JP2008172063A - 熱発電素子付き燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼筐１と、燃焼筐内に臨むバーナ２と、バーナの燃焼熱を利用して発電する熱発電素子１０とを備える燃焼装置であって、バーナは、燃焼装置の運転時に常時燃焼させる常時燃焼部２_１と、要求加熱能力の増加時に燃焼させる少なくとも１つの随時燃焼部２_２とを有する能力切換型に構成されるものにおいて、常時燃焼部の燃焼熱を熱発電素子での発電に効率良く利用できるようにする。
【解決手段】バーナ２の常時燃焼部２_１は、燃焼筐１の周壁部に沿って随時燃焼部２_２を少なくとも３方から囲うように配置される。そして、常時燃焼部２_１の配置部に合致する燃焼筐１の周壁部の部分に複数の熱発電素子１０が並設される。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼筐と、燃焼筐内に臨むバーナと、バーナの燃焼熱を利用して発電する熱発電素子とを備える燃焼装置に関する。

従来、この種の熱発電素子付き燃焼装置として、前後方向に長手の複数の単位バーナを横方向に複数個並設して成るバーナを燃焼筐内に臨ませて配置し、燃焼筐の周壁部の横方向一側の部分（側壁部）に熱発電素子を配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、要求加熱能力が大きく変動する燃焼装置では、バーナを、燃焼装置の運転時に常時燃焼させる常時燃焼部と、要求加熱能力の増加時に燃焼させる少なくとも１つの随時燃焼部とを有する能力切換型に構成することが必要になる。ここで、上記従来例のように複数の単位バーナを横方向に複数個並設して成るバーナでは、これら単位バーナを常時燃焼部用の単位バーナと随時燃焼部用の単位バーナとに組み分けして、能力切換えを行う。そして、熱発電素子付き燃焼装置では、燃焼装置の運転時に熱発電素子で常時発電できるよう、横方向一側寄りの複数の単位バーナで常時燃焼部を構成し、燃焼筐の横方向一側の側壁部に熱発電素子を配置することになる。

然し、これでは、常時燃焼部を構成する単位バーナのうち側壁部に隣接する単位バーナ以外の単位バーナの燃焼熱は熱発電素子での発電に有効利用できなくなる。
特開平１１−５５９７５号公報（００３９、図６）

本発明は、以上の点に鑑み、バーナの常時燃焼部の燃焼熱を熱発電素子での発電に効率良く利用できるようにした熱発電素子付き燃焼装置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、本発明は、燃焼筐と、燃焼筐内に臨むバーナと、バーナの燃焼熱を利用して発電する熱発電素子とを備える燃焼装置であって、バーナは、燃焼装置の運転時に常時燃焼させる常時燃焼部と、要求加熱能力の増加時に燃焼させる少なくとも１つの随時燃焼部とを有する能力切換型に構成されるものにおいて、バーナの常時燃焼部は、燃焼筐の周壁部に沿って随時燃焼部を少なくとも３方から囲うように配置され、常時燃焼部の配置部に合致する燃焼筐の周壁部の部分に複数の熱発電素子が並設されていることを特徴とする。

本発明によれば、熱発電素子を配置する燃焼筐の周壁部の部分に沿って常時燃焼部が細長く延在することになる。そして、熱発電素子を配置する燃焼筐の周壁部の部分からその法線方向に離れて、燃焼熱を熱発電素子での発電に有効利用できなくなる部分に配置されるバーナの部分は常時燃焼部で囲われる随時燃焼部になる。従って、常時燃焼部の燃焼熱を熱発電素子での発電に効率良く利用できるようになり、発電量が可及的に大きくなる。

尚、バーナがブンゼン燃焼（二次空気を必要とする燃焼）するものである場合、燃焼筐内に供給される二次空気により熱発電素子が冷却されて発電効率が悪くなる。これに対し、バーナが全一次燃焼式バーナで構成されていれば、熱発電素子が二次空気で冷却されず、発電効率が向上する。

図１、図２は本発明の第１実施形態の燃焼装置を示している。この燃焼装置は、燃焼筐１と、燃焼筐１の下部に燃焼筐１内に臨ませて設置したバーナ２とを備えている。燃焼筐１の上部には熱交換器３が配置されており、給水管４を介して熱交換器３に供給される水がバーナ２の燃焼排気により加熱されるようにしている。

バーナ２は、多数の炎孔を有する燃焼プレート２ａを上面に装着した全一次燃焼式バーナで構成されている。尚、バーナ２には図示省略した燃焼ファンから一次空気が供給される。また、バーナ２は、第１燃焼部２_１と第２燃焼部２_２と第３燃焼部２_３との３つの燃焼部に区分されている。バーナ２に対するガス供給路５には比例弁６が介設されている。そして、比例弁６の下流側でガス供給路５を分岐させ、第１乃至第３の各燃焼部２_１，２_２，２_３に第１乃至第３の各能力切換弁７_１，７_２，７_３を介して燃料ガスを供給するようにしている。

第１能力切換弁７_１は燃焼装置の運転時に常時開弁される。従って、第１燃焼部２_１は燃焼装置の運転時に常時燃焼する。そして、給湯負荷に応じて変動する要求加熱能力が小能力域に存するときは第１燃焼部２_１のみを燃焼させ、第１燃焼部２_１の燃焼量を比例弁６により制御する。要求加熱能力が小能力域より大きな中能力域に増加したときは、第２能力切換弁７_２の開弁で第１燃焼部２_２に加えて第２燃焼部２_２を燃焼させ、第１燃焼部２_２と第２燃焼部２_２との合計燃焼量を比例弁６により制御する。また、要求加熱能力が中能力域より大きな大能力域に増加したときは、第３能力切換弁７_３の開弁で第３燃焼部２_３も燃焼させ、第１燃焼部２_２、第２燃焼部２_２及び第３燃焼部２_３の合計燃焼量を比例弁６により制御する。

ここで、燃焼装置の運転時に常時燃焼させる常時燃焼部たる第１燃焼部２_１は、燃焼筐１の横方向一方の半部において、燃焼筐１の周壁部を構成する前壁部１ａと横方向一方の側壁部１ｂと後壁部１ｃとに沿うように略コ字状に配置されている。そして、要求加熱能力の増加時に燃焼させる随時燃焼部たる第２燃焼部２_２が第１燃焼部２_１に入り込み、第１燃焼部２_１により第２燃焼部２_２が前方、横方向一方及び後方の３方から囲われるようにしている。

尚、第２燃焼部２_２は第１燃焼部２_１から横方向他方に張り出す部分を有している。この張り出し部に合致する前壁部１ａの部分には点火プラグ８とフレームロッド９とが挿設されている。そして、点火時に第１能力切換弁７_１と第２能力切換弁７_２とを開弁させて、第２燃焼部２_２を介して第１燃焼部２_１に火移り点火させ、フレームロッド９により第１燃焼部２_１の燃焼が検知されたところで第２能力切換弁７_２を閉弁させるようにしている。

第１燃焼部２_１の配置部に合致する燃焼筐１の周壁部の部分、即ち、燃焼筐１の横方向一方の半部の前壁部１ａ、側壁部１ｂ及び後壁部１ｃの内面には、複数の熱発電素子１０が並設されている。隣接する熱発電素子１０，１０間の隙間は断熱材１１で埋められている。また、これら熱発電素子１０を配置した周壁部の部分の外面には給水管４が配置されている。そのため、燃焼筐１の内方を向く熱発電素子１０の内側面が第１燃焼部２_１の燃焼熱で加熱されると共に、熱発電素子１０の外側面が給水管４に流れる水で冷却され、熱発電素子１０の内側面と外側面との間に温度差を生ずる。そして、この温度差に基づき、ゼーベック効果、ペルチエ効果又はトムソン効果により熱発電素子１０での発電が行われる。熱発電素子１０で発電された電力は燃焼ファンに供給され、余剰電力は蓄電池に蓄えられる。

尚、第２燃焼部２_２や第３燃焼部２_３の配置部に合致する燃焼筐１の周壁部の部分にも熱発電素子を配置することが考えられる。然し、この部分に配置する熱発電素子で発電が行われるのは要求加熱能力が増加する限られた時期になり、高価な熱発電素子を有効に活用できなくなる。従って、第１燃焼部２_１の配置部に合致する燃焼筐１の周壁部の部分にのみ熱発電素子１０を配置した方がコスト的に有利である。

ここで、第１実施形態では、第１燃焼部２_１が燃焼筐１の周壁部に沿って第２燃焼部２_２を３方から囲うように配置されているため、周壁部からその法線方向に離れて熱発電素子１０での発電に有効利用できなくなる部分は第２燃焼部２_２の配置スペースになる。そして、第１燃焼部２_１と第２燃焼部２_２とを横方向に単純に区分する場合に比し、第１燃焼部２_１の面積を変えずに、第１燃焼部２_１の燃焼筐１の周壁部に沿う周長を長く確保できる。その結果、第１燃焼部２_１の燃焼熱を熱発電素子１０での発電に効率良く利用できるようになり、発電量が可及的に大きくなる。

次に、図３に示す第２実施形態について説明する。図３において、上記第１実施形態と同様の部材、部位には上記と同一の符号を付している。第２実施形態では、バーナ２が常時燃焼部たる第１燃焼部２_１と随時燃焼部たる第２燃焼部２_２との２つの燃焼部に区分されている。第１燃焼部２_１は、燃焼筐１の周壁部にその全周に亘って沿うように環状に配置されている。第２燃焼部２_２は、第１燃焼部２_１により４方から囲われるように、環状の第１燃焼部２_１の内側に配置されている。

燃焼筐１の周壁部には、点火プラグ８とフレームロッド９との挿設箇所を除く略全周に亘り複数の熱発電素子１０が並設されている。第２実施形態においても、熱発電素子１０を配置する燃焼筐１の周壁部に沿って第１燃焼部２_１が細長く延在することになり、第１燃焼部２_１の燃焼熱が熱発電素子１０での発電に効率良く利用される。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、バーナ２を全一次燃焼式バーナで構成しているが、ブンゼン燃焼（二次空気を必要とする燃焼）する複数の単位バーナでバーナを構成することも可能である。この場合、常時燃焼部となる複数の単位バーナを燃焼筐の周壁部に沿って配置し、その内側に随時燃焼部となる複数の単位バーナを配置して、随時燃焼部が少なくとも３方から常時燃焼部で囲われるようにする。但し、このものでは、燃焼筐内に供給される二次空気で熱発電素子が冷却されて、発電効率が悪くなる。一方、上記実施形態のように全一次燃焼式バーナから成るバーナ２を用いれば、燃焼筐１内に二次空気を供給せずに済む。そのため、二次空気による熱発電素子１０の冷却で発電効率が低下することを防止でき、有利である。

また、上記実施形態では、燃焼筐１の周壁部の内面に熱発電素子１０を配置しているが、周壁部の外面に熱発電素子１０を配置することも可能である。この場合、周壁部の内面に、常時燃焼部の燃焼熱を吸熱するフィン部を設けることが望ましい。

また、上記実施形態は給湯用の燃焼装置に本発明を適用したものであるが、給湯以外の用途の燃焼装置にも同様に本発明を適用できる。

本発明の第１実施形態の燃焼装置の切断平面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線で切断した切断正面図。 本発明の第２実施形態の燃焼装置の切断平面図。

符号の説明

１…燃焼筐、２…バーナ、２_１…第１燃焼部（常時燃焼部）、２_２…第２燃焼部（随時燃焼部）、１０…熱発電素子。

Claims (2)

1. 燃焼筐と、燃焼筐内に臨むバーナと、バーナの燃焼熱を利用して発電する熱発電素子とを備える燃焼装置であって、バーナは、燃焼装置の運転時に常時燃焼させる常時燃焼部と、要求加熱能力の増加時に燃焼させる少なくとも１つの随時燃焼部とを有する能力切換型に構成されるものにおいて、
   バーナの常時燃焼部は、燃焼筐の周壁部に沿って随時燃焼部を少なくとも３方から囲うように配置され、
   常時燃焼部の配置部に合致する燃焼筐の周壁部の部分に複数の熱発電素子が並設されていることを特徴とする熱発電素子付き燃焼装置。
2. 前記バーナは全一次燃焼式バーナで構成されることを特徴とする請求項１記載の熱発電素子付き燃焼装置。

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