以下、本発明に係る屋外設置型燃焼器の第1の実施の形態について、図面を参照して説明する。
まず、本実施の形態に係る屋外設置型燃焼器である給湯器1の機械的構成について説明する。図1は、第1の実施の形態における、給湯器1の概略断面図である。図2は、第1の実施の形態における、給湯器1の正面図である。
図1及び図2に示すように、屋外設置型の給湯器1は、内部に燃焼室3が形成されその外周面に給水管4が螺旋状巻回された内胴5が、ケーシング2の内部に収容されている。内胴5の上部に設けられた熱交換器6の吸熱管7に給水管4が接続され、内胴5の下方に設置されたバーナ8で熱交換器6を加熱することにより、熱交換器6の吸熱管7を通過する水を加熱して、吸熱管7の出口側に接続した図示外の出湯管から出湯可能としている。燃焼室3の下部には給気室9が形成され、その給気室9内にファン10が備えられる。また、給湯器1の運転を制御するコントローラ11が設けられているが、詳細は後述する。そして、これらの給湯機能部は、前面のみを開放して壁面等に取り付けられる深底箱状のバックカバー12と、そのバックカバー12の前面に取り付けられる浅底箱状のフロントカバー13とからなるケーシング2によって保護されている。
また、熱交換器6の上部には排気室14が連設され、その前面にはフロントカバー13の正面を直交状に貫通して前方へ突出する断面円形の排気筒15が連結されている。フロントカバー13における排気筒15の貫通孔は、排気筒15より大径で排気筒15と同心の円形に形成され、排気筒15の周囲にリング状の給気口16が開口するようになっている。すなわち、排気筒15と給気口16とは同軸上に形成される。排気筒15の先端開口が排気口17となる。従って、排気口17は、給気口16よりも前方に形成される。また、給気口16よりも前方に突出した部分の排気筒15は、外側に向かって広がった円錐状に拡管される。
ここで、給湯器1の内部への燃焼用空気の取り込みと、給湯器1の外部への排気の排出とが行われる給排気部の構造の詳細について説明する。図3は、第1の実施の形態における、給排気部の拡大断面図である。図4は、第1の実施の形態における、給排気部の拡大正面図である。図5は、第1の実施の形態における、給排気部のA−A´線における矢視方向断面図である。
図3乃至図5に示すように、給排気部においては、排気筒15の先端の拡管部18内に、排気口17の中心を中心とする位置に平板を丸めて円錐状に形成した逆風防止板19が排気筒15と同様に先端側が外側に向かって広がるように設けられる。従って、排気口17は、排気筒15の先端と逆風防止板19との間のリング状の開口部となる。また、逆風防止板19は、支持ガイド30によって3箇所で排気筒15の内側に取り付けられる。尚、排気口17は、その先端の開口部をなす平面が、排気の流れに対して直交するように形成されており、排気が均一にスムーズに流れるようになっている。
支持ガイド30は、逆風防止板19から周方向に突出した板状の部材である係合羽根302と、排気筒15の内面側に設けられて、係合羽根302が遊挿可能な凹陥部位を有し、その凹陥部位内で係合羽根302を前後方向に摺動可能に支持する支持レール301とで構成される。詳細には、正面視、逆風防止板19における右方向,下方向,左方向に90°間隔で3つの係合羽根302が設けられ、各係合羽根302が各々係合される3つの支持レール301が排気筒15の内面側に設けられ、これらの3組の支持レール301及び係合羽根302により3つの支持ガイド30が形成されている。そして、この3つの支持ガイド30によって、排気筒15の軸線方向と同軸となるように、かつ排気筒15と非接触状態に逆風防止板19が排気筒15の内部で支持される。
また、逆風防止板19の円錐状の頂点に細い金属棒303の一端が接続されており、金属棒303の他端が排気室14に設けられたモータ部M(図1参照)に図示しない伝達ギアを介して接続されている。そして、後述のように、コントローラ11の制御のもとでモータ部Mが金属棒303を前後方向に進退移動させることで、逆風防止板19が支持ガイド30を介して前後方向(図1及び図3の左右方向)に移動できるようになっている。
なお、逆風防止板19のテーパー面の角度Xは、排気筒15の先端の傾斜角度Yよりも大きく形成する。この角度の関係は、排気口17における排気開口面積S0が排気筒15内における排気通路面積S1よりも小さくなる関係とする。つまり、逆風防止板19と排気筒15との間の排気通路は、先端にいくにつれ狭くなる。
図1に戻り、フロントカバー13の背面には、所定間隔をおいてフロントカバー13と平行となる内カバー20が、左右方向ではフロントカバー13の幅一杯で、上下方向ではフロントカバー13の上端から下端付近まで設けられて、給気口16の後方空間を器具内部と仕切っている。また、フロントカバー13の下方で内カバー20の後方には、内カバー20と所定間隔をおいて平行となる雨カバー21が、同じく左右がフロントカバー13の幅一杯で、上端はフロントカバー13の略中間位置となるように設けられている。この雨カバー21は、給気口16から入り込んだ雨水の器具内への侵入を阻止するもので、フロントカバー13の底面には、雨カバー21で阻止された雨水を排水する逃がし孔22が複数個左右方向に並設されている。
また、内カバー20の後方側で排気筒15の根元部分には、シール用のパッキン23が外装される一方、内カバー20の前方側で排気筒15の根元部分には、内径が排気筒15の外径と一致するとともに、外径が給気口16の径と一致して、排気筒15の外周から離れるにしたがって凹曲面状に後退するリング状のガイド体24が外装されている。
次に、給湯器1のシステム構成について説明する。図6は、給湯器1のシステム構成を示すブロック図である。
先述のように、給湯器1においては、給水管4及び出湯管40と連通する吸熱管7が配管された熱交換器6がケーシング2内に配設されるとともに、このケーシング2内にはその熱交換器6を加熱するバーナ8が配設され、この熱交換器6がバーナ8により加熱されると、吸熱管7を通過する水が加熱される。そして、図6に示すように、給水管4には入水の流れおよびその流量を検知する入水量センサ31やその入水の温度を検知する入水温センサ32が設けられ、またその水の流れを規制する水ガバナ33なども設けられている。また、出湯管40には出湯温度を検知する出湯温センサ41が設けられている。
一方、バーナ8のガス管路50には元電磁弁51、メイン電磁弁52およびガス比例弁53がそれぞれ設けられており、またバーナ8に燃焼用空気を供給するためのファン10が連繋されている。
そして、この給湯器1の運転を制御するコントローラ11の入力側には、入水量センサ31、入水温センサ32、出湯温センサ41等が接続され、またコントローラ11の出力側にはガス比例弁53、電磁弁51,52、ファン10のファンモータ(図示せず)、モータ部M(図1参照)などが接続されている。なお、出湯管40の出湯口には給湯栓42が設けられている。また、コントローラ11は、利用者が給湯器1の運転開始や終了を指示したり、目標出湯温度を設定したりするためのリモコン90と、無線によって相互に接続されており、利用者はこのリモコン90により給湯器1を遠隔操作することができる。
このような構成の給湯器1では、出湯管40に接続された給湯栓42が開栓され、器具内に通水されると、コントローラ11がバーナ8に点火して熱交換器6での加熱を開始させるとともに、ファン10を回転させる。そしてファン10が回転してプリパージの後、元電磁弁51とメイン電磁弁52が開き、ガス比例弁53が緩点火動作となり、バーナ8にガスが供給される。それと同時にイグナイタによる点火プラグ(図示せず)の連続的なスパークによりバーナ8が点火される。
そして緩点火動作が終了すると、バーナ8とファン10との間の比例制御が開始される。本実施の形態では、入水温センサ32により検出した入水温と、リモコン90で設定した設定温度との温度差に入水流量を乗じて必要熱量を演算して、ガス比例弁53の開度を決定するフィードフォワード制御と、出湯温センサ41により検出した実際の出湯温度と設定温度との偏差により燃焼量を補正するフィードバック制御とを組み合わせてバーナ8の燃焼量を決定して、熱交換器6の出湯口温度を一定に保つようにする。
また、ガス比例弁53による供給ガス量の変化に応じてコントローラ11からファン10のファンモータへ信号が送られ、常にガス量と空気量とが一定の関係に保たれるように制御される。かくしてバーナ8の燃焼ガスによって熱交換器6が加熱され、給水管4を介して熱交換器6の吸熱管7へ送られてきた水は所定の温度に加熱されて、出湯管40より給湯栓42を介して出湯される。
一方、図1の実線矢印で示すように、上記の燃焼動作中は、燃焼用空気が給気口16から吸引されてフロントカバー13と内カバー20との間に入って下降し、内カバー20の下方で折り返して上昇した後、内カバー20と雨カバー21との間を通過して器具内に入り、給気室9を通ってファン10によりバーナ8側に供給される。そして、熱交換器6を通過した燃焼ガスは、点線矢印で示すように、排気室14から排気筒15を通って前方へ排気される。
ここで、排気筒15を断面円形として、給気口16を排気筒15の周囲に形成されるリング状の開口としたことで、排気口17と給気口16とには等しい風圧がかかり、同じ条件で風を受けるようになるとともに、両者の開口面積も略同一に設定可能となっている。よって、給排気のバランスが好適に維持されて耐風性能が向上し、使用能力が小さい場合でも、排気が抑えられてバーナ8が失火したり、給気過多で火移り不良が生じたりする等の不具合を防止するとともに、燃焼用空気が内胴5の周囲を通過してからバーナ8へ供給されるため、器具の放熱量を削減して熱効率のアップも実現している。
また、排気通路内に円錐状の逆風防止板19を排気通路の出口側(先端側)が外側に向かって広がるように配置して、排気筒15内における排気通路面積S1より排気開口面積S0を小さくしているので、排気の流速(噴出速度)が増し、排気を遠くまで放出拡散できる。よって、逆風時に排気が給気口16に混入することを防止し、燃焼性能を良好に維持できる。しかも、ラッパ状に広がる排気通路内に円錐状の逆風防止板19の拡開部を先端に配置しているため、排気を逆風防止板19に沿ってスムーズに流すことができ、排気をより一層遠くまで放出拡散することができる。
ところで、燃焼能力「大」でバーナ8が燃焼している場合は、排気口17から強い勢いで排気が排出されるから、良好な燃焼性能を発揮することができる一方、燃焼能力「小」でバーナ8が燃焼している場合は、逆風に対抗するための排気圧が小さく、排気が給気口に回りこんでしまうおそれがある。そこで、本発明に係る給湯器1では、以下のように逆風防止板19を操作することで、バーナ8の燃焼能力に左右されず、常に良好な燃焼性能を発揮できるようになっている。
以下、給湯器1における、燃焼能力に応じた逆風防止板19の動作について説明する。図7は、第1の実施の形態における、燃焼能力「大」の場合の給排気部の拡大断面図である。図8は、第1の実施の形態における、燃焼能力「小」の場合の給排気部の拡大断面図である。なお、説明に不要な構成は、理解の容易のために図から省略している。
給湯器1のコントローラ11は、入水量センサ31,入水温センサ32,出湯温センサ41からの信号に基づいて、リモコン90から設定された目標出湯温度まで入水を加熱するのに必要なバーナ8の燃焼能力を求めるものである。そして、この燃焼能力(本発明の燃焼能力情報に相当する)に基づき、現在の燃焼能力が所定の燃焼能力を超えている場合は燃焼能力「大」と判定する一方、所定の燃焼能力を超えない場合は燃焼能力「小」と判定するとともに、この燃焼能力に基づいて逆風防止板19の移動方向及び距離等(逆風防止板19の調整量)を決定する。コントローラ11は、燃焼能力の判定結果及び逆風防止板19の調整量に基づいて、モータ部M(図1参照)を制御して逆風防止板19を前後方向に移動させる。なお、コントローラ11に内蔵されるCPUが、現在の燃焼能力情報に基づいて逆風防止板19の調整量を決定する「調整量決定手段」、及びこの調整量に基づいて逆風防止板19を制御する「調整実行手段」として機能する。
図7に示すように、バーナ8の燃焼能力「大」であると判定された場合は、コントローラ11はモータ部M(図1参照)を制御して、金属棒303を介して逆風防止板19を前方(図7の左方向)に移動させる。そして、ラッパ状に広がる排気通路(排気筒15)内で円錐状の逆風防止板19の拡開部が先端に位置するように、逆風防止板19が支持ガイド30によって支持及び固定される。
そして先述のように、逆風防止板19のテーパー面の角度Xは、排気筒15の先端の傾斜角度Yよりも大きく形成されており、排気口17における排気開口面積S0が排気筒15内における排気通路面積S1よりも小さいから、逆風防止板19と排気筒15との間の排気通路は、先端にいくにつれ狭くなる。そして、この先端に形成される排気口17の排気開口面積S0は、バーナ8の燃焼能力「大」のときに最大面積となる(排気開口面積Smax)。
排気開口面積Smaxの場合は排気通路面積S1との差異が比較的小さいため、排気の流速(噴出速度)を増すという効果は若干弱いが、燃焼能力「大」であるので逆風に十分対抗できるだけの勢いで排気口17から排出ガスが放出拡散されるため、良好な燃焼性能を維持することができる。また、燃焼能力「大」であると大量の排気が発生するが、排気開口面積Smaxであれば、大量の排気をスムーズに給湯器1の外部に放出拡散させるだけの排気開口面積S0を確保することができる。
一方、図8に示すように、バーナ8の燃焼能力「小」であると判定された場合は、コントローラ11はモータ部M(図1参照)を制御して、金属棒303を介して逆風防止板19を後方(図8の右方向)に移動させる。そして、ラッパ状に広がる排気通路(排気筒15)の内部に円錐状の逆風防止板19の拡開部が収容されるように、逆風防止板19が支持ガイド30によって支持及び固定される。
そして、逆風防止板19のテーパー面の角度Xは、排気筒15の先端の傾斜角度Yよりも大きく形成されているから、逆風防止板19が排気通路(排気筒15)内の後方に移動するほど、逆風防止板19と排気筒15との間の排気通路は狭くなる。また、逆風防止板19の拡開部と排気筒15の内面との間隙に形成される排気口17における排気開口面積S0も小さくなる。そして、この排気口17の排気開口面積S0は、バーナ8の燃焼能力「小」のときに最小面積となる(排気開口面積Smin)。
排気開口面積Sminの場合は排気通路面積S1との差異が大きいため、排気の流速(噴出速度)を増すという効果はより大きく発揮される。よって、排気圧が小さい燃焼能力「小」の場合でも、逆風に十分対抗できるだけの勢いで排出ガスが排気口17から放出拡散されるので、良好な燃焼性能を維持することができる。また、燃焼能力「小」であれば大量の排気が発生することがないため、排気開口面積Sminであっても排気をスムーズに給湯器1の外部に放出拡散させるだけの排気開口面積S0を確保することができ、所定の燃焼性能を維持できる。
以上、第1の実施の形態の給湯器1によれば、燃焼能力「大」の場合は排気開口面積Smaxとなり、大量の排気を排出できるのに対し、燃焼能力「小」の場合は排気開口面積Sminとなり、排気口からの燃焼排気の噴出速度が増大されて、従来の開口面積を固定したものに比べて、排気がより遠くに放出拡散される。よって、超高層ビルにおける高層階のような高所に設置されても、逆風による排気の給気側への混入を防止することができる。
また、コントローラ11は現在の燃焼能力情報に基づいて調整量を決定し、コントローラ11に接続されたモータ部M(図1参照)がその調整量に基づいて、排気筒15の内部に設けられた逆風防止板19を前後移動させて、排気口17の排気開口面積S0を変化させる。よって、より簡易な構成で正確に排気口17の排気開口面積S0を調整することができ、排気口17の排気開口面積S0を現在の燃料能力に応じた最適な大きさにすることができる。
尚、上記実施の形態では、コントローラ11が燃焼能力「大」又は「小」を判定した結果に基づいて排気通路面積S0を2段階に変化させているが、燃焼能力に応じてリニアに排気通路面積S0を変化させてもよい。
次に、本発明に係る屋外設置型燃焼器の第2の実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施の形態に係る屋外設置型燃焼器である給湯器1は、基本的な構成は第1の実施の形態と同様であるが、逆風防止板19を移動させるための機構が異なる。図9は、第2の実施の形態における、給湯器1の概略断面図である。図10は、第2の実施の形態における、燃焼能力「大」の場合の給排気部の拡大断面図である。図11は、第2の実施の形態における、燃焼能力「小」の場合の給排気部の拡大断面図である。
本実施の形態に係る給湯器1では、図9に示すように、第1の実施の形態と同様に支持ガイド30が設けられているが、逆風防止板19の位置制御は、コントローラ11によるモータ制御を採用せず、温度に応じて形状変形する熱応動体を用いる。本実施の形態では、一部が螺旋状に巻かれてバネ部を形成する形状記憶合金バネ60が排気室14内に設けられている。そして、形状記憶合金バネ60の一端部が逆風防止板19の円錐状の頂点をなす端部に連結されており、また他端部が排気室14内の壁面に固定されている。
形状記憶合金バネ60は、変形後にある一定の温度以上に加熱すると元の形状に回復する性質をもつ特殊合金である。そのため、熱交換器6からの燃焼ガスが排気室14を経由すると、その燃焼ガスの温度によって形状記憶合金バネ60の形状が伸縮変化する。詳細には、排出ガスが高温の場合は形状記憶合金バネ60のバネ部は前後方向(図9の左右方向)に伸長する一方、排出ガスが低温の場合は形状記憶合金バネ60のバネ部は前後方向(図9の左右方向)に短縮する。
そのため、図10に示すように、バーナ8の燃焼能力「大」の場合は排出ガスが高温状態であることから、形状記憶合金バネ60のバネ部は前後方向(図9の左右方向)に伸長する。これに伴い、形状記憶合金バネ60に連結された逆風防止板19が前方(図9の左方向)に押されるように移動する。そして、第1の実施の形態と同様に、ラッパ状に広がる排気通路(排気筒15)内で円錐状の逆風防止板19の拡開部が先端に位置するように、逆風防止板19が支持ガイド30によって支持及び固定される。そして、この先端に形成される排気口17の排気開口面積S0は最大面積となる(排気開口面積Smax)。
一方、図11に示すように、バーナ8の燃焼能力「小」の場合は排出ガスが低温状態であることから、形状記憶合金バネ60のバネ部は前後方向(図9の左右方向)に短縮する。これに伴い、形状記憶合金バネ60に連結された逆風防止板19が後方(図9の右方向)に引かれるように移動する。そして、第1の実施の形態と同様に、ラッパ状に広がる排気通路(排気筒15)の内部に円錐状の逆風防止板19の拡開部が収容されるように、逆風防止板19が支持ガイド30によって支持及び固定される。そして、排気口17の排気開口面積S0は最小面積となる(排気開口面積Smin)。
以上、第2の実施の形態の給湯器1によれば、排気の温度に応じて形状が変化する熱応動体である形状記憶合金バネ60を設けて、この形状記憶合金バネ60が排気の温度によって形状が変化するのに応じて自動的に逆風防止板19の位置が制御される。よって、コントローラ11の制御を要しない簡易な構成で、排気口17の排気開口面積S0を現在の燃料能力に応じた最適な大きさにすることができる。つまり、燃焼排気温度が燃焼能力に応じて変化することに着目し、排気温度に応じて形状変化する熱応動体を用いることで簡単に排気口の開口面積を、現在の燃料能力に応じた最適な大きさにすることができる。
次に、本発明に係る屋外設置型燃焼器の第3の実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施の形態に係る屋外設置型燃焼器である給湯器1は、基本的な構成は第1の実施の形態と同様であるが、排気開口面積S0を変化させるための機構が異なる。図12は、第3の実施の形態における、燃焼能力「大」の場合の給排気部の拡大断面図である。図13は、第3の実施の形態における、燃焼能力「小」の場合の給排気部の拡大断面図である。
本実施の形態に係る給湯器1では、図12及び図13に示すように、逆風防止板19に円錐状の頂点をなす端部が開口されており、排気筒15内において逆風防止板19の前方に設けられた支持部62において、排気筒15の軸線方向と同軸となるように設けられたガイド棒62aが、逆風防止板19の頂点にあたる開口部位に挿嵌されて、逆風防止板19を前後方向(図12及び図13の左右方向)に摺動可能に支持している。また、螺旋状に巻かれた伸縮自在なコイルバネ63がガイド棒62aに挿嵌されて、支持部62に設けられたバネ受け62bと、逆風防止板19に設けられたバネ受け62cとに挟持される。なお、ガイド棒62aの後端部付近には支持アーム69が固定されて、この支持アーム69により支持部62及び逆風防止板19が排気筒15の内面で非接触状態に支持される。
このような構成により、逆風防止板19はコイルバネ63の付勢力と排気圧とのバランスでその位置が調整される。つまり、排気の排気圧が弱い状態では、コイルバネ63は伸長するために逆風防止板19を付勢するので、逆風防止板19は後方(図12及び図13の右方向)に移動する一方、排気の排気圧が強い状態では、排気により逆風防止板19が押圧されてコイルバネ63が短縮するのに伴い、逆風防止板19は前方(図12及び図13の左方向)に移動する。
そして、図12に示すように、バーナ8の燃焼能力「大」の場合は、排気室14から排気筒15へ流れる排気の排気圧が大きいことから、逆風防止板19を前方に押圧する圧力も大きい。よって、コイルバネ63が前後方向(図9の左右方向)に短縮するのに伴い、逆風防止板19が前方(図12及び図13の左方向)に移動する。そして、第1の実施の形態と同様に、ラッパ状に広がる排気通路(排気筒15)内で円錐状の逆風防止板19の拡開部が先端に位置して、この先端に形成される排気口17の排気開口面積S0は最大面積となる(排気開口面積Smax)。
一方、図13に示すように、バーナ8の燃焼能力「小」の場合は、排気室14から排気筒15へ流れる排気の排気圧が小さいことから、逆風防止板19を前方に押圧する圧力も小さい。よって、コイルバネ63が前後方向(図9の左右方向)に伸長するのに伴い、逆風防止板19が後方(図12及び図13の左方向)に移動する。そして、第1の実施の形態と同様に、ラッパ状に広がる排気通路(排気筒15)の内部に円錐状の逆風防止板19の拡開部が収容されるように位置して、排気口17の排気開口面積S0は最小面積となる(排気開口面積Smin)。
以上、第3の実施の形態の給湯器1によれば、排気の排気圧に応じて形状が変化する弾性体であるコイルバネ63を設けて、このコイルバネ63の弾性力と排気圧とのバランスにより自動的に逆風防止板19の位置が制御される。よって、コントローラ11の制御を要しない簡易な構成で、排気口17の排気開口面積S0を現在の燃料能力に応じた最適な大きさにすることができる。つまり、燃焼排気の排気圧が燃焼能力に応じて変化することに着目し、排気圧に応じて形状変化する弾性体を用いることで簡単に排気口の開口面積を、現在の燃料能力に応じた最適な大きさにすることができる。
次に、本発明に係る屋外設置型燃焼器の第4の実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施の形態に係る屋外設置型燃焼器である給湯器1は、基本的な構成は第1の実施の形態と同様であるが、排気開口面積S0を変化させるための機構が異なる。図14は、第4の実施の形態における、給排気部の拡大断面図である。図15は、第4の実施の形態における、給排気部の拡大正面図である。図16は、第4の実施の形態における、第1変形例の給排気部の拡大断面図である。図17は、第4の実施の形態における、第2変形例の給排気部の拡大断面図である。図18は、第4の実施の形態における、第2変形例の給排気部の拡大正面図である。
図14及び図15に示すように、本実施の形態に係る給湯器1では、排気筒15は外側に向かって広がった円錐状に拡管されておらず、両端が開口された円筒状管として構成されている。そして、排気筒15内の円筒状の排気通路には逆風防止板19は設けられておらず、仕切管70とダンパ71とが設けられている。
仕切管70は両端が開口された円筒状管であり、排気筒15とで異径同軸二重管をなし、その一端部における開口面が排気筒15の開口面と同一平面上に設けられ、仕切管70の径は排気筒15の径よりも小さく、仕切管70は排気筒15内の排気通路に収容されている。そして、この仕切管70の内側面、又は仕切管70の外側面と排気筒15の内側面とで、排気の排気通路が形成されている。
また、ダンパ71は、仕切管70内における後端部(図14における右側)付近に設けられ、ダンパ71を給湯器1の左右方向(図15の左右方向)に軸支する軸支部71aを中心に回転可能な円形部材であり、モータ部M(図示しない)が軸支部71aを回転させるのに伴って、ダンパ71も回転する構成となっている。ダンパ71は仕切管70の断面と略同一形状で若干小さい円形をなし、ダンパ71が垂直となるように回転すると、ダンパ71が仕切管70の内面に形成された排気通路を閉塞する。一方、ダンパ71が水平となるように回転すると、仕切管70の内面に形成された排気通路は最大の開口面積となる。
このような構成の給湯器1では、バーナ8の燃焼能力「大」であると判定された場合は、コントローラ11はモータ部M(図示しない)を制御して、軸支部71aを介してダンパ71が水平となるように回転させる。すると先述のように、仕切管70の内面に形成される排気通路は最大の開口面積となる。これにより排気は、仕切管70の内側面で形成される排気通路と、仕切管70の外側面と排気筒15の内側面とで形成される排気通路とを分散経由して排出されることになる。
そのため、燃焼能力「大」の場合には、排気口77,78の両方から排気が放出されるため、大量の排気をスムーズに給湯器1の外部に流出させるだけの排気開口面積S0を確保することができる。
一方、バーナ8の燃焼能力「小」であると判定された場合は、コントローラ11はモータ部M(図示しない)を制御して、軸支部71aを介してダンパ71が垂直となるように回転させる。すると先述のように、ダンパ71によって仕切管70の内面に形成された排気通路は閉塞される。これにより排気は、仕切管70の外側面と排気筒15の内側面とで形成される排気通路を経由して、排気口77のみから放出されることになる。
そのため、排気口77においては排気の流速(噴出速度)を増すという効果はより大きく発揮される。よって、排気圧が小さい燃焼能力「小」の場合でも、逆風に十分対抗できるだけの勢いで排出ガスが排気口77から排気されるので、良好な燃焼性能を維持することができる。また、燃焼能力「小」であれば大量の排気が発生することがないため、排気口77のみでも排気をスムーズに給湯器1の外部に流出させるだけの排気開口面積S0を確保することができ、所定の燃焼性能を維持できる。
なお、本実施の形態の給湯器1を、図16に示す第1変形例のように、ダンパ71に代えて仕切板72が設けられた構成としてもよい。すなわち、排気筒15内における仕切管70の背後(図16の右方向)に、仕切管70の断面中心の軸線方向を中心とする位置に平板を丸めて円錐状に形成した仕切板72が、先端側が内側に向かって広がるように設けられ、仕切板72は支持搬送部(図示しない)によって排気筒15の内側に取り付けられる。この支持搬送部(図示しない)はコントローラ11の制御のもと、仕切板72を前後方向(図16の左右方向)に移動させる。そして、仕切板72の円錐状の底面は、仕切管70の断面と略均等な円形をなし、仕切板72が前方(図16の左方向)に移動すると、仕切板72が仕切管70の内面に形成された排気通路を閉塞する。一方、仕切板72が後方(図16の右方向)に移動すると、仕切管70の内面に形成された排気通路は開口される。
このような構成の給湯器1では、バーナ8の燃焼能力「大」であると判定された場合は、コントローラ11は仕切板72の支持搬送部(図示しない)を制御して、仕切板72を後方(図16の右方向)に移動させる。すると先述のように、仕切管70の内面に形成された排気通路は開口される。これにより排気は、仕切管70の内側面で形成される排気通路(排気口78)と、仕切管70の外側面と排気筒15の内側面とで形成される排気通路(排気口77)とを分散経由して排出されることになる。
一方、バーナ8の燃焼能力「小」であると判定された場合は、コントローラ11は仕切板72の支持搬送部(図示しない)を制御して、仕切板72を前方(図16の左方向)に移動させる。すると先述のように、仕切板72が仕切管70の内面に形成された排気通路を閉塞する。これにより排気は、仕切管70の外側面と排気筒15の内側面とで形成される排気通路を経由して、排気口77のみから放出されることになる。このように仕切板72を利用しても、本実施の形態の給湯器1を実現することができる。
また、本実施の形態の給湯器1を、図17及び図18に示す第2変形例のような構成としてもよい。すなわち、周方向に一定間隔で扇状の貫通孔が複数形成されて、仕切管70の断面と略均等な円形をなす円形隔壁74を、仕切管70内に設ける。そして、円形隔壁74の背後(図17の右方向)には、円形隔壁74と略同一形状で若干小さく、かつ仕切管70の断面中心の軸線方向を中心に回転可能な回転板73を設ける。回転板73は、仕切管70の後方(図17の右方向)から軸支部73aにより軸支され、軸支部73aの他端部は排気室14に固定されたモータ部Mに接続されている。モータ部Mが、コントローラ11の制御のもとで軸支部73aを回転させると、それに伴って回転板73も仕切管70内を回転する構成となっている。
そして、回転板73の回転によって、正面視、回転板73の貫通孔と円形隔壁74の貫通孔とが重なり合う開口部の大きさが変化するため、回転板73の貫通孔と円形隔壁74の貫通孔とが重複しないように回転板73が回転すると、回転板73及び円形隔壁74が仕切管70の内面に形成された排気通路を閉塞する。一方、回転板73の貫通孔と円形隔壁74の貫通孔とが重複して開口部が形成されるように回転板73が回転すると、仕切管70の内面に形成された排気通路は開口される。
このような構成の給湯器1では、バーナ8の燃焼能力「大」であると判定された場合は、コントローラ11は回転板73を回転させて、仕切管70の内面に形成された排気通路を開口させる。これにより排気は、仕切管70の内側面で形成される排気通路(排気口78)と、仕切管70の外側面と排気筒15の内側面とで形成される排気通路(排気口77)とを分散経由して排出されることになる。この場合、複数に分割された排気口78は略長方形状の開口となるため、排気は乱れずに均一に流れる。
一方、バーナ8の燃焼能力「小」であると判定された場合は、コントローラ11は回転板73を回転させて、仕切管70の内面に形成された排気通路を閉口させる。これにより排気は、仕切管70の外側面と排気筒15の内側面とで形成される排気通路のみを経由して、排気口77のみから放出されることになる。このように回転板73を利用しても、本実施の形態の給湯器1を実現することができる。
なお、本実施の形態の給湯器1では、仕切管70を具備しなくても、本発明を達成できる。その場合は、排気筒15の大きさに合わせてダンパ71,仕切板72,回転板73を設け、排気筒15とダンパ71,仕切板72,回転板73との間に形成される排気通路の開口面積の大きさを制御することで、排気開口面積S0を変化させて排気の流速(噴出速度)を調整すればよい。
以上、第4の実施の形態の給湯器1によれば、仕切管70(排気筒15)内にダンパ71(仕切板72,回転板73)に設けて、バーナ8の燃焼能力に応じてダンパ71(仕切板72,回転板73)が動作制御されて、自動的に排気開口面積S0を現在の燃料能力に応じた最適な大きさにすることができる。このように本実施の形態では、排気開口面積S0を変化させる手段(排気面積可変手段)としては、給湯器1の実装や目的に応じて各種の形態のものを利用できることを説明した。
次に、本発明に係る屋外設置型燃焼器の第5の実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施の形態に係る屋外設置型燃焼器である給湯器1は、基本的な構成は第1の実施の形態と同様であるが、逆風防止板19の形態が異なる。図19は、第5の実施の形態における、給排気部の拡大断面図である。図20は、第5の実施の形態における、第1変形例の給排気部の拡大断面図である。図21は、第5の実施の形態における、第1変形例の給排気部の拡大正面図である。
図19に示すように、本実施の形態の給湯器1では、逆風防止板19の先端のテーパー面の角度X´を緩やかにし、排気筒15の先端の傾斜角度Yと同じ角度にして、排気通路の幅(排気筒15と逆風防止板19の離隔)が変化しない整流部80を形成する。整流部80では、排気通路の幅が一定であり排気の流れが乱流から層流へと整流されるため、より一層遠くまで放出拡散できる。
また、本実施の形態の給湯器1を、図20及び図21に示す第1変形例のように構成してもよい。この給湯器1では、逆風防止板19のテーパー面の角度Xと排気筒15の先端の傾斜角度Yとを同じ角度に形成する。そして、排気筒15の先端拡管部18と逆風防止板19との間に平板を断面が略V字状のリング状に形成されたガイドスペーサー81をその拡開部を外側に向けて設ける。このガイドスペーサー81によって排気通路は、2つのリング状の通路に分割され、それぞれの通路はいずれも先細り形状となる。この結果、排気口17における排気通路面積S0が排気筒15内における排気通路面積S1よりも小さくなり、排気の流速が増して遠くまで放出拡散できる。さらに、このガイドスペーサー81によって排気が導かれその流れが整流されるため、より遠くまで放出拡散できる。
また、本実施の形態の給湯器1を、図22及び図23に示す第2変形例のように構成してもよい。この給湯器1では、逆風防止板19の裏面にリング状の排気通路を8つに分割する整流ガイド82が設けられる。
整流ガイド82は、正面視、コの字状に折曲げられた金属板を、排気の流れと平行に向けて逆風防止板19の裏面に等間隔で8列固着される。コの字状に囲まれた領域は、その上流側で閉塞されているため排気通路を形成せず、互いに隣り合う整流ガイド82との間にできる領域が分割された排気通路83となる。整流ガイド82の側面には、その隣り合う整流ガイド82の側面と平行になるように立設されており、分割された排気通路83の断面形状はほぼ長方形となる。
燃焼能力が大のときは、整流ガイド82の外周と先端拡管部18との間に若干の隙間ができ、この隙間が燃焼排気通路の一部となるが(図22の状態)、燃焼能力が小のときは、逆風防止板19が後方に退避して整流ガイド82の外周が先端拡管部18に押されて密着し、外周の排気通路は閉塞される(図23の状態)。
従って、特に燃焼能力が小のときには、排気は各分割された狭い排気通路83のみを流れ、その流速が増して遠くまで放出される。
特に、この実施形態では、各分割された排気通路83の断面形状をほぼ長方形にしているため、排気は、この排気通路83内で均一に流れ一層スムーズに排出される。これに対して、分割排気通路の断面形状を扇形にした場合には、排気の分布が悪くなりスムーズに排出されなくなり、遠くにまで飛ばしにくくなる。
このように、この変形例では、燃焼能力が小の場合には、排気通路面積を狭くするだけでなく、排気の流れが均一になるように整流することによって排気を一層遠くに放出できるという効果を奏する。
そして、上記のような逆風防止板19を、第1乃至第3の実施の形態に示した支持ガイド30とモータ部M,支持ガイド30と形状記憶合金バネ60,支持部62とコイルばね63等により、バーナ8の燃焼能力に応じて排気筒15の前後方向に移動するようにすれば、燃焼能力「大」の場合は排気通路面積S0を大きくして大量の排気を排出する一方、燃焼能力「小」の場合は排気通路面積S0を小さくして排気を遠くまで放出拡散するようにできる。
以上、第5の実施の形態の給湯器1によれば、逆風防止板19に整流部80(ガイドスペーサー81,整流ガイド82)等を設けた構成とすることで、排気の流れを乱流から層流に整流して、より一層遠くまで放出拡散できる。このように本実施の形態では、開口面積を変化させる手段(排気面積可変手段)の一つである逆風防止板19を、給湯器1の実装や目的に応じた各種の形態で利用できることを説明した。
なお、上記第2、第3の実施の形態において、逆風防止板19が、本発明の「排気面積可変手段」に相当する。また、第2の実施の形態における支持ガイド30と形状記憶合金バネ60,第3の実施の形態における支持部62とコイルばね63が、本発明の「排気面積制御手段」に相当する。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能なことはいうまでもない。
例えば、上記第1乃至5の実施の形態に係る給湯器1を任意に組み合わせて、本発明の屋外設置型燃焼器を構成するようにしてもよい。例えば、第4の実施の形態に示すダンパ71(仕切板72,回転板73)を設けた給湯器1に、第1乃至3の実施の形態に示す駆動機構(支持ガイド30,形状記憶合金バネ60,コイルバネ63等)のいずれかを具備させてもよい。
尚、上記実施の形態では、コントローラ11が燃焼能力「大」又は「小」を判定した結果に基づいて排気通路面積S0を2段階に変化させているが、燃焼能力に応じてリニアに排気通路面積S0を変化させてもよい。
また、第1の実施の形態では、モータ部M(図示しない)が支持ガイド30を介して逆風防止板19を移動させているが、ソレノイド等の他の駆動機構を用いてもよい。そして、第2の実施の形態では、形状記憶合金バネ60により逆風防止板19を動作制御しているが、サーモワックス等の他の熱応動体を用いてもよい。そして、第3の実施の形態では、コイルバネ63により逆風防止板19を動作制御しているが、ゴム等の他の弾性体を用いてもよい。
また、本発明の屋外設置型燃焼器は、バーナや熱交換器等の各構成部を一つずつ備えた給湯器に限らず、風呂の追い焚きや床暖房としてさらに別個のバーナや熱交換器等の加熱機能部を併設した燃焼器にも適用できる。また、上記実施の形態の給湯器1は、地上20階以上の超高層ビル屋外設置用の燃焼器として使用されるが、超高層ビル以外にも使用できることはもちろんである。
また、上記実施の形態の給湯器1では、排気筒15内における排気通路面積S1より排気開口面積S0を小さくしているが、同等の大きさであってもよい。つまり排気筒15の先端拡管部18と逆風防止板19との間のリング状の排気通路の通路断面積が下流側(出口側)にいくに従って小さく、もしくは同等になるように構成すればよい。