JP6017447B2 - 温水器具のための混合物供給システム、そのような混合物供給システムを含む温水器具、および燃料と酸化剤とを混合するための方法 - Google Patents

Description

この発明は、温水器具における取り付けに対して適合され、温水器具のバーナーに可燃混合物を供給するよう適合される混合物供給システムに関する。

この発明は、さらに、そのような混合物供給システムを設けられた温水器具に関する。
最後に、この発明は、さらに、流動性燃料と流動性酸化剤とを混合するための方法に関する。

温水設備の生成において、前混焼が利用される。ガスと空気とが混合されてファンによりバーナーに供給され、そこで、空気／ガス混合物は燃焼される。ガスと空気とを混合するための頻繁に適用される技術（図２）は、空気供給路１２において空気の流れ１４を引起すファン１００を用いる。ベンチュリ管（ここでは概略的に直管部分（straight pipe part）として示される）が空気供給路１２に配置される。ベンチュリ管に配されるのは、「ガス制御ブロック」として公知のバルブ／コントローラに接続されるガス供給路２２である。ベンチュリ管における流れ１４はベンチュリ管において下位圧力（underpressure）を引起し、それは、ガス流２６を生じさせることを確実にする。ファン１００がより迅速に回転すると、より大きな空気流１４が引起され、それによって、より大きな下位圧力、およびしたがってより大きなガスの流入２６が引起される。示された例においては、ファンは放射状ファンまたは遠心ファンであり、ブレードホイール３４が回転自在に配置されるファンハウジング３２を含む。ブレードホイール３４は、モータ４０によって回転するよう駆動される。ブレードホイールは、モータ４０のロータの一部を形成するシャフト３６上に配置される。１つ以上の電気コイル４２がロータのまわりに配置される。いくつかの実施例においては、モータもファンのハウジングの全く外に置かれ、モータシャフトが次いでハウジングの壁部を通って内部を走る。ファン１００においては、軸方向に流入する空気１４および軸方向に流入するガス２６は、９０°を通して偏向され、同時に、回転するブレードホイール３４によって混合される。結果として生じる空気／ガス混合物は、径方向に外方向に投げ出され、出口３８において収集され、出口３８は、通常のように、ブレードホイール３４の回転方向において増大する直径を有する（図１）。ファンの出口３８は、空気／ガス混合物をバーナーに運ぶ。さらに、ベンチュリ管がファンとバーナーとの間に配置される実施例もあり、ガス供給はその位置で起こる。次いで、ガス制御ブロックが、ファンの下流の空気圧によって制御される。これは、ガスと空気流との間の圧力差に関して差を本質的に生じさせず、したがって、ベンチュリ管をファンの上流に伴うものに類似する特性を伴う解決策である。

空気とガスとの混合は、ベンチュリ管の狭まりのすぐ下流で起こる。空気／ガス混合物の混合比は、主にベンチュリ管の形状ならびに空気供給路１２およびガス供給路２２によって決定される。これは、ガス供給路および空気供給路の良い設計で、オフセット―ガス制御ブロックの出口での圧力の制御値―が（−５Ｐａのオーダで）負であるように実現される。その場合、ガス制御ブロック（図示せず）は、約−５Ｐａの圧力でのみ開く。ガス制御ブロックのオフセット値は、老朽により時間とともに変動し得、さらに、ヒステリシスおよびガス制御ブロックの温度もここでは要因である。温水器具が低パワーで動作しているとき、ベンチュリ管およびターンダウン比に依存して、約−３０Ｐａと−６０Ｐａとの間の下位圧力が、ベンチュリ管によって生成される。次いで、ガス制御ブロックのオフセットにおける数パスカルの変動が、すぐに、空気／ガス比において相当な差を引起し得、これは温水器具の効率および排出（ＣＯおよびＮＯ_ｘ）に悪影響を有する。範囲の底部でより大きな下位圧力で動作することによって、ガス制御ブロックのオフセット変動の影響において相対的な減少がある。これは、より大きな制限（つまりより狭いベンチュリ管）の適用によって実現することができるかもしれない。より大きな下位圧力で動作することの欠点は、これがより大きな制限に関連するということである。より大きな制限はより大きな空気抵抗を引起し、それは、より大きなパワーのファンで補償されなければならない。しかしながら、より大きなパワーを持つファンは、一般に、より大きな寸法も有し、より費用がかかり、より多くのエネルギを消費する。

この発明の目的は、温水器具の相対的に低い熱要求において、それでもなお上記の欠点を伴うことなくガス制御ブロックのオフセットの変動に対する依存性が相対的に低い結果となる、温水器具のための混合物供給システムを提供することである。

この発明は、温水器具における取り付けに対して適合され、温水器具のバーナーに可燃混合物を供給するよう適合される混合物供給システムを提供することによって、この目的を達成し、
流動性燃料のための燃料供給路と；
流動性酸化剤のための酸化剤供給路と；
可燃混合物を形成するよう燃料と酸化剤とを混合するための混合室と；
混合室から可燃混合物を放出するための放出部と；
燃料および酸化剤をそれぞれの供給路から混合室に移動させて、混合物をそこから放出部に移動させるためのファンとを含み、
ファンは、燃料および酸化剤の両方に直接作用するようにされる。燃料供給路と酸化剤供給路とを分離することによって、双方のために異なる形状を適用し、これらをこれらの供給路の要件に最適化することが可能である。酸化剤供給路は、例えば、その供給路のために大きな直径を選択することによって低い流動抵抗が実現されるように実施される。これによって、低パワーを持つファンを用いることが可能である。空気供給路のより小さい抵抗を有するより大きな直径は、さらに、ボイラーの熱音響学的振舞に対して好ましい影響を有する。

この発明の第１の実施例によれば、ファンは、ブレードホイールを設けられたファン室を含み；
燃料供給路および酸化剤供給路は各々ファン室に進出し；
混合室はファン室に組入れられ；
混合物放出部はファン室に接続し；
燃料供給路および酸化剤供給路は、ファン室内への別個の出口を有する。

さらなる実施例においては、混合物供給システムは、さらに、燃料流を燃料供給路から混合室に押進めるための燃料ポンプを含む。燃料供給路がもはや酸化剤供給路に組入れられないので、燃料はもはやベンチュリ効果によって燃料供給路から抽出されない。ガスが例えばガス本管によって供給される過剰圧力を利用することが当然考えられ得る。しかしながら、安全上の理由から、例えば燃料ポンプによって下流側でガスがガス供給路から能動的に抽出されるガス制御ブロックを用いることが勧められる。

さらなる実施例においては、この発明は、燃料流を物理的に押進める混合物供給システムを提供する。

具体的な実施例においては、燃料ポンプそれ自体が別のファンを含む。一般に、酸化剤の体積部よりはるかに小さい体積部の燃料が必要とされるので（空気を用いる天然ガスの燃焼において、９部の空気に対して約１部のガス）、低出力のファンで十分であることが可能である。

さらなる実施例においては、この発明は、燃料ポンプは燃料供給路に組入れられ、燃料ポンプは混合室に導管によって接続される、混合物供給システムを提供する。

混合物供給システムのさらに別の実施例においては、燃料ポンプはファン室に組入れられる。

この発明の好ましい実施例によれば、ファンは、ファン室を境界付けるファンハウジングを含み、ファンハウジングは、互いに対向して位置しファン室を軸方向に境界付ける２つの壁部を有し、燃料供給路および酸化剤供給路は各々対向する壁部に進出する。

混合物供給システムの特に有利な実施例においては、ブレードホイールは、ブレードホイールの一方の側は酸化剤を実質的に吸い揚げ、ブレードホイールの他方の側は燃料を実質的に吸い揚げるよう適合される、ダブルのブレードホイールとして実施される。この実施例が特に有利であるのはファンが先行技術混合物供給システムにおけるように重い形態をとる必要がないからであり、なぜならば、酸化剤供給路を低い流動抵抗で設計することが可能であるからである。加えて、別個の燃料ポンプを配置する必要がない。ダブルのブレードホイールには、酸化剤の流れを引起すように実質的に意図される側、および燃料の流れを引起すように実質的に意図される側がある。両側とも、したがって、意図した目的に対して最適化することも可能である。ほとんどの場合（空気を用いた天然ガスの燃焼）、燃料の量よりかなり大きな量の酸化剤が、したがって吸い揚げられなければならない。具体的な実施例においては、したがって、酸化剤側のブレードは燃料側のブレードより大きな表面積を有する。

この発明は、さらに、水を加熱するためのバーナーおよび上に記載されるような混合物供給システムを含む温水器具を提供する。温水器具の例は、セントラルヒーティング用ボイラー、温水ボイラー、自動湯沸し器および組合せボイラーである。

さらなる実施例においては、この発明は、バーナーにおいて燃焼された燃料が実質的にすべてファンによって供給される温水器具を提供する。具体的な実施例においては、点火用補助バーナーのために必要とされる燃料のみが、ファンによって供給されない。

この発明に従うある局面においては、流動性燃料と流動性酸化剤とを混合するための方法であって：混合室を設けるステップと；酸化剤を混合室に供給するステップと；燃料を混合室に供給するステップとを含み、酸化剤および燃料は、混合室に強制的な態様で別々に供給される、方法が提供される。

この発明に従う方法の第１の局面によれば、酸化剤および燃料の強制的な供給は、混合室として機能するファン室を持ったファンによって行なわれ、酸化剤および燃料は、別個の出口を介してファン室内に運ばれる。

この発明のさらなる局面によれば、第２のファンによって混合室に燃料を供給するステップをさらに含む方法が提供される。

別の局面によれば、この発明は、ファン室は、互いに対向して位置しファン室を軸方向に境界付ける２つの壁部を含むファンハウジングによって境界付けられ、燃料供給路および酸化剤供給路は各々対向する壁部に進出する方法が提供される。

この発明に従う方法のさらに別の局面によれば、ファン室は、ブレードホイールを含み、ブレードホイールは、ブレードホイールの一方の側は酸化剤を実質的に吸い揚げ、ブレードホイールの他方の側は燃料を実質的に吸い揚げるよう適合される、ダブルのブレードホイールとして実施される。

この発明のさらなる実施例および利点は、添付の図を参照して以下に論じられる。

この発明に従う混合物供給システムを適用することが可能である温水器具を示す。 先行技術混合物供給システムを示す。 この発明に従う混合物供給システムの例示的な実施例の概略図を示す。 この発明に従う混合物供給システムの第１の例示的な実施例の断面を示す。 この発明に従う混合物供給システムの第２の例示的な実施例の断面を示す。

この発明の背後にある基本概念は、ガス供給路および空気供給路の設計要件が部分的に矛盾している、という事実によって規定される。費用およびエネルギの観点からは、空気を供給するためのファンとして、小さく低出力の種類のファンを利用することが所望される。これは、例えば大きな直径を有する空気供給路の選択による、低い気流抵抗を有する空気供給路チャネルの選択によって、実現することが可能である。予混合がベンチュリ管で起こる場合、低い流動抵抗はガス制御ブロックの安定性に悪影響を有し、なぜならば、小さな下位圧力のみがベンチュリ管において実現されるからである。この結果、空気／ガス比に対して相対的に大きな影響を得るガス制御ブロックのオフセットにおける変動の可能性が生じる。これは、ガスがファンの上流のベンチュリ管に受動的に引かれないようにし、それを能動的または強制的に供給することによって、防がれる。

これは、ガスのための別個のファン２２０（図３）を利用することによって達成される。ガスは供給導管２０２を介して温水器具に入る。下位圧力がボイラーにおいて落ちるときに、ガスの流入が起こらないように、ガスはここでまずガス制御ブロック２１０を通って案内される。ファン２２０はガス制御ブロック２１０から導管２２を介してガスを抽出し、さらに、導管２０４を介して混合室２３０にガスを案内する。空気はファン３０によって供給導管１２から引き込まれる。導管２０６を介して、引き込まれた空気は混合室２３０に達し、そこで、空気は、導管２０４を介して流れ込むガスと混合する。導管２０８を介して、空気／ガス混合物は最後にバーナー２４０に到達し、そこで、ガスは燃焼される。勿論、どのような予混合も適用しないことも可能である。この場合、混合室２３０は省略され、導管２０４からの空気および導管２０６からのガスは、バーナー２４０に直接流れ込む。

図４は、別個のファン２２０がガス制御ブロックから走るガス供給路２２からガスを引き込む実施例を示す。ガス流２４は、電気モータ３４０によって駆動されるブレードホイール３３４によって生成され、電気モータ３４０は、特に、ブレードホイールが配置されるシャフト３３６、およびその周りの電気コイル３４２を含む。ガスは、出口３３８からファン２２０を出て、導管２０４を介してファン３０の出口に達する。ファン３０は空気供給路１２から空気を引き込む。空気流１４は、ファンハウジング３２において配置され電気モータ４０によって駆動されるブレードホイール３４によって引起され、電気モータ４０は電気コイル４２を含み、電気モータ４０のロータ３６はブレードホイール３４に接続されて、ブレードホイール３４が駆動される。ファン３０によって引き込まれた空気は、導管２０４からのガスと出口３８において混合し、空気／ガス混合物はさらにバーナーに案内される。図４において示されるようなファン２２０および３０は遠心タイプである。もちろん、他の種類のポンプを用いることも可能である。この発明においては、能動的なガス注入が、ベンチュリ管における空気流によるガスの受動的な吸引の代りに起こる。

代替的であるが、特に有利な実施例が、図５に示される。この実施例においては、単一の電気モータ４０によって駆動されるダブルのブレードホイール３４ａ、３４ｂをその中に有する、単一のファンハウジング３２が用いられる。電気モータ４０は、ロータ３６が回転する電気コイル４２を含む。ロータはダブルのブレードホイール３４ａ、３４ｂに接続される。第１の軸方向側において、ファンハウジング３２は、空気供給路１２の出口を有する壁部を含む。この第１の側に向かって面しているダブルのブレードホイールの側３４ａは、空気流１４を引起す。第２の軸方向側においては、ファンハウジング３２は、さらに、ガス供給路２２の出口を有する壁部を含む。この第２の側に向かって面しているダブルのブレードホイールの側３４ｂは、ガス流２４を引起す。空気およびガスはブレードホイール３４ａ、３４ｂの周囲で混合し、そこで、空気／ガス混合物は、バーナーに流れ込むために、出口３８を介してもう一度ファンハウジング３２を出る。

最後に、図１は、この発明に従うファン１００が示される、水道の生水の加熱およびホットセントラルヒーティングウォーターの供給のためのコンビボイラーを示す。ガス供給路２２はガス制御ブロックからファン１００にガスを案内する。ブレードホイール３４ａ、３４ｂは電気モータ４０によって駆動される。空気／ガス混合物は出口３８を介してバーナーに案内される。

ここに示され記載される実施例は、もっぱら例示的な実施例として含まれ、決してこの発明に対して限定的であるよう解釈されるべきではない。例示的な実施例の多くの調整および修正がこの発明内において考えられ得ることが当業者には明らかである。したがって、異なる実施例の特徴を組み合わせて、この発明に従うさらなる実施例を得ることが、当然考えられ得る。さらに、ガスと空気とを、空気ファンのハウジングまたは空気ファンの出口において混合することが考えられ得る。さらに、混合をバーナーにおいてのみ生じさせることも考えられ得る。したがって、求められる保護は、もっぱら以下の特許請求の範囲によって規定される。

Claims (13)

1. 温水器具における取り付けに対して適合され、前記温水器具のバーナーに可燃混合物を供給するよう適合される混合物供給システムであって、
   流動性燃料のための燃料供給路と；
   流動性酸化剤のための酸化剤供給路と；
   前記可燃混合物を形成するために前記燃料および前記酸化剤を混合するための混合室と；
   前記可燃混合物を前記混合室から放出するための放出部と；
   前記燃料および前記酸化剤を前記それぞれの供給路から前記混合室に移動させて、前記混合物をそこから前記放出部に移動させるためのファンとを含み、
   前記ファンは、前記燃料および前記酸化剤の両方に直接作用するようにされ、
   前記ファンは、ブレードホイールを設けられたファン室を含み、前記ファンは、前記ファン室を境界付けるファンハウジングを含み、前記ファンハウジングは、前記燃料供給路の出口を有する壁部を含み、
   前記燃料供給路および前記酸化剤供給路は各々前記ファン室に進出し；
   前記混合室は前記ファン室に組入れられ、前記ファンハウジングは、互いに対向して位置し前記混合室を軸方向に境界付ける２つの壁部を有し、
   前記混合物放出部は前記ファン室に接続し；
   前記燃料供給路および前記酸化剤供給路は、前記混合室内への別個の出口を有し、前記燃料供給路は、前記混合室の対向する前記２つの壁の一方から進出し、前記酸化剤供給路は、前記混合室の対向する前記２つの壁部の他方から進出する、混合物供給システム。
2. 燃料流を前記燃料供給路から前記混合室に押進めるための燃料ポンプをさらに含む、請求項１に記載の混合物供給システム。
3. 前記燃料流は物理的に押進められる、請求項２に記載の混合物供給システム。
4. 前記燃料ポンプそれ自体が別のファンを含む、請求項２または３に記載の混合物供給システム。
5. 前記燃料ポンプは前記燃料供給路に組入れられ、前記燃料ポンプは前記混合室に導管によって接続される、請求項２から４のいずれかに記載の混合物供給システム。
6. 前記燃料ポンプは前記ファン室に組入れられる、請求項４に記載の混合物供給システム。
7. 前記ブレードホイールは、前記ブレードホイールの一方の側は前記酸化剤を実質的に吸い揚げ、前記ブレードホイールの他方の側は前記燃料を実質的に吸い揚げるよう適合される、ダブルのブレードホイールとして実施される、請求項１から６のいずれかに記載の混合物供給システム。
8. 前記酸化剤を吸い揚げる前記ブレードホイールの側は、前記燃料を吸い揚げる側より大きなブレードを有する、請求項７に記載の混合物供給システム。
9. 水を加熱するためのバーナーと、請求項１から８のいずれかに記載の混合物供給システムとを含む温水器具。
10. 前記バーナーにおいて燃焼される燃料の実質的にすべてが前記ファンによって供給される、請求項９に記載の温水器具。
11. 流動性燃料と流動性酸化剤とを混合するための方法であって：
    混合室を設けるステップと；
    前記酸化剤を酸化剤供給路から前記混合室に供給するステップと；
    前記燃料を燃料供給路から前記混合室に供給するステップとを含み、
    前記酸化剤および前記燃料は、前記混合室に強制的な態様で別々に供給され、
    前記酸化剤および前記燃料の前記強制的な供給は、混合室として機能するファン室を伴うファンによって行なわれ、前記ファンは、前記ファン室を境界付けるファンハウジングを含み、前記ファンハウジングは、前記燃料を供給する出口を有する壁部を含み、
    前記酸化剤および前記燃料は、別個の出口を介して前記混合室内に運ばれ、前記ファン室は、互いに対向して位置し前記混合室を軸方向に境界付ける２つの壁部を含む前記ファンハウジングによって境界付けられ、前記燃料供給路は、前記混合室の対向する前記２つの壁の一方から進出し、前記酸化剤供給路は、前記混合室の対向する前記２つの壁部の他方から進出する、方法。
12. 第２のファンによって前記混合室に前記燃料を供給するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記ファン室はブレードホイールを含み、前記ブレードホイールは、前記ブレードホイールの一方の側は前記酸化剤を実質的に吸い揚げ、前記ブレードホイールの他方の側は前記燃料を実質的に吸い揚げるよう適合される、ダブルのブレードホイールとして実施される、請求項１１または１２に記載の方法。

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