JPH09112842A - バーナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はバーナ装置の構造に関するもので逆
火を抑制して燃焼範囲の拡大を図るとともに、いかなる
ガス種にも対応できるバーナ装置を提供することを目的
とする。 【解決手段】 バーナ装置は、炎口体に接するように炎
口制御板が設けられ、炎口制御板が駆動部により駆動さ
れ、炎口が燃焼量に対応した最適な炎口径に可変され、
火炎のリフトや逆火が防止でき、安定燃焼範囲が拡大
し、振動燃焼領域や燃焼騒音の低減を図ることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガスや石油の給湯機
や給湯暖房機等に使用されるバーナ装置に関し、特に、
高負荷希薄燃焼時における火炎のリフト現象の発生や逆
火の防止を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種のバーナ装置は、特公平５−
８５８０５号公報や特開平７−１１９９３５号公報に示
すようなものが一般的であった。以下、その構成につい
て図８に示す予混合燃焼方式のバーナ装置で説明する。
１はセラミックス製の多孔質平板の炎口体で、炎口体１
には多数の炎口２が、保炎性能を向上させるため複数の
炎口径や炎口パターン等、ある決まった条件に基づいて
設けられている。これら多数の炎口２からは炎口体１の
上流側の混合室３で混合された予混合ガスが噴出し、炎
口体１の下流側の表面で火炎４が形成されるようになっ
ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
バーナ装置では、最大燃焼量から最小燃焼量までの各燃
焼量に対応して火炎が安定するように複数の炎口径や炎
口パターンが設定されているが、複数の炎口径の内最も
大きい炎口径は燃料量や、空気量のバラツキ、経時変化
からくる設定混合比のバラツキを考慮して、逆火を抑制
する大径に設定されており、また最大燃焼量時に最も小
さい径の炎口からの予混合ガスの噴出速度と燃焼速度が
釣り合うように空気量が設定されているため安定燃焼範
囲の拡大には限界があった。また、逆火を抑制するため
に炎口体にセラミックス等の熱伝導率が小さい材料を使
用しているが、ガス種毎に燃焼速度が異なるためガス種
に応じて炎口径や炎口パターン等を変更する必要があっ
た。

【０００４】本発明は、このような従来の課題を解決す
るもので、炎口径を炎口制御板で燃焼量に対応して連続
的に制御し、広範囲にわたり火炎の保炎性能を向上させ
ることにより逆火を抑制して燃焼範囲の拡大を図るとと
もにいかなるガス種にも対応できるバーナ装置を提供す
ることを第１の目的とする。

【０００５】また第２の目的は逆火防止を図るものであ
る。さらに第３の目的は逆火防止並びに逆火時にバーナ
装置を損傷することなく、安全に行うものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は第１の目的を達
成するために、複数の炎口を配した炎口体と、炎口体上
流側に燃料と空気とを混合する混合室と、混合室内に炎
口に一致する複数の開口部を有し炎口体に接するように
設けた炎口制御板と、炎口制御板を駆動する駆動部と、
駆動部を制御する制御器とから構成されたものである。
また駆動部は形状記憶材料から構成されたものである。
さらに燃焼検知センサーを有したものである。

【０００７】また、本発明の第２の目的を達成するため
に、厚さ方向に熱伝導率を異ならせる多孔質材料に複数
の炎口を配した炎口体と、炎口体上流側に燃料と空気と
を混合する混合室と、混合室内に炎口より小径の小炎口
が配された第二炎口体とから構成されたものである。

【０００８】また、本発明の第３の目的を達成するため
に、炎口体と第二炎口体の間に逆火センサ−を設けたも
のである。さらに火炎側と混合室側に温度センサーを設
けた炎口体から構成されたものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は上記した構成によって、
最大燃焼量時は炎口体と炎口制御板の位置関係が、炎口
と開口部の中心が一致した状態となり、燃焼量が絞られ
るに従って炎口と開口部の重なりが大きくなる方向、す
なわち見かけの炎口径が小さくなる方向へ駆動部により
炎口制御板が動かされ、最小燃焼量時には逆火しない程
度の炎口径相当まで絞られる。また、同様に駆動部を温
度が低くなるにつれて膨張収縮する形状記憶材料で形成
し、混合室雰囲気に配置させることにより、燃焼量に対
応して変化する混合室の温度で形状記憶材料が可動し、
上記同様最適の炎口径が設定される。また、燃焼状態を
検知する燃焼検知センサーを配することによって、燃料
量と空気量との比率を判定して最適な混合比になるよう
に燃料量や空気量を調節するとともに炎口制御板を予混
合ガスの噴出速度と燃焼速度が釣り合うような最適位置
へ動かすことができ、炎口体が厚さ方向に熱伝導率を異
ならせる多孔質材料で構成されているため、炎口体の上
流側と下流側の温度差が大きいので、炎口体からの逆火
が防止でき、より信頼性の高い安定した炎口径制御が行
われる。

【００１０】また、炎口体に最大燃焼負荷を考慮した炎
口を配し、炎口体上流側には消炎直径からなる小炎口を
有する第二炎口体を構成しているため、炎口体からの逆
火が生じても、第二炎口体で火災が保持され、第二炎口
体の上流側に逆火することはない。

【００１１】また、炎口体と第二炎口体との間に逆火セ
ンサーを設けることにより、炎口体からの逆火が生じて
も第二炎口体に火炎が形成された状態で燃焼が停止され
る。また、炎口体が厚さ方向に熱伝導率を異ならせる多
孔質材料から構成されているため、炎口体の火災側と混
合室との温度差は大きいので、炎口体からの逆火が生じ
第二炎口体に火災が形成された場合、炎口体の混合室側
の温度が上昇し温度差が急変することにより、炎口体か
らの逆火検知の安定化を図ることができる。

【００１２】以下、本発明の第１の実施例を図１及び図
２を参照にしながら説明する。なお、本実施例は予混合
燃焼方式のバーナ装置に応用した場合を示す。

【００１３】図１〜図２において、炎口体５には複数の
炎口６が配設され、その炎口６は最大燃焼量時の火炎７
が一つの炎口６に安定して形成されるよう予混合ガスの
噴出速度と燃焼速度の釣合から決まる大きさの穴径で開
口されている。炎口体５上流側は混合室８で、燃料量調
節手段９で調整された燃料ガスと燃焼ファン１０で供給
される燃焼空気が混合され、整流板１１等を介して均一
な混合気を炎口体５へ供給している。また混合室８には
炎口体５に接するように複数の開口部１２を有する炎口
制御板１３が設けられ、混合室８外に設置されたステッ
ピングモータ等からなる駆動部１４により炎口体５と平
行な水平方向に駆動制御される。１５は燃料量調節手段
９と燃焼ファン１０とを設定混合比に制御する制御器
で、駆動部１４に対しても燃料量調節手段９の出力に応
じて移動量を決定する信号を出力する。

【００１４】上記構成において、炎口制御板１３は燃料
量調節手段９の燃焼量に応じた出力を受けた制御器１５
からの信号で炎口体５と平行に移動するが、最大燃焼量
時や燃焼停止状態では常に開口部１２が炎口６位置に一
致するように制御され、図２に示すように最小燃焼量ま
で連続的に炎口６面積が開口部１２により絞られる方へ
制御される。

【００１５】本発明の第１の実施例によれば、炎口径は
最大燃焼量時の火炎７が１つの炎口６に安定して形成さ
れるように設定されており、それ以下の燃焼量において
は複数の炎口６に形成される火炎７は、各々の燃焼量で
の予混合ガスの噴出速度と燃焼速度が釣り合うような炎
口径に制御できるため、安定しリフト現象やそれに伴う
振動燃焼等の不安定燃焼が防止でき、逆火を抑制して燃
焼範囲を拡大することができる。また、ガス種が異なっ
た場合、ガス種に対応して最大燃焼量時の火災７が安定
して形成されるように炎口６面積を開口部１２により制
御し、それ以下の燃焼量においては各燃焼量で安定した
火炎７が形成されるように炎口径を制御することによ
り、いかなるガス種にも対応できる。

【００１６】また本発明の第２の実施例は図３に示すよ
うに、第１の実施例と相違する点は、炎口制御板１３の
両端をバネ等で構成する受け部１６と駆動部１７で支持
し、駆動部１７を形状記憶材料で構成したことにある。
図３において駆動部１７は低温側に対して収縮する形状
記憶材料を用いている。

【００１７】本発明の第２の実施例によれば形状記憶材
料で形成された駆動部１７は、混合室８の雰囲気温度が
燃焼量によって変わることを利用したもので、実施例１
の効果に加えて、別部品の取付や駆動のための制御の必
要がなく、より簡略化できる。

【００１８】また、本発明の第３の実施例を図４を用い
て説明する。第３の実施例において第１の実施例と相違
する点は、燃焼状態を検知する燃焼検知センサー１８を
設けたことにある。

【００１９】本発明の第３の実施例によれば、例えば燃
焼検知センサー１８は火炎７の温度を検知して燃焼状態
を判定するもので、ある燃焼量での火炎７の温度を、制
御器１５へ入力し、燃料量と空気量との比率を判定して
設定混合比になるように燃料量や空気量を調節するとと
もに、予混合ガスの噴出速度と燃焼速度が釣り合うよう
に制御器１５から駆動部１４へ信号が出力され炎口制御
板１３が制御される。従って、燃焼量や空気量のバラツ
キ、経時変化からくる設定混合比のバラツキに対して
も、炎口径の制御が可能となり実施例１の効果に加えて
安全性の向上を図ることができる。

【００２０】また、ＣＯ濃度やＯ₂濃度等から燃焼状態
を検知する燃焼検知センサー１８を設けても同様の効果
が得られる。

【００２１】次に、本発明の第４の実施例を図５を用い
て説明する。炎口体５は厚さ方向に熱伝導率を異ならせ
る多孔質材料１９に複数の炎口６を配したもので、多孔
質材料１９とは例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙか
らなる耐熱性繊維体を圧着し、積層したものや多孔質セ
ラミックス等で、炎口体５の上流側の混合室８には炎口
体５の炎口６より小径のφ０．７ｍｍ程度の複数の小炎
口２０を配した第二炎口体２１が設けられている。本発
明の第４の実施例によれば、最大燃焼量付近で安定火炎
が形成される炎口径の炎口６を炎口体５に設け、もし仮
に最小燃焼量付近で予混合ガスの噴出温度と燃焼温度の
バランスがくずれ、火炎が炎口体５の上流側に戻る逆火
が生じたとしても、上流側の第二炎口体２１の小炎口２
０に火炎が形成されるため、逆火が従来のように燃料を
噴出するノズル（図示せず）まで戻ることがなく、バー
ナ装置自体への損傷等がない。また正常燃焼時は第二炎
口体２１自体は整流板として作用し、炎口体５へ供給さ
れる予混合ガスの整流効果も得られるものである。

【００２２】また、本発明の第５の実施例は図６を用い
て説明する。第５の実施例において第４の実施例と相違
する点は、例えば、フレームロッド、熱伝対等の温度セ
ンサーや圧力センサー等を用いて、火災が炎口体５の上
流側に戻る逆火を検知する逆火センサー２２を炎口体５
と第二炎口体２１間に設けたことである。

【００２３】上記構成において、逆火が生じたとしても
第二炎口体２１で火炎が形成されて、炎口体５と第二炎
口体２１間の温度が上昇したことを検知する温度センサ
ーや、炎口体５と第二炎口体２１間の圧力が上昇したこ
とを検知する圧力センサー等の状態で、逆火センサー２
２により、逆火を検知することが可能となり、バーナ装
置自体への損傷等がない段階で燃焼を停止できる。ま
た、故障診断機能との組み合わせでこの逆火の発生回数
で機器の使用可能状態の判定などへ応用できることは言
うまでもない。

【００２４】次に、本発明の第６の実施例を図７を用い
て説明する。第６の実施例において第４の実施例と相違
する点は、炎口体５の表裏に一対の温度センサー２３を
設けたことである。

【００２５】上記構成において、炎口体５は厚さ方向に
熱伝導率を異ならせた多孔質材料１９で構成されている
ため、正常燃焼時は炎口体５の火炎が形成されている側
が最大１１００℃で混合室８側は１２０℃で、かなりの
温度差を有している。しかし逆火し火炎が第二炎口体２
１の小炎口２０に形成されると混合室８側の温度センサ
ー２３は温度が上昇することになり、温度差が正常燃焼
時に比べて縮小することから逆火を容易に検出すること
ができる。また、炎口体５の表裏に一対に設けられた温
度センサー２３の温度差は各燃焼量で決まった関係を有
しているため、この温度センサー２３により逆火検知以
外に温度差から混合比を判定し、設定混合比になるよう
制御できるものである。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように炎口径が
燃焼量に対応して炎口制御板により連続的に可変できる
ため、一つの炎口体でガス種に限定されることがなく炎
口に形成される火炎が常に安定化でき、また最大燃焼量
で最適な炎口径の設定を行うため、広範囲にわたり火炎
の保炎性能を向上させることが可能となり低ＮＯｘ化や
安定燃焼範囲が大幅に拡大する。また、火炎の安定に伴
い燃焼騒音が低減しリフト時に発生しやすい振動燃焼領
域も減少する。また、炎口制御板を駆動する駆動部を形
状記憶材料で構成することにより、自己炎口径制御が可
能となり駆動部自体も簡略化できる。さらに、燃焼検知
センサーを併用することにより、燃焼状態から設定混合
化バラツキを含めたより的確な炎口制御板の駆動制御が
可能となり安全性を向上した安定火炎を実現できる。

【００２７】また、多孔質材料からなる炎口体の上流側
に小炎口を有した第二炎口体を設けているため、炎口体
の炎口径を最大燃焼量に安定した火炎が得られるように
設定でき、最大燃焼量付近の燃焼範囲の拡大や燃焼騒音
の低減ができる。またもし逆火が生じても第二炎口体の
小炎口で保持でき逆火によるバーナ装置自体への損傷を
防止できる。また、炎口体と第二炎口体の間に逆火セン
サーを設けることにより、小炎口に火炎が形成されてい
る状態で逆火を検知することができ、バーナ装置自体へ
の損傷等がない段階で燃焼を停止できる。

【００２８】また、多孔質材料からなる炎口体の火炎側
と混合室側に温度センサーを一対設けたため、炎口体表
裏の温度差から異常時の逆火検知が得られると同時に正
常燃焼時は混合比制御が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のバーナ装置の縦断面図

【図２】同実施例のバーナ装置の要部平面図

【図３】本発明の第２の実施例のバーナ装置の要部縦断
面図

【図４】本発明の第３の実施例のバーナ装置の縦断面図

【図５】本発明の第４の実施例のバーナ装置の縦断面図

【図６】本発明の第５の実施例のバーナ装置の縦断面図

【図７】本発明の第６の実施例のバーナ装置の縦断面図

【図８】（ａ）従来のバーナ装置の要部平面図 （ｂ）同装置の要部縦断面図

【符号の説明】

５ 炎口体 ６ 炎口 ８ 混合室 １２ 開口部 １３ 炎口制御板 １４、１７ 駆動部 １５ 制御器 １８ 燃焼検知センサー １９ 多孔質材料 ２０ 小炎口 ２１ 第二炎口体 ２２ 逆火センサー ２３ 温度センサー

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の炎口を配した炎口体と、前記炎口体
   上流側に燃料と空気とを混合する混合室と、前記混合室
   内に前記炎口に一致する複数の開口部を有し前記炎口体
   に接するように設けた炎口制御板と、前記炎口制御板を
   駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御器とから
   なるバーナ装置。
2. 【請求項２】複数の炎口を配した炎口体と、前記炎口体
   上流側に燃料と空気とを混合する混合室と、前記混合室
   内に前記炎口に一致する複数の開口部を有し前記炎口体
   に接するように設けた炎口制御板と、前記炎口制御板を
   駆動する形状記憶材料で構成された駆動部とからなるバ
   ーナ装置。
3. 【請求項３】燃焼検知センサーを有した請求項１記載の
   バーナ装置。
4. 【請求項４】厚さ方向に熱伝導率を異ならせた多孔質材
   料に複数の炎口を配した炎口体と、前記炎口体上流側に
   燃料と空気とを混合する混合室と、前記混合室内に前記
   炎口より小径の小炎口が配された第二炎口体とからなる
   バーナ装置。
5. 【請求項５】炎口体と第二炎口体の間に逆火センサ−を
   設けた請求項４記載のバーナ装置。
6. 【請求項６】火炎側と混合室側に温度センサーを設けた
   炎口体から構成された請求項４記載のバーナ装置。