(57)【要約】【課題】燃焼ガスによる燃焼室内壁面の異常過熱を防止するとともに、熱交換効率の低下を抑制する燃焼装置の提供を目的とする。【解決手段】熱交換器１の排気の流れの変更手段を持ち、高温の排気を排出しない構成の燃焼装置を提供することにより、熱交換器１のケースと平行に配されている熱交換器１のフィンと熱交換器１のケースの隙間からの熱交換されない高温の排気が排気筒３へと流れてしまうという課題を解決できる。【選択図】図１
2007113812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルより供給される燃料と給気ファンより供給される燃焼用空気を混合して燃焼させるバーナと、複数列配置した伝熱フィンを貫通して取り付けた導水管よりなる熱交換器と、前記熱交換器を収納する燃焼室と、前記燃焼室に連通して配設した排気筒を備え、前記燃焼室と熱交換器が隣接する排気経路を流れる燃焼ガスの流れを制限または変更する変更手段を有した燃焼装置。
【請求項２】
変更手段は、燃焼室と熱交換器が隣接する排気経路を閉塞する遮蔽体を設け、燃焼室内壁に沿って流れる燃焼ガスを遮断するようにした請求項１記載の燃焼装置。
【請求項３】
変更手段は、燃焼室と熱交換器が隣接する排気経路のうち、伝熱フィンと平行に隣接する側の排気経路を閉塞する遮蔽体を設け、燃焼室内壁に沿って流れる燃焼ガスを遮断するようにした請求項１記載の燃焼装置。
【請求項４】
遮蔽体は、燃焼室内壁と隣接する伝熱フィンの上端部を燃焼室内壁側に折り曲げて構成し、燃焼室内壁に沿って流れる燃焼ガスを遮断するようにした請求項２記載の燃焼装置。
【請求項５】
遮蔽体は、燃焼室内壁と隣接する伝熱フィンの下端部を燃焼室内壁側に折り曲げて構成し、燃焼室内壁に沿って流れる燃焼ガスを遮断するようにした請求項２記載の燃焼装置。
【請求項６】
遮蔽体は、燃焼室と連通する排気筒の一部に排気経路を閉塞するフランジ部を設けて構成し、燃焼室内壁に沿って流れる燃焼ガスを遮断するようにした請求項２または３記載の燃焼装置。
【請求項７】
遮蔽体は、燃焼室と排気筒を連通する部分に排気経路を閉塞する板状部材を介装して構成し、燃焼室内壁に沿って流れる燃焼ガスを遮断するようにした請求項２または３記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器の排気ガスの流れを制限することで熱効率の向上を図る燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の燃焼装置は、バーナで生成される燃焼ガスを、燃焼室に収納された熱交換器を介して排気筒より器具外に排出する過程において、前記熱交換器で給水管より供給される水と熱交換することで所望の湯を確保するようにしたものであり、前記熱交換器は複数列に配置した伝熱フィンを貫通して導水管を設けた構成とし、この熱交換器を略箱状の燃焼室内に収納することで、複数列に配置した伝熱フィンの間隙で排気経路が形成され、この間隙を前記バーナで生成された燃焼ガスが通過する過程で熱伝導により導水管を流れる湯水と熱交換される。そして、燃焼室内壁側に形成される排気経路ではバーナで生成された燃焼ガスが伝熱フィンへの熱伝導が半減された状態で通過するため、高温状態のまま排気筒へと流れることになり、燃焼室内壁の温度が異常に高くなって、長期間の使用により、熱応力集中が局部的に生じ、穴開きを起こす心配があった。そこで、上記不具合の改善策として、送風機からバーナ部に強制的に送り込まれた燃焼用空気の一部を蓄気室に流入させ、この蓄気室の空気を空気噴出口から、燃焼室内壁面に沿う方向に噴出し、バーナで生成された燃焼ガスが流れる燃焼室内壁側に形成される排気経路において、燃焼室内壁面との間にエアーカーテンを形成することで、燃焼室内壁面の温度上昇を抑制するとともに、燃焼室内壁面における結露の発生も防止するようにしたものが考案されている。（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開平５−３２２１３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の構成では、燃焼室内壁面に沿って流れる燃焼ガスによる燃焼室内壁面の異常過熱を防止するため、送風機から供給される燃焼用空気の一部を燃焼室内壁面に沿って噴出し、燃焼室内壁面との間にエアーカーテンを形成するための蓄気室を構成する必要があり、この蓄気室を構成するためにバーナケース内に通常の燃焼用空気供給経路以外に、燃焼用空気の一部を冷却用空気として供給するための冷却用空気供給経路を形成しなければならず、複雑な空気供給経路構成が要求される。
【０００４】
また、燃焼室内壁面を冷却するための冷却用空気が燃焼室内壁面に沿って集中的に噴出されるため、この部分を流れる燃焼ガスの温度は低下し、燃焼室内壁面の異常過熱に対しては有効に作用するが、同時に燃焼ガスの温度低下に伴う熱交換効率の低下という不具合を有することになる。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するもので、燃焼ガスによる燃焼室内壁面の異常過熱を防止するとともに、熱交換効率の低下を抑制する燃焼装置の提供を目的としたものである。
【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、本発明の燃焼装置は、ノズルより供給される燃料と給気ファンより供給される燃焼用空気を混合して燃焼させるバーナと、複数列配置した伝熱フィンを貫通して取り付けた導水管よりなる熱交換器と、前記熱交換器を収納する燃焼室と、前記燃焼室に連通して配設した排気筒を備え、前記燃焼室と熱交換器が隣接する排気経路を流れる燃焼ガスの流れを制限または変更する変更手段を有したものである。
【０００７】
上記発明によれば、燃焼室と熱交換器が隣接する排気経路を流れる燃焼ガスの流れを制限または変更する変更手段を有しているため、燃焼室内壁面に沿って流れる燃焼ガスを遮断することができ、燃焼ガスは伝熱フィン間で形成された排気経路のみを通って排気筒に流れることになり、燃焼室内壁面が異常過熱することなく、かつ、バーナで生成された燃焼ガスの全てが伝熱フィンのみに熱伝導され導水管を流れる湯水と熱交換されるため、熱交換効率を高めることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の燃焼装置は、燃焼室と熱交換器が隣接する排気経路を流れる燃焼ガスの流れを制限または変更する変更手段を有しているため、燃焼室内壁面に沿って流れる燃焼ガスを遮断することができ、燃焼ガスは伝熱フィン間で形成された排気経路のみを通って排気筒に流れることになり、燃焼室内壁面が異常過熱することなく、かつ、バーナで生成された燃焼ガスの全てが伝熱フィンのみに熱伝導され導水管を流れる湯水と熱交換されるため、熱交換効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、ノズルより供給される燃料と給気ファンより供給される燃焼用空気を混合して燃焼させるバーナと、複数列配置した伝熱フィンを貫通して取り付けた導水管よりなる熱交換器と、前記熱交換器を収納する燃焼室と、前記燃焼室に連通して配設した排気筒を備え、前記燃焼室と熱交換器が隣接する排気経路を流れる燃焼ガスの流れを制限または変更する変更手段を有したことを特徴とするものである。
【００１０】
そして、燃焼室と熱交換器が隣接する排気経路を流れる燃焼ガスの流れを制限または変更する変更手段を有しているため、燃焼室内壁面に沿って流れる燃焼ガスを遮断することができ、燃焼ガスは伝熱フィン間で形成された排気経路のみを通って排気筒に流れることになり、燃焼室内壁面が異常過熱することなく、かつ、バーナで生成された燃焼ガスの全てが伝熱フィンのみに熱伝導され導水管を流れる湯水と熱交換されるため、熱交換効率を高めることができる。
【００１１】
第２の発明は、変更手段は、燃焼室と熱交換器が隣接する排気経路を閉塞する遮蔽体を設け、燃焼室内壁に沿って流れる燃焼ガスを遮断するようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
そして、燃焼室内壁面に沿って流れる燃焼ガスを遮蔽体によって遮断することができるため、燃焼室内壁面の異常過熱を防止しすることができるとともに、燃焼室内壁面に伝導される燃焼ガスの熱量を抑制し、伝熱フィン側に集中して熱量供給が可能となって、熱交換効率を高めることができる。
【００１３】
第３の発明は、変更手段は、燃焼室と熱交換器が隣接する排気経路のうち、伝熱フィンと平行に隣接する側の排気経路を閉塞する遮蔽体を設け、燃焼室内壁に沿って流れる燃焼ガスを遮断するようにしたことを特徴とするものである。
【００１４】
そして、伝熱フィンと平行に隣接する燃焼室内壁面に沿って流れる燃焼ガスを遮蔽体によって遮断することができるため、燃焼室内壁面の異常過熱を防止しすることができるとともに、燃焼室内壁面に伝導される燃焼ガスの熱量を抑制し、伝熱フィン側に集中して熱量供給が可能となって、熱交換効率を高めることができる。
【００１５】
第４の発明は、遮蔽体は、燃焼室内壁と隣接する伝熱フィンの上端部を燃焼室内壁側に折り曲げて構成し、燃焼室内壁に沿って流れる燃焼ガスを遮断するようにしたことを特徴とするものである。
【００１６】
そして、伝熱フィンの折り曲げ加工だけで燃焼室内壁面に沿って流れる燃焼ガスを遮断する遮蔽体を構成することができるため、簡単な構成で燃焼室内壁面の異常過熱防止と熱交換効率の向上を図ることができる。
第５の発明は、遮蔽体は、燃焼室内壁と隣接する伝熱フィンの下端部を燃焼室内壁側に折り曲げて構成し、燃焼室内壁に沿って流れる燃焼ガスを遮断するようにしたことを特徴とするものである。
そして、伝熱フィンの折り曲げ加工だけで燃焼室内壁面に沿って流れる燃焼ガスを遮断する遮蔽体を構成することができるため、簡単な構成で燃焼室内壁面の異常過熱防止と熱交換効率の向上を図ることができる。
第６の発明は、遮蔽体は、燃焼室と連通する排気筒の一部に排気経路を閉塞するフランジ部を設けて構成し、燃焼室内壁に沿って流れる燃焼ガスを遮断するようにしたことを特徴とするものである。
そして、排気筒にフランジ部を設けるだけの簡単な構成で、燃焼室内壁面に沿って流れる燃焼ガスを遮断する遮蔽体を構成することができ、燃焼室内壁面の異常過熱防止と熱交換効率の向上を図ることができる。
第７の発明は、遮蔽体は、燃焼室と排気筒を連通する部分に排気経路を閉塞する板状部材を介装して構成し、燃焼室内壁に沿って流れる燃焼ガスを遮断するようにしたことを特徴とするものである。
そして、板状部材を介装するという簡単な構成で燃焼室内壁面に沿って流れる燃焼ガスを遮断する遮蔽体を構成することができるとともに、板状部材の形状を任意に変更することで、燃焼室内壁面に沿って流れる燃焼ガスの遮断域を任意に変更することができ、燃焼室内壁面の異常過熱防止と熱交換効率の向上に対する効果を調整することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。  
【００１７】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施形態における燃焼装置の全体構成を図７に示す。図７において、入水された水をお湯に出湯する熱交換器１を上部に配し、その下方に燃料が供給できる燃料供給ノズル５、上記燃料供給ノズル５からの燃料で燃焼する燃焼バーナー２と、上記燃焼バーナー２に点火を行うための点火器７と、点火後、炎を検出するための炎検出器８と、燃焼を行うこの燃焼バーナー２に対して燃焼用空気を供給量変更可能にする給気ファン４が装備されている。上記燃焼バーナー２には２段ノズル方式で、１段目のノズル５ａからの燃料と空気量、２段目のノズル５ｂからの燃料と空気量を調整する整流板６、上記整流板６により、空気量を制限している。上記燃焼バーナー２の燃焼熱を利用して、熱交換器１管内の水をお湯へ変換している。燃焼された燃焼ガスが、この熱交換器１の上にある、排気筒３へと排気されている。燃焼バーナー２で生成される燃焼ガスが、熱交換器１を通過するとき、熱交換器１のケースと熱交換器１フィン部の隙間で、熱交換されない高温の排気が排気筒３へと流れていた。上記熱交換器１は、複数の伝熱フィン１ａを所定間隔で配列し、その伝熱フィン１ａを貫通するように導水管１ｂが一体的に設けられ、燃焼室を形成するケース１ｃに収納されて、バーナ２で生成された燃焼ガスが伝熱フィン１ａ間の間隙で形成される排気経路を通過するように構成されている。
【００１８】
そして、本実施の形態における特徴的な構成を図１に示す。図１に示すように、燃焼バーナー２により燃焼された排気が熱交換器１の上にある、燃焼装置の排気筒３へと排気される燃焼装置において、上記熱交換器１の排気の流れを制限または変更するための変更手段を設けたことである。図１（ａ）に示す実施例１は、燃焼装置を給湯器とし、燃焼装置の給湯器としては、入水された水をお湯に出湯する給湯熱交換器１を上部に配し、その下方に燃料が供給量可能に変更できる給湯燃料供給ノズル５、上記給湯燃料供給ノズル５からの燃料で燃焼する給湯燃焼バーナー２と、この給湯燃焼バーナー２に対して燃焼用空
気を供給量変更可能にする給湯給気ファン４が装備されている。また上記燃焼バーナー２に点火を行うための点火器７と、点火後、炎を検出するための炎検出器８が装備されており、上記構成により燃焼を行っている。上記燃焼バーナー２には２段ノズル方式で、１段目のノズルからの燃料と空気量、２段目のノズルからの燃料と空気量を調整する整流板６、上記整流板６により、空気量を制限している。上記燃焼バーナー２の燃焼熱を利用して、熱交換器１管内の水をお湯へ変換している。尚、燃焼量は、入水温、入水流量、設定温度によって設定され比例制御をおこなうようになっている。また熱交換器１の上部には排気筒３を形成しており、排気は燃焼バーナー２から排気の流れの変更手段を持っている熱交換器１を介し、さらに排気筒３へと排気され、外部に排出される。
【００１９】
図７の全体構成で示すように排気の流れの変更手段を持っていない熱交換器１においては、熱交換器１のケース１ｃと平行に配されている熱交換器１のフィン１ａを熱交換器１のケース１ｃに配していく際に、熱交換器１の両端のフィン１ａと熱交換器１のケース１ｃとの間には必ず隙間が生じることとなり、ケース１ｃ内壁面に沿って流れる排気ガスにより熱交換器１の両端のフィン１ａと熱交換器１のケース１ｃとの間では熱交換器１の両端のフィン側では熱交換が生じるが、熱交換器１のケース側では熱交換することができず、熱交換器１内のフィン１ａ同士で挟まれている空間からの排気に対して、熱交換器１の両端のフィン１ａと熱交換器１のケース１ｃからの排気は熱交換されない高温の排気が排気筒へと流れてしまうという課題を有していた。また，特に図７の構成における、２段ノズル方式の燃焼バーナー２では、１段目のノズル５ａからの燃料と空気量、２段目のノズル５ｂからの燃料と空気量を調整する整流板６、上記整流板６により、空気量を制限しているため、特に給湯燃料供給ノズル５が配されている前面側では、燃焼バーナー２の冷却空気が整流板６を介した分の二次空気量の分のみであり、特に燃焼バーナー２の排気温度の分布としては他の燃焼バーナー２の部分より、高くなるおそれがあり、特に熱交換器１のケース１ｃ前面側とフィン１ａの間に流れ込むことにより、相乗効果で、排気温度が高くなることがあることがわかった。
【００２０】
この場合、本実施例の第１の実施形態例によれば、前記構成において、上記熱交換器１の排気の流れの変更手段を持つことにより、熱交換されない高温の排気を排気筒３へと流れてしまうことを防止するような構成を持つことにより、高温の排気が排気筒３へと流れてしまうという課題を解決することができる。例えば図１（ｂ）に示すように排気の流れの変更する具体的な手段として、上記熱交換器１のケース側のフィンの周囲を閉塞することにより、熱交換器１の両端のフィンと熱交換器１のケースの間から高温の排気を排出しない構成により、高温の排気を排気筒３へと流れてしまうことを防止する手段を持った熱交換器１により、熱交換器１の熱効率を向上させることができ、かつ高温の排気を熱交換器１から排気筒３へと流さないため、熱交換器１および排気筒３の耐久性を向上させることができる。
【００２１】
（実施の形態２）
本発明における実施例２は、全体構成は実施例１における構成と同じである。
【００２２】
本実施例では図２（ａ）（ｂ）に示すように排気の流れを変更する具体的な手段として、フィン１ａに平行な熱交換器１のケース１ｃの両面側を閉塞する遮蔽体１ｄを設けたことにより、熱交換器１の両端のフィン１ａと熱交換器１のケース１ｃの間から高温の排気を排出しない構成とすることができ、ケース内壁面に沿って流れようとする高温の排気をフィン１ａ間で形成する排気経路側に変更することで、フィン１ａで十分吸熱した後の排気を排気筒３へ流す。
【００２３】
上記構成により、伝熱フィン１ａと平行に隣接する燃焼室１ｃ内壁面に沿って流れる燃焼ガスを遮蔽体１ｄによって遮断することができるため、燃焼室１ｃ内壁面の異常過熱を
防止しすることができるとともに、燃焼室１ｃ内壁面に伝導される燃焼ガスの熱量を抑制し、伝熱フィン１ａ側に集中して熱量供給が可能となって、熱交換効率を高めることができる。
【００２４】
（実施の形態３）
本発明における実施例３は、全体構成は実施例１における構成と同じである。
【００２５】
図３に示すように排気の流れを変更する具体的な手段として、熱交換器１のケース１ｃ側のフィン１ａ両端の上端部を熱交換器１のケース１ｃ側に曲げることにより排気の流れを遮断する遮蔽体１ｄを構成し、この遮蔽体１ｄにより熱交換器１の両端のフィン１ａと熱交換器１のケース１ｃの間から高温の排気を排出しない構成とすることができ、ケース内壁面に沿って流れようとする高温の排気をフィン１ａ間で形成する排気経路側に変更することで、フィン１ａで十分吸熱した後の排気を排気筒３へ流す。
【００２６】
上記構成によれば、伝熱フィン１ａの上端部の折り曲げ加工だけで燃焼室１ｃ内壁面に沿って流れる燃焼ガスを遮断する遮蔽体１ｄを構成することができるため、簡単な構成で燃焼室内壁面の異常過熱防止と熱交換効率の向上を図ることができる。
【００２７】
（実施の形態４）
本発明における実施例４は、全体構成は実施例１における構成と同じである。
【００２８】
図４に示すように排気の流れを変更する具体的な手段として、熱交換器１のケース１ｃ側のフィン１ａ両端の下端部をケース１ｃ側に曲げることにより排気の流れを遮断する遮蔽体１ｄを構成し、この遮蔽体１ｄにより熱交換器１の両端のフィン１ａと熱交換器１のケース１ｃの間から高温の排気を排出しない構成とすることができ、ケース内壁面に沿って流れようとする高温の排気をフィン１ａ間で形成する排気経路側に変更することで、フィン１ａで十分吸熱した後の排気を排気筒３へ流す。
【００２９】
上記構成によれば、伝熱フィン１ａの下端部の折り曲げ加工だけで燃焼室１ｃ内壁面に沿って流れる燃焼ガスを遮断する遮蔽体１ｄを構成することができるため、簡単な構成で燃焼室内壁面の異常過熱防止と熱交換効率の向上を図ることができる。
【００３０】
（実施の形態５）
本発明における実施例５は、全体構成は実施例１における構成と同じである。
【００３１】
図５に示すように排気の流れの変更する具体的な手段として、排気筒３の排気経路側の一部に曲げ加工等を追加してフランジ部を形成して遮蔽体１ｄを構成し、この遮蔽体１ｄにより熱交換器１の両端のフィン１ａと熱交換器１のケース１ｃの間から高温の排気を排出しない構成とすることができ、ケース内壁面に沿って流れようとする高温の排気をフィン１ａ間で形成する排気経路側に変更することで、フィン１ａで十分吸熱した後の排気を排気筒３へ流す。
【００３２】
上記発明のように、排気筒３にフランジ部を設けるだけの簡単な構成で、燃焼室内壁面に沿って流れる燃焼ガスを遮断する遮蔽体１ｄを構成することができ、燃焼室内壁面の異常過熱防止と熱交換効率の向上を図ることができる。
【００３３】
（実施の形態６）
本発明における実施例６は、全体構成は実施例１における構成と同じである。
【００３４】
図６に示すように排気の流れの変更する具体的な手段として、熱交換器１と排気筒３の
間に閉塞用の板状部材を挿入し、熱交換器１の両端のフィン１ａと熱交換器１のケース１ｃの間から高温の排気を排出しない遮蔽体１ｄを構成したことにより、高温の排気を排気筒３へと流れてしまうことを防止する手段を持った熱交換器１とすることができ、熱交換器１のケースと平行に配されている熱交換器１のフィンと熱交換器１のケースには隙間が生じ、熱交換されない高温の排気が排気筒３へと流れてしまうという課題を解決することができる。熱交換器１と排気筒３の間に閉塞用の部材を挿入することにより、排気の流れを変更する手段として、熱交換器のフィン形状、排気筒の形状に影響されることなく、複雑な形状に対応し、排気の流れを変更することができる。
【００３５】
上記発明のように、板状部材を介装するという簡単な構成で燃焼室内壁面に沿って流れる燃焼ガスを遮断する遮蔽体を構成することができるとともに、板状部材の形状を任意に変更することで、燃焼室内壁面に沿って流れる燃焼ガスの遮断域を任意に変更することができ、燃焼室内壁面の異常過熱防止と熱交換効率の向上に対する効果を調整することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明にかかる燃焼装置は、熱交換器の排気の流れを変更する変更手段を設けることで、燃焼室内壁面の異常過熱防止と熱交換効率の向上を図ることができるため、燃焼ガスを用いた熱交換構成全般に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】（ａ）本発明の実施例１における燃焼装置の部分構成図（ｂ）同燃焼装置の上面図
【図２】（ａ）本発明の実施例２における燃焼装置の部分構成図（ｂ）同燃焼装置の上面図
【図３】本発明の実施例３における燃焼装置の部分構成図
【図４】本発明の実施例４における燃焼装置の部分構成図
【図５】本発明の実施例５における燃焼装置の部分構成図
【図６】本発明の実施例６における燃焼装置の部分構成図
【図７】本発明の実施例における燃焼装置の全体構成図
【符号の説明】
【００３８】
1  熱交換器
1ａ  伝熱フィン
１ｂ  導水管
１ｃ  ケース（燃焼室）
１ｄ  遮蔽体（変更手段）
２  燃焼バーナー
３  排気筒
４  給気ファン
５  燃料供給ノズル
６  整流板
７  点火器
８  炎検出器
【図１】
2007113812.tif 000003
【図２】
2007113812.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007113812.tif 000006
【図５】
2007113812.tif 000007
【図６】
2007113812.tif 000008
【図７】
2007113812.tif 000009