JPH0826986B2

JPH0826986B2 - 強制送風式燃焼装置

Info

Publication number: JPH0826986B2
Application number: JP32388988A
Authority: JP
Inventors: 英男岡本; 生光畠
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 1988-12-22
Filing date: 1988-12-22
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2011-03-21
Also published as: JPH02169920A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、送風機を備えた強制送風式燃焼装置に関
し、特に定常燃焼時の低騒音化を図るとともに、着火時
においても騒音の発生を防止するための改良に関する。

［従来の技術］小型のガス給湯器等のように、送風機によって燃焼用
空気が供給され、限られた狭い燃焼室内で燃焼を行う強
制送風式燃焼装置では、燃焼器ケーシング内の共鳴等に
よって騒音が発生しやすい。

本願発明者等は、こうした騒音は、燃焼室および排気
路等からなる燃焼部と、混合室および送風機ケーシング
等からなる供給部の各固有振動数f1、f2の不一致によっ
て生じることを見出だし、騒音防止のための基本的な手
段や、燃焼量が変化した場合の騒音に対する解決手段
を、特願昭63−138030号、特開平２−29505号、特願昭6
3−138031号（特開平１−306713号）においてすでに紹
介した。

その手段としては、従来では燃焼部の容積に対して小
さかった供給部の容積を増大させるために燃焼用空気を
供給するための送風機のケーシングに給気ダクトを接続
して、燃焼部と供給部の各固有振動数f1、f2を一致さ
せ、さらに、燃焼量が変更されて燃焼部の固有振動数f1
が変化した場合にも、供給部の固有振動数f2をそれに対
応させる手段として、給気ダクト内に燃焼量に応じて給
気ダクトの給気口の開度を変更するダンパを設け、燃焼
量の変化に応じて供給部の固有振動数f2を変更して、燃
焼量の変化に伴う騒音を防止させるようにしている。

［発明が解決しようとする課題］しかし、一般に燃焼機器では、点火を行う際には、確
実にかつ安全に着火させるために、各燃焼器において燃
焼量の変更可能範囲の中でも比較的多めのガス量、例え
ば変更可能範囲の中間部における緩点火燃焼量で、また
供給される燃焼用空気に対して燃料の割合を多くして点
火が行われる。

従って、上述のダンパを備えた強制送風式燃焼装置で
は、点火によって着火圧力が生じると、それによってダ
ンパが閉方向へ付勢されてしまい、供給部の固有振動数
f2が燃焼部の固有振動数f1に対して低くなる。

また、燃焼機器では、再点火を除く点火初期（cold
時）と定常燃焼時（hot時）とでは、同一燃焼量で燃焼
を行っても、燃焼機器の保炎性および固有振動数f1が異
なる。

従って、使用時間の長い定常燃焼時を中心に騒音の発
生を防止するように、燃焼部と供給部の各固有振動数f
1、f2を一致させるようにダンパの開度特性を与えてお
いても、点火初期においては、着火圧力によってダンパ
が閉方向へ付勢されると給気口の開度が変化し、供給部
の固有振動数f2と燃焼部の固有振動数f1とが大きくずれ
てしまい、異常音が発生する場合が生じ、特にcold時に
おいて生じやすいという問題がある。

本発明は、定常燃焼時（hot時）には燃焼量が変更さ
れても騒音を発生しないとともに、点火時においては確
実に着火し、着火時にも異常な音が発生しない強制送風
式燃焼装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］バーナを備えた燃焼室へ燃焼用空気を供給するための
送風機を収納する送風機ケーシングに、前記燃焼室に対
応した給気ダクトを接続し、該給気ダクト内に前記送風
機の作動に伴って発生する気流に応じて閉位置と全開位
置との間で揺動して前記給気ダクトの給気口の開度を変
更するダンパを配し、前記バーナの点火時には該ダンパ
を前記閉位置よりも全開位置側である点火位置になる様
にすると共に、前記バーナの点火時の着火圧による前記
ダンパの閉位置側への揺動を抑制し点火時に該ダンパが
一定開度を維持するためのダンパ抑制手段を備えたこと
を技術的手段とする。

［作用および発明の効果］本発明では、送風機ケーシングには、燃焼室に対応し
た給気ダクトが設けられているため、送風機ケーシング
および給気ダクト等からなる供給部の固有振動数f2を燃
焼室および排気筒等からなる燃焼部の固有振動数f1に基
本的に近付けることができる。

また、給気ダクト内にはダンパが設けられていて、送
風機の作動に伴って生ずる気流によって給気ダクトの給
気口の開度を変更するため、燃焼量が変更された場合に
も、供給部の固有振動数f2を燃焼部の固有振動数f1に対
応して変更し、一致させることができる。

従って、通常の定常燃焼時においては、騒音を発生し
ない。

また、点火を例えば燃焼量の変更可能範囲内の中間の
緩点火燃焼量で行った場合には、送風機の作動に応じて
ダンパはその燃焼量に応じた開度を呈する。バーナの着
火とともに、着火圧力によって燃焼室内の内圧が上昇す
ると、ダンパに対して閉方向へ付勢する力が生じる。

しかし、給気ダクトにはダンパ抑制手段が備えられて
いて、バーナの点火時にはダンパの揺動を抑制するた
め、着火時に燃焼室内の内圧が上昇しても給気口の開度
が小さくならない。従って、供給部の開口部の相当断面
積は確保されるため、着火時に騒音が生じることがな
い。

［実施例］次に本発明を実施例に基づいて説明する。

第２図に示すガス給湯器１は、全一次空気燃焼により
小型でしかも低騒音を実現した高能率の燃焼器２を搭載
したもので、燃焼器２は、燃焼部10と、燃焼部10へ燃料
ガスと空気との混合気を供給する供給部20とからなり、
供給部20には空気および燃料ガスを導く給気ケース31が
備えられ、燃焼部10内には熱交換器50が設けられ、その
全体は図示しない給湯器ケーシング内に収納されてい
る。

燃焼部10は、筒状の燃焼ケース11の下端の開口部に多
数の炎口を有するセラミックス製の平板形状のバーナプ
レート12が配置され、また燃焼ケース11の上端の開口部
は排気パン13で覆われ、燃焼ケース11によって燃焼室14
が、また排気パン13によって排気路15がそれぞれ形成さ
れている。

排気パン13には、燃焼室14で発生する燃焼ガスを、外
部へ排出させる排気口16が形成されている。また、排気
パン13の内側の対向する面には、空気振動の反射を繰り
返さないようにするために、グラスウール13aにより傾
斜面13bが形成され、その反射方向を変えている。ここ
では、数層のグラスウール13aを無機バインダーで固着
させて傾斜面13bを形成している。

燃焼ケース11内の上方には、上水道等の水供給源と接
続された水管式の熱交換器50が設けられ、内部を通過す
る水を加熱する。

また燃焼ケース11内のバーナプレート12の近傍には、
点火のための２本のスパーカ電極17、着火を検知するた
めのフレームロッド18、空燃比の補正のために燃焼温度
を検知するサーモカップル19がそれぞれ備えられてい
る。

供給部20は、燃焼ケース11の下方にバーナプレート12
を覆って設けられた混合ケース21と、混合ケース21の下
端の流入口21aに連通して設けられた送風機ケース22と
からなる。

混合ケース21は、流入口21aから供給される混合気を
分散させて燃焼部10へ導くもので、混合ケース21内には
整流板24が設けられ、整流板24の複数の穴24aによって
混合気の分散および整流を行う。

送風機ケース22は、第１図および第３図に示すとお
り、一方の底面を開放した略短円筒形状のスクロールケ
ーシング22aと、スクロールケーシング22aの開口部を塞
ぐようにして設けられた平板部23とからなり、送風機ケ
ース22には送風機25が備えられている。

スクロールケーシング22aの外周部には、混合ケース2
1の流入口21aと連通しスクロールケーシング22aの中心
方向と一定角度を成した吹出口22bが設けられている。

平板部23には、その中心にスクロールケーシング22a
側に向かって突出したベルマウス状の吸入口23aが設け
られ、送風機25の回転状態に応じて空気および燃料ガス
を吸入口23aから吸い込み、吹出口22bから吹き出す。

送風機ケース22の外側となる平板部23の表面には、燃
料管60から供給される燃料ガスを噴出するための燃料噴
出管23bが平板部23と一体に形成され、燃料噴出管23bに
は複数の噴出口23cが１列に設けられている。ここで
は、混合をよくするために、１列に並んだ各噴出口23c
のうち、送風機25の作動時に送風機ケース22の吹出口22
bに対して最も上流側に当たる噴出口23c1の径が、他の
噴出口23cの径より大きくしてある。

送風機25は、送風機ケース22の内部に羽根車25aを備
え、送風機ケース22の外側に設けられたモータ25bによ
って羽根車25aを回転駆動し、空気および燃料ガスを吸
入口23aから吸い込み、吹出口22bから吹き出して、混合
気を混合ケース21を経由して燃焼部10へ供給する。ここ
では、モータ25bは必要燃焼量に応じて制御され、制御
状態に応じた回転数で羽根車25aを回転させる。

送風機ケース22には、吸入口23aおよび燃料噴出管23b
を覆うようにして給気ケース31が設けられている。

給気ケース31は、供給部20の固有振動数f2を、燃焼部
10の音響特性に基づく固有振動数f1に対応して一致させ
るために、供給部20の相当容積V2、通路相当長l2および
相当断面積S2を確保するために設けられたものである。

給気ケース31は、２方向が開放された略直方体形状
で、一方の開放部が送風機ケース22の平板部23に面し
て、他方の開放部が給気口31aとして図示下方に開口し
て送風機ケース22に気密に接合され、給気口31aから吸
い込まれる燃焼用空気と、給気ケース31内に噴出される
燃料ガスを吸入口23aへ導く給気路32を形成する。

給気ケース31の一方の側壁31bには、第４図に示すよ
うに燃料管60aと接続される燃料供給口31cが貫通して設
けられている。

給気ケース31内には、燃料供給口31cおよび給気ケー
ス31の内側の一部を覆うようにして燃料分散板33が傾斜
して配されている。

燃料分散板33は、中ほどに段部を有し、パッキング34
により給気ケース31の内側に気密に固定され、混合気を
吸入口23aへ円滑に導くための傾斜面を形成するととも
に、給気ケース31と燃料分散板33とによって燃料分布室
35を形成する。燃料分散板33には複数の燃料噴出口33a
が１列に分散して設けられ、さらに送風機ケース22の吹
出口22bに対して最上流側には、燃料噴出口33aとは分離
して数個の燃料噴出口33bが設けられている。これによ
り、燃料分布室35内へ供給される燃料ガスは、燃料噴出
口33bから給気路32の上流側ほど多く噴出されるため、
効率のよい混合が行われる。

この燃料分散板33は、使用されるガス種に応じて各燃
料噴出口33a、33bの大きさや個数の異なるものが使用さ
れ、異なるガス種に対して簡単に対応でき、燃料供給量
および燃料ガスと空気との混合が適正に行われる。な
お、燃料分散板33がガス種に対応して交換される場合に
は、燃料噴出管23bと一体の平板部23も同時に交換され
る。

燃料分散板33の燃料分布室35側には、燃料噴出口33a
の端部に沿って、燃料ガスを円滑に燃料噴出口33aへ導
くための燃料誘導板33cがスポット溶接によって固定さ
れている。これによって、燃料分布室35内への燃料ガス
の供給量やガス圧力が変化しても、燃料ガスが燃料噴出
口33aを円滑に噴出し、通過する際に共鳴等の異常音を
生じることがない。

給気ケース31内の上流側の給気路32内には、通過する
空気に対して乱れが生じることがないように、給気路32
の幅が燃料噴出管23bにかけて次第に減少されるように
配置された絞り板36が設けられている。

従って、絞り板36は、給気路32の断面積を小さくして
給気路32を通過する空気を一旦絞るベンチュリーを形成
することになるため、燃料噴出管23bの各噴出口23cおよ
び燃料分散板33の各燃料噴出口33a、33bから噴出される
燃料ガスと空気との混合を良くすることができる。

給気ケース31内の給気口31a付近には、軸37によって
揺動自在に支持されたダンパ38が設けられている。ダン
パ38は、その揺動によって供給部20の相当断面積S2を変
更するために設けられたもので、ダンパ38は送風機25の
作動に伴って給気口31aから吸い込まれる空気の風圧に
応じて作動して、相当断面積S2を変更する。これによっ
て、燃焼器２の燃焼量が大きく送風量が多い場合には、
ダンパ38は開いて、相当断面積S2が大きくなり、燃焼量
が小さく送風量が少ない場合には、ダンパ38の開度が小
さくなり、相当断面積S2を小さくする。

ダンパ38が揺動する際の外周側の先端部38aの一部に
は、供給部20の相当断面積S2が最小となり、最小開度を
呈するときに、給気ケース31の内壁31gに当接する突起3
8bが形成されている。これにより、供給部20の相当断面
積S2が最小になった場合にも、ダンパ38の先端部38aと
給気ケース31の内壁31gとの間に適度な隙間が形成さ
れ、必要量の空気を供給することができる。

ダンパ38は、供給部20の相当断面積S2が最小となる場
合には、第１図に示すとおり、この突起38bが給気ケー
ス31の内壁31gに当接し、逆に供給部20の相当断面積S2
が最大となり、最大開度を呈する場合には、ダンパ38
は、二点鎖線Ａに示すように、絞り板36と適度の間隔を
おいて安定する。

またダンパ38の軸方向の両端には、吸い込まれてダン
パ38を押し上げる空気を、内側へ導くための湾曲部38
c、38dが形成されている。これらの湾曲部38c、38dによ
って、ダンパ38に打ち当たる空気は湾曲部38c、38dの外
側へ逃げることがなくなり、埃等が給気ケース31の側壁
31b、31dの内側面に付着しにくくなる。

さらにダンパ38の軸受け部38e、38fは、風圧を受ける
ダンパ38に対して、送風機ケース22の平板部23側に設け
られるため、ダンパ38の重心と軸37との水平距離が確保
でき、ダンパ38の重量による回転モーメントがダンパ38
を常に閉状態に付勢することができるとともに、ダンパ
38が最大開度となる場合でも、ダンパ38と絞り板36との
間を空気流が通過することができるため、それぞれの場
合にダンパ38を安定させることができる。

ダンパ38の突起38bが当接する給気ケース31の内壁31g
の上流には、吸い込まれる空気流の向きを変更するため
に、給気ケース31の内側へ突出した突出部39が設けられ
ている。この突出部39により、ダンパ38が閉状態の場合
には、ダンパ38の先端部38aから1/3の部分に給気口31a
からの空気が当たりにくく、全開の場合には、ダンパ38
全体に空気が当たるため、ダンパ38の開度を燃焼量に比
例させることができる。

軸37はその両端がふっ素樹脂による円筒形の軸受部材
37aによって遊貫支持され、軸受部材37aは、平板部23と
給気ケース31に形成された嵌合溝内に嵌合支持されてい
る。

給気ケース31の外側には、ダンパ38の最小開度を制限
するための、ダンパ係止装置40が設けられている。

ダンパ係止装置40は、給気ケース31に固定されたケー
シング41内に、ソレノイド42と、ソレノイド42によって
駆動されるリンク機構43とを設けたものである。

ソレノイド42は、励磁コイル42aと励磁コイル42aの通
電時に駆動されるプランジャ42bとからなり、プランジ
ャ42bは駆動ピン44によってリンク機構43と連結されて
いる。

リンク機構43は、支軸45に回動自在に支持された連結
棒43aと、連結棒43aと連結ピン46によって連結され、ケ
ーシング41の開口部41aに遊貫支持されたダンパ係止棒4
3bとからなる。

ダンパ係止棒43bの先端は、給気ケース31内に突出し
ており、ソレノイド42の非作動時には第１図の実線に示
すとおり位置し、作動時には二点鎖線Ｃに示すとおり、
ダンパ38に当接して、ダンパ38の位置を緩点火燃焼量に
応じた開度以上を維持するようにしている。

このダンパ係止装置40は、制御装置70によって制御さ
れて点火作動時のみソレノイド42の励磁コイル42aが通
電されて、ダンパ38の開度を維持する。

給気口31aには、金属製の網によるフィルタ47が設け
られている。

燃料供給口31cへ燃料を導く燃料管60aは、燃料噴出管
23bと接続され、燃料噴出管23bは燃料管60と接続されて
いる。

燃料管60の上流には、必要燃焼量に応じて送風機25と
ともに制御される比例制御弁61が設けられ、燃料噴出管
23bおよび燃料供給口31cには、比例制御弁61によって供
給量が調節された燃料ガスが供給される。

熱交換器50は上水道から水を導く図示しない水管と接
続されており、熱交換器50の上流の水管には、上流側か
ら水量制御弁、流量センサ、入水温サーミスタが備えら
れており、また熱交換器50の下流には出湯温サーミスタ
が備えられ、下流端には使用者によって操作される図示
しない水栓が設けられている。

制御装置70は、図示しない流量センサ、入水温サーミ
スタ等の検知信号と、コントローラ71による設定温度と
に基づいて、送風機25および比例制御弁61等を制御し
て、燃焼器２の燃焼量を制御する。

また、制御装置70は、点火時には、スパーカ電極17、
図示しない電磁弁、送風機25および比例制御弁61ととも
に、ダンパ係止装置40を作動させてダンパ38の最低開度
を緩点火燃焼量に応じて制限する。

以上の構成からなるガス給湯器１は、次のとおり作動
する。

使用者が、コントローラ71によって出湯温度を設定す
るとともに、水栓を操作して給湯を開始すると、燃焼器
２は所定のシーケンスで燃焼を開始するとともに、水量
制御弁により熱交換器50内への水の流入量が調節され
る。

送風機25が緩点火回転数に制御され、その作動によっ
て、空気が給気口31aから吸い込まれると、ダンパ38は
その給気量に応じて開度を変更する。

またこのとき、ソレノイド42の励磁コイル42aが通電
されてプランジャ42bが駆動される。それに伴って、ダ
ンパ係止装置40では、プランジャ42bの先端の駆動ピン4
4で連結されたリンク機構43が作動して、連結棒43aを介
してダンパ係止棒43bが給気ケース31内へ進入してダン
パ38に当接し、ダンパ係止棒43bおよびダンパ38は、第
１図の二点鎖線Ｃ、Ｂのとおり位置する。

従って、ダンパ38は送風機25の作動による空気流に関
係なく、緩点火燃焼量に応じた開度を、最小開度として
呈する。

一方、燃料噴出管23bの噴出口23cと、燃料分散板33の
燃料噴出口33a、33bからは、比例制御弁61によって供給
量が緩点火用に調節された燃料ガスが噴出し、燃料ガス
は広い範囲に噴出され、空気と良く混合する。

スパーカ電極17で点火作動として火花放電が行われる
と、燃焼室14内へ供給された混合気が着火し、このと
き、着火圧力が生ずる。

この着火圧力はダンパ38を閉方向へ付勢しようとする
が、ダンパ38は、ダンパ係止装置40のダンパ係止棒43b
によって最小開度が制限されているため、ダンパ38は緩
点火燃焼量に相当する開度を維持することができる。

従って、供給部20の固有振動数f2は、燃焼部10の固有
振動数f1と一致するため、着火時に異常音が発生するこ
とがない。

着火がフレームロッド18により検知されると、励磁コ
イル42aへの通電が停止され、ダンパ係止装置40はダン
パ38の係止を終了して、ダンパ係止棒43bは第１図の実
線のとおり戻る。

その後、ダンパ38は、吸い込まれる空気量に応じて次
のとおり各位置に揺動する。

燃焼器２の燃焼量が小さく、送風機25の回転数が第５
図においてN1からN2までの間では、ダンパ38は内壁31g
に当接して破線Ａに示すとおり、開口面積が最小の開度
状態を呈する。

燃焼量が大きくされ、送風機25の回転数がN2からN3ま
での間では、ダンパ38は送風量に応じた開度を呈する。

燃焼量がさらに大きくされて、送風機25の回転数がN3
からN4までの間では、ダンパ38は全開状態になる。

従って、最小開度と最大開度との間では、供給部20の
相当断面積S2は、燃焼量に応じて変化するため、燃焼量
に応じて変化する燃焼部10の固有振動数f1の変化に応じ
て、供給部20の固有振動数f2も同じように変化すること
になり、燃焼量が変化しても騒音を減少させることがで
きる。なお、このとき燃焼器２の燃焼量は実線Ｂのとお
り変化する。

以上のとおり、本発明によれば、着火時および定常燃
焼時に異常音や騒音が発生することがなく、低騒音の燃
焼装置とすることができる。

第６図に本発明の第２実施例を示す。

ここでは、ダンパ38の揺動を妨げない程度の減衰力を
有する粘性ダンパ80を、ダンパ38に連結している。

粘性ダンパ80は、シリンダ81内にピストン82が配さ
れ、シリコン油83がシリンダ81内に充填され、ピストン
82と一体に移動する駆動軸84の先端には、ダンパ38と連
結するための連結ピン85が設けられている。

これに対応して、ダンパ38では、摺動部38gをダンパ3
8に一体に設け、摺動部38gには摺動溝38hを形成し、摺
動溝38h内に駆動軸84の先端の連結ピン85が遊嵌されて
いる。ピストン82には、流孔82aが形成されていて、シ
リコン油83の粘性によってシリンダ81内の移動が抑制さ
れる。

粘性ダンパ80では、減衰力はピストン82の運動速さに
比例するため、急激な圧力が加わる場合には、大きな減
衰力が発生する。

従って、燃焼部10の着火時のように、ダンパ38に対し
て急激な運動力が加わり、それが駆動軸84を介してピス
トン82に作用するような場合にのみ大きな制動力が生
じ、ダンパ38の通常の揺動時のような緩やかな変化を呈
する場合には、減衰力が少ないため、給気ケース31内を
通過する気流に応じてダンパ38は変位する。

このため、着火時にのみダンパ38が制動されて、その
動きを止めることができ、供給部20では着火時に緩点火
燃焼量に相当する開度を維持することができる。

第２実施例では、ピストン型の粘性ダンパ80を用いた
が、軸37をダンパ38と一体に回動するようにして、軸37
を回転円盤式の粘性ダンパと連結して、ダンパ38に減衰
力を与えるようにしてもよい。

さらに、軸37に爪車を設け、爪により軸をダンパ38の
開方向には自由に回動できるが、閉方向には閉じないよ
うにした、爪車と爪とからなるラチェット機構を設け
て、着火を検知したら爪を爪車から外してはどめをなく
すようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図は本発明の第１実施例のガス給湯器を
示し、第１図は供給部の側面断面図、第２図はガス給湯
器の概略構成を示す正面図、第３図は供給部の構成を示
す分解斜視図、第４図は給気ケースの内側を示す分解斜
視図である。第５図は本発明の供給部における送風機の
回転数と燃焼量およびダンパの開度との関係を示す特性
図、第６図は本発明の第２実施例を示す供給部の側面断
面図である。図中、22…送風機ケース（送風機ケーシング）、25…送
風機、31…給気ケース（給気ダクト）、38…ダンパ、40
…ダンパ係止装置（ダンパ抑制手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バーナを備えた燃焼室へ燃焼用空気を供給
するための送風機を収納する送風機ケーシングに、前記
燃焼室に対応した給気ダクトを接続し、該給気ダクト内
に前記送風機の作動に伴って発生する気流に応じて閉位
置と全開位置との間で揺動して前記給気ダクトの給気口
の開度を変更するダンパを配し、前記バーナの点火時に
は該ダンパを前記閉位置よりも全開位置側である点火位
置になる様にすると共に、前記バーナの点火時の着火圧
による前記ダンパの閉位置側への揺動を抑制し点火時に
該ダンパが一定開度を維持するためのダンパ抑制手段を
備えたことを特徴とする強制送風式燃焼装置。