JP2004092978A - 燃焼装置、並びに、湯水加熱装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】燃焼部内に噴霧された燃料の液化を防止し、完全燃焼することができると共に、湯水加熱装置の小型化が可能な燃焼装置の提供を目的とする。
【解決手段】燃焼装置２は、燃焼筒１１の下方に拡散防止部材１９を備えている。拡散防止部材１９は、略円筒形の形状を有する本体部１９ａを有し、その両端にそれぞれ外フランジ部１９ｂと内フランジ部１９ｃとを備えている。内フランジ部１９ｃは、燃焼筒１１の開口面積を縮小するものであり、燃焼筒１１内に噴霧され、拡散防止部材１９内に流入した燃焼ガス等を一時的に滞留させるものである。本体部１９ａの周囲および内フランジ部１９ｃの全周には、それぞれ複数の連通孔１９ｄ，１９ｅが設けられている。
【選択図】 図１
【解決手段】燃焼装置２は、燃焼筒１１の下方に拡散防止部材１９を備えている。拡散防止部材１９は、略円筒形の形状を有する本体部１９ａを有し、その両端にそれぞれ外フランジ部１９ｂと内フランジ部１９ｃとを備えている。内フランジ部１９ｃは、燃焼筒１１の開口面積を縮小するものであり、燃焼筒１１内に噴霧され、拡散防止部材１９内に流入した燃焼ガス等を一時的に滞留させるものである。本体部１９ａの周囲および内フランジ部１９ｃの全周には、それぞれ複数の連通孔１９ｄ，１９ｅが設けられている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯器等の湯水加熱装置に好適に使用できる燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、給湯装置等に代表される湯水加熱装置には、石油等の液体燃料を噴霧して燃焼させる燃焼装置が多用されている。図６は、燃料を噴霧して燃焼させる燃焼装置を備えた湯水加熱装置を示す正面図である。図６において、１００は給湯装置であり、１０１は燃焼装置である。燃焼装置１０１は、燃料噴射ノズル１０４とノズル収納筒１０２と燃焼筒１０３と送風機１０５とを有する。燃焼筒１０３の下流側には燃焼筒１０３内において燃料が燃焼することにより発生した高温の燃焼ガス通過する燃焼室１１５と熱交換器１１６とが設けられている。
【０００３】
燃料噴射ノズル１０４は、ノズル収納筒１０２内に収納され、外部から供給された燃料を燃焼筒１０３内に噴霧するものである。燃料噴射ノズル１０４から噴霧された燃料は、燃焼筒１０３内で火炎を形成して燃焼する。
【０００４】
ノズル収納筒１０２内には、前記した燃料噴射ノズル１０４の他に、点火プラグ１０６が内蔵されており、燃料噴射ノズル１０４から噴射された燃料は、点火プラグ１０６によって点火される。
【０００５】
燃焼筒１０３は図６に示す様に二段形状の筒体であり、ノズル収納筒１０２に接続された第１燃焼筒１０７と、当該第１燃焼筒１０７に連続する第２燃焼筒１０８とから構成されている。
【０００６】
燃焼装置１０１では、燃料噴射ノズル１０４において噴霧された燃料の大部分が燃焼筒１０３内において燃焼され、高温の燃焼ガスを発生する。燃料の燃焼により発生した高温のガスは、燃焼筒１０３の下流側に隣接する燃焼室１１５内を流れ、熱交換器１１６内の湯水を加熱する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の給湯装置１００では、燃焼筒１０３において発生した高温の燃焼ガスによって燃焼室１１５が過度に高温となることを防止するため、燃焼室１１５の周囲には水管が巻き付けられている。そのため、燃焼室１１５の壁面は水管内を流れる湯水との熱交換によって冷却され、比較的低温となる。
【０００８】
従来の給湯装置１００では、燃料噴霧ノズル１０４において噴霧された燃料のうち、燃焼筒１０３内において燃焼しきれなかったものは、燃焼ガスと共に燃焼室１１５内に流入し、その一部が燃焼室１１５に付着する。上記したように、燃焼室１１５は、冷却され比較的低温となっているため、燃焼室１１５に付着した燃料は冷却され液化してしまい、燃焼されることなく排出されていた。そのため、従来の給湯装置１００および燃焼装置１０１では、燃料噴射ノズル１０４から噴霧された燃料の一部を未燃成分として排出してしまい、十分なエネルギー効率を得られない虞があった。
【０００９】
また、従来の給湯装置１００では、燃焼作動に伴い燃焼筒１０３内に形成される火炎が直接熱交換器１１６に接触することによって不完全燃焼を起し、一酸化炭素やＮＯｘ 等の未燃成分が発生する虞があった。そのため、従来の燃焼装置１０１を用いる場合は、未燃性分の発生を抑制すべく燃焼室１１５の高さを高くする必要があり、これが給湯装置１００の小型化の支障となっていた。
【００１０】
そこで、本発明は上記した問題に鑑み、燃焼部内に噴霧された燃料の液化を防止し、完全燃焼することができると共に、湯水加熱装置の小型化が可能な燃焼装置および当該燃焼装置を備えた湯水加熱装置の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記した問題を解決すべく提供される請求項１に記載の発明は、燃料を噴霧する噴霧手段と、当該噴霧手段により噴霧された燃料を燃焼させる燃焼部とを具備した燃焼装置において、前記燃焼部は、内外を連通し、燃焼部内に空気を導入する空気導入口を有し、前記燃焼部よりも下流側であって、燃料の燃焼時における前記燃焼部内の圧力よりも低圧である部分には、燃焼部内に噴射される燃料の噴射方向に沿う方向へ延伸した壁部を有する拡散防止部材が設けられていることを特徴とする燃焼装置である。
【００１２】
本発明の燃焼装置は、燃料を燃焼させる燃焼部と、拡散防止部材とを有し、燃料の燃焼時における前記燃焼部内の圧力は、拡散防止部材内の圧力よりも高い。そのため、拡散防止部材の内部には、燃焼部内に導入される燃料や空気、あるいは燃料の燃焼により発生する燃焼ガス等が流れ込み、拡散防止部材の外部から内部への気体の流入がない。そのため、上記した構成によれば、燃料の燃焼時に燃焼部内に導入される燃料や空気、あるいは燃料の燃焼により発生する燃焼ガス等の燃焼部の下流側における拡散を防止することができる。
【００１３】
本発明の燃焼装置では、燃焼部の下流側に拡散防止部材を具備しているため、噴霧手段において噴霧された燃料は、噴霧手段による燃料の噴霧方向に対して交差する方向への広がりが抑制され、一時的に拡散防止部材内に滞留する。また同様に、燃焼部における燃料の燃焼に伴い発生する高温の燃焼ガスも、一時的に拡散防止部材の内部に滞留する。
【００１４】
一方、本発明の燃焼装置では、燃料が燃焼し火炎が形成される燃焼部に隣接した位置に拡散防止部材が設けられているため、拡散防止部材は比較的高温である。また、拡散防止部材は、内部に一時的に滞留している高温の燃焼ガスによっても加熱され、高温となっている。そのため、上記した構成によれば、燃焼されずに燃焼部内を流れてきた燃料を、拡散防止部材において加熱して高温とすることにより燃料の液化を防止し、大部分を完全燃焼することができる。
【００１５】
上記したように、本発明の燃焼装置は、燃焼部内に噴霧された燃料の大部分を完全燃焼させることができるため、一酸化炭素等やＮＯｘ 等の有毒ガスや、スス等の未燃成分の発生量が極めて少ない。従って、本発明によれば、スス等の未燃成分の堆積に伴う燃焼装置の故障を防止すると共に、エネルギー効率が高く、環境に調和した燃焼作動を行うことができる。
【００１６】
また、請求項１と同様の課題を解決すべく提供される請求項２に記載の発明は、燃料を噴霧する噴霧手段と、当該噴霧手段により噴霧された燃料を燃焼させる燃焼部とを具備した燃焼装置において、外部から空気が導入される空気室と、当該空気室の下流側に隣接する燃焼室とを有し、前記燃焼部は、内外を連通し、燃焼部内に空気を導入する空気導入口を有し、前記燃焼部よりも下流側には、前記燃焼部に連続し、燃焼部内に噴射される燃料の噴射方向に沿う方向へ延伸した壁部を有する拡散防止部材を有し、前記燃焼部は前記空気室内に収納されており、前記拡散防止部材は前記燃焼室内に収納されていることを特徴とする燃焼装置である。
【００１７】
本発明の燃焼装置は、燃料を燃焼させる燃焼部と、拡散防止部材とを有する。燃焼部が収納されている空気室は、空気が外部から導入される部分であり、拡散防止部材が収納されている燃焼室内よりも内圧が高い。そのため、燃焼部内に導入される燃料や空気、あるいは燃料の燃焼により発生する燃焼ガスは、燃焼部から拡散防止部材の内部へと流れ込み、燃焼室内へと流出する。
【００１８】
本発明の燃焼装置では、燃焼部の下流側に拡散防止部材を具備しているため、噴霧手段において噴霧された燃料は、噴霧手段による燃料の噴霧方向に対して交差する方向に広がることなく、拡散防止部材内に一時滞留する。また同様に、燃焼部における燃料の燃焼に伴い発生する高温の燃焼ガスも、一時的に拡散防止部材の内部に滞留する。
【００１９】
一方、本発明の燃焼装置では、燃料が燃焼し火炎が形成される燃焼部と拡散防止部材とが連続しているため、拡散防止部材は前記火炎によって加熱されるなどして比較的高温となる。また、拡散防止部材の内部に一時的に滞留する燃焼ガスは、燃料の燃焼によって発生したものであるため高温である。そのため、燃焼部内において燃焼されずに拡散防止部材内に流入した燃料の大部分は、拡散防止部材内において加熱され、液化することなく完全燃焼される。
【００２０】
本発明の燃焼装置は、燃焼部を通過した燃料が拡散防止部材内において気体状態に維持されるため、拡散防止部材内に滞留している間に燃料の大部分が完全燃焼される。そのため、本発明の燃焼装置では、燃料の不完全燃焼に伴い発生する一酸化炭素等やＮＯｘ 等の有毒ガスや、スス等の未燃成分の発生量が極めて少ない。従って、本発明によれば、スス等の未燃成分の堆積に伴う燃焼装置の故障を防止すると共に、エネルギー効率が高く、環境に調和した燃焼作動を行うことができる。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、拡散防止部材は、燃料の流れの下流側に相当する位置に、燃焼部の開口面積を縮小し、燃焼部内に噴霧された燃料を拡散防止部材内に滞留させる滞留手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼装置である。
【００２２】
本発明の燃焼装置では、拡散防止部材が、燃焼部の開口面積を縮小する滞留手段を具備しているため、燃焼部内に噴霧されたものの、燃焼部内において燃焼されずに拡散防止部材に至った燃料は、拡散防止部材内に滞留する。本発明の燃焼装置では、燃焼部に近接あるいは隣接する位置に拡散防止部材があるため、拡散防止部材は比較的高温である。そのため、拡散防止部材内に滞留している燃料は、拡散防止部材に接触するなどして加熱され、高温となり気化する。
【００２３】
本発明の燃焼装置では、拡散防止部材内に滞留している燃料の大部分が気体状態であるため、完全燃焼される。そのため、上記した構成によれば、未燃成分の発生を最小限に抑制することができる。
【００２４】
また上記したように、本発明の燃焼装置は、噴霧手段において噴霧された燃料の大部分を完全燃焼することができるため、一酸化炭素や窒素酸化物（ＮＯｘ ）等の有毒ガスの発生量が極めて少なく、環境に調和した燃焼作動を行うことができる。また、本発明の燃焼装置は、燃料の大部分を完全燃焼することができるため、スス等の未燃成分の発生量も少なく、これらの未燃成分の付着や堆積に伴う燃焼装置の故障が殆ど起こらない。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、拡散防止部材の壁面及び／又は滞留手段には、拡散防止部材の内外を連通する連通孔が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００２６】
本発明の燃焼装置では、拡散防止部材の壁面及び／又は滞留手段に拡散防止部材の内外を連通する連通孔が設けられているため、燃料の燃焼により発生する燃焼ガスや火炎を前記連通孔から拡散防止部材の外側へと逃がすことにより、拡散防止部材の下流側へと流れる燃焼ガスの流速を安定化させると共に、燃料の燃焼により形成される火炎が燃料の噴霧方向に延伸するのを防止することができる。
【００２７】
本発明の燃焼装置では、燃焼部内において形成された火炎の一部が、拡散防止部材の連通孔から拡散防止部材の外側に出る。そのため、燃焼部内において形成された火炎は、拡散防止部材において燃料の噴霧方向に対して交差する方向に広がり、燃料の噴霧方向には延伸しない。即ち、本発明の燃焼装置では、燃焼部内において形成された火炎が、燃焼部の下流側にある拡散防止部材において面的に広がる。従って、本発明の燃焼装置を採用すれば、給湯装置等に代表される湯水加熱装置において燃焼装置と熱交換器との間に介在し、燃焼ガスが通過する燃焼室を小型化しつつ、燃焼状態を安定化することができる。
【００２８】
本発明の燃焼装置は、燃焼状態が安定しているため、噴霧手段において噴霧された燃料の大部分を完全燃焼することができる。そのため、本発明の燃焼装置によれば、燃焼作動に伴い発生する一酸化炭素やＮＯｘ 等の有毒ガスや、スス等の未燃成分の発生を最小限に抑制することができる。従って、上記した構成によれば、環境に調和した燃焼作動を行うと共に、スス等の付着や堆積に伴う燃焼装置の故障を最小限に抑制することができる。
【００２９】
また、上記請求項１乃至４のいずれかに記載の燃焼装置は、燃焼部の外部から空気導入口を介して空気が燃焼部内に導入され、噴霧手段により燃料が燃焼部内に噴射され、燃焼部内に導入された空気と前記燃料とが混合され燃焼されることにより火炎が形成されるものであり、燃焼部内において形成される火炎、燃料の燃焼により発生する燃焼ガス、燃焼部内に導入された空気、あるいは燃焼部内に噴霧された燃料の一部又は全部は、拡散防止部材の連通孔から導出されることを特徴とするものであっても良い。（請求項５）
【００３０】
本発明の燃焼装置では、燃焼部内において形成される火炎、燃料の燃焼により発生する燃焼ガス、燃焼部内に導入された空気、あるいは燃焼部内に噴霧された燃料の一部又は全部が拡散防止部材の連通孔から導出される。そのため、燃焼部内において形成される火炎や、燃焼部内に噴霧され拡散防止部材の内部に流入した燃料が燃焼することにより形成される火炎は、拡散防止部材の連通孔から導出される。従って、本発明の燃焼装置では、燃料の燃焼により形成される火炎が燃料の噴霧方向に対して交差する方向に広がり、燃料の噴霧方向にはさほど延伸しない。よって、本発明の燃焼装置によれば、湯水加熱装置において燃焼装置と熱交換器との間に介在される燃焼室を小型化しつつ、燃焼状態の安定化を図ることができる。即ち、本発明によれば、給湯装置等の湯水加熱装置を小型化することができる。
【００３１】
上記した構成によれば、燃料の燃焼状態を安定し、噴霧手段から噴霧された燃料の大部分を完全燃焼することができる。そのため、本発明の燃焼装置によれば燃焼作動に伴い発生する一酸化炭素やＮＯｘ 等の有毒ガスや、スス等の未燃成分の発生量を極微量に抑制し、環境に調和した燃焼作動を行うことができる。また、本発明の燃焼装置は、スス等の未燃成分の発生量が少ないため、未燃成分の付着や堆積に伴う燃焼装置の故障が殆ど起こらない。
【００３２】
また、上記請求項１乃至５のいずれかに記載の燃焼装置において、拡散防止部材は、燃焼部に対して着脱自在に装着されていることを特徴とするものであってもよい。（請求項６）
【００３３】
また、上記した請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼装置は、燃焼部と、水を加熱する熱交換部を有し、燃焼部で発生した燃焼ガスを熱交換部に送り、熱交換部で水を加熱する湯水加熱装置の燃焼部として採用することが可能である。（請求項７）
【００３４】
【発明の実施の形態】
続いて、本発明の一実施形態である燃焼装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態である給湯器および燃焼装置の内部構造を示す正面図である。図２は、図１に示す燃焼装置において採用されている燃焼筒を示す斜視図である。図３は、本実施形態の燃焼装置に採用されている拡散防止部材を示す斜視図である。図４は、図２に示す燃焼筒および図３に示す拡散防止部材の分解斜視図である。図５は、図１に示す燃焼装置の要部断面図である。
【００３５】
本実施形態の給湯器１（湯水加熱装置）は、図１の様に、箱形の本体ケース７の内部に燃焼装置２を内蔵したものである。燃焼装置２の下流側には、燃焼室３（燃焼部）と熱交換器４とが順に配されている。熱交換器４の下流側には排気ダクト５が接続されており、その下流端には排気ガスを排出する排気トップ６が設けられている。
【００３６】
燃焼装置２の下流側の燃焼室３は、燃焼装置２で発生した高温の燃焼ガスを熱交換器４へ導く空間である。燃焼室３の周囲には、内部を通過する燃焼ガスによる外壁の加熱を防止するための水管３ａが外周壁に沿って巻き付けられている。また、熱交換器４は、水管４ａを流動する湯水を燃焼装置２で発生した燃焼ガスの熱との熱交換により昇温させるものである。そして、熱交換器４で熱交換された燃焼ガスは、排気ダクト５を経由して排気ガスとして排気トップ６から排出される。
【００３７】
燃焼装置２は、箱形の空気室１０の内部に燃焼筒１１（燃焼部）を配すると共に、空気室１０の上部に燃料噴霧手段１５と送風機１２とを設け、空気室１０の下部であって燃焼筒１１に連続する位置に拡散防止部材１９を設けたものである。
【００３８】
また、燃焼筒１１の上端側、すなわち燃焼筒１１内に噴霧される燃料の上流側に相当する部位には、一次空気導入筒１３及びノズル収納筒１４が装着されている。ノズル収納筒１４には、液体燃料を燃焼筒１１の内部に噴射する燃料噴射ノズル１６と、これにより噴射される液体燃料に点火する点火プラグ１７とが収納されている。
【００３９】
燃焼筒１１は、図２の様に、円筒体を３段に積み重ねた形状であり、上流側の第１火炎形成部２０と、第１火炎形成部２０の下流に連続する第２火炎形成部２１と、第２火炎形成部２１の下流に連続する燃焼空間部２２とで構成される。
燃焼筒１１の上流側には、図２の様に、一次空気導入筒１３とノズル収納筒１４が圧入装着され、これら、燃焼筒１１、一次空気導入筒１３及びノズル収納筒１４が一体化された状態で空気室１０に装着される。
【００４０】
燃焼筒１１は、図２の様に、上流側に位置する円筒形の第１火炎形成部２０と、当該第１火炎形成部２０よりも外径が大きく下流側に連続する円筒形の第２火炎形成部２１と、当該第２火炎形成部２０よりも更に外径が大きく下流側に連続する円筒形の燃焼空間部２２とを一体化した形状である。即ち、燃焼筒１１は、外径の異なる３つの円筒体を一体化したもので、各円筒体の中心軸は略一致している。
【００４１】
第１火炎形成部２０と第２火炎形成部２１とは、主として燃焼噴射ノズル１６から噴射された燃料を燃焼させて火炎を形成させる部位である。従って、燃焼装置２において、燃焼筒１１の第２火炎形成部２１よりも上流側は、一般にバーナと称される部分に相当する。一方、第２火炎形成部２１に連続する燃焼空間部２２は、主として第１及び第２の火炎形成部２０，２１で発生した燃焼ガスを下流側へ向けて通過させる部位である。また、燃焼空間部２２は、第１火炎形成部２０及び第２火炎形成部２１において燃焼しきれずに燃料の流れの下流側に至った燃料を燃焼する部位としても機能する。
【００４２】
第１火炎形成部２０は、上端側、即ち燃料の流れの上流側に相当する位置（図４中 上方側）に閉塞面２０ｅを有し、当該閉塞面２０ｅの中央部には開口２０ａが設けられ、当該開口２０ａに隣接する位置に放射状に複数の旋回導入口２０ｂが配されている。旋回導入口２０ｂは、閉塞面２０ｅの一部を略方形状に内方へ向けて切り起こして旋回羽根２０ｇを形成したものであり、この切り起こしに伴って開口２０ｆが形成される。旋回導入口２０ｂは、開口２０ｆから旋回羽根２０ｇに沿って空気を導入することにより、第１火炎形成部２０の中心軸の周りに上流側から見て反時計方向へ旋回する気流を生じさせる機能を有する。
【００４３】
第１火炎形成部２０の下流側近傍の外周壁には、全周に渡って複数の空気導入口２０ｃ，２０ｄが放射状に配列されている。空気導入口２０ｃ，２０ｄは、共に第１火炎形成部２０、即ち燃焼筒１１の内外を連通するものである。空気導入口２０ｃ，２０ｄは、燃焼筒１１の外部にある空気を燃焼筒１１の内部に導入するものである。さらに具体的には、空気導入口２０ｃ，２０ｄは、送風機１２により空気室１０内に導入される空気を、燃焼筒１１内に導入するものである。
【００４４】
第２火炎形成部２１は、第１火炎形成部２０よりも大径の円筒体であり、両者の接続部には上流側に面する段部２１ａが形成されている。また、段部２１ａには、複数の旋回導入口２１ｂが配されている。旋回導入口２１ｂは、段部２１ａの一部をプレス加工等によって内方へ向けて陥没させることにより形成されるものであり、これにより燃焼筒１１の周囲にある空気を燃焼筒１１の内部へと導入する開口２１ｅと、燃焼筒１１の周囲にある空気を開口２１ｅに案内し、開口２１ｅから導入される空気の流れ方向を所定方向に向ける空気案内部２１ｆとが形成される。さらに詳細には、空気導入口２１ｂは、燃焼筒１１の周囲にある空気を空気案内部２１ｆによって開口２１ｅに案内することにより、燃焼筒１１の周囲の空気を段部２１ａの内面に沿いつつ中心軸の周りに向かう方向へ導入するものである。この旋回導入口２１ｂを介して導入された空気は、第１火炎形成部２０内に導入された空気の旋回流と同一方向に旋回する気流を形成する。さらに具体的には、旋回導入口２１ｂを介して導入された空気は、第２火炎形成部２１の中心軸の周りに、燃焼筒１１内を流れる燃料の上流側（図４中 上方側）から見て反時計方向へ旋回する気流を生じさせる機能を持つ。
【００４５】
第２火炎形成部２１の下流側近傍の外周壁には、全周に渡って複数の空気導入口２１ｃ，２１ｄが配列されている。空気導入口２１ｃ，２１ｄは、第２火炎形成部２１の内外、換言すれば燃焼筒１１の内外を連通するものである。空気導入口２１ｃ，２１ｄは、燃焼筒１１の外側にある空気を第２火炎形成部２１の内側、即ち燃焼筒１１の内側に導入するものである。さらに具体的には、空気導入口２１ｃ，２１ｄは、送風機１２により空気室１０内に導入される空気を、第２火炎形成部２１の内側、即ち燃焼筒１１の内側に導入するものである。
【００４６】
燃焼空間部２２は、第２火炎形成部２１よりも更に大径の円筒体である。燃焼空間部２２と第２火炎形成部２１との接続部には上流側に面する段部２２ａが形成され、当該段部２２ａには、複数の旋回導入口２２ｂが配されている。旋回導入口２２ｂは、前記した第２火炎形成部２１の旋回導入口２１ｂと略同一の形状および機能を有するものである。
【００４７】
旋回導入口２２ｂは、段部２２ａの一部をプレス加工等によって内方へ向けて陥没させることにより形成されるものである。旋回導入口２２ｂは、燃焼筒１１の周囲にある空気を燃焼筒１１の内部へと導入する開口２２ｅと、燃焼筒１１の周囲にある空気を開口２２ｅ側へ案内し、開口２２ｅから導入される空気の流れ方向を所定方向に向ける空気案内部２２ｆとが形成される。さらに詳細には、空気導入口２１ｂは、燃焼筒１１の周囲にある空気を空気案内部２２ｆによって開口２１ｅに案内することにより、燃焼筒１１の周囲の空気を段部２２ａの内面に沿いつつ中心軸の周りに向かう方向へ導入するものである。この旋回導入口２２ｂを介して導入された空気は、第１火炎形成部２０内および第２火炎形成部２１内に導入された空気の旋回流と同一方向に旋回する気流を形成する。さらに具体的には、旋回導入口２２ｂを介して導入された空気は、第２火炎形成部２１の中心軸の周りに、燃焼筒１１内を流れる燃料の上流側（図４中 上方側）から見て反時計方向へ旋回する気流を生じさせる機能を持つ。
【００４８】
燃焼空間部２２の下流側近傍の外周壁には、全周に渡って複数の空気導入口２２ｃが配列されている。空気導入口２２ｃは、第２火炎形成部２０の内外、即ち燃焼筒１１の内外を連通するものである。空気導入口２２ｃは、燃焼筒１１の外側にある空気を燃焼空間部２２の内側に導入するものである。さらに具体的には、空気導入口２２ｃは、送風機１２により空気室１０内に導入される空気を、燃焼空間部２２の内側に導入するものである。燃焼空間部２２の下流端は径方向外方へ向けて折曲されており、これによりフランジ部２２ｄが形成されている。
【００４９】
燃焼筒１１の下流側に接続される拡散防止部材１９は、図３に示すように円筒形の形状を有し、両端が開口している。拡散防止部材１９は、大別して筒状の本体部１９ａ（壁部）と、外フランジ部１９ｂと、内フランジ部１９ｃ（滞留手段）と、開口１９ｆとを有する。本体部１９ａは、開口径が上記した燃焼筒１１の下端（図３中 下方側）にある燃焼空間部２２の開口径と略同一の開口径を有する円筒体であり、その軸方向の長さは、前記開口径よりも短い。本体部１９ａは、燃焼部１１内に噴射される燃料の噴射方向に沿う方向に延伸した壁部を形成するものである。本体部１９ａの下端側、即ち燃焼筒１１を通過し拡散防止部材１９内に流入した燃料や空気、燃焼ガスの下流側であり、燃焼筒１１内に形成される火炎の先端側に相当する部位には、本体部１９ａの全周にわたって複数の連通孔１９ｄが等間隔で設けられている。連通孔１９ｄは、拡散防止部材１９内に流入した燃料、空気、並びに、燃焼筒１１内に形成される火炎の一部を拡散防止部材１９の外側に導出する部分であると共に、連通孔１９ｄから導出される燃料が燃焼し、火炎を形成する部分でもある。即ち、連通孔１９ｄの一部から燃焼筒１１において形成された火炎の先端が導出され、連通孔１９ｄの一部には連通孔１９ｄから導出される燃料の燃焼により火炎が形成される。
【００５０】
外フランジ部１９ｂは、拡散防止部材１９の一端側を外側に折り曲げることにより形成された部分である。拡散防止部材１９と燃焼筒１１との間に介在される空気室１０の底板３２（隔壁）に固定される部分である。即ち、拡散防止部材１９は、外フランジ部１９ｂを空気室１０の底板３２に固定することにより、燃焼筒１１に連続するように固定される。
【００５１】
内フランジ部１９ｃは、拡散防止部材１９の一端側を径方向内側、即ち燃料噴射ノズル１６における燃料の噴射方向に対して交差する方向であって、燃焼筒１１の内径方向に折り返した部分であり、本体部１９ａに対して略垂直である。内フランジ部１９ｃは、本体部１９ａの開口面積を縮小するものであり、燃焼筒１１内に噴霧され、下流側に流れる燃料を拡散防止部材１９内に滞留させる滞留手段として機能する。
【００５２】
内フランジ部１９ｃは、平面視がリング状であり、その全周にわたって複数の連通孔１９ｅが略等間隔に設けられている。連通孔１９ｅは、本体部１９ａに設けられている連通孔１９ｄと同様に拡散防止部材１９の内外を連通するものである。連通孔１９ｅは、拡散防止部材１９内に流入した燃料、空気、並びに、燃焼筒１１内において形成される火炎および燃焼ガスの一部を拡散防止部材１９の外側に導出する部分である。またさらに、連通孔１９ｅは、拡散防止部材１９内に滞留している燃料が連通孔１９ｅから噴出し、燃焼することによって火炎を形成する部分でもある。
【００５３】
開口１９ｆは、拡散防止部材１９の下流側、即ち内フランジ１９ｃ側の端部にあり、周囲を内フランジ部１９ｃによって取り囲まれる部分である。開口１９ｆは、拡散防止部材１９の上流側、即ち空気室１０の底面３２に固定される外フランジ１９ｂ側の開口よりも開口面積が小さい。換言すれば、開口１９ｆは、本体部１９ａの下流側の端部の開口径を内フランジ部１９ｃによって絞ったものである。
【００５４】
燃焼筒１１に装着される一次空気導入筒１３は、上流側の大径部１３ａと、大径部１３ａよりも僅かに径の小さい下流側の小径部１３ｃとを有する円筒体であり、大径部１３ａは小径部１３ｃに比べて軸方向の高さの大部分を占めている。大径部１３ａの下流側近傍には全周に渡って複数の空気導入口１３ｄが放射状に配列され、大径部１３ａの上流端１３ｂは全周に渡って径方向外方へ向けて僅かに折曲されている。この一次空気導入筒１３の小径部１３ｃの内径は、燃焼筒１１の第１火炎形成部２０の外径と略同一である。
【００５５】
ノズル収納筒１４は有底円筒体であり、上流端は水平に折曲されてフランジ部１４ｂが形成され、下流側の底面１４ｃの中央には開口１４ｄが設けられている。また、周部１４ａの外径は上流側に向かうに連れて僅かに広がるテーパ形状とされ、周部１４ａから底面１４ｃに掛かる部位は大きく湾曲した形状である。周部１４ａの上流側には、複数の空気導入口１４ｅが放射状に配列されており、周部１４ａの外径は一次空気導入筒１３の大径部１３ａの内径と略同一である。
【００５６】
ノズル収納筒１４は、底面１４ｃ側を一次空気導入筒１３の大径部１３ａ側から圧入することにより一体化される。ここで、前記したように、ノズル収納筒１４の周部１４ａはテーパ形状であるので、ノズル収納筒１４を一次空気導入筒１３に圧入すると、図２の様に、一次空気導入筒１３の上流端１３ｂとノズル収納筒１４のフランジ部１４ｂとの間に所定の間隔を有する状態で固定される。
【００５７】
ノズル収納筒１４を装着した一次空気導入筒１３は、その小径部１３ｃを燃焼筒１１の第１火炎形成部２０に挿通することにより、燃焼筒１１に装着されて一体化される。この状態では、ノズル収納筒１４の開口１４ｄと燃焼筒１１の第１火炎形成部２０の開口２０ａとが重なり合っており、これによりノズル収納筒１４から燃焼筒１１の内部に至る燃料噴射のための開口が形成されている。
【００５８】
空気室１０は箱形状であり、図５の様に対向する天板２９と底板３２とを有する。底板３２には大きな開口３２ａが設けられており、開口３２ａの周縁に沿って円筒形の遮蔽筒３４が上流側へ向けて設けられている。
【００５９】
空気室１０内には、燃焼筒１１が位置決めされて固定されている。さらに詳細には、燃焼筒１１は、ノズル収納筒１４及び一次空気導入筒１３を装着した状態で空気室１０内に収納されている。燃焼筒１１は、空気室１０の底板３２に設けられた開口３２ａに挿通されている。空気室１０の天板２９には、ノズル収納筒１４のフランジ部１４ｂが当接している。燃焼空間部２２のフランジ部２２ｄは、底板３２の遮蔽筒３４の内周壁に当接しつつ嵌入されており、これにより燃焼筒１１が位置決めされている。
【００６０】
空気室１０の底板３２の裏面側（図５ 下方側）、即ち底板３２の燃焼室３側には、固定金具３３を用いて図４に示すように拡散防止部材１９の外フランジ部１９ｂが当接するように固定されている。即ち、空気室１０の底板３２には、外フランジ部１９ｂが燃焼筒１１内に噴霧された燃料の上流側に位置し、内フランジ部１９ｃが燃料の上流側に位置する姿勢となるように拡散防止部材１９が固定金具３３によって着脱自在に固定されている。固定金具３３は、図４に示すように、外フランジ部１９ｂに沿う形状の段部３３ａを有する環状の部材である。拡散防止部材１９は、外フランジ部１９ｂを固定金具３３の段部３３ａに係合させ、固定金具３３をネジ止めすることにより底板３２に着脱自在に固定されている。
【００６１】
次に、図５を参照して、本実施形態の燃焼装置２における空気の流れおよび火炎の形成状態を説明する。
送風機１２により空気室１０内へ供給される空気の一部は、ノズル収納筒１４の空気導入口１４ｅを介して一次空気として内部に導入される。また、空気室１０内へ供給される空気の一部は、一次空気導入筒１３の空気導入口１３ｄから内部へ流入する。空気導入口１３ｄから内部に導入された空気は、ノズル収納筒１４と一次空気導入筒１３との間の狭い隙間を通り、燃焼筒１１の第１火炎形成部２０に設けた旋回導入口２０ｂから燃焼筒１１の内部に一次空気として旋回流を形成しながら流入する。そして、旋回流を形成しながら流入した空気は、ノズル収納筒１４の空気導入口１４ｅから導入された空気と共に第１火炎形成部２０の開口２０ａの近傍で燃料噴射ノズル１６から噴射される液体燃料と混合され着火される。
【００６２】
一方、空気室１０内に導入された空気の一部は、第１火炎形成部２０の空気導入口２０ｃ，２０ｄ、第２火炎形成部２１の空気導入口２１ｃ，２１ｄあるいは、燃焼空間部２２の空気導入口２２ｃから燃焼筒１１の内部に導入される。即ち、空気室１０内に導入された空気の一部は、空気導入口２０ｃ，２０ｄ，２１ｃ，２１ｄ，２２ｃから燃焼筒１１内に二次空気として導入され、燃料の燃焼に寄与する。
【００６３】
一方、空気室１０内に導入された空気の一部は、第１火炎形成部２０と第２火炎形成部２１との境界部にある段部２１ａに設けられた旋回導入口２１ｂから燃焼筒１１内に導入される。旋回導入口２１ｂから燃焼筒１１内に導入された空気は、第２火炎形成部２１の内壁に沿うように流れ込み、燃焼筒１１内に旋回流を形成する。燃焼筒１１内に噴霧された燃料や、空気導入口２０ｃ，２０ｄ，２１ｃ，２１ｄから導入された空気は、旋回導入口２１ｂから導入された空気の旋回流により十分混合された後、大部分が完全燃焼される。
【００６４】
また同様に、空気室１０内の空気の一部は、第２火炎形成部２１と燃焼空間部２２との境界部にある段部２２ａに設けられている旋回導入口２２ｂから燃焼空間部２２内に導入される。旋回導入口２２ｂから燃焼空間部２２内に流入した空気は、燃焼空間部２２の内壁に沿って流れ、燃焼空間部２２内に旋回流を形成する。燃焼筒１１内において燃焼しきれずに燃焼空間部２２内に流入した燃料や、空気導入口２２ｃから導入された空気は、旋回導入口２２ｂから導入された空気により形成される旋回流により十分混合され、大部分が完全燃焼される。
【００６５】
燃焼筒１１内に噴霧された燃料が燃焼している場合、燃焼筒１１内の圧力は、拡散防止部材１９の内圧よりも高い。そのため、燃焼装置２では、燃焼筒１１内に噴霧されたものの、燃焼筒１１内および燃焼空間部２２内において燃焼しきれなかった燃料や、燃料の燃焼により発生した燃焼ガスは、燃焼筒１１の下流側に接続されている拡散防止部材１９の本体部１９ａ内に流入する。また、燃焼量が多い場合は、燃料の燃焼によって燃焼筒１１内に形成される火炎が拡散防止部材１９内に至る。
【００６６】
拡散防止部材１９の下流側の端部には、燃料噴射ノズル１６における燃料の噴射方向に対して交差する方向に折り返された内フランジ部１９ｃが設けられているため、拡散防止部材１９の本体部１９ａ内に流れ込んだ燃料や高温の燃焼ガスは一時的に本体部１９ａの内部に滞留する。換言すれば、本体部１９ａ内に流れ込んだ燃料や高温の燃焼ガスの流れは、内フランジ部１９ｃによって阻止される。
【００６７】
燃焼筒１１内における燃料の燃焼に伴い発生する火炎や燃焼ガスの一部は、拡散防止部材１９の開口１９ｆから下流側、即ち熱交換器４側に向けて噴出する。また、拡散防止部材１９の内部に形成される火炎の残部は、本体部１９ａの連通孔１９ｄあるいは内フランジ部１９ｃの連通孔１９ｅから拡散防止部材１９の外側に導出される。
【００６８】
拡散防止部材１９の本体部１９ａは、火炎や高温の燃焼ガス等によって加熱され高温となっている。そのため、拡散防止部材１９内に滞留している燃料は、燃料の燃焼によって発生した高温の燃焼ガスや、拡散防止部材１９に接触するなどして加熱されて気体状態となり、大部分が完全燃焼される。拡散防止部材１９内に流入した燃料や空気は、本体部１９ａの連通孔１９ｄや内フランジ部１９ｃの連通孔１９ｅから拡散防止部材１９の外側に向けて噴出すると共に、連通孔１９ｄ，１９ｅに火炎を形成する。
【００６９】
本実施形態の燃焼装置２では、燃焼筒１１内において形成された火炎の一部が、拡散防止部材１９の連通孔１９ｄ，１９ｅから拡散防止部材１９の外側に向けて導出される。また、燃焼筒１１内において燃焼しきれずに拡散防止部材１９内に流入した燃料も、大部分が燃焼され連通孔１９ｄ，１９ｅに火炎を形成する。そのため、本実施形態の燃焼装置２では、火炎が、拡散防止部材１９の全周に形成される。従って、本実施形態の燃焼装置２では、燃焼筒１１内に形成される火炎は燃料の噴霧方向に対して交差する方向に広がり、燃料の噴霧方向にはさほど延伸しない。即ち、燃焼装置２では、燃焼筒１１内において形成された火炎が、燃焼筒１１の下流側にある拡散防止部材１９において面的に広がる。
【００７０】
本実施形態の燃焼装置２では、燃料の燃焼により形成される火炎が拡散防止部材１９において面的に広がるため、火炎の上下方向の長さが短い。そのため、燃焼装置２において発生する火炎や燃焼ガスは、燃料の噴霧方向に対して交差する方向に面的に広がり、熱交換器４全体を略均等に加熱することができる。従って、燃焼装置２によれば、給湯器１において燃焼装置２と熱交換器４との間に介在し、高温の燃焼ガスが通過する燃焼室３を小型化しつつ、熱交換器４内を流れる湯水を効率よく加熱することができる。
【００７１】
上記したように、本実施形態の燃焼装置２は、燃焼筒１１に連続する位置に拡散防止部材１９を設け、燃焼筒１１内において燃焼しきれずに下流側に流れた燃料や、燃料の燃焼により発生した燃焼ガスを一時的に拡散防止部材１９内に滞留させると共に、拡散防止部材１９内に流入した燃料を加熱して燃料の液化を防止することにより燃料を完全燃焼させるものである。本実施形態の燃焼装置では、燃料の不完全燃焼に伴い発生する一酸化炭素等やＮＯｘ 等の有毒ガスや、スス等の未燃成分の発生量が極めて少ない。従って、本実施形態の燃焼装置２は、エネルギー効率が高く、環境に調和した燃焼作動を行うことができる。
【００７２】
また上記した給湯器１（湯水加熱装置）は、燃焼装置２において発生した高温の燃焼ガスを熱交換器４側に送り、この高温の燃焼ガスとの熱交換により水管４ａ内を流れる湯水と熱交換を行うものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。さらに具体的には、本発明の湯水加熱装置は、例えば湯水が溜められる貯留部と、貯留部を貫通する燃焼ガス通路部を有し、燃焼部で発生した燃焼ガスを燃焼ガス通路部に導入して貯留部内の水を加熱することを特徴とするものであってもよい。
【００７３】
上記実施形態では、拡散防止部材１９として、筒状の本体部１９ａと外フランジ部１９ｂと内フランジ部１９ｃとを備えたものを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、筒状の本体部１９ａを備えた構成であればいかなる形状、構成を有するものであってもよい。また、本体部１９ａと、外フランジ部１９ｂあるいは内フランジ部１９ｃを別途作成するなどして一体化してもよい。
【００７４】
拡散防止部材１９は、円筒形であったが、本発明はこれに限定されるものではなくいかなる形状のものであってもよい。
【００７５】
上記実施形態において連通孔１９ｄ，１９ｅはいずれも複数であったが、本発明はこれに限定されるものでなく、推奨されない形態ではあるが単一であってもよい。また、連通孔１９ｄは、拡散防止部材１９の下端側に全周にわたって等間隔に設けられているが、本発明はこれに限定されるものではなく、燃料や空気の流れや、連通孔１９ｄから外側に向けて形成される火炎の状態等に応じて連通孔１９ｄの形成位置、密度等を適宜調整することも可能である。
【００７６】
また、上記実施形態では、本体部１９ａに連通孔１９ｄを設け、内フランジ部１９ｃに連通孔１９ｅを設けた構成を例示したが、本発明の燃焼装置において採用される拡散防止部材１９では、連通孔１９ｄ，１９ｅを必ずしも設ける必要はない。即ち、拡散防止部材１９は、連通孔１９ｄ，１９ｅのいずれか一方、あるいは双方を備えない構成とすることも可能である。
【００７７】
上記実施形態では、拡散防止部材１９が、外フランジ部１９ｂを空気室１０の底板３２に固定する構造を例示したが、本発明において拡散防止部材１９は燃焼筒１１に連続するように固定されていればよく、例えば外フランジ部１９ｂを燃焼筒１１の下端側に直接溶接するなどして固定するなどして固定してもよい。
【００７８】
拡散防止部材１９の内フランジ部１９ｃは、本体部１９ａに対して略垂直に形成されたものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば燃焼筒１１内に噴霧される燃料の下流側に向かうに従って断面積が縮小する錐状の形状に形成されたものであっても良い。
【００７９】
なお、上記した給湯器１、並びに、燃焼装置２は、本発明の一実施形態を示すものであり、これをもって本発明を限定するものではない。
【００８０】
【発明の効果】
請求項１および２に記載の発明によれば、燃焼部内において燃焼されずに拡散防止部材内に流入した燃料を拡散防止部材内において気体状態に維持し、完全燃焼することができる。
【００８１】
請求項３に記載の発明によれば、燃焼筒内に噴霧されたものの、燃焼筒内において燃焼されずに拡散防止部材に至った燃料を拡散防止部材内に滞留させ、加熱ることにより燃料の大部分を気体状態に維持し、完全燃焼することができる。
【００８２】
請求項４および５に記載の発明によれば、燃焼部内において形成された火炎を拡散防止部材において面的に広げると共に、火炎の全長を短縮するとができる。そのため、本発明の燃焼装置によれば、給湯装置等に代表される湯水加熱装置において燃焼装置と熱交換器との間に介在し、燃焼ガスが通過する燃焼室を小型化しつつ、熱交換器を略均一に加熱することができる。
【００８３】
請求項６に記載の発明によれば、拡散防止部材を既存の燃焼装置にも容易に着脱することができる。本発明によれば、既存の燃焼装置の燃焼特性を容易に改善することができる。
【００８４】
請求項７に記載の湯水加熱装置は、上記請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼装置を備えたものであるため、高効率かつ精度よく湯水を加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である給湯器および燃焼装置の内部構造を示す正面図である。
【図２】図１に示す燃焼装置において採用されている燃焼筒を示す斜視図である。
【図３】本実施形態の燃焼装置に採用されている拡散防止部材を示す斜視図である。
【図４】図２に示す燃焼筒および図３に示す拡散防止部材の分解斜視図である。
【図５】図１に示す燃焼装置の要部断面図である。
【図６】従来技術の湯水加熱装置および燃焼装置を示す正面図である。
【符号の説明】
１ 給湯器（湯水加熱装置）
２ 燃焼装置
３ 燃焼室（燃焼部）
４ 熱交換器
１０ 空気室
１１ 燃焼筒（燃焼部）
２０ 第１火炎形成部
２０ｃ，２０ｄ 空気導入口
２１ 第２火炎形成部
２１ｃ，２１ｄ 空気導入口
３２ 底板（隔壁）
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯器等の湯水加熱装置に好適に使用できる燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、給湯装置等に代表される湯水加熱装置には、石油等の液体燃料を噴霧して燃焼させる燃焼装置が多用されている。図６は、燃料を噴霧して燃焼させる燃焼装置を備えた湯水加熱装置を示す正面図である。図６において、１００は給湯装置であり、１０１は燃焼装置である。燃焼装置１０１は、燃料噴射ノズル１０４とノズル収納筒１０２と燃焼筒１０３と送風機１０５とを有する。燃焼筒１０３の下流側には燃焼筒１０３内において燃料が燃焼することにより発生した高温の燃焼ガス通過する燃焼室１１５と熱交換器１１６とが設けられている。
【０００３】
燃料噴射ノズル１０４は、ノズル収納筒１０２内に収納され、外部から供給された燃料を燃焼筒１０３内に噴霧するものである。燃料噴射ノズル１０４から噴霧された燃料は、燃焼筒１０３内で火炎を形成して燃焼する。
【０００４】
ノズル収納筒１０２内には、前記した燃料噴射ノズル１０４の他に、点火プラグ１０６が内蔵されており、燃料噴射ノズル１０４から噴射された燃料は、点火プラグ１０６によって点火される。
【０００５】
燃焼筒１０３は図６に示す様に二段形状の筒体であり、ノズル収納筒１０２に接続された第１燃焼筒１０７と、当該第１燃焼筒１０７に連続する第２燃焼筒１０８とから構成されている。
【０００６】
燃焼装置１０１では、燃料噴射ノズル１０４において噴霧された燃料の大部分が燃焼筒１０３内において燃焼され、高温の燃焼ガスを発生する。燃料の燃焼により発生した高温のガスは、燃焼筒１０３の下流側に隣接する燃焼室１１５内を流れ、熱交換器１１６内の湯水を加熱する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の給湯装置１００では、燃焼筒１０３において発生した高温の燃焼ガスによって燃焼室１１５が過度に高温となることを防止するため、燃焼室１１５の周囲には水管が巻き付けられている。そのため、燃焼室１１５の壁面は水管内を流れる湯水との熱交換によって冷却され、比較的低温となる。
【０００８】
従来の給湯装置１００では、燃料噴霧ノズル１０４において噴霧された燃料のうち、燃焼筒１０３内において燃焼しきれなかったものは、燃焼ガスと共に燃焼室１１５内に流入し、その一部が燃焼室１１５に付着する。上記したように、燃焼室１１５は、冷却され比較的低温となっているため、燃焼室１１５に付着した燃料は冷却され液化してしまい、燃焼されることなく排出されていた。そのため、従来の給湯装置１００および燃焼装置１０１では、燃料噴射ノズル１０４から噴霧された燃料の一部を未燃成分として排出してしまい、十分なエネルギー効率を得られない虞があった。
【０００９】
また、従来の給湯装置１００では、燃焼作動に伴い燃焼筒１０３内に形成される火炎が直接熱交換器１１６に接触することによって不完全燃焼を起し、一酸化炭素やＮＯｘ 等の未燃成分が発生する虞があった。そのため、従来の燃焼装置１０１を用いる場合は、未燃性分の発生を抑制すべく燃焼室１１５の高さを高くする必要があり、これが給湯装置１００の小型化の支障となっていた。
【００１０】
そこで、本発明は上記した問題に鑑み、燃焼部内に噴霧された燃料の液化を防止し、完全燃焼することができると共に、湯水加熱装置の小型化が可能な燃焼装置および当該燃焼装置を備えた湯水加熱装置の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記した問題を解決すべく提供される請求項１に記載の発明は、燃料を噴霧する噴霧手段と、当該噴霧手段により噴霧された燃料を燃焼させる燃焼部とを具備した燃焼装置において、前記燃焼部は、内外を連通し、燃焼部内に空気を導入する空気導入口を有し、前記燃焼部よりも下流側であって、燃料の燃焼時における前記燃焼部内の圧力よりも低圧である部分には、燃焼部内に噴射される燃料の噴射方向に沿う方向へ延伸した壁部を有する拡散防止部材が設けられていることを特徴とする燃焼装置である。
【００１２】
本発明の燃焼装置は、燃料を燃焼させる燃焼部と、拡散防止部材とを有し、燃料の燃焼時における前記燃焼部内の圧力は、拡散防止部材内の圧力よりも高い。そのため、拡散防止部材の内部には、燃焼部内に導入される燃料や空気、あるいは燃料の燃焼により発生する燃焼ガス等が流れ込み、拡散防止部材の外部から内部への気体の流入がない。そのため、上記した構成によれば、燃料の燃焼時に燃焼部内に導入される燃料や空気、あるいは燃料の燃焼により発生する燃焼ガス等の燃焼部の下流側における拡散を防止することができる。
【００１３】
本発明の燃焼装置では、燃焼部の下流側に拡散防止部材を具備しているため、噴霧手段において噴霧された燃料は、噴霧手段による燃料の噴霧方向に対して交差する方向への広がりが抑制され、一時的に拡散防止部材内に滞留する。また同様に、燃焼部における燃料の燃焼に伴い発生する高温の燃焼ガスも、一時的に拡散防止部材の内部に滞留する。
【００１４】
一方、本発明の燃焼装置では、燃料が燃焼し火炎が形成される燃焼部に隣接した位置に拡散防止部材が設けられているため、拡散防止部材は比較的高温である。また、拡散防止部材は、内部に一時的に滞留している高温の燃焼ガスによっても加熱され、高温となっている。そのため、上記した構成によれば、燃焼されずに燃焼部内を流れてきた燃料を、拡散防止部材において加熱して高温とすることにより燃料の液化を防止し、大部分を完全燃焼することができる。
【００１５】
上記したように、本発明の燃焼装置は、燃焼部内に噴霧された燃料の大部分を完全燃焼させることができるため、一酸化炭素等やＮＯｘ 等の有毒ガスや、スス等の未燃成分の発生量が極めて少ない。従って、本発明によれば、スス等の未燃成分の堆積に伴う燃焼装置の故障を防止すると共に、エネルギー効率が高く、環境に調和した燃焼作動を行うことができる。
【００１６】
また、請求項１と同様の課題を解決すべく提供される請求項２に記載の発明は、燃料を噴霧する噴霧手段と、当該噴霧手段により噴霧された燃料を燃焼させる燃焼部とを具備した燃焼装置において、外部から空気が導入される空気室と、当該空気室の下流側に隣接する燃焼室とを有し、前記燃焼部は、内外を連通し、燃焼部内に空気を導入する空気導入口を有し、前記燃焼部よりも下流側には、前記燃焼部に連続し、燃焼部内に噴射される燃料の噴射方向に沿う方向へ延伸した壁部を有する拡散防止部材を有し、前記燃焼部は前記空気室内に収納されており、前記拡散防止部材は前記燃焼室内に収納されていることを特徴とする燃焼装置である。
【００１７】
本発明の燃焼装置は、燃料を燃焼させる燃焼部と、拡散防止部材とを有する。燃焼部が収納されている空気室は、空気が外部から導入される部分であり、拡散防止部材が収納されている燃焼室内よりも内圧が高い。そのため、燃焼部内に導入される燃料や空気、あるいは燃料の燃焼により発生する燃焼ガスは、燃焼部から拡散防止部材の内部へと流れ込み、燃焼室内へと流出する。
【００１８】
本発明の燃焼装置では、燃焼部の下流側に拡散防止部材を具備しているため、噴霧手段において噴霧された燃料は、噴霧手段による燃料の噴霧方向に対して交差する方向に広がることなく、拡散防止部材内に一時滞留する。また同様に、燃焼部における燃料の燃焼に伴い発生する高温の燃焼ガスも、一時的に拡散防止部材の内部に滞留する。
【００１９】
一方、本発明の燃焼装置では、燃料が燃焼し火炎が形成される燃焼部と拡散防止部材とが連続しているため、拡散防止部材は前記火炎によって加熱されるなどして比較的高温となる。また、拡散防止部材の内部に一時的に滞留する燃焼ガスは、燃料の燃焼によって発生したものであるため高温である。そのため、燃焼部内において燃焼されずに拡散防止部材内に流入した燃料の大部分は、拡散防止部材内において加熱され、液化することなく完全燃焼される。
【００２０】
本発明の燃焼装置は、燃焼部を通過した燃料が拡散防止部材内において気体状態に維持されるため、拡散防止部材内に滞留している間に燃料の大部分が完全燃焼される。そのため、本発明の燃焼装置では、燃料の不完全燃焼に伴い発生する一酸化炭素等やＮＯｘ 等の有毒ガスや、スス等の未燃成分の発生量が極めて少ない。従って、本発明によれば、スス等の未燃成分の堆積に伴う燃焼装置の故障を防止すると共に、エネルギー効率が高く、環境に調和した燃焼作動を行うことができる。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、拡散防止部材は、燃料の流れの下流側に相当する位置に、燃焼部の開口面積を縮小し、燃焼部内に噴霧された燃料を拡散防止部材内に滞留させる滞留手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼装置である。
【００２２】
本発明の燃焼装置では、拡散防止部材が、燃焼部の開口面積を縮小する滞留手段を具備しているため、燃焼部内に噴霧されたものの、燃焼部内において燃焼されずに拡散防止部材に至った燃料は、拡散防止部材内に滞留する。本発明の燃焼装置では、燃焼部に近接あるいは隣接する位置に拡散防止部材があるため、拡散防止部材は比較的高温である。そのため、拡散防止部材内に滞留している燃料は、拡散防止部材に接触するなどして加熱され、高温となり気化する。
【００２３】
本発明の燃焼装置では、拡散防止部材内に滞留している燃料の大部分が気体状態であるため、完全燃焼される。そのため、上記した構成によれば、未燃成分の発生を最小限に抑制することができる。
【００２４】
また上記したように、本発明の燃焼装置は、噴霧手段において噴霧された燃料の大部分を完全燃焼することができるため、一酸化炭素や窒素酸化物（ＮＯｘ ）等の有毒ガスの発生量が極めて少なく、環境に調和した燃焼作動を行うことができる。また、本発明の燃焼装置は、燃料の大部分を完全燃焼することができるため、スス等の未燃成分の発生量も少なく、これらの未燃成分の付着や堆積に伴う燃焼装置の故障が殆ど起こらない。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、拡散防止部材の壁面及び／又は滞留手段には、拡散防止部材の内外を連通する連通孔が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００２６】
本発明の燃焼装置では、拡散防止部材の壁面及び／又は滞留手段に拡散防止部材の内外を連通する連通孔が設けられているため、燃料の燃焼により発生する燃焼ガスや火炎を前記連通孔から拡散防止部材の外側へと逃がすことにより、拡散防止部材の下流側へと流れる燃焼ガスの流速を安定化させると共に、燃料の燃焼により形成される火炎が燃料の噴霧方向に延伸するのを防止することができる。
【００２７】
本発明の燃焼装置では、燃焼部内において形成された火炎の一部が、拡散防止部材の連通孔から拡散防止部材の外側に出る。そのため、燃焼部内において形成された火炎は、拡散防止部材において燃料の噴霧方向に対して交差する方向に広がり、燃料の噴霧方向には延伸しない。即ち、本発明の燃焼装置では、燃焼部内において形成された火炎が、燃焼部の下流側にある拡散防止部材において面的に広がる。従って、本発明の燃焼装置を採用すれば、給湯装置等に代表される湯水加熱装置において燃焼装置と熱交換器との間に介在し、燃焼ガスが通過する燃焼室を小型化しつつ、燃焼状態を安定化することができる。
【００２８】
本発明の燃焼装置は、燃焼状態が安定しているため、噴霧手段において噴霧された燃料の大部分を完全燃焼することができる。そのため、本発明の燃焼装置によれば、燃焼作動に伴い発生する一酸化炭素やＮＯｘ 等の有毒ガスや、スス等の未燃成分の発生を最小限に抑制することができる。従って、上記した構成によれば、環境に調和した燃焼作動を行うと共に、スス等の付着や堆積に伴う燃焼装置の故障を最小限に抑制することができる。
【００２９】
また、上記請求項１乃至４のいずれかに記載の燃焼装置は、燃焼部の外部から空気導入口を介して空気が燃焼部内に導入され、噴霧手段により燃料が燃焼部内に噴射され、燃焼部内に導入された空気と前記燃料とが混合され燃焼されることにより火炎が形成されるものであり、燃焼部内において形成される火炎、燃料の燃焼により発生する燃焼ガス、燃焼部内に導入された空気、あるいは燃焼部内に噴霧された燃料の一部又は全部は、拡散防止部材の連通孔から導出されることを特徴とするものであっても良い。（請求項５）
【００３０】
本発明の燃焼装置では、燃焼部内において形成される火炎、燃料の燃焼により発生する燃焼ガス、燃焼部内に導入された空気、あるいは燃焼部内に噴霧された燃料の一部又は全部が拡散防止部材の連通孔から導出される。そのため、燃焼部内において形成される火炎や、燃焼部内に噴霧され拡散防止部材の内部に流入した燃料が燃焼することにより形成される火炎は、拡散防止部材の連通孔から導出される。従って、本発明の燃焼装置では、燃料の燃焼により形成される火炎が燃料の噴霧方向に対して交差する方向に広がり、燃料の噴霧方向にはさほど延伸しない。よって、本発明の燃焼装置によれば、湯水加熱装置において燃焼装置と熱交換器との間に介在される燃焼室を小型化しつつ、燃焼状態の安定化を図ることができる。即ち、本発明によれば、給湯装置等の湯水加熱装置を小型化することができる。
【００３１】
上記した構成によれば、燃料の燃焼状態を安定し、噴霧手段から噴霧された燃料の大部分を完全燃焼することができる。そのため、本発明の燃焼装置によれば燃焼作動に伴い発生する一酸化炭素やＮＯｘ 等の有毒ガスや、スス等の未燃成分の発生量を極微量に抑制し、環境に調和した燃焼作動を行うことができる。また、本発明の燃焼装置は、スス等の未燃成分の発生量が少ないため、未燃成分の付着や堆積に伴う燃焼装置の故障が殆ど起こらない。
【００３２】
また、上記請求項１乃至５のいずれかに記載の燃焼装置において、拡散防止部材は、燃焼部に対して着脱自在に装着されていることを特徴とするものであってもよい。（請求項６）
【００３３】
また、上記した請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼装置は、燃焼部と、水を加熱する熱交換部を有し、燃焼部で発生した燃焼ガスを熱交換部に送り、熱交換部で水を加熱する湯水加熱装置の燃焼部として採用することが可能である。（請求項７）
【００３４】
【発明の実施の形態】
続いて、本発明の一実施形態である燃焼装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態である給湯器および燃焼装置の内部構造を示す正面図である。図２は、図１に示す燃焼装置において採用されている燃焼筒を示す斜視図である。図３は、本実施形態の燃焼装置に採用されている拡散防止部材を示す斜視図である。図４は、図２に示す燃焼筒および図３に示す拡散防止部材の分解斜視図である。図５は、図１に示す燃焼装置の要部断面図である。
【００３５】
本実施形態の給湯器１（湯水加熱装置）は、図１の様に、箱形の本体ケース７の内部に燃焼装置２を内蔵したものである。燃焼装置２の下流側には、燃焼室３（燃焼部）と熱交換器４とが順に配されている。熱交換器４の下流側には排気ダクト５が接続されており、その下流端には排気ガスを排出する排気トップ６が設けられている。
【００３６】
燃焼装置２の下流側の燃焼室３は、燃焼装置２で発生した高温の燃焼ガスを熱交換器４へ導く空間である。燃焼室３の周囲には、内部を通過する燃焼ガスによる外壁の加熱を防止するための水管３ａが外周壁に沿って巻き付けられている。また、熱交換器４は、水管４ａを流動する湯水を燃焼装置２で発生した燃焼ガスの熱との熱交換により昇温させるものである。そして、熱交換器４で熱交換された燃焼ガスは、排気ダクト５を経由して排気ガスとして排気トップ６から排出される。
【００３７】
燃焼装置２は、箱形の空気室１０の内部に燃焼筒１１（燃焼部）を配すると共に、空気室１０の上部に燃料噴霧手段１５と送風機１２とを設け、空気室１０の下部であって燃焼筒１１に連続する位置に拡散防止部材１９を設けたものである。
【００３８】
また、燃焼筒１１の上端側、すなわち燃焼筒１１内に噴霧される燃料の上流側に相当する部位には、一次空気導入筒１３及びノズル収納筒１４が装着されている。ノズル収納筒１４には、液体燃料を燃焼筒１１の内部に噴射する燃料噴射ノズル１６と、これにより噴射される液体燃料に点火する点火プラグ１７とが収納されている。
【００３９】
燃焼筒１１は、図２の様に、円筒体を３段に積み重ねた形状であり、上流側の第１火炎形成部２０と、第１火炎形成部２０の下流に連続する第２火炎形成部２１と、第２火炎形成部２１の下流に連続する燃焼空間部２２とで構成される。
燃焼筒１１の上流側には、図２の様に、一次空気導入筒１３とノズル収納筒１４が圧入装着され、これら、燃焼筒１１、一次空気導入筒１３及びノズル収納筒１４が一体化された状態で空気室１０に装着される。
【００４０】
燃焼筒１１は、図２の様に、上流側に位置する円筒形の第１火炎形成部２０と、当該第１火炎形成部２０よりも外径が大きく下流側に連続する円筒形の第２火炎形成部２１と、当該第２火炎形成部２０よりも更に外径が大きく下流側に連続する円筒形の燃焼空間部２２とを一体化した形状である。即ち、燃焼筒１１は、外径の異なる３つの円筒体を一体化したもので、各円筒体の中心軸は略一致している。
【００４１】
第１火炎形成部２０と第２火炎形成部２１とは、主として燃焼噴射ノズル１６から噴射された燃料を燃焼させて火炎を形成させる部位である。従って、燃焼装置２において、燃焼筒１１の第２火炎形成部２１よりも上流側は、一般にバーナと称される部分に相当する。一方、第２火炎形成部２１に連続する燃焼空間部２２は、主として第１及び第２の火炎形成部２０，２１で発生した燃焼ガスを下流側へ向けて通過させる部位である。また、燃焼空間部２２は、第１火炎形成部２０及び第２火炎形成部２１において燃焼しきれずに燃料の流れの下流側に至った燃料を燃焼する部位としても機能する。
【００４２】
第１火炎形成部２０は、上端側、即ち燃料の流れの上流側に相当する位置（図４中 上方側）に閉塞面２０ｅを有し、当該閉塞面２０ｅの中央部には開口２０ａが設けられ、当該開口２０ａに隣接する位置に放射状に複数の旋回導入口２０ｂが配されている。旋回導入口２０ｂは、閉塞面２０ｅの一部を略方形状に内方へ向けて切り起こして旋回羽根２０ｇを形成したものであり、この切り起こしに伴って開口２０ｆが形成される。旋回導入口２０ｂは、開口２０ｆから旋回羽根２０ｇに沿って空気を導入することにより、第１火炎形成部２０の中心軸の周りに上流側から見て反時計方向へ旋回する気流を生じさせる機能を有する。
【００４３】
第１火炎形成部２０の下流側近傍の外周壁には、全周に渡って複数の空気導入口２０ｃ，２０ｄが放射状に配列されている。空気導入口２０ｃ，２０ｄは、共に第１火炎形成部２０、即ち燃焼筒１１の内外を連通するものである。空気導入口２０ｃ，２０ｄは、燃焼筒１１の外部にある空気を燃焼筒１１の内部に導入するものである。さらに具体的には、空気導入口２０ｃ，２０ｄは、送風機１２により空気室１０内に導入される空気を、燃焼筒１１内に導入するものである。
【００４４】
第２火炎形成部２１は、第１火炎形成部２０よりも大径の円筒体であり、両者の接続部には上流側に面する段部２１ａが形成されている。また、段部２１ａには、複数の旋回導入口２１ｂが配されている。旋回導入口２１ｂは、段部２１ａの一部をプレス加工等によって内方へ向けて陥没させることにより形成されるものであり、これにより燃焼筒１１の周囲にある空気を燃焼筒１１の内部へと導入する開口２１ｅと、燃焼筒１１の周囲にある空気を開口２１ｅに案内し、開口２１ｅから導入される空気の流れ方向を所定方向に向ける空気案内部２１ｆとが形成される。さらに詳細には、空気導入口２１ｂは、燃焼筒１１の周囲にある空気を空気案内部２１ｆによって開口２１ｅに案内することにより、燃焼筒１１の周囲の空気を段部２１ａの内面に沿いつつ中心軸の周りに向かう方向へ導入するものである。この旋回導入口２１ｂを介して導入された空気は、第１火炎形成部２０内に導入された空気の旋回流と同一方向に旋回する気流を形成する。さらに具体的には、旋回導入口２１ｂを介して導入された空気は、第２火炎形成部２１の中心軸の周りに、燃焼筒１１内を流れる燃料の上流側（図４中 上方側）から見て反時計方向へ旋回する気流を生じさせる機能を持つ。
【００４５】
第２火炎形成部２１の下流側近傍の外周壁には、全周に渡って複数の空気導入口２１ｃ，２１ｄが配列されている。空気導入口２１ｃ，２１ｄは、第２火炎形成部２１の内外、換言すれば燃焼筒１１の内外を連通するものである。空気導入口２１ｃ，２１ｄは、燃焼筒１１の外側にある空気を第２火炎形成部２１の内側、即ち燃焼筒１１の内側に導入するものである。さらに具体的には、空気導入口２１ｃ，２１ｄは、送風機１２により空気室１０内に導入される空気を、第２火炎形成部２１の内側、即ち燃焼筒１１の内側に導入するものである。
【００４６】
燃焼空間部２２は、第２火炎形成部２１よりも更に大径の円筒体である。燃焼空間部２２と第２火炎形成部２１との接続部には上流側に面する段部２２ａが形成され、当該段部２２ａには、複数の旋回導入口２２ｂが配されている。旋回導入口２２ｂは、前記した第２火炎形成部２１の旋回導入口２１ｂと略同一の形状および機能を有するものである。
【００４７】
旋回導入口２２ｂは、段部２２ａの一部をプレス加工等によって内方へ向けて陥没させることにより形成されるものである。旋回導入口２２ｂは、燃焼筒１１の周囲にある空気を燃焼筒１１の内部へと導入する開口２２ｅと、燃焼筒１１の周囲にある空気を開口２２ｅ側へ案内し、開口２２ｅから導入される空気の流れ方向を所定方向に向ける空気案内部２２ｆとが形成される。さらに詳細には、空気導入口２１ｂは、燃焼筒１１の周囲にある空気を空気案内部２２ｆによって開口２１ｅに案内することにより、燃焼筒１１の周囲の空気を段部２２ａの内面に沿いつつ中心軸の周りに向かう方向へ導入するものである。この旋回導入口２２ｂを介して導入された空気は、第１火炎形成部２０内および第２火炎形成部２１内に導入された空気の旋回流と同一方向に旋回する気流を形成する。さらに具体的には、旋回導入口２２ｂを介して導入された空気は、第２火炎形成部２１の中心軸の周りに、燃焼筒１１内を流れる燃料の上流側（図４中 上方側）から見て反時計方向へ旋回する気流を生じさせる機能を持つ。
【００４８】
燃焼空間部２２の下流側近傍の外周壁には、全周に渡って複数の空気導入口２２ｃが配列されている。空気導入口２２ｃは、第２火炎形成部２０の内外、即ち燃焼筒１１の内外を連通するものである。空気導入口２２ｃは、燃焼筒１１の外側にある空気を燃焼空間部２２の内側に導入するものである。さらに具体的には、空気導入口２２ｃは、送風機１２により空気室１０内に導入される空気を、燃焼空間部２２の内側に導入するものである。燃焼空間部２２の下流端は径方向外方へ向けて折曲されており、これによりフランジ部２２ｄが形成されている。
【００４９】
燃焼筒１１の下流側に接続される拡散防止部材１９は、図３に示すように円筒形の形状を有し、両端が開口している。拡散防止部材１９は、大別して筒状の本体部１９ａ（壁部）と、外フランジ部１９ｂと、内フランジ部１９ｃ（滞留手段）と、開口１９ｆとを有する。本体部１９ａは、開口径が上記した燃焼筒１１の下端（図３中 下方側）にある燃焼空間部２２の開口径と略同一の開口径を有する円筒体であり、その軸方向の長さは、前記開口径よりも短い。本体部１９ａは、燃焼部１１内に噴射される燃料の噴射方向に沿う方向に延伸した壁部を形成するものである。本体部１９ａの下端側、即ち燃焼筒１１を通過し拡散防止部材１９内に流入した燃料や空気、燃焼ガスの下流側であり、燃焼筒１１内に形成される火炎の先端側に相当する部位には、本体部１９ａの全周にわたって複数の連通孔１９ｄが等間隔で設けられている。連通孔１９ｄは、拡散防止部材１９内に流入した燃料、空気、並びに、燃焼筒１１内に形成される火炎の一部を拡散防止部材１９の外側に導出する部分であると共に、連通孔１９ｄから導出される燃料が燃焼し、火炎を形成する部分でもある。即ち、連通孔１９ｄの一部から燃焼筒１１において形成された火炎の先端が導出され、連通孔１９ｄの一部には連通孔１９ｄから導出される燃料の燃焼により火炎が形成される。
【００５０】
外フランジ部１９ｂは、拡散防止部材１９の一端側を外側に折り曲げることにより形成された部分である。拡散防止部材１９と燃焼筒１１との間に介在される空気室１０の底板３２（隔壁）に固定される部分である。即ち、拡散防止部材１９は、外フランジ部１９ｂを空気室１０の底板３２に固定することにより、燃焼筒１１に連続するように固定される。
【００５１】
内フランジ部１９ｃは、拡散防止部材１９の一端側を径方向内側、即ち燃料噴射ノズル１６における燃料の噴射方向に対して交差する方向であって、燃焼筒１１の内径方向に折り返した部分であり、本体部１９ａに対して略垂直である。内フランジ部１９ｃは、本体部１９ａの開口面積を縮小するものであり、燃焼筒１１内に噴霧され、下流側に流れる燃料を拡散防止部材１９内に滞留させる滞留手段として機能する。
【００５２】
内フランジ部１９ｃは、平面視がリング状であり、その全周にわたって複数の連通孔１９ｅが略等間隔に設けられている。連通孔１９ｅは、本体部１９ａに設けられている連通孔１９ｄと同様に拡散防止部材１９の内外を連通するものである。連通孔１９ｅは、拡散防止部材１９内に流入した燃料、空気、並びに、燃焼筒１１内において形成される火炎および燃焼ガスの一部を拡散防止部材１９の外側に導出する部分である。またさらに、連通孔１９ｅは、拡散防止部材１９内に滞留している燃料が連通孔１９ｅから噴出し、燃焼することによって火炎を形成する部分でもある。
【００５３】
開口１９ｆは、拡散防止部材１９の下流側、即ち内フランジ１９ｃ側の端部にあり、周囲を内フランジ部１９ｃによって取り囲まれる部分である。開口１９ｆは、拡散防止部材１９の上流側、即ち空気室１０の底面３２に固定される外フランジ１９ｂ側の開口よりも開口面積が小さい。換言すれば、開口１９ｆは、本体部１９ａの下流側の端部の開口径を内フランジ部１９ｃによって絞ったものである。
【００５４】
燃焼筒１１に装着される一次空気導入筒１３は、上流側の大径部１３ａと、大径部１３ａよりも僅かに径の小さい下流側の小径部１３ｃとを有する円筒体であり、大径部１３ａは小径部１３ｃに比べて軸方向の高さの大部分を占めている。大径部１３ａの下流側近傍には全周に渡って複数の空気導入口１３ｄが放射状に配列され、大径部１３ａの上流端１３ｂは全周に渡って径方向外方へ向けて僅かに折曲されている。この一次空気導入筒１３の小径部１３ｃの内径は、燃焼筒１１の第１火炎形成部２０の外径と略同一である。
【００５５】
ノズル収納筒１４は有底円筒体であり、上流端は水平に折曲されてフランジ部１４ｂが形成され、下流側の底面１４ｃの中央には開口１４ｄが設けられている。また、周部１４ａの外径は上流側に向かうに連れて僅かに広がるテーパ形状とされ、周部１４ａから底面１４ｃに掛かる部位は大きく湾曲した形状である。周部１４ａの上流側には、複数の空気導入口１４ｅが放射状に配列されており、周部１４ａの外径は一次空気導入筒１３の大径部１３ａの内径と略同一である。
【００５６】
ノズル収納筒１４は、底面１４ｃ側を一次空気導入筒１３の大径部１３ａ側から圧入することにより一体化される。ここで、前記したように、ノズル収納筒１４の周部１４ａはテーパ形状であるので、ノズル収納筒１４を一次空気導入筒１３に圧入すると、図２の様に、一次空気導入筒１３の上流端１３ｂとノズル収納筒１４のフランジ部１４ｂとの間に所定の間隔を有する状態で固定される。
【００５７】
ノズル収納筒１４を装着した一次空気導入筒１３は、その小径部１３ｃを燃焼筒１１の第１火炎形成部２０に挿通することにより、燃焼筒１１に装着されて一体化される。この状態では、ノズル収納筒１４の開口１４ｄと燃焼筒１１の第１火炎形成部２０の開口２０ａとが重なり合っており、これによりノズル収納筒１４から燃焼筒１１の内部に至る燃料噴射のための開口が形成されている。
【００５８】
空気室１０は箱形状であり、図５の様に対向する天板２９と底板３２とを有する。底板３２には大きな開口３２ａが設けられており、開口３２ａの周縁に沿って円筒形の遮蔽筒３４が上流側へ向けて設けられている。
【００５９】
空気室１０内には、燃焼筒１１が位置決めされて固定されている。さらに詳細には、燃焼筒１１は、ノズル収納筒１４及び一次空気導入筒１３を装着した状態で空気室１０内に収納されている。燃焼筒１１は、空気室１０の底板３２に設けられた開口３２ａに挿通されている。空気室１０の天板２９には、ノズル収納筒１４のフランジ部１４ｂが当接している。燃焼空間部２２のフランジ部２２ｄは、底板３２の遮蔽筒３４の内周壁に当接しつつ嵌入されており、これにより燃焼筒１１が位置決めされている。
【００６０】
空気室１０の底板３２の裏面側（図５ 下方側）、即ち底板３２の燃焼室３側には、固定金具３３を用いて図４に示すように拡散防止部材１９の外フランジ部１９ｂが当接するように固定されている。即ち、空気室１０の底板３２には、外フランジ部１９ｂが燃焼筒１１内に噴霧された燃料の上流側に位置し、内フランジ部１９ｃが燃料の上流側に位置する姿勢となるように拡散防止部材１９が固定金具３３によって着脱自在に固定されている。固定金具３３は、図４に示すように、外フランジ部１９ｂに沿う形状の段部３３ａを有する環状の部材である。拡散防止部材１９は、外フランジ部１９ｂを固定金具３３の段部３３ａに係合させ、固定金具３３をネジ止めすることにより底板３２に着脱自在に固定されている。
【００６１】
次に、図５を参照して、本実施形態の燃焼装置２における空気の流れおよび火炎の形成状態を説明する。
送風機１２により空気室１０内へ供給される空気の一部は、ノズル収納筒１４の空気導入口１４ｅを介して一次空気として内部に導入される。また、空気室１０内へ供給される空気の一部は、一次空気導入筒１３の空気導入口１３ｄから内部へ流入する。空気導入口１３ｄから内部に導入された空気は、ノズル収納筒１４と一次空気導入筒１３との間の狭い隙間を通り、燃焼筒１１の第１火炎形成部２０に設けた旋回導入口２０ｂから燃焼筒１１の内部に一次空気として旋回流を形成しながら流入する。そして、旋回流を形成しながら流入した空気は、ノズル収納筒１４の空気導入口１４ｅから導入された空気と共に第１火炎形成部２０の開口２０ａの近傍で燃料噴射ノズル１６から噴射される液体燃料と混合され着火される。
【００６２】
一方、空気室１０内に導入された空気の一部は、第１火炎形成部２０の空気導入口２０ｃ，２０ｄ、第２火炎形成部２１の空気導入口２１ｃ，２１ｄあるいは、燃焼空間部２２の空気導入口２２ｃから燃焼筒１１の内部に導入される。即ち、空気室１０内に導入された空気の一部は、空気導入口２０ｃ，２０ｄ，２１ｃ，２１ｄ，２２ｃから燃焼筒１１内に二次空気として導入され、燃料の燃焼に寄与する。
【００６３】
一方、空気室１０内に導入された空気の一部は、第１火炎形成部２０と第２火炎形成部２１との境界部にある段部２１ａに設けられた旋回導入口２１ｂから燃焼筒１１内に導入される。旋回導入口２１ｂから燃焼筒１１内に導入された空気は、第２火炎形成部２１の内壁に沿うように流れ込み、燃焼筒１１内に旋回流を形成する。燃焼筒１１内に噴霧された燃料や、空気導入口２０ｃ，２０ｄ，２１ｃ，２１ｄから導入された空気は、旋回導入口２１ｂから導入された空気の旋回流により十分混合された後、大部分が完全燃焼される。
【００６４】
また同様に、空気室１０内の空気の一部は、第２火炎形成部２１と燃焼空間部２２との境界部にある段部２２ａに設けられている旋回導入口２２ｂから燃焼空間部２２内に導入される。旋回導入口２２ｂから燃焼空間部２２内に流入した空気は、燃焼空間部２２の内壁に沿って流れ、燃焼空間部２２内に旋回流を形成する。燃焼筒１１内において燃焼しきれずに燃焼空間部２２内に流入した燃料や、空気導入口２２ｃから導入された空気は、旋回導入口２２ｂから導入された空気により形成される旋回流により十分混合され、大部分が完全燃焼される。
【００６５】
燃焼筒１１内に噴霧された燃料が燃焼している場合、燃焼筒１１内の圧力は、拡散防止部材１９の内圧よりも高い。そのため、燃焼装置２では、燃焼筒１１内に噴霧されたものの、燃焼筒１１内および燃焼空間部２２内において燃焼しきれなかった燃料や、燃料の燃焼により発生した燃焼ガスは、燃焼筒１１の下流側に接続されている拡散防止部材１９の本体部１９ａ内に流入する。また、燃焼量が多い場合は、燃料の燃焼によって燃焼筒１１内に形成される火炎が拡散防止部材１９内に至る。
【００６６】
拡散防止部材１９の下流側の端部には、燃料噴射ノズル１６における燃料の噴射方向に対して交差する方向に折り返された内フランジ部１９ｃが設けられているため、拡散防止部材１９の本体部１９ａ内に流れ込んだ燃料や高温の燃焼ガスは一時的に本体部１９ａの内部に滞留する。換言すれば、本体部１９ａ内に流れ込んだ燃料や高温の燃焼ガスの流れは、内フランジ部１９ｃによって阻止される。
【００６７】
燃焼筒１１内における燃料の燃焼に伴い発生する火炎や燃焼ガスの一部は、拡散防止部材１９の開口１９ｆから下流側、即ち熱交換器４側に向けて噴出する。また、拡散防止部材１９の内部に形成される火炎の残部は、本体部１９ａの連通孔１９ｄあるいは内フランジ部１９ｃの連通孔１９ｅから拡散防止部材１９の外側に導出される。
【００６８】
拡散防止部材１９の本体部１９ａは、火炎や高温の燃焼ガス等によって加熱され高温となっている。そのため、拡散防止部材１９内に滞留している燃料は、燃料の燃焼によって発生した高温の燃焼ガスや、拡散防止部材１９に接触するなどして加熱されて気体状態となり、大部分が完全燃焼される。拡散防止部材１９内に流入した燃料や空気は、本体部１９ａの連通孔１９ｄや内フランジ部１９ｃの連通孔１９ｅから拡散防止部材１９の外側に向けて噴出すると共に、連通孔１９ｄ，１９ｅに火炎を形成する。
【００６９】
本実施形態の燃焼装置２では、燃焼筒１１内において形成された火炎の一部が、拡散防止部材１９の連通孔１９ｄ，１９ｅから拡散防止部材１９の外側に向けて導出される。また、燃焼筒１１内において燃焼しきれずに拡散防止部材１９内に流入した燃料も、大部分が燃焼され連通孔１９ｄ，１９ｅに火炎を形成する。そのため、本実施形態の燃焼装置２では、火炎が、拡散防止部材１９の全周に形成される。従って、本実施形態の燃焼装置２では、燃焼筒１１内に形成される火炎は燃料の噴霧方向に対して交差する方向に広がり、燃料の噴霧方向にはさほど延伸しない。即ち、燃焼装置２では、燃焼筒１１内において形成された火炎が、燃焼筒１１の下流側にある拡散防止部材１９において面的に広がる。
【００７０】
本実施形態の燃焼装置２では、燃料の燃焼により形成される火炎が拡散防止部材１９において面的に広がるため、火炎の上下方向の長さが短い。そのため、燃焼装置２において発生する火炎や燃焼ガスは、燃料の噴霧方向に対して交差する方向に面的に広がり、熱交換器４全体を略均等に加熱することができる。従って、燃焼装置２によれば、給湯器１において燃焼装置２と熱交換器４との間に介在し、高温の燃焼ガスが通過する燃焼室３を小型化しつつ、熱交換器４内を流れる湯水を効率よく加熱することができる。
【００７１】
上記したように、本実施形態の燃焼装置２は、燃焼筒１１に連続する位置に拡散防止部材１９を設け、燃焼筒１１内において燃焼しきれずに下流側に流れた燃料や、燃料の燃焼により発生した燃焼ガスを一時的に拡散防止部材１９内に滞留させると共に、拡散防止部材１９内に流入した燃料を加熱して燃料の液化を防止することにより燃料を完全燃焼させるものである。本実施形態の燃焼装置では、燃料の不完全燃焼に伴い発生する一酸化炭素等やＮＯｘ 等の有毒ガスや、スス等の未燃成分の発生量が極めて少ない。従って、本実施形態の燃焼装置２は、エネルギー効率が高く、環境に調和した燃焼作動を行うことができる。
【００７２】
また上記した給湯器１（湯水加熱装置）は、燃焼装置２において発生した高温の燃焼ガスを熱交換器４側に送り、この高温の燃焼ガスとの熱交換により水管４ａ内を流れる湯水と熱交換を行うものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。さらに具体的には、本発明の湯水加熱装置は、例えば湯水が溜められる貯留部と、貯留部を貫通する燃焼ガス通路部を有し、燃焼部で発生した燃焼ガスを燃焼ガス通路部に導入して貯留部内の水を加熱することを特徴とするものであってもよい。
【００７３】
上記実施形態では、拡散防止部材１９として、筒状の本体部１９ａと外フランジ部１９ｂと内フランジ部１９ｃとを備えたものを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、筒状の本体部１９ａを備えた構成であればいかなる形状、構成を有するものであってもよい。また、本体部１９ａと、外フランジ部１９ｂあるいは内フランジ部１９ｃを別途作成するなどして一体化してもよい。
【００７４】
拡散防止部材１９は、円筒形であったが、本発明はこれに限定されるものではなくいかなる形状のものであってもよい。
【００７５】
上記実施形態において連通孔１９ｄ，１９ｅはいずれも複数であったが、本発明はこれに限定されるものでなく、推奨されない形態ではあるが単一であってもよい。また、連通孔１９ｄは、拡散防止部材１９の下端側に全周にわたって等間隔に設けられているが、本発明はこれに限定されるものではなく、燃料や空気の流れや、連通孔１９ｄから外側に向けて形成される火炎の状態等に応じて連通孔１９ｄの形成位置、密度等を適宜調整することも可能である。
【００７６】
また、上記実施形態では、本体部１９ａに連通孔１９ｄを設け、内フランジ部１９ｃに連通孔１９ｅを設けた構成を例示したが、本発明の燃焼装置において採用される拡散防止部材１９では、連通孔１９ｄ，１９ｅを必ずしも設ける必要はない。即ち、拡散防止部材１９は、連通孔１９ｄ，１９ｅのいずれか一方、あるいは双方を備えない構成とすることも可能である。
【００７７】
上記実施形態では、拡散防止部材１９が、外フランジ部１９ｂを空気室１０の底板３２に固定する構造を例示したが、本発明において拡散防止部材１９は燃焼筒１１に連続するように固定されていればよく、例えば外フランジ部１９ｂを燃焼筒１１の下端側に直接溶接するなどして固定するなどして固定してもよい。
【００７８】
拡散防止部材１９の内フランジ部１９ｃは、本体部１９ａに対して略垂直に形成されたものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば燃焼筒１１内に噴霧される燃料の下流側に向かうに従って断面積が縮小する錐状の形状に形成されたものであっても良い。
【００７９】
なお、上記した給湯器１、並びに、燃焼装置２は、本発明の一実施形態を示すものであり、これをもって本発明を限定するものではない。
【００８０】
【発明の効果】
請求項１および２に記載の発明によれば、燃焼部内において燃焼されずに拡散防止部材内に流入した燃料を拡散防止部材内において気体状態に維持し、完全燃焼することができる。
【００８１】
請求項３に記載の発明によれば、燃焼筒内に噴霧されたものの、燃焼筒内において燃焼されずに拡散防止部材に至った燃料を拡散防止部材内に滞留させ、加熱ることにより燃料の大部分を気体状態に維持し、完全燃焼することができる。
【００８２】
請求項４および５に記載の発明によれば、燃焼部内において形成された火炎を拡散防止部材において面的に広げると共に、火炎の全長を短縮するとができる。そのため、本発明の燃焼装置によれば、給湯装置等に代表される湯水加熱装置において燃焼装置と熱交換器との間に介在し、燃焼ガスが通過する燃焼室を小型化しつつ、熱交換器を略均一に加熱することができる。
【００８３】
請求項６に記載の発明によれば、拡散防止部材を既存の燃焼装置にも容易に着脱することができる。本発明によれば、既存の燃焼装置の燃焼特性を容易に改善することができる。
【００８４】
請求項７に記載の湯水加熱装置は、上記請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼装置を備えたものであるため、高効率かつ精度よく湯水を加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である給湯器および燃焼装置の内部構造を示す正面図である。
【図２】図１に示す燃焼装置において採用されている燃焼筒を示す斜視図である。
【図３】本実施形態の燃焼装置に採用されている拡散防止部材を示す斜視図である。
【図４】図２に示す燃焼筒および図３に示す拡散防止部材の分解斜視図である。
【図５】図１に示す燃焼装置の要部断面図である。
【図６】従来技術の湯水加熱装置および燃焼装置を示す正面図である。
【符号の説明】
１ 給湯器（湯水加熱装置）
２ 燃焼装置
３ 燃焼室（燃焼部）
４ 熱交換器
１０ 空気室
１１ 燃焼筒（燃焼部）
２０ 第１火炎形成部
２０ｃ，２０ｄ 空気導入口
２１ 第２火炎形成部
２１ｃ，２１ｄ 空気導入口
３２ 底板（隔壁）
Claims (7)
- 燃料を噴霧する噴霧手段と、当該噴霧手段により噴霧された燃料を燃焼させる燃焼部とを具備した燃焼装置において、前記燃焼部は、内外を連通し、燃焼部内に空気を導入する空気導入口を有し、前記燃焼部よりも下流側であって、燃料の燃焼時における前記燃焼部内の圧力よりも低圧である部分には、燃焼部内に噴射される燃料の噴射方向に沿う方向へ延伸した壁部を有する拡散防止部材が設けられていることを特徴とする燃焼装置。
- 燃料を噴霧する噴霧手段と、当該噴霧手段により噴霧された燃料を燃焼させる燃焼部とを具備した燃焼装置において、外部から空気が導入される空気室と、当該空気室の下流側に隣接する燃焼室とを有し、前記燃焼部は、内外を連通し、燃焼部内に空気を導入する空気導入口を有し、前記燃焼部よりも下流側には、前記燃焼部に連続し、燃焼部内に噴射される燃料の噴射方向に沿う方向へ延伸した壁部を有する拡散防止部材を有し、前記燃焼部は前記空気室内に収納されており、前記拡散防止部材は前記燃焼室内に収納されていることを特徴とする燃焼装置。
- 拡散防止部材は、燃料の流れの下流側に相当する位置に、燃焼部の開口面積を縮小し、燃焼部内に噴霧された燃料を拡散防止部材内に滞留させる滞留手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼装置。
- 拡散防止部材の壁面及び／又は滞留手段には、拡散防止部材の内外を連通する連通孔が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼装置。
- 燃焼部の外部から空気導入口を介して空気が燃焼部内に導入され、噴霧手段により燃料が燃焼部内に噴射され、燃焼部内に導入された空気と前記燃料とが混合され燃焼されることにより火炎が形成されるものであり、燃焼部内において形成される火炎、燃料の燃焼により発生する燃焼ガス、燃焼部内に導入された空気、あるいは燃焼部内に噴霧された燃料の一部又は全部は、拡散防止部材の連通孔から導出されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃焼装置。
- 拡散防止部材は、燃焼部に対して着脱自在に装着されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の燃焼装置。
- 燃焼部と、水を加熱する熱交換部を有し、燃焼部で発生した燃焼ガスを熱交換部に送り、熱交換部で水を加熱する湯水加熱装置において、燃焼部には請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼装置を具備していることを特徴とする湯水加熱装置。
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