JPS5843656B2 - ガス空気混合装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃焼器への燃焼空気の給気、あるいは燃焼器か
らの排気ガスの排気を送風機によって行なわせる強制吸
排気型の燃焼器の燃料ガスと燃焼空気との混合装置に関
するもので、燃焼空気量とガス量との混合比率（以下空
燃比という）をさまざまな変動要因に対して常に一定に
保持し良好な燃焼性能を得ることを目的としたものであ
る。

強制吸排気型の燃焼器において、第１図に示すように吸
排気経路に空気ノズル１０２を有する差圧発生部１０１
を設け、差圧発生部１０１の低圧部１０４にガスノズル
１０５を設け、ガス圧力調節器１０６の調節弁１０７を
固定した主ダイアフラム１０８のガス圧力室１０９と対
抗するダイアフラム室１１０にこの差圧発生部１０１の
高圧部１０３の圧力を圧力パイプ１１１で導き、かっば
ね１１２の荷重と調節弁１０７、バランスダイアフラム
１１３、主ダイアフラム１０８などの可動部の重量とを
等しく設定し、上記ガス圧力調節器１０６の出口圧力を
差圧発生部１０１の高圧部１０３の圧力とを等しく保つ
ことにより、燃焼風量とガス量とを一定の割合で供給す
ることはすでに公知である。

その燃焼風量とガス量の混合の関係は次に述べるとおり
である。

すなわち差圧発生部１０１の高圧部１０３の圧力なＰａ
ｉ 、低圧部の圧力をＰｎｏ、ガス圧力調節器１０６の
入口部１１４の圧力なＰｚｉ 、出口部１１５の圧力
をＰｚｏ 、調節弁１０７、バランスダイアフラム１１
３、主ダイアフラム１０８などの可動部重量をＷ、調節
弁１０７の弁座１１６に密着した位置を基準とした変位
をＸ１調節弁１０７の変位ＸＯのときのばね１１２の荷
重をＦ、ばね１１２のばね定数をｋ、バランスダイアフ
ラム１１３の有効受圧面積をＡｂ、主ダイアフラム１０
８の有効受圧面積をＡｍ、調節弁１０７にガス入口圧力
Ｐｚｉ およびガス出口圧力Ｐｚｏ が作用する面積
をＡＶ、空気の比重量をｒｇ、重力の加速度をｇとする
と燃焼空気側の差圧発生部１０１においては燃焼風量Ｑ
ａは であられされる。

ここでＫａは空気ノズル１０２の形状によって決定され
る定数である。

であられされる。

ここでＫｇはガスノズル１０５の形状によって決定され
る定数である。

ガス圧力調節器１０６においてはダイアフラム室１１０
に差圧発生部１０１の高圧部１０３の圧力Ｐａｉ が
導かれることにより次の式が成り立つ。

ＰｚｏＡｖ＋ＰｚｉＡｂ＋ＰｚｏＡｍ＋Ｗ＝ＰｚｉＡｖ
＋ＰｚｏＡｂ＋ＰａｉＡｍ＋Ｆ−ｋｘ （３）ここ
でバランスダイアフラム１１３の有効面積Ａｂと調節弁
１０７にガス入口圧力Ｐｚｉ およびガス出口圧力Ｐ
ｚｏ が作用する面積Ａｖを等しく、かつ可動部重量Ｗ
とばね１１２の荷重（Ｆ−ｋｘ）を等しく設定する。

すなわち（３）式でＡｂ ＝Ａｖ
（４）Ｗ ＝Ｆ −ｋｘ
（５）とおくと Ｐｚｏ ＝Ｐａｉ （６
）となる。

となり空燃比は空気ノズル１０２、ガスノズル１０５の
形状および空気、ガスの比重量によって決定され、他の
変動要因に関係なく一定に保たれる。

しかしながら（８）式が成立するのはＰｚｏ ＝Ｐａｉ
なる関係が満足された時に限られる。

強制吸排気型の燃焼器においてＰｚｏ ＊ Ｐａｉとな
ることがしばしば起こる。

それは次の場合である。（ａ） 供給ガス圧力Ｐｉが
低下した場合。

（ｂ） 空気側の差圧発生部１０１の高圧部１０３の
圧力が高くなった場合。

（ｃ） （５）式において’Ｗ’Ｆ Ｆ −ｋ ｘの
場合。

ガス燃焼器における供給ガス圧力Ｐｉは５０ｗｎＡｑま
で低下する。

従って器具入口よりガスコック・ガス配管・種火安全弁
・ガス圧力調節器１０６などの圧力損失があり、ガス圧
力調節器１０６の出口部１１５の圧力Ｐｚｏ はダイア
フラム室１１０の圧力Ｐａｉ の値にかかわらずＰｉ
−（配管中の圧力損失） の圧力以上になることが不可能な場合が生じる。

この値は３５ｍＡｑ位である。

すなわちＰｉ ＝５０ｍＡｑのときは差圧発生部１０１
の高圧部１０３の圧力つまりダイアフラム室１１０の圧
力Ｐａｉが３５ｍｍＡｑ以下であればＰｚｏ ＝Ｐａｉ
が戒り立つがＰａｉ が３５ｍＡｑ以上であればＰａｉ
）Ｐｚｏとなりガス量が減少し空燃比が高くなる。

このようにＰａｉ が３５ ｍｍＡｑ以上になることは
好ましくないが、しかしながら差圧発生部・バーナ・熱
交換器・排気ガス通路の圧力損失や吸排気トップが強風
下におかれたときの内部圧力の上昇などにより、しばし
ば３５ｍｍＡｑ以上になる。

またガス圧力調節器１０６の組立時のばね１１２の設定
誤差によりＦ４ｋｘとならずこの場合も空燃比は変動す
る。

以上述べたように従来の強制吸排気型燃焼器においては
空燃比の変動が大きく、熱効率の低下や排気ガス中のＣ
ＯやＮＯｘの発生量の増加などの原因となっていた。

本発明はこのような従来の欠点を除去したもので、以下
その実施例を添附図面とともに説明する。

第２図において、１は差圧発生部本体で、内部に空気ノ
ズル２、ガスノズル３を有し、差圧発生邦人口４より送
風機（図示せず）によって燃焼用空気が流入し、風量ダ
ンパ５を通過し、空気ノズル２の高圧部６より空気ノズ
ル２内を通って低圧部７でガスと混合し出口８より流出
し、バーナ（図示せず）に供給される。

風量ダンパ５は本体１に回転自在に固定されている回転
軸９と一体に動（ように固定され、回転軸９にはレバー
１０が共動するよう固定され、レバー１０には操作軸１
１がピン１２で回転自在に取り付けられている。

さらに本体１には風量ダイアフラム１３がキャップ１４
によりその外周を固定され、板１５により２つのダイア
フラム室１６．１７を形成し、風量ダイアフラム１３の
中央には操作軸１１が受圧板１Ｂ、１９と共にねじ２４
で取り付けられ、操作軸１１は板１５の中央部の孔２０
に案内され風量ダイアフラム１３の変位と共に上下動し
、操作軸１１の上下動の変位に伴ないレバー１０によっ
て風量ダンパ５を回転させ風量制御を行なう。

２１はばねで、調節ねじ２２で力を調節され、風量ダイ
アフラム１３に取り付けられている可動部重量とつり合
っている。

２３．２５はそれぞれ圧力タップである。

２６はガス圧力調節器本体で、入口２７、弁孔２８、出
口２９を有し、さらに板３０でバランスダイアフラム３
１が、キャップ３２で主ダイアフラム３３がそれぞれそ
の外周を固定され、３つのダイアフラム室３４，３５，
３６を形成し、バランスダイアフラム３１、主ダイアフ
ラム３３の両方に調節弁３７がねじ３８で受圧板３９，
４０と共に一体に固定され、調節弁３７は弁孔２８と対
応して弁を形成する。

４１はばねで、主ダイアフラム３３と一体の可動部重量
とつり合うよう調節ねじ４２でその力を調節される。

さらに出口２９よりフランジを有するガスパイプ４３が
差圧発生部本体１の低圧部７に連結されている。

４４゜４５は圧力タップ、４６はめくら板、４７，４８
はそれぞれパツキン ４９．５０はそれぞれ圧力連結パ
イプである。

ダイアフラム室３４はガス入口圧力が作用し、ダイアフ
ラム室３５には調節されたガス出口圧力が孔５１を通し
て作用し、ダイアフラム室３６には空気側の差圧発生部
の高圧部６の圧力が圧力連結パイプ５０により作用して
いる。

さらにダイアフラム室１７には差圧発生部の高圧部６の
圧力が孔５２を通して作用し、ダイアフラム室１６には
ガス側の出口圧力が圧力連結パイプ４９によって作用し
ている。

次にその動作について説明する。

基本的なガス空気混合の動作は従来例と同一である。

すなわち差圧発生部本体１の高圧部６の圧力をＰａｉ
、低圧部７の圧力をＰｎｏ、ガス圧力調節器の入口２７
および出口２９の圧力をそれぞれＰｚｉ 。

Ｐｚｏ １調節弁３７、バランスダイアフラム３１゜主
ダイアフラム３３などの可動部重量をＷｚ 、調節弁３
７の弁孔２８の弁座に密着した位置を基準とした変位な
Ｘｚ （上向きを正とする）、調節弁３７の変位Ｘｚ＝
０のときのばね４１の荷重をＦｚ、ばね４１のばね定数
をＸＺ、バランスダイアフラム３１の有効受圧面積なＡ
ｂ、主ダイアフラム３３の有効受圧面積を血、調節弁３
７にガス入口圧力Ｐｚｉ およびガス出口圧力Ｐｏが
作用する面積をＡｖ、風量ダイアフラム１３の有効受圧
面積をＡａ、差圧発生邦人口４の圧力をＰｆｏ、ばね１
９の基準時（Ｐａｉ二Ｐｚｏ のとき）の荷重をＦａ、
風量ダイアフラム１３と一体の可動部重量をＷａ、基準
時からの風量ダイアフラム１３の変位をＸａ （下向き
を正）ばね１９のばね定数をｋａ１空気およびガスの比
重量をそれぞれｒａｒｇ、重力の加速度をｇとすれば、
Ｗｚ二Ｆｚ −Ｘｚとおき、供給ガス圧力Ｐｉが十分高
ければ、従来例と同じように となり空燃比は一定となる。

さらにこの時風量ダイアフライ１３のダイアフラム室１
６にはガス圧力調節器の出口圧力Ｐｚｏ が作用し、ダ
イアフラム室１７には空気ノズル２の高圧部６の圧力Ｐ
ａｉが作用しており、Ｐｚｏ ＝Ｐａｉ であれば風
量ダイアフラム１３０両面に等しい力がかかり、さらに
風量ダイアフラム１３と一体の可動部重量Ｗａとばね１
９の荷重Ｆａとが等しく設定しであるので風量ダイアフ
ラム１３はＰｚｏ ＝Ｐａｉ である限り変位せず、
風量ダンパ５は静止状態を保つ。

次にガス供給圧Ｐｉが低下もしくはＰａｉ が高（な
ってＰｚｏ ＜Ｐａｉ となった場合について述べる
。

この場合風量ダイアフラム１３はＡａ（Ｐａｉ −Ｐ
ｚｏ ）なる力で下方向に変位し、この力がばねの力
ＫａＸａとつり合う。

つまり風量ダイアフラム１３の変位Ｘａは となる。

この変位は操作軸１１に作用し、さらにレバー１０を回
転軸９を中心として時計方向に回転させ、回転軸９と共
動する風量ダンパ５を時計方向に回転させ燃焼用空気量
を減少させる。

従ってＰａｉ は低下しく８賦の関係に近くなり、空
燃比が大きく変動することがない。

本実施例においては制御弁としてバタフライ弁を使用し
たが他のいかなる制御弁を用いてもよく、さらに比例制
御でなくオンオフ制御を行なうことも可能である。

さらに他の実施例について説明する。

第３図は風量ダンパ５の上流側にバイパス管５３を差圧
発生部本体１に設けたものである。

このバイパス管５３はバーナ部（図示せず）あるいはバ
ーナ部、熱交換部（図示せず）をバイパスして排気路に
連結されており、バイパス管５３内を流れる空気は燃焼
には全く関与せず、この空気は熱交換部に入れられ結露
を防止したり、ファンを冷却する目的のために使用され
る。

バイパス管６３は風量ダンパ５の上流側にあるのでＰａ
ｉ ）Ｐｚｏ のとき風量ダンパ５が時計方向に回動
して燃焼用空気量を減少させる際にはバイパス風量を増
加させながら行なうものであり、風量ダンパ５のわずか
な回動で燃焼空気量を減少させることができる。

風量ダンパ５をバイパス管５３に設けて、バイパス風量
を調節して結果的に燃焼空気量を変えることもできるし
、風量ダンパ５で差圧発生部本体１内の流体抵抗とバイ
パス管５３の流体抵抗の両方を同時に変えること、つま
りＰａｉ ）Ｐｚｏ のときに差圧発生部本体１内の
絞りを閉じ、バイパス管５３内の絞りを開くようにする
ことも可能である。

さらに他の実施例について説明する。

第４図はＰａｉ とＰｚｏ を比較して、ガスノズル
を調節するものである。

第１図および第２図ではＰａｉ ）Ｐｚｏ のとき燃
焼空気量を減少させるようにして空燃比を一定にしよう
としたのであるが、第４図の実施例はＰａｉ ）Ｐｚ
ｏ のときガスノズルを開きガス量を増加させて空燃比
を一定にしようとするものである。

ゼロガバナ出口と低圧部７どの間にガス量調節器本体５
４、ガス量ダイアフラム５５、キャップ５６などからな
るガス量調節器を設け、ガス量調節器本体５４の一部に
弁孔５７を設けてガス量ダイアフラム５５と一体に動く
ガス量調節弁５３とで一対の弁を形成したもので、ダイ
アフラム室５９にはゼロガバナ出口圧Ｐｚｏ が作用し
、ダイアフラム室６０には空気ノズル２の高圧部６の圧
力Ｐａｉ を作用させている。

６１゜６２は受圧板、６３はナツト、６４はばね、６５
はばね６４０力を調節する調節ねじ、６６は圧力タップ
、６７は圧力連結パイプ、６８はガス管、６９．７０は
それぞれパツキンである。

Ｐａ１Ｐｚｏ のときガス量ダイアフラム５５と一体の
可動部重量と釣り合うようばね６４は調節され、かつ弁
座５７の内径やガス量調節弁５８の位置など（８）式を
満足するようにあらかじめ決定されている。

Ｐａｉ ）Ｐｚｏのときガス量調節ダイアフラム５５
は上方向に変位し、従ってガス調節弁５８と弁座５７と
の間隙は大きくなり、ガスノズルが固定の場合よりもガ
ス量が増加し、空燃比の変動が小さくなるものである。

ガスノズルを２個設けて、−個を固定絞りとし、他のも
う一個に本装置によってガス量を調節することも可能で
ある。

さらに他の実施例について説明する。

第５図はＰａｉ とＰｚｏ を対抗するダイアフラム
室に導き、ダイアフラムの変位を差動トランスなどの変
位−電圧変換器で電圧に変換し、基準電圧と比較してト
リガ回路に伝えられサイリスクの導通角を制御してモー
タの回転数を変化させて燃焼用空気量を変化させるよう
に構成したもので、Ｐａｉ ）Ｐｚ。

となった場合モータの回転数が減少し、燃焼用空気量を
減少させるように作動する。

さらに他の実施例として第６図のようにＰａｉとＰｚｏ
の圧力差をダイアフラムで変位に変換し、さらに差動
トランスで電圧に変換し、基準電圧と比較してその電圧
差が増幅されサーボモータを回転させ燃焼用空気路内に
設けられたダンパを変位させ、燃焼用空気量を調節する
もので、Ｐａｉ ＜Ｐｚｏ の場合にはダンパをより
閉じる方向に作動する。

この種の方式においてはＰａｉ とＰｚｏ とに圧
力差があれば、燃焼用空気量を増減させたり、ガス量を
増減させたりして空燃比を一定にするもので、調節手段
を限定しない。

このように本発明は、ガスと空気とを混合してバーナに
供給する燃焼装置などで、空気ノズルの高圧部とゼロガ
バナ出口圧とを等しく設定するように構成し、空気ノズ
ルの低圧部でガスと空気を混合させる方式において、ガ
ス圧力が低下し空気ノズルの高圧部とゼロガバナ出口圧
とが等しく設定（Ｐａｉ ）Ｐｚｏ ）できなくな
っても、ＰａｉとＰｚｏ の差圧を検出し、空気量もし
くはガス量を調節することで空燃比の変動を小さくする
ことができ、熱効率の低下やＣｏ、ＮＯＸなどの有毒ガ
スの発生を防止するこ′とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のガス空気混合装置の断面図、第２図は本
発明の実施例を示すガス空気混合装置の断面図、第３図
、４図は他の実施例を示す断面図、第５図、６図は電気
的実施手段を示すブロック図である。 １・・・・・・差圧発生部、２６・・・・・・ガス圧力
調節器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃焼器の吸排気を行なう送風装置と、ダイアフラム
   などの隔膜でガス圧力を調節するガス圧力調節器とを有
   し、燃焼空気通路内に差圧発生部を設け、この差圧発生
   部の低圧部にガスの噴出孔を設け、上記差圧発生部の高
   圧部圧力をガス圧力調節器のガス圧力と対抗する圧力室
   に作用させてガス圧力を調節するようにし、かつ差圧発
   生部の高圧部圧力とガス圧力調節器で調圧されたガス圧
   力とをこのガス圧力調節器とは別のダイアフラムなどの
   隔膜の両面に作用させ、この隔膜め変位を検出して燃焼
   空気量またはガス量を調節することを特徴とするガス空
   気混合装置。 ２ 隔膜の変位を検出して、燃焼器へ送風される燃焼空
   気量と燃焼器をバイパスするバイパス空気量との比率を
   変化させることを特徴とする特許許請求の範囲第１項記
   載のガス空気混合装置。 ３ 隔膜の変位を検出してガス噴出孔とは別の補助ガス
   噴出孔を開閉させることを特徴とする前記特許請求の範
   囲第１項記載のガス空気混合装置。 ４ 隔膜の変位を検出して送風装置の回転数を変化させ
   ることを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載のガ
   ス空気混合装置。 ５ 隔膜の変位を検出して電圧に変換し、電気的駆動装
   置により燃焼空気量あるいはガス量をダンパで調節する
   ことを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載のガス
   空気混合装置。