JP5376868B2

JP5376868B2 - 燃焼器用部材および燃焼器

Info

Publication number: JP5376868B2
Application number: JP2008217489A
Authority: JP
Inventors: 敏羽木; 久敏伊藤; 良碩伊原
Original assignee: Toho Gas Co Ltd
Current assignee: Toho Gas Co Ltd
Priority date: 2008-08-27
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2028-08-27
Also published as: JP2010054089A

Description

本発明は、燃焼器用部材および燃焼器に関するものである。

従来、家庭用・業務用の加熱機器として、例えば、電気ヒータが広く用いられている。一般に、この種の電気ヒータは、化石燃料の持つエネルギーの多くを発電・送電時に失っているため、化石燃料に対するエネルギー利用効率は約４割程度であると言われている。

近年、地球環境に対する負荷を抑制するなどの観点から、一層の省エネ化が進められており、加熱機器についてもエネルギーの有効利用を図る試みが盛んに行われるようになっている。

このような背景の下、電気ヒータの代替品として、マイクロコンバスタと呼ばれる燃焼器が提案されている。このマイクロコンバスタは、化石燃料の燃焼熱を直接利用することができるので、約６割ものエネルギーを失う発電過程を省略することができる。そのため、大幅な省エネルギー化を図ることができる技術として期待されている。

例えば、特許文献１および特許文献２には、外部から中心部に向かって予混合ガスを供給する渦巻状の予混合ガス流路と、中心部で燃焼により生じた排気ガスを外部へ排出する渦巻状の排気ガス流路とが、伝熱壁で仕切られてなる１層構造の燃焼器が開示されている。

また例えば、特許文献３には、渦巻状のガス流路をそれぞれ形成した予混合室および燃焼室の２つを積層した２層構造の燃焼器が開示されている。

この２層構造の燃焼器では、外部から供給された予混合ガスは、予混合室内の渦巻状のガス流路を通って予混合室の中心部に至る。予混合室の中心部に至った予混合ガスは、予混合室と燃焼室との間の伝熱隔壁に形成された消炎孔より、燃焼室の中心部に噴出される。燃焼室の中心部で燃焼により生じた排気ガスは、燃焼室内の渦巻状のガス流路を通って燃焼室の外部へ排出される。

特開２００７−８２６７６号公報特開２００７−８５６１８号公報特開２００７−１５５２１６号公報

しかしながら、従来の燃焼器は、以下の点で改良の余地があった。

すなわち、従来の燃焼器は、複数回巻かれた渦巻状のガス流路を用いている（例えば、特許文献１〜３の燃焼器は、８回巻き程度）。このような渦巻状のガス流路を有する燃焼器用部材は、鋳造や研削加工等によって形成せざるを得ない。それ故、量産性が悪いといった問題があった。また、鋳造や研削加工等によると、薄肉化難しく、高い熱効率を得る観点からも不利である。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明が解決しようとする課題は、量産性に優れ、高い熱効率を得やすい燃焼器用部材、また、これを用いた燃焼器を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る燃焼器用部材は、金属板面に、略一巻きで外周から中心部に至るガス流路を有し、前記ガス流路の流路幅は、ガスの流れ方向に沿って増減し、前記ガス流路は、蛇行状に形成され、前記金属板の厚みは、１〜４ｍｍの範囲内にあり、前記ガス流路の外周に、気密パッキンを嵌め込む溝部が形成されていることを要旨とする。

また、上記燃焼器用部材は、燃焼器の予混合室を形成するため、あるいは、燃焼器の燃焼室を形成するために用いられるものであると良い。

上記燃焼器用部材が燃焼器の燃焼室を形成するために用いられるものである場合、上記ガス流路の流路幅は、中心部側の端部において最大にされていると良い。

本発明に係る燃焼器は、上記燃焼器用部材を有することを要旨とする。

本発明に係る燃焼器用部材は、金属板面に、略一巻きで外周から中心部に至るガス流路を有している。このガス流路は、略一巻きで外周から中心部に至る形状であるので、金属板をプレス成形することにより形成することができる。そのため、量産性に優れる。また、鋳造や研削加工等による場合に比べて、低廉なコストで製造することが可能となる。また、流路壁を薄肉化しやすいので、熱効率も向上させやすい。

また、上記ガス流路の流路幅を、ガスの流れ方向に沿って増減させているため、ガス流路内を流れるガスの滞留時間を稼ぎやすくなる。そのため、例えば、ガスの予熱等、熱交換を行いやすくなる。また、上記ガス流路が蛇行状に形成されているため、同様の作用効果が得られる。

また、上記金属板の厚みが１〜４ｍｍの範囲内にあるため、プレス成形性と熱効率との両立性に優れる。

また、上記ガス流路の外周に気密パッキンを嵌め込む溝部が形成されているため、燃焼器の気密性を確保しやすくなる。

上記燃焼器用部材が燃焼器の燃焼室を形成するために用いられる場合、上記ガス流路の流路幅が、中心部側の端部において最大にされているときには、この部分で生じる燃焼による高温の火炎が流路壁に触れ難くなる。そのため、高温な火炎が流路壁と接触することにより熱を奪われ難くなり、ＣＯ濃度の低減に寄与しやすくなる。

本発明に係る燃焼器は、上記燃焼器用部材を用いているので、量産性に優れる。また、薄肉化により高い熱効率を実現することができる。また、従来に比べ、低廉なコストで製造することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る燃焼器用部材（以下、「本部材」ということがある。）、および、本発明の一実施形態に係る燃焼器（以下、「本燃焼器」）について説明する。

図１は、本部材の一例を示した平面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。図３は、本部材の他の一例を示した平面図である。図４は、図３におけるＢ−Ｂ断面図である。

図１に示した本部材１０は、燃焼器の予混合室を形成するために好適に用いることができる。また、図３に示した本部材１０は、燃焼器の燃焼室を形成するために好適に用いることができる。

これらの図に示すように、本部材１０は、基本的に金属板から構成されており、金属板面には、ガス流路１２が形成されている。

本部材１０において、ガス流路１２は、略一巻きで外周から中心部に至っている（略一巻きで中心部から外周に至っている）。ガス流路１２を、略一巻きで外周から中心部に至る形状とすることで、平坦な金属板をプレスし、ガス流路１２を形成することが可能になる。したがって、プレス成形性を損なわない範囲内であれば、ガス流路１２は、当該流路が一巻きする直前に外周と中心部とが連結されていても良いし、当該流路が一巻きした直後に外周と中心部とが連結されていても良い。

また、ガス流路１２は、外周から中心部に至るまでの間に、自身の流路壁同士が接触しないようにされていることが好ましい。プレス成形性を向上させることができるからである。

ガス流路１２の流路幅は、燃焼器全体の大きさ等を考慮して適宜決定することができる。この際、ガス流路１２の流路幅は、ガス（予混合ガスや排気ガス等）の流れ方向に沿って増減させる、つまり、ガス流路１２の流路幅が狭くなったり、広くなったりするように設計されていると良い。

ガス流路１２内を流れるガスの滞留時間を稼ぎやすくなるため、燃焼器に適用した場合に、ガスの予熱等、熱交換を行いやすくなるからである。このような効果は、ガス流路１２を、蛇行状に形成することでも得ることができる。なお、ガス流路１２の流路幅を増減させたり、ガス流路１２を蛇行状に形成するには、流路内側に向かって流路壁を交互に突出させるなどすれば良い。

本部材１０を、燃焼器の燃焼室を形成するために用いる場合、図３に示すように、ガス流路１２は、中心部側の端部において流路幅が最大にされていると良い。ガス流路１２の中心部側の端部にて燃焼による火炎が形成されるので、この部分の流路幅が最大にされておれば、燃焼空間が広くなり、高温の火炎が流路壁に触れ難くなる。そのため、高温の火炎が流路壁と接触して熱を奪われ難くなり、ＣＯ濃度の低減に寄与しやすくなるからである。

また、ガス流路１２の中心部側とは反対側の端部の流路幅は、中心部に至るまでの流路幅よりも広く形成されていると良い。予混合ガスの導入口１４（図１）や排気ガスの排気口１６（図３）から各ガスを比較的ゆっくりと導入・排出させることが可能となるため、燃焼器に適用した場合に熱交換効率を向上させることが可能になるからである。

本部材１０を構成する金属板の材質としては、例えば、ステンレス鋼、銅、銅合金などを例示することができる。

また、金属板の厚みは、１〜４ｍｍの範囲内にあると良い。金属板の厚みが１ｍｍ未満になると、プレス成形性が悪くなるし、強度も低下する。一方、金属板の厚みが４ｍｍを越えると、燃焼器に適用した場合に熱効率が悪化しやすくなるからである。金属板の厚みが１〜４ｍｍの範囲内にある場合には、プレス成形性と熱効率とを両立させやすい。

本部材１０は、ガス流路１２の外周に、Ｏリング等の気密パッキンを嵌め込む溝部１８が形成されていることが好ましい。燃焼器の気密性を確保しやすくなるからである。

なお、燃料器の予混合室を形成する側の本部材１０に溝部１８を形成した場合を例示したが、燃料器の燃焼室を形成する側の本部材１０にも同様の溝部が形成されていても良い。

次に、本燃焼器について説明する。本燃焼器は、基本的に、伝熱隔壁を介して、燃焼室と予混合室とが積層された２層構造を有している。本燃焼器は、上述した本部材を構成部材として有している。本燃焼器は、燃焼室が本部材により構成されていも良いし、予混合室が本部材により構成されていても良い。あるいは、燃焼室および予混合室の両方が本部材により構成されていても良い。

なお、燃焼室または予混合室の何れか一方が本部材により構成されている場合、他方の予混合室または燃焼室は、鋳造や研削加工等により形成された物であっても良い。燃焼室または予混合室の何れか一方に本部材を適用するだけでも本発明の効果が得られるからである。

本燃焼器は、好ましくは、量産性に優れる、製造コストの低廉化等の観点から、燃焼室および予混合室の両方が本部材により構成されていると良い。以下、この場合について図面を用いて説明する。

図５は、本燃焼器の一例を模式的に示した断面図である。図５において、２４は、図１に示した本部材１０による予混合室であり、２６は、図１に示した本部材１０による燃焼室である。すなわち、本燃焼器２０は、伝熱隔壁２２を挟んで、図１に示した本部材１０（上側）のガス流路形成面と、図２に示した本部材１０（下側）のガス流路形成面とが対向するように積層されている。なお、上記積層は、気密性を保つことができれば、何れの方法により行われていても良く、例えば、接合、ねじ等による締結などの方法を利用することができる。

伝熱隔壁２２の材質には、例えば、ステンレス鋼、銅、銅合金等などを用いることができる。伝熱隔壁２２には、予混合室２４のガス流路１２の中心部側端部と、燃焼室２６のガス流路１２の中心部側端部とを連通する消炎孔（不図示）が形成されている。これにより、予混合室２４側から燃焼室２６側に向かって予混合ガスを噴出させることができる。

本燃焼器２０では、伝熱隔壁２２に消炎孔を直接形成せずに、消炎孔を有するセラミック体を伝熱隔壁２２に嵌め込む構成を採用することもできる。このようにした場合には、消炎孔周辺の耐熱性が向上するため、燃焼室２６内の火炎による高熱によって比較的小さな消炎孔が酸化されたり、変形したりし難くなる。それ故、本燃焼器２０の耐久性を向上させることが可能となる。

そして、本燃焼器２０の燃焼室２６側のガス流路１２の中心部側端部に、例えば、イグナイタ、セラミックヒータなどの着火手段（不図示）の着火点を配置をすれば、本燃焼器を用いて燃焼を行うことができる。

本燃焼器２０では、導入口１４から導入された予混合ガスは、予混合室２４のガス流路１２に沿って流れ、ガス流路１２の中心部側端部に至る。ガス流路１２の中心部側端部に至った予混合ガスは、伝熱隔壁２２の消炎孔より燃焼室２６のガス流路１２の中心部側端部に噴出される。噴出された予混合ガスは、着火手段により着火されて、火炎が形成されて燃焼が始まる。燃焼により生じた排気ガスは、燃焼室２６のガス流路１２に沿って外周方向へ流れ、排出口１６から排出される。

以上、本発明の一実施形態に係る燃焼器用部材および燃焼器について説明したが、上記実施形態は本発明を何ら限定するものではなく、種々の変形・改良などが可能なものである。

本実施形態に係る燃焼器用部材（予混合室側）の一例を示した平面図である。図１におけるＡ−Ａ断面図である。本実施形態に係る燃焼器用部材（燃焼室室側）の一例を示した平面図である。図３におけるＢ−Ｂ断面図である。本実施形態に係る燃焼器の一例を模式的に示した断面図である。

符号の説明

１０燃焼器用部材
１２ガス流路
１４導入口
１６排気口
１８溝部
２０燃焼器
２２伝熱隔壁
２４予混合室
２６燃焼室

Claims

金属板面に、略一巻きで外周から中心部に至るガス流路を有し、
前記ガス流路の流路幅は、ガスの流れ方向に沿って増減し、
前記ガス流路は、蛇行状に形成され、
前記金属板の厚みは、１〜４ｍｍの範囲内にあり、
前記ガス流路の外周に、気密パッキンを嵌め込む溝部が形成されていることを特徴とする燃焼器用部材。
燃焼器の予混合室を形成するために用いられることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器用部材。
燃焼器の燃焼室を形成するために用いられることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器用部材。
前記ガス流路の流路幅は、中心部側の端部において最大にされていることを特徴とする請求項３に記載の燃焼器用部材。
請求項１または２に記載の燃焼器用部材を有することを特徴とする燃焼器。