JP3049650B2 - 燃焼装置 - Google Patents

燃焼装置

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JP3049650B2
JP3049650B2 JP8240512A JP24051296A JP3049650B2 JP 3049650 B2 JP3049650 B2 JP 3049650B2 JP 8240512 A JP8240512 A JP 8240512A JP 24051296 A JP24051296 A JP 24051296A JP 3049650 B2 JP3049650 B2 JP 3049650B2
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和男 海谷
達哉 菅原
多佳雄 高木
公雄 望月
茂俊 秋山
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Takagi Industrial Co Ltd
Tokyo Gas Co Ltd
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Takagi Industrial Co Ltd
Tokyo Gas Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、家庭用や業務用の
小型燃焼装置に使用される燃焼装置であって、窒素酸化
物等の発生を抑制したバーナに関する。
【0002】
【従来の技術】各種の燃焼装置に用いられるバーナの燃
焼によって発生する燃焼ガスには、窒素酸化物(N
X )が含まれる。このNOX は、それ自体が人体に毒
性であり、外気に放出した場合には酸性雨や光化学スモ
ッグを発生させる原因の一つとみられている。そこで、
このNOX の発生量を低減するため、バーナには種々の
対策が講じられてきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の対策
は、法的な規制がある産業用等の大型燃焼装置に対する
ものであり、家庭用や小型業務用等の燃焼装置における
バーナでは、その対策が騒音の原因になる等の問題があ
ったため、十分な対策が施されているとはいえない。大
型の燃焼装置では、燃焼用ファンの静圧が大きくとれる
ため、燃料である混合ガスや空気の流れの制御が容易で
あり、バーナに対するレイアウトに自由度が高く、騒音
対策についても容易であり、しかも、騒音に対しての対
策条件が厳しくない、燃焼室が大きくとれる等、いわゆ
る緩慢燃焼によるNOX の低減対策を施しても完全燃焼
をさせ易いという利点がある。これに対し、小型の燃焼
装置では大型の燃焼装置と比較して燃焼用ファンの静圧
が小さく、混合ガスや空気の流れを制御し難く、バーナ
に対するレイアウトに自由度が低い、騒音対策が困難で
あり、騒音に対しての対策条件が厳しく、燃焼室が小さ
い等、NOX 低減対策が難しい。
【0004】そこで、本発明は、燃料濃厚な混合ガスと
燃料希薄な混合ガスとの複合燃焼により窒素酸化物の発
生を抑制した燃焼装置を提供することを目的する。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の燃焼装置は、図
1〜図3に例示するように、フレームリテンション型予
混合バーナを用いた燃焼装置であって、頂部に複数の主
炎孔(2)を配列するとともに、前記頂部から側面側に
形成された傾斜部に複数の袖火炎孔(3)を前記主炎孔
に並行して配列させ、空気量に対して燃料比率が高い燃
料濃厚な混合ガスが供給される第1のバーナ体(予混合
バーナ1又は炎孔板7)と、前記第1のバーナ体の間隔
内に前記第1のバーナ体の炎孔面より突出させて複数の
炎孔(6)を配列させた炎孔板(7)を設け、前記第1
のバーナ体より燃料の供給量が多く、かつ、空気量に対
して燃料比率が低い燃料希薄な混合ガスが供給される第
2のバーナ体(炎孔板7又は予混合バーナ1)とを備え
て、前記第1のバーナ体による前記混合ガスの燃焼と前
記第2のバーナ体による前記混合ガスの燃焼とを独立し
て生じさせるとともに、前記第1のバーナ体による前記
混合ガスの燃焼に対して前記第2のバーナ体側の燃焼の
余剰空気を供給し、前記第2のバーナ体の前記混合ガス
の燃焼に対して前記第1のバーナ体の燃焼を種火として
作用させたことを特徴とする。
【0006】本発明の燃焼装置では、第1のバーナ体
(予混合バーナ1又は炎孔板7)に燃料濃厚な混合気、
即ち、混合ガスを供給すると共に、第2のバーナ体(炎
孔板7又は予混合バーナ1)に燃料希薄な混合ガスを供
給して燃焼を行わせる。燃料濃厚な混合ガスは、第1の
バーナ体(予混合バーナ1)により燃焼域に於いて酸素
分圧が低い状態で燃焼するので、NOX の発生が抑制さ
れる。
【0007】また、燃料希薄な混合ガスは、第2のバー
ナ体(炎孔板7)の上方に噴出して燃焼し、この燃焼
は、過剰空気の燃焼であるため、この過剰空気の冷却作
用により、火炎(8)の温度が低温に維持されてNOX
の発生が抑制される。この過剰空気の燃焼は、単独では
火炎の安定性が悪いが、第1のバーナ体(予混合バーナ
1)の火炎(4)が種火として作用し、過剰空気の燃焼
であっても火炎の安定性、即ち、燃焼安定性が良好とな
る。従って、火炎(8)のリフトや振動燃焼を生じるこ
とがなく、騒音の発生が抑制される。また、この過剰空
気は、第1のバーナ体の燃焼に対して二次空気として作
用するので、燃料濃厚な混合ガスの燃焼に於ける不完全
燃焼を防止できる。また、第2のバーナ体には、前記第
1のバーナ体の炎孔面より突出させて複数の炎孔(6)
を配列させた炎孔板(7)が設けられ、第1のバーナ体
の炎孔面より上方に火炎を独立して形成できるので、火
炎の重なり合う部分に於ける局部的な高温部の発生や、
乱流域の形成による不安定な燃焼を防止できる。
【0008】また、本発明の燃焼装置は、図1〜図3に
例示するように、対を成す前記第2のバーナ体の間隔内
に前記第1のバーナ体を設置したことを特徴とする。こ
れは、空気量に対して燃料比率が低い燃料希薄な混合ガ
スが供給される第2のバーナ体の間に、空気量に対して
燃料比率が高い燃料濃厚な混合ガスが供給される第1の
バーナ体を設置した場合である。このような配置構成に
よって、第1及び第2のバーナ体の燃焼は相互に補完す
る結果となり、NOX の発生が抑制されるとともに、火
炎(8)のリフトや振動燃焼を生じることがなく、騒音
の発生を抑制でき、燃料濃厚な混合ガスの燃焼に於ける
不完全燃焼を防止できる。
【0009】また、第1のバーナ体(予混合バーナ1)
に燃料希薄な混合ガスを供給して燃焼させる動作におい
ては、全体としての燃焼装置の両端側に対応する火炎の
温度が低いので、燃焼室を狭く設計して、熱交換器の水
冷壁等が燃焼装置の両端側に近い場合には、過熱防止を
図ることができる。
【0010】また、本発明の燃焼装置は、図1〜図3に
例示するように、対を成す前記第1のバーナ体の間隔内
に前記第2のバーナ体を設置したことを特徴とする。即
ち、空気量に対して燃料比率が高い燃料濃厚な混合ガス
が供給される第1のバーナ体(予混合バーナ1又は炎孔
板7)の間に、空気量に対して燃料比率が低い燃料希薄
な混合ガスが供給される第2のバーナ体(炎孔板7又は
予混合バーナ1)を設置したものである。この場合、燃
料濃厚な混合ガスは、第2のバーナ体(炎孔板7)の両
側部に位置する第1のバーナ体(予混合バーナ1)によ
り燃焼域に於いて酸素分圧が低い状態で燃焼するので、
NOX の発生が抑制されることになる。そして、燃料希
薄な混合ガスは第2のバーナ体を以て燃焼し、この燃焼
は、過剰空気の燃焼であるため、この過剰空気の冷却作
用により、火炎(8)の温度が低温に維持されてNOX
の発生が抑制される。この過剰空気の燃焼は、第1のバ
ーナ体(予混合バーナ1)の燃焼が種火として作用する
ため、火炎の安定性が良好となる。火炎(8)のリフト
や振動燃焼をせず、これによる騒音の発生が抑制される
のは前述した通りである。そして、過剰空気は、第1の
バーナ体の火炎(4)に対して二次空気を供給すること
となり、燃料濃厚な混合ガスの燃焼に於ける不完全燃焼
を防止できる。
【0011】
【0012】また、本発明の燃焼装置は、図1〜図3に
例示するように、前記第2のバーナ体は、多数のスリッ
トを炎孔として形成した炎孔板を備えたことを特徴とす
る。このようにすることにより、燃料濃厚な混合ガスを
効率よく噴射させることができる。
【0013】また、本発明の燃焼装置は、図1〜図3に
例示するように、前記第1又は第2のバーナ体は、金属
多孔板又はセラミックス多孔板で構成したことを特徴と
する。第1又は第2のバーナ体は、多数のスリットを炎
孔として形成した金属板で構成することもできるし、多
数の適宜形状の炎孔を形成したセラミックス多孔板で構
成することもできる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した実施
の形態を参照して詳細に説明する。
【0015】図1は、本発明の燃焼装置の第1の実施形
態を示している。この燃焼装置には例えば第1のバーナ
体(又は第2のバーナ体)として、フレームリテンショ
ン型の予混合バーナ1が用いられており、この予混合バ
ーナ1は主炎孔2と袖火炎孔3とを備えている。火炎4
を直線上に配列する構成として、主炎孔2は、円孔であ
ってバーナ本体の頂部に形成され、袖火炎孔3は、主炎
孔2より細い円孔であって頂部から側面側に形成された
傾斜部に配列形成されている。このような配設形態は、
一例であって、この予混合バーナ1は、フレームリテン
ション型であれば、適宜の構成を適用できる。
【0016】この燃焼装置は、一対の予混合バーナ1を
一定の間隔を設けて配設したものであり、この間隔を保
持する手段として間隔部5が設けられている。予混合バ
ーナ1の間には、例えば第2のバーナ体(又は第1のバ
ーナ体)として炎孔板7が設置され、この炎孔板7は長
孔からなる多数の炎孔6が形成され、予混合バーナ1の
頂部より突出して設けられている。したがって、炎孔板
7と間隔部5とを以て燃料ガスと空気の混合ガスを供給
する構成である。この実施形態では、炎孔板7は、多数
の長孔スリットを炎孔6として構成した金属板で構成さ
れているが、炎孔板7や炎孔6の形状は任意であり、材
質も金属の他、セラミックス等を用いてもよい。炎孔6
は、予混合バーナ1から離して構成すれば、予混合バー
ナ1及び炎孔板7の上方に火炎4、8が独立して形成さ
れ、各火炎に重なり部分が生じるのを防止することがで
きる。
【0017】また、炎孔板7への混合ガスの供給方法
や、燃料と空気との混合方法等は、予混合バーナ1への
混合ガスの供給方法や混合方法と同様の方法を適用する
ことができる。また、仕切板9と予混合バーナ1との間
には空気流通路10が設けられている。
【0018】そして、図1に示す燃焼装置の構成は、こ
れを単体として構成することもできるし、これをユニッ
トとして複数ユニットを列設することにより、所望の燃
焼量を持つ燃焼装置を構成することができる。
【0019】次に、図2は、本発明の燃焼装置の第2の
実施形態を示している。この燃焼装置では、3つの予混
合バーナ1を間隔を設けて配列すると共に、それらの間
隔部5に炎孔板7を設置することにより、燃料ガスと空
気の混合ガスを供給する構成としている。このような構
成によれば、予混合バーナ1と各間隔部5を以て構成す
る炎孔板7の数を変更し、予混合バーナ1の燃料量に比
例する所望の燃焼量のバーナとすることができる。ま
た、この構成に於いても予混合バーナ1の外側には、間
隔を設けて仕切板9が設置されており、この仕切板9と
予混合バーナ1との間に空気流通路10が構成される
が、この空気流通路10は必要に応じて設ければよい。
【0020】以上の構成に於いて、上述したように、予
混合バーナ1に燃料濃厚な混合ガスを供給すると共に、
炎孔板7に燃料希薄な混合ガスを供給して燃焼を行わ
せ、予混合バーナ1上方の燃料濃厚な混合ガスは、炎孔
板7上方の火炎8の過剰空気と共に、空気流通路10か
ら供給される空気を二次空気として燃焼するので、燃料
濃厚な混合ガスの燃焼に於ける不完全燃焼の発生を防止
することができるのである。また、予混合バーナ1に燃
料希薄な混合ガスを供給すると共に、炎孔板7に燃料濃
厚な混合ガスを供給して燃焼を行わせる場合には、空気
流通路10からの二次空気の供給の必要はない。従っ
て、このような混合ガスの供給を行って燃焼させる燃焼
装置を構成する場合には、空気流通路10は設ける必要
がない。
【0021】また、予混合バーナ1または炎孔板7のい
ずれか一方側に燃料濃厚な混合ガスを供給すると共に、
他方側に燃料希薄な混合ガスを供給して濃淡燃焼を行わ
せる際、夫々に供給する混合ガスの空気比率は、理論空
気量をλ=1とすると、例えば燃料濃厚な混合ガスでは
λが約0.4、燃料希薄な混合ガスではλが約1.2〜
1.5となるように混合した混合ガスを供給する。
【0022】したがって、このように予混合バーナ1ま
たは炎孔板7のいずれか一方側に燃料濃厚な混合ガスを
供給して燃焼すると共に、他方側に燃料希薄な混合ガス
を供給して濃淡燃焼を行わせることにより、低騒音で低
NOX の燃焼を実現することができると共に、過剰空気
の燃焼による効率の低下を補償することができる。
【0023】次に、図3は、本発明の燃焼装置の実施結
果の一例を表している。この実験結果は、図1に示すバ
ーナを用いて、予混合バーナ1に燃料濃厚な混合ガス、
炎孔板7に燃料希薄な混合ガスを供給して燃焼させた場
合であって、供給される混合ガス全体としての過剰空気
率に対するNOX 排出量の変化を示している。この場
合、予混合バーナ1への混合ガス中の燃料ガスの供給量
と、炎孔板7への混合ガス中の燃料ガスの供給量の割合
は、約1:2としている。
【0024】図3に示す実験結果において、Aは図1に
示す燃焼装置におけるバーナの特性、特性Bは従来のバ
ーナを示している。小型燃焼装置に於いて多用されてい
るブンゼンバーナ等の従来のバーナと比較し、本発明の
燃焼装置では、NOX の発生量が非常に少ないことが分
かる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
燃料濃厚な混合ガスの燃焼と燃料希薄な混合ガスの燃焼
とを生じさせ、燃料濃厚な燃焼に対して燃料希薄な燃焼
による余剰空気を供給し、燃料濃厚な燃焼を燃料希薄な
燃焼の種火として作用させたので、燃料濃厚な混合ガス
の燃焼によるNOX の発生量の低減と、燃料希薄な混合
ガスの燃焼によるNOX の発生量の低減とを併存できる
とともに、燃料希薄な混合ガスの燃焼側の火炎の安定性
を向上させて騒音を抑制でき、燃料濃厚な混合ガスの不
完全燃焼を防止でき、騒音の増加を伴うことなく、NO
X の低減とともに効率の低下をも防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃焼装置の第1の実施形態を表す部分
斜視図である。
【図2】本発明の燃焼装置の第2の実施形態を表す部分
斜視図である。
【図3】図1に示した燃焼装置についての実験結果であ
るNOX の排出特性を表す図である。
【符号の説明】
1 予混合バーナ(第1のバーナ体又は第2のバーナ
体) 2 主炎孔 3 袖火炎孔 4 火炎 6 炎孔 7 炎孔板(第2のバーナ体又は第1のバーナ体) 8 火炎
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 海谷 和男 千葉県佐倉市ユーカリが丘1−21−8 (72)発明者 菅原 達哉 神奈川県川崎市高津区梶ケ谷2−11−2 (72)発明者 高木 多佳雄 静岡県富士市西柏原新田201番地 高木 産業株式会社内 (72)発明者 望月 公雄 静岡県富士市西柏原新田201番地 高木 産業株式会社内 (72)発明者 秋山 茂俊 静岡県富士市西柏原新田201番地 高木 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭52−28322(JP,A) 特開 平2−78813(JP,A) 実開 平2−115627(JP,U) 実公 昭44−11032(JP,Y1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23D 14/08 F23C 11/00 329

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フレームリテンション型予混合バーナを
    用いた燃焼装置であって、 頂部に複数の主炎孔を配列するとともに、前記頂部から
    側面側に形成された傾斜部に複数の袖火炎孔を前記主炎
    孔に並行して配列させ、空気量に対して燃料比率が高い
    燃料濃厚な混合ガスが供給される第1のバーナ体と、 前記第1のバーナ体の間隔内に前記第1のバーナ体の炎
    孔面より突出させて複数の炎孔を配列させた炎孔板を設
    け、前記第1のバーナ体より燃料の供給量が多く、か
    つ、空気量に対して燃料比率が低い燃料希薄な混合ガス
    が供給される第2のバーナ体と、 を備えて、前記第1のバーナ体による前記混合ガスの燃
    焼と前記第2のバーナ体による前記混合ガスの燃焼とを
    独立して生じさせるとともに、前記第1のバーナ体によ
    る前記混合ガスの燃焼に対して前記第2のバーナ体側の
    燃焼の余剰空気を供給し、前記第2のバーナ体の前記混
    合ガスの燃焼に対して前記第1のバーナ体の燃焼を種火
    として作用させたことを特徴とする燃焼装置。
  2. 【請求項2】 対を成す前記第2のバーナ体の間隔内に
    前記第1のバーナ体を設置したことを特徴とする請求項
    1記載の燃焼装置。
  3. 【請求項3】 対を成す前記第1のバーナ体の間隔内に
    前記第2のバーナ体を設置したことを特徴とする請求項
    1記載の燃焼装置。
  4. 【請求項4】 前記第2のバーナ体は、多数のスリット
    を炎孔として形成した炎孔板を備えたことを特徴とする
    請求項1、2又は3記載の燃焼装置。
  5. 【請求項5】 前記第1又は第2のバーナ体は、金属多
    孔板で構成したことを特徴とする請求項1、2又は3記
    載の燃焼装置。
  6. 【請求項6】 前記第1又は第2のバーナ体は、セラミ
    ックス多孔板で構成したことを特徴とする請求項1、2
    又は3記載の燃焼装置。
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