(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス燃焼に必要な空気の全てを混合させ、送風機を用いて混合気体をバーナに供給し燃焼させるいわゆる強制燃焼式全一次空気予混合燃焼バーナにおいて、バーナの炎口は多数の小穴乃至スリットまたは小穴とスリットを組合わせた形状とし、炎口部で完全燃焼した高温の燃焼排気は、被加熱物の面に対してほぼ一定の間隔を設けてほぼ直角に衝突するような多数の噴出口を設けた袋状の排気溜めを経由して外気に放出される構成とし、バーナの炎は炎口を出る際には水平または水平よりも下向きに形成されるようにバーナ部を構成し、排気溜めに設けた噴出口の総面積がバーナの炎を形成する炎口の総面積よりも小さくなるように設定すると共に、排気を噴出するための排気溜め内の圧力よりも、混合気体をバーナに供給する圧送管内の圧力が高くなるように構成したことを特徴とするガス燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガス燃料または液体燃料をガス化させて燃焼させるためのバーナ装置に関し、高負荷燃焼を実現すると共に熱利用効率の向上と大気の環境改善を図り、且つ汎用性を得る技術についてのものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種ガスバーナは、ガスを燃焼させるための必要空気量の４０乃至７０％を一次空気として燃料ガスと混合させ、バーナの炎口で燃焼させる際周辺の空気すなわち二次空気と接触させて完全燃焼させる形態のいわゆるブンゼン式燃焼バーナが一般に用いられていた。  また予め燃焼に必要な全ての空気を燃料ガスと混合させ、この混合気体をバーナの炎口部に送り燃焼させる全一次空気燃焼のバーナもよく知られている。そのほか一次空気を全く用いず炎の周辺の空気のみで燃焼させる全二次空気燃焼のいわゆる赤火式燃焼バーナや、ブンゼン式と赤火式の中間の燃焼を行うセミブンゼン式バーナおよび送風機によって強制的に高負荷燃焼をさせるブラストバーナも存在する。これら公知のバーナにおいては炎口部の形状に制約があり、またガスを完全燃焼させるための燃焼部の大きさや排気の通路形態にもある種の設計条件が存在するため、被加熱物のさまざまな伝熱部形状に対して効果的に燃焼熱を与える構成が困難な場合が多かった。
【０００３】
近年、大気の環境改善と省エネルギーの必要性が高まり、給湯器をはじめとするガス燃焼機器において、全一次空気燃焼式バーナの利用方法や、燃料に対する空気の量をバーナの部分ごとに変えるいわゆる濃淡燃焼方式の研究が行われ、一部実用化されて目的についての効果は認められるが、反面そのいずれもがバーナの形態において汎用性を喪失するのみかコスト高の原因となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、従来の技術によるバーナが前述のような問題点があるため、それらの欠点を解決し、各種の被加熱物の形態に対して適用できる高負荷燃焼を実現すると共に、熱利用効率の向上と燃焼排気中の窒素酸化物等の大気環境汚染物質の減少を図り、且つ汎用性を得る技術を提供することを目的とするものである。
【０００５】
そのため、予め燃焼に必要な全ての空気を燃料ガスと混合させ、この混合気体をバーナの炎口部に送り燃焼させる全一次空気燃焼のバーナにおいて、比較的簡単な構成によって、完全燃焼した排気を被加熱物の伝熱部の形状に合わせて噴出口の配置を設定し、上記の目的を達成する技術の開発を課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために請求項１の発明は、ガス燃焼に必要な空気の全てを混合させ、送風機を用いて混合気体をバーナに供給し燃焼させるいわゆる強制燃焼式全一次空気予混合燃焼バーナにおいて、バーナの炎口は多数の小穴乃至スリットまたは小穴とスリットを組合わせた形状とし、炎口部で完全燃焼した高温の燃焼排気は、被加熱物の面に対してほぼ一定の間隔を設けてほぼ直角に衝突するような多数の噴出口を設けた袋状の排気溜めを経由して外気に放出される構成とし、バーナの炎は炎口を出る際には水平または水平よりも下向きに形成されるようにバーナ部を構成し、排気溜めに設けた噴出口の総面積がバーナの炎を形成する炎口の総面積よりも小さくなるように設定すると共に、排気を噴出するための排気溜め内の圧力よりも、混合気体をバーナに供給する圧送管内の圧力が高くなるように構成したことを特徴とするガス燃焼装置についてのものである。
【０００７】
請求項２の発明は、被加熱物の表面に凝縮した排気中の水蒸気が水滴となり、袋状の排気溜め内に噴出口を通って滴下した際は、この水を一旦前記の排気溜めの下部に貯蔵し、バーナの燃焼時に蒸発させるための貯水部を、バーナの炎口より下の位置に設けたことを特徴とする請求項１に示すガス燃焼装置についてのものである。
【０００８】
請求項３の発明は、前記袋状の排気溜めには、バーナへの点火遅れが発生した際排気溜め内で爆発的に点火し装置を破損するのを防止するため、排気溜めの一部に開口部を設け、この開口部を塞ぐためのダンパーをスプリングによって前記の開口部に排気溜めの外側から押し当てた構成とすることを特徴とする請求項１または請求項２に示すガス燃焼装置についてのものである。
【０００９】
請求項４の発明は、被加熱物の表面に凝縮した排気中の水蒸気が水滴となり、袋状の排気溜めに噴出口を通って滴下した際、この水を噴出口やバーナを通さなくても外気に放出できるよう、素焼き乃至は高密度繊維のような毛管現象を利用した蒸発用物体を片面が外気と接触し、且つ排気溜めの一部に設けた開口部を塞ぐ形で装着したことを特徴とする請求項１，２および請求項３に示すガス燃焼装置についてのものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１の発明によれば、燃焼用ガスは、この発明の一実施例を示す図において、ガス導入管１からガスの圧力および供給量を制御する機構２を経由して、ガスと空気とを混合して圧送するための送風機３の吸入側にガス供給管４により供給され、前記送風機にて燃焼に必要十分な空気と混合して混合気体の圧送管５を通り、分布整流器６を経てバーナ７に至る。
混合気体の分布を良くし整流作用を司る前記の分布整流器は通常多数の小穴を有する金属板乃至金網から成り、バーナ部の形状や混合気体の流速等の条件によって最も望ましい形態に設計されるが、バーナの逆火防止にも役立つよう小穴の大きさや分布を設定し、且つ混合気体圧送管５と伝熱的に接続乃至これを貫通して放熱効果を得るようにするのがバーナの逆火防止についても効果的である。
【００１１】
バーナ７では点火器８により混合気体に点火されるが、予め混合気体の空気と燃料ガスの比率が電子制御装置９によって炎が短くなるよう制御されているので燃焼は短時間で完結する短炎となり、有害な窒素酸化物の発生を抑制する。
バーナにて完全燃焼した高温の燃焼排気は、被加熱物（図の実施例では温水ボイラの熱交換部を示す）の吸熱面１０の形状に対してほぼ一定の間隔を設けて前記の燃焼排気がほぼ直角に衝突するような多数の噴出口１１を設けた袋状の排気溜め１２より、噴出口１１を経て排気通路１３から外気に放出される。
なお、燃焼排気は既に完全燃焼後のものであるから、前記の吸熱面と噴出口の間隔は極めて短い距離にすることが可能で、ガスの燃焼発熱量を制御して最大時よりも減少させた際にも効果的に熱を被加熱物に伝えることができる。
【００１２】
噴出口１１は前述のように、被加熱物の吸熱面に対して高温の排気が針状に衝突する形態となっているので、伝熱面に存在する空気の断熱性境界薄膜を破壊して強大な熱伝達性能をもたらす。さらに袋状の排気溜め１２は吸熱面の形状に合わせて外形を設計することが容易であるため、吸熱面の広範囲に亘って一様に効果の高い熱伝達を得ることが可能である。
【００１３】
噴出口からの高温排気の噴出速度は、前記した空気の断熱性境界薄膜の破壊に十分な速度である必要があり、そのため排気溜め１２内の圧力はその目的に適合するよう設定するが、噴出口の総面積が大きいと、対応して排気溜め内の圧力を高くするする必要があり、バーナの燃焼に不具合を生じるため、噴出口の総面積は少なくともバーナの炎を形成する炎口の総面積よりも小さくなるように設定すべきで、且つ良好な燃焼を継続するため前記排気溜め内の圧力よりも混合気体を圧送する前記圧送管内の圧力を高くする構成としている。
【００１４】
なお、バーナ７にて形成される炎は、被加熱物の吸熱面に付着する排気中の凝縮水が滴下して炎口を塞ぐおそれを無くするため、水平または水平よりも下向きになるようバーナ７の面の角度を設定する構成としている。
【００１５】
図において１４は炎の失火安全装置のセンサー、１５は燃焼排気の状態を検知して空気と燃料の混合割合を望ましい比率に制御するセンサー、１６は温水ボイラ本体１７内の湯温を検知して制御を行うセンサーで、これらのセンサーは電子制御装置９を介してガス量、送風量の制御を司るためのものである。
【００１６】
請求項２の発明によれば、前記の排気溜め１２の底の一部に貯水部１８をバーナの炎口より下の位置に設け、被加熱物の吸熱面に付着する排気中の水蒸気の凝縮水が噴出口１１を通って排気溜め１２に侵入した際バーナへの影響を避けるため、一旦前記の貯水部に滞留させ、バーナからの燃焼熱気で蒸発させるための構成を提供するものである。
【００１７】
請求項３の発明によれば、排気溜め１２の一部に開口部１９を設け、この開口部を気密的に塞ぐダンパー２０をスプリングにより開口部１９に前記の排気溜めの外側から押し当てた構成とし、万一バーナへの点火遅れが発生して爆発的に点火した際、ダンパー２０が開いて圧力を逃がすことによって排気溜めその他の構成部材が破損するのを防止する目的のものである。
【００１８】
請求項４の発明によれば、被加熱物の吸熱面に付着する排気中の水蒸気の凝縮水が噴出口１１を通って排気溜め１２に侵入した際、この水を自然に蒸発させるため、排気溜めの一部に設けた開口部２１に片面が外気と接触する形で素焼き乃至は高密度繊維のような毛管現象を利用した蒸発用物体２２を、前記の開口部２１を塞ぐ状態で設置したことを特徴とした構成を提供している。
【００１９】
なお、実施例を示す図中、２３は噴出口１１から噴出する高温の排気の噴出状態を示し、２４は前記の温水ボイラへの給水管、２５は同じく出湯管を示す。  また、２６，２７は排気溜めの放熱を防止するための断熱材であるが、図とは異なり排気溜めの外面に取り付ける場合も存在する。なお、２８はバーナで形成される炎の状態を示す。
【００２０】
この発明は、上述のように燃料ガスと排気の処理に関するものであるから、実施例に示す形態に限定されるものでなく、例えば被加熱物が気体や油や固形物体でもかまわないし、被加熱物の形状が若干変化するこんろのようなガス機器にも応用できる。こんろの場合は、この発明の特徴の一つである被加熱物の吸熱面と高温排気の噴出部との隙間を小さくし得ることが可能であるため、熱効率の向上とバーナからなべ等の被加熱物までの空間高さを節約できる効果も存在する。
【００２１】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２２】
予め燃料ガスと燃焼に必要十分な空気を混合させ、バーナの燃焼を最も望ましい状態に電子的に制御し、送風機を用いて強制的に燃焼させるので高負荷燃焼が実現する。また空燃比の電子制御によりバーナの短炎燃焼が維持され、炎および燃焼排気が空気と接触する時間が短くなるので、有害な窒素酸化物の発生を抑制できる。
【００２３】
被加熱物の種々の伝熱面の形態に対して、効果的な伝熱ができるように高温の排気の噴出口の位置を設定できるほか、高温排気の噴出速度と噴出形態も目的に合うように設定できるので、バーナで直接加熱する従来方式と比較して、大幅に熱伝達の向上が図れ、熱利用効率が上昇し省エネルギー効果と、併せて二酸化炭素の総発生量の抑制効果が得られる。
【００２４】
装置が比較的コンパクトに設計でき、且つ被加熱物の熱交換器の形状も簡単となるので、応用範囲が広く且つ比較的廉価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の燃焼装置を温水ボイラの加熱に用いた実施例の縦断面図である。
【図２】図１の構成においてＡーＡ断面の平面図である。
【符号の説明】
１  ガス導入管
２  ガス圧および供給量を制御する機構
３  送風機
４  ガス供給管
５  圧送管
６  分布整流器
７  バーナ
８  点火器
９  電子制御装置
１０  被加熱物の吸熱面
１１  噴出口
１２  排気溜め
１３  排気通路
２０  ダンパー
２２  蒸発用物体
２３  高温の排気の噴出状態
２６，２７  断熱材
２８  バーナで形成される炎の状態
【図１】
0003606501.tif 000002
【図２】
0003606501.tif 000003