JP3545114B2 - ガス燃焼装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス給湯機、ガス温水暖房機等に使用されるガス燃焼装置に関し、特にNOxの発生量を低減させたガス燃焼装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種のガス燃焼装置においては、例えば、特開平6−331110号公報に開示されているように、頂部に主炎孔を有する主体の両側壁に、これらの両側壁と保炎空間を保って一対の保炎板が立設された袖火タイプのバーナ体を備えている。そして、このように構成されたバーナ体を、バーナケース内に相互に通気間隔を存して複数並設し、バーナ体にやや希薄な混合ガスを供給するとともに、バーナ体に供給する混合ガスよりも更に希薄な希薄混合ガスをバーナ体間の通気間隔に供給して、この通気間隔の上方並びにバーナ体の上方で希薄混合ガス多段燃焼させることにより、NOxの発生量を低減させていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来構造のガス燃焼装置では、バーナ体間の通気間隔に希薄混合ガスを供給する構成であるため、強燃焼時にバーナ体の全数を燃焼させ、弱燃焼時にはバーナ体の半数を燃焼させる燃焼制御が行えないものであり、燃焼幅の拡大が望まれていた。即ち、バーナ体の半数を燃焼させる場合でも、全てのバーナ体間の通気間隔には希薄混合ガスが供給されることになり、燃焼していないバーナ体間の通気間隔を流れる希薄混合ガスは、燃焼することなく通気間隔から流出してガス漏れを生じてしまい、燃焼幅を拡大できないものであった。
【0004】
また、上述のガス燃焼装置では、希薄混合ガスの流出部となるバーナ体間の通気間隔の上部開放面、即ち、隣接するバーナ体の保炎板間の隙間の面積が大きいため、バーナ体間の通気間隔を流れる二次空気量が突発的に減少したり、バーナ体間の通気間隔を流れガス量が突発的に増加したりすると、希薄混合ガス状態が崩れて引火しやすい混合ガスとなり、通気間隔の上方並びにバーナ体の上方に形成される火炎が、バーナ体間の通気間隔に引き込まれ、逆火を生じる問題があった。また、着火時において、着火遅れが生じた場合でも、同様に逆火を生じる問題があった。
【0005】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、NOxの発生量を低減させつつ、燃焼幅を拡大できるようにすることを目的とするものであり、また他の目的としては、逆火の発生を防止することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の本発明では、頂部に主炎孔を有するバーナ体を相互に通気間隔を存してバーナケース内に複数並設し、これらバーナ体間の通気間隔には、バーナ体に供給する混合ガスよりも希薄な希薄混合ガスを供給するようにしたガス燃焼装置において、前記バーナケースの中間位置にバーナケース内を複数の部屋に仕切る仕切り壁を立設し、この仕切り壁にて仕切られた複数の部屋に、前記バーナ体をそれぞれ複数本ずつ配設するとともに、前記バーナ体間の各通気間隔の上部には副炎孔を有する副炎孔板をそれぞれ設け、さらに、前記仕切り壁の両側の通気間隔の上部には、仕切り壁を跨いで多数の小孔を有する中間副炎孔板を設けた構成である。
【0009】
請求項1のガス燃焼装置においては、バーナケースの中間位置にバーナケース内を複数の部屋に仕切る仕切り壁を立設し、この仕切り壁にて仕切られた複数の部屋に、バーナ体をそれぞれ複数本ずつ配設した構成としているので、バーナ体の全数を燃焼させる強燃焼時には、全バーナ体間の通気間隔に希薄混合ガスを供給し、また、バーナ体の半数を燃焼させる弱燃焼時には、燃焼させない側のバーナ体間の通気間隔に空気のみを供給してガス燃料を供給しない燃焼制御が可能となり、希薄混合ガス多段燃焼による低NOx燃焼を行わせつつ、燃焼させるバーナ体の本数の切り換えにより、燃焼幅が拡大される。また、バーナ体間の各通気間隔の上部に、多数の副炎孔を有する副炎孔板をそれぞれ設けた構成としているので、バーナ体間の通気間隔を流れる二次空気量やガス量が突発的に増減して、希薄混合ガス状態が崩れた場合、或るいは、着火時に着火遅れが生じた場合に、副炎孔板に穿った多数の副炎孔によって、希薄混合ガス噴出用の炎孔面積の大きさを調節することが可能となり、通気間隔内への逆火が抑制される。さらにまた、仕切り壁の両側の通気間隔の上部に、仕切り壁を跨いで多数の小孔を有する中間副炎孔板を設けた構成としているので、点火時や弱燃焼から強燃焼に移行する時には、中間副炎孔板の小孔に形成される炎がパイロット炎となって火移りを良好ならしめるとともに、弱燃焼時には仕切り壁に隣接する燃焼中のバーナ体の火炎が空気冷却されるのを中間副炎孔板の小孔に形成される炎によって抑制でき、そのため、空気の冷却によって燃焼に与える悪影響が小さくなり、COの発生が低減される。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態例を図1ないし図5の図面に基づいて説明する。図1ないし図5において、1は送風機、2は送風機1から燃焼用空気が送り込まれる外郭ケース、3は外郭ケース2内に収容されたバーナケースであり、このバーナケース3内には、通気間隔としての二次空気通路4、4を設けて6本のバーナ体5、5を並設している。前記バーナケース3は、それの中間部に立設した仕切壁3Aによって左右に2分割され、これら左右の部屋X、Yには前記バーナ体5、5がそれぞれ3本ずつ収容されている。
【0013】
前記バーナ体5、5は、内部に混合室6が形成された主体5Aの頂部の主炎孔形成面7に多数のスリット状の主炎孔8、8を設けている。そして主体5Aの左右両側壁の上部には、側壁と保炎空間イ、イを保って左右一対の保炎板9、9が立設されている。
【0014】
前記保炎空間イ、イには、前記混合室6に供給された混合ガスの一部が側壁に穿った袖火用孔10、10を通って入り込み、この入り込んだ混合ガスは保炎空間イ、イを上昇して流出し、保炎空間イ、イ上に袖火が形成されるようになっている。また、前記各保炎板9、9は、その上端が前記主炎孔形成面7よりも約2〜4mm低くなるようにその高さが設定されている。
【0015】
前記各バーナ体5の混合室6には空気比が約1〜1.3のやや希薄な混合ガスが供給され、また、各バーナ体5、5間の二次空気通路4、4にはバーナ体5の混合室6に供給される混合ガスよりも更に希薄な希薄混合ガスがそれぞれ供給されるようになっている。そして、この二次空気通路4、4に供給される希薄混合ガスの空気比は通常で約1.5〜1.9である。
【0016】
前記バーナ体5の隣接する保炎板9、9間には、断面略コ字状に形成された副炎孔板11、11がそれぞれ着脱可能に架設してある。この副炎孔板11は、図1及び図4に示すように、希薄混合ガス噴出用のスリット状や円形状の適宜な形状の副炎孔12、12をその長手方向に多数穿った副炎孔形成面11Aと、この副炎孔形成面11Aの両縁から下向きに折り曲げられた左右の側片11B、11Cとを有し、これら両側片11B、11Cを前記保炎板9、9に外嵌合することにより、保炎板9の上方から抜き差し自在に保炎板9に取り付けられるものである。
【0017】
前記副炎孔板11は、保炎板9に取り付けられた状態で、副炎孔12、12を穿った副炎孔形成面11Aが保炎板9の上端に当接し、副炎孔形成面11Aの高さ位置が規制される。そして、この副炎孔形成面11Aの高さ位置は前記バーナ体5の主炎孔形成面7よりも約1〜3mm低く設定されている。また、前記各副炎孔12、12は、それらの長辺の寸法を約3〜2.5mmに設定して、前記バーナ体5の隣接する保炎板9、9間の距離と等しいか、それよりも小さくしている。
【0018】
また、前記副炎孔板11の両側片11B、11Cには、それぞれ外向き突出させた2〜3個の突起13、13を設けている。そして、これら突起13、13は、両側片11B、11Cの長手方向に所定間隔を存して設けられ、かつ、両側片11B、11Cを保炎板9に外嵌合した際に、バーナ体5の側壁外面にその先端が当接する高さに設定されている。
【0019】
14は前記仕切り壁3Aの両側の二次空気通路4A、4Aの上部に設けられた断面略コ字状の中間副炎孔板であり、この中間副炎孔板14は、径が約1mmの希薄混合ガス噴出用の多数の小孔15、15をその長手方向の両サイドに沿うように2列に並べて穿った小孔形成面14Aと、この小孔形成面14Aの両縁から下向きに折り曲げられた左右の側片14B、14Cとを有し、これら両側片14B、14Cを仕切り壁3Aに隣接するバーナ体5、5の保炎板9.9に外嵌合することにより、仕切り壁3Aを上から覆うように仕切り壁3Aを跨いで設けられている。そして、この中間副炎孔板14の小孔形成面14Aに穿った多数の小孔15、15の総開口面積は、一つの副炎孔板11の副炎孔形成面11Aに穿った多数の副炎孔12、12の総開口面積以下に設定されている。
【0020】
16、16は前記バーナケース3の両側壁3B、3Bとこれら両側壁3B、3Bに近接するバーナ体5、5との間の二次空気通路4B、4Bの上部に設けられた断面略コ字状の端部副炎孔板であり、これら端部副炎孔板16、16は、径が約1mmの希薄混合ガス噴出用の多数の孔17、17をその長手方向の中央部に沿うように1列に並べて穿った孔形成面16Aと、孔形成面16Aの両縁から下向きに折り曲げられた左右の側片16B、16Cとを有し、これら両側片16B、16Cをバーナケース3の側壁3Bに装着した係止具18とバーナ体5の保炎板9に外嵌合することにより、係止具18及び保炎板9の上方から抜き差し自在に取り付けられるものである。そして、この端部副炎孔板16の孔形成面16Aに穿った多数の孔17、17の総開口面積は、一つの副炎孔板11の副炎孔形成面11Aに穿った多数の副炎孔12、12の総開口面積の半分以下に設定されている。
【0021】
次に、図2中に示す燃料ガス供給装置20について説明する。この燃料ガス供給装置20は、燃料ガス供給経路に、元電磁弁21及び比例弁22を介装するとともに、比例弁22の下流側で第1経路23と第2経路24の2経路に分岐し、これら第1及び第2経路23、24にはそれぞれ電磁弁25、26を介装している。
【0022】
前記第1経路23は、電磁弁25の下流側で第3経路27を分岐し、この第3経路27を前記バーナケース3の左の部屋Xの二次空気通路4、4A、4Bにガス燃料を供給する第1補助ノズル28に連結するとともに、第3経路21の分岐部の下流側は、バーナケース3の左の部屋Xの各バーナ体5、5にガス燃料を供給する複数の第1主ノズル29、29に連結している。
【0023】
前記第2経路24は、電磁弁26の下流側で第4経路30を分岐し、この第4経路30を前記バーナケース3の右の部屋Yの二次空気通路4、4A、4Bにガス燃料を供給する第2補助ノズル31に連結するとともに、第4経路30の分岐部の下流側は、バーナケース3の右の部屋Yの各バーナ体5、5にガス燃料を供給する複数の第2主ノズル32、32に連結している。
【0024】
33は放電点火プラグ等の点火器であり、この点火器33は点火ロッド33A先端を、前記バーナケース3の左の部屋Xに有る複数のバーナ体5、5のうちの1つのバーナ体5の主炎孔形成面7に近接対向させて、この主炎孔形成面7との間に火花放電を生じさせるようになっている。
【0025】
34は炎の有無を検出する炎検出器であり、この炎検出器34はフレームロッド34Aの先端を前記バーナケース3の左の部屋Xの複数の副炎孔板11のうちの1つの副炎孔板11に近接対向させている。35は制御部であり、この制御部35は元電磁弁21、比例弁22、電磁弁25、26の開閉を制御するとともに、点火器33の点火動作や、送風機1の回転数可変制御を行って燃焼を制御する。尚、図1中の36、36は、前記各副炎孔板11、11や中間副炎孔板14、及び端部副炎孔板16、16を上から押さえ付ける押さえ板であり、これらの押さえ板36、36は、前記バーナケース3の上面部にネジ37、37にて締着されている。38、38はバーナケース3の上部の外周部全周に設けられた多数の空気噴出孔である。
【0026】
上述の構成において、前記各バーナ体5の混合室6に空気比が約1〜1.3のやや希薄な混合ガスが供給され、また、各バーナ体5、5間の二次空気通路4、4A、4Bに空気比が約1.5〜1.9の希薄混合ガスが供給されると、各バーナ体5の混合室6に供給された混合ガスは、その一部が袖火用孔10、10を通って保炎空間イを上昇し、残りの大部分は主炎孔8、8に向かって流れて主炎孔8、8から噴出する。一方、二次空気通路4、4A、4Bに供給された希薄混合ガスは、隣接する保炎板9、9間、保炎板9と仕切り壁3Aとの間、保炎板9とバーナケース3の側壁3Bとの間などを上昇し、各副炎孔板11の副炎孔12、12、中間副炎孔板14の小孔15、15、各端部副炎孔板16、16の孔17、17から噴出する。
【0027】
上述の状態で、点火ロッド33Aの先端とバーナ体5の主炎孔面7との間にスパークを生じさせると、主炎孔8、8から噴出する混合ガスが着火し、この着火炎が隣の副炎孔12、12から噴出する希薄混合ガスに火移りして、全体の燃焼が開始される。全体の燃焼開始により、各バーナ体5の主炎孔8上には高さの低い炎が形成され、各保炎空間イ上には袖火炎が形成され、各バーナ体5、5の上方と副炎孔板11、11、中間副炎孔板14、端部副炎孔板16の上方には、互いに連なって保炎性の高い安定した大きな炎が形成され、NOx発生量の少ない希薄混合ガス多段燃焼が行われる。
【0028】
ここで、強燃焼時には、制御部35により、電磁弁25、26の双方が開放されて、第1主ノズル29、29及び第2主ノズル32、32から全数のバーナ体5、5にガス燃料が供給されるとともに、第1補助ノズル28及び第2補助ノズル31からバーナケース3の左右の部屋X、Yにガス燃料が供給される。また、燃焼状態が強燃焼から燃焼量を絞った弱燃焼に切り換わった場合は、制御部35により、電磁弁25は開放されたままであるが、電磁弁26が閉められ、この電磁弁26の閉塞により、第2主ノズル32、32からのガス燃料の供給が停止されるとともに、第2補助ノズル31からのガス燃料の供給も停止される。そのため、バーナケース3の右の部屋Yに設置されたバーナ体5、5及び、この右の部屋Yの二次空気通路4、4A、4Bには、ガス燃料が供給されず、NOx発生量の少ない希薄混合ガス多段燃焼を行いつつ、燃焼させるバーナ本数の切り換えにより、ガス漏れを心配することなく、燃焼幅を拡大することができる。
【0029】
本実施形態例によれば、頂部の主炎孔形成面7に多数の主炎孔8、8を有するバーナ体5、5を相互に二次空気通路4、4A、4B(通気間隔)を存してバーナケース3内に6本並設し、前記二次空気通路4、4A、4Bには、バーナ体5の混合室6に供給する約1〜1.3のやや希薄な混合ガス混合ガスよりも更に希薄な空気比が約1.5〜1.9の希薄混合ガスを供給するようにしたガス燃焼装置において、前記バーナケース3の中間位置にバーナケース3内を左右の部屋X、Yに仕切る仕切り壁3Aを立設し、この仕切り壁3Aにて仕切られた左右の部屋X、Yに、前記バーナ体5、5をそれぞれ3本ずつ配設したものであるから、燃焼時には、各バーナ体5の主炎孔8上には高さの低い炎(一次火炎)が形成され、各保炎空間イ上には袖火炎が形成され、各バーナ体5、5の上方と副炎孔板11、11、中間副炎孔板14、端部副炎孔板16の上方には、互いに連なって保炎性の高い安定した大きな炎(二次火炎)が形成されて、希薄混合ガス多段燃焼による低NOx燃焼を行わせることができるばかりでなく、バーナケース3の左右の部屋X、Yのバーナ体5、5の6本を燃焼させる強燃焼時には、左右の部屋X、Yの二次空気通路4、4A、4B(通気間隔)に希薄混合ガスを供給し、バーナケース3の左の部屋Xの3本のバーナ体5を燃焼させる弱燃焼時には、バーナケース3の右の部屋Yの二次空気通路4、4A、4B(通気間隔)に空気のみを供給してガス燃料を供給させない燃焼制御が可能となり、そのため、燃焼させるバーナ体の本数を切り換えて燃焼させることができ、ガス漏れを心配せずに、燃焼幅を拡大できる。
【0030】
また、バーナ体5、5間の各二次空気通路4の上部には、多数の副炎孔12、12を副炎孔形成面11Aに有する副炎孔板11を設けた構成としているので、バーナ体5、5間の二次空気通路4、4を流れる二次空気量やガス量が突発的に増減して希薄混合ガス状態が崩れ、空気比が約1に近い引火しやすい混合ガスが二次空気通路4、4に流れた場合、或るいは、着火時に着火遅れが生じた場合に、副炎孔板11の副炎孔形成面11Aに穿った多数の副炎孔12、12によって、希薄混合ガス噴出用の炎孔面積を従来よりも小さくして噴出速度を高めることが可能となり、二次空気通路4、4内への逆火を抑制できる。
【0031】
また、前記バーナケース3の仕切り壁3Aの両側の二次空気通路4A、4Aの上部に、径が約1mmの希薄混合ガス噴出用の多数の小孔15、15をその長手方向の両サイドに沿うように2列に並べて小孔形成面14Aに穿った中間副炎孔板14を、前記仕切り壁3Aを跨いで設けた構成としているので、仕切り壁3Aの両側の二次空気通路4A、4Aへの逆火を防止できるばかりでなく、点火時や弱燃焼から強燃焼に移行する時には、中間副炎孔板14の小孔15、15に形成される炎がパイロット炎となってバーナケースの左の部屋Xから右の部屋Yへの火移りを良好ならしめるとともに、弱燃焼時には仕切り壁3Aに隣接する燃焼中のバーナ体5の火炎が空気冷却されるのを中間副炎孔板14の小孔15、15に形成される炎によって抑制でき、そのため、空気の冷却によって燃焼に与える悪影響が小さくなり、COの発生を低減できる。
【0032】
また、中間副炎孔板14の小孔形成面14Aに穿った多数の小孔15、15の総開口面積を、一つの副炎孔板11の副炎孔形成面11Aに穿った多数の副炎孔12、12の総開口面積以下に設定しているので、仕切り壁3Aに近接するバーナ体5の主炎孔8、8上に形成される短い炎(一次火炎)が、中間副炎孔板14の小孔15、15から噴出する希薄混合ガスや空気によって乱されことがなく、安定化されるので、COの発生を一層低減できる。
【0033】
また、上述の実施形態例においては、前記バーナケース3の両側壁3B、3Bと、これら両側壁3B、3Bに近接するバーナ体5、5との間の二次空気通路4B、4Bの上部に、径が約1mmの希薄混合ガス噴出用の多数の孔17、17をその長手方向の中央部に沿うように1列に並べて孔形成面16Aに穿った端部副炎孔板16、16を設けた構成としているので、バーナケース3の両側壁3B、3Bとそれに近接するバーナ体5、5との間の二次空気通路4B、4Bへの逆火を防止できるとともに、この端部副炎孔板16の多数の孔17、17に形成される炎により、外郭ケース2やそれに連なる熱交換器(図示せず)の壁面の過度の冷却を抑えることが可能となり、外郭ケース2や熱交換器(図示せず)の過度の冷却による悪影響が小さくなり、COの発生を低減できる。
【0034】
また、端部副炎孔板16の孔形成面16Aに穿った多数の孔17、17の総開口面積を、一つの副炎孔板11の副炎孔形成面11Aに穿った多数の副炎孔12、12の総開口面積の半分以下に設定したことにより、バーナケース3の側壁3Bに近接配置されたバーナ体5、5の主炎孔8、8上に形成される短い炎(一次火炎)が、端部副炎孔板16の孔17、17から噴出する希薄混合ガスによって乱されことがなく、安定化されるので、COの発生を一層低減できる。
【0035】
【発明の効果】
本発明のガス燃焼装置においては、バーナケースの中間位置にバーナケース内を複数の部屋に仕切る仕切り壁を立設し、この仕切り壁にて仕切られた複数の部屋に、バーナ体をそれぞれ複数本ずつ配設した構成としているので、バーナ体の全数を燃焼させる強燃焼時には、全バーナ体間の通気間隔に希薄混合ガスを供給し、また、バーナ体の所定数を燃焼させる弱燃焼時には、燃焼させない側のバーナ体間の通気間隔に空気のみを供給する燃焼制御が可能となり、希薄混合ガス多段燃焼による低NOx燃焼を行わせつつ、バーナ体の燃焼本数の切り換えによる燃焼幅の拡大が図れ、燃焼幅の広い良好な低NOx燃焼を実現できる。
【0036】
また、バーナ体間の各通気間隔の上部に、多数の副炎孔を有する副炎孔板をそれぞれ設けた構成としているので、バーナ体間の通気間隔を流れる二次空気量やガス量が突発的に増減して、希薄混合ガス状態が崩れた場合、或るいは、着火時に着火遅れが生じた場合に、副炎孔板に穿った多数の副炎孔によって、希薄混合ガス噴出用の炎孔面積の大きさを調節することが可能となり、通気間隔内への逆火を抑制できる。
【0037】
さらにまた、仕切り壁の両側にある通気間隔の上部に、仕切り壁を跨いで多数の小孔を有する中間副炎孔板を設けた構成としているので、点火時や弱燃焼から強燃焼に移行する時には、中間副炎孔板の小孔に形成される炎がパイロット炎となって火移りを良好ならしめるとともに、弱燃焼時には仕切り壁に隣接する燃焼中のバーナ体の火炎が空気冷却されるのを中間副炎孔板の小孔に形成される炎によって抑制でき、そのため、空気の冷却によって燃焼に与える悪影響が小さくなり、COの発生を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態例を示すガス燃焼装置の平面図である。
【図2】同じく全体構成を説明する説明図である。
【図3】同じく図1のA−A断面による縦断面図である。
【図4】同じく要部の斜視図である。
【図5】同じく図1のB−B断面による縦断面図である。
【符号の説明】
3 バーナケース
3A 仕切り壁
4 二次空気通路(通気間隔)
4A 二次空気通路(通気間隔)
4B 二次空気通路(通気間隔)
5 バーナ体
8 主炎孔
11 副炎孔板
12 副炎孔
14 中間副炎孔板
15 小孔
X バーナケースの部屋
Y バーナケースの部屋

Claims (2)

  1. 頂部に主炎孔を有するバーナ体を相互に通気間隔を存してバーナケース内に複数並設し、これらバーナ体間の通気間隔には、バーナ体に供給する混合ガスよりも希薄な希薄混合ガスを供給するようにしたガス燃焼装置において、前記バーナケースの中間位置にバーナケース内を複数の部屋に仕切る仕切り壁を立設し、この仕切り壁にて仕切られた複数の部屋に、前記バーナ体をそれぞれ複数本ずつ配設するとともに、前記バーナ体間の各通気間隔の上部には副炎孔を有する副炎孔板をそれぞれ設け、さらに、前記仕切り壁の両側の通気間隔の上部には、仕切り壁を跨いで多数の小孔を有する中間副炎孔板を設けたことを特徴とするガス燃焼装置。
  2. 前記中間副炎孔板の小孔の総開口面積が、一つの副炎孔板における副炎孔の総開口面積以下に設定されていることを特徴とする請求項2に記載のガス燃焼装置。
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