JPH0561523B2 - - Google Patents

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JPH0561523B2
JPH0561523B2 JP61313089A JP31308986A JPH0561523B2 JP H0561523 B2 JPH0561523 B2 JP H0561523B2 JP 61313089 A JP61313089 A JP 61313089A JP 31308986 A JP31308986 A JP 31308986A JP H0561523 B2 JPH0561523 B2 JP H0561523B2
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JP
Japan
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combustion
flame
air
secondary air
face plate
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JP61313089A
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JPS63163706A (ja
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Toshio Furuhashi
Makoto Hasegawa
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Eiken Industries Co Ltd
Original Assignee
Eiken Industries Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、燃焼の際に、一酸化炭素(以下
COと称す)及び凝結液体(以下ドレンと称す)
の発生を抑制しながら高負荷燃焼を行なう全一次
予混合燃焼方法及びその装置に関する。
(従来の技術) 従来、家庭用給湯器において使用されていた燃
焼装置の燃焼方式は、いわゆる、ブンゼン燃焼方
式と全一次予混合方式との二つの方式のどちらか
が採用されている。
ブンゼン燃焼方式は、燃焼に必要な空気の量の
一部、実際には約半分程度の量の空気を燃料ガス
の供給時に取り入れ、残りの半分の量の空気を燃
焼時に炎口の近傍において供給するようにしたも
のである。
一方、全一次予混合燃焼方式は、燃料供給時
に、燃焼に必要な全ての量の空気を予め送風機に
より強制的に取り入れて混合し、その混合ガスを
炎口にて燃焼させるものである。
(発明が解決しようとする問題点) (従来の技術とその問題点) ところが、ブンゼン燃焼方式の場合、自然拡散
を利用するから、空気比を一様にすることが困難
である。そのため、外炎の形成が二次空気中の酸
素の拡散によつて支配されるから、空気比が一様
でなく火炎が安定せず短炎を得ることが難しい。
一方、燃焼の際、完全な酸化反応(燃焼)の後
熱交換を行なわないと、排ガス中にCOが残留し、
公害或いは中毒の危険が存する。そこで、バーナ
の上に十分に広い燃焼空間を形成し、その中で多
量の空気と燃料ガスとを十分に混合して酸化反応
を行なわせる方法がとられてきた。その結果、従
来のブンゼン燃焼方式の瞬間ガス湯沸器の場合に
はその体積の1/2は燃焼室の空間となり、小型化
を図る上での最大の問題点となつている。
これに対し、全一次予混合燃焼方式は、ブンゼ
ン燃焼方式の如き制約は受けないので高負荷燃焼
に適した燃焼方式である。ところが、高負荷燃焼
を給湯器に応用する場合、バーナー面積(熱交換
器入口面積)当りの燃焼量を大きくして、バーナ
ー面積、つまり熱交換器入口断面積を減少させる
事が多く、この様な場合には、燃焼ガスの流速が
通常燃焼の場合より大きくなる。
従つて、ブンゼン燃焼方式の場合のような大き
な空気比を与えると、更にガス流速が増加し、火
炎のリトフ現象を呈し安定した燃焼を保持できな
くなるため、空気比を増加できないこととなる。
そのため、燃焼によつて生成される水による絶対
湿度がブンゼン燃焼方式に対して大きく、燃焼ガ
スの熱交換器の温度を高く設定しないとドレンの
付きやすい状態となり、それを行なえば熱交換に
よつて得られる湯の出湯温度の下限が高い器具と
なつてしまう。
一方、断熱火炎温度におけるCOの平衡濃度は、
空気比の関数として表されるものであり、前記の
様な状態で空気比を増すことができなければCO
濃度が下げられないという事になつてしまうので
大きな問題となつてしまう。
<技術的課題> そこで、この発明は上述した問題点等に鑑み、
燃焼の際に、燃焼室の過熱を防止して、CO及び
ドレンの発生を抑制しながら高負荷燃焼を行なえ
るようにし、しかも、それを簡単な構造のもので
行なうようにすることを課題として創出されたも
のである。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) この発明は、燃料ガス供給時に、燃焼に必要な
量以上の空気を予め混合させて燃焼させる全一次
予混合方式の燃焼方法において、略長方形状の炎
口面板からの燃焼火災の先端或いはその近傍に、
燃焼室の長手方向側壁に炎口面板の略長手方向全
体の長さで接するように配した空気噴出管より全
ての燃焼火炎全体にわたつて二次空気を噴出させ
ると共に、噴出すべく空気噴出管内を通過する二
次空気によつて燃焼室の長手方向側壁及びその近
傍を冷却する全一次予混合燃焼方法により、又、
燃料ガス供給時に、送風機により、燃焼に必要な
量以上の空気を予め吸入して混合させながら炎口
へ送り、その混合ガスを炎口にて燃焼させる全一
次予混合方式の燃焼装置において、炎口を形成す
る炎口面板を略長方形状に形成し、空気噴出管を
燃焼室の長手方向側壁に炎口面板の略長手方向全
体の長さで接するように配し、この空気噴出管に
は、炎口にて燃焼させることで得られた火炎の先
端、或いはその近傍へ、全ての燃焼火炎全体にわ
たつて二次空気を噴出させるべく二次空気噴出孔
を空気噴出管の炎口面板に面する側全体にわたつ
て適数個設けた全一次予混合燃焼装置により上述
した問題点を解決するものである。
(作用) この発明に係る全一次予混合燃焼方法及びその
装置によれば、全一次予混合方式の燃焼にあつ
て、空気比を低くして火炎のリフト現象を抑える
程度のガス流速にした状態の火炎において、発生
したCOを、火炎の先端或いはその近傍へ二次空
気噴出孔から二次空気を噴出させることで火炎よ
りも下流で更に酸化して二酸化炭素にする。又、
火炎帯においては、前述のように二次空気を噴出
させて火炎には何等影響を与えないで空気比を増
加させ、CO平衡濃度の割合を少なくする。更に
は、燃焼室内に二次空気を送込むことで燃焼で生
成された水に対する空気の量を多くして絶対湿度
を低くするものである。そして、その二次空気を
略長方形状の炎口面板からの燃焼火炎の先端或い
はその近傍に、燃焼室の長手方向側壁に炎口面板
の略長手方向全体の長さで配した空気噴出管より
全ての燃焼火炎全体にわたつて二次空気を噴出さ
せることで、その作用を全ての炎全体にわたつて
行わしめる。その時に、空気噴出管を燃焼室の長
手方向側壁に炎口面板の略長手方向全体の長さで
接触するように配し、燃焼室の長手方向の側壁及
びその近傍を冷却する。
(実施例) 以下、図面を参照しながらこの発明の実施例を
説明すると次の通りである。
すなわち、第1図及び第2図に示す符号Aは全
一次予混合方式の家庭用給湯装置であり、遠心送
風機2と、この遠心送風機2の送風出口5から送
出された空気と燃料ガスとの混合ガスを更に攪
拌、分散、均圧させる適数枚の分散均圧板6にて
なる均圧部7と、均圧部7からの混合ガスを燃焼
させる略長方形状の燃焼用炎口面板8とからなる
全一次予混合燃焼装置1、及びこの全一次予混合
燃焼装置1の燃焼用炎口面板8に対峙して配され
た熱交換器9にてなる。
又、この家庭用給湯装置Aは、空気取入部3及
び排気口(図示せず)以外はケース10によつて
密閉され、空気取入部3にはガス供給ノズル4が
配され、燃焼に必要な空気をガス供給時にすべて
取入れるように形成されている。
一方、前記遠心送風機2には、モーター11に
よつて回転して燃料ガスと共に空気を取入れるフ
アン12の他に、同軸で回転する二次フアン13
をフアン12の反対側に取付ける。
この二次フアン13によつて取入れられた二次
空気は、送風管14によつて家庭用給湯装置Aの
燃焼室15まで送られる。そして、この二次空気
は、略長方形状の燃焼用炎口面板8を横に配する
ことで前面と背面とが燃焼用炎口面板8の長辺部
分となる燃焼室15のその前面と背面の側壁に接
するように設けてある空気噴出管16に送られ、
この空気噴出管16に、燃焼用炎口面板8に面す
る側全体にわたつて設けてある二次空気噴出孔1
8から火炎17の先端或いはその近傍に燃焼用炎
口面板8全面にわたつて二次空気を噴出させるも
のである。この場合に、送風管14は燃焼室15
の前記両側壁に配してある空気噴出管16にそれ
ぞれ送るので、予め、2系統に分岐させておく。
このように形成した家庭用給湯装置Aの内部に
おける全一次予混合燃焼装置1による燃焼状態を
次に説明する。
すなわち、先ず、遠心送風機2のモーター11
を回転させると共に、ガス供給ノズル4から燃料
ガスを供給すると、空気取入部3から、燃料ガス
と燃焼に用いられる十分な量の空気とが同時に吸
込まれ遠心送風機2のフアン12によつて攪拌さ
れる。
そして、吸込まれて攪拌された二つの気体は均
圧部7にて更に攪拌、分散、均圧され混合ガスと
なつて燃焼用炎口面板8へ送られる。
燃焼用炎口面板8に送られた混合ガスは点火さ
れ燃焼させられる。
一方、遠心送風機2のモーター11が回転する
ことで前記二次フアン13も回転し送風を始め
る。
この送風される空気は、送風管14を通つて二
つに分岐し、前記2本の空気噴出管16にそれぞ
れ送られ、その空気は、二次空気噴出孔18から
前記燃焼によつて発生している火炎17の先端或
いはその近傍に二次空気として噴出させる。
又、燃焼において、混合ガスは燃焼する際に、
平衡濃度の関係でCOの発生を完全になくすこと
はできない。そのため、どうしても発生したCO
が燃焼室15から排気口に向つて排出されてしま
う。そこで、前述したように火炎17の先端或い
はその近傍に二次空気を送込むことでこの火炎帯
で発生したCOを酸化して二酸化炭素にし排出さ
せる。
一方、燃焼ガスの温度が、約700℃以上の温度
範囲内においては、低ければ低い程COの発生率
が少なくなる。これは、既に各種文献等で発表さ
れ且つ実証されているように、空気比を増加さ
せ、それによつて断熱火炎温度を低下させてCO
平衡温度を低下させることによりCOの発生を抑
制できる原理に基くものである。
そこで、火炎17の先端或いはその近傍に二次
空気を噴射させると火炎よりも下流において燃焼
ガスの温度は低下する。その結果、二次空気を噴
出させない状態に比較してCOの発生は格段に低
下する。そうすれば、前述したようなCOの酸化
と相俟つてCO発生を抑制する効果は非常に大き
くなるものであり、実際にはほとんど発生しない
と言つても良い程度までCOの発生を抑制するこ
とができるものである。
又、燃焼室15内の気体は、前述のように二次
空気を燃焼室15内に噴出させることで、燃焼室
15内の空気の量はその噴出した分が多くなる。
そうすると、燃焼によつて発生する水分の量は
ほぼ一定であるから、その水分に対する燃焼室1
5内の気体の絶対量は多くなる。従つて、燃焼室
15内の絶対湿度は当然低くなり、その結果、燃
焼室15内の露点温度が上り、熱交換器9によつ
て熱が奪われて排出ガスが冷却された時に発生す
るドレンも当然少なくなるものである。
一方、燃焼用炎口面板8の長辺部分となる燃焼
室15のその前面と背面の側壁に接するように設
けてある空気噴出管16ににじ空気が送られるこ
とで、その側壁全体を冷却するものである。
そうすると、燃焼室15内は過熱することがな
くなるので、過熱によつて生じるCO2からCOへ
のかえり現象もなくなりCOの発生を抑えること
ができる。しかも、燃焼室15内の過熱がなけれ
ば、水管21内の水の沸騰を防止でき、従つて気
泡の破裂による騒音を防止できると共に、過熱に
よる水管21内の影響がなくなるので出湯能力を
広範囲に調節して使用することができる。更に
は、燃焼室の温度が過熱により異常に高くならな
いから、NOxの発生も非常に少なくなるもので
ある。
尚、図中の符号22は熱交換器9の冷却フイン
であり、この発明に係る全一次予混合燃焼装置1
の構造は、前述した各実施例の構造に限定される
ものではないことは言うまでもない。
[発明の効果] 上述の如く構成したこの発明は、燃料ガス供給
時に、燃焼に必要な量以上の空気を予め混合させ
て燃焼させる全一次予混合方式の燃焼方法におい
て、略長方形状の炎口面板8からの燃焼火炎17
の先端或いはその近傍に、燃焼室15の長手方向
側壁に炎口面板8の略長手方向全体の長さで接す
るように配した空気噴出管16より全ての燃焼火
炎17全体にわたつて二次空気を噴出させると共
に、噴出すべく空気噴出管16内を通過する二次
空気によつて燃焼室15の長手方向側壁及びその
近傍を冷却することにより、万遍なく二次空気が
火炎17全体にゆきわたり、火炎17がリフトし
ない状態での空気比にて安定燃焼を行なわせると
共に、火炎よりも下流部での燃焼に二次空気を併
合させると、前述したように、火炎17に何等影
響を及ぼさない状態で空気比を増加させ、断熱火
炎温度を低下させてCO平衡温度を低下させるこ
とができ、COが少なく且つドレンの付き難い燃
焼が可能になる。
しかも、燃焼によつて発生する水分の量はほぼ
一定であるから、その水分に対する燃焼室15内
の気体の絶対量は多くなる。従つて、燃焼室15
内の絶対湿度は当然低くなり、その結果、燃焼室
15内の露点温度が上り、熱交換器9によつて熱
が奪われて排出ガスが冷却された時に発生するド
レンも当然少なくなるものである。
又、燃焼用炎口面板8の長辺部分となる燃焼室
15のその前面と背面の側壁に接するように設け
てある空気噴出管16ににじ空気が送られること
で、その側壁全体を冷却するものである。
そうすると、燃焼室15内は過熱することがな
くなるので、過熱によつて生じるCO2からCOへ
のかえり現象もなくなりCOの発生を抑えること
ができる。しかも、燃焼室15内の過熱がなけれ
ば、水管21内の水の沸騰を防止でき、従つて気
泡の破裂による騒音を防止できると共に、過熱に
よる水管21内の影響がなくなるので出湯能力を
広範囲に調節して使用することができる。更に
は、燃焼室の温度が過熱により異常に高くならな
いから、NOxの発生も非常に少なくなるもので
ある。
そして、その全一次予混合燃焼装置Bの構造
も、燃料ガス供給時に、送風機2により、燃焼に
必要な量以上の空気を予め吸入して混合させなが
ら炎口へ送り、その混合ガスを炎口にて燃焼させ
る全一次予混合方式の燃焼装置において、炎口を
形成する炎口面板8を略長方形状に形成し、空気
噴出管16を燃焼室15の長手方向側壁に炎口面
板8の略長手方向全体の長さで接するように配
し、この空気噴出管16には、炎口にて燃焼させ
ることで得られた火炎17の先端、或いはその近
傍へ、全ての燃焼火炎全体にわたつて二次空気を
噴出させるべく二次空気噴出孔18を空気噴出管
16の炎口面板8に面する側全体にわたつて適数
個設けてあるから、従来の全一次予混合燃焼装置
に二次空気を送るための構造を追加しただけのも
のなので、ほとんどコストアツプにつながること
はなく、比較的安価にて提供できるものである。
しかも、上記空気噴出管16の配置から、二次空
気が各火炎に万遍なくゆきわたると共に、空気噴
出管16による燃焼室15の冷却効果も得ること
ができるため、過熱を防止して安定した燃焼を確
保すると共に、前述したように、ドレンの発生も
少なく、過熱によつて生じるCO2からCOへのか
えり現象もなくなりCOの発生を抑えることがで
き、騒音を防止でき且つ過熱による水管21内の
影響がなくなるので出湯能力を広範囲に調節して
使用することができ、更には、NOxの発生も非
常に少なくなるものである。
以上説明したように、この発明によれば、燃焼
の際に、CO、NOx及びドレンの発生を抑制しな
がら高負荷燃焼を行なえるようにし、しかも、高
性能で公害や中毒の発生がなく且つ過熱防止の冷
却効果も二次空気によつて行うことができ、更に
は騒音も少なく出湯能力を広範囲に調節でき、そ
れらを簡単な構造のもので行なうことができるか
ら安価な全一次予混合燃焼装置を提供できる等の
種々の優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
図面はこの発明の実施例を示すもので、第1図
は正断面図、第2図は側断面図である。 A……家庭用給湯装置、1……全一次予混合燃
焼装置、2……遠心送風機、3……空気取入部、
4……ガス供給ノズル、5……送風出口、6……
分散均圧板、7……均圧部、8……燃焼用炎口面
板、9……熱交換器、10……ケース、11……
モーター、12……フアン、13……二次フア
ン、14……送風管、15……燃焼室、16……
空気噴出管、17……火炎、18……二次空気噴
出孔、21……水管。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 燃料ガス供給時に、燃焼に必要な量以上の空
    気を予め混合させて燃焼させる全一次予混合方式
    の燃焼方法において、略長方形状の炎口面板から
    の燃焼火炎の先端或いはその近傍に、燃焼室の長
    手方向側壁に炎口面板の略長手方向全体の長さで
    接するように配した空気噴出管より全ての燃焼火
    炎全体にわたつて二次空気を噴出させると共に、
    噴出すべく空気噴出管内を通過する二次空気によ
    つて燃焼室の長手方向側壁及びその近傍を冷却す
    ることを特徴とする全一次予混合燃焼方法。 2 燃料ガス供給時に、送風機により、燃焼に必
    要な量以上の空気を予め吸入して混合させながら
    炎口へ送り、その混合ガスを炎口にて燃焼させる
    全一次予混合方式の燃焼装置において、炎口を形
    成する炎口面板を略長方形状に形成し、空気噴出
    管を燃焼室の長手方向側壁に炎口面板の略長手方
    向全体の長さで接するように配し、この空気噴出
    管には、炎口にて燃焼させることで得られた火炎
    の先端、或いはその近傍へ、全ての燃焼火炎全体
    にわたつて二次空気を噴出させるべく二次空気噴
    出孔を空気噴出管の炎口面板に面する側全体にわ
    たつて適数個設けたことを特徴とする全一次予混
    合燃焼装置。 3 二次空気は、燃焼に必要な空気を吸入する送
    風機のフアン駆動軸に取付けた二次空気用フアン
    の送風によつて空気を二次空気噴出孔に送り噴出
    させるようにした特許請求の範囲第2項記載の全
    一次予混合燃焼装置。
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