JPH08233216A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 設計に比較的手間がかからず、なるべく少な
い部品点数で多くのバリュエーションに対応でき、組立
ても比較的容易な、排気の低ＮＯｘ化と安定燃焼とを実
現できる燃焼装置を提供する。 【構成】 主炎用ガスノズル７及び補助炎用ガスノズル
９と、ノズルダンパ３１とを、燃料ガスとしての使用が
予測されるガス種別に夫々安定燃焼下で排気の低ＮＯｘ
化を実現するのに最適な混合比が得られるように予め複
数種類製造しておき、これら複数種類のガスノズル７、
９及びノズルダンパ３１中から、燃料ガスとして使用さ
れるガス種に適合するものを夫々選択して燃焼装置に取
付けることとができる。そのため、設計に比較的手間が
かからず、少ない部品点数で多くのバリュエーションに
対応でき、組立ても比較的容易で、且つ、安定燃焼下で
の排気の低ＮＯｘ化を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料ガス濃度の比較的
濃い混合気で燃焼する濃燃焼と、これとは逆に燃料ガス
濃度の比較的薄い混合気で燃焼する淡燃焼とを併用する
ことにより、安定燃焼下において排気中の窒素酸化物
（以下、「ＮＯｘ」という）濃度の低濃度化を実現する
ことが可能な燃焼装置の改良に関するものである。本明
細書では、給湯機の燃焼装置について説明する。

【０００２】

【従来の技術】燃焼装置において、排気の低ＮＯｘ化を
図るべく淡燃焼を行うと安定燃焼の実現が困難となり、
安定燃焼を実現しようとして濃燃焼を行うと排気の低Ｎ
Ｏｘ化を図るのが困難となることが知られている。

【０００３】そこで、主炎を形成する淡燃焼バーナと主
炎を安定化するための補助炎を形成する濃燃焼バーナと
から成る燃焼部を複数個並設し、各淡燃焼バーナには燃
料ガス供給源からの燃料ガスを淡燃焼バーナに供給する
主炎用ガスノズルを、また、各濃燃焼バーナには燃料ガ
スを濃燃焼バーナに供給する補助炎用ガスノズルを、夫
々近接させた構成の燃焼装置が提案された。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記装置で
は、燃料ガスのガス種に応じた最適な混合比で燃焼が行
えるように、即ち、安定燃焼下において排気の低ＮＯｘ
化が実現できるように、各バーナには一定量の燃料ガス
がガスノズルを通して供給されると共に、一定量の一次
空気量が空気ファンを通して供給されるように構成され
ていた。

【０００５】しかしながら、上記装置は、各ガス種別に
固有の部品を必要とするのみならず、装置の内部構造に
ついても各ガス種別に異なっていたので、燃料ガスとし
て使用されるであろうガス種別に設計を行う必要がある
ために設計に非常な手間がかかる。また、部品について
も各ガス種別に準備しておく必要があるために部品点数
が多くならざるを得ない。更には、各ガス種別に使用す
る部品や内部構造が異なるために組立作業も煩雑になる
という欠点があった。

【０００６】従って本発明の目的は、設計に比較的手間
がかからず、なるべく少ない部品点数で多くのバリュエ
ーションに対応でき、組立ても比較的容易な、排気の低
ＮＯｘ化と安定燃焼とを実現できる燃焼装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の側面は、燃料ガス濃度の比較的薄い
混合気で主炎を形成する第１バーナと、燃料ガス濃度の
比較的濃い混合気で主炎を安定化するための補助炎を形
成する第２バーナとを備えた燃焼装置において、前記第
１バーナの混合気導入部に近接させて設けられた第１燃
料ガス供給ノズルと、前記第２バーナの混合気導入部に
近接させて設けられた第２燃料ガス供給ノズルと、を有
し、前記各燃料供給ノズルの口径は、燃料ガスのガス種
に応じて設定されていることを特徴とする。

【０００８】上記目的を達成するために、本発明の第２
の側面は、請求項１記載の燃焼装置において、前記各燃
料供給ノズルの近傍に、前記各バーナの混合気導入部に
流入する一次空気量を、燃料ガスのガス種に適合した量
に制御するための貫通孔が形成された一次空気流入量制
御部材を有することを特徴とする。

【０００９】上記目的を達成するために、本発明の第３
の側面は、燃料ガス濃度の比較的薄い混合気で主炎を形
成する第１バーナと、燃料ガス濃度の比較的濃い混合気
で主炎を安定化するための補助炎を形成する第２バーナ
とを備えた燃焼装置において、前記各バーナと燃料ガス
供給源との間を個別に接続するガス配管と、前記各ガス
配管に、燃料ガス供給量を調節するために設けられた弁
機構と、を有し、前記各弁機構は、燃料ガスのガス種に
応じて開度が制御されることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明の第１の側面によれば、予め、第１燃料
ガス供給ノズルの口径と第２燃料ガス供給ノズルの口径
とを、燃料ガスとして用いられるであろうガス種別に夫
々最適な混合比が得られるように製造しておき、これら
燃料ガス供給ノズル中から、燃料ガスとして使用される
ガス種に適合するもの、即ち、安定燃焼下で排気の低Ｎ
Ｏｘ化を実現できるノズルを選択して装置に取付けるこ
とができるので、設計に比較的手間がかからず、少ない
部品点数で多くのバリュエーションに対応でき、組立て
も比較的容易で、且つ、安定燃焼下での排気の低ＮＯｘ
化を実現できる。

【００１１】本発明の第２の側面によれば、第１、第２
の燃料供給ノズルの近傍に夫々設けられる一次空気量制
御部材の貫通孔の口径を、予め、燃料ガスとして用いら
れるであろうガス種別に夫々最適な混合比が得られるよ
うに製造しておき、これら一次空気量制御部材中から、
燃料ガスとして使用されるガス種に適合するもの、即
ち、安定燃焼下で排気の低ＮＯｘ化を実現できるものを
選択して装置に取付けることができるので、設計に比較
的手間がかからず、少ない部品点数で多くのバリュエー
ションに対応でき、組立ても比較的容易で、且つ、安定
燃焼下での排気の低ＮＯｘ化を実現できる。

【００１２】本発明の第３の側面によれば、各バーナと
燃料ガス供給源との間を個別に接続するガス配管に燃料
ガス供給量を調節するために設けられた弁機構の開度
を、燃料ガスのガス種に応じて制御することとしたの
で、設計に比較的手間がかからず、少ない部品点数で多
くのバリュエーションに対応でき、組立ても比較的容易
で、且つ、安定燃焼下での排気の低ＮＯｘ化を実現でき
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面により詳細に
説明する。

【００１４】まず、本発明の一実施例として、図１〜図
９に示すような、給湯機に適用される燃焼装置について
説明する。

【００１５】上記装置は、図１〜図３に示すように、濃
淡燃焼が可能な複数個のバーナ１、各バーナ１が並設さ
れた空気導入部３、空気導入部３に隣接するガスマニホ
ールド５、図９に示すように、基部をガスマニホールド
５に固定し先端部を各バーナ１に近接した状態で設けら
れた複数個の主炎用ガスノズル７及び複数個の補助炎用
ガスノズル９、空気導入部３に接続された空気導入用フ
ァン１１を備える。

【００１６】各バーナ１は、図６に明示するように、淡
燃焼バーナ１３及び濃燃焼バーナ１５の内側空間部１４
が形成された１枚の板状部材と、淡燃焼バーナ１３の上
側部分を挟んだ状態で濃燃焼バーナ１５の外側空間部１
６を形成するための２枚のカバー部材とを備える。淡燃
焼バーナ１３は、主炎を形成するための混合気の導入が
可能なように所定の膨らみを持たせて上記板状部材の側
面に略Ｕ字状に形成されている。同様に、濃燃焼バーナ
１５の内側空間部１４も、補助炎を形成するための混合
気の導入が可能なように所定の膨らみを持たせて上記板
状部材の側面に略Ｌ字状に形成されている（図４〜図６
参照）。

【００１７】淡燃焼バーナ１３の空気導入部３側端部に
は、略楕円状の混合気導入口１７が設けられ、また、上
側端部には、図２で示した熱交換器２７を加熱するため
にスリット状に形成された複数個の主炎吹出口１９が並
設されている。混合気導入口１７には、燃料ガス濃度の
比較的薄い混合気を導入するために、図８に示すような
形状の主炎用ガスノズル７の先端部が対面している。

【００１８】濃燃焼バーナ１５の内側空間部における空
気導入部３側端部には、略円形状の混合気導入口２１が
設けられ、また、外側空間部における上側端部には、図
２で示した熱交換器２７を加熱するために略矩形状に形
成された複数個の補助炎吹出口２３が並設されている。
混合気導入口２１には、燃料ガス濃度の比較的濃い混合
気を導入するために、図８に示すような形状の補助炎用
ガスノズル９の先端部が対面している。そして、濃燃焼
バーナ１５の内側空間部１４には、濃燃焼バーナ１５の
外側空間部１６と連通するために複数個の小孔２５が設
けられている。

【００１９】本発明の一実施例では、上述した各主炎用
ガスノズル７の口径及び各補助炎用ガスノズル９の口径
は、燃料ガスとして用いられるガス種に適合した燃料流
量が得られるように設定されている。また、各主炎用ガ
スノズル７及び各補助炎用ガスノズル９の先端部近傍に
は、各淡燃焼バーナ１３の混合気導入口１７及び各濃燃
焼バーナ１５の混合気導入口２１に流入する一次空気量
を、燃料ガスとして用いられるガス種に適合した量に制
御するために、図７で示すような複数の貫通孔２９が形
成されたノズルダンパ３１が設けられている。

【００２０】なお、図５は、上述した各バーナ１と、空
気導入部３及びガスマニホールド５との位置関係を示し
た図である。図５において、空気導入部３の底面部３３
及び中段に設けられた一対のバーナ保持部３５には、燃
料ガスと共に混合気を形成するために導入される一次空
気とは別に二次空気を導入するのに必要な多数の二次空
気導入孔３７が形成されている。

【００２１】上述した主炎用ガスノズル７及び補助炎用
ガスノズル９と、ノズルダンパ３１とは、例えば、下記
の表１に示すように、燃料ガスとしての使用が予測され
るガス種別に夫々最適な混合比が得られるように予め複
数種類製造しておき、これら複数種類のガスノズル７、
９及びノズルダンパ３１中から、燃料ガスとして使用さ
れるガス種に適合するものを夫々選択して上記装置に取
付けることとなる。

【００２２】

【表１】 表１において、各ガス種〜の一次空気率ｍ1は、 ｍ1＝一次空気量／理論空気量……（１） により求められ、理論空気量はガス量に比例する。

【００２３】本実施例において、（１）式により各ガス
種〜の一次空気率ｍ1を求めるに際しては、安定燃
焼下において排気の低ＮＯｘ化を実現するための条件と
して例えば、一次空気率ｍ1＝０．５を基準とし、一次
空気量／ガス量に、０．５を乗ずるものとしている。即
ち、例えば、ガス種の淡燃焼時の一次空気率ｍ1は、
淡燃焼時のガス量と一次空気量との比率が、６０：８０
であるので、ｍ1＝０．５×８０／６０＝０．６７であ
り、濃燃焼時のガス量と一次空気量との比率が、４０：
２０であるので、ｍ1＝０．５×２０／４０＝０．２５
である。同様にして、ガス種〜の淡燃焼時と濃燃焼
時の一次空気率ｍ1を求めることができる。

【００２４】表１から言えることは、上記０．５を基準
としてガス量が増加すれば一次空気率ｍ1は減少し、ガ
ス量が減少すれば一次空気率ｍ1は増加する。一次空気
量については、上記と逆になる。但し、表１に示した一
次空気率の数値は、ある燃焼量における一例であって、
実際には燃焼量や空気量の制御に伴い変化する。

【００２５】次に、淡燃焼において一次空気率ｍ1を増
加させた場合、淡燃焼量を増加（濃燃焼量を減少）させ
た場合、淡燃焼量及び淡燃焼の一次空気率ｍ1を増加さ
せた場合、淡燃焼の一次空気率ｍ1を減少させた場合に
つき説明する。

【００２６】（ア）淡燃焼において一次空気率ｍ1を増
加させた場合 使用するガスを、ガス種からガス種に変えて一次空
気率ｍ1を増加させた場合には、ガスマニホールド５を
通して淡燃焼バーナ１３と濃燃焼バーナ１５に夫々供給
されるガスの分配量を変えるだけでよいから、主炎用ガ
スノズル７及び補助炎用ガスノズル９のノズル径だけを
ガス種に適合したものに交換すればよいこととなる。
この場合、淡燃焼では、ガス量が減少するから一次空気
率ｍ1は増加し、濃燃焼では、ガス量が増加するから一
次空気率ｍ1は減少することとなる。

【００２７】（イ）一次空気率ｍ1を増加した場合 使用するガスを、ガス種からガス種に変えて一次空
気率ｍ1を増加させた場合には、空気導入部３を通して
淡燃焼バーナ１３と濃燃焼バーナ１５に夫々供給される
一次空気の分配量を変えるだけでよいから、ノズルダン
パ３１を、複数の貫通孔２９の口径がガス種に適合し
たノズルダンパ３１に交換すればよいこととなる。この
場合、淡燃焼では、一次空気量が増加するから一次空気
率ｍ1は増加し、濃燃焼では、一次空気量が減少するか
ら一次空気率ｍ1は減少することとなる。

【００２８】（ウ）淡燃焼量を増加（濃燃焼量を減少）
させた場合 使用するガスを、ガス種からガス種に変えて淡燃焼
量を増加させた場合には、淡燃焼側の一次空気率ｍ1は
変らず、淡燃焼バーナ１３と濃燃焼バーナ１５に夫々供
給されるガスの分配量と一次空気の分配量を共に変える
必要があるから、主炎用ガスノズル７及び補助炎用ガス
ノズル９のノズル径をガス種に適合したものに交換す
ると共に、ノズルダンパ３１についても、複数の貫通孔
２９の口径がガス種に適合したノズルダンパ３１に交
換する必要がある。この場合、淡燃焼では、ガス量及び
一次空気量が増加し、濃燃焼では、ガス量及び一次空気
量が減少することとなる。

【００２９】（エ）淡燃焼量及び淡燃焼の一次空気率ｍ
1を増加させた場合 使用するガスを、ガス種からガス種に変えて淡燃焼
量及び淡燃焼の一次空気率ｍ1を増加させた場合には、
淡燃焼バーナ１３と濃燃焼バーナ１５に夫々供給される
ガスの分配量と一次空気の分配量を共に変える必要があ
るから、主炎用ガスノズル７及び補助炎用ガスノズル９
のノズル径をガス種に適合したものに交換すると共
に、ノズルダンパ３１についても、複数の貫通孔２９の
口径がガス種に適合したノズルダンパ３１に交換する
必要がある。この場合、淡燃焼では、ガス量及び一次空
気量が増加し、濃燃焼では、ガス量及び一次空気量が減
少することとなる。

【００３０】（オ）淡燃焼量及び淡燃焼の一次空気率ｍ
1を増加した場合 使用するガスを、ガス種からガス種に変えて淡燃焼
量及び淡燃焼の一次空気率ｍ1を増加した場合には、淡
燃焼バーナ１３と濃燃焼バーナ１５に夫々供給されるガ
スの分配量を変える必要があるのみならず、一次空気の
絶対量を増加させた上でその分配量を変える必要がある
から、主炎用ガスノズル７及び補助炎用ガスノズル９の
ノズル径をガス種に適合したものに交換すると共に、
ノズルダンパ３１についても、複数の貫通孔２９の口径
がガス種に適合したノズルダンパ３１に交換する必要
がある。この場合、淡燃焼では、ガス量及び一次空気量
が増加し、濃燃焼では、ガス量及び一次空気量が減少す
ることとなる。

【００３１】（カ）淡燃焼の一次空気率ｍ1を減少した
場合 使用するガスを、ガス種からガス種に変えて淡燃焼
の一次空気率ｍ1を減少させた場合には、一次空気の絶
対量を減少させた上で淡燃焼バーナ１３と濃燃焼バーナ
１５に夫々供給される一次空気の分配量を変える必要が
あるから、ノズルダンパ３１を、複数の貫通孔２９の口
径がガス種に適合したノズルダンパ３１に交換する必
要がある。この場合、濃淡いずれの燃焼においても、ガ
ス量は変らない。

【００３２】（キ）上述した各ガス種〜のいずれを
燃料ガスとして用いても、濃淡燃焼を行うことにより安
定燃焼下で排気の低ＮＯｘ化を実現するための条件を満
足させることができる。しかしながら、燃焼速度の大き
なガス種では、上記条件が濃淡燃焼下で満たされない場
合もある。その一例としてガス種を示した。即ち、ガ
ス種では、表１を参照すれば明らかなように、淡燃焼
と濃燃焼とを区別することができない。

【００３３】上記構成によれば、濃淡燃焼を夫々独立に
調整することができる。例えば、ＮＯｘ発生量の多いガ
ス種では、淡燃焼量を多くするために淡燃焼用ノズルで
ある主炎用ガスノズル７の内径を大きくしたり、濃燃焼
の一次空気量を増加させるために濃燃焼用ノズルである
補助炎用ガスノズル９の外径を小さくしたり、ノズルダ
ンパ３１の濃燃焼側の貫通孔２９の径を大きくすること
により、安定燃焼域の範囲を広くすることができる。ま
た逆に、ＮＯｘ発生量の少ないガス種では、淡燃焼量を
少なくするために主炎用ガスノズル７の内径を小さくし
たり、淡燃焼の一次空気量を減少させるために主炎用ガ
スノズル７の外径を大きくしたり、ノズルダンパ３１の
淡燃焼側の貫通孔２９の径を小さくすることにより、安
定燃焼域の範囲を広くすることができる。

【００３４】上記構成によれば、主炎用ガスノズル７及
び補助炎用ガスノズル９と、ノズルダンパ３１とを、燃
料ガスとしての使用が予測されるガス種別に夫々安定燃
焼下で排気の低ＮＯｘ化を実現するのに最適な混合比が
得られるように予め複数種類製造しておき、これら複数
種類のガスノズル７、９及びノズルダンパ３１中から、
燃料ガスとして使用されるガス種に適合するものを夫々
選択して上記装置に取付けることとができるので、設計
に比較的手間がかからず、少ない部品点数で多くのバリ
ュエーションに対応でき、組立ても比較的容易で、且
つ、安定燃焼下での排気の低ＮＯｘ化を実現できる。

【００３５】図１０は、本発明の他の実施例に係る燃焼
装置の燃料ガス配管系統を示す。

【００３６】本実施例では、濃淡両燃焼バーナに供給さ
れる燃料量の分配比が、使用するガス種やガス量の如何
に関わらず安定燃焼下での排気の低ＮＯｘ化が実現可能
な値になるように、主炎用ガスノズル５１に接続するガ
ス配管５３の比例弁５５の開度と、補助炎用ガスノズル
５７に接続するガス配管５９の比例弁６１の開度を制御
することとした。

【００３７】本実施例においても、上述した実施例にお
けると同様の効果を奏し得るものである。図１０におい
て、符号６３、６５は電磁弁、符号６７はガス配管の本
管、符号６９は、本管６７に設けられた元電磁弁、符号
７１、７３は、ガスノズル５１、５７が夫々取付けられ
たガスマニホールドである。

【００３８】なお、上記内容は、あくまで本発明に係る
実施例に関するものであって、本発明が上記内容にのみ
限定されることを意味するものでないのは勿論である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
設計に比較的手間がかからず、なるべく少ない部品点数
で多くのバリュエーションに対応でき、組立ても比較的
容易な、排気の低ＮＯｘ化と安定燃焼とを実現できる燃
焼装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るバーナの部分側面図。

【図２】図１のバーナが複数個並設されて成る燃焼装置
の部分正面図。

【図３】図２の部分拡大正面図。

【図４】図１のバーナの斜視図。

【図５】図１のバーナが複数個並設される空気導入部の
斜視図。

【図６】図１のバーナの内部構成を示す斜視図。

【図７】ノズルダンパの部分平面図。

【図８】ガスノズルの斜視図。

【図９】ガスマニホールドのガスノズルが複数個設けら
れた部位の部分平面図。

【図１０】本発明の他の実施例に係る燃焼装置の燃料ガ
ス配管系統を示す説明図。

【符号の説明】

１ バーナ ３ 空気導入部 ５ ガスマニホールド ７ 淡燃焼用ガスノズル ９ 濃燃焼用ガスノズル １１ 空気ファン １３ 淡燃焼バーナ １５ 濃燃焼バーナ １７、２１ 混合気導入部 １９ 主炎吹出口 ２３ 補助炎吹出口 ２９ 貫通孔 ３１ ノズルダンパ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有田 譲次 兵庫県神戸市東灘区魚崎浜町43番１号 日 本ユプロ株式会社内 (72)発明者 志智 義範 兵庫県神戸市東灘区魚崎浜町43番１号 日 本ユプロ株式会社内 (72)発明者 安達 恵治 兵庫県神戸市東灘区魚崎浜町43番１号 日 本ユプロ株式会社内 (72)発明者 中野 邦彦 兵庫県神戸市東灘区魚崎浜町43番１号 日 本ユプロ株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料ガス濃度の比較的薄い混合気で主炎
   を形成する第１バーナと、燃料ガス濃度の比較的濃い混
   合気で主炎を安定化するための補助炎を形成する第２バ
   ーナとを備えた燃焼装置において、 前記第１バーナの混合気導入部に近接させて設けられた
   第１燃料ガス供給ノズルと、 前記第２バーナの混合気導入部に近接させて設けられた
   第２燃料ガス供給ノズルと、 を有し、 前記各燃料供給ノズルの口径は、燃料ガスのガス種に応
   じて設定されていることを特徴とする燃焼装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の燃焼装置において、 前記各燃料供給ノズルの近傍に、前記各バーナの混合気
   導入部に流入する一次空気量を、燃料ガスのガス種に適
   合した量に制御するための貫通孔が形成された一次空気
   流入量制御部材を有することを特徴とする燃焼装置。
3. 【請求項３】 燃料ガス濃度の比較的薄い混合気で主炎
   を形成する第１バーナと、燃料ガス濃度の比較的濃い混
   合気で主炎を安定化するための補助炎を形成する第２バ
   ーナとを備えた燃焼装置において、 前記各バーナと燃料ガス供給源との間を個別に接続する
   ガス配管と、 前記各ガス配管に、燃料ガス供給量を調節するために設
   けられた弁機構と、 を有し、 前記各弁機構は、燃料ガスのガス種に応じて開度が制御
   されることを特徴とする燃焼装置。