JP3708145B2 - Burner equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、家庭用燃焼機器に適した低NOx化燃焼技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の装置は、図4の特公昭62−39329号公報のように、ブンゼンバーナ11の上面に部分的に開口する一次炎孔12を有し、二次炎孔14を設けた一次燃焼室壁13にて覆った構成であった。この構成により最大燃焼時の火炎は、一次炎孔12上に一次炎15が、二次炎孔14上に二次炎16が形成される。また,最小燃焼時は一次炎孔12上の一次炎15の直ぐ外側で、二次炎孔14での二次炎16の形成ができなくて、一次燃焼室壁内の一次炎15の直ぐ外側に二次炎16aが形成されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種の二段燃焼において通常一次炎孔12および二次炎孔14の負荷は最大燃焼量に適した値で設計する。このため最大燃焼では各炎孔12,14での保炎による完全な2段燃焼が形成できる。一方、燃焼量を絞ると二次炎孔14上の負荷が低くなりすぎるために、二次炎16が二次炎孔14上で形成されにくく2段燃焼にならず、一次炎孔12上で一次炎15の外に二次炎16aが一体的にできる通常の予混合火炎となり燃焼排気ガス中のNOx濃度は増加する。即ち燃焼量が減ると二段燃焼が行われず、低NOx燃焼が実現できなくなるという課題があった。また雰囲気中の酸素濃度が低下した条件では一次炎がリフトしやすくなるという課題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のバーナー装置によれば、一次炎孔を持つブンゼンバーナを備え、このブンゼンバーナを収納してブンゼンバーナの一次炎孔より上部の空間を燃焼室とし、燃焼室上部を開口して高燃焼時用の二次炎孔を備え、前記燃焼室内に前記ブンゼンバーナの一次炎孔を覆うと共に一次火炎の熱をバーナ本体に熱伝導するための補助燃焼室固定部を設けた補助燃焼室を、補助燃焼室上部には、開口した弱時燃焼用の補助燃焼室炎孔を、さらに二次炎孔上部には補炎体を備えたものである。
【0005】
燃焼室内火炎に対して、燃焼室壁に外気と連通した空気孔を設け、かつ補助燃焼室側壁にも燃焼室内空気と連通した補助空気孔を備えたものである。
【0006】
補助燃焼室炎孔の炎孔形状及び、二次炎孔の炎孔形状は、燃焼火炎の分布形状に対応した開口形状を設定し、かつ補助燃焼室炎孔負荷は一次炎孔負荷より小さく、かつ二次炎孔負荷と同等もしくは大きくなるようにしたものである。
【0007】
【作用】
上記構成によって次の作用となる。
【0008】
燃焼量が多いときは二次炎は二次炎孔上に形成され二段燃焼となる。また、燃焼量が少ない時は二次炎は補助燃焼室炎孔上に形成され、二次炎の位置は変わってもやはり二段燃焼となる。そして、補炎体へ火炎が接触することにより還元炎となる。また補助燃焼室内の一次炎は補助燃焼室壁からの熱反射で一次炎温度を上げ安定した二段燃焼が実現でき、全燃焼範囲において良好な低NOx燃焼が可能となる。また、補助燃焼室の下部に設けた一次火炎の熱をバーナ本体に熱伝導するための補助燃焼室固定部を一次炎孔近傍のバーナ本体に密着して固定することにより、バーナ本体が加熱され、バーナ本体内の燃料ガスが膨張して一次炎孔よりのガスの噴出スピードは上昇するため、一次空気面積は、前記一次炎孔よりのガスの噴出スピード上昇により吸い込み度合いが増すため、一次空気面積の低減が図れ、高燃焼時の空気過剰を抑えて燃焼性能をより向上できる。
【0009】
低酸素濃度状態及び一次空気量の不足時状態では一次炎が燃焼量に依らずリフトしやすいため、燃焼室壁に外気と連通する空気孔を設けることにより、低酸素濃度状態及び一次空気量の不足時は空気孔より燃焼用空気を取り入れて一次炎の安定化が図れる。また補助燃焼室壁に燃焼室内と連通する補助空気孔を設けることにより、低酸素濃度状態及び一次空気量の不足時は、補助空気孔より燃焼室内の燃焼用空気を取り入れて一次炎の安定化が図れる。
【0010】
弱燃焼時の一次炎分布に対応した補助燃焼室炎孔形状とし、かつ補助燃焼室炎孔負荷は一次炎孔負荷より小さくすることにより、一次炎孔より噴出されるガスの噴出速度が抑えられて一次炎孔上に一次炎が形成し、補助燃焼室炎孔上に二次炎の二段燃焼形成ができて補炎効果を高める。また、高燃焼時の一次炎分布に対応した二次炎孔形状とし、かつ二次炎孔負荷は補助燃焼室炎孔負荷と同等または小さくすることにより、一次炎孔上で一次炎が形成されて二次炎孔上で二次炎が形成され二段燃焼が形成される。前記炎孔形状と炎孔負荷を設定することにより、燃焼量に応じて二段燃焼が形成され、良好な低NOx燃焼が可能となる。
【0011】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図1は温風暖房器の断面図である。図において、1はバーナ本体であり、2の一次炎孔を有する。一次炎孔2はバーナ1の上面もしくは側面にもあり一次炎孔形状はスリットを長くしたもの、あるいは、丸孔とする構成でもよい。また一次炎孔2の開口を金網にて覆う構成としてもよい。3は補助燃焼室であり、バーナ1の上部を収納する。燃焼室4は燃焼ガイドA6と燃焼ガイドB7と燃焼ガイドC8にて覆われており燃焼室4の上部には補炎体のコイル32が取り付けられている。燃焼時はモーターの駆動にて羽根10が回転し、羽根ガイド17に沿ってバーナ1にて加熱された温風が流れる。バーナ1にて加熱された熱気は羽根10により吸引される。
【0012】
バーナ1の燃焼に必要な空気は、燃焼ガイドB7と燃焼ガイドC8の右側の隙間を通過して燃焼用空気となる。また、燃焼ガイドC8と燃焼ガイドA6の間を通過した空気は、バーナ1にて加熱された熱気と混合され温風となり、羽根10の吸引力にて羽根ガイド17に沿って流れる。燃焼ガイドD18はバーナ1にて加熱された熱気の通路のガイドである。燃焼室ユニット24は外装箱25で覆われており、羽根ガイド17に沿って流れてきた温風は外装箱25に備えられた温風吹き出し口26より吹き出される。次に燃焼室4と、補助燃焼室3とバーナ1の構成について、図2,図3を基に説明する。図において、補助燃焼室3は上面に補助燃焼室炎孔5を備えておりバーナ1の一次炎孔2の近傍部29(破線で囲った箇所)を覆うように構成されている。補助燃焼室3の下部の補助燃焼室固定部28はバーナ1の一次炎孔2の近傍部29に一次炎孔2を覆わないように密着固定されている。固定補助燃焼室3は一次炎19の輻射熱によって加熱されているため補助燃焼室固定部28も熱伝導にて加熱昇温されている。一次炎孔2の近傍部29も一次炎19で直接加熱されており、補助燃焼室固定部28の熱伝導を加えて近傍部29の加熱はバーナ1全体に伝熱され、バーナ1全体の温度が上昇することにより、バーナ1内の燃料ガスが加熱膨脹する。
【0013】
バーナ1内の燃料ガスが膨脹して比重が軽くなると、外部の空気との比重差が増えて一次炎孔2からのガスの噴出スピードが上昇する。ガスの噴出スピードの上昇によりバーナ入口30からの一次空気の吸い込み量が増加する。つまり、一次炎孔2から燃料ガスを噴出させる力としてのドラフトが大きくなり補助燃焼室3を取付けないときよりもバーナ入口30からの一次空気の吸引量が増加する。一次炎19は全燃焼範囲において形成されるので、このドラフトの増大は全ての燃焼状態で期待できる。従って、バーナ入口30でのダンパー等による吸入空気量の調節は締め加減が必要となる。
【0014】
ところで、従来から低燃焼時はどうしても空気吸入量の率が高燃焼時に比べて増加するため、高燃焼時での空気過剰率を少し減らす設計配慮によって、低燃焼時の空気過剰気味な状態を十分とは言えないまでもカバーしていた。しかし、この補助燃焼室3を取り付ければ上記したドラフトの増大が期待でき、高燃焼時における低燃焼性能良化のための余分な、燃焼性能を敢えて低下させねばならない過剰空気率を減らし、より良好な高燃焼性能が得られる。更に、補助燃焼室3の付加は、中間燃焼性能も改善できる。つまり、補助燃焼室3は前記高燃焼時の間にある全ての中間的な燃焼時において、一次炎19の放射熱が補助燃焼室3を加熱して蓄熱する。そして蓄熱した補助燃焼室3は補助燃焼室固定部28を介してバーナ1を加熱すると共に、一部の放射熱を反射して一次炎19を昇温する。つまり、一次炎19は火炎温度が上昇して火炎形成性能としての補炎性能が強くなり、一次炎19の燃焼性能が向上して二次炎12完結後の燃焼性能を高めることができる。
【0015】
次に、補助燃焼室炎孔5の形状はバーナ1の弱燃焼時の火炎分布に対応しており弱燃焼時火炎はバーナ先端部の火炎が大きくバーナ根元側火炎が小さいため火炎分布に対応して補助燃焼室炎孔先端部34aを広く補助燃焼室炎孔根元部34bを狭くしている。但しバーナ火炎分布の形状により補助炎孔先端部寸法及び補助炎孔根元部寸法は設定される。
【0016】
さらに二次炎孔20の形状もバーナ1の高燃焼時の火炎分布に対応しており高燃焼時火炎はバーナ先端部の火炎が大きくバーナ根元側の火炎が小さいため火炎分布に対応して二次炎孔先端部35aを広く二次炎孔根元部35bを狭くしている。但しバーナ火炎分布の形状により二次炎孔先端部寸法及び形状、二次炎孔根元部寸法及び形状は設定される。
【0017】
また、バーナ1の炎孔長手方向寸法12に対して補助燃焼室炎孔5の開口長手方向寸法13の方が長く、かつ二次炎孔20の開口長手方向寸法14の方がより長く設定されている。
【0018】
さらに補助燃焼室炎孔負荷(補助燃焼室3での燃焼量の炎孔面積22比)は一次炎孔2の一次炎孔負荷より小さくなっており、二次炎孔20の二次炎孔負荷(二次炎孔22で燃焼する燃焼量の炎孔面積23比)は前記補助炎孔負荷22と同等もしくは大きく形成されている。燃焼室4内に設けられた補助燃焼室3の高さ位置L1についてはバーナ1の最大燃焼量と最小燃焼量による燃焼範囲に応じて設定される。
【0019】
上記のように構成されたバーナ装置での燃焼量が多い場合は、一次炎孔2上に一次炎19を、そして二次炎孔20上に二次炎12を形成し、完全な二段分離火炎となる。また燃焼量が少ないときは、一次炎19は一次炎孔2上に、そして二次炎12aは補助燃焼室炎孔5上に形成され、ここでも完全な二段分離火炎となる。このため燃焼量の全域で完全な二段分離火炎が実現でき、かつ燃焼室の上部に補炎体のコイル32を設置することにより二次炎がコイルに接触し還元作用により安定した低NOx燃焼が実現できる。コイル32の長手方向寸法15は、二次炎孔20の長手方向寸法14より長く設定されている。
【0020】
一方、一次空気不足あるいは雰囲気中の酸素濃度が低下した条件下では、一次炎19がリフトしやすくなる。実際、外装箱25の後方に備えたフィルター付き空気吸入口が長時間の使用によってホコリ詰まりしてくると、ファン10による吸入空気量が低下してバーナ入口30からバーナ1へ吸入できる燃焼用の一次空気量も減ってくる。このようにして一次空気不足が発生すると、燃焼用の酸素不足で二次炎孔20に到達した未然の混合気体は、燃焼用空気を求めて二次炎孔20から周囲に散らばって早く燃焼を完結しようとする。この現象は燃焼に十分な酸素供給できる、いわゆる補炎作用と全く逆作用と言えて、従ってリフト現象が発生する。
【0021】
また、密閉した室内での長時間燃焼によって、新鮮な空気との攪散による、酸素供給のない使用例では、どうしても空気中の酸素含有率は低下して、つまり酸素濃度が下がることになる。このときも、上述の一次空気不足と類似して燃焼はリフト気味になって行き、COガスやNOx等の有害ガスの発生率が増える。このような場合は、燃焼室4の空気孔27が、外気と連通しており、かつ、補助燃焼室の補助空気孔33が燃焼室内燃焼空気と連通しているため、一次炎19の燃焼が不安定化しようとしても燃焼用空気の流入が図れる。
【0022】
空気孔27及び補助空気孔33は正常時には二次炎12に対する若干の一次空気の供給と、二次炎12aに対しては若干の二次空気供給の作用を持っている。そして上述のような酸素供給量が不足する場合では、緊急空気供給孔として作用してある限度の低酸素濃度になるまで、燃焼性能の悪化度合いを緩和できる。つまり正常時には全くその作用を期待する必要がない程度に作用するが、低酸素濃度のときに作用が期待できるような開口面積で済ますことができ、また正常時の作用をもっと積極的に持たせても良い。
【0023】
【発明の効果】
以上のように本発明のバーナ装置によれば、次の効果が得られる。
【0024】
(1)請求項1では、バーナ本体を二次炎孔を有する箱体で覆い、さらにバーナ本体の一次炎孔を補助炎孔を有する補助燃焼室にて伝熱可能に覆うことにより、補助燃焼室の補助燃焼室炎孔が一次炎孔上の一次炎の保炎性を高めるため、排気ガス中のCOも低くでき全燃焼範囲に及んで安定した二段燃焼が実現できる。また補助燃焼室からの伝熱等によってバーナ本体の温度が上昇するためバーナ本体内のガスの温度が上昇しガスの噴出速度が早まるため、一次空気面積の減少も図れ、高燃焼側での過剰空気率を抑えてかつ補炎体のコイルを取り付けることにより二次炎がコイルに接触し還元作用にて低NOx燃焼が可能となる。
【0025】
(2)請求項2では、外気と連通している燃焼室壁に空気孔を設けさらに補助燃焼室側壁に補助空気孔を設けることにより、一次空気不足時及び、雰囲気中の酸素濃度低下等に対して燃焼用の補助空気の流入が図れ、火炎を安定化することができ燃焼検知用センサーの取り付け容易化も図れる。
【0026】
(3)請求項3では、燃焼量が少ない時は、補助燃焼室炎孔が一次炎孔上の一次炎の補炎性を高め、燃焼量が多い時は二次炎孔が一次炎孔上の一次炎の補炎性を高めるため、排気ガス中のCOも低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例におけるバーナ装置の縦断面図
【図2】(イ)同バーナ装置のバーナの外観側面図
(ロ)同バーナのA−A線断面図
(ハ)同バーナの上面図
【図3】同バーナ装置の燃焼室の燃焼状態を示す縦断面図
【図4】従来のバーナ装置の燃焼室の縦断面図
【符号の説明】
1 バーナ本体
2 一次炎孔
3 補助燃焼室
4 燃焼室
5 補助燃焼室炎孔
12 二次炎
19 一次炎
20 二次炎孔
27 燃焼室空気孔
32 補炎体
33 補助空気孔[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a low NOx combustion technology suitable for household combustion equipment.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, this type of apparatus has a
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this type of two-stage combustion, the loads on the
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, according to the burner apparatus of the present invention, it comprises a Bunsen burner having a primary burner ports, and the upper part of the space and the combustion chamber from the primary burner ports of Bunsen burner accommodates the Bunsen burner, combustion Auxiliary combustion chamber fixing part for opening the chamber upper part and providing a secondary flame hole for high combustion, covering the primary flame hole of the Bunsen burner in the combustion chamber and conducting heat of the primary flame to the burner body The auxiliary combustion chamber is provided with an open auxiliary combustion chamber flame hole for weak combustion at the upper portion of the auxiliary combustion chamber, and a flame retardant at the upper portion of the secondary flame hole.
[0005]
The combustion chamber flame is provided with an air hole communicating with the outside air on the combustion chamber wall, and an auxiliary air hole communicating with the combustion chamber air is also provided on the side wall of the auxiliary combustion chamber.
[0006]
The flame shape of the auxiliary combustion chamber flame hole and the flame hole shape of the secondary flame hole set an opening shape corresponding to the distribution shape of the combustion flame, and the auxiliary combustion chamber flame load is smaller than the primary flame hole load, And it is made equal to or larger than the secondary flame hole load.
[0007]
[Action]
With the above configuration, the following action is obtained.
[0008]
When the amount of combustion is large, the secondary flame is formed on the secondary flame hole and becomes two-stage combustion. When the amount of combustion is small, the secondary flame is formed on the auxiliary combustion chamber flame hole, and even if the position of the secondary flame changes, the secondary combustion is still performed. And it becomes a reducing flame when a flame contacts a flame retardant. In addition, the primary flame in the auxiliary combustion chamber can achieve stable two-stage combustion by raising the temperature of the primary flame by heat reflection from the wall of the auxiliary combustion chamber, and good low NOx combustion is possible in the entire combustion range. In addition, the burner body is heated by fixing the auxiliary combustion chamber fixing portion provided in the lower part of the auxiliary combustion chamber in close contact with the burner body in the vicinity of the primary flame hole for conducting heat of the primary flame to the burner body. Since the fuel gas in the burner body expands and the gas ejection speed from the primary flame hole increases, the primary air area increases the degree of suction by increasing the gas ejection speed from the primary flame hole. The area can be reduced, and the combustion performance can be further improved by suppressing excess air during high combustion.
[0009]
In the low oxygen concentration state and when the primary air amount is insufficient, the primary flame is likely to lift regardless of the combustion amount.Therefore, by providing an air hole communicating with the outside air on the combustion chamber wall, the low oxygen concentration state and the primary air amount are reduced. When there is a shortage, the combustion flame can be taken in through the air holes to stabilize the primary flame. In addition, by providing an auxiliary air hole communicating with the combustion chamber on the auxiliary combustion chamber wall, when the oxygen concentration is low and the amount of primary air is insufficient, the combustion air in the combustion chamber is introduced from the auxiliary air hole to stabilize the primary flame. Can be planned.
[0010]
By making the auxiliary combustion chamber flame hole shape corresponding to the primary flame distribution during weak combustion and making the auxiliary combustion chamber flame hole load smaller than the primary flame hole load, the gas injection speed from the primary flame hole can be suppressed. As a result, a primary flame is formed on the primary flame hole, and a secondary flame is formed on the auxiliary combustion chamber flame hole, thereby enhancing the supplementary flame effect. In addition, by forming a secondary flame shape corresponding to the primary flame distribution during high combustion and making the secondary flame hole load equal to or smaller than the auxiliary combustion chamber flame hole load, a primary flame is formed on the primary flame hole. As a result, a secondary flame is formed on the secondary flame hole and a two-stage combustion is formed. By setting the flame hole shape and the flame hole load, two-stage combustion is formed according to the combustion amount, and good low NOx combustion becomes possible.
[0011]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a hot air heater. In the figure, 1 is a burner body, and has 2 primary flame holes. The
[0012]
The air necessary for the combustion of the
[0013]
When the fuel gas in the
[0014]
By the way, since the rate of air intake volume will inevitably increase compared to that during high combustion during low combustion, design considerations that slightly reduce the excess air ratio during high combustion will ensure that there is a sufficient excess of air during low combustion. I couldn't say that. However, if this
[0015]
Next, the shape of the auxiliary combustion
[0016]
Further, the shape of the
[0017]
Further, the opening
[0018]
Further, the auxiliary combustion chamber flame load (combustion amount flame ratio 22 in the auxiliary combustion chamber 3) is smaller than the primary flame load of the
[0019]
When the amount of combustion in the burner device configured as described above is large, the
[0020]
On the other hand, the
[0021]
In addition, due to long-term combustion in a sealed room, in an example of use without oxygen supply due to disturbance with fresh air, the oxygen content in the air inevitably decreases, that is, the oxygen concentration decreases. Also at this time, the combustion becomes lifted like the primary air shortage described above, and the generation rate of harmful gases such as CO gas and NOx increases. In such a case, since the
[0022]
The
[0023]
【The invention's effect】
As described above, according to the burner device of the present invention, the following effects can be obtained.
[0024]
(1) In
[0025]
(2) In
[0026]
(3) In
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a burner device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A is a side view of the burner of the burner device. FIG. 1B is a sectional view taken along line AA of the burner. Fig. 3 is a longitudinal sectional view showing a combustion state of a combustion chamber of the burner device. Fig. 4 is a longitudinal sectional view of a combustion chamber of a conventional burner device.
DESCRIPTION OF
Claims (3)
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JP24272894A JP3708145B2 (en) | 1994-10-06 | 1994-10-06 | Burner equipment |
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