JPS6150201B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、気体燃料の燃焼装置に関するもの
で、詳しくは、ブンゼンと赤火（拡散）式燃焼方
法との併用により、気体燃料の組成に関係なく安
定した燃焼を行ない、同時に低NOx化なども図
ることの出来る燃焼装置に関するものである。

気体燃料の燃焼装置として多用されているもの
にブンゼン式がある。このブンゼン式とは、ガス
をノズルから噴出し、そのときの運動エネルギー
により空気孔から燃焼に必要な空気の一部分（一
次空気）を吸い込み、混合管内で混合してからこ
の混合気を炎孔を介して噴出し、燃焼するもの
で、燃焼に際して残りの空気は炎の周囲から拡散
によつて得る方法である。このブンゼン式は、高
負荷燃焼を行ない得ることや、火炎温度が高く、
気体燃料の組成にそれ程制限を受けない等の利点
を有し、前記のとおり現在多用されている。反面
このブンゼン式は燃焼音が高いことや、何等かの
原因により一次空気の吸引量が減少すると不完全
燃焼に至つてCOの発生をみたり、逆火現象が発
生しやすいと云つた欠点がある。

一方赤火式は、定火炎を得やすいことや、燃焼
騒音が小さく、逆火の危険がない等の利点を有し
ている反面、高負荷燃焼には不向きであること
や、燃焼速度の遅い組成の気体燃料例えばLPGな
どには不向きで、ススが付着しやすいと云つた欠
点がある。

本発明は斯かる点から、ブンゼン式と赤火式の
利点を有し、両者の前記欠点を排除した気体燃料
の燃焼装置を提案するのが目的であつて、その構
成は、周囲は壁によりとりかこまれ、上部は開放
されていると共に底部に制流板と気体燃料供給口
を設けて成る燃焼室と、この燃焼室の周囲をとり
かこみ、上部は閉塞されていて下部が開放されて
いると共にこの開放部から内部に空気が流入する
構成の空気室と、前記燃焼室と空気室間におい
て、下方には火炎の着火しない孔径から成る無火
炎小孔群（予混合域）を形成し、この無火炎小孔
群の上方には安定した火炎が着火する安定着火火
炎小孔群（予熱域）を形成し、更にこの安定着火
火炎小孔群の上方には高燃着火火炎小孔群（高温
燃焼域）を形成して成る燃焼壁と、から成るもの
である。

第１図は本発明燃焼装置の概念説明図である。

１はバーナ本体にして、２は上部３を大気開放
し、底部に気体燃料供給口４を開設して成る円筒
状の燃焼室、５は気体燃料供給口４の上方に取り
付けた制流板にして、この制流板５は気体燃料供
給口４から供給される燃料の供給速度を、燃焼室
２内において十分に落とすために取り付けられて
いる。

６は燃焼室２をその周囲からとり囲むようにし
て形成された空気室にして、この空気室６は上部
６′が密閉され、底部６″からブロワー９を介して
強制的に空気が送り込まれる構造である。

７は燃焼室２と空気室６とを仕切つている仕切
板（燃焼壁）にして、この仕切板７には全面に亘
つて空気室６から燃焼室２内に空気が流入するた
めの空気流入用小孔８が穿設してある。

上記構成の燃焼装置の場合、燃料供給口４から
気体燃料が供給されると、制流板５により十分に
減速されて、燃焼室２内は気体燃料雰囲気とな
る。

この状態でブロワー９から空気が供給される
と、空気室６は密閉されているため、各小孔８を
介して空気は燃焼室２内に流入する。この結果、
燃焼室２内において各小孔８に空気と気体燃料と
の拡散混合現象が生じ、可燃混合気域が生じる。
そこで、この可燃混合気域に着火源を与えると着
火燃焼が行なわれる。

この燃焼状態を示したのが第３図であつて、空
気室６側の圧力をPa、燃焼室２側の圧力をPgと
すると、差圧△Ｐ＝Pa―Pgにより、空気は小孔
８を介して、燃焼室２内に点線で示すように流入
する。

この結果、燃焼室２内の雰囲気（気体燃料）と
流入空気とが拡散混合して、第３図に示すような
混合気濃度分布となる。

なお、実験によると、この小孔８に形成される
火炎が安定して燃焼するためには、差圧△Ｐと小
孔径Ｄとを変数にして調べると第４図に示すよう
に燃焼特性を示すことが判つた（但し、空気の組
成、温度、気体燃料の組成、温度は一定）。

この第４図から、可燃限界差圧はＰ_Mで、これ
以上の差圧になると、いかなる小孔口径としても
安定燃焼は不可能である。なお、このＰ_Mに対応
した小孔口径をＤ_Mとする。また、可燃限界小孔
口径Ｄ_N以下においてはいかなる差圧を選択して
も安定燃焼は不可能である。

以上のことから、第４図により、安定燃焼する
差圧と、小孔口径を求めることができ、例えば任
意の差圧Ｐを与えると、このとき安定燃焼する最
小小孔口径はＤ_Sで最大小孔口径Ｄ_Lである。

なお、実験によると気体燃料の組成が変つても
この燃焼特性は殆んど同一である。

以上の実験結果から、バーナの設計に際して、
例えば第１図に示すように高さを持つたバーナの
場合には、空気室６内の圧力は一定であつても、
燃焼室２内の圧力は燃焼に基づく気体膨張によ
り、各層一様ではない。また、気体燃料の組成に
より燃焼速度に違いがあり、単一のバーナにて各
種気体燃料を燃焼させるためには、本発明の実験
において工夫が必要である。

第５図は本発明に係るユニバーサルバーナ（実
施例）を示したもので、空気が流入する小孔８に
おいて、下部に第３図に示すような可燃混合気域
の生じない口径の小孔群を設け、この層はいわゆ
る空気と気体燃料との予混合域ａとするものであ
る。可燃混合気域の生じない口径は、第４図にお
いて、例えば差圧Ｐを与えるとき、可燃最小口径
Ｄ_N以下のものを選択する。

次に、この予混合域ａの上に可燃混合域の生じ
る口径の小孔群を設け、着火による燃焼域、すな
わち予熱域ｂとする。この予熱域ｂの小孔８の口
径は、第４図で差圧Ｐを与えたときDaとＤ_Lの範
囲である。

次にこの予熱域ｂの上に可燃混合域の生じる口
径の小孔群を設け、高温燃焼域ｃとする。但し、
この高温燃焼域ｃは、下層の予熱域ｂでの燃焼に
より高熱域となつているため、第４図に示すよう
な燃焼特性に基づく小孔８の口径設定には拘束さ
れる必要はない。

この第５図に示すバーナによれば、予混合域ａ
において空気と気体燃料とが混合し、予熱域ｂに
おいては各小孔８に火炎が存在する。但しこの火
炎は、混合気温度が十分に上昇していないため、
火炎は不安定である。一方高温燃焼域ｃは予熱域
ｂに続き、混合気が十分に予熱域ｂで加熱されて
温度上昇しているため、燃焼速度も早まり、安定
した火炎燃焼が行なわれる。

第６図は本発明の他の実施例に係るバーナの断
面を示したもので、このバーナにおいて、燃焼室
２と空気室６との差圧は、燃焼室２内の自然ドラ
フトに基づいており、空気室６には大気開放した
下部から空気が流入する。なお、この実施例にお
いては空気室６は必須ではない。

第７図はスクリーン状に形成したバーナの実施
例を示したもので、このバーナも第６図と同じよ
うに自然ドラフトにより空気を燃焼室２に小孔８
を介して流入せしめてこの小孔８に火炎を形成す
るものである。なお、このバーナは空気室６が燃
焼室２に対して片面のみであり、小孔８の構成条
件は第５図で示した実施例と同じように三段階に
分けられている。

第８図は円環状のバーナの実施例を示すもの
で、このバーナは燃焼室２の両側に空気室６があ
り、この場合の小孔８の構成条件も第５図と同じ
である。

本発明は以上のようにその内部を気体燃料雰囲
気に形成した燃焼室２内に、小孔８を介して空気
を流入させるようにすると共にこの流入条件を予
混合域、予熱域そして高温燃焼域に設定して赤火
とブンゼン式燃焼をとり入れた燃焼装置としたの
で、赤火式燃焼法の利点である低騒音、不逆化の
特徴を有し、ブンゼン式燃焼法の利点である高負
荷燃焼、ユニバーサル性、高温火炎の特徴を併せ
持つ燃焼装置が得られる効果がある。

また、本発明実施によるバーナは構造が極めて
簡単であり、低コストにより製作できると共に風
などによる吹き消えの心配もなく、安全で、然も
部分燃焼により低NOx化も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概念説明図、第２図は第１図
に示したバーナの頭部の斜視図、第３図は小孔に
形成される火炎の理論説明図、第４図は差圧と小
孔口径とを変数にした際の燃焼特性図、第５乃至
第８図は本発明に係るバーナの実施例図である。 １…バーナ、２…燃焼室、４…気体燃料供給
口、５…制御板、６…空気室、７…仕切板、８…
小孔、９…ブロワー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 周囲は壁によりとりかこまれ、上部は開放さ
   れていると共に底部に制流板と気体燃料供給口を
   設けて成る燃焼室と、 この燃焼室の周囲をとりかこみ、上部は閉塞さ
   れていて下部が開放されていると共にこの開放部
   から内部に空気が流入する構成の空気室と、 前記燃焼室と空気室間において、下方には火炎
   の着火しない孔径から成る無火炎小孔群（予混合
   域）を形成し、この無火炎小孔群の上方には安定
   した火炎が着火する安定着火火炎小孔群（予熱
   域）を形成し、更にこの安定着火火炎小孔群の上
   方には高燃着火火炎小孔群（高温燃焼域）を形成
   して成る燃焼壁と、 から成る気体燃料燃焼装置。 ２ 自然ドラフトにより空気室内に空気が入り込
   む構成の特許請求の範囲第１項記載の気体燃料燃
   焼装置。 ３ ブロワーを利用して空気室内に空気を送り込
   むように構成して成る特許請求の範囲第１項記載
   の気体燃料燃焼装置。