JP2533804Y2 - 燃焼装置 - Google Patents

燃焼装置

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JP2533804Y2
JP2533804Y2 JP1990044072U JP4407290U JP2533804Y2 JP 2533804 Y2 JP2533804 Y2 JP 2533804Y2 JP 1990044072 U JP1990044072 U JP 1990044072U JP 4407290 U JP4407290 U JP 4407290U JP 2533804 Y2 JP2533804 Y2 JP 2533804Y2
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pipe
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俊彦 美島
順裕 土屋
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株式会社ガスター
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【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、複数の炎孔を有する単位バーナを複数個列
設させたガスバーナと、該ガスバーナの燃焼によって給
水を加熱する熱交換器とを有する燃焼装置に関するもの
である。
〔従来の技術〕 ガスを燃料とする燃焼装置は給湯器や暖房器に広く用
いられており、コンパクト化、高負荷化の改良が進めら
れている。
一方、公害防止の立場からNOχの発生を抑制すること
が社会的要請となっている。
ところが、ガス燃焼技術において燃焼用器具のコンパ
クト・高負荷化とNOχ低減とは両立し難いという問題が
有る。
従来、低NOχ化バーナとしては、シュバンクバーナの
ような完全予混合式のバーナや、1次燃焼室を持った2
次火炎形成式ブンゼンバーナ等が公知であるが、いずれ
も燃焼量範囲を広くとれないことや、1次空気比の制御
が難しいことや、構造が複雑で製造コストが高いこと等
の不具合が有る。
〔考案が解決しようとする課題〕 NOχの発生量を抑制するための公知の手法は、これを
原理的に分類すると、a.火炎冷却法、b.濃淡燃焼法、c.
二段燃焼法、d.排ガス再循環等となるが、いずれも既製
の燃焼装置に適用しようとするバーナの交換ないし大改
造を必要とし、経済的でない。
さらに、単にNOχを低減させるだけであれば前記の火
炎冷却法が有効であるが、火炎を冷却することによって
CO発生量が増加するという不具合を伴う。
また、前記火炎冷却法として、バーナの燃焼によって
形成される可視火炎内に冷却用パイプを配設し、その冷
却用パイプ中に水を通して火炎を冷却することが考えら
れるが、火炎の冷却により発生するCOの再燃焼を考慮し
て冷却用パイプを内炎発光部からCO危険域にかけて配設
すると、燃焼ガス中の水蒸気の露点温度(結露が始まる
温度)が60度前後になるので、抜熱量が約4%を超える
と燃焼生成ガス中の水蒸気が冷却用パイプの表面に結露
してバーナ上に落下するおそれがあり、抜熱量が2%未
満では冷却用水の流通量の制御が困難で、場合によって
は突沸が生ずるおそれがある。
本考案は、前記の如き問題点を改善し、CO発生量を増
加させることなくNOχ発生を抑制すると共に、特に、抜
熱量が多い場合でも冷却用パイプに結露しにくく、か
つ、抜熱量が少ない場合でも通水量を大きくして突沸の
おそれがないようにした燃焼装置を提供することを目的
とする。
〔課題を解決するための手段〕
本考案は、前記の目的を達成するため、複数の炎孔を
有する単位バーナを複数個列設させたガスバーナと、該
ガスバーナの燃焼によって給水を加熱する熱交換器とを
有する燃焼装置において、 上記のガスバーナの燃焼によって可視火炎が形成され
る空間内に冷却用パイプをほぼ水平に配設すると共に、
その冷却用パイプを前記熱交換器によって加熱された温
水の流出側に接続したことを特徴とする。
〔作用〕
前記の構成によれば火炎の一部を冷却するので、冷却
部においてはNOχの発生が抑制されるとともにCO発生量
が増加する。
しかし、上記冷却部が可視火炎の中に位置するので、
この部分で発生したCOは上昇しつつ周囲の火炎に触れて
完全燃焼せしめられてCO2となる。
このようにして、CO発生量を増加せしめることなくNO
χ発生量が抑制される。
そして、前記の冷却は、冷水ではなく、熱交換器によ
って加熱された温水(例えば40〜80℃)を用いて抜熱す
るので、4%前後の抜熱量であっても冷却パイプの表面
温度を雰囲気ガスの露点以上に保って結露が生じにくく
することができ、かつ、抜熱量が2%程度と少ない場合
でも通水量を比較的多くして突沸を防ぐことができる。
冷却パイプは厳密に水平に配置しなくても良く、ほぼ
水平とする。その理由は冷却パイプ内の冷却水を抜き取
る場合に僅かな勾配を有している方が良いこと、およ
び、僅かな勾配が有れば気泡が滞留しにくいこと、並び
に僅かな勾配を有していれば複数の火炎に対する相対的
な位置が僅かずつ変化するので多様な燃焼状態に対応し
易いことによる。
〔実施例〕
第5図は、本考案の1実施例において適用の対象とし
た従来例のガスバーナを対比参考のために示したもので
あり、同図(A)は正面図、(B)は側面図である。
1は単位バーナであって、ノズル2から噴出される燃
料ガスを空気と混合させて上方へ吹き出して燃焼させ、
火炎3を形成する。
この単位バーナ1は、紙面の奥行方向に多数列設さ
れ、その火炎形成面はは水平面hに揃えられている。4
は火炎形成面付近に設けられた整流用の金網である。
前記の火炎3は図示のごとく内炎発光部3a,CO危険域3
b,最高温度領域3c,および外炎発光帯3dよりなる可視火
炎と、その外周部の不可視火炎3eとによって形成されて
いる。
本実施例の装置は上記の可視火炎内にほぼ水平に冷却
用パイプを配設する。
第2図は、前記第5図の単位バーナ1の上方に、可視
火炎内を貫通するように冷却用パイプ5を配設した状態
を示しており、その全体的斜視図は第1図(B)のごと
くである。
第1図(B)に示すように、本例の冷却用パイプ5は
U字管状をなし、その平行部の一方は往管5a,他方は戻
管5bである。
第1図(A)について後述する通水手段により、冷却
水が矢印aのごとく供給され、矢印b,cのごとく通水さ
れる。
本例においては往管5aに僅かな上がり勾配を付し、戻
管5bに僅かな下り勾配を付してある。その結果、第2図
(A)に現われている往管5aの高さH3は戻管5bの高さH2
に比して僅かに低い。第2図(B)では往管5aと戻管5b
とがほとんど重なっている。
このように勾配を付しておくと水抜き操作に好都合で
あり、パイプ内に気泡が滞流しにくく、かつ、後に詳述
するごとく適応可能な燃焼状態の範囲が広くなる。
本例においては(第2図参照) 火炎3′の幅W1=80mm 往管5aと戻管5bとの間隔W2=40mm 火炎3′の高さH1=70mm 往管5aの高さH3≒戻管5bの高さH2≒30mmである。
第1図(A)は本実施例の全体的な構成を示す模式図
である。
単位バーナ1および冷却パイプ5は第1図(B)につ
いて説明した構成部材である。
燃料ガスはノズルホルダ11を介して単位バーナ1に供
給される。
一方、燃焼用空気は燃焼フアン12によって供給されて
燃焼が行われる。
高温の燃焼ガスは熱交換器13の熱交換部に接触しつつ
流動して、排気口14から大気中に放出される。
給水は給水管15によって供給され、熱交換器13を流通
する間に燃焼ガスで加熱されて熱湯ないし温湯となり、
給湯管16を経て給湯栓17に供給される。
本例の冷却パイプ5は前記熱交換器13の流出口に接続
されている。
即ち、熱交換器13の流出側と給湯管16との間に接続さ
れており、熱交換器で加熱された給湯の全流量が冷却パ
イプ5を流通する。
高温の水(温湯ないし熱湯)を冷却パイプ5に流通せ
しめて火炎を冷却することの技術的な意味については後
に詳述するが、低温の水を流通させる場合に比して、同
一熱量を抜熱するために流通させる流量が多いことは容
易に理解される。このため、本例においては給湯流量の
全流量を冷却パイプ5に流通させている。
以上のように構成された本考案の燃焼装置の一実施例
の作動について次に述べる。
第1図(B)に示すように単位バーナ1が列設され
て、これらの単位バーナによって構成される炎孔群が火
炎形成面を構成している燃焼装置において、これら単位
バーナ1の上方(すなわち可視火炎が形成されるべき空
間)に、U字状の冷却パイプを配設して冷却水を、矢印
a,b,cのごとく流通させながら、ガス燃焼を行わせて火
炎3′を形成させる。
このようにして燃料ガスの燃焼を行わせると第3図に
示すごとくになる。即ち、 火炎3′のうち、冷却パイプ5に触れて冷却される部
分、および冷却パイプ5の至近距離内を通って放射冷却
を受ける部分で火炎冷却面Fcを形成し、その他の部分
(冷却を受けない部分)は通常火炎Fnを形成する。概略
的に見れば、冷却パイプ5の周囲および上方に冷却ゾー
ンFc′が形成される。
上記の冷却パイプによる火炎の冷却は、火炎と冷却パ
イプとの間の熱伝導による顕熱の抜熱と、燃焼生成ガス
の中の水蒸気の凝縮熱の抜熱と、凝縮した水蒸気の再蒸
発による蒸発熱の抜熱とが複合して行われ、可視火炎中
から抜熱される。
上記抜熱により火炎冷却面Fcは温度が低くなり、NOχ
の発生が抑制される。
前記の冷却パイプ5によるブラフボデイ効果のため、
火炎冷却面Fc付近に排ガス再循環領域(第3図におい
て、ガスの流れを矢印で示す)が成形される。この、部
分的な排ガス自己再循環によってパイプ直上の冷却未燃
ガスおよび、さらに上側のホットな燃焼ガスが逐次混合
され、滞留時間を延ばされながら燃焼するため、NOχの
発生量はいっそう抑制される。
しかしながら、前述のごとく火炎の1部分が冷却され
ると、冷却によるNOχ低減効果が得られる反面、冷却に
よってCO発生量が増加するという不具合を生じる。従っ
て、このCO発生量増加を防止しなければ実用価値が無
い。
この実施例においては、冷却パイプ5付近で発生した
COは前述の排ガス再循環領域(多数の小矢印で表わされ
ている)に流入し、渦状流動しつつ隣接する通常火炎Fn
に触れて燃焼せしめられCO2となる。
第4図は横軸に抜熱量をとり、縦軸にNOχ低減を示し
た図表である。
抜熱量は、当該ガスバーナの定格発生熱量に対するパ
ーセンテージで表わしてある。
NOχ低減率は、従来例(第5図)におけるNOχ発生量
に比しての減少率をパーセンテージで示してある。
この実施例では、抜熱量4%付近にNOχ低減率のピー
クが認められる。
抜熱量は冷却水の流入温度と流出温度との温度差ΔT
に流量を乗じて求められるが、4%の抜熱をする場合に
流量と温度差との組合せはいろいろに変えることができ
る。
本第4図において、実線カーブは温度差ΔT=6℃の
場合、破線カーブは温度差ΔT=50℃の場合である。
上記の温度差ΔTの変化に伴ってNOχ低減効果に若干
の差はあるが、いずれの場合も抜熱量が4%付近のとき
に最良の結果を得た。
本考案者らの実験によると、ガスバーナの仕様や熱量
ガスの組成が変わると、最良の結果を得る抜熱量も変化
するが、おおむね2〜4.5%の範囲内にある。
さらに、次の理由によって抜熱量がこの範囲から外れ
ることは好ましくない。
抜熱量を少なくするには、具体的には冷却パイプの径
を細くするとともに冷却液の流量を絞ることになるが、
径を細くするには自ずから限度が有るので、2%未満と
いった小さい抜熱量を得るには冷却水の流量をかなり小
さくしなければならない。実際問題として流量を小さく
すると流量制御が困難になる。而して流量制御が不適切
であると冷却水が突沸を生じるおそれが有る。
本考案においては、冷却パイプ5中に冷水を通すので
はなく、熱交換器13によって加熱した温水を流通させる
ので、通水量を多くして流量制御を容易に行なうことが
でき、これにより突沸のおそれを少なくすることができ
る。
また、冷却パイプ5中に冷水を通すと、抜熱量が多い
ときには燃焼生成ガス中の水蒸気が冷却パイプの表面に
結露してバーナ上に落下するおそれがあり、この結露水
は硝酸に類した窒素化合物を含んでいてバーナを腐食さ
せるおそれがあるが、本考案においては、冷却パイプ5
中に熱交換器13により加熱した温水を通しているので、
NOχ低減効果が高い4%前後の抜熱量であっても冷却パ
イプの表面温度を雰囲気ガスの露点以上に保ってバーナ
上に結露水が落下しにくくすることができる。
(第2図参照)火炎の高さH1に対する冷却パイプ5aの
高さは厳密に規制するを要しないが、本考案者らの実験
によれば冷却パイプの高さを火炎高さH1の0.4強にする
と好都合が得られた。
ところで、火炎高さH1は、当該ガス燃焼装置の負荷の
大小によって変化する。このため、あらゆる負荷状態に
おいても最善であるような冷却パイプ高さは得られな
い。
本実施例の冷却パイプ5には勾配が付されていて、そ
の高さがH2,H3を含んで無段階に変化しているので、あ
らゆる負荷状態において冷却パイプの何処かで最良の状
態が得られる。その結果、負荷状態が変化しても可視火
炎内に冷却パイプが入っている状態の範囲については、
NOχの低減率がほぼ一定となる。
〔考案の効果〕
以上述べたように、本考案によれば、COの発生を増加
させることなくNOχ発生量を抑制することができ、しか
も、その場合の、抜熱量が多い場合のバーナ上への結露
水の滴下を防ぐと共に、抜熱量が少ない場合の突沸を防
ぐことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)は本考案の一実施例を示す模式図である。 第1図(B)は上記実施例を示す斜視図である。 第2図(A)は上記実施例の正面図、第2図(B)は同
じく側面図である。 第3図は上記実施例における燃焼状態の説明図である。 第4図は上記実施例における効果を説明するための図表
である。 第5図は従来例の燃焼装置を示し、同図(A)は正面
図、同図(B)は側面図である。 1……単位バーナ、2……ノズル、3,3′……火炎、3a
……内炎発光部、3b……CO危険域、3c……最高温度領
域、3d……外炎発光帯、3e……不可視火炎、4……金
網、5……冷却パイプ、5a……冷却パイプの往管、5b…
…冷却パイプの戻管、13……熱交換器、16……給湯管。

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の炎孔を有する単位バーナを複数個列
    設させたガスバーナと、該ガスバーナの燃焼によって給
    水を加熱する熱交換器とを有する燃焼装置において、 上記のガスバーナの燃焼によって可視火炎が形成される
    空間内に冷却用パイプをほぼ水平に配設すると共に、そ
    の冷却用パイプを前記熱交換器によって加熱された温水
    の流出側に接続したことを特徴とする燃焼装置。
JP1990044072U 1990-04-26 1990-04-26 燃焼装置 Expired - Lifetime JP2533804Y2 (ja)

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