JP2007333223A

JP2007333223A - 燃焼装置

Info

Publication number: JP2007333223A
Application number: JP2006161828A
Authority: JP
Inventors: Takuji Koshiro; 卓史小代; Yoshihiko Takasu; 芳彦高須
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2006-06-12
Filing date: 2006-06-12
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2026-06-12
Also published as: JP4754414B2

Abstract

【課題】燃焼筐内に、燃焼プレート２２を上面に備える全一次燃焼式のバーナと、バーナ配置部の下側の給気室とが設けられ、バーナと燃焼筐との間に通気間隙７が確保され、給気室に燃焼ファンから送風される空気がバーナに一次空気として供給されると共に、通気間隙にエアカーテン用の空気として供給されるようにした燃焼装置において、燃焼プレートの周辺領域に回り込むエアカーテン用空気ａの影響で火炎のリフトを生ずることを防止する。
【解決手段】燃焼プレート２２の周辺領域に、周辺領域より内側に位置する一般領域の炎孔群により生成される火炎より火炎長の短い小火炎を生成する炎孔が配置される。より具体的には、一般領域に大中小の３種の炎孔２２１，２２２，２２３を配置する場合、周辺領域には中炎孔２２２と小炎孔２２３のみを配置する。
【選択図】図６

Description

本発明は、プレート型全一次燃焼式バーナを用いた給湯用その他の燃焼装置に関する。

従来、給湯用燃焼装置として、上方に熱交換器を載置した燃焼筐内に、多数の炎孔を有する燃焼プレートを上面に備えるプレート型全一次燃焼式のバーナを配置したものが特許文献１で知られている。このものでは、燃焼筐の下部にバーナが燃焼筐との間に隙間を生じないように気密に装着されている。そして、燃焼ファンの送風ダクトをバーナに直結し、送風ダクトに燃料ガスを供給して、燃料ガスと燃焼ファンからの空気との混合気(理論空燃比より燃料濃度が希薄な混合気)をバーナに強制給気している。

また、特許文献１のバーナの燃焼プレートには、燃焼騒音を低減するために、格子状に分散配置された断面積の異なる大中小の３種の炎孔で構成される炎孔群が設けられている。そして、各大炎孔は、隣り合う４つの小炎孔の中心に位置すると共に、隣り合う４つの中炎孔の中心に位置し、且つ、各小炎孔は、隣り合う２つの中炎孔の中間に位置している。燃焼プレートの上面には、各大炎孔と同心で、各大炎孔に隣り合う小炎孔に達する径の窪み部が設けられている。

ところで、全一次燃焼式バーナを用いる燃焼装置は、装置の小型化を図る上で有利であるが、反面、燃焼排気による燃焼筐の熱損や腐食を生じ易くなる不具合がある。

ここで、従来、燃焼筐内に、前後方向に長手の上端の炎口部を有する偏平バーナを横方向に複数本並設して成るバーナユニットを配置すると共に、燃焼筐内のバーナユニット配置部の下側に給気室を設けて、給気室に燃焼ファンから空気を送風し、各偏平バーナにガスノズルから燃料ガスを供給すると共に給気室から一次空気を供給して、理論空燃比より燃料ガス濃度が希薄な混合気を生成し、この混合気を各偏平バーナの炎口部から噴出させて全一次燃焼させるようにした燃焼装置において、バーナユニットの外側面と燃焼筐の内側面との間に通気間隙を確保し、この通気間隙に給気室から空気を流し、燃焼筐の内側面に沿ってバーナユニットより上方に流れるエアカーテンが生成されるようにしたものが知られている(例えば、特許文献２参照)。これによれば、燃焼排気が燃焼筐の内側面に触れなくなり、燃焼排気による燃焼筐の熱損や腐食が防止される。

燃焼プレートを具備するプレート型全一次燃焼式バーナを用いる燃焼装置においても、燃焼筐内にバーナ配置部の下側の給気室が設けられ、バーナの外側面と燃焼筐の内側面との間に通気間隙が確保され、給気室に燃焼ファンから送風される空気がバーナに一次空気として供給されると共に、通気間隙にエアカーテン用の空気として供給されるようにすれば、燃焼排気が燃焼筐の内側面に触れなくなり、燃焼排気による燃焼筐の熱損や腐食が防止される。

然し、プレート型全一次燃焼式バーナを用いる燃焼装置において、上記通気間隙にエアカーテン用の空気を流すと、以下の不具合を生ずる。即ち、燃焼プレートの周辺領域の炎孔で生成される火炎がリフトして、燃焼性が悪くなる。このような火炎のリフトは、通気間隙に流れたエアカーテン用の空気の一部が燃焼プレートの周辺領域の上方に回り込み、周辺領域の炎孔から噴出する混合気の燃焼反応が完了する前に混合気にエアカーテン用の空気が混入して、空気過剰率が過度に高くなるために生ずることが判明した。

そこで、本願発明者は、周辺領域を炎孔の無い無炎孔部にした燃焼プレートを製作して実験を行った。然し、このものでも、燃焼プレートの周辺領域に隣接する部分の炎孔で生成される火炎にエアカーテン用の空気が周辺領域を通り越して到達し、火炎のリフトを生じてしまうことが分かった。
特公平５−８５８０５号公報特開２０００−２７４６６７号公報

本発明は、以上の点に鑑み、プレート型全一次燃焼式バーナの周囲の通気間隙にエアカーテン用の空気を流すにも拘わらず、火炎のリフトを生じないようにした燃焼装置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、燃焼筐内に、多数の炎孔を有する燃焼プレートを上面に備える全一次燃焼式のバーナと、バーナ配置部の下側の給気室とが設けられ、バーナの外側面と燃焼筐の内側面との間に通気間隙が確保され、給気室に燃焼ファンから送風される空気がバーナに一次空気として供給されると共に、通気間隙にエアカーテン用の空気として供給されるようにした燃焼装置において、燃焼プレートの周辺領域に、周辺領域より内側に位置する一般領域の炎孔群により生成される火炎より火炎長の短い小火炎を生成する炎孔が配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、燃焼プレートの周辺領域の炎孔で生成される火炎の長さが短くなるため、通気間隙を通過したエアカーテン用の空気の一部が周辺領域の上方に回り込んでも、空気の回り込み位置より下方で混合気の燃焼反応は完了する。従って、燃焼プレートの周辺領域の上方に回り込んだ空気は燃焼排気に混入するだけで、燃焼反応を阻害せず、火炎のリフトは生じない。そして、燃焼プレートの周辺領域の上方に回り込んだ空気は燃焼排気のドラフトにより上方に流れ、一般領域には到達しない。その結果、一般領域の炎孔群で生成される火炎のリフトも生じず、良好な燃焼が行われる。

また、本発明において、燃焼プレートの一般領域の炎孔群は、燃焼騒音を低減するために、上記特許文献１に記載の炎孔群と同様に、格子状に分散配置された断面積の異なる大中小の３種の炎孔で構成され、各大炎孔は、隣り合う４つの小炎孔の中心に位置すると共に、隣り合う４つの中炎孔の中心に位置し、且つ、各小炎孔は、隣り合う２つの中炎孔の中間に位置することが望ましい。この場合、燃焼プレートの周辺領域に中炎孔と小炎孔のみが配置され、大炎孔が周辺領域に配置されていなければ、周辺領域の火炎が短くなり、上記の作用効果が得られる。尚、周辺領域に小炎孔のみを配置することも考えられるが、これでは熱量不足で燃焼が不安定になるため、周辺領域には中炎孔も配置することが好ましい。

また、燃焼プレートの一般領域に大中小の３種の炎孔を上記の配列で配置する場合、燃焼騒音を一層低減するため、一般領域の上面に、各大炎孔と同心で、各大炎孔に隣り合う小炎孔に達する径の窪み部が設けられていることが望ましい。この場合、燃焼プレートの周辺領域の上面にも同様の窪み部を設けることが考えられる。ここで、一般領域では、大炎孔に流れる大流量の混合気により燃焼プレートの熱が奪われるため、窪み部に熱がこもらずその赤熱は生じない。一方、大炎孔を配置しない周辺領域に窪み部を設けると、窪み部が赤熱して、不均一な熱歪を生じ、燃焼プレートの割れを生じ易くなる。従って、周辺領域の上面は、窪み部を有しない平坦面に形成されていることが望ましい。

図１、図２を参照して、１は上方に給湯用熱交換器等の被加熱物(図示せず)を配置する燃焼筐を示しており、燃焼筐１内に全一次燃焼式のバーナ２が配置されている。

燃焼筐１は、底板１１と、１枚の板材を折り曲げて形成した後板１２及び左右の側板１３，１３と、両側板１３，１３の前端部間の上部に取り付けられる前板１４と、後板１２と両側板１３，１３の上部内側面を覆う遮熱板１５とで構成されている。前板１４には、点火プラグ１４ａとフレームロッド等の火炎検知素子１４ｂとが取り付けられている。また、燃焼筐１内には、バーナ２の配置部に対し仕切り板３で仕切られた下部の給気室４が設けられている。そして、底板１１に燃焼ファン５(図３参照)の送風ダクトを接続する接続口１１ａを開設し、給気室４に燃焼ファン５からの空気が送風されるようにしている。尚、仕切り板３は、バーナ２を支持する下板部３１と、バーナ２の下部前面に取り付けられ、給気室４の前部から立上る一次空気室４ａを画成するダンパ兼用の前板部３２とで構成されている。そして、前板部３２の上端には、一次空気室４ａの天面となる前方に屈曲する庇部３２ａと、庇部３２ａの前端から上方に屈曲して前板１４の後面下部に接合するフランジ部３２ｂとが形成されている。

バーナ２は、図３、図４に示す如く、仕切り板３の下板部３１上に着座する下面の脚部２１ａと燃焼筐１の後板１２に当接する後面のスペーサ部２１ｂとを突設した箱形のバーナ本体２１を備え、このバーナ本体２１の上面に後述する多数の炎孔を有するセラミックス製の燃焼プレート２２を装着して成るプレート型バーナで構成されている。ここで、燃焼プレート２２は、その上面周縁部に上方から当接する押え枠２３によりバーナ本体２１に対し抜け止めされる。そして、バーナ本体２１の外側面に、燃焼プレート２２より下方に位置させて、全周に亘るフランジ部２１ｃを突設し、押え枠２３をこのフランジ部２１ｃに固定している。

また、バーナ本体２１の前面下部には、これに取り付けられる仕切り板３の前板部３２に形成した開口３２ｃを通して一次空気室４ａに連通する流入口２４が開設されている。そして、バーナ本体２１内に、流入口２４から後方にのびる下部の混合室２５と、混合室２５の上面板２５ａの後部に形成した開口２５ｂを介して混合室２５に連通する上部の分布室２６とが設けられている。分布室２６内には、これを上下２室に区画する分布板２６ａが設けられており、分布板２６ａに多数の分布孔２６ｂを形成して、燃焼プレート２２と分布板２６ａとの間の分布室２６の部分の圧力分布が均一化されるようにしている。また、燃焼プレート２２を横方向に３分割し、同様に、流入口２４、混合室２５及び分布室２６も横方向に３分割し、実質的に３個のバーナを組合わせた構造にしている。

一次空気室４ａの前面はガスマニホールド６で閉塞されており、このガスマニホールド６に流入口２４に臨むガスノズル６ａを設けている。かくして、バーナ２の混合室２５にガスノズル６ａからの燃料ガスと共に一次空気室４ａから一次空気が流入し、混合室２５内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ガス濃度が希薄な混合気が生成され、この混合気が分布室２６を介して燃焼プレート２２の炎孔から噴出して全一次燃焼される。尚、図１、図２ではガスマニホールド６を省略している。

また、バーナ２の外側面と燃焼筐１の内側面との間には全周に亘り通気間隙７が確保されている。そして、図２乃至図４に示す如く、仕切り板３の下板部３１に、バーナ２の後側の外側面と燃焼筐１の後板１２の内側面との間の通気間隙７と、バーナ２の左右の外側面と燃焼筐１の左右の側板１３の内側面との間の通気間隙７とに臨む多数の分布孔３ａを形成すると共に、仕切り板３の前板部３２の庇部３２ａに、バーナ２の前側の外側面と燃焼筐１の前板１４との間の通気間隙７に臨む多数の分布孔３ａを形成している。かくして、給気室４に燃焼ファン５から送風される空気がバーナ２に一次空気として供給されると共に、分布孔３ａを介して通気間隙７に供給される。そして、通気間隙７に供給された空気により燃焼筐１の内側面に沿ってバーナ２の燃焼プレート２２より上方に流れるエアカーテンが生成される。これにより、バーナ２の燃焼排気が燃焼筐１の内側面に触れなくなり、燃焼排気による燃焼筐１の熱損や腐食が防止される。また、通気間隙７への空気供給量が分布孔３ａにより制限されるため、バーナ２に十分な一次空気が供給され、全一次燃焼が行われてＮＯｘが低減される。

次に、図５、図６を参照して、燃焼プレート２２について詳述する。燃焼プレート２２には多数の炎孔が配置されているが、炎孔の配置パターンは、押え枠２３に隣接する周辺領域と、周辺領域より内側に位置する一般領域とで異なる。一般領域の炎孔群は、格子状に分散配置された断面積の異なる大中小の３種の炎孔２２１，２２２，２２３で構成される。各炎孔２２１，２２２，２２３の直径は、例えば大炎孔２２１が１．９ｍｍ、中炎孔２２２が１．３ｍｍ、小炎孔２２３が１．０ｍｍである。各大炎孔２２１は、隣り合う４つの小炎孔２２３の中心に位置すると共に、隣り合う４つの中炎孔２２２の中心に位置し、且つ、各小炎孔２２３は隣り合う２つの中炎孔２２２の中間に位置している。より具体的に説明すれば、各大炎孔２２１は、その中心を中心とする比較的小径(例えば、直径４．８ｍｍ)の同心円上に等間隔に位置する４つの小炎孔２２３により四方を囲まれると共に、比較的大径(例えば、直径６．８ｍｍ)の同心円上に等間隔に位置する４つの中炎孔２２２により小炎孔２２３とは４５°異なる位相で四方を囲まれる。また、一般領域の上面には、各大炎孔２２１と同心で、各大炎孔２２１に隣り合う４つの小炎孔２２３に達する径(例えば、直径４．５ｍｍ)の窪み部２２４が設けられている。

これによれば、振動エネルギーの大きな大炎孔２２１の火炎は、振動数及び振動エネルギーが中程度の中炎孔２２２の火炎で四方を囲まれるので、干渉による振動エネルギーの減衰が有効になされる。また、中炎孔２２２の火炎の振動エネルギーは小炎孔２２１の火炎の振動エネルギーにより干渉減衰される。その結果、広範囲な発熱量の変化域の全域において燃焼騒音が低減される。また、窪み部２２４を設けることで、大炎孔２２１の火炎に小炎孔２２３の火炎が根元において併合状態に吸い込まれるようになり、全体的に根元において径大な火炎となって、火炎が安定する。その結果、振動燃焼に起因する騒音が一層抑制される。尚、窪み部２２４を設けると、一般的に、窪み部２２４に熱がこもって、窪み部２２４が赤熱し易くなる。然し、本実施形態では、窪み部２２４の中心に位置する大炎孔２２１に流れる大流量の混合気により熱が奪われ、窪み部２２４の赤熱が防止される。

燃焼プレート２２の周辺領域には、中炎孔２２２と小炎孔２２３とが一般領域と同様の配列で配置されているが、大炎孔２２１は配置されていない。また、周辺領域の上面は、窪み部２２４を有しない平坦面に形成されている。

ここで、燃焼プレート２２の周辺領域の上方には、通気間隙７を通過したエアカーテン用の空気の一部が図６に矢印ａで示す如く回り込む。そして、周辺領域に大炎孔２２１が配置されていると、大炎孔２２１から噴出する混合気の燃焼反応が完了する前に混合気にエアカーテン用の空気が混入し、空気過剰率が過度に高くなって、火炎のリフトを生ずる。これに対し、本実施形態では、燃焼プレート２２の周辺領域には中炎孔２２２及び小炎孔２２３のみが配置されているため、周辺領域で生成される火炎は一般領域で生成される火炎より火炎長の短い小火炎になる。そのため、通気間隙７を通過したエアカーテン用の空気の一部が周辺領域の上方に回り込んでも、空気の回り込み位置より下方で混合気の燃焼反応は完了する。従って、周辺領域の上方に回り込んだ空気は燃焼排気に混入するだけで、燃焼反応を阻害せず、火炎のリフトは生じない。そして、周辺領域の上方に回り込んだ空気は、周辺領域での混合気の燃焼により生ずる燃焼排気のドラフトにより上方に流れ、一般領域には到達しない。その結果、一般領域の炎孔群で生成される火炎のリフトも生じず、良好な燃焼が行われる。

図７は、燃焼試験を行って求めた理論乾燥燃焼ガス中のＣＯ濃度であるＣＯａｆ(体積％)を示しており、図中ａ線は本実施形態の燃焼プレート２２を用いた場合、ｂ線は周辺領域にも大炎孔２２１を配置した比較例の燃焼プレートを用いた場合である。試験した燃焼装置の定格燃焼量は４８．８ｋＷである。図７から明らかなように、本実施形態の方が比較例のものよりＣＯａｆが低くなっており、燃焼状態が改善されていることが分かる。尚、燃焼プレート２２の周辺領域の中炎孔２２２を小炎孔２２１に代えると、周辺領域での燃焼状態が熱量不足で悪くなる。そのため、周辺領域には、本実施形態の如く中炎孔２２２と小炎孔２２３とを配置することが望ましい。

また、燃焼プレート２２の周辺領域に窪み部２２４を設けると、大炎孔２２１が存在しないために、大流量の混合気による熱引き作用が得られなくなって、窪み部２２４が赤熱する。その結果、燃焼プレート２２に不均一な熱歪を生じて、燃焼プレート２２の割れを生じ易くなる。これに対し、本実施形態では、周辺領域の上面が平坦面に形成されるため、かかる不具合は生じない。

尚、本実施形態のように、燃焼プレート２２を横方向に分割する場合、分割された各燃焼プレート２２の分割線側の周辺領域にはエアカーテン用の空気が回り込まない。そのため、この周辺領域には一般領域と同様に大炎孔２２１、中炎孔２２２及び小炎孔２２３を配置しても良い。

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、炎孔を大小２種類とし、燃焼プレート２２の一般領域に大炎孔を配置し、周辺領域に小炎孔を配置するようにしても良い。

本発明の実施形態の燃焼装置を示す斜視図。実施形態の燃焼装置の分解状態の斜視図。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した切断側面図。図３のＩＶ−ＩＶ線で切断した切断正面図。実施形態に燃焼装置のバーナの要部の拡大平面図。図５のＶＩ−ＶＩ線で切断した拡大断面図。実施形態の燃焼装置と比較例の燃焼装置で発生するＣＯ濃度を示すグラフ。

符号の説明

１…燃焼筐、２…バーナ、２２…燃焼板、２２１…大炎孔、２２２…中炎孔、２２３…小炎孔、２２４…窪み部、４…給気室、５…燃焼ファン、７…通気間隙。

Claims

燃焼筐内に、多数の炎孔を有する燃焼プレートを上面に備える全一次燃焼式のバーナと、バーナ配置部の下側の給気室とが設けられ、バーナの外側面と燃焼筐の内側面との間に通気間隙が確保され、給気室に燃焼ファンから送風される空気がバーナに一次空気として供給されると共に、通気間隙にエアカーテン用の空気として供給されるようにした燃焼装置において、
燃焼プレートの周辺領域に、周辺領域より内側に位置する一般領域の炎孔群により生成される火炎より火炎長の短い小火炎を生成する炎孔が配置されていることを特徴とする燃焼装置。
請求項１記載の燃焼装置であって、前記一般領域の炎孔群は、格子状に分散配置された断面積の異なる大中小の３種の炎孔で構成され、各大炎孔は、隣り合う４つの小炎孔の中心に位置すると共に、隣り合う４つの中炎孔の中心に位置し、且つ、各小炎孔は隣り合う２つの中炎孔の中間に位置しており、
前記周辺領域には、中炎孔と小炎孔のみが配置されていることを特徴とする燃焼装置。
請求項２記載の燃焼装置であって、前記一般領域の上面に、前記各大炎孔と同心で、各大炎孔に隣り合う前記小炎孔に達する径の窪み部が設けられ、
前記周辺領域の上面は、窪み部を有しない平坦面に形成されていることを特徴とする燃焼装置。