JP6049561B2 - 燃焼プレート - Google Patents

Description

本発明は、燃焼プレート、特に、プレート本体に多数の炎孔が形成された燃焼プレートに関する。

従来より、給湯用や暖房用などの熱源機に設けられる全一次燃焼式バーナには、セラミック製のプレート本体に多数の炎孔が形成された燃焼プレートが用いられている。

この種の燃焼プレートでは、火炎の共振を抑制して騒音を低減するために、様々な工夫がなされている。

例えば、特許文献１には、１つの大炎孔を隣り合う４つの小炎孔の中心に位置させ、且つ、それぞれの小炎孔を４つの中炎孔の中心に位置させるようにして、多数の大中小の炎孔を配置させた燃焼プレートが記載されている。このものでは、振動エネルギーの大きな大炎孔の火炎が、振動数及び振動エネルギーが中程度の中炎孔の火炎による干渉によって減衰される。また、同様に、中炎孔の火炎の振動エネルギーは、小炎孔の火炎による干渉によって減衰される。

また、特許文献２には、多数の小炎孔を、主火炎を形成する主炎グループ、主火炎の周囲に小さな袖火群を形成する第１袖火グループ、及び、各主火炎並びに第１袖火グループを取り囲む袖火列を形成する第２袖火グループに区画した燃焼プレートが記載されている。このものでは、各炎孔のグループ毎の炎孔数が相違するので、各炎孔のグループ毎の火炎の共振周波数が相違し、燃焼共鳴の発生が防止される。

特開平６−１４７４３４号公報 特開平６−１４７４３５号公報

しかしながら、特許文献１に記載された燃焼プレートでは、大炎孔に熱量が集まりやすく、逆火が発生しやすい。

特許文献２に記載された燃焼プレートでは、グループ毎の集合火炎ではなく個々の炎孔で火炎が形成される状態では、火炎が共振しやすい。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、火炎の共振と逆火を防止することが可能な燃焼プレートを提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、本発明は、燃焼ガスを噴出する多数の炎孔をプレート本体に形成した燃焼プレートであって、前記プレート本体には炎孔が存在しない無炎孔部が設けられ、前記無炎孔部で囲われる前記プレート本体の各領域に複数の炎孔からなる炎孔群が配置され、前記炎孔群間では前記炎孔の孔径は相違するが、前記各炎孔群は同じ孔径の炎孔からなり、前記各炎孔群をなす前記炎孔の孔径が大きいほど、前記炎孔群における前記炎孔間の間隔が大きくなるように配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、孔径が相違する炎孔からなる複数の炎孔群を有するので、各々の炎孔群の燃焼による火炎の固有振動数が異なるため、火炎の干渉による共振を防止することができる。また、逆火が発生しやすい孔径の大きい炎孔ほど、その間隔が大きいので、炎孔間の燃焼プレート表面の過熱を防止でき、逆火の発生を防止することができる。

本発明において、前記無炎孔部は格子状に設けられ、前記格子状の辺を構成する前記無炎孔部を隔てて隣り合う前記炎孔群間において、前記炎孔群をなす前記炎孔の孔径が異なることが好ましい。

この場合、火炎の干渉による共振をより効果的に防止することができる。

本発明において、最大燃焼時において前記燃焼ガスが前記炎孔群を構成する各炎孔を通過する際の合計抵抗が、各前記炎孔群において同一である。

これにより、最大燃焼時において各炎孔群の燃焼ガスの合計通過抵抗が同一であるので、各炎孔群の集合炎孔として燃焼ガスの噴出量を同一にすることが可能となる。これにより、各炎孔群の火炎の高さが同一となって、燃焼器をコンパクト化しても、長い火炎のみが熱交換器等に触れるなどによる燃焼不良の不具合を防止することができる。

本発明の実施形態に係る燃焼プレートを備えた燃焼装置の断面図。 燃焼プレートの一部を示す上面図。 （ａ）は小炎孔群、（ｂ）は中炎孔群、（ｃ）は大炎孔群をそれぞれ示す上面図。

本発明の実施形態に係る燃焼プレート１０を備えた燃焼装置２０について説明する。

図１を参照して、燃焼装置２０は、上方に給湯用熱交換器等の被加熱物（図示せず）が配置される燃焼筐２１と、燃焼筐２１内に配置された全一次燃焼式のバーナ２２とを備えている。

燃焼筐２１の前板２１ａには、図示しないが、点火プラグ、及びフレームロッド等の火炎検知素子が取り付けられている。また、燃焼筐２１内には、バーナ２２の配置部に対し仕切り板２３で仕切られた下部の給気室２４が設けられている。

仕切り板２３は、バーナ２２を支持する下板部２３ａと、バーナ２２の下部前面に取り付けられ、給気室２４の前部から立上る一次空気室２５を画成するダンパ兼用の前板部２３ｂとから構成されている。そして、前板部２３ｂの上端には、一次空気室２５の天面となる前方に屈曲する庇部２３ｃと、庇部２３ｃの前端から上方に屈曲して前板２１ａの後面下部に接合するフランジ部２３ｄとが形成されている。

そして、燃焼筐２１の底板２１ｂには、燃焼ファン２６の送風ダクトを接続する接続口２１ｃが開設されており、給気室２４に燃焼ファン２６からの空気が送風されるように構成されている。

バーナ２２は、仕切り板２３の下板部２３ａに着座する下面の脚部２２ａと燃焼筐２１の後板２１ｄに当接する後面のスペーサ部２２ｂとを突設した箱形のバーナ本体２７を備えている。バーナ本体２７の上面には、多数の炎孔１２（図２参照）を有するセラミックス製の燃焼プレート１０が装着されている。このように、バーナ２２はプレート型バーナとして構成されている。

ここで、燃焼プレート１０は、その上面周縁部に上方から当接する押え枠２８によりバーナ本体２７に対し抜け止めされる。そして、バーナ本体２７の外側面に、燃焼プレート１０より下方に位置させて、全周に亘るフランジ部２７ａを突設し、押え枠２８をこのフランジ部２７ａに固定している。

また、バーナ本体２７の前面下部には、これに取り付けられる仕切り板２３の前板部２３ｂに形成した開口２１ｅを通して、一次空気室２５に連通する流入口２７ｂが開設されている。

そして、バーナ本体２７内に、流入口２７ｂから後方にのびる下部の混合室２９と、混合室２９の上面板２９ａの後部に形成した開口２９ｂを介して混合室２９に連通する上部の分布室３１とが設けられている。分布室３１内には、これを上下２室に区画する分布板３１ａが設けられており、分布板３１ａに多数の分布孔を形成して、燃焼プレート１０と分布板３１ａとの間の分布室３１の部分の圧力分布が均一化されるようにしている。

一次空気室２５の前面はガスマニホールド３２で閉塞されており、このガスマニホールド３２に流入口２７ｂに臨むガスノズル３２ａを設けている。このようにして、バーナ２２の混合室２９にガスノズル３２ａからの燃料ガスと共に一次空気室２５から一次空気が流入し、混合室２９内で燃料ガスと一次空気とが混合されて理論空燃比より燃料ガス濃度が希薄な混合気が生成され、この混合気が分布室３１を介して燃焼プレート１０の炎孔から噴出して全一次燃焼される。

以下、燃焼プレート１０について説明する。

図２を参照して、燃焼プレート１０は、セラミック製のプレート本体１１に多数の炎孔１２を形成して成るものであり、燃焼ガス（予混合ガス）がこれら炎孔１２から噴出して全一次燃焼する。なお、簡略化のため、図１では、炎孔１２は省略されている。

プレート本体１１には、炎孔１２が存在せず、格子状に設けられた無炎孔部１３と、無炎孔部１３で囲われ、複数の炎孔１２からなる炎孔群１４が配置される領域１５とから構成されている。ここでは、無炎孔部１３は菱形の格子状であり、各領域１５は菱形となっている。

各領域１５には、同じ孔径Ｄの複数の炎孔１２からなる炎孔群１４が配置されている。そして、格子状の辺を構成する無炎孔部１３を隔てて隣り合う炎孔群１４間において、炎孔群１４をなす炎孔１２の孔径Ｄは異なっている。

ここでは、炎孔群１４は、３種類の炎孔群１４ａ，１４ｂ，１４ｃに区別される。そして、図３を参照して、小炎孔群１４ａに属する小炎孔１２ａの孔径Ｄａ、中炎孔群１４ｂに属する中炎孔１２ｂの孔径Ｄｂ、大炎孔群１４ｃに属する大炎孔１２ｃの孔径Ｄｃは、Ｄａ＜Ｄｂ＜Ｄｃの関係となっている。そして、小炎孔群１４ａに属する小炎孔１２ａ間の間隔Ｔａ、中炎孔群１４ｂに属する中炎孔１２ｂ間の間隔Ｔｂ、大炎孔群１４ｃに属する大炎孔１２ｃ間の間隔Ｔｃは、Ｔａ＜Ｔｂ＜Ｔｃの関係となっている。

これに応じて、小炎孔群１４ａに属する小炎孔１２ａの個数Ｎａ、中炎孔群１４ｂに属する中炎孔１２ｂの個数Ｎｂ、大炎孔群１４ｃに属する大炎孔１２ｃの個数Ｎｃは、Ｎａ＞Ｎｂ＞Ｎｃの関係となっている。なお、間隔Ｔとは、炎孔１２の間に存在する炎孔１２が形成されていない領域の最小距離を意味する。

一例として、小炎孔１２ａの孔径Ｄａは１．００ｍｍ、小炎孔１２ａ間の間隔Ｔａは１．００ｍｍ、小炎孔群１４ａに属する小炎孔１２ａの個数Ｎａは２５個、中炎孔１２ｂの孔径Ｄｂは１．２５ｍｍ、中炎孔１２ｂ間の間隔Ｔｂは１．２５ｍｍ、中炎孔群１４ｂに属する中炎孔１２ｂの個数Ｎｂは１６個、大炎孔１２ｃの孔径Ｄｃは１．６７ｍｍ、大炎孔１２ｃ間の間隔Ｔｃは１．６７ｍｍ、大炎孔群１４ｃに属する大炎孔１２ｃの個数Ｎｃは９個である。そして、無炎孔部１３の幅は２ｍｍである。

なお、同じ炎孔群１４に属する炎孔１２間の間隔Ｔが全て同じである場合を例に挙げたが、これに限定されない。小炎孔群１４ａに属する小炎孔１２ａ間の最大間隔が中炎孔群１４ｂに属する中炎孔１２ｂ間の最小間隔よりも狭く、中炎孔群１４ｂに属する中炎孔１２ｂ間の最大間隔が大炎孔群１４ｃに属する大炎孔１２ｃ間の最小間隔よりも狭ければよい。

本実施形態によれば、燃焼プレート１０は孔径Ｄが相違する炎孔１２からなる３種類の炎孔群１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）を有する。よって、各炎孔群１４からなる集合炎孔で形成される火炎の固有振動数が異なるため、その干渉による共振を防止することができると共に、各炎孔群１４の個々の炎孔１２で火炎が形成される状態での火炎の干渉による共振を防止することができる。

さらに、逆火が発生しやすい孔径Ｄの大きい炎孔１２ほど、炎孔１２間の間隔Ｔが広いので、逆火の発生を防止することができる。詳細に説明すると、間隔Ｔａが狭い小炎孔１２ａが先に赤熱して、小炎孔１２ａの通過抵抗が増大する。これにより、大炎孔１２ｃを通過する燃焼ガスが増加するので、噴出速度が大きくなり、それにより燃焼プレート１０の表面温度が低下し大炎孔１２ｃは赤熱し難くなるため、逆火が発生しやすい大炎孔１２ｃでの逆火の発生を防止することができる。

さらに、最大燃焼時において燃焼ガスが炎孔群１４を構成する各炎孔１２を通過する際の合計抵抗が、各炎孔群１４において同一であるように、各炎孔１２の孔径Ｄ、炎孔群１４を構成する炎孔１２の個数Ｎを定めることが好ましい。これにより、各炎孔群１４で形成される集合火炎の高さが同一となって、長い火炎のみが熱交換器等に触れるなどによる燃焼不良の不具合を防止することができる。

なお、各炎孔群１４における前記合計抵抗は、厳密に同一でなくてもよく、実験やシミュレーション等で燃焼不良が生じない限度に当業者が設定可能な範囲内であればよい。また、前記合計抵抗を同一とするために、燃焼プレート１０の裏面を切削して、炎孔１２の長さを調整してもよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上述した実施形態では、無炎孔部１３は菱形の格子状であり、各領域１５は菱形となっている。しかし、無炎孔部１３の格子形状は、菱形に限定されず、三角形、矩形、六角形等の形状であってもよい。

また、実施形態では、炎孔群１４が３種類に区別されている。しかし、炎孔群１４は、格子状の辺を構成する無炎孔部１３を隔てて隣り合う炎孔群１４間で相違していればよく、２種類又は４種類以上に区別されていてもよい。なお、炎孔群１４を区別する種類の数は、上述した無炎孔部１３は格子の形状に応じて変化する。例えば、無炎孔部１３の格子形状が六角形である場合には、最低３種類に区別される必要がある。

さらに、本発明は、炎孔群１４は、格子状の辺を構成する無炎孔部１３を隔てて隣り合う炎孔群１４間で相違する場合に限定されず、同一であってもよい。ただし、同一である場合には、火炎の干渉による共振を防止する効果が小さくなる。

１０…燃焼プレート、 １１…プレート本体、 １２…炎孔、 １２ａ…小炎孔、 １２ｂ…中炎孔、 １２ｃ…大炎孔、 １３…無炎孔部、 １４…炎孔群、 １４ａ…小炎孔群、 １４ｂ…中炎孔群、 １４ｃ…大炎孔群、 １５…領域、 ２０…燃焼装置、 ２１…燃焼筐、 ２２…バーナ、 ２３…仕切り板、 ２４…給気室、 ２５…一次空気室、 ２６…燃焼ファン、 ２７…バーナ本体、 ２９…混合室、 ３１…分布室、 ３２…ガスマニホールド。

Claims (2)

1. 燃焼ガスを噴出する多数の炎孔をプレート本体に形成した燃焼プレートであって、
   前記プレート本体には炎孔が存在しない無炎孔部が設けられ、
   前記無炎孔部で囲われる前記プレート本体の各領域に複数の炎孔からなる炎孔群が配置され、
   前記炎孔群間では前記炎孔の孔径は相違するが、前記各炎孔群は同じ孔径の炎孔からなり、
   前記各炎孔群をなす前記炎孔の孔径が大きいほど、前記炎孔群における前記炎孔間の間隔が大きくなるように配置され、
   最大燃焼時において前記燃焼ガスが前記炎孔群を構成する各炎孔を通過する際の合計抵抗が、各前記炎孔群において同一であることを特徴とする燃焼プレート。
2. 前記無炎孔部は格子状に設けられ、前記格子状の辺を構成する前記無炎孔部を隔てて隣り合う前記炎孔群間において、前記炎孔群をなす前記炎孔の孔径が異なることを特徴とする請求項１に記載の燃焼プレート。