JP3904708B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃焼装置に関し、詳しくは燃料ガス量を調整するガス量調節部を備えた燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃焼装置の一例として、図７にガス湯沸器を示す。
尚、ガス湯沸器の主な構成については、図１の本願の実施例を参照されたい。
燃焼機器が長時間未使用状態となっていた場合には、機器の最下流の開閉弁である器具栓２０からバーナ１１に至るガス流路内は、空気に置換されている。この場合に燃焼機器に点火操作を行っても、バーナ１１に燃料ガスが達するまでの間は、不着火状態が続く。
このため、点火時には、予め必要なパージ時間（開閉弁からバーナへ燃料ガスが到達するのに要する時間）を見込んで、ガス流路に設けた各弁を強制的に開弁し続けると共に、点火用電極１６からバーナ１１へ放電を続けるといった強制開弁点火制御機構を設けている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような燃焼装置では、予想されるパージ時間を基にして、一律に放電時間および強制開弁時間が設定されているため、本来ならこのパージ期間中に着火するはずであるが、何等かの要因により不着火となってしまうと、そのパージ期間中に、生ガスが流出してしまう問題があった。
つまり、燃焼停止から次の再点火操作までの期間が短かった場合には、ガス流路が燃料ガスで満たされているため、不着火による生ガスの流出が生じてしまい、特に、ガス量調節部によって燃料ガスを最大にした状態で不着火となると、放出する生ガス量が多くなってしまうことになる。
この生ガスの放出量を少なくするためには、パージ時間を短縮する必要がある。
そこで、本発明の燃焼装置は上記課題を解決し、パージ時間を短かくして強制的な開弁時間を短縮し、不着火となった場合に生ガス放出量を少なくすることを目的とする。
【０００４】
上記課題を解決する本発明の請求項１記載の燃焼装置は、
手動操作によってバーナへのガス流路の開度を変えて、燃料ガス量を調整するガス量調節部と、
上記バーナに点火する点火手段と、
上記バーナへのガス流路に設けられ、電磁力により開弁保持される開閉弁と、
上記バーナの燃焼状態を検知する燃焼状態検知手段と、
点火操作から所定期間が経過するまでは、上記燃焼状態検知手段の検出結果の如何に関わらず強制的に上記開閉弁を開弁保持する一方、所定期間の経過の後は、上記燃焼状態検知手段によって燃焼異常が検知されない限り上記開閉弁を開弁保持する強制開弁手段と、
上記ガス流路の、上記開閉弁の下流側に設けられ、上記ガス量調節部により燃料ガス量が絞られている状態で上記点火手段の点火操作がなされた場合には、上記バーナへの燃料ガス量を一時的に増して、パージ時間を短縮するガス量増大手段
を備えた燃焼装置において、
上記ガス量増大手段は、ダイアフラムと、このダイアフラムに固定され、燃料ガスの供給ガス圧により開弁位置に可動されて上記ガス流路を開く可動弁体を有するとともに、
該可動弁体が、開弁位置から、点火操作前において上記ガス量調節部により調整された燃料ガス量に対応する位置に回帰するまでの時間を、上記ダイアフラムの応答遅れ時間により設定した
ことを要旨とする。
【０００６】
上記構成を有する本発明の請求項１記載の燃焼装置は、ガス量調節部によって、燃料ガス量が絞られている状態において、点火手段により点火操作がなされた時には、ガス流路に設けたガス量増大手段の可動弁体がガス流路路の開度を開く方向に動き、一時的にバーナへの燃料ガス量が増す。
そのため、点火時に必要なパージ時間が短くなる。
従って、点火操作から所定期間にわたり、強制開弁手段によってバーナの燃焼状態に関係なく強制的に開閉弁が開弁保持される期間（言い換えると、バーナが非燃焼状態にあるにもかかわらず、当該バーナに燃焼ガスが供給される可能性のある期間）を短くすることができる。
その結果、ガス流路が燃料ガスで満たされている場合に、何等かの要因で不着火となっても、生ガスの放出量が少なくなり、安全性を向上することができる。
また、点火時に、十分な燃料ガス量を確保できるので、空気過剰となり易い朝一番の点火であっても、確実に燃料ガスに着火させることができる。
しかも、点火時に一時的に燃料ガス量を増し、その後は、ガス量調節部で調整された燃料ガス量に復帰するので、ガス量調節部を再調整する必要がない。
【０００７】
また、上記燃焼装置は、ガス量調節部によって燃料ガス量が絞られている場合に、燃料ガス圧を検出するダイアフラムの応答遅れ時間により、該可動弁体が、開弁位置から、点火操作前において上記ガス量調節部により調整された燃料ガス量に対応する位置に回帰するまでの時間、すなわち、点火操作後のガス量が一次的に増大するガス量増大期間が設定される。
従って、ガス量増大期間の設定を簡単にすることができる。
【０００８】
【発明の実施形態】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の燃焼装置の好適な実施例について説明する。
燃焼装置の一つであるガス湯沸器は、図１に示すように、燃料ガスと一次空気との混合気を燃焼するバーナ１１と、燃焼熱を熱交換する熱交換器１２とを備える。
【０００９】
バーナ１１には、酸欠雰囲気となると燃焼炎がリフティング（飛火）を起こすセンシングバーナ１３と、このセンシングバーナ１３に対峙して酸欠雰囲気となると熱起電力を低下する熱電対１４と、燃焼炎を検出するフレームロッド１５と、点火操作時に燃料ガスに放電して着火する電極１６とが設けられる。
これらの熱電対１４、フレームロッド１５、電極１６は、コントローラ１７へ電気的に接続される。
【００１０】
水入口からの給水経路には、押ボタン１９による手動操作によって流路を開閉する水栓２５が設けられ、その下流には通水にて生ずる差圧により押動力を発生する水圧応動装置３１が設けられる。そして、水圧応動装置３１から熱交換器１２へ通じて出湯口に至る。
また、水圧応動装置３１には、応動力を伝えるスピンドル３７が同一軸線上に設けられ、このスピンドル３７の他端に給水自動ガス弁２６が設けられる。給水自動ガス弁２６は、ガス流路の下流方向に閉止するように付勢され、通水されることによって水圧応動装置３１の応動力がこの付勢力に打ち勝ってガス流路を開く。
【００１１】
ガス入口よりバーナ１１へのガス供給経路には、コントローラ１７と電気的に接続され、点火操作から所定時間にわたって乾電池電力により電磁力を発生させてガス流路を強制的に開弁保持する開閉弁１８が設けられる。
【００１２】
また、開閉弁１８の下流に、上述した給水自動ガス弁２６が設けられ、その下流に、押ボタン１９による手動操作によって、ガス通路を開閉する器具栓２０が設けられる。
そして、器具栓２０の下流には、回転またはスライド操作によって流路の開度を変えるガス量調節部２が設けられ、バーナ１１へ通じるメイン流路２１ａ〜２１ｂ（以下、メイン流路全体を指すときは「メイン流路２１」と呼ぶ）を形成する。
また、ガス量調節部２を迂回するバイパス流路２２ａ〜２２ｂ（以下、バイパス流路全体を指すときは「バイパス流路２２」と呼ぶ）が設けられ、バイパス流路２２の途中には、ガスガバナ１が設けられる。
更に、ガスガバナ１上流から分岐して、センシングバーナ１３へ通じる小流路２３ｂが設けられる。
【００１３】
ガス量調節部２は、図３に示すように、可動自在に回転操作ができる円筒状の閉止２ａを形成する。
この閉止２ａには、ガス入口から開閉弁１８、給水自動ガス弁２６、器具栓２０を経たメイン流路２１ａと、バーナ１１へ通じるメイン流路２１ｂと、ガスガバナ１下流からのバイパス流路２２ｂと、ガスガバナ１上流からの小流路２３ａと、センシングバーナ１３へ通じる小流路２３ｂの開口部が当接する。
そして、閉止２ａの端部２ｂがガスガバナ１下流方向に開口し、閉止２ａの外周面に貫通孔２ｃが形成される。
この貫通孔２ｃは、ガス量調節部２の調整位置にかかわらず全開に開口し、バーナ１１へ通じるメイン流路２１ｂを形成する。
また、この貫通孔２ｃに対して、中心軸を挟んで反対側の外周面にはメイン流路２１ａの開度を変えるもう一方の貫通孔２ｅが形成される。
そして、ガス量調節部２が回動されることによって、当接するメイン流路２１ａの開度が変えられる。
また、メイン流路２１ａとバイパス流路２２とは、閉止２ａ内で合流する。
この貫通孔２ｅの開度は、最大の燃料ガス量に調整された場合に大きく、最小に調整された場合に閉じるように設定されると共に、最大から最小まで無段階で開度を可変できるように設けられる。
また、閉止２ａの端部２ｂ近傍の外周面には溝２ｄが設けられ、この溝２ｄ位置にガスガバナ１上流２２ａからの小流路２３ａが当接し、小流路２３ａから溝２ｄを経由し、小流路２３ｂを経てセンシングバーナ１３へ通じる。
尚、このガス湯沸器は、燃料ガスとして、主成分がメタンやプロパン等の天然ガス（ウォッベ指数ＷＩ＝発熱量Ｈ／√比重ｄ＞１００００）（以下、高発熱量の燃料ガスと呼ぶ）を使用し、燃料ガス量の上限がバーナ１１およびセンシングバーナ１３に設けられるノズル径（図略）によって規制される。（低発熱量用については後述する）。
【００１４】
バイパス流路２２に設けられるガスガバナ１は、合成ゴム製で柔軟性をもつダイアフラム３を備える。このダイアフラム３は、全外周縁が気密に挟持され、ケーシングの内部を燃料ガスが通過する弁室と大気に開放された背圧室５とに区切っている。
また、弁室の側壁に形成される段部にはダイアフラム３と同軸にシート部６が形成され、このシート部６より上流側に一次室４ａが形成され、下流側に二次室４ｂが形成される。
ガスガバナ１のシート部６に挿通する可動弁体７は、一端に傘部が形成され、他端に細径部が形成され、傘部はシート部６の下流側に設置されてシート部６と接離する。シート部６に挿通する細径部は、ダイアフラム３の中心孔に固定される。そして、可動弁体７を開弁方向に付勢する戻しばね８が背圧室５に設けられる。
従って、このガスガバナ１は、いわゆる上部流入式のガスガバナであり、燃料ガスが一次室４ａからシート部６を経由して二次室４ｂに流れる。
そして、このガスガバナ１には、背圧室５に外気に通じる小孔５ａが設けられ、この小孔５ａを除いて背圧室５が密閉される。小孔５ａは、ガスガバナ１の形状によっても異なるが、例えば、約φ０.２〜φ０.３ｍｍの大きさに開けられる。
【００１５】
次に、図１〜図３に基づいて、各動作を説明する。
操作ボタン１９により点火操作が行われると、操作ボタン１９の移動により、操作スイッチ２４がＯＮされると共に、器具栓２０および水栓２５が機械的に開かれる。
そして、水栓２５が開かれることによって通水が開始され、水圧応動装置３１に応動力を生じ、連動するスピンドル３７はバネ３２力に打ち勝って水圧自動弁２６を開弁する。
同時に、スピンドル３７の前進（図の左方向への移動）によって水圧スイッチ４９がＯＮすると、コントローラ１７は、乾電池電力により、電極１６へ通電して放電を開始すると共に、開閉弁１８を開弁する。そして、燃料ガスがバーナ１１へのガス供給経路に流れ始める。
【００１６】
ガス湯沸器が点火直前まで使用されないで長時間放置されていた場合には、最下流弁である器具栓２０からバーナ１１に至るガス流路内が空気に置換されている。
そして、ガス量調節部２が最大の燃料ガス量に調整されている場合には、ガス量調節部２の貫通孔２ｅが全開になっており、燃料ガスが器具栓２０からメイン流路２１、貫通孔２ｅを経てバーナ１１に至る。
従って、燃料ガスは、空気に置換されているバイパス流路２２のガスガバナ１を通らないで、バーナ１１とセンシングバーナ１３へ速やかに流れる。
【００１７】
一方、ガス量調節部２が最小の燃料ガス量に調整されている場合には、ガス量調節部２の貫通孔２ｅが閉じられており、燃料ガスが器具栓２０からバイパス流路２２のガスガバナ１を経てバーナ１１に至る。
そして、ガスガバナ１のダイアフラム３は、弁室内に流入した燃料ガス圧を感知し、戻しばね８力に打ち勝って、背圧室５側に移動しようとする。
この際に、背圧室５は小孔５ａを除いて密閉されているため、背圧室５内の空気を小孔５ａから押し出しながら、ゆっくりダイアフラム３が移動する。
このため、ダイアフラム３に固定される可動弁体７は、全開状態から均衡する開度に達するまでに時間を要し、点火操作からしばらくの間、全開状態が続く。
図２に示すグラフは、ガス量調節部２によって最小の燃料ガス量に調整されていた場合に、点火直後のバーナ１１内の燃料ガス圧を従来の燃焼装置と比較したものである。
図のｂは従来のものを、ａは本実施例のものを示し、従来のものは、点火直後に瞬間的に燃料ガスが増すものの、すぐに所定の燃料ガス量に安定してしまう。
これに対して、本実施例では、しばらくの間、燃料ガスをノズルで制限される最大ガス量状態が保たれた後、所定の燃料ガス量に安定する。
従って、ガス量調節部２が最小の燃料ガス量に調整されていたとしても、点火操作直後には、燃料ガス量を最大にしてバーナ１１へ供給される。
しかも、燃焼が開始された後には、ガス量調節部２で調整された燃料ガス量になる。
【００１８】
そして、点火操作から所定時間経過後に、コントローラ１７は、フレームロッド１５により燃焼炎が検知され、熱電対１４の熱起電力が所定レベル以上ある場合に、燃焼が正常に行われていると判定して開閉弁１８への通電状態をそのまま維持して開弁状態を保つ。
また、燃焼中に、コントローラ１７は、フレームロッド１５により燃焼炎の消失有無について監視を行うと共に、熱電対１４の熱起電力により燃焼状態の監視を行う。
そして、異常と判定した場合には、直ちに開閉弁１８への通電を停止して閉弁し、バーナ１１への燃料ガスの供給を停止し、燃焼を停止する。
【００１９】
また、燃焼中に消火操作が行われると、器具栓２０が閉じられてガスガバナ１の弁室内の燃料ガス圧が低下し、小孔５ａから背圧室５内へ外気が吸入されながら、ゆっくりダイアフラム３が後退する。
尚、後退途中で再点火操作が行われると、後退途中の開度から、ダイアフラム３が所定位置に前進する。この場合には、ガス流路が燃料ガスによって満たされているため、パージそのものが不必要となり、燃料ガス量を最大に保つ時間が短縮されて都合が良い。
【００２０】
以上により、ガス量調節部２をどのような開度に設定していても、点火時に燃料ガス量が最大になるため、パージ時間が短くなる。
従って、長時間放置された後の点火操作であっても早く確実に着火することができる。
また、パージ時間が短くなるため、不着火判定の開始時期を早めることができる。
その結果、不着火となった場合に、生ガスの放出量が少なくなって、安全性を向上することができる。
更に、ガス量調節部によって燃料ガス量が絞られている場合に、点火直後の加熱速度を速めて、速やかに所定温度の湯が得られる。
【００２１】
尚、上述した燃焼装置は、高発熱量の燃料ガスを使用するものである。
これに対して、低発熱量用の燃焼装置では、図４および図６に示すように、ガス量調節部９と、メイン流路２１と、センシングバーナ１３への流路２３ｂとが異なる。
高発熱量の燃焼装置に比べて低発熱量用の燃焼装置は、燃料ガスの発熱量が小さくバーナ１１への供給流量が多くなってパージ時間が短くなるため、点火時に燃料ガス量を最大にする必要はない。
むしろ、燃料ガスが過大とならないように、ガスガバナ１によって、速やかに所定の燃料ガス量に制御しなければならない。
そのため、低発熱量用のガス量調節部９では、常に、バイパス流路２２のガスガバナ１を経由してバーナ１１へ燃料ガスを流す。
また、ガス量調節部９に、回動されることによって、メイン流路２１ｂへの開度を変える貫通孔９ｃが形成される。
更に、ガス量調節部９には、外周面に溝２ｄが設けられず、センシングバーナ１３へ通じる小流路２３ｂ側の外周面に通路孔９ｄが設けられる。
そして、ガス量調節部９が組み込まれると、小流路２３ａが円筒面で閉じられ、ガスガバナ１下流のバイパス流路２２ｂから分岐して、小流路２３ｂを経てセンシングバーナ１３へ燃料ガスが流れる。
従って、バーナ１１およびセンシングバーナ１３への燃料ガスは、ガスガバナ１によって、所定の燃料ガス量に制御されて供給される。
【００２２】
更に、ガスガバナ１の背圧室５に設けられる小孔５ａは、ダイアフラム３がガス圧を検出して速やかに移動するように、大きく開口される。
このため、低発熱量用のガスガバナ１は、ダイアフラム３が素速く移動し、点火操作直後から燃料ガスを制御できる。
【００２３】
また、低発熱量用と高発熱量用との互換性について、図３および図４との比較から明らかなように、主要部品はそのまま共用することができ、相互の改造が容易になる。
即ち、ガス量調節部９と、背圧室５と、燃料ガスが噴出するバーナ１１およびセンシングバーナ１３のノズルとを交換するだけで、容易に機器を改造できる。
【００２４】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこうした実施例に何等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において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
例えば、本実施例では、ガス湯沸器の構成としたが、他の燃焼機器の構成であっても良い。
また、燃焼状態の監視は、所定時間経過した後に、待機状態を解消して監視を開始したが、燃焼炎を検出したら直ちに待機状態を解消しても良い。
【００２５】
また、本発明は、図５に示す第２実施例のように、ガスガバナ１およびガス量調節部２を一体にしたガス量調節付ガスガバナ１０であっても良い。
このガス量調節付ガスガバナ１０に、回転またはスライド操作をする操作つまみ１０ａが設けられ、この操作つまみ１０ａを操作することによって、戻しばね８力を変えて燃料ガス量が調整される。
そして、高発熱量の燃料ガス用として用いる場合には、背圧室５に外気へ通じる小孔５ａが設けられ、この小孔５ａによってダイアフラム３の動作を緩慢にする。
従って、ガス量調節付ガスガバナ１０が最小の燃料ガス量に調整されていたとしても、点火操作直後には、燃料ガス量を最大にして燃焼が開始される。
また、低発熱量の燃料ガス用として用いる場合には、小孔５ａを大きくし、燃料ガスが過大となるのを防止する。
【００２６】
また、第３実施例では、第１実施例で説明した図１および図３に示すガスガバナ１の構成を、点火直後にバイパス流路２２を一時的に開き、その後、バイパス流路２２を閉じるバイパス開閉弁にする構成とする。
第１実施例では、燃料ガス量を最小にした場合に、ガス量調節部２の貫通孔２ｅが閉じられることにより、バイパス流路２２のガスガバナ１により燃料ガスが制御されるのに対して、第３実施例では、燃料ガス量を最小にした場合であってもガス量調節部２の貫通孔２ｅが開かれる設定をすることにより、点火初期だけバイパス流路２２が開かれ、その後、バイパス流路２２が閉じられるのが異なる。
第３実施例では、点火操作が行われると、バイパス開閉弁３０のダイアフラム３が弁室内に流入した燃料ガス圧を感知して、背圧室５内の空気を小孔５ａから押し出しながらゆっくり移動する。
このため、ダイアフラム３に固定される可動弁体７は、全開状態から閉弁状態に達するまでに時間を要し、点火操作からしばらくの間、バイパス流路２２が開かれる。
そして、バイパス流路２２ｂとガス量調節部２の貫通孔２ｅとから、バーナ１１へ燃料ガスが供給され、その後、バイパス流路２２ｂがバイパス開閉弁によって閉じられる。
従って、ガス量調節部２がどのような開度に設定されていても、点火時に燃料ガス量が最大になり、パージ時間が短くなる。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項１記載の燃焼装置によれば、燃料ガスを絞って使用している場合に、点火時の燃料ガス量が増えてパージ時間を短くすることができる。よって、燃焼状態に関わらず強制的に開閉弁が開弁保持される期間、すなわち、火炎がないにも関わらず生ガスが放出される可能性がある期間を短くすることができる。
従って、確実な着火を確保することができると共に、燃焼状態の監視開始を早めて不着火時の生ガスの放出量を少なくできる。
その結果、安全性を向上することができるという優れた効果を奏する。また、ガス量増大期間の設定が簡単にできる。
【００２８】
なお、メイン流路２１およびバイパス路２２を有する第１、第３実施例においては、それらメイン流路２１およびバイパス路２２の双方が、本発明のガス流路に相当する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る燃焼装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例と従前品とを比較する実験上得られたグラフである。
【図３】組込まれた高発熱量用のガス量調節部を示す図である。
【図４】組込まれた低発熱量用のガス量調節部を示す図である。
【図５】本発明の第２実施例に係る燃焼装置の概略構成図である。
【図６】低発熱量用の燃焼装置の概略構成図である。
【図７】従来の燃焼装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１ ガスガバナ
２ ス量調節部
３ ダイアフラム
５ 背圧室
５ａ 小孔
７ 可動弁体
８ 戻しばね
１１ バーナ
１３ センシグバーナ
１４ 熱電対
１５ フレームロッド
１６ 電極
２１ メイン流路
２２ バイパス流路

Claims (1)

1. 手動操作によってバーナへのガス流路の開度を変えて、燃料ガス量を調整するガス量調節部と、
   上記バーナに点火する点火手段と、
   上記バーナへのガス流路に設けられ、電磁力により開弁保持される開閉弁と、
   上記バーナの燃焼状態を検知する燃焼状態検知手段と、
   点火操作から所定期間が経過するまでは、上記燃焼状態検知手段の検出結果の如何に関わらず強制的に上記開閉弁を開弁保持する一方、所定期間の経過の後は、上記燃焼状態検知手段によって燃焼異常が検知されない限り上記開閉弁を開弁保持する強制開弁手段と、
   上記ガス流路の、上記開閉弁の下流側に設けられ、上記ガス量調節部により燃料ガス量が絞られている状態で上記点火手段の点火操作がなされた場合には、上記バーナへの燃料ガス量を一時的に増して、パージ時間を短縮するガス量増大手段
   を備えた燃焼装置において、
   上記ガス量増大手段は、ダイアフラムと、このダイアフラムに固定され、燃料ガスの供給ガス圧により開弁位置に可動されて上記ガス流路を開く可動弁体を有するとともに、
   該可動弁体が、開弁位置から、点火操作前において上記ガス量調節部により調整された燃料ガス量に対応する位置に回帰するまでの時間を、上記ダイアフラムの応答遅れ時間により設定した
   ことを特徴とする燃焼装置。

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