JP2004232950A

JP2004232950A - 燃焼装置

Info

Publication number: JP2004232950A
Application number: JP2003021608A
Authority: JP
Inventors: Minoru Sato; 稔佐藤; Hiroaki Nakamune; 浩昭中宗; Yoshitaka Akisato; 好孝明里
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】窒素酸化物の生成を抑制することができる燃焼装置を得る。
【解決手段】燃料と燃焼空気２１の混合ガスを燃焼させるバーナ３と、バーナ３上に形成され火炎を囲む燃焼筒６と、バーナ３に燃料を供給する燃料供給装置１３と、外部の空気を吸込路８を介して取り込み空気を燃焼空気２１としてバーナ３に供給する燃焼送風機５と、外部の空気を対流空気２２として取り込み燃焼筒６から排出される燃焼ガス２４と対流空気２２とを混合して温風吹出口１０から吹き出す対流用送風機９とを備えた燃焼装置２０において、燃焼筒６の内部から吸込路８に至るように設けられ燃焼ガス２４の一部を燃焼空気２１に混合させる排気循環導管７を設けている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般家庭等での暖房用に使用される燃焼装置に関するものであり、さらに詳しくは燃焼ガスと対流空気とを混合して温風にし、室内暖房に供する室内開放型の燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼ガスと対流空気とを混合して温風にし室内暖房に供する室内開放型の燃焼装置は、一般に、開放型暖房機とも言われ、燃料（灯油や都市ガスなど）を燃焼させた高温ガスを直接室内に吹き出して暖房するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来、燃焼排ガスの一部を取り出して燃焼用空気に混合することで窒素酸化物の生成を抑制する排ガス再循環法が知られている。こうした排ガス再循環法を用いることで、燃焼用空気の酸素濃度を減少させてＮ_２＋Ｏ_２→２ＮＯの反応を抑制している。また、酸素濃度の減少により火炎温度を下げて窒素酸化物の生成を抑制している（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−１８５２号公報（第１項、第１図）
【特許文献２】
特開平８−４２８４０号公報（第１−３項、第１−４図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、下記の理由により、特許文献１に記載されたような開放型暖房機に、特許文献２に記載された排ガス再循環法を適用した装置は従来なかった。すなわち、開放型暖房機の燃焼筒内には対流用送風機からの送風が、乱れを伴いながら入り込んでくるため、燃焼ガスの濃度が変動し、排ガス再循環の効果を発揮しにくいという課題がある。また、開放型暖房機は燃焼量の可変幅が広く、弱燃焼時には火炎温度が低くなり、排ガス再循環を行うと不完全燃焼を引き起こし、一酸化炭素の排出につながる場合がある。さらに、燃焼炎が形成されていない始動時に排ガス再循環を行うと、混合気の空気比が大きくなり、着火しにくくなるという課題があった為である。
【０００６】
この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、窒素酸化物の生成を抑制することができる開放型暖房機の燃焼装置を得ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る燃焼装置は、燃料と燃焼空気の混合ガスを燃焼させるバーナと、バーナ上に形成され火炎を囲む燃焼筒と、バーナに燃料を供給する燃料供給装置と、外部の空気を吸込路を介して取り込み空気を燃焼空気としてバーナに供給する燃焼送風機と、外部の空気を対流空気として取り込み燃焼筒から排出される燃焼ガスと対流空気とを混合して温風吹出口から吹き出す対流用送風機とを備えた燃焼装置において、燃焼筒の内部から吸込路に至るように設けられ燃焼ガスの一部を燃焼空気に混合させる排気循環導管を設けている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の燃焼装置の構成を示す概略の側断面図である。図１において、燃焼装置２０の中央部にバーナケース１が配設されている。バーナケース１の内部には、液体燃料を気化させて燃焼空気２１と混合するための部屋として図示しない気化筒が設けられており、その上部に、側面に複数の燃焼炎２を発生させるバーナ３が取り付けられている。内部に送風モータ４を有する燃焼送風機５によって図示しない気化筒に燃焼空気２１が供給される。
【０００９】
バーナケース１の上部に筒状の燃焼筒６がバーナ３を囲繞するように取り付けられている。排気循環導管７は、所定の太さの管であり、一側の開口７ａは、燃焼筒６の内部にて下方、すなわち、バーナ３に向かって形成されており、他側の開口７ｂは、燃焼送風機５に燃焼空気２１を導入するための吸込路８に連通するように接続されている。
【００１０】
燃焼筒６の後方である燃焼装置２０の裏面２０ｂに、対流用送風機９が配設されている。一方、燃焼筒６を挟んで対流用送風機９と反対側の燃焼装置２０の前面２０ａは温風吹出口１０が形成されている。図１において、燃焼空気の流れ２１、対流空気の流れ２２、温風の流れ２３、燃焼ガスの流れ２４、再循環燃焼ガスの流れ２５ａ，２５ｂをそれぞれ矢印で示す。
【００１１】
以下、動作について説明する。燃料タンク１４に蓄えられた燃料は、燃料供給装置１３によってバーナケース１内部の図示しない気化筒内に供給される。供給された燃料は瞬時に気化される。気化した燃料は燃焼送風機５から送られた燃焼用の空気と混合して混合ガスとなる。そして、気化筒内部で形成された燃料と燃焼空気２１の混合ガスは、バーナ３から噴出して、近傍に設けられた図示しない高電圧スパーク放電等の点火手段で着火され、燃焼炎２を形成する。
【００１２】
本実施の形態では、混合ガスの空気比は理論空気量より低い０．８程度に設定され、空気不足の部分予混合炎の燃焼炎２を形成する。その後、対流用送風機９から燃焼室６へ流れ込んでくる空気を利用して完全燃焼を達成する。
【００１３】
燃焼ガスは矢印２４のようにバーナ３から上方へ向かって流れ、燃焼筒６の外に放出され、対流用送風機９から送られる対流空気２２と混合し、温風吹出口１０から温風２３として室内に放出され、室内を暖房する。
【００１４】
燃焼ガス２４の一部を排気循環導管７を介して循環させ、燃焼送風機５の吸引力を利用して燃焼空気２１に混合する。燃焼ガス２４の一部を燃焼空気２１に混合することで、混合ガスの酸素濃度が低下し、さらに燃焼ガス２４の中に含まれる二酸化炭素や水蒸気が燃焼空気２１に加わることで、火炎温度が低下して窒素酸化物の生成が抑制される。
【００１５】
そして、本実施の形態においては、排気循環導管７の開口７ａが燃焼筒６内部において、対流用送風機９に近い壁６ｂ側に配置されている。このように燃焼ガス２４の取込位置を対流用送風機９に近い壁６ｂ側に設置すると、対流空気燃焼筒６内部に流れ込んでくる対流空気２２が直接あたる位置に排気循環導管７の開口７ａがないこととなる。そのため、対流空気２２の乱れの影響を受ける度合いが小さくなり、再循環燃焼ガス２５ａ，２５ｂの濃度変動を小さく抑えることができる。
【００１６】
すなわち、開放型暖房機の燃焼装置２０において、排ガス再循環法を実施するに際して、燃焼筒６の内部から燃焼送風機５の吸込路８に至る排気循環導管７を設け、燃焼ガス２４の一部を燃焼送風機５の吸引力で燃焼空気２１に混合させ、排気循環導管７の燃焼筒６の内部の開口７ａの位置を対流用送風機９に近い燃焼筒壁６ａの内側に設置するようにしたので、燃焼筒６の内部に流れ込んでくる対流空気２２の乱れの影響を受ける度合いが小さくなり、燃焼空気２１と混合する再循環燃焼ガス２５ａ，２５ｂの濃度変動を小さく抑えることができ、安定した燃焼状態と窒素酸化物の低減効果を得ることができる。
【００１７】
つまり、燃焼筒６の内部から吸込路８に至るように設けられ燃焼ガスの一部を燃焼空気に混合させる排気循環導管７を設けたので、窒素酸化物の生成を抑制することができる。
【００１８】
また、排気循環導管７の燃焼筒６の内部に配置された開口７ａは、対流用送風機９の側の燃焼筒壁６ｂの内側に設けられている。そのため、対流空気２２の乱れの影響を受ける度合いが小さくなり、再循環燃焼ガス２５ａ，２５ｂの濃度変動が小さくなるので、安定して窒素酸化物の抑制をすることができ、信頼性が向上する。
【００１９】
次に、燃料の燃焼量と再循環燃料ガス２５ａ，２５ｂの混合率の関係について説明する。一般に、燃料の燃焼量が少ない場合は、燃焼炎２が小さくなりバーナ３へ近づくため、バーナ３へ流れる熱量が多くなり、火炎温度は燃焼量が多い場合より低下する。その状態で燃焼量が多い場合と同じ割合で再循環燃料ガス２５ｂを燃焼空気２１に混入させると、火炎温度が低下しすぎて不完全燃焼を生じて一酸化炭素を排出することが懸念される。
【００２０】
この課題に対して本実施の形態の燃焼装置２０においては、排気循環導管７を吸込路８に連通させている。吸込路８においては、燃焼送風機５が送風モータ４の吸引力によって外部の空気を燃焼空気２１として取り入れるが、燃料の燃焼量が少ない場合には、送風モータ４の回転数がおそくなり吸込路８を通過する燃焼空気２１の速さが遅くなる。これにより、吸引される再循環燃料ガス２５ｂの量が減る。つまり、排気循環導管７は、燃料の燃焼量の多い場合に燃焼ガス２４の混合率を大きくし、燃料の燃焼量の少ない場合に燃焼ガス２４の混合率を小さくする。こうすることにより、火炎温度の低下が原因で不完全燃焼を生じて一酸化炭素が発生することを防止する。
【００２１】
さらに、燃焼装置２０の始動時の再循環燃料ガス２５ａ，２５ｂの混合率について説明する。一般に燃焼装置の始動時は、部屋の温度が低い場合が多く、燃焼空気２１の質量流量が大きいために空気比も大きくなり、着火しにくい傾向がある。もし、この状態で通常運転時と同様な量、排気循環導管７を再循環燃料ガス２５ａ，２５ｂが循環するとさらに着火しづらくなる。しかしながら、本実施の形態の排気循環導管７は開口７ａが燃焼筒６内部で燃焼ガス２４の吹き出し方向に向けて配置されている。そのため、燃焼装置２０の始動時においては、燃焼ガス２４が発生してないので、循環する再循環燃料ガス２５ａ，２５ｂの量が減る。すなわち、排気循環導管７は、始動時に燃焼ガスの混合率を少なくして、着火しにくくなる傾向を防止する。
【００２２】
実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２の燃焼装置の構成を示す概略の側断面図である。本実施の形態においては、燃焼筒６の上部の前面２０ａの側の燃焼筒壁６ａの内側に防風板として動作する燃焼筒蓋１１が設置されている。燃焼筒蓋１１を設置することで、対流用送風機９からの対流空気２２の一部が燃焼筒６の内部に流入する際の乱れの影響をなくすことができ、燃焼空気２１と混合する再循環燃焼ガス２５ａ，２５ｂの濃度変動を小さく抑えることができる。この結果、燃焼筒蓋１１を設けない場合に比べて、濃度変動が小さな、より安定した再循環燃焼ガス２５ａ，２５ｂが形成される。本実施の形態においては、は排気循環導管７の開口７ａの位置を対流送風機９から遠い位置に設けた例を示したが、その他の位置でも燃焼筒蓋１１を設けることで安定した再循環燃焼ガス２５ａ，２５ｂが形成される。
【００２３】
このように本実施の形態の燃焼装置２０は、排気循環導管７の燃焼筒６の内部に配置された開口７ａは、対流用送風機９と反対側の燃焼筒壁６ａの内側に設けられ、燃焼筒６の上部に防風板として働く燃焼筒蓋１１が設けられている。そのため、より安定した再循環燃焼ガス２５ａ，２５ｂが形成され、再循環燃焼ガス２５ａ，２５ｂの濃度変動がさらに小さくなる。
【００２４】
実施の形態３．
図３は本発明の実施の形態３の燃焼装置の構成を示す概略の側断面図である。本実施の形態は、実施の形態１で述べた、燃料の燃焼量が少ない場合に、火炎温度が低下して不完全燃焼を生じ一酸化炭素を排出する課題に対して、これをさらに積極的に解消するために、排気循環導管７の途中に、管内の流量を調節する開度調節機構１２を設けたものである。
【００２５】
開度調節機構１２は、排気循環導管７の内部に設けられた例えばバタフライ弁型の絞り機構であり、図示しない制御装置によって開度が調整される。具体的には、燃料供給装置１３からバーナケース１に向かう燃料の供給量が検出され、燃料の供給量が少ないときには、燃料の供給量が多いときに比べて開度が小さくされ流量が減らされる。
【００２６】
このように本実施の形態の燃焼装置においては、排気循環導管７に、管内の流量を調節する開度調節機構１２を設け、この開度調節機構１２は、燃料の燃焼量の多い場合に燃焼ガスの混合率を大きくし、燃料の燃焼量の少ない場合に燃焼ガスの混合率を小さくする。そのため、燃焼炎２が小さくなってバーナ３へ近づき、バーナ３へ流れる熱量が多くなり、火炎温度が低下しすぎて不完全燃焼を生じることがなくなり、一酸化炭素の排出をさらに確実に防止することができる。
【００２７】
実施の形態４．
本実施の形態は、実施の形態１で述べた、燃焼装置の始動時（着火時）に着火しにくくなる課題に対して、これをさらに積極的に解消するために、排気循環導管７の途中に、管内の流量を調節する開度調節機構１２を設けたものである。実施の形態３の図３を用いて説明する。
【００２８】
開度調節機構１２は、実施の形態３と同じように排気循環導管７の内部に設けられた例えばバタフライ弁型の絞り機構であり、図示しない制御装置によって開度が調整される。具体的には、燃焼装置２０の始動時の所定の時間、開度が小さくされて流量が減らされる。つまり、通常燃焼時より着火時の方が、燃焼空気２１に対する再循環燃焼ガス２５ａ，２５ｂの割合が少なくなるようにする。
【００２９】
このように本実施の形態の燃焼装置においては、開度調節機構１２は、始動時に燃焼ガスの混合率を小さくするので、空気比が大きくなることを防止でき、良好な着火性能を実現することができる。
【００３０】
【発明の効果】
この発明に係る燃焼装置は、燃料と燃焼空気の混合ガスを燃焼させるバーナと、バーナ上に形成され火炎を囲む燃焼筒と、バーナに燃料を供給する燃料供給装置と、外部の空気を吸込路を介して取り込み空気を燃焼空気としてバーナに供給する燃焼送風機と、外部の空気を対流空気として取り込み燃焼筒から排出される燃焼ガスと対流空気とを混合して温風吹出口から吹き出す対流用送風機とを備えた燃焼装置において、燃焼筒の内部から吸込路に至るように設けられ燃焼ガスの一部を燃焼空気に混合させる排気循環導管を設けている。そのため、窒素酸化物の生成を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の燃焼装置の構成を示す概略の側断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２の燃焼装置の構成を示す概略の側断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３の燃焼装置の構成を示す概略の側断面図である。
【符号の説明】
１バーナケース、２燃焼炎、３バーナ、４送風モータ、５燃焼送風機、６燃焼筒、７排気循環導管、８吸込路、９対流用送風機、１０温風吹出口、１１燃焼筒蓋、１２開度調節機構、１３燃料供給装置、１４燃料タンク、２０燃焼装置。

Claims

燃料と燃焼空気の混合ガスを燃焼させるバーナと、
前記バーナ上に形成され火炎を囲む燃焼筒と、
前記バーナに前記燃料を供給する燃料供給装置と、
外部の空気を吸込路を介して取り込み該空気を前記燃焼空気として前記バーナに供給する燃焼送風機と、
外部の空気を対流空気として取り込み前記燃焼筒から排出される燃焼ガスと該対流空気とを混合して温風吹出口から吹き出す対流用送風機と
を備えた燃焼装置において、
前記燃焼筒の内部から前記吸込路に至るように設けられ前記燃焼ガスの一部を前記燃焼空気に混合させる排気循環導管を設けた
ことを特徴とする燃焼装置。
前記排気循環導管の前記燃焼筒内部の開口は、前記対流用送風機の側の燃焼筒壁の内側に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
前記排気循環導管の前記燃焼筒内部の開口は、前記対流用送風機と反対側の燃焼筒壁の内側に設けられ、
前記燃焼筒の上部に防風板が設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
前記排気循環導管は、燃料の燃焼量の多い場合に前記燃焼ガスの混合率を大きくし、燃料の燃焼量の少ない場合に前記燃焼ガスの混合率を小さくする
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃焼装置。
前記排気循環導管は、始動時に前記燃焼ガスの混合率を小さくする
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の燃焼装置。
前記排気循環導管に、管内の流量を調節する開度調節機構を設け、該開度調節機構は、燃料の燃焼量の多い場合に前記燃焼ガスの混合率を大きくし、燃料の燃焼量の少ない場合に前記燃焼ガスの混合率を小さくする
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃焼装置。
前記開度調節機構は、始動時に前記燃焼ガスの混合率を小さくする
ことを特徴とする請求項６に記載の燃焼装置。