JP3702460B2

JP3702460B2 - 多段燃焼装置

Info

Publication number: JP3702460B2
Application number: JP2001096990A
Authority: JP
Inventors: 岳寺崎; 俊雄渡辺
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: JP2002295811A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料濃度の高い濃混合気を噴出させる濃バーナが燃焼空間の上流から下流にかけて濃火炎を多段に形成するように配設され、この燃焼空間に対し燃料濃度の低い希薄混合気を噴出させて燃焼させる濃淡燃焼方式を採る多段燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の多段燃焼装置として、図８に例示するようなものが知られている。このものは、例えば円筒状のハウジング１０１の中心部に円柱状の濃バーナ１０２を配設してドーナッツ円筒状の燃焼空間１０３が区画形成され、この燃焼空間１０３の上流端側（同図の上端側）に燃焼熱により加熱される加熱対象（例えば熱交換器）１０４を配設したものである。上記濃バーナ１０２は、上記燃焼空間１０３の内周側の内面から外周側に向けて濃混合気を吐出させることにより濃火炎１０５，１０５，…が上流側（同図の下側）から下流側（同図の上側）にかけて多段に形成されるように構成されている。そして、その燃焼空間１０３の下流端側（同図の下端側）に淡バーナ１０６を配設し、この淡バーナ１０６から燃焼空間１０３の下流側に向けて希薄混合気を噴出させることによって、上記濃火炎１０５，１０５，…により加熱された燃焼空間１０３において上記希薄混合気を燃焼させるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の多段燃焼装置においては、希薄混合気が燃焼空間１０３の上流端側から下流側に向けて噴出される一方、その燃焼空間１０３の上流側から下流側にかけては濃混合気の吐出による濃火炎１０５，１０５，…が多段に形成されるため、希薄混合気は燃焼空間の下流側にいくに従い燃焼反応が進み、その燃焼に伴う熱膨張により燃焼ガスの体積が燃焼空間１０３の下流に進むに従い増大する。しかるに、上記燃焼空間１０３は上流側から下流側まで横断面における断面積が略一定であるため、燃焼空間の下流側にいくに従い内圧が高まり燃焼ガスの断面流速がどんどん高くなる。このため、燃焼空間１０３の空間的な燃焼負荷の増大に伴い燃焼騒音が増大する上に、燃焼空間１０３における燃焼ガスの滞留時間の減少に伴い未燃成分が増加傾向になるという不都合が生じることになる。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、空間的な燃焼負荷の増大を抑えるように制御して、燃焼騒音の増大や未燃成分の増加を可及的に抑制し得る多段燃焼装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、燃料と空気との混合気であって燃料濃度の高い濃混合気と、燃料濃度の低い希薄混合気とを燃焼室に向けて個別かつ同時に噴出させて燃焼させる濃淡燃焼方式に構成され、上記濃混合気を噴出させて燃焼させる濃バーナが上記燃焼室の燃焼空間に対し上流から下流にかけて濃火炎を多段に形成するように配設される一方、上記希薄混合気を噴出させる淡バーナが希薄混合気を上記濃バーナにより形成される濃火炎の延びる方向に対し交差する方向に噴出させるように上記燃焼空間の上流側位置に配設されている多段燃焼装置を対象として、次の特定事項を備えるようにした。すなわち、上記燃焼室を、その燃焼空間の断面積が上流から下流にいくに従い連続的もしくは段階的に拡大するように形成し、上記各濃バーナの濃火炎による加熱によって上記淡バーナからの希薄混合気を燃焼させる一方、上記希薄混合気の余剰空気によって上記濃火炎を完全燃焼させる構成とした（請求項１）。
【０００６】
この請求項１によれば、淡バーナから噴出された希薄混合気が燃焼空間の下流側にいくに従い濃火炎に接触して加熱されて燃焼反応が進行し、この燃焼反応の進行に伴い燃焼ガスが熱膨張しても、燃焼空間が上流から下流にいくに従い拡大するように形成しているため、燃焼ガスの断面流速の増加が抑制され、これにより、燃焼騒音の増大や未燃成分の増加が抑制されることになる。つまり、空間的な燃焼負荷の増大を抑えるように制御して、燃焼ガスの断面流速の増加に伴う燃焼騒音の増大や未燃成分の増加を抑制することが可能になる。しかも、これらの燃焼ガスの断面流速の増加抑制の度合を、燃焼空間の拡大の度合を調整することにより、所定のものに制御し得ることになる。また、濃火炎による加熱によって希薄混合気が燃焼される一方、その希薄混合気の余剰空気によって上記濃火炎が完全燃焼されるため、空気過剰率が極めて高い可燃限界近傍の超希薄混合気であっても安定的に燃焼させることが可能になり、これにより、高ＴＤＲ（ターンダウンレシオ；燃料の質量流量の最小値と最大値との比、燃焼範囲の広狭となって表れる）や、低ＮＯx燃焼を実現させることが可能になる。
【０００７】
上記発明をより具体化した構成として、燃焼空間として上流側から下流側に向けて断面積が増大する円錐状に区画形成し、濃バーナを上記燃焼空間の外周面から濃火炎を内周側に向けて形成するように配設することもできる（請求項２）。
あるいは、燃焼空間として外周側の内面を円筒状の周面により区画する一方、内周側の内面を中心側位置に配設された濃バーナの外周面により区画し、上記濃バーナを、上流側から下流側に向けて断面積が低減する円錐状に形成し、かつ、濃火炎が外周側に向けて形成される構成とすることもできる（請求項３）。
【０００８】
以上の請求項２又は請求項３の濃バーナの濃火炎形成部に対し、濃火炎の上流側位置に希薄混合気の流れから濃火炎を保護する保炎板を突出して配設するようにしてもよい（請求項４）。この場合には、濃火炎の基部が保炎板により保護されるため、希薄混合気の噴出速度が速くても、その希薄混合気の流れにより濃火炎が不安定化することなく、安定した濃火炎が形成され希薄混合気の燃焼反応をより確実に進行させることが可能になる。
【０００９】
また、上記の請求項２又は請求項３の濃バーナを濃火炎形成部が上流側から下流側に向けて階段状になるように形成してもよい（請求項５）。この場合には、階段状の各段差により濃火炎の基部が保護されることになるため、上記の請求項４の保炎板を追加しなくても、濃火炎を安定して形成し希薄混合気の燃焼反応をより確実に進行させることが可能になる。
【００１０】
以上の請求項１〜請求項５のいずれかの濃バーナとしては、上下流両側の各段の両濃火炎が互いに干渉しない位置に形成される構成とするのが好ましい（請求項６）。この場合には、多段配置とされる各濃火炎に対する希薄混合気の接触面積が増大するため、希薄混合気及び濃混合気をより確実に完全燃焼させ得て、ＮＯx発生量の低減化や未燃成分の発生の抑制が図られることになる。
【００１１】
また、以上の請求項１〜請求項６のいずれかの燃焼空間の内面に対し、希薄混合気の流れを濃バーナの濃火炎の側に向ける流れ制御板を設けるようにしてもよい（請求項７）。この場合には、濃バーナが燃焼空間を挟む一側に設けられている場合には、他側位置に上記流れ制御板を設けることにより、燃焼空間に噴出される希薄混合気をより積極的に濃火炎と接触させることが可能になり、希薄混合気の燃焼反応の進行をより促進させることが可能になる。
【００１２】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１の多段燃焼装置によれば、燃焼空間が上流から下流にいくに従い拡大するように形成しているため、希薄混合気の燃焼反応の進行に伴い燃焼ガスが熱膨張しても、燃焼ガスの断面流速の増加を抑制することができ、これにより、燃焼騒音の増大や未燃成分の増加を抑制することができる。しかも、これらの燃焼ガスの断面流速の増加抑制の度合を、燃焼空間の拡大の度合を調整することにより、所定のものに制御することができるようになる。また、希薄混合気を完全燃焼させることができるため、高ＴＤＲや低ＮＯx燃焼を実現させることができる。
【００１３】
請求項２又は請求項３によれば、上記請求項１の燃焼空間をより具体的に特定することができ、上記請求項１による効果をより具体的に得ることができるようになる。
【００１４】
請求項４によれば、上記請求項２又は請求項３において保炎板により濃火炎の基部を保護することができ、噴出された希薄混合気の流れにより濃火炎を不安定化させることなく、安定した濃火炎の形成により希薄混合気の燃焼反応をより確実に進行させることができるようになる。
【００１５】
請求項５によれば、上記請求項２又は請求項３において濃バーナを階段状に形成することにより、請求項４の如き保炎板を設けることなく、濃火炎の基部を保護することができ、上記と同様に濃火炎の安定的形成により希薄混合気の燃焼反応をより確実に進行させることができるようになる。
【００１６】
請求項６によれば、上記請求項１〜請求項５のいずれかにおいて、多段配置とされる各濃火炎に対する希薄混合気の接触面積を増大させることができ、希薄混合気及び濃混合気をより確実に完全燃焼させることができるようになる。
【００１７】
請求項７によれば、以上の請求項１〜請求項６のいずれかにおいて、流れ制御板を設けることにより、燃焼空間に噴出される希薄混合気をより積極的に濃火炎と接触させることができ、希薄混合気の燃焼反応の進行をより促進させることができるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る多段燃焼装置を示し、２は内筒２１及び外筒２２を有し二重筒状に構成されたハウジング、３はハウジング２の中心軸Ｘに沿って配設された濃バーナ、４はこの濃バーナ３と上記ハウジング２の内筒２１との間に区画形成されたドーナッツ筒状の燃焼室、５はこの燃焼室の下流端側（同図において上端側）に配設された加熱対象である熱交換器、６は上記燃焼室４の上流端側（同図において下端側）に配設された淡バーナである。
【００２０】
上記ハウジング２の内外の両筒２１，２２間には冷却媒体として水を用いる冷却水室７が区画形成され、この冷却水室７は入口７ａから供給された水により上記燃焼室４の外周壁を構成する内筒２１を冷却し、燃焼熱により加熱される内筒２１との間での熱交換により予熱された水を出口７ｂから上記熱交換器５に供給するようになっている。また、上記濃バーナ３の内部には冷却水配管８が濃火炎形成部３１を構成する壁の内面に接触した状態で配設され、冷却水配管８に通される冷却水により上記濃火炎形成部３１の冷却を行うようになっている。
【００２１】
上記濃バーナ３は、燃焼室４の上流側から下流側に向けて断面積が徐々に減少するような所定の傾斜角αを有する円錐状に形成されており、これにより、燃焼室４の燃焼空間４１が上流側から下流側に向けてその断面積が所定の変化率（上記傾斜角度αに相当する拡がり角度）で徐々に増大されるように形成されている。上記濃バーナ３の内部には濃混合気が供給されるガス室３２を有し、外周面には濃火炎形成部３１が設定されている。この濃火炎形成部３１には、燃焼室４の上流側から下流側にかけて複数の炎孔３３，３３，…が多段（少なくとも２段；図１には７段の例を図示している）に設定されている。つまり、上記濃火炎形成部３１には、燃焼室４の上流側から下流側にかけて所定間隔を隔てた各段毎に炎孔形成位置が設定され、各炎孔形成位置毎に上記中心軸Ｘを中心として放射方向に多数の炎孔３３，３３，…が形成されている。これにより、上記濃バーナ３は、上記ガス室３２に供給された濃混合気Ｒが各炎孔３３から吐出されて燃焼空間４に対し上流側から下流側にかけて濃火炎９を多段に形成するようになっている。また、上記の各炎孔３３の下側位置（燃焼空間４の上流側位置）には保炎板３４が濃火炎形成部３１の外周面から突出して形成され、これにより、各濃火炎９の基部を上記淡バーナ６から噴出される希薄混合気Ｌにより乱されないように保護して安定させるようになっている。なお、上記上下流方向に相隣接する各段の炎孔３１は上下流方向に両濃火炎９，９が互いに干渉しない程度に離して位置設定されている。これにより、希薄混合気Ｌと各濃火炎９とが確実に接触し得るようにしている。
【００２２】
上記淡バーナ６は上記燃焼室４の上流端面（図１の下端面）に多数の噴孔６１，６１，…が燃焼空間４１に臨んで開口するように配設されたものである。そして、上記淡バーナ６は、ドーナッツ環状のガス室６２に供給された希薄混合気Ｌが各噴孔６１から燃焼空間４１に向けて上方に所定の噴出速度で噴出されるようになっている。
【００２３】
上記の濃バーナ３のガス室３２に供給される濃混合気Ｒと、淡バーナ６のガス室６２に供給される希薄混合気Ｌとは、燃料ガス（例えばプロパン）と空気とが所定の燃料濃度で予混合されて空気過剰率が１未満の濃混合気Ｒと、１以上の希薄混合気Ｌとが生成されるようになっている。なお、濃混合気Ｒ及び希薄混合気Ｌの混合燃料はプロパン等の気体燃料であっても石油等の液体燃料であってもよい。液体燃料の場合には気化させた後に空気と予混合すればよい。そして、上記希薄混合気Ｌは所定の供給圧（流量）でガス室６２に供給されて各噴孔６１からこの希薄混合気Ｌの燃焼速度よりも速い噴出速度で噴出されるようになっている。すなわち、各噴孔６１位置に希薄混合気Ｌによる淡火炎を形成させずに、つまり淡火炎が保持されずに上記燃焼空間４１に向けて噴出され、この燃焼空間４１において多段に形成される濃火炎９，９，…により加熱されて順次燃焼反応が生じるような噴出速度に設定されている。このような噴出速度を実現するには、希薄混合気の空気過剰率等に応じて燃焼速度を想定し、この燃焼速度に基づいて所定（例えば燃焼速度の数倍から数十倍）の噴出速度を設定し、この設定した噴出速度になるように希薄混合気Ｌの供給圧（圧力や流量）を制御するようにすればよい。
【００２４】
以上の多段燃焼装置では、燃焼空間４１の上流側から下流側にかけて濃火炎９，９，…が外周側に向けて多段に形成された状態で、上記燃焼空間４１の上流端側から希薄混合気Ｌが下流に向けて上記の所定の噴出速度で噴出される。つまり、各濃火炎９の延びる方向に対し略直交して交差する方向に希薄混合気Ｌが噴出される。すると、噴出された希薄混合気Ｌは各噴孔６１位置には火炎を形成せずに、下流側にいくに従い濃火炎９に接触して加熱されて燃焼反応が進行し、熱交換器５手前の燃焼空間４１内において希薄混合気Ｌ及び濃混合気Ｒは共に燃焼を完結して完全燃焼される。つまり、濃火炎９，９，…による加熱によって上記淡バーナ６からの希薄混合気Ｌが燃焼される一方、その希薄混合気Ｌの余剰空気によって上記濃火炎９，９，…が完全燃焼されることになる。このため、空気過剰率が２．０近傍というような可燃限界近傍の超希薄混合気であっても安定的に燃焼させることが可能になり、これにより、極めて高いＴＤＲ（例えば１：１０以上）や、低ＮＯx燃焼（例えば３０ppm以下；Ｏ₂＝０％換算）を実現させることが可能になる。そして、燃焼ガスが上記熱交換器５に流入してその燃焼熱により熱交換器５が加熱される。
【００２５】
上記の燃焼反応の進行の際に、燃焼空間４１が下流側にいくに従いその断面積が拡大するようにされているため、燃焼反応の進行に伴い熱膨張しても燃焼ガスの断面流速の増加が抑制され、これにより、燃焼騒音の増大や未燃成分の増加を抑制することができるようになる。つまり、燃焼空間４１の下流側に向けての拡がりの度合を調整することにより、上記燃焼ガスの断面流速を上流から下流へ向けて一定にしたり、上流側断面の流速に比して下流側断面の流速を所定増加量もしくは減少量のある範囲に抑えたりというように制御し得ることになる。
【００２６】
このような制御において、燃焼ガスの断面流速と、燃焼空間４１の拡がり角度（本実施形態では濃バーナ３の傾斜角度αに相当）βとの関係の一例を示すと、燃焼ガスの断面流速として最上流断面の流速をＶ、最下流断面の流速をＶoとした場合、Ｖo＝（Ｖ／２）〜３Ｖとするには、β＝５５度〜５度に設定すればよい。つまり、燃焼空間４１の拡がり角度βを大きくする程、最上流断面流速Ｖに対する最下流断面流速Ｖoの比率を小さくすることができ、また、所定の拡がり角度βを設定することにより、最上流断面流速Ｖと最下流断面流速Ｖoとを等しくすることができる。そして、燃焼空間４１の拡がり角度βがあまりに小さいと、最下流断面流速Ｖoが最上流断面流速Ｖに比してかなり速くなる。しかし、この場合であっても、従来の如き燃焼空間の断面積が上流から下流まで略一定の場合（図８参照）と比して、燃焼ガスの断面流速の増加抑制を図ることができ、その増加抑制の分だけ上記の効果を得ることができる。
【００２７】
なお、上記の燃焼反応の進行の際に、燃焼空間４１を区画形成するハウジング２の内筒２１と、濃バーナ３の濃火炎形成部３１とが共に冷却水により冷却され、これらに接触して燃焼炎が冷却作用を受けるため、これによっても、低ＮＯx燃焼が実現される。
【００２８】
＜第２実施形態＞
図２は、本発明の第２実施形態に係る多段燃焼装置を示す。この第２実施形態は濃バーナ３ａとしてその濃火炎形成部３１ａが階段状に形成されたものを用いる点でのみ第１実施形態と異なり、他の構成要素は第１実施形態と同じである。
このため、第１実施形態と同じ構成要素には、第１実施形態と同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２９】
上記濃バーナ３ａは燃焼空間４１の上流端側（図２の下端側）から下流端側（同図の上端側）に行くに従い外径が段階的に減少する円筒を順に積み重ねたように形成されたものである。そして、上記濃火炎形成部３１ａは、上記外径が変化する段差毎にその付け根位置に濃混合気Ｒが吐出される炎孔３３，３３，…を形成したものである。このように各炎孔３３の位置を上記の如く各段差の付け根位置に設定したことにより、各炎孔３３に形成される濃火炎の基部が保護されるため、第１実施形態における保炎板３４（図１参照）を省略することができるようになる。
【００３０】
なお、この第２実施形態での燃焼空間４１の拡がり角度βは、上記濃火炎形成部３１ａの平均傾斜角度によって定まることになる。
【００３１】
この第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の作用・効果が得られることになる。
【００３２】
＜第３実施形態＞
図３は、本発明の第３実施形態に係る多段燃焼装置を示す。この第３実施形態は燃焼空間４１内において希薄混合気Ｌの流れを濃バーナ３ａの濃火炎９，９，…の側に向ける流れ制御板１０，１０，…が設けられている点でのみ上記第２実施形態と異なり、他の構成要素は第１及び第２実施形態と同じである。このため、第１及び第２実施形態と同じ構成要素には、第１及び第２実施形態と同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３３】
上記流れ制御板１０，１０，…はそれぞれ内径を異ならせたドーナッツ環状板により構成され、それぞれ外周部がハウジング２の内筒２１の内周面に対し固定されている。各流れ制御板１０は内筒２１の内周面に沿って上昇する希薄混合気Ｌの流れを多段位置毎に形成される濃火炎９，９，…の方に向けて流れるように変更させるものであり、上記各段の濃火炎９，９，…に対応して位置設定されている。また、上記流れ制御板１０，１０，…の内径は、各内周面と、同じ水平面での濃火炎形成部３１ａの外周面との間のドーナッツ状の開口面積が上流側から下流側に向けて順に増加するように設定されている。
【００３４】
この第３実施形態の場合、第１及び第２実施形態による作用・効果に加えて、淡バーナ６から噴出される希薄混合気Ｌの内、燃焼空間４１の濃バーナ３ａとは離れた側の内筒２１の内周面側に沿って上昇する希薄混合気Ｌを濃火炎９，９，…の側に流れるように制御することができ、希薄混合気Ｌを濃火炎９，９，…と積極的に接触させて希薄混合気Ｌの燃焼反応の促進を図ることができる。
【００３５】
なお、上記の流れ制御板１０としては、上記の如くドーナッツ環状板により構成するのではなくて、円弧状の板により構成して内筒２１の周方向の一部に固定するようにしてもよい。この場合でも、希薄混合気Ｌを内筒２１の内周面側から濃火炎９，９，…の側に流れを変えることができる。また、本第３実施形態の流れ制御板１０を第１実施形態に付加してもよい。
【００３６】
＜第４実施形態＞
図４は、本発明の第４実施形態に係る多段燃焼装置を示す。この第４実施形態は上記の第３実施形態に対しさらに第２淡バーナ１１を付設したものであり、その他の点は第３実施形態と同じである。このため、第３実施形態と同じ構成要素には、第３実施形態と同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３７】
上記第２淡バーナ１１はドーナッツ円筒状に構成されて内筒２１の内周面側位置に配設されたものである。そして、上記第２淡バーナ１１は、内周壁１１１の背後にガス室１１２が区画形成され、上記内周壁１１１に対し燃焼空間４１に向けて希薄混合気Ｌを噴出する噴孔１１３，１１３，…が形成されている。各噴孔１１３の位置は各流れ制御板１０の直ぐ上側位置に設定され内周側に向けて希薄混合気Ｌが噴出されるようになっている。上記ガス室１１２には例えば弁の開閉切換えにより第１淡バーナ６のガス室６２と同時に、あるいは、いずれか一方を選択して希薄混合気Ｌが所定の供給圧で供給されるようになっている。
【００３８】
この第４実施形態の場合には第３実施形態と同様の作用・効果に加えて、次のような作用・効果が得られる。例えば、当初は第１淡バーナ６からだけ希薄混合気Ｌを噴出させて燃焼作動させ、その途中で、燃焼状況（昇温度合等）に応じて第２淡バーナ１１からも希薄混合気Ｌを噴出させたり、あるいは、当初から第１及び第２の両淡バーナ６，１１から希薄混合気Ｌを噴出させたりというように、燃焼空間４１に対し希薄混合気Ｌを噴出させる範囲を変更調整することができるようになる。
【００３９】
＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記第１〜第４実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記第１〜第４実施形態では、ハウジング２，２ａの横断面形状を円形にして燃焼空間４１を円環状に構成しているが、燃焼空間の横断面形状自体は円環状に限らず他の種々の形状を採用してもよい。例えば、燃焼空間の横断面形状として矩形，三角形もしくは多角形等を採用してもよい。
【００４０】
上記第１〜第４実施形態では、淡バーナ６の各噴孔６１から希薄混合気Ｌを上方（燃焼空間の下流側）に向けて噴出させているが、各噴孔６１の向きをさらに周方向にも所定量だけ傾けることにより燃焼空間４１に対し希薄混合気Ｌが旋回流となって噴出させるようにしてもよい。
【００４１】
上記第１〜第４実施形態では、燃焼空間４１の下流側を上に、上流側を下にした状態で説明したが、燃焼空間４１の上下流方向が横向きになるようにして多段燃焼装置を使用してもよい。
【００４２】
上記第１〜第４実施形態では、濃バーナ３，３ａを燃焼空間４１の中心側位置（内周側位置）に配設したものを示したが、逆に燃焼空間の外周側位置に配設するようにしてもよい。このような例としては次のような種々の形態を採用することができる。
【００４３】
第１として、図５に示すように、ハウジング２ｂを淡バーナ６ａが配設された上流端側から下流側（同図の上方側）に向けて拡がるラッパ状に形成し、このハウジング２ｂの内周面に沿って螺旋状に配設した濃混合気供給パイプ３１ｂによって濃バーナ３ｂを構成する。この濃混合気供給パイプ３１ｂが濃火炎形成部を構成することになる。そして、この濃混合気供給パイプ３１ｂに対し所定間隔毎に炎孔３３ｂを斜め上方（斜め下流側）に向けて開口させて、濃火炎９，９，…を燃焼空間４１の周囲の多段位置から斜め上方に向けて形成する。この場合、淡バーナ６ａから噴出される希薄混合気Ｌが各濃火炎９により加熱されて順次燃焼反応が進行し図５に符号４２で示す領域で燃焼されることになる。また、各炎孔３３ｂが斜め上方に向けて開口されているため、上方（燃焼空間の下流側）に向けて噴出される希薄混合気Ｌの流れの影響を受け難くなり、濃火炎９，９，…の保炎性能を向上させることができる。さらに、燃焼空間４１の外周側に位置する濃混合気供給パイプ３１ｂが螺旋状に燃焼空間の下流側に向けて配設されているため、燃焼空間４１の外周側に沿って流れる希薄混合気Ｌを濃火炎９，９，…に導く流れ制御板（例えば図３の符号１０参照）と同様の効果を得ることができることになる。なお、上記濃混合気供給パイプ３１ｂに対し上流側（図面の下側）及び下流側（図面の上側）の双方から濃混合気Ｒを供給してもよいし、上記濃混合気供給パイプ３１ｂに対し上流側（図面の下側）から濃混合気Ｒを供給し、下流側（図面の上側）を閉塞させるようにしてもよい。この場合には、炎孔３３ｂの孔径を下流側にいくに従い小さくなるように設定すればよい。
【００４４】
第２として、図６に示すように、円筒状のハウジング２ｃの内部に、淡バーナ６ａが配設された上流端側から下流側（同図の上方側）に向けてラッパ状に拡がるように螺旋状にかつ互いに密着させて巻回した濃混合気供給パイプ３１ｃを配設し、この濃混合気供給パイプ３１ｃによって濃バーナ３ｃを構成すると同時に、燃焼空間４１をも区画形成する。なお、この濃混合気供給パイプ３１ｃにより濃火炎形成部が構成される。そして、この濃混合気供給パイプ３１ｃに対し上記と同様に所定間隔毎に炎孔３３ｃを斜め上方（斜め下流側）に向けて開口させて、濃火炎９，９，…を燃焼空間４１の周囲の多段位置から斜め上方に向けて形成する。これにより、淡バーナ６ａから噴出される希薄混合気Ｌが各濃火炎９により加熱されて順次燃焼反応が進行し燃焼空間４１の中心軸に沿った領域４２で燃焼されることになる。なお、各炎孔３３ｃが斜め上方に向けて開口されている点、燃焼空間４１の外周側に位置する濃混合気供給パイプ３１ｃが螺旋状に燃焼空間の下流側に向けて配設されている点による作用・効果は上記と同様である。
【００４５】
第３として、図７（ａ）に示すように濃バーナ３ｄ自体を、淡バーナ６ａが配設された上流端側から下流側（同図の上方側）に向けて拡がるラッパ状に形成し、この濃バーナ３ｄにより燃焼室４を区画形成するようにしてもよい。そして、燃焼空間４１の内周側（中心軸側）に向けて濃混合気Ｒを吐出させて濃火炎を形成する。
【００４６】
第４として図７（ｂ）に示すように濃バーナ３ｅは円筒状に形成するものの、内部に円錐状の部材１２を配設し、上記濃バーナ３ｅと円錐状部材１２とで燃焼室４を区画形成するようにしてもよい。そして、濃バーナ３ｅの内周面から円錐状部材１２に向けて濃混合気Ｒを吐出して濃火炎を形成する一方、円錐状部材１２の下端周囲から燃焼空間４１に向けて上方に希薄混合気Ｌを噴出させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す断面説明図である。
【図２】第２実施形態を示す図１対応図である。
【図３】第３実施形態を示す図１対応図である。
【図４】第４実施形態を示す図１対応図である。
【図５】他の実施形態を示す断面説明図である。
【図６】図５以外の他の実施形態を示す図５対応図である。
【図７】図５及び図６以外の他の実施形態を示す断面説明図であり、図７（ａ）はラッパ状濃バーナを採用した場合、図７（ｂ）は円筒状濃バーナを採用した場合をそれぞれ示す。
【図８】従来の多段燃焼装置を示す図１対応図である。
【符号の説明】
３，３ａ〜３ｅ濃バーナ
４燃焼室
６，６ａ，１１淡バーナ
９濃火炎
１０流れ制御板
３１，３１ａ濃火炎形成部
３１ｂ，３１ｃ濃混合気供給パイプ（濃火炎形成部）
３３濃混合気の炎孔
３４保炎板
４１燃焼空間
６１希薄混合気の噴孔
Ｌ希薄混合気
Ｒ濃混合気

Claims

燃料と空気との混合気であって燃料濃度の高い濃混合気と、燃料濃度の低い希薄混合気とを燃焼室に向けて個別かつ同時に噴出させて燃焼させる濃淡燃焼方式に構成され、上記濃混合気を噴出させて燃焼させる濃バーナが上記燃焼室の燃焼空間に対し上流から下流にかけて濃火炎を多段に形成するように配設される一方、上記希薄混合気を噴出させる淡バーナが希薄混合気を上記濃バーナにより形成される濃火炎の延びる方向に対し交差する方向に噴出させるように上記燃焼空間の上流側位置に配設されている多段燃焼装置であって、
上記燃焼室はその燃焼空間の断面積が上流から下流にいくに従い連続的もしくは段階的に拡大するように形成され、
上記各濃バーナの濃火炎による加熱によって上記淡バーナからの希薄混合気を燃焼させる一方、上記希薄混合気の余剰空気によって上記濃火炎を完全燃焼させるように構成されている
ことを特徴とする多段燃焼装置。
請求項１に記載の多段燃焼装置であって、
燃焼空間は上流側から下流側に向けて断面積が増大する円錐状に区画形成され、濃バーナは上記燃焼空間の外周面から濃火炎を内周側に向けて形成するように配設されている、多段燃焼装置。
請求項１に記載の多段燃焼装置であって、
燃焼空間は外周側の内面が円筒状の周面により区画される一方、内周側の内面が中心側位置に配設された濃バーナの外周面により区画されており、
上記濃バーナは、上流側から下流側に向けて断面積が低減する円錐状に形成され、かつ、濃火炎を外周側に向けて形成するように構成されている、多段燃焼装置。
請求項２又は請求項３に記載の多段燃焼装置であって、
濃バーナの濃火炎形成部には、濃火炎の上流側位置に希薄混合気の流れから濃火炎を保護する保炎板が突出して配設されている、多段燃焼装置。
請求項２又は請求項３に記載の多段燃焼装置であって、
濃バーナは濃火炎形成部が上流側から下流側に向けて階段状になるように形成されている、多段燃焼装置。
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の多段燃焼装置であって、
濃バーナは、上下流両側の各段の両濃火炎が互いに干渉しない位置に形成されるように構成されている、多段燃焼装置。
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の多段燃焼装置であって、
燃焼空間の内面には、希薄混合気の流れを濃バーナの濃火炎の側に向ける流れ制御板が設けられている、多段燃焼装置。