WO2024075504A1

WO2024075504A1 - 燃焼装置およびこれを備えた温水装置

Info

Publication number: WO2024075504A1
Application number: PCT/JP2023/033842
Authority: WO
Inventors: 逸夫永井
Original assignee: 株式会社ノーリツ
Priority date: 2022-10-04
Filing date: 2023-09-19
Publication date: 2024-04-11
Also published as: JP2024053871A

Abstract

燃焼装置Ｃは、燃料ガス燃焼用のバーナ部Ｂと、このバーナ部Ｂへの燃料ガス供給経路３に設けられ、かつバーナ部Ｂヘの燃料供給圧をシグナル圧Ｐｓに対応した圧力に制御する圧力調整弁Ｖと、モータＭにより駆動され、かつバーナ部Ｂに燃焼用空気を供給するための第１のファン１Ａと、モータＭにより駆動されて、第１のファン１Ａとの駆動源の共用が図られており、かつ駆動時には空気の吸入・吐出が可能な第２のファン１Ｂと、を備えており、第２のファン１Ｂの空気吐出圧がシグナル圧Ｐｓとして用いられている。このことにより、第１および第２のファン１Ａ，１Ｂの駆動速度を抑え、騒音低減を図りながらも、バーナ部Ｂへの燃焼用空気供給流量および燃料供給圧を十分なものとすることが可能である。

Description

燃焼装置およびこれを備えた温水装置

　本発明は、燃料ガス燃焼用のバーナ部（ガスバーナ部）を備えたタイプの燃焼装置、およびこれを備えた給湯装置などの温水装置に関する。

　燃焼装置としては、ファンを利用してバーナ部に燃焼用空気を供給するように構成されたものがある。このような燃焼装置においては、空燃比を一定にして燃焼性を良好にすることが望まれる。そこで、従来においては、均圧弁と称されるタイプの圧力調整弁を利用し、バーナ部に対する燃料供給圧を制御する手段がある（たとえば、特許文献１～３を参照）。前記圧力調整弁は、ファンの空気吐出圧をシグナル圧として利用し、バーナ部に対する燃料供給圧を前記シグナル圧に対応した圧力に制御する。このような構成によれば、たとえばファンからバーナ部への燃焼用空気の供給量が多く、ファンの空気吐出圧が高いときには、これに対応してバーナ部への燃料供給量も多くなり、空燃比の一定化を図ることが可能である。

　しかしながら、前記従来技術によれば、次に述べるように改善すべき余地がある。

　すなわち、ファンとして、たとえばシロッコファンがよく用いられるが、このシロッコファンは、吐出圧が比較的低圧でありながらも大風量の空気吐出が可能である。このため、シロッコファンを用いる場合には、このシロッコファンからバーナ部への空気吐出流量を多くしたにも拘わらず、その空気吐出圧（シグナル圧）が低めとなり、圧力調整弁からバーナ部への燃料供給圧が不足気味になる場合があった。これでは、空燃比の一定化を適切に図ることが困難となる。

　前記した不具合を抑制する手段としては、たとえば特許文献４に示すように、ファンの吐出口に繋がった空気流路にオリフィスまたはこれに類する機能を発揮する抵抗板部を設け、かつ圧力調整弁が受けるシグナル圧を高める手段が考えられる。ところが、このような手段によれば、ファンの空気吐出に対する抵抗が増大するため、ファンからバーナ部への送風量が減少する虞がある。これを解消するには、高回転用のモータを用いてファンを高速で駆動させる必要があるが、そうすると、ファンの駆動騒音が大きくなる。モータの高コスト化も招く。

日本国特開２００７－１０７８６５号公報日本国特開昭６０－２６２２０号公報日本国特開２０２１－１８８６０５号公報日本国特許第２５７２７７３号公報日本国実開昭６４－２２１５４号公報日本国実公昭６２－１８８３１号公報

　本発明の目的は、ファンの駆動速度を抑え、騒音低減を図りながらも、バーナ部への燃焼用空気供給流量および燃料供給圧を十分なものとすることが可能な燃焼装置、およびこれを備えた温水装置を提供することにある。

　上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

　本発明の第１の側面により提供される燃焼装置は、燃料ガス燃焼用のバーナ部と、前記バーナ部への燃料ガス供給経路に設けられ、かつ前記バーナ部ヘの燃料供給圧をシグナル圧に対応した圧力に制御する圧力調整弁と、モータにより駆動され、かつ前記バーナ部に燃焼用空気を供給するための第１のファンと、前記モータにより駆動されて、前記第１のファンとの駆動源の共用が図られており、かつ駆動時には空気の吸入・吐出が可能な第２のファンと、を備えており、前記第２のファンの空気吐出圧が、前記圧力調整弁の前記シグナル圧として用いられていることを特徴としている。

　好ましくは、前記第１および第２のファンは、同一駆動条件下において、前記第１のファンの方が前記第２のファンよりも空気吐出流量が多い一方、空気吐出圧は低い。

　好ましくは、前記第２のファンの空気吐出圧は、前記シグナル圧としてのみ用いられ、前記第２のファンから吐出される空気は、前記バーナの燃焼用空気としては用いられない。

　好ましくは、前記第２のファンから吐出される空気の一部は、前記シグナル圧として用いられ、かつ他の一部は、前記バーナの燃焼用空気として用いられる。

　好ましくは、前記第２のファンは、この第２のファンの吐出口から吐出される空気が前記バーナ部に向けて供給されるように構成されているとともに、前記第２のファンの前記吐出口の開口面積を変更可能な閉塞板を備え、かつ前記開口面積の変更により、前記第２のファンから前記バーナ部に供給される空気の流量を変更設定可能とされている。

　好ましくは、前記モータは、２つの出力回転軸部を備えた両軸モータであり、前記第１および第２のファンは、前記２つの出力回転軸部に取付けられた第１および第２の羽根車を具備して構成されている。

　好ましくは、本発明に係る燃焼装置は、前記第１のファンの駆動により前記バーナ部に燃焼用空気を供給するための構成として、前記第１のファンの吐出口が前記バーナ部に連通し、前記吐出口から吐出される空気が前記バーナ部に向けて進行可能な構成、または、前記第１のファンの吸気口の負圧が前記バーナ部に作用し、かつ前記バーナ部に連通するように設けられた給気用開口部に外部空気が流入して前記バーナ部に向けて進行可能な構成を備えている。

　本発明の第２の側面により提供される温水装置は、燃焼装置と、この燃焼装置によって発生された燃焼ガスから熱回収を行なって湯水を加熱するための熱交換器と、を備えている、温水装置であって、前記燃焼装置として、本発明の第１の側面により提供される燃焼装置が用いられていることを特徴としている。

　本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

本発明に係る燃焼装置およびこれを備えた温水装置の一例を示す一部断面概略説明図である。本発明の他の例を示す一部断面概略説明図である。本発明の他の例を示す一部断面概略説明図である。

　以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

　図１に示す温水装置ＷＨは、バーナ部Ｂを有する燃焼装置Ｃと、熱交換器８とを備えた給湯装置として構成とされている。

　バーナ部Ｂは、燃料ガスを燃焼させるための炎孔プレート２０を備えており、このバーナ部Ｂによって発生された燃焼ガスは、バーナ部Ｂの下面の燃焼領域から下向きに進行し、熱交換器８に作用する。熱交換器８は、前記燃焼ガスから熱回収を行なうためのものであり、缶体５１内に位置する顕熱回収用の１次熱交換部８１と、缶体５２内に位置する潜熱回収用の２次熱交換部８２とを有している。入水口８３に供給された湯水は、２次熱交換部８２および１次熱交換部８１を順次通過する過程において前記燃焼ガスによって加熱され、出湯口８４から出湯する。熱回収を終えた燃焼ガスは、排気用ダクト５０を経由して外部に排ガスとして排出される。

　燃焼装置Ｃは、前記したバーナ部Ｂに加え、第１および第２のファン１Ａ，１Ｂ、ならびに圧力調整弁Ｖを備えている。

　バーナ部Ｂは、前記したように炎孔プレート２０を備えており、不図示の適当なブラケット部材を用いるなどしてバーナケース２１内に配されている。炎孔プレート２０は、複数の炎孔２０ａを備えており、この炎孔プレート２０に対しては、後述するように、燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスが供給され、この混合ガスは複数の炎孔２０ａを下向きに通過する。このような混合ガスに対し、不図示の点火装置によって点火がなされる。

　第１のファン１Ａは、たとえばシロッコファンであって、比較的低回転であっても風量を多くする上で好ましいファンである。第２のファン１Ｂは、たとえばターボファンであり、比較的低回転であっても空気吐出圧を高くする上で好ましいファンである。これら第１および第２のファン１Ａ，１Ｂは、同一駆動条件下において、第１のファン１Ａの方が第２のファン１Ｂよりも空気吐出流量が多い反面、空気吐出圧は低い。

　第１および第２のファン１Ａ，１Ｂは、駆動源であるモータＭが共用されており、これらは２ファン１モータ方式の構造となっている。モータＭは、両軸モータであり、このモータＭの速度可変とされた１つの駆動軸の左右両端部が、このモータＭの左右両側面部から２つの出力回転軸部９ａ，９ｂとして突出した構成である。

　第１および第２のファン１Ａ，１Ｂは、２つの出力回転軸部９ａ，９ｂに取付けられた第１および第２の羽根車１０ａ，１０ｂ、およびこれらを内部に収容するファンケーシング１１ａ，１１ｂを備えている。２つのファンケーシング１１ａ，１１ｂは、バーナケース２１の上面部に固定されており、モータＭは、それら２つのファンケーシング１１ａ，１１ｂの相互間に位置し、たとえば２つのファンケーシング１１ａ，１１ｂの少なくとも一方にビス止めされるなどしてその固定が図られている。

　第１のファン１Ａは、吸気口１２ａから吸入した外部空気を、燃焼用空気として吐出口１３ａからバーナケース２１内の混合室２２に吐出（供給）可能である。混合室２２は、炎孔プレート２０の上側領域であり、この混合室２２では、前記燃焼用空気と、燃料ガス供給経路３を介して供給されてくる燃料ガスとの混合が図られる。図１においては、燃料ガス供給経路３の終端の燃料供給口３０が、ファンケーシング１１ａの吐出口１３ａの付近に設けられているが、これに限定されず、たとえば混合室２２の壁部（バーナケース２１の壁部）に設けられた構成とすることもできる。

　第２のファン１Ｂは、吸気口１２ｂから外部空気を吸入可能であり、吐出口として、シグナル圧出力口２９を有している。このシグナル圧出力口２９からは、圧力調整弁Ｖのシグナル圧入力用のポート４０に対し、空気流路１８を経由して空気吐出圧（シグナル圧Ｐｓ）の供給が可能である。本実施形態における第２のファン１Ｂの吐出口は、前記したシグナル圧出力口２９以外の部分が実質的に閉塞された構成である。図１において、符号１７は、第２のファン１Ｂの支持部である。

　圧力調整弁Ｖは、燃料ガス供給経路３の途中箇所に設けられており、燃料ガス供給経路３のうち、この圧力調整弁Ｖの上流側の１次圧Ｐ１の変動の影響を受けることなく、下流側の２次圧（燃料供給圧）Ｐ２を、シグナル圧Ｐｓに対応した値（たとえば、シグナル圧Ｐｓと同一のガス圧）とする機能を有している。すなわち、シグナル圧Ｐｓが高いほど、弁体４１の開度は大きくなり、バーナ部Ｂに向けての燃料供給圧Ｐ２は高くなる。したがって、バーナ部Ｂにおける空燃比を一定に維持することができる。圧力調整弁Ｖの構造自体は、従来既知のものと同様にすることが可能であり、その詳細な説明は省略する。シグナル圧Ｐｓは、既述したように、第２のファン１Ｂの空気吐出圧である。

　次に、燃焼装置Ｃおよびこれを備えた温水装置ＷＨの作用について説明する。

　給湯動作を行なうには、燃焼装置Ｃを駆動させて燃焼ガスを熱交換器８に向けて進行させる。そのためには、モータＭを起動させて第１および第２のファン１Ａ，１Ｂを駆動させる。ここで、第１のファン１Ａから吐出される空気は、バーナ部Ｂへの燃焼用空気として利用される一方、第２のファン１Ｂの空気吐出圧は、圧力調整弁Ｖのシグナル圧Ｐｓとして利用される。このため、第１のファン１Ａについては、シグナル圧Ｐｓを高めることを目的として駆動速度をさほど高速とする必要はなく、比較的遅い駆動速度でバーナ部Ｂに必要流量の燃焼用空気供給が可能となる。第１のファン１Ａは、たとえばシロッコファンであるため、駆動速度が比較的低速であっても送風量を多くし、バーナ部Ｂに対する燃焼用空気の供給流量を多くする上で一層好ましい。一方、第２のファン１Ｂについては、燃料供給圧Ｐ２を所望の圧力値とし得る空気吐出圧（シグナル圧Ｐｓ）が得られればよく、この第２のファン１Ｂからの空気吐出流量を大流量にする必要はない。第２のファン１Ｂは、たとえばターボファンであるため、駆動速度を比較的低速としつつ、その空気吐出圧（シグナル圧Ｐｓ）を高くする上で一層好ましい。

　このようなことから、本実施形態においては、モータＭの回転速度をさほど高速にすることなく、第１および第２のファン１Ａ，１Ｂの駆動騒音を低減しつつ、第１のファン１Ａからバーナ部Ｂへの燃焼用空気の供給流量を多くすることが可能である。また、圧力調整弁Ｖが受けるシグナル圧Ｐｓを高圧とし、バーナ部Ｂへの燃料供給圧Ｐ２を高くすることが可能となる。このため、空燃比の一定化を適切に図ることができる。

　本実施形態においては、第２のファン１Ｂの空気吐出圧は、シグナル圧Ｐｓとしてのみ用いられており、第２のファン１Ｂから吐出された空気は、バーナ部Ｂの燃焼用空気として用いられていない。第２のファン１Ｂの吐出口は、全閉またはこれに近い状態である。このため、第２のファン１Ｂの小型を図りつつ、シグナル圧Ｐｓを高くする上で、より好ましいものとなる。

　第１および第２のファン１Ａ，１Ｂの駆動源として、モータＭの共用が図られている。このため、第１および第２のファン１Ａ，１Ｂを駆動させる場合には、それらが互いに連動し、それらの空気吐出圧や空気吐出流量は一定の関係に維持される。その結果、第１および第２のファン１Ａ，１Ｂの駆動制御の容易・適正化が図られる。モータＭは最小個数とされているため、その部品コストも廉価にすることが可能である。さらに、モータＭとして、両軸モータが用いられているため、このモータＭの２つの出力回転軸部９ａ，９ｂに第１および第２の羽根車１０ａ，１０ｂを取付けることにより、第１および第２のファン１Ａ，１Ｂの組み合わせ構造を容易に構築することが可能である。

　図２および図３は、本発明の他の実施形態を示している。これらの図において、前記実施形態と同一または類似の要素には、前記実施形態と同一の符号を付すこととし、その重複説明は省略する。

　図２に示す燃焼装置Ｃａにおいては、第２のファン１Ｂの吐出口１３ｂに、閉塞板６が設けられている。吐出口１３ｂは、閉塞板６によって一部分が閉塞可能とされ、第２のファン１Ｂから吐出される空気の一部は、前記したシグナル圧Ｐｓとして利用されるとともに、他の一部は、吐出口１３ｂから混合室２２を経由してバーナ部Ｂに供給され、燃焼用空気として利用される。図２において、仮想線１７ａは、第２のファン１Ｂの支持部を示している。

　本実施形態によれば、第２のファン１Ｂから吐出される空気が燃焼用空気として利用される分だけ、第１のファン１Ａによる送風量を少なくすることができる。これは、第１のファン１Ａの小型化を図る上で有利である。好ましくは、閉塞板６を可動式とし、閉塞板６の位置変更または伸縮などを生じさせることにより、第２のファン１Ｂの吐出口１３ｂの開口面積Ａを増減変更可能な構成とされる。このような構成によれば、第２のファン１Ｂからバーナ部Ｂへの燃焼用空気の供給流量の最適化を図ることが可能である。また、開口面積Ａを小さくするほど、シグナル圧Ｐｓは高くなる。したがって、シグナル圧Ｐｓの調整も可能となる。

　図３に示す燃焼装置Ｃｂにおいては、第１のファン１Ａの吸気口１２ａが、温水装置ＷＨの排気用ダクト５０に接続され、排気用ダクト５０に第１のファン１Ａの吸引負圧が作用するように構成されている。第１のファン１Ａの吐出口１３ａは、いわゆる大気開放状である。図３において、符号１７ｂは、第１および第２のファン１Ａ，１Ｂの支持部を示している。混合室２２のたとえば上壁部などの壁部には、外部空気を取り込むための給気用開口部２２ａが設けられている。

　本実施形態においては、第１のファン１Ａの吸引負圧を利用し、給気用開口部２２ａから混合室２２に外部空気を流入させ、これを燃焼用空気としてバーナ部Ｂに供給することが可能である。本発明においては、バーナ部Ｂに燃焼用空気を供給する手法として、本実施形態のような手法を採用することもできる。

　本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る燃焼装置、およびこれを備えた温水装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

　本発明においては、第１および第２のファンのモータが共用され、２ファン１モータ方式が採用されており、これを実現するための手段として、上述の実施形態においては、モータＭが２つの出力回転軸部９ａ，９ｂを備えた両軸モータとされ、かつこれらに第１および第２の羽根車１０ａ，１０ｂが取付けられた構成とされている。このような構成によれば、全体構成を簡易にすることができ、好ましいものの、本発明はこれに限定されない。たとえば、モータが１つの出力回転軸部のみを備え、かつこの１つの出力回転軸部に、第１および第２の羽根車が並んで取付けられた構成とされていてもよい。また、モータの１つの出力回転軸部に第１の羽根車が取付けられているとともに、この第１の羽根車に対し、第２の羽根車がモータの出力回転軸部とは異なる部材を介して取付けられた構成とされていてもよい。第１および第２のファン、ならびにモータの具体的な種類などは限定されない。

　バーナ部は、炎孔プレートを用いた全１次燃焼タイプのものに限らず、たとえばブンゼン燃焼方式とすることもできる。圧力調整弁は、シグナル圧に対応して燃料供給圧を制御可能であればよく、具体的な構成は限定されない。燃料ガスの種類も限定されない。ただし、本発明は、逆火が発生しやすい水素または水素含有ガスを燃料とする場合において特に有効である。

　本発明に係る燃焼装置における燃焼用空気や燃焼ガスが進行する方向は、下向き（逆燃焼方式）に限定されず、たとえば上向き（正燃焼方式）とすることもできる。また、本発明に係る燃焼装置は、給湯装置用でなくてもよく、たとえば温風装置用、あるいは焼却炉用などの燃焼装置として構成することも可能であり、具体的な用途も限定されない。本発明でいう温水装置は、一般給湯、風呂給湯、暖房用給湯などを行なうための給湯装置に限らず、湯水を加熱して温水を生成する装置を広く含む。温水装置に具備される熱交換器は、顕熱および潜熱の双方を回収可能なものに限らず、たとえば顕熱のみを回収可能なものであってもよい。

Claims

　燃焼装置であって、
　燃料ガス燃焼用のバーナ部と、
　前記バーナ部への燃料ガス供給経路に設けられ、かつ前記バーナ部ヘの燃料供給圧をシグナル圧に対応した圧力に制御する圧力調整弁と、
　モータにより駆動され、かつ前記バーナ部に燃焼用空気を供給するための第１のファンと、
　前記モータにより駆動されて、前記第１のファンとの駆動源の共用が図られており、かつ駆動時には空気の吸入・吐出が可能な第２のファンと、
　を備えており、
　前記第２のファンの空気吐出圧が、前記圧力調整弁の前記シグナル圧として用いられていることを特徴としている。
　請求項１に記載の燃焼装置であって、
　前記第１および第２のファンは、同一駆動条件下において、前記第１のファンの方が前記第２のファンよりも空気吐出流量が多い一方、空気吐出圧は低い。
　請求項１に記載の燃焼装置であって、
　前記第２のファンの空気吐出圧は、前記シグナル圧としてのみ用いられ、前記第２のファンから吐出される空気は、前記バーナの燃焼用空気としては用いられない構成とされている。
　請求項１に記載の燃焼装置であって、
　前記第２のファンから吐出される空気の一部は、前記シグナル圧として用いられ、かつ他の一部は、前記バーナの燃焼用空気として用いられる構成とされている。
　請求項４に記載の燃焼装置であって、
　前記第２のファンは、この第２のファンの吐出口から吐出される空気が前記バーナ部に向けて供給されるように構成されているとともに、
　前記第２のファンの前記吐出口の開口面積を変更可能な閉塞板を備え、かつ前記開口面積の変更により、前記第２のファンから前記バーナ部に供給される空気の流量を変更設定可能とされている。
　請求項１に記載の燃焼装置であって、
　前記モータは、２つの出力回転軸部を備えた両軸モータであり、
　前記第１および第２のファンは、前記２つの出力回転軸部に取付けられた第１および第２の羽根車を具備して構成されている。
　請求項１に記載の燃焼装置であって、
　前記第１のファンの駆動により前記バーナ部に燃焼用空気を供給するための構成として、
　前記第１のファンの吐出口が前記バーナ部に連通し、前記吐出口から吐出される空気が前記バーナ部に向けて進行可能な構成、または、
　前記第１のファンの吸気口の負圧が前記バーナ部に作用し、かつ前記バーナ部に連通するように設けられた給気用開口部に外部空気が流入して前記バーナ部に向けて進行可能な構成を備えている。
　温水装置であって、
　燃焼装置と、
　この燃焼装置によって発生された燃焼ガスから熱回収を行なって湯水を加熱するための熱交換器と、
　を備えている、温水装置であって、
　前記燃焼装置として、請求項１ないし７のいずれかに記載の燃焼装置が用いられていることを特徴としている。