JPH07505701A - 二次空気を使用せずに運転されるバーナを有するガス点火型ヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 二次空気を使用せずに運転されるバーナを有するガス点火型ヒータ技術分野 本発明はヒータ、特にガス点火型ヒータに関するものである。 本発明は主としてウォーターヒータ、ルームヒータ等に使用されるべく開発され たものであって、本発明の説明についても、これらに適用したものを参照してい る６もっとも、本発明はこれらの特別な分野に限定されるものではないことを理 解して頂きたい。 本発明は、詳しくは、大気より低い圧力に維持された燃焼表面、あるいは燃焼表 面の近傍で燃焼が起こるようなガス点火型ヒーターに関するものである。バーナ は主に対流熱伝達をし、かつ窒素酸化物（ＮＯｘ）および−酸化炭素（Ｃｏ）の 発生を低減するような状態で運転される。 本発明については二つの実施例に基づいて説明していく。一つは、新規かつ改良 されたウォーターヒータに関するものであり、このものでは、シールされ、動力 を備えた機械的ファンやブロワを使用せずに大気より低い圧力に維持された燃焼 室の燃焼表面を提供することにより、改良された性能が得られている。二つめは 新規かつ改良されたスペースヒータに係り、バーナの燃焼表面は大気より低い圧 力に維持され、温度調節される周囲の空間に直接熱伝達するように配置されてい る。 現在では、すべての種類のガスバーナは、特に窒素酸化物（ＮＯＸ）を発生させ る点において室内公害の要因であると言われている。 ここで、ＮＯｘは窒素酸化物の総称として用い、特にＮｏ、Ｎ、０１ＮＯ，を意 味する。例えば、Ｎｏ、Ｎ、Ｏは、とりわけ、酸性雨、オゾン、光化学スモッグ との関連において、野外環境において懸念されている。ＮＯｌは同様にして肺機 能に与える影響から医学界において大きな懸念を持たれている。このようなこと から許容されるＮＯｘの発生水準、特にＮＯｌについては、厳格な制約がめられ るようになっている。 与えられた所定の燃料を完全燃焼させるのに必要な空気の正確な量は空気の化学 量であり、化学量比は１とされている。燃焼を完全に行うためには、燃料に対す る空気の比率は化学量比と同等か、それを超えたものでなければならない。仮に 、−次空気の流れが少なくとも化学量であれば、理論的には、完全燃焼のために は追加あるいは二次的な燃焼空気は必要とされない。一般に、二次的な燃焼空気 は、燃焼プロセスを複雑にし、平均よりも熱かったり冷たかったりする不均一な 燃焼部位を生むこととなる。このような燃焼の不均一は、局部において、特に− 酸化炭素（Ｇｏ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）等の望ましからぬ燃焼物を発生させる 。 主として対流熱伝達を利用するガス点火型スペースヒーターは、室内使耐者の快 適性を維持しつつ、使用者や室内物に損傷を与えることを避けるために、熱せら れた空気を十分に低い温度で循環させる必要がある。直接熱伝達の場合は、循環 された熱せられた空気は、より冷たい室内空気で薄められ、二次燃焼空気として ヒーターを通過する。 しかしながら、二次燃焼空気の使用は一般に燃焼プロセスを複雑にし、より高い 水準で公害物を発生させることとなる。 本発明の目的は、このような従来技術におけるーまたはそれ以上の不具合を一掃 し、あるいは少なくとも改善することにある。 発明の開示 本発明の第一の態様は、実質的に対流熱伝達を行うガス点火型バーナ装置におい て、該バーナは、燃料源から気体燃料の流入を受け、燃料の流入に対応して一次 燃焼空気を吸引かつ混ぜて、高圧のプレナム室に送るための可燃性空気燃料混合 物を作成する空気燃料供給手段を有し、該空気成分は理論的な完全燃焼に必要と される量よりも大きく、該プレナム室は多孔を有する燃焼表面を有し、燃焼室は 該燃焼表面を内蔵し、該燃焼室は二次燃焼空気の侵入を防ぐよう実質的にシール されており、かつ該バーナから受けた燃焼生成物を排出する排出口を有し、該排 出口は外気と流体連通していると共に、燃焼生成物の外気への流れに対応して該 燃焼室に大気より低い圧力を発生させるように配設され、該大気より低い圧力は プレナム室の高圧と協働して、燃焼室が大気圧の時の流出速度を超える速度で該 空気燃料混合物を燃焼表面に流出させ、所定の熱エネルギー投入およびバーナ一 定格に要求される燃焼表面の面積を、燃焼室が大気圧にある場合に該熱エネルギ ー投入およびバーナ一定格に必要とされる燃焼表面の面積より小さくしたことを 特徴としている。 バーナは６００℃から９００℃の範囲の燃焼温度を有することが好ましい。バー ナ負荷は大気より低い圧力が導入されない場合に発生する負荷に対して２０％か ら４００％上回るものであることが望ましい。 好ましくは、燃焼負荷は５００から２０００ＭＪｏｕｌｅｓ／ｍ’ｈｒの範囲で ある。 空気成分は理論的に完全燃焼に必要な量に対して１１０％から２００％の量であ ることが好ましい。好ましい実施例においては、空気燃料供給手段はダクトを有 し、実施例ではベンチュリとしてのダクトを有している。燃焼表面は実質的に水 平方向に延びており、燃焼の均一性を確保するようにしている。 本発明の第二の態様は、実質的な対流熱伝達を行うガス点火型バーナ装置の運転 方法に係り、該バーナー装置は気体燃料の流れを供給する燃料供給手段を有し、 燃料の流れに対応して一次燃焼空気を空気ダクト手段に吸引および混合して高圧 のプレナム室に送る可燃性空気燃料混合物を作成し、該空気成分は理論的な完全 燃焼に必要な量よりも多く、該空気燃料混合物を該プレナム室の多孔を有する燃 焼表面に上方へ向けて通過させかつ燃焼室に供給し、該空気燃料混合物を燃焼室 の表面あるいはその近傍で燃焼させ、二次燃焼空気の侵入を防止すべく実質的に 燃焼室をシールし、カリ燃焼生成物を燃焼室から取り出して燃焼室に大気より低 い圧力を生み出し、該空気燃料混合物を、大気より低い圧力およびプレナム室の 高圧の作用で、燃焼室が大気圧の時の所定の熱エネルギー投入およびバーナ定格 下での流出速度を超える速度で燃焼表面に流出させることを特徴とする。 燃焼温度は６００℃から９００℃の範囲に維持されることが好ましく、好ましい 燃焼負荷は大気より低い圧力がない場合に発生する負荷に対して２０％から４０ ０％上回るものである。 本発明の好ましい実施例はウォーターヒータおよびルームヒーターを含み、それ ぞれ上述したバーナー装置を用いている。 本発明の好適な実施例を、−例として添付図面を参照して説明する。 図面の簡単な説明 図１は本発明のバーナを有するウォーターヒータの概略縦断面図である。 図２は図１における２−２線に沿って断面して示すウォーターヒータおよびバー ナの概略平面図である。 図３はユニットのバーナおよび燃焼室の部分を拡大して示す一部側端面図である 。 図４は本発明にかかるスペースヒータの概略縦断面図である。 図５は図４に示すスペースヒータを、説明の都合上一部省略して示す、斜視図で ある。 好ましい！流側の詳細な説明 図１において、ヒータｌは、燃焼表面５を有しかつウォーターヒータ３の底部内 に収納されるガス点火型バーナあるいは燃焼ユニット２を有する。燃焼表面５は 一般に水平に設けられ、かつウォーターヒータの底部の中心に位置させである。 図３に示すように、燃焼ユニット２はバーナー燃焼表面５の下方に位置するプレ ナム室４と、空気ダクト７を有する空気燃料混合兼送達装置とを有する。空気ダ クトは図示ではベンチュリであるが１円筒チューブあるいは円筒パイプの形状で あってもよい。空気ダクトの横断面積は、燃焼表面５上方の大気より低い圧力に よるドライビングフォースに関係する圧力流の損失を最小限に留めるよう十分な 広さを有している。天然ガス等の気体燃料はノズル７ａがら空気ダクト７に入り 、外気を燃料と共に吸入あるいは引込みながらプレナム室４に送り込むようにな っている。このようにして、空気ダクト７は燃料の流れに対応して作用し、外気 を燃料に吸入あるいは混込させ、高圧にあるプレナム室４に可燃性空気燃料混合 物を送り込むようになっている。 ノズル７ａは好ましくは、空気ダクト７の開【コの平面より約１インチ離した位 置に設けられる。空気ダクトの人口をヒータシェルの外面に開口させるとより良 い結果が得られた。さらに、空気ダクトは過剰の一次空気をプレナム室４におい て燃料と混ぜることを可能にしている。−次燃焼空気の大部分は、燃焼表面５の 上方で維持される大気よｌｆ低い圧力がもたらすドライビングフォースによって 得られる。 燃焼室８は、燃焼表面５における多孔を介してプレナム室４と流体連通しており 、一方、プレナム室４は空気ダクト７と流体連通している。空気ダクト７は、プ レナム室４内で完全に混合される空気と燃料の少なくとも一部を混合させる。バ ーナ燃焼表面５は好適にはワイヤで構成され、望ましくは、インコネル６０１ワ イヤからなる。また、燃焼表面５は池の耐熱多孔性部材、例えばセラミックスで もよい。 バーナ燃焼表面５は実質的にシールされた燃焼室８内に設けられる。 燃焼室８はバーナ要素２を含むか、あるいはバーナ要素２は燃焼室の底面１２に 装着してあり、バーナ燃焼表面５は燃焼室８の内壁の一部を構成するようになっ ている。燃焼室８はバーナ運転に好ましくない影響を与え得る量の二次空気が燃 焼室に入らないように十分にシールされている。煙道を有する煙突９は外気への 開口を構成している。従って、燃焼室に関する、′シール”あるいは”閉鎖”と いう表現は、燃焼室に相当量の二次空気が侵入することを防止する場合に関連し て用いるものとする。 図３に好適に示されているように、煙突９は燃焼室８のドーム型上部壁１１の面 より上方に向かってウォータータンク１０の中心を通って延設されている。煙突 は自然通気を増加させ、さらに、燃焼室８における大気より低い圧力を減少させ るようにウォーターヒータの上方にまで延出している。ドーム型上部壁は燃焼生 成物を煙突９に導く作用を有する。さらに、ドーム型上部壁＋１はウォータータ ンクの一部を形成しているので、熱交換としての機能も有する。 煙突９の煙道には図示しないバッフル手段が設けられ、燃焼ガスから水への熱伝 達の効率を向上させている。バッフル手段は煙道において摩擦により流れ損失が 行われるように設計される。 燃焼室の下方部位が外気に連通しており、バーナが加熱サイクルの間で消えるよ うな典型的なウォーターヒータにおいては、空気がウォーターヒータ３の湯水に より温められて浮上することにより、冷たい空気が燃焼室および煙道に侵入する 。この冷たい空気は湯水を冷却し、受動損失や効率の低減をもたらす。 燃焼室をシールすれば、上述したような熱せられていない空気の侵入を実質的に 防止することができる。もっとも、接置の空気は空気ダクト７を介して侵入する こととなる。シールされた燃焼室を用いることにより、暫時、すなわちバーナ休 止期間における冷却した空気の流れを規制し、さらに受動熱損失を減少させるこ とができる。 燃焼室８の下部壁１２の上には絶縁体１２ａが設けてあり、絶縁体１２ａはバー ナ運転時のノイズを減少させ、また、壁１２からの熱の損失を防止する、という 二つの機能を有する。 空気ダクト７は、少なくとも化学量の１１０％と同等の空気成分を有する空気と 燃料を少なくとも一部混合し、それらを送るようになっている。本発明の実施例 において、空気ダクトで燃料に混合される空気の好ましい量は化学量に対し、約 ２０％から１００％超えるものであり、それにより燃焼温度を下げ、ＮＯｘの発 生を望ましい水準に低減するようになっている。 本発明において、過剰の空気は燃焼温度を６００℃から９００℃の範囲に維持す ることを助けるために使用され、燃料の完全燃焼を確実にし、燃焼による望まし くない発生物の水準を低く押さえるようになっている。過剰空気は空気ダクトを 介して燃焼要素に侵入した燃料と混合されているので、−次空気である。−次空 気として燃料に混合される過剰空気は、望ましくない燃焼物の発生を、二次空気 が導入された場合に比べ低く押さえることができる。 過剰空気の下方の範囲（例えば１０％）では、炭素をＣ０１に完全燃焼させるこ とにより、ＣＯの量が減少される。過剰空気の上方の範囲（例えば１００％）で は、ｃｏの発生が増加し始めるような地点まで燃焼温度が下げられる。過剰空気 は燃焼温度を低く維持することにより、ＮＯｘの発生を制限している。これに対 して、二次空気は不均一な燃焼プロセスを生み、燃焼表面に熱い部分および冷た い部分を形成し、望ましくない燃焼物の発生を増加させる。一般に、熱い部分は 過剰のＮＯｘを発生させ、冷たい部分は過剰のｃｏを発生させる。 シールされた燃焼室における大気より低い圧力は、燃焼生成物が煙道を介して大 気に排出される自然通気により得られる。燃焼表面の上部付近の燃焼室の圧力は 数学的に次のようにめられる。 Ｐｃｈ＝Ｐａｔｍ　−［（Ｄａｔｍ−Ｄｆｌ）　ｘＨｆｌｘｇコ＋摩擦損失ここ で、Ｐｃｈは、燃焼室内の圧力 Ｐ　ａｔ＋＋＋は、大気圧 ＤａＬｍは、周囲の大気の密度 Ｄｆ＋は、煙道内のガスの平均密度 ｇは、重力定数 Ｈｆｌは、煙突の高さ である。摩擦損失は、熱い燃焼生成物が煙道を荒れながら流れることにより、あ るいは煙道壁とバッフルが摩擦しながら相互に作用することにより発生する。煙 突の高さは燃焼室の上部面より外気への排出口までの垂直方向の高さを意味する 。 上述した第一の実施例は住居用ウォーターヒータとして設計される。 典型的なウォーターヒータは煙道にバッフルを有し、温度の損失を減らして、所 定の指示された水準の効率を上げるようになっている。バッフルによる摩擦損失 は明らかに自然通気効果を低減させる。従って、本発明をウォーターヒータやそ の他に適用する場合には、バッフルの設計とバーナーの設計が技術的なトレード オフの関係にあることを考慮しなければならない。 燃焼室と煙道は、加熱される媒体に効率よく熱伝導するようにしつつも、熱い燃 焼生成物が自然浮上して煙道から排出していくことにより得られる可能な限り低 い圧力に燃焼室における圧力を低減させるように寸法を決定されることが好まし い。 上述した自然通気は、本発明の構成を採用しない場合に比べ、より多くの空気を バーナ表面に吸引供給するようになっている。増加された空気流は過剰空気の比 率を高め、燃焼温度およびＮＯｘの発生を低減させる。大気圧により運転され、 このような自然通気の恩恵がないバーナでは、本発明により得られるような効果 は得られない。このような結果はバーナ燃焼表面を挟んでの圧力の下降を増加さ せることにより得られる。 自然通気で空気流を増加させなくても、空気流は望ましい化学比率で得られ、燃 焼表面の面積は減少できる。しかし、より少ない孔または開口を有するより小さ い燃焼表面は、より多くの開口を有するより大きい燃焼表面に比べ、空気燃料混 合体の流れを規制する。より小さい要素では、空気燃料混合物の量が同じであっ てもより大きい流れ抵抗が生ずる。この点、本願発明では、自然通気がより大き い流れ抵抗に打ち勝つことにより、同量の空気と燃料をより小さい範囲に通すこ とができる。バーナ２は、ある一定の熱投入において燃焼負荷が１６４４ＭＪ／ ｈｒｍ’になることが証明されている。実質的に同量のＮＯｘを発生せる、燃焼 室をシールしない同格のバーナにおいては、燃焼負荷は５００　Ｍ　Ｊ　／　ｈ 　ｒ　ｍ″である。このように、自然通気効果により、燃焼表面域の係数を３倍 以上にもすることができ、バーナの製造コストを大きく低下させることができる 。 本発明の第２実施例は通気口のない室内に適するルームヒータあるいはスペース ヒータに関するものである。図４に示すように、ルームヒータ２０はハウジング ２１を有する。ハウジング２１の前後方向中間部位かつ上下方向中間部位よりや や下方に位置して、燃焼ユニットあるいはバーナ要素２３が設けである。要素２ ３は長尺状の円筒形を有し、ハウジング２１内に水平に延設しである。要素２３ の一端は閉じてあり、他端は空気ダクト２４として要素２３に可燃性空気燃料混 合物を供給するようになっている。気体燃料はガス供給ノズル２４ａを介して空 気ダクト２４に導入されるようになっている。 空気ダクト２４は、外側に拡開する円筒状のダクトの一端面をバーナ要素の一端 に一致させて、バーナ要素２３の中心に取り付けである。 ノズル２４ａは好ましくは、空気ダクトの上記拡開する開口の平面より約１イン チ離した位置に設けられる。 バーナ要素２３の燃焼表面２５の上部には多孔が設けてあり、空気燃料混合物を 空気ダクト２４から燃焼表面へ通過させて燃焼させるようになっている。バーナ ー燃焼表面５は好適にはワイヤからなり、望ましくは、インコネル６０１ワイヤ からなる。また、表面５は他の耐熱多孔性部材、例えばセラミックスでもよい。 円筒形の燃焼ユニット２３の内側の容量はプレナム室２７を決定する。プレナム 室２７は燃焼表面２５の多孔を介してい燃焼室２６と流体連通している。同様に 、プレナム室２７は空気ダクト２４を介して外気およびガス供給ノズル２４ａと 流体連通している。 バーナ表面２５の上方の空間は送気経路３０の壁３３で囲まれている。より詳し くは、前面壁３４と図示しない軸端壁が協働して実質的に燃焼室２６を決定して いる。後壁３３の端縁と前面壁３４の端縁が細長い燃焼室排出口３１を形成して おり、該排出口を介して燃焼生成物が排出される。 ヒータ２０の一側端には吸気口２８が設けてあり、吸気口を介して外気を引き込 むようになっている。ハウジング２１には吸気口２８に近接して電動ブロワ２２ が設けである。ブロワ２２は外気をハウジング２１に取り込み、該空気を経路あ るいは通路３０を通じて、細長いノズルあるいはオリフィス３２から排気口２９ に押し出すようになっている。ブロワ２２によって導入される外気はヒータ２０ における燃料の燃焼には一切関係しない。該空気は、燃焼室２６から出てくる燃 焼ガス流れを吸引、誘導することにより、燃焼要素２３が生成する熱を乗せ、希 釈し、そして分配するためのものである。ブロワ２２は燃焼要素２３において燃 料を燃焼させるために用いる空気量の約４０倍の量の空気を供給するようにする ことが好ましいが、この量はヒータ利用者の個々の要求によって広く異なる。外 気がブロワ２２から経路あるいは通路３０を通過すると、該外気は排気ノズルあ るいはオレフイス３２を介して強制的に排出され、加速された下向きの空気ジェ ットを生み出す。燃焼室２６の排気口３１を通り過ぎるこの高速の空気ジェット は、吸気により燃焼生成物を乗せ、そして燃焼室２６内に大気より低い圧力を生 み出す。 本発明によるこの大量の空気の補給は多くの利点を生み出す。第一に、ブロワ２ ２からの空気流によって、燃焼室２６にある極めて高温のガスは希釈され、約９ ０℃に冷却される。このような希釈は、熱を空間により均一に分配することを可 能にする。また、希釈により、温度を危険な高温水準から低くすることができ、 近接物が発火しないようにする。 第二に、燃焼室２６から引き出された排出ガスの流れは燃焼室２６内の圧力を減 少させ、空気ダクト２４から要素２３に導入される一次空気流の量を増加させる 。空気流の増加により、本実施例におけるスペースヒータにおいて、より小さい 燃焼表面かつバーナーで、６００℃から９００℃の範囲において均一した燃焼温 度を維持することができる。このような温度制御は、第一実施例で説明したよう に望ましくない物質の発生の低減を可能にする。 第三に、ブロワ２２により経路３０ど壁３３およびハウジング２１の間に送りこ まれる外気は、ヒーター運転時においてハウジングが過度に熱せられることを防 止すると共に、外気をプレヒートすることとなる。ハウジングの温度を低減させ ることにより、ハウジングの材質をより安いコストで安全に提供することができ 、美観的にも満足できるものとなる。 重要なことは、ブロワ２２によって経路３ｏに循環される外気は燃料の燃焼には 一切関係ないということである。さらに、ブロワ２２は燃焼により生じるガスに は一切接触しないということである。よって、本願発明のこの実施例においては 、ブロワ２２は燃焼用の空気供給や燃焼生成物には一切必要とされないというこ とである。ブロワ２２の単一の目的は、燃焼室で生ずるガスを乗せ、熱せられた 空気および燃焼生成物を空間に押し出すのに十分な所定の速度を有する大量の空 気を供給することである。外気は上記ガスと混合され、燃焼生成物の温度を安全 かつ適当な水準に希釈する。 本実施例における大気より低い気圧は、従来の同格の低ＮＯｘルームヒータの５ ４．０ＭＪ　ｏ　ｕ　ｌ　ｅ　ｓ／ｍ’という燃焼負荷に比べ、６４４　Ｍ　Ｊ 　ｏ　ｕ　ｌ　ｅ　ｓ　／　ｍ″という燃焼負荷の増加をもたらす。この燃焼負 荷における約２０％の増加は、所定の熱投人格において燃焼表面域を２０％減少 させることに相当する。 本実施例におけるバーナは主として対流熱伝達を提供する。このバーナをオーバ ーヘッドヒーターに搭載した場合には、燃焼により発生ずる熱全体の１９％から ２５％の範囲の輻射熱を発生させる。 図ポされた双方の実施例において、自然通気あるいは吸引通気は、燃焼室におけ る圧力を大気より低い圧力に維持し、所与の熱エネルギー投入およびバーナ格に 対して、燃焼表面およびバーナの大きさを小さくする。また、このような自然通 気を利用するバーナでは、バーナ運転の状態を好ましく組み合わせることにより 、−酸化炭素および窒素酸化物の発生を実質的に低減することができる。 自然通気あるいは吸引通気効果を有するバーナにおいては、空気燃料混合装置、 好ましくは、空気ダクトあるいはヴエンチュリ、の大きさを小さくすることがで きる。例えば、自然通気および吸引通気の利益を受けない、同等の燃焼要素の定 格および燃焼負荷を有する標準的なウォーターヒータの場合は、円滑かつ一様な 燃焼を維持するよう燃料と空気を十分に混合するためには約１０インチの長さの ヴエンチュリを必要とする。本発明では、空気ダクトは好ましくは４．５インチ であり、同等のバーナー格を有する非ドラフトバーナーに比べて５０％以上も長 さが短いものとなっている。このような長さの短縮は、ドラフトが燃焼表面への 空気および燃料の流れを増加させ、円滑かつ一様な燃焼を確保することで可能と なる。 最後に、これらのヒータおよび他の類似の装置における熱効率の潜在的な増加に より、運転コストをさらに削減する機会もある。 以下の実験例は説明のためのものであって、いかなる場合も、本発明の範囲を制 限するものでない。 叉鼠烈 次の実験例は、本発明の第一実施例、すなわち、ウォーターヒータに関して得ら れたものである。実験例において、燃焼表面はインコネル６０１ワイヤ金網で形 成され、６．６インチの直径および０．０１４インチの厚さを有する。空気燃料 混合物は、化学量に対して約２０％の過剰空気を含んでいる。燃焼要素は４０ガ ロンの住宅用ウォーターヒータに備え付けである。ウォーターヒータについては 以下のような三つの態様変更を行っている。（１）底部のパン、内側のスカート 、内側のドアで囲まれた燃焼地域は二次空気を減少させるためシールした。　（ ２）共鳴音および熱損失を防止するべく床には絶縁マットを設けて遮断した。　 （３）煙道内のバッフルは過剰空気流を低減させないで熱伝達の効率を提供する ようなバッフルに置き換えである。表において、テスト１．２は二つの水準の天 然ガスを投入して得られた結果を表している。テスト３はテスト２を繰り返した ものであって、結果の一貫性を示している。 テスト　ＢＴＵ／ｈｒ　Ｉ）Ｉ）ＩＩ　ｐｌ）ｍ　ｐｐＩＩ　１）ｐｊｌ　％Ｒ ｅＣ。 Ｉｎｐｕｔ　Ｃｏ　ＮＯｘ　ＮＯＮｏ、　Ｅｆｆ。 １　３４．７７０　４５　９．０　’ｔ、■！、８５　６８２　３１．５００　 ５４　９．０　６．．６４　２．３６　７３３　３１．５００　５４　９．０　 ６，６４　２．３６　７３好適な実施例に基づいて本発明を説明して来たが、本 発明の記載および請求の範囲に記載した発明の範囲内においてその他種々の変更 等ができることは言うまでもない。 図３ 図４ 補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成６年６月ｌ穆

Claims (33)

【特許請求の範囲】
1. １．実質的に対流熱伝達を行うガス点火型バーナ装置において、該バーナは、燃 料源から気体燃料の流入を受け、燃料の流入に対応して一次燃焼空気を吸引かつ 混ぜて、高圧のプレナム室に送るための可燃性空気燃料混合物を作成する空気燃 料供給手段を有し、該空気成分は理論的な完全燃焼に必要とされる量よりも大き く、該プレナム室は多孔を有する燃焼表面を有し、燃焼室は該燃焼表面を内蔵し 、該燃焼室は二次燃焼空気の侵入を防ぐよう実質的にシールされており、かつ該 バーナから受けた燃焼生成物を排出する排出口を有し、該排出口は外気と流体連 通していると共に燃焼生成物の外気への流れに対応して該燃焼室に大気より低い 圧力を発生させるように配設され、該大気より低い圧力はプレナム室の高圧と協 働して、燃焼室が大気圧の時の流出速度を超える速度で該空気燃料混合物を燃焼 表面に流出させ、所定の熱エネルギー投入およびバーナー定格に要求される燃焼 表面の面積を、燃焼室が大気圧にある場合に該熱エネルギー投入およびバーナー 定格に必要とされる燃焼表面の面積より小さくしたことを特徴とするガス点火型 バーナ装置。
2. ２．バーナの燃焼温度は６００℃から９００℃の範囲であることを特徴とする請 求の範囲１記載のバーナ装置。
3. ３．バーナ負荷は、大気より低い圧力が導入されない場合に発生する負荷に対し て２０％から４００％超えたものであることを特徴とする請求の範囲１、２記載 のバーナ装置。
4. ４．バーナは、５００から２０００ＭＪｏｕｌｅｓ／ｍ■ｈｒの範囲の燃焼負荷 を有することを特徴とする前記いずれかの請求の範囲に記載したバーナ装置。
5. ５．空気成分は理論的に完全燃焼に必要な量に対して１１０％から２００％であ ることを特徴とする前記いずれかの請求の範囲に記載したバーナ装置。
6. ６．空気燃料供給手段は、燃料の流れを受入れかつ外気より一次燃焼空気成分を 吸引する吸入端と、空気燃料混合物をプレナム室に排出する排出端とを有するダ クトを備えていることを特徴とする前記いずれかの請求の範囲に記載したバーナ 装置。
7. ７．ダクトはベンチュリであることを特徴とする請求の範囲６記載のバーナ装置 。
8. ８．燃焼表面は燃焼の均一性を確保するように実質的に水平方向に延びているこ とを特徴とする前記いずれかの請求の範囲に記載したバーナ装置。
9. ９．燃焼室の排気口は、大気への通気道に連通しており、自然浮上によってのみ 燃焼生成物を大気に排出するようにしたことを特徴とする前記いずれかの請求の 範囲に記載したバーナ装置。
10. １０．水室となるタンクを有すると共に、該水室の下方には請求の範囲１から９ に記載したいずれかのバーナ装置を設けたことを特徴とするウォーターヒータ。
11. １１．前記水室の下端面かつバーナ燃焼室の上端面を形成する上方に突出したド ーム型壁を有することを特徴とする請求の範囲１０記載のウォーターヒータ。
12. １２．燃焼生成物は実質的に妨げのないかたちで前記突出壁から排気口を介し、 該通気道を通って上方に向かって流れ、電動による機械的流れ発生装置を必要と することなく、大気より低い圧力を燃焼室に生み出すことを特徴とする請求の範 囲１１に記載のウォーターヒータ。
13. １３．燃焼室の排気口はルームヒータの排気口に連通しており、燃焼生成物を循 環する空気と一緒に、排気流に間接的に、あるいは温度調節される空間に直接に 流すようにしたことを特徴とする請求の範囲１から請求の範囲９に記載のバーナ 装置。
14. １４．循環空気流は前記燃焼室の排気口を通過し、燃焼室からの燃焼生成物を循 環空気流に引込むようにしたことを特徴とする請求の範囲１３記載のバーナ装置 。
15. １５．請求の範囲１４に記載したバーナ装置を収納するハウジングを有するルー ムヒータであって、該ヒータは、壁によって前記燃焼室と分離されたバイパス空 気通路と、外気吸入口からバイパス空気通路を介して、バイパス排出ノズルに循 環空気の実質的なバイパス流を生み出す電動ブロワを有し、該バイパス排出ノズ ルは燃焼室排気口を通過する循環空気流のジェットを生み出し、該循環空気のジ ェットは、燃焼室から燃焼生成物を十分に吸引し、燃焼室内に大気より低い圧力 を生み出すことを特徴とするルームヒータ。
16. １６．該バイパス壁は燃焼室とバイパス空気通路との間の熱交換面として機能し 、バイパス空気が排出ノルズに届く前に、該空気を事前に熱するようにしたこと を特徴とする請求の範囲１５記載のルームヒータ。
17. １７．垂直に延出する略円筒形の水室を形成するタンクと、該水室の下端および 燃焼室の上方面を形成するドーム型の上方に突出した壁と、該水室の開口の中心 に垂直に延設され、その下端は該突出壁の中心部を通って燃焼室に延び、上端は 水室の上方の外界に延びる煙道を有する煙突と、該燃焼室内に位置する多孔を有 する燃焼表面と、該燃焼表面の下方に位置するプレナム室と、該プレナム室に通 ずる空気ダクトと、該空気ダクトに連結し、化学量混合より多い十分な量の一次 空気をプレナム室に引き入れる気体燃料供給部とを有し、該燃焼室は、空気ダク トと該煙突の下端を除いて実質的にシールされ、燃焼室に二次空気が侵入しない ようにしてあり、気体燃料と一次空気の燃焼により生ずる燃焼ガスは実質的に妨 げのないかたちで突出面に沿って煙道へ流れ、そして煙道内を上昇し、電動によ る機械的な流れ発生装置を用いることなく燃焼室に大気より低い圧力を生み出し 、該大気より低い圧力は、燃焼室が大気圧に開放されている時の流出速度を超え る速度で該空気燃料混合物を燃焼表面に流出させ、所定の熱エネルギー投入およ びバーナー定格に要求される燃焼表面の面積を、燃焼室が大気圧にある場合に該 熱エネルギー投入およびバーナー定格に必要とされる燃焼表面の面積より小さく したことを特徴とするウォーターヒータ。
18. １８．ドーム型の上方に突出する壁は燃焼ガスを煙突に集中させるように機能す ると共に、該突出壁は燃焼ガスと水室との間における対流熱伝達を行うことを特 徴とする請求の範囲１７に記載のウォーターヒータ。
19. １９．燃焼室は下部壁を有し、下部壁に沿って絶縁体の層を設け、燃焼時におけ るノイズを低減し、下部壁からの熱損失を低減するようにしたことを特徴とする 請求の範囲１７または１８に記載のウォータヒータ。
20. ２０．空気ダクトは、燃料を完全燃焼させるのに必要な空気量の少なくとも１２ ０％の空気をプレナム室に送り込むようにしたことを特徴とする請求の範囲１７ から１９に記載したウォーターヒータ。
21. ２１．燃焼は６００℃から９００℃の間で起こることを特徴とする請求の範囲１ ７から２０に記載のウォーターヒータ。
22. ２２．空気ダクトはヴェンチュリであることを特徴とする請求の範囲１７から２ ０に記載のウォーターヒータ。
23. ２３．燃焼表面と、燃焼表面の上方の燃焼室と、燃焼表面の下方の燃料空気プレ ナムと、気体燃料源と、燃料を該プレナムに送り込むと共に燃料の流れに対応し て、燃料を完全燃焼させる量を超える量を含む空気燃料混合物を該プレナムに生 み出す空気ダクト手段を有するバーナを設けたルームヒータであって、該ルーム ヒータは、壁によって燃焼室と分離されたバイパス空気通路と、外気吸入口から バイパス空気通路を介し、バイパス排出ノズルからヒータの排気口に向かって空 気ジェットを提供する実質的なバイパス空気流を生み出す電動ブロワを有し、該 壁は燃焼室とバイパス空気通路との間の熱交換面として機能すると共にバイパス 空気が該排出ノルズに届く前に該空気を事前に熱するようにし、該燃焼室はバイ パス空気のジェットに向かう排気を行い、該バイパス空気のジェットは、燃焼室 から燃焼生成物を十分に吸引し、燃焼室内に大気より低い圧力を生み出すと共に 、燃焼ガスと十分なバイパス空気を混合することによりヒータ排気口から安全な 温度の混合ガスを排出するようにし、燃焼室における大気より低い圧力は、燃焼 表面を挟んでの圧力降下を増長し、燃焼室が大気圧あるいは大気より高い圧力の 場合に比べ、より多くの空気燃料混合物をバーナに供給するようにしたことを特 徴とするルームヒータ。
24. ２４．ヒータ排出口はバーナよりも低い位置に設けられ、バイパス空気のジェッ トが燃焼室排気口を通り下方に向かっていることを特徴とする請求の範囲２３記 載のルームヒータ。
25. ２５．該壁は燃焼室の周りに沿って、燃焼室の排気口まで延出していることを特 徴とする請求の範囲２４記載のルームヒータ。
26. ２６．燃焼室は二次空気の侵入を防止するため実質的にシールされていることを 特徴とする請求の範囲２４ないし２５記載のルームヒータ。
27. ２７．実質的な対流熱伝達を行うガス点火型バーナ装置の運転方法において、該 バーナー装置は気体燃料の流れを供給する燃料供給手段を有し、燃料の流れに対 応して一次燃焼空気を空気ダクト手段に吸引および混合して高圧のプレナム室に 送る可燃性空気燃料混合物を作成し、該空気成分は理論的な完全燃焼に必要な量 よりも多く、該空気燃料混合物を該プレナム室の多孔を有する燃焼表面に上方へ 向けて通過させかつ燃焼室に供給し、該空気燃料混合物を燃焼室の表面あるいは その近傍で燃焼させ、二次燃焼空気の侵入を防止すべく実質的に燃焼室をシール すると共に燃焼生成物を燃焼室から運び出して燃焼室に大気より低い圧力を生み 出し、該空気燃料混合物を、大気より低い圧力およびプレナム室の高圧の作用で 、燃焼室が大気圧の時の所定の熱エネルギー投入およびバーナ定格下での速度を 超える速度で燃焼表面に流出させることを特徴とするガス点火型バーナ装置の運 転方法。
28. ２８．燃焼温度を６００℃から９００℃の範囲でバーナを運転することを特徴と する請求の範囲２７記載のバーナの運転方法。
29. ２９．バーナ負荷が、大気より低い圧力が導入されない場合に発生する負荷に対 して２０％から４００％超えた状態でバーナを運転することを特徴とする請求の 範囲２７まはた２８記載のバーナの運転方法。
30. ３０．５００から２０００ＭＪｏｕｌｅｓ／ｍ■ｈｒの範囲の燃焼負荷でバーナ を運転することを特徴とする請求の範囲２９に記載したバーナの運転方法。
31. ３１．空気成分は理論的に完全燃焼に必要な量に対して１１０％から２００％で あることを特徴とする請求の範囲２７から３０に記載のバーナの運転方法。
32. ３２．自然浮上にのみよって大気につながる通気道より燃焼室から燃焼生成物を 運び出す工程を含むことを特徴とする請求の範囲２７から３１に記載のバーナの 運転方法。
33. ３３．燃焼生成物を循環空気流の中に吸引し、乗せることによって燃焼室から燃 焼生成物を運び出す工程を含むことを特徴とする請求の範囲２７から３１に記載 のバーナの運転方法。