预混合装置及包括预混合装置的燃烧装置的制作方法

1.本发明涉及一种预混合装置及包括预混合装置的燃烧装置。
2.此处，“预混合”为如下处理：以进行预混合燃烧(premixing combustion)为目的，使空气与燃料气体混合来生成可燃混合气体。


背景技术：

3.作为预混合装置的具体例，有专利文献1中记载的装置。
4.专利文献1中记载的预混合装置包括：管状的预混合流路形成构件，形成文丘里状的预混合流路；以及纵横两个叶片部，设置于预混合流路内。在预混合流路的下游侧(终端侧)连接风扇的吸气侧，空气从预混合流路的上游侧(始端侧)流入至预混合流路中。在所述叶片部设置有燃料气体流出口，当空气在预混合流路中流动而产生负压时，通过所述负压的作用，燃料气体从燃料气体流出口流出至预混合流路中，生成所述燃料气体与空气的混合气(可燃混合气体)。
5.然而，在所述现有技术中，如下所述那样有应改善的余地。
6.即，作为预混合装置的性能之一，要求尽可能减小压力损失。但是，在所述现有技术中，在预混合流路内设置有叶片部，因此朝向所述叶片部从其上游侧流过来的空气当碰触叶片部时，以向其两侧分支地流动的方式改变方向。因此，在比叶片部更靠下游侧处，大量的混合气沿着预混合流路的内周面流动。另一方面，在此种混合气的流动中，在预混合流路的内周面附近产生边界层，且产生所述边界层的剥离的可能性或频率变高。此处，边界层的剥离为增大压力损失的现象。因此，在减小压力损失的方面仍有改善的余地。
7.[现有技术文献]
[0008]
[专利文献]
[0009]
[专利文献1]日本专利特表平11-502278号公报


技术实现要素：

[0010]
[发明所要解决的问题]
[0011]
本发明是基于所述情况而想出，其课题在于提供一种与以往相比能够减小压力损失的预混合装置及包括预混合装置的燃烧装置。
[0012]
[解决问题的技术手段]
[0013]
为了解决所述课题，在本发明中采用以下技术手段。
[0014]
通过本发明的第一方面而提供的预混合装置包括：预混合流路形成构件，形成用于使空气从一端侧朝向另一端侧流动，且使燃料气体与所述空气混合而生成混合气的文丘里状的预混合流路；以及叶片部，位于所述预混合流路内，设置有能够使所述燃料气体流出的燃料气体流出口，其中，所述预混合流路中的比所述叶片部更靠所述气体流动方向的下游侧区域的内周面设为凹凸面，或者设为设置有至少一个凸部或凹部的面。
[0015]
优选为：所述叶片部沿与所述气体流动方向交叉的方向延伸，且在所述气体流动
方向下游侧部分设置有所述燃料气体流出口。
[0016]
根据此种结构，可获得如下效果。
[0017]
即，即便大量的混合气沿着预混合流路中的比叶片部更靠气体流动方向的下游侧区域的内周面行进，并形成了边界层，也能够通过所述内周面设为凹凸面，或者设为设置有至少一个凸部或凹部的面，而使所述边界层产生湍流。若使边界层产生湍流，则抑制边界层的剥离的发生，从而可减少压力损失。若使边界层产生湍流，则虽然摩擦阻力增加，但边界层的剥离得到抑制，由此压力阻力大幅减少。
[0018]
在本发明中，优选为：所述文丘里状的预混合流路包括：上游侧锥状区域，包含开口部，且越靠后部侧内径越逐渐减少；收缩部，与所述上游侧锥状区域的后侧相连，且将内径设为最小；以及下游侧锥状区域，与所述收缩部的后侧相连，且越靠后部侧内径越逐渐扩大，所述叶片部的气体流动方向的下游侧的端部位于所述收缩部或所述下游侧锥状区域。
[0019]
根据此种结构，通过加快流入至预混合流路的空气的流速，并增强预混合流路内的静压(负压)，即便在风扇的转速低的情况下，也会使大量的燃料气体从燃料气体流出口流出。
[0020]
在本发明中，优选为：在所述预混合流路的所述下游侧区域，以沿所述气体流动方向排列的方式设置有多个非锥状孔部，且这些多个非锥状孔部的内径越靠所述气体流动方向下游侧越阶段性扩大，由此，在彼此邻接的所述非锥状孔部的内周面彼此的边界部，设置了形成有阶差部的面，所述面为所述凹凸面。
[0021]
根据此种结构，可适当地形成使沿着预混合流路的内周面流动的混合气的边界层产生湍流的凹凸面。作为用于形成凹凸面的单元，设为以下结构：排列设置多个非锥状孔部，且越靠气体流动方向下游侧越扩大它们的内径，因此能够将设置有这些多个非锥状孔部的区域设为越靠下游侧内径越大的锥状区域。另外，根据所述结构，可设为：在使用模具对预混合流路形成构件进行树脂成形的情况下，在形成有所述多个非锥状孔部的部位，也不产生难以拔出模具的不良情况。
[0022]
在本发明中，优选为：所述叶片部包括：一对前侧倾斜面，设置于所述气体流动方向上游侧的靠前的区域，且以越靠所述气体流动方向下游侧叶片厚度越增加的方式呈后扩展状倾斜，夹角为锐角；以及一对后侧倾斜面，设置于所述一对前侧倾斜面的后侧，且以越靠所述气体流动方向下游侧叶片厚度越减少的方式呈后缩窄状倾斜，其倾斜角小于所述一对前侧倾斜面的倾斜角。
[0023]
根据此种结构，可减小空气沿着叶片部流动时的阻力。因此，在减少压力损失的方面更优选。
[0024]
通过本发明的第二方面而提供的燃烧装置的特征在于，包括通过本发明的第一方面而提供的预混合装置。
[0025]
根据此种结构，可获得与关于通过本发明的第一方面而提供的预混合装置叙述的效果相同的效果。
[0026]
根据以下参照随附附图而进行的发明的实施方式的说明，本发明的其他特征及优点变得更明确。
附图说明
[0027]
图1是表示包括本发明的预混合装置的燃烧装置及利用燃烧装置的热水供给装置的一例的说明图。
[0028]
图2是图1的ii-ii剖视图。
[0029]
图3是图1的iii部的放大图。
[0030]
图4是图1的主要部分放大剖视图。
[0031]
图5是表示本发明的另一例的主要部分剖视图。
[0032]
图6的(a)～图6的(c)是表示本发明的另一例的主要部分剖视图。
[0033]
图7的(a)～图7的(c)是表示本发明的另一例的主要部分剖视图。
[0034]
图8是表示本发明的另一例的主要部分剖视图。
[0035]
图9的(a)、图9的(b)是表示本发明的另一例的主要部分放大剖视图。
[0036]
[符号的说明]
[0037]
a：预混合装置
[0038]
b：燃烧装置
[0039]
1：风扇
[0040]
4：预混合流路形成构件
[0041]
4a：下游侧区域(相比于叶片部)
[0042]
40：预混合流路
[0043]
40a：上游侧锥状区域(预混合流路的)
[0044]
40b：收缩部(预混合流路的)
[0045]
40c：下游侧锥状区域(预混合流路的)
[0046]
44：凹凸面
[0047]
45：非锥状孔部
[0048]
46：阶差部
[0049]
48、48a：凸部
[0050]
48b：凹部
[0051]
49、49a、49b：凸部
[0052]
6：叶片部
[0053]
60：燃料气体流出口
[0054]
70：密封用环
具体实施方式
[0055]
以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行具体说明。
[0056]
图1示出了预混合装置a、在所述预混合装置a中组合风扇1及燃烧板2而构成的燃烧装置b(预混合燃烧装置)、以及在所述燃烧装置b中组合热交换器11而构成的热水供给装置wh。
[0057]
关于预混合装置a的详细情况，将在下文叙述，利用所述预混合装置a而生成空气与燃料气体的混合气体(可燃混合气体)，且所述混合气体经由风扇1而朝向燃烧板2喷出。燃烧板2是具有多个通气孔20的多孔状板，且被收容于外壳10内，所述混合气体通过燃烧板
2，并在其下方燃烧。由此产生的燃烧气体作用于热交换器11，在热交换器11内通过的热水被加热。由此生成温水，所述温水被供给至所期望的热水供给目的地。
[0058]
预混合装置a包括：与风扇1的吸气口连接的预混合流路形成构件4、包围所述预混合流路形成构件4的壳体构件5、及叶片部6。
[0059]
预混合流路形成构件4为在内部形成有文丘里状的预混合流路40的管状构件。通过驱动风扇1，空气从外部经由开口部40a'流入至预混合流路40。预混合流路40被划分为从气体流动方向(空气流动方向)的上游侧至下游侧包括开口部40a'且内径逐渐减少的上游侧锥状区域40a、内径最小且设为大致一定的收缩部40b、及内径逐渐扩大的下游侧锥状区域40c。
[0060]
但是，与本实施方式不同，也可设为以下结构：通过将下游侧锥状区域40c的前端与上游侧锥状区域40a的后端直接相连，将这两个区域40a、40c的边界部设为收缩部40b。
[0061]
叶片部6除了起到作为用于使燃料气体流出至预混合流路40的喷嘴的作用之外，还起到将预混合流路40中的空气流控制为适于燃料气体流出的空气流的作用。所述叶片部6为以燃料气体通过内部并被引导至后述的燃料气体流出口60的方式构成的内部空洞状的部位，以呈桥接状连设于预混合流路40的周壁部41的状态位于预混合流路40，且沿预混合流路40的径向延伸(也参照图2)。
[0062]
壳体构件5为起到作为对于叶片部6内的燃料气体供给构件的作用的构件。
[0063]
更具体而言，所述壳体构件5外嵌于设置于预混合流路形成构件4的外周的前部及后部的台阶部42a、台阶部42b，在通过密封用环70而实现气密密封的状态下包围预混合流路形成构件4。在壳体构件5设置有燃料气体供给口50，对所述燃料气体供给口50供给的燃料气体被供给至形成于预混合流路形成构件4与壳体构件5的相互间的燃料气体供给路51。另一方面，在预混合流路形成构件4形成有与叶片部6的内部连通的开口部43。供给至所述燃料气体供给路51的燃料气体通过所述开口部43而流入至叶片部6内，然后自燃料气体流出口60流出。
[0064]
优选为：在壳体构件5包括具有螺栓插通用孔52的凸缘部53。根据此种结构，能够利用凸缘部53将预混合装置a简易且适当地连接于所期望的部位。
[0065]
如图4所示，叶片部6在气体流动方向上游侧的靠前的区域具有一对前侧倾斜面61，且在其后侧具有一对后侧倾斜面62。一对前侧倾斜面61以越靠气体流动方向下游侧叶片厚度越增加的方式呈后扩展状倾斜，其夹角α为锐角。相对于此，一对后侧倾斜面62以越靠气体流动方向下游侧叶片厚度越减少的方式呈后缩窄状倾斜，相对于水平方向的倾斜角小于各前侧倾斜面61的倾斜角(α/2)。叶片部6的前端面63及后端面64分别为平滑的曲面状。
[0066]
叶片部6中一对前侧倾斜面61与一对后侧倾斜面62的边界部分为相对于所述叶片部6的前端部及后端部而向图4的上方及下方局部膨出的膨出部65，且为叶片厚度的最大部位。优选为所述膨出部65被设定为位于预混合流路40的内径最小的收缩部40b。根据此种结构，预混合流路40的收缩部40b中的预混合流路40的内周面与叶片部6的相互间的区域会被叶片部6的膨出部65进一步收缩，能够进一步加快空气流的流速，增强预混合流路40的负压。
[0067]
燃料气体流出口60设置于叶片部6的长度方向中央部的后端部。其中，在本实施方
式中，在叶片部6的后端部设置有朝向气体流动方向上游侧局部凹陷的凹状部66，在所述凹状部66的深处部(上游侧)设置有燃料气体流出口60。所述结构带来如下效果：在于叶片部6的气体流动方向下游侧产生空气涡流的情况下，燃料气体流出不易受到不良影响。燃料气体流出口60朝向气体流动方向下游侧开口，设为尽可能不产生由来自燃料气体流出口60的燃料气体流出引起的压力损失。
[0068]
预混合流路40中的比叶片部6更靠气体流动方向的下游侧区域4a的内周面如后所述，被设为能够使沿着所述内周面流动的混合气(空气与燃料气体的混合气)的边界层产生湍流的凹凸面44。
[0069]
更具体而言，如图3所示，在预混合流路40的下游侧区域4a，沿气体流动方向排列设置有多个非锥状孔部45(45a、45b、45c
…
)。它们的内径da、db、dc
…
越靠气体流动方向下游侧越阶段性扩大。由此，在彼此邻接的非锥状孔部45的内周面彼此的边界部形成有适当的尺寸h的环状的阶差部46。本实施方式中的凹凸面44为多个非锥状孔部45的内周面邻接以形成所述阶差部46的结构。
[0070]
接着，对所述预混合装置a及燃烧装置b的作用进行说明。
[0071]
首先，当驱动风扇1时，空气从开口部40a'流入至预混合流路40，并行进至比叶片部6更靠下游侧处。由此，对燃料气体流出口60作用由空气流产生的负压，燃料气体从所述燃料气体流出口60流出至预混合流路40内，生成与空气混合而成的混合气。另一方面，在所述空气朝向叶片部6从其上游侧流动的情况下，所述空气以向叶片部6的上侧及下侧分支地流动的方式改变流动的方向。因此，在预混合流路40的下游侧区域4a中，大量的混合气以沿着预混合流路40的内周面的方式流动。
[0072]
与此相对，如上所述，由于在预混合流路40的下游侧区域4a的内周面设置有凹凸面44，因此可使在所述内周面的附近产生的混合气的边界层积极地产生湍流。由此，边界层难以产生剥离，从而可适当地防止或抑制边界层的剥离引起的压力损失的增大。
[0073]
另一方面，预混合流路40为具有收缩部40b的文丘里状，因此在所述收缩部40b中，空气的流速被加快。另外，如上所述，叶片部6与预混合流路40的内周面的相互间区域被叶片部6的膨出部65收缩，从而在所述区域中，空气的流速被进一步加快。据此，例如即便在将风扇1的旋转速度设为低速，将预混合流路40中的空气流量设为比较少量的情况下，也能够加快空气的流速，并适当地产生负压。因此，从燃料气体流出口60进行利用所述负压的燃料气体流出，能够生成将燃料气体与空气以适当的比率混合而成的混合气。由于防止或抑制压力损失的增大，以及在风扇的旋转速度为低速时可生成以适当的比率混合而成的混合气，因此可提高调节比。
[0074]
叶片部6设为参照图4所说明那样的剖面形状，从而能够减小所述叶片部6的空气阻力。因此，也可进一步减小压力损失。
[0075]
图5～图9的(b)示出了本发明的其他实施方式。在这些图中，对与所述实施方式相同或类似的元件标注与所述实施方式相同的符号，并省略重复说明。
[0076]
在图5所示的预混合装置aa中，在预混合流路40内设置有两个叶片部6。这两个叶片部6彼此隔开间隔大致平行地排列。
[0077]
根据本实施方式，若与所述实施方式相比较，则能够增加燃料气体流出口60的数量，增多向预混合流路40内的燃料气体流出量。再者，在本实施方式中，由于进入至预混合
流路40的空气的一部分通过两个叶片部6的相互间区域，因此相应地在比叶片部6更靠下游侧处，以沿着预混合流路40的内周面的方式流动的混合气的量减少。其结果，通过凹凸面44减少压力损失的作用与所述实施方式相比稍弱，但能够适当地获得本发明所意图的作用。
[0078]
在图6的(a)所示的预混合装置ab中，凹凸面44仅偏向预混合流路40的比叶片部6更靠下游侧区域4a的内周面中的前侧区域而设置。
[0079]
在图6的(b)所示的预混合装置ac中，凹凸面44仅偏向下游侧区域4a的内周面中的后侧区域而设置。
[0080]
如根据这些实施方式所理解那样，在本发明中，也可设为将凹凸面44仅设置于下游侧区域4a的内周面的一部分的结构。
[0081]
在图6的(c)所示的预混合装置ad中，内径d1、内径d2不同的两个孔部47a、47b邻接地设置，以便在下游侧区域4a的内周面仅设置环状的一个阶差部46。两个孔部47a、47b是内径d1、d2分别不均匀的锥状的孔部。
[0082]
在本实施方式中，下游侧区域4a的内周面未成为凹凸面，但阶差部46相当于使混合气的边界层产生湍流的凸部或凹部。因此，能够获得本发明所意图的作用。
[0083]
图7的(a)～图7的(c)所示的预混合装置ae～预混合装置ag在预混合流路40中的比叶片部6更靠下游侧区域4a的内周面，以隔开适当的间隔而分散的配置设置有多个凸部48、48a、或多个凹部48b。凸部48是三角形形状凸部，凸部48a是半球状凸部。凹部48b是半球状凹部。
[0084]
图8所示的预混合装置ah在预混合流路40中的比叶片部6更靠下游侧区域4a的内周面设置有多个环状的凸部49。凸部49为剖面半圆状。在图9的(a)、图9的(b)中，设置有剖面三角形的环状的凸部49a及剖面矩形的环状的凸部49b。
[0085]
本发明人除了仿真了图1～图6的(c)所示的结构以外，还仿真了图7的(a)～图9的(b)所示的各结构中的作用，并进行了其分析。于是，判明了在任何结构中，若与在下游侧区域4a的内周面不设置凸部或凹部等的情况相比较，则可获得抑制混合气的边界层的剥离，减少压力损失的效果。
[0086]
用于使混合气的边界层产生湍流的凸部或凹部能够设为所述以外的形状。
[0087]
本发明并不限定于所述实施方式的内容。本发明的预混合装置及包括预混合装置的燃烧装置的各部的具体结构在本发明的意图范围内自由进行各种设计变更。
[0088]
本发明的燃烧装置并不限定于热水供给装置用，例如也可设为供暖用或焚烧用等其他用途的燃烧装置。另外，并不限于使燃烧气体朝下行进的类型，也可设为使燃料气体例如朝上行进的类型。