JP2002235905A

JP2002235905A - 燃焼装置

Info

Publication number: JP2002235905A
Application number: JP2001033423A
Authority: JP
Inventors: Hideo Tomita; 英夫富田; Nobuhiko Fujiwara; 宣彦藤原; Tatsumura Mo; 立群毛
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2002-08-23

Abstract

(57)【要約】【課題】燃焼性の向上を図ること。【解決手段】希薄予混合気を噴出する希薄燃焼部２０
と、希薄炎口２２に近接した第一濃予混合気を噴出する
第一濃燃焼部２３と、第一濃炎口２５に近接した第二濃
予混合気を噴出する第二濃燃焼部２６を夫々独立して備
え、燃料濃度は希薄ノズル３０と第一濃ノズル３２及び
第二濃ノズル３４の各開口径と、希薄入口部２９と第一
濃入口部３１及び第二濃入口部３３の開口面積で正確に
設定できるので、燃焼性が確保できる。また、希薄炎口
２２の端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」が形成されるので、希薄混合気の燃焼割
合を増加させ、または希薄混合気の燃料濃度を小さくす
ることができ、更に低ＮＯｘ化が図られ、燃焼量可変幅
の拡大が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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超低ＮＯｘ化を図った燃
焼装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の燃焼装置としては、例え
ば、特許９−２６９０４４７号公報に記載されているよ
うなものがあった。図６と図７は、前記公報に記載され
た従来の燃焼装置を示すもものである。

【０００３】図６と図７において、１はＵ字形状した希
薄燃焼部で、理論空燃比より燃料の希薄な希薄予混合気
を噴出する細長い希薄炎口２を設けている。３は希薄燃
焼部１を挟むように近接した濃燃焼部で、理論空燃比よ
り燃料の濃い濃予混合気を噴出する細長い濃炎口４を設
けている。５は二次空気室で、希薄燃焼部１と濃燃焼部
３のブロックを複数個設け、それらブロックの間隙であ
り、濃炎口４に近接した二次空気を噴出する二次空気出
口６を設けている。７は燃料と一次空気が流入する希薄
入口部で、燃焼ファン（図示せず）に連通た空気室８に
臨んでいる。９は燃料を噴出する希薄ノズルで、希薄入
口部７に対向している。１０は燃料と一次空気が流入す
る濃入口部で、空気室８に臨んでいる。１１は燃料を噴
出する濃ノズルで、濃入口部１０に対向している。また
１２は濃炎口４Ａの下流側に設けた点火手段であり、１
３は濃炎口４Ｂの下流側に設けた火炎検知手段である。

【０００４】次に、燃焼運転についてを説明する。燃焼
ファンにより空気室８に送風された空気は、希薄入口部
７と濃入口部１０から、それぞれ希薄燃焼部１と濃燃焼
部３に一次空気として流入する。同時に、希薄ノズル１
０から噴出した燃料は、希薄入口部７から希薄燃焼部１
に流入し先の一次空気と混合し、希薄予混合気が希薄炎
口２から噴出する。他方、濃ノズル１１から噴出した燃
料は濃入口部１０から濃燃焼部３に流入し先の一次空気
と混合し、濃予混合気が濃炎口４から噴出する。また、
二次空気出口６からは二次空気が噴出する。

【０００５】そして、濃予混合気は点火手段１２により
点火し、直ちに希薄予混合気に火移りし、続いて、火炎
検知手段１３が濃火炎を検知して、燃焼装置の運転が継
続される。そして濃予混合気は火炎温度が高く、すなわ
ち高ＮＯｘだが安定な濃火炎を形成する。他方、希薄予
混合気は、火炎温度が低く、すなわち低ＮＯｘではある
が不安定な希薄火炎を形成するが、近接した濃火炎から
熱エネルギ−を供給され燃焼反応を促進させることによ
り全体として低ＮＯｘでかつ安定ないわゆる濃淡燃焼を
実現している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の構成では、希薄火炎を濃火炎の熱的エネルギ−で安
定化する方式であるため、濃予混合気の燃焼割合を小さ
くすると希薄火炎が不安定となり、希薄予混合気の燃焼
割合を増加させ更にＮＯｘの低減を図るには限界が存在
するという課題があった。

【０００７】本発明は、前記従来の課題を解決するもの
で、燃焼性の向上を図った燃焼装置を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決すめための手段】前記従来の課題を解決す
るために、本発明の燃焼装置は希薄予混合気を噴出する
希薄燃焼部と、前記希薄燃焼部に近接した第一濃予混合
気を噴出する第一濃燃焼部と、前記第一濃燃焼部に近接
した第二濃予混合気を噴出する第二濃燃焼部とを夫々独
立して備えたしたものである。

【０００９】これによって、第一濃燃焼部から噴出した
第一濃予混合気は第一濃火炎を形成する。第二濃燃焼部
から噴出した第二濃予混合気は第二濃火炎を形成する。
先の第一濃火炎は第二濃火炎により熱分解を受けて、化
学的に活性な中間生成物が多量に発生する。続いて、中
間生成物が拡散によって希薄燃焼部の希薄予混合気を噴
出する基部に供給され、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」が形成されるので、希
薄火炎が安定化され燃焼反応も完結できる。また、希薄
燃焼部と第一濃燃焼部及び第二濃燃焼部を夫々独立して
備えたことにより、燃料濃度は正確に設定できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、希薄予
混合気を噴出する希薄燃焼部と、前記希薄燃焼部に近接
した第一濃予混合気を噴出する第一濃燃焼部と、前記第
一濃燃焼部に近接した第二濃予混合気を噴出する第二濃
燃焼部とを夫々独立して備えたものである。

【００１１】これによって、第一濃燃焼部から噴出した
第一濃予混合気は第一濃火炎を形成する。第二濃燃焼部
から噴出した第二濃予混合気は第二濃火炎を形成する。
先の第一濃火炎は第二濃火炎により熱分解を受けて、化
学的に活性な中間生成物が多量に発生する。続いて、中
間生成物が拡散によって希薄燃焼部の希薄予混合気を噴
出する基部に供給され、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」が形成されるので、希
薄火炎が安定化され燃焼反応も完結できる。したがっ
て、希薄混合気の燃焼割合を増加させ、また希薄混合気
の燃料濃度を小さくすることができるので更に低ＮＯｘ
化が図られ、燃焼量可変幅の拡大が図られ、空気の高速
変動にも追従して安定燃焼を実現できる。また、希薄燃
焼部と第一濃燃焼部及び第二濃燃焼部を夫々独立して備
えたことにより、燃料濃度は正確に設定でき、良好な燃
焼性が確保できる。

【００１２】請求項２に記載の発明は、特に、請求項１
に記載の燃焼装置の希薄燃焼部を第一濃入口部から分岐
した第一濃燃焼部で挟み、前記第一濃燃焼部を第二濃入
口部から分岐した第二濃燃焼部で挟むことにより、希薄
燃焼部の両側に位置する第一濃火炎に発生した中間生成
物が拡散によって希薄燃焼部の希薄予混合気を噴出する
両側の基部に供給される。この結果、両側の基部の微小
空間に燃焼反応が活発に行われる「高温・高反応域」が
形成されるので、希薄火炎が安定化され燃焼反応も完結
できる。

【００１３】請求項３に記載の発明は、特に、請求項１
に記載の燃焼装置を希薄燃焼部と第一濃燃焼部及び第二
濃燃焼部から形成した燃焼部群と、前記燃焼部群を複数
個連結した燃焼ユニットと、前記燃焼ユニットの端に位
置する希薄燃焼部を閉塞したことにより、燃焼ユニット
の端には第一濃燃焼部、また、他の端には第二濃燃焼部
が位置することになる。この結果、希薄火炎に比べて第
一濃火炎と第二濃火炎は濃火炎自身安定なので、燃焼ユ
ニットの燃焼性は良好である。

【００１４】請求項４に記載の発明は、特に、請求項１
に記載の燃焼装置を第一濃燃焼部と第二濃燃焼部を一体
構成にした濃燃焼部を設けたことにより、第一濃燃焼部
と第二濃燃焼部を分離していた構造物が省略でき、かつ
組み立てやすくなる。

【００１５】請求項５に記載の発明は、特に、請求項１
に記載の燃焼装置の第一濃入口部と第二濃入口部との連
通空間に抵抗部を設けたことにより、第一濃予混合気と
第二濃予混合気の燃料濃度を自在に設定できる。

【００１６】

【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。

【００１７】（実施例１）図１は、本発明の実施例１に
おける燃焼装置の正面断面図、図２は、燃焼装置の側面
断面図を示すものである。

【００１８】図１と図２において、２０は希薄燃焼部
で、希薄混合室２１を内包し、理論空燃比より燃料の希
薄な希薄予混合気を噴出する細長い希薄炎口２２を設け
ている。２３は希薄燃焼部２０に近接し独立した第一濃
燃焼部で、第一濃混合室２４を内包し、理論空燃比より
燃料の濃い第一濃予混合気を噴出する細長い第一濃炎口
２５を設けている。２６は第一濃燃焼部２３に近接し独
立した第二濃燃焼部で、第二濃混合室２７を内包し、第
一濃予混合気よりも燃料の薄い第二濃予混合気（量論比
に近い濃度）を噴出する細長い第二濃炎口２８を設けて
いる。

【００１９】２９は燃料と希薄一次空気が流入する希薄
入口部で、燃料を噴出する希薄ノズル３０に対向してい
る。３１は燃料と第一濃空気が流入する第一濃入口部
で、燃料を噴出する第一濃ノズル３２に対向している。
３３は燃料と第二濃空気が流入する第二濃入口部で、燃
料を噴出する第二濃ノズル３４に対向している。３５は
燃焼ファン（図示せず）に連通た空気室で、希薄入口部
２９と第一濃入口部３１及び第二濃入口部３３が臨んで
いた。３６は希薄ノズル３０と第一濃ノズル３２及び第
二濃ノズル３４を設けたガスブロックである。

【００２０】３７は第一濃入口部３１の下流側に開口す
る第一濃予混合気分散連通口で、第一濃入口部３１に流
入した燃料と第一濃空気を２箇所の第一濃混合室２４に
分散、二分させる。３８は第二濃入口部３３の下流側に
開口する第二濃予混合気分散連通口で、第二濃入口部３
３に流入した燃料と第二濃空気を二ヶ所の第二濃混合室
２７に分散、二分させる。３９は第一濃炎口２５Ａの下
流に設けた点火栓である。４０は第一濃炎口２５Ｂの下
流に設けたフレームロッドからなる火炎検知手段であ
る。

【００２１】以上のように構成された燃焼装置につい
て、以下その動作、作用を説明する。

【００２２】まず、燃焼ファン（図示せず）から送風さ
れた空気は、大部分の空気が希薄一次空気として空気室
３４から希薄入口部２９に流入する。他方、残りの空気
は、空気室３４から第一濃空気として第一濃入口部３１
と第二濃空気として第二濃入口部３３に流入する。な
お、空気の量は希薄入口部２９、第一濃入口部３１及び
第二濃入口部３３の各開口面積にほぼ比例する。ただ
し、第二濃入口部３３は第一濃入口部３１に比べて空気
室３４の下流に位置するので、第二空気の量は第一空気
より多く設定されている。

【００２３】同時に、希薄ノズル３０から噴出した燃料
は希薄入口部２９から希薄混合室２１に流入し先の希薄
一次空気と混合し、希薄予混合気が希薄炎口２２から噴
出する。また、第一濃ノズル３２から噴出した燃料は第
一濃入口部３１から第一濃予混合気分散連通口３７を介
して第一濃混合室２４に流入し、続いて、第一濃炎口２
５から噴出する。かつ、第二濃ノズル３４から噴出した
燃料は第二濃入口部３３から第二濃予混合気分散連通口
３８を介して第二濃混合室２７に流入し、続いて、第二
濃炎口２８から噴出する。その後、希薄炎口２２には希
薄火炎が形成される。また、第一濃炎口２５には第一濃
火炎が形成される。更に、第二濃炎口２８には第二濃火
炎が形成され、特に燃料濃度が量論比に近いので、燃焼
速度が最も速く、火炎温度が高くなる。

【００２４】これによって、先の第一濃火炎は第二濃火
炎により熱分解を受けて、化学的に活性な中間生成物が
多量に発生する。続いて、中間生成物が拡散によって希
薄炎口２２の端部に供給され、端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」が形成されるの
で、希薄火炎が安定化され燃焼反応も完結できる。した
がって、希薄混合気の燃焼割合を増加させ、また希薄混
合気の燃料濃度を小さくすることができるので更に低Ｎ
Ｏｘ化が図られ、燃焼量可変幅の拡大が図られ、空気の
高速変動にも追従して安定燃焼を実現できる（例えば、
燃料比は希薄予混合気８０％、第一濃予混合気１０％、
第二濃予混合気１０％程度可能である）。

【００２５】以上の結果、濃淡燃焼による低ＮＯｘが実
現できる。

【００２６】以上のように、本実施例においては、希薄
燃焼部２０と第一濃燃焼部２３及び第二濃燃焼部２６を
夫々独立して備えたことにより、第一濃予混合気と第二
濃予混合気の両燃料比を夫々１０％と小さくしても、燃
料濃度は希薄ノズル３０と第一濃ノズル３２及び第二濃
ノズル３４の各開口径と、希薄入口部２９と第一濃入口
部３１及び第二濃入口部３３の開口面積で正確に設定で
き、燃焼性が向上し、確保できる。

【００２７】更に、順に希薄火炎と第一濃火炎及び第二
濃火炎を設けたので、希薄炎口２２の基部の微小空間に
燃焼反応が活発に行われる「高温・高反応域」が形成さ
れる。この結果、希薄混合気の燃焼割合を増加させ、ま
たは希薄混合気の燃料濃度を小さくすることができるの
で、更に低ＮＯｘ化が図られ、燃焼量可変幅の拡大が図
られ、空気の高速変動にも追従して安定燃焼を実現でき
る。

【００２８】なお、先の実施例と逆に第一濃予混合気を
第二濃予混合気よりも燃料の薄く（量論比に近い濃度）
しても、ほぼ同じ効果が得られる。

【００２９】（実施例２）図３は、本発明の実施例２に
おける燃焼装置の正面断面図を示すものである。

【００３０】図３において、実施例１の構成とことなる
ところは希薄燃焼部４１を第一濃入口部４２から二つに
分岐した第一濃燃焼部４３で両側から挟み、続いて第一
濃燃焼部４３を第二濃入口部４４から二つに分岐した第
二濃燃焼部４５で更に挟んでいることである。また、４
６は底板４７に多数開口する二次空気連通口である。更
に、４８は隣合った第二濃燃焼部４５外壁の間隙に形成
した二次空気噴出口で、二次空気連通口４６に連通して
いる。なお、第一濃炎口４９の幅と第二濃炎口５０の幅
は夫々実施例１の第一濃炎口２５の幅と第二濃炎口２８
の幅の約半分である。

【００３１】以上のように構成された燃焼装置につい
て、以下その動作、作用を説明する。希薄炎口２２には
希薄火炎が形成される。また、希薄燃焼部４１の両側に
位置する第一濃炎口２５には第一濃火炎が形成される。
更に、第一濃炎口２５に近接した第二濃炎口２２には第
二濃火炎が形成され、特に燃料濃度が量論比に近いの
で、燃焼速度が最も速く、火炎温度が高くなる。先の第
一濃火炎は第二濃火炎により熱分解を受けて、化学的に
活性な中間生成物が多量に発生する。続いて、中間生成
物が拡散によって希薄炎口２２の両端部に両側から供給
され、両端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」が形成されるので、希薄火炎が非常
に安定化され燃焼反応も完結できる。

【００３２】以上のように、本実施例においては、夫々
独立して希薄燃焼部４１を二つに分岐した第一濃燃焼部
４３で両側から挟み、続いて第一濃燃焼部４３を第二濃
入口部４４から二つに分岐した第二濃燃焼部４５で更に
挟んでいることにより、両端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」が形成されるので、
希薄火炎が非常に安定化され燃焼反応も完結できる。

【００３３】（実施例３）図１は、本発明の実施例３に
おける燃焼装置の正面断面図を示すものである。

【００３４】図１において、希薄燃焼部２０と第一濃燃
焼部２３及び第二濃燃焼部２６から形成した燃焼部群Ｇ
と、燃焼部群Ｇを複数個連結した燃焼ユニットＵと、燃
焼ユニットＵの最も端に位置する希薄燃焼部２０Ａの希
薄入口２９Ａに対向した位置のガスブロック３６に希薄
ノズル（図示されていない）を設けていない。

【００３５】以上のように構成された燃焼装置につい
て、以下その動作、作用を説明する。燃焼ユニットＵの
一端には、第一濃燃焼部２３Ａ、また、他の端には第二
濃燃焼部２６Ａが位置することになる。この結果、希薄
火炎の両側には必ず第一濃火炎と第二濃火炎が存在する
ので、希薄火炎は第一濃火炎と第二濃火炎から熱の供給
を受ける。当然、希薄炎口２２の片側端部の微小空間に
燃焼反応が活発に行われる「高温・高反応域」が形成さ
れる。この結果、希薄火炎の燃焼性は維持できる。他
方、希薄火炎に比べて第一濃火炎と第二濃火炎は理論空
燃比より燃料の濃い濃火炎なので、第一濃火炎と第二濃
火炎自身が安定である。これらの結果、燃焼ユニットＵ
の燃焼性は良好である。

【００３６】以上のように、本実施例においては、燃焼
ユニットＵの最も端に位置する希薄入口部２９Ａに対向
した位置のガスブロック３６に希薄ノズルを設けていな
いことにより、希薄火炎の両側には必ず第一濃火炎と第
二濃火炎が存在するので、燃焼ユニットＵの燃焼性は良
好である。

【００３７】（実施例４）図４は、本発明の実施例４に
おける燃焼装置の部分正面断面図を示すものである。

【００３８】図４において、実施例１の構成とことなる
ところは第一濃混合室５１と第二濃混合室５２を一体
に、かつ内包した濃燃焼部５３を設けている。

【００３９】以上のように構成された燃焼装置につい
て、以下その動作、作用を説明する。分離壁５３Ａは第
一濃混合室５１と第二濃混合室５２を分離している。す
なわち、第一濃燃焼部２３と第二濃燃焼部２６を分離し
ていた夫々の外壁が省略できる。また、燃焼部群Ｇは希
薄燃焼部２０と濃燃焼部５３の二部品から形成された
分、組み立てやすくなる。

【００４０】以上のように、本実施例においては、第一
濃混合室５１と第二濃混合室５２を一体内包にした濃燃
焼部５３を設けていることにより、第一濃燃焼部２３と
第二濃燃焼部５２を分離していた夫々の外壁が省略で
き、かつ組み立てやすくなる。

【００４１】（実施例５）図５は、本発明の実施例５に
おける燃焼装置の部分側面断面図を示すものである。

【００４２】図５において、実施例１の構成とことなる
ところは空気室５４に、第一濃入口部５５と第二濃入口
部５６とに対して通路抵抗を付ける抵抗部５７を設けた
点である。抵抗部５７には第一空気連通口５８を開口し
ている。

【００４３】以上のように構成された燃焼装置につい
て、以下その動作、作用を説明する。燃料の変更があっ
た場合、最適な燃焼性を維持するために、第一濃予混合
気及び第二濃予混合気の燃料濃度の変更が必要になる。
その時に、抵抗部５７の第一空気連通口５８の開口面積
により第一濃入口５５に入る第一濃空気と第二濃空気と
の割合を設定できる。すなわち、第一濃予混合気と第二
濃予混合気の燃料濃度を抵抗部５７により自在に設定で
きる。

【００４４】以上のように、本実施例においては、空気
室５４に、抵抗部５７を設けたことにより、第一濃予混
合気と第二濃予混合気の燃料濃度を自在に設定できる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、請求項１〜５に記載の発
明によれば、燃焼性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１、３における燃焼装置の正面
断面図

【図２】同燃焼装置の側面断面図

【図３】本発明の実施例２における燃焼装置の正面断面
図

【図４】本発明の実施例４における燃焼装置の部分正面
断面図

【図５】本発明の実施例５における燃焼装置の部分側面
断面図

【図６】従来の燃焼装置の正面断面図

【図７】同燃焼装置の側面断面図

【符号の説明】

２０、４１希薄燃焼部２３、４３第一濃燃焼部２６、４５第二燃焼部５１第一濃混合室５２第二濃混合室５３一体濃燃焼部５５第一濃入口部５６第二濃入口部５７抵抗部Ｇ燃焼部群Ｕ燃焼部ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者毛立群大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 3K017 AA01 AA03 AA06 AB02 AB10 AC02 AD01 AD03 AD11 3K065 TA01 TA12 TA14 TD05 TH01 TH04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】希薄予混合気を噴出する希薄燃焼部と、
前記希薄燃焼部に近接した第一濃予混合気を噴出する第
一濃燃焼部と、前記第一濃燃焼部に近接した第二濃予混
合気を噴出する第二濃燃焼部とを夫々独立して備えた燃
焼装置。
【請求項２】希薄燃焼部を第一濃入口部から分岐した
第一濃燃焼部で挟み、前記第一濃燃焼部を第二濃入口部
から分岐した第二濃燃焼部で挟む請求項１に記載の燃焼
装置。
【請求項３】希薄燃焼部と第一濃燃焼部及び第二濃燃
焼部から形成した燃焼部群と、前記燃焼部群を複数個連
結した燃焼ユニットと、前記燃焼ユニットの最も端に位
置する希薄燃焼部を閉塞した請求項１に記載の燃焼装
置。
【請求項４】第一濃混合室と第二濃混合室を一体構成
にした一体濃燃焼部を設けた請求項１または２記載の燃
焼装置。
【請求項５】第一濃入口部と第二濃入口部との連通空
間に抵抗部を設けた請求項１または２記載の燃焼装置。