JP2006046890A

JP2006046890A - 燃焼装置

Info

Publication number: JP2006046890A
Application number: JP2005074604A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Kondo; 正満近藤; Koichi Kanezaki; 幸一金▲崎▼; Masazumi Iwanaga; 昌純岩永; Shigeru Murakami; 村上　　茂
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-07-06
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2025-02-15
Also published as: JP4687165B2

Abstract

【課題】給湯風呂暖房装置において、定格能力以上の負荷要求があった場合の能力不足現象を解消する燃焼装置を提供することを目的とする。
【解決手段】バーナで加熱される主熱交換装置１６の出口側と入口側の間に循環回路を形成した給湯回路１８と、前記給湯回路１８と暖房回路１９が熱交換する給湯暖房間接熱交換器２０と、前記給湯回路１８と風呂回路２１が熱交換する給湯風呂間接熱交換器２２を有する燃焼装置で、予め定められた給湯、暖房、風呂機能の定格能力内で運転する通常運転モードと、給湯定格能力を超えた運転を要求される際は前記給湯定格能力を超えて運転する特別運転モードとを備えた構成としてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、１つの燃焼ユニットで給湯と暖房と風呂追い焚きの機能を有する燃焼装置に関するものである。

従来の燃焼装置は、大型の給湯機等で一部の燃焼面だけを燃焼させる運転状態において、高い熱効率を得ることのできるものがある（例えば特許文献１参照）。図７は、前記公報に記載された従来の燃焼装置を示すものである。図７に示すように、複数の燃焼面１〜３を有するバーナ４と、バーナ４への給排気を行う燃焼ファン５と、燃焼熱で加熱される吸熱管６と、流体の通過経路７〜９を複数有するものと、通過経路を開閉する電磁弁１０、１１と、電磁弁を制御することで加熱流体を流す複数の通貨経路をバーナ燃焼箇所に応じて選択する経路選択箇所１２を設けて構成される。よって非燃焼部の通過経路からの燃焼ファンからの送風による放熱を防止する。

そして、複数の燃焼面を有するバーナ４の燃焼形態は、例えば、４．７号までの能力で運転する場合は燃焼面（1）だけを燃焼させ、４．７号から８．７号の間の能力で運転する場合は燃焼面（1）と燃焼面（2）とを燃焼させ、８．７号から１３．２号までの間の能力で運転する場合は燃焼面（1）と燃焼面（3）とを燃焼させ、１３．２号から最大能力である１６号の間で運転する場合は、すべての燃焼面を燃焼させるようになっている。
特開２００４−１２５２６６号公報

しかしながら上記特許文献１の従来の燃焼装置では、例えば給湯等の通過経路を複数設け燃焼部の通過経路を選択し通水するため、非燃焼部の吸熱管が完全に閉止し通水しない場合、わずかに漏れる燃焼ガスの熱で管内部の温度上昇により沸騰しスケール等の付着が発生するという課題を有していた。また、給湯単機能装置の発明であり、通過経路が循環回路を形成する構成は開示されていなかった。

さらに、従来、大型の給湯器などでは、器具の最小燃焼から最大燃焼までをカバーするバーナのターンダウンレシオ（ＴＤＲ）を確保することができないので、バーナを複数の燃焼面に分けて構成し、燃焼させる燃焼面の数や、燃焼面に大小がある場合にはそれらの組み合わせ方を切り替えることで、器具の最小燃焼から最大燃焼までをカバーするようになっているが、器具の最大能力はあくまで予め設定された定格能力で決まるもので、定格能力を越えて燃焼させることはできないものであった。大きな能力を必要とする場合は、定格能力の大きな器具を選定して使用する必要があり、その場合、定格能力の大きさによっては種々の制約を受けることがあり、家庭用などではあまり大きな定格能力を有した給湯器はなかった。

よって、複数の場所で同時使用が頻繁に行われるような使い方をされる場合は、給湯器を複数台設置することで対応し、用途に応じてそれぞれの給湯器を使い分けるというものであり、設置場所、配管工事、費用面での負担が大きいものであった。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、給湯用の熱交換器を用いて循環回路を形成した給湯回路を利用して暖房回路と風呂回路に熱量を供給する１缶３水機能を有する燃焼装置を構成し、各機能毎に予め定められた定格能力を有するバーナを所定の条件下で定格能力を越えて燃焼することができる燃焼装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の燃焼装置は、各機能毎に予め定められた定格能力を有するバーナで加熱される主熱交換装置の出口側と入口側の間に循環回路を形成した給湯回路と、前記給湯回路と暖房回路が熱交換する給湯暖房間接熱交換器と、前記給湯回路と風呂回路が熱交換する給湯風呂間接熱交換器を有する燃焼装置で、予め定められた給湯、暖房、風呂機能の定格能力内で運転する通常運転モードと、給湯定格能力を超えた運転を要求される際は前記給湯定格能力を超えて運転する特別運転モードを設けたものである。

上記発明によれば、給湯使用時に予め想定した通常使用条件の範囲内においては器具の定格能力内でバーナの燃焼を制御することが可能であり、予め定めた器具定格能力を越えることはなく定格表示との整合性を図ることができる。また、一時的に定格能力を越えるような使い方、例えば、通常２カ所で給湯を同時使用するところを３カ所で同時使用した場合、従来であれば定格能力を越えた使い方となって、給湯温度が低下する、または、給湯量が減少するというような不具合が生じていたが、本発明では給湯要求能力が定格能力を越えた場合、暖房用に設定された能力を一時的に使用することが可能な構成としているため、給湯要求能力に対して給湯定格能力と暖房定格能力を加えた能力範囲内でバーナの燃焼を制御することができ、３カ所同時使用された場合でも所望の給湯温度、給湯量を確保することができる。また、上記特別運転モードは給湯定格能力を越える要求があったときのみ変更可能とし、それ以外の使用条件では定格運転モードに戻すようにしているため、給湯定格能力を越えて使用される期間は極短時間であり、定格表示との整合性において問題となることはない。

以上のように、予め定められた給湯、暖房、風呂機能の定格能力を超えた運転が可能となり、主熱交換装置の加熱能力を給湯側、暖房側、風呂側のどちらへもフレキシブルに利用することができる。

本発明の燃焼装置は、通常使用条件の範囲内においては器具の定格能力内でバーナの燃焼を制御することが可能で、給湯要求能力が定格能力を越えた場合でも暖房用に設定された能力を一時的に使用することが可能な構成としているため、給湯要求能力に対して給湯定格能力と暖房定格能力を加えた能力範囲内でバーナの燃焼を制御することができ、３カ所同時使用された場合でも所望の給湯温度、給湯量を確保することができる。

第１の発明は、給湯暖房風呂機能を有する１缶３機能燃焼装置において、バーナで加熱される主熱交換装置の出口側と入口側の間に循環回路を形成した給湯回路と、前記給湯回路と暖房回路が熱交換する給湯暖房間接熱交換器と、前記給湯回路と風呂回路が熱交換する給湯風呂間接熱交換器を有する燃焼装置で、予め定められた給湯、暖房、風呂機能の定格能力内で運転する通常運転モードと、給湯定格能力を超えた運転を要求される際は前記給湯定格能力を超えて運転する特別運転モードとを備えたことを特徴とするものである。

そして、給湯使用時に予め想定した通常使用条件の範囲内においては器具の定格能力内でバーナの燃焼を制御することが可能であり、予め定めた器具定格能力を越えることはなく定格表示との整合性を図ることができる。また、一時的に定格能力を越えるような使い方、例えば、通常２カ所で給湯を同時使用するところを３カ所で同時使用した場合、従来であれば定格能力を越えた使い方となって、給湯温度が低下する、または、給湯量が減少するというような不具合が生じていたが、本発明では給湯要求能力が定格能力を越えた場合、暖房用に設定された能力を一時的に使用することが可能な構成としているため、給湯要求能力に対して給湯定格能力と暖房定格能力を加えた能力範囲内でバーナの燃焼を制御することができ、３カ所同時使用された場合でも所望の給湯温度、給湯量を確保することができる。また、上記特別モードは給湯定格能力を越える要求があったときのみ変更可能とし、それ以外の使用条件では定格モードに戻すようにしているため、給湯定格能力を越えて使用される期間は極短時間であり、定格表示との整合性において問題となることはない。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。従来例および各実施の形態において、同じ構成、同じ動作をする部分については同一符号を付与し、詳細な説明を省略する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の燃焼装置の全体構成図である。

図１において、燃焼装置１３は、燃焼空気を送る燃焼ファン１４と、バーナ１５と、バーナ１５の燃焼により発生する燃焼熱を受熱する主熱交換装置である主熱交換器１６と、主熱交換器１６を形成する複数のフィン１７と、第１循環回路である給湯回路１８と、前記給湯回路１８の熱を第２循環回路である暖房回路１９へ伝熱する第１間接熱交換装置である給湯暖房間接熱交換器２０と、前記給湯回路１８の熱を第３循環回路である風呂回路２１へ伝熱する第２間接熱交換装置である給湯風呂間接熱交換器２２と、前記給湯回路１８の水を循環させる耐圧循環装置である耐圧ポンプ２３と暖房回路１９の水を循環させる暖房ポンプ２４と、風呂回路２１の湯水を循環させる風呂ポンプ２５を備えた、いわゆる１缶３水路方式の給湯風呂暖房装置であり、主熱交換器１６で加熱された湯水を直接給湯用として用いるとともに、循環回路を形成しその循環水を利用して暖房回路１９と風呂回路２１に熱量を供給するようにしたものである。

そして、給湯回路１８、暖房回路１９、風呂回路２１への熱量供給源である主熱交換器１６の加熱用バーナ１５は、暖房用に設定された定格燃焼入力を有する第１バーナ１５Ａと給湯用に設定された定格燃焼入力を有する第２バーナ１５Ｂで構成されており、それぞれの負荷要求に応じて定格燃焼入力範囲内で燃焼するようになっている。つまり、暖房運転時には第１バーナ１５Ａが燃焼可能な定格入力範囲内で暖房負荷に応じて燃焼量が制御され、給湯運転時には第２バーナ１５Ｂが燃焼可能な定格入力範囲内で給湯負荷に応じて燃焼量が制御され、風呂運転時には第２バーナ１５Ｂが燃焼可能な定格入力範囲内で給湯と風呂の同時運転をしたとき給湯性能に支障がでない範囲で設定された風呂用の定格入力範囲内で燃焼量が制御される。この各機能毎に設定された定格燃焼入力範囲内で運転する状態を定格運転モードといい、従来の２缶３水路方式の給湯風呂暖房装置は前記定格運転モードでの運転しかできなかった。つまり、従来の給湯風呂暖房装置は、給湯風呂回路と暖房回路が別々の缶体で構成され、それぞれの缶体にバーナを備えた独立構成となっていたため、暖房運転時には暖房回路を形成する缶体に備えられたバーナの最大燃焼量の範囲内でしか燃焼させることがでず、給湯運転時には給湯回路を形成する缶体に備えられたバーナの最大燃焼量の範囲内でしか燃焼させることができないものであった。

本実施の形態においては、上記した如く、主熱交換器１６で加熱された湯水を直接給湯用として用いるとともに、循環回路を形成しその循環水を利用して暖房回路１９と風呂回路２１に熱量を供給する１缶３水路方式とし、主熱交換器１６を加熱するバーナ１５として、予め定格入力を設定した第１バーナ１５Ａと第２バーナ１５Ｂを併設した構成としているため、定格運転モードでの運転はもちろんのこと、所定の条件下ではそれぞれの機能における定格入力を越えた特別運転モードでの運転も可能になる。

例えば、通常の給湯暖房機の暖房定格燃焼入力は１５０００ｋｃａｌ／ｈ、給湯定格燃焼入力は４５０００ｋｃａｌ／ｈであり、それぞれ独立している。そして全燃焼入力が６００００ｋｃａｌ／ｈあり、燃焼入力が１５０００ｋｃａｌ／ｈある第１バーナ（暖房風呂用バーナ）１５Ａと、燃焼入力が４５０００ｋｃａｌ／ｈある第２バーナ（給湯用バーナ）１５Ｂの少なくともどちらか一方の燃焼を行うことができるものである。なお、燃焼入力に熱効率を乗じたものが能力であり、以下の説明で、燃焼入力を能力と解釈して良い。

さらに、主熱交換器１６を貫通する複数本の吸熱管２６に通水する流路を、主熱交換器１６の入口側に設けた切り換え手段である三方弁２７で吸熱部２８と非吸熱部２９に切り換える。給湯用の吸水管３０と、お湯が出る出口を出湯管３１とする。

以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作・作用を説明する。

暖房運転が早朝等の最初に要求されるコールドスタート時には、特別暖房運転モード（特別運転モード）として耐圧ポンプ２３と暖房ポンプ２４を駆動し、燃焼ファン１４の空気とガスをバーナ１５で混合し燃焼入力６００００ｋｃａｌ／ｈの最大燃焼を開始する。すなわち第１バーナ１５Ａと第２バーナ１５Ｂを同時に燃焼させることで燃焼熱が主熱交換器１６を通過する際に、フィン１７を介して吸熱管２６へ多量に伝熱する。吸熱管２６で吸熱した高温水は耐圧ポンプ２３で給湯回路１８を循環し、給湯暖房間接熱交換器２０で暖房回路１９の温水を加熱することで、暖房の立ち上がり時間を定格燃焼入力１５０００ｋｃａｌ／ｈ単独バーナに比べて大幅に短くすることが可能となる。

実際の例を図２で説明する。暖房運転が早朝等の最初に要求されるコールドスタート時には７０００kcal程度の加熱量が必要であり、通常暖房運転モード３５である１５０００kcal/hを超えて、特別運転モード３６の燃焼入力６００００kcal/hまでバーナ１５を燃焼させることで暖房を急速立ち上げすることにより、室温５℃から２０℃に到達するまで６０分要していたものが３０分で実現可能となる。

なお、高い暖房能力を必要としない通常時には、通常暖房運転モード（通常運転モード）として、バーナ１５Ａのみで加熱を行い、主熱交換器１６の吸熱部２８にのみ三方弁２７で流路を切り換え通水することで、非吸熱部２９からの放熱を抑制し熱効率を向上できる。

なお、三方弁２７を省略して熱効率向上のかわりに低コスト化を優先しても良い。

同様に、風呂運転が要求される時には、特別風呂運転モード（特別運転モード）として、耐圧ポンプ２３と風呂ポンプ２５を駆動し、燃焼ファン１４の空気とガスをバーナ１５で混合し燃焼入力６００００ｋｃａｌ／ｈの最大燃焼を行うことで、風呂回路２１へも給湯風呂間接熱交換器２２で風呂回路２１の浴槽水加熱を短時間で行うことができる。

実際の例を図３で説明する。冬場前日にためておいた浴槽水を再加熱する時には６０００kcal程度の加熱量が必要であり、通常風呂運転モード３７である定格燃焼入力１１０００kcal/hを超えて、特別風呂運転モード３８の燃焼入力６００００kcal/hまでバーナ１５を燃焼させる急速追い焚きにより浴槽水２００Lで１０℃から４０℃まで沸き上げるのに３２分要していたものが１９分で沸き上げ可能となる。

なお、急速な加熱を必要としない場合は、通常風呂運転モード（通常運転モード）として、三方弁２７で流路を切り換えバーナ１５Ａのみで加熱することで小能力の燃焼を行い風呂への加熱を緩やかにするマイルドな追い焚き機能も実現できると共に非吸熱部２９からの放熱を抑制し熱効率を向上できる。

当然ながら給湯運転時、定格燃焼入力４５０００kcal/h以上の大能力が必要な場合、例えば、冬場に３カ所９L/minの給湯で１０℃から４０℃まで昇温する場合は、通常給湯運転モード（通常運転モード）である定格燃焼入力４５０００kcal/hを超えて、特別給湯運転モード（特別運転モード）として、第１バーナ１５Ａと第２バーナ１５Ｂを同時に燃焼させトータル燃焼入力６００００ｋｃａｌ／ｈの最大燃焼を行い３２号相当の大出湯能力を実現できる。

なお、以上の説明で、給湯暖房機の定格燃焼入力を給湯定格燃焼入力４５０００kcal/h、暖房定格燃焼入力１５０００kcal/h、風呂定格燃焼入力１１０００kcal/hとしたが、給湯定格燃焼入力６００００kcal/h、暖房定格燃焼入力１５０００kcal/h、風呂定格燃焼入力１１０００kcal/hとして暖房、風呂に要求される燃焼入力を給湯燃焼入力より供給すると解釈しても良い。

以上のように主熱交換器１６の加熱能力を給湯側、暖房側、風呂側のどちらへもフレキシブルに利用することができ、また、暖房、風呂単独使用時に吸熱部を切り換えることで熱効率を向上できる。

図１ではバーナ１５Ａへガスを供給しこの部分のみが燃焼している状態を示している。すなわち室内温度が一定温度に上昇し定常状態の暖房運転を要求されたときや、洗面所や台所で少量の給湯を行うような給湯小燃焼を要求された場合であり、バーナ１５Ｂへはガスの供給がなく燃焼ファン１４の空気のみが主熱交換器１６の非吸熱部２９を通過する。

この時、完全閉止機能を持たない三方弁２７により主熱交換器１６を通過する水の大半を吸熱部２８へ通過させ極少量を非吸熱部２９へ通水するように切り換えることで、非燃焼部２９で冷却されることなくバーナ１５Ａで水を加熱することができる。

また、少量の水が非吸熱部２９へ通水されることで、非吸熱部２９の吸熱部２８近傍に漏れる燃焼ガスの熱による吸熱で管内の沸騰を防止でき、吸熱管内のスケール付着を防止でき、耐久性を高めることがでる。

この結果、給湯暖房風呂の機能を有する１缶３機能の燃焼装置をコンパクトにすることができ、少ない燃焼量の暖房運転時や給湯運転、風呂運転における放熱損失を最小限にとどめ高い燃焼熱効率を実現できる。さらに、最大燃焼を行うときは、三方弁２７で流路を主熱交換器１６全体へ流れるよう切り換えることで、非燃焼部２９が存在しないため給湯最大運転時の高い燃焼熱効率も発揮できる。

本実施例ではバーナ１５Ａとバーナ１５Ｂの二つを切り換える例について説明したが、各バーナを更に細かく切り換えて燃焼させる構成をとることも当然可能である。さらに、図４に示すように三方弁２７を主熱交換器１６の出口側に設け、流路後段側へ複数の流量制御弁である電磁弁３２を設けた場合でも同様の効果を発揮することができる。

また、三方弁２７を省略し、燃焼熱効率よりもコストを優先し、主熱交換器１６の加熱能力を給湯側、暖房側、風呂側のどちらへもフレキシブルに利用しても良い。

よって、従来の給湯、暖房、風呂用に個別にバーナと熱交換器を備え、各定格能力を超えて運転出来なかった給湯装置に比べて燃焼部を簡略化し、低コスト化を図れるとともに定格以上の能力を要求される機能に対して主熱交換器の能力を自由に配分でき、利便性の高い給湯装置を提供できる。

（実施の形態２）
本実施の形態は請求項６にかかわる発明について説明する。図５は本発明の第２の実施の形態における燃焼装置の全体構成図である。なお、第１の実施の形態の燃焼装置と同一構造のものは同一符号を付与し、説明を省略する。図３において、第１の実施の形態の構成と異なるところは、第１循環回路が暖房回路３３を兼ね、暖房回路３３の循環装置を暖房循環装置である暖房ポンプ３４としている点にある。図示はしていないが、暖房回路３３中に暖房用放熱器が配置される。

以上の構成で、その動作、作用について説明する。暖房運転を要求されたとき、暖房ポンプ３４を駆動し、燃焼ファン１４の空気とガスをバーナ１５Ａで混合し燃焼を開始する。暖房運転は、給湯最大燃焼と比較し少ない燃焼量ですむためバーナ１５Ａへガスを供給しこの部分のみが燃焼する。燃焼排ガスは主熱交換器１６の吸熱部２８を通過する。バーナ１５Ｂはファン１４による空気のみが主熱交換器１６の非吸熱部２９を通過する。この時、三方弁２７により主熱交換器１６を通過する水の流路を吸熱部２８のみ通過するように切り換えることで、非燃焼部２９で冷却されることなく水を加熱することができる。高い暖房能力が必要な場合には、１５Ａ、１５Ｂを燃焼させ三方弁２７で流路を切り換え非吸熱部２９にも通水する。

この結果、耐圧ポンプ２３を設けなくてよいことから、給湯暖房風呂の機能を有する１缶３機能の燃焼装置をコンパクト、低コストにすることができ、少ない燃焼量の暖房運転時における放熱損失を最小限にとどめ高い燃焼熱効率を実現できる。さらに、給湯最大能力を要求されたときは、バーナ１５Ａと１５Ｂを燃焼させ、三方弁２７で流路を主熱交換器１６全体へ流れるよう切り換えることで、非燃焼部が存在しないため給湯運転時の高い燃焼熱効率も発揮できる。

本実施例ではバーナ１５Ａとバーナ１５Ｂの二つを切り換える例について説明したが、各バーナを更に細かく切り換えて燃焼させる構成をとることも当然可能である。さらに、図６に示すように三方弁２７を主熱交換器１６の出口側に設け、流路後段側へ複数の電磁弁３２を設けた場合でも同様の効果を発揮することができる。

以上のように、本発明にかかる燃焼装置は給湯、暖房、風呂加熱を行うコンパクトな１缶３機能の熱源を実現することが可能となるので、一般住宅における給湯暖房機はもちろん、マンションやアパート等の集合住宅の設置場所が狭いところでも導入できる。また、熱源のガスはもちろん灯油等を熱源とした石油ボイラーにも適用できる。

本発明の実施の形態１における燃焼装置の全体構成図本発明の実施の形態１における燃焼装置の暖房立ち上がり性能を示す図本発明の実施の形態１における燃焼装置の風呂追い焚き性能を示す図本発明の実施の形態１の他の実施形態における燃焼装置の全体構成図本発明の実施の形態２における燃焼装置の全体構成図本発明の実施の形態２の他の実施形態における燃焼装置の全体構成図従来の燃焼装置の全体構成図

符号の説明

１３燃焼装置
１５Ａ（１５）バーナ
１５Ｂ（１５）バーナ
１６主熱交換器（主熱交換装置）
１８給湯回路（第１循環回路）
１９暖房回路（第２循環回路）
２０給湯暖房間接熱交換器（第１間接熱交換装置）
２１風呂回路（第３循環回路）
２２給湯風呂間接熱交換器（第２間接熱交換装置）
２３耐圧ポンプ（耐圧循環装置）
２６吸熱管
２７三方弁（切り換え手段）
２８吸熱部
２９非吸熱部
３２電磁弁（流量制御弁）
３３暖房回路（第１循環回路）
３５通常暖房運転モード（通常運転モード）
３６特別暖房運転モード（特別運転モード）
３７通常風呂運転モード（通常運転モード）
３８特別風呂運転モード（特別運転モード）

Claims

給湯暖房風呂機能を有する１缶３機能燃焼装置において、バーナで加熱される主熱交換装置の出口側と入口側の間に循環回路を形成した給湯回路と、前記給湯回路と暖房回路が熱交換する給湯暖房間接熱交換器と、前記給湯回路と風呂回路が熱交換する給湯風呂間接熱交換器を有する燃焼装置で、予め定められた給湯、暖房、風呂機能の定格能力内で運転する通常運転モードと、給湯定格能力を超えた運転を要求される際は前記給湯定格能力を超えて運転する特別運転モードとを備えた燃焼装置。