WO2012117726A1

WO2012117726A1 - 燃焼プレート

Info

Publication number: WO2012117726A1
Application number: PCT/JP2012/001379
Authority: WO
Inventors: 万之赤木; 竹内　健
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2012-09-07
Anticipated expiration: 2013-09-02
Also published as: US9182118B2; CA2828691A1; AU2012224388A1; US20130337390A1; JP5513425B2; JP2012180988A; CA2828691C; EP2682676A4; EP2682676A1; EP2682676B1; AU2012224388B2

Abstract

　セラミック製のプレート本体３ａに、予混合ガスを噴出する多数の炎孔３ｂを形成した全一次燃焼式バーナ用の燃焼プレートであって、プレート本体に炎孔が存在しない無炎孔部３１が格子状に設けられ、無炎孔部で囲われるプレート本体の各領域を複数の炎孔が密集して形成される集合炎孔部３２とするものにおいて、集合炎孔部の周辺部の炎孔での火炎リフトを効果的に防止できるようにする。　無炎孔部３１の各集合炎孔部３２に隣接する各側部に、無炎孔部３１の長手方向に所定の間隔を存して外側炎孔３ｂ´を形成する。この所定の間隔は、集合炎孔部３２に形成する炎孔３ｂ間の無炎孔部３１の長手方向に平行な方向の間隔よりも広く設定される。また、無炎孔部３１の幅方向一側の外側炎孔３ｂ´と他側の外側炎孔３ｂ´とを無炎孔部３１の長手方向に位置をずらして配置する。

Description

燃焼プレート

　本発明は、主として給湯用や暖房用の熱源機に設けられる全一次燃焼式バーナで用いる燃焼プレートであって、セラミック製のプレート本体に、予混合ガスを噴出する多数の炎孔を形成したものに関する。

　従来、この種の燃焼プレートとして、プレート本体に炎孔が存在しない無炎孔部が格子状に設けられ、無炎孔部で囲われるプレート本体の各領域を複数の炎孔が密集して形成される集合炎孔部とするものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このものでは、無炎孔部に隣接する集合炎孔部の周辺部の炎孔から噴出する予混合ガスの一部が無炎孔部上に渦を巻くようにして還流する。そして、無炎孔部の両側に位置する集合炎孔部の周辺部の炎孔から還流する予混合ガスが干渉し合い、無炎孔部上にリフトし難い安定した火炎が形成されて、保炎効果が得られる。

　ここで、従来は、無炎孔部を挟んで隣接する一方の集合炎孔部の周辺部の複数の炎孔と他方の集合炎孔部の周辺部の複数の炎孔とが１つずつ対となって無炎孔部の幅方向に対峙する。そして、対となる炎孔から無炎孔部上に還流する予混合ガス同士が干渉し合うことになる。

　然し、これでは、集合炎孔部の周辺部の炎孔の一部で火炎のリフトを生ずると、そこが起点となって、周辺部の他の炎孔の火炎もつられてリフトしやすくなることが判明した。特に、予混合ガスの空気過剰率（一次空気量／化学量論的空気量）を高くする場合には、周辺部の炎孔での火炎リフトを生じやすくなり、これに起因して集合炎孔部全体での火炎リフトを生ずることがある。

特開平１１－３５１５２２号公報

　本発明は、以上の点に鑑み、予混合ガスの空気過剰率を高くしても、集合炎孔部の周辺部の炎孔での火炎リフトを効果的に防止できるようにした燃焼プレートを提供することをその課題としている。

　上記課題を解決するために、本発明は、セラミック製のプレート本体に、予混合ガスを噴出する多数の炎孔を形成した全一次燃焼式バーナ用の燃焼プレートであって、プレート本体に炎孔が存在しない無炎孔部が格子状に設けられ、無炎孔部で囲われるプレート本体の各領域を複数の炎孔が密集して形成される集合炎孔部とするものにおいて、無炎孔部の各集合炎孔部に隣接する各側部に、無炎孔部の長手方向に所定の間隔を存して炎孔が形成され、この所定の間隔は、集合炎孔部に形成する炎孔間の無炎孔部の長手方向に平行な方向の間隔よりも広く設定されることを特徴とする。

　本発明によれば、集合炎孔部の周辺部の外側の所々に無炎孔部の側部の炎孔（外側炎孔）が配置されることになる。そして、外側炎孔から無炎孔部上に還流する予混合ガスに対し、無炎孔部を挟んで反対側に位置する集合炎孔部の周辺部の炎孔から無炎孔部上に還流する予混合ガスが干渉するだけでなく、外側炎孔と同じ側に位置する集合炎孔部の周辺部の炎孔から無炎孔部上に還流する予混合ガスが干渉し、外側炎孔の保炎効果が高くなる。そのため、集合炎孔部の周辺部の炎孔の一部での火炎リフトを生じても、外側炎孔での保炎により、外側炎孔に近い周辺部の炎孔での火炎リフトが防止される。その結果、予混合ガスの空気過剰率を高くしても、周辺部の炎孔全体での火炎リフト、ひいては、これに起因して集合炎孔部全体で火炎リフトを生ずることを効果的に防止できる。

　尚、集合炎孔部に形成する炎孔の無炎孔部の長手方向に平行な方向の中心間距離をＰ、無炎孔部の各側部に形成する外側炎孔の無炎孔部の長手方向の中心間距離をＰ´として、Ｐ´≧２Ｐに設定することが望ましい。これによれば、外側炎孔と同じ側に位置する集合炎孔部の周辺部の少なくとも１つの炎孔が外側炎孔間に位置することになり、当該炎孔からの還流予混合ガスが外側炎孔からの還流予混合ガスに確実に干渉して、外側炎孔の保炎効果が高められる。

　ところで、無炎孔部の幅方向一側の外側炎孔と他側の外側炎孔とが無炎孔部の長手方向同一位置に配置されていると、無炎孔部の幅がその両側の外側炎孔間の部分でかなり狭くなってしまい、この部分では予混合ガスがうまく還流しなくなって、外側炎孔の保炎効果が低下する。

　そのため、本発明においては、無炎孔部の幅方向一側の外側炎孔と他側の外側炎孔とを無炎孔部の長手方向に位置をずらして配置することが望ましい。これによれば、各外側炎孔に対し無炎孔部を挟んで反対側の集合炎孔部の周辺部の炎孔が対峙して、無炎孔部の幅が外側炎孔間で過小に狭められることを防止でき、更には、無炎孔部の両側の外側炎孔から無炎孔部上に還流する予混合ガス同士も干渉し合うことになって、外側炎孔の保炎効果が一層向上する。

　この場合、無炎孔部の幅方向各側の隣り合う２つの外側炎孔の中心を結ぶ線を底辺とする二等辺三角形の頂点に無炎孔部の幅方向反対側の外側炎孔の中心を位置させれば、無炎孔部の幅方向両側の外側炎孔間の距離が全て等しくなる。そのため、全ての外側炎孔で高い保炎効果が得られ、火炎リフトを一層効果的に防止できる。

全一次燃焼式バーナの切断状態の斜視図。本発明の実施形態の燃焼プレートの平面図。実施形態の燃焼プレートの一部の拡大平面図。実施形態の燃焼プレートの無炎孔部上への予混合ガスの還流方向を示す説明図。発明品と比較品とを用いて行った燃焼試験結果を示すグラフ。

　図１を参照して、１は全一次燃焼式バーナを示している。このバーナ１は、上向きに開口する箱形に形成されたバーナ本体２と、バーナ本体２の上部に装着した燃焼プレート３とを備えている。以下、バーナ１の幅方向を横方向、バーナ１の奥行き方向を前後方向として説明する。

　バーナ本体２の上面外周部には、給湯用や暖房用の熱交換器を内蔵する燃焼筐（図示せず）の下端を結合するフランジ部２ａが設けられている。また、バーナ本体２内には、燃焼プレート３の下面に面する分布室４と、分布室４に対しバーナ本体２に一体の床壁２ｂで仕切られた下側の混合室５とが設けられている。また、混合室５の下側には給気室６が設けられている。そして、給気室６の底面６１に開設した給気口６２に燃焼ファン７を接続し、給気室６に燃焼ファン７から一次空気を供給するようにしている。

　分布室４の底面たる床壁２ｂの後部には、混合室５に連通する横長の開口部４１が形成されている。また、分布室４は、仕切り板４２により上下２つの空間に仕切られている。そして、混合室５から開口部４１を介して分布室４の下部空間に流入した予混合ガスが仕切り板４２に形成した多数の分布孔４２ａと分布室４の上部空間とを介して燃焼プレート３に導かれるようにしている。

　混合室５の前面５１は、バーナ本体２に一体の縦壁２ｃで閉塞されている。この前面５１には、縦壁２ｃを貫通する孔から成るノズル孔５２が横方向の間隔を存して複数並設されている。また、縦壁２ｃの外面には、複数のノズル孔５２に連通するノズル通路５２ａを縦壁２ｃとの間に画成する仕切り板８１を介してガスマニホールド８が取付けられている。仕切り板８１には、ガスマニホールド８内のガス通路８２とノズル通路５２ａとを連通する開口（図示せず）が形成され、ガスマニホールド８には、この開口を開閉する電磁弁８３が取付けられている。そして、電磁弁８３を開弁させたときに、ノズル通路５２ａに燃料ガスが供給され、各ノズル孔５２から燃料ガスが噴射されるようにしている。

　混合室５の底面５３には、混合室５の前面５１に通気間隙５４を存して対向し、各ノズル孔５２から噴出する燃料ガスが衝突する壁板５５が立設されている。壁板５５は、上方に向かって前方に傾斜している。また、混合室５の底面５３の通気間隙５４に臨む部分には、給気室６からの一次空気を混合室５に導入する横長の空気導入口５６が開設されている。そして、各ノズル孔５２から噴出する燃料ガスが壁板５５に衝突して拡散し、通気間隙５４に流れる一次空気に拡散した燃料ガスが混入して、燃料ガスと一次空気との混合が促進され、均質な予混合ガスが生成されるようにしている。

　また、通気間隙５４には、各ノズル孔５２の下側に位置させて、前後方向に長手の樋状の邪魔板５７が設けられている。これによれば、燃料ガスの噴出量を少量にする弱燃焼時にも、燃料ガスを一次空気の影響を受けることなく確実に壁板５５に衝突させることができる。

　燃焼プレート３は、図２に示す如く、セラミック製のプレート本体３ａに多数の炎孔３ｂを形成して成るものであり、予混合ガスがこれら炎孔３ｂから噴出して全一次燃焼する。以下、燃焼プレート３について詳述する。尚、図１では、図面の簡略化のため炎孔３ｂを省略している。

　本実施形態では、プレート本体３ａに、炎孔３ｂが存在しない無炎孔部３１を菱形の格子状に設け、無炎孔部３１で囲われるプレート本体３ａの各領域を複数の炎孔３ｂが密集して形成される集合炎孔部３２としている。図３を参照して、具体的に例示すると、集合炎孔部３２の周辺部の炎孔３ｂに外接する菱形の一辺の長さＬを９ｍｍ、これら菱形の間の無炎孔部３１の幅Ｗを４ｍｍとし、集合炎孔部３２に、直径１．２ｍｍの炎孔３ｂを無炎孔部３１の長手方向に平行な方向（上記菱形の各辺に平行な方向）の炎孔３ｂ間の間隔（中心間距離）Ｐが１．９５ｍｍになるように計２５個形成している。

　また、無炎孔部３１の各集合炎孔部３２に隣接する各側部に、無炎孔部３１の長手方向に所定の間隔を存して炎孔（外側炎孔）３ｂ´を形成している。この所定の間隔、即ち、外側炎孔３ｂ´の無炎孔部３１の長手方向の中心間距離Ｐ´は、集合炎孔部３２に形成する炎孔３ｂの無炎孔部３１の長手方向に平行な方向の中心間距離Ｐよりも広く設定される。ここで、Ｐ´は２Ｐ以上に設定することが望ましく、本実施形態では、Ｐ´＝３Ｐとしている。尚、外側炎孔３ｂ´は集合炎孔部３２に形成する炎孔３ｂと同径である。

　更に、無炎孔部３１の幅方向一側の外側炎孔３ｂ´と他側の外側炎孔３ｂ´とが無炎孔部３１の長手方向に位置をずらして配置されている。本実施形態では、無炎孔部３１の幅方向各側の隣り合う２つの外側炎孔３ｂ´，３ｂ´の中心を結ぶ線を底辺とする二等辺三角形Ｔの頂点に無炎孔部３１の幅方向反対側の外側炎孔３ｂ´の中心が位置するように、無炎孔部３１の幅方向一側の外側炎孔３ｂ´と他側の外側炎孔３ｂ´との位置を無炎孔部３１の長手方向にずらしている。これにより、無炎孔部３１の幅方向両側の外側炎孔３ｂ´，３ｂ´間の距離が全て等しくなる。

　本実施形態によれば、集合炎孔部３２の周辺部の外側の所々に外側炎孔３ｂ´が配置されることになる。そして、図４に矢印で示すように、外側炎孔３ｂ´から無炎孔部３１上に還流する予混合ガスに対し、無炎孔部３１を挟んで反対側に位置する集合炎孔部３２の周辺部の炎孔３ｂから無炎孔部３１上に還流する予混合ガスが干渉するだけでなく、外側炎孔３ｂ´と同じ側に位置する集合炎孔部３２の周辺部の炎孔３ｂから無炎孔部３１上に還流する予混合ガスが干渉する。即ち、Ｐ´≧２Ｐに設定すれば、無炎孔部３１の各側部の外側炎孔３ｂ´，３ｂ´間にこれと同じ側に位置する集合炎孔部３２の周辺部の炎孔３ｂの少なくとも１個（本実施形態の如くＰ´＝３Ｐとした場合は２個）が位置することになり、当該炎孔３ｂからの還流予混合ガスが外側炎孔３ｂ´からの還流予混合ガスに干渉する。そのため、外側炎孔３ｂ´の周囲のほぼ１８０°に亘る広範囲で還流予混合ガスが干渉し合い、外側炎孔３ｂ´の保炎効果が高くなる。従って、集合炎孔部３２の周辺部の炎孔３ｂの一部での火炎リフトを生じても、外側炎孔３ｂ´での保炎により、外側炎孔３ｂ´に近い周辺部の炎孔３ｂでの火炎リフトが防止される。その結果、予混合ガスの空気過剰率を高くしても、周辺部の炎孔３ｂ全体での火炎リフト、ひいては、これに起因して集合炎孔部３２全体で火炎リフトを生ずることを効果的に防止できる。

　ところで、無炎孔部３１の幅方向一側の外側炎孔３ｂ´と他側の外側炎孔３ｂ´とが無炎孔部３１の長手方向同一位置に配置されていると、無炎孔部３１の幅がその両側の外側炎孔３ｂ´，３ｂ´間の部分でかなり狭くなってしまい、この部分では予混合ガスがうまく還流しなくなって、外側炎孔３ｂ´の保炎効果が低下する。

　これに対し、本実施形態では、無炎孔部３１の幅方向一側の外側炎孔３ｂ´と他側の外側炎孔３ｂ´とが無炎孔部３１の長手方向に位置をずらして配置されるため、各外側炎孔３ｂ´に対し無炎孔部３１を挟んで反対側の集合炎孔部３２の周辺部の炎孔３ｂが対峙して、無炎孔部３１の幅が外側炎孔３ｂ´，３ｂ´間で過小に狭められることを防止できる。更には、無炎孔部３１の両側の外側炎孔３ｂ´，３ｂ´から無炎孔部３１上に還流する予混合ガス同士も干渉し合うことになって、外側炎孔３ｂ´の保炎効果が一層向上する。特に、本実施形態では、無炎孔部３１の幅方向両側の外側炎孔３ｂ´，３ｂ´間の距離が全て等しくなるため、全ての外側炎孔３ｂ´で高い保炎効果が得られ、火炎リフトを一層効果的に防止できる。

　以上の効果を確かめるために、図３のＬ，Ｗ，Ｐ，Ｐ´の各寸法を上記例示寸法とした上記実施形態の燃焼プレート（発明品）と、Ｌ，Ｗ，Ｐの各寸法を上記例示寸法とするが外側炎孔３ｂ´は省略した燃焼プレート（比較品）とを用い、バーナ上方に熱交換器を配置した状態で燃焼試験を行った。燃焼試験では、一次空気量を一定とし、インプット（燃料ガスの発熱量換算での供給量）を変化させて、熱交換器を通過した燃焼排ガス中のＣＯ濃度を測定した。尚、一次空気量は、インプットが１０ｋＷのときに空気過剰率が１．３になるように設定した。

　発明品では、インプットの変化に伴いＣＯ濃度が図５にａ線で示すように変化し、比較品では、図５にｂ線で示すように変化した。ここで、インプットの増加で予混合ガスの空気過剰率を低くすると、燃料ガスと一次空気とを完全に混合することが困難であるため、燃焼プレートからの噴中ガス中の空気過剰率が部分的に１未満になって不完全燃焼し、ＣＯ濃度が増加する。また、インプットの減少で予混合ガスの空気過剰率を高くすると、火炎リフトを生じやすくなり、火炎が燃焼反応完了前に熱交換器に接触して、ＣＯ濃度が増加する。図５から明らかなように、インプットを増加（空気過剰率を減少）させた場合は、発明品と比較品とでＣＯ濃度に然程の差はないが、インプットを減少（空気過剰率を増加）させた場合は、ＣＯ濃度が比較品に比し発明品の方が大幅に減少する。このことから、外側炎孔３ｂ´を設けることにより、予混合ガスの空気過剰率が高くても、火炎リフトを効果的に防止できることが分かる。

　以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、集合炎孔部３２の形状を菱形にしているが、この形状は菱形以外の四角形や三角形であってもよい。また、外側炎孔３ｂ´の孔径は、集合炎孔部３２の炎孔３ｂと異なる径であってもよい。

　３…燃焼プレート、３ａ…プレート本体、３ｂ…炎孔、３ｂ´…外側炎孔、３１…無炎孔部、３２…集合炎孔部、Ｐ…集合炎孔部に形成する炎孔の無炎孔部の長手方向に平行な方向の中心間距離、Ｐ´…外側炎孔の無炎孔部の長手方向の中心間距離、Ｔ…二等辺三角形。

Claims

　セラミック製のプレート本体に、予混合ガスを噴出する多数の炎孔を形成した全一次燃焼式バーナ用の燃焼プレートであって、
　プレート本体に炎孔が存在しない無炎孔部が格子状に設けられ、無炎孔部で囲われるプレート本体の各領域を複数の炎孔が密集して形成される集合炎孔部とするものにおいて、
　無炎孔部の各集合炎孔部に隣接する各側部に、無炎孔部の長手方向に所定の間隔を存して炎孔が形成され、この所定の間隔は、集合炎孔部に形成する炎孔間の無炎孔部の長手方向に平行な方向の間隔よりも広く設定されることを特徴とする燃焼プレート。
　前記集合炎孔部に形成する炎孔の前記無炎孔部の長手方向に平行な方向の中心間距離をＰ、無炎孔部の前記各側部に形成する炎孔の無炎孔部の長手方向の中心間距離をＰ´として、Ｐ´≧２Ｐに設定されることを特徴とする請求項１記載の燃焼プレート。
　前記無炎孔部の各側部に形成される炎孔を外側炎孔として、無炎孔部の幅方向一側の外側炎孔と他側の外側炎孔とが無炎孔部の長手方向に位置をずらして配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の燃焼プレート。
　前記無炎孔部の幅方向各側の隣り合う２つの外側炎孔の中心を結ぶ線を底辺とする二等辺三角形の頂点に無炎孔部の幅方向反対側の外側炎孔の中心が位置することを特徴とする請求項３記載の燃焼プレート。