JP2000121043A

JP2000121043A - 燃焼装置

Info

Publication number: JP2000121043A
Application number: JP10307846A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Koshimizu; 大介越水; Kotaro Kimura; 晃太郎木村
Original assignee: Gastar Co Ltd
Current assignee: Gastar Co Ltd
Priority date: 1998-10-14
Filing date: 1998-10-14
Publication date: 2000-04-28
Anticipated expiration: 2018-10-14
Also published as: JP4067200B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、下流側の圧力変動を強制的に抑止
することにより、振動燃焼が発生しないようにした、燃
焼装置を提供することを目的とする。【解決手段】バーナ１２と、バーナ１２により加熱さ
れる熱交換器を備えた燃焼室１３と、燃料ガスを供給す
る燃料供給部と、燃焼用空気を供給する空気供給部１５
と、燃料供給部及び空気供給部からの燃料ガス及び燃焼
用空気を混合・整圧してバーナに送出する混合部１１
と、燃料供給部の下流にて、振動を検出する検出手段
と、検出手段が振動を検出したとき、その振動の周期よ
り遅らせた周期にて、燃焼用空気量を可変して供給する
ように制御する制御部１８とを備えている、燃焼装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、給湯器，送風暖房
器等の熱交換器を備えた燃焼装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような燃焼装置は、例えば図
５に示すように、構成されている。図５において、燃焼
装置１は、下部の通気孔２ａ及び上部の排気筒２ｂを備
えたハウジング２と、ハウジング２内の中間部分にて、
下方から順に配設された混合部３，バーナ４及び燃焼室
５と、混合部３内に燃料ガスを供給する燃料供給部６
と、混合部３内に燃焼用空気を供給する空気供給部７
と、燃焼室５内に配設された熱交換器８とを備えてい
る。

【０００３】上記混合部３は、燃料供給部６から供給さ
れる燃料ガスと空気供給部７から供給される空気を混合
して、混合気を生成すると共に、この混合気を所定圧力
に整圧するようになっている。上記バーナ４は、混合部
３で整圧された混合気を燃焼させるための複数個の炎口
４ａを有しており、混合気の燃焼によって炎口４ａから
燃焼室５内に向かって形成される炎により、燃焼室５内
の熱交換器８を加熱するようになっている。上記燃焼室
５は、その下端が、バーナ４に接続されると共に、その
上端が、ハウジング２の排気筒２ｂに接続されており、
燃焼室５内で燃焼により発生する排気ガスが排気筒２ｂ
を介して外部に排出されるようになっている。

【０００４】上記燃料供給部６は、図示しない燃料ガス
源から、例えば電磁式開閉弁６ａ及び電磁式制御弁６ｂ
を介して、先端のノズル６ｃから、燃料ガスを混合部３
内に供給するようになっている。また、上記空気供給部
７は、例えば直流式ファンにより構成されており、その
回転によって混合部３内に燃焼用空気を供給するように
なっている。さらに、上記熱交換器８は、例えば給湯器
の場合には、燃焼室５内に引き回された給水管を有し、
この給水管内を流れる水が、上述した混合気の燃焼によ
って加熱されることにより、温められて、出口から湯が
送出されるようになっている。

【０００５】このような構成の燃焼装置１によれば、燃
料供給部６から供給される燃料ガスと、空気供給部７か
ら供給される燃焼用空気が、混合部３内で混合され且つ
整圧されることにより、所定圧力の混合気が生成され
る。そして、この混合気が、バーナ４で燃焼することに
より、燃焼による炎が、バーナ４の炎口４ａから燃焼室
５内に向かって形成されることになる。従って、燃焼室
５は、上記炎によって加熱されることになり、燃焼室５
内に配設された熱交換器８も加熱され、熱交換器８内を
流れる流体が加熱され、外部に送出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに構成された燃焼装置１においては、燃焼反応による
圧力変動によって、振動燃焼が発生することがある。こ
のような燃焼振動の対策を行うものとして、特開平１−
３０２０２２号に開示された燃焼装置がある。この発明
に係る燃焼装置は、燃焼振動により生じる圧力変動をと
らえ、圧力変動を検出したら、燃焼空気を供給する送風
機のファン回転を制御して、空気量を増加させ、振動が
おさまったら減らすことにより、振動を抑止しようとす
るものである。しかしながら、このような方法では、振
動に応じた制御になっておらず、その効果はあまり期待
できないものであった。

【０００７】このような振動燃焼は、図６に示すよう
に、燃料供給部６及び空気供給部７の下流である混合部
３，バーナ４及び燃焼室５内の圧力変動によって生ずる
ものである。ここで、燃焼室５内の圧力変動は、図７
（Ａ）に示すように、所定圧力Ｐに対して、変動幅ΔＰ
で周期的に変動する。これに対して、燃料供給部６及び
空気供給部７の上流部における圧力（即ち、燃料ガスに
おけるガス供給圧、燃焼用空気における大気圧）は、ほ
ぼ一定である。従って、上述した下流側の各部の圧力変
動によって、燃料供給部６及び空気供給部７による供給
量も、図７（Ｂ）に示すように変動してしまうので、燃
焼量が変動することになる。

【０００８】これにより、バーナ４における熱発生速度
も、図７（Ｃ）に示すように、変動するので、燃焼室５
内の圧力に対してさらに変動をもたらすことになる。そ
して、この圧力変動が上流側に伝達されることにより、
バーナ４内の圧力も変動し、これらの圧力変動によっ
て、振動騒音が生ずると共に、装置を構成するハウジン
グ２や混合部３，バーナ４，燃焼室５，熱交換器８等と
の共振によっても、振動騒音が生じてしまうという問題
があった。そこで、従来は、バーナ４，燃焼室５，熱交
換器８等の各部に対して、固有振動数を変更するため
に、各部の寸法を変更するようにしているが、設計変更
が必要となり、製造コストが高くなってしまうという問
題があった。

【０００９】本発明は、以上の点を解決するためになさ
れたもので、下流側の圧力変動を強制的に抑止すること
により、振動燃焼が発生しないようにした、燃焼装置を
提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、請求項１の
発明によれば、バーナと、バーナにより加熱される熱交
換器を備えた燃焼室と、燃料ガスを供給する燃料供給部
と、燃焼用空気を供給する空気供給部と、燃料供給部及
び空気供給部からの燃料ガス及び燃焼用空気を混合・整
圧してバーナに送出する混合部と、燃料供給部の下流に
て、振動を検出する検出手段と、検出手段が振動を検出
したとき、その振動の周期より遅らせた周期にて、燃焼
用空気量を可変して供給するように制御する制御部とを
備えている、燃焼装置により、達成される。

【００１１】請求項２の発明は、前記制御部が、振動の
周期に対して１／２周期遅れた周期にて、燃焼用空気量
を可変して供給する構成としたことをことを特徴とす
る。

【００１２】請求項３の発明は、好ましくは、前記検出
手段が、圧力変動を検出する圧力センサであることを特
徴とする。

【００１３】請求項４の発明は、好ましくは、前記検出
手段が、混合部内の圧力変動を検出する圧力センサであ
ることを特徴とする。

【００１４】請求項５の発明は、好ましくは、前記検出
手段が、バーナ内の圧力変動を検出する圧力センサであ
ることを特徴とする。

【００１５】請求項６の発明は、好ましくは、前記検出
手段が、燃焼室内の圧力変動を検出する圧力センサであ
ることを特徴とする。

【００１６】請求項１の構成によれば、装置内で振動燃
焼が発生したとき、燃料供給部の下流にて、混合部，燃
焼室またはバーナ等の圧力変動を生じる箇所で起こる振
動が、検出手段によって検出される。そして、検出手段
によって検出された振動の周期に関して、その周期より
遅らせた周期にて、燃焼に必要な空気の供給量を、例え
ば燃焼ファンの回転数の制御により可変して供給する。
これにより、圧力変動の予測を行って、変動を収束させ
るタイミングにて、燃焼用空気を供給することができ
る。

【００１７】具体的は、例えば請求項２の構成によれ
ば、前記制御部が、振動の周期に対して１／２周期遅れ
た周期にて、燃焼用空気量を可変して供給することで、
制御部は、検出手段の検出結果に基づいて、検出圧力が
高まろうとする途中から、圧力が高まって最大になって
から下降する間には、圧力が平均して高いから、この間
は、供給空気量が徐々に減少するようにし、検出圧力が
下がろうとする途中から、圧力が下降して最低の圧力と
なり、やがて上昇する途中までは、平均圧力が低いか
ら、供給空気量が徐々に増大するように制御すること
で、圧力変動を収束させることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
を図１を参照しながら、詳細に説明する。尚、以下に述
べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技
術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の
範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の
記載がない限り、これらの態様に限られるものではな
い。

【００１９】図１は、本発明による燃焼装置の一実施形
態を示すブロック構成図であり、図２は、このような燃
焼装置を給湯器として構成した場合の系統図である。図
１において、燃焼装置１０は、燃料ガスを供給する燃料
供給部１４と、混合部１１と、混合気を燃焼させるバー
ナ１２及び燃焼室１３と、混合部１１及び燃焼室１３内
に燃焼用空気を供給する空気供給部１５と、燃焼室１３
の上部に配置された熱交換器と、燃焼排気を外部へ排出
するための排気部１６と、検出手段１７と、制御部１８
とを備えている。

【００２０】これらの構成は、図２の給湯器として構成
された場合には、例えば以下のような構成となる。上記
バーナ１２は、例えば多数のブンゼン式のプレスバーナ
等を収容したバーナユニットでなっており、各バーナは
混合部１１からの混合気を燃焼させるための複数個の炎
口を有している。この混合気の燃焼によって炎口１２ａ
から燃焼室１３内に向かって形成される炎により、熱交
換器２１を加熱するようになっている。

【００２１】燃料供給部１４は器具の外部から燃料ガス
を引き込んで、電磁式開閉弁１４ａ及び電磁式制御弁１
４ｂを介して、バーナ１２に供給するようになってい
る。上記混合部１１は、燃料供給部１４から供給される
燃料ガスと、空気供給部１５から供給される一次空気を
予混合して、混合気を形成する。この混合気は例えばバ
ーナ１２の炎口１２ａの手前等に設けた整流手段もしく
は整圧部で所定圧力に整圧するようになっている。ま
た、バーナ１２においては、炎口１２ａから噴出する混
合気が燃焼するに際して、周囲から燃焼用の２次空気が
供給され、燃焼排気は排気筒１６から排出される。

【００２２】上記燃焼室１３は、上記バーナ１２を収容
すると共に、その上部には熱交換器２１が配置されてい
る。そして、燃焼室１３内で燃焼により発生した排気ガ
スは、熱交換器２１を通って、さらに上記排気筒を介し
て外部に排出されるようになっている。

【００２３】上記燃料供給部１４は、燃料ガスの供給源
から、燃料ガスを混合部１１内に供給するようになって
いる。また、上記空気供給部１５は、例えば直流式ファ
ンにより構成されており、その回転によって混合部１１
内に燃焼用空気を供給するようになっている。さらに、
上記熱交換器２１には、器具の外部から水を引き込むた
めの給水管２１ａを備えており、この給水管２１は燃焼
室１３内で熱交換器２１に引き回される水管と連続して
いる。この給水管内を流れる水が、上述した混合気の燃
焼によって熱交換器２１により加熱されることにより、
温められて、給湯管２１ｂから給湯されるようになって
いる。

【００２４】上記圧力検出手段としては例えば圧力セン
サ１７が用いられる。この場合圧力センサ１７は、例え
ば燃料ガスと燃焼用の１次空気を予混合するための混合
部１１に設定されている。ここで、燃焼装置１０がその
燃焼にともなってヘルムホルツ型の振動を生じる場合に
は、燃料供給部１４の下流のいずれの箇所においても同
様の振動を生じると考えられる。このため、本実施形態
では、燃料供給部１４の下流において、振動の発生する
箇所の全てにおいて、等しい圧力振動を観測できること
に着目し、上記圧力センサ１７は、燃料供給毛手段１４
の下流のいずれの振動発生箇所に配置してもよい。した
がって、圧力センサ１７を設定する箇所は、上記混合部
１１以外に、例えばバーナ１２、燃焼室１３等が考えら
れる。

【００２５】図２の給湯器としての燃焼装置１０は以上
のように構成されており、これをブロック構成として表
すと図１に示すようになる。図１の燃焼装置１０におい
て、燃料供給系１４は、図２の燃料供給手段１４に対応
している。整圧・混合部１１は図２の混合部とバーナ内
の整流手段と対応している。バーナ１２は、図２のバー
ナもしくはバーナユニット１２と対応しており、燃焼室
１３，熱交換・排気部２１，１６は、図２の燃焼室１
３，熱交換器２１，排気筒１６にそれぞれ対応してい
る。また、燃焼用空気の供給系１５は図２のファン１５
に対応している。

【００２６】さらに、図１の制御部１８は、圧力検出手
段としての図２の圧力センサ１７により検出された圧力
の変動に基づいて、上記燃料供給部１４を制御して、例
えば圧力が高いときには、燃料ガスの供給量を増大さ
せ、また圧力が低いときには、燃料ガスの供給量を減少
させる。このため、燃料供給部１４の下流である混合部
１１の圧力変動が抑制され、これにより、バーナ１２，
燃焼室１３の圧力変動も抑制され、バーナ１２での燃焼
による熱発生速度の変動も抑制されるようになってい
る。

【００２７】本実施形態による燃焼装置１０は、以上の
ように構成されており、燃料供給部１４から供給される
燃料ガスと、空気供給部１５から供給される燃焼用空気
が、混合部１１内で混合され且つ整圧されることによ
り、所定圧力の混合気が生成される。そして、この混合
気が、バーナ１２で燃焼することにより、燃焼による炎
が、バーナ１２から燃焼室５内に向かって形成されるこ
とになる。従って、燃焼室１３は、上記炎によって加熱
されることになり、熱交換・排気部１６内の熱交換器も
加熱され、熱交換器内を流れる水，空気等の流体が加熱
され、外部に送出されることになる。また、燃焼室５内
の排気ガスは、熱交換・排気部１６の排気管を介して、
外部に排出されることになる。

【００２８】制御部１８は、必要熱量に応じて、燃料ガ
スの供給量を制御する。ここで、圧力センサ１７が、混
合部１１の圧力変動を検出すると、制御部１８は、この
圧力変動に基づいて、燃焼空気の供給系，具体的には、
ファン１５の回転数を制御することによって、圧力変動
の静定制御を行い、燃料供給部１４の下流側の圧力変動
を強制的に抑制することになる。これにより、燃焼装置
１０の振動燃焼が抑止され、振動騒音が排除されること
になる。

【００２９】図３及び図４は、上述のファン１５の具体
的な制御方法を示す説明図である。図３では、燃焼装置
１０の燃焼が正常に行われており、圧力センサ１７の出
力が安定している状態を示している。図において、Ｌで
示すラインは、例えば制御部１８において、リミッター
として設定したラインであり、このリミッター値Ｌを越
えた場合に、本実施形態によるファン１５の変動静定制
御が行われる。図４の上部に示すように、圧力センサ１
７の出力値ＳＶが変動し、リミッター値Ｌを越えた時点
で、制御部１８は、上記静定制御を開始する。

【００３０】ここで、圧力センサ１７の検出値ＳＶの変
動は、図７で説明したように周期的変動であり、制御部
１８は、圧力センサ１７の検出値ＳＶの上記周期的変動
に関して，例えばその周期Ｔよりも遅れた１／２Ｔのタ
イミングで、ファン１５の回転数を可変する。つまり、
制御部１８は、圧力センサ１７の検出圧力ＳＶの変動に
関して、図４に示すように、検出圧力ＳＶが高まろうと
する途中から、圧力が高まって最大になってから下降す
る間ｔ１では、圧力が平均して高いから、この間は、供
給空気量が徐々に減少するように制御する。また、検出
圧力ＳＶが下がろうとする途中から、圧力が下降して最
低の圧力となり、やがて上昇する途中までの間ｔ２で
は、平均圧力が低いから、供給空気量が徐々に増大する
ように制御する。このように、周期的にファン回転数を
制御することで、圧力変動が次第に収束するように制御
することができる。

【００３１】このように、上述の実施形態によれば、制
御部１８が、上述した燃料供給部１４の下流にて圧力変
動が生じた場合には、その変動周期よりも例えば１／２
遅らせた周期でファン１５の回転数を制御することによ
り、燃料供給部の下流の圧力変動が抑制され、ほぼ一定
に保持されることになる。これにより、燃焼中の全期間
にわたって振動燃焼が抑止され、振動騒音が排除される
ことになる。すなわち、言い換えれば、振動燃焼の振動
と同一の周波数で、これと半周期ずらして燃焼用空気の
供給量を変化させることで、振動燃焼を抑止することが
できる。

【００３２】尚、上述した実施形態においては、圧力セ
ンサ１７は、燃料供給部１４の下流側の振動として、混
合部１１の圧力変動を検出するように構成されている
が、図１にて点線で示すように、バーナ１２の圧力変動
を検出するようにしてもよく、また図１にて鎖線で示す
ように、燃焼室１３の圧力変動を検出するようにしても
よい。これら何れの場合も、バーナ１２または燃焼室１
３の圧力変動を介して、燃料供給部１４の下流側の振動
が検出されると共に、制御部１８が、振動を抑制するよ
うに、燃料供給部１４を制御できることになる。また、
上述した実施形態においては、振動を検出するための手
段として、圧力センサ１７が設けられていて、圧力セン
サ１７により検出された圧力変動に基づいて振動を検出
するようにしているが、これに限らず、燃焼による振動
を直接的または間接的に検出できるものであれば、他の
検出手段が採用されることは明らかである。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、下
流側の圧力変動を強制的に抑止することにより、振動燃
焼が発生しないようにした、燃焼装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による燃焼装置の一実施形態の構成を示
す概略ブロック図である。

【図２】図１の燃焼装置の一例として給湯器により構成
した燃焼装置の系統図である。

【図３】図１の燃焼装置において、圧力検出手段の検出
結果の一例を示す図である。

【図４】図１の燃焼装置において、圧力検出手段により
検出された周期的圧力変動に対して、これよりもずらし
た周期で燃焼用空気を可変する様子を示す図である。

【図５】従来の燃焼装置の一例を示す概略断面図であ
る。

【図６】図５の燃焼装置の構成及び振動発生の原理を示
す概略ブロック図である。

【図７】図５の燃焼装置における燃焼室内の圧力，燃料
供給量及び熱発生速度の時間変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１０燃焼装置１１混合部１２バーナ１３燃焼室１４燃料供給部１５空気供給部１６熱交換・排気部１７圧力センサ１８制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バーナと、バーナにより加熱される熱交換器を備えた燃焼室と、燃料ガスを供給する燃料供給部と、燃焼用空気を供給する空気供給部と、燃料供給部及び空気供給部からの燃料ガス及び燃焼用空
気を混合・整圧してバーナに送出する混合部と、燃料供給部の下流にて、振動を検出する検出手段と、検出手段が振動を検出したとき、その振動の周期より遅
らせた周期にて、燃焼用空気量を可変して供給するよう
に制御する制御部とを備えていることを特徴とする、燃
焼装置。
【請求項２】前記制御部は、振動の周期に対して１／
２周期遅れた周期にて、燃焼用空気量を可変して供給す
る構成としたことをことを特徴とする、請求項１に記載
の燃焼装置。
【請求項３】前記検出手段が、圧力変動を検出する圧
力センサであることを特徴とする、請求項１に記載の燃
焼装置。
【請求項４】前記検出手段が、混合部内の圧力変動を
検出する圧力センサであることを特徴とする、請求項１
に記載の燃焼装置。
【請求項５】前記検出手段が、バーナ内の圧力変動を
検出する圧力センサであることを特徴とする、請求項１
に記載の燃焼装置。
【請求項６】前記検出手段が、燃焼室内の圧力変動を
検出する圧力センサであることを特徴とする、請求項１
に記載の燃焼装置。