JP2011214768A - 低NOxバーナ及びそれを用いたガス給湯機 - Google Patents

低NOxバーナ及びそれを用いたガス給湯機 Download PDF

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【課題】ガス噴出部材によって、異なるガス噴出口から噴出する低濃度混合気の流速を同程度にする低NOxバーナ及びそれを用いたガス給湯機を提供する。
【解決手段】第1の管状流路11のガスと空気の導入口12から導入された低濃度混合気を噴出する前後方向に細長の淡炎口13、及び淡炎口13を囲って配置され、第2の管状流路14のガスと空気の導入口15から導入された高濃度混合気を噴出する前後方向に細長の第1、第2の濃炎口16、17を備える低NOxバーナ10において、上端部に淡炎口13が設けられた前後方向に長いガス噴出部材38は、淡炎口13を分割してなる前後方向に沿って配置された複数のガス噴出口51〜54と、複数のガス噴出口51〜54の直下にそれぞれ配置されたガス流入口51a〜54aとを備え、前後方向両端部にあるガス流入口51a、54aは、他のガス流入口52a、53aに比べて開口面積が小さい。
【選択図】図1

Description

本発明は、水を加熱するための燃焼ガスを発生させる低NOxバーナとその低NOxバーナを用いたガス給湯機に関する。
燃焼時に発生する燃焼ガス中のNOx量の低減化を図るため、理論空燃比より燃料濃度が低い低濃度混合気を噴出する細長の淡炎口と、その淡炎口の左右に配置された理論空燃比より燃料濃度が高い高濃度混合気を噴出する細長の濃炎口とを備える、所謂低NOxバーナがあり、その具体例が、例えば特許文献1に記載されている。
特許文献1の低NOxバーナでは、淡炎口を長手方向に分割して形成された複数のガス噴出口を有する長尺のガス噴出部材(リボン)が、各ガス噴出口から噴出される低濃度混合気の流速を調整して、形成される火炎の高さのバランスをとり、その安定化を図っている。
特開平7−42917号公報
しかしながら、特許文献1の低NOxバーナでは、淡炎口の分割箇所でガス噴出部材を分割して形成され、ガス噴出部材の長手方向に沿って配置された複数の構成単位部が全て同一形状であり、ガス噴出部材は、異なるガス噴出口について低濃度混合気の噴出流速を調整するための機能を備えていなかった。そのため、異なるガス噴出口間で低濃度混合気の噴出流速を同程度にバランスを取り個々の淡炎口に形成される火炎の高さを調整するには、ガス噴出部材以外の部材に流速調整のための部位、機構等を設ける必要があり、設計の自由度が限られていた。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされるもので、ガス噴出部材に低濃度混合気の流速を調整する機能を設け、異なるガス噴出口から噴出する低濃度混合気の流速を同程度にする低NOxバーナ及びその低NOxバーナを用いたガス給湯機を提供することを目的とする。
前記目的に沿う第1の発明に係る低NOxバーナは、第1の管状流路のガスと空気の導入口から導入された理論空燃比より燃料濃度の低い低濃度混合気を上方に噴出する前後方向に細長の淡炎口、及び該淡炎口を囲って配置され、第2の管状流路のガスと空気の導入口から導入された理論空燃比より燃料濃度の高い高濃度混合気を上方に噴出する前後方向に細長の第1、第2の濃炎口を備える低NOxバーナにおいて、上端部に前記淡炎口が設けられた前後方向に長いガス噴出部材は、該淡炎口を分割してなる前後方向に沿って配置された複数のガス噴出口と、該複数のガス噴出口の直下にそれぞれ配置されたガス流入口とを備え、前後方向両端にある前記ガス流入口は、他の前記ガス流入口に比べて開口面積が小さい。
第1の発明に係る低NOxバーナにおいて、前後方向両端部にある前記ガス流入口の開口面積は、他の前記ガス流入口の開口面積に対して85%以上95%以下の大きさであるのが好ましい。
第1の発明に係る低NOxバーナにおいて、前記ガス噴出部材は、前後方向両端部にある前記ガス噴出口の下側と、その他の前記ガス噴出口の直下にある前記ガス流入口の上側とに、導入される前記低濃度混合気の流れを遮る整流部を有するのが好ましい。
第1の発明に係る低NOxバーナにおいて、前記第1、第2の濃炎口の下部に、平面視して、基端が該第1、第2の濃炎口に左側及び右側から密接し、先端が左右にそれぞれ突出した第1、第2の突出部を有し、複数の該低NOxバーナが近接して並列配置されるのが好ましい。
前記目的に沿う第2の発明に係るガス給湯機は、第1の発明に係る低NOxバーナを用いるガス給湯機であって、前記低NOxバーナと、該低NOxバーナを燃焼させることにより発生する燃焼ガスにより直接的に水を加熱する一次熱交換器と、前記一次熱交換器から排出される前記燃焼ガスによって、前記一次熱交換器に供給する水を予熱する二次熱交換器とを有する。
第1の発明に係る低NOxバーナ及び第2の発明に係るガス給湯機は、ガス噴出部材の前後方向両端部にあるガス流入口が、他のガス流入口に比べて開口面積が小さいので、ガス噴出部材は、前後方向両端部と中央側で異なる形状となってガス噴出口から噴出される低濃度混合気の流速を調整することが可能である。
また、第1の発明に係る低NOxバーナ及び第2の発明に係るガス給湯機において、前後方向両端部にあるガス流入口の開口面積が、他のガス流入口に対して85%以上95%以下の大きさである場合、ガス噴出部材は、前後方向中央側と比較して、前後方向両端部にあるガス流入口から導入される低濃度混合気を絞る構造となって、前後方向の異なる箇所に配置されたガス噴出口からの低濃度混合気の噴出流速を調整することができる。
そして、第1の発明に係る低NOxバーナ及び第2の発明に係るガス給湯機において、前後方向両端部にあるガス噴出口の下側と、その他のガス噴出口の直下にあるガス流入口の上側とに、導入される低濃度混合気の流れを遮る整流部を有する場合、ガス噴出口から噴き出される低濃度混合気は、流速が調整され、淡炎口に安定した火炎を形成可能である。
更に、第1の発明に係る低NOxバーナ及び第2の発明に係るガス給湯機において、第1、第2の濃炎口の下部に、平面視して、基端が第1、第2の濃炎口に左側及び右側から密接し、先端が左右にそれぞれ突出した第1、第2の突出部を有し、近接して並列配置される場合、隣り合う低NOxバーナの各間を上昇する二次空気兼冷却空気の流れを部分的に阻害でき、並列配置された低NOxバーナに、隣り合う低NOxバーナ間で火移りしやすい箇所を確保可能である。
本発明の一実施の形態に係る低NOxバーナの斜視図である。 同低NOxバーナを用いたガスバーナユニットの斜視図である。 同低NOxバーナを用いたガス給湯機の模式図である。 同低NOxバーナの平面図である。 外側金板を省略した同低NOxバーナの側面図である。 同低NOxバーナが備えるカバー部材の側面図である。 (A)〜(C)は、それぞれ同低NOxバーナが備えるガス噴出部材の平面図、側面図及び底面図である。 淡炎口上部での低濃度混合気の噴出流速を示すグラフである。
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図1、図4〜図6に示すように、本発明の一実施の形態に係る低NOxバーナ10は、第1の管状流路11のガスと空気の導入口12から導入された理論空燃比より燃料濃度の低い低濃度混合気を上方に噴出する前後方向に細長の淡炎口13、及び淡炎口13を囲って配置され、第2の管状流路14のガスと空気の導入口15から導入された理論空燃比より燃料濃度の高い高濃度混合気を上方に噴出する前後方向に細長の第1、第2の濃炎口16、17を備えるガスバーナである。以下、これらについて詳細に説明する。
図2に示すように、低NOxバーナ10は、上部が矩形に開口した外側ケース18の内側に並列配置され、複数の低NOxバーナ10及び外側ケース18を有してガスバーナユニット19が構成されている。ガスバーナユニット19は、ガス管20(図3参照)を介して供給される燃料ガスに空気を混合してなる混合気を低NOxバーナ10によって燃焼させることにより燃焼ガスを発生させる。
低NOxバーナ10は、NOx発生量の低減化が図られた濃淡バーナであるので、NOxが水に取り込まれて生成される酸性水のpHが改善され、ドレン水の処理が容易である。なお、図2には、2つの低NOxバーナ10が、外側ケース18内に距離を有して配置されているように描かれているが、実際には、複数、例えば15〜20個の低NOxバーナ10が、近接して並列配置されている。
ガスバーナユニット19は、図3に示すように、ガスバーナユニット19の上部に配置された一次熱交換器21に燃焼ガスを供給する。一次熱交換器21は、下部から取込んだ燃焼ガスの顕熱によって直接的に水を加熱して湯をつくり、その湯を混合弁22に送ると共に、上部から燃焼ガスを排出する。混合弁22は、一次熱交換器21でつくられた湯に、水道管23を介して流入する水道水を混合して所定温度の湯をつくり、その湯を出湯管24に供給する。
また、ガスバーナユニット19の底部には、ガスバーナユニット19内に空気を供給するファン25が固定されている。
一次熱交換器21の後流には、一次熱交換器21から排出された燃焼ガスによって、一次熱交換器21に供給する水を予熱する二次熱交換器26が配置されている。従って、ガスバーナユニット19、一次熱交換器21及び二次熱交換器26等を有するガス給湯機27は、一次熱交換器21及び二次熱交換器26によってそれぞれ燃焼ガスの顕熱及び潜熱を用いて水を効率的に加熱することができる。なお、二次熱交換器26によって予熱される水は、水道管23から供給される。
また、一次熱交換器21には、ガス給湯機27に設けられた循環ポンプ28の作動によって、水が循環する循環回路29が接続されており、一次熱交換器21は、給湯に使う湯の生成と共に、循環回路29を流れる水を加熱して浴槽等に供給可能である。なお、ガスバーナユニット19をはじめとするガス給湯機27を構成する機能部品、部材等は箱状のケーシング30内に配置、固定されている。
図2に示すように、外側ケース18の外壁部には、低NOxバーナ10に点火する電極32を備えた点火及び火炎検知手段33が設けられ、点火及び火炎検知手段33の下部に、左右方向に等間隔で配列された複数の開口34が形成されている。低濃度混合気は、この開口34を通って、外側ケース18内に配置された低NOxバーナ10に供給される。
また、開口34の上部には、低NOxバーナ10に供給される高濃度混合気が通過する複数の開口(図示せず)が等間隔に配列されている。
図1、図4に示すように、低NOxバーナ10は、前後方向に細長い淡炎口13と、淡炎口13を囲うように左右に平行配置された前後方向に細長い第1、第2の濃炎口16、17を備えている。そして、淡炎口13と第1、第2の濃炎口16、17の各間には、混合気等の噴き出しをしない遮断領域35が設けられ、淡炎口13と第1、第2の濃炎口16、17に形成される火炎が干渉しないようにしている。淡炎口13及び第1、第2の濃炎口16、17は、低NOxバーナ10の上部に略同一高さで配置され、共に低NOxバーナ10の前後方向全体に渡って形成されている。
第1の管状流路11、ガスと空気の導入口12等を形成する、図1、図5に示す低NOxバーナ10の本体金具37は、被加工板をプレス加工によって成形してなる水平配置されたバーナ形成部材を、中央に設けた前後方向に沿う折り線を基準に左右の部位をそれぞれ90°折り曲げて形成されている。
そして、本体金具37の上部には、折り曲げられたバーナ形成部材の上部内側が、左右側面に当接する、図4、図7(A)〜(C)に示す前後方向に長いガス噴出部材38が固定されている。ガス噴出部材38は、上端部に淡炎口13を備え、下端部から流入する低濃度混合気を、淡炎口13から噴出する。
本体金具37には、図1、図5に示すように、第1の管状流路11の後部に、下端部が連結された幅広縦流路39が設けられ、幅広縦流路39は、ガスと空気の導入口12から導入され、第1の管状流路11内を直進する低濃度混合気を拡散し、上部にあるガス噴出部材38に案内する。
図1、図6に示すように、本体金具37の上半分全体は、第2の管状流路14及びガスと空気の導入口15等を形成するカバー部材40によって覆われている。
カバー部材40は、前端部及び後端部が、それぞれ本体金具37及びガス噴出部材38の前端部及び後端部を挟んだ状態で圧着され、本体金具37とガス噴出部材38を固定している。また、カバー部材40は、カバー部材40の左側部位と本体金具37の左側面、及びカバー部材40の右側部位と本体金具37の右側面によって、それぞれ連結路41、42を形成している。連結路41、42は、下端部が第2の管状流路14として形成され、上端部に第1、第2の濃炎口16、17がそれぞれ形成されているので、ガスと空気の導入口15から第2の管状流路14に導入された高濃度混合気は、第1、第2の濃炎口16、17にそれぞれ送られる。なお、カバー部材40には、第2の管状流路14に沿って後方に流れる高濃度混合気を連結路41、42内で拡散する円形突出部43、44、及び長円突出部45が設けられている(図1、図5、図6参照)。
図4に示すように、第1の濃炎口16(第2の濃炎口17についても同じ)は、第1の濃炎口16の長手方向(即ち前後方向)に沿って分割され、直線上に配置された細長の複数(本実施の形態では4つ)のガス噴出口46を形成している。そして、カバー部材40は、上部に、前後方向に等間隔で平行配置された3つの細長連結部47を有し、第1の濃炎口16は、この細長連結部47によって、分割されて4つのガス噴出口46を形成している。ガス噴出口46は、長手方向中央が淡炎口13に向かって左右方向に突出した湾曲部48を有している。
なお、細長連結部47は、本体金具37の左側及び右側にそれぞれ配置されるカバー部材40の左側部位と右側部位を連結している。
また、ガス噴出部材38は、図4、図7(A)、(B)に示すように、上部に細長連結部47のある箇所で上側の部位が左右から密着して淡炎口13を分割し、4つのガス噴出口51〜54を形成している。ガス噴出口51〜54は、図7(B)、(C)に示すように、前後方向に沿って前から順に配置され、それぞれの直下には、ガス流入口51a〜54aがそれぞれ配置されている。
ガス噴出部材38には、前後方向に沿って対向配置された対となる左外壁板49と右外壁板50が設けられ、ガス噴出口51〜54とガス流入口51a〜54aの外周部は、それぞれ左外壁板49及び右外壁板50の上端部と、左外壁板49及び右外壁板50の下端部によって形成されている。左外壁板49と右外壁板50の間には、内側板55、56が対向配置されている。内側板55、56は、ガス噴出口51〜54及びガス流入口51a〜54aを分割して左右方向に並列配置された3つの開口を形成し、この3つの開口の横幅Wは、本実施の形態では0.8mm以上1.2mmであり、具体的には1.1mmである。
左外壁板49、右外壁板50及び内側板55、56は同じ高さHを有している(図7(B)参照)。本実施の形態では、Hは20mm以上30mm以下であり、具体的には21mmである。Hが20mm未満の場合、ガス噴出口51〜54に形成される火炎が逆火するおそれがあり、30mmを超える場合には、低NOxバーナ10にガス噴出部材38を装着するための高さ方向の寸法を必要とし、これを確保するのが困難となり設計の自由度が制約される。
ガス噴出部材38には、上側部位及び下側部位に、左外壁板49、内側板55、56及び右外壁板50が密着した箇所があり、ガス噴出部材38は、その密着箇所によって独立した4つのガス噴出口51〜54と4つのガス流入口51a〜54aを形成している。
また、ガス噴出部材38の下側部位は、前後方向両端部にあるガス流入口51a、54aの各前後方向中央の位置でも、左外壁板49、内側板55、56及び右外壁板50が密着しており、ガス流入口51a、54aの開口面積を、他のガス流入口52a、53aの開口面積に比べて小さくしている。ガス流入口51a、54aの開口面積は、ガス流入口52a、53aの開口面積に対して85%以上95%以下の大きさである。
ガス流入口52a、53aには、左外壁板49、内側板55、56及び右外壁板50が密着した箇所はなく、ガス流入口52a、53aは、ガス流入口51a、54aに比べて低濃度混合気の流入が促進される構造になっている。
左外壁板49及び右外壁板50は、ガス噴出口52、53それぞれの前後方向中央の位置でも、上側部位が左右から密着している。
ガス噴出口51、54は、ガス流入口52a、53aに対して97%以上103%以下(本実施の形態では100%)の開口面積を有し、ガス噴出口52、53についても、ガス流入口51a、54aに対して97%以上103%以下(本実施の形態では100%)の開口面積を有している。
内側板55、56は、ガス噴出口51〜54の各間及びガス噴出口51〜54それぞれの前後方向中央の位置で、上下に渡って左右から密着している。
ガス噴出部材38は、ガス噴出口51、54の各前後方向中央の下位置と、ガス流入口52a、53aの各前後方向中央の上位置で、左外壁板49と右外壁板50が内側に突出して、それぞれ内側板55、56に接触しており、この突出によって整流部57を形成している。
整流部57は、導入される低濃度混合気の流れを遮って、ガス噴出口51〜54から出る低濃度混合気の流出量を調整し、淡炎口13に安定した火炎が生成されるようにしている。
前述の通り、ガス噴出部材38は、上端部及び下端部にそれぞれガス噴出口51及びガス流入口51aを備える上下に渡る部位(ガス噴出口54及びガス流入口54aを備える部位についても同じ)と、上端部及び下端部にそれぞれガス噴出口52及びガス流入口52aを備える上下に渡る部位(ガス噴出口53及びガス流入口53aを備える部位についても同じ)の形状が異なっている。これは各部位を全て同形状にした場合、淡炎口の両端部にあるガス噴出口に生成される火炎が、淡炎口の中央にあるガス噴出口に生成されるものに比べて大きくなるからであり、ガス噴出部材38は、両端側の部位と中央側の部位の形状を上下逆にして、淡炎口13に生成される各火炎を同程度の大きさにしている。
ガス噴出部材38を用いたときと、それぞれの部位を全て同形状にしたガス噴出部材を用いたときについて、ガス噴出口から噴出される低濃度混合気の速度を実測した結果を、図8に示す。ここで、全ての部位を同形状にしたガス噴出部材は、各部位が、ガス噴出部材38のガス噴出口52を上端部に有する部位と同形状を備えている。
図8は、後側端部に位置するガス噴出口について、後側半分を計測した結果を表し、(a)がガス噴出部材38の場合、(b)、(c)が全ての部位を同形状にしたガス噴出部材の場合を示している。図8において、縦軸は噴出される低濃度混合気の流速であり、横軸は計測箇所であり、0地点が計測範囲の前側端部(即ち、ガス噴出口の前後方向中心)を示し、0地点から最も離れた箇所を計測範囲の後側端部を示している。
本実験によって、(a)の最も速度の速い値が、(b)、(c)に対して、それぞれ約80%、約70%になっているのが確認できた。
そして、図8には示されていないが、(b)、(c)の測定に用いたガス噴出部材の中央側に配置されたガス噴出口から噴出される低濃度混合気の流速は、(b)、(c)に対して70%以上80%以下となったが、ガス噴出部材38では、ガス噴出口51〜54から噴出される低濃度混合気の流速は、95%以上105%以下の範囲で略同一となった。
また、カバー部材40には、上部前側に左右に突出した第1、第2の突出部58、59が設けられている。第1、第2の突出部58、59は、平面視して、基端が第1、第2の濃炎口16、17に左側及び右側から密接し、先端が左右にそれぞれ突出し、その先端の頂面が平面に形成されている。
第1、第2の突出部58、59は、ファン25の作動によって、近接配置された複数の低NOxバーナ10の各間にある隙間を上昇する二次空気兼冷却空気の流れを部分的に抑え、外側ケース18の中央に位置する低NOxバーナ10に点火された火炎が、左右に隣り合って配置された低NOxバーナ10に火移りしやすくしている。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、ガス噴出部材に設けられるガス噴出口及びガス流入口の数は12個に限定する必要はなく、他の数、例えば16個にしてもよい。
10:低NOxバーナ、11:第1の管状流路、12:ガスと空気の導入口、13:淡炎口、14:第2の管状流路、15:ガスと空気の導入口、16:第1の濃炎口、17:第2の濃炎口、18:外側ケース、19:ガスバーナユニット、20:ガス管、21:一次熱交換器、22:混合弁、23:水道管、24:出湯管、25:ファン、26:二次熱交換器、27:ガス給湯機、28:循環ポンプ、29:循環回路、30:ケーシング、32:電極、33:点火及び火炎検知手段、34:開口、35:遮断領域、37:本体金具、38:ガス噴出部材、39:幅広縦流路、40:カバー部材、41、42:連結路、43、44:円形突出部、45:長円突出部、46:ガス噴出口、47:細長連結部、48:湾曲部、49:左外壁板、50:右外壁板、51、52、53、54:ガス噴出口、51a、52a、53a、54a:ガス流入口、55、56:内側板、57:整流部、58:第1の突出部、59:第2の突出部

Claims (5)

  1. 第1の管状流路のガスと空気の導入口から導入された理論空燃比より燃料濃度の低い低濃度混合気を上方に噴出する前後方向に細長の淡炎口、及び該淡炎口を囲って配置され、第2の管状流路のガスと空気の導入口から導入された理論空燃比より燃料濃度の高い高濃度混合気を上方に噴出する前後方向に細長の第1、第2の濃炎口を備える低NOxバーナにおいて、
    上端部に前記淡炎口が設けられた前後方向に長いガス噴出部材は、該淡炎口を分割してなる前後方向に沿って配置された複数のガス噴出口と、該複数のガス噴出口の直下にそれぞれ配置されたガス流入口とを備え、
    前後方向両端部にある前記ガス流入口は、他の前記ガス流入口に比べて開口面積が小さいことを特徴とする低NOxバーナ。
  2. 請求項1記載の低NOxバーナにおいて、前後方向両端部にある前記ガス流入口の開口面積は、他の前記ガス流入口の開口面積に対して85%以上95%以下の大きさであることを特徴とする低NOxガスバーナ。
  3. 請求項1又は2記載の低NOxバーナにおいて、前記ガス噴出部材は、前後方向両端部にある前記ガス噴出口の下側と、その他の前記ガス噴出口の直下にある前記ガス流入口の上側とに、導入される前記低濃度混合気の流れを遮る整流部を有することを特徴とする低NOxバーナ。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の低NOxバーナにおいて、前記第1、第2の濃炎口の下部に、平面視して、基端が該第1、第2の濃炎口に左側及び右側から密接し、先端が左右にそれぞれ突出した第1、第2の突出部を有し、複数の該低NOxバーナが近接して並列配置されることを特徴とする低NOxバーナ。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の低NOxバーナを用いるガス給湯機であって、前記低NOxバーナと、該低NOxバーナを燃焼させることにより発生する燃焼ガスにより直接的に水を加熱する一次熱交換器と、前記一次熱交換器から排出される前記燃焼ガスによって、前記一次熱交換器に供給する水を予熱する二次熱交換器とを有することを特徴とするガス給湯機。
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