JPH10292906A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料ガスの濃度が異なる複数の混合気の燃焼
により窒素酸化物の発生を抑制させた燃焼装置を提供す
る。 【解決手段】 燃料濃厚な第１の混合気と燃料希薄な第
２の混合気とを隣接して燃焼させる燃焼装置であって、
第１の混合気を燃焼させる第１のバーナ部（１ａ、４
ａ）、第１の混合気を燃焼させる第２のバーナ部（１
ｂ、４ｂ）を有し、第２のバーナ部の全炎孔面積を第１
のバーナの炎孔面積より大きく設定する等、炎孔（２
ａ、５ａ、１４ａ、２ｂ、５ｂ、１４ｂ）の形態を異な
らせて燃料ガスの濃淡燃焼を実現し、振動及び窒素酸化
物の発生を抑制している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒素酸化物の発生
を抑制した燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の燃焼装置におけるバーナから発生
する燃焼ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）は、人体に有害
であるとともに、大気中に放出されて酸性雨や光化学ス
モッグの原因になると言われている。このため、燃焼装
置に対してＮＯｘの発生量を低減するための対策が施さ
れてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＮＯｘの発
生を抑制する従来の対策は、法的規制がある産業用等の
大型燃焼装置に対するものであって、家庭用や小型業務
用等の小型の燃焼装置には、その対策が騒音等の発生原
因になる等の問題があるため、十分な対策が施されてい
るとはいえない。

【０００４】大型の燃焼装置では、燃焼用ファンの静圧
を大きくとれるため、燃焼用ガスや空気の流れの制御が
容易であるとともに、バーナのレイアウトの自由度が高
く、騒音対策も容易であり、騒音に対する対策条件も緩
やかで、燃焼室が大きくとれ、いわゆる緩慢燃焼による
ＮＯｘ低減対策を施しても完全燃焼させ易い。しかしな
がら、小型の燃焼装置ではこれらの利点がなく、燃焼用
ファンの静圧を大きくとれない、燃焼用ガスや空気の流
れの制御がしにくい、バーナのレイアウトの自由度が低
い、騒音対策が厄介であり、騒音に対する対策条件が厳
しく、このため、小型の燃焼装置では、大型の燃焼装置
と比較してＮＯｘ低減対策が難しい。

【０００５】そこで、本発明は、燃料ガスの濃度が異な
る複数の混合気の燃焼により窒素酸化物の発生を抑制さ
せた燃焼装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の燃焼装置は、燃
料濃厚な第１の混合気と燃料希薄な第２の混合気とを隣
接して燃焼させる燃焼装置であって、第１の混合気を燃
焼させる第１のバーナ部（１ａ、４ａ）、第２の混合気
を燃焼させる第２のバーナ部（１ｂ、４ｂ）を有し、第
２のバーナ部の全炎孔面積を第１のバーナ部の炎孔面積
より大きく設定し、その炎孔（２ａ、２ｂ、５ａ、５
ｂ、１４ａ、１４ｂ）の形態を異ならせて燃料ガスの濃
淡燃焼を実現し、窒素酸化物の発生を抑制したものであ
る。

【０００７】請求項１に係る本発明は、複数の炎孔（２
ａ、５ａ、１４ａ）を有する第１のバーナ部（１ａ、４
ａ）と、複数の炎孔（２ｂ、５ｂ、１４ｂ）を有すると
ともに、この全炎孔面積を前記第１のバーナ部の前記炎
孔面積より大きく設定した第２のバーナ部（１ｂ、４
ｂ）と、この第２のバーナ部と前記第１のバーナ部とを
交互に配置するとともに、前記第１のバーナ部に対して
燃料濃厚な第１の混合気を供給し、前記第２のバーナ部
に対して燃料希薄な第２の混合気を供給し、前記第１の
混合気より前記第２の混合気の燃料ガス量を多く設定し
たことを特徴とする。

【０００８】このような構成としたことにより、第１の
バーナ部の炎孔から燃料濃厚な混合気が噴出して燃焼
し、第２のバーナ部の炎孔から燃料希薄な混合気が噴出
し、それぞれが燃焼する。

【０００９】第２のバーナ部側の燃料希薄な混合気、即
ち、過剰空気の混合気の燃焼は単独では火炎の安定性に
欠ける。しかし、この火炎に隣接して燃料濃厚な混合気
による安定性のある火炎が存在しており、第１のバーナ
部側の燃料濃厚な混合気による火炎が種火として作用す
るので、第２のバーナ部側の過剰空気の火炎を安定化さ
せることができる。したがって、完全燃焼とともに火炎
のリフトや振動燃焼を起さず、騒音の発生が抑制され
る。

【００１０】そして、燃料濃厚な混合気の火炎によって
安定化された燃料希薄な混合気の燃焼は、過剰空気の燃
焼であるため、その過剰空気が冷却作用を営み、火炎の
温度が低温に維持されてＮＯｘの発生を低減させること
ができる。しかも、燃料希薄な混合気における燃料ガス
量は、燃料濃厚な混合気中の燃料ガス量より多いので、
第１及び第２のバーナ部からなるバーナ全体の燃焼量に
対するＮＯｘの発生量は少なくなる。

【００１１】請求項２に係る本発明は、前記第１のバー
ナ部及び前記第２のバーナ部は、それぞれ一方向に縦列
状態をなし、且つ炎孔面積が異なる炎孔群を有し、前記
第１及び第２のバーナ部を交互に配置することにより異
なる前記炎孔群を交互に配列させてなることを特徴とす
る。このような配置形態により、第２のバーナ部側の火
炎を第１のバーナ部側の火炎で安定化させることができ
る。

【００１２】請求項３に係る本発明は、前記第１のバー
ナ部の炎孔がなす炎孔面と、前記第２のバーナ部の炎孔
がなす炎孔面とを同一面に設定したことを特徴とする。
即ち、第１のバーナ部側の火炎は第２のバーナ部側の火
炎より小さくなるので、第１のバーナ部側の火炎と第２
のバーナ部側の火炎の発生部位を同一面にすることで、
第２のバーナ部側の火炎に対して第１のバーナ部側の火
炎が種火として機能する。

【００１３】請求項４に係る本発明は、前記第１のバー
ナ部の炎孔がなす炎孔面と、前記第２のバーナ部の炎孔
がなす炎孔面とを異なる高さに設定したことを特徴とす
る。即ち、第１のバーナ部側の火炎は第２のバーナ部側
の火炎より小さくなるので、第１のバーナ部側の火炎が
第２のバーナ部側の火炎より突出することはなく、その
発生部位は第２のバーナ部側に対し種火となる箇所に設
定可能である。

【００１４】請求項５に係る本発明は、前記第１のバー
ナ部の炎孔がなす炎孔面は、前記第２のバーナ部の炎孔
がなす炎孔面より突出させたことを特徴とする。即ち、
第１のバーナ部側の火炎は第２のバーナ部側の火炎より
小さくなるので、第１のバーナ部の炎孔がなす炎孔面
は、第２のバーナ部の炎孔がなす炎孔面より突出させて
も、第２のバーナ部側に対して第１のバーナ部側の火炎
が種火となる。

【００１５】請求項６に係る本発明は、前記第１のバー
ナ部又は前記第２のバーナ部は、各炎孔の開孔部分に整
流手段（リボン８、１０）を備えていることを特徴とす
る。整流手段の設置により、各炎孔から均等に混合気を
噴射させることができ、火炎のリフトや振動燃焼を防止
できる。

【００１６】請求項７に係る本発明は、図６に例示する
ように、前記第１のバーナ部は径大な炎孔（１４ａ）を
一定の間隔で形成し、前記第２のバーナ部は、前記第１
のバーナ部の炎孔より小さい炎孔（１４ｂ）とし、前記
第１のバーナ部の炎孔より設置間隔を狭く、かつ設置個
数を多く設定してなることを特徴とする。第１のバーナ
部は第２のバーナ部に対する種火であるから、それに対
応する炎孔の形態として、第１のバーナ部は径大な炎孔
を一定の間隔で形成して数を少なくし、第２のバーナ部
は、第１のバーナ部の炎孔より小さい炎孔とし、第１の
バーナ部の炎孔より設置間隔を狭くして多数の炎孔とし
たものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した実施
形態を参照して詳細に説明する。

【００１８】図１は、本発明の燃焼装置の第１の実施形
態を示し、図２はその縦断面図を示している。この燃焼
装置は、第１のバーナ部１ａ、第２のバーナ部１ｂを交
互に配置したものであって、バーナ部１ａ、１ｂは上側
にスリット状の大小の炎孔２ａ、２ｂを列設した縦型偏
平なバーナ体であり、これらの複数を隣接して交互に設
置することにより単一のバーナとして構成している。各
バーナ部１ａ、１ｂには、燃料ガスと空気の混合割合の
異なる混合気を供給する。そして、バーナ部１ａ、１ｂ
は、第１、第２の炎孔群Ａ、Ｂを構成している。炎孔２
ｂは炎孔２ａより大きく設定されており、炎孔２ａの炎
孔群Ａと炎孔２ｂの炎孔群Ｂの各全炎孔面積は大きく異
なっており、この実施形態では炎孔群Ｂの全炎孔面積は
炎孔群Ａの全炎孔面積より大きく設定されている。ま
た、この実施形態では、各炎孔２ａ、２ｂの炎孔面が同
一面に設定されている。なお、各バーナ部１ａ、１ｂへ
の混合気の形成及び供給は、従来のブンゼンバーナ等と
同様とすることができる。

【００１９】そして、バーナ部１ａには燃料濃厚な混合
気を供給するとともに、バーナ部１ｂには燃料希薄な混
合気を供給する。例えば、各バーナ部１ａ、１ｂに供給
する混合気の空気比は、理論空気量λ＝１とすると、燃
料濃厚な混合気ではλ≒０．４、燃料希薄な混合気では
λ≒１．２〜１．５に設定する。また、バーナ部１ａ、
１ｂに供給する燃料ガス量の比は、例えば、 バーナ部１ａの燃料ガス量：バーナ部１ｂの燃料ガス量
＝３：７ 程度に設定し、バーナ部１ｂに供給する燃料ガス量をバ
ーナ部１ａに供給する燃料ガス量よりも多くする。

【００２０】このような構成において、バーナ部１ａの
炎孔２ａからは燃料濃厚な混合気が噴出して燃焼し、ま
た、バーナ部１ｂの炎孔２ｂからは燃料希薄な混合気が
噴出して燃焼する。そして、バーナ部１ｂに於ける燃焼
は、燃料希薄な混合気による過剰空気の燃焼であるた
め、それ単独では火炎３ｂのリフトや振動燃焼が発生し
たりして不安定である。一方、バーナ部１ａに於ける燃
焼は、燃料濃厚な混合気による燃焼であるため火炎３ａ
は安定している。そして、これらの火炎３ａ、３ｂは隣
接して存在しているので、バーナ部１ａの安定した火炎
３ａが種火として作用し、バーナ部１ｂの燃焼を安定化
し、火炎３ｂのリフトや振動燃焼の発生を防止すること
ができる。この場合、バーナ部１ａ側の火炎３ａの発生
形態は炎孔２ａに応じてバーナ部１ｂ側の火炎３ｂより
小さくなるが、その発生部位は火炎３ｂ側の下側で生じ
るので、火炎３ｂ側の種火として効果的に機能する。

【００２１】そして、バーナ部１ｂに於ける燃焼は過剰
空気の燃焼であるから、過剰空気の冷却作用により火炎
３ｂの温度が低温に維持されてＮＯｘの発生が低減され
る。このような燃料希薄な混合気として燃焼に供される
燃料ガス量の方が、燃料濃厚な混合気として供される燃
料ガス量よりも多いので、バーナ全体の燃焼量に対して
のＮＯｘの発生量も少ない。

【００２２】次に、図３は、本発明の燃焼装置の第２の
実施形態、図４は、その燃焼形態を示している。この実
施形態における燃焼装置は、燃料濃厚な混合気を燃焼さ
せる第１のバーナ部４ａの間に燃料希薄な混合気を燃焼
させる第２のバーナ部４ｂを設けたものである。この燃
焼装置では、バーナ部４ａは上側にスリット状炎孔５ａ
を設けた先端噴出部６を細く形成して側壁７との間に空
間部を構成しており、また、第２のバーナ部４ｂは先端
部に整流手段としてリボン８を設置することにより多数
の炎孔５ｂを形成している。図４に示すように、バーナ
部４ａの先端噴出部６の横側には必要に応じて袖火炎孔
９を形成することができる。

【００２３】
．また、図５は、本発明の燃焼装置の第３の実施
形態及びその燃焼形態を示している。この実施形態の燃
焼装置は、図３に示したバーナ部４ａのスリット状炎孔
５ａに代えて、バーナ部４ｂと同様に先端部に整流手段
としてリボン１０を設置して多数の炎孔５ａを形成する
とともに、袖火炎孔９、そして外側に間隔を於いて袖火
形成用の側壁７を形成し、各バーナ部４ａ、４ｂの炎孔
面の高さを異ならせてている。この実施形態では、バー
ナ部４ａ側の炎孔面をバーナ部４ｂ側の炎孔面より高く
設定してある。

【００２４】このような構成に於いては、これを設置ユ
ニットとして複数のユニットを列設して所望燃焼量のバ
ーナを構成することもできるし、バーナ部４ｂが両側の
バーナ部４ａに挟まれる構成を維持した状態で、図１及
び図２に示す実施形態のように、バーナ部４ａ、４ｂの
複数を交互に連続的に列設してバーナを構成することが
できる。しかも、バーナ部４ａ側の火炎１２ａがバーナ
部４ｂ側の火炎１２ｂより小さくなるので、その高さを
異ならせ、即ち、火炎の発生点をバーナ部４ｂ側よりバ
ーナ部４ａ側を高く設定することで、バーナ部４ａ側の
火炎１２ａをバーナ側４ｂ側の火炎１２ｂの種火として
機能させている。

【００２５】したがって、図１、図２の構成と同様な作
用に加え、リボン８、１０により構成した炎孔５ａ、５
ｂに於ける混合気の整流作用により騒音の発生をより低
減することができ、また、バーナ部４ａに袖火１１を形
成するものに於いては、バーナ部４ａの火炎１２ａ自
体、そして、バーナ部４ｂの火炎１２ｂの安定化を更に
図ることができる。

【００２６】次に、図６は、本発明の燃焼装置の第４の
実施形態を示している。即ち、この実施形態の燃焼装置
に、多数の炎孔をセラミック板１３により形成してい
る。即ち、このセラミック板１３には、多数の炎孔を直
線状に列設して第１、第２の炎孔群Ａ、Ｂを構成してお
り、これら炎孔群Ａ、Ｂを交互に列設している。炎孔群
Ｂの炎孔１４ｂは炎孔群Ａの炎孔１４ａよりも径を小さ
くし、しかも、数が多い構成で各炎孔面を同一面とした
ものである。この場合、炎孔群Ｂは、二列に配列させた
小径の多数の炎孔１４ｂから構成している。そして、各
炎孔群Ａ、Ｂの炎孔１４ａ、１４ｂには、図示を省略し
ている混合気の配給機構により混合比の異なった燃料ガ
スと空気の混合気を供給する。

【００２７】以上の構成に於いて、炎孔群Ａの炎孔１４
ａに燃料濃厚な混合気を供給するとともに炎孔群Ｂの炎
孔１４ｂに燃料希薄な混合気を供給して濃淡燃焼を行わ
せると、炎孔群Ｂの炎孔１４ｂによる燃焼は、上述した
過剰空気の燃焼であるとともに、小径の多数の炎孔１４
ｂにより細分化された燃焼であるため、火炎１５ｂの温
度がより低温に維持されてＮＯｘの発生が更に低減され
る。また、この火炎１５ｂは、上述の実施形態と同様
に、炎孔群Ａの炎孔１４ａによる燃料濃厚な混合気の火
炎１５ａにより安定化されて、リフトや振動燃焼が発生
しにくい。

【００２８】なお、上記実施形態のように、多数の炎孔
をセラミック板１３等により形成するものでは、図示は
していないが、炎孔群Ａ、Ｂの炎孔１４ａ、１４ｂは縦
横に隣接するように配設した構成とすることもできる。

【００２９】また、以上の実施形態の燃焼装置では、バ
ーナ部１ａ、１ｂ、４ａ、４ｂ又は炎孔群Ａ、Ｂの炎孔
には、燃料濃厚な混合気か、燃料希薄な混合気かを予め
設定して供給するように構成しているが、必要に応じて
いずれをも供給して燃焼を行えるように構成することも
できる。

【００３０】次に、図７は、本発明の燃焼装置と従来の
燃焼装置のＮＯｘ発生量の比較を示している。この比較
結果は、図１に示すような燃焼装置において、燃料濃厚
な混合気の混合比を、λ＝０．４〜０．７と設定すると
ともに、全体の空気比が図中横軸に示す値となるように
燃料希薄な混合気の空気比を調節して燃焼させた場合の
ＮＯｘの発生量を表している。また、燃料希薄な混合気
による燃焼量と燃料濃厚な混合気による燃焼量の比は、
７．５：２．５としている。なお、表示の空気比は、バ
ーナの外側に冷却用空気を流した場合に於いて、この冷
却用空気を含んだ値であり、（１．２）、（１．３）又
は（１．４）は、冷却用空気を含まない空気比を示す値
である。このような燃焼装置では、従来の一般的なブン
ゼンバーナと比較してＮＯｘの発生量が大幅に低減され
ていることがわかる。

【００３１】また、図８は、本発明の燃焼装置と従来の
燃焼装置における火炎のリフト限界を示している。Ａ
は、第１又は第２のバーナ部、炎孔群の一方に燃料希薄
な混合気を供給して燃焼させた場合、即ち、燃料濃厚な
混合気の火炎による保炎を行わない場合のリフト限界を
示しており、この限界値はλ＝０．７程度である。Ｂ
は、保炎機構を有する従来の一般的なブンゼンバーナに
於けるリフト限界を示しており、この限界はλ＝１．３
程度である。また、Ｃは、第１又は第２のバーナ部、炎
孔群の一方に燃料希薄な混合気を供給して燃焼させ、そ
の他方に燃料濃厚な混合気の火炎による保炎を行わせた
場合、即ち、本発明の燃焼装置を適用した場合における
リフト限界を示すもので、λ＝３．０程度である。この
ような比較結果から明らかなように、本発明の燃焼装置
では、従来の一般的なブンゼンバーナと比較し、過剰空
気による混合気を安定した状態で燃焼させ、かつＮＯｘ
の低減を図ることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
燃料希薄な混合気の燃焼と燃料濃厚な混合気の燃焼とを
併置して複合的な燃焼を行うので、単独では火炎の安定
性が悪い燃料希薄な混合気による過剰空気の燃焼を燃料
濃厚な混合気の燃焼による火炎によって保炎できるの
で、過剰空気を含む混合気の燃焼を安定化させることが
でき、完全な燃焼を実現できるとともに、過剰空気の燃
焼によりＮＯｘの発生を低減することができ、騒音の発
生を抑制することができ、騒音を増大させることなく、
ＮＯｘ発生量を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃焼装置の第１の実施形態を示す斜視
図である。

【図２】図１に示す燃焼装置の縦断面図である。

【図３】本発明の燃焼装置の第２の実施形態を示す斜視
図である。

【図４】図３に示す燃焼装置における燃焼状態を示す断
面図である。

【図５】本発明の燃焼装置の第３の実施形態を示す断面
図である。

【図６】本発明の燃焼装置の第４の実施形態を示す斜視
図である。

【図７】本発明の燃焼装置と従来のブンゼンバーナのＮ
Ｏｘ発生量の比較を示す説明図である。

【図８】本発明の燃焼装置のバーナ部又は炎孔群に生じ
る火炎のリフト限界を示す説明図である。

【符号の説明】

Ａ 第１の炎孔群 Ｂ 第２の炎孔群 １ａ、４ａ 第１のバーナ部 １ｂ、４ｂ 第２のバーナ部 ２ａ、２ｂ、５ａ、５ｂ、１４ａ、１４ｂ 炎孔 ３ａ、３ｂ、１２ａ、１２ｂ、１５ａ、１５ｂ 火炎 ８、１０ リボン（整流手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 望月 公雄 静岡県富士市西柏原新田201番地 高木産 業株式会社内 (72)発明者 秋山 茂俊 静岡県富士市西柏原新田201番地 高木産 業株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の炎孔を有する第１のバーナ部と、 複数の炎孔を有するとともに、この全炎孔面積を前記第
   １のバーナ部の全炎孔面積より大きく設定した第２のバ
   ーナ部と、 この第２のバーナ部と前記第１のバーナ部とを交互に配
   置するとともに、前記第１のバーナ部に対して燃料濃厚
   な第１の混合気を供給し、前記第２のバーナ部に対して
   燃料希薄な第２の混合気を供給し、前記第１の混合気よ
   り前記第２の混合気の燃料ガス量を多く設定したことを
   特徴とする燃焼装置。
2. 【請求項２】 前記第１のバーナ部及び前記第２のバー
   ナ部は、それぞれ一方向に縦列状態をなし、且つ炎孔面
   積が異なる炎孔群を有し、前記第１及び第２のバーナ部
   を交互に配置することにより異なる前記炎孔群を交互に
   配列させてなることを特徴とする請求項１記載の燃焼装
   置。
3. 【請求項３】前記第１のバーナ部の炎孔がなす炎孔面
   と、前記第２のバーナ部の炎孔がなす炎孔面とを同一面
   に設定したことを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
4. 【請求項４】前記第１のバーナ部の炎孔がなす炎孔面
   と、前記第２のバーナ部の炎孔がなす炎孔面とを異なる
   高さに設定したことを特徴とする請求項１記載の燃焼装
   置。
5. 【請求項５】前記第１のバーナ部の炎孔がなす炎孔面
   は、前記第２のバーナ部の炎孔がなす炎孔面より突出さ
   せたことを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
6. 【請求項６】前記第１のバーナ部又は前記第２のバーナ
   部は、各炎孔の開孔部分に整流手段を備えていることを
   特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
7. 【請求項７】前記第１のバーナ部は径大な炎孔を一定の
   間隔で形成し、前記第２のバーナ部は、前記第１のバー
   ナ部の炎孔より小さい炎孔とし、前記第１のバーナ部の
   炎孔より設置間隔を狭く、かつ設置個数を多く設定して
   なることを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。