JP5553654B2 - 低ＮＯｘバーナ及びそれを用いたガス給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、水を加熱するための燃焼ガスを発生させる低ＮＯｘバーナとその低ＮＯｘバーナを用いたガス給湯機に関する。

燃焼時に発生する燃焼ガス中のＮＯｘ量の低減化を図るため、理論空燃比より燃料濃度が低い低濃度混合気を噴出する分割された炎口群により形成された前後方向に細長の淡炎口と、その淡炎口を囲んで配置された理論空燃比より燃料濃度が高い高濃度混合気を噴出する細長の濃炎口とを備える、所謂低ＮＯｘバーナがあり、その具体例が、例えば特許文献１に記載されている。
特許文献１の低ＮＯｘバーナは、低濃度混合気が淡炎口から噴出する前に、燃料ガスと空気が均一な濃度で混ざり合うように、低濃度混合気の導入口付近で流路面積が狭められている。

特開平７−４２９１７号公報

しかしながら、特許文献１の低ＮＯｘバーナでは、低濃度混合気が、流路面積の狭い箇所を進行方向をほとんど変えることなく通過するため、燃料ガスと空気のミキシングは限定的であり、淡炎口に安定して火炎が形成されず、燃焼時の騒音を増大させるという問題があった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされるもので、燃料ガスと空気のミキシングを促進して淡炎口から噴出する低濃度混合気の濃度分布を一様にし、且つ、低濃度混合気の時間的な濃度変化の度合いを小さくする低ＮＯｘバーナ及びその低ＮＯｘバーナを用いたガス給湯機を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る低ＮＯｘバーナは、第１の管状流路のガスと空気の導入口から導入された理論空燃比より燃料濃度の低い低濃度混合気を上方に噴出する細長の淡炎口、及び該淡炎口を囲んで配置され、第２の管状流路のガスと空気の導入口から導入された理論空燃比より燃料濃度の高い高濃度混合気を上方に噴出する細長の濃炎口を備える低ＮＯｘバーナにおいて、前後方向に沿って配置された前記第１の管状流路には、管壁に、該第１の管状流路に沿って後方に直進する前記低濃度混合気が当たって沿う傾斜部を形成して、該低濃度混合気に、後方に向かって時計回り、あるいは、反時計回りの旋回流を与える旋回部が設けられている。

第１の発明に係る低ＮＯｘバーナにおいて、前記第１の管状流路は、断面が、左右に２つ割りされた前記管壁によって縦長の長円形状に形成され、前記傾斜部は、２つ割りされた一方の前記管壁の上部と、他方の前記管壁の下部に設けられるのが好ましい。

第１の発明に係る低ＮＯｘバーナにおいて、前記第１の管状流路は、前記管壁に外側に突出する突出部を有するのが好ましい。

前記目的に沿う第２の発明に係るガス給湯機は、第１の発明に係る低ＮＯｘバーナを用いるガス給湯機であって、前記低ＮＯｘバーナと、該低ＮＯｘバーナから燃焼ガスを取込んで水を加熱する一次熱交換器と、前記一次熱交換器から排出される前記燃焼ガスによって、前記一次熱交換器に供給する水を予熱する二次熱交換器とを有する。

第１の発明に係る低ＮＯｘバーナ及び第２の発明に係るガス給湯機は、第１の管状流路の途中には、管壁に、直進する低濃度混合気が当たって沿う傾斜部を形成して、低濃度混合気に旋回流を与える旋回部が設けられているので、燃焼ガスと空気のミキシングが促進され、低濃度混合気の濃度分布を一様にし、かつ、低濃度混合気の時間的な濃度変化の度合いを小さくすることができる。

また、第１の発明に係る低ＮＯｘバーナ及び第２の発明に係るガス給湯機において、傾斜部が、２つ割りされた一方の管壁の上部と、他方の管壁の下部に設けられる場合、低濃度混合気に旋回流を安定して生じさせることができ、低濃度混合気の濃度分布を一様にして、淡炎口に発生する火炎の安定化を図ることが可能である。

そして、第１の発明に係る低ＮＯｘバーナ及び第２の発明に係るガス給湯機において、第１の管状流路が、管壁に外側に突出する突出部を有する場合、複数の低ＮＯｘバーナを等間隔で並列に密接配置した際に、隣り合う低ＮＯｘバーナの間に隙間を設けて空気層を形成することができ、この空気層による冷却作用によって、低ＮＯｘバーナの温度が高くなり過ぎないようにすることが可能である。また、隣り合う低ＮＯｘバーナの各間の間隔を一定に保つことによって、その隙間を流れる二次空気兼冷却空気の量を一様にすることができ、燃焼を安定させることが可能である。

本発明の一実施の形態に係る低ＮＯｘバーナを左側から見た斜視図である。 同低ＮＯｘバーナを右側から見た斜視図である。 同低ＮＯｘバーナを用いたガスバーナユニットの斜視図である。 同低ＮＯｘバーナを用いたガス給湯機の模式図である。 同低ＮＯｘバーナの平面図である。 同低ＮＯｘバーナの正面図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、同低ＮＯｘバーナの部分側面図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１〜図３、図５、図６に示すように、本発明の一実施の形態に係る低ＮＯｘガスバーナ１０は、第１の管状流路１１のガスと空気の導入口１２から導入された理論空燃比より燃料濃度の低い低濃度混合気を上方に噴出する細長の淡炎口１３、及び淡炎口１３を囲んで配置され、第２の管状流路１４のガスと空気の導入口１５から導入された理論空燃比より燃料濃度の高い高濃度混合気を上方に噴出する細長の濃炎口１６、１６ａを備える低ＮＯｘガスバーナである。以下、これらについて詳細に説明する。

図３に示すように、低ＮＯｘバーナ１０は、上部開放の外側ケース２９の内側に並列配置され、複数の低ＮＯｘバーナ１０及び外側ケース２９を有してガスバーナユニット１７が構成されている。
ガスバーナユニット１７は、ガス管１８（図４参照）から供給される燃料ガスと空気を混合してなる混合気を低ＮＯｘバーナ１０の上方へ噴出させて火炎となり燃焼ガスを発生させる。ここで、低ＮＯｘバーナ１０は、ＮＯｘ発生量の低減化が図られた濃淡バーナであるので、ＮＯｘが水に取り込まれて生成される酸性水のｐＨが改善され、ドレン水の処理が容易である。なお、図３には、２つの低ＮＯｘバーナ１０が、外側ケース２９内に距離を有して配置されているように描かれているが、実際には、複数、例えば１５〜２０個の低ＮＯｘバーナ１０が、近接して並列配置されている。

ガスバーナユニット１７は、図４に示すように、ガスバーナユニット１７の上部に配置された一次熱交換器１９に燃焼ガスを供給する。一次熱交換器１９は、下部から取込んだ燃焼ガスの顕熱によって直接的に水を加熱して湯をつくり、その湯を混合弁２０に送ると共に、上部から燃焼ガスを排出する。混合弁２０は、一次熱交換器１９でつくられた湯に、水道管２１を介して流入する水道水を混合して所定温度の湯をつくり、その湯を出湯管２２に供給する。
また、ガスバーナユニット１７の底部には、ガスバーナユニット１７内に空気を供給するファン２３が固定されている。

一次熱交換器１９の後流には、一次熱交換器１９から排出された燃焼ガスによって、一次熱交換器１９に供給する水を予熱する二次熱交換器２４が配置されている。従って、ガスバーナユニット１７、一次熱交換器１９及び二次熱交換器２４等を有するガス給湯機２５は、一次熱交換器１９及び二次熱交換器２４でそれぞれ燃焼ガスの顕熱及び潜熱を用いて効率的に水を加熱することできる。なお、二次熱交換器２４によって予熱される水は、水道管２１から供給される。
また、一次熱交換器１９には、ガス給湯機２５に設けられた循環ポンプ２６の作動によって、水が循環する循環回路２７が接続されており、一次熱交換器１９は、給湯に使う湯を加熱すると共に、循環回路２７を流れる水を加熱して浴槽等に供給する。なお、ガスバーナユニット１７をはじめとするガス給湯機２５を構成する機能部品、部材等は箱状のケーシング２８内に配置、固定されている。

図３に示すように、外側ケース２９の外壁部には、低ＮＯｘバーナ１０に点火する電極３０を備えた点火及び火炎検出手段３１が設けられ、点火及び火炎検出手段３１の下部に、左右方向に等間隔で配置された複数の開口３２が形成されている。低濃度混合気は、この開口３２から導入される燃料ガスと空気から生成され、外側ケース２９内に配置された低ＮＯｘバーナ１０に供給される。
また、開口３２の上部には、低ＮＯｘバーナ１０に供給される高濃度混合気を生成するための燃料ガスと空気が導入される複数の開口（図示せず）が形成されている。

図１、図２、図５に示すように、外側ケース２９内に並列配置される低ＮＯｘバーナ１０は、前後に細長い淡炎口１３と、淡炎口１３を間に挟んで平行配置（即ち、囲んで配置）された前後に細長い濃炎口１６、１６ａを備えている。そして、淡炎口１３と濃炎口１６、１６ａの各間には、混合気等の噴出しをしない遮断領域３３が設けられ、淡炎口１３と濃炎口１６、１６ａに生成される火炎が干渉しないようにしている。淡炎口１３及び濃炎口１６、１６ａは、低ＮＯｘバーナ１０の上部に略同一高さで配置され、共に低ＮＯｘバーナ１０の前後方向全体に渡って形成されている。
濃炎口１６（濃炎口１６ａについても同じ）は、図５に示すように、濃炎口１６の長手方向（即ち前後方向）に沿って直線上に配置された複数（本実施の形態では４つ）の細長い高濃度混合気の流出口を備えている。淡炎口１３は、左右方向に密接して並列配置された前後方向に細長い複数（本実施の形態では３つ）のスリット３４を備え、各スリット３４には、前後方向に沿って直線上に配置された複数（本実施の形態では４つ）の細長い低濃度混合気の流出口が設けられている。

低ＮＯｘバーナ１０には、下部前側に、低濃度混合気の流入口となる第１の管状流路１１のガスと空気の導入口１２が設けられ、第１の管状流路１１の後部には、第１の管状流路１１と淡炎口１３を接続する連結流路３５の下端部が連結されている。
また、低ＮＯｘバーナ１０には、第１の管状流路１１のガスと空気の導入口１２の上側に、高濃度混合気の流入口となる第２の管状流路１４のガスと空気の導入口１５が設けられている。第２の管状流路１４は、図１、図２、図６に示すように、左右方向中央が上下に渡って仕切られて、左右に独立した横流路３６、３６ａを形成している。そして、低ＮＯｘバーナ１０は、横流路３６の後部に下端部が接続され、横流路３６と濃炎口１６を連結する拡幅流路３７、及び、横流路３６ａの後部に下端部が接続され、横流路３６ａと濃炎口１６ａを連結する拡幅流路３７ａを備えている。
この構造により、ガスと空気の導入口１２から第１の管状流路１１に導入された低濃度混合気は、連結流路３５を通って淡炎口１３に送られ、ガスと空気の導入口１５から横流路３６、３６ａに導入された高濃度混合気はそれぞれ、拡幅流路３７、３７ａを通過して濃炎口１６、１６ａに送られる。

低ＮＯｘバーナ１０の上側半分には、左右方向に左から順に、拡幅流路３７、連結流路３５、及び拡幅流路３７ａが配置されており、各流路は、上下方向に沿って配置された金板材によって仕切られている。また、拡幅流路３７（拡幅流路３７ａについても同じ）には、図１、図２に示すように、横流路３６の高濃度混合気の出口側（後方）に、複数の内側突出部３８が配置され、横流路３６に沿って後方に進行する高濃度混合気は、内側突出部３８に衝突して拡幅流路３７内で拡散し、濃炎口１６の前後方向の異なる箇所に向かって万遍なく拡散して流れる。

図１、図２、図６に示すように、第１の管状流路１１、ガスと空気の導入口１２等を形成する低ＮＯｘバーナ１０の本体金具４０は、金板材をプレス加工によって成形してなる水平配置されたバーナ形成部材を、中央に設けた前後方向に沿う折り線を基準に谷折りに左右それぞれ９０度ずつ折り曲げて形成されている。前後方向に沿って配置された第１の管状流路１１は、バーナ形成部材に設けられた管壁４１、４２を左右から合わせて形成され、第１の管状流路１１の断面は、この左右に２つ割りされた管壁４１、４２によって上下方向に縦長の長円形状になっている。

そして、管壁４１の下部及び管壁４２の上部には、それぞれガスと空気の導入口１２から導入され、第１の管状流路１１内を直進する低濃度混合気が当たって沿う傾斜部４１ａ、４２ａが設けられている。
傾斜部４１ａ、４２ａは、ガスと空気の導入口１２の形成箇所の後方から形成され、それぞれ上向き及び下向きに傾斜し、前後方向、即ち第１の管状流路１１の軸心に対する傾斜角度は、それぞれθ１及びθ２である。本実施の形態では、θ１及びθ２は、５〜２０度の角度であり、具体的には、θ１＝θ２＝１５度になっている（図７（Ａ）、（Ｂ）参照）。
第１の管状流路１１は、この傾斜部４１ａ、４２ａによって、ガスと空気の導入口１２から前後方向中央に向かって低濃度混合気の流路面積が徐々に縮小し、傾斜部４１ａ、４２ａの形成箇所の後方は、低濃度混合気の流路面積が徐々に拡大している。

ガスと空気の導入口１２から流入した低濃度混合気は、第１の管状流路１１に沿って後方に進行（直進）する際に、傾斜部４１ａ、４２ａに当たって左側の傾斜部４１ａでは上向きのベクトルを、右側の傾斜部４２ａでは下向きのベクトルをそれぞれ得るので、第１の管状流路１１は、低濃度混合気に対して、後方に向かって時計回りの旋回流を与えることができる。従って、低濃度混合気は、第１の管状流路１１を通過することによって燃料ガスと空気のミキシングが促進され、均一な濃度分布にすることができる。また、実験により傾斜部を設けないガスバーナと比較して、淡炎口に生成される火炎の安定性が１０〜１５％程度向上するのを確認している。本実施の形態では、この傾斜部４１ａ、４２ａによって、低濃度混合気に旋回流を与える旋回部４３を形成している。

また、第１の管状流路１１には、図１、図２、図６に示すように、管壁４１、４２に、外側に突出する突出部４４、４５がそれぞれ形成されている。この突出部４４、４５は同一の突出高を有し、それぞれ左右に０．２〜１．２ｍｍの範囲（本実施の形態では、０．５ｍｍ）で突出している。低ＮＯｘバーナ１０は、隣り合う低ＮＯｘバーナ１０に突出部４４、４５を当接して外側ケース２９内に並列配置されるので、隣り合う低ＮＯｘバーナ１０の間には、ファン２３から送られる二次空気兼冷却空気の流路が確保される。従って、低ＮＯｘバーナ１０は、この二次空気兼冷却空気が低ＮＯｘバーナ１０の外面に沿って流れることにより温度が高くなりすぎないように冷却されている。また、二次空気兼冷却空気の通る間隔はそれぞれに同一なるので、燃焼を安定させることができる。

また、低ＮＯｘバーナ１０には、図１、図２、図６に示すように、左右の側面の上部に、前後方向に形成された横溝４６が設けられている。横溝４６は、低ＮＯｘバーナ１０側面の強度を保つ効果を有するのに加え、拡幅流路３７、３７ａの流路面積を狭めて拡散することにより高濃度混合気の上昇速度を緩やかにし、濃炎口１６、１６ａの前端から後端までの高濃度混合気の噴出速度を均一化している。
低ＮＯｘバーナ１０の左右の側面の上部前方に形成された円形突出部４７は、ファン２３（図４参照）の作動によって、近接配置された複数の低ＮＯｘバーナ１０間の隙間を上昇する二次空気の流速を部分的に抑えている。従って、この円形突出部４７は、中央に位置する低ＮＯｘバーナ１０に点火された火炎が、左右に隣り合って配置された低ＮＯｘバーナ１０に火移りしやすい環境をもたらしている。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、第１の管状流路に設けられる傾斜部は、低濃度混合気に後方に向かって反時計回り（方向）の旋回流を与える形状でもよい。

１０：低ＮＯｘバーナ、１１：第１の管状流路、１２：ガスと空気の導入口、１３：淡炎口、１４：第２の管状流路、１５：ガスと空気の導入口、１６、１６ａ：濃炎口、１７：ガスバーナユニット、１８：ガス管、１９：一次熱交換器、２０：混合弁、２１：水道管、２２：出湯管、２３：ファン、２４：二次熱交換器、２５：ガス給湯機、２６：循環ポンプ、２７：循環回路、２８：ケーシング、２９：外側ケース、３０：電極、３１：点火及び火炎検出手段、３２：開口、３３：遮断領域、３４：スリット、３５：連結流路、３６、３６ａ：横流路、３７、３７ａ：拡幅流路、３８：内側突出部、４０：本体金具、４１：管壁、４１ａ：傾斜部、４２：管壁、４２ａ：傾斜部、４３：旋回部、４４、４５：突出部、４６：横溝、４７：円形突出部

Claims (4)

1. 第１の管状流路のガスと空気の導入口から導入された理論空燃比より燃料濃度の低い低濃度混合気を上方に噴出する細長の淡炎口、及び該淡炎口を囲んで配置され、第２の管状流路のガスと空気の導入口から導入された理論空燃比より燃料濃度の高い高濃度混合気を上方に噴出する細長の濃炎口を備える低ＮＯｘバーナにおいて、
   前後方向に沿って配置された前記第１の管状流路には、管壁に、該第１の管状流路に沿って後方に直進する前記低濃度混合気が当たって沿う傾斜部を形成して、該低濃度混合気に、後方に向かって時計回り、あるいは、反時計回りの旋回流を与える旋回部が設けられていることを特徴とする低ＮＯｘバーナ。
2. 請求項１記載の低ＮＯｘバーナにおいて、前記第１の管状流路は、断面が、左右に２つ割りされた前記管壁によって縦長の長円形状に形成され、前記傾斜部は、２つ割りされた一方の前記管壁の上部と、他方の前記管壁の下部に設けられることを特徴とする低ＮＯｘバーナ。
3. 請求項１又は２記載の低ＮＯｘバーナにおいて、前記第１の管状流路は、前記管壁に外側に突出する突出部を有することを特徴とする低ＮＯｘバーナ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の低ＮＯｘバーナを用いるガス給湯機であって、前記低ＮＯｘバーナと、該低ＮＯｘバーナから燃焼ガスを取込んで水を加熱する一次熱交換器と、前記一次熱交換器から排出される前記燃焼ガスによって、前記一次熱交換器に供給する水を予熱する二次熱交換器とを有することを特徴とするガス給湯機。

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