JP3695201B2 - 燃焼用バーナプレート - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器を備え、燃料用ガスを全一次燃焼させるガス燃焼器のバーナに用いられる燃焼用バーナプレートに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱交換器を備え、燃料用ガスを強制的に全一次燃焼させるようにしたガス燃焼器が知られている。
【０００３】
前記ガス燃焼器では、前記燃料用ガスに対し、燃焼用空気を予め所定の空気過剰率で混合した混合気が、ガスバーナに取着された燃焼用バーナプレートに供給されて、全一次燃焼せしめられる。前記燃焼用バーナプレートとしては、セラミック等からなる耐熱板に、その表裏に貫通する多数の炎口を設けたものが用いられる。前記燃焼用バーナプレートは、例えば図５示のように、炎口７が３６個毎に６行６列の菱形形状に配置されて、炎口群８を形成している。前記各炎口群８は、隣接する炎口群８との間に、相互に所定の間隔９を存して配置されている。図５示の燃焼用バーナプレート３ｂでは、各炎口７に形成される火炎は炎口群８毎に合流するが、間隔９によりそれ以上の合流が抑制される。従って、火炎を適切な大きさとすることができ、リフトや立ち消えを防止して、火炎の安定化を図ることができる。
【０００４】
前記全一次燃焼において、「空気過剰率」とは、前記混合気において、所定量の燃料ガスを完全燃焼させるために要する化学量論的量の空気を１として、この何倍の量の燃焼用空気を混合するかを示す値である。前記空気過剰率は、単位を持たない無次元数として示される。
【０００５】
従って、前記全一次燃焼を行うガス燃焼器では、前記混合気の空気過剰率の値が１より大であれば、前記燃料ガスを完全燃焼させるため以上の量の燃焼用空気が存在することになり、理論上、不完全燃焼は起きないはずである。しかし、実際には、前記バーナプレートに供給される混合気の空気過剰率の値を１より大きくしても、不完全燃焼が起きて一酸化炭素（ＣＯ）が発生する。
【０００６】
給湯器等の前記ガス燃焼器では、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｓ ２１０９）により、ＣＯ発生量が所定の基準値（例えば０．２８％）以下となるように定められており、該基準値を超えて増大することは好ましくない。
【０００７】
そこで、前記ガス燃焼器では、機種毎にＣＯ発生量が所定の基準値以下となるように、供給される混合気の空気過剰率の範囲が設定されている。前記空気過剰率の範囲は、前記混合気が動的混合物であって、前記空気過剰率自体が変動しやすいため、該空気過剰率そのものの値ではなく、空気過剰率の幅で示される。
【０００８】
前記ガス燃焼器では、前記空気過剰率の幅は、装置を設計する際に設定される。しかし、前記空気過剰率の幅が狭いと、供給される混合気によっては、製品毎の誤差のために、設定された空気過剰率の幅の範囲外となることがあり、このような場合にＣＯが多量に発生する虞れがある。そこで、前記空気過剰率の幅はできるだけ大きくすることが好ましく、例えば０．５以上になるように設定されている。
【０００９】
一方、前記熱交換器を備えるガス給湯器等のガス燃焼器では、近年、コンパクト化のために、前記燃焼用バーナプレートと熱交換器との間の距離を短くすることが検討されている。しかしながら、このようなガス燃焼器では、前記のように空気過剰率の幅が０．５以上に設定されていても、最大燃焼時にはＣＯ発生量が増大するとの不都合がある。
【００１０】
本発明者らは、前記全一次燃焼において、空気過剰率を１よりも大きくしてもＣＯが発生する理由について検討し、次のような知見を得た。
【００１１】
まず第１の理由は、前記混合気が動的混合物であるので、部分的には空気過剰率が１より小さくなることがあり、この部分で不完全燃焼が起きるためと考えられる。しかし、空気過剰率が部分的に１より小さくなる現象は、空気過剰率が１より大きくなるにつれて低減されるので、空気過剰率が１付近の値から大きくなるにつれてＣＯ発生量は減少する。
【００１２】
次に、第２の理由は、空気過剰率が１よりも十分に大きくなると、前記炎口から噴出する混合気の流速が増加して火炎が伸び、熱交換器のフィンに接触するためと考えられる。つまり、前記火炎が前記熱交換器のフィンに接触すると、該火炎が急激に冷却されて、該火炎中における燃焼反応が途中で中断されるために、前記燃焼反応の中間生成物であるＣＯの発生量が増大するというものである。
【００１３】
この結果、空気過剰率を１より大きくしていくと、まず第１の理由に基づいてＣＯ発生量が減少する。次に、空気過剰率がある値のときに、第１の理由に基づくＣＯ発生量の減少と、第２の理由に基づくＣＯ発生量の増大とが平衡に達し、このときＣＯ発生量が最小となる。そして、空気過剰率が前記ある値より大きくなると、第２の理由に基づいてＣＯ発生量が増加に転ずるものと説明される。
【００１４】
次に、図５示のバーナプレートに前記混合気を供給して全一次燃焼させたときの、前記空気過剰率に対する前記ＣＯ発生量の変化を、図７に一点鎖線で示す。
【００１５】
図７に一点鎖線で示すラインから、前記ＣＯ発生量は前記考察を裏付けるものであることが明らかである。前記ＣＯ発生量は、空気過剰率が１（実測される値は１よりやや大きい値になる）から増加するにつれて一旦低減するが、空気過剰率がある値のときに最低となり、空気過剰率がそれよりも大きくなると、増加に転ずる。
【００１６】
この結果、上記の場合に、ＣＯ発生量を所定の基準値、例えば前記ＪＩＳ規格により定められる０．２８％以下に抑制する空気過剰率の範囲は、Ｗ1 の幅で示される。Ｗ1 は、ＣＯ発生量が所定の基準値以下になる空気過剰率の上限値と、実測可能な空気過剰率の値の中でＣＯ発生量が所定の基準値以下になる下限値との差である。
【００１７】
前記知見に基づいて、さらに考察すると、前記のようにコンパクト化したガス燃焼器では、最大燃焼時に火炎がフィンに接触するために、それぞれの空気過剰率に対するＣＯ発生量が増加しているものと考えられる。即ち、図７示の一点鎖線のラインが上方に平行移動して、二点鎖線で示すラインとなり、本来の一点鎖線のラインにおけるＷ1 であるべきはずの空気過剰率の幅が、Ｗ2 と狭くなっているものである。空気過剰率の幅が狭くなると、前述のように、供給される混合気によっては、製品毎の誤差のために、設定された空気過剰率の幅の範囲外となり、ＣＯが多量に発生する虞れがある。
【００１８】
そこで、前記のようにコンパクト化したガス燃焼器で、最大燃焼時に火炎がフィンに接触することを防ぐために、図５示の炎口群８を形成する炎口７の一部を閉塞し、炎口群８の火炎を小さくすることが考えられる。しかし、閉塞された炎口の数が多くなると、開口している炎口７から生じる火炎の燃焼反応による該火炎自体の振動が、ガス燃焼器の固有振動数と同期して燃焼共鳴音を発生する。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記問題を解決するために、ＣＯ発生量が基準値以下になり、しかも燃焼共鳴音の発生を防止する空気過剰率の幅を、できるだけ大きくすることができる燃焼用バーナプレートを提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の燃焼用バーナプレートは、燃料用ガスに対して燃焼用空気を予め所定の空気過剰率で混合した混合気を強制的に全一次燃焼させ熱交換器を加熱するガス燃焼器のバーナに用いられる燃焼用バーナプレートであって、所定の形状を備える耐熱板に、該耐熱板を表裏に貫通する多数の炎口を設けると共に、該炎口は所定数毎に炎口群を形成し、各炎口群は隣接する炎口群との間に相互に所定の間隔を存して配置されているものにおいて、該炎口群により形成される火炎の伸びを抑制し、且つ該火炎自体の振動が該ガス燃焼器の固有振動数と同期して発生する燃焼共鳴音を抑制するように、前記炎口のうち、所定数の炎口群の中央部に配置された炎口を閉塞すると共に、閉塞された炎口の数が、前記耐熱板の表面に形成された本来あるべき全炎口数の２〜９％であることを特徴とする。
【００２１】
本発明の燃焼用バーナプレートによれば、前記耐熱板に設けられた炎口が所定数毎に炎口群を形成し、各炎口群は隣接する炎口群との間に相互に所定の間隔を存して配置されている。そこで、各炎口から吹き出される火炎は、炎口群毎に合流して火炎を形成する。しかし、各炎口群毎に形成された火炎は、前記炎口群間の間隔に妨げられて互いに合流することができないので、燃焼に適した大きさの火炎が形成される。
【００２２】
しかし、前記燃焼用バーナプレートでは、前記炎口群を形成しても、最大燃焼時には該炎口群に形成される火炎が長く伸びて、前記熱交換器に接触する傾向がある。前記傾向は、前記炎口群の中央部で著しい。そこで、本発明の燃焼用バーナプレートでは、前記炎口群のうち、所定数の炎口群の中央部に配置された炎口の所定数を閉塞する。この結果、最大燃焼時にも、前記炎口群に形成される火炎の伸びを抑制することができ、該火炎が前記熱交換器に接触することを防止して、一酸化炭素の発生量を低減することができる。また、本発明の燃焼用バーナプレートでは、前記炎口群の全てから選択された、所定数の炎口群の炎口を前記のように閉塞するので、閉塞された炎口の数が限定され、燃焼共鳴音の発生を防止することができる。
本発明の燃焼用バーナプレートでは、前記効果を得るために、閉塞された炎口の数は、前記耐熱板の表面に形成された全炎口数の２〜９％である。閉塞された炎口の数が、炎口全体の２％未満では、一酸化炭素発生量を低減させることができる空気過剰率の幅が狭くなる。また、閉塞される炎口の数が、炎口全体の９％を超えると前記燃焼共鳴音の発生を防止することができる空気過剰率の幅が狭くなる。
【００２３】
この結果、本発明の燃焼用バーナプレートによれば、最大燃焼時にも一酸化炭素の発生量を低減して、しかも燃焼共鳴音の発生を防止することができる空気過剰率の幅を広く確保することができる。
【００２６】
さらに、本発明の燃焼用バーナプレートは、前記炎口群は所定数毎に炎口群集団を形成し、複数の炎口群集団が所定パターンで繰り返し現れるように反復して配置されている。そして、前記炎口群集団を形成する炎口群のうち、所定数の炎口群の中央部に配置された所定数の炎口が閉塞されている。前記構成によれば、閉塞された炎口を前記耐熱板の表面に、確実に均等に分散させて配置することができる。
【００２７】
本発明の燃焼用バーナプレートは、例えば、前記炎口群が３６個の炎口が６行６列の菱形形状に配置されて形成された構成とすることができる。この構成では、前記炎口群集団は、４個の該炎口群が相似的に大きな菱形形状に配置されて形成され、複数の該炎口群集団が繰り返し現れるように反復して配置されている。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本発明の燃焼用バーナプレートをガス燃焼器のバーナとして用いるガス給湯器の一構成例を示す説明的断面図であり、図２乃至図４は本発明の燃焼用バーナプレートにおける炎口及び炎口群の配置パターンを示す部分平面図であり、図５は本発明に対する比較のための従来技術に従う燃焼用バーナプレートにおける炎口及び炎口群の配置パターンを示す部分平面図であり、図６は本発明に対する比較のための燃焼用バーナプレートにおける炎口及び炎口群の配置パターンを示す部分平面図である。図７は空気過剰率に対する一酸化炭素発生量の変化を示すグラフであり、図８は燃焼共鳴音が発生しない空気過剰率の領域を示すヒストグラムであり、図９は閉塞された炎口の割合に対し一酸化炭素の発生量が基準値以下になる空気過剰率の幅及び燃焼共鳴音が発生しない空気過剰率の幅を示すグラフである。
【００２９】
図１示のガス給湯器１は、燃料用ガスに対して燃焼用空気を予め所定の空気過剰率で混合した混合気の強制的全一次燃焼を行うようにしたものである。ガス給湯器１は、ケーシング２内にガスバーナ３と、給水管４から供給される水をガスバーナ３により加熱して湯を得る熱交換器５とを備える。熱交換器５で得られた湯は、給湯管６により図示しない台所、洗面所、浴室等に供給される。
【００３０】
ガスバーナ３に用いられるバーナプレートはコーディエライト等のセラミックからなる耐熱板に、該耐熱板を表裏に貫通する多数の炎口７を設けたものである。ガスバーナ３は、燃料ガスと燃焼用空気とが予め所定の割合で混合された混合気が炎口７に供給されたときに、図示しない点火手段により点火される。
【００３１】
本実施例のバーナプレート３ａを図２乃至図４に示す。図５は従来のバーナプレート３ｂであり、図６は比較例のバーナプレート３ｃである。
【００３２】
バーナプレート３ｂは、直径１．２５ｍｍの炎口７を、６０ｍｍ×１２８ｍｍの大きさの前記耐熱板１枚当たり１２６９個設けたものである。本実施例のバーナプレート３ａは、前記１２６９個の炎口７のうち、その全数に対して２〜９％の炎口７が閉塞されたものを横に２枚並設して６０ｍｍ×２５６ｍｍの大きさとしている。図２乃至図６は、炎口パターンの説明のために、全数１２６９個の炎口７を備えるバーナプレート３ａ，３ｂ，３ｃの一部を（炎口７の４８３個分の領域）示したものである。
【００３３】
本実施例のバーナプレート３ａに設けられた炎口７は、図２示のように、その３６個を６行６列にして菱形形状に配置した炎口群８を形成しており、炎口群８内では隣接する炎口７と中心間距離が１．８ｍｍになるようにして設けられる。前記炎口群８，８間には所定の間隔９が設けられている。また、４個の炎口群８を、炎口群８に対して相似的に大きな菱形形状に配置して、炎口群集団１０が形成されている。そして、バーナプレート３ａの炎口パターンは、繰り返し現れるように反復して配置された炎口群集団１０により形成されている。
【００３４】
次に、前記炎口パターンにおいて、その全数に対して２〜９％の炎口７が閉塞される例について説明する。
【００３５】
まず、図２示のバーナプレート３ａは、前記炎口群集団１０を形成する４個の炎口群８のうち１個の炎口群８について、該炎口群８の中央の４個の炎口７を閉塞して閉塞部７ａを形成したものである。このようなバーナプレート３ａで、前記炎口群集団１０について、炎口閉塞率を算出すると、下記式（１）のようになる。尚、炎口閉塞率は、本来あるべき全炎口数に対する閉塞された炎口７の割合として定義される。
【００３６】
【数１】
【００３７】
実際のバーナプレート３ａでは、周辺部に配置される炎口群８ａ，８ｂ，８ｃは前記菱形形状の一部を形成するものであり、炎口群８ａは１５個、炎口群８ｂは１０個、炎口群８ｃは４個の炎口７からなる。従って、実際の炎口閉塞率は、式（１）で得られる数値（設計値）とは誤差を生じ、図２示のバーナプレート３ａの場合、下記式（２）のような実測値が得られる。
【００３８】
【数２】
【００３９】
次に、図３示のバーナプレート３ａは、前記炎口群集団１０を形成する４個の炎口群８のうち互いの頂点が縦方向で向かい合う２個の炎口群８について、該炎口群８の中央の４個の炎口７を閉塞して閉塞部７ａを形成したものである。このようなバーナプレート３ａで、前記炎口群集団１０について、前記炎口閉塞率を算出すると下記式（３）のようになる。
【００４０】
【数３】
【００４１】
実際のバーナプレート３ａでは、図２示のバーナプレート３ａの場合と同様に、周辺部に配置される炎口群８ａ，８ｂ，８ｃは前記菱形形状の一部を形成するものである。従って、実際の炎口閉塞率は式（３）で得られる数値（設計値）とは誤差を生じ、図３示のバーナプレート３ａの場合、下記式（４）のような実測値が得られる。
【００４２】
【数４】
【００４３】
図３示のバーナプレート３ａは、前記構成のものに代えて、互いの頂点が横方向で向かい合う２個の炎口群８または間隔９を介して隣接する２個の炎口群８の中央の４個の炎口７を閉塞して閉塞部７ａを形成してもよい。
【００４４】
次に、図４示のバーナプレート３ａは、前記炎口群集団１０を形成する４個の炎口群８のうち３個の炎口群８について、該炎口群８の中央の４個の炎口７を閉塞して閉塞部７ａを形成したものである。このようなバーナプレート３ａでは、前記炎口群集団１０について、前記炎口閉塞率を算出すると下記式（５）のようになる。
【００４５】
【数５】
【００４６】
実際のバーナプレート３ａでは、図２示のバーナプレート３ａの場合と同様に、周辺部に配置される炎口群８ａ，８ｂ，８ｃは前記菱形形状の一部を形成するものである。従って、実際の炎口閉塞率は、式（５）で得られる数値とは誤差を生じ、図４示のバーナプレート３の場合、下記式（６）のような実測値が得られる。
【００４７】
【数６】
【００４８】
図４示のバーナプレート３ａは、前記構成のものに代えて、炎口群集団１０の炎口群８のうち任意の３個を選択し、その中央の４個の炎口７を閉塞してもよい。
【００４９】
次に、比較のために、前記炎口パターンにおいて、その全数に対して２％未満または９％を超える炎口７が閉塞される例について説明する。
【００５０】
まず、図５示のバーナプレート３ｂは、従来技術に従い、前記炎口群集団１０を形成する４個の炎口群８の全てについて、全く閉塞部７ａを形成しないものである。このようなバーナプレート３ｂで、前記炎口群集団１０について、本来あるべき全炎口数に対する閉塞された炎口７の割合として定義される炎口閉塞率は、前記設計値、実測値共に０％である。
【００５１】
次に、図６示のバーナプレート３ｃは、前記炎口群集団１０を形成する４個の炎口群８の全てについて、該炎口群８の中央の４個の炎口７を閉塞して閉塞部７ａを形成したものである。このようなバーナプレート３ｃで、前記炎口群集団１０について、前記炎口閉塞率を算出すると、下記式（７）のようになる。
【００５２】
【数７】
【００５３】
実際のバーナプレート３では、図２示のバーナプレート３ａの場合と同様に、周辺部に配置される炎口群８ａ，８ｂ，８ｃは前記菱形形状の一部を構成するものである。従って、炎口閉塞率は、式（７）で得られる数値とは誤差を生じ、図６示のバーナプレート３ｃの場合、下記式（８）のような実測値が得られる。
【００５４】
【数８】
【００５５】
前記図２乃至図６示のバーナプレート３ａ，３ｂ，３ｃの炎口閉塞率について、その設計値及び実測値を表１にまとめて示す。
【００５６】
【表１】
【００５７】
前記のように、図２乃至図６示のバーナプレート３ａ，３ｂ，３ｃの炎口閉塞率は、その実測値は設計値と異なり、前記各類型毎にさらに多くの実測値が発生する。しかし、表１から明らかなように、前記実測値と設計値とは有意な差は無く、どちらを用いても本発明を実施する上でなんら支障を生じることはない。そこで、本明細書では、煩雑を避けるため、その炎口閉塞率を前記設計値により記述する。
【００５８】
次に、図３に示すバーナプレート３ａを図１示のガス給湯器１に装着し、最大燃焼量（インプット２９．３ｋｗ）が得られるように混合気を供給した。そして、前記混合気の空気過剰率を変えたときに、各空気過剰率に対するＣＯ発生量（％）を測定した。
【００５９】
図３示のバーナプレート３ａ（炎口閉塞率５．５６％）に関するＣＯ発生量（％）の測定結果を表２に示す。
【００６０】
【表２】
【００６１】
次に、図５に示すバーナプレート３ｂを図１示のガス給湯器１に装着した以外は、図３示のバーナプレート３ａと全く同一にして、前記混合気の空気過剰率を変えたときに、各空気過剰率に対するＣＯ発生量（％）を測定した。
【００６２】
図５示のバーナプレート３ｂ（炎口閉塞率０％）に関するＣＯ発生量（％）の測定結果を表３に示す。
【００６３】
【表３】
【００６４】
次に、図６に示すバーナプレート３ｃを図１示のガス給湯器１に装着した以外は、図３示のバーナプレート３ａと全く同一にして、前記混合気の空気過剰率を変えたときに、各空気過剰率に対するＣＯ発生量（％）を測定した。
【００６５】
図６示のバーナプレート３ｃ（炎口閉塞率１１．１１％）に関するＣＯ発生量（％）の測定結果を表４に示す。
【００６６】
【表４】
【００６７】
次に、表２乃至表４の結果をまとめて図７に示す。表２〜４及び図７から明らかなように、空気過剰率がその実測可能な下限値である１．０強から増加するに従って、ＣＯ発生量は、初めは低減する傾向を示す。そして、ＣＯ発生量は、空気過剰率１．３０〜１．４０の範囲で最小値となり、その後は空気過剰率の増加と共に増加する。
【００６８】
このとき、完全燃焼を行う空気過剰率の下限値は理論上１．０であるが、実測される下限値は１．０よりやや高い値となり、前記各バーナプレート３ａ，３ｂ，３ｃの炎口閉塞率により異なる値となる。前記ＣＯ発生量は、前記最小値に達した後、空気過剰率の増加と共に増加する。これは、空気過剰率が大きくなるに従って火炎が伸び、図１示の熱交換器５のフィンに接触して、ＣＯが発生する結果と考えられる。
【００６９】
次に、表２〜４から、まず、空気過剰率の上限値を求めた。前記上限値は、前記ＣＯ発生量が前記最小値を取った後、増加に転じ、所定の基準値（例えば０．２８％）に達したときの空気過剰率の値とした。次いで、前記上限値から前記下限値を減算することにより、前記ＣＯ発生量が前記基準値以下となる空気過剰率の幅を求めた。この結果、図３示のバーナプレート３ａ（炎口閉塞率５．５６％）について０．５４という値が得られた。また、図５示のバーナプレート３ｂ（炎口閉塞率０％）では０．４２、図６示のバーナプレート３ｃ（炎口閉塞率１１．１１％）では０．５９という値が得られた。
【００７０】
次に、図２及び図４示のバーナプレート３ａ（それぞれ炎口閉塞率２．７８％、８．３３％）について、前記と同一の方法により、前記ＣＯ発生量が前記基準値以下となる空気過剰率の幅を求めた。図２乃至図６示のバーナプレート３ａ，３ｂ，３ｃについて、炎口閉塞率と前記空気過剰率の幅との関係を表５に示す。
【００７１】
【表５】
【００７２】
表５から明らかなように、ＣＯ発生量が前記基準値以下になる範囲だけについてみると、炎口閉塞率が２．７８％以上で空気過剰率の幅が０．５以上となる。そして、炎口閉塞率が増大するほど、空気過剰率の幅の値も大きくなる。
【００７３】
前記空気過剰率の幅は、ガス燃焼器において製品間のばらつきにより空気過剰率がばらつきが大きくなったときに、多量のＣＯが発生しないように、０．５以上とすることが望まれる。
【００７４】
次に、図３、図５、図６にそれぞれ示すバーナプレート３ａ，３ｂ，３ｃを図１示のガス給湯器１のガスバーナ３に装着し、最大燃焼量（インプット２９．３ｋｗ）が得られるように混合気を供給した。このとき、前記混合気の空気過剰率を変えて、各空気過剰率の混合気の燃焼による燃焼共鳴音の発生の有無を調べた。そして、燃焼共鳴音が発生しない空気過剰率の下限値及び上限値を求めた。結果を表６及び図８に示す。
【００７５】
【表６】
【００７６】
表６から、明らかなように、燃焼共鳴音が発生しない空気過剰率の上限値は、炎口閉塞率が大きくなるに従って低減する。また、燃焼共鳴音が発生する空気過剰率の下限値は炎口閉塞率が大きくなるに従って増大する傾向を示す。
【００７７】
一方、図８は、表６の空気過剰率の上限値と下限値とに挟まれる領域として、各炎口閉塞率において燃焼共鳴音が発生しない空気過剰率の幅を示すヒストグラムである。図８から、前記燃焼共鳴音が発生しない空気過剰率の幅は、炎口閉塞率が大きくなるに従って小さくなることが明らかである。
【００７８】
次に、表６の前記上限値から前記下限値を減算することにより、前記燃焼共鳴音が発生しない空気過剰率の幅を求めた。この結果、図３示のバーナプレート３ａ（炎口閉塞率５．５６％）について０．５６という値が得られた。また、図５示のバーナプレート３ｂ（炎口閉塞率０％）では０．５７、図６示のバーナプレート３ｃ（炎口閉塞率１１．１１％）では０．３０という値が得られた。
【００７９】
次に、図２及び図４示のバーナプレート３ａ（それぞれ炎口閉塞率２．７８％、８．３３％）についても前記と同一の方法により、前記燃焼共鳴音が発生しない空気過剰率の幅を求めた。図２乃至図６示のバーナプレート３ａ，３ｂ，３ｃについて、炎口閉塞率と前記空気過剰率の幅との関係を表７に示す。
【００８０】
【表７】
【００８１】
表７から明らかなように、燃焼共鳴音が発生しない範囲だけについてみると、炎口閉塞率が大きくなるほど空気過剰率の幅の値が小さくなり、１１．１１％では空気過剰率の幅が０．５未満となる。前記空気過剰率の幅は、前述の理由により、０．５以上とすることが望まれる。
【００８２】
次に、前掲の表５及び表７の結果を併せて図９に示す。図９から、炎口閉塞率を２〜９％の範囲とすることにより、ＣＯ発生量を前記基準値以下として、前記燃焼共鳴音が発生せず、しかも空気過剰率の幅を０．５以上にできることが明らかである。
【００８３】
また、図９から明らかなように、炎口閉塞率が２％未満になると、ＣＯ発生量が前記基準値以下となる空気過剰率の幅が０．５未満となる。また、炎口閉塞率が９％を超えると、前記燃焼共鳴音が発生しない空気過剰率の幅が０．５未満となる。
【００８４】
尚、本実施形態の各バーナプレート３ａでは、複数の炎口７を菱形形状に配置して炎口群８を形成しているが、炎口群８は炎口７を正方形状、長方形状、円形形状等、他の形状に配置して形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃焼用バーナプレートをガス燃焼器のバーナとして用いるガス給湯器の一構成例を示す説明的断面図。
【図２】本発明の燃焼用バーナプレートにおける炎口及び炎口群の配置パターンを示す部分平面図。
【図３】本発明の燃焼用バーナプレートにおける炎口及び炎口群の配置パターンを示す部分平面図。
【図４】本発明の燃焼用バーナプレートにおける炎口及び炎口群の配置パターンを示す部分平面図。
【図５】本発明に対する比較のための、従来技術に従う燃焼用バーナプレートにおける炎口及び炎口群の配置パターンを示す部分平面図。
【図６】本発明に対する比較のための燃焼用バーナプレートにおける炎口及び炎口群の配置パターンを示す部分平面図。
【図７】空気過剰率に対する一酸化炭素発生量の変化を示すグラフ。
【図８】燃焼共鳴音が発生しない空気過剰率の領域を示すヒストグラム。
【図９】閉塞された炎口の割合に対し、一酸化炭素の発生量が基準値以下になる空気過剰率の幅及び燃焼共鳴音が発生しない空気過剰率の幅を示すグラフ。
【符号の説明】
３…ガスバーナ、 ３ａ，３ｂ，３ｃ…燃焼用バーナプレート、 ７…炎口、７ａ…閉塞された炎口、 ８…炎口群、 ９…間隔、 １０…炎口群集団。
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器を備え、燃料用ガスを全一次燃焼させるガス燃焼器のバーナに用いられる燃焼用バーナプレートに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱交換器を備え、燃料用ガスを強制的に全一次燃焼させるようにしたガス燃焼器が知られている。
【０００３】
前記ガス燃焼器では、前記燃料用ガスに対し、燃焼用空気を予め所定の空気過剰率で混合した混合気が、ガスバーナに取着された燃焼用バーナプレートに供給されて、全一次燃焼せしめられる。前記燃焼用バーナプレートとしては、セラミック等からなる耐熱板に、その表裏に貫通する多数の炎口を設けたものが用いられる。前記燃焼用バーナプレートは、例えば図５示のように、炎口７が３６個毎に６行６列の菱形形状に配置されて、炎口群８を形成している。前記各炎口群８は、隣接する炎口群８との間に、相互に所定の間隔９を存して配置されている。図５示の燃焼用バーナプレート３ｂでは、各炎口７に形成される火炎は炎口群８毎に合流するが、間隔９によりそれ以上の合流が抑制される。従って、火炎を適切な大きさとすることができ、リフトや立ち消えを防止して、火炎の安定化を図ることができる。
【０００４】
前記全一次燃焼において、「空気過剰率」とは、前記混合気において、所定量の燃料ガスを完全燃焼させるために要する化学量論的量の空気を１として、この何倍の量の燃焼用空気を混合するかを示す値である。前記空気過剰率は、単位を持たない無次元数として示される。
【０００５】
従って、前記全一次燃焼を行うガス燃焼器では、前記混合気の空気過剰率の値が１より大であれば、前記燃料ガスを完全燃焼させるため以上の量の燃焼用空気が存在することになり、理論上、不完全燃焼は起きないはずである。しかし、実際には、前記バーナプレートに供給される混合気の空気過剰率の値を１より大きくしても、不完全燃焼が起きて一酸化炭素（ＣＯ）が発生する。
【０００６】
給湯器等の前記ガス燃焼器では、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｓ ２１０９）により、ＣＯ発生量が所定の基準値（例えば０．２８％）以下となるように定められており、該基準値を超えて増大することは好ましくない。
【０００７】
そこで、前記ガス燃焼器では、機種毎にＣＯ発生量が所定の基準値以下となるように、供給される混合気の空気過剰率の範囲が設定されている。前記空気過剰率の範囲は、前記混合気が動的混合物であって、前記空気過剰率自体が変動しやすいため、該空気過剰率そのものの値ではなく、空気過剰率の幅で示される。
【０００８】
前記ガス燃焼器では、前記空気過剰率の幅は、装置を設計する際に設定される。しかし、前記空気過剰率の幅が狭いと、供給される混合気によっては、製品毎の誤差のために、設定された空気過剰率の幅の範囲外となることがあり、このような場合にＣＯが多量に発生する虞れがある。そこで、前記空気過剰率の幅はできるだけ大きくすることが好ましく、例えば０．５以上になるように設定されている。
【０００９】
一方、前記熱交換器を備えるガス給湯器等のガス燃焼器では、近年、コンパクト化のために、前記燃焼用バーナプレートと熱交換器との間の距離を短くすることが検討されている。しかしながら、このようなガス燃焼器では、前記のように空気過剰率の幅が０．５以上に設定されていても、最大燃焼時にはＣＯ発生量が増大するとの不都合がある。
【００１０】
本発明者らは、前記全一次燃焼において、空気過剰率を１よりも大きくしてもＣＯが発生する理由について検討し、次のような知見を得た。
【００１１】
まず第１の理由は、前記混合気が動的混合物であるので、部分的には空気過剰率が１より小さくなることがあり、この部分で不完全燃焼が起きるためと考えられる。しかし、空気過剰率が部分的に１より小さくなる現象は、空気過剰率が１より大きくなるにつれて低減されるので、空気過剰率が１付近の値から大きくなるにつれてＣＯ発生量は減少する。
【００１２】
次に、第２の理由は、空気過剰率が１よりも十分に大きくなると、前記炎口から噴出する混合気の流速が増加して火炎が伸び、熱交換器のフィンに接触するためと考えられる。つまり、前記火炎が前記熱交換器のフィンに接触すると、該火炎が急激に冷却されて、該火炎中における燃焼反応が途中で中断されるために、前記燃焼反応の中間生成物であるＣＯの発生量が増大するというものである。
【００１３】
この結果、空気過剰率を１より大きくしていくと、まず第１の理由に基づいてＣＯ発生量が減少する。次に、空気過剰率がある値のときに、第１の理由に基づくＣＯ発生量の減少と、第２の理由に基づくＣＯ発生量の増大とが平衡に達し、このときＣＯ発生量が最小となる。そして、空気過剰率が前記ある値より大きくなると、第２の理由に基づいてＣＯ発生量が増加に転ずるものと説明される。
【００１４】
次に、図５示のバーナプレートに前記混合気を供給して全一次燃焼させたときの、前記空気過剰率に対する前記ＣＯ発生量の変化を、図７に一点鎖線で示す。
【００１５】
図７に一点鎖線で示すラインから、前記ＣＯ発生量は前記考察を裏付けるものであることが明らかである。前記ＣＯ発生量は、空気過剰率が１（実測される値は１よりやや大きい値になる）から増加するにつれて一旦低減するが、空気過剰率がある値のときに最低となり、空気過剰率がそれよりも大きくなると、増加に転ずる。
【００１６】
この結果、上記の場合に、ＣＯ発生量を所定の基準値、例えば前記ＪＩＳ規格により定められる０．２８％以下に抑制する空気過剰率の範囲は、Ｗ1 の幅で示される。Ｗ1 は、ＣＯ発生量が所定の基準値以下になる空気過剰率の上限値と、実測可能な空気過剰率の値の中でＣＯ発生量が所定の基準値以下になる下限値との差である。
【００１７】
前記知見に基づいて、さらに考察すると、前記のようにコンパクト化したガス燃焼器では、最大燃焼時に火炎がフィンに接触するために、それぞれの空気過剰率に対するＣＯ発生量が増加しているものと考えられる。即ち、図７示の一点鎖線のラインが上方に平行移動して、二点鎖線で示すラインとなり、本来の一点鎖線のラインにおけるＷ1 であるべきはずの空気過剰率の幅が、Ｗ2 と狭くなっているものである。空気過剰率の幅が狭くなると、前述のように、供給される混合気によっては、製品毎の誤差のために、設定された空気過剰率の幅の範囲外となり、ＣＯが多量に発生する虞れがある。
【００１８】
そこで、前記のようにコンパクト化したガス燃焼器で、最大燃焼時に火炎がフィンに接触することを防ぐために、図５示の炎口群８を形成する炎口７の一部を閉塞し、炎口群８の火炎を小さくすることが考えられる。しかし、閉塞された炎口の数が多くなると、開口している炎口７から生じる火炎の燃焼反応による該火炎自体の振動が、ガス燃焼器の固有振動数と同期して燃焼共鳴音を発生する。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記問題を解決するために、ＣＯ発生量が基準値以下になり、しかも燃焼共鳴音の発生を防止する空気過剰率の幅を、できるだけ大きくすることができる燃焼用バーナプレートを提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の燃焼用バーナプレートは、燃料用ガスに対して燃焼用空気を予め所定の空気過剰率で混合した混合気を強制的に全一次燃焼させ熱交換器を加熱するガス燃焼器のバーナに用いられる燃焼用バーナプレートであって、所定の形状を備える耐熱板に、該耐熱板を表裏に貫通する多数の炎口を設けると共に、該炎口は所定数毎に炎口群を形成し、各炎口群は隣接する炎口群との間に相互に所定の間隔を存して配置されているものにおいて、該炎口群により形成される火炎の伸びを抑制し、且つ該火炎自体の振動が該ガス燃焼器の固有振動数と同期して発生する燃焼共鳴音を抑制するように、前記炎口のうち、所定数の炎口群の中央部に配置された炎口を閉塞すると共に、閉塞された炎口の数が、前記耐熱板の表面に形成された本来あるべき全炎口数の２〜９％であることを特徴とする。
【００２１】
本発明の燃焼用バーナプレートによれば、前記耐熱板に設けられた炎口が所定数毎に炎口群を形成し、各炎口群は隣接する炎口群との間に相互に所定の間隔を存して配置されている。そこで、各炎口から吹き出される火炎は、炎口群毎に合流して火炎を形成する。しかし、各炎口群毎に形成された火炎は、前記炎口群間の間隔に妨げられて互いに合流することができないので、燃焼に適した大きさの火炎が形成される。
【００２２】
しかし、前記燃焼用バーナプレートでは、前記炎口群を形成しても、最大燃焼時には該炎口群に形成される火炎が長く伸びて、前記熱交換器に接触する傾向がある。前記傾向は、前記炎口群の中央部で著しい。そこで、本発明の燃焼用バーナプレートでは、前記炎口群のうち、所定数の炎口群の中央部に配置された炎口の所定数を閉塞する。この結果、最大燃焼時にも、前記炎口群に形成される火炎の伸びを抑制することができ、該火炎が前記熱交換器に接触することを防止して、一酸化炭素の発生量を低減することができる。また、本発明の燃焼用バーナプレートでは、前記炎口群の全てから選択された、所定数の炎口群の炎口を前記のように閉塞するので、閉塞された炎口の数が限定され、燃焼共鳴音の発生を防止することができる。
本発明の燃焼用バーナプレートでは、前記効果を得るために、閉塞された炎口の数は、前記耐熱板の表面に形成された全炎口数の２〜９％である。閉塞された炎口の数が、炎口全体の２％未満では、一酸化炭素発生量を低減させることができる空気過剰率の幅が狭くなる。また、閉塞される炎口の数が、炎口全体の９％を超えると前記燃焼共鳴音の発生を防止することができる空気過剰率の幅が狭くなる。
【００２３】
この結果、本発明の燃焼用バーナプレートによれば、最大燃焼時にも一酸化炭素の発生量を低減して、しかも燃焼共鳴音の発生を防止することができる空気過剰率の幅を広く確保することができる。
【００２６】
さらに、本発明の燃焼用バーナプレートは、前記炎口群は所定数毎に炎口群集団を形成し、複数の炎口群集団が所定パターンで繰り返し現れるように反復して配置されている。そして、前記炎口群集団を形成する炎口群のうち、所定数の炎口群の中央部に配置された所定数の炎口が閉塞されている。前記構成によれば、閉塞された炎口を前記耐熱板の表面に、確実に均等に分散させて配置することができる。
【００２７】
本発明の燃焼用バーナプレートは、例えば、前記炎口群が３６個の炎口が６行６列の菱形形状に配置されて形成された構成とすることができる。この構成では、前記炎口群集団は、４個の該炎口群が相似的に大きな菱形形状に配置されて形成され、複数の該炎口群集団が繰り返し現れるように反復して配置されている。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本発明の燃焼用バーナプレートをガス燃焼器のバーナとして用いるガス給湯器の一構成例を示す説明的断面図であり、図２乃至図４は本発明の燃焼用バーナプレートにおける炎口及び炎口群の配置パターンを示す部分平面図であり、図５は本発明に対する比較のための従来技術に従う燃焼用バーナプレートにおける炎口及び炎口群の配置パターンを示す部分平面図であり、図６は本発明に対する比較のための燃焼用バーナプレートにおける炎口及び炎口群の配置パターンを示す部分平面図である。図７は空気過剰率に対する一酸化炭素発生量の変化を示すグラフであり、図８は燃焼共鳴音が発生しない空気過剰率の領域を示すヒストグラムであり、図９は閉塞された炎口の割合に対し一酸化炭素の発生量が基準値以下になる空気過剰率の幅及び燃焼共鳴音が発生しない空気過剰率の幅を示すグラフである。
【００２９】
図１示のガス給湯器１は、燃料用ガスに対して燃焼用空気を予め所定の空気過剰率で混合した混合気の強制的全一次燃焼を行うようにしたものである。ガス給湯器１は、ケーシング２内にガスバーナ３と、給水管４から供給される水をガスバーナ３により加熱して湯を得る熱交換器５とを備える。熱交換器５で得られた湯は、給湯管６により図示しない台所、洗面所、浴室等に供給される。
【００３０】
ガスバーナ３に用いられるバーナプレートはコーディエライト等のセラミックからなる耐熱板に、該耐熱板を表裏に貫通する多数の炎口７を設けたものである。ガスバーナ３は、燃料ガスと燃焼用空気とが予め所定の割合で混合された混合気が炎口７に供給されたときに、図示しない点火手段により点火される。
【００３１】
本実施例のバーナプレート３ａを図２乃至図４に示す。図５は従来のバーナプレート３ｂであり、図６は比較例のバーナプレート３ｃである。
【００３２】
バーナプレート３ｂは、直径１．２５ｍｍの炎口７を、６０ｍｍ×１２８ｍｍの大きさの前記耐熱板１枚当たり１２６９個設けたものである。本実施例のバーナプレート３ａは、前記１２６９個の炎口７のうち、その全数に対して２〜９％の炎口７が閉塞されたものを横に２枚並設して６０ｍｍ×２５６ｍｍの大きさとしている。図２乃至図６は、炎口パターンの説明のために、全数１２６９個の炎口７を備えるバーナプレート３ａ，３ｂ，３ｃの一部を（炎口７の４８３個分の領域）示したものである。
【００３３】
本実施例のバーナプレート３ａに設けられた炎口７は、図２示のように、その３６個を６行６列にして菱形形状に配置した炎口群８を形成しており、炎口群８内では隣接する炎口７と中心間距離が１．８ｍｍになるようにして設けられる。前記炎口群８，８間には所定の間隔９が設けられている。また、４個の炎口群８を、炎口群８に対して相似的に大きな菱形形状に配置して、炎口群集団１０が形成されている。そして、バーナプレート３ａの炎口パターンは、繰り返し現れるように反復して配置された炎口群集団１０により形成されている。
【００３４】
次に、前記炎口パターンにおいて、その全数に対して２〜９％の炎口７が閉塞される例について説明する。
【００３５】
まず、図２示のバーナプレート３ａは、前記炎口群集団１０を形成する４個の炎口群８のうち１個の炎口群８について、該炎口群８の中央の４個の炎口７を閉塞して閉塞部７ａを形成したものである。このようなバーナプレート３ａで、前記炎口群集団１０について、炎口閉塞率を算出すると、下記式（１）のようになる。尚、炎口閉塞率は、本来あるべき全炎口数に対する閉塞された炎口７の割合として定義される。
【００３６】
【数１】
実際のバーナプレート３ａでは、周辺部に配置される炎口群８ａ，８ｂ，８ｃは前記菱形形状の一部を形成するものであり、炎口群８ａは１５個、炎口群８ｂは１０個、炎口群８ｃは４個の炎口７からなる。従って、実際の炎口閉塞率は、式（１）で得られる数値（設計値）とは誤差を生じ、図２示のバーナプレート３ａの場合、下記式（２）のような実測値が得られる。
【００３８】
【数２】
次に、図３示のバーナプレート３ａは、前記炎口群集団１０を形成する４個の炎口群８のうち互いの頂点が縦方向で向かい合う２個の炎口群８について、該炎口群８の中央の４個の炎口７を閉塞して閉塞部７ａを形成したものである。このようなバーナプレート３ａで、前記炎口群集団１０について、前記炎口閉塞率を算出すると下記式（３）のようになる。
【００４０】
【数３】
実際のバーナプレート３ａでは、図２示のバーナプレート３ａの場合と同様に、周辺部に配置される炎口群８ａ，８ｂ，８ｃは前記菱形形状の一部を形成するものである。従って、実際の炎口閉塞率は式（３）で得られる数値（設計値）とは誤差を生じ、図３示のバーナプレート３ａの場合、下記式（４）のような実測値が得られる。
【００４２】
【数４】
図３示のバーナプレート３ａは、前記構成のものに代えて、互いの頂点が横方向で向かい合う２個の炎口群８または間隔９を介して隣接する２個の炎口群８の中央の４個の炎口７を閉塞して閉塞部７ａを形成してもよい。
【００４４】
次に、図４示のバーナプレート３ａは、前記炎口群集団１０を形成する４個の炎口群８のうち３個の炎口群８について、該炎口群８の中央の４個の炎口７を閉塞して閉塞部７ａを形成したものである。このようなバーナプレート３ａでは、前記炎口群集団１０について、前記炎口閉塞率を算出すると下記式（５）のようになる。
【００４５】
【数５】
実際のバーナプレート３ａでは、図２示のバーナプレート３ａの場合と同様に、周辺部に配置される炎口群８ａ，８ｂ，８ｃは前記菱形形状の一部を形成するものである。従って、実際の炎口閉塞率は、式（５）で得られる数値とは誤差を生じ、図４示のバーナプレート３の場合、下記式（６）のような実測値が得られる。
【００４７】
【数６】
図４示のバーナプレート３ａは、前記構成のものに代えて、炎口群集団１０の炎口群８のうち任意の３個を選択し、その中央の４個の炎口７を閉塞してもよい。
【００４９】
次に、比較のために、前記炎口パターンにおいて、その全数に対して２％未満または９％を超える炎口７が閉塞される例について説明する。
【００５０】
まず、図５示のバーナプレート３ｂは、従来技術に従い、前記炎口群集団１０を形成する４個の炎口群８の全てについて、全く閉塞部７ａを形成しないものである。このようなバーナプレート３ｂで、前記炎口群集団１０について、本来あるべき全炎口数に対する閉塞された炎口７の割合として定義される炎口閉塞率は、前記設計値、実測値共に０％である。
【００５１】
次に、図６示のバーナプレート３ｃは、前記炎口群集団１０を形成する４個の炎口群８の全てについて、該炎口群８の中央の４個の炎口７を閉塞して閉塞部７ａを形成したものである。このようなバーナプレート３ｃで、前記炎口群集団１０について、前記炎口閉塞率を算出すると、下記式（７）のようになる。
【００５２】
【数７】
実際のバーナプレート３では、図２示のバーナプレート３ａの場合と同様に、周辺部に配置される炎口群８ａ，８ｂ，８ｃは前記菱形形状の一部を構成するものである。従って、炎口閉塞率は、式（７）で得られる数値とは誤差を生じ、図６示のバーナプレート３ｃの場合、下記式（８）のような実測値が得られる。
【００５４】
【数８】
前記図２乃至図６示のバーナプレート３ａ，３ｂ，３ｃの炎口閉塞率について、その設計値及び実測値を表１にまとめて示す。
【００５６】
【表１】
前記のように、図２乃至図６示のバーナプレート３ａ，３ｂ，３ｃの炎口閉塞率は、その実測値は設計値と異なり、前記各類型毎にさらに多くの実測値が発生する。しかし、表１から明らかなように、前記実測値と設計値とは有意な差は無く、どちらを用いても本発明を実施する上でなんら支障を生じることはない。そこで、本明細書では、煩雑を避けるため、その炎口閉塞率を前記設計値により記述する。
【００５８】
次に、図３に示すバーナプレート３ａを図１示のガス給湯器１に装着し、最大燃焼量（インプット２９．３ｋｗ）が得られるように混合気を供給した。そして、前記混合気の空気過剰率を変えたときに、各空気過剰率に対するＣＯ発生量（％）を測定した。
【００５９】
図３示のバーナプレート３ａ（炎口閉塞率５．５６％）に関するＣＯ発生量（％）の測定結果を表２に示す。
【００６０】
【表２】
次に、図５に示すバーナプレート３ｂを図１示のガス給湯器１に装着した以外は、図３示のバーナプレート３ａと全く同一にして、前記混合気の空気過剰率を変えたときに、各空気過剰率に対するＣＯ発生量（％）を測定した。
【００６２】
図５示のバーナプレート３ｂ（炎口閉塞率０％）に関するＣＯ発生量（％）の測定結果を表３に示す。
【００６３】
【表３】
次に、図６に示すバーナプレート３ｃを図１示のガス給湯器１に装着した以外は、図３示のバーナプレート３ａと全く同一にして、前記混合気の空気過剰率を変えたときに、各空気過剰率に対するＣＯ発生量（％）を測定した。
【００６５】
図６示のバーナプレート３ｃ（炎口閉塞率１１．１１％）に関するＣＯ発生量（％）の測定結果を表４に示す。
【００６６】
【表４】
次に、表２乃至表４の結果をまとめて図７に示す。表２〜４及び図７から明らかなように、空気過剰率がその実測可能な下限値である１．０強から増加するに従って、ＣＯ発生量は、初めは低減する傾向を示す。そして、ＣＯ発生量は、空気過剰率１．３０〜１．４０の範囲で最小値となり、その後は空気過剰率の増加と共に増加する。
【００６８】
このとき、完全燃焼を行う空気過剰率の下限値は理論上１．０であるが、実測される下限値は１．０よりやや高い値となり、前記各バーナプレート３ａ，３ｂ，３ｃの炎口閉塞率により異なる値となる。前記ＣＯ発生量は、前記最小値に達した後、空気過剰率の増加と共に増加する。これは、空気過剰率が大きくなるに従って火炎が伸び、図１示の熱交換器５のフィンに接触して、ＣＯが発生する結果と考えられる。
【００６９】
次に、表２〜４から、まず、空気過剰率の上限値を求めた。前記上限値は、前記ＣＯ発生量が前記最小値を取った後、増加に転じ、所定の基準値（例えば０．２８％）に達したときの空気過剰率の値とした。次いで、前記上限値から前記下限値を減算することにより、前記ＣＯ発生量が前記基準値以下となる空気過剰率の幅を求めた。この結果、図３示のバーナプレート３ａ（炎口閉塞率５．５６％）について０．５４という値が得られた。また、図５示のバーナプレート３ｂ（炎口閉塞率０％）では０．４２、図６示のバーナプレート３ｃ（炎口閉塞率１１．１１％）では０．５９という値が得られた。
【００７０】
次に、図２及び図４示のバーナプレート３ａ（それぞれ炎口閉塞率２．７８％、８．３３％）について、前記と同一の方法により、前記ＣＯ発生量が前記基準値以下となる空気過剰率の幅を求めた。図２乃至図６示のバーナプレート３ａ，３ｂ，３ｃについて、炎口閉塞率と前記空気過剰率の幅との関係を表５に示す。
【００７１】
【表５】
表５から明らかなように、ＣＯ発生量が前記基準値以下になる範囲だけについてみると、炎口閉塞率が２．７８％以上で空気過剰率の幅が０．５以上となる。そして、炎口閉塞率が増大するほど、空気過剰率の幅の値も大きくなる。
【００７３】
前記空気過剰率の幅は、ガス燃焼器において製品間のばらつきにより空気過剰率がばらつきが大きくなったときに、多量のＣＯが発生しないように、０．５以上とすることが望まれる。
【００７４】
次に、図３、図５、図６にそれぞれ示すバーナプレート３ａ，３ｂ，３ｃを図１示のガス給湯器１のガスバーナ３に装着し、最大燃焼量（インプット２９．３ｋｗ）が得られるように混合気を供給した。このとき、前記混合気の空気過剰率を変えて、各空気過剰率の混合気の燃焼による燃焼共鳴音の発生の有無を調べた。そして、燃焼共鳴音が発生しない空気過剰率の下限値及び上限値を求めた。結果を表６及び図８に示す。
【００７５】
【表６】
表６から、明らかなように、燃焼共鳴音が発生しない空気過剰率の上限値は、炎口閉塞率が大きくなるに従って低減する。また、燃焼共鳴音が発生する空気過剰率の下限値は炎口閉塞率が大きくなるに従って増大する傾向を示す。
【００７７】
一方、図８は、表６の空気過剰率の上限値と下限値とに挟まれる領域として、各炎口閉塞率において燃焼共鳴音が発生しない空気過剰率の幅を示すヒストグラムである。図８から、前記燃焼共鳴音が発生しない空気過剰率の幅は、炎口閉塞率が大きくなるに従って小さくなることが明らかである。
【００７８】
次に、表６の前記上限値から前記下限値を減算することにより、前記燃焼共鳴音が発生しない空気過剰率の幅を求めた。この結果、図３示のバーナプレート３ａ（炎口閉塞率５．５６％）について０．５６という値が得られた。また、図５示のバーナプレート３ｂ（炎口閉塞率０％）では０．５７、図６示のバーナプレート３ｃ（炎口閉塞率１１．１１％）では０．３０という値が得られた。
【００７９】
次に、図２及び図４示のバーナプレート３ａ（それぞれ炎口閉塞率２．７８％、８．３３％）についても前記と同一の方法により、前記燃焼共鳴音が発生しない空気過剰率の幅を求めた。図２乃至図６示のバーナプレート３ａ，３ｂ，３ｃについて、炎口閉塞率と前記空気過剰率の幅との関係を表７に示す。
【００８０】
【表７】
表７から明らかなように、燃焼共鳴音が発生しない範囲だけについてみると、炎口閉塞率が大きくなるほど空気過剰率の幅の値が小さくなり、１１．１１％では空気過剰率の幅が０．５未満となる。前記空気過剰率の幅は、前述の理由により、０．５以上とすることが望まれる。
【００８２】
次に、前掲の表５及び表７の結果を併せて図９に示す。図９から、炎口閉塞率を２〜９％の範囲とすることにより、ＣＯ発生量を前記基準値以下として、前記燃焼共鳴音が発生せず、しかも空気過剰率の幅を０．５以上にできることが明らかである。
【００８３】
また、図９から明らかなように、炎口閉塞率が２％未満になると、ＣＯ発生量が前記基準値以下となる空気過剰率の幅が０．５未満となる。また、炎口閉塞率が９％を超えると、前記燃焼共鳴音が発生しない空気過剰率の幅が０．５未満となる。
【００８４】
尚、本実施形態の各バーナプレート３ａでは、複数の炎口７を菱形形状に配置して炎口群８を形成しているが、炎口群８は炎口７を正方形状、長方形状、円形形状等、他の形状に配置して形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃焼用バーナプレートをガス燃焼器のバーナとして用いるガス給湯器の一構成例を示す説明的断面図。
【図２】本発明の燃焼用バーナプレートにおける炎口及び炎口群の配置パターンを示す部分平面図。
【図３】本発明の燃焼用バーナプレートにおける炎口及び炎口群の配置パターンを示す部分平面図。
【図４】本発明の燃焼用バーナプレートにおける炎口及び炎口群の配置パターンを示す部分平面図。
【図５】本発明に対する比較のための、従来技術に従う燃焼用バーナプレートにおける炎口及び炎口群の配置パターンを示す部分平面図。
【図６】本発明に対する比較のための燃焼用バーナプレートにおける炎口及び炎口群の配置パターンを示す部分平面図。
【図７】空気過剰率に対する一酸化炭素発生量の変化を示すグラフ。
【図８】燃焼共鳴音が発生しない空気過剰率の領域を示すヒストグラム。
【図９】閉塞された炎口の割合に対し、一酸化炭素の発生量が基準値以下になる空気過剰率の幅及び燃焼共鳴音が発生しない空気過剰率の幅を示すグラフ。
【符号の説明】
３…ガスバーナ、 ３ａ，３ｂ，３ｃ…燃焼用バーナプレート、 ７…炎口、７ａ…閉塞された炎口、 ８…炎口群、 ９…間隔、 １０…炎口群集団。
Claims (3)
- 燃料用ガスに対して燃焼用空気を予め所定の空気過剰率で混合した混合気を強制的に全一次燃焼させ熱交換器を加熱するガス燃焼器のバーナに用いられる燃焼用バーナプレートであって、
所定の形状を備える耐熱板に、該耐熱板を表裏に貫通する多数の炎口を設けると共に、該炎口は所定数毎に炎口群を形成し、各炎口群は隣接する炎口群との間に相互に所定の間隔を存して配置されているものにおいて、
該炎口群により形成される火炎の伸びを抑制し、且つ該火炎自体の振動が該ガス燃焼器の固有振動数と同期して発生する燃焼共鳴音を抑制するように、前記炎口群のうち、所定数の炎口群の中央部に配置された炎口を閉塞すると共に、閉塞された炎口の数が、前記耐熱板の表面に形成された本来あるべき全炎口数の２〜９％であることを特徴とする燃焼用バーナプレート。 - 前記炎口群は所定数毎に炎口群集団を形成し、複数の炎口群集団が所定パターンで繰り返し現れるように反復して配置されていると共に、該炎口群集団を形成する炎口群のうち、所定数の炎口群の中央部に配置された所定数の炎口が閉塞されていることを特徴とする請求項１記載の燃焼用バーナプレート。
- 前記炎口群は３６個の炎口が６行６列の菱形形状に配置されて形成され、前記炎口群集団は４個の該炎口群が相似的に大きな菱形形状に配置されて形成されて、複数の該炎口群集団が繰り返し現れるように反復して配置されていることを特徴とする請求項２記載の燃焼用バーナプレート。
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