説明

ガスバーナ及び燃焼機器

【課題】低NOx化を図った上で、燃焼部における燃焼不良を未然に検知することもできるガスバーナ、及び当該ガスバーナを使用した燃焼機器を提供する。
【解決手段】空気比λ=1.3となる希薄混合ガスを燃焼させて火炎F1を形成する一方、火炎F1の形成に用いる混合ガスよりも一次空気の混合率が低い全一次混合ガスを燃焼させ、火炎F1とは別に検知用火炎F2を形成し、当該検知用火炎F2を熱電対14により監視することで燃焼不良を検知するように構成した。つまり、フィルター詰まり等による空気不足により燃料ガスへ混合する一次空気の酸素が不足した際、その影響が早期に現れる検知用火炎F2を別途形成して監視する。したがって、低NOx化を実現した上で、酸欠による燃焼不良は勿論のこと、空気不足による燃焼不良をも未然且つ確実に検知することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガスバーナ、及び当該ガスバーナを使用したファンヒータ等の燃焼機器に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、ファンヒータ等の燃焼機器に使用するガスバーナとしては、たとえば特許文献1に記載されているようなものが知られている。このガスバーナは、混合管を有するバーナ本体部と、バーナ本体に溶接される炎孔板を有する燃焼部とからなる。そして、混合管へ予め空気が混入され一次空気比λ=0.5〜0.7とされた混合ガスを送り込み、炎孔板の上面で燃焼させるようになっている。
一方、燃焼機器においては、燃焼に伴い生じるNOxの発生量の低減が求められており、特許文献1に記載のガスバーナでは、上面に二次炎孔が開設された箱体をバーナ本体に設置し、炎孔板の表面で燃焼されなかった未燃成分については、二次炎孔から噴出した時点で二次炎孔の周りから吸引される二次空気を利用して二次燃焼させるとした所謂二段燃焼構造とすることで、火炎温度を低下させて、NOxの発生量の低減を図っている。
【0003】
ここで、ファンヒータ等の特に室内で利用する燃焼機器への上記ガスバーナの適用を想定すると、窓等を閉め切ったままで燃焼機器を作動させ続けることによる室内の空気の酸欠や、一次空気の取り込み部に設置されたフィルター等に埃や塵等が詰まることによる空気不足により、燃焼不良が生じるおそれがある。そこで、供給される空気中の酸素が減少すると、火炎が炎孔板の上面から浮き上がる性質を利用し、熱電対等の熱電素子を炎孔板の表面近傍に臨ませることによって燃焼不良を未然に検知可能とした構成が考案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2003−4209号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
近年、ファンヒータ等の室内で利用する燃焼機器においては、更なる低NOx化が求められている。そこで、一般的に知られている火炎温度とNOxの発生量との間の相関関係にもとづき、空気比λが1.0よりも大きい混合ガス(すなわち空気を過剰に混合した希薄混合ガス)を供給することにより、上記特許文献1よりも火炎温度を一層低下させ、NOxの発生量の一層の低減を図るとした構成が考えられる。
【0006】
しかしながら、希薄混合ガスを燃焼させた場合、熱電対の起電力は、図8のBのラインが示すように変化する。すなわち、室内の空気に酸欠が生じた場合(図8(a))には、比較的早い段階で熱電対の起電力がカットレベル以下へと低下し、一酸化炭素(CO)の排出量が規格値を超える前に燃焼不良を検知することができるものの、フィルター詰まり等による空気不足が生じた場合(図8(b))、熱電対の起電力は空気の減少につれ一旦増加し、その後減少するため、カットレベルに到達するより前に、一酸化炭素が発生し、燃焼不良を検知できないというおそれがある。尚、図8(b)中のD開度とは、ダンパ開度を意味し、フィルター詰まり等を再現するためにダンパの開度を調整した。
【0007】
そこで、本発明は、低NOx化を図った上で、酸欠による燃焼不良は勿論、空気不足による燃焼不良をも未然に検知することもできるガスバーナ、及び当該ガスバーナを使用した燃焼機器を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項1に記載の発明は、燃料ガスと一次空気とを混合し、空気比λ=1.1以上となる希薄混合ガスを生成する第1混合管が設置された主バーナ本体部と、希薄混合ガスを燃焼させる主燃焼部とを備えたガスバーナであって、燃料ガスと一次空気とを混合し、希薄混合ガスよりも空気比の小さい検知用混合ガスを生成する第2混合管が設置された検知用バーナ本体部と、検知用混合ガスを燃焼させる検知用燃焼部とを設けるとともに、検知用燃焼部に火炎を検知する熱電素子を設置し、当該熱電素子の検出状態にもとづいて燃焼部全体における燃焼不良を検知可能としたことを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、主燃焼部と検知用燃焼部とが複数の炎孔を備えた同一の炎孔板を共用しており、当該炎孔板の表面に、希薄混合ガスを燃焼させることによる火炎と、検知用混合ガスを燃焼させることによる火炎との両方を形成させることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、炎孔板の表面の10%が検知用混合ガスを燃焼させる検知エリアであり、残りの90%が希薄混合ガスを燃焼させる主燃焼エリアであることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3の何れかに記載の発明において、箱状の本体部材の内部空間を仕切部材によって仕切り、一方の内部空間に第1混合管を、他方の内部空間に第2混合管を夫々設置することにより、主バーナ本体部と検知用バーナ本体部とを構成したことを特徴とする。
一方、上記目的を達成するために、本発明のうち請求項5に記載の発明は、燃焼機器において、請求項1〜4の何れかに記載のガスバーナと、熱電素子が接続され、熱電素子の検出状態に応じて燃焼部全体における燃焼不良を検知すると所定の動作を実行する制御部とが設置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、室内の暖房等、空気の加熱については、空気比λ=1.1以上の希薄混合ガスを燃焼させることによって行う一方、燃焼不良の検知については、希薄混合ガスよりも空気比の小さい検知用混合ガスを希薄混合ガスとは別の燃焼部において燃焼させ、この検知用混合ガスを燃焼させることにより形成した火炎を熱電素子により検知することによって行う。つまり、加熱のための火炎とは別に、フィルター詰まり等による空気不足により燃料ガスに混合する一次空気の酸素が不足した際に、その影響がより早期に現れる火炎を形成し、熱電素子により監視する。したがって、低NOx化を実現した上で、酸欠による燃焼不良は勿論、空気不足による燃焼不良をも未然検知することができる。
請求項2に記載の発明によれば、主燃焼部と検知用燃焼部とが複数の炎孔を備えた同一の炎孔板を共用しており、当該炎孔板の表面に、希薄混合ガスを燃焼させることによる火炎と、検知用混合ガスを燃焼させることによる火炎との両方を形成させるため、部材点数を削減することができ、低コスト化、省スペース化を図ることができる。
請求項3に記載の発明によれば、炎孔板の表面の10%を検知用混合ガスを燃焼させる検知エリアとし、残りの90%を希薄混合ガスを燃焼させる主燃焼エリアとしているため、検知エリアに無駄がなく、燃焼不良の確実な検知を可能とした上で、加熱効率が最も良い構成とすることができる。
請求項4に記載の発明によれば、箱状の本体部材の内部空間を仕切部材によって仕切り、一方の内部空間に第1混合管を、他方の内部空間に第2混合管を夫々設置しているため、主バーナ本体部と検知用バーナ本体部とを別の箱状部材を用いて構成するものと比較して部品点数を削減することができ、一層の低コスト化、省スペース化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】ファンヒータの外観を示した説明図である。
【図2】ファンヒータの断面を示した説明図である。
【図3】ガスバーナ(箱体を除く)を上方から示した説明図である。
【図4】ガスバーナの縦断面を示した説明図である。
【図5】通常の燃焼時における火炎を示した説明図である。
【図6】酸欠時における火炎を示した説明図である。
【図7】ガスバーナの変更例を示した説明図である。
【図8】熱電対の起電力及び一酸化炭素の排出量の変化を示したグラフであり、(a)は酸欠が生じた場合を、(b)はフィルター詰まり等により空気不足が生じた場合を夫々示している。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の一実施形態となるファンヒータ及びガスバーナについて、図面にもとづき詳細に説明する。
【0012】
ファンヒータ1は、本体ケース2の内部に燃焼室3を形成し、当該燃焼室3の内部に空気を暖めるためのガスバーナ4を設置するとともに、燃焼室3の下方に空気を流動させるためのファン5を設置してなる。そして、当該ファンヒータ1では、本体ケース2の背面に設けられた給気口6から燃焼室3内へ空気を取り込み、その一部を燃焼用一次空気として使用するとともに、残りをガスバーナ4から排出される熱気と混合した後、本体ケース2の前面下部に開設された吹出口7、7・・から送り出す。尚、8は、ファンヒータ1を操作するためのトップパネルであり、ファンヒータ1の作動を制御する図示しない制御装置に接続されている。また、給気口6には、図示しない除塵用のフィルターが設置されている。
【0013】
ここで、本発明の要部となるガスバーナ4について詳細に説明する。
ガスバーナ4は、バーナ本体11と、バーナ本体11の上面に取り付けられる炎孔板12と、炎孔板12の上方を覆うようにバーナ本体11に固着される箱体13と、熱電対14と、図示しない点火用電極と、上記制御装置とを備えてなる。バーナ本体11は、上面にのみ開口する箱状の本体部31と、本体部31に対して左側(図3における左側)から差し込まれた希薄混合管32と、本体部31に対して右側(図3における右側)から差し込まれた全一次混合管33と、両混合管32、33間で本体部31の内部空間を仕切る仕切り壁34とを備えている。希薄混合管32は、空気比λ=1.3となる希薄混合ガスを生成し、本体部31の内部空間で希薄混合管32が位置する第1空間31aへ希薄混合ガスを供給するようになっている。一方、全一次混合管33は、空気比λ=1.0の全一次混合ガス(検知用混合ガス)を生成し、本体部31の内部空間で全一次混合管33が位置する第2空間31bへ全一次混合ガスを供給するようになっている。さらに、仕切り板34は、本体部31の開口において、第1空間31aの開口と第2空間31bの開口との面積比が90:10となるような位置に設けられており、第1空間31aと第2空間31bとで混合ガスが行き来することを阻止している。尚、本体部31の外側に位置する各混合管32、33の基端部には、燃料ガスを供給するためのガス供給管のノズル35が接続されているとともに、一次空気を吸引するための吸引口36が設けられている。
【0014】
また、炎孔板12は、左右方向(図3における左右方向)へ長いセラミック製の略長方形板状部材に、多数の小孔状の炎孔21、21・・を規則的に並設してなるもので、バーナ本体11の本体部31に設けられた開口部に設置される。各炎孔21の直径は1.0mmであり、該炎孔21、21・・は、炎孔板11の長手方向については間隔A=1.4mm〜1.5mmで、短手方向については間隔B=1.2mm〜1.3mmで夫々設けられている。そして、炎孔板12の片端部(図3における右端部)で、バーナ本体11に設置した際に第2空間31bの上方に位置する領域(全体面積の略10%となる領域)が後述する検知エリア22となっている。一方、残りの90%にわたる領域で、第1空間31aの上方に位置する領域が主燃焼エリア23となっている。
【0015】
さらに、熱電対14は、炎孔板12の検知エリア22の表面近傍に臨むような姿勢で取り付けられており、検知エリア22の表面に形成される火炎を検知可能となっている。尚、熱電対14は、上記制御装置に接続されており、制御装置は、熱電対14を用いて検知エリア22の表面における火炎の有無を検知するとともに、当該検知結果に応じて後述するような制御を実行する。
加えて、箱体13は、炎孔板12の上方を覆うようにバーナ本体11の上面に固着されており、当該箱板13によって炎孔板12の上方に副燃焼室15が形成されている。また、箱板13の上面には、燃焼により加熱された空気を送り出すための開口16が設けられている。
【0016】
以上のような構成を有するガスバーナ4における通常時の燃焼、及び酸欠や空気不足による燃焼不良時の燃焼について説明する。
ファンヒータ1を作動させるべくトップパネル8が操作されると、ファン5が回転するとともに、各混合管32、33へガス供給管35から燃料ガスが噴出され、その噴出に伴い吸引口36から各混合管32、33へ一次空気が取り込まれ、希薄混合管32では空気比λ=1.3となる希薄混合ガスが、全一次混合管33では空気比λ=1.0となる全一次混合ガスが夫々生成される。生成された希薄混合ガスは、第1空間31aへ供給された後、炎孔21を通って副燃焼室15へ噴出する。そして、点火用電極によって着火されると、炎孔板12の主燃焼エリア23の表面に、図5に示すような火炎F1が形成される。この燃焼は、燃料ガスに予め燃焼に必要な空気以上の空気が混合された希薄混合ガスによる燃焼であるため、従来の一次空気比λ=0.5〜0.7とされた混合ガスを燃焼させるタイプのものと比較して、火炎温度が低くなっており、NOxの発生量を従来以上に低減するようになっている。尚、箱体13を炎孔板12を加工用にバーナ本体11に固着しているため、希薄混合ガスを炎孔板12の表面で燃焼させる際に外部から二次空気が供給されることはない。
一方、全一次混合ガスは、第2空間31bに供給された後、炎孔21を通って副燃焼室15へ噴出する。そして、上記加熱用火炎F1からの火移りによって着火されると、炎孔板12の検知エリア22の表面に、図5に示すような検知用火炎F2が形成される。この検知用火炎F2は、上記希薄混合ガスよりも空気比λの低い全一次混合ガスの燃焼により形成されるものであるため、火炎F1と比較して上下方向(混合ガスの噴出方向)に短い。そして、当該検知用火炎F2が熱電対14によって検知されることになる。
【0017】
ここで、たとえばファンヒータ1を室内で長期間連続して作動させる等することにより、周囲の空気に酸欠が生じたり、給気口6に設置されたフィルター等に埃や塵等が詰まって空気不足が生じることがある。そして、この場合の火炎F1及び検知用火炎F2は、それぞれ図6に示すような形状をとる。すなわち、火炎が、混合ガスに含まれる酸素の不足によって上下方向(混合ガスの噴出方向)へ長くなり、炎孔板12の表面から上方へ浮かび上がろうとする。しかしながら、火炎F1については、上述したように予め理論空気量以上の空気が混合された希薄混合ガスを燃焼させたものであるため、空気不足の影響が現れにくく、火炎が炎孔板12の表面から浮かび上がるまでには中々至らない。一方、検知用火炎F2については、希薄混合ガスよりも一次空気の混合率が低い全一次混合ガスを燃焼させたものであるため、特に空気不足が生じた場合に、火炎F1よりも早いタイミングで火炎が炎孔板12の表面から浮き上がるため、熱電対14の起電力が低下する。
【0018】
また、周囲の空気に酸欠が生じた場合、及びフィルター等が詰まって空気不足が生じた場合に、熱電対14の起電力は、それぞれ図8のAのラインが示すように変化する。すなわち、酸欠が生じた場合は勿論、空気不足が生じた場合にも一酸化炭素の排出量が規格値へ到達する以前に、熱電対14の起電力がカットレベル以下へと低下する。したがって、熱電対14が接続された制御装置は、当該事態(すなわち熱電対14における起電力の低下)の検知により燃焼不良を未然に検知する。そして、燃焼不良を検知すると、各混合管32、33への燃料ガスの供給を停止してガスバーナ4を消火するとともに、ファン5の回転を停止して、ファンヒータ1の作動を停止する。
【0019】
以上、上記構成を有するファンヒータ1及びガスバーナ4によれば、空気比λ=1.3となる希薄混合ガスを燃焼させて火炎F1を形成する一方、火炎F1の形成に用いる混合ガスよりも一次空気の混合率が低い全一次混合ガスを燃焼させ、火炎F1とは別に検知用火炎F2を形成し、当該検知用火炎F2を熱電対14により監視することで燃焼不良を未然に検知する。つまり、フィルター詰まり等による空気不足により燃料ガスに混合する一次空気の酸素が不足した際、その影響がより早期に現れる検知用火炎F2を別途形成して監視する。したがって、低NOx化を実現した上で、酸欠による燃焼不良は勿論のこと、空気不足による燃焼不良をも未然に且つ確実に検知することができる。
【0020】
また、炎孔板12の表面に主燃焼エリア23と検知エリア22との両方を設けており、炎孔板12の表面に火炎F1と検知用火炎F2との両方を形成させているため、炎孔板については勿論のこと、点火用電極等の部材点数を削減することができ、低コスト化や省スペース化を図ることができる。
さらに、炎孔板12の表面の10%を検知エリア22とし、残りの90%を主燃焼エリア23としているため、検知エリア22に無駄がなく、燃焼不良の未然且つ確実な検知を可能とした上で、加熱効率が最も良い構成となっている。
加えて、バーナ本体11の本体部31の内部空間を仕切り壁34によって第1空間31aと第2空間31bとに仕切り、第1空間31aには希薄混合管32を、第2空間31bには全一次混合管33を夫々設置している。したがって、第1空間31aを有する本体部と第2空間31bを有する本体部とを別途設ける構成と比較して、構造の簡素化、省スペース化を図ることができる。
【0021】
なお、本発明のガスバーナ及び燃焼機器に係る構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、バーナ本体に係る構成や燃焼機器の種類等を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で必要に応じて適宜変更することができる。
【0022】
たとえば、上記ガスバーナ4に代えて、図7に示すようなガスバーナ40を採用してもよい。当該ガスバーナ40では、バーナ本体の本体部41に対し、希薄混合管32と全一次混合管33とを同一方向から差し込んで設置し、L字型の仕切り壁42によって両混合管32、33の設置空間(第1空間41aと第2空間41b)を仕切っている。当該構成を採用しても、上記同様、燃焼不良を確実に検知することができるし、部材点数の共用により、部材点数の削減や省スペース化を図ることができる。さらに、当該構成によれば、希薄混合管32及び全一次混合管33の吸引口36が同一方向に開口するため、一次空気を吸引口36、36まで導くための構造や燃料ガスの配管等が簡易となるといった効果もある。
【0023】
また、上記実施形態では、加熱用に燃焼させる混合ガスとして空気比λ=1.3の希薄混合ガスを、燃焼不良の検知用に燃焼させる検知用混合ガスとして空気比λ=1.0の全一次混合ガスを夫々用いているが、両混合ガス共に空気比λについては適宜変更可能であって、加熱用に燃焼させる混合ガスの空気比λを1.1以上とし、検知用混合ガスの空気比λを、加熱用に燃焼させる混合ガスの空気比λよりも小さくしさえすれば、低NOx化や燃焼不良の検知に係り十分な効果を奏することができる。尚、検知用混合ガスとして空気比λ=0.9〜1.0の全一次混合ガスを、希薄混合ガスとして空気比λ=1.3〜1.5の混合ガスを用いた場合がベストモードとなる。
さらに、主燃焼エリア23と検知エリア22との割合についても設計変更可能であって、上記実施形態では90:10としているが、炎孔板12の表面の略80%以上が主燃焼エリア23となっていれば効率の良い加熱が可能であるし、炎孔板12の表面の略5%以上が検知エリア22となっていれば燃焼不良の確実な検知が可能となる。
【0024】
さらにまた、上記実施形態では熱電素子として熱電対14を用いているが、フレームロッド等の他の熱電素子を採用することも可能である。
また、炎孔板を主燃焼用と燃焼不良の検知用とで別体にすることも可能であるし、第1空間31aを構成する本体部と第2空間31bを構成する本体部とを別体に設けてもよい。さらに、上記実施形態では、点火用電極を主燃焼エリア23に臨ませており、火炎F1の形成後に検知用火炎F2を火移りによって形成させるとしているが、検知エリア22に点火用電極を臨ませ、検知用火炎F2を形成した後に火移りによって火炎F1を形成させるように構成する等、適宜変更可能である。さらにまた、混合ガスを燃焼させる燃焼部についての構成は、上記実施形態の如く炎孔板の表面に火炎を形成させるとした所謂表面燃焼の構成に何ら限定されることはない。
加えて、上記実施形態では燃焼機器の一実施例であるファンヒータ1について説明しているが、ガスバーナ4をガスストーブ等の他の燃焼機器に適用しても何ら問題はない。
【符号の説明】
【0025】
1・・ファンヒータ(燃焼機器)、2・・本体ケース、4、40・・ガスバーナ、11・・バーナ本体、12・・炎孔板(主燃焼部、検知用燃焼部)、13・・箱体、14・・熱電対(熱電素子)、15・・副燃焼室、16・・開口、21・・炎孔、22・・検知エリア(検知用燃焼部)、23・・主燃焼エリア(主燃焼部)、31、41・・本体部(本体部材)、31a、41a・・第1空間(主バーナ本体部)、31b、41b・・第2空間(検知用バーナ本体部)、32・・希薄混合管(第1混合管)、33・・全一次混合管(第2混合管)、34、42・・仕切り壁(仕切部材)、35・・ノズル、36・・吸引口。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃料ガスと一次空気とを混合し、空気比λ=1.1以上となる希薄混合ガスを生成する第1混合管が設置された主バーナ本体部と、前記希薄混合ガスを燃焼させる主燃焼部とを備えたガスバーナであって、
燃料ガスと一次空気とを混合し、前記希薄混合ガスよりも空気比の小さい検知用混合ガスを生成する第2混合管が設置された検知用バーナ本体部と、前記検知用混合ガスを燃焼させる検知用燃焼部とを設けるとともに、
前記検知用燃焼部に火炎を検知する熱電素子を設置し、当該熱電素子の検出状態にもとづいて燃焼部全体における燃焼不良を検知可能としたことを特徴とするガスバーナ。
【請求項2】
前記主燃焼部と前記検知用燃焼部とが複数の炎孔を備えた同一の炎孔板を共用しており、当該炎孔板の表面に、前記希薄混合ガスを燃焼させることによる火炎と、前記検知用混合ガスを燃焼させることによる火炎との両方を形成させることを特徴とする請求項1に記載のガスバーナ。
【請求項3】
前記炎孔板の表面の10%が前記検知用混合ガスを燃焼させる検知エリアであり、残りの90%が前記希薄混合ガスを燃焼させる主燃焼エリアであることを特徴とする請求項2に記載のガスバーナ。
【請求項4】
箱状の本体部材の内部空間を仕切部材によって仕切り、一方の内部空間に前記第1混合管を、他方の内部空間に前記第2混合管を夫々設置することにより、前記主バーナ本体部と前記検知用バーナ本体部とを構成したことを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載のガスバーナ。
【請求項5】
請求項1〜4の何れかに記載のガスバーナと、前記熱電素子が接続され、前記熱電素子の検出状態に応じて燃焼部全体における燃焼不良を検知すると所定の動作を実行する制御部とが設置されていることを特徴とする燃焼機器。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2011−163627(P2011−163627A)
【公開日】平成23年8月25日(2011.8.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−25838(P2010−25838)
【出願日】平成22年2月8日(2010.2.8)
【出願人】(000112015)株式会社パロマ (298)
【Fターム(参考)】