JP3269283B2

JP3269283B2 - 燃焼装置

Info

Publication number: JP3269283B2
Application number: JP25042794A
Authority: JP
Inventors: 文孝菊谷; 順一植田; 洋一木村; 幸一金崎
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-10-17
Filing date: 1994-10-17
Publication date: 2002-03-25
Anticipated expiration: 2017-03-25
Also published as: JPH08114306A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は主として全一次燃焼や濃
淡燃焼方式のように希薄燃焼を利用し低ＮＯｘ燃焼を実
現し、かつ装置の小型化を図った燃焼装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の燃焼装置は、図９に示すよ
うに、濃炎口部１を有する濃バーナ本体２と、淡炎口部
３を有する淡バーナ本体４が紙面垂直方向に交互に連接
されてこれらを囲ってなるバーナユニット５を構成し、
バーナケース６に納められている。バーナケース６の底
面には燃焼用空気を送るファン７が、側面には濃バーナ
本体２へ燃料を供給する濃ノズル８と淡バーナ本体４へ
燃料を供給する淡ノズル９を有するノズルホルダー１０
が装着され、上面をバーナユニットで囲まれた空間に空
気室１１を構成している。淡バーナ本体４には空気室１
１と連通した導入空気室１２に開口し、主として淡バー
ナ本体４をバーナユニット５に固定するための短い固定
部１３と、これに連通して混合管部１４、固定部１３と
混合管部１４をつなぐ絞り部１５が設けられている。ま
たバーナユニット５とバーナケース６の間には空気のバ
イパス通路１６が設けられている。

【０００３】そして上記構成の燃焼装置では、ファン７
より供給された燃焼用空気はその約１０％程度が、燃料
の約２５％程度の濃ノズル８から噴出されるガスと共に
各濃バーナ本体２内に流入し、均一に混合して理論混合
比以下の濃混合気となって濃炎口部１より流出して安定
な濃火炎を形成する。また約８５％程度の空気は空気室
１１から導入空気室１２に導かれた後、燃料の約７５％
程度の淡ノズル９から噴出されるガスと共に各淡バーナ
本体４内に固定部１３から流入し、絞り部１５で多量の
一次空気とともに絞られ、混合管部１４で均一に混合し
て理論混合比以上の希薄混合気となって淡炎口部３より
流出して不安定な淡火炎を形成する。濃炎口部１と淡炎
口部３が交互に配列されているため、この不安定な希薄
火炎は両側から濃火炎の熱的影響を受けることによって
安定化されており、全体として安定な濃炎燃焼を実現し
てＮＯｘの発生を低減させていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、約８５％の多量の空気が固定部１３から淡
バーナ本体４内に流入するため、淡ノズル９から供給さ
れる燃料と均一に充分混合させるためには混合管部１４
の通路長を長く設計する必要があり、このままでは燃焼
装置の小型化は図れなかった。そこで例えば実開平６−
３０６３１号公報のように、淡ノズル９の噴出孔を所定
角度で傾斜して設け燃料を分散供給するものがある。し
かし騒音を低減するために、ファン７の送風圧を小さく
し多量の空気が淡バーナ本体４内に流入する固定部１３
の開口は大きく設計されなければならない。従って図８
に示すごとく、通常２０〜４０ｍ／ｓの高速で淡ノズル
９の噴射孔から噴射される燃料噴流は固定部１３または
絞り部１５に衝突し、激しい渦を生成してその一部は短
い固定部１３から導入空気室１２へ逆流し、そのままバ
イパス通路１６へ流出していた。逆流が多い場合はバイ
パス通路に火炎を形成しバーナユニット５を焼損させ、
逆流が少ない場合には未燃成分となって外気に放出され
てしまうという欠点があった。

【０００５】本発明は上記課題を解決するもので、希薄
燃焼による低ＮＯｘ化の実現と、燃焼装置の小型化を実
現することを目的としたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、希薄な混合気を噴出する淡炎口部と、淡炎
口部に連通した曲がり部を有した混合管部と、混合管部
に連通し混合管部より大きな通路面積を有した充分に長
い導入管部と、混合管部と導入管部を連接する絞り部を
有した淡バーナ本体と、導入管部と対向し淡バーナ本体
内に燃料を噴射供給する淡ノズルと、淡ノズルに絞り部
近傍方向に開口した複数の傾斜噴射口を設ける構成とし
たものである。

【０００７】また、希薄な混合気を噴出する淡炎口部
と、淡炎口部に連通した曲がり部を有した混合管部と、
混合管部に連通し混合管部より大きな通路面積を有した
充分に長い導入管部と、混合管部と導入管部を連接する
絞り部と、絞り部と導入管部の間に淡炎口部方向に突出
した突出空間部を有した淡バーナ本体と、導入管部と対
向し淡バーナ本体内に燃料を噴射供給する淡ノズルと、
淡ノズルに絞り部近傍方向と、突出空間部方向に開口し
た複数の傾斜噴射口を設けた構成を有している。

【０００８】さらに、希薄な混合気を噴出する淡炎口部
と、淡炎口部に連通した曲がり部を有した混合管部と、
混合管部に連通し混合管部より大きな通路面積を有した
充分に長い導入管部と、混合管部と導入管部を連接する
絞り部を有した淡バーナ本体と、導入管部と対向し淡バ
ーナ本体内に燃料を噴射供給する淡ノズルと、淡ノズル
の先端部を多孔質材料で成形し導入管部内に臨ませた構
成を有したものである。

【０００９】

【作用】本発明は上記構成によって、傾斜噴射口から絞
り部近傍に高速で噴射された燃料は傾斜した壁面への衝
突噴流となって激しい渦を生成して導入管部内に高速で
拡散していく。このとき導入管部は充分に長いため逆流
が生じても導入管部から逆に流出することがなく、大量
の空気と混合管部で充分混合し希薄混合気となって希薄
火炎を淡炎口部上に形成し低ＮＯｘ燃焼が実現される。

【００１０】また突出空間部に燃料が衝突するので、形
成される激しい渦は衝突壁面に沿って流れる燃料流を効
果的に混合管部へ導くことになる。この場合突出空間部
は淡炎口部方向に形成されるため淡バーナ本体の寸法は
小さいまま実現される。

【００１１】さらに多孔質材料であるため開口面積が大
きく燃料の噴出流速が低下するが、全周に燃料を流出さ
せ空気との混合面積を増加させることになる。また淡ノ
ズル先端を導入管部内に臨ませているため気体逆流が無
く混合管部で均一な希薄混合気を生成することになる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にもとづいて
説明する。なお従来例と同一構成要件は同一番号を付
す。図１〜図３において、濃炎口部１を有する濃バーナ
本体２と、淡炎口部３を有する淡バーナ本体４が紙面垂
直方向に交互に連接され、これらを囲ってなるバーナユ
ニット５を構成し、バーナケース６に納められている。
バーナケース６の底面には燃焼用空気を送るファン７
が、側面には各濃バーナ本体２に対向して設けられた濃
ノズル８と、各淡バーナ本体４に対向して設けられた淡
ノズル９を有するノズルホルダー１０が装着され、上面
をバーナユニット５で囲まれた箱状の空気室１１を構成
している。淡バーナ本体４にはバーナケース５に固定さ
れ、空気が流入する大きな通路面積を有した充分に長い
導入管部１７とこれに連通して絞り部１５、混合管部１
４が淡炎口部３までの間に設けられている。ここで淡ノ
ズル９には、絞り部１５近傍方向に開口した傾斜噴射口
１８が複数個設けられている。空気室１１に連接しノズ
ルホルダー１０と導入管部１７で挟まれる空間を導入空
気室１２とし、導入空気室１２の下流側には開口を有す
る濃ダンパ１９により濃空気室２０と仕切られている。
濃空気室２０と空気室１１の下流側には小さな開口部で
連通するバイパス通路１６が構成され、その下流側は燃
焼室２１に開口している。

【００１３】上記構成において、ファン７から供給され
た空気は約９５％が空気室１１から側面にあるノズルホ
ルダー１０の方に流れ、導入空気室１２に流入する。導
入空気室１２内の大部分の空気は、各淡ノズル１９から
噴射される燃料と共に導入管部１７から淡バーナ本体４
内に流入していく。傾斜噴射口１８から絞り部１５近傍
に高速で噴射された燃料は、絞り部１５の傾斜した壁面
への衝突噴流となって激しい渦を生成して導入管部１７
内に高速で拡散していく。導入管部１７は充分に長いた
め逆流域を覆ってしまい導入管部１７から流出すること
がない。混合管部１４で大量の空気と充分混合し、一次
空気比が１７０から２５０％程度の均一な希薄混合気と
なって整流された後一様な流速となって淡炎口部３から
噴出され希薄火炎Ａを形成する。濃バーナ本体２と淡バ
ーナ本体４に供給される燃料の分割比の範囲は、２０〜
４０％対８０〜６０％程度になるように濃ノズル８及び
淡ノズル９で調整されている。

【００１４】一方、濃ダンパ１９で流量を規制された約
５％程度の空気は濃空気室２０に入り、濃ノズル８から
噴出される燃料と共に濃バーナ本体２の内部に流入し
て、１次空気比が３０から６０％の濃い混合気となって
濃炎口部１より噴出して濃火炎Ｂを形成する。従って燃
焼室２１内に形成される火炎の状態は図３に示すごと
く、希薄火炎Ａと濃火炎Ｂが相互に繰り返して形成さ
れ、本来安定な濃火炎Ｂが本来不安定な希薄火炎Ａを熱
的に安定化して全体としても安定な濃淡燃焼を実現し、
低ＮＯｘ化が達成される。ファン７から供給された残り
の約５％程度の空気はバイパス通路１６から燃焼室２１
に流れ、バーナケース６の加熱を防止している。

【００１５】ここで、希薄混合気の混合特性を本実施例
と従来例とを比較して説明する。図４は淡炎口部３の下
流側で計測された淡混合気の濃度分布を示したものであ
る。従来例では燃料の逆流がバイパス通路１６から流出
するため、ノズルホルダ１０側に高濃度の燃料が計測さ
れる。また固定部１３が短く燃料噴流がが偏った流れの
まま絞り部１５から混合管部１４へ導かれるため、混合
が不充分となり、濃度勾配が生じている。

【００１６】ここで濃淡燃焼におけるＮＯｘの生成を説
明する。濃火炎は安定性に優れているが、燃料濃度が高
いためプロンプトＮＯの生成と、火炎温度が非常に高く
サーマルＮＯｘの生成により濃火炎全体のＮＯｘが高く
なる。一方、淡火炎は燃料濃度が小さいためプロンプト
ＮＯは生成されない。また火炎温度も低いためサーマル
ＮＯｘの生成も小さい。従って濃淡火炎の総和のＮＯｘ
を低減するためには、できるだけ濃火炎の割合を小さく
することが必要となる。しかし濃火炎の割合を小さくし
過ぎると、濃火炎による淡火炎の安定化を保証できなく
なり、ＨＣやＣＯが発生する不完全燃焼にいたる。従っ
て淡火炎に濃度のムラがある場合には、淡火炎の安定性
を保証するためより多くの濃火炎を必要とすることにな
りＮＯｘは増加する。また淡火炎に濃度のムラがある
と、淡火炎自身にヒートスッポットが発生し局部的にＮ
Ｏｘの濃度が高くなる領域が発生し、全体のＮＯｘ濃度
が上昇してしまうことになる。すなわち、ＮＯｘの効果
的な低減には均一な希薄混合気を作ることが大きな決め
手となる。従って、本実施例ではほぼ均一な濃度分布と
なっており、ＮＯｘが一層低減できることになる。

【００１７】また第２の発明についてその一実施例を図
５〜図６に基づいて説明する。なお第１の発明と同一構
成要件については同一番号を付す。淡ノズル９には軸方
向に２段階に複数個の傾斜噴射口１８が設けられてい
る。また大きな通路面積を有した充分に長い導入管部１
７の絞り部１５側には淡炎口部３方向に突出した突出空
間部２２が設けられている。傾斜噴射口１８はこの突出
空間部２２と絞り部１５の方向に開口するように構成さ
れている。

【００１８】この構成において、希薄混合気の作成状態
について説明する。ファン７から供給された空気量の約
８５％を占める希薄混合気用の空気は導入空気室１２か
ら導入管部１７内に導かれる。一方、淡ノズル９の軸方
向に２段に設けられた傾斜噴射口１８から高速で噴射さ
れた燃料は、絞り部１５や突出空間部２２の壁面に衝突
噴流となって激しい渦を生成し速やかに導入管部１７内
に拡散していく。ここで突出空間部２２は逆流を小さく
させ、かつ導入管部１７内での混合を促進する働きをも
つ。さらに淡炎口部３方向に突出させて設けるため淡バ
ーナ本体４の寸法を大きくする必要が無い。また燃料が
２段階に供給されるため、導入管部１７内での空気と燃
料の混合性能は一段と向上し、燃料濃度が均一となる。
従って淡炎口部３上で形成される希薄火炎は均一な燃料
濃度となり、火炎温度にムラがなく一層ＮＯｘが低減さ
れる。

【００１９】なお図５及び図６では突出空間部２２を淡
炎口部３方向にのみ突出した例を示したが、空気室１１
側にも突出したものであってもよい。また突出空間部２
２の壁面は円弧状の示したが、箱状のものであってもよ
いし、また平面や、小さな突起を設けたものであっても
よい。

【００２０】さらに第３の発明についてその一実施例を
図７〜図８に基づいて説明する。なお第１の発明と同一
構成要件については同一番号を付す。図８において、淡
ノズル９の先端部は内部に燃料通路を有する多孔質材２
３が接続され、大きな通路面積を有した充分に長い導入
管部１７内に挿入されている。

【００２１】この構成により、供給された燃料は多孔質
材２３の全面から比較的低速で導入管部１７内に流出し
ていく。このとき燃料は多孔質材２３の全面供給される
ため、淡バーナ本体４内に供給される空気との接触面積
が増加し、かつ混合がより上流側で開始され混合条件が
その分改善される。また大きな通路面積を有するため、
多孔質材２３の下流側には渦が生成され混合が促進す
る。次に絞り部１５で導入管部１７の壁面に沿った空気
の流れと合流し、混合管部１４でさらに充分混合が促進
される。従って淡炎口部３上で形成される希薄火炎は最
も均一な燃料濃度となり、火炎温度にムラがなくなり、
従ってＮＯｘも最も低減される。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の燃焼装置に
よれば次の効果が得られる。

【００２３】（１）傾斜噴射口から噴射された燃料は、
絞り部の傾斜した壁面への衝突噴流となるため激しい渦
を生成して混合し均一な希薄混合気となり局部的にＮＯ
ｘ濃度が高くなることもなく、安定してＮＯｘを低減で
きる。

【００２４】（２）導入管部は充分に長いため燃料の衝
突噴流が発生してもその逆流域を覆ってしまい導入管部
から逆流して流出することがなく、従ってバーナユニッ
トを焼損したり、未燃のまま放出する事がない。

【００２５】（３）傾斜噴射口を設けたり、導入管部の
通路面積を大きく設けるだけであるため、燃焼装置を大
型化せず均一な希薄混合を実現できる。特に突出空間部
を淡炎口部側にのみ突出させる構成では導入管部の長さ
をより短く出来る。

【００２６】（４）多孔質材を導入管部内に挿入してい
るため逆流を発生せず、燃料は多孔質材の全面から供給
されるため、空気との接触面積が増加し、かつ混合がよ
り上流側で開始され混合条件が改善される。また多孔質
材の下流側には渦が生成され混合性能を一層向上させ、
ＮＯｘを一層低減できる。

【００２７】（５）約８５％の多量の空気通路のうち最
小面積となる導入管部の通路面積が大きいため、ファン
の供給圧力が小さくなり低騒音化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の本発明の一実施例における燃焼装置の全
体横断面構成図

【図２】同装置の要部拡大断面図

【図３】同燃焼装置の全体縦断面構成図

【図４】淡混合気の濃度分布を示した比較説明図

【図５】第２の本発明の一実施例における燃焼装置の全
体横断面構成図

【図６】同装置の要部拡大断面図

【図７】第３の本発明の一実施例における燃焼装置の全
体横断面構成図

【図８】同装置の要部拡大断面図

【図９】従来の燃焼装置の全体横断面構成図

【符号の説明】

３淡炎口部４淡バーナ本体９淡ノズル１４混合管部１５絞り部１７導入管部１８傾斜噴射口２２突出空間部２３多孔質材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金崎幸一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開平２−106607（ＪＰ，Ａ) 特開平４−139306（ＪＰ，Ａ) 実開平６−46133（ＪＰ，Ｕ) 実開昭64−1238（ＪＰ，Ｕ) 実開平６−30631（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23D 14/48 F23D 14/64 F23D 14/02 - 14/10 F23C 11/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】希薄な混合気を噴出する淡炎口部と、前記
淡炎口部に連通した曲がり部を有した混合管部と、前記
混合管部に連通し前記混合管部より大きな通路面積を有
した充分に長い導入管部と、前記混合管部と前記導入管
部を連接する絞り部を有した淡バーナ本体と、前記導入
管部と対向し前記淡バーナ本体内に燃料を噴射供給する
淡ノズルと、前記淡ノズルに前記絞り部近傍方向に開口
した複数の傾斜噴射口を設けた燃焼装置。
【請求項２】希薄な混合気を噴出する淡炎口部と、前記
淡炎口部に連通した曲がり部を有した混合管部と、前記
混合管部に連通し前記混合管部より大きな通路面積を有
した充分に長い導入管部と、前記混合管部と前記導入管
部を連接する絞り部と、前記絞り部と前記導入管部の間
に前記淡炎口部方向に突出した突出空間部を有した淡バ
ーナ本体と、前記導入管部と対向し前記淡バーナ本体内
に燃料を噴射供給する淡ノズルと、前記淡ノズルに前記
絞り部近傍方向と、前記突出空間部方向に開口した複数
の傾斜噴射口を設けた燃焼装置。
【請求項３】希薄な混合気を噴出する淡炎口部と、前記
淡炎口部に連通した曲がり部を有した混合管部と、前記
混合管部に連通し前記混合管部より大きな通路面積を有
した充分に長い導入管部と、前記混合管部と前記導入管
部を連接する絞り部を有した淡バーナ本体と、前記導入
管部と対向し前記淡バーナ本体内に燃料を噴射供給する
淡ノズルと、前記淡ノズルの先端部を多孔質材料で成形
し前記導入管部内に臨ませた燃焼装置。