JP2011145027A - ガスバーナユニット及び燃焼機器 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡素で組み立ても容易である上、ＮＯｘの発生量も低減することができるガスバーナユニット及び燃焼機器を提供する。
【解決手段】主バーナ本体部３５内で生成される希薄混合ガスについてはガス送路３７、３７・・を利用して主炎孔３３ａ、３３ａ・・から噴出させる一方、補助バーナ本体部４０内で生成される全一次混合ガスについてはガス送路３７、３７・・の周囲に形成された小孔５２、５２・・を介し、主炎孔３３ａ、３３ａ・・の周囲にある補助炎孔３３ｂ、３３ｂ・・から噴出させる。つまり、一枚板状の炎孔板３２に、希薄混合ガスを燃焼させる主燃焼エリアと全一次混合ガスを燃焼させる補助燃焼エリアとを設けた。したがって、従来の所謂濃淡バーナと比較すると、簡素な構造で低ＮＯｘ化を図ることができ、又、組み立て作業についても容易となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガスバーナユニット、及び当該ガスバーナユニットを使用した給湯器等の燃焼機器に関する。

従来、低ＮＯｘ化を図るため、中央に淡炎口を設けるとともに、淡炎口の両外側に濃炎口を設けており、淡炎口には理論空気比よりも空気量が過剰とされた希薄混合ガスを燃焼させた主炎を形成し、濃炎口には希薄混合ガスよりも小さい空気比とされた補助用混合ガスを燃焼させた補助火炎を形成するとした所謂濃淡バーナが考案されている（特許文献１）。

特開２００４−３０８９４５号公報

しかしながら、上記濃淡バーナは、特許文献１にも記載されているように、淡炎口を形成するだけでも凹凸が形成された複数の板金を組み合わせてスポット溶接及びカシメ接合しなければならない等、構造が非常に複雑であり、又、組み立て作業も煩雑であるという問題がある。さらに、各板金の寸法誤差等に起因してカシメ接合部に混合ガスが漏れる程度の隙間が形成されてしまい、希薄混合ガスと補助用混合ガスとが燃焼前に混じり合うという問題も起こる可能性がある。
また、近年、環境問題や安全面等の点から、燃焼に伴い発生するＮＯｘの更なる低減が求められており、ＮＯｘの低減という観点からも改善が望まれている。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、構造が簡素で組み立ても容易である上、ＮＯｘの発生量も低減することができるガスバーナユニット及び燃焼機器を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、複数の炎孔を有する一枚の炎孔板と、燃料ガスと一次空気とを混合して理論空気比よりも空気量が過剰とされた希薄混合ガスを生成する主混合管が設置された主バーナ本体部と、燃料ガスと一次空気とを混合して希薄混合ガスの空気比よりも小さい空気比とされた補助用混合ガスを生成する補助混合管が設置された補助バーナ本体部とを備えているとともに、炎孔板に、希薄混合ガスを燃焼させる主燃焼エリアと補助用混合ガスを燃焼させる補助燃焼エリアとを設け、さらに、主バーナ本体部から主燃焼エリアへ希薄混合ガスを送る第１送路と、補助バーナ本体部から補助燃焼エリアへ補助用混合ガスを送る第２送路とを別個に形成し、主燃焼エリアに形成される主炎を補助燃焼エリアに形成される補助火炎により保炎させることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、炎孔板において、補助燃焼エリアを主燃焼エリアの周囲に位置させたことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、主バーナ本体部に、先端側に開口を有するガス送路を炎孔板の裏面にまで突設し、希薄混合ガスを、開口内に位置する炎孔から噴出させることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、上面に開口を有する１つの箱状体の下部に主バーナ本体部を、上部に補助バーナ本体部を夫々設け、箱状体の開口に炎孔板を設置したことを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、炎孔板が、セラミック製の板状部材であることを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明のうち請求項６に記載の発明は、燃焼機器において、請求項１〜５の何れかに記載のガスバーナユニットが一又は複数設置されていることを特徴とする。

本発明によれば、一枚の炎孔板に、希薄混合ガスを燃焼させる主燃焼エリアと補助用混合ガスを燃焼させる補助燃焼エリアとを設け、主バーナ本体部から主燃焼エリアへ希薄混合ガスを送る第１送路と、補助バーナ本体部から補助燃焼エリアへ補助用混合ガスを送る第２送路とを別個に形成するという構成を採用しているため、従来の所謂濃淡バーナと比較すると、簡素な構造で低ＮＯｘ化を図ることができ、又、組み立て作業についても容易となる。
また、炎孔板を採用したことにより、主燃焼エリアに形成される主炎及び補助燃焼エリアに形成される補助火炎の熱を炎孔板に吸収させることができ、主炎や補助火炎の火炎温度を一層低下することができる。したがって、従来の濃淡バーナよりも燃焼に伴うＮＯｘの発生量を低下させることができる。
さらに、主炎を補助火炎により保炎させるため、不安定な主炎を炎孔板の表面に近づけさせることができ、主炎の熱を炎孔板により効率良く吸収させ、火炎温度の一層の低下、ひいてはＮＯｘの発生量の一層の低減を図ることができる。
また、請求項２に記載の発明によれば、炎孔板において、補助燃焼エリアを主燃焼エリアの周囲に位置させているため、補助火炎による主炎の保炎効果を向上することができ、更なる低ＮＯｘ化を図ることができる。
さらに、請求項３に記載の発明によれば、主バーナ本体部に、先端側に開口を有するガス送路を炎孔板の裏面にまで突設し、希薄混合ガスを、開口内に位置する炎孔から噴出させるため、希薄混合ガスを補助用混合ガスと混じらせることなく確実に送ることができる上、両混合ガスの送路を異ならせるための構成の簡素化を図ることができる。
さらにまた、請求項４に記載の発明によれば、上面に開口を有する１つの箱状体の下部に主バーナ本体部を、上部に補助バーナ本体部を夫々設け、箱状体の開口に炎孔板を設置しているため、希薄混合ガスを炎孔板の主燃焼エリアへ、補助用混合ガスを補助燃焼エリアへ夫々送る構成を簡易な構造で実現することができ、低コスト化を図ることができる。
加えて、請求項５に記載の発明によれば、炎孔板をセラミック製の板状部材としているため、炎孔板上で主炎や補助火炎が均等に分散し、火炎温度の上昇を抑制することができる。

給湯器を示した説明図である。 ガスバーナを前方から示した説明図である。 ガスバーナを側方から示した説明図である。 図２におけるＡ−Ａ’線断面を模式的に示した説明図である。 図２におけるＢ−Ｂ’線断面を模式的に示した説明図である。 図２におけるＣ−Ｃ’線断面を模式的に示した説明図である。

以下、本発明の一実施形態となる給湯器及びガスバーナユニット（以下、単にバーナと称す）について、図面をもとに詳細に説明する。

給湯器１は、器具本体２内に、下方に給気ファン４を、前方に排気口５を備えた燃焼室３を形成してなる。燃焼室３内部には、燃料ガスと給気ファン４からの一次空気とを混合した混合ガスを燃焼させるバーナ６が備えられているとともに、バーナ６からの燃焼排気中の熱を主に回収して伝熱管内の通水を加熱するフィンチューブ式の熱交換器７が設けられている。また、燃焼室３の外部には、熱交換器７の入水側に接続された入水管８、及び出水側に接続された出湯管９が設けられている。尚、給湯器１は、室外に設置されている。

また、バーナ６へ燃料ガスを供給するガス管１４には、主電磁弁１０及びガス比例弁１１が設けられており、給湯器１の各種動作を制御するコントローラ２０に電気的接続されている。さらに、入水管８及び出湯管９には水量を監視する水量センサ１２が設けられている一方、入水管８には入水温度を監視する入水温度センサ１３が、出湯管９には使用者への出湯温度を監視する出湯温度センサ１５が夫々設けられており、全てコントローラ２０に電気的接続されている。尚、２１は、熱交換器７をバイパスするバイパス管であって、当該バイパス管２１の通水量を調整することにより、熱交換器７から出湯される湯の温度を一定温度範囲内に調整可能となっている。また、コントローラ２０には、吸気ファン４を駆動させるためのモータ等も電気的接続されている。

以上のような給湯器１においては、出湯管９の下流側で接続された図示しない給湯栓を開いて器具内に通水させると、コントローラ２０は、水量センサ１２からの検出信号を得て主電磁弁１０及びガス比例弁１１を開き、バーナ６へ燃料ガスを供給する。また、給気ファン４を回転させ、燃料ガスに混合する一次空気をバーナ６へ供給する。さらに、図示しない点火用電極を作動させてバーナ６を点火させる。そして、バーナ６の点火後、出湯温度センサ１５で検出された出湯温度と、コントローラ２０に接続された図示しないリモコンで設定された設定温度との差に応じてガス比例弁１１の開度及び給気ファン４の回転数を連続的に変化させ、出湯温度を設定温度に一致させる。尚、給湯栓が閉じられると、コントローラ２０は、水量センサ１２からの検出信号にもとづいて給湯栓が閉じられた状態を検出し、主電磁弁１０及びガス比例弁１１を閉じ、バーナ６を消火する。

ここで、本発明の要部となるバーナ６について、図２〜図６にもとづき詳細に説明する。
バーナ６は、バーナ本体３１と、バーナ本体３１の上面に設置される炎孔板３２と、図示しない点火用電極とを備えてなる。バーナ本体３１は、箱状の本体ケース内において主バーナ本体部３５の上方に補助バーナ本体部４０を形成した二段構造となっており、主バーナ本体部３５と補助バーナ本体部４０とは第１仕切り板３３によって仕切られ、補助バーナ本体部４０の上面には第２仕切り板３４が取り付けられている。そして、主バーナ本体部３５には希薄混合管３６が、補助バーナ本体部４０には全一次混合管４１が夫々設置されている。この希薄混合管３６は、空気比λ＝１．３となる希薄混合ガスを生成するものであって、生成した希薄混合ガスを主バーナ本体部３５の内部空間へ供給する。一方、全一次混合管４１は、空気比λ＝１．０の全一次混合ガス（補助用混合ガス）を生成するものであって、生成した全一次混合ガスを補助バーナ本体部４０の内部空間へ供給する。尚、各バーナ本体部３５、４０の外側に位置する各混合管３６、４１の基端部には、ガス管１４の先端に設けられているガスノズル１４ａが接続されているとともに、一次空気を吸引するための吸引口１７が設けられており、吸引口１７の開度で吸引する空気量を調整可能としている。

また、第１仕切り板３３は、金属製の板状部材であって、上述したように両バーナ本体部３５、４０を仕切るようにバーナ本体３１に取り付けられており、両バーナ本体部３５、４０間での混合ガスの行き来を阻止している。さらに、第１仕切り板３３には、複数の挿通孔５０、５０・・が二列に形成されているとともに、先端が開口する筒状のガス送路３７、３７・・が挿通孔５０、５０・・を介して上方へ突出するように取り付けられている。このガス送路３７、３７・・は、後述する第２仕切り板３４を貫通して更に上方まで突出する長さを有しており、主バーナ本体部３５の内部空間に供給される希薄混合ガスを炎孔板３２の主燃焼エリア（後述する主炎孔３３ａ、３３ａ・・が設けられたエリア）まで導く。

さらに、第２仕切り板３４は、第１仕切り板３３同様、金属製の板状部材であって、ガス送路３７、３７・・を挿通可能なガイド孔５１、５１・・、及び補助バーナ本体４０内に供給される全一次混合ガスを炎孔板３２の補助燃焼エリア（後述する補助炎孔３３ｂ、３３ｂ・・が設けられたエリア）へ送るための小孔５２、５２・・が設けられている。ガイド孔５１、５１・・は、挿通孔５０、５０・・同様、二列に形成されている一方、小孔５２、５２・・は、ガイド孔５１、５１・・の列を挟むように三列に形成されている。そして、当該第２仕切り板３４は、各ガイド孔５１内にガス送路３７を挿通させ、ガス送路３７の先端を更に上方へ突出させた状態で補助バーナ本体部４０の上面を塞ぐように取り付けられている。

一方、炎孔板３２は、左右方向（図２や図４における左右方向）へ長いセラミック製の略長方形板状部材に、多数の小孔状の炎孔３３、３３・・を表面略全体に亘って規則的に並設してなる。そして、当該炎孔板３２は、裏面をガス送路３７、３７・・の先端面に当接させた状態で、バーナ本体３１の本体ケースの上部開口に設置されており、ガス送路３７内に位置する炎孔３３ａ、３３ａ・・が希薄混合ガスを噴出する主炎孔となり、主炎孔３３ａ、３３ａ・・の周囲に位置する炎孔３３ｂ、３３ｂ・・が全一次混合ガスを噴出する補助炎孔となる。

以上のように構成されたバーナ６では、給湯栓が開かれてガスノズル１４ａから各混合管３６、４１へ燃料ガスが噴出されると、その噴出に伴い吸引口１７から各混合管３６、４１へ一次空気が取り込まれ、希薄混合管３６では空気比λ＝１．３となる希薄混合ガスが、全一次混合管４１では空気比λ＝１．０となる全一次混合ガスが夫々生成される。そして、希薄混合ガスは、主バーナ本体部３５の内部空間に供給された後、ガス送路３７、３７・・内を通って炎孔板３２側へ送られ、主炎孔３３ａ、３３ａ・・から炎孔板３２の表面側へ噴出する。一方、全一次混合ガスは、補助バーナ本体部４０の内部空間に供給され、第２仕切り板３４によって内部空間における濃度が略均一となった後、小孔５２、５２・・を介して上方へ吹き出し、主炎孔３３ａ、３３ａ・・の周囲にある補助炎孔３３ｂ、３３ｂ・・から炎孔板３２の表面側へ噴出する。そして、点火用電極によって点火されると、炎孔板３２の表面全体に火移りし、ガス送路３７、３７・・の先端に対応する位置、すなわち主燃焼エリアには、希薄混合ガスが燃焼することによる主炎Ｆ１が形成され、主炎Ｆ１の周囲に設けられた補助燃焼エリアには、全一次混合ガスが燃焼することによる補助火炎Ｆ２が形成される。

この主炎Ｆ１及び補助火炎Ｆ２は、一枚板状の炎孔板３２上に形成されるため、主炎Ｆ１及び補助火炎Ｆ２の熱が炎孔板３２に吸収され、従来の濃淡バーナ等と比較して、主炎Ｆ１及び補助火炎Ｆ２の火炎温度は低下する。また、主炎Ｆ１は、希薄混合ガスを燃焼させて形成したものであるため、火炎が上下方向（混合ガスの噴出方向）に長くなり、揺らぎやすい等、不安定となるように思われるが、本実施形態においては、主炎Ｆ１の周囲に全一次混合ガスを燃焼させて形成した補助火炎Ｆ２を形成しているため、主炎Ｆ１を安定させて炎孔板３２の表面に近づけさせることができる。したがって、主炎Ｆ１の熱を炎孔板３２に効率良く吸収させることができ、主炎Ｆ１の火炎温度を一層低下させることができる。
また、炎孔板３２として、表面の略全体に亘って炎孔が設けられたセラミック製の板状部材を採用しているため、炎孔板３２上に形成される補助火炎Ｆ２が炎孔板３２の表面全体に均等に分散する。したがって、火炎温度の上昇が抑制される。

上述したような給湯器１及びバーナ６によれば、主バーナ本体部３５内で生成される希薄混合ガスについてはガス送路３７、３７・・を利用して主炎孔３３ａ、３３ａ・・から噴出させる一方、補助バーナ本体部４０内で生成される全一次混合ガスについてはガス送路３７、３７・・の周囲に形成された小孔５２、５２・・を介し、主炎孔３３ａ、３３ａ・・の周囲にある補助炎孔３３ｂ、３３ｂ・・から噴出させる。つまり、一枚板状の炎孔板３２に、希薄混合ガスを燃焼させる主燃焼エリアと全一次混合ガスを燃焼させる補助燃焼エリアとを設けている。したがって、従来の所謂濃淡バーナと比較すると、簡素な構造で低ＮＯｘ化を図ることができ、又、組み立て作業についても容易となる。
また、炎口を構成するにあたり、複数の炎孔を有する炎孔板３２を採用しているため、主炎Ｆ１や補助火炎Ｆ２の熱を炎孔板に吸収させることができ、主炎Ｆ１や補助火炎Ｆ２の火炎温度を一層低下することができる。したがって、従来の濃淡バーナよりも燃焼に伴うＮＯｘの発生量を低下させることができる。
さらに、炎孔板３２上において主炎Ｆ１の周囲に補助火炎Ｆ２を形成するため、補助火炎Ｆ２により主炎Ｆ１を保炎させ、主炎Ｆ１を炎孔板３２の表面に近づけさせることができ、主炎Ｆ１の熱を炎孔板３２により効率良く吸収させ、火炎温度の一層の低下、ひいてはＮＯｘの発生量の一層の低減を図ることができる。

また、上述したように希薄混合ガスをガス送路３７にて送っているため、希薄混合ガスを全一次混合ガスと混じらせることなく確実に送ることができる上、両混合ガスの送路を異ならせるための構成の簡素化を図ることができる。
さらに、主バーナ本体部３５の上方に補助バーナ本体部４０を連設してバーナ本体３１を形成しているため、主炎孔３３ａ、３３ａ・・の周囲から全一次混合ガスを噴出させる構成を簡易な構造で実現することができ、低コスト化を図ることができる。

さらにまた、炎孔板３２として、表面の略全体に亘って炎孔が設けられたセラミック製の板状部材を採用しているため、炎孔板３２上に形成される火炎、特に補助火炎Ｆ２が炎孔板３２の表面全体に均等に分散する。したがって、火炎温度の上昇が抑制され、結果として更なる低ＮＯｘ化を図ることができる。
加えて、ガス送路３７、３７・・の先端側をガイド孔５１、５１・・に挿通させているため、バーナ６の組み立て状態においてガス送路３７、３７・・が安定し、炎孔板３２の裏面においてガス送路３７の先端面がずれたりしない。

なお、本発明のバーナ及び燃焼機器に係る構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、バーナ本体に係る構成や燃焼機器の種類等を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、上記バーナ６では、主バーナ本体部３５の上方に補助バーナ本体部４０を設けているが、主バーナ本体部３５と補助バーナ本体部４０とを左右に連設し、夫々異なるガス送路によって混合ガスを炎孔板３２に到達させる構成としてもよく、主バーナ本体部３５や補助バーナ本体部４０の位置関係等については適宜設計変更可能である。
また、希薄混合ガスとして空気比λ＝１．３の混合ガスを採用しているが、混合させる空気量が理論空気比よりも過剰となるような混合ガスであれば、空気比λ＝１．３以外の混合ガスであっても希薄混合ガスとして採用可能である。さらに、補助用混合ガスについても同様で、上記実施形態では空気比λ＝１．０の全一次混合ガスを採用しているが、希薄混合ガスよりも空気比λが小さい（すなわち、混合させる空気量が少ない）混合ガスであれば、燃焼により形成される火炎が補助火炎Ｆ２として利用できる程度に安定するため、採用することができる。
さらにまた、第１仕切り板３３や第２仕切り板３４、炎孔板３２の素材や形状等についても適宜変更可能であるし、第２仕切り板３４については必ずしも設ける必要はなく、第２仕切り板３４のないバーナとしてもよい。尚、第２仕切り板３４を取り外したところで、全一次混合ガスを補助炎孔３３ｂ、３３ｂ・・から噴出させるためのガス送路がなくなるわけではない。

また、上記実施形態では、炎孔板において主燃焼エリアの周囲に補助燃料エリアを設けているが、主燃料エリアと補助燃料エリアとを交互に設ける等、主燃焼エリア及び補助燃焼エリアの設定態様についても適宜変更することができる。さらにまた、上記ガス送路３７により希薄混合ガスを炎孔板３２へ送る構成において、ガス送路３７の先端を必ずしも炎孔板３２の裏面に当接させる必要はない。すなわち、希薄混合ガスの噴出速度や各バーナ本体部３５、４０のスケールにもとづき、希薄混合ガスと補助用混合ガスとが混ざらない範囲において、ガス送路３７の先端を炎孔板３２の裏面から離れた位置へ臨ませる構成としてもよい。
さらに、上記実施形態では、１つの給湯器１に対してバーナ６を１つだけ設置する態様としているが、上記実施形態に記載のバーナ６を複数個設置して１つの給湯器１を構成することも可能である。
加えて、上記実施形態では燃焼機器の一実施例である給湯器１について説明しているが、バーナ６をファンヒータ等の他の燃焼機器に適用しても何ら問題はない。

１・・給湯器（燃焼機器）、６・・バーナ、３０・・炎孔、３０ａ・・主炎孔（主燃焼エリア）、３０ｂ・・補助炎孔（補助燃焼エリア）、３１・・バーナ本体、３２・・炎孔板・・、３３・・第１仕切り板、３４・・第２仕切り板、３５・・主バーナ本体部、３６・・希薄混合管（主混合管）、３７・・ガス送路（第１送路）、４０・・補助バーナ本体部、４１・・全一次混合管（補助混合管）、５０・・挿通孔、５１・・ガイド孔、５２・・小孔（第２送路）、Ｆ１・・主炎、Ｆ２・・補助火炎。

Claims (6)

1. 複数の炎孔を有する一枚の炎孔板と、
   燃料ガスと一次空気とを混合して理論空気比よりも空気量が過剰とされた希薄混合ガスを生成する主混合管が設置された主バーナ本体部と、
   燃料ガスと一次空気とを混合して前記希薄混合ガスの空気比よりも小さい空気比とされた補助用混合ガスを生成する補助混合管が設置された補助バーナ本体部とを備えているとともに、
   前記炎孔板に、前記希薄混合ガスを燃焼させる主燃焼エリアと前記補助用混合ガスを燃焼させる補助燃焼エリアとを設け、
   さらに、前記主バーナ本体部から前記主燃焼エリアへ前記希薄混合ガスを送る第１送路と、前記補助バーナ本体部から前記補助燃焼エリアへ前記補助用混合ガスを送る第２送路とを別個に形成し、
   前記主燃焼エリアに形成される主炎を前記補助燃焼エリアに形成される補助火炎により保炎させることを特徴とするガスバーナユニット。
2. 前記炎孔板において、前記補助燃焼エリアを前記主燃焼エリアの周囲に位置させたことを特徴とする請求項１に記載のガスバーナユニット。
3. 前記主バーナ本体部に、先端側に開口を有するガス送路を前記炎孔板の裏面にまで突設し、前記希薄混合ガスを、前記開口内に位置する炎孔から噴出させることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスバーナユニット。
4. 上面に開口を有する１つの箱状体の下部に前記主バーナ本体部を、上部に前記補助バーナ本体部を夫々設け、前記箱状体の開口に前記炎孔板を設置したことを特徴とする請求項３に記載のガスバーナユニット。
5. 前記炎孔板が、セラミック製の板状部材であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のガスバーナユニット。
6. 請求項１〜５の何れかに記載のガスバーナユニットが一又は複数設置されていることを特徴とする燃焼機器。

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