JPS58158410A - 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、
ファンなどを用いて強制燃焼を行なわせる燃焼装置に関
するものでるる。

従来この種の燃ｇ８装置の一例として第６因Ａ。

Ｂに示すような構成のものがある。これは主として液体
燃料の燃焼装置であるが、内部に気化用ヒータ１■を備
えた仕切壁部１０１で仕切られた上部気化室１０２と下
部気化室１０３のそれぞれ独立した気化室を形成して構
成される筒状の気化体１０４を設け、この気化体１０４
の各気化室ＩＱ２．　１０３にはそれぞれ’Ｊ霧ノズル
１０５．　１０６と液送ポンプ１０７゜１０Ｂが分岐し
た送油バイス１０１によジ各々独立して供給さｎる二系
統式の液体燃料供給系が設けらｎている。そして気化体
１０４の頂部には各種の仕切叛１１０の上部に、多数の
炎口部１１１を備えた雌部状のバーナプレート１１２が
連結され第一の燃料混合系を形成し、気化体１０４の下
部に設けられた連通孔１１３と気化体１０４の上部両側
に多数のスリット状炎口１１４を備えたバーナプレート
１１５よ構成る第二の８ｅ科混合系を形成している。ま
たバ−ナプレート１１６の外側には二次空気室１１６が
左右一対設けられており、上部には多数の二次空気の側
方噴射口１１７が備えられた噴射板１１８が傾斜して設
けられている。なお燃焼用空気はファン（図示せず）に
より送風ダクト１１９より燃焼部に供給さｎる。

この燃焼装置の場合、送風ダクト１１９より供給された
燃焼用空気は、左右一対の二次空気室１１６と、気化体
１０４内の上部気化室１ａ２と下部気化室１０３にそれ
ぞれ二次空気および一次空気として供給される。−万液
体燃料は送油バイブ１０９を通り、液送ポンプ１０７，
１０Ｅｌにより昇圧さｎて噴霧ノズル１α５，１０Ｂに
よりそれぞれ上、下部の気化室１０２、　１０３に各々
供給される。第−燃料混合系として上部気化室１０２内
へ供給された液体燃料は気化用ヒータ１■によって刀日
熱され７気化し、仕切板１１０を通過する間に一次空気
と混合してバーナプレート１１２に達し、炎口溝１１１
より流出して中央部火炎を形成する。また第二燃料混合
系として下部気化室１０Ｂ内へ供給された液体燃料も同
様に、出して気化体１０４と二次空気室１１６の間の空
隙を通過する間に一次空気と混合してバーナプレート１
１５に遅し、炎口１１４よシ流出して気化体１０４の両
側に側方火炎を火成する。−万、二次空気は二次空気室
１１６より側方噴射口１１７を通り、両側よりバーナプ
レート１１２，１１６上の火炎に供給さｎる。

このように火炎は互いに独立した燃料供給系によりバー
ナグレート１１２及び１１６にそれぞれ独立した中央部
火炎及び側方火炎を形成するので、安定燃焼を維持した
ままで火力調節のできるいわゆるＴ　Ｄ　ｋＬ　（Ｔｕ
ｒｎ　Ｄｏｗｎ　Ｒｕｔ　ｉｏ　）範囲は、液送ポンプ
１σ′及び１０Ｂのいずｎか一方を止めて中央部火炎か
側方火炎のいずｎか片方のみの火炎にすることによＶ、
さらに噴霧ノズル１ｏＩ５及び１０Ｂの初期の流電設定
比を変化させることによって、液送ポンプ１０７．　１
０Ｂの一方を休止させることによって本来可能なＴＤＲ
範囲を大幅に拡大することが５Ｔ能となる。

しかし最大燃院賞時にはバーナプレート１１２上には中
央部火炎が、又その両−のバーナプレート１１６上には
側方火炎がそｎぞれ形成されるため火炎Ｉ１ｇが広くな
る。従って両側に設けられた側方噴射口１１７より供給
される二次空気は、中央部火炎まで届きに＜＜、従って
中央部火炎は下流方向に長く伸び、又イエローも挽われ
易い。従って燃焼室は下流方向に長いものが要求される
。こｎをさらに詳しく示したものが第４図である。イエ
ローの大きい側に後退し、安定な！火の領域が拡大する
ことが発明者等の実収により明らかとなった。

また二次空気の噴出速度Ｖ２が同じでめｎは、二次空気
噴出口から火炎中心ｆｆｔｓ’！での距Ｐｇが短い程宵
大の領域が拡大することも分った。従って第６図Ａ、　
　Ｈの様な燃ｇｔ、装置でに中央部火炎の中心部と、側
方噴射口１１７までの距＊が大きいため、同じ二次空気
噴出速度ｖ２　に対するイエロー曲線は第４図中の曲＃
Ｍａの様な特性を示し、安定範囲は狭くかつ火炎は長く
なる。一方バーナグレート１１２　、　１１５の幅をそ
のまま狭くした場合には、炎口負荷が高くなり混合気噴
出速度Ｖｍｉ　ｘ　が大きくなるため二次空気が火炎中
央部まで供給される位置はより下流側に移動するため火
炎はより長くなりより大きな燃焼室が要求さｎる。

ここで二次空気噴出速度ｖ２　　を上げてこの課題を解
決することが考えられるが、それには以下に示す二つの
問題点がある。

まず第一にｖ２を増すためには、送風圧の大きな大型の
ファンが要求される。また小型のファンで回転数を上げ
ると騒音の問題が発生する。

第二の問題としては振動燃焼の発生である。一般に一次
空気比（＝量論比の逆数）を高くすれば撮動燃焼が発生
し易いことはよく知られている。

従って通常の家庭用燃焼器具においてはフラッジ−バッ
クの問題も考慮に入れ、安全上できるだけ一次空気比を
小さく設定するのが普通である。しかし第６図Ａ、　　
Ｈの様な構成の燃焼装置では第３図Ｂに示す如く二次空
気の逆流域が存在し１通路体と炎口の接続隅部空間が大
きく、ここに循環域を形成するため一部は火炎蛍上流側
の混合気に流入してしまうので実質上−次空気比を高く
したことと同様となり振動燃焼を発生する。

以上二つの問題の他に、燃焼速度の大きな燃料を使用す
る場合には火炎がバーナプレート１１２゜１１６近くで
燃焼が完了してしまう。従って特に中央部に位置するバ
ーナプレート１１２は周囲にある火炎により７１Ｆ＋熱
され炎口温度が上昇し易く、フラッシュバックを起こし
勝ちである。よって燃焼速度の大きな燃料での便用には
適さない。

さらに二系統の燃料供給系を備えているために噴精ノズ
ル及び液送ポンプが各々二個心安とするために大きなコ
ストアップ安置となる。

また他の従来例として第７図に示すような構成を持つ燃
焼装置かめる。こｎは本体１ｏ内部・′に４．−上方に
連通孔１２１を備えた混合気室１２２と絞り部１２３先
端に二次空気噴出口１２４を備えた二次空気室１２５と
が仕切壁１２６によって仕切られ、かつ絞９部１２３の
両側には下流方向に傾府した三角形状の炎口１２７が設
けらｎた通路体１２８が１本体１２０の鍔１２９と炎口
１２７の両側端によりて支持さｎている。

この燃焼装置の場合、混合気室１２２円より連通孔１２
１を流出した混合気は通路体１２８と本体ｔつの間隙を
通って炎口１２７よシ燃規室内に噴出さｎ本体１′２Ｄ
の燃ＬＲ室壁に沿って火炎を形成する。−万二次空気は
二次空気室１２６より絞シ部１２３で流速を増し二次空
気噴出口１２４より両側の火炎へ噴射供給される。

このように炎口を二分割し中央部より二次空気を両側の
火炎へ供給するもので１−１１．、二次空気噴出口から
火炎の二次を気を供給されるべき位置までの距離（この
場合燃焼室壁に沿った火炎までの距離）が短く設定でき
る。従って同じ二次空気噴出速度Ｖ２　に対するイエロ
ー曲線の特性は第４図中の＠融すのようになり、安定燃
焼域は前′記従来例のものよりも幾分拡大される。また
火炎長も前記従来例よりも大幅に短くなるため燃焼室の
小型化が実現できる。

ここで炎口が燃焼室壁に近づくにしたがって薄くなって
おり混合気の通気抵抗が中央部よりも小さくなるため、
燃焼室側の混合気噴出速度は燃焼室壁に近づくにしたが
って大きくなる。よって形成さｎる火炎は燃Ｒ室壁に沿
って火炎が伸びることになる。この場合熱焼量を絞って
ゆくと、燃焼速度の遅い燃料の場合は燃焼室壁面で冷却
を受けいわゆる消炎を生じ不完全燃焼を発生する。−万
燃焼速度の大きな燃料では炎口近くで燃焼が完Ｔしてし
まうので炎口を加熱する。しかし燃焼室壁側の炎口では
熱容量も小さく、かつ燃焼室も多いため炎口は異常刀日
熱を受けやすくフラッシュバックを生じやすい。

この場合にも、最大燃焼重時の炎口負荷を上げ同時に二
次空気噴出口１ｉＶ２　　も上げて以上の課題を解決す
ることが考えられるが、この場合にも前記従来例で説明
した様にファンの大型化と、振動燃焼の発生の問題が生
じる。

以上説明したように従来の燃焼装置においてはいず庇も
燃焼装置の小型化と、ファンも含めた燃現器全体の小型
化、さらに燃料の梅漬に対する装置のユニバーサル性と
ＴＤＲの拡大また振動燃焼の解消などを同時に満足する
ものではなかった。

本発明は従来相反して同時に全ての性能を満足させるこ
とのできなかりた燃焼装置の小型化とファンの小型化、
ＴＤｋＬの拡大とユニバーサル性を満たし、振鯛燃力の
発生もなくかつ燃ｇ８制御の容易な安矩慾焼域の広い燃
焼装置を実現することを目的とする。

この目的を達成するために本発明は、燃焼呈内へ装出し
た績Ｖ部先端に中央噴出口を多数備えた二次空気の通路
体を中央部に設け１通路体の両側に多数のスリット状の
炎口を備えた炎口部を配し。

前記内側の炎口部の肩部によジ通路坏を両側より支持す
るとともに、他の端部には炎口部を＃４成するＳ材によ
り二次空気室を成形し、かつ炎口部の下流側に前目己二
仄空気呈と遅進した側方噴出口を多数備えた噴射板をも
つ燃焼装置において、炎口部を前記通路体に向けて下流
方向に傾斜させるとともに、前記噴射板を下流方向に傾
斜させたものである。

この構成によって通路体により二分割さｎた炎口上に形
成さｎる火炎は中央噴出口と側方噴出口により両側から
二次空気を供給されることになる。

さらに炎口部と噴射板は下流方向に傾斜して互いに対向
するようになるため相対的に二次空気の噴出口から火・
炎中心までの相対距離が短くなる。以上二点より小さな
二次空気噴出速度ｖ２　で短炎化が実現し、又同じ噴出
速度ならば従来よりもイエロー曲線が大きく後退し安定
燃焼域が拡大することになる。また炎口部は一端を二次
空気室を構成する部材で成形され、他端を通路体に接し
ているため両側より間接的に空気冷却を受けるので、燃
焼室を絞った燃焼速度の大きな燃料の場合でも炎口が異
常刀日熱することがなくフラッジ−バックを生じない。

そして燃焼速度の小さな燃料の場合でも、二分割された
炎口部の外側に設けら九た側方噴出口により火炎は燃焼
室壁面に沿うことなく中央部に形成されるため、冷却を
受けることによる消炎も発生しない。さらに炎口部を通
路体に向けさせることにより側方噴出口より供給さｆし
た二次空気は傾斜角をもりて通路体先端部に衝突するた
め５通路体先端部に沿った流れとなり逆流域が存在しな
い。筐た通路体と炎口の接続隅部空間も小さくなるため
循環域も形成しない。よりて側方噴出口より供給された
二次空気が火炎帯上流に逆流して一次空気比を高めるこ
ともないので振動燃焼の発生もない。なお通路体の絞り
部先端を下流方向になだらかに傾斜させた山形の流線形
とすれは、二次空気の逆流域、循環域の消滅ないし低減
の効果は一層高まる。

以下本発明の一実施例を第１図〜第６図に基づいて給湯
器に適応した場合について説明する。

第１図〜第６図Ａにおいて１は燃焼用空気を供給するフ
ンンで吐出口には、その開口面積比によって一次空気と
数種の二次空気へ燃焼用空気を分割するための分割板２
を介してバーナ本体３に接続さｎでいる。分割板２の上
流側には電磁弁４を途中に備えた燃料管６の先端にノズ
ル６が設けられている。バーナ本体３は左右対称９成形
体７と中央部の通路体８より成る。成形体７には通路体
８に向かりて下流方向に傾斜した多数のスリット状の炎
口９よ構成る炎口部１０と、仕切壁１１によシ通路体８
との間の隙間部１２と仕切られた二次空気室１３と、炎
口部１ｏの下流側で、二次空気室１３と連通した多数の
側方噴出口１４が設けられ下流方向に傾斜した噴射板１
６が設けられている。−万通路体８は底部１６と成形体
７の間に混合気通路１７を構成し、下流側には絞夛部１
８とその先端部１９には多数の中央噴出口２０が設けら
れている。なお通路体８は収り部１８の外側の一部が前
記炎口部１０の端部によシ両側より支持さｎている。

バーナ本体３の下流側には燃脱室２１とフィン２２が設
けられ、さらにその下流側に排気通路２３と排気口２４
が−ｙｆ−成形さｎ、その外周に水管２６を備えた熱交
換器本体２６が接続さｎている。

上記の構成における作用を説明すると、ファン１により
供給された燃焼用空気は、分割板２によりそれに設けら
れた通気開口面積比に従って一次空気と、３種類の二次
空気に分割されバーナ本体３内へ供給される。一方燃焼
は、電磁弁４を通り燃料管６より供給され、先端のノズ
ル６よシ噴射さｎて分割板２により分割された一次空気
と共にバーナ本体に供給される。燃料と一次空気は混合
気通路１７を通る間に均一混合さ′ｔ′Ｌ、％さらに隙
間部１２を通る間に均一分配されて炎口９より燃焼室２
１内へ流出して炎口９上に火炎を形成する。

このとき炎口９は燃焼室壁側に傾斜しているため、燃焼
室２１内に広がった火炎を形成しようとする。

一方二次空気は１分割板２によって成形体Ｔ内に設けら
ｆＬだ一対の二次空気室１３内と、通路体８内へと分割
供給さ九る。二次空気室１３内へ供給された二次空気は
噴射板１５．が下流方向へ傾斜しているために１ｇ４０
方噴出口よシ傾斜噴射され、前記炎口９上に形成さｎた
燃焼室壁方向に広がった火炎に傾斜した対向噴流となっ
て供給される。また通路体８内へ供給された二次空気は
、絞り部１８で加速され燃焼室２１内へ噴出した先端部
１９に設けられた中央噴出口２ｏより両側の炎口９上に
形成さｎた火炎の方向と下流方向に噴射供給される。燃
焼室２１内で燃焼を完了した燃焼排気は、フィン２２で
熱交換をした後排気通路２３を通り排気口２４よジ外気
に排出さｎる。また燃焼至壁とフィン２２により燃焼排
気よジ伝えらｎた熱は。

熱交換器本体２６の外周に設けられた水管２６へ伝えら
れ給湯へ供さ九る。

このように炎口部１０が二分割さｎｌかつ炎口９上に形
成される火炎に中央噴出口２０と側方噴出口１４よジ両
側から二次空気を供給さｎるため。

火炎への二次空気供給がより上流側で充分行なわれる。

従って第３図に示すように第６図Ａ、　　Ｈに示し友よ
うな従来の燃焼装置で形成さｎる火炎（図中Ｂ）に比べ
本発明では火炎長は著しく短くなＶ（図中Ａ）、燃焼室
の小型化が実現できる。

また炎口部１０と噴射板１６は互いに傾斜して対向して
いるため、火炎中心部と側方噴出口１４までの距離が短
くなり二次空気の噴出速度Ｖ２が小さくてもよ４７Ｊ：
流側で充分火炎中心部まで二次空気が供給されることに
なる。こｎを詳しく示したものが第４図である。火炎中
心部までの二次空気の供給状態を現わす一つの判断基準
としてイエローＦＢＪ１１ｉＩの挙動を調べｎぽよいこ
とが分りている。

そこで供給する二次空気の噴出速度■２　　を−足にし
てイエローＥＢ＃の挙動の一例を示したのが第４図であ
る。図中の曲線ａ、ｂはそｎぞれ第６図Ａ。

Ｂｆｏ−よび第７図に示した従来の燃焼装置の特性であ
る。本発明の燃焼装置ではイエロー曲線は量論比の大き
い万に大きく後退し、安定な青火燃規域が者しく拡大さ
ｎていることが分る。従りて火炎中ノｂまで光分二次空
気が供給さｎていることが分り、同時に■２　　を少し
下げて安定燃焼域をある程度惰保し、その分ファン１の
送風圧を下げることができる。つまりファン１の小型化
をも同時に実現できる。

さらに炎口部１０は成形体７により一体化されている二
次空気室１３を流ｎる二次空気と、その端部で支持して
いる通路体８内を流れる二次空気により両側から間接的
に空気冷却を受けるため、燃焼速度が大きな燃料を使用
して燃焼量り火炎力；炎口９に近づいた場合でも炎口部
１０は異常加熱せずフラッシュバックを起こさない。又
炎口９上に形成される火炎は、側方噴出口１４よりの二
次空気供給のため燃焼速度の小さな燃料の場合でも燃滉
室壁に触れて冷却され消炎を生発することもない。これ
を説明する一例として示したのが第６図Ａ、　　Ｂであ
る。燃焼性の評価の基準として規格化されたＣｏ／ＣＯ
２の値をとってその許容範囲の広さを調べてみる。ある
燃焼量における許容突気供給範囲を調べると、一般に図
中Ａに示すような特性を示し、許容値を仮にＯ０ω６と
すれば図中に示すような上下限が表われる。これを広い
燃焼音域に渡って調べた一例が図中Ｂのグラフである。

図中には第６図Ａ、　　Ｂと第７図で示した従来の燃焼
装置の特性もそれぞれ図中ａおよびｂで示しである。ａ
ではＴＤＲは大きくとれるが火炎が伸びるため高負荷の
燃焼を行い燃焼室の小型化が困難で、逆にｂでは火炎が
短いので高負荷の燃焼を実現し燃焼室を小型にできるが
、消炎やフラッジ−バックのためＴＤＫを大きくとるこ
とはできない。こｎらの従来例に比べ本発明では前述し
た如く燃焼速度の異なる燃料を便用した場合でもフラッ
ジ−バックや消炎を生じることがなく従って燃焼装置の
ユニバーサル性が図らｆ′Ｌ、同時にＴＤＫを拡大する
ことができる。

また小さな二次空気噴出速度で短炎化でき、さらに反応
速度が有限であることによって生じる上限の二次空気噴
出速度は燃料のａ！類によってほぼ決まるが、二次空気
の噴出口を両側方と中央部に設は囲口面檀を大きく設定
できるので上限の二次空気流速までに達する間のファン
ノ虱重が大きくなる。即ち第６図Ｂに示した如く上下限
の二次空気噴出速度に達するまでのファン風食の許容幅
が広いため、燃焼制御が容易となる。

さらに第３図Ａに示した様に炎口部１０を通路体８に向
けて下流方向に１頃斜させ、かつ噴射板１６も下流方向
に傾斜させであるため、側方噴出口より供給された二次
空気は通路体８に衝突した後先端部１９の外壁に−沿っ
て下流方向に流ｎる。

従って逆流領域の発生はなぐなジー次空気比の上昇によ
って生じる振動燃滉も発生しない。

なお先端部１９の外形を、下流方向になだらかに傾斜さ
せた山形の流線形とすれば、通路体８に衝突した二次空
気は一層先端部１９に沿って下流方向に流れ易くなり、
逆流領域の肴滅効果は著しくなる。

以上の説明から明らか次ように、本発明の燃焼装置によ
ｎば以下の効果が得られる。

（１）通路体の中央噴出口と、二次空気室の四方噴出口
より炎口部上に形成される火炎は中央と両側方より二次
空気を供給されるため、二次空気がより上流側で火炎の
中心部まで供給され反応を促進して短炎火を図ることが
でき、従って燃焼室を小型化することが可能となる。

（２）通路体をはさんで両側に設けられた炎口部は噴射
板と下流方向に向けて対向するようにそｎぞれ傾斜して
いるため、四方噴出口から供給される二次空気は小さな
噴出速度でも火炎中心部まで供給される。また中央噴出
口からも二次空気が供給さ九るのでより一層小さな噴出
速度で短炎化が実現できるため、燃焼用空気を供給する
ファンの小型化も同時に図らｔ燃焼器全体の小型化が可
能となる。

（３）炎口Ｓは一端を通路体に接し、他端は二次空気￥
を構形する成形体と一体となっているため。

こ九らの中を通る二次空気によって間接的冷却を両側か
ら受けることになり、燃焼量を絞った時の燃焼速度の大
きな燃料でもフラッジ−バックを発生しない。また燃焼
速度の小さな燃料でも、火炎が直接燃焼室壁などの冷却
部に触れないため消炎を生じることもない。従って燃料
に対するユニバーサル性と％　ＴＤＲの拡大が同時に凶
ることができる。

（４）　　（２）で述べた如く小さな二次を気噴出速度
で短炎化が実現さｆ′Ｌ１葦た二次空気は通路体先端部
と両側の噴射板に設けることになハ噴出ロ面積を大きく
設足することができるため、反応速度のＭ成性によって
生じる上限の二次空気噴出速度に達するまでの燃焼用空
気量が増大するため、燃焼制御を行う場合の許容バラツ
キが大きくなり制御が容易となる。

（５）炎口部が通路体に向けて下流方向に傾斜し。

噴射板も下流方向に傾斜しているため、四方噴出口より
供給した二次空気は通路体の先端部に衝突した後、先端
部の外壁に沿って下流方向に流れ上流側への逆流は発生
しなくな９、−次を見比を実質上上昇させて振動燃焼を
発生することもない。これは、先端部外形状を、下流方
向になだらかに傾斜させた山形の流線形とすｎ（＜一層
効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１１８１は本発明の一実施例の燃焼装置を示す全体断
面図、第２図は第１図の一部断面斜視凶、第３凶Ａは本
発明によって形成さｎる火炎の説明用断面図、第３１１
Ｂは同従来例による火炎説明の断面図、第４図は二次空
気による？エロー麿の挙動を示す特性図、第６凶Ａは空
気過剰率に対するＣｏ／ＣＯ２特性図、第６図Ｂは燃焼
室の小型化とＴＤＲ性能のファン風雪に対する特性図、
第６図へＢは従来例の断面図、断面斜視図、財７図は他
の従来例の断面図である。 ７・・・・・・成形体、８・・・・・・通路体、９・・
・・・炎口、１０・・・・・・炎口部、１３・・・・・
・二次空気室、１４・・・・・四方噴出口、１６・−・
・・・噴射板、１８・・・・・・絞り部。 １９・・・・・・先端部、２０・・・・・・中央噴出口
％　２１・・・・・・燃焼室。 代理人の氏名　弁理士　中　趙　敏　男　ほか１名第１
図 ５ 第２図 第３図 （Ａ） ／／　　　ｌ／ ／１５　　　　１１４ 第４図 Ｖ２　ｔｒ　ｔｏｎｊｌ 量論えψ 第５図 （／Ｎ 鎧現を掟荷ｌｅａ’　（９−、） 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃焼室内へ突出した絞り部の先端部に中央噴出口
   を多数備えた二次空気の通路体を中央部に設け、前記通
   路体の両側に多数の炎口を備えた炎口部を配し、前記両
   側の炎口部の端部により前記通路体を両側より支持する
   とともに、他の端部には前記炎口部を構成する部材によ
   り二次空気呈を成形し、かつ前記炎口部の下流側に前記
   二次空気呈と連通した側方噴出口を多数備えた噴射板を
   もつ燃焼装置において、前記炎口部を前記通路体に向け
   て下流方向に傾斜させるとともに、前記噴射板を下流方
   向に傾斜させた燃焼装置。
2. （２）通路体の絞り部先端の燃焼室側の形状を、下流方
   向になだらかに傾斜させた山形の流線形とした特許請求
   の範囲第１項記載の燃焼装置。