JPH0141885B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0141885B2 JPH0141885B2 JP15204783A JP15204783A JPH0141885B2 JP H0141885 B2 JPH0141885 B2 JP H0141885B2 JP 15204783 A JP15204783 A JP 15204783A JP 15204783 A JP15204783 A JP 15204783A JP H0141885 B2 JPH0141885 B2 JP H0141885B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- flame
- combustion
- primary
- flame hole
- equivalence ratio
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
- F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Combustion (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は温風暖房装置の燃焼安全技術に関する
ものである。
ものである。
従来例の構成とその問題点
近年、家庭用暖房器具として、ガス・石油フア
ンヒータが、経済性・速暖性・手軽さから多く使
われつつある。これらフアンヒータは、燃焼排気
ガスを室内に開放するため、クリーン燃焼技術と
不完全燃焼防止技術が重要な技術課題である。こ
うした背景のもと、特開昭57−198946号公報に見
られる温風暖房装置は、クリーン性においては極
めて優れた特性を示し、通常使用時窒素酸化物
（以後、NOxと記す）の発生量は３〜5ppm（O2＝
０％換算）と非常に少ない。しかしながら、係る
燃焼装置も何らかの原因（例えば、酸欠・ダンパ
閉塞）で当量比φが１以上になる場合には、前述
したクリーン性は成立しなくなる。この問題につ
いて第１図を用いて説明する。混合管１内の予混
合気は、当量比φ0.85〜0.9に設定された状態で、
一次炎孔２から噴出された後、同一次炎孔２上で
均一な温度分布を示す表面燃焼火炎を形成する。
すなわち、全一次表面燃焼バーナである。これに
よりNOxの発生は著しく抑制される。又、燃焼
排気ガス上流に設けられた均圧板３は、一次燃焼
室４内の温度を均一に保つと共に、中間生成物の
酸化にも寄与し、燃焼範囲の拡大に効果がある。
以上はいずれも当量比φが1.0以下の場合に成立
する議論であり、この仮定がくずれると以下に述
べる過程をたどり、燃焼は不安定となる。すなわ
ち、仮りに当量比φが1.0を越えると、一次空気
だけでは酸化反応を完了しない未燃ガスが均圧板
３上で二次空気と接触し、火炎を形成する。この
状態では、一次燃焼室４内に形成される火炎は安
定性を欠き、伸長するため、均圧板に触れ、一部
酸化反応は凍結されることにより、CO、Ｒ−
CHO等を多量に発生することになる。
ンヒータが、経済性・速暖性・手軽さから多く使
われつつある。これらフアンヒータは、燃焼排気
ガスを室内に開放するため、クリーン燃焼技術と
不完全燃焼防止技術が重要な技術課題である。こ
うした背景のもと、特開昭57−198946号公報に見
られる温風暖房装置は、クリーン性においては極
めて優れた特性を示し、通常使用時窒素酸化物
（以後、NOxと記す）の発生量は３〜5ppm（O2＝
０％換算）と非常に少ない。しかしながら、係る
燃焼装置も何らかの原因（例えば、酸欠・ダンパ
閉塞）で当量比φが１以上になる場合には、前述
したクリーン性は成立しなくなる。この問題につ
いて第１図を用いて説明する。混合管１内の予混
合気は、当量比φ0.85〜0.9に設定された状態で、
一次炎孔２から噴出された後、同一次炎孔２上で
均一な温度分布を示す表面燃焼火炎を形成する。
すなわち、全一次表面燃焼バーナである。これに
よりNOxの発生は著しく抑制される。又、燃焼
排気ガス上流に設けられた均圧板３は、一次燃焼
室４内の温度を均一に保つと共に、中間生成物の
酸化にも寄与し、燃焼範囲の拡大に効果がある。
以上はいずれも当量比φが1.0以下の場合に成立
する議論であり、この仮定がくずれると以下に述
べる過程をたどり、燃焼は不安定となる。すなわ
ち、仮りに当量比φが1.0を越えると、一次空気
だけでは酸化反応を完了しない未燃ガスが均圧板
３上で二次空気と接触し、火炎を形成する。この
状態では、一次燃焼室４内に形成される火炎は安
定性を欠き、伸長するため、均圧板に触れ、一部
酸化反応は凍結されることにより、CO、Ｒ−
CHO等を多量に発生することになる。
このように、従来の全一次表面燃焼バーナは、
当量比φが1.0以下では優れたクリーン燃焼性を
有するが、当量比φが1.0を越えると、非常に危
険な燃焼状態になるという問題があつた。
当量比φが1.0以下では優れたクリーン燃焼性を
有するが、当量比φが1.0を越えると、非常に危
険な燃焼状態になるという問題があつた。
一方、全一次表面燃焼バーナに関する不完全燃
焼防止技術は、前記特開昭57−198946号公報に示
されるように、酸素濃度センサ等を利用する技術
とフレームロツド・熱電対等の火炎検知素子を応
用する技術があるが、後者による不完全燃焼防止
技術は、まだ確立されていないのが現状である。
また前者においても、熱応答にからむ問題によ
り、着火・失火検知の応答性が遅いという欠点が
あつた。
焼防止技術は、前記特開昭57−198946号公報に示
されるように、酸素濃度センサ等を利用する技術
とフレームロツド・熱電対等の火炎検知素子を応
用する技術があるが、後者による不完全燃焼防止
技術は、まだ確立されていないのが現状である。
また前者においても、熱応答にからむ問題によ
り、着火・失火検知の応答性が遅いという欠点が
あつた。
発明の目的
本発明はかかる従来の問題を解消するものであ
り、当量比φが1.0以上でも1.0以下においても、
安定したクリーン燃焼を行なうとともに、確実な
不完全燃焼防止機能を有する温風暖房装置を提供
することを目的とする。
り、当量比φが1.0以上でも1.0以下においても、
安定したクリーン燃焼を行なうとともに、確実な
不完全燃焼防止機能を有する温風暖房装置を提供
することを目的とする。
発明の構成
この目的を達成するために、本発明は燃料供給
を制御する電磁弁と、金網、パンチング板もしく
は小穴を有するセラミツクプレートにより一次炎
孔を構成するとともに、前記一次炎孔は一次燃焼
室を形成し、かつ二次炎孔を有する筐体により囲
繞させてなる表面燃焼バーナと、前記筐体の側面
を通り上方に立上げ、二次燃焼室を形成するとと
もに、前記筐体を包囲するガイド板と、前記一次
炎孔上および二次炎孔上にそれぞれ設けた火炎検
知素子と前記両火炎検知素子から得られる火炎信
号を比較する比較回路部と前記比較回路部の出力
信号が入力され前記電磁弁を駆動する駆動回路と
からなる。
を制御する電磁弁と、金網、パンチング板もしく
は小穴を有するセラミツクプレートにより一次炎
孔を構成するとともに、前記一次炎孔は一次燃焼
室を形成し、かつ二次炎孔を有する筐体により囲
繞させてなる表面燃焼バーナと、前記筐体の側面
を通り上方に立上げ、二次燃焼室を形成するとと
もに、前記筐体を包囲するガイド板と、前記一次
炎孔上および二次炎孔上にそれぞれ設けた火炎検
知素子と前記両火炎検知素子から得られる火炎信
号を比較する比較回路部と前記比較回路部の出力
信号が入力され前記電磁弁を駆動する駆動回路と
からなる。
この構成によれば、当量比φ＜１の場合、火炎
は一次炎孔上でのみ形成される全一次表面燃焼火
炎であり、火炎面は一次燃焼室により保護されて
いるので、二次空気の流入はなく、均一な低温度
の火炎となり、NOxの生成は抑制される。一方、
一次および二次炎孔上の火炎検知素子のそれぞれ
出力信号は、一次炎孔上のみに火炎帯があり、二
次炎孔上は火炎帯後流であるため、常に一次炎孔
上の出力信号が大きくなる。これが、酸欠、ダン
パ閉塞等により、当量比φ≧１になると、一次炎
孔上では燃焼を完結しない未燃分あるいは中間生
成物は、二次炎孔で、風路により平行流として整
流された二次空気により、安定した二次炎を形成
するため、かかる条件下でも低NOx燃焼は維持
されることになる。また、それぞれの火炎検知素
子の出力信号は、一次炎孔および二次炎孔上に火
炎が形成されることから、ほぼ等しくなるか、あ
るいは二次炎孔上の火炎知素子の出力信号が大き
くなり、当量比φ＜１の条件下の出力信号の関係
とが逆転する。この逆転現象を検知して、燃料供
給を制御することにより、不完全燃焼防止技術が
確立できる。
は一次炎孔上でのみ形成される全一次表面燃焼火
炎であり、火炎面は一次燃焼室により保護されて
いるので、二次空気の流入はなく、均一な低温度
の火炎となり、NOxの生成は抑制される。一方、
一次および二次炎孔上の火炎検知素子のそれぞれ
出力信号は、一次炎孔上のみに火炎帯があり、二
次炎孔上は火炎帯後流であるため、常に一次炎孔
上の出力信号が大きくなる。これが、酸欠、ダン
パ閉塞等により、当量比φ≧１になると、一次炎
孔上では燃焼を完結しない未燃分あるいは中間生
成物は、二次炎孔で、風路により平行流として整
流された二次空気により、安定した二次炎を形成
するため、かかる条件下でも低NOx燃焼は維持
されることになる。また、それぞれの火炎検知素
子の出力信号は、一次炎孔および二次炎孔上に火
炎が形成されることから、ほぼ等しくなるか、あ
るいは二次炎孔上の火炎知素子の出力信号が大き
くなり、当量比φ＜１の条件下の出力信号の関係
とが逆転する。この逆転現象を検知して、燃料供
給を制御することにより、不完全燃焼防止技術が
確立できる。
実施例の説明
以下、本発明の一実施例について、第２図、第
３図を用い説明する。なお、第１図と同一部品に
は同一番号を付している。表面燃焼バーナ５の一
次炎孔２は混合気下流側に湾曲させ、下方に位置
する混合管１と圧接されている。一次燃焼室４は
一次炎孔２端部から燃焼排気ガス下流側に垂直に
立上げるともに、適当な位置より内側に傾斜させ
ることにより形成される筐体６の内部に構成さ
れ、二次炎孔７は前記傾斜した面の端部に設けら
れている。前記筐体６の前側面を通り上方に立上
げたガイド板８ａの一端は、表面燃焼バーナ５の
下方を通り、給気口９の下端に接合されている。
同じくガイド板８ｂは、一端を筐体６の後側面を
通り上方に立上げ、他端は表面燃焼バーナ５とガ
イド板８ａとの間を通し、表面燃焼バーナ５の真
下にて止める。二次燃焼室１０は前記ガイド８
ａ，８ｂにより形成され、その位置は二次炎孔７
上方である。整流板１１は、二次燃焼１０上方に
設け、火炎検知素子として、一次炎孔上にフレー
ムロツドＡ１２、二次炎孔上にフレームロツドＢ
１３を取り付けるとともに、また、燃料供給を制
御する電磁弁１４、比較回路部１５、駆動回路１
６を設けている。
３図を用い説明する。なお、第１図と同一部品に
は同一番号を付している。表面燃焼バーナ５の一
次炎孔２は混合気下流側に湾曲させ、下方に位置
する混合管１と圧接されている。一次燃焼室４は
一次炎孔２端部から燃焼排気ガス下流側に垂直に
立上げるともに、適当な位置より内側に傾斜させ
ることにより形成される筐体６の内部に構成さ
れ、二次炎孔７は前記傾斜した面の端部に設けら
れている。前記筐体６の前側面を通り上方に立上
げたガイド板８ａの一端は、表面燃焼バーナ５の
下方を通り、給気口９の下端に接合されている。
同じくガイド板８ｂは、一端を筐体６の後側面を
通り上方に立上げ、他端は表面燃焼バーナ５とガ
イド板８ａとの間を通し、表面燃焼バーナ５の真
下にて止める。二次燃焼室１０は前記ガイド８
ａ，８ｂにより形成され、その位置は二次炎孔７
上方である。整流板１１は、二次燃焼１０上方に
設け、火炎検知素子として、一次炎孔上にフレー
ムロツドＡ１２、二次炎孔上にフレームロツドＢ
１３を取り付けるとともに、また、燃料供給を制
御する電磁弁１４、比較回路部１５、駆動回路１
６を設けている。
上記構成によれば、当量比φ＜１の混合気の場
合、混合管１を経て一次炎孔２上で表面燃焼火炎
を形成するが、二次空気の一次燃焼室４への流入
を筐体６が防止するため、火炎面の二次空気によ
る冷却が抑制されると同時に、一次燃焼室４内温
度を均一な温度場に維持できるため、低NOx燃
焼すると同時に、燃焼量の絞り性の優れたものと
なる。次にフレームロツドによるイオン電流値特
性について考えてみる。イオン電流値Ifと当量比
φの関係を第４図に示すが、横軸に当量比φを、
縦軸にイオン電流値Ifをとる。なお、曲線ａはフ
レームロツドＡ、曲線ｂはフレームロツドＢによ
る電流値特性である。今、検討を進めている当量
比φ＜１の条件下においては、比較回路部１５か
らの出力信号が、常にフレームロツドＡのイオン
電流値（以後Ifaと記す）の方が、フレームロツ
ドＢのイオン電流値（以後Ifbと記す）より大き
いことを示す。この場合には、燃焼は正常である
と判断し、電磁弁１４は開弁された状態を保つ。
合、混合管１を経て一次炎孔２上で表面燃焼火炎
を形成するが、二次空気の一次燃焼室４への流入
を筐体６が防止するため、火炎面の二次空気によ
る冷却が抑制されると同時に、一次燃焼室４内温
度を均一な温度場に維持できるため、低NOx燃
焼すると同時に、燃焼量の絞り性の優れたものと
なる。次にフレームロツドによるイオン電流値特
性について考えてみる。イオン電流値Ifと当量比
φの関係を第４図に示すが、横軸に当量比φを、
縦軸にイオン電流値Ifをとる。なお、曲線ａはフ
レームロツドＡ、曲線ｂはフレームロツドＢによ
る電流値特性である。今、検討を進めている当量
比φ＜１の条件下においては、比較回路部１５か
らの出力信号が、常にフレームロツドＡのイオン
電流値（以後Ifaと記す）の方が、フレームロツ
ドＢのイオン電流値（以後Ifbと記す）より大き
いことを示す。この場合には、燃焼は正常である
と判断し、電磁弁１４は開弁された状態を保つ。
続いて、当量比φ≧１の場合について考えてみ
ると、前述のごとく、一次燃焼室４内には二次空
気の流入がないことから、一次炎孔２上には当量
比φに応じた火炎が形成され、未燃ガス、中間生
成物等は二次炎孔７上で二次空気と拡散混合し、
完全燃焼する。このことは、当量比φ≧１の条件
下では、従来の全一次表面燃焼バーナでは不完全
燃焼しているにもかかわらず、本発明に基づく表
面燃焼バーナでは、不完全燃焼することなく、安
定した低NOx二段燃焼が行なわれる。同じ当量
比φの条件下におけるイオン電流値特性を、再び
第４図により検討すると、当量比φ≧１では、
IfbがIfaより大きくなり、先に示した当量比φ＜
１と両者の電流値特性が逆転していることがわか
る。
ると、前述のごとく、一次燃焼室４内には二次空
気の流入がないことから、一次炎孔２上には当量
比φに応じた火炎が形成され、未燃ガス、中間生
成物等は二次炎孔７上で二次空気と拡散混合し、
完全燃焼する。このことは、当量比φ≧１の条件
下では、従来の全一次表面燃焼バーナでは不完全
燃焼しているにもかかわらず、本発明に基づく表
面燃焼バーナでは、不完全燃焼することなく、安
定した低NOx二段燃焼が行なわれる。同じ当量
比φの条件下におけるイオン電流値特性を、再び
第４図により検討すると、当量比φ≧１では、
IfbがIfaより大きくなり、先に示した当量比φ＜
１と両者の電流値特性が逆転していることがわか
る。
ここで、比較回路部１５で、IfaとIfbを比較し、
もしIfa≦Ifbとなる条件になつた場合、駆動回路
１６によつて、燃料供給用電磁弁１４を閉じるシ
ーケンスを適用したとする。このシーケンス下
で、次の二つの燃焼条件における安全装置として
の作動原理を示す。なお、両者が複合する条件下
でも、作動状況は同じである。
もしIfa≦Ifbとなる条件になつた場合、駆動回路
１６によつて、燃料供給用電磁弁１４を閉じるシ
ーケンスを適用したとする。このシーケンス下
で、次の二つの燃焼条件における安全装置として
の作動原理を示す。なお、両者が複合する条件下
でも、作動状況は同じである。
(1) φ＞１の条件（酸素分圧は変化しない）初期
の当量比φを0.85に設定した時、第４図に示す
ようにIfa＞Ifbの関係にあり、燃焼は正常であ
ると判断する。事実、正常である。しかし、ダ
ンパ閉塞、フアン回転数の低下等により、φ≧
１になると、前述した理由により、Ifa≦Ifbと
なる。この結果、燃焼が異常であると判断し、
駆動回路１６は、電磁弁１４を閉じる。これに
より、安全性が確保できる。
の当量比φを0.85に設定した時、第４図に示す
ようにIfa＞Ifbの関係にあり、燃焼は正常であ
ると判断する。事実、正常である。しかし、ダ
ンパ閉塞、フアン回転数の低下等により、φ≧
１になると、前述した理由により、Ifa≦Ifbと
なる。この結果、燃焼が異常であると判断し、
駆動回路１６は、電磁弁１４を閉じる。これに
より、安全性が確保できる。
(2) O2≦18％（酸素分圧が低下した場合）初期
のO2濃度が20.9％の時、Ifa＞Ifbの関係にある。
しかし、長時間運転を続けると、室内の酸素濃
度は低下し、これに伴ないIfaとIfbの関係は逆
転する。
のO2濃度が20.9％の時、Ifa＞Ifbの関係にある。
しかし、長時間運転を続けると、室内の酸素濃
度は低下し、これに伴ないIfaとIfbの関係は逆
転する。
すなわち、O2≦18％の条件下では、Ifa≦Ifbと
なる。
なる。
この結果、電磁弁１４は閉じ、燃焼は停止す
る。これを具体的に表わしたものが、第５図であ
る。第５図において、横軸はO2濃度、縦軸はIf、
CO／CO2を示し、実線ａはIfa、実線ｂはIfbであ
り、実線ｃはCO／CO2を示す。同図からわかる
ように、Ifa＝IfbはO2＝18％にてなり、その際、
CO／CO2はO2＝21％時とほとんどかわらず、し
かも極めて低O2まで、CO／CO2は立上ることは
なく、安定燃焼することができる。
る。これを具体的に表わしたものが、第５図であ
る。第５図において、横軸はO2濃度、縦軸はIf、
CO／CO2を示し、実線ａはIfa、実線ｂはIfbであ
り、実線ｃはCO／CO2を示す。同図からわかる
ように、Ifa＝IfbはO2＝18％にてなり、その際、
CO／CO2はO2＝21％時とほとんどかわらず、し
かも極めて低O2まで、CO／CO2は立上ることは
なく、安定燃焼することができる。
発明の効果
本発明によれば、次の効果が得られる。
(1) 全一次燃焼から拡散燃焼域まで、極めて広範
囲にわたり、COの発生を抑制した安定燃焼と
低NOxを行なえる。
囲にわたり、COの発生を抑制した安定燃焼と
低NOxを行なえる。
(2) 確実性のある不完全燃焼防止装置を確立でき
る。具体的には、O2＝18％やダンパ閉塞（当
量比φ≧１に相当）、等で確実に燃料の供給を
遮断できることである。
る。具体的には、O2＝18％やダンパ閉塞（当
量比φ≧１に相当）、等で確実に燃料の供給を
遮断できることである。
(3) 不完全燃焼防止装置が作動するような場合
（O2＝18％以下か、ダンパ閉塞等）でも、表面
燃焼バーナからはCOはほとんど発生していな
い。
（O2＝18％以下か、ダンパ閉塞等）でも、表面
燃焼バーナからはCOはほとんど発生していな
い。
(4) 低O2濃度の状況下においてもCOの発生を抑
えた燃焼を行なえる。
えた燃焼を行なえる。
第１図は従来の低NOxバーナの断面図、第２
図は本発明の一実施例である温風暖房装置の一部
を断面した正面図、第３図は第２図のＡ−Ａ線断
面図、第４図は本発明の作用効果を説明するため
の当量比φ−イオン電流特性図、第５図はO2濃
度−イオン電流特性およびCO／CO2特性図であ
る。 ２……一次炎孔、４……一次燃焼室、５……表
面燃焼バーナ、６……筐体、７……二次炎孔、８
ａ，８ｂ……ガイド板、１０……二次燃焼室、１
２，１３……火炎検知素子、１４……電磁弁、１
５……比較回路部、１６……駆動回路。
図は本発明の一実施例である温風暖房装置の一部
を断面した正面図、第３図は第２図のＡ−Ａ線断
面図、第４図は本発明の作用効果を説明するため
の当量比φ−イオン電流特性図、第５図はO2濃
度−イオン電流特性およびCO／CO2特性図であ
る。 ２……一次炎孔、４……一次燃焼室、５……表
面燃焼バーナ、６……筐体、７……二次炎孔、８
ａ，８ｂ……ガイド板、１０……二次燃焼室、１
２，１３……火炎検知素子、１４……電磁弁、１
５……比較回路部、１６……駆動回路。
Claims (1)
- １ 燃料供給を制御する電磁弁と、金網、パンチ
ング板もしくは小穴を有するセラミツクプレート
により一次炎孔を構成し、一次燃焼室を形成する
とともに二次炎孔を有する筐体により前記一次炎
孔を囲繞してなる表面燃焼バーナと、前記筐体の
側面を通り上方に立上げ、二次燃焼室を形成する
とともに、前記筐体を包囲するガイド板と、前記
一次炎孔上および二次炎孔上にそれぞれ設けた火
炎検知素子と、前記両火炎検知素子から得られる
火炎信号を比較する比較回路部と、前記比較回路
部の出力信号が入力され前記電磁弁を駆動する駆
動回路とからなる温風暖房装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58152047A JPS6044723A (ja) | 1983-08-19 | 1983-08-19 | 温風暖房装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58152047A JPS6044723A (ja) | 1983-08-19 | 1983-08-19 | 温風暖房装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6044723A JPS6044723A (ja) | 1985-03-09 |
| JPH0141885B2 true JPH0141885B2 (ja) | 1989-09-08 |
Family
ID=15531888
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58152047A Granted JPS6044723A (ja) | 1983-08-19 | 1983-08-19 | 温風暖房装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6044723A (ja) |
-
1983
- 1983-08-19 JP JP58152047A patent/JPS6044723A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6044723A (ja) | 1985-03-09 |
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