JP6504520B2

JP6504520B2 - 燃焼装置

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Publication number: JP6504520B2
Application number: JP2015063896A
Authority: JP
Inventors: 亮輔馬越
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2019-04-24
Anticipated expiration: 2035-03-26
Also published as: JP2016183813A; US10012411B2; US20160282011A1; CN106016692B; CN106016692A

Description

本発明は、給湯装置などとして構成される燃焼装置に関する。

燃焼装置の具体例として、特許文献１〜３に記載のものがある。
これらの文献に記載の燃焼装置は、バーナを収容するバーナケースの側壁部の内側に、サイドプレートとしての遮熱板を配置している。この遮熱板の下部寄りの位置には、略水平状の段部が形成され、かつこの段部に空気通過口が設けられている。バーナケースの底部に取り付けられたファンからバーナケース内に送り込まれた空気の一部は、前記した空気通過口を上向きに通過して遮熱板の内側面に沿って上向きに流れていく。このことにより、遮熱板が冷却される作用、およびバーナの炎や燃焼ガスが遮熱板に触れることを空気流が遮断する作用が得られ、遮熱板の熱損傷を防止しつつ、バーナケースの側壁部が異常な高温になることを抑制することが可能である。

しかしながら、前記従来技術においては、次に述べるように、未だ改善すべき余地があった。

すなわち、ファンからバーナケースに送り込まれる空気は、本来的には、バーナの燃焼駆動に用いられる燃焼用空気である。その一方、遮熱板の空気通過口を上向きに通過する空気は、バーナにおける燃料の燃焼には寄与しない。このため、バーナの燃焼駆動に利用される空気量を適正な量にしつつ、遮熱板の空気通過口に多くの空気を供給させようとすると、ファンの大型化、あるいはファンの回転数を上げるなどしてバーナケース内への空気供給量を多くする必要が生じ、不必要にファンの回数数を増加させる不利を生じてしまう。

燃焼装置としては、１つのケース内に２種類の伝熱管を横並び状態で収容させた１缶２水路方式と称されるタイプの熱交換器を用いたものがある。このようなタイプの燃焼装置では、２種類の伝熱管に対応させて２つのバーナが用いられ、かつこれらバーナの上方領域が仕切板を用いて２つの領域に区画されることがよく行なわれている。従来においては、前記の仕切板についても、前記したサイドプレートとしての遮熱板と同様に、空気を利用して冷却する構成することが試みられているものの、このような場合においても、前述したのと同様な不具合を生じる。

特開２０１３−２３１５５９号公報特開２０１３−２３１５５９号公報特開２００５−６９６４０号公報

本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、遮熱板の冷却に利用される空気の消費量を少なくしながらも、遮熱板の冷却・保護を適切に図ることが可能な燃焼装置を提供することを、その課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明により提供される燃焼装置は、炎を形成する上向きの炎孔面を有するバーナと、このバーナを内部に収容するバーナケースとは別体で構成された遮熱板と、を備えており、前記遮熱板は、前記バーナの上方の火炎形成領域の側方に位置して起立する主板部、この主板部の下端から前記バーナ寄りに突出し、かつ前記バーナの炎孔面と略同一高さに設定された段部、およびこの段部に貫通して設けられ、かつこの段部の下方から進行してくる冷却用の空気を上向きに通過させる空気通過口を有している、燃焼装置であって、前記遮熱板の前記主板部は、この主板部の上下高さ方向途中位置から前記火炎形成領域側に突出して前記空気通過口に対向し、かつ前記空気通過口から上向きに進行してくる空気を衝突させるための対向壁部と、この対向壁部の先端縁に繋がってこの先端縁から上向きに起立した上側板状部と、を備えており、前記対向壁部および前記上側板状部は、水平方向において前記空気通過口の前側縁部および前記段部よりも前記火炎形成領域側に突出しないように設けられていることを特徴としている。
本発明においては、前記遮熱板は、前記バーナケースの側壁部の内面を覆うように設けられている構成とすることができる。
また、本発明においては、前記バーナとして複数のバーナを備えており、前記遮熱板は、前記複数のバーナの上方の火炎形成領域の相互間を仕切る仕切り部材の少なくとも一部分を覆うように設けられ、または前記火炎形成領域の相互間を仕切る仕切り部材として用いられている構成とすることもできる。

本発明の前記構成によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、冷却用の空気が遮熱板の空気通過口を上向きに通過すると、この空気は対向壁部に衝突する結果、前記対向壁部の下方およびその周辺部分には、空気の渦流またはこれに近い空気流が発生する。このような空気の渦流またはこれに近い空気流が発生した領域には、空気通過口を通過してくる空気が次々と供給されるため、前記対向壁部の下方およびその周辺部分には同一の空気が滞留したままになることはなく、新たに供給されてくる空気との入れ替えが順次行なわれながら、空気の渦流またはこれに近い空気流が継続して発生する。このため、空気通過口を通過した空気が単に遮熱板の主板部に沿って流れるように構成されていただけの従来技術と比較すると、空気を利用した遮熱板の冷却効率がよい。また、バーナからの炎や燃焼ガスが遮熱板に接触することを防止する効果にも優れたものとなる。したがって、遮熱板の冷却に利用される空気の消費量を少なくしながらも、遮熱板の冷却または保護を適切に図ることができる。このことは、ファンによる空気供給総量を抑制しつつ、バーナへの燃焼用空気の供給量を適切な量とする上で、好ましい効果をもたらせる。
対向壁部を越えてその上側に進行した冷却用の空気を、上側板状部の表面に沿わせて円滑に流れさせることができる。したがって、上側板状部の熱損傷なども好適に防止することができる。
対向壁部がバーナの上方の火炎形成領域に余り接近しない配置とされるため、対向壁部やこの対向壁部に繋がった部分（前記上側板状部など）が熱損傷することを防止する上で、一層好ましいものとなる。
対向壁部がバーナの上方の火炎形成領域側に必要以上に接近しないようにしつつ、空気通過口を上向きに通過した空気が対向壁部に適切に衝突し、本発明が意図する作用が好適に得られるようにすることができる。

本発明において、好ましくは、前記対向壁部は、略水平状である。

このような構成によれば、空気通過口を上向きに通過して対向壁部に衝突した空気の多くが下向きに跳ね返されるために、対向壁部の下方に空気の渦流またはこれに類する空気流を適切かつ安定的に発生させる上で、より好ましいものとなる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

本発明に係る燃焼装置の一例を示す正面断面図である。図１のII−II断面図である。図１の要部拡大断面図である。図１に示す燃焼装置で用いられている遮熱板の斜視図である。（ａ）〜（ｃ）は、遮熱板の他の例を示す断面図である。本発明の他の例を示す正面断面図である。図６の要部拡大断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１および図２に示す燃焼装置Ｃ１は、湯水加熱が可能な温水装置（給湯装置）として構成されている。この燃焼装置Ｃ１は、燃焼ガスを発生させるバーナ５、これを収容するバーナケース２、バーナケース２内に燃焼用空気を供給するためのファン３０、バーナ５によって発生された燃焼ガスから顕熱および潜熱を順次回収して湯水加熱を行なうための１次および２次の熱交換器ＨＥ１，ＨＥ２、ならびにサイドプレートとして構成された一対の遮熱板９を具備している。図２には、一対のサイドプレート４が示されており、このサイドプレート４は、広義には遮熱板に該当するものの、本発明が意図する構造を備えた遮熱板には該当しない。

１次および２次の熱交換器ＨＥ１，ＨＥ２は、これらの基本的な構成が特許文献１に記載されたものと同様なものであり、１次熱交換器ＨＥ１は、バーナケース２の上側に載設された平面視矩形枠状の缶体６内に、複数の直状管体部１１がＵ字管などの曲状管体部１２を介して一連に接続された伝熱管Ｔ１、およびこの伝熱管Ｔ１の直状管体部１１が貫通して接合された複数のプレート状のフィン１９が収容された構成である。２次熱交換器ＨＥ２は、１次熱交換器ＨＥ１の上側に載設されたケース７内に螺旋状の複数の伝熱管Ｔ２が収容された構成であり、１次熱交換器ＨＥ１を通過した燃焼ガスがケース７の底部の給気口７１からケース７内に流入した後に、ケース７の前部の排気口７２に向けて進行するようになっている。２次熱交換器ＨＥ２の入水用ヘッダ７５ｂに供給された湯水は、複数の伝熱管Ｔ２を通過して加熱されてから出湯用ヘッダ７５ａに到達した後に、１次熱交換器ＨＥ１の入水口１５から伝熱管Ｔ１に送り込まれてさらに加熱され、出湯口１６から出湯するようになっている。

バーナ５は、たとえばガスバーナであり、複数のバーナ本体５０（燃焼管）が横並び状に設けられて構成されている。各バーナ本体５０としては、たとえば特開２０１３−２４２０８０号公報などに記載された従来既知のものを用いることが可能であり、その詳細は省略するが、全体が比較的偏平状であって、図２に示すように、長手方向一端の下部には
燃料ガス導入口５１を有し、かつ上部には平面視細長矩形状の炎孔部５２を有している。バーナケース２の前壁部には、燃料ガス導入口５１に対向する開口部２２が設けられ、かつこの開口部２２には、ファン３０から吐出された空気の一部が供給される。一方、バーナケース２の前側には、燃料ガス供給用のヘッダ３１が設けられ、かつこのヘッダ３１のノズル３２から開口部２２に燃料ガスを噴出可能である。バーナ本体５０内には、開口部２２および燃料ガス導入口５１から燃料ガスおよび燃焼用空気（１次空気）が混合して供給され、これが炎孔部５２において燃焼する。バーナケース２内のバーナ５の下方には、複数の通気孔８０を有する整流板８が設けられている。ファン３０からバーナケース２内に供給された空気のうち、一部の空気（２次空気）は、通気孔８０を通過してバーナ５の設置領域に供給される。

図１において、一対の遮熱板９は、バーナケース２の左右一対の側壁部２０が加熱されることを抑制し、保護を図るためのものである。この遮熱板９は、金属板に屈曲加工などを施すことにより、図４に示すような形態に形成されている。より具体的には、遮熱板９は、基本的には上下方向に起立する正面視略矩形状であるが、高さ方向の複数箇所に屈曲加工が施されていることにより、段部９１、対向壁部９２、および上端折り曲げ部９３が設けられている。遮熱板９のうち、段部９１よりも上側の領域は、主板部９０であり、段部９１は、この主板部９０の下端から前方に向けて略水平状に突出している。この段部９１には、複数の空気通過口９４が適当なピッチで並んで設けられている。段部９１の先端縁部には、この先端縁部から下向きに垂下する下側板部９５が設けられている。

遮熱板９は、図３に示すような状態に取り付けられる。同図において、下側板部９５は、この下側板部９５に突設された小サイズの突起部９６ａをバーナ５の側面部に当接させるようにしてバーナ５の側方に配されている。主板部９０は、この主板部９０に突設された小サイズの突起部９６ｂをバーナケース２の側壁部２０に当接させるようにしてバーナ５の上方の火炎形成領域５８の側方に配されている。上端折り曲げ部９３は、バーナケース２と缶体６との間に挟まれて固定されている。上端折り曲げ部９３には、空気通過口などの開口部は設けられていない。段部９１は、バーナ５の炎孔面５２の高さと略同一高さである。ここで、略同一とは、炎孔面５２に形成される炎によって段部９１があぶられない程度の高さから、後述する空気通過口９４を通過した冷却空気により炎が不安定にならない程度の高さまでの範囲である。ファン３０からバーナケース２内に供給されてきた空気のうち、一部の空気は、下側板部９５とバーナケース２の側壁部２０との隙間２８に流入し、この空気は、遮熱板９の冷却用空気として各空気通過口９４を上向きに通過するようになっている。好ましくは、各空気通過口９４は、段部９１の先端縁よりも適当な寸法Ｌｃだけ主板部９０側（図３の右側）に退避している。空気通過口９４をバーナ５の炎に接近させ過ぎた場合には、空気通過口９４を通過する空気の影響によりバーナ５の炎（燃焼）が不安定となる虞があるのに対し、前記した構成によれば、そのような虞を無くすことが可能である。

対向壁部９２は、複数の空気通過口９４を上向きに通過してきた空気を衝突させるための部分であり、主板部９０の高さ方向中間部分からその前方へ向けて略水平に突出している。主板部９０は、対向壁部９２の先端縁に繋がり、かつこの先端縁から上向きに起立した上側板状部９０ａを有している。対向壁部９２および上側板状部９０ａは、水平方向において、段部９１よりも火炎形成領域５８側に突出しないように設けられている（図３に示す段部９１の先端を通過する鉛直線Ｖａに対し、対向壁部９２の先端および上側板状部９０ａの表面が一致した位置、または適当な寸法Ｌａだけ同図右側に位置する構成）。好ましくは、対向壁部９２および上側板状部９０ａは、水平方向において、各空気通過口９４の前側縁部よりも火炎形成領域５８側に突出しないように設けられている（図３に示す空気通過口９４の前側縁部を通過する鉛直線Ｖｂに対し、対向壁部９２の先端および上側板状部９０ａの表面が一致した位置、または適当な寸法Ｌｂだけ同図右側に位置する構成
）。

図２に示すサイドプレート４は、特許文献１に記載されたサイドプレートと同様な構成である。このため、その詳細な説明は省略するが、このサイドプレート４は、隙間２８ａを通過してきた空気を、段部４１および上端折り曲げ部４３に設けられた空気通過口４４，４５から上向きに通過させることが可能である。このサイドプレート４は、バーナケース２の一対の側壁部２１を保護するために設けられているが、これらの側壁部２１は、前述した側壁部２０と比較すると、バーナ５の炎孔面５２からの距離が長めであり、加熱される度合いがやや低い。また、空気通過口４５から上向きに通過する空気は、缶体６の冷却に役立つ。このため、本実施形態においては、側壁部２１の保護手段として、遮熱板９とは異なる構成のサイドプレート４を用いている。ただし、本実施形態とは異なり、側壁部２１の内側にも遮熱板９を設けた構成とすることもできる。

次に、前記した燃焼装置Ｃ１の作用について説明する。

まず、燃焼装置Ｃ１の駆動時には、図３に示すように、冷却用の空気が遮熱板９の各空気通過口９４を上向きに通過する。すると、この空気は、対向壁部９２の下面部分に衝突し、下方へ跳ね返される結果、対向壁部９２の下方近傍領域は、空気の渦流またはこれに近い空気流が発生した領域となる。この領域には、空気通過口９４を通過してくる空気が次々と供給されるため、高温に温度上昇した空気が前記領域に滞留したままになることはなく、新たに供給されてくる比較的温度の低い空気との入れ替えが順次行なわれながら、前記した渦流またはこれに近い空気流が継続して発生する。また、このような空気流が対向壁部９２の下方に発生していると、空気通過口９４から前記対向壁部９２に向けて進行してきた空気の一部は、前記空気流の領域よりも火炎形成領域５８側を通過することとなって、遮熱板９の表層部に沿って形成される冷却用空気の層が厚くなる。さらに、前記空気の一部は、対向壁部９２を円滑に乗り越え、かつ上側板状部９０ａの表面に沿って適切に流れる作用も得られることとなる。上端折り曲げ部９３には空気通過口などの開口部が設けられていないため、隙間２８に進入した空気の略全量が、段部９１の空気通過口９４を通過する。

前記したような作用に基づき、本実施形態においては、空気通過口９４を通過する空気量を比較的少量にしながらも、遮熱板９の冷却効率を高めることができる。また、バーナ５の炎や燃焼ガスが遮熱板９に直接接触することを防止する効果にも優れたものとなる。したがって、バーナケース２の側壁部２０が異常な高温になることを適切に防止することができる。本実施形態においては、ファン３０の送風量をさほど多くする必要がなく、ファン３０の回転数を抑え気味にできるため、ランニングコストを廉価することも可能となる。

遮熱板９の対向壁部９２および上側板状部９０ａは、既述したように、段部９１よりも火炎形成領域５８側に突出しないように設けられているため、これらの部分が熱損傷することを防止する上で一層好ましいものとなる。また、好ましくは、対向壁部９２および上側板状部９０ａは、空気通過口９４の前側縁部よりも火炎形成領域５８側に突出しないように設けられているため、これらの部分が火炎形成領域５８側に必要以上に接近しないようにしつつ、空気通過口９４を通過してきた空気を対向壁部９２に適切に衝突させることができる。

図５〜図７は、本発明の他の実施形態を示している（ただし、図５（ｃ）は除く）。これらの図において、前記実施形態と同一または類似の要素には、前記実施形態と同一の符号を付すこととし、重複説明は省略する。

図５（ａ）に示す構成においては、遮熱板９の対向壁部９２が、水平線に対して適当な角度α１で傾斜した前下がり状とされている。同図（ｂ）に示す構成においては、対向壁部９２が、水平線に対して適当な角度α２で傾斜した前上がり状とされている。角度α２は、好ましくは４５°以下とされる。
これらのいずれの構成においても、空気通過口９４を通過してきた空気が対向壁部９２に衝突した際には、この対向壁部９２の下方または斜め下方に空気の渦流またはこれに近い流れを生じさせることができ、本発明が意図する作用を得ることが可能である。ただし、図１〜図４に示した実施形態のように、対向壁部９２を略水平状とすることが好ましい。

図５（ｃ）に示す構成においては、上側板状部９０ａが対向壁部９２の基端部から上向きに起立した格好に設けられている。

図６に示す燃焼装置Ｃ２においては、１次および２次の熱交換器ＨＥ１，ＨＥ２が、ともに１缶２水路方式とされており、バーナとしては、第１および第２のバーナ５Ａ，５Ｂが設けられている。この燃焼装置Ｃ２は、一般給湯と風呂給湯（または暖房給湯）とを独立して実行可能な給湯装置として構成されており、特許文献２に記載された燃焼装置とその基本的な構成が共通するものである。この燃焼装置Ｃを簡単に説明すると、まず１次熱交換器ＨＥ１は、缶体６内に、入水および出湯が個別に行なわれる２種類の伝熱管Ｔ１ａ，Ｔ１ｂが横並び状に設けられ、かつこれらの相互間が仕切り部材１８を介して仕切られている。２次熱交換器ＨＥ２は、ケース７内に、入水および出湯が個別に行なわれる２種類の伝熱管Ｔ２ａ，Ｔ２ｂが横並び状に設けられ、かつこれらの相互間が仕切り部材７４を介して仕切られている。第１のバーナ５Ａにより発生された燃焼ガスからは伝熱管Ｔ１ａ，Ｔ２ａを利用した熱回収がなされ、一般給湯用の湯水加熱がなされる。第２のバーナ５Ｂにより発生された燃焼ガスからは伝熱管Ｔ１ｂ，Ｔ２ｂを利用した熱回収がなされ、風呂給湯用または暖房給湯用の湯水加熱がなされる。

バーナケース２内には、先の実施形態で示したのと同様な構成の一対の遮熱板９に加え、仕切り部材２９およびこれを保護するための一対の遮熱板９Ａが設けられている。図７によく表われているように、仕切り部材２９は、たとえば上下方向に起立した平板状であり、第１および第２のバーナ５Ａ，５Ｂの相互間、およびそれらの上方の火炎形成領域５８Ａ，５８Ｂの相互間を仕切っている。遮熱板９Ａは、先に述べた遮熱板９と同様な構成を有しており、具体的には、上側板状部９０ａを含む主板部９０、複数の空気通過口９４を有する段部９１、対向壁部９２、および下側板部９５などを有している。一対の遮熱板９Ａは、仕切り部材２９の左右両面を覆うようにその両側に配されている。

仕切り部材２９および遮熱板９Ａは、第１および第２のバーナ５Ａ，５Ｂの相互間に設けられているため、かなり高温に加熱され易い。これに対し、本実施形態においては、ファン３０からバーナケース２内に供給された空気のうち、遮熱板９Ａの空気通過口９４を上向きに通過した空気は、対向壁部９２に衝突し、その下方に渦流またはこれに近い空気流が生成される。したがって、先の実施形態における遮熱板９について述べたのと同様な作用に基づき、遮熱板９Ａの効率のよい冷却・保護を図り、もって仕切り部材２９の熱損傷を好適に防止することが可能である。
本実施形態においては、遮熱板９Ａが仕切り部材２９を保護するための部材として用いられているが、仕切り部材２９をなくし、遮熱板９Ａそのものを仕切り部材とした構成とすることも可能である。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る燃焼装置の各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。

遮熱板は、バーナケースの側壁部やバーナ間の仕切り部材が高温になることを防止する用途に用いることが可能であるが、それら以外の部材または部位が高温になることを防止することを目的として用いられてもよく、その配置、数、サイズなどは限定されない。遮熱板は、金属板をプレス加工するなどして製造することが可能であるが、その材質や製法も問わない。遮熱板の表面に耐熱性のコーティング層を設けるといったことも可能である。また、遮熱板は必ずしも単一部材を用いて形成されていなくてもよく、複数の部材を接続するなどして構成してもかまわない。

本発明に係る燃焼装置は、熱交換器を備えた給湯装置（温水装置）とは異なる態様の燃焼装置として構成することができる。たとえば、暖房用の燃焼装置などとして構成することも可能である。バーナは、ガスバーナに限らず、たとえばオイルバーナを用いることもできる。また、バーナとして、偏平状のバーナ本体を複数並べたものに代えて、プレート状のものを用いることもできる。

Ｃ１，Ｃ２燃焼装置
２バーナケース
２０側壁部（バーナケースの）
３０ファン
５，５Ａ，５Ｂバーナ
５０バーナ本体
５２炎孔部
５８，５８Ａ，５８Ｂ火炎形成領域
９，９Ａ遮熱板
９０主板部（遮熱板の）
９０ａ上側板状部
９１段部（遮熱板の）
９２対向壁部（遮熱板の）
９４空気通過口（遮熱板の）

Claims

炎を形成する上向きの炎孔面を有するバーナと、
このバーナを内部に収容するバーナケースとは別体で構成された遮熱板と、を備えており、
前記遮熱板は、前記バーナの上方の火炎形成領域の側方に位置して起立する主板部、この主板部の下端から前記バーナ寄りに突出し、かつ前記バーナの炎孔面と略同一高さに設定された段部、およびこの段部に貫通して設けられ、かつこの段部の下方から進行してくる冷却用の空気を上向きに通過させる空気通過口を有している、燃焼装置であって、
前記遮熱板の前記主板部は、この主板部の上下高さ方向途中位置から前記火炎形成領域側に突出して前記空気通過口に対向し、かつ前記空気通過口から上向きに進行してくる空気を衝突させるための対向壁部と、この対向壁部の先端縁に繋がってこの先端縁から上向きに起立した上側板状部と、を備えており、
前記対向壁部および前記上側板状部は、水平方向において前記空気通過口の前側縁部および前記段部よりも前記火炎形成領域側に突出しないように設けられていることを特徴とする、燃焼装置。
請求項１に記載の燃焼装置であって、
前記遮熱板は、前記バーナケースの側壁部の内面を覆うように設けられている、燃焼装置。
請求項１に記載の燃焼装置であって、
前記バーナとして複数のバーナを備えており、
前記遮熱板は、前記複数のバーナの上方の火炎形成領域の相互間を仕切る仕切り部材の少なくとも一部分を覆うように設けられ、または前記火炎形成領域の相互間を仕切る仕切り部材として用いられている、燃焼装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載の燃焼装置であって、
前記対向壁部は、略水平状である、燃焼装置。