JPH08327155A

JPH08327155A - 燃焼装置

Info

Publication number: JPH08327155A
Application number: JP7137654A
Authority: JP
Inventors: Shiro Takeshita; 志郎竹下; Yukiro Komai; 幸郎古米; Hideo Tomita; 英夫富田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-06-05
Filing date: 1995-06-05
Publication date: 1996-12-13
Anticipated expiration: 2021-03-01
Also published as: JP3750155B2

Abstract

(57)【要約】【目的】振動燃焼を伴う燃焼騒音の低減と低ＮＯｘ化
を両立する。【構成】バーナ本体１７、燃焼室１８等で構成される
器具本体２３の炎口部１５上・下流側いずれか適所に、
粉体２４を封入した粉体ブロック２５を設け、粉体層の
粒子間縦振動共振により低周波数帯域の吸音を可能とし
振動燃焼抑制と燃焼騒音の低減を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガスや石油の燃焼装置に
関し、特に低ＮＯｘ化を行う際に有利な予混合燃焼方式
を採用する時の課題である振動燃焼発生や燃焼騒音の低
減に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の燃焼装置は、図７、図８に
示すようにセラミックス等の炎口部（図示せず）を備え
たバーナ本体１に、下流側には燃焼室２と熱交換器３、
排気部４が、上流側にはターボファンや吸気側を絞った
大型の燃焼ファン５とノズルブロック６が取付けられ器
具本体７を構成している。また器具本体７を覆うケース
８内には、燃焼ファン５及びノズルブロック６からの空
気と燃料を一定の空気比に制御する制御回路９や、燃料
供給ブロック１０、水ブロック１１等が設けられてい
る。またケース８には燃焼に使用される空気をケース８
外より吸入するための吸気口１２と、排気をケース８外
へ排出する排気ダクト１３が貫通している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の構
成では、低ＮＯｘ燃焼と燃焼性能を両立させる空気比に
おいて、１００Ｈｚ前後の低周波数成分を中心とする振
動燃焼の発生を抑えるために、炎口部を含めバーナ本体
の上流側に大きな抵抗がつくような構成にしているが、
その結果高圧タイプのファンの採用やエアガイダーと称
するファンの圧力−風量特性の圧力側を高くするような
吸気抵抗を設ける等、燃焼ファンを大型化したり回転数
を増加するしかなく、そのため振動燃焼が抑えられても
機器の騒音は大きくなり、燃焼音を含めてケースによる
遮音だけでは効果が小さいので、この燃焼方式の燃焼装
置は他のブンゼン方式に比べて低騒音化ができなかっ
た。

【０００４】一方、このような燃焼装置の低騒音化を積
極的に行おうとすると、一つはグラスウール等の多孔質
吸音材による吸音構成で対応することが考えられるが、
多孔質吸音材自体の吸音率は１ｋＨｚ以上の帯域で効果
が大きく、低周波域は吸音材の厚みや空気層との組み合
わせが必要となり、効果を得るにはかなり大きな吸音構
造が必要で、燃焼装置自体が大型化する等の課題を有
し、もう一つは電気的に音を消音するアクティブ・ノイ
ズ・コントロール（ＡＮＣ）を使用する方法が考えられ
るが、燃焼装置という高い温度の流れ場での使用となる
ので、スピーカやセンサー等の信頼性や信号処理を行う
ＤＳＰ等の部品コストの問題、低周波に対する信号処理
時間と機器サイズの問題等、現状では多くの問題を有し
ている。

【０００５】また低騒音化以外の問題では、機器の展開
として吸排気の方式や構成で多くのタイプが必要となる
が、これらは排気側にダクト等が取り付けられ抵抗が増
加する傾向で、振動燃焼をより発生しやすい構造にする
ことになる。したがって実用化することが極めて困難で
あり、予混合燃焼方式が低ＮＯｘ化の実現が容易である
にも拘らず、ほとんど商品化されなかった大きな理由の
一つとなっている。

【０００６】本発明は上記従来例の課題を解決し、振動
燃焼の抑制と燃焼騒音の低減を実現する商品化容易な燃
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】上記課題を解決するため
に、本発明の燃焼装置は下記構成とした。

【０００８】すなわち、器具本体の炎口部の上・下流側
いずれか適所に粉体を封入した粉体ブロックを設けた構
成とした。

【０００９】また、粉体ブロックを着脱可能とした。ま
た、バーナ本体の外枠の少なくとも一部を内壁と外壁か
らなる二重構造とし、内壁と外壁とでできる空間部に粉
体を封入した構成とした。

【００１０】また、バーナ本体の炎口部上流側に格子状
の整流部を設け、整流部の通路に粉体を封入した粉体ブ
ロックを設けた構成とした。

【００１１】また、複数の種類の粉体を有した粉体ブロ
ックを設けた構成とした。また、粒径が１５０μｍ以下
の粉体からなる粉体ブロックを設けた構成とした。

【００１２】また、表面がグラスウール等の多孔質材料
で覆われた粉体ブロックを設けた構成とした。

【００１３】

【作用】本発明は、上記した構成によって、低周波数の
音波が粉体に入射することにより、粉体の層方向に縦振
動モードが励起され、振動する粒子間の相互作用により
励起された共振周波数を中心とした音波エネルギーが熱
エネルギーに変換され吸収される。その結果反射端面か
らの反射がなくなるので気柱共鳴等で生じる振動燃焼が
抑制される。すなわち減衰させるエネルギーが振動燃焼
を継続させる加振エネルギー以上に大きくなって振動燃
焼を抑制するのである。

【００１４】また、粉体ブロックを有した整流部を配置
することにより、混合気等の流体の流れの整流が行われ
ると同時に、炎口体という音響的に閉じられる箇所近く
の音圧が大きい点で上記吸音作用が行われることによ
り、より確実な振動燃焼の抑制が可能となる。

【００１５】また、粒径の異なる複数の粉体を用いるこ
とにより、各々の粉体で異なる縦振動モードが励起さ
れ、異なる周波数成分の音波エネルギーを吸収可能とな
る。

【００１６】また、粒径が１５０μｍ以下の粉体を用い
たものにあって、粉体層の縦振動モードは厚さ３０ｍｍ
程度で粒子の振動共振が３００Ｈｚ以下となり、より低
周波の音波を吸音できるようになる。

【００１７】また、粉体ブロック表面をグラスウール等
の多孔質吸音材で覆うことにより、粉体の共振による吸
音に加えて多孔質材料の連続気泡内での空気の粘性によ
る吸音も行われるようになり、より騒音の低下が図れ
る。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。なお、本実施例では予混合燃焼方式の給湯機
に応用した場合を示す。

【００１９】図１、図２は本発明の第１の実施例のガス
給湯機で、本体ケース１４（図２に示す）内部には、炎
口部１５と混合部１６からなるバーナ本体１７と、その
下流側に順次密接して設けた燃焼室１８、熱交換器１
９、排気部２０と、上流側に燃料を供給するノズル部２
１と、燃焼用空気を供給する燃焼ファン２２からなる器
具本体２３が納められている。また混合部１６の底側に
は、上面のみ音波透過性の膜で覆われ他は箱状ケースで
囲まれ、その中に粉体２４が封入された粉体ブロック２
５と、燃料と空気を混合均一化する均圧板２６が取り付
けられている。燃焼ファン２２とノズル部２１へ燃料を
調節し供給する燃料量調節手段２７は、制御器２８によ
りガス量と空気量が最適燃焼状態になるよう制御されて
いる。

【００２０】上記構成において、炎口部１５で火炎が形
成され燃焼することにより、火炎変動として生じる圧力
変動は、燃焼室１８や混合部１６等の器具本体２３内に
伝搬し、器具本体２３寸法で決まる共鳴周波数に順じ
て、多くは１００Ｈｚから３００Ｈｚの低周波数の共鳴
ピークを有し振動燃焼や燃焼騒音として、排気ダクト２
９や燃焼ファン２２を介して吸気口３０より大気へ放射
される。

【００２１】しかし、混合部１６に設けた粉体ブロック
２５内の粉体２４が、共鳴周波数に一致した縦振動モー
ドで励起し、粒子がお互い激しく振動することにより、
共鳴周波数付近の音波エネルギーが粉体ブロック２５内
で熱エネルギーに変換され、その結果、従来非常に対策
が困難であった着火時等も含めた一種の自励振動による
共鳴周波数の増幅現象で生じる振動燃焼も、共鳴周波数
の音波エネルギーが粉体ブロック２５内で大部分吸収さ
れるため、反射波が非常に小さくなり自励振動のサイク
ルが続かず抑制される。また低周波の燃焼騒音自体の低
減もでき、さらに炎口部１５上流側に大きな抵抗を設け
る必要もないためブンゼン燃焼と同レベルの燃焼ファン
が使用でき、回転数も特に高速化する必要もないため、
給湯機本体を大型化することなく低騒音化できるもので
ある。

【００２２】また、図２に示すように粉体ブロック２５
を排気部２０に設けたり、排気延長等の吸排気構成の各
種展開に対しても、要は気柱共鳴する際の音圧分布の最
大近辺の箇所にこの粉体ブロック２５を設けることによ
り、振動燃焼発生が上記理由で抑制できる。このため予
混合燃焼方式による給湯機においても機器展開が可能と
なり今後、低ＮＯｘ化も容易にできる。すなわち、音波
が伝搬する器具本体２３いずれに設けても同様の効果が
得られるものである。

【００２３】また第２の実施例は図１において、粉体ブ
ロック２５をバーナ本体１７の外枠１７´の一部にシー
ル面をもって固定し、必要に応じて交換できるようにし
たもので、長時間使用による固着等の品質面での対応が
可能となる。

【００２４】次に図３は第３の実施例で、バーナ本体１
７の外枠１７´を内壁３１と外壁３２からなる二重構造
としたもので、内壁３１は音波透過性材料で構成し、外
壁３２との空間部３３に装置の共鳴周波数に一致するよ
うな粒径を有する粉体２４を封入している。その結果、
バーナ本体１７全体が粉体２４で囲まれ、音響的に閉端
となる外枠１７´が吸音壁となり、器具本体２３内での
反射が抑えられ定在波等の共鳴の発生がなくなるととも
により大きな吸音効果が得られる。

【００２５】次に図４は第４の実施例で、バーナ本体１
７内に例えばハニカム格子からなる整流部３４を炎口部
１５上流側に設け、整流部３４の通路３５の一部に下
面、上面共に音波透過性の材料で覆った粉体２４を封入
している。また混合部１６は厚さ方向にスペースが取り
易いため十分な粉体２４層の厚みを確保することができ
る。その結果、燃焼騒音に影響する火炎自体の安定性を
支配する混合気の均一化や整流に効果を有するととも
に、炎口部１５近辺という音響的には音圧分布の最大付
近に粉体ブロック２５が位置することになり、効果的に
音波吸音が行われ、反射波の影響が少なくなり振動燃焼
発生をより確実に防止することができる。

【００２６】次に第５の実施例を図５にて説明する。混
合部１６に取り付けた粉体ブロック２５に区画壁３６を
設け、各々の収納空間に粒径の異なる粉体Ａ２４、粉体
Ｂ３７を独立に封入している。その結果、粉体Ａ２４、
粉体Ｂ３７が励起される共振周波数が異なるため、吸音
される周波数帯域が２帯域確保でき、低減したい低周波
数成分の対象を拡大できる。この実施例では２種類の粉
体で説明したが、必要に応じてその種類を３種類、４種
類と増やすことでより広い周波数帯域に対処できるもの
である。

【００２７】また、第６の実施例は、厚みを３３ｍｍ程
度とした場合、粉体２４層の一端固定、一端自由の縦振
動モードは、材料の密度によりほぼ決定されるため、粒
径が１５０μｍ以下の粉体２４を封入した粉体ブロック
２５では、共鳴周波数が３３０Ｈｚ以下に吸音率ピーク
をもってくることができ、低周波に対して特に大きな効
果を有する。

【００２８】次に、図６に示す第７の実施例は、粉体ブ
ロック２５に封入された粉体２４の音波が伝搬してくる
粉体ブロック表面側を、多孔質材料３８で覆っている。
その結果、粉体２４による低周波域の吸音特性と多孔質
材料３８による中域から高域に効果を有する吸音特性と
が組み合わせたかたちで得られる。すなわち、全周波数
帯域で高いレベルの吸音性能が得られ、機器騒音が大幅
に低減できる。

【００２９】なお上記各実施例では給湯機に応用したも
のを例にして説明したが、温風輻射暖房機等に応用して
も同様の効果が得られ、かつその燃料もガス・石油のい
ずれであっても同様である。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の燃焼装置によれば以下の効果が得られる。

【００３１】（１）低ＮＯｘ燃焼が容易に実現できるに
も拘らず、予混合燃焼方式による燃焼装置の商品化を最
も阻害する要因である振動燃焼の発生をなくし、かつ低
周波の燃焼音の吸音と、ブンゼン燃焼方式レベルの燃焼
ファンの小型、低速回転化を可能とすることができる。
すなわち、装置を大型化することなく低ＮＯｘ、低騒音
化の両立を実現することができる。

【００３２】また排気ダクト長さを長くした時に生じ易
い気柱共鳴による振動燃焼発生要因の反射端を吸音壁に
できるため振動燃焼発生を防止でき、設備商品として必
要な各種排気バリエーションも可能となって数多くの機
器展開が実現できる。

【００３３】さらに、振動燃焼発生領域を避けるよう厳
しく設定されていた空気比の制御が簡単な制御で可能と
なりセンサー等の部品コストが低減できる。

【００３４】（２）バーナ本体全体が粉体で囲まれ、音
響的に閉端となる外枠が吸音壁となり、器具本体内での
反射が抑えられ定在波等の共鳴の発生が抑えられるとと
もにより大きな吸音効果が得られる。

【００３５】（３）整流部に粉体ブロックを組入れるこ
とにより、燃焼音に影響する火炎の安定性が得られると
ともに、音波発生部付近に音波吸収できる粉体ブロック
を設置できるため、燃焼騒音の低減は勿論、特に反射波
に起因する振動燃焼の発生が抑制できる。

【００３６】（４）粒径の異なる粉体を複数用いること
により、複数の吸音特性が得られ、低減効果の大きい周
波数帯域を拡大できる。

【００３７】（５）粒径を１５０μｍ以下とすることに
より、粉体層の縦振動共振周波数を３３０Ｈｚ以下にす
ることができ、より低周波の燃焼音に対応できる。

【００３８】（６）粉体表面に多孔質材料を設けること
により、吸音帯域が大きく異なる粉体の吸音特性に加え
て多孔質材料による吸音特性も得られる。すなわち、全
周波数域に渡って吸音性能が得られ、低減領域が拡大で
きる。また、粉体の封入面でも効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における燃焼装置を給湯
機に適用した場合の要部断面図

【図２】同燃焼装置の要部の側面断面図

【図３】本発明の第３の実施例におけるバーナ本体の要
部断面図

【図４】本発明の第４の実施例における燃焼装置を給湯
機に適用した場合の要部断面図

【図５】本発明の第５の実施例における燃焼装置を給湯
機に適用した場合の要部断面図

【図６】本発明の第７の実施例における燃焼装置を給湯
機に適用した場合の要部断面図

【図７】従来の燃焼装置の要部の断面図

【図８】同燃焼装置の要部の側面断面図

【符号の説明】

１５炎口部１７バーナ本体１７´ 外枠２３器具本体２４、３７粉体２５粉体ブロック３１内壁３２外壁３３空間部３４整流部３５通路３８多孔質材料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】器具本体の炎口部の上・下流側いずれか適
所に粉体を封入した粉体ブロックを設けた燃焼装置。
【請求項２】粉体ブロックを着脱可能とした請求項１記
載の燃焼装置。
【請求項３】炎口部を有するバーナ本体の外枠の少なく
とも一部を内壁と外壁からなる二重構造とし、前記内壁
と前記外壁とでできる空間部に粉体を封入した燃焼装
置。
【請求項４】バーナ本体の炎口部上流側に格子状の整流
部を設け、前記整流部の通路に粉体を封入した粉体ブロ
ックを設けた燃焼装置。
【請求項５】複数の種類の粉体を有した請求項１から請
求項４のいずれか１項記載の燃焼装置。
【請求項６】粒径が１５０μｍ以下の粉体からなる請求
項５記載の燃焼装置。
【請求項７】粉体ブロックの表面をグラスウール等の多
孔質材料で覆った請求項６記載の燃焼装置。