JPH0229505A - 強制送風式燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、強制送風式燃焼装置に関し、主に多数の小孔
が設けられた燃焼板式ガスバーナを有する強制送風式燃
焼装置に関する。

［従来の技術］ 給湯器等では、燃料ガスと燃焼用空気とを予混合された
混合気を燃焼室において高負荷燃焼するバーナを含む燃
焼部と、該燃焼部に燃焼用空気の供給を行うファンを含
む供給部とを具備する強制送風式燃焼装置が、加熱手段
として使用されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、高負荷燃焼を行う強制送風式燃焼装置では、振
動燃焼（共鳴音）が発生し易い。

本発明は供給部の固有振動数と燃焼部の固有振動数とが
略等しくなるように設定して振動燃焼を抑制した強制送
風式燃焼装置の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の強制送風式燃焼装
置は、高負荷燃焼を行う燃焼部と、該燃焼部に燃焼用空
気を強制的に供給する供給部と、該供給部に生ずる固有
振動数と前記燃焼部に生ずる固有振動数とを略等しくさ
せる手段とを備えた構成を採用した。このとき、各部に
おいて複数の固有振動数が生じる場合には、それらの固
有振動数のうち、最小の固有振動数を略等しくさせる。

また、燃焼部は内部に燃焼室を有する燃焼ケースおよび
排気筒からなり、供給部は混合室およびファンケースか
らなる。

このとき、ファンケースのベルマウス状吸入口には、フ
ァン内に吸気路を形成するように、ベルマウス部を延長
した円筒状部を、供給部の固有振動数と燃焼部の固有振
動数とを略等しくさせる手段とする。

あるいは、ファンケースのベルマウス状吸入口の上流に
遮蔽板を設けて、各固有振動数を略等しくする手段とし
てもよい。

また円筒状部を有するベルマウス状吸入口の上流に、遮
蔽板を設けることもよい。

［作用および発明の効果コ 普通、例えば、供給部と燃焼部とが、第７図に示すとお
り、燃焼室Ａ内にバーナＢが配され、供給部Ｃから燃焼
用空気が供給されるような単純な形であるときには、第
８図に示すとおり、２つのバネＤ、Ｅによる３体問題に
帰着されるような質量バネモデルで表され、中央部の質
量がバーナＢに対応している。従ってバーナＢを除く各
単体の各固有振動数ｆｉ、ｆ２は、ヘルムホルツの公式
によって次式で決定できる。

ａ、；供給部の通路の音速 Ｓ↑：供給部の通路の相当断面積（スクロールケーシン
グの吸入口が支配する） ９↑　：供給部の通路の相当長さ（スクロールケーシン
グの吸入口が支配する） ■〒：供給供給相当容積（通路は含まない）ａ２：排気
筒の通路の音速 Ｓ亨：排気筒などの通路の相当断面積 ｆＪラン：気筒の相当長さ ■う：燃焼室の相当容積 しかし、一般的に燃焼装置は、第７図のように単純な形
にはなっ°Ｃおらず、例えば第９図に示すように、燃焼
用空気を供給するための送風機が収納される送風機ケー
スＦと混合室Ｇとから供給部Ｃが形成されており、この
場合には、燃焼装置は第１０図に示すように、３つのバ
ネ■（、Ｉ、Ｊによる４体問題に帰着されるような質量
バネモデルで表される音響系である場合がある。

振動燃焼の仕組みは、燃焼室および排気筒からなる燃焼
部単体の固有振動数（複数ある場合には最小の固有振動
数）と混合室およびファンケースなどからなる供給部単
体の固有振動数（複数ある場合には最小の固有振動数）
が一致せずにずれるとともに、燃焼過程が影響する時間
条件を満たしたとき振動燃焼が発生する。

ここで、燃焼過程が影響する時間条件は、基本的には燃
焼性（燃料ガスの種類、空燃比、ガスバーナの形状など
）で決まってしまうので、振動燃焼の対策上これを変更
することはなかなかできない、従って、振動燃焼をなく
すには、供給部単体の固有振動数ｆ、と、燃焼部単体の
固有振動数ｆ２とを一致させることによって、振動燃焼
の音響条件を成立しないようにする。

これは、第９図に示すような複雑な系においても、供給
部単体の最小の固有振動数ｆ１と、燃焼部単体の最小の
固有振動数ｆ２とが一致していれば、速度変動の節すが
バーナＢにあることになり、結合系の固有振動モードに
おいて振動燃焼の発生しない音響条件を作ることができ
る。これは、理論的にもご明でき、一般的には、供給部
および燃焼部の各固有振動数ｆｓ　、ｆｉは、ＦＦ’Ｔ
’アナライザなどで測定によって求められる。

ところで、燃焼部の固有振動数ｆ２については着火時か
ら定常燃焼時までに排気通路部の排気ガス温度が変化し
ていくので、音速も変化し、したがって、固有振動数ｆ
２は第５図の音響インピーダンスのグラフにおいて、振
動数の高い側へずれていく。それに対し供給部の流体温
度はあまり変化しないので、その固有振動数ｆ１はほと
んど変化しない。

すなわち振動燃焼が発生するのは第５図のグラフの固１
振動数ｆｌ　、ｆ２がずれて値が合致しないときである
。ある時間経過後に振動燃焼が発生したり、止まったり
するという現象はこれで説明できる。

従って、振動燃焼をなくすには、 ｆｓ”；ｆ２　（各単体の固有振動数が１つの場合）あ
るいは ｆｓ　ｌ！ｎ　：ｆ２１！ｎ　　（各単体の固有振動数
が複数の場合） の関係を設ければよいことになる。

ここでｆＩＩｌｉｎは供給部単体の最小の固有振動数で
あり、ｆ２ｓｉｎは燃焼時の燃焼部単体の最小の固有振
動数である。

ただし、ここでいう供給部単体および燃焼部単体の意味
は、それぞれバーナ面を密閉した状態で切り離したそれ
ぞれの要素とする。

すなわち、排気筒の相当長さｆＪ憂、燃焼室の相当容積
Ｖ〉を小さくし、排気通路の相当断面積Ｓヲを大きくし
て固有振動数ｆ２を大きくした場合には、供給部の固有
振動数ｆ＋を燃焼部の固有振動数ｆ２に一致させるため
に、例えばファン入口の相当断面積Ｓ〒を大きくし、ベ
ルマウス状吸入口の相当長さｇ〒、供給部の相当容積■
〒を小さくする平文てが考えられる。

上記の原理構成により本発明の強制送風式燃焼装置はつ
ぎのとおり作用する。

本発明の強制送風式燃焼装置は、供給部の固有振動数と
燃焼部の固有振動数とを略等しくさせる手段を設けてい
るので、振動燃焼を確実に抑制できる。

このとき、供給部と燃焼部の各固有振動数を略等しくさ
せるために、混合室の容積、ファンケースの通路長ある
いは断面積を、燃焼ケースの容積、排気筒の通路長ある
いは断面積に対応させればよく、円筒状部によって吸気
路を設けて供給部の通路長を長くしたり、遮蔽板を吸入
口の土、流に設けて供給部の断面積を小さくすれば、大
燃焼量に対応して燃焼室の容積が大きくなったものや、
排気延長のために排気通路が長くなったものに対応して
容易に各固有振動数を略等しくさせることができる。

［実施例］ 本発明の強制送風式燃焼装置の実施例を図に基づき説明
する。

第１図は本発明の強制送風式燃焼装置の第１実施例を適
用した瞬間ガス湯沸３１を示し、第２．３図はその遠心
式送風機４０を示す。

瞬間ガス湯沸器１は、燃焼部２と、熱交換部３と、燃焼
空気を燃焼部２に供給する供給部４と、ガス供給路８と
、電子制御装置９とを備える。

燃焼部２は、燃焼ケース２０と、該燃焼ケース２０に固
定金具２１を介して取付けられ、セラミック製板体に多
数の噴出孔が設けられた燃焼板式ガスバーナ２２を備え
た燃焼室２３と、該燃焼室２３の上部に取付けられ、ガ
スバーナ２２で燃焼した燃焼ガスの排気を行う排気口２
４を形成した排気パン２５と、該排気パン２５に連設し
た排気筒（図示せず）とからなる。

供給部４の固有振動数ｆ１　（例えば２００　Ｈｚ　）
に対し、燃焼部２の固有振動数で２を略等しくさせる手
段として、燃焼部２は、排気パン２５に吸音材２５ａを
設けたり、排気筒を曲げたりして、排気筒などの通路の
相当断面積（Ｓ！り、排気筒の相当長さ（ＮＵ、燃焼室
２３の相当容積（Ｖン）を２式に従って変化させて、固
有振動数ｆ２を燃焼時において２００Ｈｚとなるように
設定した。

熱交換部３は、熱交換率を高くするプレートフィン１３
１と給水管３２と給湯管３３とからなり、ガスバーナ２
２と排気口２４の間に配置されて給水管３２の上流から
送られてくる水を燃焼室２３内の排気ガスと熱交換して
お湯として給湯管３３より流出する。

供給部４は、スクロールケーシング５と、混合室５０と
、中心にボス部４１が設けられた平板状の回転板４２の
外周縁４３に配され、内周縁４４が回転板４２に直交し
た回転方向に凹形状となるよう湾曲したファン４５と、
該ファン４５の駆動用モータ４６とからなる遠心式送風
機４０とを具備する０回転板４２のボス部４１には、駆
動用モータ４６の回転軸４７が締結されている。遠心式
送風機４０には、ファン４５の内周縁４４に囲まれた空
間４８が設けられている。

スクロールケーシング５は、渦巻形状を呈し、側面５１
に形成された３つのねじ穴５２と、燃焼ケース２０の導
入口２７に連絡する吐出口５３と、側面５１に締結する
筒状体６と、該筒状体６と締結する遮蔽板７とからなる
。

筒状体６は、外側に開口したベルマウス状吸入口６１を
形成するものであり、先端部６２が遠心式送風機４０の
風量、吸入口の開口面積（Ｓ〒）を考慮した所定寸法（
１〒）だけファン４５内に嵌入する円筒状部６３と、外
側に折り曲げられた湾曲部６４と、該湾曲部６４より外
周がわに延設された環状部６５とからなる。円筒状部６
３は、ファン４５の内周縁４４、および駆動用モータ４
６の回転軸４７に平行して設けられていると共に、回転
板４２に直交するよう設けられている。また、円筒状部
６３内は、吸気流通路６６となっている。

環状部６５は、スクロールケーシング５のねじ穴５２に
重なり合うよう形成されたねじ六６７と、同一周上に形
成されたねじ穴６７ａ、６７ｂ、６７ｃと、ねじ穴６７
ｂを形成した第１の凸部６８と、該第１の凸部６８より
やや高く形成すると共にねじ穴６７ｃを形成した第２の
凸部６９とからなる。

遮蔽板７は、第４図にも示す如く、ベルマウス状吸入口
６１の中心に尖端７１が位置した円錐状部７２と、該円
錐状部７２の他端７３より外周がわに延設された円板部
７４と、該円板部７４より垂下された３本の取付脚部７
５とからなる。取付脚部７５には、筒状体６のねし穴６
７ａ、６７ｂ、６７ｃと選択的に重なり合うねじ穴７６
がそれぞれ形成されている。筒状体６と遮蔽板７とは、
現場での取付は状態により種々ねじ穴を選択することで
、ベルマウス状吸入口６１の開口度合を変化させ、ベル
マウス状吸入口６１に流入する燃焼用空気の流量および
固有振動数ｆｌを変化させるものである。

また反対に、燃焼部２の最小の固有振動数ｆ２（例えば
２００　Ｈｚ　）に対し、供給部４の最小の固有振動数
ｆ１を略等しくさせる手段として供給部４では、スクロ
ールケーシング５のベルマウス状吸入口６１にファン４
５の内に吸気流通路６６を形成するように円筒状部６３
を延長したり、遮蔽板７の取付は位置を変更したり、ス
クロールケーシング５および混合室５０の相当容積（■
τ）、筒状体６の円筒状部６３の所定寸法（ｐτ）と、
遮蔽板７′の取付は位置で設定されたベルマウス状吸入
口６１の開口面積（Ｓ〒）とにより、供給部４の最小の
固有振動数ｆ１を１式に従って変化させ、固有振動数ｆ
２と路間−の値となるように２００８７、に設定してい
る。

ガス供給部８は、スクロールケーシング５と共に一体成
型され、燃料ガスの吐出を行うガス噴出ノズル８１と、
該ガス噴出ノズル８１に燃料ガスの供給を行うガス供給
配管８２と、ガス制御ユニット８３とからなる。ガス制
御ユニット８３は、ガス噴出ノズル８１とガス供給配管
８２との間に設けられ、通電、非通電により開閉する電
磁式開閉弁８４と、該開閉弁８４の下流側に設けられ、
ガス流量の調節を行うガバナ弁（図示せず）、および該
ガバナ弁の下流側に設けられ、通電量に応じて開口比が
可変する電磁式比例制御弁８５とを備えている。ガス噴
出ノズル８１の他端部には、燃料ガスの供給圧および流
］、調節のためのオリフィス８６が取付けられている。

電子制御装置９は、ｌ１間ガス湯沸器１が使用された時
ＯＮする起動スイッチ（図示せず）、使用者により操作
され、給湯管３３より流出する湯温め設定を行う温度調
節用ボリューム（図示せず）等の入力に応じて、点火時
にガスバーナ２２の燃焼面で火花を飛ばすスパーク電極
９２、遠心式送風機４０のモータ、およびガス制御ユニ
ット８３等の通電、非通電の制御を行う、９１はガスバ
ーナ２２の炎の酸素供給状態を検出するサーモカップル
を示す。

本実施例の瞬間ガス湯沸器１の作動を図に基づき説明す
る。

瞬間ガス湯沸器１は、起動スイッチがＯＮされると遠心
式送風機４０のファン４５が回転し、スクロールケーシ
ング５と筒状体６のベルマウス状吸入口６１より燃焼空
気をガスバーナ２２に供給する。

そして、電子制御装置９は、ガス制御ユニット８３の開
閉弁８４および比例制御弁８５に出力して、開閉弁８４
および比例制御弁８５を開弁する。

駆動用モータ４６が始動するとファン４５が高速回転を
始め、ファン４５の内周縁４４に囲まれた空間４８に存
在した燃焼空気を遠心方向に吸い上げて、遠心力により
ファン４５の外側に吹き飛ばし、混合室２６に吐出させ
る。また、スクロールケーシング５の外に存在している
燃焼用空気は、筒状体６の湾曲部６４で燃焼空気の流量
を絞られながら吸気流通１ｌＩ８６６を通って空間４８
に吸い込まれる。同時にガス供給路８より所定の流散燃
料ガスを混合室２６に供給する。

ここで、騒音対策上、燃焼騒音を小さくするために排気
パン２５に吸音材２５ａを設けたり、排気パン２５を曲
げたりして排気系の形状を変化させているが、このよう
に排気系の形状を変化させるため、圧力損失が生じて振
動燃焼を引き起こす場合がある。

しかし、本実施例では、燃焼空気が吸気流通路６６を通
過する際に、先端部６２が遠心式送風機４０の風量、ベ
ルマウス状吸入口６１の開１１面積（Ｓ↑）を考慮した
所定寸法（１↑）だけファン４５内に嵌入する円筒状部
６３を通過する。またベルマウス状吸入口６１の上１部
に遮蔽板７を吸入口の開口面積（Ｓ′ｆ）を変更させる
ような位置に設けている。つまり供給部４の最小の固有
振動数ｆ、を燃焼部２の固有振動数ｆ□　（例えば２０
０Ｈｚ）に略一致するようにしたため、燃焼時の振動燃
焼が発生することはない。

すなわち、本実、施例では、燃焼室２３および排気筒か
らなる燃焼部２の固有振動数ｆ２と混合室５０およびス
クロールケーシング５などからなる供給部４の固有振動
数ｆ１が一致しているので、燃焼過程が影響する時間条
件を満たした場合にも振動燃焼が発生しない。そして本
実施例では、着火時から定常燃焼時さらに消火時までの
間、常に安定した良好な燃焼を行うことができる。

第６図は本発明の強制送風式燃焼装置の第２実施例を示
す。

本実施例は、上記第１実施例の排気パン２５の排気口２
４に多数の小孔（Φ２．’：２ｎａＸ６０個）１２７を
穿設したプレート１２６を取付したもので、排気パン２
５が形成する排気通路１２８の相当長さ１うを２式に従
って変化させたので、第１実施例より振動燃焼の発生を
防止できる。

プレート１２６の小孔１２７を多数穿設した本実施例の
排気口２４の開口面積のほうがプレート１２６がない上
記第１実施例の排気口の開口面積より小さくなるので、
燃焼騒音の通過量を低下させることが可能となるため、
振動燃焼の発生を防止しながら燃焼騒音も低下させるこ
とが可能となる０本実施例により供給部４のベルマウス
状吸入口６１の穴が１個で排気口２４の穴は多数開いて
いる強制送風式燃焼装置は、振動燃焼の低減効果が著し
く良いことが確認できる。

本実施例ではプレート１２６の穴の形状を小孔としたが
、だ円形でも良い、また１つの穴の大きさは円孔の場合
ではφ＝２．０ｍ＋〜２．５ｍ、矩形状の穴の場合は一
辺が０．８１１Ｉｎ＋〜１．４ｍが望ましいが、１つの
穴の大きさは限定されない。

本実施例では、遠心式送風機の回転板に平板形状のもの
を使用したが、円錐状のものを使用しても良い。

本実施例では、スクロールケーシングのベルマウス状吸
入口に延設された筒状部を円筒に形成したが、筒状部の
中央部が湾曲した形状でも良い。

本実施例では、スクロールケーシングのベルマウス状吸
入口に円筒状部６３および遮蔽板７を設けたが、円筒状
部６３または遮蔽板７の一方を用いないものでも良い。

本発明の遠心式送風機のベルマウス状吸入口の上流に吸
気延長管を設けても良い。

本実施例の他にスクロールケーシングの吐出口の内周径
を適宜に変更して供給部の固有振動数と前記燃焼部の固
有振動数とが一致するようにしても良い。

本発明の強制送風式燃焼装置を暖房装置、またはその他
の強制送風式燃焼装置に適用しても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の強制送風式燃焼装置の第１実施例を適
用した瞬間ガス湯沸器を示した機略図、第２図は本発明
の強制送風式燃焼装置の第１実施例を適用した瞬間ガス
湯沸器に取付けられた遠心式送風機の正面図、第３図は
第２図の側面断面図、第４図は本発明の強制送風式燃焼
装置の第１実施例を適用した瞬間ガス湯沸器に取付けら
れた遮蔽板の斜視図、第５図は燃焼部と供給部の音響イ
ンピーダンスを示すグラフ、第６図は本発明の強制送風
式燃焼装置の第２実施例を示す斜視図、第７図から第１
０図はいずれも本発明の詳細な説明するためのもので、
第７図および第９図は燃焼装置の略図、第８図と第１０
図は、第７図および第９図をそれぞれ質量バネモデルと
速度変動で表した原理図である。 図中、１・・・瞬間ガス湯沸器、２・・・燃焼部、３・
・・熱交換部、４・・・燃焼空気供給部、５・・・スク
ロールケーシング、６・・・筒状体、７・・・遮蔽板、
８・・・ガス供給部、９・・・電子制御装置、４ｏ・・
・遠心式送風機、４２・・・回転板、４３・・・外周縁
、４４・・・内周縁、４５・・・ファン、４６・・・駆
動用モータ、５ｏ・・・混合室、６１・・・ベルマウス
状吸入口。 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）高負荷燃焼を行う燃焼部と、該燃焼部に燃焼用空気
   を強制的に供給する供給部と、該供給部に生ずる固有振
   動数と前記燃焼部に生ずる固有振動数とを略等しくさせ
   る手段とを備えたことを特徴とする強制送風式燃焼装置
   。 ２）前記供給部に生ずる固有振動数と前記燃焼部に生ず
   る固有振動数とを略等しくさせる手段は、前記供給部お
   よび前記燃焼部にそれぞれ生ずる固有振動数のうち、最
   小の固有振動数をそれぞれ略等しくすることを特徴とす
   る請求項１記載の強制送風式燃焼装置。 ３）前記燃焼部は、内部に燃焼室を有する燃焼ケースお
   よび排気筒からなり、前記供給部は、混合室およびファ
   ンケースからなることを特徴とする請求項１または請求
   項２記載の強制送風式燃焼装置。 ４）前記供給部の固有振動数と前記燃焼部の固有振動数
   とを略等しくさせる手段は、前記ファンケースのベルマ
   ウス状吸入口に、前記ファン内に吸気路を形成するよう
   に前記ベルマウス部を延長した円筒状部であることを特
   徴とする請求項３記載の強制送風式燃焼装置。 ５）前記供給部の固有振動数と前記燃焼部の固有振動数
   とを略等しくさせる手段は、前記ファンケースのベルマ
   ウス状吸入口の上流に設けた遮蔽板であることを特徴と
   する請求項４記載の強制送風式燃焼装置。 ６）前記吸入口の上流には、遮蔽板が設けられているこ
   とを特徴とする請求項４記載の強制送風式燃焼装置。