JP7197107B2 - 予混合装置及び燃焼装置 - Google Patents
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Description
この予混合装置として、例えば特許文献1には、燃料ガス通路から供給される燃料ガスを溜めるチャンバと、チャンバの燃料ガスを空気流に対して流出させる空隙部を有し、空隙部から流出させた燃料ガスを空気流に混合させるベンチュリー部と、ベンチュリー部に空気流を吸引する吸気ファンとを備えた予混合装置の発明が開示されている。特にここでは、ベンチュリー部の通路部の上流側に空気調節弁を、チャンバの上流側の燃料ガス通路に燃料ガス調節弁をそれぞれ設け、両弁を連動機構によって両者を同時に調節することで、大きなターンダウン比を得ることができるようにしている。
また、特許文献2には、同じくベンチュリー部の通路部の上流側にバタフライ弁を、ガス室の上流側に、バタフライ弁と連動して通気抵抗を大小に切り換える切換弁をそれぞれ設けると共に、両弁を連動させる連動機構にクッションバネを組み込んだ予混合装置の発明が開示されている。ここでは、バタフライ弁を開き姿勢から閉じ姿勢側に動作させる際には、切換弁を先行して閉弁させ、バタフライ弁を閉じ姿勢から開き姿勢側に動作させる際には、バタフライ弁が所定角度回動するまでクッションバネの付勢力で切換弁が閉弁状態に維持されるようにすることで、通気抵抗を大から小へ切り換える際に混合気がガスリッチにならないようにしている。
例えば特許文献3には、1つのハウジング内を2つに仕切ることで2つのベンチュリーを形成すると共に、一方のベンチュリーの下流側に当該通路を開閉するフラップバルブを設けて、各ベンチュリーに、ガス通路を分岐させた分岐通路をそれぞれ接続した予混合バーナの発明が開示されている。ここではファンによる所定の風量以下ではフラップバルブが閉じて一方のベンチュリーを閉塞し、他方のベンチュリーのみに空気及び燃料ガスを流すことで、風量を絞ってターンダウン比を大きくとれるようになっている。
また、特許文献4には、中央の流路を狭くしたハウジング内を、第1の隔壁によって第1の空気供給部と第2の空気供給部とに区画すると共に、第2の隔壁によって区画されて第1の空気供給部と連通する第1のガス供給部と、第2の空気供給部と連通する第2のガス供給部とに分離形成し、ハウジングの中間に第2の空気供給部及び第2のガス供給部とを同時に開閉する開閉手段を設けたデュアルベンチュリーの発明が開示されている。
ここでは開閉手段の作動により、低熱量が必要な場合は、第2の空気供給部及び第2のガス供給部を遮断して第1の空気供給部及び第1のガス供給部を通じて流入する空気及び燃料ガスだけを混合してバーナへ供給し、高熱量が必要な場合は、第2の空気供給部及び第2のガス供給部を開放して第2の空気供給部及び第2のガス供給部を通じて流入する空気及び燃料ガスも混合してバーナへ供給することで、必要な熱量に応じて低熱量又は高熱量を選択的に出力可能としている。
このような燃焼のバランスの変動は特許文献3,4においても同様で、特許文献3のデュアルベンチュリー構造では、フラップバルブが閉じた際でも、ガスの分岐通路は上流側で繋がっているため、閉じたベンチュリー側の空気が逆流して開放側のベンチュリーに、空気量が多い混合気が流れてしまうおそれがある。これを防止するためには、フラップバルブの上流側にガス通路を開閉する別のバルブが必要になる。
また、特許文献4のデュアルベンチュリー構造では、第1の空気供給部を開閉するダンパーの上流側に第2のガス供給部の出口があるため、第1の空気供給部をダンパーで閉塞した際に第2のガス供給部からガスだけが第1の空気供給部に流れ込むおそれがある。よって、ここでもダンパーと連動して第2のガス供給部の出口を開閉するバルブ体が必要となり、構造が複雑化してコストアップに繋がってしまう。
ファンの回転によって空気が流れる2つのベンチュリーと、各ベンチュリーにそれぞれ設けられ、ガス供給路から供給される燃料ガスを流出させる連通口と、連通口よりも下流側で一方のベンチュリーを開閉可能な開閉手段と、連通口よりも上流側でガス供給路に設けられる均圧弁と、を含み、均圧弁の出口と2つの連通口との間を接続するガス供給路を、均圧弁の出口の直後から分岐して各前記連通口にそれぞれ直結させることで、各ベンチュリーごとにそれぞれ独立して形成される2つのガス供給路としたことを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1の構成において、開閉手段が設けられる一方のベンチュリー側に分岐形成されるガス供給路に、当該ガス供給路を開閉可能で、開閉手段によって一方のベンチュリーが閉塞される際に当該ガス供給路を閉塞するガス切換手段が設けられていることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項2の構成において、2つのガス供給路は、均圧弁の出口から上下に分岐し、一方のガス供給路がガス切換手段に至るまでは、上下方向にオーバーラップした状態で互いに平行に形成されていることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項3の構成において、上側でオーバーラップする一方のガス供給路は、ガス切換手段に至った後は下向きに屈曲して他方のガス供給路と同じ高さまで下降し、2つのガス供給路は、共に同じ高さで連通口に接続されていることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4の何れかに記載の予混合装置を備え、予混合装置の2つのベンチュリーに空気を流すためのファンと、予混合装置によって生成される混合気が供給されるバーナとを含んでなることを特徴とする。
ファンの回転によって空気が流れる2つのベンチュリーと、各ベンチュリーにそれぞれ設けられ、ガス供給路から供給される燃料ガスを流出させる連通口と、連通口よりも下流側で一方のベンチュリーを開閉可能な開閉手段と、連通口よりも上流側でガス供給路に設けられる均圧弁と、を含み、均圧弁の出口と2つの連通口との間を接続するガス供給路を、均圧弁の出口の直後から分岐して各連通口にそれぞれ直結させることで、各ベンチュリーごとにそれぞれ独立して形成される2つのガス供給路とする一方、
開閉手段が設けられる一方のベンチュリー側に分岐形成されるガス供給路に、当該ガス供給路を開閉可能で、開閉手段によって一方のベンチュリーが閉塞される際に当該ガス供給路を閉塞するガス切換手段が設けられており、
2つのガス供給路は、均圧弁の出口から上下に分岐し、一方のガス供給路がガス切換手段に至るまでは、上下方向にオーバーラップした状態で互いに平行に形成されていることを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1の構成において、上側でオーバーラップする一方のガス供給路は、ガス切換手段に至った後は下向きに屈曲して他方のガス供給路と同じ高さまで下降し、2つのガス供給路は、共に同じ高さで連通口に接続されていることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の予混合装置を備え、予混合装置の2つのベンチュリーに空気を流すためのファンと、予混合装置によって生成される混合気が供給されるバーナとを含んでなることを特徴とする。
また、開閉手段によって一方のベンチュリーが閉塞される際に当該ガス供給路を閉塞するガス切換手段を設けたことで、他方のベンチュリーを単独使用する際の空気の逆流を確実に防止することができる。
さらに、2つのガス供給路は、均圧弁の出口から上下に分岐し、一方のガス供給路がガス切換手段に至るまでは上下方向にオーバーラップした状態で互いに平行に形成されるので、2つのガス供給路が省スペースで形成可能となる。
請求項2に記載の発明によれば、上記効果に加えて、上側でオーバーラップする一方のガス供給路は、ガス切換手段に至った後は下向きに屈曲して他方のガス供給路と同じ高さまで下降し、2つのガス供給路は、共に同じ高さで連通口に接続されているので、ガス切換手段から連通口に至る2つのガス供給路が簡単に形成可能となる。
(給湯装置の全体構成の説明)
図1は、予混合装置を備えた燃焼装置の一例である給湯装置の斜視図、図2は正面図、図3は平面図、図4は図3のA-A線断面図である。
この給湯装置1は、上からバーナユニット3、一次熱交換器4、二次熱交換器5の順に設けられる本体2と、本体2の後方で上向きに設けられる排気部6と、本体2の右側方でバーナユニット3に連結されるファンユニット7と、ファンユニット7の下側に連結される予混合装置8とを備えている。
まず、バーナユニット3は、図4に示すように、上板10と、上板10の下部に取り付けられて一次熱交換器4の中ケーシング15内に突出する下板11とを有する。上板10には、上方へ突出して側面が開口する深底部12が形成されて、下板11には、複数の炎孔14,14・・が形成された炎孔板13が設けられている。
二次熱交換器5は、中ケーシング15と連通する下ケーシング20内に、凹凸を形成した複数の伝熱プレート21,21・・を前後方向へ所定間隔をおいて並設して、伝熱プレート21,21・・間で連続する内部流路を形成し、下ケーシング20の正面側下部に設けた入口22と正面側上部に設けた出口23とを内部流路と接続してなる。入口22に図示しない給水管が接続され、出口23が図示しない配管を介して一次熱交換器4の入側接続口18と接続される。下ケーシング20の下部には、ドレンを受ける下カバー24が設けられて、ドレン排出口25を前面下部に突出させている。
ファンユニット7は、平面視が円形状のファンケース27の上面中央にファンモータ28を下向きに取り付け、ファンケース27内に突出する回転軸29に遠心ファン30を固着してなる。ファンケース27の下面中央には吸込口31が、側面には吹出口32がそれぞれ形成されて、ファンケース27の左側面がバーナユニット3の上板10の深底部12に連結されて、吹出口32を深底部12の内部と連通させている。
次に、予混合装置8の構造について詳述する。図5は予混合装置8の斜視図、図6は正面図、図7(A)は平面図,同図(B)は混合筒部分のB-B線断面図である。
この予混合装置8は、ファンケース27の下面へ吸込口31との連通状態で連結される混合筒40と、混合筒40の正面側に設けられて混合筒40へ燃料ガスを供給するガス通路部41と、ガス通路部41の下端に連結される均圧弁42と、を含んでなる。
まず混合筒40は、図7に示すように、下端に空気の導入口44を開口させて上下方向に等径となる下筒部43と、下筒部43の上端から同軸に連設され、上方へ行くに従って径が大きくなる拡開状で、上端にフランジ46を形成した上筒部45とを有する。フランジ46がファンケース27の下面に取り付けられて、上筒部45が吸込口31と同軸で連通する。
また、混合筒40内には、下筒部43から減圧部47、上筒部45の下部にかけて上下方向の仕切壁50が形成されて、混合筒40内を左右に二分割している。但し、仕切壁50は、混合筒40内の軸心から右側へ偏心した位置に配置されて、混合筒40内に、仕切壁50の右側を上下に貫通して減圧部47の狭窄部49に開口する三日月状の小さい第1の隙間53を通る第1ベンチュリー51と、仕切壁50の左側を上下に貫通して減圧部47の狭窄部49に開口する半月状の大きい隙間54を通る第2ベンチュリー52とを形成している。
混合筒40の背面には、バルブ駆動モータ60が設けられて、その図示しないモータ軸が後側の支持部57と連結されている。よって、バルブ駆動モータ60の回転により、フラップバルブ55は、図7に示すように仕切壁50の上側へ延長上に起立して第2ベンチュリー52を開放する開弁位置と、図8に示すようにシール板56が弁座59に当接するまで傾倒して第2ベンチュリー52を閉塞する閉弁位置とに揺動可能となっている。
この第1、第2ノズル68,69は、下筒部43と前ブロック75との間に挟持固定されるノズル板70に設けられているため、ノズル板70の取り外しによって第1、第2ノズル68,69の清掃や修理等が容易に行える。また、ノズル板70の交換によって絞り部66や狭窄孔67の仕様変更も簡単に行うことができる。
第2ガス通路82は、導入路80の上側(下流側)に接続されて前後通路部81Aの上側で後ブロック78と前ブロック75とに跨がって前方へ延びる前後通路部82Aと、前後通路部82Aの前端から傾斜通路部81Bの上側で前ブロック75の傾斜部分に沿って左上側へ傾斜状に延びる傾斜通路部82Bと、傾斜通路部82Bの上端から左右通路部81Cの上側で左右通路部81Cを越えて左側へ延びる上左右通路部82Cとを有している。また、上左右通路部82Cの左端から左右通路部81Cの左隣まで下向きに延びる上下通路部82Dと、上下通路部82Dの下端から左側へ延び、第2直線路62の導入部65に接続される下左右通路部82Eとをさらに有している。
また、上側でオーバーラップする第2ガス通路82は、電磁弁76に至った後は下向きに屈曲して上下通路部82Dによって第1ガス通路81と同じ高さまで下降し、第1、第2直線路61,62は、共に同じ高さで第1、第2連通口63,64に接続されているので、電磁弁76から第1、第2連通口63,64に至る2つのガス供給路が簡単に形成可能となっている。
均圧弁42は、図示しないダイヤフラムによって動作するバルブを備えて二次側の圧力を一定に保つ周知の構成で、入口には、図示しないコントローラによって制御される電磁弁によりガス流路が開閉されるガス管が接続されて、燃料ガスが供給可能となっている。
以上の如く構成された給湯装置1は、器具内に通水されると、リモコン等で要求される燃焼量に応じた回転数でコントローラがファンモータ28を駆動させて遠心ファン30を回転させると共に、当該燃焼量が所定の閾値以上である場合は、バルブ駆動モータ60を制御してフラップバルブ55を開弁位置に移動させて第2ベンチュリー52を開放する。
すると、混合筒40では、下筒部43の下方から遠心ファン30の回転数に比例した空気が導入口44から吸い込まれ、図7及び図14に点線矢印で示すように、仕切壁50の右側を流れる空気A1と、左側を流れる空気A2とに分岐して、それぞれ第1、第2ベンチュリー51,52を通って上筒部45へ流れる。このとき、各ベンチュリー51,52を通過する空気A1,A2は、絞り部48から狭窄部49に至る通路面積の縮小により、流速を上げて上筒部45へ流れるため、減圧部47で減圧されて負圧が生じる。
そして、第1、第2直線路61,62では、ガスG1,G2がそれぞれ第1、第2ノズル68,69の絞り部66から狭窄孔67を通過することで、流速を上げて各直線路61,62内に噴出する。
ここでは混合筒40での第1、第2ベンチュリー51,52と、各直線路61,62での第1、第2ノズル68,69とを同じノズル形状としているので、ここを通過する空気量と減圧との関係が互いに同じとなり、各ベンチュリー51,52での空気量に応じてガス量が変化しても、空気比の変化が一定となる。
そして、第1直線路61からは、第1ベンチュリー51で生じる負圧との差圧に応じた量のガスG1が、第1連通口63を通って上筒部45に吸い込まれ、ここで空気A1と混合されて混合気が生成される。この場合も第1ベンチュリー51と第1ノズル68とが同じノズル形状であるため、第1ベンチュリー51での空気量に応じガス量が変化しても、空気比の変化は一定になる。
バーナユニット3からの燃焼排気は、一次熱交換器4の中ケーシング15で各フィン16,16の間を通過することで、伝熱管17内を流れる水と熱交換し、顕熱が回収される。その後、二次熱交換器5の下ケーシング20内で各伝熱プレート21,21の間を通過することで、伝熱プレート21の内部流路を流れる水と熱交換し、潜熱が回収される。そして、排気部6内を上昇して排気筒26から排出される。
このように、上記形態の予混合装置8及び給湯装置1によれば、遠心ファン30の回転によって空気が流れる2つの第1、第2ベンチュリー51,52と、各ベンチュリー51,52にそれぞれ設けられ、ガス供給路から供給される燃料ガスを流出させる第1、第2連通口63,64と、第2連通口64よりも下流側で第2ベンチュリー52を開閉可能な開閉手段(フラップバルブ55)と、第1、第2連通口63,64よりも上流側でガス供給路に設けられる均圧弁42と、を含み、両ベンチュリー51,52を使用するときと、第2ベンチュリー52を閉塞して第1ベンチュリー51のみを使用するときとを使い分けているので、ターンダウン比を大きく取ることができて最低ガス量を下げることが可能となる。よって、使い勝手が向上する。
また、フラップバルブ55が設けられる第2ベンチュリー52側に分岐形成される第2ガス通路82に、第2ガス通路82を開閉可能で、フラップバルブ55によって第2ベンチュリー52が閉塞される際に第2ガス通路82を閉塞するガス切換手段(電磁弁76)を設けているので、第1ベンチュリー51を単独使用する際の空気の逆流を確実に防止することができる。
加えて、上側でオーバーラップする第2ガス通路82は、電磁弁76に至った後は下向きに屈曲して第1ガス通路81と同じ高さまで下降し、2つのガス供給路の第1、第2直線路61,62は、共に同じ高さで第1、第2連通口63,64に接続されているので、電磁弁76から第1、第2連通口63,64に至る2つのガス供給路が簡単に形成可能となる。
また、ガス供給路に係る発明においては、第1、第2直線路の第1、第2ノズルは必須ではなく、均圧弁の出口から第1、第2連通口までこのようなガス側減圧部のないガス供給路を分岐形成することもできる。
このように、上記形態の予混合装置8及び給湯装置1によれば、ガス供給路の第1、第2直線路61,62に、燃料ガスを減圧するガス側減圧部(第1、第2ノズル68,69)を設けると共に、ガス側減圧部(第1、第2ノズル68,69)を、第1、第2ベンチュリー51,52の減圧部47と同じ形状で形成しているので、減圧部47で生じる空気量と減圧との関係と、ガス側減圧部(第1、第2ノズル68,69)で生じるガス量と減圧との関係との間でバランスの崩れがなくなる。よって、空気量及びガス量を絞っても空気比の変化を一定にでき、空燃比の変化を抑えることができる。
また、各ノズル形状を、流路を狭くする狭窄部(狭窄部49、狭窄孔67)と、その狭窄部の上流側から狭窄部へ行くに従って流路を曲面状に絞る絞り部48,66とを含んでなるものとしているので、通路抵抗が生じにくいノズル形状を得ることができる。
さらに、第1、第2ノズル68,69を、ノズル形状を有する別体のノズル板70を第1、第2直線路61,62上へ着脱可能に設けて形成しているので、ノズル板70の取り外しや交換によりメンテナンスやノズル形状の仕様変更が容易に行える。
また、上記形態では、減圧部及びガス側減圧部を共にノズル形状としているが、同じ形状であれば共にオリフィス形状としてもよい。この場合もベンチュリー側の減圧部で生じる空気量と減圧との関係と、ガス側減圧部で生じるガス量と減圧との関係とバランスの崩れをなくすことができる。
さらに、減圧部及びガス側減圧部に係る発明では、2つのベンチュリーは必須ではなく、1つのベンチュリーであっても減圧部とガス側減圧部とを同じ形状とすれば、上記形態と同様に空燃比の変化の抑制効果は得られる。
Claims (3)
- ファンを介して空気に燃料ガスを混合した混合気を生成してバーナに供給するための予混合装置であって、
前記ファンの回転によって空気が流れる2つのベンチュリーと、
各前記ベンチュリーにそれぞれ設けられ、ガス供給路から供給される燃料ガスを流出させる連通口と、
前記連通口よりも下流側で一方の前記ベンチュリーを開閉可能な開閉手段と、
前記連通口よりも上流側で前記ガス供給路に設けられる均圧弁と、を含み、
前記均圧弁の出口と2つの前記連通口との間を接続する前記ガス供給路を、前記均圧弁の出口の直後から分岐して各前記連通口にそれぞれ直結させることで、各前記ベンチュリーごとにそれぞれ独立して形成される2つのガス供給路とする一方、
前記開閉手段が設けられる前記一方のベンチュリー側に分岐形成される前記ガス供給路に、当該ガス供給路を開閉可能で、前記開閉手段によって前記一方のベンチュリーが閉塞される際に当該ガス供給路を閉塞するガス切換手段が設けられており、
前記2つのガス供給路は、前記均圧弁の出口から上下に分岐し、一方の前記ガス供給路が前記ガス切換手段に至るまでは、上下方向にオーバーラップした状態で互いに平行に形成されていることを特徴とする予混合装置。 - 上側でオーバーラップする前記一方のガス供給路は、前記ガス切換手段に至った後は下向きに屈曲して他方の前記ガス供給路と同じ高さまで下降し、前記2つのガス供給路は、共に同じ高さで前記連通口に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の予混合装置。
- 請求項1又は2に記載の予混合装置を備え、前記予混合装置の前記2つのベンチュリーに空気を流すためのファンと、前記予混合装置によって生成される混合気が供給されるバーナとを含んでなる燃焼装置。
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