JPH0849808A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】燃焼装置の振動燃焼の抑制をはかること。 【構成】炎孔部８の入口側と出口側に音響的閉端部２
３、２４を設け、これらの閉端部２３、２４の間に火炎
２１、２９が位置するように燃焼装置を構成し、入口側
に緩衝室６を設ける。このように、燃焼装置の炎孔部８
の入口側と出口側を音響的閉端部にすると、容易に振動
燃焼が発生する。このとき入口側閉端部の上流側に給気
管１を、出口側閉端部の下流側に排気管５を連通させる
と、給気管１および排気管５の長さを変化させても、振
動燃焼が発生する空気比、燃焼量は一定であり、しかも
振動周波数、振動圧力は一定である。このような条件
で、入口側の緩衝室６に吸音部２２を設けると、振動は
発生せず、しかも給気管１、排気管５を長くしても振動
は発生しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用、民生用の燃焼
装置、特に振動燃焼を防止出来る燃焼装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】最近、産業用、民生用の燃焼装置では、
その大きさをより小型にすること、燃焼ガスをよりクリ
ーンにするためＮＯＸやＨＣの排出を減少すること、又
ターンダーンレシオ（燃料供給量の可変幅）をより拡大
すること等が要求されている。そしてこれらの要求を満
足するため、高負荷燃焼や可燃限界近傍で燃焼すること
が要求されてきた。その結果、火炎の変動が大きくな
り、振動燃焼がしばしば発生していた。

【０００３】従来、その振動燃焼を防止するには、予混
合燃焼では燃料と空気の予混合割合の調節により火炎を
長くしたり、あるいは炎孔面積を大きくして、燃焼反応
を弱くすることにより、振動燃焼を防止することが行わ
れてきた。さらに、燃焼装置内の流れの抵抗を増加させ
たり、振動を吸収するために防振材を挿入したり、ある
いは消音器を設置することも行われてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高負荷
燃焼や、低ＮＯＸ燃焼を行う場合、火炎は短いほうがよ
く、また高負荷燃焼に限ると炎孔面積は小さいほうがよ
いから、これらの振動燃焼を防止する方法では振動燃焼
を抑制することが難しくなってきた。特に、吸排気管の
長さを変化させるような強制給排気型の燃焼装置（ＦＦ
燃焼装置）あるいは煙突を用いる燃焼装置では、これら
の長さが変わると、発生する振動周波数や振動圧力が変
化したり、あるいは振動燃焼が発生したりしなかったり
した。そのため、振動燃焼を防止することが一層困難で
あった。

【０００５】本発明は、このような従来の燃焼装置の課
題を考慮し、高負荷燃焼や低ＮＯＸ燃焼などの燃焼装置
の高性能化に伴う振動燃焼を防止することを目的とする
ものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、燃焼室及び炎
孔部で構成された燃焼部と、前記燃焼部へ燃焼用空気を
供給する送風部と、前記送風部側に接続された給気管
と、前記燃焼部側に接続された排気管と、前記炎孔部の
上流側に設けられている入口反射面と、前記燃焼室の下
流側に設けられている出口反射面とを備え、前記入口反
射面と出口反射面は、その双方の反射面で形成される音
響空間の固有振動数が、前記給気管及び／又は排気管の
大きさ、長さ等の変更によって影響を実質上受けないよ
うに、配置され、さらに、前記入口反射面及び／又は出
口反射面には、前記音響空間の固有振動数から特定され
る所定の周波数の音を吸収する吸音材が設けられている
ことを特徴とする燃焼装置である。

【０００７】また、本発明は、例えば、燃焼装置の燃焼
部の入口側と出口側に音響的閉端部を設け、これらの閉
端部の間に火炎が位置するように燃焼装置を構成し、入
口側に入口緩衝室を設ける。入口緩衝室には吸音材から
なる吸音部を設ける。

【０００８】また、本発明は、吸音部とファンの間に絞
り部を設ける。炎孔部の断面積を燃焼部で最も小さく
し、液体燃料の気化部は流れ抵抗の小さなロータリ式気
化装置を採用する。炎孔部の断面積は燃焼部で最も小さ
くする。

【０００９】また、燃焼装置の燃焼部の入口側に音響的
閉端部を設け、この閉端部から燃焼室内に炎孔を突出さ
せて燃焼装置を構成し、入口側に入口緩衝室を設ける。
入口緩衝室とファンの間に絞り部を設ける。液体燃料の
気化部は流れ抵抗の小さなロータリ式気化装置を採用す
る。

【００１０】

【作用】レーリーとパットナムは、燃焼装置での振動燃
焼の発生条件は燃焼装置の音響特性から判断できるとし
た。そして、圧力の節と腹の間に火炎がある場合に振動
し、圧力の腹と節の間に火炎がある場合振動しないこと
を明らかにした。この振動条件は認められている。ただ
し、振動条件になっていても、その変動が小さいと振動
しない場合がある。外部から振動を与えると、上記燃焼
装置の構成により、定在波が発生する。その時、火炎は
振動しない条件とすると、振動は減衰し、定在波は止ま
る。一次燃焼室の燃焼板で圧力の腹をとるようにすると
火炎は振動の腹の下流側に位置するので、振動は発生し
にくく、しかも給気管を長くしても振動は発生しない。
さらに、入口側の音響閉端部に緩衝室を設け、緩衝室と
ファンの間に絞り部を設けると、入口緩衝室全体で圧力
の腹となる。緩衝室に給気管を設置してもこの腹の位置
はかわらない。このとき、圧力の腹と節の間に火炎があ
るので振動がきわめて発生しにくい。

【００１１】本発明では、例えば、燃焼装置の炎孔部の
入口側と出口側を音響的閉端部にすると、容易に振動燃
焼が発生する。このとき入口側閉端部の上流側に給気管
を、出口側閉端部の下流側に排気管を連通させると、給
気管および排気管の長さを変化させても、振動燃焼が発
生する空気比、燃焼量は一定であり、しかも振動周波
数、振動圧力は一定である。このような条件で、入口側
の音響閉端部に吸音材を設けると、振動は発生せず、し
かも給気管、排気管を長くしても振動は発生しない。

【００１２】また、例えば、炎孔部の断面積を燃焼部で
最も小さくすると、出口反射板で腹、燃焼板で腹となる
振動が発生し、振動周波数を高くすることができる。振
動数は高いほど振動防止が容易になる。

【００１３】さらに、吸音部とファンの間に絞り部を設
けると、入口緩衝室全体で振動圧力の腹が形成され、振
動防止が容易になる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１５】図１は本発明の燃焼装置における一実施例
の断面詳細図である。本燃焼装置は給気管１、送風部
２、燃焼部３、熱交換器４、排気管５からなる。燃焼部
３は入口緩衝室６、混合室７、炎孔部８、燃焼室９、出
口緩衝室１０からなる。ここで、緩衝室は入口緩衝室６
のように、区切られた部分を意味することも、出口緩衝
室１０のように、区切られていない単なる空間の一角を
意味することもある。炎孔部８には多数の炎孔１１が穿
孔され、周囲には燃焼板１２が設置され、二次空気孔１
３を設けている。燃焼板１２の下流部には燃焼室９と出
口緩衝室１０が装着されている。混合室７には、燃料供
給路１４が接続され、ここから燃料１５が混合室７に供
給される。混合室７の中で燃料１５と燃焼用空気１６が
混合され、予混合気１７となる。燃焼用空気１６は空気
取入口１８から混合室７に流入する。

【００１６】送風部２はモータ１９、ファン２０からな
り、燃焼用空気１６はモータ１９で駆動されるファン２
０により給気管１から吸入され、入口緩衝室６を通って
混合室７で燃料１５と混合する。予混合気１７は炎孔１
１から燃焼室９に流入し、着火すると予混合火炎２１を
形成する。高温となった燃焼ガス１２２は、その熱の一
部が燃焼室９の壁を介して熱交換されるが、その後、熱
交換器４を通過する際に熱交換され、低温となって排気
管５から大気に放出される。

【００１７】入口緩衝室６の底（図面上左側）は入口反
射面２３となっている。入口緩衝室６には吸音材からな
る入口吸音部２２を設けている。燃焼室９の下流側は出
口緩衝室１０となっており、その底（図面上右側）は出
口反射面２４である。入口緩衝室６の入口、出口緩衝室
１０の出口は入口反射面２３、出口反射面２４とほぼ垂
直となっており、できるだけその断面積は小さいほうが
よい。燃焼室９と熱交換器４は連通筒２５で接続されて
いる。連通筒２５は出口反射面２４とほぼ垂直に設置さ
れている。音響的に出口反射面２４を閉端にするには連
通筒２５の断面積をできるだけ小さくするほうがよい。
しかし、小さくし過ぎると、燃焼ガス１２２の流れ抵抗
が大きくなり、送風部２の能力を上げるため騒音が大き
くなる。従って、閉端を満足するように断面積を確保し
なければならない。

【００１８】熱交換器４の出口には排気管５が接続さ
れ、排気管５の一方の出口には給排気筒２６が接続され
ている。給排気筒２６は外側が給気管１に内側が排気管
５になるように同軸となっており、外側を低温の燃焼用
空気１６が、内側を高温の燃焼排ガス１２２が流れる。
この場合、給気管１と排気管５は長さは調節が可能にな
っており、それらの先端は音響的に開放端となってい
る。本実施例の燃焼装置では、給気管１、排気管５の長
さに関わらず、振動の発生を抑えることが出来る。

【００１９】入口緩衝室６とファン２０は給気孔２７を
介して接続されている。ファン２０の入口には給気管１
が接続されており、給気管１は長さを変えることができ
給排気筒２６の外側に接続されている。給気孔２７は入
口反射面２３の垂直方向に対してほぼ直角に位置してい
る。

【００２０】炎孔部８で予混合気１７に着火すると予混
合火炎２１が形成される。燃焼板１２の下流側には多数
の二次空気孔１３が穿孔されており、二次空気孔１３か
らは二次空気２８が供給され拡散燃焼する二次火炎２９
を形成する。燃焼室９で完全燃焼した後、燃焼ガス２３
は、出口緩衝室１０、連通筒２５を通って熱交換器４へ
と流入する。

【００２１】図１において吸音材を取り外すと図２のよ
うな構成となる。入口緩衝室６の内部が単なる空間３０
１になり、燃焼時に振動燃焼が発生する。この振動燃焼
は、入口緩衝室６の底部の入口反射面２３と出口反射面
２４とを音響的に閉端とする振動である。振動燃焼が発
生すると単一周波数の圧力変動が燃焼装置内に、燃焼室
９の外には同じ周波数の騒音が検知される。この場合、
定在波は給気管１、排気管５を除いた部分で発生するの
で、従来のように、燃焼装置全体で振動する場合よりも
振動周波数は大きく比較的高周波の振動が発生する。こ
の場合、入口反射面２３、出口反射面２４では圧力の極
大値が観測される。図１２は、その圧力状況を説明する
ための簡略説明図である。この図においては、送風機
は、入口緩衝室内に位置させている。通常三次の定在波
が発生する。全長が５００ｍｍでは、振動周波数は着火
して燃焼装置の温度が低い場合は７６０Ｈｚが、そして
安定時には８００Ｈｚまで次第に上昇する。燃焼装置内
は複雑な構造であるため、音響的長さは５００ｍｍより
大きくなる。この振動する傾向は、給気管１、排気管５
の長さを５０ｃｍから１０ｍまで変化させても変わらな
い。従って、給気管１、排気管５の長さは振動燃焼に影
響しないことがわかる。

【００２２】図２の状態から、入口緩衝室６内に上記特
定の定在波に適した吸音材を充填し、再び図１のような
構成にすると、振動が発生しない。また、給気管１、排
気管５の長さを５０ｃｍから１０ｍまで変化させても振
動は発生しなかった。この事からから次のことが解る。
音響的に閉端部の間に予混合火炎２１が位置すると給気
管１、排気管５の長さは振動燃焼の発生条件や振動数に
影響しない。そして、この振動を吸音材により防止する
と、給気管１、排気管５の長さを変化させても振動は発
生しない。一般に、吸音材料は、吸音および吸振特性は
高周波ほど効果が大きいため、発生する振動はできるだ
け高周波がよい。従って、図１２において、出来るだけ
高次の周波数で発振条件になるようにするのがよい。図
１３は、所定の吸音材の吸音特性であって、８００Ｈz
付近に吸音率のピークがある。従って、この吸音材で振
動を効果的に吸音するには、８００Ｈz前後の定在波を
発生させることがよいことになる。

【００２３】ここで、振動燃焼の発振条件は、レーリー
によって与えられ、これは「燃焼装置において、音響的
に１／４波長の位置に火炎が存在すると振動が発生す
る」というものです。この発振条件をパットナムが定式
化して、積分式が次式

【００２４】

【数１】１／γ・∫ｐ・ｈｄｔ＞０ で与えられる。但し、この積分式は１サイクルの積分を
表す。ここで、γは比熱比、ｐは圧力変動、ｈは発熱量
変動であり、ωは角速度、ｔは時間、θはｐとｈの位相
差である。

【００２５】

【数２】ｐ＝｜ｐ｜ｃｏｓ（ωｔ），ｈ＝｜ｈ｜ｃｏｓ
（ωｔ−θ） で与えられる。積分式を解くと、

【００２６】

【数３】ω／（２πγ）・｜ｐ｜｜ｈ｜ｃｏｓθ＞０ となる。従って、

【００２７】

【数４】ｃｏｓθ＞０ となる（エネルギー・資源学会第13回研究発表会講演論
文集,1994.4.13.p153.）。ｐとｈの位相が−π／２から
π／２の間の関係にあると発振することを示している。
すなわち、燃焼装置に発振周波数の振動あるいは音を付
加したとき、流れの方向からみて火炎の位置が振動ある
いは音の節と腹の間に位置するとき、振動燃焼が発生す
るのである。

【００２８】図３は、従来の燃焼装置において基本モー
ドでの発振状況を示した図であり、入口と出口の両端が
共に開放系の場合を示している。火炎の位置が圧力の腹
よりも上流側では発振する。この場合、燃焼装置の入
口、出口では圧力の節となる。火炎の位置を圧力の腹よ
りも下流側に移動すると振動は減衰する。また、ｈが小
さい場合には、積分式は正になる場合があるが、燃焼装
置内で減衰があるため、発振しない。このように、従来
は、振動を防止するために、積分式が０あるいは負にな
るように、ｈとｐの位相を調節することが行われてき
た。また、ｈをできるだけ小さくするために低負荷燃焼
が行われてきた。なお、実際の燃焼装置では、燃焼装置
内部で振動の減衰があるため、ｈは０よりわずかに大き
い場合には０として取り扱うことができる。

【００２９】このような音響的に開放系の燃焼装置で
は、破線で示すように排気管を延長すると、周波数が低
下し、また圧力のピークが排気筒側に移動するため、発
振しやすい状況がみらる。従って、従来のように、音響
的に開放系の燃焼装置の場合には、ｈの値を大きくする
と、給気管を短くあるいは排気管を長くすると発振条件
となることがわかる。このように、音響的に開放系の燃
焼装置では排気管の長さや給気管の長さは振動燃焼の発
生に大きな影響を及ぼすことがわかる。また、高負荷燃
焼ではｈが大きいため、より発振しやすい。

【００３０】一方、本実施例では、図１のように予混合
火炎２１の前後に音響的閉端を形成すると、閉端部を圧
力のピークとする振動燃焼が発生し、振動周波数は閉端
間の寸法と火炎１９の状態で決まる。図１においては、
給気管１および排気管５の長さを可変にしているが、給
気管１、排気管５の長さに関わらず、振動周波数は変わ
らない。従って、図の１の如く入口緩衝室６で振動を抑
制すると、給気管１、排気管５の長さを変化させても振
動は発生しないことになる。

【００３１】図４では、出口緩衝室１０に吸音材を充填
した出口吸音部３０を設けている。振動は入口緩衝室６
と出口緩衝室１０の両方で減衰するため、振動の減衰効
果が大きい。振動燃焼は、着火時から燃焼の安定時まで
周波数が増加する。吸音材はその種類によって、吸音特
性が異なる。従って、入口緩衝室６と出口緩衝室１０の
吸音材の材質を振動燃焼の周波数の変化に対応するよう
にかえると、適切な吸音効果が得られる。

【００３２】図５では、入口緩衝室６の炎孔１１側に入
口絞り部３１を設けている。この絞り部３１により、入
口緩衝室６内部での振動が同位相となり、また入口緩衝
室６の壁全面で圧力が腹となる。従って、入口緩衝室６
全体に吸音材を充填すると、振動の抑制効果が非常に大
きくなる。また、振動がこの狭い断面の絞り部を通過す
る際、減衰し、振動抑制効果が大きい。また、出口緩衝
室１０の入口に出口絞り部３２を設けると出口緩衝室１
０内部の圧力変動は同位相となり、振動燃焼抑制効果が
より高い。

【００３３】図６では、炎孔部８と出口反射面の間に熱
交換器３３を挿入する。熱交換された燃焼ガス１２２は
低温になるので、出口緩衝室１０の吸音材は低温材料が
使用可能となる。

【００３４】図７は他の本発明の燃焼装置における一実
施例の断面詳細図である。燃焼装置は給気管１０１、送
風部１０２、燃焼部１０３、熱交換器１０４、排気管１
０５からなる。送風部１０２はモータケース１０６、絞
り部１０７、ファン１０８、ファンケース１０９、気化
筒１００から構成されている。気化筒１００にはヒータ
１１０を設置し、気化筒１００内部を混合室１２０とし
てロータリ１３０と燃料供給路１４０を混合室１２０に
内蔵している。ロータリ１３０を使用した気化筒１００
は流れ抵抗が小さいため、ファン１０８の能力を小さく
でき、騒音が小さい。また。音響的にも抵抗は小さい。

【００３５】燃焼部１０３は炎孔部１５０、燃焼板１６
０、燃焼筒１７０からなる。燃焼室１８０は、一次燃焼
室１９０と二次燃焼室２００からなり、炎孔部１５０と
燃焼板１６０により一次燃焼室１９０を、燃焼筒１７０
で二次燃焼室２００を形成する。燃焼部１０３にはリタ
ーンヘッダ２１０が連結されている。リターンヘッダ２
１０の壁の一部は燃焼室１８０に面しており、出口反射
面２２０となっている。

【００３６】炎孔部１５０には多数の炎孔が穿孔され、
周囲には燃焼板１６０が設置され、二次空気孔２３０を
設けている。燃焼板１６０の下流部には燃焼室１８０と
リターンヘッダ２１０が装着されている。混合室１２０
には、燃料供給路１４０が接続され、ここから液体状の
燃料２４０が混合室１２０に供給され、回転するロータ
リ１３０で微粒化され、気化筒１００壁に衝突し、気化
し、混合室１２０中で燃料２４０と燃焼用空気２５１が
混合され、予混合気２５０となる。

【００３７】炎孔部１５０は一次燃焼室１９０に突出し
ている。また炎孔の面積を小さくすると、燃焼装置の外
部から騒音あるいは振動を与えると、燃焼板１６０で振
動の腹となり、火炎は燃焼板１６０から突出しているの
で、音響的腹と節の間に位置することになる。

【００３８】送風部１０２において、燃焼用空気２５１
はモータ２７０で駆動されるファン１０８により給気管
１０１から吸入され、入口緩衝室２８０を通って混合室
１２０で燃料と混合する。予混合気２５０は炎孔から燃
焼室１８０に流入し、着火すると一次燃焼室１９０で予
混合火炎３１１を形成する。燃焼板１６０の下流側には
多数の二次空気孔２３０が穿孔されており、二次空気孔
２３０からは二次空気３００が供給され拡散燃焼する二
次火炎３１０を形成する。二次燃焼室２００で完全燃焼
した後、燃焼ガス３２０は、リターンヘッダ２１０、連
通筒３５０を通って熱交換器１０４へと流入する。

【００３９】高温となった燃焼ガス３２０は、その熱の
一部が燃焼室１８０壁を介して熱交換されるが、その
後、リターンヘッダ２１０、熱交換器１０４を通過する
際に熱交換され、低温となって排気管１０５から吸排気
筒を介して大気に放出される。

【００４０】入口緩衝室２８０の底は入口反射面３３０
となっている。入口緩衝室２８０には吸音材からなる入
口吸音部３４０を設けている。入口緩衝室２８０の入
口、リターンヘッダ２１０の出口は入口反射面３３０、
出口反射面２２０とほぼ垂直となっており、できるだけ
その断面積は小さいほうがよい。燃焼室１８０と熱交換
器１０４はリターンヘッダ２１０と連通筒３５０で接続
されている。音響的に出口反射面２２０を閉端にするに
はリターンヘッダ２１０の断面積をできるだけ小さくす
るほうがよい。しかし、小さくし過ぎると、燃焼ガス３
２０の流れ抵抗が大きくなり、送風部１０２の能力を上
げるため騒音が大きくなる。従って、閉端を満足するよ
うにリターンヘッダ２１０の断面積を確保しなければな
らない。

【００４１】入口緩衝室２８０とファン１０８は絞り部
１０７を介して接続されている。入口緩衝室２８０の入
口には給気管１０１が接続されており、給気管１０１は
長さを変えることができる。入口緩衝室２８０には吸音
材からなる入口吸音部３４０となっている。給気管１０
１は入口緩衝室２８０に対してほぼ直角に位置してい
る。

【００４２】図８は給排気筒の構造を示している。図７
に示すように、熱交換器１０４の出口には排気管１０
５、排気管１０５の一方の出口には図８の給排気筒が接
続されている。給排気筒は外側が給気管１０１に内側が
排気管１０５になるように同軸となっており、外側を低
温の燃焼用空気が、内側を高温の燃焼ガス３２０が流れ
る。この場合、給気管１０１と排気管１０５は長さは調
節が可能になっており、それらの先端は音響的に開放端
となっている。このような構成の燃焼装置では、給気管
１０１、排気管１０５の長さに関わらず、振動は発生し
ない。

【００４３】図９は、後述するように、図７において吸
音材を取り外した構造図である。さらに、図１５は、図
９において出口反射面２２０を開放した場合を示す図で
ある。また、図１０、図１１は、図１５の構造における
音響特性を模式的に示したものである。すなわち、外部
から発振周波数の音あるいは振動を与えると燃焼板で振
動の腹となる。火炎は圧力の腹の下流側に位置するので
振動しない。絞り部で節となり、緩衝室全体で圧力の腹
となる。

【００４４】従って、たとえ、出口反射面２２０が存在
せず、そこが開放されていても、燃焼室と炎孔部で構成
された燃焼部と、前記燃焼部へ燃焼用空気を供給する送
風部と、その送風部に設けられた、モータを内蔵するモ
ータケースと、ファンを内蔵するファンケースと、前記
モータと前記炎孔部の間に設けられロータリを内蔵した
気化筒と、前記モータケースとモータの間に設けられた
入口緩衝室と、前記モータケースと前記ファンの間に設
けられた絞り部とを備え、燃焼室は、二次空気孔を有し
一次燃焼室を形成する燃焼板と二次燃焼室を形成する燃
焼筒からなり、前記炎孔部が、前記一次燃焼室に突出し
ており、前記燃焼筒の出口は開放されており、炎孔部か
ら上流側（入口反射板）までの音響的長さと炎孔部から
下流側（燃焼室開放出口９９９）までの音響的長さとの
比が、振動を防止できる所定の比に設定されているよう
に、本発明の燃焼装置を構成し、あるいは、燃焼室と炎
孔部で構成された燃焼部と、前記燃焼部へ燃焼用空気を
供給する送風部と、送風部に設けられた、モータを内蔵
するモータケースと、ファンを内蔵するファンケース
と、前記モータと前記炎孔部の間に設けられロータリを
内蔵した気化筒と、前記モータケースとモータの間に設
けられた入口緩衝室と、前記入口緩衝室に設けられた吸
音材を充填した吸音部と、前記モータケースと前記ファ
ンの間に設けられた絞り部とを備え、前記炎孔部は炎孔
状の側壁に設けた多数の炎孔からなり、燃焼室は、二次
空気孔を有し一次燃焼室を形成する燃焼板と二次燃焼室
を形成する二次燃焼筒からなり、前記燃焼筒の出口は開
放されており、炎孔部から上流側（入口反射板）までの
音響的長さと炎孔部から下流側（燃焼室開放出口）まで
の音響的長さとの比が、振動を防止できる所定の比に設
定されているように本発明の燃焼装置を構成することに
よって、振動を防止できる。もっとも、その場合開放さ
れている燃焼室の長さ等は、適宜長さにする必要はあ
る。すなわち、炎孔部１５０から上流側（入口反射板３
３０）までの音響的長さと炎孔部１５０から下流側（燃
焼室開放出口９９９）までの音響的長さとの比を適切に
設定することによって、振動を防止することが出来る。

【００４５】次に具体例をあげる。現実の燃焼装置で
は、炎孔部と入口反射版までの間に配置されるモータ等
の大きさは概ね決まっており、従って、炎孔部と出口ま
での距離を適切に決めればよい。そこで、いま、ｎをモ
ード数、λを振動の波長、ｄを燃焼装置出口９９９から
炎孔部１５０までの距離とすると、振動を発生しない条
件は、

【００４６】

【数５】｛２（ｎ−１）／４｝×λ ＜ ｄ ＜
｛（２ｎ−１）／４｝×λ であり、ｎ＝１の場合は、図１０に示すように、０＜ｄ
＜λ／４である。また、ｎ＝２の場合は、図１１に示す
ように、λ／２＜ｄ＜（３／４）・λである。

【００４７】なお、反射面や出口までの距離ｄは、燃焼
板を基準としてもよい。すなわち、両者を等価に扱え
る。

【００４８】図７において吸音材を取り外すと図９のよ
うな構成となる。入口緩衝室２８０の内部が単なる空間
になり、燃焼時に振動燃焼が発生する。振動燃焼は入口
緩衝室２８０の底部の入口反射面３３０と、出口反射面
２２０を音響的に閉端とする振動である。振動燃焼が発
生すると単一周波数の圧力変動が燃焼装置内に、燃焼室
１８０の外には同じ周波数の騒音が検知される。この場
合、定在波は給気管１０１、排気管１０５を除いた部分
で発生するので、従来のように、燃焼装置全体で振動す
る場合よりも振動周波数は大きく比較的高周波の振動が
発生する。この場合、入口反射面３３０、出口反射面２
２０では圧力の極大値が観測される。全長が５００ｍｍ
では、振動周波数は着火して、燃焼装置の温度が低い場
合には７７０Ｈｚに、また、安定時には８１０Ｈｚまで
次第に上昇する。燃焼装置内は複雑な構造であるため、
音響的長さは５００ｍｍより大きくなる。この振動する
傾向は、給気管１０１、排気管１０５の長さを５０ｃｍ
から１０ｍまで変化させても変わらない。従って、給気
管１０１、排気管１０５の長さは振動燃焼に影響しない
ことがわかる。

【００４９】図９の状態から、入口緩衝室２８０内に吸
音材を充填し、再び図７のような構成にすると、振動が
発生しない。また、給気管１０１、排気管１０５の長さ
を５０ｃｍから１０ｍまで変化させても振動は発生しな
かった。この事から次のことが解る。音響的に閉端部の
間に予混合火炎２９０が位置すると給気管１０１、排気
管１０５の長さは振動燃焼に影響しない。そして、この
振動を吸音により防止すると、給気管１０１、排気管１
０５の長さを変化させても振動は発生しない。

【００５０】すなわち、図７のように予混合火炎３１１
の前後に音響的閉端を形成すると、閉端部を圧力のピー
クとする振動燃焼が発生し、振動周波数は閉端間の寸法
と火炎の状態で決まる。図７においては、給気管１０１
および排気管１０５の長さを可変にしているが、給気管
１０１、排気管１０５の長さに関わらず、振動周波数は
変わらない。従って、入口緩衝室２８０で振動を吸収
し、振動の発生を抑制すると、給気管１０１、排気管１
０５の長さを変化させても振動は発生しないことにな
る。一般に、吸音材料は、高周波ほど吸音および吸振効
果が大きいため、発生する振動はできるだけ高周波がよ
い。

【００５１】図７において、入口緩衝室２８０の炎孔側
に入口絞り部１０７を設けている。この絞り部１０７に
より、入口緩衝室２８０内部での振動が同位相となり、
また壁全面で圧力が腹となる。従って、入口緩衝室２８
０全体に吸音材を充填すると、振動の抑制効果が非常に
大きくなる。また、振動がこの狭い断面の絞り部１０７
を通過する際、減衰され、振動抑制効果が大きい。

【００５２】図７において、混合室１２０の内部で液体
燃料２４０を気化し、燃焼用空気と混合して予混合気と
しているが、気体燃料を仕様してもよい。この場合、ロ
ータリ１３０がなくても気体燃料と燃焼用空気は容易に
混合し、均一な予混合気となる。なお、図１４に示すよ
うに、燃焼筒１７０が丸く曲がっていてもよい。

【００５３】なお、音響反射を発生する反射面は、上記
実施例の記載から分かるように、単なる板状体でなく、
緩衝室を含めて、反射面と呼ぶこともできる。

【００５４】また、以上の説明は、燃焼装置の構造が音
響的に一次元の場合に効果が著しい。

【００５５】なお、上記実施例で、両端閉鎖タイプの場
合は、図面に示すように、反射板間にあり、燃焼部の中
心軸（燃焼部が円筒形状等しているものの中心軸）上に
配した各構成物の形状が、前記中心軸に対して軸対称に
なっていることが望ましい。

【００５６】また、上記実施例では、出口側が開放タイ
プの場合は、燃焼筒出口と反射板間にあり、燃焼部の中
心軸上に配した構成物の形状が前記中心軸に対して軸対
称になっていることが望ましい。

【００５７】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明は、火炎の前部後部にそれぞれ音響的に閉端部を
形成し、それぞれの閉端部に給気管あるいは排気管を接
続し、さらには、火炎の前部の閉端部に緩衝室を設ける
ことにより、給気管、排気管を延長しても振動燃焼の発
生を抑制することができる。

【００５８】また、閉端部にそれぞれ、緩衝室を設ける
と、閉端になりやすい。

【００５９】また、緩衝室の火炎側に絞り部を設ける
と、緩衝室内の圧力が一定になり、しかも圧力の極大値
となるので、消音効果が大きい。

【００６０】また、火炎後部の閉端部に緩衝室を設ける
と振動燃焼抑制効果は大きい。

【００６１】また、火炎と閉端部の間に熱交換器を設置
すると、後部の吸音材の耐熱性に効果が大きい。

【００６２】また、給気管、排気管の一端は、開放系と
すると、火炎前後の閉端系に対して音響的に影響としな
いため、振動抑制効果は大きい。

【００６３】また、火炎の上流側に音響的閉端部を形成
し、火炎の上流側に緩衝室を設けることにより音響的閉
端部を形成し、振動燃焼の発生を抑制することができ
る。

【００６４】また、一方の端が開放端でも、炎孔部とそ
の開放端までの距離と閉鎖端までの距離との関係を適切
にすることによっても、振動燃焼を抑止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の断面図である。

【図２】上記実施例の説明断面図である。

【図３】振動燃焼の発生状況の説明図である。

【図４】本発明の他の実施例の断面図である。

【図５】本発明の別の実施例の断面図である。

【図６】本発明の別の実施例の断面図である。

【図７】他の本発明の一実施例の断面図である。

【図８】上記実施例の一部の断面図である。

【図９】上記実施例の説明断面図である。

【図１０】図１５の実施例の音響状態を説明するための
一態様の図である。

【図１１】図１５の実施例の音響状態を説明するための
別態様の図である。

【図１２】上記実施例の音響状態を説明するための図で
ある。

【図１３】上記実施例の吸音在の特性を示す図である。

【図１４】本発明の他の実施例を説明するための図であ
る。

【図１５】本発明の他の実施例を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１・・給気部 ２・・送風部 ３・・燃焼部 ４・・熱交換器 ５・・排気部 １０・・出口緩衝室 １１・・炎孔 ２１・・予混合火炎 ２２・・入口吸音部 ２３・・入口反射面 ２４・・出口反射面 １０１・・給気管 １０２・・送風部 １０３・・燃焼部 １０４・・熱交換器 １０５・・排気管 １５０・・炎孔部 ２２０・・出口反射面 ２８０・・入口緩衝室 ３１１・・予混合火炎 ３３０・・入口反射面 ３４０・・入口吸音部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西川 隆 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 佐野 秀治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 新田 悟 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室及び炎孔部で構成された燃焼部と、
   前記燃焼部へ燃焼用空気を供給する送風部と、前記送風
   部側に接続された給気管と、前記燃焼部側に接続された
   排気管と、前記炎孔部の上流側に設けられている入口反
   射面と、前記燃焼室の下流側に設けられている出口反射
   面とを備え、 前記入口反射面と出口反射面は、その双方の反射面で形
   成される音響空間の固有振動数が、前記給気管及び／又
   は排気管の大きさ、長さ等の変更によって影響を実質上
   受けないように、配置され、 さらに、前記入口反射面及び／又は出口反射面には、前
   記音響空間の固有振動数から特定される所定の周波数の
   音を吸収する吸音材が設けられていることを特徴とする
   燃焼装置。
2. 【請求項２】入口反射面と出口反射面は、互いに対向し
   ていないことを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
3. 【請求項３】入口反射面及び／又は出口反射面は、緩衝
   用空間を有するものであることを特徴とする請求項１、
   又は２記載の燃焼装置。
4. 【請求項４】燃焼室と炎孔部で構成される燃焼部と、前
   記燃焼部へ燃焼用空気を供給する送風部と、前記炎孔部
   の上流側に設けられた入口反射面と、前記送風部に連通
   された給気管と、前記燃焼室の出口側に設けられ、前記
   炎孔部に面した出口反射面と、前記出口反射面にほぼ垂
   直に設けられた排気管と、前記入口反射面に装着された
   吸音材とを備えたことを特徴とする燃焼装置。
5. 【請求項５】燃焼室と炎孔部で構成される燃焼部と、前
   記燃焼部へ燃焼用空気を供給する送風部と、前記送風部
   と前記炎孔部の間に設けられた入口緩衝室と、前記送風
   部に連通された給気管と、前記燃焼室の出口側に設けら
   れた出口反射面と、前記燃焼室の出口側に設けられた排
   気管とを備え、前記入口緩衝室には吸音材を有する入口
   吸音部を装着したことを特徴とする燃焼装置。
6. 【請求項６】燃焼室の出口側には前記排気管と連絡した
   出口緩衝室を設けたことを特徴とする請求項５記載の燃
   焼装置。
7. 【請求項７】出口緩衝室には吸音材を有する出口吸音部
   を装着したことを特徴とする請求項６記載の燃焼装置。
8. 【請求項８】出口反射面に吸音材を装着したことを特徴
   とする請求項４記載の燃焼装置。
9. 【請求項９】入口反射面又は入口緩衝室の吸音材と、出
   口反射面又は出口緩衝室の吸音材は吸音特性が異なるこ
   とを特徴とすることを特徴とする請求項７又は、８記載
   の燃焼装置。
10. 【請求項１０】燃焼室と炎孔部で構成される燃焼部と、
    前記燃焼部へ燃焼用空気を供給する送風部と、前記送風
    部と前記炎孔部の間に設けられた入口緩衝室と、前記送
    風部に連通された給気管と、燃焼室の出口側に設けら
    れ、排気管と連絡した出口反射面と、前記入口緩衝室に
    は吸音材を有する入口吸音部を装着し、その入口緩衝室
    の炎孔側に絞り部を設けたことを特徴とする燃焼装置。
11. 【請求項１１】燃焼室の出口側には出口緩衝室を設け、
    前記出口緩衝室と前記燃焼室との間に絞り部を設けたこ
    とを特徴とする請求項１０記載の燃焼装置。
12. 【請求項１２】給気管、排気管はそれぞれ可変であるこ
    とを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の燃焼
    装置。
13. 【請求項１３】給気管の入口と、排気管の出口を音響的
    に開放系とすることを特徴とする請求項１２記載の燃焼
    装置。
14. 【請求項１４】燃焼室と出口反射面の間に熱交換器を設
    置することを特徴とする請求項４記載の燃焼装置。
15. 【請求項１５】燃焼室の出口に熱交換器を設置すること
    を特徴とする請求項４に燃焼装置。
16. 【請求項１６】燃焼室と炎孔部で構成された燃焼部と、 前記燃焼部へ燃焼用空気を供給する送風部と、 その送風部に設けられた、モータを内蔵するモータケー
    スと、ファンを内蔵するファンケースと、前記モータと
    前記炎孔部の間の混合室と、 前記モータケースと前記モータの間に設けられた入口緩
    衝室と、 前記入口緩衝室に設けられた、吸音材を充填した吸音部
    と、 前記モータケースと前記ファンの間に設けられた絞り部
    と、 前記燃焼室の出口に設けられた出口反射板とを備え、 前記炎孔部は炎孔状の側壁に設けた多数の炎孔を有し、 前記燃焼室は、二次空気孔を有し一次燃焼室を形成する
    燃焼板と二次燃焼室を形成する二次燃焼筒を有すること
    を特徴とする燃焼装置。
17. 【請求項１７】燃焼室と炎孔部で構成された燃焼部と、 前記燃焼部へ燃焼用空気を供給する送風部と、 その送風部に設けられた、モータを内蔵するモータケー
    スと、ファンを内蔵するファンケースと、前記モータと
    前記炎孔部の間にロータリを内蔵した気化筒と、 前記モータケースと前記モータの間に設けられた入口緩
    衝室と、 前記入口緩衝室に設けられ、吸音材を充填した吸音部
    と、 前記モータケースと前記ファンの間に設けられた絞り部
    と、 前記燃焼室の出口に設けられた出口反射板とを備え、 前記炎孔部は炎孔状の側壁に設けた多数の炎孔を有し、 前記燃焼室は、二次空気孔を有し一次燃焼室を形成する
    燃焼板と二次燃焼室を形成する二次燃焼筒を有すること
    を特徴とする燃焼装置。
18. 【請求項１８】モータケースに給気管を、前記燃焼筒の
    出口には連通筒をそれぞれ設けたことを特徴とする請求
    項１６、又は１７記載の燃焼装置。
19. 【請求項１９】炎孔部は前記燃焼板から一次燃焼室に突
    出していることを特徴とする請求項１６、１７、又は１
    ８記載の燃焼装置。
20. 【請求項２０】燃焼室と炎孔部で構成された燃焼部と、 前記燃焼部へ燃焼用空気を供給する送風部と、 その送風部に設けられた、モータを内蔵するモータケー
    スと、ファンを内蔵するファンケースと、 前記モータと前記炎孔部の間に設けられロータリを内蔵
    した気化筒と、 前記モータケースとモータの間に設けられた入口緩衝室
    と、 前記モータケースと前記ファンの間に設けられた絞り部
    とを備え、 燃焼室は、二次空気孔を有し一次燃焼室を形成する燃焼
    板と二次燃焼室を形成する燃焼筒を有し、 前記燃焼筒の出口は開放されており、 前記炎孔部は、前記一次燃焼室に突出しており、 炎孔部から上流側（入口反射板）までの音響的長さと炎
    孔部から下流側（燃焼室開放出口）までの音響的長さと
    の比が、振動を防止できる所定の比に設定されているこ
    とを特徴とする燃焼装置。
21. 【請求項２１】燃焼室と炎孔部で構成された燃焼部と、 前記燃焼部へ燃焼用空気を供給する送風部と、 送風部に設けられた、モータを内蔵するモータケース
    と、ファンを内蔵するファンケースと、 前記モータと前記炎孔部の間に設けられロータリを内蔵
    した気化筒と、 前記モータケースとモータの間に設けられた入口緩衝室
    と、 前記入口緩衝室に設けられた吸音材を充填した吸音部
    と、 前記モータケースと前記ファンの間に設けられた絞り部
    とを備え、 前記炎孔部は炎孔状の側壁に設けた多数の炎孔を有し、 燃焼室は、二次空気孔を有し一次燃焼室を形成する燃焼
    板と二次燃焼室を形成する二次燃焼筒を有し、 前記燃焼筒の出口は開放されており、 前記炎孔部は、前記一次燃焼室に突出しており、 炎孔部から上流側（入口反射板）までの音響的長さと炎
    孔部から下流側（燃焼室開放出口）までの音響的長さと
    の比が、振動を防止できる所定の比に設定されているこ
    とを特徴とする燃焼装置。
22. 【請求項２２】モータケースに給気管を連絡し、燃焼室
    に排気管を連絡したことを特徴とする請求項２１記載の
    燃焼装置。
23. 【請求項２３】炎孔部には円筒状の側壁に設けた多数の
    炎孔を有することを特徴とする請求項２０記載の燃焼装
    置。
24. 【請求項２４】炎孔と燃焼板が対向していることを特徴
    とする請求項２０記載の燃焼装置。
25. 【請求項２５】反射板間の中心軸上に配した前記反射板
    間の構成物の形状を前記中心軸に対して、軸対象にした
    ことを特徴とする請求項１〜１９のいずれかに記載の燃
    焼装置。
26. 【請求項２６】燃焼筒出口と反射板間の中心軸上に配し
    た前記燃焼筒出口と反射板間の構成物の形状を前記中心
    軸に対して軸対象にしたことを特徴とする請求項２０〜
    ２４のいずれかに記載の燃焼装置。