JP2009210193A

JP2009210193A - 燃焼装置

Info

Publication number: JP2009210193A
Application number: JP2008053633A
Authority: JP
Inventors: Takuji Koshiro; 卓史小代
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2008-03-04
Filing date: 2008-03-04
Publication date: 2009-09-17
Anticipated expiration: 2028-03-04
Also published as: JP5299948B2; US20090226854A1; US8186996B2

Abstract

【課題】燃焼筐内に、多数の炎孔を有する燃焼プレートを上面に備える全一次燃焼式のバーナを配置した燃焼装置において、バーナの外側面と燃焼筐の内側面との間に冷却用空気を流すことなく燃焼筐の熱損を防止できるようにする。
【解決手段】燃焼プレート２２から噴出した混合気が燃焼する空間を囲う燃焼筐１の部分の内側面に断熱材料製の被覆体７が取付けられる。被覆体７は、燃焼筐１の内面に接する外側面側に凹部７ａを有する断面コ字状に形成され、この凹部７ａで断熱空気層７ｂが画成される。断熱空気層７ｂの厚さｔ２は、被覆体７の全厚さｔ１の２８％〜４４％に設定される。また、被覆体７の内側面の上縁に面取り部７ｃを形成して、熱を拾いにくくする。
【選択図】図２

Description

本発明は、全一次燃焼式バーナを用いた給湯用その他の燃焼装置に関する。

従来、給湯用燃焼装置として、上方に熱交換器を載置した燃焼筐内に、多数の炎孔を有する燃焼プレートを上面に備える全一次燃焼式のバーナを配置したものが知られている。このような全一次燃焼式バーナを用いる燃焼装置は、装置の小型化を図る上で有利であるが、反面、燃焼筐が高温になってその熱損を生じ易くなる不具合がある。

そこで、従来、バーナの外側面と燃焼筐の内側面との間に通気間隙を確保し、燃焼ファンから送風される空気がバーナに一次空気として供給されると共に、通気間隙に冷却用空気として供給され、燃焼筐の内側面に沿ってバーナより上方に流れる冷却用空気のエアカーテンが生成されるように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、エアカーテンにより燃焼筐が冷却されて、燃焼筐の熱損が防止される。然し、このものでは、通気間隙に流れた冷却用空気の一部が燃焼プレートの周辺領域の上方に回り込み、周辺領域の炎孔から噴出する混合気の燃焼反応が完了する前に混合気に冷却用空気が混入して、空気過剰率が過度に高くなり、燃焼プレートの周辺領域の炎孔で生成される火炎がリフトして、燃焼性が悪くなる不具合がある。
特開２００７−２９２３４２号公報

本発明は、以上の点に鑑み、燃焼性に悪影響を与えることなく燃焼筐の熱損を防止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。

上記課題を解決するために、本発明は、燃焼筐内に、多数の炎孔を有する燃焼プレートを上面に備える全一次燃焼式のバーナを配置した燃焼装置において、燃焼プレートから噴出した混合気が燃焼する空間を囲う燃焼筐の部分の内側面に断熱材料製の被覆体が取付けられ、被覆体は、燃焼筐の内側面に接する外側面側に凹部を有する断面コ字状に形成され、この凹部で断熱空気層が画成されることを特徴とする。

本発明によれば、混合気の燃焼炎からの熱が燃焼筐に及ぶことを被覆体により抑制できる。そのため、バーナの外側面と燃焼筐の内側面との間に冷却用空気を流さずに済み、燃焼プレートの周辺領域への冷却用空気の回り込みによる燃焼性への悪影響を生じない。但し、被覆体が中実であると、燃焼の継続で被覆体が高温になったときに、被覆体から燃焼筐への伝熱で燃焼筐の過熱を生じてしまう。これに対し、本発明では、被覆体の外側面の凹部により断熱空気層が画成されるため、被覆体から燃焼筐への伝熱が抑制され、燃焼筐の熱損が効果的に防止される。

また、本発明において、断熱空気層の厚さは、燃焼筐の内側面から被覆体の内側面までの被覆体の全厚さの２８％〜４４％に設定されることが望ましい。その理由は、断熱空気層の厚さが被覆体の全厚さの２８％より小さくなると、断熱空気層による断熱作用が効果的に得られなくなり、また、断熱空気層の厚さが被覆体の全厚さの４４％より大きくなると、断熱空気層の内側の被覆体の部分の厚さが薄くなり過ぎて、断熱空気層への入熱量が増加し、断熱空気層の温度上昇で燃焼筐の過熱を生ずるためである。

また、本発明においては、被覆体の内側面の上縁に面取り部が形成されていることが望ましい。これによれば、被覆体の内側面の上縁が角張っている場合に比し、熱を拾いにくくすることができ、断熱性能が向上する。

図１を参照して、１は上方に給湯用熱交換器等の被加熱物(図示せず)を配置する燃焼筐を示しており、燃焼筐１内に全一次燃焼式のバーナ２が配置されている。

燃焼筐１は、底板１１と、１枚の板材を折り曲げて形成した後板１２及び左右の側板１３，１３と、両側板１３，１３の前端部間の上部に取り付けられる前板１４とで構成されている。前板１４には、点火プラグ１４ａとフレームロッド等の火炎検知素子１４ｂとが取り付けられている。また、燃焼筐１内には、図２、図３に示す如く、バーナ２の配置部に対し仕切り板３で仕切られた下部の給気室４が設けられている。そして、底板１１に燃焼ファン５の送風ダクトを接続する接続口１１ａを開設し、給気室４に燃焼ファン５からの空気が送風されるようにしている。尚、仕切り板３は、バーナ２を支持する下板部３１と、バーナ２の下部前面に取り付けられ、給気室４の前部から立上る一次空気室４ａを画成するダンパ兼用の前板部３２とで構成されている。そして、前板部３２の上端には、一次空気室４ａの天面となる前方に屈曲する庇部３２ａと、庇部３２ａの前端から上方に屈曲して前板１４の後面下部に接合するフランジ部３２ｂとが形成されている。

バーナ２は、図２、図３に示す如く、仕切り板３の下板部３１上に着座する下面の脚部２１ａと燃焼筐１の後板１２に当接する後面のスペーサ部２１ｂとを突設した箱形のバーナ本体２１を備え、このバーナ本体２１の上面に多数の炎孔を有するセラミックス製の燃焼プレート２２を装着して成るプレート型バーナで構成されている。ここで、燃焼プレート２２は、その上面周縁部に上方から当接する押え枠２３によりバーナ本体２１に対し抜け止めされる。そして、バーナ本体２１の外側面に、燃焼プレート２２より下方に位置させて、全周に亘るフランジ部２１ｃを突設し、押え枠２３をこのフランジ部２１ｃに固定している。

また、バーナ本体２１の前面下部には、これに取り付けられる仕切り板３の前板部３２に形成した開口３２ｃを通して一次空気室４ａに連通する流入口２４が開設されている。そして、バーナ本体２１内に、流入口２４から後方にのびる下部の混合室２５と、混合室２５の上面板２５ａの後部に形成した開口２５ｂを介して混合室２５に連通する上部の分布室２６とが設けられている。分布室２６内には、これを上下２室に区画する分布板２６ａが設けられており、分布板２６ａに多数の分布孔２６ｂを形成して、燃焼プレート２２と分布板２６ａとの間の分布室２６の部分の圧力分布が均一化されるようにしている。また、燃焼プレート２２を横方向に３分割し、同様に、流入口２４、混合室２５及び分布室２６も横方向に３分割し、実質的に３個のバーナを組合わせた構造にしている。

一次空気室４ａの前面はガスマニホールド６で閉塞されており、このガスマニホールド６に流入口２４に臨むガスノズル６ａを設けている。かくして、バーナ２の混合室２５にガスノズル６ａからの燃料ガスと共に一次空気室４ａから一次空気が流入し、混合室２５内で燃料ガスと一次空気とが混合されて理論空燃比より燃料ガス濃度が希薄な混合気が生成され、この混合気が分布室２６を介して燃焼プレート２２の炎孔から噴出して全一次燃焼される。尚、図１ではガスマニホールド６を省略している。

燃焼プレート２２から噴出した混合気が燃焼する空間を囲う燃焼筐１の部分の内側面には、断熱性に優れたグラスウール等の断熱材料製の成形体で構成される被覆体７が取付けられている。被覆体７は、燃焼筐１の内側面に接する外側面側に凹部７ａを有する断面コ字状に形成され、この凹部７ａで断熱空気層７ｂが画成されるようにしている。

これによれば、混合気の燃焼炎からの熱が燃焼筐１に及ぶことを被覆体７により抑制できる。そのため、バーナ２の外側面と燃焼筐１の内側面との間に冷却用空気を流さずにすみ、燃焼プレート２２の周辺領域への冷却用空気の回り込みによる燃焼性への悪影響を生じない。但し、被覆体７が中実であると、燃焼の継続で被覆体７が高温になったときに、被覆体７から燃焼筐１への伝熱で燃焼筐１の過熱を生じてしまう。これに対し、本実施形態では、被覆体７の内側に断熱空気層７ｂが画成されるため、被覆体７から燃焼筐１への伝熱が抑制され、燃焼筐１の熱損が効果的に防止される。

尚、断熱空気層７ｂの厚さが薄過ぎると、断熱空気層７ｂによる断熱作用が効果的に得られなくなり、また、断熱空気層７ｂの厚さが厚過ぎると、断熱空気層７ｂの内側の被覆体７の部分が薄くなり過ぎて、断熱空気層７ｂへの燃焼炎からの入熱量が増加し、断熱空気層７ｂの温度上昇で燃焼筐１の過熱を生ずる。

そこで、断熱空気層７ｂの好適な厚さを調べる試験を行った。試験は、燃焼筐１の内側面から被覆体７の内側面までの被覆体７の全厚さｔ１が、バーナ本体２１の上部外側面と燃焼筐１の内側面との間の隙間にほぼ等しい９ｍｍで、断熱空気層７ｂの厚さｔ２が異なる複数の被覆体７を用いて行った。尚、被覆体７の上下方向寸法ｈは２０ｍｍとし、断熱空気層７ｂの上下方向寸法は１４ｍｍとした。また、被覆体７の内側面の上縁に、角２ｍｍの面取り部７ｃを形成した。

試験では、バーナ２のインプットを４８．８ｋＷ、空気過剰率を１．１５とし、被覆体７の上端が接する燃焼筐１の最も高温になる部分（図３のＡ点）の温度を測定した。その結果を図４に示す。図４から明らかなように、断熱空気層７ｂの厚さｔ２が３ｍｍの場合、Ａ点の温度は１７３℃までしか上昇しなかったが、ｔ２を３ｍｍより小さくすると、ｔ２の減少に伴いＡ点の温度が加速度的に上昇し、ｔ２を３ｍｍより大きくすると、ｔ２の増加に伴いＡ点の温度が比例的に上昇した。そして、２．５≦ｔ２≦４．０であれば、Ａ点の温度は１８５℃以下になり、燃焼筐１の熱損が防止される。尚、被覆体７の全厚さｔ１が変わると、好適な断熱空気層７ｂの厚さｔ２もｔ１に比例して変化する。試験で用いた被覆体７の全厚さｔ１は９ｍｍであるから、ｔ１に対するｔ２の比率はｔ２＝２．５ｍｍのとき２．５／９≒２８％、ｔ２＝４．０ｍｍのとき４／９≒４４％になる。従って、断熱空気層７ｂの厚さｔ２を被覆体７の全厚さｔ１の２８％〜４４％に設定すれば、燃焼筐１の熱損を効果的に防止できる。

また、被覆体７の内側面の上縁が角張っていると、熱を拾い易くなる。これに対し、上記の如く被覆体７の内側面の上縁に面取り部７ｃを形成すれば、熱を拾いにくくすることができ、断熱性能が向上する。

本発明の実施形態の燃焼装置を示す斜視図。図１のＩＩ−ＩＩ線で切断した切断側面図。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した切断正面図。実施形態の燃焼装置に設ける被覆体の断熱空気層の厚さと燃焼筐の温度との関係を示すグラフ。

符号の説明

１…燃焼筐、２…バーナ、２２…燃焼プレート、７…被覆体、７ａ…凹部、７ｂ…断熱空気層、７ｃ…面取り部。

Claims

燃焼筐内に、多数の炎孔を有する燃焼プレートを上面に備える全一次燃焼式のバーナを配置した燃焼装置において、
燃焼プレートから噴出した混合気が燃焼する空間を囲う燃焼筐の部分の内側面に断熱材料製の被覆体が取付けられ、
被覆体は、燃焼筐の内側面に接する外側面側に凹部を有する断面コ字状に形成され、この凹部で断熱空気層が画成されることを特徴とする燃焼装置。
前記断熱空気層の厚さは、前記燃焼筐の内側面から前記被覆体の内側面までの被覆体の全厚さの２８％〜４４％に設定されることを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
前記被覆体の内側面の上縁に面取り部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の燃焼装置。