JP7203516B2

JP7203516B2 - 偏平バーナ

Info

Publication number: JP7203516B2
Application number: JP2018112608A
Authority: JP
Inventors: 貴大小野
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2023-01-13
Anticipated expiration: 2038-06-13
Also published as: JP2019215127A

Description

本発明は、燃料として水素含有燃料を用いる偏平バーナに関する。

従来、前後方向に長手の偏平バーナであって、上端に、主炎口と、主炎口の横方向の少なくとも片側に位置する袖火炎口とを備えるものでは、燃料としてメタン、プロパン等の炭化水素を主成分とする燃料を用いている。そして、主炎口から理論空燃比より燃料濃度が希薄な燃料と空気の混合ガス（淡混合気）を噴出して、淡混合気の燃焼で生ずる主炎の温度を淡混合気に含まれる過剰空気で低下させることによりＮＯｘの発生量を低減させ、また、袖火炎口から理論空燃比より燃料濃度が濃い燃料と空気の混合ガス（濃混合気）を少量噴出して、濃混合気の燃焼で生ずる袖火により主炎を保炎するようにしている(例えば、特許文献１参照)。

ところで、最近は、地球温暖化対策のため再生可能エネルギーの利用が勧められており、風力や太陽光による発電設備も増加すると予測されるが、これにより余剰電力も多く発生してしまう。そのため、余剰電力対策を講ずる必要があり、その一つとして、余剰電力を水素に変換して貯蔵し、この水素をガスパイプラインに注入して、ＣＯ_２排出量を低減できる水素含有燃料として供給することが考えられている。

ここで、上記偏平バーナにおいて、燃料として水素含有燃料を用いたのでは、以下の不具合を生ずる。即ち、水素含有燃料は燃焼速度が非常に速く、ガス噴出速度が比較的遅くなる袖火炎口での逆火を生じやすくなる。

特開平１０－２８８３１５号公報

本発明は、以上の点に鑑み、燃料として水素含有燃料を用いる偏平バーナであって、袖火炎口での逆火を防止できるようにしたもの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、前後方向に長手の偏平バーナであって、上端に、主炎口と、主炎口の横方向の少なくとも片側に位置する袖火炎口と、主炎口と袖火炎口との間に位置する、ガスを噴出しない盲空隙とを備え、燃料として水素含有燃料を用いるものにおいて、主炎口からは、理論空燃比より燃料濃度が希薄な燃料と空気の混合ガスを噴出し、袖火炎口からは、燃料のみのガスを噴出するようにし、更に、袖火炎口の主炎口側の上端の高さを、主炎口の上端の高さよりも低くして、袖火炎口からの噴出燃料に主炎口からの噴出希薄混合ガス中の過剰空気が混合し始める位置を袖火炎口と主炎口との高低差分だけ袖火炎口の主炎口側の上端から遠ざけることを特徴とする。

本発明によれば、袖火炎口から燃料のみのガスが噴出するため、袖火炎口上に形成される袖火は拡散火炎となる。そして、主炎口から噴出する淡混合気の燃焼で形成される主炎と袖火との間に存在する燃焼速度が最も速く且つ最も高温になる理論空燃比の混合ガス（袖火炎口からの噴出燃料に主炎口からの噴出淡混合気中の過剰空気が混合した混合ガス）が燃焼反応する領域を袖火炎口の上端からかなり離れた位置にすることができる。その結果、袖火炎口の上端の温度上昇が抑制され、逆火を防止することができる。

また、本発明においては、上記の如く袖火炎口の主炎口側の上端の高さを、主炎口の上端の高さよりも低くして、袖火炎口からの噴出燃料に主炎口からの噴出淡混合気中の過剰空気が混合し始める位置を袖火炎口と主炎口との高低差分だけ袖火炎口の主炎口側の上端から遠ざけることにより、主炎と袖火との間に存在する理論空燃比の混合ガスが燃焼する領域を袖火炎口の主炎口側の上端からより遠ざけることができ、逆火防止の確実性が向上する。

本発明の実施形態の偏平バーナを備える燃焼装置の切断側面図。実施形態の偏平バーナの斜視図。実施形態の偏平バーナの分解状態の斜視図。図２のＩＶ－ＩＶ線で切断した断面図。

図１を参照して、１は給湯用熱源機等の燃焼装置を構成する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２とその下側の給気室３とに仕切る仕切り板４が設けられている。給気室３の底面には図外のファンがダクト５を介して接続されており、ファンから給気室３に空気が供給される。仕切り板４には、多数の分布孔４ａが形成されており、給気室３に供給された空気がこれら分布孔４ａを介して燃焼室２に二次空気として供給される。

燃焼室２内には、前後方向に長手の偏平バーナ６が横方向に複数並設されている。また、仕切り板４の前縁に立上り部４１を曲成すると共に、立上り部４１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７を装着している。マニホールド７には、各偏平バーナ６の後述する流入管部６５，６７の流入口６５ａ，６７ａに臨むガスノズル７１，７２が設けられている。

図２乃至図４を参照して、本発明の実施形態の偏平バーナ６は、前後方向に長手のバーナ本体６１と、バーナ本体６１の上部に被せたバーナキャップ６２とを備えている。バーナ本体６１の上端には、上方に開口する細長形状の主炎口６３が設けられている。また、バーナキャップ６２により、主炎口６３の横方向両側に位置する袖火炎口６４が設けられている。

バーナ本体６１は、横方向に対峙する一対の側板６１ａ，６１ａで構成されている。尚、両側板６１ａ，６１ａは、一枚の板をバーナ本体６１の下縁となる折り曲げ線で合掌状態に折り曲げることにより形成されている。そして、各側板６１ａのプレス加工により、バーナ本体６１に、上端の主炎口６３と、下部の主炎用流入管部６５と、この流入管部６５からのガスを主炎口６３に導く分布室部６６とが形成されている。

主炎用流入管部６５は、バーナ本体６１の下部前端に位置する流入口６５ａから後方にのびている。そして、主炎用流入管部６５の後端部から分布室部６６が前方に広がりながら上方にのびている。また、バーナ本体６１の前部には、主炎用流入管部６５と分布室部６６との間に位置させて、袖火用流入管部６７が形成されている。袖火用流入管部６７は、バーナ本体６１の前端に位置する流入口６７ａから後方に少しのびて終端しており、その後端部側面に通気孔６７ｂが開設されている。

バーナキャップ６２は、バーナ本体６１の一対の側板６１ａ，６１ａの外側に被せられる一対の側板６２ａ，６２ａと、両側板６２ａ，６２ａをその上縁で連結する前後複数個所のブリッジ部６２ｂとを有している。そして、バーナ本体６１の側板６１ａとバーナキャップ６２の側板６２ａとの間に、上端の袖火炎口６４と、袖火用流入管部６７から通気孔６７ｂを介してバーナ本体１の外側に流出するガスを袖火炎口６４に導く通路が画成される。また、バーナキャップ６２の側板６２ａのブリッジ部６２ｂに合致する前後複数個所には、バーナ本体６１の側板６１ａの外側面に当接して、袖火炎口６４を前後方向に分断する凹部６２ｃが形成されている。

また、主炎口６３内には、横方向に並設した複数の整流板６８ａを有する整流部材６８が装着されている。整流部材６８には、バーナキャップ６２のブリッジ部６２ｂに合致する前後複数個所に、整流板６８ａ同士を当接させて、各整流板６８ａ間に画成される炎口流路を前後方向に分断する当接部６８ｂが形成されている。また、バーナ本体６１の側板６１ａの上部には、整流部材６８の外側面に当接する前後方向に長手の凹部６３ａが形成されている。そして、凹部６３ａより上方の側板６１ａの部分と整流部材６８との間に、即ち、主炎口６３と袖火炎口６４との間に、ガスが噴出しない盲空隙６３ｂが画成され、主炎口６３から噴出するガスの一部が盲空隙６３ｂ上に還流するようにしている。

ここで、本実施形態の偏平バーナ６は、燃料として水素含有燃料を用いる。但し、水素含有燃料は燃焼速度が非常に速く、ガス噴出速度が比較的遅くなる袖火炎口６４での逆火を生じやすくなる。

そこで、本実施形態では、主炎口６３からは、理論空燃比より燃料濃度が希薄な燃料と空気の混合ガス（淡混合気）、例えば、空気過剰率が２．０以上の淡混合気を噴出し、袖火炎口６４からは、燃料のみのガスを噴出するようにした。図１を参照して、主炎用流入管部６５の流入口６５ａには、これに対向する主炎用ガスノズル７１から噴射された燃料が流入すると共に空気が流入し、この燃料と空気とが混合して生成される淡混合気が主炎口３から噴出する。また、仕切り板４の前縁の立上り部４１の前面に重ねたダンパ６９には、袖火用ガスノズル７２の先端部が内嵌する遮蔽筒６９ａが突設され、袖火用流入管部７の流入口６７ａに空気が流入しないようにしている。そのため、袖火用ガスノズル７２から噴射された燃料のみが袖火用流入管部６７の流入口６７ａに流入し、燃料のみのガスが袖火炎口６４から噴出する。

淡混合気の空気過剰率を２．０以上にすれば、燃焼速度の速い水素含有燃料であっても、主炎口６３の上端から十分に離れた位置に火炎（主炎）が形成されて、主炎口６３の上端の温度上昇が抑制され、主炎口６３での逆火を防止できる。

また、袖火炎口６４から燃料のみのガスが噴出するため、袖火炎口６４上に形成される袖火は、袖火炎口６４からの噴出燃料に主炎口６３からの噴出淡混合気中の過剰空気と袖火炎口６４の周囲の二次空気とが混合した混合ガスが燃焼する拡散火炎となる。そして、主炎口６３から噴出する淡混合気の燃焼で形成される主炎と袖火との間に存在する燃焼速度が最も速く且つ最も高温になる理論空燃比の混合ガスが燃焼反応する領域を袖火炎口６４の上端からかなり離れた位置にすることができる。その結果、袖火炎口４の上端の温度上昇が抑制され、逆火を防止することができる。

更に、本実施形態では、袖火炎口６４の主炎口６３側の上端の高さ（バーナ本体６１の側板６１ａの上端の高さに合致）を、主炎口６３の上端の高さ（整流部材６８の上端の高さに合致）よりも低くしている。これによれば、袖火炎口６４からの噴出燃料に主炎口６３からの噴出淡混合気中の過剰空気が混合し始める位置が袖火炎口６４と主炎口６３との高低差分だけ袖火炎口６４の主炎口６３側の上端から遠ざかることになる。そのため、主炎と袖火との間に存在する理論空燃比の混合ガスが燃焼する領域を袖火炎口６４の主炎口６３側の上端からより遠ざけることができ、逆火防止の確実性が向上する。

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、上記実施形態では、袖火炎口６４の主炎口６３側とは反対側の上端の高さ（バーナキャップ６２の側板６２ａの上端の高さに合致）を、袖火炎口６４の主炎口６３側の上端の高さよりも高く、主炎口６３の上端の高さより若干低くしているが、これを袖火炎口６４の主炎口６３側の上端の高さと同等、或いは、主炎口６３の上端の高さと同等としてもよく、要は、袖火炎口６４の主炎口６３側とは反対側の上端の高さは、袖火炎口６４の主炎口６３側の上端の高さと同等以上で主炎口６３の上端の高さと同等以下であればよい。また、上記実施形態の偏平バーナ６は、主炎口６３の横方向両側に袖火炎口６４を備えているが、主炎口の横方向片側のみに袖火炎口を備えるものであってもよい。また、水素含有燃料は、水素以外の成分を有するものであっても、水素以外の成分を有しないものであってもよい。

６…偏平バーナ、６３…主炎口、６４…袖火炎口。

Claims

前後方向に長手の偏平バーナであって、上端に、主炎口と、主炎口の横方向の少なくとも片側に位置する袖火炎口と、主炎口と袖火炎口との間に位置する、ガスを噴出しない盲空隙とを備え、燃料として水素含有燃料を用いるものにおいて、
主炎口からは、理論空燃比より燃料濃度が希薄な燃料と空気の混合ガスを噴出し、袖火炎口からは、燃料のみのガスを噴出するようにし、
更に、袖火炎口の主炎口側の上端の高さを、主炎口の上端の高さよりも低くして、袖火炎口からの噴出燃料に主炎口からの噴出希薄混合ガス中の過剰空気が混合し始める位置を袖火炎口と主炎口との高低差分だけ袖火炎口の主炎口側の上端から遠ざけることを特徴とする偏平バーナ。