JPH05118516A - 窒素酸化物低発生バーナ - Google Patents

窒素酸化物低発生バーナ

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JPH05118516A
JPH05118516A JP4103325A JP10332592A JPH05118516A JP H05118516 A JPH05118516 A JP H05118516A JP 4103325 A JP4103325 A JP 4103325A JP 10332592 A JP10332592 A JP 10332592A JP H05118516 A JPH05118516 A JP H05118516A
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flame
fuel
burner
flame hole
fuel gas
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達哉 菅原
Takao Takagi
多佳雄 高木
Kimio Mochizuki
公雄 望月
Shigetoshi Akiyama
茂俊 秋山
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Tokyo Gas Co Ltd
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Takagi Industrial Co Ltd
Tokyo Gas Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】家庭用や小型業務用等の小型の燃焼装置に於い
て、騒音を増大させずにNOx発生量を低減し、この状
態で燃焼量の調節範囲を拡大する。 【構成】複数の列設した炎孔a,bからなる夫々第1、
第2の炎孔群A,Bの複数を交互に隣接し、両端側に第
1の炎孔群Aが位置するように配設して炎孔部を構成す
ると共に、該炎孔部には複数の燃料ガス供給系統2,
3,3’,3”から燃料ガスを供給する構成とし、夫々
の燃料ガス供給系統2,3,3’,3”には、第1の炎
孔群Aに対応する燃料濃厚混合手段5aと、第2の炎孔
群Bに対応する燃料希薄混合手段5bを構成し、前記複
数の燃料ガス供給系統2,3,3’,3”は、燃料ガス
が供給される炎孔部の範囲の両端側に常に第1の炎孔群
Aが位置するように制御する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、家庭用や小型業務用等
の小型の燃焼装置に使用する窒素酸化物低発生バーナに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】各種燃焼装置に於けるバーナの燃焼ガス
中の窒素酸化物(NOx)は、それ自体に毒性があるば
かりか、酸性雨や光化学スモッグの原因の一つとみられ
ているため、燃焼装置に使用するバーナには、このNO
xの発生量を低減するために種々の対策が開発され、講
じられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来こ
れらの対策は、法的な規制がある産業用等の大型の燃焼
装置に対して主になされており、家庭用や小型業務用等
の小型の燃焼装置では、騒音等の問題があるため、必ず
しも十分な対策が施されているとはいえない。
【0004】即ち、大型の燃焼装置では、燃焼用ファン
の静圧を大きくとれるため、燃焼用ガスや空気の流れの
制御が容易であること、バーナのレイアウトに自由度が
高いこと、騒音対策も容易であること等の利点により、
騒音に対しての対策条件が厳しくなく、また燃焼室が大
きくとれるため、いわゆる緩慢燃焼によるNOx低減対
策を施しても完全燃焼させ易いという利点があるのに対
して、小型の燃焼装置ではこれらの利点がなく、従って
小型の燃焼装置では、大型の燃焼装置と比較してNOx
低減対策が難しい。本発明の目的は、いわゆる濃淡燃焼
を小型の燃焼装置に合理的に適用して上述した課題を解
決すると共に、燃焼量の調節の範囲の拡大を図ることに
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ための手段を、実施例に対応する図面を参照して説明す
ると、本発明の窒素酸化物低発生バーナは、複数の列設
した炎孔a,bからなる夫々第1、第2の炎孔群A,B
の複数を交互に隣接し、両端側に第1の炎孔群Aが位置
するように配設して炎孔部を構成すると共に、該炎孔部
には複数の燃料ガス供給系統2,3,3’,3”から燃
料ガスを供給する構成とし、夫々の燃料ガス供給系統
2,3,3’,3”には、第1の炎孔群Aに対応する燃
料濃厚混合手段5aと、第2の炎孔群Bに対応する燃料
希薄混合手段5bを構成し、前記複数の燃料ガス供給系
統2,3,3’,3”は、燃料ガスが供給される炎孔部
の範囲の両端側に常に第1の炎孔群Aが位置するように
制御する構成としたものである。
【0006】そして燃料ガス供給系統2,3を2系統設
けた構成として、本発明の窒素酸化物低発生バーナは、
複数の列設した炎孔a,bから成る夫々第1、第2の炎
孔群A,Bの複数を交互に隣接させ、両端側に第1の炎
孔群Aが位置するように配設して炎孔部を構成し、一端
の第1の炎孔群Aから中間の第1の炎孔群Aまでの炎孔
群に対応する第1の燃料ガス供給系統2と、残りの炎孔
群に対応する第2の燃料ガス供給系統3とを構成すると
共に、夫々の燃料ガス供給系統2,3には、夫々の第1
の炎孔群Aに対応する燃料濃厚混合手段5aと第2の炎
孔群Bに対応する燃料希薄混合手段5bとを設け、上記
第2の燃料ガス供給系統3は独立に遮断可能に構成した
ものである。
【0007】
【作用】まず、燃料ガス供給系統2,3を2系統設けた
構成に於いて、第1及び第2の燃料ガス供給系統2,3
の両者から燃料ガスを供給すると、炎孔部を構成する第
1の炎孔群Aには、夫々の燃料ガス供給系統2,3から
燃料濃厚混合手段5aを経て燃料濃厚な混合気が供給さ
れ、夫々の炎孔aから噴出して燃焼する。一方、第2の
炎孔群Bには、夫々の燃料ガス供給系統2.3から燃料
希薄混合手段5bを経て燃料希薄な混合気が供給され、
夫々の炎孔bから噴出して燃焼する。
【0008】第2の炎孔群Bに於ける燃料希薄な混合気
による過剰空気の燃焼は単独では火炎8bの安定性が悪
いのであるが、これらの火炎8bの両側に隣接して、第
1の炎孔群Aに於ける燃料濃厚な混合気による安定した
火炎8aが必ず存在しているので、これらの安定した火
炎8aが種火としての作用をして過剰空気の火炎8bを
安定化する。従って火炎8bのリフトや振動燃焼を起さ
ず、騒音の発生が抑制される。
【0009】そして、このように燃料濃厚な混合気の火
炎8aにより安定化される燃料希薄な混合気の燃焼は、
過剰空気の燃焼であるため、過剰空気の冷却作用により
火炎8bの温度が低温に維持されてNOxの発生が低減
される。
【0010】次に、第2の燃料ガス供給系統3を遮断し
て、第1の燃料ガス供給系統2からのみ燃料ガスを供給
すると、一端の第1の炎孔群Aから中間の第1の炎孔群
Aまでの炎孔群にのみ上述した混合気が供給され、残り
の炎孔群には混合気が供給されなくなるので全体として
の炎孔面積をステップ的に低減することができる。また
逆の動作では炎孔面積がステップ的に増大する。従って
燃焼量の調節の範囲を拡大することができる。
【0011】このような燃焼状態に於いても第2の炎孔
群Bの火炎8bの両側に隣接して必ず第1の炎孔群Aの
火炎8aが存在するので、上述した過剰空気の燃焼の火
炎8bの安定化作用が阻害されず、安定した過剰空気の
燃焼によりNOxの発生が低減される。
【0012】このような第1の炎孔群Aの火炎8aによ
る第2の炎孔群Bの火炎8bの安定化は燃料ガス供給系
統が3系統以上の場合にも行うことができる。即ち、3
系統以上の燃料ガス供給系統2,3,3’,3”の場合
にも、これらは燃料ガスが供給される炎孔部の範囲の両
端側に常に第1の炎孔群Aが位置するように制御するこ
とにより、第1の炎孔群Aの火炎8aによる第2の炎孔
群Bの火炎8bの安定化作用を適用することができる。
【0013】
【実施例】次に本発明の実施例を図について説明する。
図1は本発明のバーナの炎孔部の構成の一実施例を概念
的に表したもので、符号1a、1bは夫々上側にスリッ
ト状の炎孔a,bを列設した縦型扁平な第1、第2のバ
ーナ部を示すものであり、これらの第1、第2のバーナ
部1a,1bの夫々複数を交互に隣接して設置してバー
ナを構成している。このバーナの両端は第1のバーナ部
1aが位置するように配置している。これらの各バーナ
部1a,1bのスリット状の炎孔a,bが夫々第1、第
2の炎孔群A,Bを構成しており、これらの第1、第2
の炎孔群A,Bにより炎孔部を構成している。
【0014】図2は上記炎孔部により構成した本発明の
バーナの全体構成の一実施例を概念的に表したもので、
この実施例では燃料ガス供給系統は、開閉弁を設けてい
ない第1の燃料ガス供給系統2と、開閉弁4,4’,
4”を設けた3つの第2の燃料ガス供給系統3,3’,
3”の4系統を設けている。このようにこれらの第2の
燃料ガス供給系統3,3’,3”は開閉弁4,4’,
4”により、独立に燃料ガスを遮断可能な構成である。
【0015】第1の燃料ガス供給系統2に対応する炎孔
部の範囲では、その両端に第1のバーナ部1aが位置し
ている。そしてこの炎孔部の範囲の図中右側に隣接して
上記第2の燃料ガス供給系統3に対応する炎孔部の範囲
では、左端部に第2のバーナ部1b、右端部に第1のバ
ーナ部1aが位置している。また前記炎孔部の範囲の図
中左側に隣接して前記第2の燃料ガス供給系統3’に対
応する炎孔部の範囲では、右端部に第2のバーナ部1
b、左端部に第1のバーナ部1aが位置しており、同様
に、この炎孔部の範囲の図中左側に隣接して第2の燃料
ガス供給系統3”に対応する炎孔部の範囲では、右端部
に第2のバーナ部1b、左端部に第1のバーナ部1aが
位置している。
【0016】各燃料ガス供給系統2,3は燃料混合手段
5を経て各バーナ部1a,1bに燃料ガスと空気の混合
気を供給する構成としており、これらの燃料混合手段5
は、第1のバーナ部1aに混合気を供給する燃料濃厚混
合手段5aと第2のバーナ部1bに混合気を供給する燃
料希薄混合手段5bとから構成している。これらの燃料
混合手段5はブンゼンバーナ、その他の予混合バーナに
用いられる適宜の構成を適用することができる。この実
施例では、ノズル6から混合管7内に燃料ガスを噴出し
て、その噴出エネルギまたは送風機により混合管7内に
吸引される空気と混合させる構成としており、このノズ
ル6の噴出口径等を調節して燃料ガスと空気の混合割合
を調節可能に構成している。従って上記燃料混合手段5
にこのような調節を行うことにより、第1のバーナ部1
aに対応する燃料濃厚混合手段5a及び第2のバーナ部
1bに対応する燃料希薄混合手段5bを容易に構成する
ことができる。
【0017】以上の構成に於いて開閉弁4,4’,4”
が開の場合には、第1及び第2の燃料ガス供給系統2,
3,3’,3”の双方から燃料ガスが供給され、夫々の
燃料混合手段5を経て全てのバーナ部1a,1bに燃料
ガスと空気の混合気が供給されて燃焼に供される。即
ち、第1の燃料ガス供給系統2を流れる燃料ガスは、こ
の系統2のバーナ部1a,1bに対応する上記燃料混合
手段5a,5bを構成するノズル6から各バーナ部の混
合管7内に噴出して、同時に吸引される空気と混合して
炎孔群A,Bに至り、各炎孔a,bから噴出して燃焼に
供される。この際、夫々の第1のバーナ部1aに対応す
る燃料混合手段5aは、上述した調節により燃料濃厚な
混合気を生成し、また夫々の第2のバーナ部1bに対応
する燃料混合手段5bは燃料希薄な混合気を生成する。
第2の燃料ガス供給系統3に対応するバーナ部1bに関
しても、上述と同様に第1のバーナ部1aには燃料濃厚
な混合気、第2のバーナ部1bには燃料希薄な混合気が
供給される。
【0018】例えば、これらの混合気の空気比は、理論
空気量λ=1とすると、燃料濃厚な混合気ではλ≒0.
4、燃料希薄な混合気ではλ≒1.2〜1.5となるよ
うにする。また第1、第2のバーナ部1a,1bに供給
する燃料ガス量の比は、例えば第1のバーナ部1a:第
2のバーナ部1b=3:7程度というように、第2のバ
ーナ部1bに供給する燃料ガス量の方を第1のバーナ部
1aに供給する燃料ガス量よりも多くする。
【0019】以上のような混合気の供給により、図2の
実線及び二点鎖線に示すようにバーナを構成する全ての
第1のバーナ部1aの炎孔群A上に、燃料濃厚な混合気
の燃焼による火炎8a、そして第2のバーナ部1bの炎
孔群B上には燃料希薄な混合気の燃焼による火炎8bが
形成される。第1のバーナ部1aは第2のバーナ部1b
と交互に隣接し、そしてバーナの両端に配置しているの
で、第2のバーナ部1bの火炎8bの両側に必ず第1の
バーナ部1aの火炎8aが存在する。
【0020】第2のバーナ部1bの火炎8bは過剰空気
の燃焼による火炎であるため単独では安定性が悪いので
あるが、これらの火炎8bの両側に必ず存在する第1の
バーナ部1aの火炎8aは安定した火炎であるため、こ
れが種火としての作用をし、これにより過剰空気の火炎
8bが安定化される。従って第2のバーナ部1bの火炎
8bは、単独では発生してしまうリフトや振動燃焼が起
きず、騒音の発生が抑制される。
【0021】そして、このように燃料濃厚な混合気の火
炎8aにより安定化される燃料希薄な混合気の燃焼は、
過剰空気の燃焼であるため、この過剰空気の冷却作用に
より火炎8bの温度が低温に維持されてNOxの発生が
低減される。
【0022】次に開閉弁4を閉として第2の燃料ガス供
給系統3による燃料ガスの供給を遮断すると、この系統
3のバーナ部1a,1bが消火して図2の実線で示す火
炎に対応するバーナ部の燃焼のみが継続する。
【0023】次いで第2の燃料ガス供給系統3’による
燃料ガスの供給を遮断すると、この系統3’に対応する
左端側の2つのバーナ部1a,1bが消火する。そして
更に第2の燃料ガス供給系統3”による燃料ガスの供給
を遮断すると、この系統3”に対応する4つのバーナ部
1a,1bが消火する。
【0024】このようないずれの燃焼状態に於いても第
2のバーナ部1bの火炎8bの両側には必ず第1のバー
ナ部1aの火炎8aが存在するので、上述と同様に、こ
の第2のバーナ部1bの火炎8bが第1のバーナ部1a
の火炎8aにより安定化される。
【0025】このような安定化作用を適用するため、以
上の実施例に於いては、燃料ガス供給系統3”に対応す
るバーナ部1a,1bが燃焼状態に於いて、燃料ガス供
給系統3’に対応するバーナ部1a,1bを消火するこ
とはできない。
【0026】このようにして第1のバーナ部1aの火炎
8aによる第2のバーナ部1bの火炎8bの安定化作用
を阻害することなく燃焼させる炎孔面積をステップ的に
変化させることができ、従って比例制御等の周知の燃焼
量の制御手法を併用することにより、広い範囲に渡る燃
焼量の調節を行うことができる。上述した実施例では、
炎孔面積は4段でステップ的に変化させることができる
のであるが、これ以上の段数でステップ的に変化可能な
構成とすることもできるし、最少段数の構成として2段
のみステップ的に変化させる構成とすることができる。
この構成は上述した実施例に於いて燃料ガス供給系統
2,3及びこれらに対応するバーナ部1a,1bまたは
燃料ガス供給系統2,3’及びこれらに対応するバーナ
部1a,1bのみにより構成することができる。
【0027】図3、図4は本発明のバーナの炎孔部の構
成の他実施例を示すもので、この実施例のバーナでは、
第1のバーナ部1aは上側にスリット状の炎孔aを設け
た先端噴出部9を細く形成して、側壁10との間に空間
部を構成しており、また第2のバーナ部1bは先端部に
リボン11を設置して多数の炎孔bを形成している。図
4に示すように第1のバーナ部1aの先端噴出部9の横
側には必要に応じて袖火炎孔12を形成することができ
る。
【0028】また図5は本発明のバーナの炎孔部の構成
の、更に他の実施例に対応するもので、この実施例のバ
ーナは図3、図4の構成に於ける第1のバーナ部1aの
スリット状の炎孔aに代えて、第2のバーナ1bと同様
に先端部にリボン13を設置して多数の炎孔aを形成す
ると共に、袖火炎孔12、そして外側に間隔を於いて袖
火形成用の側壁7を構成したものである。
【0029】以上の構成のバーナに於いては、図1、図
2の構成に於けると同様な上述した作用に加え、リボン
11,13により構成した炎孔a,bに於ける混合気の
整流作用により騒音の発生をより低減することができ、
また第1のバーナ1aに袖火14を形成するものに於い
ては、第1のバーナ1aの火炎8a自体、そして第2の
バーナ1bの火炎8bの安定化を更に図ることができ
る。
【0030】次に図6は本発明のバーナの炎孔部の構成
の、更に他の実施例を示すもので、この実施例のバーナ
は、多数の炎孔をセラミック板15により形成してい
る。即ち、このセラミック板15には、多数の炎孔を直
線状に列設して第1、第2の炎孔群A,Bを構成してお
り、これらの第1、第2の炎孔群A,Bを交互に列設し
ている。第2の炎孔群Bの炎孔bは第1の炎孔群Aの炎
孔aよりも径を小さくし、しかも数を多くした構成とし
ている。即ち、図示例では第2の炎孔群Bは、二列に配
列させた小径の多数の炎孔bから構成している。
【0031】以上の構成に於いては、第2の炎孔群Bの
炎孔bによる燃焼は、上述した過剰空気の燃焼であると
共に小径の多数の炎孔bにより細分化された燃焼である
ため、火炎8bの温度がより低温に維持されてNOxの
発生が更に低減される。またこの火炎8bは、上述の実
施例と同様に、第1の炎孔群Aの炎孔aによる燃料濃厚
な混合気の火炎8aにより安定化されて、リフトや振動
燃焼が発生しにくい。
【0032】図7は、本発明のバーナに於けるNOx排
出特性の一実施例を表したものである。この実施例は、
図1に示すようなバーナに於いて、燃料濃厚な混合気の
混合比を、λ=0.4〜0.7と設定すると共に、全体
の空気比が図中横軸に示す値となるように燃料希薄な混
合気の空気比を調節して燃焼させた場合のNOxの発生
量を表したものである。尚、表示の空気比は、バーナの
外側に冷却用空気を流した場合に於いて、この冷却用空
気を含んだ値であり、( )内の空気比がこの冷却用空
気を含まない値である。また、燃料希薄な混合気による
燃焼量と燃料濃厚な混合気による燃焼量の比は、7.
5:2.5としている。図7に示すように本発明のバー
ナでは、従来の一般的なブンゼンバーナと比較してNO
xの発生量が大幅に低減されていることがわかる。
【0033】また図8は本発明のバーナに於いて、燃料
希薄な混合気を供給するバーナ部または炎孔群の火炎の
リフト限界の一例を他のものと比較して示すものであ
る。まずAは本発明のバーナに於いて、第2のバーナ部
1bまたは炎孔群Bの炎孔bにのみ燃料希薄な混合気を
供給し、第1のバーナ部1aまたは炎孔群Aの燃料濃厚
な混合気の火炎8aによる保炎を行わない場合に於ける
第1のバーナ部1bのリフト限界を示すもので、この限
界はλ=0.7程度である。これに対してBは保炎機構
を有する従来の一般的なブンゼンバーナに於けるリフト
限界を示すもので、この限界はλ=1.3程度である。
そしてCは本発明のバーナに於いて、第1、第2のバー
ナ部1a,1bまたは炎孔群A,Bの燃焼を行わせた場
合に於ける第2のバーナ部1bのリフト限界を示すもの
で、λ=3.0程度である。このように本発明のバーナ
では、従来の一般的なブンゼンバーナと比較して、より
高過剰空気の燃焼を安定的に行え、こうして高過剰空気
の燃焼によるNOxの低減を図ることができる。
【0034】また図2中、符号16は比例制御弁、17
は元弁であり、本発明のバーナはこのように、上述した
ステップ的な燃焼量の制御と比例制御を併用することが
できるものである。
【0035】
【発明の効果】本発明は以上の通り、単独では火炎の安
定性が悪い燃料希薄な混合気による過剰空気の燃焼を、
燃料濃厚な混合気の燃焼による安定な火炎で保炎するよ
うにしたので、過剰空気の燃焼を安定的に行うことがで
き、このような過剰空気の燃焼によりNOxの発生を低
減することができる。
【0036】そして、このように過剰空気の燃焼を安定
的に行えることから、騒音の発生を抑制することがで
き、騒音に対しての対策が厳しい小型の燃焼装置に於い
て、騒音を増大させずにNOx発生量の低減対策を施す
ことができる。
【0037】また本発明は、上記過剰空気の燃焼の安定
化を阻害せずに、全体としての炎孔面積をステップ的に
変化させることができ、こうして燃焼量の調節範囲を拡
大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のバーナの炎孔部の構成の一実施例を表
した説明的斜視図である。
【図2】本発明のバーナの全体構成の一実施例を概念的
に表した系統説明図である。
【図3】本発明のバーナの炎孔部の他の実施例の構成を
表した説明的斜視図である。
【図4】図3のバーナの燃焼状態を説明する説明的断面
図である。
【図5】本発明のバーナの炎孔部の、更に他の実施例の
構成を表した説明的断面図である。
【図6】本発明のバーナの炎孔部の、更に他の実施例の
構成を表した説明的斜視図である。
【図7】本発明のバーナによるNOx発生量を従来のブ
ンゼンバーナと比較して示した説明図である。
【図8】本発明のバーナに於いて、燃料希薄な混合気を
供給するバーナ部または炎孔群の火炎のリフト限界の一
例を他のものと比較して示す説明図である。
【符号の説明】
A 第1の炎孔群A B 第2の炎孔群B a,b 炎孔 1a 第1のバーナ部 1b 第2のバーナ部 2 第1の燃料ガス供給系統 3,3’,3” 第2の燃料ガス供給系統 4,4’,4” 開閉弁 5 燃料混合手段 5a 燃料濃厚混合手段 5b 燃料希薄混合手段 6 ノズル 7 混合管 8a,8b 火炎 9 先端噴出部 10 側壁 11、13 リボン 12 袖火炎孔 14 袖火 15 セラミック板 16 比例制御弁 17 元弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 望月 公雄 静岡県富士市西柏原新田201番地 高木産 業株式会社内 (72)発明者 秋山 茂俊 静岡県富士市西柏原新田201番地 高木産 業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の列設した炎孔からなる夫々第1、
    第2の炎孔群の複数を交互に隣接し、両端側に第1の炎
    孔群が位置するように配設して炎孔部を構成すると共
    に、該炎孔部には複数の燃料ガス供給系統から燃料ガス
    を供給する構成とし、夫々の燃料ガス供給系統には、第
    1の炎孔群に対応する燃料濃厚混合手段と、第2の炎孔
    群に対応する燃料希薄混合手段を構成し、前記複数の燃
    料ガス供給系統は、燃料ガスが供給される炎孔部の範囲
    の両端側に常に第1の炎孔群が位置するように制御する
    構成としたことを特徴とする窒素酸化物低発生バーナ
  2. 【請求項2】 複数の列設した炎孔から成る夫々第1、
    第2の炎孔群の複数を交互に隣接させ、両端側に第1の
    炎孔群が位置するように配設して炎孔部を構成し、一端
    の第1の炎孔群から中間の第1の炎孔群までの炎孔群に
    対応する第1の燃料ガス供給系統と、残りの炎孔群に対
    応する第2の燃料ガス供給系統とを構成すると共に、夫
    々の燃料ガス供給系統には、夫々の第1の炎孔群に対応
    する燃料濃厚混合手段と第2の炎孔群に対応する燃料希
    薄混合手段とを設け、上記第2の燃料ガス供給系統は独
    立に遮断可能に構成したことを特徴とする窒素酸化物低
    発生バーナ
  3. 【請求項3】 請求項1または2の燃料濃厚混合手段及
    び燃料希薄混合手段は、ノズルから混合管内に燃料ガス
    を噴出して、この混合管内に吸引される空気と混合させ
    る燃料混合手段により構成したことを特徴とする窒素酸
    化物低発生バーナ
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