JPS586A - 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】 本発明は給湯機器、暖房機器などでファン等を用いた強
制空気供給の燃焼装置に係り、以下の項目を満足する燃
焼装置を提供することを目的とするものである。

（１）燃焼室負荷が１０７θ／ｈｍ３オーダの高負荷燃
焼を実現し、燃焼室の小型化を図る。

（２）機器への応用の際、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）　　特性の異なる種々の燃料を用いても良好な燃
焼を維持し・肚焼装置のユニバーサル化を図る。

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

一般の家庭用燃焼機器において、バーナの炎口から噴出
されだ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
。一般に炭化水素系燃料では二次炎は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
トレメント（周囲空気巻き込み）と分子拡散によってお
こなわれるだめ反応速度も遅く、火炎は後流に向って伸
長する。−次空気比を増すと反応はほとんど一次炎で生
じるため、二次炎が短かくなる。−次空気を増して理論
空気を越えた燃焼、いわゆる全−火燃焼では二次炎がほ
とんど見られなくなるが、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
ュバックを生じることが多い。また燃焼範囲が比較的狭
いだめ、高精度の予混合空気量の制御が要求される。更
に給湯や暖房においては季節による水温、気温変化。

又負荷（多栓給湯、多室暖房時）変動に対応して燃焼量
を大きく可変することが要求され名。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　Ｄ　Ｒ（Ｔｕｒｎ　Ｄｏｗｎ　Ｒａｔｉｏ）を大き
くとることが要求される。従ってＴＤＲを大きく設定す
れば、微少流量で高精度の流量制御が必要になり、装置
が複雑で大型化する欠点を有している。

一方、−火中気量を理論空気量以下に設定するブンゼン
燃焼では燃焼範囲が広くなっている。従って一次及び二
次空気量を前記、全−次燃焼はど高精度の制御を用いな
くても、ＴＤＲを大きくすることが可能である。しかし
、二次炎が大きく伸長するため、このままの方式では高
負荷燃焼を実現できない。そこでファン等を用いて強制
的に空気を送り込み、燃焼反応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する試みが多くなされて
きた。

その一つの従来例として第７図に示す如くバーナ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導入する構成を持つ燃
焼装置がある。この場合、供給空気量を増すとバーナ１
０ｏの炎口基部にも空気が高速で供給され火炎そのもの
が不安定となる。逆に供給量を少なくするとガイド板１
０３で絞られ大部分が燃焼ガスと平行流になり、火炎中
への供給量が減少し火炎は短かくならない。さらにガイ
ド板１０３は高温となるため、その材質や耐久性が問題
となり、火炎近傍まセ延長するのが困難となるなど高負
荷化には限界がある。

同様な構成を持つものに第８図に示す他の従来例がある
。これはバーナ１０４の近傍を通過した二次空気がバク
フル１０５によって偏向され火炎に供給されるものであ
る。この場合には第７図の場合より構造が複雑になると
ともにバックル１０５を含む燃焼室の熱容量が大きくな
る。従って火炎を冷却して不完全燃焼を生じ易く燃焼範
囲が狭くなる。このだめ各部の加工寸法条件や供給空気
量制御に制約があり、ＴＤＲを大きくとれない。

又第９図に示す他の実施例では水冷された燃焼室壁１０
６に沿って火炎を形成し、燃焼室の中央部の二次空気噴
出口１０７から火炎に向って空気を供給する構成を持っ
ている。この方式は構造が比較的簡単で高負荷燃焼が実
現できる。しかし燃焼室壁１０了により、火炎が常に冷
却されるため燃焼量を絞っていくと発熱量よりも燃焼室
壁１０７に奪われる熱量が増し、火炎冷却が発生し燃焼
反応が凍結されＧＯなどの未燃分がそのまま排出される
ことがある。従ってＴＩ）Ｒは大きく設定できない。

更に他の従来例として第１０図に示す燃焼装置がある。

これは燃焼室を形成する内筒１０８内に炎口板１０９が
挿入されており、内筒１０Ｂの外周には外筒１１０を設
は二次空気室１１１を構成する。ここに供給された二次
空気は内筒１０８に設けられた二次空気噴出口１１２か
ら炎口板１刃上に形成された火炎に向って噴出供給され
、強制混合により短炎化を図り、高負荷燃焼を実現しよ
うとするものである。この場合火炎が燃焼室の中央部だ
けでなく内筒１０８近傍にも形成されることになる。従
って内筒１０８が高温になり耐熱性。

耐久性が問題になると同時に二次空気室１１１内の空気
が加熱されて膨張し、二次空気室１１１内圧が上昇する
。よって必要空気量を二次空気噴出口１１２を通って燃
焼室内に送り込むためには、送風圧の大きなファンが必
要となり、ファンが大型化し、騒音レベルも高くなる欠
点を有し、高負荷化への対応力は十分でない。

以下説明した如く、従来の高負荷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の拡大を同時
に満足するものではなかった。又燃焼装置が複雑になり
ファンも含めた燃焼器全体としての小型化は十分追究さ
れていなかった。

本発明は燃焼室壁をフィンと水管によって構成し熱交換
器としその一部に二次空気噴出口を多段に設け、二次空
気温度の安定化（常温レベル）と負荷に応じた空気供給
を行うことにより、上記従来欠点を解消するものである
。以下本発明の一実施例について第１図〜第６図に基づ
いて説明する。

第１図〜第２図において、１は燃焼用空気を供給するフ
ァンであり、その供給口１′は一次空気通路２と二次空
気供給通路の第１通路３．第２通路４と連通している。

それぞれの通路２，３．４内には空気調整用の可動ダン
パー５．６．７を途中に設けている。第１通路３はその
下流部に設けられた均圧室を兼ねた二次空気室８に連通
し、第２通路は同じく二次空気室９に至っている。二次
空気室８，９は燃焼室１６を形成するフィン、パイプ一
体化熱交換器部１６に密着しその一部に設けた二次空気
噴出口１０．１１と連通している。

１３はバーナ本体で炎口１４は燃焼室１６に臨む構成で
あり、炎口１４の下流の燃焼室１６において二次空気噴
出口１０．１１と段階的に位置している。バーナ本体１
４の上流は一次空気通路２が連通し、通路内には燃料噴
射用ノズル１２を設置している。１７はフィンパイブ一
体化熱交換器１６の水通路であり、１８は燃焼室１５の
下流に設ける排気出口である。

上述の構成よりなる本発明の燃焼装置における動作９作
用について述べる。ファン１により供給される燃焼用空
気はその一部か−・水空気通路２を通り可動ダンパー６
で適切な供給量に調整された後、途中に設けられた燃料
噴射ノズル１２より噴出された燃料と混合して混合気と
なり、バーナ本体１３に送り込まれる。バーナ本体１３
に供給された混合気はさらに混合を促進し整流された後
、炎口１４より均一に燃焼室１５内部に噴出され火炎を
形成する一方、第１通路３及び第２通路を通って供給さ
れる二次空気は可動ダンパー６．７でそれぞれ適切な供
給量に調整された後、二次空気８．９に入り、二次空気
噴出口１０．１１を通って均一に燃焼室１５内に形成さ
れる火炎に向って噴出する。火炎はこの二次空気噴流の
ため燃焼室。

１６全域に渡って広がり、フィン・パイブ一体化熱交換
器１７と熱交換を行った後、排気出口１８より排出され
る。１７の水通路内の熱媒体は通常、水を用いるが目的
に応じて油、フレオンガスなど９搬送可能な熱媒体なら
問題はない。

次に上記燃焼装置の作用について第３図〜第６図を用い
て説明する。燃焼量が大きい場合には第３図に示すよう
に第１通路３．第２通路４の途中に設けられた可動ダン
、Ｃ−６，７を開き上流側及び下流側の二次空気噴出口
１０．１１から二次空気を燃焼室１５内に形成されてい
る火炎に向って噴射させる。ここで前述した如く、二次
炎はＣＯやＨ２などの未燃成分が多量に含壕れているが
、この火炎への二次空気噴射による強制空気供給及び強
制混合により酸化反応が著しく促進される。このように
二次炎ムは第３図に示すように、二次空気噴流のため燃
焼室１５のほぼ全域に広げられ、燃焼室１６の空間を十
分に利用してその全域で燃焼反応が行なわれる。従って
燃焼室１６が小さくても大容量の燃焼が可能となり、燃
焼室の負荷が１〜２θＸ　１０’／ｈｍ３程度も可能と
なる。又燃焼室１６内のほぼ全域に広げられた火炎はフ
ィン・パイプ一体化熱交換器１７で十分に熱交換を行う
ため、二次空気室８，９内の二次空気温度上昇を大幅に
減少すると同時に二次空気噴出口１０．１１の温度上昇
も少なく安定した二次空気供給を維持する。従って二次
空気供給のだめの送風圧は小さくても可能でファン１も
小型化となり騒音も小さくなる。

一方この状態のまま絞っていくと、第４図に示すように
二次炎Ｂは二次空気噴出口１ｏから供給される二次空気
の影響を強く受け、炎口１４に近接していく。ここで燃
焼室負荷とＣＯ濃度の関係を示した第６図に基づいて説
明する。燃焼速度の小さい燃料や拡散速度の小さい燃料
の場合には、火炎基部への二次空気噴出口１０から二次
空気噴射による急冷却のため燃焼反応による発熱速度と
のバランスが崩れ、燃焼反応の凍結やリフティングを生
じる。そのため曲線乙に示したように、低燃焼室負荷に
なると急激に、ＧＯなどの未燃成分が発生する。又燃焼
速度の大きな燃料では火炎が炎口１４に密着し曲線すの
斜線部ｂ′の領域で炎口１４を赤熱する場合があり、フ
ラッシュバックを誘発することがある。しかしながら本
発明のように第、１通路３内に設けられた可動ダンパー
６を閉じて、二次空気室８への空気供給を減少させれば
第５図に示すように、二火炎Ｃは下流側の二次空気を供
給する二次空気噴出口１１に位置まで酸素不足のだめ伸
長し且つ広がる。この場合、第４図の時のような火炎基
部の急冷がないだめ、−火炎は安定した火炎になる。そ
のため二次空気噴出口１１よりも上流側は安定した高温
度領域となるため、二次空気による急激な火炎冷却が避
けられ、燃焼速度の小さい燃料や拡散速度の小さい燃料
の時でも燃焼室１６内で広がった火炎Ｃは安定した燃焼
を継続する。更に燃焼速度の大きな燃料の場合でも二火
炎Ｃは燃焼室１６で大きく広がるだめ、炎口１４から離
れこれを加熱する効果は著しく低下する。従って前述し
た炎口１４の赤熱、フラッシュバック現象を完全に防止
できる。このような条件を満すことによって、いずれの
燃料の場合でも第６図に示す曲線Ｃの特性を得ることが
可能であり、広い燃焼室負荷の範囲、即ちＴＤＲの大き
な領域で良好燃焼を実現することができる。

以上の説明から明らかのように、本発明の燃焼装置によ
れば次の効果が得られる。

（１）火炎に対して二次空気を噴射し、強制空気供給と
強制混１合により燃焼室空間のほぼ全域で燃焼反応を行
い、且つこれを促進して小さな燃焼室で大容量の燃焼を
実現できるので燃焼装置の小型化を実現する。

（２）燃焼ガスの流れ方向に互いに独立した複数の二次
空気室を設け、火炎への二次空気供給を大燃焼量時は全
空気噴出口より空気を供給し、小燃焼時には下流側の空
気供給を少なくすることにより、高負荷時燃焼の実現と
低負荷時の安定燃焼を可能とじＴＤＲ燃焼の制御範囲を
より広くすることができる。

（３）上記の二次空気供給法の制御と合わせて、燃焼室
内にガイド板やバッフルを設けなくてもよいため、燃焼
室は簡単な構成となると共に特性の異なる種々の燃料に
対して、いずれも良好な燃焼を維持でき燃焼装置のユニ
バーサル化が図れる。

（４）燃焼室壁を熱交換部として構成し且つ噴出口を設
けることにより、二次空気室の温度上昇の防止と空気加
熱が減少し、内圧を低下させることが実現でき、送風圧
の小さい小型のファンが使用できるため、騒音が小さく
なると共に燃焼器システム全体の小型、軽量化を図るこ
とができる。更にコストメリットも十分である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃焼装置の一実施例を示す全体構成断
面図、第２図は同燃焼装置の一断面を示す斜視図、第３
図〜第５図は同燃焼装置により形成される火炎を説明す
るだめの構成断面図、第６図は同燃焼装置におけるＴＤ
Ｒ特性の一つを示すもので、燃焼室負荷に対するＣＯ濃
度を示した各燃焼方式の比較特性図、第７図〜第１０図
は従来例の断面図である。 １・・・・・・ファン、３・・・・・・第１通路、４・
・−・・−第２通路、８，９・・・・・・二次空気室、
１ｏ、１１・・・・・・二次空気噴出口、１３・・・・
・・バーナ本体、１４・・・・・・炎口、１５・・・・
・・燃焼室、１６・・・・・・フィン・パイプ一体型熱
交換器、ム、Ｂ、Ｃ・・・・・・二火炎。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 第３図 第４図 第５図 第　６　図 燃焼室勇倚Ｘｌ０７（ｋｃ勿□３９ 第７図 １８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃焼室と燃焼用空気を供給する装置と、前記燃焼室内に
   炎口を臨ませたバーナの炎口上に二次空気を導入する手
   段を備えた燃焼装置において、前記燃焼室の壁をフィン
   とパイプ等によって加工した熱交換器で構成し、複数の
   二次空気噴出口を前記熱交換器に設けることを特徴とす
   る燃焼装置。