JP2015230143A

JP2015230143A - 予混合装置

Info

Publication number: JP2015230143A
Application number: JP2014117244A
Authority: JP
Inventors: 立好中谷; Tatsuyoshi Nakatani; 充宇於崎; Mitsuru Uosaki
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2015-12-21
Anticipated expiration: 2034-06-06
Also published as: JP6050281B2

Abstract

【課題】流量調節弁を介設したガス供給路の下流端がファンの上流側の空気供給路に接続され、空気供給路の通気抵抗を大小に切換える空気抵抗切換手段たるバラフライ弁と、ガス供給路の通気抵抗を大小に切換えるガス抵抗切換手段たる切換弁とを備える予混合装置において、空気供給路及びガス供給路の通気抵抗を大から小に切換える際に混合気がガスリッチになって不完全燃焼することを防止できるようにする。【解決手段】バタフライ弁７に連動して切換弁８を開閉動作させる連動機構９にクッションばね９５を組み込む。そして、バタフライ弁７を閉じ姿勢側に回動する際に、切換弁８が先行して閉弁した後クッションばね９５を圧縮しつつバタフライ弁７が閉じ姿勢に到達し、バタフライ弁７を開き姿勢側に回動する際に、バタフライ弁７が開き姿勢側に所定角度回動するまでクッションばね９５の付勢力で切換弁８が閉弁状態に維持されるようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、空気に燃料ガスを混合し、混合気をファンを介してバーナに供給する予混合装置に関する。

従来、この種の予混合装置として、特許文献１により、燃料ガスを供給する流量調節弁を介設したガス供給路の下流端がファンの上流側の空気供給路に接続され、空気供給路の通気抵抗を大小に切換える空気抵抗切換手段と、流量調節弁よりも下流側のガス供給路の部分の通気抵抗を大小に切換えるガス抵抗切換手段とを備えるものが知られている。

ところで、流量調節弁として比例弁を用いる場合は、要求燃焼量に応じた量の燃料ガスが供給されるように比例弁が制御され、更に、バーナに供給される混合気の空燃比が一定になるように、要求燃焼量に応じてファン回転数が制御される。但し、要求燃焼量が所定値以下になって、ファン回転数が送風量の比例特性を維持できる下限回転数以下になったり、比例弁電流（比例弁への通電電流）がガス供給量の比例特性を維持できる下限電流以下になった場合には、要求燃焼量に応じた量の空気や燃料ガスを供給できなくなる。

また、流量調節弁として、二次ガス圧を大気圧に維持するゼロガバナを用いることもある。この場合、燃料ガスの供給量は、二次ガス圧である大気圧と空気供給路内の負圧との差圧に応じて変化する。そして、空気供給路内の負圧がファン回転数に応じて変化するため、燃料ガスの供給量はファン回転数即ち空気の供給量に応じて変化する。従って、要求燃焼量に応じてファン回転数を制御することにより、要求燃焼量に応じた量の空気及び燃料ガスがバーナに供給されることになる。

このものでも、ファン回転数が送風量の比例特性を維持できる下限回転数以下になると、要求燃焼量に応じた量の空気や燃料ガスを供給できなくなる。そのため、要求燃焼量が所定値以下になったときに、空気抵抗切換手段で空気供給路の通気抵抗を大きくして、ファン回転数を上記下限回転数以下にせずに、所定値以下の要求燃焼量に応じた量の空気を供給できるようにする必要がある。また、空気供給路の通気抵抗を大きくするだけでは、空気供給路内の負圧の増加で燃料ガスの供給量が要求燃焼量に応じた量を超えてしまうため、空気供給路の通気抵抗を大きくするのに合わせて、ガス供給路の通気抵抗も大きくする必要がある。

そこで、上記従来例では、要求燃焼量が所定値以下になったときに、空気抵抗切換手段で空気供給路の通気抵抗を大きくすると共にガス抵抗切換手段でガス供給路の通気抵抗を大きくし、所定値以下の要求燃焼量に応じた量の空気や燃料ガスを供給できるようにしている。

ここで、上記従来例では、空気供給路を途中で第１と第２の２つの空気通路に分岐させてから合流させ、合流部に第１空気通路からの空気が流れる開口を形成した弁座を設け、この弁座に着座して開口を閉塞する弁で空気抵抗切換手段を構成し、開口を閉塞することで空気供給路の通気抵抗が大きくなるようにしている。また、ガス供給路の下流端を、第２空気通路に接続される２つの分岐通路に分岐し、一方の分岐通路の空気供給路に対する接続口を開閉する弁でガス抵抗切換手段を構成し、接続口を閉塞することでガス供給路の通気抵抗が大きくなるようにしている。尚、空気抵抗切換手段用の弁とガス抵抗切換手段用の弁は、共通の操作ロッドに連結されて、同時に開閉されるようになっている。

ところで、上記従来例のものでは、第２空気通路だけに燃料ガスが導入されるため、空気抵抗切換手段用の弁を開いて第１空気通路にも空気が流れるようにする場合、第１空気通路に流れた空気に燃料ガスがうまく混合せず、混合気の空燃比に分布ムラを生じやすくなる。

かかる不具合を解消するために、空気抵抗切換手段を、空気供給路内に、空気供給路の長手方向に沿う開き姿勢と空気供給路の長手方向に直交する閉じ姿勢とに回動自在に設けられたバタフライ弁で構成して、バタフライ弁よりも下流側の空気供給路の部分にガス供給路の下流端を接続し、ガス抵抗切換手段を、ガス供給路内に開閉動作自在に設けられた切換弁で構成することが考えられる。これによれば、バタフライ弁を閉じ姿勢と開き姿勢との何れに回動しても、バタフライ弁の下流側の全ての空気が流れる空気供給路の部分に燃料ガスが導入されるため、混合気の空燃比に分布ムラを生ずることを防止できる。

但し、このものにおいては、バタフライ弁の開き姿勢と閉じ姿勢への回動と同時に切換弁が開閉動作されるようにすると、以下の不具合を生ずることが判明した。即ち、空気抵抗切換手段としてバタフライ弁を用いた場合、バタフライ弁７がある程度開き側に回動するまでは、空気流量は然程増加しない。そのため、バタフライ弁が閉じ姿勢から開き姿勢側に回動し始めるのと同時に切換弁が開動作し始めると、空気流量が然程増加しないうちにガス流量が増加し、バーナに供給される混合気がガスリッチになって不完全燃焼を生じやすくなる。

特表２０１４−５０２７１９号公報

本発明は、以上の点に鑑み、空気抵抗切換手段としてバタフライ弁を用いた予混合装置であって、空気供給路及びガス供給路の通気抵抗を大から小に切換える際に混合気がガスリッチになって不完全燃焼することを防止できるようにしたもの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、空気に燃料ガスを混合し、混合気をファンを介してバーナに供給する予混合装置であって、燃料ガスを供給する流量調節弁を介設したガス供給路の下流端がファンの上流側の空気供給路に接続され、空気供給路の通気抵抗を大小に切換える空気抵抗切換手段と、流量調節弁よりも下流側のガス供給路の部分の通気抵抗を大小に切換えるガス抵抗切換手段とを備えるものにおいて、空気抵抗切換手段は、空気供給路内に、空気供給路の長手方向に沿う開き姿勢と空気供給路の長手方向に直交する閉じ姿勢とに回動自在に設けられたバタフライ弁で構成されて、バタフライ弁よりも下流側の空気供給路の部分にガス供給路の下流端が接続され、ガス抵抗切換手段は、ガス供給路内に開閉動作自在に設けられた切換弁で構成され、バタフライ弁の開き姿勢と閉じ姿勢への回動に連動して切換弁を開閉動作させる連動機構を備え、この連動機構にクッションばねを組み込んで、バタフライ弁を開き姿勢から閉じ姿勢側に回動する際に、切換弁が先行して閉弁して、以後クッションばねを圧縮しつつバタフライ弁が閉じ姿勢に到達し、バタフライ弁を閉じ姿勢から開き姿勢側に回動する際に、バタフライ弁が開き姿勢側に所定角度回動するまでクッションばねの付勢力で切換弁が閉弁状態に維持されるようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、バタフライ弁を閉じ姿勢から開き姿勢側に回動する際に、バタフライ弁が開き姿勢側に所定角度回動するまで切換弁が閉弁状態に維持されるため、空気流量が増加する前にガス流量が増加することを防止できる。従って、空気供給路及びガス供給路の通気抵抗を大から小に切換える際に混合気がガスリッチになって不完全燃焼することを防止できる。

また、本発明において、連動機構は、切換弁に連結された連結子と、連結子の切換弁とは反対側に対向配置された押圧子と、バタフライ弁の軸の端部に取付けた、押圧子に当接するカムと、切換弁を連結子を介して開き側に付勢する戻しばねとを備え、連結子と押圧子との間に戻しばねよりばね定数の大きな前記クッションばねが介設され、バタフライ弁を開き姿勢から閉じ姿勢側に回動する際に、カムにより押圧子が連結子側に押動され、クッションばねを介して連結子に伝達される押圧力により切換弁が戻しばねの付勢力に抗して閉じ側に移動し、切換弁の閉弁後バタフライ弁が閉じ姿勢に到達するまでカムによる押圧子の押動でクッションばねが圧縮されるように構成することが望ましい。これによれば、連動機構の構造を簡素化して小型化でき、有利である。

本発明の実施形態の予混合装置を示す切断側面図。図１のＩＩ−ＩＩ線で切断した断面図。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した断面図。バタフライ弁を閉じ姿勢に回動させたときの図３に対応する断面図。

図１を参照して、１は、混合気が噴出して燃焼する燃焼面１ａを有する全一次燃焼式バーナ等から成るバーナである。バーナ１にはファン２が接続されており、本発明の実施形態の予混合装置Ａにより、空気に燃料ガスを混合して、混合気をファン２を介してバーナ１に供給するようにしている。

予混合装置Ａは、ファン２の上流側の空気供給路３と、燃料ガスを供給するガス供給路４とを備えている。ガス供給路４の上流部には、開閉弁５と比例弁やゼロガバナから成る流量調節弁６とが介設されている。また、予混合装置Ａは、空気供給路３の通気抵抗を大小に切換える空気抵抗切換手段と、流量調節弁６よりも下流側のガス供給路４の部分の通気抵抗を大小に切換えるガス抵抗切換手段とを備えている。

図２も参照して、空気抵抗切換手段は、空気供給路３内に軸７１を中心にして回動自在に設けられた、空気供給路３の径よりもある程度小径の円板から成るバタフライ弁７で構成されている。バタフライ弁７の軸７１には、ステッピングモータ等のアクチュエータ７２が連結されている。そして、要求燃焼量が所定値以下になったときに、アクチュエータ７２の作動で、バタフライ弁７を、図１、図２に実線で示す、空気供給路３の長手方向に沿った開き姿勢から、図２に仮想線で示す如く、空気供給路３の長手方向に直交する閉じ姿勢になるように回動させる。閉じ姿勢では、空気供給路３の周面とバタフライ弁７の外周との間の隙間のみを介して空気が流れ、空気供給路３の通気抵抗が大きくなる。

バタフライ弁７の下流側の空気供給路３の部分には、バタフライ弁７を配置した空気供給路３の部分と同心で、且つ、この部分よりも断面積が小さなベンチュリ部３１と、ベンチュリ部３１から下流側に向けて断面積が次第に増加する拡径部３２とが設けられている。そして、拡径部３２のベンチュリ部３１寄りの基端部にガス供給路４の下流端が接続される。即ち、ガス供給路４の下流端部にベンチュリ部３１を囲うガス室４１を設けて、ガス室４１を拡径部３２の基端部にガス吸引部４２を介して連通させている。ガス吸引部４２は、拡径部３２の周壁３２ａを基端側の一部でベンチュリ部３１の周壁３１ａから切り離して径方向外方に張り出させることにより形成されている。そして、ガス吸引部４２を周方向に等間隔で複数形成し、拡径部３２の基端部に全周に亘り燃料ガスが吸引されるようにしている。

これによれば、ベンチュリ部３１で空気の流速が速くなって負圧が発生するため、バタフライ弁７を閉じ姿勢に回動して、空気供給路３の通気抵抗を大きくするときも、ガス吸引部４２から安定して燃料ガスを吸引できる。また、バタフライ弁７を閉じ姿勢と開き姿勢との何れに回動してもバタフライ弁７の下流側の全ての空気が流れる空気供給路３の部分に燃料ガスが導入されるため、混合気の空燃比に分布ムラを生ずることを防止できる。

また、本実施形態において、ガス抵抗切換手段は、ガス供給路４内に設けた開閉動作自在な切換弁８で構成される。切換弁８は、ガス供給路４を横断するように設けた弁座８１の上方に対向配置される。弁座８１には、切換弁８で開閉される弁孔８２と、常時開通するバイパス孔８３とが形成されている。そして、切換弁８を下動させて弁座８１に着座させたとき、弁孔８２が閉塞され、燃料ガスがバイパス孔８３のみを介して流れる状態になって、ガス供給路４の通気抵抗が大きくなるようにしている。

切換弁８は、バタフライ弁７の回動に伴い連動機構９を介して開閉動作される。この連動機構９は、図１、図３に示す如く、切換弁８の上方に連結された連結子９１と、連結子９１の切換弁８とは反対側、即ち、上方に対向配置された押圧子９２と、バタフライ弁７の軸７１の端部に取付けた、押圧子９２に当接するカム９３と、切換弁８を連結子９１を介して上方の開き側に付勢する戻しばね９４と、連結子９１と押圧子９２との間に介設した、戻しばね９４よりもばね定数の大きなクッションばね９５とで構成されている。押圧子９２の下端部には、連結子９１に一体の戻しばね９４用のばね受け部９１ａの下面に係合可能な突起９２ａが形成されている。

バタフライ弁７を開き姿勢から閉じ姿勢側に回動すると、押圧子９２がカム９３に押されて下動し、クッションばね９５を介して伝達される押圧力により連結子９１が戻しばね９４の付勢力に抗して下方に移動し、バタフライ弁７が閉じ姿勢に到達する前に、切換弁８が弁座８１に着座して閉弁する。その後、バタフライ弁７が閉じ姿勢に達するまでの間、図４に示す如く、押圧子９２の下動に伴いクッションばね９５が圧縮される。バタフライ弁７を閉じ姿勢から開き姿勢側に回動する際は、バタフライ弁７が開き姿勢側に所定角度回動されて、突起９２ａがばね受け部９１ａの下面に係合する位置に押圧子９２が上動するまでクッションばね９５の付勢力で切換弁８は閉弁状態に維持される。

ここで、バタフライ弁７がある程度開き側に回動するまでは、空気流量は然程増加しない。そのため、バタフライ弁７がある程度開き側に回動する前に切換弁８が開かれて、燃料ガス量が増加すると、バーナ１に供給される混合気がガスリッチになって不完全燃焼を生じやすくなる。これに対し、本実施形態では、バタフライ弁７が閉じ姿勢から開き姿勢側に所定角度回動するまで切換弁８が閉弁状態に維持されるため、空気流量が増加する前にガス流量が増加することを防止できる。即ち、空気供給路３及びガス供給路４の通気抵抗を大から小に切換える際に混合気がガスリッチになって不完全燃焼することを防止できる。

尚、連動機構９は、バタフライ弁７を開き姿勢から閉じ姿勢側に回動する際に、切換弁８が先行して閉弁した後、クッションばねを圧縮しつつバタフライ弁７が閉じ姿勢に到達し、バタフライ弁７を閉じ姿勢から開き姿勢側に回動する際に、バタフライ弁７が開き姿勢側に所定角度回動するまでクッションばねの付勢力で切換弁８が閉弁状態に維持されるように構成されている限り、本実施形態以外のものであってもよいが、本実施形態のものは構造を簡素化して小型化でき、有利である。

Ａ…予混合装置、１…バーナ、２…ファン、３…空気供給路、４…ガス供給路、６…流量調節弁、７…バタフライ弁、７１…バタフライ弁の軸、８…切換弁、９…連動機構、９１…連結子、９２…押圧子、９３…カム、９４…戻しばね、９５…クッションばね。

Claims

空気に燃料ガスを混合し、混合気をファンを介してバーナに供給する予混合装置であって、燃料ガスを供給する流量調節弁を介設したガス供給路の下流端がファンの上流側の空気供給路に接続され、空気供給路の通気抵抗を大小に切換える空気抵抗切換手段と、流量調節弁よりも下流側のガス供給路の部分の通気抵抗を大小に切換えるガス抵抗切換手段とを備えるものにおいて、
空気抵抗切換手段は、空気供給路内に、空気供給路の長手方向に沿う開き姿勢と空気供給路の長手方向に直交する閉じ姿勢とに回動自在に設けられたバタフライ弁で構成されて、バタフライ弁よりも下流側の空気供給路の部分にガス供給路の下流端が接続され、
ガス抵抗切換手段は、ガス供給路内に開閉動作自在に設けられた切換弁で構成され、
バタフライ弁の開き姿勢と閉じ姿勢への回動に連動して切換弁を開閉動作させる連動機構を備え、この連動機構にクッションばねを組み込んで、バタフライ弁を開き姿勢から閉じ姿勢側に回動する際に、切換弁が先行して閉弁して、以後クッションばねを圧縮しつつバタフライ弁が閉じ姿勢に到達し、バタフライ弁を閉じ姿勢から開き姿勢側に回動する際に、バタフライ弁が開き姿勢側に所定角度回動するまでクッションばねの付勢力で切換弁が閉弁状態に維持されるようにしたことを特徴とする予混合装置。
前記連動機構は、前記切換弁に連結された連結子と、連結子の切換弁とは反対側に対向配置された押圧子と、前記バタフライ弁の軸の端部に取付けた、押圧子に当接するカムと、切換弁を連結子を介して開き側に付勢する戻しばねとを備え、連結子と押圧子との間に戻しばねよりばね定数の大きな前記クッションばねが介設され、バタフライ弁を開き姿勢から閉じ姿勢側に回動する際に、カムにより押圧子が連結子側に押動され、クッションばねを介して連結子に伝達される押圧力により切換弁が戻しばねの付勢力に抗して閉じ側に移動し、切換弁の閉弁後バタフライ弁が閉じ姿勢に到達するまでカムによる押圧子の押動でクッションばねが圧縮されるように構成されることを特徴とする請求項１記載の予混合装置。