JP3915501B2 - 燃焼装置、並びに、湯水加熱装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯器等に使用される燃焼装置に関するものである。また本発明は、給湯器等の湯水加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、給湯装置等に代表される湯水加熱装置には、石油等の液体燃料を噴霧して燃焼させる燃焼装置が多用されている。図１２は、燃料を噴霧して燃焼させる燃焼装置を内蔵した給湯装置の断面図である。図１２において、１００は給湯装置であり、１０１は燃焼装置である。図１２に示す燃焼装置１０１では、燃焼ケース１０２を有し、燃焼ケース１０２の下方に、熱交換器３が設けられている。なお熱交換器３は、当該燃焼ケース１０２に水管が挿通されたものである。
【０００３】
燃焼装置１０１は、燃料噴射ノズル１０３とノズル収納筒５と燃焼筒６と送風機７とを有する。燃料噴射ノズル１０３は、ノズル収納筒５内に収納され、外部から供給された燃料を燃焼筒６内に噴霧するものである。燃料噴射ノズル１０３の構造については後記する。
【０００４】
ノズル収納筒５は、燃焼筒６と接続されて一体化されたものであり、ノズル収納筒５は、燃料噴射ノズル１０３を直接内蔵するノズル収納内筒９と、その外側に設けられたノズル収納外筒１０とによる２重構造となっている。
そしてノズル収納筒５内には、前記した燃料噴射ノズル１０３の他、点火プラグ８が内蔵されており、当該点火プラグ８によって噴射ノズル１０３から噴射された燃料に点火される。
ノズル収納内筒９の側面およびノズル収納外筒１０の側面には、燃焼筒６の内部に空気を導入するための空気導入口が設けられている。
【０００５】
燃焼筒６は図１３に示す様に二段形状の筒体であり、ノズル収納筒５に接続された第１燃焼筒１１と、当該第１燃焼筒１１に連続する第２燃焼筒１２とから構成されている。
燃焼筒６の第１燃焼筒１１と、ノズル収納筒５の境界部分には、両者を仕切る第１フランジ部１５が設けられている。第１フランジ部１５は、中央に開口１４が設けられている。また第１フランジ部１５には、複数の第１気流旋回器１７が設けられている。
第１気流旋回器１７は、円周状に配列された複数の吹き出し口２０を有する。さらに、各吹き出し口２０には、空気を燃焼筒６の接線方向に向けて導入するための旋回羽根２１が設けられている。
【０００６】
第１燃焼筒本体１３の周部には、燃焼筒６の内部に空気を導入するための空気導入口１６が複数設けられている。
【０００７】
第２燃焼筒１２は、第１燃焼筒１１よりも大径の筒であり、両者の軸心は略一致している。第２燃焼筒１２と第１燃焼筒１１の接続部分は段状となっており、両者の間には第２フランジ部２３がある。
また、第２フランジ部２３には、複数の第２気流旋回器１８が設けられている。第２気流旋回器１８は、円周状に配列された複数の吹き出し口２６を有する。さらに、各吹き出し口２６には、旋回羽根２７が設けられており、この旋回羽根２７により空気が燃焼筒６の接線方向に向けて導入される。
第２燃焼筒本体２２の周部にも、前記した第１燃焼筒本体１３と同様に内部に空気を導入するための空気導入口２５が複数設けられている。
【０００８】
つぎに従来技術で採用されていた燃料噴射ノズル１０３の構造及びその配管系統について説明する。図１４は、従来技術の燃焼装置の燃料系統を示す概念図である。
従来技術で採用されていた燃料噴射ノズル１０３は、噴霧開口を有し、内部に噴霧開口に至る往き側流路と、噴霧開口から戻る戻り側流路が設けられている。 そして燃料噴射ノズル１０３の入り側に第１ポンプ１１１及び第２ポンプ１１２が直列的に接続されている。ここで第１ポンプ１１１は吐出量を任意に変更できる電磁ポンプであり、第２ポンプ１１２は、定差圧ポンプである。
【０００９】
また燃料噴射ノズル１０３の戻り側は、逆止弁１１３及び電磁弁１１４を介して第２ポンプ１１２の吸入側に接続されている。
【００１０】
従来技術の燃焼装置１０１では、燃料タンク１１５から供給された燃料が第１ポンプ１１１によって加圧され、第２ポンプ１１２の吸入側に供給される。燃料は第２ポンプ１１２によってさらに加圧されて燃料噴射ノズル１０３に入る。
そして加圧されて高圧状態の燃料は燃料噴射ノズル１０３突端の噴霧開口に至り、その一部が外部に開放されて霧状に噴射される。
また残余の燃料は第２ポンプの吸い込み側に戻される。
従来技術においては、燃料噴霧量の調節は、第１ポンプ１０１から吐出される燃料の流量を調節することにより行われていた。
【００１１】
また、上記した燃料噴射ノズル１０３に代わり、特開平５−３２２１５３号公報に開示されているような構成を有する燃料噴射ノズル１１６および配管系統が採用される場合もある。燃料噴射ノズル１１６は、電磁式の燃料噴射弁を備えている。また、燃料噴射ノズル１１６には、図１５に示すように燃料ポンプ１１７および燃料フィルタ１１８が直列的に接続されている。さらに燃料ノズル１１６には、前記燃料噴射弁の開閉を制御するコントロールユニット１２０が接続されている。また、燃料の流路には圧力センサ１２１が設けられている。圧力センサ１２１は、燃料噴射ノズル１１６への燃料の供給圧力を調整すべく、コントロールユニット１２０に接続されている。
【００１２】
燃料噴射ノズル１１６を採用した燃焼装置１０１では、燃料タンク１１５から供給された燃料が燃料ポンプ１１７で加圧され、燃料フィルタ１１８を経て燃料噴射ノズル１１６に入る。そして加圧されて高圧状態の燃料は、燃料噴射弁の開度に応じて所定の圧力で霧状に噴射される。
【００１３】
次に上記した燃焼装置１０１における空気の流れについて説明する。
前記した様に燃焼装置１０１は、送風機７を備え、送風機７により燃料の燃焼に必要な空気がノズル収納筒５及び燃焼筒６内に導入される。
すなわち燃焼装置１０１においては、空気は、送風機７により空気ケース２８内に送り込まれる。そして空気ケース２８に導入された空気の一部は、一次空気としてノズル収納筒５に導入される。すなわちノズル収納内筒９の側面に設けられた空気導入口３０からノズル収納内筒９内に空気が導入され、燃料噴射ノズル１０３の近傍で燃料と混合される。一次空気と混合された燃料が、開口１４から燃焼筒６内に流れ込む。
【００１４】
そして燃焼筒６に二次空気が導入され、燃焼筒６内において火炎が発生する。すなわち燃焼装置１０１の燃焼筒６には、第１気流旋回器１７、第２気流旋回器１８及び空気導入口１６，２５が設けられており、これらから燃焼筒６の内部に二次空気が導入され、燃焼に寄与する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで給湯器等の家庭用の燃焼機器は、低燃焼量から高燃焼量に渡って安定して燃焼することが必要である。すなわち家庭用の機器で採用される燃焼装置には、高い燃焼量絞り比(T.D.R Turn Down Ratio）が要求される。
【００１６】
しかしながら燃料噴射ノズル１０３を内蔵する燃焼装置１０１では、上記した様に、第１ポンプの吐出量のみによって燃料噴射ノズル１０３から噴霧される燃料の量を調節するものであったから、燃焼量絞り比を高くすることが困難であった。
すなわち従来技術の噴霧式燃焼装置では、第１ポンプ１１１に電磁ポンプを採用し、入力するパルスを変更することにより、燃料噴射ノズル１０３から吐出される燃料の流量自体を変化させていた。しかしながら電磁ポンプによって変更可能な流量領域は狭く、家庭用給湯器等に要求される燃焼量絞り比(T.D.R）を確保することができないという問題があった。
【００１７】
さらに従来技術においては、二次空気の供給についても欠点があり、家庭用給湯器等に要求される燃焼量絞り比に対応することができないという問題があった。
すなわち従来技術で採用する燃料噴射ノズル１０３は前記したように、燃料噴射ノズル１０３に供給する燃料の量を増減して燃料の噴射量を加減する。したがって従来技術で採用する燃料噴射ノズル１０３では、燃焼量が多い時と燃焼量が少ない時とで、噴射開口近傍の燃料の圧力が異なる。そのため燃料噴射ノズル１０３を使用すると、燃焼量が多い時と、燃焼量が少ない時とで、燃料噴射の初速や噴射パターンが大きく変化する。
【００１８】
また、燃料噴射ノズル１１６を採用した場合においても、燃焼量の多い時と少ない時とで、噴射開口近傍の燃料の圧力が異なる。即ち、燃料噴射ノズル１１６においては、燃料の噴射量を調整すべく圧力センサ１２１の検知信号に基づき、燃料噴射ノズル１１６に供給される燃料の圧力が調整されるが、燃焼量の増減により噴射開口近傍の燃料の圧力が変動してしまう。そのため燃料噴射ノズル１１６を使用しても、燃焼量が多い時と、燃焼量が少ない時とで、燃料噴射の初速や噴射パターンが大きく変化してしまう。
【００１９】
すなわち従来の給湯装置１００では、燃焼装置１０１における燃料の燃焼量が変化すると、燃料噴射ノズル１０３，１１６から燃焼筒６内に噴射される燃料の噴霧圧力および噴霧角度が変化する。
ここでこの種の燃焼装置では、効率よく燃焼させるための条件として、燃料に対して二次空気を供給するタイミングが重要である。より端的に説明すれば、燃料の噴霧パターンによって二次空気を供給すべき最適位置が異なる。
【００２０】
しかしながら燃焼筒６に二次空気を導入する空気導入口１６，２５等は、固定的なものとならざるを得ない。そのため従来技術の燃焼装置では、二次空気を導入する空気導入口１６，２５の位置や大きさは、予想される噴霧パターンの変化に対して最大公約数的な位置となっている。
【００２１】
そのため従来技術の燃焼装置１０１では、燃焼筒６内に拡散している燃料は、空気導入口１６，２５から供給された空気と混合されるが、空気導入口１６，２５は、第１燃焼筒１１および第２燃焼筒１２の所定の位置に設けられているため、燃焼装置１０１の燃焼量が大きく変動し、燃料の拡散範囲が変動すると、燃料の燃焼に適した位置に空気が到達せず、燃料中の空気量が不足する場合がある。
【００２２】
また燃焼筒６内に噴霧される燃料と空気の混合比が適当でないと、燃料の一部が燃焼されずに放出されたり、不完全燃焼を起こしたりする。すなわち、燃料と空気との混合比が不適切な場合は、燃焼装置１０１のエネルギー効率が低いばかりか、一酸化炭素等の有害ガスを排出してしまう。従って、燃焼装置１０１は、燃料を安定燃焼可能な燃焼量の範囲が大幅に制限されてしまうという問題を有する。
【００２３】
また、上記した給湯装置１００に代表される湯水加熱装置は、装置全体をなるべくコンパクトな構成とすることが望まれており、これに伴い燃焼装置１０１の占有体積も小さくならざるを得ない。燃焼装置１０１は、燃焼量の増減に伴い燃焼状態が変化するため、熱交換器３における熱交換効率に変動が生じ、湯水の加熱制御が複雑とならざるを得ないという問題がある。また、燃焼装置１０１は、燃焼状態が不均一であるため、熱交換器３に不均一な熱応力が作用し、熱交換器３の寿命が短くなってしまうという問題もある。
【００２４】
そこで本発明は、上記した問題点に鑑み、広範囲な燃焼量において安定して燃焼駆動できる燃焼装置および湯水加熱装置を提供することを目的とした。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決すべく提供される請求項１に記載の発明は、液体燃料を噴霧する噴霧手段と、該噴霧手段により噴霧された燃料を燃焼させる燃焼筒を有し、当該燃焼筒に空気導入口が設けられた燃焼装置において、前記噴霧手段は噴射開口近傍の燃料の圧力が一定の状態下において単位時間当たりの燃料噴射量を変更することが可能であり、噴霧手段から燃料が空気導入口又はその近傍に集中的に至る様に噴霧されるものであり、前記噴霧手段は、噴霧ノズルと、該噴霧ノズルに所定の圧力を印加する加圧手段と、前記噴霧ノズルからの燃料噴霧を断続させる燃料噴霧アクチュエータと、該燃料噴霧アクチュエータによる燃料噴霧の断続タイミングを制御することで前記噴霧ノズルから噴霧される燃料の噴霧量を制御する噴霧制御手段とを備え、前記噴霧ノズルの先端近傍には、あらかじめ定められた特定の方向に燃料を噴射する燃料噴射方向規制手段を設け、さらに、前記燃料噴射方向規制手段と前記燃料噴霧アクチュエータとの間に燃料を貯留する空間を設けたことを特徴とする燃焼装置である。
【００２６】
ここで「噴霧手段から燃料が空気導入口又はその近傍に集中的に至る様に噴霧される」とは、噴霧手段から空気導入口又はその近傍に向かって直接的に燃料が噴霧される場合の他、燃料が送風に巻き込まれて流れ、空気導入口又はその近傍に集中的に至る場合を含む趣旨である（請求項２においても同じ）。
【００２７】
請求項１に記載の構成によれば、燃料噴射量が変化しても燃焼筒内における燃料の拡散状態をほぼ均一とすることができる。よって、上記した燃焼装置において、燃焼筒内に噴射される燃料は、噴射量の大小にかかわらずほぼ均等に空気と混合される。従って、本発明の燃焼装置は、燃焼量にかかわらず燃焼駆動を安定して行える。
【００２８】
また、上記したような構成とすれば、燃焼筒内における燃料の拡散状態がほぼ均一であるため、燃料を燃焼させる際に空気を導入すべき位置のみに空気導入口を設ければよい。すなわち、かかる構成によれば、空気を導入すべき位置から集中的に空気を導入することができるため、燃料と空気とが確実に混合され、燃料の燃焼状態を一層安定化できる。
【００２９】
また、本発明の燃焼装置において燃焼筒内に噴霧される燃料は、直接或いは燃焼筒内の気流に乗るなどして空気導入口又はその近傍に集中的に至り、前記空気導入口から流入した空気と迅速かつ十分に混合される。よって、単位時間当たりの燃料噴射量がいかなる量であっても、燃料と空気との混合状態がほぼ均等であり、燃焼状態が安定している。また、燃焼状態が安定しているため、燃料の噴霧量が変化しても一酸化炭素等の有害ガスやススがほとんど発生しない。
【００３０】
請求項２に記載の発明は、液体燃料を噴霧する噴霧手段と、該噴霧手段により噴霧された燃料を燃焼させる燃焼筒を有し、当該燃焼筒に空気導入口が設けられた燃焼装置において、前記噴霧手段は一定の燃料噴霧速度及び一定の噴霧パターンを維持した状態下において単位時間当たりの燃料噴射量を変更することが可能であり、噴霧手段から燃料が空気導入口又はその近傍に集中的に至る様に噴霧されるものであり、前記噴霧手段は、噴霧ノズルと、該噴霧ノズルに所定の圧力を印加する加圧手段と、前記噴霧ノズルからの燃料噴霧を断続させる燃料噴霧アクチュエータと、該燃料噴霧アクチュエータによる燃料噴霧の断続タイミングを制御することで前記噴霧ノズルから噴霧される燃料の噴霧量を制御する噴霧制御手段とを備え、前記噴霧ノズルの先端近傍には、あらかじめ定められた特定の方向に燃料を噴射する燃料噴射方向規制手段を設け、さらに、前記燃料噴射方向規制手段と前記燃料噴霧アクチュエータとの間に燃料を貯留する空間を設けたことを特徴とする燃焼装置である。
【００３１】
かかる構成によれば、燃焼筒内における燃料の拡散範囲及び密度をほぼ一定とすることができる。すなわち、燃料の噴射量が変化しても、燃焼筒内における燃料と空気との混合状態を一定とすることができる。また、上記したような構成とすれば、燃焼筒内における燃料の拡散状態がほぼ均一であるため、燃料を燃焼させる際に空気を導入すべき位置のみに空気導入口を設け、空気を集中的に導入することでより一層火炎の安定化が図られる。よって、本発明の燃焼装置において、燃焼筒内に発生する火炎の状態は、燃焼量にかかわらず安定している。
【００３２】
また、本発明の燃焼装置において燃焼筒内に噴霧される燃料は、直接或いは燃焼筒内の気流に乗るなどして空気導入口又はその近傍に集中的に至り、空気と十分混合される。よって、上記燃焼装置は、燃焼量が変化し、燃焼筒内に噴射される単位時間当たりの燃料の量が変動しても、燃料と空気との混合状態が良好であり、燃焼駆動を安定して行える。
【００３３】
また上記したように、本発明の燃焼装置は、燃焼状態が安定しているため、燃料の不完全燃焼に伴う一酸化炭素などの有害ガスやススがほとんど発生しない。よって、前記燃焼装置は、環境に調和した燃焼駆動が可能であり、ススの堆積などによる装置の故障もほとんど起こらない。
【００３４】
請求項１，２に記載の燃焼装置によれば、燃料の燃焼量が変動しても、燃焼領域内に燃料をほぼ一定の拡散状態となるように噴霧することができる。また、燃焼領域内に噴霧される燃料は、燃料噴射方向規制手段により方向が制限されて噴霧されるため、燃焼量にかかわらず常に一定の方向に噴霧される。一方、燃焼領域内に導入される空気は、常に燃焼領域内の所定の位置に導入される。よって、前記燃焼領域内において、燃料と空気とは、燃焼量にかかわらず常に一定の混合状態となり燃焼される。従って、本発明の燃焼装置は、燃焼量の増減に左右されることなく常に燃焼状態が安定しており、湯水を高効率かつ精度よく加熱することができる。
【００３５】
また、請求項１，２に記載の燃焼装置において、燃料噴射ノズルは、燃料噴射方向規制手段と燃料噴霧アクチュエータとの間に燃料を貯留する空間を有し、燃料を噴霧しなければならないときには、常に燃料噴射ノズルの先端近傍に燃料が貯留されている。そのため、燃焼量の増減に伴って燃料の噴霧量が変化しても、噴霧すべき量の燃料を噴霧すべきタイミングで的確に噴霧でき、安定した燃焼駆動が可能である。
【００３６】
請求項３に記載の発明は、噴霧手段から燃料が空気導入口又はその近傍を目標として噴霧されることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼装置である。
【００３７】
かかる構成によれば、噴霧手段から噴霧される燃料は、確実に空気導入口あるいはその近傍に集まる。従って、燃料は、空気と迅速かつ十分に混合されて完全燃焼できる。また、燃料が完全燃焼でき、噴霧された燃料の量に応じた燃焼量が得られるため、エネルギー効率が高い。さらに、燃料の不完全燃焼による一酸化炭素などの有害ガスやススの発生を抑制できる。
【００３８】
請求項４に記載の発明は、噴霧手段は、燃料に圧力を印加する加圧手段と、噴霧制御手段を有し、当該噴霧制御手段が、燃料の噴霧を断続的にあるいは周期的な強弱をもって行わしめるものであり、噴霧の断続あるいは強弱のタイミングを制御することによって単位時間当たりの燃料噴射量を変更することができることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００３９】
かかる構成によれば、単位時間当たりの燃料噴射量を容易かつ的確に調整しつつ、燃焼筒内における燃料の拡散状態を均一とすることができる。よって、本発明の燃焼装置によれば、燃料と空気とが確実に混合され、燃焼駆動により燃焼筒内に発生する火炎を燃焼量にかかわらず安定化できる。
【００４０】
また、本発明の燃焼装置は、燃焼筒内における燃料の拡散状態がほぼ均一であるため、燃料を燃焼させる際に空気を導入すべき位置のみに空気導入口を設け、集中的に空気を導入する構成とすることができる。かかる構成によれば、燃料と空気とが確実に混合され、燃料の燃焼状態をより一層安定化できる。
【００４１】
本発明の燃焼装置は、燃焼状態が安定しているため、燃料の不完全燃焼に伴う一酸化炭素などの有害ガスやススがほとんど発生しない。よって、前記燃焼装置は、環境に調和した燃焼駆動が可能であり、ススの堆積などによる装置の故障もほとんど起こらない。
【００４２】
本発明の燃焼装置は、液体燃料を噴霧する噴霧手段を有し、噴霧手段から噴霧された燃料を燃焼させる燃焼装置において、前記噴霧手段は、燃料に圧力を印加する加圧手段と、燃料の噴霧を断続的にあるいは周期的な強弱をもって行わしめる噴霧制御手段を有し、噴霧の断続あるいは強弱のタイミングを制御することによって単位時間当たりの燃焼量を変更することができることを特徴とするものであってもよい。
【００４３】
上記した燃焼装置において、燃料は、噴霧制御手段により断続的にあるいは周期的な強弱をもって噴霧されるため、燃料を均一に拡散しつつ単位時間当たりの燃焼量を調整することができる。すなわち、上記した構成の燃焼装置は、燃焼量が変化しても、燃焼駆動により形成される火炎の状態は変化しない。そのため、前記燃焼装置は、燃焼量にかかわらず燃料と空気との混合状態がほぼ一定であり、いかなる燃焼量であっても安定して燃焼駆動することができる。
【００４４】
また、上記燃焼装置は、燃焼状態が安定しているため、燃料の噴霧量が変化しても一酸化炭素等の有害ガスがほとんど発生しない。さらに、ススの発生量も少ないため、本発明の燃焼装置は、ススの堆積による故障や燃焼不良がほとんど起こらない。
【００４５】
請求項５に記載の発明は、送風機を有し、さらに燃焼筒は、その周囲に複数の空気導入口を有し、前記送風機によって発生した送風が空気導入口から燃焼筒内に導入されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００４６】
かかる構成によれば、燃焼筒内に噴霧された燃料の燃焼に必要な空気を確実に供給でき、燃焼駆動を安定して行える。よって、本発明の燃焼装置によれば、燃焼筒内に噴霧された燃料が確実に燃焼し、供給された燃料の量に見合った発熱量を得ることができる。また、燃料の大部分が完全燃焼するため、燃料が燃焼して発生する燃焼ガス中には一酸化炭素などの有害ガスやススはほとんど含まれず、これらによる環境破壊や装置の故障が発生しない。
【００４７】
また、本発明の燃焼装置は、燃焼筒内における燃料の拡散状態がほぼ均一であるため、燃料を燃焼させる際に空気を導入すべき位置のみに空気導入口を設け、集中的に空気を導入する構成とすることができる。かかる構成によれば、燃料と空気とが確実に混合され、燃料の燃焼状態をより一層安定化できる。
【００４８】
請求項６に記載の発明は、燃料は一定のパターン及び／又は一定の気流に沿って流れ、燃焼筒の内周近傍に至り、当該燃料が流れ至たる部位に空気導入口が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００４９】
かかる構成によれば、燃料は、燃焼筒の内周近傍において空気と十分かつ確実に混合され完全燃焼される。また、燃料が完全燃焼されるため、エネルギー効率が高く、噴霧された燃料の量に相応する発熱量が得られる。さらに、燃料の不完全燃焼による一酸化炭素などの有害ガスの発生がほとんどない。
【００５０】
請求項７に記載の発明は、燃料の噴霧はデューティ比制御によって断続され、単位時間当たりの燃料噴射量が変更されるものであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００５１】
かかる構成によれば、単位時間当たりの燃料噴射量が、前記単位時間中に占める噴射時間の割合で決定されるため、噴霧手段から噴霧される燃料の噴霧状態が均一である。よって、燃焼量が変化し燃料噴射量が変更されても、燃料の拡散状態が一定であるため、空気と燃料との混合状態もほぼ一定である。そのため、上記燃焼装置は、燃焼量にかかわらずほぼ一定の燃焼状態を維持でき、安定して燃焼駆動できる燃焼量範囲が広い。
【００５２】
請求項８に記載の発明は、燃焼部と、水を加熱する熱交換部と、送風機を有し、燃焼部で発生した燃焼ガスを熱交換部に送り、熱交換部で水を加熱する湯水加熱装置において、燃焼部には請求項１乃至７のいずれかに記載の燃焼装置が装着され、送風機の送風が燃焼装置に導入されることを特徴とする湯水加熱装置である。
【００５３】
上記した燃焼装置は、要求される燃焼量の大小にかかわらず、安定した燃焼駆動が可能であり、要求される燃焼量に相応した熱エネルギーを放出することができる。すなわち、上記した湯水加熱装置は、燃焼量が変化しても、要求に応じて的確に熱エネルギーを熱交換部に付与することができる。よって、本発明の湯水加熱装置は、燃焼部における燃焼可能範囲が広く、湯水を幅広い温度範囲で精度よく加熱できる。
【００５４】
また、請求項８に記載の湯水加熱装置は、燃焼ケースを有し、当該燃焼ケースに燃焼装置が取り付けられ、さらに燃焼ケースに水管が挿通されて熱交換部が構成されていることを特徴とするものであってもよい（請求項９）。
【００５５】
さらに、請求項８に記載の湯水加熱装置は、水が溜められる貯湯部と、貯湯部を貫通する燃焼ガス通路部を有し、燃焼部で発生した燃焼ガスを燃焼ガス通路部に導入して貯湯部内の水を加熱することを特徴とするものとすることも可能である（請求項１０）。
【００５６】
上記した本発明の湯水加熱装置は、燃料を燃焼する燃焼領域と、該燃焼領域に燃料を噴霧する噴霧手段を有し、水若しくは湯を加熱する湯水加熱装置において、前記噴霧手段は、噴霧ノズルと、該噴霧ノズルに所定の圧力を印加する加圧手段と、前記噴霧ノズルからの燃料噴霧を断続させる燃料噴霧アクチュエータと、該燃料噴霧アクチュエータによる燃料噴霧の断続タイミングを制御することで前記噴霧ノズルから噴霧される燃料の噴霧量を制御する噴霧制御手段とを備え、前記燃焼領域には、燃料の燃焼に要する燃焼用空気を特定の位置から供給する空気導入口を配置すると共に、前記噴霧ノズルの先端近傍には、あらかじめ定められた特定の方向に燃料を噴射する燃料噴射方向規制手段を設けたことを特徴とするものであってもよい。
【００５７】
かかる構成によれば、燃焼に要する燃料がいかなる量であっても、燃焼領域内に燃料をほぼ一定の拡散状態となるように噴霧することがでる。また、燃焼領域内に噴霧される燃料は、燃料噴射方向規制手段により噴射の方向が制限されるため、燃焼量にかかわらず常に一定の方向に噴霧される。一方、空気は、空気導入口が燃焼領域の特定の位置に設けられているため、常に燃焼領域内の所定の位置に導入される。よって、前記燃焼領域内に導入された燃料と空気とは、燃焼量にかかわらず常に一定の混合状態となり燃焼される。従って、上記した構成の湯水加熱装置は、燃焼量にかかわらず燃料の燃焼状態が常にほぼ一定であり、湯水を高効率かつ精度よく加熱することができる。
【００５８】
上記した本発明の湯水加熱装置は、燃料を燃焼する燃焼領域と、該燃焼領域に燃料を噴霧する噴霧手段を有し、水若しくは湯を加熱する湯水加熱装置において、前記噴霧手段は、噴霧ノズルと、該噴霧ノズルに所定の圧力を印加する加圧手段と、前記噴霧ノズルからの燃料噴霧を断続させる燃料噴霧アクチュエータと、該燃料噴霧アクチュエータによる燃料噴霧の断続タイミングを制御することで前記噴霧ノズルから噴霧される燃料の噴霧量を制御する噴霧制御手段とを備え、前記燃焼領域には、燃料の燃焼に要する燃焼用空気を特定の位置から供給する空気導入口を配置すると共に、前記噴霧ノズルの先端近傍には、あらかじめ定められた特定の方向に燃料を噴射する燃料噴射方向規制手段を設け、さらに、前記燃料噴射方向規制手段と前記燃料噴霧アクチュエータとの間に燃料を貯留する空間を設けたことを特徴とするものであってもよい。
【００５９】
かかる構成によれば、燃料の燃焼量が変動しても、燃焼領域内に燃料をほぼ一定の拡散状態となるように噴霧することがでる。また、燃焼領域内に噴霧される燃料は、燃料噴射方向規制手段により方向が制限されて噴霧されるため、燃焼量にかかわらず常に一定の方向に噴霧される。一方、燃焼領域内に導入される空気は、常に燃焼領域内の所定の位置に導入される。よって、前記燃焼領域内において、燃料と空気とは、燃焼量にかかわらず常に一定の混合状態となり燃焼される。従って、本発明の湯水加熱装置は、燃焼量の増減に左右されることなく常に燃焼状態が安定しており、湯水を高効率かつ精度よく加熱することができる。
【００６０】
また、上記した構成のの湯水加熱装置において、燃料噴射ノズルは、燃料噴射方向規制手段と燃料噴霧アクチュエータとの間に燃料を貯留する空間を有し、燃料を噴霧しなければならないときには、常に燃料噴射ノズルの先端近傍に燃料が貯留されている。そのため、燃焼量の増減に伴って燃料の噴霧量が変化しても、噴霧すべき量の燃料を噴霧すべきタイミングで的確に噴霧でき、安定した燃焼駆動が可能である。
【００６１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態である給湯装置（湯水加熱装置装置）および燃焼装置について説明する。なお、本実施形態の給湯装置および燃焼装置は、上記した従来の燃焼装置１０１とほぼ同様の構成を有するため、共通する部分については同一の符号を付し、詳細の説明については省略する。図１は、本実施形態の給湯装置の要部の一部を破断した正面図である。また、図２は、図１の給湯装置に採用されている燃焼装置を示す図である。図３は、本実施形態の燃焼装置が具備している燃料噴射ノズルの断面図である。
【００６２】
図１において、１は本実施形態の給湯装置（湯水加熱装置）である。また、図２において、２は本実施形態の給湯装置１に用いられる燃焼装置である。４は本実施形態の燃焼装置２に採用される燃料噴射ノズルである。本実施形態の燃焼装置は、従来の燃焼装置１０１と同様に、端部が開放したノズル収納筒５と、ノズル収納筒５の端部に接続された燃焼筒６と、燃焼筒６内に空気を送り込む送風機７とを備えている。
【００６３】
本実施形態の燃焼装置２は、ノズル収納筒５に内蔵されている燃料噴射ノズルの構造が大きく異なる。本実施形態において、ノズル収納筒５に内蔵されている燃料噴射ノズル４は、図３に示すような構造を有し、極めて短い時間で断続的に開閉する機能を備える。すなわち燃料噴射ノズル４は、本体ケース４１内にアクチュエータ４２と、アクチュエータ４２を駆動させるための電磁コイル４３と、アクチュエータ４２に連動する弁４４とを有する。本体ケース４１の端部には、内部に燃料を供給するための燃料供給部４５が設けられている。
【００６４】
本体ケース４１の内部には、燃料供給部４５から供給された燃料が流通する燃料流路４７が設けられている。
本体ケース４１の先端には、ノズルチップ５０が取り付けられている。ノズルチップ５０には、燃料の流出口５１が複数放射状に設けられており、これらは燃料噴射方向規制手段として機能する。
【００６５】
また本体ケース４１には、接続端子４８が設けられている。接続端子４８は、電磁コイル４３に接続されており、接続端子４８に電流を供給すると電磁コイル４３が励磁される。その結果、本体ケース４１内のアクチュエータ４２が駆動し、アクチュエータ４２と連動する弁４４が開く。すなわち本実施形態で採用する燃料噴射ノズル４は、接続端子４８に電流が供給されている間、弁４４が開き、電流が停止すると弁４４が閉じる。弁４４は、極めて鋭敏に反応し、瞬間的に開閉される。
【００６６】
また接続端子４８には、図４に示すように弁４４の開閉を制御するための噴霧制御手段４９が接続されている。噴霧制御手段４９は、電磁コイル４３にパルス電流を供給するものである。上記した様に、本実施形態で採用される燃料噴射ノズル４は、接続端子４８に電流が供給されている間、弁４４が開き、電流が停止すると弁４４が閉じるので、供給されるパルスがＯＮである時に瞬間的に弁４４が開き、ＯＦＦになると瞬間的に弁４４が閉じる。
【００６７】
また本実施形態では、燃料噴射ノズル４は、要求される燃焼量に応じてデューティー比制御される。すなわち必要な燃焼量に応じてパルスのＯＮ時間が変化し、弁４４が開いている時間が変わる。より具体的には、要求される燃焼量が多い場合は、パルス周期あたりのＯＮ時間が長く、長い時間、弁４４が開いている。逆に要求される燃焼量が少ない場合は、パルス周期あたりのＯＦＦ時間が長く、弁４４が閉止している時間が相対的に長い。本実施形態で採用する燃料噴射ノズル４は、こうして燃料噴射を断続し、断続のタイミングを制御することにより総燃焼量を変化させる。
【００６８】
また本実施形態では、燃料噴射ノズル４の燃料供給部４５に加圧手段たるポンプ５２が直列的に接続されている。ここでポンプ５２は、流量に係わらず常時一定の吐出圧を保持する機能を備えている。
【００６９】
したがって、本実施形態では、燃料の噴射量に係わらず、弁４４には常時一定の圧力が掛かっている。
そして前記した様に、接続端子４８にパルス電流が流れると、弁４４が開いてノズルチップ５０側に燃料が流れ、ノズルチップ５０から燃料が噴射される。
ここで前記した様に、本実施形態では、燃料の噴射量に係わらず、弁４４には常時一定きの圧力が掛かっているから、接続端子４８にパルス電流が流れて弁４４が開き、ノズルチップ５０側に燃料が流れた時におけるノズルチップ５０周辺の燃料の圧力は一定である。
そのため接続端子４８に供給されるパルス電流がＯＮになった時は、ノズルチップ５０から常に一定量（単位時間あたり）の燃料が、一定の速度で、一定の角度に向かって噴射される。
従ってパルス電流がＯＮになった時に燃料噴射ノズル４から燃料が噴射されるが、燃料噴射ノズル４から噴射される燃料の噴霧パターンは、常に一定である。 また本実施形態では、燃料噴射ノズル４は、要求される燃焼量に応じてデューティー比制御されるので、燃料噴射ノズル４は噴射開口近傍の燃料の圧力が一定の状態下において単位時間当たりの燃料噴射量を変更することが可能である。
【００７０】
この様に、本実施形態では、圧力調整されノズルチップ５０に至った燃料は、燃料の噴射量にかかわらず所定の噴霧圧力で流出口５１から燃焼筒６内に放射状に噴霧され、燃焼筒６内で一定の噴霧パターンを描く。
したがって本実施形態では、一定の燃料噴霧速度及び一定の噴霧パターンを維持した状態下において単位時間当たりの燃料噴射量を変更することが可能である。
そして本実施形態では、燃料噴射ノズル４から噴射される燃料の圧力は、燃焼筒６に設けられた空気導入口１６，２５あるいはその近傍に集中的に到達するように調整されている。
図６に示す実施形態では、燃料噴射ノズル４から噴射される燃料の圧力、及び噴射角度は、燃焼筒６の第２燃焼筒本体２２の周部に設けられた空気導入口２５に直接的に到達する様に調整されている。
【００７１】
よって、燃料噴射ノズル４から噴射された燃料の大部分は、空気導入口２５から流入した空気と十分攪拌・混合される。その結果、燃料噴射ノズル４から噴射された燃料は、大部分が容易に完全燃焼できる。
【００７２】
また、本実施形態の燃焼装置２において、燃焼筒６は、従来の燃焼装置１０１と同様に第１燃焼筒１１と第２燃焼筒１２とが接続されたものであるが、一部の構造が従来のものと異なる。
以下、従来技術と異なる点に重点をおいて説明する。
本実施形態において、第１燃焼筒本体１３および第２燃焼筒本体２２に設けられている空気導入口１６，２５は、燃料噴射ノズル４から噴射される燃料が一定のパターン及び／又は一定の気流に乗った際に、燃料が流れ至る部位にのみに設けられている。そのため、空気導入口１６，２５の数は、従来の燃焼装置１０１の場合に比べて少ない。従って、空気導入口１６，２５から燃焼筒６内に流入する空気は、燃料噴射ノズル４から噴射された燃料が到達する位置に集中的に流れ込み、燃料と空気との攪拌を一層促進させる。
【００７３】
また、燃焼装置２の燃焼筒６は、第２燃焼筒１２の構造が従来のものと異なる。図６は、燃焼筒６を開口側から観察した斜視図である。図７は、本実施形態における第２燃焼筒１２近傍の拡大斜視図である。第２燃焼筒１２に設けられた第２気流旋回器１８の吹き出し口２６の後方には、環状の旋回空気調整板６５が設けられている。旋回空気調整板６５は、その前面（下面）が第２燃焼筒１２の第２フランジ部２３の後面（上面）と密着するように取り付けられている。旋回空気調整板６５には、第２気流旋回器１８の吹き出し口２６の位置にあわせて旋回空気調整板空気孔６６が形成されており、送風機７からの空気が旋回空気調整板空気孔６６を経由して吹き出し口２６に供給される。吹き出し口２６から第２燃焼筒１２内に吹き込む気流は、ほぼ第２フランジ部２３の前面に沿う。旋回空気調整板空気孔６６の大きさは、吹き出し口２６より十分小さいため、第２気流旋回器１８から流入する空気の量は、ほぼ旋回空気調整板空気孔６６の大きさにより調整される。
【００７４】
図６，７に示すように、第２気流旋回器１８の複数の吹出し口２６の下流（図６，７では上方）に、中心部に円孔を有する円板形状の邪魔板６７が第１燃焼筒１１及び第２燃焼筒１２と同軸に設けられている。邪魔板６７は、第２燃焼筒本体２２の内周面６８にスポット溶接されている。そして邪魔板６７、第２フランジ部２３及び第２燃焼筒本体２２の内壁によって、三方が囲まれ、第２フランジ部２３にそった環状の流路６９が形成される。
【００７５】
吹出し口２６の各々から第２燃焼筒１２内に流入する空気は、吹出し口２６からほぼ接線方向に吹き出された後、第２燃焼筒本体２２の周壁面に衝突して方向を転じるが、燃焼装置２における下流方向には邪魔板６７が存在するため、環状の流路６９に沿って旋回しながら中心方向へ向きを変えて流れることになる。そのため、燃料および未燃焼ガスは中心方向に押し込まれながら混合する。その結果、燃料噴射ノズル４から噴射された燃料の一部で、空気導入口１６，２５あるいはその近傍に到達できなかった燃料も空気と十分混合され、完全燃焼する。
【００７６】
また本実施形態では、燃焼筒６の下方に、図５に示すような燃料拡散部材５５が取り付けられている。燃料拡散部材５５は、中心に円板部５６を有し、脚部５７によって円板部５６を支持する構成となっている。脚部５７は、断面形状が略「コ」字形をしている。脚部５７は、円板部５６に対してやや傾斜して取り付けられている。
【００７７】
燃料拡散部材５５の両端部分には、取り付け部５８が形成されている。取り付け部５８は水平部５９を有する。水平部５９の略中央部には、ネジ挿通孔６０が設けられている。水平部５９の先端側は折り返され、折り返し部６１が形成されている。すなわち、本実施形態において、取り付け部５８は、鉤状の形状であり、係合部として機能する。燃料拡散部材５５は、取り付け部５８を燃焼筒６の下方に係合させ、ネジ挿通孔６０を介してネジ止めすることで固定されている。燃料噴射ノズル４から噴射される燃料は、燃料拡散部材５５により攪拌が一層促進され、燃焼筒６内に噴霧される。
【００７８】
本実施形態の燃焼装置２は、燃料が燃焼量にかかわらず一定の圧力で燃焼筒６内に噴霧されるため、燃焼筒６内における燃料の噴霧状態が常にほぼ一定である。そのため、燃焼装置２は、いかなる燃焼条件の下でも、空気と燃料との混合状態が良好であるため燃料は完全燃焼でき、一酸化炭素の発生量や未燃ガスの排出量を最小限に抑制できる。また、本実施形態の燃焼装置２では、燃焼筒６内における空気とガスの攪拌作用が大きいため、局所的な高温領域が形成されにくく、窒素酸化物の発生量も最小限に抑制できる。さらに、燃焼装置２において、燃料の大部分が完全燃焼されるため、ススの発生量が少なく、第１燃焼筒１１と第２燃焼筒１２との境界部に形成される段部や第２燃焼筒本体２２などのススが付着し易い部分にもほとんどススが付着しない。
【００７９】
以上説明した実施形態では、図６に示す様に、燃料噴射ノズル４から噴射される燃料の圧力、及び噴射角度は、燃焼筒６の第２燃焼筒本体２２の周部に設けられた空気導入口２５に直接的に到達する様に調整された構成を例示した。
しかし燃焼筒６内に生じる旋回流によっては、図８に示すように空気導入口２５に届かない範囲に噴射されることが望ましい場合もある。すなわち図８に示す実施形態では、燃料噴射ノズル４から噴射される燃料の噴射角度は、空気導入口２５に向かうものの、その圧力は、先の実施形態よりも低く、燃料は、空気導入口２５の近傍に噴射されることとなる。
【００８０】
なお、図８に示す実施形態では、第一フランジ部１５に板状の流路形成部材７０が嵌合され、流路形成部材７０と第一フランジ部１５との間に４ケの管状空気流路７１が形成されている。
すなわち、板状の流路形成部材７０は、プレス、溶接等により製造されるものであり、外形形状が円板状であって、その外径は、第一フランジ部１５のそれと等しい。また流路形成部材７０の中心には、開口７２が設けられている。開口７２の直径は、前記した第一フランジ部１５の開口１４に等しい。そして流路形成部材７０には、一面に４ケの管状空気流路７１が設けられている。管状空気流路７１は、いずれも外周から中心の開口近傍に至る長さである。管状空気流路７１の先端は開放されている。
管状空気流路７１は、第一フランジ部１５の表面と前記した流路形成部材７０の合致面の空隙によって形成される。
【００８１】
各管状空気流路７１は、その基部に空気導入口７４を、また、その先端に空気ノズル７３を有する。これらは、先の実施形態における第一フランジ部１５に設けられていた第一気流旋回器１７に代わるものである。空気ノズル７３から吹き出す空気は底面視で時計回りに旋回して保炎効果を加える。
【００８２】
またさらに図９に示すようにように複数の空気導入口２５の間に燃料を噴射してもよい。
なお図９に示す実施形態は、円板形状の邪魔板６７を持たない。
【００８３】
また図１０に示す例は、円板形状の邪魔板６７を持たず、且つ管状空気流路７１を備えた例である。図１０に示す実施形態では、管状空気流路７１は、流路に中途にも空気吹き出し口を持つ。
【００８４】
また、上記した実施形態は、いずれも段状の燃焼筒を採用したが、本発明では段形状に限定されるものではない。すなわち、本発明の燃焼装置では、燃料の量にかかわらず燃料の噴霧パターンが一定であるから、燃焼筒を段状にする必要性に乏しい。そのため、単一直径の燃焼筒やテーパ状の燃焼筒を採用することも可能である。
【００８５】
また、上記した実施形態では、燃料噴射ノズルはパルスに応じて断続的に燃料噴射するものを採用した。すなわち、上記した実施形態では、パルスがＯＦＦの時は燃料噴射を停止する。しかしながら、上述の説明は弁４４のリークを許さないものではなく、実際上は僅かに燃料が噴射される場合が多い。また、積極的にパルスがＯＦＦの場合にも僅かに燃料を噴射せてもよい。すなわち、パルスがＯＦＦの時に燃料噴射を完全に停止させると、燃焼装置が失火する場合がある。そのため、パルスがＯＦＦの時に燃料を僅かに噴射させ失火を防ぐ。この場合は、燃料の噴射は周期的な強弱をもって行われることとなる。
【００８６】
続いて本発明の第２実施形態の給湯装置について説明する。なお、本実施形態において、上記第１実施形態の給湯装置と同一の部分については、同一の符号を付し、詳細の説明については省略する。
【００８７】
図１１は、本実施形態の給湯装置を示す模式図である。図１１において、８０は本実施形態の給湯装置である。給湯装置８０は、いわゆる貯湯式給湯装置である。給湯装置８０は、大別して本体部８１と燃焼部８２と消音器８３により構成されている。
【００８８】
本体部８１は、大きく燃焼空間部８４と貯湯部８５とに分かれている。燃焼部８２と燃焼空間部８４とは、貯湯部８５内に貯留される熱媒体を加熱する加熱手段８６として機能する。本体部８１は、全体形状が円筒形であり、２重構造となっており、その内部に湯水を貯留するための貯湯部８５が形成されている。貯湯部８５には、複数の燃焼ガス通路８７が形成されている。燃焼ガス通路８７は、貯湯部８５を軸方向に貫通する貫通孔である。
【００８９】
燃焼部８２には、上記実施形態におけるものと同一の燃焼装置２が採用されており、本体部８１の下方に位置する燃焼空間部８４に接続されている。燃焼装置２は、ノズル収納筒５と燃焼筒６と送風機７とを有し、燃焼筒６の開口端が燃焼空間部８４側を向くように配置されている。
【００９０】
一方、本体部８１の上部には、消音器８３が設けられている。消音器８３は、内部がラビリンス構造となっており、燃焼音を低減させるものである。なお、図１１において、消音器８３のラビリンス構造は図示せず省略している。
【００９１】
貯湯部８５には、湯水が流れる流水回路９０が接続されている。流水回路９０は、カランなどに接続され外部に湯水を流出する、いわゆる給湯回路である。流水回路９０は、入水口８８に接続され外部から水を給水する給水回路９１と、出湯口８９に接続され貯湯部８５において加熱された湯水が流れる高温湯回路９２と、給水回路９１から分岐されたバイパス回路９３とを有し、要求に応じて外部に湯水を供給するものである。
【００９２】
バイパス回路９３を流れるバイパス水量は、バイパス水量調節弁９４によって調節される。給湯される湯水の温度は、高温湯回路９２を流れる高温の湯水と、バイパス回路９３を流れる冷水とを混合することで調節される。高温湯回路９２とバイパス回路９３との混合部分の下流側には、水量サーボ９５と出湯センサ９６とが設けられており、出湯センサ９６によって検知された温度が前記したバイパス水量調節弁９４等にフィードバックされると共に、水量サーボ９５によって総水量が調節される。給水回路９１には、水量センサ９８と、温度センサ９９とが設けられている。貯湯部８５内の湯水の温度が８０℃程度となる様に燃焼装置２における燃焼量が調整される。
【００９３】
燃焼装置２は、貯湯部８５内の湯水の温度が８０℃程度となる様に燃焼量が調整される。すなわち、貯湯部８５内の湯水の温度に基づき、噴霧制御手段４９は、電磁コイル４３に流す電流をデューティー比制御して弁４４の開閉を行い、単位時間当たりの燃料の噴霧量を調整し、燃焼装置２の燃焼量を調整する。
【００９４】
燃料噴射ノズル４の噴射開口近傍の燃料は圧力が一定であるため、燃料は噴霧量にかかわらず一定の拡散状態で燃焼筒６内に噴霧される。また、燃料噴射ノズル４の先端に設けられたノズルチップ５０には、放射状に流出口５１が設けられているため、流出口５１から噴霧された燃料は、空気導入口１６，２５およびその近傍に向けて噴霧される。燃焼筒６内に噴霧された燃料の大部分は、第１燃焼筒１１および第２燃焼筒１２に設けられた空気導入口１６，２５あるいはその近傍に到達し、送風機７から送り込まれた空気と十分混合される。よって、燃料噴射ノズル４から噴霧された燃料の大部分は、噴霧量の多少にかかわらず完全燃焼し、高温の燃焼ガスを発生する。
【００９５】
また、上記した実施形態と同様に、燃焼筒６の内部には、第１気流旋回器１７および第２気流旋回器１８により空気の旋回流が発生している。燃料噴射ノズル４から噴射された燃料の一部で、空気導入口１６，２５およびその近傍に到達できなかった燃料は、前記した空気の旋回流により空気と十分に混合され、完全燃焼して高温の燃焼ガスを発生する。
【００９６】
上記したように、燃焼装置２において、燃料は、燃焼量の多少にかかわらずほぼ同様の拡散状態となるように噴霧され、完全燃焼される。よって、燃焼装置２によれば、燃料の噴霧量に応じた燃焼ガスが発生し、この燃焼ガスが燃焼ガス通路８７を通過し熱交換を行うため、貯湯部８５内の湯温を的確に調整できる。すなわち、本実施形態の給湯装置８０は、燃焼部８２に燃焼装置２を採用しているため、エネルギー効率が高く、燃焼量絞り比(T.D.R) も大きい。
【００９７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、燃焼量にかかわらず燃焼筒内において発生する火炎の状態が安定しており、燃料を完全燃焼することができる。
【００９８】
請求項２に記載の発明によれば、燃焼筒内における燃料の拡散状態がほぼ一定であり、燃料と空気とを十分に混合することができる。よって、請求項２に記載の燃焼装置は、燃焼量にかかわらず燃焼駆動の安定性が高い。
【００９９】
請求項３に記載の発明によれば、噴霧手段から噴霧された燃料は、確実に空気導入口あるいはその近傍に集まり、空気と十分に混合される。よって、本発明の燃焼装置は、燃焼量にかかわらず燃料を完全燃焼できる。
【０１００】
請求項４に記載の発明によれば、単位時間当たりの燃料噴射量を的確に調整しつつ、燃焼筒内における燃料の拡散状態を均一とすることができる。
【０１０１】
本発明の燃焼装置は、燃焼量にかかわらず燃料と空気との混合状態をほぼ一定とすることができるため、いかなる燃焼量であっても安定して燃焼駆動することができる。
【０１０２】
請求項５に記載の発明によれば、燃料を噴射量にかかわらず所定の方向あるいは位置に噴射することができる。
【０１０３】
請求項６に記載の燃焼装置は、燃焼筒内に噴霧された燃料が燃焼するのに必要な空気を確実に供給できるため、燃焼駆動を安定して行える。
【０１０４】
請求項７に記載の構成によれば、燃料は、燃焼筒の内周近傍において空気と十分かつ確実に混合されるため容易に完全燃焼される。
【０１０５】
請求項８に記載の構成によれば、燃料の噴射量が変更されても、空気と燃料との混合状態をほぼ一定とすることができる。よって、本発明の燃焼装置は、燃焼量が変化してもほぼ一定の燃焼状態を維持できる。
【０１０６】
請求項９に記載の発明によれば、燃焼筒内の燃料と空気とを確実に混合し、完全燃焼することができる。
【０１０７】
請求項１０に記載の発明によれば、湯水を幅広い温度範囲で精度よく加熱することができる。
【０１０８】
上記した構成によれば、燃焼ケース内に挿通された水管内の湯水の温度を幅広い温度範囲で加熱することができる。
【０１０９】
上記した構成によれば、貯湯部内に貯留された湯水の温度を精度よく調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態の給湯装置の要部の一部を破断した正面図である。
【図２】 図１の給湯装置に採用されている燃焼装置である。
【図３】 本発明の一実施形態の燃焼装置が具備している燃料噴射ノズルの断面図である。
【図４】 本発明の一実施形態の燃焼装置の燃料系統を示す概念図である。
【図５】 本発明の一実施形態の燃焼装置が具備している燃料拡散部材の斜視図である。
【図６】 本発明の一実施形態の燃焼装置を開口側から観察した斜視図である。
【図７】 本発明の一実施形態における燃焼装置の第２燃焼筒近傍の拡大斜視図である。
【図８】 本発明の他の実施形態の燃焼装置を開口側から観察した斜視図である。
【図９】 本発明のさらに他の実施形態の燃焼装置を開口側から観察した斜視図である。
【図１０】 本発明のさらに他の実施形態の燃焼装置を開口側から観察した斜視図である。
【図１１】 本発明の一実施形態の給湯装置を示す模式図である。
【図１２】 燃料を噴霧して燃焼させる燃焼装置を内蔵した給湯装置の断面図である。
【図１３】 従来技術の燃焼装置を開口側から観察した斜視図である。
【図１４】 従来技術の燃焼装置の燃料系統を示す概念図である。
【図１５】 従来技術の燃焼装置の別の燃料系統を示す概念図である。
【符号の説明】
１，８０ 給湯装置（湯水加熱装置）
２ 燃焼装置
３ 熱交換器
４ 燃料噴射ノズル
６ 燃焼筒
７ 送風機
１６，２５ 空気導入口
４６ 加圧手段
４９ 噴霧制御手段
５１ 流出口（燃料噴射方向規制手段）
５５ 燃料拡散部材
６５ 旋回空気調整板
７０ 流路形成部材
８２ 燃焼部
８５ 貯湯部
８７ 燃焼ガス通路

Claims (10)

1. 液体燃料を噴霧する噴霧手段と、該噴霧手段により噴霧された燃料を燃焼させる燃焼筒を有し、当該燃焼筒に空気導入口が設けられた燃焼装置において、前記噴霧手段は噴射開口近傍の燃料の圧力が一定の状態下において単位時間当たりの燃料噴射量を変更することが可能であり、噴霧手段から燃料が空気導入口又はその近傍に集中的に至る様に噴霧されるものであり、前記噴霧手段は、噴霧ノズルと、該噴霧ノズルに所定の圧力を印加する加圧手段と、前記噴霧ノズルからの燃料噴霧を断続させる燃料噴霧アクチュエータと、該燃料噴霧アクチュエータによる燃料噴霧の断続タイミングを制御することで前記噴霧ノズルから噴霧される燃料の噴霧量を制御する噴霧制御手段とを備え、前記噴霧ノズルの先端近傍には、あらかじめ定められた特定の方向に燃料を噴射する燃料噴射方向規制手段を設け、さらに、前記燃料噴射方向規制手段と前記燃料噴霧アクチュエータとの間に燃料を貯留する空間を設けたことを特徴とする燃焼装置。
2. 液体燃料を噴霧する噴霧手段と、該噴霧手段により噴霧された燃料を燃焼させる燃焼筒を有し、当該燃焼筒に空気導入口が設けられた燃焼装置において、前記噴霧手段は一定の燃料噴霧速度及び一定の噴霧パターンを維持した状態下において単位時間当たりの燃料噴射量を変更することが可能であり、噴霧手段から燃料が空気導入口又はその近傍に集中的に至る様に噴霧されるものであり、前記噴霧手段は、噴霧ノズルと、該噴霧ノズルに所定の圧力を印加する加圧手段と、前記噴霧ノズルからの燃料噴霧を断続させる燃料噴霧アクチュエータと、該燃料噴霧アクチュエータによる燃料噴霧の断続タイミングを制御することで前記噴霧ノズルから噴霧される燃料の噴霧量を制御する噴霧制御手段とを備え、前記噴霧ノズルの先端近傍には、あらかじめ定められた特定の方向に燃料を噴射する燃料噴射方向規制手段を設け、さらに、前記燃料噴射方向規制手段と前記燃料噴霧アクチュエータとの間に燃料を貯留する空間を設けたことを特徴とする燃焼装置。
3. 噴霧手段から燃料が空気導入口又はその近傍を目標として噴霧されることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼装置。
4. 噴霧手段は、燃料に圧力を印加する加圧手段と、噴霧制御手段を有し、当該噴霧制御手段が、燃料の噴霧を断続的にあるいは周期的な強弱をもって行わしめるものであり、噴霧の断続あるいは強弱のタイミングを制御することによって単位時間当たりの燃料噴射量を変更することができることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼装置。
5. 送風機を有し、さらに燃焼筒は、その周囲に複数の空気導入口を有し、前記送風機によって発生した送風が空気導入口から燃焼筒内に導入されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃焼装置。
6. 燃料は一定のパターン及び／又は一定の気流に沿って流れ、燃焼筒の内周近傍に至り、当該燃料が流れ至たる部位に空気導入口が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の燃焼装置。
7. 燃料の噴霧はデューティ比制御によって断続され、単位時間当たりの燃料噴射量が変更されるものであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の燃焼装置。
8. 燃焼部と、水を加熱する熱交換部と、送風機を有し、燃焼部で発生した燃焼ガスを熱交換部に送り、熱交換部で水を加熱する湯水加熱装置において、燃焼部には請求項１乃至７のいずれかに記載の燃焼装置が装着され、送風機の送風が燃焼装置に導入されることを特徴とする湯水加熱装置。
9. 燃焼ケースを有し、当該燃焼ケースに燃焼装置が取り付けられ、さらに燃焼ケースに水管が挿通されて熱交換部が構成されていることを特徴とする請求項８に記載の湯水加熱装置。
10. 水が溜められる貯湯部と、貯湯部を貫通する燃焼ガス通路部を有し、燃焼部で発生した燃焼ガスを燃焼ガス通路部に導入して貯湯部内の水を加熱することを特徴とする請求項８に記載の湯水加熱装置。

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