JP6869996B2 - ガスバーナーユニット - Google Patents

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本出願は２０１７年７月２８日に出願された国際出願番号PCT/IB2017/054619からの優先権を主張する。

本発明は、一般的にバーナー、特に低排出のガスバーナーユニットに関する。

多くの種類のバーナーは、給湯器、ボイラー、調理機器、洗濯設備等のガス機器に使用することができる。国や地方自治体の排出規制や効率基準および国際的な排出規制や効率基準に対応するために、低排出を実現する燃料効率のよいバーナーが求められている。

本発明は、様々なガス機器に使用可能な新たに改良されたガスバーナーユニットを提供する。本発明のガスバーナーユニットは、低排出と高効率が求められる用途に使用することができる。

本発明の一実施形態では、底部と上方に伸びる少なくとも一面の側壁とを持つ下部筐体を有するバーナー本体が開示される。下部筐体ユニットは、一端部で端部キャップと、第二端部で入口孔を有する入口キャップと係合する。分配要素は、下部筐体ユニットの底部の上方に位置する。バーナーデッキは分配要素の上方に位置し、金属繊維網要素はバーナーデッキの上方に位置する。本明細書では、金属繊維網要素とバーナーデッキを組み合わせたものをバーナーヘッドと呼ぶ。分配要素、バーナーデッキ、および金属繊維網要素は、端部キャップおよび入口キャップに沿って下部筐体ユニットの少なくとも一面の側壁とそれぞれ係合し、下部筐体ユニットに固定される。

入口導管は、入口キャップの孔を通ってバーナー本体内に延びる。この配置により、入口導管はバーナー本体と連通し、バーナー本体の分配要素の下方であり下部筐体ユニットの底部の上方である領域にガスと空気の混合気を供給する。実施形態によっては、２本以上の入口導管が入口キャップの２つ以上の孔を通ってバーナー本体内に延び、ガスと空気の混合気をバーナー本体に供給する。

バーナーヘッド（すなわち、バーナーデッキと金属繊維網を組み合わせた層）は、毎時７００リットル超、より好ましくは毎時１０００〜３５００リットル、さらに好ましくは毎時１４００〜２８００リットルの透気度を有する。バーナーヘッドの透気度（air permeability）は重要である。なぜなら、透気度が最小値を下回ると、燃焼中に気流が過度に阻害されて過剰量の窒素酸化物（ＮＯ_X）が生成されるためである。また、透気度が最大値を上回ると、逆火の危険性が大幅に増加する。バーナーデッキに自由にガスを通すためにバーナーデッキの透気性を高くした場合、バーナーヘッドの透気度はもっぱら金属繊維網により決定されるであろうことが認識される。一実施形態では、金属繊維網要素は、鉄−クロム−アルミニウム（ＦｅＣｒＡｌ）合金等の耐食性材料で構成される。一実施形態では、金属繊維網は、材料を織ってシート状にしたものである。別の実施形態では、金属繊維網は編んだものである。さらに別の実施形態では、金属繊維網は焼結繊維を含む。編んだ金属繊維網の構造、織った金属繊維網の構造、および焼結した金属繊維網の構造は全て、バーナーヘッドまたは金属繊維網の透気度を本明細書に記載の範囲に制御することを可能にする。

バーナーデッキは、金属繊維網を支持し、内側にある分配要素から間隔をあけて金属繊維網を配置する。バーナーデッキは、燃焼のための気流をさらに阻害しないように金属繊維網よりも大きな透気度を有することが好ましい。一実施形態では、バーナーデッキは鋼から構成される。好ましくは、鋼の構造は耐食性であり、実施形態によっては磁性を有していてもよい。

一実施形態では、分配要素は逆Ｕ字形である。この実施形態では、分配要素は、一連の円形または楕円形の孔を有していてもよい。より好ましい実施形態では、そのような開口は平行な列状に配置される。しかし、他の形態の供給用の穴、スロット、および模様（平行なものや不規則なもの等）が、分配要素の孔を形成するために使用されてもよい。他の実施形態では、分配要素は、略矩形であり、下向きに角度をつけた状態で一端部が給気管の終端部に別の端部がバーナー本体に装着され、孔が一連のスロットとして形成される。この実施形態でも、他の形態の供給用の穴、スロット、および模様（平行なものや不規則なもの等）が、分配要素の孔を形成するために使用されてもよい。どの実施形態においても、孔の間隔および寸法は均等であっても、開口部の密度が分配要素の表面領域で変化するように均等でなくてもよい。

一実施形態では、下部筐体ユニットの底部は、バーナー本体に剛性を加える複数のリブを含む。剛性を加えることにより、システムの固有振動数をバーナーの稼働場所からずらし、起こりうるノイズの発生を回避することができる。複数のリブは、下部筐体ユニットの底部の中央の位置でＸ形状に交差してもよい。あるいは、複数のリブは交差せず、バーナー本体の底部に沿って、平行に、横断するように、対角線上に、同心状に、またはその他の向きに互いに配置されてもよい。

一実施形態では、側壁の上部をバーナーデッキと金属繊維網の層に圧着してまたは折り曲げて固定して、分配要素、バーナーデッキ、および金属繊維網要素を側壁に係合させる。好ましい実施形態では、まず分配要素をバーナー本体の側壁に対して位置決めし、その後その位置で圧着するまたは折り曲げて固定する。その後、端部キャップと入口キャップをバーナー本体の各端部のところで側壁に直角になるように位置決めし、バーナー本体に締め付けるまたは圧着する。他の実施形態では、端部キャップと入口キャップを所定の場所に溶接する。入口キャップ、端部キャップ、および側壁のそれぞれは、バーナーデッキと金属繊維網要素を固定するのに使用される上方に伸びるフランジを有する。よって、この実施形態では、バーナーデッキと金属繊維網要素を、分配要素の上方に位置決めし、側壁のところでバーナー本体に、さらに入口キャップと端部キャップに、締め付けるまたは圧着する。あるいは、分配要素、バーナーデッキ、および金属繊維網要素を、点溶接、磁石、または当業者により知られているその他の固定係合方法で、バーナー本体に係合させることもできる。

一例示的実施形態では、入口導管を入口キャップの孔に通し、複数回の溶接により所定の位置に固定する。より好ましい実施形態では、入口導管は、バーナー本体の内側領域に延びる部分を含み、角度がついていない排出端部を有する。例示の実施形態によると、入口導管は、ベンチュリ入口を含み、空気とガスの混合気がバーナー本体の内側領域に流れ込む流路を形成（defines）する。一実施形態では、給湯器の燃焼室のドア用の取り付け板を入口導管上で位置決めし、その後収束するベンチュリ部分を入口導管の一端部に装着する、または入口導管の一端部と直接的に形成する。その後、給湯器の燃焼室用の取り付け板を所定の位置に点溶接する。入口導管は、入口キャップの孔を通ってバーナー本体内に挿入される。内側にある分配要素の上面には、上方に突き出る板、フィン、リブ、またはその他の外側に伸びる部分はないが、分配要素には入口導管をバーナー本体内で位置決めするのに役立つ１つ以上の下方に伸びる部材が含まれる。その後、型を用いて入口導管の周囲を広げてから、入口導管を入口キャップに点溶接して固定する。さらに、バーナー本体内に位置する入口導管の一部分をバーナー本体の下面に点溶接してもよい。

本発明の別の態様によると、バーナーユニットは給湯器等のガス加熱機器の内部で機能するようになっている。この開示の実施形態では、加熱機器は、燃焼室と、燃焼室と連通し燃焼時の生成物を排出する流路とを含む。本発明により構成されたガスバーナーは、燃焼室内に置かれる。一実施形態では、略Ｕ字形のブラケットまたは噴射器支持部が、孔に差し込まれた噴射器を支え、噴射器が給気管のベンチュリ入口に隣接するように位置決めする。略Ｕ字形のブラケットまたは噴射器支持部は、給気管と共軸になることが好ましい。噴射器は、ガスを噴射する。ガスは、ベンチュリ入口に入り、バーナー本体内での燃焼に向かう間に一次空気と混合される。

本発明についてのさらなる情報およびより深い理解は、添付の図面とともに発明の詳細な説明を読むことにより得られるだろう。

本発明の好ましい実施形態により構成されたバーナーユニットの斜視図である。

本発明の好ましい実施形態により構成されたバーナーユニットの分解図である。

本発明の好ましい実施形態により構成されたバーナーユニットの上面図であり、燃焼面の下にある層の部分を示している図である。

本出願のバーナーヘッドの構成を示す斜視図を伴う図である。

本発明の好ましい実施形態により構成された２本の導管を用いたバーナーユニットの斜視図である。

本発明の好ましい実施形態により構成された２本の導管を用いたバーナーユニットの分解図である。

本発明の好ましい実施形態により構成された２本の導管を用いたバーナーユニットの上面図である。

図１と図５は、本発明の好ましい実施形態により構成されたバーナーユニット１０を示している。開示されているバーナーユニット１０は、従来のバーナーに比べ、高効率で稼働し、排出ガスの量が少ない。バーナーユニット１０は、当技術分野においてよく知られているガスオリフィスを有するガスマニホールド等の可燃性ガスをバーナーに供給する手段（図示せず）と結合する。供給されたガスは、バーナーユニット１０に入る際に、空気を引き込み混ざりあう。引き込まれる空気は、一般的に「一次空気」と呼ばれる。例示の図では、バーナーユニット１０は、給湯に応用されている。しかし、給湯器は開示のバーナーを使用することができるガス機器の種類の一例でしかない。本発明の応用自体が、給湯に限定されるわけではない。バーナーは、暖房器、ボイラー、調理器やオーブン等、その他多くの種類のガス機器に使用することができる。

バーナーユニット１０は、バーナー本体１２を含んでいる。バーナー本体１２は、下部筐体ユニット１４を含んでいる。図１、図２、図５、および図６に示されているように、下部筐体ユニット１４は、底部１６と、上方に伸びる一対の側壁１８とを含んでいる。下部筐体ユニット１４は、下部筐体ユニット１４の第一終端部２２に装着された端部キャップ２０と係合している。下部筐体ユニット１４の第二入口端部２８には、少なくとも１つの入口孔２６を有する入口キャップ２４が装着されている。下部筐体ユニットの底部１６は、バーナー本体１２に剛性を加える複数のリブ５６を含んでいてもよい。剛性を加えることは、燃焼時のノイズの発生を防ぐのに役立つ。図２に示されているように、複数のリブ５６は、下部筐体ユニット１４の底部１６の中央の位置でＸ形状に交差していてもよい。あるいは、図６に示されているように、複数のリブ５６は、交差せず、バーナー本体１２の底部に沿って平行に配置されていてもよい。あるいは、リブ５６は、限定はされないが、バーナー本体１２の底部に沿って、横断するように、対角線上に、同心状に、またはその他の向きに互いに配置されてもよい。

図２と図６を参照すると、分配要素３０は下部筐体ユニット１４の底部１６の上方に位置している。図２に示されている実施形態では、分配要素３０は逆Ｕ字形である。分配要素３０は、任意の耐熱性金属で構成されてもよく、好ましくはステンレス鋼等の金属薄板で構成され、また、アルミメッキ鋼または亜鉛メッキ鋼で構成されてもよい。分配要素３０は一連の開口または孔３２を有し、混合気は一連の開口または孔３２を通り金属繊維網要素３４により形成される燃焼面に到達する。図示の実施形態では、孔３２は、円形または楕円形であり、平行な列状に配置されているが、そのような形状や配置は必須ではない。内側にある分配要素３０の上面３１には、上方に突き出る板、フィン、リブ、またはその他の外側に伸びる部分はない。分配要素３０の下面３３は、１本以上の入口導管４０をバーナー本体１２内で位置決めするのに役立つ一対以上の下方に伸びる部材３５を含んでいる。

分配要素３０は、ガスと空気の混合を促進し、ガスと空気の混合気を燃焼のためにより均一に金属繊維網要素３４に供給する一方で、各入口導管４０を適切な位置に固定するのにも役立つように設計される。さらに、分配要素３０は、バーナー内部からの放射エネルギーを反射し、効率を上げるのにも役立つ。分配要素３０は、材料を打ち抜いて孔３２を形成する金属薄板の打ち抜きにより構成されてもよい。あるいは、孔３２は、別の供給用模様（平行なものや不規則なもの等）に沿った、その他の形状の穴、スロット、または開口であってもよい。さらに、孔の間隔および寸法は、均等であってもよく、開口部の密度が分配要素の表面領域で変化するように均等でなくてもよい。別の一実施形態では、分配要素３０は、略矩形の構成であり、下向きに角度をつけた状態で一端部が給気管の終端部に別の端部がバーナー本体１２に装着され、孔３２が分配要素３０の一連のスロットとして形成されてもよい。

図２と図６に示すように、燃焼面を形成する繊維網要素３４は、分配要素３０の上方に位置している。バーナーデッキ３６は、分配要素３０の上方であり繊維網要素３４の下方である位置にある。繊維網要素３４とバーナーデッキ３６の両方とも、丸みを帯びていてもよい。図４に示されているように、繊維網要素３４とバーナーデッキ３６を組み合わせたものが、バーナーヘッド３７を形成している。バーナーヘッド３７を分配要素３０の上方に置くことにより、バーナーの繊維網要素３４により形成される上方燃焼面が分配要素３０から間隔をあけて配置され、繊維網要素３４に沿った空気とガスの混合気の供給が促進される一方で、繊維網要素３４に剛性を加えることもできる。このように剛性を加えることには、バーナーユニットの動作中、例えばバーナーユニットの点火時に起こりうる繊維網要素３４の振動を抑制する効果がある。

金属繊維網要素３４は、高温合金鋼製のワイヤークロス等の複数種類の材料、またはＩＮＣＯＮＥＬやＮＩＣＲＯＦＥＲの名称・商標で販売されている材料で構成されてもよい。しかし、図示の実施形態では、金属繊維網要素３４は、鉄−クロム−アルミニウム合金（ＦｅＣｒＡｌ）で構成されている。一実施形態では、繊維の組成は、１８〜２４重量％のＣｒ、４〜８重量％のＡｌ、および残部のＦｅを含む。他の実施形態では、繊維は、１８〜２４重量％のＣｒ、４〜８重量％のＡｌ、最大０．４０重量％のＣ、最大０．０７重量％のＴｉ、最大０．４０重量％のＭｎ、最大０．０４５重量％のＳ、最大０．０４５重量％のＰ、最大０．６０重量％のＳｉ、および残部のＦｅを含む。さらに別の実施形態では、繊維の組成は、１８〜２４重量％のＣｒ、４〜８重量％のＡｌ、最大０．４０重量％のＣ、最大０．０７重量％のＴｉ、最大０．４０重量％のＭｎ、最大０．０４５重量％のＳ、最大０．０４５重量％のＰ、最大０．６０重量％のＳｉ、０．００１〜０．１０重量％の希土類金属、および残部のＦｅを含む繊維を含む。一例示的実施形態では、希土類金属はイットリウムまたはハフニウムである。

好ましい合金のうちの１種類を使用することにより、バーナーヘッド３７は、毎時７００リットル（Ｌ／時）超、より好ましくは毎時１０００〜３５００リットル、さらに好ましくは毎時１４００〜２８００リットルの透気度を達成することができる。実施例によっては、バーナーヘッド３７の透気度の範囲を毎時１６００〜２３００リットルに設定するのが好ましいことがある。他の実施例では、その範囲は、１４００〜２０００Ｌ／時、１５００〜２１００Ｌ／時、１６００〜２２００Ｌ／時、１７００〜２３００Ｌ／時、１８００〜２４００Ｌ／時、１９００〜２５００Ｌ／時、２０００〜２６００Ｌ／時、２１００〜２７００Ｌ／時、または２２００〜２８００Ｌ／時であってもよい。バーナーヘッド３７および金属繊維網要素３４の透気度は重要である。なぜなら、透気度が最小値を下回ると、燃焼中に気流が過度に阻害されて過剰量の窒素酸化物（ＮＯ_X）が生成されるためである。また、透気度が最大値を上回ると、逆火の危険性が大幅に増加する。

本明細書に記述の透気度はすべて以下の室温における内輪の試験により求めた。本明細書で記述する異なる構造体において、金属繊維網要素３４を直径６０ｍｍの円形試料に切断し、直径４０ｍｍの同心穴を持つ外径６０ｍｍの金属シート製の円形枠に溶接した。次に、両側を内径４０ｍｍの二本の管に接続した気密試料容器内に金属繊維網要素３４の各試料を固定し、４０ｍｍの一定の直径を持つ導管を形成した。分析される金属繊維網要素３４の試料は導管の中心点に位置していた。従って、試料内を通過する気流は直径４０ｍｍの円形プローブ領域（１２５６．６ｍｍ²の面積を持つ）を流れる。圧力測定は金属繊維網要素３４試料の位置の前後約４ｃｍのところで４０ｍｍ直径の管内で行われた。気流が系を通過したときに気流を測定し規制した。圧力降下が５Ｐａ±０．１Ｐａに達したときの気流を測定した。圧力降下は、気流の方向に関して、試料容器の前と後の点の圧力差として測定した。目標の圧力降下に達したときに、標準気流計により測定した気流の値を記録し、Ｌ／時に換算した。この値を内輪の空気透過度として記録し、これらの値を本明細書で使用した。

金属繊維網要素３４は、モノフィラメント繊維、束ね繊維、またはその他の構造で構成されてもよい。一実施形態では、金属繊維網要素３４は、断面寸法が５〜６０μｍ、好ましくは２５〜４５μｍの繊維を編んだ網である。編まれた網は、１平方メートル当たりの重量（ｋｇ／ｍ²）が、１．１０〜２．６０ｋｇ／ｍ²、あるいは１．５０〜２．２０ｋｇ／ｍ²、１．１０〜１．９０ｋｇ／ｍ²、または１．８０〜２．６０ｋｇ／ｍ²、厚み（ｍｍ）が、１．２０〜２．８０ｍｍ、あるいは１．６０〜２．４０ｍｍ、１．２〜２．２ｍｍ、または２．００〜２．８ｍｍ、および透気度が、７００Ｌ／時超、あるいは１４００〜２８００Ｌ／時であってもよい。別の実施形態では、金属繊維網要素３４は、断面寸法が５〜６０μｍ、好ましくは２５〜４５μｍの繊維を織った繊維要素である。織られた繊維網は、１平方メートル当たりの重量が、０．６０〜１．５ｋｇ／ｍ²、あるいは０．８０〜１．２ｋｇ／ｍ²、０．６０〜１．１ｋｇ／ｍ²、または０．９〜１．５ｋｇ／ｍ²、厚み（ｍｍ）が、０．５０〜２．００ｍｍ、あるいは０．７５〜１．７５ｍｍ、０．５０〜１．５０ｍｍ、または１．００〜２．００ｍｍ、および透気度が、７００Ｌ／時超、より好ましくは毎時１０００〜３５００リットル、さらに好ましくは毎時１４００〜２８００リットルであってもよい。金属繊維網要素３４の緯糸と経糸を調整することにより、本明細書に記載の透気度の範囲を達成してもよい。

さらに、好ましいＦｅＣｒＡｌ合金を使用することにより、金属繊維網要素３４は、酸素の拡散から保護する保護層を形成する好ましい酸化作用を起こす。燃焼面として使い始めてから１００時間の間に、ＦｅＣｒＡｌの金属繊維網は、金属繊維網の繊維中のアルミニウム成分からアルミニウムの酸化膜を形成する。アルミニウムの酸化膜は、繊維中の全てのアルミニウムが使い果たされるまで成長する。アルミニウムが使い果たされると、繊維中のクロム支持基盤からクロムの酸化物ができるが、クロムの酸化物はアルミニウムの酸化物よりも保護機能が低いことが分かっている。アルミニウム酸化膜の金属繊維網要素３４への付着は、網の繊維の組成パラメータに左右される。特に、合金に希土類成分が含まれている場合、アルミニウム酸化膜の付着がより良好になることが分かった。上述のように、アルミニウム酸化物が形成されることにより、金属繊維網要素３４の耐久性が増す。さらに、アルミニウム酸化物の形成は、アルミニウム酸化膜成長の動力学や合金に最初に含まれているアルミニウムの含有量、どの面が大気に触れるか（これは繊維の断面寸法にある程度左右される）、およびアルミニウム酸化物の剥離のしやすさに影響を受ける。

さらに、バーナーデッキ３６も、高温合金鋼製のワイヤークロス（編まれたものでも織られたものでもよい）等の複数種類の材料で構成されてもよい。あるいは、バーナーデッキ３６は、打ち抜かれたまたは穴を開けられた金属薄板で構成されてもよい。好ましくは、バーナーデッキ３６は、金属繊維網要素３４を支持し、空気とガスの混合気の拡散を促進するのに望ましい剛性を備えるために、鋼等の非腐食性合金、好ましくはステンレス鋼またはアルミメッキ鋼で構成される。実施形態によっては、バーナーデッキ３６はさらに磁性を有していてもよい。バーナーデッキ３６は、燃焼のための気流をさらに阻害しないように金属繊維網要素３４よりも大きな透気度を有することが好ましい。

下部ユニット１４に対して分配要素３０、バーナーデッキ３６、および繊維網要素３４を組み合わせた構造は、下部筐体ユニット１４および入口導管４０から離れたところにある燃焼面で発生する放射エネルギーを放散させる効果がある。これにより、下部筐体ユニット１４を低温で機能させることができ、望ましくないエネルギー放射経路を減らすことができる。なお、バーナーの熱出力性能は、分配要素３０、バーナーデッキ３６、および繊維網要素３４のサイズを変更することにより変えることができる。これらの要素のサイズを大きくする方法の１つに、これらの縦方向の寸法、つまりバーナーユニット１０の縦方向の寸法を大きくする方法がある。別の方法としては、横方向の寸法を大きくする、すなわち底面１６の幅、入口キャップ２４の幅、端部キャップ２０の幅、分配要素３０の幅、バーナーデッキ３６の幅、および繊維網３４の幅を効果的に大きくする方法がある。分配要素３０の場合、寸法を大きくする方法の１つに、孔の列を増やす方法がある。これらの方法で寸法が大きくなったバーナーユニットは、より高い熱出力性能を有することになる。さらに、熱性能を上げるために、図５〜図７に示されているように、２本以上の入口導管４０が含まれていてもよい。

分配要素３０、バーナーデッキ３６、および金属繊維網要素３４は、端部キャップ２０および入口キャップ２４に沿って下部筐体ユニット１４の少なくとも一面の側壁１８とそれぞれ係合し、下部筐体ユニット１４に固定され、下部筐体ユニット１４の底部１６から上方に間隔をあけて配置されてもよい。側壁１８の上部１９をバーナーデッキ３６と金属繊維網３４の層に圧着してまたは折り曲げて固定して、バーナーデッキ３６および金属繊維網要素３４を下部筐体ユニット１４に係合させてもよい。一実施形態では、まず分配要素３０を下部筐体ユニット１４の底１６および側壁１８に対して位置決めする。分配要素３０は、点溶接、プレス加工、折り曲げ、ボルトによる固定、またはその他の装着手段による固定により、底１６に固定してもよい。あるいは、分配要素３０は、点溶接、プレス加工、折り曲げ、ボルトによる固定、またはその他の装着手段による固定により、対応する側壁１８に固定しても、圧着または折り曲げにより側壁１８の上部１９に固定してもよい。その後、端部キャップ２０と入口キャップ２４を、下部筐体ユニット１４のそれぞれの端部２２、２８のところで側壁１８に直角になるように位置決めしてもよい。端部キャップ２０と入口キャップ２４は、圧着または折り曲げにより下部筐体ユニット１４に固定される。その他の実施形態では、端部キャップ２０と入口キャップ２４は、溶接、プレス加工、ボルトによる固定、または当技術において知られているその他の手段による固定により、下部筐体ユニット１４に固定される。一実施形態では、入口キャップ２４、端部キャップ２０、および側壁１８のそれぞれは、バーナーデッキ３６と金属繊維網要素３４を下部筐体ユニット１４に固定するために使用される上方に伸びるフランジ１９を有する。よって、この実施形態では、バーナーデッキ３６と金属繊維網要素３４を分配要素３０の上方に位置決めし、側壁１８、入口キャップ２４、および端部キャップ２０のフランジ１９を締め付けまたは圧着して、バーナーデッキ３６と金属繊維網要素３４の縁端部を固定し、バーナーデッキ３６と金属繊維網要素３４を側壁１８のところで下部筐体ユニット１４に、さらに入口キャップ２４と端部キャップ２０に、締め付けまたは圧着する。あるいは、分配要素３０、バーナーデッキ３６、および金属繊維網要素３４を、点溶接、磁石、または当業者により知られているその他の固定係合方法により、下部筐体ユニット１４に係合させてもよい。

あるいは、下部筐体ユニット１４を、単一の筐体を打ち抜いて端部キャップ２０および入口キャップ２４と一体に形成してもよい。この別の実施形態では、バーナーデッキ３６と金属繊維網要素３４の対応する側縁端部を側壁１８、入口キャップ２４、および端部キャップ２０に締め付けまたは圧着し、バーナーデッキ３６と金属繊維網要素３４の縁端部を固定するために、個別のフランジ要素１９を使用する。

各入口導管４０は、ガスと一次空気の混合気を下部筐体ユニット１４内の下面１６またはその近くに供給するベンチュリ入口導管であることが好ましい。上述のように、入口キャップ２４は、少なくとも１つの孔２６を有する。入口キャップ２４の各孔２６は、入口導管４０の終端部５０がバーナー本体１２内の下部筐体ユニット１４の下面１６に隣接して位置するように入口導管４０を受ける。まず各導管４０を所定の深さまで孔２６に挿入し、入口導管４０を入口キャップ２４の所望の位置に置いてから、入口導管４０の周囲を機械的に広げ、入口キャップ２４を入口導管４０に点溶接することにより、導管４０を所定の位置で固定し、空気とガスの混合気がバーナー本体１２の内部にのみ流れ込むように導管を封止して、入口導管４０を入口キャップ２４に封止係合させる。図３と図７に示されているように、所定の深さは距離Ｄとして定められ、内側にある分配要素３０は、各入口導管４０をバーナー本体１４内で中央に位置決めするのに役立つ下方に伸びる一対以上の部材３５を含んでいてもよい。距離Ｄは、１５〜５０ｍｍであってもよく、より好ましい実施形態では、２０〜４０ｍｍである。距離Ｄは重要である。なぜなら、燃焼のためのバーナー本体１０への一次空気の引込みを最適にする機能寸法だからである。距離Ｄを上記に示した範囲に設定することで、ＮＯ_Xの排出を低減するために一次空気の量を最適にすることができる。

上述のように、図示の実施形態では、バーナーユニット１０は、給湯に応用されている。これらの態様は、慣例であり、本発明の一部ではなく、いずれの図面にも示されていない。給湯器自体が、加熱する水を貯めておく水室と燃焼室を取り囲むまたは規定する円柱状の外箱または筐体を持つ慣用的設計であってもよい。さらに、このような従来型の加熱器は煙路を含み、この煙路は、筐体の中央を通って、別の煙路、煙突、またはその他の導管に接続される。別の煙路、煙突、またはその他の導管は、通常、給湯器の設置場所にある構造の外に置かれ、燃焼時に発生する副生成物を排出する。半球状の構造または個別の壁により、煙路、さらに水室の底部および燃焼室の上部が規定されてもよい。当技術で知られているように、バーナーユニット１０は、燃焼室内に吊り下げられ、煙路の下方に位置し、典型的には燃焼室内側の底部に装着された基部板に接触する。基部板のところから下方に伸びる孔を有する環状リングが、給湯器を接地面から離すように給湯器の土台として置かれる。バーナーユニット１０を適切に稼働させるために必要な二次空気は、基部板に開けられた複数の孔から燃焼室に入ることができる。さらに、従来の給湯器は、典型的には、バーナーを点火する誘導装置等の点火装置を含む。

図１〜図３および図５〜図７を参照すると、バーナー１０を給湯器内に取り付ける際に使用される部品が示されている。従来のように、給湯器の外箱は、典型的には、バーナー１０を挿入するまたは接続するための長方形に近い形の開口を形成している。従来の給湯器の構成に適合するために、本発明のバーナーユニット１０は、入口導管４０を支持する取り付け板４２を含んでいる。取り付け板４２は、ドアまたは隔壁の付属品とも言える。設置の際には、取り付け板４２を給湯器の外箱の長方形の開口に覆い被さるように固定する。図示の実施形態では、取り付け板４２は、給湯器の外箱と係合するために固定具（図示せず）を通すための孔４４、４６を有している。取り付け板４２を給湯器の外箱に対して封止するために、典型的には、適切なガスケットまたはガスケット材料が使用される。

一例示的実施形態では、各入口導管４０を所定の長さ分だけ入口キャップ２４の孔２６に通し、複数回の溶接により所定の位置に固定する。さらに別の例示的実施形態では、各入口導管４０は、バーナー本体１４の内側領域に延びる部分を含み、角度がついていない排出端部５０を有する。図１〜図３および図５〜図７に示されている実施形態によると、入口導管４０は、ベンチュリ入口５２を含み、空気とガスの混合気がバーナー本体１２の内側領域に流れ込む流路を形成している。図１〜図３に示されている一例示的実施形態では、入口導管４０を取り付け板４２の孔４８に挿入し、給湯器の燃焼室のドア用の取り付け板４２を入口導管４０上で位置決めする。入口導管４０の入口端部５０を、取り付け板４２の開口４８に挿入した後に、収束するベンチュリ部分５２を入口導管４０の一端部に装着する。あるいは、収束するベンチュリ部分５２を入口導管４０と直接的に形成する。入口導管４０を取り付け板４２に接触させ所定の位置関係で支えながら、入口導管４０の外面が開口４８の内面に係合するように、適切な道具を用いて入口導管の入口端部を外側に機械的に広げる。その後、入口導管４０を決められた位置で取り付け板４２に対して溶接してもよい。その後、入口導管４０は、入口キャップの孔２６を通ってバーナー本体１４内に挿入される。上述のように、内側にある分配要素３０は、入口導管４０をバーナー本体１４の中央に位置決めするのに役立つ下方に伸びる一対の部材３５を持っている。その後、入口導管４０の周囲を機械的にさらに広げてから、入口導管４０を入口キャップ２４に点溶接して固定し、使用のために入口導管４０をバーナー本体１４内で位置決めしてもよい。さらに、バーナー本体内に位置する入口導管４０の一部分を、バーナー本体１４の下面１６に点溶接してもよい。このように接続すると、強固で気密性のある接続になる。図５〜図７の実施形態に示されているように、本発明によると、１本以上の入口導管４０を使用してもよい。この場合、上記の工程が踏まれるが、複数の入口導管４０は横方向に互いに間隔をあけて配置され、取り付け板４２は複数の孔４８を有することになり、入口キャップ２６には複数の給気管４０を収容するために複数の孔２６が形成されることになる。さらに、入口導管４０をバーナー本体１４の中央に位置決めするのに役立つ下方に伸びる部材３５を、内側にある分配要素３０に加えてもよい。１本以上の給気管４０の場合、取り付け板４２が装着されたバーナーユニット１０を、取り付け板４２が給湯器の外箱に当たるまで給湯器のタンク内に挿入する。その後、固定具やその他の手段を用いて、取り付け板４２を外箱に固定し、バーナーユニット１０を燃焼室内に吊り下げる。

各入口導管４０の入口端部５２は円錐形であり、取り付け板４２の外側に置かれているため、給湯器に接続した際にはタンク外箱の外側に位置することになる。別の実施形態では、入口導管４０の入口端部５２を燃焼室の内側に置いてもよい。その後、ガスノズルの形をした燃焼ガスの供給源を、典型的には、各入口導管４０の入口端部５２に隣接するように位置決めする。所定の位置に取り付けられたガスノズルは、通常、入口導管４０の軸と一直線に並び、入口端部５２から所定の距離をあけて配置される。従来のように、ガスノズルから噴射されたガスは、一次空気と共に入口導管４０の入口５２に入り、入口端部５２の円錐形状により生み出されるベンチュリ効果により混合される。ガスおよび引き込まれた一次空気は、入口導管４０から分配要素３０へと移動し、この間にほぼ均一なガスの混合気になるようにさらに混合される。複数の入口導管が設計に組み込まれた場合は、対応する複数のガスノズルも組み込まれる。

図１と図５に示されているように、バーナーユニット１０は、ガスノズルを入口導管４０の入口開口５２に対して所定の位置で支える１つ以上のブラケットまたはノズル支持部５４を含んでいてもよい。図示の実施形態では、ブラケットまたはノズル支持部５４は、金属薄板構造であり、ガスノズルを受けるために略Ｕ字形である。ブラケットまたはノズル支持部５４は、ブラケットまたはノズル支持部５４を取り付け板４２に固定する複数の装着要素を含んでもよい。ブラケットまたはノズル支持部５４は、バーナーユニット１０を燃焼室に挿入する前に、取り付け板４２に装着してもよい。あるいは、ブラケットまたはノズル支持部５４は、バーナー本体１２を燃焼室内に置き、取り付け板４２を固定した後に、取り付け板４２に装着することもできる。その後、ロッキングラグ（固定突起）を含む従来のカバーを、ブラケットまたはノズル支持部５４の上につけてもよい。

なお、上記の組立工程は、実際の設計およびバーナーが使用される機器の製造に通常用いられる方法に応じて実質的に変更されうる。よって、本発明は、上記の工程の順番または工程自体に制限されるべきではない。

よって、本発明は、現在存在している給湯器の構造およびその他のガス機器に適用可能なバーナーユニットを提供する。バーナーは、給湯器の密閉されていない燃焼室内に置くことを意図しており、実際には、バーナーの働きを促進するために燃焼室に送られる二次空気に依存する。給湯器への応用では、本発明のバーナーは、給湯器の筐体のすぐ外の領域から一次空気を受け取るように、あるいは給湯器の基部板を介して一次空気を受け取るように構成することができる。

以上、本発明をある程度詳細に記載したが、添付の特許請求の範囲により規定される本発明の要旨または範囲を逸脱しない範囲において様々な変更が当業者によりなされうる。

Claims (23)

1. 底部と上方に伸びる少なくとも一面の側壁とを持つ下部筐体ユニット、端部キャップ、少なくとも１つの入口孔を持つ入口キャップ、前記底部の上方に位置し、多数の開口を有する分配要素、前記分配要素の上方に位置するバーナーデッキ、および前記バーナーデッキの上方に位置する金属繊維網要素を有するバーナー本体と、
   前記バーナー本体と連通し、前記入口キャップの孔を通って前記バーナー本体内に延び、前記バーナー本体の前記分配要素の下方であり前記下部筐体ユニットの前記底部の上方にある領域にガスと空気の混合気を供給する少なくとも１本の入口導管とを含み、
   前記バーナーデッキは、前記金属繊維網要素と層として組み合わされ、前記金属繊維網要素を支持し、前記金属繊維網要素を内側にある前記分配要素から間隔をあけて配置し、前記バーナーデッキ及び前記金属繊
   維網要素の層の縁端部は、前記下部筐体ユニットの少なくとも一面の側壁の上部、前記端部キャップの上部、および前記入口キャップの上部とそれぞれ係合し、
   前記分配要素は、その両側が、前記下部筐体ユニットの前記底部又は側壁に固定され、
   前記下部筐体ユニットの前記底部は、前記バーナー本体に剛性を加え燃焼時のノイズの発生を防ぐ複数のリブを有する、
   ガスバーナーユニット。
2. 前記複数のリブは前記底部の中央の位置で交差する、請求項１に記載のガスバーナーユニット。
3. 前記複数のリブは交差しない、請求項１に記載のガスバーナーユニット。
4. 前記複数のリブは前記下部筐体ユニットの前記底部でＸ形状に交差する、請求項２に記載のガスバーナーユニット。
5. 前記金属繊維網要素は鉄−クロム−アルミニウム合金で構成される、請求項１に記載のガスバーナーユニット。
6. 前記金属繊維網要素は編まれた金属繊維網である、請求項１に記載のガスバーナーユニット。
7. 前記金属繊維網要素は織られた金属繊維網である、請求項１に記載のガスバーナーユニット。
8. 前記金属繊維網要素は鉄−クロム−アルミニウム合金で構成される、請求項１に記載のガスバーナーユニット。
9. 前記金属繊維網要素は直径５〜６０μｍの鉄−クロム−アルミニウム合金繊維で構成され、前記金属繊維網は１．２０〜２．８０ｍｍの厚みと１．１０〜２．６ｋｇ／ｍ²の１平方メートル当たりの重量を有する、請求項６に記載のガスバーナーユニット。
10. 前記金属繊維網要素は直径２５〜４５μｍの鉄−クロム−アルミニウム合金繊維で構成され、前記金属繊維網は１．６０〜２．４０ｍｍの厚みと１．５０〜２．２ｋｇ／ｍ²の１平方メートル当たりの重量を有する、請求項６に記載のガスバーナーユニット。
11. 前記金属繊維網要素は直径５〜６０μｍの鉄−クロム−アルミニウム合金繊維で構成され、前記金属繊維網は０．５０〜２．００ｍｍの厚みと０．６０〜１．５ｋｇ／ｍ²の１平方メートル当たりの重量を有する、請求項７に記載のガスバーナーユニット。
12. 前記金属繊維網要素が直径２５〜４５μｍの鉄−クロム−アルミニウム合金繊維で構成され、前記金属繊維網は０．７５〜１．７５ｍｍの厚みと０．８０〜１．２ｋｇ／ｍ²の１平方メートル当たりの重量を有する、請求項７に記載のガスバーナーユニット。
13. 前記合金は１８〜２４重量％のＣｒ、４〜８重量％のＡｌ、および残部のＦｅから本質的になる、請求項５に記載のガスバーナーユニット。
14. 前記合金は、１８〜２４重量％のＣｒ、４〜８重量％のＡｌ、最大０．４０重量％のＣ、最大０．０７重量％のＴｉ、最大０．４０重量％のＭｎ、最大０．０４５重量％のＳ、最大０．０４５重量％のＰ、最大０．６０重量％のＳｉ、および残部のＦｅから本質的になる、請求項５に記載のガスバーナーユニット。
15. 前記合金は、１８〜２４重量％のＣｒ、４〜８重量％のＡｌ、最大０．４０重量％のＣ、最大０．０７重量％のＴｉ、最大０．４０重量％のＭｎ、最大０．０４５重量％のＳ、最大０．０４５重量％のＰ、最大０．６０重量％のＳｉ、０．００１〜０．１０重量％の希土類金属、および残部のＦｅから本質的になる、請求項５に記載のガスバーナーユニット。
16. 前記希土類金属はイットリウムまたはハフニウムである、請求項１５に記載のガスバーナーユニット。
17. 前記金属繊維網要素は焼結繊維を含む、請求項１に記載のガスバーナーユニット。
18. 前記バーナー本体と連通し、前記バーナー本体内に延びる前記少なくとも１本の入口導管は、前記入口導管の終端部が前記端部キャップから１５〜５０ｍｍの距離のところに位置するように前記バーナー本体内に延びる、請求項１に記載のガスバーナーユニット。
19. 前記入口導管の前記終端部は前記端部キャップから２０〜４０ｍｍの距離のところに位置する、請求項１８に記載のガスバーナーユニット。
20. 前記バーナーデッキと金属繊維網要素で形成されるバーナーヘッドは毎時７００リットル超の透気度を有し、前記透気度は圧力降下が５Ｐａ±０．１Ｐａに達したときの直径４０ｍｍの円形面積を流れる気流量を測定して求めたものである、請求項１に記載のガスバーナーユニット。
21. 前記バーナーヘッドは毎時１０００〜３５００リットルの透気度を有する、請求項２０に記載のガスバーナーユニット。
22. 前記バーナーデッキは毎時７００リットル超の透気度を有する、請求項２０に記載のガスバーナーユニット。
23. 前記バーナーデッキは毎時１４００〜２８００リットルの透気度を有する、請求項２２に記載のガスバーナーユニット。

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