JP6571445B2 - 予混合装置および熱源装置 - Google Patents

Description

本発明はたとえば、燃料ガスに空気などの気体を混合する混合ガスの生成技術に関する。

熱源に燃料ガスの燃焼熱を用いる熱源装置には予混合方式のガスバーナーが用いられる。このガスバーナーにはメタルニットバーナーなどが知られている。この種のガスバーナーでは燃料ガスに空気を予め混合して混合ガスを生成する予混合装置が用いられる。

このような予混合装置に関し、空気供給路内に空気量を調整する弁を備えるとともに、空気抵抗の切替えを行う切替手段を備え、弁による空気量調整に応じて弁に対する通気抵抗の切替えを行うことが知られている（たとえば、特許文献１）。

特開２０１４−２１５００７号公報

ところで、燃料ガスの供給に対して燃焼用空気の供給には吸気ファンが用いられる。空気供給量は吸気ファンの回転によって調節できる。また、バーナーの燃焼量は燃料ガス量に比例し、この燃料ガス量の調節には燃料比例弁を用いればよい。

しかしながら、メタルニットバーナーなどのガスバーナーでは、予め燃料ガスに空気を混合させた混合ガスが用いられる。このような予混合方式のガスバーナーでは、空気供給量と燃料ガス供給量を別個に調節して混合ガスを生成することは困難であるし、燃料ガスや空気量の調節範囲が狭くなるという課題がある。

要求燃焼量に対して空気量や燃焼ガス量を得て、これらの混合ガスの生成には、予混合装置の構造が複雑になるという課題がある。

そこで、本発明は、上記課題に鑑み、要求される燃焼量に必要な混合ガスを生成し、燃料ガス供給量の制御性を高めることにある。

上記目的を達成するため、本発明の予混合装置の一側面によれば、バーナーに供給する混合ガスを生成する予混合装置であって、燃料ガス通路から供給される燃料ガスを溜めるチャンバと、前記チャンバの前記燃料ガスを流出させる空隙部を有し、該空隙部から流出させた前記燃料ガスを空気流に混合させるベンチュリー部と、前記ベンチュリー部に流入する空気量を調節する第１の弁と、前記チャンバに流れる前記燃料ガスの量を調節する第２の弁と、前記第１の弁および前記第２の弁を連動させる連動機構と、を備え、該連動機構は、中空内に形成されているガス通路に前記燃料ガスを流すとともに一端に接続した駆動源からの駆動力により回動して他端に設置された前記第１の弁を回動させる軸部を備えればよい。

上記予混合装置において、さらに、前記ベンチュリー部に前記空気流を生じさせ、前記ベンチュリー部から混合ガスを撹拌して流出させる吸気手段を備えてよい。

上記予混合装置において、さらに、さらに、前記軸部を回動可能に支持し、前記ガス通路と連通する連通孔部で前記第２の弁を構成する軸受け部とを備え、前記軸部の回動角度により前記第１の弁および前記第２の弁の通路面積を連動して調節可能にし
てよい。

上記予混合装置において、さらに、前記軸部は前記ガス通路の前記チャンバ側に開口されたポート部を備え、前記第２の弁は、前記軸受け部にガス種に応じて位置を異ならせた前記連通孔部を備え、前記軸部の回動により前記ポート部と連通する前記連通孔部を選択して前記チャンバに供給する前記ガス種を変更可能にしてよい。
上記予混合装置において、さらに、少なくとも前記チャンバ、前記ベンチュリー部が内部に形成されている本体部と、前記本体部の側面から前記第１の弁が接続された前記軸部が挿入可能に開口されている窓部とを備えてよい。

上記目的を達成するため、本発明の熱源装置の一側面によれば、混合ガスを燃焼させるバーナーと、前記バーナーに前記混合ガスを供給する既述の予混合装置と、前記バーナーの燃焼排気と被加熱流体とを熱交換する熱交換器とを備えればよい。

上記熱源装置において、前記バーナーの燃焼排気と被加熱流体と熱交換する第１の熱交換器と、前記第１の熱交換器を通過前の前記被加熱流体と、前記熱交換器を通過した前記燃焼排気とを熱交換する第２の熱交換器とを備えてよい。

上記熱源装置において、さらに、前記熱交換器で熱交換された前記被加熱流体と他系統の被加熱流体とを熱交換する他系統熱交換器とを備えてよい。

上記熱源装置において、前記バーナーを設置する筐体と、前記バーナーで生じる燃焼火炎を重力方向に生じさせ、前記熱交換器に生じたドレンを前記筐体の底部側で受けるドレン受けを備えてよい。

上記熱源装置において、前記熱交換器に前記被加熱流体を循環させる第１の循環路と、放熱負荷に前記被加熱流体を循環させる第２の循環路と、前記第２の循環路から分岐された分岐路を流れる前記被加熱流体、または前記第１の循環路を流れる前記被加熱流体を前記第２の循環路に流入させる切替部を備えてよい。

上記熱源装置において、さらに、前記他系統熱交換器で加熱された前記被加熱流体に他系統の前記他系統熱交換器で熱交換前の被加熱流体を流すバイパス路を備えてよい。

本発明によれば、次のような効果が得られる。

(1) 要求される燃焼量に必要な混合ガスを生成でき、混合ガスにおける空気量と燃料ガス量の調節機能および調節範囲を拡大することができる。

(2) ベンチュリー部に流れる空気流に燃料ガスを流入させて混合し、必要な空燃比に混合ガスを調整することができる。

(3) ベンチュリー部では口径差により加圧および減圧を受け、空気流と燃料ガスとの混合を促進でき、燃料ガスおよび空気からなる一様な混合状態の混合ガスを生成することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る予混合装置を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る予混合装置の一例を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る予混合装置を示す図である。 装置本体および弁機構部を示す斜視図である。 オリフィス部材の角度を１８０度だけ異ならせて弁機構部を示す分解斜視図である。 最大の空気量および燃料ガス量の調節動作を説明するための図である。 最小の空気量および燃料ガス量の調節動作を説明するための図である。 図８のＡはファン回転をパラメータとした弁の角度および空気量の関係を示す図、図８のＢはファン回転をパラメータとした弁の角度と燃料ガス量の関係を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る給湯装置を示す図である。 給湯装置の制御部の一例を示す図である。

〔第１の実施の形態〕

図１のＡは、第１の実施の形態に係る予混合装置を示している。図１のＡに示す構成は一例であり、係る構成に本発明の予混合装置が限定されるものではない。

この予混合装置２−１には、装置本体４、ベンチュリー部６およびチャンバ８が備えられる。この予混合装置２−１において、Ｇは燃料ガスであり、ＮＡガス、ＬＰガスの何れでもよい。Ａｒは空気または空気流、Ｍは混合ガスであり、一例として燃料ガスＧと空気Ａｒが混合された気体である。

装置本体４はたとえば、金属などの耐熱性材料で一体成形などにより形成される。ベンチュリー部６には第１および第２の通路部６−１、６−２が備えられ、通路部６−１と通路部６−２の間に空隙部１０が備えられる。通路部６−１は、通路部６−２と装置本体４と別体に構成されて着脱可能としてもよいし、また、一体に形成されてもよい。通路部６−２は、合成樹脂の成型体であってもよい。

通路部６−１はたとえば、円錐状の空気通路である。この例では、空気Ａｒを取り込む入口側の口径が径大とされ、出口側（通路部６−２側）の口径が径小とされている。したがって、この通路部６−１には径大な口径から径小化する通路部６−１１と、径小化した同径の通路部６−１２を備える。

通路部６−２は、通路部６−１に連続的に配置されたたとえば、円錐状の混合ガス生成通路である。この例では、入口側（通路部６−１側）の口径が径小、出口側の口径が径大化された円錐状の通路部である。したがって、この通路部６−２には径小な口径から径大化する通路部６−２１と、径大化した同径の通路部６−２２を備える。この開口端側には図示しない吸気手段が設置され、これにより、通路部６−１から通路部６−２に向かって流れる空気流Ａｒを生じる。

空隙部１０は、通路部６−１の終端と通路部６−２の始端との間に形成され、空気流Ａｒを周回する形態である。この例では、通路部６−１の終端側が通路部６−２の始端側に挿入されて、空隙部１０が形成されている。つまり、通路部６−１の終端側外壁部と通路部６−２の始端側内壁部との間隔部で空隙部１０が形成されている。

チャンバ８は、通路部６−１および通路部６−２の周囲に形成され、燃料ガス通路１２から供給される燃料ガスＧを溜める空間部である。燃料ガス通路１２は、この例では装置本体４に一体に形成されているが、装置本体４と別個に構成される管路であってよい。この燃料ガス通路１２は、空隙部１０の燃料ガスＧの流出位置と異なる位置に形成されている。

斯かる構成によれば、通路部６−１の開口端から通路部６−２に向かう空気流Ａｒと、チャンバ８の燃料ガスＧを空隙部１０から通路部６−２に流出させれば、空気流Ａｒを包囲して燃料ガスＧが合流する。これにより、通路部６−２では、空気Ａｒに燃料ガスＧが混じり合い、混合ガスＭが形成される。

この予混合装置２では図１のＢに示すように、通路部６−１の入口側口径をφ１、出口側口径をφ２、通路部６−２の入口側口径をφ３、出口側口径をφ４とすれば、これらの大小関係は次の通りとなる。
φ２＜φ１ ・・・(1)
φ２＜φ３ ・・・(2)
φ３＜φ４≧φ１ ・・・(3)

通路部６−１１の長さをＬ１、通路部６−１２の長さをＬ２とすれば、Ｌ1 ＞Ｌ２の大小関係である。通路部６−２１の長さをＬ３、通路部６−２２の長さをＬ４とすれば、Ｌ３＞Ｌ４の大小関係である。

これら、通路部６−１１、６−１２、６−２１、６−２２の長さＬ1 、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の大小関係は、Ｌ１＝Ｌ３、Ｌ１≠Ｌ３（Ｌ１＜Ｌ３、Ｌ１＞Ｌ３）の何れでもよい。また、Ｌ２＝Ｌ４、Ｌ２≠Ｌ４（Ｌ２＜Ｌ４、Ｌ２＞Ｌ４）の何れでもよい。

通路部６−１１の空気流Ａｒに作用する吸気圧を一定とすれば、入口側口径φ１から出口側口径φ２に狭まった口径差分をΔφ１２とすれば、口径差分Δφ１２は、
Δφ１２＝φ１−φ２ ・・・(4)
となる。この口径差分Δφ１２だけ空気流Ａｒが通路部６−１２の出口側で加圧状態となる。

次に、通路部６−１２の出口側口径φ２から通路部６−２１の入口側口径φ３に広がった口径差分をΔφ２３とすれば、口径差分Δφ２３は、
Δφ２３＝φ３−φ２ ・・・(5)
となる。この口径差分Δφ２３だけ空気流Ａｒが通路部６−１２の出口側から通路部６−２１の入口側に至る過程で低圧状態となる。つまり、空気流Ａｒを周回する空隙部１０は、この低圧状態下におかれ、この空隙部１０から空気流Ａｒに対する燃料ガスＧの流出が促進される。

次に、通路部６−２１の入口側口径φ３から通路部６−２２の出口側口径φ４に広がった口径差分をΔφ３４とすれば、口径差分Δφ３４は、
Δφ３４＝φ４−φ３ ・・・(6)
となる。この口径差分Δφ３４で空気流Ａｒおよび燃料ガスＧは加圧状態から低圧状態に推移し、両者の混合が促進される。このような生成過程により、混合ガスＭが生成される。

＜第１の実施の形態の効果＞

この予混合装置２によれば、次のような効果が得られる。

(1) 通路部６−１から通路部６−２に空気流Ａｒが流れ込み、この空気流Ａｒの周囲部から燃料ガスＧが流れ込んで空気流Ａｒに合流して混じりあい、混合ガスＭが形成される。

(2) 通路部６−１から通路部６−２に流れ込む空気流Ａｒは、通路部６−１１から６−１２の口径の径小化により加圧状態になり、通路部６−２では通路部６−１２の加圧状態から徐々に通路部６−２１で低圧状態となる。燃料ガスＧは、通路部６−１と通路部６−２の境目にある空隙部１０から空気流Ａｒに合流する。通路部６−１２から通路部６−２１の口径差による開放状態となり、空気流Ａｒに燃料ガスＧが混じり込む。これにより、燃料ガスＧと空気Ａｒとの混合が促進し、一様な混合状態が生成される。

(3) 通路部６−２の通路部６−２１は、通路部６−１の最小口径部である通路部６−１２より、口径が大きく、この部位で燃料ガスＧが効率良く、空気Ａｒに流れ込む。空気Ａｒおよび燃料ガスＧは、空気流Ａｒの流速と通路部６−２の口径差による加圧変化を受け、燃料ガスＧと空気Ａｒとの混合が得られる。

(4) 燃料ガスＧの導入経路である燃料ガス通路１２は空隙部１０と異なる位置に配置されているので、チャンバ８に滞留させた燃料ガスＧを空隙部１０から通路部６−２に燃料ガス通路１２からの影響を受けることなく流出させることができる。

〔第２の実施の形態〕

図２は、第２の実施の形態に係る予混合装置を示している。図２において、図１と同一部分には同一符号を付してある。

この予混合装置２−２では図２に示すように、ベンチュリー部６の通路部６−１に第１の弁として空気調節弁（以下単に「弁」と称する）１６−１が備えられ、燃料ガス通路１２に第２の弁として燃料ガス調節弁（以下単に「弁」と称する）１６−２が備えられる。弁１６−１は、ベンチュリー部６に流れる空気量、空気流Ａｒに対する空気抵抗の調節に用いられる。この弁１６−１にはたとえば、バタフライ弁を用いればよい。弁１６−２は燃料ガス通路１２に流れる燃料ガス量の調節に用いられる。

これら弁１６−１、１６−２は連動機構１８に連結されて、両者の開度が連動機構１８によって連動して開閉される。この連動機構１８には一例として駆動部２０が連結されている。駆動部２０は、電力によって駆動するたとえば、モータなどの駆動源であってよい。駆動部２０はコンピュータなどからなる制御部２２によって制御されている。

ベンチュリー部６の出口側には吸気手段の一例として吸気ファン２４が備えられる。この吸気ファン２４の駆動部２６は、電力によって駆動するたとえば、モータなどの駆動源であってよい。この駆動部２６は制御部２２によって制御される。

斯かる構成によれば、吸気ファン２４の制御による空気流Ａｒの制御とともに、弁１６−１による空気量の調節に併せて燃料ガス量を同時に連動して調節可能である。これにより、燃料ガスＧに対する空気量の比率など、空燃比や空気比を所望の値に調節できる。

＜第２の実施の形態の効果＞

第１の実施の形態と同様の効果に加え、次のような効果が得られる。

(1) 連動機構１８により弁１６−１および弁１６−２の開度を調節でき、燃料ガス量と空気量を同時に連動調節することができる。

(2) 空気量と燃料ガス量が同時に一定の比率で調節でき、混合ガスＭは安定した空燃比を維持することができる。

(3) 吸気フアン２４の回転を制御することにより、空気量を加減することができ、吸気ファン２４の回転数制御と弁１６−１および弁１６−２の開度とを制御部２２で制御することができる。

(4) 加圧、減圧および流速変化を伴う空気流Ａｒおよび燃料ガスＧの混合形態に加え、空気ファン２４には燃料ガスＧとともに空気流Ａｒが流れ込んで撹拌され、燃料ガスＧと空気流Ａｒの混合状態をより促進させることができる。

図３は、本発明の第１の実施例に係る予混合装置を示している。図３において、図１または図２と同一部分には同一符号を付してある。

この予混合装置２−３には前記実施の形態と同様に、装置本体４、ベンチュリー部６、チャンバ８、空隙部１０、燃料ガス通路１２、第１の弁１６−１および第２の弁１６−２の一例として、弁１６−２１（図４および図５のＡ）、弁１６−２２（図５のＢ）が備えられる。

ベンチュリー部６の通路部６−１側にはたとえば、空気導入ガイド３４が連結され、吸気ファン２４の回転により外気から空気Ａｒが導入される。この空気Ａｒの空気量は弁１６−１の開度（つまり、角度）によって調節される。

チャンバ８には燃料ガス通路１２から燃料ガスＧが導入される。この燃料ガス通路１２には燃料ガス管３８が連結されている。この燃料ガス管３８から供給される燃料ガスＧがチャンバ８に導入される。燃料ガス通路１２には弁１６−２１（１６−２２）が備えられ、この弁１６−２１（１６−２２）は弁１６−１と連動機構１８により連動する。この連動機構１８にはオリフィス調節モータ（以下単に「モータ」と称する）４０の回転軸４２が連結されている。モータ４０は、駆動部２０の一例である。このモータ４０にはたとえば、ステッピングモータを用いればよい。

チャンバ８に導入された燃料ガスＧは空隙部１０からベンチュリー部６に流入し、ベンチュリー部６に流れている空気流Ａｒと合流し、空気Ａｒと燃料ガスＧが混合されて混合ガスＭが生成される。

吸気ファン２４にはたとえば、シロッコファンが用いられている。この吸気ファン２４は吸気ファン筐体部４４に内蔵されている。この吸気ファン筐体部４４は装置本体４と燃焼室４６との間に設置され、吸気ファン２４にはファンモータ４８が連結されている。吸気ファン２４はファンモータ４８により回転し、ベンチュリー部６側を上流側として燃焼室４６に向かう吸気を生じさせる。これにより、空気Ａｒの空気流に燃料ガスＧを混合し、その混合ガスＭが吸気ファン筐体部４４側から混合ガス通路５０を通して燃焼室４６に導入される。

＜装置本体４および弁機構部５２＞

図４は、予混合装置２−３の装置本体４および弁機構部５２を示している。図４において、図３と同一部分には同一符号を付してある。

装置本体４は、空気通路筐体部５４を備え、この空気通路筐体部５４の開口端側にフランジ部５６を備えてベンチュリー部６の通路部６−２が着脱可能である。

空気通路筐体部５４の側面部には弁機構部５２を支持する弁機構支持部６０が備えられ、この弁機構支持部６０にはチャンバ８に通ずる窓部６２が形成されている。この窓部６２はたとえば、円形である。この窓部６２の内側には弁機構部５２の支持に用いられる支持段部６４が形成されている。

弁機構部５２には調節軸６６と、この調節軸６６を支持する軸受け部としてのオリフィス部材６８とが備えられる。調節軸６６の装置本体４に挿入される端部には一対のアタッチメント７０が備えられ、このアタッチメント７０に弁１６−１が挟み込まれ、固定ねじ７２で固定されている。弁１６−１はたとえば、バタフライ弁であり、ベンチュリー部６の通路部６−１１の内形状および口径に対応した円盤である。

弁１６−２１（１６−２２）のオリフィス部材６８にはフランジ部７４および筒部７６が備えられる。フランジ部７４が窓部６２の支持段部６４に当てられて固定ねじ７８により固定される。これにより、オリフィス部材６８は装置本体４と一体化される。

筒部７６にはガス種によって位置を異ならせた第１のオリフィス８０−１１、８０−１２、第２のオリフィス８０−２１、８０−２２（図５のＢ）が形成されている。これらオリフィス８０−１１、８０−１２、８０−２１、８０−２２は、チャンバ８に連通させた連通孔部の一例である。

このオリフィス部材６８に支持された調節軸６６の端部にはモータ４０の回転軸４２が固定される。これにより、モータ４０の回転力が調節軸６６に伝えられ、調節軸６６の角度により弁１６−１、１６−２１または１６−２２の開口角度を調節できる。調節軸６６の中間部には、弁機構支持部６０に係合する係合溝６７−１、６７−２（図５）が調節軸６６の周回方向に形成されている。係合溝６７−１、６７−２は、調節軸６６の角度調節範囲を規制する。

図５のＡは、弁機構部５２を分解し、弁１６−２１側を示している。図５のＡにおいて、図４と同一部分には同一符号を付してある。

調節軸６６には燃料ガス通路１２から燃料ガスＧが導入されるガス導入路８４が形成され、このガス導入路８４（図６）には、燃料ガス通路１２側に開放された第１のポート８６−１１、８６−１２とたとえば、オリフィス８０−１１、８０−１２（またはオリフィス８０−２１、８０−２２）側に第２のポート８６−２が備えられる。つまり、ポート８６−１１、８６−１２から導入された燃料ガスＧはガス導入路８４を経てポート８６−２側に導かれる。

そして、ポート８６−２の位置は筒部７６のオリフィス８０−１１、８０−１２の位置と合致しており、調節軸６６の回動によりオリフィス８０−１１、８０−１２の開度がポート８６−２の位置によって調節される。つまり、ポート８６−２がオリフィス８０に合致位置では燃料ガスＧがオリフィス８０−１１、８０−１２から充分にチャンバ８側に流出するのに対し、両者が不一致位置では燃料ガスＧの流出が妨げられる関係にある。そして、このような弁１６−２１が弁１６−１と連動し、燃料ガスＧの流出量が変化し、空燃比を調節できる。

図５のＢは、弁機構部５２を分解し、オリフィス部材６８の角度を図５のＡとは１８０度だけ異ならせて弁１６−２２側を示している。図５のＢにおいて、図４と同一部分には同一符号を付してある。

オリフィス部材６８は単一の部材を以てたとえば、ＮＡガス用のオリフィス８０−１１、８０−１２が回転角０°ないし９０°の範囲に形成され、たとえば、ＬＰガス用のオリフィス８０−２１、８０−２２が回転角１８０°ないし２７０°の範囲に形成されている。つまり、開口形状が異なるオリフィス８０−１１、８０−１２と、オリフィス８０−２１、８０−２２は互いに９０°の間隔を設けて形成されており、角度０°ないし９０°の範囲でたとえば、ＮＡガス用に対応し、角度１８０°ないし２７０°の範囲でたとえば、ＬＰガス用に対応することができ、調節軸６６の調節角度範囲を選択して対応するガス種を選択可能である。

＜混合ガスＭの空気量および燃料ガス量の調節＞

図６のＡ、ＢおよびＣに示すように、弁１６−１を空気流Ａｒと同方向とした場合、弁１６−１の開口面積は最大となる。この弁１６−１と調節軸６６で連動する弁１６−２のオリフィス８０−１１、８０−１２の開口面積も最大となる。

また、図７のＡ、ＢおよびＣに示すように、弁１６−１を空気流Ａｒと直交方向とした場合、弁１６−１の開口面積は最小となる。この弁１６−１と調節軸６６で連動する弁１６−２１のオリフィス８０−１１、８０−１２の開口面積も最小となる。

このように、弁１６−１の開口面積を最大から最小、最小から最大に連続的に調節でき、これに連動して弁１６−２１のオリフィス８０−１１、８０−１２の開口面積も最大から最小、最小から最大に調節できる。

この例では、弁１６−２１側での燃料ガス量の調整を示しているが、調節軸６６を既述の位置から１８０度だけ変位させることにより、空気量の調節とともに、弁１６−２２のオリフィス８０−２１、８０−２２の開口面積を最大から最小、最小から最大に調節できる。

＜ファン回転をパラメータとした弁１６−１の開度と空気量の関係＞

図８のＡは、ファン回転をパラメータとした弁１６−１の角度θおよび空気量の関係を示している。

吸気ファン２４の回転Ｎｆを最小（Ｎｆ＝Ｎｍｉｎ）とし、弁１６−１の角度θ＝０ないし９０〔度〕を変化させると、図８のＡのＡ１に示すように、角度θに応じて比例的に増加する。

吸気ファン２４の回転Ｎｆを最大（Ｎｆ＝Ｎｍａｘ）とし、弁１６−１の角度θ＝０ないし９０〔度〕を変化させると、図８のＡのＡ２に示すように、角度θに応じて比例的に増加するが、増加傾向が回転Ｎｆ＝Ｎｍｉｎより急峻になる。

＜ファン回転をパラメータとした弁１６−２の開度およびガス量の関係＞

図８のＢは、ファン回転をパラメータとした弁１６−２の角度θおよびガス量の関係を示している。

吸気ファン２４の回転Ｎｆを最小（Ｎｆ＝Ｎｍｉｎ）とし、弁１６−２の角度θ＝０ないし９０〔度〕を変化させると、図８のＢのＧ１に示すように、角度θに応じて比例的に増加する。

吸気ファン２４の回転Ｎｆを最大（Ｎｆ＝Ｎｍａｘ）とし、弁１６−２の角度θ＝０ないし９０〔度〕を変化させると、図８のＢのＧ２に示すように、角度θに応じて比例的に増加するが、増加傾向が回転Ｎｆ＝Ｎｍｉｎより急峻になる。

＜第1の実施例の効果＞

(1) 吸気ファン２４にはたとえば、バタフライ弁を用いてファン回転数の調節範囲以上の空気供給量の調節を実現できる。たとえば、空気量はファン回転数小からファン回転数大まで、たとえば、弁１６−１の全閉でファン回転数の最小から最大、弁１６−１の弁全開でファン回転数最小からファン回転数の最大までの種々の組合せによる調節状態を実現でき、低レベルの燃焼から高レベルの燃焼までの幅広い燃焼能力を制御することができる。

(2) 弁１６−１、１６−２は連動機構１８を用いて連動させ、燃料ガス量の調節と同時に、たとえば、バタフライ弁によってベンチュリー部６の開放面積を最小から最大まで調節して空気量を燃料ガス量に対応させることができる。

(3) 空気流Ａｒおよび燃料ガスＧの混合ガスＭが空気ファン２４は、吸気ファン２４の回転による吸気機能により導かれて吸気ファン２４を通過し、吸気ファン２４のファンにより撹拌が進行し、撹拌状態が高められた混合ガスＭを生成でき、燃焼室４６に供給することができる。

(4) 要求される燃焼量により弁１６−１の開口面積が弁１６−１の角度によって決定され、これに対応した空気比を所定値とする弁１６−１の開口角度を考慮したファンモータ４８の回転数を決定することができる。

(5) 燃焼開始後のフィードバックにより燃焼ガス量の調節として弁１６−１の開口面積の増減を行い、それに見合ったファンモータ４８の回転数Ｎの調節を行うことができる。

(6) 単一のオリフィス部材６８にはたとえば、２種類のガス種に対応する第１のオリフィス８０−１１、８０−１２と第２のオリフィス８０−２１、８０−２２とを形成し、角度範囲によって両者を選択的に切り替え、たとえば、回動範囲０°〜９０°で第１のオリフィス８０−１１、８０−１２によるスリットパターンに制御し、回動範囲１８０°〜２７０°で第２のオリフィス８０−２１、８０−２２によるスリットパターンに制御できる。これにより、複数のオリフィス部材の選択が不要であり、交換による調節軸６６との整合状態を考慮しなければならないという不都合を回避できる。

(7) 弁１６−１、１６−２を同一軸である調節軸６６上に設置しているので、両者を同時に調節でき、より大きなターンダウンを取ることができる。ベンチュリー部６ではベンチュリー管による混合ガス生成機能を充分に生かすことができる上、従来１：３〜４程度であったターンダウンを１：１５まで拡大できる。しかも、オリフィス８０のガス種毎の選択が可能である。上記の通り、ガス種切替えの簡易化とともに安全性を高めることができる。

(8) ベンチュリ管による混合ガスの生成に関し、混合ガス量は、ファン回転数に追従させて調節できるが、ターンダウンはファン回転数の制御範囲に制限されている。ところで、暖房器や給湯器でのファン回転数は一例として２０００〜７０００〔ｒｐｍ〕程度であり、これに対応するターンダウンは１：３〜４程度が限界であり、これ以上のターンダウンは困難であった。しかも、ガス種切替を行う際に、ガス回路を開くことはガス漏れを引き起こすというリスクが伴う。上記実施例ではこれらの不都合を回避した予混合装置および給湯装置を提供できる。

(9) 調節軸６６を中心にガス導入路８４が形成され、ガス種の切替えは調節軸６６の角度によって調節できる。実施例では一方向にオリフィス８０を形成し、ガス導入路８４に負荷を与えて、ガス量の調節を行っているが、これに限定されるものではない。ガスの吹き出し方向を２方向としてオリフィス８０のスリットパターンを変更でき、これによりガス供給量の調節幅を拡大することができる。

(10) 一例として、弁１６−２では調節軸６６を角度０°では約１：４程度のターンダウンが取れるのに対し、これに、燃料ガス量、空気量調節を加え、約１：１５までのターンダウンを取ることができる。

(11) ベンチュリー部６では、空気流Ａｒを周回する全周方向から燃料ガスＧを流出させて混合するので、空気Ａｒに対する燃料ガスＧの混合性能、混合ガスＭの生成機能を高めることができる。

(12) 第１のオリフィス８０−１１、８０−１２および第２のオリフィス８０−２１、８０−２２を互いに中心角１８０°だけ異ならせた対応位置に形成されているので、調節軸６６を反転させた状態でガス種を選択でき、非選択のオリフィスは閉止状態となるので、選択中のガス種に対して異なるガス種のオリフィスが開くといった不都合はない。

図９は、本発明の第２の実施例に係る給湯装置を示している。図９において、図３と同一部分には同一符号を付してある。

この給湯装置９０は熱源装置の一例であり、給湯機能および暖房機能を備える。暖房機能では、循環する熱媒ｍを用いる。この熱媒ｍにはたとえば、温水を利用すればよい。

この給湯装置９０には既述の燃焼室４６が備えられる。この燃焼室４６の上部には実施例１の予混合装置２−３（図３）が設置され、予混合装置２−３から混合ガスＭが供給される。燃焼室４６には上部側からバーナー９２、第１の熱交換器９４−１および第２の熱交換器９４−２が備えられ、底部にドレン受け部９６および排気部９８が備えられる。

バーナー９２はたとえば、メタルニットバーナーである。このバーナー９２には背面側より予混合装置２−３から混合ガスＭが供給される。混合ガスＭの吸気および排気部９８からの排気により、バーナー９２の燃焼火炎は熱交換器９４−１に向かって垂下状態に形成される。熱交換器９４−１では燃焼排気ＥＧの顕熱を熱媒ｍに熱交換し、熱交換器９４−２では熱交換器９４−１を通過した燃焼排気ＥＧの潜熱を熱媒ｍに熱交換する。

この給湯装置９０には、熱媒ｍを循環させる循環路１００における第１の循環路として給湯側循環路１００−１と、第２の循環路として暖房側循環路１００−２が含まれる。給湯側循環路１００−１は、循環ポンプ１０２、熱交換器９４−２、熱交換器９４−１、切替弁１０４、第３の熱交換器１０６を経て熱媒ｍを循環させる経路である。暖房側循環路１００−２は、暖房器１０８、ポンプ１０２、切替弁１０４を経て暖房器１０８に熱媒ｍを循環する経路、または暖房器１０８、ポンプ１０２、熱交換器９４−２、熱交換器９４−１、切替弁１０４を経て暖房器１０８に熱媒ｍを循環させる経路の双方を含む。暖房器１０８はたとえば、コンベクターである。

熱交換器１０６は熱媒ｍの熱を給水Ｗに熱交換する。給水Ｗは給水路１１０−１から供給され、熱交換器１０６を循環した後、温水ＨＷが給湯路１１０−２から取り出される。給水路１１０−１には給水バルブ１１２−１および給水センサー１１４が備えられている。温水ＨＷの量は給水バルブ１１２−１によって調節できる。給水センサー１１４は給水の有無および給水量を検出する。

給水路１１０−１と給湯路１１０−２の間には給水Ｗを給湯路１１０−２側に流すバイパス路１１０−３が備えられ、このバイパス路１１０−３にはバイパス弁１１２−２が備えられる。バイパス弁１１２−２の開度によってバイパス路１１０−３から温水ＨＷに流し込む給水量が調整される。これにより、温水ＨＷの温度が調整される。

循環路１００には補給路１００−３が備えられ、自動弁１１２−３の開閉により熱媒ｍが補給可能である。

予混合装置２−３には空気導入ガイド３４を通して空気Ａｒが吸気される一方、燃料ガス管３８を通して燃料ガスＧが供給される。燃料ガス管３８にはガス弁１１２−４が備えられ、燃料ガスＧの供給量が調節可能である。

＜給湯装置９０の制御部２２＞

図１０は、制御部２２の一例を示している。この制御部２２は、コンピュータで構成され、プロセッサ１１６、メモリ部１１８および入出力部（Ｉ／Ｏ）１２０が備えられる。

プロセッサ１１６はメモリ部１１８にあるプログラムを実行し、熱媒ｍの加熱制御、給湯制御、予混合装置２−３の制御など、各種の制御を行う。

メモリ部１１８はハードディスク装置や半導体メモリなどで構成される記録媒体であり、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory ）、ＲＡＭ（Random-Access Memory）を備える。ＲＯＭにはプログラムなどが格納され、ＥＥＰＲＯＭには各種の制御データなどが格納される。ＲＡＭは情報処理の実行エリアに用いられる。

Ｉ／Ｏ１２０には弁機構部５２の駆動部２０、吸気ファン２４の駆動部２６、各種の機能部、センサー部が接続され、制御出力の取り出しやセンサー入力を受ける。

＜第2の実施例の効果＞

第2の実施例では、第1の実施例の効果に加え、以下の効果が得られる。

(1) バーナー９２にはたとえば、メタルニットバーナーは使用され、このバーナー９２に供給する混合ガスＭを予め作成して所望の空燃比を持つ混合ガスＭを提供できる。

(2) 混合ガスＭの空燃比などの調節機能が高められているので、給湯装置９０の給湯制御機能を高めることができ、安定した混合ガス燃焼を実現できる。

(3) バーナー９２の燃焼量は燃料ガス量に比例するが、供給される燃料ガス量はガス比例弁を用いず、連動する弁１６−１、１６−２を回動して開口面積を調節して燃焼ガス量を加減することができる。

(4) ガス種の選択に対し、部品交換をする手数がなく、利便性の高い給湯装置９０を実現できる。

〔他の実施の形態〕

ａ) 上記実施例では暖房機能を備える給湯装置を例示したが、本発明は、暖房機能を持たない手給湯装置などの熱源装置に利用できる。

ｂ）実施例２では、バーナー９２の燃焼火炎を下方に形成する形態としたが、燃焼火炎を上方向に形成するバーナーを用いてもよい。

ｃ）上記実施形態では、燃料ガスに混合する空気流Ａｒを例示しているが、空気には酸素以外の他の気体が含まれることはいうまでもない。

ｄ）上記実施形態では、ベンチュリー部６の通路部６−１と通路部６−２の境界部つまりその狭隘口径部側に空隙部１０を設置しているが、ベンチュリー部６の通路部６−１側に空隙部１０を設置してもよい。また、空隙部１０の形成箇所は、空気流Ａｒの流れ方向の数か所に設置し、空気流Ａｒに対して燃料ガスＧの流入位置を２以上の箇所としてもよい。

ｅ）上記実施形態では、吸気ファン２４がベンチュリー部６の外部に設置されているが、ベンチュリー部６のたとえば通路部６−２に設置されてもよい。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施形態等について説明した。本発明は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、または明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

本発明は、ベンチュリー部に流す空気量をたとえば、バタフライ弁で調節し、このバタフライ弁の調節軸に燃料ガス量を調節する弁を設け、チャンバから空隙部を通してベンチュリー部に流出させるガス量とバタフライ弁による空気量とを同時に調節でき、しかも、吸気ファンの回転数を併せて調節できるので、混合ガスのガス量、その空燃比の制御範囲を拡大でき、メタルニットバーナーなどの各種のバーナー燃焼に利用でき、給湯装置などの熱源装置に幅広く利用でき、有用である。

２−１、２−２、２−３ 予混合装置
４ 装置本体
６ ベンチュリー部
６−１、６−２、６−１１、６−１２、６−２１、６−２２ 通路部
８ チャンバ
１０ 空隙部
１２ 燃料ガス通路
１６−１ 空気調節弁
１６−２、１６−２１，１６−２２ 燃料ガス調節弁
１８ 連動機構
２０、２６ 駆動部
２２ 制御部
２４ 吸気ファン
３４ 空気導入ガイド
３８ 燃料ガス管
４０ モータ
４２ 回転軸
４４ 吸気ファン筐体部
４６ 燃焼室
４８ ファンモータ
５０ 混合ガス通路
５２ 弁機構部
５４ 空気通路筐体部
５６ フランジ部
６０ 弁機構支持部
６２ 窓部
６４ 支持段部
６６ 調節軸
６７−１，６７−２ 係合溝
６８ オリフィス部材
７０ アタッチメント
７２ 固定ねじ
７４ フランジ部
７６ 筒部
７８ 固定ねじ
８０−１１、８０−１２ 第１のオリフィス
８０−２１、８０−２２ 第２のオリフィス
８２ 回転軸
８４ ガス導入路
８６−１１、８６−１２ 第１のポート
８６−２ 第２のポート
９０ 給湯装置
９２ バーナー
９４−１ 第１の熱交換器
９４−２ 第２の熱交換器
９６ ドレン受け部
９８ 排気部
１００ 循環路
１００−１ 給湯側循環路
１００−２ 暖房側循環路
１００−３ 補給路
１０２ 循環ポンプ
１０４ 切替弁
１０６ 第３の熱交換器
１０８ 暖房器
１１０−１ 給水路
１１０−２ 給湯路
１１０−３バイパス路
１１２−１ 給水バルブ
１１２−２ バイパス弁
１１２−３ 自動弁
１１２−４ ガス弁
１１４ 給水センサー
１１６ プロセッサ
１１８ メモリ部
１２０ 入出力部（Ｉ／Ｏ）

Claims (11)

1. バーナーに供給する混合ガスを生成する予混合装置であって、
   燃料ガス通路から供給される燃料ガスを溜めるチャンバと、
   前記チャンバの前記燃料ガスを流出させる空隙部を有し、該空隙部から流出させた前記燃料ガスを空気流に混合させるベンチュリー部と、
   前記ベンチュリー部に流入する空気量を調節する第１の弁と、
   前記チャンバに流れる前記燃料ガスの量を調節する第２の弁と、
   前記第１の弁および前記第２の弁を連動させる連動機構と、
   を備え、前記連動機構は、中空内に形成されているガス通路に前記燃料ガスを流すとともに一端に接続した駆動源からの駆動力により回動して他端に設置された前記第１の弁を回動させる軸部を備え、前記空気量に対して前記燃料ガスの量を調節可能であることを特徴とする予混合装置。
2. さらに、前記ベンチュリー部に前記空気流を生じさせ、前記ベンチュリー部から混合ガスを撹拌して流出させる吸気手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の予混合装置。
3. さらに、前記軸部を回動可能に支持し、前記ガス通路と連通する連通孔部で前記第２の弁を構成する軸受け部と、
   を備え、前記軸部の回動角度により前記第１の弁および前記第２の弁の通路面積を連動して調節可能にしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の予混合装置。
4. さらに、前記軸部は、前記ガス通路の前記チャンバ側に開口されたポート部を備え、
   前記第２の弁は、前記軸受け部にガス種に応じて位置を異ならせた前記連通孔部を備え、前記軸部の回動により前記ポート部と連通する前記連通孔部を選択して前記チャンバに供給する前記ガス種を変更可能にしたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかの請求項に記載の予混合装置。
5. さらに、少なくとも前記チャンバ、前記ベンチュリー部が内部に形成されている本体部と、
   前記本体部の側面から前記第１の弁が接続された前記軸部が挿入可能に開口されている窓部と、
   を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかの請求項に記載の予混合装置。
6. 混合ガスを燃焼させるバーナーと、
   前記バーナーに前記混合ガスを供給する請求項１ないし請求項５のいずれかの請求項に記載の予混合装置と、
   前記バーナーの燃焼排気と被加熱流体とを熱交換する熱交換器と、
   を備える熱源装置。
7. 前記バーナーの燃焼排気と被加熱流体と熱交換する第１の熱交換器と、
   前記第１の熱交換器を通過前の前記被加熱流体と、前記熱交換器を通過した前記燃焼排気とを熱交換する第２の熱交換器と、
   を備えることを特徴とする請求項６に記載の熱源装置。
8. さらに、前記熱交換器で熱交換された前記被加熱流体と他系統の被加熱流体とを熱交換する他系統熱交換器と、
   を備えることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の熱源装置。
9. さらに、前記バーナーを設置する筐体と、
   前記バーナーで生じる燃焼火炎を重力方向に生じさせ、前記熱交換器に生じたドレンを前記筐体の底部側で受けるドレン受けと、
   を備えることを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれかの請求項に記載の熱源装置。
10. 前記熱交換器に前記被加熱流体を循環させる第１の循環路と、
    放熱負荷に前記被加熱流体を循環させる第２の循環路と、
    前記第２の循環路から分岐された分岐路を流れる前記被加熱流体、または前記第１の循環路を流れる前記被加熱流体を前記第２の循環路に流入させる切替部と、
    を備えることを特徴とする請求項６ないし請求項９のいずれかの請求項に記載の熱源装置。
11. さらに、前記他系統熱交換器で加熱された前記被加熱流体に他系統の前記他系統熱交換器で熱交換前の被加熱流体を流すバイパス路と、
    を備えることを特徴とする請求項６ないし請求項１０のいずれかの請求項に記載の熱源装置。

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