JPS63161307A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は暖房器等に使用される燃焼装置に係り、特に燃
焼排ガス中に含まれる窒素酸化物の低減を図った燃焼装
置に関する。

（従来の技術） 家庭用暖房器においては、石油ポータプルストーブやフ
ァンヒータのように燃焼排ガスを直接室内に排出させる
形式の燃焼装置を用いたものが数多く利用されている。

これらの暖房器は特別な設置工事を必要とせず、移動も
簡単で、且つ低価格のためである。

このような暖房器の中でも、特に液体燃料を気化あるい
は噴霧状態にして燃焼させる石油ファンヒータや、都市
ガスなどの気体燃料を使用するガスファンヒータは、燃
料消費はが比較的大きく、室内に排出される燃焼排ガス
の二も必然的に多くなる。従って、予混合燃焼の形態に
近いタイプの燃焼装置のように、火炎温度が高いためＣ
０１ＨＣ等の燃焼中間生成物の他に、燃焼反応に伴なっ
て生成される窒素酸化物、イオウ酸化物等が排出される
燃焼装置をファンヒータに用いた場合には、これらの有
害物質が比較的多量に室内に排出されることになり、好
ましくない。

窒素酸化物（ＮＯｘ　）はその生成機構の違いによりサ
ーマルＮＯｘと、ツユエルＮＯｘとに大別される。これ
らのうち燃料に灯油あるいは窒素骨を含まない気体を用
いた場合には、ツユエルＮ。

Ｘは無視することができ、サーマルＮＯｘの生成だけが
問題となる。特に火炎温度が比較的高く、燃料消費の多
い石油ファンヒータやガスファンヒータにおいては、サ
ーマルＮＯｘの生成機構を解明し、その抑制対策を施す
ことが重要な課題となっている。

ＮＯｘの生成を抑制する手段として、（１）火炎温度の
低下、（２）滞留時間（燃焼領域を燃料ガスが通過する
時間）の短縮、（３）燃焼用空気口の低減（すなわち燃
焼反応に酸化剤として寄与する０２温度を低減させる）
等が知られている。具体的には、特に家庭用暖房機器に
多く使用されるブンゼン式バーナを用いた燃焼装置にお
いては、火炎温度を低下させるために火炎中に冷却物を
置く、火炎温度の低下と滞留時間の短縮のためにバーナ
炎口面をスリットで細分割する等の方法が行なわれてき
ている。

これらの中で０２濃度を下げてＮＯｘ温度を下げる方法
をブンゼン式バーナで実施する例としては、例えば特開
昭５７−２０７７０５号公報に記載されているように、
バーナの炎口部（−火炎口部）の前方に二次炎口部を形
成し、２段階にわたって燃焼を行なう方式が知られてい
る。すなわち、−火炎口部上およびその周囲を囲む形で
一次燃焼室を構成し、この−次燃焼室上に二次炎口部を
形成している。ブンゼン式バーナは一次空気比が１以下
であるから、この方式では一次燃焼室内でいわゆる酸素
稀薄燃焼がなされることになり、それによって低ＮＯｘ
化が図られる。そして、−次燃焼での不足分の酸素は二
次炎口部の周囲に二次空気として供給されることにより
、完全燃焼が行なわれる。

このような二段燃焼方式は、燃焼量が比較的小さく火炎
が一次燃焼室内にとどまっている状態では、ＮＯＸの低
減効果が期待できるが、燃焼量が大きい場合、つまり二
次炎口部において大きい火炎が形成される状態では、二
次空気が多量に供給されるため、０２濃度の低減による
低ＮＯｘ化の効果はあまり期待できない。燃焼量が大き
い場合にＮＯｘ生成の絶対量も大きいにも拘らず、ＮＯ
ｘ低減効果が十分に期待できないということは、ＮＯｘ
の総量抑制という観点から問題である。

また、この方式では燃焼量を小さくして弱燃焼とする場
合、−火炎口部上の火炎の長さが短くなり、二火炎ｎ部
からの噴出力は弱まるので、二次炎口部上では火炎が保
持されにくい。従って、二火炎ｎ部からＣｏ（−酸化炭
素）のような未燃焼成分がその外部に流出して、不完全
燃焼を引起こすおそれがある。これは特に燃焼排ガスを
室内に排出するファンヒータ等では、安全性に関わる大
きな問題となる。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来の二段燃焼方式においては、燃焼量が大
きい領域ではＮＯｘの低減効果が少なく、燃焼量が小さ
い領域では不完全燃焼を生じやすいという欠点があり、
燃焼負荷範囲が広いというブンゼン式バーナの本来の特
徴が十分に生かされないという問題があった。

この発明は、広い燃焼負荷範囲にわたって、燃焼排ガス
中に含まれる窒素酸化物を効果的に軽減でき、同時に一
酸化炭素のような未燃成分を完全燃焼化できる燃焼装置
を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明はブンゼン式バーナを用いた燃焼装置において
、火炎形成位置の側方；こ、火炎下流側ほど空気取入れ
量の大きい二次空気取入れ口を有する二次空気制御板を
設けたことを特徴とする。

（作用） 二次空気制御板は火炎温度を下げる冷却物としての役割
を果たすと同時に、火炎形成位置への二次空気を抑制す
る作用を有し、それによって窒素酸化物を低減させる。

しかも、この二次空気制御板に形成された二次空気取入
れ口は、火炎上流側では空気取入れ量が少なく、火炎下
流側では空気取入れ量が多いために、主として火炎上流
側で窒素酸化物の低減がなされ、火炎下流側で一酸化炭
素のような未燃焼分の完全燃焼がなされる。このような
作用は燃焼量の大小に関係なく発揮されるから、燃焼負
荷範囲が拡大される。

また、この発明における二次空気制御板は燃焼ガスと周
囲から供給される二次空気とを徐々に混合させる作用を
持つので、燃焼ガスと空気との急激な混合によりＮＯが
酸化することによるＮＯ２の生成が抑制される。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図および第２図は本発明の一実施例に係る燃焼装置
の要部を示す正面図およびバーナ入口部から見た側断面
図である。図において、ブンゼン式バーナ本体１はその
バーナスロート部２の先端に形成された燃料入口部３が
燃料噴出ノズル４の先端に対向するように設置されてい
る。そして、バーナ本体１の炎口部５の長手方向に平行
に、且つ炎口部５上に形成される火炎６の形成位置の側
方に位置して、二次空気制御板７がバーナ本体１の側面
にねじまたは溶着等により固定されている。

この二次空気制御板７は多数の二次空気取入れ口８を存
したもので、二次空気取入れ口８は火炎６の下流側（図
で上方）ほど空気取入れ量が大きくなるように形成され
ている。すなわち、二次空気ＪＲ入れ口８はこの例では
炎口５の長手方向に沿って８ａ、８ｂ、８−ｃの３列形
成され、各列の取入れ口８ａ、８ｂ、８ｃは図のように
火炎６の下流側にあるものほど大きくなっている。

さらに具体的には、各列の二次空気取入れ口８ａ、８ｂ
、８ｃの開口率なる値を定めて、これらをＰ　ａ、　Ｐ
　ｂ、　Ｐ　ｃで表わしたとき、Ｐａ　＜Ｐｂ　＜Ｐｃ
にように設定されている。なお、開口率Ｐａ。

Ｐｂ、Ｐｃは第３図を参照して次のように定義される。

Ｌｘ’　ａｂ （１）〜（３）式において、分母は二次空気制御板７上
の各二次空気取入れ口８ａ〜８Ｃが形成された領域の単
位面積であり、８ａ、８ｃに関しては二次空気制御板７
の全長しと、中断に位置する列の二次空気取入れ口８ｂ
との中心間距離ｉａｂおよびＩ！ｂｃとの積、８ｂに間
してはＬＸ（）ａｂ＋　Ｉ　ａｃ）／２である。一方、
分子は二次空気取入れ口８ａ〜８Ｃのそれぞれの合計の
開口面積であり、８ａ〜８Ｃの１個当りの面積とその数
ｎａ−ｎｃとの積である。このような定義は二次空気取
入れ口の形状が円のほか楕円、長方形のように中心線に
対して二次空気制御板７の高さ方向に対称な形状の場合
であれば適用できる。

次に、この実施例の作用を説明する。まず、燃料噴出ノ
ズル４よりバーナ本体１の燃料入口部３に向けて燃料が
噴出されると、その燃料噴出力１０によってバーナスロ
ート部２内に負圧が生じる。この負圧により燃料人口部
３に一次空気１１が吸引されて可燃性混合気が生成され
、これが炎口部５から流出する。この可燃性混合気が図
示しないスパークロッド等によって着火されることによ
り、炎口部５上に火炎６が形成される。

ブンゼン式バーナの場合、上記可燃性混合気の一次空気
比は１以下（通常５０〜７０％）程度である。

従って、火炎６に新たに二次空気１２を供給しないと、
ＣＯのような未燃成分の多い不完全燃焼を起こす。一方
、低ＮＯｘ化には燃焼用空気量が少ない、すなわち酸素
濃凌が低い方が効果的であるため、二次空気の供給を不
完全燃焼を起こさない程度にできるだけ抑えることが理
想的である。

この発明では二次空気制御板７を設け、ドラフト力によ
って二次空気制御板７の外側から二次空気１２を流入さ
せて火炎６に供給することにより、これら２つの要求を
同時に満たすことができる。

すなわち、火炎６の上流側では二次空気取入れ口８から
の空気取入れ量を少なくし、酸素濃度を低くすることに
より、低ＮＯｘ化の効果が大きくなる。この場合、火炎
６の上流側ではＣＯ，ＩＣなどの未燃成分が多く残るこ
とになるが、火炎６の下流側で二次空気１２の取入れ量
を大きくすることにより、これらの未燃成分を完全燃焼
させる。

このように燃焼量が大きい場合でも、二次空気制御板７
により適切な量の二次空気１２が供給され、従来の二段
燃焼方式のように二次空気が過剰に供給されることがな
いために低ＮＯｘ化が図られ、しかも低燃焼量時におけ
る不完全燃焼の聞届も解消するので、結果的に燃焼量を
広い範囲にわたって変えることが可能となる。すなわち
、この発明′（こより燃焼負荷範囲を拡大することがで
き、ブンゼン式バーナの利点が最大限に発揮されるよう
になる。

なお、低ＮＯｘ化の効果は火炎６の上流側の二次空気取
入れ口８の一段目の開口率Ｐａが最も影響し、Ｐａ−１
０％以下にしたとき、その効果がより大きくなることが
実験的に確認された。

また、二次制御板７は火炎６を冷やす効果も持つため、
低ＮＯｘ化の効果はさらに大きくなる。

さらに、二次空気制御板７が火炎６の上流側から下流側
に向かって徐々に二次空気１２の取入れ量を増加させる
ように構成されていることは、ＮＯｘのなかでも特にＮ
Ｏ２の生成を低減させる上で効果的である。ＮＯｘは一
般的にＮｏとＮ　Ｏ２の両方を含んでおり、火炎中に生
成されるＮＯｘはほとんどがＮｏであるが、燃焼ガスが
回りの空気と急激に混合すると、Ｎ　Ｏ−”　Ｎ　Ｏ２
の反応が進みやすいと考えられている。ＮＯ２は大気中
ではＮＯよりＮｏより安定で、しかもより有害とされて
おる。ちなみに、実際に環境濃度でＮＯＸを測定する場
合も、Ｎ　０２を測定するのが一般的である。従って、
燃焼排ガスとして大気にＮＯ２を直接山すのは極力抑制
した方がよい。ただし、実際には大気中においてもＮ　
Ｏ−”　Ｎ　Ｏｚの反応がある程度は進むので、ＮＯｘ
濃度自体を下げる方がより望ましいとは思われる。いず
れにしても、燃焼排ガス中のＮＯ２濃度を低くする場合
、この発明による二次空気制御板７は効果的である。

すなわち、この二次空気制御板７を用いると、二次空気
１２は火炎６の下流側に進むにつれて徐々に多（取込ま
れ、それによって二次空気１２と燃焼ガスとが徐々に混
合することになるので、両者の急激な混合によるＮＯ２
の増大が避けられるのである。

なお、この発明は燃料気化式の石油ファンヒータをはじ
め、噴霧燃焼やガス燃焼でブンゼン式バーナを使用する
燃焼装置に全て適用できる。また、二次空気屑入れ口８
の形状は円形、楕円、スリット等のいずれの形状であっ
てもかまわない。

さらに、二次空気取入れ口８を３列形成したが、２列以
上であれば何列でもよく、また開口率の同じものが２列
以上にわたって形成されいてもよい。

例えば最も開口率の小さい二次空気取入れ口８ａが２列
、次の列の二次空気屑入れ目８ｂが１列、開口率の最も
大きい二次空気取入れ口８Ｃが３列というように形成さ
れていてもよい。その場合、１列口の開口率Ｐａは で定義される。ただし、Ｉ！　ａａ’は２列の２次空気
取入れ口８ａの中心間距離である。

また、二次空気制御板、７は図のように炎口部５に対し
て垂直に設けられている必要は必ずしもなく、若干傾斜
していてもよい。また、二次空気制御板７の前面にも開
口を有する板等を配置してもよい。その他、この発明は
要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可
能である。

［発明の効果コ この発明によれば、ブンゼン式バーナにおける火炎形成
位置の側方に、火炎下流側ほど空気取入れ量の大きい二
次空気取入れ口をｑする二次空気制御板を設けたことに
より、広い燃焼負荷範囲にわたって、燃焼排ガス中の窒
素酸化物の生成を効果的に抑制するとともに、−酸化炭
素をはじめとする未燃成分の完全燃焼化をなすことがで
きる燃填装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る燃焼装置の正面図、
第２図は同じく側断面図、第３図は同実施例における二
次空気取入れ口の開口率の定義を説明するための図であ
る。 １・・・ブンゼン式バーナ本体、２・・・バーナスロー
ト部、３・・・燃料人口部、４・・・燃料噴出ノズル、
５・・・炎口部、６・・・火炎、７・・・二次空気制御
板、８・・・二次空気取入れ口、１０・・・燃料噴出力
、１１・・・−次空気、１２・・・二次空気。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ブンゼン式バーナを用いた燃焼装置において、火
   炎形成位置の側方に、火炎下流側ほど空気取入れ量の大
   きい二次空気取入れ口を有する二次空気制御板を設けた
   ことを特徴とする燃焼装置。
2. （２）二次空気制御板は炎口部にほぼ垂直に立設されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃焼
   装置。
3. （３）二次空気取入れ口は火炎下流側ほど開口率が大き
   いことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃焼装
   置。