JP2007292343A

JP2007292343A - 全一次燃焼式バーナ

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Publication number: JP2007292343A
Application number: JP2006118416A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Takasu; 芳彦高須; Hideo Okamoto; 英男岡本; Tadayuki Hiraga; 忠幸平賀
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2026-04-21
Also published as: JP4813242B2

Abstract

【課題】燃焼プレートの法線方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に直角な互いに直交する２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として、バーナ本体３内にＸ軸方向にのびる混合室４が設けられ、混合室にＸ軸方向上流側から一次空気を流入させると共にＹ軸方向に複数並設したガスノズル１０からの燃料ガスを流入させ、混合室で一次空気と燃料ガスとを混合して混合気を生成し、この混合気を分布室を介して燃焼プレートに導き燃焼プレートの炎孔から噴出させて全一次燃焼させる全一次燃焼式バーナにおいて、圧力損失をできるだけ低く抑えて、且つ、燃料ガスと一次空気とを良好に混合できるようにする。
【解決手段】混合室４に、Ｙ軸方向に位置をずらして複数の障害部４３が設けられる。各障害部４３は混合室４のＺ軸方向両側の面を結ぶ柱状で、且つ、断面形状がＸ軸方向下流側に向けてＹ軸方向に拡幅する形状に形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、多数の炎孔を形成した燃焼プレートと、燃焼プレートを装着する開口部を有する箱形のバーナ本体とを備える全一次燃焼式バーナに関する。

従来、この種のバーナにおいて、燃焼プレートの法線方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に直角な互いに直交する２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として、バーナ本体内にＸ軸方向にのびる混合室と混合室と燃焼プレートとの間の分布室とが設けられ、混合室にＸ軸方向上流側から一次空気を流入させると共にＹ軸方向に複数並設したガスノズルからの燃料ガスを流入させ、混合室で一次空気と燃料ガスとを混合して混合気を生成し、この混合気を分布室を介して燃焼プレートに導き燃焼プレートの炎孔から噴出させて全一次燃焼させるようにしたものは知られている。

然し、このものでは、混合室がＹ軸方向に幅広になるため、せっかく複数のガスノズルから燃料ガスを噴出させても、燃料ガスと一次空気との混合度合いにむらを生じ易く、混合気の一次空気比が部分的にずれて燃焼性が悪くなることがある。

かかる不具合を解消するため、バーナ本体内にＸ軸方向に長手の混合管をＹ軸方向に複数本並設し、各混合管に各１個のガスノズルを臨ませると共に、各混合管の入口近傍に、燃料ガスと一次空気とを衝突させて拡散混合させる衝突板を配置したものが知られている(例えば、特許文献１参照)。

このものでは、燃料ガスと一次空気とがむらなく混合されるが、圧力損失が大きくなる。そのため、ファンからの一次空気の供給圧を高くすることが必要になり、騒音が大きくなる。
特開２００３−３５４０２号公報

本発明は、以上の点に鑑み、圧力損失をできるだけ低く抑えて、且つ、燃料ガスと一次空気とを良好に混合できるようにした全一次燃焼式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、多数の炎孔を形成した燃焼プレートと、燃焼プレートを装着する開口部を有する箱形のバーナ本体とを備え、燃焼プレートの法線方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に直角な互いに直交する２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として、バーナ本体内にＸ軸方向にのびる混合室と混合室と燃焼プレートとの間の分布室とが設けられ、混合室にＸ軸方向上流側から一次空気を流入させると共にＹ軸方向に複数並設したガスノズルからの燃料ガスを流入させ、混合室で一次空気と燃料ガスとを混合して混合気を生成し、この混合気を分布室を介して燃焼プレートに導き燃焼プレートの炎孔から噴出させて全一次燃焼させる全一次燃焼式バーナにおいて、混合室に、Ｙ軸方向に位置をずらして複数の障害部が設けられ、各障害部は混合室のＺ軸方向両側の面を結ぶ柱状で、且つ、断面形状がＸ軸方向下流側に向けてＹ軸方向に拡幅する形状に形成されることを特徴とする。

本発明によれば、混合室内の気流に各障害部のＸ軸方向下流側の端縁を基点にして渦が発生する。そして、各障害部は混合室のＺ軸方向両側の面を結ぶ柱状であるため、混合室の障害部設置箇所のＺ軸方向全域で渦が発生し、且つ、障害部を設置した混合室のＹ軸方向複数箇所で渦が発生する。そのため、混合室の障害部設置箇所のＸ軸方向下流側の領域においてＺ軸方向及びＹ軸方向のほぼ全域に亘り渦が発生し、燃料ガスと一次空気とが良好に混合される。また、各障害部の断面形状はＸ軸方向下流側に向けてＹ軸方向に拡幅する形状、即ち、Ｘ軸方向上流側に向けて先鋭な形状であるため、気流が各障害部から受ける抵抗を低減でき、圧力損失が低く抑えられる。

また、本発明においては、混合室にＺ軸方向幅を狭めたベンチュリー部が設けられ、各障害部はベンチュリー部の最狭窄部のＸ軸方向下流側に設けられることが望ましい。これによれば、燃料ガスと一次空気とがベンチュリー部で予備的に混合された後に障害部の設置箇所に流れることになり、燃料ガスと一次空気とが一層良好に混合される。また、混合室はベンチュリー部の最狭窄部からＸ軸方向下流側に向けてＺ軸方向に拡幅する。従って、各障害部のＸ軸方向下流側の端縁のＺ軸方向長さが長くなり、渦がＺ軸方向の広範囲で発生して、燃料ガスと一次空気との混合が促進される。更に、各障害部のＸ軸方向下流側の端縁とそのＹ軸方向に隣接する障害部のＸ軸方向下流側の端縁との間隙(障害部間隙)の面積が端縁のＺ軸方向長さが長くなることで広くなり、障害部間隙での圧力損失が低く抑えられる。

また、本発明において、各障害部は各ガスノズルと同一のＹ軸方向位置に設けられることが望ましい。これによれば、各ガスノズルからの燃料ガス流が各障害部に衝突して拡散される。そのため、ガス種により燃料ガスの比重が変わっても、燃料ガスと一次空気とを良好に混合できる。

また、本発明において、複数の障害部はＸ軸方向上流側と下流側の２列に分けて千鳥状に配置されることが望ましい。これによれば、障害部間隙の面積を広く確保して、圧力損失を一層低く抑えることができる。また、ベンチュリー部の最狭窄部のＸ軸方向下流側に障害部を２列に分けて設ける場合には、複数の障害部をＹ軸方向に一列で設置する場合に比し、Ｘ軸方向上流側の列の障害部の設置位置を最狭窄部に近付けても、障害部間隙の面積を一列設置と同程度に確保できる。その結果、Ｘ軸方向上流側の列の障害部の位置を最狭窄部に可及的に接近させて、障害部より下流の渦が発生する領域のＸ軸方向長さを長くすることができ、燃料ガスと一次空気との混合が一層良好になる。尚、Ｘ軸方向上流側の列の障害部間隙を素通りした気流中の燃料ガスと一次空気との混合を確実にする上で、Ｘ軸方向下流側の列の障害部は、Ｙ軸方向幅がＸ軸方向上流側の列の障害部より広いことが望ましい。

また、本発明においては、混合室のＹ軸方向両側の側面に、Ｘ軸方向下流側に向けてＹ軸方向内方への張出し量が大きくなる突部が形成されていることが望ましい。これによれば、混合室の側面に沿って流れる壁面流に突部により渦を発生させることができ、燃料ガスと一次空気とが混合されにくい壁面流での混合も促進される。

図１を参照して、１は本発明の実施形態の全一次燃焼式バーナを示している。このバーナ１は、多数の炎孔２ａを形成したセラミックス製の燃焼プレート２と、燃焼プレート２を装着する開口部を有する箱形のバーナ本体３とを備えている。以下、燃焼プレート２の法線方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に直角な互いに直交する２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として、バーナの構造について詳述する。

バーナ本体３内には、図２に示す如く、Ｘ軸方向にのびる混合室４と、混合室４と燃焼プレート２との間の分布室５とが設けられている。混合室４のＸ軸方向上流側の端部はバーナ本体３のＸ軸方向上流側の端面に開設した流入口４１に連通している。そして、また、混合室４と分布室５とは仕切り板６で区画されており、仕切り板６のＸ軸方向下流側の部分に混合室４と分布室５とを連通する開口６ａが形成されている。また、分布室５のＺ軸方向中間には、多数の分布孔７ａを形成した分布板７が設けられている。尚、燃焼プレート２と混合室４と分布室５とはＹ軸方向に３分割され、バーナ１は、Ｙ軸方向中央の小バーナ部１ａとＹ軸方向両側の一対の大バーナ部１ｂ，１ｂとの３つのバーナ部が組合された構造になっている。

バーナ本体３のＸ軸方向上流側の端面には、流入口４１が臨むダンパ穴８ａを形成したダンパ８が取り付けられている。そして、バーナ本体３のＸ軸方向上流側の端面に対向するガスマニホールド９を設けて、ガスマニホールドー９とバーナ本体２との間に図示省略したファンからの空気を供給する一次空気室を画成している。また、ガスマニホールド９に、図３に示す如く、小バーナ部１ａの混合室４の流入口４１に臨ませて３個のガスノズル１０をＹ軸方向に並設すると共に，各大バーナ部１ｂの混合室４の流入口４１に臨ませて５個のガスノズル１０をＹ軸方向に並設している。かくして、各混合室４にＸ軸方向上流側から一次空気が流入すると共に複数のガスノズル１０からの燃料ガスが流入する。そして、各混合室４で燃料ガスと一次空気とが混合されて、理論空燃比より燃料濃度が希薄な混合気が生成され、この混合気が各混合室４のＸ軸方向下流端部分から仕切り板６の開口６ａを通して各分布室５に流入し、分布板７の分布孔７ａを通して各燃焼プレート２に導かれ、各燃焼プレート１の炎孔２ａから噴出して全一次燃焼される。

ここで、各燃焼プレート２の全域に亘り良好な燃焼が行われるようにするには、各混合室４で燃料ガスと一次空気とをむらなく良好に混合させる必要がある。そこで、本実施形態では、各混合室４に、流入口４１の近傍に位置させて、Ｚ軸方向幅を狭めたベンチュリー部４２を設けると共に、ベンチュリー部４２の最狭窄部のＸ軸方向下流側の混合室４の部分に、Ｙ軸方向に位置をずらして複数の障害部４３を設けている。より詳細には、小バーナ部１ａの混合室４に、その流入口４１に臨ませる３個のガスノズル１０に合わせて３個の障害部４３を各ガスノズル１０と各障害部４３とのＹ軸方向位置が同一になるように設置し、各大バーナ部１ｂの混合室４にも、流入口４１に臨ませる５個のガスノズル１０に合わせて５個の障害部４３を各ガスノズル１０と各障害部４３とのＹ軸方向位置が同一になるように設置している。

各障害部４３は、混合室４のＺ軸方向両側の面、即ち、バーナ本体３のＺ軸方向の底壁面と仕切り板６とを結ぶ柱状にバーナ本体３と一体に形成されている。また、各障害部４３の断面形状は、Ｘ軸方向下流側に向けてＹ軸方向に拡幅する形状である。尚、本実施形態では、各障害部４３をＸ軸方向下流側の端面に開口する中空構造に形成して、その断面形状が略Ｖ字状になるようにしているが、中実の略三角形状であっても良く、更には、砲弾形状であっても良い。

混合室４に流入口４１から流入する燃料ガスと一次空気はベンチュリー部４２で予備的に混合された後に障害部４３の設置箇所に流れる。そして、混合室４内の気流に各障害部４３のＸ軸方向下流側の端縁４３ａを基点にして渦が発生する。ここで、障害部４３は混合室４のＺ軸方向両側の面を結ぶ柱状であるため、混合室４の障害部４３の設置箇所のＺ軸方向全域で渦が発生し、且つ、障害部４３を設置した混合室４のＹ軸方向複数箇所で渦が発生する。そのため、混合室４の障害部４３の設置箇所のＸ軸方向下流側の領域においてＺ軸方向及びＹ軸方向のほぼ全域に亘り渦が発生し、燃料ガスと一次空気とが良好に混合される。また、各障害部４３の断面形状はＸ軸方向下流側に向けてＹ軸方向に拡幅する形状、即ち、Ｘ軸方向上流側に向けて先鋭な形状であるため、気流が各障害部４３から受ける抵抗を低減でき、圧力損失が低く抑えられる。

但し、各障害部４３のＸ軸方向下流側の端縁４３ａとこれに隣接する障害部４３のＸ軸方向下流側の端縁４３ａとの間のＹ軸方向間隙（以下、障害部間隙という）の合計面積（混合室４のＹ軸方向両側の側面とこれに隣接する障害部４３の端縁４３ａとの間の間隙の面積を含む）がベンチュリー部４２の最狭窄部の面積より狭くなると、ベンチュリー部４２で生ずる圧力損失より障害部４３で生ずる圧力損失の方が大きくなる。ここで、障害部４３を設置する、ベンチュリー部４２の最狭窄部よりＸ軸方向下流側の混合室４の部分は、Ｘ軸方向下流側に向けてＺ軸方向に拡幅する部分であり、障害部４３のＸ軸方向下流側の端縁４３ａのＺ軸方向長さが長くなる。そして、障害部間隙のＹ軸方向幅の合計が狭くても、端縁４３ａのＺ軸方向長さが長くなることで、障害部間隙の合計面積をベンチュリー部４２の最狭窄部の面積以上にすることが可能になる。そのため、障害部４３による圧力損失の増加を可及的に抑制できる。また、障害部４３のＸ軸方向下流側の端縁４３ａのＺ軸方向長さが長くなることで、渦がＺ軸方向の広範囲で発生するようになり、燃料ガスと一次空気との混合が促進される。

また、本実施形態では、各障害部４３が各ガスノズル１０と同一のＹ軸方向位置に設置されているため、各ガスノズル１０からの燃料ガス流が各障害部４３に衝突して拡散される。従って、ガス種により燃料ガスの比重が変わっても、燃料ガスと一次空気とを良好に混合でき、ガス種の影響による混合むらの発生を防止できる。

尚、小バーナ部１ａでは、混合室４のＹ軸方向両側の側面とこれに隣接する障害部４３との間のＹ軸方向間隙が比較的広くなっている。そこで、本実施形態では、小バーナ部１ａの混合室４のＹ軸方向両側の側面に、Ｘ軸方向下流側に向けてＹ軸方向内方への張出し量が大きくなる突部４４を形成している。これによれば、混合室４の側面に沿って流れる壁面流に突部４４により渦を発生させることができ、燃料ガスと一次空気とが混合されにくい壁面流での混合も促進される。また、突部４４の傾きにより圧力損失の増加も抑制される。

次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。上記第１実施形態では、ベンチュリー部４２の最狭窄部よりＸ軸方向下流側の混合室４の部分に複数の障害部４３をＹ軸方向に一列で設置しているが、第２実施形態では、ベンチュリー部４２の最狭窄部よりＸ軸方向下流側の混合室４の部分に、複数の障害部４３をＸ軸方向上流側と下流側の２列に分けて千鳥状に設置している。

これによれば、各列の障害部間隙のＹ軸方向幅の合計が広くなる。そして、Ｘ軸方向上流側の列の障害部４３をベンチュリー部４２の最狭窄部に第１実施形態の障害部４３に比しより近付けて設置しても、上流側の列の障害部間隙の合計面積を最狭窄部の面積以上にすることができる。そして、上流側の列の障害部４３をベンチュリー部４２の最狭窄部に近付けることで、障害部４３より下流の渦が発生する領域のＸ軸方向長さを長くすることができ、燃料ガスと一次空気との混合が一層良好になる。

更に、第２実施形態では、Ｘ軸方向下流側の列の障害部４３のＸ軸方向下流端のＹ軸方向幅(正確には、障害部４３のＸ軸方向下流端のＹ軸方向幅)をＸ軸方向上流側の列の障害部４３のそれよりも広くしている。これによれば、Ｘ軸方向上流側の列の障害部間隙を素通りした気流中の燃料ガスと一次空気がＸ軸方向下流側の列の障害部４３により確実に混合される。

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、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、バーナ本体３のＸ軸方向上流側の端面に開設した流入口４１から混合室４に燃料ガスと一次空気とを流入させるようにしたが、バーナ本体３のＸ軸方向上流側の端面にガスノズルを嵌合させ、バーナ本体３のＺ軸方向の底壁部のＸ軸方向上流側の端部に開設した流入口から一次空気を流入させるようにしても良い。

本発明の第１実施形態のバーナの斜視図。図１のＩＩ−ＩＩ線切断側面図。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線切断平面図。第２実施形態のバーナの要部の切断平面図。

符号の説明

１…全一次燃焼式バーナ、２…燃焼プレート、２ａ…炎孔、３…バーナ本体、４…混合室、４２…ベンチュリー部、４３…障害部、４４…突部、５…分布室、１０…ガスノズル。

Claims

多数の炎孔を形成した燃焼プレートと、燃焼プレートを装着する開口部を有する箱形のバーナ本体とを備え、燃焼プレートの法線方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に直角な互いに直交する２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として、バーナ本体内にＸ軸方向にのびる混合室と混合室と燃焼プレートとの間の分布室とが設けられ、混合室にＸ軸方向上流側から一次空気を流入させると共にＹ軸方向に複数並設したガスノズルからの燃料ガスを流入させ、混合室で一次空気と燃料ガスとを混合して混合気を生成し、この混合気を分布室を介して燃焼プレートに導き燃焼プレートの炎孔から噴出させて全一次燃焼させる全一次燃焼式バーナにおいて、
混合室に、Ｙ軸方向に位置をずらして複数の障害部が設けられ、各障害部は混合室のＺ軸方向両側の面を結ぶ柱状で、且つ、断面形状がＸ軸方向下流側に向けてＹ軸方向に拡幅する形状に形成されることを特徴とする全一次燃焼式バーナ。
前記混合室にＺ軸方向幅を狭めたベンチュリー部が設けられ、前記各障害部はベンチュリー部の最狭窄部のＸ軸方向下流側に設けられることを特徴とする請求項１記載の全一次燃焼式バーナ。
前記各障害部は前記各ガスノズルと同一のＹ軸方向位置に設けられることを特徴とする請求項１又は２記載の全一次燃焼式バーナ。
前記複数の障害部はＸ軸方向上流側と下流側の２列に分けて千鳥状に配置されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の全一次燃焼式バーナ。
Ｘ軸方向下流側の列の前記障害部は、Ｙ軸方向幅がＸ軸方向上流側の列の障害部より広いことを特徴とする請求項４記載の全一次燃焼式バーナ。
前記混合室のＹ軸方向両側の側面に、Ｘ軸方向下流側に向けてＹ軸方向内方への張出し量が大きくなる突部が形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載の全一次燃焼式バーナ。