JPH0694219A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低ＮＯｘ燃焼と機器の安全を確保する燃焼装
置に関する。 【構成】 濃火炎の生じる第一炎口部１とこれに通じる
第一混合気室３を有するバーナ本体２と、バーナ本体を
複数本並設しそれぞれのバーナ本体２の間に設け、かつ
濃火炎に向けて希薄火炎を生じる第二炎口部１５を有す
る噴射板１２と、バーナ本体と噴射板とに囲まれた第二
混合気室１６と、第二混合気室１６に設けた空気取入れ
部２３と、第一混合気室と第二の混合気室とを連通しバ
ーナ本体２に設けた混合気通路７と、第一炎口部及び第
二炎口部の下流側に位置する燃焼室１７に設けた火炎電
流検知部１８と、第一及び第二混合気室に空気を送るフ
ァン２２と、制御部２５を備える。そして制御部はファ
ンを制御し火炎電流検知部が正常な燃焼状態の電流値よ
り多くなった時、供給空気量を増量し、少なくなった場
合には減量して正常な燃焼状態時の温度に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は主としてバーナの低ＮＯ
ｘ化と機器の安全を図った燃焼装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の家庭用バーナは、図４に示
すように、第一の炎口部１を有するバーナ本体２に設け
た第一の混合気室３と、第一の混合気室３の両側に壁板
４により構成された第二の炎口部５を有する第二の混合
気室６と、第一の混合気室３と第二の混合気室６とを連
通するバーナ本体２に設けた混合気通路７と、第一の炎
口部１と第二の炎口部５の間に設け、火炎の基部を安定
化させる保炎板８と、壁板４に第二の混合気室６の一次
空気比を設定する空気取入れ口９とを備えている。この
様な構成を有するバーナ本体２が多数本互いに壁板４を
接してバーナケース１０の内部に収められていた。１９
は第１の混合気室３に向ってガスを噴出するノズル、２
１は燃焼用空気を第一および第二の混合気室３，６に送
る送風ファンである。

【０００３】そして上記構成の燃焼装置では、ノズル１
９より噴出したガスは第一の混合気室３で空気と混合し
て第一の炎口部１より噴出して点火され第一の炎口部１
の上には酸素濃度の低い安定した濃火炎が形成される。
また空気取入れ口９から大量の空気と、混合気通路７か
ら供給されたガスと燃焼空気の混合気が第二の混合気室
６の内部で希薄混合気となり、そして第二の炎口部５よ
り流出して第一の炎口部１の濃火炎の熱的影響を受ける
ことによって燃焼し、酸素濃度の高い希薄火炎を形成し
ていた。濃火炎及び希薄火炎は保炎板８の上に形成され
る小さな渦の効果で火炎の基部が安定化されており、Ｎ
Ｏｘ濃度が低く不安定な特性の希薄火炎を濃火炎で安定
化させ、全体とし濃炎燃焼を実現してＮＯｘの発生を低
減させていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、ＮＯｘを低減する効果の点では満足される
ものであるが、何らかの要因で空燃比が適性値から外れ
た場合には第二の炎口部５の火炎が混合気通路７へ逆化
し、バーナの変形・破壊・しいては火災を発生したり、
希薄火炎が吹き飛んで不完全燃焼をおこすという課題が
あった。

【０００５】本発明は上記課題を解決するもので、空燃
比の最適化を図ることにより機器の安全と低ＮＯｘの両
立化を図ることを目的としたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、濃火炎を形成する第一の炎口部とこれに連通
した第一の混合気室を有するバーナ本体と、バーナ本体
が複数本並設したそれぞれのバーナ本体の間に設け、か
つ第一の炎口部側へ希薄火炎を形成する第二の炎口部を
有する噴射板と、バーナ本体と噴射板とに囲まれて形成
される第二の混合気室と、第二の混合気室に設けた空気
取入れ部と、第一の混合気室と第二の混合気室とを連通
しバーナ本体に設けた混合気通路と、第一炎口部及び第
二炎口部の下流側に位置する燃焼室に設けた火炎電流検
知部と、第一および第二の混合気室に空気を送るファン
と、火炎電流検知部の信号をうけてファンを制御し、火
炎電流検知部が正常な燃焼状態時の火炎電流より多くな
った場合には供給空気量を増量し、少なくなった場合に
は減量して正常な燃焼状態時の火炎電流に制御する制御
部を備えたものである。

【０００７】

【作用】本発明は上記構成によって、混合気通路より出
た混合気が空気取入部よりの空気と混合し、希薄混合気
となった後、第二の炎口部から噴出され、第一の炎口部
の上に形成される濃火炎の熱的な影響を受けることによ
って着火し、低ＮＯｘの特性を持つ希薄燃焼を行なう。
希薄火炎は燃焼後も、なお多量の酸素を含んでおり、濃
火炎に強制供給されることにより濃火炎が小さくなって
高負荷燃焼する。第二の炎口部にある温度検知部は希薄
火炎、濃火炎の熱的影響を受け一定の温度となる。この
温度は両火炎の空燃比と次の関係がある。空気が不足に
なる場合には温度上昇が起き、空気が過剰になる場合に
は温度下降が生じる。よって当初、空燃比制御は最適な
燃焼状態の設定となっているが、外的要因で空気の風量
が低下したり、燃料が増加した場合には第二の炎口部を
経由して混合気通路に逆火する可能性がある。この場合
には火炎電流検知部は正常火炎電流より多い電流に変化
していくことを検知し、ファンの回転数を上昇させて供
給空気量を増量し、元の正常電流値になるよう制御す
る。また空気の風量が上昇したり燃料が減少した場合に
は希薄火炎が吹き飛び易くなり不完全燃焼を発生する可
能性がある。この場合には火炎電流検知部は正常火炎電
流より少ない電流に変化していくことを検知し、ファン
の回転数を減少させて供給空気量を減量し元の正常電流
値になるよう制御する。

【０００８】

【実施例】以下本発明の一実施例を添付図面にもとづい
て説明する。なお、図４と同一構成要素には同一符号を
付す。図１において、２は第一の混合気室３を内包する
細長いバーナ本体であり、バーナ本体２の上面には多数
のスリットを開口した濃火炎を形成する第一の炎口部１
が設けてある。バーナ本体２の両側面には混合気通路７
が長手方向に最適な間隔で複数設けられている。また、
バーナ本体２の両側面には支持具１１が取り付けられ、
この支持具１１とバーナ本体２とで形成する溝に噴射板
１２の端部が挿入され隣合ったバーナ本体２の間を結合
し一体化している。噴射板１２は平板を山形状に折り曲
げて成形されており、混合気の流れの下流側に折り曲げ
てなる傾斜部１３を有しており、傾斜部１３には多数の
噴出口１４からなる希薄火炎を形成する第二の炎口部１
５を構成している。バーナ本体２の間と噴射板１２で囲
まれ、混合気通路７より下流側の空間は第二の混合気室
１６となる。第一の炎口部１及び第二の炎口部１５の下
流側の燃焼室１７には火炎電流検知部１８を有してい
る。バーナ本体２の上流側にはスロート部１９が形成さ
れており、この様なバーナ本体２が複数本並設されバー
ナブロックを構成しバーナケース１０の内部に収納され
ている。各スロート部１９に対向して燃料を噴出するノ
ズル２０が設けられた燃料管２１と、ファン２２がバー
ナケース１０に設けられている。２３は各バーナ本体２
の間で形成される空気取入れ部である。２４はバーナ本
体２に形成し、第１の混合気室３と第１の炎口部１間を
連通する混合気通孔である。２５は制御部で、火炎電流
検知部１８の火炎電流検出信号をうけ、この検出信号が
正常燃焼時の電流と比較して多い時はファン２２の回転
数を上昇させ、反対に少ない時にはファン２２の回転数
を減少させて供給空気量を制御する。

【０００９】上記構成において、ファン２２から供給さ
れる燃焼用空気は、一部がスロート部１９からバーナ本
体２の第一の混合気室３の内部に流入し、残りの大部分
の空気は空気取入れ部２３を流れ、第二の混合気室１６
に供給される。一方、燃料管２１から供給される燃料
は、各ノズル２０から各スロート部１９に向かって噴出
され、バーナ本体２の内部に流入して混合し、第一の混
合気室３に供給される。第一の混合気室３の内部の混合
気は１次空気比を３０から６０％に設定している。この
混合気の一部分は混合気通孔２４を経て第一の炎口部１
より噴出し濃火炎を形成し、残りの大部分の混合気は混
合気通路７より第二の混合気室１６の内部に導かれ、バ
ーナ本体２の間の空気取入り部２３より入ってくる多量
の空気と混合する。この時一次空気比を１７０から２５
０％程度の希薄な混合気となるとともに均一化された
後、大部分は第二の炎口部１５の傾斜部１３に設けられ
た多数の噴出口１４から傾斜して濃火炎側に噴出され
る。希薄混合気は第一の炎口部１の上に形成される濃火
炎の熱的な影響を受けることによって着火し、希薄燃焼
を行う。希薄火炎は燃焼後もなお多量の酸素を含んでお
り、濃火炎に強制的に噴射供給されることにより、燃焼
反応が促進され濃火炎が小さくなって高負荷燃焼を実現
する。ここでサーマルＮＯｘは燃焼反応帯の温度が低温
であるほど発生量は減少する。よって空気を多量に含む
希薄な混合気ほど熱容量が増加し火炎温度が低下し、低
ＮＯｘ化が図れることはよく知られている。しかし一
方、混合気が希薄になる程火炎は不安定となり、ついに
は炎孔から吹き飛びを発生する。

【００１０】よって上記構成において、第一の炎口部１
の上に形成される濃火炎の熱的作用によって希薄混合気
の雰囲気温度を上げ、かつ第二炎口部１５を傾斜部１３
に設けることで炎口面積を大きくして希薄混合気の流速
を低くすることによって、希薄混合気を完全燃焼させる
ことができる。しかし、従来の空燃比制御は上記の状態
を満たす最適な設定を初期設定として行なうが、強風や
埃等の外的要因や経年変化によって燃焼部内の空気抵抗
が変化して空燃比設定がずれる可能性がある。例えば強
風等の外的要因で空気の供給風量が低下した場合には希
薄混合気の濃度が濃くなって火炎の伝播が容易となり、
第二の炎口部１５を経由して混合気通路７に逆化し第二
の混合気室１６内で燃焼し、バーナ内部で燃焼してバー
ナの変形を引き起こし、最悪の場合、機器の火災を起こ
す。

【００１１】本発明はこのような状態になる前に空燃比
を改善させて元の良好な燃焼状態に補正するものであ
り、次の現象を利用して解決する。火炎電流検知部１８
は燃焼室１７の火炎の影響を受け、火炎電流値を検知す
ることになる。火炎電流検知部１８の電流値は図２に示
すように空気過剰率と燃焼量によって主に変化するので
燃焼量が決まれば空気過剰率と火炎電流検知部１８の電
流値は一定の関係となる。同様に燃焼部で問題となる逆
火域や不完全燃焼域も火炎電流検知部１８の電流値で判
断することができる。点線で示す線は空燃比制御の設定
である。Ａｍａｘは最大燃焼量で燃焼している時の空燃
比の設定点の燃焼量補正済設定火炎電流値Ａである。故
に火炎電流検知部１８の電流値ａがＡｍａｘに等ければ
本来設定した空燃比のポイントで燃焼していることにな
る。Ａｍｉｎは最小燃焼量で燃焼している時の空燃比の
設定点の燃焼量補正済設定火炎電流値Ａとなる。

【００１２】図３に本発明の空燃比制御のフローチャー
トを示す。まず火炎電流検知部１８の電流値ａを測定し
燃焼量補正済設定火炎電流値Ａと比較する。比較におい
て不感域を設けるため許容係数ηで温度の許容幅を最適
に設定する。例えば許容係数η＝５％とした場合は
（０.9５×燃焼量補正済設定火炎電流値Ａ）≦ｔ≦
（１.0５×燃焼量補正済設定火炎電流値Ａ）となり、火
炎電流検知部１８の測定電流値が燃焼量補正済設定火炎
電流値Ａの±５％以内にある場合は供給風量を現状維持
としファンの回転数は変化させず、−５％より小さい場
合は吹き飛び域に燃焼状態が接近するので供給空気量を
減量するためファンの回転数を減少させ、＋５％より大
きい場合は逆火域に燃焼状態が接近するので供給空気量
を増量するためファンの回転数を増加させて火炎電流検
知部１８の電流値ａが燃焼量補正済設定火炎電流値Ａの
±５％以内になるように制御部２５で空燃比を制御す
る。よって何らかの要因で空燃比が適正値から外れた場
合に起こる混合気通路７へ逆火やこの逆火を引き起こす
バーナの変形・破壊、しいては火災の発生や希薄火炎が
吹き飛んで不完全燃焼をおこすなどを、アクティブな空
燃比の最適化により防止でき、機器の安全と低ＮＯｘの
両立化を図ることができる。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の燃焼装置に
よれば次の効果が得られる。

【００１４】１）火炎電流検知部の電流値と空気過剰率
の一定の相関から燃焼時の空気過剰率を推定し、最適な
設定値から空気過剰率が変化した場合に火炎電流検知部
の電流値の変化によって空気過剰率の変化を検知して供
給空気量の補正をファンで行なうことにより、燃焼状態
の最適化を図り、バーナ内部への逆火や不完全燃焼を未
然に防ぎ、機器の安全を図ることができる。

【００１５】２）大部分の燃料を第二の炎口部上に形成
される火炎温度の低い希薄火炎で燃焼させることによ
り、低ＮＯｘ化を実現できる。また希薄混合気は濃火炎
に向けて噴出供給されるため、燃焼後なお多量の酸素を
含む燃焼ガスが濃火炎に強制供給されるので火炎長が小
さくなり燃焼装置の小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における燃焼装置の要部
断面図

【図２】同燃焼装置における空気過剰率と火炎電流検知
部の電流値との関係図

【図３】同燃焼装置における空燃比制御のフローチャー
ト

【図４】従来の燃焼装置の要部断面図

【符号の説明】

１ 第一の炎口部 ２ バーナ本体 ３ 第一の混合気室 ７ 混合気通路 １２ 噴射板 １５ 第二の炎口部 １６ 第二の混合気室 １８ 火炎電流検知部 ２２ ファン ２３ 空気取入れ部 ２５ 制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 洋一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】濃火炎の生じる第一炎口部とこれに連通し
   た第一混合気室を有するバーナ本体と、前記バーナ本体
   が複数本並設した前記それぞれのバーナ本体の間に設
   け、かつ濃火炎側へ希薄火炎を形成する第二炎口部を有
   する噴射板と、前記バーナ本体と前記噴射板とに囲まれ
   て形成される第二混合気室と、前記第二混合気室に設け
   た空気取入れ部と、前記第一混合気室と前記第二混合気
   室とを連通し前記バーナ本体に設けた混合気通路と、前
   記第一炎口部及び前記第二炎口部の下流側に位置する燃
   焼室を設けた火炎電流検知部と、第一および第二の混合
   気室に空気を送るファンと、前記火炎電流検知部の信号
   をうけてファンを制御し、前記火炎電流検知部が正常な
   燃焼状態時の火炎電流より多くなった場合には供給空気
   量を増量し、少なくなった場合には減量して正常な燃焼
   状態時の火炎電流に制御する制御部を備えた燃焼装置。