JP6818508B2 - 予混合装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼装置に燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスを送るファンの吸入側に接続されて、ファンに供給される燃料ガスと燃焼用空気とを予め混合させる予混合装置に関する。

燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスを燃焼させる燃焼装置を搭載した給湯器などでは、混合ガスを燃焼装置に送るためのファンを備えたものが知られており、このファンの吸入側には、ファンに供給される燃料ガスと燃焼用空気とを予め混合させる予混合装置が接続されている。ファンを回転させると、燃料ガスおよび燃焼用空気が予混合装置によって所定の比率（空燃比）に混合されてファンに吸い込まれ、ファンの吐出側に接続された燃焼装置に混合ガスが送り込まれる。

このような予混合装置の構造として、特許文献１に記載の予混合装置では、ファンの吸入側に接合された混合通路の末端に空気流入口が開口している。また、混合通路の側面にガス供給通路が接続されており、混合通路の内部に導入されたガス供給通路の導入部の末端に開口するガス流入口は、空気流入口側を向いている。そして、空気流入口を開閉する空気弁と、ガス流入口を開閉するガス弁とが何れも、混合通路の中心線に沿って往復移動が可能な移動軸に取り付けられている。このような予混合装置では、燃料ガスと燃焼用空気との比率が、ガス流入口の開口面積と空気流入口の開口面積との面積比によって決まり、燃焼装置の出力に応じてファンの回転数を変化させることで、混合ガスの流量を調整することが可能である。そして、燃焼装置の出力が絞られてファンの回転数が下限値に抑えられた状態でも、移動軸を移動させて空気流入口と空気弁との隙間（空気流入口の開口面積）、およびガス流入口とガス弁との隙間（ガス流入口の開口面積）を連動して変化させることにより、混合通路に流入する燃焼用空気の流量および燃料ガスの流量が変動するので、燃焼装置に送る混合ガスの流量を調節することができる。

特表２０１４−５０２３３７号公報

しかし、特許文献１に記載された構造の予混合装置では、空気流入口の開口面積およびガス流入口の開口面積を連動して変化させることが可能であるものの、燃焼用空気の過剰率（すなわち、実際に供給される燃焼用空気の流量と、燃料ガスに対して理論上必要な燃焼用空気の流量との比率）が安定しないという問題があり、特に燃焼装置の出力が絞られた状態では、適切な燃焼の維持が困難であった。

この発明は、従来の技術が有する上述した課題に対応してなされたものであり、空気流入口の開口面積およびガス流入口の開口面積を連動して変化させることを可能としながら、燃焼用空気の過剰率を安定させることが可能な予混合装置の提供を目的とする。

上述した課題を解決するために本発明の第１の予混合装置は次の構成を採用した。すなわち、
燃焼装置に燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスを送るファンの吸入側に接続されて、該ファンに供給される前記燃料ガスと前記燃焼用空気とを予め混合させる予混合装置において、
前記ファンの吸入側に接合される混合通路と、
前記混合通路に開口して、該混合通路に前記燃焼用空気を流入させる空気流入口と、
前記空気流入口が開口した面に沿って回転移動することで、該空気流入口の開口面積を変化させる空気制御部と、
前記燃料ガスを供給するために前記混合通路に接続されたガス供給通路と、
前記混合通路に開口して、前記ガス供給通路から前記混合通路に燃料ガスを流入させるガス流入口と、
前記ガス流入口が開口した面に沿って回転移動することで、該ガス流入口の開口面積を変化させるガス制御部と、
前記空気制御部および前記ガス制御部の何れか一方が回転移動すると何れか他方も回転移動するように、該空気制御部と該ガス制御部とを連結する連結部と
を備え、
前記空気流入口を通過した前記燃焼用空気の流れの方向が前記混合通路の中心線と平行になっており、
前記連結部は、前記空気制御部および前記ガス制御部の回転の中心となる回転軸であり、該回転軸の軸線が、前記混合通路の中心線に対して直交しており、
前記混合通路は、前記ファンとは反対側の端部に、前記回転軸の軸線を中心に湾曲した断面円弧状の円柱面を有し、該円柱面に前記空気流入口が開口しており、
前記ガス供給通路は、前記混合通路の内部に導入された導入部を有し、
前記導入部は、前記回転軸の軸線を中心とする円筒形状に形成されており、該導入部の周面に前記ガス流入口が開口している
ことを特徴とする。

燃焼用空気の過剰率が安定しない予混合装置では、空気流入口を通って混合通路に燃焼用空気が流入すると、流れの方向を変えて（前述した特許文献１の予混合装置では、ほぼ直角に曲げて）ファンに向かうようになっており、このように流れの方向が変わる部分では渦流が発生し易い。そして、渦流で燃焼用空気の流入が阻害されることにより、空気流入口の開口面積に対応する目標流量の燃焼用空気がファンに供給されず、燃焼用空気の過剰率が不安定となる。そこで、本発明の予混合装置では、空気制御部およびガス制御部を連結して一緒に回転移動させることで、空気流入口の開口面積およびガス流入口の開口面積を連動して変化させることを可能としつつ、空気流入口を通過した燃焼用空気の流れの方向を混合通路の中心線と平行にしている。これにより、空気流入口から流入した燃焼用空気の流れは方向を変えることなく混合通路を直進してファンに向かうことになり、渦流が発生し難いので、渦流によって燃焼用空気の流入が阻害されることを抑制できる。こうして空気流入口からファンに向かう燃焼用空気の流れを円滑にすることで、空気流入口の開口面積に対応する目標流量の燃焼用空気がファンに供給されるので、燃焼用空気の過剰率を安定させることが可能となる。

しかも、空気制御部およびガス制御部の回転の中心となる回転軸を回転させると、空気流入口が設けられた円柱面に沿って空気制御部が回転移動し、空気流入口の開口面積を変化させることができる。また、これと連動して、ガス流入口が設けられた導入部の周面に沿ってガス制御部が回転移動し、ガス流入口の開口面積を変化させることができる。そして、ファンの吸引によって、混合通路のファンとは反対側の円柱面に設けられた空気流入口から燃焼用空気が混合通路に吸い込まれると、この空気流入口を通過した燃焼用空気の流れの方向は、ファン側に向いており、混合通路の中心線と平行になっている。従って、流れの方向を変えることなく燃焼用空気がファンに向かうので、燃焼用空気の過剰率を安定させることが可能となる。

また、前述した課題を解決するために本発明の第２の予混合装置は次の構成を採用した。すなわち、
燃焼装置に燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスを送るファンの吸入側に接続されて、該ファンに供給される前記燃料ガスと前記燃焼用空気とを予め混合させる予混合装置において、
前記ファンの吸入側に接合される混合通路と、
前記混合通路に開口して、該混合通路に前記燃焼用空気を流入させる空気流入口と、
前記空気流入口が開口した面に沿って回転移動することで、該空気流入口の開口面積を変化させる空気制御部と、
前記燃料ガスを供給するために前記混合通路に接続されたガス供給通路と、
前記混合通路に開口して、前記ガス供給通路から前記混合通路に燃料ガスを流入させるガス流入口と、
前記ガス流入口が開口した面に沿って回転移動することで、該ガス流入口の開口面積を変化させるガス制御部と、
前記空気制御部および前記ガス制御部の何れか一方が回転移動すると何れか他方も回転移動するように、該空気制御部と該ガス制御部とを連結する連結部と
を備え、
前記空気流入口を通過した前記燃焼用空気の流れの方向が前記混合通路の中心線と平行になっており、
前記空気流入口を通過して前記混合通路に流入した前記燃焼用空気の流れと、前記ガス流入口を通過して前記混合通路に流入した前記燃料ガスの流れとが衝突する位置関係を避けて、前記空気流入口および前記ガス流入口が配置されている
ことを特徴とする。

このようにすれば、ガス流入口を通過して混合通路に流入した燃料ガスの流れが、空気流入口を通過して混合通路に流入した燃焼用空気の流れと衝突する場合に比べて、燃料ガスの流れによって空気流入口からの燃焼用空気の流入が阻害されることを抑制できるので、空気流入口の開口面積に対応してファンに供給される燃焼用空気の流量を安定させることが可能となる。

また、上述した本発明の予混合装置では、ガス流入口を通過して混合通路に流入した燃料ガスの流れの方向を混合通路の中心線と平行にしてもよい。

このようにすれば、ガス流入口を通過して混合通路に流入した燃料ガスの流れは方向を変えることなくファンに向かうことになり、渦流によって燃料ガスの流入が阻害されることを抑制できる。その結果、ガス流入口からファンに向かう燃料ガスの流れが円滑になり、ガス流入口の開口面積に対応してファンに供給される燃料ガスの流量を安定させることが可能となる。

本実施例の予混合装置１００を接続したファン２０が用いられる燃焼装置の例として給湯器１の構成を示した説明図である。 本実施例のファン２０を分解した状態を示した斜視図である。 本実施例の予混合装置１００を、混合通路１０１の中心線およびガス供給通路１１の中心線を含む平面で切断した状態を示した斜視図である。 従来例の予混合装置２００の構造を例示した斜視図である。 本実施例の予混合装置１００で燃焼用空気の過剰率λを安定させることができる理由を示した説明図である。 第１変形例の予混合装置１００の構造を示した斜視図である。 第１変形例の予混合装置１００における燃焼用空気の流れおよび燃料ガスの流れを示した説明図である。 第２変形例の予混合装置１００の構造を示した説明図である。

図１は、本実施例の予混合装置１００を接続したファン２０が用いられる燃焼装置の例として給湯器１の構成を示した説明図である。図示されるように給湯器１のハウジング２の内部には、燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスを燃焼させるバーナーを内蔵した燃焼ユニット３や、燃焼ユニット３の下方に設置された熱交換器４や、燃焼ユニット３に混合ガスを送るファン２０などが設けられている。

ファン２０の吸入側には、ファン２０に供給される燃料ガスと燃焼用空気とを予め混合させる予混合装置１００が接続されており、ファン２０の吐出側には、燃焼ユニット３が接続されている。予混合装置１００には、燃料ガスを供給するガス供給通路１１が接続されており、このガス供給通路１１には、上流側から圧送される燃料ガスの圧力を大気圧に下げるゼロガバナ１２や、ガス供給通路１１を開閉する開閉弁（図示省略）などが設けられている。ファン２０を駆動すると、ハウジング２内の空気と、ガス供給通路１１のゼロガバナ１２よりも下流側の燃料ガスとが、予混合装置１００で所定の比率（空燃比）に混合されてファン２０に吸い込まれ、混合ガスが燃焼ユニット３に送り込まれる。尚、本実施例のファン２０の構造および予混合装置１００の構造については、後ほど別図を用いて説明する。

燃焼ユニット３では、内蔵のバーナー（図示省略）で混合ガスの燃焼が行われる。図示した例では、バーナーから下方に向けて混合ガスが噴出するようになっており、下向きに炎が形成されると共に、燃焼排気が下方の熱交換器４に送られる。熱交換器４の一端には給水通路５が接続されており、熱交換器４の他端には給湯通路６が接続されている。給水通路５を通じて供給された上水は、熱交換器４でバーナーの燃焼排気との熱交換によって加熱された後、湯となって給湯通路６に流出する。

熱交換器４を通過した燃焼排気は、排気ダクト７を通って、ハウジング２の上部に突出した排気口８から外部に排出される。また、排気口８の外周に給気口９が設けられた二重管構造になっており、給気口９からハウジング２内に取り入れられた空気が、予混合装置１００を介してファン２０に吸い込まれる。

図２は、本実施例のファン２０を分解した状態を示した斜視図である。尚、図２では、ファン２０の上下の配置が図１に対して反転している。図示したファン２０は、遠心式のタイプであり、回転することで風を起こす羽根車３０や、羽根車３０を回転させる駆動モーター４０や、羽根車３０を収容するケーシング５０などを備えている。

羽根車３０は、複数の翼片３１が駆動モーター４０のシャフト４１に対して放射状に所定の間隔で配置されて円筒形状になっている。これらの翼片３１は、シャフト４１の軸方向の一端（図中の下端）が略円形の回転円板３２に取り付けられており、他端（図中の上端）が環状の支持板３３に取り付けられている。回転円板３２は、中央で駆動モーター４０のシャフト４１に固定されており、駆動モーター４０の駆動によってシャフト４１を中心に羽根車３０が回転する。

ケーシング５０は、駆動モーター４０が外側（図中の下面）に固定される凹形の本体５１と、この本体５１に対向する凹形の蓋体５２とを外縁部分で接合して形成される。本体５１と蓋体５２とは、間にパッキン（図示省略）を介在させることで気密性が保たれ、図示しないネジなどで固定される。

また、ケーシング５０は、シャフト４１に対する半径が羽根車３０の回転方向（図中の左回り）に大きくなる形状に周面が形成されている。この周面の半径が大きい側から接線方向に延設して送風路５４が形成されており、送風路５４の末端の吐出口５５に燃焼ユニット３が接続される。さらに、蓋体５２には、羽根車３０の内側に向けて開口した吸入口５３が設けられており、この吸入口５３に予混合装置１００が接続される。予混合装置１００は、図示しないネジなどで蓋体５２に固定され、間にパッキン（図示省略）を介在させることで気密性が保たれる。

周知のように遠心式のファン２０では、駆動モーター４０の駆動によって羽根車３０が回転すると、遠心力で羽根車３０の内側から外側に気体（空気や燃料ガス）が吹き出す流れが生じる。羽根車３０の外側に吹き出した気体は、ケーシング５０の内周面に沿って進み、送風路５４を通って吐出口５５から燃焼ユニット３に送り込まれる。また、羽根車３０の外側に気体が吹き出すのに伴って、羽根車３０の内側には、予混合装置１００から気体が吸入口５３を通って吸い込まれる。

図２には、ファン２０とともに、蓋体５２に固定される前の予混合装置１００の外観が示されている。予混合装置１００は、蓋体５２の吸入口５３と接合される混合通路１０１を備えており、本実施例の混合通路１０１の中心線は、駆動モーター４０のシャフト４１や吸入口５３の中心と同一直線上に位置している。この混合通路１０１の側面には、ガス供給通路１１が接続されており、ガス供給通路１１の中心線と混合通路１０１の中心線とが直交している。

また、本実施例の混合通路１０１は、吸入口５３とは反対側の端部（図中の上部）が、ガス供給通路１１の中心線に対して所定の半径で湾曲した円柱面で形成されており、この円柱面には、混合通路１０１に燃焼用空気を流入させる矩形の空気流入口１０２が開口している。さらに、予混合装置１００は、空気流入口１０２が開口した円柱面に平行な曲面形状の空気制御部１０３を有し、円柱面に沿って空気制御部１０３が回転摺動することで空気流入口１０２を開閉する（開口面積を変化させる）ことが可能である。この空気制御部１０３は、予混合装置１００に取り付けられた回動モーター１２０の駆動によって正逆両方向に回転する。

図３は、本実施例の予混合装置１００を、混合通路１０１の中心線およびガス供給通路１１の中心線を含む平面で切断した状態を示した斜視図である。尚、図３では、予混合装置１００に取り付けられる回動モーター１２０の図示を省略している。図示されるようにガス供給通路１１は、混合通路１０１の側面を貫通しており、混合通路１０１の内部に導入された円筒形状の導入部１１０を有している。導入部１１０の中心線は混合通路１０１の中心線と直交しており、この導入部１１０の中心線と同一直線上に、回動モーター１２０の駆動によって回転する回転軸１０５が設けられている。本実施例の空気制御部１０３は回転軸１０５と一体に形成されており、回転軸１０５の回転に伴い、空気制御部１０３が回転移動して空気流入口１０２の開口面積を変化させる。

導入部１１０の周面には、ガス供給通路１１から混合通路１０１に燃料ガスを流入させる矩形のガス流入口１１１が、ファン２０の吸入口５３側（図中の下方）に向けて開口している。また、導入部１１０の内側には、円筒形状のガス制御部１１２が導入部１１０の内周面に沿って回転摺動することが可能に設置されている。このガス制御部１１２は、回転軸１０５に連結されていると共に、周面に矩形の通気孔１１３が導入部１１０のガス流入口１１１と重複可能に開口している。回転軸１０５が回転するのに伴い、ガス制御部１１２が回転して通気孔１１３の位置が移動するので、通気孔１１３とガス流入口１１１との重複の度合が変動してガス流入口１１１の開口面積（重複部分の面積）を変化させる。尚、本実施例の回転軸１０５は、本発明の「連結部」に相当している。

このように本実施例の予混合装置１００では、回動モーター１２０の駆動で回転軸１０５を回転させることによって、空気流入口１０２の開口面積およびガス流入口１１１の開口面積を連動して変化させることが可能である。尚、ファン２０の回転によって混合通路１０１に流入する燃料ガスと燃焼用空気との比率は、ガス流入口１１１の開口面積と空気流入口１０２の開口面積との面積比によって決まるので、空気流入口１０２の開口面積とガス流入口１１１の開口面積との面積比は、給湯器１で燃焼させる混合ガスの適切な空燃比に合わせて設定されている。

給湯器１では、ユーザーによって設定された出力（給湯能力）に応じて燃焼ユニット３に送る混合ガスの流量を調節する必要がある。給湯器１の出力が所定値以上に設定された場合は、予混合装置１００の空気流入口１０２の開口面積およびガス流入口１１１の開口面積を全開にし、設定された出力値に比例してファン２０の回転数を変化させることで、空気流入口１０２から吸い込まれる燃焼用空気とガス流入口１１１から吸い込まれる燃料ガスとの混合ガスの流量を調節することができる。一方、給湯器１の出力が絞られてファン２０の回転数（風量）が下限値に抑えられた場合でも、予混合装置１００の回転軸１０５を回転させて空気流入口１０２の開口面積およびガス流入口１１１の開口面積を連動して変化させることにより、ファン２０に吸い込まれる燃焼用空気の流量および燃料ガスの流量が変動するので、燃焼ユニット３に送る混合ガスの流量を調節することができる。

そして、上述した構造を有する本実施例の予混合装置１００では、空気流入口１０２の開口面積とガス流入口１１１の開口面積とを連動して変化させることを可能としつつ、従来の予混合装置２００に比べて燃焼用空気の過剰率λ（＝実際に供給される燃焼用空気の流量Ｌ／燃料ガスに対して理論上必要な燃焼用空気の流量Ｌ０）を安定させることができる。以下では、この点について説明するが、まず比較として、燃焼用空気の過剰率λが安定しない従来例の予混合装置２００の構造について簡単に説明する。

図４は、従来例の予混合装置２００の構造を例示した斜視図である。図では、予混合装置２００の内部が見えるように予混合装置２００を縦に切断して表している。図示した予混合装置２００は、ファン２０の吸入口５３（図２参照）に接合される円筒形状の混合通路２０１を備えており、混合通路２０１の吸入口５３とは反対側の末端には、円形の空気流入口２０２が開口している。また、ガス供給通路１１が混合通路２０１の側面に接続されており、混合通路２０１の内部に導入された導入部２１０は、Ｌ字状に屈曲している。この導入部２１０の末端には、円形のガス流入口２１１が空気流入口２０２側を向いて開口しており、ガス流入口２１１の中心は、混合通路２０１の中心線上に位置している。

また、予混合装置２００は、空気流入口２０２を開閉する円板形状の空気弁２０３と、ガス流入口２１１を開閉する円錐形状のガス弁２１２とを備えている。これら空気弁２０３およびガス弁２１２は共に、混合通路２０１の中心線に沿って往復移動が可能に設けられた移動軸２０５に取り付けられている。尚、移動軸２０５は、図示しないモーターの駆動によって移動する。

このような従来例の予混合装置２００では、移動軸２０５を移動させることで、空気流入口２０２の開口面積（空気流入口２０２と空気弁２０３との隙間）、およびガス流入口２１１の開口面積（ガス流入口２１１とガス弁２１２との隙間）を連動して変化させることが可能である。そして、給湯器１の出力が絞られてファン２０の回転数が下限値に抑えられた場合には、移動軸２０５を移動させて、ファン２０に吸い込まれる燃焼用空気の流量および燃料ガスの流量を変化させることにより、ファン２０から燃焼ユニット３に送る混合ガスの流量を調節することができる。

ただし、図４に示した構造の従来例の予混合装置２００では、図中に太線の矢印で示すように、空気流入口２０２と空気弁２０３との隙間を通って混合通路２０１に流入した燃焼用空気の流れが、ほぼ直角に曲がってファン２０（図中の下方）に向かうことになる。このように流れが曲がる部分では、渦流が発生し易く、渦流によって燃焼用空気の流れが阻害される。特に、移動軸２０５をファン２０側に移動させて空気流入口２０２と空気弁２０３との隙間を絞った状態では、混合通路２０１に流入する燃焼用空気の流れが渦流で阻害されることによって燃焼用空気の流量が必要以上に制限されてしまい、空気流入口２０２の開口面積に対応する目標流量の燃焼用空気がファン２０に供給されないことがある。

また、図中に破線の矢印で示すように、ガス流入口２１１とガス弁２１２との隙間を通って混合通路２０１に流入した燃料ガスの流れは、向きを反転させてファン２０に向かうことになるため、反転に伴って渦流が発生することにより、燃料ガスの流入が阻害されることがある。しかも、ガス流入口２１１から流入した燃料ガスの流れが、空気流入口２０２から流入した燃焼用空気の流れと対向していることから、燃料ガスの流れと燃焼用空気の流れとが衝突することで互いの流入を阻害してしまう。その結果、図４の従来例の予混合装置２００では、ファン２０に吸い込まれる燃焼用空気や燃料ガスの流量が安定せず、燃焼用空気の過剰率λが不安定となる。

これに対して、図５は、本実施例の予混合装置１００で燃焼用空気の過剰率λを安定させることができる理由を示した説明図である。図では、回転軸１０５の軸線に垂直な平面で切断した予混合装置１００の断面を表しており、まず、図５（ａ）には、空気流入口１０２およびガス流入口１１１を全閉した状態が示されている。前述したように本実施例の混合通路１０１は、ファン２０の吸入口５３とは反対側の端部（図中の上部）が、回転軸１０５の軸線を中心に湾曲した断面円弧状の円柱面になっており、この円柱面に空気流入口１０２が設けられている。そして、円柱面と平行な曲面形状の空気制御部１０３によって空気流入口１０２が塞がれている。

また、回転軸１０５の軸線を中心とする円筒形状の導入部１１０の周面には、ファン２０の吸入口５３側（図中の下方）に向けて開口するガス流入口１１１が設けられている。そして、導入部１１０の内側に設置された円筒形状のガス制御部１１２の周面には、通気孔１１３が設けられているものの、通気孔１１３とガス流入口１１１とが重複していないので、ガス制御部１１２によってガス流入口１１１が塞がれている。尚、空気制御部１０３およびガス制御部１１２は、それぞれ対応する空気流入口１０２およびガス流入口１１１の開口面積を変更可能であれば、必ずしも全閉する必要はない。ガス流入口１１１を全閉しない場合でも、ガス供給通路１１に設けた開閉弁（図示省略）によって燃料ガスの供給を遮断することが可能である。

こうした空気制御部１０３およびガス制御部１１２は、回転軸１０５と連結されており、図中の右回りに回転軸１０５が回転するのに伴い、空気制御部１０３は、空気流入口１０２が設けられた円柱面に沿って回転摺動し、空気流入口１０２の開口面積を増大させる。また、空気制御部１０３と連動して、ガス制御部１１２は、導入部１１０の内周面に沿って回転摺動し、ガス流入口１１１の開口面積（通気孔１１３とガス流入口１１１との重複部分の面積）を増大させる。

図５（ｂ）には、回転軸１０５を回転させて空気流入口１０２およびガス流入口１１１を開いた状態が示されている。図中の太線の矢印は、ファン２０に吸い込まれる燃焼用空気の流れを表しており、本実施例の予混合装置１００では、空気流入口１０２を通って混合通路１０１の内部に流入した燃焼用空気の流れの方向が、ファン２０側（図中の下方）を向いており、混合通路１０１の中心線と平行になっている。そのため、燃焼用空気の流れは曲がることなく混合通路１０１を直進してファン２０に向かうことになり、図４の従来例の予混合装置２００に比べて、混合通路１０１の内部で渦流が発生し難く、渦流によって燃焼用空気の流入が阻害されることを抑制できる。こうして空気流入口１０２からファン２０に向かう燃焼用空気の流れを円滑にすることで、空気流入口１０２の開口面積に対応する目標流量の燃焼用空気がファン２０に供給されるので、燃焼用空気の過剰率λを安定させることが可能となる。

また、図中の破線の矢印は、ファン２０に吸い込まれる燃料ガスの流れを表しており、本実施例の予混合装置１００では、ガス流入口１１１を通って混合通路１０１の内部に流入した燃料ガスの流れの方向も、ファン２０側を向いており、混合通路１０１の中心線と平行になっている。そのため、燃料ガスの流れは曲がることなくファン２０に向かうことになり、渦流によって燃料ガスの流入が阻害されることを抑制できる。その結果、ガス流入口１１１からファン２０に向かう燃料ガスの流れが円滑になり、ガス流入口１１１の開口面積に対応してファン２０に供給される燃料ガスの流量を安定させることが可能となる。

さらに、本実施例の予混合装置１００では、空気流入口１０２から流入した燃焼用空気の流れと、ガス流入口１１１から流入した燃料ガスの流れとが同じ方向（ファン２０側）を向いており、流れの方向が対向していないので、衝突によって互いの流入を阻害することがなく、空気流入口１０２の開口面積およびガス流入口１１１の開口面積に対応してファン２０に供給される燃焼用空気の流量および燃料ガスの流量を安定させることができる。

加えて、本実施例の予混合装置１００は、次のような点で、従来例の予混合装置２００に比べて優れた効果を奏する。まず、図４の従来例の予混合装置２００では、空気流入口２０２の開口面積とガス流入口２１１の開口面積とを連動して変化させるために、空気弁２０３およびガス弁２１２が取り付けられた移動軸２０５を直線的に移動させる方式を採用しており、移動軸２０５の移動量を制御することで開口面積を調節するようになっている。開口面積を変化させることが可能な移動軸２０５の移動範囲は、空気流入口２０２の内径や、ガス流入口２１１の内径によって決まるが、図４に示した例では、ガス弁２１２が円錐形状になっており、尖端側をガス流入口２１１に挿入することで、ガス弁２１２が円板形状である場合に比べて、移動軸２０５の移動量に対するガス流入口２１１の開口面積の変化が緩やかになるので、移動軸２０５の移動範囲が大きくなる。

とは言え、円錐形状のガス弁２１２の尖端がガス流入口２１１から出てしまうと、ガス流入口２１１の開口面積は変化しなくなるので、移動軸２０５の移動範囲を大きく確保するのは容易なことではない。従って、限られた小さな移動範囲（例えば、ガス弁２１２の円錐の高さ分の範囲）の中で移動軸２０５の移動量を微小に制御しながら開口面積を調節する必要があり、特に給湯器１の出力を絞った状態（開口面積が絞られた状態）では、移動軸２０５の移動量に僅かな誤差が生じても、開口面積に大きく影響するので、適切な空燃比を維持できなくなってしまう。

これに対して、本実施例の予混合装置１００では、図５に示したように、空気制御部１０３およびガス制御部１１２が連結された回転軸１０５を回転させて、空気制御部１０３およびガス制御部１１２を回転摺動させる方式を採用しており、回転軸１０５の回転量を制御することで空気流入口１０２の開口面積およびガス流入口１１１の開口面積を調節するようになっている。そして、図示した例では、空気流入口１０２およびガス流入口１１１の全閉から全開までの回転軸１０５の回転範囲が９０度になっている。つまり、回転軸１０５の回転範囲の確保は、従来例の予混合装置２００における移動軸２０５の移動範囲に比べて容易であり、回転軸１０５の回転範囲を大きく確保することで、回転軸１０５の回転量に対する開口面積の変化が緩やかになることから、開口面積を調節するのに回転軸１０５の回転量の微小な制御を必要としない。そして、回転軸１０５の回転量に僅かな誤差が生じても、開口面積への影響は小さいので、適切な空燃比から大きく外れてしまうことを抑制することが可能となる。

上述した本実施例の予混合装置１００には、次のような変形例も存在する。以下では、上述の実施例とは異なる点を中心に変形例について説明する。尚、変形例の説明では、上述の実施例と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。

図６は、第１変形例の予混合装置１００の構造を示した斜視図である。まず、図６（ａ）には、第１変形例の予混合装置１００の外観が示されている。図示されるように、第１変形例の予混合装置１００は、ファン２０の吸入口５３（図２参照）に接合される円筒形状の混合通路１０１を備えており、混合通路１０１の吸入口５３とは反対側（図中の上部）を塞ぐ円形の平坦面には、混合通路１０１の中心線を軸とする扇形の空気流入口１０２が開口している。

また、混合通路１０１の吸入口５３とは反対側（図中の上部）を外側から覆う空気制御部１０３が設けられており、この空気制御部１０３は、混合通路１０１の中心線と同一直線上に位置する回転軸１０５と一体に形成されていると共に、混合通路１０１の外面に沿って回転摺動することが可能になっている。尚、図６では、回転軸１０５を回転させる回動モーター１２０の図示を省略している。さらに、空気制御部１０３は、空気流入口１０２が開口した平坦面と平行な面（図中の上面）に、空気流入口１０２と重複可能に開口した扇形の通気孔１０４を有している。回転軸１０５が回転するのに伴い、空気制御部１０３が回転して通気孔１０４の位置が移動するので、通気孔１０４と空気流入口１０２との重複の度合が変動して空気流入口１０２の開口面積（重複部分の面積）を変化させる。

図６（ｂ）では、予混合装置１００の内部が見えるように予混合装置１００を縦に切断して表している。第１変形例の予混合装置１００では、混合通路１０１の周面に接続されたガス供給通路１１が混合通路１０１の内部でＬ字状に屈曲しており、混合通路１０１と中心線を一致させて円筒形状の導入部１１０が形成されている。この導入部１１０の周面には、矩形のガス流入口１１１が開口している。また、導入部１１０の内側には、円筒形状のガス制御部１１２が導入部１１０の内周面に沿って回転摺動することが可能に設置されている。ガス制御部１１２は、回転軸１０５に連結されていると共に、周面に矩形の通気孔１１３が導入部１１０のガス流入口１１１と重複可能に開口している。回転軸１０５が回転するのに伴い、ガス制御部１１２が回転して通気孔１１３の位置が移動するので、通気孔１１３とガス流入口１１１との重複の度合が変動してガス流入口１１１の開口面積（重複部分の面積）を変化させる。

このように第１変形例の予混合装置１００においても、前述した実施例と同様に、回動モーター１２０の駆動で回転軸１０５を回転させることによって、空気流入口１０２の開口面積およびガス流入口１１１の開口面積を連動して変化させることが可能である。

図７は、第１変形例の予混合装置１００における燃焼用空気の流れおよび燃料ガスの流れを示した説明図である。図では、回転軸１０５の軸線を含む平面で切断した予混合装置１００の断面を表している。図中の太線の矢印は、ファン２０に吸い込まれる燃焼用空気の流れを表しており、第１変形例の予混合装置１００においても、前述した実施例と同様に、空気流入口１０２を通って混合通路１０１に流入した燃焼用空気の流れの方向が、ファン２０側（図中の下方）を向いており、混合通路１０１の中心線と平行になっている。そのため、燃焼用空気の流れは曲がることなくファン２０に向かうことになり、渦流によって燃焼用空気の流入が阻害されることを抑制できる。その結果、燃焼用空気の過剰率λを安定させることが可能となる。

また、図中の破線の矢印は、燃料ガスの流れを表しており、第１変形例の予混合装置１００では、ガス流入口１１１を通って混合通路１０１に流入した燃料ガスの流れの方向が、混合通路１０１の燃焼用空気が流れる側とは反対側の内周面を向いている。これにより、ガス流入口１１１から流入した燃料ガスの流れが、空気流入口１０２から流入した燃焼用空気の流れと対向している場合に比べて、燃料ガスの流れによって空気流入口１０２からの燃焼用空気の流入が阻害されることを抑制できるので、空気流入口１０２の開口面積に対応してファン２０に供給される燃焼用空気の流量を安定させることが可能となる。

尚、上述した第１変形例の予混合装置１００では、ガス流入口１１１を導入部１１０の周面の片側に１つだけ設けていたが、ガス流入口１１１を２つに分けて導入部１１０の周面の両側に設けてもよい。この場合は、ガス制御部１１２の周面に通気孔１１３を２つ設けて、回転軸１０５の回転量に対応するガス流入口１１１の開口面積（通気孔１１３とガス流入口１１１との重複部分の面積の合計）が第１変形例と同じになるように通気孔１１３およびガス流入口１１１の大きさを設定しておけばよい。ただし、第１変形例のようにガス流入口１１１を１つにすれば、２つの場合に比べて、ガス流入口１１１の開口部（通気孔１１３とガス流入口１１１との重複部分）の周長の合計が短くなり、周長が短いほどガス流入口１１１の通過抵抗が小さくなるので、ガス流入口１１１の開口面積に対応してファン２０に供給される燃料ガスの流量を安定させることができる。

図８は、第２変形例の予混合装置１００の構造を示した説明図である。第２変形例の予混合装置１００では、上述した第１変形例の予混合装置１００に対して、混合通路１０１や空気流入口１０２や空気制御部１０３は同様であるものの、導入部１１０に設けられたガス流入口１１１やガス制御部１１２が異なっている。図では、回転軸１０５の軸線を含む平面で切断した予混合装置１００の断面を表している。

前述した第１変形例の予混合装置１００では、混合通路１０１と中心線を一致させて形成された円筒形状の導入部１１０の周面にガス流入口１１１が開口していた。これに対して、第２変形例の予混合装置１００では、導入部１１０の吸入口５３側（図中の下部）を塞ぐ円形の平坦面（以下、底面）に、導入部１１０の中心線を軸とする扇形のガス流入口１１１が開口している。また、導入部１１０の内側には、円板形状のガス制御部１１２が設けられており、このガス制御部１１２は、回転軸１０５に連結されていると共に、導入部１１０の底面に沿って回転摺動することが可能になっている。さらに、ガス制御部１１２は、ガス流入口１１１と重複可能に開口した扇形の通気孔１１３を有している。回転軸１０５が回転するのに伴い、ガス制御部１１２が回転して通気孔１１３の位置が移動するので、通気孔１１３とガス流入口１１１との重複の度合が変動してガス流入口１１１の開口面積（重複部分の面積）を変化させる。

図中の破線の矢印は、ファン２０に吸い込まれる燃料ガスの流れを表しており、第２変形例の予混合装置１００では、ガス流入口１１１を通って混合通路１０１に流入した燃料ガスの流れの方向が、ファン２０側（図中の下方）を向いており、混合通路１０１の中心線と平行になっている。そのため、燃料ガスの流れは曲がることなくファン２０に向かうことになり、渦流によって燃料ガスの流入が阻害されることを抑制できる。その結果、ガス流入口１１１の開口面積に対応してファン２０に供給される燃料ガスの流量を安定させることが可能となる。

以上、本実施例および変形例の予混合装置１００について説明したが、本発明は上記の実施例および変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

１…給湯器、 ２…ハウジング、 ３…燃焼ユニット、
４…熱交換器、 ５…給水通路、 ６…給湯通路、
７…排気ダクト、 ８…排気口、 ９…給気口、
１１…ガス供給通路、 １２…ゼロガバナ、 ２０…ファン、
３０…羽根車、 ３１…翼片、 ３２…回転円板、
３３…支持板、 ４０…駆動モーター、 ４１…シャフト、
５０…ケーシング、 ５１…本体、 ５２…蓋体、
５３…吸入口、 ５４…送風路、 ５５…吐出口、
１００…予混合装置、 １０１…混合通路、 １０２…空気流入口、
１０３…空気制御部、 １０４…通気孔、 １０５…回転軸、
１１０…導入部、 １１１…ガス流入口、 １１２…ガス制御部、
１１３…通気孔、 １２０…回動モーター、 ２００…予混合装置、
２０１…混合通路、 ２０２…空気流入口、 ２０３…空気弁、
２０５…移動軸、 ２１０…導入部、 ２１１…ガス流入口、
２１２…ガス弁。

Claims (3)

1. 燃焼装置に燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスを送るファンの吸入側に接続されて、該ファンに供給される前記燃料ガスと前記燃焼用空気とを予め混合させる予混合装置において、
   前記ファンの吸入側に接合される混合通路と、
   前記混合通路に開口して、該混合通路に前記燃焼用空気を流入させる空気流入口と、
   前記空気流入口が開口した面に沿って回転移動することで、該空気流入口の開口面積を変化させる空気制御部と、
   前記燃料ガスを供給するために前記混合通路に接続されたガス供給通路と、
   前記混合通路に開口して、前記ガス供給通路から前記混合通路に燃料ガスを流入させるガス流入口と、
   前記ガス流入口が開口した面に沿って回転移動することで、該ガス流入口の開口面積を変化させるガス制御部と、
   前記空気制御部および前記ガス制御部の何れか一方が回転移動すると何れか他方も回転移動するように、該空気制御部と該ガス制御部とを連結する連結部と
   を備え、
   前記空気流入口を通過した前記燃焼用空気の流れの方向が前記混合通路の中心線と平行になっており、
   前記連結部は、前記空気制御部および前記ガス制御部の回転の中心となる回転軸であり、該回転軸の軸線が、前記混合通路の中心線に対して直交しており、
   前記混合通路は、前記ファンとは反対側の端部に、前記回転軸の軸線を中心に湾曲した断面円弧状の円柱面を有し、該円柱面に前記空気流入口が開口しており、
   前記ガス供給通路は、前記混合通路の内部に導入された導入部を有し、
   前記導入部は、前記回転軸の軸線を中心とする円筒形状に形成されており、該導入部の周面に前記ガス流入口が開口している
   ことを特徴とする予混合装置。
2. 燃焼装置に燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスを送るファンの吸入側に接続されて、該ファンに供給される前記燃料ガスと前記燃焼用空気とを予め混合させる予混合装置において、
   前記ファンの吸入側に接合される混合通路と、
   前記混合通路に開口して、該混合通路に前記燃焼用空気を流入させる空気流入口と、
   前記空気流入口が開口した面に沿って回転移動することで、該空気流入口の開口面積を変化させる空気制御部と、
   前記燃料ガスを供給するために前記混合通路に接続されたガス供給通路と、
   前記混合通路に開口して、前記ガス供給通路から前記混合通路に燃料ガスを流入させるガス流入口と、
   前記ガス流入口が開口した面に沿って回転移動することで、該ガス流入口の開口面積を変化させるガス制御部と、
   前記空気制御部および前記ガス制御部の何れか一方が回転移動すると何れか他方も回転移動するように、該空気制御部と該ガス制御部とを連結する連結部と
   を備え、
   前記空気流入口を通過した前記燃焼用空気の流れの方向が前記混合通路の中心線と平行になっており、
   前記空気流入口を通過して前記混合通路に流入した前記燃焼用空気の流れと、前記ガス流入口を通過して前記混合通路に流入した前記燃料ガスの流れとが衝突する位置関係を避けて、前記空気流入口および前記ガス流入口が配置されている
   ことを特徴とする予混合装置。
3. 請求項２に記載の予混合装置において、
   前記ガス流入口を通過して前記混合通路に流入した前記燃料ガスの流れの方向が前記混合通路の中心線と平行になっている
   ことを特徴とする予混合装置。

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