JP4041102B2 - １缶式複合熱源機 - Google Patents

Description

本発明は、単一の缶体と、この缶体内に横方向に並べて設けた第１と第２の一対のバーナと、缶体の上部に横方向に並べて設けた第１と第２の一対の熱交換器とを備え、燃焼ファンにより缶体内に下方から燃焼用空気を供給するようにした１缶式複合熱源機に関する。

従来、この種の１缶式複合熱源機として、缶体内の第１と第２の両バーナと第１と第２の両熱交換器との間の空間を、第１バーナから第１熱交換器に至る第１燃焼室と第２バーナから第２熱交換器に至る第２燃焼室とに区画する仕切り壁を備え、一方のバーナ、例えば、第２バーナのみを燃焼させて第２熱交換器を加熱する単独運転時に、第２バーナの燃焼排気が第１熱交換器側に流れて第１熱交換器が加熱されるといった不具合を防止できるように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、第１熱交換器が給湯用熱交換器、第２熱交換器が給湯以外の用途の例えば暖房用熱交換器である場合、給湯の方が暖房よりも大きな加熱能力を要求されるため、給湯用バーナたる第１バーナの横方向幅を暖房用バーナたる第２バーナの横方向幅より広くして、第１バーナの方が第２バーナよりも定格燃焼量が大きくなるようにしている。但し、機種によっては、暖房能力を高めるため、第１バーナの横方向幅を少し狭めてその分第２バーナの横方向幅を広くすることがあり、第１と第２の両バーナの境界部の位置が機種により変化することになる。ここで、従来は、両バーナの境界部の真直ぐ上に第１と第２の両熱交換器の境界部を位置させて、上下方向に真直な仕切り壁により第１と第２の両燃焼室を区画している。そのため、第１と第２の両バーナの境界部の機種による位置変化で、第１と第２の両熱交換器の境界部が両バーナの境界部に対し横方向にずれないように、両熱交換器を機種に応じたものに交換している。然し、これでは、機種毎に専用の熱交換器を製造する必要があり、コストが高くなる不具合がある。
特公平２−１７７８４号公報（第３図、第６図）

本発明は、以上の点に鑑み、機種に係らず共通の熱交換器を使用できるようにし、コストダウンを図れるようにした１缶式複合熱源機を提供することをその課題としている。

本発明は、単一の缶体と、この缶体内に横方向に並べて設けた第１と第２の一対のバーナと、缶体の上部に横方向に並べて設けた第１と第２の一対の熱交換器と、缶体内の第１と第２の両バーナと第１と第２の両熱交換器との間の空間を、第１バーナから第１熱交換器に至る第１燃焼室と第２バーナから第２熱交換器に至る第２燃焼室とに区画する仕切り壁とを備え、燃焼ファンにより缶体内に下方から燃焼用空気を供給するようにした１缶式複合熱源機における上記課題を解決するための改良に関する。

そして、本発明の第１の特徴によれば、第１と第２の両熱交換器の境界部に対し第１と第２の両バーナの境界部が横方向一方にオフセットしており、第１と第２の両熱交換器の境界部に位置する仕切り壁の上部に対し仕切り壁の下部が横方向一方にオフセットした形状の仕切り壁を用い、仕切り壁の下部を第１と第２の両バーナの境界部に位置させるようにしている。

これによれば、第１と第２の両熱交換器の境界部に対し第１と第２の両バーナの境界部が横方向一方にオフセットしていても、第１と第２の各バーナの燃焼排気は仕切り壁により第１と第２の各熱交換器に導かれる。そのため、熱効率が低下することはなく、また、一方のバーナのみの燃焼で一方の熱交換器を加熱する単独運転時に、一方のバーナの燃焼排気が他方の熱交換器に流れて、他方の熱交換器が加熱されるといった不具合も防止される。従って、機種により第１と第２の両バーナの境界部の位置が変化しても、第１と第２の両熱交換器の境界部の位置を両バーナの境界部の位置変化に合わせて変化させる必要がなく、機種に係りなく共通の熱交換器を用いることができる。

また、小能力の機種では、第１と第２の両バーナの合計の横方向幅がかなり狭くなり、缶体及び第１と第２の両熱交換器として機種に係りなく共通の缶体と熱交換器を用いた場合、第１バーナと第２バーナとを横方向に離隔させて配置すると、第１と第２の両熱交換器の境界部の横方向幅に比し第１と第２の両バーナの境界部の横方向幅が広くなる。ここで、缶体内にその下方から供給する燃焼用空気が両バーナの境界部を通って各燃焼室に流れると、この空気は燃焼に利用されずに各熱交換器に到達し、各熱交換器が空気で冷却されて、熱効率が低下する。また、缶体内に供給する燃焼用空気量は本来少なくて済むが、両バーナの境界部を通して燃焼に寄与しない無駄な空気が流れるため、その分空気供給量を増加する必要がある。

そこで、本発明の第２の特徴によれば、第１と第２の両熱交換器の境界部の横方向幅に比し第１と第２の両バーナの境界部の横方向幅が広くなっている場合、第１と第２の両バーナの上端よりも下方に位置する仕切り壁の下部の少なくとも一部に、第１と第２の両熱交換器の境界部に位置する仕切り壁の上部の横方向幅に比し横方向幅を広くした拡幅部を形成し、この拡幅部を第１と第２の両バーナの境界部に位置させるようにしている。これによれば、両バーナの境界部からの空気の流入が該境界部に位置する仕切り壁の拡幅部により制限される。従って、熱効率の低下が防止され、また、燃焼ファンから供給される空気のうち燃焼に寄与しない無駄な空気の割合が減少するため、各空気供給量は少なくて済み、燃焼ファンの小型化を図れる。

図１は、単一の缶体１内に、第１バーナ２−１と第２バーナ２−２とを横方向に並べて設けると共に、缶体１の上部に、第１バーナ２−１で加熱される給湯用の第１熱交換器３−１と第２バーナ２−２で加熱される暖房用の第２熱交換器３−２とを横方向に並べて設けて成る１缶式複合熱源機を示している。

各バーナ２−１，２−２は、夫々、缶体１の奥行方向(図１の紙面直交方向)に長手の単位バーナ２ａを横方向に複数列設して構成されており、これら各単位バーナ２ａに各バーナ２−１，２−２用のガスマニホールド２ｂに設けた各ノズル２ｃを介してガスが供給される。

缶体１の下部には、缶体１内の空間に対し分布板４で仕切られた給気室５が画成されている。そして、給気室５に接続される燃焼ファン６を設け、燃焼ファン６からの燃焼用空気を給気室５から分布板４に形成した多数の分布孔４ａを介して缶体１内に供給するようにしている。

また、缶体１内には、第１と第２の両バーナ２−１，２−２と第１と第２の両熱交換器３−１，３−２との間の空間を、第１バーナ２−１から第１熱交換器３−１に至る第１燃焼室７−１と第２バーナ２−２から第２熱交換器３−２に至る第２燃焼室７−２とに区画する仕切り壁８が設けられている。かくして、第１バーナ２−１の燃焼排気は第１燃焼室７―１を介して第１熱交換器３−１に導かれ、第２バーナ２−２の燃焼排気は第２燃焼室７−２を介して第２熱交換器３−２に導かれる。第１と第２の各熱交換器７−１，７−２で熱交換した燃焼排気は両熱交換器３−１，３−２の上側の排気フード９に流れ、排気フード９に形成した排気口９ａから外部に排出される。

各熱交換器３−１，３−２は、缶体１の奥行方向に多数列設した吸熱フィン３ａと、これら吸熱フィン３ａを貫通する蛇行形状の吸熱管３ｂとで構成される。第１熱交換器３−１の吸熱管３ｂには、図示しないが、上流側の給水管と下流側の出湯管とが接続されており、出湯管の下流端の出湯栓を開いて第１熱交換器３−１に通水したとき、第１バーナ２−１に点火されて、出湯栓から設定温度の湯が出湯される。第２熱交換器３−２の吸熱管３ｂは、図示しないが、往き管と戻り管とを介して床暖房等の暖房回路（図示せず）に接続されており、暖房回路に第２熱交換器３−２を介して湯水を循環させて、暖房を行う。

ここで、第１と第２の両熱交換器３−１，３−２の吸熱フィン３ａ，３ａは共通のフィン３０で構成されている。そのため、両熱交換器３−１，３−２を個別に組立てずに済み、組立工数の削減によりコストダウンを図れる。また、熱交換効率を向上させるため、共通フィン３０の第１と第２の各熱交換器３−１，３−２に対応する部分に、各熱交換器３−１，３−２用の吸熱管３ｂを少なくとも上下２段に貫通配置している。そして、第１熱交換器３−１では、給水管からの水を図１の矢印で示す如く下段の吸熱管３ｂを経由して上段の吸熱管３ｂに流し、また、第２熱交換器３−２でも、暖房回路からの戻り水を下段の吸熱管３ｂを経由して上段の吸熱管３ｂに流すようにしている。

また、共通フィン３０の第１と第２の両熱交換器３−１，３−２の境界部には、共通フィン３０の下辺から各熱交換器３−１，３−２の下段の吸熱管３ｂの配置高さより上方の位置までのびる切欠き３１が形成されている。そして、この切欠き３１に仕切り壁８の上部が挿入されている。

ところで、暖房よりも給湯の方が大きな加熱能力を要求されるため、各バーナ２−１，２−２を構成する単位バーナ２ａの個数は第１バーナ２−１の方が多くなっている。即ち、第１バーナ２−１の方が第２バーナ２−２よりも横方向幅が広くなっている。図１に示すものでは、右側の９個の単位バーナ２ａで第１バーナ２−１が構成され、左側の３個の単位バーナ２ａで第２バーナ２−２が構成されている。尚、単位バーナ２ａの個数は実際には図示のものより多い。第１と第２の両バーナ２−１，２−２の境界部は、第１と第２の両熱交換器３−１，３−２の境界部（切欠き３１）に対し左側に若干オフセットしている。そこで、仕切り壁８として、仕切り壁８の下部が上部に対し左側に若干オフセットした形状のものを用い、仕切り壁８の下部を第１と第２の両バーナ２−１，２−２の境界部に挿入している。

図２は、上記第１実施形態のものより暖房能力を高めた１缶式複合熱源機の第２実施形態を示している。第２実施形態では、左側の４個の単位バーナ２ａで第２バーナ２−２を構成している。第１と第２の両熱交換器３−１，３−２は第１実施形態のものと共通である。そして、第２実施形態では、第１と第２の両熱交換器３−１，３−２の境界部（切欠き３１）に対し第１と第２の両バーナ２−１，２−２の境界部が右側に若干オフセットしている。そこで、仕切り壁８として、第１と第２の両熱交換器３−１，３−２の境界部たる切欠き３１に挿入される仕切り壁８の上部に対しその下部が右側に若干オフセットした形状のものを用い、仕切り壁８の下部を第１と第２の両バーナ２−１，２−２の境界部に挿入している。

このように第１と第２の両熱交換器３−１，３−２の境界部に対し第１と第２の両バーナ２−１，２−２の境界部が横方向にオフセットしていても、仕切り壁８として対応するオフセット形状のものを用いることにより、両バーナ２−１，２−２と両熱交換器３−１，３−２との間の空間を、第１バーナ２−１から第１熱交換器３−１に至る第１燃焼室７−１と第２バーナ２−２から第２熱交換器３−２に至る第２燃焼室７−２とに区画し、各バーナ２−１，２−２の燃焼排気を対応する各熱交換器３−１，３−２に確実に導くことができる。そのため、熱効率が低下することはなく、また、一方のバーナ、例えば、第２バーナ２−１のみを燃焼させて第２熱交換器３−２を加熱する暖房単独運転時に、第２バーナ２−２の燃焼排気が第１熱交換器３−１側に流れて第１熱交換器３−１が加熱され、次の出湯時に高温の湯が出湯するといった不具合を生ずることはない。従って、第１と第２の両熱交換器３−１，３−２の境界部に対し第１と第２の両バーナ２−１，２−２の境界部が横方向にオフセットしても何ら問題はなく、結局、第１と第２の両熱交換器３−１，３−２として機種に係りなく共通の熱交換器を用いることができ、コストダウンを図れる。

ここで、１缶式複合熱源機の標準機種と暖房能力アップ機種との具体例について説明する。何れの機種でも缶体１及び第１と第２の熱交換器３−１，３−２は共通のものが用いられ、また、缶体１内に、定格燃焼量２５００ｋｃａｌ／ｈの単位バーナ２ａが２３個配置され、標準機種では、右側の１８個の単位バーナ２ａで第１バーナ２−１、左側の５個の単位バーナ２ａで第２バーナ２−２が構成され、第１と第２の両熱交換器３−１，３−２の境界部（切欠き３１）と第１と第２の両バーナ２−１，２−２の境界部の横方向位置が一致しているものとする。この場合、標準機種での第１バーナ２−１の定格燃焼量は４５０００ｋｃａｌ／ｈ、第２バーナ２−２の定格燃焼量は１００００ｋｃａｌ／ｈになる。この標準機種における第１バーナ２−１の左端の単位バーナ２ａを第２バーナ２−２に転用して暖房能力アップ機種を構成すると、第１バーナ２−１（単位バーナ１７個）の定格燃焼量は４２５００ｋｃａｌ／ｈ、第２バーナ２−２（単位バーナ６個）の定格燃焼量は１２５００ｋｃａｌ／ｈになり、給湯側が５％程度の能力低下であるのに対し、暖房側は２５％の能力アップになる。また、標準機種における各熱交換器３−１，３−２の熱交換効率が８４％であるとすると、第１と第２の両バーナ２−１，２−２の定格燃焼量での燃焼時におけるカロリー当りの熱効率は、
（４５０００×８４％＋１００００×８４％）／５５０００＝８４％
になる。暖房能力アップ機種では、第２バーナ２−２の横方向幅が広くなるため、第１と第２の両熱交換器３−１，３−２の境界部に対し第１と第２の両バーナ２−１，２−２の境界部が図２に示すものと同様に右側にオフセットする。仕切り壁８として図２に示すものと同様に上部に対し下部が右側にオフセットした形状のものを用い、第１燃焼室７―１と第２燃焼室７−２とを区画すると、第２熱交換器３−２では、燃焼排気の流速が速くなって熱交換効率が８１％程度に低下するが、第１熱交換器３−１では、燃焼排気の流速が遅くなって熱交換効率が８４．２％程度に若干アップする。従って、第１と第２の両バーナ２−１，２−２の定格燃焼量での燃焼時におけるカロリー当りの熱効率は、
（４２５００×８４．２％＋１２５００×８１％）／５５０００＝８３．５％
になる。このように標準機種と暖房能力アップ機種とで共通の熱交換器３−１，３−２を用いても、カロリー当りの熱効率は殆ど変わらない。

ところで、上記第１、第２実施形態では、第１と第２の両燃焼室７−１，７−２に単一の燃焼ファン６で燃焼用空気を供給しているが、第１と第２の各燃焼室７−１，７−２に各別の燃焼ファンから燃焼用空気を供給する２ファンタイプに構成することも可能である。図３、図４は図１、図２に示した第１、第２実施形態の熱源機を２ファンタイプに変更した第３、第４実施形態を示している。第３、第４実施形態では、仕切り壁８の下端を分布板４の下方にまで延長し、給気室５を、第１燃焼室７−１の直下の第１給気室５−１と、第２燃焼室７−２の直下の第２給気室５−２とに区分し、第１と第２の各給気室５−１，５−２に各別の燃焼ファン６−１，６−２から燃焼用空気を供給するようにしている。これによれば、各燃焼室７−１，７−２への供給空気量を各バーナ２−１，２−２の燃焼量に合わせて適切に制御することができる。

図５は、缶体１内に配置する単位バーナ２ａの数を少なくした小能力機種の第５実施形態を示している。第５実施形態では、右側の６個の単位バーナ２ａで第１バーナ２−１が構成され、左側の３個の単位バーナ２ａで第２バーナ２−２が構成されている。第１と第２の両熱交換器３−１，３−２は上記実施形態と共通であり、両熱交換器３−１，３−２の境界部たる切欠き３１の横方向幅に比し第１と第２の両バーナ２−１，２−２の境界部の横方向幅はかなり広くなる。そこで、仕切り壁８の下部に、切欠き３１に挿入される仕切り壁８の上部の横方向幅に比し横方向幅をかなり広くした拡幅部８ａを形成し、この拡幅部８ａを第１と第２の両バーナ２−１，２−２の境界部に挿入している。

仕切り壁８として拡幅部８ａのないものを用いると、第１と第２の両バーナ２−１，２−２の境界部を通って多量の空気が燃焼に寄与しないまま熱交換器３−１，３−２にまで流れてしまい、熱交換器３−１，３−２がこの空気により冷却されて熱効率が低下する。また、燃焼ファン６から供給される空気のうち燃焼に寄与しない無駄な空気の割合が大きくなるため、その分空気供給量を増加する必要があり、燃焼ファン６を小型化できない。

これに対し、第５実施形態のものでは、第１と第２の両バーナ２−１，２−２の境界部からの空気の流入が仕切り壁８の拡幅部８ａにより制限される。従って、熱効率の低下が防止され、また、燃焼ファン６から供給される空気のうち燃焼に寄与しない無駄な空気の割合が減少するため、空気供給量は少なくて済み、燃焼ファン６の小型化を図れる。尚、第５実施形態では、拡幅部８ａを中空の箱状に形成しているが、これを中実に形成することも可能である。

また、第５実施形態では、第１と第２の両バーナ２−１，２−２の上端より若干上方に位置する部分から分布板４に至る仕切り壁８の下部全体を拡幅部８ａに形成しているが、両バーナ２−１，２−２の上端より下方に位置する仕切り壁８の下部の一部に横方向に張り出す庇状の板部を設け、この板部により拡幅部を構成しても良い。更に、仕切り壁８の下端に、両バーナ２−１，２−２の境界部に臨む分布孔４ａを閉塞するようにして分布板４に着座するフランジ部を形成し、このフランジ部で拡幅部を構成することも可能である。

尚、上記各実施形態では、第１と第２の両熱交換器３−１，３−２の吸熱フィン３ａ，３ａを共通フィン３０で構成しているが、共通フィン３０を用いずに両熱交換器３−１，３−２を個別に形成しても良い。この場合、両熱交換器３−１，３−２の境界部となる両熱交換器３−１，３−２間の隙間に仕切り壁８の上部を挿入する。

以上、給湯用の第１熱交換器３−１と暖房用の第２熱交換器３−２とを有する１缶式複合熱源機に本発明を適用した実施形態について説明したが、第２熱交換器３−２がその吸熱フィンに風呂の湯水を循環させる風呂吸熱管を貫通させた風呂追い焚き用の熱交換器である場合や、吸熱フィンに暖房吸熱管と風呂吸熱管とを貫通させた暖房兼風呂追い焚き用の熱交換器である場合にも、また、第１熱交換器３−１が給湯用以外の熱交換器である場合にも同様に本発明を適用できる。

本発明熱源機の第１実施形態の構成を示す説明図。 本発明熱源機の第２実施形態の構成を示す説明図。 本発明熱源機の第３実施形態の構成を示す説明図。 本発明熱源機の第４実施形態の構成を示す説明図。 本発明熱源機の第５実施形態の構成を示す説明図。

符号の説明

１…缶体、２−１…第１バーナ、２−２…第２バーナ、３−１…第１熱交換器、３−２…第２熱交換器、６…燃焼ファン、７−１…第１燃焼室、７−２…第２燃焼室、８…仕切り壁、８ａ…拡幅部。

Claims (2)

1. 単一の缶体と、この缶体内に横方向に並べて設けた第１と第２の一対のバーナと、缶体の上部に横方向に並べて設けた第１と第２の一対の熱交換器と、缶体内の第１と第２の両バーナと第１と第２の両熱交換器との間の空間を、第１バーナから第１熱交換器に至る第１燃焼室と第２バーナから第２熱交換器に至る第２燃焼室とに区画する仕切り壁とを備え、燃焼ファンにより缶体内に下方から燃焼用空気を供給するようにした１缶式複合熱源機において、
   第１と第２の両熱交換器の境界部に対し第１と第２の両バーナの境界部が横方向一方にオフセットしており、第１と第２の両熱交換器の境界部に位置する仕切り壁の上部に対し仕切り壁の下部が横方向一方にオフセットした形状の仕切り壁を用い、仕切り壁の下部を第１と第２の両バーナの境界部に位置させることを特徴とする１缶式複合熱源機。
2. 単一の缶体と、この缶体内に横方向に並べて設けた第１と第２の一対のバーナと、缶体の上部に横方向に並べて設けた第１と第２の一対の熱交換器と、缶体内の第１と第２の両バーナと第１と第２の両熱交換器との間の空間を、第１バーナから第１熱交換器に至る第１燃焼室と第２バーナから第２熱交換器に至る第２燃焼室とに区画する仕切り壁とを備え、燃焼ファンにより缶体内に下方から燃焼用空気を供給するようにした１缶式複合熱源機において、
   第１と第２の両熱交換器の境界部の横方向幅に比し第１と第２の両バーナの境界部の横方向幅が広くなっており、第１と第２の両バーナの上端よりも下方に位置する仕切り壁の下部の少なくとも一部に、第１と第２の両熱交換器の境界部に位置する仕切り壁の上部の横方向幅に比し横方向幅を広くした拡幅部を形成し、この拡幅部を第１と第２の両バーナの境界部に位置させることを特徴とする１缶式複合熱源機。

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