JP2579911Y2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、給湯器や風呂釜等の燃
焼装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】給湯器や風呂釜等の燃焼装置として一般
的なものが、例えば、特開昭６３−２４７５１４号公報
に示されている。この種のものは、図８および図９に示
すように、バーナ２の炎口形成部分46を二股状に形成
し、この二股状の炎口形成部分46の立ち上がり外周面に
沿って燃焼面形成板47を連接し、この燃焼面形成板47に
縦長にした格子状のスリット48を複数形成したものであ
る。

【０００３】この種の燃焼装置では、ノズル44からバー
ナ２のガス流入口に燃料ガスを噴射することにより、こ
の噴射した燃料ガスに、ファン37から供給されて来る一
次空気がエジェクタ効果によって取り込まれる。そし
て、この燃料ガスと一次空気は混合室45に導かれ、この
混合室45で燃料ガスと一次空気との予混合が行われ、こ
の予混合ガスが炎孔９から上方に向けて燃焼室19内に噴
出する。一方、ファン37から供給される他方の二次空気
又は希薄予混合気は二次空気供給路39を通って前記燃焼
面形成板47の裏面側に到達し、燃焼面形成板47に設けた
スリット48から燃焼室19の中心方向に向かって入り込
み、火炎を燃焼面形成板47に沿わせた壁面付着燃焼が行
われるのである。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の燃焼装置は、燃焼に際し、二次空気又は希薄予混合気
が燃焼面形成板47のスリット48から燃焼室19の中心方向
に向けて入り込むため、この左右両側の燃焼面形成板47
から入り込んだ空気は燃焼室19の中心領域で衝突し、そ
の衝突した空気は燃焼室19の中心部から上方に立ち昇る
ため、燃焼室19内で発生した燃焼ガス（排気ガス）はこ
の立ち昇る気流によって上方の排気口（図示せず）側に
追いやられ、速やかに排出されてしまうこととなる。

【０００５】最近、生活環境のクリーン化が強く望ま
れ、燃焼装置においても、窒素酸化物（ＮＯ_X ）の生成
の少ない装置開発が望まれている。この窒素酸化物の生
成を例えば20ppm 〜60ppm と少なくするためには、火炎
温度を1500℃以下に維持し、時間をかけて緩慢燃焼する
ことが望ましい。この時間をかけての緩慢燃焼を行うた
めには、燃焼室19内で発生した燃焼ガスを燃焼室19内で
再循環させて排出されるまでの時間を稼ぎ、きれいに燃
やし尽くすことが必要となるが、前記従来の装置では、
燃焼ガスは衝突した二次空気の中心部での上昇気流によ
って排気口側に追い出されてしまうため、燃焼室19内で
の効果的な再循環を行うことができず、窒素酸化物の生
成の少ないクリーンな燃焼を図る上では不十分であっ
た。

【０００６】本考案は上記従来の課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、燃焼室内での燃焼ガ
ス（排気ガス）の再循環を効果的に行い、窒素酸化物の
生成の極めて少ないクリーンな燃焼を行うことができる
燃焼装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本考案は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
考案の燃焼装置は、炎孔を燃焼室の内側に向けて立設さ
れた第１のバーナ列と第２のバーナ列とが間隔を介して
向き合い状に配設され、各バーナ列は１個以上のバーナ
を間隔を介して一列に配列したものからなり、この各バ
ーナ列の炎孔形成面と炎孔形成面の間には二次空気又は
希薄混合ガスをバーナの炎孔形成面に沿う上方向に向け
て燃焼室内に導く流入ガイドが設けられていることを特
徴として構成されており、また前記各バーナ列に供給す
るガス供給量が予め与えた設定量に至る前は流入ガイド
を通して二次空気を燃焼室内に供給し、ガス供給量が前
記設定量以上になったときには希薄混合ガスを流入ガイ
ドを通して燃焼室内に供給する燃焼制御手段が設けられ
ていることも本考案の特徴的な構成とされている。

【０００８】

【作用】上記構成の本考案において、各バーナ列の炎孔
から燃焼室の内側に向けて一次空気と予混合した燃料ガ
スが噴出し、同時に、二次空気又は希薄混合ガスが各バ
ーナ列の炎孔形成面の間に形成された流入ガイドにガイ
ドされてバーナの炎孔形成面に沿う格好で上方向に向け
て燃焼室内に流入する。このように、二次空気又は希薄
混合ガスが炎孔形成面に沿って上方向に流れるので、燃
焼室の中心部分は負圧ゾーンとなり、炎孔形成面で燃焼
した燃焼ガスは上方向に立ち昇りながら、その一部は前
記負圧ゾーン側に入り込み、燃焼室の中心領域に燃焼ガ
スの下方への流れが生じ、これにより、燃焼ガス（排気
ガス）の再循環が燃焼室内で自然に行われ、窒素生成物
の少ないクリーンな燃焼が達成されるのである。

【０００９】

【実施例】以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明
する。図１〜図３には本考案に係る燃焼装置の一実施例
が示されている。これらの図において、燃焼室19の外側
下方には予混合装置１が設けられており、この予混合装
置１はバーナ２のガス流入口側、この実施例では上側バ
ーナベース４と下側バーナベース３とその下方近傍領域
にかけて設けられている。下側バーナベース３には複数
（この図では５個）のノズル収容穴５が等間隔に配列形
成されており、この各ノズル収容穴５に隙間６を介して
燃料噴射ノズル７の上部側が収容されている。

【００１０】この燃料噴射ノズル７は円筒状を呈してお
り、この円筒筒部８の上端は該円筒筒部８よりも大径の
バッフルプレート10によって閉鎖されている。このバッ
フルプレート10の直下に位置する円筒筒部８の外周面に
は１段以上の複数の燃料噴出孔11が周設されている。こ
の燃料噴射ノズル７の基端側（下端側）は燃料ガスヘッ
ダー12に連通接続されている。燃料ガスヘッダー12は燃
料ガス供給管13に接続されており、燃料ガス供給管13を
通して供給されて来る燃料ガスは燃料ガスヘッダー12か
ら燃料噴射ノズル７に入り、燃料噴出孔11から水平横方
向（円筒筒部８の半径方向あるいは半径方向に準ずる方
向）に放射状に噴出するようになっている。

【００１１】前記燃料噴射ノズル７の燃料噴出孔11を囲
む領域にはスワラー14が配置される。このスワラー14は
スワラー保持板15に固定され、同保持板15と前記下側バ
ーナベース３の底面との間に介設されている。このスワ
ラー14は円筒壁16の円周等間隔位置を切り起こして複数
の旋回羽根17を形成したもので、このスワラー14は外か
ら円周方向に入り込む一次空気を旋回羽根17に沿わせて
旋回力を付与し、その一次空気の旋回流を前記燃料噴出
孔11から噴出する燃料ガスに直交方向から衝突させるも
のである。なお、スワラー保持板15と燃料噴射ノズル７
は、必要に応じパッキンを用いて気密に嵌め合わされて
いる。

【００１２】前記下側バーナベース３の上側には上側バ
ーナベース４が配置されている。この上側バーナベース
４は上面中央部に長さ方向に沿って伸張する溝18を有し
て、内部が空間のブロック形状を呈している。溝18は底
部を平坦面とし、両側面は上側に向かうにつれ広がる斜
面となっている。溝18の底面20には複数の循環穴21が開
けられており、この各循環穴21の底面は微小隙間22を介
して前記バッフルプレート10に対向している。

【００１３】図１に示す如く、上側バーナベース４の内
部には内壁面23と上壁面24と外壁面25と底壁面26とに囲
まれて空間部27が形成されている。空間部27の底面は円
弧状の滑らかな曲面となっており、一次空気と燃料ガス
との予混合ガスが隙間28を円滑に流れるようにしてあ
る。

【００１４】図３に示すように、前記上側バーナベース
４の上壁面24側にはバーナ設置穴30がバーナベース４の
長さ方向に等間隔に配列形成されている。この実施例で
は右側列のバーナ設置穴30ａと左側列のバーナ設置穴30
ｂは配列位置が互いに対向配設されており、この各バー
ナ設置穴30にバーナ２の底部が嵌め込まれて立設状のバ
ーナ列が形成されており、バーナ設置穴30ａ側の第１の
バーナ列とバーナ設置穴30ｂ側の第２のバーナ列は間隔
を介して向かい合っている。そして、この向かい合い状
態で、バーナ列の対向面には複数の炎孔９が燃焼室19の
内側に向けて開口し、炎孔形成面41が構成されている。

【００１５】本実施例では図２に示すように、上側バー
ナベース４にはバーナ支持板31が起立状に取り付けられ
ており、このバーナ支持板31には格子状に複数のバーナ
支持穴32が形成され、このバーナ支持穴32にバーナの両
側面側が嵌め込まれて支持されている。また、バーナ列
の各バーナ２間、つまり、炎孔形成面41間の板部33には
上下方向にほぼ等間隔位置に切り起こし部が設けられて
二次空気の流入ガイドとして機能するガイド板34が形成
されている。このガイド板34の切り起こし角度θ（図
１）はバーナ支持板31の板面に対して鋭角となってお
り、このガイド板34に沿う二次空気は燃焼室19内に入り
込んで炎孔形成面41に沿いながら上方に向けて流れるよ
うになっている。前記バーナ列の周りには枠部35が配設
されており、この枠部35によって下側バーナベース３と
上側バーナベース４とバーナ支持板31等が一体的に固定
されている。

【００１６】前記下側バーナベース３と上側バーナベー
ス４とバーナ列との組み立て体は図１に示す如く、装置
ケース36に収容されている。この装置ケース36の底面側
には給排気を行う燃焼ファン37が取り付けられており、
この燃焼ファン37から送り出される空気の一部は一次空
気としてスワラー14に導かれ、他の空気は二次空気とし
て、スリット板38から空気室40を通り、前記ガイド板34
から燃焼室19内に供給されるようになっている。

【００１７】なお、図１中、42は燃焼室19内の排気ガス
を外部に導く排気部であり、43は燃焼室19内に入る二次
空気を整流するパンチング板やメッシュ等の整流板であ
る。また、図中の矢印で、燃料噴射ノズル７の燃料噴出
孔11から出る実線の矢印は燃料ガスを、燃焼室19内の実
線の矢印は燃焼ガス（排気ガス）をそれぞれ示してお
り、また、白抜きの矢印は空気の流れを、斜線の矢印は
予混合ガスの流れをそれぞれ示しており、矢印の長さは
流速の大きさを示している。図１では理解し易いよう
に、右側半分は予混合ガスの流れをメーンに示してあ
り、左側半分は二次空気の流れをメーンに示してある
が、実際は左右両側で予混合ガスの流れと二次空気の流
れが共に生じている。

【００１８】本実施例は上記のように構成されており、
次に、作用を説明する。バーナ２の燃焼に際し、燃料ガ
ス供給管13から供給される燃料ガスは燃料ガスヘッダー
12を経て燃料噴射ノズル７に入り込み、燃料噴射孔11か
ら水平横方向に放射状に噴出する。一方、燃焼ファン37
によって送り出される空気の一部は一次空気としてスワ
ラー14に入り込むが、このとき、一次空気は旋回羽根17
に沿って円周方向から入り込む。このとき、旋回羽根17
によって一次空気に旋回力が付与され、一次空気は旋回
しながら前記燃料噴射ノズル７から噴出する燃料ガスに
ほぼ直交方向から衝突して燃料ガスと急速に混合拡散す
る。この予混合ガスは上側バーナベース４の隙間28を通
ってバーナ２に導かれ、バーナ２の炎孔９から燃焼室19
内に噴出する。この一次空気の旋回予混合に際し、高速
の旋回流によってスワラー14から空間部27に入る隙間28
の領域に燃焼室19内よりも負圧となる負圧ゾーンが形成
される結果、燃焼室19内の燃焼ガス（排気ガス）の一部
は循環穴21から予混合ガス中に取り込まれて再びバーナ
２の炎孔９から燃焼室19内に循環する。

【００１９】一方、整流板38から空気室40に入り込む二
次空気はガイド板34にガイドされて炎孔形成面41に沿う
格好で上方に向けて燃焼室19内に噴き出す。このとき、
炎孔９から燃焼室19の中心方向に向かって予混合ガスが
噴き出されているが、この予混合ガスの噴き出し量に比
べ、二次空気の噴き出し量およびその噴き出し速度が格
段に大きいので、炎孔９から噴き出す予混合ガスも二次
空気の流れに引き込まれ、炎孔形成面41に沿って上方に
向かう流れが形成され燃焼が行われる。燃焼した排気ガ
スは温度上昇によって約５倍程度に体積膨張するため、
炎孔形成面41に沿った壁面流も上方向に流速が増し、必
然的に、燃焼室19の中心部分の領域が負圧ゾーンとな
り、この結果、燃焼によって発生する燃焼ガス（排気ガ
ス）の一部は図１の如く、負圧ゾーンに引き寄せられ
て、燃焼室19の中心部で下方への排ガス再循環の流れが
生じ、この排気ガスの再循環により、燃料ガスの緩慢燃
焼が効果的に行われ、窒素生成物が極めて少ないクリー
ンな燃焼が達成されるのである。

【００２０】このように、本実施例では、ガイド板34に
よって二次空気又は希薄予混合気の流れを上方に向けて
噴出することにより、積極的に燃焼室19内の中央部分に
負圧ゾーンを形成するので、前記排気ガスの再循環が効
果的に行われるが、さらに、本実施例では、スワラー14
による一次空気の旋回によって燃料ガスと一次空気との
予混合領域に負圧ゾーンを形成し、この負圧を利用して
燃焼室19から一部の排気ガスを循環穴21を介して予混合
ガス中に混合し、再び炎孔９から燃焼室19内に循環させ
るので、排気ガスの再循環による燃焼は完璧なものとな
り、今までにないクリーンな燃焼が達成されるのであ
る。

【００２１】なお、本考案は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では、第１のバーナ列のバーナ２と第２のバーナ
列のバーナ２とを互いに対向させたが、これを、互い違
いにして向き合うようにしてもよい。

【００２２】また、上記実施例では予混合装置１をスワ
ラー14を用いて構成し、一次空気の旋回流によって燃料
ガスと一次空気とを予混合するようにしたが、この予混
合装置１の構成は、必ずしも一次空気の旋回方式に限定
されることはなく、従来のエジェクタ方式等、他の様々
な構成態様を採り得るものである。

【００２３】さらに、上記実施例では循環穴21を設けて
燃焼室19内の排気ガスの一部を予混合ガス中に取り込む
ようにしたが、この循環穴21は省略してもよい。この循
環穴21を省略しても、前記二次空気の流れによって燃焼
ガス（排気ガス）の一部を燃焼室19内で効果的に再循環
させることができるので、窒素酸化物の生成の少ないク
リーンな燃焼が達成されることとなる。ただ、本実施例
のように、一次空気の旋回流を利用して循環穴21から予
混合ガス中に排気ガスの一部を取り込むようにすれば、
排気ガスの再循環がより一層図られることとなり、窒素
酸化物の生成をより少なくすることができる。

【００２４】さらに、上記実施例では、複数のバーナ２
を配列してバーナ列を構成したが、例えば、図４に示す
ように、バーナ列を単一のバーナ２で形成し、この１個
のバーナ２の複数の炎孔形成面41間に流入ガイド（ガイ
ド板34）を設けるようにしてもよい。

【００２５】さらに、上記実施例では二次空気を上方に
向けて流れるようにするための二次空気の流入ガイドを
ガイド板34によって構成したが、この二次空気の流入ガ
イドは、二次空気の流れをバーナ列の炎孔形成面41に沿
って上向きに流れるようにガイドするものであればよ
く、他の様々な形態を採り得るものである。

【００２６】さらに、上記実施例では流入ガイド（ガイ
ド板34）に沿って二次空気を燃焼室19内に導いたが、こ
の二次空気の代わりに空気と燃料ガスを混合させた希薄
混合ガス（希薄予混合ガスとも言う）を流入ガイドに沿
わせて燃焼室19内に導くようにしてもよい。この場合に
は、例えば、図５に示すように、燃料ガスヘッダー12に
二次空気予混合用ノズル50を設け、この二次空気予混合
用ノズル50から燃料ガスを二次空気内に噴出し、二次空
気と燃料ガスが混合した希薄混合ガスを流入ガイド（ガ
イド板34）に沿って燃焼室19内に導入するか、あるい
は、図６に示すように、燃料ガス供給管13からガス通路
を分岐させ、この分岐通路51の出口を二次空気内に導
き、分岐通路51に設けた流量調整弁52を調整して二次空
気と燃料ガスを混合させた希薄混合ガスを同様にガイド
板34に沿わせて燃焼室19内に導入すればよい。

【００２７】この図６の例では、最大燃焼から一定量燃
焼までの燃焼範囲内で、二次空気に導入する燃料ガスの
量を最適の低ＮＯ_X 効果となるように流量調整弁52を調
整することになる。また、大きなターンダウン比で燃焼
量を絞った場合に、ファン37の回転制御性の問題で、空
気が過剰に供給され、二次空気中の燃料ガスが未燃焼の
まま排出される虞があるときには、これを防ぐために、
流量調整弁52を閉止して二次空気に混合する燃料ガスの
供給を停止することになる。

【００２８】また、希薄混合ガスを供給する構成とし
て、図７に示すように、分岐通路51に電磁弁等の制御開
閉弁53を設け、分岐通路51よりも上流側の燃料ガス供給
管13に比例弁（開弁量によって燃料ガスの供給量を制御
する弁）54を設け、この制御開閉弁53の開閉を制御部56
により制御し、燃料ガスの供給量に応じ、燃焼室19内の
燃焼制御を行うようにすることができる。例えば、制御
部56に予め設定ガス量を与えておくとともに、比例弁54
に加える開弁駆動電流等から燃料ガス供給管13に流れる
燃料ガスの量を検出し、ガスの供給量が設定ガス量に至
らない低燃焼時には制御開閉弁53を閉じてガイド板34に
沿って二次空気のみを燃焼室19内に供給して予混合ガス
の燃焼を行い、ガス供給量が設定ガス量以上となった高
燃焼時には、制御開閉弁53を開けて二次空気中に分岐通
路51から燃料ガスを供給し、希薄混合ガスを流入ガイド
（ガイド板34）に沿って燃焼室19内に導入し、燃焼室19
内で予混合ガスと希薄混合ガスを燃焼させるようにする
ことができる。

【００２９】燃料ガスの供給量が大きくなると、予混合
ガス中のガス濃度が次第に濃くなり、その分、燃焼火力
が高くなるので燃焼温度も高くなり、窒素酸化物の生成
が増える方向の燃焼状態となる。このようなとき、制御
開閉弁53を開けて希薄混合ガスをガイド板34に沿って燃
焼室19内に導くことにより、希薄混合ガス中のガス量分
だけ予混合ガスのガス濃度が下がり、火炎の温度上昇を
抑えることができるので、窒素酸化物生成の効果的な抑
制が可能となり、これにより、窒素生成物の少ないより
クリーンな燃焼が達成できる。なお、この図７で、制御
開閉弁53と比例弁54と分岐通路51と制御部56はガス供給
量に応じて燃焼室19内に二次空気と希薄混合ガスを選択
的に供給する燃焼制御手段として機能する。図７中、55
は燃料ガス供給管13の通路開閉を行う電磁弁である。ま
た、図５，図６，図７中の実線と斜線と白抜きの各矢印
の区別は図１の場合と同様である。これらの図の左半分
は希薄混合ガスの流れをメーンに示してあり、右半分は
予混合ガスの流れをメーンに示してあるが、実際は左右
両側で両方の流れがともに生じていることはもちろんの
ことである。

【００３０】

【考案の効果】本考案は、第１のバーナ列と第２のバー
ナ列とを互いに立設状にして向き合わせ、各バーナ列の
炎孔形成面の間に二次空気又は希薄混合ガスの流れの向
きをバーナの炎孔形成面に沿って上方にガイドする流入
ガイドを設けたものであるから、この二次空気（又は希
薄混合ガス）の流れによって燃焼室内のほぼ中心領域に
負圧ゾーンを作り出すことができる。したがって、燃焼
室内の燃焼ガス（排気ガス）の一部のガスはこの負圧ゾ
ーンに引き寄せられて上方から下方に向かう流れが生じ
て排気ガスの再循環を行うことができ、これにより、燃
料ガスの時間をかけての緩慢燃焼が達成され、窒素酸化
物の生成の非常に少ないクリーンな燃焼を達成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る燃焼装置の一実施例を示す構成説
明図である。

【図２】同実施例における予混合装置の部分を示す分解
説明図である。

【図３】同実施例における上側バーナベースと下側バー
ナベースとの部分を分解状態で示す説明図である。

【図４】バーナ列を１個のバーナで形成した他の実施例
の説明図である。

【図５】二次空気の代わりに希薄混合ガスを流入ガイド
に沿って燃焼室内に導入する方式の他の実施例の説明図
である。

【図６】二次空気の代わりに希薄混合ガスを流入ガイド
に沿って燃焼室内に導入する方式のさらに他の実施例の
説明図である。

【図７】燃料ガスの供給量に応じて二次空気と希薄混合
ガスの選択的な供給制御を行う他の実施例の説明図であ
る。

【図８】従来の一般的な燃焼装置の模式説明図である。

【図９】従来の燃焼装置の二次空気の導入部分の構造を
示す説明図である。

【符号の説明】

２ バーナ 19 燃焼室 34 ガイド板 37 燃焼ファン 41 炎孔形成面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ２３Ｌ 9/00 ＺＡＢ Ｆ２３Ｌ 9/00 ＺＡＢ (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F23D 14/02 F23C 5/28 F23C 11/00 318 F23D 14/08 F23L 9/00

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 炎孔を燃焼室の内側に向けて立設された
   第１のバーナ列と第２のバーナ列とが間隔を介して向き
   合い状に配設され、各バーナ列は１個以上のバーナを間
   隔を介して一列に配列したものからなり、この各バーナ
   列の炎孔形成面と炎孔形成面の間には二次空気又は希薄
   混合ガスをその炎孔形成面に沿う上方向に向けて燃焼室
   内に導く流入ガイドが設けられている燃焼装置。
2. 【請求項２】 各バーナ列に供給するガス供給量が予め
   与えた設定量に至る前は流入ガイドを通して二次空気を
   燃焼室内に供給し、ガス供給量が前記設定量以上になっ
   たときには希薄混合ガスを流入ガイドを通して燃焼室内
   に供給する燃焼制御手段が設けられている請求項１記載
   の燃焼装置。