JP2016031223A - 暖房用ボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】中空円筒状の熱交換缶体を備える暖房用ボイラにおいて、燃焼状態の監視能力を高める。【解決手段】暖房用ボイラは、燃料を燃焼させるポットバーナ１と、ポットバーナ１の燃焼ガスが内側を通る内筒３３、および該内筒３３の外側に配置される外筒３４を有し、内筒３３と外筒３４との間に熱媒体を受容する空間３７が形成され、鉛直方向に設置される中空円筒状の熱交換缶体３１と、ポットバーナ１の炎を検知するフレームロッド１６と、を備えている。熱交換缶体３１に、放熱器からの熱媒体が流入する流入口３５と、放熱器に向けて熱媒体が流出する流出口３６とが設けられ、フレームロッド１６は、熱交換缶体３１の流入口３５の直下方とは異なる周方向位置に設置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、暖房用ボイラに関する。

温水、不凍液等の熱媒体を加熱し、これを室内に設置された床暖房パネル等の放熱器に循環させて暖房を行う暖房用ボイラが知られている。
例えば、特許文献１には、内筒と外筒とで構成した中空円筒状の熱交換缶体（熱交換器）を備え、バーナの燃焼ガスを該熱交換缶体の内筒の内側を通過させ、該熱交換缶体内の熱媒体を加熱して放熱器に循環させる暖房用ボイラが開示されている。

特許第３１２０７３８号公報

ところで、中空円筒状の熱交換缶体を備える暖房用ボイラにおいて、放熱器から熱交換缶体へ戻ってくる熱媒体は比較的低温となるため、この熱交換缶体によって燃焼ガスが急冷されてしまい、熱交換缶体の表面に結露が発生する場合がある。このような熱交換缶体の表面で発生する結露水の量は微量であり、直接バーナに落下して蒸発するため、従来特に問題とはならなかった。

一方、例えばバーナの異常燃焼を素早く把握できるように燃焼状態の監視能力を備えていることが望ましく、このため、バーナの炎を検知するフレームロッドを暖房用ボイラに設置することが考えられる。

しかしながら、フレームロッドは、バーナの炎を検知する必要性から、中空円筒状の熱交換缶体の下側に設置されることになるため、熱交換缶体の表面で発生した結露水が、フレームロッドまたはその近辺に落下する可能性がある。この場合、結露水がフレームロッドの碍子の表面を伝って筺体に達することによって、フレームロッドの検出ロッド部とフレームロッドを取り付ける筺体とが短絡してエラーが生じるおそれがある。また、フレームロッドの碍子や検出ロッド部に結露水が付着して蒸発することが頻繁に繰り返されると、フレームロッドの材質等の劣化を招いて炎の検知機能が低下するおそれもある。

本発明は、前記した事情に鑑みてなされたものであり、中空円筒状の熱交換缶体を備える暖房用ボイラにおいて、燃焼状態の監視能力を高めることを課題とする。

前記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、燃料を燃焼させるバーナと、前記バーナの燃焼ガスが内側を通る内筒、および該内筒の外側に配置される外筒を有し、前記内筒と前記外筒との間に熱媒体を受容する空間が形成され、鉛直方向に設置される中空円筒状の熱交換缶体と、前記バーナの炎を検知するフレームロッドと、を備え、前記熱交換缶体に、放熱器からの熱媒体が流入する流入口と、前記放熱器に向けて熱媒体が流出する流出口とが設けられ、前記フレームロッドは、前記熱交換缶体の前記流入口の直下方とは異なる周方向位置に設置されていることを特徴とする暖房用ボイラである。

本発明者らは、熱交換缶体の表面で発生する結露水の量は、熱交換缶体の流入口付近で特に多いことを試験によって見出した。これは、放熱器から熱交換缶体へ戻ってくる熱媒体は熱交換前となる流入口でより低温となること、および流入口付近は、熱交換缶体の他の箇所（円筒状部分）と比べて流路断面積が小さく熱媒体の流速が高くなる結果、熱媒体と熱交換缶体との熱交換量が増えて熱交換缶体の温度が低下することから、他の箇所よりも結露水が発生しやすくなるためと考えられる。
本発明では、フレームロッドの周方向位置が結露水の特に多い流入口付近からずれて設定されているため、熱交換缶体の流入口付近で結露水が発生したとしても、この結露水は、フレームロッドまたはその近辺に落下することなく、直接バーナに落下して蒸発する。したがって、結露水によってフレームロッドの検出ロッド部とフレームロッドを取り付ける筺体とが短絡してエラーが生じたり、フレームロッドが結露水の付着および蒸発の繰返しによって劣化して炎の検知機能が低下したりする事態の発生を抑制できる。
すなわち、本発明によれば、中空円筒状の熱交換缶体を備える暖房用ボイラにおいて、燃焼状態の監視能力を高めることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の暖房用ボイラであって、前記フレームロッドは、前記熱交換缶体の前記流出口の直下方とは異なる周方向位置に設置されていることを特徴とする。

本発明者らは、熱交換缶体の表面で発生する結露水の量は、熱交換缶体の流出口付近でも比較的多いことを試験によって見出した。これは、流出口付近は、熱交換缶体の他の箇所（円筒状部分）と比べて流路断面積が小さく流速が高くなる結果、熱媒体と熱交換缶体との熱交換量が増えて熱交換缶体の温度が低下することから、他の箇所よりも結露水が発生しやすくなるためと考えられる。
前記した構成では、フレームロッドの周方向位置が結露水の比較的多い流出口付近からずれて設定されているため、熱交換缶体の流出口付近で結露水が発生したとしても、この結露水は、フレームロッドまたはその近辺に落下することなく、直接バーナに落下して蒸発する。したがって、中空円筒状の熱交換缶体を備える暖房用ボイラにおいて、燃焼状態の監視能力をより高めることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の暖房用ボイラであって、前記バーナは、有底筒状に形成されたポットバーナであり、前記フレームロッドの先端は、前記ポットバーナの周壁に接近して該ポットバーナ内に垂下されていることを特徴とする。

このような構成によれば、フレームロッドの先端がポットバーナの周壁付近に配置されることから、フレームロッドは、熱交換缶体の内筒の下方に位置することになる。しかし、フレームロッドの周方向位置が結露水の多い箇所からずれて設定されているため、結露水の多い箇所で発生した該結露水が、熱交換缶体の内筒の表面を伝って流下したとしても、フレームロッドまたはその近辺に落下することはない。

本発明によれば、中空円筒状の熱交換缶体を備える暖房用ボイラにおいて、燃焼状態の監視能力を高めることができる。

本発明の一実施形態に係る暖房用ボイラの概略構成図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下に示す図面において、同一の部材または相当する部材には同一の参照符号を付し、重複した説明を適宜省略する。また、部材のサイズおよび形状は、説明の便宜のため、変形または誇張して模式的に表す場合がある。

図１は、本発明の一実施形態に係る暖房用ボイラ１００の概略構成図である。
本実施形態に係る暖房用ボイラ１００は、温水、不凍液等の熱媒体を加熱し、これを室内に設置された床暖房パネルやパネルコンベクタ等の放熱器２０に循環させて暖房を行う暖房用ボイラである。

図１に示すように、本実施形態に係る暖房用ボイラ１００は、燃油を燃焼させ燃焼ガスを生じさせるポット式燃焼器１０１と、該燃焼ガスと室内の放熱器２０を循環する熱媒体との熱交換を行う熱交換装置１０２とを有している。

ポット式燃焼器１０１は、燃料を燃焼させるバーナとしての有底筒状に形成されたポットバーナ１と、該ポットバーナ１に燃油を供給する燃油供給部としての電磁ポンプ１１、供給パイプ１２および噴射パイプ１３と、燃油の予熱および点火を行う点火ヒータ７と、ポットバーナ１に空気を供給する燃焼ファン１８とを有している。

ポットバーナ１は有底円筒状に形成され、その周壁には円形の貫通孔である一次空気孔２及び二次空気孔３が多数穿孔されている。ポットバーナ１の外周は外筒体５で囲まれ、両者間に空気室４が形成されている。ポットバーナ１内の中央部には、整炎筒６が固定されており、整炎筒６は、気化ガスと燃焼空気との混合を促進する。また、ポットバーナ１の底面中央部には、気化アミ８が固定されており、気化アミ８は、耐熱性のステンレス細線を畳織し毛細管現象を発生するようにしたものである。

点火ヒータ７は、棒状のセラミックヒータで構成され、ポットバーナ１の周壁から気化アミ８の上方に向かって突出している。この点火ヒータ７は、燃油を予熱し気化させる機能と、気化した燃油を点火する機能とを併せ持っている。噴射パイプ１３は、ポットバーナ１内に向かって下り傾斜した細径のパイプによって構成され、燃油が供給されると、該燃油を気化アミ８に向かって噴射する。保護筒１４は、噴射パイプ１３の周囲を覆うような円筒状に形成されている。保護筒１４の一端は外筒体５に固定され、他端はポットバーナ１の側壁を貫通し、その内部に露出している。

ポット式燃焼器１０１は、オイルレベラ９を有しており、このオイルレベラ９は、図示せぬ燃油タンクから燃油が供給されると、その油面を一定レベルに保持する。上蓋１０は、オイルレベラ９の上面を覆っている。電磁ポンプ１１は、上蓋１０に固定され、オイルレベラ９内の燃油を、供給パイプ１２および噴射パイプ１３を介してポットバーナ１内に供給する。吸引ポンプ１５は、上蓋１０上に電磁ポンプ１１に並設して固定され、電磁ポンプ１１と供給パイプ１２との間に介挿されている。吸引ポンプ１５は、消火時において消火時間を短縮するために、供給パイプ１２および噴射パイプ１３に残留した燃油を吸引しオイルレベラ９に戻す。

また、ポット式燃焼器１０１は、ポットバーナ１の炎を検知するフレームロッド１６を有しており、このフレームロッド１６は、燃焼時に燃焼火炎内に位置するように、ポットバーナ１の周壁に接近して該ポットバーナ１内に垂下されている。フレームロッド１６は、燃焼火炎内に挿入され通電による電圧印加で、ポットバーナ１との間のフレーム電圧を検出することによって、着火、失火および異常燃焼等の燃焼状態を検知するものである。フレームロッド１６は、電圧が印加される検出ロッド部１６ａ、およびフレームロッド１６を取り付ける筺体１７と検出ロッド部１６ａとを電気的に絶縁する碍子１６ｂを有している。燃焼ファン１８は、空気室４を介し、一次、二次空気孔２，３を通して空気をポットバーナ１内に供給する。

熱交換装置１０２は、ポット式燃焼器１０１の上方に配置され熱媒体を加熱するための熱交換缶体３１と、該熱交換缶体３１の上方に配置され熱媒体を熱交換缶体３１による加熱後にさらに加熱するための熱交換器３２とを有している。ここで、熱交換器３２は、熱交換缶体３１と直列につながれており、熱交換缶体３１に対して熱媒体の流れの下流側に位置されている。

熱交換缶体３１は、ポットバーナ１の燃焼ガスが径方向内側を通る内筒３３と該内筒３３の径方向外側に配置される外筒３４とを有する中空円筒状の熱交換缶体である。熱交換缶体３１は、鉛直方向に設置されており、ポットバーナ１の燃焼ガスによって加熱されるようになっている。そして、内筒３３と外筒３４との間には、熱媒体を受容する空間３７が形成されている。

熱交換缶体３１には、放熱器２０からの熱媒体が流入する流入口３５と、放熱器２０に向けて熱媒体が流出する流出口３６とが設けられている。流入口３５および流出口３６は、熱交換缶体３１の外筒３４の外周面に形成されている。

熱交換缶体３１の中央の中空部分には、バッフル３８が上方から垂下して設けられている。バッフル３８は、ポットバーナ１の燃焼熱によって赤熱して、熱交換缶体３１をさらに良好に加熱することができる。

図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
なお、図２では、理解を容易にするため、熱交換缶体３１、フレームロッド１６、およびポットバーナ１以外の部材については図示を省略している。

図２に示すように、流入口３５と流出口３６とは、熱交換缶体３１の軸心ＣＬを中心とした円周上の角度位置、すなわち周方向位置が、１８０度反対となるように設置されている。つまり、流入口３５から流入した熱媒体が、図２の矢印で示すように左右に分かれて流れ、周方向反対側で合流して流出口３６から流出するように構成されている。

前記したフレームロッド１６は、図１では説明の都合上流入口３５の下方に表示されているが、実際には、図２に示すように熱交換缶体３１の流入口３５の直下方とは異なる周方向位置に設置されている。このことは、熱交換缶体３１の軸心ＣＬを中心とした円周方向において流入口３５が存在する角度領域α内に、フレームロッド１６が一部であっても存在しないことをいうものとする。ただし、角度領域αを含む周方向両側±２０度の領域内に、フレームロッド１６が一部であっても存在しないことがより望ましい。

また、フレームロッド１６は、熱交換缶体３１の流出口３６の直下方とも異なる周方向位置に設置されている。このことは、熱交換缶体３１の軸心ＣＬを中心とした円周方向において流入口３５が存在する角度領域β内に、フレームロッド１６が一部であっても存在しないことをいうものとする。ただし、角度領域βを含む周方向両側±２０度の領域内に、フレームロッド１６が一部であっても存在しないことがより望ましい。

図１の説明に戻り、熱交換器３２は、蛇行して形成された受熱管４１と、該受熱管４１の表面に密着して取り付けられたフィン４２とを有している。受熱管４１の入口は、熱交換缶体３１の流出口３６に接続されており、受熱管４１の出口は、室内に設置された放熱器２０につながる配管５１に、熱媒体の膨張を吸収する膨張タンク５３と、熱媒体を循環させる循環ポンプ５４とを介して接続されている。また、放熱器２０には配管５２が接続されており、配管５２は、熱交換缶体３１の流入口３５に接続されている。熱交換装置１０２の上部には、排気口４３が設けられている。

次に、前記したように構成された暖房用ボイラ１００の作用について説明する。
外部から送られてきた燃油は、オイルレベラ９において油面を一定レベルに保持され、電磁ポンプ１１によってポットバーナ１内に供給される。供給された燃油は、ポットバーナ１内で、点火ヒータ７によって点火され、燃焼ファン１８によって送られる燃焼用空気により燃焼を継続する。このとき、フレームロッド１６によって、着火、失火および異常燃焼等の燃焼状態が検知される。

そして、燃焼ガスは、熱交換缶体３１および熱交換器３２において熱媒体と熱交換されながら、排気口４３を経て屋外へ排出される。また、熱交換によって温められた熱媒体は、膨張タンク５３を経由して、循環ポンプ５４によって、室内に設置された放熱器２０に向けて送り出される。

ここで、室内に設置された放熱器２０から配管５２を通って熱交換缶体３１へ戻ってくる熱媒体は比較的低温となるため、この熱交換缶体３１によって燃焼ガスが急冷されてしまい、熱交換缶体３１の表面に結露が発生する場合がある。

本発明者らは、熱交換缶体３１の表面で発生する結露水の量は、熱交換缶体３１の流入口３５付近で特に多いことを試験によって見出した。これは、放熱器２０から熱交換缶体３１へ戻ってくる熱媒体は熱交換前となる流入口３５でより低温となることから、熱交換缶体３１の他の箇所（円筒状部分）よりも結露水が発生しやすくなるためと考えられる。また、流入口３５付近は、熱交換缶体３１の他の箇所（円筒状部分）と比べて流路断面積が小さくなっており、局部的に熱媒体の流速が高くなる。そして、熱媒体の流速の高い箇所では、熱媒体と熱交換缶体３１との熱交換量が増えて熱交換缶体３１の温度が低下する。したがって、流入口３５付近は、他の箇所よりも結露水が発生しやすくなると考えられる。

本実施形態では、フレームロッド１６の周方向位置が結露水の特に多い流入口３５付近からずれて設定されているため、熱交換缶体３１の流入口３５付近で結露水が発生したとしても、この結露水は、フレームロッド１６またはその近辺に落下することなく、直接ポットバーナ１に落下して蒸発する。したがって、結露水によってフレームロッド１６の検出ロッド部１６ａとフレームロッド１６を取り付ける筺体１７とが短絡してエラーが生じたり、フレームロッド１６が結露水の付着および蒸発の繰返しによって劣化して炎の検知機能が低下したりする事態の発生を抑制できる。
すなわち、本実施形態によれば、中空円筒状の熱交換缶体３１を備える暖房用ボイラ１００において、燃焼状態の監視能力を高めることができる。

また、本発明者らは、熱交換缶体３１の表面で発生する結露水の量は、熱交換缶体３１の流出口３６付近でも比較的多いことを試験によって見出した。これは、流出口３６付近は、流入口３５付近と同様に、熱交換缶体３１の他の箇所（円筒状部分）と比べて流路断面積が小さく流速が高くなる結果、熱媒体と熱交換缶体３１との熱交換量が増えて熱交換缶体３１の温度が低下することから、他の箇所よりも結露水が発生しやすくなるためと考えられる。
本実施形態では、フレームロッドの周方向位置が結露水の比較的多い流出口付近からずれて設定されているため、熱交換缶体の流出口付近で結露水が発生したとしても、この結露水は、フレームロッドまたはその近辺に落下することなく、直接ポットバーナ１に落下して蒸発する。したがって、中空円筒状の熱交換缶体３１を備える暖房用ボイラ１００において、燃焼状態の監視能力をより高めることができる。

また、本実施形態では、フレームロッド１６の先端がポットバーナ１の周壁付近に配置されることから、フレームロッド１６は、熱交換缶体３１の内筒３３の下方に位置することになる。しかし、フレームロッド１６の周方向位置が結露水の多い箇所からずれて設定されているため、結露水の多い箇所で発生した該結露水が、熱交換缶体３１の内筒３３の表面を伝って流下したとしても、フレームロッド１６またはその近辺に落下することはない。

以上、本発明について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、前記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、前記実施形態に記載した構成を適宜組み合わせ乃至選択することを含め、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。また、前記実施形態の構成の一部について、追加、削除、置換をすることができる。

例えば、前記した実施形態では、床暖房パネル等の放熱器２０に循環させて暖房を行う暖房用ボイラ１００が単独で暖房装置として使用される場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、本発明は、共通のオイルレベラ９を用い、暖房用ボイラ１００と、別個のポットバーナを有するストーブとが共通の筺体内に収容された暖房装置として使用される場合にも適用可能である。

また、前記した実施形態では、熱交換装置１０２の熱交換器３２は、受熱管４１とフィン４２とを有するタイプの熱交換器であるが、他のタイプの熱交換器であってもよい。

１ ポットバーナ（バーナ）
７ 点火ヒータ
９ オイルレベラ
１１ 電磁ポンプ
１２ 供給パイプ
１３ 噴射パイプ
１６ フレームロッド
１８ 燃焼ファン
２０ 放熱器
３１ 熱交換缶体
３２ 熱交換器
３３ 内筒
３４ 外筒
３５ 流入口
３６ 流出口
３７ 空間
５４ 循環ポンプ
１００ 暖房用ボイラ
１０１ ポット式燃焼器
１０２ 熱交換装置

Claims (3)

1. 燃料を燃焼させるバーナと、
   前記バーナの燃焼ガスが内側を通る内筒、および該内筒の外側に配置される外筒を有し、前記内筒と前記外筒との間に熱媒体を受容する空間が形成され、鉛直方向に設置される中空円筒状の熱交換缶体と、
   前記バーナの炎を検知するフレームロッドと、を備え、
   前記熱交換缶体に、放熱器からの熱媒体が流入する流入口と、前記放熱器に向けて熱媒体が流出する流出口とが設けられ、
   前記フレームロッドは、前記熱交換缶体の前記流入口の直下方とは異なる周方向位置に設置されていることを特徴とする暖房用ボイラ。
2. 前記フレームロッドは、前記熱交換缶体の前記流出口の直下方とは異なる周方向位置に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の暖房用ボイラ。
3. 前記バーナは、有底筒状に形成されたポットバーナであり、
   前記フレームロッドの先端は、前記ポットバーナの周壁に接近して該ポットバーナ内に垂下されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の暖房用ボイラ。

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