JP6174450B2

JP6174450B2 - 燃焼装置

Info

Publication number: JP6174450B2
Application number: JP2013218001A
Authority: JP
Inventors: 卓史小代
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2017-08-02
Anticipated expiration: 2033-10-21
Also published as: JP2014132210A

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濃炎口の部分に濃炎口の一般部分よりも横幅を狭めた幅狭炎口部を有するものに形成されることを特徴とする。

ここで、濃炎口の幅狭炎口部では、濃混合気の噴出量の減少による発熱量の減少で濃火炎の温度が低下する。そのため、幅狭炎口部では濃混合気の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、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、熱効率も向上できる。

尚、フレームロッドの直下に位置する濃炎口の部分のみを幅狭炎口部に形成してもよいが、所定の濃淡バーナが、フレームロッドの直下に位置する部分を含む濃炎口の所定領域を濃炎口の他の領域から仕切る仕切り部を有するものであれば、濃炎口の所定領域全体を幅狭炎口部に形成してもよい。

また、所定の濃淡バーナの一端近傍の上方に臨ませてフレームロッドが配置される場合、所定の濃淡バーナの濃炎口を、フレームロッドの直下に位置する幅狭炎口部からバーナ一端に向けて横幅が次第に狭くなるように形成してもよい。これによれば、酸欠初期段階で横幅が最も狭くなるバーナ一端の濃炎口の部分に形成される濃火炎が応答性良くリフトし、このリフトに引きずられるようにしてフレームロッドが臨む幅狭炎口部に形成される濃火炎が酸欠初期段階で確実にリフトする。

尚、幅狭炎口部の横幅が濃炎口の一般部分の横幅の２／３を超えると、濃火炎のリフトのタイミングが濃炎口の他の部分と比べて大差なくなり、また、幅狭炎口部の横幅が濃炎口の他の部分の横幅の１／２未満になると、正常時でも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、幅狭炎口部の横幅は、濃炎口の他の部分の横幅の１／２〜２／３であることが望ましい。

ところで、コストダウンを図るには、フレームロッドを臨ませる所定の濃淡バーナ以外の他の濃淡バーナも所定の濃淡バーナと同一機種の濃淡バーナ、即ち、濃炎口に幅狭炎口部を有する濃淡バーナで構成することが望まれる。但し、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、他の濃淡バーナの幅狭炎口部で濃火炎がリフトしやすくなることを防止すべきである。

そのため、他の濃淡バーナの濃炎口の幅狭炎口部の横方向外側への二次空気の供給を制限する制限部材を備えることが望ましい。これによれば、幅狭炎口部での二次空気による濃火炎の冷却が抑制されるため、濃混合気の噴出量の減少で発熱量が減少しても濃火炎の温度は然程低下しない。従って、他の濃淡バーナの幅狭炎口部で濃混合気の燃焼速度が低下して、リフトしやすくなることを有効に防止できる。

尚、燃焼装置は、一般的に、各濃淡バーナの前後方向の端部に係合して各濃淡バーナを位置決めする位置決め部材を備えている。そして、位置決め部材に前記制限部材を一体に形成すれば、部品点数が増加せず、コストアップを回避する上で有利である。

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他の実施形態の要部の平面図。所定の濃淡バーナの更に他の実施形態の要部の平面図。

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３１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の前端近傍の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の直下に位置する濃炎口３３の部分に、図３、図４（ｂ）に示す如く、濃炎口３３の一般部分よりも横幅を狭めた幅狭炎口部３３ａを有するものに形成している。尚、幅狭炎口部３３ａは、壁板３５を横方向内方に窪ませて、この窪み３５ｃの分だけ側板３４との間の間隔を狭めることにより形成されている。

ここで、濃炎口３３の幅狭炎口部３３ａでは、濃混合気の噴出量の減少による発熱量の減少で濃火炎の温度が低下する。そのため、幅狭炎口部３３ａでは濃混合気の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、熱効率も向上する。

尚、幅狭炎口部３３ａの横幅が濃炎口３３の一般部分の横幅の２／３を超えると、濃火炎のリフトのタイミングが濃炎口３３の他の部分と比べて大差なくなり、また、幅狭炎口部３３ａの横幅が濃炎口３３の他の部分の横幅の１／２未満になると、正常時でも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、幅狭炎口部３３ａの横幅は、濃炎口３３の一般部分の横幅の１／２〜２／３にすべきである。

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のみを濃炎口３３に幅狭炎口部３３ａを有するものに形成することも可能であるが、本実施形態では、コストダウンを図るため、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、濃炎口３３に幅狭炎口部３３ａを有する濃淡バーナで構成している。この場合、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の幅狭炎口部３３ａで濃火炎がリフトしやすくなることを防止すべきである。

そこで、他の濃淡バーナ３の濃炎口３３の幅狭炎口部３３ａの横方向外側への二次空気の供給を制限する制限部材８を設けている。本実施形態では、燃焼筐１の前面側に設ける位置決め部材４_１の下端の爪部４ａに、他の濃淡バーナ３の配置ピッチ部分を閉塞するようにして幅狭炎口部３３ａ（フレームロッド７）と同等の前後方向位置までのびる舌片部を延出し、この舌片部で制限部材８を構成している。

これによれば、他の濃淡バーナ３の幅狭炎口部３３ａでの二次空気による濃火炎の冷却が制限部材８による二次空気の制限で抑制される。そのため、濃混合気の噴出量の減少で発熱量が減少しても濃火炎の温度は然程低下しない。従って、他の濃淡バーナ３の幅狭炎口部３３ａで濃混合気の燃焼速度が低下して、リフトしやすくなることを有効に防止できる。また、制限部材８が位置決め部材４_１に爪部４ａを延出させて一体に形成されるため、部品点数が増加せず、コストアップを回避することができる。

次に、図５に示す第２の実施形態について説明する。この第２実施形態でも、上記第１実施形態と同様にフレームロッド７は所定の濃淡バーナ３の前端近傍の上方に臨ませて配置されている。また、所定の濃淡バーナ３は、フレームロッド７の直下に位置する部分を含む濃炎口３３のバーナ前端寄りの所定領域が仕切り部たる窪み３５ａで濃炎口３３の他の領域から仕切られている。そして、濃炎口３３の所定領域全体を、横幅が濃炎口３３の一般部分の横幅の１／２〜２／３の幅狭炎口部３３ａに形成している。

ここで、幅狭炎口部３３ａの長さが短すぎると、幅狭炎口部３３ａに隣接する幅広の濃炎口３３の部分に形成される濃火炎の影響で、幅狭炎口部３３ａに形成される濃火炎のリフトが抑制されてしまう恐れがある。然し、第２実施形態の如く濃炎口３３の所定領域全体を幅狭炎口部３３ａに形成すれば、フレームロッド７の配置部において濃火炎が酸欠初期段階で確実にリフトするようになり有利である。

また、フレームロッド７を所定の濃淡バーナ３の前端近傍の上方に臨ませて配置する場合は、図６に示す第３実施形態の如く、所定の濃淡バーナ３の濃炎口３３を、フレームロッド７の直下に位置する幅狭炎口部３３ａからバーナ前端に向けて横幅が次第に狭くなるように形成してもよい。これによれば、酸欠初期段階で横幅が最も狭くなるバーナ前端の濃炎口３３の部分に形成される濃火炎が応答性良くリフトし、このリフトに引きずられるようにしてフレームロッド７が臨む幅狭炎口部３３ａに形成される濃火炎が酸欠初期段階で確実にリフトする。

また、第３実施形態のものも、フレームロッド７の直下に位置する部分を含む濃炎口３３のバーナ前端寄りの所定領域が仕切り部たる窪み３５ａで濃炎口３３の他の領域から仕切られている。そして、この所定領域の窪み３５ａ近傍の濃炎口３３の横幅を一般部分の横幅と同等とし、そこからフレームロッド７の直下位置に向けて濃炎口３３の横幅を次第に狭め、フレームロッド７の直下位置の部分が濃炎口３３の一般部分の横幅の１／２〜２／３の幅狭炎口部３３ａになるようにしている。尚、フレームロッド７の直下位置よりも窪み３５ａ寄りの部分の濃炎口３３の横幅は一般部分の横幅と同等とし、フレームロッド７の直下位置で濃炎口３３の横幅を一般部分の横幅の１／２〜２／３に急に狭めてもよい。

また、第２、第３実施形態において、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も所定の濃淡バーナと同一機種の濃淡バーナで構成する場合は、第１実施形態と同様に他の濃淡バーナの濃炎口の幅狭炎口部の横方向外側への二次空気の供給を制限する制限部材を設けることが望ましい。

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、３３…濃炎口、３３ａ…幅狭炎口部、３５ａ…窪み（仕切り部）、４_１…位置決め部材、７…フレームロッド、８…制限部材。

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濃炎口の部分に濃炎口の一般部分よりも横幅を狭めた幅狭炎口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。
請求項１記載の燃焼装置であって、前記所定の濃淡バーナは、フレームロッドの直下に位置する部分を含む濃炎口の所定領域を濃炎口の他の領域から仕切る仕切り部を有するものにおいて、濃炎口の所定領域全体が前記幅狭炎口部に形成されることを特徴とする燃焼装置。
請求項１記載の燃焼装置であって、前記所定の濃淡バーナの一端近傍の上方に臨ませてフレームロッドが配置されるものにおいて、所定の濃淡バーナの濃炎口は、フレームロッドの直下に位置する前記幅狭炎口部からバーナ一端に向けて横幅が次第に狭くなるように形成されることを特徴とする燃焼装置。
前記幅狭炎口部の横幅は、濃炎口の一般部分の横幅の１／２〜２／３であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の燃焼装置。
請求項１〜４の何れか１項記載の燃焼装置であって、前記所定の濃淡バーナ以外の他の濃淡バーナも所定の濃淡バーナと同一機種の濃淡バーナで構成されるものにおいて、
他の濃淡バーナの濃炎口の幅狭炎口部の横方向外側への二次空気の供給を制限する制限部材を備えることを特徴とする燃焼装置。
請求項５記載の燃焼装置であって、前記各濃淡バーナの前後方向の端部に係合して各濃淡バーナを位置決めする位置決め部材を備えるものにおいて、
位置決め部材に前記制限部材を一体に形成することを特徴とする燃焼装置。