JPH05187611A - 衝突燃焼装置 - Google Patents

衝突燃焼装置

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JPH05187611A
JPH05187611A JP4021735A JP2173592A JPH05187611A JP H05187611 A JPH05187611 A JP H05187611A JP 4021735 A JP4021735 A JP 4021735A JP 2173592 A JP2173592 A JP 2173592A JP H05187611 A JPH05187611 A JP H05187611A
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JP
Japan
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combustion
divided
combustion section
gas
upward
Prior art date
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JP4021735A
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English (en)
Inventor
Toshio Watanabe
俊雄 渡辺
Seiichiro Kumagai
清一郎 熊谷
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Noritz Corp
Original Assignee
Noritz Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】排ガス再循環によるNOX 減効果を増大させ、完
全燃焼による高負荷燃焼、燃焼音の低減、高ターンダウ
ン比を達成し、更に燃焼部の耐久性を向上した燃焼装置
を提供する。 【構成】燃焼室30の底面を分割し、分割された底面毎
に僅かに上向きに広がった壁と中心軸に向けて僅かな登
り勾配を設けた山形形状の底部13で各燃焼部を構成
し、燃焼部の底部の両側壁に、山形形状の登り勾配に沿
った上向き角度をもつ予混合気噴出孔15を複数対対向
させて設け、また燃焼部上流に仕切り板と分割燃料供給
管を設け、また燃焼部に水通路を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は予混合気を両側から衝突
させ、強い擾乱を伴いながら燃焼を行う衝突燃焼装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ガス燃料による連続燃焼器ではブ
ンゼン燃焼によるものが主流であり、一部で予混合燃焼
が実用されている。上記ブンゼン燃焼では、高温の内炎
の後流で高濃度のNOX が生成されるため、低NOX 燃焼器
の実現は困難である。また二次燃焼のための空間が大き
く必要であるため、高負荷燃焼の実現も困難である。
【0003】一方、排気中のNOX 低減の手段として、希
薄混合気での予混合燃焼が有効であるが、火炎が吹き飛
びやすく、燃焼量が制約される欠点がある。また、予混
合燃焼では火炎の安定範囲が狭く、実用燃焼器において
は火炎の安定範囲を広くするための燃焼器構造では一般
に複雑になる。
【0004】また一部の業務用の大型燃焼器では、排ガ
スの一部を燃焼用空気に混合する排ガス再循環(E.G.
R.)によりNOX の低減が図られているが、装置が複雑で
高価となり、家庭用燃焼器への適用は困難である。
【0005】従来、図1に示すように、燃焼室の内底面
を中心軸に向けて両側から僅かな登り勾配を設けた山形
形状の底部13とし、前記山形形状の登り勾配に沿った
上向き角度を持つ予混合気噴出孔15を複数対対向させ
て設けた衝突燃焼装置が提供されている。これは、予混
合気噴出孔より噴出した予混合気が前記山形形状の頂部
付近で衝突し、強い擾乱の下、燃焼室の中心軸X付近で
急速に燃焼するため安定して高負荷燃焼でき、また未燃
ガスと既燃ガスが衝突空間で混合しながら燃焼するた
め、排ガス再循環(E.G.R.)が働き、NOX を低減できる
燃焼装置である。
【0006】また、従来、図2に示すように、NOX の低
減を図るとともに燃焼部の耐久性を向上するために、燃
焼室を壁42で分割して複数の燃焼部とし、壁42に水
通路41を設けて水冷された壁を有する予混合燃焼器が
知られている。しかし、この装置では壁42付近に温度
境界層が形成され燃焼ガスからの熱伝達が比較的小さい
ため燃焼ガスの温度低下は僅かであり、NOX の低減効果
は小さい。また、この構成では燃焼ガス温度を下げるた
めに冷却水量を増やす等の手段で壁の温度を低くした
時、壁の失活作用により未燃ガスの排出が増大する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】衝突による効果をより
強くするためには予混合気の噴出孔の対向する距離をよ
り狭くすることが有効であるが、燃焼室の幅に比較して
極端に狭くした構造では燃焼室の全体を有効に燃焼に利
用できないため、高負荷には限界があった。また、空気
および燃料の脈動、不均一等により火炎の保持位置に変
動が比較的生じ易く、燃焼音が大きいという問題を生じ
る。
【0008】また、強い擾乱の下で燃焼した燃焼ガスに
よって壁への熱伝達が促進され、より壁が加熱されるた
めに壁の温度が高くなり耐久性の問題があった。また、
セラミックス等の耐熱材を壁に用いた場合、燃焼ガスの
温度低下が少ないためにNOXの低下が不十分であった。
【0009】そこで、本発明は上記従来技術の欠点を解
消し、排ガス再循環によるNOX 低減効果をより増大させ
るとともに完全な燃焼による高負荷燃焼を達成し、更に
燃焼音の低減、高ターンダウン比を達成でき、また燃焼
部の耐久性を向上できる燃焼装置の提供を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の燃焼装置は燃焼室の底面を分割し、分割さ
れた各々の底面毎に僅かに上向きに広がった壁と中心軸
に向けて僅かな登り勾配を設けた山形形状の底部で各々
の燃焼部を構成し、且つ前記燃焼部の底部の両側壁に、
前記山形形状の登り勾配に沿った上向き角度をもつ予混
合気噴出孔を複数対対向させて設ける。
【0011】また、本発明の燃焼装置は燃料の供給の切
替え並びに噴出される燃料量及び燃焼用空気量を可変と
して予混合気の空気過剰率の制御を行うようにするため
に燃焼部の上流に仕切板と分割された燃料供給管を設け
る。
【0012】また、本発明の燃焼装置は燃焼部を水で冷
却するための水通路を燃焼部に設ける。
【0013】
【作用】従来の衝突燃焼装置では、対向した予混合気噴
出孔からそれぞれ噴出せられた予混合気は山形内底面に
沿って流れ、山形内底面の頂部付近の上方で衝突し、強
い擾乱の下、燃焼が急速に進行するとともに燃焼途中
の、未燃ガスと既燃ガスとが強力に混合せられながら燃
焼を完結する。
【0014】ところで、請求項1の発明では燃焼室の底
部を分割し、それぞれの燃焼室底部に設けた予混合気噴
出孔の距離を従来例より狭くすることで擾乱をより強烈
にでき、燃焼室負荷を増大するとともに排ガス再循環
(E.G.R.)がより強力になることでNOX の排出量がより
低減でき、また壁の隔たりが小さいため既燃ガスの未燃
ガスへの混合がより促進されるため上記排ガス再循環効
果がより顕著となる。
【0015】請求項2の発明では燃料の供給の切替え並
びに噴出される燃料量及び燃焼用空気量を可変して予混
合気の空気過剰率の制御が行える。
【0016】請求項3の発明では燃焼部を水で冷却する
ことにより燃焼ガスの温度がより低下するためNOX の低
減が可能であり、また燃焼部の温度が低く抑えられるた
め耐久性が向上する。
【0017】
【実施例】燃焼缶体10内の最上部に排気部40が設け
られ、その下に水管31を配した缶体30が燃焼室とさ
れている。また排気部の手前には熱交換器20が配され
ている。
【0018】図3に示すように、前記燃焼室30は適当
な幅L1 及び高さH1 を有する細長い空間からなり、底
部は幅L3 で分割されている。各々の燃焼部11は僅か
に上向きに広がった壁12、14と中心軸Xに向けて僅
かな登り勾配を設けた山形形状の底部13で構成する。
前記燃焼部の底面の壁12、14の両側に前記山形形状
の底部13の登り勾配に沿った上向き角度を持つ予混合
気噴出孔15が位置する。
【0019】前記燃焼室30の幅L1 と高さH1 におい
て「適当な」とはその幅L1 と高さH1 を持った空間で
燃焼が完結できるという意味である。予混合気噴出孔の
対間距離L2 は噴出混合気の強い衝突を確保するために
比較的短い距離とされる。上記燃焼部の壁12、14の
高さH2 及び幅L3 は衝突によって生じた強い擾乱によ
り、前記未燃ガスと既燃ガスとが充分に混合しながら燃
焼できる寸法に設定している。
【0020】また図4に示すように、前記燃焼部の上流
に仕切壁51を設け、燃焼用空気を分割しそれぞれに設
けた燃料供給管52より分割して燃料を単独または同時
に供給する構造も可能である。
【0021】さらに、図5に示すように、燃焼部11に
は山形形状の底部13の下に水通路41を設けている。
【0022】上記において、予混合気噴出孔の開孔角度
は水平方向から上向きに30度程度以下とする。同様に山
形形状の底部13の登り勾配も30度程度を上限とする。
角度を大きくすると擾乱の効果が薄れ、燃焼ガスに上向
きの速度が加わるために充分に燃焼が完結する前に燃焼
ガスが排出される恐れがある。
【0023】前記予混合気噴出孔15は図6(a) に示す
スリット状孔、その他の形状が可能である。予混合気噴
出孔15は、図6(a)、(b) に示すような単列の他、図6
(c)、(d) に示す如き2列、或いは他の複数列としてもよ
い。
【0024】次に、本発明装置の燃焼の動作、作用を説
明する。運転中、対向する予混合気噴出孔15より燃焼
速度の数倍から数十倍の速度で予混合気が同速で噴出せ
られる。予混合気は燃焼部11の底部の山形形状の底部
13の上方で衝突し、強い擾乱を引き起こす。この強い
擾乱の下、燃焼は急激に進行し、火炎は衝突点16付近
の空間に安定して保持され、片寄った位置に安定するこ
とはないので燃焼部全体を有効に利用できるため高負荷
燃焼が実現できる。また強い擾乱により、未燃ガスと既
燃ガスが混合しながら燃焼するため、排ガス再循環(E.
G.R.)効果による低NOX が実現できる。
【0025】なお燃焼部11の内底面に山形形状の底部
13が無い場合には、火炎は燃焼部11の両側壁のいず
れかに片寄って安定し、壁の失活作用により未燃焼成分
が多量に発生するか、もしくは両側壁の間で振動するた
めに、燃焼騒音が大きくなる。両側の予混合気噴出量を
厳密に釣り合わせることは困難であるが、本発明の狭い
壁の間に設けた山形形状の底部13によれば、予混合気
噴出量の多少の片寄りがあっても、火炎は燃焼部11の
中央に安定する。
【0026】また図4に示すように、燃焼部11の上流
に仕切壁51を設けて燃料をそれぞれに分割して供給し
た場合、切替えにより、燃焼量の変化幅を更に大きくす
ることが可能となる。
【0027】また図5に示すように冷却された狭い壁の
間で強い擾乱の下で燃焼するために壁への熱伝達が促進
されるため火炎の温度がより低下し、更にNOX が低減で
きる。冷却された壁による失活作用はあるものの、強い
擾乱の下、燃焼が急激に進行するので前記失活作用の影
響は比較的軽微である。ここで、壁の冷却による燃焼ガ
スの温度低下は100K程度で充分である。また、冷却によ
り燃焼部の耐久性が向上する。
【0028】
【発明の効果】本発明は以上の構成、作用より成り、請
求項1に記載の衝突燃焼装置によれば、予混合気噴出孔
より噴出せられた予混合気が衝突による強い擾乱の下、
燃焼は急激に進行できる。しかも燃焼部の壁の形状及び
内底面の山形形状及び予混合気噴出孔の配置により、火
炎を燃焼部の中央に安定させることができ、全体として
大幅に燃焼室容積を減少させた高負荷燃焼を実現でき
る。しかも燃焼は燃焼部の中央で強い擾乱状態で行われ
るため、供給されている未燃ガスと既燃ガスとの混合も
活発に行われ、その結果、排ガス再循環(E.G.R.)効果
が発揮され、NOX の低減を実現できる。また燃焼部の両
側の壁の間隔が狭いため、上記の排ガス再循環効果が更
に促進される。
【0029】また、請求項2の衝突燃焼装置によれば、
燃焼部の切替えができ、各燃焼部での燃焼量変化と併せ
て燃焼量の変化幅を更に大きくすることが可能となる。
【0030】更に、請求項3に記載の衝突燃焼装置によ
れば、冷却された壁への熱伝達により火炎温度が低下し
NOX はより低減され、かつ燃焼部の耐久性が向上する。
【0031】本発明装置では、家庭用燃焼器としては高
負荷の 5×107kcal/m3h 程度が可能となる。また、NOX
の排出量は空気過剰率 1.2において、請求項1及び請求
項2に記載の衝突燃焼装置においては20ppm と従来の一
般的なブンゼン燃焼器の1/5以下程度であり、更に、請
求項3に記載の衝突燃焼装置においては 10ppmと従来の
一般的なブンゼン燃焼器の1/10以下程度であり、高価な
排ガス循環装置を用いることなく低NOX が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の衝突燃焼装置の全体構成図である。
【図2】従来の水冷分割壁を有する予混合燃焼装置の全
体構成図である。
【図3】請求項1の発明の実施装置の全体構成図であ
る。
【図4】請求項2の発明の実施装置の全体構成図であ
る。
【図5】請求項3の発明の実施装置の全体構成図であ
る。
【図6】予混合気噴出孔の例である。
【符号の説明】
10:燃焼缶体 30:燃焼室 13:山形形状の底部 15:予混合気噴出孔 43:燃焼板 41:水通路 51:仕切壁 52:燃料供給管 53:送風機

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼室の底面を分割し、分割された各々
    の底面毎に僅かに上向きに広がった壁と中心軸に向けて
    僅かな登り勾配を設けた山形形状の底部で各々の燃焼部
    を構成し、且つ前記燃焼部の底部の両側壁に、前記山形
    形状の登り勾配に沿った上向き角度をもつ予混合気噴出
    孔を複数対対向させて設けたことを特徴とする衝突燃焼
    装置。
  2. 【請求項2】 請求項1の衝突装置において燃焼部の上
    流に仕切板と分割された燃料供給管を設け、燃料の供給
    の切替えを行うようにしたことを特徴とする衝突燃焼装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2の衝突燃焼装置におい
    て前記燃焼部を水で冷却するための水通路を燃焼部に設
    けた事を特徴とする衝突燃焼装置。
JP4021735A 1992-01-11 1992-01-11 衝突燃焼装置 Pending JPH05187611A (ja)

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JP4021735A JPH05187611A (ja) 1992-01-11 1992-01-11 衝突燃焼装置

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