JPH05322113A - 窒素酸化物低発生燃焼方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】家庭用や小型業務用等の小型の燃焼装置に於い
て、騒音を増大させずにＮＯｘ発生量を低減する。 【構成】第１の炎孔群Ａに属する多数の炎孔と第２の炎
孔群Ｂに属する多数の炎孔を隣接するように縦横に配設
すると共に、これらの第１、第２の炎孔群Ａ，Ｂには混
合割合の異なる燃料ガスと空気の混合気を供給可能に構
成し、いずれか一方側の炎孔群の炎孔に燃料濃厚な混合
気を供給すると共に、他方側の炎孔群の炎孔に燃料希薄
な混合気を供給して濃淡燃焼を行わせ、この際、燃料希
薄な混合気を供給する炎孔群で燃焼させる燃料ガス量
は、他の炎孔群で燃焼させる燃料ガス量よりも多く供給
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、家庭用や小型業務用等
の小型の燃焼装置に使用する窒素酸化物低発生燃焼方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】各種燃焼装置に於けるバーナの燃焼ガス
中の窒素酸化物（ＮＯｘ）は、それ自体に毒性があるば
かりか、酸性雨や光化学スモッグの原因の一つとみられ
ているため、燃焼装置に使用するバーナには、このＮＯ
ｘの発生量を低減するために種々の対策が開発され、講
じられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来こ
れらの対策は、法的な規制がある産業用等の大型の燃焼
装置に対して主になされており、家庭用や小型業務用等
の小型の燃焼装置では、騒音等の問題があるため、必ず
しも十分な対策が施されているとはいえない。

【０００４】即ち、大型の燃焼装置では、燃焼用ファン
の静圧を大きくとれるため、燃焼用ガスや空気の流れの
制御が容易であること、バーナのレイアウトに自由度が
高いこと、騒音対策も容易であること等の利点により、
騒音に対しての対策条件が厳しくなく、また燃焼室が大
きくとれるため、いわゆる緩慢燃焼によるＮＯｘ低減対
策を施しても完全燃焼させ易いという利点があるのに対
して、小型の燃焼装置ではこれらの利点がなく、従って
小型の燃焼装置では、大型の燃焼装置と比較してＮＯｘ
低減対策が難しい。本発明は、いわゆる濃淡燃焼を小型
の燃焼装置に合理的に適用することにより、上述した従
来の課題を解決することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ための手段を、実施例に対応する図面を参照して説明す
ると、本発明の窒素酸化物低発生燃焼方法は、第１の炎
孔群Ａに属する多数の炎孔２ａと第２の炎孔群Ｂに属す
る多数の炎孔２ｂを隣接するように縦横に配設すると共
に、これらの第１、第２の炎孔群Ａ，Ｂには混合割合の
異なる燃料ガスと空気の混合気を供給可能に構成し、い
ずれか一方側の炎孔群の炎孔に燃料濃厚な混合気を供給
すると共に、他方側の炎孔群の炎孔に燃料希薄な混合気
を供給して濃淡燃焼を行わせ、この際、燃料希薄な混合
気を供給する炎孔群で燃焼させる燃料ガス量は、他の炎
孔群で燃焼させる燃料ガス量よりも多く供給する構成と
したものである。

【０００６】上述したバーナに於いて、第１、第２の炎
孔群Ａ，Ｂの炎孔２ａ，２ｂは縦横に隣接するように配
設することもできるし、第１、第２の炎孔群Ａ，Ｂは多
数の炎孔を列設した構成とし、これらの第１、第２の炎
孔群Ａ，Ｂを交互に隣接させて列設することにより、第
１、第２の炎孔群Ａ，Ｂに属する炎孔２ａ，２ｂを列毎
に隣接させる構成とすることもできる。

【０００７】

【作用】以上の構成に於いて、第１（または第２）の炎
孔群Ａを構成する炎孔２ａからは燃料濃厚な混合気が噴
出して燃焼し、第２（または第１）の炎孔群Ｂを構成す
る炎孔２ｂからは燃料希薄な混合気が噴出して燃焼す
る。

【０００８】燃料希薄な混合気による過剰空気の燃焼は
単独では火炎の安定性が悪いのであるが、これらの火炎
に隣接して上述した燃料濃厚な混合気による安定した火
炎が存在しているので、これらの安定した火炎が種火と
しての作用をして過剰空気の火炎を安定化する。従って
火炎のリフトや振動燃焼を起さず、騒音の発生が抑制さ
れる。

【０００９】このように燃料濃厚な混合気の火炎により
安定化される燃料希薄な混合気の燃焼は、過剰空気の燃
焼であるため、過剰空気の冷却作用により火炎の温度が
低温に維持されてＮＯｘの発生が低減される。このよう
な燃料希薄な混合気として燃焼に供される燃料ガス量の
方が、燃料濃厚な混合気として供される燃料ガス量より
も多いので、バーナ全体の燃焼量に対してのＮＯｘの発
生量も少ない。

【００１０】

【実施例】次に本発明の実施例を図について説明する。
図１、図２は本発明を適用するバーナの一実施例を概念
的に表したもので、符号１ａ、１ｂは夫々上側にスリッ
ト状炎孔２ａ，２ｂを列設した縦型扁平な第１、第２の
バーナ部を示すものであり、これらの複数を隣接して交
互に設置してバーナを構成しており、これらの第１、第
２のバーナ部１ａ，１ｂ毎に混合割合の異なった燃料ガ
スと空気の混合気を供給する構成としている。即ち、こ
れらの第１、第２のバーナ部１ａ，１ｂの夫々に第１、
第２の炎孔群Ａ，Ｂを構成している。これらの夫々のバ
ーナ部１ａ，１ｂへの混合気の供給方法や混合方法等は
従来のブンゼンバーナ等に於ける適宜の方法を適用する
ことができる。

【００１１】以上の構成に於いて、第１のバーナ部１ａ
には燃料濃厚な混合気を供給すると共に、第２のバーナ
部１ｂには燃料希薄な混合気を供給して燃焼を行わせ
る。例えば、夫々のバーナ部１ａ，１ｂに供給する混合
気の空気比は、理論空気量λ＝１とすると、燃料濃厚な
混合気ではλ≒０．４、燃料希薄な混合気ではλ≒１．
２〜１．５となるようにする。また第１、第２のバーナ
部１ａ，１ｂに供給する燃料ガス量の比は、例えば第１
のバーナ部１ａ：第２のバーナ部１ｂ＝３：７程度とい
うように、第２のバーナ１ｂに供給する燃料ガス量の方
を第１のバーナ１ａに供給する燃料ガス量よりも多くす
る。

【００１２】以上の構成に於いて、第１のバーナ部１ａ
の炎孔２ａからは燃料濃厚な混合気が噴出して燃焼し、
また第２のバーナ部１ｂの炎孔２ｂからは燃料希薄な混
合気が噴出して燃焼する。

【００１３】第２のバーナ部１ｂに於ける燃焼は、燃料
希薄な混合気による過剰空気の燃焼であるため、それ単
独では火炎３ｂのリフトや振動燃焼が発生したりして不
安定である。一方、第１のバーナ部１ａに於ける燃焼
は、燃料濃厚な混合気による燃焼であるため火炎３ａは
安定している。しかしながらこれらの火炎３ａ，３ｂは
隣接して存在しているので、第１のバーナ部１ａの安定
した火炎３ａが種火としての作用をして、第２のバーナ
部１ｂの燃焼を安定化し、火炎３ｂのリフトや振動燃焼
の発生を防止する。

【００１４】そしてこの第２のバーナ部１ｂに於ける燃
焼は過剰空気の燃焼であるから、過剰空気の冷却作用に
より火炎３ｂの温度が低温に維持されてＮＯｘの発生が
低減される。そしてこのような燃料希薄な混合気として
燃焼に供される燃料ガス量の方が、燃料濃厚な混合気と
して供される燃料ガス量よりも多いので、バーナ全体の
燃焼量に対してのＮＯｘの発生量も少ない。

【００１５】図３、図４は本発明の燃焼方法を適用する
バーナの他実施例を示すもので、この実施例のバーナ
は、燃料濃厚な混合気を燃焼させる第１のバーナ部４ａ
を両側に配設し、これらの第１のバーナ部４ａ間に燃料
希薄な混合気を燃焼させる第２のバーナ部４ｂを設けた
構成である。このバーナに於いては第１のバーナ部４ａ
は上側にスリット状炎孔５ａを設けた先端噴出部６を細
く形成して、側壁７との間に空間部を構成しており、ま
た第２のバーナ部４ｂは先端部にリボン８を設置して多
数の炎孔５ｂを形成している。図４に示すように第１の
バーナ部４ａの先端噴出部６の横側には必要に応じて袖
火炎孔９を形成することができる。

【００１６】また図５は本発明の燃焼方法を適用するバ
ーナの、更に他の実施例に対応するもので、この実施例
のバーナは図３、図４の構成に於ける第１のバーナ部４
ａのスリット状炎孔５ａに代えて、第２のバーナ４ｂと
同様に先端部にリボン１０を設置して多数の炎孔５ａを
形成すると共に、袖火炎孔９、そして外側に間隔を於い
て袖火形成用の側壁７を構成したものである。

【００１７】このような構成に於いては、これを設置ユ
ニットとして複数のユニットを列設して所望燃焼量のバ
ーナを構成することもできるし、第２のバーナ部４ｂが
両側の第１のバーナ部４ａに挾まれる構成を維持した状
態で、図１、図２の実施例のように第１、第２のバーナ
部４ａ，４ｂの複数を交互に連続的に列設してバーナを
構成することもできる。

【００１８】以上の構成のバーナに於いて本発明の方法
を適用すると、図１、図２の構成に於けると同様な上述
した作用に加え、リボン８，１０により構成した炎孔５
ａ，５ｂに於ける混合気の整流作用により騒音の発生を
より低減することができ、また第１のバーナ４ａに袖火
１１を形成するものに於いては、第１のバーナ４ａの火
炎１２ａ自体、そして第２のバーナ４ｂの火炎１２ｂの
安定化を更に図ることができる。

【００１９】次に図６は本発明の燃焼方法を適用するバ
ーナの、更に他の実施例を示すもので、この実施例のバ
ーナは、多数の炎孔をセラミック板１３により形成して
いる。即ち、このセラミック板１３には、多数の炎孔を
直線状に列設して第１、第２の炎孔群Ａ，Ｂを構成して
おり、これらの第１、第２の炎孔群Ａ，Ｂを交互に列設
している。第２の炎孔群Ｂの炎孔１４ｂは第１の炎孔群
Ａの炎孔１４ａよりも径を小さくし、しかも数を多くし
た構成としている。即ち、図示例では第２の炎孔群Ｂ
は、二列に配列させた小径の多数の炎孔１４ｂから構成
している。そして、これらの第１、第２の炎孔群Ａ，Ｂ
の炎孔１４ａ，１４ｂには、図示を省略している混合気
の配給機構により混合比の異なった燃料ガスと空気の混
合気を供給する構成としている。

【００２０】以上の構成に於いて、第１の炎孔群Ａの炎
孔１４ａに燃料濃厚な混合気を供給すると共に第２の炎
孔群Ｂの炎孔１４ｂに燃料希薄な混合気を供給して濃淡
燃焼を行わせると、第２の炎孔群Ｂの炎孔１４ｂによる
燃焼は、上述した過剰空気の燃焼であると共に、小径の
多数の炎孔１４ｂにより細分化された燃焼であるため、
火炎１５ｂの温度がより低温に維持されてＮＯｘの発生
が更に低減される。またこの火炎１５ｂは、上述の実施
例と同様に、第１の炎孔群Ａの炎孔１４ａによる燃料濃
厚な混合気の火炎１５ａにより安定化されて、リフトや
振動燃焼が発生しにくい。

【００２１】尚、上記実施例のように多数の炎孔をセラ
ミック板１３等により形成するものでは、図示はしてい
ないが、第１、第２の炎孔群Ａ，Ｂの炎孔１４ａ，１４
ｂは縦横に隣接するように配設した構成とすることもで
きる。

【００２２】また、以上の実施例のバーナでは、第１、
第２のバーナ部１ａ，１ｂ、または第１、第２の炎孔群
Ａ，Ｂの炎孔には、燃料濃厚な混合気か、燃料希薄な混
合気かを予め設定して供給するように構成しているが、
必要に応じていずれをも供給して燃焼を行えるように構
成することもできる。

【００２３】図７は、本発明方法の実施結果の一例を表
したものである。この実施結果は、図１に示すようなバ
ーナに於いて、燃料濃厚な混合気の混合比を、λ＝０．
４〜０．７と設定すると共に、全体の空気比が図中横軸
に示す値となるように燃料希薄な混合気の空気比を調節
して燃焼させた場合のＮＯｘの発生量を表したものであ
る。また、燃料希薄な混合気による燃焼量と燃料濃厚な
混合気による燃焼量の比は、７．５：２．５としてい
る。尚、表示の空気比は、バーナの外側に冷却用空気を
流した場合に於いて、この冷却用空気を含んだ値であ
り、（ ）内の空気比がこの冷却用空気を含まない値で
ある。図７に示すように本発明方法を適用することによ
り、従来の一般的なブンゼンバーナと比較してＮＯｘの
発生量が大幅に低減されていることがわかる。

【００２４】また図８は本発明方法を適用した場合に於
いて、燃料希薄な混合気を供給するバーナ部または炎孔
群の火炎のリフト限界の一例を他のものと比較して示す
ものである。まずＡは本発明方法を適用する上述したよ
うなバーナに於いて、一方側のバーナ部または炎孔群の
炎孔にのみ燃料希薄な混合気を供給し、他方側のバーナ
部または炎孔群の燃料濃厚な混合気の火炎による保炎を
行わない場合、即ち本発明方法を適用しない場合に於け
るリフト限界を示すもので、この限界はλ＝０．７程度
である。これに対してＢは保炎機構を有する従来の一般
的なブンゼンバーナに於けるリフト限界を示すもので、
この限界はλ＝１．３程度である。そしてＣは本発明を
適用した場合の上記一方側のバーナ部または炎孔群に於
けるリフト限界を示すもので、λ＝３．０程度である。
このように本発明方法では、従来の一般的なブンゼンバ
ーナと比較して、より高過剰空気の燃焼を安定的に行
え、こうして高過剰空気の燃焼によるＮＯｘの低減を図
ることができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明は以上の通り、単独では火炎の安
定性が悪い燃料希薄な混合気による過剰空気の燃焼を、
燃料濃厚な混合気の燃焼による安定な火炎で保炎するよ
うにしたので、過剰空気の燃焼を安定的に行うことがで
き、このような過剰空気の燃焼によりＮＯｘの発生を低
減することができる。そして、このように過剰空気の燃
焼を安定的に行えることから、騒音の発生を抑制するこ
とができ、騒音に対しての対策が厳しい小型の燃焼装置
に於いて、騒音を増大させずにＮＯｘ発生量の低減対策
を施すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用するバーナの一実施例の構成を概
念的に表した説明的斜視図である。

【図２】図１のバーナの燃焼状態を説明する説明的断面
図である。

【図３】本発明を適用するバーナの他の実施例の構成を
表した説明的斜視図である。

【図４】図１のバーナの燃焼状態を説明する説明的断面
図である。

【図５】本発明を適用するバーナの、更に他の実施例の
構成を表した説明的断面図である。

【図６】本発明を適用するバーナの、更に他の実施例の
炎孔部分の構成を表した説明的斜視図である。

【図７】本発明の燃焼方法によるＮＯｘ発生量を従来の
ブンゼンバーナと比較して示した説明図である。

【図８】本発明方法を適用した場合に於いて、燃料希薄
な混合気を供給するバーナ部または炎孔群の火炎のリフ
ト限界の一例を他のものと比較して示す説明図である。

【符号の説明】

Ａ 第１の炎孔群 Ｂ 第２の炎孔群 １ａ，４ａ 第１のバーナ部 １ｂ，４ｂ 第２のバーナ部 ２ａ，２ｂ 炎孔 ３ａ，３ｂ 火炎 ５ａ，５ｂ 炎孔 ６ 先端噴出部 ７ 側壁 ８，１０ リボン ９ 袖火炎孔 １１ 袖火 １２ａ，１２ｂ 火炎 １３ セラミック板 １４ａ，１４ｂ 炎孔 １５ａ，１５ｂ 火炎

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【手続補正書】

【提出日】平成４年９月２８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】一般に大型の燃焼装置においては、ＮＯｘ
を低減させる方法として、濃淡燃焼方式が知られてい
る。すなわち、燃料濃厚なバーナの両側に燃料希薄なバ
ーナを配置して燃焼させるものである。この濃淡燃焼方
式は、燃料希薄な混合気を燃焼させる時は過剰空気によ
り燃焼温度が低下し、ＮＯｘの発生が少なくなる。また
燃料濃厚な混合気の燃焼時においても、酸素量の不足な
どの効果により、これもＮＯｘの発生が少ない。燃料濃
厚な混合気の炎は拡散炎として構成され、燃料希薄な混
合気の炎の余剰空気より酸素が供給されて、燃焼を完結
するものである。また、大型の燃焼装置においては、乱
流燃焼が可能なので、燃焼時の高温となる滞留時間が短
くなり、この効果も低ＮＯｘ化に寄与している。従っ
て、燃料希薄の混合気の燃焼と燃料濃厚の混合気の燃焼
はそれぞれＮＯｘの発生が少ない事から全体的にＮＯｘ
の発生が少ない燃焼が得られるのである。しかしなが
ら、これらの技術を家庭用や小型業務用の燃焼装置に使
用しようとした場合、騒音の発生や、燃焼室が極めて小
さいことから完全燃焼ができず、濃淡による低ＮＯｘ燃
焼を適用しても大幅な低ＮＯｘ化が実現できない。本発
明は、いわゆる濃淡燃焼を小型の燃焼装置に合理的に適
用することにより、上述した従来の課題を解決すること
を目的とするものである。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】燃料希薄な混合気による燃焼は、空気が過
剰に含まれていることから火炎温度が低くなり、ＮＯｘ
の発生量を通常のブンゼンバーナの燃焼より大幅に低減
することが可能である。（30ppm以下） この過剰空気の燃焼は単独では火炎の安定性が悪いので
あるが、これらの火炎に隣接して上述した燃料濃厚な混
合気による安定した火炎が存在しているので、これらの
安定した火炎が種火としての作用をして過剰空気の火炎
を安定化させるのであるが、燃料希薄な混合気は大幅な
低ＮＯｘ燃焼が可能なのに対して燃料濃厚な混合気は内
炎上方にて火炎温度が高温となるため、ＮＯｘ発生量は
希薄燃焼と比較して非常に多くなる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】そこで、燃料希薄な混合気を供給する炎孔
群で燃焼させる燃料ガス量を、燃料濃厚な混合気を供給
する炎孔群で燃焼させる燃料ガス量よりも多くすること
で、そのガスの供給割合に応じて各炎孔群より発生する
ＮＯｘが減少することが見いだされた。すなわち、燃料
希薄な混合気の火炎は、ガス量の増大にともなって空気
量が増大するため、火炎の冷却効果によりＮＯｘの発生
が低減される。また燃料濃厚な混合気の火炎は、ガス量
の減少により燃焼量が低下するため、燃料濃厚な混合気
の火炎によるＮＯｘの発生総量が減少する。燃料希薄な
混合気に供給するガス量と燃料濃厚な混合気に供給する
ガス量は、１．５：１〜５：１程度とすることが必要で
あり、この時のバーナ全体のＮＯｘ濃度は６０ppm以下
とすることが可能となる。しかし、最も好ましい態様
は、２：１〜４：１である。またガス量の比が１．５：
１を下回る場合、ＮＯｘの発生量が６０ppmを上回り、
また５：１を上回ると燃料希薄な混合気を供給する炎孔
群への混合気供給量が増大して騒音が大きくなると共に
熱効率が低下して実用的ではない。また、通風圧力損失
が増大し、ファンモータへの負担増大やファン音増大な
どの問題が生じる。燃料希薄な混合気による過剰空気の
燃焼は単独では火炎の安定性が悪いのであるが、これら
の火炎に隣接して上述した燃料濃厚な混合気による安定
した火炎が種火としての作用をして過剰空気の火炎を安
定化する。従って火炎のリフトや振動燃焼を起さず、騒
音の発生が抑制される。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】そしてこの第２のバーナ部１ｂに於ける燃
焼はガス量の増大に比例して空気量が増えた過剰空気の
燃焼であるから、過剰空気の冷却作用により火炎３ｂの
温度が低温に維持されてＮＯｘの発生が低減され、第１
のバーナ部１ａに於ける燃焼はガス量の減少により燃焼
量が減少し、ＮＯｘの発生総量が減少するため、バーナ
全体の燃焼量に対してのＮＯｘの発生量も少ない。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】

【発明の効果】本発明は以上の通り、燃料希薄な混合気
を供給する炎孔群で燃焼させるガス量を、燃料濃厚な混
合気を供給する炎孔群で燃焼させる燃料ガス量よりも多
くすることで、このガスの割合によって各炎孔群から発
生するＮＯｘの量を従来のガスバーナに比較して大幅に
低減することができ、単独では火炎の安定性が悪い燃料
希薄な混合気による過剰空気の燃焼を、燃料濃厚な混合
気の燃焼による安定な火炎で保炎するようにしたので、
過剰空気の燃焼を安定的に行うことができ、このような
過剰空気の燃焼によりＮＯｘの発生を低減することがで
きる。そして、このように過剰空気の燃焼を安定的に行
えることから、騒音の発生を抑制することができ、騒音
に対しての対策が厳しい小型の燃焼装置に於いて、騒音
を増大させずにＮＯｘ発生量の低減対策を施すことがで
きる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 望月 公雄 静岡県富士市西柏原新田201番地 高木産 業株式会社内 (72)発明者 秋山 茂俊 静岡県富士市西柏原新田201番地 高木産 業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の炎孔群に属する多数の炎孔と第２
   の炎孔群に属する多数の炎孔を隣接するように縦横に配
   設すると共に、これらの第１、第２の炎孔群には混合割
   合の異なる燃料ガスと空気の混合気を供給可能に構成
   し、いずれか一方側の炎孔群の炎孔に燃料濃厚な混合気
   を供給すると共に、他方側の炎孔群の炎孔に燃料希薄な
   混合気を供給して濃淡燃焼を行わせ、この際、燃料希薄
   な混合気を供給する炎孔群で燃焼させる燃料ガス量は、
   他の炎孔群で燃焼させる燃料ガス量よりも多く供給する
   ことを特徴とする窒素酸化物低発生燃焼方法
2. 【請求項２】 請求項１の燃焼方法に於いて、第１、第
   ２の炎孔群の炎孔は縦横に隣接するように配設したこと
   を特徴とする窒素酸化物低発生燃焼方法
3. 【請求項３】 請求項１の燃焼方法に於いて、第１、第
   ２の炎孔群は多数の炎孔を列設した構成とし、これらの
   第１、第２の炎孔群を交互に隣接させて列設することに
   より、第１、第２の炎孔群に属する炎孔を列毎に隣接さ
   せる構成としたことを特徴とする窒素酸化物低発生燃焼
   方法