JP3093688B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、家庭用や小規模
業務用に適する燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種燃焼装置における燃焼ガス中の窒素
酸化物（ＮＯ_X ）は、人体に毒性であるとともに、大気
中に放出されて酸性雨や光化学スモッグの原因になると
言われている。このため、燃焼装置におけるバーナに
は、ＮＯ_X の発生量を低減する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
ものであって、家庭用や小型業務用の燃焼装置には、騒
音等の問題があり、十分な対策が施されているとはいえ
ない。大型の燃焼装置は、燃焼用ファンの静圧を大きく
とれるので、燃焼用ガスや空気の流れの制御が容易であ
ること、バーナのレイアウトに自由度が高く、騒音対策
も容易であること、騒音に対しての対策条件が厳しくな
く、また燃焼室が大きくとれるため、いわゆる緩慢燃焼
によるＮＯ _X 低減対策を施しても完全燃焼させ易い。こ
れに対し、小型の燃焼装置は、燃焼用ファンの静圧を大
きくとれない、燃焼用ガスや空気の流れの制御がしにく
い、バーナのレイアウトに自由度が低い、騒音対策が厄
介で、騒音に対しての対策条件が厳しい、また燃焼室が
大きくとれない等から大型の燃焼装置と比較してＮＯ _X
低減対策が難しい。

【０００４】そこで、本発明は、窒素酸化物の発生を抑
制するとともに、燃焼量の調節範囲の拡大を図った燃焼
装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の燃焼装置は、複
数の第１及び第２のバーナを以てバーナ群を構成し、燃
焼時、第１又は第２のバーナに対する燃焼量を段階的に
変更可能にするとともに、前記第１のバーナの火炎に対
して前記第２のバーナの火炎を種火として機能させたも
のである。

【０００６】本発明の燃焼装置は、燃料濃厚な混合気を
燃焼させる２以上の第１のバーナと、この第１のバーナ
に挟まれて設置され、前記第１のバーナより燃料供給量
が多く、かつ、燃料希薄な混合気を燃焼させる１又は２
以上の第２のバーナとを単位として構成され、これら第
１及び第２のバーナの燃焼において、前記第２のバーナ
の燃焼に前記第１のバーナの燃焼を種火として作用させ
る第１のバーナ群（燃料ガス供給系統２から燃料ガスが
供給される第１及び第２のバーナ）と、燃料濃厚な混合
気を燃焼させる１又は２以上の第１のバーナと、燃料希
薄な混合気を燃焼させる１又は２以上の第２のバーナと
を単位として構成され、これら第１及び第２のバーナの
燃焼において、前記第２のバーナの燃焼に前記第１のバ
ーナの燃焼を種火として作用させる複数の第２のバーナ
群（燃料ガス供給系統３１、３２、３３から燃料ガスが
供給される第１及び第２のバーナ）と、前記第１のバー
ナ及び前記第２のバーナに設けられて燃料ガスの供給を
受けて前記第１のバーナに対する燃焼濃厚な混合気、前
記第１のバーナより燃料供給量が多くかつ前記第２のバ
ーナに対する燃料希薄な混合気を形成する燃料混合手段
（５）と、燃料ガス供給源側から比例弁を通して供給さ
れる燃料ガスを前記第１のバーナ群の前記燃料混合手段
に供給する第１の燃料ガス供給系統（２）と、燃料ガス
供給源側から比例弁を通して供給される燃料ガスを前記
第２のバーナ群毎に設けた開閉弁を介して前記第２のバ
ーナ群側の前記燃料混合手段に供給する第２の燃料ガス
供給系統（３１、３２、３３）とを備え、前記開閉弁の
開閉により燃焼させる前記第２のバーナ群の選択と、前
記比例弁により前記第１及び第２のバーナ群の燃焼量を
加減可能にしたことを特徴とする。即ち、このような構
成としたことにより、第１及び第２のバーナを以て第１
及び第２のバーナ群が構成され、そのバーナ群の構成要
素である第１及び第２のバーナに対する燃焼量を段階的
に変更することにより、燃焼量が調節される。また、第
１のバーナの火炎に対して第２のバーナの火炎を種火と
して機能させているため、保炎効果が高く、安定した燃
焼を持続させることができる。過剰空気の燃焼の火炎の
安定化作用が阻害されず、安定した過剰空気の燃焼によ
りＮＯ_X を低減することができるとともに、燃焼量の調
節範囲を拡大することができる。

【０００７】また、前記第２のバーナは前記第１のバー
ナに挟まれているので、保炎機能を高めることができ
る。火炎のリフトや振動燃焼を起さず、騒音を抑制する
ことができる。

【０００８】本発明の燃焼装置において、前記第１のバ
ーナの燃焼量より前記第２のバーナの燃焼量を多く設定
したことを特徴とする。第２のバーナによる安定した種
火を維持することができ、第１のバーナの燃焼を維持助
長させることができる。

【０００９】

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した実施
形態を参照して詳細に説明する。

【００１１】図１は本発明の燃焼装置の実施形態を示し
ている。１ａ、１ｂは夫々上側にスリット状の炎孔ａ、
ｂを列設した縦型偏平な第１、第２のバーナを示すもの
であり、これらの第１のバーナ１ａ、第２のバーナ１ｂ
の夫々複数を交互に隣接して設置してバーナを構成して
いる。このバーナの両端は第１のバーナ１ａが位置する
ように配置している。これらの各バーナ１ａ、１ｂのス
リット状の炎孔ａ、ｂが夫々第１、第２の炎孔群Ａ、Ｂ
を構成しており、これらの第１、第２の炎孔群Ａ、Ｂに
より炎孔部を構成している。

【００１２】図２は上記炎孔部により構成した本発明の
燃焼装置の全体構成の一実施例を概念的に表したもの
で、この実施例では燃料ガス供給系統は、開閉弁を設け
ていない第１の燃料ガス供給系統２と、開閉弁４１、４
２、４３を設けた３つの第２の燃料ガス供給系統３１、
３２、３３の４系統を設けている。このようにこれらの
第２の燃料ガス供給系統３１、３２、３３は開閉弁４
１、４２、４３により、独立に燃料ガスを遮断可能な構
成である。

【００１３】燃料ガス供給系統２に対応する炎孔部の範
囲では、その両端にバーナ１ａが位置している。そし
て、この炎孔部の範囲の図中右側に隣接して燃料ガス供
給系統３１に対応する炎孔部の範囲では、左端部にバー
ナ１ｂ、右端部にバーナ１ａが位置している。また、こ
の炎孔部の範囲の図中左側に隣接して燃料ガス供給系統
３３に対応する炎孔部の範囲では、右端部にバーナ１
ｂ、左端部にバーナ１ａが位置しており、同様に、この
炎孔部の範囲の図中左側に隣接して燃料ガス供給系統３
２に対応する炎孔部の範囲では、右端部にバーナ１ｂ、
左端部にバーナ１ａが位置している。

【００１４】各燃料ガス供給系統２、３１、３２、３３
は燃料混合手段５を経て各バーナ１ａ、１ｂに燃料ガス
と空気の混合気を供給する構成としており、これらの燃
料混合手段５は、バーナ１ａに混合気を供給する燃料濃
厚混合手段５ａとバーナ１ｂに混合気を供給する燃料希
薄混合手段５ｂとから構成している。これらの燃料混合
手段５はブンゼンバーナ、その他の予混合バーナに用い
られる適宜の構成を適用することができる。この実施例
では、ノズル６から混合管７内に燃料ガスを噴出して、
その噴出エネルギまたは送風機により混合管７内に吸引
される空気と混合させる構成としており、このノズル６
の噴出口径等を調節して燃料ガスと空気の混合割合を調
節可能に構成している。従って、燃料混合手段５にこの
ような調節を行うことにより、バーナ１ａに対応する燃
料濃厚混合手段５ａ及びバーナ１ｂに対応する燃料希薄
混合手段５ｂを容易に構成することができる。

【００１５】以上の構成において開閉弁４１、４２、４
３が開の場合には、第１の燃料ガス供給系統２、第２の
燃料ガス供給系統３１、３２、３３の双方から燃料ガス
が供給され、夫々の燃料混合手段５を経て全てのバーナ
１ａ、１ｂに燃料ガスと空気の混合気が供給されて燃焼
に供される。即ち、燃料ガス供給系統２を流れる燃料ガ
スは、この系統２のバーナ１ａ、１ｂに対応する燃料濃
厚混合手段５ａ、燃料希薄混合手段５ｂを構成するノズ
ル６から各バーナ１ａ、１ｂの混合管７内に噴出して、
同時に吸引される空気と混合して炎孔群Ａ、Ｂに至り、
各炎孔ａ、ｂから噴出して燃焼に供される。この際、夫
々のバーナ１ａに対応する燃料濃厚混合手段５ａは、上
述した調節により燃料濃厚な混合気を生成し、また、夫
々のバーナ１ｂに対応する燃料希薄混合手段５ｂは燃料
希薄な混合気を生成する。燃料ガス供給系統３１、３
２、３３に対応するバーナ１ａ、１ｂについても、バー
ナ１ａには燃料濃厚な混合気、バーナ１ｂには燃料希薄
な混合気が供給される。

【００１６】例えば、これらの混合気の空気比は、理論
空気量λ＝１とすると、燃料濃厚な混合気ではλ≒０．
４、燃料希薄な混合気ではλ≒１．２〜１．５となるよ
うにする。また、バーナ１ａ、１ｂに供給する燃料ガス
量の比は、例えば、第１のバーナ１ａ：第２のバーナ１
ｂ＝３：７程度というように、第２のバーナ１ｂに供給
する燃料ガス量の方を第１のバーナ１ａに供給する燃料
ガス量よりも多くする。

【００１７】以上のような混合気の供給により、図２の
実線及び二点鎖線に示すように、バーナを構成する全て
のバーナ１ａの炎孔群Ａ上に、燃料濃厚な混合気の燃焼
による火炎８ａ、そして、バーナ１ｂの炎孔群Ｂ上には
燃料希薄な混合気の燃焼による火炎８ｂが形成される。
バーナ１ａはバーナ１ｂと交互に隣接し、そして、バー
ナの両端に配置しているので、バーナ１ｂの火炎８ｂの
両側に必ずバーナ１ａの火炎８ａが存在する。

【００１８】バーナ１ｂの火炎８ｂは過剰空気の燃焼に
よる火炎であるため単独では安定性が悪いが、これらの
火炎８ｂの両側に必ず存在するバーナ１ａの火炎８ａは
安定した火炎であるため、これが種火としての作用を
し、これにより過剰空気の火炎８ｂが安定化される。従
って、第２のバーナ１ｂの火炎８ｂは、単独では発生し
てしまうリフトや振動燃焼が起きず、騒音の発生が抑制
される。

【００１９】そして、このように燃料濃厚な混合気の火
炎８ａにより安定化される燃料希薄な混合気の燃焼は、
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８ｂの温度が低温に維持されてＮＯ_X の発生が
低減される。

【００２０】次に、開閉弁４１を閉として燃料ガス供給
系統３１による燃料ガスの供給を遮断すると、この系統
３１のバーナ１ａ、１ｂが消火して図２の実線で示す火
炎に対応するバーナの燃焼のみが継続する。

【００２１】次いで、燃料ガス供給系統３２による燃料
ガスの供給を遮断すると、この系統３２に対応する左端
側の２つのバーナ１ａ、１ｂが消火する。さらに、燃料
ガス供給系統３３による燃料ガスの供給を遮断すると、
この系統３３に対応する４つのバーナ１ａ、１ｂが消火
する。

【００２２】このようないずれの燃焼状態においても、
バーナ１ｂの火炎８ｂには必ずバーナ１ａの火炎８ａが
存在するので、上述と同様に、バーナ１ｂの火炎８ｂが
バーナ１ａの火炎８ａにより安定化される。

【００２３】このような安定化作用を適用するため、以
上の実施例においては、燃料ガス供給系統３２に対応す
るバーナ１ａ、１ｂが燃焼状態において、燃料ガス供給
系統３３に対応するバーナ１ａ、１ｂを消火することは
できない。

【００２４】このようにしてバーナ１ａの火炎８ａによ
るバーナ１ｂの火炎８ｂの安定化作用を阻害することな
く燃焼させる炎孔面積を段階的に変化させることがで
き、従って、比例制御等の周知の燃焼量の制御手法を併
用することにより、広い範囲に渡る燃焼量の調節を行う
ことができる。上述した実施例では、炎孔面積は４段で
段階的に変化させることができるのであるが、これ以上
の段数で段階的に変化可能な構成とすることもできる
し、最少段数の構成として２段のみ段階的に変化させる
構成とすることができる。また、燃料ガス供給系統２、
３１及びこれらに対応するバーナ１ａ、１ｂまたは燃料
ガス供給系統２、３３及びこれらに対応するバーナ１
ａ、１ｂのみにより構成することができる。

【００２５】次に、図３、図４は本発明の燃焼装置にお
けるバーナの他の構成を示し、この実施例のバーナで
は、第１のバーナ１ａは上側にスリット状の炎孔ａを設
けた先端噴出部９を細く形成して、側壁１０との間に空
間部を構成しており、また、第２のバーナ１ｂは先端部
にリボン１１を設置して多数の炎孔ｂを形成している。
図４に示すように、バーナ１ａの先端噴出部９の横側に
は必要に応じて袖火炎孔１２を形成することができる。

【００２６】また、図５は、本発明の燃焼装置における
バーナの他の構成を示し、この実施例のバーナは、図
３、図４のバーナ１ａのスリット状の炎孔ａに代えて、
バーナ１ｂと同様に先端部にリボン１３を設置して多数
の炎孔ａを形成すると共に、袖火炎孔１２、その外側に
間隔をおいて袖火形成用の側壁１０を構成したものであ
る。

【００２７】以上の構成の燃焼装置において、図１、図
２の構成と同様な上述した作用に加え、リボン１１、１
３により構成した炎孔ａ、ｂにおける混合気の整流作用
により騒音の発生をより低減することができ、また、バ
ーナ１ａに袖火１４を形成するものにおいては、バーナ
１ａの火炎８ａ自体、そして、バーナ１ｂの火炎８ｂの
安定化を更に図ることができる。

【００２８】次に、図６は本発明の燃焼装置の炎孔部の
構成の、更に他の実施例を示すもので、この実施例のバ
ーナは、多数の炎孔ａ、ｂをセラミック板１５により形
成している。即ち、このセラミック板１５では、多数の
炎孔ａ、ｂを直線状に列設して第１、第２の炎孔群Ａ、
Ｂを構成しており、これらの炎孔群Ａ、Ｂを交互に列設
している。炎孔群Ｂの炎孔ｂは炎孔群Ａの炎孔ａよりも
径を小さくし、しかも数を多くした構成としている。即
ち、図示例では炎孔群Ｂは、二列に配列させた小径の多
数の炎孔ｂから構成している。

【００２９】以上の構成においては、炎孔群Ｂの炎孔ｂ
による燃焼は、上述した過剰空気の燃焼であると共に小
径の多数の炎孔ｂにより細分化された燃焼であるため、
火炎８ｂの温度がより低温に維持されてＮＯ_X の発生が
更に低減される。また、この火炎８ｂは、上述の実施例
と同様に、炎孔群Ａの炎孔ａによる燃料濃厚な混合気の
火炎８ａにより安定化されて、リフトや振動燃焼が発生
しにくい。

【００３０】図７は、本発明の燃焼装置におけるＮＯ_X
排出特性の一実施例を表したものである。この実施例
は、図１に示すようなバーナにおいて、燃料濃厚な混合
気の混合比を、λ＝０．４〜０．７と設定するととも
に、全体の空気比が図中横軸に示す値となるように燃料
希薄な混合気の空気比を調節して燃焼させた場合のＮＯ
_Xの発生量を表したものである。なお、表示の空気比
は、バーナの外側に冷却用空気を流した場合において、
この冷却用空気を含んだ値であり、括弧内の空気比がこ
の冷却用空気を含まない値である。また、燃料希薄な混
合気による燃焼量と燃料濃厚な混合気による燃焼量の比
は、７．５：２．５としている。図７に示すように、本
発明の燃焼装置では、従来の一般的なブンゼンバーナと
比較してＮＯ_Xの発生量が大幅に低減されていることが
わかる。

【００３１】また、図８は本発明の燃焼装置において、
燃料希薄な混合気を供給するバーナまたは炎孔群の火炎
のリフト限界の一例を他のものと比較して示す。図８に
おいて、Ｘは本発明の燃焼装置において、バーナ１ｂま
たは炎孔群Ｂの炎孔ｂにのみ燃料希薄な混合気を供給
し、バーナ１ａまたは炎孔群Ａの燃料濃厚な混合気の火
炎８ａによる保炎を行わない場合におけるバーナ１ｂの
リフト限界を示すもので、この限界はλ＝０．７程度で
ある。これに対してＹは保炎機構を有する従来の一般的
なブンゼンバーナにおけるリフト限界を示すもので、こ
の限界はλ＝１．３程度である。そして、Ｚは本発明の
燃焼装置において、第１、第２のバーナ１ａ、１ｂまた
は炎孔群Ａ、Ｂの燃焼を行わせた場合におけるバーナ１
ｂのリフト限界を示すもので、λ＝３．０程度である。
このように、本発明の燃焼装置では、従来の一般的なブ
ンゼンバーナと比較して、高過剰空気の燃焼をより安定
的に行うことができ、高過剰空気の燃焼によるＮＯ_X の
低減を図ることができる。

【００３２】また、図２において、１６は比例制御弁、
１７は元弁であり、本発明の燃焼装置は、上述した段階
的な燃焼量の制御と比例制御を併用することができるも
のである。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次の効果が得られる。 ａ．単独では火炎の安定性が悪い燃料希薄な混合気によ
る過剰空気の燃焼を、燃料濃厚な混合気の燃焼による安
定した火炎で保炎して過剰空気の燃焼を安定的に行うこ
とができ、このような過剰空気の燃焼によりＮＯ_X の発
生を低減することができ、しかも、燃料濃厚な混合気を
燃焼させる２以上の第１のバーナと、この第１のバーナ
に挟まれて設置され、かつ、第１のバーナより燃料供給
量が多くかつ燃料希薄な混合気を燃焼させる１又は２以
上の第２のバーナを単位とする第１及び第２のバーナ群
を選択的に燃焼可能とするとともに各バーナ群の燃焼量
を増減可能としたので、燃焼量の調整範囲を拡大でき
る。 ｂ．このように過剰空気の燃焼が安定するとともに、騒
音を抑制でき、ＮＯ_X発生量を低減させることができ
る。 ｃ．過剰空気の燃焼を安定させることができるととも
に、燃焼量の増減が可能な第１のバーナ群に対して、選
択して燃焼させることができる第２のバーナ群を併設し
たので、より燃焼量の調節範囲の拡大化を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃焼装置の一実施形態を示す一部切欠
き斜視図である。

【図２】本発明の燃焼装置の全体構成を示す図である。

【図３】本発明の燃焼装置におけるバーナの他の構成を
示す斜視図である。

【図４】バーナの燃焼状態を示す図である。

【図５】本発明の燃焼装置におけるバーナの他の構成を
示す断面図である。

【図６】本発明の燃焼装置におけるバーナの他の構成を
示す一部切欠き斜視図である。

【図７】本発明の燃焼装置と従来のブンゼンバーナのＮ
Ｏ_X 発生量の比較を示す図である。

【図８】本発明の燃焼装置における、燃料希薄な混合気
を供給するバーナまたは炎孔群の火炎のリフト限界を示
す図である。

【符号の説明】

１ａ 第１のバーナ １ｂ 第２のバーナ ２ 第１の燃料ガス供給系統（燃料供給路） ３１，３２，３３ 第２の燃料ガス供給系統（燃料供給
路） ８ａ，８ｂ 火炎

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 平３−263502（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−219406（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−36716（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−142525（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−116724（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭55−27645（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭55−27646（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23D 14/02 F23D 14/08 F23D 23/00 F23C 11/00 329 - 330

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料濃厚な混合気を燃焼させる２以上の
   第１のバーナと、この第１のバーナに挟まれて設置さ
   れ、前記第１のバーナより燃料供給量が多く、かつ、燃
   料希薄な混合気を燃焼させる１又は２以上の第２のバー
   ナとを単位として構成され、これら第１及び第２のバー
   ナの燃焼において、前記第２のバーナの燃焼に前記第１
   のバーナの燃焼を種火として作用させる第１のバーナ群
   と、 燃料濃厚な混合気を燃焼させる１又は２以上の第１のバ
   ーナと、燃料希薄な混合気を燃焼させる１又は２以上の
   第２のバーナとを単位として構成され、これら第１及び
   第２のバーナの燃焼において、前記第２のバーナの燃焼
   に前記第１のバーナの燃焼を種火として作用させる複数
   の第２のバーナ群と、 前記第１のバーナ及び前記第２のバーナに設けられて燃
   料ガスの供給を受けて前記第１のバーナに対する燃焼濃
   厚な混合気、前記第１のバーナより燃料供給量が多くか
   つ前記第２のバーナに対する燃料希薄な混合気を形成す
   る燃料混合手段と、 燃料ガス供給源側から比例弁を通して供給される燃料ガ
   スを前記第１のバーナ群の前記燃料混合手段に供給する
   第１の燃料ガス供給系統と、 燃料ガス供給源側から比例弁を通して供給される燃料ガ
   スを前記第２のバーナ群毎に設けた開閉弁を介して前記
   第２のバーナ群側の前記燃料混合手段に供給する第２の
   燃料ガス供給系統と、 を備え、前記開閉弁の開閉により燃焼させる前記第２の
   バーナ群の選択と、前記比例弁により前記第１及び第２
   のバーナ群の燃焼量を加減可能にしたことを特徴とする
   燃焼装置。
2. 【請求項２】 前記第１のバーナの燃焼量より前記第２
   のバーナの燃焼量を多く設定したことを特徴とする請求
   項１記載の燃焼装置。