JP3792370B2

JP3792370B2 - 燃焼装置

Info

Publication number: JP3792370B2
Application number: JP25927497A
Authority: JP
Inventors: 武雄山口
Original assignee: 株式会社ガスター
Priority date: 1997-09-08
Filing date: 1997-09-08
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2016-11-20
Also published as: JPH10153324A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の用途に用いられる燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
給湯と暖房と風呂追焚の３つの機能を備えた従来の燃焼装置が、図５に示されている。この燃焼装置では、互いに独立した給湯ブロック１００と暖房ブロック２００を備えている。給湯ブロック１００は、燃焼部（図示しない）とその上方に配置された熱交換部１１０を有している。同様に暖房ブロック２００も燃焼部（図示しない）と熱交換部２１０を有している。
【０００３】
上記給湯用熱交換部１１０の受熱管１１１の入口端には給水管１２０が接続され、その出口端には給湯管１３０が接続されている。給水管１２０からの水が受熱管１１１を通る際に加熱され、給湯管１３０から給湯される。
【０００４】
上記暖房用熱交換部２１０の受熱管２１１は、暖房用循環回路２２０（循環回路）の一部をなしている。この暖房用循環回路２２０は、受熱管２１１の入口端に接続された復路管２２１と、出口端に接続された往路管２２２と、これら復路管２２１，往路管２２２の間に接続された放熱管２２３と、放熱管２２３に並列接続された第１バイパス管２２４とを有している。
【０００５】
さらに、第３の熱交換部３００が装備されている。この熱交換部３００は、燃焼部からの熱を受けるものではなく、放熱管３１０から受熱管３２０へと熱移動を行うものである。放熱管３１０は、オリフィス２６０等、流量を制限する部材を含む第２バイパス管２５０と並列をなして、上記暖房用循環回路２２０の往路管２２２の中途部に組み込まれている。
【０００６】
受熱管３２０は風呂追焚用に提供されるものであり、その入口端と出口端は、復路管３３０，往路管３４０を介して浴槽３５０に接続されている。この復路管３３０の中途部は湯張り管３６０を介して給湯管１３０の中途部に接続されている。
図５において、４００，４１０，４２０は制御弁、４３０，４４０はポンプをそれぞれ示す。
【０００７】
上記構成において、給湯時には、給湯ブロック１００の燃焼部での燃焼熱を熱交換部１１０に付与する。暖房時には、制御弁４００を開きポンプ４３０を駆動させた状態で、暖房ブロック２００の燃焼部での燃焼熱を熱交換部２１０に付与する。これにより、暖房用循環回路２２０を循環する熱媒体が加熱され、この熱媒体の熱が放熱管２２３で室内に放出される。
【０００８】
風呂追焚時には、ポンプ４４０を駆動して浴槽３５０の水を循環させるとともに、制御弁４１０を開き暖房用循環回路２２０のポンプ４３０を駆動してこの暖房用循環回路２２０の熱媒体を循環させた状態で、暖房ブロック２００の燃焼部での燃焼熱を熱交換部２１０に付与する。これにより、第３の熱交換部３００において、放熱管３１０から受熱管３２０への熱交換が行われ、風呂追焚が実行される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の燃焼装置では、３つの機能、すなわち給湯，暖房，風呂追焚を実行できるが、燃焼部と熱交換部１１０，２１０をそれぞれ有する２つの独立したブロック１００，２００を必要とするとともに、さらにもう一つの熱交換部３００を必要とするので、装置が大型になるとともに高価であった。
【００１０】
請求項１の発明は、１つのフレームに水平に並んで収容された２つの熱交換部と、これら熱交換部にそれぞれ対応してその下方に配置され互いに独立して燃焼制御可能な２つの燃焼部とを備え、一方の熱交換部には給湯系の受熱管が配設され、他方の熱交換部には、それぞれポンプを有する暖房用循環回路と風呂追焚用循環回路の受熱管が配設され、上記フレーム内において、上記暖房用循環回路の受熱管の直管部の上に、この直管部と接するようにして風呂追焚用循環回路の受熱管の直管部が配置されていることを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の燃焼装置において、上記風呂追焚用循環回路の受熱管の直管部が上段と下段に配置されており、この下段の直管部が暖房用循環回路の受熱管の直管部に接していることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１に記載の燃焼装置において、上記風呂追焚用循環回路の受熱管が、暖房用循環回路の受熱管の上下の直管部により挟まれていることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の燃焼装置において、２つの熱交換部は共通のフィンプレートを有し、この共通フィンプレートは、熱交換部の並び方向に延び、熱交換部の並び方向と直交する方向に並べられており、これら熱交換部のすべての受熱管は、熱交換部の並び方向と直交する方向にフィンプレートを貫通しており、上記共通フィンプレートは、上記一方の熱交換部に位置する第一フィンプレートと上記他方の熱交換部に位置する第二フィンプレートとの架橋部において、開口を有していることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施形態を図１，図２を参照しながら説明する。図１は、給湯と風呂追焚と暖房の３つの機能を有する１缶３水型の燃焼装置の主要部を示す。この燃焼装置は、排気ユニット１と、熱交換ユニット２と、バーナユニット３と、ファン４とを上から順に連接することにより構成されている。
【００１７】
上記熱交換ユニット２は、横断面矩形をなし上下端が開口したフレーム５と、フレーム５に収容された２つの熱交換部２１，２２を備えている。フレーム５の上部は、熱交換部２１，２２を保持するための保持胴５ａとなり、下部は燃焼胴５ｂとして提供される。燃焼胴５ｂは、バーナユニット３のフレーム６に連結されている。
上記熱交換部２１は給湯用に提供され、熱交換部２２は暖房，風呂追焚用に提供される。これら熱交換部２１，２２は水平に図１中左右方向に並んでいる。
【００１８】
熱交換ユニット２は、フレーム５の保持胴５ａ内に収容された多数の薄肉の共通フィンプレート２５を有している。共通フィンプレート２５は垂直をなし両熱交換部２１，２２にわたり図１中左右方向に長く延びており、図１において紙面と直交する方向に等しい間隔をおいて並べられている。
【００１９】
各共通フィンプレート２５は、給湯用熱交換部２１に位置する部位すなわち第一フィンプレート２５ａと、暖房，風呂追焚用熱交換部２２に位置する部位すなわち第二フィンプレート２５ｂとを有している。このように、共通フィンプレート２５を用いたことにより、製造コストを下げることができる。第一フィンプレート２５ａと第二フィンプレート２５ｂとの架橋部には開口２５ｃが形成されており、この開口２５ｃにより、両フィンプレート２５ａ，２５ｂの熱的干渉を小さくしている。
【００２０】
上記給湯用熱交換部２１は、受熱管２６を備えている。この受熱管２６は、共通フィンプレート２５の第一フィンプレート２５ａと保持胴５ａを貫通して図１の紙面と直交する方向に延びる複数の直管部２６ａと、保持胴５ａ外においてこの直管部２６ａを連結するベンド部２６ｂ（図２にのみ示す）とを有している。
同様に、暖房，風呂追焚用熱交換部２２は、互いに別系統をなす受熱管２７，２８を備えている。これら受熱管２７，２８は、第二フィンプレート２５ｂおよび保持胴５ａを貫通して図１の紙面と直交する方向に延びる複数の直管部２７ａ，２８ａと、これら直管部２７ａ，２８ａを保持胴５ａ外で連結するベンド部２７ｂ，２８ｂ（図２にのみ示す）とを有している。
【００２１】
上記フィンプレート２５ａ，２５ｂが熱交換部２１の並び方向に延び、すべての受熱管２６，２７，２８の直管部２６ａ，２７ａ，２８ａが熱交換部２１の並び方向と直交して延びているので、熱交換部２１，２２を狭いスペースで並べて配置できる。
【００２２】
上記受熱管２７（第一受熱管）は暖房用に提供され、受熱管２８（第二受熱管）は風呂追焚用に提供される。本実施例では受熱管２８の直管部２８ａは、下段に２本、上段に１本配置されている。受熱管２７の直管部２７ａは、下段に２本配置されている。ここで重要なことは、暖房用の受熱管２７の直管部２７ａの上側に風呂追焚用の受熱管２８の下段の直管部２８ａが配置され、直管部２７ａ，２８ａ同士がほぼ全長にわたって接していることである。
【００２３】
図１に示すように、上記バーナユニット３は、上端が開口した箱形状のフレーム６と、このフレーム６内に収容された給湯用燃焼部３１と暖房，風呂追焚用燃焼部３２とを有している。これら燃焼部３１，３２は、図１において左右方向に水平に並んで配置されている。給湯用燃焼部３１は、上記給湯用熱交換部２１の真下に配置され、暖房，風呂追焚用燃焼部３２は、上記暖房，風呂追焚用熱交換部２１の真下に配置されている。燃焼部３１，３２の境界Ｐ’は、熱交換部２１，２２の境界Ｐの真下に位置している。
【００２４】
図１に示すように、燃焼部３１，３２へガスを供給する手段５０は、主管５１と、この主管５１から分岐した２つの分岐管５２，５３とを有している。主管５１には主電磁開閉弁５５と電磁比例弁５６が設けられており、分岐管５２，５３にはそれぞれ補助電磁開閉弁５７，５８が設けられている。分岐管５２，５３にはノズルブロック５９が接続されている。分岐管５２，５３は、ノズルブロック５９の通路とノズル部を介して、上記燃焼部３１，３２に連なっている。
【００２５】
図２に示すように、給湯用の受熱管２６の入口端には、給水管６１が接続され、出口端には給湯管６２が接続されている。給湯管６２の末端には開閉栓６３が設けられている。また、給水管６１には水流スイッチ６４、給湯管６２には温度センサ６５や水量制御弁（図示しない）等が設けられている。なお、この給湯系では、水は給水管６１から受熱管２６を経て給湯管６２へと流れるだけであり、水の循環回路は構成されていない。
【００２６】
上記受熱管２７は、暖房用循環回路７０の一部を構成している。この暖房用循環回路７０は、さらに、受熱管２７の入口端に接続された復路管７１と、受熱管２７の出口端に接続された往路管７２と、これら復路管７１，往路管７２間において互いに並列接続された複数の放熱器７５（図２には、１つのみ示す）と、これら放熱器７５と並列接続されたバイパス管７３とを備えている。バイパス管７３には、制御弁７４が設けられている。放熱器７５は、互いに直列をなす放熱管７５ａおよび制御弁７５ｂと、放熱管７５ａの熱を室内に放出させるためのファン７５ｃとを有している。復路管７１には、ポンプ７６と膨張タンク７７が設けられている。また、受熱管２７の出口端近傍には温度センサ７８が設けられている。ここで注意すべきことは、暖房用循環回路７０に例えば水とプロピレングリコールを含む熱媒体が充填されており、受熱管２７は常にこの熱媒体で満たされ、空の状態にならないことである。
【００２７】
上記受熱管２８は風呂追焚用循環回路８０の一部を構成している。この風呂追焚用循環回路８０は、さらに、受熱管２８の入口端と浴槽８５の循環金具８６を接続する復路管８１と、受熱管２８の出口端と循環金具８６を接続する往路管８２とを備えている。復路管８１には、温度センサ８３とポンプ８４が設けられている。なお、前述した給湯管６２の中途部と復路管８１の中途部とは、湯張り管８８により接続されており、この湯張り管８８には電磁開閉弁８９が設けられている。これにより、給湯用熱交換部２１からの湯が湯張り管８８を経、復路管８１，往路管８２を経て浴槽８５へ供給されるようになっている。
なお、浴槽８５が空の時に、受熱管２８内の水が復路管８１，往路管８２を介して浴槽８５内に流れ出てしまうことがある。したがって、受熱管２８が空になることは日常的に起こり得ることである。
【００２８】
さらに燃焼装置は、制御ユニット１０（ポンプ制御手段，弁制御手段，ファン制御手段）を装備している。この制御ユニット１０は、各種センサ，スイッチからの信号に応答して、上記ファン４，ガス供給用の電磁弁５５，５６，５７，５８や、その他の弁７４，７５ｂ，８９，ポンプ７６，８４等を制御する。
【００２９】
上記構成の燃焼装置において、まず給湯作用について説明する。栓６３を開くと、給水管６１，受熱管２６，給湯管６２に水が流れる。給水管５１に設けられた水流スイッチ６４がこれを検出し、この検出信号に応答して制御ユニット１０が、主電磁開閉弁５５，補助電磁開閉弁５７を開くことにより、給湯用燃焼部３１での燃焼が開始される。その結果、共通フィンプレート２５のうち給湯用燃焼部３１の真上に位置する第一フィンプレート２５ａが主に加熱され、ひいては受熱管２６を通る給水管６１からの水が加熱され、湯となって給湯管６２へと供給される。なお、出湯温度は温度センサ６５で検出され、この出湯温度が設定温度になるように、燃焼熱量，水量制御弁の開度が制御される。
【００３０】
上記給湯が単独で実行されている時には、暖房，風呂追焚用燃焼部３２で燃焼が行われないので、暖房，風呂追焚用熱交換部２２には、ファン４からの燃焼を伴わない空気が通過するだけであり、受熱管２７，２８内の熱媒体や水を加熱しない。また、加熱された第一フィンプレート２５ａから第二フィンプレート２５ｂへ逃げる熱は、開口２５ｃを形成したことにより、少なく抑えることができる。
【００３１】
次に暖房の作用について説明する。使用者が暖房のメインスイッチをオンすると、制御ユニット１０はポンプ７６を駆動させて熱媒体を循環させる。なお、すべての放熱器７５のスイッチがオフの時には、制御弁７４を全開にすることにより、熱媒体をバイパス管７３を介して循環させる。いずれかの放熱器７５のスイッチがオンの時には、制御弁７４を閉じるか最小流量にし、制御弁７５ｂを開くことにより、当該放熱器７５の放熱通路７５ａを介して熱媒体を循環させる。受熱管２７からの熱媒体の温度は温度センサ７８で検出され、この温度が設定温度（例えば８０°Ｃ）より低下した時には、主電磁開閉弁５５，補助電磁開閉弁５８を開いて、暖房，風呂追焚用燃焼部３２での燃焼を行う。その結果、共通フィンプレート２５のうち暖房，風呂追焚用燃焼部３２の真上に位置する第二フィンプレート２５ｂが主に加熱され、ひいては暖房用受熱管２７を通る熱媒体が加熱される。
【００３２】
放熱器７５毎のスイッチがオンして制御弁７５ｂが開いた状態では、上記受熱管２７で熱媒体が受けた熱は、熱媒体が放熱管７５ａを通る過程でファン７５ｃにより室内に放出され、暖房がなされる。なお、室内温度センサにより検出された温度のフィードバック信号に基づき、図示しない制御ユニットで、ファン７５ｃの回転数や制御弁７５ｂの開度が制御される。
【００３３】
上記暖房の際、風呂追焚用受熱管２８の直管部２８ａの真下に位置する暖房，風呂追焚用燃焼部３２で燃焼が行われる。しかし、この直管部２８ａの下側に暖房用受熱管２７の直管部２７ａが配置されており、この直管部２７ａを熱媒体が流れ続けるので、燃焼熱の殆どをこの直管部２７ａ内の熱媒体で吸収する。その結果、風呂追焚用受熱管２８の直管部２８ａで受け取る熱量は少なく、この直管部２８ａが空であっても、直管部２８ａが異常加熱されることがなく、直管部２８ａの熱疲労を防止することができる。
【００３４】
風呂追焚を行う場合には、制御ユニット１０の制御に基づき、ポンプ８４を駆動して、浴槽８５の水を復路管８１，受熱管２８，往路管８２を経て循環させる。これと同時に、暖房時と同様に、主電磁開閉弁５５，補助電磁開閉弁５８を開いて、暖房，風呂追焚用燃焼部３２での燃焼を開始する。その結果、第二フィンプレート２５ｂが主に加熱され、ひいては風呂追焚用受熱管２８を通る浴槽８５からの水が加熱され、追焚が実行される。温度センサ８３で検出された浴槽８５からの湯の温度が、設定温度に達した時に、この追焚を終了する。
【００３５】
上記風呂追焚の際に、暖房用受熱管２７の直管部２７ａは風呂追焚用受熱管２８の直管部２８ａの下側にあるため、燃焼熱を直接受ける。しかし、受熱管２７，２８の直管部２７ａ，２８ａ同士が全長にわたって接しており、風呂追焚用受熱管２８内を水が流れているため、直管部２７ａで受けた熱は直管部２８ａ内を流れる水によって奪われ、異常加熱されることがない。特に、受熱管２７内は熱媒体で満たされており、空にならないので、この異常加熱を確実に防止できる。
【００３６】
上記風呂追焚を単独で実行している時には、暖房のメインスイッチのオン，オフに拘わらず、暖房用循環回路７０のポンプ７６が駆動されるとともに、バイパス管７３の制御弁７４が全開にされる。その結果、暖房用循環回路７０内を熱媒体が循環する。熱媒体が受熱管２７の直管部２７ａを流れるので、熱媒体の自然対流に依存した熱伝達に比べて、受熱管２７から受熱管２８への熱伝達がより一層促進される。その結果、風呂追焚を熱効率良く短時間で実行できるとともに、受熱管２７の異常加熱をより一層確実に防止することができる。なお、熱媒体は、放熱管７５ａを通らずバイパス管７３を通って循環されるため、循環に伴う熱損失量は小さくて済む。
【００３７】
上述した暖房と、風呂追焚を同時に実行することもできる。この場合には、制御弁７４は、中間開度、すなわち最大流量と最小流量の中間の流量になるように制御される。本実施例では、制御ユニット１０が、風呂追焚のための要求熱量と、暖房のための要求熱量を演算し、その比に応じて制御弁７４の開度を制御する。ここで、制御弁７４の開度が大きい程、放熱管７５ａを通る熱媒体の流量が少なくなり、風呂追焚のために費やされる熱量が多くなる。
【００３８】
上記暖房，風呂追焚の少なくとも一方が実行され、給湯が実行されない時には、給湯用燃焼部２１では燃焼が実行されないので、給湯用熱交換部２１には、ファン４からの燃焼を伴わない空気が通過するだけであり、受熱管２６内の水を加熱することはない。また、第二フィンプレート２５ｂから第一フィンプレート２５ａへ逃げる熱も比較的少ない。
上記燃焼装置において、給湯，暖房，風呂追焚の３つを同時に実行できることは勿論である。
【００３９】
図３は本発明の第二の実施形態を示す。この実施形態では、暖房用循環回路７０の受熱管２７は、第一実施形態と同様に風呂追焚用循環回路８０の受熱管２８の直管部２８ａの下側に配置される直管部２７ａの他に、直管部２８ａの上側に接するようにしてフィンプレート２５ｂを貫通する直管部２７ａ’を付加的に有している。すなわち、受熱管２８の各直管部２８ａは、受熱管２７の上下の直管部２７ａ，２７ａ’で挟まれている。
【００４０】
第二の実施形態では、暖房単独実行時に、暖房用循環回路７０の受熱管２７の上下の直管部２７ａ，２７ａ’で燃焼熱の殆どを奪うので、風呂追焚用循環回路８０の受熱管２８の直管部２８ａをより一層確実に保護することができる。また、風呂追焚を単独で実行している時には、第一実施形態と同様に上下の直管部２７ａ，２７ａ’に熱媒体を流すことにより、これら直管部２７ａ，２７ａ’で受けた燃焼熱を、より一層効率良く直管部２８ａを流れる水に伝達でき、風呂追焚をより一層効率良く行うことができる。
【００４１】
図４は参考例を示す。この参考例では、熱交換部２１が暖房用に用いられる。すなわち、熱交換部２１の受熱管２６が暖房用循環回路７０に組み込まれている。熱交換部２２の受熱管２８は、第一，第二実施形態と同様に、風呂追焚に用いられる。熱交換部２２の受熱管２７は、給湯に用いられる。なお、熱交換部２１，２２の構成，受熱管２６，２７，２８の配置のしかたは、図１，図３に示す第一，第二の実施形態のいずれかと同様である。風呂追焚，暖房のための配管も第一，第二実施形態と同様であるので同番号を付してその説明を省略する。
【００４２】
上記参考例の給湯系は、第一，第二実施形態とは異なり、循環回路９０を構成している。この給湯用循環回路９０は、熱交換部２２の受熱管２７と、この受熱管２７に連なる主通水管９１とを備えている。この主通水管９１には、逆止弁９２とポンプ９３が設けられている。また、主通水管９１には、逆止弁９２と受熱管２７の入口端との間において、給水管９４が接続されている。この給水管９４には、減圧弁９５と逆止弁９６が設けられている。主通水管９１には、逆止弁９２と受熱管２７の出口端との間において、複数の短い分岐管９７の一端が接続されており、この分岐管９７の他端には開閉栓９８が設けられている。また、受熱管２７の出口端近傍には温度センサ９９が設けられている。
【００４３】
上記構成において、給湯のメインスイッチがオンされると、ポンプ９３が駆動され、水が循環回路９０を循環する。受熱管２７からの水の温度が温度センサ９９で検出され、この検出温度が設定温度（例えば８０°Ｃ）に達するまで、燃焼部３２（図１，図３参照）での燃焼が行われ、それ以後も検出温度が設定温度より低くなると、燃焼部３２での燃焼が行われる。分岐管９７からの出湯がなされると、給水管９４から水が補給される。なお、上記給湯用循環回路９０には常に水が満たされており、第一，第二実施形態と同様に受熱管２７が空になることはない。
【００４４】
上記参考例でも、風呂追焚時に、燃焼部３２で燃焼が実行され受熱管２８内を水が流れている状態において、給湯のメインスイッチのオフの状態であってもポンプ９３が駆動され、給湯用循環回路９０内での水の循環がなされ、受熱管２７にも水が流れる。その結果、下側の受熱管２７から上側の受熱管２８への熱伝達が良好に行われ、風呂追焚を効率良く短時間で行うことができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、３つの機能を果たすことができる小型の燃焼装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態をなす燃焼装置の主要部を示す縦断面図である。
【図２】同燃焼装置の全体スシテムを示す図である。
【図３】本発明の第二の実施形態を示す図１相当図である。
【図４】参考例を示す図２相当図である。
【図５】従来の燃焼装置を示す図２相当図である。

Claims

１つのフレームに水平に並んで収容された２つの熱交換部と、これら熱交換部にそれぞれ対応してその下方に配置され互いに独立して燃焼制御可能な２つの燃焼部とを備え、
一方の熱交換部には給湯系の受熱管が配設され、他方の熱交換部には、それぞれポンプを有する暖房用循環回路と風呂追焚用循環回路の受熱管が配設され、
上記フレーム内において、上記暖房用循環回路の受熱管の直管部の上に、この直管部と接するようにして風呂追焚用循環回路の受熱管の直管部が配置されていることを特徴とする燃焼装置。
上記風呂追焚用循環回路の受熱管の直管部が上段と下段に配置されており、この下段の直管部が暖房用循環回路の受熱管の直管部に接していることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
上記風呂追焚用循環回路の受熱管が、暖房用循環回路の受熱管の上下の直管部により挟まれていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
２つの熱交換部は共通のフィンプレートを有し、この共通フィンプレートは、熱交換部の並び方向に延び、熱交換部の並び方向と直交する方向に並べられており、これら熱交換部のすべての受熱管は、熱交換部の並び方向と直交する方向にフィンプレートを貫通しており、上記共通フィンプレートは、上記一方の熱交換部に位置する第一フィンプレートと上記他方の熱交換部に位置する第二フィンプレートとの架橋部において、開口を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃焼装置。