JP2008241085A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低ＮＯｘ化を実現しながら、コンパクトで高出力の加熱装置を提供すること。
【解決手段】熱媒水を収容する缶体内に、前記熱媒水が充ちる水管群を立設した燃焼室を形成し、この燃焼室に臨むように前記缶体の一側にバーナを配設する一方、他側に前記燃焼室と連通する煙道を配設し、前記バーナにより、前記水管群を介して前記熱媒水を加熱可能とした加熱装置において、前記水管群を、前記バーナに対向する位置に複数の水管を列状に配置した第１水管群と、前記煙道に対向する位置に複数の水管を密集配置した第２水管群とから構成し、前記第１水管群の各水管同士をバッフルフィンで連結して下方開口の燃焼室バッフルを形成する一方、前記バーナの燃焼口を前記燃焼室の上部に配置して、前記バーナの火炎を前記燃焼室バッフルに一旦衝突させた後に当該燃焼室バッフルの下方開口から前記第２水管群へ流入させるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、バーナを備えた加熱装置に関し、詳しくはＮＯｘの発生を抑制可能とした加熱装置に関する。

従来、熱媒水を収容する缶体内に、前記熱媒水が充ちる水管群を立設した燃焼室を形成し、この燃焼室に臨むように前記缶体の一側にバーナを配設する一方、他側に前記燃焼室と連通する煙道を配設し、前記バーナにより、前記水管を介して前記熱媒水を加熱可能とした加熱装置があり、給湯用や空調用の熱源となる熱媒水を加熱するための装置として用いられている。

ところが、かかる加熱装置では、バーナによる火炎燃焼に伴って有害な窒素酸化物（NOｘ）が必然的に生成されるため、環境問題の観点からもNOｘの発生を可及的に抑えた加熱装置が望まれるところである。
加熱装置から排出されるNOｘの低減化を図るために、例えば、前記水管群を、第１水管と第２水管とに区分して配設し、第１水管をバーナからの火炎に近接して配置することにより火炎の温度を下げて低NOｘ化を図ったものがあった（例えば、特許文献１を参照。）。
特開平０９−２２２２６４号公報

しかしながら、環境問題は、社会的にも今後ますます注目される傾向にあるため、排出されるＮＯｘの低減目標値もかなり厳しくなると予想される。
上述した特許文献１の加熱装置は、確かにＮＯｘの低減化は可能であるが、単に第１水管をバーナからの火炎に近接して配置しただけなので、今後予想される厳しいレベルまでにＮＯｘを低減化するには未だ不十分といえる。
本発明は、上記課題を解決することのできる加熱装置を提供することを目的としている。

（１）本発明では、熱媒水を収容する缶体内に、前記熱媒水が充ちる水管群を立設した燃焼室を形成し、この燃焼室に臨むように前記缶体の一側にバーナを配設する一方、他側に前記燃焼室と連通する煙道を配設し、前記バーナにより、前記水管群を介して前記熱媒水を加熱可能とした加熱装置において、前記水管群を、前記バーナに対向する位置に複数の水管を列状に配置した第１水管群と、前記煙道に対向する位置に複数の水管を密集配置した第２水管群とから構成し、前記第１水管群の各水管同士をバッフルフィンで連結して下方開口の燃焼室バッフルを形成する一方、前記バーナの燃焼口を前記燃焼室の上部に配置して、前記バーナの火炎を前記燃焼室バッフルに一旦衝突させた後に当該燃焼室バッフルの下方開口から前記第２水管群へ流入させるようにした。

（２）本発明は、上記（１）において、前記バッフルフィンは、横断面視略Ｖ字状に形成されていることを特徴とする。

（３）本発明は、上記（１）又は（２）において、前記第１水管群と前記第２水管群との間に、未燃焼ガスを再燃焼させるための再燃焼スペースを設けたことを特徴とする。

（４）本発明は、上記（１）〜（３）のいずれかにおいて、前記第２水管群の各水管は、上下端部に絞り部を有することを特徴とする。

本発明によれば、バーナから噴射された火炎を燃焼室バッフルに一旦衝突させた後にこの燃焼室バッフルの下方開口から第２水管群へ流入させるようにしたために、火炎は燃焼領域内で側面視略Ｓ字状を描くことになり、バーナの火炎は燃焼を続けながら折り返して再燃焼するリバース燃焼がなされ、低ＮＯｘ化と低酸素燃焼を図ることができる。このように、本願の発明によれば、低ＮＯｘ化と低酸素燃焼を実現し、しかも、燃焼室をコンパクトにしながら高出力の加熱装置を提供することができる。

本発明は、熱媒水を収容する缶体内に、前記熱媒水が充ちる水管群を立設した燃焼室を形成し、この燃焼室に臨むように前記缶体の一側にバーナを配設する一方、他側に前記燃焼室と連通する煙道を配設し、前記バーナにより、前記水管群を介して前記熱媒水を加熱可能とした加熱装置において、前記水管群を、前記バーナに対向する位置に複数の水管を列状に配置した第１水管群と、前記煙道に対向する位置に複数の水管を密集配置した第２水管群とから構成し、前記第１水管群の各水管同士をバッフルフィンで連結して下方開口の燃焼室バッフルを形成する一方、前記バーナの燃焼口を前記燃焼室の上部に配置して、前記バーナの火炎を前記燃焼室バッフルに一旦衝突させた後に当該燃焼室バッフルの下方開口から前記第２水管群へ流入させるようにしたものである。

すなわち、バーナを用いて燃料を燃焼させた場合、燃焼過程中の窒素と酸素は、高温状態において反応して有害なＮＯｘ（窒素酸化物）を発生し、このＮＯｘの発生は避け難いものである。そして、この発生傾向は、燃焼温度が高いほど、また、高温域での滞留時間が長いほど促進され、特に、燃焼温度について言えば、高温度になるとＮＯｘの発生量は急激に増加することが知られている。

そこで、本実施形態では、上記構成とすることにより、バーナの火炎を前記第１水管群の水管間を連結したバッフルフィンにより形成される燃焼室バッフルに一旦衝突させた後に前記バッフルフィンの下方開口から第２水管群へ流入させることで、火炎にＳ字状を描かせるような燃焼形態をとらせ、火炎を第１水管群に先ず触れさせて火炎温度を降下させ、Ｓ字を描くことでバーナの燃焼口付近において再度燃焼させるリバース燃焼を実現することで、ＮＯｘの発生を大きく抑制することが可能となっている。しかも、低酸素燃焼及び燃焼室は小型化できるため、加熱装置全体のコンパクト化を図ることができる。

また、前記バッフルフィンは横断面視略Ｖ字状に形成することが好ましい。
すなわち、バッフルフィンを横断面視で直線的ではなく略Ｖ字形とすることで熱応力の除去が可能になるとともに、予め、バッフルフィンを水管に溶接などで取付けた後に燃焼室に配設することができることから、燃焼室バッフルの製作が極めて容易となる。

また、前記第１水管群と前記第２水管群との間に、未燃焼ガスを再燃焼させるための再燃焼スペースを設けるとよい。
すなわち、バーナからの火炎は燃焼室で略Ｓ字を描くようにして燃焼室バッフルの下方開口から第２水管群に流入するが、どうしても未燃焼ガスが発生する場合があり、かかる未燃焼ガスを、このスペースにおいて再燃焼させることによりＣＯの発生を抑制することが可能となる。

さらに、前記第２水管群の各水管は、上下端部に絞り部を有する形状とするとよい。
すなわち、密集配置する各水管の上下端部を、例えば天板及び底板に連結する場合、各水管の上下端部を絞ることで、燃焼室内における水管同士の間隙を狭くすることができるため、単位面積当たりでより多くの水管を配設することが可能となる。したがってよりコンパクトな構成としながら、多数の水管を配設することが可能となる。なお、第２水管群の水管を密集配置する場合、水管は、例えば千鳥状に多列配置するとよい。

以上、説明してきたように、本実施形態に係る加熱装置では、コンパクトでありながら、高出力であって、しかもＮＯｘの発生を効率的に抑制することが可能となる。
ところで、ＮＯｘを低減するためにはバーナの構造も大きく影響することが知られている。そこで、本実施形態の加熱装置に採用するバーナとして低ＮＯｘ型として知られているバーナを用いることが好ましく、低ＮＯｘ効果をより顕著に生起することができる。

以下、本発明の実施形態を、加熱装置を温水発生機として図面を参照しながらより具体的に説明する。
図１は本実施形態に係る温水発生機の縦断面視による説明図、図２は同温水発生機の一部平面断面視による説明図、図３は同温水発生機の缶体の一部切欠側面図、図４は同温水発生機に設けられた燃焼室の平面断面図、図５は図４のＩ−Ｉ線における断面図、図６は図４のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る温水発生機は、熱媒水を収容する箱型の缶体１と、同缶体１の内部に形成した燃焼室３と、この燃焼室３に立設された第１の水管群４及び第２の水管群５と、前記燃焼室３に臨むように、缶体１の一側側面１１に取付けたバーナ装置６と、缶体１の他側側面に、燃焼室３と連通する煙道７と備えており、前記第１の水管群４及び第２の水管群５に充ちる熱媒水をバーナ装置６からの火炎及び燃焼ガスによって加熱して缶体１内に温水を生成可能としている。

バーナ装置６は、そのバーナ本体６０の先端に形成された燃焼口６１が燃焼室３の少なくとも高さ方向の中間位置よりも上方に位置するように配設されている。６２は同バーナ装置６に付設された送風機である。
また、前記燃焼口６１の上部位置となる缶体１の内部には、加熱された熱媒水から発生する蒸気によって熱交換する熱交換器２１が配設され、その一側面には冷水が給水される給水口２２ａと温水を送出する送水口２２ｂとからなる給送水出入口２２が形成されている。本温水発生機を使用する場合、前記熱交換器２１を配設した空間は略真空状態に維持される。

前記第１の水管群４は、図２及び図４に示すように、バーナ装置６と対向するように、所定距離（例えば、燃焼室３の寸法が５００〜６００ｍｍ（幅）×１０００〜１６００ｍｍ（長さ）の場合であれば、バーナ装置６の燃焼口６１から５００〜８００ｍｍ）離隔させるとともに、燃焼室３の幅方向に向けて複数（ここでは６本）の第１水管４０を列状に立設し、しかも、隣り合う第１水管４０同士をバッフルフィン４１で連結することにより、下方開口の燃焼室バッフル４２を形成している。

すなわち、燃焼室バッフル４２は、複数の第１水管４０と、燃焼性及び熱伝導効率を高めるための複数のバッフルフィン４１とで構成されており、図１、図３及び図５に示すように、第１水管４０の高さ寸法に対し、略２／３の長さを有するバッフルフィン４１で、隣接する第１水管４０，４０間の上部略２／３を溶接により予め連接しておくことで、下方に櫛状の開口部４３が形成された燃焼室バッフル４２が形成される。なお、図３において、６５は缶体１に設けられたバーナ本体６０の取付孔である。

かかる構成により、図１に示すように、燃焼口６１から水平方向に噴射された火炎は燃焼室バッフル４２に一旦衝突して後退し、その後下降してあたかもＳ字を描くようにして燃焼室バッフル４２の開口部４３から第２の水管群５側へ流入することになる（かかる火炎による燃焼形態を以下「Ｓ字燃焼」と呼ぶ場合がある）。

このように、バーナ本体６０からの火炎を燃焼室バッフル４２に一旦衝突させることによって第１水管４０に吸熱させて火炎温度を急激に降下させるとともに、火炎を反転させてバーナ本体６０の燃焼口６１付近において再度燃焼させることによって低酸素燃焼及びＮＯｘの発生を著しく抑制することが可能となっている。

また、本実施形態においては、図２に示すように、バッフルフィン４１を横断面視略Ｖ字状に形成している。
すなわち、バッフルフィン４１を横断面視で直線的ではなく略Ｖ字形とすることで熱応力の除去が可能になり、火炎に対する耐性が向上する。

また、箱状の燃焼室３内に燃焼室バッフル４２を設ける場合、当該燃焼室バッフル４２については、予め別途製作しておくことができるため、それを後付けすることで加熱装置を製造する場合の組立性も良好となる。

なお、第１水管４０の径については、燃焼室バッフル４２の下部に形成する開口部４３の必要面積と、火炎温度を降下させるために必要な吸熱量などを勘案して決定される。

また、本実施形態では、断面視で略Ｖ字形状としたバッフルフィン４１におけるＶ字角度を鈍角にするとともに、Ｖ字の先鋭部が第２の水管群５側を向くようにして隣接する第１水管４０，４０の間に溶接している。
これは、鈍角にすることで、Ｖ字の先鋭部と第１水管４０との距離が長くならないようにして、Ｖ字の先鋭部が過剰に温度上昇することを防止して所望の耐性を維持するためである。また、Ｖ字の形状を鋭角にするよりもバッフルフィン４１を形成する材料の節減が図れる。
また、本実施形態では、Ｖ字の先鋭部を第２の水管群５側に向けることで、バーナ本体６０とバッフル４２との間に所定距離を確保して燃焼性能を良好に維持しながら缶体１のコンパクト化も実現可能としている。

一方、第２の水管群５は、バーナ装置６とは反対側に設けられた煙道７に対向して配設されており、図２及び図４に示すように、複数の第２水管５０を、各第２水管５０同士間に所定間隔をあけて千鳥状に密集させた状態で立設している。

したがって、燃焼室バッフル４２の下部に形成された開口部４３から進入してきた燃焼ガスは、上昇しつつ各第２水管５０の間を通りながら管内の熱媒水を加熱し、煙道７を介して装置外部へ排出される。

こうして、熱媒水は、第１の水管群４及び第２の水管群５により、効率的に加熱されて、缶体１内に温水として貯えられることになる。

ところで、図２及び図４に示すように、第１の水管群４と第２の水管群５との間には、未燃焼ガスを再燃焼させるための再燃焼スペース８を設けている。すなわち、列状に配置された第１の水管群４から１００〜３００ｍｍ程度の距離Ｄだけ離隔して第２の水管群５の前端列（第１の水管群４側を前側とする）を位置させている。

バーナ本体６０から噴射された火炎は、燃焼室バッフル４２により、Ｓ字燃焼し、当該燃焼室バッフル４２の下方に形成された櫛状の開口部４３から第２の水管群５に流入するが、どうしても未燃焼ガスが発生する場合があり、かかる未燃焼ガスを、この再燃焼スペース８において再燃焼させることによりＣＯの発生を抑制している。

また、第２の水管群５は、図６に示すように、各第２水管５０の上下端部に絞り部５１を形成している。

すなわち、第２水管５０は、燃焼室３の天井板３０及び底板３１に端部を貫通させた状態で溶接して取付けられるが、溶接する場合には、各第２水管５０同士の間に所定の間隙が必要である。一方、燃焼室３内には、加熱効率を向上させるために、多数の第２水管５０の配設が要求される。そこで、第２水管５０の上下端部を絞り構造とすることにより、燃焼室３内における第２水管５０同士の間隙は狭くしつつ、天井板３０及び底板３１における接合部分では、第２水管５０同士に所定の間隙を形成することができるため、燃焼室３内において、単位面積当たりで、より多くの第２水管５０を配設することが可能となり、コンパクトでありながら高出力の加熱装置を提供することが可能となる。

上述してきた実施形態より、以下の加熱装置の提供が実現できる。

熱媒水を収容する缶体１内に、水管群を立設した燃焼室３を形成し、この燃焼室３に臨むように前記缶体１の一側にバーナ（例えば、バーナ装置６）を配設する一方、他側に前記燃焼室３と連通する煙道７を配設し、前記バーナにより、前記水管群を介して前記熱媒水を加熱可能とした加熱装置において、前記水管群を、前記バーナに対向する位置に複数の水管を列状に配置した第１の水管群４と、前記煙道７に対向する位置に複数の水管を密集配置した第２水管群とから構成し、前記第１水管群４の各水管（例えば、第１水管４０）同士をバッフルフィン４１で連結して下方開口（例えば、開口部４３）の燃焼室バッフル４２を形成する一方、前記バーナの燃焼口６１を前記燃焼室３の上部に配置して（例えば、図１参照）、前記バーナの火炎を前記燃焼室バッフル４２に一旦衝突させた後に当該燃焼室バッフル４２の下方開口から前記第２水管群５へ流入させるようにした加熱装置（例えば、温水発生機）。

前記バッフルフィン４１は、横断面視略Ｖ字状に形成されている加熱装置。

前記第１水管群４と前記第２水管群５との間に、未燃焼ガスを再燃焼させるための再燃焼スペース８を設け加熱装置。

前記第２水管群５の各水管（第２水管５０）は、上下端部に絞り部５１を有する加熱装置。

なお、加熱装置の構成としては、上述してきた実施形態の温水発生機に限定されるものではなく、バーナを用いて熱媒水を加熱するものであれば、ボイラなどに適用しても構わない。また、加熱装置の具体的構成としては、特許請求の範囲に記載された範囲から逸脱しない限り、適宜設計変更などが可能である。例えば、缶体１の形状や構造、あるいは熱媒水出入口２２の配設位置、さらには煙道７の構造などは適宜変更することができる。

本実施形態に係る温水発生機の縦断面視による説明図である。 同温水発生機の一部平面断面視による説明図である。 同温水発生機の缶体の一部切欠側面図である。 同温水発生機に設けられた燃焼室の平面断面図である。 図４のＩ−Ｉ線における断面図である。 図４のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。

符号の説明

１ 缶体
３ 燃焼室
４ 第１の水管群
５ 第２の水管群
６ バーナ装置
７ 煙道
８ 再燃焼スペース
４０ 第１水管
４１ バッフルフィン
４３ 開口部
５０ 第２水管

Claims (4)

1. 熱媒水を収容する缶体内に、前記熱媒水が充ちる水管群を立設した燃焼室を形成し、この燃焼室に臨むように前記缶体の一側にバーナを配設する一方、他側に前記燃焼室と連通する煙道を配設し、前記バーナにより、前記水管群を介して前記熱媒水を加熱可能とした加熱装置において、
   前記水管群を、
   前記バーナに対向する位置に複数の水管を列状に配置した第１水管群と、前記煙道に対向する位置に複数の水管を密集配置した第２水管群とから構成し、
   前記第１水管群の各水管同士をバッフルフィンで連結して下方開口の燃焼室バッフルを形成する一方、前記バーナの燃焼口を前記燃焼室の上部に配置して、前記バーナの火炎を前記燃焼室バッフルに一旦衝突させた後に当該燃焼室バッフルの下方開口から前記第２水管群へ流入させるようにしたことを特徴とする加熱装置。
2. 前記バッフルフィンは、横断面視で略Ｖ字状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
3. 前記第１水管群と前記第２水管群との間に、未燃焼ガスを再燃焼させるための再燃焼スペースを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱装置。
4. 前記第２水管群の各水管は、上下端部に絞り部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の加熱装置。

Images