JPH06207706A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低ＮＯｘ燃焼と機器の安全を確保する。 【構成】 濃火炎の生じる第一炎口部１とこれに通じる
第一混合気室３を有するバーナ本体２、複数本並設され
たそれぞれのバーナ本体２の間に設けられ、かつ濃火炎
に向けて希薄火炎を生じる第二炎口部１５を有する噴射
板１２、及びバーナ本体と噴射板とに囲まれた第二混合
気室１６とが設けられている。また、第二混合気室に設
けた空気取入れ部２３、第一混合気室と第二の混合気室
とを連通しバーナ本体に設けた混合気通路７、第二炎口
部に設けた温度検知部１７、第一及び第二混合気室に空
気を送るファン２１及び制御部２５を設けている。そし
て制御部はファンを制御し温度検知部が正常な燃焼状態
の温度より高くなった時、供給空気量を増量し、低くな
った場合には減量して正常な燃焼状態時の温度に制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は主としてバーナの低ＮＯ
ｘ化と機器の安全を図った燃焼装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の家庭用バーナは、図４に示
すように、第一の炎口部１を有するバーナ本体２に設け
た第一の混合気室３と、第一の混合気室３の両側に壁板
４により構成された第二の炎口部５を有する第二の混合
気室６と、第一の混合気室３と第二の混合気室６とを連
通するバーナ本体２に設けた混合気通路７と、第一の炎
口部１と第二の炎口部５の間に設け、火炎の基部を安定
化させる保炎板８と、壁板４に第二の混合気室６の一次
空気比を設定する空気取入れ口９とを備えている。この
様な構成を有するバーナ本体２が多数本互いに壁板４に
接してバーナケース１０の内部に収められていた。１９
は第１の混合気室３に向ってガスを噴出するノズル、２
１は燃焼用空気を第一および第二の混合気室３，６に送
る送風ファンである。

【０００３】そして上記構成の燃焼装置では、ノズル１
９より噴出したガスは第一の混合気室３で空気と混合し
て第一の炎口部１より噴出して点火され第一の炎口部１
の上には酸素濃度の低い安定した濃火炎が形成される。
また空気取入れ口９から大量の空気と、混合気通路７か
ら供給されたガスと燃焼空気の混合気が第二の混合気室
６の内部で希薄混合気となり、そして第二の炎口部５よ
り流出して第一の炎口部１の濃火炎の熱的影響を受ける
ことによって燃焼し、酸素濃度の高い希薄火炎を形成し
ていた。濃火炎及び希薄火炎は保炎板８の上に形成され
る小さな渦の効果で火炎の基部が安定化されており、Ｎ
Ｏｘ濃度が低く不安定な特性の希薄火炎を濃火炎で安定
化させ、全体とし濃炎燃焼を実現してＮＯｘの発生を低
減させていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、ＮＯｘを低減する効果の点では満足される
ものであるが、何らかの要因で空燃比が適性値から外れ
た場合には第二の炎口部５の火炎が混合気通路７へ逆化
し、バーナの変形・破壊、しいては火炎を発生したり、
希薄火炎が吹き飛んで不完全燃焼をおこすという課題が
あった。

【０００５】本発明は上記課題を解決するもので、空燃
比の最適化を図ることにより機器の安全と低ＮＯｘの両
立化を図ることを目的としたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、濃火炎を形成する第一の炎口部とこれに連通
した第一の混合気室を有するバーナ本体と、バーナ本体
が複数本並設したそれぞれのバーナ本体の間に設け、か
つ第一の炎口部側へ希薄火炎を形成する第二の炎口部を
有する噴射板と、バーナ本体と噴射板とに囲まれて形成
される第二の混合気室と、第二の混合気室に設けた空気
取入れ部と、第一の混合気室と第二の混合気室とを連通
しバーナ本体に設けた混合気通路と、第二の炎口部の上
流側壁面に設けた温度検知部と、第一および第二の混合
気室に空気を送るファンと、前記温度検知部の信号をう
けてファンを制御し、温度検知部が正常な燃焼状態時の
温度より高くなった場合には供給空気量を増量し、低く
なった場合には減量して正常な燃焼状態時の温度に制御
する制御部を備えたものである。

【０００７】

【作用】本発明は上記構成によって、混合気通路より出
た混合気が空気取入部よりの空気と混合し、希薄混合気
となった後、第二の炎口部から噴出され、第一の炎口部
の上に形成される濃火炎の熱的な影響を受けることによ
って着火し、低ＮＯｘの特性を持つ希薄燃焼を行なう。
希薄火炎は燃焼後もなお多量の酸素を含んでおり、濃火
炎に強制供給されることにより濃火炎が小さくなって高
負荷燃焼する。第二の炎口部にある温度検知部は希薄火
炎、濃火炎の熱的影響を受け一定の温度となる。この温
度は両火炎の空燃比と次の関係がある。空気が不足にな
る場合には温度上昇が起き、空気が過剰になる場合には
温度下降が生じる。よって当初、空燃比制御は最適な燃
焼状態の設定となっているが、外的要因で空気の風量が
低下したり、燃料が増加した場合には第二の炎口部を経
由して混合気通路に逆火する可能性がある。この場合に
は温度検知部は正常温度より高い温度に変化していくこ
とを検知し、ファンの回転数を上昇させて供給空気量を
増量し、元の正常温度になるよう制御する。また空気の
風量が上昇したり燃料が減少した場合には希薄火炎が吹
き飛び易くなり不完全燃焼を発生する可能性がある。こ
の場合には温度検知部は正常温度より低い温度に変化し
ていくことを検知し、ファンの回転数を減少させて供給
空気量を減量し元の正常温度になるよう制御する。

【０００８】

【実施例】以下本発明の一実施例を添付図面にもとづい
て説明する。なお、図４と同一構成要素には同一符号を
付す。図１において、２は第一の混合気室３を内包する
細長いバーナ本体であり、バーナ本体２の上面には多数
のスリットを開口した濃火炎を形成する第一の炎口部１
が設けてある。バーナ本体２の両側面には混合気通路７
が長手方向に最適な間隔で複数設けられている。また、
バーナ本体２の両側面には支持具１１が取り付けられ、
この支持具１１とバーナ本体２とで形成する溝に噴射板
１２の端部が挿入され隣合ったバーナ本体２の間を結合
し一体化している。噴射板１２は平板を山形状に折り曲
げて成形されており、混合気の流れの下流側に折り曲げ
てなる傾斜部１３を有しており、傾斜部１３には多数の
噴出口１４からなる希薄火炎を形成する第二の炎口部１
５を構成している。バーナ本体２の間と噴射板１２で囲
まれ、混合気通路７より下流側の空間は第二の混合気室
１６となる。第二の炎口部１５の上流側の壁面には温度
検知部１７を有している。バーナ本体２の上流側にはス
ロート部１８が形成されており、この様なバーナ本体２
が複数本並設されバーナブロックを構成しバーナケース
１０の内部に収納されている。各スロート部１８に対向
して燃料を噴出するノズル１９が設けられた燃料管２０
と、ファン２１がバーナケース１０に設けられている。
２２は燃焼室である。２３は各バーナ本体２の間で形成
される空気取入れ部である。２４はバーナ本体２に形成
し、第１の混合気室３と第１の炎口部１間を連通する混
合気通孔である。２５は制御部で、温度検知部１７の温
度検出信号をうけ、この検出信号が正常燃焼時の温度と
比較して高い時はファン２１の回転数を上昇させ、反対
に低い時にはファン２１の回転数を減少させて供給空気
量を制御する。

【０００９】上記構成において、ファン２１から供給さ
れる燃焼用空気は、一部がスロート部１８からバーナ本
体２の第一の混合気室３の内部に流入し、残りの大部分
の空気は空気取入れ部２３を流れ、第二の混合気室１６
に供給される。一方、燃料管２０から供給される燃料
は、各ノズル１９から各スロート部１８に向かって噴出
され、バーナ本体２の内部に流入して混合し、第一の混
合気室３に供給される。第一の混合気室３の内部の混合
気は１次空気比を３０から６０％に設定している。この
混合気の一部分は混合気通孔２４を経て第一の炎口部１
より噴出し濃火炎を形成し、残りの大部分の混合気は混
合気通路７より第二の混合気室１６の内部に導かれ、バ
ーナ本体２の間の空気取入部２３より入ってくる多量の
空気と混合する。この時一次空気比は１７０から２５０
％程度の希薄な混合気となるとともに均一化された後、
大部分は第二の炎口部１５の傾斜部１３に設けられた多
数の噴出口１４から傾斜して濃火炎側に噴出される。希
薄混合気は第一の炎口部１の上に形成される濃火炎の熱
的な影響を受けることによって着火し、希薄燃焼を行
う。希薄火炎は燃焼後もなお多量の酸素を含んでおり、
濃火炎に強制的に噴射供給されることにより、燃焼反応
が促進され濃火炎が小さくなって高負荷燃焼を実現す
る。ここでサーマルＮＯｘは燃焼反応帯の温度が低温で
あるほど発生量は減少する。よって空気を多量に含む希
薄な混合気ほど熱容量が増加し火炎温度が低下し、低Ｎ
Ｏｘ化が図れることはよく知られている。しかし一方、
混合気が希薄になる程火炎は不安定となり、ついには炎
孔から吹き飛びを発生する。

【００１０】よって上記構成において、第一の炎口部１
の上に形成される濃火炎の熱的作用によって希薄混合気
の雰囲気温度を上げ、かつ第二炎口部１５を傾斜部１３
に設けることで炎口面積を大きくして希薄混合気の流速
を低くすることによって、希薄混合気を完全燃焼させる
ことができる。しかし、従来の空燃比制御は上記の状態
を満たす最適な設定を初期設定として行なうが、強風や
埃等の外的要因や経年変化によって燃焼部内の空気抵抗
が変化して空燃比設定がずれる可能性がある。例えば強
風等の外的要因で空気の供給風量が低下した場合には希
薄混合気の濃度が濃くなって火炎の伝播が容易となり、
第二の炎口部１５を経由して混合気通路７に逆火し第二
の混合気室１６内で燃焼し、バーナ内部で燃焼してバー
ナの変形を引き起こし、最悪の場合、機器の火災を起こ
す。

【００１１】本発明はこのような状態になる前に空燃比
を改善させて元の良好な燃焼状態に補正するものであ
り、次の現象を利用して解決する。第二の炎口部１５は
燃焼室２２の火炎の熱的影響を受け、第二の炎口部１５
に接続した温度検知部１７は第二の炎口部１５の温度を
検知することになる。温度検知部１７の温度は図２に示
すように空気過剰率と燃焼量によって主に変化するので
燃焼量が決まれば空気過剰率と温度検知部１７の温度は
一定の関係となる。同様に燃焼部で問題となる逆火域や
不完全燃焼域も温度検知部１７の温度で判断することが
できる。点線で示す線は空燃比制御の設定である。Ｔｍ
ａｘは最大燃焼量で燃焼している時の空燃比の設定点の
燃焼量補正済設定温度Ｔである。故に温度検知部１７の
温度ｔがＴｍａｘに等ければ本来設定した空燃比のポイ
ントで燃焼していることになる。Ｔｍｉｎは最小燃焼量
で燃焼している時の空燃比の設定点の燃焼量補正済設定
温度Ｔとなる。

【００１２】図３に本発明の空燃比制御のフローチャー
トを示す。先ず温度検知部１７の温度ｔを測定し燃焼量
補正済設定温度Ｔと比較する。比較において不感域を設
けるため許容係数ηで温度の許容幅を最適に設定する。
例えば許容係数η＝５％とした場合は（０.9５×燃焼量
補正済設定温度Ｔ）≦ｔ≦（１.0５×燃焼量補正済設定
温度Ｔ）となり、温度検知部１７の測定温度が燃焼量補
正済設定温度Ｔの±５％以内にある場合は供給風量を現
状維持としファンの回転数は変化させず、−５％より小
さい場合は吹き飛び域に燃焼状態が接近するので供給空
気量を減量するためファンの回転数を減少させ、＋５％
より大きい場合は逆火域に燃焼状態が接近するので供給
空気量を増量するためファンの回転数を増加させて温度
検知部１７の温度ｔが燃焼量補正済設定温度Ｔの±５％
以内になるように制御部２５で空燃比を制御する。よっ
て何らかの要因で空燃比が適正値から外れた場合に起こ
る混合気通路７へ逆火やこの逆火が引き起こすバーナの
変形・破壊、しいては火炎の発生や希薄火炎が吹き飛ん
で不完全燃焼をおこすなどを、アクティブな空燃比の最
適化により防止でき、機器の安全と低ＮＯｘの両立化を
図ることができる。また、温度検知部１７を第二の炎口
部１５の上流側壁面に設けることで、燃焼室２２の火炎
による輻射等の苛酷な諸影響を少なくすることができる
ので、温度検知部１７の性能上の劣化や故障を最小限に
防ぐことができる。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の燃焼装置に
よれば次の効果が得られる。

【００１４】１）温度検知部の温度と空気過剰率の一定
の相関から燃焼時の空気過剰率を推定し、最適な設定値
から空気過剰率が変化した場合に温度検知部の温度の変
化によって空気過剰率の変化を検知して供給空気量の補
正をファンで行なうことにより、燃焼状態の最適化を図
り、バーナ内部への逆火や不完全燃焼を未然に防ぎ、機
器の安全を図ることができる。

【００１５】２）温度検知部を第二の炎口部の上流側壁
面に設けることで、燃焼室の火炎による輻射等の苛酷な
諸影響を少なくすることができるので、温度検知部の性
能上の劣化や故障を最小限に防ぐことができる。

【００１６】３）大部分の燃料を第二の炎口部上に形成
される火炎温度の低い希薄火炎で燃焼させることによ
り、低ＮＯｘ化を実現できる。また希薄混合気は濃火炎
に向けて噴出供給されるため、燃焼後なお多量の酸素を
含む燃焼ガスが濃火炎に強制供給されるので火炎長が小
さくなり燃焼装置の小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における燃焼装置の要部断面
図

【図２】同燃焼装置における空気過剰率と温度検知部の
温度との関係図

【図３】同燃焼装置における空燃比制御のフローチャー
ト

【図４】従来の燃焼装置の要部断面図

【符号の説明】

１ 第一の炎口部 ２ バーナ本体 ３ 第一の混合気室 ７ 混合気通路 １２ 噴射板 １５ 第二の炎口部 １６ 第二の混合気室 １７ 温度検知部 ２１ ファン ２３ 空気取入れ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 洋一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】濃火炎の生じる第一炎口部とこの第一炎口
   部に連通した第一混合気室を有するバーナ本体と、複数
   本並設した前記それぞれのバーナ本体の間に設けられ、
   かつ濃火炎側へ希薄火炎を形成する第二炎口部を有する
   噴射板と、前記バーナ本体と前記噴射板とに囲まれて形
   成される第二混合気室と、前記第二混合気室に設けた空
   気取入れ部と、前記第一混合気室と前記第二混合気室と
   を連通し前記バーナ本体に設けた混合気通路と、前記第
   二炎口部の上流側壁面に設けた温度検知部と、前記第一
   混合気室および前記第二混合気室に空気を送るファン
   と、前記温度検知部の信号をうけて前記ファンを制御
   し、前記温度検知部が正常な燃焼状態時の温度より高く
   なった場合には供給空気量を増量し、低くなった場合に
   は減量して正常な燃焼状態時の温度に制御する制御部を
   備えた燃焼装置。