JP2010032162A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】屋内設置用の燃焼装置を改良し、屋外の天候や風の有無、風向きに左右されることなく安定した燃焼を維持することができる燃焼装置を提供することを課題とする。
【解決手段】燃料供給量調整弁６０によってバーナ１７に燃料ガスを供給するが、燃料供給量調整弁６０は外気の圧力によって弁体６５の動作を補正する空気室６１を有している。空気室６１と前記外気導入空気流路との間にチューブ（通気路）７５が設けられている。屋外に露出した給気口近傍の圧力が低い場合には、送風機５の吸い込み量が減少するが、給気口近傍の圧力が低い場合には弁体６５と弁座６３との隙間が小さくなり、燃料供給量が絞られる。そのため不完全燃焼が発生しない。
【選択図】 図４

Description

本発明は、屋内設置用の燃焼装置に係り、特に、屋外の天候や風の有無、風向きに左右されることなく安定した燃焼を維持することができる燃焼装置に関するものである。

屋内設置用の給湯装置は、室内の空気を汚染することを防ぐために、屋外から空気を採り入れ、排気ガスを屋外に排出しなければならない。即ち屋内設置用の給湯装置は、屋外から空気を採り入れる給気ダクトを設け、給気ダクトを屋外に突出させ、燃焼に要する空気を給湯装置内に取り入れる。
特許文献１及び２に記載された室内設置型の燃焼装置では、二重管構造のダクトを使用して装置内に空気を取り入れている。
実公平４−３５７１０号公報 実開昭６１−１３２５７号公報

従来の燃焼装置は、屋外に風があり、且つその風が特定の方向に向いて吹いた場合、排気ガスに黒煙が混じる場合がある。
即ち給気ダクトの開口部に対して垂直方向に風が吹くと、給気ダクトの給気口近傍の圧力が低下する。そのため送風機が発生する負圧と給気口近傍の圧力差が減少し、送風機の吸い込み量が一時的に低下する。その結果、バーナが一時的に空気不足に陥り、未燃焼成分が生じて排気ガスに黒煙が混じる。

そこで本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、屋外の天候や風の有無、風向きに左右されることなく安定した燃焼を維持することができる燃焼装置を提供することを課題とするものである。

そして上記した課題を解決するための請求項１に記載の発明は、バーナと、外気導入空気流路と、燃料供給量調整弁とを有し、前記燃料供給量調整弁によってバーナに供給する燃料の量を調節可能であり、前記バーナが屋内に設置され、外気導入空気流路は屋外に連通し、外気導入空気流路によって屋外から空気を導入してバーナの燃焼に供する燃焼装置において、前記燃料供給量調整弁は外気の圧力によって弁体の動作を補正する空気室を有し、空気室と前記外気導入空気流路との間に通気路が設けられていることを特徴とする燃焼装置である。

本発明の燃焼装置は、燃料供給量調整弁を有し、燃料供給量調整弁によってバーナに供給する燃料の量が調節される。また本発明で採用する燃料供給量調整弁は、外気の圧力によって弁体の動作を補正する空気室を有する。そして本発明では、空気室と外気導入空気流路との間に通気路が設けられている。そのため外気導入空気流路の圧力が変化すると、空気室の圧力が変化し、弁の補正量が変わる。
ここで前記した様に給気ダクトの開口近傍の風向や風速の変化によって、給気ダクトの給気口近傍の圧力が変化すると、当然に外気導入空気流路の圧力が変わる。
本発明では、燃料供給量調整弁の空気室と外気導入空気流路との間に通気路が設けられている。そのため外気導入空気流路の圧力が変化すると、空気室の圧力が変化し、弁の補正量が変わり、供給可能な空気量に応じた燃料が供給される。

請求項２に記載の発明は、給排気筒を有し、当該給排気筒は、内部に独立した２以上の流路を有し、その内の一つの流路は外気導入空気流路の一部を構成し、他の一つの流路は排気側流路であって外部に燃焼ガスを排出する排気流路の一部を構成することを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置である。

本発明の燃焼装置では、一つの給排気筒で外気導入空気流路と排気流路を構成するので、設置の際のダクト工事が容易である。

請求項３に記載の発明は、送風機と、バーナ部と、排気集合部と、給排気筒及び給気路形成部材を有し、前記給排気筒は内筒と外筒とを有し、内筒は排気側流路であって外部に燃焼ガスを排出する排気流路の一部を構成し、内筒の外周と外筒の間の空間は外気導入空気流路の一部を構成し、給排気筒の空気導入側流路と送風機が連通路形成部材を介して接続され、さらに前記バーナ部の下流側に排気集合部と給排気筒の内筒があり、バーナ部から排出された燃焼ガスが排気集合部で集められ、排気集合部内で流路が絞られて給排気筒の内筒側に流れる構成を備え、前記給気路形成部材は排気集合部を覆う覆い部材を有し、前記給気路形成部材の覆い部と排気集合部の間には空気導入路の一部を形成する流路形成空隙が設けられ、当該流路形成空隙と前記連通路形成部材とを連通する連通部を有し、前記流路形成空隙の中であって前記連通部と対向する部位に開口が設けられ、当該開口に通気路が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置である。

本発明においても、一つの給排気筒で外気導入空気流路と排気流路を構成するので、設置の際のダクト工事が容易である。
また本発明では、給気路形成部材の覆い部と排気集合部の間には空気導入路の一部を形成する流路形成空隙が設けられ、この流路形成空隙と送風機を繋ぐ連通路形成部材を持つ。そして前記した流路形成空隙と連通路形成部材とは連通部で連通する。
そのため外気は、給気路形成部材の覆い部と排気集合部の間の流路形成空隙を経て連通路形成部材に入り、送風機に吸入される。従ってこの一連の流路は常に空気の流れがあり、動圧がある。これに対して前記した流路形成空隙の中であっても、流路形成空隙の出口たる連通部と対向する部位は、空気の流れが少ない。そのため連通部と対向する部位は、流速の影響を受けずに圧力を検知することができる。即ち送風機の吸い込み量に係わらず、正確に外気導入空気流路の圧力を検出することができ、空気室の圧力を変化させて弁の補正量を変更することができ、供給可能な空気量に応じた燃料が供給される。

本発明の燃焼装置は、屋外の天候や風の有無、風向きに左右されることなく安定した燃焼を維持することができる。

以下さらに本発明の実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明を給湯器に応用したものである。
本発明の給湯器１は、ケーシング２内に燃焼装置３が配されたものである。燃焼装置３は、図１〜４に示す様に、送風機５と、バーナ部６と、熱交換部７と、排気集合部８と、給気路形成部材１０及び連通路形成部材１１によって構成されている。また本発明では、燃料ガスは、燃料供給量調整弁６０を介してバーナ１７に供給される。
送風機５は、公知のシロッコファン又はターボファンであり、ケーシング１２に円筒形の羽根１３が配され、モータ１５によって羽根１３を回転させるものである。

バーナ部６についても公知のものと同様の構成であり、四角形のケース１６内に複数のバーナ１７が内蔵されたものである。
熱交換部７についても公知のものと同様の構成であり、四角形のケース１８内に配管及び伝熱板が配されたものである。バーナ部６のケース１６と熱交換部７のケース１８は断面形状が同一である。

排気集合部８は、金属板を曲げ加工して作られたものであり、熱交換部７を覆うものであって、底面を除く５面を備えた蓋状の部材である。
即ち排気集合部８は、図２の様に、正面板（傾斜壁）２０、右側面板２１、左側面板２２、背面板２３及び天面板２５を有する部材である。
ここで正面板２０は、燃焼装置３の軸線に対して傾斜している。これに対して右側面板２１、左側面板２２、背面板２３は燃焼装置３の軸線と平行である。
天面板２５は、右側面板２１等に対して垂直である。天面板２５には内筒２６が設けられている。内筒２６は中空であり、内筒２６によって排気集合部８の表裏が連通する。

給気路形成部材１０は、図２に示すように複雑な形状をしており、大きく覆い部２７と外筒４１に分けられる。
覆い部２７は、底面を除く５面を備えた蓋状の部分であるが、正面側の一部が傾斜し、裏面側の一部が切りかかれた形状をしている。
給気路形成部材１０についても、金属板を曲げ加工して作られたものであり、熱交換部７を覆うものであって、底面を除く５面を備えた蓋状の部材である。
即ち給気路形成部材１０は、図２の様に、正面板３０、右側面板３１、左側面板３２、背面板３３及び天面板３５を有する。
ここで正面板３０は、二段形状となっており、下側半分の部位が傾斜壁３６となっており、上側半分が垂直壁３７となっている。
正面板３０の傾斜壁３６の大きさ、形状及び傾斜角度は、前記した排気集合部８の正面板（傾斜壁）２０と等しい。

本実施形態では、正面板３０の垂直壁３７に開口３９が設けられている。

右側面板３１、左側面板３２、背面板３３は燃焼装置３の軸線と平行である。背面板３３には図４の様に開口（連通部）４０が設けられている。
天面板３５は、右側面板３１等に対して垂直である。天面板３５には外筒４１が設けられている。外筒４１は中空であり、外筒４１によって排気集合部８の表裏が連通する。

連通路形成部材１１は、図２の様な略五角形をした部材であり、金属板を曲げ加工すると共に図示しないネジ等で組み合わせて外側を覆う外壁が作られており、内部は図４に示すように空洞４３である。
連通路形成部材１１の正面側であって上部側には、導入側開口４５が設けられている。開口４５の形状は長方形であり、燃焼装置３の軸線に対して垂直方向に延びている。
開口４５の周囲には、外側に向う突出部４６が形成されている。

また連通路形成部材１１の正面側であって下部側には排出側開口４７が設けられている。排出側開口４７は円形である。排出側開口４７の周囲にも、外側に向う突出部５０が形成されている。
連通路形成部材１１内の空洞４３は、前記した導入側開口４５及び排出側開口４７のみによって外部と連通する。

また連通路形成部材１１の正面側には、段部形成部材５１が２個設けられている。

燃料供給量調整弁６０は、信号電流に応じてバーナ１７に供給する燃料の量を調節するものであり、外気の圧力によって弁体の動作を補正する空気室７０を備えている。
即ち燃料供給量調整弁６０は、図４に示すように、ハウジング６２内に弁座６３と弁体６５を備えている。弁体６５は、連動部材６６によって移動し、弁座６３との隙間が変化する。
連動部材６６の他端側には永久磁石６７が設けられ、その周囲に電磁石６８が配されている。電磁石６８には信号電流に応じた電流が流され、電磁石６８が発生する磁力によって永久磁石６７が軸方向に付勢され、連動部材６６を介して弁体６５が移動する。
また本実施形態で採用する燃料供給量調整弁６０は、空気室７０を持つ。そして空気室７０の一方の壁にはダイアフラム７１が設けられており、ダイアフラム７１は前記した弁体６５に接続されている。従ってダイアフラム７１が発生する力によって弁体６５が動作されたり、弁体６５の動きに抵抗が掛かる。

次に上記した各部材同士の位置関係について説明する。
本実施形態の燃焼装置３では、最も下部の位置に送風機５があり送風機の吐出部がバーナ部６に接続されている。そしてバーナ部６の上部に、熱交換部７、排気集合部８及び給気路形成部材１０が順次積み上げられている。
前記したバーナ部６のケース１６と、熱交換部７のケース１８は、断面形状が同一であり、バーナ部６のケース１６と熱交換部７のケース１８によって一連の燃焼ガス流路が形成されている。
そして排気集合部８は、熱交換部７のケース１８を覆う位置にあり、前記した一連の燃焼ガス流路を収斂させるものである。

給気路形成部材１０は、排気集合部８に被さる。即ち給気路形成部材１０の覆い部２７が排気集合部８の上を覆い、給気路形成部材１０の外筒４１が排気集合部８の内筒２６の外側に位置する。即ち給気路形成部材１０の外筒４１と排気集合部８の内筒２６は同心状に配され、外筒４１と内筒２６の間に環状空間５２が形成される。本実施形態では、給気路形成部材１０の外筒４１と、排気集合部８の内筒２６によって給排気筒５８が構成されている。
また給気路形成部材１０の覆い部２７と排気集合部８との関係を見ると、覆い部２７の傾斜壁３６が、排気集合部８の正面板（傾斜壁）２０と接している。なお本実施形態では、覆い部２７の傾斜壁３６と、排気集合部８の正面板（傾斜壁）２０は、スポット溶接５３によって接合されている。

覆い部２７の他の部位は、いずれも排気集合部８とは離れており、両者の間に空気導入路の一部を形成する空隙５５が形成されている。

連通路形成部材１１は、バーナ部６及び熱交換部７が組み合わされた缶体構造の背面側にある。そして連通路形成部材１１の導入側開口４５が給気路形成部材１０の背面板３３に設けられた開口４０に接続されている。
また連通路形成部材１１の排出側開口４７は送風機５の給気口に接続されている。

本実施形態の燃焼装置３では、外筒４１と内筒２６の間に環状空間５２が、給気路形成部材１０の覆い部２７と排気集合部８の上面側との間に形成される空隙５５に繋がり、さらに当該空隙５５が開口４０を経て連通路形成部材１１内の空洞４３と連通し、さらに連通路形成部材１１内の空洞４３が送風機５の給気口に接続されている。
一方、バーナ部６と熱交換部７は、一体となって缶状体を構成し、一連の流路を形成している。そして送風機５の吐出部が前記した缶状体に接続されている。そして缶状体の流路は排気集合部８で収斂し、内筒２６に連通している。

また本実施形態の燃焼装置３では、図４の様に、給気路形成部材１０の覆い部２７と排気集合部８の上面側との間に形成される空隙５５であって、連通路形成部材１１が接続された開口（連通部）４０と対向する部位に開口３９が設けられ、当該開口３９にチューブ（通気路）７５が接続されて燃料供給量調整弁６０の空気室７０に接続されている。
即ち本実施形態の燃焼装置３では、給気路形成部材１０の背面板３３に連通路形成部材１１が接続される開口（連通部）４０があり、背面板３３に対向する面たる正面板３０の垂直壁３７に開口３９が設けられている。
そしてこの開口３９にチューブ（通気路）７５の一端が接続され、チューブ（通気路）７５の他端が燃料供給量調整弁６０の空気室７０に接続されている。

次に本実施形態の燃焼装置３の機能について説明する。
燃焼装置３は、前記した送風機５を起動してバーナ部６に強制給気を行う。即ち前記した環状空間５２、空隙５５、連通路形成部材１１を経て外気が送風機５に吸引され、バーナ部６に供給される。
一方、燃料供給量調整弁６０からバーナ部６内のバーナ１７に燃料ガスが供給され、図示しない点火手段で燃料ガスに点火され、燃焼が開始される。
燃焼ガスは、熱交換部７を通過し、その間に熱交換がなされる。
そして燃焼ガスは、熱交換部７から排出されて排気集合部８に衝突する。即ち排気集合部８の正面板（傾斜壁）２０は、燃焼装置３の軸線に対して傾斜する壁面であり、燃焼ガスの流れ方向に対して交差する交差壁部であるから、熱交換部７から排出された燃焼ガスは交差壁部たる正面板（傾斜壁）２０と衝突する。また排気集合部８の天面板２５は、燃焼装置３の軸線に対して直行する壁面であり、燃焼ガスの流れ方向に対して交差する交差壁部であるから、熱交換部７から排出された燃焼ガスは交差壁部たる天面板２５とも衝突する。
そして燃焼ガスは、排気集合部８に導かれ、内筒２６に入り、図示しないダクトによって屋外に排出される。

この様に、熱交換部７で熱交換を終えた燃焼ガスは、排気集合部８に衝突して方向を変え、内筒２６を経て外部に放出される。
そのため燃焼ガスが通過する経路は、燃焼ガスに残存する熱によって昇温される。
特に排気集合部８は、燃焼ガスの流れ方向に対して交差する交差壁部であり、燃焼ガスが衝突する部材であるから、より高温に昇温することとなる。
そして本実施形態では、交差壁部たる排気集合部８の正面板（傾斜壁）２０に、給気路形成部材１０の覆い部２７の傾斜壁３６が面接触し、さらに両者の間がスポット溶接５３されて密接している。
そのため、排気集合部８の正面板（傾斜壁）２０の熱が、給気路形成部材１０の傾斜壁３６に伝わり、給気路形成部材１０の他の部位に熱伝導して給気路形成部材１０の全体が昇温する。

ここで前記した様に、覆い部２７の多くの部位は、排気集合部８とは離れており、両者の間に空隙５５があり、当該空隙５５が空気導入路の一部を形成する。
より詳細には、給気路形成部材１０の覆い部２７が空気導入路の外壁を構成し、排気集合部８の天面板２５等が空気導入路の内壁を構成する。
また前記した様に空気導入路の内壁たる排気集合部８の天面板２５は、燃焼ガスが衝突する部位であるために温度が高く、空気導入路の外壁たる覆い部２７は、排気集合部８の正面板（傾斜壁）２０からの熱伝導によって昇温されている。
そのため給気路形成部材１０が構成する空気導入路は、内壁と外壁の双方が高温であり、ここを通過する空気は昇温される。
また給気路形成部材１０の覆い部２７からさらに外筒４１に熱伝導されるので、外筒４１についても昇温され、給排気筒５８の部分についても内壁と外壁の双方が高温であり、ここを通過する空気は昇温される。

給気側の説明に戻ると、前記した様に、給気は、給排気筒５８の環状空間５２、覆い部２７と排気集合部８の間の空隙５５を経由してバーナ部６に供給される。そのため給気は、バーナ部６に至るまでの給排気筒５８部分及び覆い部２７と排気集合部８の間の空隙５５で内壁と外壁の双方から昇温され、排熱が回収される。そのため本実施形態の燃焼装置３は熱効率が高い。

また本実施形態の燃焼装置３では、図４の様に、給気路形成部材１０の覆い部２７と排気集合部８の上面側との間に形成される空隙５５であって、連通路形成部材１１が接続された開口（連通部）４０と対向する部位に開口３９が設けられ、当該開口３９にチューブ（通気路）７５が接続されて燃料供給量調整弁６０の空気室７０に接続されている。
そのため外気導入空気流路の圧力変化が燃料供給量調整弁６０にフィードバックされ、燃料供給量調整弁６０が補正されて、適切な量の燃料がバーナ１７に供給される。
即ち前記した様に、給気は、給排気筒５８の環状空間５２、覆い部２７と排気集合部８の間の空隙５５を経由してバーナ部６に供給される。そのためこの一連の流路は常に激しい空気の動きがある。これに対して連通路形成部材１１が接続された開口（連通部）４０と対向する部位は、空気の動きが少なく、屋外に露出した給気口近傍の圧力だけに応じて圧力が変化する。
本実施形態の燃焼装置３では、外気導入空気流路の中でも、特に屋外に露出した給気口近傍の圧力に正確に反応する部位にチューブ（通気路）７５を接続し、燃料供給量調整弁６０の空気室７０に接続している。そのため屋外に露出した給気口近傍の圧力に応じて燃料供給量調整弁６０が補正されて、適切な量の燃料がバーナ１７に供給される。
即ち屋外に露出した給気口近傍の圧力が低い場合には、送風機５の吸い込み量が減少するが、給気口近傍の圧力が低い場合には弁体６５と弁座６３との隙間が小さくなり、燃料供給量が絞られる。そのため不完全燃焼が発生しない。

以上説明した実施形態では、二重管構造の給排気筒を備えた構成を例示したが、給気側の流路と排気側の流路が独立し、個別のダクトを有する燃焼装置にも本発明を適用することができる。
また以上説明した実施形態では、ガスを燃料とするバーナを例示したが、石油等の液体燃料を使用する燃焼装置にも本発明を応用することができる。

本発明に関わる給湯器の分解斜視図。 燃焼装置の本体部の分解斜視図。 図１における燃焼装置の本体部を略示的に示す右側面図。 図１における燃焼装置の本体部を略示的に示す右側面断面図。

符号の説明

３ 燃焼装置
５ 送風機
６ バーナ部
８ 排気集合部
１０ 給気路形成部材
１１ 連通路形成部材
１７ バーナ
２６ 内筒（排気側流路）
２７ 覆い部
３９ 開口
４０ 開口（連通部）
４１ 外筒
５２ 環状空間（外気導入空気流路）
５５ 空隙（流路形成空隙）（空気導入路）
５８ 給排気筒
６０ 燃料供給料調整弁
６１ 空気室
６３ 弁座
６５ 弁体
７５ チューブ（通気路）

Claims (3)

1. バーナと、外気導入空気流路と、燃料供給量調整弁とを有し、前記燃料供給量調整弁によってバーナに供給する燃料の量を調節可能であり、前記バーナが屋内に設置され、外気導入空気流路は屋外に連通し、外気導入空気流路によって屋外から空気を導入してバーナの燃焼に供する燃焼装置において、前記燃料供給量調整弁は外気の圧力によって弁体の動作を補正する空気室を有し、空気室と前記外気導入空気流路との間に通気路が設けられていることを特徴とする燃焼装置。
2. 給排気筒を有し、当該給排気筒は、内部に独立した２以上の流路を有し、その内の一つの流路は外気導入空気流路の一部を構成し、他の一つの流路は排気側流路であって外部に燃焼ガスを排出する排気流路の一部を構成することを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
3. 送風機と、バーナ部と、排気集合部と、給排気筒及び給気路形成部材を有し、
   前記給排気筒は内筒と外筒とを有し、内筒は排気側流路であって外部に燃焼ガスを排出する排気流路の一部を構成し、内筒の外周と外筒の間の空間は外気導入空気流路の一部を構成し、
   給排気筒の空気導入側流路と送風機が連通路形成部材を介して接続され、さらに前記バーナ部の下流側に排気集合部と給排気筒の内筒があり、バーナ部から排出された燃焼ガスが排気集合部で集められ、排気集合部内で流路が絞られて給排気筒の内筒側に流れる構成を備え、
   前記給気路形成部材は排気集合部を覆う覆い部材を有し、前記給気路形成部材の覆い部と排気集合部の間には空気導入路の一部を形成する流路形成空隙が設けられ、当該流路形成空隙と前記連通路形成部材とを連通する連通部を有し、前記流路形成空隙の中であって前記連通部と対向する部位に開口が設けられ、当該開口に通気路が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。

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