JP4038638B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼装置に関するものであり、特に小型ボイラーや給湯装置への適用が好適な燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼装置は、ボイラーや給湯装置の主要な構成部品であり、工場はもとより、一般家庭にも広く普及している。
ところで、近年酸性雨による環境破壊が深刻な社会問題となり、ＮＯ_X （窒素酸化物）の総排出量を減少させることが急務となっている。そこで、家庭用等の小型の燃焼装置についても、ＮＯ_X の発生を極力減少させる工夫が要求されている。
【０００３】
小型の燃焼装置の分野でＮＯ_X を減少させる対策としては、燃料ガスを希薄な状態で燃焼させる方法が考えられる。ところが燃料ガスを希薄にして燃焼させると、火炎がリフトし、どうしても火炎が不安定になる。そこでこの対策として濃淡燃焼と称される燃焼方式の採用が注目されている。
ここで濃淡燃焼とは、燃料ガスに理論空気量の１．６倍程度の空気を予め混合した希薄な燃料ガス（以下淡混合ガス）から主炎を発生させ、この主炎の近辺に、空気の混合量が少なく濃度が高い燃料ガス（以下濃混合ガス）から発生する補炎を配置したものである。
【０００４】
また家庭用等の小型の燃焼装置は、より小型化と製造の容易化が要求されている。
そこで本出願人は、ＮＯ_X の軽減と、小型化および製造容易化の双方を達成すべく、先にプレス構造の燃焼装置を提案した（特許第２７１０９０９号）。
本出願人が提案した燃焼装置１００は、図８の様に二枚の側板部材１０１の間に燃焼管本体１０２と炎孔部材１０３を配したものである。
燃焼装置１００では、側板部材１０１の内部は空洞となっている。そして側板部材１０１の内部には、濃混合ガスが供給され、濃ガス炎孔１０５から濃混合ガスが噴射される。
燃焼管本体１０２は、上端部の側面が凹凸形状となっており、さらに当該凹凸部分に開口が設けられている。
【０００５】
炎孔部材１０３は、複数の仕切り板が重ねられたものであり、仕切り板同士の隙間によって上下方向に連通する。
従来技術の燃焼装置１００では、側板部材１０１同士の間に燃焼管本体１０２が挟みこまれ、燃焼管本体１０２の凸部が図１０の様に側板部材１０１の側面と接し、燃焼管本体１０２の凹部については、図９の様に側板部材１０１の側面との間に空隙部１１０ができる。
そして燃焼管本体１０２と側板部材１０１が接した部位では、両者に開口が設けられ、開口同士が接して燃焼管本体１０２と側板部材１０１が連通する。
一方、燃焼管本体１０２と側板部材１０１が離れた部位では、燃焼管本体１０２に設けられた開口は、両者の間の空隙部１１０に開く。
【０００６】
また炎孔部材１０３は、側板部材１０１同士によって挟まれた空間であって、燃焼管本体１０２の頂部から少し離れた位置に配される。
【０００７】
従来技術の燃焼装置１００では、燃焼ガスは、燃焼管本体１０２に供給され、その一部は、燃焼管本体１０２から両脇の側板部材１０１に供給されて濃ガス炎孔１０５から噴射される。
一方、他の燃料ガスは、燃焼管本体１０２から側板部材１０１と燃焼管本体１０２の間の空隙部１１０に放出され、空気過剰の状態に混合されて炎孔部材１０３に送られる。
ここで従来技術の燃焼装置１００では、空気は、側板部材１０１と燃焼管本体１０２の間の空隙部分の下部開口１１１，１１２から導入されていた。すなわち従来技術の燃焼装置１００では、燃焼管本体１０２の両側から空気が導入されていた。
【０００８】
そうして炎孔部材１０３からは淡混合ガスが噴射して主炎が発生し、側板部材１０１の濃ガス炎孔からは濃混合ガスが噴射されて補炎が形成される。主炎は、補炎に包囲され、安定して燃焼する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人が先に提案した燃焼装置１００は、プレス構造であるから比較的簡単に製作することができる。
しかしながら従来技術の燃焼装置１００は、二枚の側板部材１０１と、燃焼管本体１０２及び炎孔部材１０３といった４つの部材が必須であり、部品点数が多く、組み立てが困難であるという問題があった。すなわち従来技術の燃焼装置１００は、４個の部材をそれぞれ組み立てる工程と、これらを一体に結合する構成が必要であり、組み立てに手間を要するものであった。
【００１０】
また加えて、従来技術の燃焼装置１００では、主炎の温度分布にばらつきが生じやすいという欠点があった。すなわち従来技術の燃焼装置１００では、空気は、燃焼管本体１０２の幅方向について、下部開口１１１，１１２から二手に分かれて導入される。そのため燃焼管本体１０２の右側から導入される空気の量と、左側から導入される空気の量に違いが生じ易く、燃料ガスの濃度にばらつきが生じる。そのため例えば火炎の左側は、燃料濃度が高くて高温であり、右側は燃料濃度が低くて温度が低いといった弊害が生じる。
【００１１】
そこで本発明は、従来技術の前記した問題点に注目し、組み立てが簡単であり、且つ火炎の温度分布が一様となる燃焼装置の開発を課題とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そして、上記した課題を達成するための請求項１に記載の発明は、内部に濃度の高い燃料ガスが導入されると共に内部から濃度の高い燃料ガスを噴射する炎孔が設けられた二つの側板部材と、全体形状が長尺形状であって水平に載置した状態の時に上下に位置する面が連通し、上端から火炎を発生させる炎孔部材を有し、炎孔部材は二つの側板部材によって囲まれた部位に挟まれた状態で配され、前記二つの側板部材によって囲まれた部位に濃度の低い燃料ガスが導かれて炎孔部材から濃度の低い燃料ガスが噴射し、炎孔部材の上面に濃度の低い燃料ガスが燃焼する火炎が発生し、側板部材の炎孔からは濃度の高い燃料ガスが燃焼する火炎が発生する燃焼装置において、二つの側板部材の一方に燃料ガスを導入する燃料ガス導入口が設けられ、さらに二つの側板部材の間にはガス流路が形成されていて前記一方の側板部材に導入された燃料ガスの一部が、他方の側板部材に供給されることを特徴とする燃焼装置である。
【００１３】
本発明の燃焼装置は、従来必須であった燃焼管本体と側板部材の一つを一体化したものであるといえる。すなわち本発明の燃焼装置では、二つの側板部材の一方に燃料ガス導入口が設けられており、側板部材の一方に直接的に燃料ガスが供給される。また二つの側板部材の間にはガス流路が形成され、他方の側板部材に対しては、前記した一方の側板部材からガス流路を経由して燃料ガスが導入される。
本発明の燃焼装置は、二つの側板部材と炎孔部材の３点の部品によって構成されるので、部品点数が少ない。
【００１４】
また請求項２に記載の発明は、燃料ガス導入口が設けられた側板部材には、屈曲した流路を備えた混合部が設けられ、当該混合部の下流側から他方の側板部材に燃料ガスを供給するガス流路が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置である。
【００１５】
本発明の燃焼装置では、燃料ガス導入口が設けられた側板部材に、屈曲した流路を備えた混合部が設けられている。そのため本発明の燃焼装置では、混合部において予め空気と燃料を混合することができる。
【００１６】
さらに請求項３に記載の発明は、二つの側板部材の間から炎孔部材に空気が導入され、さらに当該二つの側板部材の間に、燃料ガス導入口が設けられた側板部材側から燃料ガスが放出され、空気と燃料ガスが混合されて炎孔部材に供給されることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼装置である。
【００１７】
本発明の燃焼装置では、二つの側板部材の間から炎孔部材に空気が導入される。すなわち従来技術の燃焼装置では、燃焼管本体の両側から空気が導入されていたが、本発明の燃焼装置では、幅方向について一か所から空気が導入される。そのため炎孔部材に供給される空気の分布が一様であり、燃焼ガスの濃度分布が均一化する。
【００１８】
燃焼装置は、側板部材は薄板によって構成された二重壁を有し、その内部に空洞部を有する構造とすることが望ましい。燃焼装置をこの様な構成とすることにより、プレス成形によって製作することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下さらに本発明の実施形態について説明する。尚以下の説明では、上下とは、燃焼装置１を炎孔を上にして設置した状態を基準とする。
図１は、本発明の実施形態の燃焼装置の斜視図である。図２は、図１の燃焼装置の分解斜視図である。図３は、燃料受け側の側板部材の内面を表す正面図である。図４は、図１の燃焼装置のＡ平面における断面図である。図５は、図１の燃焼装置の縦断面図である。図６は、図１の燃焼装置の他の平面における縦断面図である。図７は、本発明の他の実施形態の燃焼装置の断面図である。
【００２０】
本実施形態の燃焼装置１は、ケースに並列に並べて使用されたり、単独で使用されるものである。燃焼装置１の構成は、図２の様に二つの側板部材２，３および炎孔部材５によって成る。
【００２１】
便宜上、一方の側板部材２を燃料受け側と称し、他方の側板部材３を燃料供給側と称する。
燃料受け側の側板部材２は、従来技術のそれと略同一であり、垂直壁状をしていて、主として濃混合ガスを濃ガス炎孔３５に導く流路として機能する。すなわち燃料受け側の側板部材２は、薄い一枚の鋼板をプレスした後曲げ加工して作られたものであって、図５，６の様に、内面板２３と外面板２５とが隙間をおいて配置され、面積の狭い頂部３４を備え、他の周囲はガスが漏れない様に折り返されたものである。
【００２２】
そして内面板２３と外面板２５との隙間によって側板部材３の内部に閉塞された空間１３が形成されている。すなわち側板部材３は、内面板２３と外面板２５の二重壁構造であり、内部は空洞である。また側板部材２の内面には、３か所の凸部２６が設けられており、当該凸部２６には、内部に濃混合ガスを導入するための濃混合ガス導入孔３１が設けられている。前記した凸部２６と同じ高さの他の部位、すなわち凹部２７には開口はない。
さらに側板部材２の内面の上部には、長孔状の開口３２が複数設けられている。開口３２は、淡混合ガスの一部を側板部材２の内部に導入し、濃混合ガスの濃度を適度に希釈するために設けられたものである。
【００２３】
燃料受け側の側板部材２の外周側には、図２の様に３か所の凹部が設けられている。
また側板部材２の頂部３４には、補炎を発生させる濃ガス炎孔３５が開口している。濃ガス炎孔３５は本実施形態では、線状をしており、側板部材２の頂部３４の全域に設けられている。
【００２４】
これに対して、燃料供給側の側板部材３は、本実施形態に特有の構成をしており、混合部７と、垂直壁部８とに分かれ、燃料ガスと空気との混合機能と、濃混合ガスを濃ガス炎孔３５に導く流路としての機能の双方を備える。
すなわち燃料供給側の側板部材３についても、薄い一枚の鋼板をプレスした後曲げ加工して作られたものであって、内面板と外面板とが隙間をおいて配置されたものであるが、その形状は特異であり混合部７と垂直壁部８を有する構成となっている。
【００２５】
具体的に説明すると、側板部材３は、内面板３６と外面板３７とが重ね合わされたものであり、外観は平たい形をしている。そして下部の混合部７においては、内面板３６と外面板３７の間によって一連の気体流路が形成されている。
気体流路の入口から説明すると、側板部材３の下側角には、図２の様に、燃料ガス導入口１４が開口している。そして燃料ガス導入口１４の内部は、断面積が次第に大きくなり、さらに流路は大きく方向を変えて屈曲部１１が形成されている。
混合部７の末端は、側板部材３の中程の高さの位置の長手方向全域に渡って延びている。混合部７の末端部分であって、側板部材３の内面側には、開口１６，１７が設けられている。
また燃料供給側の側板部材３の内面にも、前記した燃料受け側の側板部材２と同様に凸部３８と凹部３９が設けられている。そして前記した開口１６は凸部３８に開口し、開口１７は、凹部３９に位置する。凸部３８に位置する開口１６にはバーリング加工が施されており、当該孔は、燃料ガス供給孔として機能する。
【００２６】
そして燃料供給側の側板部材３では、混合部７の上部は、内面板３６と外面板３７が密接している。図４は、この混合部７の上部の内面板３６と外面板３７が密接した部位の平面断面図である。すなわち当該部位では、殆どの部分で内面板３６と外面板３７が密接し、僅かな流通路２９が形成されているに過ぎない。
図５は、内面板３６と外面板３７が密接した部位における縦断面図を示し、図６は、流通路２９が形成された部位における縦断面図を示す。
【００２７】
なお本実施形態の燃焼装置１では、側板部材３の下部に形成された混合部７は、側板部材３の中心から燃焼装置１の中心側にずれた位置に設けられており、最終的に燃焼装置１として組み立てられた際には、燃料ガス導入口等は燃焼装置１の略中心線上に位置する。
【００２８】
そして混合部１１の末端から上部は、垂直壁部８であり、垂直に延びる空隙を形成している。垂直壁部８の内外面の形状は、前記した一方の側板部材２と略同一である。
【００２９】
炎孔部材５は、図２の様に四角柱状であって、長尺形状をしている。
炎孔部材５は、具体的には短冊状をした仕切り板が重ねられたものである。各仕切り板には、図示しないエンボス加工が成されており、全体が凹凸形状に波打っている。
そして各仕切り板が折り重ねられた状態では、各仕切り板は、エンボス形状の凹凸によって縦方向に貫通する間隙が形成され、当該間隙がガス流路となる。
【００３０】
次に、本実施形態の燃焼装置１の各部材同士の関係について説明する。
本実施形態の燃焼装置１は、燃料受け側の側板部材２と、燃料供給側の側板部材３が接合され、さらに側板部材２，３の間に炎孔部材５が装着されたものである。
また側板部材２，３が組み合った状態では、燃料供給側の側板部材３の内面の凸部３８と、燃料受け側の側板部材２の凸部２６の表面が当接し、燃料受け側の側板部材２に設けられた濃混合ガス導入孔３１は、図５の様に設けられた開口１６と合致され、左右の側板部材２，３の間が連通してガス流路５２が形成される。なお、本実施形態の燃焼装置１では、燃料供給側の側板部材３に設けられた開口１６にバーリング加工が施されているので、バーリングにより形成された短い管状の部位が他方の濃混合ガス導入孔３１の中に入り、左右の側板部材２，３間の連通をより確実なものとしている。
【００３１】
また燃料供給側の側板部材３の内面の凹部３９と、燃料受け側の側板部材２の凹部２７は、互いに対抗し、両者の間に空気流路となる空隙５０が形成される。そして燃料供給側の側板部材３の内面に設けられた開口１７は、当該空隙５０に開口する。
また空気流路となる空隙５０の外部への開口部、すなわち空気導入口５１は、側板部材２の下端と、側板部材３の混合部の上端近傍の間で外部に開口している。
ここで本実施形態の燃焼装置１は、二つの側板部材２，３が重ねてられて作られたものであるから、側板部材２，３の間に形成される空隙は、幅方向に一か所しか形成されず、空気導入口５１についても、同じく幅方向に一か所だけ形成される。
【００３２】
一連の空気流路について説明すると、空気導入口５１は、図６の様に、側板部材２の下端と、側板部材３の混合部の上端近傍の間にあり、一旦斜め方向に延びる。そして空気流路は、側板部材３に設けられた混合部の上端の括れ部分で広がる。さらに空気流路は、燃焼装置１の中心に至って垂直上方に延び、炎孔部材５が配置された部位に連通している。
【００３３】
次に、本実施形態の燃焼装置１の燃料ガス及び空気の流れについて説明する。本実施例の燃焼装置１では、側板部材３の燃料ガス導入口１４に図示しない燃料ガスノズルが挿入される。ガスノズルの挿入状態は、通常のブンゼン式燃焼バーナと同様であり、燃料ガス導入口１４とガスノズルの間には隙間あるいは開口があり、側板部材３には燃料ガスと共に空気が混入される。
空気の燃料ガスに対する混合割合は、理論空気量の４０％程度であり、燃料ガス濃度の高いものである。この濃混合ガスは、燃料ガス導入口１４から混合部７の屈曲部１１に至り、方向を変える際に２枚の金属板で構成された気体流路の内壁面と当接して混合が促進される。
【００３４】
そして濃混合ガスは、混合部１１から開口１６，１７が設けられた部位に至り、開口１６および孔１７から一部が放出される。
以後の混合ガスの経路は、濃混合ガスの流れと淡混合ガスの経路に分かれるので、別々に説明する。
濃混合ガスの流れから説明すると、濃混合ガスは、側板部材３の開口１６からガス流路５２に入る。すなわち前記したように、凸部３８の開口１６はバーリング加工がされており、バーリング加工部は側板部材２の凸部２６に設けられた濃混合ガス導入孔３１に挿入されており、側板部材３の開口１６と、側板部材２の濃混合ガス導入孔３１は連通している。そのため側板部材３に設けられた孔の内、凸部３８に設けられた開口１６から放出される濃混合ガスは、全て他方の側板部材２の中に入る。
【００３５】
開口１６を経て他方の側板部材２に入った濃混合ガスは、外面板２５と内面板２３の隙間によって形成される気体流路を上昇する。そして濃混合ガスは、頂部３４にある炎孔３５から均一に外部に噴射される。
【００３６】
側板部材３の上部に設けられた垂直壁部８に入った濃混合ガスは、外面板３７と内面板３６の隙間によって形成される気体流路を上昇し、頂部３４にある炎孔３５から均一に外部に噴射される。
【００３７】
次に淡混合ガスの経路について説明する。
前述の燃料供給側の側板部材３の混合部を通過した濃混合ガスの内、凹部３９に設けられた開口１７から放出された濃混合ガスは、側板部材２，３の間で構成される空気流路に放出されて上昇する。ここで空気流路は、前記した様に下部が開放されている。そのため開口１７から放出された濃混合ガスには、下部の空気導入口５１から吸入された空気が混入され、淡混合ガスとなる。そして淡混合ガスは、空気流路内を流れつつ混合が促進し、炎孔部材５の溝内に入り、炎孔から外部に噴射される。
従って炎孔部材５の大部分からは、淡混合ガスが均等に噴射される。
ここで本実施形態の燃焼装置１では、空気流路の下端の開口は、幅方向に一か所であるから、空気流路内を流れる空気の一定断面における流速分布は均一である。そのため開口１７から放出された濃混合ガスは、均一に分散され、濃度分布は均一となる。
【００３８】
本実施例の燃焼装置１では、混合ガスは、それぞれ上記した経路を辿り、炎孔部材５の開口からは、淡混合ガスが噴射され、側板部材２，３の炎孔３５からは、濃混合ガスが噴射される。そして、本実施形態の燃焼装置では、炎孔部材５から噴射される淡混合ガスの濃度分布は均一であり、温度分布も均一である。 また本実施形態の燃焼装置では、淡混合ガスによって発生する主炎の周囲を濃混合ガスによって発生する補炎が包囲するので、火炎のリフトを起こすことなく、燃料ガスを希薄な状態で燃焼させることができる効果があり、ＮＯ_X の発生を減少させることができる。
【００３９】
以上説明した実施形態では、側板部材３の下部に形成された混合部７は、側板部材３の中心から燃焼装置１の中心側にずれた位置に設け、最終的に燃焼装置１として組み立てられた際には、燃料ガス導入口等は燃焼装置１の略中心線上に位置する構成としたが、図７に示す燃焼装置の様に、混合部７を側板部材３の中心に設けた構成も可能である。図７の様に混合部７を側板部材３の中心に設けた構成を採用すると、空気流路がより直線的となる効果がある。
【００４０】
以上説明した実施形態の燃焼装置は、いずれも薄板を曲げ加工して作ることができ、プレス成形によって製作することができる効果があり、量産性が高い。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明した様に、請求項１に記載の燃焼装置は、二つの側板部材と炎孔部材の３点の部品によって構成されるので、部品点数が少ない。そのため各部品の組み立て工程や部品同士を接合する工程を大幅に省略することができる効果があり、大量生産に適するものである。
【００４２】
また請求項２に記載の燃焼装置では、燃料ガス導入口が設けられた側板部材に屈曲した流路を備えた混合部が設けられているので、混合部において予め空気と燃料を混合することができる効果があり、火炎が安定する。
【００４３】
さらに請求項３に記載の燃焼装置では、炎孔部材に供給される空気は、幅方向において導入される。そのため炎孔部材に供給される空気の分布が一様であり、燃焼ガスの濃度分布が均一化する。従って本発明の燃焼装置は、理想的な濃淡燃焼を実現することができ、ＮＯ_X の発生が少ない効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の燃焼装置の斜視図である。
【図２】図１の燃焼装置の分解斜視図である。
【図３】燃料受け側の側板部材の内面を表す正面図である。
【図４】図１の燃焼装置のＡ平面における断面図である。
【図５】図１の燃焼装置の縦断面図である。
【図６】図１の燃焼装置の他の平面における縦断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態の燃焼装置の断面図である。
【図８】従来技術の燃焼装置の分解斜視図である。
【図９】従来技術の燃焼装置の断面図である。
【図１０】従来技術の燃焼装置の他の平面における断面図である。
【符号の説明】
１ 燃焼装置
２ 側板部材
３ 側板部材
５ 炎孔部材
７ 混合部
８ 垂直壁部
１１ 屈曲部
１４ 燃料ガス導入口
２３，３６ 内面板
２５，３７ 外面板
５０ 空隙
５１ 空気導入口
５２ ガス流路

Claims (3)

1. 内部に濃度の高い燃料ガスが導入されると共に内部から濃度の高い燃料ガスを噴射する炎孔が設けられた二つの側板部材と、全体形状が長尺形状であって水平に載置した状態の時に上下に位置する面が連通し、上端から火炎を発生させる炎孔部材を有し、炎孔部材は二つの側板部材によって囲まれた部位に挟まれた状態で配され、前記二つの側板部材によって囲まれた部位に濃度の低い燃料ガスが導かれて炎孔部材から濃度の低い燃料ガスが噴射し、炎孔部材の上面に濃度の低い燃料ガスが燃焼する火炎が発生し、側板部材の炎孔からは濃度の高い燃料ガスが燃焼する火炎が発生する燃焼装置において、二つの側板部材の一方に燃料ガスを導入する燃料ガス導入口が設けられ、さらに二つの側板部材の間にはガス流路が形成されていて前記一方の側板部材に導入された燃料ガスの一部が、他方の側板部材に供給されることを特徴とする燃焼装置。
2. 燃料ガス導入口が設けられた側板部材には、屈曲した流路を備えた混合部が設けられ、当該混合部の下流側から他方の側板部材に燃料ガスを供給するガス流路が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
3. 二つの側板部材の間から炎孔部材に空気が導入され、さらに当該二つの側板部材の間に、燃料ガス導入口が設けられた側板部材側から燃料ガスが放出され、空気と燃料ガスが混合されて炎孔部材に供給されることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼装置。

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