JP4675862B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、給湯器等に採用される燃焼装置であって、複数の同一のガスバーナにより燃焼部が形成され、その燃焼部が複数に分割されて夫々の燃焼部が選択的に燃焼可能とされている燃焼装置に関する。

従来、給湯器等に採用される燃焼装置においては、同一形状の扁平なガスバーナを一方向に複数隣接して配列させて燃焼部を形成している（例えば、特許文献１参照）。燃焼部を構成する各ガスバーナには、ノズルマニホールドに設けられた複数のノズルから燃料ガスが供給される。即ち、各ノズルは、夫々のガスバーナに設けられたガス導入口に対応しており、ガス導入口に向かって所定量の燃料ガスを噴出する。一般には、各ノズルからの燃料ガスの噴出量が等しく設定されている。また、ノズルマニホールドには、互いに区画された複数のノズル室が設けられており、各ノズル室には夫々異なる数のノズルが連通している。そして、各ノズル室には夫々にガス通路が連通して設けられ、各ガス通路から供給される燃料ガスは夫々のガス通路からノズル室を経て各ノズルに供給される。このとき、ガス通路への燃料ガスの供給を選択的に行うことで、燃焼部を複数に分割して燃焼させることができるようになっている。これにより、各ノズル室毎にノズルの数が異なるのでノズルの数に対応して各燃焼部毎に燃焼するガスバーナの数も異なり、分割された各燃焼部毎に異なる燃焼量を得ることができる。

しかし、この種の燃焼装置において全ての燃焼部（全てのガスバーナ）を同時に燃焼させたとき、各ノズルからの燃料ガスの噴出量が等しく設定されていることにより、各ガスバーナの発熱振動が同調して振動燃焼が発生し、更に、振動燃焼の共鳴音が騒音となって使用者に不快感を与える不都合がある。

そこで、ノズルマニホールドに備える複数のノズルのうちの一部に噴出口径の異なる異径ノズルを設け、異径ノズルから燃料ガスが供給されるガスバーナの火炎と通常のノズルから燃料ガスが供給されるガスバーナの火炎とを故意に不均一にして振動燃焼を抑制して騒音を低減したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平８−８６４１６号公報 特開平１０−２８８３１５号公報

しかし、ガスバーナに沿って配列された複数のノズルの中に異径ノズルを混在させるために、ノズルマニホールドの製造作業が煩雑となって製造効率が低下する不都合がある。また、濃淡燃焼を行うガスバーナに対しては、濃ノズル（噴出口径が小）と淡ノズル（噴出口径が大）を備えるノズルマニホールドが採用されるが、特に濃淡比が１：２以上のものでは、濃ノズルに混在させる異径濃ノズルの噴出口径が極めて小さくなり（例えば、直径１mm以下となる）、ノズルの加工精度にばらつきが生じて高精度なガス燃料の噴出量を得ることができない不都合がある。

また、分割された各燃焼部毎に異なる燃焼量を得るものにおいて、何れかの燃焼部のみを燃焼させた場合に振動燃焼に伴う騒音の発生は極めて小さいが、こうした場合にも、夫々の燃焼部に対応する複数のノズルの一部に異径ノズルを混在させると、何れかの燃焼部のみを燃焼させて騒音の発生は極めて小さい場合であっても燃焼状態が不均一となり、燃焼効率が低下する不都合がある。

本発明は、かかる不都合を解消するためになされたもので、燃焼装置において、振動燃焼を抑制して騒音を低減でき、しかも、ノズルの精度を維持して製造容易であり、燃焼部が複数に分割されて夫々の燃焼部が選択的に燃焼可能とされている場合に好適な燃焼装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明は、隣接する複数本の同一形状のガスバーナにより燃焼部が形成され、該燃焼部が複数に分割されて夫々の燃焼部が選択的に燃焼可能とされている燃焼装置において、分割された夫々の燃焼部を構成するガスバーナに燃料ガスを供給するガス供給手段を設け、該ガス供給手段は、各燃焼部毎にガスバーナ１本あたりの燃料ガスの供給量が異なるように燃料ガスを供給することを特徴とする。

本発明によれば、前記ガス供給手段が、分割された夫々の燃焼部を構成するガスバーナ１本あたりに対して各燃焼部毎に異なる量の燃料ガスを供給するので、全ての燃焼部を燃焼状態としても、各燃焼部毎にガスバーナ１本あたりの燃焼量が異ったものとなる。これによって、各ガスバーナの発熱振動が各燃焼部毎に異るものとなるので、発熱振動の同調に起因する振動燃焼を抑制して共鳴音の発生を防止することができ、騒音の発生を確実に低減することができる。

しかも、本発明においては、分割された複数の燃焼部のうち何れかの燃焼部のみを燃焼させることで振動燃焼に伴う騒音の発生が極めて小さい場合には、燃焼させる燃焼部を構成するガスバーナ同士の燃焼状態は均一であるので高い燃焼効率を得ることができる。

また、本発明において具体的には、前記燃焼部は一方向に配列された複数の前記ガスバーナにより形成され、ガス供給手段は、各ガスバーナに燃料ガスを供給する複数のノズルが各ガスバーナの配列方向に沿って配列して形成されたノズルマニホールドを備え、該ノズルマニホールドは、前記燃焼部を複数に分割すべく複数に区画されて各区画毎に所定数のノズルを連通させる複数のノズル室と、各ノズル室に燃料ガスを供給するガス通路とを備え、各ガス通路に、前記ノズルから噴出する燃料ガス量を各ノズル室毎に異なる量に制限するオリフィスを設けたことを特徴とする。

前記オリフィスを各ガス通路に設けたことにより、複数に分割される燃焼部毎に各ノズルから噴出する燃料ガス量を異ならせることができ、全ての燃焼部を燃焼状態としたときの振動燃焼を抑制して共鳴音の発生を防止することができる。

そして、各ガス通路にオリフィスを設けるだけでよいので、従来の異径ノズルのように噴出口径を極度に小さく加工する場合に比べて、極めて製造容易とすることができ、各ノズルからの噴出量を高精度に得ることができる。

更に、本発明においては、複数の前記ガス通路のうち、何れか一つのガス通路を除く他のガス通路に設けられたオリフィスの開口面積は、当該ガス通路にノズル室を介して連通するノズルの合計噴出口面積よりも小とされていることを特徴とする。

これによれば、全ての燃焼部を燃焼状態としたとき、何れか一つのガス通路を介して燃料ガスが供給される燃焼部を構成するガスバーナ１本あたりの燃料ガス供給量よりも、他のガス通路を介して燃料ガスが供給される燃焼部を構成するガスバーナ１本あたりの燃料ガス供給量が小とされるので、各燃焼部毎の発熱振動に確実に差異が生じ、振動燃焼を抑制して騒音の発生を容易に防止することができる。

なお、前記オリフィスの開口面積が、該オリフィスに連通するノズルの合計噴出口面積よりも小とされているとき、該オリフィスに連通するノズルの数（即ち、ガスバーナ１本あたりの燃料ガス供給量を小とするガス通路に連通するノズル数）は、前記ノズルマニホールドに設けられた全てのノズルの数の１／３〜１／２とされていることが好ましい。ガスバーナ１本あたりの燃料ガス供給量を小とするガス通路に連通するノズル数が全てのノズル数の１／２より多数であると、全ての燃焼部を燃焼状態としたとき、例えば、給湯器の熱交換器を加熱する場合に、燃焼部からの熱交換器の加熱状態が不均一になり効率が悪化するおそれがある。また、ガスバーナ１本あたりの燃料ガス供給量を小とするガス通路に連通するノズル数が全てのノズル数の１／３より少数であると、振動燃焼を抑制が不十分となるおそれがある。従って、ガスバーナ１本あたりの燃料ガス供給量を小とするガス通路に連通するノズル数を、全てのノズル数の１／３〜１／２とすることにより、燃焼効率（熱交換器等に対する加熱状態）を低下させることなく確実に振動燃焼を抑制することができる。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態の燃焼装置の概略構成を示す模式的な側面図、図２は本実施形態の燃焼装置の概略構成を示す模式的な平面図、図３は本実施形態におけるガス供給手段を示す斜視図、図４はノズルマニホールドの内部を示す説明図である。

本実施例の燃焼装置は、給湯器等に用いられるものであり、図１及び図２に示すように、複数（本実施形態においては１６個）のガスバーナ１と、これらのガスバーナ１に燃料ガスを供給するガス供給手段２とを備えている。

夫々のガスバーナ１は、何れも扁平に形成された同一形状のものであり、図１に示すように、上下一対のガス導入口３，４が開放している所謂濃淡バーナである。上方のガス導入口３の下流には、ガスリッチ混合気が流れる濃ガス流路５が連続して形成され、下方のガス導入口４の下流には、エアリッチ混合気が流れる淡ガス流路６が連続して形成されている。図２に示すように、各ガスバーナ１は互いに隣接して一方向に配列され、一つの燃焼部７を構成している。

ガス供給手段２は、図１及び図３に示すように、ノズルマニホールド８と、複数（本実施形態においては３個）の電磁弁９，１０，１１（開閉弁）とを備えている。ノズルマニホールド８は、上下二段のノズル１２，１３を備えている。ノズル１２，１３は、ガスバーナ１に対応してガスバーナ１の配列方向に沿って複数設けられている。図１に示すように、上段のノズル１２は、各ガスバーナ１の濃ガス流路５に連なる上方のガス導入口３に対向する濃ノズルであり、その噴出口径は比較的小さく形成されている。下段のノズル１３は、各ガスバーナ１の淡ガス流路６に連なる下方のガス導入口４に対向する淡ノズルであり、その噴出口径は上段のノズル１２の噴出口径よりも大きく形成されている。各ガスバーナ１の上下のガス導入口３，４には、その夫々に対向するノズル１２，１３から噴出される燃料ガスが導入し、その際に、エゼクタ効果によって燃焼用一次空気も一緒に吸引される。

ノズルマニホールド８は、図４に示すように、隔壁１４により互いに区画された３つのノズル室（第１ノズル室１５、第２ノズル室１６、及び第３ノズル室１７）を備えている。第１ノズル室１５には、上下二段のノズル１２，１３が夫々８個ずつ連通している。これらのノズル１２，１３には、第１ノズル室１５に連続して下方に延びる第１ガス通路１８により燃料ガスが供給される。第２ノズル室１６には、上下二段のノズル１２，１３が夫々３個ずつ連通している。これらのノズル１２，１３には、第２ノズル室１６に連続して下方に延びる第２ガス通路１９により燃料ガスが供給される。第３ノズル室１７には、上下二段のノズル１２，１３が夫々５個ずつ連通している。これらのノズル１２，１３には、第３ノズル室１７に連続して下方に延びる第３ガス通路２０により燃料ガスが供給される。そして、各ノズル室１５，１６，１７のノズル１２，１３の数に対応して各ガスバーナ１による燃焼部７は分割される。即ち、図２に示すように、燃焼部７は、第１ノズル室１５に連通するノズル１２，１３に対応する８個のガスバーナ１よる大火力燃焼部７ａと、第２ノズル室１６に連通するノズル１２，１３に対応する３個のガスバーナ１よる小火力燃焼部７ｂと、第３ノズル室１７に連通するノズル１２，１３に対応する５個のガスバーナ１よる中火力燃焼部７ｃとに分割される。このように、各ガス通路１８，１９，２０に選択的に燃料ガスを供給することで、燃焼部７の全てのガスバーナ１を燃焼させることができるだけでなく、分割された燃焼部７ａ，７ｂ，７ｃの何れかのみを燃焼させることもできるようになっている。

図４に示すように、各ガス通路１８，１９，２０の下端には、ガス流通孔２１，２２，２３が形成されており、各ガス流通孔２１，２２，２３には、各ガス通路１８，１９，２０における燃料ガスの供給量を制限するオリフィス２４，２５，２６が形成されている。各オリフィス２４，２５，２６の上流側には、図１及び図３に示すように、ノズルマニホールド８の電磁弁取付部２７，２８，２９を介して夫々のガス流通孔２１，２２，２３を開閉する電磁弁９，１０，１１が取り付けられている。各電磁弁取付部２７，２８，２９の内部は中空であり、詳しくは図示しないが、図１に示すガス導入通路３０に連通している。

各オリフィス２４，２５，２６によって制限される燃料ガスの量は、各ガス通路１８，１９，２０毎に異なっており、これによって、分割された燃焼部７ａ，７ｂ，７ｃを構成するガスバーナ１毎に供給される燃料ガスの量が異なっている。即ち、第１ガス通路１８のオリフィス２４は、その開口面積が第１ノズル室１５に連通する全てのノズル１２，１３の噴出口の合計面積と同等となるように形成されている。一方、第２ガス通路１９のオリフィス２５は、その開口面積が第２ノズル室１６に連通する全てのノズル１２，１３の噴出口の合計面積よりも小さくなるように形成されており、同じく、第３ガス通路２０のオリフィス２６も、その開口面積が第３ノズル室１７に連通する全てのノズル１２，１３の噴出口の合計面積よりも小さくなるように形成されている。この構成により、燃焼部７を構成する全てのガスバーナ１が燃焼状態となったときには、図２を参照すれば、大火力燃焼部７ａを構成している各ガスバーナ１への１本あたりの燃料ガスの供給量よりも、小火力燃焼部７ｂ及び中火力燃焼部７ｃを構成している各ガスバーナ１への１本あたりの燃料ガスの供給量が小さくなる。これによって、大火力燃焼部７ａと、小火力燃焼部７ｂ及び中火力燃焼部７ｃとで、各ガスバーナ１の発熱振動を異なったものとすることができ、振動燃焼が抑制できるので共鳴音による騒音の発生を確実に低減することができる。

また、本発明者は、本実施形態のように大火力燃焼部７ａを構成している各ガスバーナ１への１本あたりの燃料ガスの供給量よりも、小火力燃焼部７ｂ及び中火力燃焼部７ｃを構成している各ガスバーナ１への１本あたりの燃料ガスの供給量が小さい場合には、分割された各燃焼部７ａ，７ｂ，７ｃを形成する夫々のノズル１２，１３の数をノズルマニホールド８に設けられた全てのノズル１２，１３の数の１／３〜１／２とすることが好ましいことを各種試験により知見した。即ち、小火力燃焼部７ｂ及び中火力燃焼部７ｃを構成している各ガスバーナ１へ燃料ガスを供給するノズル１２，１３の数（即ち、第２ノズル室１６及び第３ノズル室１７に連通するノズル１２，１３の数）が、全てのノズル１２，１３の数の１／２より多数であると、燃焼部７の全てのガスバーナ１を燃焼状態としたとき、熱交換器の加熱状態が極度に不均一になり効率が悪化するおそれがある。また、第２ノズル室１６及び第３ノズル室１７に連通するノズル１２，１３の数が、全てのノズル１２，１３の数の１／３より少数であると、振動燃焼を抑制が不十分となることがある。

そこで、本実施形態においては、第２ノズル室１６及び第３ノズル室１７に連通するノズル１２，１３と、第１ノズル室１５に連通するノズル１２，１３とを同数設け、第２ノズル室１６及び第３ノズル室１７に連通するノズル１２，１３の数を、全てのノズル１２，１３の数の１／２とした。これにより、燃焼効率（熱交換器等に対する加熱状態）を低下させることなく確実に振動燃焼を抑制することができる。

本発明の一実施形態の燃焼装置の概略構成を示す模式的な側面図。 本実施形態の燃焼装置の概略構成を示す模式的な平面図。 本実施形態におけるガス供給手段を示す斜視図。 ノズルマニホールドの内部を示す説明図。

符号の説明

１…ガスバーナ、７…燃焼部、７ａ，７ｂ，７ｃ…分割された燃焼部、２…ガス供給手段、８…ノズルマニホールド、１２，１３…ノズル、１５，１６，１７…ノズル室、１８，１９，２０…ガス通路、２４，２５，２６…オリフィス。

Claims (4)

1. 隣接する複数本の同一形状のガスバーナにより燃焼部が形成され、該燃焼部が複数に分割されて夫々の燃焼部が選択的に燃焼可能とされている燃焼装置において、
   分割された夫々の燃焼部を構成するガスバーナに燃料ガスを供給するガス供給手段を設け、
   該ガス供給手段は、各燃焼部毎にガスバーナ１本あたりの燃料ガスの供給量が異なるように燃料ガスを供給することを特徴とする燃焼装置。
2. 前記燃焼部は一方向に配列された複数の前記ガスバーナにより形成され、
   ガス供給手段は、各ガスバーナに燃料ガスを供給する複数のノズルが各ガスバーナの配列方向に沿って配列して形成されたノズルマニホールドを備え、
   該ノズルマニホールドは、前記燃焼部を複数に分割すべく複数に区画されて各区画毎に所定数のノズルを連通させる複数のノズル室と、各ノズル室に燃料ガスを供給するガス通路とを備え、
   各ガス通路に、前記ノズルから噴出する燃料ガス量を各ノズル室毎に異なる量に制限するオリフィスを設けたことを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
3. 複数の前記ガス通路のうち、何れか一つのガス通路を除く他のガス通路に設けられたオリフィスの開口面積は、当該ガス通路にノズル室を介して連通するノズルの合計噴出口面積よりも小とされていることを特徴とする請求項２記載の燃焼装置。
4. 前記オリフィスの開口面積が、該オリフィスに連通するノズルの合計噴出口面積よりも小とされているとき、該オリフィスに連通するノズルの数は、前記ノズルマニホールドに設けられた全てのノズルの数の１／３〜１／２とされていることを特徴とする請求項３記載の燃焼装置。

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