(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ケースに、流水管を有する熱交換器と、燃料を霧状に噴射する燃料噴射ノズルから噴射された燃料に点火して火炎を噴射するバーナと、前記バーナの火炎の噴射方向に配置され、内部で燃焼が行われる燃焼筒とを備えた給湯装置において、
前記燃焼ケースの燃焼筒に対して下流位置には、冷却流体が流通される冷却管が設けられており、前記冷却管は、バーナから噴射される火炎の周囲にコイル状に周回されて位置することを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
前記コイル状冷却管によって、前記火炎の周囲に位置する冷却筒が構成されている請求項１に記載の給湯装置。
【請求項３】
前記コイル状冷却管のコイル径は、バーナから噴射される火炎に接触しない最小の大きさである請求項１又は２に記載の給湯装置。
【請求項４】
冷却管は、バーナから噴射される火炎の周囲に位置する筒状部材の周壁に巻回されている請求項１に記載の給湯装置。
【請求項５】
筒状部材が、バーナから離れるにしたがって徐々に大径となる台形円筒状とされている請求項４に記載の給湯装置。
【請求項６】
冷却管内を流れる流体は水とされ、冷却管の下流端が、熱交換器の流水管の上流側に接続され、熱交換器の流水管に流す水がバイパスされて燃焼ケース内の火炎の冷却に流用される請求項１〜５に記載の給湯装置。
【請求項７】
冷却管の上流端が、熱交換器の流水管の中途部に接続されている請求項１〜６に記載の給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の石油給湯装置には、いわゆる比例制御式のガンタイプバーナが用いられているものがある。かかる従来の給湯装置は、例えば、図１０に示すように、銅板等によって角筒状に構成された燃焼ケース１０１と、該燃焼ケース１０１内の下部に内蔵された熱交換器１０２と、燃焼ケース１０１内の上部に内蔵された石油式バーナ１０３とを備えている。
【０００３】
熱交換器１０２は、熱交換フィン１０４と、該熱交換フィン１０４を貫通する流水管１０５とを備え、流水管１０５内を流れる水を加熱し得るように構成されている。
【０００４】
また燃焼ケース１０１の上部には、空気ケース１１０を介してファン１０６が装着されており、該ファンの送風口は空気ケース１１０内に開口されて、バーナ１０３の燃焼に必要な空気を送風すると共に、燃焼ガスを熱交換器１０２に送り、該熱交換器１０２の流水管１０５内部を流れる水を加熱する。
【０００５】
燃焼ケース１０１の下部には排ガス集合筒１１６が設けられ、燃焼ケース１０２に併設された排気筒１０７につながっている。
バーナ１０３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。また、このバーナ１０３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、バーナにおける気流はほぼ下向きである。このような形態は、消音器をコンパクトに設けてスペースを節約するためによく用いられる。
そして、送風量の制御は、ファン１０６のファンモータの回転数を比例制御等の公知の制御方式により制御することによって行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなバーナを備えた給湯装置では、バーナ１０３から噴出される火炎の温度が高温に成り過ぎると、窒素酸化物（ＮＯX ）の生成量が多くなり、環境性が悪化する。
一方、従来公知の低ＮＯX バーナは、燃焼性の悪化、騒音の増大、着火性の悪化等、種々のバーナ性能が悪化する。
そこで、本発明は、バーナ性能を確保しつつも、窒素酸化物の発生を抑制した給湯装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、次の技術的手段を講じた。
即ち、本発明は、燃焼ケースに、流水管を有する熱交換器と、燃料を霧状に噴射する燃料噴射ノズルから噴射された燃料に点火して火炎を噴射するバーナと、前記バーナの火炎の噴射方向に配置され、内部で燃焼が行われる燃焼筒とを備えた給湯装置において、
前記燃焼ケースの燃焼筒に対して下流位置には、冷却流体が流通される冷却管が設けられており、前記冷却管は、バーナから噴射される火炎の周囲にコイル状に周回されて位置することを特徴としている。
【０００８】
かかる本発明の給湯装置では、火炎の周囲をとり囲む冷却管によって、火炎表面が冷却され、これにより発生するＮＯX 量が低減される。また、冷却管内を流通させる冷却流体として、熱交換器の流水管に流す水を流用することができ、これにより装置全体の簡素化、コスト低減を図り得る。
冷却管内に水を流し、該冷却管の下流端を、熱交換器の流水管の上流側に接続され、熱交換器の流水管に流す水がバイパスされて燃焼ケース内の火炎の冷却に流用されれば、熱交換器に導入される水温が、冷却管内で加熱された温水によって上昇され、熱交換器における温度上昇率が少なくて済むので、燃費の低減が図られる。
【０００９】
一方、冷却管の上流端を、熱交換器の流水管の中途部に接続すれば、ある程度加熱された温水が冷却管に導入され、冷却管の内外温度差を低減させて、冷却管外周面に生ずる結露が低減される。
上記冷却管を、バーナから噴射される火炎の周囲にコイル状に周回し、該コイル状冷却管によって、前記火炎の周囲に位置する冷却筒を構成することができる。このコイル径（冷却筒内径）は、ススが付着することを防止するために、バーナから噴出される火炎に接触しない最小の大きさとすることが好ましい。
【００１０】
また、冷却管は、バーナから噴射される火炎の周囲に位置する筒状部材の周壁に巻回させることができる。このように、冷却管によって直接冷却される筒状部材によって、火炎の周囲を間接的に冷却させるようにすれば、冷却管の巻数が少なくても、火炎噴射方向の比較的広い範囲にわたって火炎の周囲の冷却を行なえ、効率的にＮＯX 発生量を抑制し得る。なお、この筒状部材の外径は、ススが付着することを防止するために、火炎に接触しない程度の大きさとすることが好ましい。
【００１１】
上記筒状部材を、バーナから離れるにしたがって徐々に大径となる台形円筒状とすることができる。かかる構成によれば、筒状部材の内周面を、火炎噴射方向全長にわたってできるだけ火炎に近づけて冷却効率を向上しつつも、筒状部材が火炎に接触することが防止される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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〜図４は、本発明の第１の実施の形態に係る給湯装置を示しており、該給湯装置は、風呂や台所等へ温水又は熱水を供給するものである。
該給湯装置は、銅板等によって角筒状に構成された燃焼ケース１と、該燃焼ケース１内の下部に内蔵された熱交換器２と、燃焼ケース１内の上部に内蔵されたバーナ３とを備えている。該バーナ３は、熱交換器２に向けて火炎を噴出するものである。
【００１３】
熱交換器２は、熱交換フィン４と、該熱交換フィン４を貫通する流水管５とを備え、流水管５内を流れる水を加熱し得るように構成されている。該熱交換器２の流水管５の上流端は、燃焼ケース１の外周に巻回された給水管６の下流端に接続されている。
【００１４】
なお、この給水管６によって燃焼ケース１が冷却され、ケース１が過加熱することを防止している。給水管６の上流端は、燃焼ケース１の上端付近から側方に延出され、給水口７とされている。即ち、給水口７に導入された水は、給水管６を通って熱交換器２の流水管５に導入され、そこで加熱された温水は、流水管５の下流端の出湯口８から出湯される。
【００１５】
燃焼ケース１の上部には空気ケース９が設けられており、該空気ケース９の上部にファン１０が装着されている。該ファン１０の送風口は空気ケース９内に開口されて、バーナ３の燃焼に必要な空気を送風すると共に、高温の燃焼ガスを熱交換器２に強制的に送り、該熱交換器２の流水管５内部を流れる水を加熱するようになっている。
【００１６】
燃焼ケース１の下部には排ガス集合筒１１が設けられ、該集合筒１１は燃焼ケース１に併設された排気筒１２に接続されており、熱交換器２を通過してくる排ガスを排気筒１２の上部に設けた排気口１３から排出するようになっている。
【００１７】
上記バーナ３は、図３及び図４に詳細に示すように、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、その下方に設けられた熱交換器２を加熱するためのもので、バーナにおける気流はほぼ下向きとされている。
【００１８】
該バーナ３は、燃料供給器１４から供給される灯油等の燃料を霧状として噴射する燃料噴射ノズル１５を備えている。該ノズル１５から噴射された燃料はファン１０からの空気と混合し、点火プラグ１６により点火されて燃焼する。ノズル１５の下方に配置された燃焼筒１７は、ノズル側（上側）の小径筒１７ａと、これに連設された大径筒１７ｂとからなる。燃料噴射ノズル１５と点火プラグ１６を内蔵するノズル収納筒１８は、燃料噴射ノズル１５を直接内蔵するノズル収納内筒１８ａと、その外側に設けられたノズル収納外筒１８ｂとの二重構造になっている。
【００１９】
ファン１０からの空気は、空気ケース９に送られた後、下記のように燃焼に用いられる。
ノズル収納内筒１８ａの側面に設けられた空気孔１９からノズル収納内筒１８ａの内部に入った空気は、燃料噴射ノズル１５の周囲を通り燃料とともに燃焼筒１７内に送られる。
【００２０】
また、ノズル収納外筒１８ｂの側面に設けられた空気孔２０からノズル収納外筒１８ｂの内部に入った空気は、小径筒１７ａの上面を放射状に切り欠いて構成された旋回器２１から小径筒１７ａ内に送られて燃焼筒１７内のガスに旋回による保炎効果を加える。
【００２１】
また、小径筒１７ａの側面に設けられた空気孔２２ａ及び大径筒１７ｂの側面に設けられた空気孔２２ｂから燃焼筒１７の内部に入った空気は、いわゆる二次空気として燃焼に用いられる。
【００２２】
燃焼が開始されるのは点火プラグ１６の近傍であるが、気流が下方へ向かっているため、燃焼は燃焼筒１７の内部で行われるとともに、燃焼筒１７から下方に火炎が噴出される。入力（燃料供給量）が小さいときは送風量（空気供給量）も少なくされて燃焼はほとんど小径筒１７ａの内部のみで行われ、一方、入力が大きいときは送風量も多くされて燃焼は大径筒１７ｂの内部でも行われるとともに下方に火炎が噴出されるので、小入力域から大入力域まで良好な燃焼状態が得られる。そして、送風量の制御は、送風機１のファンモータの回転数を比例制御等の公知の制御方式により制御することによって行われている。
【００２３】
また、本実施形態のバーナ３は、制限部材である環状の邪魔板２３を備えている。該邪魔板２３には、空気孔として多数の孔２４が設けられている。邪魔板２３は、空気ケース９が邪魔板２３によって上流部Ａと下流部Ｂに仕切られるように燃焼筒１７の全周にわたり、小径部と拡径部の境界の段部２５を利用して取り付けられている。邪魔板２３の外径は空気ケース９の隔壁２６の内径にほぼ等しく、上流部Ａから下流部Ｂに向かう気流は実質的に孔２４のみを通過する。
【００２４】
ノズル収納内筒１８ａの側面に設けられた空気孔１９からノズル収納内筒１８ａの内部に入った空気は燃料噴射ノズル１５の周囲を通り燃料とともに燃焼筒１７内に送られ、ノズル収納外筒１８ｂの側面に設けられた空気孔２０からノズル収納外筒１８ｂの内部に入った空気は旋回器２１から小径筒１７ａ内に送られて燃焼筒１７内のガスに旋回作用を加える。
【００２５】
小径筒１７ａの側面に設けられた空気孔２２ａ及び大径筒１７ｂの側面に設けられた空気孔２２ｂから燃焼筒１７の内部に入った空気がいわゆる二次空気として燃焼に用いられる。さらに、邪魔板２３の存在により大径筒１７ｂに流入する空気の量が制限されるので、小入力設定時すなわち送風量が少ないときにも小径筒１７ａの側面に設けられた空気孔２２ａから燃焼筒１７に流入する空気量が確保され、燃料と空気の混合が良好となる。
【００２６】
上記燃焼ケース１内には、バーナ３の下方近傍に位置する銅製の冷却管３０が内蔵されている。該冷却管３０は、バーナから噴射される火炎の周囲にコイル状に周回され、該コイル状冷却管３０によって、前記火炎の周囲に位置する冷却筒が構成されている。冷却管３０の上流端３０ａは、燃焼ケース１の外部に延出されて給水管６の上流端近傍（給水口７近傍）に接続され、その下流端３０ｂは、燃焼ケース１の外部に延出されて熱交換器２の流水管５の上流側に接続され、給水管６を流れる水をバイパスして燃焼ケース１内の火炎の冷却に流用し得るように構成されている。
【００２７】
上記冷却管３０は、バーナから噴射される火炎の周囲に位置され、そのコイル状冷却管３０の内部を火炎が通過するようにしている。なお、コイル状冷却管３０のコイル内径は、冷却管３０が火炎に接触しない最小の大きさとすることが、冷却効率の点で好ましい。
【００２８】
したがって、バーナ３から噴射される火炎の周囲が、冷却管３０によって冷却され、これによりＮＯX の発生が抑制されることとなる。また、かかる冷却のための水を、流水管５への供給水をバイパスして用いるものであるから、構造の簡素化を図り得るとともに、冷却管３０内においても水が加熱され、かかる温水を熱交換器２に供給できるので、熱交換効率を向上して燃費の向上を図ることができる。
【００２９】
図５及び図６は、本発明の第２の実施の形態に係る給湯装置を示しており、上記第１実施形態と同様の構成については同符号を付して詳細説明を省略するとともに、異なる構成、作用効果について説明する。
【００３０】
本実施形態では、冷却管３０は、バーナ３から噴射される火炎の周囲に位置する筒状部材３１の周壁外面に巻回されている。該筒状部材３１は銅板によりほぼ円筒状に構成され、その外壁に冷却管３０がロウ付けにより固定されており、筒状部材３１の内部を火炎が通過するように構成されている。なお、筒状部材３１の直径は、火炎が直接接触しない程度の最小の大きさとすることが好ましい。
【００３１】
冷却管３０は、上下方向に間隔をあけて冷却筒３１の外周に約１回転半だけ巻き回されている。このように、冷却筒３１を介して火炎の周囲を冷却するように構成すれば、冷却管３０の巻数が少なくとも、所定の上下範囲にわたってほぼ均一に火炎の周囲を冷却することができ、冷却管３０の全長を小さくして、その内部の流水抵抗を少なくすることができる。
【００３２】
図７及び図８は、本発明の第３の実施の形態に係る給湯装置を示しており、上記第２実施形態と同様の構成については同符号を付して詳細説明を省略するとともに、異なる構成、作用効果について説明する。
【００３３】
本実施形態の冷却筒３１は、バーナ３から離れるにしたがって徐々に大径となる台形円筒状とされており、かかる構成によれば、冷却筒３１の内周面を、火炎噴射方向全長にわたってできるだけ火炎に近づけて冷却効率を向上しつつも、冷却筒３１が火炎に接触することを防止することができる。
【００３４】
図９は、本発明の第４の実施の形態に係る給湯装置を示しており、上記第１の実施の形態と同様の構成については同符号を付して詳細説明を省略するとともに、異なる構成、作用効果について説明する。
【００３５】
本実施形態では、冷却管３０の上流端３０ａは、熱交換器２の流水管５の中途部に接続されており、下流端３０ｂが、出湯口８の近傍において流水管５に接続されている。
かかる構成によれば、冷却管３０内部に流れる水の温度が高くなるので、冷却管３０の内外温度差を小さくして、冷却管３０外面に結露が生ずることを防止することができる。
【００３６】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、適宜設計変更することができる。例えば、上記実施の形態では、熱交換器が一つの一缶一水路方式給湯装置を示したが、単一の燃焼ケース内に二つの熱交換器を有する一缶二水路方式の給湯装置にも本発明を適用し得る。
また、上記実施形態において気流はほぼ下向きであり、バーナの火炎は点火プラグの近傍から下向きに伸びる形になるが、このバーナ全体を横向きや上向きにした形態とすることもできる。
【００３７】
また、上記第１の実施形態において、コイル状冷却管３０を、バーナ３から離れるにしたがってコイル径が大きくなるように構成することができる。また、上記第２及び第３の実施形態において、冷却管３０の上流端３０ａを、熱交換器２の流水管５の中途部に接続することができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、火炎の周囲をとり囲む冷却管によって、火炎表面を冷却して、ＮＯX の発生量を低減することができるとともに、冷却管内を流通させる冷却流体として、熱交換器の流水管に流す水を流用することができ、装置全体の簡素化、コスト低減を図ることができる。
【００３９】
また、冷却管内に水を流し、該冷却管の下流端を、熱交換器の流水管の上流側に接続することによって、熱交換器に導入される水温を、冷却管内で加熱された温水によって上昇させることができ、熱交換器における温度上昇率が低減され、これにより燃費の低減を図ることができる。
【００４０】
一方、冷却管の上流端を、熱交換器の流水管の中途部に接続することによって、ある程度加熱された温水が冷却管に導入されて、冷却管の内外温度差が低減され、冷却管外周面に結露が生ずることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態に係る給湯装置を示す全体縦断面図である。
【図２】  同給湯装置の冷却管の平面図である。
【図３】  同給湯装置のバーナを示す拡大縦断面図である。
【図４】  同バーナの燃焼筒並びにノズル収納筒を示す拡大斜視図である。
【図５】  本発明の第２の実施の形態に係る給湯装置を示す全体縦断面図である。
【図６】  同給湯装置の冷却管及び冷却筒の平面図である。
【図７】  本発明の第３の実施の形態に係る給湯装置を示す全体縦断面図である。
【図８】  同給湯装置の冷却管及び冷却筒の平面図である。
【図９】  本発明の第４の実施の形態に係る給湯装置を示す全体縦断面図である。
【図１０】  従来の給湯装置を示す全体縦断面図である。
【符号の説明】
１  燃焼ケース
２  熱交換器
３  バーナ
５  流水管
３０  冷却管
３１  筒状部材（冷却筒）
【図１】
0003988063.tif 000002
【図２】
0003988063.tif 000003
【図３】
0003988063.tif 000004
【図４】
0003988063.tif 000005
【図５】
0003988063.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003988063.tif 000008
【図８】
0003988063.tif 000009
【図９】
0003988063.tif 000010
【図１０】
0003988063.tif 000011