JP2012077964A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】全一次燃焼式バーナ１と、一次空気を供給する燃焼ファン２とを備え、ガス比例弁を用いずに一次空気の供給量に比例して燃料ガスの供給量を可変できるようにした燃焼装置であって、燃焼量を大きく変化させる際の応答性を良くでき、且つ、燃焼量の可変幅も広く確保できるようにしたものを提供する。
【解決手段】バーナ１は複数の小バーナ１ａ，１ｂ，１ｃに分割される。燃焼ファン２からの一次空気を複数の小バーナの一次空気供給口１３に供給する共通の給気室３と、燃料ガスの二次圧が給気室３の内圧に比例するように調圧する調圧手段６と、複数の小バーナのガス供給口１４のうち燃料ガスが供給されるガス供給口の数を可変する切換手段７とを備える。一次空気供給口１３は、その周囲に給気室３の内圧よりも低圧の雰囲気を作り出すように構成され、この低圧の雰囲気に臨むように燃料ガス供給口１４が設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料ガスと一次空気とを混合する混合室を有する全一次燃焼式バーナと、バーナに一次空気を供給する燃焼ファンとを備え、ガス比例弁を用いずに一次空気の供給量に比例して燃料ガスの供給量を可変できるようにした燃焼装置に関する。

従来、この種の燃焼装置として、バーナの混合室に対する一次空気供給口に燃焼ファンからの一次空気を供給する給気室と、バーナの混合室に対する燃料ガス供給口に接続されるガス供給路に設けられた、下流側に供給される燃料ガスの二次圧が給気室の内圧に比例するように調圧する調圧手段とを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このもので、一次空気供給口は、給気室から混合室に向けて流速を速めて一次空気を流して、その周囲に給気室の内圧よりも低圧の雰囲気を作り出すように構成され、この低圧の雰囲気に臨むように燃料ガス供給口が設けられている。

これによれば、給気室の内圧と燃料ガス供給口の雰囲気圧との差圧が燃焼ファンからの一次空気の送風量に比例して変化する。そして、燃料ガスの二次圧が調圧手段によって給気室の内圧に比例するように調圧されるため、燃料ガス供給口からバーナに供給される燃料ガスの供給量は燃焼ファンからの一次空気の送風量に比例して変化する。従って、燃焼量（燃料ガスの供給量）が変化しても、燃料ガスと一次空気との混合気の空燃比は一定になり、良好に全一次燃焼する。

ところで、上記従来例のものでは、バーナの燃焼量を大きく変化させる場合、燃焼ファンの回転数（一次空気の送風量）を大きく変化させる必要がある。然し、ファン回転数を大きく変化させるには慣性の影響で時間がかかるため、燃焼量を大きく変化させる際の応答性が悪くなる。また、一次空気の送風量が少なくなると、排気筒への風の侵入等の外乱の影響を受けて、バーナにうまく一次空気を供給できなくなってバーナの失火を生ずる。そのため、一次空気の最小送風量、即ち、最小燃焼量は然程小さく設定できず、燃焼量の可変幅が制限される不具合もある。

特開昭５４−３２８４０号公報

本発明は、以上の点に鑑み、燃焼量を大きく変化させる際の応答性を良くでき、且つ、燃焼量の可変幅も広く確保できるようにした燃焼装置を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、燃料ガスと一次空気とを混合する混合室を有する全一次燃焼式バーナと、バーナに一次空気を供給する燃焼ファンとを備える燃焼装置において、バーナは、各別の混合室を有する複数の小バーナに分割され、各小バーナ毎に混合室に対する一次空気供給口と燃料ガス供給口とが設けられ、燃焼ファンからの一次空気を複数の小バーナの一次空気供給口に供給する共通の給気室と、複数の小バーナの燃料ガス供給口に燃料ガスを供給する共通のガス供給路と、ガス供給路に設けられ、下流側に供給される燃料ガスの二次圧が給気室の内圧に比例するように調圧する調圧手段と、調圧手段の下流側のガス供給路の部分に設けられ、複数の小バーナの燃料ガス供給口のうち燃料ガスが供給される燃料ガス供給口の数を可変する切換手段とを備え、各小バーナの一次空気供給口は、給気室から各小バーナの混合室に向けて流速を速めて一次空気を流して、その周囲に給気室の内圧よりも低圧の雰囲気を作り出すように構成され、この低圧の雰囲気に臨むように各小バーナの燃料ガス供給口が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、給気室の内圧と各小バーナの燃料ガス供給口の雰囲気圧との差圧が各小バーナの一次空気供給口に流れる一次空気の流量（各小バーナへの一次空気供給量）に比例して変化する。ここで、燃料ガスの二次圧は調圧手段によって給気室の内圧に比例するように調圧されるため、複数の小バーナのうちの一部の小バーナへのガス供給が遮断されても、残りの小バーナへの燃料ガス供給量は当該小バーナへの一次空気供給量に比例して変化し、混合気の空燃比が一定に保たれて、良好に全一次燃焼する。そして、燃料ガスが供給される小バーナの数、即ち、燃焼する小バーナの数を切換手段により変えることができるため、燃焼ファンの回転数を大きく変化させなくても、バーナ全体の燃焼量を大きく変化させることができる。従って、燃焼量を大きく変化させる際の応答性を良くできる。また、燃焼ファンからの一次空気の最小送風量を外乱の影響で失火しないように比較的高めに設定しても、燃焼するバーナの数を１つにすることで、バーナ全体の最小燃焼量を十分に小さくできる。従って、バーナ全体の燃焼量の可変幅を広く確保することができる。

本発明の実施形態の燃焼装置を示す模式的断面図。 実施形態の燃焼装置における燃焼ファンの回転数とバーナの燃焼量との関係を示すグラフ。

図１に示す本発明の実施形態の燃焼装置は、給湯用熱交換器等の被加熱物（図示せず）の加熱源となるバーナ１を備えている。このバーナ１は、第１乃至第３の３個の小バーナ１ａ，１ｂ，１ｃに分割されている。各小バーナ１ａ，１ｂ，１ｃは、燃料ガスと一次空気とを混合する混合室１１と、混合室１１の上端の燃焼板１２とを備えており、燃料ガスと一次空気との混合気が燃焼板１２に形成した多数の炎孔１２ａから噴出して全一次燃焼する。

また、各小バーナ１ａ，１ｂ，１ｃは、混合室１１に対する一次空気供給口１３と燃料ガス供給口１４とを備えている。また、燃焼装置は、燃焼ファン２と、燃焼ファン２からの一次空気を第１乃至第３の３個の小バーナ１ａ，１ｂ，１ｃの一次空気供給口１３に供給する共通の給気室３とを備えている。

各小バーナ１ａ，１ｂ，１ｃの一次空気供給口１３は、各小バーナ１ａ，１ｂ，１ｃの混合室１１の下端の流入部１１ａに向けて次第に縮径するベンチュリー形状に形成されている。そのため、各小バーナ１ａ，１ｂ，１ｃの一次空気供給口１３に、給気室３から各小バーナ１ａ，１ｂ，１ｃの混合室１１に向けて一次空気が流速を速めて流れ、一次空気供給口１３の周囲に給気室３の内圧よりも低圧の雰囲気が作り出される。また、一次空気供給口１３の周囲を囲う筒部１５を設けて、この筒部１５に燃料ガス供給口１４を開設している。これにより、一次空気供給口１３の周囲に作り出される低圧の雰囲気に燃料ガス供給口１４が臨むことになる。

燃焼装置は、更に、第１乃至第３の３個の小バーナ１ａ，１ｂ，１ｃの燃料ガス供給口１４に燃料ガスを供給する共通のガス供給路４を備えている。ガス供給路４の下流部分は、第１小バーナ１ａの燃料ガス供給口１４に接続される第１分岐路４ａと、第２小バーナ１ｂの燃料ガス供給口１４に接続される第２分岐路４ｂと、第３小バーナ１ｃの燃料ガス供給口１４に接続される第３分岐路４ｃとに分岐されている。また、ガス供給路４には、上流側から順に、元電磁弁５と、調圧手段６と、第１乃至第３の３個の小バーナ１ａ，１ｂ，１ｃの燃料ガス供給口１４のうち燃料ガスが供給される燃料ガス供給口１４の数を可変する切換手段７とが設けられている。尚、図１では、ガス供給路４の下流部分が給気室３に挿入されているかのように図示されているが、これは作図上の都合によるものであって、実際には、給気室３の外側にガス供給路４の下流部分が配置される。

調圧手段６は、所謂ゼロガバナと呼ばれるものであり、燃料ガスが流入する入口室６０１と、入口室６０１に対し第１弁座６０２で仕切られた出口室６０３と、出口室６０３に対し第１ダイヤフラム６０４で仕切られた、入口室６０１に連通する第１圧力室６０５と、第１圧力室６０５に対し第２弁座６０６で仕切られた、出口室６０３に連通する第２圧力室６０７と、第２圧力室６０７に対し第２ダイヤフラム６０８で仕切られた制御圧室６０９と、第１ダイヤフラム６０４に連結され、第１弁座６０２に形成した第１弁孔６１０ａを開閉する第１ダイヤフラム弁６１０と、第２ダイヤフラム６０８に連結され、第２弁座６０６に形成した第２弁孔６１１ａを開閉する第２ダイヤフラム弁６１１と、第１ダイヤフラム弁６１０を下方の閉じ側に付勢する第１スプリング６１２と、第２ダイヤフラム弁６１１を上方の閉じ側に付勢する第２スプリング６１３とを備える。制御圧室６０９は、連通管６０９ａを介して給気室３に接続されており、給気室３の内圧が制御圧室６０９に導入される。

ここで、入口室６０１の圧力（一次圧）をＰ１、出口室６０３の圧力（二次圧）をＰ２、第１圧力室６０５の圧力をＰ３、給気室３の内圧をＰ４、第１スプリング６１２のスプリング荷重をＦ１、第２スプリング６１３のスプリング荷重をＦ２、第１ダイヤフラム６０４の有効受圧面積をＳａ、第１弁孔６１０ａの面積をＳｂ、第２ダイヤフラム６０８の有効受圧面積をＳｃ、第２弁孔６１１ａの面積をＳｄとすると、第１ダイヤフラム６０４には、上方にＰ３・Ｓａ＋Ｐ２・Ｓｂの押圧力が作用し、下方にＰ２・Ｓａ＋Ｐ１・Ｓｂ＋Ｆ１の押圧力が作用して、両押圧力がバランスするため次式、
Ｐ３・Ｓａ＋Ｐ２・Ｓｂ＝Ｐ２・Ｓａ＋Ｐ１・Ｓｂ＋Ｆ１…（１）
が成立し、（１）式から次式、
Ｐ３＝Ｐ２＋（Ｐ１−Ｐ２）Ｓｂ／Ｓａ＋Ｆ１／Ｓａ…（２）
が得られる。ここで、Ｓｂ≪Ｓａであるから、（２）式の右辺第２項は零と看做すことができ、次式、
Ｐ３＝Ｐ２＋Ｆ１／Ｓａ…（３）
が成立する。

また、第２ダイヤフラム６０８には、上方にＰ４・Ｓｃ＋Ｐ２・Ｓｄ＋Ｆ２の押圧力が作用し、下方にＰ２・Ｓｃ＋Ｐ３・Ｓｄの押圧力が作用して、両押圧力がバランスするため次式、
Ｐ４・Ｓｃ＋Ｐ２・Ｓｄ＋Ｆ２＝Ｐ２・Ｓｃ＋Ｐ３・Ｓｄ…（４）
が成立し、（４）式から次式、
Ｐ４・Ｓｃ＋Ｆ２＝Ｐ２（Ｓｃ−Ｓｄ）＋Ｐ３・Ｓｄ…（５）
が得られる。（５）式に（３）式を代入して整理すると、次式、
Ｐ４・Ｓｃ＋Ｆ２＝Ｐ２・Ｓｃ＋Ｆ１・Ｓｄ／Ｓａ…（６）
になる。ここで、Ｓｄ≪Ｓａであるから、（６）式の右辺第２項は零と看做すことができ、次式、
Ｐ２＝Ｐ４＋Ｆ２／Ｓｃ…（７）
が成立する。従って、調圧手段６の下流側の燃料ガスの二次圧Ｐ２は、給気室３の内圧Ｐ４に傾き１で比例することになる。

切換手段７は、第１分岐路４ａの分岐部に設けられた、第１小バーナ１ａの燃料ガス供給口１４に燃料ガスを供給・遮断する第１電磁弁７ａと、第２分岐路４ｂの分岐部に設けられた、第２小バーナ１ｂの燃料ガス供給口１４に燃料ガスを供給・遮断する第２電磁弁７ｂと、第３分岐路４ｃの分岐部に設けられた、第３小バーナ１ｃの燃料ガス供給口１４に燃料ガスを供給・遮断する第３電磁弁７ｃとで構成されている。また、各分岐路４ａ，４ｂ，４ｃには、オリフィス８が設けられている。

本実施形態によれば、給気室３の内圧Ｐ４と各小バーナ１ａ，１ｂ，１ｃの燃料ガス供給口１４の雰囲気圧との差圧が各小バーナ１ａ，１ｂ，１ｃの一次空気供給口１３に流れる一次空気の流量、即ち、各小バーナ１ａ，１ｂ，１ｃへの一次空気供給量に比例して変化する。そして、燃料ガスの二次圧Ｐ２は調圧手段６によって給気室３の内圧Ｐ４に比例するように調圧されるため、第１乃至第３の３個の小バーナ１ａ，１ｂ，１ｃの一部の小バーナへのガス供給が遮断されても、残りの小バーナへの燃料ガス供給量は当該小バーナへの一次空気供給量に比例して変化し、混合気の空燃比が一定に保たれて、良好に全一次燃焼する。尚、各小バーナ１ａ，１ｂ，１ｃへの一次空気供給量と燃料ガス供給量との比率、即ち、混合気の空燃比は、各分岐路４ａ，４ｂ，４ｃに設けたオリフィス８により決定される。

ここで、第１電磁弁７ａを開弁させて第１小バーナ１ａのみに燃料ガスを供給する小能力状態では、燃焼ファン２の回転数を最小回転数Ｎｍｉｎと最大回転数Ｎｍａｘとの間で変化させると、第１バーナ１ａへの燃料ガス供給量、即ち、第１バーナ１ａの燃焼量は燃焼ファン２の回転数に比例して図２のａ線で示すように変化する。また、第２電磁弁７ｂも開弁させて第１小バーナ１ａに加えて第２小バーナ１ｂにも燃料ガスを供給する中能力状態では、第１と第２の両小バーナ１ａ，１ｂの合計燃焼量が燃焼ファン２の回転数に比例して図２のｂ線で示すように変化する。更に、第３電磁弁７ｃも開弁させて第１乃至第３の全ての小バーナ１ａ，１ｂ，１ｃに燃料ガスを供給する大能力状態では、第１乃至第３小バーナ１ａ，１ｂ，１ｃの合計燃焼量が燃焼ファン２の回転数に比例して図２のｃ線で示すように変化する。

そして、被加熱物の負荷に応じて算出されるバーナ１全体の要求燃焼量が例えば図２のＱｌからＱｈに急増した場合、第１小バーナ１ａのみに燃料ガスを供給する小能力状態から第１乃至第３の全ての小バーナ１ａ，１ｂ，１ｃに燃料ガスを供給する大能力状態に切換えることで、燃焼ファン２の回転数を変化させなくても、バーナ１全体の燃焼量をＱｌからＱｈに増加させることができる。このように本実施形態では、燃焼ファン２の回転数を大きく変化させなくても、バーナ１全体の燃焼量を大きく変化させることができ、燃焼量を大きく変化させる際の応答性を良くできる。

また、燃焼ファン２の最小回転数Ｎｍｉｎは、図示省略した排気筒への風の侵入等の外乱の影響で失火しないように比較的高めに設定されるが、第１小バーナ１ａのみに燃料ガスを供給する小能力状態に切換えることで、バーナ１全体の最小燃焼量Ｑｍｉｎを十分に小さくできる。従って、バーナ１全体の最大燃焼量Ｑｍａｘから最小燃焼量Ｑｍｉｎまでの可変幅を広く確保することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、第１乃至第３の３個の小バーナ１ａ，１ｂ，１ｃを全て同一の大きさのものとしているが、第１小バーナ１ａ、第２小バーナ１ｂ、第３小バーナ１ｃの順に大きくし、切換手段７により、第１小バーナ１ａのみに燃料ガスを供給する最小の第１能力状態と、第２小バーナ１ｂのみに燃料ガスを供給する第２能力状態と、第１小バーナ１ａ及び第２小バーナ１ｂに燃料ガスを供給する第３能力状態と、第１小バーナ１ａ及び第３小バーナ１ｃに燃料ガスを供給する第４能力状態と、第２小バーナ１ｂ及び第３小バーナ１ｃに燃料ガスを供給する第５能力状態と、第１乃至第３小バーナ１ａ，１ｂ，１ｃに燃料ガスを供給する最大の第６能力状態とに切換え自在としてもよい。尚、上記実施形態の如く第１乃至第３の３個の小バーナ１ａ，１ｂ，１ｃが同一の大きさである場合、各小バーナ１ａ，１ｂ，１ｃの一次空気供給口１３の大きさを全て同一にすると共に、各分岐路４ａ，４ｂ，４ｃに設けるオリフィス８の通路面積を全て同一にするが、小バーナ１ａ，１ｂ，１ｃの大きさを異ならせる場合には、大きな小バーナほど一次空気供給口１３を大きくすると共にオリフィス８の通路面積を大きくして、一次空気供給量及び燃料ガス供給量が小さな小バーナに比し多くなるようにする。また、小バーナの数は、２個或いは４個以上であってもよい。

また、２個以上の被加熱物、例えば、給湯用熱交換器及び暖房用熱交換器と、給湯用熱交換器を加熱する給湯用バーナ及び暖房用熱交換器を加熱する暖房用バーナと、給湯用バーナに一次空気を供給する給湯用燃焼ファン及び暖房用バーナに一次空気を供給する暖房燃焼ファンとを備える燃焼装置においても、給湯用と暖房用の各バーナを複数の小バーナに分割して同様に本発明を適用できる。この場合、給湯用バーナの複数の小バーナに共通の給湯用ガス供給路に給湯用の調圧手段を介設して、この調圧手段の制御圧室に給湯用バーナの複数の小バーナに共通の給湯用給気室の内圧を導入すると共に、暖房用バーナの複数の小バーナに共通の暖房用ガス供給路に暖房用の調圧手段を介設して、この調圧手段の制御圧室に暖房用バーナの複数の小バーナに共通の暖房用給気室の内圧を導入してもよいが、給湯用バーナの複数の小バーナ及び暖房用バーナの複数の小バーナに共通のガス供給路に単一の調圧手段を介設し、この調圧手段の制御圧室に給湯用と暖房用の両給気室の内圧を導入することも可能である。

１…バーナ、１ａ，１ｂ，１ｃ…小バーナ、１１…混合室、１３…一次空気供給口、１４…燃料ガス供給口、２…燃焼ファン、３…給気室、４…ガス供給路、６…調圧手段、７…切換手段。

Claims (1)

1. 燃料ガスと一次空気とを混合する混合室を有する全一次燃焼式バーナと、バーナに一次空気を供給する燃焼ファンとを備える燃焼装置において、
   バーナは、各別の混合室を有する複数の小バーナに分割され、各小バーナ毎に混合室に対する一次空気供給口と燃料ガス供給口とが設けられ、
   燃焼ファンからの一次空気を複数の小バーナの一次空気供給口に供給する共通の給気室と、複数の小バーナの燃料ガス供給口に燃料ガスを供給する共通のガス供給路と、ガス供給路に設けられ、下流側に供給される燃料ガスの二次圧が給気室の内圧に比例するように調圧する調圧手段と、調圧手段の下流側のガス供給路の部分に設けられ、複数の小バーナの燃料ガス供給口のうち燃料ガスが供給される燃料ガス供給口の数を可変する切換手段とを備え、
   各小バーナの一次空気供給口は、給気室から各小バーナの混合室に向けて流速を速めて一次空気を流して、その周囲に給気室の内圧よりも低圧の雰囲気を作り出すように構成され、この低圧の雰囲気に臨むように各小バーナの燃料ガス供給口が設けられていることを特徴とする燃焼装置。