JP2009030908A - 燃焼装置、並びに、潜熱回収給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、未燃燃料の落下が発生しても安全性が損なわれない燃焼装置の提供を課題とする。
【解決手段】上記課題を解決するため、本発明は、液体燃料を燃焼し、下方に向けて火炎を形成する燃焼部２と、燃焼部２の燃焼に伴い発生した燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路６と、燃焼ガス流路６の途中であって燃焼部２の下流側に配置されて燃焼ガスの主として顕熱を回収する１次熱交換器２７と、燃焼ガス流路６の途中であって１次熱交換器２７の下流側に配置されて燃焼ガスの主として潜熱を回収する２次熱交換器２８と、燃焼ガス流路６の途中であって１次熱交換器２７から２次熱交換器２８までの間に配置されて燃焼ガス流路６内に落下した液体燃料の燃焼により発生する火炎を検知する火炎検知手段１１とを具備することを特徴とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼装置に関するものであり、特に液体燃料を下方に向けて噴霧して燃焼する燃焼部を備えた燃焼装置に関する。

従来より、下記の特許文献１に開示されているような燃焼装置が、風呂への湯水の落とし込みや給湯用として採用されている。特許文献１は、燃料を下方に向けて噴霧して燃焼する、いわゆる逆燃式の燃焼部を備えた燃焼装置である。この燃焼装置は、燃焼部の下流側に燃焼により発生した高温の燃焼ガスと熱交換を行う熱交換部と、当該熱交換部を通過した燃焼ガスを外部に排出する排気部とを備えている。
特開２０００−７４５００号公報

従来の逆燃式の燃焼装置の大部分は、燃焼部から排気部にかけて上下方向に連通した構成となっている。この種の燃焼装置では、燃料の噴霧圧の変動等のように何らかの外乱が作用した場合に、噴霧された燃料の一部が燃焼しきれずに下方に落下してしまい、本来火炎が形成されるべきでない排気部内に溜まる場合がある。

燃料を横向きあるいは上向きに噴霧して燃焼する燃焼装置であれば、噴霧された燃料の一部が燃焼しきれずに落下した場合、その燃料は本来火炎が形成されるべき燃焼場内に落下する。即ち、燃料を横向きあるいは上向きに噴霧する燃焼装置では、噴霧された燃料の一部が燃焼しきれずに落下しても、本来火炎が形成されるべき燃焼場内に落下するに過ぎない。そのため、燃料を横向きあるいは上向きに噴霧する燃焼装置では、落下した燃料が何らかの理由で着火しても、本来火炎が形成されるべき燃焼場において燃焼するだけであり、燃料が落下しても燃焼装置の安全性に影響を与えない。

しかし上記したように、逆燃式の燃焼装置では、本来火炎が形成されるべきでない部位に燃料が落下する可能性がある。このように、本来存在すべきでない部位に燃料が落下した状態で燃焼装置が動作を継続すると、燃料が着火してしまい、煙が発生して不信感を与える懸念がある。

そこで本発明は、上記問題に鑑み、主として顕熱を回収する１次熱交換器と、主として潜熱を回収する２次熱交換器とを具備する燃焼装置において、未燃燃料の落下が発生しても不信感を与えない燃焼装置の提供を目的とした。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、液体燃料を燃焼し、下方に向けて火炎を形成する燃焼部と、燃焼部の燃焼に伴い発生した燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路と、燃焼ガス流路の途中であって燃焼部の下流側に配置されて燃焼ガスの主として顕熱を回収する１次熱交換器と、燃焼ガス流路の途中であって１次熱交換器の下流側に配置されて燃焼ガスの主として潜熱を回収する２次熱交換器と、燃焼ガス流路の途中であって１次熱交換器から２次熱交換器までの間に配置されて燃焼ガス流路内に落下した液体燃料の燃焼により発生する火炎を検知する火炎検知手段とを具備することを特徴とした。

本発明の燃焼装置は、燃焼部の下流側に主として顕熱を回収する１次熱交換器が配置され、１次熱交換器の下流側に主として潜熱を回収する２次熱交換器が配置されている。このような構成の燃焼装置では、燃焼部で発生した燃焼ガスが１次熱交換器および２次熱交換器の二段階で冷却される。そのため燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路のうち２次熱交換器よりも下流の領域では、燃焼ガスが十分に冷却されるので、燃焼ガス流路内に落下した液体燃料が燃焼ガスによって燃焼する可能性が低い。

これに対し、燃焼ガス流路の１次熱交換器から２次熱交換器までの領域に存在する燃焼ガスは、未だ高温であり、燃焼ガス流路内に落下した液体燃料が十分着火し得る。

本発明の燃焼装置では、燃焼ガス流路内に落下した燃料が燃焼する可能性が高い１次熱交換器から２次熱交換器までの間に火炎検知手段が配置されている。かかる構成によれば、火炎検知手段による火炎の検知精度を向上させて燃焼ガス流路内における火炎の発生を的確に検知することができ、燃焼装置の安全性を向上させることができる。

また同様の課題を解決すべく提供される請求項２の発明は、液体燃料を燃焼し、下方に向けて火炎を形成する燃焼部と、燃焼部の燃焼に伴い発生した燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路と、燃焼ガス流路の途中であって燃焼部の下流側に配置されて燃焼ガスの主として顕熱を回収する１次熱交換器と、燃焼ガス流路の途中であって１次熱交換器の下流側に配置されて燃焼ガスの主として潜熱を回収する２次熱交換器と、燃焼ガス流路の途中であって１次熱交換器の下流側、かつ、燃焼部の直下に配置されて燃焼ガス流路内に落下した液体燃料の燃焼により発生した火炎を検知する火炎検知手段とを具備することを特徴とした。

本発明の燃焼装置は、液体燃料を燃焼し、下方に向けて火炎を形成する燃焼部を備えている。このような構成の燃焼装置では、燃料の一部が燃焼しきれずに下方に落下してしまうことがある。そのため燃焼部の直下の領域は、落下した液体燃料が溜まりやすい。また燃焼ガス流路の１次熱交換器の下流側、かつ、燃焼部の直下の領域については、流れる燃焼ガスが未だ高温の状態にあり、この領域内に落下した液体燃料が十分に着火し得る環境にある。また実験上、燃焼部の直下を外れた領域に着火源を近づけた場合であっても、直下を外れた領域ではなく燃焼部の直下領域で火炎が発生することがわかっている。

本発明の燃焼装置では、燃焼ガス流路内に落下した燃料が燃焼する可能性が高い１次熱交換器の下流側、かつ、燃焼部の直下に火炎検知手段を配置している。かかる構成によれば、火炎検知手段による火炎の検知精度を向上させて燃焼ガス流路内における火炎の発生を的確に検知することができ、燃焼装置の安全性を向上させることができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、燃焼ガス流路は、燃焼部が形成する火炎の形成方向に対して交差する方向に延伸した集合排気部を有し、２次熱交換器は、集合排気部内に配置されることを特徴とした。

本発明の燃焼装置は、集合排気部が、燃焼部の形成する火炎の形成方向と交差する方向に延伸している。そのため集合排気部の底面には燃焼部から落下した液体燃料が溜まりやすい。本発明の燃焼装置では、この集合排気部に２次熱交換器を配置し、２次熱交換器の熱交換によって、この領域を流れる燃焼ガスの温度を低下させて集合排気部の底面に溜まった液体燃料が着火するのを防止することができる。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、１次熱交換器と２次熱交換器との間には、燃焼ガスの流れ方向と交差する仕切手段が設けられており、火炎検知手段は、燃焼ガス流路の途中であって１次熱交換器と仕切手段との間に配置されることを特徴とした。

本発明の燃焼装置は、１次熱交換器と２次熱交換器との間に、燃焼ガスの流れ方向と交差する仕切手段が設けられている。そのため、仕切手段の１次熱交換器側には、燃焼しきれずに落下した液体燃料が溜まりやすい。また燃焼ガス流路のうち１次熱交換器と仕切手段との間の領域は、流れる燃焼ガスが未だ高温の状態にあり、この領域に落下した液体燃料が十分に着火し得る環境にある。

本発明の燃焼装置では、燃焼ガス流路内に落下した燃料が燃焼する可能性が高い１次熱交換器と仕切手段との間に火炎検知手段を配置している。かかる構成によれば、火炎検知手段による火炎の検知精度を向上させて燃焼ガス流路内における火炎の発生を的確に検知することができ、燃焼装置の安全性を向上させることができる。

請求項５の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、燃焼ガス流路は、燃焼部が形成する火炎の形成方向に対して交差する方向に延伸した集合排気部を有し、火炎検知手段は、集合排気部の底部近傍に配置されることを特徴とした。

本発明の燃焼装置は、集合排気部が、燃焼部の形成する火炎の形成方向と交差する方向に延伸している。そのため集合排気部の底面には燃焼部から落下した液体燃料が溜まりやすい。また集合排気部の特に上流側は、流れる燃焼ガスが未だ高温の状態にあり、この領域内に溜まった液体燃料が着火する可能性がある。

本発明の燃焼装置では、燃焼ガス流路内に落下した燃料が燃焼する可能性のある集合排気部の底部近傍に火炎検知手段が配置されている。かかる構成によれば、燃焼ガス流路内における火炎の発生を的確に検知することができ、燃焼装置の安全性を向上させることができる。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、火炎検知手段は、温度を検知することにより排気流路内に落下した液体燃料の燃焼で発生する火炎を検知することを特徴とした。

本発明の燃焼装置では、燃焼ガス流路内の雰囲気温度の上昇や、火炎が火炎検知手段に直接触れることによる温度上昇といった温度変化を検知し、これに基づいて燃焼ガス流路内において発生する火炎を確実に検知することができる。

請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の燃焼装置を備えたことを特徴とする潜熱回収給湯装置である。

これにより、燃焼ガス流路内における火炎の発生を的確に検知することができ、未燃燃料の落下が発生しても不信感を与えない潜熱回収給湯装置を提供することができる。

本発明は、燃焼ガス流路内における火炎の発生を的確に検知することができ不信感を与えない燃焼装置を提供することができる。

続いて本発明の一実施形態である燃焼装置について、図面を参照しながら詳細について説明する。図１は、本発明の一実施形態である燃焼装置の内部構成を示す正面図である。また図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。図４は、集合排気部の内部空間を示す斜視図である。図５は、図１に示す燃焼装置の燃料系統図である。図６は、図１に示す燃焼装置の制御フローを示すフローチャート図であり、図７は、図６の制御フローのサブルーチンを示すフローチャート図である。図８は、図１に示す燃焼装置の変形例を示す正面図であり、図９は、図８のＡ−Ａ断面図である。

図１において、１は本実施形態の燃焼装置である。燃焼装置１は、熱源として燃焼部２を備えており、燃焼部２の下方に燃焼ケース３と熱交換器４（熱交換部）と排気部５とを備えている。燃焼ケース３および排気部５は、燃焼部２における燃焼動作に伴い発生する燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路６として機能する。燃焼ケース３は、燃焼部２の下流である下方に配置され、図示しないセラミックで構成された耐熱性を有するパッキンを介在させることにより燃焼部２と気密に接続されている。

排気部５は、燃焼ケース３の下流側に配置され、直接連通した集合排気部７と、集合排気部７に連通した消音部８と、ガス排出部１０とにより構成されている。
集合排気部７は、燃焼部２の下流側に配置され、燃焼部２が形成する火炎の形成方向に対して交差する方向に延伸した部位である。即ち、集合排気部７は、燃焼ケース３内を下方に向けて流れる燃焼ガスが集合する部分であり、燃料ガスの流れ方向が火炎の形成方向に対して横方向に変換される部分である。

図４に示すように、集合排気部７の内部には、水平部材５３（仕切手段）および鉛直部材５４が配置されている。水平部材５３は、燃焼ケース３から下方の集合排気部７に流入する燃焼ガスの流れ方向と交差する板材であり、集合排気部７の内部空間を上下に区分する。鉛直部材５４は、火炎の形成方向に対して横方向に変換された燃焼ガスの流れ方向と交差する板材であり、集合排気部７の内部空間を上流側および下流側に区分する。水平部材５３と鉛直部材５４とは互いに交差しており、水平部材５３と鉛直部材５４によって集合排気部７の内部空間は、第１排気空間５５、第２排気空間５６、第３排気空間５７および第４排気空間５８と４つの空間に大別されている。また水平部材５３および鉛直部材５４には、所定の位置に連通口８５，８６，８７が設けられている。

第１排気空間５５は、集合排気部７の上側であって上流側に形成された空間であり、第２排気空間５６の上方であって、第４排気空間５８の上流側に配置されている。第１排気空間５５は、上方が燃焼ケース３に開口しており、図４に矢印Ａで示すように燃焼ケース３から燃焼ガスが流入する部分である。また第１排気空間５５は、底面になる水平部材５３に連通口８５が設けられており、この連通口８５を介して第２排気空間５６と連通している。第１排気空間５５と第４排気空間５８とは、鉛直部材５４によって区分されており連通されていない。

第２排気空間５６は、集合排気部７の下側であって上流側に形成された空間であり、第１排気空間５５の下方であって、第３排気空間５７の上流側に配置されている。第２排気空間５６は、上記のように水平部材５３の連通口８５を介して第１排気空間５５と連通している。また第２排気空間５６は、側面になる鉛直部材５４に連通口８６が設けられており、この連通口８６を介して第３排気空間５７と連通している。

第３排気空間５７は、集合排気部７の下側であって下流側に形成された空間であり、第２排気空間５６の下流側であって、第４排気空間５８の下方に配置されている。第３排気空間５７は、上記のように鉛直部材５４の連通口８６を介して第２排気空間５６と連通している。また第３排気空間５７は、天面になる水平部材５３に連通口８７が設けられており、この連通口８７を介して第４排気空間５８と連通している。

第４排気空間５８は、集合排気部７の上側であって下流側に形成された空間であり、第３排気空間５７の上方であって、第１排気空間５５の下流側に配置されている。第４排気空間５８は、上記のように水平部材５３の連通口８７を介して第３排気空間５７と連通している。また第４排気空間５８の上方には、後述の消音部８が配置されている。

このように集合排気部７は、上流側から順に第１排気空間５５、第２排気空間５６、第３排気空間５７、第４排気空間５８と連通されている。即ち、集合排気部７の第１排気空間５５に流入された燃料ガスは、第２排気空間５６、第３排気空間５７、第４排気空間５８を順に巡ることになる。

図１および図２に示すように、集合排気部７の第４排気空間５８の下流側には、消音部８が連通している。消音部８は、集合排気部７に対して垂直上方に延伸した部分である。即ち、排気部５は、集合排気部７から消音部８およびガス排出部１０にわたって屈曲した燃焼ガス流路６の一部を形成している。

図２に示すように、消音部８は、上下方向に延伸した外壁部材１２と、消音部８の上端側および下端側の一部を閉塞する閉塞部材１３とより空間を構成し、この空間内に連通口１５を有する２枚の仕切部材１６を外壁部材１２と平行に配置して、ラビリンス状の燃料ガス流路６の一部を形成したものである。さらに具体的には、消音部８には、集合排気部７から流入する燃料ガスが流入する第１排気流路１７、第２排気流路１８および第３排気流路２０が平行に形成されており、各排気流路は仕切部材１６に設けられた連通口１５を介して隣接した排気流路と連通している。

第１排気流路１７は、外壁部材１２と仕切部材１６との間に形成された流路であり、上流側の端部が集合排気部７に開口し、下流側（ガス排出部１０側）の端部が閉塞部材１３によって閉塞された流路である。また、第１排気流路１７は、仕切部材１６の上端側、即ち第１排気流路１７の下流側に設けられた連通口１５を介して第２排気流路１８と連通している。

第２排気流路１８は、消音部８の内部空間に平行に配置された２枚の仕切部材１６，１６の間に形成される。第２排気流路１８は、仕切部材１６，１６の連通口１５を介して、第１排気流路１７の下流側（ガス排出部１０側）および第３排気流路２０の上流側（集合排気部７側）と連通している。そのため、第１排気流路１７側から流入した燃焼ガスは、第２排気流路１８の上方から下方に向けて流れ、第２排気流路１８と第３排気流路２０とを仕切る仕切部材１６に設けられた連通口１５から第３排気流路２０内に流入する。

第３排気流路２０は、外壁部材１２、仕切部材１６および閉塞部材１３によって形成される流路であり、その下流端がガス排出部１０に連通している。第３排気流路２０は、仕切部材１６の上流側（集合排気部７側）に設けられた連通口１５から流入した燃焼ガスが下流側のガス排出部１０側に流れる流路である。

消音部８の上方、さらに具体的には消音部８内に形成された第３排気流路２０の下流側には、燃焼ガスを外部に排出するガス排出部１０が設けられている。ガス排出部１０は、燃焼部２の前面側に開口した排気開口２２を有し、その前面に排気整流部材２３が取り付けられている。また、ガス排出部１０の内部には、第３排気流路２０からガス排出部１０内に流入した燃焼ガスを排気開口２２側に誘導する排気誘導壁２５と、外部からガス排出部１０内に侵入した雨水を外部に排出する水切偏向部材２６とが設けられている。

熱交換器４は、燃焼ガス流路６の途中に配置されており、燃焼ガス流路６内に水管９を挿通したものである。熱交換器４は、燃焼ガス流路６内を流れる高温の燃焼ガスとの熱交換により、水管９内の湯水を加熱するものである。

熱交換器４は、１次熱交換器２７と２次熱交換器２８とに大別される。１次熱交換器２７は、燃焼部２の下流側である下方に配置され、燃焼ガスの主として顕熱を回収する。より詳細には、第１熱交換器２７は、燃焼ケース３の下方に配置され、水管９を屈曲させることにより燃焼ケース３から出入りさせたものである。

２次熱交換器２８は、１次熱交換器２７の下流側である下方に配置され、燃焼ガスの主として潜熱を回収する。より詳細には、第２熱交換器２８は、集合排気部７の下方領域である第２排気空間５６および第３排気空間５７に配置され、水管９を屈曲させることにより集合排気部７から出入りさせたものである。

前記したように集合排気部７には、水平部材５３（仕切手段）が配置されており、水平部材５３は、集合排気部７を上下に区分している。第１熱交換器２７は、集合排気部７の上流であって上方に接続された燃焼ケース３に配置され、水平部材５３の上方に位置している。第２熱交換器２８は、水平部材５３の下方領域である第２排気空間５６と第３排気空間５７とに配置されている。そのため水平部材５３は、第１熱交換器２７と第２熱交換器２８との間に配置されている。

燃焼ガス流路６を構成する集合排気部７の第１排気空間５５には、図１および図３に示すように、内部温度を検知する温度検知サーミスタ１１が設置されている。温度検知サーミスタ１１は、燃焼ガス流路６内において万一火炎が発生した場合に、この火炎を的確に検知可能な位置に設けられている。温度検知サーミスタ１１が設けられる位置は、１次熱交換器２７から２次熱交換器２８までの間であって、燃焼ケース３の開口部分の直下である。

さらに具体的に説明すると、図１および図３に示すように温度検知サーミスタ１１は、燃焼ガス流路６のうち、１次熱交換器２７の下流側であって、水平部材５３の上流側の領域である集合排気部７の第１排気空間５５に外部から挿通されている。このとき温度検知サーミスタ１１の先端部２１は、図３に示すように水平部材５３の連通口８５の上流側である上方に配置されている。このとき温度検知サーミスタ１１は、集合排気部７の第１排気空間５５と第２排気空間５６とを連通する連通口８５の略中央に配置されることが望ましい。

図１に示すように、燃焼部２は、空気ケース３０の内部に端部が開放したノズル収納筒３１と、ノズル収納筒３１の端部に接続された燃焼筒３３とを具備している。空気ケース３０には、燃焼筒３３内に空気を送り込むための送風機３５（送風手段）が接続されている。また、ノズル収納筒３１の内側には、燃料を燃焼筒３３側に向けて噴霧するための燃料噴射ノズル３６（噴霧手段）が収納されている。

燃料噴射ノズル３６は、図１に示すようにノズル収納筒３１内に収納されている。ノズル収納筒３１は、燃料噴射ノズル３６を直接内蔵するノズル収納内筒７０と、その外側に設けられたノズル収納外筒７１とによる２重構造となっている。

ノズル収納内筒７０内には、燃料噴射ノズル３６に加えて、燃料噴射ノズル３６から噴霧された燃料を点火するための点火プラグ７２が収納されている。ノズル収納筒３１は、燃焼筒３３と接続されて一体化されている。ノズル収納内筒７０およびノズル収納外筒７１の側面には、燃焼筒３３の内部に空気を導入するための空気導入孔（図示せず）が設けられている。

燃焼筒３３は、図１に示す様に二段形状の筒体であり、ノズル収納筒３１に接続された第１燃焼筒７３と、当該第１燃焼筒７３に連続し、第１燃焼筒７３よりも大径の第２燃焼筒７５とから構成されている。第１燃焼筒７３の周部には、燃焼筒３３内に空気を導入するための空気導入口７６が複数設けられている。また同様に、第２燃焼筒７５の周部にも、燃焼筒３３内に空気を導入するための空気導入口７７が複数設けられている。また、第２燃焼筒７５の下方には、燃焼筒３３内における燃料の攪拌を促進するための燃料拡散部材７８が取り付けられている。

燃料噴射ノズル３６は、燃料を噴霧するための噴霧開口を有し、内部に噴霧開口に至る燃料往路（図示せず）と燃料復路（図示せず）とを具備した、いわゆるリターン型ノズルである。即ち、燃料噴射ノズル３６は、燃料往路を介して燃料噴射ノズル３６の外部から供給された燃料を噴霧開口から噴霧し、噴霧されずに残った燃料を燃料復路を通じて排出する構成を有する。

図１に示すように、燃料噴射ノズル３６には燃料流路３７（燃料供給手段）が接続されている。燃料流路３７は、燃焼部２の上方側に設置されている。燃料流路３７は、図５に示すように燃料が貯留されている燃料タンク３８から燃料噴射ノズル３６に向けて燃料を供給する燃料往路４０と、燃料噴射ノズル３６側から燃料タンク３８側に向けて燃料を戻す燃料復路４１とにより構成されている。

燃料往路４０の中途には、電磁ポンプ４３（圧送手段）、電磁弁４５および、逆止弁４６が設けられている。逆止弁４６は、常時は閉成された弁であり、開成するのに必要な圧力（最低作動圧）は、燃料往路４０に接続された燃料タンク３８内に貯留されている燃料の位置水頭よりも大きい。即ち、燃料タンク３８内に貯留されている燃料の影響で逆止弁４６に作用する圧力は、逆止弁４６を開成するのに必要な最低作動圧に満たない。そのため、燃料タンク３８内に貯留されている燃料は、電磁ポンプ４３によって加圧しない限り燃料噴射ノズル３６側には流れ出さない。

燃料復路４１は、燃料噴射ノズル３６において噴霧されずに残った燃料を燃料タンク３８側に戻すものである。燃料復路４１の下流端側は、燃料往路４０の中途であって、電磁ポンプ４３よりも上流側（燃料タンク３８側）に接続されている。燃料復路４１の中途には、燃料復路４１内を流れる燃料の温度を検知する温度センサ４７（温度検知手段）が設けられている。また、温度センサ４７の下流側には燃料噴射ノズル３６側から燃料タンク３８側へ燃料を流し、燃料の逆流を阻止すべく逆止弁４８が設けられている。逆止弁４８の下流側には、断続的又は周期的に開閉するインジェクター弁５０（間欠開閉弁）が設けられている。また、インジェクター弁５０と逆止弁４８との間には、燃料復路４１内を流れる燃料の圧力を緩衝すべく、アキュムレータ５１が設けられている。

インジェクター弁５０は、極めて短い時間で断続的あるいは周期的に開閉する機能を備えたものであり、図５に示すように制御手段６５に接続されている。制御手段６５は、燃焼装置１の駆動を司る部分であり、インジェクター弁５０への通電を周期的あるいは断続的に行わせることでインジェクター弁５０の開閉を制御し、燃料噴射ノズル３６から噴霧される燃料の噴霧量を調整して燃焼量を制御する。

燃料噴射ノズル３６から噴霧された燃料は、燃焼筒３３および燃焼ケース３内において所定のパターンで拡散した後燃焼し、高温の燃焼ガスを発生する。この燃焼ガスは、燃焼ケース３の下方に配置された１次熱交換器２７において熱交換を行い、主として顕熱によって水管９内の水を加熱する。

１次熱交換器２７を通過した燃焼ガスは、１次熱交換器２７の下流側に接続されている集合排気部７に流入する。集合排気部７に流入した燃焼ガスは、図４に示すように第１排気空間５５、第２排気空間５６、第３排気空間５７および第４排気空間５８を流れ、第４排気空間５８に連通した消音部８に流入する。このとき第２排気空間５６および第３排気空間５７を流れる燃焼ガスは、第２排気空間５６および第３排気空間５７に配置された２次熱交換器２８において熱交換を行い、主として潜熱によって水管９内の水を加熱する。

消音部８内に流入した燃焼ガスは、第１排気流路１７，第２排気流路１８および第３排気流路２０からなるラビリンス形状の流路を流れ、第３排気流路２０に連通したガス排出部１０内に流入する。ガス排出部１０内に流入した燃焼ガスは、排気誘導壁２５によって排気開口２２側に案内される。排気開口２２に至った燃焼ガスは、前面側に取り付けられた排気整流部２３によって整流された後、外気中に排出される。

燃焼部２では、燃料噴射ノズル３６に所定の圧力が作用する条件下において燃料の噴霧量および噴霧状態が安定している。そのため、通常運転時に燃焼筒３３内に噴霧された燃料は、燃焼筒３３内において空気と十分混合された後、完全燃焼される。

しかし、燃焼部２の起動直後のように燃料噴射ノズル３６における燃料の噴霧圧が低い場合や、電磁ポンプ４３の内圧の変動等のように何らかの外乱が作用する場合は、着火不良や着火遅れが生じたり、燃料の噴霧状態や燃焼状態が不安定となり、噴霧された燃料の一部が燃焼されずに燃焼ガス流路６の水平部材５３上や集合排気部７内に落下することがある。特にリターン型ノズルは、燃焼停止後に燃料が漏れやすい。

上記したように、燃焼装置１では、何らかの理由で燃焼ガス流路６内に燃料が落下した状態において、燃焼部２における燃焼動作に伴って燃焼装置１内が高温となったり、ポストパージやプリパージを行って高温の空気が燃焼ガス流路６に供給されると、燃焼されずに落下した燃料が発火するおそれがある。そこで、本実施形態の燃焼装置１では、制御手段６５が図６に示すメインルーチンと、図７に示すサブルーチンとから構成される制御フローに則って燃焼装置１を動作させる。以下、燃焼装置１の動作について、図６および図７に示すフローチャートを参照しながら詳細に説明する。

図６に示すように、燃焼装置１は、燃焼部２に対する燃焼要求がある場合、燃焼装置１内に残留している未燃燃料を排出するプレパージ段階Ａ（ステップ２〜５）を経た後、要求燃焼量Ｑに応じて燃料を燃焼する燃焼動作段階Ｂ（ステップ６〜９）に移行し、この燃焼動作段階の終了後にポストパージ段階Ｃ（ステップ１０〜１３）において燃焼動作によって発生した未燃成分を排出するものである。また、燃焼装置１は、上記したプレパージ段階、燃焼動作段階、ポストパージ段階の各段階において、図７に示す安全動作を行うものである。以下、燃焼装置１の動作について具体的に説明する。

図６に示すように、燃焼装置１の制御手段６５は、ステップ１において燃焼要求を検知すると、ステップ２において燃焼動作の開始に先立ってプレパージを開始する。即ち、制御手段６５は、燃焼部２における燃焼動作を安全に行うべく、送風機３５を駆動させ、先の燃焼動作時に燃焼せずに燃焼装置１内に残留している燃料を外部に排出させる。

ステップ２においてプレパージが開始されると、ステップ３において制御フローを図７に示すサブルーチンに移行させ、安全動作を行う。この安全動作において、制御手段６５は、集合排気部７の第１排気空間５５内に配置された温度検知サーミスタ１１によって第１排気空間５５の内部温度ｎを検知し、所定の温度Ｋ以上であるかを確認する（ステップＳ１）。ここで、温度Ｋは、燃料が着火する温度あるいはその近傍に予め設定された温度である。

内部温度ｎが温度Ｋ以上である場合、制御手段６５は、集合排気部７内の燃料が着火したものと判断し、制御フローをステップＳ２へと進める。制御手段６５は、ステップＳ２において、燃焼装置１のコントローラ（図示せず）による表示や、警告音を発生させるなどの異常警告動作を行うと共に、ステップＳ３において燃焼装置１の動作を強制停止させる。

ステップＳ１において集合排気部７の第１排気空間５５の内部温度ｎが温度Ｋ未満である場合、即ち集合排気部７内に火炎が発生していない場合、制御手段６５は、制御フローを図６に示すメインルーチンのステップ４へと進める。即ち、制御手段６５は、プレパージの開始から所定時間Ｔが経過するまで、送風機３５を駆動させてプレパージを継続すると共に、図７に示すサブルーチンに則って一連の安全動作を行う。

プレパージの開始から所定時間Ｔが経過すると、制御手段６５は、制御フローをステップ５へと進め、プレパージを終了させる。これに続いて、制御手段６５は、制御フローをステップ６へと進め、燃焼動作を開始する。さらに具体的には、制御手段６５は、燃焼部２に要求される要求燃焼量Ｑに応じてインジェクター弁５０を調整して燃焼量を制御する。

ステップ６において燃焼動作が開始すると、制御手段６５は、ステップ７において上記したステップ３と同様に、図７に示すサブルーチンの制御フローに則って安全動作を行う。即ち、制御手段６５は、ステップ７において、燃焼部２における燃焼動作によって燃焼筒３３内に形成される火炎ではなく、本来火炎が形成されるべきでない集合排気部７内における火炎の発生の有無を検知する。

ここで、集合排気部７内において火炎が検知されると、上記したのと同様に異常警告動作を行い、燃焼動作を強制終了させる。即ち、制御手段６５は、集合排気部７内において火炎が検知されると、燃焼動作を停止し、高温の燃焼ガスや空気が集合排気部７側に流れるのを防止し、火炎の消火を行う。また逆に、集合排気部７内で火炎が発生していない場合、制御手段６５は、制御フローを図７のサブルーチンから図６のステップ８へと戻す。

制御手段６５は、ステップ８において燃焼部２に対する燃焼要求が継続しているか否かを確認する。ここで、燃焼要求がある場合、制御手段６５は、燃焼部２に要求される要求燃焼量Ｑに応じてインジェクター弁５０を調整して燃焼動作を継続させると共に、図７に示す制御フローに基づく安全動作を継続させる。一方、ステップ８において、燃焼部２に対する燃焼要求がない場合、制御手段６５は、制御フローをステップ９に進め、電磁ポンプ４３を停止させ、インジェクター弁５０を閉止状態として燃焼動作を終了させる。

上記ステップ６からステップ９に至る一連の燃焼動作段階Ｂが終了すると、制御フローはステップ１０以降のポストパージ段階Ｃに移行する。制御手段６５は、ステップ１０において送風機３５のファン（図示せず）を所定の回転数で回転させ、燃焼部２側から外気を導入する。ステップ１０においてポストパージが開始すると、制御手段６５は、ステップ１１において制御フローを図７に示すサブルーチンへと移行させ、このサブルーチンに則って安全動作を行う。即ち、制御手段６５は、図７に示すサブルーチンにおいて、集合排気部７の第１排気空間５５内に配置された温度検知サーミスタ１１によって検知される温度ｎに基づいて火炎の発生を検知する。

ここで、集合排気部７内に火炎が発生したことを検知すると、制御手段６５は、異常警告動作を行い、ポストパージを強制終了する。これにより、集合排気部７の内側で火炎が発生した場合であっても、燃焼装置１を安全に停止させることができる。また、制御手段６５が火炎を検知した時、集合排気部７内への空気の供給が停止するため、集合排気部７内の火炎は速やかに消火される。

上記したように、本実施形態の燃焼装置１では、プレパージ段階Ａ、燃焼動作段階Ｂおよびポストパージ段階Ｃの全段階において図７に示すフローチャートに則って、安全動作を行うものである。さらに具体的には、何らかの理由で集合排気部７内に落下した燃料によって火炎が発生したことが検知されると、制御手段６５が異常警告動作を行うと共に、燃焼装置１の動作を停止させるものである。また、燃焼装置１では、集合排気部７内に火炎が発生した場合に送風機３５を停止して空気の供給を遮断することによって火炎を消火する構成となっている。そのため、本実施形態の燃焼装置１によれば、何らかの理由で燃料が、本来火炎が形成されるべきでない部分に落下し、この燃料が着火した場合に各部の動作を強制終了させることにより、燃焼装置１の安全性を確保することができる。

上記実施形態の燃焼装置１は、プレパージ段階Ａ、燃焼動作段階Ｂ、ポストパージ段階Ｃの全制御段階において図７に示すフローチャートに示す安全動作を行うものであった。さらに具体的に説明すると、燃焼装置１では、先の燃焼動作との間隔が短く、燃焼部２および燃焼ケース３内が比較的高温である場合を想定し、プレパージ段階Ａにおいても安全動作を行った。また、燃焼装置１は、燃焼動作を行うと高温の燃焼ガスが発生し、これに伴って燃焼部２や燃焼ケース３の外側も高温となると想定されるため、燃焼動作段階Ｂにおいても安全動作を行った。またさらに、ポストパージ段階Ｃでは、燃焼動作直後であるため燃焼部２、燃焼ケース３の内外ともに高温であるため、ポストパージ段階Ｃにおいても安全動作を行った。しかし、上記した安全動作は必ずしも全制御段階において行われる必要はなく、例えばプレパージ段階Ａにおける安全動作を省略するなどしてもよい。

本実施形態の燃焼装置１では、温度検知サーミスタ１１が、集合排気部７内であって、燃料噴射ノズル３６から落下された燃料が着火して発生する火炎を検知可能な位置に配置されている。

さらに具体的には、温度検知サーミスタ１１は、１次熱交換器の下流側であって、燃焼部２の直下に位置する集合排気部７の第１排気空間５５に配置されている。燃料噴射ノズル３６から落下された燃料は、その直下に配置された水平部材５３の上に溜まりやすい。また集合排気部７の第１排気空間５５は、流入する燃焼ガスの温度が高く、溜まった燃料が着火して火炎を発生しやすい環境にある。本実施形態の燃焼装置１では、この第１排気空間５５に温度検知サーミスタ１１が配置され、温度検知サーミスタ１１によって火炎の発生に伴う温度上昇を的確に検知し、迅速に安全動作を行える。

さらに本実施形態の燃焼装置１の温度検知サーミスタ１１は、第１排気空間５５と第２排気空間５６とを連通する連通口８５の上流側に先端部２１が配置されている。集合排気部７の第１排気空間５５において火炎が発生すると、これにより発生する熱は、気流によって下流である連通口８５側に流れる。そのため本実施形態の燃焼装置１では、１次熱交換器２７を通過して流入する燃焼ガスや空気の影響を殆ど受けず、第１排気空間５５内における火炎の発生を的確に検知でき、安全性の高い燃焼装置を提供できる。

上記実施形態において、温度検知サーミスタ１１は、集合排気部７の第１排気空間５５に配置される構成であったが、本発明はこのような構成に限られるわけではない。温度検知サーミスタ１１が配置される位置は、何らかの理由で燃料が落下し、かつ、高温になると想定される位置であればよい。

例えば温度検知サーミスタ１１は、集合排気部７の第２排気空間５６に配置することも可能である。第１排気空間５５と第２排気空間５６とを仕切る水平部材５３には、連通口８５が設けられており、この連通口８５を通って未燃の燃料が第２排気空間５６に落下するおそれがある。また第２排気空間５６に流入したばかりの燃焼ガスは、２次熱交換器との間で十分に熱交換が行われておらず、未だ高温の状態にある。そのため、第２排気空間５６の特に上流側は、未燃の燃料が底面に溜まって着火しやすい環境にある。よってこの位置に特に底面近傍に温度検知サーミスタ１１を配置することにより、火炎の発生に伴う温度上昇を的確に検知することができる。

上記実施形態において、燃焼装置１は、送風機３５による外気の導入を停止することによって集合排気部７内に発生した火炎を消火する構成であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図８および図９に示すような構成であってもよい。

さらに具体的には、燃焼装置１は、図８，図９に示すように集合排気部７の上流側に送風機３５の送風口の開度を調整するダンパ８０（気流調整手段）を設け、さらに集合排気部７の下流側に消音部８の下流端の開口部分の開度を調整するダンパ８１（気流調整手段）を設けた構成としてもよい。この場合、集合排気部７内の火炎を検知した際に送風機３５による給気を停止すると共に、ダンパ８０，８１を閉止して集合排気部７への給気を阻止することが可能である。かかる構成によれば、燃焼装置１が強風に晒された場合や燃焼装置１内が負圧であるといった給排気の圧力バランスが崩れた環境下においても、集合排気部７には外気が流入せず、集合排気部７内に発生した火炎は確実に消火される。

なお、図８，９に示す燃焼装置１の変形例は、ダンパ８０，８１の双方を設けたものであったが、ダンパ８０，８１のいずれか一方のみを設けた構成としてもよい。また、ダンパ８０は、送風機３５の送風口に設置されたものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、集合排気部７の上流側であって外気の流出入を防止できる位置であればいかなる位置に配置されてもよい。また、ダンパ８１は、第３排気流路２０の下流端に配置されたものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば第１排気流路１７の開口部のように、集合排気部７の下流側における外気の流出入を防止できる位置であればいかなる位置に配置されてもよい。また、ダンパ８０，８１は、集合排気部７への外気の流入を阻止できるものであればいかなる形状であってもよい。

また、上記したように集合排気部７への外気の流出入を防止するダンパ８０，８１のような気流調整手段を設ける場合、集合排気部７内の火炎を確実に消火するためには送風機３５や第３排気流路２０の開口部を確実に閉止するものであることが望ましい。しかし、気流調整手段は、集合排気部７における給排気を必ずしも完全に防止する必要はなく、集合排気部７内における燃焼を継続させるのに必要な空気の供給を防止できる程度であればよい。

上記したように、本実施形態では、燃焼装置１の作動中に集合排気部７の第１排気空間５５内の温度ｎを、温度検知サーミスタ１１によって検知し、この検知温度に基づいて火炎の発生を検知するものであった。即ち、何らかの理由で燃料が落下すると想定される位置、さらに具体的には燃料噴射ノズル３６の下方において発生する火炎の影響を受けて高温になると想定される位置に温度検知サーミスタ１１を設け、この検知信号に基づいて火炎を検知するものであった。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば温度検知サーミスタ１１に代って、火炎が発生すると想定される温度Ｋにおいて溶融する溶融線や、熱電対、ハイリミットスイッチなどを採用することが可能である。

また、上記実施形態では、温度検知サーミスタ１１の検知温度に基づいて火炎を検知するものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば導電性を利用して燃焼により形成される火炎を検出するフレームロッドや、フォトトランジスタや、ＣＤＳ等の光検知センサを用いて火炎の発生を検知するものを火炎検知手段として好適に採用できる。

上記した実施形態の構成では、温度センサで火炎を検知するものであったため、火炎の発生に伴う温度変化を的確に捉える必要がある。そのため、上記実施形態では、燃料噴射ノズル３６から落下し、燃焼に寄与しない燃料によって火炎が発生すると想定される部位あるいはその近傍に温度検知サーミスタ１１を配置する必要があった。しかし、上記したように、フォトトランジスタやＣＤＳ等の光検知センサを用いて火炎の発生を検知する場合は、火炎の温度を検知する必要がないため、断熱材等が設けられている部位であっても容易かつ確実に火炎を検知することができる。

本実施形態の燃焼装置１では、燃料噴射ノズル３６における燃料の噴霧量を的確に調整すべく、インジェクター弁５０を採用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、インジェクター弁５０の代わりに従来技術の燃焼装置等において一般的に採用されている比例弁等を採用し、この比例弁等の開度を調整して燃焼量を調整する構成としてもよい。

本発明の一実施形態である燃焼装置の内部構成を示す正面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 集合排気部の内部空間を示す斜視図である。 図１に示す燃焼装置の燃料系統図である。 図１に示す燃焼装置の制御フローを示すフローチャート図である。 図６に示す制御フローのサブルーチンを示すフローチャート図である。 図１に示す燃焼装置の変形例を示す正面図である。 図８のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１ 燃焼装置
２ 燃焼部
６ 燃焼ガス流路
７ 集合排気部
１１ 温度検知サーミスタ（火炎検知手段）
２７ １次熱交換器
２８ ２次熱交換器
５３ 水平部材

Claims (7)

1. 液体燃料を燃焼し、下方に向けて火炎を形成する燃焼部と、
   燃焼部の燃焼に伴い発生した燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路と、
   燃焼ガス流路の途中であって燃焼部の下流側に配置されて燃焼ガスの主として顕熱を回収する１次熱交換器と、
   燃焼ガス流路の途中であって１次熱交換器の下流側に配置されて燃焼ガスの主として潜熱を回収する２次熱交換器と、
   燃焼ガス流路の途中であって１次熱交換器から２次熱交換器までの間に配置されて燃焼ガス流路内に落下した液体燃料の燃焼により発生する火炎を検知する火炎検知手段とを具備することを特徴とする燃焼装置。
2. 液体燃料を燃焼し、下方に向けて火炎を形成する燃焼部と、
   燃焼部の燃焼に伴い発生した燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路と、
   燃焼ガス流路の途中であって燃焼部の下流側に配置されて燃焼ガスの主として顕熱を回収する１次熱交換器と、
   燃焼ガス流路の途中であって１次熱交換器の下流側に配置されて燃焼ガスの主として潜熱を回収する２次熱交換器と、
   燃焼ガス流路の途中であって１次熱交換器の下流側、かつ、燃焼部の直下に配置されて燃焼ガス流路内に落下した液体燃料の燃焼により発生した火炎を検知する火炎検知手段とを具備することを特徴とする燃焼装置。
3. 燃焼ガス流路は、燃焼部が形成する火炎の形成方向に対して交差する方向に延伸した集合排気部を有し、
   ２次熱交換器は、集合排気部内に配置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. １次熱交換器と２次熱交換器との間には、燃焼ガスの流れ方向と交差する仕切手段が設けられており、
   火炎検知手段は、燃焼ガス流路の途中であって１次熱交換器と仕切手段との間に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃焼装置。
5. 燃焼ガス流路は、燃焼部が形成する火炎の形成方向に対して交差する方向に延伸した集合排気部を有し、
   火炎検知手段は、集合排気部の底部近傍に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃焼装置。
6. 火炎検知手段は、温度を検知することにより排気流路内に落下した液体燃料の燃焼で発生する火炎を検知することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃焼装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の燃焼装置を備えたことを特徴とする潜熱回収給湯装置。

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