JPH1038227A - 低ＮＯｘバーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外装壁体が加熱されず、面積負荷率が大き
く、低燃焼負荷率まで低ＮＯｘで安定して燃焼できるバ
ーナを提供する。 【解決手段】 一対の外装壁体６２間に複数の燃焼体６
１が設けられる。各燃焼体６１はセラミック多孔板から
成る一対の淡ガス燃焼壁体２８と、淡ガス燃焼壁体２８
の下部中央に水平に設けられ、セラミック多孔板から成
る濃ガス燃焼板１７とを含む。濃ガス燃焼板１７で空気
過剰率の低い濃ガスを燃焼させ、濃ガス燃焼炎１８を形
成し、これによって淡ガス燃焼壁体２８から噴出される
淡ガスを保炎し、淡ガス燃焼炎を安定化する。特に、燃
焼体６１を外装壁体６２間に３組設け、低燃焼負荷率の
とき、中央の燃焼体６１ｂを前記によって燃焼させ、両
側の燃焼体６１ａ，６１ｃから空気のみを噴出させ、エ
アーカーテンを形成し、燃焼をより一層安定化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気過剰率の高い
ガスを燃焼させることによる窒素酸化物（ＮＯｘ）の発
生量の少ないバーナに関する。

【０００２】

【従来の技術】空気過剰率の高いガスは、単独では安定
して燃焼することができないので、空気過剰率の低いガ
スを燃焼させ、この燃焼炎を保炎として、空気過剰率の
高いガスを燃焼している。

【０００３】このような保炎機構を有する典型的な従来
技術のバーナ４０を、図７に示す。互に対向する平行な
外装壁体４１の間に左右対称な一対の燃焼領域Ｂ１，Ｂ
２が設けられ、各燃焼領域Ｂ１，Ｂ２には、濃ガス燃焼
壁体４２と淡ガス燃焼壁体４３とが、濃ガス燃焼壁体４
２を外装壁体４１側に位置させた状態で対向して配置さ
れる。濃ガスは、濃ガス供給管４４から連絡路４５を通
って濃ガス炎口４６に至り、濃ガス燃焼壁体４２に沿っ
て噴出される。燃焼用２次空気は、図示しない送風機か
ら、２次空気通路４７を通って濃ガス燃焼壁体４２の上
下方向に沿って設けられた２次空気吐出孔４８に至り、
ここから噴出され、前記濃ガスとともに燃焼して、濃ガ
ス炎４９を形成する。一方、空気過剰率の大きい淡ガス
は、燃料ガスが管路５１から供給され、送風機から送ら
れて来る空気と混合室５２で混ざって作られ、これは、
ステンレス製淡ガス燃焼壁体４３にスリット状に設けら
れた炎孔５３から噴出され、淡ガス燃焼炎５４を形成す
る。淡ガス燃焼炎５４は、対向する位置にある濃ガス燃
焼炎４９の保炎作用で安定して燃焼を継続できる。

【０００４】しかしこの従来技術のバーナ４０は、ＮＯ
ｘの発生量の少ない淡ガス燃焼量を多くして、全体のＮ
Ｏｘ発生量を低減するため、濃ガス燃焼壁体４２の面積
を淡ガス燃焼壁体４３の面積よりも狭くしている。ま
た、濃ガス燃焼の保炎作用を効果的に作用させるため、
濃ガス燃焼壁体４２を淡ガス燃焼壁体４３の位置より相
対的に低く、すなわち濃ガス燃焼壁体４２と淡ガス燃焼
壁体４３との下端は略同じ高さとし、濃ガス燃焼壁体４
２の上端は淡ガス燃焼壁体４３の中間の高さにしてい
る。このため、淡ガス燃焼壁体４３と直接対向する外装
壁体４１の部分５５が、淡ガス燃焼炎に曝される。これ
を防ぐため、２次空気の一部を濃ガス燃焼壁体４２の上
部に設けた冷却用空気吐出孔５０から噴出させている。
しかし、これだけでは充分に外装壁体４１が冷却され
ず、外装壁体４１の耐久性の点で問題がある。

【０００５】また、淡ガス燃焼壁体４３は、ステンレス
板をプレス加工してスリット状バーナ炎孔５３を形成し
ている。淡ガス燃焼壁体４３は、コンパクトな構造とす
るため面積負荷を高くすることが好ましいが、ステンレ
ス板を加工した炎孔を用いている限り面積負荷を上げる
と、ステンレス板が焼け、変形を起こすという問題があ
る。

【０００６】このことは濃ガス燃焼壁体４２についても
云える。濃ガス燃焼壁体４２は、濃ガス炎によって、ま
た淡ガス燃焼炎の輻射熱によって加熱されるので、ステ
ンレス板が焼け変形を起こす。また濃ガス燃焼炎の保炎
効果が、特に燃焼負荷が小さいとき不充分となる。この
ため低負荷（たとえば最大燃焼負荷の１／３未満）燃焼
が安定せず、低負荷のときは、濃ガス燃焼のみを行って
おり、このときのＮＯｘ発生量が多くなるという問題が
ある。

【０００７】前記問題点を解決するため、本発明者は先
に図８に示す第２従来技術のバーナ（以下「改良バー
ナ」という）１を提案した（特願平７−３０７９７
９）。改良バーナ１は、外装壁体６に沿って、上端が外
装壁体６の上端に一致し、下方になるに従って断面の間
隔が狭くなる台状に形成され、セラミック多孔板から成
る一対の淡ガス燃焼壁体２８と、前記一対の淡ガス燃焼
壁体２８の中央下部に形成され、セラミック多孔板から
成る濃ガス燃焼板１７とを含み、空気過剰率の低い濃ガ
スを濃ガス燃焼板１７から噴出させ、燃焼板上に濃ガス
燃焼炎１８を形成し、空気過剰率の高い淡ガスを淡ガス
燃焼壁体２８のセラミック多孔板から噴出させ、前記濃
ガス燃焼炎１８を保炎として、セラミック多孔板から噴
出する淡ガス燃焼炎２９を形成させるものである。

【０００８】改良バーナ１は、外装壁体６に沿って淡ガ
ス燃焼壁体２８が設けられているので、外装壁体６が過
熱することがない。また、淡ガス燃焼壁体２８および濃
ガス燃焼板１７がセラミック多孔板からできており、熱
による変形が生じ難いので、高い面積負荷で燃焼するこ
とができる。

【０００９】また濃ガス燃焼板１７が、淡ガス燃焼壁体
２８の下部中央に水平に設けられるので、濃ガス燃焼炎
１８がより大きい保炎効果を有する。このため低負荷燃
焼も、淡ガス燃焼炎２９を濃ガス燃焼炎１８で保炎する
状態で行え、前記従来技術のバーナ４０よりも低負荷で
低ＮＯｘ化が図れる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】改良バーナ１は、たと
えば最大燃焼負荷の１／３では安定して燃焼できるが、
最大燃焼負荷の１／５未満の低燃焼負荷時には燃焼炎の
腰が弱く外気の影響、特に風によって吹消されるという
問題がある。

【００１１】本発明の目的は、低負荷時でも外気の影響
を受けずに安定燃焼できる低ＮＯｘバーナを提供するこ
とである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、互に対向する
平行な一対の外装壁体の間で燃料ガスおよび空気を下方
から上方に流して燃焼させるバーナにおいて、前記外装
壁体に沿って、上端が外装壁体の上端に一致し、下方に
なるに従って断面の間隔が狭くなる台状に形成され、セ
ラミック多孔板から成る一対の淡ガス燃焼壁体と、前記
一対の淡ガス燃焼壁体の中央下部に形成され、セラミッ
ク多孔板から成る濃ガス燃焼板とを含む燃焼体を一対の
外装壁体間に複数組設け、空気過剰率の低い濃ガスを濃
ガス燃焼板から噴出させ、燃焼板上に濃ガス燃焼炎を形
成し、空気過剰率の高い淡ガスを淡ガス燃焼壁体のセラ
ミック多孔板から噴出させ、前記濃ガス燃焼炎を保炎と
して、セラミック多孔板から噴出する淡ガスを燃焼させ
ることを特徴とする低ＮＯｘバーナである。本発明に従
えば、燃焼体を複数組設けるので燃焼体の組数だけ、た
とえば燃焼体を３組設けたときは、改良バーナの１／
３、前記例では最大燃焼負荷の１／１５まで安定して低
負荷燃焼が行える。

【００１３】また本発明は、前記燃焼体を一対の外装壁
体間に３組設け、燃焼負荷の低いとき、中央の燃焼体で
濃ガスと淡ガスとで燃焼炎を形成し、両側の燃焼体から
空気を噴出させることを特徴とする。本発明に従えば、
低負荷の場合は、中央の燃焼体で燃焼炎が形成され、こ
の燃焼炎は両側の燃焼体から噴出される空気流によるエ
アーカーテンに守られるので、外気の影響を受け難く、
さらに低負荷、前記例では最大燃焼負荷の１／２０まで
安定した燃焼炎を得ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態によっ
て、より具体的に説明する。

【００１５】図１は、本発明の低ＮＯｘバーナ６０の一
実施の形態の断面図である。本発明の低ＮＯｘバーナ６
０は、先に図９で説明した改良バーナ１から成る燃焼体
６１ａ，６１ｂ，６１ｃ（以下６１と総称する）を隔壁
６３によって区分して外装壁６２の間に設けた構成を有
する。各燃焼体６１の構成は、図８の構成に等しいもの
であるが、図１では一部を省略して示す。

【００１６】図２は、燃料ガスの供給管路を示す系統図
である。燃料ガスは、管路２から元コック３、電磁弁
４、比例弁５を経て、その１／３が本低ＮＯｘバーナ６
０の中央の燃焼体６１ｂに供給され、他のそれぞれ１／
３ずつが、電磁弁７ａ，７ｃを経て、左右の燃焼体６１
ａ，６１ｃに供給される。各燃焼体６１に供給される燃
料ガスは、その一部が濃ガス管路１１に、他の大部分が
２本の淡ガス管路２１に供給される。図２は、中央の燃
焼体６１ａに供給される管路のみが示されているが、両
側の燃焼体にも同様に燃料ガスが供給される。

【００１７】濃ガス管路１１は、本バーナ１の中央下部
に設けられた濃ガス分配管１２に接続される。濃ガス分
配管１２の上面にはガス吐出孔１３が穿設され、ここか
ら燃料ガスが濃ガス混合室１４に吐出され、送風機６４
から送られてきた空気と混合される。濃ガス混合室１４
には、燃料ガスと空気との混合をよくするため、図１で
は省略されているが、図８に示すような絞り１５や邪魔
板１６が設けられている。空気と充分混合された濃ガス
は、セラミック多孔板２０で構成される濃ガス燃焼板１
７の細孔から噴出し、図示しない点火装置によって点火
され、濃ガス燃焼炎１８を形成する。濃ガスの空気混合
率は理論空気の１．０５〜１．１倍である。

【００１８】淡ガス管路２１は、２つに分岐され、各燃
焼体６１の両側下部に設けられた淡ガス分配管２２に接
続される。淡ガス分配管２２の上面には、ガス吐出孔２
３が穿設される。ガス吐出孔２３は、濃ガス分配管１２
に設けられるガス吐出孔１３よりも密に設けられる。ガ
ス吐出孔２３から吐出される燃料ガスは、淡ガス混合室
２４内で送風機６４から送られてきた空気と混合され淡
ガスを作る。淡ガス混合室２４にも空気と燃料ガスとの
混合をよくするため、図１では省略されているが、図８
に示すような絞り２５や邪魔板２６が設けられている。
さらにその下流側に整流板２７が設けられる。空気と燃
料ガスの混合気体は、セラミック多孔板３０で構成され
た淡ガス燃焼壁体２８の細孔から噴出し、濃ガス燃焼炎
１８によって点火され、淡ガス燃焼炎２９を形成して燃
焼する。淡ガス燃焼炎２９は濃ガス燃焼炎１８によって
保炎される。淡ガスの空気混合率は、理論空気量の１．
５〜１．６倍である。

【００１９】電磁弁７ａは、燃焼負荷率（最大燃焼負荷
に対する割合）が約１／３を超えたとき、また電磁弁７
ｃは燃焼負荷率が２／３を超えたときにそれぞれ開く。
燃焼負荷率が前記境界値付近で変動するとき、電磁弁７
ａ，７ｃが開閉を繰返すのを防ぐため、電磁弁７ａ，７
ｃの開閉は燃焼負荷率に対し一定の幅で行うよう調節さ
れる。

【００２０】送風機６４によって、燃料ガス供給量に見
合った空気量が加圧供給される。両側の燃焼体６１ａ，
６１ｃに供給される空気は、ダンパ６５ａ，６５ｃによ
って制限される。電磁弁７ａが開いたときダンパ６５ａ
が開き、また電磁弁７ｃが開いたときダンパ６５ｃが開
く。これによって中央の燃焼体６１ｂだけが燃焼してい
る燃焼負荷率が１／３以下のとき、ダンパ６５ａ，６５
ｃの隙間から洩れた空気が両側の燃焼体６１ａ，６１ｃ
から噴出し、エアーカーテンを作って、中央の燃焼体６
１ｂの燃焼炎２９の風による吹消を防止する。各燃焼体
６１に供給される空気は、分配板６６によって分配さ
れ、各混合室１４，２４に送られる。

【００２１】図３は、濃ガス燃焼板１７を構成するセラ
ミック多孔板２０の一例の正面図であり、図４は淡ガス
燃焼壁体２８を構成するセラミック多孔板３０の一例の
正面図である。セラミック多孔板２０，３０は、赤外線
ストーブ用に搬用されているものを、複数枚横に並べて
使用できる。厚さ１３ｍｍ、図３の黒点で示す炎孔は
１．０ｍｍφ、図４の黒点で示す炎孔は１．２５ｍｍφ
のものが常用される。このセラミック多孔板の面積負荷
は、６．５〜７．０ｋｃａｌ／ｈｍｍ² と大きく、ステ
ンレス板を加工したスリット状炎孔５３の１．５〜２倍
の面積負荷とすることができる。

【００２２】図５は、セラミック多孔板２０，３０の取
付部分の拡大断面図である。セラミック多孔板３０は、
濃ガス混合室１４と淡ガス混合室２４との間に設けられ
る２枚の隔壁３５，３６によって固定される支持枠３７
に、セラミックウール３８を介して支持される。セラミ
ック多孔板３０の上部は、上部外壁６２に固定される枠
板８によって空間９をあけて支持される。セラミック多
孔板２０は、両側を一方の隔壁３６に固定される支持枠
３９にセラミックウール３８を介して支持される。この
ようにセラミック多孔板２０，３０が加熱されても、こ
れらを支持する支持枠３７，３９および枠板８には熱が
伝わり難く、これらを加工し易い材料ＳＵＳ板で作るこ
とができる。

【００２３】図２に示すように燃料ガス供給管路には、
元コック３の他に電磁弁４と比例弁５とが接続される。
電磁弁４は、燃焼負荷に応じて燃料ガス量を徐々に増加
し、最終的に最大負荷にするもので、比例弁５は、燃料
ガス量に比例して送風機３１からの空気量を制御するも
のである。燃料ガスは、各燃焼体６１において濃ガス管
路１１に全体の約１／５、淡ガス管路２１に各２／５ず
つ、合計で４／５が供給される。

【００２４】空気量は、分配板６６によって、ダンパ６
５ａ，６５ｃが開いているとき、濃ガス混合室には全体
の約１／７、淡ガス混合室には各３／７ずつ、合計６／
７が供給される。またダンパ６５ａ，６５ｃが閉じてい
るとき、空気量は燃料ガスに比例する量の約２割増とな
り各ダンパ６５ａ，６５ｃの隙間から全空気量の各１割
程度の空気が余分に流れる。図６は、燃焼負荷率と空気
量との関係を示すグラフであり、ダンパ６５ａ，６５ｃ
がそれぞれ開く時点で空気量が減少する。ダンパ６５
ａ，６５ｃを設ければ、空気量の制御が前記のようにう
まく行われるが、ダンパ６５ａ，６５ｃは特に設けなく
ともよい。

【００２５】本バーナ６０においては、燃焼負荷率５％
程度でも安定してガスを燃焼できる。またこのような低
い燃焼負荷率では相対的に濃ガス燃焼が増加する傾向に
あるが、両側の燃焼体６１ａ，６１ｃから余分の空気が
供給されることになり、全体として淡ガス燃焼と同じく
空気過剰の高い燃焼となり、ＮＯｘ発生量を２０ｐｐｍ
以下（本発明者の実験結果）とすることができた。な
お、ＮＯｘの含有量は、Ｏ₂＝０％に換算した値であ
る。

【００２６】以上のとおり、ＮＯｘ発生量が２０ｐｐｍ
以下で安定して燃焼できる最低の燃焼負荷率は、図７で
示す従来技術のバーナでは、１／３程度であり、これが
図８で示す改良バーナでは１／５程度となり、本願の請
求項１に記載の燃焼体を３組設けたバーナでは１／５×
１／３＝１／１５程度となり、さらに本願の請求項２に
記載のバーナでは１／２０程度となる。なお、請求項１
に記載のバーナに設ける燃焼体の組数は３組に限らず２
組または４組以上でもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、平行な一
対の外装壁体間に複数の燃焼体が設けられ、各燃焼体は
セラミック多孔板から成る一対の淡ガス燃焼壁体が設け
られているので、淡ガス燃焼壁体による面積負荷を増大
しても外装壁体が過熱されず、小面積で大きい燃焼負荷
の低ＮＯｘバーナを得ることができる。また濃ガス燃焼
板が、セラミック多孔板から構成され、淡ガス燃焼壁体
の中央下部に水平に設けられるので、濃ガス燃焼板が熱
による歪を受けず、大きい保炎効果を有し、低燃焼負荷
率まで低ＮＯｘで安定した燃焼炎を確保できる。

【００２８】また本発明によれば、燃焼体を３組設け、
低燃焼負荷率のとき、中央の燃焼体で燃焼炎を形成し、
両側の燃焼体から空気を噴出し、エアーカーテンを形成
するので、さらに低燃焼負荷率まで低ＮＯｘで安定した
燃焼炎を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の低ＮＯｘバーナ６０の
断面図である。

【図２】燃料ガスの系統図である。

【図３】濃ガス燃焼板１７を構成するセラミック多孔板
２０の正面図である。

【図４】淡ガス燃焼壁体２８を構成するセラミック多孔
板３０の正面図である。

【図５】セラミック多孔板２０，３０の取付部分の部分
拡大断面図である。

【図６】燃焼負荷率と空気供給量との関係を示すグラフ
である。

【図７】従来技術の低ＮＯｘバーナ４０の断面図であ
る。

【図８】第２従来技術の低ＮＯｘバーナ１の断面図であ
る。

【符号の説明】

１２ 濃ガス分配管 １３ 濃ガス用ガス吐出孔 １７ 濃ガス燃焼板 １８ 濃ガス燃焼炎 ２０，３０ セラミック多孔板 ２２ 淡ガス分配管 ２３ 淡ガス用ガス吐出孔 ２８ 淡ガス燃焼壁体 ２９ 淡ガス燃焼炎 ６０ 低ＮＯｘバーナ ６１，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ 燃焼体 ６２ 外装壁体 ６３ 隔壁 ６４ 送風機 ６５ａ，６５ｃ ダンパ ６６ 分配板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互に対向する平行な一対の外装壁体の間
   で燃料ガスおよび空気を下方から上方に流して燃焼させ
   るバーナにおいて、 前記外装壁体に沿って、上端が外装壁体の上端に一致
   し、下方になるに従って断面の間隔が狭くなる台状に形
   成され、セラミック多孔板から成る一対の淡ガス燃焼壁
   体と、 前記一対の淡ガス燃焼壁体の中央下部に形成され、セラ
   ミック多孔板から成る濃ガス燃焼板とを含む燃焼体を一
   対の外装壁体間に複数組設け、 空気過剰率の低い濃ガスを濃ガス燃焼板から噴出させ、
   燃焼板上に濃ガス燃焼炎を形成し、空気過剰率の高い淡
   ガスを淡ガス燃焼壁体のセラミック多孔板から噴出さ
   せ、前記濃ガス燃焼炎を保炎として、セラミック多孔板
   から噴出する淡ガスを燃焼させることを特徴とする低Ｎ
   Ｏｘバーナ。
2. 【請求項２】 前記燃焼体を一対の外装壁体間に３組設
   け、燃焼負荷の低いとき、中央の燃焼体で濃ガスと淡ガ
   スとで燃焼炎を形成し、両側の燃焼体から空気を噴出さ
   せることを特徴とする請求項１記載の低ＮＯｘバーナ。