JP2019070492A

JP2019070492A - 燃焼装置

Info

Publication number: JP2019070492A
Application number: JP2017197338A
Authority: JP
Inventors: 政一清水; Masaichi Shimizu; 翔井上; Sho Inoue; 祉敏陶; Zhi Min Tao
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2017-10-11
Publication date: 2019-05-09
Also published as: EP3470750B1; CN109654720B; CN109654720A; EP3470750A1

Abstract

【課題】給湯器や暖房用熱源機などの燃焼装置において、低廉化を図りつつ、燃焼運転時の騒音の低減を図ること。【解決手段】上端部に炎孔１１０を有する複数のバーナ１１と、バーナ１１を収容するバーナ室２１と、バーナ１１で生成される燃焼排ガス中の熱を回収して熱媒を加熱する熱交換器１２とを備えた燃焼装置１であって、バーナ室２１内にて各バーナ１１を横方向に並列させた状態で支持するバーナ支持枠３２を備え、バーナ支持枠３２は、最も外側に配列された外側バーナ１１Ｅの外側面に対向して配設される支持枠側板４３を有し、外側バーナ１１Ｅと支持枠側板４３との間に、空気の流通可能な幅狭の側板内側間隙Ｓ３が設けられ、支持枠側板４３とバーナ室側壁２１２との間に、空気の流通可能な側板内側間隙Ｓ３より幅広の側板外側間隙Ｓ４が設けられ、支持枠側板４３は、外側バーナ１１Ｅの上端部より上方位置まで延設されたこと。【選択図】図１

Description

本発明は、給湯器や暖房用熱源機などの燃焼装置、特に、バーナで生成される燃焼排ガスにより熱交換器内に供給される熱媒を加熱する燃焼装置に関する。

従来、バーナから放出される燃料ガスと空気の混合ガスを燃焼させ、その燃焼排ガスによって熱交換器内に供給される熱媒を加熱する給湯器や暖房用熱源機などの燃焼装置では、小型化および低廉化を考慮すれば、バーナを収容するバーナ室や熱交換器をできる限り小さな構成とするのが望ましい。

ところが、バーナ室の体積を小さくし過ぎると、バーナを強燃焼させたときの炎孔周辺の圧力変動が大きくなり、燃焼バランスが乱れて振動燃焼を引き起こし、共鳴音が生じる場合がある。そこで、バーナ室側壁の内側に略Ｌ字状又は略コ字状の仕切板を配し、バーナ配設部の側方に圧力吸収室として半密閉状の空間を画成することにより、炎孔周辺の圧力変動の抑制を図ったものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

実開平５−９６７３９号公報

しかしながら、上記従来の燃焼装置では、バーナ室側壁の内側又は外側に、圧力吸収室を画成するための仕切板を別途設ける必要があるため、部品点数や組立工数が増えるし、また、バーナ室に仕切板やバーナを組み込む作業も複雑になる。その結果、かえって製造コストの増加を招く虞があった。しかも、上記従来の燃焼装置のように、バーナ配設部の側方に比較的大きな空間が設けられていると、バーナ室内の空気の流れによっては、最も外側に配列されたバーナの燃焼炎が上記空間側へ広がって炎のふらつきが助長され、燃焼騒音が増大する虞もあった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、給湯器や暖房用熱源機などの燃焼装置において、低廉化を図りつつ、燃焼運転時の騒音の低減を図ることにある。

本発明は、上端部に炎孔を有する複数のバーナと、バーナを収容するバーナ室と、バーナ室の上部に連設され、バーナで生成される燃焼排ガス中の熱を回収して熱媒を加熱する熱交換器とを備えた燃焼装置であって、バーナ室内にて各バーナを横方向に並列させた状態で支持するバーナ支持枠を備え、バーナ支持枠は、バーナのうち最も外側に配列された外側バーナの外側面に対向して配設される支持枠側板を有し、外側バーナと支持枠側板との間に、空気の流通可能な幅狭の側板内側間隙が設けられ、支持枠側板とバーナ室側壁との間に、空気の流通可能な側板内側間隙より幅広の側板外側間隙が設けられ、支持枠側板は、外側バーナの上端部より上方位置まで延設されたものである。

このものでは、各バーナを支持するバーナ支持枠の支持枠側板によってバーナ室側壁の内側に空間（側板外側間隙）が画成されているから、既述従来の燃焼装置のように、バーナ室側壁の内側に空間を画成するための仕切板を別途設けなくても、炎孔周辺の圧力変動を抑制できる。よって、装置全体の構造および組立作業を簡素化することができるし、振動燃焼に起因する共鳴音を低減させることも可能である。

さらに、このものでは、支持枠側板を外側バーナの上端部（炎孔形成部）より上方位置まで延設したことで、燃焼運転時に外側バーナの燃焼炎が側板外側間隙側へ広がったり、側板外側間隙から外側バーナ側へ流れる空気の影響を受けて不安定な燃焼状態になったりし難いから、炎のふらつきに起因する燃焼騒音を低減させることもできる。

好ましくは、上記燃焼装置において、燃焼運転時に側板内側間隙を下方から上方へ向かって流れる空気の流速が、側板外側間隙を下方から上方へ向かって流れる空気の流速より速くなるように構成される。

このものでは、燃焼運転時、外側バーナと支持枠側板との間隙（側板内側間隙）を、支持枠側板の外側の空間（側板外側間隙）より速い速度で空気が流通し、外側バーナの炎孔上方へ積極的に導かれるから、外側バーナの燃焼炎が側板外側間隙側へ広がったり、側板外側間隙から外側バーナ側へ流れる空気の影響を受けて不安定な燃焼状態になったりし難い。よって、炎のふらつきに起因する燃焼騒音をより低減させることができる。

好ましくは、上記燃焼装置において、複数の通気孔を有し、バーナ配設部の下方にて一対のバーナ室側壁相互間に支持される分布板を備え、側板外側間隙の下方相対領域における通気孔の開口面積は、側板内側間隙の下方相対領域における通気孔の開口面積より小さくなるように構成される。

このものでは、分布板の通気孔から側板外側間隙への単位時間あたりの空気の流入量が、側板内側間隙への単位時間あたりの空気の流入量より小さくなるから、側板外側間隙から外側バーナ側へ空気が流れ難い。従って、外側バーナの燃焼炎が不安定な燃焼状態になり難く、炎のふらつきに起因する燃焼騒音をより一層低減させることができる。

以上のように、本発明によれば、装置全体の構造および組立作業を簡素化することができると共に、振動燃焼や炎のふらつきも抑制できるから、低廉化を図りつつ、燃焼運転時に生じる騒音を低減させることが可能である。

図１は、本発明の実施の形態に係る燃焼装置の概略縦断面図である。図２は、本発明の実施の形態に係る燃焼装置のバーナ周辺の概略斜視図である。図３は、本発明の実施の形態に係る燃焼装置の支持枠側板周辺の概略縦断面図である。

次に、上記した本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら詳述する。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る燃焼装置１は、上端部に設けられた炎孔１１０から燃料ガスと空気との混合ガスを放出して燃焼させ、燃焼排ガスを生成する複数のバーナ１１と、上記燃焼排ガス中の熱を回収する熱交換器１２と、バーナ１１に燃焼用の空気を供給する燃焼ファン１３とを備えた給湯器であって、図示しない給水配管から入水管１４を介して熱交換器１２に供給される水（熱媒）を上記燃焼排ガスにより加熱し、出湯管１５から図示しない給湯配管を通じてカランやシャワーなどの出湯先へ供給するように構成されている。

燃焼装置１の外装ケース１０は、前方に開口する略矩形箱状のケース本体１０Ａと、ケース本体１０Ａの前方開口部を被蓋する前パネル（図示しない）とで構成されている。尚、本明細書では、外装ケース１０を前パネル側から見たときのケース本体１０Ａの奥行き方向を前後方向、幅方向を左右方向、高さ方向を上下方向という。

ケース本体１０Ａの内部には、上端が開口する略矩形箱状のバーナ室２１が設けられており、バーナ１１は、バーナ室２１内における左右間の略中央位置に左右横並びで配設されている。熱交換器１２の外郭を構成する缶体２２は、上下両端が開口する略矩形筒状に形成されており、下端開口部がバーナ室２１の上端開口部に連設されている。缶体２２の上端開口部には、缶体２２内に導入される燃焼排ガスや燃焼用の空気を外装ケース１０の外部へ導出する排気ダクト２３が連設されている。尚、本実施の形態におけるバーナ室２１の左右幅寸法は、缶体２２の左右幅寸法より大きく設定されている。

排気ダクト２３は、缶体２２の上端開口部を上方から覆う上カバー２３Ａと、上カバー２３Ａの上壁中央から上方へ向けて延出する筒体２３Ｂとで構成されており、上カバー２３Ａの内側の空間は、筒体２３Ｂ上端の排気口２３０を通じて外装ケース１０の外部に繋がっている。

バーナ室２１の底壁（以下、「バーナ室底壁」という）２１１には、バーナ室２１内にバーナ１１の燃焼用の空気を導入するための空気導入口２１０が開設されており、燃焼ファン１３は、上記空気導入口２１０に接続されている。

このように、外装ケース１０内には、空気導入口２１０からバーナ室２１を通って缶体２２内に繋がり、さらに排気ダクト２３を通って排気口２３０に至る空気の給排気経路が画成されており、燃焼ファン１３を作動させることで、装置外部の空気がバーナ１１の燃焼用の空気として空気導入口２１０からバーナ室２１内へ強制的に導入され、バーナ１１で生成される燃焼排ガスと共に缶体２２内へ送り込まれ、排気ダクト２３を通じて排気口２３０から装置外部に導出される。

熱交換器１２は、缶体２２内に左右横並びで配設される複数の板状の伝熱フィン１２１と、缶体２２の左右の側壁２２２相互間に延設され且つ伝熱フィン１２１に対して直交する方向から貫挿される複数の円形直管状の吸熱管１２２とで構成されており、上記伝熱フィン１２１および吸熱管１２２によって缶体２２内に導入される燃焼排ガス中の熱を回収し、吸熱管１２２に供給される水を加熱する。

各吸熱管１２２は、缶体２２の側壁２２２の外側にて直列的に連結されており、側壁２２２相互間で蛇行する一つの熱交換管路を構成している。入水管１４は、上記熱交換管路の上流端に接続され、出湯管１５は、上記熱交換管路の下流端に接続されている。

バーナ１１は、所定形状にプレス形成された金属板を複数重ね合わせて構成された扁平板状の筒体であり、内部には、独立する二つのガス導通路Ｇ１，Ｇ２が画成されている。

図２に示すように、バーナ１１の前端部には、図示しない淡炎用のガス噴出ノズルに対向して配設される淡炎用のガス導入口（以下、「淡ガス導入口」という）１１１と、図示しない濃炎用のガス噴出ノズルに対向して配設される濃炎用のガス導入口（以下、「濃ガス導入口」という）１１２とが設けられている。

図２および図３に示すように、炎孔１１０は、淡炎用のガス導通路Ｇ１を通じて淡ガス導入口１１１に繋がる淡炎用の炎孔（以下、「淡炎孔」という）１１３と、濃炎用のガス導通路Ｇ２を通じて濃ガス導入口１１２に繋がる濃炎用の炎孔（以下、「濃炎孔」という）１１４とで構成されており、図示しない淡炎用のガス噴出ノズルから淡ガス導入口１１１へ向けて噴射された燃料ガスは、淡ガス導入口１１１周辺の空気と共に淡炎用のガス導通路Ｇ１に導入され、理論空燃比より燃料ガス濃度の低い淡混合ガスに混合されて淡炎孔１１３から噴出される。一方、図示しない濃炎用のガス噴出ノズルから濃ガス導入口１１２へ向けて噴射された燃料ガスは、濃ガス導入口１１２周辺の空気と共に濃炎用のガス導通路Ｇ２に導入され、上記淡混合ガスより燃料ガス濃度の高い濃混合ガスに混合されて濃炎孔１１４から噴出される。

図１から図３に示すように、バーナ室２１内におけるバーナ１１とバーナ室底壁２１１との間には、複数の通気孔３０を有し、空気導入口２１０からバーナ室２１内に導入された空気を燃焼用の二次空気としてバーナ１１の配設部（以下、「バーナ配設部」という）Ｓ１や後述する側板外側間隙Ｓ４へ分配するための分布板３１が設けられている。

分布板３１は、バーナ室２１の左右の側壁（以下、「バーナ室側壁」という）２１２相互にて支持されており、バーナ室２１の内部空間を上下に分割している。分布板３１の上面には、前後左右４つの板体で構成される略矩形筒状のバーナ支持枠３２が設けられており、バーナ１１は、バーナ支持枠３２の内側の空間に支持固定されている。即ち、バーナ支持枠３２の内側の空間がバーナ配設部Ｓ１となる。

図２に示すように、バーナ１１は、前端部および後端部がそれぞれ、バーナ支持枠３２の前板（以下、「支持枠前板」という）４１および後板（以下、「支持枠後板」という）４２に支持固定されている。

支持枠前板４１および支持枠後板４２はそれぞれ、左右両端部にてバーナ支持枠３２の左右の側板（以下、「支持枠側板」という）４３に連結支持されており、左右の支持枠側板４３はそれぞれ、下端部が分布板３１の上面に支持固定されている。このように、バーナ２２は、バーナ支持枠３２によって分布板３１の上面に支持固定されている。

図２および図３に示すように、隣り合う二つのバーナ１１の外側面相互間には、通気孔３０からバーナ配設部Ｓ１に導入された空気が各バーナ１１の炎孔１１０周辺へ適切に導かれるよう、所定の左右幅寸法（例えば、２ｍｍ）の間隙（以下、「バーナ相互間隙」という）Ｓ２が設けられている。

支持枠側板４３は、バーナ１１のうち最も外側に配列されたバーナ（以下、「外側バーナ」という）１１Ｅの外側面に隣接対向して配設されている。支持枠側板４３と外側バーナ１１Ｅの外側面との間には、通気孔３０からバーナ配設部Ｓ１に導入された空気が外側バーナ１１Ｅの炎孔１１０周辺へ適切に導かれるよう、バーナ相互間隙Ｓ２と略同等の左右幅寸法（例えば、２ｍｍ）の間隙（以下、「側板内側間隙」という）Ｓ３が設けられている。

支持枠側板４３とバーナ室側壁２１２との間、即ち、バーナ配設部Ｓ１の左右の側方には、燃焼運転時の炎孔１１０周辺の圧力変動を吸収するための側板外側間隙Ｓ４が設けられている。側板外側間隙Ｓ４は、側板内側間隙Ｓ３より大きな左右幅寸法（例えば、２５ｍｍ）に設定されており、燃焼運転時、側板内側間隙Ｓ３に導入される空気は、側板外側間隙Ｓ４に導入される空気より速い速度で流通する。

図３に示すように、通気孔３０は、バーナ相互間隙Ｓ２の左右幅と略同一寸法の直径を有する小円孔であり、分布板３１におけるバーナ相互間隙Ｓ２、側板内側間隙Ｓ３、および側板外側間隙Ｓ４の下方相対領域にそれぞれ、前後縦並びで開設されている。従って、各通気孔３０を通過した空気は、対応するバーナ相互間隙Ｓ２や側板内側間隙Ｓ３、側板外側間隙Ｓ４へ円滑に導かれる。

分布板３１における側板外側間隙Ｓ４の下方相対領域全体に対する通気孔３０の総開口領域の割合は、側板内側間隙Ｓ３の下方相対領域全体に対する通気孔３０の総開口領域の割合より小さくなるように構成されている。即ち、側板外側間隙Ｓ４の下方相対領域における通気孔３０の開口面積は、側板内側間隙Ｓ３の下方相対領域における通気孔３０の開口面積より小さくなるように構成されている。従って、側板外側間隙Ｓ４への単位時間あたりの空気の流入量は、側板内側間隙Ｓ３への単位時間あたりの空気の流入量より小さくなる。

支持枠側板４３は、下端部の略全体が分布板３１の上面に接触した状態で支持固定されており、分布板３１の上面から上方へ向かって略垂直に延設され、分布板３１の上面から上方所定高さまでの空間をバーナ配設部Ｓ１と側板外側間隙Ｓ４とに分割している。従って、通気孔３０からバーナ配設部Ｓ１に流入した空気は、支持枠側板４３の上端高さを越えるまでバーナ配設部Ｓ１を上方へ向かって流通し、通気孔３０から側板外側間隙Ｓ４に流入した空気は、支持枠側板４３の上端高さを越えるまで側板外側間隙Ｓ４を上方へ向かって流通する。

支持枠側板４３は、外側バーナ１１Ｅの外郭（以下、「バーナキャップ」という）１１５の上端面より所定寸法（例えば、２ｍｍ）上方位置まで延設されている。従って、側板内側間隙Ｓ３を上方へ向かって流れる空気は、バーナキャップ１１５の上端横を通過した後も、そのまま支持枠側板４３に沿って上方へ導かれる。よって、燃焼運転時に外側バーナ１１Ｅの炎孔１１０の上方に形成される燃焼炎は、側板外側間隙Ｓ４側へ広がり難い。

このように、上記燃焼装置１では、バーナ支持枠３２の支持枠側板４３によってバーナ室側壁２１２の内側に側板外側間隙Ｓ４が画成されているから、既述従来の燃焼装置のように、バーナ室側壁２１２の内側に空間を画成するための仕切板を別途設けなくても、炎孔１１０周辺の圧力変動を抑制できる。よって、装置全体の構造および組立作業を簡素化することができるし、振動燃焼に起因する共鳴音を低減させることもできる。これにより、燃焼装置１の低廉化を図りつつ、燃焼運転時に生じる騒音を低減させることが可能となる。

さらに、このものでは、支持枠側板４３を外側バーナ１１Ｅの上端部（炎孔形成部）より上方位置まで延設したことで、燃焼運転時に外側バーナ１１Ｅの燃焼炎が側板外側間隙Ｓ４側へ広がったり、側板外側間隙Ｓ４から外側バーナ１１Ｅ側へ流れる空気の影響を受けて不安定な燃焼状態になったりし難いから、炎のふらつきに起因する燃焼騒音を低減させることも可能である。

また、外側バーナ１１Ｅの外側面と支持枠側板４３との間に、バーナ相互間隙Ｓ２と略同等の幅寸法の間隙（側板内側間隙）Ｓ３を画成したことで、外側バーナ１１Ｅの炎孔１１０周辺に対しても他のバーナ１１の炎孔１１０周辺と同等量の二次空気が供給されるから、中央のバーナ１１と左右外側のバーナ１１とで燃焼状態にばらつきが生じ難い。よって、炎のふらつきに起因する燃焼騒音を一層低減させることができる。

さらに、上記燃焼装置１では、燃焼運転時、側板内側間隙Ｓ３を側板外側間隙Ｓ４より速い速度で空気が流通し、外側バーナ１１Ｅの炎孔１１０上方へ積極的に導かれるから、外側バーナ１１Ｅの燃焼炎が側板外側間隙Ｓ４側へ広がったり、側板外側間隙Ｓ４から外側バーナ１１Ｅ側へ流れる空気の影響を受けて不安定な燃焼状態になったりし難い。よって、炎のふらつきに起因する燃焼騒音をより一層低減させることができる。

また、側板外側間隙Ｓ４の下方相対領域における通気孔３０の開口面積が、側板内側間隙Ｓ３の下方相対領域における通気孔３０の開口面積より小さく設定されていることで、側板外側間隙Ｓ４への単位時間あたりの空気の流入量が、側板内側間隙Ｓ３への単位時間あたりの空気の流入量より小さくなるから、外側バーナ１１Ｅの燃焼炎が側板外側間隙Ｓ４側へ広がったり、側板外側間隙Ｓ４から外側バーナ１１Ｅ側へ流れる空気の影響を受けて不安定な燃焼状態になったりし難い。よって、炎のふらつきに起因する燃焼騒音をより一層低減させることができる。

尚、上記実施の形態では、分布板３１における側板外側間隙Ｓ４の下方相対領域に通気孔３０が開設されており、側板外側間隙Ｓ４にも空気を流通させるように構成されたものを説明したが、外側バーナ１１Ｅの燃焼炎が側板外側間隙Ｓ４側へ広がるのを抑制可能であれば、側板外側間隙Ｓ４の下方相対領域に通気孔３０が開設されておらず、側板外側間隙Ｓ４へ強制的に空気が導入されないように構成されたものとしてもよい。

また、上記実施の形態では、通気孔３０は、分布板３１に前後縦並びで開設された小円孔であるものを説明したが、バーナ相互間隙Ｓ２や側板内側間隙Ｓ３、側板外側間隙Ｓ４へ適切に空気を導出可能であれば、前後に長い単数又は複数のスリット状に形成されたものであってもよい。

本発明は、給湯機能のみ有する給湯器に限らず、風呂追焚機能を有する給湯器にも適用できるし、温水暖房端末へ温水を循環供給する暖房用熱源機、貯湯式給湯システムの熱源機、顕熱熱交換器のみ有する熱源機にも適用できる。

１燃焼装置
１１バーナ
１１０炎孔
１１Ｅ外側バーナ
１２熱交換器
２１バーナ室
３２バーナ支持枠
４３支持枠側板
Ｓ１バーナ配設部
Ｓ２バーナ相互間隙
Ｓ３側板内側間隙
Ｓ４側板外側間隙

Claims

上端部に炎孔を有する複数のバーナと、バーナを収容するバーナ室と、バーナ室の上部に連設され、バーナで生成される燃焼排ガス中の熱を回収して熱媒を加熱する熱交換器とを備えた燃焼装置であって、
バーナ室内にて各バーナを横方向に並列させた状態で支持するバーナ支持枠を備え、
バーナ支持枠は、バーナのうち最も外側に配列された外側バーナの外側面に対向して配設される支持枠側板を有し、
外側バーナと支持枠側板との間に、空気の流通可能な幅狭の側板内側間隙が設けられ、
支持枠側板とバーナ室側壁との間に、空気の流通可能な側板内側間隙より幅広の側板外側間隙が設けられ、
支持枠側板は、外側バーナの上端部より上方位置まで延設された、燃焼装置。
請求項１に記載の燃焼装置において、
燃焼運転時に側板内側間隙を下方から上方へ向かって流れる空気の流速が、側板外側間隙を下方から上方へ向かって流れる空気の流速より速くなるように構成された、燃焼装置。
請求項１または２に記載の燃焼装置において、
複数の通気孔を有し、バーナ配設部の下方にて一対のバーナ室側壁相互間に支持される分布板を備え、
側板外側間隙の下方相対領域における通気孔の開口面積は、側板内側間隙の下方相対領域における通気孔の開口面積より小さくなるように構成された、燃焼装置。