(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと燃焼用空気とを混合して燃焼に適した燃料濃度の混合気を生成する混合室と、主炎孔に通じる主炎用通路と、主炎孔の両側の保炎孔に通じる保炎用通路とを有し、混合室の混合気を主炎用通路と保炎用通路とに分配供給する燃焼管において、
前記混合室と保炎用通路との間に燃焼用空気が流れる空隙部を形成し、この空隙部を横断して混合室から保炎用通路へ混合気を供給するように構成し、
前記空隙部を挟んで混合室の壁部には混合気噴出孔が、保炎用通路の壁部には混合気導入孔が設けられ、
前記混合気導入孔は、燃焼用空気流の下流側に向かって有効開口面積が小さくなるように形成されていることを特徴とする燃焼管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主炎孔と保炎孔とを有する燃焼管に関し、特にＴＤＲ(Turn Down Ratio）の拡大を可能にしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の主炎孔と、主炎孔の両側の複数の保炎孔と、主炎孔に淡混合気を導く主炎用通路と、保炎孔に濃混合気を導く保炎用通路とを備え、主炎孔に主炎を形成し且つこの主炎の両側で保炎孔に保炎を形成するようにした燃焼管は広く実用に供されている。例えば、特開平９−１７０７２４号公報、特開平９−２１０３２１号公報、特開平９−２１００３２２号公報には、この種の燃焼管が提案されている。
【０００３】
これらの公報の燃焼管は、ガスと空気の濃混合気が導入される燃焼管本体（混合部と導通部と放出部とを有する）と、この燃焼管本体の上方に配設された炎孔部材と、放出部の両側から炎孔部材に亙って形成された淡混合気通路と、炎孔部材の頂部の複数の淡炎孔（主炎孔）と、放出部と炎孔部材の両側に夫々外面板と内面板とで形成された１対の濃混合気通路と、１対の濃混合気通路の頂部に形成された濃炎孔（保炎孔）とを備えている。前記燃焼管本体の放出部から１対の濃混合気通路に濃混合気を導くとともに、放出部から淡混合気通路に導出した濃混合気を空気で希釈してその淡混合気を淡混合気通路に導き、濃炎孔に濃炎（保炎）を形成するとともに濃炎孔の間の淡炎孔に淡炎（主炎）を形成するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記の燃焼管の燃焼能力を過度に低く設定すると、淡側燃焼のガス流速が低下し、火炎が淡炎孔（主炎孔）に接近し、淡炎孔形成部材が赤熱したり、逆火が発生したりする。そのため、燃焼管ではその燃焼能力を下げるに限度があり、燃焼の最少能力は淡側燃焼の燃焼量に左右される。
【０００５】
現行の燃焼管の場合、混合気の燃焼量が変化しても、淡混合気量／濃混合気量の比率はほぼ一定に維持されるため、燃焼量の減少に応じて、主炎孔に供給されるガス量は燃焼量の減少に比例して減少するだけであるから、燃焼管のＴＤＲ（ Turn  Down  Ratio）の拡大を図ることが難しく、燃焼能力をあまり低く設定することができない。燃焼管のＴＤＲを高める為には、燃焼量が少ない場合でも、主炎孔に供給される淡混合気量を大きくする。即ち、淡混合気量／濃混合気量の比率を、燃焼量の減少に応じて増大させることが必要であるが、現行の燃焼管ではそれを達成することは到底不可能である。本発明の目的は、燃焼管の安全性を確保しながら、燃焼管のＴＤＲを大幅に拡大して燃焼管の性能を高めることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の燃焼管は、燃料ガスと燃焼用空気とを混合して燃焼に適した燃料濃度の混合気を生成する混合室と、主炎孔に通じる主炎用通路と、主炎孔の両側の保炎孔に通じる保炎用通路とを有し、混合室の混合気を主炎用通路と保炎用通路とに分配供給する燃焼管において、混合室と保炎用通路との間に燃焼用空気が流れる空隙部を形成し、この空隙部を横断して混合室から保炎用通路へ混合気を供給するように構成し、空隙部を挟んで混合室の壁部には混合気噴出孔が、保炎用通路の壁部には混合気導入孔が設けられ、混合気導入孔は、燃焼用空気流の下流側に向かって有効開口面積が小さくなるように形成されていることを特徴とするものである。
【０００７】
この燃焼管において、混合室で生成された混合気は、主炎用通路と保炎用通路とに分配供給される。主炎用通路に供給された混合気は主炎孔に導かれて主炎を形成し、保炎用通路に供給された混合気は保炎孔に導かれて保炎を形成する。ところで、混合室と保炎用通路との間に、燃焼用空気が流れる空隙部を形成してある。
【０００８】
保炎孔と主炎孔における合計の燃焼量が多くなると、混合室からの混合気のガス流量が多くなり、混合気の噴出速度が速くなり、噴出した混合気は、空隙部を流れる燃焼用空気流に対抗して略直線状に噴出し、混合気の殆どが保炎用通路に供給される。その結果、保炎孔には大きな保炎が形成されるため、主炎孔における淡炎のリフトを効果的に保炎することができる。
【０００９】
一方、前記合計の燃焼量が下限近くまで少なくなると、混合室からの混合気のガス流量が少なくなり、混合気の噴出速度が遅くなり、噴出した混合気は、空隙部を流れる燃焼用空気流に対抗できず、混合気の一部が保炎用通路に供給できなって主炎用通路に導かれる。その結果、主炎用通路に分配供給される混合気のガス量が多くなり、淡混合気／濃混合気の比率が大きくなる。このように、合計の燃焼量が多いときの淡混合気／濃混合気の比率に対して合計の燃焼量が少ないときの淡混合気／濃混合気の比率を大きくすることができるため、燃焼管の安全性を確保しながら、燃焼管のＴＤＲを大幅に拡大して燃焼管の性能を高めることができる。
【００１０】
また、前記空隙部を挟んで混合室の壁部には混合気噴出孔が、保炎用通路の壁部には混合気導入孔が設けられているため、混合室で生成された混合気を混合気噴出孔から噴出でき、その噴出した混合気を混合気導入孔を介して保炎用通路に確実に分配供給することができる。
【００１１】
更に、前記混合気導入孔は、燃焼用空気流の下流側に向かって有効開口面積が小さくなるように形成されているため、保炎孔と主炎孔における合計の燃焼量が多い場合、混合気の噴出速度が速いので、混合気は燃焼用空気流に対抗して略直線状に噴出して有効開口面積が大きい部分を介して多量の混合気を保炎用通路に分配供給できる。一方、合計の燃焼量が少ない場合、混合気の噴出速度が遅いので、混合気は燃焼用空気流に対抗できず斜めに噴出して有効開口面積が小さい部分を介して少量の混合気だけを保炎用通路に分配供給できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を給湯機用の燃焼管である濃淡燃焼バーナに適用した場合の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１、図２に示すように、濃淡燃焼バーナ１は、燃料ガスに１次空気を混合して濃混合気にし、その濃混合気を保炎混合気通路から保炎孔に供給して保炎を形成する一方、濃混合気を空気で希釈した淡混合気にし、その淡混合気を主炎混合気通路から主炎孔に供給して主炎を形成するようにしたものである。
【００１３】
この濃淡燃焼バーナ１は、燃焼管本体２と、この燃焼管本体２の上方に配設される炎孔部材３と、燃焼管本体２の放出部１６と炎孔部材３の前後両側に配設された前後１対の保炎混合気通路形成部４などを有する。燃焼管本体２は、１枚の薄手の鋼板をプレスして表面に凹凸を有する展開成形体を形成し、これを曲げ加工してからスポット溶接によって接合した構造のものであり、正面板１０と裏面板１１と頂部の頂部板１２とにより、後述する混合部１４や放出部１６等を有する。
【００１４】
燃焼管本体２は、大別して、燃焼１次空気とガスを導入するガス取入口１３と、導入された１次空気とガスを混合して濃混合気とする混合部１４と、導通部１５と、放出部１６とを有する。燃焼管本体２の混合部１４の始端にはガス取入口１３が形成され、ガス取入口１３がガスノズル（図示略）に臨み、ガスノズルからのガスと燃焼ファン（図示略）からの１次空気がガス取入口１３に導入される。そのガスと１次空気は混合部１４を流れる間に混合されて空気過剰率１未満の濃混合気になり、その濃混合気は導通部１５を通って放出部１６へ導入される。
【００１５】
図１、図２に示すように、燃焼管本体２の放出部１６は、燃焼管本体２の上部に位置して長手方向全域に延びている。この放出部１６の部分で正面板１０と裏面板１１間の間隔は大きく、この放出部１６の外表面に突出するように、正面板１０と裏面板１１には夫々５つの立長の突出部１７が形成されている。各突出部１７の体面側には１つの混合気導入孔１８が形成されている。ここで、混合部１４と放出部１６等から混合室が形成されている。
【００１６】
図２、図６に示すように、放出部１６を形成する正面板１０のうちの突出部１７以外の複数の平坦部１９は外側から見て突出部１７よりも内側に凹んでおり、各平坦部１９には混合気導入孔１８と同高さ位置において、混合気導入孔１８よりも小径の主炎ガス噴出孔２１〜２３が形成されている。ここで、混合気導入孔１８は、図８に示すように、ほぼ涙滴形状であり、燃焼用空気の空気流下流側に向かって、つまり図８の上側ほど有効開口面積が小さくなるように形成されている。
【００１７】
次に、保炎混合気通路形成部４について簡単に説明する。
図２、図４に示すように、前後１対の保炎混合気通路形成部４が設けられているが、それらは前後に対称の構造であり、各保炎混合気通路形成部４は、前記の燃焼管本体２と同様に、１枚の薄手の鋼板をプレスして表面に凹凸を有する展開成形体を形成し、これを曲げ加工してからスポット溶接により接合した構造のものである。
【００１８】
図２、図４、図６に示すように、保炎混合気通路形成部４は内面板３０と外面板３１と頂部板３２とを有し、頂部板３２に多数の保炎孔３３が形成され、内面板３０と外面板３１の間には保炎孔３３に濃混合気を導く保炎用通路３４が形成され、この保炎用通路３４は全幅に亙って連通している。内面板３０には放出部１６の５つの突出部１７が接近し、各突出部１７の混合気導入孔１８に対応する部分には、バーリング加工された混合気噴出孔２４が夫々形成されている。ここで、内面板３０が混合室の壁部に相当する。
【００１９】
更に、混合気噴出孔２４が形成された各突出部１７と内面板３０との間に、燃焼用空気が流れる空隙部２５が形成されている。それ故、放出部１６内の濃混合気は、５つの混合気噴出孔２４の各々から、空隙部２５を横断し且つ混合気導入孔１８を介して保炎用通路３４へ導入される。尚、外面板３１には複数の円形凹入部３５が形成され、これら円形凹入部３５の奥端が内面板３０と突出部１７とに接合されている。
【００２０】
次に、炎孔部材３と主炎混合気通路について説明する。
図３、図５に示すように、主炎混合気通路は、放出部１６を形成する正面板１０の複数の平坦部１９と内面板３０との間の主炎用通路３６と、放出部１６と炎孔部材３の間の混合通路３７と、炎孔部材３内に形成される複数のガス通路３８〜４０及びこれらから分岐するガス通路などからなり、炎孔部材３内のガス通路３８〜４０及びこれらから分岐したガス通路が主炎孔４１〜４３に夫々連通している。
【００２１】
図６、図７に示すように、主炎用通路３６には空気導入口４４から１次空気が導入され、放出部１６から多数の主炎ガス噴出孔２１〜２３及び混合気噴出孔２４から噴出した濃混合気は、空気導入口４４から導入された空気で希釈されて空気過剰率が１以上の淡混合気になり、その淡混合気が主炎用通路３６及び混合通路３７を通過する間に混合されてから炎孔部材３内のガス通路３８〜４０及びそれらに連なるガス通路を通って主炎孔４１〜４３に導かれ、主炎孔４１〜４３に主炎を形成する。
【００２２】
炎孔部材３も、１枚の薄手の鋼板をプレスして表面に凹凸を有する展開成形体を形成し、これを曲げ加工してからスポット溶接により接合した構造のものである。プレス成形した展開成形体には、凹凸部を形成した６枚の短冊板４５〜５０が形成され、これら短冊板４５〜５０は、極く狭幅の複数の接続片により接続されており、それら接続片の部位で折り曲げる曲げ加工がなされる。
【００２３】
図３に示すように、炎孔部材３の頂部には複数の狭窄部５１が形成され、これら狭窄部５１と狭窄部５１との間の各部において、炎孔部材３には５つの偏平な主炎孔４１〜４３が形成され、それら主炎孔４１〜４３に淡混合気が導かれるように炎孔部材３内のガス通路が形成されている。
【００２４】
次に、以上説明した濃淡燃焼バーナ１の作用について説明する。
燃焼管本体２のガス取入口１３から導入されて混合部１４において混合された濃混合気は、導通部１５を経て放出部１６に導入され、その濃混合気の一部は、突出部１７の混合気噴出孔２４の各々から噴出され、空隙部２５と混合気導入孔１８とを介して両側の保炎用通路３４に供給され、両側の保炎用通路３４の上端の保炎孔３３に供給されて保炎を形成する。
【００２５】
一方、放出部１６から主炎ガス噴出孔２１〜２３を通って主炎用通路３６に供給された濃混合気は空気導入口４４から導入された空気で希釈され、淡混合気となって混合通路３７に流れ、この混合通路３７において十分に混合されてから、炎孔部材３内のガス通路３８〜４０及びそれらに連通したガス通路を経て主炎孔４１〜４３へ供給され、主炎孔４１〜４３に主炎を形成する。ここで、図６〜図８に示すように、放出部１６から主炎用通路３６へ濃混合気を噴出させる混合気噴出孔２４と混合気導入孔１８との間に、燃焼用空気が流れる空隙部２５が設けられているため、次のような作用が得られる。
【００２６】
保炎孔３３と主炎孔４１〜４３とに供給される合計ガス量（つまり、濃淡燃焼バーナ１の燃焼量）が多い場合、混合気噴出孔２４から噴出する濃混合気の噴出速度が速いので、図８に示すように、その噴出した濃混合気は、空隙部２５における下側からの燃焼用空気流に対抗して略直線状に噴出し、図８に２点鎖線で示すように、混合気導入孔１８の略中央部、つまり開口面積が大きい部分を介して濃混合気の殆どが保炎用通路３４に供給される。その結果、保炎孔には大きな保炎が形成されるため、主炎孔における淡炎のリフトを効果的に保炎することができる。
【００２７】
一方、燃焼量が少なくなり、燃焼量が下限近くまで少なくなった場合、混合気噴出孔２４から噴出する濃混合気の噴出速度が遅いので、図９に示すように、その噴出した濃混合気は、空隙部２５における下側からの燃焼用空気流に対抗できずに上向き方向に噴出し、図９に２点鎖線で示すように、混合気導入孔１８の上端部分、つまり開口面積が小さい部分を介して少量の濃混合気だけが保炎用通路３４に供給される。それ故、混合気導入孔１８から保炎用通路３４に供給できなかった多量の濃混合気が主炎用通路３６に供給される。その結果、この濃淡燃焼バーナ１における淡混合気／濃混合気の比率が大きくなる。
【００２８】
このように、燃焼量が多いときの淡混合気／濃混合気の比率を小さくし、燃焼量が少ないときの淡混合気／濃混合気の比率を大きくすることができるため、濃淡燃焼バーナ１の安全性を確保しながら、濃淡燃焼バーナ１のＴＤＲ（Turn Down Ratio ) を大幅に拡大して、濃淡燃焼バーナ１の性能や耐久性を高めることができる。また、主炎ガス噴出孔２１〜２５から主炎用通路３６に噴出する濃混合気が、主炎用通路３６内の燃焼用空気の流れに対して直交する方向に噴出するため、主炎用通路３６内におけるガスと空気の混合が促進され主炎孔４１〜４３における燃焼が安定する。
【００２９】
次に、前記の実施形態を変更した変形例について説明する。
１〕図１０に示すように、混合気導入孔１８Ａは、円の上側を細いスリット状に拡大させた形状でもよく、また上向きの三角形、台形、円等でもよく、要するに燃焼用空気流の下流側に向かって有効開口面積が小さくなるような何れの形状であってもよい。
２〕前記空隙部２５の大きさは、給湯機の給湯能力、つまり号数の大きさや燃焼用空気の空気量等に応じて、広く又は狭く設定することが可能である。
３〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、前記実施形態及び変形例の構造に種々の変更を付加した形態で実施可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、燃焼管において、混合室と保炎用通路との間に燃焼用空気が流れる空隙部を形成し、この空隙部を横断して混合室から保炎用通路へ混合気を供給するように構成し、空隙部を挟んで混合室の壁部には混合気噴出孔が、保炎用通路の壁部には混合気導入孔が設けられ、混合気導入孔は、燃焼用空気流の下流側に向かって有効開口面積が小さくなるように形成されているため、保炎孔と主炎孔の合計の燃焼量が多い場合には、混合室からの混合気の噴出速度が速くなり、空隙部を流れる燃焼用空気流に対抗して混合気の殆どが保炎用通路に分配供給され、その結果、保炎孔には大きな保炎が形成されるため、主炎孔における淡炎のリフトを効果的に保炎することができる。
【００３１】
しかも、合計の燃焼量が少ない場合には、混合気の噴出速度が遅くなり、空隙部を流れる燃焼用空気流に対抗できず、混合気の殆どが保炎用通路に供給できなくなり、その分主炎用通路に分配供給される混合気のガス量が多くでき、淡混合気／濃混合気の比率を大きくすることができる。その結果、燃焼管の安全性を確保しながら、燃焼管のＴＤＲを大幅に拡大して燃焼管の性能を高めることができる。
【００３２】
また、混合室で生成された混合気を混合気噴出孔から噴出でき、その噴出した混合気を混合気導入孔を介して保炎用通路に確実に分配供給することができる。
【００３３】
更に、保炎孔と主炎孔における合計の燃焼量が多い場合、混合気の噴出速度が速いので、混合気は燃焼用空気流に対抗して略直線状に噴出して有効開口面積が大きい部分を介して多量の混合気を保炎用通路に分配供給できる。合計の燃焼量が少ない場合、混合気の噴出速度が遅いので、混合気は燃焼用空気流に対抗できず斜めに噴出して有効開口面積が小さい部分を介して少量の混合気だけを保炎用通路に分配供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る濃淡燃焼バーナの斜視図である。
【図２】濃淡燃焼バーナの分解斜視図である。
【図３】炎孔部材の要部斜視図である。
【図４】濃淡燃焼バーナの要部縦断面図である。
【図５】濃淡燃焼バーナの要部縦断面図である。
【図６】図２のＦ−Ｆ線断面図である。
【図７】図６のＧ−Ｇ線断面図である。
【図８】燃焼量が多い場合の図６のＨ矢視図である。
【図９】燃焼量が少ない場合の図６のＨ矢視図である。
【図１０】変更形態に係る図８相当図である。
【符号の説明】
１          濃淡燃焼バーナ
２          燃焼管本体
３          炎孔部材
１４        混合部
１６        放出部
１８        混合気導入孔
２４        混合気噴出孔
２５        空隙部
３３        保炎孔
３４        保炎用通路
３６        主炎用通路
４１〜４３  主炎孔
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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