JP2006153344A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来、小型化するためには同一熱交換器内に給湯管と暖房管を併設して設ける構成であるため、単独の最大燃焼運転を行った場合の滞留した水の沸騰が生じ、燃焼量を抑制する必要があり、また沸騰対策の為に両熱交換器の水管の構造が複雑になる課題を有していた。
【解決手段】バーナ１２を鉛直下方向に燃焼させ、第１循環回路１３が通る熱交換装置１４が主に顕熱分を吸熱する主熱交換部１７と主に潜熱分を吸熱する副熱交換部１８で一体形成され、第１循環回路１３と第２循環回路２０が熱交換する第１間接熱交換装置２１と、第１循環回路１３と第３循環回路２２が熱交換する第２間接熱交換装置２３を有することで、第１循環回路１３の熱交換装置１４で加熱された給湯水はカランやシャワー等から出湯すると共に、第１間接熱交換器２１で第２循環回路２０の暖房等を行い、第３循環回路２２の風呂追い焚き等をする小型高効率の１缶３機能燃焼装置を実現する。
【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。

従来の給湯と暖房機能を有する小型化可能な燃焼装置は、鉛直下方へ燃焼ガスを発生させ、給湯と暖房の水管を併設し互いに熱交換させることで実現するものがある（例えば特許文献１参照）。図６と図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６と図７に示すように、燃焼空気を送る燃焼ファン１と、燃焼用ガスを送るノズル２と、空気とガスを混合する混合部３と、燃焼させるバーナ４と、燃焼ガス流路５と、主熱交換部６と、潜熱回収熱交換部７と、両熱交換部を貫通する給湯管８と暖房管９を併設して構成される。この構成により、一つの缶体で給湯管と暖房管の加熱が可能となり、開示されていないが暖房管の熱を、間接熱交換器を設けることで風呂側へ伝熱することも可能である。
特開２００１−２０１１８０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、給湯管と暖房管を併設して設ける構成であるため、給湯単独の最大燃焼運転を行った場合に暖房管の滞留した水が沸騰する場合や、暖房単独の最大燃焼運転を行った場合に給湯管の滞留した水が沸騰するという課題が生じ、燃焼量を抑制する必要があった。また、沸騰対策の為に両熱交換器の水管の構造を複雑にする必要があった。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、給湯と暖房と風呂の全ての運転モードでバーナの有する能力内で最大燃焼させることが可能で、熱交換器の形状が非常に簡素で形成でき小型の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、バーナと、バーナ下部に設け鉛直下方向で加熱される第１循環回路が通る熱交換装置と、第１循環回路が給水部と出湯部を有し、熱交換装置が主に顕熱分を吸熱する主熱交換部と主に潜熱分を吸熱する副熱交換部で一体形成され、第１循環回路と第２循環回路が熱交換する第１間接熱交換装置と、第１循環回路と第３循環回路が熱交換する第２間接熱交換装置を有するものである。

これによって、第１循環回路の熱交換装置で加熱された熱は、給湯水としてカランやシャワー等から出湯すると共に、第１間接熱交換器で第２循環回路の暖房等を行い、第３循環回路の風呂追い焚き等をする小型の１缶３機能燃焼装置を実現できる。

本発明の燃焼装置は、燃焼ガスが鉛直下方向へ吹き下ろすため副熱交換部のフィンで発生した結露水は重力と排気ガスの風速とにより直ちに下へ滴下し、結露水による熱効率低下を抑制できる。また、第１循環回路を加熱し他の循環回路と熱交換して加熱するため、バーナ最大能力の熱量を第２循環回路や第３循環回路に供給することが可能で、第２及び第３循環回路の各循環量を制御することで各循環回路へ任意に熱量の配分が可能となり、運転していない循環回路の沸騰も防止できる。第１循環回路を給湯管として加熱しているためカランやシャワーを使用したときには瞬時に最大能力まで出湯できる。すなわち１つの燃焼ユニットで給湯と暖房と風呂追い焚き等の３つの機能をもたらすコンパクトな１缶３機能の潜熱回収付き燃焼装置を実現できる。

第１の発明は、バーナと、バーナ下部に設け鉛直下方向で加熱される第１循環回路が通る熱交換装置と、第１循環回路が給水部と出湯部を有し、熱交換装置が主に顕熱分を吸熱する主熱交換部と主に潜熱分を吸熱する副熱交換部で一体形成され、第１循環回路と第２循環回路及び第３循環回路が熱交換する第１間接熱交換装置及び第２間接熱交換装置を有する構成することで、第１循環回路を加熱し他の循環回路と熱交換して加熱するため、バーナ最大能力の熱量を第２循環回路や第３循環回路に供給することが可能で、第２及び第３循環回路の各循環量を制御することで各循環回路へ任意に熱量の配分が可能となり、運転していない循環回路の沸騰も防止できる。第１循環回路を給湯管として加熱しているためカランやシャワーを使用したときには瞬時に最大能力まで出湯できる。すなわち１つの燃焼ユニットで給湯と暖房と風呂追い焚き等の３つの機能をもたらすコンパクトな給湯暖房風呂機能を有する１缶３機能の潜熱回収付き燃焼装置を実現することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の燃焼装置の主熱交換部が銅を主材としたフィンチューブ熱交換器で形成され、副熱交換部がステンレスを主材としたフィンチューブ熱交換器で形成することで、強酸性の結露水が発生しない顕熱分の熱交換を熱伝達率の高い銅で行うため小型化可能で、潜熱分をステンレスで熱回収することで耐腐食性を確保することができる。

第３の発明は、特に、第２の発明の燃焼装置の副熱交換部はステンレスフィンとステンレス管と前記ステンレス管の内部の銅管とで形成され、前記銅管を拡管して熱伝導するようにしたことにより、簡単な加工で熱伝達率の高いフィンチューブ式の熱交換器を構成することができる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の燃焼装置の主熱交換部の銅フィンと副熱交換部のステンレスフィンを同一形状とすることで、同一の金型でフィンを製作することができ金型投資コストを削減することができる。

第５の発明は、特に、第１の発明の燃焼装置に副熱交換部を通過した燃焼ガスを燃焼装置の上部側へ導き外部へ放出する排気通路を設けることにより、集合住宅等のパイプシャフト内へ設置したときも人に直接排気ガスが当たることが無く、また従来の機器を交換する際にも排気の位置が同一のためそのまま設置することが可能となる。

第６の発明は、特に、第１の発明の燃焼装置のバーナの並ぶ向きと、主熱交換部及び副熱交換部を貫通する通水路の並ぶ向きが同一方向とすることにより、燃焼量を絞ったときの燃焼していない箇所の水管からの放熱を抑制し、熱効率を向上することができる。

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）
本実施の形態は請求項１、５にかかわる発明について説明する。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１０は、燃焼空気を送る燃焼ファン１１と、バーナ１２と、バーナ１２下部に設け鉛直下方向で加熱される第１循環回路である給湯回路１３が通る熱交換装置１４と、給湯回路１３が給水部１５と出湯部１６を有し、熱交換装置１４が主に顕熱分を吸熱する主熱交換部１７と主に潜熱分を吸熱する副熱交換部１８で一体形成され、熱交換装置１４を形成する複数のフィン１９と、給湯回路１３の熱を第２循環回路である暖房回路２０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２１と、給湯回路１３の熱を第３循環回路である風呂回路２２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２３と、給湯回路１３の水を循環させる耐圧循環ポンプ２４と暖房回路２０の水を循環させる暖房ポンプ２５と、風呂回路２２の湯水を循環させる風呂ポンプ２６が設けられている。さらに、副熱交換部１８で潜熱を回収することで強酸性の結露水が発生するが、結露水は中和装置２７に設けた炭酸カルシウム等で中和されドレン水として機器外部へ排出される。また、排気ガスは排気通路２８を通過し上方へ導かれ、排気トップ２９から機器外部へ排出される。

この時、通常の給湯暖房機の暖房燃焼入力は１５０００ｋｃａｌ／ｈ、給湯燃焼入力は４５０００ｋｃａｌ／ｈであり、それぞれ独立している。この燃焼装置は、全燃焼入力が６００００ｋｃａｌ／ｈあり、燃焼入力を任意に可変することで１０００ｋｃａｌ／ｈから６００００ｋｃａｌ／ｈの燃焼能力を給湯や暖房や風呂へ出力することができるものである。

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。

暖房運転が最初に要求されるコールドスタート時には、耐圧ポンプ２４と暖房ポンプ２５を駆動し、燃焼ファン１１の空気とガスをバーナ１２で混合し６００００ｋｃａｌ／ｈの最大燃焼を開始する。すなわちバーナ１１を燃焼させることで燃焼熱が主熱交換部１７と副熱交換部１８を通過する際に、フィン１９を介して給湯回路１３へ多量に伝熱する。熱交換装置１４で吸熱した高温水は耐圧ポンプ２４で給湯回路１３を循環し、給湯暖房間接熱交換器２１で暖房回路２０の温水を加熱することで、暖房の立ち上がり時間を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。

同様に、風呂運転が要求される時には、耐圧ポンプ２４と風呂ポンプ２６を駆動し、燃焼ファン１１の空気とガスをバーナ１２で混合し６００００ｋｃａｌ／ｈの最大燃焼を行うことで、風呂回路２２へも給湯風呂間接熱交換器２３で風呂回路２２の浴槽水加熱を短時間で行うことができる。また急速な加熱を必要としない場合はバーナ１２の燃焼範囲を狭め燃焼量も絞ることで小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。

当然ながら給湯運転を行う場合はバーナ１２を燃焼させトータル６００００ｋｃａｌ／ｈの最大燃焼を行い３２号以上の大出湯能力を実現できる。

また、副熱交換部１８で燃焼ガスの潜熱を回収できることで、熱効率を９５％程度まで向上できる。燃焼ガスが鉛直下方向へ吹き下ろすため副熱交換部１８のフィン１９で発生した結露水は重力と排気ガスの風速とにより直ちに下へ滴下し、結露水による熱効率低下を抑制できる。発生した結露水は、中和処理装置２７の炭酸カルシウムで中和され機器１０外部へ排出される。燃焼ガスは排気通路２８を通り、上方向へ導かれ排気トップ２９から機器１０外部へ排出される。

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、熱交換装置１４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、かつ潜熱回収まで行うことで熱効率を向上できる。

本実施例では暖房１系統、風呂１カ所について説明したが、暖房経路を床暖房や浴室暖房やミスト入浴等の複数経路の場合でも、複数の風呂を加熱した場合でも同様の効果を発揮することができる。

また、副熱交換部１８を通過した燃焼ガスを燃焼装置１０の上部側へ導き外部へ放出する排気通路２８を設けることにより、集合住宅等のパイプシャフト内へ設置したときも人に直接排気ガスが当たることが無く、また従来の機器を交換する際にも排気の位置が同一のためそのまま設置することが可能となる。

（実施の形態２）
本実施の形態は請求項２、３にかかわる発明について説明する。図２は本発明の第２の実施の形態における熱交換装置の構成図であり、図３は同水管の断面図である。なお、第１の実施の形態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２と図３において、第１の実施の形態の構成と異なるところは、主熱交換部１７が銅を主材としたフィンチューブ熱交換器で形成され給湯回路が銅管１３ａでフィンも銅フィン１９ａであり、副熱交換部１８がステンレスを主材としたフィンチューブ熱交換器で形成され給湯回路がステンレス管１３ｂでフィンもステンレスフィン１９ｂとしている。さらに、ステンレス管１３ｂの内部には銅管１３ａが挿入され、銅管１３ａとステンレス管１３ｂとステンレスフィン１９ｂは拡管により接合されている点にある。

以上の構成で、その動作、作用について説明する。給水部１５から入水する低水温の水はステンレス管１３ｂと銅管１３ａの二重管部を通過した後、銅管１３ａを通過する。一方燃焼ガスは、銅フィン１９ａを通過し、ステンレスフィン１９ｂを通過する。銅フィン１９ａと銅管１３ａでは主に顕熱分を回収し、ステンレスフィン１９ｂとステンレス管１３ｂと内部に挿入された銅管１３ａでは主に潜熱分を回収する。ここで、潜熱回収する領域で露出する部分はステンレスのフィンチューブ式熱交換器とすることで耐久性に優れた小型の熱交換措置を実現できる。

（実施の形態３）
本実施の形態は請求項４にかかわる発明について説明する。図４は本発明の第３の実施の形態における熱交換装置の構成図である。なお、第１の実施の形態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４において、第１の実施の形態の構成と異なるところは、主熱交換部１７の銅フィン１９ａと副熱交換部１８のステンレスフィン１９ｂが同一形状としている点にある。

以上の構成で、その動作、作用について説明する。燃焼ガスは、銅フィン１９ａを通過し、ステンレスフィン１９ｂを通過する。銅フィン１９ａでは主に顕熱分を回収し、ステンレスフィン１９ｂでは主に潜熱分を回収する。ここで、顕熱回収用の銅フィン１９ａと潜熱回収用のステンレスフィン１９ｂを同一形状とすることで、一つの金型を作成するだけで良いため金型投資費用を抑制することができる。

また、銅フィン１９ａの上部形状と下部形状を対応させることにより、ステンレスフィン１９ｂの上部形状と銅フィン１９ａの下部形状を対応させることができ、主熱交換部１７と副熱交換部１８を近接させ、熱交換装置１４をコンパクトに出来る。

（実施の形態４）
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４の実施の形態における熱交換装置の構成図である。なお、第１の実施の形態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５において、第１の実施の形態の構成と異なるところは、バーナ１２の並ぶ向きと、主熱交換部１７及び副熱交換部１８を貫通する通水路１３ａ、１３ｂの並ぶ向きが同一方向としている点にある。

以上の構成で、その動作、作用について説明する。燃焼範囲を通水路と同一方向で切り換えることが可能であるため、燃焼量を絞ったときの燃焼していない箇所の水管からの放熱を抑制し、熱効率を向上することができる。

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機能の潜熱回収付き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における管断面図 本発明の実施形態３における熱交換器断面図 本発明の実施形態４における燃焼部構成図 従来の燃焼装置の全体構成図 従来の燃焼装置の熱交換器断面図

符号の説明

１０ 燃焼装置
１２ バーナ
１３ 給湯回路（第１循環回路）
１３ａ 銅管
１３ｂ ステンレス管
１４ 主熱交換器（主熱交換部）
１８ 副熱交換器（副熱交換部）
１９ａ 銅フィン
１９ｂ ステンレスフィン
２０ 暖房回路（第２循環回路）
２１ 給湯暖房間接熱交換器（第１間接熱交換装置）
２２ 風呂回路（第３循環回路）
２３ 給湯風呂間接熱交換器（第２間接熱交換装置）
２４ 耐圧ポンプ（耐圧循環装置）
２８ 排気通路

Claims (6)

1. 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と、前記バーナ下部に設け鉛直下方向で加熱される第１循環回路が通る熱交換装置と、前記第１循環回路が給水部と出湯部を有し、前記熱交換装置が主に顕熱分を吸熱する主熱交換部と主に潜熱分を吸熱する副熱交換部で一体形成され、前記第１循環回路と第２循環回路及び第３循環回路が熱交換する第１間接熱交換装置及び第２間接熱交換装置を有する燃焼装置。
2. 主熱交換部が銅を主材としたフィンチューブ熱交換器で形成され、副熱交換部がステンレスを主材としたフィンチューブ熱交換器で形成された請求項１記載の燃焼装置。
3. 副熱交換部はステンレスフィンとステンレス管と前記ステンレス管の内部の銅管とで形成され、前記銅管を拡管して熱伝導するようにした請求項２記載の燃焼装置。
4. 主熱交換部の銅フィンと副熱交換部のステンレスフィンが同一形状となる請求項１から請求項３記載の燃焼装置。
5. 副熱交換部を通過した燃焼ガスを燃焼装置の上部側へ導き外部へ放出する排気通路を設けた請求項１記載の燃焼装置。
6. バーナの並ぶ向きと、主熱交換部及び副熱交換部を貫通する通水路の並ぶ向きが同一方向である請求項１記載の燃焼装置。

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