JP3750155B2

JP3750155B2 - 燃焼装置

Info

Publication number: JP3750155B2
Application number: JP13765495A
Authority: JP
Inventors: 志郎竹下; 幸郎古米; 英夫富田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-06-05
Filing date: 1995-06-05
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2021-03-01
Also published as: JPH08327155A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はガスや石油の燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の燃焼装置は、図７、図８に示すようにセラミックス等の炎口部（図示せず）を備えたバーナ本体１に、下流側には燃焼室２と熱交換器３、排気部４が、上流側にはターボファンや吸気側を絞った大型の燃焼ファン５とノズルブロック６が取付けられ器具本体７を構成している。また器具本体７を覆うケース８内には、燃焼ファン５及びノズルブロック６からの空気と燃料を一定の空気比に制御する制御回路９や、燃料供給ブロック１０、水ブロック１１等が設けられている。またケース８には燃焼に使用される空気をケース８外より吸入するための吸気口１２と、排気をケース８外へ排出する排気ダクト１３が貫通している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の構成では、低ＮＯｘ燃焼と燃焼性能を両立させる空気比において、１００Ｈｚ前後の低周波数成分を中心とする振動燃焼の発生を抑えるために、炎口部を含めバーナ本体の上流側に大きな抵抗がつくような構成にしているが、その結果高圧タイプのファンの採用やエアガイダーと称するファンの圧力−風量特性の圧力側を高くするような吸気抵抗を設ける等、燃焼ファンを大型化したり回転数を増加するしかなく、そのため振動燃焼が抑えられても機器の騒音は大きくなり、燃焼音を含めてケースによる遮音だけでは効果が小さいので、この燃焼方式の燃焼装置は他のブンゼン方式に比べて低騒音化が
できなかった。
【０００４】
一方、このような燃焼装置の低騒音化を積極的に行おうとすると、一つはグラスウール等の多孔質吸音材による吸音構成で対応することが考えられるが、多孔質吸音材自体の吸音率は１ｋＨｚ以上の帯域で効果が大きく、低周波域は吸音材の厚みや空気層との組み合わせが必要となり、効果を得るにはかなり大きな吸音構造が必要で、燃焼装置自体が大型化する等の課題を有し、もう一つは電気的に音を消音するアクティブ・ノイズ・コントロール（ＡＮＣ）を使用する方法が考えられるが、燃焼装置という高い温度の流れ場での使用となるので、スピーカやセンサー等の信頼性や信号処理を行うＤＳＰ等の部品コストの問題、低周波に対する信号処理時間と機器サイズの問題等、現状では多くの問題を有している。
【０００５】
また低騒音化以外の問題では、機器の展開として吸排気の方式や構成で多くのタイプが必要となるが、これらは排気側にダクト等が取り付けられ抵抗が増加する傾向で、振動燃焼をより発生しやすい構造にすることになる。したがって実用化することが極めて困難であり、予混合燃焼方式が低ＮＯｘ化の実現が容易であるにも拘らず、ほとんど商品化されなかった大きな理由の一つとなっている。
【０００６】
本発明は上記従来例の課題を解決し、振動燃焼の抑制と燃焼騒音の低減を実現する商品化容易な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】
上記課題を解決するために、本発明の燃焼装置は下記構成とした。
【０００８】
すなわち、炎口部を有するバーナ本体と、前記バーナ本体に燃料を供給するノズルと、前記バーナ本体に燃焼用空気を供給する燃焼ファンと、前記炎口部の上流側になる前記バーナ本体内の前記炎口部に対向した底面に設け、粒径が１５０μｍ以下の粉体を封入した粉体ブロックを備えた構成とした。
【０００９】
また、複数の粒径の粉体を有した粉体ブロックを設けた構成とした。
【００１０】
【作用】
本発明は、上記した構成によって、低周波数の音波が粉体に入射することにより、粉体の層方向に縦振動モードが励起され、振動する粒子間の相互作用により励起された共振周波数を中心とした音波エネルギーが熱エネルギーに変換され吸収される。その結果反射端面からの反射がなくなるので気柱共鳴等で生じる振動燃焼が抑制される。すなわち減衰させるエネルギーが振動燃焼を継続させる加振エネルギー以上に大きくなって振動燃焼を抑制するのである。
【００１１】
また、バーナ本体内の炎口部に対向した底面に粒径が１５０μｍ以下の粉体を封入した粉体ブロックを設けたことにより、炎口部という音響的に閉じられる箇所近くの音圧が大きい点で上記吸音作用が行われることにより、より確実な振動燃焼の抑制が可能となる。特に、粒径が１５０μｍ以下の粉体を用いたものにあって、粉体層の縦振動モードは厚さ３３ｍｍ程度で粒子の振動共振が３３０Ｈｚ以下となり、より低周波の音波を吸音できるようになる。
【００１２】
また、粒径の異なる複数の粉体を用いることにより、各々の粉体で異なる縦振動モードが励起され、異なる周波数成分の音波エネルギーを吸収可能となる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。なお、本実施例では予混合燃焼方式の給湯機に応用した場合を示す。
【００１４】
図１、図２は本発明の第１の実施例のガス給湯機で、本体ケース１４（図２に示す）内部には、炎口部１５と混合部１６からなるバーナ本体１７と、その下流側に順次密接して設けた燃焼室１８、熱交換器１９、排気部２０と、上流側に燃料を供給するノズル部２１と、燃焼用空気を供給する燃焼ファン２２からなる器具本体２３が納められている。またバーナ本体１７内の混合部１６の炎口部１５に対向した底面には、上面のみ音波透過性の膜で覆われ他は箱状ケースで囲まれ、その中に粉体２４が封入された粉体ブロック２５と、燃料と空気を混合均一化する均圧板２６が取り付けられている。燃焼ファン２２とノズル部２１へ燃料を調節し供給する燃料量調節手段２７は、制御器２８によりガス量と空気量が最適燃焼状態になるよう制御されている。
【００１５】
上記構成において、炎口部１５で火炎が形成され燃焼することにより、火炎変動として生じる圧力変動は、燃焼室１８や混合部１６等の器具本体２３内に伝搬し、器具本体２３寸法で決まる共鳴周波数に順じて、多くは１００Ｈｚから３００Ｈｚの低周波数の共鳴ピークを有し振動燃焼や燃焼騒音として、排気ダクト２９や燃焼ファン２２を介して吸気口３０より大気へ放射される。
【００１６】
しかし、混合部１６に設けた粉体ブロック２５内の粉体２４が、共鳴周波数に一致した縦振動モードで励起し、粒子がお互い激しく振動することにより、共鳴周波数付近の音波エネルギーが粉体ブロック２５内で熱エネルギーに変換され、その結果、従来非常に対策が困難であった着火時等も含めた一種の自励振動による共鳴周波数の増幅現象で生じる振動燃焼も、共鳴周波数の音波エネルギーが粉体ブロック２５内で大部分吸収されるため、反射波が非常に小さくなり自励振動のサイクルが続かず抑制される。また低周波の燃焼騒音自体の低減もでき、さらに炎口部１５上流側に大きな抵抗を設ける必要もないためブンゼン燃焼と同レベルの燃焼ファンが使用でき、回転数も特に高速化する必要もないため、給湯機本体を大型化することなく低騒音化できるものである。
【００１７】
また、図２に示すように粉体ブロック２５を排気部２０に設けたり、排気延長等の吸排気構成の各種展開に対しても、要は気柱共鳴する際の音圧分布の最大近辺の箇所にこの粉体ブロック２５を設けることにより、振動燃焼発生が上記理由で抑制できる。このため予混合燃焼方式による給湯機においても機器展開が可能となり今後、低ＮＯｘ化も容易にできる。すなわち、音波が伝搬する器具本体２３いずれに設けても同様の効果が得られるものである。
【００１８】
また第２の実施例は図１において、粉体ブロック２５をバーナ本体１７の外枠１７´の一部にシール面をもって固定し、必要に応じて交換できるようにしたもので、長時間使用による固着等の品質面での対応が可能となる。
【００１９】
次に図３は第３の実施例で、バーナ本体１７の外枠１７´を内壁３１と外壁３２からなる二重構造としたもので、内壁３１は音波透過性材料で構成し、外壁３２との空間部３３に装置の共鳴周波数に一致するような粒径を有する粉体２４を封入している。その結果、バーナ本体１７全体が粉体２４で囲まれ、音響的に閉端となる外枠１７´が吸音壁となり、器具本体２３内での反射が抑えられ定在波等の共鳴の発生がなくなるとともにより大きな吸音効果が得られる。
【００２０】
次に図４は第４の実施例で、バーナ本体１７内に例えばハニカム格子からなる整流部３４を炎口部１５上流側に設け、整流部３４の通路３５の一部に下面、上面共に音波透過性の材料で覆った粉体２４を封入している。また混合部１６は厚さ方向にスペースが取り易いため十分な粉体２４層の厚みを確保することができる。その結果、燃焼騒音に影響する火炎自体の安定性を支配する混合気の均一化や整流に効果を有するとともに、炎口部１５近辺という音響的には音圧分布の最大付近に粉体ブロック２５が位置することになり、効果的に音波吸音が行われ、反射波の影響が少なくなり振動燃焼発生をより確実に防止することができる。
【００２１】
次に第５の実施例を図５にて説明する。混合部１６に取り付けた粉体ブロック２５に区画壁３６を設け、各々の収納空間に粒径の異なる粉体Ａ２４、粉体Ｂ３７を独立に封入している。その結果、粉体Ａ２４、粉体Ｂ３７が励起される共振周波数が異なるため、吸音される周波数帯域が２帯域確保でき、低減したい低周波数成分の対象を拡大できる。この実施例では２種類の粉体で説明したが、必要に応じてその種類を３種類、４種類と増やすことでより広い周波数帯域に対処できるものである。
【００２２】
また、第６の実施例は、厚みを３３ｍｍ程度とした場合、粉体２４層の一端固定、一端自由の縦振動モードは、材料の密度によりほぼ決定されるため、粒径が１５０μｍ以下の粉体２４を封入した粉体ブロック２５では、共鳴周波数が３３０Ｈｚ以下に吸音率ピークをもってくることができ、低周波に対して特に大きな効果を有する。
【００２３】
次に、図６に示す第７の実施例は、粉体ブロック２５に封入された粉体２４の音波が伝搬してくる粉体ブロック表面側を、多孔質材料３８で覆っている。その結果、粉体２４による低周波域の吸音特性と多孔質材料３８による中域から高域に効果を有する吸音特性とが組み合わせたかたちで得られる。すなわち、全周波数帯域で高いレベルの吸音性能が得られ、機器騒音が大幅に低減できる。
【００２４】
なお上記各実施例では給湯機に応用したものを例にして説明したが、温風輻射暖房機等に応用しても同様の効果が得られ、かつその燃料もガス・石油のいずれであっても同様である。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の燃焼装置によれば以下の効果が得られる。
【００２６】
（１）自励振動による共鳴周波数の増幅現象で生じる振動燃焼も、共鳴周波数の音波エネルギーが粉体ブロック内で吸収され反射波が非常に小さくなり自励振動が続かず抑制され、かつ低周波の燃焼音の吸音と、ブンゼン燃焼方式レベルの燃焼ファンの小型、低速回転化を可能とすることができる。すなわち、装置を大型化することなく低ＮＯｘ、低騒音化の両立を実現することができる。
【００２７】
（２）粒径の異なる粉体を複数用いることにより、複数の吸音特性が得られ、低減効果の大きい周波数帯域を拡大できる。
【００２８】
（３）粒径を１５０μｍ以下とすることにより、粉体層の縦振動共振周波数を３３０Ｈｚ以下にすることができ、より低周波の燃焼音に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における燃焼装置を給湯機に適用した場合の要部断面図
【図２】同燃焼装置の要部の側面断面図
【図３】本発明の第３の実施例におけるバーナ本体の要部断面図
【図４】本発明の第４の実施例における燃焼装置を給湯機に適用した場合の要部断面図
【図５】本発明の第５の実施例における燃焼装置を給湯機に適用した場合の要部断面図
【図６】本発明の第７の実施例における燃焼装置を給湯機に適用した場合の要部断面図
【図７】従来の燃焼装置の要部の断面図
【図８】同燃焼装置の要部の側面断面図
【符号の説明】
１５炎口部
１７バーナ本体
２１ノズル
２２燃焼ファン
２４、３７粉体
２５粉体ブロック

Claims

炎口部を有するバーナ本体と、前記バーナ本体に燃料を供給するノズルと、前記バーナ本体に燃焼用空気を供給する燃焼ファンと、前記炎口部の上流側になる前記バーナ本体内の前記炎口部に対向した底面に設け、粒径が１５０μｍ以下の粉体を封入した粉体ブロックを備えた燃焼装置。
粉体ブロックは、複数の粒径の粉体を有した請求項１記載の燃焼装置。