(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次炎孔を有するブンゼンバーナと、このブンゼンバーナを収納し前記一次炎孔より上部の空間に設けられた燃焼室と、この燃焼室の上部を開口して設けられた高燃焼時用の二次炎孔と、前記燃焼室内に設けられ前記ブンゼンバーナの一次炎孔を覆うと共に一次火炎の熱をバーナ本体に熱伝導するための補助燃焼室固定部を設けた補助燃焼室と、この補助燃焼室の上部に開口した弱燃焼時用の補助燃焼室炎孔と、前記二次炎孔の上部に補炎体を設けたバーナー装置。
【請求項２】
燃焼室の側壁に設けられ外気と連通した空気孔と、補助燃焼室壁面に設けられ燃焼室内の空気と連通した補助空気孔とを備えた請求項１記載のバーナー装置。
【請求項３】
一次炎孔を有するブンゼンバーナと、このブンゼンバーナを収納し前記一次炎孔より上部の空間に設けられた燃焼室と、この燃焼室の上部を開口して設けられた高燃焼時用の二次炎孔と、前記燃焼室内に設けられ前記ブンゼンバーナの一次炎孔を覆うと共に一次火炎の熱をバーナ本体に熱伝導するための補助燃焼室固定部を設けた補助燃焼室と、この補助燃焼室の上部に開口した弱燃焼時用の補助燃焼室炎孔とを備え、前記二次炎孔の開口は前記ブンゼンバーナの高燃焼時の火炎分布に対応した形状とし、前記補助燃焼室炎孔はブンゼンバーナの弱燃焼時の火炎分布に対応した形状とし、かつ前記補助燃焼室炎孔の負荷は一次炎孔の負荷より小さく、かつ二次炎孔の負荷と同等もしくは大きくなるようにしたバーナー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、家庭用燃焼機器に適した低ＮＯｘ化燃焼技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の装置は、図４の特公昭６２−３９３２９号公報のように、ブンゼンバーナ１１の上面に部分的に開口する一次炎孔１２を有し、二次炎孔１４を設けた一次燃焼室壁１３にて覆った構成であった。この構成により最大燃焼時の火炎は、一次炎孔１２上に一次炎１５が、二次炎孔１４上に二次炎１６が形成される。また，最小燃焼時は一次炎孔１２上の一次炎１５の直ぐ外側で、二次炎孔１４での二次炎１６の形成ができなくて、一次燃焼室壁内の一次炎１５の直ぐ外側に二次炎１６ａが形成されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種の二段燃焼において通常一次炎孔１２および二次炎孔１４の負荷は最大燃焼量に適した値で設計する。このため最大燃焼では各炎孔１２，１４での保炎による完全な２段燃焼が形成できる。一方、燃焼量を絞ると二次炎孔１４上の負荷が低くなりすぎるために、二次炎１６が二次炎孔１４上で形成されにくく２段燃焼にならず、一次炎孔１２上で一次炎１５の外に二次炎１６ａが一体的にできる通常の予混合火炎となり燃焼排気ガス中のＮＯｘ濃度は増加する。即ち燃焼量が減ると二段燃焼が行われず、低ＮＯｘ燃焼が実現できなくなるという課題があった。また雰囲気中の酸素濃度が低下した条件では一次炎がリフトしやすくなるという課題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のバーナー装置によれば、一次炎孔を持つブンゼンバーナを備え、このブンゼンバーナを収納してブンゼンバーナの一次炎孔より上部の空間を燃焼室とし、燃焼室上部を開口して高燃焼時用の二次炎孔を備え、前記燃焼室内に前記ブンゼンバーナの一次炎孔を覆うと共に一次火炎の熱をバーナ本体に熱伝導するための補助燃焼室固定部を設けた補助燃焼室を、補助燃焼室上部には、開口した弱時燃焼用の補助燃焼室炎孔を、さらに二次炎孔上部には補炎体を備えたものである。
【０００５】
燃焼室内火炎に対して、燃焼室壁に外気と連通した空気孔を設け、かつ補助燃焼室側壁にも燃焼室内空気と連通した補助空気孔を備えたものである。
【０００６】
補助燃焼室炎孔の炎孔形状及び、二次炎孔の炎孔形状は、燃焼火炎の分布形状に対応した開口形状を設定し、かつ補助燃焼室炎孔負荷は一次炎孔負荷より小さく、かつ二次炎孔負荷と同等もしくは大きくなるようにしたものである。
【０００７】
【作用】
上記構成によって次の作用となる。
【０００８】
燃焼量が多いときは二次炎は二次炎孔上に形成され二段燃焼となる。また、燃焼量が少ない時は二次炎は補助燃焼室炎孔上に形成され、二次炎の位置は変わってもやはり二段燃焼となる。そして、補炎体へ火炎が接触することにより還元炎となる。また補助燃焼室内の一次炎は補助燃焼室壁からの熱反射で一次炎温度を上げ安定した二段燃焼が実現でき、全燃焼範囲において良好な低ＮＯｘ燃焼が可能となる。また、補助燃焼室の下部に設けた一次火炎の熱をバーナ本体に熱伝導するための補助燃焼室固定部を一次炎孔近傍のバーナ本体に密着して固定することにより、バーナ本体が加熱され、バーナ本体内の燃料ガスが膨張して一次炎孔よりのガスの噴出スピードは上昇するため、一次空気面積は、前記一次炎孔よりのガスの噴出スピード上昇により吸い込み度合いが増すため、一次空気面積の低減が図れ、高燃焼時の空気過剰を抑えて燃焼性能をより向上できる。
【０００９】
低酸素濃度状態及び一次空気量の不足時状態では一次炎が燃焼量に依らずリフトしやすいため、燃焼室壁に外気と連通する空気孔を設けることにより、低酸素濃度状態及び一次空気量の不足時は空気孔より燃焼用空気を取り入れて一次炎の安定化が図れる。また補助燃焼室壁に燃焼室内と連通する補助空気孔を設けることにより、低酸素濃度状態及び一次空気量の不足時は、補助空気孔より燃焼室内の燃焼用空気を取り入れて一次炎の安定化が図れる。
【００１０】
弱燃焼時の一次炎分布に対応した補助燃焼室炎孔形状とし、かつ補助燃焼室炎孔負荷は一次炎孔負荷より小さくすることにより、一次炎孔より噴出されるガスの噴出速度が抑えられて一次炎孔上に一次炎が形成し、補助燃焼室炎孔上に二次炎の二段燃焼形成ができて補炎効果を高める。また、高燃焼時の一次炎分布に対応した二次炎孔形状とし、かつ二次炎孔負荷は補助燃焼室炎孔負荷と同等または小さくすることにより、一次炎孔上で一次炎が形成されて二次炎孔上で二次炎が形成され二段燃焼が形成される。前記炎孔形状と炎孔負荷を設定することにより、燃焼量に応じて二段燃焼が形成され、良好な低ＮＯｘ燃焼が可能となる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は温風暖房器の断面図である。図において、１はバーナ本体であり、２の一次炎孔を有する。一次炎孔２はバーナ１の上面もしくは側面にもあり一次炎孔形状はスリットを長くしたもの、あるいは、丸孔とする構成でもよい。また一次炎孔２の開口を金網にて覆う構成としてもよい。３は補助燃焼室であり、バーナ１の上部を収納する。燃焼室４は燃焼ガイドＡ６と燃焼ガイドＢ７と燃焼ガイドＣ８にて覆われており燃焼室４の上部には補炎体のコイル３２が取り付けられている。燃焼時はモーターの駆動にて羽根１０が回転し、羽根ガイド１７に沿ってバーナ１にて加熱された温風が流れる。バーナ１にて加熱された熱気は羽根１０により吸引される。
【００１２】
バーナ１の燃焼に必要な空気は、燃焼ガイドＢ７と燃焼ガイドＣ８の右側の隙間を通過して燃焼用空気となる。また、燃焼ガイドＣ８と燃焼ガイドＡ６の間を通過した空気は、バーナ１にて加熱された熱気と混合され温風となり、羽根１０の吸引力にて羽根ガイド１７に沿って流れる。燃焼ガイドＤ１８はバーナ１にて加熱された熱気の通路のガイドである。燃焼室ユニット２４は外装箱２５で覆われており、羽根ガイド１７に沿って流れてきた温風は外装箱２５に備えられた温風吹き出し口２６より吹き出される。次に燃焼室４と、補助燃焼室３とバーナ１の構成について、図２，図３を基に説明する。図において、補助燃焼室３は上面に補助燃焼室炎孔５を備えておりバーナ１の一次炎孔２の近傍部２９（破線で囲った箇所）を覆うように構成されている。補助燃焼室３の下部の補助燃焼室固定部２８はバーナ１の一次炎孔２の近傍部２９に一次炎孔２を覆わないように密着固定されている。固定補助燃焼室３は一次炎１９の輻射熱によって加熱されているため補助燃焼室固定部２８も熱伝導にて加熱昇温されている。一次炎孔２の近傍部２９も一次炎１９で直接加熱されており、補助燃焼室固定部２８の熱伝導を加えて近傍部２９の加熱はバーナ１全体に伝熱され、バーナ１全体の温度が上昇することにより、バーナ１内の燃料ガスが加熱膨脹する。
【００１３】
バーナ１内の燃料ガスが膨脹して比重が軽くなると、外部の空気との比重差が増えて一次炎孔２からのガスの噴出スピードが上昇する。ガスの噴出スピードの上昇によりバーナ入口３０からの一次空気の吸い込み量が増加する。つまり、一次炎孔２から燃料ガスを噴出させる力としてのドラフトが大きくなり補助燃焼室３を取付けないときよりもバーナ入口３０からの一次空気の吸引量が増加する。一次炎１９は全燃焼範囲において形成されるので、このドラフトの増大は全ての燃焼状態で期待できる。従って、バーナ入口３０でのダンパー等による吸入空気量の調節は締め加減が必要となる。
【００１４】
ところで、従来から低燃焼時はどうしても空気吸入量の率が高燃焼時に比べて増加するため、高燃焼時での空気過剰率を少し減らす設計配慮によって、低燃焼時の空気過剰気味な状態を十分とは言えないまでもカバーしていた。しかし、この補助燃焼室３を取り付ければ上記したドラフトの増大が期待でき、高燃焼時における低燃焼性能良化のための余分な、燃焼性能を敢えて低下させねばならない過剰空気率を減らし、より良好な高燃焼性能が得られる。更に、補助燃焼室３の付加は、中間燃焼性能も改善できる。つまり、補助燃焼室３は前記高燃焼時の間にある全ての中間的な燃焼時において、一次炎１９の放射熱が補助燃焼室３を加熱して蓄熱する。そして蓄熱した補助燃焼室３は補助燃焼室固定部２８を介してバーナ１を加熱すると共に、一部の放射熱を反射して一次炎１９を昇温する。つまり、一次炎１９は火炎温度が上昇して火炎形成性能としての補炎性能が強くなり、一次炎１９の燃焼性能が向上して二次炎１２完結後の燃焼性能を高めることができる。
【００１５】
次に、補助燃焼室炎孔５の形状はバーナ１の弱燃焼時の火炎分布に対応しており弱燃焼時火炎はバーナ先端部の火炎が大きくバーナ根元側火炎が小さいため火炎分布に対応して補助燃焼室炎孔先端部３４ａを広く補助燃焼室炎孔根元部３４ｂを狭くしている。但しバーナ火炎分布の形状により補助炎孔先端部寸法及び補助炎孔根元部寸法は設定される。
【００１６】
さらに二次炎孔２０の形状もバーナ１の高燃焼時の火炎分布に対応しており高燃焼時火炎はバーナ先端部の火炎が大きくバーナ根元側の火炎が小さいため火炎分布に対応して二次炎孔先端部３５ａを広く二次炎孔根元部３５ｂを狭くしている。但しバーナ火炎分布の形状により二次炎孔先端部寸法及び形状、二次炎孔根元部寸法及び形状は設定される。
【００１７】
また、バーナ１の炎孔長手方向寸法１２に対して補助燃焼室炎孔５の開口長手方向寸法１３の方が長く、かつ二次炎孔２０の開口長手方向寸法１４の方がより長く設定されている。
【００１８】
さらに補助燃焼室炎孔負荷（補助燃焼室３での燃焼量の炎孔面積２２比）は一次炎孔２の一次炎孔負荷より小さくなっており、二次炎孔２０の二次炎孔負荷（二次炎孔２２で燃焼する燃焼量の炎孔面積２３比）は前記補助炎孔負荷２２と同等もしくは大きく形成されている。燃焼室４内に設けられた補助燃焼室３の高さ位置Ｌ１についてはバーナ１の最大燃焼量と最小燃焼量による燃焼範囲に応じて設定される。
【００１９】
上記のように構成されたバーナ装置での燃焼量が多い場合は、一次炎孔２上に一次炎１９を、そして二次炎孔２０上に二次炎１２を形成し、完全な二段分離火炎となる。また燃焼量が少ないときは、一次炎１９は一次炎孔２上に、そして二次炎１２ａは補助燃焼室炎孔５上に形成され、ここでも完全な二段分離火炎となる。このため燃焼量の全域で完全な二段分離火炎が実現でき、かつ燃焼室の上部に補炎体のコイル３２を設置することにより二次炎がコイルに接触し還元作用により安定した低ＮＯｘ燃焼が実現できる。コイル３２の長手方向寸法１５は、二次炎孔２０の長手方向寸法１４より長く設定されている。
【００２０】
一方、一次空気不足あるいは雰囲気中の酸素濃度が低下した条件下では、一次炎１９がリフトしやすくなる。実際、外装箱２５の後方に備えたフィルター付き空気吸入口が長時間の使用によってホコリ詰まりしてくると、ファン１０による吸入空気量が低下してバーナ入口３０からバーナ１へ吸入できる燃焼用の一次空気量も減ってくる。このようにして一次空気不足が発生すると、燃焼用の酸素不足で二次炎孔２０に到達した未然の混合気体は、燃焼用空気を求めて二次炎孔２０から周囲に散らばって早く燃焼を完結しようとする。この現象は燃焼に十分な酸素供給できる、いわゆる補炎作用と全く逆作用と言えて、従ってリフト現象が発生する。
【００２１】
また、密閉した室内での長時間燃焼によって、新鮮な空気との攪散による、酸素供給のない使用例では、どうしても空気中の酸素含有率は低下して、つまり酸素濃度が下がることになる。このときも、上述の一次空気不足と類似して燃焼はリフト気味になって行き、ＣＯガスやＮＯｘ等の有害ガスの発生率が増える。このような場合は、燃焼室４の空気孔２７が、外気と連通しており、かつ、補助燃焼室の補助空気孔３３が燃焼室内燃焼空気と連通しているため、一次炎１９の燃焼が不安定化しようとしても燃焼用空気の流入が図れる。
【００２２】
空気孔２７及び補助空気孔３３は正常時には二次炎１２に対する若干の一次空気の供給と、二次炎１２ａに対しては若干の二次空気供給の作用を持っている。そして上述のような酸素供給量が不足する場合では、緊急空気供給孔として作用してある限度の低酸素濃度になるまで、燃焼性能の悪化度合いを緩和できる。つまり正常時には全くその作用を期待する必要がない程度に作用するが、低酸素濃度のときに作用が期待できるような開口面積で済ますことができ、また正常時の作用をもっと積極的に持たせても良い。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように本発明のバーナ装置によれば、次の効果が得られる。
【００２４】
（１）請求項１では、バーナ本体を二次炎孔を有する箱体で覆い、さらにバーナ本体の一次炎孔を補助炎孔を有する補助燃焼室にて伝熱可能に覆うことにより、補助燃焼室の補助燃焼室炎孔が一次炎孔上の一次炎の保炎性を高めるため、排気ガス中のＣＯも低くでき全燃焼範囲に及んで安定した二段燃焼が実現できる。また補助燃焼室からの伝熱等によってバーナ本体の温度が上昇するためバーナ本体内のガスの温度が上昇しガスの噴出速度が早まるため、一次空気面積の減少も図れ、高燃焼側での過剰空気率を抑えてかつ補炎体のコイルを取り付けることにより二次炎がコイルに接触し還元作用にて低ＮＯｘ燃焼が可能となる。
【００２５】
（２）請求項２では、外気と連通している燃焼室壁に空気孔を設けさらに補助燃焼室側壁に補助空気孔を設けることにより、一次空気不足時及び、雰囲気中の酸素濃度低下等に対して燃焼用の補助空気の流入が図れ、火炎を安定化することができ燃焼検知用センサーの取り付け容易化も図れる。
【００２６】
（３）請求項３では、燃焼量が少ない時は、補助燃焼室炎孔が一次炎孔上の一次炎の補炎性を高め、燃焼量が多い時は二次炎孔が一次炎孔上の一次炎の補炎性を高めるため、排気ガス中のＣＯも低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるバーナ装置の縦断面図
【図２】（イ）同バーナ装置のバーナの外観側面図
（ロ）同バーナのＡ−Ａ線断面図
（ハ）同バーナの上面図
【図３】同バーナ装置の燃焼室の燃焼状態を示す縦断面図
【図４】従来のバーナ装置の燃焼室の縦断面図
【符号の説明】
１  バーナ本体
２  一次炎孔
３  補助燃焼室
４  燃焼室
５  補助燃焼室炎孔
１２  二次炎
１９  一次炎
２０  二次炎孔
２７  燃焼室空気孔
３２  補炎体
３３  補助空気孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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