JPS5849444Y2 - ガス・バ−ナ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、加熱装置、暖房装置および厨房器具などに利
用できるガス・バーナに係り、特に二段燃焼法により窒
素酸化物（低ＮＯｘと略記する。

）の排出量を低減したガス・バーナに関する。

二段燃焼法によるガス・バーナの１例について第１図を
参照しながら説明する。

すなわち、燃焼用空気流路７を分岐し、その分岐部８か
らの空気ガス管９から供給されるガスと混合器１で予混
合してバーナ２に点火し一次燃焼室３内で一次炎３ａを
形成させる一方、一次燃焼室３の外周面に前記分岐部８
からの配管１０内を流れた空気流を供給して二次空気流
路４を形成させ、その二次空気を一次燃焼室３の上方に
穿孔された吹出口５から一次炎３ａで生成する燃焼ガス
に加えて二次燃焼室６で２次炎を形成してＮＯｘの低減
化を計っている。

この種の２段燃焼バーナーの大部分はボイラ、加熱炉或
いは燃焼装置に所用されている。

ところで、家庭用加熱器具、暖房器具或いは厨房器具な
どの燃焼器はその排気ガスをたとえばＦ。

Ｆストーブのように室外に放出し室内の酸欠防止等を計
った製品が多く見られるようになり、器具によっては排
気ガスの処理手段を義務付けている。

このように排気ガスを大気中に放出する場合、大型燃焼
器と同様排気ガス中に含まれるＮＯｘ量を低減する必要
がある。

本考案者らは家庭用燃焼器具等における横長の大気圧ブ
ンゼンバーナで第１図に示した２段燃焼法を採用して燃
焼実験を行なった結果次に述べるような欠点を持つこと
を見出した。

すなわち、第１に一次燃焼室３の長手方向にわたって炎
が一様に保持されないので燃焼室の一部から炎が浮き上
り、この部分からＮＯｘの増大が顕著である。

この傾向は天然ガス、プロパンガスのように燃焼速度の
低いガスの場合に特に顕著である。

これは一次燃焼室３に吹出されるガスの流速がバーナ２
の長手方向に変化しているためと想定される。

第２に、一次空気量が何らかの原因で減少し、ある規定
値の範囲をはずれると著しくＮＯｘが増大する。

そしてその範囲は燃料ガスと一次空気を予混合したとき
のその空気比λ１が０．８〈λ１ ＜ ０．９と極めて
せまくＮＯｘの増加だけでなく、火炎が安定せずに二次
燃焼室で炎を形成し一次燃焼室に火炎で保持できない欠
点が有る。

第３に、低ＮＯｘ燃焼時には一次燃焼室側壁の平均温度
は７５０℃から９００℃が望ましい。

しかしバーナの長手方向に薄板で一次燃焼室を形成した
場合熱変形が著しく現われる。

とくに繰り返し着消火を行なうと壁は熱応力を受けて著
しく損傷し寿命も短かくなる欠点が有る。

家庭用のバーナを対象にした場合に室壁を厚くすると高
価でかつ加工が容易でないため薄板で一次燃焼室を形成
することが望ましい。

第４に二次燃焼室６に形成された長手方向の２次炎６ａ
は第１で説明した原因のほかに長手方向に設けられた２
次炎りａ二次空気吹出口５からの二次空気量が一様でな
い場合にも２次炎６ａが乱れてＮＯｘの増加が認められ
る。

そして二次空気の注入角が成る規定の範囲外になるとＣ
Ｏの量が著しく増大してバーナの特性を不安定にする欠
点がある。

ところで、炎の吹飛びは一次燃焼室内に流れる未燃の予
湿気の平均流速■が燃焼速度ｓｂよりも大きい場合に生
じる。

即ち吹飛び条件は、ｓｂ＜ｖ・・・・・・（１）となる
。

燃焼速度ｓｂは第２図に示した様に一次空気比λ１とガ
スの種類により変化する。

第２図は燃焼速度ｓｂと一次空気の理論混合比λ１との
関係を示す特性図で図中曲線ａはＨ２のようにｓｂの大
きいガスを、曲線すはＣＨ４・Ｃ３Ｈ８のようにｓｂの
小さいガスをそれぞれ示す。

なおｓｂはλを二０．８〜０．９で最大値を示す。

図中−次空気比λ。

の混合気を燃焼させる場合、燃焼室内の平均流速■を直
線Ｃで示すと、燃焼速度Ｓｂｏ〉■であるから火炎の吹
飛びがなく、火炎は燃焼室内に保持される。

しかし燃焼室の長手方向の何れかの部位で流速がｖ＋ｉ
ｖになり、これを直線ｄとすればＳｂｏ＜ｖ＋ｊｊｖに
なるから、この部位で吹飛びを生じる。

直線Ｃが曲線ａ、ｌ）を切り取る長さＪλａ−１λｂは
それぞれのガスが吹飛びを生じない空気比の範囲を示し
ている。

このように燃焼速度ｓｂの小さいガスは空気比のわずか
な変動により容易に吹飛ぶことが第２図から明らかであ
る。

つぎに拡散燃焼時について説明する。

一次燃焼室に火炎が保持されない場合には、供給された
ガスの全量が二次燃焼室で燃焼する。

この燃焼は、一次燃焼室内での燃焼とは異なり、二次空
気中の０２が次第にガスと拡散混合しながら反応し熱を
発生するという拡散燃焼といわれる熱燻方式になる。

拡散燃焼では一般に、局部的にきわめて０２濃度（〔０
２〕で表わす）が高くかつ温度も高い領域が存在するの
で、ＮＯｘ量が増大する。

また、一次燃焼室に火炎が保持されない場合には、二次
燃焼室内の火炎は著しく伸長し、かつ火炎後流部の高温
領域も著しく拡大し高温領域での滞留時間が増加しＮＯ
ｘ量も増大する。

一般に火炎後流での高温気体中のＮＯｘ生戊生成次の様
に記述される。

ただし、（ＮＯ）：高温気体中のＮＯ濃度（Ｎ２）：
Ｎ２濃度 （０２）： ０２濃度 Ｂｏ、Ｂ１：定数 Ｔ：高温気体の温度 τ： の消音時間 この条件をみると（ＮＯ）を低下せしめるには、（イ）
０２濃度を低下（ロ）ガス温度の低下、（・・）滞留時
間の短縮などが必要であるが、拡散燃焼では上述の如く
、これらの条件を実現することがむずかしい。

即ち、低ＮＯｘ燃焼を行わせるためには、二次燃焼室で
の拡散燃焼を避は一次燃焼室に火炎を保持せねばならぬ
ことがわかる。

ところで一次燃焼室の側壁は、一次燃焼室で燃焼したガ
スの冷却面として作用する。

一次燃焼室出口に於る燃焼ガス温度Ｔ２は次の様になる
。

ただし、Ｇ、 ： １次空気流量（ｋｇ／ｈ）、Ｇ２：
２次空気流量（ｋｇ／ｈ）、Ｋ：燃焼ガスと２次空気の
間の熱通過係数（ＫＣａｌ／ｍ２ｈ℃）、Ｔ□：理論断
熱火炎温度、Ａｏニー次燻燃焼室表面積ｍ２）、Ｃｐ：
比熱（Ｋｃａｌ／ｋｇ’Ｃ） 実験によれば、一次燃焼室出口に於る燃焼ガス温度Ｔ２
は断熱火炎温度の７５％まで低下させると、ＮＯｘは低
減することが認められた。

（即ちＴ２／Ｔ１≦０．７５）この条件を満足するため
には、Ｇ １＝３．３ｋｇ／ ｈ 、 Ｇ２＝４．４
ｋｇ／ ｈ 、 Ｋ ＝ １５ Ｋｃａｌ／ｍ２ｈ ℃
、Ｃｐ＝０．２４ Ｋｃａｌ／ｋｇ℃なる場合には、Ａ
。

２０．０２ｍ２としなければならない。

即ち一次燃焼室の長手方向の全寸法を０．２ ｍとする
とき、その高さは５ｃｍ以上にする必要がある。

従って、燃焼室は容易に変形にし単なる横長の箱型−次
燃焼室の構造では好ましくない欠点がある。

本考案は、上記欠点を除去するために多数の炎孔を有す
る横長の炎孔板を長手方向に複数に区画して接続されか
つ側壁に複数の連通小孔を穿設した複数の筒状−次燃焼
小室群とすることにより薄板でも熱応力に十分耐える構
造としかつ安定した２段燃焼を行ない低ＮＯｘ化が可能
なガス・バーナを提供するものである。

以下図面を参照して本考案を詳細に説明する。

第３図は本発明に係るガス・バーナの側面腹部を切開し
て１部縦断面で示す斜視図、第４図は第３図をｘ−ｘ’
で切断した縦断面図、第５図は第３図における一次燃焼
小室を示す斜視図である。

１１はブック状二段燃焼ガス・バーナ本体で、１２は上
部が長手方向に開口したブック形状の外箱でこの外箱１
２の低部側壁には給気管１３が接続され内部と連通して
いる。

この給気管１３内に所望間隙を形成して混合管１４が同
心的に挿通され前記外箱１２の低部側に所望間隙を形成
して設けられた長手方向に延びる予混合室１５の側壁に
室内と連通して接続されている。

この予混合室１５の上側には長手方向に延びる開口１５
ａを有しこの間口１５ａには多数の炎孔１６が透設さ
れ炎孔板１７を圧入して配設している。

この炎孔板１７の上側には第５図に示す構造を有する筒
状燃焼小室１８］、１８２，１８３・・・・・・を隣接
、する燃焼小室１８．．１８□、１８３・・・・・・が
接触するように設けられて長手方向に複数に区画して一
次燃焼室１８を形成し前記予混合室１５と接続している
。

夫々の筒状燃焼小室１８．．１８□、１８３・・・・・
・の側壁には夫々長手方向に膨出部１９．，９１２，１
９３・・・・・・が形成され上端に内側に折り曲げられ
た折り返し部２０、．２０□、２０３・・・・・・を設
けることにより機械的強度を向上させている。

前記膨出部１９□、１９□、１９３・・・・・・には、
複数の小孔２６が穿設されている。

前記外箱１２の内壁には前記１次燃焼室１８の上方より
二次空気を供給する整流板２１を設けて上側を二次燃焼
室２２に下側を二次空気室２３に仕切り前記１次燃焼室
１８の上部に長手方向に二次空気孔２４が形成されてい
る。

さらに前記外箱１２の内壁には一次燃焼室１８の上方に
延在した点火栓２５が設けられこれによりガスが点火さ
れ燃焼を開始する。

次に上記ブック状二段燃焼ガス・バーナの作用を説明す
る。

すなわち従来のガス・バーナにおいては燃焼室長手方向
にわたって均一に燃料ガスを流すことが困難で、部分的
に平均速度■が燃焼速度ｓｂを越える場合（ｓｂ＜ｖ）
には火炎の吹飛びが起り多量のＮＯｘが発生することは
前述したとおりである。

これに対して本発明が低ＮＯｘ燃焼を実現するために最
適な一次空気比λ１は０．９５＞λ、＞０．６０の範囲
にある。

この範囲の一次空気比に調整された予混合気が一次燃焼
１９で部分燃焼し、その後二次燃焼室２２で完全燃焼す
る。

即ち、一次燃焼室１９出口の部分燃焼ガス中のＮＯｘ濃
度は１０ ｐｐｍ以下となる。

一次燃焼室１９の側壁に小孔２６がない場合、予混合気
の一次空気比λ１がλ１＜０．７５なる範囲では、燃焼
室の長手方向のどこかで燃焼速度ｓｂが混合気の平均速
度■よりも小さくなるところが生じ、火炎の吹飛びを生
じその結果、著しくＮＯｘ濃度が増加する様になった。

（ｓｂ＜ｖ＞この傾向はとくに燃焼速度ｓｂの低い天然
ガス（ＣＨ４）の予混合気において顕著であった。

しかしながら一次燃焼室１９側壁に小孔２６がある場合
、前述の様に、一次燃焼室１９内の局部的に低速度の部
分に小孔２６より二次空気室２３から空気が流れこみ、
局部的に一次空気比λ１の高い混合気が生じる。

したがって燃焼速度ｓｂは空気比０．９ていどで最大値
を示すものであるから結果として局部的にｓｂ＞ｖなる
条件を満足する領域が生じ、一次燃焼室１つ内に火炎が
保持される。

その結果として一次空気比λ１がλ１＜０．７５より低
くとも、低ＮＯｘ燃焼を維持できることになり０．９５
＞λ１〉０゜６０の範囲でＮＯｘ低減率が奢〜ｈとなっ
た。

一次燃焼室出口に於る部分燃焼ガス中のＮＯｘ濃度は１
０ ｐｐｍ以下であるが、ＣＯ濃度は５％と著しく高い
ため、二次燃焼室２２で完全燃焼させる必要がある。

完全燃焼の度合は、二次空気と部分燃焼ガスの混合の良
否に左右され、この混合は二次空気噴出軸線と一次空気
燃焼軸線のなす角度θが１２０’＞θ〉３０°であると
き良好であることがわかった。

第７図から明らかなように曲線ａは一次空気を注入する
ことによりＣＯが、一次空気孔のない場合の曲線すに比
べ約士に低下したことを示している。

第７図は角度θとＮＯｘ低減率の関係を示す。以上説明
した本考案による二段燃焼ガス・バーナによれば一次燃
焼室を長手方向に複数に区画してかつ複数の小室を筒状
に形成しているため熱変形がすくなく、シかも放熱面積
が大きいために一次燃焼ガスの温度が適正値まで低下さ
せることができＮＯｘの発生量を減少させる効果を有す
る。

さらに筒状燃焼小室側壁に設けた小孔は一次空気のわず
かな変動による火炎の吹飛びを防止できる。

第６図は一次空気比λ１とＮＯｘの低減率の関係を示し
た曲線図で曲線ｆは本考案に係るバーナの特性を示し、
曲線ｇは従来のバーナの特性を示している。

すなわち、曲線ｆではλ１が０．６附近で、曲線ｇでは
λ１が０．８附近で急激にＮＯｘが低下し安定した特性
を有することが認められる。

この第６図から明らかなよう一次空気比λ１の変動範囲
の広い２段燃焼における１次燃焼炎を形成することがで
きＮＯｘおよびＣＯの発生量が少ない安定した２段燃焼
を得ることができる。

なお、一次燃焼室は第３図から第５図に示した実施例の
ごとく独立した筒状燃焼室が隣接したものではなく長手
方向に延びた箱状燃焼室を仕切壁で複数に区画して筒状
燃焼室を形成してもよい。

突起の形状は第８図ａに示すように凹形状突起２７、第
８図すに示す段付き筒状燃焼室２８としたものおよび第
８図Ｃに示すごとくパイプ２９を架設したものでもよく
これらに小孔２６を穿設してもよい。

なお、第４図と同一部分は同一符号で示した。

また一次燃焼室の材質は耐熱合金の他にセラミックスな
どで形成される。

以上説明したように本考案の要旨は長手方向に二段燃焼
炎を形成するガス・バーナに係り、一次燃焼室を長手方
向に区画して複数の筒状燃焼室を形成し側壁に小孔を設
けてしかも２次空気孔からの注入角を３０°〈θ〈１２
０°の間に選ぶことにより安定した二段燃焼を形成して
ＮＯｘおよびＣＯの発生量が少ないガス・バーナを提供
するもので、この要旨を変更しない程度に種々の応用、
変形を有することは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の二段燃焼ガス・バーナを一部側面で示す
縦断面図、第２図はガスの種類別−次空気比との関係を
示す特性図、第３図は本考案に係るガス・バーナの一実
施例を一部切開して縦断面で示す斜視図、第４図は第３
図においてｘ−ｘ’矢視方向に切断して示す縦断面図、
第５図は第３図における一次燃焼室を拡大して示す斜視
図、第６図は本考案と従来のガス・バーナの効果につい
てＮＯｘの低減率と一次空気比との関係を比較して示す
特性図、第７図は二次注入角の範囲とＣＯ低減率との関
係を示す特性図、第８図は本考案に係る一次燃焼室の他
の例を概略線図で示す断面図である。 なお、１２は外箱、１３は給気管、１４は混合管、１５
は予混合室、１６は炎孔、１７は炎孔板、１８は筒状−
次燃焼室、１９は膨出部、２０は折り返し部、２１は整
流板、２２は二次燃焼室、２３は二次空気室、２４は二
次空気孔、２５は点火栓、２６は小孔である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 燃焼空気の一部を一次空気として気体燃料と予混合する
   予混合室と、この予混合室に設けられた横長でかつ多数
   の炎孔を有する炎孔体と、この炎孔体の上部に長平方向
   を複数に区画して設けられた複数の一次燃焼小室群と、
   これらの一次燃焼小室群および前記予混合室の周壁を間
   隙を有して囲みかつ燃焼二次空気を前記−次燃焼室群の
   上方より供給される二次空気室とを具備し、前記夫々の
   一次燃焼小室の室壁に予混合気の燃焼速度より低い速度
   の流速部分を生じる加工部を形成し、かつの加工部に前
   記二次空気室に連通ずる小孔を形成してなることを特徴
   とするガス・バーナ。