JP3915501B2 - Combustion device and hot water heater - Google Patents

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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯器等に使用される燃焼装置に関するものである。また本発明は、給湯器等の湯水加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、給湯装置等に代表される湯水加熱装置には、石油等の液体燃料を噴霧して燃焼させる燃焼装置が多用されている。図１２は、燃料を噴霧して燃焼させる燃焼装置を内蔵した給湯装置の断面図である。図１２において、１００は給湯装置であり、１０１は燃焼装置である。図１２に示す燃焼装置１０１では、燃焼ケース１０２を有し、燃焼ケース１０２の下方に、熱交換器３が設けられている。なお熱交換器３は、当該燃焼ケース１０２に水管が挿通されたものである。
【０００３】
燃焼装置１０１は、燃料噴射ノズル１０３とノズル収納筒５と燃焼筒６と送風機７とを有する。燃料噴射ノズル１０３は、ノズル収納筒５内に収納され、外部から供給された燃料を燃焼筒６内に噴霧するものである。燃料噴射ノズル１０３の構造については後記する。
【０００４】
ノズル収納筒５は、燃焼筒６と接続されて一体化されたものであり、ノズル収納筒５は、燃料噴射ノズル１０３を直接内蔵するノズル収納内筒９と、その外側に設けられたノズル収納外筒１０とによる２重構造となっている。
そしてノズル収納筒５内には、前記した燃料噴射ノズル１０３の他、点火プラグ８が内蔵されており、当該点火プラグ８によって噴射ノズル１０３から噴射された燃料に点火される。
ノズル収納内筒９の側面およびノズル収納外筒１０の側面には、燃焼筒６の内部に空気を導入するための空気導入口が設けられている。
【０００５】
燃焼筒６は図１３に示す様に二段形状の筒体であり、ノズル収納筒５に接続された第１燃焼筒１１と、当該第１燃焼筒１１に連続する第２燃焼筒１２とから構成されている。
燃焼筒６の第１燃焼筒１１と、ノズル収納筒５の境界部分には、両者を仕切る第１フランジ部１５が設けられている。第１フランジ部１５は、中央に開口１４が設けられている。また第１フランジ部１５には、複数の第１気流旋回器１７が設けられている。
第１気流旋回器１７は、円周状に配列された複数の吹き出し口２０を有する。さらに、各吹き出し口２０には、空気を燃焼筒６の接線方向に向けて導入するための旋回羽根２１が設けられている。
【０００６】
第１燃焼筒本体１３の周部には、燃焼筒６の内部に空気を導入するための空気導入口１６が複数設けられている。
【０００７】
第２燃焼筒１２は、第１燃焼筒１１よりも大径の筒であり、両者の軸心は略一致している。第２燃焼筒１２と第１燃焼筒１１の接続部分は段状となっており、両者の間には第２フランジ部２３がある。
また、第２フランジ部２３には、複数の第２気流旋回器１８が設けられている。第２気流旋回器１８は、円周状に配列された複数の吹き出し口２６を有する。さらに、各吹き出し口２６には、旋回羽根２７が設けられており、この旋回羽根２７により空気が燃焼筒６の接線方向に向けて導入される。
第２燃焼筒本体２２の周部にも、前記した第１燃焼筒本体１３と同様に内部に空気を導入するための空気導入口２５が複数設けられている。
【０００８】
つぎに従来技術で採用されていた燃料噴射ノズル１０３の構造及びその配管系統について説明する。図１４は、従来技術の燃焼装置の燃料系統を示す概念図である。
従来技術で採用されていた燃料噴射ノズル１０３は、噴霧開口を有し、内部に噴霧開口に至る往き側流路と、噴霧開口から戻る戻り側流路が設けられている。 そして燃料噴射ノズル１０３の入り側に第１ポンプ１１１及び第２ポンプ１１２が直列的に接続されている。ここで第１ポンプ１１１は吐出量を任意に変更できる電磁ポンプであり、第２ポンプ１１２は、定差圧ポンプである。
【０００９】
また燃料噴射ノズル１０３の戻り側は、逆止弁１１３及び電磁弁１１４を介して第２ポンプ１１２の吸入側に接続されている。
【００１０】
従来技術の燃焼装置１０１では、燃料タンク１１５から供給された燃料が第１ポンプ１１１によって加圧され、第２ポンプ１１２の吸入側に供給される。燃料は第２ポンプ１１２によってさらに加圧されて燃料噴射ノズル１０３に入る。
そして加圧されて高圧状態の燃料は燃料噴射ノズル１０３突端の噴霧開口に至り、その一部が外部に開放されて霧状に噴射される。
また残余の燃料は第２ポンプの吸い込み側に戻される。
従来技術においては、燃料噴霧量の調節は、第１ポンプ１０１から吐出される燃料の流量を調節することにより行われていた。
【００１１】
また、上記した燃料噴射ノズル１０３に代わり、特開平５−３２２１５３号公報に開示されているような構成を有する燃料噴射ノズル１１６および配管系統が採用される場合もある。燃料噴射ノズル１１６は、電磁式の燃料噴射弁を備えている。また、燃料噴射ノズル１１６には、図１５に示すように燃料ポンプ１１７および燃料フィルタ１１８が直列的に接続されている。さらに燃料ノズル１１６には、前記燃料噴射弁の開閉を制御するコントロールユニット１２０が接続されている。また、燃料の流路には圧力センサ１２１が設けられている。圧力センサ１２１は、燃料噴射ノズル１１６への燃料の供給圧力を調整すべく、コントロールユニット１２０に接続されている。
【００１２】
燃料噴射ノズル１１６を採用した燃焼装置１０１では、燃料タンク１１５から供給された燃料が燃料ポンプ１１７で加圧され、燃料フィルタ１１８を経て燃料噴射ノズル１１６に入る。そして加圧されて高圧状態の燃料は、燃料噴射弁の開度に応じて所定の圧力で霧状に噴射される。
【００１３】
次に上記した燃焼装置１０１における空気の流れについて説明する。
前記した様に燃焼装置１０１は、送風機７を備え、送風機７により燃料の燃焼に必要な空気がノズル収納筒５及び燃焼筒６内に導入される。
すなわち燃焼装置１０１においては、空気は、送風機７により空気ケース２８内に送り込まれる。そして空気ケース２８に導入された空気の一部は、一次空気としてノズル収納筒５に導入される。すなわちノズル収納内筒９の側面に設けられた空気導入口３０からノズル収納内筒９内に空気が導入され、燃料噴射ノズル１０３の近傍で燃料と混合される。一次空気と混合された燃料が、開口１４から燃焼筒６内に流れ込む。
【００１４】
そして燃焼筒６に二次空気が導入され、燃焼筒６内において火炎が発生する。すなわち燃焼装置１０１の燃焼筒６には、第１気流旋回器１７、第２気流旋回器１８及び空気導入口１６，２５が設けられており、これらから燃焼筒６の内部に二次空気が導入され、燃焼に寄与する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで給湯器等の家庭用の燃焼機器は、低燃焼量から高燃焼量に渡って安定して燃焼することが必要である。すなわち家庭用の機器で採用される燃焼装置には、高い燃焼量絞り比(T.D.R Turn Down Ratio）が要求される。
【００１６】
しかしながら燃料噴射ノズル１０３を内蔵する燃焼装置１０１では、上記した様に、第１ポンプの吐出量のみによって燃料噴射ノズル１０３から噴霧される燃料の量を調節するものであったから、燃焼量絞り比を高くすることが困難であった。
すなわち従来技術の噴霧式燃焼装置では、第１ポンプ１１１に電磁ポンプを採用し、入力するパルスを変更することにより、燃料噴射ノズル１０３から吐出される燃料の流量自体を変化させていた。しかしながら電磁ポンプによって変更可能な流量領域は狭く、家庭用給湯器等に要求される燃焼量絞り比(T.D.R）を確保することができないという問題があった。
【００１７】
さらに従来技術においては、二次空気の供給についても欠点があり、家庭用給湯器等に要求される燃焼量絞り比に対応することができないという問題があった。
すなわち従来技術で採用する燃料噴射ノズル１０３は前記したように、燃料噴射ノズル１０３に供給する燃料の量を増減して燃料の噴射量を加減する。したがって従来技術で採用する燃料噴射ノズル１０３では、燃焼量が多い時と燃焼量が少ない時とで、噴射開口近傍の燃料の圧力が異なる。そのため燃料噴射ノズル１０３を使用すると、燃焼量が多い時と、燃焼量が少ない時とで、燃料噴射の初速や噴射パターンが大きく変化する。
【００１８】
また、燃料噴射ノズル１１６を採用した場合においても、燃焼量の多い時と少ない時とで、噴射開口近傍の燃料の圧力が異なる。即ち、燃料噴射ノズル１１６においては、燃料の噴射量を調整すべく圧力センサ１２１の検知信号に基づき、燃料噴射ノズル１１６に供給される燃料の圧力が調整されるが、燃焼量の増減により噴射開口近傍の燃料の圧力が変動してしまう。そのため燃料噴射ノズル１１６を使用しても、燃焼量が多い時と、燃焼量が少ない時とで、燃料噴射の初速や噴射パターンが大きく変化してしまう。
【００１９】
すなわち従来の給湯装置１００では、燃焼装置１０１における燃料の燃焼量が変化すると、燃料噴射ノズル１０３，１１６から燃焼筒６内に噴射される燃料の噴霧圧力および噴霧角度が変化する。
ここでこの種の燃焼装置では、効率よく燃焼させるための条件として、燃料に対して二次空気を供給するタイミングが重要である。より端的に説明すれば、燃料の噴霧パターンによって二次空気を供給すべき最適位置が異なる。
【００２０】
しかしながら燃焼筒６に二次空気を導入する空気導入口１６，２５等は、固定的なものとならざるを得ない。そのため従来技術の燃焼装置では、二次空気を導入する空気導入口１６，２５の位置や大きさは、予想される噴霧パターンの変化に対して最大公約数的な位置となっている。
【００２１】
そのため従来技術の燃焼装置１０１では、燃焼筒６内に拡散している燃料は、空気導入口１６，２５から供給された空気と混合されるが、空気導入口１６，２５は、第１燃焼筒１１および第２燃焼筒１２の所定の位置に設けられているため、燃焼装置１０１の燃焼量が大きく変動し、燃料の拡散範囲が変動すると、燃料の燃焼に適した位置に空気が到達せず、燃料中の空気量が不足する場合がある。
【００２２】
また燃焼筒６内に噴霧される燃料と空気の混合比が適当でないと、燃料の一部が燃焼されずに放出されたり、不完全燃焼を起こしたりする。すなわち、燃料と空気との混合比が不適切な場合は、燃焼装置１０１のエネルギー効率が低いばかりか、一酸化炭素等の有害ガスを排出してしまう。従って、燃焼装置１０１は、燃料を安定燃焼可能な燃焼量の範囲が大幅に制限されてしまうという問題を有する。
【００２３】
また、上記した給湯装置１００に代表される湯水加熱装置は、装置全体をなるべくコンパクトな構成とすることが望まれており、これに伴い燃焼装置１０１の占有体積も小さくならざるを得ない。燃焼装置１０１は、燃焼量の増減に伴い燃焼状態が変化するため、熱交換器３における熱交換効率に変動が生じ、湯水の加熱制御が複雑とならざるを得ないという問題がある。また、燃焼装置１０１は、燃焼状態が不均一であるため、熱交換器３に不均一な熱応力が作用し、熱交換器３の寿命が短くなってしまうという問題もある。
【００２４】
そこで本発明は、上記した問題点に鑑み、広範囲な燃焼量において安定して燃焼駆動できる燃焼装置および湯水加熱装置を提供することを目的とした。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決すべく提供される請求項１に記載の発明は、液体燃料を噴霧する噴霧手段と、該噴霧手段により噴霧された燃料を燃焼させる燃焼筒を有し、当該燃焼筒に空気導入口が設けられた燃焼装置において、前記噴霧手段は噴射開口近傍の燃料の圧力が一定の状態下において単位時間当たりの燃料噴射量を変更することが可能であり、噴霧手段から燃料が空気導入口又はその近傍に集中的に至る様に噴霧されるものであり、前記噴霧手段は、噴霧ノズルと、該噴霧ノズルに所定の圧力を印加する加圧手段と、前記噴霧ノズルからの燃料噴霧を断続させる燃料噴霧アクチュエータと、該燃料噴霧アクチュエータによる燃料噴霧の断続タイミングを制御することで前記噴霧ノズルから噴霧される燃料の噴霧量を制御する噴霧制御手段とを備え、前記噴霧ノズルの先端近傍には、あらかじめ定められた特定の方向に燃料を噴射する燃料噴射方向規制手段を設け、さらに、前記燃料噴射方向規制手段と前記燃料噴霧アクチュエータとの間に燃料を貯留する空間を設けたことを特徴とする燃焼装置である。
【００２６】
ここで「噴霧手段から燃料が空気導入口又はその近傍に集中的に至る様に噴霧される」とは、噴霧手段から空気導入口又はその近傍に向かって直接的に燃料が噴霧される場合の他、燃料が送風に巻き込まれて流れ、空気導入口又はその近傍に集中的に至る場合を含む趣旨である（請求項２においても同じ）。
【００２７】
請求項１に記載の構成によれば、燃料噴射量が変化しても燃焼筒内における燃料の拡散状態をほぼ均一とすることができる。よって、上記した燃焼装置において、燃焼筒内に噴射される燃料は、噴射量の大小にかかわらずほぼ均等に空気と混合される。従って、本発明の燃焼装置は、燃焼量にかかわらず燃焼駆動を安定して行える。
【００２８】
また、上記したような構成とすれば、燃焼筒内における燃料の拡散状態がほぼ均一であるため、燃料を燃焼させる際に空気を導入すべき位置のみに空気導入口を設ければよい。すなわち、かかる構成によれば、空気を導入すべき位置から集中的に空気を導入することができるため、燃料と空気とが確実に混合され、燃料の燃焼状態を一層安定化できる。
【００２９】
また、本発明の燃焼装置において燃焼筒内に噴霧される燃料は、直接或いは燃焼筒内の気流に乗るなどして空気導入口又はその近傍に集中的に至り、前記空気導入口から流入した空気と迅速かつ十分に混合される。よって、単位時間当たりの燃料噴射量がいかなる量であっても、燃料と空気との混合状態がほぼ均等であり、燃焼状態が安定している。また、燃焼状態が安定しているため、燃料の噴霧量が変化しても一酸化炭素等の有害ガスやススがほとんど発生しない。
【００３０】
請求項２に記載の発明は、液体燃料を噴霧する噴霧手段と、該噴霧手段により噴霧された燃料を燃焼させる燃焼筒を有し、当該燃焼筒に空気導入口が設けられた燃焼装置において、前記噴霧手段は一定の燃料噴霧速度及び一定の噴霧パターンを維持した状態下において単位時間当たりの燃料噴射量を変更することが可能であり、噴霧手段から燃料が空気導入口又はその近傍に集中的に至る様に噴霧されるものであり、前記噴霧手段は、噴霧ノズルと、該噴霧ノズルに所定の圧力を印加する加圧手段と、前記噴霧ノズルからの燃料噴霧を断続させる燃料噴霧アクチュエータと、該燃料噴霧アクチュエータによる燃料噴霧の断続タイミングを制御することで前記噴霧ノズルから噴霧される燃料の噴霧量を制御する噴霧制御手段とを備え、前記噴霧ノズルの先端近傍には、あらかじめ定められた特定の方向に燃料を噴射する燃料噴射方向規制手段を設け、さらに、前記燃料噴射方向規制手段と前記燃料噴霧アクチュエータとの間に燃料を貯留する空間を設けたことを特徴とする燃焼装置である。
【００３１】
かかる構成によれば、燃焼筒内における燃料の拡散範囲及び密度をほぼ一定とすることができる。すなわち、燃料の噴射量が変化しても、燃焼筒内における燃料と空気との混合状態を一定とすることができる。また、上記したような構成とすれば、燃焼筒内における燃料の拡散状態がほぼ均一であるため、燃料を燃焼させる際に空気を導入すべき位置のみに空気導入口を設け、空気を集中的に導入することでより一層火炎の安定化が図られる。よって、本発明の燃焼装置において、燃焼筒内に発生する火炎の状態は、燃焼量にかかわらず安定している。
【００３２】
また、本発明の燃焼装置において燃焼筒内に噴霧される燃料は、直接或いは燃焼筒内の気流に乗るなどして空気導入口又はその近傍に集中的に至り、空気と十分混合される。よって、上記燃焼装置は、燃焼量が変化し、燃焼筒内に噴射される単位時間当たりの燃料の量が変動しても、燃料と空気との混合状態が良好であり、燃焼駆動を安定して行える。
【００３３】
また上記したように、本発明の燃焼装置は、燃焼状態が安定しているため、燃料の不完全燃焼に伴う一酸化炭素などの有害ガスやススがほとんど発生しない。よって、前記燃焼装置は、環境に調和した燃焼駆動が可能であり、ススの堆積などによる装置の故障もほとんど起こらない。
【００３４】
請求項１，２に記載の燃焼装置によれば、燃料の燃焼量が変動しても、燃焼領域内に燃料をほぼ一定の拡散状態となるように噴霧することができる。また、燃焼領域内に噴霧される燃料は、燃料噴射方向規制手段により方向が制限されて噴霧されるため、燃焼量にかかわらず常に一定の方向に噴霧される。一方、燃焼領域内に導入される空気は、常に燃焼領域内の所定の位置に導入される。よって、前記燃焼領域内において、燃料と空気とは、燃焼量にかかわらず常に一定の混合状態となり燃焼される。従って、本発明の燃焼装置は、燃焼量の増減に左右されることなく常に燃焼状態が安定しており、湯水を高効率かつ精度よく加熱することができる。
【００３５】
また、請求項１，２に記載の燃焼装置において、燃料噴射ノズルは、燃料噴射方向規制手段と燃料噴霧アクチュエータとの間に燃料を貯留する空間を有し、燃料を噴霧しなければならないときには、常に燃料噴射ノズルの先端近傍に燃料が貯留されている。そのため、燃焼量の増減に伴って燃料の噴霧量が変化しても、噴霧すべき量の燃料を噴霧すべきタイミングで的確に噴霧でき、安定した燃焼駆動が可能である。
【００３６】
請求項３に記載の発明は、噴霧手段から燃料が空気導入口又はその近傍を目標として噴霧されることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼装置である。
【００３７】
かかる構成によれば、噴霧手段から噴霧される燃料は、確実に空気導入口あるいはその近傍に集まる。従って、燃料は、空気と迅速かつ十分に混合されて完全燃焼できる。また、燃料が完全燃焼でき、噴霧された燃料の量に応じた燃焼量が得られるため、エネルギー効率が高い。さらに、燃料の不完全燃焼による一酸化炭素などの有害ガスやススの発生を抑制できる。
【００３８】
請求項４に記載の発明は、噴霧手段は、燃料に圧力を印加する加圧手段と、噴霧制御手段を有し、当該噴霧制御手段が、燃料の噴霧を断続的にあるいは周期的な強弱をもって行わしめるものであり、噴霧の断続あるいは強弱のタイミングを制御することによって単位時間当たりの燃料噴射量を変更することができることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００３９】
かかる構成によれば、単位時間当たりの燃料噴射量を容易かつ的確に調整しつつ、燃焼筒内における燃料の拡散状態を均一とすることができる。よって、本発明の燃焼装置によれば、燃料と空気とが確実に混合され、燃焼駆動により燃焼筒内に発生する火炎を燃焼量にかかわらず安定化できる。
【００４０】
また、本発明の燃焼装置は、燃焼筒内における燃料の拡散状態がほぼ均一であるため、燃料を燃焼させる際に空気を導入すべき位置のみに空気導入口を設け、集中的に空気を導入する構成とすることができる。かかる構成によれば、燃料と空気とが確実に混合され、燃料の燃焼状態をより一層安定化できる。
【００４１】
本発明の燃焼装置は、燃焼状態が安定しているため、燃料の不完全燃焼に伴う一酸化炭素などの有害ガスやススがほとんど発生しない。よって、前記燃焼装置は、環境に調和した燃焼駆動が可能であり、ススの堆積などによる装置の故障もほとんど起こらない。
【００４２】
本発明の燃焼装置は、液体燃料を噴霧する噴霧手段を有し、噴霧手段から噴霧された燃料を燃焼させる燃焼装置において、前記噴霧手段は、燃料に圧力を印加する加圧手段と、燃料の噴霧を断続的にあるいは周期的な強弱をもって行わしめる噴霧制御手段を有し、噴霧の断続あるいは強弱のタイミングを制御することによって単位時間当たりの燃焼量を変更することができることを特徴とするものであってもよい。
【００４３】
上記した燃焼装置において、燃料は、噴霧制御手段により断続的にあるいは周期的な強弱をもって噴霧されるため、燃料を均一に拡散しつつ単位時間当たりの燃焼量を調整することができる。すなわち、上記した構成の燃焼装置は、燃焼量が変化しても、燃焼駆動により形成される火炎の状態は変化しない。そのため、前記燃焼装置は、燃焼量にかかわらず燃料と空気との混合状態がほぼ一定であり、いかなる燃焼量であっても安定して燃焼駆動することができる。
【００４４】
また、上記燃焼装置は、燃焼状態が安定しているため、燃料の噴霧量が変化しても一酸化炭素等の有害ガスがほとんど発生しない。さらに、ススの発生量も少ないため、本発明の燃焼装置は、ススの堆積による故障や燃焼不良がほとんど起こらない。
【００４５】
請求項５に記載の発明は、送風機を有し、さらに燃焼筒は、その周囲に複数の空気導入口を有し、前記送風機によって発生した送風が空気導入口から燃焼筒内に導入されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００４６】
かかる構成によれば、燃焼筒内に噴霧された燃料の燃焼に必要な空気を確実に供給でき、燃焼駆動を安定して行える。よって、本発明の燃焼装置によれば、燃焼筒内に噴霧された燃料が確実に燃焼し、供給された燃料の量に見合った発熱量を得ることができる。また、燃料の大部分が完全燃焼するため、燃料が燃焼して発生する燃焼ガス中には一酸化炭素などの有害ガスやススはほとんど含まれず、これらによる環境破壊や装置の故障が発生しない。
【００４７】
また、本発明の燃焼装置は、燃焼筒内における燃料の拡散状態がほぼ均一であるため、燃料を燃焼させる際に空気を導入すべき位置のみに空気導入口を設け、集中的に空気を導入する構成とすることができる。かかる構成によれば、燃料と空気とが確実に混合され、燃料の燃焼状態をより一層安定化できる。
【００４８】
請求項６に記載の発明は、燃料は一定のパターン及び／又は一定の気流に沿って流れ、燃焼筒の内周近傍に至り、当該燃料が流れ至たる部位に空気導入口が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００４９】
かかる構成によれば、燃料は、燃焼筒の内周近傍において空気と十分かつ確実に混合され完全燃焼される。また、燃料が完全燃焼されるため、エネルギー効率が高く、噴霧された燃料の量に相応する発熱量が得られる。さらに、燃料の不完全燃焼による一酸化炭素などの有害ガスの発生がほとんどない。
【００５０】
請求項７に記載の発明は、燃料の噴霧はデューティ比制御によって断続され、単位時間当たりの燃料噴射量が変更されるものであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００５１】
かかる構成によれば、単位時間当たりの燃料噴射量が、前記単位時間中に占める噴射時間の割合で決定されるため、噴霧手段から噴霧される燃料の噴霧状態が均一である。よって、燃焼量が変化し燃料噴射量が変更されても、燃料の拡散状態が一定であるため、空気と燃料との混合状態もほぼ一定である。そのため、上記燃焼装置は、燃焼量にかかわらずほぼ一定の燃焼状態を維持でき、安定して燃焼駆動できる燃焼量範囲が広い。
【００５２】
請求項８に記載の発明は、燃焼部と、水を加熱する熱交換部と、送風機を有し、燃焼部で発生した燃焼ガスを熱交換部に送り、熱交換部で水を加熱する湯水加熱装置において、燃焼部には請求項１乃至７のいずれかに記載の燃焼装置が装着され、送風機の送風が燃焼装置に導入されることを特徴とする湯水加熱装置である。
【００５３】
上記した燃焼装置は、要求される燃焼量の大小にかかわらず、安定した燃焼駆動が可能であり、要求される燃焼量に相応した熱エネルギーを放出することができる。すなわち、上記した湯水加熱装置は、燃焼量が変化しても、要求に応じて的確に熱エネルギーを熱交換部に付与することができる。よって、本発明の湯水加熱装置は、燃焼部における燃焼可能範囲が広く、湯水を幅広い温度範囲で精度よく加熱できる。
【００５４】
また、請求項８に記載の湯水加熱装置は、燃焼ケースを有し、当該燃焼ケースに燃焼装置が取り付けられ、さらに燃焼ケースに水管が挿通されて熱交換部が構成されていることを特徴とするものであってもよい（請求項９）。
【００５５】
さらに、請求項８に記載の湯水加熱装置は、水が溜められる貯湯部と、貯湯部を貫通する燃焼ガス通路部を有し、燃焼部で発生した燃焼ガスを燃焼ガス通路部に導入して貯湯部内の水を加熱することを特徴とするものとすることも可能である（請求項１０）。
【００５６】
上記した本発明の湯水加熱装置は、燃料を燃焼する燃焼領域と、該燃焼領域に燃料を噴霧する噴霧手段を有し、水若しくは湯を加熱する湯水加熱装置において、前記噴霧手段は、噴霧ノズルと、該噴霧ノズルに所定の圧力を印加する加圧手段と、前記噴霧ノズルからの燃料噴霧を断続させる燃料噴霧アクチュエータと、該燃料噴霧アクチュエータによる燃料噴霧の断続タイミングを制御することで前記噴霧ノズルから噴霧される燃料の噴霧量を制御する噴霧制御手段とを備え、前記燃焼領域には、燃料の燃焼に要する燃焼用空気を特定の位置から供給する空気導入口を配置すると共に、前記噴霧ノズルの先端近傍には、あらかじめ定められた特定の方向に燃料を噴射する燃料噴射方向規制手段を設けたことを特徴とするものであってもよい。
【００５７】
かかる構成によれば、燃焼に要する燃料がいかなる量であっても、燃焼領域内に燃料をほぼ一定の拡散状態となるように噴霧することがでる。また、燃焼領域内に噴霧される燃料は、燃料噴射方向規制手段により噴射の方向が制限されるため、燃焼量にかかわらず常に一定の方向に噴霧される。一方、空気は、空気導入口が燃焼領域の特定の位置に設けられているため、常に燃焼領域内の所定の位置に導入される。よって、前記燃焼領域内に導入された燃料と空気とは、燃焼量にかかわらず常に一定の混合状態となり燃焼される。従って、上記した構成の湯水加熱装置は、燃焼量にかかわらず燃料の燃焼状態が常にほぼ一定であり、湯水を高効率かつ精度よく加熱することができる。
【００５８】
上記した本発明の湯水加熱装置は、燃料を燃焼する燃焼領域と、該燃焼領域に燃料を噴霧する噴霧手段を有し、水若しくは湯を加熱する湯水加熱装置において、前記噴霧手段は、噴霧ノズルと、該噴霧ノズルに所定の圧力を印加する加圧手段と、前記噴霧ノズルからの燃料噴霧を断続させる燃料噴霧アクチュエータと、該燃料噴霧アクチュエータによる燃料噴霧の断続タイミングを制御することで前記噴霧ノズルから噴霧される燃料の噴霧量を制御する噴霧制御手段とを備え、前記燃焼領域には、燃料の燃焼に要する燃焼用空気を特定の位置から供給する空気導入口を配置すると共に、前記噴霧ノズルの先端近傍には、あらかじめ定められた特定の方向に燃料を噴射する燃料噴射方向規制手段を設け、さらに、前記燃料噴射方向規制手段と前記燃料噴霧アクチュエータとの間に燃料を貯留する空間を設けたことを特徴とするものであってもよい。
【００５９】
かかる構成によれば、燃料の燃焼量が変動しても、燃焼領域内に燃料をほぼ一定の拡散状態となるように噴霧することがでる。また、燃焼領域内に噴霧される燃料は、燃料噴射方向規制手段により方向が制限されて噴霧されるため、燃焼量にかかわらず常に一定の方向に噴霧される。一方、燃焼領域内に導入される空気は、常に燃焼領域内の所定の位置に導入される。よって、前記燃焼領域内において、燃料と空気とは、燃焼量にかかわらず常に一定の混合状態となり燃焼される。従って、本発明の湯水加熱装置は、燃焼量の増減に左右されることなく常に燃焼状態が安定しており、湯水を高効率かつ精度よく加熱することができる。
【００６０】
また、上記した構成のの湯水加熱装置において、燃料噴射ノズルは、燃料噴射方向規制手段と燃料噴霧アクチュエータとの間に燃料を貯留する空間を有し、燃料を噴霧しなければならないときには、常に燃料噴射ノズルの先端近傍に燃料が貯留されている。そのため、燃焼量の増減に伴って燃料の噴霧量が変化しても、噴霧すべき量の燃料を噴霧すべきタイミングで的確に噴霧でき、安定した燃焼駆動が可能である。
【００６１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態である給湯装置（湯水加熱装置装置）および燃焼装置について説明する。なお、本実施形態の給湯装置および燃焼装置は、上記した従来の燃焼装置１０１とほぼ同様の構成を有するため、共通する部分については同一の符号を付し、詳細の説明については省略する。図１は、本実施形態の給湯装置の要部の一部を破断した正面図である。また、図２は、図１の給湯装置に採用されている燃焼装置を示す図である。図３は、本実施形態の燃焼装置が具備している燃料噴射ノズルの断面図である。
【００６２】
図１において、１は本実施形態の給湯装置（湯水加熱装置）である。また、図２において、２は本実施形態の給湯装置１に用いられる燃焼装置である。４は本実施形態の燃焼装置２に採用される燃料噴射ノズルである。本実施形態の燃焼装置は、従来の燃焼装置１０１と同様に、端部が開放したノズル収納筒５と、ノズル収納筒５の端部に接続された燃焼筒６と、燃焼筒６内に空気を送り込む送風機７とを備えている。
【００６３】
本実施形態の燃焼装置２は、ノズル収納筒５に内蔵されている燃料噴射ノズルの構造が大きく異なる。本実施形態において、ノズル収納筒５に内蔵されている燃料噴射ノズル４は、図３に示すような構造を有し、極めて短い時間で断続的に開閉する機能を備える。すなわち燃料噴射ノズル４は、本体ケース４１内にアクチュエータ４２と、アクチュエータ４２を駆動させるための電磁コイル４３と、アクチュエータ４２に連動する弁４４とを有する。本体ケース４１の端部には、内部に燃料を供給するための燃料供給部４５が設けられている。
【００６４】
本体ケース４１の内部には、燃料供給部４５から供給された燃料が流通する燃料流路４７が設けられている。
本体ケース４１の先端には、ノズルチップ５０が取り付けられている。ノズルチップ５０には、燃料の流出口５１が複数放射状に設けられており、これらは燃料噴射方向規制手段として機能する。
【００６５】
また本体ケース４１には、接続端子４８が設けられている。接続端子４８は、電磁コイル４３に接続されており、接続端子４８に電流を供給すると電磁コイル４３が励磁される。その結果、本体ケース４１内のアクチュエータ４２が駆動し、アクチュエータ４２と連動する弁４４が開く。すなわち本実施形態で採用する燃料噴射ノズル４は、接続端子４８に電流が供給されている間、弁４４が開き、電流が停止すると弁４４が閉じる。弁４４は、極めて鋭敏に反応し、瞬間的に開閉される。
【００６６】
また接続端子４８には、図４に示すように弁４４の開閉を制御するための噴霧制御手段４９が接続されている。噴霧制御手段４９は、電磁コイル４３にパルス電流を供給するものである。上記した様に、本実施形態で採用される燃料噴射ノズル４は、接続端子４８に電流が供給されている間、弁４４が開き、電流が停止すると弁４４が閉じるので、供給されるパルスがＯＮである時に瞬間的に弁４４が開き、ＯＦＦになると瞬間的に弁４４が閉じる。
【００６７】
また本実施形態では、燃料噴射ノズル４は、要求される燃焼量に応じてデューティー比制御される。すなわち必要な燃焼量に応じてパルスのＯＮ時間が変化し、弁４４が開いている時間が変わる。より具体的には、要求される燃焼量が多い場合は、パルス周期あたりのＯＮ時間が長く、長い時間、弁４４が開いている。逆に要求される燃焼量が少ない場合は、パルス周期あたりのＯＦＦ時間が長く、弁４４が閉止している時間が相対的に長い。本実施形態で採用する燃料噴射ノズル４は、こうして燃料噴射を断続し、断続のタイミングを制御することにより総燃焼量を変化させる。
【００６８】
また本実施形態では、燃料噴射ノズル４の燃料供給部４５に加圧手段たるポンプ５２が直列的に接続されている。ここでポンプ５２は、流量に係わらず常時一定の吐出圧を保持する機能を備えている。
【００６９】
したがって、本実施形態では、燃料の噴射量に係わらず、弁４４には常時一定の圧力が掛かっている。
そして前記した様に、接続端子４８にパルス電流が流れると、弁４４が開いてノズルチップ５０側に燃料が流れ、ノズルチップ５０から燃料が噴射される。
ここで前記した様に、本実施形態では、燃料の噴射量に係わらず、弁４４には常時一定きの圧力が掛かっているから、接続端子４８にパルス電流が流れて弁４４が開き、ノズルチップ５０側に燃料が流れた時におけるノズルチップ５０周辺の燃料の圧力は一定である。
そのため接続端子４８に供給されるパルス電流がＯＮになった時は、ノズルチップ５０から常に一定量（単位時間あたり）の燃料が、一定の速度で、一定の角度に向かって噴射される。
従ってパルス電流がＯＮになった時に燃料噴射ノズル４から燃料が噴射されるが、燃料噴射ノズル４から噴射される燃料の噴霧パターンは、常に一定である。 また本実施形態では、燃料噴射ノズル４は、要求される燃焼量に応じてデューティー比制御されるので、燃料噴射ノズル４は噴射開口近傍の燃料の圧力が一定の状態下において単位時間当たりの燃料噴射量を変更することが可能である。
【００７０】
この様に、本実施形態では、圧力調整されノズルチップ５０に至った燃料は、燃料の噴射量にかかわらず所定の噴霧圧力で流出口５１から燃焼筒６内に放射状に噴霧され、燃焼筒６内で一定の噴霧パターンを描く。
したがって本実施形態では、一定の燃料噴霧速度及び一定の噴霧パターンを維持した状態下において単位時間当たりの燃料噴射量を変更することが可能である。
そして本実施形態では、燃料噴射ノズル４から噴射される燃料の圧力は、燃焼筒６に設けられた空気導入口１６，２５あるいはその近傍に集中的に到達するように調整されている。
図６に示す実施形態では、燃料噴射ノズル４から噴射される燃料の圧力、及び噴射角度は、燃焼筒６の第２燃焼筒本体２２の周部に設けられた空気導入口２５に直接的に到達する様に調整されている。
【００７１】
よって、燃料噴射ノズル４から噴射された燃料の大部分は、空気導入口２５から流入した空気と十分攪拌・混合される。その結果、燃料噴射ノズル４から噴射された燃料は、大部分が容易に完全燃焼できる。
【００７２】
また、本実施形態の燃焼装置２において、燃焼筒６は、従来の燃焼装置１０１と同様に第１燃焼筒１１と第２燃焼筒１２とが接続されたものであるが、一部の構造が従来のものと異なる。
以下、従来技術と異なる点に重点をおいて説明する。
本実施形態において、第１燃焼筒本体１３および第２燃焼筒本体２２に設けられている空気導入口１６，２５は、燃料噴射ノズル４から噴射される燃料が一定のパターン及び／又は一定の気流に乗った際に、燃料が流れ至る部位にのみに設けられている。そのため、空気導入口１６，２５の数は、従来の燃焼装置１０１の場合に比べて少ない。従って、空気導入口１６，２５から燃焼筒６内に流入する空気は、燃料噴射ノズル４から噴射された燃料が到達する位置に集中的に流れ込み、燃料と空気との攪拌を一層促進させる。
【００７３】
また、燃焼装置２の燃焼筒６は、第２燃焼筒１２の構造が従来のものと異なる。図６は、燃焼筒６を開口側から観察した斜視図である。図７は、本実施形態における第２燃焼筒１２近傍の拡大斜視図である。第２燃焼筒１２に設けられた第２気流旋回器１８の吹き出し口２６の後方には、環状の旋回空気調整板６５が設けられている。旋回空気調整板６５は、その前面（下面）が第２燃焼筒１２の第２フランジ部２３の後面（上面）と密着するように取り付けられている。旋回空気調整板６５には、第２気流旋回器１８の吹き出し口２６の位置にあわせて旋回空気調整板空気孔６６が形成されており、送風機７からの空気が旋回空気調整板空気孔６６を経由して吹き出し口２６に供給される。吹き出し口２６から第２燃焼筒１２内に吹き込む気流は、ほぼ第２フランジ部２３の前面に沿う。旋回空気調整板空気孔６６の大きさは、吹き出し口２６より十分小さいため、第２気流旋回器１８から流入する空気の量は、ほぼ旋回空気調整板空気孔６６の大きさにより調整される。
【００７４】
図６，７に示すように、第２気流旋回器１８の複数の吹出し口２６の下流（図６，７では上方）に、中心部に円孔を有する円板形状の邪魔板６７が第１燃焼筒１１及び第２燃焼筒１２と同軸に設けられている。邪魔板６７は、第２燃焼筒本体２２の内周面６８にスポット溶接されている。そして邪魔板６７、第２フランジ部２３及び第２燃焼筒本体２２の内壁によって、三方が囲まれ、第２フランジ部２３にそった環状の流路６９が形成される。
【００７５】
吹出し口２６の各々から第２燃焼筒１２内に流入する空気は、吹出し口２６からほぼ接線方向に吹き出された後、第２燃焼筒本体２２の周壁面に衝突して方向を転じるが、燃焼装置２における下流方向には邪魔板６７が存在するため、環状の流路６９に沿って旋回しながら中心方向へ向きを変えて流れることになる。そのため、燃料および未燃焼ガスは中心方向に押し込まれながら混合する。その結果、燃料噴射ノズル４から噴射された燃料の一部で、空気導入口１６，２５あるいはその近傍に到達できなかった燃料も空気と十分混合され、完全燃焼する。
【００７６】
また本実施形態では、燃焼筒６の下方に、図５に示すような燃料拡散部材５５が取り付けられている。燃料拡散部材５５は、中心に円板部５６を有し、脚部５７によって円板部５６を支持する構成となっている。脚部５７は、断面形状が略「コ」字形をしている。脚部５７は、円板部５６に対してやや傾斜して取り付けられている。
【００７７】
燃料拡散部材５５の両端部分には、取り付け部５８が形成されている。取り付け部５８は水平部５９を有する。水平部５９の略中央部には、ネジ挿通孔６０が設けられている。水平部５９の先端側は折り返され、折り返し部６１が形成されている。すなわち、本実施形態において、取り付け部５８は、鉤状の形状であり、係合部として機能する。燃料拡散部材５５は、取り付け部５８を燃焼筒６の下方に係合させ、ネジ挿通孔６０を介してネジ止めすることで固定されている。燃料噴射ノズル４から噴射される燃料は、燃料拡散部材５５により攪拌が一層促進され、燃焼筒６内に噴霧される。
【００７８】
本実施形態の燃焼装置２は、燃料が燃焼量にかかわらず一定の圧力で燃焼筒６内に噴霧されるため、燃焼筒６内における燃料の噴霧状態が常にほぼ一定である。そのため、燃焼装置２は、いかなる燃焼条件の下でも、空気と燃料との混合状態が良好であるため燃料は完全燃焼でき、一酸化炭素の発生量や未燃ガスの排出量を最小限に抑制できる。また、本実施形態の燃焼装置２では、燃焼筒６内における空気とガスの攪拌作用が大きいため、局所的な高温領域が形成されにくく、窒素酸化物の発生量も最小限に抑制できる。さらに、燃焼装置２において、燃料の大部分が完全燃焼されるため、ススの発生量が少なく、第１燃焼筒１１と第２燃焼筒１２との境界部に形成される段部や第２燃焼筒本体２２などのススが付着し易い部分にもほとんどススが付着しない。
【００７９】
以上説明した実施形態では、図６に示す様に、燃料噴射ノズル４から噴射される燃料の圧力、及び噴射角度は、燃焼筒６の第２燃焼筒本体２２の周部に設けられた空気導入口２５に直接的に到達する様に調整された構成を例示した。
しかし燃焼筒６内に生じる旋回流によっては、図８に示すように空気導入口２５に届かない範囲に噴射されることが望ましい場合もある。すなわち図８に示す実施形態では、燃料噴射ノズル４から噴射される燃料の噴射角度は、空気導入口２５に向かうものの、その圧力は、先の実施形態よりも低く、燃料は、空気導入口２５の近傍に噴射されることとなる。
【００８０】
なお、図８に示す実施形態では、第一フランジ部１５に板状の流路形成部材７０が嵌合され、流路形成部材７０と第一フランジ部１５との間に４ケの管状空気流路７１が形成されている。
すなわち、板状の流路形成部材７０は、プレス、溶接等により製造されるものであり、外形形状が円板状であって、その外径は、第一フランジ部１５のそれと等しい。また流路形成部材７０の中心には、開口７２が設けられている。開口７２の直径は、前記した第一フランジ部１５の開口１４に等しい。そして流路形成部材７０には、一面に４ケの管状空気流路７１が設けられている。管状空気流路７１は、いずれも外周から中心の開口近傍に至る長さである。管状空気流路７１の先端は開放されている。
管状空気流路７１は、第一フランジ部１５の表面と前記した流路形成部材７０の合致面の空隙によって形成される。
【００８１】
各管状空気流路７１は、その基部に空気導入口７４を、また、その先端に空気ノズル７３を有する。これらは、先の実施形態における第一フランジ部１５に設けられていた第一気流旋回器１７に代わるものである。空気ノズル７３から吹き出す空気は底面視で時計回りに旋回して保炎効果を加える。
【００８２】
またさらに図９に示すようにように複数の空気導入口２５の間に燃料を噴射してもよい。
なお図９に示す実施形態は、円板形状の邪魔板６７を持たない。
【００８３】
また図１０に示す例は、円板形状の邪魔板６７を持たず、且つ管状空気流路７１を備えた例である。図１０に示す実施形態では、管状空気流路７１は、流路に中途にも空気吹き出し口を持つ。
【００８４】
また、上記した実施形態は、いずれも段状の燃焼筒を採用したが、本発明では段形状に限定されるものではない。すなわち、本発明の燃焼装置では、燃料の量にかかわらず燃料の噴霧パターンが一定であるから、燃焼筒を段状にする必要性に乏しい。そのため、単一直径の燃焼筒やテーパ状の燃焼筒を採用することも可能である。
【００８５】
また、上記した実施形態では、燃料噴射ノズルはパルスに応じて断続的に燃料噴射するものを採用した。すなわち、上記した実施形態では、パルスがＯＦＦの時は燃料噴射を停止する。しかしながら、上述の説明は弁４４のリークを許さないものではなく、実際上は僅かに燃料が噴射される場合が多い。また、積極的にパルスがＯＦＦの場合にも僅かに燃料を噴射せてもよい。すなわち、パルスがＯＦＦの時に燃料噴射を完全に停止させると、燃焼装置が失火する場合がある。そのため、パルスがＯＦＦの時に燃料を僅かに噴射させ失火を防ぐ。この場合は、燃料の噴射は周期的な強弱をもって行われることとなる。
【００８６】
続いて本発明の第２実施形態の給湯装置について説明する。なお、本実施形態において、上記第１実施形態の給湯装置と同一の部分については、同一の符号を付し、詳細の説明については省略する。
【００８７】
図１１は、本実施形態の給湯装置を示す模式図である。図１１において、８０は本実施形態の給湯装置である。給湯装置８０は、いわゆる貯湯式給湯装置である。給湯装置８０は、大別して本体部８１と燃焼部８２と消音器８３により構成されている。
【００８８】
本体部８１は、大きく燃焼空間部８４と貯湯部８５とに分かれている。燃焼部８２と燃焼空間部８４とは、貯湯部８５内に貯留される熱媒体を加熱する加熱手段８６として機能する。本体部８１は、全体形状が円筒形であり、２重構造となっており、その内部に湯水を貯留するための貯湯部８５が形成されている。貯湯部８５には、複数の燃焼ガス通路８７が形成されている。燃焼ガス通路８７は、貯湯部８５を軸方向に貫通する貫通孔である。
【００８９】
燃焼部８２には、上記実施形態におけるものと同一の燃焼装置２が採用されており、本体部８１の下方に位置する燃焼空間部８４に接続されている。燃焼装置２は、ノズル収納筒５と燃焼筒６と送風機７とを有し、燃焼筒６の開口端が燃焼空間部８４側を向くように配置されている。
【００９０】
一方、本体部８１の上部には、消音器８３が設けられている。消音器８３は、内部がラビリンス構造となっており、燃焼音を低減させるものである。なお、図１１において、消音器８３のラビリンス構造は図示せず省略している。
【００９１】
貯湯部８５には、湯水が流れる流水回路９０が接続されている。流水回路９０は、カランなどに接続され外部に湯水を流出する、いわゆる給湯回路である。流水回路９０は、入水口８８に接続され外部から水を給水する給水回路９１と、出湯口８９に接続され貯湯部８５において加熱された湯水が流れる高温湯回路９２と、給水回路９１から分岐されたバイパス回路９３とを有し、要求に応じて外部に湯水を供給するものである。
【００９２】
バイパス回路９３を流れるバイパス水量は、バイパス水量調節弁９４によって調節される。給湯される湯水の温度は、高温湯回路９２を流れる高温の湯水と、バイパス回路９３を流れる冷水とを混合することで調節される。高温湯回路９２とバイパス回路９３との混合部分の下流側には、水量サーボ９５と出湯センサ９６とが設けられており、出湯センサ９６によって検知された温度が前記したバイパス水量調節弁９４等にフィードバックされると共に、水量サーボ９５によって総水量が調節される。給水回路９１には、水量センサ９８と、温度センサ９９とが設けられている。貯湯部８５内の湯水の温度が８０℃程度となる様に燃焼装置２における燃焼量が調整される。
【００９３】
燃焼装置２は、貯湯部８５内の湯水の温度が８０℃程度となる様に燃焼量が調整される。すなわち、貯湯部８５内の湯水の温度に基づき、噴霧制御手段４９は、電磁コイル４３に流す電流をデューティー比制御して弁４４の開閉を行い、単位時間当たりの燃料の噴霧量を調整し、燃焼装置２の燃焼量を調整する。
【００９４】
燃料噴射ノズル４の噴射開口近傍の燃料は圧力が一定であるため、燃料は噴霧量にかかわらず一定の拡散状態で燃焼筒６内に噴霧される。また、燃料噴射ノズル４の先端に設けられたノズルチップ５０には、放射状に流出口５１が設けられているため、流出口５１から噴霧された燃料は、空気導入口１６，２５およびその近傍に向けて噴霧される。燃焼筒６内に噴霧された燃料の大部分は、第１燃焼筒１１および第２燃焼筒１２に設けられた空気導入口１６，２５あるいはその近傍に到達し、送風機７から送り込まれた空気と十分混合される。よって、燃料噴射ノズル４から噴霧された燃料の大部分は、噴霧量の多少にかかわらず完全燃焼し、高温の燃焼ガスを発生する。
【００９５】
また、上記した実施形態と同様に、燃焼筒６の内部には、第１気流旋回器１７および第２気流旋回器１８により空気の旋回流が発生している。燃料噴射ノズル４から噴射された燃料の一部で、空気導入口１６，２５およびその近傍に到達できなかった燃料は、前記した空気の旋回流により空気と十分に混合され、完全燃焼して高温の燃焼ガスを発生する。
【００９６】
上記したように、燃焼装置２において、燃料は、燃焼量の多少にかかわらずほぼ同様の拡散状態となるように噴霧され、完全燃焼される。よって、燃焼装置２によれば、燃料の噴霧量に応じた燃焼ガスが発生し、この燃焼ガスが燃焼ガス通路８７を通過し熱交換を行うため、貯湯部８５内の湯温を的確に調整できる。すなわち、本実施形態の給湯装置８０は、燃焼部８２に燃焼装置２を採用しているため、エネルギー効率が高く、燃焼量絞り比(T.D.R) も大きい。
【００９７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、燃焼量にかかわらず燃焼筒内において発生する火炎の状態が安定しており、燃料を完全燃焼することができる。
【００９８】
請求項２に記載の発明によれば、燃焼筒内における燃料の拡散状態がほぼ一定であり、燃料と空気とを十分に混合することができる。よって、請求項２に記載の燃焼装置は、燃焼量にかかわらず燃焼駆動の安定性が高い。
【００９９】
請求項３に記載の発明によれば、噴霧手段から噴霧された燃料は、確実に空気導入口あるいはその近傍に集まり、空気と十分に混合される。よって、本発明の燃焼装置は、燃焼量にかかわらず燃料を完全燃焼できる。
【０１００】
請求項４に記載の発明によれば、単位時間当たりの燃料噴射量を的確に調整しつつ、燃焼筒内における燃料の拡散状態を均一とすることができる。
【０１０１】
本発明の燃焼装置は、燃焼量にかかわらず燃料と空気との混合状態をほぼ一定とすることができるため、いかなる燃焼量であっても安定して燃焼駆動することができる。
【０１０２】
請求項５に記載の発明によれば、燃料を噴射量にかかわらず所定の方向あるいは位置に噴射することができる。
【０１０３】
請求項６に記載の燃焼装置は、燃焼筒内に噴霧された燃料が燃焼するのに必要な空気を確実に供給できるため、燃焼駆動を安定して行える。
【０１０４】
請求項７に記載の構成によれば、燃料は、燃焼筒の内周近傍において空気と十分かつ確実に混合されるため容易に完全燃焼される。
【０１０５】
請求項８に記載の構成によれば、燃料の噴射量が変更されても、空気と燃料との混合状態をほぼ一定とすることができる。よって、本発明の燃焼装置は、燃焼量が変化してもほぼ一定の燃焼状態を維持できる。
【０１０６】
請求項９に記載の発明によれば、燃焼筒内の燃料と空気とを確実に混合し、完全燃焼することができる。
【０１０７】
請求項１０に記載の発明によれば、湯水を幅広い温度範囲で精度よく加熱することができる。
【０１０８】
上記した構成によれば、燃焼ケース内に挿通された水管内の湯水の温度を幅広い温度範囲で加熱することができる。
【０１０９】
上記した構成によれば、貯湯部内に貯留された湯水の温度を精度よく調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態の給湯装置の要部の一部を破断した正面図である。
【図２】 図１の給湯装置に採用されている燃焼装置である。
【図３】 本発明の一実施形態の燃焼装置が具備している燃料噴射ノズルの断面図である。
【図４】 本発明の一実施形態の燃焼装置の燃料系統を示す概念図である。
【図５】 本発明の一実施形態の燃焼装置が具備している燃料拡散部材の斜視図である。
【図６】 本発明の一実施形態の燃焼装置を開口側から観察した斜視図である。
【図７】 本発明の一実施形態における燃焼装置の第２燃焼筒近傍の拡大斜視図である。
【図８】 本発明の他の実施形態の燃焼装置を開口側から観察した斜視図である。
【図９】 本発明のさらに他の実施形態の燃焼装置を開口側から観察した斜視図である。
【図１０】 本発明のさらに他の実施形態の燃焼装置を開口側から観察した斜視図である。
【図１１】 本発明の一実施形態の給湯装置を示す模式図である。
【図１２】 燃料を噴霧して燃焼させる燃焼装置を内蔵した給湯装置の断面図である。
【図１３】 従来技術の燃焼装置を開口側から観察した斜視図である。
【図１４】 従来技術の燃焼装置の燃料系統を示す概念図である。
【図１５】 従来技術の燃焼装置の別の燃料系統を示す概念図である。
【符号の説明】
１，８０ 給湯装置（湯水加熱装置）
２ 燃焼装置
３ 熱交換器
４ 燃料噴射ノズル
６ 燃焼筒
７ 送風機
１６，２５ 空気導入口
４６ 加圧手段
４９ 噴霧制御手段
５１ 流出口（燃料噴射方向規制手段）
５５ 燃料拡散部材
６５ 旋回空気調整板
７０ 流路形成部材
８２ 燃焼部
８５ 貯湯部
８７ 燃焼ガス通路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a combustion apparatus used for a water heater or the like. The present invention also relates to a hot water heater such as a water heater.
[0002]
[Prior art]
  2. Description of the Related Art Conventionally, a hot water heating apparatus represented by a hot water supply apparatus or the like has frequently used a combustion apparatus that sprays and burns liquid fuel such as petroleum. FIG. 12 is a cross-sectional view of a hot water supply device incorporating a combustion device that sprays and burns fuel. In FIG. 12, 100 is a hot water supply device, and 101 is a combustion device. A combustion apparatus 101 shown in FIG. 12 has a combustion case 102, and the heat exchanger 3 is provided below the combustion case 102. The heat exchanger 3 has a water pipe inserted through the combustion case 102.
[0003]
  The combustion apparatus 101 includes a fuel injection nozzle 103, a nozzle storage cylinder 5, a combustion cylinder 6, and a blower 7. The fuel injection nozzle 103 is housed in the nozzle housing cylinder 5 and sprays fuel supplied from the outside into the combustion cylinder 6. The structure of the fuel injection nozzle 103 will be described later.
[0004]
  The nozzle storage cylinder 5 is connected to and integrated with the combustion cylinder 6. The nozzle storage cylinder 5 includes a nozzle storage inner cylinder 9 that directly incorporates the fuel injection nozzle 103, and a nozzle storage provided on the outside thereof. It has a double structure with the outer cylinder 10.
  In addition to the fuel injection nozzle 103 described above, an ignition plug 8 is built in the nozzle storage cylinder 5, and the fuel injected from the injection nozzle 103 is ignited by the ignition plug 8.
  An air inlet for introducing air into the combustion cylinder 6 is provided on the side surface of the nozzle housing inner cylinder 9 and the side surface of the nozzle housing outer cylinder 10.
[0005]
  The combustion cylinder 6 is a two-stage cylinder as shown in FIG. 13, and includes a first combustion cylinder 11 connected to the nozzle housing cylinder 5 and a second combustion cylinder 12 continuous to the first combustion cylinder 11. It is configured.
  A first flange portion 15 is provided at a boundary portion between the first combustion tube 11 of the combustion tube 6 and the nozzle storage tube 5 to partition the both. The first flange portion 15 has an opening 14 at the center. The first flange portion 15 is provided with a plurality of first airflow swirlers 17.
  The first airflow swirler 17 has a plurality of outlets 20 arranged circumferentially. Further, each blowing port 20 is provided with swirl vanes 21 for introducing air toward the tangential direction of the combustion cylinder 6.
[0006]
  A plurality of air inlets 16 for introducing air into the inside of the combustion cylinder 6 are provided in the peripheral portion of the first combustion cylinder main body 13.
[0007]
  The second combustion cylinder 12 is a cylinder having a larger diameter than that of the first combustion cylinder 11, and the axial centers of the two combustion cylinders are substantially coincident. A connection portion between the second combustion cylinder 12 and the first combustion cylinder 11 is stepped, and a second flange portion 23 is provided therebetween.
  The second flange portion 23 is provided with a plurality of second airflow swirlers 18. The second airflow swirler 18 has a plurality of outlets 26 arranged circumferentially. Further, each blowing outlet 26 is provided with swirl vanes 27, and air is introduced toward the tangential direction of the combustion cylinder 6 by the swirl vanes 27.
  A plurality of air inlets 25 for introducing air into the inside of the peripheral portion of the second combustion cylinder main body 22 are also provided in the same manner as the first combustion cylinder main body 13 described above.
[0008]
  Next, the structure of the fuel injection nozzle 103 employed in the prior art and its piping system will be described. FIG. 14 is a conceptual diagram showing a fuel system of a conventional combustion apparatus.
  The fuel injection nozzle 103 employed in the prior art has a spray opening, and is provided with a forward flow path leading to the spray opening and a return flow path returning from the spray opening. A first pump 111 and a second pump 112 are connected in series to the entrance side of the fuel injection nozzle 103. Here, the first pump 111 is an electromagnetic pump whose discharge amount can be arbitrarily changed, and the second pump 112 is a constant differential pressure pump.
[0009]
  The return side of the fuel injection nozzle 103 is connected to the suction side of the second pump 112 via a check valve 113 and a solenoid valve 114.
[0010]
  In the conventional combustion apparatus 101, the fuel supplied from the fuel tank 115 is pressurized by the first pump 111 and supplied to the suction side of the second pump 112. The fuel is further pressurized by the second pump 112 and enters the fuel injection nozzle 103.
  The pressurized and high-pressure fuel reaches the spray opening at the tip of the fuel injection nozzle 103, a part of which is opened to the outside and sprayed in the form of a mist.
  The remaining fuel is returned to the suction side of the second pump.
  In the prior art, the fuel spray amount is adjusted by adjusting the flow rate of the fuel discharged from the first pump 101.
[0011]
  Further, in place of the fuel injection nozzle 103 described above, a fuel injection nozzle 116 and a piping system having a configuration as disclosed in JP-A-5-322153 may be employed. The fuel injection nozzle 116 includes an electromagnetic fuel injection valve. Further, a fuel pump 117 and a fuel filter 118 are connected in series to the fuel injection nozzle 116 as shown in FIG. Further, a control unit 120 that controls opening and closing of the fuel injection valve is connected to the fuel nozzle 116. A pressure sensor 121 is provided in the fuel flow path. The pressure sensor 121 is connected to the control unit 120 in order to adjust the fuel supply pressure to the fuel injection nozzle 116.
[0012]
  In the combustion apparatus 101 that employs the fuel injection nozzle 116, the fuel supplied from the fuel tank 115 is pressurized by the fuel pump 117 and enters the fuel injection nozzle 116 through the fuel filter 118. The pressurized and high pressure fuel is injected in a mist at a predetermined pressure according to the opening of the fuel injection valve.
[0013]
  Next, the flow of air in the above-described combustion apparatus 101 will be described.
  As described above, the combustion apparatus 101 includes the blower 7, and air necessary for fuel combustion is introduced into the nozzle housing cylinder 5 and the combustion cylinder 6 by the blower 7.
  That is, in the combustion apparatus 101, air is sent into the air case 28 by the blower 7. A part of the air introduced into the air case 28 is introduced into the nozzle housing cylinder 5 as primary air. That is, air is introduced into the nozzle housing inner cylinder 9 from the air inlet 30 provided on the side surface of the nozzle housing inner cylinder 9 and mixed with fuel near the fuel injection nozzle 103. The fuel mixed with the primary air flows into the combustion cylinder 6 from the opening 14.
[0014]
  Then, secondary air is introduced into the combustion cylinder 6 and a flame is generated in the combustion cylinder 6. That is, the combustion cylinder 6 of the combustion apparatus 101 is provided with a first airflow swirler 17, a second airflow swirler 18, and air introduction ports 16 and 25, from which secondary air is introduced into the combustion cylinder 6. And contribute to combustion.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
  By the way, household combustion equipment such as a water heater is required to stably burn from a low combustion amount to a high combustion amount. That is, a high combustion amount reduction ratio (T.D.R Turn Down Ratio) is required for a combustion apparatus employed in household equipment.
[0016]
  However, in the combustion apparatus 101 incorporating the fuel injection nozzle 103, as described above, the amount of fuel sprayed from the fuel injection nozzle 103 is adjusted only by the discharge amount of the first pump. It was difficult to increase.
  That is, in the conventional spray type combustion apparatus, an electromagnetic pump is adopted as the first pump 111, and the flow rate of the fuel discharged from the fuel injection nozzle 103 itself is changed by changing the input pulse. However, the flow rate region that can be changed by the electromagnetic pump is narrow, and there has been a problem that it is impossible to ensure the combustion amount restriction ratio (T.D.R) required for home water heaters.
[0017]
  Furthermore, in the prior art, there is a drawback in the supply of secondary air, and there is a problem that it is not possible to cope with the combustion amount restriction ratio required for household water heaters and the like.
  That is, as described above, the fuel injection nozzle 103 employed in the prior art increases or decreases the amount of fuel supplied to the fuel injection nozzle 103 to increase or decrease the fuel injection amount. Therefore, in the fuel injection nozzle 103 employed in the prior art, the pressure of the fuel in the vicinity of the injection opening differs when the combustion amount is large and when the combustion amount is small. Therefore, when the fuel injection nozzle 103 is used, the initial speed and the injection pattern of fuel injection change greatly between when the combustion amount is large and when the combustion amount is small.
[0018]
  Even when the fuel injection nozzle 116 is employed, the fuel pressure in the vicinity of the injection opening differs depending on whether the combustion amount is large or small. That is, in the fuel injection nozzle 116, the pressure of the fuel supplied to the fuel injection nozzle 116 is adjusted based on the detection signal of the pressure sensor 121 to adjust the fuel injection amount. The pressure of the nearby fuel will fluctuate. For this reason, even if the fuel injection nozzle 116 is used, the initial speed and injection pattern of the fuel injection change greatly between when the combustion amount is large and when the combustion amount is small.
[0019]
  That is, in the conventional hot water supply apparatus 100, when the amount of fuel combustion in the combustion apparatus 101 changes, the spray pressure and the spray angle of fuel injected into the combustion cylinder 6 from the fuel injection nozzles 103 and 116 change.
  Here, in this type of combustion apparatus, timing for supplying secondary air to the fuel is important as a condition for efficient combustion. More simply, the optimum position where the secondary air is to be supplied differs depending on the fuel spray pattern.
[0020]
  However, the air inlets 16 and 25 for introducing secondary air into the combustion cylinder 6 must be fixed. For this reason, in the conventional combustion apparatus, the positions and sizes of the air inlets 16 and 25 for introducing the secondary air are positions of the greatest common divisor with respect to the expected change in the spray pattern.
[0021]
  Therefore, in the combustion apparatus 101 of the prior art, the fuel diffusing into the combustion cylinder 6 is mixed with the air supplied from the air inlets 16 and 25, but the air inlets 16 and 25 are connected to the first combustion cylinder. 11 and the second combustion cylinder 12 are provided at predetermined positions, so that if the combustion amount of the combustion device 101 greatly fluctuates and the fuel diffusion range fluctuates, the air does not reach a position suitable for fuel combustion. The amount of air in the fuel may be insufficient.
[0022]
  Further, if the mixing ratio of the fuel sprayed into the combustion cylinder 6 and the air is not appropriate, a part of the fuel is discharged without being burned or incomplete combustion is caused. That is, when the mixing ratio of fuel and air is inappropriate, not only the energy efficiency of the combustion apparatus 101 is low, but also harmful gases such as carbon monoxide are discharged. Therefore, the combustion apparatus 101 has a problem that the range of the combustion amount that can stably burn the fuel is greatly limited.
[0023]
  Moreover, it is desired that the hot water heater represented by the above-described hot water supply apparatus 100 has a compact configuration as much as possible, and accordingly, the occupied volume of the combustion apparatus 101 must be reduced. Since the combustion state of the combustion apparatus 101 changes as the amount of combustion increases and decreases, the heat exchange efficiency in the heat exchanger 3 fluctuates, and there is a problem that heating control of hot water must be complicated. Further, since the combustion state of the combustion apparatus 101 is non-uniform, there is a problem that non-uniform thermal stress acts on the heat exchanger 3 and the life of the heat exchanger 3 is shortened.
[0024]
  In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a combustion apparatus and a hot water heating apparatus that can stably drive combustion over a wide range of combustion amounts.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
  The invention according to claim 1, which is provided to solve the above-mentioned problem, has a spray means for spraying liquid fuel, and a combustion cylinder for burning the fuel sprayed by the spray means, and the combustion cylinder has air. In the combustion apparatus provided with the introduction port, the spray means can change the fuel injection amount per unit time under the condition that the fuel pressure near the injection opening is constant, and the fuel is introduced into the air from the spray means. Sprayed in a concentrated manner at or near the mouthThe spray means includes a spray nozzle, a pressurizing means for applying a predetermined pressure to the spray nozzle, a fuel spray actuator for intermittently spraying fuel spray from the spray nozzle, and a fuel spray by the fuel spray actuator. Spray control means for controlling the spray amount of fuel sprayed from the spray nozzle by controlling the intermittent timing of the fuel, and injects fuel in a predetermined direction in the vicinity of the tip of the spray nozzle A fuel injection direction restricting means is provided, and a space for storing fuel is provided between the fuel injection direction restricting means and the fuel spray actuator.It is a combustion apparatus characterized by this.
[0026]
  Here, “the fuel is sprayed from the spray means so as to concentrate on the air inlet or the vicinity thereof” means that the fuel is sprayed directly from the spray means toward the air inlet or the vicinity thereof. In addition, it is intended to include the case where the fuel is entrained in the blast and flows intensively to the air inlet or the vicinity thereof (the same applies to claim 2).
[0027]
  According to the configuration of the first aspect, even when the fuel injection amount changes, the fuel diffusion state in the combustion cylinder can be made substantially uniform. Therefore, in the above-described combustion apparatus, the fuel injected into the combustion cylinder is almost uniformly mixed with air regardless of the amount of injection. Therefore, the combustion apparatus of the present invention can stably drive the combustion regardless of the amount of combustion.
[0028]
  In addition, with the configuration as described above, since the diffusion state of the fuel in the combustion cylinder is substantially uniform, it is only necessary to provide an air inlet at a position where air should be introduced when the fuel is burned. That is, according to such a configuration, air can be intensively introduced from the position where the air is to be introduced, so that the fuel and air are reliably mixed, and the combustion state of the fuel can be further stabilized.
[0029]
  In addition, the fuel sprayed into the combustion cylinder in the combustion apparatus of the present invention concentrates at or near the air inlet, either directly or by riding on the airflow in the combustion cylinder, and flows into the air from the air inlet. And quickly and thoroughly mixed. Therefore, regardless of the amount of fuel injection per unit time, the mixed state of fuel and air is substantially uniform, and the combustion state is stable. In addition, since the combustion state is stable, no harmful gas such as carbon monoxide or soot is generated even when the fuel spray amount changes.
[0030]
  The invention according to claim 2 is a combustion apparatus having a spraying means for spraying liquid fuel and a combustion cylinder for burning the fuel sprayed by the spraying means, wherein the combustion cylinder is provided with an air inlet. The spray means can change the fuel injection amount per unit time while maintaining a constant fuel spray speed and a constant spray pattern, and fuel is concentrated from the spray means to the air inlet or in the vicinity thereof. Sprayed to reachThe spray means includes a spray nozzle, a pressurizing means for applying a predetermined pressure to the spray nozzle, a fuel spray actuator for intermittently spraying fuel spray from the spray nozzle, and a fuel spray by the fuel spray actuator. Spray control means for controlling the spray amount of fuel sprayed from the spray nozzle by controlling the intermittent timing of the fuel, and injects fuel in a predetermined direction in the vicinity of the tip of the spray nozzle A fuel injection direction restricting means is provided, and a space for storing fuel is provided between the fuel injection direction restricting means and the fuel spray actuator.It is a combustion apparatus characterized by this.
[0031]
  According to such a configuration, the diffusion range and density of the fuel in the combustion cylinder can be made substantially constant. That is, even if the fuel injection amount changes, the mixed state of fuel and air in the combustion cylinder can be made constant. Further, with the above-described configuration, the fuel diffusion state in the combustion cylinder is almost uniform. Therefore, an air inlet is provided only at a position where air should be introduced when the fuel is burned, and the air is concentrated. The flame can be further stabilized by introducing it into. Therefore, in the combustion apparatus of the present invention, the state of the flame generated in the combustion cylinder is stable regardless of the combustion amount.
[0032]
  In addition, the fuel sprayed into the combustion cylinder in the combustion apparatus of the present invention is concentrated at the air inlet or its vicinity, either directly or by riding on the airflow in the combustion cylinder, and is sufficiently mixed with the air. Therefore, even if the combustion amount changes and the amount of fuel per unit time injected into the combustion cylinder fluctuates, the combustion device has a good mixing state of fuel and air, and stabilizes the combustion drive. Can be done.
[0033]
  Further, as described above, since the combustion state of the combustion apparatus of the present invention is stable, harmful gases such as carbon monoxide and soot are hardly generated due to incomplete combustion of fuel. Therefore, the combustion apparatus can be driven in a manner that is in harmony with the environment, and there is little failure of the apparatus due to soot accumulation.
[0034]
  According to the combustion apparatus of the first and second aspects, even if the combustion amount of the fuel fluctuates, the fuel can be sprayed into the combustion region so as to be in a substantially constant diffusion state. Further, since the fuel sprayed in the combustion region is sprayed with its direction restricted by the fuel injection direction regulating means, it is always sprayed in a constant direction regardless of the combustion amount. On the other hand, the air introduced into the combustion region is always introduced at a predetermined position within the combustion region. Therefore, in the combustion region, fuel and air are always burned in a constant mixed state regardless of the combustion amount. Therefore, the combustion apparatus of the present invention always has a stable combustion state regardless of increase / decrease in the amount of combustion, and can heat hot water with high efficiency and accuracy.
[0035]
  Further, in the combustion apparatus according to claims 1 and 2, the fuel injection nozzle has a space for storing fuel between the fuel injection direction regulating means and the fuel spray actuator, and when the fuel must be sprayed, Fuel is always stored near the tip of the fuel injection nozzle. For this reason, even if the fuel spray amount changes as the combustion amount increases or decreases, the amount of fuel to be sprayed can be accurately sprayed at the timing to be sprayed, and stable combustion drive is possible.
[0036]
  A third aspect of the present invention is the combustion apparatus according to the first or second aspect, wherein the fuel is sprayed from the spraying means at the air inlet or in the vicinity thereof.
[0037]
  According to such a configuration, the fuel sprayed from the spraying means surely gathers at or near the air inlet. Thus, the fuel can be quickly and thoroughly mixed with air and burned completely. Further, since the fuel can be burned completely and a combustion amount corresponding to the amount of fuel sprayed can be obtained, energy efficiency is high. Furthermore, generation of harmful gases such as carbon monoxide and soot due to incomplete combustion of fuel can be suppressed.
[0038]
  The invention according to claim 4 is characterized in that the spraying means includes a pressurizing means for applying pressure to the fuel,Having spray control means, the spray control means,Let the fuel spray intermittently or with periodic strengthIs a thingThe combustion apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel injection amount per unit time can be changed by controlling the timing of spray intermittentness or strength.
[0039]
  According to such a configuration, the fuel diffusion state in the combustion cylinder can be made uniform while easily and accurately adjusting the fuel injection amount per unit time. Therefore, according to the combustion apparatus of the present invention, fuel and air are reliably mixed, and the flame generated in the combustion cylinder by the combustion drive can be stabilized regardless of the combustion amount.
[0040]
  In addition, since the combustion state of the fuel in the combustion cylinder of the present invention is almost uniform in the combustion cylinder, an air inlet is provided only at a position where air should be introduced when the fuel is burned, and the air is intensively introduced. It can be set as the structure to do. According to this configuration, the fuel and air are reliably mixed, and the combustion state of the fuel can be further stabilized.
[0041]
  In the combustion apparatus of the present invention, since the combustion state is stable, harmful gases such as carbon monoxide and soot accompanying the incomplete combustion of fuel and soot are hardly generated. Therefore, the combustion apparatus can be driven in a manner that is in harmony with the environment, and there is little failure of the apparatus due to soot accumulation.
[0042]
  Combustion device of the present inventionHas a spraying means for spraying liquid fuel, and in the combustion apparatus for burning the fuel sprayed from the spraying means, the spraying means includes a pressurizing means for applying pressure to the fuel, and fuel spraying intermittently. Or it has the spray control means performed with periodic strength, and can control the amount of combustion per unit time by controlling the timing of spray intermittent or strength.It may be a thing.
[0043]
  In the combustion apparatus described above, the fuel is sprayed intermittently or with periodic strength by the spray control means, so that the amount of combustion per unit time can be adjusted while uniformly diffusing the fuel. That is,Configuration described aboveIn this combustion apparatus, even if the combustion amount changes, the state of the flame formed by the combustion drive does not change. For this reason, the combustion apparatus has a substantially constant mixing state of fuel and air regardless of the combustion amount, and can be driven to burn stably regardless of the combustion amount.
[0044]
  Moreover, since the combustion state of the combustion apparatus is stable, no harmful gas such as carbon monoxide is generated even when the amount of fuel spray changes. Furthermore, since the amount of generated soot is small, the combustion apparatus of the present invention hardly causes failure or defective combustion due to soot accumulation.
[0045]
  Claim5The invention described in (2) has a blower, and the combustion cylinder further has a plurality of air inlets around it, and the air generated by the blower is introduced into the combustion cylinder from the air inlet. ClaimsAny one of 1 to 4It is a combustion apparatus as described in above.
[0046]
  According to such a configuration, air necessary for combustion of fuel sprayed in the combustion cylinder can be reliably supplied, and combustion drive can be stably performed. Therefore, according to the combustion apparatus of the present invention, the fuel sprayed into the combustion cylinder can surely burn, and a calorific value commensurate with the amount of supplied fuel can be obtained. In addition, since most of the fuel burns completely, the combustion gas generated by the combustion of the fuel contains almost no harmful gas such as carbon monoxide or soot, and causes no environmental destruction or equipment failure.
[0047]
  In addition, since the combustion state of the fuel in the combustion cylinder of the present invention is almost uniform in the combustion cylinder, an air inlet is provided only at a position where air should be introduced when the fuel is burned, and the air is intensively introduced. It can be set as the structure to do. According to this configuration, the fuel and air are reliably mixed, and the combustion state of the fuel can be further stabilized.
[0048]
  Claim6The fuel according to the invention is characterized in that the fuel flows along a constant pattern and / or a constant air flow, reaches the vicinity of the inner periphery of the combustion cylinder, and an air inlet is provided at a portion where the fuel flows. ClaimAny one of 1 to 5It is a combustion apparatus as described in above.
[0049]
  According to such a configuration, the fuel is sufficiently and reliably mixed with air in the vicinity of the inner periphery of the combustion cylinder and completely burned. Further, since the fuel is completely burned, energy efficiency is high, and a heat generation amount corresponding to the amount of fuel sprayed can be obtained. Furthermore, there is almost no generation of harmful gases such as carbon monoxide due to incomplete combustion of fuel.
[0050]
  Claim7The fuel spray according to claim 1 is characterized in that the fuel spray is intermittently controlled by duty ratio control, and the fuel injection amount per unit time is changed.6A combustion apparatus according to any one of the above.
[0051]
  According to such a configuration, since the fuel injection amount per unit time is determined by the ratio of the injection time in the unit time, the spray state of the fuel sprayed from the spray means is uniform. Therefore, even if the combustion amount is changed and the fuel injection amount is changed, the fuel diffusion state is constant, so the mixed state of air and fuel is also substantially constant. Therefore, the combustion apparatus can maintain a substantially constant combustion state regardless of the combustion amount, and has a wide combustion amount range in which combustion can be stably driven.
[0052]
  Claim8In the hot water heating apparatus which has a combustion part, a heat exchange part which heats water, and a blower, sends combustion gas generated in the combustion part to the heat exchange part, and heats water in the heat exchange part The combustion part is claimed in claims 1 to7The hot water heater is characterized in that the combustion device according to any one of the above is mounted, and the blower of the blower is introduced into the combustion device.
[0053]
  The above-described combustion apparatus is capable of stable combustion driving regardless of the required amount of combustion, and can release heat energy corresponding to the required amount of combustion. That is, the above-described hot and cold water heating apparatus can accurately apply heat energy to the heat exchanging part as required even if the amount of combustion changes. Therefore, the hot water heater of the present invention has a wide combustible range in the combustion section, and can accurately heat hot water in a wide temperature range.
[0054]
  Claims8The hot water heater described in 1 is characterized in that it has a combustion case, the combustion device is attached to the combustion case, and a water pipe is inserted into the combustion case to constitute a heat exchange part. (Claims)9).
[0055]
  And claims8The hot water heater described in 1 has a hot water storage part in which water is stored, and a combustion gas passage part that penetrates the hot water storage part, and introduces the combustion gas generated in the combustion part into the combustion gas passage part to drain the water in the hot water storage part. It can also be characterized by heating (claims)10).
[0056]
  Hot water heater of the present invention described aboveHas a combustion region for burning fuel, and a spray means for spraying fuel to the combustion region. In the hot water heating apparatus for heating water or hot water, the spray means includes a spray nozzle and a predetermined nozzle to the spray nozzle. Pressurizing means for applying pressure, a fuel spray actuator for intermittently spraying fuel from the spray nozzle, and an amount of fuel sprayed from the spray nozzle by controlling intermittent timing of fuel spray by the fuel spray actuator An air inlet for supplying combustion air required for fuel combustion from a specific position in the combustion region, and in the vicinity of the tip of the spray nozzle. A fuel injection direction restricting means for injecting fuel in a specified direction is provided.May be.
[0057]
  According to such a configuration, it is possible to spray the fuel so as to be in a substantially constant diffusion state in the combustion region regardless of the amount of fuel required for combustion. Further, the fuel sprayed in the combustion region is always sprayed in a constant direction regardless of the combustion amount because the injection direction is restricted by the fuel injection direction restricting means. On the other hand, air is always introduced into a predetermined position in the combustion region because the air inlet is provided at a specific position in the combustion region. Therefore, the fuel and air introduced into the combustion region are always burned in a constant mixed state regardless of the combustion amount. Therefore,Configuration described aboveWith this hot water heater, the combustion state of fuel is always almost constant regardless of the amount of combustion, and hot water can be heated with high efficiency and accuracy.
[0058]
  Hot water heater of the present invention described aboveHas a combustion region for burning fuel, and a spray means for spraying fuel to the combustion region. In the hot water heating apparatus for heating water or hot water, the spray means includes a spray nozzle and a predetermined nozzle to the spray nozzle. Pressurizing means for applying pressure, a fuel spray actuator for intermittently spraying fuel from the spray nozzle, and an amount of fuel sprayed from the spray nozzle by controlling intermittent timing of fuel spray by the fuel spray actuator An air inlet for supplying combustion air required for fuel combustion from a specific position in the combustion region, and in the vicinity of the tip of the spray nozzle. A fuel injection direction restricting means for injecting fuel in a specified direction, and further comprising a fuel injection direction restricting means and the fuel spray actuator. Characterized in that a space for storing fuel toMay be.
[0059]
  According to such a configuration, even when the amount of combustion of the fuel fluctuates, the fuel can be sprayed into the combustion region so as to be in a substantially constant diffusion state. Further, since the fuel sprayed in the combustion region is sprayed with its direction restricted by the fuel injection direction regulating means, it is always sprayed in a constant direction regardless of the combustion amount. On the other hand, the air introduced into the combustion region is always introduced at a predetermined position within the combustion region. Therefore, in the combustion region, fuel and air are always burned in a constant mixed state regardless of the combustion amount. Therefore, the hot water heating apparatus of the present invention always has a stable combustion state regardless of increase or decrease in the combustion amount, and can heat hot water with high efficiency and accuracy.
[0060]
  Also,Of the above configurationIn this hot water heater, the fuel injection nozzle has a space for storing fuel between the fuel injection direction regulating means and the fuel spray actuator, and is always near the tip of the fuel injection nozzle when the fuel must be sprayed. Fuel is stored. For this reason, even if the fuel spray amount changes as the combustion amount increases or decreases, the amount of fuel to be sprayed can be sprayed accurately at the timing to be sprayed, and stable combustion drive is possible.
[0061]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, a hot water supply apparatus (hot water heater apparatus) and a combustion apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. Since the hot water supply apparatus and the combustion apparatus of the present embodiment have substantially the same configuration as the conventional combustion apparatus 101 described above, common parts are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Drawing 1 is a front view which fractured a part of important section of a hot-water supply device of this embodiment. Moreover, FIG. 2 is a figure which shows the combustion apparatus employ | adopted as the hot water supply apparatus of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the fuel injection nozzle provided in the combustion apparatus of the present embodiment.
[0062]
  In FIG. 1, 1 is a hot water supply apparatus (hot water heating apparatus) of this embodiment. Moreover, in FIG. 2, 2 is a combustion apparatus used for the hot water supply apparatus 1 of this embodiment. Reference numeral 4 denotes a fuel injection nozzle employed in the combustion device 2 of the present embodiment. Like the conventional combustion apparatus 101, the combustion apparatus of the present embodiment includes a nozzle storage cylinder 5 with an open end, a combustion cylinder 6 connected to the end of the nozzle storage cylinder 5, and air in the combustion cylinder 6. And a blower 7 for feeding the air.
[0063]
  The combustion apparatus 2 of the present embodiment is greatly different in the structure of the fuel injection nozzle built in the nozzle housing cylinder 5. In the present embodiment, the fuel injection nozzle 4 built in the nozzle housing cylinder 5 has a structure as shown in FIG. 3 and has a function of opening and closing intermittently in a very short time. That is, the fuel injection nozzle 4 has an actuator 42 in the main body case 41, an electromagnetic coil 43 for driving the actuator 42, and a valve 44 interlocking with the actuator 42. A fuel supply unit 45 for supplying fuel to the inside is provided at the end of the main body case 41.
[0064]
  Inside the main body case 41, a fuel flow path 47 through which the fuel supplied from the fuel supply unit 45 flows is provided.
  A nozzle tip 50 is attached to the tip of the main body case 41. The nozzle tip 50 is provided with a plurality of fuel outlets 51 radially, and these function as fuel injection direction regulating means.
[0065]
  The main body case 41 is provided with a connection terminal 48. The connection terminal 48 is connected to the electromagnetic coil 43, and when a current is supplied to the connection terminal 48, the electromagnetic coil 43 is excited. As a result, the actuator 42 in the main body case 41 is driven, and the valve 44 interlocked with the actuator 42 is opened. That is, in the fuel injection nozzle 4 employed in the present embodiment, the valve 44 is opened while the current is supplied to the connection terminal 48, and the valve 44 is closed when the current is stopped. The valve 44 reacts very sensitively and opens and closes instantaneously.
[0066]
  Further, as shown in FIG. 4, a spray control means 49 for controlling the opening / closing of the valve 44 is connected to the connection terminal 48. The spray control means 49 supplies a pulse current to the electromagnetic coil 43. As described above, the fuel injection nozzle 4 employed in the present embodiment opens the valve 44 while the current is supplied to the connection terminal 48, and closes the valve 44 when the current is stopped. When it is ON, the valve 44 opens momentarily, and when it is OFF, the valve 44 instantaneously closes.
[0067]
  In the present embodiment, the fuel injection nozzle 4 is duty ratio controlled in accordance with the required combustion amount. That is, the ON time of the pulse changes according to the required amount of combustion, and the time during which the valve 44 is open changes. More specifically, when the required combustion amount is large, the ON time per pulse cycle is long, and the valve 44 is open for a long time. Conversely, when the required combustion amount is small, the OFF time per pulse period is long, and the time during which the valve 44 is closed is relatively long. The fuel injection nozzle 4 employed in the present embodiment thus interrupts the fuel injection and changes the total combustion amount by controlling the intermittent timing.
[0068]
  In this embodiment, a pump 52 serving as a pressurizing unit is connected in series to the fuel supply unit 45 of the fuel injection nozzle 4. Here, the pump 52 has a function of constantly maintaining a constant discharge pressure regardless of the flow rate.
[0069]
  Therefore, in this embodiment, a constant pressure is always applied to the valve 44 regardless of the fuel injection amount.
  As described above, when a pulse current flows through the connection terminal 48, the valve 44 is opened, fuel flows to the nozzle tip 50 side, and fuel is injected from the nozzle tip 50.
  As described above, in this embodiment, since a constant pressure is constantly applied to the valve 44 regardless of the fuel injection amount, a pulse current flows to the connection terminal 48 to open the valve 44, and the nozzle 44 When the fuel flows to the tip 50 side, the pressure of the fuel around the nozzle tip 50 is constant.
  Therefore, when the pulse current supplied to the connection terminal 48 is turned on, a constant amount of fuel (per unit time) is always injected from the nozzle tip 50 at a constant speed toward a constant angle.
  Therefore, fuel is injected from the fuel injection nozzle 4 when the pulse current is turned on, but the spray pattern of the fuel injected from the fuel injection nozzle 4 is always constant. In this embodiment, since the fuel injection nozzle 4 is duty ratio controlled in accordance with the required combustion amount, the fuel injection nozzle 4 is a fuel per unit time under a condition where the fuel pressure near the injection opening is constant. It is possible to change the injection amount.
[0070]
  Thus, in the present embodiment, the fuel that has been pressure-adjusted and has reached the nozzle tip 50 is sprayed radially from the outlet 51 into the combustion cylinder 6 at a predetermined spray pressure regardless of the fuel injection amount. Draw a certain spray pattern inside.
  Therefore, in this embodiment, it is possible to change the fuel injection amount per unit time in a state where a constant fuel spray speed and a constant spray pattern are maintained.
  In this embodiment, the pressure of the fuel injected from the fuel injection nozzle 4 is adjusted so as to intensively reach the air inlets 16 and 25 provided in the combustion cylinder 6 or the vicinity thereof.
  In the embodiment shown in FIG. 6, the pressure of fuel injected from the fuel injection nozzle 4 and the injection angle are directly applied to the air inlet 25 provided in the peripheral portion of the second combustion cylinder main body 22 of the combustion cylinder 6. It has been adjusted to reach.
[0071]
  Therefore, most of the fuel injected from the fuel injection nozzle 4 is sufficiently agitated and mixed with the air flowing in from the air inlet 25. As a result, most of the fuel injected from the fuel injection nozzle 4 can be completely burned easily.
[0072]
  Further, in the combustion apparatus 2 of the present embodiment, the combustion cylinder 6 is formed by connecting the first combustion cylinder 11 and the second combustion cylinder 12 as in the conventional combustion apparatus 101, but a part of the structure is provided. Different from the conventional one.
  The following description will be given with emphasis on differences from the prior art.
  In the present embodiment, the air inlets 16 and 25 provided in the first combustion cylinder main body 13 and the second combustion cylinder main body 22 have a constant pattern and / or a constant airflow of fuel injected from the fuel injection nozzle 4. It is provided only in the part where the fuel flows when getting on the vehicle. Therefore, the number of air inlets 16 and 25 is smaller than that of the conventional combustion apparatus 101. Therefore, the air flowing into the combustion cylinder 6 from the air inlets 16 and 25 intensively flows to the position where the fuel injected from the fuel injection nozzle 4 reaches, and further promotes the stirring of the fuel and air.
[0073]
  Further, the combustion cylinder 6 of the combustion apparatus 2 is different from the conventional one in the structure of the second combustion cylinder 12. FIG. 6 is a perspective view of the combustion cylinder 6 observed from the opening side. FIG. 7 is an enlarged perspective view of the vicinity of the second combustion cylinder 12 in the present embodiment. An annular swirling air adjustment plate 65 is provided behind the outlet 26 of the second airflow swirler 18 provided in the second combustion cylinder 12. The swirling air adjusting plate 65 is attached such that the front surface (lower surface) thereof is in close contact with the rear surface (upper surface) of the second flange portion 23 of the second combustion cylinder 12. A swirling air adjusting plate air hole 66 is formed in the swirling air adjusting plate 65 in accordance with the position of the outlet 26 of the second airflow swirler 18, and the air from the blower 7 passes through the swirling air adjusting plate air hole 66. Via the outlet 26 is supplied. The airflow blown into the second combustion cylinder 12 from the blowout port 26 substantially follows the front surface of the second flange portion 23. Since the size of the swirling air adjusting plate air hole 66 is sufficiently smaller than that of the blowout port 26, the amount of air flowing in from the second airflow swirler 18 is adjusted substantially by the size of the swirling air adjusting plate air hole 66.
[0074]
  As shown in FIGS. 6 and 7, a disc-shaped baffle plate 67 having a circular hole at the center is provided downstream of the plurality of outlets 26 of the second airflow swirler 18 (upward in FIGS. 6 and 7). It is provided coaxially with the combustion cylinder 11 and the second combustion cylinder 12. The baffle plate 67 is spot welded to the inner peripheral surface 68 of the second combustion cylinder main body 22. The baffle plate 67, the second flange portion 23, and the inner wall of the second combustion cylinder main body 22 are surrounded on three sides, and an annular flow path 69 along the second flange portion 23 is formed.
[0075]
  The air flowing into the second combustion cylinder 12 from each of the outlets 26 is blown from the outlet 26 in a substantially tangential direction, and then collides with the peripheral wall surface of the second combustion cylinder main body 22 and changes its direction. Since the baffle plate 67 exists in the downstream direction in the apparatus 2, the direction of flow changes in the central direction while turning along the annular flow path 69. Therefore, the fuel and the unburned gas are mixed while being pushed toward the center. As a result, a part of the fuel injected from the fuel injection nozzle 4 that could not reach the air inlets 16 and 25 or the vicinity thereof is sufficiently mixed with the air and completely burned.
[0076]
  In the present embodiment, a fuel diffusion member 55 as shown in FIG. 5 is attached below the combustion cylinder 6. The fuel diffusing member 55 has a disc portion 56 at the center, and is configured to support the disc portion 56 by a leg portion 57. The leg portion 57 has a substantially “U” shape in cross section. The leg portion 57 is attached to the disc portion 56 with a slight inclination.
[0077]
  Attachment portions 58 are formed at both ends of the fuel diffusion member 55. The attachment portion 58 has a horizontal portion 59. A screw insertion hole 60 is provided at a substantially central portion of the horizontal portion 59. The front end side of the horizontal portion 59 is folded back to form a folded portion 61. That is, in the present embodiment, the attachment portion 58 has a bowl shape and functions as an engagement portion. The fuel diffusion member 55 is fixed by engaging the attachment portion 58 below the combustion cylinder 6 and screwing it through the screw insertion hole 60. The fuel injected from the fuel injection nozzle 4 is further stirred by the fuel diffusion member 55 and sprayed into the combustion cylinder 6.
[0078]
  In the combustion apparatus 2 of the present embodiment, the fuel is sprayed into the combustion cylinder 6 at a constant pressure regardless of the amount of combustion, so the fuel spray state in the combustion cylinder 6 is always substantially constant. Therefore, the combustion device 2 has a good mixing state of air and fuel under any combustion condition, so that the fuel can be burned completely, and the generation amount of carbon monoxide and the emission amount of unburned gas are minimized. it can. Moreover, in the combustion apparatus 2 of this embodiment, since the stirring action of the air and gas in the combustion cylinder 6 is large, it is difficult to form a local high temperature region, and the generation amount of nitrogen oxides can be minimized. Further, since most of the fuel is completely combusted in the combustion device 2, the amount of generated soot is small, and a step portion or second combustion formed at the boundary between the first combustion cylinder 11 and the second combustion cylinder 12. Soot hardly adheres to the portion where the soot easily adheres, such as the cylinder main body 22.
[0079]
  In the embodiment described above, as shown in FIG. 6, the pressure of the fuel injected from the fuel injection nozzle 4 and the injection angle are the air introduction provided in the peripheral portion of the second combustion cylinder main body 22 of the combustion cylinder 6. A configuration adjusted to reach the mouth 25 directly is illustrated.
  However, depending on the swirling flow generated in the combustion cylinder 6, it may be desirable to inject the gas to the range not reaching the air inlet 25 as shown in FIG. 8. That is, in the embodiment shown in FIG. 8, although the injection angle of the fuel injected from the fuel injection nozzle 4 is directed to the air inlet 25, the pressure is lower than that of the previous embodiment, and the fuel is supplied to the air inlet 25. Will be injected in the vicinity of.
[0080]
  In the embodiment shown in FIG. 8, a plate-like flow path forming member 70 is fitted to the first flange portion 15, and four tubular airflows are provided between the flow path forming member 70 and the first flange portion 15. A path 71 is formed.
  That is, the plate-shaped flow path forming member 70 is manufactured by pressing, welding, or the like, and has an outer shape that is a disk shape, and an outer diameter thereof is equal to that of the first flange portion 15. An opening 72 is provided in the center of the flow path forming member 70. The diameter of the opening 72 is equal to the opening 14 of the first flange portion 15 described above. The flow path forming member 70 is provided with four tubular air flow paths 71 on one surface. The tubular air channel 71 has a length from the outer periphery to the vicinity of the central opening. The distal end of the tubular air channel 71 is open.
  The tubular air flow channel 71 is formed by a gap between the surface of the first flange portion 15 and the matching surface of the flow channel forming member 70 described above.
[0081]
  Each tubular air channel 71 has an air inlet 74 at the base and an air nozzle 73 at the tip. These replace the first airflow swirler 17 provided in the first flange portion 15 in the previous embodiment. The air blown out from the air nozzle 73 swirls clockwise in a bottom view to add a flame holding effect.
[0082]
  Further, as shown in FIG. 9, fuel may be injected between the plurality of air inlets 25.
  The embodiment shown in FIG. 9 does not have the disc-shaped baffle plate 67.
[0083]
  Further, the example shown in FIG. 10 is an example that does not have the disc-shaped baffle plate 67 and includes the tubular air flow channel 71. In the embodiment shown in FIG. 10, the tubular air flow path 71 has an air outlet in the flow path.
[0084]
  Moreover, although all the above-mentioned embodiments employ a stepped combustion cylinder, the present invention is not limited to the stepped shape. That is, in the combustion apparatus of the present invention, since the fuel spray pattern is constant regardless of the amount of fuel, it is not necessary to make the combustion cylinder stepped. Therefore, it is also possible to employ a single diameter combustion cylinder or a tapered combustion cylinder.
[0085]
  In the above-described embodiment, a fuel injection nozzle that intermittently injects fuel according to a pulse is employed. That is, in the above-described embodiment, fuel injection is stopped when the pulse is OFF. However, the above description does not allow the valve 44 to leak, and in practice, a small amount of fuel is often injected. Further, a slight amount of fuel may be injected even when the pulse is actively OFF. That is, if the fuel injection is completely stopped when the pulse is OFF, the combustion device may misfire. Therefore, when the pulse is OFF, a slight amount of fuel is injected to prevent misfire. In this case, fuel injection is performed with periodic strength.
[0086]
  Then, the hot water supply apparatus of 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. In addition, in this embodiment, about the part same as the hot water supply apparatus of the said 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
[0087]
  FIG. 11 is a schematic diagram showing the hot water supply apparatus of the present embodiment. In FIG. 11, 80 is the hot water supply apparatus of this embodiment. The hot water supply device 80 is a so-called hot water storage type hot water supply device. The hot water supply device 80 is roughly divided into a main body portion 81, a combustion portion 82, and a silencer 83.
[0088]
  The main body 81 is largely divided into a combustion space portion 84 and a hot water storage portion 85. The combustion part 82 and the combustion space part 84 function as heating means 86 for heating the heat medium stored in the hot water storage part 85. The main body portion 81 has a cylindrical shape as a whole and has a double structure, and a hot water storage portion 85 for storing hot water is formed therein. A plurality of combustion gas passages 87 are formed in the hot water storage section 85. The combustion gas passage 87 is a through hole that penetrates the hot water storage portion 85 in the axial direction.
[0089]
  The combustion unit 82 employs the same combustion device 2 as in the above-described embodiment, and is connected to a combustion space 84 located below the main body 81. The combustion device 2 includes a nozzle storage cylinder 5, a combustion cylinder 6, and a blower 7, and is arranged so that the open end of the combustion cylinder 6 faces the combustion space portion 84 side.
[0090]
  On the other hand, a silencer 83 is provided on the upper portion of the main body 81. The silencer 83 has a labyrinth structure inside and reduces combustion noise. In FIG. 11, the labyrinth structure of the silencer 83 is not shown and is omitted.
[0091]
  A running water circuit 90 through which hot water flows is connected to the hot water storage section 85. The flowing water circuit 90 is a so-called hot water supply circuit that is connected to a currant or the like and discharges hot water to the outside. The flowing water circuit 90 is branched from the water supply circuit 91, which is connected to the water inlet 88 and supplies water from the outside, the high-temperature hot water circuit 92 that is connected to the hot water outlet 89 and through which hot water heated in the hot water storage unit 85 flows. And a bypass circuit 93 for supplying hot water to the outside as required.
[0092]
  The amount of bypass water flowing through the bypass circuit 93 is adjusted by a bypass water amount adjustment valve 94. The temperature of hot water to be supplied is adjusted by mixing hot hot water flowing through the high temperature hot water circuit 92 and cold water flowing through the bypass circuit 93. A water amount servo 95 and a tapping water sensor 96 are provided on the downstream side of the mixed portion of the high temperature hot water circuit 92 and the bypass circuit 93, and the temperature detected by the tapping water sensor 96 is applied to the bypass water amount control valve 94 and the like. In addition to the feedback, the total water amount is adjusted by the water amount servo 95. The water supply circuit 91 is provided with a water amount sensor 98 and a temperature sensor 99. The amount of combustion in the combustion device 2 is adjusted so that the temperature of the hot water in the hot water storage section 85 is about 80 ° C.
[0093]
  The combustion amount of the combustion device 2 is adjusted so that the temperature of the hot water in the hot water storage section 85 is about 80 ° C. That is, based on the temperature of the hot water in the hot water storage section 85, the spray control means 49 performs duty ratio control on the current flowing through the electromagnetic coil 43 to open and close the valve 44, adjust the fuel spray amount per unit time, The combustion amount of the combustion device 2 is adjusted.
[0094]
  Since the fuel near the injection opening of the fuel injection nozzle 4 has a constant pressure, the fuel is sprayed into the combustion cylinder 6 in a constant diffusion state regardless of the spray amount. Further, since the nozzle tip 50 provided at the tip of the fuel injection nozzle 4 is provided with the outlet 51 radially, the fuel sprayed from the outlet 51 is located in the air inlets 16 and 25 and the vicinity thereof. Sprayed toward. Most of the fuel sprayed in the combustion cylinder 6 reaches the air inlets 16 and 25 provided in the first combustion cylinder 11 and the second combustion cylinder 12 or the vicinity thereof, and the air sent from the blower 7 Mix well. Therefore, most of the fuel sprayed from the fuel injection nozzle 4 is completely burned regardless of the amount of spray and generates high-temperature combustion gas.
[0095]
  Similarly to the above-described embodiment, a swirling flow of air is generated inside the combustion cylinder 6 by the first airflow swirler 17 and the second airflow swirler 18. A part of the fuel injected from the fuel injection nozzle 4 and which could not reach the air inlets 16 and 25 and the vicinity thereof is sufficiently mixed with the air by the swirling flow of the air, and completely burned to generate a high temperature. The combustion gas is generated.
[0096]
  As described above, in the combustion apparatus 2, the fuel is sprayed so as to be in substantially the same diffusion state regardless of the amount of combustion, and is completely burned. Therefore, according to the combustion device 2, combustion gas corresponding to the amount of fuel spray is generated, and this combustion gas passes through the combustion gas passage 87 and performs heat exchange. Therefore, the hot water temperature in the hot water storage section 85 is accurately adjusted. it can. That is, since the hot water supply device 80 of the present embodiment employs the combustion device 2 in the combustion section 82, the energy efficiency is high and the combustion amount throttle ratio (T.D.R) is also large.
[0097]
【The invention's effect】
  According to the first aspect of the present invention, the state of the flame generated in the combustion cylinder is stable regardless of the amount of combustion, and the fuel can be burned completely.
[0098]
  According to the second aspect of the present invention, the fuel diffusion state in the combustion cylinder is substantially constant, and the fuel and air can be sufficiently mixed. Therefore, the combustion apparatus according to claim 2 has high combustion drive stability regardless of the combustion amount.
[0099]
  According to the third aspect of the present invention, the fuel sprayed from the spraying means surely gathers at or near the air inlet and is sufficiently mixed with air. Therefore, the combustion apparatus of the present invention can completely burn fuel regardless of the amount of combustion.
[0100]
  According to the fourth aspect of the present invention, the fuel diffusion state in the combustion cylinder can be made uniform while accurately adjusting the fuel injection amount per unit time.
[0101]
  Of the present inventionSince the combustion apparatus can make the mixed state of fuel and air almost constant regardless of the combustion amount, it can be stably driven by any combustion amount.
[0102]
  Claim5According to the invention described in, fuel can be injected in a predetermined direction or position regardless of the injection amount.
[0103]
  Claim6Since the combustion apparatus described in 1 can reliably supply the air necessary for the fuel sprayed in the combustion cylinder to burn, the combustion drive can be stably performed.
[0104]
  Claim7According to the configuration described in (4), the fuel is sufficiently and reliably mixed with air in the vicinity of the inner periphery of the combustion cylinder, so that it is easily burned completely.
[0105]
  Claim8According to the configuration described above, even when the fuel injection amount is changed, the mixed state of air and fuel can be made substantially constant. Therefore, the combustion apparatus of the present invention can maintain a substantially constant combustion state even if the combustion amount changes.
[0106]
  Claim9According to the invention described in (1), the fuel and air in the combustion cylinder can be reliably mixed and completely combusted.
[0107]
  Claim10According to the invention described in (1), hot water can be accurately heated in a wide temperature range.
[0108]
  Configuration described aboveAccordingly, the temperature of hot water in the water pipe inserted into the combustion case can be heated in a wide temperature range.
[0109]
  Configuration described aboveAccording to this, the temperature of the hot water stored in the hot water storage part can be adjusted with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view in which a part of a main part of a hot water supply apparatus according to an embodiment of the present invention is broken.
2 is a combustion apparatus employed in the hot water supply apparatus of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a fuel injection nozzle provided in a combustion apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a fuel system of a combustion apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view of a fuel diffusion member provided in a combustion apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view of a combustion apparatus according to an embodiment of the present invention observed from the opening side.
FIG. 7 is an enlarged perspective view of the vicinity of a second combustion cylinder of the combustion apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view of a combustion apparatus according to another embodiment of the present invention observed from the opening side.
FIG. 9 is a perspective view of a combustion apparatus according to still another embodiment of the present invention observed from the opening side.
FIG. 10 is a perspective view of a combustion apparatus according to still another embodiment of the present invention observed from the opening side.
FIG. 11 is a schematic view showing a hot water supply apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a hot water supply device incorporating a combustion device that sprays and burns fuel.
FIG. 13 is a perspective view of a conventional combustion apparatus observed from the opening side.
FIG. 14 is a conceptual diagram showing a fuel system of a conventional combustion apparatus.
FIG. 15 is a conceptual diagram showing another fuel system of a conventional combustion apparatus.
[Explanation of symbols]
    1,80 Hot water supply device (hot water heating device)
    2 Combustion device
    3 heat exchanger
    4 Fuel injection nozzle
    6 Combustion cylinder
    7 Blower
  16, 25 Air inlet
  46 Pressurizing means
  49 Spray control means
  51 Outlet (fuel injection direction regulating means)
  55 Fuel diffusion member
  65 Swirl air adjustment plate
  70 Flow path forming member
  82 Combustion section
  85 Hot water storage
  87 Combustion gas passage

Claims (10)

液体燃料を噴霧する噴霧手段と、該噴霧手段により噴霧された燃料を燃焼させる燃焼筒を有し、当該燃焼筒に空気導入口が設けられた燃焼装置において、前記噴霧手段は噴射開口近傍の燃料の圧力が一定の状態下において単位時間当たりの燃料噴射量を変更することが可能であり、噴霧手段から燃料が空気導入口又はその近傍に集中的に至る様に噴霧されるものであり、前記噴霧手段は、噴霧ノズルと、該噴霧ノズルに所定の圧力を印加する加圧手段と、前記噴霧ノズルからの燃料噴霧を断続させる燃料噴霧アクチュエータと、該燃料噴霧アクチュエータによる燃料噴霧の断続タイミングを制御することで前記噴霧ノズルから噴霧される燃料の噴霧量を制御する噴霧制御手段とを備え、前記噴霧ノズルの先端近傍には、あらかじめ定められた特定の方向に燃料を噴射する燃料噴射方向規制手段を設け、さらに、前記燃料噴射方向規制手段と前記燃料噴霧アクチュエータとの間に燃料を貯留する空間を設けたことを特徴とする燃焼装置。In a combustion apparatus having a spraying means for spraying liquid fuel and a combustion cylinder for burning the fuel sprayed by the spraying means, the spraying means is a fuel in the vicinity of the injection opening. It is possible to change the fuel injection amount per unit time under a constant pressure, and the fuel is sprayed from the spraying means so as to concentrate on the air inlet or the vicinity thereof , The spray means controls a spray nozzle, a pressurizing means for applying a predetermined pressure to the spray nozzle, a fuel spray actuator for intermittently spraying fuel from the spray nozzle, and intermittent timing of fuel spray by the fuel spray actuator And a spray control means for controlling the amount of fuel sprayed from the spray nozzle, and a predetermined vicinity is provided in the vicinity of the tip of the spray nozzle. Provided fuel injection direction regulating means for injecting fuel into a constant direction, further, the combustion apparatus is characterized by providing a space for storing the fuel between the fuel spray actuator and the fuel injection direction restricting means. 液体燃料を噴霧する噴霧手段と、該噴霧手段により噴霧された燃料を燃焼させる燃焼筒を有し、当該燃焼筒に空気導入口が設けられた燃焼装置において、前記噴霧手段は一定の燃料噴霧速度及び一定の噴霧パターンを維持した状態下において単位時間当たりの燃料噴射量を変更することが可能であり、噴霧手段から燃料が空気導入口又はその近傍に集中的に至る様に噴霧されるものであり、前記噴霧手段は、噴霧ノズルと、該噴霧ノズルに所定の圧力を印加する加圧手段と、前記噴霧ノズルからの燃料噴霧を断続させる燃料噴霧アクチュエータと、該燃料噴霧アクチュエータによる燃料噴霧の断続タイミングを制御することで前記噴霧ノズルから噴霧される燃料の噴霧量を制御する噴霧制御手段とを備え、前記噴霧ノズルの先端近傍には、あらかじめ定められた特定の方向に燃料を噴射する燃料噴射方向規制手段を設け、さらに、前記燃料噴射方向規制手段と前記燃料噴霧アクチュエータとの間に燃料を貯留する空間を設けたことを特徴とする燃焼装置。In a combustion apparatus having a spraying means for spraying liquid fuel and a combustion cylinder for burning fuel sprayed by the spraying means, the spraying means is provided with a constant fuel spray rate. and it is possible to change the fuel injection amount per unit time under conditions that maintain a constant spray pattern, in which the fuel from the spray means is sprayed as leading to intensive air inlet or near the The spray means includes a spray nozzle, a pressurizing means for applying a predetermined pressure to the spray nozzle, a fuel spray actuator for intermittently spraying fuel from the spray nozzle, and intermittent fuel spray by the fuel spray actuator Spray control means for controlling the spray amount of fuel sprayed from the spray nozzle by controlling the timing, and in the vicinity of the tip of the spray nozzle. The fuel injection direction regulating means for injecting fuel is provided in a specific direction defined beforehand, further, a feature in that a space for storing the fuel between the fuel injection direction restricting means and said fuel spray actuator Combustion device. 噴霧手段から燃料が空気導入口又はその近傍を目標として噴霧されることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼装置。  The combustion apparatus according to claim 1 or 2, wherein the fuel is sprayed from the spraying means targeting the air inlet or the vicinity thereof. 噴霧手段は、燃料に圧力を印加する加圧手段と、噴霧制御手段を有し、当該噴霧制御手段が、燃料の噴霧を断続的にあるいは周期的な強弱をもって行わしめるものであり、噴霧の断続あるいは強弱のタイミングを制御することによって単位時間当たりの燃料噴射量を変更することができることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼装置。Spray means, and a pressure means for applying pressure to the fuel having a spray control means, said injection control means, which occupies performed with intermittent or periodic intensity spraying of fuel, intermittent spraying The combustion apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel injection amount per unit time can be changed by controlling the timing of intensity. 送風機を有し、さらに燃焼筒は、その周囲に複数の空気導入口を有し、前記送風機によって発生した送風が空気導入口から燃焼筒内に導入されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃焼装置。Has a blower, further combustion barrel, claims 1 to 4 around the a plurality of air inlet openings, blast generated by the blower, characterized in that it is introduced into the combustion cylinder through the air inlet The combustion apparatus in any one of. 燃料は一定のパターン及び／又は一定の気流に沿って流れ、燃焼筒の内周近傍に至り、当該燃料が流れ至たる部位に空気導入口が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の燃焼装置。Fuel flows along the predetermined pattern and / or a constant air flow leads to the vicinity of the inner periphery of the combustion tube, 1 to claim, characterized in that air inlet to the optimum serving site the fuel flow is provided 6. The combustion apparatus according to any one of 5 . 燃料の噴霧はデューティ比制御によって断続され、単位時間当たりの燃料噴射量が変更されるものであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼装置。The combustion apparatus according to any one of claims 1 to 6 , wherein fuel spray is intermittently performed by duty ratio control, and a fuel injection amount per unit time is changed. 燃焼部と、水を加熱する熱交換部と、送風機を有し、燃焼部で発生した燃焼ガスを熱交換部に送り、熱交換部で水を加熱する湯水加熱装置において、燃焼部には請求項１乃至７のいずれかに記載の燃焼装置が装着され、送風機の送風が燃焼装置に導入されることを特徴とする湯水加熱装置。In the hot water heating apparatus which has a combustion part, a heat exchange part which heats water, and a blower, sends combustion gas generated in the combustion part to the heat exchange part and heats water in the heat exchange part, the combustion part is charged Item 8. A hot water heating apparatus, wherein the combustion apparatus according to any one of Items 1 to 7 is mounted, and air blown from a blower is introduced into the combustion apparatus. 燃焼ケースを有し、当該燃焼ケースに燃焼装置が取り付けられ、さらに燃焼ケースに水管が挿通されて熱交換部が構成されていることを特徴とする請求項８に記載の湯水加熱装置。The hot water heating apparatus according to claim 8 , further comprising a combustion case, wherein a combustion device is attached to the combustion case, and a water pipe is inserted into the combustion case to constitute a heat exchange unit. 水が溜められる貯湯部と、貯湯部を貫通する燃焼ガス通路部を有し、燃焼部で発生した燃焼ガスを燃焼ガス通路部に導入して貯湯部内の水を加熱することを特徴とする請求項８に記載の湯水加熱装置。A hot water storage part in which water is stored and a combustion gas passage part penetrating the hot water storage part, and the combustion gas generated in the combustion part is introduced into the combustion gas passage part to heat the water in the hot water storage part. Item 9. A hot water heater according to Item 8 .
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