JP6807265B2

JP6807265B2 - 燃焼装置

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Publication number: JP6807265B2
Application number: JP2017076905A
Authority: JP
Inventors: 卓也三浦
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2016-05-12
Filing date: 2017-04-07
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2037-04-07
Also published as: CN107367067A; JP2017207271A; US10139127B2; CN107367067B; KR20170128125A; KR102298981B1; US20170328597A1

Description

本発明は、燃焼装置、特に、バーナにより生成される燃焼排ガスを熱交換器に対して上方から下方へ流通させるように構成された燃焼装置に関する。

従来、給湯器や暖房用熱源機などの燃焼装置では、バーナから放出される燃焼排ガスの流通経路の通気抵抗が小さ過ぎると、バーナを強燃焼させたときに燃焼部周辺の圧力が大きく変動して燃焼バランスが乱れ、振動燃焼を生じて騒音が大きくなる場合がある。そこで、燃焼排ガスの流通経路となる筐体の下流側の端部に、複数の小円形の通気孔を有する排気抵抗板を配し、筐体からの排気流量を一定以下に制限するように構成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平４−１１３１６７号公報

しかしながら、熱交換器に対して燃焼排ガスを上方から下方へ流通させるように構成された所謂下向き燃焼式の燃焼装置の場合、筐体の下流側となる熱交換器の下方に排気抵抗板を設けると、燃焼運転中に熱交換器の表面で生成されたドレンが排気抵抗板上に滴下し、水膜となって通気孔を閉塞させる虞がある。

特に、上記従来の燃焼装置のように、通気孔が小円形に形成されたものでは、表面張力によってドレンが通気孔周縁に留まり易く、少量のドレンでも通気孔が閉塞される虞がある。そして、このように通気孔が水封されると、筐体からの排気流量が少なくなり過ぎてバーナのインプット（燃料ガスの発熱量換算での供給量）が低下し、必要な熱量を熱交換器にて回収できなくなる、即ち、所望温度の熱媒を出湯先へ供給できなくなる虞があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、給湯器や暖房用熱源機などの燃焼装置において、燃焼騒音の低減および出湯性能の安定性の向上を図ることにある。

本発明は、燃料ガスを燃焼させて燃焼排ガスを生成するバーナと、前記燃焼排ガス中の熱を回収して熱媒を加熱する熱交換器とを備え、前記燃焼排ガスを、略矩形箱状の筐体内の熱交換器に対して上方から下方へ流通させ、筐体の下方の一側面側に連設された排気通路を介して排気口に導くように構成された燃焼装置であって、筐体の下流側となる熱交換器の下方に複数の通気孔を有する排気抵抗板が設けられ、前記通気孔はそれぞれ、筐体の下方から排気通路へ燃焼排ガスが流れる方向に延在する長孔に形成されたものである。

このものでは、熱交換器から排気抵抗板上にドレンが滴下しても、通気孔の周縁に達したドレンは、通気孔の長縁部に沿って延在方向に広がるから、通気孔に水膜が形成され難い。これにより、通気孔の水封に起因するバーナのインプットの低下を抑制することができる。また、筐体からの排気流量を排気抵抗板によって適切に制限することもできる。

好ましくは、上記燃焼装置において、前記通気孔は、排気通路側の端部より反対側の端部が広幅に形成される。

このものでは、通気孔が排気通路側から反対側へ向かって拡幅して形成されているから、熱交換器から排気抵抗板上にドレンが滴下しても、通気孔の周縁に達したドレンは、通気孔の長縁部に沿って広幅の端部側へ広がる。従って、通気孔に水膜がより形成され難く、通気孔の水封に起因するバーナのインプットの低下を一層抑制することができる。

また、筐体の下方の一側面側に排気通路が設けられている場合、筐体内に供給された燃焼排ガスは、排気通路に近い領域へ導かれる傾向にあるが、このものでは、通気孔の排気通路側の端部よりも、反対側の端部の方が広幅に形成されているから、排気通路から離れた反対側の領域にも燃焼排ガスが積極的に導かれる。従って、排気抵抗板における排気通路側とその反対側とで燃焼排ガスの流速に差が生じ難く、バーナの燃焼バランスがより安定する。

好ましくは、上記燃焼装置において、排気抵抗板は、下方へ凹の曲板状に形成される。

このものでは、熱交換器から排気抵抗板上に滴下したドレンは、凹部に集められ、通気孔を通じて排気抵抗板の下方へ積極的に排出されるから、通気孔の周縁にドレンが留まり難い。これにより、通気孔の水封に起因するバーナのインプットの低下を一層抑制することができる。

好ましくは、上記燃焼装置において、排気抵抗板は、通気孔の一方の端部側から他方の端部側へ下方傾斜して配設される。

このものでは、熱交換器から排気抵抗板上に滴下したドレンは、通気孔の一端側から他端側へ流れるから、通気孔の周縁にドレンが留まり難い。これにより、通気孔の水封に起因するバーナのインプットの低下を一層抑制することができる。

好ましくは、上記燃焼装置において、通気孔はそれぞれ、異なる大きさに形成される。

このものでは、排気抵抗板に対する各領域の燃焼排ガスの流量や流速、圧力などに応じて通気孔の大きさを設定することができるから、筐体からの排気流量をより適切に制限することが可能である。

好ましくは、上記燃焼装置において、通気孔の長縁部は、排気抵抗板の上面から下方へ向かう円弧曲面部を有する。

このものでは、熱交換器から排気抵抗板上に滴下し、通気孔の長縁部に達したドレンは、排気抵抗板の上面から長縁部の円弧曲面部に沿って下方へ積極的に流下するから、通気孔の周縁にドレンが留まり難い。これにより、通気孔の水封に起因するバーナのインプットの低下を一層抑制することができる。

以上のように、本発明によれば、通気孔の水封に起因するバーナのインプットの低下を抑制することができるから、安定した出湯性能を発揮できる。また、筐体からの排気流量を排気抵抗板によって適切に制限することもできるから、振動燃焼も生じ難い。よって、燃焼騒音を低減できる。

図１は、本発明の実施の形態に係る燃焼装置の概略構成図である。図２は、本発明の実施の形態に係る燃焼装置の筐体およびその周辺の側面視概略縦断面図である。図３は、本発明の実施の形態に係る燃焼装置の筐体下部周辺の下方斜視図である。図４は、本発明の実施の形態に係る燃焼装置の排気抵抗板の変形例Ａを示す概略構成図である。図５は、本発明の実施の形態に係る燃焼装置の排気抵抗板の変形例Ｂを示す概略構成図である。図６は、本発明の実施の形態に係る燃焼装置の排気抵抗板の変形例Ｃを示す概略構成図である。図７は、本発明の実施の形態に係る燃焼装置の排気抵抗板の変形例Ｄを示す概略構成図である。

次に、上記した本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら詳述する。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る燃焼装置１は、給水配管Ｌ１から熱交換器１２内に供給される水（熱媒）をバーナ１１で生成される燃焼排ガスにより加熱し、給湯配管Ｌ２を通じてカランやシャワーなどの出湯先Ｐへ供給する給湯器である。

燃焼装置１の外装ケース１０内には、熱交換器１２の外郭を構成し、燃焼排ガスの流通経路となる略矩形箱状の筐体２０が収容されている。外装ケース１０の上壁１０１には、外装ケース１０内に装置外部の空気を取り込むための給気口１０２と、筐体２０内に導入される燃焼排ガスを装置外部に排出するための排気口１０３とが設けられている。

尚、図示しないが、外装ケース１０は、前面が開口する略矩形箱状のケース本体と、ケース本体の前面開口部を被閉する前パネルとで構成され、前パネルの前面が燃焼装置１の正面となる。従って、本明細書では、外装ケース１０を前パネルの前面側から見たときの燃焼装置１の奥行き方向を前後方向、幅方向を左右方向、高さ方向を上下方向という。

筐体２０の上端部３１には、バーナ１１の外郭を構成し、下面が開口する略矩形箱状のバーナボディ２１が連設されている。一方、筐体２０の下端部３２には、バーナ１１から筐体２０内に導入された燃焼排ガスを排気口１０３へ導く排気ダクト２２が連設されている。

バーナ１１のガス導入口３３には、バーナボディ２１内に燃料ガスと空気の混合ガスを送り込む燃焼ファン１３が接続されている。また、燃焼ファン１３の吸込口３４には、外装ケース１０内に取り込まれる装置外部の空気を、ガス配管Ｌ３から導入される燃料ガスと混合する予混合器１４が連設されている。さらに、予混合器１４には、一端が外装ケース１０内に開放し、外装ケース１０内の空気を予混合器１４に導く給気管２３と、ガス配管Ｌ３から導入される燃料ガスを予混合器１４に導くガス導入管２４とが接続されており、予混合器１４内に組み込まれた図示しない弁体の開度を調整すると共に、燃焼ファン１３を作動させることで、ガス導入管２４から導入される燃料ガスと外装ケース１０内の空気との混合ガスがバーナボディ２１内に供給される。

バーナ１１のガス導入口３３には、バーナボディ２１内に供給された混合ガスや熱交換器１２の表面から発生する強酸性の水蒸気が、燃焼ファン１３の収容ケース内や予混合器１４内、外装ケース１０内に逆流するのを阻止するための逆流防止弁１５が設けられている。

排気ダクト２２は、筐体２０の下端部３２を下方から覆う底カバー２２Ａと、底カバー２２Ａの後部に設けられた排気導出口３５から後方へ向けて延出し、さらに筐体２０の後面に沿って上方へ延出する筒体（排気通路）２２Ｂとからなり、筒体２２Ｂの上端が排気口１０３に接続されている。

このように、外装ケース１０内には、給気口１０２から給気管２３を通って筐体２０内に繋がり、さらに排気ダクト２２を通って排気口１０３に至る空気の給排気経路が画成されており、予混合器１４、燃焼ファン１３、逆流防止弁１５、バーナ１１、および、熱交換器１２は、上記給排気経路に上流側からこの順序で配設されている。

また、外装ケース１０内には、バーナ１１の点火や消火、燃焼ファン１３の回転駆動源であるファンモータ１３０の回転数の調整、予混合器１４の図示しない混合弁の開度調整など、燃焼装置１全体の動作を制御する制御回路１００が組み込まれている（図１参照）。

図１および図２に示すように、バーナボディ２１の下面開口部には、複数の炎孔を有する燃焼プレート２１０が設けられており、バーナ１１は、バーナボディ２１内に供給された混合ガスを燃焼ファン１３の給気圧によって燃焼プレート２１０の炎孔から下方へ向けて放出し、着火させることで燃焼排ガスを生成する。従って、バーナ１１の燃焼量は、ファンモータ１３０の回転数を変更することで調整される。

熱交換器１２は、筐体２０内に供給される燃焼排ガス中の顕熱を回収し、給水配管Ｌ１から供給される水を加熱する顕熱熱交換部１２Ａと、筐体２０内に供給される燃焼排ガス中の潜熱を回収し、上記水を加熱する潜熱熱交換部１２Ｂとで構成されている。

筐体２０は、顕熱熱交換部１２Ａの外郭を構成する上部缶体２０Ａと、潜熱熱交換部１２Ｂの外郭を構成する下部缶体２０Ｂとからなり、上部缶体２０Ａの上部にバーナ１１が連結され、上部缶体２０Ａの下部に下部缶体２０Ｂが連結され、下部缶体２０Ｂの下部に排気ダクト２２が連結される。従って、バーナ１１で生成された燃焼排ガスは、顕熱熱交換部１２Ａに対して上方から導入され、さらに潜熱熱交換部１２Ｂを通ってその下方の排気ダクト２２へ導出される。尚、本実施の形態における上部缶体２０Ａの前後幅寸法は、下部缶体２０Ｂの前後幅寸法より広幅に形成されている（図２参照）。

顕熱熱交換部１２Ａは、上部缶体２０Ａと、上部缶体２０Ａ内に所定の間隙を存して縦向き横並びで複数並設される平板状の伝熱フィン４１と、各伝熱フィン４１に貫挿され、上部缶体２０Ａの左右の側壁相互間に略水平に複数延設される縦断面略楕円形状の第１伝熱管４２と、上部缶体２０Ａの前後の側壁に沿って略水平に複数延設される縦断面略円形状の第２伝熱管４３とで構成されている。

第１伝熱管４２および第２伝熱管４３の管端相互はそれぞれ、直列的に接続されており、上部缶体２０Ａ内で蛇行する一本の顕熱熱交換管路を構成している。上記顕熱熱交換管路の下流端となる第２伝熱管４３の出水側の管端は、給湯配管Ｌ２への湯の導出経路となる出湯管２５に接続され、上記顕熱熱交換管路の上流端となる第１伝熱管４２の入水側の管端は、潜熱熱交換部１２Ｂの潜熱熱交換管路に連結管２７を介して接続されている。

潜熱熱交換部１２Ｂは、下部缶体２０Ｂと、複数の板体を縦向き横並びで重ね合わせてそれら板体相互間に通水可能な中空部を画成した伝熱ユニット４４とで構成されており、上記中空部が一つの潜熱熱交換管路となる。

伝熱ユニット４４の一側面（ここでは、下部缶体２０Ｂの前壁２８）には、上記潜熱熱交換管路の上流端となる入水側管接続部３６と、上記潜熱熱交換管路の下流端となる出水側管接続部３７とが設けられており、出水側管接続部３７に連結管２７が接続され、入水側管接続部３６に給水配管Ｌ１からの水の導入経路となる入水管２６が接続されている。

従って、給湯運転時、給水配管Ｌ１から入水管２６に導入される水は、潜熱熱交換部１２Ｂの伝熱ユニット４４内を通って連結管２７に導出され、さらに顕熱熱交換部１２Ａの第１伝熱管４２および第２伝熱管４３を通って出湯管２５から給湯配管Ｌ２に導出される。また、その際、筐体２０内に供給される燃焼排ガス中の顕熱が伝熱フィン４１や第１伝熱管４２、第２伝熱管４３により回収され、上記燃焼排ガス中の潜熱が伝熱ユニット４４により回収される。これにより、所望温度の湯が出湯先Ｐに供給される。

底カバー２２Ａの底壁２９は、上面が外周側から特定の箇所へ向かって下方傾斜する凹状に形成されており、熱交換器１２にて燃焼排ガス中の顕熱や潜熱を回収する際に、伝熱ユニット４４や伝熱フィン４１、第１伝熱管４２、第２伝熱管４３の表面で凝縮生成されるドレンは、底カバー２２Ａにて回収され、底壁２９上面の最下部に集められる。即ち、上記底カバー２２Ａがドレン受けとなる。

底カバー２２Ａの底壁２９の最下部には、ドレン中和器１６が連結されており、上記最下部に集められたドレンは、さらにドレン中和器１６に回収され、内部に装填された中和剤により中和された後、装置外部へ排出される。

下部缶体２０Ｂの下端部３２には、通気孔５０を有する排気抵抗板５が設けられている。排気抵抗板５は、略平板状に形成されており、下部缶体２０Ｂの底壁を構成している。従って、熱交換器１２の表面で凝縮生成される上記ドレンは、排気抵抗板５上に滴下した後、通気孔５０を通って底カバー２２Ａ上に流れ落ちる。また、下部缶体２０Ｂ内に導入された燃焼排ガスは、通気孔５０を通って底カバー２２Ａ内に送り込まれ、排気導出口３５から筒体２２Ｂを通じて装置外部へ排出される。尚、本実施の形態における排気抵抗板５は、下部缶体２０Ｂの側壁の下縁部に一体形成されているが、下部缶体２０Ｂと別体で構成されたものとしてもよい。

図３に示すように、通気孔５０は、排気抵抗板５の前後方向、即ち、筐体２０の下方から排気ダクト２２の筒体２２Ｂへ燃焼排ガスが流れる方向に延在する長孔であり、左右に等間隔で横並びに複数（ここでは、７つ）設けられている。また、通気孔５０は、後端（排気導出口３５側の端部）５２から前端（筐体２０の前壁２８側の端部）５１へ向かって拡幅する平面視略台形状に形成されている。従って、排気抵抗板５における筐体２０内から排気ダクト２２への通気抵抗は、排気導出口３５から離れるに従って小さくなる。

尚、図示を省略するが、通気孔５０の長縁部５３には、バーリング加工やヘミング加工等により、下方へ折曲する所定高さ（例えば、排気抵抗板５の下面から０．６ｍｍ、板厚相当）のリブ板が長縁部５３の前端側から後端側に亘って形成されている。即ち、通気孔５０の長縁部５３には、排気抵抗板５の上面から下方へ向かう円弧曲面部が形成されている。

上記燃焼装置１によれば、排気抵抗板５の通気孔５０が、前後方向（燃焼排ガスの流れ方向）に延在する長孔に形成されているから、排気抵抗板５上に滴下したドレンが通気孔５０の周縁に達しても、そのドレンは、通気孔５０の長縁部５３に沿って延在方向に広がる。従って、通気孔５０に水膜が形成され難く、通気孔５０の水封に起因するバーナ１１のインプットの低下を抑制することができる。よって、安定した出湯性能を発揮できる。

しかも、このものでは、筐体２０から排気ダクト２２への排気流量を排気抵抗板５によって一定に制限することができるから、その分、潜熱熱交換部１２Ｂの伝熱ユニット４４に対する燃焼排ガスの接触時間が長くなる。これにより、伝熱ユニット４４にて焼排ガス中の潜熱を効率良く回収することができる。よって、一層安定した出湯性能を発揮できる。

また、上記排気流量が排気抵抗板５によって適切に制限されるため、ファンモータ１３０の回転数を所定の高回転数に設定し、バーナ１１を強燃焼させても、燃焼バランスが安定し、振動燃焼を生じ難い。よって、燃焼騒音も低減できる。

さらに、このものでは、通気孔５０が排気導出口３５側（筒体２２Ｂ側）から反対側へ向かって拡幅して形成されているため、通気孔５０の周縁に達したドレンは、長縁部５３に沿って表面張力が低い広幅の前端５１側へ広がる。従って、通気孔５０に水膜が一層形成され難く、通気孔５０の水封に起因するバーナ１１のインプットの低下を一層抑制することができる。よって、一層安定した出湯性能を発揮できる。

また、通気孔５０の前端５１を後端５２より広幅に形成したことで、排気導出口３５（筒体２２Ｂ）から離れた反対側の領域にも燃焼排ガスが積極的に導かれるから、排気抵抗板５における筒体２２Ｂ側とその反対側とで燃焼排ガスの流速に差が生じ難く、バーナ１１の燃焼バランスがより安定する。よって、燃焼騒音を一層低減できる。また、燃焼排ガス中の顕熱および潜熱をより効率良く回収することもできるから、一層安定した出湯性能を発揮できる。

さらに、このものでは、通気孔５０の長縁部５３には、排気抵抗板５の上面から下方へ向かって円弧曲面部が形成されているから、長縁部５３に達したドレンは、排気抵抗板５の上面からリブ板に繋がる円弧曲面部に沿って下方へ積極的に流下する。従って、通気孔５０の周縁にドレンが留まり難く、通気孔５０の水封に起因するバーナ１１のインプットの低下を一層抑制することができる。よって、一層安定した出湯性能を発揮できる。

排気抵抗板５全体の面積に対する通気孔５０の総開口面積は、例えば１５％に設定される。上記のように通気孔５０の総開口面積を設定した燃焼装置１と、排気抵抗板５を備えていない燃焼装置との給湯運転時の熱効率の比較試験を行ったところ、上記燃焼装置１の方が比較対象の燃焼装置より約１．５％熱効率が高くなった。

尚、上記実施の形態では、通気孔５０は、排気導出口３５側から反対側へ向かって拡幅する略台形状の長孔に形成されたものを説明したが、ドレンにより水膜が形成され難い形状であれば、通気孔５０は、両端５１，５２が等幅に形成された長方形状の長孔であってもよいし、両端５１，５２が円弧状に形成された長孔であってもよいし、全体が楕円形状の長孔であってもよい。また、前後複数に分割されて構成されたものとしてもよい。

排気抵抗板５は、前後から中央へ向かって下方傾斜する曲板状に形成されたもの、具体的には、図４に示す排気抵抗板５Ａのように、通気孔５０の延在方向（前後方向）の略中央部が下方へ凹の縦断面略Ｖ字状、縦断面略円弧状など、下方へ凹の曲板状に形成されたものとしてもよい。このものでは、排気抵抗板５Ａ上に滴下したドレンが凹部に集められ、通気孔５０を通じて排気抵抗板５Ａの下方へ積極的に排出されるから、通気孔５０の周縁にドレンが留まり難く、通気孔５０の水封に起因するバーナ１１のインプットの低下を一層抑制することができる。よって、一層安定した出湯性能を発揮できる。

また、排気抵抗板５は、図５に示す排気抵抗板５Ｂのように、通気孔５０の後端５２側から前端５１側へ下方傾斜して配設されたものとしてもよい。このものでは、排気抵抗板５Ｂ上に滴下したドレンが、排気抵抗板５Ｂの傾斜方向、即ち、通気孔５０の後端５２側から前端５１側へ流れるから、通気孔５０の周縁にドレンが留まり難く、通気孔５０の水封に起因するバーナ１１のインプットの低下を一層抑制することができる。よって、一層安定した出湯性能を発揮できる。

また、排気抵抗板５は、図６に示す排気抵抗板５Ｃのように、排気抵抗板５Ｃに対する各領域の燃焼排ガスの流量や流速、圧力などに応じて異なる大きさの通気孔５０Ｃが配設されたものとしてもよい。このように構成することで、筐体２０から排気ダクト２２への排気流量をより適切に制限することができるから、バーナ１１を強燃焼させても、燃焼バランスが安定し、振動燃焼を生じ難い。よって、燃焼騒音を一層低減できる。

また、排気抵抗板５は、左右側方から中央へ向かって下方傾斜する曲板状に形成されたもの、具体的には、図７に示す排気抵抗板５Ｄのように、通気孔５０の延在方向と交差する方向（左右方向）の略中央部が下方へ凹の縦断面略Ｖ字状、縦断面略円弧状など、下方へ凹の曲板状に形成されたものとしてもよい。このものでは、排気抵抗板５Ｄ上に滴下したドレンが凹部に集められ、通気孔５０を通じて排気抵抗板５Ｄの下方へ積極的に排出されるから、通気孔５０の周縁にドレンが留まり難く、通気孔５０の水封に起因するバーナ１１のインプットの低下を一層抑制することができる。よって、一層安定した出湯性能を発揮できる。

本発明は、バーナボディ２１のガス導入口３３に逆流防止弁１５が設けられていない燃焼装置にも適用できる。また、本発明は、給湯機能のみ有する給湯器に限らず、風呂追焚機能を有する給湯器にも適用できるし、温水暖房端末へ温水を循環供給する暖房用熱源機、貯湯式給湯システムの熱源機、顕熱熱交換器のみ有する熱源機にも適用できる。

１燃焼装置
１０外装ケース
１０２給気口
１０３排気口
１１バーナ
１２熱交換器
１３燃焼ファン
２０筐体
２２排気ダクト
２２Ａ底カバー
２２Ｂ筒体（排気通路）
３５排気導出口
５排気抵抗板
５０通気孔

Claims

燃料ガスを燃焼させて燃焼排ガスを生成するバーナと、前記燃焼排ガス中の熱を回収して熱媒を加熱する熱交換器とを備え、前記燃焼排ガスを、略矩形箱状の筐体内の熱交換器に対して上方から下方へ流通させ、筐体の下方の一側面側に連設された排気通路を介して排気口に導くように構成された燃焼装置であって、
筐体の下流側となる熱交換器の下方に複数の通気孔を有する排気抵抗板が設けられ、
前記通気孔はそれぞれ、筐体の下方から排気通路へ燃焼排ガスが流れる方向に延在する長孔に形成された、燃焼装置。
請求項１に記載の燃焼装置において、
前記通気孔は、排気通路側の端部より反対側の端部が広幅に形成された、燃焼装置。
請求項１または２に記載の燃焼装置において、
排気抵抗板は、下方へ凹の曲板状に形成された、燃焼装置。
請求項１または２に記載の燃焼装置において、
排気抵抗板は、通気孔の一方の端部側から他方の端部側へ下方傾斜して配設された、燃焼装置。
請求項１から４のいずれかに記載の燃焼装置において、
通気孔はそれぞれ、異なる大きさに形成された、燃焼装置。
請求項１から５のいずれかに記載の燃焼装置において、
通気孔の長縁部は、排気抵抗板の上面から下方へ向う円弧曲面部を有する、燃焼装置。