JP2017015283A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】上端に炎口部を有する前後方向に長手のガスバーナ６を横方向に複数並設した燃焼装置であって、各ガスバーナの混合管部の上流端のガス導入口を覆うダンパ８を備え、ダンパに、ガス導入口に重なるガス導入口より小さな一次空気制限用の通気孔８１が形成されるものにおいて、火炎リフトといった燃焼不良を抑制しつつ燃焼騒音を低減できるようにする。【解決手段】ダンパ８に、通気孔として、ガスノズルから噴出する燃料ガスが衝突する障害物８１ａを有する♯１の通気孔８１と、障害物を有しない♯２の通気孔８１とを混在させて形成する。【選択図】図３

Description

本発明は、混合管部と、混合管部からの混合気を噴出する上端の炎口部とを有する前後方向に長手のガスバーナを横方向に複数並設した燃焼装置に関する。

この種の燃焼装置では、複数のガスバーナの混合管部の上流端のガス導入口に臨む複数のガスノズルと、複数のガスバーナのガス導入口を覆うダンパとを備え、ダンパに、複数のガスバーナのガス導入口に重なる複数の通気孔を形成している。そして、従来、各通気孔に、ガスノズルから噴出する燃料ガスが衝突する障害物を設け、燃料ガスと一次空気との混合を促進できるように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の混合の促進で、全てのガスバーナにおいて、炎口部から噴出する混合気の空燃比の前後方向における分布（空燃比分布）が均一化される。然し、これでは、各ガスバーナの前後方向各箇所で発生する燃焼振動の周波数が他のガスバーナの前後方向同一箇所で発生する燃焼振動の周波数と一致して、燃焼騒音が大きくなってしまう。

また、従来、ダンパに形成する通気孔の開口面積を一部のガスバーナで他のガスバーナよりも大きくしたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。これによれば、一部のガスバーナでの燃焼振動の周波数と他のガスバーナでの燃焼振動の周波数とに混合気の空燃比の相違に起因して差を生じ、周波数差による相互干渉作用で燃焼騒音が抑制される。然し、通気孔の開口面積を大きくして混合気の空燃比をエアリッチ側に変えると、高負荷燃焼時に火炎リフトを生じやすくなってしまう。

特開２００４−６０８９７号公報 特開平１０−２８８３１５号公報

本発明は、以上の点に鑑み、火炎リフトといった燃焼不良を抑制しつつ燃焼騒音を低減できる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、混合管部と、混合管部からの混合気を噴出する上端の炎口部とを有する前後方向に長手のガスバーナを横方向に複数並設した燃焼装置であって、複数のガスバーナの混合管部の上流端のガス導入口に臨む複数のガスノズルと、複数のガスバーナのガス導入口を覆うダンパとを備え、ダンパに、複数のガスバーナのガス導入口に重なる複数の通気孔を形成するものにおいて、ダンパに、通気孔として、ガスノズルから噴出する燃料ガスが衝突する障害物を有する第１の通気孔と、障害物を有しない第２の通気孔とを混在させて形成することを特徴とする。

ここで、ガス導入口に第１の通気孔が重なるガスバーナを第１のガスバーナ、ガス導入口に第２の通気孔が重なるガスバーナを第２のガスバーナとして、第１のガスバーナでは、燃料ガスと一次空気との混合が促進されて、炎口部から噴出する混合気の空燃比分布が均一化されるが、第２のガスバーナでは、炎口部から噴出する混合気の空燃比分布が多少とも不均一になる。そして、第２のガスバーナにおける空燃比分布の不均一性に起因して、第１のガスバーナの前後方向各箇所で発生する燃焼振動の周波数と第２のガスバーナの前後方向同一箇所で発生する燃焼振動の周波数との間に差を生ずる。そして、この周波数差による相互干渉作用で燃焼騒音を低減できる。

また、本発明において、ガスバーナが、前記混合管部及び前記炎口部に加えて、袖火混合管部と炎口部の両脇に位置し袖火混合管部からの混合気を噴出する袖火炎口部とを有し、炎口部から噴出する混合気を理論空燃比より燃料濃度が希薄な淡混合気とし、袖火炎口部から噴出する混合気を理論空燃比より燃料濃度が濃い濃混合気とする濃淡バーナであり、前記ガスノズルに加えて、複数のガスバーナの袖火混合管部の上流端の袖火ガス導入口に臨む複数の袖火ガスノズルを備えると共に、前記ダンパに、前記通気孔に加えて、複数のガスバーナの袖火ガス導入口に重なる複数の袖火通気孔を形成する場合には、前記第２の通気孔は、これを通過する一次空気量が前記第１の通気孔を通過する一次空気量よりも多くなるように形成され、ガス導入口に第１の通気孔が重なるガスバーナを第１のガスバーナ、ガス導入口に第２の通気孔が重なるガスバーナを第２のガスバーナ、第１のガスバーナの袖火ガス導入口に重なる袖火通気孔を第１の袖火通気孔、第２のガスバーナの袖火ガス導入口に重なる袖火通気孔を第２の袖火通気孔として、第２の袖火通気孔は、これを通過する一次空気量が第１の袖火通気孔を通過する一次空気量よりも少なくなるように形成されることが望ましい。

これによれば、第２のガスバーナの炎口部から噴出する淡混合気の全体的な空燃比が第１のガスバーナの炎口部から噴出する淡混合気の空燃比よりエアリッチとなって、第２のガスバーナで発生する淡混合気の燃焼振動の周波数と第１のガスバーナで発生する淡混合気の燃焼振動の周波数との差が大きくなり、燃焼騒音が効果的に低減される。また、第２のガスバーナの袖火炎口部から噴出する濃混合気は、第２の袖火通気孔による一次空気の制限で空燃比がガスリッチ側に変化するため、第２のガスバーナの炎口部から噴出する淡混合気の空燃比がエアリッチ側に変化しても、第２のガスバーナの袖火炎口部から噴出する濃混合気の燃焼に消費される淡混合気中の一次空気の量が増加して、第２のガスバーナでの高負荷燃焼時における淡火炎（淡混合気の燃焼で形成される火炎）のリフトを抑制できる。更に、第１のガスバーナの袖火炎口部から噴出する濃混合気の空燃比と第２のガスバーナの袖火炎口部から噴出する濃混合気の空燃比とが相違するため、第１のガスバーナで発生する濃混合気の燃焼振動の周波数と第２のガスバーナで発生する濃混合気の燃焼振動の周波数との間にも差も生じ、燃焼騒音をより効果的に低減できる。

ところで、前記複数のガスバーナが複数のグループに組み分けされ、燃焼させるグループの数、組合せを可変すると共に、単独で燃焼させることがあるグループに属するガスバーナの配置範囲の端に前記第１のガスバーナである特定ガスバーナが配置される場合には、特定ガスバーナが属するグループの単独燃焼時に、特定ガスバーナの袖火炎口部から噴出する濃混合気の燃焼で形成される濃火炎がリフトしやすくなる。そのため、特定ガスバーナの袖火ガス導入口に重なる第１の袖火通気孔は、これを通過する一次空気量が他の第１の袖火通気孔を通過する一次空気量よりも少なくなるように形成されることが望ましい。これによれば、特定ガスバーナの袖火炎口部から噴出する濃混合気の空燃比がガスリッチ側に変化し、特定ガスバーナが属するグループの単独燃焼時における特定ガスバーナでの濃火炎のリフトを防止できる。

本発明の実施形態の燃焼装置の斜視図。 実施形態の燃焼装置の切断側面図。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した切断正面図。 実施形態の燃焼装置に設けられるガスバーナの斜視図。 図４のガスバーナの分解状態の斜視図。 図４のＶＩ−ＶＩ線で切断した断面図。

図１乃至図３を参照して、本発明の実施形態の燃焼装置は燃焼筐１を備えている。燃焼筐１の上面は開放されており、燃焼筐１の上に被加熱物として図示省略した給湯用熱交換器が設置される。燃焼筐１内には、燃焼筐１内の空間を燃焼室２とその下側の給気室３とに仕切る仕切り板４が設けられている。給気室３の底面には図示省略した燃焼ファンがダクト５を介して接続されており、燃焼ファンから給気室３に空気が供給される。仕切り板４には、多数の分布孔４ａが形成されており、給気室３に供給された空気がこれら分布孔４ａを介して燃焼室２に二次空気として供給されるようにしている。

燃焼室２には、前後方向に長手のガスバーナ６が横方向に複数（本実施形態では１７本）並設されている。各ガスバーナ６は、図４乃至図６に示す如く、バーナ本体６１と、バーナ本体６１の上部に被せたバーナキャップ６２とを備えている。バーナ本体６１の上端には、上方に開口する前後方向に細長い形状の炎口部６３が形成され、また、バーナキャップ６２により、炎口部６３の両脇に位置する袖火炎口部６４が形成されている。そして、各ガスバーナ６は、理論空燃比より燃料濃度が希薄な淡混合気を炎口部６３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袖火炎口部６４から噴出させる濃淡バーナで構成される。

バーナ本体６１は、横方向に対峙する一対の側板６１ａ，６１ａで構成されている。尚、両側板６１ａ，６１ａは、一枚の板をバーナ本体６１の下縁となる折り曲げ線で合掌状態に折り曲げることにより形成されている。そして、各側板６１ａのプレス加工により、バーナ本体６１に、上端の炎口部６３と、下部の混合管部６５と、混合管部６５からの混合気を炎口部６３に導く分布室部６６とが形成されている。混合管部６５は、バーナ本体６１の下部前縁に位置する上流端のガス導入口６５ａから後方にのびており、混合管部６５の後端部から分布室部６６が前後方向に広がりながら上方にのびている。分布室部６６の上部には、横幅を狭めた絞り部６６ａが形成されている。絞り部６６ａの横幅は、混合管部６５と分布室部６６との接続部の真上に位置する部分から前方に向けて次第に広がっている。これにより、炎口部６３に流入する混合気の前後方向流量分布が均等化される。また、バーナ本体６１の前部には、混合管部６５と分布室部６６との間に位置させて、袖火混合管部６７が形成されている。この袖火混合管部６７は、バーナ本体６１の前縁に位置する袖火ガス導入口６７ａから後方に少しのびて終端しており、その後端部側面に流出孔６７ｂが開設されている。

バーナキャップ６２は、バーナ本体６１の一対の側板６１ａ，６１ａの外側に被せられる一対の側板６２ａ，６２ａと、両側板６２ａ，６２ａをその上縁で連結する前後複数個所のブリッジ部６２ｂとを有している。そして、バーナ本体６１の側板６１ａとバーナキャップ６２の側板６２ａとの間に、上端の袖火炎口部６４と、袖火混合管部６７から流出孔６７ｂを介してバーナ本体６１の外側に流出する濃混合気を袖火炎口部６４に導く通路が画成される。また、バーナキャップ６２の側板６２ａの前後複数個所には、バーナ本体６１の側板６１ａの外側面に当接して、袖火炎口部６４を前後方向に分断する凹部６２ｃが形成されている。

また、炎口部６３内には、横方向に並設した複数の整流板６８ａを有する整流部材６８が装着されている。整流部材６８には、バーナキャップ６２のブリッジ部６２ｂに合致する前後複数個所に、整流板６８ａ同士を当接させて、各整流板６８ａ間に画成される炎口部流路を前後方向に分断する当接部６８ｂが形成されている。また、バーナ本体６１の炎口部６３には、その上下方向中間部に位置させて、整流部材６８を横方向両側から挟み込む狭窄部６３ａが形成されている。これにより、狭窄部６３ａの上側の側板６１ａの部分と外側の整流板６８ａとの間に淡混合気が噴出しない盲空隙６３ｂが画成され、炎口部６３から噴出する淡混合気が盲空隙６３ｂ上に還流して保炎効果が得られるようにしている。

また、仕切り板４の前縁に立上り部４１を曲成すると共に、立上り部４１の前側に燃焼筐１の下部前面を塞ぐようにしてマニホールド７を装着している。マニホールド７には、各ガスバーナ６の混合管部６５の上流端のガス導入口６５ａに臨むガスノズル７１と、各ガスバーナ６の袖火混合管部６７の上流端の袖火ガス導入口６７ａに臨む袖火ガスノズル７２とが設けられている。

また、仕切り板４の立上り部４１の前面に、各ガスバーナ６のガス導入口６５ａ及び袖火ガス導入口６７ａを覆うダンパ８を設けて、このダンパ８に、各ガスバーナ６のガス導入口６５ａに重なる通気孔８１と、各ガスバーナ６の袖火ガス導入口６７ａに重なる袖火通気孔８２とを形成している。そして、各ガスノズル７１と各袖火ガスノズル７２から噴射される燃料ガスが夫々各通気孔８１と各袖火通気孔８２を介して各ガス導入口６５ａと各袖火ガス導入口６７ａに供給されると共に、給気室３から立上り部４１とマニホールド７との間に画成される空隙と各通気孔８１と各袖火通気孔８２を介して各ガス導入口６５ａと各袖火ガス導入口６７ａに一次空気が供給されるようにしている。

また、図３に示す如く、ダンパ８に、通気孔８１として、ガスノズル７１から噴出する燃料ガスが衝突する障害物８１ａを有する♯１（第１）の通気孔８１と、障害物８１ａを有しない♯２（第２）の通気孔８１とを混在させて形成している。障害物８１ａは、♯１の通気孔８１の上下方向中央部を横断する、後方にＶ字状に凹入する帯状板部で構成される。尚、本実施形態では、♯１の通気孔８１と♯２の通気孔８１とを１個ずつ交互に配置しているが、これらを２〜３個ずつ交互に配置することも可能である。

ここで、ガス導入口６５ａに♯１の通気孔８１が重なるガスバーナ６を♯１（第１）のガスバーナ６、ガス導入口６５ａに♯２の通気孔８１が重なるガスバーナ６を♯２（第２）のガスバーナ６として、♯１のガスバーナ６では、燃料ガスが障害物８１ａに衝突することで燃料ガスと一次空気との混合が促進されて、炎口部６３から噴出する淡混合気の空燃比分布が均一化されるが、♯２のガスバーナ６では、炎口部６３から噴出する淡混合気の空燃比分布が多少とも不均一になる。そして、♯２のガスバーナ６から噴出する淡混合気の空燃比分布の不均一性に起因して、♯１のガスバーナ６の前後方向各箇所で発生する淡混合気の燃焼振動の周波数と♯２のガスバーナ６の前後方向同一箇所で発生する淡混合気の燃焼振動の周波数との間に差を生ずる。そして、この周波数差による相互干渉作用で燃焼騒音を低減できる。

更に、本実施形態では、♯２の通気孔８１の開口面積を、♯１の通気孔８１の障害物８１ａ以外の部分の開口面積よりも大きくして、♯２の通気孔８１を通過する一次空気量が♯１の通気孔８１を通過する一次空気量よりも多くなるようにしている。尚、ダンパ８の横方向一部の場所には空気圧が比較的強く作用する。そして、空気圧が強く作用する場所では、♯２の通気孔８１の開口面積が♯１の通気孔８１の障害物８１ａ以外の部分の開口面積より小さくても、♯２の通気孔８１を通過する一次空気量が♯１の通気孔８１を通過する一次空気量よりも多くなる。そのため、♯２の通気孔８１のうちには開口面積が♯１の通気孔８１の障害物８１ａ以外の部分の開口面積より小さなものもある。また、♯１のガスバーナ６の袖火ガス導入口６７ａに重なる袖火通気孔８２を♯１（第１）の袖火通気孔８２、♯２のガスバーナ６の袖火ガス導入口６７ａに重なる袖火通気孔８２を♯２（第２）の袖火通気孔８２として、♯２の袖火通気孔８２の開口面積を♯１の袖火通気孔８２の開口面積よりも小さくし、♯２の袖火通気孔８２を通過する一次空気量が♯１の袖火通気孔８２を通過する一次空気量よりも少なくなるようにしている。

これによれば、♯２のガスバーナ６の炎口部６３から噴出する淡混合気の全体的な空燃比が♯１のガスバーナ６の炎口部６３から噴出する淡混合気の空燃比よりエアリッチとなる。そして、淡混合気の全体的な空燃比差により、♯２のガスバーナ６で発生する淡混合気の燃焼振動の周波数と♯１のガスバーナ６で発生する淡混合気の燃焼振動の周波数との差が大きくなり、燃焼騒音が効果的に低減される。

尚、淡混合気の空燃比をエアリッチ側に変化させると、高負荷燃焼時に淡混合気の燃焼で形成される淡火炎がリフトしやすくなる。然し、本実施形態では、♯２のガスバーナ６の袖火炎口部６４から噴出する濃混合気の空燃比が、♯２の袖火通気孔８２による一次空気の制限で、ガスリッチ側に変化する。そのため、♯２のガスバーナ６の炎口部６３から噴出する淡混合気の空燃比がエアリッチ側に変化しても、♯２のガスバーナ６の袖火炎口部６４から噴出する濃混合気の燃焼に消費される淡混合気中の一次空気の量が増加して、♯２のガスバーナ６での高負荷燃焼時における淡火炎のリフトを抑制できる。

更に、♯１のガスバーナ６の袖火炎口部６４から噴出する濃混合気の空燃比と♯２のガスバーナ６の袖火炎口部６４から噴出する濃混合気の空燃比とが相違するため、♯１のガスバーナ６で発生する濃混合気の燃焼振動の周波数と♯２のガスバーナ６で発生する濃混合気の燃焼振動の周波数との間にも差を生じ、燃焼騒音をより効果的に低減できる。

ところで、燃焼室２内の１７本のガスバーナ６は、図３で左端から数えて１番目から３番目までの３本のガスバーナ６から成る第１グループと、４番目及び５番目の２本のガスバーナ６から成る第２グループと、６番目から８番目までの３本のガスバーナ６から成る第３グループと、９番目から１７番目までの９本のガスバーナ６から成る第４グループとに組み分けされている。そして、燃焼させるグループの数、組合せを給湯負荷に応じて可変するようにしている。具体的には、第２グループのみを燃焼させる状態と、第２と第３の両グループを燃焼させる状態と、第１と第２と第３のグループを燃焼させる状態と、第３と第４のグループを燃焼させる状態と、第１から第４までの全てのグループを燃焼させる状態とに切換自在としている。

ここで、単独で燃焼させることがある第２グループに属するガスバーナ６の配置範囲の左端には、♯１のガスバーナ６である特定ガスバーナ６Ａが配置されている。この場合、特定ガスバーナ６Ａの袖火ガス導入口６７ａに重なる♯１の袖火通気孔８２を通過する一次空気量が他の♯１の袖火通気孔８２を通過する一次空気量と同一であると、第２グループのみの燃焼時に、特定ガスバーナ６Ａの左側の袖火炎口部６４が、第１グループのガスバーナ６の火炎で加熱されることなく、特定ガスバーナ６Ａの左側に流れる二次空気流により冷やされ、特定ガスバーナ６Ａの左側の袖火炎口部６４から噴出する濃混合気に二次空気が特定ガスバーナ６Ａの左隣のガスバーナ６で消費されることなく過剰に供給されることと相俟って、この濃混合気の燃焼で形成される濃火炎がリフトしやすくなる。

そこで、本実施形態では、特定ガスバーナ６Ａの袖火ガス導入口６７ａに重なる♯１の袖火通気孔８２の開口面積を他の♯１の袖火通気孔８２の開口面積よりも小さくして、特定ガスバーナ６Ａの袖火ガス導入口６７ａに重なる♯１の袖火通気孔８２を通過する一次空気量が他の♯１の袖火通気孔８２を通過する一次空気量よりも少なくなるようにしている。これによれば、特定ガスバーナ６Ａの袖火炎口部６４から噴出する濃混合気の空燃比がガスリッチ側に変化し、第２グループのみを燃焼させるときの特定ガスバーナ６Ａにおける濃火炎のリフトを防止できる。

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、上記実施形態のガスバーナ６は、バーナキャップ６２を備える濃淡バーナであるが、バーナキャップを省略した濃淡バーナでないガスバーナを備える燃焼装置にも同様に本発明を適用できる。

６…ガスバーナ、６Ａ…特定ガスバーナ、６３…炎口部、６４…袖火炎口部、６５…混合管部、６５ａ…ガス導入口、６７…袖火混合管部、６７ａ…袖火ガス導入口、７１…ガスノズル、７２…袖火ガスノズル、８…ダンパ、８１…通気孔、８１ａ…障害物、８２…袖火通気孔。

Claims (3)

1. 混合管部と、混合管部からの混合気を噴出する上端の炎口部とを有する前後方向に長手のガスバーナを横方向に複数並設した燃焼装置であって、複数のガスバーナの混合管部の上流端のガス導入口に臨む複数のガスノズルと、複数のガスバーナのガス導入口を覆うダンパとを備え、ダンパに、複数のガスバーナのガス導入口に重なる複数の通気孔を形成するものにおいて、
   ダンパに、通気孔として、ガスノズルから噴出する燃料ガスが衝突する障害物を有する第１の通気孔と、障害物を有しない第２の通気孔とを混在させて形成することを特徴とする燃焼装置。
2. 請求項１記載の燃焼装置であって、前記ガスバーナは、前記混合管部及び前記炎口部に加えて、袖火混合管部と炎口部の両脇に位置し袖火混合管部からの混合気を噴出する袖火炎口部とを有し、炎口部から噴出する混合気を理論空燃比より燃料濃度が希薄な淡混合気とし、袖火炎口部から噴出する混合気を理論空燃比より燃料濃度が濃い濃混合気とする濃淡バーナであり、前記ガスノズルに加えて、複数のガスバーナの袖火混合管部の上流端の袖火ガス導入口に臨む複数の袖火ガスノズルを備えると共に、前記ダンパに、前記通気孔に加えて、複数のガスバーナの袖火ガス導入口に重なる複数の袖火通気孔を形成するものにおいて、
   前記第２の通気孔は、これを通過する一次空気量が前記第１の通気孔を通過する一次空気量よりも多くなるように形成され、
   ガス導入口に第１の通気孔が重なるガスバーナを第１のガスバーナ、ガス導入口に第２の通気孔が重なるガスバーナを第２のガスバーナ、第１のガスバーナの袖火ガス導入口に重なる袖火通気孔を第１の袖火通気孔、第２のガスバーナの袖火ガス導入口に重なる袖火通気孔を第２の袖火通気孔として、第２の袖火通気孔は、これを通過する一次空気量が第１の袖火通気孔を通過する一次空気量よりも少なくなるように形成されることを特徴とする燃焼装置。
3. 請求項２記載の燃焼装置であって、前記複数のガスバーナが複数のグループに組み分けされ、燃焼させるグループの数、組合せを可変すると共に、単独で燃焼させることがあるグループに属するガスバーナの配置範囲の端に前記第１のガスバーナである特定ガスバーナが配置されるものにおいて、特定ガスバーナの前記袖火ガス導入口に重なる前記第１の袖火通気孔は、これを通過する一次空気量が他の第１の袖火通気孔を通過する一次空気量よりも少なくなるように形成されることを特徴とする燃焼装置。

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