JPS58120014A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は給湯器や暖房器などの家庭用燃焼器具のうち、
ファンを用いて強制的に火炎に空気を供給して短炎化を
実現して燃焼室やファンおよび燃焼装置全体の小型化を
図るとともに、使い勝手のうえから燃焼量を大幅に変化
させても安定燃焼を維持することのできる燃焼装置に関
するものである。

従来左右対称形の熱伝導良導体による成形体で炎口部及
び燃焼室などを一体成形して小形化を図った燃焼装置と
しては第７図に示すものがある。

これは−欠字気量を理論空気量以上に設定した全−次燃
焼方式を用いて温風暖房器に適用されたもので、左右対
称形の一対の成形体１ｏｏには炎口部１０１、燃焼室１
０２および内部フィン１０３と外部フィン１０４が一体
に成形されている。成形体１００の両側面にはそれぞれ
混合気供給口１０５および排気口１０６を設けた一対の
側板１０７が、また上面および下面にはそれぞれ混合気
通路１０Ｂおよび排気通路１０９が前記混合気供給口１
０５および排気口１０６にそれぞれ連通するよう構成さ
れている。このような構成において、混合気供給口１０
５より供給された混合気は混合気通路１０Ｂを通過する
間に均一混合され、炎口部１０１より均一噴出されて炎
口上に火炎を形成する。燃焼室１０２で生成した燃焼ガ
スは内部フィン１０３で熱交換をおこない、外部フィン
１０４で放熱して温風を発生する。内部フィンＩＣＧで
熱交換をおこなった燃焼ガスは排気通路１０９を通って
排気口１０６より外部に排出される。

上記のような燃焼装置においては全−次燃焼をおこ々う
ため燃焼速度が大きく火炎は短くなって燃焼室を小さく
構成することができ、二次空気も不要であるために装置
の簡素化と小型化が図られる。しかし反面異常音を伴う
振動燃焼が発生し易く、これを避けるためには振動燃焼
の発生しない混合領域および燃焼装置の形状や構成を調
べ、高精度の燃料と空気流量の制御と、装置の加工や組
立が要求される。また一般にＬＰガス、天然ガスおよび
各種の都市ガスや石油を気化した燃料Ａどではそれぞれ
発熱量や燃焼速度および他の物性が異なるため、振動燃
焼を発生する混合領域や装置の構成および形状がまちま
ちであり、燃料の種類ごとに各部の設定を変えねばなら
ずユニバーサル化を図るのが非常に困難である。さらに
特に給湯器々どに適用した場合には、使い勝手を向上さ
せるために季節による水温や気温の変化に対応でき、さ
らに使用する給湯流量を大幅に変化でき、これに対応し
て燃焼量を変化させても安定燃焼を維持することが要求
される。すなわち良好な燃焼状態を維持できる最大燃焼
量と最小燃焼量の比、いわゆるＴ　Ｄ　Ｒ（Ｔｕｒｎ　
Ｄｏｗｎ　Ｒａｔｉｏ　）を大きくすることが要求され
る。しかし全−次燃焼方式では燃焼速度が大きいため、
火炎は炎口に密着して燃焼し、炎口温度が上昇する。従
って燃焼量を絞ってゆくと、混合気の噴出速度は小さく
なり、火炎はさらに炎口に密着して炎口温度は増々上昇
する。一方炎口を通過する混合気は増々加熱され混合気
温度上昇に比例して燃焼速度が増加し、ついには混合気
噴出速度より大きくなってフランシュバンクを生じる。

また家庭用燃焼装置では最も一般的である一次空気量を
理論空気量以下に設定したいわゆるブンゼン燃焼方式に
比べ、燃焼量を増加した場合ブローオフを起こし易い。

これは理論空気量の増加とともにブローオフを発生する
領域が、混合気噴出速度の小さな領域まで広がるためで
ある。

つ−ｉり全−次燃焼方式ではブンゼン燃焼方式に比べ、
上限と下限をそれぞれブローオフとフラッシュバックで
制約される安定燃焼範囲は狭くなり、従ってＴＤＲを大
きくすることは極めて困難である。

また他の従来例として第８図に示すものがある。

これはブンゼン燃焼を用い、二次空気を火炎中に強制供
給し短炎化を実現して燃焼室を小さく構成し、燃焼装置
の小型化を図ったものである。その構成は左右対称の一
対の成形体１１ｏを接合して形成される空間に、混合気
通路１１１．絞り部先端に二次空気口１１２をもつ二次
空気室１１３および前記二次空気室１１３の両側に炎口
部１１４を一体成形したバーナ素子１１６を挿入して前
記バーナ素子１１６と成形体１１ｏで仕切られた２つの
空間がそれぞれ混合気室１１６および燃焼室１１７を構
成するようにしてなる燃焼装置である。

このような構成において、混合気は混合気通路１１１を
通って混合気室１１６に流出し、バーす素子１１５と成
形体１１ｏの隙間を通り炎口部１１４に達する。炎口部
１１４を通過した混合気は、炎口部１１４上で図に示す
ような火炎を形成する。一方二次空気は、二次空気室１
１３より絞り部を通り、先端部に設けられた二次空気口
１１２より噴出し、前記火炎に強制供給される。

上記のような燃焼装置においては、ブンゼン燃焼をおこ
なうため、既に述べたようにブローオフとフラッシュバ
ンクで上下限を制約される安定燃焼域は全−次燃焼の混
合より広く、ＴＤＲも拡大することができ、また振動燃
焼領域も狭い、しかし一方ブンゼン燃焼では火炎が長く
伸びるため、燃焼室の小型化を図るためには二次空気を
火炎に強制供給して二次空気の強制混合を図り、燃焼反
応を促進して短炎化を実現しなければならない。

従ってこの場合は二次空気の供給法が最大のポイントと
なる。とりわけ二次空気の噴出速度は重要なパラメータ
であり、下限は火炎に二次空気を供給できる最低速度と
なり、上限は火炎が吹き飛ぶ時の噴出速度又はそれ以前
に火炎が過冷却され燃焼反応が凍結してＣＯなど未燃成
分が多量に発生する不完全燃焼を生じる速度となる。ま
九二次空気の噴出速度はその２乗に比例してファンの送
風圧を高くする必要があるため、ファンを含めた燃焼装
置の小型化を図るためには可能な限り二次空気噴出速度
を小さくして、短炎化を実現しなければならない。第８
図の燃焼装置では火炎が直接成形体１１０に触れるため
火炎冷却を受は易すく、特に燃焼量を小さくした場合に
は火炎の発生する熱量と成形体１１０へ奪われる熱量の
バランスが崩れ、燃焼速度の小さい燃料では火炎が過冷
却して不完全燃焼を発生する。また燃焼速度の大きな燃
料では火炎が炎口部１１４に密着してこれを加熱する。

一方炎口部１１４の成形体１１０の近傍では炎口部１１
４が薄くなり熱容量が小さい。さらに成形体１１０との
接触面積が小さく低温の成形体１１０への伝熱量は少い
ためここの部分の炎口温度は上昇し易すく従ってフラッ
シュバックを生じ易い。従ってＴＤＲはそれ程大きくと
れない。

また燃焼量が大きな場合、炎口部１１４から流出する混
合気流速は大きく、従って二次空気口１１２から供給す
る二次空気流速も大きくしなければ、成形体１１０近傍
の火炎まで空気を供給できない。

さらにバーナ素子１１６を成形体１１０で支持する所は
、前述した如く接触面積が小さく従って炎口部１１４が
火炎より受ける熱量は成形体へ伝えられず大部分が二次
空気室１１３を通る二次空気によって冷却される。従っ
て二次空気は加熱膨張し送風抵抗が増大する。すなわち
、燃焼量が大きい場合には二次空気噴出速度を大きくし
なければならないことと、送風抵抗が増大することによ
りファンの送風圧は高いものが要求され、ファンが大型
化し、燃焼室は小型化が図れてもファンを含めた燃焼装
置全体として小型化が図れていないという結果になる。

以上説明したように従来の燃焼装置においては、燃焼装
置の小型化とファンも含めた装置全体の小型化、さらに
燃料の種類に対するユニバーサル性とＴＤＲの拡大など
を同時に満足するものではなかった。

本発明はこのような従来の欠点を除去するもので、燃焼
室とファンの小型化を同時に満足させて燃焼装置全体の
小型化を図るとともに、燃焼速度など異なった特性をも
つ各種の燃料でも安定燃焼するユニバーサル性をもち、
かつ使い勝手の向上のため燃焼量が大幅に変化しても安
定燃焼を維持する燃焼装置を実現することを目的とする
ものである。

上記の目的を達成するために本発明では炎口部を二分割
してそれぞれの炎口部近傍に二次空気口を設けるととも
に、二分割した炎口部の近傍に二次空気口を設けるとと
もに一対の炎口部の中央に燃焼室に突行した三次空気通
路体の先端に三次空気口を設け、かつ三次空気口を二次
空気口を下流側に設けた構成をもつようにしたものであ
る。

この構成によって一次空気を供給された予混合気による
火炎は二分割され、両側の二次空気口より二次空気を供
給され部分燃焼し、さらに中央の三次空気供給口より供
給された三次空気によって完全燃焼することになる。こ
こで各燃焼用空気は形成される火炎のごく近傍、又はそ
の中心部より供給されるため、噴出速度が小さくても十
分火炎中心部の未燃成分まで供給することができる。即
ち低い噴出圧で短炎化が実現できるため燃焼室の小型化
とファンの小型化を同時に図ることができることになる
。また炎口部は二次空気と良熱伝導体による同一成形体
で形成され、かつ三次空気通路体と接しているため二次
空気と三次空気により両側から空冷されるため、燃焼速
度の速い燃料でも炎口を赤熱してバックを生じることが
ない。そして燃焼速度の遅い燃料に対しても火炎が直接
水冷壁に触れることもないので火炎の過冷却による不完
全燃焼も生じることはないため燃焼装置のユニバーサル
化が図れることになる。さらに三次空気口は二次空気口
よりも下流側に設けられているために、燃焼量が少く火
炎が下流側に伸長してきた場合には火炎帯中央部より三
次空気を噴射供給して燃焼反応を促進して短炎化を実現
する。燃焼量が多く火炎が炎口近傍に形成される場合に
は燃焼反応がほとんど完了した領域に三次空気を供給す
るため燃焼反応にはあまり寄与しない一種のバイパス空
気となり、火炎を乱して過冷却によるＧ。

発生が防止される。従ってＴＤＲが大きくとれるととも
に、二次および三次空気量が大幅に変化しても安定燃焼
が維持でき、安定範囲が拡大されるので燃焼制御が容易
になることになる。

以下本発明の一実施例について、第１図〜第６図に基づ
いて説明する。

第１図〜第３図においてファン１が熱伝導の良導体より
なる成形体２の一方に接続されており、その近傍には分
割板３が設けられている。成形体２は内部に二次空気室
４が設けられており、かつ部材の一部は厚肉の凸状部５
を形成し、この凸状部６にはスリット状の炎口６が多数
並設され炎口部７を形成している。炎口部の近傍には二
次空気室４に、連通した複数個の二次空気口８が設けら
れている。成形体２は左右対称形であり、一対を接合し
て混合気室９と燃焼室１ｏの一部を構成する。

混合気室９内には絞り部１１先端にスリット状の三次空
気口１２を多数持つ中空の三次空気通路体１３が挿入さ
れ、成形体２との間に隙間１４と、炎口部子との間に均
圧室１５をそれぞれ構成する。

ζこで絞り部１１は一対の炎口部７により両側より支持
されており三次空気口１２は燃焼室１ｏ内に臨みかつ二
次空気口８より下流側に設けられている。燃焼室壁１６
には水冷パイプ１アが一体成形されており燃焼室１０下
流側には熱交換器１８および排気口１９が設けられてい
る。なお混合気室９内には燃料パイプ２ｏに制御弁２１
が設けられ先端部に取付けられたノズル２２が臨んでい
る。

上記の構成における作用も説明すると、ファン１により
供給された燃焼用空気は分割板３によって混合気室９内
に供給される一次空気と、一対の二次空気室４内に供給
される二次空気と、三次空気通路体１３内へ供給される
三次空気にそれぞれ分割される。

一方燃料は燃料パイプ２０内を通り制御弁２１で流量を
調整された後先端のノズル２２より混合気室９内に噴射
供給される。混合気室９内に供給された燃料と一次空気
はここを通過しながら均一混合され三次空気通路体１３
の両側の狭い隙間１４を通る。隙間１４の絞り効果によ
り混合気はに圧室１６に均一供給され炎口部７より燃焼
室１０内に均一噴射され炎口６上に火炎を形成する。一
方一対の二次空気室４に供給された二次空気は二次空気
口８を通って前記火炎に両側より強制噴出供給され部分
燃焼する。さらに三次空気通路体１３に供給された三次
空気は絞り部１１を通り、先端に設けられた多数のスリ
ット状の三次空気口１２より扇状の噴出分布をもって前
記火炎に噴射供給される。従って絞り部１１をはさんだ
一対の炎口部７上に形成される火炎は、広い領域で混合
され燃焼反応が促進され、短炎化が実現される。火炎が
短くなったため、燃焼室１ｏ内の燃焼ガスは局部的に高
温領域を形成するようになるか燃焼室壁１６に一体成形
された水冷パイプ１７により発生熱量の一部が熱交換し
て冷却され、下流側に設けられた熱交換器１８で熱交換
をおこなった後、排気口１９より外部に排出される。

ここで炎口部γ上に形成される火炎は、二次空気口８よ
り両側面から二次空気が、又さらに下流側で三次空気口
１２より中央部から三次空気が噴射供給されることにな
る。従って供給空気の噴出速度が小さくても火炎中央部
の未燃成分まで十分空気が供給され短炎化が実現できる
。よって前述した如く供給空気の噴出速度が小さくなれ
ば送風圧も小さくてすみ、ファンの小型化と燃焼室の小
型化を同時に図ることができる。これを示したものが第
４図であり、同一燃焼室負荷に対するファンの送風圧は
大幅に低減されている− さらに火炎は直接燃焼室壁などの冷却物に接触していな
いため、燃焼速度の小さな燃料でも燃焼量を小さくした
場合過冷却されることなく安定燃焼をおこなう。燃焼速
度の大きな燃料で燃焼量を絞った場合にも、火炎は炎口
６に密着して炎口部７を加熱するが、炎口部７は燃伝導
の良導体で一体化されている成形体２を通して二次空気
室４内を流れる二次空気と、炎口部７に接している絞り
部１１を流れる三次空気により両側から効果的かつすみ
やかに冷却されるため、フラッシュノくツクは発生しな
い。従って特性の異なる種々の燃料を用いた場合でも安
定燃焼が実現できユニノ（−サル化を図ることができる
。

さらに第６図ａに示すように燃焼室中央部に突出して二
次空気口より下流側に設けられた三次空気口により、燃
焼量が多い場合には二次空気で部分燃焼をした未燃成分
が下流方向にも多く残存し火炎は下流方向に伸長するが
この火炎帯に中央部より三次空気を供給し完全燃焼させ
る。一方第６図すに示すように燃焼量が少い場合には火
炎は炎口に付着し、二次空気のみで十分完全燃焼する。

従って下流側に設けられた三次空気口より噴出される三
次空気は燃焼反応がほとんど完了した領域に供給される
ことになるので燃焼反応にはほとんど寄与しない一種の
バイパス空気となる。故に火炎を過冷却してＣｏ発生を
引き起こすこともなく、かつバイパス空気となっても燃
焼量が少いため熱交換器の伝熱面積負荷は小さくなるの
で熱交率が低下することもない。即ちＴＤＲを犬きく設
定できるとともに、燃焼量に対し、安定燃焼を維持でき
る許容ファン風量も広がり、燃焼制御が容易に行なえる
ものである。以上をグラフで示したのが第６図である。

以上の説明から明らかなように本発明の燃焼装置によれ
ば以下の効果が得られる。

（１）炎口部を二分割してそれぞれの炎口部上に形成さ
れる火炎に対し、二次空気口と三次空気口により両側か
ら火炎に空気を供給することにより、小さな供給空気の
噴出速度で短炎化を図り、燃焼室の小型化とファンの小
型化とが同時Ｋ１足でき、ファンも含めた燃焼装置全体
の小型化が実現できる。

（２）炎口部はその一方を一体成形された二次空気室を
流れる二次空気と、他の一方を炎口部に接した三次空気
通路体を流れる三次空気により冷却されるだめ、燃焼速
度の大きな燃料でも炎口を加熱してフラッンユバノクを
生じることがない。又火炎は燃焼室の中央部に形成され
直接燃焼室などの冷却部に直接触れることもないから燃
焼速度の小さな燃料でも火炎冷却を受けて燃焼反応凍結
を起こすこともないので、特性の異々る各種燃料に対し
て燃焼装置のユニバーサル化が図れる。

（３）三次空気口は二次空気口よりも下流側に設けられ
ているため、燃焼量が多い場合には二次空気で部分燃焼
して下流に伸長してきた火炎に中央部より三次空気を供
給して完全燃焼させ、燃焼量が少い場合には上流側で二
次空気により燃焼している火炎を過冷却せずバイパス空
気となることによりＴＩ）Ｒを拡大するとともに、燃焼
量に対する許容ファン風量範囲も拡大され燃焼制御が容
易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す燃焼装置の全体断面図
、第２図は第１図の部分断面図、第３図は第１図の部分
断面の斜視図、第４図は燃焼量に対し要求されるファン
送風圧を従来例と比べた比較図、第５図ａは第１図の燃
焼装置で形成される火炎と供給空気の噴出分布を示した
説明図で燃焼量の多い場合の断面図、ｂは燃焼量の少な
い場合の断面図・・、第６図は燃焼量に対して安定燃焼
を維持できる許溶ファン風量を従来例と比べた比較図、
凌７図は従来例の分解斜視図、第８図は他の従来例の断
面図である。 １・・・・ファン、２・・・・・成形体、４・・・・・
二次空気室、５・・・・・・凸状部、６・・・・・・炎
口、了・・・・炎口部、８・・・・・・二次空気口、１
ｏ・・・・・・燃焼室、１２・・・・・・三次空気口、
１３・・・・・・三次空気通路体。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
３ｒＩ！Ｊ 第４図 鷹埃録荀）（／６７に当。 １５図 、ｑ 第６図 滓′淡月後×π７１１フイ。７ ｗ４７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ファンを用いて強制的に予混合炎に空気供給をおこない
   短炎化を図る手段を設け、二分割された一対の多数の炎
   口よりなる炎口部と、前記両炎口部近傍に複数の二次空
   気口を設けるとともに、前記一対の炎口部の中央に燃焼
   室方向に突出した三次空気通路体の先端部に複数の三次
   空気口を設け、かつ前記三次空気口は前記二次空気口よ
   りも下流側に設けた燃焼装置。