JP4873530B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、給湯器やコンロ等のガス機器に設けられ、燃焼用空気を給気ファンによってバーナへ強制的に供給して燃焼を行う燃焼装置に関する。

給湯器やコンロ等のガス機器に設けられる燃焼装置においては、ガス管からバーナへ燃料ガスを供給すると共に、給気ファンによって燃焼用空気をバーナへ強制的に供給して燃焼を行わせるようになっている。この場合、ガスインプットが変動しても、一定した空燃比が維持できるように、ガス供給路に均圧弁を設けて給気ファンからの空気を均圧弁のダイヤフラムの駆動側にも供給し、その風量に対応した圧力によってダイヤフラムに設けた弁体を動作させてガス流路の開度を調整する構成がよく用いられる。このような均圧弁を用いたものとして、特許文献１には、均圧弁に弁体を動作させるソレノイド等の電磁手段を設けて、コントローラが、燃焼させるバーナの数に応じて均圧弁の基準作動位置を複数段階にシフトさせる発明が記載されている。また、特許文献２には、燃焼用空気の流量調整弁の下流に、空気ラインと均圧弁を設けた燃料ラインとによる空燃比比例制御手段を並列に二組備える発明が記載されている。何れも高いターンダウン比の獲得を目的としたものである。

特開２００３−３５４１５号公報 特開２００２−１３０６５９号公報

しかし、特許文献１の均圧弁は、ソレノイド等を新たに付加する構成であるから、均圧弁自体の製造コストが高くなって装置全体のコストアップに繋がる。これは特許文献２の場合も同様で、均圧弁を含む空燃比比例制御手段を二組設ける訳であるから、単純に見てもコストは従来の二倍となってしまう。

そこで、本発明は、コストアップの少ない簡単な構成で性能の高い空燃比制御が行える燃焼装置を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ガス供給路に均圧弁を設けたものにおいて、ガス供給路における均圧弁の上流側に、ガス供給路でのガス一次圧に応じて弁体を動作させ、均圧弁側へのガス二次圧を一定に維持可能なガスガバナを設けて、そのガスガバナに、給気ファンからの空気を、均圧弁側と同圧で弁体の開弁方向へ加わるように供給して、その供給圧とガス一次圧とに応じた弁体の動作により、均圧弁側へのガス二次圧を変更可能とする一方、均圧弁及びガスガバナへの空気の供給を、給気ファンの空気供給管から分岐させた分岐管をガスガバナへ接続し、ガスガバナと均圧弁とを接続管で接続して両者を連通させることで行うことを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、ターンダウン比を２０％程度まで確保可能となり、低コストで空燃比性能の向上が達成できる。特に、複数本又は複数ユニットのバーナを切り替えて燃焼させる多段制御の場合は、ターンダウン比が大きく取れる分だけ切替の段数を少なくでき、従来のように段数を多くすることでターンダウン比を担保する必要がなくなるため、バーナの長寿命化やメンテナンスに係るランニングコストの低減も期待できる。
また、均圧弁及びガスガバナへの空気の供給をより簡単な構成で実現可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、燃焼装置の一例を示す説明図で、例えばガスコンロに用いられる。燃焼装置１において、２は、燃焼に必要な空気の殆どを一次空気として吸入する全一次空気式のバーナで、バーナ２に接続される混合管３には、空気供給管４を介して燃焼用空気を供給するための給気ファン５が接続されている。また、混合管３には、ガス供給路から導かれるガスノズル６が接続されて、ガスノズル６からの燃料ガスの噴出により、給気ファン５からの燃焼用空気と混合させて、その混合気をバーナ２に供給可能としている。
ガス供給路を形成するブロック７には、上流側から、ガスガバナ８と均圧弁９とが夫々設けられている。まずガスガバナ８は、ブロック７の上方に固着されるケーシング１０と、ケーシング１０の開口に取り付けられてガス供給路とケーシング１０内とを区画するダイアフラム１１と、ダイアフラム受け１２を介してダイアフラム１１を下方へ押圧付勢する調圧バネ１３と、調圧バネ１３の上端を受ける受け金１４を介して調圧バネ１３のバネ力を調節する調圧ピン１５と、ガス供給路内に突出してダイアフラム１１と一体に上下移動する弁体１６とから構成される。ここでは弁体１６の上昇側がガス供給路の閉弁方向、下降側が開弁方向となっている。

一方、均圧弁９は、ブロック７の上方に固着されるケーシング１７と、ケーシング１７の開口に取り付けられてガス供給路とケーシング１７内とを区画するダイアフラム１８と、そのダイアフラム１８に連結され、ガス供給路内に突出してダイアフラム１８と一体に上下動する弁体１９と、その弁体１９を上方へ付勢する調圧バネ２０とからなる。ここでも弁体１９の上昇側がガス供給路の閉弁方向、下降側が開弁方向となる。
また、空気供給管４には、流路抵抗の不安定化を防止するためのオリフィス２１が設けられており、このオリフィス２１の上流側と、ガスガバナ８のケーシング１０との間には、分岐管２２が接続されて、給気ファン５からの空気をガスガバナ８のケーシング１０内へ供給可能としている。この供給圧でダイアフラム１１は弁体１６の開弁方向へ押圧されることになる。さらに、ガスガバナ８のケーシング１０と均圧弁９のケーシング１７との間も接続管２３で接続されて両者が連通し、ガスガバナ８のケーシング１０を通過した空気を均圧弁９のケーシング１７内へも供給して、その供給圧でダイアフラム１８を弁体１９の開弁方向へ押圧可能としている。

よって、ガスガバナ８では、弁体１６が受けるガス入口からの一次圧と、ダイアフラム１１が受けるガス出口側の二次圧とを加えた図１で言う上向きの力と、空気の供給によってダイアフラム１１が受ける空気圧と、弁体１６が受けるガス出口側の二次圧と、調圧バネ１３の付勢力とを加えた下向きの力とによって動作し、両者のバランスによって弁体１６によるガス供給路の開度が決定されることになる。
一方、均圧弁９でも、弁体１９が受けるガスガバナ８からの二次圧と、ダイアフラム１８が受けるガス出口側の最終圧と、調圧バネ２０の付勢力とを加えた上向きの力と、空気の供給によってダイアフラム１８が受ける空気圧と、弁体１９が受ける最終圧と、弁体１９の自重とを加えた下向きの力とによって動作し、両者のバランスによって弁体１９によるガス供給路の開度が決定されることになる。

すなわち、ガスガバナ８及び均圧弁９の弁体１６，１９の受圧面積をＡｖ、ガスガバナ８のダイアフラム１１の受圧面積をＡｄ１、均圧弁９のダイアフラム１８の受圧面積をＡｄ２、調圧バネ１３のバネ荷重をＷ１、調圧バネ２０のバネ荷重をＷ２、弁体１９の自重をＧ２、ガスガバナ８の入口側のガス一次圧をＰ１、出口側のガス二次圧をＰ２、均圧弁９のガス出口側の最終圧をＰｎ、ケーシング１０，１７への空気圧をＰｆ、とすると、以下の式１、２で表されることになる。

そして、均圧弁側では、式２からＰｎを導く以下の式３が得られ、Ｇ２＝Ｗ２とした場合、ガスガバナ８のガス二次圧Ｐ２と空気圧Ｐｆと最終圧Ｐｎとの関係が一層明確となる式４が得られる。

以上の如く構成された燃焼装置１においては、点火操作によってガス供給路に設けた図示しない電磁弁を開弁させると、ガスノズル６を介して混合管３内へ燃料ガスが供給される。同時に図示しないコントローラが、給気ファン５を駆動させて空気供給管４から燃焼用空気を供給すると共に、イグナイタを作動させて点火制御を行う。
その後、火力調整操作がなされると、コントローラはその火力に応じて給気ファン５の回転数を変化させて風量を増減させる。弱火力側へ操作されると、コントローラは給気ファン５の回転数を低下させて風量を減少させることになるが、このときガスガバナ８では、ダイアフラム１１が受ける空気圧Ｐｆの減少により、弁体１６が閉弁方向へ移動してガス二次圧Ｐ２を減少させる。よって、均圧弁９では、弁体１９に加わるガス二次圧Ｐ２と空気圧Ｐｆとの減少に伴い、弁体１９が閉弁方向へ移動して最終圧Ｐｎを減少させてガス量を減少させる。一方、強火力側へ操作されると、給気ファン５の回転数が上昇して風量が増加することになるが、ガスガバナ８では、ダイアフラム１１が受ける空気圧Ｐｆの増加により、弁体１６が開弁方向へ移動してガス二次圧Ｐ２を増加させる。よって、均圧弁９では、弁体１９に加わるガス二次圧Ｐ２と空気圧Ｐｆとの増加に伴い、弁体１９が開弁方向へ移動して最終圧Ｐｎを増加させ、ガス量を増加させることになる。

表１は、空気圧Ｐｆを６０mmH_２Oから３mmH_２Oの間で変化させた際のガス二次圧Ｐ２及び最終圧Ｐｎ、そして空燃比λ、ターンダウン比（以下「ＴＤＲ」と略記する。）の変化を示すもので、ここで明らかなように、均圧弁と同時にガスガバナにも給気ファンからの空気圧Ｐｆを加えてガス二次圧Ｐ２を空気圧Ｐｆに応じて増減させることで、空燃比λが略１．３で維持されて変化が少なくなり、ＴＤＲが大きく取れる（初期設定１から０．２程度まで）ことがわかる。
一方、表２は、ガスガバナと均圧弁との間の接続管をなくして、給気ファンからの分岐管を均圧弁にのみ接続させた燃焼装置において、同様に最終圧Ｐｎ、空燃比λ、そしてＴＤＲの変化を示すもので、ここではガス二次圧Ｐ２はガスガバナによって一定（７０mmH_２O）となるため、空気圧Ｐｆが低い側では最終圧Ｐｎの値が表１の場合よりも低くなり過ぎてしまい、空燃比λのバランスが崩れて空気過剰状態となる。このＰｆ，Ｐ２，Ｐｎ間の関係は上記式４からも容易に理解できる。全一次空気式バーナの適正燃焼範囲がλ＝１．１〜１．６であることを考慮すると、ＴＤＲ０．５程度（Ｐｆが２０〜１０の間）が限界といえる。よって、空燃比性能における本発明の優位性は明らかである。なお、この表１，２では、Ａｖ＝０．３３ｃｍ^２（φ６．５）、Ａｄ１＝４．５２ｃｍ^２（φ２４）、Ａｄ２＝９．０８ｃｍ^２（φ３４）の設定となっている。

このように、上記形態の燃焼装置１によれば、ガス供給路における均圧弁９の上流側に設けたガスガバナ８に、給気ファン５からの空気を、均圧弁９側と同圧で弁体１６の開弁方向へ加わるように供給して、その供給圧とガス一次圧とに応じた弁体１６の動作により、均圧弁９側へのガス二次圧を変更可能としたことで、ＴＤＲを２０％程度まで確保可能となる。よって、低コストで空燃比性能の向上が達成できる。特に、複数本又は複数ユニットのバーナを切り替えて燃焼させる多段制御の場合は、ＴＤＲが大きく取れる分だけ切替の段数を少なくでき、従来のように段数を多くすることでＴＤＲを担保する必要がなくなるため、バーナの長寿命化やメンテナンスに係るランニングコストの低減も期待できる。
また、ここでは、給気ファン５の空気供給管４から分岐させた分岐管２２をガスガバナ８へ接続し、ガスガバナ８と均圧弁９とを接続管２３で接続して両者を連通させる構造としているから、均圧弁９及びガスガバナ８への空気の供給をより簡単な構成で実現可能となっている。

なお、ガスガバナや均圧弁の構成は、上記形態に限らず、給気ファンからの空気の供給圧に応じてガス供給量が調整可能であれば、弁体の配置や付勢方向等は適宜変更可能である。
そして、本発明の燃焼装置は、ガスコンロに限らず、燃焼用空気を給気ファンによってバーナへ強制的に供給して燃焼を行うガス機器であれば、グリルや給湯器等にも適用可能である。

燃焼装置の説明図である。

符号の説明

１・・燃焼装置、２・・バーナ、３・・混合管、４・・空気供給管、５・・給気ファン、８・・ガスガバナ、９・・均圧弁、１１，１８・・ダイアフラム、１６，１９・・弁体、２２・・分岐管、２３・・接続管。

Claims (1)

1. バーナと、そのバーナに燃焼用空気を供給し、前記バーナに要求される熱量に応じて風量を調整可能な給気ファンと、前記バーナへのガス供給路に設けられて前記給気ファンから空気が供給され、その供給圧に応じて前記バーナへのガス供給量を調整可能な均圧弁とを備えた燃焼装置であって、
   前記ガス供給路における前記均圧弁の上流側に、前記ガス供給路でのガス一次圧に応じて弁体を動作させ、前記均圧弁側へのガス二次圧を一定に維持可能なガスガバナを設けて、
   前記ガスガバナに、前記給気ファンからの空気を、前記均圧弁側と同圧で前記弁体の開弁方向へ加わるように供給して、その供給圧と前記ガス一次圧とに応じた前記弁体の動作により、前記均圧弁側へのガス二次圧を変更可能とする一方、
   前記均圧弁及びガスガバナへの空気の供給を、前記給気ファンの空気供給管から分岐させた分岐管を前記ガスガバナへ接続し、前記ガスガバナと均圧弁とを接続管で接続して両者を連通させることで行うことを特徴とする燃焼装置。

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