(57)【要約】【課題】燃焼用空気が燃料ガスよりも高温となる条件下であっても、煩雑な制御を必要とすることなく、簡易な構成によって、空燃比を適正な値に維持することが可能なガス燃焼装置を提供する。【解決手段】燃料ガス流路５および空気流路４をそれぞれ通過してきた燃料ガスおよび燃焼用空気の混合気が供給されるバーナ２と、燃料ガス流路５に設けられ、かつ空気流路４内の空気圧の変動に対応して燃料ガス流路５内のガス圧を変化させるガス圧調整手段７と、を備えている、ガス燃焼装置Ｃ１であって、空気流路４内の燃焼用空気の温度が燃料ガス流路５内の燃料ガスの温度よりも高いときに、この燃料ガスの温度を前記燃焼用空気の温度に近付けるように燃料ガス流路５内の燃料ガスを加熱することが可能な燃料ガス用の加熱手段ＨＥ１，ＨＥ２を備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを流通させるための燃料ガス流路と、
燃焼用空気を流通させるための空気流路と、
これら燃料ガス流路および空気流路をそれぞれ通過してきた燃料ガスおよび燃焼用空気の混合気が供給されるバーナと、
前記燃料ガス流路に設けられ、かつ前記空気流路内の空気圧の変動に対応して前記燃料ガス流路内のガス圧を変化させるガス圧調整手段と、
を備えている、ガス燃焼装置であって、
前記空気流路内の燃焼用空気の温度が前記燃料ガス流路内の燃料ガスの温度よりも高いときに、この燃料ガスの温度を前記燃焼用空気の温度に近付けるように前記燃料ガス流路内の燃料ガスを加熱することが可能な燃料ガス用の加熱手段を備えていることを特徴とする、ガス燃焼装置。
【請求項２】
前記燃料ガス用の加熱手段は、前記燃焼用空気の熱を前記燃料ガス流路の構成部材に伝達させることが可能な熱交換部を有している、請求項１に記載のガス燃焼装置。
【請求項３】
前記熱交換部として、前記燃料ガス流路の構成部材の一部分が前記空気流路に進入した構成を有する熱交換部を備えている、請求項２に記載のガス燃焼装置。
【請求項４】
前記燃料ガス流路の一部は、内部に燃料ガスが流入可能に形成され、かつ内部に流入した燃料ガスの噴出用のノズルを備えたブロックを用いて構成されており、
前記熱交換部として、前記ブロックおよび前記ノズルが、前記バーナを収容した缶体内に配され、かつ前記缶体内に供給されてきた燃焼用空気と接触するように構成された熱交換部を備えている、請求項２または３に記載のガス燃焼装置。
【請求項５】
前記燃焼用空気の温度検出を行なうための空気温度センサ、および前記燃料ガスの温度検出を行なうためのガス温度センサをさらに具備しているとともに、
前記燃料ガス用の加熱手段は、電熱ヒータを有しており、
前記空気温度センサを用いて検出される温度が前記ガス温度センサを用いて検出される温度よりも高いときに、前記電熱ヒータにより前記燃料ガスが加熱されるように構成されている、請求項１ないし４のいずれかに記載のガス燃焼装置。
【請求項６】
前記バーナの駆動燃焼により発生した燃焼ガスを排ガスとして外部に排出するための排気口を形成する部材を備え、
前記空気流路の一部は、前記排気口を形成する部材を囲み、または前記排気口を形成する部材に隣接するように設けられて、前記排ガスにより加熱可能とされている、請求項１ないし５のいずれかに記載のガス燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス給湯装置、ガス温風装置、あるいはガスコンロなどの構成要素として用いるのに好適なガス燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、ガス給湯装置を構成するガス燃焼装置は、ガス管などの燃料ガス流路を通過してきた燃料ガスと、ファンの駆動により空気流路を通過してきた燃焼用空気とを混合させ、この混合気をバーナに供給させているのが一般的である。このような場合、空燃比を適正な値に維持するための手段として、空気流路内の空気圧の変動に対応して燃料ガス流路内のガス圧を変化させるガスガバナ（ガス圧調整装置）を、燃料ガス流路の途中に設けることがよく行なわれている（たとえば、特許文献１，２を参照）。このような手段によれば、たとえばファンの回転速度が速くされ、空気流路内の空気流量が増加してその圧力が上昇したときには、これに対応させて燃料ガス流路内の燃料ガス流量を増加させて、空燃比を略一定に維持することが可能となる。
【０００３】
しかしながら、前記したような構成においては、次に述べるように、未だ改善すべき余地があった。
【０００４】
すなわち、ガス燃焼装置の給排気方式としては、いわゆる二重管給排気方式がある（たとえば、特許文献３の図５，図６を参照）。この二重管給排気方式では、排ガスを外部に排出するための排気口を形成する管体部と、燃焼用空気を外部から取り込むための給気口を形成する管体部とが二重管構造とされ、燃焼用空気は、排ガスにより加熱されて、かなりの高温（たとえば８０〜９０℃程度）となる。このように燃焼用空気が高温に加熱されると、空気流路中における見掛け上の流量が増大することとなり、空気流路内の空気圧が仮に一定に維持されたとしても、実際の空気流量は減少することとなる。これに対し、ガスガバナは、前記空気圧が一定に維持されている限りは、燃料ガスの供給圧を変化させず、燃料ガスの供給量は一定のままとなる。したがって、前記したように燃焼用空気が高温になった場合には、空気過剰率が小さくなり、燃焼性能が悪化する。このような不具合は、前記した二重管給排気方式の場合に顕著となるが、これ以外の場合であっても、種々の要因によって燃焼用空気が燃料ガスよりも高温となる場合があり、この場合には前記した不具合を生じる。
【０００５】
前記した不具合を防止する手段としては、たとえば燃焼用空気の温度変化に伴う空気過剰率の変動を検出するための検出手段や、燃料ガス供給量を補正するための電磁弁を設けて、空気過剰率の検出値に応じて前記電磁弁を制御するといった手段が考えられる。ところが、このような手段では、電磁弁などの部品コストが高価となり、また前記制御も煩雑なものとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１０７８６５号公報
【特許文献２】特開昭６０−２６２２０号公報
【特許文献３】特開平１０−４７６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであって、燃焼用空気が燃料ガスよりも高温となる条件下であっても、煩雑な制御を必要とすることなく、簡易な構成によって、空燃比を適正な値に維持することが可能なガス燃焼装置を提供することを、その課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００９】
本発明により提供されるガス燃焼装置は、燃料ガスを流通させるための燃料ガス流路と、燃焼用空気を流通させるための空気流路と、これら燃料ガス流路および空気流路をそれぞれ通過してきた燃料ガスおよび燃焼用空気の混合気が供給されるバーナと、前記燃料ガス流路に設けられ、かつ前記空気流路内の空気圧の変動に対応して前記燃料ガス流路内のガス圧を変化させるガス圧調整手段と、を備えている、ガス燃焼装置であって、前記空気流路内の燃焼用空気の温度が前記燃料ガス流路内の燃料ガスの温度よりも高いときに、この燃料ガスの温度を前記燃焼用空気の温度に近付けるように前記燃料ガス流路内の燃料ガスを加熱することが可能な燃料ガス用の加熱手段を備えていることを特徴としている。
【００１０】
このような構成によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、燃焼用空気の温度が上昇した場合には、燃焼用空気が膨張し、仮に、空気流路内の空気圧が一定に維持される場合であっても、実際の空気流量は減少する。これに対し、ガス圧調整手段は、前記空気圧が一定に維持されている場合には燃料ガス流路内のガス圧を変化させることはないものの、燃焼用空気の温度が上昇した場合には、燃料ガス用の加熱手段によって燃料ガスが加熱されることにより、この燃料ガスは燃焼用空気と同様な膨張を生じ、その分だけ実際の燃料ガス流量を減少させることができる。要するに、本発明によれば、燃焼用空気の温度上昇によって燃焼用空気の実際の流量が減少する際には、これに伴わせて、燃料ガスを加熱し、この燃料ガスの実際の流量も減少させることができる。その結果、空燃比を適正な値に維持し、優れた燃焼性能を得ることが可能となる。本発明においては、高価な機器を利用して煩雑な制御を行なう必要がなく、装置全体のコスト低減などを図る上でも好ましい。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記燃料ガス用の加熱手段は、前記燃焼用空気の熱を前記燃料ガス流路の構成部材に伝達させることが可能な熱交換部を有している。
【００１２】
このような構成によれば、燃料ガスを加熱するための媒体として燃焼用空気を利用しているために、その構成は合理的であり、省エネなどを好適に図ることができる。また、前記熱交換部において燃焼用空気の温度を低下させることが可能であるため、燃焼用空気と燃料ガスとの温度差を小さくする上でも好ましい。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記熱交換部として、前記燃料ガス流路の構成部材の一部分が前記空気流路に進入した構成を有する熱交換部を備えている。
【００１４】
このような構成によれば、前記熱交換部における熱交換率を高くし、燃焼用空気を利用した燃料ガスの加熱を効率良く行なわせることが可能である。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記燃料ガス流路の一部は、内部に燃料ガスが流入可能に形成され、かつ内部に流入した燃料ガスの噴出用のノズルを備えたブロックを用いて構成されており、前記熱交換部として、前記ブロックおよびノズルが、前記バーナを収容した缶体内に配され、かつ前記缶体内に供給されてきた燃焼用空気と接触するように構成された熱交換部を備えている。
【００１６】
このような構成においても、燃焼用空気を利用した燃料ガスの加熱を簡易な構造によって適切に図ることができる。
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記燃焼用空気の温度検出を行なうための空気温度センサ、および前記燃料ガスの温度検出を行なうためのガス温度センサをさらに具備しているとともに、前記燃料ガス用の加熱手段は、電熱ヒータを有しており、前記空気温度センサを用いて検出される温度が前記ガス温度センサを用いて検出される温度よりも高いときに、前記電熱ヒータにより前記燃料ガスが加熱されるように構成されている。
【００１８】
このような構成によれば、空気温度センサ、ガス温度センサ、および電熱ヒータを用いた簡易な構成によって、燃料ガスを的確なタイミングで加熱し、本発明が意図する効果を得ることができる。温度センサや電熱ヒータの部品コストは比較的廉価であり、これらを利用することによって装置の製造コストが大幅に上昇するといった不具合も適切に回避することができる。
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記バーナの駆動燃焼により発生した燃焼ガスを排ガスとして外部に排出するための排気口を形成する部材を備え、前記空気流路の一部は、前記排気口を形成する部材を囲み、または前記排気口を形成する部材に隣接するように設けられて、前記排ガスにより加熱可能とされている。
【００２０】
このような構成によれば、排ガスを利用して燃焼用空気を高温に加熱し、燃焼効率を高めることが可能である。このような方式が採用されたガス燃焼装置においては、燃焼用空気と燃料ガスとの温度差が顕著になり易く、本来的には、空気過剰率が小さくなり易いが、本発明によれば、そのようなことを防止するのにとくに有効である。
【００２１】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るガス燃焼装置の一例を模式的に示す概略断面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、図１に示すガス燃焼装置に設けられている第１の熱交換部の他の例を示す要部断面図である。
【図３】図１に示すガス燃焼装置に設けられているブロックの一部破断斜視図である。
【図４】本発明に係るガス燃焼装置の他の例を模式的に示す概略断面図である。
【図５】本発明に係るガス燃焼装置の他の例を模式的に示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２４】
図１に示すガス燃焼装置Ｃ１は、湯水加熱用の熱交換器９を備えたガス給湯装置として構成されており、缶体１内に配されたバーナ２、ファン３の駆動により燃焼用空気が流通する空気流路４、燃料ガスを流通させるための燃料ガス流路５、ガスガバナ７、燃料ガス加熱用の第１の熱交換部ＨＥ１、および第２の熱交換部ＨＥ２を備えている。
【００２５】
空気流路４は、ファン３の吸込口に給気ダクト４０を接続して構成されている。このガス燃焼装置Ｃ１では、いわゆる二重管給排気方式が採用されており、給気ダクト４０の給気口４１を形成する管体部４２は、缶体１に設けられた排気口１０を形成する管体部１１を囲むように設けられている。排気口１０は、バーナ２によって発生されて熱交換器９を通過した後の燃焼ガスを排ガスとして外部に排気させる部分であるが、この排ガスは未だ比較的高温であり、給気口４１から給気ダクト４０内に流入する空気は前記排ガスの熱により加熱される。ファン３は、缶体１内の下部に形成された空間部４３に燃焼用空気を送り込む。この空間部４３も空気流路４の一部に相当する。
【００２６】
燃料ガス流路５は、金属製のガス管５０を用いて構成されている。第１の熱交換部ＨＥ１は、ガス管５０の一部を給気ダクト４０内に進入させることにより構成されており、給気ダクト４０内を流通する燃焼用空気を利用してガス管５０を加熱可能である。第１の熱交換部ＨＥ１における燃料ガスの加熱効率を高める手段として、たとえば図２（ａ）に示すように、ガス管５０に１または複数のフィン５１ａを設ける手段、あるいは同図（ｂ）に示すように、ガス管５０を給気ダクト４０内において蛇行させ、必要に応じてフィン５１ｂを設けるといった手段を採用することができる。
【００２７】
燃料ガス流路５の末端部分は、複数のガス噴出ノズル５２を備えたブロック５３を用いて構成されている。ブロック５３は、内部が空洞状の金属製である。図３に示すように、このブロック５３は、ガス管５０に接続されており、ガス管５０からブロック５３内に供給された燃料ガスは複数のガス噴出ノズル５２から噴出する。なお、このブロック５３においては、複数のガス噴出ノズル５２を複数のグループに区分し、かつブロック５３の内部には、ガス管５０から供給されてきた燃料ガスを前記複数のグループに対して個別に供給可能とする切換弁付きの流路（図示略）を形成することにより、ガス噴出ノズル５２からのガス噴出動作をグループ単位で実行させるように構成することもできる。ブロック５３の内部、および各ガス噴出ノズル５２の内部は、燃料ガス流路５の一部に相当する。
【００２８】
図１に示すように、各ガス噴出ノズル５２は、バーナ２の下方に形成された混合部１２に向けて燃料ガスを噴出可能に設定されている。混合部１２は、仕切り１８を介して空間部４３とは一部分が仕切られた状態で連通した空間部であり、この混合部１２には空間部４３を通過した燃焼用空気が流入し、この燃焼用空気と燃料ガスとが混合されてバーナ２に供給される。
【００２９】
ブロック５３は、空間部４３および混合部１２に対面するように缶体１内の下部に配されており、混合部１２および空間部４３に存在する燃焼用空気がこのブロック５３の側面および各ガス噴出ノズル５２に接触するように構成されている。第２の熱交換部ＨＥ２は、前記のようにしてブロック５３および各噴出ノズル５２と燃焼用空気とが接触するように構成された部分である。この第２の熱交換部ＨＥ２においては、燃料ガスがガス噴出ノズル５２から混合部１２に向けて噴出する前に燃焼用空気によって加熱される。この加熱効率を高めるための手段として、ブロック５３を熱伝導性に優れた金属製（たとえば、銅、アルミニウム、あるいはこれらの合金製）とする手段、燃焼用空気と接触する側面を凹凸状としてその表面積を大きくする手段、前記側面にリブ状の金属製フィンを設ける手段、ガス噴出ノズル５２の寸法を長くする手段、あるいはガス噴出ノズル５２の表面に凹溝やリブを形成してその表面積を大きくする手段などを採用することができる。
【００３０】
ガスガバナ７は、燃料ガス流路５の途中に設けられており、燃料ガス流路５のうち、このガスガバナ７よりも上流側の１次圧の変動の影響を受けることなく、このガスガバナ７よりも下流側の２次圧を空気流路４の圧力に対応したものとする機能を有している。このガスガバナ７自体の構造は、たとえば特開２００１−２３５１４１に記載されたゼロガバナと同様であり、その詳細な説明は省略する。ただし、このガスガバナ７は、管体７０を介して空気流路４と接続されていることにより、空気流路４の圧力を受けるように設けられており、この圧力が高いほど、内部の弁体７１の開度が大きくなる。
【００３１】
次に、前記したガス燃焼装置Ｃ１の作用について説明する。
【００３２】
まず、バーナ２を駆動燃焼させるには、ファン３を駆動させて燃焼用空気を混合部１２に送り込むとともに、燃料ガスを燃料ガス流路５に流通させて混合部１２に送り込み、これらの混合気をバーナ２に供給させる。バーナ２の火力を変更する際には、ファン３の回転速度が変更され、燃焼用空気の供給量が変更される。ガスガバナ７は、燃焼用空気の供給量の変化に伴う空気圧の変動に対応して、燃料ガスの２次圧および流量を変更する。外部から空気流路４に取り込まれる燃焼用空気は、管体部４２内を通過する際に排ガスにより加熱されるが、このように燃焼用空気を加熱すれば、バーナ２における燃焼効率が良好となる。
【００３３】
燃焼用空気が高温に加熱された場合には体積膨張を生じるために、燃焼用空気が高温に加熱されていない場合と比較すると、仮に、見掛け上の空気流量が一定であって、空気流路４内の空気圧が一定であったとしても、実際の空気流量は減少する。これに対し、このガス燃焼装置Ｃ１においては、第１の熱交換部ＨＥ１において、燃料ガスが加熱される。さらに、第２の熱交換部ＨＥ２においても燃料ガスが加熱される。このため、この燃料ガスについても、その温度上昇により、見掛け上の流量に対して実際の流量が減少することとなる。その結果、空気過剰率が小さくなることを回避し、空燃比を適切な値に維持することが可能となる。
【００３４】
第１および第２の熱交換部ＨＥ１，ＨＥ２においては、燃料ガスの加熱手段として、燃焼用空気が利用されているために、電力を消費する熱源を別途用いる必要はなく、低コスト化を図ることができる。また、燃焼用空気は燃料ガスとの熱交換によって温度低下を生じるが、このことにより燃焼用空気と燃料ガスとの温度差がより小さくなる効果が得られ、適切な空燃比を維持するのに一層好ましいものとなる。
【００３５】
図４および図５は、本発明の他の実施形態を示している。これらの図において、前記実施形態と同一または類似の要素には、前記実施形態と同一の符号を付している。
【００３６】
図４に示すガス燃焼装置Ｃ２は、空気流路４を流通する燃焼用空気の温度を検出するための空気温度センサＳ１、ブロック５３内に流入した燃料ガスの温度を検出するためのガス温度センサＳ２、ブロック５３に取り付けられた電熱ヒータＨ、およびマイクロコンピュータなどを用いて構成された制御部６を備えている。制御部６は、空気温度センサＳ１およびガス温度センサＳ２からの信号に基づいて燃焼用空気および燃料ガスの温度を判断し、燃焼用空気の温度が燃料ガスの温度よりも所定値以上高い場合には、電熱ヒータＨを駆動させてブロック５３内の燃料ガスを加熱し、燃料ガスの温度を燃焼用空気の温度に近付ける制御を実行するように構成されている。電熱ヒータＨの駆動方式としては、たとえばこの電熱ヒータＨをオン・オフ駆動し、燃焼用空気と燃料ガスとの温度差が大きいほど、オンの時間を長くし、かつオフの時間を短くする方式を採用することができる。また、他の方式として、電熱ヒータＨを複数の部分に分割して、これら複数の部分を個別に駆動可能とし、燃焼用空気と燃料ガスとの温度差が大きいほど電熱ヒータＨの多くの部分を駆動させる方式を採用することもできる。
【００３７】
本実施形態によれば、第１および第２の熱交換部ＨＥ１，ＨＥ２において燃料ガスを加熱したにも拘わらず、この燃料ガスと燃焼用空気との間に所定値以上の温度差を生じている場合には、電熱ヒータＨを利用して燃料ガスをさらに加熱することができる。したがって、燃料ガスと燃焼用空気との温度差を無くし、または少なくすることが、より的確に実行され、空燃比を適正な値に維持するのに一層好ましいものとなる。
【００３８】
図５に示すガス燃焼装置Ｃ３は、二重管給排気方式が採用されておらず、外部空気がファン３によってそのまま吸入されて缶体１内の空間部４３や混合部１２に送り込まれるように構成されている。空気温度センサＳ１は、ファン３の給気口の近傍において燃焼用空気の温度を検出可能に設けられている。ガス温度センサＳ２は、燃料ガス流路５を構成するガス管５０内の燃料ガスの温度を検出可能に設けられている。電熱ヒータＨは、ガス管５０に取り付けられている。
【００３９】
本実施形態のガス燃焼装置Ｃ３においては、二重管給排気方式を採用した先のガス燃焼装置Ｃ１，Ｃ２とは異なり、燃焼用空気がたとえば８０〜９０℃程度の温度まで上昇することは殆ど考えられないが、設置条件如何では、燃焼用空気が燃料ガスよりも比較的高温となる場合がある。このような場合、電熱ヒータＨを利用して燃料ガスを加熱し、さらには第２の熱交換部ＨＥ２においても燃料ガスを加熱して、燃料ガスと燃焼用空気との温度差を無くし、または少なくし、バーナ２に対して適切な空燃比の混合気を供給することができる。
【００４０】
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係るガス燃焼装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００４１】
たとえば、前記したガス燃焼装置Ｃ１，Ｃ２においては、第１および第２の熱交換部ＨＥ１，ＨＥ２が設けられているが、これらのうちいずれか一方を設けることなく、他方のみが設けられた構成とすることができる。同様に、ガス燃焼装置Ｃ３においては、電熱ヒータＨと第２の熱交換部ＨＥ２とが設けられているが、やはりこれらのうち一方のみが設けられた構成とすることも可能であり、このような場合にも本発明の技術的範囲に包摂される。
【００４２】
本発明が適用されるガス燃焼装置は、給湯装置を構成するものに限らず、たとえばガス温風装置やガスコンロなどの種々の装置・機器に用いられるものとして構成することができる。
【符号の説明】
【００４３】
Ｃ１〜Ｃ３  ガス燃焼装置
ＨＥ１      第１の熱交換部（熱交換部）
ＨＥ２      第２の熱交換部（熱交換部）
Ｈ    電熱ヒータ
Ｓ１  空気温度センサ
Ｓ２  ガス温度センサ
２    バーナ
４    空気流路
５    燃料ガス流路
７    ガスガバナ（ガス圧調整手段）
１０  排気口
１１  管体部（排気口を形成する部材）
５２  ガス噴出ノズル（ノズル）
５３  ブロック
【図１】
2011133200.tif 000003
【図２】
2011133200.tif 000004
【図３】
2011133200.tif 000005
【図４】
2011133200.tif 000006
【図５】
2011133200.tif 000007