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技術 燃焼装置

出願人 株式会社ガスター
発明者 木村新悟近藤正登尾島康士
出願日 1999年3月25日 (21年8ヶ月経過) 出願番号 1999-081923
公開日 2000年10月3日 (20年2ヶ月経過) 公開番号 2000-274667
状態 特許登録済
技術分野 燃料の供給及び制御
主要キーワード 貫通スリット 各空気量 目標ファン回転数 ファン回転制御 ギアモータ クリーン燃焼 調整穴 空気率
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (11)

課題

一次式燃焼モード間欠燃焼モードの切替バーナ装置を備えた燃焼装置を提供する。

解決手段

ノズルヘッダー16の上面にガスノズル18A、18Bを配列する。ノズルヘッダー16内を区分し、ガス分通路27Aのガスはガスノズル18Aに供給し、ガス分岐通路27Bのガスはガスノズル18Bに供給する。ガスノズル18A、18Bの上側に燃焼管20A、20Bを配列配置する。燃焼能力が大の範囲は、ガス分岐通路27A、27Bのガスと、燃焼ファン6の空気を対応する燃焼管20A、20Bに取り込んで、全面を全一次式燃焼モードで燃焼する。燃焼能力が小の範囲は、ガス分岐通路27Aのガスと、燃焼ファン6の空気を燃焼管20Aに取り込み、燃焼管20Bからは二次空気噴出させ、全面を間欠燃焼モードで燃焼する。

概要

背景

図10には燃焼装置として一般的な給湯器の模式構成が示されている。同図において、燃焼室1内にはバーナ装置2が配置され、このバーナ装置2に燃料供給系としての燃料ガス供給通路3が接続されている。燃料ガス供給通路3には通路開閉を行う電磁弁4と開弁量によってガス供給量を制御する比例弁5とが介設されている。バーナ装置2の下方側には該バーナ装置2の燃焼給排気を行う燃焼ファン6が設けられている。なお、図中、7は燃焼ファン6の回転数(回転速度)を検出するファン回転数検出センサである。

前記バーナ装置2の上方側には熱交換器8が配置されており、この熱交換器8の入側に給水通路9が、出側に給湯通路10がそれぞれ接続されている。給水通路9側の通路には流量センサ14と入水温度センサ15が設けられ、また、給湯通路10側の通路には給湯温度センサ11が設けられている。なお、図中、12は制御装置であり、13は制御装置12に信号接続されたリモコンである。

この種の給湯器の運転は制御装置12により制御される。すなわち、リモコン13に給湯設定温度が設定されている状態で給湯通路10の先方の水栓(図示せず)を開けると、給水通路9から給水が熱交換器8に入り込む。流量センサ14により作動流量以上の流量が検出されると、燃焼ファン6を回転し、電磁弁4および比例弁5を開いてガスをバーナ装置2に供給し、点火手段(図示せず)を動作してバーナ装置2のバーナに点火してバーナ燃焼を行う。

そして、制御装置12は給湯温度センサ11で検出される給湯温度がリモコン13に設定されている給湯設定温度となるように要求熱量演算によって求め(この要求熱量の演算手法は周知であるので、その説明は省略する)、その要求熱量が得られるように比例弁5の開弁量を制御(ガス供給量を制御)して熱交換器8を通る水を加熱し、給湯設定温度の湯を給湯通路10を介して所望の給湯場所へ導出する。その一方で、制御装置12はファン回転数検出センサ7の検出信号を受けて、給気風量がガス供給量にマッチングした設定空燃比空気比率となるように燃焼ファン6の回転を制御する。

ところで、最近の給湯環境の充実化に伴い家庭用においても大能力の給湯器が使用されるようになっており、また、環境汚染防止の観点から給湯器のクリーン燃焼が要求され、大能力給湯器のバーナ装置として、低NOx性の全一次燃焼式のバーナ装置が採用されつつある。大能力の家庭用給湯器のバーナ装置としては、最小燃焼能力4500kcal/hr〜最大燃焼能力45000kcal/hrの大きなTDR(ターンダウン比)1/10のものが主流になっている。TDRとは最大燃焼能力に対して最小燃焼能力が何分の一まで絞れるかの比率を示すもので、分母の数が大きいほどTDRは大であると言っている。

しかし、全一次燃焼式のバーナ装置はTDRが1/2〜1/3までしか燃焼量が確保できないという事情がある。つまり、大きなTDRでもって燃焼させると、小燃焼能力の領域において、バーナ燃焼面が赤熱し、さらに赤熱化が進むと逆火現象を引き起こすという問題が生じ、そのため全一次燃焼式のバーナ装置ではTDRが1/2〜1/3までしか絞れないという事情があり、そのため、大能力範囲を全一次燃焼式のバーナ装置で燃焼させる場合には燃焼面を分割して多段の能力段に形成し、燃焼能力に応じて燃焼段(燃焼面)を切替える方式が採用されている。

図8は燃焼段切替方式の全一次燃焼式のバーナ装置を模式的に示す。この全一次燃焼式のバーナ装置は燃焼面がA面とB面とC面の3段に区分されており、ノズルヘッダー16の内部がA、B、Cの3室に区分され、各室別個ガス分岐通路17A、17B、17Cが接続されている。このガス分岐通路17A、17B、17Cは図10に示す燃料ガス供給通路3の先端側を分岐することにより形成され、各ガス分岐通路17A、17B、17Cには通路開閉の電磁弁(図示せず)が設けられている。

前記ノズルヘッダー16の上面には複数のガスノズル18が配列配置されており、各ガスノズル18の上側には燃焼管(バーナとも言う)20が対向配置されている。各燃焼管20は隙間無く隣合わせに配列配置されており、前記ノズルヘッダー16のA区分のガスノズル18に対向する燃焼管20の列はA面の燃焼面を形成し、同様に、B区分のガスノズル18に対向する燃焼管20の列はB面、C区分のガスノズル18に対向する燃焼管20の列はC面の燃焼面を形成している。なお、図中では、(a)は全面燃焼状態、(b)は(A+B)面の切替燃焼状態を示している。

前記ガスノズル18から噴出される燃料ガスと燃焼ファン6から供給される空気は燃焼管20のガス導入口21から燃焼管20の内部に取り込まれ、燃焼管20の内部で攪拌混合した燃料ガスと空気との混合ガス出口炎口22から燃焼室に噴出し、火炎23を形成する構成となっている。この全一次式バーナ装置は燃焼管20に取り込まれた一次空気のみを利用して燃焼するものであり、燃焼管20に取り込まれる空気量は理論空気量の1.2〜1.4倍の空気率(空気比率)となるように設定されている。

この燃焼段切替えタイプ(燃焼面切替えタイプ)の全一次式バーナ装置2を使用した燃焼装置の制御装置12には図9に示すような燃焼段切替えのデータが与えられている。すなわち、4500kcal/hr〜45000kcal/hrの全燃焼範囲が4500kcal/hr〜15000kcal/hr(TDRが約1/3)のA面燃焼範囲(区間)と、13000kcal/hr〜26000kcal/hr(TDRが1/2)の(A+B)面燃焼範囲と、22500kcal/hr〜45000kcal/hr(TDRが1/2)の全面(A+B+Cの全面)燃焼範囲とに区分されており、制御装置12の燃焼制御部は要求熱量(要求能力)が燃焼段の能力を上側に超えるときに1段上の燃焼面に切替え、要求熱量(要求能力)が燃焼段の能力を下側に超えるときに1段下の燃焼面に燃焼段を切替え制御する。

このように、燃焼面を切替え制御することにより、全燃焼範囲を全一次式燃焼に適したTDRで燃焼運転できるので、小さい能力範囲の燃焼において、燃焼面の赤熱や逆火の問題がなくなり、低NOxのクリーン燃焼が達成できるというものである。

概要

全一次式燃焼モード間欠燃焼モードの切替式バーナ装置を備えた燃焼装置を提供する。

ノズルヘッダー16の上面にガスノズル18A、18Bを配列する。ノズルヘッダー16内を区分し、ガス分岐通路27Aのガスはガスノズル18Aに供給し、ガス分岐通路27Bのガスはガスノズル18Bに供給する。ガスノズル18A、18Bの上側に燃焼管20A、20Bを配列配置する。燃焼能力が大の範囲は、ガス分岐通路27A、27Bのガスと、燃焼ファン6の空気を対応する燃焼管20A、20Bに取り込んで、全面を全一次式燃焼モードで燃焼する。燃焼能力が小の範囲は、ガス分岐通路27Aのガスと、燃焼ファン6の空気を燃焼管20Aに取り込み、燃焼管20Bからは二次空気を噴出させ、全面を間欠燃焼モードで燃焼する。

目的

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、大きな能力範囲の燃焼においても、燃焼能力段の数を少なくして装置構成簡易化、装置コストの低減化が可能であり、低能力燃焼においても厳密な高精度のファン風量制御を要することなく良好な燃焼を維持できるクリーン燃焼が可能な燃焼装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

燃焼ファンから供給される空気を利用して燃料供給系を介して供給される燃料燃焼するバーナ装置を備えた燃焼装置において、前記バーナ装置は複数の燃焼管隣接配列された少なくとも1つのバーナユニットが配置された構成と成しており、バーナ装置は、前記バーナユニットを構成する全燃焼管が一次空気のみによって燃焼する全一次式燃焼モードと;全燃焼管のうち間欠位置の燃焼管への燃料供給遮断されてバーナユニットの燃焼面に燃料供給により燃焼する燃焼管の燃焼ゾーンと燃料が遮断されて燃焼管から二次空気噴出する非燃焼ゾーンとが交互に形成される間欠燃焼モードと;を切替える燃焼モード切替機構が備えられていることを特徴とする燃焼装置。

請求項2

燃焼装置の最小燃焼能力から最大燃焼能力に至る範囲が最小燃焼能力を含む低能力側範囲と最大燃焼能力を含む高能力側範囲に区分されており、燃焼装置の燃焼能力が前記低能力側範囲を能力増加側に越えるときに間欠燃焼モードから全一次式燃焼モードへ切替え、燃焼装置の燃焼能力が前記高能力側範囲を能力減少側に越えるときに全一次式燃焼モードから間欠燃焼モードへ切替える燃焼モード切替機構の燃焼モード切替制御手段が設けられている請求項1記載の燃焼装置。

請求項3

燃焼モードが全一次式燃焼モードから間欠燃焼モードへ切替えられるときに間欠の燃焼ゾーンを形成する燃焼管の一次空気の空気比率を減少方向へ切替え、燃焼モードが間欠燃焼モードから全一次式燃焼モードへ切替えられるときに減少方向へ切替えられていた一次空気の空気比率を切替え前の元の空気比率に戻す空気比率切替え手段が設けられている請求項1又は請求項2記載の燃焼装置。

請求項4

バーナ装置は2つ以上のバーナユニットが燃焼管の配列方向に互いに隣り合わせに配置された構成と成しており、各バーナユニットの燃焼管配列方向の両端部の燃焼面は間欠燃焼モードでの燃焼時には燃焼ゾーンとなる構成と成していることを特徴とする請求項1又は請求項2又は請求項3記載の燃焼装置。

請求項5

バーナ装置の燃焼面は1つ又は2つ以上のバーナユニットを単位として燃焼面が切替えられる構成と成していることを特徴とする請求項4記載の燃焼装置。

技術分野

0001

本発明は給湯器等の燃焼装置に関し、特に、全一次式燃焼モードとブンゼンタイプ燃焼方式間欠燃焼モードとの切替機構を備えた燃焼装置に関するものである。

背景技術

0002

図10には燃焼装置として一般的な給湯器の模式構成が示されている。同図において、燃焼室1内にはバーナ装置2が配置され、このバーナ装置2に燃料供給系としての燃料ガス供給通路3が接続されている。燃料ガス供給通路3には通路開閉を行う電磁弁4と開弁量によってガス供給量を制御する比例弁5とが介設されている。バーナ装置2の下方側には該バーナ装置2の燃焼給排気を行う燃焼ファン6が設けられている。なお、図中、7は燃焼ファン6の回転数(回転速度)を検出するファン回転数検出センサである。

0003

前記バーナ装置2の上方側には熱交換器8が配置されており、この熱交換器8の入側に給水通路9が、出側に給湯通路10がそれぞれ接続されている。給水通路9側の通路には流量センサ14と入水温度センサ15が設けられ、また、給湯通路10側の通路には給湯温度センサ11が設けられている。なお、図中、12は制御装置であり、13は制御装置12に信号接続されたリモコンである。

0004

この種の給湯器の運転は制御装置12により制御される。すなわち、リモコン13に給湯設定温度が設定されている状態で給湯通路10の先方の水栓(図示せず)を開けると、給水通路9から給水が熱交換器8に入り込む。流量センサ14により作動流量以上の流量が検出されると、燃焼ファン6を回転し、電磁弁4および比例弁5を開いてガスをバーナ装置2に供給し、点火手段(図示せず)を動作してバーナ装置2のバーナに点火してバーナ燃焼を行う。

0005

そして、制御装置12は給湯温度センサ11で検出される給湯温度がリモコン13に設定されている給湯設定温度となるように要求熱量演算によって求め(この要求熱量の演算手法は周知であるので、その説明は省略する)、その要求熱量が得られるように比例弁5の開弁量を制御(ガス供給量を制御)して熱交換器8を通る水を加熱し、給湯設定温度の湯を給湯通路10を介して所望の給湯場所へ導出する。その一方で、制御装置12はファン回転数検出センサ7の検出信号を受けて、給気風量がガス供給量にマッチングした設定空燃比空気比率となるように燃焼ファン6の回転を制御する。

0006

ところで、最近の給湯環境の充実化に伴い家庭用においても大能力の給湯器が使用されるようになっており、また、環境汚染防止の観点から給湯器のクリーン燃焼が要求され、大能力給湯器のバーナ装置として、低NOx性の全一次燃焼式のバーナ装置が採用されつつある。大能力の家庭用給湯器のバーナ装置としては、最小燃焼能力4500kcal/hr〜最大燃焼能力45000kcal/hrの大きなTDR(ターンダウン比)1/10のものが主流になっている。TDRとは最大燃焼能力に対して最小燃焼能力が何分の一まで絞れるかの比率を示すもので、分母の数が大きいほどTDRは大であると言っている。

0007

しかし、全一次燃焼式のバーナ装置はTDRが1/2〜1/3までしか燃焼量が確保できないという事情がある。つまり、大きなTDRでもって燃焼させると、小燃焼能力の領域において、バーナ燃焼面が赤熱し、さらに赤熱化が進むと逆火現象を引き起こすという問題が生じ、そのため全一次燃焼式のバーナ装置ではTDRが1/2〜1/3までしか絞れないという事情があり、そのため、大能力範囲を全一次燃焼式のバーナ装置で燃焼させる場合には燃焼面を分割して多段の能力段に形成し、燃焼能力に応じて燃焼段(燃焼面)を切替える方式が採用されている。

0008

図8は燃焼段切替方式の全一次燃焼式のバーナ装置を模式的に示す。この全一次燃焼式のバーナ装置は燃焼面がA面とB面とC面の3段に区分されており、ノズルヘッダー16の内部がA、B、Cの3室に区分され、各室別個ガス分岐通路17A、17B、17Cが接続されている。このガス分岐通路17A、17B、17Cは図10に示す燃料ガス供給通路3の先端側を分岐することにより形成され、各ガス分岐通路17A、17B、17Cには通路開閉の電磁弁(図示せず)が設けられている。

0009

前記ノズルヘッダー16の上面には複数のガスノズル18が配列配置されており、各ガスノズル18の上側には燃焼管(バーナとも言う)20が対向配置されている。各燃焼管20は隙間無く隣合わせに配列配置されており、前記ノズルヘッダー16のA区分のガスノズル18に対向する燃焼管20の列はA面の燃焼面を形成し、同様に、B区分のガスノズル18に対向する燃焼管20の列はB面、C区分のガスノズル18に対向する燃焼管20の列はC面の燃焼面を形成している。なお、図中では、(a)は全面燃焼状態、(b)は(A+B)面の切替燃焼状態を示している。

0010

前記ガスノズル18から噴出される燃料ガスと燃焼ファン6から供給される空気は燃焼管20のガス導入口21から燃焼管20の内部に取り込まれ、燃焼管20の内部で攪拌混合した燃料ガスと空気との混合ガス出口炎口22から燃焼室に噴出し、火炎23を形成する構成となっている。この全一次式バーナ装置は燃焼管20に取り込まれた一次空気のみを利用して燃焼するものであり、燃焼管20に取り込まれる空気量は理論空気量の1.2〜1.4倍の空気率(空気比率)となるように設定されている。

0011

この燃焼段切替えタイプ(燃焼面切替えタイプ)の全一次式バーナ装置2を使用した燃焼装置の制御装置12には図9に示すような燃焼段切替えのデータが与えられている。すなわち、4500kcal/hr〜45000kcal/hrの全燃焼範囲が4500kcal/hr〜15000kcal/hr(TDRが約1/3)のA面燃焼範囲(区間)と、13000kcal/hr〜26000kcal/hr(TDRが1/2)の(A+B)面燃焼範囲と、22500kcal/hr〜45000kcal/hr(TDRが1/2)の全面(A+B+Cの全面)燃焼範囲とに区分されており、制御装置12の燃焼制御部は要求熱量(要求能力)が燃焼段の能力を上側に超えるときに1段上の燃焼面に切替え、要求熱量(要求能力)が燃焼段の能力を下側に超えるときに1段下の燃焼面に燃焼段を切替え制御する。

0012

このように、燃焼面を切替え制御することにより、全燃焼範囲を全一次式燃焼に適したTDRで燃焼運転できるので、小さい能力範囲の燃焼において、燃焼面の赤熱や逆火の問題がなくなり、低NOxのクリーン燃焼が達成できるというものである。

発明が解決しようとする課題

0013

しかしながら、現在主流となっている家庭用大能力給湯器の4500kcal/hr〜45000kcal/hrの燃焼熱量範囲を全一次式のTDRでもって燃焼させるには、燃焼能力段を3段以上に区分しなければならず、必然的に燃焼面の能力段の区分数が多くなり、それに伴いガス分岐通路17A、17B、17C等の数およびガス通路切替え用の電磁弁の数も増え、装置が大型化するとともに装置構成が複雑となって、装置コストも高くなるという問題が生じる。

0014

また、全一次式の燃焼においては、低能力側の燃焼空気制御範囲(良好に燃焼させるための燃焼空気の制御幅)が狭いため、厳密な高精度の燃焼ファン6の風量制御を行わなければならず、燃焼ファン6の制御回路が複雑化し、回路コストが高くなるという問題がある。また、このように、低能力側の燃焼空気の制御範囲が狭いために、給湯器の長期使用中に経時変化により排気閉塞が進行すると、ファン風量最適範囲からずれて燃焼が悪化するという問題もあった。

0015

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、大きな能力範囲の燃焼においても、燃焼能力段の数を少なくして装置構成の簡易化、装置コストの低減化が可能であり、低能力燃焼においても厳密な高精度のファン風量制御を要することなく良好な燃焼を維持できるクリーン燃焼が可能な燃焼装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0016

本発明は上記目的を達成するために次のような構成をもって課題を解決する手段としている。すなわち、第1の発明は、燃焼ファンから供給される空気を利用して燃料供給系を介して供給される燃料を燃焼するバーナ装置を備えた燃焼装置において、前記バーナ装置は複数の燃焼管が隣接配列された少なくとも1つのバーナユニットが配置された構成と成しており、バーナ装置は、前記バーナユニットを構成する全燃焼管が一次空気のみによって燃焼する全一次式燃焼モードと;全燃焼管のうち間欠位置の燃焼管への燃料供給遮断されてバーナユニットの燃焼面に燃料供給により燃焼する燃焼管の燃焼ゾーンと燃料が遮断されて燃焼管から二次空気が噴出する非燃焼ゾーンとが交互に形成される間欠燃焼モードと;を切替える燃焼モード切替機構が備えられている構成をもって課題を解決する手段としている。

0017

また、第2の発明は、前記第1の発明の構成を備えたものにおいて、燃焼装置の最小燃焼能力から最大燃焼能力に至る範囲が最小燃焼能力を含む低能力側範囲と最大燃焼能力を含む高能力側範囲に区分されており、燃焼装置の燃焼能力が前記低能力側範囲を能力増加側に越えるときに間欠燃焼モードから全一次式燃焼モードへ切替え、燃焼装置の燃焼能力が前記高能力側範囲を能力減少側に越えるときに全一次式燃焼モードから間欠燃焼モードへ切替える燃焼モード切替機構の燃焼モード切替制御手段が設けられている構成をもって課題を解決する手段としている。

0018

さらに、第3の発明は、前記第1又は第2の発明の構成を備えたものにおいて、燃焼モードが全一次式燃焼モードから間欠燃焼モードへ切替えられるときに間欠の燃焼ゾーンを形成する燃焼管の一次空気の空気比率を減少方向へ切替え、燃焼モードが間欠燃焼モードから全一次式燃焼モードへ切替えられるときに減少方向へ切替えられていた一次空気の空気比率を切替え前の元の空気比率に戻す空気比率切替え手段が設けられている構成をもって課題を解決する手段としている。

0019

さらに、第4の発明は、前記第1又は第2又は第3の発明の構成を備えたものにおいて、バーナ装置は2つ以上のバーナユニットが燃焼管の配列方向に互いに隣り合わせに配置された構成と成しており、各バーナユニットの燃焼管配列方向の両端部の燃焼面は間欠燃焼モードでの燃焼時には燃焼ゾーンとなる構成と成している構成をもって課題を解決する手段としている。

0020

さらに、第5の発明は、前記第4の発明の構成を備えたものにおいて、バーナ装置の燃焼面は1つ又は2つ以上のバーナユニットを単位として燃焼面が切替えられる構成と成していることをもって課題を解決する手段としている。

0021

上記構成の本発明において、燃焼熱量範囲(燃焼能力範囲)の高能力側の燃焼では全一次式の燃焼でもってバーナユニットの全面燃焼を行う。要求熱量が低能力側に移ったときには間欠燃焼モードの燃焼に移行し、燃焼ゾーンに位置する燃焼管の炎口から噴出する燃料と一次空気との混合ガスはその隣側の燃料供給が遮断された燃焼管から噴出する空気を二次空気として利用してブンゼンタイプの燃焼方式でもって燃焼する。

0022

本発明においては、高能力側の燃焼では全一次式の燃焼によって低NOxのクリーン燃焼が達成され、高能力側では燃焼空気の適正制御範囲が広目であるので、全一次式の燃焼であっても厳密な高精度の風量制御を要することなく良好な燃焼状態を維持できる。燃焼能力が低能力側に移ったときには間欠モードの燃焼に切替わるが、この間欠モードの燃焼はブンゼンタイプの燃焼方式となり、燃焼空気の適正制御範囲が広いので、厳密な高精度の風量制御を要することなく良好な燃焼状態を維持でき、燃焼能力が低能力であるので、窒素酸化物NOxの発生も少なく、低能力から高能力にわたり全体的に見てクリーンな燃焼が達成できるものである。

発明を実施するための最良の形態

0023

以下、本発明の実施形態例を図面に基づき説明する。なお、以下の説明において、従来例と共通の構成部分には同一符号を付してその重複説明は省略又は簡略化する。図1には本発明に係る燃焼装置のバーナ装置2の部分の構成が示されている。本実施形態例の燃焼装置は前記図10に示した給湯器の模式構成と同様であり、本実施形態例において特徴的なことは、バーナ装置2を特有な構成としたことである。

0024

図1において、ノズルヘッダー16の上面にはガスノズル18Aと18Bが交互に配列配置され、ノズルヘッダー16の内部はガスノズル18A群に通じる室24Aとガスノズル18B群に通じる室24Bに区分されており、室24Aにはガス分岐通路27Aが接続され、室24Bにはガス分岐通路27Bが接続されている。このガス分岐通路27A、27Bは前記図10に示されている燃料ガス供給通路3の先方側を分岐することによって形成されている。なお、ガス分岐通路27A、27Bにはそれぞれ通路の開閉を行う電磁弁(図示せず)が介設されている。

0025

ノズルヘッダー16の上側にはガスノズル18A、18Bに対向させて燃焼管20A、20Bが配置されている。燃焼管20Aと20Bはバーナケース内で互いに隣り合わせに隙間無く配列されてバーナユニットを構成しており、燃焼管20Aはガスノズル18Aから噴出する燃料ガスと燃焼ファン6から供給される燃焼空気をガス導入口21から取り入れ、内部で攪拌混合して燃料ガスと燃焼空気(一次空気)との混合ガスを炎口22から噴出して火炎23を形成する。同様に、燃焼管20Bはガスノズル18Bから噴出する燃料ガスと燃焼ファン6から供給される燃焼空気をガス導入口21から取り入れ、内部で攪拌混合して燃料ガスと燃焼空気(一次空気)との混合ガスを炎口22から噴出して火炎23を形成する。図1において、ガス分岐通路27Aからガスノズル18Aを介して燃焼管20Aに至る通路構成と、ガス分岐通路27Bからガスノズル18Bを介して燃焼管20Bに至る通路構成と、各ガス分岐通路27A、27Bに介設されている電磁弁は燃焼モード切替機構を構成する。

0026

図2は本実施形態例において特徴的な燃焼モード切替えの制御構成を示す。この制御構成は制御装置12に設けられ、燃焼モード切替制御手段25と、空気比率切替手段26と、ファン制御部28と、メモリ29とを有して構成されている。燃焼モード切替制御手段25には図3に示すような燃焼モードの切替えデータが与えられている。図3の例では、全燃焼熱量範囲が4500kcal/hr〜45000kcal/hrで与えられており、この燃焼熱量範囲のうち、低能力側の4500kcal/hr〜27000kcal/hr(TDRが1/6)の範囲が間欠燃焼モードの範囲として区分され、高能力側の22500kcal/hr〜45000kcal/hr(TDRが1/2)の範囲が全一次式燃焼モードの範囲として区分されている。

0027

燃焼モード切替制御手段25は制御装置12の燃焼制御部で演算される要求燃焼能力(要求燃焼熱量)の情報を受け、要求燃焼能力が間欠燃焼モードの範囲を上回るときには燃焼モード切替機構を全一次式燃焼モード側に切替える。具体的には、ガス分岐通路27Aと27Bの電磁弁を共に開き、図1の(a)に示すようにガス分岐通路27A、27Bから燃料ガスを供給し、全燃焼管20A、20Bを全一次式の燃焼モードで燃焼させる。この全一次式燃焼においては、一次空気比率は理論空気量の1.2〜1.4倍の比率に設定される。

0028

また、燃焼モード切替制御手段25は要求燃焼能力が全一次式燃焼モードの範囲を下回るときには燃焼モード切替機構を間欠燃焼モード側に切替える。具体的には、ガス分岐通路27A側の電磁弁を開いた状態にしてガス分岐通路27B側の電磁弁を閉じ、図1の(b)に示すようにガス分岐通路27Aのみから燃料ガスを供給し、燃焼管20Aの炎口22に火炎23を形成し、燃焼管20Bからは空気のみを噴出させる。この結果、燃焼管20Aから噴出する空気と燃料ガスとの混合ガスは隣の燃焼管20Bから噴出する空気を二次空気として利用して燃焼する。

0029

この間欠燃焼モードではバーナ装置2の燃焼面は燃焼管20Aの燃焼による燃焼ゾーンと燃焼管20Bの非燃焼ゾーンとが交互に生じる間欠燃焼となり、この燃焼は二次空気を利用して燃焼するブンゼンタイプの燃焼形態となる。本明細書で、ブンゼンタイプの燃焼形態とは、ブンゼンバーナセミブンゼンバーナの燃焼形態を意味する。

0030

本実施形態例では、燃焼モード切替制御手段25による燃焼モード切替機構に対する制御動作の信号は空気比率切替手段26に加えられており、空気比率切替手段26は制御モードの切替信号を受け、燃焼ファン6のファン回転制御の制御データを全一次式燃焼モードと間欠燃焼モードに応じて切替える。

0031

すなわち、メモリ29には図4に示すような、全一次式燃焼モード用と間欠燃焼モード用の、燃焼量(燃焼熱量)とファン回転数(ファン風量)との関係データ(ファン回転制御データ)がそれぞれ記憶されており、空気比率切替手段26は燃焼モード切替制御手段25から全一次式燃焼モードへの切替信号を受けたときにファン回転制御データとして全一次式燃焼モードのファン回転制御データを選択し、燃焼モード切替制御手段25から間欠燃焼モードへの切替信号を受けたときにファン回転制御データとして間欠燃焼モードのファン回転制御データを選択する。そして、その選択結果の信号をファン制御部28に加える。

0032

なお、本実施形態例では、全一次式燃焼モードのファン回転制御データは燃焼管20A、20Bに取り込まれる空気比率が理論空気量の1.2〜1.4倍の一次空気比率となるように設定されており、また、間欠燃焼モードのファン回転制御データは燃焼側の燃焼管20Aに取り込まれる空気比率が理論空気量の0.4〜0.8倍の一次空気比率となるように設定されている。なお、この間欠燃焼モードの一次空気比率はブンゼンタイプのバーナの燃焼時における一次空気比率と同じ値である。

0033

ファン制御部28は前記空気比率切替手段26からのファン回転制御データの選択結果の信号を受け、空気比率切替手段26によって選択されたファン回転制御データを用いて燃焼ファン6の回転制御を行う。すなわち、ファン制御部28は燃焼制御部により求められた要求燃焼量に応じたファン回転数を選択されたファン回転制御データに基づき目標ファン回転数として求め、ファン回転数検出センサ7で検出されるファン回転数が前記目標回転数と一致するようにファン回転数を制御する。

0034

本実施形態例は上記のように構成され、燃焼モード切替制御手段25によって切替えられる燃焼モードに応じて対応するファン回転制御データが選択され、選択された燃焼モードに適したファン回転制御(風量制御)が達成される。

0035

本実施形態例によれば、低燃焼能力側の範囲を間欠燃焼モードによって燃焼し、高燃焼能力側を全一次式燃焼モードで燃焼する構成としたので、4500kcal/hr〜45000kcal/hrの大能力範囲を、2つのガス分岐通路27A、27Bとそのガス分岐通路にそれぞれ介設される合計2つの切替弁(電磁弁)を設けることによって、良好に燃焼させることができ、前記大能力範囲を全一次式燃焼モードのみによって燃焼させる燃焼能力段切替方式の従来例に比べガス分岐通路および切替弁(電磁弁)の数を少なくでき、これに伴い、装置構成の簡易化、小型化、装置コストの低減化を図ることができる。

0036

また、高燃焼能力側の範囲は全一次式燃焼モードによって燃焼させるので、低NOx化が図れることとなり、低燃焼能力側は間欠燃焼モードで燃焼させるので、全一次式燃焼よりはNOxの発生が大きいが、元々低燃焼能力側は燃焼量が小さいのでNOxの発生が少なく、全一次式燃焼に対するNOxの増加量は無視できる程度であるので、燃焼能力範囲を全体的に低NOxのクリーン燃焼で燃焼させることが可能である。

0037

さらに、低燃焼能力側の間欠燃焼モードでの燃焼は二次空気を利用したブンゼンタイプの燃焼であるので、TDRを大きくでき、燃焼面の赤熱化や逆火の弊害現象を効果的に防止できる。しかも、間欠燃焼モードでの燃焼時には空気比率切替手段26により、燃焼側の燃焼管20Aに取り込まれる空気量がブンゼンタイプ燃焼に適した空気比率となるように切替えられるので、良好な燃焼性能を発揮することが可能である。また、このように、間欠燃焼モードではブンゼンタイプの燃焼方式で燃焼するので、適正空気の制御範囲(制御幅)が広くなり、厳密な風量制御(ファン回転数制御)を要することなく安定した良好燃焼を達成可能である。

0038

なお、本発明は上記実施形態例に限定されることなく様々な実施の形態を採り得る。例えば、上記実施形態例では全一次式燃焼モードから間欠燃焼モードへ切替えるときに空気比率切替手段26により、ファン回転制御データを切替えるようにしたが、この空気比率の切替えは機械的駆動により行うようにしてもよい。その場合は、例えば、図5の(a)に示すように燃焼管20A、20Bのガス導入口21側とガスノズル18A、18B側との間に空気量切替板30を燃焼管の配列方向に往復移動可能に配置する。

0039

図5の(b)に示すように、空気量切替板30には長手方向に空気量調整穴31Aと31Bが交互に等ピッチ間隔で配列形成され、この空気量調整穴31Aと31Bは貫通スリット35によって連通されている。空気量調整穴31Aは全一次式燃焼に適した一次空気比率となるように燃焼管20A、20Bへの空気取り込み量を調整する穴であり、空気量調整穴31Bは間欠燃焼に適した一次空気比率となるように燃焼管20Aへの空気取り込み量を調整する穴である。空気量調整穴31Aおよび空気量調整穴31Bの配列ピッチは燃焼管20およびガスノズル18の配列ピッチと等しく、空気量調整穴31A同士の配列ピッチと空気量調整穴31B同士の配列ピッチは互いに半ピッチずれている。つまり、隣り合う空気量調整穴31Aの中間位置に空気量調整穴31Bが配置されている。

0040

空気量切替板30の一端側には作動アーム32が連係されており、この作動アーム32はギアモータあるいはロータリーソレノイド等のアクチュエータ33によって往復方向揺動回転されるようになっており、この作動アーム32の揺動回転によって空気量切替板30が往復移動する構成となっている。

0041

このアクチュエータ33の駆動制御は空気比率切替手段26により行われ(図2参照)、空気比率切替手段26は燃焼モード切替制御手段25から全一次式燃焼モードへの切替え信号を受けたときにアクチュエータ33を動作制御して各空気量調整穴31Aを対応する燃焼管20A、20Bのガス導入口21に対向する配置に移動する。そうすると、空気量切替板30の下側の各ガスノズル18A、18Bと空気量切替板30の上側の各燃焼管20A、20Bのガス導入口21は対応する空気量調整穴31Aを挟んで対向し、各ガスノズル18A、18Bから噴出する燃焼ガスと燃焼ファン6から供給される空気は空気量調整穴31Aを通して対応する燃焼管20A、20Bに取り込まれ、全一次式燃焼に適した一次空気比率でもって全一次式燃焼が行われる。

0042

この状態で、燃焼モード切替制御手段25から間欠燃焼モードへの切替信号が出されたときには、空気比率切替手段26はアクチュエータ33を逆方向に空気量調整穴の半ピッチ移動分だけ回転制御する。このアクチュエータ33の逆回転により、空気量切替板30は前記半ピッチ分だけ復帰方向へ移動し、各ガスノズル18A、18Bは対応する燃焼管20A、20Bのガス導入口21と空気量調整穴31Bを挟んで対向し、各ガスノズル18Aから噴出する燃焼ガスと燃焼ファン6から供給される空気は空気量調整穴31Bを通して対応する燃焼管20Aに取り込まれ、ガス噴出が停止されたガスノズル18Bに対向する空気量調整穴31Bには空気のみが通過して対応する燃焼管20Bに二次空気用の燃焼空気として取りこまれ、間欠燃焼に適した一次空気比率でもってブンゼンタイプの間欠燃焼が行われる。

0043

このように、燃焼モード切替制御手段25の燃焼モード切替信号に応じて空気比率切替手段26によりアクチュエータ33の動作が制御されることで、上記実施形態例で説明したファン回転制御データの切替方式の場合と同様に全一次式燃焼と間欠燃焼に応じた最適一次空気比率の切替制御が可能となる。

0044

この機械駆動式の一次空気比率の切替え手法はその他に、空気量切替板30に空気量調整穴31Bの配列のみを設け、間欠燃焼時にはこの空気量調整穴31Bを燃焼管20A、20Bとガスノズル18A、18B間に配置するようにし、全一次式燃焼時には空気量切替板30を燃焼管20A、20Bとガスノズル18A、18Bの間から退避移動させるようにしてもよいものであり、あるいは、燃焼ファン6の空気風量の出口にダンパを設け、このダンパの回動移動を制御して一次空気比率を切替制御してもよく、様々な構成形態でもって一次空気比率の切替制御機構を構築することが可能である。

0045

さらに、上記実施形態例では、同じ燃焼面上で、全一次式燃焼と間欠燃焼を切替えたが、全一次式燃焼と間欠燃焼との切替機構を持つ複数のバーナユニットを燃焼管の配列方向に配列配置してバーナ装置を形成し、1つ以上のバーナユニットを単位として燃焼段を切替え制御する構成としてもよい。図6図7はこの燃焼段切替方式のバーナ装置2をもつ燃焼装置の実施形態例を示すものである。なお、バーナ装置2以外の燃焼装置の構成部分は前記図10に示すものと同様であるので、図示を省略してある。

0046

図6図7に示すバーナ装置2は前述した図1に示す構成のバーナユニットを2個向かい合わせに隣接配置して2段の燃焼段としたものであり、各段のバーナユニット40、50の構成は前述した図1のバーナユニットの構成と同一なので、その重複説明は省略する。この燃焼段切替式のバーナ装置2においては、各バーナユニット40、50が全一次式燃焼モードと間欠燃焼モードの燃焼モード切替機構を備えており、図6に示す如く、バーナユニット40、50の全ガス分岐通路27A、27Bから燃料ガスを供給することにより、バーナ装置2の全燃焼面は全一次式燃焼モードで燃焼する。

0047

また、図7に示す如く、バーナユニット40、50のガス分岐通路27Aのみから燃料ガスを供給することにより、バーナ装置2の全燃焼面は間欠燃焼モードで燃焼する。この実施形態例では、バーナユニット40、50が間欠燃焼するときには、バーナユニット40、50の両端は必ず燃焼ゾーンとなるように構成されており、そのため、保炎性がよい上に、バーナユニット40、50が共に間欠燃焼する燃焼モードではバーナユニット40と50の境界領域は必ず燃焼ゾーンとなり、そのため、火炎の安定性がよく、一方のバーナユニットから他方のバーナユニットへの火移りを良好に行うことが可能である。

0048

この燃焼段切替式のバーナ装置2において、バーナユニット50のガス分岐通路27A、27Bを閉じ、バーナユニット40のガス分岐通路27,27Bを開けることにより、バーナユニット40のみの燃焼面が全一次式燃焼モードで燃焼し、バーナユニット50のガス分岐通路27A、27Bを閉じ、バーナユニット40のガス分岐通路27Aを開け、27Bは閉じることにより、バーナユニット40の燃焼面のみが間欠燃焼モードで燃焼する。

0049

同様に、バーナユニット40のガス分岐通路27A、27Bを閉じ、バーナユニット50のガス分岐通路27,27Bを開けることにより、バーナユニット50のみの燃焼面が全一次式燃焼モードで燃焼し、バーナユニット40のガス分岐通路27A、27Bを閉じ、バーナユニット50のガス分岐通路27Aを開け、27Bは閉じることにより、バーナユニット50の燃焼面のみ間欠燃焼モードで燃焼する。

0050

さらに、バーナユニット40のガス分岐通路27A、27Bを共に開け、バーナユニット50側はガス分岐通路27Aを開け27Bは閉じることにより、バーナユニット40の全燃焼面は全一次式燃焼モードで燃焼し、バーナユニット50の燃焼面は間欠燃焼モードで燃焼する。その逆に、バーナユニット50のガス分岐通路27A、27Bを共に開け、バーナユニット40側はガス分岐通路27Aを開け27Bは閉じることにより、バーナユニット50の全燃焼面は全一次式燃焼モードで燃焼し、バーナユニット40の燃焼面は間欠燃焼モードで燃焼する。

0051

上記のように、バーナユニット40とバーナユニット50のガス分岐通路27A,27Bの開閉の組み合わせを選択することにより、様々な燃焼モードの組み合わせで、バーナユニット40とバーナユニット50の燃焼面を切替え燃焼することができる。この燃焼面の切替えにおいても、全一次式燃焼モードと間欠燃焼モードでの切替に応じて、一次空気比率の切替えが行われる。

0052

この場合、バーナユニット40、50に図5に示した空気量切替板30を設けることにより、どのような燃焼モードの組み合わせに対しても対応可能である。これに対し、ファン回転制御データの切替え方式を採用するときには、バーナユニット40、50の一方が全一次式燃焼モードで、他方が間欠燃焼モードとなる燃焼形態のときは、1個の共通の燃焼ファン6を用いて全一次式燃焼に見合う一次空気比率と間欠燃焼に見合う一次空気比率を共に調整することは困難となるので、その場合は、各バーナユニット40、50毎に専用の燃焼ファン6を設けて、各バーナユニット40、50に対してファン回転制御データによる風量制御を個別に行えばよく、あるいは、燃焼ファン6は共通の1個のファンを使用し、一方のバーナユニットは空気量切替板30を用いて間欠燃焼とし、他方のバーナユニットは全一次式燃焼モードで燃焼させればよい。

0053

なお、上記図6図7の例では、2個のバーナユニット40、50を燃焼管の配列方向に隣接配置したが、さらに大能力の燃焼熱量が要求される場合には、3個以上のバーナユニットを配列配置して燃焼段の切替を行うようにしてもよく、このように複数のバーナユニットが配設される場合においても、各バーナユニットの燃焼面を全て全一次式燃焼モードで燃焼させて燃焼能力段の切替を行う方式に比べ、ガス分岐通路の数とその切替弁(電磁弁)の数を少なくすることができる。

0054

また、上記実施形態例では燃焼装置として給湯器を例に説明したが、この給湯器の装置構成は図10に示したモデルのものに限定されることなく様々な変形が可能であり、本発明は、単能給湯器以外に、風呂釜暖房機冷房機冷暖房機、給湯複合機等のバーナ装置を具備する様々な燃焼装置に適用されるものである。

発明の効果

0055

本発明は、バーナ装置の燃焼面を、全一次式燃焼モードによる燃焼と、間欠燃焼モードによる燃焼とに切替燃焼可能に形成したので、与えられる燃焼能力範囲のうち、高能力側の範囲を全一次式燃焼モードで燃焼させ、低能力側の範囲を間欠燃焼モードで燃焼することが可能となる。この燃焼制御形態を採ることで、高能力側は低NOxの燃焼となり、低能力側はブンゼンタイプの燃焼形態となるので、TDRが大となり、燃焼面の赤熱や、逆火の弊害現象を防止できる。

0056

ただし、ブンゼンタイプの燃焼形態は、全一次式燃焼に比べ、NOxの発生量が大きいが、ブンゼンタイプの燃焼は元々NOxの発生量が少ない低燃焼能力側で行うので、全一次式燃焼に比べてのNOxの増加量は無視できる程度であり、全体的に見て、全燃焼能力範囲を低NOx化のクリーン燃焼が可能である。

0057

また、低燃焼能力側を全一次式燃焼モードで燃焼させた場合には、適正な風量の制御幅が狭く、そのため、厳密な高精度のファン回転制御が必要であったが、本発明では、低燃焼能力側を間欠燃焼モード(ブンゼンタイプの燃焼形態)で燃焼させるようにしているので、適正な風量の制御幅が広くなり、必ずしも厳密な高精度のファン回転制御を要すること無しに適正風量をバーナ装置に供給して良好な燃焼を行うことが可能である。このように、厳密な高精度のファン回転制御を必要としないので、ファン回転の制御回路の簡易化が可能であり、これに伴い、回路コストの低減化を図ることができる。

0058

さらに、空気比率切替手段により、高能力側の全一次式燃焼においてはその全一次式燃焼に見合う一次空気比率となるように、また、低能力側の間欠燃焼においてはそのブンゼンタイプの燃焼に見合う一次空気比率となるように燃焼モードに応じて風量の切替えを行うようにしているので、バーナ装置の全燃焼能力範囲に亙って、安定した適正燃焼が可能となる。

0059

さらに、高能力側の範囲を全一次式燃焼モードで燃焼させ、低能力側の範囲を間欠燃焼モードで燃焼させるべく燃焼モードの切替え制御を行う構成としたので、燃焼モードの切替え無しに全一次式燃焼モードのみで燃焼能力段を切替える従来例に比べ、切替弁を含む切替機構の部品点数を少なくでき、これに伴い、装置の小型化、低コスト化を達成可能である。

0060

さらに、2つ以上のバーナユニットを隣り合わせに配置し、1つ以上のバーナユニットを単位として燃焼面を切替える構成としたものにあっては、全一次式燃焼モードと間欠燃焼モードとを燃焼能力に応じ選択して各バーナユニットの燃焼面を切替え可能となるので、要求燃焼能力に応じ、より適切な燃焼形態を選択して燃焼面のより緻密な切替え制御が可能となるものである。

図面の簡単な説明

0061

図1本発明の燃焼装置を構成するバーナ装置の一実施形態例の構成説明図である。
図2本実施形態例の燃焼装置の要部制御構成のブロック図である。
図3本実施形態例における全一次式燃焼モードと間欠燃焼モードとの切替え能力区分のデータを示す図である。
図4本実施形態例における全一次式燃焼モードと間欠燃焼モードのファン回転制御データを示グラフである。
図5全一次式燃焼モードと間欠燃焼モードの一次空気比率切替え手段の他の実施形態例の説明図である。
図62個のバーナユニットを隣接配置した燃焼面切替式のバーナ装置の実施形態例を全面が全一次式燃焼モードで燃焼している状態で示す説明図である。
図72個のバーナユニットを隣接配置した燃焼面切替式のバーナ装置の実施形態例を全面が間欠燃焼モードで燃焼している状態で示す説明図である。
図8従来の燃焼段切替形式のバーナ装置の構成説明図である。
図9図8の燃焼段切替形式のバーナ装置に与えられる燃焼面切替えの能力区分を示すグラフである。
図10燃焼装置として代表的な給湯器の模式構成の説明図である。

--

0062

2バーナ装置
18(18A、18B)ガスノズル
20(20A、20B)燃焼管
25燃焼モード切替制御手段
26空気比率切替手段
27(27A、27B)ガス分岐通路
28ファン制御部
30 空気量切替板
40、50 バーナユニット

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