、二次空気口３４での圧力損失が過大になってファン２９の負荷が過大になる。また、二次空気の吸引効果が過剰となり、燃焼温度が低くなり過ぎ、ＣＯが多くなる。このため流速比は５以下が好ましい。

また本発明者らは、図５に示すように無口部距離Ｌが２ｍｍ以上でＮＯｘ発生量を低く抑制できることを発見した。これは火炎基部への二次空気の流入が抑制され、その部分での燃焼反応が緩慢になって火炎温度が抑制されるためと考えられる。しかしＬが大きすぎると（６ｍｍ以上）、火炎基部への二次空気流入量が過小となって、燃焼速度が遅くなりすぎ、火炎基部が不安定となって、その結果ＣＯが多くなりまた騒音も大きくなる。さらにバーナボディ２３の併設ピッチ、併設数を変えないとすれば、バーナボディ併設方向の寸法が大きくなる。ＮＯｘおよびＣＯ発生量、寸法を考慮するとＬの最適値は４ｍｍ程度である。

以上説明したように、流速比を２以上としたことにより、低速の外炎中で燃焼する未燃物質は高速の二次空気流の吸引効果により効果的に二次空気に吸引されて、より希薄状態で燃焼することになるため、燃焼温度の高温化を抑制して従来の濃淡バーナと同等の低ＮＯｘを実現できる。また濃淡バーナに比べ、構成の簡素化、軽量化、低ＨＣ化を実現できる。

また、流速比を５以下としたことにより、二次空気流速が過大となって二次空気口での圧力損失が過大になることを抑制できるため、燃焼空気を供給するファンの動作回転数を抑制して低騒音化できる。

また、二次空気口３４と炎口２１との間の無口部距離を２ｍｍ以上としたことにより、火炎基部への二次空気の流入が抑制され、その部分での燃焼反応が緩慢になって火炎温度が抑制され、さらに低ＮＯｘ化できる。

また、バーナボディ２３を間隔を設けて併設し、形成される隙間を二次空気が通流している。これにより、二次空気通流用の流路を新たに設けることなく、二次空気通路３２を形成でき、構成を簡潔化できる。

また、二次空気口３４は二次空気ガイド３３のバーナ併設方向中心軸近傍に設けられている。これにより、バーナボディの併設ピッチを大きくすることなく無口部距離を大きくすることができ、燃焼装置を大きくすることなく、火炎温度の上昇を抑制し、低ＮＯｘ化できる。

また、燃料と混合する一次空気の理論空気量に対する比率を０．７以下に設定している。これにより、火炎温度を抑制し、低ＮＯｘ化できる。

（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２の燃焼装置を示す要部平面図である。

図６はにおいて、本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、二次空気口３４１を丸穴ではなく、バーナボディ併設方向に直行する方向が長い長穴形状とした点である。

これにより、実施の形態１と同等の二次空気口面積を維持し、かつバーナボディの併設ピッチを大きくすることなくさらに無口部距離を大きくすることができ、燃焼装置を大きくすることなく、火炎温度の上昇を抑制し、低ＮＯｘ化できる。

なお、各実施の形態において、燃料は都市ガス等の気体燃料で説明したが、灯油等の液体燃料をガス化させて用いてもよい。

以上のように、本発明にかかる燃焼装置は、都市ガス等の気体燃料やガス化させた灯油等の液体燃料を用い、簡素な構成で軽量でありながら、低ＮＯｘ、低ＨＣにて燃焼させることが可能となるため、給湯や暖房や調理用などの燃焼装置として幅広く適用できる。

本発明の実施の形態１の燃焼装置を示す全体断面図 同燃焼装置の図１のＸ−Ｘ線断面図 同燃焼装置の要部平面図 同燃焼装置の混合気流速に対する二次空気流速の比とＮＯｘ、騒音、ＣＯの関係を示す特性図 同燃焼装置の無口部距離ＬとＮＯｘ、ＣＯの関係を示す特性図 本発明の実施の形態２の燃焼装置を示す要部平面図 第１の従来の燃焼装置を示す全体断面図 第２の従来の燃焼装置を示す全体断面図

符号の説明

２１ 炎口
２２ 一次空気導入口
２３ バーナボディ
３２ 二次空気通路
３３ 二次空気ガイド
３４、３４１ 二次空気口
３５ 無口部

Claims (7)

1. 炎口と一次空気導入口を形成したバーナボディを併設し、前記バーナボディの間に二次空気口を形成するための二次空気ガイドを設け、前記炎口から噴出する混合気流速に対する前記二次空気口から噴出する二次空気流速の比を２以上とした燃焼装置。
2. 炎口から噴出する混合気流速に対する二次空気口から噴出する二次空気流速の比を５以下とした請求項１記載の燃焼装置。
3. 二次空気口と炎口との間の無口部距離を２ｍｍ以上とした請求項１または２記載の燃焼装置。
4. バーナボディを間隔を設けて併設し、形成される隙間を二次空気が通流する請求項１〜３のいずれか１項記載の燃焼装置。
5. 二次空気口は二次空気ガイドのバーナ併設方向中心軸近傍に形成された請求項１〜４のいずれか１項記載の燃焼装置。
6. 二次空気口は、バーナボディ併設方向に直行する方向が長い長穴形状とした請求項１〜５のいずれか１項記載の燃焼装置。
7. 燃料と混合する一次空気の理論空気量に対する比率を０．７以下に設定した請求項１〜６のいずれか１項記載の燃焼装置。

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