JP4131058B2 - 給湯器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯器等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
給湯器１００は、図６の様に燃焼ケース１０１内に燃焼装置１０２と熱交換器１０３を内蔵したものである。また燃焼ケース１０１には、ファン１０５が接続されている。
従来技術の給湯器１００は、ファン１０５によって燃焼ケース１０１内を通風し、燃焼装置１０２によって燃料ガス等を燃焼させる。そして燃焼装置１０２によって発生された燃焼ガスを熱交換器１０３に接触させて熱交換器１０３内の水を加熱する。すなわち従来技術の給湯器１００は、専ら燃焼装置１０２が発生する熱を、燃焼ガスを介して熱交換器１０３に伝導し、内部の水を加熱するものであった。従来技術の給湯器１００は、気体対固体（熱交換器１０３）の接触による熱伝導だけによって水を加熱するものであり、放射熱（輻射熱）はほとんど活用していない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の給湯器１００は、燃焼ガスを介して熱交換器１０３に熱を伝達するものであるから、効率を向上させるためには、燃焼ガスと熱交換器１０３との接触機会を増大させる必要がある。そのため従来技術の給湯器１００は、熱交換器１０３の段数が多くならざるを得ない。従って従来技術の給湯器１００は、どうしても全高が高くなってしまう。
また燃焼ガスとの接触機会を増大させるために、熱交換器１０３のフィンは密にせざるを得ず、熱交換器１０３における圧力損失が大きい。そのためファン１０５は、発生圧力が高い機種を選定せざるを得ず、ファン１０５が大型になるという問題がある。またファン１０５が発生する圧力が高いために騒音が大きいという不満もある。
【０００４】
また近年、大気汚染が大きな社会問題となり、給湯器等の家庭用燃焼機器についても、ＮＯX の発生は無視できない。
これらの小規模燃焼機器では、ユーザ側の燃焼管理技術によってＮＯX の排出抑制を行うことは困難であるから、機器の設計・製造段階において低ＮＯX 化を図る必要がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者らは上記した課題を解決するために鋭意研究を重ね、バーナの火炎によって熱輻射体を加熱し、熱輻射体の下流側に被加熱物を置く構成を発明した。またバーナは、希薄燃焼を行う構成を採用した。ここで希薄燃焼とは、燃料ガスと空気を希薄状態に混合して燃焼させる燃焼方式であり、火炎の温度が比較的低いのでＮＯX の発生が少ない。
上記した構成では、熱輻射体がバーナによって加熱され、熱輻射体が熱線を放射する。この熱線が被加熱物たる熱交換器にあたり、熱交換器は熱線によって加熱される。すなわち熱輻射体を介することにより燃焼ガスの熱が放射熱に変換され、放射熱によっても熱交換器を加熱する。また燃焼ガスは、熱輻射体を通過して熱交換器と接触するので、旧来の対流による加熱も行われる。
【０００６】
ところで、上記した構成の燃焼装置に点火し、時間の経過と外部に発する熱量との関係を調査したところ、熱輻射体を持たない燃焼装置に比べて、相当の遅延があることが判明した。すなわち上記した構成の熱交換器では、バーナに点火した直後は熱輻射体を加熱するのに熱量を消費し、外部に発生する熱量は小さいが、一旦熱輻射体が赤熱すると、バーナの燃焼を停止しても相当の時間に渡って外部に熱を発し続ける。
【０００７】
本発明は、上記した知見に基づいて前記した構成の燃焼装置に改良を加えたものであり、熱効率のさらなる向上を図るものである。また本発明は、上記した構成をさらに改良し、燃料燃焼量の可変範囲（ＴＤＲ）の増大を図るものである。すなわち上記した構成の燃焼装置は、低ＮＯX 化を図るために希薄燃焼を採用しているため、燃料燃焼量の可変範囲が狭い。また本発明は、燃焼装置の耐久性向上を図るものである。
【０００８】
そして請求項１に記載の発明は、燃料又は燃料と空気の混合気体が噴射されるバーナ部を有し、発生させた燃焼ガスを熱交換器に接触させて熱交換器内の水を加熱する給湯器において、バーナ部と熱交換器との間に熱輻射体が設けられ、熱輻射体の温度を直接的或いは間接的に感知する温度感知部材を有し、当該熱輻射体の温度に応じてバーナ部の燃焼量を増減又は断続され、前記熱輻射体は、多孔質のセラミックであり、バーナ部と熱輻射体との間に遮蔽部材が設けられこの遮蔽部材にはバーナ部から熱輻射体へ燃焼ガスを通過する開口が設けられ、熱輻射体の裏面側から発生した熱線が遮蔽部材によって反射されて熱輻射体のさらなる加熱に寄与することを特徴とする給湯器である。
また請求項２に記載の発明は、燃料又は燃料と空気の混合気体が噴射されるバーナ部を有し、発生させた燃焼ガスを熱交換器に接触させて熱交換器内の水を加熱する給湯器において、バーナ部と熱交換器との間に熱輻射体が設けられ、熱輻射体の温度を直接的或いは間接的に感知する温度感知部材を有し、当該熱輻射体の温度に応じてバーナ部の燃焼量を増減又は断続され、さらに燃焼ケースと燃焼ケース内に配されるハウジングを備え、ハウジング内に前記熱輻射体と遮蔽部材及びバーナ部が設けられ、ハウジングと燃焼ケース内 との間に空気流路が形成され、かつハウジングの遮蔽部材近傍に遮蔽部材に空気を送る孔が設けられていることを特徴とする給湯器である。
【０００９】
請求項１，２に記載の給湯器では、バーナ部と被加熱体との間に熱輻射体が設けられており、熱輻射体によって熱の一部が輻射熱に変換され、熱輻射体が熱線を放射する。この熱線が被加熱体である熱交換器にあたり、熱交換器が加熱される。すなわち熱輻射体を介することにより燃焼ガスの熱が輻射熱に変換され、輻射熱によっても熱交換器を加熱する。
そして本発明の給湯器は、熱輻射体の温度を直接的或いは間接的に感知する温度感知部材を有し、当該温度感知部材が感知する熱輻射体の温度に基づいてバーナ部の燃焼量を増減又は断続する。例えば熱輻射体の温度が一定温度に達したり、あるいは一定温度以上を所定時間維持した場合に、バーナ部の燃焼量を減少し、又は燃焼を停止する。ここで本発明の給湯器は、バーナ部によって熱輻射体を加熱し、熱の一部を輻射熱に変換して被加熱物を加熱するものであるから、前述の様に一旦熱輻射体が赤熱すると、燃焼を停止しても相当の時間に渡って外部に熱を発し続ける。そのためバーナ部の燃焼量を減少或いは停止しても、被加熱物に与える熱量には、大差が生じない。そのためバーナ部の燃焼量を減少又は停止しても被加熱物に熱を与えることができる。即ち本発明は、燃料の供給を減少又は停止した時にも燃焼装置の余熱を無駄に捨てることなく被加熱物に供給することができる。
また一般に、バーナ部の燃焼が過大になると、熱が外部に逃げて熱効率が低下する場合が多いが、本発明の燃焼装置は、バーナ部の燃焼を一時的に減少又は停止することにより、熱の漏れを防ぐことができる。そのため本発明は、実質的に熱効率を向上させることができる。
また、燃料供給量の可変域が実質上拡大するので、燃料燃焼量の可変範囲（ＴＤＲ）が増大する。
さらに本発明の給湯器では、熱輻射体が加熱される時間が短縮されると共に、最高上昇温度が低くなるので、熱輻射体の耐久性が向上する。
【００１０】
また同様の課題を解決するための請求項３に記載の発明は、燃料又は燃料と空気の混合気体が噴射されるバーナ部を有し、発生させた燃焼ガスを熱交換器に接触させて熱交換器内の水を加熱する給湯器において、バーナ部と熱交換器との間に熱輻射体が設けられ、熱輻射体を加熱する際に熱線の増加が鈍化する温度に達するまでの時間と、熱輻射体の温度が一定温度まで低下するのに要する時間に基づく所定の時間間隔をもってバーナ部の燃焼量が増減又は断続されることを特徴とする給湯器である。
【００１１】
本発明の給湯器についても前記した発明と同様に、熱輻射体を介することにより燃焼ガスの熱が放射熱に変換され、放射熱によっても被加熱体を加熱する。
そして本発明の給湯器では、所定の時間間隔をもってバーナ部の燃焼量が増減又は断続される。例えば、燃焼開始から一定時間に渡って燃焼が継続した場合はバーナ部の燃焼量を減少し、又は燃焼を停止する。前記した発明と同様に本発明の給湯器は、バーナ部によって熱輻射体を加熱し、熱の一部を輻射熱に変換して被加熱物を加熱するものであるから、一定時間バーナが燃焼して熱輻射体が赤熱すると、燃焼を停止しても相当の時間に渡って外部に熱を発し続ける。そのため燃焼量を減少或いは停止しても、被加熱物に与える熱量は、大差が生じない。本発明についても、請求項１の発明と同様に、外部に逃げる熱量を減少させ、実質的に熱効率を向上させることができる。
また、燃料供給量の可変域が実質上拡大するので、燃料燃焼量の可変範囲（ＴＤＲ）が増大する。
さらに本発明の燃焼装置についても、熱輻射体が加熱される時間が短縮されると共に、最高上昇温度が低くなるので、熱輻射体の耐久性が向上する。
【００１２】
また請求項４に記載の発明は、熱輻射体は、多孔質のセラミックであり、バーナ部と熱輻射体との間に遮蔽部材が設けられこの遮蔽部材にはバーナ部から熱輻射体へ燃焼ガスを通過する開口が設けられ、熱輻射体の裏面側から発生した熱線が遮蔽部材によって反射されて熱輻射体のさらなる加熱に寄与することを特徴とする請求項３に記載の給湯器である。
【００１３】
本発明の給湯器は、熱輻射体として多孔質のセラミックを採用するので、耐久性が高い。
【００１４】
また上記した発明は、燃焼ケースと燃焼ケース内に配されるハウジングを備え、ハウジング内に前記熱輻射体と遮蔽部材及びバーナ部が設けられ、ハウジングと燃焼ケース内との間に空気流路が形成され、かつハウジングの遮蔽部材近傍に遮蔽部材に空気を送る孔が設けられていてもよい。
さらに請求項５に記載の発明は、バーナ部には、燃料に対して空気が過剰に供給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。
【００１５】
本発明の燃焼装置は、希薄燃焼を行う構成を採用したものであり、火炎の温度が比較的低いのでＮＯX の発生が少ない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下さらに、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態の燃焼装置を内蔵した給湯器の断面図である。図２は、本発明の実施形態の燃焼装置を内蔵した給湯器の断面図であって、温度感知部材の配置位置を示す。図３は、本発明の実施形態の燃焼装置の動作を示すフローチャート図である。図４は、本発明の他の実施形態の燃焼装置の動作を示すフローチャート図である。図５は、本発明のさらに他の実施形態の燃焼装置の動作を示すフローチャート図である。
【００１７】
図１において、１は、給湯器を示す。給湯器１の概略構成は、従来技術と同一であり、燃焼ケース２内に燃焼装置３と熱交換器（被加熱物）５を内蔵したものである。また燃焼ケース２には、ファン６が接続されている。
図１に示す給湯器１の構成部品中、燃焼ケース２及び熱交換器５は、全長が短い点を除いて従来技術のそれと同一である。これに対して燃焼装置３は、本実施形態に特有のものである。
以下、燃焼装置３の構成に重点をおいて説明する。なお説明に際し、部材の前後関係を説明する場合は、便宜上、給湯器１内における気体の流れ方向を基準とする。すなわちファン６側（図面 下側）が上流側であり、排気口７側を下流側として表現する。また理解を容易にするため、各部材の下流側に面して配される部分を表面と表現し、上流側に配される部分を裏面と表現する。
【００１８】
本実施形態で採用する燃焼装置３は、給湯器１の燃焼ケース２の内部にあって、独立した一個のハウジング８を持つ。そして当該ハウジング８の内に熱輻射体１０、遮蔽部材１１、バーナ部１２及び温度感知部材３０が設けられている。またバーナ部１２は、さらに炎孔部材１３と、ガス噴射ノズル１５によって構成されている。
【００１９】
ハウジング８は、ステンレススチール等で作られた筒体である。ハウジング８の断面形状は燃焼ケース２と相似形であり、燃焼ケース２に比べて面積が少し小さい。本実施形態では、ハウジング８は、円筒形のものが採用されている。ハウジング８の両端は開放されているが、上流側の開口１６は、面積がやや小さい。
ハウジング８の外周部であって下流寄りの部位には、複数の小孔１８が設けられている。
【００２０】
熱輻射体１０は、具体的にはセラミック製のポーラス体である。すなわち熱輻射体１０は多孔質体によって作られていて通気性を持つ。熱輻射体１０の材質は、チタン酸アルミニウム、ムライト、コージライト或いはこれらの混合材料が使用可能であるが、耐熱性が優れるという点で、チタン酸アルミニウムが最も適切である。
熱輻射体１０の厚さは３ｍｍ〜２０ｍｍ程度、より好ましくは３ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。また熱輻射体１０の気孔率は、７５％〜８５％である。
【００２１】
熱輻射体１０の形状は、円板状である。そして熱輻射体１０の裏面（上流側）の中心には、円形の閉塞部材２０が設けられており、当該部分は通気性が無い。 閉塞部材２０には、円形の金属板や、円形の耐熱製セラミック、あるいはアルミナやシリカ等の耐熱性の無機粉末を適当なバインダーで固めて成形した成形物が活用できる。
なお本実施形態では、閉塞部材２０は、通気性の無いものを使用したが、閉塞部材２０は必ずしも通気性が無い部位である必要はなく、他の部位よりも通気性が弱いものであれば足る。従って閉塞部材２０は、熱輻射体１０よりも通気性が劣る他の熱輻射体を採用してもよい。
閉塞部材２０の取付け構造は、鋲や耐熱性の高い接着剤による方法の他、熱輻射体１０の一部と閉塞部材２０を嵌合させる方策等が可能である。
【００２２】
遮蔽部材１１は、厚さが３ｍｍ〜１０ｍｍ程度の円板であり、中央に燃焼ガス通過開口２１が設けられている。
【００２３】
遮蔽部材１１の素材は、耐熱性に優れたものであることが必要である。この点から、遮蔽部材１１の素材は、アルミナやシリカを高温で溶融し、高速気体流で繊維化した非結晶質のセラミックファイバーや、ゾルゲル法の技術により製造された多結晶ムライト質のセラミックファイバー等が適当である。
【００２４】
遮蔽部材１１に要求される性質としては、前記した耐熱性の他、熱線の反射効果又は断熱作用を持つことが望ましい。
熱線の反射効果は、例えば赤外線の反射率が０．５以上であることが望ましく、より好ましくは０．８以上であることが推奨される。
また断熱作用としては、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍ℃以下、より好ましくは０．２Ｗ／ｍ℃以下であることが推奨される。
遮蔽部材１１は、前記した様に熱線の反射効果が優れることが望ましいため、表面に白色系の耐熱塗料を塗布したり、表面を鏡面仕上げすることが望ましい。また表面が汚れて熱反射作用が劣化することを防ぐために、表面にガラス層を設けることが推奨される。これらの点を満足する遮蔽部材１１の構成例として、剛性を有する耐熱層に耐熱白色塗料等の反射層を積層し、さらにその上に酸化・汚れ防止層としてガラス層を設けた構成が挙げられる。
【００２５】
バーナ部１２は、公知の炎孔部材１３とガス噴射ノズル１５によって構成される。炎孔部材１３は、燃料ガスと空気の混合ガスを噴射する小孔を多数有する部材であり、プレス製のものやセラミツク製のものが採用可能である。
炎孔部材１３の形式や炎孔の向きについては特に限定はないが、本実施形態の燃焼装置３では、遮蔽部材１１の中央に燃焼ガス通過開口２１が設けられているので、火炎が中央に集中する様に炎孔が配置されていることが望ましい。
【００２６】
温度感知部材３０は、サーモスタット等のバイメタルを利用したもの、測温抵抗体を活用したもの、熱電対を利用したもの等が活用できる。また放射温度計や色温度計と同様の原理を利用した非接触形の温度感知部材も活用可能である。
【００２７】
次に本実施形態の燃焼装置３の各部材同士の関係について説明する。燃焼装置３の各部材は、いずれもハウジング８の中に配される。すなわちハウジング８の下流側端部（図面 上側）に熱輻射体１０が配されている。なお熱輻射体１０は、ハウジング８の内側に設けられたリブ１７（図２）に載置されて位置決めされる。
またハウジング８の上流側の部位には、端部から少し距離を置いて炎孔部材１３が配されている。ガス噴射ノズル１５は、炎孔部材１３とハウジング８の上流側の開口との間の空洞部分に配置されている。
さらに炎孔部材１３と熱輻射体１０との間に、遮蔽部材１１が設けられている。遮蔽部材１１の位置は、熱輻射体１０との間に空洞部２３を形成しえる位置である。遮蔽部材１１の上流側近傍には、前記したハウジング８の側面の小孔１８が位置する。
【００２８】
温度感知部材３０は、空洞部２３のハウジング８の側壁に取り付けられている。すなわち温度感知部材３０の取付位置は、ハウジング８の内側であって、熱輻射体１０の上流側であり、熱輻射体１０と遮蔽部材１１との間である。
【００２９】
燃焼装置３は、燃焼ケース２内に、燃焼ケース２と同心状に配される。燃焼部材３のハウジング８は、燃焼ケース２と相似形であり、且つ燃焼ケース２よりも小さいので、燃焼部材３の外周面と燃焼ケース２内周との間には環状の空隙が形成される。このバーナ部１２の側面に設けられた空隙は、冷却用空気が通過する空気流路２５として機能する。なお空気流路２５を通過する空気は、ハウジング８から熱を奪ってハウジング８を冷却する作用を持つが、当該空気は最終的に熱交換器（被加熱物）５と接するため、熱交換器（被加熱物）５の温度上昇に寄与する。従って空気流路２５は、ハウジング８の熱が外部に逃げることを防止し、熱効率を向上させる機能を持つ。
【００３０】
給湯器１には、外部のガス供給源３１から配管３２を通じて燃料ガスが供給されるが、当該配管３２には電磁弁３３が接続されている。すなわちガス供給源３１から燃焼装置３のガス噴射ノズル１５に至る間に電磁弁３３が設けられている。電磁弁３３は、前記した温度感知部材３０が一定以上の温度を検知したときに閉塞され、温度感知部材３０が一定以下の温度を検知したときに開成される。
【００３１】
次に本実施形態の給湯器１の機能をバーナ部１２が燃焼している際の機能と、経時的機能とに分けて説明する。先ず、給湯器１のバーナ部１２が燃焼している際の機能を説明すると次の通りである。
本実施形態の給湯器１は、公知のそれと同様に熱交換器５に通水しつつ、燃焼装置３によって熱を発生させるものである。すなわちファン６を起動してバーナケース２内を通風雰囲気とし、ガス噴射ノズル１５から燃料ガスを噴射させ、ハウジング８の上流側の空洞部内で燃料ガスと空気を混合する。なおこの時、燃料ガスと空気は、燃料が希薄状態（空気過剰率１．４〜１．７）となる様に混合される。
そして炎孔部材１３から燃料ガスと空気との混合気体を噴射させ、図示しない点火装置で点火する。
【００３２】
その結果、炎孔部材１３から火炎が発生し、火炎及び燃焼ガスは、図１の様に燃焼ガス通過開口２１を経て空洞部２３内に入る。ここで、燃焼ガスは、燃焼ガス通過開口２１を通過する際に熱輻射体１０に対して垂直方向に方向づけられ、さらに中央部分から熱輻射体１０に当たる。しかしながら、本実施形態では、熱輻射体１０の中央部分に閉塞部材２０が設けられているので、燃焼ガスは閉塞部２０が邪魔板的に作用して空洞部２３の全体に広がる。そのため、熱輻射体１０は、その裏面（上流側）が均一に加熱される。そして燃焼ガスは、熱輻射体１０の中を抜け、熱交換器５側に至る。熱輻射体１０を抜けた燃焼ガスは、従来技術の給湯器１００と同様に熱交換器５と接触し、熱交換器５に熱を伝達する。
【００３３】
一方、燃焼ガスが熱輻射体１０を通過する際に、熱輻射体１０が加熱され、熱輻射体が赤熱する。その結果、熱輻射体１０から熱線が放射され、熱交換器５を加熱する。
ここで、熱輻射体１０から放射される熱線は、表面（下流側）だけでなく裏面（上流側）からも発生し、熱線は上流（図面 下）のバーナ部１２側にも向かう。しかしながら、本実施形態の燃焼装置３では、裏面側から発生した熱線は、遮蔽部材１１の表面によって反射され、熱輻射体１０のさらなる加熱に寄与する。すなわち本実施形態の燃焼装置３では、熱輻射体１０の裏面と対向して遮蔽部材１１が設けられている。そして遮蔽部材１１は、特に熱反射作用が優れる。そのため図１の破線の矢印の様に、熱輻射体１０からバーナ部１２側に放射された熱線は、遮蔽部材１１によって反射され、熱輻射体１０に戻る。特に本実施形態で採用する遮蔽部材１１の表面は、熱輻射体１０の裏面と平行であるから、熱輻射体１０から放射された熱線は、略同一の軌跡を辿って熱輻射体１０に戻る。
【００３４】
また遮蔽部材１１の中央には、燃焼ガスが通過するための開口２１が設けられているが、当該開口２１と対向する位置の熱輻射体１０には、閉塞部材２０が設けられているため、開口と対向する部位の温度は低い。そのため燃焼ガス通過開口２１に入る熱線を発生させる部位はそもそも温度が低く、放射する熱線は弱い。従って燃焼ガス通過開口２１からバーナ部１２側に至る熱線は僅かである。
そのため本実施形態で採用する燃焼装置３は、燃焼ガスの発熱の大部分が下流側に至り、熱交換器５の加熱に寄与する。また本実施形態の加熱装置３では、従来の様な気体対固体（熱交換器１０３）の接触による熱伝達に加えて放射による熱伝達がなされ、熱効率の向上が期待できる。そのため、給湯器１の内部に組み込んだとき、給湯器１の全高を低くすることも可能である。
【００３５】
また本実施形態で採用する燃焼装置３では、熱輻射体１０の裏面から放射される熱線が、遮蔽部材１１によって反射されるばかりでなく、遮蔽部材１１自体が断熱作用を持つことから、バーナ部１２が加熱されることがなく、バーナの逆火や熱変形が少ない。加えて本実施形態で採用する燃焼装置３では、強制的に遮蔽部材１１を冷却する工夫もなされている。
すなわち本実施形態では、バーナケース３と、ハウジング８の空隙が冷却用空気が通過する空気流路２５として機能し、ファン６の送風の一部が空気流路２５を流れ、小孔１８から燃焼装置３のハウジング８内に入る。ここで小孔１８は、遮蔽部材１１の裏面近傍に設けられているので、小孔１８から入った空気は、遮蔽部材１１の裏面に沿って流れ、遮蔽部材１１を冷却する。そのため遮蔽部材１１の温度上昇は抑制され、バーナ部１２の炎孔部材１３は、温度上昇が抑制され、逆火や変形が防止される。
【００３６】
次に、本実施形態の給湯器１の経時的な機能について説明する。
本実施形態の給湯器１では、空洞部２３に温度感知部材３０が取り付けられている。ここで温度感知部材３０の取付け位置たる空洞部２３は、熱輻射体１０と遮蔽部材１１の間の位置であり、当該部位の温度は熱輻射体１０の温度と強い相関を持つ。従って温度感知部材３０は、熱輻射体１０の温度を直接的に感知することとなる。
また燃料ガスの供給側に設けられた電磁弁３３は、温度感知部材３０に対応して開閉される。具体的には、電磁弁３３は、温度感知部材３０が一定以上の温度を検知したときに閉塞され、温度感知部材３０が一定以下の温度を検知したときに開成される。
【００３７】
従って本実施形態の給湯器１では、バーナ部１２は、熱輻射体１０の温度が一定温度以上となった時に燃焼が停止し、時間が経過して当該温度が一定温度以下となると燃焼が再開される。
本実施形態で採用する燃焼装置３の動作をフローチャートを使用して説明すると図３の通りである。
すなわち燃焼装置３のバーナ部１２に点火されると熱輻射体１０が加熱され、熱輻射体１０が赤熱して熱線が放射され、熱交換器５を加熱する。熱輻射体１０から放射される熱線は、点火の初期においては弱いものであるが、時間の経過と共に増加して行く。そして熱輻射体１０の温度が安定すると熱線の増加は鈍化し、熱線の強度も安定する。
本実施形態で採用する燃焼装置３では、熱輻射体１０の温度が、熱線の放射量が安定する程度の一定の温度に達すると電磁弁３３が閉止し、燃料の供給が停止してバーナ部１２が消火される。
しかしながら、熱輻射体１０は、赤熱しているため、バーナ部１２が消火後も熱線を放射し続け、熱交換器５を加熱し続ける。この間、燃焼装置３は、燃料の供給を受けることなく熱放射を続けるため、実質的に熱効率が高いものとなる。
【００３８】
そして熱輻射体１０の温度が低下し、十分な熱線を放射し得なくなると、電磁弁３３が開成し、燃料ガスが供給されてバーナ部１２に再点火される。
こうして点火と消火を繰り返す。
【００３９】
上記した実施形態では、温度感知部材３０を空洞部２３の側壁に取り付けた例を示した。当該部位の温度は、熱輻射体１０の温度と強い相関があり、熱輻射体１０の温度変化を端的に検知することができる。しかしながら本発明は、温度感知部材３０の取付け位置を上記した位置に限定するものではなく、他の部位に温度感知部材３０を取り付けてもよい。要するに、熱輻射体１０の温度と相関があり、熱輻射体１０の温度変化を検知することができる部位であれば、温度感知部材３０の取り付け位置は任意である。
例えば、図２のＡで示す熱輻射体１０の下流側に、温度感知部材を設けてもよい。またＢの様にハウジング８の外壁であって、熱輻射体１０の側面部に設ける構成も推奨される。上記したＡ，Ｂの位置は、熱輻射体１０の温度を直接検知することができる。ただし、当該Ａ，Ｂの位置は、極めて高温となる部位であるから、温度感知部材は耐熱性の高いものを採用する必要がある。
【００４０】
温度検知部材の耐熱性に不安がある場合は、図２のＣで示す空洞部２３の外壁部や、Ｄで示す炎孔部材１３と遮蔽部材１１の間の外壁部に温度検知部材を設けてもよい。
【００４１】
また上記した実施形態では、温度検知部材３０に応じてバーナ部１２の燃焼を断続したが、時間によって燃焼を断続しても同様の作用効果が期待できる。
すなわち熱輻射体１０が、前記した熱線の増加が鈍化する温度に達するまでの時間と、熱輻射体１０の温度が一定温度まで低下するのに要する時間を記憶し、この時間に基づいて電磁弁３３を開閉する。
【００４２】
具体的には、図４に示すような動作を行う。すなわち点火と同時にタイマーが計時を開始し、一定の時間の経過を待つ。この時間は、熱輻射体１０から放射される熱線の強度が安定するまでの時間であり、経験則に基づいて定められる。
そして熱輻射体１０が赤熱するのに十分な時間が経過すると、電磁弁３３が閉塞し、バーナ部１２は消火される。また消火と同時にタイマーが計時を開始する。そして経験則上、熱輻射体１０の温度が低下するであろう時間が経過すると、電磁弁３３が開成し、燃料ガスが供給されて再点火される。
こうして点火と消火を繰り返す。
【００４３】
また図５は、他の実施形態を示すものであり、熱輻射体１０が一定の温度に達した後にタイマーが計時を開始し、当該温度を一定の時間のあいだ維持すると電磁弁３３が閉塞し、消火する。そして経験則上、熱輻射体１０の温度が低下した時間が経過すると電磁弁３３が開成し、燃料ガスが供給されてバーナ部１２が再点火される。
こうして点火と消火を繰り返す。
【００４４】
以上説明した実施形態では、熱輻射体１０が一定の温度に達した時や、所定時間が経過した時に、電磁弁３３によって燃料の供給を停止する構成を例示したが、これに代わって燃料の供給量を減少させる構成を採用してもよい。
【００４５】
また本明細書では、燃料としてガスを使用したが、本発明は、ガスを使用するものに限定されるものではなく、灯油等の液体燃料を使用することも可能である。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１乃至５に記載の給湯器では、熱輻射体によって熱の一部を輻射熱に変換して被加熱物を加熱するので、熱効率が高い。加えて本発明の燃焼装置は、熱輻射体の加熱と熱輻射体からの輻射熱の放射量との間に、時間的な遅延があることを利用し、温度感知部材（請求項１，２）や時間（請求項３）によってバーナ部の燃焼量を増減又は断続し、燃料を節約しつつ所望の発熱量を維持することができる。従って本発明の燃焼装置は、より熱効率が高いという効果がある。また本発明では、燃料供給量の可変域が実質上拡大するので、燃料燃焼量の可変範囲（ＴＤＲ）が増大する効果がある。さらに本発明の燃焼装置では、熱輻射体が加熱される時間が短縮されるので、熱輻射体の耐久性が向上する効果がある。
【００４７】
また特に請求項４に記載の給湯器は、熱輻射体として多孔質のセラミックを採用しているので、熱輻射体の加熱時間が短縮される作用と相まって、より耐久性の高い燃焼装置を実現することができる。
【００４８】
さらに請求項６に給湯器では、火炎の温度が比較的低いので、ＮＯX の発生が少ない効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態の燃焼装置を内蔵した給湯器の断面図である。
【図２】 本発明の実施形態の燃焼装置を内蔵した給湯器の断面図であって、温度感知部材の配置位置を示す。
【図３】 本発明の実施形態の燃焼装置の動作を示すフローチャート図である。
【図４】 本発明の他の実施形態の燃焼装置の動作を示すフローチャート図である。
【図５】 本発明のさらに他の実施形態の燃焼装置の動作を示すフローチャート図である。
【図６】 従来技術の実施形態の燃焼装置を内蔵した給湯器の断面図である。
【符号の説明】
１ 給湯器
２ 燃焼ケース
３ 燃焼装置
５ 熱交換器（被加熱物）
６ ファン
８ ハウジング
１０ 熱輻射体（多孔質体）
１１ 遮蔽部材
１２ バーナ部
１３ 炎孔部材
１５ ガス噴射ノズル
３０ 温度感知部材
３３ 電磁弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯器等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
給湯器１００は、図６の様に燃焼ケース１０１内に燃焼装置１０２と熱交換器１０３を内蔵したものである。また燃焼ケース１０１には、ファン１０５が接続されている。
従来技術の給湯器１００は、ファン１０５によって燃焼ケース１０１内を通風し、燃焼装置１０２によって燃料ガス等を燃焼させる。そして燃焼装置１０２によって発生された燃焼ガスを熱交換器１０３に接触させて熱交換器１０３内の水を加熱する。すなわち従来技術の給湯器１００は、専ら燃焼装置１０２が発生する熱を、燃焼ガスを介して熱交換器１０３に伝導し、内部の水を加熱するものであった。従来技術の給湯器１００は、気体対固体（熱交換器１０３）の接触による熱伝導だけによって水を加熱するものであり、放射熱（輻射熱）はほとんど活用していない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の給湯器１００は、燃焼ガスを介して熱交換器１０３に熱を伝達するものであるから、効率を向上させるためには、燃焼ガスと熱交換器１０３との接触機会を増大させる必要がある。そのため従来技術の給湯器１００は、熱交換器１０３の段数が多くならざるを得ない。従って従来技術の給湯器１００は、どうしても全高が高くなってしまう。
また燃焼ガスとの接触機会を増大させるために、熱交換器１０３のフィンは密にせざるを得ず、熱交換器１０３における圧力損失が大きい。そのためファン１０５は、発生圧力が高い機種を選定せざるを得ず、ファン１０５が大型になるという問題がある。またファン１０５が発生する圧力が高いために騒音が大きいという不満もある。
【０００４】
また近年、大気汚染が大きな社会問題となり、給湯器等の家庭用燃焼機器についても、ＮＯX の発生は無視できない。
これらの小規模燃焼機器では、ユーザ側の燃焼管理技術によってＮＯX の排出抑制を行うことは困難であるから、機器の設計・製造段階において低ＮＯX 化を図る必要がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者らは上記した課題を解決するために鋭意研究を重ね、バーナの火炎によって熱輻射体を加熱し、熱輻射体の下流側に被加熱物を置く構成を発明した。またバーナは、希薄燃焼を行う構成を採用した。ここで希薄燃焼とは、燃料ガスと空気を希薄状態に混合して燃焼させる燃焼方式であり、火炎の温度が比較的低いのでＮＯX の発生が少ない。
上記した構成では、熱輻射体がバーナによって加熱され、熱輻射体が熱線を放射する。この熱線が被加熱物たる熱交換器にあたり、熱交換器は熱線によって加熱される。すなわち熱輻射体を介することにより燃焼ガスの熱が放射熱に変換され、放射熱によっても熱交換器を加熱する。また燃焼ガスは、熱輻射体を通過して熱交換器と接触するので、旧来の対流による加熱も行われる。
【０００６】
ところで、上記した構成の燃焼装置に点火し、時間の経過と外部に発する熱量との関係を調査したところ、熱輻射体を持たない燃焼装置に比べて、相当の遅延があることが判明した。すなわち上記した構成の熱交換器では、バーナに点火した直後は熱輻射体を加熱するのに熱量を消費し、外部に発生する熱量は小さいが、一旦熱輻射体が赤熱すると、バーナの燃焼を停止しても相当の時間に渡って外部に熱を発し続ける。
【０００７】
本発明は、上記した知見に基づいて前記した構成の燃焼装置に改良を加えたものであり、熱効率のさらなる向上を図るものである。また本発明は、上記した構成をさらに改良し、燃料燃焼量の可変範囲（ＴＤＲ）の増大を図るものである。すなわち上記した構成の燃焼装置は、低ＮＯX 化を図るために希薄燃焼を採用しているため、燃料燃焼量の可変範囲が狭い。また本発明は、燃焼装置の耐久性向上を図るものである。
【０００８】
そして請求項１に記載の発明は、燃料又は燃料と空気の混合気体が噴射されるバーナ部を有し、発生させた燃焼ガスを熱交換器に接触させて熱交換器内の水を加熱する給湯器において、バーナ部と熱交換器との間に熱輻射体が設けられ、熱輻射体の温度を直接的或いは間接的に感知する温度感知部材を有し、当該熱輻射体の温度に応じてバーナ部の燃焼量を増減又は断続され、前記熱輻射体は、多孔質のセラミックであり、バーナ部と熱輻射体との間に遮蔽部材が設けられこの遮蔽部材にはバーナ部から熱輻射体へ燃焼ガスを通過する開口が設けられ、熱輻射体の裏面側から発生した熱線が遮蔽部材によって反射されて熱輻射体のさらなる加熱に寄与することを特徴とする給湯器である。
また請求項２に記載の発明は、燃料又は燃料と空気の混合気体が噴射されるバーナ部を有し、発生させた燃焼ガスを熱交換器に接触させて熱交換器内の水を加熱する給湯器において、バーナ部と熱交換器との間に熱輻射体が設けられ、熱輻射体の温度を直接的或いは間接的に感知する温度感知部材を有し、当該熱輻射体の温度に応じてバーナ部の燃焼量を増減又は断続され、さらに燃焼ケースと燃焼ケース内に配されるハウジングを備え、ハウジング内に前記熱輻射体と遮蔽部材及びバーナ部が設けられ、ハウジングと燃焼ケース内 との間に空気流路が形成され、かつハウジングの遮蔽部材近傍に遮蔽部材に空気を送る孔が設けられていることを特徴とする給湯器である。
【０００９】
請求項１，２に記載の給湯器では、バーナ部と被加熱体との間に熱輻射体が設けられており、熱輻射体によって熱の一部が輻射熱に変換され、熱輻射体が熱線を放射する。この熱線が被加熱体である熱交換器にあたり、熱交換器が加熱される。すなわち熱輻射体を介することにより燃焼ガスの熱が輻射熱に変換され、輻射熱によっても熱交換器を加熱する。
そして本発明の給湯器は、熱輻射体の温度を直接的或いは間接的に感知する温度感知部材を有し、当該温度感知部材が感知する熱輻射体の温度に基づいてバーナ部の燃焼量を増減又は断続する。例えば熱輻射体の温度が一定温度に達したり、あるいは一定温度以上を所定時間維持した場合に、バーナ部の燃焼量を減少し、又は燃焼を停止する。ここで本発明の給湯器は、バーナ部によって熱輻射体を加熱し、熱の一部を輻射熱に変換して被加熱物を加熱するものであるから、前述の様に一旦熱輻射体が赤熱すると、燃焼を停止しても相当の時間に渡って外部に熱を発し続ける。そのためバーナ部の燃焼量を減少或いは停止しても、被加熱物に与える熱量には、大差が生じない。そのためバーナ部の燃焼量を減少又は停止しても被加熱物に熱を与えることができる。即ち本発明は、燃料の供給を減少又は停止した時にも燃焼装置の余熱を無駄に捨てることなく被加熱物に供給することができる。
また一般に、バーナ部の燃焼が過大になると、熱が外部に逃げて熱効率が低下する場合が多いが、本発明の燃焼装置は、バーナ部の燃焼を一時的に減少又は停止することにより、熱の漏れを防ぐことができる。そのため本発明は、実質的に熱効率を向上させることができる。
また、燃料供給量の可変域が実質上拡大するので、燃料燃焼量の可変範囲（ＴＤＲ）が増大する。
さらに本発明の給湯器では、熱輻射体が加熱される時間が短縮されると共に、最高上昇温度が低くなるので、熱輻射体の耐久性が向上する。
【００１０】
また同様の課題を解決するための請求項３に記載の発明は、燃料又は燃料と空気の混合気体が噴射されるバーナ部を有し、発生させた燃焼ガスを熱交換器に接触させて熱交換器内の水を加熱する給湯器において、バーナ部と熱交換器との間に熱輻射体が設けられ、熱輻射体を加熱する際に熱線の増加が鈍化する温度に達するまでの時間と、熱輻射体の温度が一定温度まで低下するのに要する時間に基づく所定の時間間隔をもってバーナ部の燃焼量が増減又は断続されることを特徴とする給湯器である。
【００１１】
本発明の給湯器についても前記した発明と同様に、熱輻射体を介することにより燃焼ガスの熱が放射熱に変換され、放射熱によっても被加熱体を加熱する。
そして本発明の給湯器では、所定の時間間隔をもってバーナ部の燃焼量が増減又は断続される。例えば、燃焼開始から一定時間に渡って燃焼が継続した場合はバーナ部の燃焼量を減少し、又は燃焼を停止する。前記した発明と同様に本発明の給湯器は、バーナ部によって熱輻射体を加熱し、熱の一部を輻射熱に変換して被加熱物を加熱するものであるから、一定時間バーナが燃焼して熱輻射体が赤熱すると、燃焼を停止しても相当の時間に渡って外部に熱を発し続ける。そのため燃焼量を減少或いは停止しても、被加熱物に与える熱量は、大差が生じない。本発明についても、請求項１の発明と同様に、外部に逃げる熱量を減少させ、実質的に熱効率を向上させることができる。
また、燃料供給量の可変域が実質上拡大するので、燃料燃焼量の可変範囲（ＴＤＲ）が増大する。
さらに本発明の燃焼装置についても、熱輻射体が加熱される時間が短縮されると共に、最高上昇温度が低くなるので、熱輻射体の耐久性が向上する。
【００１２】
また請求項４に記載の発明は、熱輻射体は、多孔質のセラミックであり、バーナ部と熱輻射体との間に遮蔽部材が設けられこの遮蔽部材にはバーナ部から熱輻射体へ燃焼ガスを通過する開口が設けられ、熱輻射体の裏面側から発生した熱線が遮蔽部材によって反射されて熱輻射体のさらなる加熱に寄与することを特徴とする請求項３に記載の給湯器である。
【００１３】
本発明の給湯器は、熱輻射体として多孔質のセラミックを採用するので、耐久性が高い。
【００１４】
また上記した発明は、燃焼ケースと燃焼ケース内に配されるハウジングを備え、ハウジング内に前記熱輻射体と遮蔽部材及びバーナ部が設けられ、ハウジングと燃焼ケース内との間に空気流路が形成され、かつハウジングの遮蔽部材近傍に遮蔽部材に空気を送る孔が設けられていてもよい。
さらに請求項５に記載の発明は、バーナ部には、燃料に対して空気が過剰に供給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。
【００１５】
本発明の燃焼装置は、希薄燃焼を行う構成を採用したものであり、火炎の温度が比較的低いのでＮＯX の発生が少ない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下さらに、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態の燃焼装置を内蔵した給湯器の断面図である。図２は、本発明の実施形態の燃焼装置を内蔵した給湯器の断面図であって、温度感知部材の配置位置を示す。図３は、本発明の実施形態の燃焼装置の動作を示すフローチャート図である。図４は、本発明の他の実施形態の燃焼装置の動作を示すフローチャート図である。図５は、本発明のさらに他の実施形態の燃焼装置の動作を示すフローチャート図である。
【００１７】
図１において、１は、給湯器を示す。給湯器１の概略構成は、従来技術と同一であり、燃焼ケース２内に燃焼装置３と熱交換器（被加熱物）５を内蔵したものである。また燃焼ケース２には、ファン６が接続されている。
図１に示す給湯器１の構成部品中、燃焼ケース２及び熱交換器５は、全長が短い点を除いて従来技術のそれと同一である。これに対して燃焼装置３は、本実施形態に特有のものである。
以下、燃焼装置３の構成に重点をおいて説明する。なお説明に際し、部材の前後関係を説明する場合は、便宜上、給湯器１内における気体の流れ方向を基準とする。すなわちファン６側（図面 下側）が上流側であり、排気口７側を下流側として表現する。また理解を容易にするため、各部材の下流側に面して配される部分を表面と表現し、上流側に配される部分を裏面と表現する。
【００１８】
本実施形態で採用する燃焼装置３は、給湯器１の燃焼ケース２の内部にあって、独立した一個のハウジング８を持つ。そして当該ハウジング８の内に熱輻射体１０、遮蔽部材１１、バーナ部１２及び温度感知部材３０が設けられている。またバーナ部１２は、さらに炎孔部材１３と、ガス噴射ノズル１５によって構成されている。
【００１９】
ハウジング８は、ステンレススチール等で作られた筒体である。ハウジング８の断面形状は燃焼ケース２と相似形であり、燃焼ケース２に比べて面積が少し小さい。本実施形態では、ハウジング８は、円筒形のものが採用されている。ハウジング８の両端は開放されているが、上流側の開口１６は、面積がやや小さい。
ハウジング８の外周部であって下流寄りの部位には、複数の小孔１８が設けられている。
【００２０】
熱輻射体１０は、具体的にはセラミック製のポーラス体である。すなわち熱輻射体１０は多孔質体によって作られていて通気性を持つ。熱輻射体１０の材質は、チタン酸アルミニウム、ムライト、コージライト或いはこれらの混合材料が使用可能であるが、耐熱性が優れるという点で、チタン酸アルミニウムが最も適切である。
熱輻射体１０の厚さは３ｍｍ〜２０ｍｍ程度、より好ましくは３ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。また熱輻射体１０の気孔率は、７５％〜８５％である。
【００２１】
熱輻射体１０の形状は、円板状である。そして熱輻射体１０の裏面（上流側）の中心には、円形の閉塞部材２０が設けられており、当該部分は通気性が無い。 閉塞部材２０には、円形の金属板や、円形の耐熱製セラミック、あるいはアルミナやシリカ等の耐熱性の無機粉末を適当なバインダーで固めて成形した成形物が活用できる。
なお本実施形態では、閉塞部材２０は、通気性の無いものを使用したが、閉塞部材２０は必ずしも通気性が無い部位である必要はなく、他の部位よりも通気性が弱いものであれば足る。従って閉塞部材２０は、熱輻射体１０よりも通気性が劣る他の熱輻射体を採用してもよい。
閉塞部材２０の取付け構造は、鋲や耐熱性の高い接着剤による方法の他、熱輻射体１０の一部と閉塞部材２０を嵌合させる方策等が可能である。
【００２２】
遮蔽部材１１は、厚さが３ｍｍ〜１０ｍｍ程度の円板であり、中央に燃焼ガス通過開口２１が設けられている。
【００２３】
遮蔽部材１１の素材は、耐熱性に優れたものであることが必要である。この点から、遮蔽部材１１の素材は、アルミナやシリカを高温で溶融し、高速気体流で繊維化した非結晶質のセラミックファイバーや、ゾルゲル法の技術により製造された多結晶ムライト質のセラミックファイバー等が適当である。
【００２４】
遮蔽部材１１に要求される性質としては、前記した耐熱性の他、熱線の反射効果又は断熱作用を持つことが望ましい。
熱線の反射効果は、例えば赤外線の反射率が０．５以上であることが望ましく、より好ましくは０．８以上であることが推奨される。
また断熱作用としては、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍ℃以下、より好ましくは０．２Ｗ／ｍ℃以下であることが推奨される。
遮蔽部材１１は、前記した様に熱線の反射効果が優れることが望ましいため、表面に白色系の耐熱塗料を塗布したり、表面を鏡面仕上げすることが望ましい。また表面が汚れて熱反射作用が劣化することを防ぐために、表面にガラス層を設けることが推奨される。これらの点を満足する遮蔽部材１１の構成例として、剛性を有する耐熱層に耐熱白色塗料等の反射層を積層し、さらにその上に酸化・汚れ防止層としてガラス層を設けた構成が挙げられる。
【００２５】
バーナ部１２は、公知の炎孔部材１３とガス噴射ノズル１５によって構成される。炎孔部材１３は、燃料ガスと空気の混合ガスを噴射する小孔を多数有する部材であり、プレス製のものやセラミツク製のものが採用可能である。
炎孔部材１３の形式や炎孔の向きについては特に限定はないが、本実施形態の燃焼装置３では、遮蔽部材１１の中央に燃焼ガス通過開口２１が設けられているので、火炎が中央に集中する様に炎孔が配置されていることが望ましい。
【００２６】
温度感知部材３０は、サーモスタット等のバイメタルを利用したもの、測温抵抗体を活用したもの、熱電対を利用したもの等が活用できる。また放射温度計や色温度計と同様の原理を利用した非接触形の温度感知部材も活用可能である。
【００２７】
次に本実施形態の燃焼装置３の各部材同士の関係について説明する。燃焼装置３の各部材は、いずれもハウジング８の中に配される。すなわちハウジング８の下流側端部（図面 上側）に熱輻射体１０が配されている。なお熱輻射体１０は、ハウジング８の内側に設けられたリブ１７（図２）に載置されて位置決めされる。
またハウジング８の上流側の部位には、端部から少し距離を置いて炎孔部材１３が配されている。ガス噴射ノズル１５は、炎孔部材１３とハウジング８の上流側の開口との間の空洞部分に配置されている。
さらに炎孔部材１３と熱輻射体１０との間に、遮蔽部材１１が設けられている。遮蔽部材１１の位置は、熱輻射体１０との間に空洞部２３を形成しえる位置である。遮蔽部材１１の上流側近傍には、前記したハウジング８の側面の小孔１８が位置する。
【００２８】
温度感知部材３０は、空洞部２３のハウジング８の側壁に取り付けられている。すなわち温度感知部材３０の取付位置は、ハウジング８の内側であって、熱輻射体１０の上流側であり、熱輻射体１０と遮蔽部材１１との間である。
【００２９】
燃焼装置３は、燃焼ケース２内に、燃焼ケース２と同心状に配される。燃焼部材３のハウジング８は、燃焼ケース２と相似形であり、且つ燃焼ケース２よりも小さいので、燃焼部材３の外周面と燃焼ケース２内周との間には環状の空隙が形成される。このバーナ部１２の側面に設けられた空隙は、冷却用空気が通過する空気流路２５として機能する。なお空気流路２５を通過する空気は、ハウジング８から熱を奪ってハウジング８を冷却する作用を持つが、当該空気は最終的に熱交換器（被加熱物）５と接するため、熱交換器（被加熱物）５の温度上昇に寄与する。従って空気流路２５は、ハウジング８の熱が外部に逃げることを防止し、熱効率を向上させる機能を持つ。
【００３０】
給湯器１には、外部のガス供給源３１から配管３２を通じて燃料ガスが供給されるが、当該配管３２には電磁弁３３が接続されている。すなわちガス供給源３１から燃焼装置３のガス噴射ノズル１５に至る間に電磁弁３３が設けられている。電磁弁３３は、前記した温度感知部材３０が一定以上の温度を検知したときに閉塞され、温度感知部材３０が一定以下の温度を検知したときに開成される。
【００３１】
次に本実施形態の給湯器１の機能をバーナ部１２が燃焼している際の機能と、経時的機能とに分けて説明する。先ず、給湯器１のバーナ部１２が燃焼している際の機能を説明すると次の通りである。
本実施形態の給湯器１は、公知のそれと同様に熱交換器５に通水しつつ、燃焼装置３によって熱を発生させるものである。すなわちファン６を起動してバーナケース２内を通風雰囲気とし、ガス噴射ノズル１５から燃料ガスを噴射させ、ハウジング８の上流側の空洞部内で燃料ガスと空気を混合する。なおこの時、燃料ガスと空気は、燃料が希薄状態（空気過剰率１．４〜１．７）となる様に混合される。
そして炎孔部材１３から燃料ガスと空気との混合気体を噴射させ、図示しない点火装置で点火する。
【００３２】
その結果、炎孔部材１３から火炎が発生し、火炎及び燃焼ガスは、図１の様に燃焼ガス通過開口２１を経て空洞部２３内に入る。ここで、燃焼ガスは、燃焼ガス通過開口２１を通過する際に熱輻射体１０に対して垂直方向に方向づけられ、さらに中央部分から熱輻射体１０に当たる。しかしながら、本実施形態では、熱輻射体１０の中央部分に閉塞部材２０が設けられているので、燃焼ガスは閉塞部２０が邪魔板的に作用して空洞部２３の全体に広がる。そのため、熱輻射体１０は、その裏面（上流側）が均一に加熱される。そして燃焼ガスは、熱輻射体１０の中を抜け、熱交換器５側に至る。熱輻射体１０を抜けた燃焼ガスは、従来技術の給湯器１００と同様に熱交換器５と接触し、熱交換器５に熱を伝達する。
【００３３】
一方、燃焼ガスが熱輻射体１０を通過する際に、熱輻射体１０が加熱され、熱輻射体が赤熱する。その結果、熱輻射体１０から熱線が放射され、熱交換器５を加熱する。
ここで、熱輻射体１０から放射される熱線は、表面（下流側）だけでなく裏面（上流側）からも発生し、熱線は上流（図面 下）のバーナ部１２側にも向かう。しかしながら、本実施形態の燃焼装置３では、裏面側から発生した熱線は、遮蔽部材１１の表面によって反射され、熱輻射体１０のさらなる加熱に寄与する。すなわち本実施形態の燃焼装置３では、熱輻射体１０の裏面と対向して遮蔽部材１１が設けられている。そして遮蔽部材１１は、特に熱反射作用が優れる。そのため図１の破線の矢印の様に、熱輻射体１０からバーナ部１２側に放射された熱線は、遮蔽部材１１によって反射され、熱輻射体１０に戻る。特に本実施形態で採用する遮蔽部材１１の表面は、熱輻射体１０の裏面と平行であるから、熱輻射体１０から放射された熱線は、略同一の軌跡を辿って熱輻射体１０に戻る。
【００３４】
また遮蔽部材１１の中央には、燃焼ガスが通過するための開口２１が設けられているが、当該開口２１と対向する位置の熱輻射体１０には、閉塞部材２０が設けられているため、開口と対向する部位の温度は低い。そのため燃焼ガス通過開口２１に入る熱線を発生させる部位はそもそも温度が低く、放射する熱線は弱い。従って燃焼ガス通過開口２１からバーナ部１２側に至る熱線は僅かである。
そのため本実施形態で採用する燃焼装置３は、燃焼ガスの発熱の大部分が下流側に至り、熱交換器５の加熱に寄与する。また本実施形態の加熱装置３では、従来の様な気体対固体（熱交換器１０３）の接触による熱伝達に加えて放射による熱伝達がなされ、熱効率の向上が期待できる。そのため、給湯器１の内部に組み込んだとき、給湯器１の全高を低くすることも可能である。
【００３５】
また本実施形態で採用する燃焼装置３では、熱輻射体１０の裏面から放射される熱線が、遮蔽部材１１によって反射されるばかりでなく、遮蔽部材１１自体が断熱作用を持つことから、バーナ部１２が加熱されることがなく、バーナの逆火や熱変形が少ない。加えて本実施形態で採用する燃焼装置３では、強制的に遮蔽部材１１を冷却する工夫もなされている。
すなわち本実施形態では、バーナケース３と、ハウジング８の空隙が冷却用空気が通過する空気流路２５として機能し、ファン６の送風の一部が空気流路２５を流れ、小孔１８から燃焼装置３のハウジング８内に入る。ここで小孔１８は、遮蔽部材１１の裏面近傍に設けられているので、小孔１８から入った空気は、遮蔽部材１１の裏面に沿って流れ、遮蔽部材１１を冷却する。そのため遮蔽部材１１の温度上昇は抑制され、バーナ部１２の炎孔部材１３は、温度上昇が抑制され、逆火や変形が防止される。
【００３６】
次に、本実施形態の給湯器１の経時的な機能について説明する。
本実施形態の給湯器１では、空洞部２３に温度感知部材３０が取り付けられている。ここで温度感知部材３０の取付け位置たる空洞部２３は、熱輻射体１０と遮蔽部材１１の間の位置であり、当該部位の温度は熱輻射体１０の温度と強い相関を持つ。従って温度感知部材３０は、熱輻射体１０の温度を直接的に感知することとなる。
また燃料ガスの供給側に設けられた電磁弁３３は、温度感知部材３０に対応して開閉される。具体的には、電磁弁３３は、温度感知部材３０が一定以上の温度を検知したときに閉塞され、温度感知部材３０が一定以下の温度を検知したときに開成される。
【００３７】
従って本実施形態の給湯器１では、バーナ部１２は、熱輻射体１０の温度が一定温度以上となった時に燃焼が停止し、時間が経過して当該温度が一定温度以下となると燃焼が再開される。
本実施形態で採用する燃焼装置３の動作をフローチャートを使用して説明すると図３の通りである。
すなわち燃焼装置３のバーナ部１２に点火されると熱輻射体１０が加熱され、熱輻射体１０が赤熱して熱線が放射され、熱交換器５を加熱する。熱輻射体１０から放射される熱線は、点火の初期においては弱いものであるが、時間の経過と共に増加して行く。そして熱輻射体１０の温度が安定すると熱線の増加は鈍化し、熱線の強度も安定する。
本実施形態で採用する燃焼装置３では、熱輻射体１０の温度が、熱線の放射量が安定する程度の一定の温度に達すると電磁弁３３が閉止し、燃料の供給が停止してバーナ部１２が消火される。
しかしながら、熱輻射体１０は、赤熱しているため、バーナ部１２が消火後も熱線を放射し続け、熱交換器５を加熱し続ける。この間、燃焼装置３は、燃料の供給を受けることなく熱放射を続けるため、実質的に熱効率が高いものとなる。
【００３８】
そして熱輻射体１０の温度が低下し、十分な熱線を放射し得なくなると、電磁弁３３が開成し、燃料ガスが供給されてバーナ部１２に再点火される。
こうして点火と消火を繰り返す。
【００３９】
上記した実施形態では、温度感知部材３０を空洞部２３の側壁に取り付けた例を示した。当該部位の温度は、熱輻射体１０の温度と強い相関があり、熱輻射体１０の温度変化を端的に検知することができる。しかしながら本発明は、温度感知部材３０の取付け位置を上記した位置に限定するものではなく、他の部位に温度感知部材３０を取り付けてもよい。要するに、熱輻射体１０の温度と相関があり、熱輻射体１０の温度変化を検知することができる部位であれば、温度感知部材３０の取り付け位置は任意である。
例えば、図２のＡで示す熱輻射体１０の下流側に、温度感知部材を設けてもよい。またＢの様にハウジング８の外壁であって、熱輻射体１０の側面部に設ける構成も推奨される。上記したＡ，Ｂの位置は、熱輻射体１０の温度を直接検知することができる。ただし、当該Ａ，Ｂの位置は、極めて高温となる部位であるから、温度感知部材は耐熱性の高いものを採用する必要がある。
【００４０】
温度検知部材の耐熱性に不安がある場合は、図２のＣで示す空洞部２３の外壁部や、Ｄで示す炎孔部材１３と遮蔽部材１１の間の外壁部に温度検知部材を設けてもよい。
【００４１】
また上記した実施形態では、温度検知部材３０に応じてバーナ部１２の燃焼を断続したが、時間によって燃焼を断続しても同様の作用効果が期待できる。
すなわち熱輻射体１０が、前記した熱線の増加が鈍化する温度に達するまでの時間と、熱輻射体１０の温度が一定温度まで低下するのに要する時間を記憶し、この時間に基づいて電磁弁３３を開閉する。
【００４２】
具体的には、図４に示すような動作を行う。すなわち点火と同時にタイマーが計時を開始し、一定の時間の経過を待つ。この時間は、熱輻射体１０から放射される熱線の強度が安定するまでの時間であり、経験則に基づいて定められる。
そして熱輻射体１０が赤熱するのに十分な時間が経過すると、電磁弁３３が閉塞し、バーナ部１２は消火される。また消火と同時にタイマーが計時を開始する。そして経験則上、熱輻射体１０の温度が低下するであろう時間が経過すると、電磁弁３３が開成し、燃料ガスが供給されて再点火される。
こうして点火と消火を繰り返す。
【００４３】
また図５は、他の実施形態を示すものであり、熱輻射体１０が一定の温度に達した後にタイマーが計時を開始し、当該温度を一定の時間のあいだ維持すると電磁弁３３が閉塞し、消火する。そして経験則上、熱輻射体１０の温度が低下した時間が経過すると電磁弁３３が開成し、燃料ガスが供給されてバーナ部１２が再点火される。
こうして点火と消火を繰り返す。
【００４４】
以上説明した実施形態では、熱輻射体１０が一定の温度に達した時や、所定時間が経過した時に、電磁弁３３によって燃料の供給を停止する構成を例示したが、これに代わって燃料の供給量を減少させる構成を採用してもよい。
【００４５】
また本明細書では、燃料としてガスを使用したが、本発明は、ガスを使用するものに限定されるものではなく、灯油等の液体燃料を使用することも可能である。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１乃至５に記載の給湯器では、熱輻射体によって熱の一部を輻射熱に変換して被加熱物を加熱するので、熱効率が高い。加えて本発明の燃焼装置は、熱輻射体の加熱と熱輻射体からの輻射熱の放射量との間に、時間的な遅延があることを利用し、温度感知部材（請求項１，２）や時間（請求項３）によってバーナ部の燃焼量を増減又は断続し、燃料を節約しつつ所望の発熱量を維持することができる。従って本発明の燃焼装置は、より熱効率が高いという効果がある。また本発明では、燃料供給量の可変域が実質上拡大するので、燃料燃焼量の可変範囲（ＴＤＲ）が増大する効果がある。さらに本発明の燃焼装置では、熱輻射体が加熱される時間が短縮されるので、熱輻射体の耐久性が向上する効果がある。
【００４７】
また特に請求項４に記載の給湯器は、熱輻射体として多孔質のセラミックを採用しているので、熱輻射体の加熱時間が短縮される作用と相まって、より耐久性の高い燃焼装置を実現することができる。
【００４８】
さらに請求項６に給湯器では、火炎の温度が比較的低いので、ＮＯX の発生が少ない効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態の燃焼装置を内蔵した給湯器の断面図である。
【図２】 本発明の実施形態の燃焼装置を内蔵した給湯器の断面図であって、温度感知部材の配置位置を示す。
【図３】 本発明の実施形態の燃焼装置の動作を示すフローチャート図である。
【図４】 本発明の他の実施形態の燃焼装置の動作を示すフローチャート図である。
【図５】 本発明のさらに他の実施形態の燃焼装置の動作を示すフローチャート図である。
【図６】 従来技術の実施形態の燃焼装置を内蔵した給湯器の断面図である。
【符号の説明】
１ 給湯器
２ 燃焼ケース
３ 燃焼装置
５ 熱交換器（被加熱物）
６ ファン
８ ハウジング
１０ 熱輻射体（多孔質体）
１１ 遮蔽部材
１２ バーナ部
１３ 炎孔部材
１５ ガス噴射ノズル
３０ 温度感知部材
３３ 電磁弁
Claims (5)
- 燃料又は燃料と空気の混合気体が噴射されるバーナ部を有し、発生させた燃焼ガスを熱交換器に接触させて熱交換器内の水を加熱する給湯器において、バーナ部と熱交換器との間に熱輻射体が設けられ、熱輻射体の温度を直接的或いは間接的に感知する温度感知部材を有し、当該熱輻射体の温度に応じてバーナ部の燃焼量を増減又は断続され、前記熱輻射体は、多孔質のセラミックであり、バーナ部と熱輻射体との間に遮蔽部材が設けられこの遮蔽部材にはバーナ部から熱輻射体へ燃焼ガスを通過する開口が設けられ、熱輻射体の裏面側から発生した熱線が遮蔽部材によって反射されて熱輻射体のさらなる加熱に寄与することを特徴とする給湯器。
- 燃料又は燃料と空気の混合気体が噴射されるバーナ部を有し、発生させた燃焼ガスを熱交換器に接触させて熱交換器内の水を加熱する給湯器において、バーナ部と熱交換器との間に熱輻射体が設けられ、熱輻射体の温度を直接的或いは間接的に感知する温度感知部材を有し、当該熱輻射体の温度に応じてバーナ部の燃焼量を増減又は断続され、さらに燃焼ケースと燃焼ケース内に配されるハウジングを備え、ハウジング内に前記熱輻射体と遮蔽部材及びバーナ部が設けられ、ハウジングと燃焼ケース内との間に空気流路が形成され、かつハウジングの遮蔽部材近傍に遮蔽部材に空気を送る孔が設けられていることを特徴とする給湯器。
- 燃料又は燃料と空気の混合気体が噴射されるバーナ部を有し、発生させた燃焼ガスを熱交換器に接触させて熱交換器内の水を加熱する給湯器において、バーナ部と熱交換器との間に熱輻射体が設けられ、熱輻射体を加熱する際に熱線の増加が鈍化する温度に達するまでの時間と、熱輻射体の温度が一定温度まで低下するのに要する時間に基づく所定の時間間隔をもってバーナ部の燃焼量が増減又は断続されることを特徴とする給湯器。
- 熱輻射体は、多孔質のセラミックであり、バーナ部と熱輻射体との間に遮蔽部材が設けられこの遮蔽部材にはバーナ部から熱輻射体へ燃焼ガスを通過する開口が設けられ、熱輻射体の裏面側から発生した熱線が遮蔽部材によって反射されて熱輻射体のさらなる加熱に寄与することを特徴とする請求項３に記載の給湯器。
- バーナ部には、燃料に対して空気が過剰に供給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給湯器。
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