JP5365857B2 - 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１０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等を閉止して燃焼領域を減少させる場合、燃焼状態が不安定になる問題があった。
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が、開閉弁１２１ａ〜１２１ｇの幾つかを閉止して、燃焼領域を減少させた場合、共通流路たる燃料供給路１０９の共通路１０９ｙ内の二次圧が一時的に上昇し、他の開かれた開閉弁１２１を有する分岐路１０９ａ〜１０９ｇを通過する燃料ガスの流量が一時的に増加する。そして、前記したように、試作した燃焼装置１０１は、調圧装置１０６の働きにより、上昇した二次圧を信号圧に調節するが、当該二次圧が信号圧に調節されるまで、一定の時間を要していた。その結果、信号圧に調整されるまでの間、燃焼空間における、燃料ガスの濃度が過大となり、燃焼状態が不安定となっていた。
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領域を変化させる必要があるが、試作した燃焼装置１０１は、過渡期においては、開閉弁１２１ａ〜１２１ｇ等を用いた燃焼領域の減少が実行される度に、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領域が減少された場合に、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。

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、送風機と、調圧装置と、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、一次圧をもって供給された燃料ガスを、送風機又は送風機の下流側から検知される所定の信号圧に応じた二次圧に調節して吐出するものであり、内部に燃料ガスが通過する主流路と、主流路の一部の開口面積を増減する主弁と、主弁を動作させる主弁駆動機構とを有し、前記主弁駆動機構は、作動流体によって主弁を動作させるものであって、作動流体が導入される作動流体室と、作動流体を供給する作動流体供給部と、作動流体室の作動流体をリークさせるリーク路とを有し、前記燃焼空間における燃焼領域を減少させる際に、前記作動流体供給部を一時的に閉鎖することを特徴とする燃焼装置である。

先に説明したように、試作した燃焼装置では、いずれかの開閉弁を閉止して燃焼領域を減少させた場合に、燃料供給路内の燃料ガスの圧力が上昇し、空気と燃料ガスの空燃比が変化（具体的には燃料ガスの比率が高くなる）して、燃焼状態が不安定となる問題があった。
この問題を調査研究したところ、燃料供給路内の燃料ガスの圧力上昇に伴って実行される、調圧装置の主弁の閉鎖側（開口面積を絞る方向）への移動が遅いことが原因であることが判明した。

即ち調圧装置は主弁を持ち、この主弁を動作させることによって燃料ガス流路の有効流路面積を増減して吐出側の圧力を所定の圧力に調圧する。
具体的には、調圧装置の主弁は、ダイアフラムやベローズによって動作される。これらはいずれも所定の作動流体室を持ち、当該作動流体室内は作動流体が流入することで圧力が増減し、当該圧力によりダイアフラムやベローズを膨張・収縮させ、主弁を動作させる。
ここで燃料供給路内の燃料ガスの圧力が上昇すると、主弁を閉鎖側（開口面積を絞る方向）に移動させて、調圧装置から吐出される燃料ガスの圧力を低下させ、燃料供給路内の圧力を正常値に戻す動作が実行させる。そのためには、作動流体室内の作動流体を一部排出し、ダイアフラムやベローズを収縮させる必要がある。しかしながら、先に試作した燃焼装置では、作動流体室内からの作動流体の排出を円滑に行うことができず、ダイアフラムやベローズを収縮させるのに時間がかかっていた。その結果、燃料供給路の圧力が高すぎる状態が暫くの間続き、燃焼状態が不安定となるのであった。

本発明は、上記した知見に基づいて発明されたものであり、開閉弁が閉止されて燃焼領域を減少させる際に、作動流体供給部を一時的に閉鎖し、作動流体室内への作動流体の供給路を遮断して、作動流体室内からの作動流体の排出を促すものである。
以下説明すると、本発明の燃焼装置は、調圧装置によって燃料ガスが所定の信号圧に応じて減圧され、当該減圧された燃料ガスは燃料供給路に供給され、分岐路に設けられた開閉弁を開閉することで燃焼空間の燃焼領域を増減させることが可能な構成とされている。
さらに本発明の燃焼装置では、調圧装置が、燃料ガスが通過する主流路における開口面積を増減させる主弁と、主弁を動作させる主弁駆動機構とを備えており、主弁駆動機構が、作動流体室と、作動流体供給部と、リーク路とを有し、作動流体供給部を通過した作動流体が作動流体室に供給されることで、主弁が動作される構成としている。そのため、燃焼領域を減少させる際に、開閉弁を閉止すると共に、作動流体供給部を一時的に閉鎖することで、作動流体室に作動流体が供給されなくなる。

さらに、リーク路は、作動流体室から作動流体がリークできるように設けられ、供給された作動流体をリークさせることができる。そのため、作動流体供給部を閉鎖することで、作動流体室内に作動流体が供給されなくなり、さらに作動流体室内の作動流体がリーク路を介してリークするため、作動流体室内の圧力が降下する。これにより、主弁は開口面積を減少させる側に動作し、燃料ガスの二次圧を急速に降下させることができる。従って、本発明の燃焼装置によれば、作動流体供給部を一時的に閉鎖することで、作動流体室内に導入される作動流体を阻止し、さらに作動流体室内の作動流体をリーク路を介してリークさせるため、二次圧を急速に降下させることが可能である。即ち、幾つかの開閉弁を閉止して燃焼領域を減少させた場合であっても、燃料供給路内の二次圧が適切な二次圧に調節されるまでの時間が短縮される。

また、本発明の燃焼装置は、あくまで、一時的に作動流体のリーク量を増加させており、燃料供給路内の二次圧が正常に戻るのに要する時間を短縮するものであり、作動流体供給路部は閉鎖されると直ちに開放され、信号圧に応じた適切な二次圧に調節される。そのため、本発明の燃焼装置は、開閉弁を閉止して燃焼領域を減少させる場合であっても、適切な二次圧に調節されるまでの時間が短縮でき、適切な空燃比に調節できるため、燃焼状態が不安定となることを低減できる。

本発明の燃焼装置は、前記調圧装置は、一次圧をもって供給される燃料ガスを作動流体とするものであり、作動流体供給部を一時的に閉鎖する作動室側閉止弁を内蔵したものであることが望ましい。（請求項２）

かかる構成によれば、作動室側閉止弁を一時的に閉止することで、燃料ガスは、直ちに作動流体室に供給されなくなり、リーク路を介して、一時的に作動流体室の圧力を降下させることができる。これにより、分岐路に設けられた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の上昇を低減することができる。

本発明の燃焼装置は、作動室側閉止弁は三方弁であり、作動流体供給部の閉鎖と、リーク路の開放を同時に行う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、作動流体室内の燃料ガスを、素早くリーク路に流すことができるため、分岐路の開閉弁を閉止して燃焼領域を減少させた場合であっても、燃料供給路における二次圧は、短時間で適切な圧力に調節される。

請求項４に記載の発明は、前記調圧装置は、主弁より上流側の主流路に主流路側閉止弁が設けられ、前記主流路側閉止弁は、前記燃焼空間における燃焼領域を減少させる際に、主流路を一時的に閉鎖することを特徴とする請求項２又は３に記載の燃焼装置である。

本発明の燃焼装置は、幾つかの開閉弁を閉止して燃焼領域を極端に減少させる場合であっても、主流路側閉止弁が主流路を一時的に閉鎖できるため、より迅速に燃料供給路の二次圧を減圧できる。即ち、主流路側閉止弁の閉鎖により、燃料ガスが二次圧側に供給されなくなるため、燃焼領域が極端に減少されることがあっても、適切な二次圧に調節されるまでの時間をごく短くできる。

本発明の燃焼装置は、前記作動室側閉止弁と主流路側閉止弁は、開閉動作を同時に行うことが可能であることが望ましい。（請求項５）

本発明の燃焼装置は、作動室側閉止弁と主流路側閉止弁が、開閉動作を同時に行うことが可能であるため、燃料供給路の開閉弁の幾つかを閉止して、急激に燃焼領域を減少させた場合であっても、二次圧は素早く減圧されるため、適切な二次圧に調節されるまでの時間が短縮される。即ち、本発明の燃焼装置によれば、分岐路の開閉弁を閉止して燃焼領域を減少させても、ごく短い時間で、ほぼ適切な空燃比に調節をできるため、不安定な燃焼状態をより低減できる。

本発明によれば、開閉弁等を用いて燃焼領域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。 本実施形態の燃焼装置に採用される調圧装置（第一及び第二電磁弁開放状態）を示す概念図である。 図２の調圧装置（第二電磁弁閉鎖状態）を示す概念図である。 図２の調圧装置（第一及び第二電磁弁閉鎖状態）を示す概念図である。 本発明の燃焼装置における燃焼領域を減少させたときの二次圧を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態に係る燃焼装置の点火時における動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る燃焼装置の動作を示すフローチャートであり、燃焼中に燃焼領域が減少した場合の動作について説明するものである。 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、図示しない制御装置と、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、具体的にはパイロット式の均圧弁で、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、図１に示すように、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（信号圧導入部）３２を有し、一次圧をもって供給された燃料ガス（作動流体）を信号圧導入口３２から導入される信号圧に応じた二次圧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に導入される信号圧に依存して変化するものである。

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。詳細には、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。

より具体的に、調圧装置６について説明すると、図２に示すように、均圧弁（調圧装置）６は、主弁Ａと補助弁（パイロット弁）Ｂとを備えている。また、均圧弁６内には、主流路Ｄと補助流路Ｅと一時リーク路Ｑが設けられており、主弁Ａは主流路Ｄに設けられ、補助弁Ｂは補助流路Ｅに設けられている。

ここで、主流路Ｄは、均圧弁６のガス導入口３０からガス吐出口３１に至る流路であり、ガス供給源から供給される燃料ガス（作動流体）が減圧されて吐出される流路である。

主流路Ｄは、図２に示すように、ガス導入口３０に繋がる導入路ｅと、平行路ｆ及び吐出路ｇによって構成される一連の流路である。導入路ｅと平行路ｆとの間は、第一開口ｈによって連通し、平行路ｆと吐出路ｇとの間には第二開口ｉによって連通している。

主弁Ａは、ダイヤフラムａ１によって動作される弁であり、燃料ガスの主流路Ｄに設けられている。また、ダイヤフラムａ１と対向する位置に配されたダイヤフラムａ２は、ダイヤフラムａ１に掛かる圧力を補助的に調整するものである。具体的には、主弁Ａは、主流路Ｄの第二開口ｉに設けられており、第二開口ｉの開度を調節するものである。即ち、主弁Ａは、主流路Ｄの開口面積を増減させるものであり、主弁Ａが閉じる方向に動作すると二次圧が低下し、主弁Ａが開く方向に動作すると二次圧が上昇する。

主弁Ａは、前記したように、ダイヤフラムａ２により圧力が調整されつつ、ダイヤフラムａ１によって動作されている。即ち、ダイヤフラムａ１及びダイヤフラムａ２により構成される作動圧室（作動流体室、主弁駆動機構）ｊがある。また、ダイヤフラムａ１の外側と、ダイヤフラムａ２の外側には、それぞれバネｕ１又はバネｕ２が配され、作動圧室ｊはバネｕ１，ｕ２により圧縮される方向に押圧されている。従って、作動圧室ｊ内の圧力と、バネｕ１の押圧力とが調和するように、ダイヤフラムａ１が移動し、主弁Ａを移動させる。

補助流路Ｅは、主流路Ｄの一部が分岐されたものであり、ダイヤフラムａ１及びダイヤフラムａ２で構成された作動圧室ｊに連通するものである。具体的には、補助流路Ｅは、分岐室ｍを経て作動圧室ｊに至る流路である。

より具体的には、補助流路Ｅは、主流路Ｄの平行路ｆに設けられた開口（作動流体供給部、主弁駆動機構）ｏを介して分岐室ｍと連通し、さらに分岐室ｍ内の開口ｐと作動圧室ｊ内の開口ｓが一点鎖線の導通管Ｐで連通している。

その結果、平行路ｆ、開口ｏ、分岐室ｍ、開口ｐ、開口ｓ、作動圧室ｊに至る流路を備えた一連の補助流路Ｅが形成されている。なお、分岐室ｍには、燃料ガスの一部がリークする常時リーク路Ｔが設けられており、常時リーク路Ｔは開口ｔを介して二次圧連通室ｗと連通している。なお、常時リーク路Ｔの開口ｔは、極めて小さい開口面積である。

また、補助流路Ｅは、一部が分岐されており、分岐室ｍに設けられた開口ｑを介して一時リーク路（主弁駆動機構）Ｑと連通している。なお、一時リーク路Ｑは、常時リーク路Ｔより開口面積が十分大きく設定されており、二次圧連通路ｘと連通している。

補助弁Ｂは、ダイヤフラムｂによって動作される弁であり、二次圧連通室ｗの開口ｔに設けられている。即ち、補助弁Ｂは、開口ｔの開度を調節するものであり、分岐室ｍの圧力を調節するものである。従って、補助弁Ｂにより、開口ｔの開口面積を増減でき、補助弁Ｂが閉じ方向に動作すると分岐室ｍの圧力が上昇し、補助弁Ｂが開き方向に動作すると分岐室ｍの圧力が降下する。

また、ダイヤフラムｂは、一方の壁面に二次圧が作用し、他方の壁面に信号圧が作用するものであり、二次圧と信号圧の大小に応じて動作する。即ち、ダイヤフラムｂを境として、一方側は、二次圧連通室ｗが設けられ、二次側連通室ｗは二次圧連通路ｘを介して主流路Ｄの吐出路ｇと連通している。二次圧連通室ｗには、均圧弁６の二次圧が掛かる。
ダイヤフラムｂの他方側には、ダイヤフラムｂを構成壁の一つとする信号圧室ｖが設けられている。そして、信号圧室ｖは、信号圧導入口３２を介して送風路３７と連通している。

従って、ダイヤフラムｂは、一方に信号圧室ｖがあり、他方に二次側連通室ｗが設けられており、信号圧室ｖ内の圧力と二次圧連通室ｗ内の圧力とが調和するように移動する。即ち、信号圧室ｖには信号圧導入口３２から導入される信号圧が掛かり、二次圧連通室ｗには均圧弁６の吐出路ｇから導入される二次圧が掛かるため、ダイヤフラムｂは信号圧と、吐出路ｇの二次圧とが調和するように移動する。

さらに、本実施形態で採用する均圧弁６では、第一電磁弁（主流路側閉止弁）ｚ１と第二電磁弁（作動室側閉止弁）ｚ２とを備えている。第一電磁弁ｚ１は、主流路Ｄの第一開口ｈに設けられており、主流路Ｄ自体を開閉するものである。
第二電磁弁ｚ２は、開口ｏに設けられており、補助流路Ｅを開閉するものである。本実施形態では、分岐室ｍには、開口ｏと対向する位置に、開口ｑが設けられており、開口ｑは開口ｏと同様、第二電磁弁ｚ２により開閉されるものである。具体的には、第二電磁弁ｚ２は、開口（作動流体供給部）ｏを閉鎖すると開口ｑを開放し、開口ｏを開放すると開口ｑを閉鎖する。即ち、第二電磁弁ｚ２は、一時的に開口ｏを閉鎖し、燃料ガスの流れを切り替える三方弁としての機能を果たすものである。

次に、本実施形態で採用する均圧弁６の作用について説明する。

均圧弁６は、ガス導入口３０がガス供給源に接続され、ガス吐出口３１が負荷側に接続されて使用される。信号圧導入口３２は、所望の信号供給源（本実施形態では送風機３）に接続される。
また、原則として通常燃焼時においては、第一電磁弁ｚ１は開口ｈが開放された状態で使用されており、第二電磁弁ｚ２は開口ｏ及び開口ｐが開放された状態で使用されている。即ち、通常燃焼時では、主流路Ｄ及び補助流路Ｅはいずれも開放されている。

そして、本実施形態では、開閉弁２１ａ〜２１ｇを閉止して、燃焼領域を減少する制御をする場合に、一時的に第一電磁弁ｚ１及び第二電磁弁ｚ２を閉鎖し、主流路Ｄ及び補助流路Ｅのいずれも一時的に閉鎖することとした。

まず、第一電磁弁ｚ１及び第二電磁弁ｚ２を開放した状態における、燃料ガスの流れ及び均圧弁６の作用について説明する。
燃料ガスは、前記した主流路Ｄを流れる。即ち、燃料ガスは、ガス導入口３０から導入路ｅに入り、そして平行路ｆを流れる。平行路ｆを通過した燃料ガスは、第二開口ｉを経て吐出路ｇに流れてガス吐出口３１から吐出される。
ここで、第二開口ｉには、主弁Ａが設けられているため、吐出路ｇを流れる燃料ガスは、主弁Ａによって流量が制御されることとなる。即ち、第二開口ｉよりも上流側のガス圧は、一次圧（高圧）であり、ガス供給源と同一の圧力となるが、第二開口ｉよりも下流側のガス圧は、減圧されて低圧（二次圧）となる。

一方、補助流路Ｅを流れる燃料ガスは、開口ｏを通過して分岐室ｍ、開口ｐ及び開口ｓを経て作動圧室ｊに流れる。このとき、第二電磁弁ｚ２は開口ｑを閉鎖した状態であるため、燃料ガスが開口ｑを通過して一時リーク路Ｑに流れることはない。しかしながら、分岐室ｍには、リーク用の常時リーク路Ｔ及び開口ｔが設けられているため、作動圧室ｊ内の圧力は、開口ｔの開度に依存することとなる。即ち、開口ｔが閉じられると、補助流路Ｅは主流路Ｄの高圧側（第二開口ｉよりも上流側）の圧力と同一の圧力（一次圧）となる。一方、開口ｔが開くと、分岐室ｍ内の燃料ガスが開口ｔから漏れて二次圧連通室ｗに流れるため、分岐室ｍ内の圧力は低下する。従って、作動圧室ｊに導入される圧力が低下する。

そして、開口ｔには、補助弁Ｂが設けられ、補助弁Ｂはダイヤフラムｂによって動作する。即ち、当該ダイヤフラムｂは、前記したように、信号圧室ｖと二次圧連通室ｗの間にあり、信号圧室ｖ内の圧力と二次圧連通室ｗ内の圧力とが調和するように移動する。換言すると、ダイヤフラムｂは、送風路３７の信号圧と吐出路ｇの二次圧とが調和するように移動する。

従って、例えば、信号圧が上昇すると、信号圧室ｖの圧力が上昇してダイヤフラムｂが下方（図２）に膨出し、補助弁Ｂを押し下げて開口ｔの開度を狭める。その結果、開口ｔから漏れる燃料ガスの流量が低下し、分岐室ｍの圧力が上昇する。そのため、分岐室ｍと連通する作動圧室ｊの圧力が上昇し、ダイヤフラムａ１が上方（図２）に膨出し、主弁Ａを押し上げて第二開口ｉの開度を上げ、第二開口ｉを通過する燃料ガスの流量を増加させて低圧側（第二開口ｉよりも下流側）の圧力（二次圧）を上昇させる。即ち、信号圧が上昇すると、二次圧が上昇する。

何らかの理由で、二次圧が低下した場合も同様であり、二次側連通室ｗの圧力が低下してダイヤフラムｂが下方（図２）に膨出し、補助弁Ｂを押し下げて開口ｔの開度を狭める。その結果、開口ｔから二次圧連通室ｗ側に漏れる燃料ガスの流量が低下し、分岐室ｍ及び作動圧室ｊの圧力が上昇し、ダイヤフラムａ１が上方（図２）に膨出し、さらにダイヤフラムａ２がバネｕ２の力に抗して下方（図２）膨出することで、主弁Ａを押し上げて第二開口ｉの開度を上げ、低圧側（第二開口ｉよりも下流側）の圧力を上昇させる。即ち、二次圧が低下すると、これを補正する方向に主弁Ａが移動し、二次圧を上昇させる。

逆に、信号圧が降下すると、信号圧室ｖの圧力が降下し、二次側連通室ｗの圧力に押されてダイヤフラムｂが上方（図２）に移動し、補助弁Ｂを開いて開口ｔからリークする燃料ガスの量を増加させ、分岐室ｍの圧力を降下させる。その結果、分岐室ｍと連通する作動圧室ｊの圧力が降下し、ダイヤフラムａ１が下方（図２）に移動し、主弁Ａを下げて第二開口ｉの開度を下げて、第二開口ｉを通過する燃料ガスの流量を減少させて低圧側（第二開口ｉよりも下流側）の圧力を降下させる。即ち、信号圧が降下すると、これに伴って二次圧も降下する。

二次圧が上昇した場合も同様であり、吐出路ｇと連通した二次側連通室ｗの圧力が上昇して、ダイヤフラムｂが上方（図２）に移動し、補助弁Ｂを上方に移動させて、リーク用の開口ｔの開度を開く。その結果、開口ｔから二次圧連通室ｗ側に漏れる燃料ガスの流量が増加し、分岐室ｍ及び作動圧室ｊの圧力が降下し、ダイヤフラムａ１が下方（図２）に移動し、さらにダイヤフラムａ２がバネｕ２の力に押されて上方（図２）に移動し、主弁Ａを下げて第二開口ｉの開度を減少させて、低圧側（第二開口ｉより下流側）の圧力を降下させる。即ち、吐出路ｇの二次圧が上昇すると、これを補正する方向に主弁Ａが移動し、二次圧を降下させる。

次に、第二電磁弁ｚ２のみを閉鎖する場合と、第一電磁弁ｚ１及び第二電磁弁ｚ２を閉鎖する場合における、燃料ガスの流れ及び均圧弁６の作用について説明する。

本実施形態では、図３に示すように、燃焼空間１４における燃焼領域を減少させる場合に、開閉弁２１ａ〜２１ｇの幾つかが閉止すると同時に、第二電磁弁ｚ２を閉鎖することとした。これにより、上昇した二次圧が、所定の信号圧に調節されるまでに要していた時間を、ほぼなくすことができる。

具体的に説明すると、第二電磁弁ｚ２によって開口ｏを閉鎖することで、主流路Ｄから分岐した補助流路Ｅが閉鎖され、開口ｑが開放されるため、主流路Ｄを流れる燃料ガスが、補助流路Ｅ側に流れることがなくなる。これにより、主流路Ｄから分岐室ｍに燃料ガス（作動流体）が供給されなくなり、作動圧室ｊには燃料ガス（作動流体）が流入しなくなる。
また、開口ｑが開放されることで、一時リーク路Ｑが開放されるため、分岐室ｍ及び作動圧室ｊ内の燃料ガスが吐出路ｇ側にリークする。このとき、常時リーク路Ｔも開放された状態であるが、前記したように、一時リーク路Ｑの開口面積が、常時リーク路Ｔの開口面積より十分大きく設定されているため、分岐室ｍの燃料ガスは一時リーク路Ｑを流れると共に、分岐室ｍと連通した作動圧室ｊの燃料ガス（作動流体）が、一時リーク路Ｑを通過して早期にリークする。即ち、分岐室ｍ及び作動圧室ｊ内の圧力が素早く低下する。その結果、ダイヤフラムａ１は下方（図３）に移動する。そして、ごく僅かな一定時間が経過すると、第二電磁弁ｚ２は再び開放され、所望の燃焼領域に減少された通常燃焼が継続される。

従って、本実施形態の燃焼装置１によれば、開閉弁２１ａ〜２１ｇの幾つかを閉止して燃焼領域を減少させた場合であっても、図５に示すように、一時的に二次圧が上昇して、信号圧によって調節されるまでの一連の時間が短縮でき、通常燃焼時の空燃比より燃料ガスの比率が増加することで生じる不安定な燃焼状態を低減できる。特に、本実施形態では、二次圧が上昇した後から正常な二次圧に調節されるまでの間の時間が短縮できる。また、図５に示すように、開閉弁２１ａ〜２１ｇを閉止すると同時に、第二電磁弁ｚ２を閉止し、一時リーク路Ｑから作動圧室ｊの燃料ガスを急速にリークさせるため、上昇したときの二次圧の上限値は第二電磁弁ｚ２を閉鎖しない制御と比較すると、低下した値を示す。

また、例えば、本実施形態において、全開閉弁２１ａ〜２１ｇを開いた燃焼状態から開閉弁２１ａのみを開いた燃焼状態に燃焼領域を減少するような場合、即ち燃焼領域を極端に減少させる場合は、一時的ではあるが、燃料供給路９における二次圧が比較的大きく上昇するため、本実施形態の燃焼装置１では、第二電磁弁ｚ２の閉鎖に加えて、図４に示すように、第一電磁弁ｚ１を同時に閉鎖することも可能とした。

即ち、上記した第二電磁弁ｚ２のみを閉鎖する制御に加えて、第一電磁弁ｚ１を同時且つ一時的に閉鎖することで、開口ｈが瞬時的に閉鎖され、主流路Ｄが閉鎖されるため、ガス導入口３０から平行路ｆへの燃料ガスの供給がなくなる。即ち、開口ｉを通過する燃料ガスの流量が殆どなくなるため、第二電磁弁ｚ２のみを閉鎖する場合と比較すると、二次圧の降下速度を早めることができる。これにより、燃焼領域の大幅な減少がされた場合であっても、前記同様、信号圧に調節されるまでの時間を短縮できる。即ち、本実施形態の燃焼装置１によれば、通常燃焼時の空燃比より燃料ガスの比率が増加することで生じる不安定な燃焼状態を低減できる。なお、第一電磁弁ｚ１及び第二電磁弁ｚ２の閉鎖は、あくまで瞬時的なものであり、閉鎖後は直ちに開放されるため、燃焼空間１４における燃焼が停止するまでには至らない。

次に本実施形態の燃焼装置１における、燃焼中から燃焼領域を減少させる際の動作について説明する。

まず、燃焼装置１が燃焼状態に至るまでの動作について説明する。
図６のフローチャートに従って説明すると、本実施形態の燃焼装置１では、図示しない制御装置は、燃焼空間１４で燃焼が行われていない場合、燃焼要求を待つ（ステップ１）。例えば、給湯器に燃焼装置１が採用されている場合であれば、カランを開く等の操作によって給湯要求が生じ、燃焼要求が発生する。
ステップ１で燃焼要求があると、ステップ２に進み、点火前の予備送風（プレパージ）を行う。
具体的には、ステップ２でタイマを起動し、送風機３を回転して送風を開始する（ステップ３）。これにより、全バーナ８ａ〜８ｔに送風がなされる。

そして、ステップ４でプレパージに要する時間が終了すると、ステップ５に移行して、全て又は一部の開閉弁２１ａ〜２１ｇを開き、燃料供給路９に燃料ガスを供給する。そして、ステップ５で、燃料ガスが燃料供給路９に供給されると、ステップ６に移行し、図示しないイグナイタ等で点火する。そして、ステップ７で、燃焼状態にあるか否かが確認される。ステップ７で、燃焼状態であることが確認されると、正常に点火が行われていると判断し、通常燃焼が行われる。

そして、通常燃焼時では、図７のフローチャートに従って、ステップ１で、燃焼領域を減少させるか否かが確認される。ステップ１で、燃焼領域を減少すると判断された場合、ステップ２に移行し、燃焼運転が停止されるか否かが確認される。ステップ２で、燃焼運転は停止されないと判断されると、開状態の開閉弁２１の一部が閉止されると同時に、第二電磁弁ｚ２のみ閉鎖又は第一電磁弁ｚ１と第二電磁弁ｚ２の双方が閉鎖される（ステップ３）。

これにより、本実施形態の燃焼装置１では、開閉弁２１ａ〜２１ｇの幾つかが閉止されて燃焼領域が減少された場合であっても、第二電磁弁ｚ２のみ閉鎖又は第一電磁弁ｚ１と第二電磁弁ｚ２の双方を一時的に閉鎖して二次圧を減圧するため、図５に示すように、開閉弁２１の閉止から適切な二次圧に調節されるまでの時間が短縮され、不安定な燃焼状態となることが低減される。なお、第一電磁弁ｚ１と第二電磁弁ｚ２は、燃焼中においては、ごく僅かな時間（０．１〜０．３秒程度）のみ閉鎖されるため、双方の電磁弁ｚ１，ｚ２は閉鎖後直ちに開放状態となり、所望の燃焼領域における通常燃焼となる。
なお、図７のステップ２で、燃焼運転の停止が確認されると、ステップ４に移行して、開状態の閉止弁２１を全部閉止し、燃焼が停止される（ステップ５）。そして、再び、図６のフローチャートのステップ１で待機することとなる（ステップ６）。また、図７のステップ１で、燃焼領域を減少すると判断されなかった場合、ステップ７に移行するが、本発明には直接的に関係しない動作であるため、説明を省略する。

上記実施形態では、パイロット式の調圧装置６を用いた構成を示したが、本発明はこれに限定されず、図８に示すように、直動式の調圧装置３６を用いた構成であっても構わない。この場合、例えば、送風機３からの信号圧が導通する信号圧導通管（作動流体供給部）３５に、三方弁４０を設け、当該三方弁４０の２方向の接続口４０ａ，４０ｂが信号圧導通管３５の一部を形成し、残りの１方向の接続口４０ｃが一時リーク路４２と繋がる構成とすることで、上記実施形態で示した同様の効果が期待できる。このとき、作動流体は送風機３からの空気である。
即ち、開閉弁２１ａ〜２１ｇの幾つかを閉止して、燃焼領域を減少する場合、開閉弁２１の閉止と同時に、三方弁４０を一時的に切り替える。即ち、三方弁４０を、接続口４０ａと接続口４０ｃが連通するように切り替えることで、送風機３からの信号圧が一時リーク路４２を開して外部などに放出される。この結果、調圧装置３６の作動圧室（作動流体室）３６ｉに信号圧が導入されなくなり、調圧装置３６内のダイヤフラム３６ｂが下方（図８）に移動すると共に、主弁３６ａも下方（図８）に移動する。これにより、燃料ガスの通過面積が狭まり、二次圧が減圧される。即ち、本構成によれば、調圧装置３６への信号圧の導入を強制的に停止することで、一時的に二次圧が上昇する時間を短縮できるため、開閉弁２１を用いて燃焼領域を減少させた場合であっても、不安定な燃焼状態が生じることを低減できる。

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９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。

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）
３５ 信号圧導通管（作動流体供給部）
３６ 調圧装置
３６ｊ 作動圧室（作動流体室）
４０ 三方弁
４２ 一時リーク路（リーク路）
Ａ 主弁
Ｄ 主流路
ｊ 作動圧室（作動流体室）
ｏ 開口（作動流体供給部）
Ｑ 一時リーク路（リーク路）
ｚ１ 第一電磁弁（主流路側閉止弁）
ｚ２ 第二電磁弁（作動室側閉止弁）

Claims (5)

1. 送風機と、調圧装置と、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、一次圧をもって供給された燃料ガスを、送風機又は送風機の下流側から検知される所定の信号圧に応じた二次圧に調節して吐出するものであり、内部に燃料ガスが通過する主流路と、主流路の一部の開口面積を増減する主弁と、主弁を動作させる主弁駆動機構とを有し、
   前記主弁駆動機構は、作動流体によって主弁を動作させるものであって、作動流体が導入される作動流体室と、作動流体を供給する作動流体供給部と、作動流体室の作動流体をリークさせるリーク路とを有し、
   前記燃焼空間における燃焼領域を減少させる際に、前記作動流体供給部を一時的に閉鎖することを特徴とする燃焼装置。
2. 前記調圧装置は、一次圧をもって供給される燃料ガスを作動流体とするものであり、作動流体供給部を一時的に閉鎖する作動室側閉止弁を内蔵していることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
3. 作動室側閉止弁は三方弁であり、作動流体供給部の閉鎖と、リーク路の開放を同時に行うことを特徴とする請求項２に記載の燃焼装置。
4. 前記調圧装置は、主弁より上流側の主流路に主流路側閉止弁が設けられ、
   前記主流路側閉止弁は、前記燃焼空間における燃焼領域を減少させる際に、主流路を一時的に閉鎖することを特徴とする請求項２又は３に記載の燃焼装置。
5. 前記作動室側閉止弁と主流路側閉止弁は、開閉動作を同時に行うことが可能であることを特徴とする請求項４に記載の燃焼装置。

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