(57)【要約】【課題】パルス燃焼器を瞬間湯沸器等の熱交換器として利用可能とする。【解決手段】瞬間湯沸器１において、パルス燃焼器２の燃焼室３及びテールパイプ９の外面には、細管１１が巻回されている。この細管１１は、外径が１０ｍｍのステンレス製で、燃焼室３の根元から略全面に対して螺旋状に、且つテールパイプ９の接続部位を除いて密着状態で巻回した後、テールパイプ９の直管部分９ａ，９ｂ，９ｃを順番に螺旋状且つ密着状態で巻回した一本管で、この細管１１における燃焼室３の根元側の始端が給水管１２に、テールパイプ９の直管部分９ｃに巻回した終端が出湯管１３に夫々接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと燃焼用空気との混合気を燃焼させる燃焼室と、その燃焼室に接続され、前記燃焼室で生じた燃焼ガスを送り出すテールパイプとを含むパルス燃焼器であって、
前記燃焼室及び／又は前記テールパイプの少なくとも一部の外周を細管で螺旋状に巻回し、前記細管に流体を通過させることで、前記細管内の流体と、前記燃焼室及び／又は前記テールパイプ内の前記燃焼ガスとの間で熱交換可能としたことを特徴とするパルス燃焼器。
【請求項２】
前記細管を前記燃焼室及び／又は前記テールパイプの一部に巻回したものにおいては、他の一部をケーシングで覆い、前記ケーシング内に流体を通過させることで、前記ケーシング内の流体と前記燃焼ガスとの間で熱交換可能としたことを特徴とする請求項１に記載のパルス燃焼器。
【請求項３】
燃料ガスと燃焼用空気との混合気を燃焼させる燃焼室と、その燃焼室に接続され、前記燃焼室で生じた燃焼ガスを送り出すテールパイプとを含むパルス燃焼器であって、
前記燃焼室及び／又は前記テールパイプの少なくとも一部を、細管を螺旋状に巻回して形成し、前記細管に流体を通過させることで、前記細管内の流体と、前記燃焼室及び／又は前記テールパイプ内の前記燃焼ガスとの間で熱交換可能としたことを特徴とするパルス燃焼器。
【請求項４】
前記細管での形成部分の外周に、当該形成部分を覆う外胴を設けたことを特徴とする請求項３に記載のパルス燃焼器。
【請求項５】
前記細管に、前記燃焼室及び／又は前記テールパイプの内側に向けてフィンを立設したことを特徴とする請求項３又は４に記載のパルス燃焼器。
【請求項６】
加熱手段を備えた熱交換器に給水管と出湯管とを接続し、前記給水管から供給される水を前記熱交換器で加熱して前記出湯管から出湯する瞬間湯沸器であって、
前記熱交換器に請求項１乃至５の何れかに記載のパルス燃焼器を用いて、前記細管の一端に前記給水管を、他端に前記出湯管を夫々接続したことを特徴とする瞬間湯沸器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと燃焼用空気との混合気を燃焼室で脈動的に燃焼させるパルス燃焼器と、そのパルス燃焼器を用いた瞬間湯沸器とに関する。
【背景技術】
【０００２】
パルス燃焼器は、特許文献１に示すように、燃料ガスと燃焼用空気とが供給される混合室と、その混合室に接続されて混合気が燃焼する燃焼室と、その燃焼室に接続され、燃焼室で生じた燃焼ガスを送り出すテールパイプとを備えたものが知られている。すなわち、混合室から燃焼室に供給された混合気に点火手段で点火して爆発的燃焼させると、燃焼ガスがテールパイプへ送り出され、燃焼ガスの排気によって負圧となる燃焼室に、混合室から混合気が供給され、テールパイプからの戻り火によって再び爆発的燃焼が生じる、というように、爆発的燃焼が脈動的に繰り返されるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１４５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなパルス燃焼器は、燃焼室の容積が大きいことで、貯湯式湯沸器やゆで麺器、フライヤーというように、貯留した液体をある程度の時間をかけて加熱する加熱手段として専ら利用されている。しかし、パルス燃焼器は、瞬間湯沸器に用いられる伝熱管と伝熱フィンとからなる熱交換器に比べて低ＮＯｘである上、熱効率も高いという利点があるため、瞬間湯沸器の熱交換器として使用できれば望ましい。
【０００５】
そこで、本発明は、低ＮＯｘで高熱効率という利点を享受でき、瞬間湯沸器の熱交換器としての利用が可能なパルス燃焼器と、そのパルス燃焼器を用いた瞬間湯沸器とを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、燃料ガスと燃焼用空気との混合気を燃焼させる燃焼室と、その燃焼室に接続され、燃焼室で生じた燃焼ガスを送り出すテールパイプとを含むパルス燃焼器であって、燃焼室及び／又はテールパイプの少なくとも一部の外周を細管で螺旋状に巻回し、細管に流体を通過させることで、細管内の流体と、燃焼室及び／又はテールパイプ内の燃焼ガスとの間で熱交換可能としたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、細管を燃焼室及び／又はテールパイプの一部に巻回したものにおいては、他の一部をケーシングで覆い、ケーシング内に流体を通過させることで、ケーシング内の流体と燃焼ガスとの間で熱交換可能としたことを特徴とするものである。
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、燃料ガスと燃焼用空気との混合気を燃焼させる燃焼室と、その燃焼室に接続され、燃焼室で生じた燃焼ガスを送り出すテールパイプとを含むパルス燃焼器であって、燃焼室及び／又はテールパイプの少なくとも一部を、細管を螺旋状に巻回して形成し、細管に流体を通過させることで、細管内の流体と、燃焼室及び／又はテールパイプ内の燃焼ガスとの間で熱交換可能としたことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項３の構成において、細管での形成部分の外周に、当該形成部分を覆う外胴を設けたことを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４の構成において、細管に、燃焼室及び／又はテールパイプの内側に向けてフィンを立設したことを特徴とするものである。
上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、加熱手段を備えた熱交換器に給水管と出湯管とを接続し、給水管から供給される水を熱交換器で加熱して出湯管から出湯する瞬間湯沸器であって、熱交換器に請求項１乃至５の何れかに記載のパルス燃焼器を用いて、細管の一端に給水管を、他端に出湯管を夫々接続したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、パルス燃焼器を熱交換器として利用可能となり、低ＮＯｘと高い熱効率とが達成可能となる。
請求項２に記載の発明によれば、上記効果に加えて、細管を巻回しない部分でも熱交換可能となり、熱効率の向上が期待できる。
請求項４に記載の発明によれば、請求項３の効果に加えて、外胴の採用により、細管で燃焼室等を形成しても排気漏れが効果的に防止できる。
請求項５に記載の発明によれば、請求項３又は４の効果に加えて、フィンの採用により、燃焼ガスとの接触面積が大きくなって熱効率のさらなる向上に繋がる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】瞬間湯沸器の説明図である。
【図２】パルス燃焼器の変更例を示す説明図である。
【図３】パルス燃焼器の変更例を示す説明図である。
【図４】瞬間湯沸器の変更例の説明図である。
【図５】瞬間湯沸器の変更例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示す瞬間湯沸器１において、２はパルス燃焼器で、エアチャンバ４の前面（図１の右側）には燃焼室３が設けられて、燃焼室３には、エアチャンバ４の内部に設けた混合室５が接続されている。この混合室５には、ガス管６及びガスチャンバ７を介して燃料ガスが供給可能となっており、さらにエアチャンバ４に接続したファン８によって燃焼用空気が供給可能となっている。
また、燃焼室３の側面には、蛇行状に折曲されるテールパイプ９が接続されている。１０は、エアチャンバ４の前面に連結されて燃焼室３及びテールパイプ９を覆うケーシングで、テールパイプ９の終端（下流側）は、ケーシング１０の外に突出して図示しないデカプラ及び排気管に接続される。
【００１０】
また、パルス燃焼器２の燃焼室３及びテールパイプ９の外面には、細管１１が巻回されている。この細管１１は、燃焼室３の根元から略全面に対して螺旋状に、且つテールパイプ９の接続部位を除いて密着状態で巻回した後、テールパイプ９の直管部分９ａ，９ｂ，９ｃを順番に螺旋状且つ密着状態で巻回した一本管で、この細管１１における燃焼室３の根元側の始端が給水管１２に、テールパイプ９の直管部分９ｃに巻回した終端が出湯管１３に夫々接続されている。なお、細管１１としては、例えば外径１０ｍｍ程度のステンレス製のものが挙げられる。
【００１１】
以上の如く構成された瞬間湯沸器１においては、給水管１２から細管１１に水を通水させる一方、混合室５に燃料ガスと燃焼用空気とを夫々供給し、その混合気を燃焼室３内に送り出して、燃焼室３に設けた点火プラグ１４で点火する。すると、混合ガスが燃焼室３内で爆発的燃焼し、その爆発的燃焼に伴う燃焼室３内の圧力上昇によって燃焼ガスがテールパイプ９内へ強制的に排出される。この燃焼ガスの排出により燃焼室３内が負圧となることで、再び混合室５から混合気が吸入され、テールパイプ９からの戻り火によって再び爆発的燃焼が生じる。こうして爆発的燃焼が脈動的に繰り返されることで、燃焼室３からテールパイプ９を通過する高温の燃焼ガスと、外周の細管１１内の水との間で熱交換がなされ、湯となって出湯管から供給されることになる。
【００１２】
このように、上記形態の瞬間湯沸器１によれば、燃焼室３及びテールパイプ９の外周を細管１１で螺旋状に巻回し、細管１１に水を通過させて、細管１１内の水と、燃焼室３及びテールパイプ９内の燃焼ガスとの間で熱交換可能としたことで、パルス燃焼器２を熱交換器として利用可能となり、低ＮＯｘと高い熱効率とが達成可能となる。
【００１３】
なお、上記形態では、パルス燃焼器の燃焼室及びテールパイプの外面に細管を巻回しているが、燃焼室やテールパイプ自体を細管を螺旋状に巻回して形成することもできる。図２はテールパイプ９を細管１１で形成した例を示すもので、このようにすれば、図１の形態よりも燃焼ガスと水との熱交換が効率良く行える。但し、この場合、細管１１の間からの排気漏れを防ぐために、形成したテールパイプ９の外周を外胴１５でカバーするのが望ましい。これは燃焼室を細管で形成した場合も同様であるが、細管の密着部分を耐熱性のある接着剤等でシールできれば、外胴は省略できる。
【００１４】
また、このように細管１１でテールパイプ９等を形成した場合は、図３に示すように、細管１１の外面に沿って、内側に突出するフィン１６を螺旋状に設けることもできる。このようなフィン１６を設ければ、燃焼ガスとの接触面積が大きくなって熱効率のさらなる向上に繋がる。勿論このフィン１６は断続的に設けてもよいし、高さも例えば下流へ行くほど高くなるように形成して燃焼ガスとの接触時間の確保を図ったりしてもよい。
【００１５】
さらに、上記形態では、燃焼室とテールパイプとの両方に夫々細管を巻回したり、両方を細管で形成したりしているが、燃焼室とテールパイプとの何れか一方でも差し支えない。また、燃焼室への細管の巻回や燃焼室等の細管での形成は上記のように一部でのみ行うものに限らず、燃焼室やテールパイプの全部で行ってもよい。
加えて、細管は一本に限らず、例えば図４に示すように、燃焼室３に巻回する細管１１ａと、テールパイプ９に巻回する細管１１ｂとを別々にして、燃焼室３側の細管１１ａに給水管１２ａと出湯管１３ａとを夫々接続する一方、テールパイプ９側の細管１１ｂに給水管１２ｂと出湯管１３ｂとを夫々接続し、給水管１２ａ，１２ｂ同士と、出湯管１３ａ，１３ｂ同士を夫々接続して、流路を並列に構成することもできる。勿論２組の並列に限らず、テールパイプ９の直管部分９ａ〜９ｃごとに夫々給水管と出湯管とを接続して流路を３組以上並列に構成することも可能である。
【００１６】
一方、図５に示すように、例えば燃焼室３に細管を巻回せずに、その外周をケーシング１７によって非接触で囲み、ケーシング１７に対して給水管１２ａと出湯管１３ａとを夫々接続して、テールパイプ９側の細管１１に接続した給水管１２ｂをケーシング１７側の給水管１２ａに、出湯管１３ｂをケーシング１７側の出湯管１３ａに夫々接続するようにしてもよい。このようにすれば細管を巻回しない部分でも熱交換可能となり、熱効率の向上が期待できる。勿論流路は並列にせず、ケーシング１７側とテールパイプ９側とを直列に接続してもよいし、燃焼室でなくテールパイプ９の直管部分の外周をケーシングによって囲んで流路を形成することもできる。
【００１７】
そして、細管自体の構成も、上記形態ではφ１０ｍｍのものを例示したが、φ１２ｍｍ以下であれば２０ｋｇ／ｃｍ２の水圧にも耐え、瞬間湯沸器として使用できる。なお、外径の下限はφ４ｍｍ〜５ｍｍ程度が望ましい。また、材質もドレン腐食を考慮すればステンレス製が好ましいが、外面での巻回であれば銅等の他の金属も採用できる。
一方、細管は、断面円形の管に限らず、断面が四角形や多角形となる角管や、断面が星形等の異形管も採用できる。また、これらの管の内部に軸方向のフィンを立設して流体との接触面積の増大を図ってもよい。
【符号の説明】
【００１８】
１・・瞬間湯沸器、２・・パルス燃焼器、３・・燃焼室、４・・エアチャンバ、５・・混合室、６・・ガス管、８・・ファン、９・・テールパイプ、９ａ〜９ｃ・・直管部分、１０・・ケーシング、１１，１１ａ，１１ｂ・・細管、１２，１２ａ，１２ｂ・・給水管、１３，１３ａ，１３ｂ・・出湯管、１５・・外胴、１６・・フィン、１７・・ケーシング。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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