JP4252971B2 - １缶式複合熱源機 - Google Patents

Description

本発明は、単一の缶体と、この缶体内に横方向に並べて設けた第１と第２の一対のバーナと、缶体の上部に横方向に並べて設けた第１と第２の一対の熱交換器とを備える１缶式複合熱源機に関する。

従来、この種の１缶式複合熱源機として、缶体内の第１と第２の両バーナと第１と第２の両熱交換器との間の空間を、第１バーナから第１熱交換器に至る第１燃焼室と第２バーナから第２熱交換器に至る第２燃焼室とに区画する仕切り壁を備え、一方のバーナ、例えば、第２バーナのみを燃焼させて第２熱交換器を加熱する単独運転時に、第２バーナの燃焼排気が第１熱交換器側に流れて第１熱交換器が加熱されるといった不具合を防止できるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、このものでは、缶体の下部に、分布板で仕切られた給気室を画成し、燃焼ファンからの燃焼用空気を分布板に形成した分布孔を介して第１と第２の両燃焼室に供給するようにしている。

ところで、缶体内に仕切り壁を設ける場合、第１と第２の各バーナの燃焼熱により仕切り壁が加熱されて非常に高温になり、仕切り壁の耐熱性の確保が問題になる。上記従来例では、給気室から分布板の分布孔を介して各燃焼室に流入する空気の一部が仕切り壁の外壁面に沿って流れるようにしているが、仕切り壁の外壁面に沿って流れるのは、仕切り壁寄りの分布孔から流入する僅かな量の空気であり、仕切り壁を十分に冷却できない。そのため、仕切り壁と各バーナとの間の横方向間隔を広くして、仕切り壁に対する各バーナからの熱影響を低減することが必要になり、熱源機が大型化する不具合がある。
特公平２−１７７８４号公報（第３図、第６図）

本発明は、以上の点に鑑み、仕切り壁と各バーナとの間の横方向間隔を広くせずに仕切り壁の耐熱性を確保できるようにして、小型化を可能とした１缶式複合熱源機を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、単一の缶体と、この缶体内に横方向に並べて設けた第１と第２の一対のバーナと、缶体の上部に横方向に並べて設けた第１と第２の一対の熱交換器と、缶体内の第１と第２の両バーナと第１と第２の両熱交換器との間の空間を、第１バーナから第１熱交換器に至る第１燃焼室と第２バーナから第２熱交換器に至る第２燃焼室とに区画する仕切り壁とを備えると共に、缶体の下部に、分布板で仕切られた給気室を画成し、燃焼ファンからの燃焼用空気を分布板に形成した分布孔を介して第１と第２の両燃焼室に供給するようにした１缶式複合熱源機において、本発明によれば、仕切り壁を、空隙を存して横方向に対向する２枚の板で構成し、両板間の空隙に給気室からの空気を流すようにしている。

また、本発明によれば、仕切り壁を構成する２枚の板間の空隙、即ち、仕切り壁の内部空隙に給気室からの空気が流れ、仕切り壁が内側から効率良く冷却されることになる。従って、仕切り壁と各バーナとの間の横方向間隔を左程広くしなくても、仕切り壁の耐熱性を確保でき、熱源機の小型化を図れる。

ところで、缶体内では気柱振動を生ずる。ここで、第１と第２の両燃焼室は第１と第２の両熱交換器を介して通気可能に連通し、このままでは、両燃焼室を連続した一つの振動空間として気柱振動が発生し、気柱振動の固有振動数が低くなる。そして、気柱振動の固有振動数が低くなると、火炎が共鳴振動し易くなって、燃焼騒音が大きくなる。この場合、両熱交換器の境界部に面する各熱交換器の側端部に、各熱交換器を構成する吸熱フィン間の隙間を封止する封止部を設ければ、両熱交換器間の通気が遮断され、両燃焼室の両熱交換器を介しての連通が断たれる。また、仕切り壁を上記の如く２枚の板で構成する場合、両板を、両熱交換器の境界部に挿入される両板の上端部において、両熱交換器の封止部に接触させれば、各板と各熱交換器との間の隙間を介しての両燃焼室の連通も断たれる。従って、気柱振動は各燃焼室で個別に発生することになり、気柱振動の固有振動数が高くなる。その結果、火炎の共鳴振動が有効に防止され、燃焼騒音が低減される。

尚、仕切り壁を構成する２枚の板に空気吹出し孔を開設すると、両燃焼室が空気吹出し孔と２枚の板間の空隙とを介して連通し、両燃焼室に跨る気柱振動が発生する。この場合、仕切り壁を構成する２枚の板間に、両板間の空隙を分布板から仕切り壁の上端に亘り横方向に２分する中仕切り板を介設すれば、両燃焼室の連通が中仕切り板により断たれる。従って、両燃焼室に跨る気柱振動は発生せず、気柱振動の固有振動数の低下による燃焼騒音の増大を確実に防止できる。

図１は、単一の缶体１内に、第１バーナ２−１と第２バーナ２−２とを横方向に並べて設けると共に、缶体１の上部に、第１バーナ２−１で加熱される給湯用の第１熱交換器３−１と第２バーナ２−２で加熱される暖房用の第２熱交換器３−２とを横方向に並べて設けて成る１缶式複合熱源機の参考例を示している。

缶体１の下部には、缶体１内の空間に対し分布板４で仕切られた給気室５が画成されている。そして、給気室５に接続される燃焼ファン６を設け、燃焼ファン６からの燃焼用空気を給気室５から分布板４に形成した多数の分布孔４ａを介して缶体１内に供給するようにしている。

各バーナ２−１，２−２は、夫々、缶体１の奥行方向(図１の紙面直交方向)に長手の単位バーナ２ａを横方向に複数列設して構成されている。各単位バーナ２ａは、図２に示す如く、缶体１の奥側（後側）にのびる混合管部２ｂを備えている。そして、分布板４の後部を上方にオフセットして、給気室５の後部に立上り部５ａを形成し、この立上り部５ａに各単位バーナ２ａの混合管部２ｂの流入端を臨ませている。また、給気室５の立上り部５ａに各バーナ２−１，２−２用のガスマニホールド２ｃを収納し、ガスマニホールド２ｃに設けた各ノズル２ｄから各単位バーナ２ａの混合管部２ｂにガスが供給され、且つ、混合管部２ｂに給気室５から燃焼用一次空気が供給されるようにしている。尚、暖房よりも給湯の方が大きな加熱能力を要求されるため、各バーナ２−１，２−２を構成する単位バーナ２ａの個数は第１バーナ２−１の方が多くなっている。

各熱交換器３−１，３−２は、缶体１の奥行方向に隙間を存して多数積層した吸熱フィン３ａと、これら吸熱フィン３ａを貫通する蛇行形状の吸熱管３ｂとで構成される。第１熱交換器３−１の吸熱管３ｂには、図示しないが、上流側の給水管と下流側の出湯管とが接続されており、出湯管の下流端の出湯栓を開いて第１熱交換器３−１に通水したとき、第１バーナ２−１に点火されて、出湯栓から設定温度の湯が出湯される。第２熱交換器３−２の吸熱管３ｂは、図示しないが、往き管と戻り管とを介して床暖房等の暖房回路（図示せず）に接続されており、暖房回路に第２熱交換器３−２を介して湯水を循環させて、暖房を行う。

また、缶体１内には、第１と第２の両バーナ２−１，２−２と第１と第２の両熱交換器３−１，３−２との間の空間を、第１バーナ２−１から第１熱交換器３−１に至る第１燃焼室７−１と第２バーナ２−２から第２熱交換器３−２に至る第２燃焼室７−２とに区画する仕切り壁８が設けられている。かくして、第１バーナ２−１の燃焼排気は第１燃焼室７―１を介して第１熱交換器３−１に導かれ、第２バーナ２−２の燃焼排気は第２燃焼室７−２を介して第２熱交換器３−２に導かれる。第１と第２の各熱交換器７−１，７−２で熱交換した燃焼排気は両熱交換器３−１，３−２の上側の排気フード９に流れ、排気フード９に形成した排気口９ａから外部に排出される。

尚、図１に示す参考例では、両バーナ２−１，２−２と両熱交換器３−１，３−２との間の空間だけでなく両バーナ２−１，２−２の配置部も２分するように、仕切り壁８を両熱交換器３−１，３−２の境界部の隙間から分布板４に亘って上下方向に延在させている。そして、分布板４上に、仕切り壁８の配置位置に合わせて、仕切り壁８より横方向幅が広い中空の空気案内部材１０を配置している。これを詳述するに、分布板４に、仕切り壁８の横方向両外側に位置させて、一対の側板１０ａ，１０ａを立設し、両側板１０ａ，１０ａで空気案内部材１０を構成している。そして、各側板１０ａと仕切り壁８との間の空隙、即ち、空気案内部材１０の内部空隙を分布板４に形成した連通孔４ｂを介して給気室５に連通させている。この連通孔４ｂは、図３に示す如く前後方向に長手の長孔であり、単位面積当りの開口面積は分布孔４ａより大きい。

また、仕切り壁８は、空隙を存して横方向に対向する２枚の板８ａ，８ａで構成されており、両板８ａ，８ａ間の空隙、即ち、仕切り壁８の内部空隙を分布板４に形成した連通孔４ｃを介して給気室５に連通させている。連通孔４ｂは、上記連通孔４ｂと同様に前後方向に長手の長孔であり、単位面積当りの開口面積は分布孔４ａより大きい。

かくして、給気室５から空気案内部材１０の内部空隙に比較的多量の空気が供給され、空気案内部材１０の上端から吹出す空気により仕切り壁８の横方向両側の外壁面に沿って上方に流れる冷却空気流ａが生成され、更に、給気室５から仕切り壁８の内部空隙にも比較的多量の空気が供給される。そのため、仕切り壁８は、その内部空隙に流れる冷却空気流ｂと外壁面に沿って流れる冷却空気流ａとで内外から効率良く空冷される。従って、第１と第２の各バーナ２−１，２−２の仕切り壁８寄りの単位バーナ２ａと仕切り壁８との間の横方向間隔が狭く、仕切り壁８に各バーナ２−１，２−２の燃焼熱が及び易くなっても、仕切り壁８の温度は左程高くならず、耐熱性が確保される。このように各バーナ２−１，２−２と仕切り壁８との間の横方向間隔を狭めることができるため、熱源機の小型化を図れる。

尚、空気案内部材１０が各バーナ２−１，２−２の上端よりも上方にのびていると、空気案内部材１０に各バーナ２−１，２−２の燃焼熱が及び、空気案内部材１０の耐熱性を確保し難くなる。また、空気案内部材１０の上端の高さが各バーナ２−１，２−２の上端に比し低いと、空気案内部材１０の上端から吹出す空気の一部が各バーナ２−１，２−２側に流れて燃焼用二次空気として利用され、仕切り壁８の外壁面に沿って流れる冷却空気量が減少してしまう。そこで、本実施形態では、空気案内部材１０の耐熱性を確保して、且つ、冷却空気量の減少も防止できるように、空気案内部材１０の上端の高さを各バーナ２−１，２−２の上端と同等高さに設定している。

また、他の参考例として図４に示す如く、仕切り壁８を１枚板構造とする場合、図１に示した参考例と同様に、分布板４に立設した一対の側板１０ａ，１０ａで構成される空気案内部材１０を設け、給気室５からの空気を連通孔４ｂと空気案内部材１０の内部空隙とを介して空気案内部材１０の上端から吹出させ、仕切り壁８の横方向両側の外壁面に沿って上方に流れる冷却空気流ａを生成させる。尚、第２実施形態においても、空気案内部材１０の耐熱性を確保して、且つ、冷却空気量の減少も防止できるように、空気案内部材１０の上端の高さを各バーナ２−１，２−２の上端と同等高さに設定する。

図５は本発明の第１実施形態を示している。このものでは、仕切り壁８を２枚の板８ａ，８ａから成る中空構造に構成すると共に、仕切り壁８の下部に、各板８ａの曲げにより、横方向両外側に張り出す一対の肩部１０ｂ，１０ｂと、両肩部１０ｂ，１０ｂから分布板４に向けて下方にのびる一対の側板部１０ｃ，１０ｃとを形成している。かくして、両肩部１０ｂ，１０ｂと両側板部１０ｃ，１０ｃとにより、仕切り壁８と一体の中空の空気案内部材１０が構成される。そして、空気案内部材１０の内部空隙を、分布板４に形成した、単位面積当りの開口面積が分布孔４ａより大きな連通孔４ｂを介して給気室５に連通させている。また、空気案内部材１０の上端となる両肩部１０ｂ，１０ｂに、図６に示す如く、上向きに開口する複数の空気吹出し孔１０ｄを開設している。

これによれば、給気室５から空気案内部材１０の内部空隙に比較的多量の空気が供給され、この空気の一部が仕切り壁８の２枚の板８ａ，８ａ間の空隙に流れて、仕切り壁８の内部に冷却空気流ｂが生成されると共に、肩部１０ｂの空気吹出し孔１０ｄから吹出す空気により仕切り壁８の外壁面に沿って上方に流れる冷却空気流ａが生成される。従って、仕切り壁８が内外から効率良く空冷される。そして、第１実施形態では、空気案内部材１０が仕切り壁８と一体化されるため、部品点数を削減して、コストダウンを図ることができる。

尚、肩部１０ｂの高さは、空気案内部材１０の耐熱性を確保して、且つ、冷却空気量の減少も防止できるように、各バーナ２−１，２−２の上端と同等高さに設定する。また、第１実施形態では、仕切り壁８を２枚の板８ａ，８ａから成る中空構造に構成しているが、仕切り壁８を１枚板構造とし、仕切り壁８の下部のみを二股状に分岐して、上記両肩部１０ｂ，１０ｂと両側板部１０ｃ，１０ｃとから成る空気案内部材１０を形成することも可能である。但し、この場合には、仕切り壁８を押し出し成形等の特殊な製法で形成することが必要になる。これに対し、第１実施形態のように構成すれば、仕切り壁８を構成する２枚の板８ａ，８ａの単純な曲げ加工で肩部１０ｂと側板部１０ｃを形成できるため、加工コストが安くなり、しかも仕切り壁８をその内外から空冷して冷却性能を向上させることができ、有利である。

また、図５に示す第１実施形態では、燃焼騒音を低減させるための対策も施している。ここで、第１と第２の両燃焼室７−１，７−２が第１と第２の両熱交換器３−１，３−２や仕切り壁８を介して通気可能に連通していると、両燃焼室７−１，７−２を連続した一つの振動空間として気柱振動が発生する。気柱振動の固有振動数Ｆは、音速をＣ、振動空間の長さをＬとして、Ｆ＝Ｃ／２Ｌになる。両燃焼室７−１，７−２が連続した一つの振動空間になった場合、缶体１の横幅が例えば３１ｃｍであると、Ｌは仕切り壁８による抵抗の影響で３７ｃｍ程度になる。また、燃焼時の缶体１内の平均温度は１７０℃程度になり、このときＣは４３５ｍ／秒になる。そして、両燃焼室７−１，７−２を連続した一つの振動空間として発生する気柱振動の固有振動数Ｆは５９０Ｈｚになる。このような低い振動数では火炎が共鳴振動し易く、大きな燃焼騒音を生ずる。

そのため、第１実施形態では、第１と第２の両熱交換器３−１，３−２の境界部に面する各熱交換器３−１，３−２の側端部に、図７に示す如く、各熱交換器３−１，３−２の吸熱フィン３ａ間の隙間を封止する封止部３ｃを設けている。そして、仕切り壁８を構成する２枚の板８ａ，８ａを、両熱交換器３−１，３−２の境界部に挿入される両板８ａ，８ａの上端部において、両熱交換器３−１，３−２の封止部３ｃ、３ｃに接触させている。これによれば、封止部３ｃにより両熱交換器３−１，３−２間の通気が遮断され、両燃焼室７−１，７−２の両熱交換器３−１，３−２を介しての連通が断たれると共に、仕切り壁８と各熱交換器３−１，３−２との間の隙間を介しての両燃焼室３−１，３−２の連通も断たれる。尚、封止部３ｃは、吸熱フィン３ａの側端部に形成した折曲げ部で形成されているが、吸熱フィン３ａとは別体の板材で封止部３ｃを構成することも可能である。

また、仕切り壁８を構成する２枚の板８ａ，８ａの夫々の肩部１０ｂに空気吹出し孔１０ｄが開設されているため、このままでは、空気吹出し孔１０ｄと両板８ａ，８ａ間の空隙とを介して両燃焼室７−１，７−２が連通する。そこで、両板８ａ，８ａ間に、両板８ａ，８ａ間の空隙を分布板４から仕切り壁８の上端に亘り横方向に２分する中仕切り板８ｂを介設している。これにより、空気吹出し孔１０ｄと両板８ａ，８ａ間の空隙とを介しての両燃焼室７−１，７−２の連通も断たれる。尚、両板８ａ，８ａの最上端には横方向内側への折曲げ部８ｃ，８ｃを存して起立する接合フランジ部８ｄ，８ｄが形成されており、両接合フランジ部８ｄ，８ｄを中間に中仕切り板８ｂの上端を挟むようにして結合させている。そして、両板８ａ，８ａの上端の折曲げ部８ｃ，８ｃに、図７に示す如く、通気孔８ｅを開設し、両板８ａ，８ａ間の空隙に流れた空気が通気孔８ｅから両熱交換器３−１，３−２の境界部に流れ出るようにしている。

以上の如く両燃焼室７−１，７−２の連通が断たれると、両燃焼室７−１，７−２を連続した一つの振動空間とする気柱振動の発生が防止され、気柱振動は各燃焼室７−１，７−２で個別に発生することになり、気柱振動の固有振動数が高くなる。例えば、第１燃焼室７−１の横幅が２３ｃｍ、第２燃焼室７−２の横幅が７ｃｍである場合、各燃焼室７−１，７−２で発生する気柱振動の固有振動数は、第１燃焼室７−１で９５０Ｈｚ、第２燃焼室７−２で３１００Ｈｚになる。固有振動数がこのような高い値になると、火炎が共鳴振動し難くなり、燃焼騒音が低減される。

図８は第１実施形態の変形例である第２実施形態を示している。第２実施形態の缶体１及び両熱交換器３−１，３−２は上記第１実施形態と同一であるが、第２バーナ２−２の定格燃焼量を低くするために、第１実施形態における第２バーナ２−２の横方向最内側の単位バーナ２ａが取外されている。そして、第２バーナ２−２側(図８の左側)の側板部１０ｃを、取外した単位バーナ２ａの分だけ左側に変位させている。一方、両熱交換器３−１，３−２は第１実施形態のものと同一であるため、両熱交換器３−１，３−２の境界部に挿入される仕切り壁８の上端部の位置は変化しない。その結果、仕切り壁８の左側の板８ａの上端部と左側の側板部１０ｃとの間の横方向距離が大きくなる。この場合、左側の板８ａに第２バーナ２−２の上端と同等高さで形成する左側の肩部１０ｂの横方向幅を上記横方向距離に等しく設定すると、左側の肩部１０ｂの直上部に圧力の低い還流域が発生し、第２バーナ２−２の火炎が還流域側に傾いて燃焼が不安定になる。これを防止するため、左側の肩部１０ｂに形成する空気吹出し孔１０ｄの開口面積を大きくすることも考えられるが、これでは空気過多になり、第２熱交換器３−２が空気で冷却されて熱効率が悪くなってしまう。

そこで、第２実施形態では、左側の肩部１０ｂの横方向幅を上記横方向距離より狭く設定し、左側の板８ａに、第２バーナ２−２の最大燃焼時における火炎の上端と同等高さになる部分に位置させて、上記横方向距離と左側の肩部１０ｂの横方向幅との差分の横方向幅を持つ段部８ｆを形成している。これによれば、左側の板８ａの肩部１０ｂと段部８ｆとの間の部分が第２バーナ２−２側に近付く。そのため、左側の肩部１０ｂに開設する空気吹出し孔１０ｄの開口面積を大きくしなくても、該肩部１０ｂの直上部に還流域は発生せず、火炎の傾きが防止されて燃焼が安定する。

ここで、最大燃焼時においても燃焼の安定性を確保するには、段部８ｆの位置を最大燃焼時における火炎の上端と同等高さに設定することが必要になる。一方、段部８ｆの位置が高くなると、段部８ｆと第２熱交換器３−２との間の上下方向距離が短くなって、段部８ｆの直上部に位置する第２熱交換器３−２の部分に燃焼排気が流れにくくなり、熱効率が低下する。第４実施形態の如く第２バーナ２−２の最大燃焼時における火炎の上端と同等高さの位置に段部８ｆを形成しておけば、燃焼の安定性と熱効率とをうまく両立できる。

尚、第２実施形態では、段部８ｆを水平に形成しているが、段部８ｆの直上部に位置する第２熱交換器３−２の部分に燃焼排気を導き易くするために、横方向内側に向かって上方に傾斜するように段部８ｆを形成しても良い。また、第１バーナ２−１の横方向最内側の単位バーナ２ａを取外して、右側の側板部１０ｃの位置を、取外した単位バーナ２ａの分だけ右側に変位させる場合には、右側の板８ａにも左側の板８ａと同様に段部を形成する。

以上、給湯用の第１熱交換器３−１と暖房用の第２熱交換器３−２とを有する１缶式複合熱源機に本発明を適用した実施形態について説明したが、第２熱交換器３−２がその吸熱フィンに風呂の湯水を循環させる風呂吸熱管を貫通させた風呂追い焚き用の熱交換器である場合や、吸熱フィンに暖房吸熱管と風呂吸熱管とを貫通させた暖房兼風呂追い焚き用の熱交換器である場合にも、また、第１熱交換器３−１がその吸熱フィンに給湯吸熱管と風呂吸熱管とを貫通させた給湯兼風呂追焚き用の熱交換器である場合や、給湯用以外の熱交換器である場合にも同様に本発明を適用できる。また、第１と第２の両熱交換器３−１，３−２は、上記何れの実施形態においても、完全に分離しているが、第１と第２の両熱交換器３−１，３−２の吸熱フィン３ａ，３ａを連続した共通フィンで構成することも可能である。

参考例としての熱源機の構成を示す模式的な切断正面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線で切断した切断側面図。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した切断側面図。 他の参考例としての熱源機の構成を示す模式的な切断正面図。 本発明熱源機の第１実施形態の構成を示す模式的な切断正面図。 第１実施形態の仕切り壁を示す斜視図。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した拡大切断平面図。 本発明熱源機の第２実施形態の構成を示す模式的な切断正面図。

符号の説明

１…缶体、２−１…第１バーナ、２−２…第２バーナ、２ａ…単位バーナ、３−１…第１熱交換器、３−２…第２熱交換器、４…分布板、４ａ…分布孔、５…給気室、６…燃焼ファン、７−１…第１燃焼室、７−２…第２燃焼室、８…仕切り壁、８ａ…板、８ｂ…中仕切り板、１０ｄ…空気吹出し孔。

Claims (1)

1. 単一の缶体と、この缶体内に横方向に並べて設けた第１と第２の一対のバーナと、缶体の上部に横方向に並べて設けた第１と第２の一対の熱交換器と、缶体内の第１と第２の両バーナと第１と第２の両熱交換器との間の空間を、第１バーナから第１熱交換器に至る第１燃焼室と第２バーナから第２熱交換器に至る第２燃焼室とに区画する仕切り壁とを備えると共に、缶体の下部に、分布板で仕切られた給気室を画成し、燃焼ファンからの燃焼用空気を分布板に形成した分布孔を介して第１と第２の両燃焼室に供給するようにした１缶式複合熱源機において、
   仕切り壁を、給気室からの空気を流す空隙を存して横方向に対向する２枚の板で構成し、
   前記両熱交換器の境界部に面する各熱交換器の側端部に、各熱交換器を構成する吸熱フィン間の隙間を封止する封止部を設けると共に、前記仕切り壁を構成する前記２枚の板を、両熱交換器の境界部に挿入される両板の上端部において、両熱交換器の封止部に接触させ、
   前記仕切り壁を構成する前記２枚の板に空気吹出し孔を開設し、
   両板間に、両板間の空隙を前記分布板から仕切り壁の上端に亘り横方向に２分する中仕切り板を介設することを特徴とする１缶式複合熱源機。

Images