JPH06185709A - 燃焼共鳴音の発生防止方法及び燃焼プレート - Google Patents

燃焼共鳴音の発生防止方法及び燃焼プレート

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JPH06185709A
JPH06185709A JP4333120A JP33312092A JPH06185709A JP H06185709 A JPH06185709 A JP H06185709A JP 4333120 A JP4333120 A JP 4333120A JP 33312092 A JP33312092 A JP 33312092A JP H06185709 A JPH06185709 A JP H06185709A
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flame
combustion plate
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英昭 石川
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼共鳴音の発生を防止した、高負荷の全一
次燃焼を行なう燃焼プレートの提供。 【構成】 表裏に貫通する多数の炎孔2を穿設してなる
燃焼プレートAにおいて、中央部から周辺部にかけて、
厚みが連続的に減少する様にした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高負荷の全一次燃焼を
行なう燃焼プレートに関する。
【0002】
【従来の技術】高負荷の全一次燃焼を行なう燃焼室、燃
焼室- 混合気通路終端間に配され表裏に貫通する多数の
炎孔を穿設してなる燃焼プレート、燃焼ファンを配した
混合気通路、及び排気を行なう排気通路を備える燃焼装
置では、燃焼室、混合気通路、及び排気通路の存在によ
り、一定の容積及び形状を有する音響系が形成される。
この音響系は、固有振動数を持ち、燃焼室内等で発生し
た燃焼発熱振動の振動応答が上記音響系のものと所定の
関係にあると音響学的共鳴振動が生じ、燃焼共鳴音が発
生する。この音響学的共鳴振動は、従来より、音響系側
の固有振動数をずらして、燃焼発熱変動と所定関係にす
る事により防止できる事が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記音響学的共鳴振動
は、燃焼室内等で発生した燃焼発熱変動の振動応答の位
相が、音響系固有の振動の位相と所定の関係で重なって
起こる。本発明の目的は、高負荷の全一次燃焼を行なう
燃焼器において、上記所定の関係を作らない様、バーナ
火炎の振動特性を効果的に変更して燃焼共鳴音の発生を
防止する方法、及び燃焼共鳴音の発生を防止した、高負
荷の全一次燃焼を行なう燃焼プレートの提供にある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、以下の構成を採用した。 (1)表裏に貫通する多数の炎孔を穿設してなり、高負
荷の全一次燃焼を行なう燃焼プレートについて、燃焼プ
レート内を混合気が通過するのに要する時間を、燃焼プ
レート中央部から周辺部にかけて連続的に異ならせる様
にする。 (2)表裏に貫通する多数の炎孔を穿設してなり、高負
荷の全一次燃焼を行なう燃焼プレートにおいて、中央部
から周辺部にかけて、厚みを連続的に増加又は減少する
様にした。 (3)表裏に貫通する多数の炎孔を穿設してなり、高負
荷の全一次燃焼を行なう燃焼プレートにおいて、炎孔の
表面側に孔径を大きくしたザグリを形成し、該ザグリの
長さが、中央部から周辺部にかけて段階的に増加又は減
少する様にした。
【0005】
【作用】
〔請求項1について〕表裏に貫通する多数の炎孔を穿設
し、高負荷の全一次燃焼を行なう燃焼プレートについ
て、燃焼プレート内を混合気が通過するのに要する時間
を、燃焼プレート中央部から周辺部にかけて連続的に異
ならせる様にしたので、各炎孔列に形成される燃焼炎に
連続的な時間的ズレが生じ、通過するのに要する時間が
短い部位の燃焼炎程、先行して燃焼発熱変動が起こる事
となり、燃焼プレート全体における振動応答の特性を効
果的に変化させる事ができる。 〔請求項2について〕通常、各炎孔に形成される燃焼炎
は、噴出する混合気の圧力変動や燃焼に際しての急激な
体積変化によって発熱速度が変動し、伸縮を繰り返して
〔図1の(a)参照〕周期的に振動する〔図1の(b)
参照〕。燃焼プレートの厚みを、中央部から周辺部にか
けて連続的に増加又は減少する様にしたので、混合気が
炎孔内を通過するのに要する時間(通過時間)が炎孔列
(同一の厚み部分に設けた炎孔の列)毎に異なり、各炎
孔列に形成される燃焼炎に連続的な時間的ズレが生じ、
通過時間が短い(プレートの厚みが薄い)炎孔列の燃焼
炎程、先行して燃焼発熱変動が起こる事となり、燃焼プ
レート全体における振動応答の特性を効果的に変化させ
る事ができる。
【0006】〔請求項3について〕通常、各炎孔に形成
される燃焼炎は、噴出する混合気の圧力変動や燃焼に際
しての急激な体積変化によって発熱速度が変動し、伸縮
を繰り返して〔図1の(a)参照〕周期的に振動する
〔図1の(b)参照〕。炎孔の表面側に孔径を大きくし
たザグリを形成し、ザグリの長さを、中央部から周辺部
にかけて段階的に増加又は減少する様にしたので、ザク
リ部分で流速が遅くなる事に起因して混合気が炎孔内を
通過するのに要する時間(通過時間)がザグリの長さの
異なる炎孔列毎に異なり、各炎孔列に形成される燃焼炎
に連続的な時間的ズレが生じ、通過時間が短い(ザグリ
が浅い)炎孔列の燃焼炎程、先行して燃焼発熱変動が起
こる事となり、燃焼プレート全体における振動応答の特
性を効果的に変化させる事ができる。
【0007】
【発明の効果】
〔請求項1、2、3について〕各燃焼炎の振動を合成し
た、燃焼プレート全体における燃焼炎の燃焼発熱変動の
振動応答は、α状態からβ状態へと変化し、再びα状態
へと変化し、これを繰り返す〔図2(a)参照〕。その
結果、混合気が炎孔内を通過するのに要する時間を同じ
にした燃焼プレートに比べ、燃焼プレート全体としての
発熱速度の増加に遅れが生じるので、燃焼発熱変動の振
動応答の位相がずれ、音響系の固有振動波との重なりが
解消して共鳴が防止できる。また、α状態で生じる燃焼
炎の燃焼発熱変動の振動応答とβ状態で生じる燃焼炎の
燃焼発熱変動の振動応答とは、お互いに打ち消し合うの
で振動幅は小さくなる。尚、単に通過時間を異なる様に
した(例えば炎孔の孔径をランダムにする)燃焼プレー
トでは、隣接する炎孔間で通過時間の相違に基づく振動
波の時間的ずれが打ち消し合って、燃焼プレート全体に
おける燃焼炎の燃焼発熱変動の振動応答は効果的な状態
変化をしない〔図2(b)参照〕ので共鳴防止が図れな
い。
【0008】
【実施例】図3〜図7に示す燃焼プレートA、B、C、
D、Eは、本発明の第1〜第5実施例(請求項1、2に
対応)であり、図8〜図10に示す燃焼プレートF、
G、Hは、本発明の第6〜第8実施例(請求項1、3に
対応)であり、図11、図12に示す燃焼プレートI、
Jは、本発明の第9、第10実施例(請求項1、及び請
求項2+請求項3に対応)である。また、これら燃焼プ
レートA〜J(全て、耐熱セラミック製)は、図13に
示すガス給湯器Uに装着され、高負荷の全一次燃焼を行
なう。
【0009】ガス給湯器Uは、高負荷の全一次燃焼を行
なう事により、熱交換器101を配した燃焼室102
や、全体の大きさの縮小化を図ったものであり、キッチ
ン出窓下、軒下、又はベランダ等の小スペースに設置さ
れる。
【0010】ガス給湯器Uにおいて、送風機103によ
り強制吸入した空気とガスとが燃焼プレートA〜Jの上
流(下方)に位置する混合室104で混合され、混合ガ
スは燃焼プレートA〜Jの下流(上方)に位置する燃焼
室102で燃焼し、燃焼炎は、熱交換器101内を通過
する流水を加熱し、通過水量(2.9〜10.9リット
ル/分)に関わらず所定温度(例えば60℃)の湯を給
湯する。尚、インプットは、30000kcal〜60
00kcalの範囲で増減され、インプット量に適した
ガス量、空気量となる様に、燃焼制御器105は、比例
弁106、送風機103を制御する。
【0011】図3に示す、第1実施例の燃焼プレートA
(縦92mm、横140mm、厚さ13〜23mm)
は、断面が略蒲鉾状を呈し、表裏に貫通する多数の炎孔
2(孔径1.9mm)を、等間隔(中心- 中心距離4m
m)の格子状に穿設(平らな裏面21と垂直)してい
る。また、燃焼プレートAの外周上縁部221は、燃焼
室102への配設を容易にする為、裏面21と平行に形
成されている。
【0012】図4に示す、第2実施例の燃焼プレートB
は、燃焼プレートAを上下、逆にしたものである。
【0013】図5に示す、第3実施例の燃焼プレートC
は、プレートの断面形状や大きさが燃焼プレートAと略
同一であり、炎孔2の表面22側にザグリ20を形成し
ている。尚、ザグリ20は、孔径が4.5mmとされ、
深さは1.5mmとされる。
【0014】図6に示す、第4実施例の燃焼プレートD
(縦92mm、横140mm、厚さ13〜23mm)
は、表面22が平らとされ、中央部から周辺部にかけて
厚みが連続的に増大する様に裏面21を凹面状に成形し
ている。燃焼プレートDでは、炎孔2(孔径1.7m
m)は、等間隔(中心- 中心距離3mm)の格子状に穿
設(表面22と垂直)されている。尚、燃焼プレートD
の外周下縁部211は、燃焼室102への配設を容易に
する為、表面22と平行に形成されている。
【0015】図7に示す、第5実施例の燃焼プレートE
は、燃焼プレートDを上下、逆に配設したものである。
【0016】上記第1〜第5実施例は、つぎの利点を有
する。燃焼プレートA〜Eの厚みを、中央部から周辺部
にかけて連続的に増加又は減少する様にしたので、混合
気が炎孔2内を通過するのに要する時間(通過時間)が
炎孔列毎に異なり、各炎孔列に形成される燃焼炎に連続
的な時間的ズレが生じ、通過時間が短い(燃焼プレート
の厚みが薄い)炎孔列の燃焼炎程、先行して燃焼発熱変
動が起こる事となり、燃焼プレート全体における振動応
答の特性を効果的に変化させる事ができる。各燃焼炎の
振動を合成した、燃焼プレートA〜E全体における燃焼
炎の燃焼発熱変動の振動応答は、α状態からβ状態へと
変化し、再びα状態へと変化し、これを繰り返す〔図2
の(a)参照〕。その結果、混合気が炎孔2内を通過す
るのに要する時間を同じにした燃焼プレートに比べ、燃
焼プレート全体としての発熱速度の増加に遅れが生じる
ので、燃焼炎の燃焼発熱変動の振動応答の位相がずれ、
音響系の固有振動波との重なりが解消して共鳴が防止で
きる。また、α状態で生じる燃焼炎の燃焼発熱変動の振
動応答とβ状態で生じる燃焼炎の燃焼発熱変動の振動応
答とは、お互いに打ち消し合うので、燃焼炎の燃焼発熱
変動の振動応答の振動幅は小さくなる。燃焼プレートA
〜Eを装着したガス給湯器Uは、燃焼共鳴音の発生が防
止できるので、隣や室内へ騒音を撒き散らさない。
【0017】第3実施例の燃焼プレートC(図5に示
す)において、ザグリ20には混合気の流速を遅くして
燃焼炎を安定させるという保炎作用がある。
【0018】図8に示す、第6実施例の燃焼プレートF
(縦92mm、横140mm、厚さ13mm)は、平板
状を呈し、表裏に貫通する多数の炎孔2(孔径1.9m
m)を、等間隔(中心- 中心距離4mm)の格子状に穿
設している。また、炎孔2の表面22側に、孔径が4.
5mmで深さが1.5〜3.5mmのザグリ20を、ザ
グリ奥底を結ぶ包絡線が凹曲面を示す様に、中央部から
周辺部にかけて段階的に浅くなる様に形成されている。
尚、ザグリ20の奥底を結ぶ包絡線がV字状に直線的に
なる様にザグリ20を形成しても良い。
【0019】図9に示す、第7実施例の燃焼プレートG
(縦92mm、横140mm、厚さ13mm)は、表面
22及び裏面21が、上方に湾曲する形状を示し、表裏
に貫通する多数の炎孔2(孔径1.7mm)を、等間隔
(中心- 中心距離4mm)の格子状に穿設している。ま
た、炎孔2の表面22側には、孔径が4.5mmで深さ
が1.5〜3.5mmのザグリ20が、中央部から周辺
部にかけて段階的に浅くなる様に形成されている。更
に、燃焼プレートGの外周上縁部221及び外周下縁部
211は、燃焼室102への配設を容易にする為、平ら
にされている。
【0020】図10に示す、第8実施例の燃焼プレート
H(縦92mm、横140mm、厚さ13mm)は、表
面22及び裏面21が、下方に湾曲する形状を示し、表
裏に貫通する多数の炎孔2(孔径1.7mm)を、等間
隔(中心- 中心距離4mm)の格子状に穿設している。
また、炎孔2の表面22側には、孔径が4.5mmで深
さが1.5〜3.5mmのザグリ20が、中央部から周
辺部にかけて段階的に浅くなる様に形成されている。
尚、ザグリ20の奥底を結ぶ包絡線がV字状に直線的に
なる様にザグリ20を形成しても良い。また、燃焼プレ
ートHの外周上縁部221及び外周下縁部211は、燃
焼室102への配設を容易にする為、平らにされてい
る。
【0021】上記第6〜第8実施例は、つぎの利点を有
する。燃焼プレートF〜Hにおいて、炎孔2の小径部の
長さ(燃焼プレートの厚さ−ザグリ20の深さ)を
1 、大径部の長さ(ザグリ20の深さ)をL2 、小径
部を流れる混合気の流速をV1 、大径部を流れる混合気
の流速をV2 とすると、混合気の通過時間tは、次の式
で表される。 t=(L1 /V1 )+(L2 /V2 ) V1 >V2 である為、燃焼プレートの厚さが均一である
ときには、小径部の長さL1 が長く、大径部の長さL2
が短い程、混合気の噴出タイミングが早い。燃焼プレー
トF〜Hでは、表面側の炎孔2にザグリ20を形成し、
ザグリ20の深さを、周辺部に行く程、浅くしたので、
混合気が炎孔2内を通過するのに要する時間(通過時
間)は周辺部に行く程短くなり、各炎孔列に形成される
燃焼炎に連続的な時間的ズレが生じ、通過時間が短い
(ザグリが浅い)炎孔列の燃焼炎程、先行して燃焼発熱
変動が起こる事となり、燃焼プレート全体における振動
応答の特性を効果的に変化させる事ができる。この為、
各燃焼炎の振動を合成した、燃焼プレート全体における
燃焼炎の燃焼発熱変動の振動応答は、α状態からβ状態
へと変化し、再びα状態へと変化し、これを繰り返す
〔図2の(a)参照〕。その結果、混合気が炎孔内を通
過するのに要する時間を同じにした燃焼プレートに比
べ、燃焼プレート全体としての発熱速度の増加に遅れが
生じるので燃焼炎の燃焼発熱変動の振動応答の位相がず
れ、音響系の固有振動波との重なりが解消して共鳴が防
止できる。また、α状態で生じる燃焼炎の燃焼発熱変動
の振動応答とβ状態で生じる燃焼炎の燃焼発熱変動の振
動応答とは、お互いに打ち消し合うので振動幅は小さく
なる。燃焼プレートF〜Hを装着したガス給湯器Uは、
燃焼共鳴音の発生が防止できるので、隣や室内へ騒音を
撒き散らさない。尚、ザグリ20の深さは、中央部から
周辺部に行く程、段階的に深くなる様に形成しても良
い。
【0022】第11図〜図12図に示される、第9、第
10実施例の燃焼プレートI、Jにおいて、燃焼プレー
ト自体の大きさや形状、炎孔2の孔径は、夫々、燃焼プ
レートA、Bと同じである。また、各炎孔2の裏面22
側には、孔径が4.5mmで深さが1.5〜3.5mm
のザグリ20が、中央部から周辺部にかけて段階的に浅
くなる様に形成されている。尚、ザグリ20の奥底を結
ぶ包絡線がV字状に直線的になる様にザグリ20を形成
しても良い。
【0023】燃焼プレートI、Jは、プレートの厚みを
中央部から周辺部にかけて連続的に減少する様にした構
成と、ザグリ20の深さを中央部から周辺部にかけて段
階的に浅くした構成とにより、混合気が炎孔2内を通過
するのに要する時間(通過時間)が炎孔列毎に大きく異
なり、各炎孔列に形成される燃焼炎に連続的な時間的ズ
レが生じ、通過時間が短い(プレートの厚みが薄くザグ
リ20の深さが深い)周辺部の炎孔列の燃焼炎程、先行
して燃焼発熱変動が起こる事となり、燃焼プレート全体
における振動応答の特性を効果的に変化させる事ができ
る。尚、プレートの厚み変化とザグリ20の深さ変化と
を同時に行なっているので、各炎孔列の燃焼炎に時間的
ズレを容易につける事ができる。尚、プレートの厚みを
中央部から周辺部にかけて連続的に増加させ、ザグリ2
0の深さが中央から周辺にかけて段階的に深くなる様に
しても良い。
【0024】図14に示す燃焼プレートKは、本発明の
第11実施例(請求項1、2に対応)であり、図16に
示す燃焼プレートLは、本発明の第12実施例(請求項
1、3に対応)であり、これら燃焼プレートK、Lは、
図13に示すガス給湯器Uに装着され、高負荷の全一次
燃焼を行なう。
【0025】図14に示す燃焼プレートK(縦92m
m、横140mm、厚さ16〜25mm)は、断面が略
蒲鉾状を呈し、表裏に貫通する多数の炎孔2(孔径1.
9mm)、炎孔3(孔径1.7mm)を二列毎に繰り返
して穿設(8mm間隔)している。更に、燃焼プレート
Kには、孔径1.3mmの炎孔4及び孔径0.9mmの
炎孔5が後述するザグリ23、31の淵等に穿設されて
いる。尚、上記炎孔2の表面22側には深さ1.5m
m、孔径4.5mmのザグリ23が形成され、炎孔3に
は深さ3.5mm、孔径4.5mmのザグリ31が形成
されている。上記の如く、二列の炎孔2を中心とする炎
孔列xと、二列の炎孔3を中心とする炎孔列yとが繰り
返し形成されている。孔径が異なる炎孔2、3、4、5
は、低発熱量領域から高発熱量領域に亘って燃焼炎を安
定させる役目を果たし、ザグリ23、31は、混合気の
流速を低減して燃焼炎を安定させる保炎の役目を果た
す。また、炎孔列xと炎孔列yの繰り返しにより、この
繰り返し方向にも、上記α状態の燃焼炎の燃焼発熱変動
の振動応答とβ状態の燃焼炎の燃焼発熱変動の振動応答
が生じ、お互い打ち消し合って振動幅は小さくなり、共
鳴音発生防止に有利に働く。
【0026】従来の燃焼プレートを装着したガス給湯器
は、図15(a)のインプット- ファン回転数特性グラ
フ中、メッシュで示される範囲において共鳴音が発生す
る。しかし、本発明の燃焼プレートを装着したガス給湯
器Uは、図15(b)のインプット- ファン回転数特性
グラフに示される様に不燃限界ライン61とリフト限界
ライン62とで囲まれる全ての燃焼良好域63におい
て、共鳴音を生じさせる事無く高負荷の全一次燃焼を行
なう事ができる。
【0027】燃焼プレートL(縦92mm、横140m
m、厚さ16)は、断面が平板状を呈し、燃焼プレート
Kと同様、表裏に貫通する多数の炎孔3(孔径1.7m
m)を穿設(8mm間隔)している。また、燃焼プレー
トLには、孔径1.3mmの炎孔4及び孔径0.9mm
の炎孔5が後述するザグリ32の淵等に穿設されてい
る。更に、上記炎孔3には、孔径4.5mmで深さ1.
5〜3.5mmのザグリ32が、中央部から周辺部にか
けて段階的に浅くなる様に形成されている。尚、ザグリ
32の奥底を結んだ包絡線は、図16の(a)に示す様
に凹面状であっても、図16の(b)に示すV字状であ
っても良い。この燃焼プレートLもKと同様、全ての燃
焼良好域で共鳴音が生じさせ無い。
【0028】本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施
態様を含む。 a.上記実施例では、燃焼プレートをガス給湯器に装着
しているが、温風暖房機、ガスグリル、衣類乾燥機等に
装着しても良い。 b.炎孔の孔径や間隔、ザグリの深さやザグリ径、燃焼
プレートの厚み等は、上記実施例の値に拘束されず、適
宜、決めれば良い。 c.ザグリは、全ての炎孔の表面側に形成しても良く、
一部の炎孔のみに形成しても良い。 d.燃焼プレートの縦方向、横方向の両方向において、
中央部から周辺部にかけてプレートの厚み、ザグリ深さ
を変化させても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は燃焼炎が伸縮を繰り返す様子を示す説
明図であり、(b)は本発明の構成を採用しない燃焼プ
レートの炎孔に形成される燃焼炎の伸縮により振動波が
生じる様子を示す説明図である。
【図2】(a)は本発明の構成を採用した燃焼プレート
の炎孔に形成される燃焼炎によって発生する燃焼プレー
ト全体における振動波を表した説明図であり、(b)は
本発明の構成を採用しない燃焼プレートの炎孔に形成さ
れる燃焼炎によって発生する燃焼プレート全体における
振動波を表した説明図である。
【図3】本発明の第1実施例に係る燃焼プレートAの平
面図(上)及び断面図(下)である。
【図4】本発明の第2実施例に係る燃焼プレートBの平
面図(上)及び断面図(下)である。
【図5】本発明の第3実施例に係る燃焼プレートCの平
面図(上)及び断面図(下)である。
【図6】本発明の第4実施例に係る燃焼プレートDの平
面図(上)及び断面図(下)である。
【図7】本発明の第5実施例に係る燃焼プレートEの平
面図(上)及び断面図(下)である。
【図8】本発明の第6実施例に係る燃焼プレートFの平
面図(上)及び断面図(下)である。
【図9】本発明の第7実施例に係る燃焼プレートGの平
面図(上)及び断面図(下)である。
【図10】本発明の第8実施例に係る燃焼プレートHの
平面図(上)及び断面図(下)である。
【図11】本発明の第9実施例に係る燃焼プレートIの
平面図(上)及び断面図(下)である。
【図12】本発明の第10実施例に係る燃焼プレートJ
の平面図(上)及び断面図(下)である。
【図13】燃焼プレートA〜Lを装着して高負荷の全一
次燃焼を行なうガス給湯器の構造説明図である。
【図14】本発明の第13実施例に係る燃焼プレートK
の平面図(上)及び断面図(下)である。
【図15】従来及び本発明の燃焼プレートを装着したガ
ス給湯器において共鳴音発生領域を示すインプット- フ
ァン回転数特性グラフである。
【図16】本発明の第12実施例に係る燃焼プレートL
の平面図及び断面図であり、(a)はザグリの奥底を結
んだ包絡線が凹面状であるもの、(b)はV字状にした
ものである。
【符号の説明】
2、3 炎孔 20、31、32 ザグリ A〜L 燃焼プレート

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表裏に貫通する多数の炎孔を穿設してな
    り、高負荷の全一次燃焼を行なう燃焼プレートについ
    て、 燃焼プレート内を混合気が通過するのに要する時間を、
    燃焼プレート中央部から周辺部にかけて連続的に異なら
    せる様にする燃焼共鳴音の発生防止方法。
  2. 【請求項2】 表裏に貫通する多数の炎孔を穿設してな
    り、高負荷の全一次燃焼を行なう燃焼プレートにおい
    て、 中央部から周辺部にかけて、厚みを連続的に増加又は減
    少する様にした事を特徴とする燃焼プレート。
  3. 【請求項3】 表裏に貫通する多数の炎孔を穿設してな
    り、高負荷の全一次燃焼を行なう燃焼プレートにおい
    て、 炎孔の表面側に孔径を大きくしたザグリを形成し、該ザ
    グリの長さが、中央部から周辺部にかけて段階的に増加
    又は減少する様にした事を特徴とする燃焼プレート。
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