JPS58182018A - 燃焼装置 - 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】 本発明は給湯器や暖房器などの家庭用燃焼器具のうち、
ファンなどを用いて強制燃焼を行なゎぜ火炎長を短くし
て燃焼部の小型化を図った燃焼装置に関するものである
。

従来この種の燃焼装置の一例として第７図Ａ。

Ｂ　Ｖｃｙ５すような構成のものかある。これは主とし
て液体燃料の燃焼装置であるが、内部に気化用ヒータ１
００を備えた仕切壁部１０１で仕切られた−１一部気化
室１０２と下部気化室１０３のそれぞれ独立しプこ気化
室を形成して構成される筒状の気化体１０４を設け、こ
の気化体１０４の各気化室１０２　、１０３にはそれぞ
れ噴霧ノズル１０６゜１０６と液込ポンプ１０７，１０
８が分岐した送油パイプ１０９により各々独立して供給
さ第１．る−″−糸系統の液体燃料供給系が設けられて
いる。そして気化体１０４の頂部には各種の仕切板１１
０の１部に、多数の炎１−］溝１１１を備えた錐筒状の
バーナプレー１−　’＋　１２が連結され第一の燃料混
合系を形成し、気化体１０４の−Ｆ部に設けらノ１−だ
連通孔１１３と気化体１０４の上部両側に多数のスリッ
ト状炎口１１４を備えだバーナプレート１１５より成る
第二の燃料混合系を形成している。捷だバーナプレート
１１５の外側には一二次空気室１１６が左右一対設けら
れており、−に部には多数の二次空気の側方噴射口１１
７が備えられた噴射板１１８が傾斜して設けられている
。なお燃焼用空気はファン（図示せず）により送風ダク
ｌ−１１９より燃焼部に供給される。

この燃焼装置の場合、送風ダクト１１９より供給された
燃焼用空気は、左右一対の二次空気室１１６と気化体１
０４内の上部気化室１０２と１Ｓ部気化室１０３にそれ
ぞれ二次空気および一次空気として供給される。

一方、液体燃料は送油パイプ１０９を通り、液送ポンプ
１０７，１０６により昇圧されて噴霧ノズル１０５，１
０６によりそれぞれ−１−１下部の気化室１０２，１０
３に各々供給される。第−燃料混合系として−に部気化
室１０２内へ供給された液体燃料は気化用ヒータ１００
によって加熱され気化し、仕切板１１０を通過する間に
一次空気と混合してバーナプレート１１２に達し、炎に
１溝１１１より流出して中央部火炎を形成する。−また
第−燃料混合系として下部気化室１０３内へ供給された
液体燃料も同様に、気化し連通孔１１３を通り気化体１
０４の下部より流出して気化体１０４と二次空気室１１
６の間の空隙を通過する間に一次空気と混合してバーナ
プレーｉ　１．１．５に達し、炎［１１１４より流出し
て気化体１Ｃ）４０両側に側方火炎を形成する。一方二
次空気は二次空気室１１６より仕方噴射［］　１１７を
ｊｆηす、両側よりバーナプ１／−１−１１２，１１５
上の火炎に供給される。

このように火炎は互いに独立した燃料供給系によりバー
ナブレー１−１１２及び１１５にそわ、ぞれ独立した中
央部火炎及び側方火炎を形成するので、安定燃焼を維持
しだま捷で火力調節のできるいわゆるＴ　Ｄ　Ｒ（Ｔｕ
ｒｎ　Ｄｏｗｎ　Ｒａｔｉｏ　）範囲は、液送ポンプ１
０了及び１０８のいずれか一方を止めて中央部火炎か側
方火炎のいずれか片方のみの火炎にすることにより、さ
らに噴霧ノズル１０５及び１０６の初期の流量設定比を
変化さぜることによって、液送ポンプ１０７，１０８の
一方を休止させることによって本来可能なＴＤＲ範囲を
大幅に拡大することがｈ１能となる。

しかし最大燃焼后時にはバーナプレート１１２１−には
中央部火炎が、又その両側のバーナプレート１１６−１
−には側方火炎がそれぞれ形成されるだめ火炎幅が広く
なる。従って両側に設けられた側方噴射口１１γより供
給される二次空気は、中央部火炎捷で・届きにくく、従
−て中央部火炎は′Ｆ：流方向に長く伸び、又Ｙｅｌｌ
ｏｗ　　も現われ易い。従って燃焼室は下流方向に長い
ものが要求される。これをさらに詳しく示したものが第
４図である。イエロー曲線は二次空気噴出速度ｖ２を増
せば量論の大きい側に後退し、安定な安定した青火の領
域が拡大することが発明者等の実験により明らかとなっ
た。捷だ二次空気の噴出速度ｖ２が同じであれば、二次
空気噴出口から火炎中心部１での距離が短い程安定した
青火の領域が拡大することも分った。従って第７図Ａ、
Ｂの様な燃焼装置では中央部火炎の中心部と、側方噴射
口１１７寸での距離が太きいため、同じ二次空気噴出速
度ｖ２に対６１、 するイエロー曲線は第４図中の曲線ａの様な特性を示し
、安定範囲は狭くかつ火炎は長くなる。一方、バーナプ
レート１１２，１１５の幅を燃焼量一定の捷捷狭くした
場合には、炎［１負荷が高くなり混合気噴出速度Ｖｍｉ
ｘが大きくなるため二次空気が火炎中央部捷で供給され
る位置はより下流側に移動するため火炎はより長くなり
より大きな燃焼室が要求される。

ここで−一次空気噴出速度ｖ２を−１こげてこの課題を
解決することが考えられるが、それには以］７に示す二
つの問題点がある。

捷ず第１にｖ２を増すためには、送風圧の大きな大型の
ファンが要求される。丑だ小型のファンで回転数を」二
げると騒音の問題が発生する。

第２の問題としては火炎基部が大きなり２の影響を受け
て不安定となり、非定常火炎となって火炎帯が間欠的に
破れＣｏ外との未燃成分が発生するいわゆる゛生態え″
現象の発生である。これを説明したのが第５図である。

火炎は前述のイエロー曲線と生・燃え曲線の両限界線に
囲捷れた範囲内で安定した安定した青火を形成する。こ
こで炎［’］負負荷太き彦バーナでは小さなり２でイエ
ローが消失するが同時にパ生態えパの発生するｖ２も小
さくなる。従って単に炎口負荷を増しただけのバーナに
大きなり２で対応すれば゛生態え′”が発生してし捷う
。

以上二つの問題の他に、燃焼速度の大きな燃料を使用す
る場合には火炎がバーナプレー１−１１２゜１１５近く
で燃焼が完了してし甘う。従って特に中央部に位置する
バーナブレー１−１１２は周囲にある火炎により加熱さ
れ炎口温度が」二昇し易く、フラッシュバックを起こし
勝ちである。よって燃焼速度の大きな燃料での使用には
適さない。

さらに二系統の燃料供給系を備えているために噴霧ノズ
ル及び液送ポンプが各々二個必要とするために大きなコ
ストアップ要因となる。

捷だ他の従来例として第８図に示すような構成を持つ燃
焼装置がある。これは本体１２０内部に。

上方に連通孔１２１を備えた混合気室１２２と絞り部１
２３先端に一次空気噴出口１２４を備えた二次空気室１
２５とが仕切壁１２６によって仕切られ、かつ絞り部１
２３の両側には下流方向に傾斜した三角形状の炎口１２
７が設けられた通路体１２８が、本体１２０の溝１２９
と炎口１２７の両側端によって支持されている。

この燃焼装置の場合、混合気室１２２内より連通孔１２
１を流出１〜だ混合気は通路体１２８と本体１２０の間
隙を通って炎口１２７より燃焼室内に噴出され本体１２
０の燃焼室壁に沿って火炎を形成する。一方二次空気は
二次空気室１２５より絞り部１２３で流速を増し二次空
気噴出口１２４より両側の火炎へ噴射供給される− このように炎１］を二分割し中央部より二次空気を両側
の火炎へ供給するものでは、二次空気噴出口から火炎の
二次空気を供給されるべき位置捷での距離（この場合燃
焼室壁に沿った火炎捷での距離）が短く設定できる。従
って同じ二次空気噴出速度ｖ２に対するＹｅｌｌｏｗ　
曲線の特性は第４図中の曲線すのようになり、安定燃焼
域は前記従来例のものよりも幾分拡大される。才だ火炎
長も前記従来例よりも大幅に短くなるため燃焼室の小型
化が実現できる。

ここで炎口が燃焼室壁に近づくにしたがって薄くなって
おり混合気の通気抵抗が中央部よりも小さくなるだめ、
・燃焼室側の混合気噴出速度は燃焼室壁に近づくにしだ
がって大きくなる。よって形成される火炎は燃焼室壁に
沿って火炎が伸びることになる、この場合燃焼量を絞っ
てゆくと、燃焼速度の遅い燃料の場合は燃焼室壁面で冷
却を受けいわゆる消炎を生じ不完全燃焼を発生する。一
方燃焼速度の犬きが燃料では炎口近くで燃焼が完了して
し１うので炎口を加熱する。しかし燃焼室壁側の炎口で
は熱容量も小さく、かつ燃焼器も多いだめ炎［１は異常
加熱を受けやすくフラッジユバ。

りを生じやすい。

この場合にも、最大燃焼量時の炎口負荷を１−げＶｍｉ
ｘを大きくし同時に二次空気噴出速度ｖ２も−１−げて
以上の課題を解決することが考えられるが、この場合に
も前記従来例で説明した様にファンの大型化と゛生態え
″の発生の問題が生じる。

以」二説明したように従来の燃焼装置においてはいずれ
も燃焼装置の小型化と、ファンも含めた燃焼器全体の小
型化、さらに燃料の種類に対する装置のユニバール性と
ＴＤＲの拡大また安定燃焼域の拡大々どを同時に満足す
るものではなかった。

本発明は従来相反して同時に全ての性能を満足させるこ
とのできなかったこれら燃焼装置の小型化とファンの小
型化、　Ｔ　Ｄ　Ｒの拡大とユニバーサル性を満たし、
かつ燃焼制御の容易な安定燃焼域の広い燃焼装置を実現
することを目的とする。

この目的を達成するために本発明は、空気室を大空気室
と小空気室の二種類設け、これを直線状に並んだ多数の
炎「１より成る炎１１部の両側に備え。

かつ炎口部近傍には小空気室と連通した多数の小噴出口
を設け、炎１」部よりも下流側には大空気室と連通した
多数の大噴出口を設けるとともに、小噴出口からの空気
噴出速度を大噴出口からの空気噴出速度よりも小さく構
成したものである。

この構成によって焚口部上に形成される火炎は小唄１−
１着−コから供給された低速の空気流により火炎基部に
空気が供給されるだめおだやかな反応による定常な安定
火炎が形成される。まだ下流域では高速の空気流により
火炎中に両側から強制的に空気が供給され燃焼反応を促
進して火炎長が短く々る。ここで高速の空気流によって
火炎基部も乱れの影響を受けることになるが、前述の火
炎基部の安定化作用により定常火炎が形成されているた
め火炎帯が破れることもなく゛生態え″も発生しない。

即ち小噴出口による低速空気流により火炎が安定化し゛
°生生態″を防止するとともに、大噴出口による高速空
気流によりイエローの発生を防止し、それぞれの限界を
規定する現象に対応した空気供給方法を実現することに
よって安定燃焼域を拡大するものである。さらに炎口部
は両側の大。

小二種類の空気室内を流れる室気により間接的に冷却を
受けるので、燃焼量を絞った燃焼速度の大きな燃料の場
合でも炎口が異常加熱してフラノンユバツクを生じるこ
とがなく、燃焼速度の小さな燃料の場合でも火炎が空気
層で囲捷れ燃焼室壁などに触れて消炎を発生することも
ない。

以下本発明の一実施例を第１図〜第６図に基づいて給湯
器に適応した場合について説明する。

第１図〜第３図において１は燃焼用空気を供給するファ
ンで吐出口には、その開口面積比によって一次空気と数
種の二次空気へ燃焼用空気を分割するだめの分割板２を
介してバーナ本体３に接続されている。分割板２の上流
側には電磁弁４を途中に備えた燃料管６の先端にノズル
６が設けられている。バーナ本体３は左右対称の成形体
７と中央部の通路体８より成る。成形体７には多数のス
’Ｊ　ｙ　）状の炎口９より成る炎口部１０と、炎１］
部１０近傍に多数の小噴出口１１を備えた小空気室１２
と、炎口部１０より下流側には傾斜面１３に多数の大噴
出口１４を備えた大空気室１５が設けられ、かつ小空気
室１２と大空気室１５は複数の連通［１１６により互い
に連通している。一方通路体８は大空気室１７と、下流
側に絞り部１８が設けられており、かつ絞り部面側には
前設炎［１部１０の近傍に多数の小噴出口１９を備えた
小空気室２゜が設けられている。絞り部１８先端には多
数の犬噴出［」２１が、小空気室２ｏと大空気宇１７０
間には複数個の連通口２２が設けられている。４１ｉ通
路体８と成形体７０間には、通路体８の上流側に混合気
通路２３を、両側に間隙部２４を構成する。なお通路体
８は小空気室２０の外側に設けられた段部２５を介し両
側から炎口部１０により支持されている。

バーナ本体３の下流側には燃焼室２６と、燃焼室内へ突
出しだ多数のフィン２７が設けられており、さらに下流
側には排気通路２８と排気口２９が接続している。また
燃焼室２６の外周には、水管３０が設けられており熱交
換を行い給湯に供される。

次に上記の構成における作用を説明すると、ファン１に
より供給された燃焼用空気は、分割板２によって開口面
積比に関連して炎口部１０に供給さｈる一次空気と、通
路体８と両側の成形体７へ供給される３種類の二次空気
に分割される。一方燃料は電磁弁４を通り燃料管５を通
って供給され、先端のノズル６から噴射されて、分割板
２より分割供給された一次空気と共にバーナ本体３内の
混合気３Ｉη路２３へ供給される。燃料と一次空気は混
合気通路２３内を通過する間に均一混合され、さらに間
隙部２４を通る間に均一分配されて炎口９を通り燃焼室
２６内へ流出して炎口部１ｏ」二に火炎を形成する。一
方面側に一対で設けられた成形体Ｙ内へ供給された二次
空気は、大空気室１５に入り傾斜面１３に設けられた大
噴出口１４を通り前記炎口部１０」−に形成された火炎
の下流側に高速の二次空気を噴射供給する。壕だ大空気
室１５内の二次空気の一部は連通口１６で流量を制限さ
れ、小空気室１２内で流速が減速されながら均一分配さ
れて小噴出口１１を通って炎口部１０上に形成さ力、た
火炎基部に低速の二次空気を供給し、火炎基部でおだや
かで安定した定常火炎を形成する。同様に通路体８内に
供給された二次空気は、大空気室１７から絞り部１８を
通過する間に均一分配され、大噴出口２１を通って火炎
の下流側にで減速されガから均一分配されて小噴出［１
１９を通−て火炎基部に低速の二次空気を供給する。燃
焼室２６内で燃焼を完了した燃焼排気は、フィン２７で
熱交換をした後排気通路２８を通ね排気口２９より外気
に排出される。捷だ燃焼室壁とフィン２７により燃焼排
気から伝えられた熱は、燃焼室２６とフィン２了の外周
に設けられた水管３０へ伝えられ給湯へ供される、 このように１つの炎口部１ｏ上に形成された火炎は炎口
部の両側より高速の二次空気が供給されるだめ、従来に
比べより低い二次空気流速ｖ２で火炎の中心部まで二次
空気が供給されることになる。これを従来のものと比較
したのが第４図である。イエローが発生すれば火炎長は
著しく増大するが、図で示す如く本発明では同じｖ２に
対し従来例の特性に比べ本発明では火炎中心部まで十分
に二次空気が供給されているだめイエロー曲線は量論比
中の大きな方向へ大きく後退し安定した青火の形成され
る安定域が拡大している。即ち火炎長も従来よりも著し
く短くなっている。従来は、この安定域を拡大し火炎長
を短くするだめにｖ２を犬きくすることで対応している
が、との場合送風圧が大きくなるのでファンが大型化し
ていた。

本発明ではこのように火炎長を短くすることによる燃焼
部の小型化とファンも含めた燃焼装置の小型化が実現で
きる。

まだ−次空気比が大きい（量論比が小さい）火炎では燃
焼速度も大きくそれ自体比較的安定した火炎で第３図中
口で示すような火炎形態となり、−次空気比が小さい（
量論比の大きい）火炎では燃焼速度が小さく、周囲から
の拡散によって酸素が供給されるだめ周囲の流れの状態
により強く影響を受ける不安定な火炎で、第３図中イで
示すような火炎形態となる。

しかし−次空気比を増すと−いわゆる振動撚ｒｌＡの発
生と、燃焼速度が犬きく炎口部に火炎が密着するため炎
「１温度が上がりフラッシュバックを生じ易くなる。従
って一次空気比は低目に設定されるのが一般的である。

このとき前述の如く火炎基部は不安定となるが１本発明
では炎口部の両側に設けられた小噴出［１により低速の
ニー次空気が火炎基部に供給されるので、火炎基部には
おだやかな反応の定常安定火炎が形成されることになる
。これを従来の特性と比較したのが第５図である、この
火炎基部の安定化により混合気噴出速度ＶＭＩＸが小さ
い領域即ち、燃焼量が小さい場合でも大きなり２に対し
ても安定火炎が形成され、火炎帯が二次空気流により破
れて発生する゛′生生態″限界がＶＭＩＸの小さい方に
後退して安定燃焼域が拡大する。、マだ一次空気比が変
化しても火炎基部は安定しているので、広い一次空気比
の範囲で同様の結果が得られる。

さらに炎口部はその両側に設けられている犬。

小空気室内を流れる二次空気で間接的に冷却されるだめ
燃焼速度の大きな燃料の場合に生じ易い炎口加熱による
フラッシュバックも発生せず、火炎が燃焼室壁などの低
温部に触れることもないから燃焼速度の小さな燃料の場
合に生じ易い消炎も発生し々い。これらを説明する一例
として示したの１）大第６図Ａ、Ｂである。燃焼性の評
価の基準として規格化されたＣｏ／ＣＯｚの値をとって
その許容範囲の広さを調べてみる。ある燃焼量における
許容空気供給範囲を調べると、一般に図中人に示すよう
な特性を示し、許容値を仮に○、○０５とすれば図中に
示すような上下限が表われる。これを広い燃焼量域に渡
って調べだ一例が図中Ｂのグラフである。図中には第７
図Ａ、Ｂと第８図で・示した従来の燃焼装置の特性もそ
れぞれ図中ａおよびｂで示しである。ｄでｆｄ：　Ｔ　
Ｄ　Ｒは犬きくとれるが火炎が伸びるため高負荷の燃焼
を行い燃焼室の小型化が困難で、逆にｂでは火炎が短い
ので高負荷の燃焼を実現し燃焼室を小型にできるが、消
炎やフラノン、バックのだめＴＤＲを犬きくとることは
できない。これらの従来例に比べ本発明では前述した如
く燃焼速度の異なる燃料を使用した場合でもフラ、７シ
ユバノクや消炎を生じることがなく従って燃焼装置のユ
ニバーザル性が図られ、同時にＴＤＲを拡大することが
できる。なお実施例では炎口部を二分割したものを示ｊ
〜だが、単一の炎口部でも同様であることは言うまでも
ない。

以上の説明から明らかなように本発明の燃焼装置によれ
ば以下の効果が得られる。

（１）炎口部上に形成される火炎は両側に設けられた大
空気室より両側から二次空気を供給されるため、二次空
気の噴出速度が小さくても十分火炎中央部捷で二次空気
が供給され、燃焼反応を促進して火炎長を短くし燃焼室
を小さくするとともに、小さい二次空気噴出速度でよい
からファンの送風圧も小さくて済み、ファンを含めた燃
焼装置全体の小型化が図れる。

（２）炎口部上に形成される火炎は、両側に設けられた
小噴出口より両側から低速の二次空気を供給されるため
、火炎基部はおだやかな反応による定常安定火炎が形成
され、高速の二次空気流の影響を受けても゛′生生態″
が発生せず、−次空気、二次空気の変動に対しても広い
領域で安定火炎が形成されるため燃焼制御を行う際の許
容風量のバラツキを大きくとれ、制御が容易となる。

（３）炎口部は両側の犬、小空気室内を流れる二次空気
で間接的に冷却されるため、燃焼量を絞った場合の燃焼
速度の大きな燃料における炎口加熱やフラッシュ・・ツ
クが防１Ｆで・き、又火炎は燃焼室壁などの低痛１部に
触れることもないから燃焼速度の小さな燃料における消
炎も発生しないだめＴＤＲの拡大と燃料の種類の異いに
対する装置のユニバーサル性も同時に実現できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例の燃焼装置を示す全体断面図
、第２図、第３図は第１図の一部断面斜視図、第４図は
二次空気によるイエロー線の挙動について従来例と対比
した比較図、第５図は生燃え限界について従来例と対比
した比較図、第６図人は空気過剰率に対するＧｏ／ＣＯ
ｚ％性の特性図、第６図Ｂは燃焼室の小型化とＴＤＲ性
能のファン風量に対して示した特性図、第７図人は従来
例の全体断面図、第７図Ｂは同斜視図、第８図は他の従
来論修ソ！ ９・・・・炎口、１０・・・・・炎口部、１２，２０・
・・・・小空気室、１５．１７・・・・・・大空気室、
１１．１９・・・・・・小噴出口、１４．２１・・・・
・・大噴出口。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名第１
図 ２８２’／ 第２図 、８．　、Ｂ２３２４　’６７１ｓ ７　　　　　　　　　ｆｔ ４ １．５ ２１３ Ｇ け ｔｏ　　　　　”００ ０　　　°・、　　　Ｏ １３°ｏ。 ２１ ２°’　ｔＡ　　（Ｑ 第４図 ｖ２一定飢 量　背此ψ 第３図 第　５　図 ψ、釘畝 ニンＴ；＜、９Ｋ　ｖｉ　”ｘ　ｆｒ、７１　　Ｖ２．
　（ｍ、ｙ、’）第６図 （ハ） 空気慢ね乎 炉；　’Ａｔｅ　ｔ　項暫ｕｏ７（ｓｃａｌ／ｈｍ３ｉ
−第７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）大空気室と小空気室より成る空気室を、直線状に
   並んだ多数の炎口」こり成る炎［１部の両側に備え、前
   記炎口部近傍には小空気室と連通した多数の小唄１４着
   二１を設け、前記炎Ｌ］部よりも下流側には大空気室と
   連通しだ多数の大噴出１−１を設けるとともに、前記小
   噴出「１からの空気噴出速度を前記大噴出口からの空気
   噴出速度よりも小さく構成した燃焼装置。
2. （２）小噴出「１を炎口と同一平面」二に設けた特許請
   求の範囲第１項記載の燃焼装置。
3. （３）大噴出口を、炎口部を挟み互いに対向し下流方向
   て傾斜した平面上に設けた特許請求の範囲第１項記載の
   燃焼装置。