JP7227108B2

JP7227108B2 - 気化式燃焼装置

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Publication number: JP7227108B2
Application number: JP2019163498A
Authority: JP
Inventors: 拓馬柄澤; 誠森田; 耕司中島
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2023-02-21
Anticipated expiration: 2039-09-09
Also published as: JP2021042880A

Description

本発明は、給湯機や暖房機などに使用する気化式燃焼装置に関するものである。

従来この種のものでは、加熱用ヒータを備えた気化器で、気化ガスと燃焼空気との予混合ガスを生成し、さらに混合室内で混合を促進させた後、バーナヘッドにて二次空気の供給を受けながら良好な燃焼を行わせるものがあった。（例えば、特許文献１参照。）

特開２００６－７１１１１号公報

ところで、この従来のものは、バーナヘッドの先端側がバーナヘッド固定部材で固定されており、仮に、バーナヘッドの先端側が燃焼熱により変形して、混合室から浮き上がろうとした場合であっても、バーナヘッド固定部材がその浮き上がりを抑制するものであった。

しかし、バーナヘッド固定部材は、燃焼時にバーナヘッドと同様に燃焼熱の影響を受ける状態にあり、バーナヘッド固定部材自体が変形してしまうおそれある。そうなった場合、バーナヘッドの先端側の燃焼熱による変形を抑えることができなくなるおそれがあった。

本発明は上記課題を解決するために、請求項１では、加熱用ヒータを備え底部には混合ガスの流出口を有した気化器と、該気化器下部で前記流出口と連通した混合室と、該混合室の上部で前記気化器の背面側に位置するバーナヘッドと、該バーナヘッドを固定するバーナヘッド固定部材とを備え、前記バーナヘッドは、複数の炎孔を長手方向に沿って列状に配置した炎孔部と、複数の二次空気孔を長手方向に沿って列状に配置した二次空気供給部とが交互に配置され、前記炎孔部はその先端側に前記炎孔のない無炎孔部が形成され、前記バーナヘッド固定部材は、前記無炎孔部が形成された側であって前記バーナヘッドの先端側に配設された気化式燃焼装置において、前記バーナヘッド固定部材の下方に位置する前記二次空気供給部に、前記バーナヘッド固定部材を冷却する空気を供給する冷却用空気孔を設け、前記バーナヘッド固定部材は、前記バーナヘッドの先端側および前記混合室の先端側を囲うように係合する断面略コの字状のコの字状部と、前記バーナヘッドの上方側に位置する前記コの字状部の先端部から上方に向かって立ち上がる立ち上がり部とを有し、前記炎孔部において最も先端側に位置する前記炎孔から前記立ち上がり部までの間の領域と隣接する前記二次空気供給部に、前記立ち上がり部に沿うように空気を供給する整流空気孔を配置するものとした。

この発明の請求項１によれば、バーナヘッド固定部材の下方に位置する二次空気供給部に、バーナヘッド固定部材を冷却する空気を供給する冷却用空気孔を設けたことで、冷却用空気孔から吹き出される冷却用の空気がバーナヘッド固定部材に当たることにより、バーナヘッド固定部材が冷却されるので、バーナヘッド固定部材の過熱が抑制され、バーナヘッド固定部材の変形を防ぐことができる。

また、請求項１によれば、炎孔部において最も先端側に位置する炎孔からバーナヘッド固定部材の立ち上がり部までの間の領域と隣接する二次空気供給部に、立ち上がり部に沿うように空気を供給する整流空気孔を配置したことで、整流空気孔から吹き出される空気は、立ち上がり部に沿うように供給されるため、立ち上がり部に当たって、バーナヘッド固定部材が冷却されるので、バーナヘッド固定部材の過熱が抑制され、バーナヘッド固定部材の変形を防ぐことができ、さらに、整流空気孔から吹き出されて立ち上がり部に沿うように供給される空気によって、冷却用空気孔から吹き出されてバーナヘッド固定部材に当たって炎孔のある方向に偏向した冷却用の空気を垂直方向に誘導させることができるので、バーナヘッド固定部材に近い炎孔で発生する炎のリフトを抑えることができる。

本発明の一実施形態の気化式燃焼装置の断面図。気化器の正面図。（ａ）混合室、バーナヘッド、およびバーナヘッド固定部材を組み付けた状態の図。（ｂ）（ａ）の状態からバーナヘッド固定部材を外した状態の図。混合室、バーナヘッド、およびバーナヘッド固定部材を組み付けた状態を平面視した図。混合室およびバーナヘッドの断面図。本発明の実施形態の気化式燃焼装置および比較例の気化式燃焼装置におけるバーナヘッド先端側の要部断面図。

次に、この発明の一実施形態の気化式燃焼装置の構成について、図面に基づき詳細に説明する。

１はアルミダイキャストから成る横椀状の気化器で、正面は燃料噴射ノズル２及び一次空気の噴出口３を備えた蓋体４で閉塞され、底部に仕切壁５で２つに仕切られた混合ガスの流出口６を形成している。

前記気化器１は燃料噴射ノズル２と対向する内面を、該燃料噴射ノズル２に対して垂直に形成し垂直気化面７とすると共に、燃料（燃油等）が吹き付けられる部分は燃料の均一な拡散を計るために平坦面８とし、さらにこの平坦面８の周囲には長さの異なる複数個のビード９を水平方向で且つそれぞれ平行に複数段配置して、流下する燃料の蛇行路１０を形成している。

また、上記平坦面８および蛇行路１０は、燃料噴射ノズル２の噴射孔が左右に１つずつ形成されているので、これに対向して垂直気化面７上の左右にそれぞれ１つずつ設けられている。

１１は気化器１に鋳込まれたＵ字状のシーズヒータから成る加熱用ヒータで、垂直気化面７上方から燃料噴射ノズル２側に突出し、垂直気化面７の上方空間を覆う上側壁１２と、垂直気化面７下方からやや突出し流出口６を形成する下側壁１３とに鋳込まれている。

１４は気化器１の蛇行路１０の最終端に備えられた平面から見て台形状の案内壁で、気化器１内で形成される気化ガスと燃焼用の一次空気による混合ガスを、底部の２つの流出口６にスムーズに分割して案内するものである。

１５は気化器１下部に備えられたアルミダイキャスト製の混合室で、流出口６に連通し混合ガスの整流を行うように１段下方に凹ませて大容量とした整流室１６と、整流室１６と連通し気化器１から離れるに従って先細形状となるように区画成形され、間に下方に連通する二次空気室１７を交互に有する複数のガス室１８とを一体成形して構成され、さらに整流室１６底部にはＵ字状のシーズヒータから成る補助ヒータ１９が鋳込まれている。

また、混合室１５内面には、耐熱塗料を塗布し微細凹凸の塗装面２０を形成することで、混合ガスの流通抵抗として混合ガスの噴出速度を均一にすると共に整流の促進を計るものである。

２１は各ガス室１８入口に上方から垂下して備えられた整流板で、一枚板に切欠部と屈曲片とを交互に形成して構成され、ガス室１８入口面積の約１／６を上方から閉塞することによって、ガス室１８への送風力を抑制して全体的に均一な火炎を形成するようにしている。

２２は混合室１５のガス室１８及び二次空気室１７の上部で気化器１の背面側に形成されたバーナヘッドで、ガス室１８上に固定される凸状の炎孔部２３と、隣接する炎孔部２３間の凹部で形成され二次空気室１７と連通した二次空気供給部２４とで構成される。

前記炎孔部２３には複数の炎孔２５が長手方向に沿って列状に配置されており、炎孔２５は炎孔部２３頂部のほぼ中央部から側壁まで延設された細長逆Ｌ字状をなし、長手方向に沿って左右交互に形成されている。さらに、炎孔部２３は、気化器１側を基端とし、気化器１と逆側（気化器１から離れた側）を先端としたときに、その先端側に炎孔２５のない無炎孔部２６が形成されている。

前記二次空気供給部２４底部には複数の二次空気孔２７が長手方向に沿って列状に配置されており、二次空気室１７と連通して二次空気を供給する。二次空気供給部２４には、二次空気孔２７と同じ並びであって、二次空気孔２７よりも気化器１に近い基端側と気化器１から最も遠い先端側、すなわち、二次空気供給部２４の両端にバーナヘッド２２を混合室１５に固定するためにネジを挿通するネジ孔２８が形成され、さらに、二次空気供給部２４には、二次空気孔２７と同じ並びであって、後述するバーナヘッド固定部材２９の下方の位置に、バーナヘッド固定部材２９を冷却する空気を供給する冷却用空気孔３０が設けられている。冷却用空気孔３０は、二次空気孔２７と同様に二次空気室１７と連通しており、冷却用空気孔３０から吹き出されてバーナヘッド固定部材２９を冷却する空気としては、二次空気室１７から供給される二次空気が使用される。また、二次空気供給部２４には、二次空気孔２７と同じ並びであって、冷却用空気孔３０から気化器１寄り且つ冷却用空気孔３０と隣り合うように整流空気孔３１が設けられている。整流空気孔３１は、二次空気孔２７と同様に二次空気室１７と連通しており、整流空気孔３１から吹き出される空気としては、二次空気室１７から供給される二次空気が使用される。なお、図４において、バーナヘッド固定部材２９上に破線で丸く描かれた円は冷却用空気孔３０を示しており、バーナヘッド固定部材２９を透過させた場合に見える冷却用空気孔３０の位置を示している。

前述のバーナヘッド固定部材２９は、無炎孔部２６が形成されている側であって、バーナヘッド２２の先端側（気化器１から離れた側）に配設されており、バーナヘッド２２の先端側および混合室１５の先端側を囲うように係合する断面略コの字状のコの字状部３２と、バーナヘッド２２の上方側に位置するコの字状部３２の先端部から上方に向かって立ち上がる立ち上がり部３３とを有している。前記コの字状部３２のうちバーナヘッド２２の上方側に位置する部分は、バーナヘッド２２（炎孔部２３）表面から高さ方向にわずかな間隔を介し、その高さ位置で、無炎孔部２６および無炎孔部２６に隣接する二次空気供給部２４の大部分を覆うように長手方向（バーナヘッド２２の長手方向と同一方向）に延設されている。なお、バーナヘッド固定部材２９は、バーナヘッド２２および混合室１５とネジで共締めされて固定されるものであってもよいし、バーナヘッド固定部材２９単独で混合室１５とネジで固定されるものであってもよい。

また、前記整流空気孔３１は、炎孔部２３において最も先端側（気化器１から離れた側）に位置する炎孔２５からバーナヘッド固定部材２９の立ち上がり部３３までの間の長さ方向に形成される領域と隣接する二次空気供給部２４に設けられており、整流空気孔３１はバーナヘッド固定部材２９の立ち上がり部３３に沿うように空気を供給するものである。ここで、整流空気孔３１を、バーナヘッド固定部材２９の立ち上がり部３３までの間の長さ方向に形成される領域と隣接する二次空気供給部２４に位置させるとは、整流空気孔３１の全体を、バーナヘッド固定部材２９の立ち上がり部３３までの間の長さ方向に形成される領域と隣接する二次空気供給部２４に位置させるものと、整流空気孔３１の大半を、バーナヘッド固定部材２９の立ち上がり部３３までの間の長さ方向に形成される領域と隣接する二次空気供給部２４に位置させる共に、整流空気孔３１の残りの一部が立ち上がり部３３に平面視で重なって見えるように位置させたものも含むものである。

３４は炎孔部２３両側に固着された保炎ガイドで、炎孔２５と対向する上部を炎孔２５とは反対側の斜め上方に向かって屈曲させ、炎孔２５に形成される火炎の広がりを抑制すると共に、下方の二次空気孔２７から供給される二次空気の案内を行う。

３５は炎孔部２３内に備えられた耐熱性の整流アミで、線径０．２９ｍｍの線材を３６メッシュに編み上げて構成され、炎孔２５から噴出する混合ガスの最後の整流を行う。

３６は気化器１背面からバーナヘッド２２上に突出した縦長の吸熱フィンで、燃焼ガスとの接触面積を多くしてヒートバック量を増大させるために複数に分割形成され、燃焼時には燃焼熱のヒートバックを気化熱として利用し加熱用ヒータ１１の省電力化を計るものであり、上端はバーナヘッド２２側に向かって下り傾斜した傾斜部３７とし、上昇してくる燃焼熱の抜けを良くしている。

３８は吸熱フィン３６上方に備えられたＬ字状の抑止板で、気化器１側から吸熱フィン３６上約２／３まで張り出して吸熱フィン３６上を覆い、この間を上昇して来る燃焼熱の上昇力を抑制するものである。吸熱フィン３６上方全体を覆うまで抑止板３８を張り出させた場合には、抑止板３８自体にスリットや穴を形成して抑制力を調節するようにしてもよい。

３９は吸熱フィン３６間の気化器１背面壁に横方向Ｒ状の凸部を複数個連続して形成した凹凸面で、吸熱面積を増大させると共に、燃焼熱の上昇力を制御し十分なヒートバックを得るようにしているもので、特にＲ形状であるから燃焼熱に乱流を起こさせることなく、スムーズにその上昇力のみを抑制することができる。

４０は気化器１背面を露呈させバーナヘッド２２の上方を囲った上方開放の燃焼室で、外周は所定間隔を介してカバー枠４１で覆われている。

４２は燃焼量に応じて回転数が制御される燃焼ファンで、送風路４３を介して燃焼室４０とカバー枠４１との間の空間、および噴出口３に連通し、噴出口３には燃焼用の一次空気を供給し、燃焼室４０とカバー枠４１との間の空間には気化器１側方を通り混合室１５下方から二次空気室１７を介しバーナヘッド２２の二次空気供給部２４へ供給される二次空気、および燃焼室４０を冷却する空気を供給する。

４４は燃料噴射ノズル２に送油管４５を介して燃料を圧送する電磁ポンプで、燃焼ファン４２と連動して燃料の供給量を負荷に応じて可変し、大火力から小火力燃焼までバーナヘッド２２の燃焼量を制御するものである。４６は遮熱板である。

次に、この発明一実施例の作動について説明する。
加熱用ヒータ１１に通電し気化器１を所定温度まで加熱すれば、これを適所に備えた温度センサ（図示せず）で検知し、燃焼ファン４２および電磁ポンプ４４を駆動させることで、気化器１には燃料噴射ノズル２から燃料が、また噴出口３からは燃焼用の一次空気がそれぞれ供給される。

そして、気化器１では、燃料噴射ノズル２から噴射された燃料は、垂直気化面７平坦面８に衝突し凹凸がないので均一に周囲に拡散するが、直ぐには落下せず周囲のビード９上を供給される一次空気の送風力もあって蛇行路１０に沿って順次移動し、十分な気化時間となって気化が促進されると共に、ビード９による凹凸で供給される一次空気も乱流を起こし気化ガスとの混合も十分に行われ、良好な混合ガスを得ることができる。

したがって、垂直気化面７によって軽量・コンパクトな気化器１を得て、小型で強力な燃焼装置が得られると共に、気化能力を低下させることなく常に十分な混合ガスを形成することができる。

また、垂直気化面７で気化された気化ガスは、垂直気化面７に衝突して跳ね返される一次空気と共に、横椀状の気化器１内で加熱用ヒータ１１を備えた上側壁１２および下側壁１３側に流れるが、この上側壁１２および下側壁１３は加熱用ヒータ１１によって十分加熱されているので、気化ガスの気化はさらに促進されると共に、一次空気も良好に加熱され、しかも気化器１は横椀状で気化ガスと一次空気とはすぐには流出せず、ある程度気化器１内にとどまり十分混合した後、流出口６から流出される。

一方、この流出口６から流出した混合ガスは混合室１５内に流入するが、混合室１５は気化器１の予熱と同時に通電される補助ヒータ１９によって一定時間加熱され、高温の予熱状態が維持されているので、流入した混合ガスは液化することがない。

そして、混合ガスは整流室１６で整流を促進した後、すぐに複数のガス室１８に細かく分割して流入し、内壁面の塗装面２０による微細凹凸と先細形状とによって、炎孔部２３の炎孔２５から噴出する混合ガスの噴出速度は、長手方向に関係なく全体が均一となり、混合ガスは炎孔２５から噴出される直前に整流アミ３５を通過して最後に整流されて噴出し、適宜点火手段（図示せず）で点火されれば燃焼が開始される。

さらに、火炎が形成される炎孔２５は、炎孔部２３頂部に左右交互に設けられているので、残部が十分確保され強度的に強く長期間の燃焼でも焼損する心配はないものであり、大火力燃焼で火炎が大きくなったとしても、成形される火炎は左右交互であり互いに干渉することもなく良好な燃焼炎が得られる。

また、各炎孔部２３間にはそれぞれ二次空気供給部２４が形成されると共に、炎孔部２３の側壁面まで炎孔２５が延設されこれを保炎ガイド３４が案内しているので、各炎孔２５に形成される火炎の広がりは保炎ガイド３４が抑制し屈曲部分で火炎の案内も行い、火炎は二次空気供給部２４上に張り出し、ここに下方の二次空気孔２７からの二次空気がスムーズに且つ確実に供給され、良好な燃焼が行われる。

上記燃焼時において、吸熱フィン３６間に燃焼ガスが上昇することで、吸熱フィン３６を介して気化器１は十分なヒートバック量を得ることが、燃焼開始後は加熱用ヒータ１１に通電することなく、ヒートバックで気化熱を得ることができ、確実に省電力化を計れるものである。

そして、燃焼室４０の上方に、内部を被加熱流体（水などの液体）が流通する給湯用または暖房用の熱交換器（図示せず）等を設置すれば、燃焼音も小さく応答性のよい良好な給湯または暖房を行うことができる。

ここで、本実施形態（第１実施形態および第２実施形態）の気化式燃焼装置および比較例の気化式燃焼装置における燃焼時の状況について、図６に示したバーナヘッド２２先端側の要部断面図を用いて説明する。
まず、比較例は従来の気化式燃焼装置を示したものであるが、従来のものは、バーナヘッド固定部材２９の下方に位置する二次空気供給部２４に、バーナヘッド固定部材２９（より詳細には、バーナヘッド固定部材２９のうち、バーナヘッド２２の上方に位置するコの字状部３２）を冷却する空気を供給する冷却用空気孔３０は設けられていない。そうすると、バーナヘッド固定部材２９は、燃焼時においてバーナヘッド２２と同様に燃焼熱の影響を受ける状態にあり、燃焼熱の影響を受け続けた結果、破線で図示されているように、バーナヘッド固定部材２９（バーナヘッド２２の上方に位置するコの字状部３２および立ち上がり部３３）が、バーナヘッド２２から離れる方向に開くように変形してしまうおそれがあり、バーナヘッド２２の先端側の燃焼熱による変形をバーナヘッド固定部材２９で抑えることができなくなるおそれがある。

そこで、第１実施形態では、バーナヘッド固定部材２９の下方に位置する二次空気供給部２４に、バーナヘッド固定部材２９（より詳細には、バーナヘッド固定部材２９のうち、バーナヘッド２２の上方に位置するコの字状部３２）を冷却する空気を供給する冷却用空気孔３０を設けたことで、第１実施形態中の実線の矢線で示されているように、冷却用空気孔３０から吹き出される冷却用の空気（二次空気）がバーナヘッド固定部材２９に当たることにより、バーナヘッド固定部材２９が冷却されるので、バーナヘッド固定部材２９の過熱が抑制され、バーナヘッド固定部材２９の変形を防ぐことができる。

ここで、図６において、第１実施形態では冷却用空気孔３０を設けたものについて示したが、冷却用空気孔３０から吹き出される冷却用の空気（二次空気）は、第１実施形態中に破線の矢線で示したように、バーナヘッド固定部材２９のうちバーナヘッド２２の上方に位置するコの字状部３２に当たって炎孔２５側に偏向され、バーナヘッド固定部材２９に近い炎孔２５で発生する炎をリフトさせるおそれがある。炎がリフトすると、失火や失火による臭気発生などの不具合が発生してしまうおそれがある。

そこで、第２実施形態では、炎孔部２３において最も先端側に位置する炎孔２５（換言すると無炎孔部２６に最も近い炎孔２５）から立ち上がり部３３までの間の領域と隣接する二次空気供給部２４に、立ち上がり部３３に沿うように空気（二次空気）を供給する整流空気孔３１を配置させたことで、図６の本実施形態中に矢線で示したように、整流空気孔３１から吹き出されて立ち上がり部３３に沿うように供給される空気によって、冷却用空気孔３０から吹き出されてバーナヘッド固定部材２９に当たって炎孔２５のある方向に偏向した冷却用の空気を垂直方向に誘導させることができるので、バーナヘッド固定部材２９に近い炎孔２５で発生する炎のリフトを抑えることができる。さらに、整流空気孔３１から吹き出される空気は、立ち上がり部３３に沿うように供給されるため、立ち上がり部３３に当たって、バーナヘッド固定部材２９が冷却されるので、バーナヘッド固定部材２９の過熱が抑制され、バーナヘッド固定部材２９の変形を防ぐことができる。

なお、バーナヘッド固定部材２９をバーナヘッド２２および混合室１５に組み付けた状態のものを、図４のように平面視した場合に、整流空気孔３１は、整流空気孔３１の全領域が立ち上がり部３３と重なることなく見えるように、二次空気供給部２４に配置するようにしてもよく、整流空気孔３１の一部の領域が立ち上がり部３３と重なって見えるように、二次空気供給部２４に配置するようにしてもよい。整流空気孔３１の一部の領域が立ち上がり部３３と重なって見えるように二次空気供給部２４に配置した場合には、整流空気孔３１から供給される空気は、確実に立ち上がり部３３に当たることになり、バーナヘッド固定部材２９の冷却をより効果的に行うことができる。

なお、本発明は一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１気化器
６流出口
１１加熱用ヒータ
１５混合室
２２バーナヘッド
２３炎孔部
２４二次空気供給部
２５炎孔
２６無炎孔部
２７二次空気孔
２９バーナヘッド固定部材
３０冷却用空気孔
３１整流空気孔
３２コの字状部
３３立ち上がり部

Claims

加熱用ヒータを備え底部には混合ガスの流出口を有した気化器と、該気化器下部で前記流出口と連通した混合室と、該混合室の上部で前記気化器の背面側に位置するバーナヘッドと、該バーナヘッドを固定するバーナヘッド固定部材とを備え、
前記バーナヘッドは、複数の炎孔を長手方向に沿って列状に配置した炎孔部と、複数の二次空気孔を長手方向に沿って列状に配置した二次空気供給部とが交互に配置され、前記炎孔部はその先端側に前記炎孔のない無炎孔部が形成され、
前記バーナヘッド固定部材は、前記無炎孔部が形成された側であって前記バーナヘッドの先端側に配設された気化式燃焼装置において、
前記バーナヘッド固定部材の下方に位置する前記二次空気供給部に、前記バーナヘッド固定部材を冷却する空気を供給する冷却用空気孔を設け、前記バーナヘッド固定部材は、前記バーナヘッドの先端側および前記混合室の先端側を囲うように係合する断面略コの字状のコの字状部と、前記バーナヘッドの上方側に位置する前記コの字状部の先端部から上方に向かって立ち上がる立ち上がり部とを有し、前記炎孔部において最も先端側に位置する前記炎孔から前記立ち上がり部までの間の領域と隣接する前記二次空気供給部に、前記立ち上がり部に沿うように空気を供給する整流空気孔を配置したことを特徴とする気化式燃焼装置。