JP2020190363A - ガス供給用マニホールド - Google Patents

Abstract

【課題】点火時に低圧力の燃料ガスであっても、ガス供給用マニホールドのノズルの水封を解消可能とする。【解決手段】燃焼装置のバーナに向けて突設されたノズル２１を、先端側に一段と突き出た状態の凸部２１ｂを有する形状に形成することとして、バーナに向けて燃料ガスが噴出するノズル孔２１ａを凸部２１ｂに開口させて設ける。こうすれば、ノズル２１の先端側を覆って水滴が付着しても、表面張力で半球状になってノズル孔２１ａを塞ぐ水滴の膜厚は、凸部２１ｂが突き出た分だけ、凸部２１ｂを有しない場合に比べて薄くなる。そのため、点火時に低圧力の燃料ガスであっても水滴を吹き飛ばして水封を解消することが可能となる。【選択図】図４

Description

本発明は、燃焼装置の複数のバーナに向けて突設された複数のノズルを備え、これら複数のノズルに燃料ガスを分配するガス供給用マニホールドに関する。

給湯システムや暖房システムなどに搭載された燃焼装置には、複数のバーナを有すると共に、必要とされる熱量に応じて、燃料ガスを供給して燃焼させるバーナの数を切り換え可能としたものが知られている。こうした燃焼装置は、複数のバーナに向けて突設された複数のノズルに燃料ガスを分配するガス供給用マニホールドを備えている。そして、ガス供給用マニホールドの各ノズルの先端にはノズル孔が穿設されており、このノズル孔からバーナに向けて燃料ガスが噴出する。

このようなガス供給用マニホールドを備えた燃焼装置では、バーナの消火後に結露してノズルの先端に付着した水滴でノズル孔が塞がれる水封が生じることがあり、ノズルの水封によって次回の点火時に燃料ガスが噴出せず点火不良となってしまう。そこで、点火時にノズルにかかる燃料ガスの圧力を高める（燃料ガスの供給量を多くする）ことによって、ノズル孔を塞ぐ水滴を燃料ガスの圧力で吹き飛ばして水封を解消することが提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１４−１５９９０７号公報

しかし、点火時の燃料ガスの圧力が制限され、高めることができない場合には、ノズル孔を塞ぐ水滴を燃料ガスの圧力で吹き飛ばして水封を解消することが困難であるという問題があった。

この発明は従来の技術における上述した課題に対応してなされたものであり、点火時に低圧力の燃料ガスであっても、ノズルの水封を解消することが可能なガス供給用マニホールドの提供を目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明のガス供給用マニホールドは次の構成を採用した。すなわち、
燃焼装置の複数のバーナに向けて突設された複数のノズルを備え、該複数のノズルに燃料ガスを分配するガス供給用マニホールドにおいて、
前記ノズルは、先端側に一段と突き出た状態の凸部を有する形状に形成されており、
前記バーナに向けて前記燃料ガスが噴出するノズル孔が前記凸部に開口している
ことを特徴とする。

ノズルの先端を覆って水滴が付着すると、表面張力によって水滴が半球状になってノズル孔を塞ぐものの、本発明のマニホールドでは、凸部が突き出た分だけ、凸部を有しない場合に比べて、ノズル孔を塞ぐ水滴の膜厚が薄くなるため、点火時に低圧力の燃料ガスであっても水滴を吹き飛ばして水封を解消することが可能となる。

上述した本発明のマニホールドでは、ノズルの中心軸を含む平面で切断したノズルの断面の外形を、凸部の付根側における接線と中心軸とのなす角が、凸部と接続する直近部分における接線と中心軸とのなす角よりも小さくなるようにしてもよい。

このようにすれば、ノズルの先端側で凸部が一段と突き出た状態とすることができ、水滴がノズルの先端側から直近部分を覆って付着した状態で、凸部の突出量の分だけ、ノズル孔を塞ぐ水滴の膜厚を薄くすることが可能となる。

給湯器１に搭載された燃焼装置２の例を示した説明図である。 本実施例のマニホールド２０およびバーナ１０の構造を示した説明図である。 本実施例のノズル２１を拡大して示した説明図である。 ノズル２１の水封が生じた状態を示した説明図である。 ノズル２１の凸部２１ｂの突出量を変えた例を示した説明図である。 ノズル２１の凸部２１ｂを先端に向かって拡径する逆テーパー状にした例を示した説明図である。 ノズル２１の外形を円柱状とした例を示した説明図である。

図１は、給湯器１に搭載された燃焼装置２の例を示した説明図である。燃焼装置２は、燃焼室３内に収容された複数（図示した例では１５本）のバーナ１０を有している。また、燃焼室３には、バーナ１０に向けて燃料ガスを噴射する複数のノズル２１が突設され、各ノズル２１に燃料ガスを分配するマニホールド２０や、バーナ１０に向けて下方から燃焼用空気を送る燃焼ファン５や、高電圧の放電によってバーナ１０に火花を飛ばす点火プラグ６や、バーナ１０の火炎（着火）を検知するフレームロッド７などが設けられている。尚、バーナ１０やマニホールド２０の詳細については別図を用いて後述する。また、本実施例のマニホールド２０は、本発明の「ガス供給用マニホールド」に相当している。

マニホールド２０に燃料ガスを供給するガス通路１５には、ガス通路１５を開閉する元弁１６と、元弁１６よりも下流側でマニホールド２０に供給される燃料ガスの流量を調節する比例弁１７とが設けられている。また、図示した例では複数（１５本）のバーナ１０が３つのバーナ群に分けられていることと対応して、比例弁１７よりも下流側でガス通路１５が３つに分岐しており、３本のバーナ１０で構成される第１バーナ群に対応する分岐路を開閉する第１切換弁１８ａと、５本のバーナ１０で構成される第２バーナ群に対応する分岐路を開閉する第２切換弁１８ｂと、７本のバーナ１０で構成される第３バーナ群に対応する分岐路を開閉する第３切換弁１８ｃとを備えている。

燃焼装置２では、３つの切換弁１８ａ，１８ｂ，１８ｃの開閉を制御し、燃料ガスを供給するバーナ群を選択することによって、生成熱量（給湯能力）を切り換えることが可能である。例えば、必要とされる熱量が最小の場合は、第１切換弁１８ａのみを開弁する。一方、必要とされる熱量が最大の場合は、３つの切換弁１８ａ，１８ｂ，１８ｃの全てを開弁する。その間の熱量が必要な場合は、３つの切換弁１８ａ，１８ｂ，１８ｃの中から適宜に１つ又は２つを選択して開弁する。

燃焼室３の上方には、熱交換器３０が設けられている。熱交換器３０の一端には給水通路３１が接続されており、熱交換器３０の他端には給湯通路３２が接続されている。給水通路３１を通じて供給された上水は、熱交換器３０でバーナ１０の燃焼排気との熱交換によって加熱された後、湯となって給湯通路３２に流出する。給水通路３１には、給水通路３１を流れる水の流量を検知する流量センサ３３が設けられており、給湯器１の使用者が給湯通路３２に設けられたカラン３４を開けるなどして熱交換器３０に水が供給されると、流量センサ３３で所定の流量以上の水の流れが検知されることによって、バーナ１０での燃焼が開始される。

また、熱交換器３０の上方には、排気口３５が設けられている。バーナ１０の燃焼排気は、燃焼ファン５の送風によって上方に送られ、熱交換器３０を通過すると、排気口３５から給湯器１の外部に排出される。

図２は、本実施例のマニホールド２０およびバーナ１０の構造を示した説明図である。まず、図２（ａ）には、マニホールド２０をバーナ１０側から見た斜視図が示されている。本実施例のマニホールド２０は、アルミニウム合金を用いてダイカストで形成された板状の本体２２と、板金で形成された蓋板２３とを合わせて構成されている。本体２２には、蓋板２３で覆われる面とは反対側の面からバーナ１０に向けて突出したノズル２１が、上下一対でバーナ１０と同数組（本実施例では１５組）設けられている。これらノズル２１の先端には、ノズル孔２１ａが開口している。尚、ノズル２１の詳細な形状については別図を用いて後述する。また、ノズル２１の下方には、ガス通路１５の３つの分岐路を開閉する前述した３つの切換弁１８ａ，１８ｂ，１８ｃが設けられている。

また、本実施例のバーナ１０は、板金で形成された一対の板状部材を合わせて構成され、扁平な形状になっている。このバーナ１０は、上端部に複数の炎口１１が設けられているとともに、マニホールド２０側の端部に上下一対のガス流入口１２が設けられており、一対の板状部材の間に形成された混合通路１３によって、ガス流入口１２と炎口１１とが接続されている。そして、マニホールド２０およびバーナ１０が燃焼装置２に設置された状態では、マニホールド２０の上下一対のノズル２１と、バーナ１０の上下一対のガス流入口１２とが向き合うように配置されている。尚、図２（ａ）ではバーナ１０を１つだけ例示したが、上下一対のノズル２１の各組に対応してバーナ１０が設けられている。

図２（ｂ）には、バーナ１０と平行な面でマニホールド２０を切断した断面図が示されている。図示されるようにマニホールド２０の本体２２と蓋板２３との間には、分配通路２４が形成されており、本実施例のマニホールド２０では、前述した３つのバーナ群に対応して３つの分配通路２４が形成されている。各分配通路２４は、ガス流通孔２５を介してガス通路１５と連通しており、前述した３つの切換弁１８ａ，１８ｂ，１８ｃが、対応するガス流通孔２５を開閉するようになっている。従って、３つの切換弁１８ａ，１８ｂ，１８ｃの開閉を制御することによって、燃料ガスを供給する分配通路２４を切り換えることが可能である。

複数のノズル２１は分配通路２４と連通しており、切換弁１８を開弁すると、ガス流通孔２５から流入した燃料ガスが分配通路２４を通ってノズル２１に供給される。そして、ノズル２１から燃料ガスが噴出すると、エジェクター効果によって周囲から燃焼用空気を吸い込みながらバーナ１０のガス流入口１２に流入し、混合通路１３を通過する燃料ガスと燃焼用空気とが混合されて、バーナ１０の上端部の炎口１１で混合ガスの燃焼が行われる。

このようなマニホールド２０を備えた燃焼装置２では、バーナ１０の消火後に暖かく湿った燃焼排気が熱交換器３０側からマニホールド２０側に逆流してくることによって、結露することがある。そして、ノズル２１の先端に付着した水滴でノズル孔２１ａが塞がれる水封が生じると、次回の点火時に燃料ガスが噴出せず、対応するバーナ１０で点火不良となってしまう。そこで、本実施例のマニホールド２０では、ノズル２１が水封した場合でも解消を容易とするために、以下のような構成を採用している。

図３は、本実施例のノズル２１を拡大して示した説明図である。まず、図３（ａ）には、ノズル２１をバーナ１０側から見た斜視図が示されている。本実施例のノズル２１は、マニホールド２０が燃焼装置２に設置された状態で、バーナ１０のガス流入口１２に向けて略水平方向に突設されており、先端に向かって外径が小さくなるテーパー状に形成されている。そして、ノズル２１の先端側に一段と突き出た状態の凸部２１ｂが一体に形成されており、この凸部２１ｂの先端面２１ｃにノズル孔２１ａが開口している。

図３（ｂ）には、ノズル２１の中心軸を含む平面で切断したノズル２１の断面図が示されている。図示されるようにノズル２１の断面の外形は、凸部２１ｂの付根側における接線（図中の一点鎖線）と中心軸（図中の破線）とのなす角θ１が、凸部２１ｂと接続する直近部分における接線（図中の二点鎖線）と中心軸とのなす角θ２よりも小さくなっている。こうすることで、ノズル２１の先端側で凸部２１ｂが一段と突き出た状態となる。また、凸部２１ｂの先端面２１ｃは、ノズル２１の突出方向（中心軸）に対して略垂直な平坦面になっている。

図４は、ノズル２１の水封が生じた状態を示した説明図である。図では、ノズル２１の中心軸を含む平面でノズル２１を切断した断面を表している。また、本実施例との比較として、図４（ａ）には、先端側に凸部２１ｂを有していない従来例のノズル２１が示されており、ノズル２１の突出方向に対して略垂直の平坦な先端面２１ｃにノズル孔２１ａが開口している。

そして、図示した例では、ノズル２１の先端面２１ｃだけでなく、テーパー状の外面の先端側を覆って水滴が付着しており、表面張力によって水滴が半球状になってノズル孔２１ａを塞いでいる。このような水滴をバーナ１０の点火時に燃料ガスの圧力で吹き飛ばして水封を解消しようとすると、燃料ガスの供給量を増やす（比例弁１７の開度を大きくする）ことによってノズル２１にかかる燃料ガスの圧力を高める必要がある。ただし、点火時の燃料ガスの圧力が高くなると、バーナ１０に多量の燃料ガスが供給されることによって着火音が大きくなることがある。そのため、点火時の燃料ガスの圧力が制限され、高めることができない場合には、水封の解消が困難となる。

これに対して、図４（ｂ）に示されるように本実施例のノズル２１は、先端側に一段と突き出た凸部２１ｂを有しており、図４（ａ）の従来例に比べると、ノズル２１の先端に付着した水滴の量（半径）が同じ条件であれば、凸部２１ｂが突き出た分だけ、ノズル孔２１ａを塞ぐ水滴の膜厚が薄くなる。そのため、より低い圧力の燃料ガスであっても水滴を吹き飛ばして水封を解消することが可能となる。

図５は、ノズル２１の凸部２１ｂの突出量を変えた例を示した説明図である。図５においても、図４と同様に、ノズル２１の中心軸を含む平面でノズル２１を切断した断面を表している。図５（ａ）に示した例では、凸部２１ｂの突出量が図４（ｂ）の例よりも大きくなっている。この場合は、ノズル２１の先端に付着した水滴の量（半径）が同じ条件であるとすると、凸部２１ｂの突出量が大きくなった分だけ、ノズル孔２１ａを塞ぐ水滴の膜厚が薄くなるので、バーナ１０の点火時に水滴を吹き飛ばすために必要な燃料ガスの圧力を更に低くすることが可能となる。

また、図５（ｂ）に示した例では、凸部２１ｂの突出量が図５（ａ）の例よりも更に大きくなっており、ノズル２１の先端に付着した水滴の量（半径）が同じ条件で、凸部２１ｂの先端面２１ｃが半球状の水滴から突き出ているため、ノズル２１の水封が生じていない。このような状況は、ノズル２１の外面の先端側（凸部２１ｂの接続部分）に先端面２１ｃを囲む周状の溝２１ｄが設けられており、この溝２１ｄに水滴を溜められるようになっていると捉えることができる。こうした溝２１ｄに先端面２１ｃから水滴が引き込まれることで、ノズル２１の水封の発生を抑制する効果が得られる。

また、上述のようにノズル２１に水滴を溜める周状の溝２１ｄを設ける観点からすると、凸部２１ｂの外形は、図５（ｂ）のように先端に向かって縮径するテーパー状ではなく、図６に示されるように先端に向かって拡径する逆テーパー状にしてもよい。これにより、溝２１ｄの深さを確保することができるので、水滴を溜める容量を増やすことが可能となる。

以上に説明したように本実施例のマニホールド２０では、バーナ１０に向けて突設されたノズル２１が、先端側に一段と突き出た状態の凸部２１ｂを有する形状に形成されており、この凸部２１ｂにノズル孔２１ａが開口している。これにより、ノズル２１の先端側を覆って水滴が付着した場合でも、表面張力によって半球状になってノズル孔２１ａを塞ぐ水滴の膜厚は、凸部２１ｂが突き出た分だけ、凸部２１ｂを有しない場合に比べて薄くなる。そのため、バーナ１０の点火時に、より低い圧力の燃料ガスで水滴を吹き飛ばして水封を解消することが可能となる。

以上、本実施例のマニホールド２０について説明したが、本発明は上記の実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

例えば、前述した実施例では、マニホールド２０からバーナ１０に向けて突設されたノズル２１の外形が先端に向かって縮径するテーパー状になっていた。しかし、ノズル２１の外形は、テーパー状に限られず、図７に示されるように外径が変わらない円柱状として、ノズル２１の突出方向に対して略垂直な端面２１ｅから一段と突き出た状態の凸部２１ｂを設けてもよい。このようなノズル２１では、端面２１ｅに付着した水滴が表面張力で半球状になってノズル孔２１ａを塞いでも、凸部２１ｂが突き出た分だけ、凸部２１ｂを有しない（端面２１ｅにノズル孔２１ａが開口している）場合に比べて、ノズル孔２１ａを塞ぐ水滴の膜厚が薄くなるので、より低い圧力の燃料ガスで水滴を吹き飛ばして水封を解消することが可能となる。

また、前述した実施例では、ノズル２１を突出方向に対して垂直な平面で切断した断面の外形が円形となっていた。しかし、こうしたノズル２１の断面の外形は、円形に限られず、例えば、五角形や六角形などの多角形であってもよい。

また、前述した実施例のノズル２１では、凸部２１ｂの先端面２１ｃが、ノズル２１の突出方向に対して略垂直な平坦面になっていた。しかし、凸部２１ｂの先端面２１ｃは、平坦面に限られず、球面や円錐面であってもよい。ただし、ノズル２１の外面や内面の形状がマニホールド２０の本体２２と一体にダイカストで形成されるのに対して、ノズル孔２１ａはドリルやプレス等による穿孔加工で後から形成されることが多いため、ノズル２１の先端面２１ｃを平坦面にしておくことで、球面や円錐面である場合に比べて穿孔加工が容易となり、ノズル孔２１ａの位置ずれを抑制することができる。

１…給湯器、 ２…燃焼装置、 ３…燃焼室、
５…燃焼ファン、 ６…点火プラグ、 ７…フレームロッド、
１０…バーナ、 １１…炎口、 １２…ガス流入口、
１３…混合通路、 １５…ガス通路、 １６…元弁、
１７…比例弁、 １８…切換弁、 ２０…マニホールド、
２１…ノズル、 ２１ａ…ノズル孔、 ２１ｂ…凸部、
２１ｃ…先端面、 ２１ｄ…溝、 ２１ｅ…端面、
２２…本体、 ２３…蓋板、 ２４…分配通路、
２５…ガス流通孔、 ３０…熱交換器、 ３１…給水通路、
３２…給湯通路、 ３３…流量センサ、 ３４…カラン、
３５…排気口。

Claims (2)

1. 燃焼装置の複数のバーナに向けて突設された複数のノズルを備え、該複数のノズルに燃料ガスを分配するガス供給用マニホールドにおいて、
   前記ノズルは、先端側に一段と突き出た状態の凸部を有する形状に形成されており、
   前記バーナに向けて前記燃料ガスが噴出するノズル孔が前記凸部に開口している
   ことを特徴とするガス供給用マニホールド。
2. 請求項１に記載のガス供給用マニホールドにおいて、
   前記ノズルの中心軸を含む平面で切断した該ノズルの断面の外形は、前記凸部の付根側における接線と前記中心軸とのなす角が、前記凸部と接続する直近部分における接線と前記中心軸とのなす角よりも小さくなっている
   ことを特徴とするガス供給用マニホールド。

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