JP2007003175A

JP2007003175A - 燃焼装置

Info

Publication number: JP2007003175A
Application number: JP2006003470A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Takasu; 芳彦高須; Kumiko Ankei; 久美子安谿; Toru Katsukawa; 徹勝川
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2005-05-23
Filing date: 2006-01-11
Publication date: 2007-01-11

Abstract

【課題】上方排気式の排気フードを用いるにも拘わらず、燃焼排気の通過抵抗を左程増加せずに共鳴による騒音を低減することができると共に、装置内部へのドレンの侵入を防止することができる燃焼装置を提供する。
【解決手段】バーナを内蔵する燃焼筐と、燃焼筐内に燃焼用空気を供給する燃焼ファンと、燃焼筐の上方に配置される熱交換器と、排気フード５とを備える燃焼装置であって、排気フード５内に、排気口５１の下方に位置させて、排気口５１の断面積より大きな邪魔板５５を設ける。邪魔板５５と排気フード５の上壁部の内面との間に、燃焼排気を排気口５１に導く通気間隙５６を形成する。通気間隙５６が音響的な抵抗になり、共鳴周波数が燃焼振動周波数より小さくなって、共鳴による騒音が低減される。更に、邪魔板５５により排気口５１からのドレンを受けて蒸発させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、本発明は、バーナを内蔵する燃焼筐と、燃焼筐内に燃焼用空気を供給する燃焼ファンと、燃焼筐の上方に配置されバーナの燃焼排気で加熱される熱交換器とを備える給湯器等の燃焼装置に関する。

従来、この種の燃焼装置では、熱交換器の上方に排気フードを配置し、熱交換器を通過したバーナの燃焼排気が排気フードに流入し、排気フードに設けた排気口を介して外部に排出されるようにしている。排気フードには、その前面に開設した排気口から燃焼排気を排出する前方排気式のものと、排気フードの上壁部に立設した円筒状の排気口から燃焼排気を排出する上方排気式のものとがある。

ところで、上記の如き燃焼筐、熱交換器及び排気フードを備える燃焼装置では、ヘルムホルツ型の共鳴を生ずる。その共鳴周波数ｆは、燃焼筐から排気フードまでの内容積をＶ、排気通路の断面積をＳ、排気通路の通路長をＬ、音速をＣとして、
ｆ＝(Ｃ／２π){Ｓ／(Ｖ・Ｌ)}^１／２…(１)
になる。そして、共鳴周波数がバーナの燃焼振動の周波数に近いと、共鳴による騒音を生ずる。従って、騒音を低減するには、共鳴周波数を燃焼振動周波数からずらすことが必要になる。そのため、従来、前方排気式の排気フードを用いる燃焼装置において、排気フード内に、燃焼排気を一旦排気フード内の後部に導いてから前方にＵターンさせて前面の排気口に導く排気ガイド部材を配置したものが知られている(例えば、特許文献１参照)。これによれば、排気通路の通路長が長くなり、共鳴周波数が燃焼振動周波数より小さくなって、共鳴による騒音が低減される。

一方、上方排気式の排気フードを用いる燃焼装置では、燃焼排気を排気フード内でＵターンさせる上記の構造を採用できない。この場合、排気フードの上壁部に立設する円筒状の排気口の長さを長くして共鳴周波数を低下させることも考えられるが、燃焼装置の高さ寸法の制約から排気口の長さは左程長くできない。そこで、従来は、上記(１)式の排気通路断面積Ｓを小さくするために、排気口の断面積をかなり狭くし、共鳴周波数を燃焼振動周波数より小さくしている。しかし、これでは、燃焼排気の通過抵抗が大きくなり、燃焼筐内に燃焼用空気を供給する燃焼ファンの能力を高くすることが必要になって、コストが高くなる不都合がある。

また、上方排気式の排気フードを用いる燃焼装置においては、排気フードの上壁部に立設する円筒状の排気口の内部でドレンが発生する。特に、共鳴周波数を低下させるために前述したように排気口の長さを長くしたり、或いは、排気口の断面積を狭くした場合にはドレンの発生が著しく増加するおそれがある。そして、このドレンは、燃焼排気が排気口を通過する際に冷却される水蒸気が凝縮されたものであり酸性が強いために、従来は、排気口内面を流下するドレンを受ける環状のドレン溜部を排気口の中間部に設けることが行われている(例えば、特許文献２参照)。しかし、排気口の中間部に環状のドレン溜部を設けると部品点数及び組立工数が増加してコストが増加する不都合がある。
特開２０００−２２７２１３号公報（図１）特開２００２−３１７９２２公報（図４）

以上の点に鑑み、本発明は、上方排気式の排気フードを用いるにも拘わらず、燃焼排気の通過抵抗を左程増加せずに共鳴による騒音を低減できるようにした燃焼装置を提供することをその課題としている。また、本発明は、共鳴による騒音を低減したうえで、装置内部へのドレンの侵入を防止できる燃焼装置を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、バーナを内蔵する燃焼筐と、燃焼筐内に燃焼用空気を供給する燃焼ファンと、燃焼筐の上方に配置されバーナの燃焼排気で加熱される熱交換器と、熱交換器の上方に配置され熱交換器を通過したバーナの燃焼排気が流入する排気フードとを備える燃焼装置であって、排気フードの上壁部に円筒状の排気口が立設されているものにおいて、排気フード内に、排気口の下方に位置させて、排気口の断面積より広面積の邪魔板が設けられ、邪魔板と排気フードの上壁部の内面との間に、燃焼排気を排気口に導く通気間隙が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、熱交換器を通過した燃焼排気の排気口への直接的な流れが邪魔板によって阻止され、燃焼排気は邪魔板と排気フードの上壁部との間の通気間隙を経由して排気口に流れることになる。そして、通気間隙により上記(１)式の排気通路長Ｌを長くしたのと同等の効果が得られ、排気口の断面積を左程狭くしなくても、共鳴周波数を燃焼振動周波数より小さくして、共鳴による騒音を低減することができる。結局、燃焼排気の通過抵抗を増加せずに騒音を低減できるようになり、そのため、燃焼ファンの能力を高くする必要がなく、コストダウンを図ることができる。

ここで、邪魔板と排気フードの上壁部との間の通気間隙の上下方向幅が大きすぎると、通気間隙が音響的な抵抗にならず、上記(１)式の排気通路長Ｌを長くするという効果が得にくくなる。この効果を得るには、通気間隙の上下方向幅を排気口の直径の１／２以下にする必要があることが実験的に確認された。また、燃焼排気の通過抵抗が増加しないように排気口の断面積を決定しても、通気間隙の上下方向幅が小さすぎると、燃焼排気の通過抵抗は排気口の断面積で決まる値より増加してしまう。ここで、通気間隙において燃焼排気の通過抵抗が最も大きくなるのは、排気口を下方に投影した仮想円筒の周面に面する部分である。そのため、燃焼排気の通過抵抗が増加しないようにするには、仮想円筒の周面に面する通気間隙の部分の面積(＝πｄ・ｈ、但しｄは排気口の直径、ｈは通気間隙の上下方向幅)を排気口の断面積(＝πｄ^２／４)以上にすること、即ち、通気間隙の上下方向幅ｈを排気口の直径ｄの１／４以上にすることが必要になる。以上のことから、通気間隙の上下方向幅は排気口の直径の１／４から１／２までの範囲の値に設定することが望ましい。

尚、邪魔板を方形に形成することも可能であるが、方形の邪魔板では、上記(１)式の排気通路長Ｌを長くする効果に関して、これに内接する円形の板と同程度の効果しか得られない。そして、内接円の外方に張り出す部分は無駄になり、むしろ燃焼排気の通過抵抗を増加する要因になる。これに対し、邪魔板を排気口と同心で排気口より大径の円形の板で形成すれば、上記(１)式の排気通路長Ｌを長くする効果を最も効率良く得られるようになり、有利である。

また、本発明においては、前記邪魔板によって、排気口の内面を伝って流下するドレンを受けることができる。邪魔板に落下したドレンは、邪魔板が排気熱により加熱されていることにより蒸発し、装置内部に流下することが防止される。

このとき、邪魔板の周縁に沿って起立する起立壁部が形成されていることによって、邪魔板上に落下したドレンは起立壁部に規制されて確実に邪魔板上に留まって排気熱により蒸発し、邪魔板の外方からのドレンの流下を確実に防止することができる。

更に、邪魔板の少なくとも一部に下方に向かって凹入された凹部を形成しておくことにより、邪魔板上に落下したドレンは凹部に溜まって蒸発し、邪魔板の外方からのドレンの流下を確実に防止することができる。

図１は屋内に設置する給湯器から成る燃焼装置を示している。この燃焼装置は、外装ケース１を備えており、外装ケース１内に、濃淡燃焼式のバーナ２を複数本内蔵する燃焼筐３と、燃焼筐３の上方の給湯用熱交換器４と、熱交換器４の上方の排気フード５とが配置されている。また、外装ケース１の上面には、屋外にのびる給気筒６を接続する給気用接続筒６ａが立設されている。そして、外装ケース１内に、燃焼筐３の下方に位置する燃焼ファン７を設け、給気筒６からの空気を燃焼ファン７により外装ケース１内の空間を介して吸引し、この空気を燃焼筐３内に燃焼用空気として供給するようにしている。バーナ２の燃焼排気は燃焼筐３から熱交換器４に流れてこれを加熱する。そして、熱交換器４を通過した燃焼排気は排気フード５に流入して、排気フード５から排気筒８を介して屋外に排出される。

排気フード５の上壁部には、図２に示す如く、円筒状の排気口５１が立設されている。尚、排気フード５に排気口５１を一体成形することも可能であるが、本実施形態では、排気口５１を排気フード５とは別体の筒体で構成している。そして、排気フード５の上壁部に、排気口５１の下端に形成したフランジ部５１ａを受け入れる下方への窪み部５２を形成し、窪み部５２の底面に排気口５１に対応する開口を開設して、窪み部５２の底面の開口周縁部に排気口５１の下端のフランジ部５１ａを着座させ、排気フード５内の燃焼排気が排気口５１に流れるようにしている。

また、排気口５１は、ヘルムホルツ型の共鳴周波数を表す上記(１)式の排気通路断面積Ｓを小さくするため、径が比較的大きな所定値に規定される排気筒８より小径に形成されている。従って、排気口５１に排気筒８を直接接続することはできない。そこで、排気フード５の上壁部の上面に、排気口５１を囲う排気用接続筒８ａを取付け、この接続筒８ａに排気筒８を接続している。尚、排気口５１は、その外周の複数箇所において、連結片５１ｂを介して排気用接続筒８ａに固定されている。また、排気フード５の内面には、騒音吸収及び結露吸収のため吸音材５３が積層されている。そして、排気フード５内に、図３に示す如く、吸音材５３を押える格子状の押え枠５４を装着している。

排気フード５内には、図２、図３に示す如く、排気口５１の下方に位置させて、排気口５１の断面積より広面積の邪魔板５５が設けられている。そして、邪魔板５５と排気フード５の上壁部の内面(正確には吸音材５３の下面)との間に、燃焼排気を排気口５１に導く通気間隙５６が形成されるようにしている。尚、本実施形態では、邪魔板５５を排気口５１と同心で排気口５１より大径の円形の板で形成している。また、邪魔板５５は、その周縁の複数箇所に曲成した脚片５５ａを介して押え枠５４に固定されている。

以上の構成によれば、熱交換器４を通過した燃焼排気の排気口５１への直接的な流れが邪魔板５５によって阻止され、燃焼排気は、図２に矢印で示すように、邪魔板５５と排気フード５の上壁部との間の通気間隙５６を経由して排気口５１に流れる。そして、通気間隙５６が音響的な抵抗になって、上記(１)式の排気通路長Ｌを長くしたのと同等の効果(以下、排気通路長の延長効果と称する。)が得られる。従って、排気口５１の断面積を左程狭くしなくても、共鳴周波数を燃焼振動周波数より小さくして、共鳴による騒音を低減することができる。結局、燃焼排気の通過抵抗を増加せずに騒音を低減できるようになり、そのため、燃焼ファン７の能力を高くする必要がなく、コストダウンを図ることができる。

尚、邪魔板５５の形状は、排気口５１の断面積より広面積である限り方形であっても良い。然し、方形の邪魔板では、排気通路長の延長効果に関して、これに内接する円形の板と同程度の効果しか得られず、内接円の外方に張り出す部分は無駄になり、むしろ燃焼排気の通過抵抗を増加する要因になる。従って、材料の無駄や燃焼排気の通過抵抗の増加を生ずることなく、排気通路長の延長効果を最も効率良く得るには、本実施形態のように邪魔板５５を排気口５１と同心で排気口５１より大径の円形の板で形成することが望ましい。この場合、邪魔板５５の直径Ｄと排気口５１の直径ｄとの差に応じた排気通路長の延長効果が得られる。但し、共鳴による騒音を確実に低減するには、邪魔板５５の直径Ｄを排気口５１の直径ｄの１．５倍以上にすることが望まれる。邪魔板５５の直径Ｄの上限は、排気フード５の内面に邪魔板５５が干渉しないように、排気フード５の内寸によって決まる。

また、通気間隙５６の上下方向幅ｈが小さすぎると、燃焼排気の通過抵抗が排気口５１の断面積で決定される値より増加してしまう。ここで、通気間隙には燃焼排気が径方向外方から内方に向けて放射方向に流れるため、通気間隙５６において燃焼排気の通過抵抗が最も大きくなるのは、概ね排気口５１を下方に投影した仮想円筒の周面に面する部分である。従って、仮想円筒の周面に面する通気間隙５６の部分の面積を排気口５１の断面積(＝πｄ^２／４)以上にすれば、燃焼排気の通過抵抗が排気口５１の断面積で決定される値以上に増加することはない。仮想円筒の周面に面する通気間隙５６の部分の面積は最小でもπｄ・ｈになり(本実施形態では、排気口５１の下端にアールが付けられているためπｄ・ｈより大きくなる。)、πｄ・ｈ≧πｄ^２／４であれば、即ち、通気間隙５６の上下方向幅ｈが排気口５１の直径ｄの１／４以上であれば、燃焼排気の通過抵抗が排気口５１の断面積で決定される値以上に増加することを防止できる。

また、通気間隙５６の上下方向幅ｈが大きすぎると、通気間隙５６が音響的な抵抗にならず、排気通路長の延長効果が得にくくなる。実験的に確かめた結果、排気通路長の延長効果を得やすくするには、通気間隙５６の上下方向幅ｈを排気口５１の直径ｄの１／２以下にする必要があることが判明した。従って、通気間隙５６の上下方向幅ｈは排気口５１の直径ｄの１／４から１／２までの範囲の値に設定することが望まれる。

次に、排気口５１の直径ｄが６６ｍｍ、排気口５１の長さｌが１００ｍｍ、邪魔板５５の直径Ｄが１２５ｍｍ、通気間隙５６の上下方向幅ｈが２０ｍｍの上記実施形態の排気フード５を備え、バーナ２上面から排気口５１までの燃焼空間の容積が約１８０００ｃｍ^３で、１ｍの排気筒８を接続した燃焼装置(発明品)と、この排気フード５から邪魔板５５を取外し他は発明品と同一の燃焼装置(比較品)とを用いて行った試験について説明する。試験は、燃焼ファン７による空気供給量を燃焼量に対応する理論空気量の１．５〜１．６倍にし、６００００ｋｃａｌ／ｈの燃焼量でバーナ２を燃焼させ、マイクとＦＦＴアナライザとを用いて騒音スペクトルを測定することにより行った。

発明品の騒音スペクトルは図４(ａ)に示すようになり、比較品の騒音スペクトルは図４(ｂ)に示すようになった。尚、図４の横軸は、周波数であってその１目盛りの幅は５０Ｈｚであり、縦軸は、音圧であってその１目盛りの幅は１０ｄＢＶｒである。比較品では、１７７．５Ｈｚに音圧ピークがある。ここで、バーナ３の燃焼振動周波数は器具の暖まり具合、燃焼量、空気過剰率等によって若干変化するが１６０〜１８０Ｈｚ程度である。比較品では、共鳴周波数が燃焼振動周波数に近くなり、１７７．５Ｈｚにピークを持つ騒音、即ち、共鳴による騒音を生じたものと考えられる。一方、発明品では、このような共鳴による騒音が発生していない。これは、邪魔板５５による排気通路長の延長効果で共鳴周波数が燃焼振動周波数よりも小さくなったためと考えられる。

また、邪魔板５５は、前述したように共鳴による騒音を低減するだけでなく、排気口５１内で生じたドレンが給湯用熱交換器４や燃焼筐３の内部に流下することを防止することができる。即ち、燃焼排気が排気口５１内で冷却されてドレンが生じ、そのドレンが排気口５１の内面を伝って流下することがある。この場合にも、邪魔板５５の形状は、図２に示す如く排気口５１の断面積より広面積であることにより、排気口５１の内面から流下するドレンを邪魔板５５の上面で受けることができる。そして、邪魔板５５は排気熱により加熱されているので、邪魔板５５の上面に流下したドレンは蒸発し、給湯用熱交換器４や燃焼筐３の内部へのドレンの流入が防止される。

更に好ましくは、図５に示す如く、邪魔板５５にその周縁部全周に起立する起立壁部５５１を設けておき、更に、邪魔板５５の中央部に略擂り鉢状の凹部５５２を設けておくことができる。これによれば、邪魔板５５の上面に流下したドレンは起立壁部５５１に規制されてその外方への流出を確実に防止することができる。しかも、凹部５５２を設けておけば、邪魔板５５の上面に流下したドレンを凹部５５２内に溜めることができ、ドレンを排気熱により蒸発するまで確実に邪魔板５５の上面にとどめておくことができる。尚、起立壁部５５１を設けた場合であっても、前述したように通気間隙５６の上下方向幅ｈが排気口５１の直径ｄの１／４以上（図２参照）となるように邪魔板５５を取り付ける。また、邪魔板５５には、起立壁部５５１のみを設けてもよく、或いは凹部５５２のみを設けてもよい。更に、凹部５５２は、図５において仮想線示するように邪魔板５５の周縁部全周から中央部に向かって次第に深くなるように形成してもよい。

以上、給湯用の熱交換器４を有する給湯器から成る燃焼装置に本発明を適用した実施形態について説明したが、給湯以外の用途、例えば、暖房用の熱交換器を有する燃焼装置にも同様に本発明を適用できる。

本発明燃焼装置の実施形態を示す正面図。実施形態の排気フードの拡大切断正面図。実施形態の排気フードの斜め下方から見た斜視図。 (ａ)発明品の騒音スペクトラムを示すグラフ、(ｂ)比較品の騒音スペクトラムを示すグラフ。邪魔板の他の例を示す説明的断面図。

符号の説明

２…バーナ、３…燃焼筐、４…熱交換器、５…排気フード、５１…排気口、５５…邪魔板、５６…通気間隙、７…燃焼ファン、５５１…起立壁部、５５２…凹部。

Claims

バーナを内蔵する燃焼筐と、燃焼筐内に燃焼用空気を供給する燃焼ファンと、燃焼筐の上方に配置されバーナの燃焼排気で加熱される熱交換器と、熱交換器の上方に配置され熱交換器を通過したバーナの燃焼排気が流入する排気フードとを備える燃焼装置であって、排気フードの上壁部に円筒状の排気口が立設されているものにおいて、
排気フード内に、排気口の下方に位置させて、排気口の断面積より広面積の邪魔板が設けられ、邪魔板と排気フードの上壁部の内面との間に、燃焼排気を排気口に導く通気間隙が形成されていることを特徴とする燃焼装置。
前記通気間隙の上下方向幅は前記排気口の直径の１／４から１／２までの範囲の値であることを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
前記邪魔板は、前記排気口と同心で排気口より大径の円形の板で形成されることを特徴とする請求項１または２記載の燃焼装置。
前記邪魔板は、その周縁に沿って起立する起立壁部を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の燃焼装置。
前記邪魔板は、その少なくとも一部に下方に向かって凹入された凹部を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の燃焼装置。