JP2016084955A

JP2016084955A - 燃焼プレート

Info

Publication number: JP2016084955A
Application number: JP2014216857A
Authority: JP
Inventors: 竹内　健; Takeshi Takeuchi; 健竹内
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2014-10-24
Publication date: 2016-05-19
Also published as: KR20160048674A; EP3012526B1; US20160116160A1; EP3012526A1; US9841187B2

Abstract

【課題】プレート本体に炎孔が存在しない無炎孔部３３が格子状に設けられ、無炎孔部で囲われるプレート本体の各領域を複数の炎孔が密集して形成される集合炎孔部３４とする燃焼プレートにおいて、耐逆火性能を向上できるようにする。【解決手段】集合炎孔部３４の無炎孔部３３に隣接する周辺部分に形成する周辺炎孔３２ａの径を、集合炎孔部３４の周辺部分より内側の部分に形成する中央炎孔３２ｂの径より小さくする。また、無炎孔部３３の各側部に、集合炎孔部３４の炎孔間ピッチＰよりも広いピッチＰ´で外側炎孔３２´を形成する場合には、外側炎孔３２´も中央炎孔３２ｂより小径にする。【選択図】図３

Description

本発明は、主として給湯用や暖房用の熱源機に設けられる全一次燃焼式バーナで用いる燃焼プレートであって、セラミック製のプレート本体に、予混合ガスを噴出する多数の炎孔を形成したものに関する。

従来、この種の燃焼プレートとして、プレート本体に炎孔が存在しない無炎孔部が格子状に設けられ、無炎孔部で囲われるプレート本体の各領域を複数の炎孔が密集して形成される集合炎孔部とする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、無炎孔部に隣接する集合炎孔部の周辺部分の炎孔から噴出する予混合ガスの一部が無炎孔部上に渦を巻くようにして還流する。そして、無炎孔部の両側に位置する集合炎孔部の周辺部分の炎孔から還流する予混合ガスが干渉し合い、無炎孔部上にリフトし難い安定した火炎が形成されて、保炎効果が得られる。

然し、集合炎孔部の無炎孔部に隣接する周辺部分の炎孔の一部で火炎のリフトを生ずると、そこが起点となって、周辺部分の他の炎孔の火炎もつられてリフトしやすくなる。特に、予混合ガスの空気過剰率（一次空気量／化学量論的空気量）を高くする場合には、周辺部分の炎孔での火炎リフトを生じやすくなり、これに起因して集合炎孔部全体での火炎リフトを生ずることがある。

そこで、従来、特許文献１により、集合炎孔部の無炎孔部に隣接する周辺部分に形成する炎孔を表面側の孔径よりも裏面側の孔径を小さくした減速炎孔とする燃焼プレートが知られている。減速炎孔では、裏面側の小径部分から流入した予混合ガスの流速が表面側の拡径部分で減速されて、火炎リフトが生じにくくなるため、集合炎孔部の周辺部分での火炎リフトを有効に防止できる。

然し、このものは、低負荷燃焼時に逆火しやすくなるという不具合がある。即ち、無炎孔部では、炎孔に流れる予混合ガスによるプレート本体の冷却効果が得られないため、低負荷燃焼で火炎が短くなってプレート表面付近で燃焼すると、無炎孔部の温度が上昇して、無炎孔部に隣接する集合炎孔部の周辺部分の温度も上昇し、周辺部分の炎孔が減速炎孔であって予混合ガスの流速が減速されることと相俟って逆火しやすくなる。

また、従来、集合炎孔部の周辺部分の炎孔を減速炎孔とせずに、周辺部分での火炎リフトを防止できるようにした燃焼プレートとして、特許文献２により、無炎孔部の各集合炎孔部に隣接する各側部に、無炎孔部の長手方向に所定の間隔を存して炎孔が形成され、この所定の間隔は、集合炎孔部に形成する炎孔間の無炎孔部の長手方向に平行な方向の間隔よりも広く設定されたものが知られている。このものでは、集合炎孔部の周辺部分の炎孔における低負荷燃焼時の耐逆火性能が特許文献１に記載のものよりも向上するが、低負荷燃焼時に無炎孔部の温度が上昇することに変わりはなく、耐逆火性能を十分には向上できない。

実開平７−１２７１３号公報特開２０１２−１８０９８８号公報

本発明は、以上の点に鑑み、耐逆火性能を向上できるようにした燃焼プレート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、セラミック製のプレート本体に、予混合ガスを噴出する多数の炎孔を形成した全一次燃焼式バーナ用の燃焼プレートであって、プレート本体に炎孔が存在しない無炎孔部が格子状に設けられ、無炎孔部で囲われるプレート本体の各領域を複数の炎孔が密集して形成される集合炎孔部とするものにおいて、集合炎孔部の無炎孔部に隣接する周辺部分に形成する炎孔の径を、集合炎孔部の周辺部分より内側の部分に形成する炎孔の径より小さくすることを特徴とする。

本発明によれば、集合炎孔部の周辺部分の炎孔（周辺炎孔）の径を小さくすることで、周辺炎孔から噴出する予混合ガス量を減少させて、この予混合ガスの燃焼による無炎孔部の加熱量を減少させることができる。そのため、周辺炎孔の径を小さくしないものに比し、低負荷燃焼時における無炎孔部の温度を下げて、耐逆火性能を向上させることができる。

また、本発明において、上記特許文献２に記載の従来例と同様に、無炎孔部の各集合炎孔部に隣接する各側部に、無炎孔部の長手方向に所定の間隔を存して炎孔を形成し、この所定の間隔を、集合炎孔部に形成する炎孔間の無炎孔部の長手方向に平行な方向の間隔よりも広く設定すれば、集合炎孔部の周辺部分での火炎リフトを防止できる。この場合、無炎孔部の各側部の炎孔(外側炎孔)は個数が少ないため、外側炎孔を小径にしなくても、周辺炎孔を小径にすることで、低負荷燃焼時における無炎孔部の温度を下げることができる。但し、本発明においては、外側炎孔の径も集合炎孔部の周辺部分より内側の部分に形成する炎孔の径より小さくすることが望ましい。これによれば、外側炎孔から噴出する予混合ガス量を減少させて、この予混合ガスの燃焼による無炎孔部の加熱量を減少させることができ、低負荷燃焼時における無炎孔部の温度をより下げて、耐逆火性能を一層向上させることができる。

全一次燃焼式バーナの切断状態の斜視図。本発明の実施形態の燃焼プレートの平面図。図２の燃焼プレートの一部の拡大平面図。他の実施形態の燃焼プレートの一部の拡大平面図。

図１を参照して、１は全一次燃焼式バーナを示している。このバーナ１は、上向きに開口する箱形に形成されたバーナ本体２と、バーナ本体２の上部に装着した燃焼プレート３とを備えている。以下、バーナ１の幅方向を横方向、バーナ１の奥行き方向を前後方向として説明する。

バーナ本体２の上面外周部には、給湯用や暖房用の熱交換器を内蔵する燃焼筐（図示せず）の下端を結合するフランジ部２ａが設けられている。また、バーナ本体２内には、燃焼プレート３の下面に面する分布室４と、分布室４に対しバーナ本体２に一体の床壁２ｂで仕切られた下側の混合室５とが設けられている。また、混合室５の下側には給気室６が設けられている。そして、給気室６の底面６１に開設した給気口６２に燃焼ファン７を接続し、給気室６に燃焼ファン７から一次空気を供給するようにしている。

分布室４の底面たる床壁２ｂの後部には、混合室５に連通する横長の開口部４１が形成されている。また、分布室４は、仕切り板４２により上下２つの空間に仕切られている。そして、混合室５から開口部４１を介して分布室４の下部空間に流入した予混合ガスが仕切り板４２に形成した多数の分布孔４２ａと分布室４の上部空間とを介して燃焼プレート３に導かれるようにしている。

混合室５の前面５１は、バーナ本体２に一体の縦壁２ｃで閉塞されている。この前面５１には、縦壁２ｃを貫通する孔から成るノズル孔５２が横方向の間隔を存して複数並設されている。また、縦壁２ｃの外面には、複数のノズル孔５２に連通するノズル通路５２ａを縦壁２ｃとの間に画成する仕切り板８１を介してガスマニホールド８が取付けられている。仕切り板８１には、ガスマニホールド８内のガス通路８２とノズル通路５２ａとを連通する開口（図示せず）が形成され、ガスマニホールド８には、この開口を開閉する電磁弁８３が取付けられている。そして、電磁弁８３を開弁させたときに、ノズル通路５２ａに燃料ガスが供給され、各ノズル孔５２から燃料ガスが噴射されるようにしている。

混合室５の底面５３には、混合室５の前面５１に通気間隙５４を存して対向し、各ノズル孔５２から噴出する燃料ガスが衝突する壁板５５が立設されている。壁板５５は、上方に向かって前方に傾斜している。また、混合室５の底面５３の通気間隙５４に臨む部分には、給気室６からの一次空気を混合室５に導入する横長の空気導入口５６が開設されている。そして、各ノズル孔５２から噴出する燃料ガスが壁板５５に衝突して拡散し、通気間隙５４に流れる一次空気に拡散した燃料ガスが混入して、燃料ガスと一次空気との混合が促進され、均質な予混合ガスが生成されるようにしている。

また、通気間隙５４には、各ノズル孔５２の下側に位置させて、前後方向に長手の樋状の邪魔板５７が設けられている。これによれば、燃料ガスの噴出量を少量にする弱燃焼時にも、燃料ガスを一次空気の影響を受けることなく確実に壁板５５に衝突させることができる。

燃焼プレート３は、図２に示す如く、セラミック製のプレート本体３１に多数の炎孔３２を形成して成るものであり、予混合ガスがこれら炎孔３２から噴出して全一次燃焼する。以下、燃焼プレート３について詳述する。尚、図１では、図面の簡略化のため炎孔３２を省略している。

本実施形態では、プレート本体３１に、炎孔３２が存在しない無炎孔部３３を菱形の格子状に設け、無炎孔部３３で囲われるプレート本体３１の各領域を複数の炎孔３２が密集して形成される集合炎孔部３４としている。図３を参照して、具体的に例示すると、集合炎孔部３４の無炎孔部３３に隣接する周辺部分の炎孔（以下、周辺炎孔と記す）３２ａに外接する菱形の一辺の長さＬを８．９ｍｍ、これら菱形の間の無炎孔部３３の幅Ｗを３．６ｍｍとし、集合炎孔部３４に、無炎孔部３３の長手方向に平行な方向（上記菱形の各辺に平行な方向）の炎孔間の間隔（中心間距離）Ｐが１．６ｍｍになるように炎孔３２を計３６個形成している。

また、無炎孔部３３の各集合炎孔部３４に隣接する各側部に、無炎孔部３３の長手方向に所定の間隔を存して炎孔（以下、外側炎孔と記す）３２´を形成している。この所定の間隔、即ち、外側炎孔３２´の無炎孔部３３の長手方向の中心間距離Ｐ´は、集合炎孔部３４に形成する炎孔３２の無炎孔部３３の長手方向に平行な方向の中心間距離Ｐよりも広く設定される。ここで、Ｐ´は２Ｐ以上に設定することが望ましく、本実施形態では、Ｐ´＝３Ｐとしている。

更に、本実施形態では、無炎孔部３３の幅方向一側の外側炎孔３２´と他側の外側炎孔３２´とが無炎孔部３３の長手方向に位置をずらして配置されている。より具体的には、無炎孔部３３の幅方向各側の隣り合う２つの外側炎孔３２´，３２´の中心を結ぶ線を底辺とする二等辺三角形の頂点に無炎孔部３３の幅方向反対側の外側炎孔３２´の中心が位置するように、無炎孔部３３の幅方向一側の外側炎孔３２´と他側の外側炎孔３２´との位置を無炎孔部３３の長手方向にずらしている。これにより、無炎孔部３３の幅方向両側の外側炎孔３２´，３２´間の距離が全て等しくなる。

これによれば、集合炎孔部３３の周辺部分の外側の所々に外側炎孔３２´が配置されることになる。そして、外側炎孔３２´から無炎孔部３３上に還流する予混合ガスに対し、無炎孔部３３を挟んで反対側に位置する集合炎孔部３４の周辺炎孔３２ａから無炎孔部３３上に還流する予混合ガスが干渉するだけでなく、外側炎孔３２´と同じ側に位置する集合炎孔部３４の周辺炎孔３２ａから無炎孔部３３上に還流する予混合ガスが干渉し、外側炎孔３２´の保炎効果が高くなる。従って、集合炎孔部３３の周辺炎孔３２ａの一部での火炎リフトを生じても、外側炎孔３２´での保炎により、外側炎孔３２´に近い周辺炎孔３２ａでの火炎リフトが防止される。その結果、予混合ガスの空気過剰率を高くしても、周辺炎孔３２ａ全体での火炎リフト、ひいては、これに起因して集合炎孔部３４全体で火炎リフトを生ずることを効果的に防止できる。

ところで、無炎孔部３３の幅方向一側の外側炎孔３２´と他側の外側炎孔３２´とが無炎孔部３３の長手方向同一位置に配置されていると、無炎孔部３３の幅がその両側の外側炎孔３２´，３２´間の部分でかなり狭くなってしまい、この部分では予混合ガスがうまく還流しなくなって、外側炎孔３２´の保炎効果が低下する。

これに対し、本実施形態では、無炎孔部３３の幅方向一側の外側炎孔３２´と他側の外側炎孔３２´とが無炎孔部３３の長手方向に位置をずらして配置されるため、各外側炎孔３２´に対し無炎孔部３３を挟んで反対側の集合炎孔部３４の周辺炎孔３２ａが対峙して、無炎孔部３３の幅が外側炎孔３２´，３２´間で過小に狭められることを防止できる。更には、無炎孔部３３の両側の外側炎孔３２´，３２´から無炎孔部３３上に還流する予混合ガス同士も干渉し合うことになって、外側炎孔３２´の保炎効果が一層向上する。特に、本実施形態では、無炎孔部３３の幅方向両側の外側炎孔３２´，３２´間の距離が全て等しくなるため、全ての外側炎孔３２´で高い保炎効果が得られ、火炎リフトを一層効果的に防止できる。

但し、このままでは、低負荷燃焼で火炎が短くなってプレート表面付近で燃焼すると、無炎孔部３３の温度が上昇するため、耐逆火性能を十分には向上できなくなる。そこで、本実施形態では、集合炎孔部３４の周辺炎孔３２ａの径を、集合炎孔部３４の周辺部分より内側の部分に形成する炎孔（以下、中央炎孔と記す）３２ｂの径より小さくし、更に、外側炎孔３２´の径も、中央炎孔３２ｂの径より小さくしている。周辺炎孔３２ａ及び外側炎孔３２´の径と中央炎孔３２ｂの径との比は１：１．２〜１．５とすることが望ましく、本実施形態では、中央炎孔３２ｂの直径を１．１ｍｍ、周辺炎孔３２ａ及び外側炎孔３２´の直径を０．９ｍｍとしている。

このように周辺炎孔３２ａの径を小さくすれば、周辺炎孔３２ａから噴出する予混合ガス量を減少させて、この予混合ガスの燃焼による無炎孔部３３の加熱量を減少させることができる。そのため、周辺炎孔３２ａの径を小さくしないものに比し、低負荷燃焼時における無炎孔部３３の温度を下げて、耐逆火性能を向上させることができる。

尚、外側炎孔３２´は個数が少ないため、外側炎孔３２´を小径にしなくても、周辺炎孔３２ａを小径にすることで、低負荷燃焼時における無炎孔部３３の温度を下げることができるが、上記の如く外側炎孔３２´も小径にすれば、低負荷燃焼時における無炎孔部３３の温度をより下げて、耐逆火性能を一層向上させることができる。

また、上記実施形態では、集合炎孔部３４の炎孔３２のうち無炎孔部３３に接する最外側の列の炎孔を小径の周辺炎孔３２ａとしているが、これに限るものではなく、例えば、図４に示す実施形態の如く、最外側の列とその内側の列との２列の炎孔を小径の周辺炎孔３２ａとすることも可能である。

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、外側炎口３２´を廃止して、無炎孔部３３に炎口を全く形成しないことも可能である。また、上記実施形態では、無炎孔部３３に外側炎口３２´を形成しているが、集合炎孔部３４の形状を菱形にしているが、この形状は菱形以外の三角〜六角の多角形であってもよい。

３…燃焼プレート、３１…プレート本体、３２…炎孔、３２ａ…集合炎孔部の周辺部分に形成する炎孔、３２ｂ…集合炎孔部の周辺部分より内側の部分に形成する炎孔、３２´…無炎孔部の側部に形成する炎孔、３３…無炎孔部、３４…集合炎孔部。

Claims

セラミック製のプレート本体に、予混合ガスを噴出する多数の炎孔を形成した全一次燃焼式バーナ用の燃焼プレートであって、
プレート本体に炎孔が存在しない無炎孔部が格子状に設けられ、無炎孔部で囲われるプレート本体の各領域を複数の炎孔が密集して形成される集合炎孔部とするものにおいて、
集合炎孔部の無炎孔部に隣接する周辺部分に形成する炎孔の径を、集合炎孔部の周辺部分より内側の部分に形成する炎孔の径より小さくすることを特徴とする燃焼プレート。
前記無炎孔部の前記各集合炎孔部に隣接する各側部に、無炎孔部の長手方向に所定の間隔を存して炎孔が形成され、この所定の間隔は、集合炎孔部に形成する炎孔間の無炎孔部の長手方向に平行な方向の間隔よりも広く設定されることを特徴とする請求項１記載の燃焼プレート。
前記無炎孔部の各側部に形成される炎孔の径も、前記集合炎孔部の周辺部分より内側の部分に形成する炎孔の径より小さくすることを特徴とする請求項２記載の燃焼プレート。