特開 2020-200973 火力調節装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-200973(P2020-200973A)

(43)【公開日】2020年12月17日

(54)【発明の名称】火力調節装置

(51)【国際特許分類】

   F23N 1/00 20060101AFI20201120BHJP

【ＦＩ】

   F23N1/00 103C

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】5

(21)【出願番号】特願2019-106692(P2019-106692)

(22)【出願日】2019年6月7日

(71)【出願人】

【識別番号】000115854

【氏名又は名称】リンナイ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000305

【氏名又は名称】特許業務法人青莪

(72)【発明者】

【氏名】柘植 真吾

【テーマコード（参考）】

3K068

【Ｆターム（参考）】

3K068FA02

3K068FB01

3K068FC06

3K068GA02

(57)【要約】

【課題】バーナ用のノズル１へのガス供給路に介設された流量調節弁２と、当該ガス供給路に流量調節弁の上流側に位置して介設されたガバナ３とを備える火力調節装置であって、ガバナ３は、二次圧室３２の弁座３３とは反対側の端面を覆うダイヤフラム３４と、弁座３３に形成した弁孔３３ａの開度を可変する、ダイヤフラム３４に連結されたガバナバルブ３６とを有し、二次圧と背圧（ダイヤフラム背面側の背圧室３５内の圧力）との差圧を所定の設定圧に調圧するように構成されるものにおいて、強火力時の燃焼不良を防止できるようにする。
【解決手段】背圧室３５を流量調節弁２とノズル１との間のガス供給路の部分に連通させる。ノズル１に供給されるガス圧であるノズル圧が背圧となり、二次圧とノズル圧との差圧が設定圧になるようにガバナ３で調圧される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バーナ用のノズルへのガス供給路に介設された流量調節弁と、当該ガス供給路に流量調節弁の上流側に位置して介設されたガバナとを備える火力調節装置であって、ガバナは、上流側の一次圧室と、流量調節弁に連通する下流側の二次圧室と、一次圧室と二次圧室との間の弁座と、二次圧室の弁座とは反対側の端面を覆うダイヤフラムと、二次圧室に対しダイヤフラムで仕切られた背圧室と、弁座に形成した弁孔の開度を可変する、ダイヤフラムに連結されたガバナバルブとを有し、二次圧室内のガス圧である二次圧と背圧室内の圧力である背圧との差圧を所定の設定圧に調圧するように構成されるものにおいて、
背圧室は、流量調節弁とノズルとの間のガス供給路の部分に連通され、ノズルに供給されるガス圧であるノズル圧が背圧になることを特徴とする火力調節装置。

【請求項2】

前記設定圧は、前記一次圧室に供給されるガス圧である一次圧の予想される変動範囲の下限圧以下に設定されることを特徴とする請求項１記載の火力調節装置。

【請求項3】

前記設定圧を可変設定自在とし、使用する燃料ガスのウォッベ指数が高くなるほど設定圧を低く設定することを特徴とする請求項１又は２記載の火力調節装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バーナ用のノズルへのガス供給路に介設された流量調節弁と、当該ガス供給路に流量調節弁の上流側に位置して介設されたガバナとを備える火力調節装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の火力調節装置において、ガバナは、上流側の一次圧室と、流量調節弁に連通する下流側の二次圧室と、一次圧室と二次圧室との間の弁座と、二次圧室の弁座とは反対側の端面を覆うダイヤフラムと、二次圧室に対しダイヤフラムで仕切られた背圧室と、弁座に形成した弁孔の開度を可変する、ダイヤフラムに連結されたガバナバルブとを有し、二次圧室内のガス圧である二次圧と背圧室内の圧力である背圧との差圧を所定の設定圧に調圧するように構成されている（例えば、特許文献１、２参照）。ここで、背圧室は大気開放されていて、背圧は大気圧になる。

【0003】

このものでは、一次圧室内のガス圧である一次圧が変動しても、流量調節弁に供給される二次圧は設定圧に調圧される。そのため、ノズルに供給されるガス圧であるノズル圧、即ち、ノズルからの噴出ガス流量（バーナの火力）を流量調節弁により一次圧の変動の影響を受けずに調節することができる。

【0004】

但し、一次圧の変動で、一次圧が設定圧を下回ると、ガバナバルブが全開となって二次圧が一次圧と等しくなり、二次圧を設定圧に調圧できなくなる。そこで、従来は、設定圧を一次圧の予想される変動範囲の下限圧以下に設定している。そのため、強火力時に、流量調節弁を全開状態にすることで、ノズル圧が二次圧、即ち、設定圧に昇圧しても、設定圧自体が低いため、ノズルからのガス噴出速度が十分に上がらず、エゼクタ吸引される一次空気量が不足してガスリッチ状態になり、燃焼不良を生ずることがあった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４−６０８９８号公報（図４）

【特許文献2】特開２００４−３４０４３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、以上の点に鑑み、強火力時の燃焼不良を防止できるようにした火力調節装置を提供することをその課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明は、バーナ用のノズルへのガス供給路に介設された流量調節弁と、当該ガス供給路に流量調節弁の上流側に位置して介設されたガバナとを備える火力調節装置であって、ガバナは、上流側の一次圧室と、流量調節弁に連通する下流側の二次圧室と、一次圧室と二次圧室との間の弁座と、二次圧室の弁座とは反対側の端面を覆うダイヤフラムと、二次圧室に対しダイヤフラムで仕切られた背圧室と、弁座に形成した弁孔の開度を可変する、ダイヤフラムに連結されたガバナバルブとを有し、二次圧室内のガス圧である二次圧と背圧室内の圧力である背圧との差圧を所定の設定圧に調圧するように構成されるものにおいて、背圧室は、流量調節弁とノズルとの間のガス供給路の部分に連通され、ノズルに供給されるガス圧であるノズル圧が背圧になることを特徴とする。

【0008】

本発明によれば、ガバナにより二次圧とノズル圧との差圧、即ち、流量調節弁で生ずる圧力損失が設定圧になるように調圧される。従って、一次圧室に供給されるガス圧である一次圧が変動しても、流量調節弁を通過するガス流量が当該弁の開度に応じた一定量（設定圧の圧力損失を生ずる量）になるようにガバナの調圧機能が発揮され、一次圧の変動によるバーナの火力変動を低減できる。更に、強火力時には、流量調節弁を全開状態にすることで二次圧とノズル圧との差圧が零になるため、ガバナの調圧機能が発揮されずに、ガバナバルブが全開状態となり、一次圧がそのままノズルに供給される。従って、強火力時に、ノズル圧が不足せず、エゼクタ吸引される一次空気量を適正に確保でき、燃焼不良は生じない。

【0009】

また、本発明において、設定圧は、一次圧の予想される変動範囲の下限圧以下に設定されることが望ましい。これによれば、ガバナの調圧機能が発揮される弱、中火力時のノズル圧が、一次圧の変動に拘わらず安定し、失火などの不具合を生じない。

【0010】

更に、本発明においては、設定圧を可変設定自在とし、使用する燃料ガスのウォッベ指数が高くなるほど設定圧を低くすることが望ましい。ここで、燃料ガスのウォッベ指数が高くなるほどノズル圧を全体的に低くする必要がある。ノズル圧を全体的に変更するために、流量調節弁を交換したのではコスト的に不利である。上記の如く設定圧を可変設定自在とすれば、設定圧の変更でノズル圧を全体的に変更できるため、ガス種切換えの際、流量調節弁を交換する必要がなく、コスト的に有利である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態の火力調節装置の模式的断面図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１を参照して、本発明の実施形態の火力調節装置は、バーナ用のノズル１へのガス供給路に介設された流量調節弁２と、当該ガス供給路に流量調節弁２の上流側に位置して介設されたガバナ３とを備えている。ノズル１は、図示省略したバーナの混合管部の上流端の流入口に臨んでいる。そして、ノズル１から流入口に向けて燃料ガスが噴射され、この噴射に伴い一次空気がエゼクタ吸引（エゼクタ効果による吸引）される。

【0013】

流量調節弁２は、ガバナ３の下流側に連通口２１ａを介して連通する弁室２１と、弁室２１からノズル１に向けて燃料ガスを流す弁孔２２ａを形成した弁座２２と、弁室２１内に設けられた、弁座２２に対し進退自在なニードル状の弁体２３とを有している。そして、弁体２３に一体の弁軸２３ａに連結される図外のアクチュエータにより弁体２３を進退させることで、流量調節弁２の開度（具体的には、弁孔２２ａの開度）を可変する。

【0014】

ガバナ３は、ガス供給路の上流側部分から流入口３１ａを介して燃料ガスが流入する一次圧室３１と、側面に上記連通口２１ａが開設された二次圧室３２と、一次圧室３１と二次圧室３２との間の弁座３３と、二次圧室３２の弁座３３とは反対側の端面を覆うダイヤフラム３４と、二次圧室３２に対しダイヤフラム３４で仕切られた背圧室３５と、弁座３３に形成した弁孔３３ａの開度を可変する、ダイヤフラム３４に連結されたガバナバルブ３６と、ダイヤフラム３４を弁座３３に接近する方向に付勢する背圧室３５内のバネ３７とを有している。ここで、弁孔３３ａの開口面積をＳ１、ダイヤフラム３４の有効受圧面積をＳ２、一次圧室３１に供給されるガス圧である一次圧をＰ１、二次圧室３２内のガス圧である二次圧をＰ２、背圧室３５内の圧力である背圧をＰＢ、バネ３７の付勢力をＦとして、ダイヤフラム３４を弁座３３から離隔する方向に押圧する力は、Ｐ１・Ｓ１＋Ｐ２・Ｓ２になり、ダイヤフラム３４を弁座３３に接近する方向に押圧する力は、Ｐ２・Ｓ１＋ＰＢ・Ｓ２＋Ｆになる。これら両力が等しくなるようにガバナバルブ３６が変位するため、次式、
Ｐ１・Ｓ１＋Ｐ２・Ｓ２＝Ｐ２・Ｓ１＋ＰＢ・Ｓ２＋Ｆ…（１）
が成立し、（１）式から次式、
Ｐ２−ＰＢ＝（Ｐ２−Ｐ１）・Ｓ１／Ｓ２＋Ｆ／Ｓ２…（２）
が得られる。Ｓ１はＳ２に比しかなり小さいため、（２）式の右辺第１項は零と看做すことができ、次式、
Ｐ２−ＰＢ＝Ｆ／Ｓ２…（３）
が成立する。これは、Ｐ２−ＰＢ、即ち、二次圧と背圧との差圧が所定の設定圧（＝Ｆ／Ｓ２）に調圧されることを意味する。

【0015】

そして、本実施形態では、背圧室３５が、流量調節弁２とノズル１との間のガス供給路の部分に連通口３５ａを介して連通している。そのため、ノズル１に供給されるガス圧であるノズル圧が背圧になる。従って、ガバナ３により二次圧とノズル圧との差圧が設定圧になるように調圧されることになる。

【0016】

本実施形態によれば、流量調節弁２の開度が変化しても、二次圧とノズル圧との差圧は変化しないが、そのためには、流量調節弁２を通過するガス流量（この流量はノズル１からの噴出ガス流量に等しい）を、流量調節弁２で生ずる圧力損失（二次圧とノズル圧との差圧）が一定になるように、流量調節弁２の開度変化に応じて変化させる必要がある。従って、ノズル１からの噴出ガス流量、即ち、バーナの火力を流量調節弁２により可変調節できる。そして、一次圧が変動しても、流量調節弁２を通過するガス流量が当該弁２の開度に応じた一定量（設定圧の圧力損失を生ずる量）になるようにガバナ３の調圧機能が発揮され、一次圧の変動によるバーナの火力変動を低減できる。更に、強火力時には、流量調節弁２を全開状態にすることで二次圧とノズル圧との差圧が零になるため、ガバナ３の調圧機能が発揮されずに、ガバナバルブ３６が全開状態となり、一次圧がそのままノズル１に供給される。従って、強火力時に、ノズル圧が不足せず、エゼクタ吸引される一次空気量を適正に確保でき、燃焼不良は生じない。

【0017】

ところで、上記設定圧は、一次圧の予想される変動範囲の下限圧以下に設定される。これによれば、ガバナ３の調圧機能が発揮される弱、中火力時のノズル圧が、一次圧の変動に拘わらず安定し、失火などの不具合を生じない。

【0018】

また、本実施形態では、背圧室３５内に、バネ３７用のバネ受け３８を設けて、このバネ受け３８を調節ネジ３９で位置調節可能としている。そして、調節ネジ３９によるバネ受け３８の位置調節で、上記設定圧を可変設定自在としている。

【0019】

ここで、燃料ガスのウォッベ指数が高くなるほどノズル圧を全体的に低くする必要がある。この場合、流量調節弁２を交換して、ノズル圧を全体的に変更することも考えられるが、これではコスト的に不利になる。これに対し、本実施形態の如く設定圧を可変設定自在とすれば、設定圧の変更でノズル圧を全体的に変更できる。そして、使用する燃料ガスのウォッベ指数が高くなるほど設定圧を低く設定すれば、ガス種切換えの際、流量調節弁２を交換する必要がなく、コスト的に有利である。

【0020】

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、流量調節弁２として進退自在なニードル状の弁体２３を有するものを用いているが、回転自在な弁体等を有する他の型式の流量調節弁を用いることも可能である。

【符号の説明】

【0021】

１…ノズル、２…流量調節弁、３…ガバナ、３１…一次圧室、３２…二次圧室、３３…弁座、３３ａ…弁孔、３４…ダイヤフラム、３５…背圧室、３６…ガバナバルブ、３７…バネ。

【図1】