JPS5883111A - 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゛給方式の燃頬；装置に関するものである。

本発明のＬｌ的は以Ｆのとおりである。

（１）燃焼室負荷が１０’ｋａｌ／ｈ、π］−ダノ商ｉ
′ｌ荷燃焼を実現し、燃ｊＪ’ｒ、装置の小Ｊｌｉ１１
（ＩＩ−４・図る。。

（２）給湯器や暖房２刹の使い勝手を向１．さ一田るた
め燃焼１ｊ＝が広範囲で変化し２ても良ｌｌ口・燃ｉ、
Ｉ’ｔ、の糾１．１全図る。

（３）燃焼装置を簡単な（１１’ｉ成にすると、ｌ−４
、に、ファンも含めた燃焼器システノ、全体の小ｌ（１
［化を図る。

（４）安定燃焼領域の拡大に」：す燃に＋りｒ”気：１
１制御を容易にする。

一般の家庭用燃焼器共においてハーノの炎１１がら噴出
さ扛た予混合気は、炎１１　、、ｌ−ｉ／ｃ−次央を形
成し、その丁流域に周囲の空気ケ杏きｉＡ　／、で燃す
尭する二次炎が形成される。一般に炭化水２（・、燃ゎ
では二次炎はＧＯやＨ２を多ｆ−１ｆ：ＶＣ含７」・未
燃成分の酸化ｊｌｉＡ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Ｊ：って
１．・こるため反応速度も遅く、火炎Ｈ，後流に向がっ
て１３．＜伸□・る。−次空気比を増すと反Ｌｃ、ニジ
；、１１とんど一次炎で生じるため、二次炎が短くなる
。−次夕）′気を増して理論空気鼠全越えた燃Ｊ３’ｉ
ｉ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、反面振動燃焼全発生し易く、又火炎が炎口に密
着するため炎口が加熱されフラン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
きる最大燃焼計と最小燃焼量の比、いわゆるＴ　Ｄ　Ｒ
（Ｔｕｒｎ　Ｄｏｗｎ　Ｒａｔｉｏ　）Ｋ−大きくとる
ことが要求さ扛る。しかし全−次燃焼では通常のブンゼ
ン燃焼と比較すると、フラノンユバツクとブローオフで
制約される安定燃焼範囲は一次空気比が太きいため極め
て小さく、宿命的にＴＤＲ−ｉ大きくとれないという欠
点を有している。

一方、−次空気計全理論空気駄以下に設定されたいわゆ
るブンゼン燃焼では前述の燃焼範囲が広く、従ってＴＤ
Ｒ’（Ｈ大きくとることができる。しかし二次炎が長く
伸びるため、この１１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用いて強制的に二次空気を送
り込み、燃焼反応を促進させ短炎化を図って高負荷燃焼
を実現させようという試みが従来なさ肛てへ／こ。−次
空気の火炎への強制供給手段としてｔ才、 （１）供給された二次空気流を、燃４．＋’ｔ’、、室
内に設けた絞り部やガイド板で偏向させて火炎にりと気
全供給するもの。

（２）燃焼室周辺部に二次空気室呑こ設けて燃焼室に連
通ずる開［−１部Ｊ：す火炎に向けて″）′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より供給さ扛た二次り）３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るものである
。この場合構成上、二０次？）′、気を火炎（二次炎）
中心部まで供給（７短炎化を図る／ヒめには、風量を多
くして流速全上けるかガイド板１０３により通路面積の
絞り比を大きくし庁ければならない。風量全多くすると
バーナ１０１の火炎基部にも高速の空気が供給され、リ
フトケ起こし易くなり火炎の安定性が低下するとともＶ
（、給湯２：＋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、熱交率が下がってし甘
う。

一方火炎近傍１でガイド板１０３ｉ設は絞り比を大きく
した場合、ガイド板１０３け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、この壕までは１０７１ｍ／　ｈｌ”　オーダの
高負荷燃焼は実現できない。

１だ第７図（ｂ）に示す様にガイド板１ｏ３の代わりに
絞り部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
を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。

」３記（２）の従来例としては第８図に示す燃焼装置が
ある。これは燃焼室１０５’ｉｉ形成する内筒１０６°
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’（５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円筒１０６に設けられた
二次空気噴出口１１０を通す炎口板１０７」−に形成さ
れる火炎の伸長方向に利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
、火炎に利し直角方向から供給されるために未燃成分々
−ニ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空気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１１４°が多過ぎる場
合には火炎を過冷却して不完全燃焼を生じ、過少の場合
には、火炎中央部１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。従って燃料流計
と空気流：１）°の制御は非常に精度の良いものが要求
される。〕また燃焼ｆｆｌ：ｆ：絞った場合、燃焼は炎
［］板１０７のごく近傍で完結するために、火炎は炎口
板１０７に密着してこれを加熱する。従ってここを通加
する混合気温度も」３昇し、燃焼速度が増々大きくなり
、ついにはフラッシュバック全土じる。つ寸りＴＤＲ（
ｉ７大きくとることはできない。さらに捷たこの燃’１
３’／、装置では火炎は炎［−１板１０７以外Ｖこも二
次空気噴１１冒］１１０にも未燃成分による拡散炎が形
成される。

従って円筒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三次空気室１０９内の二
次空気が加熱膨張１７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たけ上列するためフ
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性能やファンを含
めた小型化が要求さ扛る場合には適さない。

さらに上記（２）と同様な工業用燃焼装置の他の実施例
として第９図に示す燃焼装置がある。これはバーナ１１
１の炎ｆ、１１１２の両側に、燃焼ガス流への下流方向
に広がった燃焼室１１３を・形成する傾斜面１１４をも
った１対の二次空気室１１６を設け、燃焼室１１３に連
通して傾斜面１１４に、段階状に設けられた二次空気ｆ
、＋１１６から炎１］１１２．１ＩＶｒＣ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ζ二次空
気４噴射供給するものである。この場合、二次空気な１
火炎の伸］（方向に傾斜して段階的に噴射供給さＪｌ、
ろため、未燃成分と二次空気との１１触お、１：びそれ
ｒ−、の混合Ｃ：、火炎伸長方向に長い広い領域で行−
ｈ二：ｈｔｑ−る／とめ短炎効果は大きなものとなる。

−ｄニーＡ−１１１１Ｘ合領域が広く安定燃焼領域も広
いためＴ　Ｄ　Ｒ□）＼きくとノ１、燃焼計に対する二
次空気３ｆｒ、　’ｆ１’ｊ″制御も第８図の装置の場
合程高精度でｈ〈てもｊ：い。［７か（，４３０１１１
２の炎１］負荷が高いため、すなわＩ’ｖ’Ａｉ、合気
噴出速度が大きいために、−二次空気１１１１６か１′
−〕火炎に供給さ扛る二次空気の噴出速度が大きく斤は
肛は火炎中央部の未燃成分に一次り；′気が供給できな
い。噴出速度が高くなればその二乗に比１＋Ｉ＋　［−
’で高い送風圧が心安となり、その分ファンｉＩ′ｔ、
　、ｋ　ｒ＋、１４のイ、のが要求さ扛る。さらに、傾
斜面１１４が広いたＩＶ）火炎による加熱全骨けやすく
１．１：って　次り）′気′・；＜１１５の内圧が十Ｈ
し、二次空気イ（（給のｉｙ、風）目−１，１−記の炎
口性Ｍが高いことと合わせて、ｊ１常に入き斤イ、のが
１皮求さノ１、ファンが大型化ｌ−７、騒１°クイ）高
くなる。

以−ｆ＝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々ど全同時に満足するものでは
なかった。

本発明は炎口の中央部に水冷管を設ける々どじて混合気
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１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、Ｔ　Ｄ　Ｒ
ｆ広くするとともに、噴出速度を下げ送風圧全低減（７
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
述の炎口構成の効果と合わせて燃料および空気流量の制
御を容易にしかつＴＩ）Ｈの拡大をより確実にするもの
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。

０ 第１図は本発明の一実ＭＵ例で給湯器に適Ｊ［］シた場
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３、第１図、第２図に於いて
構成をＩｔｆｌ、明すると、ファン１が給湯器本体２に
１〆続さ扛て、１．・す、Ｉ＞ｘ　ｈ（’、　ｌ　ｌ　
３の近傍には一次及び二次空気を分肉１１供給するだめ
の分前仕切板４が設けられている。給湯器本体２の１−
７１．１部にはバーナ６がファン１との１妾茫；１−＋
　１３　ｙｃスロート丁＜Ｉｓ６を向けて設置されてい
る。ス１１−１・ｉτ（へ６に対向［７て、電磁弁７．
比例Ｊ「８に級に’；ｌ；τ＼れ、先端部にノズル９を
設けた燃わバイブ１０が配設されている。バーナ６の炎
Ｅｌ　３＜Ｂ　１１の中央部にＱｌ、水冷バイブ１２が
設けられている。炎１１ｉ１Ｎ１０両側には燃焼室１３
の一部を構成する盪・１の二次空気室１４が設けられて
いる。４だ前記ニー次ケ）′気′−；＜　１４にはバー
ナ５と給湯器本体２とで囲−ｄ７’Ｌ　／ζ二次り）−
気通路１５に連通した整流１１１６と、ス１１″１ネ１
　＋ｒ＋ｉ　１７に設けら扛だ前記燃焼室１３と連；１
ｒｌシた一８次イ）コ気噴出「１１８お」：び水冷バイ
ブ１９が設けら扛ている。

燃焼室１３を構成する給出器本体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、水冷バイブ１２
および１９に冷却水全供給するよう構成されている。壕
だ給湯側の一部には湯温全検知するザーミスタ２３が設
けられ、制御部２４と連絡している。

次に−に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８１９〇に向かう一次空気と、
一対の二次空気通路１６に分割さ扛る。丑た燃料は燃料
バイブ１０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よりスロート部６に
向けて噴射供給される。に記螺４」と−次空気はバーナ
５内を通過中に均一混合さ扛、炎口部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１１
の中央部には水冷バイブ１２が設けられているため混合
気の噴出速度分布ｌ」は中１夫部が小さくなったＶ字型
の分布となる。−＝力亘次り１う気通路１５　ＶＣ供給
すｔ’１−ｆ７ＪＪＪＪｋ　９’；ｉｆｌ’、、整１’
ｉｌｒ、　ＩＩ　１６　％）　、ｉｌｑ　つて二次空気
室１４内に入り、イ頃余１１ｆｉ１７に設けられた二次
空気噴出ｊ二’１１８を通り前記火炎に向けて傾斜噴出
供給される。態動１カス敬１、ｐ、ＱＨ交＋６！！　’
、！：、ｊ　２１で熱交換を行った後排気１１２２から
１．１１　＋１＋さ扛る。なお木管２０の給水側で分岐
され／ヒ水冷管１２お」：ひ１９はそれぞれ炎「ｌ　１
１　：Ｌ−Ｊ：び三次空気室１４の傾斜部１７を冷却し
た後円−び水管２０Ｖｃ届る。

捷た給湯側の水管２０に設けｌ’）　）ｑ、　ｉこリー
ミスタ２１にＪ：り言１測された湯侃、信号は制御部２
２に送られファン１と比例ｊＦ８　ｆｒ　！ｌｉ制御し
てりｊ？気およＯ・燃料全適切２２：計だけ供給するｊ
：うにｔｆｌ＋成されている。

次に上記燃焼装置の作用について、第３図〜第６図に基
づいて説明する。バーナ６の炎１１部１１を通って燃焼
室１３内へ噴出されるｆ・混合気の噴出速度分布は、炎
「１１２の中央部に、水冷バイブ１２が設けられている
ために第３図（ａ）に示す如く、中火部がくぼんだ凹状
分布となる。そのため、二次空気［１１８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
、Ｃｒ　Ｈ１目で供給され、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、１０’１ｒ２１１／ｈ２
）／オーダの燃焼室負荷を実現できる。一方第３図（ｂ
）に示す如く、炎１］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（２Ｌ）　、　（ｂ）は
」３配の相異全、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（？Ｌ）の場
合には炎［−１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
供給され酸化反応が促進されていることを示す。一方第
３図（ｂ）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１．１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１では二次空気が供
給されず、コア領域Ｑ′、１Ｆ流域１で存続する。従っ
て火炎長は第３図（ｂ）の場合（ａ）　Ｊ：りも長くな
る。捷だ二次空気室１４０１１′１ネＮ１部１了に設け
られた二次空気噴出口１８」：り火炎に供給される二次
空気は傾斜噴出供給される／ζ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に段階的に設けら扛た二次空気噴出口
１８により、燃焼１社すなわち火炎長さに対応して段階
的に二次空気全供給するためＴＤＲが大きく変化しても
安定した火炎ヲ糾持することができる。また水冷バイブ
１２は炎１−１部１１の温度上昇と火炎のフランシュバ
ックを・直重（−１水冷パイプ１９は二次空気室１４の
加熱にＪ：る内圧に昇全防止し、ファン１の送風用＝を
下げる効果を有している。

以−ヒの説明を要約したものを第６図に示す。ブローオ
フ、フラッシュバックお、Ｉ：びイエローの斜である。

二次空気全火炎に強制的に供給することにＪ：す、イエ
ロー限界は通常のブノゼン炎の場合よりも量論比ｙ太の
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ｉ　７図（ａ）　、　（ｔ）
）の構成をもつもののイエロー限界線であり、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
置におけるイエロー限界線である。従来例（Ｂ）で示し
た場合と同じ二次空気噴出速度における本発明の燃焼装
置のイエロー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、
−次および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る。従って制御は非常に
容易に行なうことができる。

なお第６図に示す如く、炎口部１１を山形に成形し、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ても十分火炎中心部捷
で供給される。従ってファ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。

以にの説明から明らかなＪ：うＶ（本発明の燃焼装置に
よれば以下の効果が得られる。

（１）炎口部力）らの混合気噴１１冒１シ全中火部で少
く、二次空気噴出［］側で多くなる」：うに構成するこ
とにより、炎口部の両側で＃ｙｔ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全作るとともに
火炎中心部の未燃成分の計も少な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
短炎化全実現し、高ｆ１荷燃焼と燃焼室の小型化が図ら
ノ１．る。

（２）−次空気全火炎に対し傾余１噴出供給【７、未燃
成分と二次空気との混合領域４二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１＜さに対応して二次空気を供給することに
」：す、イエロー発生領域を太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にｊ：ってＴ
ＤＲの拡大を図ることができる。

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。噴出速度が小さくなればその速
度の二乗に比例して送風圧も低くカる。さらに傾斜部に
水冷手段を設けることにより傾斜部の火炎による加熱を
防ぎ、二次空気室の内圧上昇を制御するため送風圧が低
くすることができる。以」−二つの効果により送風圧は
従来に比べ非常に小さくなり、ファンの小型化を図るこ
とができる。

（４）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全維持
できる。したがって各流量制御の許容ばらつきが拡大さ
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の燃焼装置を示す全３図（ａ
）は第２図の要部拡大断面図、第３図（ｂ）は従来例の
要部拡大断面図、第４図（ａ）　ｔ、：１：本発明の燃
焼装置における炎口上の火炎温度分布図ｉ図、第４図（
ｂ）は従来の火炎温度分布図、第５図（ｌ−１、本発明
と従来例との比較を示す燃焼！１Ｎ性図、第６図は本発
明の他の実施例を示す要部断面図、第７図（ａ）　、　
（ｂ）は従来例の断面図、第８図は他の従来例の断面図
、第９図はさらに他の従来例の断面図である。 １・・・・・ファン、５・・・・・パーツ°、１１・・
・・・炎［］部、１２・・・・・・水冷パイプ、１４・
・・・・二次り）５気室、１７・・・・・・傾斜部、１
８・・・−・二次空気噴１１冒１．１９・・印・水冷パ
イプ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名第１
図 第３図 ／３ ７５　６　　／／ ｌｂノ 一ユ　　（ワ、）　ｌ）−１亨ぢ　　　イ　　　￥第５
図 ↓ 号　論より 第６図 １？ 第７図 ジ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃焼室と、前記燃焼室内に炎［］部を臨捷せたバ
   ーナ本体と、前記炎口部上に形成さ扛る火炎に強制的に
   燃焼用空気を噴射供給する噴出１１ヲ前記燃焼室に臨捷
   ぜ／ζ空気室を設け、前記噴出口全段階的に設け、かつ
   冷却手段を有してなる傾斜部を有するηご気室を、前記
   炎口部周辺に設けるとともに、前記炎１１都からの混合
   気噴出…゛を中央部で少なく両端部で多くなるよう構成
   した燃焼装置。
2. （２）炎１−］部の両端部に傾斜させ、空気室の傾斜部
   と対向させた特許請求の範囲第１項記載の燃焼装置。