JP2877486B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は給湯機や暖房機などの主として家庭用燃焼装
置に好適で、特に窒素酸化物の生成を抑制する燃焼装置
に関するものである。

従来の技術 従来のこの種燃焼装置としては例えば主として工業用
として提案された第３図および第４図で示すように構成
されたものが知られている。即ち、混合比の異なるバー
ナ１とバーナ２がそれぞれ多数並べられ、これらバーナ
1,2の配設部と燃焼室３との境界に設けられた炉壁４の
上流側にはバーナ1,2の周囲から二次空気を供給する空
気通路５が設けられていた。

このような構成において、空気通路５から供給される
空気量は各バーナ1,2とも同じであるため、各バーナ1,2
で燃焼する火炎はそれぞれの混合比に対応したものとな
る。空気不足のバーナの周囲には隣のバーナの空気が供
給され、全体として二段燃焼および緩慢燃焼が実現し火
炎温度が低下するため、窒素酸化物の生成が抑制され
る。

発明が解決しようとする課題 しかし、このような構成の燃焼装置では各バーナの設
定された混合比の組み合わせにより、最適なバーナ個数
の組み合わせやバーナ配列の位置関係を膨大な実験によ
り選択する必要がある。また、完全燃焼させるためには
最も多く空気量が必要なバーナに全体の供給空気量を合
わせる必要がある。従つて、燃焼設定点の空気量が多く
なりがちで熱効率が低下したり、燃焼騒音が大きくなつ
てしまう。さらに、燃焼量の可変幅即ちTDRは各バーナ
の安定燃焼範囲の共通する範囲内しか使えないため小さ
なものであつた。

本発明はこのような課題を解決するもので、最適燃焼
設定の選定が容易で、空気量を必要以上に増やすことな
く、窒素酸化物の生成を抑制することのできる燃焼装置
を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 この課題を解決するために本発明は、複数のバーナ本
体と、このバーナ本体に形成される火炎に強制的に空気
を供給する空気供給部と、前記バーナ本体に燃料を噴射
供給する第一噴射部と、前記バーナ本体と空気供給部お
よび第一噴射部を囲うケースと、このケースの上流側に
配設されたフアンと、複数のグループに分けられた第一
噴射部の各グループのグループ別燃料経路の上流側に設
けられたバーナ本数切り換え弁と、このバーナ本数切り
換え弁の上流側燃料経路を統合した元燃料経路に設けら
れて燃料流量を調節する調節弁と、各グループ別燃料経
路から分岐され前記バーナ本体の炎口部より上流でかつ
バーナ本体外側に設けられた燃料の第二噴射部に連通す
るグループ別バイパス路と、このグループ別バイパス路
の途中に燃料流量を調節すべく設けられたグループ別開
閉弁とを備え、可燃限界外の燃料流量を各グループ別バ
イパス路を通過させるとともに、各グループ別燃焼量に
応じて前記各グループ別開閉弁を閉じて前記各グループ
別バイパス路を遮断するように構成したものである。

作用 このような構成にすることによつて、第一噴射部から
噴出される燃料とフアンから供給される空気の一部がバ
ーナ本体に流入し、混合気となつてバーナ本体の下流側
の炎口部より噴出し火炎が形成される。また、グループ
別バイパス路を経由して第二噴射部より均一に燃料が噴
出しフアンから供給される空気と混合して空気供給部か
ら火炎に強制的に噴射供給され燃焼反応を促進すること
になる。火炎に供給された空気の中には可燃限界外の燃
料が含まれているため、火炎に噴射供給されて初めて燃
料の熱分解が始まり、燃焼反応を開始することになる。
従つて、全体として緩慢な燃焼反応が行なわれるように
なり、火炎温度が低下し窒素酸化物の生成が抑制される
ことになる。

また、バーナ１本当りの燃焼量が所定の量よりも少な
くなると、火炎そのものが小さくなり、空気量も少なく
なり、空気供給部から噴出する流速が低下することによ
り第二噴射部に供給された燃料が未燃焼のまま排出され
る可能性が発生する。本発明の燃焼装置は要求される燃
焼量が全バーナの着火状態で最少まで絞られた燃焼量つ
まり各バーナの燃焼量が１本当りで最も絞られた燃焼量
よりも少なくなると、着火状態のバーナ本体を選択して
上記グループ毎に切り換えた後バーナ１本当りの燃焼量
を再度最多量から最少量に絞ることで対応する。よつ
て、この場合はバーナ１本当りの燃焼量が所定の量より
も少なくなると着火状態のグループ別開閉弁を閉じてグ
ループ別バイパス路を遮断し第二噴射部からの燃料供給
を停止するため、燃料が未燃焼のまま排出されることも
ない。

実施例 以下、本発明の一実施例における燃焼装置として、ガ
ス給湯機に実施した場合について、図面に基づいて説明
する。

第１図〜第３図において、フアン６がケース７の下端
部に取り付けられ、このフアン６よりも下流側である上
側でケース７内には複数のノズル８を有する第一噴射部
９が設けられている。また、ケース７内には各ノズル８
の下流側にバーナ本体10が設けられ、各バーナ本体10間
ならびに端部のバーナ本体10とケース７との間には密接
する状態で段階的に多数の空気口11を有する傾斜板12が
設けられ、この傾斜板12の下側でケース内に空気室13を
構成する。前記バーナ本体10には内部に混合室14を有す
るとともにこの混合室14よりも下流側である上端に炎口
部15を有している。この炎口部15および傾斜板12の下流
側である上側でケース７内には下側より燃焼室16、熱交
換器17が互いに密接して設けられ、この熱交換器17の下
端側のケース７上端には排気通路18が形成されている。
前記第一噴射部９は燃焼装置の最少燃焼量を設定するの
に最適なグループに分けられ、即ち実施例では１本のノ
ズル８を持つ噴射部9aと、２本のノズル８を持つ噴射部
9bに分けられ、これら噴射部9a,9bの上流側にはグルー
プ別燃料経路19、バーナ本数切り換え弁20が各々設けら
れ、元燃料経路21ですべてのグループ別燃料経路19が統
合され、ガス燃料の流量を調整する機能を有した調節弁
22と接続される。グループ別燃料経路19から分岐された
グループ別バイパス路23の途中にはバイパス燃料流量を
調節し可燃限界外の流量調節および通路の開閉機能を有
したグループ別開閉弁24が設けられている。第二噴射部
25は各バーナ本体10の外側の空気室13内に設けられ、グ
ループ別バイパス路23の先端に連通している。26は前記
フアン６、調節弁22、バーナ本数切り換え弁20、グルー
プ別開閉弁24の動作をコントロールする制御部である。

次にこの一実施例の構成における動作について説明す
る。まず調節弁22により給湯負荷に対応した量の燃料が
元燃料経路21よりバーナ本数切り換え弁20を経由してグ
ループ別燃料経路19に供給される。一部の燃料は第一噴
射部９に至りノズル８からそれぞれのバーナ本体10に噴
出供給される。残りの燃料はグループ別バイパス路23、
グループ別開閉弁24を経由して第二噴射部25に送られ
る。一方フアン６から供給された空気は一部がバーナ本
体10に入り、混合室14内で燃料と混合して混合気となつ
て炎口部15から流出し、燃焼室16内で火炎を形成する。
フアン６から供給される大部分の空気は空気室13内を流
れ、第二噴射部25より均一に噴出する燃料と混合した
後、傾斜板12の空気口11から火炎に向かつて噴出された
燃焼反応を促進する。燃焼室16内で作られた高温の燃焼
ガスは熱交換器17で水を加熱し低温の排気ガスとなる。
低温の排気ガスは一旦集められ、排気通路18を通つて大
気に放出される。

グループ別バイパス路23から供給される燃料流量は、
可燃限界外になるようにグループ別開閉弁24で調節され
ている。従つて第２図（Ａ）に示すように燃焼量が多い
場合には、グループ別バイパス路23から供給された燃料
は高速で火炎に噴射されて初めて熱分解が始まり燃焼反
応を開始することになる。従つて全体として緩慢な燃焼
反応が行なわれるようになり、火炎温度が低下し窒素酸
化物の生成が抑制される。

ここで、本発明実施例の燃焼装置の燃焼量制御方式に
ついて説明する。バーナ１本当りの燃焼量絞り率をＫと
すると全バーナが燃焼状態時には最多燃焼量/Kまで燃焼
量を絞れ、これ以上燃焼量を絞るには最適なグループに
バーナ本数を分けバーナ本数切り換え弁20により燃料経
路19を開閉し、必要なグループにのみ燃料供給を行ない
燃焼状態とすることで燃焼量を最多燃焼量×他グループ
のバーナ本数／全バーナ本数/Kまで絞れる。これ以上燃
焼量を絞る場合はバーナ本数を多くしてグループ数を３
つ以上に設定し、同様の制御を行なえば良い。

よつて、バーナ１本当りの燃焼量が所定の量よりも少
なくなると、第２図（Ｂ）に示すように、火炎そのもの
が小さくなり、空気量も少なくなり、傾斜板12に段階的
に設けられた空気口11から噴出する流速が低下すること
によりグループ別バイパス路23に供給された燃料が火炎
に供給されず未燃焼のまま排出される可能性が発生す
る。しかし、この場合はバーナ１本当りの燃焼量が所定
の量よりも少なくなると燃焼状態のグループ別開閉弁24
を閉じてグループ別バイパス路23を遮断するように制御
部26から指令を出し、第二噴射部25からの燃料供給を停
止するため、燃料が未燃焼のまま排出することもない。
また通常、燃焼量が少ないときの空気過剰率は最多燃焼
量時に比べ高い設定となるので、空気口11より可燃限界
以下の混合気を火炎に供給せずとも全空気量が過剰なた
め窒素酸化物の発生も非常に少量である。制御部26は調
節弁22およびバーナ本数切り換え弁20による全体の燃料
流量のコントロールとともに、バーナ１本当りの燃焼量
に対応してグループ別開閉弁24を動作させることで、燃
焼装置の最多燃焼量から最少燃焼量時において窒素酸化
物および不完全燃焼を低減できるものである。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明の燃焼装置に
よれば以下の効果が得られる。

1. 要求される燃焼量に対応してバーナ本数およびバー
ナ１本当りの燃焼量を変化する燃焼装置において、バー
ナ１本当りの燃焼量が所定の値より少なくなるとグルー
プ別開閉弁を閉じてグループ別バイパス路からの燃料供
給を中止することができるため、グループ別バイパス路
に供給された燃料が未燃焼のまま排出されることがなく
なり、燃焼量の可変幅を大きく設定でき燃焼装置の使い
勝手が向上する。

2. 第二噴射部より燃料を空気室に供給することで、傾
斜板から火炎に噴射される希薄な混合空気はバーナ本体
の混合比と異なつているため一種の濃淡燃焼が実現して
火炎温度が低下し、窒素酸化物の生成が抑制される。

3. フアンの供給空気量を従来に比べほとんど増加させ
ずに実現できるため、騒音の上昇や熱効率の低下を防止
できる。

4. 従来の火炎に空気を強制的に供給する燃焼装置にグ
ループ別バイパス路とグループ別開閉弁を設けるという
簡単な対応で済むため、新たな燃焼装置の開発が不要で
あり、燃焼設定も開閉弁でグループ別バイパス路の流量
を調整するのみであり、早期に最適条件を見い出せる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すガス給湯機の縦断面
図、第２図は第１図のバーナ本体を拡大して示し、
（Ａ）は燃焼量が多い場合、（Ｂ）は燃焼量が少ない場
合の説明図、第３図は従来例の燃焼装置の要部断面図、
第４図は同平面図である。 ６……フアン、７……ケース、８……ノズル、９……第
一噴射部、9a,9b……噴射部、10……バーナ本体、11…
…空気口、12……傾斜板、13……空気室、14……混合
室、15……炎口部、16……燃焼室、17……熱交換器、18
……排気通路、19……グループ別燃料経路、20……バー
ナ本数切り換え弁、21……元燃料経路、22……調節弁、
23……グループ別バイパス路、24……グループ別開閉
弁、25……第二噴射部、26……制御部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−247907（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−217704（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−263502（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F23D 14/00 - 14/10 F23K 5/00 301

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のバーナ本体と、このバーナ本体に形
   成される火炎に強制的に空気を供給する空気供給部と、
   前記バーナ本体に燃料を噴射供給する第一噴射部と、前
   記バーナ本体と空気供給部および第一噴射部を囲うケー
   スと、このケースの上流側に配設されたフアンと、複数
   のグループに分けられた第一噴射部の各グループのグル
   ープ別燃料経路の上流側に設けられたバーナ本数切り換
   え弁と、この各バーナ本数切り換え弁の上流側燃料経路
   を統合した元燃料経路に設けられて燃料流量を調節する
   調節弁と、前記各グループ別燃料経路から分岐され前記
   バーナ本体の炎口部より上流でかつバーナ本体外側に設
   けられた燃料の第二噴射部に連通するグループ別バイパ
   ス路と、このグループ別バイパス路の途中に燃料流量を
   調節すべく設けられたグループ別開閉弁とを備え、可燃
   限界外の燃料流量を前記各グループ別バイパス路を通過
   させるとともに、各グループ別燃焼量に応じて前記各グ
   ループ別開閉弁を閉じて前記各グループ別バイパス路を
   遮断するように構成した燃焼装置。