JPS63210558A - 統合化されたリキッドバック式ガス燃焼炉による空間暖房及び温水装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、一般に暖房装置に係わり、より詳細には放射
バーナの周りに捲装された熱交換コイルを有する赤外バ
ーナモジュールを使用する、家庭用温水と空間暖房を提
供するための加熱装置に係わる。

家庭や商業用ビルディングのための暖房装置に於て、空
間を暖房するための中央の炉は全て同一の一般的な原理
に基づいて作動する。空間を暖房するための空気は閉鎖
系（導管網）内を循環し、燃料の燃焼に接触している熱
交換器を通るときに加熱されるか又は燃料の燃焼によっ
て加熱された二次流体と接触する熱交換器を通るときに
加熱される。燃料の燃焼によって５００”　Ｆ　（２６
０℃）を越えることもある排気温度を有する有害な燃焼
ガスが生成されるから、燃焼ガスは煙突又は煙道を通っ
て大気に排出される必要がある。この様な装置は煙道ガ
スの排気温度が高いために比較的非効率であり、煙道又
は煙突を建設する必要があるため費用がかかる。

間接燃焼炉は加熱されるべき空気が燃焼ガスと直接接触
することがないから、一般に強制流空気装置及び循環パ
イプ式装置の両者で使われる。

強制流空気装置は主として燃焼室を有する熱交換器から
構成されており、前記燃焼室は流れる空気が加熱される
ような位置関係を有して配置され、燃料は一般に前記燃
焼室の底端部に導入されそこで燃焼炎によって熱が発生
する。熱は一連の内部の邪魔板を通って上昇し、燃焼室
の上端部を通って煙道又は煙突に排出される。それと同
時に空間の循環空気は、熱交換器の外側を通過して伝熱
と対流によって熱を吸収する。

循環パイプ式装置は主として熱交換器□を有する火室か
ら構成される。熱交換器は閉鎖ループ装置内に配置され
ており、かかる閉鎖ループ装置により水は熱交換器から
加熱されるべき空間内の遠隔ラジェータに連続的に循環
される。しかしこの装置もまた火室出口の燃焼ガス温度
及び煙突の費用のため、比較的非効率的であり費用がか
かる。

家庭用の温水を家庭と商業用ビルディングに供給するた
めに、通常ガラス管を有する飲料用温水装置即ち温水貯
槽が一般に使われる。これらの装置は一般に、加熱され
るべき冷水を入れるための囲われた貯水槽を有する。か
かる貯槽の下端部には通常バーナが配置され、かかるバ
ーナの熱は貯槽内を通ることが許され、それによって家
庭又はビルディング内で使われるために貯槽内の水が加
熱される。再び家庭とビルディングのための空間暖房装
置に於て、熱交換器に伝達されない熱は貯槽の上端部で
煙道又は煙突内を通り更に大気に排出される。かくして
要求時「オン・タイム」及び待機時「オフ・タイム」の
間、貯槽のジャケットを通して失われるのと同様大部分
の熱が煙突から大気へ直接失われるから家庭温水装置も
また非効率的である。これらの装置の非効率性に加えて
、煙突又は煙道は建設に費用がかかる。

エネルギの費用が上昇するためにエネルギを保存する要
請が増大している。その結果、通常回収されることなし
に大気に排気される燃焼器からの廃熱のようなエネルギ
を回収したり、炉や温水加熱器をより効率的にすること
によってエネルギの浪費を減少することに近年かなり関
心が持たれている。

暖房装置の効率を増加させる試みに於て、凝縮炉が導入
された。凝縮炉に於ては排気燃焼ガスが一次熱交換器に
接触する前の空間空気を予熱するために使われる。かく
してこの型の炉に於ては、排ガス温度は低下されるが排
気燃焼ガスが露点以下に下がると腐蝕性の凝縮液が形成
される。

廃熱を再生する試みに於て、炉の煙道に熱交換コイルが
設置されそれによって廃熱の一部が家庭用温水加熱器に
伝達されかくして通常浪費される熱の一部が回収された
。

しかしながら既知の暖房装置に於て効率を上げることに
よって炉の大きさが大きくなった。大きな炉の構造物は
、燃焼生成物から暖房すべき空間空気又は循環パイプ式
装置内の流体へ対流熱を伝達するために大きな熱交換表
面積を必要とする結果である。しかしながら廃熱回収に
よって温水装置の大きさが小さくなることはなく事実は
その大きさが増加した。中央に据付けるための先行技術
では、空間を加熱する大きな分離炉と飲料用の温水を供
給するための貯槽型の温水装置が必要である。

空間暖房装置の据付は及び家庭用温水貯槽に於ける他の
問題は、これらの装置に伴なう煩い低周波数の騒音であ
り一般に燃焼轟音と呼ばれる。とりわけ炉は暖房装置の
ダクトに連結されている場合には、騒音は増幅される傾
向があるというのも真実である。

既知の燃焼装置に於ける更に他の一つの問題は、炉又は
温水加熱器に於て通常窒素酸化物（ＮＯｘ）を含むガス
状の燃焼生成物が発生することであり、それらは燃焼ガ
スとして大気に排出される。窒素酸化物は汚染物質と考
えられているからこれらの一定の地理的地域に於て販売
されているガス燃焼装置は厳しいＮＯｘ放出基準を満さ
なければならない。

かくして従来技術に於て指摘された問題を大いに克服す
べく、モジュール式の形態の統合化された空間暖房−温
水ガス燃焼装置に対する明確な必要性が存在する。

発明の概要 本発明の目的は、空間暖房装置が貯水槽を有さない家庭
用温水装置に効果的に結合された静かで小型で効率的な
加熱装置を提供することである。

本発明の他の目的は、リキッドバック式ガス燃焼加熱モ
ジュールを有する統合化された暖房装置を提供すること
であり、それによって貯水槽なしに瞬間的に且連続的に
家庭用温水を供給し一部ラジエータ又はファンコイルユ
ニットのための空間暖房能力を提供することである。

本発明の更に他の目的は放射バーナを具備するシールさ
れた燃焼モジュールを有する単一のパッケージ化された
加熱器を提供することであり、それによってＮＯｘの放
出が低減されて、壁を通って空気が取入れられ燃焼生成
物が排出されるから煙突が必要でな（なる。

本発明のこれら及び他の目的は、ループ内に流体を循環
させるための流体ポンプを有する閉鎖流体流れループと
、暖房されるべき空間の空気に熱伝達するための遠隔フ
ァンコイルと、瞬間的に且連続的に温水を提供するため
に閉鎖ループから家庭用水に伝熱するためのチューブイ
ンチューブ熱交換器と、赤外バーナと当該赤外バーナの
周りに捲装された熱交換コイルを有するリキッドバック
式加熱モジュールと、家庭用温水を加熱するためのチュ
ーブインチューブ熱交換器と、を存する空間を暖房する
ための暖房装置を提供することによって達成される。

本発明を特徴づける様々な新規な特色が、この明細書に
付加され且その一部を構成する特許請求の範囲に記載さ
れた詳細な記述によって指摘される。本発明とその使用
によって達成されるべき利益と特別な目的を更に良く理
解するために、本発明の最良の実施例が記述され描かれ
ている添付された図面と記述されている事項が参照され
るべきである。

最良の実施例の説明 第１図について説明すると、住居用の暖房装置１０の概
略図が示されており、当該装置にエネルギを供給するた
めのリキッドバック式加熱モジュール１２が使用されて
いる。前記住居用暖房装置１０には加熱モジュール１２
、遠隔ファンコイル又は遠隔ラジェータ１４、及び流体
ポンプ１６が含まれる。遠隔ファンコイル１４は典型的
にはプレートフィン熱交換器又はラジェータであり、そ
れを通って加熱されるべき空間へ矢印の方向に空気が流
れる。ラジェータは一般に循環バイブ式装置の中で使わ
れ、その装置では加熱されるべき空間の空気は重力によ
って循環される。従来の強制空気流装置では、空気は低
温空気ダクトを通って部屋から引出され、炉の中の熱交
換器の周りを通った後に高温空気ダクトを通って放出さ
れる。通常ファンは、炉と加熱されるべき部屋又は空間
の間の空気の強制的な循環を提供するために炉の中に組
込まれている。本発明に於ては、ファンコイル１４は配
管２２によって加熱モジュール１２の放出部に連結され
ている。本暖房装置に於ける流体はファンコイル１４か
ら配管２４を通って流体ポンプ１６に循環し、流体ポン
プ１６の加圧下で配管２６を通って加熱モジュール１２
に戻される。

膨張タンク２８が配管２６に連結されており、それによ
って膨張した流体の体積が吸収され加熱装置の圧力サー
ジが減衰される。図示されているように加熱モジュール
１２にはガス管３０が含まれており、前記ガス管は前記
モジュールに燃料を供給するためのレギュレータ３２を
有する。更に空気が空気管３４を通って前記モジュール
に供給される。空気−燃料混合物は点火装置４０によっ
て点火され以下で記述されるように、赤外バーナ上で燃
焼され、燃焼ガスは誘引ファン３８によって煙道ガス管
３６を通ってモジュールから放出され、一方生成された
凝縮液は集められてドレーン３９を通って廃水される。

しかしながら若し燃焼効率又は圧力降下の比例性につい
ての問題が存在するとき、強制押し込みファンがモジュ
ールの上流に使われることがある。点火装置（バーナ制
御器）４０は通常使われる炉制御器であり、以下では詳
細には記述されない。通常の制御器に於ては、空気−燃
料混合物を点火するために火花点火装置が使われ、燃焼
が実際に起きたかどうかを感知するためにフレームセン
サが使われる。かかる制御装置として例えば、ハネウェ
ル拳モデル・５８７Ｄ直接火花点火装置（Ｄ　１ｒｅｃ
ｔ　Ｓ　ｐａｒｋ　　Ｉ　ｇｎｉｔｉｏｎＳ　ｙｓｔｅ
ｍ　）がある。

更に第１図に示されているように、家庭用用水は三方弁
４２を通って当該装置に入り、加熱モジュール１２内で
加熱されて三方弁４４を通って栓４３で示される家庭用
温水装置に戻される。

更に第１図に示されているように、当該加熱モジュール
１２には、ハウジング２０とその中央に配置された赤外
バーナ１８を含む。空気は空気管３４を通って供給され
、燃料はレギュレータ３２及びガス管３０を通って供給
されて、それによって空気とガス状の燃料が１００％予
混合されかくして二次燃焼が起きることはない。熱交換
装置１９は赤外バーナからの熱を受は入れるために、赤
外バーナから隔置されている。熱交換装置は螺旋状のコ
イルの形態をしており、当該コイルを通って流体例えば
飲料水が流れており、当該、流体によって赤外バーナ１
８からの熱が吸収されコイル内の流体にこの熱が伝達さ
れこの流体は三方弁４４を通って流れ且／又は、栓４３
又は遠隔ファンコイル１４によって空調されるべき空間
１１に流れる。熱交換装置１９は複数の螺旋状コイルで
あって、それによって燃焼ガスのための通路が形成され
ることが望ましい。更に熱交換装置１９は赤外バーナ１
８からの放射と対流の両者による熱移動によって加熱さ
れる。もし複数の螺旋状のコイルである隣接したコイル
が接近して隔置されそれによって複数の壁が形成される
なら、燃焼ガスは内側コイルの内側壁に沿って流れ、内
側コイルの壁と中間コイルの壁の間を流れ、中間コイル
と外側コイルの間を流れて誘引ファン３８によって大気
に放出される。

第２図について説明すると、本発明に係わる閉鎖ループ
加熱流体装置の実施例が示されており、上述されたもの
と同一の加熱モジュール１２が使われているが、空間暖
房と家庭用温水のための一連の流体ループが使われてい
る。図に示されるこの流体ループ装置は放出管５２から
構成されており、それによって加熱モジュール１２から
加熱流体が必要に応じて引出される。加熱された流体は
通常使われる構造であるチューブインチューブ熱交換器
５０を通って流れる。その後流体は配管５４と三方弁５
６を通って流れる。三方弁５６の第一の位置に於ては、
流体は配管５５を通って直接流体ポンプ１６に流れて配
管５７を通って加熱モジュール１２に戻ることが許され
る。三方弁５６の第二の位置では、ループ内の流体は配
管５８を通って遠隔ファンコイル１４内に流れ配管５９
を通って流体ポンプ１６の吸込み側に戻されることが許
される。

更に第２図に示されているように、家庭用温水ループに
は冷水入口管６２が含まれており、前記冷水入口管はチ
ューブインチューブ熱交換器５０の入口と出口管６４に
連結されており、それによって家庭用温水はフロースイ
ッチ６６を通った後栓４３に放出される。フロースイッ
チによって栓を通って流れる水が感知され導線２９を通
して図示されていないがマイクロプロセッサ制御器に電
気的信号が送られ、その信号に応答して点火装置４０と
循環流体ポンプ１６にエネルギが供給されるために導線
２９′を経由して信号が送られる。

混合弁６０によって出口管６４がバイパス管６５に連結
される。混合弁６０は望ましくは温度感応弁であって、
それによってチューブインチューブ熱交換器５０を通っ
て流れる温水とバイパス管６５を通って流れる冷水が混
合され、それによって栓４３から流れる温水の温度が所
定温度例えば１２０°Ｆ（４９℃）に保たれることが確
保される。前記混合弁６０として例えばツアー−アンダ
ーソン（Ｔ　ｏｕｒ　−Ａ　ｎｄｅｒｓｏｎ　）混合弁
がある。

以上記述されてきた装置の各構成部品の相対的な大きさ
と長さは、前記ユニットが設置されるべき適用に依存す
る。しかしながら典型的な住居用暖房及び温水装置に対
しては、斯かる加熱モジュールは１０８０００ＢＴＵ／
Ｈ（２７２１６キロカロリー／Ｈ）の加熱能力を有する
ことが有利である。前記閉鎖ループ流体装置にはチュー
ブインチューブ熱交換器５０、遠隔ファンコイル１４、
連結配管及び熱交換装置（螺旋形コイル）１９が含まれ
ており、毎分３ガロン（１１，４リツトル）の流体を約
１９０’　Ｆ　（８８℃）に加熱し、赤外バーナに対し
て１２２０００ＢＴＵ７Ｈ（３０７４４キロカロリー／
Ｈ）の熱出力の能力を有するのが好都合である。

従って第３図では、栓４３を通って流れる様々な温水流
量に対してチューブインチューブ熱交換器５０の熱伝達
挙動が図示されている。曲線７０は栓４３を通る流量が
ＩＧＰＭ　（３，７８５リットル／分）の場合の水温上
昇と時間の関係を示しており、曲線７０′は流量が２０
ＰＭ（７，５７リツトル／分）の場合の温度上昇と時間
の関係が示されている。

運転の場合に第２図について説明すると、流体流れルー
プ装置によって正確な家庭用温水が加熱されたまま必要
に応じて供給され、もし必要ならチューブインチューブ
熱交換器と直列にしかしその下流に配置されている遠隔
ファンコイル１４に供給される。かくして栓４３が開け
られ、フロースイッチ、６６によって流れが感知され信
号が送られ、それによって点火装置４０によって加熱モ
ジュール１２の運転が開始され流体ポンプ１６によって
流体ループの運転が開始される。一度加熱モジュール１
２にエネルギが供給されると、加熱流体はチューブイン
チューブ熱交換器を通って流れそれによって家庭用温水
の要求が満される。

もし通常の室内サーモスタットによる感知によって空間
暖房が同時に要求されるときには、三方弁５６は第二の
位置に換えられ、それによって流体はまた空間暖房の要
求を満たすために遠隔ファンコイル１４を通って流れる
ことが許される。もし空間暖房の要求が満たされなお且
栓４３が開いているときには、三方弁５６は第一の位置
にまで変化され加熱流体は遠隔ファンコイル１４をバイ
パスする。更にもし栓４３がほんの少ししか開けられず
その要求が減少させられたとき、混合弁６０によって冷
水がバイパス管６５を通って流れることが許されそれに
よって栓を通る温水が所定の温度に保たれることが確保
される。更にもし栓４３に於ける温水の要求が高いとき
には、遠隔ファンコイルは再びバイパスされそれによっ
て低温のより快適でない空気が加熱されるべき空間に流
れるのが防止される。

本発明の最良の実施例について説明され記述されてきた
が、多くの修正、代用及び変化が本発明の真の精神と範
囲から逸脱することなくなし得ることは当業者にとって
理解されるであろう。例えば本発明は単一のファンコイ
ルの使用に関して記述されてきたがマルチファンコイル
が使用されることもある。

【図面の簡単な説明】

第１図は飲料水を直接加熱するための本発明の循環パイ
プ式加熱装置の概略図である。 第２図は飲料水を間接的に加熱するための本発明の循環
パイプ式加熱装置の概略図である。 第３図は本発明に係わる温水の要求に応答する遷移状態
の温度の時間に関する関数を示すグラフである。 １０・・・住居用暖房装置、１１・・・暖房空間、１２
・・・リキッドバック式加熱モジュール、１４・・・遠
隔ファンコイル（ラジェータ）、１６・・・流体ポンプ
。 １８・・・赤外バーナ、１９・・・熱交換装置、２０・
・・ノ１ウジング、２２．２４．２６・・・配管、２８
・・・膨張タンク、２９・・・、２９′・・・導線、３
０・・・ガス管。 ３２・・・レギュレータ、３４・・・空気管、３６・・
・煙道ガス管、３８・・・誘引ファン、３９・・・ドレ
ン、４０・・・点火装置、４２・・・三方弁、４３・・
・栓、４４・・・三方弁、５０・・・チューブインチュ
ーブ熱交換器、５２・・・放出管、５４．５５・・・配
管、５６・・・三方弁。 ５７．５８．５９・・・配管、６０・・・混合弁、６２
−１゜冷水入口管、６４・・・出口管、６５・・・バイ
パス管。 ６６・・・フロースイッチ、７０．７０’　・・・温度
上昇曲線 特許出願人　　　キャリア・コーポレイション代　　理
　　人　　　　　弁　　理　　士　　明　　石　　昌　
　毅１く↓（°０ン アト　温　　（”Ｆ〕

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）空間の暖房と家庭用温水のためのタンクを有さな
   い加熱装置にして、 流体を加熱するための放射バーナ装置と、 前記放射バーナ装置から第一の及び第二の一連のコイル
   に前記流体を供給するための装置と、前記第二のコイル
   に供給された前記流体の量を調節するための弁装置と、 前記第一のコイル内の流体の温度を感知するための感知
   装置であって、前記第一のコイルを通る流体温度を所定
   の値に維持するために前記弁装置の作動を制御するため
   の感知装置と、 を含むことを特徴とする加熱装置。
2. （２）空間を暖房し且家庭用温水を供給するためのタン
   クを有さない加熱装置にして、 水を加熱するための放射バーナ装置と、 空間を暖房するための熱交換装置と、 前記放射バーナ装置から前記熱交換装置又は家庭用温水
   装置へ加熱された水を供給するための装置と、 前記熱交換装置から前記放射バーナ装置に水を戻すため
   の又は家庭用水源から前記放射バーナ装置に補給水を供
   給するための装置と、 を含むことを特徴とする加熱装置。