JP2004093021A

JP2004093021A - Combustor and water heating device

Info

Publication number: JP2004093021A
Application number: JP2002255655A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Nakamura; 中村　豊; Hiroki Hasegawa; 長谷川　宏樹; Hitoshi Hara; 原　人志
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP3922361B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a combustor that can completely combust most of fuel sprayed into a combustion part even just after start of combustion operation, and a water heating device that has the combustor. <P>SOLUTION: The combustor 2 comprises a diffusion preventing member 19 under a combustion cylinder 11. The diffusion preventing member 19 has a substantially cylindrically shaped body portion 19a that has an outward flange portion 19b and an inward flange portion 19c on respective opposite ends. Prior to a combustion operation, a drive controller 72 for controlling drive of the combustor 2 executes a preheating operation using a combustion rate q smaller than a requested combustion rate Q to heat the diffusion preventing member 19. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯器等の湯水加熱装置に好適に使用できる燃焼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１０は、燃料を噴霧して燃焼させる燃焼装置を備えた湯水加熱装置を示す正面図である。図１０において、１００は給湯装置であり、１０１は燃焼装置である。燃焼装置１０１は、燃料噴射ノズル１０４とノズル収納筒１０２と燃焼筒１０３と送風機１０５とを有する。燃焼筒１０３の下流側には燃焼筒１０３内において燃料が燃焼することにより発生した高温の燃焼ガス通過する燃焼室１１５と熱交換器１１６とが設けられている。
【０００３】
燃料噴射ノズル１０４は、ノズル収納筒１０２内に収納され、外部から供給された燃料を燃焼筒１０３内に噴霧するものである。燃料噴射ノズル１０４から噴霧された燃料は、燃焼筒１０３内で火炎を形成して燃焼する。
【０００４】
ノズル収納筒１０２内には、前記した燃料噴射ノズル１０４の他に、点火プラグ１０６が内蔵されており、燃料噴射ノズル１０４から噴射された燃料は、点火プラグ１０６によって点火される。
【０００５】
燃焼筒１０３は図６に示す様に二段形状の筒体であり、ノズル収納筒１０２に接続された第１燃焼筒１０７と、当該第１燃焼筒１０７に連続する第２燃焼筒１０８とから構成されている。
【０００６】
燃焼装置１０１では、燃料噴射ノズル１０４において噴霧された燃料の大部分が燃焼筒１０３内において燃焼され、高温の燃焼ガスを発生する。燃料の燃焼により発生した高温のガスは、燃焼筒１０３の下流側に隣接する燃焼室１１５内を流れ、熱交換器１１６内の湯水を加熱する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の給湯器１００では、燃焼筒１０３において発生した高温の燃焼ガスによって燃焼室１１５が過度に高温となることを防止するため、燃焼室１１５の周囲には水管が巻き付けられている。そのため、燃焼室１１５の壁面は水管内を流れる湯水との熱交換によって冷却され、比較的低温となる。
【０００８】
従来の給湯器１００では、燃料噴射ノズル１０４において噴霧された燃料のうち、燃焼筒１０３内において燃焼しきれなかったものは、燃焼ガスと共に燃焼室１１５内に流入し、その一部が燃焼室１１５に付着する。上記したように、燃焼室１１５は、冷却され比較的低温となっているため、燃焼室１１５に付着した燃料は冷却され液化してしまい、燃焼されることなく排出されていた。そのため、従来の給湯器１００および燃焼装置１０１では、燃料噴射ノズル１０４から噴霧された燃料の一部を未燃成分として排出してしまい、十分なエネルギー効率を得られないおそれがあった。
【０００９】
そこで上記した問題に鑑み、本発明者等は、燃焼筒１０３の下流側の端部に図３に示すような拡散防止部材１９（ターゲット部材）を設けた燃焼装置１２０を給湯器１００に採用し実験を行った。拡散防止部材１９は、後述するように円筒形の本体部１９ａを有し、その下流側の端部に内フランジ部１９ｃが設けられている。
【００１０】
拡散防止部材１９は、本体部１９ａの一端側に設けられている外フランジ部１９ｂを介して燃焼筒１０３に連続するように固定されており、燃焼室１１５内に収納されている。本体部１９ａは、燃焼筒１０３内における燃料の噴霧方向に沿う方向に延伸する壁部を形成するものである。また、内フランジ部１９ｃは、本体部１９ａの下流側の端部を径方向内側に折り返した部分である。
【００１１】
上記した拡散防止部材１９を燃焼筒１０３の下流側の端部に固定すれば、燃料噴射ノズル１０４により燃焼筒１０３内に噴霧された燃料は、拡散防止部材１９によって燃焼室１１５の内壁側への拡散が防止される。そのため、拡散防止部材１９を設けることにより、燃焼筒１０３を通過した燃料が燃焼室１１５の内壁に付着し液化するのを防止し、燃焼動作中に燃焼筒内に噴霧される燃料の大部分を完全燃焼することができる。
【００１２】
しかし、本発明者等の実験により、拡散防止部材１９を設けた場合であっても、燃焼動作の開始時には拡散防止部材１９自身が低温であるため、燃焼筒１０３内を通過した燃料が拡散防止部材１９の内壁に付着すると一部が液化してしまい、燃料を完全燃焼できないおそれがあるということが判明した。
【００１３】
そこで、上記した問題に鑑み、燃焼動作の開始直後であっても燃焼部内に噴霧された燃料の大部分を完全燃焼可能な燃焼装置、並びに当該燃焼装置を備えた湯水加熱装置の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記した問題を解決すべく提供される請求項１に記載の発明は、燃料を噴霧する噴霧手段と、当該噴霧手段により噴霧された燃料を燃焼させる燃焼部とを具備し、必要に応じた燃焼量となるように燃料を燃焼させる燃焼動作を行う燃焼装置において、前記燃焼部の内部あるいはその下流側には燃焼部内に噴霧された燃料及び／又は燃焼部内に形成された火炎が接触することにより、当該燃料及び／又は火炎が冷却されるターゲット部材が設けられており、燃焼動作に先だって前記ターゲット部材を予熱する予熱動作を行うことを特徴とする燃焼装置である。
【００１５】
本発明の燃焼装置は、燃焼動作に先だってターゲット部材を予熱する予熱動作を行うものであるため、燃焼動作の開始時には前記ターゲット部材が比較的高温となる。そのため、燃焼動作時に燃焼部内に噴霧された燃料や燃焼により発生した火炎が前記ターゲット部材に接触しても、燃料や火炎は冷却されない。
【００１６】
本発明の燃焼装置では、燃焼動作時に燃焼部内に噴霧された燃料は、ターゲット部材に接触しても冷却されないため、燃料が液化しない。また、本発明の燃焼装置では、燃焼動作時にターゲット部材が既に予熱されているため、燃焼部を通過する間に液化した燃料や、液化しつつある燃料の気化を促進し、燃焼部内に噴霧された燃料の液化を防止することができる。またさらに、本発明の燃焼装置では、燃焼動作により形成される火炎は、ターゲット部材に接触しても冷却されない。そのため、本発明の燃焼装置によれば、燃焼部内に噴霧された燃料の大部分を完全燃焼し、一酸化炭素等の有毒ガスや、ハイドロカーボン（ＨＣ）等の未燃成分の発生量を最小限に抑制し、環境に調和した燃焼動作を行うことができる。
【００１７】
また上記したように、本発明によれば、燃焼部内に噴霧された燃料の大部分を完全燃焼できるため、燃料の不完全燃焼に伴い発生するスス等の副生成物の発生量も少ない。そのため、上記した構成によれば、スス等の副生成物の堆積に伴う燃焼装置の故障を最小限に抑制することができる。
【００１８】
また、請求項１と同様の課題を解決すべく提供される請求項２に記載の発明は、燃料を噴霧する噴霧手段と、当該噴霧手段により噴霧された燃料を燃焼させる燃焼部とを具備し、必要に応じた燃焼量となるように燃料を燃焼させる燃焼動作を行う燃焼装置において、前記燃焼部の下流側には燃焼部内に噴霧され、下流側に流出する燃料の拡散を防止する拡散防止部材が設けられており、燃焼動作に先だって前記拡散防止部材を予熱する予熱動作を行うことを特徴とする燃焼装置である。
【００１９】
上記したように、本発明の燃焼装置は、予熱動作を行うことにより燃焼動作に先だって拡散防止部材を加熱しておくものである。そのため、本発明の燃焼装置では、燃焼動作の初期段階において燃焼部内に噴霧された燃料や燃焼により発生した火炎が前記拡散防止部材に接触しても、燃料の液化や火炎の冷却が起こらない。また、本発明の燃焼装置では、燃焼動作時に拡散防止部材が既に予熱されているため、燃焼部を通過することにより液化した燃料や、液化しつつある燃料の気化を促進することができる。従って、本発明の燃焼装置によれば、燃焼部内に噴霧された燃料の大部分を完全燃焼することができる。
【００２０】
またさらに、本発明の燃焼装置では、燃焼部の下流側に拡散防止部材を具備しているため、噴霧手段において噴霧された燃料は、噴霧手段による燃料の噴霧方向に対して交差する方向への広がりが抑制され、一時的に拡散防止部材内に滞留する。また同様に、燃焼部における燃料の燃焼に伴い発生する高温の燃焼ガスも、一時的に拡散防止部材の内部に滞留する。
【００２１】
本発明の燃焼装置では、燃料が燃焼し火炎が形成される燃焼部に隣接した位置に拡散防止部材が設けられているため、燃焼動作時にも拡散防止部材は比較的高温に維持される。また、拡散防止部材は、内部に一時的に滞留している高温の燃焼ガスによっも加熱され、高温に維持される。そのため、上記した構成によれば、燃焼動作時に燃焼されずに燃焼部内を流れてきた燃料を、拡散防止部材において加熱して高温とすることにより燃料の液化を防止し、大部分を完全燃焼することができる。
【００２２】
上記したように、本発明の燃焼装置は、燃焼部内に噴霧された燃料の大部分を完全燃焼させることができるため、一酸化炭素等の有毒ガスや、ハイドロカーボン（ＨＣ）等の未燃成分の発生量が極めて少ない。従って、上記した構成によれば、エネルギー効率が高く、環境に調和した燃焼動作を行うことができる。
【００２３】
また、本発明の燃焼装置によれば、燃焼動作時に噴霧された燃料の大部分を完全燃焼することができるため、不完全燃焼に伴い発生するスス等の副生成物の堆積に伴う燃焼装置の故障を防止することができる。
【００２４】
請求項３に記載の発明は、燃料を噴霧する噴霧手段と、当該噴霧手段により噴霧された燃料を燃焼させる燃焼部とを具備し、必要に応じた燃焼量となるように燃料を燃焼させる燃焼動作を行う燃焼装置において、前記燃焼部の下流側には燃焼部内に噴霧され、下流側に流出した燃料の拡散を防止する拡散防止部材が設けられており、要求される燃焼量が所定量以上である場合に、燃焼動作に先だって前記拡散防止部材を予熱する予熱動作を行うことを特徴とする燃焼装置である。
【００２５】
上記した構成によれば、要求される燃焼量が所定量以上である場合に予熱動作を行うことにより燃焼動作に先だって拡散防止部材を加熱しておくものである。そのため、本発明の燃焼装置は、燃焼量が所定量以上であり、燃焼動作時に形成される火炎が拡散防止部材に接触すると想定される場合であっても、火炎の冷却が起こらない。そのため、上記した構成によれば、燃焼時に形成される火炎が冷却されることによるハイドロカーボン（ＨＣ）等の未燃成分の発生量を最小限に抑制することができる。
【００２６】
本発明の燃焼装置では、燃焼動作時に拡散防止部材が既に予熱されており、比較的高温となっている。また、本発明の燃焼装置では、拡散防止部材が燃焼部に隣接した位置に設けられているため、拡散防止部材は燃焼動作時にも比較的高温に維持される。またさらに、拡散防止部材は、燃焼動作中に内部に一時的に滞留する高温の燃焼ガスによっも加熱され、高温に維持される。そのため、上記した構成によれば、燃焼部を通過することにより液化した燃料や、液化しつつある燃料の気化を促進し、燃料を燃焼しやすい状態に維持することができる。従って、本発明の燃焼装置によれば、燃焼部内に噴霧された燃料の大部分を容易に完全燃焼することができる。
【００２７】
本発明の燃焼装置では、燃焼部の下流側に拡散防止部材を具備しているため、噴霧手段において噴霧された燃料は、噴霧手段による燃料の噴霧方向に対して交差する方向への広がりが抑制され、一時的に拡散防止部材内に滞留する。また同様に、燃焼部における燃料の燃焼に伴い発生する高温の燃焼ガスも、一時的に拡散防止部材の内部に滞留する。
【００２８】
本発明の燃焼装置では、燃料が燃焼し火炎が形成される燃焼部に隣接した位置に拡散防止部材が設けられているため、燃焼動作時にも拡散防止部材は比較的高温に維持される。また、拡散防止部材は、内部に一時的に滞留している高温の燃焼ガスによっも加熱され、高温に維持される。そのため、上記した構成によれば、燃焼動作時に燃焼されずに燃焼部内を流れてきた燃料を、拡散防止部材において加熱して高温とすることにより燃料の液化を防止し、大部分を完全燃焼することができる。
【００２９】
本発明の燃焼装置は、燃焼部内に噴霧された燃料の大部分を完全燃焼させることができため、エネルギー効率が高く、燃料の不完全燃焼に伴い発生する一酸化炭素等の有毒ガスや、ハイドロカーボン（ＨＣ）等の未燃成分の排出量もごく少量である。また、本発明の燃焼装置は、燃料の大部分を完全燃焼することができるため、スス等の副生成物の堆積に伴う故障が殆ど起こらない。
【００３０】
請求項４に記載の発明は、予熱動作に先立って、燃料に点火し、予熱動作よりも小さな燃焼量で燃焼を行う緩点火動作を行う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。
【００３１】
本発明の燃焼装置は、予熱動作に先立って、予熱動作よりも小さな燃焼量で燃焼を行う緩点火動作を行うものであるため、燃料の燃焼を段階的に行うことができる。そのため、上記した構成によれば、燃焼量の急激な変化が起こらず、燃焼動作に至る一連の動作をスムーズに行うことができる。
【００３２】
請求項５に記載の発明は、予熱動作時には、燃焼部内への空気の供給量を減少させ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。
【００３３】
本発明の燃焼装置では、予熱動作時に燃焼部内に導入される空気量が少ないため、予熱動作により発生する熱量が高い。そのため、上記した構成によれば、燃焼部の下流側にあるターゲット部材や拡散防止部材を効率よく加熱することができる。
【００３４】
また、請求項６に記載の発明は、噴霧手段に燃料を供給する燃料往路と、当該燃料往路を介して噴霧手段に供給された燃料の一部を、前記燃料往路に設けられた燃料ポンプよりも上流側に戻す燃料復路とを備え、前記燃料往路の中途には、燃料を前記噴霧手段に送る燃料ポンプが設けられており、前記燃料復路の中途には、断続的あるいは周期的に開閉可能な間欠開閉弁が設けられており、予熱動作に先だって緩点火動作を行い、当該緩点火動作において燃料が着火した場合は予熱動作を行い、前記緩点火動作において燃料が着火しない場合は、単位時間当たりにおける間欠開閉弁の開弁時間を短縮す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装置である。
【００３５】
本発明の燃焼装置は、予熱動作に先立って緩点火動作を行い、燃料の燃焼を段階的に行うことができる。そのため、上記した構成によれば、燃焼量の急激な変化が起こらず、燃焼動作に至る一連の動作をスムーズに行うことができる。
【００３６】
本発明の燃焼装置では、特に施工時等に噴霧手段に接続されている燃料復路において空気が咬み込むなどして燃料復路の吸引抵抗が比較的小さくなる場合があり、この場合には、燃料ポンプが外部から供給される燃料を噴霧手段側に十分引き込むことができず、火炎を形成できないおそれがある。しかし、本発明の燃焼装置では、緩点火動作において燃料が着火しない場合に、単位時間当たりにおける間欠開閉弁の開弁時間を短縮するため、燃料復路の吸引抵抗が大きくなり、外部から供給される燃料を噴霧手段側に十分引き込むことができる。そのため、上記した構成によれば緩点火動作における燃料の着火不良を確実に防止することができる。従って、上記した構成によれば、緩点火動作を確実に行うことができるため、緩点火動作から燃焼動作に至る一連の動作をスムーズかつ安定して行うことができる。
【００３７】
請求項７に記載の発明は、拡散防止部材が、燃焼部に連続し、燃焼部内に噴射される燃料の噴射方向に沿う方向へ延伸した壁部を有することを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００３８】
本発明の燃焼装置は、拡散防止部材が、燃焼部内に噴射される燃料の噴射方向に沿う方向へ延伸した壁部を有するため、噴霧手段において噴霧された燃料が、燃料の噴霧方向に対して交差する方向に拡散するのを確実に防止することができる。
【００３９】
請求項８に記載の発明は、拡散防止部材が、燃料の流れの下流側に相当する位置に、燃焼部の開口面積を縮小し、燃焼部内に噴霧された燃料を拡散防止部材内に滞留させる滞留手段を有することを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００４０】
本発明の燃焼装置では、拡散防止部材が、燃焼部の開口面積を縮小する滞留手段を具備しているため、燃焼部内に噴霧されたものの、燃焼部内において燃焼されずに拡散防止部材に至った燃料は、拡散防止部材内に滞留する。本発明の燃焼装置では、燃焼部に近接あるいは隣接する位置に拡散防止部材があるため、拡散防止部材は比較的高温である。そのため、拡散防止部材内に滞留している燃料は、拡散防止部材に接触するなどして加熱され、高温となり気化する。
【００４１】
本発明の燃焼装置では、拡散防止部材内に滞留している燃料の大部分が気体状態であるため、完全燃焼される。そのため、上記した構成によれば、未燃成分の発生を最小限に抑制することができる。
【００４２】
また上記したように、本発明の燃焼装置は、噴霧手段において噴霧された燃料の大部分を完全燃焼することができるため、一酸化炭素等の有毒ガスの発生量が極めて少なく、環境に調和した燃焼動作を行うことができる。また、本発明の燃焼装置は、燃料の大部分を完全燃焼することができるため、スス等の未燃成分の発生量も少なく、これらの未燃成分の付着や堆積に伴う燃焼装置の故障が殆ど起こらない。
【００４３】
また、請求項９に記載の発明は、拡散防止部材の壁面及び／又は滞留手段には、拡散防止部材の内外を連通する連通孔が設けられていることを特徴とする請求項２乃至８のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００４４】
本発明の燃焼装置では、拡散防止部材の壁面及び／又は滞留手段に拡散防止部材の内外を連通する連通孔が設けられているため、燃料の燃焼により発生する燃焼ガスや火炎を前記連通孔から拡散防止部材の外側へと逃がすことにより、拡散防止部材の下流側へと流れる燃焼ガスの流速を安定化させると共に、燃料の燃焼により形成される火炎が燃料の噴霧方向に延伸するのを防止することができる。
【００４５】
本発明の燃焼装置では、燃焼部内において形成された火炎の一部が、拡散防止部材の連通孔から拡散防止部材の外側に出る。そのため、燃焼部内において形成された火炎は、拡散防止部材において燃料の噴霧方向に対して交差する方向に広がり、燃料の噴霧方向には延伸しない。即ち、本発明の燃焼装置では、燃焼部内において形成された火炎が、燃焼部の下流側にある拡散防止部材において面的に広がる。従って、本発明の燃焼装置を採用すれば、給湯装置等に代表される湯水加熱装置において燃焼装置と熱交換器との間に介在し、燃焼ガスが通過する燃焼室を小型化しつつ、燃焼状態を安定化することができる。
【００４６】
本発明の燃焼装置は、燃焼状態が安定しているため、噴霧手段において噴霧された燃料の大部分を完全燃焼することができる。そのため、本発明の燃焼装置によれば、燃焼動作に伴い発生する一酸化炭素等の有毒ガスや、スス等の未燃成分の発生を最小限に抑制することができる。従って、上記した構成によれば、環境に調和した燃焼動作を行うと共に、スス等の付着や堆積に伴う燃焼装置の故障を最小限に抑制することができる。
【００４７】
請求項１０に記載の発明は、燃焼部内に噴射される燃料の噴射方向に沿う方向へ延伸した壁部を有し、少なくとも当該壁部に内外を連通する連通孔が設けられた拡散防止部材を具備し、燃焼部の外部から空気導入口を介して空気が燃焼部内に導入され、噴霧手段により燃料が燃焼部内に噴射され、燃焼部内に導入された空気と前記燃料とが混合され燃焼されることにより火炎が形成されるものであり、燃焼部内において形成される火炎、燃料の燃焼により発生する燃焼ガス、燃焼部内に導入された空気、あるいは燃焼部内に噴霧された燃料の一部又は全部は、拡散防止部材の内外を連通する連通孔から導出されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の燃焼装置である。
【００４８】
本発明の燃焼装置では、燃焼部内において形成される火炎、燃料の燃焼により発生する燃焼ガス、燃焼部内に導入された空気、あるいは燃焼部内に噴霧された燃料の一部又は全部が拡散防止部材の連通孔から導出される。そのため、燃焼部内において形成される火炎や、燃焼部内に噴霧され拡散防止部材の内部に流入した燃料が燃焼することにより形成される火炎は、拡散防止部材の連通孔から導出される。従って、本発明の燃焼装置では、燃料の燃焼により形成される火炎が燃料の噴霧方向に対して交差する方向に広がり、燃料の噴霧方向にはさほど延伸しない。よって、本発明の燃焼装置によれば、湯水加熱装置において燃焼装置と熱交換器との間に介在される燃焼室を小型化しつつ、燃焼状態の安定化を図ることができる。即ち、本発明によれば、給湯装置等の湯水加熱装置を小型化することができる。
【００４９】
上記した構成によれば、燃料の燃焼状態を安定し、噴霧手段から噴霧された燃料の大部分を完全燃焼することができる。そのため、本発明の燃焼装置によれば燃焼動作に伴い発生する一酸化炭素等の有毒ガスや、スス等の未燃成分の発生量を極微量に抑制し、環境に調和した燃焼動作を行うことができる。また、本発明の燃焼装置は、スス等の未燃成分の発生量が少ないため、未燃成分の付着や堆積に伴う燃焼装置の故障が殆ど起こらない。
【００５０】
また請求項１１に記載の発明は、噴霧手段に燃料を供給する燃料往路と、当該燃料往路を介して噴霧手段に供給された燃料の一部を、前記燃料往路に設けられた燃料ポンプよりも上流側に戻す燃料復路とを備え、前記燃料往路の中途には、燃料を前記噴霧手段に送る燃料ポンプが設けられており、前記燃料復路の中途には、断続的あるいは周期的に開閉可能な間欠開閉弁が設けられており、必要に応じた燃焼量となるように燃料を燃焼させる燃焼動作を行う燃焼装置において、前記燃焼動作に先立って、前記必要に応じた燃焼量よりも小さな燃焼量で燃焼を行う緩点火動作を行い、当該緩点火動作において燃料が着火した場合は予熱動作を行い、前記緩点火動作において燃料が着火しない場合は、単位時間当たりにおける間欠開閉弁の開弁時間を短縮することを特徴とする燃焼装置である。
【００５１】
本発明の燃焼装置では、噴霧手段に接続されている燃料復路において空気が咬んでいるなど理由で燃料復路の吸引抵抗が比較的小さい場合に、燃料ポンプが外部から供給される燃料を噴霧手段側に十分引き込むことができず、火炎を形成できないおそれがある。しかし、本発明の燃焼装置は、緩点火動作において燃料が着火しない場合に、単位時間当たりにおける間欠開閉弁の開弁時間を短縮することにより燃料復路の吸引抵抗を大きくするものであるため、外部から供給される燃料を噴霧手段側に十分引き込むことができる。そのため、上記した構成によれば緩点火動作における燃料の着火不良を確実に防止することができる。
【００５２】
また、上記した請求項１乃至１１のいずれかに記載の燃焼装置は、燃焼部と、水を加熱する熱交換部を有し、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の燃焼部として採用することが可能である。（請求項１２）
【００５３】
【発明の実施の形態】
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説明する。図１は、本発明の第１実施形態である給湯器および燃焼装置の内部構造を示す正面図である。図２は、図１に示す燃焼装置において採用されている燃焼筒を示す斜視図である。図３は、本実施形態の燃焼装置に採用されている拡散防止部材を示す斜視図である。図４は、図２に示す燃焼筒および図３に示す拡散防止部材の分解斜視図である。図５は、図１に示す燃焼装置の要部断面図である。図６は、図１に示す燃焼装置が備える燃料系統を示す図である。図７は、図６に示す燃料系統が備えるインジェクター弁を示す断面図である。図８は、本実施形態の燃焼装置の動作を示すフローチャート図であり、図９はタイミングチャート図である。
【００５４】
本実施形態の給湯器１（湯水加熱装置）は、図１の様に、箱形の本体ケース７の内部に燃焼装置２を内蔵したものである。燃焼装置２の下流側には、燃焼室３（燃焼部）と熱交換器４とが順に配されている。熱交換器４の下流側には排気ダクト５が接続されており、その下流端には排気ガスを排出する排気トップ６が設けられている。
【００５５】
燃焼装置２の下流側の燃焼室３は、燃焼装置２で発生した高温の燃焼ガスを熱交換器４へ導く空間である。燃焼室３の周囲には、内部を通過する燃焼ガスによる外壁の加熱を防止するための水管３ａが外周壁に沿って巻き付けられている。また、熱交換器４は、水管４ａを流動する湯水を燃焼装置２で発生した燃焼ガスの熱との熱交換により昇温させるものである。そして、熱交換器４で熱交換された燃焼ガスは、排気ダクト５を経由して排気ガスとして排気トップ６から排出される。
【００５６】
燃焼装置２は、箱形の空気室１０の内部に燃焼筒１１（燃焼部）を配すると共に、空気室１０の上部に燃料噴霧手段１５と送風機１２とを設け、空気室１０の下部であって燃焼筒１１に連続する位置に拡散防止部材１９を設けたものである。燃焼筒１１を収納する空気室１０は、仕切板３０によって、燃焼筒１１の上流部に位置する第１空気室３５と下流部に位置する第２空気室３６とに仕切られている
【００５７】
また、燃焼筒１１の上端側、すなわち燃焼筒１１内に噴霧される燃料の上流側に相当する部位には、一次空気導入筒１３及びノズル収納筒１４が装着されている。ノズル収納筒１４には、液体燃料を燃焼筒１１の内部に噴射する燃料噴射ノズル１６と、これにより噴射される液体燃料に点火する点火プラグ１７に加えて火炎を検知する火炎検知手段１８が収納されている。
【００５８】
本実施形態の燃焼装置２は、図１および図５に示すように空気室１０を仕切る仕切板３０に、第１空気室３５から第２空気室３６へ流動させる空気量を調節するダンパ３７を設けている。そして、送風機１２の回転数およびダンパ３７の開度を調整することにより、第１空気室３５及び第２空気室３６に燃焼状態に応じた空気供給を行うことにより、燃焼筒１１の外壁に設けられた複数の空気導入口を介して燃焼筒１１の上流部及び下流部に燃焼量に応じた量の空気を導入させて燃焼を行わせるものである。
【００５９】
燃焼筒１１は、図２の様に、円筒体を３段に積み重ねた形状であり、上流側の第１火炎形成部２０と、第１火炎形成部２０の下流に連続する第２火炎形成部２１と、第２火炎形成部２１の下流に連続する燃焼空間部２２とで構成される。燃焼筒１１の上流側には、図２の様に、一次空気導入筒１３とノズル収納筒１４が圧入装着され、これら、燃焼筒１１、一次空気導入筒１３及びノズル収納筒１４が一体化された状態で空気室１０に装着される。
【００６０】
燃焼筒１１は、図２の様に、上流側に位置する円筒形の第１火炎形成部２０と、当該第１火炎形成部２０よりも外径が大きく下流側に連続する円筒形の第２火炎形成部２１と、当該第２火炎形成部２０よりも更に外径が大きく下流側に連続する円筒形の燃焼空間部２２とを一体化した形状である。即ち、燃焼筒１１は、外径の異なる３つの円筒体を一体化したもので、各円筒体の中心軸は略一致している。
【００６１】
第１火炎形成部２０と第２火炎形成部２１とは、主として燃焼噴射ノズル１６から噴射された燃料を燃焼させて火炎を形成させる部位である。従って、燃焼装置２において、燃焼筒１１の第２火炎形成部２１よりも上流側は、一般にバーナと称される部分に相当する。一方、第２火炎形成部２１に連続する燃焼空間部２２は、主として第１及び第２の火炎形成部２０，２１で発生した燃焼ガスを下流側へ向けて通過させる部位である。また、燃焼空間部２２は、第１火炎形成部２０及び第２火炎形成部２１において燃焼しきれずに燃料の流れの下流側に至った燃料を燃焼する部位としても機能する。
【００６２】
第１火炎形成部２０は、上端側、即ち燃料の流れの上流側に相当する位置（図４中　上方側）に閉塞面２０ｅを有し、当該閉塞面２０ｅの中央部には開口２０ａが設けられ、当該開口２０ａに隣接する位置に放射状に複数の旋回導入口２０ｂが配されている。旋回導入口２０ｂは、閉塞面２０ｅの一部を略方形状に内方へ向けて切り起こして旋回羽根２０ｇを形成したものであり、この切り起こしに伴って開口２０ｆが形成される。旋回導入口２０ｂは、開口２０ｆから旋回羽根２０ｇに沿って空気を導入することにより、第１火炎形成部２０の中心軸の周りに上流側から見て反時計方向へ旋回する気流を生じさせる機能を有する。
【００６３】
第１火炎形成部２０の下流側近傍の外周壁には、全周に渡って複数の空気導入口２０ｃ，２０ｄが放射状に配列されている。空気導入口２０ｃ，２０ｄは、共に第１火炎形成部２０、即ち燃焼筒１１の内外を連通するものである。空気導入口２０ｃ，２０ｄは、燃焼筒１１の外部にある空気を燃焼筒１１の内部に導入するものである。さらに具体的には、空気導入口２０ｃ，２０ｄは、送風機１２により空気室１０内に導入される空気を、燃焼筒１１内に導入するものである。
【００６４】
第２火炎形成部２１は、第１火炎形成部２０よりも大径の円筒体であり、両者の接続部には上流側に面する段部２１ａが形成されている。また、段部２１ａには、複数の旋回導入口２１ｂが配されている。旋回導入口２１ｂは、段部２１ａの一部をプレス加工等によって内方へ向けて陥没させることにより形成されるものであり、これにより燃焼筒１１の周囲にある空気を燃焼筒１１の内部へと導入する開口２１ｅと、燃焼筒１１の周囲にある空気を開口２１ｅに案内し、開口２１ｅから導入される空気の流れ方向を所定方向に向ける空気案内部２１ｆとが形成される。さらに詳細には、空気導入口２１ｂは、燃焼筒１１の周囲にある空気を空気案内部２１ｆによって開口２１ｅに案内することにより、燃焼筒１１の周囲の空気を段部２１ａの内面に沿いつつ中心軸の周りに向かう方向へ導入するものである。この旋回導入口２１ｂを介して導入された空気は、第１火炎形成部２０内に導入された空気の旋回流と同一方向に旋回する気流を形成する。さらに具体的には、旋回導入口２１ｂを介して導入された空気は、第２火炎形成部２１の中心軸の周りに、燃焼筒１１内を流れる燃料の上流側（図４中　上方側）から見て反時計方向へ旋回する気流を生じさせる機能を持つ。
【００６５】
第２火炎形成部２１の下流側近傍の外周壁には、全周に渡って複数の空気導入口２１ｃ，２１ｄが配列されている。空気導入口２１ｃ，２１ｄは、第２火炎形成部２１の内外、換言すれば燃焼筒１１の内外を連通するものである。空気導入口２１ｃ，２１ｄは、燃焼筒１１の外側にある空気を第２火炎形成部２１の内側、即ち燃焼筒１１の内側に導入するものである。さらに具体的には、空気導入口２１ｃ，２１ｄは、送風機１２により空気室１０内に導入される空気を、第２火炎形成部２１の内側、即ち燃焼筒１１の内側に導入するものである。
【００６６】
燃焼空間部２２は、第２火炎形成部２１よりも更に大径の円筒体である。燃焼空間部２２と第２火炎形成部２１との接続部には上流側に面する段部２２ａが形成され、当該段部２２ａには、複数の旋回導入口２２ｂが配されている。旋回導入口２２ｂは、前記した第２火炎形成部２１の旋回導入口２１ｂと略同一の形状および機能を有するものである。
【００６７】
旋回導入口２２ｂは、段部２２ａの一部をプレス加工等によって内方へ向けて陥没させることにより形成されるものである。旋回導入口２２ｂは、燃焼筒１１の周囲にある空気を燃焼筒１１の内部へと導入する開口２２ｅと、燃焼筒１１の周囲にある空気を開口２２ｅ側へ案内し、開口２２ｅから導入される空気の流れ方向を所定方向に向ける空気案内部２２ｆとが形成される。さらに詳細には、空気導入口２１ｂは、燃焼筒１１の周囲にある空気を空気案内部２２ｆによって開口２１ｅに案内することにより、燃焼筒１１の周囲の空気を段部２２ａの内面に沿いつつ中心軸の周りに向かう方向へ導入するものである。この旋回導入口２２ｂを介して導入された空気は、第１火炎形成部２０内および第２火炎形成部２１内に導入された空気の旋回流と同一方向に旋回する気流を形成する。さらに具体的には、旋回導入口２２ｂを介して導入された空気は、第２火炎形成部２１の中心軸の周りに、燃焼筒１１内を流れる燃料の上流側（図４中　上方側）から見て反時計方向へ旋回する気流を生じさせる機能を持つ。
【００６８】
燃焼空間部２２の下流側近傍の外周壁には、全周に渡って複数の空気導入口２２ｃが配列されている。空気導入口２２ｃは、第２火炎形成部２０の内外、即ち燃焼筒１１の内外を連通するものである。空気導入口２２ｃは、燃焼筒１１の外側にある空気を燃焼空間部２２の内側に導入するものである。さらに具体的には、空気導入口２２ｃは、送風機１２により空気室１０内に導入される空気を、燃焼空間部２２の内側に導入するものである。燃焼空間部２２の下流端は径方向外方へ向けて折曲されており、これによりフランジ部２２ｄが形成されている。
【００６９】
燃焼筒１１の下流側に接続される拡散防止部材１９は、図３に示すように円筒形の形状を有し、両端が開口している。拡散防止部材１９は、大別して筒状の本体部１９ａ（壁部）と、外フランジ部１９ｂと、内フランジ部１９ｃ（滞留手段）と、開口１９ｆとを有する。本体部１９ａは、開口径が上記した燃焼筒１１の下端（図３中　下方側）にある燃焼空間部２２の開口径と略同一の開口径を有する円筒体であり、その軸方向の長さは、前記開口径よりも短い。本体部１９ａは、燃焼部１１内に噴射される燃料の噴射方向に沿う方向に延伸した壁部を形成するものである。本体部１９ａの下端側、即ち燃焼筒１１を通過し拡散防止部材１９内に流入した燃料や空気、燃焼ガスの下流側であり、燃焼筒１１内に形成される火炎の先端側に相当する部位には、本体部１９ａの全周にわたって複数の連通孔１９ｄが等間隔で設けられている。連通孔１９ｄは、拡散防止部材１９内に流入した燃料、空気、並びに、燃焼筒１１内に形成される火炎の一部を拡散防止部材１９の外側に導出する部分であると共に、連通孔１９ｄから導出される燃料が燃焼し、火炎を形成する部分でもある。即ち、連通孔１９ｄの一部から燃焼筒１１において形成された火炎の先端が導出され、連通孔１９ｄの一部には連通孔１９ｄから導出される燃料の燃焼により火炎が形成される。
【００７０】
外フランジ部１９ｂは、拡散防止部材１９の一端側を外側に折り曲げることにより形成された部分である。拡散防止部材１９と燃焼筒１１との間に介在される空気室１０の底板３２に固定される部分である。即ち、拡散防止部材１９は、外フランジ部１９ｂを空気室１０の底板３２に固定することにより、燃焼筒１１に連続するように固定される。
【００７１】
内フランジ部１９ｃは、拡散防止部材１９の一端側を径方向内側、即ち燃料噴射ノズル１６における燃料の噴射方向に対して交差する方向であって、燃焼筒１１の内径方向に折り返した部分であり、本体部１９ａに対して略垂直である。内フランジ部１９ｃは、本体部１９ａの開口面積を縮小するものであり、燃焼筒１１内に噴霧され、下流側に流れる燃料を拡散防止部材１９内に滞留させる滞留手段として機能する。
【００７２】
内フランジ部１９ｃは、平面視がリング状であり、その全周にわたって複数の連通孔１９ｅが略等間隔に設けられている。連通孔１９ｅは、本体部１９ａに設けられている連通孔１９ｄと同様に拡散防止部材１９の内外を連通するものである。連通孔１９ｅは、拡散防止部材１９内に流入した燃料、空気、並びに、燃焼筒１１内において形成される火炎および燃焼ガスの一部を拡散防止部材１９の外側に導出する部分である。またさらに、連通孔１９ｅは、拡散防止部材１９内に滞留している燃料が連通孔１９ｅから噴出し、燃焼することによって火炎を形成する部分でもある。
【００７３】
開口１９ｆは、拡散防止部材１９の下流側、即ち内フランジ１９ｃ側の端部にあり、周囲を内フランジ部１９ｃによって取り囲まれる部分である。開口１９ｆは、拡散防止部材１９の上流側、即ち空気室１０の底面３２に固定される外フランジ１９ｂ側の開口よりも開口面積が小さい。換言すれば、開口１９ｆは、本体部１９ａの下流側の端部の開口径を内フランジ部１９ｃによって絞ったものである。
【００７４】
燃焼筒１１に装着される一次空気導入筒１３は、上流側の大径部１３ａと、大径部１３ａよりも僅かに径の小さい下流側の小径部１３ｃとを有する円筒体であり、大径部１３ａは小径部１３ｃに比べて軸方向の高さの大部分を占めている。大径部１３ａの下流側近傍には全周に渡って複数の空気導入口１３ｄが放射状に配列され、大径部１３ａの上流端１３ｂは全周に渡って径方向外方へ向けて僅かに折曲されている。この一次空気導入筒１３の小径部１３ｃの内径は、燃焼筒１１の第１火炎形成部２０の外径と略同一である。
【００７５】
ノズル収納筒１４は有底円筒体であり、上流端は水平に折曲されてフランジ部１４ｂが形成され、下流側の底面１４ｃの中央には開口１４ｄが設けられている。また、周部１４ａの外径は上流側に向かうに連れて僅かに広がるテーパ形状とされ、周部１４ａから底面１４ｃに掛かる部位は大きく湾曲した形状である。周部１４ａの上流側には、複数の空気導入口１４ｅが放射状に配列されており、周部１４ａの外径は一次空気導入筒１３の大径部１３ａの内径と略同一である。
【００７６】
ノズル収納筒１４は、底面１４ｃ側を一次空気導入筒１３の大径部１３ａ側から圧入することにより一体化される。ここで、前記したように、ノズル収納筒１４の周部１４ａはテーパ形状であるので、ノズル収納筒１４を一次空気導入筒１３に圧入すると、図２の様に、一次空気導入筒１３の上流端１３ｂとノズル収納筒１４のフランジ部１４ｂとの間に所定の間隔を有する状態で固定される。
【００７７】
ノズル収納筒１４を装着した一次空気導入筒１３は、その小径部１３ｃを燃焼筒１１の第１火炎形成部２０に挿通することにより、燃焼筒１１に装着されて一体化される。この状態では、ノズル収納筒１４の開口１４ｄと燃焼筒１１の第１火炎形成部２０の開口２０ａとが重なり合っており、これによりノズル収納筒１４から燃焼筒１１の内部に至る燃料噴射のための開口が形成されている。
【００７８】
空気室１０は箱形状であり、図５の様に対向する天板２９と底板３２とを有する。底板３２には大きな開口３２ａが設けられており、開口３２ａの周縁に沿って円筒形の遮蔽筒３４が上流側へ向けて設けられている。
【００７９】
空気室１０内には、燃焼筒１１が位置決めされて固定されている。さらに詳細には、燃焼筒１１は、ノズル収納筒１４及び一次空気導入筒１３を装着した状態で空気室１０内に収納されている。燃焼筒１１は、空気室１０の底板３２に設けられた開口３２ａに挿通されている。空気室１０の天板２９には、ノズル収納筒１４のフランジ部１４ｂが当接している。燃焼空間部２２のフランジ部２２ｄは、底板３２の遮蔽筒３４の内周壁に当接しつつ嵌入されており、これにより燃焼筒１１が位置決めされている。
【００８０】
空気室１０の底板３２の裏面側（図５　下方側）、即ち底板３２の燃焼室３側には、固定金具３３を用いて図４に示すように拡散防止部材１９の外フランジ部１９ｂが当接するように固定されている。即ち、空気室１０の底板３２には、外フランジ部１９ｂが燃焼筒１１内に噴霧された燃料の上流側に位置し、内フランジ部１９ｃが燃料の上流側に位置する姿勢となるように拡散防止部材１９が固定金具３３によって着脱自在に固定されている。固定金具３３は、図４に示すように、外フランジ部１９ｂに沿う形状の段部３３ａを有する環状の部材である。拡散防止部材１９は、外フランジ部１９ｂを固定金具３３の段部３３ａに係合させ、固定金具３３をネジ止めすることにより底板３２に着脱自在に固定されている。
【００８１】
次に、図５を参照して、本実施形態の燃焼装置２における空気の流れおよび火炎の形成状態を説明する。
送風機１２により空気室１０内へ供給される空気の一部は、ノズル収納筒１４の空気導入口１４ｅを介して一次空気として内部に導入される。また、空気室１０内へ供給される空気の一部は、一次空気導入筒１３の空気導入口１３ｄから内部へ流入する。空気導入口１３ｄから内部に導入された空気は、ノズル収納筒１４と一次空気導入筒１３との間の狭い隙間を通り、燃焼筒１１の第１火炎形成部２０に設けた旋回導入口２０ｂから燃焼筒１１の内部に一次空気として旋回流を形成しながら流入する。そして、旋回流を形成しながら流入した空気は、ノズル収納筒１４の空気導入口１４ｅから導入された空気と共に第１火炎形成部２０の開口２０ａの近傍で燃料噴射ノズル１６から噴射される液体燃料と混合され着火される。
【００８２】
一方、空気室１０内に導入された空気の一部は、第１火炎形成部２０の空気導入口２０ｃ，２０ｄ、第２火炎形成部２１の空気導入口２１ｃ，２１ｄあるいは、燃焼空間部２２の空気導入口２２ｃから燃焼筒１１の内部に導入される。即ち、空気室１０内に導入された空気の一部は、空気導入口２０ｃ，２０ｄ，２１ｃ，２１ｄ，２２ｃから燃焼筒１１内に二次空気として導入され、燃料の燃焼に寄与する。
【００８３】
一方、空気室１０内に導入された空気の一部は、第１火炎形成部２０と第２火炎形成部２１との境界部にある段部２１ａに設けられた旋回導入口２１ｂから燃焼筒１１内に導入される。旋回導入口２１ｂから燃焼筒１１内に導入された空気は、第２火炎形成部２１の内壁に沿うように流れ込み、燃焼筒１１内に旋回流を形成する。燃焼筒１１内に噴霧された燃料や、空気導入口２０ｃ，２０ｄ，２１ｃ，２１ｄから導入された空気は、旋回導入口２１ｂから導入された空気の旋回流により十分混合された後、大部分が完全燃焼される。
【００８４】
また同様に、空気室１０内の空気の一部は、第２火炎形成部２１と燃焼空間部２２との境界部にある段部２２ａに設けられている旋回導入口２２ｂから燃焼空間部２２内に導入される。旋回導入口２２ｂから燃焼空間部２２内に流入した空気は、燃焼空間部２２の内壁に沿って流れ、燃焼空間部２２内に旋回流を形成する。燃焼筒１１内において燃焼しきれずに燃焼空間部２２内に流入した燃料や、空気導入口２２ｃから導入された空気は、旋回導入口２２ｂから導入された空気により形成される旋回流により十分混合され、大部分が完全燃焼される。
【００８５】
燃焼筒１１内に噴霧された燃料が燃焼している場合、燃焼筒１１内の圧力は、拡散防止部材１９の内圧よりも高い。そのため、燃焼装置２では、燃焼筒１１内に噴霧されたものの、燃焼筒１１内および燃焼空間部２２内において燃焼しきれなかった燃料や、燃料の燃焼により発生した燃焼ガスは、燃焼筒１１の下流側に接続されている拡散防止部材１９の本体部１９ａ内に流入する。また、燃焼量が多い場合は、燃料の燃焼によって燃焼筒１１内に形成される火炎が拡散防止部材１９内に至る。
【００８６】
拡散防止部材１９の下流側の端部には、燃料噴射ノズル１６における燃料の噴射方向に対して交差する方向に折り返された内フランジ部１９ｃが設けられているため、拡散防止部材１９の本体部１９ａ内に流れ込んだ燃料や高温の燃焼ガスは一時的に本体部１９ａの内部に滞留する。換言すれば、本体部１９ａ内に流れ込んだ燃料や高温の燃焼ガスの流れは、内フランジ部１９ｃによって阻止される。
【００８７】
燃焼筒１１内における燃料の燃焼に伴い発生する火炎や燃焼ガスの一部は、拡散防止部材１９の開口１９ｆから下流側、即ち熱交換器４側に向けて噴出する。また、拡散防止部材１９の内部に形成される火炎の残部は、本体部１９ａの連通孔１９ｄあるいは内フランジ部１９ｃの連通孔１９ｅから拡散防止部材１９の外側に導出される。
【００８８】
拡散防止部材１９の本体部１９ａは、火炎や高温の燃焼ガス等によって加熱され高温となっている。そのため、拡散防止部材１９内に滞留している燃料は、燃料の燃焼によって発生した高温の燃焼ガスや、拡散防止部材１９に接触するなどして加熱されて気体状態となり、大部分が完全燃焼される。拡散防止部材１９内に流入した燃料や空気は、本体部１９ａの連通孔１９ｄや内フランジ部１９ｃの連通孔１９ｅから拡散防止部材１９の外側に向けて噴出すると共に、連通孔１９ｄ，１９ｅに火炎を形成する。
【００８９】
本実施形態の燃焼装置２では、燃焼筒１１内において形成された火炎の一部が、拡散防止部材１９の連通孔１９ｄ，１９ｅから拡散防止部材１９の外側に向けて導出される。また、燃焼筒１１内において燃焼しきれずに拡散防止部材１９内に流入した燃料も、大部分が燃焼され連通孔１９ｄ，１９ｅに火炎を形成する。そのため、本実施形態の燃焼装置２では、火炎が、拡散防止部材１９の全周に形成される。従って、本実施形態の燃焼装置２では、燃焼筒１１内に形成される火炎は燃料の噴霧方向に対して交差する方向に広がり、燃料の噴霧方向にはさほど延伸しない。即ち、燃焼装置２では、燃焼筒１１内において形成された火炎が、燃焼筒１１の下流側にある拡散防止部材１９において面的に広がる。
【００９０】
続いて、本実施形態の燃焼装置２が備える燃料系統について図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態の燃焼装置２は、図６に示すような燃料系統に接続されている。燃焼装置２のノズル収納筒１４に収納されている燃料噴射ノズル１６は、燃料を噴霧する噴霧開口を有する。燃料噴射ノズル１６は、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とを有する。
【００９１】
燃料噴射ノズル１６に接続されている燃料系統は、燃料往路５０と、燃料復路５１とから構成されている。燃料往路５０は、燃料噴射ノズル１６の入り側に接続されている。燃料往路５０は、燃料タンク５２、電磁弁５３および燃料ポンプ５５が直列的に接続されたものである。一方、燃料噴射ノズル１６の戻り側に接続されている燃料復路５１には、逆止弁５６とアキュームレータ５７とインジェクター弁６０（間欠開閉弁）と、油サーミスタ６４とが直列的に接続されている。アキュームレータ５７は、燃料復路５１中を流れる燃料の圧力を緩衝するものである。また、油サーミスタ６４は、燃料復路５１内を流れる燃料の温度を検知するものである。燃料復路５１は、燃料往路５０の電磁弁５３と燃料ポンプ５５との間に接続されている。
【００９２】
本実施形態の燃焼装置２は、図７に示すようなインジェクター弁６０を具備しており、極めて短い時間で断続的に開閉する機能を備えている。インジェクター弁６０は、ケーシング６１内にアクチュエータ６２と、アクチュエータ６２を駆動させるための電磁コイル６３と、アクチュエータ６２に連動する弁体６５とを有する。ケーシング６１の両端部には、ケーシング６１内に燃料を供給するための燃料流入口６６と、燃料を流出する燃料流出口６７とが設けられている。また、ケーシング６１の内部には、燃料流入口６６から流入した燃料が流通する燃料流路６８が設けられている。
【００９３】
ケーシング６１には、接続端子７０が設けられている。接続端子７０は、電磁コイル６３に接続されており、接続端子７０に電流を供給すると電磁コイル６３が励磁される。その結果、ケーシング６１内のアクチュエータ６２が駆動し、アクチュエータ６２と連動して弁体６５が開く。即ち本実施形態で採用するインジェクター弁６０は、接続端子７０に電流が供給されている間、弁体６５が開き、電流が停止すると弁体６５が閉じる。弁体６５は、極めて鋭敏に反応し、瞬間的に開閉される。
【００９４】
また接続端子７０には、図６に示すように弁体６５の開閉の制御をはじめとして燃焼装置２の駆動を制御する弁制御手段７１に接続されている。弁制御手段７１は、弁体６５の開閉周期Ｌと、当該開閉周期における開弁時間をデューティー比制御することにより、弁体６５の開閉を制御し、燃料噴射ノズル１６からの燃料の噴霧量を調整する。即ち、弁制御手段７１は、燃焼装置２に要求される燃焼量（以下、要求燃焼量Ｑと称す）に応じて弁体の開閉周期Ｌと開閉周期Ｌ中に占める開弁時間の比率（開閉時間比Ｔ）を制御し燃料の噴霧量を調整する。さらに具体的には、弁制御手段７１は、開弁時間比Ｔを大きくして弁体６５を長く開けておくことにより、燃料復路５１内の燃料の流量を増加させ、燃料噴射ノズル１６からの燃料の噴霧量を減少させる。逆に、弁制御手段７１は、開弁時間比Ｔを小さくすることにより、弁体６５の開いている時間を相対的に短縮し、燃料噴射ノズル１６からの燃料の噴霧量を増加させる。
【００９５】
続いて、本実施形態の給湯器１および燃焼装置２の駆動制御部分について説明する。本実施形態の燃焼装置２は、弁制御手段７１によって燃料噴射ノズル１６から噴霧される燃料の量を調整し、燃焼量を調整するものである。弁制御手段７１は、給湯器１の駆動制御を行う駆動制御装置７２の一部である。駆動制御装置７２は、ＣＰＵを中心として構成されており、当該ＣＰＵには、前記した配管回路全ての電気機器が直接的に、あるいはリレー等を介して間接的に接続されている。駆動制御装置７２のＣＰＵには、熱交換器５内の水を加熱するのに必要な熱量（要求燃焼量Ｑ）から所定時間当たりに燃焼装置２のインジェクター弁６０を開弁する時間を決定する開弁時間決定プログラムが入力されている。
【００９６】
また、駆動制御装置７２のＣＰＵには、燃焼装置２の動作を司る制御プログラムが入力されている。当該制御プログラムについて以下さらに詳細に説明する。給湯器１の熱交換器４内の湯水を加熱すべく燃焼装置２に対して燃焼要求が出されると、駆動制御装置７２は、燃焼装置２に先ず所定時間だけインジェクター弁６０を開状態とすることによりプレ圧抜き動作を行う。即ち、気温の上昇による燃料の膨張等の影響により、インジェクター弁６０に繋がる燃料系統の内圧が上昇する場合があり、燃料系統の内圧が高い状態で燃焼動作を開始すると、燃焼動作の開始直後における燃料の噴霧圧力が不均一となり、燃焼状態が不安定となるおそれがある。そこで、本実施形態の給湯器１、並びに、燃焼装置２では、燃焼動作に先立って先ず所定時間だけインジェクター弁６０を開状態として、燃料系統の内圧をリークさせ大気圧程度にまで低下させる。
【００９７】
駆動制御装置７２は、燃焼装置２に対してプレ圧抜きを行わせた後、熱交換器４内の湯水の加熱に必要な燃焼量（以下、要求燃焼量Ｑと称す）よりも小さな燃焼量で燃焼動作を行う緩点火動作を行わせる。さらに詳細には、駆動制御装置７２は、プレ圧抜きを行った後、燃料ポンプ５５を駆動させて燃料噴射ノズル１６に燃料を供給し、燃焼装置２を要求燃焼量Ｑよりも小さな燃焼量ｑで作動させる。
【００９８】
ここで、緩点火動作の開始直後において、駆動制御装置７２は、緩点火動作に必要な燃焼量ｑを得るために必要な量の燃料を圧送するのに必要な出力よりも高い出力で燃料ポンプ５５を駆動させる圧力補正動作を行う。さらに具体的に説明すると、燃料噴射ノズル１６に燃料を圧送する燃料ポンプ５５は、所定の出力が発揮されるまでに一定のタイムラグを有する。そのため、緩点火動作の初期段階においては燃料の噴霧量および燃焼状態が不安定となるおそれがある。そのため、駆動制御装置７２は、緩点火動作の初期段階において燃料ポンプ５５を所定の出力よりも高い出力で駆動させることによって、燃料ポンプ５５の出力安定に要する時間を最小限に抑制し、緩点火動作時における燃焼状態を安定化する。
【００９９】
上記した緩点火動作に続いて、駆動制御装置７２は、燃焼装置２に対する要求燃焼量Ｑが所定の燃焼量Ａよりも大きい場合に、送風機１２の回転数を低下させて空気室１０内への送風量を減少させると共に、燃焼装置２を作動させ、上記した拡散防止部材１９を加熱する予熱動作を所定時間にわたって行う。駆動制御装置７２は、前記予熱動作の完了後に燃焼装置２に対する要求燃焼量Ｑに見合った量の燃料を燃料噴射ノズル１６に供給し、燃焼装置２を燃焼動作させる。
【０１００】
駆動制御装置７２は、燃焼装置２における燃焼動作の停止後に所定時間にわたって送風機１２を作動させて掃気動作を行うと共に、インジェクター弁６０を開状態に維持してポスト圧抜き動作を行う。即ち、燃焼動作時に燃料噴射ノズル１６から燃料復路５１側に戻る燃料は、燃料往路５０に設けられた燃料ポンプ５５により圧送されたものの、噴霧されずに残った燃料であり、比較的高圧となっている。そのため、燃焼動作の停止と同時にインジェクター弁６０を閉止すると、比較的高圧である燃料によって燃料復路５１の内圧が高圧となり、燃料復路５１に接続されている構成部品の耐久性が低下するおそれがある。そのため、本実施形態では、燃焼動作の停止後、一定時間だけインジェクター弁６０を開状態に維持するポスト圧抜き動作を行う。
【０１０１】
続いて、本実施形態の給湯器１、並びに、燃焼装置２の動作について図面を参照しながら詳細に説明する。図８は、本実施形態の給湯器１、並びに、燃焼装置２の動作を示すフローチャート図であり、図９はタイムチャート図である。
【０１０２】
給湯器１の主電源（図示せず）が投入されると、駆動制御装置７２は、ステップ１において燃焼装置２に対する燃焼要求の有無を検知する。ここで、駆動制御装置７２が燃焼装置２に対する燃焼要求を検知すると、制御フローはステップ２へと進行する。一方、ステップ１において燃焼装置２に対する燃焼要求がない場合は、駆動制御装置７２は制御フローをステップ１１へと進める。
【０１０３】
ステップ１において燃焼装置２に対する燃焼要求が検知されると、駆動制御装置７２は、ステップ２において送風機１２を作動させる。それと共に、駆動制御装置７２は、後述するステップ３において行われる緩点火動作に先立って、図８の区間Ａに示すようにインジェクター弁６０を所定時間にわたって開状態に維持することにより、燃料噴射ノズル１６に接続されている燃料系統の内圧をリークするプレ圧抜き動作を行う。
【０１０４】
ステップ２においてプレ圧抜き動作が完了すると、制御フローはステップ３に移行する。ステップ３において、駆動制御装置７２は、燃焼装置２に対して要求される燃焼量、即ち要求燃焼量Ｑよりも小さな燃焼量ｑとなるように燃焼装置２を作動させる緩点火動作を行う。さらに詳細には、駆動制御装置７２は、図８の区間Ｂに示すように燃料ポンプ５５の作動を開始させると共に、弁制御手段７１によって燃料噴霧手段１５における燃料の噴霧量が、燃焼装置２の燃焼量が要求燃焼量Ｑである場合における燃料の噴霧量よりも少なくなるようにインジェクター弁６０の開弁時間比Ｔを調整して燃焼筒１１内への燃料の噴霧量を調整する。またこれと同時に、駆動制御装置７２は、第１空気室３５と第２空気室３６とを仕切る底板３２に設けられているダンパ３７を閉止状態としたままで送風機１２を駆動させ、第１空気室３５内に空気を導入する。第１空気室３５内に導入された空気は、空気室１０内に収納されている燃焼筒１１内に流入する。燃焼筒１１内に噴霧された燃料は、燃焼筒１１内において空気と混合され点火される。
【０１０５】
ここで、緩点火動作を行う際に燃料噴射ノズル１６に燃料を圧送する燃料ポンプ５５は、所定の出力が発揮されるまでに一定のタイムラグを有し、燃料の噴霧量および燃焼状態が不安定となるおそれがある。そのため、本実施形態の燃焼装置２では、駆動制御装置７２により燃料ポンプ５５に対して上記した圧力補正動作を行うことにより、燃料ポンプ５５の出力の安定に要する時間を最小限に抑制し、燃焼状態を安定化する。
【０１０６】
ステップ３において緩点火動作を行った後、駆動制御装置７２は、火炎検知手段１８により火炎を検知することにより、緩点火動作により燃焼筒１１内に噴霧された燃料が着火し燃焼しているか否かを判断する。ここで、火炎検知手段１８が火炎を検知しない場合は、燃料系統内に空気が咬んでいる等の理由で燃料ポンプ５５が燃料タンク５２内に貯留されている燃料を燃料噴霧手段１５側に十分引き込めておらず、燃焼筒１１内に十分な燃料が噴霧されていないおそれがある。さらに詳細には、燃料復路５１内に空気が咬んでいるなどして、燃料ポンプ５５の吸引力の大部分が、吸引抵抗の比較的小さな燃料復路５１側に作用し、燃料ポンプ５５が燃料タンク５２内の燃料を燃料往路５０側にうまく吸引できておらず、十分な量の燃料を燃焼筒１１内に噴霧できていないおそれがある。そのため、ステップ４において火炎検知手段１８が緩点火動作によって形成されているべき火炎が検知されない場合は、駆動制御装置７２をステップ４ａへと進める。
【０１０７】
ステップ４ａにおいて、駆動制御装置７２は、インジェクター弁６０の開弁時間比Ｔを低下させ、単位時間当たりにおけるインジェクター弁６０の開弁時間を減少させる。即ち、駆動制御装置７２は、インジェクター弁６０の開弁時間比Ｔを低下させることで燃料復路５１側の吸引抵抗を上昇させる。駆動制御装置７２の開弁時間比Ｔを低下させると、燃料ポンプ５５の吸引力の大部分が燃料タンク５２側に繋がる流路に作用し、燃料タンク５２内の燃料の吸引が促進される。
【０１０８】
駆動制御装置７２は、ステップ４ａにおいてインジェクター弁６０の開弁時間比Ｔを低下させ、燃料の吸引を促進した後、ステップ４ｂにおいて再び緩点火動作を行い、ステップ４ｃにおいて火炎検知手段１８による火炎の検知を行う。ステップ４ｃにおいて火炎が検知される場合は、制御フローがステップ５へと進行する。また、ステップ４ｃにおいて火炎が検知されない場合は、制御フローはステップ４ｂに戻り、引き続き緩点火動作を行う。
【０１０９】
ステップ４あるいはステップ４ｃにおいて火炎が検知された場合、制御フローはステップ５へと進行する。ステップ５において、駆動制御装置７２は、燃焼装置２に要求されている燃焼量、即ち要求燃焼量Ｑが所定の燃焼量Ａ以上であるか否かを判断する。ここで、要求燃焼量Ｑが燃焼量Ａ以上である場合、制御フローは後述するステップ６およびステップ７へと進行し、拡散防止部材１９の予熱を行う。
【０１１０】
一方、要求燃焼量Ｑが燃焼量Ａよりも小さい場合は、ステップ６およびステップ７においてなされる拡散防止部材１９の予熱を行わず、直接ステップ８へと進行する。さらに詳細に説明すると、要求燃焼量Ｑが燃焼量Ａよりも小さい場合は、燃料の燃焼に伴い発生する火炎や、燃焼筒１１内に噴霧される燃料が燃焼筒１１の下流側の端部（図１中　下方側）にまで至ることが少ない。そのため、要求燃焼量Ｑが小さい場合は、燃料の燃焼に伴い発生する火炎や、燃焼筒１１内に噴霧される燃料が拡散防止部材１９に接触し、冷却される可能性が低い。即ち、要求燃焼量Ｑが燃焼量Ａよりも小さい場合は、燃焼を行っても燃焼筒１１内に形成される火炎が冷却されてハイドロカーボン（ＨＣ）が発生したり、燃焼筒１１を通過した燃料が冷却され液化するおそれが少ない。そのため、要求燃焼量Ｑが燃焼量Ａよりも小さい場合は、拡散防止部材１９の予熱に相当するステップ６およびステップ７を行わず、制御フローを直接ステップ８へと進行させる。
【０１１１】
ステップ５において、要求燃焼量Ｑが燃焼量Ａ以上である場合、駆動制御装置７２は、ステップ６において送風機１２の回転数を所定時間だけ低下させ（図８（ａ）参照）、送風量を燃料の完全燃焼に必要不可欠な風量程度まで減少させる。これに続いて、駆動制御装置７２は、ステップ７において所定時間にわたって拡散防止部材１９の予熱動作を行う。さらに詳細には、ステップ７において、駆動制御装置７２の弁制御手段７１は、図８の区間Ｃに示すようにインジェクター弁６０の開弁頻度、即ち開弁時間比Ｔを低下させ、これにより燃料噴射ノズル１６によって燃焼筒１１内に噴霧される燃料の噴霧量を増加させた状態で燃料に点火する。そのため、ステップ７における予熱動作による燃焼量は、上記したステップ３において行われた緩点火動作による燃焼量よりも大きく、要求燃焼量Ｑ以下である。また、ステップ７の予熱動作時における燃料の噴霧量は、緩点火動作時における燃料の噴霧量よりも多く、燃焼量が要求燃焼量Ｑとなるように燃料を燃焼させる燃焼動作を行う場合、即ち後述する燃焼動作を行う場合における燃料の噴霧量以下である。またさらに、ステップ７の予熱動作時におけるインジェクター弁６０の開弁頻度、即ち開弁時間比Ｔは、緩点火動作時よりも小さく、燃焼動作を行う場合以下である。
【０１１２】
ステップ７において噴霧される燃料の量は緩点火動作を行う場合よりも多いため、予熱動作を行うことにより形成される火炎は、緩点火動作時よりも大きく、燃焼筒１１の下流側の端部を超えて拡散防止部材１９内に至る。本実施形態の燃焼装置２においては、燃料の燃焼に伴い発生する火炎が燃焼筒１１および拡散防止部材１９の内壁に沿うように形成される場合が多い。そのため、拡散防止部材１９は、予熱動作に伴って形成される火炎によって内側から炙られ加熱される。またさらに、ステップ６において、送風機１２による送風量が最小限にまで絞られているため、燃焼筒１１内および拡散防止部材１９内は高温となっている。
【０１１３】
要求燃焼量Ｑが所定の燃焼量Ａ以上である場合、ステップ７における予熱動作の完了に伴い、制御フローはステップ８へと進行する。また、要求燃焼量Ｑが燃焼量Ａに満たない場合は、緩点火動作において火炎が形成されていることを条件として制御フローがステップ８へと進行する。駆動制御装置７２は、ステップ８において燃焼装置２に燃焼動作を開始させる。即ち、ステップ８において、駆動制御装置７２は、図８の区間Ｄに示すように弁制御手段７１によって要求燃焼量Ｑに応じてインジェクター弁６０の開弁頻度を調整し、燃焼筒１１内への燃料の噴霧量を調整する。それと同時に、駆動制御装置７２は、送風機１２の回転数を調整すると共に、ダンパ３７の開度を調整することにより、燃焼筒１１内に噴霧された燃料を完全燃焼するのに必要な量の空気を供給する。
【０１１４】
燃焼装置２に対する燃焼要求が停止すると、駆動制御装置７２は、制御フローをステップ９へと進め、燃焼動作を停止させる。即ち、駆動制御装置７２は、図８の区間Ｅに示すように燃料ポンプ５５の駆動を停止させることにより燃焼筒１１内への燃料の噴霧を停止させ、燃料の燃焼を停止する。一方、駆動制御装置７２は、燃焼筒１１内における燃焼の停止後も、一定時間だけ送風機１２の駆動を継続させて掃気を行う。
【０１１５】
ステップ９において燃焼動作の停止直後に、燃料噴射ノズル１６から燃料復路５１に戻る燃料は、燃料ポンプ５５により燃料噴射ノズル１６に圧送されたものの、噴霧されずに残った燃料である。そのため、燃料噴射ノズル１６から燃料復路５１に戻る燃料は、比較的高圧となっている。従って、燃焼動作の停止直後にインジェクター弁６０を閉止状態とすると、燃料復路５１内が高圧となり、インジェクター弁６０等に大きな負荷が作用し、燃料復路５１に接続されている構成部品の耐久性が低下するおそれがある。
【０１１６】
そこで、本実施形態の燃焼装置２では、ステップ９において燃焼動作を停止させた後に、ステップ１０においてインジェクター弁６０を所定時間にわたって開状態に維持するポスト圧抜きを行い、燃料復路５１の内圧をリークさせる。さらに詳細には、駆動制御装置７２は、ステップ１０において図８の区間Ｅに示すように開弁時間比Ｔを１．０にし、インジェクター弁６０を所定時間にわたって開弁状態に維持する。
【０１１７】
ポスト圧抜きが完了すると、駆動制御装置７２は、ステップ１１に移行し、油サーミスタ６４により燃料復路５１内にある燃料の温度を検知する。ここで、図８（ｇ）の区間Ｆに示すように油サーミスタ６４が検知する燃料復路５１内の燃料の温度が、燃料の膨張が起こると想定される温度Ｋを超える場合、駆動制御装置７２は制御フローをステップ１２に進める。駆動制御装置７２は、ステップ１２においてインジェクター弁６０を所定時間にわたって開状態に維持し（図８
区間Ｆ参照）、燃料復路５１内の圧力をリークする高温時圧抜きを行う。一方、ステップ１１において、燃焼停止状態である場合に燃料復路５１内にある燃料の温度が温度Ｋに満たない場合は、制御フローがステップ１へと戻る。
【０１１８】
上記したように本実施形態の燃焼装置２は、予熱動作により燃焼動作に先だって拡散防止部材１９を加熱しておくものである。またさらに、本実施形態の燃焼装置２は、予熱動作時に燃焼筒１１内に導入される空気量が少ないため、予熱動作時により発生する熱量が高い。そのため、上記した構成によれば、燃焼筒１１の下流側にある拡散防止部材１９を効率よく加熱することができる。そのため、本実施形態の燃焼装置２では、燃焼動作の初期段階において燃焼筒１１内に噴霧された燃料や、燃焼により発生した火炎が直接拡散防止部材１９に接触しても、燃料の液化や火炎の冷却が起こらない。
【０１１９】
また、本実施形態の燃焼装置２では、燃焼動作時に拡散防止部材１９が予め加熱されているため、燃焼部を通過することにより液化した燃料や、液化しつつある燃料の気化を促進することができる。また、燃焼装置２は、燃焼筒１１に隣接する位置に拡散防止部材１９を設けたものであるため、燃焼動作時にも拡散防止部材１９は高温に維持される。
【０１２０】
またさらに、拡散防止部材１９は、下流側の端部に本体部１９ａの内径方向に突出した内フランジ部１９ｃを有するため、燃焼動作時に発生する高温の燃焼ガスが本体部１９ａ内にしばらく滞留する。そのため、本実施形態の燃焼装置２では、燃焼動作時においても拡散防止部材１９が高温に維持される。そのため、燃焼装置２では、燃焼動作時に燃焼されずに燃焼筒１１内を流れてきた燃料を拡散防止部材１９に接触させ加熱することにより燃料の液化を防止し、燃焼筒１１内を通過してきた燃料の完全燃焼を促進することができる。
【０１２１】
燃焼装置２は、予熱動作に先立って緩点火動作を行うものであり、燃料の燃焼を段階的に行うことができる。そのため、本実施形態の燃焼装置２では燃焼量の急激な変化が起こらず、燃焼動作に至る一連の動作をスムーズに行うことができる。
【０１２２】
燃焼装置２は、緩点火動作において燃料が着火しない場合に、単位時間当たりにおけるインジェクター弁６０の開弁時間を短縮することにより燃料復路５１の吸引抵抗を大きくし、燃料タンク５２内の燃料を噴霧手段側に十分引き込むことができる。そのため、燃焼装置２では緩点火動作における燃料の着火不良を確実に防止することができる。
【０１２３】
本実施形態の燃焼装置２では、燃料の燃焼により形成される火炎が拡散防止部材１９において面的に広がるため、火炎の上下方向の長さが短い。そのため、燃焼装置２において発生する火炎や燃焼ガスは、燃料の噴霧方向に対して交差する方向に面的に広がり、熱交換器４全体を略均等に加熱することができる。従って、燃焼装置２によれば、給湯器１において燃焼装置２と熱交換器４との間に介在し、高温の燃焼ガスが通過する燃焼室３を小型化しつつ、熱交換器４内を流れる湯水を効率よく加熱することができる。
【０１２４】
上記したように、本発明の燃焼装置は、燃焼部内に噴霧された燃料の大部分を完全燃焼させることができるため、一酸化炭素等の有毒ガスや、ハイドロカーボン（ＨＣ）等の未燃成分の発生量が極めて少ない。従って、上記した構成によれば、エネルギー効率が高く、環境に調和した燃焼動作を行うことができる。
【０１２５】
また、本発明の燃焼装置によれば、燃焼動作時に噴霧された燃料の大部分を完全燃焼することができるため、不完全燃焼に伴い発生するスス等の副生成物の堆積に伴う燃焼装置の故障を防止することができる。
【０１２６】
また上記した給湯器１（湯水加熱装置）は、燃焼装置２において発生した高温の燃焼ガスを熱交換器４側に送り、この高温の燃焼ガスとの熱交換により水管４ａ内を流れる湯水と熱交換を行うものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。さらに具体的には、本発明の湯水加熱装置は、例えば湯水が溜められる貯留部と、貯留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留部内の水を加熱することを特徴とするものであってもよい。
【０１２７】
上記実施形態では、拡散防止部材１９として、筒状の本体部１９ａと外フランジ部１９ｂと内フランジ部１９ｃとを備えたものを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、筒状の本体部１９ａを備えた構成であればいかなる形状、構成を有するものであってもよい。また、本体部１９ａと、外フランジ部１９ｂあるいは内フランジ部１９ｃを別途作成するなどして一体化してもよい。
【０１２８】
拡散防止部材１９は、円筒形であったが、本発明はこれに限定されるものではなくいかなる形状のものであってもよい。
【０１２９】
上記実施形態において連通孔１９ｄ，１９ｅはいずれも複数であったが、本発明はこれに限定されるものでなく、推奨されない形態ではあるが単一であってもよい。また、連通孔１９ｄは、拡散防止部材１９の下端側に全周にわたって等間隔に設けられているが、本発明はこれに限定されるものではなく、燃料や空気の流れや、連通孔１９ｄから外側に向けて形成される火炎の状態等に応じて連通孔１９ｄの形成位置、密度等を適宜調整することも可能である。
【０１３０】
また、上記実施形態では、本発明の実施において推奨される構成の一例として本体部１９ａに連通孔１９ｄを設け、内フランジ部１９ｃに連通孔１９ｅを設けた構成を例示したが、本発明の燃焼装置においては連通孔１９ｄ，１９ｅの双方を必ずしも設ける必要はない。即ち、拡散防止部材１９は、連通孔１９ｄ，１９ｅのいずれか一方、あるいは双方を備えない構成とすることも可能である。
【０１３１】
上記実施形態では、拡散防止部材１９が、外フランジ部１９ｂを空気室１０の底板３２に固定する構造を例示したが、本発明において拡散防止部材１９は燃焼筒１１に連続するように固定されていればよく、例えば外フランジ部１９ｂを燃焼筒１１の下端側に直接溶接するなどして固定してもよい。
【０１３２】
拡散防止部材１９の内フランジ部１９ｃは、本体部１９ａに対して略垂直に形成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、例えば燃焼筒１１内に噴霧される燃料の下流側に向かうに従って断面積が縮小する錐状の形状に形成されたものであっても良い。
【０１３３】
なお、上記した実施形態において、燃焼筒１１は、第１火炎形成部２０、第２火炎形成部２１、並びに、燃焼空間部２２からなる３段形状を有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、従来技術の燃焼装置１０１が備える燃焼筒１０３のように２段形状のものであっても良い。また、本実施形態においては、空気室１０を仕切板３０によって上下に分割し、仕切板３０に設けられたダンパ３７を開閉することにより燃焼状態に応じて空気の導入形態を変化させる構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、仕切板３０やダンパ３７を備えない構成であっても良い。
【０１３４】
また、上記実施形態の燃焼装置２は、予熱動作において燃焼筒１１の下流側に取り付けられた拡散防止部材１９を加熱するものであったが、予熱動作において加熱する対象は、燃焼動作時に燃料や火炎が冷却されるおそれのあるものであればいかなるものであっても良い。
【０１３５】
上記した燃焼装置２は、予熱動作に加えて緩点火動作やプレ圧抜き、ポスト圧抜き、高温時圧抜き等を行うものであったが、上記実施形態は本発明の一実施形態を示したにすぎず、予熱動作に先立って行われる緩点火動作やプレ圧抜き、燃焼動作の終了後に行われるポスト圧抜きや高温時圧抜きは必ずしも行われる必要はない。また同様に、本発明の燃焼装置、並びに湯水加熱装置において、緩点火動作の初期段階において行われる圧力補正動作等の動作は必ずしも行われる必要はない。
【０１３６】
また、燃焼装置２は、緩点火動作時の燃焼量が予熱動作時の燃焼量よりも小さいものであるため、上記実施形態では緩点火動作時（図８　区画Ｂ）におけるインジェクター弁６０の開弁時間比Ｔが、予熱動作時（図８　区画Ｃ）の開弁時間比Ｔよりも小さくなる構成を例示した。しかし、上記実施形態は本発明の一実施形態を示したにすぎず、例えば燃料復路５１に設けられているアキュームレータ５７の容量や、各構成部品同士を接続する配管の管径等の様々な要因に起因して、インジェクター弁６０の開弁時間比Ｔと燃料噴射ノズル１６における燃料の噴霧量との相関関係が逆転すると想定される場合には、図９（ｃ）に一点鎖線で示すように前記した開弁時間比Ｔの大小関係を逆転させてインジェクター弁６０を作動させても良い。
【０１３７】
なお、上記した給湯器１、並びに、燃焼装置２は、本発明の一実施形態を示すものに過ぎず、これをもって本発明を限定するものではない。
【０１３８】
【発明の効果】
請求項１乃至３に記載の発明によれば、燃焼動作時に燃焼部内に噴霧された燃料や燃焼により発生した火炎が前記ターゲット部材や拡散防止部材に接触することによる燃料や火炎の冷却を防止し、一酸化炭素等等の有毒ガスや、ハイドロカーボン（ＨＣ）等の未燃成分の発生量を最小限に抑制することができる。
【０１３９】
請求項４に記載の発明によれば、燃焼動作に至る一連の動作をスムーズに行うことができる。
【０１４０】
請求項５に記載の発明によれば、燃焼部の下流側にあるターゲット部材や拡散防止部材を効率よく加熱することができる。
【０１４１】
請求項６に記載の発明によれば、緩点火動作における燃料の着火不良を確実に防止することができる。
【０１４２】
請求項７に記載の発明によれば、噴霧手段において噴霧された燃料が、燃料の噴霧方向に対して交差する方向に拡散するのを確実に防止することができる。
【０１４３】
請求項８に記載の発明によれば、未燃成分の発生を最小限に抑制することができる。
【０１４４】
請求項９に記載の発明によれば、給湯装置等に代表される湯水加熱装置において燃焼装置と熱交換器との間に介在し、燃焼ガスが通過する燃焼室を小型化しつつ、燃焼状態を安定化することができる。
【０１４５】
請求項１０に記載の発明によれば、燃焼動作に伴い発生する一酸化炭素等の有毒ガスや、ハイドロカーボン（ＨＣ）等の未燃成分、スス等の副生成物の発生量を最小限に抑制し、環境に調和した燃焼動作を行うことができる。
【０１４６】
請求項１１に記載の発明によれば、緩点火動作における着火を確実に行うことができる。
【０１４７】
請求項１２に記載の湯水加熱装置は、上記請求項１乃至１０のいずれかに記載の燃焼装置を備えたものであるため、高効率かつ精度よく湯水を加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である給湯器および燃焼装置の内部構造を示す正面図である。
【図２】図１に示す燃焼装置において採用されている燃焼筒を示す斜視図である。
【図３】本実施形態の燃焼装置に採用されている拡散防止部材を示す斜視図である。
【図４】図２に示す燃焼筒および図３に示す拡散防止部材の分解斜視図である。
【図５】図１に示す燃焼装置の要部断面図である。
【図６】図１に示す燃焼装置が備える燃料系統を示す図である。
【図７】図６に示す燃料系統が備えるインジェクター弁を示す断面図である。
【図８】図１に示すの燃焼装置の動作を示すフローチャート図である。
【図９】図１に示すの燃焼装置の動作を示すタイミングチャート図であり、同（ａ）は図１に示す燃焼装置が具備する送風機の動作を示す。また、同（ｂ）は、ダンパの動作を示す図、同（ｃ）はインジェクター弁の動作を示す図、同（ｄ）は燃料ポンプの動作を示す図、同（ｅ）は点火プラグの動作を示す図、同（ｆ）は火炎検知手段の動作を示す図、同（ｇ）は油サーミスタの動作を示す図である。
【図１０】従来技術の湯水加熱装置および燃焼装置を示す正面図である。
【符号の説明】
１　給湯器（湯水加熱装置）
２　燃焼装置
３　燃焼室（燃焼部）
４　熱交換器
１０　空気室
１１　燃焼筒（燃焼部）
１６　燃料噴射ノズル
１８　火炎検知手段
１９　拡散防止部材
１９ａ　本体部（壁部）
１９ｃ　内フランジ部（滞留手段）
１９ｄ，１９ｅ　連通孔
５０　燃料往路
５１　燃料復路
６０　インジェクター弁
５５　燃料ポンプ
７１　弁制御手段
７２　駆動制御装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a combustion device that can be suitably used for a hot water heater such as a water heater.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a combustion device that sprays and burns a liquid fuel such as petroleum has been widely used as a hot water heating device represented by a hot water supply device or the like. FIG. 10 is a front view showing a hot water heater provided with a combustion device for spraying and burning fuel. In FIG. 10, reference numeral 100 denotes a hot water supply device, and 101 denotes a combustion device. The combustion device 101 includes a fuel injection nozzle 104, a nozzle housing cylinder 102, a combustion cylinder 103, and a blower 105. Downstream of the combustion cylinder 103, a combustion chamber 115 through which a high-temperature combustion gas generated by burning fuel in the combustion cylinder 103 and a heat exchanger 116 are provided.
[0003]
The fuel injection nozzle 104 is housed in the nozzle housing cylinder 102 and sprays fuel supplied from the outside into the combustion cylinder 103. The fuel sprayed from the fuel injection nozzle 104 forms a flame in the combustion tube 103 and burns.
[0004]
In addition to the fuel injection nozzle 104 described above, an ignition plug 106 is built in the nozzle housing cylinder 102, and the fuel injected from the fuel injection nozzle 104 is ignited by the ignition plug 106.
[0005]
The combustion cylinder 103 is a two-stage cylinder as shown in FIG. 6, and includes a first combustion cylinder 107 connected to the nozzle housing cylinder 102, and a second combustion cylinder 108 connected to the first combustion cylinder 107. It is configured.
[0006]
In the combustion device 101, most of the fuel sprayed from the fuel injection nozzle 104 is burned in the combustion cylinder 103 to generate high-temperature combustion gas. The high-temperature gas generated by the combustion of the fuel flows in the combustion chamber 115 adjacent to the downstream side of the combustion tube 103 and heats the hot water in the heat exchanger 116.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional water heater 100, a water pipe is wound around the combustion chamber 115 in order to prevent the combustion chamber 115 from becoming excessively hot due to the high-temperature combustion gas generated in the combustion tube 103. Therefore, the wall surface of the combustion chamber 115 is cooled by heat exchange with hot and cold water flowing in the water pipe, and has a relatively low temperature.
[0008]
In the conventional water heater 100, of the fuel sprayed by the fuel injection nozzle 104, the fuel that cannot be completely burned in the combustion cylinder 103 flows into the combustion chamber 115 together with the combustion gas, and a part of the fuel flows into the combustion chamber 115. Adheres to As described above, since the combustion chamber 115 is cooled to a relatively low temperature, the fuel attached to the combustion chamber 115 is cooled and liquefied, and is discharged without being burned. Therefore, in the conventional water heater 100 and the combustion device 101, a part of the fuel sprayed from the fuel injection nozzle 104 is discharged as an unburned component, and there is a possibility that sufficient energy efficiency cannot be obtained.
[0009]
In view of the above-described problem, the present inventors have adopted a combustion device 120 for the water heater 100 in which the diffusion prevention member 19 (target member) as shown in FIG. An experiment was performed. The diffusion preventing member 19 has a cylindrical main body portion 19a as described later, and an inner flange portion 19c is provided at a downstream end thereof.
[0010]
The diffusion preventing member 19 is fixed so as to be continuous with the combustion tube 103 via an outer flange portion 19b provided on one end side of the main body portion 19a, and is housed in the combustion chamber 115. The main body portion 19a forms a wall portion extending in a direction along the fuel spray direction in the combustion tube 103. The inner flange portion 19c is a portion obtained by folding the downstream end of the main body portion 19a inward in the radial direction.
[0011]
If the above-mentioned diffusion preventing member 19 is fixed to the downstream end of the combustion cylinder 103, the fuel sprayed into the combustion cylinder 103 by the fuel injection nozzle 104 is directed to the inner wall side of the combustion chamber 115 by the diffusion prevention member 19. Spreading is prevented. Therefore, by providing the diffusion preventing member 19, the fuel that has passed through the combustion cylinder 103 is prevented from adhering to the inner wall of the combustion chamber 115 and being liquefied, and most of the fuel sprayed into the combustion cylinder during the combustion operation is removed. Can be completely burned.
[0012]
However, according to experiments performed by the present inventors, even when the diffusion preventing member 19 is provided, the fuel that has passed through the inside of the combustion cylinder 103 is prevented from diffusing because the diffusion preventing member 19 itself has a low temperature at the start of the combustion operation. When it adhered to the inner wall of the member 19, it was found that a part thereof was liquefied, and there was a possibility that the fuel could not be completely burned.
[0013]
In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a combustion device capable of completely burning most of the fuel sprayed into a combustion section even immediately after the start of a combustion operation, and a hot water heating device including the combustion device. I do.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the invention according to claim 1 provided to solve the above-described problem includes a spraying unit for spraying a fuel, and a combustion unit for burning the fuel sprayed by the spraying unit, and as necessary. In a combustion device that performs a combustion operation of burning fuel so as to achieve a combustion amount, the fuel sprayed into the combustion portion and / or the flame formed in the combustion portion come into contact with the inside of the combustion portion or on the downstream side thereof. Accordingly, a combustion apparatus is provided with a target member for cooling the fuel and / or the flame, and performs a preheating operation of preheating the target member prior to the combustion operation.
[0015]
Since the combustion device of the present invention performs the preheating operation of preheating the target member prior to the combustion operation, the temperature of the target member becomes relatively high at the start of the combustion operation. Therefore, even if the fuel sprayed into the combustion portion or the flame generated by the combustion comes into contact with the target member during the combustion operation, the fuel and the flame are not cooled.
[0016]
In the combustion device of the present invention, the fuel sprayed into the combustion section during the combustion operation is not cooled even if it comes into contact with the target member, so that the fuel does not liquefy. In the combustion device of the present invention, since the target member is already preheated during the combustion operation, the fuel liquefied while passing through the combustion portion or the fuel being liquefied is promoted to be sprayed into the combustion portion. Liquefaction of the fuel can be prevented. Still further, in the combustion device of the present invention, the flame formed by the combustion operation is not cooled even when the flame contacts the target member. Therefore, according to the combustion apparatus of the present invention, most of the fuel sprayed into the combustion section is completely burned, and the generation amount of toxic gas such as carbon monoxide and unburned components such as hydrocarbon (HC) is minimized. It is possible to perform combustion operation in harmony with the environment.
[0017]
Further, as described above, according to the present invention, most of the fuel sprayed into the combustion section can be completely burned, so that the amount of by-products such as soot generated due to incomplete combustion of the fuel is small. Therefore, according to the above-described configuration, it is possible to minimize the failure of the combustion device due to the accumulation of by-products such as soot.
[0018]
According to a second aspect of the present invention, which is provided to solve the same problem as the first aspect, there is provided a spray unit for spraying fuel, and a combustion unit for burning the fuel sprayed by the spray unit. In a combustion apparatus for performing a combustion operation for burning fuel so as to have a required combustion amount, diffusion prevention is performed on the downstream side of the combustion part, which is sprayed into the combustion part and prevents diffusion of fuel flowing out downstream. A member is provided, and performs a preheating operation of preheating the diffusion prevention member prior to a combustion operation.
[0019]
As described above, the combustion device of the present invention performs the preheating operation to heat the diffusion prevention member prior to the combustion operation. Therefore, in the combustion device of the present invention, even if the fuel sprayed into the combustion portion or the flame generated by the combustion comes into contact with the diffusion preventing member in the initial stage of the combustion operation, the liquefaction of the fuel and the cooling of the flame do not occur. Further, in the combustion device of the present invention, since the diffusion preventing member is already preheated during the combustion operation, it is possible to promote the vaporization of the liquefied fuel or the liquefied fuel by passing through the combustion part. Therefore, according to the combustion device of the present invention, most of the fuel sprayed into the combustion section can be completely burned.
[0020]
Still further, in the combustion device of the present invention, since the diffusion prevention member is provided on the downstream side of the combustion section, the fuel sprayed by the spraying means is directed in a direction intersecting the fuel spraying direction by the spraying means. Spreading is suppressed and temporarily stays in the diffusion preventing member. Similarly, high-temperature combustion gas generated due to the combustion of fuel in the combustion section also temporarily stays inside the diffusion preventing member.
[0021]
In the combustion device of the present invention, the diffusion prevention member is provided at a position adjacent to the combustion portion where the fuel is burned and the flame is formed, so that the diffusion prevention member is maintained at a relatively high temperature even during the combustion operation. The diffusion preventing member is also heated by the high-temperature combustion gas temporarily staying inside, and is maintained at a high temperature. Therefore, according to the above-described configuration, the fuel that has flowed in the combustion portion without being burned during the combustion operation is heated by the diffusion prevention member to a high temperature to prevent liquefaction of the fuel, and most of the fuel is completely burned. be able to.
[0022]
As described above, the combustion device of the present invention can completely burn most of the fuel sprayed in the combustion section, and therefore, toxic gases such as carbon monoxide and unburned components such as hydrocarbon (HC). The amount of generation is extremely small. Therefore, according to the above configuration, a combustion operation with high energy efficiency and harmony with the environment can be performed.
[0023]
Further, according to the combustion device of the present invention, most of the fuel sprayed during the combustion operation can be completely burned, so that the combustion device associated with the accumulation of by-products such as soot generated due to incomplete combustion can be used. Failure can be prevented.
[0024]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a combustion unit that includes a spraying unit that sprays a fuel, and a combustion unit that burns the fuel that is sprayed by the spraying unit, and that burns the fuel to a required combustion amount. In the combustion device that performs the operation, a diffusion prevention member that prevents the diffusion of the fuel sprayed into the combustion portion and flowing downstream is provided downstream of the combustion portion, and a required combustion amount is equal to or more than a predetermined amount. Wherein the preheating operation of preheating the diffusion preventing member is performed prior to the combustion operation.
[0025]
According to the above configuration, the diffusion prevention member is heated before the combustion operation by performing the preheating operation when the required combustion amount is equal to or more than the predetermined amount. Therefore, in the combustion device of the present invention, even when the combustion amount is equal to or more than the predetermined amount and the flame formed during the combustion operation is assumed to contact the diffusion prevention member, the flame does not cool. Therefore, according to the above configuration, the amount of unburned components such as hydrocarbons (HC) generated by cooling the flame formed during combustion can be suppressed to a minimum.
[0026]
In the combustion device of the present invention, the diffusion prevention member is already preheated during the combustion operation, and has a relatively high temperature. Further, in the combustion device of the present invention, since the diffusion prevention member is provided at a position adjacent to the combustion section, the diffusion prevention member is maintained at a relatively high temperature even during the combustion operation. Further, the diffusion preventing member is heated by the high-temperature combustion gas temporarily staying therein during the combustion operation, and is maintained at a high temperature. Therefore, according to the above configuration, it is possible to promote the vaporization of the liquefied fuel or the liquefied fuel by passing through the combustion section, and to maintain the fuel in a state where it is easy to burn. Therefore, according to the combustion device of the present invention, most of the fuel sprayed in the combustion section can be easily completely burned.
[0027]
In the combustion device of the present invention, since the diffusion preventing member is provided on the downstream side of the combustion section, the fuel sprayed by the spraying device is prevented from spreading in a direction intersecting the spraying direction of the fuel by the spraying device. And temporarily stays in the diffusion preventing member. Similarly, high-temperature combustion gas generated due to the combustion of fuel in the combustion section also temporarily stays inside the diffusion preventing member.
[0028]
In the combustion device of the present invention, the diffusion prevention member is provided at a position adjacent to the combustion portion where the fuel is burned and the flame is formed, so that the diffusion prevention member is maintained at a relatively high temperature even during the combustion operation. The diffusion preventing member is also heated by the high-temperature combustion gas temporarily staying inside, and is maintained at a high temperature. Therefore, according to the above-described configuration, the fuel that has flowed in the combustion portion without being burned during the combustion operation is heated by the diffusion prevention member to a high temperature to prevent liquefaction of the fuel, and most of the fuel is completely burned. be able to.
[0029]
Since the combustion device of the present invention can completely burn most of the fuel sprayed in the combustion section, the energy efficiency is high, and toxic gases such as carbon monoxide generated due to incomplete combustion of the fuel, and hydro-fuel. The emission of unburned components such as carbon (HC) is also very small. In addition, since the combustion device of the present invention can completely burn most of the fuel, failures due to the accumulation of by-products such as soot hardly occur.
[0030]
The invention according to claim 4 is characterized in that, prior to the preheating operation, a mild ignition operation for igniting the fuel and performing combustion with a smaller amount of combustion than in the preheating operation is performed. It is a combustion device of the description.
[0031]
Since the combustion device of the present invention performs the slow ignition operation in which the combustion is performed with a smaller amount of combustion than the preheating operation before the preheating operation, the combustion of the fuel can be performed stepwise. Therefore, according to the above configuration, a rapid change in the amount of combustion does not occur, and a series of operations leading to the combustion operation can be smoothly performed.
[0032]
The invention according to claim 5 is the combustion apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the amount of air supplied into the combustion section is reduced during the preheating operation.
[0033]
In the combustion device of the present invention, since the amount of air introduced into the combustion section during the preheating operation is small, the amount of heat generated by the preheating operation is high. Therefore, according to the above-described configuration, the target member and the diffusion prevention member on the downstream side of the combustion section can be efficiently heated.
[0034]
The invention according to claim 6 provides a fuel forward path for supplying fuel to the spray means, and a part of the fuel supplied to the spray means via the fuel forward path by a fuel pump provided in the fuel forward path. And a fuel pump for feeding fuel to the spraying means in the middle of the fuel outward path, which can be opened or closed intermittently or periodically in the middle of the fuel return path. An intermittent on-off valve is provided, a slow ignition operation is performed prior to the preheating operation, a preheating operation is performed if fuel is ignited in the slow ignition operation, and a unit time is determined if fuel is not ignited in the slow ignition operation. The combustion apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein a valve opening time of the intermittent on-off valve at the time of hitting is shortened.
[0035]
The combustion device of the present invention can perform the mild ignition operation prior to the preheating operation, and can perform the fuel combustion stepwise. Therefore, according to the above configuration, a rapid change in the amount of combustion does not occur, and a series of operations leading to the combustion operation can be smoothly performed.
[0036]
In the combustion device of the present invention, particularly when the fuel is returned to the fuel return path connected to the spraying means at the time of construction or the like, there is a case where the suction resistance of the fuel return path becomes relatively small due to, for example, air intake. Cannot sufficiently draw the fuel supplied from the outside into the spraying means side, and may not be able to form a flame. However, in the combustion device of the present invention, when the fuel is not ignited in the mild ignition operation, the opening resistance of the intermittent on-off valve per unit time is shortened, the suction resistance of the fuel return path increases, and the fuel is supplied from the outside. The fuel can be sufficiently drawn into the spray means. Therefore, according to the above-described configuration, it is possible to reliably prevent poor ignition of the fuel in the mild ignition operation. Therefore, according to the above configuration, the slow ignition operation can be reliably performed, and a series of operations from the slow ignition operation to the combustion operation can be smoothly and stably performed.
[0037]
The invention according to claim 7 is characterized in that the diffusion preventing member has a wall portion continuous with the combustion portion and extending in a direction along the injection direction of the fuel injected into the combustion portion. The combustion device according to any one of the above.
[0038]
In the combustion device of the present invention, the diffusion prevention member has the wall portion extending in the direction along the injection direction of the fuel injected into the combustion portion, so that the fuel sprayed by the spraying means is directed to the fuel spray direction. Diffusion in the crossing direction can be reliably prevented.
[0039]
In the invention described in claim 8, the diffusion prevention member reduces the opening area of the combustion portion at a position corresponding to the downstream side of the flow of the fuel and causes the fuel sprayed in the combustion portion to stay in the diffusion prevention member. The combustion apparatus according to any one of claims 2 to 7, further comprising a stagnation means.
[0040]
In the combustion device of the present invention, since the diffusion prevention member includes the stagnation means for reducing the opening area of the combustion part, the diffusion prevention member is sprayed into the combustion part, but reaches the diffusion prevention member without being burned in the combustion part. The fuel stays in the diffusion prevention member. In the combustion device of the present invention, the diffusion preventing member is located at a position close to or adjacent to the combustion portion, and thus the diffusion preventing member is relatively hot. Therefore, the fuel staying in the diffusion preventing member is heated by contacting the diffusion preventing member or the like, and becomes high temperature and vaporizes.
[0041]
In the combustion device of the present invention, most of the fuel staying in the diffusion preventing member is in a gaseous state, and is thus completely burned. Therefore, according to the above configuration, the generation of unburned components can be suppressed to a minimum.
[0042]
Further, as described above, since the combustion device of the present invention can completely burn most of the fuel sprayed by the spraying means, the generation amount of toxic gas such as carbon monoxide is extremely small, and it is in harmony with the environment. A combustion operation can be performed. In addition, since the combustion device of the present invention can completely burn most of the fuel, the amount of unburned components such as soot is also small, and the failure of the combustion device due to the adhesion or deposition of these unburned components is prevented. Almost never.
[0043]
According to a ninth aspect of the present invention, a communication hole communicating between the inside and the outside of the diffusion preventing member is provided in the wall surface and / or the retaining means of the diffusion preventing member. A combustion device according to any one of the above.
[0044]
In the combustion device of the present invention, since the communication hole communicating between the inside and the outside of the diffusion prevention member is provided in the wall surface of the diffusion prevention member and / or the stagnation means, the combustion gas and the flame generated by the combustion of the fuel are discharged from the communication hole. By escaping to the outside of the diffusion preventing member, the flow velocity of the combustion gas flowing downstream of the diffusion preventing member is stabilized, and the flame formed by the combustion of the fuel is prevented from extending in the fuel spray direction. be able to.
[0045]
In the combustion device according to the aspect of the invention, a part of the flame formed in the combustion section exits outside the diffusion prevention member from the communication hole of the diffusion prevention member. Therefore, the flame formed in the combustion portion spreads in the direction of intersecting the fuel spray direction in the diffusion preventing member, and does not extend in the fuel spray direction. That is, in the combustion device of the present invention, the flame formed in the combustion section spreads in the diffusion preventing member downstream of the combustion section. Therefore, if the combustion device of the present invention is employed, in a hot water supply device represented by a hot water supply device or the like, the combustion chamber interposed between the combustion device and the heat exchanger, while reducing the size of the combustion chamber through which combustion gas passes, Can be stabilized.
[0046]
Since the combustion device of the present invention has a stable combustion state, most of the fuel sprayed by the spraying means can be completely burned. Therefore, according to the combustion apparatus of the present invention, it is possible to minimize the generation of toxic gas such as carbon monoxide and unburned components such as soot generated during the combustion operation. Therefore, according to the above-described configuration, it is possible to perform the combustion operation in harmony with the environment, and to minimize the failure of the combustion device due to the adhesion and deposition of soot and the like.
[0047]
The invention according to claim 10 has a diffusion preventing member having a wall portion extending in a direction along the injection direction of fuel injected into the combustion portion, and having at least a communication hole communicating the inside and outside with the wall portion. Air is introduced into the combustion unit from outside the combustion unit via the air inlet, and fuel is injected into the combustion unit by spraying means, and the air introduced into the combustion unit and the fuel are mixed and burned A flame is formed by this, and the flame formed in the combustion part, the combustion gas generated by the combustion of the fuel, the air introduced into the combustion part, or part or all of the fuel sprayed into the combustion part is The combustion device according to any one of claims 1 to 9, wherein the combustion device is derived from a communication hole that communicates inside and outside of the diffusion prevention member.
[0048]
In the combustion device of the present invention, part or all of the flame formed in the combustion part, the combustion gas generated by the combustion of the fuel, the air introduced into the combustion part, or the fuel sprayed into the combustion part is formed by the diffusion preventing member. It is derived from the communication hole. Therefore, the flame formed in the combustion section and the flame formed by burning the fuel sprayed into the combustion section and flowing into the inside of the diffusion preventing member are drawn out from the communication holes of the diffusion preventing member. Therefore, in the combustion device of the present invention, the flame formed by the combustion of the fuel spreads in the direction intersecting the fuel spray direction, and does not extend so much in the fuel spray direction. Therefore, according to the combustion device of the present invention, it is possible to stabilize the combustion state while reducing the size of the combustion chamber interposed between the combustion device and the heat exchanger in the hot and cold water heating device. That is, according to the present invention, the size of a hot water heater such as a hot water supply device can be reduced.
[0049]
According to the above configuration, the combustion state of the fuel can be stabilized, and most of the fuel sprayed from the spraying means can be completely burned. Therefore, according to the combustion device of the present invention, the amount of toxic gas such as carbon monoxide and unburned components such as soot generated during the combustion operation is suppressed to an extremely small amount, and the combustion operation is performed in harmony with the environment. Can be. Further, in the combustion device of the present invention, since the amount of unburned components such as soot is small, failure of the combustion device due to adhesion or deposition of unburned components hardly occurs.
[0050]
Further, the invention according to claim 11 provides a fuel forward path for supplying fuel to the spray means and a part of the fuel supplied to the spray means via the fuel forward path, as compared with a fuel pump provided on the fuel forward path. A fuel return path to return to the upstream side, and a fuel pump for feeding fuel to the spraying means is provided in the middle of the fuel outward path, and can be opened and closed intermittently or periodically in the middle of the fuel return path. An intermittent on-off valve is provided, and in a combustion device that performs a combustion operation of burning fuel so as to have a required combustion amount, prior to the combustion operation, a combustion amount smaller than the required combustion amount When the fuel is ignited during the slow ignition operation, a preheating operation is performed. When the fuel is not ignited during the slow ignition operation, the intermittent on-off valve is opened per unit time. A combustion apparatus, characterized by shortened.
[0051]
In the combustion device of the present invention, when the suction resistance of the fuel return path is relatively small due to, for example, air biting in the fuel return path connected to the spray means, the fuel pump supplies fuel supplied from the outside to the spray means side. And it may not be possible to form a flame. However, the combustion device of the present invention increases the suction resistance of the fuel return path by shortening the opening time of the intermittent on-off valve per unit time when the fuel does not ignite in the mild ignition operation. Can be sufficiently drawn into the spraying means side. Therefore, according to the above-described configuration, it is possible to reliably prevent poor ignition of the fuel in the mild ignition operation.
[0052]
Further, the combustion apparatus according to any one of claims 1 to 11 has a combustion unit and a heat exchange unit for heating water, and sends combustion gas generated in the combustion unit to the heat exchange unit to perform heat exchange. It can be adopted as a combustion section of a hot water heating apparatus that heats water in the section. (Claim 12)
[0053]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, a combustion apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view showing the internal structure of the water heater and the combustion device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing a combustion cylinder employed in the combustion device shown in FIG. FIG. 3 is a perspective view showing a diffusion preventing member employed in the combustion device of the present embodiment. FIG. 4 is an exploded perspective view of the combustion cylinder shown in FIG. 2 and the diffusion preventing member shown in FIG. FIG. 5 is a sectional view of a main part of the combustion device shown in FIG. FIG. 6 is a diagram showing a fuel system provided in the combustion device shown in FIG. FIG. 7 is a sectional view showing an injector valve provided in the fuel system shown in FIG. FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the combustion device of the present embodiment, and FIG. 9 is a timing chart.
[0054]
As shown in FIG. 1, the water heater 1 (water heater) of the present embodiment has a built-in combustion device 2 inside a box-shaped main body case 7. Downstream of the combustion device 2, a combustion chamber 3 (combustion section) and a heat exchanger 4 are sequentially arranged. An exhaust duct 5 is connected to a downstream side of the heat exchanger 4, and an exhaust top 6 for exhausting exhaust gas is provided at a downstream end of the exhaust duct 5.
[0055]
The combustion chamber 3 downstream of the combustion device 2 is a space for guiding the high-temperature combustion gas generated in the combustion device 2 to the heat exchanger 4. A water tube 3a is wound around the outer periphery of the combustion chamber 3 to prevent the outer wall from being heated by the combustion gas passing through the inside. The heat exchanger 4 raises the temperature of the hot and cold water flowing through the water pipe 4 a by heat exchange with the heat of the combustion gas generated in the combustion device 2. Then, the combustion gas that has undergone heat exchange in the heat exchanger 4 is discharged from the exhaust top 6 as exhaust gas via the exhaust duct 5.
[0056]
The combustion device 2 has a combustion cylinder 11 (combustion section) disposed inside a box-shaped air chamber 10, and a fuel spray means 15 and a blower 12 provided above the air chamber 10. The diffusion preventing member 19 is provided at a position continuous with the combustion cylinder 11. The air chamber 10 housing the combustion cylinder 11 is partitioned by a partition plate 30 into a first air chamber 35 located upstream of the combustion cylinder 11 and a second air chamber 36 located downstream of the combustion cylinder 11.
[0057]
A primary air introduction cylinder 13 and a nozzle housing cylinder 14 are mounted on the upper end side of the combustion cylinder 11, that is, on a portion corresponding to the upstream side of the fuel sprayed into the combustion cylinder 11. The nozzle housing 14 houses a fuel injection nozzle 16 for injecting liquid fuel into the combustion tube 11, a spark plug 17 for igniting the liquid fuel injected by the fuel, and a flame detecting means 18 for detecting a flame. Have been.
[0058]
As shown in FIGS. 1 and 5, the combustion apparatus 2 of this embodiment includes a damper 37 for adjusting the amount of air flowing from the first air chamber 35 to the second air chamber 36 on the partition plate 30 that partitions the air chamber 10. Provided. By adjusting the rotation speed of the blower 12 and the opening of the damper 37, air is supplied to the first air chamber 35 and the second air chamber 36 in accordance with the combustion state, so that the air is provided on the outer wall of the combustion cylinder 11. The air is introduced into the upstream portion and the downstream portion of the combustion cylinder 11 through the plurality of air introduction ports thus provided, and combustion is performed by introducing an amount of air in accordance with the amount of combustion.
[0059]
As shown in FIG. 2, the combustion cylinder 11 has a shape in which cylindrical bodies are stacked in three stages, and includes a first flame forming part 20 on the upstream side and a second flame forming part continuous downstream of the first flame forming part 20. 21 and a combustion space portion 22 that is continuous downstream of the second flame forming portion 21. As shown in FIG. 2, a primary air introduction cylinder 13 and a nozzle storage cylinder 14 are press-fitted and mounted on the upstream side of the combustion cylinder 11, and the combustion cylinder 11, the primary air introduction cylinder 13 and the nozzle storage cylinder 14 are integrated. It is mounted in the air chamber 10 in a state where it is in a closed state.
[0060]
As shown in FIG. 2, the combustion cylinder 11 has a cylindrical first flame forming portion 20 located on the upstream side and a cylindrical second flame forming portion 20 having an outer diameter larger than that of the first flame forming portion 20 and continuing downstream. The flame forming portion 21 and the cylindrical combustion space portion 22 having an outer diameter larger than that of the second flame forming portion 20 and continuing downstream are integrated. That is, the combustion cylinder 11 is formed by integrating three cylindrical bodies having different outer diameters, and the central axes of the respective cylindrical bodies are substantially coincident.
[0061]
The first flame forming section 20 and the second flame forming section 21 are parts that mainly burn the fuel injected from the combustion injection nozzle 16 to form a flame. Therefore, in the combustion device 2, the upstream side of the second flame forming portion 21 of the combustion cylinder 11 corresponds to a portion generally called a burner. On the other hand, the combustion space portion 22 that is continuous with the second flame forming portion 21 is a portion that mainly passes the combustion gas generated in the first and second flame forming portions 20 and 21 downstream. The combustion space portion 22 also functions as a portion that burns fuel that has not been completely burned in the first flame forming portion 20 and the second flame forming portion 21 and has reached the downstream side of the fuel flow.
[0062]
The first flame forming portion 20 has a closing surface 20e at the upper end side, that is, at a position corresponding to the upstream side of the fuel flow (upper side in FIG. 4), and an opening 20a is provided at the center of the closing surface 20e. A plurality of swirling introduction ports 20b are arranged radially at a position adjacent to the opening 20a. The swirling introduction port 20b is formed by cutting and raising a part of the closed surface 20e in a substantially rectangular shape inward to form a swirling blade 20g, and an opening 20f is formed along with the cutting and raising. The swirling introduction port 20b has a function of introducing air from the opening 20f along the swirling blade 20g to generate an airflow swirling counterclockwise around the central axis of the first flame forming unit 20 as viewed from the upstream side. Having.
[0063]
On the outer peripheral wall near the downstream side of the first flame forming section 20, a plurality of air inlets 20c, 20d are radially arranged over the entire circumference. The air inlets 20c and 20d both communicate with the first flame forming portion 20, that is, inside and outside of the combustion tube 11. The air introduction ports 20 c and 20 d are for introducing air outside the combustion cylinder 11 into the combustion cylinder 11. More specifically, the air introduction ports 20 c and 20 d are for introducing air introduced into the air chamber 10 by the blower 12 into the combustion cylinder 11.
[0064]
The second flame forming part 21 is a cylindrical body having a larger diameter than the first flame forming part 20, and a step 21a facing the upstream side is formed at a connection part between the two. Further, the step portion 21a is provided with a plurality of turning introduction ports 21b. The swirl introduction port 21b is formed by depressing a part of the stepped portion 21a inward by press working or the like, whereby air around the combustion cylinder 11 is introduced into the combustion cylinder 11. And an air guide portion 21f that guides air around the combustion cylinder 11 to the opening 21e and directs a flow direction of the air introduced from the opening 21e in a predetermined direction. More specifically, the air introduction port 21b guides the air around the combustion cylinder 11 to the opening 21e by the air guide 21f, thereby centering the air around the combustion cylinder 11 along the inner surface of the stepped portion 21a. It is introduced in the direction around the axis. The air introduced through the swirl introduction port 21b forms an airflow that swirls in the same direction as the swirl flow of the air introduced into the first flame forming unit 20. More specifically, the air introduced through the swirl introduction port 21b flows around the central axis of the second flame forming portion 21 from the upstream side (upper side in FIG. 4) of the fuel flowing through the combustion cylinder 11. It has the function of generating an airflow that turns counterclockwise when viewed.
[0065]
On the outer peripheral wall near the downstream side of the second flame forming portion 21, a plurality of air inlets 21c and 21d are arranged over the entire circumference. The air introduction ports 21c and 21d communicate the inside and outside of the second flame forming part 21, in other words, the inside and outside of the combustion tube 11. The air introduction ports 21 c and 21 d are for introducing air outside the combustion cylinder 11 to the inside of the second flame forming part 21, that is, to the inside of the combustion cylinder 11. More specifically, the air introduction ports 21c and 21d are for introducing the air introduced into the air chamber 10 by the blower 12 into the inside of the second flame forming part 21, that is, the inside of the combustion cylinder 11.
[0066]
The combustion space portion 22 is a cylindrical body having a larger diameter than the second flame forming portion 21. At the connection between the combustion space portion 22 and the second flame forming portion 21, a step portion 22a facing the upstream side is formed, and the step portion 22a is provided with a plurality of swirl introduction ports 22b. The swirl inlet 22b has substantially the same shape and function as the swirl inlet 21b of the second flame forming unit 21 described above.
[0067]
The swirl introduction port 22b is formed by depressing a part of the step portion 22a inward by press working or the like. The swirl introduction port 22b is an opening 22e for introducing air around the combustion cylinder 11 into the combustion cylinder 11, and guides air around the combustion cylinder 11 to the opening 22e side, and is introduced from the opening 22e. An air guide portion 22f that directs the flow direction of air in a predetermined direction is formed. More specifically, the air inlet 21b guides the air around the combustion cylinder 11 to the opening 21e by the air guide portion 22f, so that the air around the combustion cylinder 11 is centered along the inner surface of the step portion 22a. It is introduced in the direction around the axis. The air introduced through the swirl inlet 22b forms an airflow that swirls in the same direction as the swirl flow of the air introduced into the first flame forming unit 20 and the second flame forming unit 21. More specifically, the air introduced through the swirl introduction port 22b flows around the central axis of the second flame forming portion 21 from the upstream side (upper side in FIG. 4) of the fuel flowing through the combustion cylinder 11. It has the function of generating an airflow that turns counterclockwise when viewed.
[0068]
On the outer peripheral wall near the downstream side of the combustion space 22, a plurality of air inlets 22c are arranged all around. The air inlet 22c communicates between the inside and the outside of the second flame forming unit 20, that is, the inside and the outside of the combustion tube 11. The air inlet 22 c is for introducing air outside the combustion cylinder 11 into the combustion space 22. More specifically, the air inlet 22 c is for introducing the air introduced into the air chamber 10 by the blower 12 into the inside of the combustion space 22. The downstream end of the combustion space 22 is bent radially outward, thereby forming a flange 22d.
[0069]
The diffusion preventing member 19 connected to the downstream side of the combustion tube 11 has a cylindrical shape as shown in FIG. 3, and both ends are open. The diffusion preventing member 19 includes a roughly cylindrical main body portion 19a (wall portion), an outer flange portion 19b, an inner flange portion 19c (retaining means), and an opening 19f. The main body portion 19a is a cylindrical body having an opening diameter substantially equal to the opening diameter of the combustion space portion 22 at the lower end (the lower side in FIG. 3) of the combustion cylinder 11 described above, and its axial length. Is shorter than the opening diameter. The main body portion 19a forms a wall portion extending in a direction along the injection direction of the fuel injected into the combustion portion 11. A lower end side of the main body portion 19a, that is, a downstream side of the fuel, the air, and the combustion gas that has passed through the combustion tube 11 and flowed into the diffusion prevention member 19, and corresponds to a front end side of a flame formed in the combustion tube 11. Are provided with a plurality of communication holes 19d at equal intervals over the entire circumference of the main body 19a. The communication hole 19d is a part for leading out of the fuel and air flowing into the diffusion prevention member 19 and a part of the flame formed in the combustion cylinder 11 to the outside of the diffusion prevention member 19, and from the communication hole 19d. It is also the part where the derived fuel burns and forms a flame. That is, the tip of the flame formed in the combustion cylinder 11 is led out from a part of the communication hole 19d, and a flame is formed in a part of the communication hole 19d by the combustion of the fuel drawn from the communication hole 19d.
[0070]
The outer flange portion 19b is a portion formed by bending one end of the diffusion preventing member 19 outward. This portion is fixed to the bottom plate 32 of the air chamber 10 interposed between the diffusion preventing member 19 and the combustion cylinder 11. That is, the diffusion preventing member 19 is fixed so as to be continuous with the combustion cylinder 11 by fixing the outer flange portion 19 b to the bottom plate 32 of the air chamber 10.
[0071]
The inner flange portion 19c is a portion where one end side of the diffusion preventing member 19 is radially inward, that is, a direction in which the fuel injection nozzle 16 intersects with the fuel injection direction in a direction intersecting with the fuel injection nozzle 16 and is radially turned back. , And substantially perpendicular to the main body 19a. The inner flange portion 19c reduces the opening area of the main body portion 19a, and functions as a retaining means for retaining the fuel sprayed into the combustion cylinder 11 and flowing downstream in the diffusion preventing member 19.
[0072]
The inner flange portion 19c has a ring shape in plan view, and a plurality of communication holes 19e are provided at substantially equal intervals over the entire circumference. The communication hole 19e communicates the inside and the outside of the diffusion preventing member 19 like the communication hole 19d provided in the main body 19a. The communication hole 19 e is a portion for leading the fuel and air flowing into the diffusion preventing member 19 and a part of the flame and the combustion gas formed in the combustion cylinder 11 to the outside of the diffusion preventing member 19. Further, the communication hole 19e is a portion where a fuel staying in the diffusion preventing member 19 is ejected from the communication hole 19e and burns to form a flame.
[0073]
The opening 19f is located on the downstream side of the diffusion preventing member 19, that is, at the end on the inner flange 19c side, and is a portion surrounded by the inner flange portion 19c. The opening 19f has a smaller opening area than the opening on the upstream side of the diffusion preventing member 19, that is, the opening on the side of the outer flange 19b fixed to the bottom surface 32 of the air chamber 10. In other words, the opening 19f is obtained by narrowing the opening diameter of the downstream end of the main body 19a by the inner flange 19c.
[0074]
The primary air introduction cylinder 13 mounted on the combustion cylinder 11 is a cylindrical body having a large-diameter portion 13a on the upstream side and a small-diameter portion 13c on the downstream side slightly smaller in diameter than the large-diameter portion 13a. The portion 13a occupies most of the height in the axial direction as compared with the small diameter portion 13c. A plurality of air inlets 13d are arranged radially around the entire circumference in the vicinity of the downstream side of the large diameter portion 13a, and the upstream end 13b of the large diameter portion 13a slightly extends radially outward over the entire circumference. It is bent. The inner diameter of the small diameter portion 13c of the primary air introduction cylinder 13 is substantially the same as the outer diameter of the first flame forming section 20 of the combustion cylinder 11.
[0075]
The nozzle housing cylinder 14 is a cylindrical body with a bottom. The upstream end is bent horizontally to form a flange portion 14b, and an opening 14d is provided in the center of the bottom surface 14c on the downstream side. The outer diameter of the peripheral portion 14a has a tapered shape that slightly widens toward the upstream side, and a portion extending from the peripheral portion 14a to the bottom surface 14c has a greatly curved shape. A plurality of air inlets 14e are radially arranged on the upstream side of the peripheral portion 14a, and the outer diameter of the peripheral portion 14a is substantially the same as the inner diameter of the large diameter portion 13a of the primary air introducing cylinder 13.
[0076]
The nozzle housing tube 14 is integrated by press-fitting the bottom surface 14c side from the large-diameter portion 13a side of the primary air introduction tube 13. Here, as described above, since the peripheral portion 14a of the nozzle storage tube 14 is tapered, when the nozzle storage tube 14 is press-fitted into the primary air introduction tube 13, as shown in FIG. The nozzle 13 is fixed with a predetermined space between the end 13b and the flange portion 14b of the nozzle storage tube 14.
[0077]
The primary air introduction cylinder 13 equipped with the nozzle housing cylinder 14 is mounted on the combustion cylinder 11 and integrated by inserting the small diameter portion 13c into the first flame forming part 20 of the combustion cylinder 11. In this state, the opening 14d of the nozzle storage tube 14 and the opening 20a of the first flame forming portion 20 of the combustion tube 11 overlap with each other, whereby the fuel injection from the nozzle storage tube 14 to the inside of the combustion tube 11 is performed. An opening is formed.
[0078]
The air chamber 10 is box-shaped, and has a top plate 29 and a bottom plate 32 facing each other as shown in FIG. A large opening 32a is provided in the bottom plate 32, and a cylindrical shielding tube 34 is provided along the periphery of the opening 32a toward the upstream side.
[0079]
A combustion cylinder 11 is positioned and fixed in the air chamber 10. More specifically, the combustion tube 11 is housed in the air chamber 10 with the nozzle housing tube 14 and the primary air introduction tube 13 mounted. The combustion cylinder 11 is inserted through an opening 32 a provided in the bottom plate 32 of the air chamber 10. The flange portion 14b of the nozzle housing tube 14 is in contact with the top plate 29 of the air chamber 10. The flange portion 22d of the combustion space portion 22 is fitted while being in contact with the inner peripheral wall of the shielding cylinder 34 of the bottom plate 32, whereby the combustion cylinder 11 is positioned.
[0080]
As shown in FIG. 4, the outer flange portion 19 b of the diffusion preventing member 19 contacts the rear surface side (the lower side in FIG. 5) of the bottom plate 32 of the air chamber 10, that is, the combustion chamber 3 side of the bottom plate 32. It is fixed so that it touches. That is, the bottom plate 32 of the air chamber 10 is diffused such that the outer flange portion 19b is positioned upstream of the fuel sprayed into the combustion cylinder 11 and the inner flange portion 19c is positioned upstream of the fuel. The prevention member 19 is detachably fixed by a fixing bracket 33. As shown in FIG. 4, the fixing bracket 33 is an annular member having a step 33a shaped along the outer flange 19b. The diffusion preventing member 19 is detachably fixed to the bottom plate 32 by engaging the outer flange portion 19b with the step portion 33a of the fixing bracket 33 and screwing the fixing bracket 33 with a screw.
[0081]
Next, the flow of air and the state of formation of a flame in the combustion device 2 of the present embodiment will be described with reference to FIG.
Part of the air supplied into the air chamber 10 by the blower 12 is introduced into the inside as primary air through the air inlet 14 e of the nozzle housing 14. A part of the air supplied into the air chamber 10 flows into the primary air introduction cylinder 13 from the air introduction port 13d. The air introduced into the inside from the air introduction port 13d passes through a narrow gap between the nozzle housing cylinder 14 and the primary air introduction cylinder 13 and passes through the swirl introduction port 20b provided in the first flame forming part 20 of the combustion cylinder 11. The air flows into the combustion cylinder 11 while forming a swirling flow as primary air. The air that has flowed in while forming the swirling flow is the liquid fuel that is injected from the fuel injection nozzle 16 near the opening 20 a of the first flame forming unit 20 together with the air that is introduced from the air inlet 14 e of the nozzle housing 14. Is mixed and ignited.
[0082]
On the other hand, a part of the air introduced into the air chamber 10 is supplied to the air inlets 20 c and 20 d of the first flame forming part 20, the air inlets 21 c and 21 d of the second flame forming part 21 or the combustion space 22. The air is introduced into the combustion cylinder 11 from the air inlet 22c. That is, part of the air introduced into the air chamber 10 is introduced as secondary air into the combustion cylinder 11 from the air introduction ports 20c, 20d, 21c, 21d, 22c, and contributes to the combustion of fuel.
[0083]
On the other hand, a part of the air introduced into the air chamber 10 flows from the swirl inlet 21b provided in the step portion 21a at the boundary between the first flame forming portion 20 and the second flame forming portion 21 through the combustion cylinder 11. Introduced within. The air introduced into the combustion cylinder 11 from the swirl introduction port 21b flows along the inner wall of the second flame forming part 21 and forms a swirl flow in the combustion cylinder 11. Most of the fuel sprayed into the combustion cylinder 11 and the air introduced from the air inlets 20c, 20d, 21c, 21d are sufficiently mixed by the swirling flow of the air introduced from the swirling inlet 21b. Completely burned.
[0084]
Similarly, a part of the air in the air chamber 10 is supplied from the swirl inlet 22b provided in the step 22a at the boundary between the second flame forming part 21 and the combustion space 22 into the combustion space 22. Will be introduced. The air that has flowed into the combustion space 22 from the swirl inlet 22 b flows along the inner wall of the combustion space 22 and forms a swirl flow in the combustion space 22. The fuel that has flowed into the combustion space 22 without being completely burned in the combustion cylinder 11 and the air introduced from the air inlet 22c are sufficiently mixed by the swirling flow formed by the air introduced from the swirling inlet 22b. Most are completely burned.
[0085]
When the fuel sprayed into the combustion cylinder 11 is burning, the pressure in the combustion cylinder 11 is higher than the internal pressure of the diffusion preventing member 19. Therefore, in the combustion device 2, the fuel sprayed into the combustion cylinder 11, but not completely burned in the combustion cylinder 11 and the combustion space 22, and the combustion gas generated by the combustion of the fuel are discharged from the combustion cylinder 11. It flows into the main body 19a of the diffusion preventing member 19 connected to the downstream side. When the combustion amount is large, the flame formed in the combustion cylinder 11 by the combustion of the fuel reaches the inside of the diffusion preventing member 19.
[0086]
The downstream end of the diffusion preventing member 19 is provided with an inner flange portion 19c that is folded back in a direction intersecting the fuel injection direction of the fuel injection nozzle 16, so that the main body of the diffusion preventing member 19 is provided. The fuel and high-temperature combustion gas flowing into the inside of the main body 19a temporarily stay inside the main body 19a. In other words, the flow of the fuel or the high-temperature combustion gas flowing into the main body 19a is blocked by the inner flange 19c.
[0087]
A part of the flame or the combustion gas generated by the combustion of the fuel in the combustion tube 11 is ejected downstream from the opening 19f of the diffusion preventing member 19, that is, toward the heat exchanger 4. The remainder of the flame formed inside the diffusion preventing member 19 is led out of the diffusion preventing member 19 from the communication hole 19d of the main body 19a or the communication hole 19e of the inner flange portion 19c.
[0088]
The main body 19a of the diffusion preventing member 19 is heated to a high temperature by a flame or a high-temperature combustion gas. Therefore, the fuel stagnating in the diffusion preventing member 19 is heated and becomes gaseous by contacting the high temperature combustion gas generated by the combustion of the fuel or the diffusion preventing member 19, and most of the fuel is completely burned. You. The fuel and air flowing into the diffusion preventing member 19 are ejected from the communication hole 19d of the main body portion 19a and the communication hole 19e of the inner flange portion 19c toward the outside of the diffusion preventing member 19, and the flames enter the communication holes 19d and 19e. To form
[0089]
In the combustion device 2 of the present embodiment, part of the flame formed in the combustion cylinder 11 is led out of the communication holes 19 d and 19 e of the diffusion preventing member 19 toward the outside of the diffusion preventing member 19. Also, most of the fuel that has flowed into the diffusion preventing member 19 without being completely burned in the combustion cylinder 11 is burned, and a flame is formed in the communication holes 19d and 19e. Therefore, in the combustion device 2 of the present embodiment, the flame is formed on the entire circumference of the diffusion preventing member 19. Therefore, in the combustion device 2 of the present embodiment, the flame formed in the combustion cylinder 11 spreads in a direction intersecting the fuel spray direction, and does not extend so much in the fuel spray direction. That is, in the combustion device 2, the flame formed in the combustion cylinder 11 spreads over the diffusion preventing member 19 downstream of the combustion cylinder 11.
[0090]
Subsequently, a fuel system provided in the combustion device 2 of the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
The combustion device 2 of the present embodiment is connected to a fuel system as shown in FIG. The fuel injection nozzle 16 housed in the nozzle housing cylinder 14 of the combustion device 2 has a spray opening for spraying fuel. The fuel injection nozzle 16 has a forward flow path leading to the spray opening and a return flow path returning from the spray opening.
[0091]
The fuel system connected to the fuel injection nozzle 16 includes a fuel forward path 50 and a fuel return path 51. The fuel outward path 50 is connected to the entry side of the fuel injection nozzle 16. The fuel outward path 50 has a fuel tank 52, an electromagnetic valve 53, and a fuel pump 55 connected in series. On the other hand, a check valve 56, an accumulator 57, an injector valve 60 (intermittent on-off valve), and an oil thermistor 64 are connected in series to a fuel return path 51 connected to the return side of the fuel injection nozzle 16. . The accumulator 57 buffers the pressure of the fuel flowing in the fuel return path 51. The oil thermistor 64 detects the temperature of the fuel flowing in the fuel return path 51. The fuel return path 51 is connected between the solenoid valve 53 and the fuel pump 55 on the fuel outward path 50.
[0092]
The combustion device 2 of the present embodiment includes an injector valve 60 as shown in FIG. 7, and has a function of opening and closing intermittently in a very short time. The injector valve 60 has an actuator 62 in a casing 61, an electromagnetic coil 63 for driving the actuator 62, and a valve body 65 linked to the actuator 62. At both ends of the casing 61, a fuel inlet 66 for supplying fuel into the casing 61 and a fuel outlet 67 for discharging fuel are provided. Further, inside the casing 61, a fuel flow passage 68 through which the fuel flowing from the fuel inlet 66 flows is provided.
[0093]
A connection terminal 70 is provided on the casing 61. The connection terminal 70 is connected to the electromagnetic coil 63, and when a current is supplied to the connection terminal 70, the electromagnetic coil 63 is excited. As a result, the actuator 62 in the casing 61 is driven, and the valve body 65 is opened in conjunction with the actuator 62. That is, in the injector valve 60 adopted in the present embodiment, the valve body 65 opens while the current is supplied to the connection terminal 70, and closes when the current stops. The valve body 65 responds very sharply and opens and closes instantaneously.
[0094]
As shown in FIG. 6, the connection terminal 70 is connected to valve control means 71 for controlling the opening and closing of the valve body 65 and the driving of the combustion device 2. The valve control means 71 controls the opening and closing of the valve body 65 by controlling the duty cycle of the opening and closing cycle L of the valve body 65 and the valve opening time in the opening and closing cycle, and reduces the amount of fuel sprayed from the fuel injection nozzle 16. adjust. That is, the valve control means 71 determines the ratio of the valve opening / closing cycle L and the valve opening time occupied in the valve opening / closing cycle L (opening / closing) in accordance with the amount of combustion required for the combustion device 2 (hereinafter referred to as required combustion amount Q) The time ratio T) is controlled to adjust the fuel spray amount. More specifically, the valve control means 71 increases the flow rate of the fuel in the fuel return path 51 by increasing the valve opening time ratio T and opening the valve body 65 for a long time, and Reduce the amount of fuel spray. Conversely, the valve control means 71 decreases the valve opening time ratio T, thereby relatively shortening the time during which the valve body 65 is open, and increases the amount of fuel sprayed from the fuel injection nozzle 16.
[0095]
Subsequently, a drive control portion of the water heater 1 and the combustion device 2 of the present embodiment will be described. The combustion device 2 of the present embodiment adjusts the amount of fuel sprayed from the fuel injection nozzle 16 by the valve control means 71 to adjust the amount of combustion. The valve control means 71 is a part of a drive control device 72 that controls the drive of the water heater 1. The drive control device 72 is configured around a CPU, and the CPU is connected to all the electric devices of the above-described piping circuits directly or indirectly via a relay or the like. The CPU of the drive control device 72 determines the time for opening the injector valve 60 of the combustion device 2 per predetermined time from the amount of heat (required combustion amount Q) required to heat the water in the heat exchanger 5. A valve opening time determination program has been input.
[0096]
In addition, a control program for controlling the operation of the combustion device 2 is input to the CPU of the drive control device 72. The control program will be described in more detail below. When a combustion request is issued to the combustion device 2 to heat the water in the heat exchanger 4 of the water heater 1, the drive control device 72 first causes the combustion device 2 to open the injector valve 60 for a predetermined time. Thus, a pre-pressure release operation is performed. That is, the internal pressure of the fuel system connected to the injector valve 60 may increase due to the effect of fuel expansion due to an increase in temperature, and when the combustion operation is started in a state where the internal pressure of the fuel system is high, immediately after the start of the combustion operation. There is a possibility that the fuel spray pressure becomes non-uniform and the combustion state becomes unstable. Therefore, in the water heater 1 and the combustion device 2 of the present embodiment, first, before the combustion operation, the injector valve 60 is opened for a predetermined time to leak the internal pressure of the fuel system and reduce it to about the atmospheric pressure.
[0097]
After causing the combustion device 2 to perform pre-pressure release, the drive control device 72 performs a combustion amount smaller than a combustion amount (hereinafter, referred to as a required combustion amount Q) necessary for heating hot and cold water in the heat exchanger 4. To perform a mild ignition operation for performing a combustion operation. More specifically, after performing the pre-pressure release, the drive control device 72 drives the fuel pump 55 to supply the fuel to the fuel injection nozzle 16, and causes the combustion device 2 to set the combustion amount q smaller than the required combustion amount Q. Operate with
[0098]
Here, immediately after the start of the slow ignition operation, the drive control device 72 outputs the fuel pump with an output higher than the output required to pump the amount of fuel necessary to obtain the combustion amount q required for the slow ignition operation. A pressure correction operation for driving the motor 55 is performed. More specifically, the fuel pump 55 that pumps fuel to the fuel injection nozzle 16 has a certain time lag until a predetermined output is exhibited. Therefore, in the initial stage of the mild ignition operation, the spray amount and the combustion state of the fuel may be unstable. Therefore, the drive control device 72 drives the fuel pump 55 at an output higher than a predetermined output in the initial stage of the mild ignition operation, thereby minimizing the time required for stabilizing the output of the fuel pump 55, and Stabilizes the combustion state during operation.
[0099]
Subsequent to the above-described mild ignition operation, when the required combustion amount Q for the combustion device 2 is larger than the predetermined combustion amount A, the drive control device 72 reduces the rotation speed of the blower 12 and The pre-heating operation of heating the diffusion preventing member 19 is performed for a predetermined time while reducing the blowing amount and operating the combustion device 2. After the completion of the preheating operation, the drive control device 72 supplies the fuel injection nozzle 16 with an amount of fuel corresponding to the required combustion amount Q for the combustion device 2 to cause the combustion device 2 to perform a combustion operation.
[0100]
The drive control device 72 performs the scavenging operation by operating the blower 12 for a predetermined time after the combustion operation in the combustion device 2 is stopped, and performs the post-pressure release operation while maintaining the injector valve 60 in the open state. That is, the fuel that returns from the fuel injection nozzle 16 to the fuel return path 51 during the combustion operation is the fuel that has been pumped by the fuel pump 55 provided in the fuel outward path 50 but remains without being sprayed, and has a relatively high pressure. ing. Therefore, when the injector valve 60 is closed simultaneously with the stop of the combustion operation, the internal pressure of the fuel return path 51 becomes high due to the relatively high-pressure fuel, and the durability of the components connected to the fuel return path 51 may be reduced. . Therefore, in the present embodiment, after the combustion operation is stopped, a post pressure release operation for maintaining the injector valve 60 in the open state for a fixed time is performed.
[0101]
Subsequently, operations of the water heater 1 and the combustion device 2 of the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the water heater 1 and the combustion device 2 of the present embodiment, and FIG. 9 is a time chart.
[0102]
When the main power supply (not shown) of the water heater 1 is turned on, the drive control device 72 detects in step 1 whether or not there is a combustion request for the combustion device 2. Here, when the drive control device 72 detects a combustion request for the combustion device 2, the control flow proceeds to step 2. On the other hand, when there is no combustion request to the combustion device 2 in step 1, the drive control device 72 advances the control flow to step 11.
[0103]
When a combustion request for the combustion device 2 is detected in step 1, the drive control device 72 operates the blower 12 in step 2. At the same time, the drive control device 72 keeps the injector valve 60 open for a predetermined time as shown in a section A of FIG. A pre-pressure relief operation for leaking the internal pressure of the fuel system connected to the fuel supply system 16 is performed.
[0104]
When the pre-pressurizing operation is completed in step 2, the control flow shifts to step 3. In step 3, the drive control device 72 performs a mild ignition operation for operating the combustion device 2 so that the combustion amount required for the combustion device 2, that is, the combustion amount q smaller than the required combustion amount Q is obtained. More specifically, the drive control device 72 starts the operation of the fuel pump 55 as shown in the section B of FIG. The valve opening time ratio T of the injector valve 60 is adjusted so that the amount of fuel sprayed into the combustion cylinder 11 is adjusted so as to be smaller than the amount of fuel sprayed when the amount of combustion is the required amount of combustion Q. At the same time, the drive control device 72 drives the blower 12 with the damper 37 provided on the bottom plate 32 separating the first air chamber 35 and the second air chamber 36 closed, and the first air Air is introduced into the chamber 35. The air introduced into the first air chamber 35 flows into the combustion cylinder 11 housed in the air chamber 10. The fuel sprayed into the combustion cylinder 11 is mixed with air in the combustion cylinder 11 and ignited.
[0105]
Here, the fuel pump 55 for pumping the fuel to the fuel injection nozzle 16 when performing the mild ignition operation has a certain time lag until a predetermined output is exhibited, and the fuel spray amount and the combustion state are unstable. May be caused. Therefore, in the combustion device 2 of the present embodiment, the time required for stabilizing the output of the fuel pump 55 is minimized by performing the above-described pressure correction operation on the fuel pump 55 by the drive control device 72, and Stabilize the state.
[0106]
After performing the mild ignition operation in step 3, the drive control device 72 detects whether or not the fuel sprayed into the combustion cylinder 11 by the mild ignition operation is ignited and burning by detecting the flame by the flame detecting means 18. Judge. Here, when the flame detecting means 18 does not detect the flame, the fuel pump 55 sufficiently transfers the fuel stored in the fuel tank 52 to the fuel spraying means 15 side, for example, because air is bitten in the fuel system. There is a possibility that sufficient fuel is not sprayed into the combustion cylinder 11 because the fuel is not withdrawn. More specifically, most of the suction force of the fuel pump 55 acts on the fuel return path 51 having a relatively small suction resistance, for example, when air is bitten in the fuel return path 51, and the fuel pump 55 There is a possibility that the fuel in the fuel tank 52 may not be successfully sucked into the fuel forward path 50 side, and a sufficient amount of fuel may not be sprayed into the combustion cylinder 11. Therefore, when the flame detecting means 18 does not detect the flame to be formed by the mild ignition operation in step 4, the drive control device 72 proceeds to step 4a.
[0107]
In step 4a, the drive control device 72 reduces the valve opening time ratio T of the injector valve 60, and reduces the valve opening time of the injector valve 60 per unit time. That is, the drive control device 72 increases the suction resistance on the fuel return path 51 side by reducing the valve opening time ratio T of the injector valve 60. When the valve opening time ratio T of the drive control device 72 is reduced, most of the suction force of the fuel pump 55 acts on the flow path connected to the fuel tank 52 side, and the suction of the fuel in the fuel tank 52 is promoted.
[0108]
The drive control device 72 reduces the valve opening time ratio T of the injector valve 60 in step 4a to promote the suction of the fuel, and then performs the mild ignition operation again in step 4b. Perform detection. If a flame is detected in step 4c, the control flow proceeds to step 5. If no flame is detected in step 4c, the control flow returns to step 4b, and the gentle ignition operation is continuously performed.
[0109]
If a flame is detected in step 4 or step 4c, the control flow proceeds to step 5. In step 5, the drive control device 72 determines whether the combustion amount required for the combustion device 2, that is, the required combustion amount Q is greater than or equal to a predetermined combustion amount A. Here, when the required combustion amount Q is equal to or more than the combustion amount A, the control flow proceeds to Steps 6 and 7 described below, and the diffusion prevention member 19 is preheated.
[0110]
On the other hand, when the required combustion amount Q is smaller than the combustion amount A, the process directly proceeds to step 8 without performing the preheating of the diffusion preventing member 19 performed in steps 6 and 7. More specifically, when the required combustion amount Q is smaller than the combustion amount A, the flame generated due to the combustion of the fuel and the fuel sprayed into the combustion cylinder 11 are exposed to the downstream end ( (Lower side in FIG. 1). Therefore, when the required combustion amount Q is small, there is a low possibility that the flame generated due to the combustion of the fuel or the fuel sprayed into the combustion cylinder 11 contacts the diffusion prevention member 19 and is cooled. That is, when the required combustion amount Q is smaller than the combustion amount A, even if the combustion is performed, the flame formed in the combustion cylinder 11 is cooled to generate hydrocarbons (HC) or pass through the combustion cylinder 11. Fuel is less likely to be cooled and liquefied. Therefore, when the required combustion amount Q is smaller than the combustion amount A, the control flow proceeds directly to step 8 without performing steps 6 and 7 corresponding to the preheating of the diffusion preventing member 19.
[0111]
If the required combustion amount Q is equal to or greater than the combustion amount A in step 5, the drive control device 72 reduces the rotation speed of the blower 12 by a predetermined time in step 6 (see FIG. 8A), and To the air volume that is essential for complete combustion of Subsequently, the drive control device 72 performs a preheating operation of the diffusion preventing member 19 for a predetermined time in step 7. More specifically, in step 7, the valve control means 71 of the drive control device 72 reduces the valve opening frequency of the injector valve 60, that is, the valve opening time ratio T as shown in the section C of FIG. The fuel is ignited in a state where the spray amount of the fuel sprayed into the combustion cylinder 11 by the injection nozzle 16 is increased. Therefore, the amount of combustion by the preheating operation in step 7 is larger than the amount of combustion by the mild ignition operation performed in step 3 described above, and is equal to or less than the required combustion amount Q. Further, the fuel spray amount during the preheating operation in step 7 is larger than the fuel spray amount during the mild ignition operation, and the combustion operation of burning the fuel such that the combustion amount becomes the required combustion amount Q is performed. It is equal to or less than the fuel spray amount when performing a combustion operation described later. Furthermore, the valve opening frequency of the injector valve 60 during the preheating operation in step 7, that is, the valve opening time ratio T is smaller than that during the mild ignition operation, and is equal to or less than the case where the combustion operation is performed.
[0112]
Since the amount of fuel sprayed in step 7 is larger than that in the case of performing the mild ignition operation, the flame formed by performing the preheating operation is larger than in the case of the mild ignition operation, and the downstream end of the combustion cylinder 11 And reaches the inside of the diffusion preventing member 19. In the combustion device 2 of the present embodiment, the flame generated due to the combustion of the fuel is often formed along the combustion cylinder 11 and the inner wall of the diffusion preventing member 19. Therefore, the diffusion preventing member 19 is roasted and heated from the inside by the flame formed by the preheating operation. Further, in Step 6, since the amount of air blown by the blower 12 is reduced to a minimum, the inside of the combustion cylinder 11 and the inside of the diffusion preventing member 19 are at a high temperature.
[0113]
If the required combustion amount Q is equal to or greater than the predetermined combustion amount A, the control flow proceeds to step 8 with the completion of the preheating operation in step 7. If the required combustion amount Q is less than the combustion amount A, the control flow proceeds to step 8 on condition that a flame is formed in the mild ignition operation. The drive control device 72 causes the combustion device 2 to start the combustion operation in step 8. That is, in step 8, the drive control device 72 adjusts the valve opening frequency of the injector valve 60 according to the required combustion amount Q by the valve control means 71 as shown in the section D of FIG. Adjust the amount of fuel spray. At the same time, the drive control device 72 adjusts the rotation speed of the blower 12 and adjusts the opening degree of the damper 37 to adjust the amount of air necessary to completely burn the fuel sprayed into the combustion cylinder 11. Supply.
[0114]
When the combustion request to the combustion device 2 stops, the drive control device 72 advances the control flow to step 9, and stops the combustion operation. That is, the drive control device 72 stops the spraying of the fuel into the combustion cylinder 11 by stopping the driving of the fuel pump 55 as shown in a section E of FIG. 8, and stops the combustion of the fuel. On the other hand, even after the combustion in the combustion cylinder 11 is stopped, the drive control device 72 continues the drive of the blower 12 for a fixed time to perform scavenging.
[0115]
In step 9, the fuel returning from the fuel injection nozzle 16 to the fuel return path 51 immediately after the stop of the combustion operation is the fuel that has been pressure-fed to the fuel injection nozzle 16 by the fuel pump 55 but remains without being sprayed. Therefore, the fuel returning from the fuel injection nozzle 16 to the fuel return path 51 has a relatively high pressure. Therefore, when the injector valve 60 is closed immediately after the combustion operation is stopped, the pressure in the fuel return path 51 becomes high, a large load acts on the injector valve 60 and the like, and the durability of the components connected to the fuel return path 51 is reduced. It may decrease.
[0116]
Therefore, in the combustion device 2 of the present embodiment, after stopping the combustion operation in step 9, post pressure release is performed in step 10 to maintain the injector valve 60 open for a predetermined time, and the internal pressure in the fuel return path 51 is leaked. Let it. More specifically, the drive control device 72 sets the valve opening time ratio T to 1.0 in step 10 as shown in the section E of FIG. 8 and maintains the injector valve 60 in the open state for a predetermined time.
[0117]
When the post pressure relief is completed, the drive control device 72 proceeds to step 11 and detects the temperature of the fuel in the fuel return path 51 by the oil thermistor 64. Here, when the temperature of the fuel in the fuel return path 51 detected by the oil thermistor 64 exceeds the temperature K at which the fuel expansion is assumed to occur, as shown in the section F of FIG. Advances the control flow to step 12. The drive control device 72 keeps the injector valve 60 open for a predetermined time in step 12 (see FIG. 8).
In section F), high-temperature depressurization for leaking the pressure in the fuel return path 51 is performed. On the other hand, in step 11, if the temperature of the fuel in the fuel return path 51 is lower than the temperature K when the combustion is stopped, the control flow returns to step 1.
[0118]
As described above, in the combustion device 2 of the present embodiment, the diffusion preventing member 19 is heated by the preheating operation prior to the combustion operation. Furthermore, in the combustion device 2 of the present embodiment, since the amount of air introduced into the combustion cylinder 11 during the preheating operation is small, the amount of heat generated during the preheating operation is high. Therefore, according to the above configuration, the diffusion prevention member 19 on the downstream side of the combustion cylinder 11 can be efficiently heated. Therefore, in the combustion device 2 of the present embodiment, even if the fuel sprayed into the combustion cylinder 11 or the flame generated by the combustion directly contacts the diffusion preventing member 19 in the initial stage of the combustion operation, the liquefaction of the fuel or the flame Does not cool down.
[0119]
Further, in the combustion device 2 of the present embodiment, since the diffusion preventing member 19 is heated in advance during the combustion operation, it is possible to promote the vaporization of the liquefied fuel or the liquefied fuel by passing through the combustion part. it can. In addition, since the combustion device 2 has the diffusion preventing member 19 provided at a position adjacent to the combustion cylinder 11, the diffusion preventing member 19 is maintained at a high temperature even during the combustion operation.
[0120]
Furthermore, since the diffusion preventing member 19 has an inner flange portion 19c protruding in the inner diameter direction of the main body portion 19a at the downstream end, high-temperature combustion gas generated during the combustion operation stays in the main body portion 19a for a while. . Therefore, in the combustion device 2 of the present embodiment, the diffusion preventing member 19 is maintained at a high temperature even during the combustion operation. Therefore, in the combustion device 2, the fuel that has flowed in the combustion cylinder 11 without being burned during the combustion operation is brought into contact with the diffusion prevention member 19 and heated to prevent liquefaction of the fuel and has passed through the combustion cylinder 11. Complete combustion of the fuel can be promoted.
[0121]
The combustion device 2 performs a mild ignition operation prior to the preheating operation, and can perform fuel combustion stepwise. Therefore, in the combustion device 2 of the present embodiment, a rapid change in the amount of combustion does not occur, and a series of operations leading to the combustion operation can be smoothly performed.
[0122]
When the fuel is not ignited in the slow ignition operation, the combustion device 2 increases the suction resistance of the fuel return path 51 by shortening the opening time of the injector valve 60 per unit time, and sprays the fuel in the fuel tank 52. It can be sufficiently drawn into the means side. Therefore, the combustion device 2 can reliably prevent poor ignition of the fuel in the mild ignition operation.
[0123]
In the combustion device 2 of the present embodiment, the flame formed by the combustion of the fuel spreads over the diffusion preventing member 19, so that the vertical length of the flame is short. Therefore, the flame or the combustion gas generated in the combustion device 2 spreads in a direction intersecting the fuel spray direction, and can heat the entire heat exchanger 4 substantially uniformly. Therefore, according to the combustion device 2, the hot water supply device 1 is interposed between the combustion device 2 and the heat exchanger 4 and flows through the heat exchanger 4 while reducing the size of the combustion chamber 3 through which the high-temperature combustion gas passes. Hot water can be efficiently heated.
[0124]
As described above, the combustion device of the present invention can completely burn most of the fuel sprayed in the combustion section, and therefore, toxic gases such as carbon monoxide and unburned components such as hydrocarbon (HC). The amount of generation is extremely small. Therefore, according to the above configuration, a combustion operation with high energy efficiency and harmony with the environment can be performed.
[0125]
Further, according to the combustion device of the present invention, most of the fuel sprayed during the combustion operation can be completely burned, so that the combustion device associated with the accumulation of by-products such as soot generated due to incomplete combustion can be used. Failure can be prevented.
[0126]
The above-described water heater 1 (hot water heater) sends the high-temperature combustion gas generated in the combustion device 2 to the heat exchanger 4 and exchanges heat with the hot water flowing through the water pipe 4a by heat exchange with the high-temperature combustion gas. Although the exchange is performed, the present invention is not limited to this. More specifically, the hot and cold water heating apparatus of the present invention has, for example, a storage portion in which hot water is stored, and a combustion gas passage portion penetrating the storage portion, and introduces combustion gas generated in the combustion portion into the combustion gas passage portion. And heating the water in the storage unit.
[0127]
In the above-described embodiment, as the diffusion prevention member 19, the one having the cylindrical main body 19a, the outer flange 19b, and the inner flange 19c is exemplified. However, the present invention is not limited to this. Any configuration and configuration may be used as long as the configuration includes the main body 19a having the shape of a circle. Further, the main body portion 19a and the outer flange portion 19b or the inner flange portion 19c may be separately formed and integrated.
[0128]
Although the diffusion preventing member 19 is cylindrical, the present invention is not limited to this, and may have any shape.
[0129]
In the above embodiment, the communication holes 19d and 19e are all plural. However, the present invention is not limited to this. Further, the communication holes 19d are provided at equal intervals over the entire circumference at the lower end side of the diffusion preventing member 19, but the present invention is not limited to this, and the flow of fuel or air and the communication holes 19d It is also possible to appropriately adjust the formation position, the density, and the like of the communication holes 19d according to the state of the flame formed outward and the like.
[0130]
Further, in the above-described embodiment, as an example of a configuration recommended in the practice of the present invention, a configuration in which a communication hole 19d is provided in the main body 19a and a communication hole 19e is provided in the inner flange portion 19c is illustrated. It is not always necessary to provide both communication holes 19d and 19e in the device. That is, the diffusion preventing member 19 may be configured not to include one or both of the communication holes 19d and 19e.
[0131]
In the above-described embodiment, the structure in which the diffusion preventing member 19 fixes the outer flange portion 19b to the bottom plate 32 of the air chamber 10 is exemplified. However, in the present invention, the diffusion preventing member 19 is fixed so as to be continuous with the combustion cylinder 11. For example, the outer flange portion 19b may be fixed to the lower end side of the combustion cylinder 11 by directly welding.
[0132]
Although the inner flange portion 19c of the diffusion preventing member 19 is formed substantially perpendicular to the main body portion 19a, the present invention is not limited to this, and is sprayed into the combustion cylinder 11, for example. It may be formed in a conical shape in which the cross-sectional area decreases toward the downstream side of the fuel.
[0133]
In the above-described embodiment, the combustion cylinder 11 has a three-stage shape including the first flame forming part 20, the second flame forming part 21, and the combustion space part 22, but the present invention is not limited to this. However, the present invention is not limited to this, and a two-stage shape such as a combustion cylinder 103 provided in a conventional combustion device 101 may be used. Further, in the present embodiment, a configuration in which the air chamber 10 is vertically divided by the partition plate 30 and the damper 37 provided on the partition plate 30 is opened and closed to change the air introduction mode according to the combustion state. However, the present invention is not limited to this, and may have a configuration without the partition plate 30 or the damper 37.
[0134]
Further, the combustion device 2 of the above embodiment heats the diffusion preventing member 19 attached downstream of the combustion cylinder 11 in the preheating operation, but the object to be heated in the preheating operation is fuel or the like during the combustion operation. Any material may be used as long as the flame can be cooled.
[0135]
The above-described combustion device 2 performs a slow ignition operation, a pre-pressure release, a post-pressure release, a high-temperature pressure release, and the like in addition to the preheating operation. However, the above-described embodiment shows an embodiment of the present invention. However, it is not always necessary to perform the mild ignition operation and the pre-pressure release performed prior to the preheating operation, and the post pressure release and high temperature pressure release performed after the end of the combustion operation. Similarly, in the combustion device and the hot and cold water heating device of the present invention, it is not always necessary to perform an operation such as a pressure correction operation performed in the initial stage of the mild ignition operation.
[0136]
Further, in the combustion device 2, since the combustion amount during the mild ignition operation is smaller than the combustion amount during the preheating operation, in the above embodiment, the injector valve 60 is opened during the mild ignition operation (section B in FIG. 8). The configuration in which the time ratio T is smaller than the valve opening time ratio T at the time of the preheating operation (section C in FIG. 8) is illustrated. However, the above-described embodiment is merely an embodiment of the present invention, and various factors such as the capacity of the accumulator 57 provided in the fuel return path 51 and the pipe diameter of the pipe connecting each component are used. If it is assumed that the correlation between the valve opening time ratio T of the injector valve 60 and the amount of fuel sprayed at the fuel injection nozzle 16 is reversed due to the above, as shown by the dashed line in FIG. The injector valve 60 may be operated by reversing the magnitude relationship of the valve opening time ratio T described above.
[0137]
It should be noted that the above-described water heater 1 and the combustion device 2 merely show one embodiment of the present invention, and do not limit the present invention.
[0138]
【The invention's effect】
According to the first to third aspects of the present invention, it is possible to prevent the fuel or flame sprayed into the combustion portion during the combustion operation or the flame generated by combustion from contacting the target member or the diffusion preventing member, thereby cooling the fuel or the flame. In addition, the amount of toxic gases such as carbon monoxide and the like and unburned components such as hydrocarbons (HC) can be minimized.
[0139]
According to the invention described in claim 4, a series of operations leading to the combustion operation can be smoothly performed.
[0140]
According to the fifth aspect of the present invention, the target member and the diffusion prevention member on the downstream side of the combustion section can be efficiently heated.
[0141]
According to the invention described in claim 6, it is possible to reliably prevent poor ignition of the fuel in the mild ignition operation.
[0142]
According to the invention described in claim 7, it is possible to reliably prevent the fuel sprayed by the spraying means from diffusing in a direction intersecting the fuel spraying direction.
[0143]
According to the invention described in claim 8, generation of unburned components can be suppressed to a minimum.
[0144]
According to the ninth aspect of the present invention, in a hot water supply device such as a hot water supply device, a combustion state interposed between a combustion device and a heat exchanger is reduced while reducing the size of a combustion chamber through which combustion gas passes. Can be stabilized.
[0145]
According to the tenth aspect of the present invention, the generation amount of toxic gas such as carbon monoxide, unburned components such as hydrocarbon (HC), and by-products such as soot generated by the combustion operation is minimized. It is possible to suppress the combustion and perform the combustion operation in harmony with the environment.
[0146]
According to the eleventh aspect, ignition in the mild ignition operation can be reliably performed.
[0147]
Since the hot water heater according to the twelfth aspect includes the combustion device according to any one of the first to tenth aspects, the hot water can be heated with high efficiency and accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing an internal structure of a water heater and a combustion device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a combustion cylinder employed in the combustion device shown in FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing a diffusion preventing member employed in the combustion device of the present embodiment.
4 is an exploded perspective view of the combustion cylinder shown in FIG. 2 and the diffusion preventing member shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a sectional view of a main part of the combustion device shown in FIG. 1;
FIG. 6 is a diagram showing a fuel system provided in the combustion device shown in FIG. 1;
FIG. 7 is a sectional view showing an injector valve provided in the fuel system shown in FIG. 6;
FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the combustion device shown in FIG. 1;
9 is a timing chart showing the operation of the combustion device shown in FIG. 1; FIG. 9A shows the operation of a blower provided in the combustion device shown in FIG. 1; (B) shows the operation of the damper, (c) shows the operation of the injector valve, (d) shows the operation of the fuel pump, and (e) shows the operation of the ignition plug. (F) is a diagram showing the operation of the flame detecting means, and (g) is a diagram showing the operation of the oil thermistor.
FIG. 10 is a front view showing a hot water heater and a combustion device according to the related art.
[Explanation of symbols]
1 water heater (hot water heater)
2 Combustion device
3 Combustion chamber (combustion section)
4 heat exchanger
10 air chamber
11 Combustion cylinder (combustion unit)
16 Fuel injection nozzle
18 Flame detection means
19 Diffusion prevention member
19a Body (wall)
19c Inner flange (retention means)
19d, 19e communication hole
50 Fuel Outbound
51 Fuel return
60 injector valve
55 fuel pump
71 Valve control means
72 Drive control device

Claims

A combustion unit that includes a spraying unit that sprays a fuel and a combustion unit that burns the fuel that is sprayed by the spraying unit, and that performs a combustion operation of burning the fuel so as to have a required combustion amount; A target member is provided inside or downstream of the unit, where the fuel sprayed into the combustion unit and / or the flame formed in the combustion unit comes into contact with the fuel to cool the fuel and / or the flame, A combustion apparatus for performing a preheating operation of preheating the target member prior to a combustion operation.

A combustion unit that includes a spraying unit that sprays a fuel and a combustion unit that burns the fuel that is sprayed by the spraying unit, and that performs a combustion operation of burning the fuel so as to have a required combustion amount; A diffusion prevention member for preventing diffusion of fuel sprayed into the combustion portion and flowing downstream is provided on the downstream side of the section, and a preheating operation for preheating the diffusion prevention member is performed prior to the combustion operation. And combustion equipment.

A combustion unit that includes a spraying unit that sprays a fuel and a combustion unit that burns the fuel that is sprayed by the spraying unit, and that performs a combustion operation of burning the fuel so as to have a required combustion amount; A diffusion prevention member is provided on the downstream side of the section to prevent diffusion of fuel sprayed into the combustion section and flowing downstream, and when a required combustion amount is a predetermined amount or more, prior to the combustion operation. A combustion device for performing a preheating operation of preheating the diffusion preventing member.

The combustion apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein prior to the preheating operation, a mild ignition operation for igniting the fuel and performing combustion with a smaller amount of combustion than the preheating operation is performed.

The combustion device according to any one of claims 1 to 4, wherein a supply amount of air into the combustion section is reduced during a preheating operation.

A fuel forward path for supplying fuel to the spray means, and a fuel return path for returning a part of the fuel supplied to the spray means via the fuel forward path to an upstream side from a fuel pump provided on the fuel forward path, A fuel pump for feeding fuel to the spraying means is provided in the middle of the fuel outward path, and an intermittent on-off valve which can be opened or closed intermittently or periodically is provided in the middle of the fuel return path, Prior to the operation, a slow ignition operation is performed.If fuel is ignited in the slow ignition operation, a preheating operation is performed. The combustion device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that:

The combustion device according to any one of claims 2 to 6, wherein the diffusion prevention member has a wall portion continuous with the combustion portion and extending in a direction along the injection direction of the fuel injected into the combustion portion.

The diffusion prevention member has a retaining means for reducing the opening area of the combustion part and retaining the fuel sprayed in the combustion part in the diffusion prevention member at a position corresponding to the downstream side of the flow of the fuel. The combustion device according to claim 2.

The combustion device according to any one of claims 2 to 8, wherein a communication hole communicating between the inside and the outside of the diffusion prevention member is provided in a wall surface and / or a staying means of the diffusion prevention member.

A diffusion prevention member having a wall portion extending in a direction along the injection direction of the fuel injected into the combustion portion, and having at least a communication hole communicating the inside and the outside with the wall portion is provided. Air is introduced into the combustion section through the introduction port, fuel is injected into the combustion section by spraying means, and the air introduced into the combustion section and the fuel are mixed and burned to form a flame. Yes, a part of or all of the flame formed in the combustion part, the combustion gas generated by the combustion of the fuel, the air introduced into the combustion part, or the fuel sprayed into the combustion part communicates inside and outside the diffusion preventing member. The combustion device according to claim 1, wherein the combustion device is derived from the communication hole.

A fuel forward path for supplying fuel to the spray means, and a fuel return path for returning a part of the fuel supplied to the spray means via the fuel forward path to an upstream side from a fuel pump provided on the fuel forward path, A fuel pump for feeding fuel to the spraying means is provided in the middle of the fuel outward path, and an intermittent on-off valve which can be opened and closed intermittently or periodically is provided in the middle of the fuel return path. In a combustion device that performs a combustion operation of burning fuel so as to have a combustion amount according to, prior to the combustion operation, performs a mild ignition operation that performs combustion with a combustion amount smaller than the required combustion amount, If fuel is ignited in the slow ignition operation, a preheating operation is performed, and if fuel is not ignited in the slow ignition operation, the opening time of the intermittent on-off valve per unit time is shortened. Apparatus.

Claims 1 to 3 in a hot and cold water heating device having a combustion section and a heat exchange section for heating water, sending combustion gas generated in the combustion section to the heat exchange section, and heating the water in the heat exchange section. A hot and cold water heating device comprising the combustion device according to any one of claims 11 to 13.