JPS6327606B2

JPS6327606B2 -

Info

Publication number: JPS6327606B2
Application number: JP57065883A
Authority: JP
Inventors: Fumitaka Kikutani; Masahiro Indo; Nobuyuki Kanehara
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1982-04-19
Filing date: 1982-04-19
Publication date: 1988-06-03
Also published as: JPS58182018A

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、フアンなどを用いて強制燃焼を行なわせ
火炎長を短くして燃焼部の小型化を図つた燃焼装
置に関するものである。

従来この種の燃焼装置の一例として第７Ａ図
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１００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１０２，１０３にはそれぞれ噴霧ノズル１０
５，１０６と液送ポンプ１０７，１０８が分岐し
た送油パイプ１０９により各々独立して供給され
る二系統式の液体燃料供給系が設けられている。
そして気化体１０４の頂部には各種の仕切板１１
０の上部に、多数の炎口溝１１１を備えた錐筒状
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
スリツト状炎口１１４を備えたバーナプレート１
１５より成る第二の燃料混合系を形成している。
またバーナプレート１１５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
空気はフアン（図示せず）により送風ダクト１１
９より燃焼部に供給される。

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１
１６と気化体１０４内の上部気化室１０２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。

一方、液体燃料は送油パイプ１０９を通り、液
送ポンプ１０７，１０６により昇圧されて噴霧ノ
ズル１０５，１０６によりそれぞれ上、下部の気
化室１０２，１０３に各々供給される。第一燃料
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１００によつて加熱され気
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１１
１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１０３内へ供給され
た液体燃料も同様に、気化し連通孔１１３を通り
気化体１０４の下部より流出して気化体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１１５に達し、炎
口１１４より流出して気化体１０４の両側に側方
火炎を形成する。一方二次空気は二次空気室１１
６より側方噴射口１１７を通り、両側よりバーナ
プレート１１２，１１５上の火炎に供給される。

このように火炎は互いに独立した燃料供給系に
よりバーナプレート１１２及び１１５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TDR（Turn Down Ratio）範囲は、液
送ポンプ１０７及び１０８のいずれか一方を止め
て中央部火炎か側方火炎のいずれか片方のみの火
炎にすることにより、さらに噴霧ノズル１０５及
び１０６の初期の流量設定比を変化させることに
よつて、液送ポンプ１０７，１０８の一方を休止
させることによつて本来可能なTDR範囲を大幅
に拡大することが可能となる。

しかし最大燃焼量時にはバーナプレート１１２
上には中央部火炎が、又その両側のバーナプレー
ト１１５上には側方火炎がそれぞれ形成されるた
め火炎幅が広くなる。従つ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
部火炎まで届きにくく、従つて中央部火炎は下流
方向に長く伸び、又Yellowも現われ易い。従つ
て燃焼室は下流方向に長いものが要求される。こ
れをさらに詳しく示したものが第４図である。イ
エロー曲線は二次空気噴出速度V₂を増せば量論
比〔＝（供給された燃料）／（供給された一次空気量）
／（単位燃料）／（単位燃料の理論空気量）〕の大きい側
に後退し、安定した青火の領域が拡大することが発明者等の
実験により明らかとなつた。すなわち第４図中の
従来例のイエロー曲線ａは、v₂を増すと本発明の
曲線で示す位置まで後退し、安定したブルーフレ
ームの領域が拡大する。また二次空気の噴出速度
v₂が同じであれば、二次空気噴出口から火炎中心
部までの距離が小さい。従来例のイエロー曲線ｂ
は、距離が大きいイエロー曲線ａよりも安定した
ブルーフレームの領域が拡大することも分つた。
従つて第７図Ａ，Ｂの様な燃焼装置では中央部火
炎の中心部と、側方噴射口１１７までの距離が大
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図中の曲線ａ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、
バーナプレート１１２，１１５の幅を燃焼量一定
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V_nix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
要求される。

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
示す二つの問題があつた。

まず第１にV₂を増すためには、送風圧の大き
な大型のフアンが要求される。また小型のフアン
で回転数を上げると騒音の問題が発生する。

第２の問題としては火炎基部が大きなV₂の影
響を受けて不安定となり、非定常火炎となつて火
炎帯が間欠的に破れCOなどの未燃成分が発生す
るいわゆる“生燃え”現象の発生である。これを
説明したのが第５図である。火炎は前述のイエロ
ー曲線と生燃え曲線の両限界線に囲まれた範囲内
で安定した安定した青火を形成する。ここで炎口
負荷が大きなバーナでは小さなV₂でイエローが
消失するが同時に“生燃え”の発生するV₂も小
さくなる。従つて単に炎口負荷を増しただけのバ
ーナに大きなV₂で対応すれば“生燃え”が発生
してしまう。

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１１
２，１１５近くで燃焼が完了してしまう。従つて
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加熱され炎口温度が上昇し易
く、フラツシユバツクを起こし勝ちである。よつ
て燃焼速度の大きな燃料での使用には適さない。

さらに二系統の燃料供給系を備えているために
噴霧ノズル及び液送ポンプが各々二個必要とする
ために大きなコストアツプ要因となる。

また他の従来例として第８図に示すような構成
を持つ燃焼装置がある。これは本体１２０内部
に、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によつて
仕切られ、かつ絞り部１２３の両側には下流方向
に傾斜した三角形状の炎口１２７が設けられた通
路体１２８が、本体１２０の溝１２９と炎口１２
７の両側端によつて支持されている。

この燃焼装置の場合、混合気室１２２内より連
通孔１２１を流出した混合気は通路体１２８と本
体１２０の間隙を通つて炎口１２７より燃焼室内
に噴出され本体１２０の燃焼室壁に沿つて火炎を
形成する。一方二次空気は二次空気室１２５より
絞り部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は、二次空気噴出
口から火炎の二次空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つた火炎までの距
離）が短く設定できる。従つて同じ二次空気噴出
速度V₂に対するYellow曲線の特性は第４図中の
曲線ｂ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つて薄
くなつ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つて大きくなる。よつて形
成される火炎は燃焼室壁に沿つて火炎が伸びるこ
とになる。この場合燃焼量を絞つてをゆくと、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。一
方燃焼速度の大きな燃料では炎口近くで燃焼が完
了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、かつ燃焼量も多
いため炎口は異常加熱を受けやすくフラツシユバ
ツクを生じやすい。

この場合にも、最大燃焼量時の炎口負荷を上げ
V_nixを大きくし同時に二次空気噴出速度V₂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アンの
大型化と“生燃え”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
いずれも燃焼装置の小型化と、フアンも含めた燃
焼器全体の小型化、さらに燃料の種類に対する装
置のユニバーサル性とTDRの拡大また安定燃焼
域の拡大などを同時に満足するものではなかつ
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つたこれら燃焼装置の小型
化とフアンの小型化、TDRの拡大とユニバーサ
ル性を満たし、かつ燃焼制御の容易な安定燃焼域
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、大空気室
と大空気室と連通し、炎口部に隣接した小空気室
より成る空気室を、直線状に並んだ多数の炎口よ
り成る炎口部の両側に備え、炎口部近傍には小空
気室と連通した多数の小噴出口を設け、炎口部よ
りも下流側には大空気室と連通し、かつ燃焼ガス
流れの下流方向に開いて傾斜した平面上に多数の
大噴出口を設けるとともに、大空気室と小空気室
は減圧手段をもつて連通させ、小噴出口からの空
気噴出速度を大噴出口からの空気噴出速度よりも
小さく構成したものである。

この構成によつて炎口部上に形成される火炎は
大空気室から減圧手段を介して炎口部に隣接した
小空気室に流入し炎口部近傍の小噴出口から供給
された低速の空気流により火炎基部に空気が供給
されるためおだやかな反応による定常な安定火炎
が形成される。また下流域では燃焼ガス流れの下
流方向に開いて傾斜した平面上に設けられた大空
気口から大空気室より減圧されない高速で噴出す
る傾斜した空気流により火炎中に両側から強制的
に空気が供給され燃焼反応を促進して火炎長が短
くなる。ここで高速の空気流によつて火炎基部も
乱れの影響を受けることになるが、前述の火炎基
部の安定化作用により定常火炎が形成されている
ため火炎帯が破れることもなく“生燃え”も発生
しない。即ち小噴出口による低速空気流により火
炎が安定化し“生燃え”を防止するとともに、大
噴出口による高速空気流によりイエローの発生を
防止し、それぞれの限界を規定する現象に対応し
た空気供給方法を実現することによつて安定燃焼
域を拡大するものである。さらに炎口部は両側の
大、小二種類の空気室内を流れる室気により間接
的に冷却を受けるので、燃焼量を絞つた燃焼速度
の大きな燃料の場合でも炎口が異常加熱してフラ
ツシユバツクを生じることがなく、燃焼速度の小
さな燃料の場合でも火炎が空気層で囲まれ燃焼室
壁などに触れて消炎を発生することもない。

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３図において１は燃焼用空気を供給
するフアンで吐出口には、その開口面積比によつ
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
されている。分割板２の上流側には電磁弁４を途
中に備えた燃料管５の先端にノズル６が設けられ
ている。バーナ本体３は左右対称の成形体７と中
央部の通路体８より成る。成形体７には多数のス
リツト状の炎口９より成る炎口部１０と、炎口部
１０近傍に多数の小噴出口１１を備えた小空気室
１２と、炎口部１０より下流側には傾斜面１３に
多数の大噴出口１４を備えた大空気室１５が設け
られ、かつ小空気室１２と大空気室１５は減圧手
段として小径で通路抵抗の大きな複数の連通口１
６により互いに連通している。一方通路体８は大
空気室１７と、下流側に絞り部１８が設けられて
おり、かつ絞り部両側には前記炎口部１０の近傍
に多数の小噴出口１９を備えた小空気室２０が設
けられている。絞り部１８先端には多数の大噴出
口２１が、小空気室２０と大空気室１７の間には
複数個の連通口２２が設けられている。また通路
体８と成形体７の間には、通路体８の上流側に混
合気通路２３を、両側に間隙部２４を構成する。
なお通路体８は小空気室２０の外側に設けられた
段部２５を介し両側から炎口部１０により支持さ
れている。

バーナ本体３の下流側には燃焼室２６と、燃焼
室内へ突出した多数のフイン２７が設けられてお
り、さらに下流側には排気通路２８と排気口２９
が接続している。また燃焼室２６の外周には、水
管３０が設けられており熱交換を行い給湯に供さ
れる。

次に上記の構成における作用を説明すると、フ
アン１により供給された燃焼用空気は、分割板２
によつて開口面積比に関連して炎口部１０に供給
される一次空気と、通路体８と両側の成形体７へ
供給される３種類の二次空気に分割される。一方
燃料は電磁弁４を通り燃料管５を通つて供給さ
れ、先端のノズル６から噴射されて、分割板２よ
り分割供給された一次空気と共にバーナ本体３内
の混合気通路２３へ供給される。燃料と一次空気
は混合気通路２３内を通過する間に均一混合さ
れ、さらに間隙部２４を通る間に均一分配されて
炎口９を通り燃焼室２６内へ流出して炎口部１０
上に火炎を形成する。一方両側に一対で設けられ
た成形体７内へ供給された二次空気は、大空気室
１５に入り傾斜面１３に設けられた大噴出口１４
を通り前記炎口部１０上に形成された火炎の下流
側に高速の二次空気を噴射供給する。また大空気
室１５内の二次空気の一部は小径で通路抵抗の大
きな連通口１６を通る間に減圧されかつ流量を制
限され、小空気室１２内で流速が減速されながら
均一分配されて小噴出口１１を通つて炎口部１０
上に形成された火炎基部に低速の二次空気を供給
し、火炎基部でおだやかで安定した定常火炎を形
成する。同様に通路体８内に供給された二次空気
は、大空気室１７から絞り部１８を通過する間に
均一分配され、大噴出口２１を通つて火炎の下流
側に高速の二次空気を噴射供給する。また同様に
一部は連通口２２で流量を制限され、小空気室２
０内で減速されながら均一分配されて小噴出口１
９を通つて火炎基部に低速の二次空気を供給す
る。燃焼室２６内で燃焼を完了した燃焼排気は、
フイン２７で熱交換をした後排気通路２８を通り
排気口２９より外気に排出される。また燃焼室壁
とフイン２７により燃焼排気から伝えられた熱
は、燃焼室２６とフイン２７の外周に設けれた水
管３０へ伝えられ給湯へ供される。

このように１つの炎口部１０上に形成された火
炎は炎口部の両側より高速の二次空気が供給され
るため、従来に比べより低い二次空気流速V₂で
火炎の中心部まで二次空気が供給されることにな
る。即ち火炎長も従来よりも著しく短くなつてい
る。従来は、この安定域を拡大し火炎長を短くす
るためにV₂を大きくすることで対応しているが、
この場合送風圧が大きくなるのでフアンが大型化
していた。

本発明ではこのように火炎長をを短くすること
による燃焼部の小型化とフアンも含めた燃焼装置
の小型化が実現できる。

また一次空気比が大きい（量論比が小さい）火
炎では燃焼速度も大きくそれ自体比較的安定した
火炎で第３図中ロで示すような火炎形態となり、
一次空気比が小さい（量論比の大きい）火炎では
燃焼速度が小さく、周囲からの拡散によつて酸素
が供給されるため周囲の流れの状態により強く影
響を受ける不安定な火炎で、第３図中イで示すよ
うな火炎形態となる。

しかし一次空気比を増すと、いわゆる振動燃焼
の発生と、燃焼速度が大きく炎口部に火炎が密着
するため炎口温度が上がりフラツシユバツクを生
じ易くなる。従つて一次空気比は低目に設定され
るのが一般的である。このとき前述の如く火炎基
部は不安定となるが、本発明では炎口部の両側に
設けられた小噴出口により低速の二次空気が火炎
基部に供給されるので、火炎基部にはおだやかな
反応の定常安定火炎が形成されることになる。こ
れを従来の特性と比較したのが第５図である。こ
の火炎基部の安定化により混合気噴出速度V_MIX
が小さい領域即ち、燃焼量が小さい場合でも大き
なV₂に対しても安定火炎が形成され、火炎帯が
二次空気流により破れて発生する“生燃え”限界
がV₂の大きい方に後退して安定燃焼域が拡大す
る。また一次空気比が変化しても火炎基部は安定
しているので、広い一次空気比の範囲で同様の結
果が得られる。

さらに炎口部はその両側に設けられている大、
小空気室内を流れる二次空気で間接的に冷却され
るため燃焼速度の大きな燃料の場合に生じ易い炎
口加熱によるフラツシユバツクも発生せず、火炎
が燃焼室壁などの低温部に触れることもないから
燃焼速度の小さな燃料の場合に生じ易い消炎も発
生しない。これら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／CO₂の値をとつてその許容
範囲の広さを調べてみる。ある燃焼量における許
容空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0.005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
燃焼量域に渡つて調べた一例が図中Ｂのグラフで
ある。図中には第７図Ａ，Ｂと第８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
示してある。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
ツシユバツクのためTDRを大きくとることはで
きない。これ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使用した場合でも
フラツシユバツクや消炎を生じることがなく従つ
て燃焼装置のユニバーサル性が図られ、同時に
TDRを拡大することができる。なお実施例では
炎口部を二分割したものを示したが、単一の炎口
部でも同様であることは言うまでもない。

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) 炎口部上に形成される火炎は燃焼ガス流れの
下流方向に開いて傾斜した大空気室の大噴出口
より二次空気を供給されるため、二次空気の噴
出速度が小さくても十分火炎中央部まで二次空
気が供給され、燃焼反応を促進して火炎長を短
くし燃焼室を小さくするとともに、小さい二次
空気噴出速度でよいからフアンの送風圧も小さ
くて済み、フアンを含めた燃焼装置全体の小型
化が図れる。

(2) 炎口部上に形成される火炎は、両側に設けら
れた小噴出口より減圧手段を介して小空気室に
入り均圧整流された後低速となつた二次空気が
供給されるため、火炎基部はおだやかな反応に
よる定常安定火炎が形成され、高速の二次空気
流の影響をを受けても“生燃え”が発生せず、
一次空気、二次空気の変動に対しても広い領域
で安定火炎が形成されるため燃焼制御を行う際
の許容風量のバラツキを大きくとれ、制御が容
易となる。

(3) 炎口部は両側の大、小空気室内を流れる二次
空気で間接的に冷却されるためめ、燃焼量を絞
つた場合の燃焼速度の大きな燃料における炎口
加熱やフラツシユバツクが防止でき、又火炎は
燃焼室壁などの低温部に触れることもないから
燃焼速度の小さな燃料における消炎も発生しな
いためTDRの拡大と燃料の種類の異いに対す
る装置のユニバーサル性も同時に実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図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、第３図は第１図の一部断面斜
視図、第４図は二次空気によるイエロー線の挙動
について従来例と対比した比較図、第５図は生燃
え限界について従来例と対比した比較図、第６図
Ａは空気過剰率に対するCO／CO₂特性の特性図、
第６図Ｂは燃焼室の小型化とTDR性能のフアン
風量に対して示した特性図、第７図Ａは従来例の
全体断面図、第７図Ｂは同斜視図、第８図は他の
従来例の断面図である。９……炎口、１０……炎口部、１２，２０……
小空気室、１５，１７……大空気室、１１，１９
……小噴出口、１４，２１……大噴出口。

Claims

【特許請求の範囲】

１大空気室と前記大空気室と連通し炎口部に隣
接した小空気室より成る空気室を、直線状に並ん
だ多数の炎口より成る炎口部の両側に備え、前記
炎口部近傍には前記小空気室と連通した多数の小
噴出口を設け、前記炎口部よりも下流側には前記
大空気室と連通し、かつ燃焼ガス流れの下流方向
に開いて傾斜した平面上に設けられた多数の大噴
出口を設けるとともに、前記大空気室と前記小空
気室は減圧手段をもつて連通させ、前記小噴出口
からの空気噴出速度を前記大噴出口からの空気噴
出速度よりも小さく構成した燃焼装置。