JP3496987B2 - 低ｎｏ２ 燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は低ＮＯ₂ 燃焼装置に関
し、特に、バーナーボックスから出る燃焼排ガスに外部
空気を混入して機外に排出する形式の燃焼装置におい
て、発生する燃焼排ガスを適切に処理することにより燃
焼装置外に排出されるＮＯ₂ の量を低減することを可能
とした低ＮＯ₂ 燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】バーナーボックスから出る燃焼排ガスに
外部空気を混入して機外に排出する形式の燃焼装置は、
例えば家庭用暖房器具として広く用いられている。その
ような燃焼装置の代表例としてガスファンヒータをあげ
ることができ、それは基本的構成としてバーナーを内蔵
するバーナーボックスと該バーナーボックスの周囲の空
気流路とを少なくとも有していて、バーナーボックスか
ら出る燃焼排ガスに外部空気を導入して２次燃焼を起こ
させ、それにより１４００℃〜１８００℃程度となった
高温の燃焼排ガスにさらに必要な量の外部空気を混入し
て所定の温度（通常１００℃程度）に急冷し、暖房用な
どの温風として機外に排出するようにしている。

【０００３】図６は典型的なガスファンヒータの断面を
示しており、バーナー１１は耐熱性のあるバーナーボッ
クス１２に収容され、該バーナーボックス１２の周囲は
遮熱板としての機能を持つ側壁１３により包囲されてい
て、バーナーボックス１２と側壁１３との間にバーナー
ボックスを包囲する形で空気流路１４が形成されてい
る。側壁１３はその下方部に外部空気導入のための開口
１５を有し、上方部には燃焼排ガスの排出のための開口
１６を有する。また、前記開口１６の上方部には上方遮
熱板１７が設けられる。さらに、通常図示されるように
バーナーボックス１２には微小な開口１８が複数個形成
されていて、バーナー燃焼時にそこから空気が流入す
る。

【０００４】上記の構成からなる燃焼部は全体がファン
ヒータのケーシング２０により覆われている。ケーシン
グ２０の形態は種々存在するが、図示のものにあっては
ケーシング２０の内側前方壁部２１は前記上方遮熱板１
７の上方を後方に向けて延出し、ケーシング２０の後方
壁部２２に達している。また、ケーシング２０の後方壁
部２２には複数のスリットが形成されていてそこにはエ
アーフィルタ２３が取り付けられている。ケーシング２
０内であって前記バーナーボックス１２の下方位置には
吸引アァン３０が取り付けられ、また通常ケーシング２
０の下方には燃料ガス配管接続具３１が取り付けられて
いる。

【０００５】このような形式の燃焼装置の燃焼に際して
は、先ずファン３０が作動する。それにより外部空気が
前記したケーシング２０の後方壁部２２に形成したスリ
ットから内部に吸引されると共に、側壁１３に形成した
開口１５を通して空気流路１４内にも外部空気が導入さ
れる。一方、適宜の燃料ガス源からの燃料ガスは１次空
気と共にバーナー１１に供給され、バーナーボックス１
２内で開口１５を通してさらに供給される空気と共に１
次燃焼する。１次燃焼した燃焼排ガスはバーナーボック
ス１２の出口直後で空気流路１４から供給される２次空
気と混合して２次燃焼する。通常、２次燃焼直後の燃焼
排ガスの温度は１４００℃〜１８００℃程度である。

【０００６】２次燃焼後の燃焼排ガスの大部分は空気流
路１４から供給される空気とさらに混合することにより
ガス温度は瞬時に降下し、２次燃焼火炎の直後において
８００℃以下となる。８００℃以下に温度降下した燃焼
排ガスはさらに温度降下しつつ上昇して上方遮熱板１７
に衝突して向きを下方に変え、その近傍でさらに導入さ
れる外部空気と混合して温度を降下させ、前記のように
１００℃程度となるように調整されて機外に温風として
排出される。

【０００７】近年、このような燃焼装置から排出される
燃焼排ガスについて多くの研究と分析が行われ、燃焼排
ガス中に微量ではあるが人体にとって好ましくないＮＯ
₂ が含まれていること、また、燃焼排ガス中に含まれる
ＮＯ₂ は火炎体直下流の高温の燃焼排ガス中では生成さ
れずその下流の領域で燃焼排ガスが冷却される過程にお
いて生成されること、また、ＮＯ₂ は燃焼排ガスの温度
が降下する際にＮＯ→ＮＯ₂ の変換反応により生成さ
れ、その生成は燃焼排ガスの温度低下が急激なほど促進
されることが報告されている（Morio Hori ; Exeriment
al Study of Nitrogen Dioxide Formation in Combutio
n System., 21st symposium(International) on Combus
tion Institute(1986)) 。

【０００８】本発明者らは、上記のような報告を基に、
図７ａに示すような燃焼装置を用いて燃焼排ガスに含ま
れるＮＯ₂ の量と燃焼排ガスの温度降下との関係につい
て鋭意実験研究を行いかつ燃焼反応解析シミュレーショ
ンを行った。用いた燃焼装置は、予混合燃焼形式のバー
ナー１の上方に長さ３５０ｍｍの燃焼排ガス用の管路２
を配置し、さらに、該管路２のバーナー１の燃焼面から
５０ｍｍの所に従来知られた形式の水を熱交換媒体とす
る熱交換器３をその水管が交差する状態で２段に重ねて
取り付けたものである。燃焼ガスとして熱量２５００ｋ
ｃａｌの天然ガスを空気比1.２の予混合気としてバーナ
ー１に供給し燃焼させた。

【０００９】管路２内に測温手段として熱電対（図示し
ない）、及び、ＮＯ及びＮＯ₂ 量の計測手段としてサン
プリングプローブにより吸引した燃焼排ガスを化学発光
により分析計測するＮＯ_x 計（図示しない）を配置し
て、バーナー１の燃焼面からの異なった距離における燃
焼排ガスの温度及びＮＯとＮＯ₂ の量を測定した。その
結果を図８ａ（温度）及び図８ｂ（ＮＯ₂ 変換率）に曲
線Ａとして示した。なお、図８ｂの「ＮＯ₂ 変換率
（％）」は、ＮＯ_x （ＮＯ＋ＮＯ₂ ）中のＮＯ₂ の割合
であり、この値が高いほど燃焼排ガスに含有されるＮＯ
₂ の量が多いことが示される。

【００１０】図から明らかなように、約１６００℃であ
った燃焼直後の燃焼排ガスは熱交換器３を通過後に温度
が６５０℃前後に急激に冷却し、以後管路２内を通過す
る過程で管路２の放熱により徐々に冷却して管路２の先
端では５００℃前後となり、大気へ放出された。図８ｂ
から分かるように、燃焼直後の燃焼排ガスにはＮＯ₂は
ほとんど含まれていないが、熱交換器３により急冷され
た直後において燃焼排ガス中のＮＯ₂ 変換率は約４０％
と急激に増加し、以下、下流に行くに従い漸増して、系
外に排出されている。このことは、上記論文などに報告
された現象が実用に供される燃焼装置のモデルにおいて
実際に生じていることを表している。

【００１１】前記したように今日使用されているガスフ
ァンヒータのような燃焼装置は２次燃焼直後の燃焼排ガ
スを外部から導入した空気により急激に冷却する形式の
ものであり、してみれば上記の実験に供した燃焼装置に
おけると同じ現象がこの種の燃焼装置においても生じて
いるものと充分推定することができる。本発明者らは、
燃焼装置において生じるこの不都合を解消すべく鋭意実
験研究を重ねかつシミュレーションを行うことにより、
燃焼排ガスの冷却を多段階に分けて行い、少なくともそ
の１過程において、燃焼排ガスを特定の温度範囲内にお
いて所定時間保持することにより、系外に排出される燃
料排ガス中のＮＯ₂ の含有量を有効に低減することがで
きる場合のあることを知覚した。そして、そのための最
適条件を確定すべく燃焼反応解析シミュレーションを反
復して行った。その結果を図９に示す。

【００１２】図９から明らかなように、保持温度（すな
わち、燃焼排ガスを温度降下させる過程において、所定
期間燃焼排ガスが保持すべき温度）が１２００℃〜８０
０℃の温度範囲内の場合にＮＯ₂ 変換率が低くなってお
り、特に、１０００℃〜９００℃の温度範囲の場合にこ
のことが顕著となっている。そして、この時に保持時間
（すなわち、燃焼排ガスを温度降下させる過程におい
て、上記特定の保持温度に燃焼排ガスを保持すべき時
間）は５０ｍｓ程度より長い時間であれば任意であるこ
とも分かる。

【００１３】本発明者らは、シミュレーションの結果を
実証すべく、図７ｂに示すような装置を用意した。この
装置は前記した図７ａに示した装置とバーナー１、燃焼
ガス用管路２の構成及び配置は同じであるが、バーナー
１の燃焼面から５０ｍｍの箇所に第１の熱交換器３ａ
を、そこからさらに２００ｍｍ下流の箇所に第２の熱交
換器３ｂをそれぞれ配置したものである。管路内には同
様の測温手段及びＮＯ及びＮＯ₂ 量計測手段を配置し
て、バーナー１の燃焼面からの異なった距離における燃
焼排ガスの温度及びＮＯとＮＯ₂ の量を測定した。

【００１４】燃焼は、前記曲線Ａを得た場合と同じ燃焼
ガスを用いかつ同じ燃焼条件で行った。ただし、第１の
熱交換器３ａ及び第２の熱交換器３ｂの通水量を制御し
て、約１６００℃である燃焼直後の燃焼排ガスの温度が
第１の熱交換器３ａにより約１１００℃に降下し、さら
に、第２の熱交換器３ｂにより約５５０℃にまで降下す
るようにした。この場合に、２００ｍｍある第１と第２
の熱交換器の間において、燃焼排ガスは１１００℃から
８００℃程度にまで温度降下した。このときの第１と第
２の熱交換器の間での燃焼排ガスの滞留時間は１７０ｍ
ｓであった。測定結果の平均値を図８ａ（温度）及び図
８ｂ（ＮＯ₂ 変換率）に曲線Ｂとして示す。図から明ら
かなように、ＮＯ₂ 変換率は第１と第２の熱交換器の間
において約１０％程度であり、第２の熱交換器より下流
において変換率は数％増大したが多くて１２％程度であ
った。すなわち、変換率は従来の１／４〜１／５程度で
あり、この実験結果は図９に示したシミュレーションに
よる結果とほぼ一致している。

【００１５】上記の結果に基づき、本発明者らは、燃焼
によって発生する燃焼排ガスを人為的に温度降下させる
過程において、好ましくは１２００℃〜８００℃程度の
温度範囲内に好ましくは５０ｍｓさらに好ましくは１０
０ｍｓ以上保持し、その後に大気に開放することによ
り、燃焼排ガス中に含まれるＮＯのＮＯ₂への変換率を
低減することができることを知覚し、それに基づき新た
な燃焼排ガスの処理方法及びそのための装置を開発し、
すでに出願している（特願平５−１０１４１３号：特許
第２７６３２４９号）。

【００１６】本発明者らは、前記したバーナーボックス
から出る燃焼排ガスに外部空気を混入して機外に排出す
る形式の燃焼装置に上記燃焼方法を適用すべくさらに研
究と実験を継続して行った。それにより、燃焼装置の大
きさを大きく変えることなしに燃焼装置から排出される
燃焼排ガスに含まれるＮＯ₂の量を大幅に低減すること
のできる新たな低ＮＯ₂燃焼装置を開発し、提案した
（特願平５−１９２５３５号：特開平７−４２９０８号
公報、特願平５−１９２５３６号：特開平７−４２９０
９号公報）。これらの提案は、バーナーボックスの上方
に新たに燃焼排ガス案内用筒体を設け、該燃焼排ガス案
内用筒体内を２次燃焼排ガスが１２００℃〜８００℃の
範囲の温度を保って流下し得るようにしたものであり、
そのための具体的手段として、前者の提案にあっては燃
焼排ガス案内用筒体の下方部分に燃焼排ガスを降温する
ための降温部材を設けており、後者の提案にあっては、
バーナーボックスと燃焼排ガス案内用筒体下端部との間
隙を１次燃焼排ガスを２次燃焼させかつ２次燃焼排ガス
の温度を１２００℃〜８００℃の範囲に保つことのでき
る空気量を取り入れることのできる間隙としている。

【００１７】そこにおいて、前記燃焼排ガス案内用筒体
は２次燃焼後の燃焼排ガスを好ましくは５０ｍｓ以上さ
らに好ましくは１００ｍｓ以上保持することのできる長
さとされる。上記提案による低ＮＯ₂ 燃焼装置におい
て、１次燃焼排ガスはバーナーボックスと燃焼排ガス案
内用筒体との間において２次燃焼する。１次燃焼排ガス
の２次燃焼は完全に行われるが、バーナーボックスと燃
焼排ガス案内用筒体との間から流入する外部空気の量は
制限を受けており、２次燃焼直後に１８００℃〜１４０
０℃となる２次燃焼排ガスは外部空気により１２００℃
〜８００℃の範囲の温度に降温されるか、燃焼排ガス案
内用筒体下方部に取り付けられた降温部材を通過するこ
とにより１２００℃〜８００℃の範囲に降温される。そ
の状態ですなわち急激な温度降下をすることなく所定時
間燃焼排ガス案内用筒体を通過する。それにより、従来
の燃焼装置のようにバーナーボックスから出た燃焼排ガ
スが外部空気により急激に冷却されることが阻止され、
燃焼排ガスが機外に出る過程でのＮＯ₂ の生成量（変換
率）が大きく低減する。従って、室内における健全な環
境での燃焼装置の使用が可能となる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記の
新たな低ＮＯ₂ 燃焼装置を用いて多くの燃焼実験を行っ
た。その過程において、燃焼排ガス案内用筒体内部にお
ける２次燃焼排ガスの温度を測定したところ、燃焼排ガ
ス案内用筒体断面での中央部と周縁部とでは温度分布に
大きな違いがあることを知った。図４は温度分布の測定
に用いた燃焼装置におけるバーナーボックス及び燃焼排
ガス案内用筒体を示す模式図であり、図６に示した形式
の燃焼装置におけるバーナーボックス１２の上方に所定
の間隙をおいて、降温手段として同一の素材からなる複
数本の棒部材６０を短辺方向に等間隔で貫通して取り付
けた燃焼排ガス案内用筒体５０を配置し、前記棒部材６
０の直近の上方位置における温度分布を長辺方向（Ｘ方
向）及び短辺方向（Ｙ方向）について測定した。

【００１９】図５ａ、ｂはその測定結果であって、長辺
方向（Ｘ方向）（図５ａ）及び短辺方向（Ｙ方向）（図
５ｂ）いずれにおいても、その中央部分が高く両端部分
は低い温度分布を示しており、中央部分の温度を８００
℃〜１２００℃となるように制御して燃焼させた場合
に、両端部分においては８００℃以下の温度となってお
り、両端部分においては急激な温度降下が生じていた。

【００２０】前記したようにバーナーボックスから出た
燃焼排ガスが外部空気により急激に降温されることはＮ
Ｏ₂ 生成を増進する原因となることから、燃焼排ガス案
内用筒体内部でのこのような急激な温度降下は回避され
るべきであり、燃焼排ガス案内用筒体断面での温度分布
は可能な限り均一であることが望まれる。本発明は上記
の経験から得られた不都合を解消した低ＮＯ₂ 燃焼装置
を得ることを目的としており、より具体的には、２次燃
焼排ガスが燃焼排ガス案内用筒体内部で急激に温度降下
するのを防止し、かつ、燃焼排ガス案内用筒体断面での
温度分布を可能な限り均一なものとすることにより、安
定した低ＮＯ₂ 燃焼を可能とした燃焼装置を得ることを
目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決しかつ
目的を達成するために、本発明者らはさらに燃焼実験を
行うことにより、バーナー及びバーナーボックスの構造
上、バーナーボックス出口での１次燃焼排ガスの温度分
布はその断面方向においてほぼ等しい分布であるが、該
１次燃焼排ガスがバーナーボックスの出口部分と燃焼排
ガス案内用筒体の下端部との間に形成される間隙から流
入する外部空気により２次燃焼し、その燃焼排ガスが燃
焼排ガス案内用筒体内を通過するときに、燃焼排ガス案
内用筒体の壁部近傍の２次燃焼排ガスはより多くの外部
空気に接することとなり、それにより長辺方向（Ｘ方
向）及び短辺方向（Ｙ方向）の端部近傍において、中央
部分に比べて急激な温度降下が生じることを知った。そ
のような温度分布を持つ２次燃焼排ガスが、その断面内
に等しい間隔で配置されている降温部材に触れることに
よって更に吸熱されることから、結果として、図５に示
したような温度分布が生じることとなる。

【００２２】本発明は上記の実験に基づく経験から得ら
れたものであり、基本的に、バーナーを内蔵するバーナ
ーボックスと該バーナーボックスの周囲の空気流路とを
少なくとも有し、バーナーボックスから出る燃焼排ガス
に外部空気を混入して機外に排出する形式の燃焼装置で
あって、該燃焼装置はバーナーボックスの上方に燃焼排
ガスが２次燃焼するのに必要な空気を取り入れることが
できる間隙をおいて燃焼排ガス案内用筒体を有してお
り、かつ、前記燃焼排ガス案内用筒体の下端部であって
その長辺方向両端部側には前記バーナーボックス側に向
けた突出部が形成されていることを特徴とする。

【００２３】前記燃焼排ガス案内用筒体に燃焼排ガスを
降温するための降温部材をその端部を前記周囲の空気流
路に位置させた状態で配置するようにしてもよく、ま
た、該端部には放熱フィンなどの放熱を促進するための
手段を設けるようにしてもよい。また、前記突出部は燃
焼排ガス案内用筒体と別部材として構成してもよく、そ
の際に該突出部を燃焼排ガス案内用筒体に対して上下方
向に位置調節自在となるように取り付けてもよい。

【００２４】また、前記降温部材は、２次燃焼後の燃焼
排ガスの温度を１２００℃〜８００℃の範囲内に降温す
るように設計されることは好ましく、また、前記燃焼排
ガス案内用筒体は、２次燃焼後の燃焼排ガスを５０ｍｓ
以上好ましくは１００ｍｓ以上保持することのできる長
さを有することも好ましい態様である。前記した突出部
や降温部材、燃焼排ガス案内用筒体等の具体的寸法や形
状は当該燃焼装置ごとに相違するので、その燃焼装置に
ついてのシュミレーションによりあるいはその燃焼装置
について燃焼テストを行うことにより最適なものを求め
るようにする。

【００２５】なお、本発明において、燃焼排ガス案内用
筒体の下端部であってその長辺方向両端部側にのみ突出
部を設けるようにしているのは、図５の温度分布より明
らかなように、長辺方向の両端部では３方向から空気が
流入しかつ３方向の筒体壁面より熱移動が生じるために
温度降下が激しくなっている一方、短辺方向での端部で
はそれほど温度降下は激しくなく、長辺方向の端部に比
べて短辺方向での温度降下は全体のＮＯ₂ 生成量に対す
る影響は少ないと考えられることによる。

【００２６】

【作 用】本発明による低ＮＯ₂ 燃焼装置によれば、１
次燃焼排ガスはバーナーボックスと燃焼排ガス案内用筒
体との間において２次燃焼する。その際に、燃焼排ガス
案内用筒体の下端部であってその長辺方向両端部側には
バーナーボックス側に向けた突出部が形成されている。
それにより、燃焼排ガス案内用筒体の長辺方向両端部側
から内部に流入する空気量は前記突出部により抑制され
て、他の下端部から流入する量よりも少なくなる。

【００２７】流入する外部空気により１次燃焼排ガスの
２次燃焼は完全に行われるが、バーナーボックスと燃焼
排ガス案内用筒体との間から流入する外部空気の量は上
記のような制約を受けており、２次燃焼直後の２次燃焼
排ガスはその壁部近傍においても大きく冷却されること
がない。それにより、２次燃焼排ガスは燃焼排ガス案内
用筒体の断面内のほぼ全域において等しい温度分布を持
つことができ、その温度状態を維持して燃焼排ガス案内
用筒体内を上昇し、降温部材に達する。該降温部材によ
り、１２００℃〜８００℃の範囲に降温された後、燃焼
排ガス案内用筒体を通過し機外に排出される。

【００２８】すなわち、バーナーボックスから出た燃焼
排ガスのほとんどすべてが外部空気により急激に温度降
下することなく機外に排出されることとなり、燃焼排ガ
スが機外に出る過程でのＮＯ₂ の生成量（変換率）は確
実に低減する。従って、室内における健全な環境での燃
焼装置の使用が可能となる。降温部材を用いない態様の
燃焼装置の場合には、バーナーボックスと燃焼排ガス案
内用筒体との間の間隙を調節し、そこから流入する外部
空気の量を２次燃焼後の排ガス温度が１２００℃〜８０
０℃の範囲に保つことのできるだけの量とする。その場
合であっても、燃焼排ガス案内用筒体の長辺方向両端部
側から内部に流入する空気量は前記突出部により抑制さ
れており、他の下端部から流入する量よりも少なってい
るので、前記の場合と同様に、燃焼排ガス案内用筒体の
断面内のほぼ全域において１２００℃〜８００℃の範囲
に保持することが可能となり、燃焼排ガスが機外に出る
過程でのＮＯ₂ の生成量は確実に低減する。

【００２９】突出部を燃焼排ガス案内用筒体と別部材に
より形成することにより全体の製造は容易となり、ま
た、突出部を燃焼排ガス案内用筒体に対して上下方向に
位置調節自在とすることにより、空気の取り込み抑制量
を変更することができ、燃焼条件に応じた温度分布の一
層の均一化を達成することができる。

【００３０】

【実施例】以下、添付の図を参照して本発明を実施例に
基づきより詳細に説明する。図１は本発明による低ＮＯ
₂ 燃焼装置の一実施例を示す断面図であり、燃焼排ガス
降温部材を持つ燃焼排ガス案内用筒体５０を新たに設け
た点を除き、他の構成は前記図６に基づき説明した燃焼
装置のもとの同様であり、同一の部材には同一の符号を
付している。すなわち、バーナー１１は従来のこの種の
燃焼装置（例えは、ガスファンヒータ）に使用される通
常のものであり、従来のものと同様に耐熱性のあるバー
ナーボックス１２に収容されている。バーナーボックス
１２の周囲は遮熱板としての機能を果たす側壁１３によ
り包囲されており、バーナーボックス１２と側壁１３と
の間にバーナーボックスを包囲する形で空気流路１４が
形成される。通常のガスファンヒータの場合と同様にこ
の空気流路１４を外部空気が上方に向けて通過する。

【００３１】前記側壁１３に包囲された空間内であって
バーナーボックス１２の上方には１次燃焼による燃焼排
ガスが２次燃焼するのに必要な空気を取り入れることが
できる間隙Ｓ（図２参照）をおいて燃焼排ガス案内用筒
体５０が取り付けられる。図２にバーナーボックス１２
及び燃焼排ガス案内用筒体５０の部分のみを拡大して示
すように、燃焼排ガス案内用筒体５０の下端部であって
その長辺方向両端部側にはバーナーボックス１２側に向
けて突出部５５が固設されている。そして、この突出部
５５により、その下端部とバーナーボックス１２の上端
部との間には、前記間隙Ｓよりも狭い間隙Ｓ’が形成さ
れている。

【００３２】バーナーボックス１２の上部開口と燃焼排
ガス案内用筒体５０の下方部分の近傍において１次燃焼
火炎（１次燃焼排ガス）は、前記間隙Ｓ及びＳ’を通し
て供給される２次空気と混合して２次燃焼し、その燃焼
排ガスは燃焼排ガス案内用筒体５０内を上昇する。通
常、ガスファンヒータのような燃焼装置においてこの２
次燃焼排ガスの燃焼直後の温度は１８００℃〜１４００
℃であり、上記実施例による燃焼装置においては前記間
隙Ｓ、Ｓ’から流入する外部空気の量は制限されている
ので、燃焼排ガスは大きく温度降下することなく、ほぼ
燃焼直後の温度を維持した状態で燃焼排ガス案内用筒体
５０内に進入する。

【００３３】特に、この実施例においては、突出部材５
５が存在する部分の前記間隙Ｓ’は他の部分の間隙Ｓよ
りも狭くなっていることから、間隙Ｓ’を通って流入す
る空気量は他の間隙部分Ｓを通って流入する空気量より
も抑制された量となっており、それにより、燃焼排ガス
案内用筒体５０の長辺方向両端部近傍を通過する２次燃
焼排ガスの外部空気による温度降下は抑制され、結果と
して、燃焼排ガス案内用筒体５０の断面においてほぼ等
しい温度分布を得ることができる。

【００３４】なお、この実施例において、燃焼排ガス案
内用筒体５０内であって１次燃焼排ガスの２次燃焼が終
了する部位あるいはそれより幾分上方の部位にニッケル
合金などの耐熱材料からなる棒部材６０のような燃焼排
ガス降温部材が取り付けられる。図１に示すように、該
棒部材６０はその端部６１を、燃焼排ガス案内用筒体５
０を越えてその周囲の空気流路１４に延出させ、さらに
該空気流路１４の外縁を区画する側壁１３を越えてさら
に外方に延出させている。そして、棒部材６０の前記空
気流路１４に位置する部分には空気の流路方向に平行と
なるように平板状の放熱フィン６２が取り付けられてい
る。

【００３５】棒部材６０はその端部６１を前記のように
空気流路１４に位置させていることにより、さらには、
空気流路１４に位置している部分にフィン６２が取り付
けられていることにより、空気流路１４を通過する外部
空気を介してその放熱が有効に行われる。さらに、この
実施例において、棒部材６０はその端部６１を空気流路
１４の外縁を区画する側壁１３を越えてさらに外方に延
出させていることにより、側壁１３に対する伝熱によっ
ても放熱が促進され、さらに側壁１３の外側を流れる空
気によって放熱が行われる。

【００３６】２次燃焼排ガスはこの燃焼排ガス降温部材
である棒部材６０を通過することにより、棒部材６０側
に放熱して降温する。この実施例においては、前記のよ
うに燃焼排ガス案内用筒体５０の長辺方向両端部に突出
部５５を設けたことにより、燃焼排ガス案内用筒体５０
の断面での２次燃焼排ガスの温度分布はほぼ等しいもの
となっている。従って、棒部材６０側に放熱して降温し
た後の２次燃焼排ガスの温度分布も燃焼排ガス案内用筒
体５０の断面方向においてほぼ等しいものとなる。図３
ａ、ｂは上記の実施例による燃焼装置における燃焼時で
の燃焼排ガス案内用筒体５０内での温度分布を図５に示
した場合と同様にして測定した結果であり、温度分布が
均一化していることがわかる。

【００３７】本発明において、燃焼排ガス降温部材であ
る棒部材６０は、上記した放熱特性を考慮しつつ１８０
０℃〜１４００℃である２次燃焼排ガスを好ましくはそ
の燃焼装置の定格燃焼時におてい１２００℃〜８００℃
の範囲の温度に低下するように設計する。さらに、燃焼
排ガス案内用筒体５０は、温度の低下した燃焼排ガスが
燃焼排ガス案内用筒体５０で包囲された空間を少なくと
も５０ｍｓ以上の時間をかけて通過しうる長さに設計す
る。

【００３８】燃焼排ガス案内用筒体５０を出た燃焼排ガ
スは空気流路１４内を流れる外部空気に合流し、その時
点でさらに温度低下する。本発明の燃焼装置において、
燃焼排ガス案内用筒体５０内では前記のように外部空気
に触れないことから燃焼排ガスの温度降下は抑制され、
実質的に燃焼排ガス降温部材６０を通過した直後の温度
をある程度維持することができる（燃焼排ガス案内用筒
体５０の壁部からの放熱による温度低下は不可避である
が）。燃焼排ガス案内用筒体５０を出て外部空気と混合
したあとの燃焼排ガスは通常の燃焼装置の場合と同じ経
路を辿って機外に排出され、暖房用温風として作用され
る。

【００３９】上記の説明において、燃焼排ガス降温部材
としてニッケル合金などを材料とした棒部材６０から構
成されるものを示したが、これは一例にすぎず、燃焼排
ガス降温部材としては２次燃焼排ガスの温度を少なくと
も１２００℃〜８００℃の温度範囲に降温できるもので
あれば任意であり、網目構造を有する部材なども用いる
こともできる。また、端部に設けた放熱フィン６２も必
要に応じて設けられるものであって、所要の降温効果が
得られる場合には不要である。棒部材６０が中実棒であ
ることは必須でなく、特に図示しないが、中空のパイプ
であってもよい。さらにその場合に、該中空部に水ある
いは空気を循環させて放熱特性を向上させてもよい。

【００４０】さらに、燃焼排ガス降温部材そのものが必
須のものでなく、バーナーボックス１２と燃焼排ガス案
内用筒体５０との間の間隙Ｓ、Ｓ’を調節して、そこか
ら流入する外部空気の量を２次燃焼後の排ガス温度が１
２００℃〜８００℃の範囲に保つことのできるだけの量
とすることができる場合には、燃焼排ガス降温部材その
ものが不要となる。

【００４１】また、突出部５５を燃焼排ガス案内用筒体
５０に対して上下方向に位置調節自在とすることも可能
てあり、それにより、燃焼条件を応じて、空気の取り込
み抑制量を変更することができ温度分布の一層の均一化
を達成することができる。突出部５５を燃焼排ガス案内
用筒体５０と一体に構成することももちろん可能であ
る。

【００４２】

【発明の効果】本発明による低ＮＯ₂ 燃焼装置によれ
ば、２次燃焼排ガスの一部が燃焼排ガス案内用筒体内部
で急激に温度降下するのを防止しそれにより燃焼排ガス
案内用筒体断面での温度分布を可能な限り均一なものと
することができ、一層安定した低ＮＯ₂ 燃焼を可能とし
た燃焼装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による低ＮＯ₂ 燃焼装置の概略を示す断
面図。

【図２】バーナーボックスと燃焼排ガス案内用筒体の部
分を示す拡大斜視図。

【図３】本発明による燃焼装置での燃焼排ガス案内用筒
体内部断面での温度分布を示す図。

【図４】他の態様による燃焼装置でのバーナーボックス
と燃焼排ガス案内用筒体の部分を示す拡大斜視図。

【図５】図４に示す燃焼装置での燃焼排ガス案内用筒体
内部断面での温度分布を示す図。

【図６】通常の燃焼装置の断面を示す図。

【図７】燃焼排ガス中で生成されるＮＯ₂ の生成態様を
確認するための燃焼実験に用いた燃焼装置を示す図。

【図８】図７の装置装置における燃焼排ガスの温度変化
（ａ）及びＮＯ₂ の変換率（ｂ）を示す図。

【図９】シミュレーションによるＮＯ₂ の変換率を示す
図。

【符号の説明】

１１…バーナー、１２…バーナーボックス、１３…側
壁、１４…空気流路、５０…燃焼排ガス案内用筒体、５
５…突出部、６０…燃焼排ガス降温手段としての棒部
材、Ｓ、Ｓ’…１次燃焼による燃焼排ガスが２次燃焼す
るのに必要な空気を取り入れるための間隙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−228214（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−105246（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−125206（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−25939（ＪＰ，Ｕ) 特表 平４−504899（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23C 11/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バーナーを内蔵するバーナーボックスと
   該バーナーボックスの周囲の空気流路とを少なくとも有
   し、バーナーボックスから出る燃焼排ガスは最終的に外
   部空気と混合して機外に排出される形式の燃焼装置であ
   って、該燃焼装置は、バーナーボックスの上方に間隔を
   おいて燃焼排ガス案内用筒体が取り付けてあり、該間隔
   は、そこから流入する空気により１次燃焼排ガスが２次
   燃焼して燃焼直後の温度が１４００℃〜１８００℃程度
   となるとともに、２次燃焼後の燃焼排ガスはその温度を
   １２００℃〜８００℃の範囲を保った状態で燃焼排ガス
   案内用筒体内を通過できるような空気量を取り入れるこ
   とのできる間隙とされており、前記燃焼排ガス案内用筒
   体の下端部であってその長辺方向両端部側には前記バー
   ナーボックス側に向けた突出部が形成されており、か
   つ、燃焼排ガスは燃焼排ガス案内用筒体を出た時点で前
   記空気流路内を流れる外部空気と合流してさらに温度低
   下するようにされていることを特徴とする低ＮＯ₂燃焼
   装置。
2. 【請求項２】 バーナーを内蔵するバーナーボックスと
   該バーナーボックスの周囲の空気流路とを少なくとも有
   し、バーナーボックスから出る燃焼排ガスは最終的に外
   部空気と混合して機外に排出される形式の燃焼装置であ
   って、該燃焼装置は、バーナーボックスの上方に間隔を
   おいて燃焼排ガス案内用筒体が取り付けてあり、そこか
   ら流入する空気により１次燃焼排ガスが２次燃焼して燃
   焼直後の温度が１４００℃〜１８００℃程度となるとと
   もに、該燃焼排ガス案内用筒体には、２次燃焼後の燃焼
   排ガスの温度を１２００℃〜８００℃の範囲に降温する
   ように設計された降温部材がその端部を前記周囲の空気
   流路に位置させて配置されており、前記燃焼排ガス案内
   用筒体の下端部であってその長手方向両端部側には前記
   バーナーボックス側に向けた突出部が形成されており、
   かつ、燃焼排ガスは燃焼排ガス案内用筒体を出た時点で
   前記空気流路内を流れる外部空気と合流してさらに温度
   低下するようにされていることを特徴とする低ＮＯ₂燃
   焼装置。
3. 【請求項３】 前記突出部は燃焼排ガス案内用筒体とは
   別部材により構成されていることを特徴とする請求項１
   又は２記載の低ＮＯ₂燃焼装置。
4. 【請求項４】 前記突出部は燃焼排ガス案内用筒体とは
   別部材により構成されおり、かつ、燃焼排ガス案内用筒
   体に対して位置調節自在に取り付けられていることを特
   徴とする請求項１又は２記載の低ＮＯ₂燃焼装置。
5. 【請求項５】 前記燃焼排ガス案内用筒体は、２次燃焼
   後の燃焼排ガスを５０ｍｓ以上好ましくは１００ｍｓ以
   上保持することのできる長さを少なくとも有しているこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の低ＮＯ₂燃焼装
   置。