JPH06257743A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 正常な燃焼状態に空燃比制御して、ＮＯｘを
低減するとともにバーナ内部への逆火や不完全燃焼を防
止することを目的とする。 【構成】 第一炎口部３と、これに連通した第一混合気
室１を有するバーナ本体２と、複数本並設したバーナ本
体２の相互間に設けた噴射板６の傾斜部７に形設した噴
出口８を有する第二炎口部９と、バーナ本体２と噴射板
６とに囲まれて形成された第二混合気室１０と、第二混
合気室１０に設けた空気取入部２０と、第一混合気室１
と第二混合気室１０とを連通してバーナ本体２に形設し
た混合気通路４と、第二炎口部９に配設した温度検知部
１１と、燃焼量１７に配設した火炎電流検知部１８と、
燃焼用空気を送風するファン１５と、温度検知部１１及
び火炎電流検知部１８の信号をうけて、ファン１５の回
転数を制御する制御部１９を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃焼時のＮＯｘを低減
し、かつ機器の安全を図った燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、低ＮＯｘの燃焼が可能な家庭用の
燃焼装置が多く利用されるようになってきた（例えば特
開平４−２９７７１２号公報参照）。

【０００３】以下に従来の燃焼装置について説明する。
図５に示すように、第一炎口部３１と、第一混合気室３
２と、第一の混合気室３２の両側に壁板３３により構成
された第二炎口部３４を有する第二混合気室３５と、第
一混合気室３２と第二混合気室３５とを連通する混合気
通路３６と、第一炎口部３１と第二炎口部３４の間に設
けた火炎の基部を安定化させる保炎板３７と、壁板３３
に第二混合気室３５の一次空気比を設定する空気取入口
３８とを備えた構成のバーナ本体３９が複数本互いに壁
板３３を接してバーナケース４０の内部に収められてい
た。複数の第一混合気室３２のそれぞれに対向してガス
を噴出するノズル４１が設けられた燃料管４２と、燃焼
用空気を第一および第二混合気室３２および３５に送風
するファン４３がバーナケース４０に配設されている。
矢印はガス、燃焼用空気および混合気の流れる方向を示
す。

【０００４】以上のように構成された燃焼装置につい
て、以下その動作を説明する。ノズル４１から噴出した
ガスは第一混合気室３２で燃焼用空気と混合して第一炎
口部３１より噴出して点火され、第一炎口部３１の上方
には酸素濃度の低い安定した濃火炎が形成される。ま
た、混合気通路３６から供給されたガスと空気取入口３
８からの大量の燃焼用空気とが第二混合気室３５の内部
で混合されて希薄混合気となり、第二炎口部３４より流
出して第一炎口部３１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３７の上方に形成され
る小さな渦の効果で火炎の基部が安定化され、ＮＯｘの
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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、ＮＯｘを低減する効果の点では満足され
るが、何らかの要因で空燃比が適性値から外れた場合に
は第二炎口部３４の火炎が混合気通路３６へ逆火し、バ
ーナの変形・破壊を生じたり、火災を発生したり、希薄
火炎が吹き飛んで不完全燃焼したりして不安全であると
いう問題点を有していた。

【０００６】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、空燃比を最適化して、ＮＯｘを低減するとともにバ
ーナ内部への逆火や不完全燃焼を防止した安全な燃焼装
置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の燃焼装置は、複数本並設したバーナ本体の相
互間に設けた噴射板の傾斜部に形成した多数の噴出口を
有する第二炎口部の上流側の壁面に配設した温度検知部
と、燃焼室に配設した火炎電流検知部と、燃焼用空気を
送風するファンと、温度検知部及び火炎電流検知部の信
号をうけてファンの回転数を制御する制御部を備えた構
成、また所定の時間間隔ごとに上述の制御部によるファ
ンの制御を停止してファンの正常時の回転数に再設定し
た後、上述のファンの制御を繰り返し行なうようにした
制御部を備えた構成としたものである。

【０００８】

【作用】この構成において、外的要因で燃焼用空気の供
給量が低下したり、燃料が増加したりして、第二炎口部
を経由して混合気通路に逆火する可能性がある場合に
は、温度検知部は正常温度より高い温度に変化し、火炎
電流検知部は火炎電流が増加するので、制御部は火炎電
流増加率の大小を判定し、大なるときにはファンの回転
数の増加分を大とし、小なるときにはファンの回転数の
増加分を小として、ファンの回転数を上昇させて燃焼用
空気の供給量を回復させるように空燃比制御し、一方、
外的要因で燃焼用空気の供給量が上昇したり、燃料が減
少したりして、希薄火炎が吹き飛び易くなり不完全燃焼
を生じる可能性がある場合には、温度検知部は正常温度
より低い温度に変化し、火炎電流検知部は火炎電流が減
少するので、制御部は火炎電流減少率の大小を判定し、
大なるときにはファンの回転数の減少分を大とし、小な
るときにはファンの回転数の減少分を小として、ファン
の回転数を下降させて燃焼用空気の供給量を回復させる
ように空燃比制御することとなる。

【０００９】また、強風等の外的要因が頻繁に変動した
場合には、空燃比制御が追従できないでハンチングを起
こす危険性が生じるので、最適な所定時間の経過ごとに
空燃比制御を中止し、正常時のファン回転数設定値に再
設定した後、空燃比制御を繰り返し行い空燃比制御のハ
ンチング等を防止することとなる。

【００１０】

【実施例】

（実施例１）以下本発明の第１の実施例について図面を
参照しながら説明する。図１に示すように、第一混合気
室１を内包する細長いバーナ本体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炎口部３が設け
られ、バーナ本体２の両側面には混合気通路４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５が取り付けられ、この支持具
５とバーナ本体２とで形成する溝に噴射板６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６は平板を山形状に折り曲げて形成されてお
り、混合気の流れの下流側に折り曲げてなる傾斜部７に
は多数の噴出口８からなる希薄火炎を形成する第二炎口
部９を形成している。バーナ本体２の相互間と噴射板６
で囲まれた混合気通路４より下流側の空間は第二混合気
室１０となる。第二炎口部９の上流側の壁面には温度検
知部１１を配設している。バーナ本体２の上流側にはス
ロート部１２が形成されており、上述のようなバーナ本
体２を複数本並設して構成したバーナブロックと、各ス
ロート部１２に対向して燃料を噴出するノズル１３を配
設した燃料管１４と、燃焼用空気を送風するファン１５
をバーナケース１６の内部に設けている。第一炎口部３
と第二炎口部９が開口した燃焼室１７には、火炎電流検
知部１８が火炎に臨むように配設されている。制御部１
９は、温度検知部１１および火炎電流検知部１８の検出
信号をうけて、ファン１５の回転数を制御して燃焼用空
気の供給量を制御する構成としている。図中の２０は、
各バーナ本体２の相互間で形成される空気取入部、２１
はバーナ本体２に形成し第一混合気室１と第一炎口部３
間を連通する混合気通孔、矢印は、燃料、燃焼用空気お
よび混合気の流れる方向である。

【００１１】以上のように構成された燃焼装置につい
て、以下その動作を説明する。ファン１５から供給され
る燃焼用空気は、一部がスロート部１２からバーナ本体
２の第一混合気室１の内部に流入し、残りの大部分の燃
焼用空気は空気取入れ部２０を流れ、第二混合気室１０
に供給される。一方、燃料管１４から供給される燃料
は、各ノズル１３から各スロート部１２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、第一混合
気室１に供給される。第一混合気室１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
気の一部分は第一炎口部３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４より第二混合気室
１０の内部に導かれ、バーナ本体２の間より入ってくる
多量の燃焼用空気と混合する。このときの混合気は、一
次空気比が希薄な１７０から２５０％程度で均一化され
た後、大部分は第二炎口部９の傾斜部７の噴出口８から
濃火炎側に傾斜して噴出される。希薄な混合気は第一炎
口部３の上に形成される濃火炎の熱的な影響を受けるこ
とによって着火して希薄燃焼する。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する。

【００１２】第二炎口部９の温度検知部１１は希薄火
炎、濃火炎の熱的影響を受け一定の温度となるが、この
温度は両火炎の空燃比に関係し、燃焼用空気が不足にな
る場合には温度上昇が生じ、燃焼用空気が過剰になる場
合には温度下降が生じる。なお、定常時の測定値の信頼
性は高い。また、火炎電流検知部１８の火炎電流値は空
気が不足になる場合には火炎電流値の増加が生じ、燃焼
用空気が過剰になる場合には火炎電流値の減少が生じ
る。なお、定常時の測定値の信頼性は低い。しかしなが
ら、空燃比が変化する過渡時には、温度検知部１１は第
二炎口部９に接続していることや温度検知部１１自体の
熱容量が大きいので、燃焼用空気の供給量の変化に対し
て温度検知部１１の出力が変化するまでの時間は長く、
応答性は悪い。一方、火炎電流検知部１８は火炎中のイ
オン電流を測定しているので空気過剰率の変化に対して
瞬時に変化し、火炎電流検知部１８の出力が変化するま
での時間は短く、応答性は非常に良い。

【００１３】一般にＮＯｘの発生量は、燃焼反応帯の温
度が低温であるほど減少するので、燃焼用空気を多量に
含む希薄な混合気ほど熱容量が増加して火炎温度が低下
し、低ＮＯｘ化が図れることはよく知られている。しか
し混合気が希薄になる程火炎は不安定となり、ついには
炎口から吹き飛びを生じることもあるが、第一炎口部３
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９を傾斜部７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。しかしながら、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ので、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変動する可能性がある。例えば強
風等の外的要因で燃焼用空気の供給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、第二炎口部９を経由して混合気通路４に逆火し第二
混合気室１０内で燃焼し、バーナ本体２の変形を引き起
こしたり、最悪の場合は火災を引き起こしたりする。

【００１４】本実施例は上述のような不安全な状態にな
る前に空燃比を改善して良好な燃焼状態を維持するもの
である。第二炎口部９は燃焼室１７の火炎の熱的影響を
受け、第二炎口部９に配設した温度検知部１１は第二炎
口部９の温度を検知することになる。

【００１５】図２に示すように、温度検知部１１の測定
温度ｔは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１１の測定温
度ｔ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１１の測定温度ｔで判
断することができる。破線で示した線は空燃比制御の設
定である。Ｔmax は最大燃焼量で燃焼しているときの空
燃比の設定点の燃焼量補正済設定温度Ｔである。温度検
知部１１の測定温度ｔがＴmax に等しければ本来設定し
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ときの空燃比の設定点の燃
焼量補正済設定温度Ｔとなる。なお温度検知部１１の測
定温度ｔは第二炎口部９の温度を測定しているため測定
温度レンジが２００℃から４００℃と高く、組立時の取
付誤差や周囲の環境による影響を受けにくく定常時の測
定値には信頼性が高い。しかし空燃比が変化する過渡時
には、温度検知部１１は第二炎口部９に接続しているこ
とや温度検知部１１自体の熱容量が大きいため、空燃比
の変化に対して温度検知部１１の出力が変化するまでの
時間は長くなり応答性が悪いという欠点がある。この欠
点を解決するために本実施例では火炎電流の応答性の速
さに着目し、両者の良いところを組み合わせて空燃比制
御に応用したものである。火炎電流について説明する
と、火炎電流検知部１８は火炎中のイオン電流を測定す
るので空気過剰率の変化に対して瞬時に変化し、空燃比
の変化に対して火炎電流検知部１８の出力が変化するま
での時間は短くなり応答性が非常に良いので、空燃比が
変化する過渡時には、ほぼリアルタイムで変化したこと
を検知できる。また、燃焼室１７に設置されている火炎
電流検知部１８の火炎電流値は空気過剰率と相関があ
り、空気過剰率が高くなると火炎電流値は小さくなる。
ただし、火炎電流値は燃焼量の影響が非常に大きく絶対
値に対する信頼性は少いが、空燃比の増減の変化方向や
変化度合に対する信頼性はある。

【００１６】図３に示すように、本実施例の空燃比制御
は、まず温度検知部１１の測定温度ｔを検知し燃焼量補
正済設定温度Ｔと比較する。この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１１の測定温度ｔが燃
焼量補正済設定温度Ｔの±５％以内にある場合は燃焼用
空気の供給量を現状維持としファン１５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、その接近する速さを火炎電流変化率よ
り判断し、速い場合にはファン１５の回転数の減少幅を
大きくし、遅い場合にはファン１５の回転数の減少幅を
小さくするよう空燃比制御する。具体的には火炎電流検
知部１８で火炎電流変化率を測定し、その変化率を予め
設定しておいた最適な火炎電流変化率の仕切値Ａと比較
し、火炎電流変化率の仕切値Ａよりも大きい場合はファ
ン１５の回転数の減少幅を大とし、火炎電流変化率の仕
切値Ａよりも小さい場合はファン１５の回転数の減少幅
を小とする。同様に温度検知部１１の測定温度ｔが燃焼
量補正済設定温度Ｔの＋５％より大きい場合は、逆火域
に燃焼状態が接近するので、その接近する速さを火炎電
流変化率より判断し、速い場合にはファン１５の回転数
の増加幅を大きくし、遅い場合にはファン１５の回転数
の増加幅を小さくする。具体的には火炎電流検知部１８
で火炎電流変化率を測定し、その変化率を予め設定して
おいた最適な火炎電流変化率の仕切値Ａと比較し、火炎
電流変化率の仕切値Ａよりも大きい場合はファン１５の
回転数の増加幅を大とし、火炎電流変化率の仕切値Ａよ
りも小さい場合はファン１５の回転数の増加幅を小とし
た後、同様の空燃比制御を繰り返し行い、温度検知部１
１の測定温度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１９で空燃比を制御する。よって実
際の空燃比の変化度合と温度検知部１１の温度変化度合
の時間差を火炎電流検知部１８の火炎電流変化率で補正
することによって、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４へ逆火やこの逆火が引
き起こすバーナの変形・破壊、しいては火災の発生や希
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。

【００１７】また、温度検知部１１を第二炎口部９の上
流側の壁面に設けることで、燃焼室１７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１１の性能上の劣化や故障を最小限に防ぐこと
ができる。

【００１８】以上のように本実施例によれば、第二炎口
部９の上流側の壁面に配設した温度検知部１１と、燃焼
室１７に火炎に臨むように配設した火炎電流検知部１８
と、バーナケース１６の内部に配設した燃焼用空気を送
風するファン１５と、温度検知部１１および火炎電流検
知部１８の検出信号をうけて、ファン１５の回転数を制
御して燃焼用空気の供給量を制御する構成により、温度
検知部１１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１１の温度の変化によって空
気過剰率の変化を検知すると同時に実際の空燃比の変化
度合を火炎電流検知部１８の火炎電流変化率で補正する
ことによって、ファン１５の回転数を制御し、燃焼用空
気の供給量の補正を行なうことにより、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。

【００１９】また、燃焼室１７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
１１の性能の劣化や故障を防止することができる。

【００２０】さらに、大部分の燃料を第二炎口部９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、希薄混合気が濃火炎に向
けて噴出供給されるので、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て、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。

【００２１】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
について説明する。

【００２２】図４に示すように、前述の第１の実施例で
説明した空燃比制御を燃焼開始時より行い、所定の時間
間隔（本実施例では３０秒間隔）ごとにその空燃比制御
を停止して、空燃比制御で変動したファンの回転数を正
常時の空燃比設定のファンの回転数にリセットし、再度
第１の実施例の空燃比制御を周期的に繰り返し行うよう
にした制御部を備えた構成としている。この構成により
実施例１の効果に加えて、強風等の外的要因が頻繁に変
動した場合に、稀に発生する第１の実施例による空燃比
制御が追従できないハンチングを起こす等の危険性を防
ぐことができ、機器の安全をより高くすることができ
る。

【００２３】

【発明の効果】以上の実施例の説明からも明らかなよう
に本発明は、複数本並設したバーナ本体の相互間に設け
た噴射板の傾斜部に形成した多数の噴出口を有する第二
炎口部の上流側の壁面に配設した温度検知部と、燃焼室
に配設した火炎電流検知部と、燃焼用空気を送風するフ
ァンと、温度検知部及び火炎電流検知部の信号をうけて
ファンの回転数を制御する制御部を備えた構成、また所
定の時間間隔ごとに上述の制御部によるファンの制御を
停止してファンの正常時の回転数に再設定した後、上述
のファンの制御を繰り返し行うようにした制御部を備え
た構成により、空燃比を最適化して、ＮＯｘを低減する
とともにバーナ内部への逆火や不完全燃焼を防止した安
全な優れた燃焼装置を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の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
測定温度との関係図

【図３】同燃焼装置による空燃比制御のフローチャート

【図４】本発明の実施例２の燃焼装置による空燃比制御
のフローチャート

【図５】従来の燃焼装置の要部断面図

【符号の説明】

１ 第一混合気室 ２ バーナ本体 ３ 第一炎口部 ４ 混合気通路 ６ 噴射板 ７ 傾斜部 ８ 噴出口 ９ 第二炎口部 １０ 第二混合気室 １１ 温度検知部 １６ ファン １７ 燃焼室 １８ 火炎電流検知部 １９ 制御部 ２０ 空気取入部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２３Ｎ 3/08 5/12 Ａ (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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第一炎口部と、前記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
   記バーナ本体の相互間に設けた噴射板の傾斜部に形設し
   た多数の噴出口を有する第二炎口部と、前記バーナ本体
   と前記噴射板とに囲まれて形成された第二混合気室と、
   前記第二混合気室に設けた空気取入部と、前記第一混合
   気室と前記第二混合気室とを連通して前記バーナ本体に
   形設した混合気通路と、前記第二炎口部の上流側の壁面
   に配設した温度検知部と、燃焼室に配設した火炎電流検
   知部と、燃焼用空気を送風するファンと、前記温度検知
   部及び前記火炎電流検知部の信号をうけて前記ファンの
   回転数を制御する制御部を備えた燃焼装置。
2. 【請求項２】所定の時間間隔ごとに制御部によるファン
   の制御を停止して、前記ファンを正常時の回転数に再設
   定した後、前記制御部による前記ファンの制御を行なう
   ようにした請求項１記載の燃焼装置。