JP2006145088A - 濃淡燃焼バーナおよびこれを用いた燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低負荷燃焼時の耐久性に優れた濃淡燃焼バーナを提供する。また、給湯、暖房装置などを低負荷運転した場合、高効率化を図ることが可能な燃焼装置を提供する。
【解決手段】頂部略中央に設けられ、淡火炎用予混合気を噴出可能な淡用炎孔と、前記淡用炎孔の両外側に設けられ、濃火炎用予混合気を噴出可能な濃用炎孔と、前記淡用炎孔と前記濃用炎孔との間に設けられ、淡火炎と濃火炎との間の環流領域に環流領域用空気を噴出可能な環流領域用炎孔とを少なくとも備えた濃淡燃焼バーナとする。また、上記濃淡燃焼バーナを備えた燃焼装置とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、濃淡燃焼バーナおよびこれを用いた燃焼装置に関し、さらに詳しくは、給湯、暖房装置などの熱源として組み込まれる燃焼装置に用いて最適な濃淡燃焼バーナおよびこれを用いた燃焼装置に関するものである。

近年、環境負荷を低減する観点から、例えば、家庭用、業務用の給湯・暖房装置などの比較的小型の装置においてもＮＯｘ排出量の削減が求められている。

従来、この種の装置の熱源として組み込まれる燃焼装置では、ブンゼンバーナが多用されてきた。しかしながら、ブンゼンバーナは、火炎の温度が高く、燃焼温度が高いほど発生量が増加するＮＯｘを抑制するには限界があった。

一方、ガスと多量の空気とを予め混合してから燃焼させることにより、火炎の温度を低く抑え、ＮＯｘを減少させる予混合燃焼バーナも知られている。しかしながら、予混合燃焼バーナは、ＮＯｘ排気量を規制値（６０ｐｐｍ）以下に抑えることが難しいため、上記燃焼装置のバーナとして採用するのは困難であった。

そのため、最近では、いわゆる、濃淡燃焼方式を利用した濃淡燃焼バーナが用いられるようになってきている。

図１８に示すように、一般的に、濃淡燃焼バーナ１００は、燃料ガス濃度が希薄で火炎長さが長い淡火炎１０１が形成される淡用炎孔１０２の両外側に、燃料ガス濃度が過濃で火炎長さが短い濃火炎１０３が形成される濃用炎孔１０４を備え、さらに、これら淡用炎孔１０２と濃用炎孔１０４との間に閉塞部１０５を備えている。

このような濃淡燃焼バーナとしては、例えば、特許文献１に、主炎孔両外側に側壁が設けられ、主炎孔と保炎間隙との間に渦流部（図１８にいう、閉塞部１０５に相当する）が形成された濃淡燃焼バーナが開示されている。

また、燃焼装置は、通常、これが組み込まれる装置の仕様に合わせて上記濃淡燃焼バーナが複数並設されたバーナユニットを備えている。そして、これら複数のバーナ間においても火炎が相互に干渉し合うことにより、例えば、総空気比＝１．６といった希薄領域であっても、低ＮＯｘかつ安定した燃焼を行うことができるようになっている。

特開平６−１４７４３１号公報

ところで、例えば、給湯・暖房装置などの分野では、ＣＯ_２の排出削減を目的として、その装置の省エネルギー基準を、現在商品化されている装置のうち最も優れたものの性能以上にするといった、トップランナー方式の採用が確定している。

そのため、当該装置の高効率化が今まで以上に要求されている。とりわけ今後は、従来の定格運転時だけでなく、低負荷運転時にもトップランナー制度が適用される可能性が高く、その高効率化が重要になってくると考えられる。

しかしながら、既存の濃淡燃焼バーナは、実運転時のバーナ負荷率を１／２程度までしか下げることができない。そのため、従来の燃焼装置が組み込まれた装置において、低負荷運転を行おうとした場合、各バーナ負荷率を下げるだけでなく、燃焼させるバーナの本数を制御したり（例えば、半面燃焼とするなど）、バーナのＯＮ−ＯＦＦ制御を繰り返したりすることにより、燃焼装置が組み込まれた装置全体の負荷率を下げる必要がある。

そのため、燃焼させるバーナの本数を制御した場合には、燃焼させないバーナを通じて吹き抜け空気が燃焼室内に入り、燃焼装置が組み込まれた装置の熱効率が低下するといった問題があった。

また、燃焼させるバーナの本数を制御し、さらにバーナのＯＮ−ＯＦＦ制御を繰り返した場合には、吹き抜け空気に加えてポストパージの影響を強く受けるため、燃焼装置が組み込まれた装置の熱効率が一層低下するといった問題があった。

もっとも、全てのバーナを燃焼させた状態（全面燃焼）で、各バーナ負荷率を実運転範囲外まで下げれば、上記問題を回避することができると考えられる。

しかしながら、そのような低負荷運転を行えば、燃焼装置のバーナは、火炎からの輻射熱によりバーナプレートが過熱され、熱ひずみによりバーナプレートに変形が生じ、耐久性に劣るといった問題が発生することが判明した。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の解決しようとする課題は、低負荷燃焼時の耐久性に優れた濃淡燃焼バーナを提供することにある。また、他の課題は、給湯、暖房装置などを低負荷運転した場合、高効率化を図ることが可能な燃焼装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の濃淡燃焼バーナは、頂部略中央に設けられ、淡火炎用予混合気を噴出可能な淡用炎孔と、淡用炎孔の両外側に設けられ、濃火炎用予混合気を噴出可能な濃用炎孔と、淡用炎孔と前記濃用炎孔との間に設けられ、淡火炎と濃火炎との間の環流領域に環流領域用空気を噴出可能な環流領域用炎孔とを少なくとも備えたことを要旨とする。

また、請求項２に記載の濃淡燃焼バーナは、請求項１に記載のものであって、濃用炎孔の両外側には、２次空気が供給されることを要旨とする。

また、請求項３に記載の濃淡燃焼バーナは、請求項１または２に記載のものであって、環流領域用空気の流速Ｖ_ＲＺは、淡火炎用予混合気の流速Ｖ_Ｌ以下であることを要旨とする。

また、請求項４に記載の濃淡燃焼バーナは、請求項３に記載のものであって、前記環流領域用空気の流速Ｖ_ＲＺは、０．０１〜２．５［ｍ／ｓ］の範囲内にあることを要旨とする。

一方、請求項５に記載の燃焼装置は、請求項１から４の何れかに記載の濃淡燃焼バーナを備えたことを要旨とする。

請求項１に記載の濃淡燃焼バーナによれば、淡用炎孔と濃用炎孔との間に設けた環流領域用炎孔から、淡火炎と濃火炎との間に存在する環流領域に環流領域用空気を噴出させることが可能となる。

そのため、従来よりバーナ負荷率を下げても、環流領域用炎孔周辺を中心としてバーナ部材の温度上昇を抑制することができ、これによりバーナ部材の熱ひずみによる変形を抑制することができる。したがって、従来よりも低負荷燃焼が可能となり、しかも、バーナの耐久性に優れる。また、環流領域用炎孔から環流領域用空気を噴出させることにより、バーナの燃焼によるＮＯｘ、ＣＯの発生を抑制することができ、排ガス特性が向上する。

また、請求項２に記載の濃淡燃焼バーナによれば、濃用炎孔の両外側に２次空気が供給されるので、濃火炎の安定を促進するとともに、空気不足である濃火炎の燃焼反応を促進し、よりＣＯの発生を抑制することが可能となる。

また、請求項３または４に記載の濃淡燃焼バーナによれば、環流領域用炎孔から噴出させる環流領域用空気の流速Ｖ_ＲＺを、特定の条件を満たすようにしたので、上述した作用効果に優れる。

一方、請求項５に記載の燃焼装置によれば、上述した作用効果を奏する濃淡燃焼バーナを用いているので、低負荷運転を行うに当たって、従来のように燃焼させるバーナ本数の制御やバーナのＯＮ−ＯＦＦ制御を行う必要性が極めて少なくなる。したがって、その分、この燃焼装置を組み込んだ装置の熱効率が向上し、高効率化を図ることが可能となる。また、従来必要であったバーナ本数制御用のガス電磁弁やガス経路配管材などが不要となるので、低コスト化を図ることが可能となる。

以下に、本実施形態に係る濃淡燃焼バーナ（以下、「本バーナ」という。）およびこれを備えた本実施形態に係る燃焼装置（以下、「本燃焼装置」という。）ならびに本燃焼装置が組み込まれた本実施形態に係る給湯装置について説明する。

図１は、本燃焼装置を適用した本給湯装置の概略図、図２は、本燃焼装置に設けられるバーナユニットの断面図、図３は、図２のバーナユニットの側面図、図４は、本バーナの頂部付近の詳細を模式的に示した断面図である。

図１に示すように、本給湯装置１０は、本燃焼装置１１と、熱交換器１２と、ケース１３とを少なくとも備えている。本給湯装置１０では、本燃焼装置１１の上方に熱交換器１２が設けられ、これらはケース１３に収容されている。熱交換器１２は、本燃焼装置１１の燃焼により生じる火炎１４によって加熱される。熱交換器１２には、給水路１５と出湯路１６とが接続されており、給水路１５より供給された低温水は、熱交換器１２により加熱され、高温水となって出湯路１６より出湯される。ケース１３の上方には、排気口１７が形成され、本燃焼装置１１の燃焼より生じた排気ガスが排気される。

図１〜図３に示すように、本燃焼装置１１は、本バーナ１８が複数（図では６個）並設されたバーナユニット１９を少なくとも備えている。バーナユニット１９には、淡用流入口２０、環流領域用流入口２１、濃用流入口２２および２次空気用流入口２３が、各バーナ１８に対してそれぞれ設けられている。

このバーナユニット１９の各流入口２０、２１、２２、２３には、淡火炎用予混合気Ｌ、濃火炎用予混合気Ｒ、環流領域用空気ＲＺおよび２次空気２Ａを供給可能な第１供給系統２４が接続されている。

この第１供給系統２４は、図１では模式的に示しているが、例えば、次のように構成すれば良い。すなわち、図示されないボンベなどの燃料供給源から供給される燃料ガスを、適当な圧力・流量に調節し、淡用混合室、濃用混合室へ送る。また、コンプレッサーなどの空気供給源から供給される空気を、適当な圧力・流量に調節し、一次空気として淡用混合室、濃用混合室へ送る。

そして各混合室で所定の空気比に混合された燃料と一次空気とを、淡火炎用予混合気Ｌ、濃火炎用予混合気Ｒとして各バーナ１８の淡用流入口２０、濃用流入口２２へ導入するようにすれば良い。一方、２次空気２Ａ、環流領域用空気ＲＺについては、空気供給源から供給される空気を、適当な圧力・流量に調節し、これを各バーナ１８の環流領域用流入口２１、２次空気用流入口２３へ導入するようにすれば良い。

また、バーナユニット１９の各流入口２０、２１、２２、２３には、上記第１供給系統２４に代えて、次のような第２供給系統が接続されていても良い。すなわち、図示されないボンベなどの燃料供給源から供給される燃料ガスを、各バーナ１８の淡用流入口２０、濃用流入口２２に挿入した淡用燃料供給ノズル、濃用燃料供給ノズルより吹き込むとともに、送風ファンなどの空気供給源から供給される空気の一部を、一次空気として淡用流入口２０と濃用流入口２２から吸引させる。これにより、淡用流路２８、濃用流路２９（後述する）内で淡火炎用予混合気Ｌ、濃火炎用予混合気Ｒが生成されるようにしても良い。一方、２次空気２Ａ、環流領域用空気ＲＺについては、空気供給源から供給される空気の残部を、各バーナ１８の環流領域用流入口２１、２次空気用流入口２３へ導入するようにすれば良い。

ここで、本バーナ１８は、図４に示すように、金属製プレートなどの板状部材によりその頂部が区画されて形成された淡用炎孔２５、濃用炎孔２６、環流領域用炎孔２７を少なくとも備えている。

淡用炎孔２５は、頂部略中央に長手方向に亘って配設されており、理論空気比以上の淡火炎用予混合気Ｌを噴出できるようになっている。淡用炎孔２５の下方には、淡用流入口２０と連通された淡用流路２８が形成されており、淡火炎用予混合気Ｌを淡用炎孔２５まで導くことができるようになっている。

濃用炎孔２６は、淡用炎孔２８の両外側に配設されており、理論空気比以下の濃火炎用予混合気Ｒを噴出できるようになっている。濃用炎孔２６の下方には、濃用流入口２２と連通された濃用流路２９が形成されており、濃火炎用予混合気Ｒを濃用炎孔２６まで導くことができるようになっている。

環流領域用炎孔２７は、淡用炎孔２５と濃用炎孔２６の間に配設されており、淡用炎孔２５の上方に形成された淡火炎３０と、濃用炎孔２６の上方に形成された濃火炎３１との間に存在する環流領域に環流領域用空気ＲＺを噴出できるようになっている。環流領域用炎孔２７の下方には、環流領域用流入口２１と連通された環流領域用流路３２が形成されており、環流領域用空気ＲＺを環流領域用炎孔２７まで導くことができるようになっている。

ここで、本バーナ１８は、上記各炎孔２５、２６、２７以外にも、２次空気孔３３を備えていても良い。すなわち、図４では、２次空気孔３３は、濃用炎孔２６の両外側に配設されており、２次空気２Ａを噴出できるようになっている。この２次空気孔３３を備える場合には、濃火炎の安定を促進するとともに、空気不足である濃火炎の燃焼反応を促進し、よりＣＯの発生を抑制することできるので有用である。２次空気孔３３の下方には、２次空気用流入口２３と連通された２次空気用流路３４が形成されており、２次空気２Ａを２次空気孔３３まで導くことができるようになっている。なお、２次空気孔３３、２次空気用流路３４は、隣接する各バーナ１８の間に形成された隙間を利用するものであっても良い。

本バーナ１８において、上記各炎孔２５、２６、２７および２次空気孔３３は、幅方向に２つ以上形成されていても良い。図４では、頂部略中央に淡用炎孔２５が３つ、淡用炎孔２５の両外側に環流領域用炎孔２７がそれぞれ１つずつ、環流領域用炎孔２７の両外側に濃用炎孔２６がそれぞれ１つずつ、濃用炎孔２６の両外側に２次空気孔３３がそれぞれ１つずつ形成された場合を例示している。

この際、上記各炎孔２５、２６、２７および２次空気孔３３の幅は、基本的には、単位面積当たりの燃焼量が１〜１０ｋｃａｌ／ｍｍ^２程度で、かつ、各予混合気Ｌ、Ｒの消炎距離以下となるように最適な幅に形成すれば良い。好ましくは、環流領域用炎孔２７の幅については、０．４〜３．０ｍｍの範囲にすると良い。

なお、図１〜４に示した本バーナ１８では、各予混合気Ｌ、Ｒは、燃料ガスと空気とを所定の空気比となるように混合し、生成した予混合気をそれぞれ別個に各炎孔２５、２６に供給する場合を示している。本バーナ１８では、これ以外にも、濃火炎用予混合気Ｒの一部を淡火炎用予混合気Ｌとして淡用炎孔２５に供給するなどしても良い。この場合には、濃用流路２８と淡用流路２９との間の隔壁に適当な大きさの連通孔を設ければ良い。

また、本バーナ１８に用いられる燃料ガスとしては、具体的には、都市ガス、ＬＰＧ、Ｈ_２などが挙げられ、特に限定されるものではない。

ここで、本バーナ１８では、環流領域用空気ＲＺの流速Ｖ_ＲＺは、淡火炎用予混合気Ｌの流速Ｖ_Ｌ以下であることが好ましい。具体的には、環流領域用空気ＲＺの流速Ｖ_ＲＺは、０．０１〜２．５［ｍ／ｓ］、好ましくは、０．０５〜１［ｍ／ｓ］、より好ましくは、０．０５〜０．２［ｍ／ｓ］の範囲内にあると良い。

環流領域用空気ＲＺの流速Ｖ_ＲＺが上記条件を満たす場合には、バーナ１８を低負荷燃焼させたときのバーナ１８の耐久性、排ガス特性に一層優れるからである。

上記濃淡燃焼バーナによれば、淡用炎孔と濃用炎孔との間に設けた環流領域用炎孔から、淡火炎と濃火炎との間に存在する環流領域に環流領域用空気を噴出させることが可能となる。

そのため、従来よりバーナ負荷率を下げても、環流領域用炎孔周辺を中心にバーナ部材の温度上昇を抑制することができ、これによりバーナ部材の熱ひずみによる変形を抑制することができる。したがって、従来よりも低負荷燃焼が可能となり、しかも、バーナの耐久性に優れる。また、環流領域用炎孔から環流領域用空気を噴出させることにより、バーナの燃焼によるＮＯｘ、ＣＯの発生を抑制することができ、排ガス特性が向上する。

また、本燃焼装置によれば上記濃淡燃焼バーナを用いているので、低負荷運転を行うに当たって、従来のように燃焼させるバーナ本数の制御やバーナのＯＮ−ＯＦＦ制御を行う必要性が極めて少なくなる。したがって、その分、この燃焼装置を組み込んだ装置の熱効率が向上し、高効率化を図ることが可能となる。また、従来必要であったバーナ本数制御用のガス電磁弁やガス経路配管材などが不要となり、低コスト化を図ることが可能となる。

以下、実施例を用いてより詳細に説明する。なお、上記説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付してある。

（実施例に係る濃淡燃焼バーナの作製）
初めに、図２に示した形態を備えた各濃淡燃焼バーナ１８を作製した。すなわち、図５に拡大して示すように、ＳＵＳ３０４製の薄いプレート部材３５を所定間隔離間させて複数枚積層し、淡用炎孔２５、濃用炎孔２６、環流領域用炎孔２７および２次空気孔３３、ならびに、淡用流路２８、濃用流路２９、環流領域用流路３２および２次空気用流路３４を形成した。

この際、各孔の幅は、淡用炎孔２５＝０．８ｍｍ、濃用炎孔２６＝０．８ｍｍ、環流領域用炎孔２７＝１．４５ｍｍおよび２次空気孔３３＝１．７ｍｍとした。また、淡用炎孔２５については、淡用流路２８内にスリット部材３６を取り付けることにより３つ形成した。なお、プレート部材３５は、厚さ０．４ｍｍのものを用いた。

次いで、各流路２８、２９、３２、３４の下端部に、淡用流入口２０、濃用流入口２２、環流領域用流入口２１および２次空気用流入口２３をそれぞれ取り付け、本実施例に係る濃淡燃焼バーナ１８を作製した。

（実施例に係る燃焼装置の作製）
次に、図１〜図３に示した形態のバーナユニット１９を備えた燃焼装置１１を作製した。すなわち、上記作製した濃淡燃焼バーナ１８を６個並べてバーナユニット１９とした。この際、隣接する濃淡燃焼バーナ１８間の２次空気孔３３および２次空気用流路３４は、隣接するバーナ１８間同士で共有するように構成した。

次いで、バーナユニット１９の各バーナ１８が備える各流入口２０、２２、２１、２３に対して、淡火炎用予混合気Ｌ、濃火炎用予混合気Ｒ、環流領域用空気ＲＺおよび２次空気２Ａをそれぞれ供給可能な第１供給系統２４を接続した。なお、第１供給系統２４は、常法に従い、各予混合気Ｌ、Ｒの流速およびその空気比、各空気の流速、全体のインプット量などを制御可能に構成した。この際、燃料ガスには、１３Ａ−１（ＣＨ_４：Ｃ_３Ｈ_８＝８５：１５）、空気には乾燥空気を用いた。

（給湯暖房装置の作製）
次に、上記作製した燃焼装置１１を熱源に用いた給湯暖房装置３７を作製した。その概略構成は次の通りである。すなわち、図６に示すように、給湯暖房装置３７は、給湯装置１０と、暖房装置３８と、複数の管路群から形成される温水循環路３９とを備えている。

給湯装置１０において、燃焼装置１１の火炎１４によって加熱された熱交換器１２により高温となった高温水は、第１管路４０を通って暖房装置３８に至る。

暖房装置３８では、循環する冷却水４１と高温水との間で熱交換が行われる。暖房装置３８から出た低温水は、第２管路４２を通って暖房シスターン４３に至る。暖房シスターン４３には、水道水供給路４４が接続されており、必要に応じて水道水４５を足すことができるようになっている。

暖房シスターン４３から出た低温水は、第３管路４６、暖房ポンプ４７を通って給湯装置１０に至り、燃焼装置１１により再び加熱される。

なお、第２管路４２の途中には、流量計４８が取り付けられており、循環水量を測定できるようになっている。また、給水路１５および出湯路１６には、Ｔ型熱電対４９、４９が取り付けられており、低温水および高温水の温度を測定できるようになっている。

（比較例に係る濃淡燃焼バーナおよび燃焼装置ならびに給湯暖房装置の作製）
図７に示すように、本実施例に係る濃淡燃焼バーナ１８において、環流領域用流路３２を塞いで閉塞部１０５とした以外は実施例とほぼ同様にして、比較例に係る濃淡燃焼バーナ５０を作製した。

また、図８に示すように、この比較例に係る濃淡燃焼バーナ５０を６つ並設してバーナユニット５１とし、このバーナユニット５１に対して、燃料ガス５２の供給量および送風ファン５３の回転数を制御でき、かつ、全面運転および半面運転ができるように構成した第２供給系統５４を接続した以外は、実施例とほぼ同様にして比較例に係る燃焼装置５５を作製した。なお、第２供給系統５４には、湿式ガスメータ５６、ガス比例弁５７などが取り付けられている。

また、図８に示すように、実施例に係る給湯暖房装置３７において、比較例に係る燃焼装置５５を組み込んだ給湯装置５８を用いた以外は、実施例とほぼ同様にして比較例に係る給湯暖房装置５９を作製した。

（給湯暖房装置の低負荷運転試験）
次に、実施例および比較例に係る給湯暖房装置３７、５９を低負荷運転させ、環流領域に環流領域用空気ＲＺを導入した場合の効果の確認を行った。すなわち、先ず、図５および図７に示すように、本濃淡燃焼バーナ１８および比較用バーナ５０について、外側淡用バーナプレートの上端部より約１．５ｍｍの位置、内側淡用バーナプレートの上端部より約１．５ｍｍの位置、濃用バーナプレートの上端部より約１．５ｍｍの位置に、線径０．５ｍｍφのＫ型熱電対Ｋ_１、Ｋ_２、Ｋ_３をそれぞれ取り付け、各バーナプレート温度を測定可能とした。

次いで、実施例に係る給湯暖房装置３７については、淡火炎用予混合気Ｌ、濃火炎用予混合気Ｒのインプット割合、空気比などの条件を、一般的な家庭用給湯暖房装置に採用されている条件とほぼ同等とし、燃焼装置１１に投入するインプット量、各バーナ負荷率、環流領域用空気ＲＺの流速などを種々変化させることにより、燃焼装置１１に投入するインプット量に対する各バーナプレート温度を測定した。この際、燃焼装置１１の燃焼条件は全面燃焼とした。また、実施例に係る給湯装置１０の熱効率（＝給湯装置内の熱交換器部分で水温上昇に使用された熱量／給湯装置に投入したガス全体の持つエネルギー量）も求めた。

一方、比較例に係る給湯暖房装置５９についても、燃焼装置５５に投入するインプット量、各バーナ負荷率などを種々変化させ、燃焼装置５５に投入するインプット量に対する各バーナプレート温度を測定した。但し、比較例に係る燃焼装置５５は、各バーナ負荷率を小さくし難い。そのため、燃焼させるバーナ５０の本数を半分（具体的には３本）にした半面燃焼、さらにバーナ５０のＯＮ−ＯＦＦ制御を行うことにより、給湯装置５８全体の負荷率を種々変化させた。また、比較例に係る給湯装置５８の熱効率も同様にして求めた。

実施例についての試験条件を表１に、比較例についての試験条件を表２に示す。

図９は、実施例に係る濃淡燃焼バーナに関して、給湯装置へのインプット量と外側淡用バーナプレート温度との関係を示した図、図１０は、実施例に係る濃淡燃焼バーナに関して、給湯装置へのインプット量と内側淡用バーナプレート温度との関係を示した図、図１１は、実施例に係る濃淡燃焼バーナに関して、給湯装置へのインプット量と濃用バーナプレート温度との関係を示した図である。

図９〜図１１によれば、各バーナプレート温度は、環流領域への環流領域用空気の導入量が増加するにつれて顕著に低下していることが分かる。また、従来の濃淡燃焼バーナによれば、部分負荷運転時のバーナプレートの温度上昇に伴う熱ひずみの発生および耐久性の低下のため、実運転時のバーナ負荷率を１／２程度までしか下げることができなかった。

これに対して、実施例に係る濃淡燃焼バーナによれば、例えば、環流領域用空気の流速Ｖ_ＲＺ＝０．１５５［ｍ／ｓ］とした場合、全面燃焼を行ったまま実運転時のバーナ負荷率を約１／５．５程度にまで下げて、低負荷燃焼可能なことが分かる。また、試験終了後、実施例に係る濃淡燃焼バーナの頂部を確認したところ、バーナ負荷率を下げたことに起因するプレートの変形は見られなかった。

したがって、本実施例に係る濃淡燃焼バーナによれば、環流領域へ環流領域用空気を導入することにより、従来はバーナプレートが過熱されてしまうために不可能であったバーナ負荷率＝１／２以下での低負荷燃焼が可能なことが分かる。さらに、バーナの耐久性にも優れることが分かる。

また、図１２は、本実施例に係る給湯装置へのインプット量と熱効率との関係を示した図である。図１２によれば、本実施例に係る燃焼装置の各バーナの環流領域へ環流領域用空気を導入した場合、低負荷運転を行っても、給湯装置の熱効率はほとんど低下しないことが分かる。

したがって、本実施例に係る燃焼装置を組み込んだ装置では、低負荷運転を行うに当たって、従来のように燃焼させるバーナ本数の制御やバーナのＯＮ−ＯＦＦ制御を行う必要性を極めて少なくできる。そのため、その分、燃焼装置を組み込んだ装置の部分負荷時の熱効率を向上でき、高効率化を図れることが分かる。

一方、比較例に係る濃淡燃焼バーナでは、実運転時のバーナ負荷率を１／２程度までしか下げることができないため、低負荷運転を行うには、半面燃焼、ＯＮ−ＯＦＦ制御を行うことによって給湯装置全体の負荷率を１／２以下に下げざるを得ない。そのため、図１３に示すように、給湯装置のインプット量を低下させる、すなわち、比較例に係る燃焼装置を組み込んだ装置において、濃淡燃焼バーナの負荷率を低下させるにつれて、各バーナプレート温度が急激に上昇することが分かる。

また、表２に示すように、従来の濃淡燃焼バーナの実運転範囲外であるバーナ負荷率＝１／３程度とし、全面燃焼を行った場合、試験終了後に比較例に係る濃淡燃焼バーナの頂部を確認したところ、熱ひずみによるバーナプレートの変形が確認された。このことより、環流領域へ環流領域用空気を導入することなく低負荷燃焼を行った場合には、バーナの耐久性に劣ることが分かる。

さらに、表２に示すように、比較例に係る給湯装置において半面燃焼を行った場合、燃焼させないバーナを通じて吹き抜け空気が燃焼室内に入り込むので、定格運転時に比べて熱効率が低下することが分かる。特に、半面燃焼に加えてＯＮ−ＯＦＦ制御を行った場合には、吹き抜け空気に加えてポストパージの影響を受けるため、定格運転時に比べて熱効率が５．２ポイントも低下することが分かる。

このことより、低負荷運転時の熱効率を向上させるには、本実施例に係る濃淡燃焼バーナ、本実施例に係る燃焼装置のように、全面燃焼を行ったまま、バーナ負荷率を低下させることが有効であることが分かる。

（排ガス特性の測定）
次に、実施例に係る給湯暖房装置３７について排ガス特性を測定した。すなわち、図６に示すように、給湯装置１０の排気口１７より排出される排気ガスをサンプリング装置６０でサンプリングし、排ガス濃度（ＮＯｘ、ＣＯ、ＣＯ_２およびＯ_２）を測定した。この際、排ガス分析は、ガスクロマトグラフ（堀場製作所製 「ＰＧ−２４０Ａ」）にて行った。

図１４は、環流領域に導入する環流領域用空気の流速を変化させた場合における、給湯装置へのインプット量とＮＯｘ濃度との関係を示した図、図１５は、環流領域に導入する環流領域用空気の流速を変化させた場合における、給湯装置へのインプット量とＣＯ／ＣＯ_２との関係を示した図である。

図１４および図１５によれば、環流領域へ導入する環流領域用空気の量が増加するにつれて、ＮＯｘ濃度、ＣＯ／ＣＯ_２ともに減少し、排ガス特性が向上することが分かる。

したがって、本実施例に係る濃淡燃焼バーナ、本実施例に係る燃焼装置によれば、良好な排ガス特性を維持したまま、低負荷燃焼を行うことができる。

以上、本実施例について説明したが、上記実施例は本発明を何ら限定するものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形・改良が可能である。

例えば、本実施例に係る濃淡燃焼バーナでは、各予混合気、環流領域用空気および２次空気の流路は、最終的に、上述した順に配設された各炎孔および２次空気孔に連通されておれば、どのような経路を経ていても良く、特に限定されるものではない。

例えば、図１６に示すように、比較例に係る濃淡燃焼バーナ５０、すなわち、閉塞部１０５を有する従来の濃淡燃焼バーナにおいて、２次空気用流路３４と、閉塞部１０５の上方とを単数、もしくは、複数のバイパス配管６１を用いて連通し、２次空気２Ａの一部を閉塞部１０５の上方に導入し、この２次空気２Ａを環流領域用空気ＲＺとして、環流領域用炎孔２７より噴出する構成としても良い。

なお、バイパス配管６１は、２次空気２Ａからの空気の導入量を多くできる観点から、２次空気用流路３４側の端部よりも閉塞部１０５の上方側の端部が高くなるように斜設されていることが好ましい。これにより低負燃焼時のバーナプレートの過熱を抑制するのに十分な環流領域用空気ＲＺを確保できる。

また、図１７に示すように、比較例に係る濃淡燃焼バーナ５０、すなわち、閉塞部１０５を有する従来の濃淡燃焼バーナにおいて、閉塞部１０５の上方に、バーナ外部からバーナ炎孔の長手方向に配管６２を挿入し、この配管６２の上方側壁面に設けた複数の空気吹き出し孔（図示されない）より空気を吹き出し、この空気を環流領域用空気ＲＺとして環流領域用炎孔２７より噴出する構成としても良い。

これらの構成を採用した場合には、従来の濃淡燃焼バーナを流用できるので、低コスト化を図り易いなどの利点がある。

本燃焼装置を適用した本給湯装置の概略図である。 本燃焼装置に設けられるバーナユニットの断面図である。 図２のバーナユニットの側面図である。 本バーナの頂部付近の詳細を模式的に示した断面図である。 実施例に係る濃淡燃焼バーナの頂部付近の詳細を模式的に示した断面図である。 実施例に係る給湯暖房装置の概略図である。 比較例に係る濃淡燃焼バーナの頂部付近の詳細を模式的に示した断面図である。 比較例に係る給湯暖房装置の概略図である。 実施例に係る濃淡燃焼バーナに関して、給湯装置へのインプット量と外側淡用バーナプレート温度との関係を示した図である。 実施例に係る濃淡燃焼バーナに関して、給湯装置へのインプット量と内側淡用バーナプレート温度との関係を示した図である。 実施例に係る濃淡燃焼バーナに関して、給湯装置へのインプット量と濃用バーナプレート温度との関係を示した図である。 実施例に係る給湯装置へのインプット量と熱効率との関係を示した図である。 比較例に係る濃淡燃焼バーナに関して、給湯装置へのインプット量と各バーナプレート温度との関係を示した図である。 環流領域に導入する環流領域用空気の流速を変化させた場合における、給湯装置へのインプット量とＮＯｘ濃度との関係を示した図である。 環流領域に導入する環流領域用空気の流速を変化させた場合における、給湯装置へのインプット量とＣＯ／ＣＯ_２との関係を示した図である。 従来の濃淡燃焼バーナに本発明を適用した場合を示した断面図である。 従来の濃淡燃焼バーナに本発明を適用した他の場合を示した断面図である。 従来の濃淡燃焼バーナの頂部付近の詳細を示した断面図である。

符号の説明

１０ 本給湯装置
１１ 本燃焼装置
１８ 本バーナ
１９ バーナユニット
２０ 淡用流入口
２１ 環流領域用流入口
２２ 濃用流入口
２３ ２次空気用流入口
Ｌ 淡火炎用予混合気
Ｒ 濃火炎用予混合気
ＲＺ 環流領域用空気
２Ａ ２次空気
２４ 第１供給系統
２５ 淡用炎孔
２６ 濃用炎孔
２７ 環流領域用炎孔
２８ 淡用流路
２９ 濃用流路
３０ 淡火炎
３１ 濃火炎
３２ 環流領域用流路
３３ ２次空気孔
３４ ２次空気用流路
３５ プレート部材
３６ スリット部材
３７ 給湯暖房装置

Claims (5)

1. 頂部略中央に設けられ、淡火炎用予混合気を噴出可能な淡用炎孔と、前記淡用炎孔の両外側に設けられ、濃火炎用予混合気を噴出可能な濃用炎孔と、前記淡用炎孔と前記濃用炎孔との間に設けられ、淡火炎と濃火炎との間の環流領域に環流領域用空気を噴出可能な環流領域用炎孔とを少なくとも備えたことを特徴とする濃淡燃焼バーナ。
2. 前記濃用炎孔の両外側には、２次空気が供給されることを特徴とする請求項１に記載の濃淡燃焼バーナ。
3. 前記環流領域用空気の流速Ｖ_ＲＺは、前記淡火炎用予混合気の流速Ｖ_Ｌ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の濃淡燃焼バーナ。
4. 前記環流領域用空気の流速Ｖ_ＲＺは、０．０１〜２．５［ｍ／ｓ］の範囲内にあることを特徴とする請求項３に記載の濃淡燃焼バーナ。
5. 請求項１から４の何れかに記載の濃淡燃焼バーナを備えたことを特徴とする燃焼装置。

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