JP5354284B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、給湯器等に使用される燃焼装置に関するものである。

近年、一般家庭に給湯器が普及している。一般家庭用の給湯器は、一台の給湯器をもって多数の箇所から給湯することが必要である。例えば、家屋内の台所、浴室、洗面台に給湯栓やシャワーがあり、一台の給湯器をもってこれらに湯を供給する。また、浴槽に対して湯張りをしたり、浴槽内の残り湯を追い焚きする機能を備えた家庭用給湯器も多い。

このように家庭用の給湯器は、複数の箇所で湯が使用されることから、要求される湯量や湯温が頻繁に変わる。そのため、給湯器に内蔵される燃焼装置は、給湯量や給湯温度の変化に合わせて燃焼量を変化させる必要がある。
そのため、家庭用の給湯器に内蔵される燃焼装置では、燃焼量を変化させるために、ガス比例弁を備えている。即ち、燃焼装置の燃料供給路に比例弁を設け、必要とされる発熱量に応じて比例弁の開度を調節し、燃料たるガス量を制御することによって燃焼量を変化させている。

また、燃焼装置の形式の一つとして、全一次空気式と称される燃焼装置がある。全一次空気式の燃焼装置では、燃焼に必要な空気の殆どを予めバーナ内で混合し、炎孔から混合ガスを放出して燃焼に供される。
特許文献１には、燃料ガス供給路に比例弁を有した全一次空気式の燃焼装置が開示されている。

特開２００３−２１４６２２号公報

ところで、全一次空気式の燃焼装置は、前記したように、燃焼に必要な空気の殆どを予めバーナ内で混合するものであるから、バーナに供給する空気量とバーナに供給する燃料ガスの比率（空燃比と称される）は、許容される誤差が小さい。

そのため、従来技術の燃焼装置においては、空燃比を許容範囲内に収めるために、燃料ガス比例弁の開度の目標値と、送風機の回転数の目標値を設定し、燃料ガス比例弁の実際の開度等が目標値と一致するように電気的に制御している。
即ち、従来技術においては、燃料ガス比例弁の開度を、その目標開度と一致する様に制御し、同時に送風機の回転数が目標回転数と一致するように制御している。

そして、要求される燃焼量が変化した場合は、それぞれの目標値を演算し直し、同時に送風機の回転数が新たな目標値と一致するように制御する。

しかしながら、従来技術の構造によると、要求される燃焼量が変化した場合、燃料ガス比例弁の開度と送風機の回転数とが新たな目標値に一致するまでの間、空燃比が許容範囲を外れることとなり、不安定な状態で燃焼が行われる。そのため、従来技術の燃焼装置には、燃焼量を変化させる際の過渡期に、燃焼状態が不安定になるという解決すべき技術的課題がある。

また、従来技術の燃焼装置では、燃料ガス比例弁が必須であるが、燃料ガス比例弁は電気制御される精密機械であり、一般的に高価である。そのため、燃料ガス比例弁を省略したいという要求がある。

そこで本発明者らは、図５に示すように、燃料ガス供給路に均圧弁１０６を設け、均圧弁１０６の圧力信号を送風機１０３から取り出す構成の燃焼装置１０１を試作した。
ここで、均圧弁１０６は、一次圧をもって供給されたガスを二次圧に減圧して吐出する調圧装置であって、圧力を信号として導入する信号圧導入口１３２を有し、信号圧導入口１３２から導入される圧力に応じた二次圧に減圧して吐出する調圧装置である。

本発明者らが試作した燃焼装置１０１では、圧力信号を送風機１０３から取り出しているので、送風量１０３の増減に追従して燃料ガスの供給圧力が変化する。そのため、燃焼量を変化させる際の過渡期に、燃焼状態が不安定になるという技術的課題が解決される。また、試作した燃焼装置１０１では、送風機１０３の送風量を変化させることによって燃焼量を変化させることができるので、燃料ガス比例弁は必ずしも必要ではない。

しかしながら、試作した燃焼装置１０１は、燃料供給路１０９に複数の分岐路１０９ａ〜１０９ｇを設け、当該分岐路１０９ａ〜１０９ｇに配した開閉弁１２１ａ〜１２１ｇ等を開閉して燃焼量を変化させる場合、燃焼状態が不安定になる恐れがあった。
この理由は次の通りである。試作した燃焼装置１０１に採用された調圧装置１０６は、信号圧導入口１３２から導入された圧力と、調圧装置１０６における燃料ガスの吐出圧がほぼ等しくなるように燃料ガスの二次圧を調節するものである。そのため、例えば分岐路１０９ａ〜１０９ｇに配された開閉弁１２１ａ〜１２１ｇの一部が閉止された場合、当該開閉弁１２１を閉止する前と比較すると、共通流路たる燃料供給路１０９の共通路１０９ｙを通過する燃料ガスの流量が減少し、燃料供給路１０９の流速が低下する。ここで、ベルヌーイの定理における燃料ガスの配管抵抗は燃料ガスの流速の二乗に比例することを考慮すると、共通流路たる共通路１０９ｙの流路抵抗が低下する。その結果、開閉弁１２１ａ〜１２１ｇの一部が閉止された場合における、他の開かれた開閉弁１２１を有する残りの分岐路１０９ａ〜１０９ｇを通過する燃料ガスの二次圧が増加する。これにより、混合ガスの空燃比が変化して、燃焼状態が不安定となる問題が生じていた。即ち、燃料ガスが濃くなり、燃焼状態が不安定となる。
一般家庭用の給湯器は、前記したように、要求される湯量や湯温が大きく変わるので、燃焼装置は給湯量等の変化に合わせて燃焼量を変化させる必要があるが、試作した燃焼装置１０１は、開閉弁１２１ａ〜１２１ｇ等を用いた燃焼量の変化が実行される度に、燃焼状態が不安定となっていた。

そこで本発明は、試作した燃焼装置をさらに改良するものであり、開閉弁等を用いて燃焼量が変化された場合に、燃焼状態が不安定になるという技術的問題を解決した燃焼装置を開発することを課題とするものである。

一般に、調圧装置は、調圧装置からの吐出圧が信号圧に一致するように調圧される。そして、一般に、調圧装置内に自己の吐出圧を検知する部位がある。これに対して、本発明の燃焼装置で採用される調圧装置では、二次圧（吐出側）の信号を調圧装置の外部から導入する。
即ち、上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、燃焼空間と、複数のバーナと、下流側に複数の分岐路を備えた燃料供給路と、送風機と、調圧装置とを有し、前記分岐路は、バーナに対して燃料ガスを供給するものであり、一部又は全部の分岐路には開閉弁が設けられ、前記開閉弁を開閉することによって前記燃焼空間における燃焼領域を増減させることが可能である燃焼装置であって、前記調圧装置は、基礎となる信号圧を導入する基礎信号圧導入部と、二次圧を導入する二次圧導入部とを有し、一次圧をもって供給された燃料ガスを、前記基礎信号圧導入部から導入された信号圧と、二次圧導入部から導入された二次圧とが所定の関係となるように吐出圧を調節するものであり、前記基礎信号圧導入部に導入される信号圧は送風機又は送風機の下流側から検知され、前記二次圧導入部に導入される二次圧は前記燃料供給路における分岐路の境界近傍から検知されることを特徴とする燃焼装置である。

本発明の燃焼装置では、調圧装置が採用されており、当該調圧装置は、送風機又は送風機の下流側から検知された信号圧が導入される基礎信号圧導入部と、燃料供給路から検知された二次圧が導入される二次圧導入口とを有する構成とされている。
ここで、先に説明したように、試作した燃焼装置では、信号圧導入部から導入された圧力と、調圧装置から吐出される燃料ガスの吐出圧とがほぼ等しくなるように燃料ガスの二次圧を調節しているため、例えば分岐路に配された開閉弁の一部が閉止されると、空気との混合ガスの空燃比が変化して、燃焼状態が不安定となる問題があった。
そこで、本発明の燃焼装置では、別途、二次圧導入部を設け、二次圧導入部に導入される二次圧を燃料供給路における分岐路上流側の境界近傍から検知し、当該燃料供給路の二次圧と、基礎信号圧導入部に導入される基礎信号圧とが所定の関係を満足するように調圧装置からの吐出圧を調整する構成としているため、例えば分岐路に配された一部の開閉弁を閉止した場合であっても、燃料供給路における二次圧は、基礎信号圧に応じた調節がなされるため、一定に維持される。即ち、本発明の燃焼装置によれば、開閉弁を開閉して燃焼領域を増減させた場合であっても、バーナに近い燃料供給路における分岐路上流側の境界近傍の二次圧を直接的に制御しているため、開閉弁の開閉制御で燃料ガスの流量が変化しても燃料ガスと空気の混合ガスの空燃比は殆ど変化することがなく、燃焼状態が不安定となることを防止できる。

請求項２に記載の発明は、前記燃料供給路には、前記調圧装置に導入される二次圧を取り出す二次圧取出部が設けられ、前記二次圧取出部は、開閉弁の上流側の分岐路に配されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置である。

本発明の燃焼装置は、二次圧取出部が、分岐路に配されているため、バーナにより近い位置での二次圧が基礎信号圧に調節されるため、バーナに供給される燃料ガスは、配管抵抗等の影響が小さく、一定した空燃比とすることができる。また、二次圧取出部は開閉弁の上流側の分岐路に配されているため、開閉弁を閉止して燃焼領域を減じた場合であっても、検知される二次圧は殆ど変動することはなく、空燃比をほぼ正確に調節できる。

本発明の燃焼装置は、前記二次圧取出部は、燃焼運転の際に、燃焼領域の増減があったとしても燃料ガスの流れが阻止されることがない分岐路に配されたものであることが望ましい。（請求項３）

かかる構成とした場合、常に燃料ガスが流れる分岐路の二次圧が検知されるため、開閉弁が閉止された場合であっても、空燃比をより正確に調節できる。

本発明によれば、開閉弁等を用いて燃焼量が変化された場合であっても、燃焼状態が不安定になるという技術的問題を解決した燃焼装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る燃焼装置を示す構成図である。 本発明の燃焼装置の変形例を示す構成図である。 本発明の燃焼装置の変形例を示す構成図である。 本発明の燃焼装置の変形例を示す構成図である。 本発明者が試作した燃焼装置を示す構成図である。

以下、本発明の実施形態の燃焼装置について説明する。なお、以下の説明において、上下左右の位置関係は、特に断りのない限り、図面を基準として説明する。
図１に示す燃焼装置１は、図示しない給湯器に内蔵され、熱交換器４等を加熱するものであり、燃焼装置本体２と、送風機３と、燃料供給路形成部材５及び調圧装置（以下、均圧弁とも言う）６によって構成されている。

本実施形態で採用する送風機３は、シロッコファンやターボファンのように、ケーシング内に回転羽根が設けられたものである。また、送風機３を回転させるモータは、直流モータ又はインバータ制御された交流モータであり、回転数を増減することができる。

燃焼装置本体２は、バーナケース７内に２０本のバーナ８ａ〜８ｔを内蔵したものである。バーナケース７内において、２０本のバーナ８ａ〜８ｔは、７の群１９に区分されている。即ち、図１に示すように、第一群１９ａは４本のバーナ８ａ〜８ｄが属し、第二群１９ｂは４本のバーナ８ｅ〜８ｈが属し、第三群１９ｃは３本のバーナ８ｉ〜８ｋが属し、第四群１９ｄは２本のバーナ８ｌ〜８ｍが属し、第五群１９ｅは２本のバーナ８ｎ〜８ｏが属し、第六群１９ｆは２本のバーナ８ｐ〜８ｑが属し、第７群１９ｇは３本のバーナ８ｒ〜８ｔが属する。なお、本実施形態で採用するバーナ８ａ〜８ｔは、全て同一形状のものであり、容量は等しい。

バーナケース７は、図１に示すように、上下二段に分けられ、区切りを基準とした空気の流れ方向下流側がバーナ装着部１０として機能し、上流側が空気流路形成部１１として機能する。なお、空気流路形成部１１は、バーナ８ａ〜８ｔに空気を導入する流路として機能し、送風路３７の一部とされている。また、バーナ装着部１０の上部側では、火炎を発生させることができる。即ち、バーナ装着部１０の上部側は、燃焼空間１４として機能する。

バーナ装着部１０は７室に区分されており、当該７室には、前記したように、バーナ８ａ〜８ｔが前記室毎に設定された数に振り分けられて、挿入されている。
また、バーナ８ａ〜８ｔは、端部にそれぞれ空気・ガス導入口１８が設けられている。バーナ８ａ〜８ｔの上面部には、図示しない炎孔が形成されている。即ち、前記炎孔は、バーナ８における混合ガスの流れ方向最下流に配されており、燃焼空間１４に向けて火炎を発生させることができる。

本実施形態では、各バーナ８ａ〜８ｔの空気・ガス導入口１８の近傍にノズル２０ａ〜２０ｔがあり、当該ノズル２０ａ〜２０ｔから各バーナ８ａ〜８ｔ内に燃料ガスが導入される。また、空気流路形成部１１が各バーナ８ａ〜８ｔの端部と連通しており、空気流路形成部１１から空気・ガス導入口１８を経て各バーナ８ａ〜８ｔに空気が導入される。

そして、空気・ガス導入口１８から空気と燃料ガスが導入されると、バーナ８ａ〜８ｔ内を通過しつつ、両者が混合され、前記炎孔から混合ガスが放出される。

燃料供給路形成部材５は、前記した各ノズル２０ａ〜２０ｔを経て、各バーナ８ａ〜８ｔに燃料ガスを供給する燃料供給路９を有する部材である。
燃料供給路９は、燃料ガスの流れ方向下流側に７条に形成された分岐路９ａ〜９ｇを備えており、燃料ガスの流れ方向上流側では、全ての分岐路９ａ〜９ｇに至る燃料ガスが共通して流れる共通路９ｙを備えている。分岐路９ａ〜９ｇは、流路が平面状に分岐するものが採用されている。

各分岐路９ａ〜９ｇの先端側（燃料ガスの流れ方向上流側）では、各分岐路９ａ〜９ｇの開口端が集まって開口端群２２を構成している。開口端群２２は、各分岐路９ａ〜９ｇの断面積の比率が維持された断面積とされている。

また、燃焼空間１４においては、群１９毎に燃焼面積が分割されている。具体的には、燃焼面積は、群１９の数に応じて分割されており、７分割されている。。
従って、本実施形態の燃焼装置１によれば、各バーナ８ａ〜８ｔにおいて、均一した大きさの火炎を発生させると共に、各分割面積１５ａ〜１５ｇにおいて、均一した燃焼を行うことが可能となる。

また、燃料供給路形成部材５の分岐路９ａ〜９ｇの中途には、それぞれ公知技術の開閉弁（電磁弁）２１ａ〜２１ｇが設けられている。

次に、本実施形態で採用する調圧装置６について説明する。

調圧装置６は、具体的には均圧弁であり、減圧弁の一種であり、一次圧をもって供給された燃料ガスを二次圧に減圧して吐出する調圧装置である。ただし、一般の減圧弁は、設定された一定の圧力に二次圧を調圧するのに対し、本実施形態で採用する均圧弁は、信号圧に応じて吐出圧が変動する点で異なる。

具体的には、本実施形態に採用された調圧装置６は、圧力を信号として導入する信号圧導入口（基礎信号圧導入部）３２と、燃料供給路９における二次圧を導入する二次圧導入口（二次圧導入部）２９とを有し、一次圧の燃料ガスを信号圧導入口３２から導入される信号圧（基礎信号圧とも言う）と二次圧導入口２９から導入される二次圧とが所定の関係を満足するように減圧して吐出する調圧装置である。即ち、調圧装置６は、図１に示すように、ガス導入口３０とガス吐出口３１及び二次圧導入口２９と信号圧導入口３２を備え、ガス導入口３０から導入された燃料ガスを減圧してガス吐出口３１から吐出するものであるが、ガス吐出口３１から吐出される燃料ガスの圧力が、信号圧導入口３２の圧力と二次圧導入口２９の圧力との関係に依存して変化するものである。

調圧装置６は、図１に示すように、外殻６ｈ内にガス通路が形成され、さらにガス通路の開度を調整する弁体６ａと、ダイヤフラム６ｂ、スプリング６ｃ、調節機構６ｄなどが内蔵されたものである。
ダイヤフラム６ｂは、外殻６ｈの内部で信号圧室６ｉを形成する。そして、信号圧室６ｉに信号圧導入口３２が設けられている。そして、信号圧導入口３２は、信号圧導通管３５を介して、送風機３に接続されている。そのため、信号圧室６ｉには、信号圧導入口３２から導入される信号圧が掛かる。これにより、ダイヤフラム６ｂの信号圧室６ｉ側の面（一方の面）には、当該面に信号圧が掛かる。

また、ダイヤフラム６ｂの信号圧室６ｉと対向する側（他方の面）に形成された二次圧室６ｊには、二次圧導入口２９が設けられている。二次圧室６ｊは、二次圧導通管３４を介して二次側の燃料供給路９と連通している。従って、ダイヤフラム６ｂは、信号圧Ｐｔと燃料供給路９の二次圧Ｐ２の圧力差を受ける。本実施形態では、信号圧Ｐｔと分岐路９ｇの二次圧Ｐ２の圧力差を受ける。
また、スプリング６ｃは、ダイヤフラム６ｂを支えるものであり、スプリング６ｃの強さは調節機構６ｄによって調節される。

弁体６ａは、前記したように、ガス通路の開度を調節するものであり、軸６ｍを介してダイヤフラム６ｂに接続されている。
そのため、本実施形態に採用された調圧装置６によると、例えば、調圧装置６に導入される燃料ガスの一次圧Ｐ１が上昇したときには、その圧力変動に伴って二次圧（分岐路９ｇにおける圧力）Ｐ２も上昇するが、二次圧Ｐ２の圧力変動に伴って弁体６ａが下方に移動する。即ち、二次圧導入口２９に導入される二次圧Ｐ２と、ダイヤフラム６ｂを挟んで対向する側に掛かる信号圧Ｐｔとの圧力均衡が一時的に崩壊し、二次圧Ｐ２が信号圧Ｐｔより大きくなり、上昇した二次圧Ｐ２によりダイヤフラム６ｂが下方に膨出する。これにより、弁体６ａが下方に移動し、燃料ガスの通過面積が狭められるため、当該狭められた通過面積を通過した燃料ガスの二次圧Ｐ２は下降して、再び信号圧Ｐｔとほぼ等しくなるように調節される。

また、信号圧Ｐｔが上昇したときには、その圧力変動に伴って弁体６ａが上方に移動し、二次圧Ｐ２が上昇して信号圧Ｐｔとほぼ等しくなるように調節される。即ち、二次圧導入口２９に導入される二次圧Ｐ２と、ダイヤフラム６ｂを挟んで対向する側に掛かる信号圧Ｐｔとの圧力均衡が一時的に崩壊し、信号圧Ｐｔが二次圧Ｐ２より大きくなり、上昇した信号圧Ｐｔによりダイヤフラム６ｂが上方に膨出する。これにより、弁体６ａが上方に移動し、燃料ガスの通過面積が拡げられるため、当該拡げられた通過面積を通過した燃料ガスの二次圧Ｐ２は上昇側に変動して、当該二次圧Ｐ２は再び信号圧Ｐｔとほぼ等しくなるように調節される。このようにして、調圧装置６の一次圧Ｐ１や信号圧Ｐｔが変動した場合においても、分岐路９ｇの二次圧Ｐ２が信号圧Ｐｔとほぼ等しくなるように調節される。

前記した調圧装置６は、ガス導入口３０が図示しない燃料ガス供給源に接続されている。また、調圧装置６のガス吐出口３１は、燃料供給流路部材５の共通路９ｙ側の一方の端部（燃料ガスの流れ方向上流側端部）に接続されている。なお、共通路９ｙの他方側の端部（燃料ガスの流れ方向下流側端部）には、分岐路９ａ〜９ｇが接続されている。
また、分岐路９ｇには、閉止弁２１ｇよりも上流側（燃料ガスの流れ方向）に二次圧取出部２８が設けられ、二次圧取出部２８と調圧装置６の二次圧導入口２９の間が二次圧導通管３４によって接続されている。なお、本実施形態では、二次圧導入口２９と二次圧取出部２８を二次圧導通管３４によって一体的に形成した構成としているが、二次圧導通管３４は、二次圧導入口２９と二次圧取出部２８に図示しないボルトやナット等の固定手段を用いて、接続可能とした構成としても構わない。そのようにすることで、既存の燃焼装置において取り付け可能となるため、製造コストを低減することができる。

また、調圧装置６の信号圧は、送風機３の吐出側から検知される。即ち、図１に示すように、送風機３とバーナケース７の中間部分から検出されている。従って、送風機３とバーナケース７の中間部分（送風路３７）に信号圧取出部３３が設けられ、信号圧取出部３３と調圧装置６の信号圧導入口３２の間が信号圧導通管３５によって接続されている。

上記した実施形態では直動式の均圧弁６を示したが、本発明では、例えば図示しないパイロット式の均圧弁であってもよい。

次に、燃焼装置１の機能について説明する。
本実施形態の燃焼装置１では、送風機３を回転させると共に開閉弁２１を開きバーナ８に燃料と空気を導入し、バーナ８内で両者を混合し、バーナ８の図示しない炎孔から燃料ガスと空気の混合ガスを放出させ、燃焼空間１４で火炎を発生させる。

即ち、送風機３を回転させることによって、バーナケース７内に送風を行う。送風機３から吐出された送風は、一旦、バーナケース７内の空気流路形成部１１に入る。そして、空気流路形成部１１に導入された空気は、空気流路形成部１１から各バーナ８ａ〜８ｔの端部に至り、空気・ガス導入口１８から各バーナ８ａ〜８ｔに空気が供給される。

ここで、各バーナ８ａ〜８ｔに導入される空気の量に注目すると、バーナ８ａ〜８ｔに導入される空気量は、バーナ８ａ〜８ｔの空気・ガス導入口１８近傍の空気圧力と、空気・ガス導入口１８の開口面積と、バーナ８ａ〜８ｔの内部抵抗と、バーナ８ａ〜８ｔの下流側の抵抗（排気抵抗）及び大気圧の関数となる。
空気・ガス導入口１８の開口面積は、燃焼中に変化しない。また、バーナ８ａ〜８ｔの内部抵抗も一定である。さらに、バーナ８ａ〜８ｔの空気の流れ方向下流側の抵抗（排気抵抗）と大気圧についても、ほぼ一定であると見なすことができる。

そのため、バーナ８ａ〜８ｔに導入される空気量の変化は、空気・ガス導入口１８近傍の送風圧力の変化との相関関係が最も高いものとなる。さらに、バーナ８ａ〜８ｔに導入される空気量の変化は、空気・ガス導入口１８近傍の圧力変化だけによって変化すると考えても、実用上差し支えないと言える。
また、空気・ガス導入口１８近傍の圧力は、バーナ８ａ〜８ｔの圧力損失等を無視するならば、送風機３の吐出圧力によって決定されると言える。

一方、燃料ガスは、燃料ガス供給源から調圧装置６に入り、調圧装置６で減圧される。そして、調圧装置６を出た燃料ガスは、燃料供給路形成部材５の燃料供給路９に入り、分岐路９ａ〜９ｔを通過し、ノズル２０から吐出される。各ノズル２０は、いずれも各バーナ８ａ〜８ｔの空気・ガス導入口１８に臨む位置に設けられており、ノズル２０から吐出されたガスは、空気・ガス導入口１８から各バーナ８ａ〜８ｔ内に入り、空気と混合されて図示しない炎孔から放出される。そして、燃焼空間１４において、火炎を発せさせる。

ここで、各バーナ８ａ〜８ｔに導入される燃料ガスの量に注目すると、バーナ８ａ〜８ｔに導入される燃料ガスの量は、分岐路９ａ〜９ｇを通過する燃料ガスの量である。
分岐路９ａ〜９ｇを通過する燃料ガスの量は、分岐路９ａ〜９ｇの燃料ガスの流れ方向上流側のガス圧と、分岐路９ａ〜９ｇの開口面積と、分岐路９ａ〜９ｇの内部抵抗と、ノズル２０の開口径と、ノズル２０の吐出側の雰囲気圧力の関数となる。

分岐路９ａ〜９ｇの燃料ガスの流れ方向上流側のガス圧と、分岐路９ａ〜９ｇの開口面積と、分岐路９ａ〜９ｇの内部抵抗と、ノズル２０の開口径は、一定であって、燃焼中に変化することはない。また、ノズル２０の吐出側の雰囲気圧力についても変化は小さい。
そのため、バーナ８ａ〜８ｔに導入される燃料ガスの流量変化は、分岐路９ａ〜９ｇの燃料ガスの流れ方向上流側の燃料ガスの圧力変化と最も高い相関関係がある。即ち、バーナ８ａ〜８ｔに導入される燃料ガスの流量は、分岐路９ａ〜９ｇの燃料ガスの流れ方向上流側のガス圧だけで決まると考えても、実用上差し支えないと言える。

また、本実施形態の燃焼装置１では、調圧装置６の信号圧は、送風機３の吐出側から検知され、当該信号圧に応じて、調圧装置６と接続された分岐路９ｇの二次圧を変化させることができる。
即ち、本実施形態の燃焼装置１では、バーナ８ａ〜８ｔに導入される空気の量と、燃料ガスの量とが、共に送風機３の吐出圧（信号圧取出部３３の信号圧にほぼ等しい）によって変化する。そのため、送風機３の吐出圧が増加して、バーナ８ａ〜８ｔに導入される空気の量が増大すると、調圧装置６の信号圧が上昇して、調圧装置６からの燃料ガスの吐出圧が上昇し、燃料供給路９を流れる燃料ガスの量が増大するため、バーナ８ａ〜８ｔに導入される燃料ガスの量も増加する。換言すると、本実施形態の燃焼装置１では、バーナ８ａ〜８ｔに導入される空気の量が増減すると、これに伴ってバーナ８ａ〜８ｔに導入される燃料ガスの量も増減する。従って、本実施形態では、バーナ８ｐ〜８ｔに導入される空気量と燃料ガス量の比率は一定である。

また、バーナ８ａ〜８ｔに導入される空気量と燃料ガス量の比率は、バーナ８ａ〜８ｔの空気・ガス導入口１８の面積等と、ノズル２０の開口径等によって決まる。本実施形態では、燃料ガスを燃焼させるに足る空気量が、空気・ガス導入口１８から導入されるように、空気・ガス導入口１８の面積等と、ノズル２０の開口径等が設定されている。

そのため、本実施形態では、各バーナ８ａ〜８ｔに対して、適切な比率で空気と燃料ガスを導入することができ、混合ガスを図示しない炎孔から放出させて、燃焼空間１４で火炎を発生させることができる。
また、燃焼量の増減は、送風機３の送風量を変化させることによって行うことができ、前記した調圧装置６により、空気量と燃料ガス量の比率を一定にすることができる。そのため、送風機３の回転数を増加し、送風量を増加させると、バーナ８ａ〜８ｔに導入される空気量が増大すると共に燃料ガスの量も増加し、燃焼量が増加する。逆に、送風機３の回転数を減少し、送風量を減少させると、バーナ８ａ〜８ｔに導入される空気量が減少すると共に燃料ガスの量も減少し、燃焼量が減少する。

また、さらに本発明の燃焼装置１においては、分岐路９ａ〜９ｇに配した開閉弁（電磁弁）２１ａ〜２１ｇの幾つかを開閉させて燃焼量を増減させることができる。本実施形態の燃焼装置１であれば、この場合であっても、前記した同様の効果を得ることができる。

例えば、図１の７個の開閉弁２１ａ〜２１ｇのうち、５個の開閉弁２１ａ〜２１ｅを閉止すると、図１の群１９ａ〜群１９ｅのバーナ８ａ〜８ｏに対する燃料ガスの供給が停止し、群１９ｆ及び群１９ｇのバーナ８ｐ〜８ｔが燃焼空間１４で燃焼する。なお、５個の開閉弁２１ａ〜２１ｅを閉止して、開閉弁２１ｆ及び２１ｇだけを開き、群１９ｆ及び群１９ｇのバーナ８ｐ〜８ｔを燃焼させても、調圧装置６の働きにより、バーナ８ａ〜８ｈに導入される空気量と燃料ガス量の比率は変わらない。

即ち、開閉弁２１ａ〜２１ｅを閉止しても、全てのバーナ８ａ〜８ｔに対して空気が導入され続けるため、バーナ８ａ〜８ｔを経て、外部に吐出される空気の総量は変化しない。そのため、送風機３の吐出圧は変化しない。従って、調圧装置６の信号圧は変化しない。

また、前記したように、調圧装置６は二次圧導入口２９を有し、分岐路９ｇの二次圧取出部２８と二次圧導通管３４を介して連通しているため、分岐路９ｇ近傍における二次圧が前記信号圧により一定に調節される。即ち、開閉弁２１ａ〜２１ｇの幾つかが閉止された場合であっても、調圧装置６は、吐出側の燃料ガスの圧力を変化させて、分岐路９ｇ近傍の二次圧を一定に維持している。また、分岐路９ｇに二次圧取出部２８を配しているため、バーナ８までの距離がより近く、圧力損失の影響が小さくなり、バーナ８における空燃比が変動しにくくなる。

即ち、開閉弁２１ａ〜２１ｅが閉止され、閉止された分岐路９ａ〜９ｅに燃料ガスが流れない場合であっても、閉止弁２１ｆ及び２１ｇが開かれた分岐路９ｆ及び９ｇを流れる燃料ガスの圧力は信号圧によって一定に調節されているため、変化しない。従って、開閉弁２１ａ〜２１ｅの開閉の制御に関わらず、開かれた開閉弁２１ｆ及び２１ｇの分岐路９ｆ及び９ｇには、同一量の燃料ガスが流れる。なお、燃焼中、燃焼量を増減させる際に、二次圧取出部２８を設けた分岐路９ｇの開閉弁２１ｇは、閉止しない構成とすることが好ましい。

上記した例では、７個の開閉弁２１ａ〜２１ｇのうち、５個の開閉弁２１を閉止した場合を例に説明したが、５個未満又は６個以上の開閉弁を閉止した場合であっても同様の効果を得ることができ、燃焼させるバーナ８に供給させる空気量と燃料ガス量の比率は変化しない。これにより、開閉弁２１による燃焼量を調節する制御をする場合であっても、燃焼状態が不安定となることを防止できる。

上記実施形態では、二次圧取出部２８を燃料供給路９の分岐路９ｇに配した構成を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、その他の分岐路９ａ〜９ｆのいずれに配した構成であっても構わない。この場合、燃焼中、燃焼ガスの流れが阻止されない分岐路９ａ〜９ｇのいずれかを選択することが好ましい。換言すると、燃焼中、閉止することがない閉止弁２１が設けられたいずれかの分岐路９ａ〜９ｇを選択することが好ましい。これにより、開閉弁２１ａ〜２１ｇのいずれかを閉止した場合であっても、正確な空燃比を維持することができる。

上記実施形態では、全ての分岐路９ａ〜９ｇに閉止弁２１ａ〜２１ｇを配し、二次圧取出部２８を開閉弁２１が配された分岐路９ｇに設けた構成を示したが、本発明はこれに限定されず、分岐路９ａ〜９ｇのうちの一部に開閉弁２１を配し、開閉弁２１が配されていない分岐路に二次圧取出部２８を設けた構成であっても構わない。この構成であっても、上記実施形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、二次圧取出部２８を分岐路９に配した構成を示したが、本発明はこれに限定されず、図３に示すように、二次圧取出部２８を共通路９ｙに配した構成であっても構わない。この場合、共通路９ｙの下流側（燃料ガスの流れ方向）であって、分岐路９ａ〜９ｇとの境界近傍に配することが好ましい。これにより、信号圧に応じた二次圧を、共通路９ｙと分岐路９ａ〜９ｇとの境界近傍に反映させることが可能となるため、上記実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。

上記実施形態では、バーナ８の数が異なる７の群１９を備え、各群１９に１本の分岐路９ａ〜９ｇが配された構成を示したが、本発明はこれに限定されず、図３に示すように、バーナ８の数と分岐路９の数が等しい構成であっても構わない。

上記実施形態では、燃料供給路９に二次圧取出部２８を１箇所のみ設けた構成を示したが、本発明はこれに限定されず、二次圧取出部２８は、燃料供給路９に複数箇所設けても構わない。例えば、図４に示すように、二次圧取出部２８ａ〜２８ｃは、分岐路９ｇと、共通路９ｙの下流側と、共通路９ｙの中間に設けられている。また、調圧装置６の二次圧導入口２９には、二次圧導通管３８が接続されている。二次圧導通管３８は、３本の枝管３９ａ〜３９ｃを有し、各枝管３９ａ〜３９ｃの端部が二次圧取出部２８ａ〜２８ｃのいずれかと連通している。本実施形態では、二次圧取出部２８ａと枝管３９ａ、二次圧取出部２８ｂと枝管３９ｂ、二次圧取出部２８ｃと枝管３９ｃとが連通した関係である。また、各枝管３９ａ〜３９ｃには、中途に開閉弁（電磁弁）４０ａ〜４０ｃが配されている。これにより、本構成によると、上記実施形態の燃焼装置１よりも合理的な制御が可能となる。

燃料供給路９においては、燃料ガスは、配管抵抗などにより、圧力損失を生じるため、下流側に向かうほど圧力が小さくなる。即ち、点火時から一定の時間が経過して、燃焼状態が安定した状態（通常燃焼時）においては、枝管３９ｃの位置の圧力＞枝管３９ｂの位置の圧力＞枝管３９ａの位置の圧力、と言える。従って、本実施形態の燃焼装置では、通常燃焼時において、枝管３９ｂの開閉弁４０ｂのみを開けた状態とし、通常燃焼時の空燃比から燃料ガスを増減する制御を可能とする。

即ち、通常燃焼時の空燃比を基準に、燃料ガスの比率を増減させる制御を実行する場合、枝管３９ａの開閉弁４０ａのみを開けた状態とする。この制御は、上記実施形態の燃焼装置１よりも着火性を向上させるために実行されるもので、点火時などにおいて、通常燃焼時の空燃比よりも燃料ガスの比率を高めることで点火しやすくしている。
また、点火後は、一定時間が経過するまでは、不安定な燃焼状態（振動燃焼）が生じ易い。即ち、送風機３は、図示しないモータを駆動させて、ファンを回転させることで送風するものであるため、一般的に、一定の送風量まで駆動するまでには時間が掛かる。一方、燃料ガスは、弁などが開放されるや否やすぐに所定量の流量が流れる。これにより、通常燃焼時の空燃比に落ち着くまでに、若干の時間を要し、振動燃焼が発生する恐れがある。従って、着火初期の状態においては、枝管３９ｃの開閉弁４０ｃのみを開ける制御を行うことで、当該箇所の二次圧が信号圧に調節されるため、当該箇所より下流側の分岐路９ａ〜９ｇにおける二次圧が減少し、バーナ８に供給される燃料ガスの量が減少するため、通常燃焼時の空燃比よりも燃料ガスの比率が低くなる。これにより、不安定な燃焼時における振動燃焼が低減される。

１ 燃焼装置
３ 送風機
６ 調圧装置（均圧弁）
８ バーナ
９ 燃焼供給路
９ａ〜９ｇ 分岐路
１４ 燃焼空間
２１ 開閉弁（電磁弁）
２８ 二次圧取出部
２９ 二次圧導入口（二次圧導入部）
３２ 信号圧導入口（信号圧導入部）
３３ 信号圧取出部

Claims (3)

1. 燃焼空間と、複数のバーナと、下流側に複数の分岐路を備えた燃料供給路と、送風機と、調圧装置とを有し、
   前記分岐路は、バーナに対して燃料ガスを供給するものであり、一部又は全部の分岐路には開閉弁が設けられ、
   前記開閉弁を開閉することによって前記燃焼空間における燃焼領域を増減させることが可能である燃焼装置であって、
   前記調圧装置は、基礎となる信号圧を導入する基礎信号圧導入部と、二次圧を導入する二次圧導入部とを有し、一次圧をもって供給された燃料ガスを、前記基礎信号圧導入部から導入された信号圧と、二次圧導入部から導入された二次圧とが所定の関係となるように吐出圧を調節するものであり、
   前記基礎信号圧導入部に導入される信号圧は送風機又は送風機の下流側から検知され、前記二次圧導入部に導入される二次圧は前記燃料供給路における分岐路の境界近傍から検知されることを特徴とする燃焼装置。
2. 前記燃料供給路には、前記調圧装置に導入される二次圧を取り出す二次圧取出部が設けられ、
   前記二次圧取出部は、開閉弁の上流側の分岐路に配されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
3. 前記二次圧取出部は、燃焼運転の際に、燃焼領域の増減があったとしても燃料ガスの流れが阻止されることがない分岐路に配されていることを特徴とする請求項２に記載の燃焼装置。

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