バーナ装置及びこれを備えた媒体加熱装置
【課題】 高負荷燃焼時においては燃焼用空気の流速分布が不均一であっても燃焼プレートでの保炎を良好に保つことができるバーナ装置を提供すること。
【解決手段】 燃料用ガスと燃焼用空気とを混合するための混合部２０と、複数の炎孔１８を有する燃焼プレート１６と、混合部２０に燃料用ガスを供給するための燃料用ガス供給手段２４と、混合部２０に燃焼用空気を供給するための燃焼用空気供給手段５０と、を備えたバーナ装置。混合部２０は複数の混合ユニット２８から構成され、各混合ユニット２８は燃焼プレート１６に向けて延びる第１及び第２混合流路３０，３２と、第１混合流路３０に配設された燃料噴出ノズル４２とを備えている。第１及び第２混合流路３０，３２は仕切壁３８，４０により仕切られ、仕切壁３８，４０には燃料噴出ノズル４２のガス噴出口４４に対応してガス供給孔４６が設けられている。
【解決手段】 燃料用ガスと燃焼用空気とを混合するための混合部２０と、複数の炎孔１８を有する燃焼プレート１６と、混合部２０に燃料用ガスを供給するための燃料用ガス供給手段２４と、混合部２０に燃焼用空気を供給するための燃焼用空気供給手段５０と、を備えたバーナ装置。混合部２０は複数の混合ユニット２８から構成され、各混合ユニット２８は燃焼プレート１６に向けて延びる第１及び第２混合流路３０，３２と、第１混合流路３０に配設された燃料噴出ノズル４２とを備えている。第１及び第２混合流路３０，３２は仕切壁３８，４０により仕切られ、仕切壁３８，４０には燃料噴出ノズル４２のガス噴出口４４に対応してガス供給孔４６が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯器などに適用されるバーナ装置及びこれを備えた媒体加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、給湯器、ボイラ、加熱炉、ストーブなどの燃焼装置においては、燃料用ガスを燃料として用いるバーナ装置が広く用いられている。このバーナ装置の一例として、全一次空気式バーナ装置が知られている。この全一次バーナ装置は、混合室を有するバーナ本体と、複数の炎孔を有する燃焼プレートと、混合室に燃料用ガスを供給するための燃料用ガス供給手段と、混合室に燃焼用空気を供給するための燃焼用空気供給手段と、を備え、燃焼プレートはフェルト状金属繊維板、多孔質セラミック板、多数の炎孔（例えば円形状孔）を設けた金属プレートなどから構成される。
【０００３】
このような全一次空気式バーナ装置においては、燃料用ガス供給手段からの燃料用ガスと燃焼用空気供給手段からの燃焼用空気とが混合室内で実質上均一に混合され、均一に混合された混合ガス（燃料用ガスと燃焼用空気とが混合したガス）が燃焼プレートの多数の炎孔から噴出して燃焼する。
【０００４】
この種の全一次空気式バーナ装置では、予混合燃焼である高空気比燃焼（平均の空気比が１以上である燃焼）が実現できるために、燃焼の低ＮＯｘ化を図ることができるとともに、バーナ装置自体の構造が簡単になるために、バーナ装置のコンパクト化を図ることができる。
【０００５】
しかし、燃料用ガスと燃焼用空気とを予め均一に混合した高空気比混合ガスを小さい炎孔から噴出させて燃焼させるために、燃焼プレート表面の燃焼面上に形成される各火炎（各炎孔から噴出する混合ガスの燃焼による火炎）の空気比が実質上等しく、それ故に、各火炎のバランスが揃って互いに干渉して燃焼振動が発生し易く、この燃焼振動による共鳴音が発生し易くなる。
【０００６】
このような燃焼振動の発生を抑えるために、バーナ本体の混合室における燃料用ガスと燃焼用空気との混合状態が不均一になるように構成したバーナ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このバーナ装置では、燃焼プレートの複数の炎孔から噴出する混合ガスの空気比にムラが存在し、それ故に、燃焼プレートの燃焼面上に形成される火炎が不均一になり、各火炎の固有の振動周波数が異なるようになる。従って、燃焼火炎が相互に干渉することがなく、これによって、燃焼振動の発生が抑えられ、燃焼振動による共鳴音の発生を防止することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２８６２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、空気比ムラを存在させた全一次空気式バーナ装置においては、高負荷燃焼時に燃焼用空気の流速分布が不均一であると、燃焼用空気の流速が速い領域では空気流量自体も多くなり、それ故に、この領域における混合ガスの濃度が相対的に薄くなる（空気比が高くなる）。また、燃焼用空気の流速が速い領域では燃焼プレートの炎孔から噴出する混合ガスの噴出流速も速くなり、これらのことに起因して、燃焼プレートでの火炎の保炎が難しくなる。また、低負荷燃焼時では燃料用ガスの供給を絞るとともに、これに合わせて燃焼用空気の供給量を絞るために、燃焼プレートの炎孔から噴出する混合ガスの流速が遅くなる。このように流速が遅くなると、各炎孔の火炎が燃焼プレートに近づき、燃焼プレートの温度が高くなり、その表面が赤熱する傾向になる。
【０００９】
この高負荷燃焼時の保炎に関する問題を解消するためには、混合室内に整流板を配設する、混合室内に整流部を設けるなどすればよいが、整流板を設けるように構成した場合、整流板が抵抗となるために、燃焼用空気供給手段を構成する空気供給ファンの駆動動力が増大し、バーナ装置としての総合的な効率が低下するという問題が生じる。また、整流部を設けるように構成した場合、全一次空気式バーナ装置の長所であるコンパクト性が損なわれる。また、低負荷燃焼時の燃焼プレートの赤熱に関する問題を解消するためには、燃焼用空気の供給量を幾分増大して各炎孔の火炎を燃焼プレートから離すようにすればよいが、このようにした場合、混合ガスの空気比が高くなり（燃料用ガスが薄くなる）、混合ガスの燃焼が不安定になるという問題が生じる。
【００１０】
本発明の目的は、高負荷燃焼時においては燃焼用空気の流速分布が不均一であっても燃焼プレートでの保炎を良好に保つことができるとともに、低負荷燃焼時においては燃焼プレート表面の赤熱を回避しながら安定して燃焼させることができるバーナ装置を提供することである。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、低負荷燃焼から高負荷燃焼にわたって安定して燃焼して媒体を加熱することができる媒体加熱装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の請求項１に記載のバーナ装置は、燃料用ガスと燃焼用空気とを混合するための混合部と、複数の炎孔を有する燃焼プレートと、前記混合部に燃料用ガスを供給するための燃料用ガス供給手段と、前記混合部に燃焼用空気を供給するための燃焼用空気供給手段と、を備え、前記燃料用ガス供給手段から供給される燃料用ガスと前記燃焼用空気供給手段から供給される燃焼用空気とが前記混合部にて混合され、この混合された混合ガスが前記燃焼プレートの前記複数の炎孔から噴出して燃焼するバーナ装置であって、
前記混合部は所定方向に並設された複数の混合ユニットから構成され、前記複数の混合ユニットの各々は、それぞれ、前記燃焼プレートに向けて流れる燃焼用空気に燃料用ガスを混合するための第１及び第２混合流路と、燃料用ガスを噴出するためのガス噴出口を有する燃料噴出ノズルとを備えており、
各混合ユニットの前記第１及び第２混合流路は仕切壁を介して相互に隣接して設けられ、前記燃料噴出ノズルは前記第１混合流路に配設され、前記仕切壁には前記燃料噴出ノズルの前記ガス噴出口に対応してガス供給孔が設けられており、
高負荷燃焼時には、前記燃料噴出ノズルの前記ガス噴出口から噴出される燃料用ガスの噴出量が多く、前記ガス噴出口からの燃料用ガスの噴出量の多くが前記仕切壁の前記ガス供給孔を通して前記第２混合流路に供給され、また低負荷燃焼時には、前記燃料噴出ノズルの前記ガス噴出口から噴出される燃料用ガスの噴出量が少なく、前記ガス噴出口からの燃料用ガスの噴出量の多くが前記第１混合流路に供給されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項２に記載のバーナ装置は、請求項１に記載のバーナ装置と、前記バーナ装置の前記燃焼プレートの前記複数の炎孔における混合ガスの燃焼によって生成される燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路と、熱を受ける受熱媒体が流れる受熱管と、を備え、前記受熱管が前記燃焼ガス流路内に配設され、前記燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスと前記受熱管を流れる受熱媒体との間で熱交換が行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１に記載のバーナ装置によれば、バーナ本体の混合部は複数の混合ユニットから構成され、各混合ユニットは、燃焼用空気に燃料用ガスを混合するための第１及び第２混合流路と、燃料用ガスを噴出するためのガス噴出口を有する燃料噴出ノズルとを備え、燃料噴出ノズルが第１混合流路に配設され、燃料噴出ノズルのガス噴出口からの燃料用ガスは、第１及び第２混合流路を流れる燃焼用空気とガス噴出口から噴出される燃料用ガスとの運動エネルギーを利用して第１及び第２混合流路に分配供給されるように構成されている。
【００１５】
高負荷燃焼時においては、燃料噴出ノズルのガス噴出口から噴出される燃料用ガスの噴出量が多く、その運動エネルギーは大きいために、燃料用ガスの噴出量の多くが仕切壁のガス供給孔を通して第２混合流路に供給される。従って、混合ユニットの第２混合流路を通して炎孔から噴出される混合ガスの空気比と混合ユニットの第１混合流路を通して炎孔から噴出される混合ガスの空気比とに差異が生じるようになる。その結果、燃焼プレートの燃焼火炎の相互干渉が抑えられ、相互干渉による燃焼振動の発生を防止することができる。
【００１６】
また、この高負荷燃焼時において燃焼用空気の流速分布が不均一になって一部の混合ユニットにおいて燃焼用空気の流量が幾分多くなったときには、この混合ユニット（第１混合流路及び第２混合流路）を流れる燃焼用空気の流速が幾分速くなり、燃焼プレートの炎孔から噴出する混合ガスの流速も幾分速くなり、炎孔における燃焼火炎の保炎がし難い状態となる。この状態においては、第１混合流路を流れる燃焼用空気の流速が幾分速く、この燃焼用空気の運動エネルギーも、燃焼用空気の流量が幾分少ない状態と比較して、幾分大きくなっている。このような状態にあるので、燃焼用空気の流量が幾分多い状態は、燃焼用空気の流量が幾分少ない状態に比して、燃料噴出ノズルのガス噴出口から噴出される燃料用ガスは、第１混合流路へ幾分多く分配されるようになる。その結果、燃焼用空気の流量が幾分少ない状態に比して、第１混合流路における混合ガスの空気比が幾分低くなり（燃料用ガスの濃度が幾分高くなる）、第１混合流路の炎孔から噴出する混合ガスの流速が幾分速いにもかかわらず、この第１混合流路の炎孔から噴出する混合ガスの燃焼火炎は安定し、この安定した燃焼火炎でもって、第２混合流路の炎孔から噴出する混合ガスの燃焼火炎を安定させることができる。また、この高負荷燃焼時において燃焼用空気の流速分布が不均一になって一部の混合ユニットにおいて燃焼用空気の流量が幾分少なくなったときには、この混合ユニット（第１混合流路及び第２混合流路）を流れる燃焼用空気の流速が幾分遅くなり、燃焼プレートの炎孔から噴出する混合ガスの流速も幾分遅くなり、炎孔における燃焼火炎の保炎がし易い状態となる。この状態においては、第１混合流路を流れる燃焼用空気の流速も幾分遅く、この燃焼用空気の運動エネルギーも、燃焼用空気の流量が幾分多い状態と比較して、幾分小さくなっている。このような状態にあるので、燃焼用空気の流量が幾分少ない状態は、燃焼用空気の流量が幾分多い状態に比して、燃料噴出ノズルのガス噴出口から噴出される燃料用ガスは、第１混合流路へ幾分少なく分配されるようになる。その結果、燃焼用空気の流量が幾分多い状態に比して、第１混合流路における混合ガスの空気比が幾分高くなる（燃料用ガスの濃度が幾分低くなる）が、第１混合流路の炎孔から噴出する混合ガスの流速が幾分遅いために、このような状態においても第１混合流路の炎孔から噴出する混合ガスの燃焼火炎は安定し、この安定した燃焼火炎でもって、第２混合流路の炎孔から噴出する混合ガスの燃焼火炎を安定させることができる。このように高負荷燃焼時に燃焼用空気の流速分布が不均一になったとしても、燃焼プレートの炎孔から噴出する混合ガスの燃焼火炎を安定させることができる。
【００１７】
更に、低負荷燃焼時には、燃焼用空気の流量を絞り過ぎずに幾分多めに設定した状態にて燃料用ガスの供給量を絞るようになる。このような供給状態では、燃料噴出ノズルのガス噴出口から噴出される燃料用ガスの噴出量が少なくてその運動エネルギーが小さく、また第１混合流路を流れる燃焼用空気の運動エネルギーも小さいが、燃焼用空気の流量は絞り過ぎずに幾分多めに設定されているので、ガス噴出口からの燃料用ガスの噴出量の比較的多く（この場合、噴出量の大部分）が第１混合流路に供給される。その結果、第１混合流路の混合ガスの空気比が高く（燃料用ガスの濃度が薄く）なり過ぎず、この混合ガスの燃焼を安定させることができる。また、このときには、燃焼用空気の流量が少なくて燃焼プレート表面が赤熱する傾向にあるが、燃焼用空気の流量が幾分多めに設定されているために、燃焼火炎が燃焼プレートから離れ、安定した燃焼状態を保ちながらこの赤熱の発生を回避することができる。
【００１８】
また、本発明の請求項２に記載の媒体加熱装置によれば、上述したバーナ装置を備えているので、高負荷燃焼時には燃焼用空気の流速分布が不均一になったとしても、良好な保炎状態を保って燃焼プレートでの燃焼火炎を安定させることができ、また低負荷燃焼時には燃焼プレートの赤熱を回避しながら燃焼火炎を安定させることができ、燃焼火炎が安定した媒体加熱装置を提供することができる。尚、この媒体加熱装置は例えば給湯器であり、この場合、受熱媒体は例えば水（水道水）である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明に従うバーナ装置及びこれを備えた媒体加熱装置について説明する。図１は、本発明に従うバーナ装置を一部切り欠いて示す断面図であり、図２は、図１のバーナ装置を示す平面から見た断面図であり、図３は、図１のバーナ装置における一つの混合ユニット及びその近傍を示す断面図であり、図４は、低負荷燃焼時の混合ユニットの燃料用ガスの流れを説明するための断面図であり、図５は、高負荷燃焼時の燃焼用空気の流量が幾分多いときの混合ユニットにおける燃料用ガスの流れを説明するための断面図であり、図６は、高負荷燃焼時の燃焼用空気の流量が幾分少ないときの混合ユニットにおける燃料用ガスの流れを説明するための断面図であり、図７は、図１のバーナ装置を備えた媒体加熱装置を一部切り欠いて示す正面断面図である。
【００２０】
図１及び図２において、図示のバーナ装置２は方形枠状のバーナ本体４を備え、バーナ本体４は矩形状の底壁６及びこの底壁６から上方に延びる４側壁８，１０，１２，１４を有し、このバーナ本体４の上端部（４側壁８，１０，１２，１４の上端部）に燃焼プレート１６が設けられている。燃焼プレート１６は例えば金属プレートから構成され、その実質上全域に複数の小さい炎孔１８が設けられている。これら炎孔１８は、例えば円形状、楕円形状などの適宜の形状でよく、例えば打抜き加工などで形成することができる。
【００２１】
この実施形態では、バーナ本体４内の上部に燃料用ガスと燃焼用空気とを混合するための混合部２０が設けられ、バーナ本体４の下部（混合部２０の下側）には、混合部２０に向けて燃焼用空気が流れる空気流路部２２が設けられている。またバーナ本体４の底壁６には、燃焼用空気供給手段２４を構成する送風ファン２６が取り付けられ、かかる送風ファン２６からの空気（燃焼用空気として利用される）がバーナ本体４の底壁６に設けられた供給開口（図示せず）を通して流入し、かく流入した燃焼用空気は空気流路部２２を通して混合部２０に送給される。
【００２２】
この実施形態では、混合部２０は複数（図示の例では、６個）の混合ユニット２８から構成されている。混合ユニット２８はバーナ本体４内に所定方向（図１及び図２において左右方向）に並設して設けられ、これら混合ユニット２８にて燃料用ガスと燃焼用空気とが後述する如く混合され、かく混合された混合ガスが燃焼プレート１６の複数の炎孔１８から噴出される。複数の混合ユニット２８は実質上同一の構成であり、図３をも参照して、これら混合ユニット２８の一つについて説明する。
【００２３】
図示の混合ユニット２８は、少なくとも一つの第１混合流路３０と、この第１混合流路３０に隣接して並設された少なくとも一つの第２混合流路３２とを有し、図示の形態では、第１混合流路３０の両側に第２混合流路３２が配設されている。各混合ユニット２８は一対のユニット壁３４，３６と、一対のユニット壁３４，３６の内側に配設された一対の仕切壁３８，４０を備え、一対の仕切壁３８，４０の間に第１混合流路３０が規定され、片側（図１〜図３において左側）のユニット壁３４（図１及び図２において左端に位置する混合ユニット２８においては、バーナ本体４の側壁１４をこのユニット壁として用いるようにしてもよい）と片側の仕切壁３８との間に一方の第２混合流路３２が規定され、他側（図１〜図３において右側）のユニット壁３６（図１及び図２において右端に位置する混合ユニット２８においては、バーナ本体４の側壁１０をこのユニット壁として用いるようにしてもよい）と他側の仕切壁４０との間に他方の第２混合流路３２が規定されている。これら第１及び第２混合流路３０，３２の上流端（下端）は空気流路部２２に連通しており、それらの下流端（上端）には燃焼プレート１６が設けられ、混合ユニット２８の第１及び第２混合流路３０，３２に対応して複数の炎孔１８が設けられている。この形態では、燃焼プレート１６の第１混合流路３０を覆う部位には炎孔１８ａ（図３参照）が設けられ、炎孔１８ａは第１混合流路３０の奥行き方向（図１において左下から右上の方向、図２において上下方向、図３において紙面に垂直な方向）に間隔をおいて複数設けられている。また、燃焼プレート１６の第２混合流路３２を覆う部位には炎孔１８ｂ（図３参照）が設けられ、炎孔１８ｂは第２混合流路３２の奥行き方向に間隔をおいて複数設けられている。
【００２４】
各混合ユニット２８の第１混合流路３０には、燃料用ガスが噴出する燃料噴出ノズル４２が配設されている。燃料噴出ノズル４２は例えば断面形状が矩形状の筒状部材から構成され、一対の仕切壁３８，４０間を仕切壁３８，４０に沿って実質上平行に奥行き方向に延び、その先端は閉塞されている。燃料噴出ノズル４２は第１混合流路３０の上流部に配置され、一対の仕切壁３８，４０に対向する側壁部４３にガス噴出口４４が設けられ、かかるガス噴出口４４は燃料噴出ノズル４２の長手方向（即ち、第１混合流路３０の奥行き方向）に間隔をおいて複数設けられている。燃料噴出ノズル４２は、断面形状が円形状、楕円形状などの適宜の形状でよく、またガス噴出口４４も、円形状、楕円形状などの適宜の形状でよい。
【００２５】
燃料噴射ノズル４２の各ガス噴出口４４に対応して、一対の仕切壁３８，４０の所定部位にはガス供給孔４６が設けられている。即ち、燃料噴出ノズル４２の片側（図３において左側）に設けられた各ガス噴出口４４に対応して、片側の仕切壁３８の各ガス噴出口４４に対向する部位にガス供給孔４６が設けられ、また燃料噴出ノズル４２の他側（図３において右側）に設けられた各ガス噴出口４４に対応して、他側の仕切壁４０の各ガス噴出口４４に対向する部位にガス供給孔４６が設けられている。各ガス供給孔４６の大きさは燃料噴出ノズル４２のガス噴出口４４の大きさよりも大きく、これらガス噴出口４４から後述する如く噴出された燃料用ガスは、ガス供給孔４６を通して第２混合流路３２に流れ易くなっている。
【００２６】
バーナ本体４の側壁８の外側には、燃料用ガス供給手段５０を構成するガス供給管５２が設けられ、ガス供給管５２はバーナ本体４の横方向（図１及び図２において左右方向である幅方向）に延びている。各混合ユニット２８に配設された燃料噴出ノズル４２の一端側はバーナ本体４の側壁８を貫通してガス供給管５２内に連通され、ガス供給管５２はガスボンベ、ガス埋設管などのガス供給源に接続され、ガス供給源からの燃料用ガス（例えば、都市ガス、ＬＰガスなど）が、矢印５４で示すように、ガス供給管５２を通して各混合ユニット２８の燃料噴出ノズル４２に供給される。
【００２７】
次に、主として図１とともに図４〜図６を参照して、上述したバーナ装置２の燃焼について説明する。バーナ装置２を燃焼させるときには、ガス供給源（図示せず）からの燃料用ガスがガス供給管５２に供給されるとともに、送風ファン２６からの燃焼用空気がバーナ本体４の空気流路部２２に供給される。ガス供給管５２に供給された燃料は、各混合ユニット２８の燃料噴出ノズル４２に送給され、各燃料噴出ノズル４２内を先端に向けて流れ、各燃料噴出ノズル４４から噴出する。また、バーナ本体４の空気流路部２２に供給された燃焼用空気は、各混合ユニット２８の第１及び第２混合流路３０，３２に流れ、第１及び第２混合流路３０，３２を流れる燃焼用空気に、燃料噴出ノズル４２からの燃料用ガスが噴出されて混合され、混合ユニット２８の第１混合流路３０にて混合された混合ガス（燃料用ガスと燃焼用空気とが混合されたガス）は燃焼プレート１６の炎孔１８ａから噴出して燃焼され、燃料噴出ノズル４２から仕切壁３８，４０のガス供給孔４６を通して供給された燃料用ガスと第２混合流路３２にて混合された混合ガスは燃焼プレート１６の炎孔１８ｂから噴出して燃焼される。
【００２８】
このようなバーナ装置２においては、低負荷燃焼時、図４に示すような燃焼状態となる。図４において、この低負荷燃焼時では、燃焼用空気の流量が絞り過ぎずに幾分多めに設定され、このような状態にて燃料用ガスの供給量が絞られるようになる。このような状態では、燃料噴出ノズル４２のガス噴出口４４から噴出される燃料用ガスの噴出量が少なくてその運動エネルギーが小さく、また第１混合流路３０を流れる燃焼用空気の運動エネルギーも小さいが、燃焼用空気の流量は絞り過ぎずに幾分多めに設定されているので、ガス噴出口４４からの燃料用ガスの噴出量の大部分が第１混合流路３０に供給され、仕切壁３８，４０のガス供給孔４６を通して第２混合流路３２に供給されることはほとんどない。従って、燃料噴出ノズル４２からの燃料用ガスは第１混合流路３０を流れる燃焼用空気に混合され、かく混合された混合ガスは燃焼プレート１６の炎孔１８ａを通して噴出して燃焼される。この第１混合流路３０の混合ガスは、絞り過ぎずに幾分多めに設定されているために、空気比が高く（燃料用ガスの濃度が薄く）なり過ぎず、この混合ガスを安定して燃焼させることができる。また、このときには、燃焼用空気の流量が少なくて燃焼プレート表面が赤熱する傾向にあるが、燃焼用空気の流量が幾分多めに設定されているために、燃焼火炎が燃焼プレートから離れ、安定した燃焼状態を保ちながらこの赤熱の発生を回避することができる。
【００２９】
また、高負荷燃焼時においては、図５及び図６に示すような燃焼状態となる。高負荷燃焼時では、燃料噴出ノズル４２のガス噴出口４４から噴出される燃料用ガスの供給量が多く、その運動エネルギーが大きくなるために、これらガス噴出口４４から噴出される燃料用ガスの噴出量の比較的多くが仕切壁３８，４０のガス供給孔４６を通して第２混合流路３２に供給される。従って、混合ユニット２８の第２混合流路３２を通して炎孔１８ｂから噴出される混合ガスの空気比と、また混合ユニット２８の第１混合流路３０を通して炎孔１８ａから噴出される混合ガスの空気比とに差異が生じるようになる。その結果、燃焼プレート１６の複数の炎孔１８ａ，１８ｂの火炎の燃焼状態が異なり、燃焼プレート１６の燃焼火炎の相互干渉が抑えられ、相互干渉による燃焼振動の発生を防止することができる。
【００３０】
この高負荷燃焼時において燃焼用空気の流速分布が不均一になって一部の混合ユニット２８において燃焼用空気の流量が幾分多くなったときには、図５（ａ）に示す燃焼状態となる。図５（ａ）において、このような燃焼用空気の供給状態においては、混合ユニット２８の第１及び混合流路３０，３２を流れる燃焼用空気の流速が幾分速くなり、燃焼プレート１６の炎孔１８ａ，１８ｂから噴出する混合ガスの流速も幾分速くなり、炎孔１８ａ，１８ｂにおける燃焼火炎の保炎がし難い状態となる。このような状態においては、第１混合流路３０を流れる燃焼用空気の流速が幾分速く、この燃焼用空気の運動エネルギーも、燃焼用空気の流量が幾分少ない状態と比較して、幾分大きくなっている。このような状態にあるので、燃焼用空気の流量が幾分多い状態は、燃焼用空気の流量が幾分少ない状態に比して、燃料噴出ノズル４２のガス噴出口４４から噴出される燃料用ガスは、第１混合流路３０へ幾分多く分配されるようになる。その結果、燃焼用空気の流量が幾分少ない状態に比して、第１混合流路３０における混合ガスの空気比が幾分低くなり（燃料用ガスの濃度が幾分高くなる）、第１混合流路３０の炎孔１８ａから噴出する混合ガスの流速が幾分速いにもかかわらず、この第１混合流路３０の炎孔１８ａから噴出する混合ガスの燃焼火炎は安定し、この安定した燃焼火炎でもって、第２混合流路３２の炎孔１８ｂから噴出する混合ガスの燃焼火炎を安定させることができる。
【００３１】
また、この高負荷燃焼時において燃焼用空気の流速分布が不均一になって一部の混合ユニット２８において燃焼用空気の流量が幾分少なくなったときには、図６（ａ）に示す燃焼状態となる。図６（ａ）において、このような燃焼用空気の供給状態においては、混合ユニット２８の第１及び第２混合流路３０，３２を流れる燃焼用空気の流速が幾分遅くなり、燃焼プレート１６の炎孔１８ａ，１８ｂから噴出する混合ガスの流速も幾分遅くなり、炎孔１８ａ，１８ｂにおける燃焼火炎の保炎がし易い状態となる。この状態においては、第１混合流路３０を流れる燃焼用空気の流速が幾分遅く、この燃焼用空気の運動エネルギーも、燃焼用空気の流量が幾分多い状態と比較して、幾分小さくなっている。このような状態にあるので、燃焼用空気の流量が幾分少ない状態は、燃焼用空気の流量が幾分多い状態に比して、燃料噴出ノズル４２のガス噴出口４４から噴出される燃料用ガスは、第１混合流路３０へ幾分少なく分配されるようになる。その結果、燃焼用空気の流量が幾分多い状態に比して、第１混合流路３０における混合ガスの空気比が幾分高くなる（燃料用ガスの濃度が幾分低くなる）が、第１混合流路３０の炎孔１８ａから噴出する混合ガスの流速が幾分遅いために、このような状態においても第１混合流路３０の炎孔１８ａから噴出する混合ガスの燃焼火炎は安定し、この安定した燃焼火炎でもって、第２混合流路３２の炎孔１８ｂから噴出する混合ガスの燃焼火炎を安定させることができる。
【００３２】
上述したように、このバーナ装置４においては、高負荷燃焼時に燃焼用空気の流速分布が不均一になったとしても、燃焼プレート１６の炎孔１８ａ，１８ｂから噴出する混合ガスの燃焼火炎を安定させることができる。
【００３３】
上述したバーナ装置４は、例えば、図７に示す媒体加熱装置に適用することができる。図７において、給湯器の如き媒体加熱装置１０２には、上述したバーナ装置２が装備され、媒体加熱装置１０２の装置本体１０４の底部に取り付けられている。このバーナ装置２の構成は、上述したと同様であり、その説明を省略する。
【００３４】
この装置本体１０４の前面上端部には排気口１０６が設けられ、装置本体１０４内には、バーナ装置２の燃焼により発生する燃焼ガスを排気口１０６に導く燃焼ガス流路１０８が設けられている。燃焼ガス流路１０８内には、所要の通りに湾曲した受熱管１１０が配設され、この受熱管１１０は、燃焼ガスとの間で熱交換する熱交換器１１２を構成する。この受熱管１１０を通して受熱媒体、例えば水（水道水）が矢印で示すように流れる。
【００３５】
この媒体加熱装置１０２においては、バーナ装置２が燃焼すると、燃焼によって生成される燃焼ガスは燃焼ガス流路１０８を通して排気口１０６から外部に排出される。このとき、受熱媒体（例えば、水）は受熱管１１０を通して流れ、かく受熱管１１０を通して流れる間に、受熱管１１０を流れる受熱媒体と燃焼ガス流路１０８を流れる燃焼ガスとの間で熱交換が行われて加熱され、加熱された受熱媒体が受熱管１１０から排出さる。この媒体加熱装置１０２では、上述したバーナ装置２を備えているので、受熱媒体の加熱時における燃焼振動を抑え、燃焼共鳴音の発生を防止することができる。
【００３６】
この媒体加熱装置１０２においては、バーナ装置２を下部に、熱交換器１１２を上部に配設した形態のものに適用して説明したが、これとは反対に、バーナ装置２を上部に、熱交換器１１２を下部に配設し、バーナ装置２を下向きに燃焼させる形態の媒体加熱装置にも同様に適用することができる。
【００３７】
以上、本発明に従うバーナ装置及びそれを備えた媒体加熱装置の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
【００３８】
例えば、上述した実施形態では、第１混合流路３０の両外側に第２混合流路３２を設けているが、このような構成に限定されず、第１混合流路３０の片側に第２混合流路３２を設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に従うバーナ装置を一部切り欠いて示す断面図。
【図２】図１のバーナ装置を示す平面から見た断面図。
【図３】図１のバーナ装置における一つの混合ユニット及びその近傍を示す断面図。
【図４】低負荷燃焼時の混合ユニットの燃料用ガスの流れを説明するための断面図。
【図５】高負荷燃焼時の燃焼用空気の流量が幾分多いときの混合ユニットにおける燃料用ガスの流れを説明するための断面図。
【図６】高負荷燃焼時の燃焼用空気の流量が幾分少ないときの混合ユニットにおける燃料用ガスの流れを説明するための断面図。
【図７】図１のバーナ装置を備えた媒体加熱装置を一部切り欠いて示す正面断面図。
【符号の説明】
【００４０】
２ バーナ装置
４ バーナ本体
１６ 燃焼プレート
１８，１８ａ，１８ｂ 炎孔
２０ 混合部
２４ 燃焼用空気供給手段
２８ 混合ユニット
３０ 第１混合流路
３２ 第２混合流路
３４，３６ ユニット壁
３８，４０ 仕切壁
４２ 燃料噴出ノズル
４４ ガス噴出口
４６ ガス供給孔
５０ 燃料用ガス供給手段
１０２ 媒体加熱装置
１０４ 装置本体
１０８ 燃焼ガス流路
１１０ 受熱管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯器などに適用されるバーナ装置及びこれを備えた媒体加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、給湯器、ボイラ、加熱炉、ストーブなどの燃焼装置においては、燃料用ガスを燃料として用いるバーナ装置が広く用いられている。このバーナ装置の一例として、全一次空気式バーナ装置が知られている。この全一次バーナ装置は、混合室を有するバーナ本体と、複数の炎孔を有する燃焼プレートと、混合室に燃料用ガスを供給するための燃料用ガス供給手段と、混合室に燃焼用空気を供給するための燃焼用空気供給手段と、を備え、燃焼プレートはフェルト状金属繊維板、多孔質セラミック板、多数の炎孔（例えば円形状孔）を設けた金属プレートなどから構成される。
【０００３】
このような全一次空気式バーナ装置においては、燃料用ガス供給手段からの燃料用ガスと燃焼用空気供給手段からの燃焼用空気とが混合室内で実質上均一に混合され、均一に混合された混合ガス（燃料用ガスと燃焼用空気とが混合したガス）が燃焼プレートの多数の炎孔から噴出して燃焼する。
【０００４】
この種の全一次空気式バーナ装置では、予混合燃焼である高空気比燃焼（平均の空気比が１以上である燃焼）が実現できるために、燃焼の低ＮＯｘ化を図ることができるとともに、バーナ装置自体の構造が簡単になるために、バーナ装置のコンパクト化を図ることができる。
【０００５】
しかし、燃料用ガスと燃焼用空気とを予め均一に混合した高空気比混合ガスを小さい炎孔から噴出させて燃焼させるために、燃焼プレート表面の燃焼面上に形成される各火炎（各炎孔から噴出する混合ガスの燃焼による火炎）の空気比が実質上等しく、それ故に、各火炎のバランスが揃って互いに干渉して燃焼振動が発生し易く、この燃焼振動による共鳴音が発生し易くなる。
【０００６】
このような燃焼振動の発生を抑えるために、バーナ本体の混合室における燃料用ガスと燃焼用空気との混合状態が不均一になるように構成したバーナ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このバーナ装置では、燃焼プレートの複数の炎孔から噴出する混合ガスの空気比にムラが存在し、それ故に、燃焼プレートの燃焼面上に形成される火炎が不均一になり、各火炎の固有の振動周波数が異なるようになる。従って、燃焼火炎が相互に干渉することがなく、これによって、燃焼振動の発生が抑えられ、燃焼振動による共鳴音の発生を防止することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２８６２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、空気比ムラを存在させた全一次空気式バーナ装置においては、高負荷燃焼時に燃焼用空気の流速分布が不均一であると、燃焼用空気の流速が速い領域では空気流量自体も多くなり、それ故に、この領域における混合ガスの濃度が相対的に薄くなる（空気比が高くなる）。また、燃焼用空気の流速が速い領域では燃焼プレートの炎孔から噴出する混合ガスの噴出流速も速くなり、これらのことに起因して、燃焼プレートでの火炎の保炎が難しくなる。また、低負荷燃焼時では燃料用ガスの供給を絞るとともに、これに合わせて燃焼用空気の供給量を絞るために、燃焼プレートの炎孔から噴出する混合ガスの流速が遅くなる。このように流速が遅くなると、各炎孔の火炎が燃焼プレートに近づき、燃焼プレートの温度が高くなり、その表面が赤熱する傾向になる。
【０００９】
この高負荷燃焼時の保炎に関する問題を解消するためには、混合室内に整流板を配設する、混合室内に整流部を設けるなどすればよいが、整流板を設けるように構成した場合、整流板が抵抗となるために、燃焼用空気供給手段を構成する空気供給ファンの駆動動力が増大し、バーナ装置としての総合的な効率が低下するという問題が生じる。また、整流部を設けるように構成した場合、全一次空気式バーナ装置の長所であるコンパクト性が損なわれる。また、低負荷燃焼時の燃焼プレートの赤熱に関する問題を解消するためには、燃焼用空気の供給量を幾分増大して各炎孔の火炎を燃焼プレートから離すようにすればよいが、このようにした場合、混合ガスの空気比が高くなり（燃料用ガスが薄くなる）、混合ガスの燃焼が不安定になるという問題が生じる。
【００１０】
本発明の目的は、高負荷燃焼時においては燃焼用空気の流速分布が不均一であっても燃焼プレートでの保炎を良好に保つことができるとともに、低負荷燃焼時においては燃焼プレート表面の赤熱を回避しながら安定して燃焼させることができるバーナ装置を提供することである。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、低負荷燃焼から高負荷燃焼にわたって安定して燃焼して媒体を加熱することができる媒体加熱装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の請求項１に記載のバーナ装置は、燃料用ガスと燃焼用空気とを混合するための混合部と、複数の炎孔を有する燃焼プレートと、前記混合部に燃料用ガスを供給するための燃料用ガス供給手段と、前記混合部に燃焼用空気を供給するための燃焼用空気供給手段と、を備え、前記燃料用ガス供給手段から供給される燃料用ガスと前記燃焼用空気供給手段から供給される燃焼用空気とが前記混合部にて混合され、この混合された混合ガスが前記燃焼プレートの前記複数の炎孔から噴出して燃焼するバーナ装置であって、
前記混合部は所定方向に並設された複数の混合ユニットから構成され、前記複数の混合ユニットの各々は、それぞれ、前記燃焼プレートに向けて流れる燃焼用空気に燃料用ガスを混合するための第１及び第２混合流路と、燃料用ガスを噴出するためのガス噴出口を有する燃料噴出ノズルとを備えており、
各混合ユニットの前記第１及び第２混合流路は仕切壁を介して相互に隣接して設けられ、前記燃料噴出ノズルは前記第１混合流路に配設され、前記仕切壁には前記燃料噴出ノズルの前記ガス噴出口に対応してガス供給孔が設けられており、
高負荷燃焼時には、前記燃料噴出ノズルの前記ガス噴出口から噴出される燃料用ガスの噴出量が多く、前記ガス噴出口からの燃料用ガスの噴出量の多くが前記仕切壁の前記ガス供給孔を通して前記第２混合流路に供給され、また低負荷燃焼時には、前記燃料噴出ノズルの前記ガス噴出口から噴出される燃料用ガスの噴出量が少なく、前記ガス噴出口からの燃料用ガスの噴出量の多くが前記第１混合流路に供給されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項２に記載のバーナ装置は、請求項１に記載のバーナ装置と、前記バーナ装置の前記燃焼プレートの前記複数の炎孔における混合ガスの燃焼によって生成される燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路と、熱を受ける受熱媒体が流れる受熱管と、を備え、前記受熱管が前記燃焼ガス流路内に配設され、前記燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスと前記受熱管を流れる受熱媒体との間で熱交換が行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１に記載のバーナ装置によれば、バーナ本体の混合部は複数の混合ユニットから構成され、各混合ユニットは、燃焼用空気に燃料用ガスを混合するための第１及び第２混合流路と、燃料用ガスを噴出するためのガス噴出口を有する燃料噴出ノズルとを備え、燃料噴出ノズルが第１混合流路に配設され、燃料噴出ノズルのガス噴出口からの燃料用ガスは、第１及び第２混合流路を流れる燃焼用空気とガス噴出口から噴出される燃料用ガスとの運動エネルギーを利用して第１及び第２混合流路に分配供給されるように構成されている。
【００１５】
高負荷燃焼時においては、燃料噴出ノズルのガス噴出口から噴出される燃料用ガスの噴出量が多く、その運動エネルギーは大きいために、燃料用ガスの噴出量の多くが仕切壁のガス供給孔を通して第２混合流路に供給される。従って、混合ユニットの第２混合流路を通して炎孔から噴出される混合ガスの空気比と混合ユニットの第１混合流路を通して炎孔から噴出される混合ガスの空気比とに差異が生じるようになる。その結果、燃焼プレートの燃焼火炎の相互干渉が抑えられ、相互干渉による燃焼振動の発生を防止することができる。
【００１６】
また、この高負荷燃焼時において燃焼用空気の流速分布が不均一になって一部の混合ユニットにおいて燃焼用空気の流量が幾分多くなったときには、この混合ユニット（第１混合流路及び第２混合流路）を流れる燃焼用空気の流速が幾分速くなり、燃焼プレートの炎孔から噴出する混合ガスの流速も幾分速くなり、炎孔における燃焼火炎の保炎がし難い状態となる。この状態においては、第１混合流路を流れる燃焼用空気の流速が幾分速く、この燃焼用空気の運動エネルギーも、燃焼用空気の流量が幾分少ない状態と比較して、幾分大きくなっている。このような状態にあるので、燃焼用空気の流量が幾分多い状態は、燃焼用空気の流量が幾分少ない状態に比して、燃料噴出ノズルのガス噴出口から噴出される燃料用ガスは、第１混合流路へ幾分多く分配されるようになる。その結果、燃焼用空気の流量が幾分少ない状態に比して、第１混合流路における混合ガスの空気比が幾分低くなり（燃料用ガスの濃度が幾分高くなる）、第１混合流路の炎孔から噴出する混合ガスの流速が幾分速いにもかかわらず、この第１混合流路の炎孔から噴出する混合ガスの燃焼火炎は安定し、この安定した燃焼火炎でもって、第２混合流路の炎孔から噴出する混合ガスの燃焼火炎を安定させることができる。また、この高負荷燃焼時において燃焼用空気の流速分布が不均一になって一部の混合ユニットにおいて燃焼用空気の流量が幾分少なくなったときには、この混合ユニット（第１混合流路及び第２混合流路）を流れる燃焼用空気の流速が幾分遅くなり、燃焼プレートの炎孔から噴出する混合ガスの流速も幾分遅くなり、炎孔における燃焼火炎の保炎がし易い状態となる。この状態においては、第１混合流路を流れる燃焼用空気の流速も幾分遅く、この燃焼用空気の運動エネルギーも、燃焼用空気の流量が幾分多い状態と比較して、幾分小さくなっている。このような状態にあるので、燃焼用空気の流量が幾分少ない状態は、燃焼用空気の流量が幾分多い状態に比して、燃料噴出ノズルのガス噴出口から噴出される燃料用ガスは、第１混合流路へ幾分少なく分配されるようになる。その結果、燃焼用空気の流量が幾分多い状態に比して、第１混合流路における混合ガスの空気比が幾分高くなる（燃料用ガスの濃度が幾分低くなる）が、第１混合流路の炎孔から噴出する混合ガスの流速が幾分遅いために、このような状態においても第１混合流路の炎孔から噴出する混合ガスの燃焼火炎は安定し、この安定した燃焼火炎でもって、第２混合流路の炎孔から噴出する混合ガスの燃焼火炎を安定させることができる。このように高負荷燃焼時に燃焼用空気の流速分布が不均一になったとしても、燃焼プレートの炎孔から噴出する混合ガスの燃焼火炎を安定させることができる。
【００１７】
更に、低負荷燃焼時には、燃焼用空気の流量を絞り過ぎずに幾分多めに設定した状態にて燃料用ガスの供給量を絞るようになる。このような供給状態では、燃料噴出ノズルのガス噴出口から噴出される燃料用ガスの噴出量が少なくてその運動エネルギーが小さく、また第１混合流路を流れる燃焼用空気の運動エネルギーも小さいが、燃焼用空気の流量は絞り過ぎずに幾分多めに設定されているので、ガス噴出口からの燃料用ガスの噴出量の比較的多く（この場合、噴出量の大部分）が第１混合流路に供給される。その結果、第１混合流路の混合ガスの空気比が高く（燃料用ガスの濃度が薄く）なり過ぎず、この混合ガスの燃焼を安定させることができる。また、このときには、燃焼用空気の流量が少なくて燃焼プレート表面が赤熱する傾向にあるが、燃焼用空気の流量が幾分多めに設定されているために、燃焼火炎が燃焼プレートから離れ、安定した燃焼状態を保ちながらこの赤熱の発生を回避することができる。
【００１８】
また、本発明の請求項２に記載の媒体加熱装置によれば、上述したバーナ装置を備えているので、高負荷燃焼時には燃焼用空気の流速分布が不均一になったとしても、良好な保炎状態を保って燃焼プレートでの燃焼火炎を安定させることができ、また低負荷燃焼時には燃焼プレートの赤熱を回避しながら燃焼火炎を安定させることができ、燃焼火炎が安定した媒体加熱装置を提供することができる。尚、この媒体加熱装置は例えば給湯器であり、この場合、受熱媒体は例えば水（水道水）である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明に従うバーナ装置及びこれを備えた媒体加熱装置について説明する。図１は、本発明に従うバーナ装置を一部切り欠いて示す断面図であり、図２は、図１のバーナ装置を示す平面から見た断面図であり、図３は、図１のバーナ装置における一つの混合ユニット及びその近傍を示す断面図であり、図４は、低負荷燃焼時の混合ユニットの燃料用ガスの流れを説明するための断面図であり、図５は、高負荷燃焼時の燃焼用空気の流量が幾分多いときの混合ユニットにおける燃料用ガスの流れを説明するための断面図であり、図６は、高負荷燃焼時の燃焼用空気の流量が幾分少ないときの混合ユニットにおける燃料用ガスの流れを説明するための断面図であり、図７は、図１のバーナ装置を備えた媒体加熱装置を一部切り欠いて示す正面断面図である。
【００２０】
図１及び図２において、図示のバーナ装置２は方形枠状のバーナ本体４を備え、バーナ本体４は矩形状の底壁６及びこの底壁６から上方に延びる４側壁８，１０，１２，１４を有し、このバーナ本体４の上端部（４側壁８，１０，１２，１４の上端部）に燃焼プレート１６が設けられている。燃焼プレート１６は例えば金属プレートから構成され、その実質上全域に複数の小さい炎孔１８が設けられている。これら炎孔１８は、例えば円形状、楕円形状などの適宜の形状でよく、例えば打抜き加工などで形成することができる。
【００２１】
この実施形態では、バーナ本体４内の上部に燃料用ガスと燃焼用空気とを混合するための混合部２０が設けられ、バーナ本体４の下部（混合部２０の下側）には、混合部２０に向けて燃焼用空気が流れる空気流路部２２が設けられている。またバーナ本体４の底壁６には、燃焼用空気供給手段２４を構成する送風ファン２６が取り付けられ、かかる送風ファン２６からの空気（燃焼用空気として利用される）がバーナ本体４の底壁６に設けられた供給開口（図示せず）を通して流入し、かく流入した燃焼用空気は空気流路部２２を通して混合部２０に送給される。
【００２２】
この実施形態では、混合部２０は複数（図示の例では、６個）の混合ユニット２８から構成されている。混合ユニット２８はバーナ本体４内に所定方向（図１及び図２において左右方向）に並設して設けられ、これら混合ユニット２８にて燃料用ガスと燃焼用空気とが後述する如く混合され、かく混合された混合ガスが燃焼プレート１６の複数の炎孔１８から噴出される。複数の混合ユニット２８は実質上同一の構成であり、図３をも参照して、これら混合ユニット２８の一つについて説明する。
【００２３】
図示の混合ユニット２８は、少なくとも一つの第１混合流路３０と、この第１混合流路３０に隣接して並設された少なくとも一つの第２混合流路３２とを有し、図示の形態では、第１混合流路３０の両側に第２混合流路３２が配設されている。各混合ユニット２８は一対のユニット壁３４，３６と、一対のユニット壁３４，３６の内側に配設された一対の仕切壁３８，４０を備え、一対の仕切壁３８，４０の間に第１混合流路３０が規定され、片側（図１〜図３において左側）のユニット壁３４（図１及び図２において左端に位置する混合ユニット２８においては、バーナ本体４の側壁１４をこのユニット壁として用いるようにしてもよい）と片側の仕切壁３８との間に一方の第２混合流路３２が規定され、他側（図１〜図３において右側）のユニット壁３６（図１及び図２において右端に位置する混合ユニット２８においては、バーナ本体４の側壁１０をこのユニット壁として用いるようにしてもよい）と他側の仕切壁４０との間に他方の第２混合流路３２が規定されている。これら第１及び第２混合流路３０，３２の上流端（下端）は空気流路部２２に連通しており、それらの下流端（上端）には燃焼プレート１６が設けられ、混合ユニット２８の第１及び第２混合流路３０，３２に対応して複数の炎孔１８が設けられている。この形態では、燃焼プレート１６の第１混合流路３０を覆う部位には炎孔１８ａ（図３参照）が設けられ、炎孔１８ａは第１混合流路３０の奥行き方向（図１において左下から右上の方向、図２において上下方向、図３において紙面に垂直な方向）に間隔をおいて複数設けられている。また、燃焼プレート１６の第２混合流路３２を覆う部位には炎孔１８ｂ（図３参照）が設けられ、炎孔１８ｂは第２混合流路３２の奥行き方向に間隔をおいて複数設けられている。
【００２４】
各混合ユニット２８の第１混合流路３０には、燃料用ガスが噴出する燃料噴出ノズル４２が配設されている。燃料噴出ノズル４２は例えば断面形状が矩形状の筒状部材から構成され、一対の仕切壁３８，４０間を仕切壁３８，４０に沿って実質上平行に奥行き方向に延び、その先端は閉塞されている。燃料噴出ノズル４２は第１混合流路３０の上流部に配置され、一対の仕切壁３８，４０に対向する側壁部４３にガス噴出口４４が設けられ、かかるガス噴出口４４は燃料噴出ノズル４２の長手方向（即ち、第１混合流路３０の奥行き方向）に間隔をおいて複数設けられている。燃料噴出ノズル４２は、断面形状が円形状、楕円形状などの適宜の形状でよく、またガス噴出口４４も、円形状、楕円形状などの適宜の形状でよい。
【００２５】
燃料噴射ノズル４２の各ガス噴出口４４に対応して、一対の仕切壁３８，４０の所定部位にはガス供給孔４６が設けられている。即ち、燃料噴出ノズル４２の片側（図３において左側）に設けられた各ガス噴出口４４に対応して、片側の仕切壁３８の各ガス噴出口４４に対向する部位にガス供給孔４６が設けられ、また燃料噴出ノズル４２の他側（図３において右側）に設けられた各ガス噴出口４４に対応して、他側の仕切壁４０の各ガス噴出口４４に対向する部位にガス供給孔４６が設けられている。各ガス供給孔４６の大きさは燃料噴出ノズル４２のガス噴出口４４の大きさよりも大きく、これらガス噴出口４４から後述する如く噴出された燃料用ガスは、ガス供給孔４６を通して第２混合流路３２に流れ易くなっている。
【００２６】
バーナ本体４の側壁８の外側には、燃料用ガス供給手段５０を構成するガス供給管５２が設けられ、ガス供給管５２はバーナ本体４の横方向（図１及び図２において左右方向である幅方向）に延びている。各混合ユニット２８に配設された燃料噴出ノズル４２の一端側はバーナ本体４の側壁８を貫通してガス供給管５２内に連通され、ガス供給管５２はガスボンベ、ガス埋設管などのガス供給源に接続され、ガス供給源からの燃料用ガス（例えば、都市ガス、ＬＰガスなど）が、矢印５４で示すように、ガス供給管５２を通して各混合ユニット２８の燃料噴出ノズル４２に供給される。
【００２７】
次に、主として図１とともに図４〜図６を参照して、上述したバーナ装置２の燃焼について説明する。バーナ装置２を燃焼させるときには、ガス供給源（図示せず）からの燃料用ガスがガス供給管５２に供給されるとともに、送風ファン２６からの燃焼用空気がバーナ本体４の空気流路部２２に供給される。ガス供給管５２に供給された燃料は、各混合ユニット２８の燃料噴出ノズル４２に送給され、各燃料噴出ノズル４２内を先端に向けて流れ、各燃料噴出ノズル４４から噴出する。また、バーナ本体４の空気流路部２２に供給された燃焼用空気は、各混合ユニット２８の第１及び第２混合流路３０，３２に流れ、第１及び第２混合流路３０，３２を流れる燃焼用空気に、燃料噴出ノズル４２からの燃料用ガスが噴出されて混合され、混合ユニット２８の第１混合流路３０にて混合された混合ガス（燃料用ガスと燃焼用空気とが混合されたガス）は燃焼プレート１６の炎孔１８ａから噴出して燃焼され、燃料噴出ノズル４２から仕切壁３８，４０のガス供給孔４６を通して供給された燃料用ガスと第２混合流路３２にて混合された混合ガスは燃焼プレート１６の炎孔１８ｂから噴出して燃焼される。
【００２８】
このようなバーナ装置２においては、低負荷燃焼時、図４に示すような燃焼状態となる。図４において、この低負荷燃焼時では、燃焼用空気の流量が絞り過ぎずに幾分多めに設定され、このような状態にて燃料用ガスの供給量が絞られるようになる。このような状態では、燃料噴出ノズル４２のガス噴出口４４から噴出される燃料用ガスの噴出量が少なくてその運動エネルギーが小さく、また第１混合流路３０を流れる燃焼用空気の運動エネルギーも小さいが、燃焼用空気の流量は絞り過ぎずに幾分多めに設定されているので、ガス噴出口４４からの燃料用ガスの噴出量の大部分が第１混合流路３０に供給され、仕切壁３８，４０のガス供給孔４６を通して第２混合流路３２に供給されることはほとんどない。従って、燃料噴出ノズル４２からの燃料用ガスは第１混合流路３０を流れる燃焼用空気に混合され、かく混合された混合ガスは燃焼プレート１６の炎孔１８ａを通して噴出して燃焼される。この第１混合流路３０の混合ガスは、絞り過ぎずに幾分多めに設定されているために、空気比が高く（燃料用ガスの濃度が薄く）なり過ぎず、この混合ガスを安定して燃焼させることができる。また、このときには、燃焼用空気の流量が少なくて燃焼プレート表面が赤熱する傾向にあるが、燃焼用空気の流量が幾分多めに設定されているために、燃焼火炎が燃焼プレートから離れ、安定した燃焼状態を保ちながらこの赤熱の発生を回避することができる。
【００２９】
また、高負荷燃焼時においては、図５及び図６に示すような燃焼状態となる。高負荷燃焼時では、燃料噴出ノズル４２のガス噴出口４４から噴出される燃料用ガスの供給量が多く、その運動エネルギーが大きくなるために、これらガス噴出口４４から噴出される燃料用ガスの噴出量の比較的多くが仕切壁３８，４０のガス供給孔４６を通して第２混合流路３２に供給される。従って、混合ユニット２８の第２混合流路３２を通して炎孔１８ｂから噴出される混合ガスの空気比と、また混合ユニット２８の第１混合流路３０を通して炎孔１８ａから噴出される混合ガスの空気比とに差異が生じるようになる。その結果、燃焼プレート１６の複数の炎孔１８ａ，１８ｂの火炎の燃焼状態が異なり、燃焼プレート１６の燃焼火炎の相互干渉が抑えられ、相互干渉による燃焼振動の発生を防止することができる。
【００３０】
この高負荷燃焼時において燃焼用空気の流速分布が不均一になって一部の混合ユニット２８において燃焼用空気の流量が幾分多くなったときには、図５（ａ）に示す燃焼状態となる。図５（ａ）において、このような燃焼用空気の供給状態においては、混合ユニット２８の第１及び混合流路３０，３２を流れる燃焼用空気の流速が幾分速くなり、燃焼プレート１６の炎孔１８ａ，１８ｂから噴出する混合ガスの流速も幾分速くなり、炎孔１８ａ，１８ｂにおける燃焼火炎の保炎がし難い状態となる。このような状態においては、第１混合流路３０を流れる燃焼用空気の流速が幾分速く、この燃焼用空気の運動エネルギーも、燃焼用空気の流量が幾分少ない状態と比較して、幾分大きくなっている。このような状態にあるので、燃焼用空気の流量が幾分多い状態は、燃焼用空気の流量が幾分少ない状態に比して、燃料噴出ノズル４２のガス噴出口４４から噴出される燃料用ガスは、第１混合流路３０へ幾分多く分配されるようになる。その結果、燃焼用空気の流量が幾分少ない状態に比して、第１混合流路３０における混合ガスの空気比が幾分低くなり（燃料用ガスの濃度が幾分高くなる）、第１混合流路３０の炎孔１８ａから噴出する混合ガスの流速が幾分速いにもかかわらず、この第１混合流路３０の炎孔１８ａから噴出する混合ガスの燃焼火炎は安定し、この安定した燃焼火炎でもって、第２混合流路３２の炎孔１８ｂから噴出する混合ガスの燃焼火炎を安定させることができる。
【００３１】
また、この高負荷燃焼時において燃焼用空気の流速分布が不均一になって一部の混合ユニット２８において燃焼用空気の流量が幾分少なくなったときには、図６（ａ）に示す燃焼状態となる。図６（ａ）において、このような燃焼用空気の供給状態においては、混合ユニット２８の第１及び第２混合流路３０，３２を流れる燃焼用空気の流速が幾分遅くなり、燃焼プレート１６の炎孔１８ａ，１８ｂから噴出する混合ガスの流速も幾分遅くなり、炎孔１８ａ，１８ｂにおける燃焼火炎の保炎がし易い状態となる。この状態においては、第１混合流路３０を流れる燃焼用空気の流速が幾分遅く、この燃焼用空気の運動エネルギーも、燃焼用空気の流量が幾分多い状態と比較して、幾分小さくなっている。このような状態にあるので、燃焼用空気の流量が幾分少ない状態は、燃焼用空気の流量が幾分多い状態に比して、燃料噴出ノズル４２のガス噴出口４４から噴出される燃料用ガスは、第１混合流路３０へ幾分少なく分配されるようになる。その結果、燃焼用空気の流量が幾分多い状態に比して、第１混合流路３０における混合ガスの空気比が幾分高くなる（燃料用ガスの濃度が幾分低くなる）が、第１混合流路３０の炎孔１８ａから噴出する混合ガスの流速が幾分遅いために、このような状態においても第１混合流路３０の炎孔１８ａから噴出する混合ガスの燃焼火炎は安定し、この安定した燃焼火炎でもって、第２混合流路３２の炎孔１８ｂから噴出する混合ガスの燃焼火炎を安定させることができる。
【００３２】
上述したように、このバーナ装置４においては、高負荷燃焼時に燃焼用空気の流速分布が不均一になったとしても、燃焼プレート１６の炎孔１８ａ，１８ｂから噴出する混合ガスの燃焼火炎を安定させることができる。
【００３３】
上述したバーナ装置４は、例えば、図７に示す媒体加熱装置に適用することができる。図７において、給湯器の如き媒体加熱装置１０２には、上述したバーナ装置２が装備され、媒体加熱装置１０２の装置本体１０４の底部に取り付けられている。このバーナ装置２の構成は、上述したと同様であり、その説明を省略する。
【００３４】
この装置本体１０４の前面上端部には排気口１０６が設けられ、装置本体１０４内には、バーナ装置２の燃焼により発生する燃焼ガスを排気口１０６に導く燃焼ガス流路１０８が設けられている。燃焼ガス流路１０８内には、所要の通りに湾曲した受熱管１１０が配設され、この受熱管１１０は、燃焼ガスとの間で熱交換する熱交換器１１２を構成する。この受熱管１１０を通して受熱媒体、例えば水（水道水）が矢印で示すように流れる。
【００３５】
この媒体加熱装置１０２においては、バーナ装置２が燃焼すると、燃焼によって生成される燃焼ガスは燃焼ガス流路１０８を通して排気口１０６から外部に排出される。このとき、受熱媒体（例えば、水）は受熱管１１０を通して流れ、かく受熱管１１０を通して流れる間に、受熱管１１０を流れる受熱媒体と燃焼ガス流路１０８を流れる燃焼ガスとの間で熱交換が行われて加熱され、加熱された受熱媒体が受熱管１１０から排出さる。この媒体加熱装置１０２では、上述したバーナ装置２を備えているので、受熱媒体の加熱時における燃焼振動を抑え、燃焼共鳴音の発生を防止することができる。
【００３６】
この媒体加熱装置１０２においては、バーナ装置２を下部に、熱交換器１１２を上部に配設した形態のものに適用して説明したが、これとは反対に、バーナ装置２を上部に、熱交換器１１２を下部に配設し、バーナ装置２を下向きに燃焼させる形態の媒体加熱装置にも同様に適用することができる。
【００３７】
以上、本発明に従うバーナ装置及びそれを備えた媒体加熱装置の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
【００３８】
例えば、上述した実施形態では、第１混合流路３０の両外側に第２混合流路３２を設けているが、このような構成に限定されず、第１混合流路３０の片側に第２混合流路３２を設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に従うバーナ装置を一部切り欠いて示す断面図。
【図２】図１のバーナ装置を示す平面から見た断面図。
【図３】図１のバーナ装置における一つの混合ユニット及びその近傍を示す断面図。
【図４】低負荷燃焼時の混合ユニットの燃料用ガスの流れを説明するための断面図。
【図５】高負荷燃焼時の燃焼用空気の流量が幾分多いときの混合ユニットにおける燃料用ガスの流れを説明するための断面図。
【図６】高負荷燃焼時の燃焼用空気の流量が幾分少ないときの混合ユニットにおける燃料用ガスの流れを説明するための断面図。
【図７】図１のバーナ装置を備えた媒体加熱装置を一部切り欠いて示す正面断面図。
【符号の説明】
【００４０】
２ バーナ装置
４ バーナ本体
１６ 燃焼プレート
１８，１８ａ，１８ｂ 炎孔
２０ 混合部
２４ 燃焼用空気供給手段
２８ 混合ユニット
３０ 第１混合流路
３２ 第２混合流路
３４，３６ ユニット壁
３８，４０ 仕切壁
４２ 燃料噴出ノズル
４４ ガス噴出口
４６ ガス供給孔
５０ 燃料用ガス供給手段
１０２ 媒体加熱装置
１０４ 装置本体
１０８ 燃焼ガス流路
１１０ 受熱管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料用ガスと燃焼用空気とを混合するための混合部と、複数の炎孔を有する燃焼プレートと、前記混合部に燃料用ガスを供給するための燃料用ガス供給手段と、前記混合部に燃焼用空気を供給するための燃焼用空気供給手段と、を備え、前記燃料用ガス供給手段から供給される燃料用ガスと前記燃焼用空気供給手段から供給される燃焼用空気とが前記混合部にて混合され、この混合された混合ガスが前記燃焼プレートの前記複数の炎孔から噴出して燃焼するバーナ装置であって、
前記混合部は所定方向に並設された複数の混合ユニットから構成され、前記複数の混合ユニットの各々は、それぞれ、前記燃焼プレートに向けて流れる燃焼用空気に燃料用ガスを混合するための第１及び第２混合流路と、燃料用ガスを噴出するためのガス噴出口を有する燃料噴出ノズルとを備えており、
各混合ユニットの前記第１及び第２混合流路は仕切壁を介して相互に隣接して設けられ、前記燃料噴出ノズルは前記第１混合流路に配設され、前記仕切壁には前記燃料噴出ノズルの前記ガス噴出口に対応してガス供給孔が設けられており、
高負荷燃焼時には、前記燃料噴出ノズルの前記ガス噴出口から噴出される燃料用ガスの噴出量が多く、前記ガス噴出口からの燃料用ガスの噴出量の多くが前記仕切壁の前記ガス供給孔を通して前記第２混合流路に供給され、また低負荷燃焼時には、前記燃料噴出ノズルの前記ガス噴出口から噴出される燃料用ガスの噴出量が少なく、前記ガス噴出口からの燃料用ガスの噴出量の多くが前記第１混合流路に供給されることを特徴とするバーナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のバーナ装置と、前記バーナ装置の前記燃焼プレートの前記複数の炎孔における混合ガスの燃焼によって生成される燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路と、熱を受ける受熱媒体が流れる受熱管と、を備え、前記受熱管が前記燃焼ガス流路内に配設され、前記燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスと前記受熱管を流れる受熱媒体との間で熱交換が行われることを特徴とする媒体加熱装置。
【請求項１】
燃料用ガスと燃焼用空気とを混合するための混合部と、複数の炎孔を有する燃焼プレートと、前記混合部に燃料用ガスを供給するための燃料用ガス供給手段と、前記混合部に燃焼用空気を供給するための燃焼用空気供給手段と、を備え、前記燃料用ガス供給手段から供給される燃料用ガスと前記燃焼用空気供給手段から供給される燃焼用空気とが前記混合部にて混合され、この混合された混合ガスが前記燃焼プレートの前記複数の炎孔から噴出して燃焼するバーナ装置であって、
前記混合部は所定方向に並設された複数の混合ユニットから構成され、前記複数の混合ユニットの各々は、それぞれ、前記燃焼プレートに向けて流れる燃焼用空気に燃料用ガスを混合するための第１及び第２混合流路と、燃料用ガスを噴出するためのガス噴出口を有する燃料噴出ノズルとを備えており、
各混合ユニットの前記第１及び第２混合流路は仕切壁を介して相互に隣接して設けられ、前記燃料噴出ノズルは前記第１混合流路に配設され、前記仕切壁には前記燃料噴出ノズルの前記ガス噴出口に対応してガス供給孔が設けられており、
高負荷燃焼時には、前記燃料噴出ノズルの前記ガス噴出口から噴出される燃料用ガスの噴出量が多く、前記ガス噴出口からの燃料用ガスの噴出量の多くが前記仕切壁の前記ガス供給孔を通して前記第２混合流路に供給され、また低負荷燃焼時には、前記燃料噴出ノズルの前記ガス噴出口から噴出される燃料用ガスの噴出量が少なく、前記ガス噴出口からの燃料用ガスの噴出量の多くが前記第１混合流路に供給されることを特徴とするバーナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のバーナ装置と、前記バーナ装置の前記燃焼プレートの前記複数の炎孔における混合ガスの燃焼によって生成される燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路と、熱を受ける受熱媒体が流れる受熱管と、を備え、前記受熱管が前記燃焼ガス流路内に配設され、前記燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスと前記受熱管を流れる受熱媒体との間で熱交換が行われることを特徴とする媒体加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−３２９５６４（Ｐ２００６−３２９５６４Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５６６７５（Ｐ２００５−１５６６７５）
【出願日】平成１７年５月３０日（２００５．５．３０）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月３０日（２００５．５．３０）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
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