JP2007107865A - Combustion device - Google Patents
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Description
本発明は、給湯器やコンロ等のガス機器に設けられ、燃焼用空気を給気ファンによってバーナへ強制的に供給して燃焼を行う燃焼装置に関する。 The present invention relates to a combustion apparatus that is provided in a gas appliance such as a water heater or a stove and performs combustion by forcibly supplying combustion air to a burner with an air supply fan.
給湯器やコンロ等のガス機器に設けられる燃焼装置においては、ガス管からバーナへ燃料ガスを供給すると共に、給気ファンによって燃焼用空気をバーナへ強制的に供給して燃焼を行わせるようになっている。この場合、ガスインプットが変動しても、一定した空燃比が維持できるように、ガス供給路に均圧弁を設けて給気ファンからの空気を均圧弁のダイヤフラムの駆動側にも供給し、その風量に対応した圧力によってダイヤフラムに設けた弁体を動作させてガス流路の開度を調整する構成がよく用いられる。このような均圧弁を用いたものとして、特許文献1には、均圧弁に弁体を動作させるソレノイド等の電磁手段を設けて、コントローラが、燃焼させるバーナの数に応じて均圧弁の基準作動位置を複数段階にシフトさせる発明が記載されている。また、特許文献2には、燃焼用空気の流量調整弁の下流に、空気ラインと均圧弁を設けた燃料ラインとによる空燃比比例制御手段を並列に二組備える発明が記載されている。何れも高いターンダウン比の獲得を目的としたものである。
In a combustion apparatus provided in a gas appliance such as a water heater or a stove, fuel gas is supplied from a gas pipe to a burner, and combustion air is forcibly supplied to the burner by an air supply fan so that combustion is performed. It has become. In this case, even if the gas input fluctuates, a pressure equalizing valve is provided in the gas supply path so that a constant air-fuel ratio can be maintained, and the air from the air supply fan is also supplied to the driving side of the diaphragm of the pressure equalizing valve. A configuration is often used in which the opening of the gas flow path is adjusted by operating a valve body provided in the diaphragm with a pressure corresponding to the air volume. As an example using such a pressure equalizing valve, in Patent Document 1, an electromagnetic means such as a solenoid for operating a valve body is provided in the pressure equalizing valve, and the controller performs a reference operation of the pressure equalizing valve according to the number of burners to be burned. An invention for shifting the position in a plurality of stages is described. Further,
しかし、特許文献1の均圧弁は、ソレノイド等を新たに付加する構成であるから、均圧弁自体の製造コストが高くなって装置全体のコストアップに繋がる。これは特許文献2の場合も同様で、均圧弁を含む空燃比比例制御手段を二組設ける訳であるから、単純に見てもコストは従来の二倍となってしまう。
However, since the pressure equalizing valve of Patent Document 1 has a configuration in which a solenoid or the like is newly added, the manufacturing cost of the pressure equalizing valve itself increases, leading to an increase in the cost of the entire apparatus. This is the same as in the case of
そこで、本発明は、コストアップの少ない簡単な構成で性能の高い空燃比制御が行える燃焼装置を提供することを目的としたものである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a combustion apparatus capable of performing high-performance air-fuel ratio control with a simple configuration with little cost increase.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、ガス供給路に均圧弁を設けたものにおいて、ガス供給路における均圧弁の上流側に、ガス供給路でのガス一次圧に応じて弁体を動作させ、均圧弁側へのガス二次圧を一定に維持可能なガスガバナを設けて、そのガスガバナに、給気ファンからの空気を、均圧弁側と同圧で弁体の開弁方向へ加わるように供給して、その供給圧とガス一次圧とに応じた弁体の動作により、均圧弁側へのガス二次圧を変更可能としたことを特徴とするものである。
請求項2に記載の発明は、請求項1の目的に加えて、均圧弁及びガスガバナへの空気の供給をより簡単な構成で行うために、給気ファンの空気供給管から分岐させた分岐管をガスガバナへ接続し、ガスガバナと均圧弁とを接続管で接続して両者を連通させることで空気の供給を行う構成としたものである。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a pressure equalization valve in the gas supply path, and the upstream side of the pressure equalization valve in the gas supply path is responsive to the primary gas pressure in the gas supply path. The gas governor can be operated to maintain the secondary gas pressure to the pressure equalizing valve side constant, and air from the air supply fan is opened to the gas governor at the same pressure as the pressure equalizing valve side. The gas secondary pressure supplied to the pressure equalizing valve side can be changed by supplying the valve so as to be applied in the valve direction and operating the valve body in accordance with the supply pressure and the gas primary pressure.
According to the second aspect of the present invention, in addition to the object of the first aspect, the branch pipe branched from the air supply pipe of the air supply fan in order to supply air to the pressure equalizing valve and the gas governor with a simpler configuration. Is connected to the gas governor, the gas governor and the pressure equalizing valve are connected by a connecting pipe, and the two are communicated to supply air.
請求項1に記載の発明によれば、ターンダウン比を20%程度まで確保可能となり、低コストで空燃比性能の向上が達成できる。特に、複数本又は複数ユニットのバーナを切り替えて燃焼させる多段制御の場合は、ターンダウン比が大きく取れる分だけ切替の段数を少なくでき、従来のように段数を多くすることでターンダウン比を担保する必要がなくなるため、バーナの長寿命化やメンテナンスに係るランニングコストの低減も期待できる。
請求項2に記載の発明によれば、請求項1の効果に加えて、均圧弁及びガスガバナへの空気の供給をより簡単な構成で実現可能となる。
According to the first aspect of the present invention, the turndown ratio can be secured up to about 20%, and the air-fuel ratio performance can be improved at low cost. In particular, in the case of multistage control in which multiple burners or multiple units of burners are switched and burned, the number of switching stages can be reduced by the amount that the turndown ratio can be increased, and the turndown ratio is secured by increasing the number of stages as in the past. Therefore, it is possible to expect a longer burner life and a reduction in running cost for maintenance.
According to the second aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect, the air supply to the pressure equalizing valve and the gas governor can be realized with a simpler configuration.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、燃焼装置の一例を示す説明図で、例えばガスコンロに用いられる。燃焼装置1において、2は、燃焼に必要な空気の殆どを一次空気として吸入する全一次空気式のバーナで、バーナ2に接続される混合管3には、空気供給管4を介して燃焼用空気を供給するための給気ファン5が接続されている。また、混合管3には、ガス供給路から導かれるガスノズル6が接続されて、ガスノズル6からの燃料ガスの噴出により、給気ファン5からの燃焼用空気と混合させて、その混合気をバーナ2に供給可能としている。
ガス供給路を形成するブロック7には、上流側から、ガスガバナ8と均圧弁9とが夫々設けられている。まずガスガバナ8は、ブロック7の上方に固着されるケーシング10と、ケーシング10の開口に取り付けられてガス供給路とケーシング10内とを区画するダイアフラム11と、ダイアフラム受け12を介してダイアフラム11を下方へ押圧付勢する調圧バネ13と、調圧バネ13の上端を受ける受け金14を介して調圧バネ13のバネ力を調節する調圧ピン15と、ガス供給路内に突出してダイアフラム11と一体に上下移動する弁体16とから構成される。ここでは弁体16の上昇側がガス供給路の閉弁方向、下降側が開弁方向となっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory view showing an example of a combustion apparatus, and is used for a gas stove, for example. In the combustion apparatus 1,
A gas governor 8 and a
一方、均圧弁9は、ブロック7の上方に固着されるケーシング17と、ケーシング17の開口に取り付けられてガス供給路とケーシング17内とを区画するダイアフラム18と、そのダイアフラム18に連結され、ガス供給路内に突出してダイアフラム18と一体に上下動する弁体19と、その弁体19を上方へ付勢する調圧バネ20とからなる。ここでも弁体19の上昇側がガス供給路の閉弁方向、下降側が開弁方向となる。
また、空気供給管4には、流路抵抗の不安定化を防止するためのオリフィス21が設けられており、このオリフィス21の上流側と、ガスガバナ8のケーシング10との間には、分岐管22が接続されて、給気ファン5からの空気をガスガバナ8のケーシング10内へ供給可能としている。この供給圧でダイアフラム11は弁体16の開弁方向へ押圧されることになる。さらに、ガスガバナ8のケーシング10と均圧弁9のケーシング17との間も接続管23で接続されて両者が連通し、ガスガバナ8のケーシング10を通過した空気を均圧弁9のケーシング17内へも供給して、その供給圧でダイアフラム18を弁体19の開弁方向へ押圧可能としている。
On the other hand, the
The
よって、ガスガバナ8では、弁体16が受けるガス入口からの一次圧と、ダイアフラム11が受けるガス出口側の二次圧とを加えた図1で言う上向きの力と、空気の供給によってダイアフラム11が受ける空気圧と、弁体16が受けるガス出口側の二次圧と、調圧バネ13の付勢力とを加えた下向きの力とによって動作し、両者のバランスによって弁体16によるガス供給路の開度が決定されることになる。
一方、均圧弁9でも、弁体19が受けるガスガバナ8からの二次圧と、ダイアフラム18が受けるガス出口側の最終圧と、調圧バネ20の付勢力とを加えた上向きの力と、空気の供給によってダイアフラム18が受ける空気圧と、弁体19が受ける最終圧と、弁体19の自重とを加えた下向きの力とによって動作し、両者のバランスによって弁体19によるガス供給路の開度が決定されることになる。
Therefore, in the gas governor 8, the diaphragm 11 is supplied by the upward force shown in FIG. 1 in which the primary pressure from the gas inlet received by the
On the other hand, in the
すなわち、ガスガバナ8及び均圧弁9の弁体16,19の受圧面積をAv、ガスガバナ8のダイアフラム11の受圧面積をAd1、均圧弁9のダイアフラム18の受圧面積をAd2、調圧バネ13のバネ荷重をW1、調圧バネ20のバネ荷重をW2、弁体19の自重をG2、ガスガバナ8の入口側のガス一次圧をP1、出口側のガス二次圧をP2、均圧弁9のガス出口側の最終圧をPn、ケーシング10,17への空気圧をPf、とすると、以下の式1、2で表されることになる。
That is, the pressure receiving area of the
そして、均圧弁側では、式2からPnを導く以下の式3が得られ、G2=W2とした場合、ガスガバナ8のガス二次圧P2と空気圧Pfと最終圧Pnとの関係が一層明確となる式4が得られる。
Then, on the pressure equalizing valve side, the
以上の如く構成された燃焼装置1においては、点火操作によってガス供給路に設けた図示しない電磁弁を開弁させると、ガスノズル6を介して混合管3内へ燃料ガスが供給される。同時に図示しないコントローラが、給気ファン5を駆動させて空気供給管4から燃焼用空気を供給すると共に、イグナイタを作動させて点火制御を行う。
その後、火力調整操作がなされると、コントローラはその火力に応じて給気ファン5の回転数を変化させて風量を増減させる。弱火力側へ操作されると、コントローラは給気ファン5の回転数を低下させて風量を減少させることになるが、このときガスガバナ8では、ダイアフラム11が受ける空気圧Pfの減少により、弁体16が閉弁方向へ移動してガス二次圧P2を減少させる。よって、均圧弁9では、弁体19に加わるガス二次圧P2と空気圧Pfとの減少に伴い、弁体19が閉弁方向へ移動して最終圧Pnを減少させてガス量を減少させる。一方、強火力側へ操作されると、給気ファン5の回転数が上昇して風量が増加することになるが、ガスガバナ8では、ダイアフラム11が受ける空気圧Pfの増加により、弁体16が開弁方向へ移動してガス二次圧P2を増加させる。よって、均圧弁9では、弁体19に加わるガス二次圧P2と空気圧Pfとの増加に伴い、弁体19が開弁方向へ移動して最終圧Pnを増加させ、ガス量を増加させることになる。
In the combustion apparatus 1 configured as described above, when an electromagnetic valve (not shown) provided in the gas supply path is opened by an ignition operation, the fuel gas is supplied into the
Thereafter, when the heating power adjustment operation is performed, the controller changes the rotational speed of the
表1は、空気圧Pfを60mmH2Oから3mmH2Oの間で変化させた際のガス二次圧P2及び最終圧Pn、そして空燃比λ、ターンダウン比(以下「TDR」と略記する。)の変化を示すもので、ここで明らかなように、均圧弁と同時にガスガバナにも給気ファンからの空気圧Pfを加えてガス二次圧P2を空気圧Pfに応じて増減させることで、空燃比λが略1.3で維持されて変化が少なくなり、TDRが大きく取れる(初期設定1から0.2程度まで)ことがわかる。
一方、表2は、ガスガバナと均圧弁との間の接続管をなくして、給気ファンからの分岐管を均圧弁にのみ接続させた燃焼装置において、同様に最終圧Pn、空燃比λ、そしてTDRの変化を示すもので、ここではガス二次圧P2はガスガバナによって一定(70mmH2O)となるため、空気圧Pfが低い側では最終圧Pnの値が表1の場合よりも低くなり過ぎてしまい、空燃比λのバランスが崩れて空気過剰状態となる。このPf,P2,Pn間の関係は上記式4からも容易に理解できる。全一次空気式バーナの適正燃焼範囲がλ=1.1〜1.6であることを考慮すると、TDR0.5程度(Pfが20〜10の間)が限界といえる。よって、空燃比性能における本発明の優位性は明らかである。なお、この表1,2では、Av=0.33cm2(φ6.5)、Ad1=4.52cm2(φ24)、Ad2=9.08cm2(φ34)の設定となっている。
Table 1 shows the gas secondary pressure P2 and final pressure Pn, air-fuel ratio λ, and turndown ratio (hereinafter abbreviated as “TDR”) when the air pressure Pf is changed between 60 mmH 2 O and 3 mmH 2 O. As is apparent here, the air pressure Pf from the air supply fan is applied to the gas governor simultaneously with the pressure equalizing valve to increase or decrease the gas secondary pressure P2 in accordance with the air pressure Pf. Is maintained at approximately 1.3, the change is small, and a large TDR can be obtained (from the initial setting of about 1 to 0.2).
On the other hand, Table 2 shows that the final pressure Pn, air-fuel ratio λ, and This shows the change in TDR. Here, the gas secondary pressure P2 is constant (70 mmH 2 O) by the gas governor, so the value of the final pressure Pn is too low on the side where the air pressure Pf is lower than in Table 1. As a result, the balance of the air-fuel ratio λ is lost, resulting in an excessive air state. The relationship among Pf, P2, and Pn can be easily understood from the
このように、上記形態の燃焼装置1によれば、ガス供給路における均圧弁9の上流側に設けたガスガバナ8に、給気ファン5からの空気を、均圧弁9側と同圧で弁体16の開弁方向へ加わるように供給して、その供給圧とガス一次圧とに応じた弁体16の動作により、均圧弁9側へのガス二次圧を変更可能としたことで、TDRを20%程度まで確保可能となる。よって、低コストで空燃比性能の向上が達成できる。特に、複数本又は複数ユニットのバーナを切り替えて燃焼させる多段制御の場合は、TDRが大きく取れる分だけ切替の段数を少なくでき、従来のように段数を多くすることでTDRを担保する必要がなくなるため、バーナの長寿命化やメンテナンスに係るランニングコストの低減も期待できる。
また、ここでは、給気ファン5の空気供給管4から分岐させた分岐管22をガスガバナ8へ接続し、ガスガバナ8と均圧弁9とを接続管23で接続して両者を連通させる構造としているから、均圧弁9及びガスガバナ8への空気の供給をより簡単な構成で実現可能となっている。
Thus, according to the combustion apparatus 1 of the said form, the air from the
Further, here, the
なお、上記形態では、分岐管をガスガバナに接続し、ガスガバナと均圧弁とを接続管で接続しているが、ガスガバナと均圧弁へ同圧の空気供給が可能であれば、例えば接続管を省略して分岐管を二股にし、夫々をガスガバナと均圧弁とに接続する構造とする等、他の形態を採用しても差し支えない。
また、ガスガバナや均圧弁の構成も、上記形態に限らず、給気ファンからの空気の供給圧に応じてガス供給量が調整可能であれば、弁体の配置や付勢方向等は適宜変更可能である。
そして、本発明の燃焼装置は、ガスコンロに限らず、燃焼用空気を給気ファンによってバーナへ強制的に供給して燃焼を行うガス機器であれば、グリルや給湯器等にも適用可能である。
In the above embodiment, the branch pipe is connected to the gas governor, and the gas governor and the pressure equalizing valve are connected by the connecting pipe. However, if the same pressure air can be supplied to the gas governor and the pressure equalizing valve, for example, the connecting pipe is omitted. Then, other forms such as a structure in which the branch pipe is bifurcated and each is connected to the gas governor and the pressure equalizing valve may be adopted.
In addition, the configuration of the gas governor and the pressure equalizing valve is not limited to the above-described configuration, and if the gas supply amount can be adjusted according to the air supply pressure from the air supply fan, the arrangement and biasing direction of the valve body and the like can be changed as appropriate. Is possible.
The combustion apparatus of the present invention is not limited to a gas stove, and can be applied to a grill, a water heater, or the like as long as it is a gas device that performs combustion by forcibly supplying combustion air to a burner with an air supply fan. .
1・・燃焼装置、2・・バーナ、3・・混合管、4・・空気供給管、5・・給気ファン、8・・ガスガバナ、9・・均圧弁、11,18・・ダイアフラム、16,19・・弁体、22・・分岐管、23・・接続管。
1 ··
Claims (2)
前記ガス供給路における前記均圧弁の上流側に、前記ガス供給路でのガス一次圧に応じて弁体を動作させ、前記均圧弁側へのガス二次圧を一定に維持可能なガスガバナを設けて、
前記ガスガバナに、前記給気ファンからの空気を、前記均圧弁側と同圧で前記弁体の開弁方向へ加わるように供給して、その供給圧と前記ガス一次圧とに応じた前記弁体の動作により、前記均圧弁側へのガス二次圧を変更可能としたことを特徴とする燃焼装置。 A burner, an air supply fan capable of supplying combustion air to the burner and adjusting the air volume according to the amount of heat required for the burner, and a gas supply path to the burner provided in the air from the air supply fan And a pressure equalizing valve capable of adjusting the gas supply amount to the burner according to the supply pressure,
A gas governor is provided on the upstream side of the pressure equalizing valve in the gas supply path, the valve body is operated according to the primary gas pressure in the gas supply path, and the gas secondary pressure to the pressure equalizing valve side can be maintained constant. And
Supplying air from the air supply fan to the gas governor so as to be applied in the valve opening direction of the valve body at the same pressure as the pressure equalizing valve side, and the valve according to the supply pressure and the gas primary pressure A combustion apparatus characterized in that a gas secondary pressure to the pressure equalizing valve side can be changed by an action of a body.
By connecting a branch pipe branched from the air supply pipe of the air supply fan to the gas governor, and connecting the gas governor and the pressure equalizing valve with a connecting pipe to communicate the air supply to the pressure equalizing valve and the gas governor. The combustion apparatus according to claim 1, which is performed.
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