JP2013100983A - Pulse combustor and instantaneous water heater - Google Patents
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本発明は、燃料ガスと燃焼用空気との混合気を燃焼室で脈動的に燃焼させるパルス燃焼器と、そのパルス燃焼器を用いた瞬間湯沸器とに関する。 The present invention relates to a pulse combustor that pulsatically burns an air-fuel mixture of fuel gas and combustion air in a combustion chamber, and an instantaneous water heater using the pulse combustor.
パルス燃焼器は、特許文献1に示すように、燃料ガスと燃焼用空気とが供給される混合室と、その混合室に接続されて混合気が燃焼する燃焼室と、その燃焼室に接続され、燃焼室で生じた燃焼ガスを送り出すテールパイプとを備えたものが知られている。すなわち、混合室から燃焼室に供給された混合気に点火手段で点火して爆発的燃焼させると、燃焼ガスがテールパイプへ送り出され、燃焼ガスの排気によって負圧となる燃焼室に、混合室から混合気が供給され、テールパイプからの戻り火によって再び爆発的燃焼が生じる、というように、爆発的燃焼が脈動的に繰り返されるものである。
As shown in
このようなパルス燃焼器は、燃焼室の容積が大きいことで、貯湯式湯沸器やゆで麺器、フライヤーというように、貯留した液体をある程度の時間をかけて加熱する加熱手段として専ら利用されている。しかし、パルス燃焼器は、瞬間湯沸器に用いられる伝熱管と伝熱フィンとからなる熱交換器に比べて低NOxである上、熱効率も高いという利点があるため、瞬間湯沸器の熱交換器として使用できれば望ましい。 Such a pulse combustor is used exclusively as a heating means for heating a stored liquid over a certain period of time, such as a hot water storage water heater, a boiled noodle device, or a fryer, due to the large volume of the combustion chamber. ing. However, the pulse combustor has the advantages of low NOx and high thermal efficiency compared to the heat exchanger composed of heat transfer tubes and heat transfer fins used in the instantaneous water heater. It is desirable if it can be used as an exchanger.
そこで、本発明は、低NOxで高熱効率という利点を享受でき、瞬間湯沸器の熱交換器としての利用が可能なパルス燃焼器と、そのパルス燃焼器を用いた瞬間湯沸器とを提供することを目的とするものである。 Therefore, the present invention provides a pulse combustor that can enjoy the advantages of low NOx and high thermal efficiency and can be used as a heat exchanger for an instantaneous water heater, and an instantaneous water heater using the pulse combustor. It is intended to do.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、燃料ガスと燃焼用空気との混合気を燃焼させる燃焼室と、その燃焼室に接続され、燃焼室で生じた燃焼ガスを送り出すテールパイプとを含むパルス燃焼器であって、燃焼室及び/又はテールパイプの少なくとも一部を、細管を螺旋状に巻回して形成し、細管に流体を通過させることで、細管内の流体と、燃焼室及び/又はテールパイプ内の燃焼ガスとの間で熱交換可能と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の構成において、細管での形成部分の外周に、当該形成部分を覆う外胴を設けたことを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2の構成において、細管に、燃焼室及び/又はテールパイプの内側に向けてフィンを立設したことを特徴とするものである。
上記目的を達成するために、請求項4に記載の発明は、加熱手段を備えた熱交換器に給水管と出湯管とを接続し、給水管から供給される水を熱交換器で加熱して出湯管から出湯する瞬間湯沸器であって、熱交換器に請求項1乃至3の何れかに記載のパルス燃焼器を用いて、細管の一端に給水管を、他端に出湯管を夫々接続したことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the invention described in
According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, an outer body that covers the formation portion is provided on the outer periphery of the formation portion of the narrow tube.
A third aspect of the present invention is characterized in that, in the configuration of the first or second aspect, fins are erected on the narrow tube toward the inside of the combustion chamber and / or the tail pipe.
In order to achieve the above object, a fourth aspect of the present invention is to connect a water supply pipe and a tapping pipe to a heat exchanger provided with heating means, and heat the water supplied from the water supply pipe with the heat exchanger. An instantaneous water heater for discharging water from a tapping pipe, wherein the pulse combustor according to any one of
本発明によれば、パルス燃焼器を熱交換器として利用可能となり、低NOxと高い熱効率とが達成可能となる。
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、外胴の採用により、細管で燃焼室等を形成しても排気漏れが効果的に防止できる。
請求項3に記載の発明によれば、請求項1又は2の効果に加えて、フィンの採用により、燃焼ガスとの接触面積が大きくなって熱効率のさらなる向上に繋がる。
According to the present invention, the pulse combustor can be used as a heat exchanger, and low NOx and high thermal efficiency can be achieved.
According to the second aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect, by adopting the outer body, exhaust leakage can be effectively prevented even if a combustion chamber or the like is formed by a thin tube.
According to the third aspect of the invention, in addition to the effect of the first or second aspect, the use of fins increases the contact area with the combustion gas, leading to further improvement in thermal efficiency.
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に示す瞬間湯沸器1において、2はパルス燃焼器で、エアチャンバ4の前面(図1の右側)には燃焼室3が設けられて、燃焼室3には、エアチャンバ4の内部に設けた混合室5が接続されている。この混合室5には、ガス管6及びガスチャンバ7を介して燃料ガスが供給可能となっており、さらにエアチャンバ4に接続したファン8によって燃焼用空気が供給可能となっている。
また、燃焼室3の側面には、蛇行状に折曲されるテールパイプ9が接続されている。10は、エアチャンバ4の前面に連結されて燃焼室3及びテールパイプ9を覆うケーシングで、テールパイプ9の終端(下流側)は、ケーシング10の外に突出して図示しないデカプラ及び排気管に接続される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the
Further, a
また、パルス燃焼器2の燃焼室3及びテールパイプ9の外面には、細管11が巻回されている。この細管11は、燃焼室3の根元から略全面に対して螺旋状に、且つテールパイプ9の接続部位を除いて密着状態で巻回した後、テールパイプ9の直管部分9a,9b,9cを順番に螺旋状且つ密着状態で巻回した一本管で、この細管11における燃焼室3の根元側の始端が給水管12に、テールパイプ9の直管部分9cに巻回した終端が出湯管13に夫々接続されている。なお、細管11としては、例えば外径10mm程度のステンレス製のものが挙げられる。
A
以上の如く構成された瞬間湯沸器1においては、給水管12から細管11に水を通水させる一方、混合室5に燃料ガスと燃焼用空気とを夫々供給し、その混合気を燃焼室3内に送り出して、燃焼室3に設けた点火プラグ14で点火する。すると、混合ガスが燃焼室3内で爆発的燃焼し、その爆発的燃焼に伴う燃焼室3内の圧力上昇によって燃焼ガスがテールパイプ9内へ強制的に排出される。この燃焼ガスの排出により燃焼室3内が負圧となることで、再び混合室5から混合気が吸入され、テールパイプ9からの戻り火によって再び爆発的燃焼が生じる。こうして爆発的燃焼が脈動的に繰り返されることで、燃焼室3からテールパイプ9を通過する高温の燃焼ガスと、外周の細管11内の水との間で熱交換がなされ、湯となって出湯管から供給されることになる。
In the
このように、上記形態の瞬間湯沸器1によれば、燃焼室3及びテールパイプ9の外周を細管11で螺旋状に巻回し、細管11に水を通過させて、細管11内の水と、燃焼室3及びテールパイプ9内の燃焼ガスとの間で熱交換可能としたことで、パルス燃焼器2を熱交換器として利用可能となり、低NOxと高い熱効率とが達成可能となる。
Thus, according to the
なお、上記形態では、パルス燃焼器の燃焼室及びテールパイプの外面に細管を巻回しているが、燃焼室やテールパイプ自体を細管を螺旋状に巻回して形成することもできる。図2はテールパイプ9を細管11で形成した例を示すもので、このようにすれば、図1の形態よりも燃焼ガスと水との熱交換が効率良く行える。但し、この場合、細管11の間からの排気漏れを防ぐために、形成したテールパイプ9の外周を外胴15でカバーするのが望ましい。これは燃焼室を細管で形成した場合も同様であるが、細管の密着部分を耐熱性のある接着剤等でシールできれば、外胴は省略できる。
In the above embodiment, the thin tube is wound around the outer surface of the combustion chamber and tail pipe of the pulse combustor. However, the combustion chamber and the tail pipe itself can be formed by winding the thin tube in a spiral shape. FIG. 2 shows an example in which the
また、このように細管11でテールパイプ9等を形成した場合は、図3に示すように、細管11の外面に沿って、内側に突出するフィン16を螺旋状に設けることもできる。このようなフィン16を設ければ、燃焼ガスとの接触面積が大きくなって熱効率のさらなる向上に繋がる。勿論このフィン16は断続的に設けてもよいし、高さも例えば下流へ行くほど高くなるように形成して燃焼ガスとの接触時間の確保を図ったりしてもよい。
Further, when the
さらに、上記形態では、燃焼室とテールパイプとの両方に夫々細管を巻回したり、両方を細管で形成したりしているが、燃焼室とテールパイプとの何れか一方でも差し支えない。また、燃焼室への細管の巻回や燃焼室等の細管での形成は上記のように一部でのみ行うものに限らず、燃焼室やテールパイプの全部で行ってもよい。
加えて、細管は一本に限らず、例えば図4に示すように、燃焼室3に巻回する細管11aと、テールパイプ9に巻回する細管11bとを別々にして、燃焼室3側の細管11aに給水管12aと出湯管13aとを夫々接続する一方、テールパイプ9側の細管11bに給水管12bと出湯管13bとを夫々接続し、給水管12a,12b同士と、出湯管13a,13b同士を夫々接続して、流路を並列に構成することもできる。勿論2組の並列に限らず、テールパイプ9の直管部分9a〜9cごとに夫々給水管と出湯管とを接続して流路を3組以上並列に構成することも可能である。
Further, in the above embodiment, a thin tube is wound around both the combustion chamber and the tail pipe, or both are formed by a thin tube, but either the combustion chamber or the tail pipe may be used. In addition, the winding of the narrow tube around the combustion chamber and the formation of the narrow tube such as the combustion chamber are not limited to a part as described above, but may be performed in the entire combustion chamber or the tail pipe.
In addition, the number of narrow tubes is not limited to one. For example, as shown in FIG. 4, the
一方、図5に示すように、例えば燃焼室3に細管を巻回せずに、その外周をケーシング17によって非接触で囲み、ケーシング17に対して給水管12aと出湯管13aとを夫々接続して、テールパイプ9側の細管11に接続した給水管12bをケーシング17側の給水管12aに、出湯管13bをケーシング17側の出湯管13aに夫々接続するようにしてもよい。このようにすれば細管を巻回しない部分でも熱交換可能となり、熱効率の向上が期待できる。勿論流路は並列にせず、ケーシング17側とテールパイプ9側とを直列に接続してもよいし、燃焼室でなくテールパイプ9の直管部分の外周をケーシングによって囲んで流路を形成することもできる。
On the other hand, as shown in FIG. 5, for example, without winding a thin tube around the
そして、細管自体の構成も、上記形態ではφ10mmのものを例示したが、φ12mm以下であれば20kg/cm2の水圧にも耐え、瞬間湯沸器として使用できる。なお、外径の下限はφ4mm〜5mm程度が望ましい。また、材質もドレン腐食を考慮すればステンレス製が好ましいが、外面での巻回であれば銅等の他の金属も採用できる。
一方、細管は、断面円形の管に限らず、断面が四角形や多角形となる角管や、断面が星形等の異形管も採用できる。また、これらの管の内部に軸方向のフィンを立設して流体との接触面積の増大を図ってもよい。
The configuration of the narrow tube itself is exemplified as having a diameter of 10 mm in the above embodiment, but if it is 12 mm or less, it can withstand a water pressure of 20 kg / cm 2 and can be used as an instantaneous water heater. In addition, the lower limit of the outer diameter is desirably about φ4 mm to 5 mm. Further, the material is preferably made of stainless steel in consideration of drain corrosion, but other metals such as copper can be adopted as long as it is wound on the outer surface.
On the other hand, the narrow tube is not limited to a tube having a circular cross section, and a square tube having a quadrangular or polygonal cross section, or a deformed tube having a cross section of a star shape or the like can be employed. Further, an axial fin may be provided inside these pipes to increase the contact area with the fluid.
1・・瞬間湯沸器、2・・パルス燃焼器、3・・燃焼室、4・・エアチャンバ、5・・混合室、6・・ガス管、8・・ファン、9・・テールパイプ、9a〜9c・・直管部分、10・・ケーシング、11,11a,11b・・細管、12,12a,12b・・給水管、13,13a,13b・・出湯管、15・・外胴、16・・フィン、17・・ケーシング。 1 .... Instantaneous water heater, 2 .... Pulse combustor, 3 .... Combustion chamber, 4 .... Air chamber, 5 .... Mixing chamber, 6 .... Gas pipe, 8 .... Fan, 9 .... Tail pipe, 9a to 9c ··· Straight pipe portion, 10 · · Casing, 11, 11a, 11b · · Narrow tube, 12, 12a, 12b · · Water supply pipe, 13, 13a, 13b · · Hot water pipe, 15 · · Outer trunk, 16 ..Fin, 17 ... Case.
Claims (4)
前記燃焼室及び/又は前記テールパイプの少なくとも一部を、細管を螺旋状に巻回して形成し、前記細管に流体を通過させることで、前記細管内の流体と、前記燃焼室及び/又は前記テールパイプ内の前記燃焼ガスとの間で熱交換可能としたことを特徴とするパルス燃焼器。 A pulse combustor including a combustion chamber for burning a mixture of fuel gas and combustion air, and a tail pipe connected to the combustion chamber and for sending the combustion gas generated in the combustion chamber,
At least a part of the combustion chamber and / or the tail pipe is formed by spirally winding a thin tube, and fluid is passed through the thin tube, so that the fluid in the thin tube, the combustion chamber, and / or the A pulse combustor characterized in that heat exchange is possible with the combustion gas in the tail pipe.
前記熱交換器に請求項1乃至3の何れかに記載のパルス燃焼器を用いて、前記細管の一端に前記給水管を、他端に前記出湯管を夫々接続したことを特徴とする瞬間湯沸器。 A water heater connected to a water supply pipe and a tapping pipe to a heat exchanger provided with a heating means, wherein the water supplied from the water supply pipe is heated by the heat exchanger and discharged from the tapping pipe,
An instantaneous hot water characterized in that the pulse combustor according to any one of claims 1 to 3 is used as the heat exchanger, and the water supply pipe is connected to one end of the thin tube, and the tap water pipe is connected to the other end. Boiler.
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