JP2008275259A - バーナ - Google Patents

Abstract

【課題】ファンを用いなくても十分な一次空気を吸引でき、全一次空気式として好適に使用可能とする。
【解決手段】バーナ１は、燃料ガス及び燃焼用空気が供給される混合管４を有し、その混合管４の下流側先端に混合室６を形成したバーナ本体２と、そのバーナ本体２の上部で混合室６と連通して設けられ、混合室６で混合された燃料ガスと燃焼用空気との混合気を噴出させるバーナヘッド３とからなり、バーナヘッド３を、側面の略全周に多数の第１、第２炎孔１５，１６を穿設した円筒状として、バーナ本体２の混合室６の真上に配置する一方、混合管４を、バーナヘッド３の軸線と略直交する方向へ向けて形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、貯湯式給湯器等のガス燃焼器具に用いられるバーナに関する。

バーナは、燃料ガスと燃焼用空気とが供給される混合管を有し、その混合管の下流側先端に混合室を形成したバーナ本体と、そのバーナ本体の上部で混合室と連通して設けられ、混合室で混合された燃料ガスと燃焼用空気との混合気を噴出させる炎孔を備えたバーナヘッドとからなるものがよく知られている。このようなバーナは、例えば特許文献１に示すように、貯湯式給湯器等のガス燃焼器具において、湯水等の加熱手段として用いられる。ここで用いられるバーナは、貯湯室の下方に形成した燃焼室に設けられるブンゼン式で、ガスノズルの先端が臨み、燃焼用空気を吸引するスロート部を備えたバーナ本体と、そのバーナ本体上に載置され、周囲に炎孔を断続的に形成したバーナヘッドとから構成されている。

特開２００１−３０４６９１号公報

燃焼ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を抑制する観点から、バーナは、燃焼に必要な理論当量以上の空気を一次空気として吸入される全一次空気式とするのが望ましい。全一次低負荷燃焼によって火炎の最高温度を低くすることができ、ＮＯｘの発生を抑えることができるからである。
しかし、バーナの内圧が高いと一次空気の吸引が悪くなる。特に、特許文献１のバーナのように炎孔面積が小さいと、炎孔からの一次空気と燃焼用空気との混合気の噴出速度が大きくなって流体抵抗が増加し、内圧が高くなって十分な一次空気を吸引できないため、ファンを用いて燃焼用空気を強制的に供給する必要が生じ、コンパクト化を阻害してコストアップに繋がる。

そこで、本発明は、ファンを用いなくても十分な一次空気を吸引して燃料ガスと混合させることができ、全一次空気式として好適に使用可能なバーナを提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、バーナヘッドを、側面の略全周に多数の炎孔を穿設した円筒状として、バーナ本体の混合室の真上に配置する一方、混合管を、バーナヘッドの軸線と略直交する方向へ向けて形成したことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の目的に加えて、必要な炎孔面積と剛性とを共に確保できる好適な炎孔を得るために、炎孔は、上下方向のスリット状の第１炎孔と、上下方向に並ぶ複数の円形の第２炎孔の列とが、周方向及び上下方向へ夫々交互に形成されてなることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、円筒状のバーナヘッドにより十分な炎孔面積が確保できると共に、炎孔からの混合ガスの噴出速度も小さくなって流体抵抗が抑えられる。加えて、混合室からバーナヘッドへの混合気の供給もスムーズで均等に行われ、全体の高さ寸法も小さく抑えられる。よって、全一次空気式且つファンを用いない自然燃焼式のバーナとして好適に使用可能となり、コンパクト化やコストの削減が期待できる。また、燃焼面が側面となるため、上部からの落下物が炎孔に堆積したりすることもない。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、必要な炎孔面積を第１炎孔で確保しつつ、第２炎孔で剛性を維持する好適な炎孔が形成可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、バーナの一例を示す説明図で、上が平面、下が正面、右が右側面を夫々示す。バーナ１は、下側のバーナ本体２と、そのバーナ本体２上に載置されるバーナヘッド３とからなる。まずバーナ本体２は、燃料ガス及び燃焼用空気が供給されるスロート部５を端部に備えた筒状の混合管４と、その混合管４の下流端に連設される円形の混合室６とを有し、上下一対の板金を全周に亘って中央でかしめ結合することで形成されている。混合室６は、混合管４よりも大径の空間で、混合管４とは、水平方向となる混合室４の軸線に混合室６の軸線が垂直方向で直交するように連設されている。
また、混合管４には、内部管７が内設されている。この内部管７は、図２，３にも示すように、一端が混合管４内に挿入保持される管体で、バーナ本体２と同様に上下一対の板金を左右の側縁中央でかしめ結合してなり、他端は、混合室６内にその直径方向へ突出して、混合管４を延長する延長管８を形成している。この延長管８の突出端は、開口９が上向きとなる傾斜状にカットされており、開口９の下方で延長管８の底面には、混合室６の底面に当接して延長管８を安定させるための面取部１０が形成されている。

一方、バーナヘッド３は、平面視が円形となる上板１１と下板１２と、両板１１，１２の周縁際を周回する側板１３とからなる円筒状を呈し、図４（Ａ）（Ｂ）にも示すように、外方へ拡開状に折り曲げた側板１３の上下端を夫々上板１１及び下板１２の周縁で折り返してかしめ結合することで形成されている。また、上板１１には、熱応力による変形を吸収するために、径の異なるリング状のリブ１４，１４が同心円上に形成されている。
さらに、側板１３には、図１にＤ部を拡大して示すように、上下方向に長いスリット状の第１炎孔１５と、上下方向に４つ並ぶ円形の第２炎孔１６，１６・・の列とが、略全周に亘って周方向及び上下方向へ夫々交互に形成されている（図１では一部のみ図示）。このようにスリット状と円形とを併用したのは、スリット状の第１炎孔１５によって炎孔面積を、円形の第２炎孔１６によって剛性を夫々確保するためである。そして、下板１２には、第１炎孔１５及び第２炎孔１６の総開口面積と略等しい開口面積を有する円形の連通孔１７が形成されており、この連通孔１７の周縁が、バーナ本体２の混合室６の上部でかしめ結合されて、バーナヘッド３を混合室６の真上で同軸上に配置している。

以上の如く構成されたバーナ１は、例えば図５に示すような貯湯式給湯器２０に用いられる。この貯湯式給湯器２０は、円筒形の本体２１の上方に、図示しない上鏡板と下鏡板２２とによって上下が閉塞される貯湯室２３を有し、その貯湯室２３の下方に燃焼室２４を形成してなり、この燃焼室２４内にバーナ１が設置されている。なお、貯湯室２３の上方には、貯湯室２３内へ水を供給する給水パイプと、貯湯室２３内の湯を外部に取り出す給湯パイプ（何れも図示せず）とが設けられている。
また、貯湯室２３の軸心には、貯湯室２３を貫通して本体２１の上方に突出する排気管２５が設けられて、燃焼室２４で発生した燃焼ガスを本体２１の外部に排出可能としている。この排気管２５の内部には、通路を螺旋状とする図示しないバッフル板が設けられている。

バーナ１は、燃焼室２４の下部に設置した円盤状の載置台２６上で、支持板２７を介して支持されている。この状態で、先端を燃焼室２４内に突出させたガスノズル２８にバーナ本体２のスロート部５が対向し、バーナヘッド３が燃焼室２４の中央に位置している。２９はパイロットバーナである。
また、ここでのバーナ１は、バーナヘッド３が下鏡板２２の下面側で下鏡板２２に囲まれる空間内に突出するように支持板２７に支持されて、その側面が貯湯室２３に全周に亘って対向している。

そして、載置台２６の下方周縁には、燃焼用空気の給気口３０，３０・・が、周方向に所定間隔で複数形成されて、載置台２６の内部を本体２１の外部と連通させている。また、載置台２６の内部には、載置台２６内を上下に仕切り、中央を開口した仕切板３１が設けられる一方、燃焼室２４におけるガスノズル２８側には、仕切板３１で仕切られる載置台２６内部の上側空間と、バーナ本体２のスロート部５とを連通させた状態で燃焼室２４内で区画する上下方向の通気路３２が形成されている。よって、外部の空気は、矢印で示すように、給気口３０から載置台２６内に進入した後、仕切板３１の開口を通って通気路３２に至り、通気路３２を上昇してバーナ本体２へ導入可能となっている。

よって、この貯湯式給湯器２０では、本体２１の外部に設けた図示しないコントローラの点火ツマミを押し操作すると、パイロットバーナ２９へのガス流路が開いてパイロットバーナ２９に点火される。この点火を図示しない熱電対で検出すると、ガス流路の電磁弁が開弁保持されるため、そのまま点火ツマミを操作してメインガス流路を開くと、ガスノズル２８から燃料ガスが噴出されてスロート部５からバーナ本体２に供給される。この燃料ガスの噴出エネルギーによって、本体２１外部の空気が先述のように給気口３０から載置台２６内及び通気路３２を介してバーナ本体２の混合管４に吸入される。

このとき、バーナ本体２では、混合室６内に突出する延長管８によってスロート部５から開口９までの長さは十分確保されているので、燃料ガスと燃焼用空気とが好適に混合される。而も、開口９から噴出した混合気は、混合室６の内面に衝突し、そのまま二手に分かれて混合室６の内面に沿って反転するため、この流れにより、燃料ガスと燃焼用空気との混合がより促進されることになる。また、延長管８の両側で渦流が生じることもない。
混合室６内に混合気が満たされると、連通孔１７を通ってバーナヘッド３内に混合気が供給され、第１、第２炎孔１５，１６から夫々噴出して燃焼する。ここでは各炎孔１５，１６からの混合気の噴出速度は小さいため、各炎孔１５，１６に炎が接近し、側板１３の略全面で表面燃焼が行われて炎孔の温度は８００℃以上となる。また、円筒状の側面全面が燃焼面となることで、熱応力の影響も抑制される。

このバーナ１の燃焼によって生じた高温の燃焼ガスは、下鏡板２２の下面に沿って上昇し、中央の排気管２５を通って本体２１の外部へ排出される。この燃焼ガスの移動により、下鏡面２２及び排気管２５を介して貯湯室２３内部の湯水が加熱される。
一方、バーナヘッド３の側面での燃焼によって生じる輻射熱は、波線矢印に示すようにバーナヘッド３から放射状に放熱されるが、バーナヘッド３の側面全周が貯湯室２３に対向しているので、輻射熱がここから貯湯室２３内の湯水へ効果的に伝わり、湯水を加熱することになる。
こうして輻射熱が貯湯室２３へ効果的に伝わることで、燃焼室２４におけるバーナ１の下方部分が高温にならないため、給気口３０からスロート部５に至る間の燃焼用空気の温度上昇が抑えられる。よって、燃焼用空気の体積が膨張することがなく、十分な量の一次空気をバーナ１に取り込むことができ、低ＮＯｘ化に繋がる。

このように、上記形態のバーナ１によれば、バーナヘッド３を、側面の略全周に多数の第１、第２炎孔１５，１６を穿設した円筒状として、バーナ本体２の混合室６の真上に配置する一方、混合管４を、バーナヘッド３の軸線と略直交する方向へ向けて形成したことで、十分な炎孔面積が確保できると共に、第１、第２炎孔１５，１６からの混合ガスの噴出速度も小さくなって流体抵抗が抑えられる。加えて、混合室６からバーナヘッド３への混合気の供給もスムーズで均等に行われ、全体の高さ寸法も小さく抑えられる。よって、全一次空気式且つファンを用いない自然燃焼式のバーナとして好適に使用可能となり、コンパクト化やコストの削減が期待できる。また、燃焼面が側面となるため、上部からの落下物が第１、第２炎孔１５，１６に堆積したりすることもない。
特に、炎孔は、上下方向のスリット状の第１炎孔１５と、上下方向に並ぶ複数の円形の第２炎孔１６の列とが、周方向及び上下方向へ夫々交互に形成されてなる構成としたことで、必要な炎孔面積を第１炎孔１５で確保しつつ、第２炎孔１６で剛性を維持する好適な炎孔が形成可能となる。

そして、ここでは、バーナ本体２の混合管４に、混合室６内へ突出する延長管８を設けたことで、内部で十分な混合距離を確保できる上、混合管４から混合室６に混合気が流れ込む際に渦流が生じないので、燃料ガスの噴出エネルギーを利用して必要な一次空気を吸引可能となり、混合室６での燃料ガスと燃焼用空気との混合も良好に行われる。また、延長管８の突出端を、開口９が上向きとなる傾斜状にカットしたことで、一次空気の吸引量がより多くなる好適な形態となっている。

なお、バーナヘッドにおいて、炎孔は上記形態に限らず、大きさや形状、配置パターン等は適宜変更可能で、上板や下板の構造や結合形態も上記形態に限定するものではない。例えば上板及び下板における側板とのかしめ部は、図６に示すように、上下板の対向側へくの字状に折曲させるようにすれば、強度がアップし、熱環境下での反りの防止が効果的に図られる。

その他、上記形態では、延長管の突出端を、開口が上向きとなる傾斜状にカットした形状としているが、これと逆に開口が下向きとなる傾斜状にカットしたり、開口が横向きとなる垂直方向にカットしたり等しても差し支えない。これらの場合も延長管がないバーナ本体に比べて一次空気の吸引量は増加する。
また、延長管は内部管の端部を利用するものに限らず、混合室内における混合管の開口縁に延長管に相当する部分のみを連結して延長管を形成することも可能である。
そして、本発明のバーナは上記形態のような貯湯式給湯器に限らず、器具内を通過する水を熱交換器で加熱する給湯器等の他のガス燃焼器具においても加熱手段として使用可能である。

バーナの説明図で、上が平面、下が正面、右が右側面を夫々示す。 Ａ−Ａ線拡大断面図である。 （Ａ）はＢ−Ｂ線断面図、（Ｂ）はＣ−Ｃ線断面図である。 （Ａ）は上板と側板とのかしめ部分の説明図、（Ｂ）は下板と側板とのかしめ部分の説明図である。 貯湯式給湯器の下方部分を示す説明図である。 （Ａ）は上板と側板とのかしめ部分の変更例の説明図、（Ｂ）は下板と側板とのかしめ部分の変更例の説明図である。

符号の説明

１・・バーナ、２・・バーナ本体、３・・バーナヘッド、４・・混合管、５・・スロート部、６・・混合室、７・・内部管、８・・延長管、９・・開口、１１・・上板、１２・・下板、１３・・側板、１５・・第１炎孔、１６・・第２炎孔、１７・・連通孔、２０・・貯湯式給湯器、２１・・本体、２２・・下鏡板、２３・・貯湯室、２４・・燃焼室、２６・・載置台、２７・・支持板、２８・・ガスノズル。３０・・給気口。

Claims (2)

1. 燃料ガス及び燃焼用空気が供給される混合管を有し、その混合管の下流側先端に混合室を形成したバーナ本体と、そのバーナ本体の上部で前記混合室と連通して設けられ、前記混合室で混合された前記燃料ガスと燃焼用空気との混合気を噴出させる炎孔を備えたバーナヘッドとからなるバーナであって、
   前記バーナヘッドを、側面の略全周に多数の炎孔を穿設した円筒状として、前記バーナ本体の混合室の真上に配置する一方、前記混合管を、前記バーナヘッドの軸線と略直交する方向へ向けて形成したことを特徴とするバーナ。
2. 炎孔は、上下方向のスリット状の第１炎孔と、上下方向に並ぶ複数の円形の第２炎孔の列とが、周方向及び上下方向へ夫々交互に形成されてなることを特徴とする請求項１に記載のバーナ。

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