JP3143270B2

JP3143270B2 - 燃焼装置

Info

Publication number: JP3143270B2
Application number: JP05172266A
Authority: JP
Inventors: 靖之小西; 卓小松
Original assignee: パロマ工業株式会社
Priority date: 1993-06-17
Filing date: 1993-06-17
Publication date: 2001-03-07
Anticipated expiration: 2016-03-07
Also published as: JPH074640A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃焼装置に関し、詳しく
はガス燃焼機器によるバーナ燃焼の空気比検出技術に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、いわゆるブンゼン式バーナ
は、燃焼良好域の広さ、低騒音、燃焼制御が容易等の理
由により各種の燃焼機器に用いられてきた。また、燃料
ガスと燃焼用空気との濃混合気と淡混合気とを交互に噴
出する炎口を備えて両者を同時に燃焼させるいわゆる濃
淡燃焼バーナも、前者に比べて窒素酸化物の生成量が少
ない（以下低ＮＯX という）ので、燃焼良好域が狭いに
もかかわらず用いられる。近年になって、特に低ＮＯX
化及び低騒音化等の性能向上が要求されるようになった
ので、実質的な燃焼良好域が狭くなり、それに伴って空
気比（実際に使用した空気量の理論空気量に対する比）
を制御して燃焼させる必要が生じてきた。尚、空気比を
制御するとは、設定の空気比に対して種々の理由により
空気比がずれるために、それを最適値に補正する事であ
る。空気比を検出する技術としては、バーナの火炎内に
熱電対等の炎温度検出素子を設け、その炎温度検出素子
の出力から空気比を検出する方法が、実開昭５４−８５
４３５で知られている。この技術は、空気比の変化に対
する炎の温度変化の特性を利用するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記技
術ではインプット（燃料ガス量）の増減等の理由により
炎の大きさが変化する場合には、熱電対で捉える温度変
化が大きく、その特性は空気比の変化に対応していると
は言えない。以下、その理由をブンゼン式バーナを例に
とり説明する。ブンゼン式バーナは、例えば図１０
（ア）に示す様に、燃料ガスの通路となるバーナ本体８
０にノズル８６を臨ませ、そこから噴出する燃料ガスを
吸入すると共に、その噴出するときの運動エネルギーに
よって一次空気を取り入れ、炎口８２より混合気を噴出
するものである。炎口８２上部に生じた火炎８３は、こ
のとき同時に、その周囲から拡散によって二次空気を取
り入れ燃焼する。従って、その火炎８３は、二次空気が
充分供給されて完全燃焼する高温の外炎ＨＯと、その内
部にあって一次空気のみで不完全燃焼する低温の内炎Ｈ
Ｉとから構成される。

【０００４】従来技術では、空気比を検出する為に、こ
の外炎ＨＯの中に火炎温度検出素子８４（例えば熱電
対、サーミスタ等を使用し、以下単に検出素子８４とい
う）を設置する。検出素子８４が外炎ＨＯの領域にある
場合は、前述した様に空気比が増加するにしたがって、
検出素子８４の出力はなだらかに減少する。（図１１
（ア）参照）ところがブンゼン式バーナでのインプット（燃料ガス
量）や一次空気割合（一次空気量と二次空気量の合計量
に対する一次空気量の割合）等が変化すると、図１０
（イ）に示す様に火炎８８の形状が変化して、内炎ＧＩ
が検出素子８４にかかったりして出力特性が影響を受け
る。そのため、この様な場合には、空気比を増加させた
時の検出素子８４の出力は、最初は内炎ＧＩの温度を検
出しているので小さく、空気比の増加に伴い内炎ＧＩが
縮小して外炎ＧＯの温度を検出する様になる。つまり検
出素子８４の出力特性は、図１１（イ）に示す様に一旦
増加を示した後減少する。従って、この様な条件により
特性が変化してしまうと、検出素子８４の出力にて空気
比を検出するのは正確さを欠くという問題があった。ま
た、プロパンガスや天然ガス等の燃焼においては、火炎
の温度は、摂氏１３００〜１６００度と高温であり、検
出素子８４の耐熱性に問題が生じ、使用可能な検出素子
が限定されるという問題もあった。本発明の燃焼装置は
上記課題を解決し、バーナ燃焼における空気比を正確で
しかも容易に検出することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の第一の燃焼装置は、燃料ガスと一次空気とを吸
入し、その混合気を噴出する炎口を備えたバーナを間隔
をおいて並設し、そのバーナ間に二次空気を流す燃焼装
置において、上記バーナの火炎発生領域外の火炎と火炎
との間の２次空気通路に、空気比を検出する為の温度検
出素子を設けた事を要旨とする。第二の燃焼装置は、燃
料ガスと燃焼用空気との濃混合気が導かれる複数の濃側
炎口と、上記濃側炎口に隣接して設けられ上記濃混合気
より空気比の高い淡混合気が導かれる複数の淡側炎口と
を交互に備え、上記濃側炎口および上記淡側炎口からそ
れぞれの混合気を噴出して燃焼する燃焼装置において、
濃側炎口の火炎と火炎との間の淡混合気噴出通路の淡火
炎未形成領域に、空気比を検出する為の１つの温度検出
素子を設けた事を要旨とする。

【０００６】

【作用】上記構成を有する本発明の燃焼装置は、第一の
発明においては火炎と火炎間の二次空気通路途中に温度
検出素子を設置し、第二の発明においては濃火炎と濃火
炎間の淡混合気通路途中の淡火炎未形成領域に温度検出
素子を設置しているため、火炎の大きさ等により温度検
出素子の出力が影響を受ける事が少ない。そのため燃焼
の空気比が変化すると、それに対応した温度検出素子の
出力が得られる。その特性を利用して、温度検出素子の
出力により燃焼用空気の空気比を正確でしかも容易に検
出することができる。

【０００７】

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明確
にするために、以下本発明の燃焼装置の好適な実施例に
ついて説明する。図１は第一実施例としての燃焼装置の
概略構成図であり、図２は、いわゆるＪ型ブンゼン式バ
ーナを使用して、それらを給湯器に組み込んだ例であ
る。この燃焼装置は、ノズル２４より供給される燃料ガ
スと同時に吸入される一次空気とからなる混合気を噴出
する炎口１１を備えた複数個のブンゼン式バーナ１５を
間隔をおいて併設し、その間を上部に向かって二次空気
が流れる。これは本実施例が、熱交換器２１をブンゼン
式バーナ１５の上部に備え、その下部にあるファン２２
によって燃焼用空気を供給される構造となっており、給
湯器外部より流れ込んだ空気は、一部はバーナ本体１０
の内部へ一次空気として吸入され、残りはバーナ本体１
０の間を二次空気として流れて、最後には燃焼済排気ガ
スといっしょに排気筒２３より給湯器外部へ排出される
からである。隣り合うバーナ本体１０は、その火炎１３
の大きさが変化しても火炎１３どうしが接触せずなおか
つ二次空気通路が確保される様に充分の間隔をもって配
置されるため、火炎１３と火炎１３との間には隙間が生
じ、その隙間には熱電対１４が、火炎１３に接触しない
ようにして設置される。従って熱電対１４は火炎１３か
らの輻射熱と二次空気の流れによる冷却とのバランスに
よって温度決定され熱起電力を発生する。尚、熱電対１
４は、火炎１３と接触せず、なおかつ二次空気の流れに
より冷却されるので、従来技術の場合と違って高温にな
ることはなく、検出素子は色々な種類のものが使用可能
である。

【０００８】ここで空気比に対して火炎１３の温度変化
をみてみると、例えば図３（ア）に示す様に空気比が増
加するに従ってなだらかに低下する。（ここでは、通常
燃焼状態を想定し、空気比は１．０以上の場合について
述べている。）これは必要空気量以上の空気が火炎１３
に取り入れられると、その空気は燃焼の発熱増加には寄
与せず、逆に火炎１３は、その空気により冷却されると
ともに温度密度が小さくなるからである。従って、空気
比に対して火炎１３の輻射熱量の変化をみてみると、輻
射熱量は火炎１３の温度に正比例する様に対応するた
め、例えば図３（イ）に示す様に空気比が増加するに従
って前記と同様になだらかに減少する。また空気比に対
する二次空気量の変化は、例えば図４（ア）に示す様に
空気比の増加に正比例し、二次空気の流れによる熱電対
１４の冷却作用も、空気比にほぼ正比例する様に対応す
る。これらの結果、空気比に対する熱電対１４の温度
は、輻射熱量と二次空気の冷却の両者の効果（図３
（イ）と図４（ア））により、例えば図４（イ）に示す
様に、空気比が増加するにつれてなめらかに低下する特
性を示すこととなる。上記理由により、熱電対１４の温
度を測定すれば、空気比を正確でしかも容易に検出する
ことができる。

【０００９】次に第二実施例としての燃焼装置を図５，
６を用いて説明する。第二実施例は、いわゆる濃淡燃焼
の空気比検出に使用した例である。本実施例の濃淡燃焼
バーナは、二枚の薄板を重ね合わせて燃料ガスの通路を
作り、その通路途中に一次空気取り入れ口６１を設け、
燃料ガスの出口部分には炎口６２を備えて一つのユニッ
トを形成するのであるが、タイプの違うユニットを交互
に並べて全体を形成する。濃混合気で燃焼させる濃バー
ナ６０の間に淡混合気で燃焼させる淡バーナ６６を挟む
ことにより、濃バーナ６０の炎口６２には濃火炎６３
を、淡バーナ６６の炎口６７上部には淡火炎６８を形成
して、両者の火炎をバランスよく接触させて良好燃焼を
実現する。尚、炎口６７の上部は淡混合気が噴出してお
り、淡火炎６８の間まで火炎は形成されていない。もち
ろん、濃火炎６３との間であって濃火炎６３の形成も無
い。

【００１０】本実施例はこの淡バーナ６６の炎口６７の
上部すなわち濃火炎６３と濃火炎６３との間に、熱電対
６４を設置する。熱電対６４の温度は第一実施例の場合
と比較して淡火炎６８の影響が追加となる。尚、熱電対
６４は淡混合気の噴出により冷却されるが、その空気比
に対する効果は第一実施例の二次空気量の影響（図４
（ア））とほぼ同じと考えてよい。従って前例との違い
は、淡火炎６８からの輻射熱のみとなる。ここで空気比
に対する淡火炎６８の熱電対６４に与える輻射熱の変化
をみてみると、空気比が増加するにつれ淡火炎６８の位
置は炎口６７より上部へと遠ざかるので、例えば図７に
示す様に、その輻射熱は減少する。従って前例の空気比
に対する熱電対１４の温度変化（図４（イ））に、この
輻射熱の影響を追加すると、熱電対６４の温度は、第一
実施例より大きな割合で、同じ様になだらかに低下する
特性を示す。（図４（イ）に合わせて示す）尚、熱電対
６４は、濃火炎１３、淡火炎６８とは接触せず、なおか
つ淡混合気の流れにより冷却されるので、従来技術の場
合と違って高温になることはなく、検出素子は色々な種
類のものが使用可能である。上記理由により、本実施例
の場合にも、熱電対６４の温度を測定すれば、正確でし
かも容易に空気比を検出することができる。

【００１１】続いて第三実施例としての燃焼装置を図８
を用いて説明する。第三実施例の燃焼装置は、第一また
は第二実施例の燃焼装置（図１または図５）の熱電対
（１４または６４）側面に、それを挟むように２枚の仕
切板８８を平行に設けたものである。以下、第一実施例
の構成を用いて説明するが、第二実施例の場合において
も全く同様である。この仕切板８８は、熱電対１４の左
右に隣接する火炎１３が、直接熱電対１４に接触するこ
とを防止し、あわせて二次空気の流れを整える。従っ
て、この燃焼装置によれば、バーナ本体１０のピッチ
（間隔）が狭くなった場合においても前述の実施例と同
様の理由により、正確でしかも容易に空気比を検出する
ことができる。

【００１２】さらに第四実施例としての燃焼装置を図９
を用いて説明する。第四実施例の燃焼装置は、第一また
は第二実施例の燃焼装置（図１または図５）の熱電対
（１４または６４）下部すなわち二次空気または淡混合
気上流に、中央部に開口部を設けた流量制御板９９を設
置したものである。以下、第一実施例の構成を用いて説
明するが、第二実施例の場合においても全く同様であ
る。この流量制御板９９は、中央部の開口部の大きさを
変更することにより、熱電対１４に向かって流れる二次
空気の流量を簡単に変えることができる。従って、二次
空気による熱電対１４の冷却効果を簡単に調整すること
が可能である。すなわち、熱電対１４の熱起電力を任意
に設定でき、この燃焼装置を使用するうえで非常に使い
勝手がよいものである。

【００１３】以上説明したように、本実施例の燃焼装置
によれば、バーナ火炎の間に設置された熱電対の温度出
力により燃焼用空気の空気比を検出する事ができる。ま
た、熱電対自身の温度は高温とならないので、熱電対の
耐久性能が向上するとともに色々な検出素子を使用でき
る。以上本発明の実施例について説明したが、本発明は
こうした実施例に何等限定されるものでなく、様々な態
様で実施し得ることは勿論である。例えば検出素子とし
て熱電対の他にサーミスタ等も使用可能である。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の燃焼装置
は、火炎の間に設置した温度検出素子の出力により、空
気比を正確でしかも容易に検出することが可能なので、
燃焼に使用する空気の空気比を制御して最適な燃焼をさ
せることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一実施例としての燃焼装置の概略構成図であ
る。

【図２】第一実施例を給湯器に組み込んだ構造図であ
る。

【図３】第一実施例の空気比と火炎温度、輻射熱量の関
係のグラフである。

【図４】第一実施例の空気比と二次空気量ならびに第
一、第二実施例の空気比と熱電対温度の関係のグラフで
ある。

【図５】第二実施例としての燃焼装置の概略構成図であ
る。

【図６】濃淡燃焼バーナの概略構成図である。

【図７】第二実施例の空気比と輻射熱量の関係のグラフ
である。

【図８】第三実施例としての燃焼装置の概略構成図であ
る。

【図９】第四実施例としての燃焼装置の概略構成図であ
る。

【図１０】従来例としての燃焼装置の概略構成図であ
る。

【図１１】従来例の空気比と検出素子出力の関係のグラ
フである。

【符号の説明】

１０，６０，６６，８０バーナ本体１３，６３，８３火炎１１，６２，６７，８２炎口１４，６４，８４熱電対８８仕切板９９流量制御板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23N 5/10 310 F23C 11/00 329 F23D 14/08 F23N 5/12 F23N 5/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料ガスと一次空気とを吸入し、その混
合気を噴出する炎口を備えたバーナを間隔をおいて並設
し、そのバーナ間に二次空気を流す燃焼装置において、
上記バーナの火炎発生領域外の火炎と火炎との間の２次
空気通路に、空気比を検出する為の温度検出素子を設け
た事を特徴とする燃焼装置。
【請求項２】燃料ガスと燃焼用空気との濃混合気が導
かれる複数の濃側炎口と、上記濃側炎口に隣接して設け
られ上記濃混合気より空気比の高い淡混合気が導かれる
複数の淡側炎口とを交互に備え、上記濃側炎口および上
記淡側炎口からそれぞれの混合気を噴出して燃焼する燃
焼装置において、濃側炎口の火炎と火炎との間の淡混合
気噴出通路の淡火炎未形成領域に、空気比を検出する為
の１つの温度検出素子を設けた事を特徴とする燃焼装
置。