JPH1019210A - 低ＮＯｘバ−ナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高いレベルの低ＮＯｘ化を得ることのできる
低ＮＯｘバ−ナを提供する。 【解決手段】 濃ガス混合気を燃焼させる第１燃焼管２
と、淡ガス混合気を燃焼させる第２燃焼管３とを交互に
隣接して配設し、第１燃焼管２の上方に冷却パイプ４を
設けたものであって、第１燃焼管２の長手方向の中央部
では冷却パイプ４を炎口面に近く、両端部では炎口面か
ら遠くなるように冷却パイプ４の高さを変えて配置し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、給湯器等の家庭用
燃焼装置において、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生の低減
を図ることのできる低ＮＯｘバ−ナに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、公害防止の立場から、給湯器等の
家庭用燃焼装置において、窒素酸化物（ＮＯｘ）発生の
低減を図るために、濃淡燃焼方式や火炎冷却方式等の種
々の対策が講じられている。例えば、濃淡燃焼方式とし
ては、特開平５−１１８５１６号公報に記載されている
ように、ガス濃度の高い混合気が供給燃焼される炎口部
と、ガス濃度の低い混合気が供給燃焼される炎口部とを
交互に配置してガスバ−ナを形成するものである。ま
た、火炎冷却方式としては、特開平３−２２１７０４号
公報に記載されているように、ガスバ−ナの火炎内、特
に可視火炎の内炎と外炎との境界近傍に冷却パイプを配
設し、冷却パイプ内に水等の冷却剤を流通させるもので
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の低ＮＯｘ化を図る燃焼方式においては、以下に述べ
るような問題があった。即ち、上記濃淡燃焼方式におい
ては、ガスバ−ナ全体の燃焼量に対して濃炎の燃焼量が
小さい場合には、全体として低ＮＯｘ燃焼を行うことが
できるが、燃焼安定性を考慮すると、全体燃焼量に対す
る濃炎燃焼量の割合を小さくすることに自ずと限界があ
るから、全体燃焼量が小さい場合等には濃炎燃焼量の割
合を十分小さくすることが難しく、十分な低ＮＯｘ燃焼
を行うことができない恐れがあった。また、濃炎から比
較的多くのＮＯｘが排出されるために、低ＮＯｘ化に限
界があるという問題があった。

【０００４】また、上記火炎冷却方式においては、可視
火炎の内炎と外炎との境界近傍に冷却パイプを配設する
と、冷却効率を高くすることはできるが、火炎の乱れを
生じることになる。この火炎の乱れは、冷却パイプの上
方に部分的に排ガス再循環領域を形成し、一層の低ＮＯ
ｘ効果、並びに火炎の急冷により発生した一酸化炭素ガ
スの酸化を促進する効果をある程度は期待できるが、そ
の反面、燃焼安定性が低下する。また、上記火炎冷却方
式においては、火炎全体に対する冷却ゾ−ン（冷却パイ
プが配置された領域）の割合が比較的小さく形成されて
いるが、一層の低ＮＯｘ化を図るために、冷却ゾ−ンを
増大させる（例えば、冷却パイプの径を大きくする、ま
たは冷却パイプの本数を増大させる）と、排ガス再循環
領域が制限されて小さく、或いは低くなり、一酸化炭素
ガスの酸化が十分に行われず、一酸化炭素ガス排出量が
増大する恐れがあった。上述のとおり、それぞれの燃焼
方式である程度までの低ＮＯｘ化を図ることができる
が、さらに高いレベルの低ＮＯｘ化を図る場合には、ど
とらの燃焼方式でも問題があった。

【０００５】本発明の目的は、高いレベルの低ＮＯｘ化
を得ることのできる低ＮＯｘバ−ナを提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の低ＮＯｘバ−ナは、濃ガス混合気を燃焼させ
る第１の炎口列と、淡ガス混合気を燃焼させる第２の炎
口列とを備え、少なくとも第２の炎口列の両側に第１の
炎口列を隣接させて配置するとともに、第１の炎口列の
上方に冷却パイプを設けたものであって、冷却パイプ
は、第１の炎口列の長手方向中央部の上方では炎口面に
近く、長手方向両端部の上方では炎口面から遠くなるよ
うに、炎口面からの高さを変えて配設したことにより、
濃炎の冷却で低ＮＯｘ化を促進するとともに、この火炎
冷却により発生した一酸化炭素ガスは、隣接する空気過
剰の淡炎の余剰酸素によって酸化されて容易に二酸化炭
素ガスになる。また、ガスバ−ナ全体の燃焼量に対して
燃焼量が小さい濃炎に対して、冷却能力に余裕がある十
分大きな径の冷却パイプを用いることができるから、冷
却パイプの配置の自由度が大きい。それゆえ濃炎を形成
する第１の炎口列において、火炎温度が高く、かつ火炎
安定性の良い長手方向中央部では冷却パイプを炎口面に
近く配置することにより火炎の冷却効率を高め、火炎安
定性が劣る長手方向両端部では冷却パイプを炎口面から
遠く配置することにより火炎の乱れを少なくすることが
できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図を参照して本発明の実施例を説
明する。図１において、本発明の低ＮＯｘバ−ナ１は、
複数のスリット状の炎口（第１の炎口列）２Ａが穿設さ
れて濃ガス混合気が供給される第１燃焼管２と、複数の
スリット状の炎口（第２の炎口列）３Ａが穿設されて淡
ガス混合気が供給される第２燃焼管３とが交互に隣接し
て複数本ずつ配設され、第１燃焼管２が低ＮＯｘバ−ナ
１の外側縁に位置するように設けられるとともに、第１
燃焼管２の上方にのみ冷却パイプ４が設置されている。
ここで、濃ガス混合気はガス燃料量に対する空気量の割
合が１未満（空気量／ガス燃料量＝混合比＝λ＜１、例
えば、λ＝０．４）の混合気であり、淡ガス混合気はガ
ス燃料量に対する空気量の割合が１を超える（混合比＝
λ＞１、例えば、λ＝１．２〜１．５）混合気である。
また、濃ガス混合気の供給量即ち第１燃焼管２の燃焼量
を、淡ガス混合気の供給量即ち第２燃焼管３の燃焼量よ
りも小さくする。

【０００８】図２において、濃ガス混合気を供給する第
１混合気供給路５が第１燃焼管２に接続され、淡ガス混
合気を供給する第２混合気供給路６が第２燃焼管３に接
続されている。本実施例においては、第１及び第２混合
気供給路５、６、はそれぞれノズル５ａ、６ａと混合管
５ｂ、６ｂとを有する混合手段を備え、ノズル５ａ、６
ａはガス供給管７に接続されており、ノズル５ａ、６ａ
の口径を変更することでガス混合気の濃度を調整するこ
とができる。なお、上記混合手段としては従来予混合バ
−ナに用いられている適宜の公知手段を採用することが
できる。

【０００９】冷却パイプ４は、図３に示すように、第１
燃焼管２の長手方向中央部２Ｃの上方の部分４Ｃでは炎
口面に近く、長手方向両端部２Ｅ、２Ｆの上方の部分４
Ｅ、４Ｆでは炎口面から遠くなるように配置している。
この実施例では、長手方向両端部２Ｅ、２Ｆのそれぞれ
の端部に向かって、炎口面から冷却パイプ４までの高さ
が徐々に高くなるようにしてあり、第１燃焼管２の燃焼
量を最大とした時、即ち、濃炎２Ｂの火炎長が最大のと
き時、その可視火炎内に冷却パイプ４の中央部４Ｃが入
るような高さに配置している。

【００１０】尚、冷却パイプ４は、図４に示すように、
低ＮＯｘバ−ナ１が給湯器８に用いられた場合、熱交換
器９への入水路１０を分岐して熱交換器９をバイパス
し、出湯路１１に接続されるバイパス水管または熱交換
管で形成している。また、熱交換器９を形成する水管を
変形して冷却パイプ４としても良い。この構成により、
冷却パイプ４を熱交換器の一部として用いることがで
き、給湯器の熱効率を高くすることができる。

【００１１】このような構成の低ＮＯｘバ−ナにおい
て、第１混合気供給路５から第１燃焼管２に濃ガス混合
気が供給され、第２混合気供給路６から第２燃焼管３に
淡ガス混合気が供給されて、それぞれの炎口２Ａ、３Ａ
から噴出し、それぞれ濃炎２Ｂ、淡炎３Ｂを形成して燃
焼する。第２燃焼管３における燃料ガスが希薄な淡ガス
混合気即ち空気過剰の混合気の燃焼は、単独燃焼では燃
焼安定性が悪い、即ち淡炎３Ｂの安定性が悪いものであ
るが、第２燃焼管３の両側に第１燃焼管２が隣接して配
置されているために、淡炎３Ｂの両側に燃料ガスが濃厚
な濃ガス混合気が燃焼する濃炎２Ｂが安定して必ず存在
しており、これらの安定した濃炎２Ｂが淡炎３Ｂの火炎
の基部に作用して淡炎３Ｂのリフティングを防止し、安
定させる。

【００１２】淡炎３Ｂは、空気過剰の混合気の燃焼であ
るため、過剰空気による冷却作用により火炎温度が低
く、いわゆるサ−マルＮＯｘの発生が少ない。このＮＯ
ｘ発生量の少ない淡炎３Ｂの燃焼量が全体の燃焼量の大
部分を占めることにより、全体のＮＯｘ発生量を低くし
ている。

【００１３】一方、濃炎２Ｂは、本来、淡炎３Ｂに比べ
て、火炎の一部、即ち可視火炎の先端部近傍に温度の高
い部分が生じ、そのためサ−マルＮＯｘを発生しやすい
のであるが、冷却パイプ４が上記濃炎２Ｂの高温部の近
傍に配置されていることにより、火炎温度が低下する。

【００１４】ここで、濃炎２Ｂを形成する第１燃焼管２
において、その長手方向中央部２Ｃでは火炎の安定性が
高いが火炎温度は高くなり、長手方向両端部２Ｅ、２Ｆ
では、その外側に空間が存在するため火炎の安定性は劣
るが火炎温度は低くなる傾向がある。特に、第１燃焼管
２の長手方向両端部２Ｅ、２Ｆの外側の空間に空気を流
す場合（例えば、この低ＮＯｘバ−ナ１を収容するバ−
ナケ−スの温度上昇を防止するために空気を流すことが
考えられる）には、上記の傾向は一層顕著にあらわれ
る。

【００１５】そこで、冷却パイプ４の中央部４Ｃ、即ち
第１燃焼管２の長手方向中央部２Ｃの上方の部分では、
炎口面からの高さが火炎冷却効率の良い高さとなるよう
に配置し、長手方向両端部２Ｅ、２Ｆの上方の部分４
Ｅ、４Ｆでは、中央部４Ｃより高い位置に配置したこと
により、濃炎２Ｂの安定性を損なうことなく火炎を冷却
し、ＮＯｘの発生量を低減することができる。

【００１６】この火炎の冷却により濃炎２Ｂからの一酸
化炭素ガス発生量が増大するが、空気過剰の淡炎３Ｂが
隣接していることによって、淡炎３Ｂの余剰酸素によっ
て濃炎２Ｂから発生した一酸化炭素ガスが酸化されて二
酸化炭素ガスになる。

【００１７】図５及び図６を参照して異なる実施例につ
いて説明すると、両側縁に設けられて濃ガス混合気を燃
焼させる第１燃焼部１３Ａと、中央部に設けられて淡ガ
ス混合気を燃焼させる第２燃焼部１３Ｂとを備えた単位
燃焼管１３が形成され（図６参照）、低ＮＯｘバ−ナ１
２は、上記単位燃焼管１３が複数本並列に隣接して設置
されて成り（図５参照）、それぞれの第１燃焼部１３Ａ
の上方に冷却パイプ１４が配置されている。

【００１８】第１燃焼部１３Ａは、濃ガス混合気を燃焼
させて濃炎１５を形成する第１の炎口列１３１を備えて
おり、第２燃焼部１３Ｂは、淡ガス混合気を燃焼させて
淡炎１６を形成する第２の炎口列１３２を備えている。
なお、上記単位燃焼管１３は、第１燃焼部１３Ａと第２
燃焼部１３Ｂにそれぞれ対応して濃ガス混合気と淡ガス
混合気を形成する混合装置が設けられている。本実施例
においては、冷却パイプ１４が個々の第１燃焼部１３Ａ
に対応して一本ずつ設置されているが、２基の第１燃焼
部１３Ａが隣接している位置においては、２本の冷却パ
イプに代えて大径の冷却パイプを一本設置しても良いも
のである。

【００１９】この構成により、一本の単位燃焼管１３自
体が、両側に配置された濃ガス混合気を燃焼させる第１
の炎口列と、中央に配置された淡ガス混合気を燃焼させ
る第２の炎口列とを備えているため、単に複数の単位燃
焼管１３を隣接して配置することで簡単に低ＮＯｘバ−
ナを形成することができ、構造の簡略化を図ることがで
きる。

【００２０】

【発明の効果】本発明の低ＮＯｘバ−ナは、上述するよ
うに構成されているから次に述べる効果を奏する。濃ガ
ス混合気を燃焼させる第１の炎口列と、淡ガス混合気を
燃焼させる第２の炎口列とを備え、少なくとも第２の炎
口列の両側に第１の炎口列を隣接させて配置するととも
に、第１の炎口列の上方に冷却パイプを設けたことによ
り、濃炎を冷却して低ＮＯｘ化を促進するとともに、空
気過剰の淡炎が隣接しているから、濃炎の冷却により発
生した一酸化炭素ガスが淡炎の余剰酸素によって酸化さ
れて容易に二酸化炭素ガスになり、一酸化炭素ガスの排
出を抑制することができる。また、ガスバ−ナ全体の燃
焼量に対して燃焼量が小さい濃炎に対して、冷却能力に
余裕がある十分大きな径の冷却パイプを用いることがで
きるから、冷却パイプの配置の自由度を大きくすること
ができる。

【００２１】更に、冷却パイプは、第１の炎口列の長手
方向中央部の上方では炎口面に近く、長手方向両端部の
上方では炎口面から遠くなるように、炎口面からの高さ
を変えて配置したことにより、冷却パイプの存在による
濃炎の乱れを軽減することができ、濃炎の安定性を損な
うことなく濃炎を冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す低ＮＯｘバ−ナの斜視
図である。

【図２】同実施形態の概略構成図である。

【図３】同実施形態の第１燃焼管と冷却パイプの配置を
示す説明図である。

【図４】同実施形態を給湯器に適した例を示す概略構成
図である。

【図５】本発明の他の実施形態を示す低ＮＯｘバ−ナの
概略構成図である。

【図６】同実施形態の単位燃焼管の概略斜視図である。

【符号の説明】

１ 低ＮＯｘバ−ナ ２ 第１燃焼管 ２Ａ 第１の炎口列 ２Ｂ 濃炎 ２Ｃ 長手方向中央部 ２Ｅ、２Ｆ 長手方向両端部 ３ 第２燃焼管 ３Ａ 第２の炎口列 ３Ｂ 淡炎 ４ 冷却パイプ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 濃ガス混合気を燃焼させる第１の炎口列
   と、淡ガス混合気を燃焼させる第２の炎口列とを備え、
   少なくとも第２の炎口列の両側に第１の炎口列を隣接さ
   せて配置するとともに、第１の炎口列の上方に冷却パイ
   プを設けたものであって、冷却パイプは、第１の炎口列
   の長手方向中央部の上方では炎口面に近く、長手方向両
   端部の上方では炎口面から遠くなるように、炎口面から
   の高さを変えて配設したことを特徴とする低ＮＯｘバ−
   ナ。