JP2007278621A - 濃淡バーナ - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼筐内の一次空気供給室に前端部が臨むようにして配置するバーナ本体３０の上端面に、淡炎口３１と、淡炎口の横方向両側に間隙を空けて配置される一対の濃炎口３２とを備えると共に、バーナ本体の下部に、淡混合管部３３と濃混合管部３５とを備え、バーナ本体の前端部に各混合管部の上流端の流入口３３ａ，３５ａが一次空気供給室に連通するように形成された濃淡バーナであって、淡炎口と各濃炎口との間の炎口間間隙３７から空気を噴出させるものにおいて、炎口間間隙に所要量の空気を安定して供給できるようにして高ＴＤＲ化を可能にする。
【解決手段】バーナ本体３０に炎口間間隙３７に連なる空気通路３８が設けられ、バーナ本体３０の前端部に空気通路３８の上流端の流入口３８ａが一次空気供給室に連通するように形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、給湯用熱源機等の燃焼装置で使用する濃淡バーナに関する。

従来、この種の濃淡バーナとして、前後方向に長手のバーナ本体の上端面に、理論空燃比より燃料濃度が希薄な淡混合気を噴出する前後方向に長手の淡炎口と、淡炎口の横方向両側に間隙を空けて配置される、理論空燃比より燃料濃度が濃い濃混合気を噴出する前後方向に長手の一対の濃炎口とを備えると共に、バーナ本体の下部に、淡炎口に連なる淡混合管部と、両濃炎口に連なる濃混合管部とを備えるものは知られている（例えば、特許文献１参照）。

濃淡バーナは、一般的に、熱源機等に内蔵される燃焼筐内に横方向に複数本並べて配置される。燃焼筐内の下部には、バーナ配置部に対し仕切り板で仕切られた空気流入室が画成され、給気ファンから空気流入室に送り込まれる空気が仕切り板に形成した多数の分布孔を介してバーナ配置部に燃焼用二次空気として供給される。また、燃焼筐内には、空気流入室の前部から立上る一次空気供給室が設けられており、濃淡バーナのバーナ本体の前端部を一次空気供給室に臨ませている。そして、バーナ本体の前端部に淡混合管部と濃混合管部との夫々の上流端の流入口を一次空気供給室に連通するように形成し、各混合管部の流入口に各ガスノズルを臨ませている。そのため、各混合管部に一次空気供給室から一次空気が流入すると共に各ガスノズルからの燃料ガスが流入し、各混合管部で所要の空燃比の混合気が生成されて、淡炎口と濃炎口とに夫々淡混合気と濃混合気とが供給される。

ここで、濃淡バーナにおいては、淡炎口から噴出する淡混合気の燃焼で主炎が形成されるため、ＮＯｘの発生が低減され、また、濃炎口から噴出する濃混合気の燃焼で生成される袖火により主炎が保炎されて燃焼が安定する。更に、淡炎口と各濃炎口との間の炎口間間隙により主炎と袖火との境界部に還流域が形成され、袖火による主炎の保炎効果が高められる。

このように濃淡バーナは優れた特性を持つが、主炎の長さが短くなる低負荷燃焼時には、主炎からの輻射熱がバーナ本体に及び易くなって、バーナ本体とりわけ淡炎口の吹出し部表面の熱損を生ずる。そのため、濃淡バーナではバーナ負荷率を左程小さくできず、燃焼装置全体の燃焼量をある程度以下にするには濃淡バーナの燃焼本数を減少することが必要になる。然し、このように燃焼本数を減少させると、燃焼停止中の濃淡バーナに供給される燃焼用空気が燃焼に寄与しないまま被加熱物に流れてその熱を奪い、熱効率が低下する。

従って、熱効率を向上させるには、燃焼装置の低負荷燃焼時にも全ての濃淡バーナで安定な燃焼を可能にすること、即ち、高ＴＤＲ(ターンダウンレシオ)化することが必要になる。そのための技術として、非特許文献１により、淡炎口と各濃炎口との間の炎口間間隙から少量の空気を噴出させることが提案されている。これによれば、淡炎口近傍のバーナ本体の温度及び主炎の火炎温度が炎口間間隙から噴出する空気による冷却作用で下がり、低負荷燃焼で主炎の長さが短くなっても、熱影響を受けやすい淡炎口近傍部分を含めてバーナ本体の熱損は生じない。そのため、濃淡バーナをかなり小さな負荷率でも安定して燃焼させることができるようになり、高ＴＤＲ化が可能になって、低負荷燃焼時の熱効率の低下を防止できる。

ここで、非特許文献１には、炎口間間隙に空気を供給するための具体的構造が開示されていない。一般的には、燃焼筐内の空気流入室から仕切り板の分布孔を介してバーナ配置部に流入する二次空気の一部を取り入れる空気取入れ口をバーナ本体の側面部に設けて、空気取入れ口から炎口間間隙に空気を導くことが考えられる。然し、これでは以下の不具合を生ずる。即ち、空気流入室は給気ファンからの動圧を直接的に受ける部分であって圧力変動を生じ易く、バーナ配置部に流れる二次空気量が変動して、炎口間間隙に供給される空気量も変動する。そして、炎口間間隙への供給空気量が変動すると、主炎及び袖火の燃焼性に悪影響が及ぶ。
特開２００１−１８２９１０号公報 第４２回燃焼シンポジウム(２００４年１２月１日〜３日 日本燃焼学界主催)講演論文集第２２７〜２２８頁「濃淡燃焼バーナの低負荷時の燃焼機構の解明」

本発明は、以上の点に鑑み、淡炎口と濃炎口との間の炎口間間隙に所要量の空気を安定して供給できるようにして高ＴＤＲ化を可能にした濃淡バーナを提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、燃焼筐内の一次空気供給室に前端部が臨むようにして配置する前後方向に長手のバーナ本体の上端面に、理論空燃比より燃料濃度が希薄な淡混合気を噴出する前後方向に長手の淡炎口と、淡炎口の横方向両側に間隙を空けて配置される、理論空燃比より燃料濃度が濃い濃混合気を噴出する前後方向に長手の一対の濃炎口とを備えると共に、バーナ本体の下部に、淡炎口に連なる淡混合管部と、両濃炎口に連なる濃混合管部とを備え、バーナ本体の前端部に淡混合管部と濃混合管部との夫々の上流端の流入口が一次空気供給室に連通するように形成された濃淡バーナであって、淡炎口と各濃炎口との間の炎口間間隙から空気を噴出させるものにおいて、バーナ本体に炎口間間隙に連なる空気通路が設けられ、バーナ本体の前端部に空気通路の上流端の流入口が一次空気供給室に連通するように形成されていることを特徴とする。

ここで、燃焼筐内の一次空気供給室は、各混合管部への一次空気の流入量を安定させて、淡炎口と濃炎口とに夫々所要の空燃比の混合気を供給する必要があることから、元々圧力変動を生じないように形成されている。そして、本発明では、炎口間間隙に連なる空気通路の流入口が一次空気供給室に連通するため、炎口間間隙に一次空気供給室から空気通路を介して所要量の空気が安定して供給されることになる。従って、炎口間間隙部から噴出する空気により淡炎口近傍のバーナ本体の温度及び主炎の火炎温度を燃焼性に悪影響を与えることなく下げることができ、低負荷燃焼で主炎の長さが短くなったときにも、淡炎口近傍部分を含めてバーナ本体の熱損を生じなくなる。その結果、燃焼性を良好に維持したまま濃淡バーナの高ＴＤＲ化を図ることが可能になる。

ところで、バーナ本体の下部に設けられる各混合管部の流入口はバーナ本体の下部前端部に形成される。そして、空気通路の流入口もバーナ本体の下部前端部に形成することが考えられる。然し、これでは、バーナ本体の下部に、淡混合管部と濃混合管部との配置スペースに加えて空気通路の配置スペースを確保することが必要になり、そのためバーナ本体の下部の上下方向寸法を大きくせざるを得ず、バーナの大型化を招く。ここで、濃淡バーナでは、一般的に、バーナ本体の上部前端部にバーナ本体の下部前端部よりも前方に張り出す張り出し部が形成されており、この張り出し部は一次空気供給室の上端部上方に位置する。従って、空気通路の流入口が張り出し部の下縁に下向きに開口するように形成されていれば、一次空気供給室から空気通路の流入口に空気が流入する。そして、これによれば、バーナ本体の下部に空気通路の配置スペースを確保せずに済み、バーナの大型化を回避できる。

また、本発明において、空気通路は、炎口間間隙の下方位置で前後方向に延在する分布部と、分布部と炎口間間隙との間に位置する絞り部とを有することが望ましい。これによれば、分布部及び絞り部において前後方向の圧力分布が均等になり、炎口間間隙にその前後方向全域に亘り均等に空気を供給できる。

また、燃焼筐内に濃淡バーナを横方向に複数本並設する場合、一次空気供給室の横方向の圧力分布が必ずしも均一でないため、空気通路への流入空気量が濃淡バーナ毎にばらつくことがある。この場合、空気通路の流入口に対向するダンパが設けられていれば、ダンパに形成するダンパ孔の大きさを適切に設定することで空気通路への流入空気量の濃淡バーナ毎のばらつきを修正することができる。

図１を参照して、１は給湯用熱源機に内蔵される燃焼筐を示している。燃焼筐１の上方には熱交換器２が設置されている。そして、燃焼筐１内に、濃淡バーナ３を横方向（図１の紙面垂直方向）に複数本並設し、熱交換器２に通水する水がこれら濃淡バーナ３の燃焼排気との熱交換で加熱されるようにしている。

濃淡バーナ３のバーナ本体３０は前後方向に長手であり、バーナ本体３０の上端面に、図２に示す如く、前後方向に長手の淡炎口３１と、淡炎口３１の横方向両側に位置する前後方向に長手の一対の濃炎口３２，３２とが形成されている。そして、理論空燃比より燃料濃度が希薄な淡混合気を淡炎口３１から噴出させると共に、理論空燃比より燃料濃度が濃い濃混合気を各濃炎口３２から噴出させ、所謂濃淡燃焼を行わせるようにしている。

これを詳述するに、バーナ本体３０は、図２乃至図４に示す如く、横方向に対峙する一対の内側板３０１，３０１と、両内側板３０１，３０１の上半部の横方向外側に配置される一対の外側板３０２，３０２とで構成される。両内側板３０１，３０１は、一枚の板をバーナ本体３０の下縁となる折曲げ線で合掌状態に折り曲げることにより形成され、また、両外側板３０２，３０２は、その上縁の前後複数箇所のブリッジ部３０２ａで相互に連結されている。そして、両内側板３０１，３０１の上端部間の隙間で淡炎口３１が構成され、各外側板３０２の上端部内側に各濃炎口３２が形成される。尚、淡炎口３１には、複数枚の整流板３１ａから成る整流部材が装着されており、各整流板３１ａ間に横幅の狭い炎口流路が画成される。

また、バーナ本体３０には、内側板３０１，３０１をプレス加工することで形成した、バーナ本体３０の下部に位置する淡混合管部３３と、淡混合管部３３からの混合気を淡炎口３１に導く通路部３４とが設けられている。ここで、通路部３４は、淡混合管部３３の上側で前後方向に延在する分布管部３４ａと、分布管部３４ａと淡炎口３１との間の横幅を狭めた絞り部３４ｂとを有している。そして、淡混合管部３３は、バーナ本体３０の下部前端部に位置する流入口３３ａから後方にのび、その後端部が上方に屈曲して分布管部３４ａに連通している。

バーナ本体３０の下部には、更に、淡混合管部３３と分布管部３４ａとの間に位置させて、内側板３０１，３０１をプレス加工することで形成した濃混合管部３５が設けられている。濃混合管部３５は、バーナ本体３０の下部前端部に位置する流入口３５ａから後方に少しのびて終端しており、その後部の側面に通気孔３５ｂが複数形成されている。そして、各内側板３０１と各外側板３０２との間に、濃混合管部３０５から通気孔３５ｂを介して各内側板３０１の外側に流出する混合気を各濃炎口３２に導く通路部３６が形成される。尚、通路部３６には、通気孔３５ｂからの混合気の流れを前後方向に振り分ける、各外側板３０２に形成した凹部で構成される分流部３６ａが設けられている。また、各濃炎口３２は、各外側板３０２の上端部に形成した上下方向に長手の前後複数の凹部３２ａにより前後複数ブロックに区画されている。

また、バーナ本体３０の上部には、両内側板３０１，３０１と両外側板３０２，３０２との間に位置する左右一対の仕切り板３０３，３０３が設けられている。尚、各仕切り板３０３は各内側板３０１の上端縁に前後複数箇所のブリッジ部３０３ａを介して連続する下方への折返し部で構成されている。そして、各内側板３０１と各仕切り板３０３との上端部間の隙間で淡炎口３１と各濃炎口３２との間の炎口間間隙３７を構成すると共に、各内側板３０１と各仕切り板３０３との間に、炎口間間隙３７に空気を供給する空気通路３８を形成している。

ここで、バーナ本体３０の上部前端部には、その下部前端部よりも前方に張り出す張り出し部３０ａが設けられている。そして、図５に示す如く、空気通路３８を張り出し部３０ａに亘って形成し、張り出し部３０ａの下縁に空気通路３８の上流端の流入口３８ａを下向きに開口させている。また、空気通路３８は、炎口間間隙３７の下方位置で前後方向に延在する分布部３８ｂと、分布部３８ｂと炎口間間隙３７との間に位置する横幅を狭めた絞り部３８ｃとを有している。

上述した燃焼筐１内の下部には、濃淡バーナ３の配置部に対し仕切り板４で仕切られた空気流入室５が画成され、図外の給気ファンに連なる送風ダクト６が空気流入室５の底面に接続されている。そして、給気ファンから空気流入室５に送り込まれた空気が仕切り板４に形成した多数の分布孔４ａを介してバーナ配置部に燃焼用二次空気として供給されるようにしている。尚、燃焼筐１内に配置した複数の濃淡バーナ３の合計燃焼量は給湯負荷に応じて可変され、給気ファンからの送風量は濃淡バーナ３の合計燃焼量に応じて可変される。

また、燃焼筐１内には、空気流入室５の前部から立上る一次空気供給室７が設けられている。濃淡バーナ３はそのバーナ本体３０の前端部が一次空気供給室７に臨むように配置されており、そのため、バーナ本体３０の下部前端部に開口する淡混合管部３３と濃混合管部３５の流入口３３ａ，３５ａが一次空気供給室７に連通する。また、バーナ本体３０の上部前端の張り出し部３０ａは一次空気供給室7の上端部上方に位置することになり、張り出し部３０ａの下縁に下向きに開口する空気通路３８の流入口３８ａも一次空気供給室7に連通する。

一次空気供給室７の前面はガスマニホールド８で閉塞されており、このガスマニホールド８に、淡混合管部３３の流入口３３ａに臨む淡ガスノズル８ａと、濃混合管部３５の流入口３５ａに臨む濃ガスノズル８ｂとを設けている。従って、各混合管部３３，３５に一次空気供給室７から一次空気が流入すると共に各ガスノズル８ａ，８ｂからの燃焼ガスが流入し、各混合管部３３，３５で一次空気と燃料ガスとが混合して混合気が生成される。そして、淡混合管部３３の流入口３３ａは比較的大きく、そのため、淡混合管部３３では一次空気の流入量が多くなって淡混合気が生成される。一方、濃混合管部３５の流入口３５ａは比較的小さく、そのため、濃混合管部３５では一次空気の流入量が少なくなって濃混合気が生成される。また、空気通路３８に一次空気供給室７から空気が流入し、この空気が炎口間間隙３７に供給される。そして、淡炎口３１近傍のバーナ本体３０の温度及び淡炎口３１から噴出する淡混合気の燃焼で生成される主炎の火炎温度が炎口間間隙３７から噴出する空気による冷却作用で下げられる。従って、低負荷燃焼で主炎の長さがかなり短くなっても、熱影響を受けやすい淡炎口３１近傍部分を含めてバーナ本体３０の熱損を生じない。

ここで、空気流入室５は給気ファンからの動圧を直接受ける部分であって圧力変動を生じやすいが、一次空気供給室７は静圧域になって圧力変動を殆ど生じない。そのため、各混合管部３３，３５への一次空気の流入量が安定して所要の空燃比の混合気が生成される。同様に、空気通路３８への空気流入量も安定する。更に、空気通路３８の分布部３８ｂ及び絞り部３８ｃにおいて前後方向の圧力分布が均等になり、炎口間間隙３７にその前後方向全域に亘り所要量の空気が均等に供給される。従って、淡炎口３１近傍のバーナ本体３０の温度及び主炎の火炎温度を燃焼性に悪影響を与えることなく下げることができ、濃淡バーナ３の高ＴＤＲ化を図ることが可能になる。その結果、濃淡バーナ３の燃焼本数を切替えずに合計燃焼量を広範囲に可変することができ、熱効率が向上する。

ところで、一次空気供給室７の空気圧は送風ダクト６に近い横方向位置の部分で高くなりやすい。そして、各混合管部３３，３５及び空気通路３８への流入空気量が一次空気供給室７の横方向の圧力分布の不均一性に起因して濃淡バーナ３毎にばらつくことがある。そのため、一次空気供給室７に、バーナ本体３０の下部前端部と張り出し部３０ａの下縁とに沿う断面逆Ｌ字状のダンパ９を配置し、このダンパ９に淡混合管部３３の流入口３３ａに対向するダンパ孔９ａと、濃混合管部３５の流入口３５ａに対向するダンパ孔９ｂと、空気通路３８の流入口３８ａに対向するダンパ孔９ｃとを形成している。そして、これらダンパ孔９ａ，９ｂ，９ｃの大きさを適切に設定することにより、各混合管部３３，３５及び空気通路３８への流入空気量が濃淡バーナ３毎にばらつくことを防止できるようにしている。

尚、上記第１実施形態では、炎口間間隙３７及び空気通路３８を形成するための各仕切り板３０３を各内側板３０１に一体の折り返し部で構成しているが、図６、図７に示す第２実施形態のように、各内側板３０１とは別体の板材で各仕切り板３０３を構成しても良い。このもので左右の仕切り板３０３，３０３は前後複数箇所のブリッジ部３０３ｂを介して連結されている。第２実施形態の仕切り板３０３以外の構成は第１実施形態と同一であり、第１実施形態と同様の部材、部位に上記と同一の符号を付してその説明は省略する。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、上記実施形態では、空気通路３８の流入口３８ａがバーナ本体３０の上部前端の張り出し部３０ａの下縁に形成されているが、バーナ本体３０の下部前端部に空気通路３８の流入口３８ａを形成することも可能である。但し、これでは、バーナ本体３０の下部に淡混合管部３３及び濃混合管部３５の配置スペースに加えて空気通路３８の配置スペースを確保することが必要になる。そのためバーナ本体３０の下部の上下方向寸法を大きくせざるを得ず、濃淡バーナ３の大型化を招く。これに対し、上記実施形態では、バーナ本体３０の下部に空気通路３８の配置スペースを確保する必要がなく、バーナの大型化を回避できる。

本発明の第１実施形態の濃淡バーナを配置した燃焼筐の切断側面図。 第１実施形態の濃淡バーナの斜視図。 第１実施形態の濃淡バーナの分解状態の斜視図。 図２のＩＶ−ＩＶ線で切断した断面図。 図２のＶ−Ｖ線で切断した断面図。 第２実施形態の濃淡バーナの分解状態の斜視図。 第２実施形態の濃淡バーナの図４に対応する断面図。

符号の説明

１…燃焼筐、３…濃淡バーナ、３０…バーナ本体、３０ａ…張り出し部、３１…淡炎口、３２…濃炎口、３３…淡混合管部、３３ａ…流入口、３５…濃混合管部、３５ａ…流入口、３７…炎口間間隙、３８…空気通路、３８ａ…流入口、３８ｂ…分布部、３８ｃ…絞り部、７…一次空気供給室、９…ダンパ。

Claims (4)

1. 燃焼筐内の一次空気供給室に前端部が臨むようにして配置する前後方向に長手のバーナ本体の上端面に、理論空燃比より燃料濃度が希薄な淡混合気を噴出する前後方向に長手の淡炎口と、淡炎口の横方向両側に間隙を空けて配置される、理論空燃比より燃料濃度が濃い濃混合気を噴出する前後方向に長手の一対の濃炎口とを備えると共に、バーナ本体の下部に、淡炎口に連なる淡混合管部と、両濃炎口に連なる濃混合管部とを備え、バーナ本体の前端部に淡混合管部と濃混合管部との夫々の上流端の流入口が一次空気供給室に連通するように形成された濃淡バーナであって、淡炎口と各濃炎口との間の炎口間間隙から空気を噴出させるものにおいて、
   バーナ本体に炎口間間隙に連なる空気通路が設けられ、バーナ本体の前端部に空気通路の上流端の流入口が一次空気供給室に連通するように形成されていることを特徴とする濃淡バーナ。
2. 請求項１記載の濃淡バーナであって、前記バーナ本体の上部前端部にバーナ本体の下部前端部よりも前方に張り出す張り出し部が形成されているものにおいて、
   前記空気通路の流入口は、張り出し部の下縁に下向きに開口するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の濃淡バーナ。
3. 前記空気通路は、前記炎口間間隙の下方位置で前後方向に延在する分布部と、分布部と炎口間間隙との間に位置する絞り部とを有することを特徴とする請求項１又は２記載の濃淡バーナ。
4. 前記空気通路の流入端に対向するダンパが設けられることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の濃淡バーナ。

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