JP3915631B2 - 燃焼装置、並びに湯水加熱装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯器等の湯水加熱装置に好適に使用できる燃焼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備えた湯水加熱装置を示す正面図である。図１２において、１００は燃焼装置である。燃焼装置１００は、燃料噴射ノズル１０１とノズル収納筒１０２と燃焼筒１０３と送風機１０５とを有する。燃料噴射ノズル１０１は、ノズル収納筒１０２内に収納され、外部から供給された燃料を燃焼筒１０３内に噴霧するものである。燃料噴射ノズル１０１から噴霧された燃料は、燃焼筒１０３内で火炎を形成して燃焼する。
【０００３】
ノズル収納筒１０２内には、前記した燃料噴射ノズル１０１の他に、点火プラグ１０６が内蔵されており、噴射ノズル１０１から噴射された燃料は、点火プラグ１０６によって点火される。
【０００４】
燃焼筒１０３は図１２および図１３に示す様に二段形状の筒体であり、ノズル収納筒１０２に接続された第１燃焼筒１０７と、当該第１燃焼筒１０７に連続する第２燃焼筒１０８とから構成されている。第１燃焼筒１０７の周部には、燃焼筒１０３の内部に空気を導入するための空気導入口１１０が複数設けられている。
【０００５】
第２燃焼筒１０８は、第１燃焼筒１０７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１０８と第１燃焼筒１０７との接続部分には、図１３に示すようにフランジ部１１１が設けられており、これにより段状となっている。第２燃焼筒１０８の周部にも、前記した第１燃焼筒１０７と同様に内部に空気を導入するための空気導入口１１２が複数設けられている。
【０００６】
第１燃焼筒１０７と第２燃焼筒１０８との境界にあるフランジ部１１１には、フランジ部１１１を切り起こすことにより複数の空気導入口１１３が円周状に設けられている。送風機１０５により供給された外気は、空気導入口１１３から燃焼筒１０３内に導入され、燃焼筒１０３内に旋回流を発生する。燃焼筒１０３内に噴霧された燃料は、燃焼筒１０３内に発生している空気の旋回流により混合され、燃焼される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、給湯器等の湯水加熱装置の熱効率を一層向上させると共に、装置全体をさらに小型化するため、燃焼装置の燃焼性能を改善し、湯水加熱装置の大部分を占める燃焼装置の小型化が切望されている。
【０００８】
従来技術の燃焼装置１００において、燃焼筒１０３は、燃料噴射ノズル１０１から噴霧された燃料と空気を混合し、燃焼する部分である。燃料噴射ノズル１０１から噴霧された燃料を完全燃焼するためには、燃焼筒１０３内における燃料と空気との混合状態を均一化する必要がある。
【０００９】
上記したように、従来技術の燃焼装置１００では、第１燃焼筒１０７及び第２燃焼筒１０８の周囲にそれぞれ空気導入口１１０，１１２を設けると共に、フランジ部１１１に空気導入口１１３を設けている。空気導入口１１３は、フランジ部１１１に円周状に設けられているため、燃焼筒１０３内には空気の旋回流が発生する。そのため、燃料噴射ノズル１０１から噴霧された燃料は、燃焼筒１０３内における空気の旋回流により空気と十分混合され、燃焼される。
【００１０】
しかし、従来技術の燃焼装置１００では、フランジ部１１１の大きさ等の都合により、空気導入口１１３の寸法や数量に制約があるため、空気導入口１１３から導入される空気量が不十分である場合があった。空気導入口１１３から導入される空気量が少ないと、燃焼筒１０３内における空気の旋回流が弱く、燃料と空気との混合が不十分となる虞がある。そのため、従来の燃焼装置１００では、燃料と空気との混合が不十分なまま燃焼作動が行われ、十分な燃焼効率が得られない場合があった。また、燃料と空気との混合が不十分であれば、燃料と空気との濃度分布が不均一となってしまい、燃料の濃度が高い濃部では炎の温度が上昇してＮＯX が発生しやすくなるという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記した問題に鑑み、燃焼筒内における空気と燃料とを十分混合し、完全燃焼することができる燃焼装置の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記した問題を解決すべく提供される請求項１に記載の発明は、燃料を噴霧する噴霧手段と、当該噴霧手段により噴霧された燃料を燃焼させる燃焼部とを具備した燃焼装置において、前記燃焼部は燃焼筒を有し、燃焼筒は一の火炎形成部と、当該一の火炎形成部に連続し、当該一の火炎形成部よりも大径である他の火炎形成部とを具備し、前記一の火炎形成部と前記他の火炎形成部との境界部には両者を連続する段部を有し、当該段部には燃焼部の内外を連通し、空気を燃焼部の内壁に沿う方向に導入する旋回導入口が複数設けられており、さらに段部の下流側にも燃焼筒内に空気を導入する空気導入口があり、前記段部の周囲には、空気の流れを段部側に向ける空気案内部材が設けられており、空気案内部材と燃焼筒との隙間は、燃焼筒の下流側に向かうに従い狭くなっており、空気案内部材に沿って流れる空気は、次第に加勢され段部に集約され、段部に設けられた旋回導入口から燃焼筒内に流れ込んで燃焼筒内に旋回流を形成し、また空気の一部は、前記隙間以外の流路を流れて段部の下流側に設けられた空気導入口から燃焼筒内に入ることを特徴とする燃焼装置である。
【００１３】
本発明の燃焼装置では、空気案内部材と燃焼筒との隙間が空気流の下流側に向かうに従って縮小している。そのため、外部から供給される空気は、前記空気案内部材によって所定の位置に集約され、旋回導入口を介して燃焼部内に高速で流入する。
従って、上記した構成によれば、空気導入口（旋回導入口）から燃焼部内に導入される空気の旋回力を向上することができる。
【００１４】
本発明の燃焼装置は、燃焼部内における空気の旋回力が強いため、燃焼空間部内に噴霧される燃料と空気とが十分混合される。そのため本発明の燃焼装置によれば、燃焼部内に噴霧された燃料の大部分を完全燃焼し、一酸化炭素等の有毒ガスや、スス等の発生量を最小限に抑制することができる。
【００１５】
上記した構成によれば、燃焼部内の所望の位置に集中的に空気を供給することができるため、燃焼部内に噴霧される燃料と空気との混合状態を最適化することができる。また、本発明の燃焼装置では、燃焼部内に流入する空気の流速が速いため、燃焼部内における燃料と空気との混合を促進することができる。そのため、上記した構成によれば、燃焼部内に噴霧された燃料の大部分を完全燃焼することができると共に、ＮＯ x の発生量も低減することができる。
【００１６】
本発明の燃焼装置は、燃料の大部分を完全燃焼できるため、一酸化炭素等の有毒ガスやスス等の未燃成分の発生量が極めて少ない。また、本発明の燃焼装置では、燃焼部内に空気が高速で流入するため、この空気によって燃焼部内において発生したスス等の未燃成分が吹き飛ばされる。そのため、上記した構成によれば、燃焼部内におけるスス等の付着や堆積に伴う燃焼装置の故障を防止することができる。
【００１７】
即ち本発明の燃焼装置は、第１火炎形成部と第２火炎形成部との境界部を連続する段部に、燃焼部の内壁に沿う方向に空気を導入する空気導入口を有する。本発明の燃焼装置は、前記段部の周囲に空気案内部材を有し、外部から供給された空気は、前記空気案内部材によって段部近傍に集約される。そのため、本発明の燃焼装置では、段部に設けられた空気導入口から燃焼部の内壁に沿う方向に多量の空気が高速で流れ込み、燃焼部内に比較的強い旋回流が形成される。従って、上記した構成によれば、空気導入口から導入された空気と、噴霧手段から燃焼部内に噴霧された燃料との混合を促進し、燃料の大部分を完全燃焼させることができる。
【００１８】
上記したように、本発明の燃焼装置は、燃料を完全燃焼させることができるため、燃焼状態が安定しており、一酸化炭素等の有毒ガスや、窒素酸化物（ＮＯx ）、スス等の発生量が極めて少ない。また、本発明の燃焼装置では、燃焼部内に空気の旋回流が発生しているため、燃焼部内の壁面や段部へのスス等の付着や堆積を確実に防止することができる。そのため、本発明の燃焼装置は、環境に調和した燃焼作動が可能であり、ススの付着や堆積などによる燃焼装置の故障も少ない。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、燃料を噴霧する噴霧手段と、当該噴霧手段により噴霧された燃料を燃焼させる燃焼部とを具備した燃焼装置において、前記燃焼部は燃焼筒を有し、燃焼筒は、主として液体燃料が燃焼することにより火炎が形成される火炎形成部と、火炎形成部において発生した燃焼ガスが通過する燃焼空間部とを有し、当該燃焼空間部と火炎形成部との境界部には両者を連続する段部を有し、当該段部には燃焼部の内外を連通し、空気を燃焼部の内壁に沿う方向に導入する旋回導入口が複数設けられており、さらに段部の下流側にも燃焼筒内に空気を導入する空気導入口があり、前記段部の周囲には、空気の流れを段部側に向ける空気案内部材が設けられており、空気案内部材と燃焼筒との隙間は、燃焼筒の下流側に向かうに従い狭くなっており、空気案内部材に沿って流れる空気は、次第に加勢され段部に集約され、段部に設けられた旋回導入口から燃焼筒内に流れ込んで燃焼筒内に旋回流を形成し、また空気の一部は、前記隙間以外の流路を流れて段部の下流側に設けられた空気導入口から燃焼筒内に入ることを特徴とする燃焼装置である。
【００２０】
上記したように、本発明の燃焼装置は、火炎形成部と燃焼空間部との境界部にある段部の周囲に空気案内部材が設けられているため、外部から導入された空気が前記段部側に向けて流れる。前記段部には、燃焼部の内壁に沿う方向に空気を導入する空気導入口が設けられているため、外部から供給された空気は、段部近傍に集約され加勢された後に燃焼部内に導入される。従って、空気導入口から導入された空気は、火炎形成部と燃焼空間部との境界部に比較的強い旋回流を形成する。よって、上記した構成によれば、空気導入口から導入された空気と、火炎形成部において燃焼しきれずに燃焼空間部に至った燃料との混合を促進し、燃料の大部分を完全燃焼させることができると共に、ＮＯx 等の発生量も低減することができる。
【００２１】
上記した構成によれば、燃料の大部分を完全燃焼させることができるため、燃焼作動中に発生する一酸化炭素等の有毒ガスや、スス等の発生量を最小限に抑制することができる。従って、本発明の燃焼装置によれば、環境に調和した燃焼作動が可能である。
【００２２】
また本発明の燃焼装置は、燃焼部の末端にあり、燃焼部内において発生する気流が比較的緩やかであると想定される燃焼空間部内において空気の旋回流を発生させるものであり、この旋回流によって燃焼部内の壁面や段部へのスス等の付着や堆積を防止することができる。ススの付着や堆積などによる燃焼装置の故障を未然に防止することができる。
【００２３】
また、上記請求項２に記載の燃焼装置は、火炎形成部は、第１火炎形成部と、当該第１火炎形成部に連続し、第１火炎形成部よりも大径である第２火炎形成部とを具備し、前記第１火炎形成部と第２火炎形成部との境界部には両者を連続する段部を有し、当該段部には燃焼部の内外を連通し、空気を燃焼部の内壁に沿う方向に導入する空気導入口が複数設けられており、前記段部の周囲には、空気の流れを段部側に向ける空気案内部材が設けられていることを特徴とするものであってもよい。（請求項３）
【００２４】
本発明の燃焼装置は、第１火炎形成部と第２火炎形成部との境界部にある段部に、燃焼部の内壁に沿う方向に空気を導入する空気導入口を有し、前記段部の周囲に空気案内部材を設けたものである。そのため、外部から供給された空気は、前記空気案内部材によって段部近傍に集約された後、空気導入口から燃焼部内に流れ込み、比較的強い旋回流を形成する。そのため、本発明の燃焼装置では、噴霧手段から燃焼部内に噴霧された燃料が、空気導入口から導入された空気の旋回力により十分混合され、燃焼される。
【００２５】
本発明の燃焼装置は、火炎形成部内において空気の旋回流が形成されるが、その旋回力は燃焼部の下流側に向かうに従って徐々に低下する。上記したように、本発明の燃焼装置は、火炎形成部と燃焼空間部との境界部にある段部に空気導入口を設けており、外部から供給された空気を火炎形成部よりも下流側にある燃焼空間部内に導入し、当該燃焼空間部内に旋回流を形成するものである。また、本発明の燃焼装置は、火炎形成部と燃焼空間部との境界部にある段部の周囲にも空気案内部材を設けているため、燃焼空間部近傍にも比較的強い旋回流が形成される。従って、本発明の燃焼装置では、燃焼部の下流側においても比較的強い旋回流が形成されている。
【００２６】
本発明の燃焼装置では、火炎形成部の下流側に位置する燃焼空間部に比較的強い旋回流が形成されるため、火炎形成部において燃焼しきれずに燃焼空間部に至った燃料と空気との混合が確実に行われる。そのため、上記した構成によれば、燃焼部内に噴霧された燃料の大部分を完全燃焼させることができる。
【００２７】
本発明の燃焼装置は、燃料の大部分を完全燃焼させることができるため、燃焼作動に伴う一酸化炭素等の有毒ガスや、スス等の発生量を抑制し、さらにＮＯX の発生量も低減することができる。また、本発明の燃焼装置では、燃焼部の上流側に位置する火炎形成部内と、燃焼部の下流側に位置する燃焼空間部内の双方において比較的強い旋回流が形成されているため、例え燃焼作動中にスス等が発生しても、燃焼部内の壁面や段部にはスス等の付着や堆積が起こらない。そのため、本発明の燃焼装置は、ススの付着や堆積などによる燃焼装置の故障を確実に防止することができる。
【００２８】
また、請求項４に記載の発明は、空気案内部材は、空気案内部材の内外を連通し、空気を空気案内部材の外側から内壁に沿う方向に案内する空気案内口を有す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。
【００２９】
本発明の燃焼装置では、外部から供給された空気が空気案内口を介して空気案内部材の外側から内壁に沿う方向に導入され、旋回流を発生する。そのため、空気案内部材の内側に流れ込んだ空気は、燃焼部の周囲を旋回しながら、段部に設けられた各空気導入口から燃焼部内に流入する。従って、上記した構成によれば、空気導入口から燃焼部内に導入される空気の旋回力を一層向上することができる。
【００３０】
本発明の燃焼装置は、空気導入口を介して燃焼部内に導入される空気の旋回力が強いため、燃焼空間部内に噴霧される燃料の大部分は空気と確実に混合され、完全燃焼される。そのため、本発明の燃焼装置は、一酸化炭素等の有毒ガスや、スス等の発生量が極めて少なく、環境に調和した燃焼作動を行うことができる。また、本発明の燃焼装置では、燃焼部内に強い旋回流が形成されるため、燃焼部内の壁面や段部にはスス等の付着や堆積が起こらず、これによる燃焼装置の故障がほとんど起こらない。
【００３１】
上記請求項４と同様の課題を解決すべく提供される請求項５に記載の発明は、空気案内部材は、スリット状の空気案内部を有す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。
【００３２】
本発明の燃焼装置では、空気案内部材にスリット状の空気案内部を有するため、多量の空気が空気案内部材の内側に導入される。また、本発明の燃焼装置において、空気案内部はスリット状であるため、空気の流路断面積が極めて小さい。そのため外部から導入される空気は、空気案内部を通過する際に加速され空気案内部材の内側に流入する。従って、空気案内部材の内側に流れ込んだ空気は、燃焼部の周囲を高速で旋回するなどして、段部に設けられた各空気導入口から燃焼部内に流入する。よって、上記した構成によれば、空気導入口から燃焼部内に導入される空気の旋回力をより一層向上することができる。
【００３３】
本発明の燃焼装置は、空気導入口を介して燃焼部内に導入される空気の旋回力が強いため、燃焼空間部内に噴霧される燃料の大部分は空気導入口から流入した空気によって攪拌される。従って、本発明の燃焼装置では、燃焼空間部内における燃料の濃度分布が略均一であるため、燃料の大部分を容易に完全燃焼することができる。
【００３４】
上記したように、本発明の燃焼装置では燃料の大部分が完全燃焼されるため、燃焼作動時に発生する一酸化炭素やＮＯX 等の有毒ガスや、スス等の発生量が極めて少ない。従って本発明の燃焼装置によれば、環境に調和した燃焼作動を行うことができる。また、本発明の燃焼装置では、燃焼部内に強い旋回流が形成されるため、燃焼部内の壁面や段部にはスス等の付着や堆積が起こらず、これによる燃焼装置の故障がほとんど起こらない。
【００３５】
また請求項６に記載の発明は、空気案内部材は、両端が開口したすり鉢状の部材であり、空気案内部材は、開口径が一定の固定部と、固定部に連続し、固定部から離れるに従って開口径が拡大する案内部とを有し、固定部は燃焼筒に密着固定されており、固定部と案内部との境界部が、段部に沿うように固定さ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。
【００３６】
上記した請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼装置は、燃焼部と、水を加熱する熱交換部を有し、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の燃焼部として採用することが可能である。（請求項７）
【００３７】
【発明の実施の形態】
続いて、本発明の一実施形態である燃焼装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態である給湯器および燃焼装置の内部構造を示す正面図である。図２は、図１に示す燃焼装置において採用されている燃焼筒および装着部材を示す斜視図である。図３は、図２に示す燃焼筒および装着部材の分解斜視図である。図４は、図１に示す燃焼装置の要部断面図である。図５は、本発明の第２実施形態である給湯器および燃焼装置の内部構造を示す正面図である。図６は、図５に示す燃焼装置において採用されている燃焼筒および装着部材を示す斜視図である。図７は、図６に示す燃焼筒および装着部材の分解斜視図である。図８は、空気案内部材の変形実施例を示す斜視図であり、図９はさらに別の実施例を示す斜視図である。
【００３８】
本実施形態の給湯器１は、図１の様に、箱形の本体ケース７の内部に燃焼装置２を内蔵したものである。燃焼装置２の下流側には、燃焼室３と熱交換器４とが順に配されている。熱交換器４の下流側には排気ダクト５が接続されており、その下流端には排気ガスを排出する排気トップ６が設けられている。
【００３９】
燃焼装置２の下流側の燃焼室３は、燃焼装置２で発生した高温の燃焼ガスを熱交換器４へ導く空間である。燃焼室３の周囲には、内部を通過する燃焼ガスによる外壁の加熱を防止するための水管３ａが外周壁に沿って巻き付けられている。また、熱交換器４は、水管４ａを流動する湯水を燃焼装置２で発生した燃焼ガスの熱との熱交換により昇温させるものである。そして、熱交換器４で熱交換された燃焼ガスは、排気ダクト５を経由して排気ガスとして排気トップ６から排出される。
【００４０】
燃焼装置２は、箱形のバーナケース１０の内部に燃焼筒１１を配し、バーナケース１０の上部に、燃料噴霧手段１５と送風機１２とを設けたものである。バーナケース１０と燃焼筒１１との間に形成される空気室は、仕切板３０によって、燃焼筒１１の上流部に位置する第１空気室３５と下流部に位置する第２空気室３６とに仕切られている
【００４１】
また、燃焼筒１１の上流部には、一次空気導入筒１３及びノズル収納筒１４が装着されている。ノズル収納筒１４には、燃料噴霧手段１５から供給される液体燃料を燃焼筒１１の内部に噴射する燃料噴射ノズル１６と、噴射される液体燃料に点火する点火プラグ１７とが収納されている。
【００４２】
本実施形態の燃焼装置２は、図１および図４に示すように送風機１２と第１空気室３５との間に、第１空気室３５へ供給する空気量を調節する第１のダンパ３７を設けると共に、仕切板３０に、第１空気室３５から第２空気室３６へ流動させる空気量を調節する第２のダンパ３８を設けている。そして、第１空気室３５及び第２空気室３６に燃焼量に応じた空気供給を行うことにより、燃焼筒１１の外壁に設けられた複数の空気導入口を介して燃焼筒１１の上流部及び下流部に燃焼量に応じた量の空気を導入させて燃焼を行わせるものである。
【００４３】
燃焼筒１１は、図２の様に、円筒体を３段に積み重ねた形状であり、上流側の第１火炎形成部２０と、第１火炎形成部２０の下流に連続する第２火炎形成部２１と、第２火炎形成部２１の下流に連続する燃焼空間部２２で構成される。また、第１火炎形成部２０の外周壁には、バーナケース１０への固定時に仕切板３０との気密性を確保するためのシール部材１８が装着されている。また、第２火炎形成部２１と、燃焼空間部２２との境界部には空気案内部材１９が装着されている。
燃焼筒１１の上流側には、図２の様に、一次空気導入筒１３とノズル収納筒１４が圧入装着され、これら、燃焼筒１１、一次空気導入筒１３及びノズル収納筒１４が一体化された状態でバーナケース１０に装着される。
【００４４】
燃焼筒１１は、図３の様に、上流側に位置する円筒形の第１火炎形成部２０と、当該第１火炎形成部２０よりも外径が大きく下流側に連続する円筒形の第２火炎形成部２１と、当該第２火炎形成部２０よりも更に外径が大きく下流側に連続する円筒形の燃焼空間部２２とを一体化した形状である。即ち、燃焼筒１１は、外径の異なる３つの円筒体を一体化したもので、各円筒体の中心軸は略一致している。
【００４５】
第１火炎形成部２０と第２火炎形成部２１とは、主として燃焼噴射ノズル１６から噴射された燃料を燃焼させて火炎を形成させる部位である。従って、燃焼装置２において、燃焼筒１１の第２火炎形成部２１よりも上流側は、一般にバーナと称される部分に相当する。一方、第２火炎形成部２１に連続する燃焼空間部２２は、主として第１及び第２の火炎形成部２０，２１で発生した燃焼ガスを下流側へ向けて通過させる部位である。また、燃焼空間部２２内では、第１火炎形成部２０及び第２火炎形成部２１において燃焼しきれずに残った燃料が燃焼される。
【００４６】
第１火炎形成部２０は、上流側に閉塞面２０ｅを有し、当該閉塞面２０ｅの中央部には開口２０ａが設けられ、当該開口２０ａに隣接して放射状に複数の旋回導入口２０ｂが配されている。旋回導入口２０ｂは、閉塞面２０ｅの一部を略方形状に内方へ向けて切り起こして旋回羽根２０ｇを形成したもので、切り起こしに伴う開口２０ｆから旋回羽根２０ｇに沿って空気を導入することにより、第１火炎形成部２０の中心軸の周りに上流側から見て反時計方向へ旋回する気流を生じさせる機能を有する。また、第１火炎形成部２０の下流側近傍の外周壁には、全周に渡って複数の空気導入口２０ｃ，２０ｄが放射状に配列されている。
【００４７】
第２火炎形成部２１は、第１火炎形成部２０よりも大径の円筒体であり、両者の接続部には上流側に面する段部２１ａが形成され、当該段部２１ａには、放射状に複数の旋回導入口２１ｂが配されている。旋回導入口２１ｂは、段部２１ａの一部を内方へ向けて陥没させることにより、段部２１ａの内面に沿いつつ中心軸の周りに向かう方向へ空気を導入するように開口を形成したものであり、段部２１ａをプレス加工して形成される。この旋回導入口２１ｂを介して導入された空気は、第２火炎形成部２１の中心軸の周りに上流側から見て反時計方向へ旋回する気流を生じさせる機能を持つ。また、第２火炎形成部２１の下流側近傍の外周壁には、全周に渡って複数の空気導入口２１ｃ，２１ｄが放射状に配列されている。
【００４８】
燃焼空間部２２は、第２火炎形成部２１よりも更に大径の円筒体であり、両者の接続部には上流側に面する段部２２ａが形成され、当該段部２２ａには、放射状に複数の旋回導入口２２ｂが配されている。旋回導入口２２ｂは、前記した第２火炎形成部２１の旋回導入口２１ｂと相似形であるが、旋回導入口２１ｂよりも大きい形状である。この旋回導入口２２ｂも、内部へ導入した空気を燃焼空間部２２の中心軸の周りに上流側から見て半時計方向へ旋回する気流を生じさせる機能を有する。また、燃焼空間部２２の下流側近傍の外周壁には、全周に渡って複数の空気導入口２２ｃが放射状に配列され、燃焼空間部２２の下流端は径方向外方へ向けて折曲されてフランジ部２２ｄが形成されている。
【００４９】
燃焼筒１１の第１火炎形成部２０に装着されるシール部材１８は、図３の様に、リング形状の部材であり、径方向外方へ広がるに連れて上流側へ向かう傾斜面１８ａを全周に渡って形成し、傾斜面１８ａの外周縁は径方向外方へ向けて水平に延出してフランジ部１８ｂを形成している。また、傾斜面１８ａの内周縁は上流側へ向けて折曲されて折曲部１８ｃが形成され、折曲部１８ｃの内径は第１火炎形成部２０の外径と略同一である。
【００５０】
シール部材１８は、フランジ部１８ｂを上流側に向けて、折曲部１８ｃの内周を第１火炎形成部２０の外周壁に当接させて挿入し、下流端が第２火炎形成部２１の段部２１ａに当接するまで第１火炎形成部２０の外周壁に沿って下流側へ圧入して装着される。即ち、シール部材１８は、折曲部１８ｃの径方向内方へ向かう弾性力によって第１火炎形成部２０の外周壁を押圧して固定している。
【００５１】
このシール部材１８は、フランジ部１８ｂに全周に渡って下流側へ向かう力を印加すると、傾斜面１８ａの内周縁近傍が下流側へ僅かに撓みを生じるもので、後述するように、燃焼筒１１をバーナケース１０に装着したときに、仕切板３０にシール部材１８を圧接させて気密性を維持する機能を備えている。
【００５２】
また、第２火炎形成部２１と燃焼空間部２２との境界部に装着される空気案内部材１９は、図２および図３に示すように両端が開口したすり鉢状の部材である。空気案内部材１９は、開口径が一定の固定部１９ａと、固定部１９ａに連続し、固定部１９ａから離れるに従って開口径が拡大する案内部１９ｂとを有する。固定部１９ａの開口径は、燃焼空間部２２の外径と略同一であり、燃焼空間部２２の上端側（第２火炎形成部２１側）に密着固定されている。さらに詳細には、固定部１９ａと案内部１９ｂとの境界部が、第２火炎形成部２１と燃焼空間部２２との境界部にある段部２２ａに沿うように固定されている。
【００５３】
案内部１９ｂは、第１火炎形成部２０の下端側（第２火炎形成部２１側）を包囲しており、固定部１９ａ側から離れるに従って開口径が拡大するテーパ形状となっている。案内部１９ｂと第１火炎形成部２０の壁面との間に形成される隙間１９ｃは、空気流の上流側に向かって開口しており、下流側の端部が段部２２ａによって閉塞されている。
【００５４】
燃焼筒１１に装着される一次空気導入筒１３は、上流側の大径部１３ａと、大径部１３ａよりも僅かに径の小さい下流側の小径部１３ｃとを有する円筒体であり、大径部１３ａは小径部１３ｃに比べて軸方向の高さの大部分を占めている。大径部１３ａの下流側近傍には全周に渡って複数の空気導入口１３ｄが放射状に配列され、大径部１３ａの上流端１３ｂは全周に渡って径方向外方へ向けて僅かに折曲されている。この一次空気導入筒１３の小径部１３ｃの内径は、燃焼筒１１の第１火炎形成部２０の外径と略同一である。
【００５５】
ノズル収納筒１４は有底円筒体であり、上流端は水平に折曲されてフランジ部１４ｂが形成され、下流側の底面１４ｃの中央には開口１４ｄが設けられている。また、周部１４ａの外径は上流側に向かうに連れて僅かに広がるテーパ形状とされ、周部１４ａから底面１４ｃに掛かる部位は大きく湾曲した形状である。周部１４ａの上流側には、複数の空気導入口１４ｅが放射状に配列されており、周部１４ａの外径は一次空気導入筒１３の大径部１３ａの内径と略同一である。
【００５６】
ノズル収納筒１４は、底面１４ｃ側を一次空気導入筒１３の大径部１３ａ側から圧入することにより一体化される。ここで、前記したように、ノズル収納筒１４の周部１４ａはテーパ形状であるので、ノズル収納筒１４を一次空気導入筒１３に圧入すると、図２の様に、一次空気導入筒１３の上流端１３ｂとノズル収納筒１４のフランジ部１４ｂとの間に所定の間隔を有する状態で固定される。
【００５７】
ノズル収納筒１４を装着した一次空気導入筒１３は、その小径部１３ｃを燃焼筒１１の第１火炎形成部２０に挿通することにより、燃焼筒１１に装着されて一体化される。この状態では、ノズル収納筒１４の開口１４ｄと燃焼筒１１の第１火炎形成部２０の開口２０ａとが重なり合っており、これによりノズル収納筒１４から燃焼筒１１の内部に至る燃料噴射のための開口が形成されている。
【００５８】
バーナケース１０は箱形状であり、図４の様に対向する天板２９と底板３２との略中央部には仕切板３０が固定されている。仕切板３０の中央部には燃焼筒１１の上流部を貫通させる大きな開口３０ａが設けられており、開口３０ａの周縁に沿って円筒形の整流筒３１が上流側へ向けて設けられている。また、底板３２にも大きな開口３２ａが設けられており、開口３２ａの周縁に沿って円筒形の遮蔽筒３４が上流側へ向けて設けられている。
【００５９】
バーナケース１０内には、燃焼筒１１が位置決めされて固定されている。さらに詳細には、燃焼筒１１は、ノズル収納筒１４及び一次空気導入筒１３を装着した状態でバーナケース１０内に収納されている。燃焼筒１１は、バーナケース１０の底板３２に設けられた開口３２ａ及び仕切板３０の開口３０ａに挿通されている。バーナケース１０の天板２９には、ノズル収納筒１４のフランジ部１４ｂが当接している。燃焼空間部２２のフランジ部２２ｄは、底板３２の遮蔽筒３４の内周壁に当接しつつ嵌入されており、これにより燃焼筒１１が位置決めされている。
【００６０】
バーナケース１０の底板３２には、図４に示すように固定金具３３がネジ止めされており、天板２９にはノズル収納筒１４のフランジ部１４ｂがネジ止めされている。燃焼筒１１をバーナケース１０の内部に固定すると、燃焼筒１１に予め装着しているシール部材１８のフランジ部１８ｂが、傾斜面１８ａの有する弾性によって仕切板３０の開口３０ａの周縁下面側に密着し、当該密着部分において気密性が確保される。そのため、燃焼筒１１とバーナケース１０との間に形成される空気室が、仕切板３０とシール部材１８とによって、燃焼筒１１の第１火炎形成部２０よりも上流に位置する第１空気室３５と、第２火炎形成部２１よりも下流に位置する第２空気室３６とに仕切られる。
【００６１】
燃焼装置２は、バーナケース１０の天板２９であって、送風機１２に相当する位置に第１のダンパ３７を有し、仕切板３０に第２のダンパ３８を有する。第１のダンパ３７は、送風機１２から第１空気室３５へ流動する空気量を調節するものである。また、第２のダンパ３８は、第１空気室３５から第２空気室３６へ流動する空気量を調節する機能を有する。
【００６２】
次に、図４を参照して、本実施形態の燃焼装置２における空気の流れを説明する。
燃焼量が少ない場合、ダンパ３７を調整することにより第１空気室３５に供給される空気量を調整すると共に、ダンパ３８を閉状態とし、第２空気室３６への空気の供給を停止する。即ち、燃焼量が少なく、火炎が主として第１火炎形成部２０内に形成される場合は、ダンパ３７を調整することによりバーナケース１０に供給される総空気量を調整すると共に、ダンパ３８の開度を調整することにより、ノズル収納筒１４及び第１火炎形成部２０の内部に空気を集中的に供給する。
【００６３】
第１空気室３５へ供給される空気の一部は、ノズル収納筒１４の空気導入口１４ｅを介して一次空気として内部に導入される。また、第１空気室３５へ供給される空気の残部は、一次空気導入筒１３と整流筒３１との間を通り、その一部は一次空気導入筒１３の空気導入口１３ｄから内部へ流入する。空気導入口１３ｄから内部に導入された空気は、ノズル収納筒１４と一次空気導入筒１３との間の狭い隙間を通り、燃焼筒１１の第１火炎形成部２０に設けた旋回導入口２０ｂから燃焼筒１１の内部に一次空気として旋回流を形成しながら流入する。そして、旋回流を形成しながら流入した空気は、ノズル収納筒１４の空気導入口１４ｅから導入された空気と共に第１火炎形成部２０の開口２０ａの近傍で燃料噴射ノズル１６から噴射される液体燃料と混合され着火される。
【００６４】
一方、一次空気導入筒１３と整流筒３１との間を通って移動する空気の残部は、下流側のシール部材１８に至り傾斜面１８ａに沿って偏向されて第１火炎形成部２０の空気導入口２０ｃ，２０ｄから二次空気として内部へ導入されて燃焼が行われる。従って、燃焼量の低い状態では、概ね燃焼筒１１の第１火炎形成部２０で火炎を発生して燃焼が行われる。燃料の燃焼により発生した燃焼ガスは、第２火炎形成部２１及び燃焼空間部２２を介して下流側に流動し、熱交換器４において水管４ａ内を流れる湯水と熱交換を行う。
【００６５】
一方、燃焼量が増加すると、ダンパ３７の開度が増大し、送風機１２から第１空気室３５へ供給される空気量が増加する。これにより、燃料噴射ノズル１６から噴射される液体燃料に混合される一次空気量も増加し、混合された燃料ガスによって火炎が生じる。また、燃焼量の増加に伴い、燃焼量が少ない場合に仕切板３０の開口３０ａを閉塞していたダンパ３８が開状態となる。それに伴い、送風機１２から供給される空気の一部が第１空気室３５から第２空気室３６へと流入する。
【００６６】
燃焼筒１１内に発生する火炎は、燃焼量の増加に伴って次第に拡大し、第２火炎形成部２１に至る程度の大きさの火炎となる。そのため、第１火炎形成部２０の空気導入口２０ｃ，２０ｄから導入される空気に加えて、第２火炎形成部２１の旋回導入口２１ｂ及び空気導入口２１ｃ，２１ｄから導入される空気が二次空気として旋回しつつ火炎に供給されて燃焼が行われる。
【００６７】
さらに詳細には、燃焼量が増加し、ダンパ３８が開状態となると、第２空気室３６に流入した空気の一部が、空気導入口２２ｃから燃焼空間部２２内に流れ込む。また、第２空気室３６に流入した空気の一部は、第２火炎形成部２１と燃焼空間部２２との境界部に設けられた空気案内部材１９に案内され、隙間１９ｃに流れ込む。
【００６８】
上記したように、空気案内部材１９と燃焼筒１１との隙間１９ｃは、燃焼筒１１の下流側に向かうに従い狭くなっている。そのため、空気案内部材１９に沿って流れる空気は、次第に加勢され段部２２ａに集約される。段部２２ａ側に集約された空気は、複数の旋回導入口２２ｂから燃焼空間部２２内に流れ込む。旋回導入口２２ｂから燃焼空間部２２内に流れ込んだ空気は、燃焼空間部２２の内壁に沿うように流れ込み、燃焼筒１１内に旋回流を形成する。第１火炎形成部２０及び第２火炎形成部２１内において燃焼しきれずに燃焼空間部２２内に至った燃料は、旋回導入口２２ｂから導入された空気の旋回流に巻き込まれ空気と十分混合された後、大部分が完全燃焼される。
【００６９】
上記したように、本実施形態の燃焼装置２は、空気案内部材１９を設けることにより段部２２ａ近傍に空気を集中的に供給するものであり、旋回導入口２２ｂから燃焼空間部２２内に流入する空気の流量が多く、流速が速い。そのため、燃焼空間部２２内には、旋回導入口２２ｂから流入した空気により、比較的強い旋回流が形成され、第１火炎形成部２０および第２火炎形成部２１において燃焼しきれずに燃焼空間部２２内に流入した燃料と空気との混合が促進される。そのため、燃焼装置２によれば、燃焼筒１１内に噴霧された燃料の大部分を完全燃焼することができ、一酸化炭素等の有毒ガスやスス等の発生量を極微量に抑制し、さらにＮＯX の発生量も低減することができる。従って、燃焼装置２は、エネルギー効率が高く、環境に調和した燃焼作動を行うことができる。
【００７０】
また、燃焼装置２は、燃焼筒１１の末端に位置し、第１火炎形成部２０あるいは第２火炎形成部２１内において形成される旋回流が減衰すると想定される燃焼空間部２２において、旋回導入口２２ｂから流入した空気により比較的強い旋回流を形成する構成である。そのため、燃焼装置２は、燃焼筒１１内の上下流側に拘わらず比較的強い旋回流が形成されている。従って、本実施形態の燃焼装置２では、燃焼作動時にスス等が燃焼筒１１内において形成される旋回流によって下流側に吹き飛ばされ、燃焼筒１１の内壁や段部２１ａ，２２ａ等に付着しない。よって、燃焼装置２は、燃焼作動時に発生するスス等の付着、堆積による故障が殆ど起こらない。
【００７１】
続いて、本発明の第２実施形態の燃焼装置及び当該燃焼装置を備えた給湯器について説明する。本実施形態の燃焼装置は、上記実施形態の燃焼装置と大部分が同一であるため、共通する部分については同一符号を付し、詳細の説明を省略する。
【００７２】
図５において５０は、本実施形態の給湯器であり、５１はこの給湯器５０において作用されている燃焼装置である。燃焼装置５１は、上記した燃焼装置２とほぼ同様の構造を有するが、第１火炎形成部２０と第２火炎形成部２１との境界部に空気案内部材５２を設けている点が大きく異なる。
【００７３】
燃焼装置５１においては、燃焼筒１１を収納しているバーナケース１０内に仕切板３０、整流筒３１およびダンパ３８がなく、バーナケース１０内全体に空気室５３が形成されている。空気室５３内に流入する空気量は、燃焼装置５１に要求される燃焼量に応じてバーナケース１０の天板２９に設けられたダンパ３７により調整される。
【００７４】
燃焼装置５１は、上記実施形態の燃焼装置２と同様に燃焼筒１１を備えており、バーナケース１０内に位置決めされて固定されている。さらに詳細には、燃焼筒１１は、ノズル収納筒１４のフランジ部１４ｂが天板２９にネジ止めされている。また、燃焼筒１１の下流側の端部は、固定金具３３により支持されている。燃焼筒１１は、バーナケース１０の底板３２に設けられた開口３２ａおよび遮蔽筒３４に挿通され、位置決めされている。
【００７５】
燃焼筒１１には、上記した燃焼装置２と同様に、第２火炎形成部２１の上端側に空気案内部材１９が固定されており、段部２２の周囲を案内部１９ｂが包囲している。
【００７６】
燃焼装置５１は、図６および図７に示すように第１火炎形成部２０の周囲に固定されていたシール部材１８に代って、空気案内部材５２を設けている点が上記した燃焼装置２と大きく異なる。空気案内部材５２は、空気案内部材１９と略相似形であり、第２火炎形成部２２の上端側に固定されている。空気案内部材５２は、第１火炎形成部２０の下端側に位置する段部２１ａを包囲している。さらに詳細には、空気案内部材５２は、両端が開口したすり鉢状の部材であり、開口径が一定の固定部５２ａと、開口径が上流側に向けて徐々に拡大する案内部５２ｂとを有する。固定部５２ａの開口径は、第２火炎形成部２１の外径と略同一であり、第２火炎形成部２１の上端側に密着固定されている。
【００７７】
案内部５２ｂは、第１火炎形成部２０と第２火炎形成部２１との境界部にある段部２１ａ及び第１火炎形成部２０の下端側の周囲を包囲するものである。案内部５２ｂは、固定部５２ａとの境界部から開口径が徐々に拡大している。そのため、第１火炎形成部２０と案内部５２ｂとの間には、段部２１ａによって空気流の下流側の端部が閉塞され、段部２１ａ側に向かって徐々に狭くなる隙間５２ｃが形成されている。
【００７８】
燃焼装置５１は、要求される燃焼量に応じてダンパ３７が開閉し、空気室５３内に供給される空気量及び空気の供給位置が調整される。空気室５３内に流入した空気の一部は、空気導入口１４ｅからノズル収納筒１４内に流入する。また、空気室５３内の空気の一部は、一次空気として空気導入口１３ｄからノズル収納筒１４と一次空気導入筒１３との隙間に流入し、旋回導入口２０ｂから燃焼筒１１内に流入する。ノズル収納筒１４内に流入した空気および燃料噴射ノズル１６から噴射される燃料は、旋回導入口２０ｂから旋回しながら燃焼筒１１内に流入する空気と混合され着火される。
【００７９】
空気室５３内に流入する空気の残部は、二次空気として燃焼筒１１内に流入する。さらに詳細には、空気室５３に流入した空気の一部は、第１火炎形成部２０、第２火炎形成部２１および燃焼空間部２２の周囲にある空気導入口２０ｃ, ２０ｄ，２１ｃ，２１ｄ，２２ｃのそれぞれから燃焼筒１１の内側に流入する。
【００８０】
また、空気室５３内に流入した空気の一部は、空気案内部材５２に沿って、第１火炎形成部２０と第２火炎形成部２１との境界部にある段部２１ａ側に流れる。上記したように、空気案内部材５２と燃焼筒１１との間に形成されている隙間５２ｃは、下流側に向かうに従って徐々に狭くなっている。そのため、空気案内部材５２に沿って隙間５２ｃに案内された空気は、次第に加勢され、段部２１ａの旋回導入口２１ｂから第２火炎形成部２１内に流れ込む。
【００８１】
旋回導入口２１ｂから流れ込んだ空気は、第２火炎形成部２１の内壁に沿う方向に流れ、空気導入口２０ｃ，２０ｄから流れ込んだ空気と共に旋回しながら燃焼筒１１内に形成されている火炎に供給される。
【００８２】
また同様に、空気室５３内に流入した空気の一部は、空気案内部材１９に沿って流れ、空気案内部材１９と燃焼筒１１との間に形成されている隙間１９ｃに流れ込む。上記したように、隙間１９ｃは、空気流の下流側に向かうに従って徐々に狭くなっているため、空気案内部材１９に沿って流れる空気は加勢されて旋回導入口２２ｂから燃焼空間部２２内に流れ込む。燃焼空間部２２内に流れ込んだ空気は、空気導入口２２ｃから流れ込んだ空気と共に旋回流を形成し、燃焼筒１１内に形成されている火炎に供給される。
【００８３】
上記したように、本実施形態の燃焼装置５１は、空気案内部材１９，５２を設けたものであり、段部２１ａ，２２ａ近傍に空気を集中的に供給することができる。空気案内部材１９，５２および燃焼筒１１との間に形成される空気流路は、共に段部２１ａ，２２ａ側に向かって狭くなっているため、旋回導入口２１ｂ，２２ｂから燃焼筒１１内に流入する空気は流速が速い。そのため、第２火炎形成部２１内および燃焼空間部２２内には、旋回導入口２１ｂ，２２ｂから流入した空気により、旋回力の強い空気流が形成される。
【００８４】
本実施形態の燃焼装置５１は、第２火炎形成部２１内および燃焼空間部２２内に形成される旋回流によって、空気と燃料とが十分混合される。そのため、燃焼装置５１は、燃料噴射ノズル１６から噴霧された燃料の大部分を完全燃焼することができる。
【００８５】
燃焼装置５１は、燃料の大部分を完全燃焼することができるため、一酸化炭素等の有毒ガスやスス等の排出量を最小限に抑制し、さらにＮＯX 等の発生も低減することができる。また、本実施形態の燃焼装置５１においては、第２火炎形成部２１および燃焼空間部２２内に比較的流速の速い旋回流が発生しているため、燃焼作動中発生するスス等の未燃成分は前記旋回流によって吹き飛ばされる。よって、燃焼装置５１は、燃焼作動に伴い発生するスス等の未燃成分による故障が殆ど起こらない。
【００８６】
また、上記実施形態において採用されている空気案内部材１９，５２は、いずれも案内部１９ｂ，５２ｂが平坦な形状であるが、本発明はこれに限定されるものではない。さらに具体的には、案内部１９ｂ，５２ｂは、例えば図８に示すように空気案内部材１９，５２の内外を連通する貫通孔５４を設けた構成や、図９に示すように案内部１９ｂ，５２ｂの一部を内方へ向けて陥没させ、空気案内部材１９，５２の外側から空気案内部材１９，５２の内壁に沿う方向に空気を案内する空気案内口５５を設けた構成とすることも可能である。この場合、隙間１９ｃ，５２ｃ内に流入する空気量がさらに増加する。また特に、空気案内口５５を設けた場合は、空気が燃焼筒１１の周囲において旋回し、旋回導入口２１ｂ，２２ｂから流入する空気は流速が速くなる。そのため、上記した構成によれば、燃焼筒１１内における空気の旋回力をさらに増大させることができ、空気と燃料との混合を促進し、燃料の大部分を完全燃焼することができる。
【００８７】
また、空気案内部材１９，５２は、図１０に示すように、案内部１９ｂ，５２ｂにスリット状の切り欠きである空気案内部５６を複数設けた構成とすることも可能である。ここで、空気案内部５６はスリット状であるため、空気は空気案内部材５６を通過する際に加速されて空気案内部材１９，５２の内側に流入する。図１０に示す空気案内部材１９，５２は、案内部１９ｂ，５２ｂにスリット状の空気案内部５６を設けることにより、複数の旋回羽根５７を設けたものでもある。旋回羽根５７は、周方向の一端側を隣接する旋回羽根５７よりも内側に屈曲させた形状を有する。そのため、図１０に示す空気案内部材１９，５２によれば、空気を空気案内部材１９，５２の外側から内壁に沿う方向に案内することができる。
【００８８】
上記したように、図１０に示す空気案内部材１９，５２は、スリット状の空気案内部５６と旋回羽根５７とを有するため、空気は空気案内部材１９，５２の内壁に沿う方向に案内されて高速で流れ込む。そのため、図１０に示すような空気案内部材１９，５２を採用すれば、燃焼筒１１内に流入する空気の旋回力をより一層増大させることができ、空気と燃料との混合を促進し、燃料の大部分を完全燃焼することができる。
【００８９】
上記実施形態においては、第１火炎形成部２０と、第２火炎形成部２１とに加えて、その下流側に燃焼空間部２２を一体化した３段形状の燃焼筒１１を備えた燃焼装置２，５１を例示したが、本発明の燃焼装置が具備する燃焼筒はこれに限定されずいかなる形状を有するものであってもよい。さらに具体的には、燃焼筒は、図１３に示すように、２段形状の燃焼筒１０３であってもよい。
【００９０】
また上記した給湯器１（湯水加熱装置）は、燃焼装置２において発生した高温の燃焼ガスを熱交換器４側に送り、この高温の燃焼ガスとの熱交換により水管４ａ内を流れる湯水と熱交換を行うものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。さらに具体的には、本発明の湯水加熱装置は、例えば湯水が溜められる貯留部と、貯留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留部内の水を加熱することを特徴とするものであってもよい。
【００９１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。図１１は、供給される空気量が同一の場合に燃焼作動に伴って発生する排出ガス中における二酸化炭素（ＣＯ2 ）および窒素酸化物（ＮＯx ）の濃度を調べた結果を示すグラフである。図１１において、グラフＡは、燃焼筒１１の段部２２ａの周囲に、図２に示すように空気案内部材１９を設けずに燃焼作動を行った場合のグラフである。また、グラフＢは、空気案内部材１９を設けて燃焼作動を行った場合のグラフである。
【００９２】
図１１に示すように、供給される空気量が同一である場合に、燃焼作動に伴って発生する窒素酸化物濃度は、空気案内部材１９の有無に因らず排出ガス中における二酸化炭素濃度の増加、即ち燃焼量の増加に伴い増加する傾向があった。しかし、測定範囲内の全域において、空気案内部材１９を設けた場合、燃料と空気との混合状態が良くなり、燃料の濃度分布が均一化して、燃料濃度の濃い部分での温度上昇に基づくＮＯx の発生量を低減することができる。また、この場合における窒素酸化物の濃度は、空気案内部材１９を設けない場合よりも低く、二酸化炭素濃度が同一の条件で比較すると、空気案内部材１９を設けることにより窒素酸化物濃度が１００ｐｐｍ以上低下することが確認された。
【００９３】
よって、上記した実験により、燃焼筒１１に空気案内部材１９を設けることで燃焼筒１１内に噴霧される燃料の大部分を完全燃焼し、排出ガスの窒素酸化物濃度を低減できることが判明した。
【００９４】
【発明の効果】
本発明によれば、燃焼部内に噴霧される燃料と空気との混合状態を最適化し、燃料と空気との混合を促進することができため、燃料の大部分を完全燃焼することができる。
また本発明によれば、空気導入口から燃焼部内に流れ込む空気の流速を向上させ、空気導入口から燃焼部内に導入される空気の旋回力を向上させることにより、燃料と空気との混合を促進し、燃焼状態を安定化することができる。
【００９５】
特に請求項１に記載の本発明によれば、第１火炎形成部と第２火炎形成部との境界部を連続する段部に設けられた空気導入口から導入された空気と、燃焼部内に噴霧された燃料との混合を促進し、燃料を完全燃焼させることができる。
【００９６】
特に請求項２に記載の発明によれば、空気導入口から導入された空気と、火炎形成部において燃焼しきれずに燃焼空間部に至った燃料との混合を促進し、完全燃焼させることにより未燃成分の排出量を最小限に抑制することができる。
【００９７】
また特に請求項３に記載の発明によれば、燃焼部内全体に空気の旋回流を形成することができ、燃焼部内に噴霧された燃料の大部分を完全燃焼することができる。
【００９８】
請求項４，５に記載の発明によれば、空気導入口から燃焼部内に導入される空気の旋回力を向上させ、燃焼状態の改善を図ることができる。
【００９９】
請求項７に記載の湯水加熱装置は、上記請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼装置を備えたものであるため、高効率かつ精度よく湯水を加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態である給湯器および燃焼装置の内部構造を示す正面図である。
【図２】 図１に示す燃焼装置において採用されている燃焼筒および装着部材を示す斜視図である。
【図３】 図２に示す燃焼筒および装着部材の分解斜視図である。
【図４】 図１に示す燃焼装置の要部断面図である。
【図５】 本発明の第２実施形態である給湯器および燃焼装置の内部構造を示す正面図である。
【図６】 図５に示す燃焼装置において採用されている燃焼筒および装着部材を示す斜視図である。
【図７】 図６に示す燃焼筒および装着部材の分解斜視図である。
【図８】 空気案内部材の変形実施例を示す斜視図である。
【図９】 空気案内部材のさらに別の実施例を示す斜視図である。
【図１０】 空気案内部材のさらに別の実施例を示す斜視図である。
【図１１】 本発明の一実施形態である燃焼装置を用いた実験の実験結果を示すグラフである。
【図１２】 従来技術の湯水加熱装置および燃焼装置を示す正面図である。
【図１３】 従来技術の燃焼筒を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，５０ 給湯器（湯水加熱装置）
２，５１ 燃焼装置
１１，６６ 燃焼筒
１５ 燃料噴霧手段
１６ 燃料噴射ノズル
１９，５２ 空気案内部材
１９ａ，５２ａ 固定部
１９ｂ，５２ｂ 案内部
１９ｃ，５２ｃ 隙間
２０ 第１火炎形成部
２１ 第２火炎形成部
２１ａ，２２ａ 段部
２１ｂ，２２ｂ 旋回導入口
２２ 燃焼空間部
５４ 貫通孔
５５ 空気案内口
５６ 空気案内部
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯器等の湯水加熱装置に好適に使用できる燃焼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備えた湯水加熱装置を示す正面図である。図１２において、１００は燃焼装置である。燃焼装置１００は、燃料噴射ノズル１０１とノズル収納筒１０２と燃焼筒１０３と送風機１０５とを有する。燃料噴射ノズル１０１は、ノズル収納筒１０２内に収納され、外部から供給された燃料を燃焼筒１０３内に噴霧するものである。燃料噴射ノズル１０１から噴霧された燃料は、燃焼筒１０３内で火炎を形成して燃焼する。
【０００３】
ノズル収納筒１０２内には、前記した燃料噴射ノズル１０１の他に、点火プラグ１０６が内蔵されており、噴射ノズル１０１から噴射された燃料は、点火プラグ１０６によって点火される。
【０００４】
燃焼筒１０３は図１２および図１３に示す様に二段形状の筒体であり、ノズル収納筒１０２に接続された第１燃焼筒１０７と、当該第１燃焼筒１０７に連続する第２燃焼筒１０８とから構成されている。第１燃焼筒１０７の周部には、燃焼筒１０３の内部に空気を導入するための空気導入口１１０が複数設けられている。
【０００５】
第２燃焼筒１０８は、第１燃焼筒１０７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１０８と第１燃焼筒１０７との接続部分には、図１３に示すようにフランジ部１１１が設けられており、これにより段状となっている。第２燃焼筒１０８の周部にも、前記した第１燃焼筒１０７と同様に内部に空気を導入するための空気導入口１１２が複数設けられている。
【０００６】
第１燃焼筒１０７と第２燃焼筒１０８との境界にあるフランジ部１１１には、フランジ部１１１を切り起こすことにより複数の空気導入口１１３が円周状に設けられている。送風機１０５により供給された外気は、空気導入口１１３から燃焼筒１０３内に導入され、燃焼筒１０３内に旋回流を発生する。燃焼筒１０３内に噴霧された燃料は、燃焼筒１０３内に発生している空気の旋回流により混合され、燃焼される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、給湯器等の湯水加熱装置の熱効率を一層向上させると共に、装置全体をさらに小型化するため、燃焼装置の燃焼性能を改善し、湯水加熱装置の大部分を占める燃焼装置の小型化が切望されている。
【０００８】
従来技術の燃焼装置１００において、燃焼筒１０３は、燃料噴射ノズル１０１から噴霧された燃料と空気を混合し、燃焼する部分である。燃料噴射ノズル１０１から噴霧された燃料を完全燃焼するためには、燃焼筒１０３内における燃料と空気との混合状態を均一化する必要がある。
【０００９】
上記したように、従来技術の燃焼装置１００では、第１燃焼筒１０７及び第２燃焼筒１０８の周囲にそれぞれ空気導入口１１０，１１２を設けると共に、フランジ部１１１に空気導入口１１３を設けている。空気導入口１１３は、フランジ部１１１に円周状に設けられているため、燃焼筒１０３内には空気の旋回流が発生する。そのため、燃料噴射ノズル１０１から噴霧された燃料は、燃焼筒１０３内における空気の旋回流により空気と十分混合され、燃焼される。
【００１０】
しかし、従来技術の燃焼装置１００では、フランジ部１１１の大きさ等の都合により、空気導入口１１３の寸法や数量に制約があるため、空気導入口１１３から導入される空気量が不十分である場合があった。空気導入口１１３から導入される空気量が少ないと、燃焼筒１０３内における空気の旋回流が弱く、燃料と空気との混合が不十分となる虞がある。そのため、従来の燃焼装置１００では、燃料と空気との混合が不十分なまま燃焼作動が行われ、十分な燃焼効率が得られない場合があった。また、燃料と空気との混合が不十分であれば、燃料と空気との濃度分布が不均一となってしまい、燃料の濃度が高い濃部では炎の温度が上昇してＮＯX が発生しやすくなるという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記した問題に鑑み、燃焼筒内における空気と燃料とを十分混合し、完全燃焼することができる燃焼装置の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記した問題を解決すべく提供される請求項１に記載の発明は、燃料を噴霧する噴霧手段と、当該噴霧手段により噴霧された燃料を燃焼させる燃焼部とを具備した燃焼装置において、前記燃焼部は燃焼筒を有し、燃焼筒は一の火炎形成部と、当該一の火炎形成部に連続し、当該一の火炎形成部よりも大径である他の火炎形成部とを具備し、前記一の火炎形成部と前記他の火炎形成部との境界部には両者を連続する段部を有し、当該段部には燃焼部の内外を連通し、空気を燃焼部の内壁に沿う方向に導入する旋回導入口が複数設けられており、さらに段部の下流側にも燃焼筒内に空気を導入する空気導入口があり、前記段部の周囲には、空気の流れを段部側に向ける空気案内部材が設けられており、空気案内部材と燃焼筒との隙間は、燃焼筒の下流側に向かうに従い狭くなっており、空気案内部材に沿って流れる空気は、次第に加勢され段部に集約され、段部に設けられた旋回導入口から燃焼筒内に流れ込んで燃焼筒内に旋回流を形成し、また空気の一部は、前記隙間以外の流路を流れて段部の下流側に設けられた空気導入口から燃焼筒内に入ることを特徴とする燃焼装置である。
【００１３】
本発明の燃焼装置では、空気案内部材と燃焼筒との隙間が空気流の下流側に向かうに従って縮小している。そのため、外部から供給される空気は、前記空気案内部材によって所定の位置に集約され、旋回導入口を介して燃焼部内に高速で流入する。
従って、上記した構成によれば、空気導入口（旋回導入口）から燃焼部内に導入される空気の旋回力を向上することができる。
【００１４】
本発明の燃焼装置は、燃焼部内における空気の旋回力が強いため、燃焼空間部内に噴霧される燃料と空気とが十分混合される。そのため本発明の燃焼装置によれば、燃焼部内に噴霧された燃料の大部分を完全燃焼し、一酸化炭素等の有毒ガスや、スス等の発生量を最小限に抑制することができる。
【００１５】
上記した構成によれば、燃焼部内の所望の位置に集中的に空気を供給することができるため、燃焼部内に噴霧される燃料と空気との混合状態を最適化することができる。また、本発明の燃焼装置では、燃焼部内に流入する空気の流速が速いため、燃焼部内における燃料と空気との混合を促進することができる。そのため、上記した構成によれば、燃焼部内に噴霧された燃料の大部分を完全燃焼することができると共に、ＮＯ x の発生量も低減することができる。
【００１６】
本発明の燃焼装置は、燃料の大部分を完全燃焼できるため、一酸化炭素等の有毒ガスやスス等の未燃成分の発生量が極めて少ない。また、本発明の燃焼装置では、燃焼部内に空気が高速で流入するため、この空気によって燃焼部内において発生したスス等の未燃成分が吹き飛ばされる。そのため、上記した構成によれば、燃焼部内におけるスス等の付着や堆積に伴う燃焼装置の故障を防止することができる。
【００１７】
即ち本発明の燃焼装置は、第１火炎形成部と第２火炎形成部との境界部を連続する段部に、燃焼部の内壁に沿う方向に空気を導入する空気導入口を有する。本発明の燃焼装置は、前記段部の周囲に空気案内部材を有し、外部から供給された空気は、前記空気案内部材によって段部近傍に集約される。そのため、本発明の燃焼装置では、段部に設けられた空気導入口から燃焼部の内壁に沿う方向に多量の空気が高速で流れ込み、燃焼部内に比較的強い旋回流が形成される。従って、上記した構成によれば、空気導入口から導入された空気と、噴霧手段から燃焼部内に噴霧された燃料との混合を促進し、燃料の大部分を完全燃焼させることができる。
【００１８】
上記したように、本発明の燃焼装置は、燃料を完全燃焼させることができるため、燃焼状態が安定しており、一酸化炭素等の有毒ガスや、窒素酸化物（ＮＯx ）、スス等の発生量が極めて少ない。また、本発明の燃焼装置では、燃焼部内に空気の旋回流が発生しているため、燃焼部内の壁面や段部へのスス等の付着や堆積を確実に防止することができる。そのため、本発明の燃焼装置は、環境に調和した燃焼作動が可能であり、ススの付着や堆積などによる燃焼装置の故障も少ない。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、燃料を噴霧する噴霧手段と、当該噴霧手段により噴霧された燃料を燃焼させる燃焼部とを具備した燃焼装置において、前記燃焼部は燃焼筒を有し、燃焼筒は、主として液体燃料が燃焼することにより火炎が形成される火炎形成部と、火炎形成部において発生した燃焼ガスが通過する燃焼空間部とを有し、当該燃焼空間部と火炎形成部との境界部には両者を連続する段部を有し、当該段部には燃焼部の内外を連通し、空気を燃焼部の内壁に沿う方向に導入する旋回導入口が複数設けられており、さらに段部の下流側にも燃焼筒内に空気を導入する空気導入口があり、前記段部の周囲には、空気の流れを段部側に向ける空気案内部材が設けられており、空気案内部材と燃焼筒との隙間は、燃焼筒の下流側に向かうに従い狭くなっており、空気案内部材に沿って流れる空気は、次第に加勢され段部に集約され、段部に設けられた旋回導入口から燃焼筒内に流れ込んで燃焼筒内に旋回流を形成し、また空気の一部は、前記隙間以外の流路を流れて段部の下流側に設けられた空気導入口から燃焼筒内に入ることを特徴とする燃焼装置である。
【００２０】
上記したように、本発明の燃焼装置は、火炎形成部と燃焼空間部との境界部にある段部の周囲に空気案内部材が設けられているため、外部から導入された空気が前記段部側に向けて流れる。前記段部には、燃焼部の内壁に沿う方向に空気を導入する空気導入口が設けられているため、外部から供給された空気は、段部近傍に集約され加勢された後に燃焼部内に導入される。従って、空気導入口から導入された空気は、火炎形成部と燃焼空間部との境界部に比較的強い旋回流を形成する。よって、上記した構成によれば、空気導入口から導入された空気と、火炎形成部において燃焼しきれずに燃焼空間部に至った燃料との混合を促進し、燃料の大部分を完全燃焼させることができると共に、ＮＯx 等の発生量も低減することができる。
【００２１】
上記した構成によれば、燃料の大部分を完全燃焼させることができるため、燃焼作動中に発生する一酸化炭素等の有毒ガスや、スス等の発生量を最小限に抑制することができる。従って、本発明の燃焼装置によれば、環境に調和した燃焼作動が可能である。
【００２２】
また本発明の燃焼装置は、燃焼部の末端にあり、燃焼部内において発生する気流が比較的緩やかであると想定される燃焼空間部内において空気の旋回流を発生させるものであり、この旋回流によって燃焼部内の壁面や段部へのスス等の付着や堆積を防止することができる。ススの付着や堆積などによる燃焼装置の故障を未然に防止することができる。
【００２３】
また、上記請求項２に記載の燃焼装置は、火炎形成部は、第１火炎形成部と、当該第１火炎形成部に連続し、第１火炎形成部よりも大径である第２火炎形成部とを具備し、前記第１火炎形成部と第２火炎形成部との境界部には両者を連続する段部を有し、当該段部には燃焼部の内外を連通し、空気を燃焼部の内壁に沿う方向に導入する空気導入口が複数設けられており、前記段部の周囲には、空気の流れを段部側に向ける空気案内部材が設けられていることを特徴とするものであってもよい。（請求項３）
【００２４】
本発明の燃焼装置は、第１火炎形成部と第２火炎形成部との境界部にある段部に、燃焼部の内壁に沿う方向に空気を導入する空気導入口を有し、前記段部の周囲に空気案内部材を設けたものである。そのため、外部から供給された空気は、前記空気案内部材によって段部近傍に集約された後、空気導入口から燃焼部内に流れ込み、比較的強い旋回流を形成する。そのため、本発明の燃焼装置では、噴霧手段から燃焼部内に噴霧された燃料が、空気導入口から導入された空気の旋回力により十分混合され、燃焼される。
【００２５】
本発明の燃焼装置は、火炎形成部内において空気の旋回流が形成されるが、その旋回力は燃焼部の下流側に向かうに従って徐々に低下する。上記したように、本発明の燃焼装置は、火炎形成部と燃焼空間部との境界部にある段部に空気導入口を設けており、外部から供給された空気を火炎形成部よりも下流側にある燃焼空間部内に導入し、当該燃焼空間部内に旋回流を形成するものである。また、本発明の燃焼装置は、火炎形成部と燃焼空間部との境界部にある段部の周囲にも空気案内部材を設けているため、燃焼空間部近傍にも比較的強い旋回流が形成される。従って、本発明の燃焼装置では、燃焼部の下流側においても比較的強い旋回流が形成されている。
【００２６】
本発明の燃焼装置では、火炎形成部の下流側に位置する燃焼空間部に比較的強い旋回流が形成されるため、火炎形成部において燃焼しきれずに燃焼空間部に至った燃料と空気との混合が確実に行われる。そのため、上記した構成によれば、燃焼部内に噴霧された燃料の大部分を完全燃焼させることができる。
【００２７】
本発明の燃焼装置は、燃料の大部分を完全燃焼させることができるため、燃焼作動に伴う一酸化炭素等の有毒ガスや、スス等の発生量を抑制し、さらにＮＯX の発生量も低減することができる。また、本発明の燃焼装置では、燃焼部の上流側に位置する火炎形成部内と、燃焼部の下流側に位置する燃焼空間部内の双方において比較的強い旋回流が形成されているため、例え燃焼作動中にスス等が発生しても、燃焼部内の壁面や段部にはスス等の付着や堆積が起こらない。そのため、本発明の燃焼装置は、ススの付着や堆積などによる燃焼装置の故障を確実に防止することができる。
【００２８】
また、請求項４に記載の発明は、空気案内部材は、空気案内部材の内外を連通し、空気を空気案内部材の外側から内壁に沿う方向に案内する空気案内口を有す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。
【００２９】
本発明の燃焼装置では、外部から供給された空気が空気案内口を介して空気案内部材の外側から内壁に沿う方向に導入され、旋回流を発生する。そのため、空気案内部材の内側に流れ込んだ空気は、燃焼部の周囲を旋回しながら、段部に設けられた各空気導入口から燃焼部内に流入する。従って、上記した構成によれば、空気導入口から燃焼部内に導入される空気の旋回力を一層向上することができる。
【００３０】
本発明の燃焼装置は、空気導入口を介して燃焼部内に導入される空気の旋回力が強いため、燃焼空間部内に噴霧される燃料の大部分は空気と確実に混合され、完全燃焼される。そのため、本発明の燃焼装置は、一酸化炭素等の有毒ガスや、スス等の発生量が極めて少なく、環境に調和した燃焼作動を行うことができる。また、本発明の燃焼装置では、燃焼部内に強い旋回流が形成されるため、燃焼部内の壁面や段部にはスス等の付着や堆積が起こらず、これによる燃焼装置の故障がほとんど起こらない。
【００３１】
上記請求項４と同様の課題を解決すべく提供される請求項５に記載の発明は、空気案内部材は、スリット状の空気案内部を有す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。
【００３２】
本発明の燃焼装置では、空気案内部材にスリット状の空気案内部を有するため、多量の空気が空気案内部材の内側に導入される。また、本発明の燃焼装置において、空気案内部はスリット状であるため、空気の流路断面積が極めて小さい。そのため外部から導入される空気は、空気案内部を通過する際に加速され空気案内部材の内側に流入する。従って、空気案内部材の内側に流れ込んだ空気は、燃焼部の周囲を高速で旋回するなどして、段部に設けられた各空気導入口から燃焼部内に流入する。よって、上記した構成によれば、空気導入口から燃焼部内に導入される空気の旋回力をより一層向上することができる。
【００３３】
本発明の燃焼装置は、空気導入口を介して燃焼部内に導入される空気の旋回力が強いため、燃焼空間部内に噴霧される燃料の大部分は空気導入口から流入した空気によって攪拌される。従って、本発明の燃焼装置では、燃焼空間部内における燃料の濃度分布が略均一であるため、燃料の大部分を容易に完全燃焼することができる。
【００３４】
上記したように、本発明の燃焼装置では燃料の大部分が完全燃焼されるため、燃焼作動時に発生する一酸化炭素やＮＯX 等の有毒ガスや、スス等の発生量が極めて少ない。従って本発明の燃焼装置によれば、環境に調和した燃焼作動を行うことができる。また、本発明の燃焼装置では、燃焼部内に強い旋回流が形成されるため、燃焼部内の壁面や段部にはスス等の付着や堆積が起こらず、これによる燃焼装置の故障がほとんど起こらない。
【００３５】
また請求項６に記載の発明は、空気案内部材は、両端が開口したすり鉢状の部材であり、空気案内部材は、開口径が一定の固定部と、固定部に連続し、固定部から離れるに従って開口径が拡大する案内部とを有し、固定部は燃焼筒に密着固定されており、固定部と案内部との境界部が、段部に沿うように固定さ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。
【００３６】
上記した請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼装置は、燃焼部と、水を加熱する熱交換部を有し、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の燃焼部として採用することが可能である。（請求項７）
【００３７】
【発明の実施の形態】
続いて、本発明の一実施形態である燃焼装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態である給湯器および燃焼装置の内部構造を示す正面図である。図２は、図１に示す燃焼装置において採用されている燃焼筒および装着部材を示す斜視図である。図３は、図２に示す燃焼筒および装着部材の分解斜視図である。図４は、図１に示す燃焼装置の要部断面図である。図５は、本発明の第２実施形態である給湯器および燃焼装置の内部構造を示す正面図である。図６は、図５に示す燃焼装置において採用されている燃焼筒および装着部材を示す斜視図である。図７は、図６に示す燃焼筒および装着部材の分解斜視図である。図８は、空気案内部材の変形実施例を示す斜視図であり、図９はさらに別の実施例を示す斜視図である。
【００３８】
本実施形態の給湯器１は、図１の様に、箱形の本体ケース７の内部に燃焼装置２を内蔵したものである。燃焼装置２の下流側には、燃焼室３と熱交換器４とが順に配されている。熱交換器４の下流側には排気ダクト５が接続されており、その下流端には排気ガスを排出する排気トップ６が設けられている。
【００３９】
燃焼装置２の下流側の燃焼室３は、燃焼装置２で発生した高温の燃焼ガスを熱交換器４へ導く空間である。燃焼室３の周囲には、内部を通過する燃焼ガスによる外壁の加熱を防止するための水管３ａが外周壁に沿って巻き付けられている。また、熱交換器４は、水管４ａを流動する湯水を燃焼装置２で発生した燃焼ガスの熱との熱交換により昇温させるものである。そして、熱交換器４で熱交換された燃焼ガスは、排気ダクト５を経由して排気ガスとして排気トップ６から排出される。
【００４０】
燃焼装置２は、箱形のバーナケース１０の内部に燃焼筒１１を配し、バーナケース１０の上部に、燃料噴霧手段１５と送風機１２とを設けたものである。バーナケース１０と燃焼筒１１との間に形成される空気室は、仕切板３０によって、燃焼筒１１の上流部に位置する第１空気室３５と下流部に位置する第２空気室３６とに仕切られている
【００４１】
また、燃焼筒１１の上流部には、一次空気導入筒１３及びノズル収納筒１４が装着されている。ノズル収納筒１４には、燃料噴霧手段１５から供給される液体燃料を燃焼筒１１の内部に噴射する燃料噴射ノズル１６と、噴射される液体燃料に点火する点火プラグ１７とが収納されている。
【００４２】
本実施形態の燃焼装置２は、図１および図４に示すように送風機１２と第１空気室３５との間に、第１空気室３５へ供給する空気量を調節する第１のダンパ３７を設けると共に、仕切板３０に、第１空気室３５から第２空気室３６へ流動させる空気量を調節する第２のダンパ３８を設けている。そして、第１空気室３５及び第２空気室３６に燃焼量に応じた空気供給を行うことにより、燃焼筒１１の外壁に設けられた複数の空気導入口を介して燃焼筒１１の上流部及び下流部に燃焼量に応じた量の空気を導入させて燃焼を行わせるものである。
【００４３】
燃焼筒１１は、図２の様に、円筒体を３段に積み重ねた形状であり、上流側の第１火炎形成部２０と、第１火炎形成部２０の下流に連続する第２火炎形成部２１と、第２火炎形成部２１の下流に連続する燃焼空間部２２で構成される。また、第１火炎形成部２０の外周壁には、バーナケース１０への固定時に仕切板３０との気密性を確保するためのシール部材１８が装着されている。また、第２火炎形成部２１と、燃焼空間部２２との境界部には空気案内部材１９が装着されている。
燃焼筒１１の上流側には、図２の様に、一次空気導入筒１３とノズル収納筒１４が圧入装着され、これら、燃焼筒１１、一次空気導入筒１３及びノズル収納筒１４が一体化された状態でバーナケース１０に装着される。
【００４４】
燃焼筒１１は、図３の様に、上流側に位置する円筒形の第１火炎形成部２０と、当該第１火炎形成部２０よりも外径が大きく下流側に連続する円筒形の第２火炎形成部２１と、当該第２火炎形成部２０よりも更に外径が大きく下流側に連続する円筒形の燃焼空間部２２とを一体化した形状である。即ち、燃焼筒１１は、外径の異なる３つの円筒体を一体化したもので、各円筒体の中心軸は略一致している。
【００４５】
第１火炎形成部２０と第２火炎形成部２１とは、主として燃焼噴射ノズル１６から噴射された燃料を燃焼させて火炎を形成させる部位である。従って、燃焼装置２において、燃焼筒１１の第２火炎形成部２１よりも上流側は、一般にバーナと称される部分に相当する。一方、第２火炎形成部２１に連続する燃焼空間部２２は、主として第１及び第２の火炎形成部２０，２１で発生した燃焼ガスを下流側へ向けて通過させる部位である。また、燃焼空間部２２内では、第１火炎形成部２０及び第２火炎形成部２１において燃焼しきれずに残った燃料が燃焼される。
【００４６】
第１火炎形成部２０は、上流側に閉塞面２０ｅを有し、当該閉塞面２０ｅの中央部には開口２０ａが設けられ、当該開口２０ａに隣接して放射状に複数の旋回導入口２０ｂが配されている。旋回導入口２０ｂは、閉塞面２０ｅの一部を略方形状に内方へ向けて切り起こして旋回羽根２０ｇを形成したもので、切り起こしに伴う開口２０ｆから旋回羽根２０ｇに沿って空気を導入することにより、第１火炎形成部２０の中心軸の周りに上流側から見て反時計方向へ旋回する気流を生じさせる機能を有する。また、第１火炎形成部２０の下流側近傍の外周壁には、全周に渡って複数の空気導入口２０ｃ，２０ｄが放射状に配列されている。
【００４７】
第２火炎形成部２１は、第１火炎形成部２０よりも大径の円筒体であり、両者の接続部には上流側に面する段部２１ａが形成され、当該段部２１ａには、放射状に複数の旋回導入口２１ｂが配されている。旋回導入口２１ｂは、段部２１ａの一部を内方へ向けて陥没させることにより、段部２１ａの内面に沿いつつ中心軸の周りに向かう方向へ空気を導入するように開口を形成したものであり、段部２１ａをプレス加工して形成される。この旋回導入口２１ｂを介して導入された空気は、第２火炎形成部２１の中心軸の周りに上流側から見て反時計方向へ旋回する気流を生じさせる機能を持つ。また、第２火炎形成部２１の下流側近傍の外周壁には、全周に渡って複数の空気導入口２１ｃ，２１ｄが放射状に配列されている。
【００４８】
燃焼空間部２２は、第２火炎形成部２１よりも更に大径の円筒体であり、両者の接続部には上流側に面する段部２２ａが形成され、当該段部２２ａには、放射状に複数の旋回導入口２２ｂが配されている。旋回導入口２２ｂは、前記した第２火炎形成部２１の旋回導入口２１ｂと相似形であるが、旋回導入口２１ｂよりも大きい形状である。この旋回導入口２２ｂも、内部へ導入した空気を燃焼空間部２２の中心軸の周りに上流側から見て半時計方向へ旋回する気流を生じさせる機能を有する。また、燃焼空間部２２の下流側近傍の外周壁には、全周に渡って複数の空気導入口２２ｃが放射状に配列され、燃焼空間部２２の下流端は径方向外方へ向けて折曲されてフランジ部２２ｄが形成されている。
【００４９】
燃焼筒１１の第１火炎形成部２０に装着されるシール部材１８は、図３の様に、リング形状の部材であり、径方向外方へ広がるに連れて上流側へ向かう傾斜面１８ａを全周に渡って形成し、傾斜面１８ａの外周縁は径方向外方へ向けて水平に延出してフランジ部１８ｂを形成している。また、傾斜面１８ａの内周縁は上流側へ向けて折曲されて折曲部１８ｃが形成され、折曲部１８ｃの内径は第１火炎形成部２０の外径と略同一である。
【００５０】
シール部材１８は、フランジ部１８ｂを上流側に向けて、折曲部１８ｃの内周を第１火炎形成部２０の外周壁に当接させて挿入し、下流端が第２火炎形成部２１の段部２１ａに当接するまで第１火炎形成部２０の外周壁に沿って下流側へ圧入して装着される。即ち、シール部材１８は、折曲部１８ｃの径方向内方へ向かう弾性力によって第１火炎形成部２０の外周壁を押圧して固定している。
【００５１】
このシール部材１８は、フランジ部１８ｂに全周に渡って下流側へ向かう力を印加すると、傾斜面１８ａの内周縁近傍が下流側へ僅かに撓みを生じるもので、後述するように、燃焼筒１１をバーナケース１０に装着したときに、仕切板３０にシール部材１８を圧接させて気密性を維持する機能を備えている。
【００５２】
また、第２火炎形成部２１と燃焼空間部２２との境界部に装着される空気案内部材１９は、図２および図３に示すように両端が開口したすり鉢状の部材である。空気案内部材１９は、開口径が一定の固定部１９ａと、固定部１９ａに連続し、固定部１９ａから離れるに従って開口径が拡大する案内部１９ｂとを有する。固定部１９ａの開口径は、燃焼空間部２２の外径と略同一であり、燃焼空間部２２の上端側（第２火炎形成部２１側）に密着固定されている。さらに詳細には、固定部１９ａと案内部１９ｂとの境界部が、第２火炎形成部２１と燃焼空間部２２との境界部にある段部２２ａに沿うように固定されている。
【００５３】
案内部１９ｂは、第１火炎形成部２０の下端側（第２火炎形成部２１側）を包囲しており、固定部１９ａ側から離れるに従って開口径が拡大するテーパ形状となっている。案内部１９ｂと第１火炎形成部２０の壁面との間に形成される隙間１９ｃは、空気流の上流側に向かって開口しており、下流側の端部が段部２２ａによって閉塞されている。
【００５４】
燃焼筒１１に装着される一次空気導入筒１３は、上流側の大径部１３ａと、大径部１３ａよりも僅かに径の小さい下流側の小径部１３ｃとを有する円筒体であり、大径部１３ａは小径部１３ｃに比べて軸方向の高さの大部分を占めている。大径部１３ａの下流側近傍には全周に渡って複数の空気導入口１３ｄが放射状に配列され、大径部１３ａの上流端１３ｂは全周に渡って径方向外方へ向けて僅かに折曲されている。この一次空気導入筒１３の小径部１３ｃの内径は、燃焼筒１１の第１火炎形成部２０の外径と略同一である。
【００５５】
ノズル収納筒１４は有底円筒体であり、上流端は水平に折曲されてフランジ部１４ｂが形成され、下流側の底面１４ｃの中央には開口１４ｄが設けられている。また、周部１４ａの外径は上流側に向かうに連れて僅かに広がるテーパ形状とされ、周部１４ａから底面１４ｃに掛かる部位は大きく湾曲した形状である。周部１４ａの上流側には、複数の空気導入口１４ｅが放射状に配列されており、周部１４ａの外径は一次空気導入筒１３の大径部１３ａの内径と略同一である。
【００５６】
ノズル収納筒１４は、底面１４ｃ側を一次空気導入筒１３の大径部１３ａ側から圧入することにより一体化される。ここで、前記したように、ノズル収納筒１４の周部１４ａはテーパ形状であるので、ノズル収納筒１４を一次空気導入筒１３に圧入すると、図２の様に、一次空気導入筒１３の上流端１３ｂとノズル収納筒１４のフランジ部１４ｂとの間に所定の間隔を有する状態で固定される。
【００５７】
ノズル収納筒１４を装着した一次空気導入筒１３は、その小径部１３ｃを燃焼筒１１の第１火炎形成部２０に挿通することにより、燃焼筒１１に装着されて一体化される。この状態では、ノズル収納筒１４の開口１４ｄと燃焼筒１１の第１火炎形成部２０の開口２０ａとが重なり合っており、これによりノズル収納筒１４から燃焼筒１１の内部に至る燃料噴射のための開口が形成されている。
【００５８】
バーナケース１０は箱形状であり、図４の様に対向する天板２９と底板３２との略中央部には仕切板３０が固定されている。仕切板３０の中央部には燃焼筒１１の上流部を貫通させる大きな開口３０ａが設けられており、開口３０ａの周縁に沿って円筒形の整流筒３１が上流側へ向けて設けられている。また、底板３２にも大きな開口３２ａが設けられており、開口３２ａの周縁に沿って円筒形の遮蔽筒３４が上流側へ向けて設けられている。
【００５９】
バーナケース１０内には、燃焼筒１１が位置決めされて固定されている。さらに詳細には、燃焼筒１１は、ノズル収納筒１４及び一次空気導入筒１３を装着した状態でバーナケース１０内に収納されている。燃焼筒１１は、バーナケース１０の底板３２に設けられた開口３２ａ及び仕切板３０の開口３０ａに挿通されている。バーナケース１０の天板２９には、ノズル収納筒１４のフランジ部１４ｂが当接している。燃焼空間部２２のフランジ部２２ｄは、底板３２の遮蔽筒３４の内周壁に当接しつつ嵌入されており、これにより燃焼筒１１が位置決めされている。
【００６０】
バーナケース１０の底板３２には、図４に示すように固定金具３３がネジ止めされており、天板２９にはノズル収納筒１４のフランジ部１４ｂがネジ止めされている。燃焼筒１１をバーナケース１０の内部に固定すると、燃焼筒１１に予め装着しているシール部材１８のフランジ部１８ｂが、傾斜面１８ａの有する弾性によって仕切板３０の開口３０ａの周縁下面側に密着し、当該密着部分において気密性が確保される。そのため、燃焼筒１１とバーナケース１０との間に形成される空気室が、仕切板３０とシール部材１８とによって、燃焼筒１１の第１火炎形成部２０よりも上流に位置する第１空気室３５と、第２火炎形成部２１よりも下流に位置する第２空気室３６とに仕切られる。
【００６１】
燃焼装置２は、バーナケース１０の天板２９であって、送風機１２に相当する位置に第１のダンパ３７を有し、仕切板３０に第２のダンパ３８を有する。第１のダンパ３７は、送風機１２から第１空気室３５へ流動する空気量を調節するものである。また、第２のダンパ３８は、第１空気室３５から第２空気室３６へ流動する空気量を調節する機能を有する。
【００６２】
次に、図４を参照して、本実施形態の燃焼装置２における空気の流れを説明する。
燃焼量が少ない場合、ダンパ３７を調整することにより第１空気室３５に供給される空気量を調整すると共に、ダンパ３８を閉状態とし、第２空気室３６への空気の供給を停止する。即ち、燃焼量が少なく、火炎が主として第１火炎形成部２０内に形成される場合は、ダンパ３７を調整することによりバーナケース１０に供給される総空気量を調整すると共に、ダンパ３８の開度を調整することにより、ノズル収納筒１４及び第１火炎形成部２０の内部に空気を集中的に供給する。
【００６３】
第１空気室３５へ供給される空気の一部は、ノズル収納筒１４の空気導入口１４ｅを介して一次空気として内部に導入される。また、第１空気室３５へ供給される空気の残部は、一次空気導入筒１３と整流筒３１との間を通り、その一部は一次空気導入筒１３の空気導入口１３ｄから内部へ流入する。空気導入口１３ｄから内部に導入された空気は、ノズル収納筒１４と一次空気導入筒１３との間の狭い隙間を通り、燃焼筒１１の第１火炎形成部２０に設けた旋回導入口２０ｂから燃焼筒１１の内部に一次空気として旋回流を形成しながら流入する。そして、旋回流を形成しながら流入した空気は、ノズル収納筒１４の空気導入口１４ｅから導入された空気と共に第１火炎形成部２０の開口２０ａの近傍で燃料噴射ノズル１６から噴射される液体燃料と混合され着火される。
【００６４】
一方、一次空気導入筒１３と整流筒３１との間を通って移動する空気の残部は、下流側のシール部材１８に至り傾斜面１８ａに沿って偏向されて第１火炎形成部２０の空気導入口２０ｃ，２０ｄから二次空気として内部へ導入されて燃焼が行われる。従って、燃焼量の低い状態では、概ね燃焼筒１１の第１火炎形成部２０で火炎を発生して燃焼が行われる。燃料の燃焼により発生した燃焼ガスは、第２火炎形成部２１及び燃焼空間部２２を介して下流側に流動し、熱交換器４において水管４ａ内を流れる湯水と熱交換を行う。
【００６５】
一方、燃焼量が増加すると、ダンパ３７の開度が増大し、送風機１２から第１空気室３５へ供給される空気量が増加する。これにより、燃料噴射ノズル１６から噴射される液体燃料に混合される一次空気量も増加し、混合された燃料ガスによって火炎が生じる。また、燃焼量の増加に伴い、燃焼量が少ない場合に仕切板３０の開口３０ａを閉塞していたダンパ３８が開状態となる。それに伴い、送風機１２から供給される空気の一部が第１空気室３５から第２空気室３６へと流入する。
【００６６】
燃焼筒１１内に発生する火炎は、燃焼量の増加に伴って次第に拡大し、第２火炎形成部２１に至る程度の大きさの火炎となる。そのため、第１火炎形成部２０の空気導入口２０ｃ，２０ｄから導入される空気に加えて、第２火炎形成部２１の旋回導入口２１ｂ及び空気導入口２１ｃ，２１ｄから導入される空気が二次空気として旋回しつつ火炎に供給されて燃焼が行われる。
【００６７】
さらに詳細には、燃焼量が増加し、ダンパ３８が開状態となると、第２空気室３６に流入した空気の一部が、空気導入口２２ｃから燃焼空間部２２内に流れ込む。また、第２空気室３６に流入した空気の一部は、第２火炎形成部２１と燃焼空間部２２との境界部に設けられた空気案内部材１９に案内され、隙間１９ｃに流れ込む。
【００６８】
上記したように、空気案内部材１９と燃焼筒１１との隙間１９ｃは、燃焼筒１１の下流側に向かうに従い狭くなっている。そのため、空気案内部材１９に沿って流れる空気は、次第に加勢され段部２２ａに集約される。段部２２ａ側に集約された空気は、複数の旋回導入口２２ｂから燃焼空間部２２内に流れ込む。旋回導入口２２ｂから燃焼空間部２２内に流れ込んだ空気は、燃焼空間部２２の内壁に沿うように流れ込み、燃焼筒１１内に旋回流を形成する。第１火炎形成部２０及び第２火炎形成部２１内において燃焼しきれずに燃焼空間部２２内に至った燃料は、旋回導入口２２ｂから導入された空気の旋回流に巻き込まれ空気と十分混合された後、大部分が完全燃焼される。
【００６９】
上記したように、本実施形態の燃焼装置２は、空気案内部材１９を設けることにより段部２２ａ近傍に空気を集中的に供給するものであり、旋回導入口２２ｂから燃焼空間部２２内に流入する空気の流量が多く、流速が速い。そのため、燃焼空間部２２内には、旋回導入口２２ｂから流入した空気により、比較的強い旋回流が形成され、第１火炎形成部２０および第２火炎形成部２１において燃焼しきれずに燃焼空間部２２内に流入した燃料と空気との混合が促進される。そのため、燃焼装置２によれば、燃焼筒１１内に噴霧された燃料の大部分を完全燃焼することができ、一酸化炭素等の有毒ガスやスス等の発生量を極微量に抑制し、さらにＮＯX の発生量も低減することができる。従って、燃焼装置２は、エネルギー効率が高く、環境に調和した燃焼作動を行うことができる。
【００７０】
また、燃焼装置２は、燃焼筒１１の末端に位置し、第１火炎形成部２０あるいは第２火炎形成部２１内において形成される旋回流が減衰すると想定される燃焼空間部２２において、旋回導入口２２ｂから流入した空気により比較的強い旋回流を形成する構成である。そのため、燃焼装置２は、燃焼筒１１内の上下流側に拘わらず比較的強い旋回流が形成されている。従って、本実施形態の燃焼装置２では、燃焼作動時にスス等が燃焼筒１１内において形成される旋回流によって下流側に吹き飛ばされ、燃焼筒１１の内壁や段部２１ａ，２２ａ等に付着しない。よって、燃焼装置２は、燃焼作動時に発生するスス等の付着、堆積による故障が殆ど起こらない。
【００７１】
続いて、本発明の第２実施形態の燃焼装置及び当該燃焼装置を備えた給湯器について説明する。本実施形態の燃焼装置は、上記実施形態の燃焼装置と大部分が同一であるため、共通する部分については同一符号を付し、詳細の説明を省略する。
【００７２】
図５において５０は、本実施形態の給湯器であり、５１はこの給湯器５０において作用されている燃焼装置である。燃焼装置５１は、上記した燃焼装置２とほぼ同様の構造を有するが、第１火炎形成部２０と第２火炎形成部２１との境界部に空気案内部材５２を設けている点が大きく異なる。
【００７３】
燃焼装置５１においては、燃焼筒１１を収納しているバーナケース１０内に仕切板３０、整流筒３１およびダンパ３８がなく、バーナケース１０内全体に空気室５３が形成されている。空気室５３内に流入する空気量は、燃焼装置５１に要求される燃焼量に応じてバーナケース１０の天板２９に設けられたダンパ３７により調整される。
【００７４】
燃焼装置５１は、上記実施形態の燃焼装置２と同様に燃焼筒１１を備えており、バーナケース１０内に位置決めされて固定されている。さらに詳細には、燃焼筒１１は、ノズル収納筒１４のフランジ部１４ｂが天板２９にネジ止めされている。また、燃焼筒１１の下流側の端部は、固定金具３３により支持されている。燃焼筒１１は、バーナケース１０の底板３２に設けられた開口３２ａおよび遮蔽筒３４に挿通され、位置決めされている。
【００７５】
燃焼筒１１には、上記した燃焼装置２と同様に、第２火炎形成部２１の上端側に空気案内部材１９が固定されており、段部２２の周囲を案内部１９ｂが包囲している。
【００７６】
燃焼装置５１は、図６および図７に示すように第１火炎形成部２０の周囲に固定されていたシール部材１８に代って、空気案内部材５２を設けている点が上記した燃焼装置２と大きく異なる。空気案内部材５２は、空気案内部材１９と略相似形であり、第２火炎形成部２２の上端側に固定されている。空気案内部材５２は、第１火炎形成部２０の下端側に位置する段部２１ａを包囲している。さらに詳細には、空気案内部材５２は、両端が開口したすり鉢状の部材であり、開口径が一定の固定部５２ａと、開口径が上流側に向けて徐々に拡大する案内部５２ｂとを有する。固定部５２ａの開口径は、第２火炎形成部２１の外径と略同一であり、第２火炎形成部２１の上端側に密着固定されている。
【００７７】
案内部５２ｂは、第１火炎形成部２０と第２火炎形成部２１との境界部にある段部２１ａ及び第１火炎形成部２０の下端側の周囲を包囲するものである。案内部５２ｂは、固定部５２ａとの境界部から開口径が徐々に拡大している。そのため、第１火炎形成部２０と案内部５２ｂとの間には、段部２１ａによって空気流の下流側の端部が閉塞され、段部２１ａ側に向かって徐々に狭くなる隙間５２ｃが形成されている。
【００７８】
燃焼装置５１は、要求される燃焼量に応じてダンパ３７が開閉し、空気室５３内に供給される空気量及び空気の供給位置が調整される。空気室５３内に流入した空気の一部は、空気導入口１４ｅからノズル収納筒１４内に流入する。また、空気室５３内の空気の一部は、一次空気として空気導入口１３ｄからノズル収納筒１４と一次空気導入筒１３との隙間に流入し、旋回導入口２０ｂから燃焼筒１１内に流入する。ノズル収納筒１４内に流入した空気および燃料噴射ノズル１６から噴射される燃料は、旋回導入口２０ｂから旋回しながら燃焼筒１１内に流入する空気と混合され着火される。
【００７９】
空気室５３内に流入する空気の残部は、二次空気として燃焼筒１１内に流入する。さらに詳細には、空気室５３に流入した空気の一部は、第１火炎形成部２０、第２火炎形成部２１および燃焼空間部２２の周囲にある空気導入口２０ｃ, ２０ｄ，２１ｃ，２１ｄ，２２ｃのそれぞれから燃焼筒１１の内側に流入する。
【００８０】
また、空気室５３内に流入した空気の一部は、空気案内部材５２に沿って、第１火炎形成部２０と第２火炎形成部２１との境界部にある段部２１ａ側に流れる。上記したように、空気案内部材５２と燃焼筒１１との間に形成されている隙間５２ｃは、下流側に向かうに従って徐々に狭くなっている。そのため、空気案内部材５２に沿って隙間５２ｃに案内された空気は、次第に加勢され、段部２１ａの旋回導入口２１ｂから第２火炎形成部２１内に流れ込む。
【００８１】
旋回導入口２１ｂから流れ込んだ空気は、第２火炎形成部２１の内壁に沿う方向に流れ、空気導入口２０ｃ，２０ｄから流れ込んだ空気と共に旋回しながら燃焼筒１１内に形成されている火炎に供給される。
【００８２】
また同様に、空気室５３内に流入した空気の一部は、空気案内部材１９に沿って流れ、空気案内部材１９と燃焼筒１１との間に形成されている隙間１９ｃに流れ込む。上記したように、隙間１９ｃは、空気流の下流側に向かうに従って徐々に狭くなっているため、空気案内部材１９に沿って流れる空気は加勢されて旋回導入口２２ｂから燃焼空間部２２内に流れ込む。燃焼空間部２２内に流れ込んだ空気は、空気導入口２２ｃから流れ込んだ空気と共に旋回流を形成し、燃焼筒１１内に形成されている火炎に供給される。
【００８３】
上記したように、本実施形態の燃焼装置５１は、空気案内部材１９，５２を設けたものであり、段部２１ａ，２２ａ近傍に空気を集中的に供給することができる。空気案内部材１９，５２および燃焼筒１１との間に形成される空気流路は、共に段部２１ａ，２２ａ側に向かって狭くなっているため、旋回導入口２１ｂ，２２ｂから燃焼筒１１内に流入する空気は流速が速い。そのため、第２火炎形成部２１内および燃焼空間部２２内には、旋回導入口２１ｂ，２２ｂから流入した空気により、旋回力の強い空気流が形成される。
【００８４】
本実施形態の燃焼装置５１は、第２火炎形成部２１内および燃焼空間部２２内に形成される旋回流によって、空気と燃料とが十分混合される。そのため、燃焼装置５１は、燃料噴射ノズル１６から噴霧された燃料の大部分を完全燃焼することができる。
【００８５】
燃焼装置５１は、燃料の大部分を完全燃焼することができるため、一酸化炭素等の有毒ガスやスス等の排出量を最小限に抑制し、さらにＮＯX 等の発生も低減することができる。また、本実施形態の燃焼装置５１においては、第２火炎形成部２１および燃焼空間部２２内に比較的流速の速い旋回流が発生しているため、燃焼作動中発生するスス等の未燃成分は前記旋回流によって吹き飛ばされる。よって、燃焼装置５１は、燃焼作動に伴い発生するスス等の未燃成分による故障が殆ど起こらない。
【００８６】
また、上記実施形態において採用されている空気案内部材１９，５２は、いずれも案内部１９ｂ，５２ｂが平坦な形状であるが、本発明はこれに限定されるものではない。さらに具体的には、案内部１９ｂ，５２ｂは、例えば図８に示すように空気案内部材１９，５２の内外を連通する貫通孔５４を設けた構成や、図９に示すように案内部１９ｂ，５２ｂの一部を内方へ向けて陥没させ、空気案内部材１９，５２の外側から空気案内部材１９，５２の内壁に沿う方向に空気を案内する空気案内口５５を設けた構成とすることも可能である。この場合、隙間１９ｃ，５２ｃ内に流入する空気量がさらに増加する。また特に、空気案内口５５を設けた場合は、空気が燃焼筒１１の周囲において旋回し、旋回導入口２１ｂ，２２ｂから流入する空気は流速が速くなる。そのため、上記した構成によれば、燃焼筒１１内における空気の旋回力をさらに増大させることができ、空気と燃料との混合を促進し、燃料の大部分を完全燃焼することができる。
【００８７】
また、空気案内部材１９，５２は、図１０に示すように、案内部１９ｂ，５２ｂにスリット状の切り欠きである空気案内部５６を複数設けた構成とすることも可能である。ここで、空気案内部５６はスリット状であるため、空気は空気案内部材５６を通過する際に加速されて空気案内部材１９，５２の内側に流入する。図１０に示す空気案内部材１９，５２は、案内部１９ｂ，５２ｂにスリット状の空気案内部５６を設けることにより、複数の旋回羽根５７を設けたものでもある。旋回羽根５７は、周方向の一端側を隣接する旋回羽根５７よりも内側に屈曲させた形状を有する。そのため、図１０に示す空気案内部材１９，５２によれば、空気を空気案内部材１９，５２の外側から内壁に沿う方向に案内することができる。
【００８８】
上記したように、図１０に示す空気案内部材１９，５２は、スリット状の空気案内部５６と旋回羽根５７とを有するため、空気は空気案内部材１９，５２の内壁に沿う方向に案内されて高速で流れ込む。そのため、図１０に示すような空気案内部材１９，５２を採用すれば、燃焼筒１１内に流入する空気の旋回力をより一層増大させることができ、空気と燃料との混合を促進し、燃料の大部分を完全燃焼することができる。
【００８９】
上記実施形態においては、第１火炎形成部２０と、第２火炎形成部２１とに加えて、その下流側に燃焼空間部２２を一体化した３段形状の燃焼筒１１を備えた燃焼装置２，５１を例示したが、本発明の燃焼装置が具備する燃焼筒はこれに限定されずいかなる形状を有するものであってもよい。さらに具体的には、燃焼筒は、図１３に示すように、２段形状の燃焼筒１０３であってもよい。
【００９０】
また上記した給湯器１（湯水加熱装置）は、燃焼装置２において発生した高温の燃焼ガスを熱交換器４側に送り、この高温の燃焼ガスとの熱交換により水管４ａ内を流れる湯水と熱交換を行うものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。さらに具体的には、本発明の湯水加熱装置は、例えば湯水が溜められる貯留部と、貯留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留部内の水を加熱することを特徴とするものであってもよい。
【００９１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。図１１は、供給される空気量が同一の場合に燃焼作動に伴って発生する排出ガス中における二酸化炭素（ＣＯ2 ）および窒素酸化物（ＮＯx ）の濃度を調べた結果を示すグラフである。図１１において、グラフＡは、燃焼筒１１の段部２２ａの周囲に、図２に示すように空気案内部材１９を設けずに燃焼作動を行った場合のグラフである。また、グラフＢは、空気案内部材１９を設けて燃焼作動を行った場合のグラフである。
【００９２】
図１１に示すように、供給される空気量が同一である場合に、燃焼作動に伴って発生する窒素酸化物濃度は、空気案内部材１９の有無に因らず排出ガス中における二酸化炭素濃度の増加、即ち燃焼量の増加に伴い増加する傾向があった。しかし、測定範囲内の全域において、空気案内部材１９を設けた場合、燃料と空気との混合状態が良くなり、燃料の濃度分布が均一化して、燃料濃度の濃い部分での温度上昇に基づくＮＯx の発生量を低減することができる。また、この場合における窒素酸化物の濃度は、空気案内部材１９を設けない場合よりも低く、二酸化炭素濃度が同一の条件で比較すると、空気案内部材１９を設けることにより窒素酸化物濃度が１００ｐｐｍ以上低下することが確認された。
【００９３】
よって、上記した実験により、燃焼筒１１に空気案内部材１９を設けることで燃焼筒１１内に噴霧される燃料の大部分を完全燃焼し、排出ガスの窒素酸化物濃度を低減できることが判明した。
【００９４】
【発明の効果】
本発明によれば、燃焼部内に噴霧される燃料と空気との混合状態を最適化し、燃料と空気との混合を促進することができため、燃料の大部分を完全燃焼することができる。
また本発明によれば、空気導入口から燃焼部内に流れ込む空気の流速を向上させ、空気導入口から燃焼部内に導入される空気の旋回力を向上させることにより、燃料と空気との混合を促進し、燃焼状態を安定化することができる。
【００９５】
特に請求項１に記載の本発明によれば、第１火炎形成部と第２火炎形成部との境界部を連続する段部に設けられた空気導入口から導入された空気と、燃焼部内に噴霧された燃料との混合を促進し、燃料を完全燃焼させることができる。
【００９６】
特に請求項２に記載の発明によれば、空気導入口から導入された空気と、火炎形成部において燃焼しきれずに燃焼空間部に至った燃料との混合を促進し、完全燃焼させることにより未燃成分の排出量を最小限に抑制することができる。
【００９７】
また特に請求項３に記載の発明によれば、燃焼部内全体に空気の旋回流を形成することができ、燃焼部内に噴霧された燃料の大部分を完全燃焼することができる。
【００９８】
請求項４，５に記載の発明によれば、空気導入口から燃焼部内に導入される空気の旋回力を向上させ、燃焼状態の改善を図ることができる。
【００９９】
請求項７に記載の湯水加熱装置は、上記請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼装置を備えたものであるため、高効率かつ精度よく湯水を加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態である給湯器および燃焼装置の内部構造を示す正面図である。
【図２】 図１に示す燃焼装置において採用されている燃焼筒および装着部材を示す斜視図である。
【図３】 図２に示す燃焼筒および装着部材の分解斜視図である。
【図４】 図１に示す燃焼装置の要部断面図である。
【図５】 本発明の第２実施形態である給湯器および燃焼装置の内部構造を示す正面図である。
【図６】 図５に示す燃焼装置において採用されている燃焼筒および装着部材を示す斜視図である。
【図７】 図６に示す燃焼筒および装着部材の分解斜視図である。
【図８】 空気案内部材の変形実施例を示す斜視図である。
【図９】 空気案内部材のさらに別の実施例を示す斜視図である。
【図１０】 空気案内部材のさらに別の実施例を示す斜視図である。
【図１１】 本発明の一実施形態である燃焼装置を用いた実験の実験結果を示すグラフである。
【図１２】 従来技術の湯水加熱装置および燃焼装置を示す正面図である。
【図１３】 従来技術の燃焼筒を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，５０ 給湯器（湯水加熱装置）
２，５１ 燃焼装置
１１，６６ 燃焼筒
１５ 燃料噴霧手段
１６ 燃料噴射ノズル
１９，５２ 空気案内部材
１９ａ，５２ａ 固定部
１９ｂ，５２ｂ 案内部
１９ｃ，５２ｃ 隙間
２０ 第１火炎形成部
２１ 第２火炎形成部
２１ａ，２２ａ 段部
２１ｂ，２２ｂ 旋回導入口
２２ 燃焼空間部
５４ 貫通孔
５５ 空気案内口
５６ 空気案内部
Claims (7)
- 燃料を噴霧する噴霧手段と、当該噴霧手段により噴霧された燃料を燃焼させる燃焼部とを具備した燃焼装置において、前記燃焼部は燃焼筒を有し、燃焼筒は一の火炎形成部と、当該一の火炎形成部に連続し、当該一の火炎形成部よりも大径である他の火炎形成部とを具備し、前記一の火炎形成部と前記他の火炎形成部との境界部には両者を連続する段部を有し、当該段部には燃焼部の内外を連通し、空気を燃焼部の内壁に沿う方向に導入する旋回導入口が複数設けられており、さらに段部の下流側にも燃焼筒内に空気を導入する空気導入口があり、前記段部の周囲には、空気の流れを段部側に向ける空気案内部材が設けられており、空気案内部材と燃焼筒との隙間は、燃焼筒の下流側に向かうに従い狭くなっており、空気案内部材に沿って流れる空気は、次第に加勢され段部に集約され、段部に設けられた旋回導入口から燃焼筒内に流れ込んで燃焼筒内に旋回流を形成し、また空気の一部は、前記隙間以外の流路を流れて段部の下流側に設けられた空気導入口から燃焼筒内に入ることを特徴とする燃焼装置。
- 燃料を噴霧する噴霧手段と、当該噴霧手段により噴霧された燃料を燃焼させる燃焼部とを具備した燃焼装置において、前記燃焼部は燃焼筒を有し、燃焼筒は、主として液体燃料が燃焼することにより火炎が形成される火炎形成部と、火炎形成部において発生した燃焼ガスが通過する燃焼空間部とを有し、当該燃焼空間部と火炎形成部との境界部には両者を連続する段部を有し、当該段部には燃焼部の内外を連通し、空気を燃焼部の内壁に沿う方向に導入する旋回導入口が複数設けられており、さらに段部の下流側にも燃焼筒内に空気を導入する空気導入口があり、前記段部の周囲には、空気の流れを段部側に向ける空気案内部材が設けられており、空気案内部材と燃焼筒との隙間は、燃焼筒の下流側に向かうに従い狭くなっており、空気案内部材に沿って流れる空気は、次第に加勢され段部に集約され、段部に設けられた旋回導入口から燃焼筒内に流れ込んで燃焼筒内に旋回流を形成し、また空気の一部は、前記隙間以外の流路を流れて段部の下流側に設けられた空気導入口から燃焼筒内に入ることを特徴とする燃焼装置。
- 火炎形成部は、第１火炎形成部と、当該第１火炎形成部に連続し、第１火炎形成部よりも大径である第２火炎形成部とを具備し、前記第１火炎形成部と第２火炎形成部との境界部には両者を連続する段部を有し、当該段部には燃焼部の内外を連通し、空気を燃焼部の内壁に沿う方向に導入する空気導入口が複数設けられており、前記段部の周囲には、空気の流れを段部側に向ける空気案内部材が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の燃焼装置。
- 空気案内部材は、空気案内部材の内外を連通し、空気を空気案内部材の外側から内壁に沿う方向に案内する空気案内口を有す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。
- 空気案内部材は、スリット状の空気案内部を有す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。
- 空気案内部材は、両端が開口したすり鉢状の部材であり、空気案内部材は、開口径が一定の固定部と、固定部に連続し、固定部から離れるに従って開口径が拡大する案内部とを有し、固定部は燃焼筒に密着固定されており、固定部と案内部との境界部が、段部に沿うように固定さ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。
- 燃焼部と、水を加熱する熱交換部を有し、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６のいずれかに記載の燃焼装置を具備していることを特徴とする湯水加熱装置。
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