JPH11141815A - 燃焼装置およびこの燃焼装置を用いたボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所望の大きさの筒形状の保炎体を容易に得る
ことのできる大容量の燃焼装置と、この燃焼装置を用い
たボイラを提供すること。 【解決手段】 波打たせたリング状部材４，４，…をそ
の厚み方向に複数枚積層して、前記各リング状部材４間
に予混合気の噴出孔７，７，…を形成した保炎体２を構
成し、この保炎体２には、その周面を前記保炎体２の軸
線方向に分割する第一遮蔽部材１４，１４，…を配置
し、また、前記構成の保炎体２に、その周面を前記保炎
体２の周方向に分割する第二遮蔽部材１５，１５，…を
配置した燃焼装置１である。また、この燃焼装置１の周
囲を取り囲むように複数の水管２３，２３，…を環状に
配置して第一水管列２４を形成し、この第一水管列２４
の隣り合う水管２３間に、前記燃焼装置１からの火炎を
含む燃焼反応中ガスの噴出を許容する隙間２８を設け、
前記第一水管列２４の周囲に、燃焼反応を継続する領域
２９を設けたボイラである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、予混合気を使用
する燃焼装置に関し、さらに、この燃焼装置を用いて好
適なボイラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】予混合式の燃焼装置には、多数の小孔か
ら予混合気を噴出することにより火炎を生じさせるもの
がある。予混合気を噴出する小孔（以下、「噴出孔」と
いう）を形成する部材を一般に保炎体というが、この保
炎体は平板形状や筒形状など種々の形状のものが提案さ
れている。

【０００３】ところで、このような保炎体において、家
庭用給湯器や家庭用温風発生器に利用されるような小型
で筒形状のものは、比較的容易に構成することができる
が、ボイラに利用できるような大型で大容量のものを作
成するのは保炎性や燃焼性の点で難しい。特に、筒形状
の保炎体は、小型のものであれば容易に作成可能である
が、大型となると強度の点から難しい。

【０００４】さらに、このような燃焼装置は、ボイラ
（蒸気ボイラや温水ボイラ）や給湯器のような熱機器に
装着して使用されるが、この場合、燃焼装置単体では所
定の性能を発揮しても、熱機器の缶体とのマッチングに
よっては燃焼に振動を伴ったり、ＮＯx の排出量が多く
なったりする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題の第一は、所望の大きさの筒形状の保炎体を
容易に得ることのできる大容量の燃焼装置を提供するこ
とである。また、この発明が解決しようとする課題の第
二は、この燃焼装置を用いたボイラを提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の燃焼装置は、
前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に
記載の発明は、波打たせたリング状部材をその厚み方向
に複数枚積層することによって、予混合気の噴出孔を前
記各リング状部材間に形成した保炎体を構成し、前記保
炎体には、その周面を前記保炎体の軸線方向に分割する
第一遮蔽部材を前記軸線方向に適宜の間隔で配置したこ
とを特徴としており、請求項２に記載の発明は、波打た
せたリング状部材をその厚み方向に複数枚積層すること
によって、予混合気の噴出孔を前記各リング状部材間に
形成した保炎体を構成し、前記保炎体には、その周面を
前記保炎体の周方向に分割する第二遮蔽部材を前記周方
向に適宜の間隔で配置したことを特徴としている。

【０００７】さらに、この発明のボイラは前記構成の燃
焼装置の周囲を取り囲むように複数の水管を環状に配置
して第一水管列を形成し、この第一水管列の隣り合う水
管間に、前記燃焼装置からの火炎を含む燃焼反応中ガス
の噴出を許容する隙間を設け、前記第一水管列の周囲
に、燃焼反応を継続する領域を設けたことを特徴として
おり、請求項４に記載の発明は、前記燃焼装置の保炎体
をテーパ状に形成するとともに、前記各水管をこの保炎
体に合せてテーパ形状に配置したことを特徴としてい
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】この発明の燃焼装置は、予混合気
を使用する燃焼装置として実施される。この燃焼装置
は、筒形状の保炎体を備えている。この保炎体の基本構
成は、複数枚の波打たせたリング状部材をその厚み方向
に積層し、前記各リング状部材間に予混合気の噴出孔を
複数形成したものである。このように前記各リング状部
材を積層して前記保炎体を構成すると、前記保炎体の中
心部には空洞が形成される。この空洞は、前記各噴出孔
に予混合気を供給する通路として機能する。そのため、
前記空洞に予混合気を供給することにより、前記保炎体
の外周面から予混合気が噴出する。この構成によると、
前記各リング状部材を積層する枚数を適宜変更すること
で、前記保炎体の大きさを自在に調整できる。さらに、
前記各リング状部材の形状や寸法を適宜に選択して積層
することにより、予混合気の噴出形態を調整でき、熱機
器の要求する火炎形状の燃焼装置とすることができる。
ここで、火炎は、燃焼反応中の予混合気（以下、「燃焼
反応中ガス」という）のうち、燃焼反応が活発に行われ
ている部分に生じる現象である。この火炎は、目視でき
る場合もあるし、目視し難い場合や目視できない場合も
ある。

【０００９】そして、前記保炎体には、その周面を前記
保炎体の軸線方向に分割する第一遮蔽部材を、前記軸線
方向に適宜の間隔で配置している。この第一遮蔽部材に
より、前記保炎体からの予混合気は、前記保炎体の軸線
方向に適宜の数に分割されて噴出するため、予混合気の
燃焼反応によって生じる火炎も分割され、保炎性が高ま
る。前記第一遮蔽部材は、前記軸線方向に等間隔に配置
するほか、適宜間隔を異ならせて配置することもでき
る。前記各第一遮蔽部材を、その間隔が異なるように配
置する場合には、前記各第一遮蔽部材の間隔を広くした
箇所の隣りに、この間隔を狭くした箇所が隣り合うよう
にする。この構成によると、同じ大きさの火炎が隣り合
わず、隣り合う火炎の固有振動数が異なるため、共振に
よる騒音の増加を防止できる。また、この発明に係る燃
焼装置は、保炎性が高く、振動燃焼を防止することがで
きるため、燃焼面負荷（前記保炎体の表面積当りの燃焼
量）の大きい、大容量の燃焼装置を得ることができる。

【００１０】ここで、前記保炎体において、前記各リン
グ状部材間に前記各噴出孔を形成するには、前記各リン
グ状部材間に予混合気が流通する通路を形成した状態
で、前記各リング状部材を積層する。前記各リング状部
材間に通路を形成するには、前記各リング状部材の表裏
両面あるいは一方の面に、その内周縁から外周縁に至る
複数の凹部を形成し、これらの凹部を塞がないように前
記各リング状部材を積層することによって行う。前記各
リング状部材の表裏両面に前記各凹部を形成した場合に
は、隣り合うリング状部材間において、一方のリング状
部材の各凹部のそれぞれに他方のリング状部材の凸部が
嵌まり込んで、前記各通路を塞がないようにする必要が
ある。前記各通路を塞がないようにするには、前記各リ
ング状部材間のそれぞれに、スペーサ部材を配置して積
層したり、前記各リング状部材の表面と裏面とで前記各
凹部や前記各凸部の大きさを変えることによって行う。
また、前記各リング状部材のそれぞれの一方の面に前記
各凹部を形成する場合には、前記各リング状部材を表裏
を同じ向きとして積層すると、前記各凹部はそのまま前
記各噴出孔として形成される。

【００１１】さらに、前記各リング状部材に前記各凹部
を設けるのではなく、前記各スペーサ部材によって、前
記各リング状部材間に所定の隙間を形成し、この隙間を
前記各噴出孔とすることもできる。さらに、前記各スペ
ーサ部材によって前記各リング状部材間に隙間を形成す
る場合には、前記各スペーサ部材によってこの隙間を前
記各リング状部材の周方向に分割して、前記各スペーサ
部材間に複数の噴出孔を形成することもできる。

【００１２】たとえば、前記各リング状部材の表裏両面
に前記各凹部を形成する場合、前記各凹部は前記各リン
グ状部材の放射方向に形成する。また、この凹部は、前
記各リング状部材の放射方向に形成するほか、この放射
方向から傾斜させて形成したり、直径方向と平行に形成
したものを用いることができる。そして、前記各リング
状部材を積層するに際しては、隣り合うリング状部材間
において、一方のリング状部材の凹部に他方のリング状
部材の凸部が嵌まり込まないように、隣り合うリング状
部材間に、適宜形状のスペーサ部材を介在させたり、前
述の嵌まり込みを防止するように位置規制することによ
り、凹部の重なりを防止する。

【００１３】さらに、前記各リング状部材の外周の形状
は、真円形状のほか、楕円形状や多角形状とする場合を
含む。また、前記各リング状部材の内周の形状も、真円
形状のほか、楕円形状や多角形状とする場合を含む。ま
た、前記リング状部材の外周の形状と内周の形状は、同
じとする必要はなく、たとえば、外周を円形状とし、内
周を多角形状とすることも、あるいは逆に、外周を多角
形状とし、内周を円形状とすることもできる。

【００１４】さらに、この発明の燃焼装置は、前述の構
成の保炎体に、その周面を前記保炎体の周方向に分割す
る第二遮蔽部材を、前記周方向に適宜の間隔で配置した
ものである。前記各第二遮蔽部材により、前記保炎体か
らの予混合気は、前記保炎体の周方向に適宜の数に分割
されて噴出するため、予混合気の燃焼反応によって生じ
る火炎も分割され、保炎性が高まる。前記各第二遮蔽部
材の配置の間隔は、周方向に等間隔に配置することも、
適宜間隔を異ならせて配置することもできる。前記各第
二遮蔽部材を、その間隔が異なるように配置する場合に
は、前記各第二遮蔽部材の間隔を広くした箇所の隣りに
は、この間隔を狭くした箇所が隣り合うようにする。こ
の理由は、前述の第一遮蔽部材の配置と同様である。さ
らに、前記各第二遮蔽部材とともに前記各第一遮蔽部材
を配置し、前記保炎体の周囲に生じる火炎を周方向と軸
線方向とで複数に分割することにより、一層の保炎性の
向上を図ることができる。

【００１５】ここで、前記各第一遮蔽部材および前記各
第二遮蔽部材は、前記保炎体の外周面に設けることも、
内周面に設けることもできる。さらに、前記各第一遮蔽
部材および前記各第二遮蔽部材を前記保炎体の内周面と
外周面に分けて設けることもできる。

【００１６】さらに、この発明のボイラは、多数の水管
を備えた、所謂多管式水管ボイラとして実施される。こ
の水管ボイラには、強制循環式や自然循環式の水管ボイ
ラの他、貫流ボイラを含むものである。このボイラは、
前述したこの発明の燃焼装置を用いるもので、この燃焼
装置の周囲を取り囲むように複数の水管を環状に配置し
て第一水管列を形成し、この第一水管列の隣り合う水管
間に、前記燃焼装置からの火炎を含む燃焼反応中ガスの
噴出を許容する隙間を設け、前記第一水管列の周囲に、
燃焼反応を継続する領域を設けた構成である。この構成
によると、前記保炎体からの火炎を含む燃焼反応中ガス
は、前記各水管によって冷却されるため高温領域を形成
することなく燃焼が行われ、結果としてサーマルＮＯｘ
の低減が図られる。そして、前記各水管間の隙間から噴
出する火炎を含む燃焼反応中ガスは、前記第一水管列の
周囲の燃焼反応を継続する領域（以下、「燃焼反応継続
領域」という）でさらに燃焼反応を継続する。この燃焼
反応の際には、ＣＯからＣＯ₂ への酸化反応が促進され
るほか、前記中間生成物や前記未燃分などの酸化反応も
行われる。

【００１７】さらに、この発明のボイラは、前記燃焼装
置の保炎体をテーパ状に形成するとともに、前記各水管
をこの保炎体に合せてテーパ形状に配置して第一水管列
を形成したものである。この構成により、前記保炎体内
を流れる予混合気は、上流側の太い側から下流側の細い
側に流れる際に、内部の予混合気の速度低下を防止でき
るため、前記保炎体からの予混合気の噴出速度をその軸
線方向にほぼ均一にでき、安定した燃焼状態を得ること
ができる。さらに、前記保炎体および前記第一水管列を
テーパ形状とすると、前記燃焼装置の取付位置を上下方
向に移動することにより、前記保炎体の表面と前記第一
水管列との間隔を適宜に調整できる。このことにより、
前記燃焼装置による燃焼反応中ガスの形成状態や温度分
布に応じて、火炎を含む燃焼反応中ガスと前記第一水管
列との接触状態を適切な状態に調整できる。

【００１８】

【実施例】以下、この発明の第一実施例について図１お
よび図２を参照しながら説明する。図１は、この発明に
係る燃焼装置の第一実施例の一部を破断して示す説明
図、図２は、図１におけるリング状部材の形状の概略を
示す説明図である。

【００１９】図１において、燃焼装置１は、保炎体２と
ウィンドボックス３とで構成される。前記保炎体２は、
ほぼ筒形状をなすもので、複数のリング状部材４，４，
…を積層して構成している。前記各リング状部材４は、
図１および図２に示すように、波板形状である。前記各
リング状部材４の形状について詳細に説明すると、波板
形状の凹部５，５，…は、図２に細線で示すように、前
記各リング状部材４の放射方向に添って形成してある。
また、波板形状の凸部６，６，…は、図２に放射方向の
太線で示すように、前記各リング状部材４の周方向に前
記各凹部５と交互に形成される。そして、前記各リング
状部材４を積層することにより、前記各凹部５のそれぞ
れは、前記保炎体２の内周縁と外周縁とを連通する通路
となるため、後述するように、この通路は予混合気の噴
出孔７，７，…として機能する。ここで、前記各リング
状部材４を積層するにあたっては、隣り合うリング状部
材４間において、一方のリング状部材４の凹部５，５，
…に他方のリング状部材４の凸部６，６，…が嵌まり込
んで、前記各噴出孔７を塞がないようにする必要があ
る。そこで、この第一実施例では、前記各凹部５と前記
各凸部６との嵌まり込みを防止するために、隣り合うリ
ング状部材４間に平板状のスペーサ部材８，８，…を介
在させてある。前記各スペーサ部材８は、第一実施例に
おいては、前記各リング状部材４と外径および内径をほ
ぼ同じとしてある。

【００２０】さらに、前記保炎体２は、その途中の適宜
の複数箇所（第一実施例では２箇所）と両端とに仕切部
材９，９，…を配置してある。前記各仕切部材９のう
ち、前記保炎体２の途中に位置する仕切部材９，９は、
リング状とし、前記各リング状部材４を積層する際に前
記各リング状部材４間に挟み込む。そして、前記ウィン
ドボックス３に対面する仕切部材９は、リング状とし、
前記ウィンドボックス３の隔壁１０との間にダクト部材
１１を配置して、前記保炎体２の前記ウィンドボックス
３からの位置を調整する構造としてある。さらに、前記
隔壁１０と前記ウィンドボックス３から遠い側の仕切部
材９とを締付手段１２，１２，…によって締め付けるこ
とによって前記各リング状部材４および前記各仕切部材
９を一体的に構成する。ここで、前記各締付手段１２
は、この第一実施例では、それぞれ、ボルトおよびナッ
トを利用したもので、各ボルトは、前記各リング状部材
４および前記各仕切部材９を貫通するように取り付けら
れている。

【００２１】以上の構成によると、前記ウィンドボック
ス３から前記保炎体２の中心部の空洞１３に予混合気を
供給すると、この予混合気は、前記各噴出孔７を通って
前記保炎体２の表面から噴出する。そして、前記保炎体
２から噴出する予混合気は、燃焼反応により前記保炎体
２の周囲に火炎を生じる。さらに、以上の構成による
と、燃焼装置の燃焼量や、火炎の形成範囲を変更する場
合には、前記各リング状部材４の積層枚数を増減するこ
とで対応できる。

【００２２】ここで、前記各スペーサ部材８は、平板状
のものとするほか、線材を前記各凸部６と交差するよう
に配置したものとすることもできる。さらに、このよう
な前記各スペーサ部材８を用いるほか、適宜の位置規制
手段を用いて、前述の嵌まり込みを防止することもでき
る。たとえば、前記各締付手段１２の各ボルトを利用し
て、前記各リング状部材４の対面する凸部６同士が接触
するように位置規制することもできる。

【００２３】さらに、前記各リング状部材４において
は、前記各凹部５および前記各凸部６は、図２に示すよ
うに、前記各リング状部材４の放射方向に形成したもの
であるが、図３に示すように、放射方向に対して傾斜さ
せて形成したものを用いることができる。前記各リング
状部材４を図３に示すような形状とした場合、前記各リ
ング状部材４を隣り合うもの同士の表裏を互いに逆にな
るように積層すると、前記各スペーサ部材８や位置規制
手段を省略することができる。すなわち、図３に示すよ
うに、隣り合うリング状部材４，４’間において、一方
のリング状部材４の凸部６，６，…と他方のリング状部
材４’の凸部６’，６’，…とが交差することにより、
一方のリング状部材４の凹部５，５，…に他方のリング
状部材４’の前記各凸部６’が嵌まり込み、予混合気の
噴出孔７が小さくなるのが防止されるためである。

【００２４】さらに、前記各凹部５および前記各凸部６
は、図４に示すように、前記各リング状部材４の直径方
向に平行に形成することもできる。この場合にも、積層
方向に隣り合う各リング状部材４，４‘間において、一
方のリング状部材４の凸部６，６，…と他方のリング状
部材４’の凸部６’，６’，…とが交差するように配置
する。このような前記各リング状部材４は、平板をプレ
ス加工等でリング状に打ち抜いて作成することも、歯車
状ローラー間を通すことによって波板状に形成すること
もできる。この場合、前記各リング状部材４には、前記
各リング状部材４の直径方向の両側２箇所の領域に噴出
孔７，７，…が形成され、この領域の間には噴出孔７，
７，…の形成されない領域となる。そのため、前記保炎
体２における各リング状部材４ごとに噴出方向が異なる
ことになる。ここで、この図４に示す例においては、隣
り合う各リング状部材４を４５度づつ位相を変えて積層
している。

【００２５】また、前記各リング状部材４の積層方向に
おいて、予混合気は、前記各リング状部材４を４枚積層
する毎に同じ箇所から噴出されることになり、前述の前
記各噴出孔７が形成されない領域についても同様であ
る。たとえば、この場合において、前記各リング状部材
４の直径に近い箇所の各凹部５は、前記各リング状部材
４の内外を連通するが、これより外側の各凹部５につい
ては、前記保炎体２の内外を連通せず、単に外周側を貫
通するのみである。しかし、この外側の各凹部５につい
ては、このリング状部材４と隣り合うリング状部材４
‘における中心に近い箇所の凹部５’と部分的に交差す
るため、この部分から若干の予混合気が流入し噴出す
る。そのため、前記保炎体２全体としての予混合気の分
布（あるいは火炎の形成状況）は、図５に示すように、
主に予混合気が噴出されるのは８方向となり、その間に
ついても僅かながら予混合気が噴出し、火炎も形成され
る。

【００２６】また、図４に示すリング状部材４の場合に
おいては、前述のように予混合気の噴出方向は、８箇所
が主であり、その間の８箇所については、予混合気の噴
出量が少なくなっている。そのため、後述のような燃焼
反応を開始する領域の拡大が行われ、保炎性が高くな
る。さらに、前記保炎体２の周方向に８箇所には、予混
合気の噴出量の少ない箇所が形成されるため、ここに前
述の第二遮断部材１５，１５，…を配置することもでき
る。この場合には、火炎の分割が確実に行われるため、
後述の火炎分割による効果が得られる。

【００２７】ここで、予混合式の燃焼装置において、保
炎体に供給する予混合気は、供給圧力が低いほど噴出す
る速度が小さく、保炎体の表面に近いところに火炎を生
じる。一方、予混合気の供給圧力が高いほど噴出する速
度が大きく、保炎体の表面から離れたところに火炎を生
じる。前記供給圧力が低い場合は、燃焼面負荷（保炎体
の表面当りの発熱量）の小さい状態であり、供給圧力が
高い場合は、燃焼面負荷の大きい状態である。後者の供
給圧力が高い場合には、保炎体からの予混合気の噴出速
度が高まり、保炎体表面の微小火炎は互いに一体化し、
ついには保炎体の表面全体から遠く離れるように延びる
１つの火炎となってしまう。通常、燃焼反応は、予混合
気の噴出速度と燃焼速度が釣り合う領域で開始される
（以下、この領域のことを「燃焼反応開始領域」とい
う）。また、予混合気の噴出速度は、予混合気の供給圧
力の平方根に比例することが知られている。そのため、
予混合気の供給圧を高めるにしたがい、火炎が一体化し
て燃焼反応開始領域は平坦面状となる。この状態では、
供給された予混合気の量に対して燃焼反応開始領域が小
さくなっており、火炎の安定性が悪く、燃焼に振動を伴
う。特に、予混合気の供給圧力に変動により、予混合気
の噴出速度に変化が生じると、上述の釣り合い状態が容
易にくずれ、火炎にリフトや吹き消えが生じる。また、
この種の燃焼装置における着火時には、火炎が瞬時に保
炎体の全面に拡がるため、着火時の衝撃が大きくなって
しまう。

【００２８】そこで、第一実施例では、前記保炎体２
に、前記保炎体２の外周面を前記保炎体２の軸線方向に
分割する第一遮蔽部材１４，１４，…を適宜の間隔で配
置し、予混合気が噴出しない個所を前記保炎体２表面に
適宜形成して火炎を分割する構成としている。この第一
実施例においては、前記各第一遮蔽部材１４は、前記各
仕切部材９の外周に一体的に形成してある。そのため、
前記各第一遮蔽部材１４の取付位置は、前記各リング状
部材４を積層する際に、前記各リング状部材４間に挟み
込む位置を変更することで適宜に設定できる。

【００２９】このように前記保炎体２の表面に前記各噴
出孔７の存在しない領域を適宜に設け、前記保炎体２の
周囲に生じる火炎を分割することにより、前述のような
火炎のリフトや吹き消え、着火時の衝撃の問題を解消す
ることができ、保炎性が高まる。とくに、分割された後
の火炎の大きさを適宜異ならせると、各火炎の固有振動
数が互いに異なるため、燃焼装置全体として見ると固有
振動数が分散し、燃焼振動の発生を有効に防止できる。
また、着火時においては、前記各噴出孔７の各グループ
毎に順次に火炎が生じるため、着火音、衝撃も小さく抑
えることができる。したがって、この発明に係る燃焼装
置は、保炎性が高く、振動燃焼を防止することができる
ため、燃焼面負荷の大きい、大容量の燃焼装置とするこ
とが容易である。ここで、前記各第一遮蔽部材１４は、
前記保炎体２を構成した後に、前記保炎体２に巻き付け
るようにして設けることもできる。

【００３０】前記第一実施例は、前記各第一遮蔽部材１
４によって前記保炎体２の外周面を前記軸線方向に複数
に分割したものであるが、さらにこの発明においては、
前記保炎体２の外周面を前記保炎体２の周方向に分割す
る第二遮蔽部材を設けることもできる。以下、この場合
の第二実施例について、図６を参照しながら説明する。
図６は、この発明に係る燃焼装置の第二実施例の一部を
破断して示す説明図である。以下の第二実施例の説明に
おいて、前記第一実施例と同様の構成部材には、同一の
参照番号を附してその詳細説明を省略する。この第二実
施例においては前記保炎体２の外周面に、前記軸線方向
に延びる第二遮蔽部材１５，１５，…を４枚配置してあ
る。前記各第二遮蔽部材１５により、前記保炎体２は周
方向に４箇所に分割された状態で火炎を生じる。さら
に、この第二実施例の保炎体２は、前記第一実施例同様
の前記各第一遮蔽部材１４も設けてある。したがって、
前記保炎体２の外周面は、前記各第一遮蔽部材１４によ
って前記軸線方向に３箇所に分割されるため、前記各第
一遮蔽部材１４および前記各第二遮蔽部材１５によって
合計１２箇所に分割されている。このように、前記保炎
体２の外周面を分割する場合、大きな火炎を形成する個
所の隣りには小さな火炎を形成する箇所を設けるのが、
保炎性を向上し、燃焼性を向上させる点で好ましい。

【００３１】以上の第一実施例および第二実施例の燃焼
装置は、前記各リング状部材４の積層により所定の容量
の保炎体２を構成するものであるが、この発明において
は、前記各リング状部材４を所定枚数積層して保炎体モ
ジュールを形成し、この保炎体モジュールを適宜の個数
積層することによって、前記保炎体２を構成することも
できる。この場合の第三実施例について、図７を参照し
ながら説明する。図７は、この発明に係る燃焼装置の第
三実施例の一部を破断して示す説明図である。以下の第
三実施例の説明において、前記各実施例と同様の構成部
材には、同一の参照番号を附してその詳細説明を省略す
る。この第三実施例においては、前記各リング状部材４
を所定枚数積層するとともに、この積層方向の両側に保
持部材１６，１６を配置し、前記各保持部材１６と前記
各リング状部材４とを一体化することにより、保炎体モ
ジュール１７，１７，…を構成したものである。前記各
保炎体モジュール１７において、前記各保持部材１６と
前記各リング状部材４とを一体化するには、ボルトおよ
びナットのような適宜の締付手段を用い、前記各保持部
材１６間で前記各リング状部材４を挟み込むように締め
付けることによって行う。

【００３２】ここで、第三実施例においては、前記各締
付手段１２は、前記各保炎体モジュール１７を前記ウィ
ンドボックス３に固定する手段として使用している。こ
の構成によると、前記保炎体２の組立性が向上するほ
か、この燃焼装置の容量の調整を前記各保炎体モジュー
ル１７の増減によって簡単に行うことができる。また、
前記第二実施例のように前記各第二遮蔽部材１５で、前
記各保炎体モジュール１７を周方向に区画する場合に
は、前記第二遮蔽部材１５によって前記各保持部材１６
間を固定することによって前記各保持部材１６間に前記
各リング状部材４を締め付けた状態で固定することもで
きる。ここで、前記保炎体２の先端側に位置する保炎体
モジュール１７については、先端側の保持部材１６の中
央部を適宜の蓋部材１８で閉鎖しておく。

【００３３】以上の説明において、この発明の燃焼装置
は、予混合気として、気体燃料と燃焼用空気を混合して
用いているが、液体燃料を気化させて、気体燃料と同等
の扱いをすることもできる。

【００３４】つぎに、この発明の燃焼装置を用いたボイ
ラの実施例を図８および図９を参照しながら、以下に説
明する。図８は、ボイラの第一実施例の縦断面の説明
図、図９は、図８のIX−IX線に沿う断面の説明図であ
る。ここで、図示するボイラは、貫流ボイラであるが、
このほか、自然循環式水管ボイラや強制循環式水管ボイ
ラなどの水管ボイラ全般に適用することができる。ま
た、このボイラは、蒸気ボイラや温水ボイラのほか、熱
媒を加熱する熱媒ボイラなどとして適用されるものであ
る。

【００３５】図８および図９において、ボイラの缶体１
９は、所定の距離を離して配置した上部管寄せ２０およ
び下部管寄せ２１を有している。前記上部管寄せ２０お
よび前記下部管寄せ２１の外周間には外壁２２を配置し
ている。この上部管寄せ２０と下部管寄せ２１との間に
は、複数（第一実施例では１０本）の水管２３，２３，
…を環状に配置してある。前記各水管２３は、環状の第
一水管列２４を構成している。さらに、前記上部管寄せ
２０と前記下部管寄せ２１との間であって、前記外壁２
２の内周側近くには、複数（第一実施例では２４本）の
熱回収水管２５，２５，…を環状に配置して、第二水管
列２６を形成している。この第二水管列２６は、前記第
一水管列２４とで二重の環状水管列を構成している。さ
らに、前記各水管２３および前記各熱回収水管２５は、
それらの各端部を前記上部管寄せ２０および前記下部管
寄せ２１のそれぞれに接続してある。

【００３６】ボイラの燃焼室２７は、前記上部管寄せ２
０および前記下部管寄せ２１と前記第二水管列２６によ
って画成されている。そして、この燃焼室２７にはこの
発明の燃焼装置１を前記上部管寄せ２０の内方（中央
部）から挿入して取り付けてあり、この燃焼装置１の軸
線と前記各水管２３とは、ほぼ平行になっている。この
燃焼装置１は、前述のように噴出孔（図示省略）を多数
その周面に備えた円筒形状の保炎体２と、前記ウィンド
ボックス３とで構成してある。前記保炎体２は、前記ウ
ィンドボックス３の下端に接続された状態で前記燃焼室
２７内に位置している。

【００３７】さて、前記燃焼装置１によって、前記燃焼
室２７内には、燃焼反応中ガスの存在する領域、すなわ
ち燃焼反応領域が形成されるが、この燃焼反応領域の内
の火炎の存在する領域（以下、「火炎存在領域」とい
う）に前記第一水管列２４が位置している。また、前記
第一水管列２４は、前記各水管２３に接触した後の燃焼
反応中ガスの温度が１４００℃以下となるように、燃焼
反応領域に配置してある。したがって、前記第一水管列
２４は、前記保炎体２に近接した状態で、かつ前記保炎
体２を取り巻くように配置された状態となっている。さ
らに、前記第一水管列２４において、前記各水管２３間
には、燃焼反応中ガスの流通を許容する隙間２８が形成
されている。ここで、燃焼反応中ガスとは、前記燃焼室
２７内において、燃焼反応を生じている最中の高温のガ
スをいう。また、燃焼反応領域としては、好ましくは燃
焼反応中ガスに火炎が生じている領域または燃焼反応中
ガスの温度が９００℃以上の高温の燃焼反応中ガスが存
在する領域とする。

【００３８】そして、前記第一水管列２４と前記第二水
管列２６との間には、ＣＯやＨＣのような燃焼反応の中
間生成物および燃料の未燃分の燃焼反応が行われる燃焼
反応継続領域２９を設けている。この燃焼反応継続領域
２９内には、前記各水管２３のような熱を吸収する部材
は存在しない。

【００３９】前記第二水管列２６において、隣り合う熱
回収水管２５間の隙間（以下、「第二隙間」という）３
０は狭く、通常１〜４mmに設定してある。さらに、前記
外壁２２には、排ガス出口３１を設けてある。この排ガ
ス出口３１は、前記外壁２２と前記第二水管列２６との
間の環状の排ガス流路３２と連通している。

【００４０】以上の構成のボイラにおいて、前記燃焼装
置１を作動させると、前記燃焼室２７内には燃焼反応中
ガスが発生する。この燃焼反応中ガスの燃焼反応の初期
においては、燃料の分解が行われ、この後分解した燃料
と酸素が活発に反応する。そして、つぎの段階では、こ
の際の燃焼反応で生じた燃焼反応の中間生成物がさらに
反応し、そして燃焼反応が終わった燃焼反応終了ガス
は、排ガスとして缶体１９から排出される。前記燃焼反
応が活発に行われている領域では、通常火炎が生じる。

【００４１】燃焼反応中ガスは、前記保炎体２の周面の
ほぼ全域においてほぼ均等に発生し、前記各隙間２８を
介して前記燃焼反応継続領域２９内に流入する。したが
って、火炎は図８および図９に示すように、燃焼反応中
ガスの流動に伴って前記第一水管列２４の外側にまで形
成される。そのため、前記各水管２３は、燃焼反応領域
中の火炎存在領域内に位置する。そして、火炎を生じて
いる燃焼反応中ガスは、前記各隙間２８を通過する際に
前記各水管２３内部の被加熱流体との間で熱交換を行
う。火炎を生じている燃焼反応中ガスは、この熱交換に
より急激に冷却されて温度が低下するため、サーマルＮ
Ｏx の発生が抑制される。

【００４２】そして、前記各隙間２８を通過した燃焼反
応中ガスは、前記燃焼反応継続領域２９内を前記第二水
管列２６に向けて流通する。この流通の際、燃焼反応中
ガスは、前記第二水管列２６に到達するまでは、前記各
水管２３のような熱交換を行う部材との接触が無く、温
度はあまり低下しない。そのため、燃焼反応中ガスは、
燃焼反応を継続しながら前記燃焼反応継続領域２９を流
通し、その間にＣＯからＣＯ₂ への酸化反応が促進され
る。このとき、前記燃焼反応継続領域２９内では、前記
酸化反応のほか、前記中間生成物や前記未燃分などの酸
化反応も行われる。

【００４３】そして、燃焼反応中ガスは、前記第二水管
列２６に到達するまでに燃焼反応をほぼ終了した高温の
ガスとなり、前記各第二隙間３０を通って前記排ガス流
路３２に流入する。そして、前記各第二隙間３０を通過
し、前記排ガス流路３２に流入した燃焼反応終了ガス
は、前記第二水管列２６の外側から前記各熱回収水管２
５内の被加熱流体に伝熱を行った後、前記排ガス出口３
１から排ガスとしてボイラ外に排出される。ここで、第
一実施例は、貫流ボイラであるため、被加熱流体が前記
下部管寄せ２１から前記各水管２３および前記各熱回収
水管２５内に供給され、前記各水管２３および前記各熱
回収水管２５内を加熱されながら上昇し、前記上部管寄
せ２０から蒸気として取り出される。

【００４４】以上の説明において、燃焼反応中ガスの流
れは、前記第一水管列２４の径方向についてのものであ
るが、前記第一水管列２４の軸線方向については、燃焼
反応中ガスが前記保炎体２の前記軸線方向にもほぼ均等
に形成されるため、サーマルＮＯx の低減作用は、前記
第一水管列２４の軸線方向についてもほぼ均一に発揮さ
れる。

【００４５】また、この発明に係るボイラは、前記各水
管２３が全てほぼ同じ方向に延びる直管形状のものであ
るが、このほかに、図１０に示すような缶体構成とした
ボイラに適用することもできる。図１０に示す第二実施
例のボイラは、各水管２３を傾斜させて配置し、第一水
管列２４をほぼテーパ形状としたものである。この第二
実施例における前記各水管２３は、その上端側を前記缶
体１９の外側に向けて傾斜させたもので、前記第一水管
列２４は下方側ほど狭まる先細り形状となっている。ま
た、この第二実施例では、前記保炎体２の形状を、前記
第一水管列２４に合わせて先細りのテーパ形状とし、ま
た前記空洞部１３の内部も前記保炎体２の形状に合わせ
て先細りのテーパ形状としている。この第二実施例で
は、前記保炎体２表面と前記第一水管列２４との間隔
を、前記軸線方向においてほぼ均一に設定している。そ
して、前記保炎体２と前記第一水管列２４とを近接状態
で配置することにより、前記保炎体２からの燃焼反応中
ガスを前記第一水管列２４によってほぼ均等に冷却し、
サーマルＮＯx の生成を抑制する。以上のように、この
発明の燃焼装置によれば、前記缶体１９の形状に合わせ
て、前記保炎体２の形状を自在に変更することができ、
前記各水管２３と火炎を含む燃焼反応中ガスとの接触形
態を自在に設定できる。

【００４６】とくに、前記保炎体２をこのように先細り
のテーパ形状とすると、予混合気は上流側の太い側から
下流側の細い側に流れる際に、内部の予混合気の速度低
下を防止できるため、前記保炎体２からの予混合気の噴
出速度をその軸線方向にほぼ均一にでき、安定した燃焼
状態を得ることができる。さらに、この第二実施例のよ
うに、前記保炎体２および前記第一水管列２４をテーパ
形状とすると、前記燃焼装置１の取付位置を上下方向に
移動することにより、前記保炎体２表面と前記第一水管
列２４との間隔を適宜に調整できる。このことにより、
前記保炎体２からの燃焼反応中ガスの形成状態や温度分
布に応じて、前記第一水管列２４と火炎を含む燃焼反応
中ガスとの接触状態を適切な状態に調整できる。

【００４７】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明によれ
ば、保炎体の大きさを自在に調整できるため、所望の容
量の燃焼装置を容易に得ることができる。さらに、この
発明によれば、積層するリング状部材の形状や寸法を適
宜に選択することにより、熱機器の要求する火炎形状の
燃焼装置とすることができる。そして、前記保炎体の周
面を、第一遮蔽部材や第二遮蔽部材によって、その軸線
方向やその周方向に分割することにより、前記保炎体の
周囲に火炎を分割して生じさせることにより、保炎性を
高め、振動燃焼を防止することができる。さらに、この
発明に係る燃焼装置は、保炎性が高く、振動燃焼を防止
することができるため、燃焼面負荷の大きい、大容量の
燃焼装置を得ることができる。

【００４８】さらに、この発明に係る前記燃焼装置を用
いたボイラにおいては、前記燃焼装置の保炎体に近接さ
せて水管を配置してあるので、燃焼装置の大容量化に関
係無く小型の缶体とすることができる。また、このよう
に燃焼装置の保炎体に水管を近接させて配置してあるた
め、前記保炎体の周囲に形成される火炎を含む燃焼反応
中ガスを冷却し、低ＮＯx 化を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る燃焼装置の第一実施例の一部を
破断して示す説明図である。

【図２】図１におけるリング状部材の形状の概略を示す
説明図である。

【図３】リング状部材の他の形状の例と、このリング状
部材を積層した構成の一部を破断して示す説明図であ
る。

【図４】リング状部材のさらに他の形状の例と、このリ
ング状部材を積層した構成の一部を破断して示す説明図
である。

【図５】図４に示すリング状部材を積層してなる燃焼装
置における予混合気の噴出量の分布の説明図である。

【図６】この発明に係る燃焼装置の第二実施例の一部を
破断して示す説明図である。

【図７】この発明に係る燃焼装置の第三実施例の一部を
破断して示す説明図である。

【図８】この発明に係るボイラの第一実施例の縦断面の
説明図である。

【図９】図８のIX−IX線に沿う断面の説明図である。

【図１０】この発明に係るボイラの第二実施例の縦断面
の説明図である。

【符号の説明】

１ 燃焼装置 ２ 保炎体 ４ リング状部材 ７ 予混合気の噴出孔 １４ 第一遮蔽部材 １５ 第二遮蔽部材 ２３ 水管 ２４ 第一水管列 ２８ 隙間 ２９ 燃焼反応を継続する領域（燃焼反応領域）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 波打たせたリング状部材４，４，…をそ
   の厚み方向に複数枚積層することによって、前記各リン
   グ状部材４間に予混合気の噴出孔７，７，…を形成した
   保炎体２を構成し、前記保炎体２には、その周面を前記
   保炎体２の軸線方向に分割する第一遮蔽部材１４，１
   ４，…を前記軸線方向に適宜の間隔で配置したことを特
   徴とする燃焼装置。
2. 【請求項２】 波打たせたリング状部材４，４，…をそ
   の厚み方向に複数枚積層することによって、前記各リン
   グ状部材４間に予混合気の噴出孔７，７，…を形成した
   保炎体２を構成し、前記保炎体２には、その周面を前記
   保炎体２の周方向に分割する第二遮蔽部材１５，１５，
   …を前記周方向に適宜の間隔で配置したことを特徴とす
   る燃焼装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の燃焼装
   置１の周囲を取り囲むように複数の水管２３，２３，…
   を環状に配置して第一水管列２４を形成し、この第一水
   管列２４の隣り合う水管２３間に、前記燃焼装置１から
   の火炎を含む燃焼反応中ガスの噴出を許容する隙間２８
   を設け、前記第一水管列２４の周囲に、燃焼反応を継続
   する領域２９を設けたことを特徴とするボイラ。
4. 【請求項４】 前記燃焼装置１の保炎体２をテーパ状に
   形成するとともに、前記各水管２３をこの保炎体２に合
   せてテーパ形状に配置したことを特徴とする請求項３に
   記載のボイラ。