JP3925647B2

JP3925647B2 - 燃焼装置

Info

Publication number: JP3925647B2
Application number: JP2003010968A
Authority: JP
Inventors: 智彦西山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2023-01-20
Also published as: JP2004225932A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃焼ガスに着火するためのスパークロッドおよび火炎を検知するためのフレームロッドを備えた燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料ガスを燃焼させる燃焼装置として、シングル型蓄熱バーナが知られている。シングル型蓄熱バーナは、単一のバーナ本体と、複数の給排気通路を有する蓄熱体と、給気用ブロワと、給排気切換弁装置とを備え、給排気切換弁装置によって蓄熱体の複数の通路に給排気を交互に流通させ、給排気間で熱交換することにより、給気(燃焼用空気)を予熱すると共に排気温度を低下させることにより、熱効率を高めるものである。
【０００３】
従来のシングル型蓄熱バーナにおける着火および火炎検知装置について、図７を参照して説明する。図７に示すシングル型蓄熱バーナ１では、ハニカム状の蓄熱体２の一端部にバーナ本体３が取付けられている。蓄熱体２には、そのハニカム形状によって、多数の給排気通路４、燃料ガス通路５およびパイロットエア通路６が形成されている。バーナ本体３には、蓄熱体２の給排気通路４に連通する複数の給排気口７が円周方向に沿って配置され、また、燃料ガス通路５およびパイロットエア通路６に連通するパイロット通路８が中央に配置されている。パイロット通路８の中心には、スパークロッド９が挿入されている。スパークロッド９の基端部は、蓄熱体２に挿通されて固定されている。パイロット通路８の内壁には、スパークロッド９の先端部に所定(２〜３mm程度)の隙間(スパークギャップ)をもって対向する一対のグランドロッド１０が取付けられている。なお、図７中、符号１１は、燃料ガスとパイロットエアとの混合を促進するためのバッフル板である。
【０００４】
この構成により、蓄熱体２の燃料ガス通路５およびパイロットエア通路６からパイロット通路６内に燃料ガス及びパイロットエアを供給し、これらの混合気に、スパークロッド９とグランドロッド１０との間でスパークを発生させて着火する。そして、一部の給排気口７から燃焼用エアを供給して燃焼を行い、残りの給排気口７から燃焼後の排ガスを排出する。そして、蓄熱体２の給排気通路４に給気(燃焼用エア)および排ガスを交互に通過させ、給排気間で熱交換を行って給気温度を高めると共に排気温度を低下させることにより、熱効率を高める。
【０００５】
また、スパークロッド９は、火炎を検知するためのフレームロッドを兼ねており、燃焼時に生成されるイオンによってスパークロッド９(フレームロッド)に生じる電流を検知することにより、着火及び火炎の発生を検知することができる。このように、スパークロッド９がフレームロッドを兼ねることによって、着火および火炎検知装置を小型化することができる。着火装置と火炎検知装置とを一体化したバーナについては、例えば特許文献１および２に記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６１−１８０８３４号公報
【特許文献２】
特開平３−２４７９１４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示す従来の着火及び火炎検知装置を備えたシングル型蓄熱バーナ１では、次のような問題がある。
着火性を高めるべく、良好なスパークを得るためには、スパークギャップを一定に維持する必要がある。また、図８に示すように、スパークロッド９の先端部とグランドロッド１０との間でスパークさせた場合のほうが、図９に示すように、スパークロッド９の側面とグランドロッド１０との間でスパークさせた場合よりも良好なスパークを得ることができる。
【０００８】
ところが、スパークロッド９は、基端側が蓄熱体２に固定され、先端部が自由端となっているため、燃焼時の高温によって垂れや曲りを生じてスパークギャップが変化しやすく、良好なスパークを維持することが困難である。これに対して、スパークロッド９の先端部を支持することが考えられるが、支持部材の焼損が問題となるため、実現は困難である。
【０００９】
一方、火炎検知の感度を高めるためには、スパークロッド９(フレームロッド)を長くして、火炎にできるだけ深く挿入する必要がある。このようにした場合、スパークロッド９の先端部でスパークさせるためには、グランドロッド１０を火炎にさらされる下流側に配置する必要があり、グランドロッド１０の焼損の問題を生じる。このため、実際には、図９に示すように、スパークロッド９の先端を長くして火炎に深く挿入し、グランドロッド１０は、火炎による焼損を抑制すべく上流側に配置して、スパークロッド１０の側面部でスパークさせるようにしている。
【００１０】
その結果、スパークロッド９の垂れや曲りにより、スパークギャップが変化して、良好なスパークを得ることができず、失火しやすくなるという問題があり、また、グランドロッド１０が焼損した場合、バーナ本体３ごと交換する必要があり、メンテナンス性が悪いという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、スパークロッドの垂れや曲りを防止して、良好な着火性を維持することができる燃焼装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、スパークロッドとグランドロッドとの間でスパークさせて燃料ガスに着火する燃焼装置において、前記スパークロッドは、基端側が支持され、先端側が自由端とされて着火位置へ向けて延ばされ、支持部から着火位置付近までの外周が絶縁体で覆われ、さらに、該絶縁体の外周が保護管で覆われており、前記スパークロッドの先端部が前記絶縁体および前記保護管から延出されて火炎を検知するためのフレームロッドを兼ね、前記保護管は、前記グランドロッドを兼ねて前記スパークロッドとの間でスパークさせ、前記スパークロッド、絶縁体および保護管を一体化したスパークロッドアセンブリを前記スパークロッドの支持部に対して着脱可能としたこと特徴とする。
このように構成したことにより、フレームロッドを兼ねるスパークロッドによって着火および火炎検知が行われ、スパークロッドが絶縁体及び保護管によって支持され、絶縁体によってスパークロッドと保護管との隙間 ( スパークギャップ ) が一定に維持される。また、スパークロッド、絶縁体および保護管を一体として、支持部に対して着脱することができる。
請求項２の発明に係る燃焼装置は、上記請求項１の構成において、燃焼用エアおよび排ガスを交互に流通させて熱交換によって燃焼用エアを予熱する蓄熱体を備え、前記スパークロッドは、前記蓄熱体に支持されていることを特徴とする。
このように構成したことにより、スパークロッドは、蓄熱体から着火位置付近にわたって、絶縁体および保護管によって支持される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態は、本発明に係る燃焼装置をシングル型蓄熱バーナに適用したものであり、図1に示すように、シングル型蓄熱バーナ１２は、バーナ本体１３と、蓄熱体１４と、給排気切換弁装置１５とを備えている。バーナ本体１３は、中央部に、燃料ガス及びパイロットエアを流通させる円筒状のパイロット通路１６を有し、その周囲に周方向に沿って配置された複数(図示の例では6個)の給排気口１７が設けられている。
【００１４】
蓄熱体１４は、軸方向に沿って断面六角形の多数の通路を形成するハニカム構造体であり、一端がバーナ本体１３の基端部に結合されている。蓄熱体１４の多数の通路によって、バーナ本体１３の各給排気口１７に連通する給排気通路１８、パイロット通路１６に連通するパイロットエア通路１９および燃料ガス通路２０が形成されている。そして、多数の通路に高温の排ガスが流通する際、排ガスから熱を吸収して蓄熱し、これらの通路に燃焼用エアが流通する際、放熱して燃焼用エアを排ガス温度近くまで予熱する。
【００１５】
給排気切換弁装置１５は、蓄熱体１４の他端部に結合されており、バーナ本体１３の各給排気口１７に連通する蓄熱体１４の給排気通路１８を順次、給気ポート２１および排気ポート２２に接続し、これらの接続を交互に切換えるロータリバルブ２３を備えている。ロータリバルブ２３は、モータ２４によってギヤ２５、２６を介して駆動され、給排気通路１８の一部(例えば６つ給排気口１７の内の2つに連通されたもの)を給気ポート２１に接続し、同時に、残り(例えば６つ給排気口１７の内の残りの４つに連通されたもの)を排気ポート２２に接続し、順次、給排気ポート２１、２２への接続を交互に切換える。給排気切換弁装置１５の給気ポート２１には、燃焼用エアを供給するための給気ブロワが接続され、排気ポート２２には、排ガスを排出するための排気筒が接続される。
【００１６】
バーナ本体１３、蓄熱体１４及び給排気切換弁装置１５の中心部には、給排気切換弁装置１５側からスパークロッドアセンブリ２７が挿通されている。スパークロッドアセンブリ２７は、図２及び図３に示すように、スパークロッド２８の外周が絶縁体２９で被覆され、さらに、絶縁体２９の外周が導電性の保護管３０で覆われており、スパークロッド２８の先端部が絶縁体２９及び保護管３０から突出されている。絶縁体２９は、Al2O3、MgO2等の必要な絶縁性、耐熱性および強度を有するセラミックス等とすることができる。保護管３０は、スパークロッド２８との間でスパークを発生させるグランドロッドを兼ねており、例えばニッケルをベースとした耐熱合金とすることができる。
【００１７】
保護管３０の基端側は、燃料ガス管３１によって覆われており、保護管３０と燃料ガス管３１との間に環状ガス通路３２が形成されている。燃料ガス管３１は、保護管３０の基端部に固定された結合部材３３に嵌合されて固定されており、環状ガス通路３２が結合部材３３に形成された通路３４に連通されている。スパークロッド２８の基端部の端子には、給電線３５が接続され、保護管３０の基端部には、給電板３６が取付けられており、給電板３６とスパークロッド２８とは、絶縁カバー３７によって絶縁されている。
【００１８】
スパークロッドアセンブリ２７は、給排気切換弁装置１５、蓄熱体１４およびバーナ本体１３の中心部に挿入されており、保護管３０および燃料ガス管３１の先端部が蓄熱体１４に嵌合され、また、結合部材３３が給排気切換弁装置１５のケースに嵌合されて固定されている。そして、環状ガス通路３２は、蓄熱体１４の燃料ガス通路２０に連通され、また、結合部材３３の通路３４を介して、燃料ガス供給源に接続されている。燃料ガス管３１は、給排気切換弁装置１５に設けられたパイロットエア管３８に挿通されて、燃料ガス管３１とパイロットエア管３８との間に環状エア通路３９が形成され、この環状エア通路は、蓄熱体１４のパイロットエア通路１９に連通され、また、給排気切換弁装置１５に形成された通路４０を介して給気ブロワに接続されている。
【００１９】
絶縁体２９及び保護管３０の先端部は、バーナ本体１３のパイロット通路１６内の着火位置付近まで延ばされている。スパークロッド２８の先端部は、絶縁体２９および保護管３０の先端部から延出され、パイロット通路１６から外部に突出して火炎生成位置へ延ばされており、スパークロッド２８が火炎を検知するためのフレームロッドを兼ねている。パイロット通路１６内には、蓄熱体１４の燃料ガス通路２０から供給される燃料ガスとパイロットエア通路１９から供給されるパイロットエアとを適度に混合するためのバッフル板４１が設けられている。
【００２０】
以上のように構成した本実施形態の作用について次に説明する。
燃料ガス供給源からの燃料ガスは、通路３４、環状ガス通路３２、燃料ガス通路１９を介して、バーナ本体１３のパイロット通路１６内に供給される。給気ブロワからのパイロットエアは、通路４０、環状エア通路３９およびパイロットエア通路１９を介して、パイロット通路１６内に供給される。給電線３５および給電板３６への給電によって、スパークロッド２８と保護管３０との間でスパークさせて、パイロット通路１６内の燃料ガスとパイロットエアとの混合気に着火すする。
【００２１】
給気ブロワからの燃焼用エアは、給気ポート２１、ロータリバルブ２３、一部の給排気通路１８を通って、バーナ本体１３の一部の給排気口１７から燃焼空間へ供給されて、燃料ガスを燃焼させる。同時に、燃焼後の排ガスは、残りの給排気口１７および給排気通路１８を通り、ロータリバルブ２３を介して排気ポート２２から排出される。このとき、ロータリバルブ２３によって、蓄熱体１４の給排気通路１８に燃焼用エアと排ガスとを交互に通過させて、給排気間で熱交換することにより、燃焼用エアを予熱すると共に、排ガス温度を低下させて熱効率を高める。
【００２２】
燃料ガスの着火後は、フレームロッドを兼ねるスパークロッド２８に生じる電流を監視することにより、燃焼時に生成されるイオンによってスパークロッド２８に生じる電流に基づいて火炎の発生を検知する。
【００２３】
パイロット通路１６内において、スパークロッド２８は、絶縁体２９および保護管３０によって支持および保護されるので、火炎にさらされても、曲りや垂れが生じることがない。これにより、スパークロッド２８の先端部を火炎に深く挿入することができ、火炎の検出感度を高めることができる。絶縁体２９および保護管３０から突出したスパークロッドの先端部が変形しても、スパークロッド２８とグランドロッドを兼ねる保護管３０との間のスパークギャップは、絶縁体２９によって一定に維持されるので、良好な着火性を確保することができる。絶縁体２９は、保護管３０によって覆われて保護されているので、損傷しにくく、また、万一、損傷した場合でも脱落することがなく、絶縁性を維持することができる。
【００２４】
フレームロッドを兼ねるスパークロッド２８とグランドロッドを兼ねる保護管３０と、これらの間の絶縁体２９とを一体化してスパークロッドアセンブリ２７としたことにより、小型化を図ることができる。また、保護管３０またはスパークロッド２８が焼損等によって劣化した場合には、スパークロッドアセンブリ２７として、簡単に交換することができ、バーナ本体１３等を交換する必要がないので、メンテナンス性に優れる。
【００２５】
バーナ本体１３を交換することなく、絶縁体２９および保護管３０の長さを変えるだけで、スパーク発生位置(着火位置)を調整することができるので、混合気の着火限界範囲に応じて、容易にスパーク発生位置を調整することができ、確実な着火を可能にすることができる。この場合、スパークロッド２８と絶縁体２９および保護管３０とを可動式にして、伸縮させることにより、スパーク発生位置および火炎検知位置を調整可能とすることもできる。
【００２６】
上記実施形態において、図４に示すように、スパークロッドアセンブリ２７の絶縁体２９の外径が大きい場合、保護管３０の先端部を内側へ延ばして縮径し、又は、内側に突出させて突出部３０Ａを形成することにより、スパークロッド２８と保護管３０との隙間を小さくすることができ、スパークギャップＳを調整することができる。
【００２７】
また、図５に示すように、絶縁体２９の外径が小さい場合、保護管３０の先端部から絶縁体２９を突出させることにより、スパークロッド２８と保護管３０との隙間を大きくすることができ、スパークギャップＳを調整することができる。
【００２８】
なお、上記実施形態では、スパークロッド２８と保護管３０との間でスパークさせているが、図６に示すように、パイロット通路１６内に、スパークロッド２８に対向させて、グランドロッド４２を別途設け、上述の従来例のように、スパークロッド２８とグランドロッド４２との間でスパークさせるようにすることもできる。このようにした場合、絶縁体２９および保護管３０によって、スパークロッド２８の支持を確実に行うことができ、スパークロッド２０の変形によるスパークギャップの変動を抑制することができる。ただし、グランドロッド４２がスパークロッドアセンブリ２７と別体になるので、グランドロッド４２の焼損に対しては、上記従来例と同様の対応が必要となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る燃焼装置によれば、スパークロッドの垂れや曲りを防止して、良好な着火性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るシングル型蓄熱バーナの縦断面図である。
【図２】図１に示す装置のスパークロッドアセンブリの縦断面図である。
【図３】図２に示すスパークロッドアセンブリの先端部の拡大図である。
【図４】図２に示すスパークロッドアセンブリの先端部の変形例を示す拡大図である。
【図５】図２に示すスパークロッドアセンブリの先端部の他の変形例を示す拡大図である。
【図６】図１に示す装置において、パイロット通路内にグランドロッドを設けた変形例を示すパイロット通路部の拡大図である。
【図７】従来のシングル型蓄熱バーナの先端部の縦断面図である。
【図８】図７に示す従来例において、スパークロッドの先端部とグランドロッドとの間でスパークさせる場合の着火部を拡大して示す概略図である。
【図９】図７に示す従来例において、スパークロッドの側面部とグランドロッドとの間でスパークさせる場合の着火部を拡大して示す概略図である。
【符号の説明】
１２シングル型蓄熱バーナ(燃焼装置)
１４蓄熱体
２７スパークロッドアセンブリ
２８スパークロッド
２９絶縁体
３０保護管

Claims

スパークロッドとグランドロッドとの間でスパークさせて燃料ガスに着火する燃焼装置において、前記スパークロッドは、基端側が支持され、先端側が自由端とされて着火位置へ向けて延ばされ、支持部から着火位置付近までの外周が絶縁体で覆われ、さらに、該絶縁体の外周が保護管で覆われており、前記スパークロッドの先端部が前記絶縁体および前記保護管から延出されて火炎を検知するためのフレームロッドを兼ね、前記保護管は、前記グランドロッドを兼ねて前記スパークロッドとの間でスパークさせ、前記スパークロッド、絶縁体および保護管を一体化したスパークロッドアセンブリを前記スパークロッドの支持部に対して着脱可能としたこと特徴とする燃焼装置。
燃焼用エアおよび排ガスを交互に流通させて熱交換によって燃焼用エアを予熱する蓄熱体を備え、前記スパークロッドは、前記蓄熱体に支持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。