JP6905914B2

JP6905914B2 - 燃焼装置

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Publication number: JP6905914B2
Application number: JP2017205081A
Authority: JP
Inventors: 政一清水; 翔井上; 祉敏陶
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2017-10-24
Filing date: 2017-10-24
Publication date: 2021-07-21
Anticipated expiration: 2037-10-24
Also published as: EP3477199B1; EP3477199A1; JP2019078445A; CN109695957B; CN109695957A

Description

本発明は、給湯器や暖房用熱源機などの燃焼装置、特に、バーナで生成される燃焼排ガスにより熱交換器内に供給される熱媒を加熱する燃焼装置に関する。

従来、バーナから放出される燃料ガスと空気の混合ガスを燃焼させ、その燃焼排ガスによって熱交換器内に供給される熱媒を加熱する給湯器や暖房用熱源機などの燃焼装置では、小型化および低廉化を考慮すれば、バーナを収容するバーナ室や熱交換器をできる限り小さな構成とするのが望ましい。

ところが、バーナ室の体積を小さくし過ぎると、バーナを強燃焼させたときの炎孔周辺の圧力変動が大きくなり、燃焼バランスが乱れて振動燃焼を引き起こし、共鳴音が生じる場合がある。そこで、バーナ室側壁の内側に略Ｌ字状又は略コ字状の隔壁を設け、バーナ配設部の側方に圧力吸収室として半密閉状の空間を画成することにより、炎孔周辺の圧力変動の抑制を図ったものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

実開平５−９６７３９号公報

この種の燃焼装置では、図９に示すように、バーナ室７１内における左右間の略中央位置に複数のバーナ６１が左右横並びで配設されており、バーナ室７１内におけるバーナ配設部Ｓ１の前方には、複数の吸気孔８３１を有する仕切壁８３が左右のバーナ室側壁７１２相互間に亘って立設されている。仕切壁８３の下縁部とバーナ室底壁７１１との間には、仕切壁８３の前方の空間（前部空間）Ｓ６に繋がる間隙Ｓ５が設けられており、燃焼運転時には、バーナ室底壁７１１の空気導入口７１０からバーナ室７１内に導入される空気の一部が、上記間隙Ｓ５を通じて前部空間Ｓ６へ導かれ、燃焼用の一次空気として吸気孔８３１から各バーナ６１に導入される。

しかしながら、上記従来の燃焼装置のように、バーナ配設部Ｓ１の側方に所定の空間Ｓ４を画成すべく、バーナ室７１の左右幅寸法を大きくしたものでは、仕切壁８３の前面における吸気孔形成域Ａ１の側方に、吸気孔８３１が形成されていない比較的大きな領域（吸気孔非形成域）Ａ２が形成されている。

そのため、燃焼運転時に上記間隙Ｓ５から前部空間Ｓ６に導入される空気の一部は、吸気孔非形成域Ａ２の前方の空間にて乱流となって、特に外側の吸気孔８３１に対して安定して空気が流れず、各バーナ１１の燃焼状態にばらつきが生じる虞があった。

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、燃焼運転時に発生する騒音の低減を図りつつ、燃焼安定性の向上を図ることにある。

本発明は、上端部に炎孔を有する複数のバーナと、各バーナを横方向に並列させた状態で収容するバーナ室と、バーナ室の上部に連設され、バーナで生成される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た燃焼装置であって、バーナ配設部とバーナ室側壁との間に、炎孔の上部空間に繋がる側部空間が設けられ、バーナ配設部の前方に、各バーナのガス導入口に対向し連通する複数の吸気孔を有する仕切壁が設けられ、仕切壁とバーナ室前壁との間に、バーナ室内に導入される燃焼用の空気を各吸気孔へ導く前部空間が設けられ、仕切壁の吸気孔形成域の側方前方に、前部空間に導入された空気が前記側方前方から乱流となって吸気孔形成域側へ流れるのを制限する制流部が設けられたものである。

このものでは、バーナ配設部の側方に空間（側部空間）を設けてバーナ室の左右幅寸法を大きくしても、仕切壁の吸気孔形成域の側方前方に設けられた制流部によって、バーナ室内に導入された空気が吸気孔形成域の側方前方、即ち、吸気孔非形成域で乱流となって吸気孔形成域側へ流れるのを制限できるから、前部空間から各吸気孔へ均等に一次空気が導入される。よって、各バーナの燃焼状態にばらつきが生じ難い。

しかも、バーナ配設部の側方に側部空間を画成したことで、炎孔周辺の圧力変動が抑制されるから、振動燃焼に起因する共鳴音が生じ難いし、また、仕切壁の吸気孔形成域の側方前方に制流部を設けたことで、各吸気孔の周辺での気流の乱れが抑制されるから、気流の乱れに起因する風切り音も生じ難い。

好ましくは、上記燃焼装置において、仕切壁の前面に、吸気孔の周縁部に沿ってダンパ板が設けられ、制流部は、ダンパ板の側端部に一体形成される。

このものでは、吸気孔の周縁部に沿って設けられるダンパ板に制流部が一体的に構成されているから、吸気孔形成域に対する制流部の配置構成にばらつきが生じ難い。よって、吸気孔非形成域から吸気孔形成域側への空気の流れをより適切に制限できる。しかも、ダンパ板と制流部とを一体的に構成したことで、制流部を他の部材とは別で仕切壁の前面に配設する必要がないから、装置全体の部品点数や組立工数を削減することもできる。

以上のように、本発明によれば、各吸気孔に対して均等に一次空気が導入され、各バーナの燃焼状態にばらつきが生じ難いから、燃焼安定性が向上する。また、振動燃焼に起因する共鳴音や吸気孔周辺での気流の乱れに起因する風切り音など、燃焼運転時に発生する騒音も低減できる。

図１は、本発明の実施の形態に係る燃焼装置の前方視概略縦断面図である。図２は、本発明の実施の形態に係る燃焼装置のバーナ周辺の側方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バーナ周辺の斜視概略横断面図である。図４は、本発明の実施の形態に係る燃焼装置のバーナ周辺の概略斜視図である。図５は、本発明の実施の形態に係る燃焼装置の吸気孔周辺の概略正面図である。図６は、本発明の実施の形態に係る燃焼装置の変形例１を示す吸気孔周辺の概略正面図である。図７は、本発明の実施の形態に係る燃焼装置の変形例２を示す吸気孔周辺の概略正面図である。図８は、本発明の実施の形態に係る燃焼装置の変形例３を示すバーナ周辺の斜視概略横断面図である。図９は、従来の燃焼装置のバーナ周辺の構成を示す斜視概略横断面図である。

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、上端部に設けられた炎孔１１０から燃料ガスと空気との混合ガスを放出して燃焼させ、燃焼排ガスを生成する複数のバーナ１１と、上記燃焼排ガス中の熱を回収する熱交換器１２と、バーナ１１に燃焼用の空気を供給する燃焼ファン１３とを備えた給湯器であって、図示しない給水配管から入水管１４を介して熱交換器１２に供給される水（熱媒）を上記燃焼排ガスにより加熱し、出湯管１５から図示しない給湯配管を通じてカランやシャワーなどの出湯先へ供給するように構成されている。

燃焼装置１の外装ケース１０は、前方に開口する略矩形箱状のケース本体１０Ａと、ケース本体１０Ａの前方開口部を被蓋する前パネル（図示しない）とで構成されている。尚、本明細書では、外装ケース１０を前パネル側から見たときのケース本体１０Ａ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。

ケース本体１０Ａの内部には、上端が開口する略矩形箱状のバーナ室２１が設けられており、バーナ１１は、バーナ室２１内における左右間の略中央位置に左右横並びで配設されている。熱交換器１２の外郭を構成する缶体２２は、上下両端が開口する略矩形筒状に形成されており、下端開口部がバーナ室２１の上端開口部に連設されている。缶体２２の上端開口部には、缶体２２内に導入される燃焼排ガスや燃焼用の空気を外装ケース１０の外部へ導出する排気ダクト２３が連設されている。尚、本実施の形態におけるバーナ室２１の左右幅寸法は、缶体２２の左右幅寸法より大きく設定されている。

排気ダクト２３は、缶体２２の上端開口部を上方から覆う上カバー２３Ａと、上カバー２３Ａの上壁中央から上方へ向けて延出する筒体２３Ｂとで構成されており、上カバー２３Ａの内側の空間は、筒体２３Ｂ上端の排気口２３０を通じて外装ケース１０の外部に繋がっている。

バーナ室２１の底壁（以下、「バーナ室底壁」という）２１１には、バーナ室２１内にバーナ１１の燃焼用の空気を導入するための空気導入口２１０が開設されており、燃焼ファン１３は、上記空気導入口２１０に接続されている。

このように、外装ケース１０内には、空気導入口２１０からバーナ室２１を通って缶体２２内に繋がり、さらに排気ダクト２３を通って排気口２３０に至る空気の給排気経路が画成されており、燃焼ファン１３を作動させることで、装置外部の空気がバーナ１１の燃焼用の空気として空気導入口２１０からバーナ室２１内へ強制的に導入され、バーナ１１で生成される燃焼排ガスと共に缶体２２内へ送り込まれ、排気ダクト２３を通じて排気口２３０から装置外部に導出される。

熱交換器１２は、缶体２２内に左右横並びで配設される複数の板状の伝熱フィン１２１と、缶体２２の左右の側壁２２２相互間に延設され且つ伝熱フィン１２１に対して直交する方向から貫挿される複数の円形直管状の吸熱管１２２とで構成されており、上記伝熱フィン１２１および吸熱管１２２によって缶体２２内に導入される燃焼排ガス中の熱を回収し、吸熱管１２２に供給される水を加熱する。

各吸熱管１２２は、缶体２２の側壁２２２の外側にて直列的に連結されており、側壁２２２相互間で蛇行する一つの熱交換管路を構成している。入水管１４は、上記熱交換管路の上流端に接続され、出湯管１５は、上記熱交換管路の下流端に接続されている。

図２および図３に示すように、バーナ室２１の前壁（以下、「バーナ室前壁」という）２１３の前面には、図示しないガス配管から供給される燃料ガスを各バーナ１１へ分配して噴射するノズルマニホールド１６が配設されている。

ノズルマニホールド１６は、所定形状に鋳造形成された金属ブロックや金属板によって構成された扁平板状の中空体であり、後面部１６４には、図示しないガス配管から供給される燃料ガスをバーナ１１の淡炎用のガス導入口１１１へ向けて噴射する淡炎用のガス噴出ノズル（以下、「淡ノズル」という）１６１と、濃炎用のガス導入口１１２へ向けて噴射する濃炎用のガス噴出ノズル（以下、「濃ノズル」という）１６２とが設けられている。

図２および図４に示すように、バーナ１１は、所定形状にプレス形成された金属板を複数重ね合わせて構成された扁平板状の筒体であり、内部には、独立する二つのガス導通路Ｇ１，Ｇ２が画成されている。

バーナ１１の前端部には、ノズルマニホールド１６の淡ノズル１６１に対向して配設される淡炎用のガス導入口（以下、「淡ガス導入口」という）１１１と、ノズルマニホールド１６の濃ノズル１６２に対向して配設される濃炎用のガス導入口（以下、「濃ガス導入口」という）１１２とが設けられている。

炎孔１１０は、淡炎用のガス導通路Ｇ１を通じて淡ガス導入口１１１に繋がる淡炎用の炎孔（以下、「淡炎孔」という）１１３と、濃炎用のガス導通路Ｇ２を通じて濃ガス導入口１１２に繋がる濃炎用の炎孔（以下、「濃炎孔」という）１１４とで構成されており、淡ノズル１６１から淡ガス導入口１１１へ向けて噴射された燃料ガスは、淡ガス導入口１１１周辺の空気と共に淡炎用のガス導通路Ｇ１に導入され、理論空燃比より燃料ガス濃度の低い淡混合ガスに混合されて淡炎孔１１３から噴出される。一方、濃ノズル１６２から濃ガス導入口１１２へ向けて噴射された燃料ガスは、濃ガス導入口１１２周辺の空気と共に濃炎用のガス導通路Ｇ２に導入され、上記淡混合ガスより燃料ガス濃度の高い濃混合ガスに混合されて濃炎孔１１４から噴出される。

図１、図２および図４に示すように、バーナ室２１内におけるバーナ１１とバーナ室底壁２１１との間には、複数の通気孔３０を有し、空気導入口２１０からバーナ室２１内に導入された空気をバーナ１１の配設部（以下、「バーナ配設部」という）Ｓ１や後述する側部空間Ｓ４へ分配するための分布板３１が設けられている。

分布板３１は、バーナ室２１の左右の側壁（以下、「バーナ室側壁」という）２１２相互にて支持されており、バーナ室２１の内部空間を上下に分割している。分布板３１の上面には、前後左右４つの板体で構成される略矩形筒状のバーナ支持枠３２が設けられており、バーナ１１は、バーナ支持枠３２の内側の空間に支持固定されている。即ち、バーナ支持枠３２の内側の空間がバーナ配設部Ｓ１となる。

図２および図４に示すように、バーナ１１は、前端部および後端部がそれぞれ、バーナ支持枠３２の前板（以下、「支持枠前板」という）３２３および後板（以下、「支持枠後板」という）３２４に支持固定されている。

支持枠前板３２３および支持枠後板３２４はそれぞれ、左右両端部にてバーナ支持枠３２の左右の側板（以下、「支持枠側板」という）３２２に連結支持されており、左右の支持枠側板３２２はそれぞれ、下端部が分布板３１の上面に支持固定されている。このように、バーナ１１は、バーナ支持枠３２によって分布板３１の上面に支持固定されている。

図１および図３に示すように、支持枠側板３２２とバーナ室側壁２１２との間、即ち、バーナ配設部Ｓ１の左右の側方には、バーナ室２１内における炎孔１１０の上部空間（以下、「燃焼部」という）Ｓ３に繋がり、燃焼運転時の炎孔１１０周辺の圧力変動を吸収するための側部空間Ｓ４が設けられている。

図１および図４に示すように、通気孔３０は、分布板３１におけるバーナ配設部Ｓ１および側部空間Ｓ４の下方相対領域にそれぞれ、前後縦並びで開設されており、燃焼運転時、燃焼ファン１３によって空気導入口２１０からバーナ室２１内に導入される空気の一部は、燃焼用の二次空気として各通気孔３０を通じてバーナ配設部Ｓ１および側部空間Ｓ４に送り込まれる。

図２および図３に示すように、バーナ室前壁２１３の下半面部３３は、上半面部３４より一段後方（バーナ室２１内側）へ奥まった位置に配設されている。ノズルマニホールド１６は、下半面部３３の前方周縁部３５にねじ留め固定され、ノズルマニホールド１６の後面部１６４とバーナ室前壁２１３の下半面部３３との間に、所定の空間（以下、「前部空間」という）Ｓ６を画成している。即ち、バーナ室２１内におけるバーナ配設部Ｓ１の前方に、バーナ室前壁２１３の下半面部（以下、「仕切壁」という）３３が左右のバーナ室側壁２１２相互間に亘って立設されており、バーナ室２１の内部空間を前後に分割している。従って、燃焼運転時、燃焼ファン１３によって空気導入口２１０からバーナ室２１内に導入される空気の一部は、仕切壁３３の下縁部とバーナ室底壁２１１との間隙Ｓ５を通じて前部空間Ｓ６へ導かれる。

仕切壁３３には、各バーナ１１のガス導入口１１１，１１２に対向し連通する複数の淡炎用の吸気孔３３１および濃炎用の吸気孔３３２が設けられており、燃焼運転時、仕切壁３３の前部空間Ｓ６に導入された空気は、燃焼用の一次空気として淡ノズル１６１および濃ノズル１６２から噴射される燃料ガスと共に各吸気孔３３１，３３２を通じてバーナ１１に送り込まれる。

図２、図３および図５に示すように、仕切壁３３の前面には、淡炎用の吸気孔３３１および濃炎用の吸気孔３３２の周縁部に沿ってダンパ板１７が設けられている。ダンパ板１７は、上方視略コ字状に形成された金属板であり、中央のダンパ本体１７０には、淡炎用の吸気孔３３１に対応する略矩形状の第１連通孔１７１と、濃炎用の吸気孔３３２に対応する略円形状の第２連通孔１７２とが開設されている。

ダンパ本体１７０の左右の側端部には、バーナ室２１内に導入された空気が仕切壁３３の前面における吸気孔３３１，３３２の形成領域（以下、「吸気孔形成域」という）Ａ１の側方前方、即ち、吸気孔非形成域Ａ２側から乱流となって吸気孔形成域Ａ１側へ流れるのを制限する制流部としての制流板３７が形成されている。

制流板３７は、ダンパ本体１７０の左右の側端部からそれぞれ前方へ向かって折曲形成されている。また、制流板３７は、仕切壁３３の上縁部から下縁部に亘って略垂直に延設されており、前部空間Ｓ６を吸気孔形成域Ａ１の前方の空間と吸気孔非形成域Ａ２の前方の空間とに区画分離している。従って、仕切壁３３の下縁部側の間隙Ｓ５から前部空間Ｓ６へ導入される空気は、吸気孔形成域Ａ１へ向かって下方から上方へ円滑に導かれ、左右外側（吸気孔非形成域Ａ２側）から中央（吸気孔形成域Ａ１側）へ向かう空気の流れは生じない。

このように、上記燃焼装置１によれば、バーナ配設部Ｓ１の側方に空間（側部空間）Ｓ４を設けてバーナ室２１の左右幅寸法を大きくしても、仕切壁３３の吸気孔形成域Ａ１の側方前方に設けられた制流板３７によって、バーナ室２１内に導入された空気が吸気孔非形成域Ａ２の前方の空間で乱流となって吸気孔形成域Ａ１側へ流れるのを制限できるから、前部空間Ｓ６から各吸気孔３３１，３３２へ均等に一次空気が導入される。よって、各バーナ１１の燃焼状態にばらつきが生じ難く、燃焼安定性が向上する。

しかも、上記燃焼装置１では、バーナ配設部Ｓ１の側方に側部空間Ｓ４を画成してバーナ室２１の体積を大きくしたことで、バーナ１１の振動燃焼が抑制されるから、共鳴音が生じ難い。また、仕切壁３３の吸気孔形成域Ａ１の側方前方に制流板３７を設けたことで、各吸気孔３３１，３３２の周辺での気流の乱れが抑制されるから、上記気流の乱れに起因する風切り音も生じ難い。

また、制流板３７が他の部材と別体で独立して構成されたものでは、制流板３７の取付精度のばらつきや取付不良により、吸気孔非形成域Ａ２側から吸気孔形成域Ａ１への空気の流れを適切に制限できない虞があるが、上記燃焼装置１では、吸気孔３３１，３３２の周縁部に沿って設けられるダンパ板１７に制流板３７が一体形成されているから、吸気孔形成域Ａ１に対する制流板３７の配置構成にばらつきが生じ難い。これにより、バーナ室２１内に導入された空気が吸気孔非形成域Ａ２から吸気孔形成域Ａ１側へ流れるのをより適切に制限できる。よって、各バーナ１１の燃焼状態にばらつきが生じ難く、燃焼安定性が一層向上する。

しかも、ダンパ板１７と制流板３７とを一体的に構成したことで、制流板３７を他の部材とは別で仕切壁３３の前面に配設する必要がないから、装置全体の部品点数や組立工数を削減することもできる。よって、燃焼装置１の低廉化を図ることも可能となる。

尚、上記実施の形態では、ダンパ本体１７０の側端部に、平板状の制流板３７が前方へ向かって突出形成されたものを説明したが、図６に示すように、ダンパ本体１７０の側端部に、前方視略Ｌ字状の制流板３７が前方へ向かって突出形成されたものとしてもよい。このものでは、制流板３７の下板３７１によって、バーナ室２１内に導入された空気が吸気孔非形成域Ａ２の前方の空間に流入するのを制限できるから、各吸気孔３３１，３３２へ集中的且つ均等に一次空気を導くことができる。

また、上記実施の形態では、平板状の制流板３７が仕切壁３３の上縁部から下縁部に亘って略垂直に延設されたものを説明したが、図７に示すように、平板状の制流板３７が仕切壁３３の上縁部から下縁部に亘って斜め外向きに延設されたものとしてもよい。このものでは、前部空間Ｓ６に導入された空気は、制流板３７の下面に沿って吸気孔形成域Ａ１側へ円滑に導かれ、吸気孔非形成域Ａ２の前方の空間にて乱流になり難いから、各吸気孔３３１，３３２へ集中的且つ均等に一次空気を導くことができる。

また、上記実施の形態では、ダンパ本体１７０の側端部に設けられた制流板３７によって、バーナ室２１内に導入された空気が吸気孔非形成域Ａ２の前方の空間にて乱流となって吸気孔形成域Ａ１側へ流れるのを制限するように構成されたものを説明したが、図８に示すように、制流板３７に代えて、仕切壁３３の前面外側に、制流部としてバーナ室前壁２１３の上半面部３４と略面一致する位置まで突出する突出部３８が形成されたものとしてもよい。このものでは、突出部３８によって、バーナ室２１内に導入された空気が吸気孔非形成域Ａ２から吸気孔形成域Ａ１側へ流れるのを制限できるから、各吸気孔３３１，３３２へ集中的且つ均等に一次空気を導くことができる。

また、上記実施の形態では、ダンパ板１７に制流板３７が設けられたものを説明したが、ノズルマニホールド１６の後面部１６４に、制流部として制流板３７と同様の制流作用を奏する板片や突起が形成されたものとしてもよい。

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
１１バーナ
１１０炎孔
１１１，１１２ガス導入口
１１０炎孔
１２熱交換器
２１バーナ室
２１２バーナ室側壁
２１３バーナ室前壁
３３仕切壁
３３１，３３２吸気孔
３７制流部
Ａ１吸気孔形成域
Ａ２吸気孔非形成域
Ｓ１バーナ配設部
Ｓ３上部空間
Ｓ４側部空間
Ｓ６前部空間

Claims

上端部に炎孔を有する複数のバーナと、各バーナを横方向に並列させた状態で収容するバーナ室と、バーナ室の上部に連設され、バーナで生成される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た燃焼装置であって、
バーナ配設部とバーナ室側壁との間に、炎孔の上部空間に繋がる側部空間が設けられ、
バーナ配設部の前方に、各バーナのガス導入口に対向し連通する複数の吸気孔を有する仕切壁が設けられ、
仕切壁とバーナ室前壁との間に、バーナ室内に導入される燃焼用の空気を各吸気孔へ導く前部空間が設けられ、
仕切壁の吸気孔形成域の側方前方に、前部空間に導入された空気が前記側方前方から乱流となって吸気孔形成域側へ流れるのを制限する制流部が設けられた、燃焼装置。
請求項１に記載の燃焼装置において、
仕切壁の前面に、吸気孔の周縁部に沿ってダンパ板が設けられ、
制流部は、ダンパ板の側端部に一体形成された、燃焼装置。