JP5553665B2 - 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細長の淡炎口と、その淡炎口の左右に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バーナでは、淡炎口を長手方向に分割して形成された複数のガス噴出口を有する長尺のガス噴出部材（リボン）が、各ガス噴出口から噴出される低濃度混合気の流速を調整して、形成される火炎の高さのバランスをとり、その安定化を図っている。

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、淡炎口の分割箇所でガス噴出部材を分割して形成され、ガス噴出部材の長手方向に沿って配置された複数の構成単位部が全て同一形状であり、ガス噴出部材は、異なるガス噴出口について低濃度混合気の噴出流速を調整するための機能を備えていなかった。そのため、異なるガス噴出口間で低濃度混合気の噴出流速を同程度にバランスを取り個々の淡炎口に形成される火炎の高さを調整するには、ガス噴出部材以外の部材に流速調整のための部位、機構等を設ける必要があり、設計の自由度が限られていた。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされるもので、ガス噴出部材に低濃度混合気の流速を調整する機能を設け、異なるガス噴出口から噴出する低濃度混合気の流速を同程度にする低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前後方向に細長の淡炎口、及び該淡炎口を囲って配置され、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前後方向に細長の第１、第２の濃炎口を備える低ＮＯｘバーナにおいて、上端部に前記淡炎口が設けられた前後方向に長いガス噴出部材は、該淡炎口を分割してなる前後方向に沿って配置された複数のガス噴出口と、該複数のガス噴出口の直下にそれぞれ配置されたガス流入口とを備え、前後方向両端部にある前記ガス流入口は、他の前記ガス流入口に比べて開口面積が小さく、前後方向両端部にある前記ガス流入口の該ガス流入口の上方にある前記ガス噴出口に対する開口面積比は、他の前記ガス流入口の該ガス流入口の上方にある前記ガス噴出口に対する開口面積比より小さい。

第１の発明に係る低ＮＯｘバーナにおいて、前後方向両端部にある前記ガス流入口の開口面積は、他の前記ガス流入口の開口面積に対して８５％以上９５％以下の大きさであるのが好ましい。

第１の発明に係る低ＮＯｘバーナにおいて、前記ガス噴出部材は、前後方向両端部にある前記ガス噴出口の下側と、その他の前記ガス噴出口の直下にある前記ガス流入口の上側とに、導入される前記低濃度混合気の流れを遮る整流部を有するのが好ましい。

第１の発明に係る低ＮＯｘバーナにおいて、前記第１、第２の濃炎口の下部に、平面視して、基端が該第１、第２の濃炎口に左側及び右側から密接し、先端が左右にそれぞれ突出した第１、第２の突出部を有し、複数の該低ＮＯｘバーナが近接して並列配置されるのが好ましい。

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バーナを燃焼させることにより発生する燃焼ガスにより直接的に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、ガス噴出部材の前後方向両端部にあるガス流入口が、他のガス流入口に比べて開口面積が小さいので、ガス噴出部材は、前後方向両端部と中央側で異なる形状となってガス噴出口から噴出される低濃度混合気の流速を調整することが可能である。

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、前後方向両端部にあるガス流入口の開口面積が、他のガス流入口に対して８５％以上９５％以下の大きさである場合、ガス噴出部材は、前後方向中央側と比較して、前後方向両端部にあるガス流入口から導入される低濃度混合気を絞る構造となって、前後方向の異なる箇所に配置されたガス噴出口からの低濃度混合気の噴出流速を調整することができる。

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、前後方向両端部にあるガス噴出口の下側と、その他のガス噴出口の直下にあるガス流入口の上側とに、導入される低濃度混合気の流れを遮る整流部を有する場合、ガス噴出口から噴き出される低濃度混合気は、流速が調整され、淡炎口に安定した火炎を形成可能である。

更に、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、第２の濃炎口の下部に、平面視して、基端が第１、第２の濃炎口に左側及び右側から密接し、先端が左右にそれぞれ突出した第１、第２の突出部を有し、近接して並列配置される場合、隣り合う低ＮＯｘバーナの各間を上昇する二次空気兼冷却空気の流れを部分的に阻害でき、並列配置された低ＮＯｘバーナに、隣り合う低ＮＯｘバーナ間で火移りしやすい箇所を確保可能である。

本発明の一実施の形態に係る低ＮＯｘバーナの斜視図である。 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。 外側金板を省略した同低ＮＯｘバーナの側面図である。 同低ＮＯｘバーナが備えるカバー部材の側面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ同低ＮＯｘバーナが備えるガス噴出部材の平面図、側面図及び底面図である。 淡炎口上部での低濃度混合気の噴出流速を示すグラフである。

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４〜図６に示すように、本発明の一実施の形態に係る低ＮＯｘ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前後方向に細長の淡炎口１３、及び淡炎口１３を囲って配置され、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前後方向に細長の第１、第２の濃炎口１６、１７を備えるガスバーナである。以下、これらについて詳細に説明する。

図２に示すように、低ＮＯｘバーナ１０は、上部が矩形に開口した外側ケース１８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１８を有してガスバーナユニット１９が構成されている。ガスバーナユニット１９は、ガス管２０（図３参照）を介して供給される燃料ガスに空気を混合してなる混合気を低ＮＯｘバーナ１０によって燃焼させることにより燃焼ガスを発生させる。
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２には、２つの低ＮＯｘバーナ１０が、外側ケース１８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１９は、図３に示すように、ガスバーナユニット１９の上部に配置された一次熱交換器２１に燃焼ガスを供給する。一次熱交換器２１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２２に送ると共に、上部から燃焼ガスを排出する。混合弁２２は、一次熱交換器２１でつくられた湯に、水道管２３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２４に供給する。
また、ガスバーナユニット１９の底部には、ガスバーナユニット１９内に空気を供給するファン２５が固定されている。

一次熱交換器２１の後流には、一次熱交換器２１から排出された燃焼ガスによって、一次熱交換器２１に供給する水を予熱する二次熱交換器２６が配置されている。従って、ガスバーナユニット１９、一次熱交換器２１及び二次熱交換器２６等を有するガス給湯機２７は、一次熱交換器２１及び二次熱交換器２６によってそれぞれ燃焼ガスの顕熱及び潜熱を用いて水を効率的に加熱することができる。なお、二次熱交換器２６によって予熱される水は、水道管２３から供給される。
また、一次熱交換器２１には、ガス給湯機２７に設けられた循環ポンプ２８の作動によって、水が循環する循環回路２９が接続されており、一次熱交換器２１は、給湯に使う湯の生成と共に、循環回路２９を流れる水を加熱して浴槽等に供給可能である。なお、ガスバーナユニット１９をはじめとするガス給湯機２７を構成する機能部品、部材等は箱状のケーシング３０内に配置、固定されている。

図２に示すように、外側ケース１８の外壁部には、低ＮＯｘバーナ１０に点火する電極３２を備えた点火及び火炎検知手段３３が設けられ、点火及び火炎検知手段３３の下部に、左右方向に等間隔で配列された複数の開口３４が形成されている。低濃度混合気は、この開口３４を通って、外側ケース１８内に配置された低ＮＯｘバーナ１０に供給される。
また、開口３４の上部には、低ＮＯｘバーナ１０に供給される高濃度混合気が通過する複数の開口（図示せず）が等間隔に配列されている。

図１、図４に示すように、低ＮＯｘバーナ１０は、前後方向に細長い淡炎口１３と、淡炎口１３を囲うように左右に平行配置された前後方向に細長い第１、第２の濃炎口１６、１７を備えている。そして、淡炎口１３と第１、第２の濃炎口１６、１７の各間には、混合気等の噴き出しをしない遮断領域３５が設けられ、淡炎口１３と第１、第２の濃炎口１６、１７に形成される火炎が干渉しないようにしている。淡炎口１３及び第１、第２の濃炎口１６、１７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。

第１の管状流路１１、ガスと空気の導入口１２等を形成する、図１、図５に示す低ＮＯｘバーナ１０の本体金具３７は、被加工板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左右の部位をそれぞれ９０°折り曲げて形成されている。
そして、本体金具３７の上部には、折り曲げられたバーナ形成部材の上部内側が、左右側面に当接する、図４、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示す前後方向に長いガス噴出部材３８が固定されている。ガス噴出部材３８は、上端部に淡炎口１３を備え、下端部から流入する低濃度混合気を、淡炎口１３から噴出する。
本体金具３７には、図１、図５に示すように、第１の管状流路１１の後部に、下端部が連結された幅広縦流路３９が設けられ、幅広縦流路３９は、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を拡散し、上部にあるガス噴出部材３８に案内する。

図１、図６に示すように、本体金具３７の上半分全体は、第２の管状流路１４及びガスと空気の導入口１５等を形成するカバー部材４０によって覆われている。
カバー部材４０は、前端部及び後端部が、それぞれ本体金具３７及びガス噴出部材３８の前端部及び後端部を挟んだ状態で圧着され、本体金具３７とガス噴出部材３８を固定している。また、カバー部材４０は、カバー部材４０の左側部位と本体金具３７の左側面、及びカバー部材４０の右側部位と本体金具３７の右側面によって、それぞれ連結路４１、４２を形成している。連結路４１、４２は、下端部が第２の管状流路１４として形成され、上端部に第１、第２の濃炎口１６、１７がそれぞれ形成されているので、ガスと空気の導入口１５から第２の管状流路１４に導入された高濃度混合気は、第１、第２の濃炎口１６、１７にそれぞれ送られる。なお、カバー部材４０には、第２の管状流路１４に沿って後方に流れる高濃度混合気を連結路４１、４２内で拡散する円形突出部４３、４４、及び長円突出部４５が設けられている（図１、図５、図６参照）。

図４に示すように、第１の濃炎口１６（第２の濃炎口１７についても同じ）は、第１の濃炎口１６の長手方向（即ち前後方向）に沿って分割され、直線上に配置された細長の複数（本実施の形態では４つ）のガス噴出口４６を形成している。そして、カバー部材４０は、上部に、前後方向に等間隔で平行配置された３つの細長連結部４７を有し、第１の濃炎口１６は、この細長連結部４７によって、分割されて４つのガス噴出口４６を形成している。ガス噴出口４６は、長手方向中央が淡炎口１３に向かって左右方向に突出した湾曲部４８を有している。
なお、細長連結部４７は、本体金具３７の左側及び右側にそれぞれ配置されるカバー部材４０の左側部位と右側部位を連結している。

また、ガス噴出部材３８は、図４、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、上部に細長連結部４７のある箇所で上側の部位が左右から密着して淡炎口１３を分割し、４つのガス噴出口５１〜５４を形成している。ガス噴出口５１〜５４は、図７（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、前後方向に沿って前から順に配置され、それぞれの直下には、ガス流入口５１ａ〜５４ａがそれぞれ配置されている。
ガス噴出部材３８には、前後方向に沿って対向配置された対となる左外壁板４９と右外壁板５０が設けられ、ガス噴出口５１〜５４とガス流入口５１ａ〜５４ａの外周部は、それぞれ左外壁板４９及び右外壁板５０の上端部と、左外壁板４９及び右外壁板５０の下端部によって形成されている。左外壁板４９と右外壁板５０の間には、内側板５５、５６が対向配置されている。内側板５５、５６は、ガス噴出口５１〜５４及びガス流入口５１ａ〜５４ａを分割して左右方向に並列配置された３つの開口を形成し、この３つの開口の横幅Ｗは、本実施の形態では０．８ｍｍ以上１．２ｍｍであり、具体的には１．１ｍｍである。
左外壁板４９、右外壁板５０及び内側板５５、５６は同じ高さＨを有している（図７（Ｂ）参照）。本実施の形態では、Ｈは２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、具体的には２１ｍｍである。Ｈが２０ｍｍ未満の場合、ガス噴出口５１〜５４に形成される火炎が逆火するおそれがあり、３０ｍｍを超える場合には、低ＮＯｘバーナ１０にガス噴出部材３８を装着するための高さ方向の寸法を必要とし、これを確保するのが困難となり設計の自由度が制約される。

ガス噴出部材３８には、上側部位及び下側部位に、左外壁板４９、内側板５５、５６及び右外壁板５０が密着した箇所があり、ガス噴出部材３８は、その密着箇所によって独立した４つのガス噴出口５１〜５４と４つのガス流入口５１ａ〜５４ａを形成している。
また、ガス噴出部材３８の下側部位は、前後方向両端部にあるガス流入口５１ａ、５４ａの各前後方向中央の位置でも、左外壁板４９、内側板５５、５６及び右外壁板５０が密着しており、ガス流入口５１ａ、５４ａの開口面積を、他のガス流入口５２ａ、５３ａの開口面積に比べて小さくしている。ガス流入口５１ａ、５４ａの開口面積は、ガス流入口５２ａ、５３ａの開口面積に対して８５％以上９５％以下の大きさである。
ガス流入口５２ａ、５３ａには、左外壁板４９、内側板５５、５６及び右外壁板５０が密着した箇所はなく、ガス流入口５２ａ、５３ａは、ガス流入口５１ａ、５４ａに比べて低濃度混合気の流入が促進される構造になっている。

左外壁板４９及び右外壁板５０は、ガス噴出口５２、５３それぞれの前後方向中央の位置でも、上側部位が左右から密着している。
ガス噴出口５１、５４は、ガス流入口５２ａ、５３ａに対して９７％以上１０３％以下（本実施の形態では１００％）の開口面積を有し、ガス噴出口５２、５３についても、ガス流入口５１ａ、５４ａに対して９７％以上１０３％以下（本実施の形態では１００％）の開口面積を有している。
内側板５５、５６は、ガス噴出口５１〜５４の各間及びガス噴出口５１〜５４それぞれの前後方向中央の位置で、上下に渡って左右から密着している。

ガス噴出部材３８は、ガス噴出口５１、５４の各前後方向中央の下位置と、ガス流入口５２ａ、５３ａの各前後方向中央の上位置で、左外壁板４９と右外壁板５０が内側に突出して、それぞれ内側板５５、５６に接触しており、この突出によって整流部５７を形成している。
整流部５７は、導入される低濃度混合気の流れを遮って、ガス噴出口５１〜５４から出る低濃度混合気の流出量を調整し、淡炎口１３に安定した火炎が生成されるようにしている。

前述の通り、ガス噴出部材３８は、上端部及び下端部にそれぞれガス噴出口５１及びガス流入口５１ａを備える上下に渡る部位（ガス噴出口５４及びガス流入口５４ａを備える部位についても同じ）と、上端部及び下端部にそれぞれガス噴出口５２及びガス流入口５２ａを備える上下に渡る部位（ガス噴出口５３及びガス流入口５３ａを備える部位についても同じ）の形状が異なっている。これは各部位を全て同形状にした場合、淡炎口の両端部にあるガス噴出口に生成される火炎が、淡炎口の中央にあるガス噴出口に生成されるものに比べて大きくなるからであり、ガス噴出部材３８は、両端側の部位と中央側の部位の形状を上下逆にして、淡炎口１３に生成される各火炎を同程度の大きさにしている。

ガス噴出部材３８を用いたときと、それぞれの部位を全て同形状にしたガス噴出部材を用いたときについて、ガス噴出口から噴出される低濃度混合気の速度を実測した結果を、図８に示す。ここで、全ての部位を同形状にしたガス噴出部材は、各部位が、ガス噴出部材３８のガス噴出口５２を上端部に有する部位と同形状を備えている。
図８は、後側端部に位置するガス噴出口について、後側半分を計測した結果を表し、（ａ）がガス噴出部材３８の場合、（ｂ）、（ｃ）が全ての部位を同形状にしたガス噴出部材の場合を示している。図８において、縦軸は噴出される低濃度混合気の流速であり、横軸は計測箇所であり、０地点が計測範囲の前側端部（即ち、ガス噴出口の前後方向中心）を示し、０地点から最も離れた箇所を計測範囲の後側端部を示している。
本実験によって、（ａ）の最も速度の速い値が、（ｂ）、（ｃ）に対して、それぞれ約８０％、約７０％になっているのが確認できた。
そして、図８には示されていないが、（ｂ）、（ｃ）の測定に用いたガス噴出部材の中央側に配置されたガス噴出口から噴出される低濃度混合気の流速は、（ｂ）、（ｃ）に対して７０％以上８０％以下となったが、ガス噴出部材３８では、ガス噴出口５１〜５４から噴出される低濃度混合気の流速は、９５％以上１０５％以下の範囲で略同一となった。

また、カバー部材４０には、上部前側に左右に突出した第１、第２の突出部５８、５９が設けられている。第１、第２の突出部５８、５９は、平面視して、基端が第１、第２の濃炎口１６、１７に左側及び右側から密接し、先端が左右にそれぞれ突出し、その先端の頂面が平面に形成されている。
第１、第２の突出部５８、５９は、ファン２５の作動によって、近接配置された複数の低ＮＯｘバーナ１０の各間にある隙間を上昇する二次空気兼冷却空気の流れを部分的に抑え、外側ケース１８の中央に位置する低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に火移りしやすくしている。

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、ガス噴出部材に設けられるガス噴出口及びガス流入口の数は１２個に限定する必要はなく、他の数、例えば１６個にしてもよい。

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：第１の濃炎口、１７：第２の濃炎口、１８：外側ケース、１９：ガスバーナユニット、２０：ガス管、２１：一次熱交換器、２２：混合弁、２３：水道管、２４：出湯管、２５：ファン、２６：二次熱交換器、２７：ガス給湯機、２８：循環ポンプ、２９：循環回路、３０：ケーシング、３２：電極、３３：点火及び火炎検知手段、３４：開口、３５：遮断領域、３７：本体金具、３８：ガス噴出部材、３９：幅広縦流路、４０：カバー部材、４１、４２：連結路、４３、４４：円形突出部、４５：長円突出部、４６：ガス噴出口、４７：細長連結部、４８：湾曲部、４９：左外壁板、５０：右外壁板、５１、５２、５３、５４：ガス噴出口、５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａ：ガス流入口、５５、５６：内側板、５７：整流部、５８：第１の突出部、５９：第２の突出部

Claims (5)

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前後方向に細長の淡炎口、及び該淡炎口を囲って配置され、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前後方向に細長の第１、第２の濃炎口を備える低ＮＯｘバーナにおいて、
   上端部に前記淡炎口が設けられた前後方向に長いガス噴出部材は、該淡炎口を分割してなる前後方向に沿って配置された複数のガス噴出口と、該複数のガス噴出口の直下にそれぞれ配置されたガス流入口とを備え、
   前後方向両端部にある前記ガス流入口は、他の前記ガス流入口に比べて開口面積が小さく、前後方向両端部にある前記ガス流入口の該ガス流入口の上方にある前記ガス噴出口に対する開口面積比は、他の前記ガス流入口の該ガス流入口の上方にある前記ガス噴出口に対する開口面積比より小さい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、前後方向両端部にある前記ガス流入口の開口面積は、他の前記ガス流入口の開口面積に対して８５％以上９５％以下の大きさであることを特徴とする低ＮＯｘガスバーナ。
3. 請求項１又は２記載の低ＮＯｘバーナにおいて、前記ガス噴出部材は、前後方向両端部にある前記ガス噴出口の下側と、その他の前記ガス噴出口の直下にある前記ガス流入口の上側とに、導入される前記低濃度混合気の流れを遮る整流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バーナにおいて、前記第１、第２の濃炎口の下部に、平面視して、基端が該第１、第２の濃炎口に左側及び右側から密接し、先端が左右にそれぞれ突出した第１、第２の突出部を有し、複数の該低ＮＯｘバーナが近接して並列配置されることを特徴とする低ＮＯｘバーナ。
5. 請求項１〜４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バーナを燃焼させることにより発生する燃焼ガスにより直接的に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。

Images