JPS6122738B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃焼量の調節制御が可能なバーナを備
えた温水ボイラに関するものである。更に詳しく
は、燃焼量を規定の100％、約50％及び０％の３
位置に調節制御し得る所謂ハイ・ロード・オフ
（HIGH−LOW−OFF）バーナ、或いは燃焼可能
な最小燃焼量から規定の燃焼量まで自由に燃焼量
を調節制御し得る所謂比例バーナを備えた温水ボ
イラに関するものである。

かかる燃焼量制御可能型のバーナを備えた従来
一般の温水ボイラは、缶体の内部下方に加熱器を
配置し、缶体内部上方に貯湯部を有する構造で、
缶水を自然循環又は強制循環で全体的に加熱昇温
して外部に給湯するものである。更に、加熱器に
は、貯湯部の缶水に感温部を挿入して該缶水温度
を検出し（以下検出缶水温度と云う）、所定の高
温度範囲の上限で停止制御を、その他の高温度範
囲で低燃焼制御を、さらに低温度範囲で高燃焼制
御をするサーモスイツチによつて運転停止、低燃
焼運転、高燃焼運転をする即ち、貯湯部の缶水の
温度によつてバーナの運転を調節制御するように
なつている。

従つて、従来の温水ボイラにおいては、貯湯部
の缶水を所定の温度に沸き上がらせる場合及び給
湯を行なつて検出缶水温度が低温度範囲に降温し
た場合は、給湯が行なわれていなくとも検出缶水
温度が高温度範囲に昇温するまでの間、バーナは
吸熱効率の低い高燃焼運転を長時間継続して缶水
を全体的に加熱昇温させる。

このように従来一般の温水ボイラでは、全運転
時間帯に亘り、吸熱効率の低い高燃焼運転が長時
間継続し、吸熱効率の高い低燃焼運転は検出缶水
温度が高温度範囲の時だけに限られるので極く短
時間だけ行なわれる。

即ちボイラの総合的な吸熱効率は、至極低いも
のとなり燃料が不経済に浪費される欠点がある。

ところで、温水ボイラの入力、出力及び吸熱効
率の関係、即ちバーナを運転して燃料を燃焼し発
生した高温の燃焼ガスのもつ熱量（入力）と伝熱
面を介して缶水に伝達された熱量（出力）並びに
これらの比率（吸熱効率）の間には密接な関係が
ある。

第１図はバーナの燃焼空気比が一定の場合のボ
イラの入力と吸熱効率の実験例を図示したもの
で、燃焼空気比1.3の運転状態では、ボイラは規
定の入力に於いて80.0％の吸熱効率であるが、入
力を規定の50％に下げると88.0％となり、また燃
焼空気比1.1の運転状態ではボイラは規定の入力
に於いて84.0％の吸熱効率であるが入力を規定の
50％に下げると91.0％となり、いづれも入力を下
げると吸熱効率は著しく向上する特性がある。

従つて、上記特性を充分に活かして、ボイラの
吸熱効率を向上させることが望まれるわけである
が、従来、このようにボイラの吸熱効率を7.0〜
8.0％も向上させるには一般的にボイラ本体を改
造して伝熱面積を拡大したり、バーナ本体を改造
して送風圧力を高めるなどいづれも基本的な大改
造を要してきたことは周知の通りである。

本発明は前記特性、即ち低入力運転時にはボイ
ラの吸熱効率が著しく向上する特性に着目し、鋭
意研究の結果達成されたものであつて、その目的
とするところは貯湯部の缶水を一定温度の高温な
缶水（以下貯湯と云う）と水温の缶水（以下貯水
と云う）に分離して貯え、貯湯の量によつてバー
ナの運転を調節制御すること、及び給湯の状態に
よつても同様にバーナの運転を調節制御すること
により、時々刻々著しい量的変化を伴つて断続的
に繰り返される給湯をまかなう温水ボイラの全運
転時間帯に亘り、吸熱効率の高い低入力運転を可
能な限り長時間継続せしめて、ボイラの総合的な
吸熱効率を高め得る構造簡単な省エネルギー型の
温水ボイラを提供せんとするものであり、ひいて
は省資源のみならず低公害を実現せんとするもの
である。

本発明は、缶体内部に加熱器を配置すると共
に、燃焼量の調節が可能なバーナを備えた温水ボ
イラにおいて、該缶体の下部と貯湯タンクの下部
とを連通せしめ、該缶体の上部はバーナの燃焼量
に比例して循環流量の調節が可能な循環ポンプを
介して該貯湯タンクの上部に連通せしめ、該貯湯
タンクの上部に給湯口を、下部に給水口を夫々設
け、該給湯口のやや下方と該給水口のやや上方に
は給湯の状態に応じて該バーナ及び該循環ポンプ
を制御する手段を設けた温水ボイラである。更に
は給湯管又は還湯管には給湯の状態に応じて該バ
ーナ及び該循環ポンプの運転を調節制御するフロ
ースイツチ等の手段を設けてもよい。必要とあら
ば、上記缶体は熱交換器を外部に取り付けた形式
のものとすることも可能である。

以下本発明による好適な実施例について説明す
る。本発明の温水ボイラのシステム全体を示す第
２図において、缶体１の内部に伝熱機構２及び燃
焼室３を有する加熱器４を配設し、その一方をバ
ーナ５に、且つ他方を煙道に結合させている。バ
ーナ５は燃焼量の調節可能なものであれば、前記
ハイ・ロー・オフバーナ或いは比例バーナなどど
のようなタイプのものでもよい。また、加熱器４
は従来の構造のものを採用できる。

加熱器４を内設した缶体１の下部は循環返り管
７によつて、缶体１とは別体に形成した貯湯タン
ク８の下部に連通しており、他方缶体１の上部は
循環ポンプ９を介して循環往管１０によつて貯湯
タンク８の上部に連通させた構成としている。ま
た循環ポンプ９は、一定温度の高温な缶水即ち貯
湯を供給するために、常にバーナ５の燃焼量に比
例して循環流量の調節が可能なポンプであること
が必要であり、第２図に鎖線で示す如く、バーナ
５に電気的に接続してなるものである。循環ポン
プ９としては、複数個並列に結合させたタイプの
もの或いはバイパスフロー管を設けてこれにより
流量の一部を逆流させ、循環流量を調節させるタ
イプのもの、更にはポンプのモーターの回転を可
変型としたものなど種々採用することが出来る
が、要はバーナの燃焼量の変化に応じて循環流量
を調節し得るものとすることである。

以上より明らかなように、本発明は貯湯タンク
上部より一定温度の高温な缶水即ち貯湯を供給し
た場合は、貯湯と貯水は簡単には混合せず、中間
部に湯水境界面を形成して上下に分離されると云
うことに立脚しているものである。

貯湯タンク８には、前記循環往管１０と循環返
り管７の取り付け部の略反対側に給湯口１１と給
水口１２とを設けてある。即ち、貯湯タンク８の
最上部には給湯管１３で湯栓１４に連通せる給湯
口１１を設けると共に、下部には給水口１２を設
ける。更に、貯湯タンク８には、上部即ち給湯口
１１のやや下方に貯湯の温度よりやや低い所定の
検出缶水温度以下でバーナ５と循環ポンプ９の高
燃焼高流量運転、及び前記検出缶水温度以上で低
燃焼低流量運転を指示制御するハイ・ローサーモ
スイツチ１５を取り付け、下部即ち給水口１２の
やや上方には給水の温度よりやや高い所定の検出
缶水温度以下でバーナ５と循環ポンプ９の低燃焼
低流量運転及び前記検出缶水温度以上で停止を指
示制御するロー・オフサーモスイツチ１６を取り
付けてある。上記二種のサーモスイツチのうち、
貯湯タンク８下部に設けたロー・オフサーモスイ
ツチ１６は直接バーナ５と循環ポンプ９に電気的
に接続されているだけであるが、貯湯タンク８の
上部に取り付けたハイ・ローサーモスイツチ１５
の方は、いつでも湯栓１４から適温の給湯がなさ
れるように常時給湯管１３内に流す少量の貯湯を
貯湯タンク８に戻す為に設けた還湯管１７に設け
該管内の湯の流れによつて作動するフロースイツ
チ１８を介して、バーナ５及び循環ポンプ９に電
気的に接続されているものである。図中符号１９
は還湯管１７に取り付けた逆止弁であつて、これ
によつて貯湯タンク８内の湯が還湯口２０から還
湯管１７を通つて湯栓１４に逆流するのを防いで
いる。

また、図中符号２１，２２，２３は夫々温度調
節弁、逆止弁、循環ポンプであり、いずれも給湯
口１１と湯栓１４との間に取り付けたものである
が、給湯口１１と湯栓１４との距離即ち給湯管１
３の長さが極く短い小システムの場合には、還湯
管１７、逆止弁１９、逆止弁２２、循環ポンプ２
３からなる還湯システムは必ずしも必要とするも
のではない。

但し、この場合にはフロースイツチ１８は給湯
管１３に取付けて該管内の湯の流れで作動させ
る。

以上の説明から、本発明による温水ボイラの作
動も明きらかになつたと思われるが、第３ａ図、
第３ｂ図及び第３ｃ図を参照して簡単に動作モー
ドを説明する。図中、実線の矢印は湯の流れを示
し、鎖線の矢印は水の流れを示すものである。

まず、貯湯タンク８内の水を沸き上がらせて、
湯栓１４からの給湯ができるまでの場合を示す第
３ａ図において、ハイ・ローサーモスイツチ１５
とこれに連動するフロースイツチ１８、更にロ
ー・オフサーモスイツチ１６が働いてバーナ５に
低燃焼運転を指示すると共に、循環ポンプ９に低
流量運転を指示する。これにより、貯湯タンク内
の上部に一定温度の高温貯湯をする。即ち、バー
ナ５と循環ポンプ９は終始低燃焼低流量運転を継
続し、貯湯タンク８上部より遂次一定温度の高湯
な貯湯をし続け、湯水境界面ｌがロー・オフサー
モスイツチ１６の位置まで下降すると、このサー
モスイツチ１６の働きにより上記バーナ５と循環
ポンプ９は停止して貯湯タンク内の沸き上りは完
了する。従つて、湯と水との流れは図示矢印の如
くとなる。

次に、給湯を行なう場合について説明するが、
第３ｂ図はバーナ５と循環ポンプ９の低燃焼低流
量運転出力以上の給湯を行なう場合の貯湯及び貯
水の流れを示すものである。まず、給水口１２よ
り給水し、湯栓１４より給湯を行なうと、湯水境
界面ｌが上昇してロー・オフサーモスイツチ１６
の位置に達するので、バーナ５と循環ポンプ９は
低燃焼低流量運転をして、循環ポンプ９の低流量
運転によつて供給される貯湯プラス貯湯タンク８
内の貯湯で給湯をまかない続けるのである。そし
て貯湯タンク８内の貯湯を使い果たして湯水境界
面ｌがハイ・ローサーモスイツチ１５の位置まで
上昇すると、このサーモスイツチ１５の働きによ
りバーナ５と循環ポンプ９ははじめて高燃焼高速
運転を開始する。しかし、その後湯栓１４からの
給湯を細めたり、停止したりすれば、バーナ５及
び循環ポンプ９は即座に前記の如く低燃焼低流量
運転に切り替りそのまま継続する。即ち第3c図は
バーナ５と循環ポンプ９の低燃焼低流量運転出力
以下の給湯を行なう場合の貯湯及び貯水の流れを
示したものである。この場合は当初循環ポンプ９
の高流量運転によつて供給される貯湯マイナス給
湯量即ち多量の給湯残量が貯湯タンク上部より貯
湯されるので、湯水境界面ｌが急速に下降してハ
イ・ローサーモスイツチ１５の位置に達し、バー
ナ５と循環ポンプ９は直ちに高燃焼高流量運転か
ら低燃焼低流量運転へと切り替り、そのまま継続
する。このように低燃焼低流量運転が継続すれば
循環ポンプ９の低流量運転によつて供給される貯
湯マイナス給湯即ち給湯残量が貯湯タンク上部よ
り遂次貯湯されるので湯水境界面ｌは下降し、ロ
ー・オフサーモスイツチ１６の位置に達するとバ
ーナ５と循環ポンプ９は停止し、貯湯タンク８内
のほぼ全体が沸き上つた状態となる。

また湯栓１４からの給湯を停止すると、貯湯の
量即ち湯水境界面ｌに関わりなくフロースイツチ
１８が働いて直ちにバーナ５は低燃焼運転を、又
循環ポンプ９は低流量運転を夫々開始して貯湯を
行なうことになる。

以上のように、湯水境界面ｌがハイ・ローサー
モスイツチ１５とロー・オフサーモスイツチ１６
の間に在るときは勿論のこと、給湯の準備を行な
うに当つての貯湯段階においてもバーナ５と循環
ポンプ９は常に低燃焼低流量運転を継続すること
となり、本発明の目的に合致するものである。こ
の意味において、ハイ・ローサーモスイツチ１５
とロー・オフサーモスイツチ１６との距離は出来
るだけ大きくすることが好ましい。

以上に本発明の温水ボイラを詳述したが、従来
一般の温水ボイラでは貯湯部の缶水温度によつて
バーナの運転を調節制御し、自然循環又は強制循
環で貯湯部の缶水を全体的に沸き上がらせ給湯す
るものであるが、本発明の温水ボイラではバーナ
の運転状態、具体的には燃焼量に比例して循環ポ
ンプの循環流量を調節制御し、缶体上部より常に
一定温度の高温な貯湯を貯湯タンク上部に供給す
ることにより湯水境界面を形成して貯湯と貯水に
分離して貯え給湯するものである。

そしてこの貯湯の量によつて、具体的には湯水
境界面の位置によつてバーナの運転を調節制御す
るので、また併せて給湯の状態によつて、具体的
には給湯の有無で作動するフロースイツチによつ
てバーナの運転を調節制御するので、給湯の状態
が間歇的或いは継続的であつても、又その量が大
であろうと小であろうと直ちに高燃焼高流量運転
が行なわれるものではなく、前記の如くバーナ５
と循環ポンプ９の低燃焼低流量運転出力以上の給
湯を続けた結果貯湯を使い果して湯水境界面ｌが
ハイ・ローサーモスイツチ１５の所まで上昇した
ときに限つて、バーナ５と循環ポンプ９とが夫々
高燃焼高流量運転を開始するのみであつて、その
他の場合は全て低燃焼低流量運転を継続するもの
である。従つて、本発明の温水ボイラは常に吸熱
効率の高い低燃焼運転を維持する為に極めて優れ
た経済性を発揮すると共に、耐用年数が増加し、
騒音やNox排出量が減少するなど省エネルギー、
省資源、低公害の効果は計りしれないものがあ
る。

以上、本発明の好適な１実施例について詳述し
たが、本発明はこの実施例に限定されるものでは
なく、例えば第４図に示す如く、缶体１にこれと
連通せる熱交換器２４を附設して、缶体１内の湯
をこの熱交換器２４にて循環させると共に、この
熱交換器のアウトレツト２５を循環ポンプ９に結
合し、インレツト２６を循環返り管７に給合させ
た構成としてもよい。この場合の其の他の構成は
第２図と同一と考えてよい。

また、上記実施例はフロースイツチ１８を設け
た構成としているが、ハイ・ローサーモスイツチ
１５の位置を貯湯タンク８の最上部付近に取り付
ければ、必ずしも必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、バーナの燃焼空気比を一定とした場
合のボイラの入力と吸熱効率を示す図、第２図は
本発明の１実施例を示す図、第３ａ図、第３ｂ図
及び第３ｃ図は動作モードを示す図、第４図は別
の実施例を示す図である。 １……缶体、５……バーナ、７……循環返り
管、８……貯湯タンク、９……循環ポンプ、１０
……循環往管、１５……ハイ・ローサーモスイツ
チ、１６……ロー・オフサーモスイツチ、１８…
…フロースイツチ、２４……熱交換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 缶体内部に加熱器を配設すると共に、燃焼量
   の調節が可能なバーナを備えた温水ボイラにおい
   て、該缶体の下部と貯湯タンクの下部とを連通せ
   しめ、該缶体の上部はバーナの燃焼量に比例して
   循環流量の調節が可能な循環ポンプを介して該貯
   湯タンクの上部に連通せしめ、該貯湯タンクの上
   部に給湯口を、下部に給水口を夫々設け、該給湯
   口のやや下方と該給水口のやや上方には貯湯の量
   に応じて該バーナ及び該循環ポンプの運転を調節
   制御する制御手段を設け、上記制御手段は、該バ
   ーナと循環ポンプに高燃焼高流量と低燃焼低流量
   を指示する第１のサーモスイツチと、該バーナと
   循環ポンプに低燃焼低流量と運転停止を指示する
   第２のサーモスイツチとより成り、該第１のサー
   モスイツチを該給湯口のやや下方に設け、該第２
   のサーモスイツチを該給水口のやや上方に設けた
   ことを特徴とする温水ボイラ。 ２ 該第１のサーモスイツチは、給湯の状態に応
   じて該バーナ及び循環ポンプの運転を調節制御す
   るフロースイツチを含んでなる特許請求の範囲第
   １項記載の温水ボイラ。