JP2006038418A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】強風時にも安定的に燃焼を継続できること。
【解決手段】バーナボディ２１を複数配置してバーナケース２２〜２５に収納したバーナユニット２６一つに対してファンを二つ設け、第一ファン３０は主に一次空気を、第二ファンは主に二次空気３１を供給する。これにより、ターンダウン比を小さくした時、第一ファン３０の一次空気量を減らして一次空気過剰率を一定に維持しても、第二ファン３１で、燃焼に与える影響の少ない二次空気を、従来よりも多く供給して総空気量を多くすることができ、また、燃焼ガスの排気口に強風が吹付け逆圧がかかっても総空気量の減少を最小限にでき、安定的に燃焼を継続することができる。
【選択図】図１

Description

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安定燃焼化を図った燃焼装置に関するものである。

従来のこの種の燃焼装置は特許文献１に示すようなものが一般的であった。図３はこの文献１に記載された従来の燃焼装置を示す図である。図３に示すように、バーナ１がバーナケース２内に所定の間隔で、本図の紙面と垂直方向に配置されている。バーナケース２の底部に空気室３が形成されファン４が取り付けられている。またバーナ１の燃料・空気導入口５に対向して燃料ノズル６が設けられている。

上記構成において、ファン４から空気室３に空気が供給され、一部は燃料・空気導入口５からバーナ１に一次空気として流入する。また燃料ノズル６から燃料が噴出し、燃料・空気導入口５からバーナ１に流入する。空気と燃料の混合気はバーナ１より燃焼室７に噴出する。空気室に供給された残りの空気は併設されているバーナ１の間を通流して燃焼室７に二次空気として流出する。
実開平２−８５２３９号公報

低ＮＯｘ化を図るため、一次空気過剰率（一次空気量の理論空気量に対する比率）を０．７以下にすることが望ましい。混合気の空気過剰率が０．７から０．９程度の範囲においては、空気過剰率が増えるに従い、急激にＮＯｘの発生が多くなる特性を持っている。そのため、低ＮＯｘ化のためには、バーナのターンダウン比に関わらず、一次空気過剰率を０．７以下にすることが望ましい。

ターンダウン比に関わらず、一次空気過剰率を一定にするためには、ターンダウン比に応じて送風量を同率に調整する必要がある。例えばターンダウン比４０％時の送風量はターンダウン１００％時の送風量の約４０％にする必要がある。しかしながら、このように空気量を調整した場合、ターンダウン比が小さい燃焼状態で、燃焼ガスの排気口（図示せず）に強風が吹付け逆圧がかかると、送風圧が低いため空気量が急減し、混合気の可燃限外以下に空気過剰率が低下して、燃焼を維持できないという課題があった。また、ターンダウン比を小さくしても、空気量をあまり減少させないようにすると、一次空気過剰率が例えば０．９程度と大きくなり、ＮＯｘ発生量が急増するという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、低ＮＯｘと安定燃焼を実現した燃焼装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するため、本発明の燃焼装置は、バーナボディを複数配置してバーナケースに収納したバーナユニット一つに対してファン二つをバーナケースに設け、第一ファンは主に一次空気、第二ファンは主に二次空気を供給するものである。

これにより、ターンダウン比を小さくした時、第一ファンの一次空気量を減らして一次空気過剰率を一定に維持しても、第二ファンで、燃焼に与える影響の少ない二次空気を、従来よりも多く供給して総空気量を多くすることができ、燃焼ガスの排気口に強風が吹付け、逆圧がかかっても総空気量の減少を最小限にできる。

本発明の燃焼装置は、逆風条件においても安定的な燃焼を継続でき、なおかつ低ＮＯｘ化できる。

第１の発明は、炎口と一次空気導入口を形成したバーナボディを複数配置してバーナケースに収納したバーナユニット一つに対してファン二つをバーナケースに設け、第一ファンは主に一次空気、第二ファンは主に二次空気を供給する。そして、ターンダウン比を小さくした時、第一ファンの一次空気量を減らして一次空気過剰率を一定に維持しても、第二ファンで、燃焼に与える影響の少ない二次空気を、従来よりも多く供給して総空気量を多くすることができ、燃焼ガスの排気口に強風が吹付け、逆圧がかかっても総空気量の減少を最小限にできる。これにより逆風条件においても安定的な燃焼を継続でき、なおかつ低ＮＯｘ化できる。

第２の発明は、特に第１の発明において、バーナケースの中に一次空気導入口と燃料噴出ノズルが臨む空間を形成し、この空間に第一ファンのみから一次空気が供給される。そして、簡潔な構成で一次、二次空気量を分配でき、燃焼性能に重要な一次空気量を厳密に調整できる。

第３の発明は、特に第１または第２の発明において、燃料と混合する一次空気の理論空気量に対する比率を０．７以下に設定している。そして、火炎温度を抑制し、低ＮＯｘ化できる。

第４の発明は、特に第１〜３の発明のいずれか１つの発明において、ターンダウン比を小さく設定するほど、空気過剰率を大きく設定している。そして、ターンダウン比が小さいときの熱交換器の効率異常上昇を抑制し、熱交換器での結露を未然に防止できる。
第５の発明は、特に第１〜４の発明のいずれか１つの発明において、最小ターンダウン比における第二ファンの送風量を、最大ターンダウン比における送風量の６０％以上に設定している。そして、ファンの送風圧が高く保たれているため、毎秒２０メートル程度の強風が排気口に吹付けても、燃焼を継続できる一次空気量を維持できる。

第６の発明は、特に第１〜５の発明のいずれか１つの発明において、第二ファンを一定送風量で運転している。そして、ファン回転数を一定で駆動できるので、駆動回路を簡潔化できる。

第７の発明は、特に第１〜６の発明のいずれか１つの発明において、第一、第二いずれかのファンの最大送風量は、もう一方のファンよりも小さくしている。そして、ファンを小型化して、装置を小型化できる。

第８の発明は、特に第１〜７の発明のいずれか１つの発明において、バーナボディを間隔を設けて併設し、形成される隙間を二次空気が通流している。そして、二次空気通流用の流路を新たに設けることなく、構成を簡潔化できる。

第９の発明は、特に第１〜８の発明のいずれか１つの発明において、二次空気口を有する二次空気ガイドを併設されるバーナボディの間に設けている。そして、火炎基部への二次空気流入を抑制して火炎を安定化させ、特にターンダウン比が小さい状態でのＣＯ等の未燃焼物質の発生を抑制できる。

第１０の発明は、特に第９の発明において、二次空気口は二次空気ガイドのバーナ併設方向中心軸近傍に設けられている。そして、火炎と二次空気口を離すことにより、火炎温度の上昇を抑制し、低ＮＯｘ化できる。

（実施の形態１）
図１、図２において、バーナボディ２１を所定間隔にて併設し、バーナケースＡ２２、バーナケースＢ２３、バーナケースＣ２４、バーナケースＤ２５にて囲い、バーナユニット２６を構成している。バーナケースＡ２２とバーナケースＢ２３で形成される底部の空間を仕切板２７で分割し、一次空気室２８、二次空気室２９を形成している。一次空気室２８、二次空気室２９にはそれぞれ第一ファン３０、第二ファン３１を取付けている。一次空気室２８にはバーナボディ２１の一次空気導入口３２に対向して、燃料ガスを噴出する燃料噴出ノズル３３をバーナボディ２１と同数設けている。二次空気室２９を形成するバーナケースＡ２２には二次空気を導く二次空気導入口３４を設けている。また、バーナボディ２１を併設して形成される隙間が二次空気通路３５となり、末端には二次空気３６ガイドを設けている。二次空気口３７を二次空気ガイド３６のバーナ併設方向中心軸近傍に設けている。燃焼室３８に着火手段３９を設けている。

次に動作、作用について説明すると、第一ファン３０が一次空気室２８へ一次空気を供給する。この一次空気と燃料噴出ノズル３３から噴出する燃料ガスが一次空気導入口３２から各バーナボディ２１へ流入する。各バーナボディ２１内で燃料と空気が混合して可燃の混合気となり、各バーナボディ２１から燃焼室３８へ流出し、火炎（図示せず）を形成する。一方、第二ファン２９が二次空気室２９へ二次空気を供給する。二次空気導入口３４、バーナボディ２１の間の二次空気通路３５を通流し、二次空気口３７から燃焼室３８は流出する。

ターンダウン比を小さく設定したときの第一ファン３０、第二ファン３１の送風量制御を説明する。第一ファン３０はターンダウン比と同率に送風量を調整する。第一ファン３０の送風量をＱ１、ターンダウン比をＲ、ターンダウン比１００％時の第一ファン３０の送風量をＱ１０とした時、Ｑ１は式（１）で計算される。

Ｑ１＝Ｑ１０×Ｒ （１）
例えば、ターンダウン比を４０％に設定した時、第一ファン３０の送風量はターンダウン比１００％時の送風量の４０％に設定する。そして、一次空気過剰率をターンダウン比に関わらず、一定に維持する。ここで一次空気過剰率が０．７から０．９程度の範囲においては、一次空気過剰率が増えるに従い、急激に火炎温度が上昇し、急激にＮＯｘの発生が多くなる特性を持っている。そのため、低ＮＯｘ化のためには、ターンダウン比に関わらず、一次空気過剰率を０．７以下にすることが好ましい。しかしながら過剰に低く一次空気過剰率を設定すると、イエローチップが発生するため、一次空気過剰率は０．６程度に設定することが好ましい。

一方、第二ファン３１は、ターンダウン比を小さく設定した時、第一ファン３０ほど送風量を減じないよう調整する。第二ファン３１の送風量をＱ２、ターンダウン比をＲ、ターンダウン比１００％時の第二ファン３１の送風量をＱ２０、定数Ａ（Ａ＞１）とした時、Ｑ２は式（２）で計算される。

Ｑ２＝Ｑ２０×Ｒ×Ａ （２）
例えば、ターンダウン比を４０％に設定した時、第二ファン３１の送風量はターンダウン比１００％時の送風量の６０％に設定する。この時Ａは１より大きい１．５である。すなわち、ターンダウン比を小さく設定した時、一次空気過剰率を一定に維持しながら、総空気量を従来よりも多くし、全体の空気過剰率を大きく設定する。

以上説明したように、第一ファン３０は一次空気、第二ファン３１は二次空気を供給する構成としたことにより、ターンダウン比を小さくした時、第一ファン３０の一次空気量を減らして一次空気過剰率を一定に維持しても、第二ファン３１で、燃焼に与える影響の少ない二次空気を、従来よりも多く供給して総空気量を多くすることができる。よって燃焼ガスの排気口に強風が吹付け、逆圧がかかっても総空気量の減少を最小限にできる。これにより逆風条件においても安定的な燃焼を継続できる。また通常の安定燃焼状態においては、一次空気過剰率が低く一定に維持されているため、低ＮＯｘ化できる。

また、一次空気導入口３２と燃料噴出ノズル３３が臨む一次空気室２８を形成し、この空間に第一ファン３０のみから一次空気が供給される。これにより、簡潔な構成で一次、二次空気量を分配でき、燃焼性能に重要な一次空気量を厳密に調整できる。

また、一次空気過剰率（燃料と混合する一次空気の理論空気量に対する比率）を０．７以下に設定している。これにより、火炎温度を抑制し、低ＮＯｘ化できる。

更にまた、ターンダウン比を小さく設定するほど、空気過剰率を大きく設定している。これにより、ターンダウン比が小さいときの熱交換器の効率異常上昇を抑制し、熱交換器での結露を未然に防止できる。

そしてまた、最小ターンダウン比における第二ファン３１の送風量を、最大ターンダウン比における送風量の６０％以上に設定している。これにより、ファンの送風圧が高く保たれているため、毎秒２０メートル程度の強風が排気口に吹付けても、燃焼を継続できる一次空気量を維持できる。

ところで、完全燃焼を図るため、民生用の給湯機、暖房機においては、ターンダウン比１００％時に全体の空気過剰率は１．３〜１．５程度に設定することが多い。本実施の形態では、一次空気過剰率は０．６程度が好ましいことは述べた。よってターンダウン比１００％時、全体の空気過剰率が１．３〜１．５程度になるよう、二次空気過剰率は０．７〜０．９とすることが好ましい。よって一次空気を供給する第一ファン３０の最大送風量は第二ファン３１よりも小さくできる。これにより装置を小型化できる。

また、バーナボディ２１を間隔を設けて併設し、形成される隙間を二次空気が通流する二次空気通路３５としている。これにより、二次空気通流用の流路を新たに設けることなく、構成を簡潔化できる。

また、二次空気口３７を有する二次空気ガイド３６を併設されるバーナボディの間に設けている。これにより、火炎基部への二次空気流入を抑制して火炎を安定化させ、特にターンダウン比が小さい状態でのＣＯ等の未燃焼物質の発生を抑制できる。

そしてまた、二次空気口３７は二次空気ガイド３６のバーナ併設方向中心軸近傍に設けられている。これにより、火炎と二次空気口が最も離され、火炎温度の上昇を抑制し、低ＮＯｘ化できる。

（実施の形態２）
本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、ターンダウン比に関わらず、第二ファン３１を一定送風量で運転する点である。これにより、ファン回転数を可変する必要が無いので、ファン駆動回路を簡潔化できる。なお、各実施の形態において、燃料は都市ガス等の気体燃料で説明したが、灯油等の液体燃料をガス化させて用いてもよい。

なお、第一ファン３０は一次空気のみ、第二ファン３１は二次空気のみ供給するよう説明したが、第一ファン３０は主に一次空気、第二ファン３１は主に二次空気を供給するように構成しても良い。例えば、第一ファン３０は大半を一次空気として供給し、残りはバーナケースＡ２２とバーナケースＣ２４の間を通流させて、火炎に作用しない、バーナケースや熱交換器のドラム（図示せず）の冷却用空気とすることもできる。また、第二ファン３１は大半を二次空気として供給し、残りはバーナケースＢ２３とバーナケースＤ２５の間を通流させて、火炎に作用しない、バーナケースや熱交換器のドラム（図示せず）の冷却用空気とすることもできる。また、仕切板２７に穴を設けて、一次空気室２８と二次空気室２９を連通させ、第一ファン３０は一次空気のみ、第二ファン３１は少量の一次空気と二次空気を供給することもできる。

以上のように、本発明にかかる燃焼装置は、都市ガス等の気体燃料やガス化させた灯油等の液体燃料を用い、低ＮＯｘにて安定的に燃焼させることが可能となるため、給湯用、暖房用あるいは調理用などの燃焼装置として幅広く適用できる。

本発明の実施の形態１の燃焼装置の全体を示す断面図 同燃焼装置のＸ−Ｘ線断面図 従来の燃焼装置の全体を示す断面図

符号の説明

２１ バーナボディ
２２、２３、２４、２５ バーナケース
２６ バーナユニット
３０ 第一ファン
３１ 第二ファン
３２ 一次空気導入口
３３ 燃料噴出ノズル
３６ 二次空気ガイド
３７ 二次空気口

Claims (10)

1. 炎口と一次空気導入口を形成したバーナボディ及び該バーナボディを複数個収納したバーナケースとからなるバーナユニットを備え、該バーナユニット一つに対して主に一次空気用の第一ファンと、主に二次空気用の第二ファンとを設けた燃焼装置。
2. バーナケースの中に一次空気導入口と燃料噴出ノズルが臨む空間を形成し、この空間に第一ファンのみから一次空気が供給される請求項１記載の燃焼装置。
3. 燃料と混合する一次空気の理論空気量に対する比率を０．７以下に設定した請求項１又は２記載の燃焼装置。
4. ターンダウン比を小さく設定するほど、空気過剰率を大きく設定する請求項１、２又は３記載の燃焼装置。
5. 最小ターンダウン比における第二ファンの送風量を、最大ターンダウン比における送風量の６０％以上に設定する請求項１〜４のいずれか１項記載の燃焼装置。
6. 第二ファンを一定送風量で運転する請求項１〜５のいずれか１項記載の燃焼装置。
7. 第一ファン、第二ファンのどちらか一方の最大送風量は、他方のファンよりも小さい請求項１〜６のいずれか１項記載の燃焼装置。
8. バーナボディを間隔を設けて併設し、前記間隔によって形成される隙間を二次空気が通流する請求項１〜７のいずれか１項記載の燃焼装置。
9. 二次空気口を有する二次空気ガイドをバーナボディの間に設けた請求項１〜８のいずれか１項記載の燃焼装置。
10. 二次空気口は二次空気ガイドのバーナ併設方向中心軸近傍に設けられた請求項９の記載の燃焼装置。

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