JP2019211125A

JP2019211125A - 予混合装置

Info

Publication number: JP2019211125A
Application number: JP2018105955A
Authority: JP
Inventors: 悠介白羽; Yusuke Shiraha; 吉村　公博; Kimihiro Yoshimura; 公博吉村
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2018-06-01
Filing date: 2018-06-01
Publication date: 2019-12-12

Abstract

【課題】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、ファンの上流側の空気供給路３に設けられたガス吸引部３１より上流側の空気供給路の部分に、モータにより弁軸７１を介して回動されるバタフライ弁７が設けられるものにおいて、バタフライ弁７の閉じ姿勢でバタフライ弁外周縁と空気供給路の周壁面３２との間に生ずる通気間隙の塵埃による詰まりを抑制できるようにする。【解決手段】閉じ姿勢で空気供給路の上流側（Ｚ軸−方向）を向くバタフライ弁７の側面を、Ｚ軸−方向に最も盛り上がる中央の盛上り部７ａと、外周縁に向けてＺ軸＋方向に傾斜する外周寄りのテーパー状部７ｂと、盛上り部７ａに対しＺ軸＋方向にオフセットしたＺ軸方向に直交する平面に沿う、盛上り部７ａとテーパー状部７ｂとの間の平面状部７ｃとを有するものに形成する。【選択図】図２

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、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に、空気供給路の長手方向に平行な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なバタフライ弁を設けたものが知られている(例えば、特許文献１参照)。尚、バタフライ弁は、空気供給路の長手方向に直交する弁軸を介してモータに連結され、モータによりバタフライ弁が回動される。

また、特許文献1に記載のものでは、バタフライ弁の弁軸の長手方向に直交する断面形状をひし形にしている。このものでは、バタフライ弁を閉じ姿勢にしたときに、バタフライ弁の空気供給路上流側を向く側面の傾斜により、バタフライ弁の外周縁と空気供給路の周壁面との間に生ずる通気間隙に向けて空気がスムーズに案内される。

然し、このものでは、バタフライ弁を閉じ姿勢にした状態で、上記通気間隙の塵埃による詰まりを生じやすくなることが判明した。即ち、バタフライ弁の通常の姿勢である開き姿勢において、空気供給路の上流側に位置するバタフライ弁の半部側面が空気の流れ方向に斜交することから、この側面に空気中の塵埃が付着堆積する。そして、バタフライ弁を閉じ姿勢にした状態では、開き姿勢で弁側面に付着堆積した塵埃が、通気間隙に向かう空気流により通気間隙に運ばれて、通気間隙の塵埃による詰まりを生じやすくなる。

特開２０１５−２３０１１３号公報

本発明は、以上の点に鑑み、上記通気間隙の塵埃による詰まりを抑制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、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に、空気供給路の長手方向に平行な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なバタフライ弁が設けられ、バタフライ弁は、空気供給路の長手方向に直交する弁軸を介してモータに連結され、モータによりバタフライ弁が回動されるようにしたものにおいて、空気供給路の長手方向をＺ軸方向、空気供給路の下流側を向く方向をＺ軸プラス方向、空気供給路の上流側を向く方向をＺ軸マイナス方向、弁軸の長手方向をＸ軸方向として、閉じ姿勢でＺ軸マイナス方向を向くバタフライ弁の側面は、Ｘ軸方向に直交するバタフライ弁の径方向中央部でＸ軸方向に延在する、閉じ姿勢でＺ軸マイナス方向に最も盛り上がる盛上り部と、外周縁に向けて閉じ姿勢でＺ軸プラス方向に傾斜する外周寄りのテーパー状部と、閉じ姿勢で盛上り部に対しＺ軸プラス方向にオフセットしたＺ軸方向に直交する平面に沿う、盛上り部とテーパー状部との間の平面状部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、閉じ姿勢でＺ軸マイナス方向を向くバタフライ弁の側面の平面状部は、開き姿勢において、Ｚ軸方向に平行になるため、この平面状部に塵埃は殆ど付着堆積しない。従って、閉じ姿勢において、バタフライ弁の外周縁と空気供給路の周壁面との間に生ずる通気間隙に運ばれるのは、Ｚ軸マイナス方向を向くバタフライ弁の側面の外周寄りのテーパー状部に付着堆積した塵埃のみとなる。その結果、閉じ姿勢でＺ軸マイナス方向を向くバタフライ弁の側面に平面状部を有しない従来例のものと比較して、通気間隙に向けての空気の案内作用を維持しつつも、通気間隙に運ばれる塵埃の量はほぼ半減され、通気間隙の塵埃による詰まりを抑制することができる。

また、本発明において、閉じ姿勢でＺ軸プラス方向を向くバタフライ弁の側面は、少なくとも外周寄り部分に、外周縁に向けて閉じ姿勢でＺ軸マイナス方向に傾斜するテーパー状部を有することが望ましい。これによれば、バタフライ弁の外周縁部の肉厚が薄くなる。その結果、バタフライ弁の開き姿勢でＺ軸マイナス方向を向く外周縁部の部分のＺ軸投影面積が小さくなって、この部分に空気中の塵埃が付着しにくくなると共に、閉じ姿勢でバタフライ弁の外周縁と空気供給路の周壁面との間の通気間隙に塵埃が運ばれても、塵埃がこの通気間隙を通過しやすくなり、塵埃による通気間隙の詰まりを一層効果的に抑制できる。

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。実施形態の予混合装置に設けられるバタフライ弁の閉じ姿勢でＺ軸マイナス方向を向く側面側から見た斜視図。実施形態の予混合装置に設けられるバタフライ弁の閉じ姿勢でＺ軸プラス方向を向く側面側から見た斜視図。

図１を参照して、Ｂは、混合気が噴出して燃焼する燃焼面Ｂａ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ＢにはファンＦが接続されている。そして、本発明の実施形態の予混合装置１により、空気に燃料ガスを混合して、混合気をファンＦを介してバーナＢに供給するようにしている。

予混合装置１は、装置本体たるケーシング２内に設けられた、ファンＦ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には、図３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とが介設された上流側ガス供給路４ａを介して燃料ガスが供給される。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、燃料ガスがガス吸引部３１から空気供給路３内に吸引される。また、予混合装置１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。

ここで、流量調節弁６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Ｂ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６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３内の負圧との差圧に応じて変化する。そして、空気供給路３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Ｂ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３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３の通気抵抗を大きくするだけでは、空気供給路３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３の通気抵抗を大きくするのに合わせて、ガス供給路４の通気抵抗も大きくする必要がある。

そこで、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３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４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。

図２、図３も参照して、空気抵抗切換手段は、ガス吸引部３１より上流側の空気供給路３の部分に、空気供給路３の長手方向に平行な開き姿勢（図２に仮想線で示す姿勢）と空気供給路３の長手方向に直交する閉じ姿勢（図２に実線で示す姿勢）とに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は、空気供給路３の長手方向に直交する弁軸７１を介してモータ７２に連結されている。そして、要求燃焼量が所定値以下になったときに、モータ７２の作動で、バタフライ弁７を開き姿勢から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３に示す如く、弁軸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。

また、バタフライ弁７が配置された空気供給路３の部分は、ケーシング１内に設けた筒体３２で囲われている。ケーシング１内には、筒体３２を囲う環状の空隙が設けられており、この空隙によりバタフライ弁７に並列な副通路３３を構成している。そして、バタフライ弁７を閉じ姿勢に回動させたとき、バタフライ弁７を配置した空気供給路３の部分の周壁面、即ち、筒体３２の内周面とバタフライ弁７の外周縁との間に生ずる通気間隙と副通路３３のみに空気が流れ、空気供給路３の通気抵抗が大きくなるようにしている。

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、ケーシング１内に筒部３５を囲う環状の空隙を設け、この空隙でガス室４１を構成している。

以下、空気供給路３の長手方向をＺ軸方向、空気供給路３の下流側を向く方向をＺ軸プラス方向、空気供給路３の上流側を向く方向をＺ軸マイナス方向、弁軸の長手方向をＸ軸方向として、バタフライ弁７について詳述する。閉じ姿勢でＺ軸マイナス方向を向くバタフライ弁７の側面は、図４に示す如く、Ｘ軸方向に直交するバタフライ弁７の径方向中央部でＸ軸方向に延在する、閉じ姿勢でＺ軸マイナス方向に最も盛り上がる盛上り部７ａと、外周縁に向けて閉じ姿勢でＺ軸プラス方向に傾斜する外周寄りのテーパー状部７ｂと、閉じ姿勢で盛上り部７ａに対しＺ軸プラス方向にオフセットしたＺ軸方向に直交する平面に沿う、盛上り部７ａとテーパー状部７ｂとの間の平面状部７ｃとを有している。

閉じ姿勢でＺ軸プラス方向を向くバタフライ弁７の側面も、図５に示す如く、Ｘ軸方向に直交するバタフライ弁７の径方向中央部でＸ軸方向に延在する、閉じ姿勢でＺ軸プラス方向に最も盛り上がる盛上り部７ａ´と、外周縁に向けて閉じ姿勢でＺ軸マイナス方向に傾斜する外周寄りのテーパー状部７ｂ´と、閉じ姿勢で盛上り部７ａ´に対しＺ軸マイナス方向にオフセットしたＺ軸方向に直交する平面に沿う、盛上り部７ａ´とテーパー状部７ｂ´との間の平面状部７ｃ´とを有している。そして、盛上り部７ａ´に、Ｘ軸方向にのびる凹溝部７ｄを形成し、弁軸７１の先端部を凹溝部７ｄに嵌め込んだ状態でバタフライ弁７にビス７３で締結している。ここで、閉じ姿勢でＺ軸マイナス方向を向くバタフライ弁７の側面の盛上り部７ａは、弁軸７１の連結部に重なる。そのため、弁軸７１に対するバタフライ弁７の連結強度を確保することができる。

また、本実施形態によれば、バタフライ弁７の開き姿勢において、閉じ姿勢でＺ軸マイナス方向を向くバタフライ弁７の側面の平面状部７ｃはＺ軸方向に平行になるため、この平面状部７ｃに塵埃は殆ど付着堆積しない。従って、バタフライ弁７を閉じ姿勢にした状態において、バタフライ弁７の外周縁と筒体３２の内周面との間に生ずる通気間隙に運ばれるのは、Ｚ軸マイナス方向を向くバタフライ弁７の側面の外周寄りのテーパー状部７ｂに付着堆積した塵埃のみとなる。その結果、テーパー状部７ｂを盛上り部７ａに達するように形成して平面状部７ｃを無くしたものと比較して、上記通気間隙に運ばれる塵埃の量はほぼ半減され、通気間隙の塵埃による詰まりを抑制することができる。尚、閉じ姿勢でＺ軸マイナス方向を向くバタフライ弁７の側面の外周寄り部分のみをテーパー状部７ｂに形成しても、上記通気間隙に向けて空気をスムーズに案内することができる。

また、閉じ姿勢でＺ軸プラス方向を向くバタフライ弁７の側面の外周寄り部分にもテーパー状部７ｂ´を形成するため、バタフライ弁７の外周縁部の肉厚が薄くなる。従って、バタフライ弁７の開き姿勢でＺ軸マイナス方向を向く外周縁部の部分のＺ軸投影面積が小さくなって、この部分に空気中の塵埃が付着しにくくなると共に、閉じ姿勢でバタフライ弁７の外周縁と筒体３２の内周面との間の通気間隙に塵埃が運ばれても、塵埃がこの通気間隙を通過しやすくなり、塵埃による通気間隙の詰まりを一層効果的に抑制できる。

尚、本実施形態では、閉じ姿勢でＺ軸マイナス方向を向くバタフライ弁７の側面の盛上り部７ａを、そのＸ軸方向両端部がテーパー状部７ｂに達するように形成しており、平面状部７ｃは、盛上り部７ａの両脇に位置する２部分に分断されている。一方、閉じ姿勢でＺ軸プラス方向を向くバタフライ弁７の側面の盛上り部７ａ´は、そのＸ軸方向一端（弁軸７１の先端側）がテーパー状部７ｂ´に達しないように形成されており、平面状部７ｃ´は、盛上り部７ａ´の両脇に位置する２部分がＸ軸方向一端側で連続している。閉じ姿勢でＺ軸マイナス方向を向くバタフライ弁７の側面の盛上り部７ａを、そのＸ軸方向一端がテーパー状部７ｂに達しないように形成することも勿論可能である。

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、閉じ姿勢でＺ軸プラス方向を向くバタフライ弁７の側面のテーパー状部７ｃ´を盛上り部７ａ´に達するように形成して、平面状部７ｃ´を省略することも可能である。更には、閉じ姿勢でＺ軸プラス方向を向くバタフライ弁７の側面をテーパー状部７ｂ´を有しない平面状に形成することも可能である。また、上記実施形態では、空気供給路３に、バタフライ弁７に並列な副通路３３を設けているが、この副通路３３は省略することも可能である。

Ｂ…バーナ、Ｆ…ファン、１…予混合装置、３…空気供給路、３１…ガス吸引部、４…ガス供給路、７…バタフライ弁、７ａ…閉じ姿勢でＺ軸マイナス方向を向く弁側面の盛上り部、７ｂ…閉じ姿勢でＺ軸マイナス方向を向く弁側面のテーパー状部、７ｃ…閉じ姿勢でＺ軸マイナス方向を向く弁側面の平面状部、７ｂ´…閉じ姿勢でＺ軸プラス方向を向く弁側面のテーパー状部、７１…弁軸、７２…モータ。

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、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に、空気供給路の長手方向に平行な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なバタフライ弁が設けられ、バタフライ弁は、空気供給路の長手方向に直交する弁軸を介してモータに連結され、モータによりバタフライ弁が回動されるようにしたものにおいて、
空気供給路の長手方向をＺ軸方向、空気供給路の下流側を向く方向をＺ軸プラス方向、空気供給路の上流側を向く方向をＺ軸マイナス方向、弁軸の長手方向をＸ軸方向として、閉じ姿勢でＺ軸マイナス方向を向くバタフライ弁の側面は、Ｘ軸方向に直交するバタフライ弁の径方向中央部でＸ軸方向に延在する、閉じ姿勢でＺ軸マイナス方向に最も盛り上がる盛上り部と、外周縁に向けて閉じ姿勢でＺ軸プラス方向に傾斜する外周寄りのテーパー状部と、閉じ姿勢で盛上り部に対しＺ軸プラス方向にオフセットしたＺ軸方向に直交する平面に沿う、盛上り部とテーパー状部との間の平面状部とを有することを特徴とする予混合装置。
閉じ姿勢でＺ軸プラス方向を向くバタフライ弁の側面は、少なくとも外周寄り部分に、外周縁に向けて閉じ姿勢でＺ軸マイナス方向に傾斜するテーパー状部を有することを特徴とする請求項１記載の予混合装置。