JPH0583808B2

JPH0583808B2 -

Info

Publication number: JPH0583808B2
Application number: JP9605390A
Authority: JP
Inventors: Hidesuke Kondo; Yutaka Nakato; Yoshihiro Ishikawa; Junichi Kimura; Shunichi Oshida; Chihomi Igai
Original assignee: Rinnai Corp; Toho Gas Co Ltd
Current assignee: Rinnai Corp; Toho Gas Co Ltd
Priority date: 1990-04-10
Filing date: 1990-04-10
Publication date: 1993-11-29
Also published as: JPH03294708A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、予混合させた燃焼用混合気の噴流を
薄膜状に成層燃焼させる薄膜状火炎のガス燃焼機
器に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a gas combustion device with a thin film flame that performs stratified combustion of a jet of premixed combustion air-fuel mixture in the form of a thin film.

［従来の技術］特願昭63−38396号の薄膜状火炎を用いたガス
燃焼機器は、燃料ガスと空気との予混合気を噴出
するバーナの噴出口から、所定の距離だけ隔てて
噴出流を遮蔽する平板状の遮蔽面を配し、該噴出
流の層流域にて該遮蔽面に沿つて流れる予混合気
を薄膜状火炎に燃焼させる構成であつた。[Prior Art] A gas combustion device using a thin film flame disclosed in Japanese Patent Application No. 63-38396 uses a burner that ejects a premixed mixture of fuel gas and air from the ejection port of a burner, which ejects an ejected stream at a predetermined distance. The configuration was such that a flat plate-shaped shielding surface was disposed to shield the jet flow, and the premixture flowing along the shielding surface in the laminar region of the jet flow was combusted into a thin film flame.

この薄膜状火炎のガス燃焼機器は、以下の特徴
を有していた。 This thin film flame gas combustion equipment had the following features.

(a) 遮蔽板を被加熱体とすることにより、容易に
調理に適用でき遮蔽板を輻射熱源とすることに
より、暖房、加熱などの用途に利用できる。(a) By using the shielding plate as the object to be heated, it can be easily applied to cooking, and by using the shielding plate as a radiant heat source, it can be used for purposes such as heating and heating.

(b) 燃焼炎を大面積で薄くかつ偏平にできるため
被加熱体を均一に加熱できる。(b) Since the combustion flame can be made thin and flat over a large area, the object to be heated can be heated evenly.

(c) 空気過剰率が大きい領域でも安定燃焼させる
ことができるため、燃焼温度が低く、熱による
窒素酸化物（NOx）の発生が少ない。(c) Stable combustion is possible even in areas with a large excess air ratio, so the combustion temperature is low and nitrogen oxides (NOx) are generated less due to heat.

(d) 偏平で薄い全予混合火炎を大面積で被加熱物
に近接して形成できるため、熱効率が高い。(d) Thermal efficiency is high because a flat and thin fully premixed flame can be formed over a large area close to the object to be heated.

［発明が解決しようとする課題］しかし、上記、特願昭63−38396号の薄膜状火
炎を用いたガス燃焼機器では、薄膜状火炎の形成
と予混合気の流速とが、微妙な釣り合い範囲で保
たれているので、炎孔負荷（噴出口断面積あたり
の発熱量）は、狭い範囲に限定される。このガス
燃焼機器は、予混合気の噴出口が一重であるた
め、噴出口断面積は一定であり、予混合気の流量
を増減させて、燃焼機器の発熱量を大きく変化さ
せようとすると、薄膜状火炎が形成できず燃焼不
能になる。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the above-mentioned gas combustion equipment using a thin film flame disclosed in Japanese Patent Application No. 63-38396, the formation of the thin film flame and the flow velocity of the premixture are in a delicate balance range. Therefore, the flame hole load (heat amount per cross-sectional area of the nozzle) is limited to a narrow range. Since this gas combustion equipment has a single jet nozzle for the premixture, the cross-sectional area of the nozzle is constant, and if you try to increase or decrease the flow rate of the premixture to greatly change the calorific value of the combustion equipment, A thin film flame cannot be formed and combustion becomes impossible.

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであ
り、その目的は、予混合気の流量を増減させて、
燃焼機器の発熱量を大きく変化させても、安定し
た、薄膜状火炎を形成でき、燃焼できる薄膜状火
炎のガス燃焼機器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to increase or decrease the flow rate of the premixture,
To provide a gas combustion device with a thin film flame capable of forming and burning a stable thin film flame even if the calorific value of the combustion device is greatly changed.

［課題を解決するための手段］本発明の薄膜状火炎のガス燃焼機器は、上記課
題を解決するために、燃料ガスと空気との予混合
気を噴出するバーナの噴出口から、所定の距離だ
け隔てて噴出流を遮蔽する遮蔽面を配し、該噴出
流の層流域にて該遮蔽面に沿つて流れる予混合気
を薄膜状火炎に燃焼させるガス燃焼機器におい
て、前記バーナは、大きなバーナの内側に順次小
さなバーナを１または複数個配した多重構造であ
り、該多重構造の各バーナは、同軸的に配された
多重構造のノズルを有し、また多重構造の各バー
ナには、それぞれガス量調節弁と空気量調節弁が
装着されていることを技術的手段とし、さらに、前記同軸的に配された多重構造のノズ
ルは、外側ノズルの先端より内側ノズルの先端が
引込められていることをを技術的手段とし、さらに、前記同軸的に配された多重構造の各ノ
ズルは、先端が尖つていることを技術的手段とす
る。[Means for Solving the Problems] In order to solve the above-mentioned problems, the thin film flame gas combustion device of the present invention has the following advantages: A gas combustion device in which a shielding surface that shields the jet flow is arranged at a distance of 100 mm, and a premixture flowing along the shielding surface in the laminar region of the jet flow is combusted into a thin film flame. It has a multiple structure in which one or more small burners are sequentially arranged inside the multiple structure, and each burner in the multiple structure has a multiple structure nozzle arranged coaxially, and each burner in the multiple structure has a The technical means is that a gas volume control valve and an air volume control valve are installed; Further, it is a technical means that each nozzle of the multilayer structure arranged coaxially has a pointed tip.

［作用および発明の効果］本発明の薄膜状火炎のガス燃焼機器は、上記構
成を有し、請求項１について、（作用）多重構造の各ノズルを選択的に使用し
て、予混合気の噴出口断面積を変化させること
ができるので、（効果）発熱量を大きく変化させても、安定し
た薄膜状火炎が形成され、安定燃焼できる。[Function and Effects of the Invention] The thin film flame gas combustion device of the present invention has the above-mentioned configuration, and with respect to claim 1, (Function) Each nozzle of the multilayer structure is selectively used to control the premixture. Since the cross-sectional area of the jet nozzle can be changed, (effect) a stable thin film flame is formed and stable combustion can be achieved even if the calorific value is greatly changed.

請求項２について、（作用）予混合気の流速は、噴出口近傍の内側
ノズル延長域が乱流の発生により遅くなり、噴
流の不安定域が噴出口から突出してでき、薄膜
状火炎に凹凸が発生し不安定になるが、内側ノ
ズルの先端を引込めると、噴流の不安定域が噴
出口近傍に圧縮されるので、（効果）薄膜状火炎形成域の噴流は流速が平坦
になり、薄膜状火炎は平坦かつ安定する。 Regarding claim 2, (Function) The flow velocity of the premixture slows down due to the generation of turbulence in the inner nozzle extension region near the jet port, and an unstable region of the jet protrudes from the jet port, causing unevenness in the thin film flame. occurs and becomes unstable, but when the tip of the inner nozzle is retracted, the unstable region of the jet is compressed near the jet nozzle. (Effect) The flow velocity of the jet in the thin film flame formation region becomes flat, A thin film flame is flat and stable.

請求項３について、（作用）ノズル先端部形状による乱流の発生が
抑制されるので、（効果）噴流の流速が平坦になり、薄膜状火炎
は平坦かつ安定する。 Regarding claim 3, (Function) Since the generation of turbulent flow due to the shape of the nozzle tip is suppressed, (Effect) The flow velocity of the jet becomes flat, and the thin film flame becomes flat and stable.

［実施例］次に本発明にかかる薄膜状火炎のガス燃焼機器
を第１〜５図に示す一実施例に基づき説明する。[Example] Next, a thin film flame gas combustion device according to the present invention will be described based on an example shown in FIGS. 1 to 5.

薄膜状火炎のガス燃焼機器Ａは、ケース７内に
垂直に設置された全予混合（全一次空気）式バー
ナ１、該バーナ１へ燃料ガスと燃焼所要空気との
混合気を供給する混合気供給装置２と、前記バー
ナ１の上方にバーナの軸心と直交的に配された円
形の遮蔽板３を主要構成物とする。 The thin film flame gas combustion equipment A includes a fully premixed (all primary air) type burner 1 vertically installed in a case 7, and an air-fuel mixture that supplies a mixture of fuel gas and air required for combustion to the burner 1. The main components are a supply device 2 and a circular shielding plate 3 disposed above the burner 1 perpendicularly to the axis of the burner.

前記遮蔽板３は、（本実施例では）金属製円板
であり。また、遮蔽板３は、被加熱物が載置され
る受熱板であり、風防を兼ねた円筒状の脚部８上
に設置され、脚部８は、前記ケース７上に設置さ
れている。 The shielding plate 3 is a metal disk (in this embodiment). Further, the shielding plate 3 is a heat receiving plate on which an object to be heated is placed, and is installed on a cylindrical leg portion 8 that also serves as a windshield, and the leg portion 8 is installed on the case 7.

前記バーナ１は、二重壁構造による内側バーナ
１Ａと外側バーナ１Ｂからなる。また、バーナ１
は、（本発明の要旨である）同軸的に配された内
側ノズル１１Ａ（内側バーナ１Ａ用）と外側ノズ
ル１１Ｂ（内側バーナ１Ｂ用）からなる円筒二重
壁のノズル１１を備える。該ノズル１１は、先端
に向かつて絞られ、絞られる度合は先端に行くに
従い減少するように設定されている。内側ノズル
１１Ａの先端部１２Ａ（本実施例では口径φ20mm）
と外側ノズル１１Ｂの先端部１２Ｂ（本実施例で
は口径φ42mm）は、ともに尖つている。内側ノズ
ルの先端部１２Ａは、外側ノズルの先端部１２Ｂ
より約５mm引込められている。 The burner 1 consists of an inner burner 1A and an outer burner 1B having a double wall structure. Also, burner 1
is equipped with a cylindrical double-walled nozzle 11 consisting of an inner nozzle 11A (for the inner burner 1A) and an outer nozzle 11B (for the inner burner 1B) coaxially arranged (which is the gist of the present invention). The nozzle 11 is constricted toward the tip, and the degree of constriction is set to decrease toward the tip. Tip 12A of inner nozzle 11A (diameter φ20mm in this example)
and the tip 12B of the outer nozzle 11B (diameter φ42 mm in this embodiment) are both sharp. The tip 12A of the inner nozzle is the tip 12B of the outer nozzle.
It has been recessed by approximately 5mm.

前記混合気供給装置２は、送風手段（図示しな
い）から圧送される空気を、内側ノズル１１Ａ用
通気路２１Ａと外側ノズル１１Ｂ用通気路２１Ｂ
に分配し、該通気路２１Ａと２１Ｂには、それぞ
れ空気量を調節する空気量調節弁２２Ａ，２２Ｂ
が装着されている。また、ガス管から供給される
ガスを、内側ノズル１１Ａ用ガス路２３Ａと外側
ノズル１１Ｂ用ガス路２３Ｂに分配し、該ガス路
２３Ａと２３Ｂには、それぞれガス量を調節する
ガス量調節弁２４Ａ，２４Ｂが装着されている。
通気路２１Ａとガス路２３Ａ、また、通気路２１
Ｂとガス路２３Ｂが、下流で接続され、混合気供
給路２５Ａ，２５Ｂとなり、それぞれ内側バーナ
１Ａと外側バーナ１Ｂに混合気を供給する。 The air-fuel mixture supply device 2 sends air under pressure from a blowing means (not shown) to an air passage 21A for the inner nozzle 11A and an air passage 21B for the outer nozzle 11B.
Air flow control valves 22A and 22B are installed in the air passages 21A and 21B to adjust the air flow, respectively.
is installed. Further, the gas supplied from the gas pipe is distributed to a gas path 23A for the inner nozzle 11A and a gas path 23B for the outer nozzle 11B, and each of the gas paths 23A and 23B is provided with a gas amount control valve 24A for adjusting the gas amount. , 24B are installed.
The ventilation path 21A, the gas path 23A, and the ventilation path 21
B and the gas path 23B are connected downstream to become air-fuel mixture supply paths 25A and 25B, which supply air-fuel mixture to the inner burner 1A and the outer burner 1B, respectively.

バーナ１は、混合気供給装置２で予混合された
混合気が下方から供給され、絞られたノズル１１
（内側ノズル１１Ａと外側ノズル１１Ｂからなる）
の円形噴出口１２から上方に噴出される。 The burner 1 is supplied with a premixed air-fuel mixture from below by an air-fuel mixture supply device 2, and a narrowed nozzle 11.
(Composed of inner nozzle 11A and outer nozzle 11B)
It is ejected upward from the circular ejection port 12.

（全点火時の作用）前記噴出口１２から噴出される噴流４は、（内
側ノズルの先端部１２Ａから発生する乱流の影響
を受けるが、先端部１２Ａは尖つているので乱流
は微小であり、且つ先端部１２Ｂより引込められ
ているので乱流の影響は小さく）噴出口１２にお
いて均一の噴出速度V₀の噴流４となつている。
噴流４は、上昇するに従い漸次水平方向に拡散し
て、流域の断面積を広げる。それと共に、垂直方
向の噴流４の流速Ｖは、漸減していき、噴流４の
中心線と遮蔽面３Ａとの交点で噴流４の流速Ｖ＝
０の澱点となる。噴流４は、遮蔽板３によつて偏
向され、遮蔽板３に沿つて放射状に広がる。噴流
４と外気との境界では、粘性によるせん断層４３
が生じる。遮蔽面３Ａに沿つては、境界層４４が
生じる。(Operation at full ignition) The jet 4 ejected from the jet port 12 is affected by turbulence generated from the tip 12A of the inner nozzle, but since the tip 12A is sharp, the turbulence is minute. (and since it is retracted from the tip 12B, the influence of turbulence is small) The jet stream 4 has a uniform jet velocity V ₀ at the jet port 12.
As the jet stream 4 rises, it gradually spreads horizontally and widens the cross-sectional area of the basin. At the same time, the flow velocity V of the jet 4 in the vertical direction gradually decreases, and at the intersection of the center line of the jet 4 and the shielding surface 3A, the flow velocity V of the jet 4 becomes
The lees point is 0. The jet stream 4 is deflected by the shielding plate 3 and spreads radially along the shielding plate 3. At the boundary between the jet 4 and the outside air, a shear layer 43 due to viscosity
occurs. A boundary layer 44 is generated along the shielding surface 3A.

この状態で噴流４に点火すると、予混合気の火
炎伝播速度Ｓと、噴流４の流速Ｖとが釣り合つた
面において薄膜状の燃焼火炎（以後薄膜状火炎）
５が形成される。この薄膜状火炎５は、噴出速度
V₀が大きくなるか、または予混合気の空燃比が
リーン（燃焼空気の過多）になるなどで火炎伝播
速度Ｓが低下すると遮蔽板３側に変位し、その逆
のときは噴出口１２側に変位する。すなわち噴出
速度V₀＞Ｓ（火炎伝播速度）である限り、噴出口
１２と遮蔽面３Ａとの間には、噴流４の流速Ｖ＝
Ｓ（火炎伝播速度）となる面は必ず存在するので、
噴出速度V₀が増大しても吹消えにる失火は生じ
難い。 When the jet 4 is ignited in this state, a thin film-like combustion flame (hereinafter referred to as a "thin film flame") is generated in the plane where the flame propagation velocity S of the premixture and the flow velocity V of the jet 4 are balanced.
5 is formed. This thin film flame 5 has an ejection speed of
When the flame propagation speed S decreases due to an increase in V ₀ or the air-fuel ratio of the premixture becomes lean (excessive combustion air), the flame propagation speed S is displaced toward the shielding plate 3, and vice versa, when the flame propagation speed S decreases, when the opposite occurs, the flame propagation speed S decreases, and when the opposite occurs, the flame propagation speed S decreases. Displaced to. That is, as long as the jet velocity V ₀ >S (flame propagation velocity), the flow velocity of the jet 4 between the jet port 12 and the shielding surface 3A is V=
Since there is always a surface with S (flame propagation speed),
Even if the ejection velocity V ₀ increases, a misfire that blows out is unlikely to occur.

このように、この燃焼機器Ａでは、燃焼量の変
化や、空気過剰率の変動、あるいは空気中の酸素
濃度の変化に対し、薄膜状火炎５の形成位置が幾
分変化するだけで、燃焼自体は極めて安定してい
る。 In this way, in this combustion equipment A, the combustion itself can be improved by changing the formation position of the thin film flame 5 slightly in response to changes in the amount of combustion, fluctuations in the excess air ratio, or changes in the oxygen concentration in the air. is extremely stable.

（内側バーナのみ使用時の作用）内側バーナ１Ａに混合気を供給して、内側ノズ
ル１１Ａだけ使用して点火すると、（第４図に示
す如く）外気とのせん断層に乱流Ｄを生じ、薄膜
状火炎５Ａは外周縁５１Ａに乱れを生じる。しか
し、（第５図に示す如く）内側バーナ１Ａには混
合気を供給し、外側バーナ１Ｂには空気を供給
し、外側バーナ１Ｂから空気を噴出すると乱流Ｄ
の発生が抑えられ、薄膜状火炎５Ｂは外周縁５１
Ｂがより安定する。(Operation when only the inner burner is used) When the air-fuel mixture is supplied to the inner burner 1A and ignited using only the inner nozzle 11A, a turbulent flow D is generated in the shear layer with the outside air (as shown in Fig. 4). The thin film flame 5A causes disturbances on the outer peripheral edge 51A. However, if the air-fuel mixture is supplied to the inner burner 1A and air is supplied to the outer burner 1B (as shown in FIG. 5), and the air is ejected from the outer burner 1B, turbulence D
The occurrence of the thin film flame 5B is suppressed and the outer peripheral edge 51
B becomes more stable.

（実施例の効果）内側バーナ１Ａだけ使用する
か、あるいは内側バーナ１Ａおよび外側バーナ
１Ｂの両方を使用して、予混合気の噴出口断面
積を変化させることができるので、発熱量を大
きく変化させても、安定した薄膜状火炎が形成
され、安定燃焼できる。(Effects of Example) Since the cross-sectional area of the premixture outlet can be changed by using only the inner burner 1A or by using both the inner burner 1A and the outer burner 1B, the amount of heat generated can be greatly changed. Even if the fuel is heated, a stable thin film flame is formed and stable combustion is possible.

また、内側バーナ１Ａを単独で使用する場合、
外側バーナ１Ｂには空気を供給して、内側ノズル
１１Ａから噴出する予混合気の噴流の外側に、空
気の層流を形成すると、薄膜状火炎は著しく安定
し、燃焼性が向上する。 In addition, when using the inner burner 1A alone,
When air is supplied to the outer burner 1B and a laminar flow of air is formed outside the jet of premixed gas ejected from the inner nozzle 11A, the thin film flame is significantly stabilized and combustibility is improved.

本発明は上記実施例以外につぎの変形例を含
む。 The present invention includes the following modifications in addition to the above embodiments.

ア多重壁構造の筒状ノズルは、二重構造以外の
三重構造以上であつても良い。A. The cylindrical nozzle with a multi-walled structure may have a triple-walled structure or more, other than a double-walled structure.

イ遮蔽板は、遮蔽面に突起を配列して形成した
ものでも良く、またセラミツク板でも良い。B. The shielding plate may be formed by arranging protrusions on the shielding surface, or may be a ceramic plate.

ウ遮蔽板は噴流の軸心に対し幾分傾斜して配置
されても良く、また曲率半径の大きな曲面もし
くは鈍角円錐面であつて良い。C. The shielding plate may be arranged somewhat inclined with respect to the axis of the jet flow, and may be a curved surface with a large radius of curvature or an obtuse conical surface.

エ噴出口は円形の他、正方形などの正多角形で
あつても良い。D. The spout may be circular or regular polygonal such as a square.

オ噴出口から噴出する混合気は、空気過剰率が
１以上の全予混合気以外に、一次空気が理論空
燃比より幾分少ない予混合気であつても良い。E. The mixture ejected from the jet port may be a premixture in which the primary air is slightly less than the stoichiometric air-fuel ratio, in addition to a full premixture with an excess air ratio of 1 or more.

[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明にかかる薄膜状火炎ガス燃焼機
器の第１実施例の断面図、第２図はその要部拡大
図、第３図はその内側ノズルと外側ノズルの斜視
図、第４図と第５図はその使用を説明する要部拡
大図である。図中Ａ……薄膜状火炎のガス燃焼機器、１……
全予混合式バーナ、１Ａ……内側バーナ、１Ｂ…
…外側バーナ、２……混合気供給装置、３……遮
蔽板、３Ａ……遮蔽面、４……噴流、５，５Ａ，
５Ｂ……薄膜状の燃焼火炎（薄膜状火炎）、７…
…ケース、８……脚部、１１……ノズル、１１Ａ
……内側ノズル、１１Ｂ……外側ノズル、１２…
…円形噴出口、１２Ａ……内側ノズルの先端部、
１２Ｂ……外側ノズルの先端部、２２Ａ，２２Ｂ
……空気量調整弁、２４Ａ，２４Ｂ……ガス量調
節弁。 FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment of a thin film flame gas combustion device according to the present invention, FIG. 2 is an enlarged view of its main parts, FIG. 3 is a perspective view of its inner nozzle and outer nozzle, and FIG. 4 and FIG. 5 are enlarged views of essential parts for explaining its use. In the figure A...Gas combustion equipment with thin film flame, 1...
Fully premixed burner, 1A...Inner burner, 1B...
...outer burner, 2...mixture supply device, 3...shielding plate, 3A...shielding surface, 4...jet flow, 5,5A,
5B... Thin film combustion flame (thin film flame), 7...
...Case, 8...Legs, 11...Nozzle, 11A
...Inner nozzle, 11B...Outer nozzle, 12...
...Circular spout, 12A...Tip of inner nozzle,
12B...Tip of outer nozzle, 22A, 22B
...Air amount adjustment valve, 24A, 24B...Gas amount adjustment valve.

Claims

[Claims] 1. A shielding surface that shields the jet stream is arranged at a predetermined distance from the jet port of the burner that spouts out the premixture of fuel gas and air, and in the laminar region of the jet stream. In the gas combustion equipment that burns the premixture flowing along the shielding surface into a thin film flame, the burner has a multilayer structure in which one or more smaller burners are sequentially arranged inside a large burner, Each burner has a multi-structure nozzle arranged coaxially, and each burner of the multi-structure is equipped with a gas volume control valve and an air volume control valve, respectively. gas combustion equipment. 2. The coaxially arranged multiple structure nozzles are:
2. The thin film flame gas combustion device according to claim 1, wherein the tip of the inner nozzle is retracted more than the tip of the outer nozzle. 3. The thin film flame gas combustion device according to claim 1, wherein each of the coaxially arranged multiple nozzles has a pointed tip.