JP5409415B2 - 密閉式燃焼器 - Google Patents
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Description
さらなる小型化を図るため、排気流路を中心部に配置する密閉式燃焼器が提案されている(例えば特許文献3)。同文献による燃焼器100は、図8に示すように上壁102、下壁103及び外周壁104により構成される円筒状の本体容器101内部に、伝熱壁105が配置されて成る。これらの構成要素により、予混合ガス流路106、燃焼室107、燃焼ガス流路108が形成されている。さらに、下壁103の中心部には二重管110が接続され、燃焼ガス流路108又は予混合ガス流路106が連結されている。
しかしながら、被加熱物と接する上壁102は平板で構成されており、伝熱面積を確保するためには上壁102を大きくする必要があり、コンパクト化に一定の限界がある。
また、燃焼ガスG2から予混合ガスG1に放熱する分、上壁102を介しての被加熱物への伝熱量が低下するという問題もある。
(1)被加熱液中に沈設される密閉式燃焼器であって、上蓋部を有し、外表面が被加熱液と接して配設される筒形状の外側伝熱体と、外側伝熱体の内側に、いずれも筒形状の第一隔壁と、第二隔壁と、第三隔壁と、を備え、第三隔壁と第二隔壁との隙間に、燃料ガス及び燃焼用空気を通過させる第一の混合ガス流路部を形成し、及び第二隔壁と第一隔壁との隙間であって、かつ、第一の混合ガス流路部の下流側に第二の混合ガス流路部を形成し、第二の混合ガス流路部の末端に燃焼部を形成し、第一隔壁と外側伝熱体との隙間であって、かつ、燃焼部の下流側に燃焼ガス流路部を形成し、第三隔壁の内側であって、かつ、燃焼ガス流路部の下流側に排気流路部を形成し、て成ることを特徴とする。
(4)上記各密閉式燃焼器において、前記第三隔壁を介して、前記排気流路部を通過する排気ガスと、前記第一の混合ガス流路部を通過する混合ガスとを熱交換させることを特徴とする。
また、(2)の発明によれば、熱交換促進と熱交換抑制を備えたため、燃焼ガスのエンタルピーを効率的に被加熱液の加熱に利用できるという効果がある。
また、(3)の発明によれば、燃料ガス流出口において燃料ガスと燃焼用空気とを混合させるため、混合ガス流路部内で燃焼が発生する、いわゆるフラッシュバック現象のリスクを防止できるという効果がある。
排気ガスと混合ガスとの熱交換により排気熱損失を低減させることができる。
また、(4)の発明によれば、熱交換による混合ガス温度の上昇により、バーナ燃焼面における燃焼をより活性化させることができる。さらに、バーナ表面温度上昇により,バーナ面からの輻射熱を増大させることができ、外側伝熱体への伝熱促進が実現され、熱効率を大幅に上昇させることができる。
さらに、バーナ表面温度の上昇により、狭小な燃焼室においても完全燃焼が可能となり、装置小型化と省エネルギー化を達成することができる。
図1、2を参照して、本発明の一実施形態に係る密閉式燃焼器1は、上蓋部2aを有する外側伝熱体2の内部に、いずれも円筒形状の第一隔壁3、第二隔壁4、第三隔壁5を備えている。外側伝熱体2下端部にはフランジ2bが設けられており、第二隔壁4に設けられたフランジ4aとパッキン(図示せず)を介して接合され、外側伝熱体2の内側空間を気密に維持するように構成されている。
外側伝熱体2と第一隔壁3との間に形成される空間は、後述するように燃焼ガス流路6として利用される。第二隔壁4と第三隔壁5、及び、第一隔壁3と第二隔壁4との間に形成される空間は、それぞれ混合ガス流路7a、7b(請求項の第一の混合ガス流路部、第二の混合ガス流路部に該当)として利用される。また、第三隔壁5の内側空間は排ガス流路8として利用される。第三隔壁5は、後述するように伝熱面積,および熱伝達率を増やすために蛇腹状に構成されている。第一隔壁3の上端に設けられた折曲部7cの先端部は第三隔壁5の上端部と接合されており、混合ガス流路7a、7bと排ガス流路8とを区画するように構成されている。
外側伝熱体2の燃焼ガス流路6側には、複数の伝熱フィン6a(請求項における伝熱促進体に該当)が放射状に取り付けられており、後述するように、燃焼ガスと外側伝熱体2を介して貯湯槽10b内の水との熱交換促進を図るように構成されている。伝熱フィン6aは、火炎の接触を防止し、かつ、外側伝熱体2に効率よく均一に伝熱を行うことを可能とするため、上流側が幅狭で下流側が幅広の台形形状に構成されている。
また、第一隔壁3外表面には断熱用のセラミックスリーブ6b(請求項における伝熱抑制体に該当)がリング状に取り付けられており、第一隔壁3を介して燃焼ガス流路6側から混合ガス流路7b側への伝熱を抑制するように構成されている。
第三隔壁5の下端部は排気管15に接続されており、後述するように排気口15a(図4参照)を介して燃焼排気を外部に排出するように構成されている。
貯湯槽10bの下側空間10eには、燃料ガス配管11、エア配管12、排気管15が収容されている。燃料ガス配管11には、二連電磁弁及び圧力調整器を一体に備えたガス流量制御装置11aが介装されている。エア配管12の末端にはブロア12aが取り付けられており、外部から燃焼用空気を導入可能に構成されている。第三隔壁5に接続する排気管15の先端部には排気口15aが取り付けられており、燃焼排気を外部に排出するように構成されている。筐体10a下部には、機器の制御表示部、操作のためのパネル部10cが設けられている。
なお、貯湯式湯沸器10は、上記の各装置の他に燃焼、温度等の制御を行う制御部(図示せず)を備えている。
図6を参照して、燃料ガス配管11及びエア配管12を介して供給される燃料ガス及び燃焼用空気は合流部13で合流し、合流配管13aを経由して混合ガス流路7aに入り、流路内を混合しつつ上昇していく。上昇の過程で混合ガスは、排ガス流路8内を下降する燃焼排ガスとの第三隔壁5を介しての熱交換により予熱される。混合ガスは、さらに折り返し部7cで反転して混合ガス流路7bを下降し、燃焼部9に到達する。
燃焼部9において混合ガスは、メタルニットバーナ9aにおける燃焼反応により高温の燃焼ガスとなり、燃焼ガス流路6を上昇していく。この間、燃焼ガスは外側伝熱体2を介して貯湯槽10b内の水10fに放熱する。その際、流路内に伝熱フィン6aが設けられているため、貯湯槽10bへの伝熱が促進される。一方、第一隔壁3側に配設されているセラミックスリーブ6bの存在により、混合ガス流路7b側との熱交換が抑制されるため、貯湯槽側との熱交換がより効果的に行われる。燃焼ガスは貯湯槽10bへの放熱により低温の排ガスとなって、上蓋部2aの内側に沿って排ガス流路8内に導かれ、最終的に排気口15aから外部に排出される。
また,本実施形態では、第三隔壁を蛇腹状に構成する例を示したが、これに限らず、例えば複数の細管により構成し、排熱回収効率をさらに向上させることもできる。
また、本実施形態では密閉式燃焼器を被加熱液が水である貯湯槽内に沈設させる例を示したが、これに限らず油等、他の液体を入れた貯液槽に沈設させる形態とすることもできる。
次に図7を参照して、本発明の他の実施形態である密閉式燃焼器20について説明する。密閉式燃焼器20が第一の実施形態に係る密閉式燃焼器1と異なる点は、燃焼部9に至るまでの燃料ガス及び燃焼用空気の流路構成である。すなわち、密閉式燃焼器1においては合流部13、合流配管13aを備え、燃料ガス及び燃焼用空気はこれらを経て、共通の流路である混合ガス流路7aに入るように構成されている。これに対して、密閉式燃焼器20においては合流部を備えておらず、燃料ガス及び燃焼用空気は独立の流路を通過するように構成されている。すなわち、燃料ガスは第二隔壁4とその外側周囲の第四隔壁21により囲まれるガス流路25を、燃焼用空気はエア配管22から燃焼用空気流路24a、24bを、それぞれ通過する。
その他の構成については密閉式燃焼器1と同様であるので、重複説明を省略する。
燃焼用空気は、エア配管22を介して燃焼用空気流路24aに導入され、排気ガスと熱交換しつつ上昇し、折り返し部7cで反転して燃焼用空気流路24bを下降して、燃焼部9に到達する。一方、燃料ガスは燃料ガス配管23を介して流入口23aからガス流路25に導入され、流路内を上昇して流出口25aから燃焼用空気流路24b内に流入し、燃焼用空気と合流して燃焼部9に到達する。混合ガスは、メタルニットバーナ9aで燃焼して高温の燃焼ガスとなり、燃焼ガス流路6を上昇していく。
その後の燃焼ガス及び排ガスの挙動については密閉式燃焼器1と同様であるので、重複説明を省略する。
3・・・・第一隔壁
4・・・・第二隔壁
5・・・・第三隔壁
6・・・・燃焼ガス流路
6a・・・伝熱フィン
6b・・・セラミックスリーブ
7a、7b・・・混合ガス流路
8・・・・排ガス流路
9・・・・燃焼部
9a・・・メタルニットバーナ
10・・・貯湯式湯沸器
10a・・・外側筐体
10b・・・貯湯槽
11、23・・・燃料ガス配管
12、22・・・エア配管
13a・・・合流配管
15・・・排気管
21・・・第四隔壁
24a、24b・・・燃焼用空気流路
25・・・ガス流路
Claims (4)
- 被加熱液中に沈設される密閉式燃焼器であって、
上蓋部を有し、外表面が被加熱液と接して配設される筒形状の外側伝熱体と、
外側伝熱体の内側に、いずれも筒形状の第一隔壁と、第二隔壁と、第三隔壁と、を備え、
第三隔壁と第二隔壁との隙間に、燃料ガス及び燃焼用空気を通過させる第一の混合ガス流路部を形成し、
及び第二隔壁と第一隔壁との隙間であって、かつ、第一の混合ガス流路部の下流側に第二の混合ガス流路部を形成し、
第二の混合ガス流路部の末端に燃焼部を形成し、
第一隔壁と外側伝熱体との隙間であって、かつ、燃焼部の下流側に燃焼ガス流路部を形成し、
第三隔壁の内側であって、かつ、燃焼ガス流路部の下流側に排気流路部を形成し、
て成ることを特徴とする密閉式燃焼器。 - 前記燃焼ガス流路部は、
前記外側伝熱体の内側に、燃焼ガスと被加熱液との熱交換促進のための伝熱促進体と、
前記第一隔壁の外側に、燃焼ガスと混合ガスとの熱交換抑制のための伝熱抑制体と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の密閉式燃焼器。 - 前記第二隔壁と前記第三隔壁との間に第四隔壁を、さらに備えて成り、
該第四隔壁は、前記燃焼部の近傍に複数の燃料ガス流出口を備え、
燃焼用空気は、前記第一の混合ガス流路部及び前記第二の混合ガス流路部を通過し、
燃料ガスは、前記第三隔壁と第四隔壁との隙間に形成される燃料ガス流路部を通過し、かつ、該燃料ガス流出口において燃焼用空気と混合する、
ように構成したことを特徴とする請求項1又は2に記載の密閉式燃焼器。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の密閉式燃焼器において、
前記第三隔壁を介して、前記排気流路部を通過する排気ガスと、前記第一の混合ガス流路部を通過する混合ガスとを熱交換させることを特徴とする密閉式燃焼器の運転方法。
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