JPH0756380B2 - 強制送風式燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、送風機によって燃焼用空気をバーナへ供給す
る強制送風式燃焼装置に関し、特に燃焼室内にバーナプ
レートを配して高負荷燃焼を行い、必要に応じて燃焼量
が変更されるものにおいて効果的である。

［従来の技術］ 強制送風式燃焼装置では、高負荷燃焼に伴って発生する
騒音を防止するために、燃焼を行う燃焼部の大きさや形
状によって決まる固有振動数f₁（複数ある場合には最小
の固有振動数）と、燃焼用空気を供給する供給部の大き
さや形状によって決まる固有振動数f₂（複数ある場合に
は最小の固有振動数）とを一致させることによって、燃
焼共鳴音および騒音を減少させることができる。

これらの固有振動数f₁、f₂は、各部の大気に対する開口
部の相当断面積S₁、S₂、通路相当長l₁、l₂、相当容積
V₁、V₂、音速c₁、c₂に基づいて、それぞれ決定される。

また、強制送風式燃焼装置では、燃焼初期と定常燃焼時
とでは、燃焼室内および排気路等の温度が変化し通過抵
抗が異なるため、送風機が同じ回転数に制御されても、
燃焼用空気の供給量が送風機の制御状態とは関係なく変
化してしまう。この変化は、特に燃焼室内にバーナプレ
ートを配した全一次空気燃焼を行う燃焼器において甚だ
しい。このような変化に対応して、通常ではサーモカッ
プルによる燃焼温度検知によって空熱比の補正が行わ
れ、空気および燃料の供給量の割合が適切に維持され、
安定した燃焼が得られる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、実際の燃焼装置では、例えばガス給湯器のよう
に、水を加熱するために必要な燃焼量は、供給される水
の温度や給湯水量に応じて変化する。このため、燃焼部
では、燃焼量の変化に伴って燃焼内の温度が変化し、同
時に燃焼部における音速c₁が変化するため、燃焼部の固
有振動数f₁は燃焼量に応じて変化する。これに対し、供
給部では、燃焼量変化によって音速が変化しないため、
燃焼量によっては燃焼部の固有振動数f₁と、固有振動数
f₂とを一致させることができなくなり、騒音が発生しや
すいという問題がある。

また、通常は、燃焼初期と定常燃焼時との供給空気量の
変化に応じて空熱比の補正が行われるが、全一次空気燃
焼の燃焼器では、安定燃焼領域の範囲が狭い。さらに、
送風機は一定の回転数の範囲内で制御されていて、例え
ばガス供給器への供給水温が高く、加熱量が過剰になる
場合には、燃焼量が最小燃焼量に制御され、それに応じ
て送風機の回転数が最低回転数に固定維持されるため、
空熱比が安定燃焼領域の範囲から外れていても、燃焼用
空気の供給量を送風機の作動状態を変更することによっ
ては補正することができない。

従って、全一次空気燃焼の燃焼器では、特に送風機が最
小回転数に制御される場合には、燃焼初期と定常燃焼時
との送風量の差があっても、空熱比が安定燃焼領域から
大きく外れることがないように、送風量が確実に安定燃
焼領域に維持される必要がある。

本発明は、送風機によって燃焼用空気を供給する強制送
風式燃焼装置において、燃焼量が変更されても騒音の発
生を少なくすることができるとともに、燃焼量が変更さ
れた場合にも、燃焼器の温度に関係なく空熱比が適正に
維持され、安定した燃焼が得られることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、目的燃焼量に応じて最低回転数から最高回転
数で制御される送風機を備え、該送風機の吸入側に給気
ダクトを設けた供給部と、バーナを有する燃焼部とから
なる強制送風式燃焼装置において、前記供給部の固有振
動数を前記燃焼部の固有振動数に略一致させるように前
記給気ダクトの開口部の相当断面積、通路相当長および
相当容量を設定するとともに、前記給気ダクト内には、
前記相当断面積を変更するために揺動自在に支持された
ダンパが設けられ、該ダンパは、前記送風機の回転数が
前記最低回転数のとき前記相当断面積を最小にし、前記
送風機の回転数が前記最低回転数より大きな第１の所定
回転数以上で前記送風機の作動に伴って発生する空気流
に応じて前記相当断面積を大きくし、前記第１の所定回
転数以上で且つ前記最高回転数より小さな第２の所定回
転数以上のとき前記相当断面積を最大にすることを技術
的手段とする。

［作用］ 本発明の強制送風式燃焼装置では、送風機に給気ダクト
が設けられているため、供給部の固有振動数を燃焼部の
固有振動数に近付けることができる。また、給気ダクト
内には、揺動自在に支持されて送風機の作動に伴って発
生する空気流に応じて給気ダクトの相当断面積を変更す
るダンパが設けられているため、燃焼量が変化した場合
には、燃焼量変化に対応して変更される送風機の送風量
に応じてダンパの開度が変化するため、供給部の固有振
動数を燃焼部の固有振動数に対応して変更することがで
きる。ここで、ダンパは、第１の所定回転数以上で初め
て給気ダクトの相当断面積を大きく変更するように設定
されているため、送風機の回転数が第１の回転数より回
転数の小さい最小回転数の場合には、燃焼部の温度が低
い燃焼初期であるか温度が高い定常燃焼時であるかに関
係なく、ダンパは常に相当断面積が最小となるように位
置する。

また、送風機の回転数が第２の所定回転数以上の場合に
は、ダンパは給気ダクトの相当断面積が最大となるよう
に位置する。

［発明の効果］ 本発明では、燃焼量の変化によって燃焼部の固有振動数
が変化しても、送風機を回転数が第１の回転数から第２
の回転数に制御される燃焼量においては、給気ダクト内
で揺動するダンパによって相当断面積が変化して供給部
の固有振動数を変えるため、燃焼部と供給部の各固有振
動数を一致させることができる。従って、燃焼量が変化
しても騒音の発生を少なくすることができる。

また、送風機の回転数が最小回転数に制御されるときに
は、ダンパは常に相当断面積が最小となるように位置し
を呈し、このとき給気ダクトに当接しているため、燃焼
部の温度の違いによって通過抵抗が異なっても、ダンパ
による相当断面積の変更は行われず、給気ダクト内での
相当断面積が一定であるため、燃焼部に供給される空気
量は、燃焼部の通過抵抗の違いによる最小限の変化をす
るだけである。

従って、安定燃焼領域が狭く送風機の回転数が最小回転
数にされる最小燃焼量において、燃焼初期および定常燃
焼時にともに安定燃焼が得られるように、ダンパの大き
さ、配置状態等が調整されていれば、最小回転数から最
大回転数の一定回転数範囲内で制御される送風機の作動
範囲内での各燃焼量においても、燃焼初期および定常燃
焼時にともに安定燃焼領域で燃焼が行われる。

［実施例］ 次に本発明を実施例に基づいて説明する。

第２図に示すガス供給器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、燃焼器２は
制御装置70によって制御され、ガス給湯器１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の内側の対抗する面には、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
にフレームロッド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21
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、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22b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
り大きくしてあり、燃料噴出管23b内に同一圧力で燃料
ガスが供給されるため、噴出口23c1から噴出される燃料
ガス量が他の噴出口23cより多くなる。

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を第２図において
図示左回転で回転させる。

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、燃焼部10の音響特性に基づく固有振動
数f₁に対応して供給部20の固有振動数f₂を一致させるた
めに、相当容積V₂、通路相当長l₂および相当断面積S₁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
れる燃料用空気と、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、第４図に示すとおり、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。

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の壁部31dに当接する突起3
8bが形成されている。

これにより、ダンパ38は、最小開度を呈するとき、第１
図に示すとおり、この突起38bが給気ケース31の壁部31d
に当接し、ダンパ38の先端部38aと給気ケース31の壁部3
1d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。

このとき、ダンパ38は、自重によって閉状態方向に付勢
され、必要燃焼量に応じて制御される送風機25の回転数
に対して、第５図に示すとおり、それぞれの制御状態お
よび燃焼器２の温度に応じた開度を示す。ここで、実線
Ａは、燃焼器２においてバーナプレート12等の温度が低
い場合を示し（cold時）、破線Ｂは燃焼器２の温度が十
分に上昇した場合（hot時）を示す。

ここで示されるとおり、本実施例では、送風機25が最低
回転数Nminに制御される場合には、cold時、hot時の区
別なく、給気に対して常に最小開度θminとなるよう
に、突起38bの長さあるいはダンパ38の幅等が設定され
ていて、例えばcold時には、送風機25が最低回転数Nmin
より大きい回転数Naに低下したとき、ダンパ38は最小開
度θminを呈し、以下最低回転数Nminまでの回転数にお
いては、すべて最小開度θminを呈する。

また、hot時には、cold時にダンパ38が最小開度θminを
呈する回転数Naよりさらに大きい回転数Nbで、ダンパ38
が最小開度θminを呈し、回転数Nb以下ではすべて最小
開度θminを呈する。

従って、安定燃焼領域が狭い小燃焼量においては、cold
時、hot時にそれぞれ回転数Na、回転数Nb以下ではダン
パ38が最小開度θminに固定されることになり、ダンパ3
8が設けられない場合と同様に燃焼用空気の供給量を送
風機25の制御状態のみによって適切に制御できるため、
空燃比を安定燃焼領域内に設定することができる。

逆に供給部20の相当断面積S₂が最大となり、最大開度θ
maxを呈する場合には、ダンパ38は、第１図の二点鎖線
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、内側へ導くために湾曲部38c、3
8d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の内壁面
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の壁部31d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31b
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40
によって遊貫支持され、軸受部材40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。

給気口31aには、金属製の網によるフィルタ41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23
b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、制御状態に応じて開閉される電磁
弁と、必要燃焼量に応じて送風機25とともに制御装置70
によって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、流入水量を
調節する水量制御弁、水流センサ、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、水流センサによる通水信号に応じて、電
磁弁を開くとともにスパーカ電極17に火花放電を行って
点火制御を行い、また流入温度に基づいて、水量制御弁
を制御して最大流入量を制限する。

フレームロッド18で着火検知して一定時間を経過してか
らは、使用者によって設定される出湯温度、水流センサ
によって検知される流入水量、入水温サーミスタによっ
て検知される流入水温、出湯温サーミスタによって検知
される出湯温度に基づいて、送風機25および比例制御弁
61を制御して、燃焼器２の燃焼量を調節する。このとき
送風機25および比例制御弁61は、サーモカップル19によ
って検知される燃焼温度に基づいて、それぞれの制御状
態が補正され、安定燃焼領域で燃焼が行われるような空
燃比に維持される。

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の作動によって、空気は給湯口31aから吸い込
まれる。

一方、燃料噴出管23bの噴出口23cと、燃料分散板33に燃
料噴出口33a、33bからは、比例制御弁61によって供給量
が調節された燃料ガスが噴出する。

従って、燃料ガスは広い範囲に噴出されることになるた
め、空気と良く混合する。

一方ダンパ38は、吸い込まれる空気量に応じて、第５図
に示すとおり、それぞれ次の各位置に揺動する。

ア）cold時 燃焼器２の燃焼量が小さく、送風機25の回転数が最低回
転数Nminから回転数Naまでの間では、ダンパ38は壁部31
bに当接して、実線Ａに示すとおり、最小開度θminを呈
する。

燃焼量が大きくされ、送風機25の回転数が回転数Naから
回転数Ncまでの間では、ダンパ38は送風量に応じた開度
を呈し、燃焼量がさらに大きくされて、送風機25の回転
数がNcからNmaxまでの間では、ダンパ38は最大開度θma
xを呈する。

このときの送風機25の回転数と燃焼量（送風量）との関
係を、第６図の実線Ｃに示す。

イ）hot時 この場合には、破線Ｂに示すとおり、送風機25の回転数
が回転数Naより大きい回転数Nbまでの間で、ダンパ38は
壁部31bに当接して最小開度θminを呈し、送風機25の回
転数が、回転数Nbから回転数Nd（＞Nc）までの間では、
ダンパ38は送風量に応じた開度を呈し、燃焼量がさらに
大きくされて、送風機25の回転数NdからNmaxまでの間で
は、ダンパ38は最大開度θmaxを呈する。

このときの送風機25の回転数と燃焼量（送風量）との関
係を、第６図の破線Ｄに示す。

従って、cold時およびhot時において、最小開度θminと
最大開度θmaxとの間では、供給部20の相当断面積S
₂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。

また、安定燃焼領域が狭く、送風機25の回転数が小さい
状態に制御される小燃焼量においては、ダンパ38の開度
は、cold時およびhot時に関係なくそれぞれ最小開度θm
inを呈し、送風機25の制御状態のみで送風量を制御でき
るため、適正な空燃比が得られ、安定した燃焼が行われ
る。

以上のとおり、本発明によれば、燃焼量が変化しても、
それに応じて供給部の相当断面積が変化するため、騒音
の発生を抑制することができる。また、燃焼量の変化に
伴って送風機が最低回転数に制御されるとき、ダンパは
燃焼器の温度に関係なく常に最小開度を呈するため、安
定した燃焼状態が得られる。

なお、本実施例では、cold時において送風機が回転数Na
から回転数Nminの間でダンパが最小開度θminを呈する
ようにしたが、cold時において少なくとも送風機が回転
数Nminにおいてダンパが最小開度θminを呈すればよ
い。

本実施例では、ダンパを給気口から吸い込まれる空気の
風圧に応じて作動するようにしたが、別途にダンパ駆動
用のモータを設けて、ダンパを必要燃焼量、送風機回転
数あるいは比例制御弁への通電電流値に基づいて開度制
御するようにしてもよい。

【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図は本実施例における送風機の回転数に
対するダンパの開度を示す特性図、第６図は本実施例に
おける送風機の回転数に対する燃焼量（送風量）を示す
特性図である。 図中、２……燃焼器（強制送風式燃焼装置）、10……燃
焼部、12……バーナプレート（バーナ）、20……供給
部、25……送風機、31……給気ケース（給気ダクト）、
38……ダンパ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】目的燃焼量に応じて最低回転数から最高回
   転数で制御される送風機を備え、該送風機の吸入側に給
   気ダクトを設けた供給部と、バーナを有する燃焼部とか
   らなる強制送風式燃焼装置において、 前記供給部の固有振動数を前記燃焼部の固有振動数に略
   一致させるように前記給気ダクトの開口部の相当断面
   積、通路相当長および相当容量を設定するとともに、前
   記給気ダクト内には、前記相当断面積を変更するために
   揺動自在に支持されたダンパが設けられ、該ダンパは、
   前記送風機を回転数が前記最低回転数のとき前記相当断
   面積を最小にし、前記送風機の回転数が前記最低回転数
   より大きな第１の所定回転数以上で前記送風機の作動に
   伴って発生する空気流に応じて前記相当断面積を大きく
   し、前記第１の所定回転数以上で且つ前記最高回転数よ
   り小さな第２の所定回転数以上のとき前記相当断面積を
   最大にすることを特徴とする強制送風式燃焼装置。