JP3988063B2 - 給湯装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の石油給湯装置には、いわゆる比例制御式のガンタイプバーナが用いられているものがある。かかる従来の給湯装置は、例えば、図10に示すように、銅板等によって角筒状に構成された燃焼ケース101と、該燃焼ケース101内の下部に内蔵された熱交換器102と、燃焼ケース101内の上部に内蔵された石油式バーナ103とを備えている。
【0003】
熱交換器102は、熱交換フィン104と、該熱交換フィン104を貫通する流水管105とを備え、流水管105内を流れる水を加熱し得るように構成されている。
【0004】
また燃焼ケース101の上部には、空気ケース110を介してファン106が装着されており、該ファンの送風口は空気ケース110内に開口されて、バーナ103の燃焼に必要な空気を送風すると共に、燃焼ガスを熱交換器102に送り、該熱交換器102の流水管105内部を流れる水を加熱する。
【0005】
燃焼ケース101の下部には排ガス集合筒116が設けられ、燃焼ケース102に併設された排気筒107につながっている。
バーナ103は、逆燃式と称される形式であって、下方に向かって火炎を噴射する。また、このバーナ103は、液体燃料の燃焼を行ういわゆる二段燃焼筒を用いた燃焼量可変式ガンタイプバーナであって、バーナにおける気流はほぼ下向きである。このような形態は、消音器をコンパクトに設けてスペースを節約するためによく用いられる。
そして、送風量の制御は、ファン106のファンモータの回転数を比例制御等の公知の制御方式により制御することによって行われている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなバーナを備えた給湯装置では、バーナ103から噴出される火炎の温度が高温に成り過ぎると、窒素酸化物(NOX )の生成量が多くなり、環境性が悪化する。
一方、従来公知の低NOX バーナは、燃焼性の悪化、騒音の増大、着火性の悪化等、種々のバーナ性能が悪化する。
そこで、本発明は、バーナ性能を確保しつつも、窒素酸化物の発生を抑制した給湯装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、次の技術的手段を講じた。
即ち、本発明は、燃焼ケースに、流水管を有する熱交換器と、燃料を霧状に噴射する燃料噴射ノズルから噴射された燃料に点火して火炎を噴射するバーナと、前記バーナの火炎の噴射方向に配置され、内部で燃焼が行われる燃焼筒とを備えた給湯装置において、
前記燃焼ケースの燃焼筒に対して下流位置には、冷却流体が流通される冷却管が設けられており、前記冷却管は、バーナから噴射される火炎の周囲にコイル状に周回されて位置することを特徴としている。
【0008】
かかる本発明の給湯装置では、火炎の周囲をとり囲む冷却管によって、火炎表面が冷却され、これにより発生するNOX 量が低減される。また、冷却管内を流通させる冷却流体として、熱交換器の流水管に流す水を流用することができ、これにより装置全体の簡素化、コスト低減を図り得る。
冷却管内に水を流し、該冷却管の下流端を、熱交換器の流水管の上流側に接続され、熱交換器の流水管に流す水がバイパスされて燃焼ケース内の火炎の冷却に流用されれば、熱交換器に導入される水温が、冷却管内で加熱された温水によって上昇され、熱交換器における温度上昇率が少なくて済むので、燃費の低減が図られる。
【0009】
一方、冷却管の上流端を、熱交換器の流水管の中途部に接続すれば、ある程度加熱された温水が冷却管に導入され、冷却管の内外温度差を低減させて、冷却管外周面に生ずる結露が低減される。
上記冷却管を、バーナから噴射される火炎の周囲にコイル状に周回し、該コイル状冷却管によって、前記火炎の周囲に位置する冷却筒を構成することができる。このコイル径(冷却筒内径)は、ススが付着することを防止するために、バーナから噴出される火炎に接触しない最小の大きさとすることが好ましい。
【0010】
また、冷却管は、バーナから噴射される火炎の周囲に位置する筒状部材の周壁に巻回させることができる。このように、冷却管によって直接冷却される筒状部材によって、火炎の周囲を間接的に冷却させるようにすれば、冷却管の巻数が少なくても、火炎噴射方向の比較的広い範囲にわたって火炎の周囲の冷却を行なえ、効率的にNOX 発生量を抑制し得る。なお、この筒状部材の外径は、ススが付着することを防止するために、火炎に接触しない程度の大きさとすることが好ましい。
【0011】
上記筒状部材を、バーナから離れるにしたがって徐々に大径となる台形円筒状とすることができる。かかる構成によれば、筒状部材の内周面を、火炎噴射方向全長にわたってできるだけ火炎に近づけて冷却効率を向上しつつも、筒状部材が火炎に接触することが防止される。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1〜図4は、本発明の第1の実施の形態に係る給湯装置を示しており、該給湯装置は、風呂や台所等へ温水又は熱水を供給するものである。
該給湯装置は、銅板等によって角筒状に構成された燃焼ケース1と、該燃焼ケース1内の下部に内蔵された熱交換器2と、燃焼ケース1内の上部に内蔵されたバーナ3とを備えている。該バーナ3は、熱交換器2に向けて火炎を噴出するものである。
【0013】
熱交換器2は、熱交換フィン4と、該熱交換フィン4を貫通する流水管5とを備え、流水管5内を流れる水を加熱し得るように構成されている。該熱交換器2の流水管5の上流端は、燃焼ケース1の外周に巻回された給水管6の下流端に接続されている。
【0014】
なお、この給水管6によって燃焼ケース1が冷却され、ケース1が過加熱することを防止している。給水管6の上流端は、燃焼ケース1の上端付近から側方に延出され、給水口7とされている。即ち、給水口7に導入された水は、給水管6を通って熱交換器2の流水管5に導入され、そこで加熱された温水は、流水管5の下流端の出湯口8から出湯される。
【0015】
燃焼ケース1の上部には空気ケース9が設けられており、該空気ケース9の上部にファン10が装着されている。該ファン10の送風口は空気ケース9内に開口されて、バーナ3の燃焼に必要な空気を送風すると共に、高温の燃焼ガスを熱交換器2に強制的に送り、該熱交換器2の流水管5内部を流れる水を加熱するようになっている。
【0016】
燃焼ケース1の下部には排ガス集合筒11が設けられ、該集合筒11は燃焼ケース1に併設された排気筒12に接続されており、熱交換器2を通過してくる排ガスを排気筒12の上部に設けた排気口13から排出するようになっている。
【0017】
上記バーナ3は、図3及び図4に詳細に示すように、いわゆる二段燃焼筒を用いた燃焼量可変式ガンタイプバーナであって、その下方に設けられた熱交換器2を加熱するためのもので、バーナにおける気流はほぼ下向きとされている。
【0018】
該バーナ3は、燃料供給器14から供給される灯油等の燃料を霧状として噴射する燃料噴射ノズル15を備えている。該ノズル15から噴射された燃料はファン10からの空気と混合し、点火プラグ16により点火されて燃焼する。ノズル15の下方に配置された燃焼筒17は、ノズル側(上側)の小径筒17aと、これに連設された大径筒17bとからなる。燃料噴射ノズル15と点火プラグ16を内蔵するノズル収納筒18は、燃料噴射ノズル15を直接内蔵するノズル収納内筒18aと、その外側に設けられたノズル収納外筒18bとの二重構造になっている。
【0019】
ファン10からの空気は、空気ケース9に送られた後、下記のように燃焼に用いられる。
ノズル収納内筒18aの側面に設けられた空気孔19からノズル収納内筒18aの内部に入った空気は、燃料噴射ノズル15の周囲を通り燃料とともに燃焼筒17内に送られる。
【0020】
また、ノズル収納外筒18bの側面に設けられた空気孔20からノズル収納外筒18bの内部に入った空気は、小径筒17aの上面を放射状に切り欠いて構成された旋回器21から小径筒17a内に送られて燃焼筒17内のガスに旋回による保炎効果を加える。
【0021】
また、小径筒17aの側面に設けられた空気孔22a及び大径筒17bの側面に設けられた空気孔22bから燃焼筒17の内部に入った空気は、いわゆる二次空気として燃焼に用いられる。
【0022】
燃焼が開始されるのは点火プラグ16の近傍であるが、気流が下方へ向かっているため、燃焼は燃焼筒17の内部で行われるとともに、燃焼筒17から下方に火炎が噴出される。入力(燃料供給量)が小さいときは送風量(空気供給量)も少なくされて燃焼はほとんど小径筒17aの内部のみで行われ、一方、入力が大きいときは送風量も多くされて燃焼は大径筒17bの内部でも行われるとともに下方に火炎が噴出されるので、小入力域から大入力域まで良好な燃焼状態が得られる。そして、送風量の制御は、送風機1のファンモータの回転数を比例制御等の公知の制御方式により制御することによって行われている。
【0023】
また、本実施形態のバーナ3は、制限部材である環状の邪魔板23を備えている。該邪魔板23には、空気孔として多数の孔24が設けられている。邪魔板23は、空気ケース9が邪魔板23によって上流部Aと下流部Bに仕切られるように燃焼筒17の全周にわたり、小径部と拡径部の境界の段部25を利用して取り付けられている。邪魔板23の外径は空気ケース9の隔壁26の内径にほぼ等しく、上流部Aから下流部Bに向かう気流は実質的に孔24のみを通過する。
【0024】
ノズル収納内筒18aの側面に設けられた空気孔19からノズル収納内筒18aの内部に入った空気は燃料噴射ノズル15の周囲を通り燃料とともに燃焼筒17内に送られ、ノズル収納外筒18bの側面に設けられた空気孔20からノズル収納外筒18bの内部に入った空気は旋回器21から小径筒17a内に送られて燃焼筒17内のガスに旋回作用を加える。
【0025】
小径筒17aの側面に設けられた空気孔22a及び大径筒17bの側面に設けられた空気孔22bから燃焼筒17の内部に入った空気がいわゆる二次空気として燃焼に用いられる。さらに、邪魔板23の存在により大径筒17bに流入する空気の量が制限されるので、小入力設定時すなわち送風量が少ないときにも小径筒17aの側面に設けられた空気孔22aから燃焼筒17に流入する空気量が確保され、燃料と空気の混合が良好となる。
【0026】
上記燃焼ケース1内には、バーナ3の下方近傍に位置する銅製の冷却管30が内蔵されている。該冷却管30は、バーナから噴射される火炎の周囲にコイル状に周回され、該コイル状冷却管30によって、前記火炎の周囲に位置する冷却筒が構成されている。冷却管30の上流端30aは、燃焼ケース1の外部に延出されて給水管6の上流端近傍(給水口7近傍)に接続され、その下流端30bは、燃焼ケース1の外部に延出されて熱交換器2の流水管5の上流側に接続され、給水管6を流れる水をバイパスして燃焼ケース1内の火炎の冷却に流用し得るように構成されている。
【0027】
上記冷却管30は、バーナから噴射される火炎の周囲に位置され、そのコイル状冷却管30の内部を火炎が通過するようにしている。なお、コイル状冷却管30のコイル内径は、冷却管30が火炎に接触しない最小の大きさとすることが、冷却効率の点で好ましい。
【0028】
したがって、バーナ3から噴射される火炎の周囲が、冷却管30によって冷却され、これによりNOX の発生が抑制されることとなる。また、かかる冷却のための水を、流水管5への供給水をバイパスして用いるものであるから、構造の簡素化を図り得るとともに、冷却管30内においても水が加熱され、かかる温水を熱交換器2に供給できるので、熱交換効率を向上して燃費の向上を図ることができる。
【0029】
図5及び図6は、本発明の第2の実施の形態に係る給湯装置を示しており、上記第1実施形態と同様の構成については同符号を付して詳細説明を省略するとともに、異なる構成、作用効果について説明する。
【0030】
本実施形態では、冷却管30は、バーナ3から噴射される火炎の周囲に位置する筒状部材31の周壁外面に巻回されている。該筒状部材31は銅板によりほぼ円筒状に構成され、その外壁に冷却管30がロウ付けにより固定されており、筒状部材31の内部を火炎が通過するように構成されている。なお、筒状部材31の直径は、火炎が直接接触しない程度の最小の大きさとすることが好ましい。
【0031】
冷却管30は、上下方向に間隔をあけて冷却筒31の外周に約1回転半だけ巻き回されている。このように、冷却筒31を介して火炎の周囲を冷却するように構成すれば、冷却管30の巻数が少なくとも、所定の上下範囲にわたってほぼ均一に火炎の周囲を冷却することができ、冷却管30の全長を小さくして、その内部の流水抵抗を少なくすることができる。
【0032】
図7及び図8は、本発明の第3の実施の形態に係る給湯装置を示しており、上記第2実施形態と同様の構成については同符号を付して詳細説明を省略するとともに、異なる構成、作用効果について説明する。
【0033】
本実施形態の冷却筒31は、バーナ3から離れるにしたがって徐々に大径となる台形円筒状とされており、かかる構成によれば、冷却筒31の内周面を、火炎噴射方向全長にわたってできるだけ火炎に近づけて冷却効率を向上しつつも、冷却筒31が火炎に接触することを防止することができる。
【0034】
図9は、本発明の第4の実施の形態に係る給湯装置を示しており、上記第1の実施の形態と同様の構成については同符号を付して詳細説明を省略するとともに、異なる構成、作用効果について説明する。
【0035】
本実施形態では、冷却管30の上流端30aは、熱交換器2の流水管5の中途部に接続されており、下流端30bが、出湯口8の近傍において流水管5に接続されている。
かかる構成によれば、冷却管30内部に流れる水の温度が高くなるので、冷却管30の内外温度差を小さくして、冷却管30外面に結露が生ずることを防止することができる。
【0036】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、適宜設計変更することができる。例えば、上記実施の形態では、熱交換器が一つの一缶一水路方式給湯装置を示したが、単一の燃焼ケース内に二つの熱交換器を有する一缶二水路方式の給湯装置にも本発明を適用し得る。
また、上記実施形態において気流はほぼ下向きであり、バーナの火炎は点火プラグの近傍から下向きに伸びる形になるが、このバーナ全体を横向きや上向きにした形態とすることもできる。
【0037】
また、上記第1の実施形態において、コイル状冷却管30を、バーナ3から離れるにしたがってコイル径が大きくなるように構成することができる。また、上記第2及び第3の実施形態において、冷却管30の上流端30aを、熱交換器2の流水管5の中途部に接続することができる。
【0038】
【発明の効果】
本発明によれば、火炎の周囲をとり囲む冷却管によって、火炎表面を冷却して、NOX の発生量を低減することができるとともに、冷却管内を流通させる冷却流体として、熱交換器の流水管に流す水を流用することができ、装置全体の簡素化、コスト低減を図ることができる。
【0039】
また、冷却管内に水を流し、該冷却管の下流端を、熱交換器の流水管の上流側に接続することによって、熱交換器に導入される水温を、冷却管内で加熱された温水によって上昇させることができ、熱交換器における温度上昇率が低減され、これにより燃費の低減を図ることができる。
【0040】
一方、冷却管の上流端を、熱交換器の流水管の中途部に接続することによって、ある程度加熱された温水が冷却管に導入されて、冷却管の内外温度差が低減され、冷却管外周面に結露が生ずることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態に係る給湯装置を示す全体縦断面図である。
【図2】 同給湯装置の冷却管の平面図である。
【図3】 同給湯装置のバーナを示す拡大縦断面図である。
【図4】 同バーナの燃焼筒並びにノズル収納筒を示す拡大斜視図である。
【図5】 本発明の第2の実施の形態に係る給湯装置を示す全体縦断面図である。
【図6】 同給湯装置の冷却管及び冷却筒の平面図である。
【図7】 本発明の第3の実施の形態に係る給湯装置を示す全体縦断面図である。
【図8】 同給湯装置の冷却管及び冷却筒の平面図である。
【図9】 本発明の第4の実施の形態に係る給湯装置を示す全体縦断面図である。
【図10】 従来の給湯装置を示す全体縦断面図である。
【符号の説明】
1 燃焼ケース
2 熱交換器
3 バーナ
5 流水管
30 冷却管
31 筒状部材(冷却筒)
Claims (7)
- 燃焼ケースに、流水管を有する熱交換器と、燃料を霧状に噴射する燃料噴射ノズルから噴射された燃料に点火して火炎を噴射するバーナと、前記バーナの火炎の噴射方向に配置され、内部で燃焼が行われる燃焼筒とを備えた給湯装置において、
前記燃焼ケースの燃焼筒に対して下流位置には、冷却流体が流通される冷却管が設けられており、前記冷却管は、バーナから噴射される火炎の周囲にコイル状に周回されて位置することを特徴とする給湯装置。 - 前記コイル状冷却管によって、前記火炎の周囲に位置する冷却筒が構成されている請求項1に記載の給湯装置。
- 前記コイル状冷却管のコイル径は、バーナから噴射される火炎に接触しない最小の大きさである請求項1又は2に記載の給湯装置。
- 冷却管は、バーナから噴射される火炎の周囲に位置する筒状部材の周壁に巻回されている請求項1に記載の給湯装置。
- 筒状部材が、バーナから離れるにしたがって徐々に大径となる台形円筒状とされている請求項4に記載の給湯装置。
- 冷却管内を流れる流体は水とされ、冷却管の下流端が、熱交換器の流水管の上流側に接続され、熱交換器の流水管に流す水がバイパスされて燃焼ケース内の火炎の冷却に流用される請求項1〜5に記載の給湯装置。
- 冷却管の上流端が、熱交換器の流水管の中途部に接続されている請求項1〜6に記載の給湯装置。
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