特許 7404221 燃焼装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-15

(45)【発行日】2023-12-25

(54)【発明の名称】燃焼装置

(51)【国際特許分類】

   F23D 11/24 20060101AFI20231218BHJP

   F23L 1/00 20060101ALI20231218BHJP

【ＦＩ】

F23D11/24 B

F23L1/00 B

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020207455

(22)【出願日】2020-12-15

(65)【公開番号】P2022094524

(43)【公開日】2022-06-27

【審査請求日】2023-05-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000000538

【氏名又は名称】株式会社コロナ

(72)【発明者】

【氏名】古舘 聡

(72)【発明者】

【氏名】田村 竹年

(72)【発明者】

【氏名】及川 諒弥

【審査官】豊島 ひろみ

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－３５５８１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６３－１３４２１３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｄ １１／２４ － １１／３４

Ｆ２３Ｌ １／００ － ９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バーナ外筒の内側に該バーナ外筒との間に第１空気通路を形成する区画筒と、
前記区画筒の内側に配置され、周壁に複数の三次空気孔を設けた円筒状のバーナ内筒と、
前記バーナ内筒の後端に連接され、燃料噴射用のノズル体を備えた整流筒と、
前記バーナ外筒の後方または側方に燃焼用空気を供給する送風機と、
を備え、
前記バーナ外筒と前記バーナ外筒の下流側に位置する熱交換器との境界に仕切壁が設けられ、
前記仕切壁に、前記送風機から送られた冷却用空気が前記第１空気通路を通って前記バーナ外筒の外部へ噴出する空気噴出口を有するものにおいて、
前記空気噴出口の下流側に、前記冷却用空気を前記バーナ内筒の軸方向に供給できるケース遮熱板が設けられ、
前記ケース遮熱板は、前記バーナ内筒と同心で僅かに径が大きく、前記バーナ内筒からの燃焼ガスが通過する第１開口部を有し、
前記第１開口部の淵部は、前記燃焼ガスの上流方向へ向けて立ち上がるバーリング形状としたことを特徴とする燃焼装置。

【請求項2】

前記熱交換器の水平断面形状は、略長方形であって、
前記バーリング形状の高さは、前記熱交換器の長辺側に対向する部分の高さを短辺側に対向する部分の高さより低くしたことを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。

【請求項3】

前記熱交換器の水平断面形状は、略長方形であって、
前記仕切壁は、前記バーナ内筒が配置される第２開口部を有し、
前記空気噴出口は、前記仕切壁に複数個設け、
前記熱交換器の一対の長辺と前記第２開口部との間に設けた前記空気噴出口の第１合計開口面積は、
前記熱交換器の一対の短辺と前記第２開口部との間に設けた前記空気噴出口の第２合計開口面積より大きい面積としたことを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は家庭用の給湯装置用のバーナとして利用されるガンタイプバーナを備えた燃焼装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、下方向に火炎が形成されるガンタイプバーナでは、バーナの下方に熱交換器が取り付けられ、熱交換器の内部でバーナの火炎が外側に広がると、熱交換器の水管が通っていないドラム表面に火炎が接触して温度上昇し、経年劣化が早まる虞があった。
そのため、送風機から送られた冷却用空気をバーナの先端の隙間から噴出し、火炎の広がりを抑制して、熱交換器の表面温度を低減させるものがある。（例えば、特許文献１参照）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第４０７７３６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところが、給湯装置、バーナおよび熱交換器の小型化に伴い、熱交換器内部の火炎と熱交換器のドラム表面との距離が短縮され、ドラム表面の温度上昇により、経年劣化が促進される虞が高くなるという問題があった。

【0005】

本発明はかかる背景を鑑みてなされたものであり、熱交換器のドラム表面温度を効果的に低減でき、熱交換器の劣化を防ぐことができる燃焼装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、請求項１では、バーナ外筒の内側に該バーナ外筒との間に第１空気通路を形成する区画筒と、前記区画筒の内側に配置され、周壁に複数の三次空気孔を設けた円筒状のバーナ内筒と、前記バーナ内筒の後端に連接され、燃料噴射用のノズル体を備えた整流筒と、前記バーナ外筒の後方または側方に燃焼用空気を供給する送風機と、を備え、前記バーナ外筒と前記バーナ外筒の下流側に位置する熱交換器との境界に仕切壁が設けられ、前記仕切壁に、前記送風機から送られた冷却用空気が前記第１空気通路を通って前記バーナ外筒の外部へ噴出する空気噴出口を有するものにおいて、前記空気噴出口の下流側に、前記冷却用空気を前記バーナ内筒の軸方向に供給できるケース遮熱板が設けられ、前記ケース遮熱板は、前記バーナ内筒と同心で僅かに径が大きく、前記バーナ内筒からの燃焼ガスが通過する第１開口部を有し、前記第１開口部の淵部は、前記燃焼ガスの上流方向へ向けて立ち上がるバーリング形状としたことを特徴とした。

【0007】

請求項２では、前記熱交換器の水平断面形状は、略長方形であって、前記バーリング形状の高さは、前記熱交換器の長辺側に対向する部分の高さを短辺側に対向する部分の高さより低くしたことを特徴とした。

【0008】

請求項３では、前記熱交換器の水平断面形状は、略長方形であって、前記仕切壁は、前記バーナ内筒が配置される第２開口部を有し、前記空気噴出口は、前記仕切壁に複数個設け、前記熱交換器の一対の長辺と前記第２開口部との間に設けた前記空気噴出口の第１合計開口面積は、前記熱交換器の一対の短辺と前記第２開口部との間に設けた前記空気噴出口の第２合計開口面積より大きい面積としたことを特徴とした。

【発明の効果】

【0009】

本発明の請求項１によれば、前記第１開口部の淵部は、前記バーナ内筒の上流側へ向けて立ち上がるバーリング形状としたので、前記冷却用空気がバーリング形状を乗り越えたあと、前記バーナ内筒から吹き出る火炎の外方への広がりを抑えながら前記第１開口部を通過し、前記火炎と前記熱交換器のドラム表面との距離が確保され、ドラム表面の温度上昇を抑え、前記熱交換器の劣化を防ぐことができる。

【0010】

請求項２によれば、前記バーリング形状の高さは、前記熱交換器の長辺側に対向する部分の高さを短辺側に対向する部分の高さより低くしたので、前記バーナ内筒から吹き出る火炎の、前記熱交換器の長辺側に広がる火炎の外方への広がりを効果的に抑制し、前記火炎と前記熱交換器の長辺側のドラム表面との距離が確保され、温度上昇による前記熱交換器の劣化を防ぎ、熱交換器の短辺側をより短く形成でき、製品の小型化・薄型化が可能となる。

【0011】

請求項３によれば、前記仕切壁の一対の長辺と前記第２開口部との間に設けた前記空気噴出口の第１合計開口面積は、前記仕切壁の一対の短辺と前記第２開口部との間に設けた前記空気噴出口の第２合計開口面積より大きい面積としたので、前記ケース遮熱板の前記熱交換器の長辺側に冷却用空気をより多く通過させることができ、その結果、前記バーナ内筒から吹き出る火炎の、前記熱交換器の長辺側に広がる火炎の外方への広がりを効果的に抑制し、前記火炎と前記熱交換器の長辺側のドラム表面との距離が確保され、温度上昇による前記熱交換器の劣化を防ぐことができるため、熱交換器の短辺側をより短く形成でき、製品の小型化・薄型化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１の実施形態を説明する燃焼装置の正面断面図

【図2】本発明の第１の実施形態を説明する燃焼装置の側面断面斜視図

【図3】本発明の第１の実施形態を説明するケース遮熱板と熱交換器の斜視図

【図4】本発明の第１の実施形態を説明する要部拡大Ａ－Ａ断面図

【図5】本発明の第１の実施形態を説明する要部拡大Ｂ－Ｂ断面図

【図6】本発明の第１の実施形態を説明する仕切壁の平面図

【図7】本発明の第１の実施形態を説明するケース遮熱板の平面図

【図8】本発明の第２の実施形態を説明するケース遮熱板の平面図

【図9】本発明の第２の実施形態を説明する要部拡大Ａ－Ａ断面図

【図10】本発明の第２の実施形態を説明する要部拡大Ｂ－Ｂ断面図

【図11】本発明の第３の実施形態を説明する仕切壁の平面図

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１～図７を参照して、本発明に係る下向きに取り付けられたガンタイプバーナを備えた燃焼装置の実施形態を説明する。
なお、各図において、共通する構成要素や同種の構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を適宜省略する。

【0014】

図１と図２に示すように、１はバーナ外筒で、上部に縦向きに取り付けられた燃焼用空気を流入させる送風機２が固定され、この送風機２からの空気を一旦とどめる風胴の機能を有すると共に、内部にバーナ内筒１７を備え、下部に燃焼熱を水媒体に熱交換する熱交換器４０が固定されている。

【0015】

４は、バーナ外筒１の内側に設けられ、バーナ外筒１との間に送風機２からの空気を一旦とどめる第１空気通路５を形成する区画筒で、区画筒４の内側には、ノズル体８を有する整流筒１６およびバーナ内筒１７を備える。

【0016】

整流筒１６は、電磁ポンプ６および図示しない油比例弁と連結した燃料噴射用のノズル体８と、噴射される燃料に着火するための点火電極９と、ノズル体８の側方から流通して来る燃焼用一次空気を集束させて中央穴１０から放出する擂り鉢状の集束体１１とが備えられており、更にこの集束体１１の前方には、中央穴１０部分で重合し周壁に形成された複数の二次空気孔１３から流入する燃焼用二次空気を、旋回羽根で旋回させて供給する一次スタビライザ１５を備える。

【0017】

バーナ内筒１７は、この後端が整流筒１６に連結され、区画筒４の内側中心に区画筒４との間に第２空気通路３３を有して備えられたもので、円筒状で周壁には燃焼用三次空気が流通する三次空気孔２１が複数個形成された小径燃焼筒１８、中径燃焼筒１９および大径燃焼筒２０の三段状で形成されているものである。
３１は、点火電極９と接続したイグナイタである。

【0018】

３２は、バーナ外筒１と熱交換器４０との境界に位置し、バーナ外筒１の底部を形成する仕切壁で、図５および図６に示すように第１空気通路５からの空気を通過させる複数の空気噴出口３４と、大径燃焼筒２０を貫通させる第２開口部３７を備える。

【0019】

３５はケース遮熱板で、仕切壁３２の下部に位置し、図３、図４、図５および図７に示すように大径燃焼筒２０と同心で僅かに径が大きく、大径燃焼筒２０からの燃焼ガスが通過する第１開口部３６を有し、第１開口部３６の淵部３５ｄは、燃焼ガスの上流方向へ向けて立ち上がるバーリング形状となっている。
さらに、ケース遮熱板３５の熱交換器４０長辺側外周部の端面３５ｂは仕切壁３２との隙間を有して設けられているとともにケース遮熱板３５の熱交換器４０短辺側外周部の端部３５ｅは仕切壁３２との間に隙間なく接続されている。

【0020】

次に、本発明の第１実施形態の作動について説明する。
今、送風機２および電磁ポンプ６を駆動すると、燃焼用空気は先ずバーナ外筒１内に供給され、第１空気通路５を下方へ下った後、バーナ外筒１の底部で折り返し、整流筒１６および区画筒４の内部へ供給される。

【0021】

そして、整流筒１６内に流入した燃焼用一次空気は、擂り鉢状の集束体１１で集められて中央穴１０からノズル体８の噴射燃料と共に、バーナ内筒１７内に放出され、この時、点火電極９の放電で着火されるものである。

【0022】

また、これと同時に一次スタビライザ１５からは、燃焼用一次空気と燃料の混合気の外周に燃焼用二次空気の旋回流を形成して燃焼用二次空気の混合を良好にして、小径燃焼筒１８内で一次燃焼および二次燃焼し、更に中径燃焼筒１９および大径燃焼筒２０内で、三次空気孔２１から燃焼用三次空気が供給され三次燃焼が行われ、良好な燃焼が行われるものである。

【0023】

また、送風機２からの空気の一部は、仕切壁３２に複数個設けた空気噴出口３４を通過して、仕切壁３２とケース遮熱板３５の間の空間に流入し、図４および図５に示す矢印のごとく、一部はバーナ内筒１７の軸方向に流れ、ケース遮熱板３５のバーリングの端面３５ａを超えてバーナ内筒１７の軸方向へ進み、燃焼用四次空気として供給され良好な燃焼が行われる。
この際に、バーナ内筒１７から吹き出る火炎のバーナ内筒１７の軸から遠ざかる方向への広がりを抑制して、該火炎と熱交換器４０のドラム表面との距離が確保され、温度上昇による熱交換器４０の劣化を防ぐことができる。

【0024】

また、仕切壁３２とケース遮熱板３５の間の空間に流入した空気のうち、一部はケース遮熱板３５の外周部の端面３５ｂを超えて熱交換器４０の長辺側の側壁に沿って流れ、冷却用空気として熱交換器４０の側壁を冷却する。

【0025】

また、第１開口部３６の直径はバーナ内筒１７の直径より僅かに大きいとしたので、すなわち第１開口部３６の直径は大径燃焼筒２０の直径より僅かに大きく、第１開口部３６がバーナ内筒１７から吹き出る火炎の進路を塞ぐことなく、また、ケース遮熱板３５のバーリングの端面３５ａを超えてバーナ内筒１７の軸方向へ進む燃焼用四次空気は、燃焼筒底面２０ａに沿って軸方向へ進むことにより直進性が増すようになっており、これにより、該火炎のバーナ内筒１７の軸から遠ざかる方向への広がりを効果的に抑制できる。

【0026】

また、図６に示すように、空気噴出口３４の位置は、仕切壁３２における、水平断面形状が略長方形の熱交換器４０の短辺側の端面４０ｂと熱交換器４０の対角線４０ｆと第２開口部３７と熱交換器４０の対角線４０ｅとに囲まれた領域３２ｂおよび、短辺側の端面４０ｄと対角線４０ｈと第２開口部３７と対角線４０ｇとに囲まれた領域３２ｄよりも、水平断面形状が略長方形の熱交換器４０の長辺側の端面４０ａと熱交換器４０の対角線４０ｅと第２開口部３７と熱交換器４０の対角線４０ｈとに囲まれた領域３２ａおよび、長辺側の端面４０ｃと対角線４０ｇと第２開口部３７と対角線４０ｆとに囲まれた領域３２ｃに、より多くの空気噴出口３４を設けることで、空気噴出口３４を通って仕切壁３２とケース遮熱板３５との間の空間からバーナ内筒１７の軸方向に流れる空気のうち、熱交換器４０の短辺側からよりも、長辺側からより多くの空気が流れることが期待できる。

【0027】

その結果、バーナ内筒１７から吹き出る火炎の、熱交換器４０の長辺側に広がる火炎のバーナ内筒１７の軸から遠ざかる方向への広がりを効果的に抑制し、火炎と熱交換器４０の長辺側のドラム表面との距離が確保され、温度上昇による熱交換器４０の劣化を防ぐことができる。

【0028】

次に、図８、図９および図１０にて第２の実施形態について説明する。
ケース遮熱板３５のバーリング形状の高さは、水平断面形状が略長方形の熱交換器４０の長辺側に対向する部分の高さを短辺側に対向する部分の高さより低くした。これにより、ケース遮熱板３５の熱交換器４０の短辺側に位置する側のバーリング形状の端面３５ｃは大径燃焼筒２０の底面の燃焼筒底面２０ａに接して配置することができ、したがって、仕切壁３２の空気噴出口３４を通って、仕切壁３２とケース遮熱板３５との間の空間に流れた空気のうち、バーナ内筒１７軸方向に向けて流れる空気はすべて、ケース遮熱板３５の熱交換器４０の長辺側に位置する側のバーリングの端面３５ａを超えて第１開口部３６を通過し、熱交換器４０側へ流れる。

【0029】

これにより、バーナ内筒１７から吹き出る火炎の、熱交換器４０の長辺側に広がる火炎のバーナ内筒１７の軸から遠ざかる方向への広がりを効果的に抑制し、火炎と熱交換器４０の長辺側のドラム表面との距離が確保され、温度上昇による熱交換器４０の劣化を防ぐことができ、熱交換器４０の短辺側をより短く形成できて、製品の小型化・薄型化が可能となる。

【0030】

また、バーナ内筒１７の火炎と、熱交換器４０の短辺側のドラム表面の距離が十分に確保できる場合は、仕切壁３２の空気噴出口３４を通って、仕切壁３２とケース遮熱板３５との間の空間に流れた空気は、熱交換器４０の短辺側のドラム表面に向けて広がる火炎に対して抑制する必要がなく、ケース遮熱板３５の端面３５ｃは大径燃焼筒２０の底面の燃焼筒底面２０ａに接して配置することができ、また、熱交換器４０の短辺側のドラム表面に向けて冷却用空気を送る必要がないので、ケース遮熱板３５の端部３５ｅは、該上面を仕切壁３２に接して配置することができる。

【0031】

次に、図１１にて第３の実施形態について説明する。
仕切壁３２の一対の長辺と第２開口部３７との間の領域３２ａに設けた空気噴出口３４１、３４２、および３４３と、領域３２ｃに設けた空気噴出口３４５、３４６、および３４７の開口部の面積を合計した第１合計開口面積３８は、仕切壁３２の一対の短辺と第２開口部３７との間の領域３２ｂに設けた空気噴出口３４４と、領域３２ｄに設けた空気噴出口３４８の開口部の面積を合計した第２合計開口面積３９より大きい面積とした。

【0032】

これにより、第１合計開口面積３８と第２合計開口面積３９が等しいか、第１合計開口面積３８が第２合計開口面積３９より小さい場合に比べ、ケース遮熱板３５の熱交換器４０の長辺側に位置する側のバーリングの端面３５ａを超えて第１開口部３６を通過する冷却用空気を、より多く通過させることができ、その結果、バーナ内筒１７から吹き出る火炎の、熱交換器４０の長辺側に広がる火炎のバーナ内筒１７の軸から遠ざかる方向への広がりを効果的に抑制し、火炎と熱交換器４０の長辺側のドラム表面との距離が確保され、温度上昇による熱交換器４０の劣化を防ぐことができるため、熱交換器４０の短辺側をより短く形成でき、製品の小型化・薄型化が可能となる。

【0033】

なお、これらの実施形態では石油を燃料とする燃焼機器で説明したが、これに限定されることなく、例えばガスを燃料とする燃焼機器でもよい。また、この実施形態では下向きに取り付けられたガンタイプバーナを構成する燃焼機器で説明したが、これに限定されることなく、例えば横向きに取り付けたガンタイプバーナを構成する燃焼機器でもよい。また、この実施形態では送風機２をバーナ外筒１の上面から縦向きに取り付けた構成で説明したが、これに限定されることなく、例えばバーナ外筒１の側面に横向きに送風されるよう取り付けてもよい。

【0034】

なお、本実施形態で用いたその他の構成は一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図しておらず、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0035】

１ バーナ外筒
２ 送風機
４ 区画筒
５ 第１空気通路
８ ノズル体
１６ 整流筒
１７ バーナ内筒
２１ 三次空気孔
３２ 仕切壁
３４ 空気噴出口
３５ ケース遮熱板
３５ｄ 淵部
３６ 第１開口部
３７ 第２開口部
３８ 第１合計開口面積
３９ 第２合計開口面積
４０ 熱交換器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】