JP4803555B2

JP4803555B2 - 燃焼装置

Info

Publication number: JP4803555B2
Application number: JP2007190829A
Authority: JP
Inventors: 芳彦高須; 浩寿豊田
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2007-07-23
Filing date: 2007-07-23
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2027-07-23
Also published as: JP2009024974A

Description

本発明は、バーナを収容する燃焼筐に熱発電素子を備え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、下記特許文献１に見られるように、バーナを収容する燃焼筐の側壁に熱発電素子を設け、この熱発電素子の起電力によりバーナへの点火等を行なうようにしたものが知られている。更に、下記特許文献１の燃焼装置においては、燃焼用空気をバーナへ送る燃焼空気流路を、燃焼筐の側壁の外側に沿って設け、燃焼空気流路の内部に熱発電素子の低温側を位置させている。これにより、熱発電素子の低温側を燃焼用空気で冷却し、燃焼筐の側壁に接する熱発電素子の高温側との温度差を得るようにしている。

また、この種の燃焼装置においては、バーナとして、一般に、二次空気を必要とするブンゼン式バーナや低ＮＯｘ濃淡燃焼式バーナが採用されているが、バーナを構成する複数の炎孔間から二次空気が供給されると共に、燃焼筐の側壁とバーナとの間に空隙を設けることによって、この空隙からもバーナの特に側壁側に位置する炎孔への二次空気の補給が可能となっている。そして前述の燃焼装置においては、燃焼空気流路から燃焼筐の内部に送られた燃焼用空気は、その一部の空気が一次空気として燃料ガスと共にガス供給部から吸入され、その他の空気が、二次空気としてバーナの各炎孔間や燃焼筐の側壁とバーナとの間の空隙を流れる。そして、当該空隙を流れる空気は、二次空気として供給されるだけでなく、燃焼筐をその内面側から冷却し、燃焼筐が過剰に加熱されることを防止している。

しかし、このように、燃焼筐の側壁とバーナとの間に設けられた空隙を流れる空気が燃焼筐をその内面側から冷却していると、燃焼筐の側壁に接する熱発電素子の高温側の加熱が不十分となり、熱発電素子の低温側と高温側との温度差が小さくなるために、熱発電素子による発電効率が低下する不都合がある。

そこで、熱発電素子による発電効率の低下を防止するために、燃焼筐の側壁とバーナとの間に設けられた空隙を流れる二次空気が比較的少量となるように制限する（例えば、燃焼筐の側壁とバーナとの間を近接させて空隙を小さくする）ことが考えられるが、こうすると、燃焼筐の側壁が過剰に高温となって、燃焼筐の耐久性を損なうおそれがある。
実開昭６２−２０４１６４号公報（第６図）

以上の点に鑑み、本発明は、熱発電素子の低温側と高温側との間に大きな温度差を得ることができるだけでなく、燃焼筐のバーナに隣接する高温加熱領域に対応する側壁の過剰な温度上昇を防止することができ、これによって、熱発電素子による発電効率の向上と、燃焼筐の耐久性の向上とを両立させることができる燃焼装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、バーナを収容し、側壁が空隙を存して該バーナを包囲する燃焼筐を備え、バーナにより高温側が加熱される熱発電素子を前記燃焼筐に設けた燃焼装置において、前記バーナを、燃料ガスと強制的に送られる一次空気との混合気のみで燃焼させる全一次空気燃焼式のバーナとし、前記熱発電素子を、前記燃焼筐の前記バーナに隣接して高温加熱領域が形成される側壁に貫通させて設け、該熱発電素子の高温側を該燃焼筐の内部に位置させると共に低温側を該燃焼筐の外部に位置させ、前記燃焼筐に、該燃焼筐の外部から該燃焼筐の側壁と前記バーナとの間の空隙へ向かう気流を遮断する遮断壁を設け、前記燃焼筐の外側に、外気を導入し、一次空気として前記バーナに供給するための一次空気流路を設け、前記熱発電素子の低温側を、前記一次空気流路の内部に位置させ、前記一次空気流路内に、前記外気の導入及び一次空気の供給を行うファンを設けたことを特徴とする。

本発明における燃焼筐は、その側壁が空隙を存してバーナを包囲するもので、一般に、二次空気を必要とするブンゼン式バーナや濃淡燃焼式バーナを収容した場合には、燃焼用の二次空気が前記空隙からもバーナに補給されるだけでなく、前記空隙の空気流により側壁の冷却が行われるものである。ここで、本発明においては、このような二次空気を必要とするブンゼン式バーナや濃淡燃焼式バーナが収容可能となっている燃焼筐を用いて、二次空気を必要とするブンゼン式バーナや濃淡燃焼式バーナに替えて、二次空気が不要な全一次空気燃焼式のバーナを収容する。これにより、既存の燃焼筐を用いてコストを低減することができる。更に、本発明においては、全一次空気燃焼式のバーナを採用したことにより、前記空隙からバーナへの二次空気の供給が不要であるので、該空隙へ向かう気流を遮断する遮断壁を設けた。これによって、空隙の空気流による側壁の冷却が行われず、燃焼筐の側壁がバーナにより十分に加熱されて高温となる。そして、このように加熱されて高温となる側壁の高温加熱領域に、熱発電素子を設ける。熱発電素子は、燃焼筐の側壁を貫通し、高温側が燃焼筐の内部に位置し、低温側が燃焼筐の外部に位置する。こうすることにより、熱発電素子の高温側は、燃焼筐の側壁の高温加熱領域により十分に高い温度に加熱され、燃焼筐の外部に位置する低温側との間で大きな温度差が形成されるので、熱発電素子の発電効率を向上させることができる。しかも、燃焼筐の側壁の高温加熱領域に熱発電素子が設けられているので、熱発電素子による断熱作用も得られて、側壁の過剰な温度上昇を防止することができる。これにより、熱発電素子による発電効率の向上と、燃焼筐の耐久性の向上とを両立させることができる。

また、熱発電素子の低温側を一次空気流路の内部に位置させ、ファンにより強制的に一次空気流路内に外気を導入し、一次空気としてバーナに送るようにしたため、熱発電素子の低温側を、一次空気流路に導入される外気で冷却し、熱発電素子の低温側と高温側との温度差を大きくすることができるので、熱発電素子による発電効率を向上させることができる。

更に、一次空気流路に案内されて燃焼筐の側壁の外側に沿って流れた一次空気は、熱発
電素子の低温側を冷却した際に温度が上昇し、予熱された状態でバーナに供給されるので
、バーナの燃焼効率を向上させることができる。

また、本発明において、前記熱発電素子を前記燃焼筐の側壁の一部に設けてもよく、この場合に、該燃焼筐の側壁の他部には、断熱部材を設ける。これにより、燃焼筐の側壁のうち、熱発電素子が設けられている部分では、熱発電素子によって断熱効果が得られ、熱発電素子が設けられていない部分には断熱部材が設けられているので、燃焼筐の側壁の過剰な温度上昇が抑制されて燃焼筐の耐久性を向上させることができる。

また、本発明において、前記熱発電素子を前記燃焼筐の側壁全周に設けてもよい。この
場合には、燃焼筐の側壁の全周にわたって熱発電素子による断熱効果が得られ、燃焼筐の
側壁の過剰な温度上昇が抑制されて燃焼筐の耐久性を向上させることができる。

また、本発明においては、前記熱発電素子の低温側に冷却水が流動する冷却水管を密着させてもよい。これにより、熱発電素子の低温側が冷却水管の内部を流動する冷却水により冷却され、熱発電素子の低温側と高温側との温度差を大きくすることができるので、熱発電素子による発電効率を向上させることができる。このとき、一次空気流路の内部に熱発電素子の低温側が位置していれば、冷却水管と一次空気との両方による冷却が可能となるので、熱発電素子の低温側を一層低温とすることができる。

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を示す説明図、図２は他の実施形態の燃焼装置を示す説明図である。

本実施形態の燃焼装置Ａは、例えば給湯器に設けられ、図１に示すように、燃焼筐１と、該燃焼筐１の内部に収容された全一次空気燃焼式バーナ２と、燃焼筐１の上部に連結され排気筒３とを備えている。なお、給湯器の場合、排気筒３の内部には図示しない熱交換器等が設けられている。

前記燃焼筐１は、四角筒状の側壁４を備え、該側壁４とバーナ２との間には空隙５が形成される。該燃焼筐１は、図示しないが、燃焼時に二次空気が必要となるブンゼン式バーナや濃淡燃焼式バーナが収容されるもので、燃焼筐１の外部から前記空隙５に侵入する空気を二次空気として供給し、且つ、空隙５を流れる空気により燃焼筐１の側壁４を冷却するようになっている。それに対して、本実施形態では、燃焼筐１には、ブンゼン式バーナや濃淡燃焼式バーナに替えて、燃焼時に二次空気を必要としない全一次空気燃焼式バーナ２が収容されている。これによって、既存の燃焼筐１を用いることができ、コスト増加を抑えることができる。

全一次空気燃焼式バーナ２は、図１に示すように、バーナ本体６と、多数の炎孔を備える燃焼板７と、バーナ本体６に一次空気を強制的に供給するファン８とを備えている。バーナ本体６の内部には、燃料ガスを導入するガス導入管９が延設されている。

また、全一次空気燃焼式バーナ２は、燃焼時に二次空気を必要としないことによって、前記空隙５からの二次空気の供給が不要である。そこで、該空隙５には、空気流を遮断する遮断壁１０が設けられている。該遮断壁１０を設けたことにより、燃焼筐１の外部からの空気（以下外気という）が空隙５に侵入することはなく、全一次空気燃焼式バーナ２の燃焼が安定する。

ここで、遮断壁１０により、空隙５においては燃焼筐１の側壁４に沿った外気流による冷却作用がないので、燃焼筐１の側壁４には、該側壁４に隣接するバーナ２の火炎により比較的高温に加熱される高温加熱領域Ｗが形成される。そして、この高温加熱領域Ｗには、熱発電素子１１が設けられている。

熱発電素子１１は、周知のようにＮ型半導体とＰ型半導体との間に閉回路が形成され、高温側１１ａと低温側１１ｂとに温度差を付与することにより起電力が得られる。熱発電素子１１から得られる電力は、図示しないが、給湯器等が備える電気部品（例えば、制御装置やファン等）に供給され、或いは、バッテリ等に蓄電される。

熱発電素子１１は、燃焼筐１の側壁４を貫通するようにして設けられ、その高温側１１ａは、燃焼筐１の内部に位置してバーナ２の火炎に隣接する。これにより、熱発電素子１１の高温側１１ａは、バーナ２の燃焼による加熱を十分に受けて、高い温度に加熱される。このとき、前述したように、前記遮断壁１０により空隙５における外気流の侵入がないので、熱発電素子１１の高温側１１ａは、外気に冷却されることがなく、バーナ２の燃焼による熱を確実に受けて高温となる。本発明者が行なった試験によれば、バーナ２が燃焼状態で、遮断壁１０により前記空隙５の外気流が遮断された状態では、燃焼筐１の側壁４の高温加熱領域Ｗにおける温度が最も高い部分で約５００℃となり、一方、遮断壁１０を設けずに前記空隙５に外気流が生じている状態では、高温加熱領域Ｗにおける温度が最も高い部分で３００℃程度となることを知見している。

また、燃焼筐１の外側には、図１に示すように、一次空気流路１２を形成する覆壁１３が設けられている。該覆壁１３は、燃焼筐１の外側を覆い、その上端部から外気が導入されるようになっている。該覆壁１３によって形成された一次空気流路１２の内部には、前記ファン８の駆動により外気が強制的に導入され、一次空気流路１２に案内された外気は、燃焼筐１の側壁４の外面に沿って流れて一次空気としてバーナ本体６内部に送られる。

そして、熱発電素子１１の低温側１１ｂは、燃焼筐１の外側に位置し、更に、一次空気流路１２の内部に位置する。これにより、熱発電素子１１の低温側１１ｂは、一次空気流路１２の内部を流れる外気により冷却され、高温側１１ａとの温度差が大きくなって、熱発電素子１１の発電効率が向上する。しかも、燃焼筐１の側壁４の高温加熱領域Ｗに熱発電素子１１が設けられているので、前記遮断壁１０により空隙５における外気流の侵入がなくても、燃焼筐１の側壁４の過剰な温度上昇を抑制することができ、燃焼筐１の耐久性が低下することもない。

このように、本実施形態の燃焼装置Ａは、全一次空気燃焼式バーナ２を収容するとき、既存の燃焼筐１（例えば、燃焼時に二次空気が必要となるブンゼン式バーナや濃淡燃焼式バーナが収容されるもの）を採用しているので、コスト増加を抑えることができ、また、熱発電素子１１による発電効率の向上と、燃焼筐１の耐久性の向上とを両立させることができるものとなっている。更に、一次空気流路１２における外気と熱発電素子１１の低温側１１ｂとの熱交換により、一次空気流路１２における外気が熱発電素子１１の低温側１１ｂの熱を奪って予熱された一次空気としてバーナ２に供給され、バーナ２の燃焼効率が一層向上する。

なお、前記熱発電素子１１は、燃焼筐１の側壁４の全周に設けて、バーナ２の外側を包囲するようにしてもよいが、燃焼筐１の側壁４のうち、バーナ２の燃焼時に最も高温に加熱される位置にのみ設けてもよい。その場合には、図２に示した他の実施形態の燃焼装置Ａ´のように、燃焼筐１の側壁４のうち、熱発電素子１１の設けられていない高温加熱領域Ｗに断熱部材１４を設けることが好ましい。断熱部材１４としては、ステンレス等の遮熱性金属や、セラミック、鉱物繊維等を用いることができる。これによれば、熱発電素子１１の設けられていない高温加熱領域Ｗの温度上昇を抑えることができ、燃焼筐１の耐久性の低下を防止することができる。

また、本実施形態においては、前記覆壁１３を設けて一次空気流路１２を備えるものを挙げたが、熱発電素子１１の低温側１１ｂが外気によって十分に冷却される環境にあれば、前記覆壁１３を設けなくてもよい。

また、図示しないが、熱発電素子１１の低温側１１ｂに、冷却水が流動する冷却水管を密着させて、熱発電素子１１の低温側１１ｂを確実に冷却してもよい。このとき、本実施形態の燃焼装置Ａを給湯器に設けた場合には、給湯器の熱交換器に給水する給水管を冷却水管として熱発電素子１１の低温側１１ｂに密着させることにより、熱交換器に向かう給水管内の水を冷却水として用いることができる。この場合には、前記覆壁１３を設けなくても熱発電素子１１の低温側１１ｂを十分に冷却することができるが、前記覆壁１３を設けて一次空気流路１２内に熱発電素子１１の低温側１１ｂが位置していれば、低温側１１ｂを一層確実に冷却することができる。更に、低温側１１ｂを冷却する給水管に放熱フィンを設けてもよく、これによって低温側１１ｂの冷却効果を飛躍的に向上させることができる。

本発明の実施形態の燃焼装置を示す説明図。本発明の他の実施形態の燃焼装置を示す説明図。

符号の説明

Ａ，Ａ´…燃焼装置、１…燃焼筐、２…全一次空気燃焼式バーナ、４…側壁、５…空隙、Ｗ…高温加熱領域、１０…遮断壁、１１…熱発電素子、１１ａ…高温側、１１ｂ…低温側、１２…一次空気流路、１４…断熱部材。

Claims

バーナを収容し、側壁が空隙を存して該バーナを包囲する燃焼筐を備え、バーナにより高温側が加熱される熱発電素子を前記燃焼筐に設けた燃焼装置において、
前記バーナを、燃料ガスと強制的に送られる一次空気との混合気のみで燃焼させる全一次空気燃焼式のバーナとし、
前記熱発電素子を、前記燃焼筐の前記バーナに隣接して高温加熱領域が形成される側壁に貫通させて設け、該熱発電素子の高温側を該燃焼筐の内部に位置させると共に低温側を該燃焼筐の外部に位置させ、
前記燃焼筐に、該燃焼筐の外部から該燃焼筐の側壁と前記バーナとの間の空隙へ向かう気流を遮断する遮断壁を設け、
前記燃焼筐の外側に、外気を導入し、一次空気として前記バーナに供給するための一次空気流路を設け、
前記熱発電素子の低温側を、前記一次空気流路の内部に位置させ、
前記一次空気流路内に、前記外気の導入及び一次空気の供給を行うファンを設けたことを特徴とする燃焼装置。
前記熱発電素子は、前記燃焼筐の側壁の一部に設けられ、該燃焼筐の側壁の他部には、断熱部材が設けられていることを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
前記熱発電素子は、前記燃焼筐の側壁全周に設けられていることを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
前記熱発電素子の低温側に冷却水が流動する冷却水管を密着させたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の燃焼装置。