【実施例】
【0058】
図3は、本発明の第1の実施例に係る予混合装置を示している。
図3において、
図1または
図2と同一部分には同一符号を付してある。
【0059】
この予混合装置2−3には前記実施の形態と同様に、装置本体4、ベンチュリー部6、チャンバ8、空隙部10、燃料ガス通路12、第1の弁16−1および第2の弁16−2の一例として、弁16−21(
図4および
図5のA)、弁16−22(
図5のB)が備えられる。
【0060】
ベンチュリー部6の通路部6−1側にはたとえば、空気導入ガイド34が連結され、吸気ファン24の回転により外気から空気Arが導入される。この空気Arの空気量は弁16−1の開度(つまり、角度)によって調節される。
【0061】
チャンバ8には燃料ガス通路12から燃料ガスGが導入される。この燃料ガス通路12には燃料ガス管38が連結されている。この燃料ガス管38から供給される燃料ガスGがチャンバ8に導入される。燃料ガス通路12には弁16−21(16−22)が備えられ、この弁16−21(16−22)は弁16−1と連動機構18により連動する。この連動機構18にはオリフィス調節モータ(以下単に「モータ」と称する)40の回転軸42が連結されている。モータ40は、駆動部20の一例である。このモータ40にはたとえば、ステッピングモータを用いればよい。
【0062】
チャンバ8に導入された燃料ガスGは空隙部10からベンチュリー部6に流入し、ベンチュリー部6に流れている空気流Arと合流し、空気Arと燃料ガスGが混合されて混合ガスMが生成される。
【0063】
吸気ファン24にはたとえば、シロッコファンが用いられている。この吸気ファン24は吸気ファン筐体部44に内蔵されている。この吸気ファン筐体部44は装置本体4と燃焼室46との間に設置され、吸気ファン24にはファンモータ48が連結されている。吸気ファン24はファンモータ48により回転し、ベンチュリー部6側を上流側として燃焼室46に向かう吸気を生じさせる。これにより、空気Arの空気流に燃料ガスGを混合し、その混合ガスMが吸気ファン筐体部44側から混合ガス通路50を通して燃焼室46に導入される。
【0064】
<装置本体4および弁機構部52>
【0065】
図4は、予混合装置2−3の装置本体4および弁機構部52を示している。
図4において、
図3と同一部分には同一符号を付してある。
【0066】
装置本体4は、空気通路筐体部54を備え、この空気通路筐体部54の開口端側にフランジ部56を備えてベンチュリー部6の通路部6−2が着脱可能である。
【0067】
空気通路筐体部54の側面部には弁機構部52を支持する弁機構支持部60が備えられ、この弁機構支持部60にはチャンバ8に通ずる窓部62が形成されている。この窓部62はたとえば、円形である。この窓部62の内側には弁機構部52の支持に用いられる支持段部64が形成されている。
【0068】
弁機構部52には調節軸66と、この調節軸66を支持する軸受け部としてのオリフィス部材68とが備えられる。調節軸66の装置本体4に挿入される端部には一対のアタッチメント70が備えられ、このアタッチメント70に弁16−1が挟み込まれ、固定ねじ72で固定されている。弁16−1はたとえば、バタフライ弁であり、ベンチュリー部6の通路部6−11の内形状および口径に対応した円盤である。
【0069】
弁16−21(16−22)のオリフィス部材68にはフランジ部74および筒部76が備えられる。フランジ部74が窓部62の支持段部64に当てられて固定ねじ78により固定される。これにより、オリフィス部材68は装置本体4と一体化される。
【0070】
筒部76にはガス種によって位置を異ならせた第1のオリフィス80−11、80−12、第2のオリフィス80−21、80−22(
図5のB)が形成されている。これらオリフィス80−11、80−12、80−21、80−22は、チャンバ8に連通させた連通孔部の一例である。
【0071】
このオリフィス部材68に支持された調節軸66の端部にはモータ40の回転軸42が固定される。これにより、モータ40の回転力が調節軸66に伝えられ、調節軸66の角度により弁16−1、16−21または16−22の開口角度を調節できる。調節軸66の中間部には、弁機構支持部60に係合する係合溝67−1、67−2(
図5)が調節軸66の周回方向に形成されている。係合溝67−1、67−2は、調節軸66の角度調節範囲を規制する。
【0072】
図5のAは、弁機構部52を分解し、弁16−21側を示している。
図5のAにおいて、
図4と同一部分には同一符号を付してある。
【0073】
調節軸66には燃料ガス通路12から燃料ガスGが導入されるガス導入路84が形成され、このガス導入路84(
図6)には、燃料ガス通路12側に開放された第1のポート86−11、86−12とたとえば、オリフィス80−11、80−12(またはオリフィス80−21、80−22)側に第2のポート86−2が備えられる。つまり、ポート86−11、86−12から導入された燃料ガスGはガス導入路84を経てポート86−2側に導かれる。
【0074】
そして、ポート86−2の位置は筒部76のオリフィス80−11、80−12の位置と合致しており、調節軸66の回動によりオリフィス80−11、80−12の開度がポート86−2の位置によって調節される。つまり、ポート86−2がオリフィス80に合致位置では燃料ガスGがオリフィス80−11、80−12から充分にチャンバ8側に流出するのに対し、両者が不一致位置では燃料ガスGの流出が妨げられる関係にある。そして、このような弁16−21が弁16−1と連動し、燃料ガスGの流出量が変化し、空燃比を調節できる。
【0075】
図5のBは、弁機構部52を分解し、オリフィス部材68の角度を
図5のAとは180度だけ異ならせて弁16−22側を示している。
図5のBにおいて、
図4と同一部分には同一符号を付してある。
【0076】
オリフィス部材68は単一の部材を以てたとえば、NAガス用のオリフィス80−11、80−12が回転角0°ないし90°の範囲に形成され、たとえば、LPガス用のオリフィス80−21、80−22が回転角180°ないし270°の範囲に形成されている。つまり、開口形状が異なるオリフィス80−11、80−12と、オリフィス80−21、80−22は互いに90°の間隔を設けて形成されており、角度0°ないし90°の範囲でたとえば、NAガス用に対応し、角度180°ないし270°の範囲でたとえば、LPガス用に対応することができ、調節軸66の調節角度範囲を選択して対応するガス種を選択可能である。
【0077】
<混合ガスMの空気量および燃料ガス量の調節>
【0078】
図6のA、BおよびCに示すように、弁16−1を空気流Arと同方向とした場合、弁16−1の開口面積は最大となる。この弁16−1と調節軸66で連動する弁16−2のオリフィス80−11、80−12の開口面積も最大となる。
【0079】
また、
図7のA、BおよびCに示すように、弁16−1を空気流Arと直交方向とした場合、弁16−1の開口面積は最小となる。この弁16−1と調節軸66で連動する弁16−21のオリフィス80−11、80−12の開口面積も最小となる。
【0080】
このように、弁16−1の開口面積を最大から最小、最小から最大に連続的に調節でき、これに連動して弁16−21のオリフィス80−11、80−12の開口面積も最大から最小、最小から最大に調節できる。
【0081】
この例では、弁16−21側での燃料ガス量の調整を示しているが、調節軸66を既述の位置から180度だけ変位させることにより、空気量の調節とともに、弁16−22のオリフィス80−21、80−22の開口面積を最大から最小、最小から最大に調節できる。
【0082】
<ファン回転をパラメータとした弁16−1の開度と空気量の関係>
【0083】
図8のAは、ファン回転をパラメータとした弁16−1の角度θおよび空気量の関係を示している。
【0084】
吸気ファン24の回転Nfを最小(Nf=Nmin)とし、弁16−1の角度θ=0ないし90〔度〕を変化させると、
図8のAのA1に示すように、角度θに応じて比例的に増加する。
【0085】
吸気ファン24の回転Nfを最大(Nf=Nmax)とし、弁16−1の角度θ=0ないし90〔度〕を変化させると、
図8のAのA2に示すように、角度θに応じて比例的に増加するが、増加傾向が回転Nf=Nminより急峻になる。
【0086】
<ファン回転をパラメータとした弁16−2の開度およびガス量の関係>
【0087】
図8のBは、ファン回転をパラメータとした弁16−2の角度θおよびガス量の関係を示している。
【0088】
吸気ファン24の回転Nfを最小(Nf=Nmin)とし、弁16−2の角度θ=0ないし90〔度〕を変化させると、
図8のBのG1に示すように、角度θに応じて比例的に増加する。
【0089】
吸気ファン24の回転Nfを最大(Nf=Nmax)とし、弁16−2の角度θ=0ないし90〔度〕を変化させると、
図8のBのG2に示すように、角度θに応じて比例的に増加するが、増加傾向が回転Nf=Nminより急峻になる。
【0090】
<第1の実施例の効果>
【0091】
(1) 吸気ファン24にはたとえば、バタフライ弁を用いてファン回転数の調節範囲以上の空気供給量の調節を実現できる。たとえば、空気量はファン回転数小からファン回転数大まで、たとえば、弁16−1の全閉でファン回転数の最小から最大、弁16−1の弁全開でファン回転数最小からファン回転数の最大までの種々の組合せによる調節状態を実現でき、低レベルの燃焼から高レベルの燃焼までの幅広い燃焼能力を制御することができる。
【0092】
(2) 弁16−1、16−2は連動機構18を用いて連動させ、燃料ガス量の調節と同時に、たとえば、バタフライ弁によってベンチュリー部6の開放面積を最小から最大まで調節して空気量を燃料ガス量に対応させることができる。
【0093】
(3) 空気流Arおよび燃料ガスGの混合ガスMが空気ファン24は、吸気ファン24の回転による吸気機能により導かれて吸気ファン24を通過し、吸気ファン24のファンにより撹拌が進行し、撹拌状態が高められた混合ガスMを生成でき、燃焼室46に供給することができる。
【0094】
(4) 要求される燃焼量により弁16−1の開口面積が弁16−1の角度によって決定され、これに対応した空気比を所定値とする弁16−1の開口角度を考慮したファンモータ48の回転数を決定することができる。
【0095】
(5) 燃焼開始後のフィードバックにより燃焼ガス量の調節として弁16−1の開口面積の増減を行い、それに見合ったファンモータ48の回転数Nの調節を行うことができる。
【0096】
(6) 単一のオリフィス部材68にはたとえば、2種類のガス種に対応する第1のオリフィス80−11、80−12と第2のオリフィス80−21、80−22とを形成し、角度範囲によって両者を選択的に切り替え、たとえば、回動範囲0°〜90°で第1のオリフィス80−11、80−12によるスリットパターンに制御し、回動範囲180°〜270°で第2のオリフィス80−21、80−22によるスリットパターンに制御できる。これにより、複数のオリフィス部材の選択が不要であり、交換による調節軸66との整合状態を考慮しなければならないという不都合を回避できる。
【0097】
(7) 弁16−1、16−2を同一軸である調節軸66上に設置しているので、両者を同時に調節でき、より大きなターンダウンを取ることができる。ベンチュリー部6ではベンチュリー管による混合ガス生成機能を充分に生かすことができる上、従来1:3〜4程度であったターンダウンを1:15まで拡大できる。しかも、オリフィス80のガス種毎の選択が可能である。上記の通り、ガス種切替えの簡易化とともに安全性を高めることができる。
【0098】
(8) ベンチュリ管による混合ガスの生成に関し、混合ガス量は、ファン回転数に追従させて調節できるが、ターンダウンはファン回転数の制御範囲に制限されている。ところで、暖房器や給湯器でのファン回転数は一例として2000〜7000〔rpm〕程度であり、これに対応するターンダウンは1:3〜4程度が限界であり、これ以上のターンダウンは困難であった。しかも、ガス種切替を行う際に、ガス回路を開くことはガス漏れを引き起こすというリスクが伴う。上記実施例ではこれらの不都合を回避した予混合装置および給湯装置を提供できる。
【0099】
(9) 調節軸66を中心にガス導入路84が形成され、ガス種の切替えは調節軸66の角度によって調節できる。実施例では一方向にオリフィス80を形成し、ガス導入路84に負荷を与えて、ガス量の調節を行っているが、これに限定されるものではない。ガスの吹き出し方向を2方向としてオリフィス80のスリットパターンを変更でき、これによりガス供給量の調節幅を拡大することができる。
【0100】
(10) 一例として、弁16−2では調節軸66を角度0°では約1:4程度のターンダウンが取れるのに対し、これに、燃料ガス量、空気量調節を加え、約1:15までのターンダウンを取ることができる。
【0101】
(11) ベンチュリー部6では、空気流Arを周回する全周方向から燃料ガスGを流出させて混合するので、空気Arに対する燃料ガスGの混合性能、混合ガスMの生成機能を高めることができる。
【0102】
(12) 第1のオリフィス80−11、80−12および第2のオリフィス80−21、80−22を互いに中心角180°だけ異ならせた対応位置に形成されているので、調節軸66を反転させた状態でガス種を選択でき、非選択のオリフィスは閉止状態となるので、選択中のガス種に対して異なるガス種のオリフィスが開くといった不都合はない。
【0103】
図9は、本発明の第2の実施例に係る給湯装置を示している。
図9において、
図3と同一部分には同一符号を付してある。
【0104】
この給湯装置90は熱源装置の一例であり、給湯機能および暖房機能を備える。暖房機能では、循環する熱媒mを用いる。この熱媒mにはたとえば、温水を利用すればよい。
【0105】
この給湯装置90には既述の燃焼室46が備えられる。この燃焼室46の上部には実施例1の予混合装置2−3(
図3)が設置され、予混合装置2−3から混合ガスMが供給される。燃焼室46には上部側からバーナー92、第1の熱交換器94−1および第2の熱交換器94−2が備えられ、底部にドレン受け部96および排気部98が備えられる。
【0106】
バーナー92はたとえば、メタルニットバーナーである。このバーナー92には背面側より予混合装置2−3から混合ガスMが供給される。混合ガスMの吸気および排気部98からの排気により、バーナー92の燃焼火炎は熱交換器94−1に向かって垂下状態に形成される。熱交換器94−1では燃焼排気EGの顕熱を熱媒mに熱交換し、熱交換器94−2では熱交換器94−1を通過した燃焼排気EGの潜熱を熱媒mに熱交換する。
【0107】
この給湯装置90には、熱媒mを循環させる循環路100における第1の循環路として給湯側循環路100−1と、第2の循環路として暖房側循環路100−2が含まれる。給湯側循環路100−1は、循環ポンプ102、熱交換器94−2、熱交換器94−1、切替弁104、第3の熱交換器106を経て熱媒mを循環させる経路である。暖房側循環路100−2は、暖房器108、ポンプ102、切替弁104を経て暖房器108に熱媒mを循環する経路、または暖房器108、ポンプ102、熱交換器94−2、熱交換器94−1、切替弁104を経て暖房器108に熱媒mを循環させる経路の双方を含む。暖房器108はたとえば、コンベクターである。
【0108】
熱交換器106は熱媒mの熱を給水Wに熱交換する。給水Wは給水路110−1から供給され、熱交換器106を循環した後、温水HWが給湯路110−2から取り出される。給水路110−1には給水バルブ112−1および給水センサー114が備えられている。温水HWの量は給水バルブ112−1によって調節できる。給水センサー114は給水の有無および給水量を検出する。
【0109】
給水路110−1と給湯路110−2の間には給水Wを給湯路110−2側に流すバイパス路110−3が備えられ、このバイパス路110−3にはバイパス弁112−2が備えられる。バイパス弁112−2の開度によってバイパス路110−3から温水HWに流し込む給水量が調整される。これにより、温水HWの温度が調整される。
【0110】
循環路100には補給路100−3が備えられ、自動弁112−3の開閉により熱媒mが補給可能である。
【0111】
予混合装置2−3には空気導入ガイド34を通して空気Arが吸気される一方、燃料ガス管38を通して燃料ガスGが供給される。燃料ガス管38にはガス弁112−4が備えられ、燃料ガスGの供給量が調節可能である。
【0112】
<給湯装置90の制御部22>
【0113】
図10は、制御部22の一例を示している。この制御部22は、コンピュータで構成され、プロセッサ116、メモリ部118および入出力部(I/O)120が備えられる。
【0114】
プロセッサ116はメモリ部118にあるプログラムを実行し、熱媒mの加熱制御、給湯制御、予混合装置2−3の制御など、各種の制御を行う。
【0115】
メモリ部118はハードディスク装置や半導体メモリなどで構成される記録媒体であり、ROM(Read-Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory )、RAM(Random-Access Memory)を備える。ROMにはプログラムなどが格納され、EEPROMには各種の制御データなどが格納される。RAMは情報処理の実行エリアに用いられる。
【0116】
I/O120には弁機構部52の駆動部20、吸気ファン24の駆動部26、各種の機能部、センサー部が接続され、制御出力の取り出しやセンサー入力を受ける。
【0117】
<第2の実施例の効果>
【0118】
第2の実施例では、第1の実施例の効果に加え、以下の効果が得られる。
【0119】
(1) バーナー92にはたとえば、メタルニットバーナーは使用され、このバーナー92に供給する混合ガスMを予め作成して所望の空燃比を持つ混合ガスMを提供できる。
【0120】
(2) 混合ガスMの空燃比などの調節機能が高められているので、給湯装置90の給湯制御機能を高めることができ、安定した混合ガス燃焼を実現できる。
【0121】
(3) バーナー92の燃焼量は燃料ガス量に比例するが、供給される燃料ガス量はガス比例弁を用いず、連動する弁16−1、16−2を回動して開口面積を調節して燃焼ガス量を加減することができる。
【0122】
(4) ガス種の選択に対し、部品交換をする手数がなく、利便性の高い給湯装置90を実現できる。
【0123】
〔他の実施の形態〕
【0124】
a) 上記実施例では暖房機能を備える給湯装置を例示したが、本発明は、暖房機能を持たない手給湯装置などの熱源装置に利用できる。
【0125】
b)実施例2では、バーナー92の燃焼火炎を下方に形成する形態としたが、燃焼火炎を上方向に形成するバーナーを用いてもよい。
【0126】
c)上記実施形態では、燃料ガスに混合する空気流Arを例示しているが、空気には酸素以外の他の気体が含まれることはいうまでもない。
【0127】
d)上記実施形態では、ベンチュリー部6の通路部6−1と通路部6−2の境界部つまりその狭隘口径部側に空隙部10を設置しているが、ベンチュリー部6の通路部6−1側に空隙部10を設置してもよい。また、空隙部10の形成箇所は、空気流Arの流れ方向の数か所に設置し、空気流Arに対して燃料ガスGの流入位置を2以上の箇所としてもよい。
【0128】
e)上記実施形態では、吸気ファン24がベンチュリー部6の外部に設置されているが、ベンチュリー部6のたとえば通路部6−2に設置されてもよい。
【0129】
以上説明したように、本発明の最も好ましい実施形態等について説明した。本発明は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、または明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。