JP3792370B2 - 燃焼装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の用途に用いられる燃焼装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
給湯と暖房と風呂追焚の3つの機能を備えた従来の燃焼装置が、図5に示されている。この燃焼装置では、互いに独立した給湯ブロック100と暖房ブロック200を備えている。給湯ブロック100は、燃焼部(図示しない)とその上方に配置された熱交換部110を有している。同様に暖房ブロック200も燃焼部(図示しない)と熱交換部210を有している。
【0003】
上記給湯用熱交換部110の受熱管111の入口端には給水管120が接続され、その出口端には給湯管130が接続されている。給水管120からの水が受熱管111を通る際に加熱され、給湯管130から給湯される。
【0004】
上記暖房用熱交換部210の受熱管211は、暖房用循環回路220(循環回路)の一部をなしている。この暖房用循環回路220は、受熱管211の入口端に接続された復路管221と、出口端に接続された往路管222と、これら復路管221,往路管222の間に接続された放熱管223と、放熱管223に並列接続された第1バイパス管224とを有している。
【0005】
さらに、第3の熱交換部300が装備されている。この熱交換部300は、燃焼部からの熱を受けるものではなく、放熱管310から受熱管320へと熱移動を行うものである。放熱管310は、オリフィス260等、流量を制限する部材を含む第2バイパス管250と並列をなして、上記暖房用循環回路220の往路管222の中途部に組み込まれている。
【0006】
受熱管320は風呂追焚用に提供されるものであり、その入口端と出口端は、復路管330,往路管340を介して浴槽350に接続されている。この復路管330の中途部は湯張り管360を介して給湯管130の中途部に接続されている。
図5において、400,410,420は制御弁、430,440はポンプをそれぞれ示す。
【0007】
上記構成において、給湯時には、給湯ブロック100の燃焼部での燃焼熱を熱交換部110に付与する。暖房時には、制御弁400を開きポンプ430を駆動させた状態で、暖房ブロック200の燃焼部での燃焼熱を熱交換部210に付与する。これにより、暖房用循環回路220を循環する熱媒体が加熱され、この熱媒体の熱が放熱管223で室内に放出される。
【0008】
風呂追焚時には、ポンプ440を駆動して浴槽350の水を循環させるとともに、制御弁410を開き暖房用循環回路220のポンプ430を駆動してこの暖房用循環回路220の熱媒体を循環させた状態で、暖房ブロック200の燃焼部での燃焼熱を熱交換部210に付与する。これにより、第3の熱交換部300において、放熱管310から受熱管320への熱交換が行われ、風呂追焚が実行される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の燃焼装置では、3つの機能、すなわち給湯,暖房,風呂追焚を実行できるが、燃焼部と熱交換部110,210をそれぞれ有する2つの独立したブロック100,200を必要とするとともに、さらにもう一つの熱交換部300を必要とするので、装置が大型になるとともに高価であった。
【0010】
請求項1の発明は、1つのフレームに水平に並んで収容された2つの熱交換部と、これら熱交換部にそれぞれ対応してその下方に配置され互いに独立して燃焼制御可能な2つの燃焼部とを備え、一方の熱交換部には給湯系の受熱管が配設され、他方の熱交換部には、それぞれポンプを有する暖房用循環回路と風呂追焚用循環回路の受熱管が配設され、上記フレーム内において、上記暖房用循環回路の受熱管の直管部の上に、この直管部と接するようにして風呂追焚用循環回路の受熱管の直管部が配置されていることを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1に記載の燃焼装置において、上記風呂追焚用循環回路の受熱管の直管部が上段と下段に配置されており、この下段の直管部が暖房用循環回路の受熱管の直管部に接していることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1に記載の燃焼装置において、上記風呂追焚用循環回路の受熱管が、暖房用循環回路の受熱管の上下の直管部により挟まれていることを特徴とする。
【0015】
請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の燃焼装置において、2つの熱交換部は共通のフィンプレートを有し、この共通フィンプレートは、熱交換部の並び方向に延び、熱交換部の並び方向と直交する方向に並べられており、これら熱交換部のすべての受熱管は、熱交換部の並び方向と直交する方向にフィンプレートを貫通しており、上記共通フィンプレートは、上記一方の熱交換部に位置する第一フィンプレートと上記他方の熱交換部に位置する第二フィンプレートとの架橋部において、開口を有していることを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施形態を図1,図2を参照しながら説明する。図1は、給湯と風呂追焚と暖房の3つの機能を有する1缶3水型の燃焼装置の主要部を示す。この燃焼装置は、排気ユニット1と、熱交換ユニット2と、バーナユニット3と、ファン4とを上から順に連接することにより構成されている。
【0017】
上記熱交換ユニット2は、横断面矩形をなし上下端が開口したフレーム5と、フレーム5に収容された2つの熱交換部21,22を備えている。フレーム5の上部は、熱交換部21,22を保持するための保持胴5aとなり、下部は燃焼胴5bとして提供される。燃焼胴5bは、バーナユニット3のフレーム6に連結されている。
上記熱交換部21は給湯用に提供され、熱交換部22は暖房,風呂追焚用に提供される。これら熱交換部21,22は水平に図1中左右方向に並んでいる。
【0018】
熱交換ユニット2は、フレーム5の保持胴5a内に収容された多数の薄肉の共通フィンプレート25を有している。共通フィンプレート25は垂直をなし両熱交換部21,22にわたり図1中左右方向に長く延びており、図1において紙面と直交する方向に等しい間隔をおいて並べられている。
【0019】
各共通フィンプレート25は、給湯用熱交換部21に位置する部位すなわち第一フィンプレート25aと、暖房,風呂追焚用熱交換部22に位置する部位すなわち第二フィンプレート25bとを有している。このように、共通フィンプレート25を用いたことにより、製造コストを下げることができる。第一フィンプレート25aと第二フィンプレート25bとの架橋部には開口25cが形成されており、この開口25cにより、両フィンプレート25a,25bの熱的干渉を小さくしている。
【0020】
上記給湯用熱交換部21は、受熱管26を備えている。この受熱管26は、共通フィンプレート25の第一フィンプレート25aと保持胴5aを貫通して図1の紙面と直交する方向に延びる複数の直管部26aと、保持胴5a外においてこの直管部26aを連結するベンド部26b(図2にのみ示す)とを有している。
同様に、暖房,風呂追焚用熱交換部22は、互いに別系統をなす受熱管27,28を備えている。これら受熱管27,28は、第二フィンプレート25bおよび保持胴5aを貫通して図1の紙面と直交する方向に延びる複数の直管部27a,28aと、これら直管部27a,28aを保持胴5a外で連結するベンド部27b,28b(図2にのみ示す)とを有している。
【0021】
上記フィンプレート25a,25bが熱交換部21の並び方向に延び、すべての受熱管26,27,28の直管部26a,27a,28aが熱交換部21の並び方向と直交して延びているので、熱交換部21,22を狭いスペースで並べて配置できる。
【0022】
上記受熱管27(第一受熱管)は暖房用に提供され、受熱管28(第二受熱管)は風呂追焚用に提供される。本実施例では受熱管28の直管部28aは、下段に2本、上段に1本配置されている。受熱管27の直管部27aは、下段に2本配置されている。ここで重要なことは、暖房用の受熱管27の直管部27aの上側に風呂追焚用の受熱管28の下段の直管部28aが配置され、直管部27a,28a同士がほぼ全長にわたって接していることである。
【0023】
図1に示すように、上記バーナユニット3は、上端が開口した箱形状のフレーム6と、このフレーム6内に収容された給湯用燃焼部31と暖房,風呂追焚用燃焼部32とを有している。これら燃焼部31,32は、図1において左右方向に水平に並んで配置されている。給湯用燃焼部31は、上記給湯用熱交換部21の真下に配置され、暖房,風呂追焚用燃焼部32は、上記暖房,風呂追焚用熱交換部21の真下に配置されている。燃焼部31,32の境界P’は、熱交換部21,22の境界Pの真下に位置している。
【0024】
図1に示すように、燃焼部31,32へガスを供給する手段50は、主管51と、この主管51から分岐した2つの分岐管52,53とを有している。主管51には主電磁開閉弁55と電磁比例弁56が設けられており、分岐管52,53にはそれぞれ補助電磁開閉弁57,58が設けられている。分岐管52,53にはノズルブロック59が接続されている。分岐管52,53は、ノズルブロック59の通路とノズル部を介して、上記燃焼部31,32に連なっている。
【0025】
図2に示すように、給湯用の受熱管26の入口端には、給水管61が接続され、出口端には給湯管62が接続されている。給湯管62の末端には開閉栓63が設けられている。また、給水管61には水流スイッチ64、給湯管62には温度センサ65や水量制御弁(図示しない)等が設けられている。なお、この給湯系では、水は給水管61から受熱管26を経て給湯管62へと流れるだけであり、水の循環回路は構成されていない。
【0026】
上記受熱管27は、暖房用循環回路70の一部を構成している。この暖房用循環回路70は、さらに、受熱管27の入口端に接続された復路管71と、受熱管27の出口端に接続された往路管72と、これら復路管71,往路管72間において互いに並列接続された複数の放熱器75(図2には、1つのみ示す)と、これら放熱器75と並列接続されたバイパス管73とを備えている。バイパス管73には、制御弁74が設けられている。放熱器75は、互いに直列をなす放熱管75aおよび制御弁75bと、放熱管75aの熱を室内に放出させるためのファン75cとを有している。復路管71には、ポンプ76と膨張タンク77が設けられている。また、受熱管27の出口端近傍には温度センサ78が設けられている。ここで注意すべきことは、暖房用循環回路70に例えば水とプロピレングリコールを含む熱媒体が充填されており、受熱管27は常にこの熱媒体で満たされ、空の状態にならないことである。
【0027】
上記受熱管28は風呂追焚用循環回路80の一部を構成している。この風呂追焚用循環回路80は、さらに、受熱管28の入口端と浴槽85の循環金具86を接続する復路管81と、受熱管28の出口端と循環金具86を接続する往路管82とを備えている。復路管81には、温度センサ83とポンプ84が設けられている。なお、前述した給湯管62の中途部と復路管81の中途部とは、湯張り管88により接続されており、この湯張り管88には電磁開閉弁89が設けられている。これにより、給湯用熱交換部21からの湯が湯張り管88を経、復路管81,往路管82を経て浴槽85へ供給されるようになっている。
なお、浴槽85が空の時に、受熱管28内の水が復路管81,往路管82を介して浴槽85内に流れ出てしまうことがある。したがって、受熱管28が空になることは日常的に起こり得ることである。
【0028】
さらに燃焼装置は、制御ユニット10(ポンプ制御手段,弁制御手段,ファン制御手段)を装備している。この制御ユニット10は、各種センサ,スイッチからの信号に応答して、上記ファン4,ガス供給用の電磁弁55,56,57,58や、その他の弁74,75b,89,ポンプ76,84等を制御する。
【0029】
上記構成の燃焼装置において、まず給湯作用について説明する。栓63を開くと、給水管61,受熱管26,給湯管62に水が流れる。給水管51に設けられた水流スイッチ64がこれを検出し、この検出信号に応答して制御ユニット10が、主電磁開閉弁55,補助電磁開閉弁57を開くことにより、給湯用燃焼部31での燃焼が開始される。その結果、共通フィンプレート25のうち給湯用燃焼部31の真上に位置する第一フィンプレート25aが主に加熱され、ひいては受熱管26を通る給水管61からの水が加熱され、湯となって給湯管62へと供給される。なお、出湯温度は温度センサ65で検出され、この出湯温度が設定温度になるように、燃焼熱量,水量制御弁の開度が制御される。
【0030】
上記給湯が単独で実行されている時には、暖房,風呂追焚用燃焼部32で燃焼が行われないので、暖房,風呂追焚用熱交換部22には、ファン4からの燃焼を伴わない空気が通過するだけであり、受熱管27,28内の熱媒体や水を加熱しない。また、加熱された第一フィンプレート25aから第二フィンプレート25bへ逃げる熱は、開口25cを形成したことにより、少なく抑えることができる。
【0031】
次に暖房の作用について説明する。使用者が暖房のメインスイッチをオンすると、制御ユニット10はポンプ76を駆動させて熱媒体を循環させる。なお、すべての放熱器75のスイッチがオフの時には、制御弁74を全開にすることにより、熱媒体をバイパス管73を介して循環させる。いずれかの放熱器75のスイッチがオンの時には、制御弁74を閉じるか最小流量にし、制御弁75bを開くことにより、当該放熱器75の放熱通路75aを介して熱媒体を循環させる。受熱管27からの熱媒体の温度は温度センサ78で検出され、この温度が設定温度(例えば80°C)より低下した時には、主電磁開閉弁55,補助電磁開閉弁58を開いて、暖房,風呂追焚用燃焼部32での燃焼を行う。その結果、共通フィンプレート25のうち暖房,風呂追焚用燃焼部32の真上に位置する第二フィンプレート25bが主に加熱され、ひいては暖房用受熱管27を通る熱媒体が加熱される。
【0032】
放熱器75毎のスイッチがオンして制御弁75bが開いた状態では、上記受熱管27で熱媒体が受けた熱は、熱媒体が放熱管75aを通る過程でファン75cにより室内に放出され、暖房がなされる。なお、室内温度センサにより検出された温度のフィードバック信号に基づき、図示しない制御ユニットで、ファン75cの回転数や制御弁75bの開度が制御される。
【0033】
上記暖房の際、風呂追焚用受熱管28の直管部28aの真下に位置する暖房,風呂追焚用燃焼部32で燃焼が行われる。しかし、この直管部28aの下側に暖房用受熱管27の直管部27aが配置されており、この直管部27aを熱媒体が流れ続けるので、燃焼熱の殆どをこの直管部27a内の熱媒体で吸収する。その結果、風呂追焚用受熱管28の直管部28aで受け取る熱量は少なく、この直管部28aが空であっても、直管部28aが異常加熱されることがなく、直管部28aの熱疲労を防止することができる。
【0034】
風呂追焚を行う場合には、制御ユニット10の制御に基づき、ポンプ84を駆動して、浴槽85の水を復路管81,受熱管28,往路管82を経て循環させる。これと同時に、暖房時と同様に、主電磁開閉弁55,補助電磁開閉弁58を開いて、暖房,風呂追焚用燃焼部32での燃焼を開始する。その結果、第二フィンプレート25bが主に加熱され、ひいては風呂追焚用受熱管28を通る浴槽85からの水が加熱され、追焚が実行される。温度センサ83で検出された浴槽85からの湯の温度が、設定温度に達した時に、この追焚を終了する。
【0035】
上記風呂追焚の際に、暖房用受熱管27の直管部27aは風呂追焚用受熱管28の直管部28aの下側にあるため、燃焼熱を直接受ける。しかし、受熱管27,28の直管部27a,28a同士が全長にわたって接しており、風呂追焚用受熱管28内を水が流れているため、直管部27aで受けた熱は直管部28a内を流れる水によって奪われ、異常加熱されることがない。特に、受熱管27内は熱媒体で満たされており、空にならないので、この異常加熱を確実に防止できる。
【0036】
上記風呂追焚を単独で実行している時には、暖房のメインスイッチのオン,オフに拘わらず、暖房用循環回路70のポンプ76が駆動されるとともに、バイパス管73の制御弁74が全開にされる。その結果、暖房用循環回路70内を熱媒体が循環する。熱媒体が受熱管27の直管部27aを流れるので、熱媒体の自然対流に依存した熱伝達に比べて、受熱管27から受熱管28への熱伝達がより一層促進される。その結果、風呂追焚を熱効率良く短時間で実行できるとともに、受熱管27の異常加熱をより一層確実に防止することができる。なお、熱媒体は、放熱管75aを通らずバイパス管73を通って循環されるため、循環に伴う熱損失量は小さくて済む。
【0037】
上述した暖房と、風呂追焚を同時に実行することもできる。この場合には、制御弁74は、中間開度、すなわち最大流量と最小流量の中間の流量になるように制御される。本実施例では、制御ユニット10が、風呂追焚のための要求熱量と、暖房のための要求熱量を演算し、その比に応じて制御弁74の開度を制御する。ここで、制御弁74の開度が大きい程、放熱管75aを通る熱媒体の流量が少なくなり、風呂追焚のために費やされる熱量が多くなる。
【0038】
上記暖房,風呂追焚の少なくとも一方が実行され、給湯が実行されない時には、給湯用燃焼部21では燃焼が実行されないので、給湯用熱交換部21には、ファン4からの燃焼を伴わない空気が通過するだけであり、受熱管26内の水を加熱することはない。また、第二フィンプレート25bから第一フィンプレート25aへ逃げる熱も比較的少ない。
上記燃焼装置において、給湯,暖房,風呂追焚の3つを同時に実行できることは勿論である。
【0039】
図3は本発明の第二の実施形態を示す。この実施形態では、暖房用循環回路70の受熱管27は、第一実施形態と同様に風呂追焚用循環回路80の受熱管28の直管部28aの下側に配置される直管部27aの他に、直管部28aの上側に接するようにしてフィンプレート25bを貫通する直管部27a’を付加的に有している。すなわち、受熱管28の各直管部28aは、受熱管27の上下の直管部27a,27a’で挟まれている。
【0040】
第二の実施形態では、暖房単独実行時に、暖房用循環回路70の受熱管27の上下の直管部27a,27a’で燃焼熱の殆どを奪うので、風呂追焚用循環回路80の受熱管28の直管部28aをより一層確実に保護することができる。また、風呂追焚を単独で実行している時には、第一実施形態と同様に上下の直管部27a,27a’に熱媒体を流すことにより、これら直管部27a,27a’で受けた燃焼熱を、より一層効率良く直管部28aを流れる水に伝達でき、風呂追焚をより一層効率良く行うことができる。
【0041】
図4は参考例を示す。この参考例では、熱交換部21が暖房用に用いられる。すなわち、熱交換部21の受熱管26が暖房用循環回路70に組み込まれている。熱交換部22の受熱管28は、第一,第二実施形態と同様に、風呂追焚に用いられる。熱交換部22の受熱管27は、給湯に用いられる。なお、熱交換部21,22の構成,受熱管26,27,28の配置のしかたは、図1,図3に示す第一,第二の実施形態のいずれかと同様である。風呂追焚,暖房のための配管も第一,第二実施形態と同様であるので同番号を付してその説明を省略する。
【0042】
上記参考例の給湯系は、第一,第二実施形態とは異なり、循環回路90を構成している。この給湯用循環回路90は、熱交換部22の受熱管27と、この受熱管27に連なる主通水管91とを備えている。この主通水管91には、逆止弁92とポンプ93が設けられている。また、主通水管91には、逆止弁92と受熱管27の入口端との間において、給水管94が接続されている。この給水管94には、減圧弁95と逆止弁96が設けられている。主通水管91には、逆止弁92と受熱管27の出口端との間において、複数の短い分岐管97の一端が接続されており、この分岐管97の他端には開閉栓98が設けられている。また、受熱管27の出口端近傍には温度センサ99が設けられている。
【0043】
上記構成において、給湯のメインスイッチがオンされると、ポンプ93が駆動され、水が循環回路90を循環する。受熱管27からの水の温度が温度センサ99で検出され、この検出温度が設定温度(例えば80°C)に達するまで、燃焼部32(図1,図3参照)での燃焼が行われ、それ以後も検出温度が設定温度より低くなると、燃焼部32での燃焼が行われる。分岐管97からの出湯がなされると、給水管94から水が補給される。なお、上記給湯用循環回路90には常に水が満たされており、第一,第二実施形態と同様に受熱管27が空になることはない。
【0044】
上記参考例でも、風呂追焚時に、燃焼部32で燃焼が実行され受熱管28内を水が流れている状態において、給湯のメインスイッチのオフの状態であってもポンプ93が駆動され、給湯用循環回路90内での水の循環がなされ、受熱管27にも水が流れる。その結果、下側の受熱管27から上側の受熱管28への熱伝達が良好に行われ、風呂追焚を効率良く短時間で行うことができる。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、3つの機能を果たすことができる小型の燃焼装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施形態をなす燃焼装置の主要部を示す縦断面図である。
【図2】同燃焼装置の全体スシテムを示す図である。
【図3】本発明の第二の実施形態を示す図1相当図である。
【図4】参考例を示す図2相当図である。
【図5】従来の燃焼装置を示す図2相当図である。
Claims (4)
- 1つのフレームに水平に並んで収容された2つの熱交換部と、これら熱交換部にそれぞれ対応してその下方に配置され互いに独立して燃焼制御可能な2つの燃焼部とを備え、
一方の熱交換部には給湯系の受熱管が配設され、他方の熱交換部には、それぞれポンプを有する暖房用循環回路と風呂追焚用循環回路の受熱管が配設され、
上記フレーム内において、上記暖房用循環回路の受熱管の直管部の上に、この直管部と接するようにして風呂追焚用循環回路の受熱管の直管部が配置されていることを特徴とする燃焼装置。 - 上記風呂追焚用循環回路の受熱管の直管部が上段と下段に配置されており、この下段の直管部が暖房用循環回路の受熱管の直管部に接していることを特徴とする請求項1に記載の燃焼装置。
- 上記風呂追焚用循環回路の受熱管が、暖房用循環回路の受熱管の上下の直管部により挟まれていることを特徴とする請求項1に記載の燃焼装置。
- 2つの熱交換部は共通のフィンプレートを有し、この共通フィンプレートは、熱交換部の並び方向に延び、熱交換部の並び方向と直交する方向に並べられており、これら熱交換部のすべての受熱管は、熱交換部の並び方向と直交する方向にフィンプレートを貫通しており、上記共通フィンプレートは、上記一方の熱交換部に位置する第一フィンプレートと上記他方の熱交換部に位置する第二フィンプレートとの架橋部において、開口を有していることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の燃焼装置。
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