JP5571497B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、バーナ本体の上面に燃焼板が装着され、燃料ガスと一次空気との予混合ガスを燃焼板に形成した多数の炎孔から噴出させて全一次燃焼させる全一次燃焼式バーナを備える燃焼装置に関する。

従来、この種の燃焼装置として、特許文献１に記載のものが知られている。この燃焼装置は、全一次燃焼式バーナを燃焼筐内の下部に収納すると共に、燃焼筐の最下部に、バーナ収納部に対し仕切り板で仕切られた給気室を設け、燃焼ファンから給気室に送風される空気がバーナに一次空気として供給されるようにしている。また、バーナ本体の外壁部外面と燃焼筐の壁面との間に通気間隙を確保し、仕切り板に、通気間隙に臨む多数の分布孔を形成している。そして、燃焼ファンから給気室に送風される空気の一部が分布孔と通気間隙とを介してバーナより上方の燃焼筐内の部分に冷却空気として供給されるようにしている。これにより、高温の燃焼排ガスが燃焼筐の壁面に触れなくなり、燃焼排ガスによる燃焼筐の熱損が防止される。

また、このものでは、通気間隙に幅狭の通気抵抗部を設けている。そして、給気室から分布孔を介して通気間隙に流入する空気量が場所によって不均一になっても、通気抵抗部より下方の通気間隙の部分で均圧化されて、通気抵抗部より上方の通気間隙の部分にその全周に亘って均等に空気が流れ、燃焼筐の壁面に全周に亘り均一に冷却空気が流れるとしている。

然し、上記従来例のものでは、バーナと燃焼筐との相関（バーナと燃焼筐との相互の位置関係）で通気抵抗部の幅が決定されるため、バーナの組付け誤差により、通気抵抗部の幅が前後、左右で不均一になることがある。この場合、通気抵抗部の幅が広い方に冷却空気が多く流れ、通気抵抗部の幅が狭い部分に流れる冷却空気が不足して、燃焼筐の熱損を生ずる恐れがある。

特開２００７−２９２３４２号公報

本発明は、以上の点に鑑み、バーナと燃焼筐との相関に関係なく燃焼筐内に安定して冷却空気を供給できるようにした燃焼装置を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、バーナ本体の上面に燃焼板が装着され、燃料ガスと一次空気との予混合ガスを燃焼板に形成した多数の炎孔から噴出させて全一次燃焼させる全一次燃焼式バーナと、燃焼板の上方の燃焼空間を囲う燃焼筐と、バーナの下側に設けられる給気室と、給気室に接続される燃焼ファンとを備え、燃焼ファンから給気室に送風される空気がバーナに一次空気として供給されるようにした燃焼装置であって、バーナ本体の外壁部に、給気室に連通する通気路が一体に形成され、燃焼ファンから給気室に送風される空気の一部が通気路を介して燃焼筐内に冷却空気として供給されることを特徴とする。

本発明によれば、冷却空気を流す通気路がバーナ本体の外壁部に一体に形成されるため、バーナと燃焼筐との相関によって通気路の幅がばらつくことがない。従って、バーナと燃焼筐との相関に関係なく、燃焼筐内に一次空気を安定して供給できる。また、バーナ本体が通気路に流れる冷却空気により効果的に冷却され、バーナ本体に組付けるパッキン等の部品の劣化を抑制できる。

ところで、バーナの幅方向を横方向、奥行き方向を前後方向として、バーナ本体の下部前面は、バーナに対する燃料ガスの供給部となる。そのため、バーナ本体の前面の外壁部の下部に通気路を形成することはできない。また、バーナ本体内の下部に設けられる混合室での燃料ガスと一次空気との混合を促進するには、混合室の前後長をできるだけ長くする必要がある。ここで、バーナ本体の後面の外壁部の下部の厚さを、通気路を形成するために厚くしたのでは、混合室の前後長がその分短くなってしまう。従って、バーナ本体の後面の外壁部の下部に通気路を形成することは困難である。

そのため、本発明においては、バーナ本体の横方向両側の外壁部の下部に、給気室に連通する通気路の入口部分が形成され、バーナ本体の横方向両側及び前後の外壁部の上部に、入口部分に連通し、上方に開口する通気路の出口部分が形成されることが望ましい。これによれば、バーナ本体の前後の外壁部の下部に通気路を形成しなくても、バーナ本体の外壁部の上部全周に形成した出口部分から燃焼筐の壁面に全周に亘って冷却空気を流すことができる。

尚、燃焼筐の壁面に全周に亘って均一に冷却空気を流すには、出口部分の周方向各部の開口面積を調節して、入口部分からの冷却空気を出口部分の全周に分配する分布板をバーナ本体の上面に取付けることが望まれる。然し、これでは、部品点数が増してコストアップを招く。ここで、バーナ本体の上面には、一般的に、燃焼板を上方から押える方形の押え枠が取付けられる。そして、この押え枠に分布板を一体に形成すれば、部品点数が増加せず、コスト的に有利である。

また、燃焼筐に、燃焼板上に臨ませて、点火プラグ及び火炎検知素子を装着する場合、通気路は、点火プラグ及び火炎検知素子が装着される部分に冷却空気を集中的に流すように形成してもよい。これによれば、点火プラグ及び火炎検知素子を効果的に冷却して、その熱劣化を抑制できる。また、点火プラグや火炎検知素子の配線には、高価な耐熱リード線を用いる必要があるが、点火プラグ及び火炎検知素子の冷却により、耐熱性を要求される配線部分の長さが短くなる。そのため、耐熱リード線の長さを短縮して、コストダウンを図ることができる。

また、燃焼筐内に水を流す熱交換器を収納する場合、通気路は、熱交換器の入水部が配置される部分に冷却空気を集中的に流すように形成してもよい。ここで、熱交換器の入水部は低温であるため、燃焼排ガス中の水蒸気が入水部で結露し、結露水による燃焼筐の腐食、劣化を生じやすくなる。これに対し、入水部が配置される部分に集中的に冷却空気を流せば、入水部に当たる燃焼排ガスに冷却空気が多量に混入して、混入した部分の湿度が下がるので、入水部での結露が抑制される。その結果、結露水による燃焼筐の腐食、劣化を防止できる。

ところで、バーナ本体の外壁部の上部全周から冷却空気を噴出させると、燃焼排ガスも冷却されて僅かながら熱効率が低下する。一方、上記の如く、点火プラグ及び火炎検知素子が装着される部分や、熱交換器の入水部が配置される部分にのみ冷却空気を集中的に流せば、熱効率の低下も抑制できる。尚、燃焼筐の外周に給水管を巻回しておけば、燃焼筐の壁面に全周に亘って冷却空気を流さなくても、熱損を防止できるから、燃焼筐の壁面の一部だけに冷却空気を流しても問題はない。

本発明の第１実施形態の燃焼装置の斜視図。 第１実施形態の燃焼装置の切断側面図。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した断面図。 第１実施形態の燃焼装置に設けられたバーナの平面図。 本発明の第２実施形態の燃焼装置の斜視図。 第２実施形態の燃焼装置に設けられたバーナの平面図。

図１〜図３を参照して、１は全一次燃焼式バーナを示している。このバーナ１は、バーナ本体２の上面に、多数の炎孔３ａを形成したセラミックス製の燃焼板３を装着して構成されている。以下、バーナ１の幅方向を横方向、バーナ１の奥行き方向を前後方向として説明する。

バーナ本体２は、ダイキャスト品であって、前後の外壁部２１，２２と、横方向両側の外壁部２３，２３とを有する箱形に形成されている。燃焼板３は、これら外壁部２１，２２，２３で囲われるバーナ本体２の上面の開放部にパッキン３１を介して装着されている。そして、燃焼板３の上面外周部に当接する方形の押え枠３２をバーナ本体２の上面、即ち、外壁部２１，２２，２３の上端面に締結し、燃焼板３を押え枠３２により上方から押えるようにしている。

バーナ本体２内には、燃焼板３の下面に面する分布室２４と、分布室２４の下側の混合室２５とが設けられている。また、混合室２５の下側には、バーナ本体２の下面に取付けたケース４１で囲われる給気室４と、給気室４に接続される燃焼ファン５とが設けられている。

分布室２４と混合室２５とは、バーナ本体２に一体の床壁２６で仕切られている。床壁２６の後部には、混合室２５に連通する横長の開口部２４１が形成されている。また、分布室２４は、仕切り板２４２により上下２つの空間に仕切られている。そして、混合室２５から開口部２４１を介して分布室２４の下部空間に流入した予混合ガスが仕切り板２４２に形成した多数の分布孔２４２ａと分布室２４の上部空間とを介して燃焼板３に導かれるようにしている。燃焼板３に導かれた予混合ガスは、炎孔３ａから噴出して全一次燃焼する。

混合室２５の前面は、バーナ本体２の前面下部に取付けたガスマニホールド６で閉塞されている。ガスマニホールド６は、前後２つのブロック６１，６２で構成されており、混合室２５に面する後ブロック６２に、ノズル孔６３が横方向の間隔を存して複数並設されている。後ブロック６２と前ブロック６１との間には、ノズル孔６３に連通するノズル通路６４が画成され、前ブロック６１には、その内部のガス通路６５からノズル通路６４に燃料ガスを供給する電磁弁６６が装着されている。そして、電磁弁６６を開弁させたときに、各ノズル孔６３から燃料ガスが噴射されるようにしている。

混合室２５の底面は、バーナ本体２とは別体の底板２５１で閉塞されている。底板２５１の前端部には、ガスマニホールド６に通気空間を存して対向し、各ノズル孔６３から噴出する燃料ガスが衝突する壁板２５２が曲成されている。また、混合室２５の底面の通気空間に臨む部分には、給気室４に連通する空気導入口２５３が開設されている。そして、燃焼ファン５から給気室４に送風される空気が空気導入口２５３を介してバーナ１に一次空気として供給され、壁板２５２に衝突して拡散する燃料ガスと一次空気とが混合室２５で混合して予混合ガスが生成されるようにしている。

尚、本実施形態では、分布室２４及び混合室２５をバーナ本体２に一体の仕切り壁２７で横方向に３分割し、実質的に３個のバーナを組合わせた構造にしている。また、燃焼板３を、比較的大きな分布室２４を覆うものと、比較的小さな２つの分布室２４，２４を覆うものとに２分割している。更に、ガスマニホールド６に、３分割した混合室２５に個々に燃料ガスを供給できるように、３個の電磁弁６６を設けている。

また、本実施形態の燃焼装置は、燃焼板３の上方の燃焼空間を囲う燃焼筐７を備えている。燃焼筐７は、下部筺体７ａと上部筺体７ｂとで構成されている。下部筺体７ａは、バーナ本体２の上面外周部から上方にのびるようにバーナ本体２に一体に形成されている。そして、下部筺体７ａの上端に銅板製の上部筺体７ｂを連結している。上部筺体７ｂ内には、水を流す給湯用や暖房用の熱交換器７１が収納されている。

熱交換器７１は、多数の吸熱フィン７１１と、これら吸熱フィン７１１を貫通する上下２段に配置した複数本の吸熱管７１２とで構成されている。これら吸熱管７１２は、燃焼筐７の外面でＵ字状のジョイント管７１３を介して直列に接続される。また、下段最後部の吸熱管７１２の前方から見て右側の外端部には給水管７１４が接続されている。そして、下段の吸熱管７１２群に後方側から前方側に順に通水され、次に、上段の吸熱管７１２群に前方側から後方側に順に通水され、その間に燃焼排ガスとの熱交換で水が加熱されて、上段最後部の吸熱管７１２の左側の外端部に接続する出湯管（図示せず）に設定温度の温水が出湯されるようにしている。

また、下部筺体７ａには、燃焼板３上に臨ませて、バーナ１に点火する点火プラグ７２と、バーナ１の火炎を検知する火炎検知素子７３とが装着されている。尚、本実施形態では、火炎検知素子７３としてフレームロッドを用いているが、熱電対を用いることも可能である。

ところで、燃焼排ガスが燃焼筐７の壁面に触れると、燃焼筐７の熱損を生ずる。そこで、バーナ本体２の外壁部２１，２２，２３に、給気室４に連通する通気路２９を一体に形成し、燃焼ファン５から給気室４に送風される空気の一部が通気路２９を介して燃焼筐７内に冷却空気として供給されるようにしている。

このように冷却空気を流す通気路２９をバーナ本体２の外壁部２１，２２，２３に一体に形成すれば、バーナ１と燃焼筐７との相関によって通気路２９の幅がばらつくことがない。従って、バーナ１と燃焼筐７との相関に関係なく、燃焼筐７内に一次空気を安定して供給できる。また、バーナ本体２が通気路２９に流れる冷却空気により効果的に冷却され、バーナ本体２に組付けるパッキン３１等の部品の劣化を抑制できる。

尚、バーナ本体２の下部前面は、バーナ１に対する燃料ガスの供給部となる。そのため、バーナ本体２の下部前面に通気路２９を形成することはできない。また、バーナ本体２内の下部に設けられる混合室２５での燃料ガスと一次空気との混合を促進するには、混合室２５の前後長をできるだけ長くする必要がある。ここで、バーナ本体２の後面の外壁部２２の下部の厚さを、通気路２９を形成するために厚くしたのでは、混合室２５の前後長がその分短くなってしまう。従って、バーナ本体２の後面の外壁部２２の下部に通気路２９を形成することは困難である。

そこで、本実施形態では、バーナ本体２の横方向両側の外壁部２３，２３の下部に、給気室４に連通する通気路２９の入口部分２９１を形成し、バーナ本体２の前後及び横方向両側の外壁部２１，２２，２３の上部に、入口部分２９１に連通し、上方に開口する通気路２９の出口部分２９２を形成している。

より具体的に説明すれば、バーナ本体２の横方向各側の外壁部２３の壁厚を上下方向全体に亘って厚くして、この外壁部２３に、通気路２９の入口部分２９１と出口部分２９２とを上下に連通するように形成している。尚、入口部分２９１は、底板２５１の横方向各側の側部に形成した開口２５１ａを介して給気室４に連通する。また、バーナ本体２の前後の外壁部２１，２２の上部の壁厚を厚くし、ここに、溝状の出口部分２９２を形成している。バーナ本体２の前後の外壁部２１，２２の上部に形成した出口部分２９２は、バーナ本体２の横方向各側の外壁部２３の上部に形成した出口部分２９２を介して入口部分２９１に連通する。

これによれば、バーナ本体２の前後の外壁部２１，２２の下部に通気路２９を形成しなくても、バーナ本体２の外壁部２１，２２，２３の上部全周に形成した出口部分２９２から燃焼筐７の壁面に全周に亘って冷却空気を流すことができる。その結果、燃焼筐７の壁面に燃焼排ガスが触れなくなり、燃焼筐７の熱損を防止できる。

尚、バーナ本体２の横方向各側の外壁部２３の上部に形成した出口部分２９２の開口面積を狭めないと、前後の外壁部２１，２２の上部に形成した出口部分２９２に冷却空気を十分に分配できなくなる。そこで、本実施形態では、出口部分２９２の周方向各部の開口面積を調節して、入口部分２９１からの冷却空気を出口部分２９２の全周に分配する分布板２９３を設けている。即ち、方形環状の分布板２９３で出口部分２９２の上端を全周に亘りほぼ閉塞し、分布板２９３に、図４に示す如く、冷却空気が噴出するスリット状の開口２９３ａを形成して、出口部分２９２の周方向各部の開口面積を調節している。これにより、燃焼筐７の壁面に全周に亘って均一に冷却空気を流すことができる。

更に、本実施形態では、燃焼板３を上方から押える押え枠３２に分布板２９３を一体に形成している。これによれば、分布板２９３を設けても、部品点数が増加せず、コスト的に有利である。尚、図４では、燃焼板３の炎孔を省略している。

次に、図５、図６に示す、第２実施形態について説明する。第２実施形態の基本的な構造は、上記第１実施形態と特に異ならず、第１実施形態と同様の部材、部位に上記と同一の符号を付している。尚、図６では、燃焼板３の炎孔を省略している。

第２実施形態の第１実施形態との第１の相違点は、燃焼筐７の外周に、熱交換器７１に給水する給水管７１４が巻回されていることである。また、第２の相違点は、通気路２９が、点火プラグ７２及び火炎検知素子７３が装着される部分と、熱交換器７１の入水部が配置される部分とに冷却空気を集中的に流すように形成されていることである。尚、入水部は、給水管７１４に接続される熱交換器７の下段最後部の吸熱管７１２の右端部である。

第２の相違点について具体的に説明すれば、バーナ本体２の外壁部２１，２２，２３に上記第１実施形態と同様に形成した通気路２９の出口部分２９２の上端を全周に亘り閉塞する方形環状の分布板２９３に、点火プラグ７２及び火炎検知素子７３の直下部に位置する開口２９３ｂと、熱交換器７１の入水部の直下部に位置する開口２９３ｃとを形成している。そして、これら開口２９３ｂ，２９３ｃから点火プラグ７２及び火炎検知素子７３が装着される部分と、熱交換器７１の入水部が配置される部分にのみ冷却空気が集中的に流れるようにしている。

これによれば、点火プラグ７２及び火炎検知素子７３が効果的に冷却されて、点火プラグ７２及び火炎検知素子７３の熱劣化が抑制される。また、点火プラグ７２や火炎検知素子７３の配線には、高価な耐熱リード線を用いる必要があるが、点火プラグ７２及び火炎検知素子７３の冷却により、耐熱性を要求される配線部分の長さが短くなる。そのため、耐熱リード線の長さを短縮して、コストダウンを図ることができる。

また、熱交換器７１の入水部は低温であるため、燃焼排ガス中の水蒸気が入水部で結露し、結露水による燃焼筐７の腐食、劣化を生じやすくなる。これに対し、第２実施形態の如く、入水部が配置される部分に集中的に冷却空気を流せば、入水部に当たる燃焼排ガスに冷却空気が多量に混入して、混入した部分の湿度が下がるので、入水部での結露を抑えることができる。その結果、結露水による燃焼筐７の腐食、劣化を防止できる。

また、第１実施形態の如く、バーナ本体２の外壁部２１，２２，２３の上部全周から冷却空気を噴出させると、燃焼排ガスも冷却されて僅かながら熱効率が低下してしまう。これに対し、第２実施形態では、点火プラグ７２及び火炎検知素子７３が装着される部分と、熱交換器７の入水部が配置される部分にのみ冷却空気を集中的に流すため、熱効率の低下も抑制できる。尚、第２実施形態では、燃焼筐７の外周に給水管７１４を巻回するため、燃焼筐７は、給水管７１４に流れる冷水によって冷却され、燃焼筐７の壁面に全周に亘って冷却空気を流さなくても、熱損を防止できる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、燃焼筐７をバーナ本体２に一体の下部筺体７ａとこれに連結される上部筺体７ｂとで構成しているが、下部筺体７ａを省略し、その分上部筺体７ｂを下方に延長して、この延長部に点火プラグ７２及び火炎検知素子７３を装着してもよい。また、燃焼筐７の上下方向長さを更に長くして、燃焼筐７の下部にバーナ１を収納することも可能である。

また、上記第２実施形態では、点火プラグ７２及び火炎検知素子７３が装着される部分と、熱交換器７の入水部が配置される部分とに冷却空気を集中的に流すようにしたが、両部分の何れか一方のみに冷却空気が集中的に流れるように通気路２９を形成することも可能である。

１…全一次燃焼式バーナ、２…バーナ本体、２１…前面の外壁部、２２…後面の外壁部、２３…横方向各側の外壁部、２９…通気路、２９１…入口部分、２９２…出口部分、２９３…分布板、３…燃焼板、３ａ…炎孔、３２…押え枠、４…給気室、５…燃焼ファン、７…燃焼筐、７１…熱交換器、７２…点火プラグ、７３…火炎検知素子。

Claims (4)

1. バーナ本体の上面に燃焼板が装着され、燃料ガスと一次空気との予混合ガスを燃焼板に形成した多数の炎孔から噴出させて全一次燃焼させる全一次燃焼式バーナと、燃焼板の上方の燃焼空間を囲う燃焼筐と、バーナの下側に設けられる給気室と、給気室に接続される燃焼ファンとを備え、燃焼ファンから給気室に送風される空気がバーナに一次空気として供給されるようにした燃焼装置であって、
   バーナ本体の外壁部に、給気室に連通する通気路が一体に形成され、燃焼ファンから給気室に送風される空気の一部が通気路を介して燃焼筐内に冷却空気として供給されるようにし、
   バーナの幅方向を横方向、奥行き方向を前後方向として、バーナ本体の横方向両側の外壁部の下部に、給気室に連通する通気路の入口部分が形成され、バーナ本体の前後の外壁部の下部には入口部分を形成せず、バーナ本体の横方向両側及び前後の外壁部の上部に、入口部分に連通し、上方に開口する通気路の出口部分が形成されることを特徴とする燃焼装置。
2. 請求項１記載の燃焼装置であって、前記バーナ本体の上面に、前記燃焼板を上方から押える方形の押え枠が取付けられるものにおいて、
   前記出口部分の周方向各部の開口面積を調節して、前記入口部分からの冷却空気を出口部分の全周に分配する分布板が押え枠に一体に形成されることを特徴とする燃焼装置。
3. 請求項１記載の燃焼装置であって、前記燃焼筐に、前記燃焼板上に臨ませて、点火プラグ及び火炎検知素子が装着されるものにおいて、
   前記通気路の出口部分の上端を全周に亘り閉塞する環状の分布板が設けられ、この分布板に、点火プラグ及び火炎検知素子の直下部に位置する開口が形成され、この開口から点火プラグ及び火炎検知素子が装着される部分に冷却空気を集中的に流すことを特徴とする燃焼装置。
4. バーナ本体の上面に燃焼板が装着され、燃料ガスと一次空気との予混合ガスを燃焼板に形成した多数の炎孔から噴出させて全一次燃焼させる全一次燃焼式バーナと、燃焼板の上方の燃焼空間を囲う燃焼筐と、バーナの下側に設けられる給気室と、給気室に接続される燃焼ファンとを備え、燃焼筐内に水を流す熱交換器が収納され、燃焼ファンから給気室に送風される空気がバーナに一次空気として供給されるようにした燃焼装置であって、
   バーナ本体の外壁部に、給気室に連通する通気路が一体に形成され、燃焼ファンから給気室に送風される空気の一部が通気路を介して燃焼筐内に冷却空気として供給されるようにし、
   通気路は、熱交換器の入水部が配置される部分に冷却空気を集中的に流すように形成されることを特徴とする燃焼装置。