JP3362635B2 - バーナ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、家庭用や小型業務
用の燃焼装置におけるバーナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種燃焼装置におけるバーナの燃焼ガス
中に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_X ）は、人体に有毒であ
るとともに、大気中に放出されると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
に使用するバーナには、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
制したバーナ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】本発明のバーナ装置は、
第１及び第２のバーナ（第１のバーナ部１ａ、４ａ、第
２のバーナ部１ｂ、４ｂ）で燃焼させるべき混合ガスの
空気と燃料ガスの比率を異ならせ、燃料濃厚な混合ガス
と燃焼希薄な混合ガスとの燃焼を併存させることによ
り、安定した燃焼を維持しながら窒素酸化物の発生を抑
制したものである。

【０００６】本発明のバーナ装置は、図１〜図６に例示
するように、炎孔面に多数の炎孔が形成された複数の第
１のバーナ部（１ａ）と、この第１のバーナ部で挟み込
まれて配置され、前記第１のバーナ部より大きい炎孔面
を備えて多数の炎孔が形成されるとともに前記第１のバ
ーナ部より全炎孔面積の大きい第２のバーナ部（１ｂ）
とを備えたバーナ装置であって、前記第１のバーナ部
は、炎孔面に長方形状の多数の炎孔（２ａ）を平行状態
に配列させ、交互に配列された前記第２のバーナ部より
最外部側に配列されて前記第２のバーナ部を挟み込み、
前記第２のバーナ部は、炎孔面に前記第１のバーナ部の
前記炎孔より長い長方形状の多数の炎孔（２ｂ）を平行
状態に配列させて前記第１のバーナ部より炎孔面を大き
く設定され、前記第１のバーナ部及び前記第２のバーナ
部にはそれぞれ独立して混合ガスが供給され、前記第１
のバーナ部には空気量が少ない燃料濃厚な混合ガス、前
記第２のバーナ部には燃料供給量より空気量が多い燃料
希薄な混合ガスが供給されて前記第１のバーナ部側の火
炎（３ａ）で前記第２のバーナ部側の火炎（３ｂ）を保
炎させ、かつ、前記第２のバーナ部側から前記混合ガス
で供給された過剰空気で火炎を低温化させたことを特徴
とする。

【０００７】このように構成したことにより、燃料希薄
な混合ガスによる過剰空気の燃焼は単独では火炎の安定
性が悪いが、この火炎に隣接して上述した燃料濃厚な混
合ガスの安定した火炎が維持される結果、この火炎が種
火として過剰空気の火炎を安定化させる。この結果、火
炎のリフトや振動燃焼を起さず、騒音の発生が抑制され
る。

【０００８】また、燃料濃厚な混合ガスの火炎で安定化
されるた燃料希薄な混合ガスの燃焼は、過剰空気の燃焼
であるため、過剰空気の冷却作用により火炎の温度が低
温に維持されてＮＯ_X の発生が低減される。このような
燃料希薄な混合気として燃焼に供される燃料ガス量の方
が、燃料濃厚な混合気として供される燃料ガス量よりも
多く、その結果、バーナ全体の燃焼量におけるＮＯ_X の
発生量を少なくすることができる。

【０００９】

【００１０】

【００１１】また、本発明のバーナ装置は、炎孔面に多
数の炎孔が形成された複数の第１のバーナ部（４ａ）
と、この第１のバーナ部で挟み込まれて配置され、前記
第１のバーナ部より大きい炎孔面を備えて多数の炎孔が
形成されるとともに前記第１のバーナ部より全炎孔面積
の大きい第２のバーナ部（４ｂ）とを備えたバーナ装置
であって、前記第１のバーナ部は、交互に配列された前
記第２のバーナ部より最外部側に配列されて前記第２の
バーナ部を挟み込み、前記第１のバーナ部を挟んで側壁
板（側壁７）が設置され、これら側壁板の間に前記第１
のバーナ部の中央部を突出させて前記炎孔を形成した先
端噴出部（６）が設置され、この先端噴出部の側部に袖
火炎孔（９）が設けられ、前記第１のバーナ部及び前記
第２のバーナ部にはそれぞれ独立して混合ガスが供給さ
れるとともに、前記第１のバーナ部には空気量が少ない
燃料濃厚な混合ガス、前記第２のバーナ部には燃料供給
量より空気量が多い燃料希薄な混合ガスが供給され、前
記袖火炎孔から噴出させた燃料濃厚な前記混合ガスで前
記先端噴出部と前記側壁板との間に袖火を形成させると
ともに前記第１のバーナ部側の火炎で前記第２のバーナ
部側の火炎を保炎させ、かつ、前記第２のバーナ部側か
ら前記混合ガスで供給された過剰空気で火炎を低温化さ
せたことを特徴とする。このような構成とすれば、燃焼
の安定性を高め、第２のバーナ部の燃焼の保炎効果を高
めることができる。

【００１２】また、本発明のバーナ装置は、炎孔面に多
数の炎孔が形成された複数の第１のバーナ部（４ａ）
と、この第１のバーナ部で挟み込まれて配置され、前記
第１のバーナ部より大きい炎孔面を備えて多数の炎孔が
形成されるとともに前記第１のバーナ部より全炎孔面積
の大きい第２のバーナ部（４ｂ）とを備えたバーナ装置
であって、前記第１のバーナ部は、交互に配列された前
記第２のバーナ部より最外部側に配列されて前記第２の
バーナ部を挟み込み、前記第１のバーナ部を挟んで側壁
板（側壁７）が設置され、この側壁板の炎孔部側を拡開
して形成され、この拡開部内の前記第１のバーナ部の側
部に袖火炎孔（９）が設けられ、前記第１のバーナ部及
び前記第２のバーナ部にはそれぞれ独立して混合ガスが
供給されるとともに前記第１のバーナ部には空気量が少
ない燃料濃厚な混合ガス、前記第２のバーナ部には燃料
供給量より空気量が多い燃料希薄な混合ガスが供給さ
れ、前記袖火炎孔から噴出させた燃料濃厚な前記混合ガ
スで前記側壁板の前記拡開部内に袖火を形成させるとと
もに前記第１のバーナ部側の火炎で前記第２のバーナ部
側の火炎を保炎させ、かつ、前記第２のバーナ部側から
前記混合ガスで供給された過剰空気で火炎を低温化させ
たことを特徴とする。このような構成とすれば、燃焼の
安定性を高めることができ、第２のバーナ部の燃焼の保
炎効果を高めることができる。

【００１３】

【００１４】

【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。

【００１５】図１、図２は、本発明のバーナ装置の一実
施形態を示している。このバーナ装置は、第１のバーナ
部１ａ、第２のバーナ部１ｂを備えており、これらバー
ナ部１ａ、１ｂは夫々上側にスリット状炎孔２ａ、２ｂ
を列設した縦型偏平なバーナ体を構成し、これらの複数
を隣接して交互に設置してバーナを構成している。バー
ナ部１ａ、１ｂには、個別に混合割合の異なった燃料ガ
スと空気の混合ガスが供給される。第１、第２のバーナ
部１ａ、１ｂの夫々には第１、第２の炎孔群Ａ、Ｂが形
成され、各バーナ部１ａ、１ｂへの混合ガスの供給方法
や混合方法等には従来のブンゼンバーナ等と同様の方法
を適用することができる。

【００１６】このような構成において、バーナ部１ａに
は燃料濃厚な混合ガスが供給されるとともに、バーナ部
１ｂには燃料希薄な混合ガスが供給され、独立した燃焼
が行われる。この場合、各バーナ部１ａ、１ｂに供給す
る混合ガスの空気比は、理論空気量λ＝１とするとき、
燃料濃厚な混合ガス側でλ≒０．４、燃料希薄な混合ガ
ス側でλ≒１．２〜１．５に設定される。また、バーナ
部１ａ、１ｂに供給する燃料ガス量の比は、バーナ部１
ａ側の燃料ガス量：バーナ部１ｂ側の燃料ガス量＝３：
７程度である。即ち、バーナ部１ｂに供給される燃料ガ
ス量が、バーナ部１ａ側の燃料ガス量よりも多い。この
結果、バーナ部１ａの炎孔２ａから燃料濃厚な混合ガス
が噴出して燃焼し、バーナ部１ｂの炎孔２ｂからは燃料
希薄な混合ガスが噴出して燃焼する。

【００１７】バーナ部１ａ、１ｂの混合ガスにおける燃
焼形態について説明すると、バーナ部１ｂ側の燃焼は、
燃料希薄な混合ガスによる過剰空気の燃焼であるため、
単独では火炎３ｂのリフトや振動燃焼が発生する等して
不安定となる。これに対し、バーナ部１ａ側の燃焼は、
燃料濃厚な混合ガスによる燃焼であるため火炎３ａは安
定したものとなる。そして、各火炎３ａ、３ｂは隣接し
て存在しており、バーナ部１ａの安定した火炎３ａは種
火として作用し、バーナ部１ｂ側の燃焼を支援する結
果、バーナ部１ｂ側の燃焼の安定化に寄与し、火炎３ｂ
側のリフトや振動燃焼の発生が防止される。

【００１８】そして、バーナ部１ｂ側の過剰空気による
燃焼は、過剰空気による冷却作用により、火炎３ｂの温
度を低温化させ、それを維持させるので、ＮＯ_X の発生
が抑制される。しかも、燃料希薄な混合ガスの燃焼に供
される燃料ガス量は、燃料濃厚な混合ガス側の燃料ガス
よりも多くなる結果、バーナ全体の燃焼量に対してのＮ
Ｏ_X の発生量も少なくなる。

【００１９】次に、図３及び図４は本発明のバーナ装置
の実施形態を示している。このバーナは、燃料濃厚な混
合ガスを燃焼させる第１のバーナ部４ａの間に、燃料希
薄な混合ガスを燃焼させる第２のバーナ部４ｂを設けた
構成である。このようなバーナでは、バーナ部４ａはそ
の上側にスリット状炎孔５ａを設けて先端噴出部６を細
く形成し、側壁７との間に空間部を構成している。ま
た、バーナ部４ｂは先端部にリボン８を設置して多数の
炎孔５ｂを形成している。そして、図４に示すようにバ
ーナ部４ａの先端噴出部６の横側には必要に応じて袖火
炎孔９を形成してもよい。

【００２０】
．次に、図５は本発明のバーナ装置の他の実施形
態を示している。この実施形態のバーナは図３及び図４
に示したバーナ部４ａのスリット状炎孔５ａに代え、バ
ーナ４ｂと同様に先端部にリボン１０を設置して多数の
炎孔５ａを形成し、袖火炎孔９とともに、その外側に間
隔を於いて袖火形成用の側壁７を形成したものである。

【００２１】このような構成とすれば、バーナ４ａ及び
４ｂをユニット化し、複数のユニットを列設して所望燃
焼量としたバーナを構成することができる。バーナ部４
ｂがその両側のバーナ部４ａに挟まれる構成とすること
で、図１及び図２の実施形態のようにバーナ部４ａ、４
ｂの複数を交互に連続的に列設してバーナを構成するこ
ともできる。

【００２２】このようなバーナにおいて本発明のバーナ
装置では、図１及び図２について述べた燃焼作用に加
え、リボン８、１０により構成した炎孔５ａ、５ｂにお
ける混合ガスの整流作用により騒音の発生をより低減で
き、バーナ４ａに袖火１１を形成するものにおいては、
バーナ４ａの火炎１２ａの安定化とともにバーナ４ｂの
火炎１２ｂの安定化を図ることができる。

【００２３】次に、図６は本発明のバーナ装置の他の実
施形態を示している。このバーナは、多数の炎孔をセラ
ミック板１３により形成している。セラミック板１３
は、多数の炎孔を直線状に列設して第１、第２の炎孔群
Ａ、Ｂを構成し、これら炎孔群Ａ、Ｂを交互に列設して
いる。炎孔群Ｂの炎孔１４ｂは炎孔群Ａの炎孔１４ａよ
りも径を小さくし、しかもその数を多くした構成であ
る。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１４ｂで構成している。そして、これら炎孔群
Ａ、Ｂの炎孔１４ａ、１４ｂには、図示を省略している
混合ガスの配給機構により燃料ガスと空気との混合比が
異なる混合ガスを供給する構成とする。

【００２４】以上の構成において、炎孔群Ａの炎孔１４
ａに燃料濃厚な混合ガスを供給するとともに、炎孔群Ｂ
の炎孔１４ｂに燃料希薄な混合ガスを供給して濃淡燃焼
を行わせる。炎孔群Ｂの炎孔１４ｂによる燃焼は、上述
した過剰空気の燃焼であるから、小径の多数の炎孔１４
ｂにより細分化されて燃焼する。その火炎１５ｂの温度
はより低温に維持されてＮＯ_X の発生が抑制される。ま
た、この火炎１５ｂは、上述の実施例と同様に、炎孔群
Ａの炎孔１４ａによる燃料濃厚な混合ガスの火炎１５ａ
により安定化され、リフトや振動燃焼の発生をより抑え
ることができる。

【００２５】なお、上記実施形態のように多数の炎孔を
セラミック板１３等で構成する場合には、図示していな
いが、炎孔群Ａ、Ｂの炎孔１４ａ、１４ｂは縦横に隣接
するように配設した構成としてもよい。

【００２６】また、以上の実施形態のバーナでは、バー
ナ部１ａ、１ｂ又は炎孔群Ａ、Ｂの炎孔には、燃料濃厚
な混合ガスか、燃料希薄な混合ガスかを予め設定して供
給するように構成しているが、必要に応じていずれをも
供給して燃焼を行えるように構成することができる。

【００２７】次に、図７は、本発明のバーナ装置の実施
結果を示したものである。この実施結果は、図１に示す
ようなバーナにおいて、燃料濃厚な混合ガスにおける燃
料ガスと空気の混合比を、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ガスの空気比を調節して燃焼させた
場合のＮＯ_X の発生量を表している。また、燃料希薄な
混合ガスによる燃焼量と燃料濃厚な混合ガスによる燃焼
量の比は、７．５：２．５としている。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於い
て、この冷却用空気を含んだ値であり、括弧内の空気比
λは冷却用空気を含まない値である。このように本発明
のバーナ装置は、従来の一般的なブンゼンバーナにおけ
るガス燃焼に比較し、ＮＯ_X の発生量が大幅に低減され
ていることがわかる。

【００２８】次に、図８は、本発明のバーナ装置におけ
る燃料希薄な混合ガスを供給するバーナ部又は炎孔群の
火炎のリフト限界の一例を他の例と比較して示してい
る。Ａは、本発明のバーナ装置において、一方側のバー
ナ部又は炎孔群の炎孔にのみ燃料希薄な混合ガスを供給
し、他方側のバーナ部又は炎孔群の燃料濃厚な混合ガス
の火炎による保炎を行わない場合、即ち、本発明のバー
ナ装置を適用しない場合のリフト限界を示すものであっ
て、この限界はλ＝０．７程度である。これに対し、Ｂ
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、Ｃは、本発明のバーナ装置を適用
した場合における一方側のバーナ部又は炎孔群における
リフト限界を示すものであって、λ＝３．０程度であ
る。このように本発明のバーナ装置のガス燃焼は、従来
の一般的なブンゼンバーナにおける従来の燃焼に比較
し、高過剰空気の燃焼を安定的に行うことができ、ＮＯ
_X の低減を図ることができる。

【００２９】

【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 燃料希薄な混合ガスの過剰空気による燃焼を行う第
２のバーナ部を燃料濃厚な混合ガスを燃焼させる第１の
バーナ部で挟み込んで燃焼を行うので、過剰空気の燃焼
を燃料濃厚な燃焼によって保炎が良好に行え、火炎のリ
フトや振動燃焼を防止して燃焼を安定化できるととも
に、過剰空気による低温化作用により火炎温度を低温化
させてＮＯ_X を低減でき、騒音の発生も抑制できる。 ｂ 第１のバーナ部を挟んで設置した側壁板の間に第１
のバーナ部の中央部を突出させて炎孔を形成した先端噴
出部を設置し、この先端噴出部の側部に設けた袖火炎孔
から燃料濃厚な混合ガスを噴出させ、先端噴出部と側壁
板との間に袖火を形成させたので、良好な保炎を行うこ
とができ、燃焼の安定化を図ることができる。 ｃ 第１のバーナ部を挟んで設置された側壁板の炎孔部
側を拡開して形成され、この拡開部内の第１のバーナ部
の側部に設けた袖火炎孔から燃料濃厚な前記混合ガスで
側壁板の拡開部内に袖火を形成させたので、保炎をより
向上させることができ、燃焼の安定化を図ることができ
る。 ｄ 第２のバーナ部側が側壁板で区画されているので、
燃焼の立ち消え等を防止でき、燃焼の安定化を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のバーナ装置の一実施形態であるバーナ
を示す斜視図である。

【図２】図１のバーナ装置の燃焼状態を示す説明図であ
る。

【図３】本発明のバーナ装置の一実施形態であるバーナ
の斜視図である。

【図４】図３のバーナ装置における燃焼状態を示す断面
図である。

【図５】バーナの燃焼形態等を示す断面図である。

【図６】本発明のバーナ装置の他の実施形態であるバー
ナの斜視図である。

【図７】本発明のバーナ装置及び従来のブンゼンバーナ
の各ガス燃焼におけるＮＯ_X 発生量の比較を示す図であ
る。

【図８】本発明のバーナ装置のガス燃焼方法及び従来の
燃焼方法における火炎のリフト限界を示す図である。

【符号の説明】

１ａ，４ａ 第１のバーナ部 １ｂ，４ｂ 第２のバーナ部 ２ａ，２ｂ 炎孔 ３ａ，３ｂ 火炎 ５ａ，５ｂ 炎孔 ６ 先端噴出部 ７ 側壁 ８，１０ リボン １２ａ，１２ｂ 火炎 １４ａ，１４ｂ 炎孔 １５ａ，１５ｂ 火炎

フロントページの続き (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

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炎孔面に多数の炎孔が形成された複数の
   第１のバーナ部と、この第１のバーナ部で挟み込まれて
   配置され、前記第１のバーナ部より大きい炎孔面を備え
   て多数の炎孔が形成されるとともに前記第１のバーナ部
   より全炎孔面積の大きい第２のバーナ部とを備えたバー
   ナ装置であって、 前記第１のバーナ部は、炎孔面に長方形状の多数の炎孔
   を平行状態に配列させ、交互に配列された前記第２のバ
   ーナ部より最外部側に配列されて前記第２のバーナ部を
   挟み込み、 前記第２のバーナ部は、炎孔面に前記第１のバーナ部の
   前記炎孔より長い長方形状の多数の炎孔を平行状態に配
   列させて前記第１のバーナ部より炎孔面を大きく設定さ
   れ、 前記第１のバーナ部及び前記第２のバーナ部にはそれぞ
   れ独立して混合ガスが供給され、 前記第１のバーナ部には空気量が少ない燃料濃厚な混合
   ガス、前記第２のバーナ部には燃料供給量より空気量が
   多い燃料希薄な混合ガスが供給されて前記第１のバーナ
   部側の火炎で前記第２のバーナ部側の火炎を保炎させ、
   かつ、前記第２のバーナ部側から前記混合ガスで供給さ
   れた過剰空気で火炎を低温化させた ことを特徴とするバ
   ーナ装置。
2. 【請求項２】 炎孔面に多数の炎孔が形成された複数の
   第１のバーナ部と、この第１のバーナ部で挟み込まれて
   配置され、前記第１のバーナ部より大きい炎孔面を備え
   て多数の炎孔が形成されるとともに前記第１のバーナ部
   より全炎孔面積の大きい第２のバーナ部とを備えたバー
   ナ装置であって、 前記第１のバーナ部は、交互に配列された前記第２のバ
   ーナ部より最外部側に配列されて前記第２のバーナ部を
   挟み込み、 前記第１のバーナ部を挟んで側壁板が設置され、これら
   側壁板の間に前記第１のバーナ部の中央部を突出させて
   前記炎孔を形成した先端噴出部が設置され、この先端噴
   出部の側部に袖火炎孔が設けられ、 前記第１のバーナ部及び前記第２のバーナ部にはそれぞ
   れ独立して混合ガスが供給されるとともに、前記第１の
   バーナ部には空気量が少ない燃料濃厚な混合ガ ス、前記
   第２のバーナ部には燃料供給量より空気量が多い燃料希
   薄な混合ガスが供給され、 前記袖火炎孔から噴出させた燃料濃厚な前記混合ガスで
   前記先端噴出部と前記側壁板との間に袖火を形成させる
   とともに前記第１のバーナ部側の火炎で前記第２のバー
   ナ部側の火炎を保炎させ、かつ、前記第２のバーナ部側
   から前記混合ガスで供給された過剰空気で火炎を低温化
   させた ことを特徴とするバーナ装置。
3. 【請求項３】 炎孔面に多数の炎孔が形成された複数の
   第１のバーナ部と、この第１のバーナ部で挟み込まれて
   配置され、前記第１のバーナ部より大きい炎孔面を備え
   て多数の炎孔が形成されるとともに前記第１のバーナ部
   より全炎孔面積の大きい第２のバーナ部とを備えたバー
   ナ装置であって、 前記第１のバーナ部は、交互に配列された前記第２のバ
   ーナ部より最外部側に配列されて前記第２のバーナ部を
   挟み込み、 前記第１のバーナ部を挟んで側壁板が設置され、この側
   壁板の炎孔部側を拡開して形成され、この拡開部内の前
   記第１のバーナ部の側部に袖火炎孔が設けられ、 前記第１のバーナ部及び前記第２のバーナ部にはそれぞ
   れ独立して混合ガスが供給されるとともに前記第１のバ
   ーナ部には空気量が少ない燃料濃厚な混合ガス、前記第
   ２のバーナ部には燃料供給量より空気量が多い燃料希薄
   な混合ガスが供給され、 前記袖火炎孔から噴出させた燃料濃厚な前記混合ガスで
   前記側壁板の前記拡開部内に袖火を形成させるとともに
   前記第１のバーナ部側の火炎で前記第２のバーナ部側の
   火炎を保炎させ、かつ、前記第２のバーナ部側から前記
   混合ガスで供給された過剰空気で火炎を低温化させた こ
   とを特徴とするバーナ装置。