JPH0861607A

JPH0861607A - 燃焼装置

Info

Publication number: JPH0861607A
Application number: JP6195291A
Authority: JP
Inventors: Hirohisa Kato; 博久加藤; Mitsuyoshi Nakamoto; 充慶中本; Kenkichi Hashido; 健吉橋戸; Hideji Sano; 秀治佐野; Takashi Nishikawa; 隆西川; Satoru Nitta; 悟新田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-08-19
Filing date: 1994-08-19
Publication date: 1996-03-08

Abstract

(57)【要約】【目的】燃焼装置の振動燃焼の抑制をはかること。【構成】出口反射面２２０を、その面積は燃焼筒１７
０の面積より大きく、燃焼筒１７０に向かって凹状体で
置く。これを設けることにより音の反射が燃焼筒１７０
の方向に向かうようになり、振動燃焼が確実に発生す
る。この発生した振動燃焼を入口緩衝室２８０内に充填
した吸音材で吸音により防止する。こうすると、給気管
１０１、排気管１０５の長さを変化させても振動は発生
しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃焼装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】最近、産業用、民生用の燃焼装置では、
その大きさをより小型にすること、燃焼ガスをよりクリ
ーンにするため窒素酸化物（以下ＮＯx）や炭化水素の
排出を減少すること、また、ターンダーンレシオ（燃焼
熱量の可変幅）をより拡大することなどが要求されてい
る。そしてこれらの要求を満足するため、高付加燃焼や
可燃限界近傍で燃焼することが要求されてきた。その結
果、火炎の変動が大きくなり、振動燃焼がしばしば発生
していた。

【０００３】従来、その振動を防止するためには、予混
合燃焼では燃料と空気の予混合割合の調節により火炎を
長くしたり、あるいは炎孔面積を大きくして、燃焼反応
を弱くすることにより、振動燃焼を防止することが行わ
れていた。さらに、燃焼装置内の流れの抵抗を増加させ
たり、振動を吸収するために防振材を挿入したり、ある
いは消音器を設置することも行われてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高付加
燃焼や、低ＮＯx燃焼を行う場合、火炎は短いほうが良
く、また高付加燃焼に限ると炎孔面積は小さい方が良い
から、これらの方法と振動燃焼を防止する方法とを両立
させることが難しくなってきた。特に、給排気管の長さ
が変化する強制給排気型の燃焼装置（ＦＦ式燃焼装置）
あるいは煙突を用いる燃焼装置では、これらの長さが変
わると、発生する振動周波数や振動圧力が変化したり、
あるいは振動燃焼が発生する場合や発生しない場合があ
った。そのため振動燃焼を防止することがいっそう困難
であった。

【０００５】本発明は、このような従来の燃焼装置の課
題を考慮し、高付加燃焼や低ＮＯx燃焼などの燃焼装置
の高性能化に伴う振動燃焼を防止することを目的とする
ものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記従来の問題を解決す
るために本発明で用いる技術的手段は以下の通りであ
る。燃焼室及び炎孔部で構成された燃焼部と、燃焼部へ
燃焼用空気を供給する送風部と、送風部側へ接続された
吸気管と、燃焼部側に接続された排気管と、炎孔部の上
流側に設けられている入口反射面と、燃焼室の下流側に
設けられている出口反射面とを備え、入口反射面と出口
反射面は、その双方の反射面で形成される音響空間の固
有振動数が、吸気管及び／または排気管の大きさ、長さ
等の変更によって影響を実質上受けないように配置さ
れ、また、入口反射面と送風部との間に絞り部を設け、
さらに、入口反射面には、音響空間の固有振動数から特
定される所定の周波数の音を吸収する吸音材が備えらた
燃焼装置において、燃焼室の下流側に燃焼ガス通路を設
け、出口反射面を燃焼ガス通路の壁と空隙をもって燃焼
ガス通路内部に設ける。また、絞り部と入口反射面との
間に入口緩衝室を設ける。そして、出口反射面の断面積
は、燃焼室の断面積より大きくし、出口反射面の形状は
燃焼室に向かって凹状とする。さらに、出口反射面の表
面に多孔質体を付与する。

【０００７】また、出口反射面の後方に、音響的に１／
２波長後方に出口第二反射面を設けることで、確実に音
の反射を燃焼室の方向に向かわせ、発生する振動を一定
にすることができ、容易に緩衝室内部の吸音材により振
動を防止することができる。

【０００８】

【作用】レーリーとパットナムは、燃焼装置での振動燃
焼の発生条件は燃焼装置の音響特性から判断できると
し、圧力の節と腹の間に火炎がある場合に振動し、圧力
の腹と節の間に火炎がある場合振動しないことを明らか
にした。この振動条件は認められている。ただし、振動
条件になっていても、変動が小さいと、流れ抵抗などの
減衰作用により振動しない場合がある。外部から振動を
与えると、上記燃焼装置の構成により、定在波が発生す
る。その時、火炎の位置が振動しない条件にあると、振
動は減衰し、定在波は止まる。

【０００９】入口側の音響閉端部に入口緩衝室を設け、
緩衝室とファンの間に絞り部を設けると、入口緩衝室全
体で圧力の腹となる。入口緩衝室に給気管を設置しても
この腹の位置は変わらない。このため、低次モードの定
在波が発生する場合は、波長が長く、圧力の節の位置が
火炎の下流側に位置し、そのため圧力の腹と節との間に
火炎があることになるので振動がきわめて発生しにく
い。しかし、高次モードになると波長が短く、圧力の節
の位置が火炎の上流側に位置し、そのため圧力の節と腹
との間に火炎があることになるので振動が発生しやすく
なる。

【００１０】本発明では、例えば、燃焼装置の入口側と
出口側を音響的閉端部にし、緩衝室を入口側に設け、音
響的反射面として出口反射面を燃焼ガス通路内に、例え
ば凹状の出口反射面に配置すると音響的反射がより確実
になる。また、音の反射をより確実にするため、第二の
出口反射面を音響空間で決まる固有振動数の１／２波長
に相当する燃焼ガス流路内の場所に設ける。

【００１１】

【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。図１は、本発明の燃焼装置における一実施例
の断面詳細図である。本燃焼装置は、給気管１０１、送
風部１０２、燃焼部１０３、熱交換器１０４、排気管１
０５からなる。送風部１０２はモータケース１０６、絞
り部１０７、ファン１０８、ファンケース１０９、気化
筒１００から構成されている。気化筒１００にはヒータ
１１０を設置し、気化筒１００内部を混合室１２０とし
てロータリ１３０と燃料供給路１４０を混合室１２０に
内蔵している。ロータリ１３０を使用した気化筒１００
は流れ抵抗が小さいため、ファン１０８の能力を小さく
でき、騒音が小さい。また、音響的にも抵抗は小さい。

【００１２】燃焼部１０３は炎孔部１５０、燃焼板１６
０、燃焼筒１７０からなる。燃焼室１８０は、一次燃焼
室１９０と二次燃焼室２００からなり、炎孔部１５０と
燃焼板１６０により一次燃焼室１９０を、燃焼筒１７０
で二次燃焼室２００を形成する。燃焼部１０３にはリタ
ーンヘッダ２１０が連結されている。リターンヘッダ２
１０の内部には出口反射面２２０が置かれ、燃焼室１８
０に面している。リターンヘッダ２１０と出口反射面２
２０の間には空隙２２２がある。そして、その形状は、
面積は燃焼筒１７０の面積より大きく、中央部は燃焼室
１８０に向かって凹状体でおかれている。

【００１３】炎孔部１５０には多数の炎孔が穿孔され、
周囲には燃焼板１６０が設置され、二次空気孔２３０を
設けている。燃焼板１６０の下流部には燃焼室１８０と
リターンヘッダ２１０が装着されている。混合室１２０
には、燃料供給路１４０が接続され、ここから液体状の
燃料２４０が混合室１２０に供給され、回転するロータ
リ１３０で微粒化され、気化筒１００の壁に衝突し、気
化し、混合室１２０中で燃料２４０と燃焼用空気２５１
が混合され、予混合気２５０となる。

【００１４】炎孔部１５０は一次燃焼室１９０に突出し
ている。また炎孔の面積を小さくすると、燃焼装置の外
部から騒音あるいは振動を与えると、燃焼板１６０で振
動の腹となり、火炎は燃焼板１６０から突出しているの
で、音響的腹と節の間に位置することになる。

【００１５】送風部１０２において、燃焼用空気２５１
はモータ２７０で駆動されるファン１０８により給気管
１０１から吸入され、入口緩衝室２８０を通って混合室
１２０で燃料と混合する。予混合気２５０は炎孔から燃
焼室１８０に流入し、着火すると一次燃焼室１９０で予
混合火炎３１１を形成する。燃焼板１６０の下流側には
多数の二次空気孔２３０が穿孔されており、二次空気孔
２３０からは二次空気３００が供給され拡散燃焼する二
次火炎３１０を形成する。二次燃焼室２００で完全燃焼
した後、燃焼ガス３２０は、リターンヘッダ２１０、連
通筒３５０を通って熱交換器１０４へと流入する。

【００１６】高温となった燃焼ガス３２０は、その熱の
一部が燃焼室１８０壁を介して熱交換されるが、その
後、リターンヘッダ２１０、熱交換器１０４を通過する
際に熱交換され、低温となって排気管１０５から給排気
筒を介して大気に放出される。

【００１７】入口緩衝室２８０の底は入口反射面３３０
となっている。入口緩衝室２８０には吸音材からなる入
口吸音部３４０を設けている。入口緩衝室２８０の入
口、リターンヘッダ２１０の出口は入口反射面３３０、
出口反射面２２０とほぼ垂直となっており、できるだけ
その断面積は小さい方がよい。燃焼室１８０と熱交換器
１０４はリターンヘッダ２１０と連通筒３５０で接続さ
れている。音響的に出口反射面２２０を閉端にするには
連通筒３５０の断面積をできるだけ小さくする方がよ
い。しかし、小さくし過ぎると、燃焼ガス３２０の流れ
抵抗が大きくなり、送風部１０２の能力を上げるため騒
音が大きくなる。従って、閉端を満足するように連通筒
３５０の断面積を確保しなければならない。

【００１８】また、燃焼ガス３２０は高温なので直接リ
ターンヘッダ２１０に当たるとこれを損傷する。ここが
損傷すると燃焼ガス３２０が漏れだし、燃焼器内の制御
装置などを損傷する。このため、出口反射面２２０とリ
ターンヘッダ２１０とは空隙２２２が開いており、リタ
ーンヘッダ２１０の損傷を防ぐ効果もある。

【００１９】入口緩衝室２８０とファン１０８は絞り部
１０７を介して接続されている。入口緩衝室２８０の入
口には給気管１０１が接続されており、給気管１０１は
長さを変えることができる。入口緩衝室２８０には吸音
材からなる入口吸音部３４０となっている。給気管１０
１は入口緩衝室２８０に対してほぼ直角に位置してい
る。

【００２０】図２は給排気筒の構造を示している。図１
に示すように、熱交換器１０４の出口には排気管１０
５、排気管１０５の一方の出口には図８の給排気筒が接
続されている。給排気筒は外側が給気管１０１に内側が
排気管１０５になるように同軸となっており、外側を低
温の燃焼用空気が、内側を高温の燃焼ガス３２０が流れ
る。この場合、給気管１０１と排気管１０５は長さは調
節が可能になっており、それらの先端は音響的に開放端
となっている。このような構成の燃焼装置では、給気管
１０１、排気管１０５の長さに関わらず、振動は発生し
ない。

【００２１】図１に置いて吸音材を取り外すと図３のよ
うな構成となる。入口緩衝室２８０の内部が単なる空間
となり、燃焼時に振動燃焼が発生する。振動燃焼は入口
緩衝室２８０の低部の入口反射面３３０と、出口反射面
２２０を音響的に閉端とする振動である。

【００２２】この時、出口反射面２２０の所を確実に閉
端にするため、その断面積を燃焼筒１７０の面積より大
きくし、中央部を燃焼筒１７０に向かい凹状とする。こ
れを設けることにより音の反射が燃焼筒１７０の方向に
向かうようになり、振動燃焼が確実に発生する。

【００２３】振動燃焼が発生すると単一周波数の圧力変
動が燃焼装置内に、燃焼室１８０の外には同じ周波数の
騒音が検知される。この場合、定在波は給気管１０１、
排気管１０５を除いた部分で発生するので、従来のよう
に、燃焼装置全体で振動する場合よりも振動周波数は大
きく比較的高周波の振動が発生する。この場合、入口反
射面３３０、出口反射面２２０では圧力の極大値が観測
される。全長が５００ｍｍでは、振動周波数は着火し
て、燃焼装置の温度が低い場合には７７０Ｈｚに、ま
た、安定時には８１０Ｈｚまで次第に上昇する。燃焼装
置内は複雑な構造であるため、音響的長さは５００ｍｍ
より大きくなる。この振動する傾向は、給器管１０１、
排気管１０５の長さを５０ｃｍから１０ｍまで変化させ
ても変わらない。従って、給気管１０１、排気管１０５
の長さは振動燃焼に影響しないことがわかる。。

【００２４】図３の状態から、入口緩衝室２８０内に吸
音材を充填し、再び図１のような構成にすると、振動が
発生しない。また、給気管１０１、排気管１０５の長さ
を５０ｃｍから１０ｍまで変化させても振動は発生しな
かった。このことから次のことが解る。音響的に閉端部
の間に予混合火炎２９０が位置すると給気管１０１、排
気管１０５の長さは振動燃焼に影響しない。そして、こ
の振動を吸音により防止すると、給気管１０１、排気管
１０５の長さを変化させても振動は発生しない。

【００２５】すなわち、図１のように予混合火炎３１１
の前後に音響的閉端を形成すると、閉端部を圧力のピー
クとする振動燃焼が発生し、振動周波数は閉端間の寸法
と火炎の状態で決まる。図１においては、給気管１０１
および排気管１０５の長さを可変にしているが、給気管
１０１、排気管１０５の長さに関わらず、振動周波数は
変わらない。従って、入口緩衝室２８０で振動を吸収
し、振動の発生を抑制すると、給気管１０１、排気管１
０５の長さを変化させても振動は発生しないことにな
る。一般に、吸音材料は、高周波ほど吸音および吸振効
果が大きいため、発生する振動はできるだけ高周波がよ
い。

【００２６】図１において、入口緩衝室２８０の炎孔側
に入口絞り部１０７を設けている。この絞り部１０７に
より、入口緩衝室２８０内部での振動が同位相となり、
また壁全面で圧力が腹となる。従って、入口緩衝室２８
０全体に吸音材を充填すると、振動の抑制効果が非常に
大きくなる。また、振動がこの狭い断面の絞り部１０７
を通過する際、減水され、振動抑制効果が大きい。ま
た、混合室１２０の内部で液体燃料２４０を気化し、燃
焼用空気と混合して予混合気としているが、気体燃料を
使用しても良い。この場合、ロータリ１３０がなくても
気体燃料と燃焼用空気は容易に混合し、均一な予混合気
となる。

【００２７】なお、以上の説明は、燃焼装置の構造が音
響的に一次元の場合に効果が著しい。また、焼筒１７０
は丸く曲がっていても良い。さらに、上記実施例の図面
に示すように、反射面と反射面との間にあるものは、燃
焼部の中心軸（燃焼部が円筒形状筒しているものの中心
軸）上に配した各構成物の形状が、前記中心軸に対して
軸対称になっていることが望ましい。また、上記実施例
では、出口反射面２２０は燃焼筒１７０に向かって一箇
所凹状となっていたが、図４に示すように２カ所以上で
も良い。また、凹になっている部分も、図５に示すよう
にある断面だけ凹状になっていても、図６に示すような
台形状のでも良い。

【００２８】なお、音響反射を発生する反射面は、上記
実施例の記載から解るように、単なる板状態ではなく、
緩衝室を含めて反射面と呼ぶこともできる。

【００２９】図７は、他の本発明の一実施例である燃焼
装置の構成図である。出口反射面２２０の表面に多孔質
体２２１が付与されている以外は図１と同様である。こ
うすると、仮に入口吸音部３４０の吸音材を除き、振動
が発生する状態にしたときも、多孔質体２２１が吸音効
果を発揮し、振動を押さえる効果がある。この効果は、
入口吸音部３４０の吸音材が装着されていても妨げられ
ず、したがって、入口吸音部３４０の吸音材の量を減ら
すことや、大きな吸音効果を発揮することができる。こ
の時、燃焼ガスの温度が高いため、多孔質体２２１はセ
ラミックスや金属でできていることが望ましい。

【００３０】図８は、他の本発明の一実施例である燃焼
装置の構成図である。第二出口反射面２２５が付与され
ている以外は図１と同様である。こうすると、仮に入口
吸音部３４０の吸音材を除き、振動が発生する状態にし
た時、出口反射面２２０で反射しきれなかった音波が出
口第二反射面２２５で反射される。このため、振動燃焼
が発生しやすく、しかも一定条件でなりやすくなる。こ
の効果を発揮するためには、出口反射面２２０と出口第
二反射面２２５との距離が、振動周波数の１／２波長に
相当する距離でなくてはならない。

【００３１】この状態で、再び入口吸音部３４０の吸音
材を装着すると、吸音材で振動が吸収され、振動燃焼を
防止することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように本発明
によれば、より確実に音の反射を燃焼室の方向に向かわ
せ、発生する振動を一定にすることができ、容易に緩衝
室内部の吸音材により振動を防止することができる。ま
た、出口反射面の後方に、音響的に１／２波長後方に出
口第二反射面を設けることで、さらに確実に音の反射を
燃焼室の方向に向かわせ、発生する振動を一定にするこ
とができ、容易に緩衝室内部の吸音材により振動を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の燃焼装置の構成図

【図２】同燃焼装置における給排気筒の断面図

【図３】同燃焼装置において吸音材を充填した状態図

【図４】出口反射面の異なる形状を示した図

【図５】出口反射面の異なる形状を示した図

【図６】出口反射面の異なる形状を示した図

【図７】本発明の異なる実施例の燃焼装置の構成図

【図８】本発明の異なる実施例の燃焼装置の構成図

【符号の説明】

１０１給気管１０２送風部１０３燃焼部１０４熱交換器１０５排気管１０６モータケース１０７絞り部１０８ファン１０９ファンケース１００気化筒１１０ヒータ１２０混合室１３０ロータリ１４０燃料供給路１５０炎孔部１６０燃焼板１７０燃焼筒１８０燃焼室１９０一次燃焼室２００二次燃焼室２１０リターンヘッダ２２０出口反射面２２１多孔質体２２２空隙２２５出口第二反射面２３０二次空気孔２４０液体状燃料２５０予混合気２５１燃焼用空気２７０モータ２８０入口緩衝室２９０予混合火炎３００二次空気３１０二次火炎３１１予混合火炎３３０入口反射面３４０入口吸音部３５０連通筒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐野秀治大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者西川隆大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者新田悟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

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室及び炎孔部で構成された燃焼部と、
前記燃焼部へ燃焼用空気を供給する送風部と、前記送風
部側へ接続された吸気管と、前記燃焼部側に接続された
排気管と、前記炎孔部の上流側に設けられている入口反
射面と、前記燃焼室の下流側に設けられている出口反射
面と、前記入口反射面と前記送風部との間に設けた絞り
部と、前記入口反射面に設けた音響空間の固有振動数か
ら特定される所定の周波数の音を吸収する吸音材を備
え、前記音響空間は前記入口反射面と前記出口反射面双
方の反射面で形成され、また前記音響空間は前記入口反
射面と前記出口反射面前記音響空間の固有振動数が前記
吸気管及び／または前記排気管の大きさ、長さ等の変更
によって影響を実質上受けないように配置し、前記燃焼
室の下流側に燃焼ガス通路を設け、前記出口反射面を前
記燃焼ガス通路の壁と空隙をもって前記燃焼ガス通路内
部に設けたことを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】出口反射面の形状が燃焼室側に向かって凹
状であることを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
【請求項３】出口反射面の表面に多孔質体を付与したこ
とを特徴とする請求項１または２記載の燃焼装置。
【請求項４】燃焼室の下流側の燃焼ガス通路中に、音響
空間で決まる固有振動数の１／２波長に相当する場所に
出口第二反射面を設けたことを特徴とする請求項１、２
または３記載の燃焼装置。