JP2017181011A

JP2017181011A - 予混合装置

Info

Publication number: JP2017181011A
Application number: JP2016128709A
Authority: JP
Inventors: 智行島津; Tomoyuki Shimazu; 充宮田; Mitsuru Miyata
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2016-03-28
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2036-06-29
Also published as: JP6725339B2; KR20170113069A

Abstract

【課題】流量調節弁を介設したガス供給路４の下流端がファン２の上流側の空気供給路３に設けられたガス吸引部３１に接続され、ガス吸引部より上流側の空気供給路の部分の通気抵抗を大小に切換える空気抵抗切換手段たるバタフライ弁７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８とを備える予混合装置において、バタフライ弁を閉じたときの風切り音による騒音を防止できるようにする。【解決手段】ガス吸引部３１よりも上流側の空気供給路３の部分に、空気供給路３の周壁面３２との間に間隙を存して、バタフライ弁７を内蔵する内筒３３が設けられる。空気供給路３の周壁面３２と内筒３３の外周面との間の間隙により、内筒３３内の主通路３ａに並列な副通路３ｂが構成される。【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設けられたガス吸引部に接続され、ガス吸引部より上流側の空気供給路の部分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、特許文献１に記載のものにおいて、空気抵抗切換手段は、ガス吸引部よりも上流側の空気供給路の部分に回動自在に設けられたバタフライ弁で構成されている。然し、このものでは、バタフライ弁を空気供給路の長手方向に直交する閉じ姿勢に回動させたときに、空気供給路内の流路が空気供給路の周壁面とバタフライ弁の外周縁との間の環状間隙に急激に絞られるため、空気流に乱れが生じて、環状間隙の部分で風切り音が発生し、騒音の原因となる。

特開２０１５−２３０１１３号公報

本発明は、以上の点に鑑み、空気抵抗切換手段をバタフライ弁で構成するにも拘らず、風切り音による騒音を低減できるようにした予混合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、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設けられたガス吸引部に接続され、ガス吸引部より上流側の空気供給路の部分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、空気抵抗切換手段は、ガス吸引部よりも上流側の空気供給路の部分に回動自在に設けられたバタフライ弁で構成されるものにおいて、ガス吸引部よりも上流側の空気供給路の部分に、空気供給路の周壁面との間に間隙を存して、バタフライ弁を内蔵する内筒が設けられ、空気供給路の周壁面と内筒の外周面との間の間隙により、内筒内の主通路に並列な副通路が構成されることを特徴とする。

本発明によれば、バタフライ弁を主通路の長手方向に直交する閉じ姿勢に回動させると、主通路がほぼ閉じられ、空気が流れるのは実質的に副通路に制限され、空気供給路の通気抵抗が大きくなる。ここで、副通路に流れる空気は、内筒の外周面と空気供給路の周壁面とにより内外で案内されて層流状態となる。そのため、バタフライ弁の閉じ姿勢で発生する風切り音による騒音を低減できる。

ところで、バタフライ弁を閉じ姿勢から主通路の長手方向に平行な開き姿勢に回動させる際に、主通路の上流方向に変位するバタフライ弁の半部を第１半部、主通路の下流方向に変位するバタフライ弁の半部を第２半部として、閉じ姿勢で主通路の下流方向を向く第１半部の側面の外周角部と、閉じ姿勢で主通路の上流方向を向く第２半部の側面の外周角部とが角張っていると、以下の不具合を生ずる。即ち、バタフライ弁の閉じ姿勢からの回動初期段階で、これら外周角部が内筒の内周面に接近して、内筒の内周面とバタフライ弁との間の隙間が狭められ、この隙間に流れる空気の流速が増加して、風切り音が発生しやすくなる。そのため、本発明においては、上記外周角部をアール形状に形成することが望ましい。これによれば、バタフライ弁の閉じ姿勢からの回動初期段階で、上記外周角部が内筒の内周面に接近せず、上記不具合を生じない。

また、バタフライ弁を閉じ姿勢から回動させると、バタフライ弁の第１半部が主通路の上流方向に傾斜して、内筒の内周面と第１半部との間の隙間に流入する空気流に乱流を生じ、この空気流の流速が速いと風切り音が発生しやすくなる。そのため、本発明においては、内筒に、閉じ姿勢のバタフライ弁よりも上流側で且つバタフライ弁の第１半部側に位置させて、主通路と副通路とを連通する連通部を開設することが望ましい。これによれば、内筒の内周面と第１半部との間の隙間に向かう主通路内の空気の一部が連通部を介して副通路に分流される。そのため、内筒の内周面と第１半部との間の隙間に流入する空気量が減少して、この隙間に流れる空気流の流速が遅くなり、風切り音の発生が抑制される。

また、本発明においては、ガス吸引部の上流側に隣接する空気供給路の部分に、内筒が配置された空気供給路の部分よりも小径なベンチュリ部が設けられ、副通路とベンチュリ部との間の空気供給路の部分の周壁面がベンチュリ部に向けて縮径するテーパー面に形成されることが望ましい。これによれば、バタフライ弁を閉じ姿勢に回動させて、空気供給路の通気抵抗を大きくしたときも、副通路を通過した空気がテーパー面に沿ってベンチュリ部にスムーズに流れ、ベンチュリ部における負圧が確保される。そのため、ベンチュリ部に隣接するガス吸引部から安定して燃料ガスが吸引され、混合気の空燃比が一定に保たれる。

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線で切断した切断平面図。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した断面図。図１のＩＶ−ＩＶ線で切断した断面図。

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、図４に示す如く開閉弁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。更に、ガス供給路４の下流端は、空気供給路３に設けられたガス吸引部３１に接続されている。また、予混合装置Ａは、ガス吸引部３１より上流側の空気供給路３の部分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、図３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３に仮想線で示す、空気供給路３の長手方向に沿った開き姿勢から、図１乃至図３に実線で示す、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。

ガス供給路４には、ガス吸引部３１に連通する下流端のガス室４１の上流側に位置して、ガス室４１に常時連通する通路部分４２に対して並列の弁室８１が設けられている。そして、弁室８１内に、弁室８１の下端の弁座８２に形成した、通路部分４２に連通する弁孔８３を開閉する切換弁８を設け、この切換弁８によりガス抵抗切換手段を構成している。切換弁８を閉弁させると、弁室８１を介してのガスの流れが遮断され、ガス供給路４の通気抵抗が大きくなる。

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４に示す如く、バタフライ弁７の軸７１に連結したカム９１と、切換弁８に連結される、一端がカム９１に当接可能なロッド９２とで構成されている。バタフライ弁７を開き姿勢に回動させると、カム９１によりロッド９２が押し上げられ、切換弁８が弁バネ８４の付勢力に抗して開弁され、また、バラフライ弁７を閉じ姿勢に回動させると、カム９１によるロッド９２の押し上げが解除され、切換弁８が弁バネ８４の付勢力で閉弁される。

ここで、本実施形態では、ガス吸引部３１よりも上流側の空気供給路３の部分に、空気供給路３の周壁面３２との間に間隙を存して、バタフライ弁７を内蔵する内筒３３が設けられている。そして、空気供給路３の周壁面３２と内筒３３の外周面との間の間隙により、内筒３３内の主通路３ａに並列な副通路３ｂが構成される。尚、内筒３３の下流端（図１、図３で上端）のフランジ部３３ａには、副通路３ｂの出口となる円弧状の透孔３３ｂが複数形成されている。

バタフライ弁７を主通路３ａの長手方向に直交する閉じ姿勢に回動させると、主通路３ａがほぼ閉じられ、空気が流れるのは実質的に副通路３ｂに制限され、空気供給路３の通気抵抗が大きくなる。ここで、副通路３ｂに流れる空気は、内筒３３の外周面と空気供給路３の周壁面３２とにより内外で案内されて層流状態となる。そのため、バタフライ弁７の閉じ姿勢で発生する風切り音による騒音が低減される。

また、バタフライ弁７を閉じ姿勢から主通路３ａの長手方向に平行な開き姿勢に回動させる際に、主通路３ａの上流方向に変位するバタフライ弁７の半部を第１半部７_１、主通路３ａの下流方向に変位するバタフライ弁７の半部を第２半部７_２として、閉じ姿勢で主通路３ａの下流方向を向く第１半部７_１の側面の外周角部７_１ａと、閉じ姿勢で主通路３ａの上流方向を向く第２半部７_２の側面の外周角部７_２ａとはアール形状に形成されている。尚、本実施形態では、閉じ姿勢で主通路３ａの上流方向を向く第１半部７_１の側面の外周角部７_１ｂと、閉じ姿勢で主通路３ａの下流方向を向く第２半部７_２の側面の外周角部７_２ｂもアール形状に形成されているが、これら外周角部７_１ｂ，７_２ｂは角張っていてもよい。

ここで、上記外周角部７_１ａ，７_２ａが角張っていると、バタフライ弁７の閉じ姿勢からの回動初期段階で、外周角部７_１ａ，７_２ａが内筒３３の内周面に接近して、内筒３３の内周面とバタフライ弁７との間の隙間が狭められ、この隙間に流れる空気の流速が増加して、風切り音が発生しやすくなるという不具合を生ずる。これに対し、外周角部７_１ａ，７_２ａが本実施形態の如くアール形状に形成されていれば、バタフライ弁７の閉じ姿勢からの回動初期段階で、外周角部７_１ａ，７_２ａが内筒３３の内周面に接近せず、上記の不具合を生じない。

また、バタフライ弁７を閉じ姿勢から回動させると、バタフライ弁７の第１半部７_１が主通路３ａの上流方向に傾斜して、内筒３３の内周面と第１半部７_１との間の隙間に流入する空気流に乱流を生じ、この空気流の流速が速いと風切り音が発生しやすくなる。そこで、本実施形態では、内筒３３に、閉じ姿勢のバタフライ弁７よりも上流側で且つバタフライ弁７の第１半部７_１側に位置させて、主通路３ａと副通路３ｂとを連通する連通部３３ｃを開設している。これによれば、内筒３３の内周面と第１半部７_１との間の隙間に向かう主通路３ａ内の空気の一部が連通部３３ｃを介して副通路３ｂに分流される。そのため、内筒３３の内周面と第１半部７_１との間の隙間に流入する空気量が減少して、この隙間に流れる空気流の流速が遅くなり、風切り音の発生が抑制される。尚、連通部３３ｃは、閉じ姿勢のバタフライ弁７の近傍位置から内筒３３の上流端までのびる切欠きで構成されているが、連通部３３ｃを長孔で構成することも可能である。

また、ガス吸引部３１の上流側に隣接する空気供給路３の部分には、内筒３３が配置された空気供給路３の部分よりも小径なベンチュリ部３４が設けられている。ベンチュリ部３４の下流側に隣接する空気供給路３の部分は、ベンチュリ部３４よりも大径の筒部３５で囲われている。そして、ベンチュリ部３４の下流端部を筒部３５の上流端部に環状の間隙を存して挿入し、この間隙によりガス室４１に連通するガス吸引部３１が構成されるようにしている。尚、ガス室４１は、筒部３５と筒部３５を囲う外壁面４１ａとの間の間隙で構成されている。

また、副通路３ｂとベンチュリ部３４との間の空気供給路３の部分の周壁面は、ベンチュリ部３４に向けて縮径するテーパー面３６に形成されている。これによれば、バタフライ弁７を閉じ姿勢に回動させて、空気供給路３の通気抵抗を大きくしたときも、副通路３ｂを通過した空気がテーパー面３６に沿ってベンチュリ部３４にスムーズに流れ、ベンチュリ部３４における負圧が確保される。そのため、ベンチュリ部３４に隣接するガス吸引部３１から安定して燃料ガスが吸引され、混合気の空燃比が一定に保たれる。

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、ガス抵抗切換手段を、弁孔８３を開通、閉塞する切換弁８で構成しているが、ガス供給路４の途中に設けた弁孔の開度を可変するニードル弁等でガス抵抗切換手段を構成することも可能である。

Ａ…予混合装置、１…バーナ、２…ファン、３…空気供給路、３ａ…主通路、３ｂ…副通路、３１…ガス吸引部、３２…空気供給路の周壁面、３３…内筒、３３ｃ…連通部、３４…ベンチュリ部、３６…テーパー面、４…ガス供給路、６…流量調節弁、７…バタフライ弁、７_１…第１半部、７_２…第２半部、７_１ａ，７_２ａ…外周角部、８…切換弁（ガス抵抗切換手段）。

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設けられたガス吸引部に接続され、ガス吸引部より上流側の空気供給路の部分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、
空気抵抗切換手段は、ガス吸引部よりも上流側の空気供給路の部分に回動自在に設けられたバタフライ弁で構成されるものにおいて、
ガス吸引部よりも上流側の空気供給路の部分に、空気供給路の周壁面との間に間隙を存して、バタフライ弁を内蔵する内筒が設けられ、空気供給路の周壁面と内筒の外周面との間の間隙により、内筒内の主通路に並列な副通路が構成されることを特徴とする予混合装置。
前記バタフライ弁を前記主通路の長手方向に直交する閉じ姿勢から主通路の長手方向に平行な開き姿勢に回動させる際に、主通路の上流方向に変位するバタフライ弁の半部を第１半部、主通路の下流方向に変位するバタフライ弁の半部を第２半部として、閉じ姿勢で主通路の下流方向を向く第１半部の側面の外周角部と、閉じ姿勢で主通路の上流方向を向く第２半部の側面の外周角部とがアール形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の予混合装置。
前記バタフライ弁を前記主通路の長手方向に直交する閉じ姿勢から主通路の長手方向に平行な開き姿勢に回動させる際に、主通路の上流方向に変位するバタフライ弁の半部を第１半部、主通路の下流方向に変位するバタフライ弁の半部を第２半部として、前記内筒に、閉じ姿勢のバタフライ弁よりも上流側で且つバタフライ弁の第１半部側に位置させて、主通路と前記副通路とを連通する連通部が開設されることを特徴とする請求項１又は２記載の予混合装置。
前記ガス吸引部の上流側に隣接する前記空気供給路の部分に、前記内筒が配置された空気供給路の部分よりも小径なベンチュリ部が設けられ、前記副通路とベンチュリ部との間の空気供給路の部分の周壁面がベンチュリ部に向けて縮径するテーパー面に形成されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の予混合装置。