JP4085219B2 - Combustion device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼装置に係り、詳しくは、給湯器等の加熱に用いられるガス燃焼装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ガス燃料を用いて湯を沸かす等の加熱を行う燃焼装置では、炎又は燃焼ガスによって熱交換器等の被加熱体を加熱するのが普通であった。このような従来の燃焼装置を用いた給湯器の例を図5に示す。給湯器100は、燃焼ケース101内に燃焼装置102と熱交換器103を内蔵したものである。また燃焼ケース101には、ファン105が接続されている。
従来技術の給湯器100は、ファン105によって燃焼ケース101内を通風し、燃焼装置102によって燃料ガス等を燃焼させる。そして燃焼装置102によって発生された燃焼ガスを熱交換器103に接触させて熱交換器103内の水を加熱する。
【0003】
従来技術の給湯器100において、燃焼装置102が発生する熱エネルギーは、炎から被加熱体への輻射伝熱と、高温の燃焼ガスが被加熱体と接触することによる対流伝熱により、被加熱体へ伝達される。しかし実際には輻射伝熱の役割は小さく、主として対流伝熱によって熱エネルギーを熱交換器103に伝達し、内部の水を加熱するものであった。すなわち従来技術の給湯器100は、主として気体対固体(熱交換器103)の接触による熱伝達によって熱交換器中の水を加熱するものであり、輻射伝熱は十分に活用していない。
そのため実際には、燃焼により発生した熱エネルギーのうちごく一部しか被加熱体に伝えられず、残りの熱エネルギーは無駄に大気中に放出されることになり、実際に加熱に用いられるエネルギーは僅かであり、エネルギーの利用効率が低かった。
【0004】
燃焼熱の利用効率を高めるため、多孔質体の内部でガスを燃焼させる燃焼装置を用いることが提案されている。
このような燃焼装置として、図6のような構成のものが考えられていた。この燃焼装置は軸対称な構造を有し、円板状の多孔質体201が円筒状のケース200によって保持されてガス流路内に設けられている。燃料ガス及び空気は多孔質体201の底面から多孔質体201内の空間に流入してそこで燃焼する。燃焼によって生じた燃焼ガスは多孔質体201の上面から放出される。被加熱体である熱交換器202は多孔質体の上方に設けられる。
【0005】
このような装置によって燃焼を行えば、多孔質体がその内部から加熱されて高温となって赤外線を輻射し、その赤外線が被加熱体の加熱に用いられる。つまり、燃焼熱の一部が一旦多孔質体に蓄えられた後、加熱に用いられるので、燃焼ガスとともに無駄に大気中に放出される熱量が減少し、燃焼熱の利用効率が高められることが期待される。なお、被加熱体が燃焼ガスとの接触によっても加熱される点は従来と同様であり、燃焼ガスが有する熱エネルギーの一部も加熱に用いられることになる。
【0006】
また多孔質体の上流側にバーナを設け、バーナの火炎によって多孔質体を加熱する方策も考えられている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、多孔質体の内部でガスを燃焼させる燃焼装置は、多孔質体への熱的負荷が大きいという問題を有するため、実用に至っていなかった。すなわち、燃焼中は、多孔質体が高温にさらされて赤熱するため、多孔質体として耐熱性のセラミックスを用いたとしても、その長期間の耐久性に不安があった。
【0008】
一方、多孔質体の上流側にバーナを設け、バーナの火炎によって多孔質体を加熱する場合は、多孔質体のバーナ側が過度に加熱され、肝心の熱交換器側は赤熱の程度が低くなってしまう。そのため熱交換器側への赤外線輻射が弱く、満足する効率が得られないという不満があった。
本発明は、上記問題点に鑑み、多孔質体の耐久性を向上して燃焼により発生した熱エネルギーの利用効率を高め、エネルギー資源の有効利用に資することを、解決すべき課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項1記載の燃焼装置は、多孔質体を有し、該多孔質体の特定の部位から燃料ガス及び空気が多孔質体内に導入され、多孔質体の内部で燃料ガスの少なくとも一部が燃焼して燃焼ガスを発生し、燃焼ガス及び未燃の燃料ガスは多孔質体の他の部位から排出され、さらに多孔質体の外部近傍で未燃の燃料ガスが燃焼する燃焼装置であって、加えて、燃料ガスの一部を多孔質体を通過させないで多孔質体の燃焼ガス排出側へ導き、該燃焼ガス排出側で燃焼させることを特徴とする燃焼装置である。
【0010】
この燃焼装置において、全ての燃料ガスを多孔質体内で燃焼させるのではなく、その一部を多孔質体の外部で燃焼させるので、多孔質体への熱的負荷が小さく、多孔質体の耐久性が向上する。
さらに、多孔質体の下流側に火炎が存在するので、当該火炎によって多孔質体が赤熱され、下流側により強力な赤外線を輻射する。
【0011】
上記課題を解決するための請求項2記載の燃焼装置は、多孔質体を有し、該多孔質体の特定の部位から燃料ガス及び空気が多孔質体内に導入され、多孔質体の内部で燃料ガスの一部が燃焼し、多孔質体の他の部位から未燃成分を含有する燃焼ガスが排出され、さらに多孔質体の外部で当該未燃成分が燃焼する燃焼装置であって、多孔質体中央部の燃焼ガス排出側にはガス遮蔽体が配置され、ガス遮蔽体と多孔質体との間には一定の間隔が形成されることを特徴とする燃焼装置である。
【0012】
なお、本明細書において、「未燃成分」には、未燃焼の燃料ガス(メタン等)のほか、燃料ガスの不完全燃焼により生じたCO、スス等の可燃性物質も含む。
【0013】
この燃焼装置において、燃料ガスの全てを多孔質体内で燃焼させるのではなく、その一部を多孔質体の外部で燃焼させるので、多孔質体への熱的負荷が小さく、多孔質体の耐久性が向上する。
さらに、多孔質体の下流側に火炎が存在するので、当該火炎によって多孔質体が赤熱され、下流側により強力な赤外線を輻射する。
【0014】
上記課題を解決するための請求項3記載の燃焼装置は、多孔質体と、周壁を有してその内部が通風雰囲気となるハウジングとを有し、該ハウジング内の通風雰囲気中に多孔質体が配置され、該多孔質体の特定の部位から燃料ガスと空気が、理論混合比よりも燃料ガスの比率が高くなるように多孔質体内に導入され、多孔質体の内部で燃料ガスの一部が燃焼し、多孔質体の他の部位から未燃成分を含有する燃焼ガスが排出され、さらに多孔質体の外部で当該未燃成分が燃焼する燃焼装置であって、ガス遮蔽体が多孔質体中央部の燃焼ガス排出側の面に接して配置されることを特徴とする燃焼装置である。
【0015】
この燃焼装置において、燃料ガスと空気が、理論混合比よりも燃料ガスの比率が高くなるように多孔質体内に導入されるので、多孔質体の内部では燃料ガスの一部のみが燃焼し、残余の燃料ガスは多孔質体の外部で燃焼する。そのため、多孔質体への熱的負荷が小さく、多孔質体の耐久性が向上する。
さらに、多孔質体の下流側に火炎が存在するので、当該火炎によって多孔質体が赤熱され、下流側により強力な赤外線を輻射する。
【0016】
なお、請求項1又は請求項2の燃焼装置において、燃料ガスと空気は、予めガス混合室で十分に混合してから多孔質体内に導入してもよいし、多孔質体内に導入する直前に混合してもよいし、別々に多孔質体内に導入してもよい。
【0017】
上記課題を解決するための請求項4記載の燃焼装置は、多孔質体と、周壁を有してその内部が通風雰囲気となるハウジングと、理論混合比より高濃度の燃料ガスと空気の混合気を調製するガス混合室とを有し、該ハウジング内の通風雰囲気中に多孔質体が配置され、ガス混合室で調製された混合気が多孔質体の特定の部位から多孔質体内に導入され、多孔質体の内部で燃料ガスの一部が燃焼し、多孔質体の他の部位から未燃成分を含有する燃焼ガスが排出され、さらに多孔質体の外部で当該未燃成分が燃焼する燃焼装置であって、ガス遮蔽体が多孔質体中央部の燃焼ガス排出側の面に接して配置され、多孔質体とハウジングの周壁との間には空隙が設けられ、ハウジングの周壁には、空気が流入する開口が前記空隙に面するように設けられていることを特徴とする燃焼装置である。
【0018】
この燃焼装置において、多孔質内に導入される予混合気は理論混合比よりも高濃度(すなわち、燃料ガス過剰)なので、多孔質体の内部では燃料ガスの一部のみが燃焼し、残余の燃料ガスは多孔質体の外部で燃焼する。そのため、多孔質体への熱的負荷が小さく、多孔質体の耐久性が向上する。
さらに、多孔質体の下流側に火炎が存在するので、当該火炎によって多孔質体が赤熱され、下流側により強力な赤外線を輻射する。
また、ガスの混合比及び流量の制御がしやすいので、NOx等の発生が抑制される。
【0019】
上記課題を解決するための請求項5記載の燃焼装置は、多孔質体中央部の燃焼ガス排出側にはガス遮蔽体を有し、当該中央部を通過したガスはガス遮蔽体により遮蔽されて多孔質体周縁部へ導かれ、該周縁部に空気が供給され、該空気により当該未燃成分が多孔質体の外部で燃焼することを特徴とする請求項2〜請求項4の何れかに記載の燃焼装置である。
【0020】
燃焼装置において多孔質体に空気を供給するには、その周縁部に空気を供給する構造の装置が最も簡易に実施できるが、そのような型の燃焼装置では、多孔質体の中央部の燃焼ガス排出側において空気供給が不足しがちであり、多孔質体の中央部(ガスの流れ方向から多孔質体を見た場合の中央部)を通過した未燃ガスが完全燃焼しないでCOを発生させる惧れがあった。しかし、この請求項5記載の燃焼装置においては、多孔質体中央部を通過した未燃ガスはガス遮蔽体により遮蔽されて周縁部へ導かれ、そこで新鮮な空気と出会って燃焼するので、燃料ガスは完全燃焼し、CO発生は防止される。
【0021】
この請求項5記載の燃焼装置において、ガス遮蔽体は、多孔質体中央部を通過した未燃ガスの方向を転じて有効に多孔質体周縁部へ導くことのできるものである限り、多孔質体から離れた所に設けても構わないし、勿論、多孔質体に接して設けても構わない。
【0022】
上記課題を解決するための請求項6記載の燃焼装置は、燃料ガスの一部を多孔質体を通過させないで多孔質体の燃焼ガス排出側へ導き、該燃焼ガス排出側で燃焼させることを特徴とする請求項2〜請求項5の何れかに記載の燃焼装置である。
【0023】
この燃焼装置において、燃料ガスの一部を多孔質体を通過させないで多孔質体の燃焼ガス排出側へ導くので、多孔質体の内部では燃料ガスの一部のみが燃焼し、残余の燃料ガスは多孔質体の外部で燃焼する。そのため、多孔質体への熱的負荷が小さく、多孔質体の耐久性が向上する。
【0024】
上記課題を解決するための請求項7記載の燃焼装置は、多孔質体の燃焼ガス排出側においてハウジングの壁に開口が設けられ、該開口からハウジング内に供給される空気により当該未燃成分が燃焼することを特徴とする請求項3〜請求項6の何れかに記載の燃焼装置である。
【0025】
この燃焼装置において、簡易な構造により効果を奏することができる。
【0026】
上記課題を解決するための請求項8記載の燃焼装置は、多孔質体の未燃ガス供給側と燃焼ガス排出側においてハウジングの壁にそれぞれ開口が設けられ、未燃ガス供給側の開口からハウジング内に供給される空気により多孔質体の内部で燃料ガスが燃焼し、燃焼ガス排出側の開口からハウジング内に供給される空気により多孔質体の外部で当該未燃成分が燃焼することを特徴とする請求項3〜請求項7の何れかに記載の燃焼装置である。
【0027】
この燃焼装置において、燃料ガス供給量に対する空気供給量の調節が容易である。
【0028】
上記課題を解決するための請求項9記載の燃焼装置は、多孔質体の未燃ガス供給側の周辺部と燃焼ガス排出側とにおいてハウジングの壁にそれぞれ開口が設けられ、さらに多孔質体の未燃ガス供給側の中央部においてハウジングの壁に開口が設けられ、未燃ガス供給側の中央部の開口から燃料ガスと空気の混合気が多孔質体内に導入され、未燃ガス供給側の周辺部の空気孔から空気が多孔質体内に導入され、上記混合気に含まれていた空気及び上記空気孔から導入された空気により多孔質体の内部で燃料ガスが燃焼し、多孔質体の他の部位から未燃成分を含有するガスが排出され、多孔質体の燃焼ガス排出側の空気孔から供給される空気により当該未燃成分が燃焼することを特徴とする請求項3〜請求項8の何れかに記載の燃焼装置である。
【0029】
この燃焼装置において、空気は、混合気に含まれていた空気、未燃ガス供給側の空気孔から供給される空気、燃焼ガス排出側の空気孔から供給される空気と、
3か所から供給される。燃料ガスと空気の混合気は燃焼上限界付近又は燃焼上限界以上の濃度にできるため、逆火を効率的に防止できる。また、燃焼条件に応じて供給空気量、ガス量、濃度をきめ細かく制御することができる。
【0030】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施形態である燃焼装置を図1に示す。この燃焼装置において、円筒状のハウジング10中に円板状のチタン酸アルミニウム製の多孔質体1が略水平に支持されている。ハウジングの側面壁3と多孔質体1の側面との間は、パッキン7が充填されていて気密に保たれている。
ここで、多孔質体1の材質は、耐熱性を有するものであればよく、具体的には、チタン酸アルミニウム、ムライト、コージライト(コージェライト)等のセラミックス又はこれらの混合材料が使用可能であるが、耐熱性において優れるという点でチタン酸アルミニウムが最も適当である。
【0031】
多孔質体1の下面とハウジング10の底面壁2との間には空間9が設けられている。底面壁2の中央部には開口(混合気供給孔)4が、周辺部には複数の開口(底面空気孔)5が、それぞれ設けられている。
ハウジング10の側面壁3には多孔質体1の上面より僅かに高い位置に複数の開口(側面空気孔)6が周上に等間隔に設けられている。さらに、多孔質体1の中央部上方にはバッフル板又は被加熱体8が支持体(図示せず)により支持されている。バッフル板又は被加熱体8の下面は開口6よりも高い位置である。被加熱体(図示せず)は、バッフル板又は被加熱体8の上面よりさらに上方に配置される。
【0032】
燃焼装置には、メタンガス等のガス供給源11、ブロア等の空気供給源12、及びガス予混合室13が付随している。ガス供給源11とガス予混合室13は管路14によって接続され、空気供給源12とガス予混合室13は管路15によって接続されている。ガス予混合室13は管路16によってハウジング10の混合気供給孔4と接続されている。空気供給源12は、さらに管路17によって底面空気孔5に接続され、かつ管路18によって側面空気孔6に接続されている。
なお、ガス予混合室13において所望の濃度の混合ガスを調製できるように、また、ハウジング10内に所望流量の空気及び燃料ガスを供給できるように、管路系には適宜、バルブ等が設けられているが、その詳細は略する。
【0033】
燃焼装置を使用するためには、ガス予混合室13内で燃料ガスと空気を混合して理論混合比より濃い混合気を調製する。
この混合気の濃度は、一般に燃焼上限界より濃いことが、逆火防止のために望ましい。より好ましくは、空気量は理論空気量の10〜30%の範囲である。さらに好ましくは、空気量は理論空気量の15〜25%の範囲である。
【0034】
この混合気をガス予混合室13から管路16、混合気供給孔4を経てハウジング10内の空間9に底部から導入する。また、空気供給源12からは、管路17、底面空気孔5を経て底部から、及び、管路18、側面空気孔6を経て側面部から、ハウジング10内に空気を供給する。管路16から供給される混合気と管路17から供給される空気を混合しても理論混合比より燃料ガス過剰となるように、しかも、これに管路18から供給される空気を加えれば理論混合比又は空気過剰となるように、ガス濃度及び流量を制御する。
【0035】
混合気供給孔4からハウジング10内の空間9に流入した混合気は、底面空気孔5から空間9内に流入した空気と出会い、当該空気と混合して多孔質体1内にその底面から導入されて多孔質体1内で燃焼する。多孔質体1内の雰囲気は燃料ガス過剰となっているので、燃料ガスは完全には燃焼しないで多孔質体を通過する。多孔質体を通過したガスには、未燃の燃料ガスや不完全燃焼により生じたCO、スス等の未燃成分が含まれている。
【0036】
多孔質体中央部を通過した未燃成分を含有するガスはバッフル板又は被加熱体8に衝突し、その方向を転じて周辺部へ導かれ、そこで側面空気孔6から流入した空気と出会ってその未燃成分が燃焼する。勿論、多孔質体周辺部を通過した未燃成分も側面空気孔6から流入した空気と出会って燃焼する。そのため、燃料ガスの全量が完全燃焼し、燃焼装置からのCOやススの発生は防止される。また、各開口から供給されるガス、空気の濃度、流量を的確に制御できるのでNOxの発生も低減できる。
さらに、多孔質体1と、被加熱体等8との間に火炎が存在し、火炎又は燃焼ガスは、被加熱体等8に遮られて多孔質体1と被加熱体等8との間を流れるので、多孔質体1は当該火炎等によって赤熱される。そのため多孔質体1の表面から被加熱体等8に向かって、より強力な赤外線が輻射される。
【0037】
なお、この実施形態によれば燃焼時の音の発生も抑制された。
【0038】
上記第一の実施形態の変形形態を図2に示す。この変形形態は、上記第一の実施形態と大きく異なるものではなく、ガス供給用の管路系については、同一であるので図示を略した。また、上記の実施形態と同一又は同様の部分には同一符号を付した。この変形形態において、バッフル板又は被加熱体28は、多孔質体1の上面に接して設けられている。また、多孔質体1とハウジングの側面壁3との間には上方開放の空隙部27が設けられており、側面空気孔26はこの部位に開口している。空隙部27は空間9とは連通していない。その他の構成においては、上記第一の実施形態と異なるところがない。
【0039】
この変形実施形態において、バッフル板又は被加熱体28が多孔質体1の上面に接しているので、多孔質体1の中央部から流出しようとするガスは、多孔質体1内で周辺部へ向かい、周辺部から多孔質体1の外部へ流出する。そこで側面空気孔26から流入した空気と出会って未燃成分が燃焼する。なお、側面空気孔26から流入する空気の流速が大きい場合、空気が多孔質体1の内部まで浸透して未燃成分を燃焼させる可能性もある。
【0040】
上記第一の実施形態には、さらに種々の変形形態が可能である。
例えば、ハウジング10の底部における混合気供給孔4と底面空気孔5の位置関係を逆にして、中央部に底面空気孔5を1個又は複数個設け、周辺部に混合気供給孔4を複数個設けてもよい。
また、ガス予混合室13を廃してハウジング10の底部の開口4からは燃料ガスのみを供給し、開口5から供給される空気と空間9で混合されて可燃性混合気ができる構成としてもよい。
逆に、ハウジング10の底部のあらゆる開口から可燃性混合気のみを供給する構成としてもよい。
なお、バッフル板等を廃しても実施可能である。中央部において空気不足になる惧れはあるが、多孔質体が小径ならばその惧れは小さい。
【0041】
本発明の第二の実施形態である燃焼装置を図3に示す。
この燃焼装置においても、略円筒状のハウジング40中に円板状の多孔質体1が支持体(図示せず)によって略水平に支持されている。被加熱体(図示せず)は多孔質体1の上方に配置される。
多孔質体1の下面とハウジング40の底面壁32との間には空間39が設けられている。多孔質体1の側面とハウジングの側面壁33との間には空隙37が設けられ、この空隙部37は、上方で開放され、かつ空間39と連通している。底面壁32には複数の開口(ガス供給孔)35が設けられ、側面壁33には多孔質体1の上面より僅かに高い位置に複数の開口(空気孔)36が周上に等間隔に設けられている。
【0042】
図示しないガス予混合室において燃料ガスと空気が混合されて可燃性混合気が調製される。この混合気は、ガス供給孔35から空間39内に吹き込まれ、多孔質体1に略鉛直方向下側から供給される。混合気の大部分は多孔質体1内に導入されてそこで燃焼するが、混合気の一部は多孔質体1内を通過せず、空隙37を通過して多孔質体1よりも下流(燃焼ガス排出側)へ導かれ、そこで空気孔36から供給される空気によって燃焼する。
【0043】
この燃焼装置において、燃料ガスの一部を多孔質体1を通過させないで多孔質体1の燃焼ガス排出側へ導くので、多孔質体1の内部では燃料ガスの一部のみが燃焼し、残余の燃料ガスは多孔質体1の外部で燃焼する。そのため、多孔質体への熱的負荷が小さく、多孔質体の耐久性が向上する。この実施形態は、第一の実施形態ほどの濃度、流量の精密な制御が必要ないので簡易な構成で実施できる。
【0044】
上記第二の実施形態にも、さらに種々の変形形態が可能である。
例えば、全ての開口35から混合気が供給されるのではなく、或る開口からは燃料ガス、他の開口からは空気が供給され、両者が空間39内で混合されて可燃性混合気ができる構成としてもよい。
また、空隙37を設けず、開口36から燃料ガスと空気の混合気を多孔質体1よりも下流側に供給する構成としてもよい。
また、上記第一の実施形態の構成を加味し、ガス供給孔35からハウジング40内に吹き込まれる混合気を理論混合比より濃くしたり、多孔質体の下流側にバッフル体を設けたりしてもよい。
以上第一及び第二の実施形態では多孔質体1として図4(a)に示す円板状のものを用いたが、本発明はこのような形状に限定されるものではなく、他の形状、例えば図4(b)に示す直方体状の多孔質体1を用いる構成の燃焼装置として実施してもよい。
【0045】
【発明の効果】
本発明の燃焼装置によれば、多孔質体への熱的負荷を小さくすることにより多孔質体の耐久性を向上し、かつ燃焼により発生した熱エネルギーの利用効率を高め、エネルギー資源の有効利用に資することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第一の実施形態である燃焼装置を模式的に示す立断面図である。
【図2】 図1の実施形態の変形実施形態である燃焼装置の一部を模式的に示す立断面図である。
【図3】 本発明の第二の実施形態である燃焼装置の一部を模式的に示す立断面図である。
【図4】 図1〜3の燃焼装置に用いられる多孔質体1の平面図である。
【図5】 従来技術による給湯器を模式的に示す立断面図である。
【図6】 従来提案されていた燃焼装置を模式的に示す立断面図である。
【符号の説明】
1 多孔質体
2,32 側面壁
3,33 底面壁
4 開口
5,35 開口
6,26,36 開口
7 パッキン
8,28,38 遮蔽体
9,39 空間
10 ハウジング
11 ガス供給源
12 空気供給源
13 予混合室
27,37 空隙[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a combustion apparatus, and more particularly, to a gas combustion apparatus used for heating a water heater or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a combustion apparatus that performs heating such as boiling water using gas fuel, it has been common to heat a heated object such as a heat exchanger with a flame or combustion gas. An example of a water heater using such a conventional combustion apparatus is shown in FIG. The
The conventional
[0003]
In the
Therefore, in reality, only a small part of the heat energy generated by combustion is transmitted to the object to be heated, and the remaining heat energy is unnecessarily released into the atmosphere, and the energy actually used for heating is The utilization efficiency of energy was low.
[0004]
In order to increase the utilization efficiency of the combustion heat, it has been proposed to use a combustion device that burns gas inside the porous body.
As such a combustion apparatus, the thing of a structure like FIG. 6 was considered. This combustion apparatus has an axisymmetric structure, and a disk-like
[0005]
If combustion is performed by such an apparatus, the porous body is heated from the inside to become high temperature and radiates infrared rays, and the infrared rays are used to heat the heated object. In other words, since a part of the combustion heat is once stored in the porous body and then used for heating, the amount of heat released to the atmosphere together with the combustion gas is reduced, and the utilization efficiency of the combustion heat can be improved. Be expected. In addition, the point to which a to-be-heated body is heated also by contact with combustion gas is the same as the past, and a part of thermal energy which combustion gas has is also used for a heating.
[0006]
In addition, a measure has been considered in which a burner is provided on the upstream side of the porous body and the porous body is heated by the flame of the burner.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, a combustion apparatus that burns gas inside the porous body has not been put into practical use because it has a problem that the thermal load on the porous body is large. That is, during combustion, the porous body is exposed to a high temperature and becomes red-hot. Therefore, even if heat-resistant ceramics are used as the porous body, there is anxiety over the long-term durability.
[0008]
On the other hand, when a burner is provided on the upstream side of the porous body and the porous body is heated by the flame of the burner, the burner side of the porous body is excessively heated, and the degree of red heat is reduced on the core heat exchanger side. End up. Therefore, there was a complaint that the infrared radiation to the heat exchanger side was weak and satisfactory efficiency could not be obtained.
In view of the above problems, an object of the present invention is to improve the durability of a porous body, increase the utilization efficiency of thermal energy generated by combustion, and contribute to effective utilization of energy resources.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The combustion apparatus according to
[0010]
In this combustion device, not all the fuel gas is burned in the porous body, but a part of it is burned outside the porous body, so the thermal load on the porous body is small and the durability of the porous body is reduced. Improves.
Furthermore, since a flame exists on the downstream side of the porous body, the porous body is red-hot by the flame and radiates strong infrared rays on the downstream side.
[0011]
The combustion apparatus according to
[0012]
In the present specification, the “unburned component” includes not only unburned fuel gas (methane and the like) but also flammable substances such as CO and soot generated by incomplete combustion of the fuel gas.
[0013]
In this combustion device, not all of the fuel gas is burned in the porous body, but a part of it is burned outside the porous body, so the thermal load on the porous body is small and the durability of the porous body is reduced. Improves.
Furthermore, since a flame exists on the downstream side of the porous body, the porous body is red-hot by the flame and radiates strong infrared rays on the downstream side.
[0014]
The combustion apparatus according to
[0015]
In this combustion apparatus, since the fuel gas and air are introduced into the porous body so that the ratio of the fuel gas is higher than the theoretical mixing ratio, only a part of the fuel gas burns inside the porous body, The remaining fuel gas burns outside the porous body. Therefore, the thermal load on the porous body is small, and the durability of the porous body is improved.
Furthermore, since a flame exists on the downstream side of the porous body, the porous body is red-hot by the flame and radiates strong infrared rays on the downstream side.
[0016]
In the combustion apparatus according to
[0017]
A combustion apparatus according to claim 4 for solving the above-mentioned problems is provided with a porous body, a housing having a peripheral wall and having a ventilation atmosphere inside, a mixture of fuel gas and air having a concentration higher than the theoretical mixing ratio. A porous body is disposed in the ventilation atmosphere in the housing, and the air-fuel mixture prepared in the gas mixing chamber is introduced into the porous body from a specific part of the porous body. , A part of the fuel gas burns inside the porous body, the combustion gas containing the unburned component is discharged from other parts of the porous body, and the unburned component burns outside the porous body In the combustion apparatus, the gas shield is disposed in contact with the surface on the combustion gas discharge side in the center of the porous body, a gap is provided between the porous body and the peripheral wall of the housing, and the peripheral wall of the housing , An opening through which air flows is provided so as to face the gap A combustion apparatus, characterized in that that.
[0018]
In this combustion apparatus, since the premixed gas introduced into the porous material has a concentration higher than the theoretical mixing ratio (that is, excess fuel gas), only a part of the fuel gas burns inside the porous material, and the remainder The fuel gas burns outside the porous body. Therefore, the thermal load on the porous body is small, and the durability of the porous body is improved.
Furthermore, since a flame exists on the downstream side of the porous body, the porous body is red-hot by the flame and radiates strong infrared rays on the downstream side.
In addition, since the gas mixture ratio and flow rate can be easily controlled, the generation of NOx and the like is suppressed.
[0019]
The combustion apparatus according to
[0020]
In order to supply air to a porous body in a combustion apparatus, an apparatus having a structure for supplying air to the peripheral part thereof can be most easily implemented. In such a type of combustion apparatus, the combustion of the central part of the porous body is performed. Air supply tends to be insufficient on the gas exhaust side, and unburned gas that has passed through the center of the porous body (the center when the porous body is viewed from the gas flow direction) generates CO without complete combustion. There was a fear. However, in the combustion apparatus according to
[0021]
In the combustion apparatus according to
[0022]
A combustion apparatus as set forth in
[0023]
In this combustion apparatus, since a part of the fuel gas is guided to the combustion gas discharge side of the porous body without passing through the porous body, only a part of the fuel gas burns inside the porous body, and the remaining fuel gas Burns outside the porous body. Therefore, the thermal load on the porous body is small, and the durability of the porous body is improved.
[0024]
In the combustion apparatus according to
[0025]
In this combustion apparatus, an effect can be achieved with a simple structure.
[0026]
The combustion apparatus according to
[0027]
In this combustion apparatus, it is easy to adjust the air supply amount with respect to the fuel gas supply amount.
[0028]
The combustion apparatus according to
[0029]
In this combustion apparatus, the air is air contained in the air-fuel mixture, air supplied from the air holes on the unburned gas supply side, air supplied from the air holes on the combustion gas discharge side,
Supplied from 3 locations. Since the mixture of the fuel gas and air can have a concentration near the upper combustion limit or higher than the upper combustion limit, backfire can be prevented efficiently. Further, the supply air amount, gas amount, and concentration can be finely controlled according to the combustion conditions.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The combustion apparatus which is 1st embodiment of this invention is shown in FIG. In this combustion apparatus, a disk-shaped
Here, the material of the
[0031]
A
In the
[0032]
The combustion apparatus is accompanied by a
It should be noted that a valve or the like is appropriately provided in the pipe line system so that a mixed gas having a desired concentration can be prepared in the
[0033]
In order to use the combustion apparatus, fuel gas and air are mixed in the
In order to prevent flashback, it is generally desirable that the concentration of the air-fuel mixture is higher than the upper limit of combustion. More preferably, the amount of air is in the range of 10-30% of the theoretical amount of air. More preferably, the amount of air is in the range of 15-25% of the theoretical amount of air.
[0034]
This air-fuel mixture is introduced from the
[0035]
The air-fuel mixture flowing into the
[0036]
The gas containing the unburned component that has passed through the central part of the porous body collides with the baffle plate or the
Furthermore, a flame exists between the
[0037]
In addition, according to this embodiment, generation | occurrence | production of the sound at the time of combustion was also suppressed.
[0038]
A modification of the first embodiment is shown in FIG. This modification is not greatly different from the first embodiment, and the gas supply pipeline system is the same, and is not shown. Further, the same or similar parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals. In this modification, the baffle plate or the object to be heated 28 is provided in contact with the upper surface of the
[0039]
In this modified embodiment, since the baffle plate or the object to be heated 28 is in contact with the upper surface of the
[0040]
Various modifications can be made to the first embodiment.
For example, the positional relationship between the air-fuel mixture supply hole 4 and the
Alternatively, the
Conversely, only a combustible air-fuel mixture may be supplied from any opening at the bottom of the
In addition, even if a baffle board etc. are eliminated, it can implement. There is a risk of air shortage at the center, but if the porous body has a small diameter, the risk is small.
[0041]
The combustion apparatus which is 2nd embodiment of this invention is shown in FIG.
Also in this combustion apparatus, the disk-shaped
A
[0042]
In a gas premixing chamber (not shown), fuel gas and air are mixed to prepare a combustible mixture. The air-fuel mixture is blown into the
[0043]
In this combustion apparatus, a part of the fuel gas is guided to the combustion gas discharge side of the
[0044]
Various modifications can be made in the second embodiment.
For example, the air-fuel mixture is not supplied from all the
Alternatively, the
In addition, considering the configuration of the first embodiment, the air-fuel mixture blown into the
As described above, in the first and second embodiments, the disk-shaped member shown in FIG. 4A is used as the
[0045]
【The invention's effect】
According to the combustion apparatus of the present invention, the durability of the porous body is improved by reducing the thermal load on the porous body, the utilization efficiency of the thermal energy generated by the combustion is increased, and the energy resource is effectively utilized. Can help.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a vertical sectional view schematically showing a combustion apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an elevational sectional view schematically showing a part of a combustion apparatus which is a modified embodiment of the embodiment of FIG. 1;
FIG. 3 is an elevational sectional view schematically showing a part of a combustion apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view of a
FIG. 5 is an elevational sectional view schematically showing a water heater according to the prior art.
FIG. 6 is an elevational sectional view schematically showing a conventionally proposed combustion apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (9)
加えて、燃料ガスの一部を多孔質体を通過させないで多孔質体の燃焼ガス排出側へ導き、該燃焼ガス排出側で燃焼させることを特徴とする燃焼装置。Having a porous body, fuel gas and air are introduced into the porous body from a specific part of the porous body, and at least a part of the fuel gas burns inside the porous body to generate combustion gas, Combustion gas and unburned fuel gas are discharged from other parts of the porous body, and further the unburned fuel gas burns near the outside of the porous body ,
In addition, a combustion apparatus characterized in that a part of the fuel gas is led to the combustion gas discharge side of the porous body without passing through the porous body and burned on the combustion gas discharge side .
多孔質体中央部の燃焼ガス排出側にはガス遮蔽体が配置され、ガス遮蔽体と多孔質体との間には一定の間隔が形成されることを特徴とする燃焼装置。A porous body, fuel gas and air are introduced into the porous body from a specific part of the porous body, and a part of the fuel gas burns inside the porous body, and the other part of the porous body Combustion device in which the combustion gas containing unburned components is discharged, and the unburned components are combusted outside the porous body ,
A combustion apparatus characterized in that a gas shield is arranged on the combustion gas discharge side of the central part of the porous body, and a constant interval is formed between the gas shield and the porous body .
ガス遮蔽体が多孔質体中央部の燃焼ガス排出側の面に接して配置されることを特徴とする燃焼装置。A porous body and a housing having a peripheral wall and having a ventilation atmosphere therein, the porous body being disposed in the ventilation atmosphere in the housing, and a fuel gas from a specific portion of the porous body; Air is introduced into the porous body so that the fuel gas ratio is higher than the theoretical mixing ratio, and part of the fuel gas burns inside the porous body, and unburned components from other parts of the porous body Is a combustion apparatus in which the unburned component is combusted outside the porous body .
A combustion apparatus, wherein a gas shield is disposed in contact with a surface on the combustion gas discharge side of a central portion of a porous body .
ガス遮蔽体が多孔質体中央部の燃焼ガス排出側の面に接して配置され、
多孔質体とハウジングの周壁との間には空隙が設けられ、
ハウジングの周壁には、空気が流入する開口が前記空隙に面するように設けられていることを特徴とする燃焼装置。A porous body, a housing having a peripheral wall and having a ventilation atmosphere therein, and a gas mixing chamber for preparing a mixture of fuel gas and air having a concentration higher than the theoretical mixing ratio; A porous body is arranged in the atmosphere, and an air-fuel mixture prepared in the gas mixing chamber is introduced into the porous body from a specific part of the porous body, and a part of the fuel gas burns inside the porous body, Combustion apparatus in which combustion gas containing unburned components is discharged from other parts of the porous body, and the unburned components are burned outside the porous body ,
The gas shield is disposed in contact with the surface on the combustion gas discharge side in the center of the porous body,
A gap is provided between the porous body and the peripheral wall of the housing,
A combustion apparatus, wherein an opening through which air flows is provided on a peripheral wall of the housing so as to face the gap .
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