JPH109517A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は炎口体の周縁に設けた保炎壁を有す
る燃焼装置に関するものであり、燃焼性が悪化しやす
く、また、最悪の場合に振動燃焼が発生する。 【解決手段】 燃焼装置は、燃焼面を構成する多口の炎
口体１２と、炎口体１２の周縁に設けられる保炎壁２３
を構成する耐熱性繊維とを備え、耐熱性繊維が短時間で
赤熱して強い熱的保炎作用が得られるので、燃焼開始か
ら定常時にかけて、燃焼性が維持され、かつ、振動燃焼
が抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼面を構成する
炎口体の下流に設けた保炎壁を有する燃焼装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の燃焼装置は特公平５−３
２６４５号公報に記載されているようなものが一般的で
あった。この装置は図４に示されているように炎口体１
に多数の炎口２を開口し、炎口体１の裏側にはケーシン
グ３を設けて混合ガス室４を形成している。混合ガス室
４には、多口の均一板５が内蔵されていた。ケーシング
３の底面に開口した開口部６には、燃料を供給するノズ
ル７を臨ませ、燃焼用空気を送るファン８が連通されて
いた。また、炎口体１の表側には燃焼壁９を設けて燃焼
室１０を形成している。セラミックスの保炎壁１１は燃
焼壁９に内接して設けられている。

【０００３】次に、燃焼動作を説明する。ノズル７から
噴出した燃料とファン８から吐出した空気とは、開口部
６から混合ガス室４へ流入し、混合して予混合気を形成
する。この予混合気は均一板５の均一化により炎口体１
にほぼ均一に流入し、その後、予混合気は炎口２から噴
出し、点火して予混合火炎を形成する。そして、保炎壁
１１の上部は炎口体１の周縁の炎口２Ａに形成された予
混合火炎により直接加熱され、高温になる。また、炎口
２Ａに形成された予混合火炎は周囲を他の予混合火炎に
囲まれていないので、不安定である。しかし、保炎壁１
１の下部は逆に炎口２Ａに形成された予混合火炎の基部
を輻射と対流とにより加熱する（保炎壁１１の熱的保炎
作用）。すなわち、この保炎壁１１の熱的が炎口２Ａに
形成された予混合火炎を安定にする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
燃焼装置では、保炎壁１１の材質には耐熱性を考慮して
一般にセラミックスを採用しているが、保炎壁１１の強
度を得るために肉厚が厚く、例えば厚さ１０ｍｍ程度必
要になるので、保炎壁１１の熱容量や表面積が大きくな
る。したがって、燃焼開始直後、保炎壁１１は温度上昇
が遅いので、保炎壁１１の熱的保炎作用が得られず、炎
口２Ａに形成された予混合火炎が不安定になり、燃焼性
が悪化するという課題を有していた。また、最悪の場
合、振動燃焼が発生した。

【０００５】また、定常時では、保炎壁１１が受熱した
熱は輻射や熱伝導により炎口体１や燃焼壁９および排気
ガスに放熱するので、保炎壁１１の表面は赤熱する程に
は高温にならない。したがって、保炎壁１１の熱的保炎
作用はあまり強くなく、何らかの原因で予混合気の濃度
が予混合火炎のリフトしやすい空気過剰になった場合、
先の燃焼開始直後と同様に、燃焼性が悪化し、最悪の場
合、振動燃焼が発生するという課題を有していた。

【０００６】また、逆に何らかの原因で予混合気の濃度
が理論空気比近傍になった場合、炎口２の近傍に移動す
る予混合火炎は炎口体１を輻射や対流により強力に加熱
する。炎口体１が受熱した熱は、厚さ方向へ熱伝導す
る。そして、遂に炎口体１の裏面が自己着火温度まで温
度上昇して、予混合気が炎口体１の裏面で自己着火して
逆火が発生するという課題があった。

【０００７】また、セラミックスである高温の保炎壁１
１は熱膨張により亀裂が生じ、最悪の場合、保炎壁１１
が欠落して予混合火炎が直接燃焼壁９を加熱し、燃焼壁
９が熱劣化するという課題を有していた。

【０００８】一方、この燃焼装置をガス瞬間湯沸器に使
用した場合、保炎壁１１の残熱のために、いわゆる後沸
き現象が顕著化するという課題を有していた。

【０００９】また、強度を得るために厚くした保炎壁１
１の肉厚の分、燃焼室１０の投影面積や容積が大きくな
り、燃焼装置が小型化できないという課題を有してい
た。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために空気と燃料を混合し、混合ガスを形成する混
合ガス室と、混合ガス室を包囲するケーシングと、混合
ガス室の下流側に設置し、燃焼面を構成する炎口体と、
炎口体の下流に設けられる燃焼壁と、燃焼壁の内周に設
けられた保炎壁を構成する耐熱性繊維とを備えたもので
ある。

【００１１】上記発明によれば、燃焼開始直後、耐熱性
繊維の表面は短時間で赤熱するので、保炎壁の熱的保炎
作用が得られ、この熱的保炎作用により予混合火炎が短
時間で安定する。また、定常時でも、耐熱性繊維の表面
が赤熱するので、保炎壁の熱的保炎作用は強く、何らか
の原因で予混合気の濃度が混合火炎のリフトしやすい空
気過剰になった場合でも、先の燃焼開始直後と同様に、
予混合火炎が安定する。言い換えると、燃焼開始から定
常時にかけて、燃焼性が維持され、かつ、振動燃焼が抑
制できる。

【００１２】一方、この燃焼装置をガス瞬間湯沸器に使
用した場合、耐熱性繊維の残熱が少ないので、いわゆる
後沸き現象が抑制できる。

【００１３】また、耐熱性繊維の赤熱を熱的保炎作用に
利用しているので、薄い耐熱性繊維が利用できる分、燃
焼装置が小型化できる。さらに、赤熱した耐熱性繊維は
熱膨張して熱応力を開放するので、保炎壁が熱破損する
ことはない。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明は空気と燃料を混合し、混
合ガスを形成する混合ガス室と、混合ガス室を包囲する
ケーシングと、混合ガス室の下流側に設置し、燃焼面を
構成する炎口体と、炎口体の下流に設けられる燃焼壁
と、燃焼壁の内周に設けられた保炎壁を構成する耐熱性
繊維とを有するものである。

【００１５】そして、燃焼開始直後、耐熱性繊維の表面
は短時間に赤熱するので、短時間で得られた保炎壁の熱
的保炎作用により予混合火炎が安定する。また、定常時
でも、耐熱性繊維の表面が赤熱するので、保炎壁の熱的
保炎作用は強く、何らかの原因で予混合気の濃度が予混
合火炎のリフトしやすい空気過剰になった場合でも、先
の燃焼開始直後と同様に、予混合火炎が安定する。言い
換えると、燃焼開始から定常時にかけて、燃焼性が維持
され、かつ、振動燃焼が抑制できる。

【００１６】一方、この燃焼装置をガス瞬間湯沸器に使
用した場合、耐熱性繊維の残熱が少ないので、いわゆる
後沸き現象が抑制できる。

【００１７】また、耐熱性繊維の表面の赤熱を熱的保炎
作用に利用しているので、薄い耐熱性繊維が利用でき、
この分、燃焼装置が小型化できる。さらに、赤熱した耐
熱性繊維は熱膨張して熱応力を開放するので、耐熱性繊
維が熱破損することはない。

【００１８】また、耐熱性繊維からなる炎口体と、炎口
体の周縁を下流側へ折り曲げて形成した保炎壁を有する
ものである。

【００１９】そして、炎口体と保炎壁とが耐熱性繊維で
一体に成形されているので、燃焼開始直後や何らかの原
因で予混合気の濃度が予混合火炎のリフトしやすい空気
過剰になった場合でも、保炎壁が受熱した熱は炎口体に
熱伝導する。この結果、保炎壁に加え表面が高温に維持
された炎口体の熱的保炎作用により、予混合火炎が非常
に安定し、低騒音化が図れる。

【００２０】他方、何らかの原因で予混合気の濃度が理
論空気比近傍になった場合、予混合火炎は炎口体の表面
近傍に移動し、炎口体を輻射や対流により強力に加熱す
るので、炎口体は温度上昇し、熱膨張する。しかし、炎
口体の熱膨張分は、保炎壁の上端が上方へ伸びることに
より熱応力が緩和されるので、炎口体の熱変形が抑制で
きる。

【００２１】また、炎口体に設けたスリット炎口と、ス
リット炎口の長辺を保炎壁を構成する耐熱性繊維に近接
するようにしたものである。

【００２２】そして、スリット状炎口に形成された予混
合火炎が耐熱性繊維を覆うように形成されるので、この
予混合炎が耐熱性繊維の広い範囲を加熱する。したがっ
て、燃焼開始直後、耐熱性繊維の表面は瞬時に赤熱する
ので、直ちに保炎壁の熱的保炎作用が得られ、この保炎
壁の熱的保炎作用により予混合火炎が瞬時に安定する。
また、定常時でも、耐熱性繊維の表面は広い範囲に、か
つ、さらに高温に赤熱するので、保炎壁の熱的保炎作用
は非常に強く、何らかの原因で予混合火炎が吹き飛びや
すい空気過剰（リフトよりさらに過剰側）になった場合
でも、先の燃焼開始直後と同様に、予混合火炎が安定す
る。

【００２３】または、炎口体での燃焼熱を耐熱性繊維が
受熱し、この耐熱性繊維に近接した予混合火炎の基部を
加熱して、この予混合火炎を安定にすることができるも
のである。

【００２４】以下、本発明の実施例について図面を用い
て説明する。 （実施例１）図１は本発明の実施例１の燃焼装置の断面
図である。

【００２５】図において、１２は燃焼面を構成するセラ
ミックスの炎口体であり、この炎口体１２には多数の丸
穴の炎口１３が開口している。１４は炎口体１２の裏側
に設けたケーシングであり、混合ガス室１５を形成して
いる。１６は多数の連通口１７を開口した均一板であ
り、混合ガス室１５に内蔵されている。１８はケーシン
グ１４の底面に開口した開口部であり、開口部１８には
燃料を供給するノズル１９を臨ませ、燃焼用空気を送る
ファン２０が連通されていた。２１は炎口体１２の表側
に設けた燃焼壁であり、燃焼室２２を形成している。２
３は耐熱性繊維の保炎壁であり、この保炎壁２３は炎口
体１２の周縁に接するように燃焼壁２１にスポット溶接
されている。なお、耐熱性繊維は多孔質セラミックスあ
るいは鉄、クロム、珪素、アルミニウム、イットリウム
等の合金からなる長繊維の焼結体であって１２００℃以
上の耐熱性をもついわゆる金属繊維マットが用いられて
いる。この金属繊維マットの長繊維が厚さ方向に積み重
ねられているので、繊維方向の熱伝導は非常に良いが、
厚さ方向の熱伝導は非常に悪い。

【００２６】次に、燃焼動作について説明する。まず、
最初にファン２０が燃焼用空気を開口部１８から混合ガ
ス室１５に送り、次にノズル１９が燃料をファン２０の
吐出側に噴出し、開口部１８から混合ガス室１５に供給
する。燃焼空気と燃料は混合ガス室１５で十分に混合し
て予混合気を形成する。そして、予混合気は均一板１６
に衝突し、連通口１７を通過する際に均一化されて炎口
体１２にほぼ均一に流入し、その後、予混合気は炎口１
３から噴出し、点火して予混合火炎を形成する。

【００２７】次に、燃焼開始直後について説明する。保
炎壁２３の上部は保炎壁２３に近接した炎口１３Ａに形
成された予混合火炎により直接加熱される。そして、金
属繊維マットの繊維方向の熱伝導が非常に良いので、保
炎壁２３が受熱した熱は保炎壁２３の表面を短時間で赤
熱させ、保炎壁２３の熱的保炎作用が得られる。すなわ
ち、保炎壁２３の下部は炎口１３Ａに形成された予混合
火炎の基部を輻射と対流とにより逆に加熱するので、こ
の予混合火炎の熱的保炎力が向上し、予混合火炎は短時
間で安定する。

【００２８】次に、定常時について説明する。金属繊維
マットの厚さ方向の熱伝導が非常に悪いので、保炎壁２
３が受熱した熱は、炎口体１２や燃焼壁２１および排気
ガスなどへ輻射や熱伝導により放熱することが抑制され
る。すなわち、保炎壁２３が受熱した熱の大部分は、金
属繊維マットの表面温度を上昇、赤熱させるので、従来
例に比べて、保炎壁２３の熱的保炎作用は強く、何らか
の原因で予混合気の濃度が予混合火炎のリフトしやすい
空気過剰になった場合でも、先の燃焼開始直後と同様
に、予混合火炎が安定する。言い換えると、燃焼開始か
ら定常時にかけて、燃焼性が維持され、かつ、振動燃焼
が抑制できる。

【００２９】一方、この燃焼装置をガス瞬間湯沸器に使
用した場合、保炎壁２３の表面の残熱が少ないので、い
わゆる後沸き現象が抑制できる。

【００３０】また、保炎壁２３が燃焼壁２１に固設され
ているので、保炎壁２３の強度が高く、かつ、金属繊維
マットの厚さ方向の熱伝導が非常に悪いので、保炎壁２
３の表面が赤熱していても、燃焼壁２１に接触している
保炎壁２３の裏面は比較的低い。これらの結果、厚さの
薄い保炎壁２３を、例えば厚さ２ｍｍを採用しても、燃
焼壁２１が高温になることはない。すなわち、保炎壁２
３の厚さを薄くできる分、燃焼装置が小型化でき、特
に、炎口体１２が小さくなるほど効果が大きい。さら
に、赤熱した保炎壁２３は熱膨張してしわが発生する場
合もあるが、保炎壁２３が熱破損したり、燃焼壁２１か
ら剥がれることはないので、燃焼壁２１が直接予混合火
炎に加熱されて、熱劣化することはない。

【００３１】（実施例２）図２は本発明の実施例２の燃
焼装置の断面図である。

【００３２】実施例１と異なる点は炎口体２４を金属繊
維マットで構成し、金属繊維マットの周縁を延長して下
流側へ折り曲げて保炎壁２５を形成したことである。な
お、保炎壁２５は燃焼壁２６にスポット溶接されてい
る。

【００３３】なお実施例１と同一符号のものは同一構造
を有し、説明は省略する。次に、燃焼動作について説明
する。炎口体２４と保炎壁２５とが金属繊維マットで一
体に成形されているので、燃焼開始直後や何らかの原因
で予混合気の濃度が予混合火炎のリフトしやすい空気過
剰になった場合でも、保炎壁２５が受熱した熱は炎口体
２４の表面に熱伝導する。この結果、保炎壁２５に加え
表面温度が高温に維持された炎口体２４の熱的保炎作用
により、予混合火炎が非常に安定する。

【００３４】逆に、何らかの原因で予混合気の濃度が理
論空気比近傍になった場合、予混合火炎は炎口１３の表
面近傍に移動し、炎口体２４を輻射や対流により強力に
加熱するので、炎口体２４は温度上昇し、熱膨張する。
しかし、炎口体２４の熱膨張分は、スポット溶接から離
れた保炎壁２５の上端が上方へ伸びることにより熱応力
が緩和されるので、炎口体２４の熱変形が抑制できる。

【００３５】また、金属繊維マットの厚さ方向の熱伝導
が非常に悪いので、炎口体２４が受熱した熱は、厚さ方
向への熱伝導が少ない。したがって、炎口体２４の裏面
は比較的低温なので、炎口体２４の裏面での自己着火に
よる逆火は防止できる。

【００３６】（実施例３）図３は本発明の実施例３の燃
焼装置の要部拡大斜視断面図である。

【００３７】実施例１と異なる点は耐熱性繊維の保炎壁
２７に長辺を近接するように炎口体２８にスリット状炎
口２９を開口したことである。このスリット状炎口２９
のサイズは長辺４〜６ｍｍ、短辺０．５〜１．５ｍｍ程
度である。

【００３８】なお実施例１と同一符号のものは同一構造
を有し、説明は省略する。次に、燃焼開始直後について
説明する。スリット状炎口２９に形成された予混合火炎
はコアンダ効果、いわゆる表面付着現象により保炎壁２
７を覆うように流れるので、この予混合炎が保炎壁２７
の広い範囲を加熱する。したがって、燃焼開始直後、金
属繊維マットの表面は瞬時に赤熱するので、直ちに保炎
壁２７の熱的保炎作用が得られ、この保炎壁２７の熱的
保炎作用により予混合火炎が瞬時に安定する。

【００３９】次に、定常時について説明する。金属繊維
マットの表面は広い範囲に、かつ、さらに高温に赤熱す
るので、保炎壁２７の熱的保炎作用は非常に強く、何ら
かの原因で予混合気の濃度が予混合火炎の吹き飛びやす
い空気過剰（リフトよりさらに過剰側）になった場合で
も、先の燃焼開始直後と同様に、予混合火炎が安定す
る。言い換えると、燃焼開始から定常時にかけて、燃焼
性が維持され、かつ、振動燃焼が防止できる。

【００４０】なお、炎口体２８は長穴やスリット状炎口
２９が打ち抜きで形成しやすい金属繊維マットでもよ
い。

【００４１】一方、丸穴の炎口では、流れ的保炎作用を
得るために丸穴の炎口の間隔を広くしなければならない
ので、丸穴の炎口はスリット状炎口２９の代用にはなら
ない。

【００４２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、次のよう
な有利な効果を有する。

【００４３】（１）炎口体の周縁に設けられる保炎壁を
耐熱性繊維で構成しているので、保炎壁の熱的保炎作用
が強くなり、燃焼性が維持され、かつ、振動燃焼が抑制
できる。

【００４４】一方、この燃焼装置をガス瞬間湯沸器に使
用した場合、耐熱性繊維の残熱が少ないので、いわゆる
後沸き現象が抑制できる。

【００４５】また、耐熱性繊維の表面の赤熱を熱的保炎
作用に利用しているので、薄い耐熱性繊維が利用でき、
この分、燃焼装置が小型化できる。さらに、赤熱した耐
熱性繊維は熱膨張して熱応力を開放するので、保炎壁が
熱破損することはない。

【００４６】（２）保炎壁を耐熱性繊維の炎口体の周縁
を下流側へ折り曲げて形成したので、保炎壁に加え表面
が高温に維持された炎口体の熱的保炎作用により、予混
合火炎が非常に安定する。

【００４７】また、炎口体の熱膨張分は、保炎壁で緩和
されるので、炎口体の熱変形が抑制できる。

【００４８】（３）スリット炎口の長辺を保炎壁を構成
する耐熱性繊維に近接するようにしたので、保炎壁の熱
的保炎作用は非常に強くなり、予混合火炎が瞬時に安定
し、かつ、振動燃焼が防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の燃焼装置の断面図

【図２】本発明の実施例２の燃焼装置の断面図

【図３】本発明の実施例３の燃焼装置の要部拡大斜視断
面図

【図４】従来の燃焼装置の断面図

【符号の説明】

１２、２８ 炎口体 １４ ケーシング １５ 混合ガス室 ２１、２６ 燃焼壁 ２３、２５、２７ 保炎壁（耐熱性繊維） ２４ 炎口体（耐熱性繊維） ２９ スリット状炎口

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空気と燃料を混合し、混合ガスを形成する
   混合ガス室と、前記混合ガス室を包囲するケーシング
   と、前記混合ガス室の下流側に設置し、燃焼面を構成す
   る炎口体と、前記炎口体の下流に設けられる燃焼壁と、
   前記燃焼壁の内周に設けられた保炎壁を構成する耐熱性
   繊維とを有する燃焼装置。
2. 【請求項２】耐熱性繊維からなる炎口体と、前記炎口体
   の周縁を下流側へ折り曲げて形成した保炎壁とを有する
   請求項１記載の燃焼装置。
3. 【請求項３】炎口体に設けたスリット炎口と、前記スリ
   ット炎口の長辺を保炎壁を構成する耐熱性繊維に近接す
   るようにした請求項１または２記載の燃焼装置。
4. 【請求項４】炎口体での燃焼熱を耐熱性繊維が受熱し、
   この耐熱性繊維に近接した予混合火炎の基部を加熱し
   て、この予混合火炎を安定にすることができる燃焼装
   置。