(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
仕切り壁によって熱交換器側と前段側に分かれた本体部を有し、前段側から熱交換器側に燃焼ガスが噴射される噴霧式燃焼装置において、本体部の熱交換器側であって仕切り壁の近傍にガイド壁が設けられ、仕切り壁とガイド壁の間に空気が吹き込まれ、仕切り壁とガイド壁の間に空気流路が形成されており、ガイド壁は、本体部の熱交換器側の側壁に沿ってのびる側壁部を有することを特徴とする噴霧式燃焼装置。
【請求項２】
仕切り壁によって熱交換器側と前段側に分かれた本体部と、燃料が噴霧され燃焼室を構成する一端が開放された燃焼筒本体を有し、燃焼筒本体は本体部の前段側にあって開放端が熱交換器側に向かって開き、本体部の前段側内に空気流路が形成されている噴霧式燃焼装置において、本体部の熱交換器側であって仕切り壁の近傍に、仕切り壁と略平行にガイド壁が設けられ、前段側の空気流路から仕切り壁とガイド壁の間に空気が吹き込まれ、仕切り壁とガイド壁の間に空気流路が形成されており、ガイド壁は、本体部の熱交換器側の側壁に沿ってのびる側壁部を有することを特徴とする噴霧式燃焼装置。
【請求項３】
ガイド壁は、仕切り壁と部分的に接して取り付けられ、ガイド壁と仕切り壁との間に空隙が形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の噴霧式燃焼装置。
【請求項４】
前記ガイド壁の、仕切り壁と対向する部分に、平板部分を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の噴霧式燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯器等に使用される噴霧式燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
給湯器等においては、石油等の液体燃料を噴霧して燃焼させる噴霧式燃焼装置が多用されている。
【０００３】
図７は、従来技術の噴霧式燃焼装置を採用した給湯器の断面図である。
噴霧式燃焼装置１００は、本体部２内に燃焼筒本体３が内蔵されたものである。また本体部２は、大きく前段側５と熱交換器側６に分かれている。
本体部２の前段側５は、四角形の箱体１１であり、上部にファン７が取り付けられている。また前段側５の内部には、燃焼筒本体３の他、これと同心状に筒体１５が内蔵されている。筒体１５は、天面が開放され、底面（仕切り壁１２側）は閉塞している。
【０００４】
一方、本体部２の熱交換器側６は、銅板等によって角筒状に構成された燃焼ケース８を有し、下部に熱交換器１０が内蔵されている。
本体部２の前段側５と熱交換器側６の境界は仕切り壁１２によって仕切られている。仕切り壁１２の中央には、燃焼筒本体３の前端部が取り付けられる開口がある。また仕切り壁１２の周部には、通気孔となる開口１３が設けられている。
【０００５】
燃焼筒本体３は、逆燃式と称される形式であって、下方に向かって火炎を噴射するものである。また図示した燃焼筒本体３は、液体燃料の燃焼を行ういわゆる二段燃焼筒を用いた燃焼量可変式ガンタイプバーナであって、気流はほぼ下向きである。
すなわち燃焼筒本体３は、燃料噴射ノズル１６を内蔵した端部開放型のノズル収納筒１７と当該ノズル収納筒１７の開放端に接続された端部開放型の燃焼筒１８を備える。前者のノズル収納筒１７は、さらに内筒と外筒を有し、外筒には図示しない空気導入口が設けられている。そして外筒に入った空気の一部が内筒内に導入される構造となっている。
【０００６】
またさらに燃焼筒１８は、ノズル収納筒１７の開放端に接続された第一燃焼筒２０と当該第一燃焼筒２０にさらに接続された、より大径の第二燃焼筒２１から構成されている。第一燃焼筒２０及び第二燃焼筒２１にも、多数の空気導入口３０が設けられている。
【０００７】
燃焼筒本体３は、前記した前段側５にあり、開放端１９が仕切り壁１２から熱交換器側６に向かって開いている。
またさらに燃焼筒本体３の開放端１９近くには、燃料拡散板３２が取り付けられている。燃料拡散板３２は、燃料の攪拌を促進するための部材であり、略棒状をしている。
【０００８】
次に、噴霧式燃焼装置１００における空気及び燃料の流れについて説明する。
噴霧式燃焼装置１００を使用する際には、送風機７を起動して本体部２の前段側５に空気を送ると共に燃料ポンプを動作させて燃料噴射ノズル１６から燃料を噴射させる。
送風機７から前段側５内に入った空気は、ノズル収納筒１７の外筒に入り、さらにその一部がノズル収納筒１７の内筒内に入って燃料噴射ノズル１６から噴射された灯油等の液体燃料と混合される。そして混合された燃料と空気は燃焼筒１８内に送られ、燃焼筒１８内で燃焼する。発生した火炎は、燃焼筒１８内から熱交換器側６に向かって噴射される。
【０００９】
また、前段側５に入った空気の一部は筒体１５内に入り、第一燃焼筒２０及び第二燃焼筒２１に設けられた空気導入口３０から燃焼筒１８の内部に導入され、いわゆる二次空気として燃焼に用いられる。
さらに筒体１５の外側を流れる空気は、仕切り壁１２の開口１３から直接的に熱交換器側６入り、二次空気として燃焼に寄与する。
【００１０】
上記した構成では、前段側５の箱体１１内に二列の空気流路４０，４１が形成されている。すなわち箱体１１内には、燃焼筒１８・筒体１５間で形成される空気流路４０と、筒体１５・箱体１１間で形成される空気流路４１がある。このように燃焼筒１８・筒体１５によって空気流路４０を形成させた理由は、燃焼筒１８を冷却し、前段側５が加熱されることを防ぐためである。
すなわち噴霧式燃焼装置１００では、前段側５に点火プラグや着火センサ等の配線や、比較的耐熱性が低い合成樹脂で作られた部材がある。そのため前段側５が過度に加熱されるとこれらが破損するおそれがある。
そこで従来技術の噴霧式燃焼装置１００では、前記したように燃焼筒１８の周囲に空気流路４０によって空気層を形成させ、燃焼筒１８の熱が前段側５の全体に広がることがないように工夫されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の噴霧式燃焼装置１００では、前記した様に燃焼筒１８の周囲に空気層を形成させて、燃焼筒１８の側面の熱が前段側５の全体に広がることがないように工夫されている。
しかしながら従来技術で熱の拡散が防止されているのは、燃焼筒１８の側面側だけであり、前段側５が熱交換器側６から受ける熱については、何らの断熱対策もなされていない。
すなわち従来技術の噴霧式燃焼装置１００では、熱交換器側６に燃焼ガスが広がり、仕切り壁１２が高温にさらされる。そのため前段側５が加熱され、不具合が生じる懸念があった。
特に図７で説明した噴霧式燃焼装置１００の様な、燃焼筒本体３の開放側に燃料拡散板３２が設けられている場合は、燃料拡散板３２が火炎によって高温状態となり、燃料拡散板３２から前段側６側に熱が移行し易く、断線の危険や樹脂が溶融する懸念があった。
また他の問題点として、熱交換器側６の燃焼ケース８の側壁２５が火炎の作用で減肉するという問題があった。従来技術の噴霧式燃焼装置１００では、減肉に対する対策は、何らなされていない。
【００１２】
そこで本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、本体部の前段側に熱が伝わることを防止し、熱による不具合を解消することができる噴霧式燃焼装置の開発を課題とするものである。
また加えて本発明は、燃焼ケースの減肉を防止し、寿命が長い噴霧式燃焼装置の開発を課題とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
そして上記した課題を解決するための請求項１に記載の発明は、仕切り壁によって熱交換器側と前段側に分かれた本体部を有し、前段側から熱交換器側に燃焼ガスが噴射される噴霧式燃焼装置において、本体部の熱交換器側であって仕切り壁の近傍にガイド壁が設けられ、仕切り壁とガイド壁の間に空気が吹き込まれ、仕切り壁とガイド壁の間に空気流路が形成されており、ガイド壁は、本体部の熱交換器側の側壁に沿ってのびる側壁部を有することを特徴とする噴霧式燃焼装置である。
【００１４】
本発明の噴霧式燃焼装置は、仕切り壁の近傍にガイド壁が設けられ、仕切り壁とガイド壁の間に空気が吹き込まれて仕切り壁とガイド壁の間に空気流路が形成されている。そのため仕切り壁の熱交換器側は、常時、常温でかつ流動性を持つ空気流によって覆われる。従って熱交換器側の熱は仕切り壁に伝わらず、前段側の温度は上昇しない。
【００１５】
また同様の課題を解決するための請求項２に記載の発明は、仕切り壁によって熱交換器側と前段側に分かれた本体部と、燃料が噴霧され燃焼室を構成する一端が開放された燃焼筒本体を有し、燃焼筒本体は本体部の前段側にあって開放端が熱交換器側に向かって開き、本体部の前段側内に空気流路が形成されている噴霧式燃焼装置において、本体部の熱交換器側であって仕切り壁の近傍に、仕切り壁と略平行にガイド壁が設けられ、前段側の空気流路から仕切り壁とガイド壁の間に空気が吹き込まれ、仕切り壁とガイド壁の間に空気流路が形成されており、ガイド壁は、本体部の熱交換器側の側壁に沿ってのびる側壁部を有することを特徴とする噴霧式燃焼装置である。
【００１６】
本発明の噴霧式燃焼装置は、本体部の熱交換器側であって仕切り壁の近傍に、仕切り壁と略平行にガイド壁が設けられている。そして前段側の空気流路から仕切り壁とガイド壁の間に空気が吹き込まれる。そのため空気はガイド壁に沿って流れ、仕切り壁は常温の空気流によって覆われる。従って熱交換器側の熱は仕切り壁に伝わらず、前段側の温度は上昇しない。
【００１７】
請求項１及び２の発明の噴霧式燃焼装置では、ガイド壁は、本体部の熱交換器側の側壁に沿ってのびる側壁部を有する。従って本発明では、空気流が熱交換器側の側壁に導かれ、側壁に沿った空気の流れが生じる。そのため本発明の噴霧式燃焼装置では、熱交換器側の側壁が冷却される。また熱交換器の側壁に沿って空気が流れるので側壁近傍の酸素濃度が上昇し、熱交換器側の減肉が防止される。
【００１８】
さらに請求項３に記載の発明は、ガイド壁は、仕切り壁と部分的に接して取り付けられ、ガイド壁と仕切り壁との間に空隙が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の噴霧式燃焼装置である。
【００１９】
本発明の噴霧式燃焼装置では、ガイド壁は、仕切り壁と部分的に接して取り付けられている。そのためガイド壁は、仕切り壁の直近の位置にあり、空気流の流速が早く、ガイド壁と仕切り壁間の空気は頻繁に入れ代わる。従ってガイド壁の熱によってガイド壁と仕切り壁間の空気が加熱されても、仕切り壁側に伝わる熱量は少ない。
また本発明によると、ガイド壁の位置調整を行う必要が殆どなく、ガイド壁の取付けが容易である。
【００２０】
さらに請求項４に記載の発明は、前記ガイド壁の、仕切り壁と対向する部分に、平板部分を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の噴霧式燃焼装置である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下さらに本発明の実施形態について説明する。なお以下の実施形態の説明において、従来技術と同一の部材については、図７と同一の番号を付して重複した説明を省略する。
図１は、本発明の実施形態の噴霧式燃焼装置の断面図である。図２は、図１の仕切り壁とガイド板近傍の拡大図である。図３は、図１のＡ−Ａ断面図である。図４は、図３の仕切り壁とガイド板近傍の拡大図である。図５は、図１のＢ方向矢視図である。図６は、仕切り壁とガイド板近傍の分解斜視図である。
【００２２】
図において、１は本発明の実施形態の噴霧式燃焼装置である。本実施形態の噴霧式燃焼装置１は、前述した従来技術と同様に、前段側５と熱交換器側６に分かれた本体部２を有し、その中に燃焼筒本体３が内蔵されたものである。また本体部２の前段側５が四角形の箱体１１である点、筒体１５が内蔵されている点、上部にファン７が取り付けられている点についても従来技術と同一である。
【００２３】
熱交換器側６も従来技術と全く同一であり、銅板等によって角筒状に構成された燃焼ケース８を有し、下部に熱交換器１０が内蔵されている。
【００２４】
さらに燃焼筒本体３の構造も、従来と全く同一であり、燃料噴射ノズル１６を内蔵した端部開放型のノズル収納筒１７と当該ノズル収納筒１７の開放端に接続された端部開放型の燃焼筒１８を備え、さらにノズル収納筒１７は、内筒と外筒を有する。また燃焼筒１８は、第一燃焼筒２０と第二燃焼筒２１からなり、これらには多数の空気導入口３０が設けられている。
そして燃焼筒本体３は、前段側５にあり、開放端が仕切り壁１２から熱交換器側６に向かって開いている。さらに噴霧式燃焼装置１００の本体部２の下流側には、燃料拡散板３２が取り付けられている。
【００２５】
本体部２の前段側５と熱交換器側６の境界は従来技術と同様に仕切り壁１２によって仕切られている。また仕切り壁１２の周部には、通気孔となる開口１３が設けられている。
本実施形態の噴霧式燃焼装置１の特徴的な構成は、ガイド壁部材５０を備える点である。ガイド壁部材５０は、図６の様に正方形の板を折り曲げたものであり、中央に開口５１が設けられている。また開口５１の周囲は、下側（熱交換器１０側）に凹んだ凹陥部５２となっている。凹陥部５２は、図６の様に概ね円形であるが、二箇所の拡張部５３が設けられている。拡張部５３にはスリット５５が設けられており、燃料拡散板３２の両端が係合し、燃料拡散板３２が固定されている。
【００２６】
ガイド壁部材５０の上面（仕切り壁１２側）には、４個の凸部５６が設けられている。凸部５６は、図６の様に仕切り壁１２側に向かって台形であり、中心に孔５７が設けられている。
またガイド壁部材５０は、各図で明らかなように、４辺が下側（熱交換器１０側）に折り返されており、平板部分５８に対して垂直方向にのびる側壁部６０が形成されている。すなわちガイド壁部材５０の各辺は断面形状が「Ｌ」字状をしている。側壁部６０の長さは、平板部分５８の縦又は横の寸法の８％〜２０％程度である。
ガイド壁部材５０の角の部位は、図６の様に面取り形状をしており、角の部分については、側壁部６０は無い。またガイド壁部材５０には、二箇所の取付け片６１が設けられており、当該部位についても側壁部６０は欠落している。取付け片６１はやや上方に向かって折り返されており、その頂面は、凸部５６の頂部と同一平面にある。取付け片６１にも孔６３が設けられている。
【００２７】
ガイド部材５０は、図示しないネジが凸部５６の孔５７及び取付け片６１の孔６３に挿通され、仕切り壁１２の熱交換器１０側に取り付けられている。ここでガイド部材５０に設けられた凸部５６及び取付け片６１の頂面は、いずれもガイド部材５０の平板部分５８に比べて上部にあるから、凸部５６及び取付け片６１の頂面だけが仕切り壁１２の下面と接し、大部分を占める平板部分５８は、仕切り壁１２の平面と略平行に位置する。そのため平板部分５８と仕切り壁１２の間には、隙間６７が形成される。平板部分５８と仕切り壁１２の間に形成される隙間６７は、概ね１ｍｍ〜１０ｍｍ程度であり、より好ましくは２〜５ｍｍである。
仕切り壁１２に設けられた開口１３は、仕切り壁１２の間に形成される隙間６７に開口し、開口１３の軸線は平板部分５８と直交する。
【００２８】
またガイド部材５０の側壁部６０は、平板部分５８に対して垂直であるから、各側壁部６０は、燃焼ケース８の側壁２５と面する。すなわち各側壁部６０は、燃焼ケース８の側壁２５に沿って下方向（熱交換器１０側）にのびる。従ってガイド部材５０の側壁部６０は、燃焼ケース８の側壁２５に対して平行に位置し、両者の間に隙間７１が形成される。この隙間７１は、概ね５ｍｍ〜１５ｍｍ程度である。
【００２９】
本実施形態の噴霧式燃焼装置１についても、送風機７から前段側５内に入った空気はノズル収納筒１７の内筒内に入り、燃料噴射ノズル１６から噴射された灯油等の液体燃料と混合される。そして混合された燃料と空気は燃焼筒１８内に送られ、燃焼筒１８内で燃焼する。火炎は燃焼筒１８内から熱交換器側６に向かって噴射される。
また、前記した筒体１５を流れる空気は、第一燃焼筒２０及び第二燃焼筒２１に設けられた空気導入口３０から燃焼筒１８の内部に入り、いわゆる二次空気として燃焼に用いられる。
【００３０】
そして筒体１５の外側の空気流路４１を流れる空気は、従来技術と同様に仕切り壁１２の開口１３から熱交換器側６に入る。
しかし、本実施形態の噴霧式燃焼装置１では、仕切り壁１２に対して平行にガイド部材５０の平板部分５８があり、且つ仕切り壁１２に設けられた開口１３は、仕切り壁１２とガイド部材５０の間に形成される隙間６７に開口し、開口１３の軸線は平板部分５８と直交する。
【００３１】
そのため仕切り壁１２の開口１３から熱交換器側６に入った空気は、図２，図４の様にガイド壁部材５０の平板部分５８に垂直に衝突し、四方に広がってガイド部材５０の平板部分５８と仕切り壁１２の間の隙間６７を流れる。すなわち本実施形態の噴霧式燃焼装置１では、ガイド部材５０の平板部分５８と仕切り壁１２の間の隙間６７が空気流路を構成する。
ここで本実施形態の噴霧式燃焼装置１においても、燃焼筒本体３の開放側に燃料拡散板３２が設けられ、仕切り壁１２の下流側が高温となるが、ガイド部材５０と仕切り壁１２の間に空気流があるため、下流側の熱が仕切り壁１２に伝わらない。
すなわち本実施形態では、燃料拡散板３２がガイド部材５０に取り付けられているので、ガイド部材５０は比較的高温となり、ガイド部材５０と仕切り壁１２の間の隙間６７の空気が加熱されるが、当該部位には前段側５の空気流路４１から開口１３を経て常温の空気が次々に供給され、空気の滞留はない。そのため仕切り壁１２の間の隙間６７に熱はこもらず、当該部位の熱は、熱交換器１０側に運ばれる。従って下流側の熱は、仕切り壁１２に伝わらず、前段側５は低温状態を維持する。
【００３２】
またガイド部材５０の平板部分５８に沿って広がった空気は、燃焼ケース８の側壁２５と衝突する。ここで本実施形態では、ガイド部材５０の４辺が折り返されて側壁部６０を構成し、この側壁部６０が燃焼ケース８の側壁２５に対して平行に位置するから、燃焼ケース８の側壁２５と衝突した空気は、下方向に向きを変え、燃焼ケース８の側壁２５とガイド部材５０の側壁部６０の間の隙間７１を流れる。
またガイド部材５０の側壁部６０は、ある程度の長さを持つので、空気は下方向に付勢され、空気はガイド部材５０の側壁部６０が無い部位についても燃焼ケース８の側壁２５に沿って流れる。従って本実施形態の噴霧式燃焼装置１では、燃焼ケース８の側壁２５に沿って空気が流れ、側壁２５の内側に熱交換器１０側に流れるエアーカーテンが形成される。その結果、燃焼ケース８の側壁２５は冷却され、側壁２５の薄肉化が防止される。さらに側壁２５の近傍を流れる空気は、燃焼に対する寄与が少なく、多くの酸素を含む。そのためさらに側壁２５の薄肉化が防がれる。
【００３３】
以上説明した実施形態では、ガイド部材５０に側壁部６０を設け、空気が燃焼ケース８の側壁２５に沿って流れる構成とした。この構成は、燃焼ケース８の薄肉化を防止することができる効果があり、推奨されるが、側壁部６０を持たない構成を採用しても、前段側への熱伝導を阻止するという基本効果は発揮される。
また前記した実施形態では、ガイド部材５０に凸部を設け、ガイド部材の平面部を仕切り壁１２から離した。本構成は、簡単な取付け構造でありながら、ガイド部材の平板部分５８を仕切り壁１２と平行に配置することができるので推奨される。しかし、取付けの容易性を犠牲にするのであれば、例えばガイド部材５０を燃焼ケース８の側壁２５にネジ止めしてもよい。
【００３４】
また本実施形態では、燃料拡散板３２を持つ構成を例示したが、もちろん燃料拡散板３２は本発明に必須ではない。ただし、ガイド部材５０に燃料拡散板３２を設ける場合には、上記した例の様にガイド部材５０の凹陥部５２に燃料拡散板３２を固定し、高温の燃料拡散板３２をできるだけ仕切り壁１２から離し、熱が仕切り壁１２に伝わらないように配慮することが望ましい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明した様に、請求項１乃至４に記載の噴霧式燃焼装置では、熱交換器側の熱が仕切り壁に伝わらず、前段側の温度は上昇しない。そのため前段側の部材が熱によって傷むことがない。従って本発明の噴霧式燃焼装置は、故障が少ないという効果がある。
【００３６】
さらに請求項１及び２に記載の噴霧式燃焼装置では、ガイド壁は、本体部の熱交換器側の側壁に沿ってのびる側壁部を有する。従って本発明では、空気流が熱交換器側の側壁に導かれ、側壁が冷却されると共に、ドレインが発生しやすいこの胴体近傍の領域に多量の空気が供給されるため、排ガス量に対して空気量が多くなり排ガス濃度が低下してドレインの発生が抑制される。また、この領域では空気の供給量が多くなり酸素濃度が上昇するため仮にドレインが発生しても濃度の低いものであるためドレインによる減肉がより防止される。そのため本発明の噴霧式燃焼装置は装置の寿命が長く、いつまでも安定した動作が期待できる。
【００３７】
また請求項４に記載の噴霧式燃焼装置は、ガイド壁を仕切り壁に対して平行に取り付けることを容易に行うことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態の噴霧式燃焼装置の断面図である。
【図２】  図１の仕切り壁とガイド板近傍の拡大図である。
【図３】  図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】  図３の仕切り壁とガイド板近傍の拡大図である。
【図５】  図１のＢ方向矢視図である。
【図６】  仕切り壁とガイド板近傍の分解斜視図である。
【図７】  従来技術の噴霧式燃焼装置を採用した給湯器の断面図である。
【符号の説明】
１  噴霧式燃焼装置
２  本体部
３  燃焼筒本体
５  前段側
６  熱交換器側
８  燃焼ケース
１０  熱交換器
１２  仕切り壁
１３  開口
１５  筒体
１６  燃料噴射ノズル
１８  燃焼筒
２５  側壁
３２  燃料拡散板
４１  空気流路
５０  ガイド壁部材
５６  凸部
５８  平板部分
６０  側壁部
６７  隙間
７０  側壁
７１  隙間
【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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【図６】
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【図７】
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