JP2775197B2 - 全一次式高負荷バーナ - Google Patents

全一次式高負荷バーナ

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、小型で高カロリーが得られる全一次式高
負荷バーナに関する。
〔従来の技術〕
ガス給湯器の加熱源等として用いる全一次式高負荷バ
ーナは、給気ブロアから強制給気される燃焼用空気の全
量を一次空気として燃料ガスと混合し、大インプットの
もとに燃焼させることにより単位面積当たりの燃焼量を
増加して小型で高カロリーが得られ、しかも、NOx生成
量も少ないものであるが、反面、過大インプット等に起
因する燃焼炎のリフト及びバック現象が起こりやすく、
また、特定空気比域で共鳴音が発生しやすい等の問題点
がある。
そこで、この種の高負荷バーナにおける従来の技術と
しては、たとえば、特公平2−19366号公報に示されて
いるように、燃焼プレート11に小径部12bと大径部12aか
らなる大径のガス噴出孔12と小径のガス噴出孔13を表面
から裏面に貫通して交互に規則的に多数穿設した構造の
ものはある。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来の技術にあっては、径を異にする2種のガス
噴出孔12,13が、ともに単一の貫通孔で形成されている
から、その炎口面積の大きさにバック性能上限度があ
り、しかも、小径部12bと大径部12aからなる大径のガス
噴出孔12の設置個数にとりしろの関係上限界あるため、
小径のガス噴出孔13の個数も制限を受けインプットの絶
対量は増加しない。したがって、燃焼炎は小さくなり小
型で高カロリーの高負荷化の実現はむつかしい。また、
小径のガス噴出孔13の個数を増加すると、大径のガス噴
出孔12の径に限界があり、かつ、小径部12bの流速を大
径部12aでは1/2程度までしか減らすことができないため
に充分な減速効果が得られない。しかし、高負荷にする
ためには、ガス噴出孔12,13の径が必然的に大きくなる
(たとえば、φ=1.7mm〜2.5mm、φ=1.1mm〜1.9mm
で、常にφ>φが望ましい、とされている)。した
がって、燃焼炎のバック現象が起こりやすく、リフト限
界特性(第7図参照)が低くなるため良好燃焼範囲の空
気比幅が狭くなってその特性曲線より高い空気比で燃焼
させた場合はリフト燃焼となりCOの発生、未燃ガスの燃
焼音の増加が起こり、また、燃焼炎の特定周波数での振
動抑制作用も少ないので、安定した高効率の高負荷燃焼
が得られないばかりでなく、小径部12bと大径部12aの断
面積の比が小さいために固有振動の周波数の変化も小さ
く共鳴音等による燃焼騒音も著しい等の問題点があっ
た。
この発明は、上記従来の技術の有する斯かる問題点に
鑑み、複数の小炎孔をユニットとする多数の燃焼炎孔群
からなり、該燃焼炎孔群のうちの一部に大口径の凹状炎
口部を設けた構造とすることによって、燃焼炎のリフト
及びバック現象がなく、共鳴音等による騒音の発生もな
い小型で安定した高効率の高負荷燃焼が得られる全一次
式高負荷バーナの提供を目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明の請求項1記載の
全一次式高負荷バーナは、 セラミックスプレートに複数の小炎孔をユニットとす
る燃焼炎孔を一定の間隔を存して多数配設した全一次式
高負荷バーナにおいて、 該燃焼炎孔のうちの一部に上記複数の小炎孔の上部全
体を共通に凹ませた大口径の凹状炎口部を設け、該凹状
炎口部は上記セラミックスプレート上に略均等割合で配
置されていることを要旨とする。
また、請求項2記載の全一次式高負荷バーナは、請求
項1記載の発明において、 上記多数の燃焼炎孔に千鳥状に上記凹状炎口部を設け
たことを要旨とする。
また、請求項3記載の全一次式高負荷バーナは、請求
項1記載の発明において、 上記凹状炎口部の深さを複数種類設けたことを要旨と
する。
また、請求項4記載の全一次式高負荷バーナは、請求
項1記載の発明において、 上記燃焼炎孔を構成する小炎孔の数を複数種類設けた
とを要旨とする。
また請求項5記載の全体一次式高負荷バーナは、請求
項1記載の発明において、 上記燃焼炎孔を構成する小炎孔の径を複数種類設けた
ことを要旨とする。
〔作用〕
上記のように構成されたこの発明による全一次式高負
荷バーナの請求項1記載の発明にあっては、凹状炎口部
のない燃焼炎孔に形成する燃焼炎と凹状炎口部のある燃
焼炎孔に形成される燃焼炎はその袖火による保炎効果に
よって互いに干渉し、しかも、凹状炎口部の有無により
該部分で振動する周波数が大きく変動し、かつ、凹状炎
口部を有する燃焼炎孔の小径部(複数の小炎孔)と大径
部(凹状炎口部)の炎口断面積の比が大きいために固有
振動の周波数の変動が著しく特定周波数での振動をなく
して共鳴音の発生を防ぐとともに、凹状炎口部において
混合ガスの噴出速度が減速され、該凹状炎口部のある燃
焼炎孔に形成される燃焼炎の基端袖火による保炎効果で
凹状炎口部のない燃焼炎孔に形成される燃焼炎のリフト
現象の発生をも確実に防止する。また、1つの燃焼炎孔
が多数に小炎孔で構成され、その炎口面積が大きくなっ
ているから、リフト限界特性も高くなるためリフトのな
い大きなインプットのもとに大きな燃焼炎を得ることが
でき、しかも、各個の小炎孔は径が小さいので、バック
ファイヤーも生じず、ターンダウン比及び良好燃焼空気
比域が大きくなって安定した高効率の高負荷燃焼が常に
得られるものである。
請求項2記載の発明は、凹状炎口部のない燃焼炎孔と
凹状炎口部のある燃焼炎孔とが相隣接するために、相隣
接する燃焼炎の干渉がより効果的に行われ、特定空気比
域での共鳴音の発生及びリフト、バック現象を防止す
る。
請求項3記載の発明は、凹状炎口部の深さが異なるた
め、凹状炎口部のある燃焼炎孔から噴出する混合ガスの
減速度合が異なり凹状炎口部のある燃焼炎孔に形成され
る燃焼炎を最適な状態となすことができ、該燃焼炎の基
端袖火によると保炎と相まって燃焼炎のリフト及びバッ
ク現象又は共鳴音の発生等を効果的に防止する。
請求項4記載の発明は、燃焼炎孔を構成する小炎孔の
数を異にし、請求項5記載の発明にあっては、燃焼炎孔
を構成する複数の小炎孔の径を異にしたので、炎口面積
を異にする多数の燃焼炎孔の配置が可能である。
〔実 施 例〕
以下この発明による全一次式高負荷バーナの実施例に
ついて図面を参照して説明する。
実施例1 第1図及び第2図において、1は複数の小炎孔1aで構
成された燃焼炎孔で、セラミクッスプレートAに一定の
間隔を存して多数配設されている。2は大口径の凹状炎
口部で、前記燃焼炎孔1のうちの一部の同一エリア内の
表面側に設けられている。実施例1は燃焼炎孔1に千鳥
状に凹状炎口部2を設けて、凹状炎口部2のない燃焼炎
孔1と凹状炎口部2のある燃焼炎孔1′とを交互に配設
している。なお、燃焼炎孔1,1′は複数の小炎孔1a,1a′
の直径を0.80mm〜1.5mmとして均等間隔を保って穿設
し、燃焼室負荷が3000万〜5000万Kcal/hm3程度の高負荷
燃焼が得られる予め決められた炎孔面積に構成し、ま
た、凹状炎口部2の直径は、前記燃焼炎孔1′のエリア
内に収まる3.5mm〜6.0mm程度とするのが望ましい。
前記構成において、凹状炎口部2のない燃焼炎孔1に
形成される燃焼炎と凹状炎口部2のある燃焼炎孔1′を
形成される燃焼炎は、燃焼炎孔1,1′が複数の小炎孔1a,
1a′で構成され、その炎孔面積が大きいために大きなイ
ンプットのもとに燃焼して高負荷燃焼が得られ、また、
燃焼炎孔1,1′は相互に一定の間隔を存して配設されて
いるから、相隣接する燃焼炎間には負圧が生じ高温の排
ガスの流入により燃焼炎の基端部が高温となってその燃
焼速度が大きくなると同時に空気流も引張られて燃焼炎
の基端部に巻き込まれるために燃焼炎の基端部が外方に
延びて袖火を形成し相互に連なる燃焼炎孔1′の燃焼炎
の基端袖火による保炎効果と相まって相隣接する燃焼炎
は互いに干渉し、しかも、凹状炎口部2の有無による周
波数の大きな変動と凹状炎内部2を有する燃焼炎孔1′
の小径部(複数の小炎孔1a′)と大径部(凹状炎口部
2)の炎口断面積の比が大きくとれるので、固有振動の
周波数の変動が大きくなって特定周波数における振動を
なくし共鳴音の発生を抑制する。すなわち、共鳴音発生
の抑制において、燃焼装置内で励起される固有振動はヘ
ルムホルツの振動方程式で表される。
f:振動の周波数 C:炎孔を通過する気体の音速 S:炎孔の断面積 l:炎孔の深さ V:燃焼室の体積 伴鳴音発生を抑制するためには、各々の炎孔より発生
する固有振動の周波数を変えることが有効である。
そこで、凹状炎口部2の有無と、凹状炎口部2の有る
炎孔1′にあっては凹状炎口部2と小炎口1a′とで固有
振動の発生周波数が変えうるので共鳴音は効果的に抑制
される。また、固有振動の周波数は(1)式中の炎孔断
面積Sによって可変するが、凹状炎口部2と小炎口1a′
の断面積の比が大きくとりうるため固有振動の周波数は
大きく変動しその抑制効果は顕著である。
さらに、炎口断面積の比が大きくとれることは減速効
果も大きいので、燃焼炎のリフト現象をも確実に防止す
る。すなわち、第7図に示したように、前記構成とした
ことによりリフト限界は高くなるため良好燃焼範囲の空
気比幅が広くなってリフト燃焼によるCOの発生、未燃ガ
スの燃焼音の増加はない。また、燃焼炎孔1,1′は径の
小さい複数の小炎孔1a,1a′で構成されているから、バ
ックファイヤー現象は生じず、ターンダウン比及び良好
燃焼空気比域が大きくなるため小型で安定した高効率の
高負荷燃焼が常に得られるものである。
実施例2 第3図に示したように、凹状炎口部2の深さlを異に
して、凹状炎口部2のある燃焼炎孔1′から噴出する混
合ガスの減速度合を変動せしめることにより、該燃焼炎
孔1′に形成される燃焼炎をリフト及びバック又は共鳴
音の発生等のない最適な状態として、該燃焼炎の基端袖
火による保炎効果と相まって安定燃焼できるもので、そ
の他は実施例1と同一につきその説明は省略する。
実施例3 第4図に示したように、燃焼炎孔1′を構成する小炎
孔1a′の数を異にするか、又は第5図に示したように、
燃焼炎孔1′を構成する複数の小炎孔1a′の径を異にし
て炎孔面積の変動を可能としたもので、その他は実施例
1と同一につきその説明は省略する。なお、この実施例
3において、凹状炎口部のない燃焼炎孔について図示さ
れていないが前記構成と同一である。
第6図はこの発明による全一次式高負荷バーナをガス
給湯器の加熱源に適用した場合の例であって、この発明
の高負荷バーナBを内胴3内における熱交換器4の下部
に設置して給気ブロア5からの強制給気とガス供給ノズ
ル6からの燃料ガスとの混合ガスを多孔整流板7を介し
て高負荷バーナBの各部へ均等に供給し、高負荷バーナ
Bの燃焼炎孔1,1′から混合ガスを噴出し燃焼させる構
造として、燃焼用空気の全量を一次空気として燃料ガス
と混合し大インプットのもとに高負荷燃焼させることに
より熱交換器4を流過する冷水を加熱昇温せしめて湯沸
かしを行うようになしている。図中、8は排気ダクト、
9は外胴、10は熱交換器、4への給水管、11は熱交換器
4からの給湯管である。
〔発明の効果〕
この発明は、上記構成としたため次に記載する効果を
奏する。
請求項1記載の発明にあっては、燃焼炎孔が複数の小
炎孔で構成されているから、単位面積当たりの燃焼量が
増加して大きいインプットのもとに大きな燃焼炎が得ら
れるために燃焼室負荷の大きい効率のよい高負荷燃焼が
得られるものである。また、相隣接する燃焼炎は互いに
干渉し、しかも、減速用の凹状炎口部の有無等による周
波数の変動で特定周波数における振動をなくしたから、
共鳴音の発生はなく、袖火による保炎効果と相まって燃
焼炎のリフト現象及びバックファイヤー現象を確実に防
止し、しかも、ターンダウン比及び良好燃焼空気比域が
大きくなるため、小型で安定した高効率の高負荷燃焼が
得られるものである。
請求項2記載の発明は、燃焼炎孔の1つおきに凹状炎
口部を設けたので、前記請求項1記載の発明の効果のほ
か、相隣接する燃焼炎の干渉がより効果的に行いうるも
のであり、請求項3記載の発明は、凹状炎口部の深さを
異にしたので、請求項1記載の発明の効果のほか、混合
ガスの減速度合が変動でき、さらに、請求項4記載の発
明は、燃焼炎孔を構成する小炎孔の数を異にし、請求項
5記載の発明は、燃焼炎孔を構成する複数の小炎孔の径
を異にしたので、前記請求項1記載の発明の効果のほ
か、炎孔面積の変動が可能である。
以上の全一次式高負荷バーナは、小型で高カロリーが
得られるため、該高負荷バーナをガス給湯器の加熱源等
として用いると、器具の小型化が実現できるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
図面はこの発明の全一次式高負荷バーナの実施例を示し
たもので、第1図は実施例1の平面図、第2図は断面図
である。また、第3図は実施例2の断面図、第4図及び
第5図は実施例3の断面図である。さらに、第6図は適
用例の概略構成図、第7図はリフト限界特性を示したグ
ラフである。 A……セラミックスプレート、1……燃焼炎孔、1a……
小炎孔、2……凹状炎口部、l……凹状炎口部の深さ。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−52914(JP,A) 特開 昭62−80416(JP,A) 実開 平1−129531(JP,U) 実開 昭63−109831(JP,U) 実開 昭62−120155(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F23D 14/14

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミックスプレート(A)に複数の小炎
    孔(1a)をユニットとする燃焼炎孔(1)を一定の間隔
    を存して多数配設した全一次式高負荷バーナにおいて、 該燃焼炎孔(1)のうちの一部に上記複数の小炎孔(1
    a)の上部全体を共通に凹ませた大口径の凹状炎口部
    (2)を設け、該凹状炎口部(2)は上記セラミックス
    プレート(A)上に略均等割合で配置されていることを
    特徴とする全一次式高負荷バーナ。
  2. 【請求項2】上記多数の燃焼炎孔(1)に千鳥状に上記
    凹状炎口部(2)を設けたことを特徴とする請求項1記
    載の全一次式高負荷バーナ。
  3. 【請求項3】上記凹状炎口部(2)の深さ(1)を複数
    種類設けたことを特徴とする請求項1記載の全一次式高
    負荷バーナ。
  4. 【請求項4】上記燃焼炎孔(1)を構成する小炎孔(1
    a)の数を複数種類設けたことを特徴とする請求項1記
    載の全一次式高負荷バーナ。
  5. 【請求項5】上記燃焼炎孔(1)を構成する小炎孔(1
    a)の径を複数種類設けたことを特徴とする請求項1記
    載の全一次高負荷バーナ。
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