JP3540831B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、たとえば通常のバーナと希薄燃焼用のバーナとを組み合わせて構成した濃淡燃焼タイプの燃焼装置に係り、特に点火性能を向上させた燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、給湯器や暖房器等の燃焼装置に用いられる燃焼装置として、ブンゼン式バーナ等の薄い板状のバーナを列状に並べて構成したものが知られている。このような燃焼装置を構成する各バーナは上面に複数の炎孔を備えており、下方から導入したガス及び一次空気を混合して炎孔から噴出し、この混合気に点火して燃焼を行うようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、最近の給湯器や暖房器にあっては、燃焼装置のハイカロリー化，高負荷化が進んでおり、これにともない燃焼によって窒素酸化物が多量に排出されることが指摘されている。
この窒素酸化物の発生を抑える手段として、ガスの燃焼における理論空気量１に対して、これよりも多い一次空気を用いて燃焼を行う希薄燃焼用バーナと、濃厚燃焼用バーナ（たとえば、混合気の一次空気率０．３乃至０．８）とを組合わせて燃焼装置を構成するいわゆる濃淡燃焼法に基づく燃焼装置が考えられる。
【０００４】
しかし、このような濃淡燃焼に用いられる希薄燃焼用バーナは、一次空気率１．４乃至１．８の混合気を用いることから、燃焼温度が比較的低く、その分窒素酸化物の発生は少ない反面、濃厚燃焼用バーナに比べて混合気の流速が速く、ボリュームも大きい。
このため、このような希薄燃焼用バーナの近傍に隣接して配置された濃厚燃焼用バーナにあっては、その炎孔から噴出する混合気がそのまま炎孔の上方に上昇せずに、流速の速い希薄燃焼用バーナの混合気の流れに引き込まれて、同伴されてしまうという現象が生じる。
【０００５】
このため、火花放電による火花を飛ばしてバーナに着火させようとしても、着火に好適な箇所である混合気が十分混合されて比較的ゆっくりしたスピードで上昇する領域を定めにくく、迅速に安定した点火を行うのが困難であるという問題があった。
【０００６】
この発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、窒素酸化物の発生を抑制でき、しかも迅速に安定した点火を行うことができる燃焼装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明によれば、それぞれ上面に所定の間隔をおいて複数の炎孔を直線状に形成した希薄燃焼用のバーナと濃厚燃焼用のバーナとを列状に並べて構成した燃焼装置であって、上記希薄燃焼用バーナの炎孔と炎孔との間の領域に、この希薄燃焼用バーナと隣接して配置された濃厚燃焼用バーナの炎孔が位置するように配置されており、かつ上記希薄燃焼用バーナの炎孔と炎孔との間の領域にターゲット電極の先端部が配置され、上記濃厚燃焼用バーナの炎孔上にイグナイター電極の先端部が上記ターゲット電極に向けて配置されている燃焼装置により、達成される。
【０００８】
好ましくは、前記ターゲット電極およびイグナイター電極は、両者の距離を約４ｍｍとしたとき、それぞれ前記各バーナの炎孔面から略６ミリ以上１３ミリ以内の距離に配置して構成することができる。
【０００９】
また、好ましくは、前記ターゲット電極およびイグナイター電極は、両者の距離を約４ｍｍとしたとき、それぞれ前記各バーナの炎孔面から略８ミリの距離に配置するように構成してもよい。
【００１０】
【作用】
上記構成によれば、希薄燃焼用バーナの炎孔と炎孔との間の領域には、流速の速い希薄燃焼用バーナの混合気が少ない。
この箇所に濃厚燃焼用バーナの炎孔を配置することで、濃厚燃焼用バーナの炎孔から出る混合気は希薄燃焼用バーナの混合気に同伴されにくく、比較的ゆっくりと拡散し混合気と、ガスが出る前から炎孔雰囲気として滞在していた空気の混合が行われる。
このような領域に、点火用の火花を飛ばすと、短時間で確実に着火が行われる。
【００１１】
【実施例】
以下、この発明の好適な実施例を添付図面を参照しながら、詳細に説明する。尚、以下に述べる実施例は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００１２】
図１は本実施例の燃焼装置の構成例を示す分解斜視図である。
図示されているように、この燃焼装置１０では、上面に多数の炎孔を備えた複数のバーナ３１，３２でなるバーナ群３０を起立状態で並列的に並べ、これらを例えば組み立て板でなる固定板２０で囲むようにして固定することにより構成されている。
【００１３】
この固定板２０は、バーナ群３０を列方向から挟む２枚の側板２４，２５と、これらの側板２４，２５に対して、前後からそれぞれ固定される前板２６と後板２７とを有している。
そして、前板２６及び後板２７の内壁には、バーナ群３０を構成する各バーナ３１，３２の両端を収容する多数の浅い縦溝（図示せず）が形成されている。これにより、各バーナ３１，３２を起立状態に保持して、並列的に並べることができるようになっている。
【００１４】
さらに、この固定板２０の前板の下側に沿って、各バーナ３１，３２のガス取り込み口の大きさ，形状にあわせて形成された開口２６ａ，２６ｂが形成され、固定板２０の外側に配置される図示しないガスノズルから、開口２６ａ，２６ｂを介して、各バーナ３１，３２に燃焼用ガスおよび一次空気が送り込まれるようになっている。
このような燃焼装置１０にあっては、各バーナ３１，３２に対して、図示しないガス管からガス種等に応じた所定のガスノズルを介して燃焼用ガスが供給されることによって、燃焼が行われる。
【００１５】
上記バーナ群３０は、濃厚燃焼用バーナ３２と希薄燃焼用バーナ３１とで構成されている。
ここで、濃厚燃焼用バーナ３２は、例えばブンゼン式のプレスバーナで構成されており、板状の本体の上面には図１に示されているように、細長いスリット形状の３つ一組でなる炎孔３８が、一定の間隔を置いて直線状に形成されている。
【００１６】
このバーナ３２は従来タイプのガスリッチの混合気（例えば一次空気率０．３〜０．８）を燃焼させる濃厚燃焼タイプのバーナであるから、通常、燃焼のさいには周囲から二次空気が供給される必要がある。
ところが、この燃焼装置にあっては、バーナ３２が必要とする二次空気は、バーナ３１の多量の一次空気により補われる。
【００１７】
ここで、希薄燃焼用バーナ３１は、所定の形状に成形された金属板により、全体として板状を呈してる。
この希薄燃焼用バーナ３１は、燃焼用のガスと一次空気とを混合させたエアリッチ（例えば、一次空気率１．４〜１．８）の混合気を燃焼させるタイプのバーナである。
【００１８】
そして、バーナ３１の高さは、図１に示されているように、従来タイプのバーナ３２とほぼ同じであり、このバーナ３１は、異なる種類のバーナ３２と列方向に重なるようにして配置される。
このバーナ３１の下部のたとえば一端側面付近には、開口３１ａが形成されている。この開口３１ａは、この実施例では従来に比べて特に大きく形成されている。そして、この開口３１ａからバーナ本体３１内に画成された通路３３が設けられている。
【００１９】
この通路３３の下部３３ａは、たとえば図示するように開口３１ａとほぼ同じ断面積で延びており、バーナ本体３１の他端側で上方に向かって曲折している。このようにして通路３３に所定の距離をもたせ、開口３１ａから導入された燃焼ガスと一次空気が通路３３と通る過程で所定の混合が行われ得るようになっている。
【００２０】
通路３３の上部３３ｂはやや傾斜しながら延びている。そしてこの通路上部３３ａのさらに上部は、この通路が延びる方向に沿って開放されている（図示せず）。
ここで、この通路上部３３ｂは、バーナ３１を構成する金属板を成型して、バーナの厚み方向の幅が徐々に狭まるようになっており、この通路断面積を狭めた部分である狭窄部３４は、炎孔３５に続く整流部３６と連通されている。
【００２１】
これにより、通路３３を通るガスと空気の混合気は、狭窄部３４でそのながれが一次阻止され、これにより、ガスと空気が十分混合されるようになっている。すなわち、このバーナ３１においては、ガスに対して混合される空気の比率が高くても、これらガスと空気とは上述の構成により、十分に混合される。
ここで、狭窄部３４より上流（図において下方）の空気通路は所定の広さにつくらないと、燃焼用ガスと一次空気が十分混合されなくなる。一方、狭窄部３４の幅を必要以上に狭くすると、圧損により混合気のスムーズなながれを阻害する結果となる。
【００２２】
この狭窄部３４の上方は、バーナ３１の内部で徐々にその幅が広くなるように形成され、所定の幅に広がった状態でそのまま上方に延びる整流部３６が設けられている。この整流部３６はバーナ３１の上端に設けられる炎孔３５まで連通されている。
この炎孔３５として、例えば、整流部３６に２枚の成形された金属板を重ねて収容するように配置し、整流効果を保証するとともに、炎孔３５を従来と比較して大きく形成している。
【００２３】
また、希薄燃焼用バーナ３１の開口３１ａは、バーナ３１に比べ大きく構成されているので、ガスとともに、開口３１ａの周囲から多量の一次空気が送り込まれる。このときの一次空気量は、一次空気率で１以上，好ましくは１．４〜１．８の一次空気が送り込まれるようになっている。
ここで、ガス量に対して一次空気量が多くても、このガスと空気とは、曲折された通路３３を通る過程で次第に拡散，混合がすすむだけでなく、この混合気は狭窄部３４の手前でわずかに滞留する。これにより、ガスと空気の拡散，混合が十分に行われる。
これにより、狭窄部３４を通った空気の混合比率の高い混合気を、大きな炎孔３５から比較的速い流速で、多量に噴出させるようになっている。
【００２４】
このように構成された希薄燃焼用バーナ３１と従来のガスリッチタイプ（例えば、一次空気率０．３〜０．８）のバーナ３２とを図１に示すように隣合わせて並べてバーナ群３０が構成されている。
【００２５】
図２は、本実施例の燃焼装置の要部を示す拡大平面図である。
この燃焼装置１０にあっては、図示されているように、希薄燃焼用バーナ３１の炎孔３５，３５の間の所定の間隔に対応して、これと隣接する濃厚燃焼用バーナ３２の炎孔３８が位置するようになっている。
【００２６】
さらに、燃焼装置１０には、例えば前板２６を利用して点火手段４０が設けられている。
この点火手段４０は、碍子等により形成された基部４１に、炎検知手段としてフレームロッド電極４２と、ターゲット電極４３と、イグナイター電極４４とを取り付け、必要な電気的接続がなされて構成されている。
【００２７】
本実施例にあっては、上記ターゲット電極４３は、基端部が基部４１に固定され、バーナ群３０を構成するひとつの希薄燃焼用バーナ３１の上部（図２にて手前側）において、この希薄燃焼用バーナ３１の上面に沿って延びるように配置されている。
そして、ターゲット電極４３の先端部は、図２に示すように、希薄燃焼用バーナ３１の炎孔３５と３５の間で各炎孔から等距離に箇所に位置するように構成されている。
【００２８】
これに対して、イグナイター電極４４は、基端部が基部４１に固定され、バーナ群３０を構成する別の希薄燃焼用バーナ３１の上面に沿って延びており、曲折された先端部が、上記ターゲット電極４３の先端部を向いて、隣接する濃厚燃焼用バーナ３２の炎孔３８上に位置している。
【００２９】
これにより、イグナイター電極４４は、図２に示す領域Ａに臨んで配置されることになる。このため、イグナイター電極４４に所定の電圧を印加することにより、放電による火花が、この領域Ａを横切ってターゲット電極４３に向かって飛ぶことになる。
【００３０】
ここで、図３は図２の要部の位置を示す図であり、そのＡ−Ａ線断面図である図４に示すように、濃厚燃焼用バーナ３２の炎孔３８と、希薄燃焼用バーナ３１の炎孔３５とが隣接する領域では、希薄燃焼用バーナ３１の炎孔３５から噴出される混合気（矢印Ｄで示す）の流速が速く、しかも混合気の量も多い。
このため、濃厚燃焼用バーナ３２の炎孔３８上方の領域が希薄燃焼用バーナ３１の炎孔３５の上方の領域と比較して相対的に負圧になってしまい、炎孔３８から噴出される混合気（矢印Ｅで示す）は、隣接する希薄燃焼用バーナ３１の炎孔３５から噴出する混合気に引っ張られ同伴してしまう。
これによって、図４に示す箇所では希薄燃焼用バーナ３１の混合気と濃厚燃焼用バーナ３２の混合気が混合されて着火に適する濃度となっている領域は、バーナ３１の混合気とバーナ３２の混合気の流れの境界付近で、上記同伴領域において不均一かつ不安定に散在してしまっていると考えられる。
【００３１】
一方、図５に示すように領域Ａにおいては、希薄燃焼用バーナ３１の炎孔３５と３５の間の領域であるために、流速のはやい希薄燃焼用バーナ３１の混合気が存在しないので、太い矢印で示す濃厚燃焼用バーナ３１の混合気は、細い矢印で示す周囲の空気と混じり合い、前述の着火に適する濃度領域が、比較的広範に、あるいは均一かつ安定的に存在するものと考えられる。
【００３２】
したがって、図２に示すように、領域Ａを横切るように火花が飛ぶ構成とすることによって、十分混合された混合気に迅速に点火させることができるものと考えられる。
このことから、本発明の燃焼装置にあっては、ターゲット電極４３の先端の位置は、希薄燃焼用バーナ３１の炎孔３５と３５の間であれば良く、両炎孔から等距離である必要はない。
同様にイグナイター電極４４の先端の位置は、濃厚燃焼用バーナ３２の炎孔３８の上であれば、３つ一組の炎孔上のどの箇所でもよい。
【００３３】
図６は、図２のＣ−Ｃ線に沿った一部断面図である。
即ち、上記領域Ａの箇所において、炎孔面（バーナの上面）から各電極（先端部）までの高さＬは、イグナイター電極の先端からターゲット電極の先端までの距離を約４ｍｍとし、濃厚燃焼用バーナ３２の厚みを約６ｍｍ，希薄燃焼用バーナ３１の厚みを約６ｍｍとしたとき、インプットガス種として１３Ａを用い、約３〜１５ｍｍＡｑ程度の炎孔部噴出差圧にて行った本発明者等の点火実験によると、６ｍｍ乃至１３ｍｍが適している。尚、イグナイター電極への印加電圧は約１３ＫＶである。
【００３４】
電極の位置が６ｍｍより低くなると、ターゲット電極４４の先端からの火花が正確にターゲット電極４４に向かわずに、他の導電材料でできた部材に飛んでしまうおそれがある。
電極の位置が炎孔から１３ｍｍより高くなると、着火に時間にかかり実用上不便を生じることが確認されている。
尚、イグナイター電極４３とターゲット電極４４とは炎孔面から必ずしも同じ距離なくてもよい。両者が上述の範囲で異なる高さに位置していてもよい。
【００３５】
このような点について、図７及び図８は、炎孔面から電極までの距離をそれぞれ８ｍｍと１３ｍｍに設定して、燃焼用空気を供給するファン回転数と着火時間を計測したグラフである。尚、ここで着火時間とは、イグナイター電極によるスパーク開始から全てのバーナの着火が確認されるまでの時間をいい、この着火確認は、図２のフレームロッド電極４２により行われる。
図７に示されているように、炎孔面から電極までの距離を８ｍｍに設定した場合には、ファン回転数の変化にかかわらず、着火時間はほぼ一定で、１．５秒以内という満足すべき結果を得ることができた。
また、図８に示すように、炎孔面から電極までの距離を１３ｍｍに設定しても、ファン回転数が２４００回転までは、１．５秒以内で着火することができることが確認できる。
【００３６】
図９乃至図１２は本実施例と、電極の配置を異ならせることにより、比較を試みた図である。
図９に示すように、ターゲット電極４３の先端部は希薄燃焼用バーナ３１の炎孔３５上に位置している。一方、イグナイター電極４４の先端部は隣接する濃厚燃焼用バーナ３２の炎孔３８上に位置している。
この領域では、図１０のＦ−Ｆ線断面図に示すように、濃厚燃焼用バーナ３２の混合気は、流速の速い希薄燃焼用バーナ３１の混合気に同伴してしまい、十分な混合がおこなわれないものと考えられる。
【００３７】
この図９の構造で点火動作を行い、図１１及び図１２に図示する結果を得た。図１１は、炎孔面から電極までの距離Ｌ（図１０参照）を７ｍｍに設定し、図１２は１０ｍｍに設定しており、他の条件は前述と同様である。
図１１では、ファン回転数が１８００回転で、実用上の許容着火時間である１．５秒を越えてしまっている。
図１２では、ファン回転数が１６００回転で実用上の許容着火時間である１．５秒を越えてしまっている。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、迅速に、しかも安定して着火可能な点火構造を有する燃焼装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係る燃焼装置の分解斜視図。
【図２】図１の燃焼装置の一部拡大平面図。
【図３】図２の要部拡大図。
【図４】図２のＡ−Ａ線一部断面図。
【図５】図２のＢ−Ｂ線一部断面図。
【図６】図２の炎孔面と電極との位置関係を示す図。
【図７】本実施例の点火実験の結果を示す図。
【図８】本実施例の点火実験の結果を示す図。
【図９】燃焼装置の参考点火構造を示す一部拡大平面図。
【図１０】図９のＦ−Ｆ線一部断面図。
【図１１】図９の燃焼装置の点火実験の結果を示す図。
【図１２】図９の燃焼装置の点火実験の結果を示す図。
【符号の説明】
１０ 燃焼装置
２０ 固定板
２４，２５ 側板
２６ 前板
２７ 後板
２８ 底板
３１ 希薄燃焼用バーナ
３２ 濃厚燃焼用バーナ
３５ 炎孔
３８ 炎孔
４０ 点火手段
４１ 基部
４２ フレームロッド
４３ ターゲット電極
４４ イグナイター電極

Claims (3)

1. それぞれ上面に所定の間隔をおいて複数の炎孔を直線状に形成した希薄燃焼用のバーナと濃厚燃焼用のバーナとを列状に並べて構成した燃焼装置であって、
   上記希薄燃焼用バーナの炎孔と炎孔との間の領域に、この希薄燃焼用バーナと隣接して配置された濃厚燃焼用バーナの炎孔が位置するように配置されており、
   かつ上記希薄燃焼用バーナの炎孔と炎孔との間の領域にターゲット電極の先端部が配置され、上記濃厚燃焼用バーナの炎孔上にイグナイター電極の先端部が上記ターゲット電極に向けて配置されていることを特徴とする、燃焼装置。
2. 前記ターゲット電極およびイグナイター電極は、両者の距離を約４ｍｍとしたとき、それぞれ前記各バーナの炎孔面から略６ミリ以上１３ミリ以内の距離に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の燃焼装置。
3. 前記ターゲット電極およびイグナイター電極は、両者の距離を約４ｍｍとしたとき、それぞれ前記各バーナの炎孔面から略８ミリの距離に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の燃焼装置。

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