JP5490678B2 - 燃焼室用の空気制御器 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００７年４月１１日に出願され、その完全な開示が参照することにより全体として本書に盛り込まれているニュージーランド仮出願番号１８１３４３ＮＺの利益を３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）の下で主張するものである。

本発明は、火室、炉、ボイラー、又はそれらに相当するもののための空気制御器に関する。

暖炉の稼動には、一般に火室に導かれる空気の流入を必要とする。暖炉の例は、炉、ボイラー、又はそれらに相当するものを有するが、これらに限定されない。稼働中の燃焼プロセスによって必要に応じて空気を「吸引」又は引き込みし得る、空気取り入れパイプを有するパイプのネットワークを具えたマニホールドシステムの中に、暖炉を組み込むことが可能である。空気は燃焼にとって重要であり、燃焼率及び熱出力に影響を及ぼす。

既存の空気制御手段は、いくつかの穴又は通気口を具えたマニホールド又はパイプシステムを有している。あるマニホールドは、可動のベントカバーを備えたキャップを被せた端部を有している。これらのタイプのシステムは通常は手動で操作され、例えば、温度及び風の変化といった環境の変動に関する状態の変化にしたがって調節される。これらのシステムに関する問題が、多くの場合、火が空気不足に陥っているときに、又は逆に空気過多により火が急激に燃焼して必要以上に燃料を消費するときに、生じる。

［本発明の目的］
本発明の目的は、製造コストが低く、自動又は自己制御動作し、設置が簡単で、可動部品が少ない自動空気制御器を提供することである。本発明の目的は、さらに、既存の火室に据え付けることが可能で、新たな火室と組み合わせ得る空気制御器を提供することである。本発明の目的は、さらに、大部分の状況に適合することが可能で、火室の大きさ、煙突の長さ、燃料の大きさ、燃料補給の手順、燃料リッチの開始及び燃料補給の変化に適合し得るコンパクトなデザインを有する空気制御器を提供することである。本発明の目的は、さらに、燃料の希薄燃焼を行う空気制御器を提供することである。本発明の目的は、さらに、稼動時に手動で調整することが可能で別になった空気制御器を提供することである。本発明の目的は、さらに、強風及び弱風及び風の急激な上昇に耐え得る空気制御器を提供することである。本発明の目的は、さらに、安全な作動及び燃料効率の高い空気制御器を提供することである。本発明の目的は、さらに、ピーク温度及び排出が低い空気制御器を提供することである。本発明の目的は、さらに、オーバーライドし得る空気制御器を提供することである。本発明の目的は、さらに、過度の熱が突発的に流入する可能性の少ない空気制御器を提供することである。本発明の目的は、さらに、稼働中に空気の供給を規制することによって、煙突火災の広がりを制限し得る空気制御器を提供することである。本発明の目的は、さらに、低温始動に耐え得る空気制御器を提供することである。

本発明は、概略的に好適には円筒形の外形であって、火室、炉、ボイラー、又はそれらに相当するもの空気取入口に取付可能な本体を具えた空気制御器として説明され得る。本体は、さらに、流入空気に応答して一方の方向に、及び重力に応答して逆方向に第１の支持ロッドに沿って摺動するよう組み立てられ且つ構成される可動ディスクを具えており、これにより、火室の燃焼効率が改善されるように、流入空気のための空気通路の大きさを調節する。

好適には、第１の支持ロッドが、制御器の本体に直径方向に取り付けられたクロスバーによって調節可能に支持されている。

好適には、第２の支持ロッドが、上部ディスク止め部材取り付けられた棒によって調節可能に支持されている。好適には、上部ディスク部材が開口部を有しており、第１の支持ロッドが摺動可能に通過することが可能で、さらに、使用中にディスクがさらに上動するのを防止し得る。

好適には、第１の支持ロッドが下部ディスク止め部材を有しており、使用中にディスクが下動するのを防止する。

好適な実施例では、複数のアーチ形の凹部及び波形のリップを有する本体が内側の卵形体の開口部を有している。卵形体の開口部は、先細状の壁を有するベンチュリ形状のチャンバに通じている。卵形体の開口部に入る空気が、複数のアーチ形の凹部に接触する際に複数の空気柱を形成する。空気柱の数は、アーチ形の凹部の数に依存する。

好適な実施例では、ディスクが複数の開口部を有しており、空気がそれを通過し得る。

好適には、制御器が燃焼室に結合可能である。

火が十分な空気を引き込む際に、空気流が下部ディスク止め部材から離れるようディスクを上昇させ、それをベンチュリ室の中に上げる。第２の支持ロッドで垂直方向に調節可能な上部ディスク止め部材は、ディスクの上方への垂直方向の移動を規制する。ベンチュリ室の中の複数の空気柱が、定常位置にディスクを保持する。そして、重力の下で作用するディスクの重量によりディスクが下動し、ベンチュリ室の先細状の側面に接触するよう空気流を押して空気流の通路を狭くする。このような移動は、燃焼室又は火室の中への空気の引き込み量をゆっくりと低下させ、ディスク部材がベンチュリ室の下部に向かってゆっくりと下がり続ける。ディスクがベンチュリ室の下部に達すると、空気が卵形体の周縁とディスクとの間の開口部を通ってディスクの周りを流れる。このような段階では、ディスクは最早空気柱によって支持されず、下部ディスク止め部材の静止位置に下りる。これにより、上記のサイクルを再び煽ることによって消火又は繰り返し得る希薄な燃焼となる。

図１は、制御器の断面図である。 図２は、制御器の正面図である。 図３は、マニホールドに嵌められた制御器を備えた典型的な火室のマニホールド配置の平面図である。 図４は、図３に示すのと同じ配置の側面図である。 図５は、図３に示す配置の別の側面図である。 図６は、制御器の入口端部の斜視図である。 図７は、制御器が無い火室と比較した火室の中の制御器の効率性のグラフである。

以下の説明では、本発明の好適な実施例を参照して本発明を説明することとする。本発明は、これらの好適な実施例に決して限定されない。可能なバリエーション及び変更が、本発明の範囲から逸脱せずに明らかとなろう。

図１に示すように、制御器１が、好適には略円筒形の外形を有する本体４、長さ５、可変の内径及び外径１２及び１３、非取付端部６、及び取付端部７を具えている。図３乃至図５に示すように、取付端部７は、火室のマニホールド２又はそれに相当するものに制御器を取り付けるための内側ネジ８を有している。制御器を固定するための他の手段が同様に可能であるが、圧入又は外側ネジに限定されない。流入空気は、非取付端部６を介して本体４に入り、本体を通って流れ、取付端部７から外部に出る。

本体４は、外壁面９を規定する外壁及び内壁面１０を規定する内壁を有している。外壁面９及び内壁面１０は、さらに、長さ５に沿って変化する内径１２、及び外径１３を有する可変の肉厚を規定する。一実施例では、外壁の肩部１４が、制御器がマニホールド２といった外部器具に取り外し可能に固定され易くなるよう段差状に形成される。所望の通りに外壁を形成しその寸法を決めることが可能である。非取付端部６が、前縁外側隅部１５及び内側隅部１６を有している。

内壁面１０は、外壁面９と形状が同じでも同じでなくてもよい。図１に示すように、内壁面１０が、上方に向けて第２の部分２１に繋がる低い第１の部分２０、第２の部分の上方の第３の部分２２、及び最上部の第４の部分２３を具えた内部構成を規定する。好適な実施例では、内壁面１０が、ベンチュリ室を形成する先細且つ角度を成す又は湾曲した部分を具えた段差のある形状となっている。

図１に示すように、第４の部分２３は、火室に結合し得るパイプ、マニホールド２又はこれらに相当する空気取入手段に係合するための内側ネジ８を備えた略平行の内壁及び外壁を有している。

図１にさらに示すように、第１の部分２０が、本体４の上部によって形成されたベンチュリ室の中に入る前に内側に先細となっている。ベンチュリ室は、周縁ライン２５の上方の縊部を有している。第２の部分２１の中に位置する内面２４は、全体的に１つの曲率を形成せず、異なる直径及び卵形体で構成されている相互に結合した一連の異なる湾曲を具えている。制御器本体４の入口又は正面に位置する第１の部分２０は、平坦な傾斜部で形成することができ、又は図２に示すように好適な実施例では、制御器本体４の内側端部の周りの等間隔の３つの半径から成る異なる曲率半径を備えた相互に結合されたいくつかの曲線状の傾斜部から成る。３つの半径は、本体の中心に向けて曲がっている。３つの半円形の半径を図２に示すが、径の数は３よりも多くても少なくてもよい。

制御器１は、制御器本体４の直径にわたって延びて本体４の取付端部７の近くに配置されている支持クロスバー３０を有している。支持棒３０は端部３１及び３２を有しており、端部３１及び３２で本体の肉厚によって支持されている。支持棒３０を、肩部１４から近付け得るネジ固定手段又は他の相当するものを所定の位置にネジ込んで係合及び／又はキー取り付けするものといった第１の固定手段３４によって、取り外し可能に固定することができ、調節可能に取り付けることができる。図１に示すように、支持棒３０が第３の部分２２に配置されている。支持棒３０を弧状に及び長手方向に回転させて調節可能である。さらに、支持棒３０が、所定の厚さ、直径、及び円形又は正方形の形状を有する中空又は中実の断面を具えている。さらに、支持棒３０は間隔を空けた２つの開口部３５及び３６を具えている。

開口部３５及び３６は、支持ロッド４０及び４１が本体の長さ５に対して互いに略平行に向くように、第１及び第２の支持ロッド４０及び４１を通し得る大きさである。第１の支持ロッド４０はディスク４３を移動させるためのガイドとして機能し、さらに下部ディスク止め部材４２を具えている。ディスク４３は中央穴を有しており、第１の支持ロッド４０の周りに設置され、それに沿って垂直方向に動かし得る。下部ディスク止め部材４２は非取付端部６の近くに設置される。第１の支持ロッド４０は、取付端部７の近くで調節可能且つ摺動可能に支持される。好適には、支持棒３０が、さらに、第１の支持ロッド４０を固定するための第２の固定部材３７を具えている。第２の固定部材３７は、好適には、支持棒３０の中に延びて第１の支持ロッド４０の側面に接するガイドピン及び固定ネジを具えている。ガイドピン及び固定ネジは、ネジを緩め又は締め付けることで、第１の支持ロッド４０が上下に移動し得る。図１に示すように、第１の支持ロッド４０は、本体４の中央に位置している。第１の支持ロッド４０を、所望の通りに第１の支持ロッド４０を横方向且つ回転可能に調整し得るように、取り付け且つ位置決めし得る。

さらに、支持棒３０は、第２の支持ロッド４１を固定するための第３の固定部材３８を具えている。第３の固定部材３８は、好適には、支持棒３０の長さの中に配置されたガイドピン及び固定ネジを具えている。第３の固定部材３８の一端が第２の支持ロッド４１に接しており、第３の固定部材３８の他端が外壁面９に接触且つ一致しており、所望の通りに第３の固定部材の調整が可能となる。第２の支持ロッド４１が、上部ディスク止め部材４５のための固定支持を与える。上部ディスク止め部材４５は、好適には、第１の開口部４６を具えており、第１の支持ロッド４０がそれを通って摺動し得る。第２の支持ロッド４１を独立して調節して所望の通りに上部ディスク止め部材４５を位置決めし得る。第１の支持ロッド４０が上動するときに、ディスク４３が最終的に上部ディスク止め部材４５に接触し、さらなる上動が規制される。

図２に示すように、ディスク部材４３は少なくとも１つの開口部４７及び、ディスク４３が上部及び下部ディスク止め部材４５及び４２の間で第１の支持ロッド４０を摺動可能に上下に移動できるように、本体４の主要な内径よりも小さいディスク径を有しており、これにより、所望の通りにエアフローを絞る。好適には、上部ディスク止め部材４５がディスク４３の開口部を覆っている。好適には、ディスク４３が、さらに、中央に位置する開口部４８を具えている。開口部４８により、ディスク４３が摺動可能に第１の支持ロッド４０に接触し得る。ディスク４３は、要求される所望の性能に従った特定の口径及び材質で作製し得る。

図２に示すように、第１の部分２０が、複数のアーチ形の凹部４９、卵形体の開口部５０、及び複数の波形の端部５１を具えている。好適な実施例では、卵形体の開口部５０のリップ１６の周りに等間隔に配置された３つのアーチ形の凹部４９及び３つの波形の端部５１を有している。空気が卵形体の開口部５０の中に入ると、エアフローがアーチ形の凹部４９に接触したままで３つの空気柱が形成される。異なる数のアーチ形の凹部及び波形の端部が可能である。アーチ形の凹部の数に応じて空気柱の数が形成される。

制御器１を、既存の火室に組み込むことができる。火室の後部の中に穴を開けるか又はパンチングすることによって、図３乃至図５に示すように、制御器１を既存の火室に据え付けることができる。マニホールド２は、制御器及び火室の大きさにしたがって変えることができる、キャップを被せた端部５３、絞り口５４を備えた「Ｔ形」部分の形式、及び制御器１に取り付けるためのＬ形部分の形式とすることができる。また、絞り口５４を、制御器１とのその互換性にしたがった大きさにすることができる。据え付け型制御器１は、既存の火室の制御可能な空気口の動作と干渉しないであろう。

制御器１は、囲った火室、燃焼室、炉、又はそれらに相当するものの中に流れ込む空気量を自動的に制御且つ規制し、ひいては熱出力に影響を及ぼす。移動するディスク４３が、上部及び下部ディスク止め部材４２及び４５の間で第１の支持ロッド４０を摺動可能に上下移動することによって、エアフローを制御する。

ディスク４３が下部ディスク止め部材４２の上に載っているときに、制御器１が開放位置にある。ディスク４３が開放位置に静止しているときに、空気が自由に本体４の中に入る。火室が点火されると、引き込まれた空気が第１の部分２０を通ってディスク４３のそばを流れ、第１の部分２０を備えた複数のアーチ形の凹部及び波形の端部に接触する結果、複数の空気柱を形成する。火が十分な空気を引き込むと、ディスク４３が卵形体の開口部５０を通り過ぎて第２及び第３の部分２１及び２３によって形成されるベンチュリ室の中に持ち上げられる。上部ディスク止め部材４５は、好適には第２の支持ロッド４１で垂直方向に調整可能であり、空気の最大の流れを規制する。ディスク４３は、得られる複数の空気柱によって確実に支持されている。その後で、重力によりディスク４３の重量がエアフローをベンチュリ室の先細状の側部に向け、火室の燃焼室の中に引き込まれる空気の容量及びスピードをゆっくりと低下させる。そして、ディスク４３が、卵形体の開口部５０に向けてゆっくりと下がり、その時、空気が卵形体の開口部５０及びディスク４３の間の複数の開口部を通ってディスク４３を通過し始める。このような段階では、ディスクは、最早空気柱によって支持されず、静止位置に下がる。これにより、上記のサイクルを再び煽ることによって消火又は繰り返し得る希薄な燃焼となる。

図７は、（１）改良していない火室；（２）空気口を閉じて空気チューブを取り外した状態で制御器で閉じた火室；（３）空気口を閉じて空気チューブを取り外した状態の制御器で閉じた火室について、３０分間隔で火室の後部で得られた摂氏温度（Ｙ軸）対時間（Ｘ軸）の比較のグラフを示す。

（１）と（２）との間の火室のピーク温度の差は、摂氏１００度である。３時間後に、（１）と（２）との間の差は、制御器が顕著な利点を有することを示している。５時間後には、改良していない火室（１）が消火している一方、改良された火室（２）が依然として摂氏１５０度で稼動している。５時間後には、（２）は（１）に対して約５０％の高いレベルの有効性を維持している。このように、制御器は、長時間にわたって熱出力を維持しピーク温度を減らすことによって、長時間にわたって熱出力に関して顕著な効果を有する。

当然ながら、本発明の具体例として上述されている一方、このような及び他の改良及びそれらのバリエーション全てが、当業者にとって明らかであるように、ここで記載されているように、本発明の範囲及び領域内であると見なされることが理解されよう。

Claims (10)

1. 火室の空気制御器であって、
   入口及び出口を有する中空の本体であって、当該本体を通って空気が流れるための通路を形成する本体を具え、
   前記出口は火室の入口に空気圧で結合されており、
   前記本体の中に配置され、前記本体に取り付けられた第１の支持ロッドに沿って移動可能なディスクであって、前記空気流に抵抗を与えるよう位置するディスクを具え、
   前記本体は、空気が前記本体を通って前記ディスクの周りに引き込まれる際に、前記空気流を気流中に形成するよう構成された内面を具え、当該内面は、前記ディスクが前記第１の支持ロッドに沿って移動する際に、様々な大きさの空気の通路を提供し、
   前記ディスクの最大移動量を規制する上部及び下部止め部材を具え、
   これにより、前記ディスクが、空気が前記本体を通って流れない場合に前記下部止め部材に接触して重力によって保持され、前記本体の中の前記ディスクの移動によって前記本体を通過する空気の容量が自動的に調節されるように、前記空気流に応答して前記上部止め部材に向けて前記第１の支持ロッドに沿って移動し、
   これにより、前記内面の下部が、前記ディスクの外周よりも大きく前記本体の入口の側から視たときに前記内面の下部と前記ディスクの外周との間に複数の三日月形の隙間が形成されるような形状の開口部を具えており、
   前記開口部の周縁部が、断続的に間隔を空けた複数のアーチ形の凹部及び扇形の端部で形成されて、使用時に空気柱を形成し、
   前記ディスクが、流入空気が燃焼率及び排出で直接制御されるように、使用時の前記流入空気によって揺れがわずかな状態でバランスされることを特徴とする空気制御器。
2. 前記内面の下部が、前記ディスクの外周よりも大きい前記開口部を具えていることを特徴とする請求項１に記載の空気制御器。
3. 前記開口部の周縁部が、断続的に間隔を空けた複数のアーチ形の凹部及び扇形の端部で形成されることを特徴とする請求項２に記載の空気制御器。
4. 前記開口部の上方の前記内面が、ベンチュリ室を形成するよう構成されていることを特徴とする請求項２に記載の空気制御器。
5. 前記第１の支持ロッドが、支持棒によって支持されていることを特徴とする請求項１に記載の空気制御器。
6. 前記支持棒が、第１の固定部材によって回転可能且つ長手方向に調節可能であることを特徴とする請求項５に記載の空気制御器。
7. さらに、前記第１の支持ロッドが、下部止め部材を具えていることを特徴とする請求項６に記載の空気制御器。
8. 前記上部止め部材が、前記支持棒に固定された第２の支持ロッドによって支持されていることを特徴とする請求項７に記載の空気制御器。
9. 前記第２の支持ロッドが、第３の固定部材によって回転可能且つ長手方向に調節可能であることを特徴とする請求項８に記載の空気制御器。
10. 前記第２の支持ロッドが、上部ディスク止め部材を具えていることを特徴とする請求項９に記載の空気制御器。

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