JP2023119689A

JP2023119689A - 予混合装置

Info

Publication number: JP2023119689A
Application number: JP2022022682A
Authority: JP
Inventors: 克哉則竹; Katsuya Noritake; 卓也三浦; Takuya Miura
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2022-02-17
Filing date: 2022-02-17
Publication date: 2023-08-29
Also published as: US20230258330A1

Abstract

【課題】空気に燃料ガスを混合し、混合気をファン５を介してバーナ１に供給する予混合装置であって、ファン５の上流側の空気供給路６に設けられたガス吸引部６１に下流端が接続されたガス供給路７に、上流側から順に元弁７２とゼロガバナ７３と可変絞り弁７４とが介設され、バーナ１の火炎に晒されるフレームロッド９で検出される火炎電流に基づいて割出される混合気の空気過剰率が適正値になるように可変絞り弁７４の開度を調節する制御を行うものにおいて、元弁７２の開故障を生じた状態でのポストパージ運転時の燃料ガスの放出を抑制できるようにする。【解決手段】ポストパージ運転を行うときに、フレームロッド９が火炎電流を検出したときは、元弁７２の開故障を生じたと判断して、可変絞り弁７４の開度をバーナ１が消火するように設定された最小開度まで絞る制御を行う。【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、ファンの上流側の空気供給路と、空気供給路に設けられたガス吸引部に下流端が接続されたガス供給路と、ガス供給路に上流側から順に介設された、元弁と、二次ガス圧を大気圧に調圧するゼロガバナとを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、燃料ガスの供給量は、二次ガス圧である大気圧とガス吸引部に作用する負圧との差圧に応じて変化する。そして、ガス吸引部に作用する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、空気の供給量に比例して変化する。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混合気がバーナに供給され、混合気の空気過剰率（一次空気量／化学量論的空気量）は一定になる。

ところで、燃料ガスとして同じガス種を使用していても、時間により燃料ガスの発熱量（ウォッベ指数）が変動することがある。上記従来例のものでは、燃料ガスの発熱量が変動しても、空気の供給量に対する燃料ガスの供給量の比は一定であるため、燃料ガスの発熱量の変動で混合気の空気過剰率が変動して、燃焼不良が発生してしまう。

そこで、従来、ゼロガバナの下流側のガス供給路の部分に介設された可変絞り弁と、バーナの火炎に晒されるフレームロッドと、制御手段とを備え、フレームロッドで検出される火炎電流に基づいて割出される混合気の空気過剰率が所定値になるように、制御手段で可変絞り弁の開度を調節する制御を行う予混合装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。

ところで、上記従来例の予混合装置では、元弁の開故障（開弁したままになる故障）を生じても、ファンを駆動しない限り燃料ガスは吸引されないので、ファン停止時に燃料ガスが放出されることはない。然し、燃焼停止指令が出て、元弁を閉弁させた状態でファンを駆動するポストパージ運転を行うときには、元弁の開故障を生じていると、燃料ガスが放出されてしまう。

特開２０１８－１７９４４７号公報特開２０２１－２５７２２号公報

本発明は、以上の点に鑑み、元弁の開故障を生じた状態でのポストパージ運転時の燃料ガスの放出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、ファンの上流側の空気供給路と、空気供給路に設けられたガス吸引部に下流端が接続されたガス供給路と、ガス供給路に上流側から順に介設された、元弁と、二次ガス圧を大気圧に調圧するゼロガバナと、可変絞り弁とを備えると共に、バーナの火炎に晒されるフレームロッドと、制御手段とを備え、制御手段は、フレームロッドで検出される火炎電流に基づいて割出される混合気の空気過剰率が適正値になるように可変絞り弁の開度を調節する制御を行うように構成されるものにおいて、制御手段は、燃焼停止指令が出て、元弁を閉弁させた状態でファンを駆動するポストパージ運転を行うときに、フレームロッドが火炎電流を検出しなければ、可変絞り弁の開度を燃焼停止指令が出される直前の開度に保持するが、フレームロッドが火炎電流を検出したときは、元弁の開故障を生じたと判断して、可変絞り弁の開度をバーナが消火するように設定された最小開度まで絞る制御を行うように構成されることを特徴とする。

ここで、元弁の開故障を生じた状態でのポストパージ運転時には、燃料ガスが吸引されて、バーナでの燃焼が継続するため、フレームロッドが火炎電流を検出する。そして、本発明によれば、ポストパージ運転を行うときに、フレームロッドが火炎電流を検出した場合は、可変絞り弁の開度を最小開度まで絞るため、バーナが消火すると共に燃料ガスの放出が抑制される。また、本発明によれば、元弁が開故障しておらず、ポストパージ運転時にフレームロッドが火炎電流を検出しなければ、可変絞り弁の開度は、燃焼停止指令が出される直前の開度に保持される。そのため、次の点火時に、混合気の空気過剰率に基づく可変絞り弁の開度調節が不要になり、迅速な点火動作が可能になる。更に、混合気の空気過剰率を適正値に維持するために設ける可変絞り弁とフレームロッドとを元弁の開故障時のガス放出防止手段に兼用できるため、別途部品を必要とせずコスト的にも有利である。

また、本発明において、可変絞り弁の上記最小開度は、燃料ガスの流れを遮断する全閉開度であることが望ましい。これによれば、元弁の開故障を生じた状態でのポストパージ運転時に燃料ガスが放出されることを確実に防止できる。

本発明の実施形態の予混合装置とこの予混合装置から混合気が供給されるバーナを具備する燃焼装置とを示す説明図。実施形態の予混合装置の制御手段が実行する燃焼停止指令が出されたときの制御内容を示すフロー図。

図１に示す燃焼装置は、全一次燃焼式のバーナ１と、バーナ１の燃焼面１ａから噴出する混合気の燃焼空間を囲う燃焼筐２と、燃焼筐２内に配置した熱交換器３とを備える熱源機である。混合気の燃焼で生ずる燃焼ガスは、熱交換器３を加熱した後に燃焼筐２の端部に接続される排気筒４を介して外部に排出される。また、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、混合気をファン５とその下流側の混合気供給路５１とを介してバーナ１に供給している。

予混合装置Ａは、ファン５の上流側の空気供給路６と、燃料ガスを供給するガス供給路７と、ファン５、後述するバタフライ弁６２、元弁７２及び可変絞り弁７４を制御する制御手段たるコントローラ８とを備えている。ガス供給路７の下流端は、空気供給路６に設けられたガス吸引部６１に接続されている。ガス吸引部６１の上流側に隣接する空気供給路６の部分には、バタフライ弁６２を配置した部分よりも小径なベンチュリ部６３が設けられている。ベンチュリ部６３の下流側に隣接する空気供給路６の部分は、ベンチュリ部６３より大径の筒部６４で囲われている。そして、ベンチュリ部６３の下流端部を筒部６４の上流端部に環状の隙間を存して挿入し、この隙間でガス吸引部６１を構成している。ガス供給路７の下流端には、筒部６４を囲うようにして、ガス吸引部６１に連通するガス室７１が設けられている。また、ガス供給路７には、上流側から順に、元弁７２と、二次ガス圧を大気圧に調圧するゼロガバナ７３と、可変絞り弁７４とが介設されている。

ガス吸引部６１を介して供給される燃料ガスの量は、二次ガス圧である大気圧とガス吸引部６１に作用する負圧との差圧に応じて変化する。ここで、ガス吸引部６１に作用する負圧は、ファン５の回転数に応じて変化する。そのため、燃料ガスの供給量はファン５の回転数、即ち、空気の供給量に比例して変化する。また、燃料ガスの供給量と空気の供給量との比率は、可変絞り弁７４の開度（図示省略した弁体と弁座との間の隙間量）によって変化する。可変絞り弁７４の開度を使用するガス種に応じた所定の基準開度にすることで、混合気の空気過剰率が所定の適正値（例えば、１．３）になる。そして、要求燃焼量（設定湯温の温水を出湯するために必要な燃焼量）に応じてファン５の回転数を制御することにより、空気過剰率が適正値で要求燃焼量に応じた量の混合気がバーナ１に供給される。

尚、排気筒４への風の侵入で排気不良を生じないようにするため、即ち、耐風性能を確保するため、ファン５の下限回転数をあまり低く設定することはできない。そして、要求燃焼量がファン５の下限回転数に対応する所定値以下になった場合には、要求燃焼量に対応する量の空気を供給できなくなる。

そこで、ガス吸引部６１より上流側の空気供給路６の部分に、当該部分の通気抵抗を大小２段に切換えるために、図１に実線で示す閉じ姿勢と仮想線で示す開き姿勢とに切換えられるバタフライ弁６２を配置している。そして、要求燃焼量が上記所定値以下になった場合には、バタフライ弁６２を閉じ姿勢にして、空気供給路６の通気抵抗を大きくし、ファン５の回転数を下限回転数以下にせずに、所定値以下の要求燃焼量に対応する量の空気を供給できるようにしている。但し、バタフライ弁６２を閉じ姿勢にして、空気供給路６の通気抵抗を大きくするだけでは、空気供給路６内の負圧が増加して、燃料ガスの供給量が過大となり、バーナ１に供給される混合気の空気過剰率が適正値を下回ってしまう。そのため、要求燃焼量が比較的小さな場合には、バタフライ弁６２を閉じ姿勢にして、空気供給路６の通気抵抗を大きくすると共に、可変絞り弁７４を基準開度から所定開度分だけ絞って、ゼロガバナ７３の下流側のガス供給路７の部分の通気抵抗を大きくした小能力状態として、空気過剰率が適正値で比較的小さな要求燃焼量に対応する量の混合気がバーナ１に供給されるようにし、要求燃焼量が比較的大きな場合には、バタフライ弁６２を開き姿勢にして、空気供給路６の通気抵抗を小さくすると共に、可変絞り弁７４を基準開度まで開いて、ゼロガバナ７３の下流側のガス供給路７の部分の通気抵抗を小さくした大能力状態として、空気過剰率が適正値で比較的大きな要求燃焼量に対応する量の混合気がバーナ１に供給されるようにしている。

また、燃料ガスとして同じガス種を使用していても、時間により燃料ガスの発熱量（ウォッベ指数）が変動することがある。この場合、空気の供給量に対する燃料ガスの供給量の比が一定であると、燃料ガスの発熱量の変動で混合気の空気過剰率が変動して、燃焼不良が発生してしまう。

ここで、火炎検知のために設けられる、バーナ１の火炎に晒されるプレームロッド９で検出される火炎電流値は、混合気の空気過剰率が１．０であるときに最大になり、空気過剰率が１．０から増加したり減少したりするのに伴い減少する。そのため、フレームロッド９で検出される火炎電流値に基づいて混合気の空気過剰率を割出すことができる。そこで、火炎電流値に基づいて割出される混合気の空気過剰率が適正値になるように、コントローラ８により可変絞り弁７４の開度を調節する制御を行っている。

また、コントローラ８は、出湯が停止されて燃焼停止指令が出されたときに、図２に示すポストパージ運転制御を行う。この制御では、先ず、ＳＴＥＰ１でファン５の駆動を継続したまま元弁７２を閉弁させる。ここで、元弁７２の開故障を生じていると、ファン５の吸引力によりガス吸引部６１から燃料ガスが吸引されて、混合気がバーナ１に供給され、バーナ１での燃焼が継続して、フレームロッド９が火炎電流を検出する。そこで、ＳＴＥＰ２において、フレームロッド９が検出した火炎電流値Ｉｆｒが消火の基準となる所定の閾値ＹＩ以下になったか否かを判別する。そして、Ｉｆｒ≦ＹＩであれば、ＳＴＥＰ３で一定時間が経過したか否かを判別し、一定時間経過したときに、ＳＴＥＰ４でファン５を停止してポストパージ運転を停止する。

一方、Ｉｆｒ＞ＹＩであれば、元弁７２の開故障を生じていると判断してＳＴＥＰ５に進み、可変絞り弁７４の開度をバーナ１が消火するように設定された最小開度まで絞る。尚、最小開度は、具体的には、弁体が弁座に当接し、ガス供給量が燃焼限界以下となってバーナ１が消火するように設定される。その後、ＳＴＥＰ６でファン５を停止すると共に、ＳＴＥＰ７で元弁７２の開故障を生じていることを表示するエラー表示を行う。

以上の制御によれば、ポストパージ運転を行うときに、フレームロッド９が火炎電流を検出した場合（Ｉｆｒ＞ＹＩの場合）は、可変絞り弁７４の開度を最小開度まで絞るため、バーナ１が消火すると共に燃料ガスの放出が抑制される。一方、元弁７２が開故障しておらず、ポストパージ運転時にフレームロッド９が火炎電流を検出しない場合（Ｉｆｒ≦ＹＩの場合）は、可変絞り弁７４の開度を変化させる制御が行われないため、可変絞り弁７４の開度は、燃焼停止指令が出される直前の開度に保持される。そのため、次の点火時に、混合気の空気過剰率に基づく可変絞り弁７４の開度調節が不要になり、迅速な点火動作が可能になる。更に、混合気の空気過剰率を適正値に維持するために設ける可変絞り弁７４とフレームロッド９とを元弁７２の開故障時のガス放出防止手段に兼用できるため、コスト的にも有利である。

また、可変絞り弁７４を、弁体と弁座との一方に装着したゴム等のシール部材を有するものとしてもよい。この場合、弁体が弁座にメタルタッチではなくシール部材を介して当接するため、可変絞り弁７４を燃料ガスの流れを遮断する全閉開度まで絞ることができる。そして、ＳＴＥＰ５で可変絞り弁７４の開度を最小開度たる全閉開度まで絞ることが望ましい。これによれば、元弁７２の開故障を生じた状態でのポストパージ運転時に燃料ガスが放出されることを確実に防止できる。

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るものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することができる。

Ａ…予混合装置、１…バーナ、５…ファン、６…空気供給路、６１…ガス吸引部、７…ガス供給路、７２…元弁、７３…ゼロガバナ、７４…可変絞り弁、８…コントローラ（制御手段）、９…フレームロッド。

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、ファンの上流側の空気供給路と、空気供給路に設けられたガス吸引部に下流端が接続されたガス供給路と、ガス供給路に上流側から順に介設された、元弁と、二次ガス圧を大気圧に調圧するゼロガバナと、可変絞り弁とを備えると共に、バーナの火炎に晒されるフレームロッドと、制御手段とを備え、制御手段は、フレームロッドで検出される火炎電流に基づいて割出される混合気の空気過剰率が適正値になるように可変絞り弁の開度を調節する制御を行うように構成されるものにおいて、
制御手段は、燃焼停止指令が出て、元弁を閉弁させた状態でファンを駆動するポストパージ運転を行うときに、フレームロッドが火炎電流を検出しなければ、可変絞り弁の開度を燃焼停止指令が出される直前の開度に保持するが、フレームロッドが火炎電流を検出した場合は、元弁の開故障を生じたと判断して、可変絞り弁の開度をバーナが消火するように設定された最小開度まで絞る制御を行うように構成されることを特徴とする予混合装置。
前記可変絞り弁の前記最小開度は、燃料ガスの流れを遮断する全閉開度であることを特徴とする請求項１記載の予混合装置。