JPH09112885A

JPH09112885A - 燃焼装置

Info

Publication number: JPH09112885A
Application number: JP26967695A
Authority: JP
Inventors: Shiro Takeshita; 志郎竹下; Junichi Ueda; 順一植田; Hideo Tomita; 英夫富田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-10-18
Filing date: 1995-10-18
Publication date: 1997-05-02

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は燃焼装置のバーナと熱交換器の構造
に関するもので軽量コンパクト、高安全性を提供するこ
とを目的とする。【解決手段】熱交換器は、略Ｖ字型の炎口体に対向す
るように略Ｖ字型で構成され、各々の炎口体に形成され
た火炎とともに生じた燃焼ガスが熱交換器の各フィン間
を均一に流れるため熱交換効率が向上し、略Ｖ字型バー
ナによる軽量コンパクト化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガスや石油の給湯機
や給湯暖房機等に使用される燃焼装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の燃焼装置は、特開平２−
１３０３０６号公報に示すようなものが一般的であっ
た。以下、その構成について図８に示す予混合燃焼方式
の燃焼装置で説明する。燃料量調節手段１で調節され燃
料ノズル２から噴出した燃料と、燃焼空気を送る燃焼フ
ァン３から吐出した空気を、整流板４等を介し混合室５
で混合した後、セラミックス製の多孔質平板の炎口体６
ａに供給し、炎口体６ａ下流において点火し、燃焼室７
において高負荷で燃焼させ短炎の火炎を形成する。火炎
は燃焼室７に伸張し、燃焼ガスは１０００℃以上の高温
となるため、燃焼室７とその下流に位置する熱交換器８
は、銅の内胴とその周囲に巻着された銅パイプと、同じ
く銅のフィンパイプで構成され、炎口体６aを覆うよう
に取り付けられ、燃焼ガスと水との熱交換をするように
なっていた。またＣＯセンサー等の燃焼検知センサー８
ａを熱交換器の下流側に設けていた。また図９は他の従
来例を示すもので炎口体６ｂが略Ｖ字型に対向している
場合を示している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
燃焼装置では、熱交換器が炎口体の平面面積とほぼ同じ
大きさで作られていたため、図９に示すように略Ｖ字型
に対向する炎口体６ｂでは、火炎が重なる中心部に多く
の燃焼ガス（実線矢印で示す）が流れ、熱交換器の伝熱
面積が有効に作用されず、一部のフィンだけに熱的応力
が加わる等の課題や、図８の平板の炎口体６ａでは、銅
の耐熱温度が３５０℃以下と低いため火炎が直接熱交換
器と接触しないように燃焼室を大きくする必要があり、
また銅自体の比重量も大きいため、軽量化やコンパクト
化できないという課題を有していた。また、予混合燃焼
方式の炎口体の軽量化やコンパクト化を図るために、金
属繊維を重ねたマット状の材料を使用すると、熱歪の影
響で炎口体自体に変形が生じるという課題や、また、結
露水により熱交換器や炎口体が腐食し、耐久性が得られ
ないという課題を有していた。また、燃焼検知センサー
は熱交換器の下流側に設けられているが、高温雰囲気中
にあるため、燃焼検知サンサーの耐久性において課題を
有するとともに、燃焼量を絞った時には一部燃焼してい
ない側の影響を受けることになり、燃焼状態の安定した
情報が得られないという課題を有していた。

【０００４】本発明は、このような従来の課題を解決す
るもので、熱交換器の構成並びに有効伝熱面積の増加に
より軽量コンパクト化を図ることを第１の目的とする。

【０００５】また第２の目的は炎口体の変形を防止する
ものである。また第３の目的は結露水による炎口体、熱
交換器の腐食防止を図るものである。

【０００６】さらに第４の目的は燃焼検知センサーの耐
久性向上と検知の安定化を図るものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は第１の目的を達
成するために、底面と二つの斜面からなる略Ｖ字型の炎
口体保持部と、斜面に配した複数の炎口体と、炎口体の
上流側に燃料と空気とを混合する混合室と、炎口体の下
流側に燃焼室と、炎口体に対向する略Ｖ字型の熱交換器
とから構成されたものである。さらに熱交換器は高熱伝
導性セラミックスから構成されたものである。

【０００８】また、本発明の第２の目的を達成するため
に、主炎口と混合気が滲み出る副炎口とから構成された
炎口体と、炎口体と接する押さえ部を有するフィンを少
なくとも一つ有する熱交換器で構成されたものである。
さらに炎口体は一つの連続した材料から構成されたもの
である。

【０００９】また、本発明の第３の目的を達成するため
に、炎口体保持部の底面に溝部を構成したものである。

【００１０】また、第４の目的を達成するために、炎口
体と燃焼室を分割し、複数の燃焼ガス通路を形成する押
さえ部を有するフィンと、燃焼ガス通路の略Ｖ字型の上
端中心付近のパイプに燃焼検知センサーを設けた熱交換
器を設けたものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】発明は上記した構成によって、略
Ｖ字型に対向する炎口体に形成された火炎とともに生じ
た高温の燃焼ガスは、対向する略Ｖ字型の熱交換器の各
フィン間を均一に流れるため熱交換効率が向上される。
また例えば熱交換器の材質を窒化アルミニウム等の高熱
伝導性セラミックス材料で形成することにより、炎口体
に近接して設置できる。

【００１２】また、炎口体に使用される材料は周囲を炎
口体保持部で保持されているため、火炎形成時の熱膨張
により温度の高い下流側が、熱交換器側へ膨らむ変形を
生じるが、材料表面を高熱伝導性セラミックス材料のフ
ィンで押さえられ、また機能材料自体の熱が熱交換器側
へ伝わるため変形が抑制される。また機能材料を一枚の
連続した材料で炎口体を構成することにより、熱分散の
促進と機械的強度が増加される。

【００１３】また、結露水はフィンを伝わり略Ｖ字型の
頂点部分より底面の溝部に滴下し、高温度になっている
底面で再度蒸発するので、炎口体への影響が減少する。

【００１４】また、燃焼を絞った時にも常に燃焼してい
る炎口体を有する燃焼ガス通路の熱交換器のパイプに燃
焼検知センサーが設置されるので検知の安定化が図るこ
とができるとともに各々の炎口体から生じる燃焼ガスが
平均化され、しかも安定して通過する位置に燃焼検知セ
ンサーが設置されるので、燃焼検知センサーの耐久性の
向上も図ることができる。

【００１５】以下、本発明の第１の実施例を図１及び図
２を参照にしながら説明する。なお、本実施例でも予混
合燃焼方式の燃焼装置に応用した場合を示す。

【００１６】図１〜図２において、９はバーナ本体で、
このバーナ本体９には底面１０と二つの斜面１１からな
る略Ｖ字型の炎口体保持部１２が取り付けられ、各々の
斜面１１に炎口体１３が配設されている。炎口体１３上
流側の混合室１４には燃料量調節手段１５で調整され燃
料ガスを噴出するノズル１６と整流板１７が設けられて
いる。また炎口体１３の下流側は燃焼室１８と炎口体１
３に対向するように略Ｖ字型のフィンパイプ式の熱交換
器１９、排気部２０が順次設けられている。２１は燃焼
空気を送る燃焼ファンである。

【００１７】上記構成において、ノズル１６から噴出す
る燃料と、燃焼ファン２１から吐出した空気が混合室１
４で混合された後、炎口体１３に供給され燃焼室１８で
燃焼し火炎２３を形成する。高温の燃焼ガスはフィンパ
イプ式の熱交換器１９の各フィン２４間を通過し、水等
の液体がパイプ２５内を通過することにより熱交換され
た後、排気ガスとして排気部２０より排出されるもので
ある。

【００１８】本発明の第１の実施例によれば、略Ｖ字型
に対向する炎口体１３に形成された火炎２３が重なる中
心部に集中する高温の燃焼ガス（実線矢印で示す）は、
各々対向する略Ｖ字型の熱交換器１９の各フィン２４間
を均一に流れることになるため、有効な伝熱面積が増加
し熱交換効率の向上と一部のフィン２４のみ熱的応力が
加わることによる割れ等も防止することができる。

【００１９】なお、熱交換器１９のフィン２４は図１で
は各パイプ２５毎に設けているが、図２に示すように複
数のパイプ２５に対して一体化しても同様の効果を得る
ことができる。

【００２０】次に本発明の第２の実施例を図３を用いて
説明する。第２の実施例において第１の実施例と相違す
る点は、熱交換器１９を例えば窒化アルミニウム等の高
熱伝導性セラミックスで構成としたことにある。

【００２１】本発明の第２の実施例によれば高熱伝導性
セラミックスで形成された熱交換器２６は、高耐熱性、
高耐食性、軽量等の特長があるので、炎口体１３により
近接して設置できるので燃焼室を小さくすることがで
き、実施例１の効果に加えて、軽量コンパクト化が図れ
る。また火炎２３は熱交換器２６に接触するので火炎２
３は冷却されＮＯｘ発生が抑制され、高い火炎温度で熱
交換できるので熱交換効率の向上をさらに図ることがで
きる。

【００２２】次に、本発明の第３の実施例を図４を用い
て説明する。図４において、炎口体１３は厚み方向に熱
伝導率を異ならせた材料２９例えば金属繊維を重ねたマ
ット状の材料で形成され、３０は前記材料に開口した主
炎口で、その周囲に混合気が滲み出す副炎口３１とから
出来ている。また周囲を炎口体保持部１２で保持されて
いる。炎口体１３に対向して設けられている略Ｖ字型の
熱交換器２６のフィン２７には、炎口体保持部１２の中
央付近で炎口体１３と接する押さえ部３２が設けられて
いる。

【００２３】上記構成において、炎口体１３に火炎２３
が形成されると、炎口体１３は厚み方向に熱伝導率が異
なるため下流側と混合気が入る上流側で温度差が最大で
約１０００Ｋになり、熱膨張により燃焼室１８側へ膨ら
む変形を起こす。

【００２４】本発明の第３の実施例によれば、高熱伝導
性セラミックスで形成されたフィン２７の押さえ部３２
が炎口体１３に接しているため、炎口体１３中央部の膨
らみを押さえられるとともに、炎口体１３自体の熱が熱
交換器２６側へ伝わるため、炎口体１３の変形を防止す
ることができる。

【００２５】また、本発明の第４の実施例は図５に示す
ように、炎口体１３が一つの連続した機能材料３３から
構成されるもので、底面１０で連続することにより非燃
焼面の面積が増加するため熱分散が促進されることと、
機械的強度が得られることにより炎口体１３の変形を抑
制できる。

【００２６】次に、本発明の第５の実施例を図６を用い
て説明する。図６において、３４は炎口体保持部１２の
底面１０に設けた溝部で、熱交換器２６で生じる結露水
は各フィン２６を伝わり、略Ｖ字型の頂点部分より溝部
３４に滴下し、燃焼室１８に面した底面１０で再度蒸発
する。

【００２７】本発明の第５の実施例によれば、燃焼ガス
中にあるＮＯｘやＳＯｘがとけ込んだ酸性の結露水が炎
口体１３に滴下することがないため、炎口体１３の腐食
が防止でき耐久性が向上する。また、熱交換器２６自体
も高熱伝導性セラミックスで形成されているため、結露
水による腐食が防止できる。

【００２８】次に、本発明の第６の実施例を図７を用い
て説明する。図７において、炎口体１３と燃焼室１８は
複数の押さえ部３２を有する熱交換器２６で分割され、
ＣＯセンサー等の燃焼検知センサー３６はその一つの燃
焼量を絞った時にも常に火炎を有する炎口体１３の下流
側の燃焼ガス通路の略Ｖ字型の中心の最も排気部２０側
で直接火炎が当たらない側のパイプ２８に直接または間
接に設けられている。また燃焼検知センサー３６からの
出力は熱交換器２６を通して制御器２２に接続されてい
る。

【００２９】上記構成において、略Ｖ字型の各々の炎口
体１３で燃焼後生じる燃焼ガスが、熱交換器２６の略Ｖ
字型の中心に向かって各々から流れてきて、燃焼検知セ
ンサー３６へ燃焼状態の情報を与える。例えばＣＯセン
サーの場合は、ＣＯ濃度という情報から燃焼ファン２１
の回転数か燃料量調節手段１５により調節された燃料量
がＣＯ濃度が最適になるように制御器２２により制御さ
れる。

【００３０】本発明の第６の実施例によれば、燃焼ガス
の濃度が平均化する安定した位置に燃焼検知センサー３
６が設置できるので、常に安定したＣＯ濃度等の情報が
得られ、また燃焼検知センサー３６自体も常に水等の液
体で冷却されるパイプ２８に取り付けているので熱的な
課題も解決され長期使用に対する耐久性を向上すること
ができる。また、燃焼量を絞る際、複数で構成される炎
口体１３の一部を使用しないバーナ構成においても、押
さえ部３２で燃焼ガス通路３５が区切られているため燃
焼検知センサー３６が燃焼してない側の流れの影響を受
けず、低燃焼量状態においても信頼性の高い情報を得る
ことができる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明の燃焼装置は、略Ｖ
字型の炎口体を有するバーナ本体に対し、熱交換器を炎
口体に対向するように略Ｖ字型で構成しているので、各
々の炎口体に形成された火炎とともに生じた燃焼ガス
を、各フィン間に均一に流すことができ、有効伝熱面積
の増加により熱伝達率が向上し、コンパクトで熱交換効
率の高い熱交換器を実現する。また、熱交換器を高熱伝
導性セラミックスで形成することにより炎口体に近接し
て設置できるため、燃焼室が小さくでき、軽量コンパク
ト化をさらに図ることができる。

【００３２】また、炎口体が、高熱伝導性セラミックス
材料の熱交換器フィンの一部である押さえ部で押さえら
れているため、構成上の押さえの効果に加えて炎口体自
体の熱が熱交換器側へ伝わるため炎口体の変形がより効
果的に防止できる。また、略Ｖ字型の炎口体保持部に一
つの連続した材料で炎口体を構成することにより、熱応
力に対する機械的強度と材料面積が増加し、炎口体の変
形を抑制することができる。

【００３３】また、熱交換器を炎口体に対向するように
略Ｖ字型に構成し、炎口体保持部の底面に溝部を構成す
ることにより、結露が生じても結露水は各フィンを伝わ
り略Ｖ字型の頂点より溝部に滴下し、直接炎口体に滴下
することがなく、炎口体の腐食防止を図ることができ
る。また、熱交換器は、高熱伝導性セラミックスで形成
されているため、結露水による腐食が防止できる。

【００３４】また、高熱伝導性セラミックスの押さえ部
を有した熱交換器で燃焼ガス通路を分割し、常に燃焼す
る炎口体を有する燃焼ガス通路で断面略Ｖ字型の上端中
心付近の熱交換器パイプに燃焼検知センサーを設けるこ
とにより、平均化された燃焼ガスが安定して通過するた
め、信頼性のある安定した燃焼状態の情報が得られると
ともに燃焼検知センサー自体の耐久性の向上も図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の燃焼装置の要部縦断面
図

【図２】同実施例の燃焼装置の要部縦断面図

【図３】本発明の第２の実施例の燃焼装置の要部縦断面
図

【図４】本発明の第３の実施例の燃焼装置の要部斜視図

【図５】本発明の第４の実施例の燃焼装置の要部縦断面
図

【図６】本発明の第５の実施例の燃焼装置の要部縦断面
図

【図７】本発明の第６の実施例の燃焼装置の要部正面断
面図

【図８】従来の燃焼装置の要部正面断面図

【図９】他の従来の燃焼装置の要部縦断面図

【符号の説明】

１０底部１１斜面１２炎口体保持部１３炎口体１４混合室１８燃焼室１９、２６熱交換器２９、３３機能材料３０主炎口３１副炎口３２押さえ部３４溝部３５燃焼ガス通路３６燃焼検知センサー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】底面と二つの斜面からなる略Ｖ字型の炎口
体保持部と、前記斜面に配した複数の炎口体と、前記炎
口体の上流側に燃料と空気とを混合する混合室と、前記
炎口体の下流側に燃焼室と、前記炎口体に対向する略Ｖ
字型の熱交換器とからなる燃焼装置。
【請求項２】熱交換器は高熱伝導性セラミックスから構
成された請求項１記載の燃焼装置。
【請求項３】主炎口と混合気が滲み出る副炎口とから構
成された炎口体と、前記炎口体と接する押さえ部を有す
るフィンを少なくとも一つ有した熱交換器で構成された
請求項１または請求項２記載の燃焼装置。
【請求項４】炎口体は一つの連続した機能材料から構成
された請求項１または請求項２または請求項３記載の燃
焼装置。
【請求項５】炎口体保持部の底面に溝部を構成した請求
項１または請求項２または請求項３記載の燃焼装置。
【請求項６】炎口体と燃焼室を分割し、複数の燃焼ガス
通路を形成する押さえ部を有するフィンと、前記燃焼ガ
ス通路の略Ｖ字型の上端中心付近のパイプに燃焼検知セ
ンサーを設けた熱交換器から構成された請求項２記載の
燃焼装置。