JP2011127863A - 燃焼装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】センサーバーナを別途設けることなく、火炎(バーナ)の燃焼状態を監視することができる燃焼装置を提供する。
【解決手段】フレームロッド16は、濃淡バーナ9B,9Cの上方に配置される。燃焼装置は、濃淡バーナ9B,9Cにおいて形成される火炎に基づきフレームロッド16において発生する炎電流を検出することで、酸欠の発生を検知できる。濃炎口97B,98B,97C,98Cの上方にフレームロッド16が配置される。濃炎口97B,98B,97C,98Cに2次燃焼用空気を供給する空気口99A,99B,99Cは、板材100A,100B,100Cによって塞がれている。燃焼装置は、濃炎口に供給される2次燃焼用空気の量を抑制することで、より早期に酸欠状態を検知できる。
【選択図】図6

Description

本発明は燃焼装置に関する。より詳細には、燃焼状態を検出する検出手段を備えた燃焼装置に関する。
従前より、火炎(バーナ)の燃焼状態を監視し不完全燃焼を防止することで、一酸化炭素濃度異常に伴う事故を防止できる燃焼装置が知られている。例えば特許文献1に記載の装置では、燃焼筒内に熱電対が挿入されたバーナ(センサーバーナ)が使用される。該装置では、熱電対から検出される熱起電力の変化に基づいて、燃料ガスの供給を遮断し、メインバーナにおける不完全燃焼を防止できる。
特開2002−162032号公報
しかしながら上述の装置では、センサーバーナを別途設けなければならないので、装置のコストが高くなってしまうという問題点がある。また、センサーバーナを設けるためのスペースを燃焼室内に確保しなければならないので、装置が大型化してしまうという問題点がある。
本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり、センサーバーナを別途設けることなく、火炎(バーナ)の燃焼状態を監視することができる燃焼装置を提供することを目的とする。
上述の問題点を解決するために、請求項1に係る発明の燃焼装置は、燃料ガスと空気とが混合した混合気を噴出することで火炎が形成される複数の炎口と、前記複数の炎口において形成される火炎に2次燃焼用空気を供給する空気口と、火炎の燃焼状態を検出する検出手段とを備えた燃焼装置であって、前記空気口は、前記2次燃焼用空気が火炎に供給されないように閉塞された閉塞部を備え、前記検出手段は、前記複数の炎口のうち前記閉塞部に隣接する前記炎口の上方に少なくとも位置することを特徴とする。
また、請求項2に係る発明の燃焼装置は、請求項1に記載の発明の構成に加えて、前記炎口は、空気比の低い混合気を噴出する濃炎口と、空気比の高い混合気を噴出する淡炎口とを備え、前記閉塞部は、複数の前記濃炎口のうち一に少なくとも隣接しており、前記検出手段は、前記閉塞部に隣接した前記濃炎口である隣接濃炎口の上方に少なくとも位置することを特徴とする。
また、請求項3に係る発明の燃焼装置は、請求項2に記載の発明の構成に加えて、前記検出手段は、前記隣接濃炎口と、複数の前記淡炎口のうち前記隣接濃炎口に隣接する淡炎口である隣接淡炎口との上方に少なくとも位置することを特徴とする。
また、請求項4に係る発明の燃焼装置は、請求項3に記載の発明の構成に加えて、前記検出手段は、前記閉塞部の上方、前記隣接濃炎口の上方、及び前記隣接淡炎口の上方に亙って位置することを特徴とする。
また、請求項5に係る発明の燃焼装置は、請求項1から4のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記検出手段は、フレームロッド又は熱電対であることを特徴とする。
請求項1に係る発明の燃焼装置では、炎口の上方に検出手段が設けられるので、センサーバーナを別途設けることなく、火炎(バーナ)の燃焼状態を監視して不完全燃焼を防止することができる。
また、閉塞部に隣接する炎口の火炎は、閉塞されていない空気口、即ち2次燃焼用空気が十分供給される空気口に隣接する火炎と比較して供給される2次燃焼用空気の量が少なく、酸欠時には燃焼速度がより遅くなるので保炎力が弱くなり、周囲の酸素濃度の影響を受け易くなる。つまり、閉塞部に隣接する炎口の火炎は、バーナ全体の燃焼状態が悪くなる前にリフトする。従って、閉塞部に隣接する炎口の上方に検出手段を設けることで、早期に酸欠の発生を検知し、一酸化炭素濃度異常に伴う事故を防止できる。また、センサーバーナを用いることなく、通常のバーナからの火炎により早期の酸欠発生の検知が可能になるため、コストの低減を図ることができる。
また、請求項2に係る発明の燃焼装置では、請求項1に記載の発明の効果に加えて、濃淡バーナにおける濃炎口の火炎のリフトを検出することができる。濃炎口の火炎は、淡炎口の火炎と比較して、バーナの消費量の能力による影響を受け難く、火炎が安定している。それ故、常に正確に火炎の燃焼状態を監視することができる。
また、請求項3に係る発明の燃焼装置では、請求項2に記載の発明の効果に加えて、濃炎口及び淡炎口の両方の上方に検出手段を配置することで、検出手段の大きさが濃炎口の大きさに対して比較的大きく且つ検出手段の設置位置がばらついた場合でも、検出値を安定させることができる。これによって、検出手段の設置位置のばらつきの影響を小さくし、火炎のリフトを確実に検出できる。
また、請求項4に係る発明の燃焼装置では、請求項3に記載の発明の効果に加えて、検出手段に火炎を確実に接触させることができる。検出手段は、火炎が外乱によって揺らいだ場合であっても、火炎のリフトを確実に検出できる。
また、請求項5に係る発明の燃焼装置では、請求項1から4のいずれかに記載の発明の効果に加えて、検出手段としてフレームロッドを使用した場合、炎電流の有無に基づいて酸欠の発生を検知し、不完全燃焼を防止できる。また、検出手段として熱電対を使用した場合、火炎の熱に基づいて酸欠の発生を検知し、不完全燃焼を防止できる。
燃焼装置1を前側から見た斜視図である。 燃焼装置1の平面図である。 燃焼装置1の正面図である。 濃淡バーナ9を後方から見た斜視図である。 燃焼装置1の分解斜視図である。 フレームロッド16付近の部分拡大平面図である。 一酸化炭素濃度と炎電流との関係を示すグラフである。
以下、本発明の一実施形態である燃焼装置1について、図面を参照して説明する。燃焼装置1は、図示しない器具(ガス給湯器等)の筐体内に取り付けて使用される。図2における紙面上側、下側、左側、右側、手前側、及び手奥行き側を、其々燃焼装置1の後側、前側、右側、左側、上側、及び下側と定義する。図4における上側、下側、右斜め上側、左斜め下側、紙面左斜め上側、右斜め下側、を、其々濃淡バーナ9の上側、下側、前側、後側、左側、及び右側と定義する。
図1から図5を参照し、燃焼装置1の構造について説明する。燃焼装置1は、上部が開口する箱状のバーナケース2を備えている。前後方向に延びる濃淡バーナ9が、バーナケース2の内部に合計12個、左右方向に並んで設けられている(複数の濃淡バーナ9を、以下総称して「バーナ群10」という。)。濃淡バーナ9は、理論空燃比より燃料の希薄な燃料空気混合気(以下、淡ガスと呼ぶ)と、理論空燃比より燃料の濃い燃料空気混合気(以下、濃ガスと呼ぶ)とを燃焼させる低NOxバーナである。
バーナケース2について説明する。図1に示すように、バーナケース2は、底板8、左板3、右板4(図2参照)、前板5、及び後板6(図5参照)を備えている。左板3は、底板8の左側端部の上面から上方に立設している。右板4は、底板8の右側端部の上面から上方に立設している。前板5は、左板3及び右板4の各前端部の上半分の間に架け渡してある。後板6の上方には、燃焼装置1を器具内に取り付けるための取付板7が設けられている。取付板7は、正面視長方形状の本体部12と、本体部12の上端部において後方に略直角に折り曲げられた係止部13とを備えている。係止部13は、器具内に設置する際に、器具内の取付箇所の被係止部(図示外)に係止される。
底板8には、貫通孔11が複数格子状に並んで設けられている。バーナケース2の下方に、図示しない送風機が設けられる。送風機から送風された空気は、貫通孔11を介してバーナケース2の内部に取り込まれる。取り込まれた空気は、2次燃焼用空気として濃淡バーナ9に供給される。
本体部12の正面左側に、火炎検出用のフレームロッド16が取り付けられている。本体部12の正面右側に、点火用電極17が取り付けられている。フレームロッド16及び点火用電極17は、本体部12に設けられた穴部18,19からバーナ群10の上部に延設している。図3に示すように、フレームロッド16及び点火用電極17は、バーナ群10の上端に対して上方に固定されている。図2に示すように、フレームロッド16は、後方から前方に延び、延設方向に対して約45°の角度で左斜め前に曲折している。点火用電極17は、後方から前方に延び、延設方向に対して約45°の角度で斜め下方向に曲折している。
濃淡バーナ9について説明する。図2及び図4に示すように、濃淡バーナ9は、開口した炎口部30を上端部分に備えている。炎口部30の開口形状は、前後方向を長手とする略長方形である。炎口部30の内側には整流部材70が取り付けられている。整流部材70は、複数の整流板を備えている。整流板は、上方に向かって流れる淡ガスを整流する。炎口部30は、淡炎口87、濃炎口97,98を備えている。淡炎口87は、整流部材70の上端部によって形成される複数のスリット炎口である。淡炎口87は、炎口部30の左右中央に位置している。淡炎口87では、淡ガスを燃焼させて主炎を形成させる。濃炎口97,98は、淡炎口87を右側及び左側から挟み込んでいる。右側に濃炎口97が位置している。左側に濃炎口98が位置している。濃炎口97,98では、濃ガスを燃焼させて袖火を形成させる。主炎を一対の袖炎で挟むことによって、主炎を保炎することができる。炎口部30は、縦方向に並んだ5個の連結片54によって、合計6個の領域に区画されている。
図4に示すように、濃淡バーナ9は、淡バーナユニット20、整流部材70、及び濃バーナユニット40を備えている。淡バーナユニット20は、上部が開口する薄い箱状に形成されている。整流部材70は、淡バーナユニット20の上部開口の内側に配置されている。濃バーナユニット40は、淡バーナユニット20の両側を挟むようにして、カシメ及びスポット溶接等により一体的に連結されている。
淡バーナユニット20は、淡ガスを通流する淡ガス導入口25、ガス通路26、ガス通路27、及び分布室(図示外)を備えている。淡ガスが淡ガス導入口25に供給された場合、淡ガスは、ガス通路26、ガス通路27、及び分布室を流れ、分布室の上端部に設けられた開口部材35に至る。開口部材35には、整流部材70が取り付けられている。整流部材70は、前後方向を長手とする長方形状の6枚の整流板を有するユニット部材である。整流部材70は、整流板を横方向に所定間隔をあけて並べ、それらの長手方向の両端をまとめて折り曲げてカシメ固定して作製されている。整流板間の隙間は、前後方向に所定間隔で設けられた凹部によって合計6個の領域に区画されている。淡ガスは、6枚の整流板の間に形成された各隙間を上方に流通する。各隙間を構成する整流部材70の上端部分が、淡炎口87を形成している。このようにして淡ガスは、淡炎口87に供給される。
濃バーナユニット40は、濃ガスを通流する濃ガス導入口45、ガス通路46、ガス通路47、及び分布室50を備えている。濃ガスが濃ガス導入口45に供給された場合、濃ガスは、ガス通路46、ガス通路47、及び分布室50を流れ、分布室50の上端部分に設けられた開口部材36に至る。開口部材36の左側壁と右側壁との間に、連結片54が複数架け渡してある。濃ガスは、開口部材36の左側壁と開口部材35の左側壁との間の隙間、及び、開口部材36の右側壁と開口部材35の右側壁との間の隙間を上方に通流する。該隙間を構成する開口部材36の左壁板及び開口部材35の左側壁の上端部分が、濃炎口98を形成している。開口部材36の右側壁及び開口部材35の右側壁の上端部分が、濃炎口97を形成している。このようにして濃ガスは、濃炎口97,98に供給される。
濃淡バーナ9のバーナケース2への取り付け手順について、図5を参照して説明する。バーナケース2の前板5が外される。濃淡バーナ9は、起立した状態で、前方からバーナケース2内部に向かって水平方向に挿入される。濃ガス導入口45は、後板6に設けられた濃ガス供給口15に接続する。淡ガス導入口25は、後板6に設けられた淡ガス供給口14に接続する。本体部12の下端には、前方水平方向に延設した位置決め部123が設けられている。位置決め部123には、等間隔でスリットが設けられている。濃淡バーナ9の後端端上部は、該スリットに挿入した状態となる。濃淡バーナ9の下端は、底板8の上面に載置する。全ての濃淡バーナ9をバーナケース2内に配設した後、前板5が取り付けられる。前板5の上端には、後方水平方向に延設した位置決め部122が設けられている。位置決め部122には、等間隔でスリットが設けられている。前板5が取り付けられると、濃淡バーナ9の前端上部は、該スリットに挿入した状態となる。
濃淡バーナ9がバーナケース2内に取り付けられた状態では、隣接する濃淡バーナ9同士の淡バーナユニット20に設けられた凸部24は、互いに接触した状態となる。それ故、隣接する濃淡バーナ9の間には、濃バーナユニット40の開口部材36の左右側壁で挟まれた部分に隙間が形成される。該隙間を構成する開口部材36の左右側壁の上端部分が、空気口99(図2参照)を形成している。図2に示すように、空気口99は、12個の濃淡バーナ9の間に其々配置される。空気口99には、バーナケース2の下方から送風機によって送られる空気を、上方に通す。空気口99から上方に送られる空気は、2次燃焼用空気として、淡炎口87において形成される主炎と、濃炎口97,98において形成される袖炎とに供給される。
図6を参照し、フレームロッド16の配置の詳細について説明する。フレームロッド16の下方付近に、右から順に、濃淡バーナ9A,9B,9C,9Dが並んで位置している。濃淡バーナ9Aは、凹部によって区画された淡炎口87A、及び濃炎口97A,98Aを備えている。同様に、濃淡バーナ9Bは淡炎口87B及び濃炎口97B,98Bを備えている。濃淡バーナ9Cは、淡炎口87C及び濃炎口97C,98Cを備えている。濃淡バーナ9Dは、淡炎口87D及び濃炎口97D,98Dを備えている。
濃淡バーナ9Aと濃淡バーナ9Bとの間に空気口99Aが位置している。空気口99Aと、濃炎口98A,97Bとは隣接している。濃淡バーナ9Bと濃淡バーナ9Cとの間に空気口99Bが位置している。空気口99Bと、濃炎口98B,97Cとは隣接している。濃淡バーナ9Cと濃淡バーナ9Dとの間に空気口99Cが位置している。空気口99Cと、濃炎口98C,97Dとは隣接している。
フレームロッド16は、濃淡バーナ9Bの上方を後方から前方に延び、濃炎口97Bの上方で左方に曲折し、濃淡バーナ9B(淡炎口87B,濃炎口97B,98B)、空気口99B、及び濃淡バーナ9C(淡炎口87C,濃炎口97C,98C)の上方に亙って位置している。フレームロッド16の先端部分は、濃炎口98Cの上方に位置している。フレームロッド16は、下方に位置する各炎口部30において形成される炎の状態に応じた炎電流を検出できる。
空気口99A〜99Cのうち、フレームロッド16の下方に位置する濃炎口97B,98B,97C,及び98Cに隣接する部分に、板材100A,100B,100C(総称して「板材100」という。)が其々設けられている。板材100は、空気口99A〜99Cから送出される2次燃焼用空気が濃炎口97B,98B,97C,及び98Cに直接供給されないように、空気口99A〜99Cのうち一部分を塞いでいる。
炎口部30において形成される火炎は、雰囲気中の酸素濃度が低下するとリフトし、炎口部30から離れ、上方に移動する。火炎がリフトした場合、フレームロッド16において検出される炎電流は低下する。それ故、燃焼装置1は、フレームロッド16において検出される炎電流の低下を検知することで、酸欠の発生を検知できる。このように、炎口部30の上方にフレームロッド16を設けることで、火炎(バーナ)の燃焼状態を監視できるので、センサーバーナを別途設ける必要がない。
またフレームロッド16は、濃炎口97B,98B,97C,及び98Cの上方に少なくとも位置している。それ故フレームロッド16は、濃炎口98B,97B,98C及び97Cにおいて形成される火炎のリフトを検出できる。濃炎口97,98にて形成される火炎は、淡炎口87にて形成される火炎と比較して安定している。また、バーナの消費量の能力による影響を受け難い。それ故、燃焼装置1は、より正確に酸欠の発生を検知できる。
また、濃炎口97B,98B,97C,及び98Cに隣接する空気口99は、板材100によって塞がれている。そのため、空気口99A,99B、及び99Cから濃炎口97B,98B,97C,及び98Cへ供給される2次燃焼用空気は少なくなっている。これは、濃炎口に隣接する空気口を塞ぐことで、濃炎口からの火炎(濃火炎)を2次燃焼用空気不足で失火し易くさせると共に、濃火炎と淡炎口からの火炎(淡火炎)の噴出方向は同一であるため、濃火炎を淡火炎につられてリフトし易くさせるためである。空気口を閉塞し2次燃焼用空気の供給を減少させた場合、酸欠時には燃焼速度が遅くなるので、保炎力が弱くなり、周囲の酸素雰囲気の影響を受けやすくなり、バーナ全体の燃焼状態が悪くなる前に火炎はリフトする。従って、フレームロッド16の下方に位置する濃炎口97B,98B,97C,及び98Cに隣接する空気口99A〜99Cを板材100で閉塞することで、燃焼装置1は、より早く酸欠の発生を検知できる。
図7を参照し、フレームロッド16において検出される炎電流と、排出される一酸化炭素濃度との関係について説明する。図7のうち線分101は、空気口99を塞がない場合にフレームロッド16から検出される炎電流を示している。線分102は、濃炎口97,98に隣接する空気口99を塞いで2次燃焼用空気の供給を減少させた場合にフレームロッド16から検出される炎電流を示している。線分103は、排出される一酸化炭素濃度を示している。空気口99を塞がない場合、炎電流は、室内酸素濃度が約15.5%となった場合に約0Aになっている(線分101)。炎電流が約0Aとなった状態で排出される一酸化炭素濃度は、約2700ppmである。一方、空気口99を塞いだ場合、炎電流は、室内酸素濃度が約16.5%となった場合に約0Aになっている(線分102)。炎電流が約0Aとなった状態で排出される一酸化炭素濃度は、約1200ppmである。このように、2次燃焼用空気の供給を減少させた場合には、より早く火炎がリフトするので、一酸化炭素の排出量が小さい状態で炎電流が低下する。それ故、燃焼装置1は、早期に酸欠の発生を検知して不完全燃焼を防止できる。
また燃焼装置1では、上述のように、炎電流が約0Aとなった時点の状態を検出することで、酸欠の発生を検知できるので、センサーバーナを用いることなく、通常のバーナからの火炎により早期の酸欠発生の検知が可能になる。このため、燃焼装置1のコストを低減できる。
またフレームロッド16は、濃炎口97,98と淡炎口87との上方に少なくとも位置している。濃炎口97,98はフレームロッド16に対して幅が狭いので、濃炎口97,98の上方にのみフレームロッド16を設置した場合、その設置位置のばらつきによって炎電流がばらつき易くなる。一方淡炎口87は濃炎口97,98より幅は広いものの、淡炎口87の上方にのみフレームロッド16を設置すると、設置位置がずれた場合に濃火炎の影響を受けて炎電流がばらつき易くなる。これらに対して本実施の形態では、濃炎口97,98と淡炎口87とを横切るようにフレームロッド16を設置してあるので、その設置位置がばらついた場合でも、炎電流を安定させることができる。これによって、フレームロッド16の設置位置のばらつきの影響を小さくし、火炎のリフトを確実に検出できる。
さらにフレームロッド16は、濃炎口97,98、淡炎口87、及び、空気口99のうち閉塞された部分の上方に亙って位置している。このため、炎口部30(濃炎口97,98、淡炎口87)において形成される火炎が外乱によって揺らいだ場合であっても、確実にフレームロッド16は火炎と接触する。それ故燃焼装置1は、火炎のリフトを確実に検出できる。
図6の板材100A〜100Cで閉鎖された空気口99A〜99Cが本発明の「閉塞部」に相当する。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。上述の実施の形態では、濃淡バーナ9が使用されることを前提としたが、本発明はこの構成に限定されない。
上述の実施の形態では、フレームロッド16は、濃炎口97B,98B,淡炎口87B,板材100Bで塞がれた空気口99B、濃炎口97C,98C、及び淡炎口87Cの上方に位置していた。しかしながら本発明はこの配置に限定されない。フレームロッド16は、濃炎口97B,98B,淡炎口87B,及び板材100Bで塞がれた空気口99Bの上方にのみ配置されていてもよいし、濃炎口97B,98B,及び淡炎口87Bの上方にのみ配置されていてもよい。さらに濃炎口97Bの上方にのみ配置されていてもよい。
上述の実施の形態では、板材100によって空気口99を塞いでいた。しかしながら本発明はこの方法に限定されない。空気口99から供給される2次燃焼用空気の量を抑制できるのであれば、他の方法で空気口99を塞いでもよい。例えば樹脂によって空気口99を塞いでもよい。
上述の実施の形態では、空気口99を塞ぐことで2次燃焼用空気の供給量を抑制していた。しかしながら本発明はこの構成に限定されない。例えば、空気口99の径を小さくしたり、空気口を排除することで、2次燃焼用空気の供給量を抑制してもよい。
上述の実施の形態では、フレームロッド16の下方にある濃炎口97B,98B,97C及び98Cに隣接する空気口99A〜99Cを板材100で塞いでいたが、本発明はこの構成に限定されない。供給される2次燃焼用空気の量を抑制できるのであれは、空気口99A〜99Cの全てを板材100で塞がなくともよい。
本発明は、上述の実施の形態におけるフレームロッド16の形状(曲折した形状)に限定されない。直線形状のフレームロッド16を使用してもよい。また、本発明は、フレームロッド16を二本以上使用した構成としてもよい。
上述の実施の形態では、フレームロッド16において検出される炎電流に基づいて、酸欠の発生を検知していた。これによって、簡易な構成で不完全燃焼を防止可能となっていた。しかしながら本発明はこの構成及び方法に限定されない。フレームロッド16の代わりに、熱電対やサーミスタなどの温度検知手段を使用してもよい。
1 燃焼装置
2 バーナケース
9,9A,9B,9C,9D 濃淡バーナ
16 フレームロッド
25 淡ガス導入口
30 炎口部
87,87A,87B,87C,87D 淡炎口
97,97A,97B,97C,97D 濃炎口
98,98A,98B,98C,98D 濃炎口
99,99A,99B,99C 空気口
100,100A,100B,100C 板材

Claims (5)

  1. 燃料ガスと空気とが混合した混合気を噴出することで火炎が形成される複数の炎口と、前記複数の炎口において形成される火炎に2次燃焼用空気を供給する空気口と、火炎の燃焼状態を検出する検出手段とを備えた燃焼装置であって、
    前記空気口は、
    前記2次燃焼用空気が火炎に供給されないように閉塞された閉塞部を備え、
    前記検出手段は、
    前記複数の炎口のうち前記閉塞部に隣接する前記炎口の上方に少なくとも位置することを特徴とする燃焼装置。
  2. 前記炎口は、
    空気比の低い混合気を噴出する濃炎口と、空気比の高い混合気を噴出する淡炎口とを備え、
    前記閉塞部は、
    複数の前記濃炎口のうち一に少なくとも隣接しており、
    前記検出手段は、
    前記閉塞部に隣接した前記濃炎口である隣接濃炎口の上方に少なくとも位置することを特徴とする請求項1に記載の燃焼装置。
  3. 前記検出手段は、
    前記隣接濃炎口と、複数の前記淡炎口のうち前記隣接濃炎口に隣接する淡炎口である隣接淡炎口との上方に少なくとも位置することを特徴とする請求項2に記載の燃焼装置。
  4. 前記検出手段は、
    前記閉塞部の上方、前記隣接濃炎口の上方、及び前記隣接淡炎口の上方に亙って位置することを特徴とする請求項3に記載の燃焼装置。
  5. 前記検出手段は、フレームロッド又は熱電対であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の燃焼装置。
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