JP5667159B2

JP5667159B2 - 燃焼装置

Info

Publication number: JP5667159B2
Application number: JP2012280964A
Authority: JP
Inventors: 卓史小代
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2032-12-25
Also published as: JP2014126217A

Description

本発明は、濃淡バーナを備える燃焼装置であって、酸欠時に燃焼停止するためにフレームロッドを配置したものに関する。

従来、燃焼筐を備え、燃焼筐内に、燃焼筐内の空間を燃焼室と燃焼室の下側の給気室とに仕切る仕切り板が設けられ、燃焼室に濃淡バーナが横方向に並べて複数本並設され、給気室から仕切り板に形成した多数の分布孔を介して燃焼室に二次空気が供給されるようにした燃焼装置であって、所定の濃淡バーナの上方に臨ませてフレームロッドを配置し、酸欠時の火炎リフトでフレームロッドが火炎を検知しなくなったときに、燃焼を停止させるものは知られている。

尚、濃淡バーナは、上端部に、理論空燃比より燃料濃度が希薄な淡混合気を噴出する前後方向に長手の淡炎口と、淡炎口の横方向両側に位置する、混合気が噴出しない盲空隙と、盲空隙の横方向外側に位置し、淡混合気に比し燃料濃度の濃い濃混合気を噴出する濃炎口とを有しており、淡炎口に形成される淡火炎が濃炎口に形成される濃火炎と盲空隙上への淡混合気の還流とで保炎されるようにしている。

ここで、酸欠時には、酸素不足で燃焼速度が混合気の噴出速度を下回る状態となって火炎リフトを生ずるが、濃淡バーナでは、淡火炎の方が濃火炎よりも先にリフトする。そして、フレームロッドは、濃火炎までがリフトしないと、火炎検知してしまうため、燃焼が停止されない。

そこで、従来、上記の如き燃焼装置において、フレームロッドが臨む濃淡バーナの部分への二次空気の供給量を他の部分よりも多くしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このものでは、フレームロッドの直下に位置する濃炎口に形成される濃火炎が多量に供給される二次空気により冷却されて燃焼速度が遅くなり、濃火炎がリフトしやすくなる。従って、フレームロッドの配置部において、淡火炎だけでなく濃火炎も酸欠初期段階でリフトして、フレームロッドが火炎を検知しなくなる。

然し、二次空気の供給量を部分的とはいえ増加することは、燃焼排ガスの温度低下を招くことになり、熱効率の向上を図る上で問題がある。

特開２０１１−２５２６７１号公報

本発明は、以上の点に鑑み、二次空気の供給量を増加することなく、酸欠初期段階でフレームロッドが火炎を検知しなくなるようにした燃焼装置を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、燃焼筐を備え、燃焼筐内に、燃焼筐内の空間を燃焼室と燃焼室の下側の給気室とに仕切る仕切り板が設けられ、上端部に、理論空燃比より燃料濃度が希薄な淡混合気を噴出する前後方向に長手の淡炎口と、淡炎口の横方向両側に位置する、混合気が噴出しない盲空隙と、盲空隙の横方向外側に位置し、淡混合気に比し燃料濃度の濃い濃混合気を噴出する濃炎口とを有し、濃炎口の横方向外側の壁板の上端の高さを淡炎口及び盲空隙の上端よりも高くした濃淡バーナが燃焼室に横方向に並べて複数本並設され、給気室から仕切り板に形成した多数の分布孔を介して燃焼室に二次空気が供給されるようにした燃焼装置であって、所定の濃淡バーナの上方に臨ませてフレームロッドが配置され、酸欠時の火炎リフトでフレームロッドが火炎を検知しなくなったときに、燃焼を停止させるものにおいて、所定の濃淡バーナは、フレームロッドの直下に位置する盲空隙の部分に盲空隙の他の部分よりも横幅を狭めた幅狭部を有するものに形成されることを特徴とする。

ここで、盲空隙の幅狭部では、盲空隙上への淡混合気の還流による渦が小さくなり、濃火炎による保炎作用が弱くなって淡火炎がリフトしやすくなると共に、濃火炎が淡火炎に近づき、淡火炎がリフトするとこれに引きずられて濃火炎がリフトしやすくなる。従って、本発明によれば、二次空気の供給量を増加しなくても、フレームロッドの配置部において、淡火炎だけでなく濃火炎も酸欠初期段階でリフトして、フレームロッドが火炎を検知しなくなる。その結果、酸欠で燃焼性が悪化する前に確実に燃焼を停止でき、且つ、熱効率の悪化も防止できる。

尚、幅狭部の横幅が盲空隙の他の部分の横幅の８５％を超えると、幅狭部に合致する濃炎口の部分での濃火炎のリフトのタイミングが濃炎口の他の部分での濃火炎のリフトのタイミングと大差なくなり、また、幅狭部の横幅が盲空隙の他の部分の横幅の５０％未満になると、正常時でも幅狭部に合致する濃炎口の部分で濃火炎がリフトしやすくなって燃焼停止されてしまうことがある。そのため、幅狭部の横幅は、盲空隙の他の部分の横幅の５０〜８５％であることが望ましい。

本発明の実施形態の燃焼装置の平面図。図１のＩＩ−ＩＩ線で切断した断面図。実施形態の燃焼装置に設けられる所定の濃淡バーナの要部の斜視図。（ａ）図３のＩＶａ−ＩＶａ線で切断した断面図、（ｂ）図３のＩＶｂ−ＩＶｂ線で切断した断面図。所定の濃淡バーナの変形例の要部の斜視図。

図１及び図２を参照して、１は燃焼筐を示している。燃焼筐１の上面は開放されており、燃焼筐１の上に図示省略した熱交換器等の被加熱物が設置される。

燃焼筐１内には、燃焼筐１内の空間を燃焼室１１とその下側の給気室１２とに仕切る仕切り板２が設けられている。給気室１２の底面には図外の燃焼ファンがダクト１２ａを介して接続されており、燃焼ファンから給気室１２に空気が供給される。仕切り板２には、後述する濃淡バーナ３の配置ピッチ部分に位置させて多数の分布孔２ａが形成されている。そして、給気室１２に供給された空気がこれら分布孔２ａを介して燃焼室１１に二次空気として供給されるようにしている。

燃焼室１１内には、前後方向に長手の濃淡バーナ３が横方向に並べて複数本並設されている。燃焼筐１の前面の上部内側と後面の上部内側とには、夫々濃淡バーナ３用の位置決め部材４_１，４_２が設置されている。各位置決め部材４_１，４_２は、下端に櫛歯状の爪部４ａを有しており、各爪部４ａを各濃淡バーナ３の前後方向の各端部に係合させて、各濃淡バーナ３を位置決めしている。

各濃淡バーナ３は、上端部に、図３、図４に示す如く、理論空燃比より燃料濃度が希薄な淡混合気を噴出する前後方向に長手の淡炎口３１と、淡炎口３１の横方向両側に位置する、混合気が噴出しない盲空隙３２と、盲空隙３２の横方向外側に位置し、淡混合気に比し燃料濃度の濃い濃混合気を噴出する濃炎口３３とを備える。淡炎口３１内には、横方向の間隔を存して複数の整流板３１ａが装着されている。そして、これら整流板３１ａの前後複数個所に、整流板３１ａ同士を横方向に接触させて、淡炎口２を前後方向に分割する絞り部３１ｂを形成している。

盲空隙３２は、横方向外側の整流板３１ａとその外側に位置するバーナ本体を構成する側板３４との間に画成されており、側板３４を屈曲させて横方向外側の整流板３１ａの下部に接触させることで、盲空隙３２に混合気が供給されないようにしている。また、濃炎口３３は、側板３４とそれより横方向外側に配置した壁板３５との間に画成されている。尚、壁板３５の上端の高さは、保炎性を高めるため、淡炎口３１及び盲空隙３２の上端よりも高くなっている。また、壁板３５の前後複数個所には、濃炎口３３を前後方向に分割する横方向内方への窪み３５ａが形成され、更に、横方向両外側の壁板３５，３５を前後複数個所で連結するブリッジ部３５ｂが設けられている。

図２を参照して、濃淡バーナ３の下部前端には、淡混合気用の流入口３６と、その上側に濃混合気用の流入口３７とが設けられている。尚、濃混合気の燃料濃度は、一般的に、理論空燃比よりも濃くなるように設定されるが、理論空燃比よりも若干希薄になるように設定することも可能である。

また、仕切り板２の前縁に立上り部２１を曲成すると共に、立上り部２１の前側に燃焼筐１の下部前面を塞ぐようにしてマニホールド５を装着している。マニホールド５には、各濃淡バーナ３の流入口３６，３７に臨む淡混合気用と濃混合気用のガスノズル５１，５２が設けられている。そして、各ガスノズル５１，５２から各流入口３６，３７に燃料ガスが供給されると共に、給気室１２から立上り部２１とマニホールド５との間に画成される空隙を介して各流入口３６，３７に一次空気が供給されるようにしている。

立上り部２１の前面には、各濃淡バーナ３の流入口３６，３７に対応する開口を形成したダンパ板２２が設けられている。そして、淡混合気用の流入口３６に対応するダンパ板２２の開口を大きく形成して、流入口３６への一次空気の供給量を淡混合気が生成されるように多くし、一方、濃混合気用の流入口３７に対応するダンパ板２２の開口を小さく形成して、流入口３７への一次空気の供給量を濃混合気が生成されるように少なくしている。

燃焼筐１の前面には、点火プラグ６が装着されると共に、所定の濃淡バーナ３の上方に臨むようにフレームロッド７が装着される。具体的には、図１で右側から５番目と６番目の濃淡バーナ３の前部上方に臨むようにフレームロッド７を配置している。そして、酸欠時の火炎リフトでフレームロッド７が火炎を検知しなくなったとき、即ち、フレームロッド７と所定の濃淡バーナ３との間に火炎を介して流れるフレーム電流がフレームロッド７よりも上方への火炎リフトで所定の閾値以下に低下したとき、マニホールド５の上流のガス供給路に介設した電磁弁（図示せず）を閉弁させて、燃焼を停止させるようにしている。

ここで、酸欠気味になると、淡炎口３１に形成される淡火炎は早期にリフトするが、濃炎口３３に形成される濃火炎はリフトしにくく、このままでは、フレームロッド７が濃火炎を検知してしまい、酸欠初期段階で燃焼を停止することができなくなる。

そこで、本実施形態では、フレームロッド７が臨む所定の濃淡バーナ３を、フレームロッド７の直下に位置する盲空隙３２の部分に、図３、図４（ｂ）に示す如く、盲空隙３２の他の部分よりも横幅を狭めた幅狭部３２ａを有するものに形成している。幅狭部３２ａは、側板３４の対応部分を横方向内方に窪ませて、この窪み３４ａの分だけ横方向外側の整流板３１ａとの間の間隔を狭めることにより形成されている。尚、このままでは、濃炎口３３が幅狭部３２ａに対応する部分で拡幅されてしまうため、幅狭部３２ａに合致する前後方向部分で壁板３５にも横方向内方への窪み３５ｃを形成して、濃炎口３３が拡幅されないようにしている。

ここで、盲空隙３２の幅狭部３２ａでは、盲空隙３２上への淡混合気の還流による渦が小さくなり、濃火炎による保炎作用が弱くなって淡火炎がリフトしやすくなると共に、濃火炎が淡火炎に近づき、淡火炎がリフトするとこれに引きずられて濃火炎がリフトしやすくなる。従って、フレームロッド７の配置部において、淡火炎だけでなく濃火炎も酸欠初期段階でリフトして、フレームロッド７が火炎を検知しなくなる。その結果、酸欠で燃焼性が悪化する前に確実に燃焼を停止できる。また、従来の如く、フレームロッド７が臨む部分への二次空気の供給量を増加する必要がないため、燃焼排ガスの温度が二次空気量の増加で低下せず、熱効率が悪化することを防止できる。

尚、幅狭部３２ａの横幅が盲空隙３２の他の部分の横幅の８５％を超えると、幅狭部３２ａに合致する濃炎口３３の部分での濃火炎のリフトのタイミングが濃炎口３３の他の部分での濃火炎のリフトのタイミングと大差なくなる。また、幅狭部３２ａの横幅が盲空隙３２の他の部分の横幅の５０％未満になると、正常時でも幅狭部３２ａに合致する濃炎口３３の部分で濃火炎がリフトしやすくなって燃焼停止されてしまうことがある。そのため、幅狭部３２ａの横幅は、盲空隙３２の他の部分の横幅の５０〜８５％にすべきである。

上記の作用効果を確かめるため、フレームロッド７を臨ませる所定の濃淡バーナ３として、淡炎口３１、盲空隙３２及び濃炎口３３の横幅が夫々３．０ｍｍ、１．６ｍｍ、０．９ｍｍで、盲空隙３２に横幅１．３ｍｍの幅狭部３２ａを有するバーナ用いた燃焼装置（発明品）と、淡炎口３１、盲空隙３２及び濃炎口３３の横幅は上記と同一であるが、盲空隙３２に幅狭部３２ａを有しないバーナを用いた燃焼装置（比較品）とで、燃焼中に空気中の酸素濃度を徐々に低下させ、フレームロッド７が火炎を検知しなくなって燃焼停止されたときの酸素濃度を測定する試験を行った。燃焼停止時の酸素濃度は、比較品では１６．６％であったが、発明品では１７．０％になり、酸欠時に比較品よりも早く燃焼停止できた。また、燃焼停止された時点での燃焼排ガス中のＣＯ濃度は、比較品では２０００ｐｐｍであったが、発明品では１２５０ｐｐｍとなり、比較品に比し大幅に減少した。

ところで、フレームロッド７を臨ませる所定の濃淡バーナ３以外の他の濃淡バーナ３も所定の濃淡バーナと同一機種の濃淡バーナ、即ち、盲空隙３２に幅狭部３２ａを有する濃淡バーナで構成することも考えられる。然し、燃焼停止前の燃焼排ガス中のＣＯ濃度をできるだけ低く抑えるには、他の濃淡バーナ３で濃火炎がリフトしやすくなることを防止すべきであり、他の濃淡バーナ３は盲空隙３２に幅狭部３２ａを有しないものとすることが望ましい。

また、上記実施形態では、フレームロッド７の直下に位置する盲空隙３２の部分のみに幅狭部３２ａを形成したが、フレームロッド７の直下に位置する部分だけでなくこの部分からバーナ前端に亘る部分を幅狭部３２ａに形成してもよい。

また、図５に示す如く、盲空隙３２の横幅をフレームロッド７の直下に位置するバーナ前端部の幅狭部３２ａに向けて徐々に狭めるようにしてもよい。これによれば、盲空隙３２の横幅がバーナ前端部で一番狭くなるので、フレームロッド７が配置された前端部側から確実にリフトを開始する。また、一部だけ狭くするものに比し加工が容易で、寸法ばらつきが小さくなる等の利点もある。

１…燃焼筐、１１…燃焼室、１２…給気室、２…仕切り板、２ａ…分布孔、３…濃淡バーナ、３１…淡炎口、３２…盲空隙、３２ａ…幅狭部、３３…濃炎口、７…フレームロッド。

Claims

燃焼筐を備え、燃焼筐内に、燃焼筐内の空間を燃焼室と燃焼室の下側の給気室とに仕切る仕切り板が設けられ、
上端部に、理論空燃比より燃料濃度が希薄な淡混合気を噴出する前後方向に長手の淡炎口と、淡炎口の横方向両側に位置する、混合気が噴出しない盲空隙と、盲空隙の横方向外側に位置し、淡混合気に比し燃料濃度の濃い濃混合気を噴出する濃炎口とを有する濃淡バーナが燃焼室に横方向に並べて複数本並設され、
給気室から仕切り板に形成した多数の分布孔を介して燃焼室に二次空気が供給されるようにした燃焼装置であって、
所定の濃淡バーナの上方に臨ませてフレームロッドが配置され、酸欠時の火炎リフトでフレームロッドが火炎を検知しなくなったときに、燃焼を停止させるものにおいて、
所定の濃淡バーナは、フレームロッドの直下に位置する盲空隙の部分に盲空隙の他の部分よりも横幅を狭めた幅狭部を有するものに形成されることを特徴とする燃焼装置。
前記幅狭部の横幅は、前記盲空隙の他の部分の横幅の５０〜８５％であることを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。