JPS5849816A - 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、暖房器などでファンを用いた強制空気
供給方式の燃焼装置に係り、以下の環４目を満足する燃
焼装置を提供することを目的とする。

１　燃焼室負荷が１０’ｋａｌ／　、ｈｍ”オーダの高
負荷燃焼を実現し、燃焼装置の小型化を図る０（２）給
湯器や暖房器の使い勝手を向上させるため、燃焼量が広
範囲で変化しても良好な燃焼の維持を図る。

（３）燃焼装置を簡単な構成にするとともに、ファンも
含めた燃焼器システム全体の小型化を図る。

（４）安定燃焼領域の拡大により燃料、空気量制御を容
易にする。

一般の家庭用燃焼器具において、バーナの炎口から噴出
された予混合気は、炎口上に一次炎を形成し、その下流
域に周囲の空気を巻き込んで燃焼する二次炎が形成され
る。一般に炭化水素燃料では二次炎はＣＯやＨ２を多量
に含む未燃成分の酸化過程で、酸素供給はいわゆるエン
トレイメント（周囲空気巻き込み）と分子拡散によって
おこるため反応速度も遅く、火炎は後流に向かって長く
伸びる。−医学気化を増すと反応は＃ミとんど一次炎で
生じるため、二次炎が短くなる。−医学気を増して理論
空気量を越えた燃焼いわゆる全−次燃焼では二次炎がほ
とんどみられなくなるが、反面振動燃焼を発生し易く、
又火炎が炎口に密着するため炎口が加熱されフラッシュ
バックを生じ易くなる。

さらに給湯や暖房においては使い勝手の向上のため、季
節による水温や気温の変化に対応して燃焼量を大きく可
変することが要求される。即ち良好な燃焼状態を維持で
きる最大燃焼量と最小燃焼量の比、いわゆるＴ　ＤＲ（
Ｔｕｒｎ　Ｄｏｗｎ　Ｒａｔｉｏ）を大きくとることが
要求される。しかし全−火燃焼では通常のブンゼン燃焼
と比較すると、フラッジ−バックとプローオフで制約さ
れる安定燃焼範囲は一次空気比が大きいため極めて小さ
く、宿命的にＴＤＲを大きくとれないという欠点を有し
ている。

一方、−医学気量を理論空気量以下に設定されたいわゆ
るブンゼン燃焼では前−〇−焼範囲が広く、従ってＴＤ
Ｋを大き膜とることができる。しかし二次炎が長く伸び
るため、このままでは高負荷燃焼を実現できない。そこ
で火炎にファンなどを促進させ短炎化を図って高負荷燃
焼を実現させようという試みが従来なされてきた。二次
空気の火炎への強制供給手段としては、 （１）供給された二次空気流を、燃焼室内に設けた絞り
部やガイド板で偏向させて火炎に空気を供給するもの。

（２）燃焼室周辺部に、二次空気室を設けて燃焼室に連
通ずる開口部より火炎□に向けて空気を噴射供給するも
の。　　　゛ などがある。

上記（１）の従来例としては第７図ａに示す如き燃゛焼
装置がある。この装置はバーナ１０１の近傍に、ファン
１０２より供給された二次空気をガイド板１０３によっ
て偏向させ火炎に空気を強制供給すにより通路面積の絞
り比を大きくし嬢ければならない。風量を多くするとバ
ーナ１ｏ１の火炎基部にも高速の空気が供給され、リフ
トを起こし易くなり火炎の安定性が低下するとともに、
給湯器などでは、多量の空気のために熱交換器に達する
燃焼ガス温度が低下し、熱財率が下がってしまう。

一方火炎近傍までガイド板１０３を設は絞り比を大きく
した場合、ガイド板１０３は高温となるためその材質や
耐久性が問題となる。従っである程度の短炎化は達成さ
れるが、このままでは１０７に７／ｈｒｒ？オーダの高
負荷燃焼は実現できない。

また第７図（ｂ）に示す様にガイド板１０３０代わりに
絞如部１０４を設けたものでは、前述の通路の絞り比が
大きくなくても代わりに火炎の伸長方向に絞り部の長さ
も大きくとれば同様の効果が得られる。しかし反面絞り
部１０４の熱容量がその分大きくなり、燃焼量を少くし
た時などは火炎を冷却して不完全燃焼を生じ易くなる。

特に燃焼速度の遅い燃料の場合はこの傾向が著しい。従
ってこの場合ＴＤＲを大きくとることは非常に困難であ
る。

上記（噂の従来例としては第８図に示す燃焼装置内に炎
口板１０７が挿入されており、内筒１０６の外周には外
筒１０８を設は二次空気室１０９を構成する。ここに供
給された二次空気は内筒１冷に設けられた二次空気噴出
口１１０ｉ通り炎口板１０７上に形成される火炎の伸長
方向に対し直角方向から噴射供給される。この場合火炎
（主に二次炎）に供給される二次空気は、火炎に対し直
角方向から５供給されるために未燃成分と二次空気との
混合は比較的狭い領域で行なわれることになる。

そのため未燃成分と二次９甥の混合がやや不十分となり
、かつ燃焼量に対する二次空気流量が多量き゛る場合に
は火炎も過冷却して不完全燃焼も生じ、過少の場合には
、火炎中央部まで空気が供給されず火炎が伸長し、イエ
ローチップが発生するようになる。従って燃料流量と空
気流量の制御は非常に精度の良いものが要求される。ま
た燃焼量を絞っ、た場合、燃焼は炎口板１０７のごく近
傍で完結するために、火炎は炎口板１０７に密着してこ
れ上昇し、燃焼速度が増々大きくなったりついにはくと
ることはできない。、さらにまたこの燃焼装置では火炎
は炎口板１０７以外にも二次空気噴出口１１０にも未燃
成分による拡散炎が形成される。

従って内筒１０６が加熱されて高温となり、その耐熱性
や耐久性が問題となると同時に二次空気室１０ｅ内の二
次空気が加熱膨張して二次空気室１０９内圧が上昇する
。よって送風圧力はさらにこの分だけ上昇するためファ
ンは大型のものが要求される。このように、工業用とし
て一定燃焼量で運転される場合には高負荷燃焼が実現さ
れるが、家庭用燃焼器としてＴＤＲ性岬やファンを含め
た小型化が要求される場合には適さない。

さらに上記（功と同様な工業用燃焼装置の他の★施例と
して第９図に示す燃焼装置がある。これはバーナ１１１
の炎口１１２の両側に、燃焼ガス流、−講け、燃焼室１
１３に一通して傾斜面１１４に、段階状に設けられた二
次空気口１１６から炎口１１２上に形成される火炎に対
し、火炎伸長方向に傾斜して、段階的に二次空気を噴射
供給するものである。この場合、二次空気は火炎の伸長
方向に傾斜して段階的に噴射供給されるため、未燃成分
と二次空気との接触およびそれらの混合は、火炎伸長方
向に長い広い領域で行なわれるため短炎効果は大きなも
のとなる。また混合領域が広く安定燃焼領域も広いため
、ＴＤＲも大きくとれ、燃焼量に対する二次空気流量制
御も第８図の装置の場合程高精度でなくてもよい。しか
し炎口１１２の炎口負荷が高いため、すなわち混合気噴
出速度が大きいために、二次空気口１１６から火炎に供
給される二次空気の噴出速度が大きくなければ、火炎中
央部の未燃成分に二次空気が供給で□きない。

噴出速度が高くなればその二乗に比例して高い送風圧が
必要となり、その分ファンは大型のものが要求される◇
さらに、傾斜面１１′４が広いため火炎による加熱を受
シやすく、よ”って二次空気室１１６の内圧が上昇し、
二次空気供給の送風圧は、なものが要求され、ファンが
大型化し、騒音も高くなる。

以上説明した如く、従来の高負荷燃焼を目的とした燃焼
装置にあってはいずれも高負荷燃焼とＴＤＲの拡大、さ
らにファンも含めた燃焼器全体の小型化、燃料および空
気流量制御の容易性などを同時に満足するものではなか
った０ 本発明は炎口の中央部に水冷管を設けるなどし千混合気
噴出速度を中央部で小さくし、小さい二次空気の噴出速
度でも火炎中央部まで二次空気が供給されるよう構成す
ることにより、安定燃焼範囲の拡大を図りＴＤＲを広く
するとともに、噴出速度を下げ送風圧を低減してファン
の小型化を図るものである。さらに二次空気を火炎の伸
長方向に傾斜して噴射供給することにより、未燃成分と
の混合域を広くして安定燃焼領域を拡大し、前述？炎口
構成の効果と合わせて燃料および空気流量：：Ｉ：二：
：：、ＬかつＴＤＨの拡大をより確実に以下本発明の一
実施例について第１図〜第ｅ図に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例で給湯器に適用した場合の縦
方向の断面図及び全体図であり、第２図は第１図の横方
向の一断面図である。第１図〜第２図に於いて構成を説
明すると１．７アン１が給湯器本体２に接続されておシ
、接続口３の近傍には一次及び二次空気を分離供給する
ための分離仕切板４が設けられている０給湯器本体２の
上端部にはバーナ６がファン１との接続口３にスロート
部６を向けて設置されている。スロート部６に対向して
、電磁弁７．比例弁８に接続され、先端部にノズル９を
設けた燃料パイプ１０が配設されている。バーナ６の炎
口部１１の中央部には水冷パイプ１２が設けられている
。炎口部１１の両側には燃焼室１３の一部を構成する一
対の二次空気室１４が設けられている。また前記二次空
気室１４にはバーナ６と給湯器本体２とで囲まれた二次
空気通路１６に連通した整流口１６と、傾斜面１７に設
けられた前記燃焼室１３と連通した二次空気噴出口１８
および水冷パイプ１９が設けられている。

燃焼室１３を構成する給湯器本体１２部には熱交換を兼
ねた水管２０が埋め込まれ、燃焼室１３の燃焼ガス下流
方向に設置された熱交換器２１の水管に連結されている
。熱交換器２１の下流には排気口２２が給湯器本体に接
続して設けられている。

なお水管２０の給水側は一部分岐され、水冷パイプ１２
および１９に冷却水を供給するよう構成されている。ま
た給湯側の一部には湯温を検知するサーミスター２３が
設けられ、制御部２４と連絡している。

次に上記構成をもつ給湯器の動作について説明する。フ
ァン１により供給された燃焼用空気は、分離仕切板４を
通過する際にスロート部６に向かう一次空振と、一対の
二次空気通路１６に分割される。また燃料は燃料パイプ
゛１ｏより、電磁弁７を通過し、比例弁８で所定の流量
に設定された後先端のノズル９よシスロート部６に向け
−て噴射供電中に均一混合され、炎ｎ部１１を通り燃焼
室１３に噴出され火炎を形成する。なおこの時炎口部１
１の中央部には水冷パイプ１２が設けられているため混
合気の噴出速度分布は中央部が小さくなった′Ｖ字型の
分布となる。一方二次空気通路１６に供給された二次空
気は、整流口１６を通って二次空気室１４内、に入り、
傾斜面１７に設けられた二次空気噴出口１８を通り前記
火炎に向けて傾斜噴出供給される。燃焼ガスは熱交換器
２１で熱交換を行った後排気口２２から排出される。な
お水管２゜の給水側で分岐された水冷管１２および１９
はそれぞれ炎口１１および二次空気室１４の傾斜面１７
を冷却した後再び水管２０に戻る。また給湯側の水管２
０に設けられたサーミスタ２１により計測された湯温信
号は制御部２２に送られ７アン１と比例弁８を制御して
空気および燃料を適切な量だけ供ｉするように構成され
ている。

次に上記燃焼装置の作１について、第３図〜第通って燃
焼室１３内へ噴出される予混合気の噴出速度分布は、炎
口１２の中央部に水冷パイプ１２が設けられているため
に第３図ａに示す如く、中央部がくぼんだ凹状分布とな
る。そのため、二次空気口１８より傾斜噴出供給される
二次空気は、噴出速度が小さくても火炎の中心部まで供
給され、火炎中心部の未燃成分はすみやかに酸化される
。

従って火炎長が非常に短くなるため燃焼室１３を小さく
構成した場合でも完全燃焼し％　１０　Ｋａｌ／ｂｒｒ
ｌオーダの燃焼室負荷を実現できる〇一方第３図すに示
す如く、炎口１１の中央部が閉塞されていない場合には
、混合気噴出速度分布は中央部にコア領域をもつ台形分
布となる。そのため二次空気噴出口１８より傾斜噴出供
給される二次空気は、噴出速度が小さい場合には火炎中
心部まで二次空気が供給されず、火炎の短炎効果は小さ
なものとなる。第４図ａ、−ｂは上記の相異を、火炎温
度分布で示したものである。二次空気の噴出速度を一定
にした際、第３図ａの場合には炎口中心部で最高温度を
持つ山形分布を示す。最高温度両側部には±２００”Ｃ
以上の温度変動の、激しい領域が存在し、未燃成分の中
に、二次空気が盛んに供給され酸化４ 反応が促進されていることを示す。−力筒３図すの場合
には炎口両端部に最高温度域があり、中央部に高温域を
持つ台形状分布を示す、傾斜噴出供給された二次空気は
、炎口両端部にある未燃成分の酸化に大部分が消費され
、火炎中心部までは二次空気が供給されず、コア領域は
下流域まで存続する。従って火炎長は第３図すの場合ａ
よりも長くなる。また二次空気室１４の傾斜部１７に設
けられた二次空気噴出口１８より火炎に供給される二次
空気は傾斜噴出供給されるため未燃成分と二次空気の混
合域が大きく、安定した燃焼を行う。

さらに傾斜部１７に段階的に設けられた二次空気噴出口
１８４７Ｃより、燃焼量すなわち火炎長さに対応して段
階的に二次空気を供給するためＴＤＲが大きく変化して
も安定した火炎を維持することができる。また水冷パイ
プ１２は炎口部１１の温度上昇と火炎の７ラツシエバツ
クを防止し、水冷パイプ１θは二次空気室１４の加熱に
よる内圧上昇を防止し、ファン１の送風圧を下げる効果
を有しイいる。

以上の説明を要約したものを第６図に示す。

Ｂｌｏｗ−ｏｆｆ、　Ｆｒａｓｈ−ｂａｃｋおよびＹｅ
ｌｌｏｗの斜線を施した限界線に囲まれた領域が安定燃
焼領域である・。二次空気を火炎に強制的に供給するこ
とにより、Ｙｅｌｌｏｗ限界は通常のブンゼン炎の場合
よりも量論比φ大の方向に後退し、安定燃焼範囲は少し
ずつ拡大される。従来例Ａで示したものが第７図ａ、ｂ
の構成をもつもののＹｅｌｌｏｗ限界線であり、従来例
Ｂで示した。ものが第８図。

第９図の構成をもつ燃焼装置におけるＹｅｌｌｏｗ限界
線である。従来例Ｂで示した場合と同じ二次空気噴出口
度における本発明の燃焼装置のＹｅｌｌｏｗ限界線は前
記従来例の場合よりも大幅。

に後退し、安定燃焼範囲は非常に大きくなる。このため
に、−次およｑ二次空気流量と燃料流量の制御は多少、
阻くても、火炎は安定燃焼を維持でき・なお第６図に不
す如く、炎ロ部１１−山形に成形、シ、混合気の噴出方
向を二次空気噴出方向に対向させれば二次空気の火炎へ
の噴出速度は小さくンの小型化と安定燃焼範囲拡大の効
果は一層高められる。

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）炎口部からの混合気噴出量を中央部で少く、二次
空気噴出口側で多くなるように構成することＫより、炎
口部の両側で温度変動が激しく、未燃成分の酸化反応が
大幅に促進される領域を　　　　。

作るとともに火炎中心部の未燃成分の量も少いため火炎
中心部への二次空気の供給が容易となりコア領域が早く
消失して短炎化を実現し、高負荷燃焼と燃焼室の小型化
が図られる。

（噂　二次空気を火炎に対し傾斜噴出供給し、未燃成分
と二次空気との混食領域を火炎伸長方向に従って火炎中
心部まで大幅に拡大するとともに、二次空気室の傾斜部
に段階的に設けられた二次空気噴出口から段階的に火炎
の長さに対応して二次空気を供給することＫより、イエ
ロー７ 発生領域を大きく後退させ混合気噴出速度の広い範囲で
安定燃焼を実現することＫよってＴＤＲの拡大を図るこ
とができる。

（３）炎口部における混合気噴出量を少く構成し、かつ
二次空気を火炎に対し段階的な傾斜噴出供給することに
より、小さな二次空気噴出速度でも火炎中心部の未燃成
分への二次空気供給が実現され、コア領域の消失を促進
し短炎化が図れる。噴出速度の二乗に比例して送風圧が
変化するため、小さな噴出速度によりファンの小型化が
実現できる。

（萄　前述のイエロー域の後退により量論比の広い範囲
で安定燃焼を実現することができるので燃料流量に対す
る一次および二次空気流量が変化しても安定燃焼を維持
できる。したがって各流量制御の許容バラツキが拡大さ
れ容易に制御ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す燃焼装置の全膿成図、
第２図は第１図の要部の断面図、第３成図、第４図ｄは
本発明の燃焼装置における炎口上の火炎温度分布図、ｂ
は従来の火炎温度分布図、第６図は本発明と従来との比
較を示す燃焼特性図、第６図は本発明の他の実施例を示
す一部断面図、第７図ａ、ｂは従来例を示す要部の断面
図、第８図は他の従来例を示す断面図、第９図はさらに
他の従来例を示す断面図である。 １−・・・・・ファン、６・・拳・・・バーナ、１１・
・・・・・炎口部、１２・・・・・・水冷パイプ、１４
・・・・・・二次空気室、１７・・・・・・傾斜部、１
８・・・・・・二次空気噴出口、１９・・・・・・水冷
パイプ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
冑 ・　　　　ｉＷ２図 第３団 第４図 炎ロｔ、項を旬のνＪ状 「）１） 英０辷ｎ潰方向４孕 第　５　目 ！言置比φ　　。 第　６　陶 ｍ　７　［ｊｌ　、、。 第８図　　　　− 第９？４　　　、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　燃焼室と、り前記燃焼室内に炎口部を臨ませ
   たバーナ本体と、前記炎口部上に形成される火炎に強制
   的に燃焼用空気を噴射供給する噴出口を前記燃焼室内に
   臨ませた空気室を有し、前記炎口部の両側に、空気室Ｉ
   Ｌ：前記噴出口を段階状に設けた傾斜部をもって臨ませ
   るとともに、前記炎口部からの混合気噴出量を、中央部
   で少く、前記空気室に近い両側部で多くなるよう構成し
   た燃焼装置。
2. （２）炎口部を凸状に成形し、混合気噴出方向を前記炎
   口部の両端部に傾斜させ噴出口と対向させた特許請求の
   範囲第１項記載の燃焼装置。