JP4722387B2 - 減圧式加熱機 - Google Patents

Description

本発明は、大気圧より低い圧力に維持されて熱媒液を収容する減圧容器と、その熱媒液を加熱するために前記減圧容器内に配設された加熱装置と、前記減圧容器内上方の減圧空間内に配設された熱交換器を備え、前記加熱装置による熱媒液の加熱により発生する沸騰蒸気によって、前記熱交換器内を通流する被加熱流体を加熱するように構成されている減圧式加熱機に関する。

このような減圧式加熱機は、例えば、給湯用や暖房用の温水を生成する減圧式温水機として使用され、従来から作動開始時における騒音の発生が大きな問題となっていた。
すなわち、熱媒液が加熱されると沸騰蒸気が発生して、その沸騰蒸気が熱媒液中を上昇することになる。ところが、作動開始時においては、熱媒液上部の温度が低いため、その低温の熱媒液に急速に熱を奪われて、沸騰蒸気が急激に凝縮して消滅し、その際、「バリバリ」という衝撃音を発し、その衝撃音が減圧容器の側壁に伝達されて、不快な騒音発生の原因となる。

このような騒音の発生を抑制するため、従来、減圧容器の底部内側において、減圧容器の側壁や底壁との間に所定の間隔を置き、かつ、側壁や底壁に対して分離独立した状態で遮蔽板を配設し、その遮蔽板の上端を熱媒液の水面下に位置させたり、さらには、減圧容器の側壁や底壁と遮蔽板との間にグラスウールなどの吸音材を配設して、遮蔽板や吸音材によって作動開始時に発生する衝撃音を吸収させるように構成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−２１９４０２号公報（図１〜図５）

この文献に記載の従来技術によれば、減圧容器の底部側を二重構造にしたり、その二重構造部分に吸音材を配設するため、熱媒液中で発生する衝撃音、つまり、熱媒液の下部や中間部で発生する衝撃音の吸収は可能となる。
しかし、沸騰蒸気の急激な凝縮による衝撃音は、主として熱媒液の水面近くで発生するものであり、その熱媒液の水面近くに対する対策が不十分であるため、減圧容器を二重構造にしたり吸音材を配設するなど、比較的大掛かりな構造を採用する割には、必ずしも十分な騒音抑制効果を期待することができないという問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に着目したもので、その目的は、より一層簡単な構造によって、作動開始時における騒音の発生を効果的に抑制することのできる減圧式加熱機を提供することにある。

本発明の第１の特徴構成は、大気圧より低い圧力に維持されて熱媒液を収容する減圧容器と、その熱媒液を加熱するために前記減圧容器内に配設された加熱装置と、前記減圧容器内上方の減圧空間内に配設された熱交換器を備え、前記加熱装置による熱媒液の加熱により発生する沸騰蒸気によって、前記熱交換器内を通流する被加熱流体を加熱するように構成されている減圧式加熱機であって、
前記減圧容器が、円筒状の側壁と、その側壁の底部と上部を閉鎖する底壁と上壁とを備えていて、前記側壁を上下方向に沿わせて配設され、前記加熱装置が、水平方向に沿う断面形状が円形で、前記減圧容器の側壁と底壁との間に所定の間隔を有するように配設された火炉を備え、前記熱媒液の水位が、前記火炉の天板上面より下方に位置するように設定され、前記減圧容器の側壁内側に沸騰蒸気案内用の案内板が、前記火炉の天板上面より上方、かつ、前記熱交換器よりも下方に位置して設けられ、その案内板が、前記側壁と前記火炉の間を通って上昇する沸騰蒸気と熱媒液とを前記火炉側へ案内するように構成され、前記案内板が、内側ほど上方に位置するように傾斜した状態で前記側壁の全周にわたって当該側壁から延設されているところにある。

本発明の第１の特徴構成によれば、減圧容器の側壁内側に沸騰蒸気案内用の案内板が、火炉の天板上面より上方、かつ、熱交換器よりも下方に位置して設けられ、その案内板が、減圧容器の側壁と熱媒液を加熱する火炉の間を通って上昇する沸騰蒸気と熱媒液とを火炉側、つまり、減圧容器の側壁から遠ざかる方向へ案内するので、上方へ噴出する沸騰蒸気や沸騰蒸気と一緒に噴出する熱媒液は、減圧容器の側壁から遠ざかる火炉側へ案内され、沸騰蒸気の急激な凝縮による衝撃音が減圧容器の側壁に直接伝達されるのが抑制される。
したがって、減圧容器の側壁内側に案内板を設けるだけの簡単な構造で、作動開始時における騒音の発生を効果的に抑制することができる。

それに加えて、本発明の第１の特徴構成によれば、減圧容器に収容される熱媒液の水位が、火炉の天板上面より下方に位置するように設定されているので、減圧式加熱機の作動開始に伴って、熱媒液全体がほぼ均一に加熱され、特に、熱媒液上部の低温化が抑制される。
すなわち、熱媒液の水位を火炉の天板上面より下方に位置させることで、作動開始と共に熱媒液の上部も急速に加熱されて昇温するが、その反面、火炉の天板が過熱によって劣化することが懸念される。しかし、上述したように、案内板が沸騰蒸気と一緒に噴出する熱媒液を火炉側へ案内するので、その熱媒液が火炉の天板にもかかって天板の過熱を抑制することになる。
そのため、熱媒液の水位を火炉の天板上面より下方に位置させることが可能となり、それによって熱媒液上部の低温化が抑制され、沸騰蒸気の急激な凝縮そのものが抑制されて、その結果、作動開始時における騒音の発生がより一層確実に抑制される。

本発明の第２の特徴構成は、前記加熱装置が、燃焼火炎用の燃焼室を有する火炉と、前記側壁の近くにおいて前記燃焼室を上下に貫通して前記熱媒液を通流させる複数の通流部材により構成され、前記案内板が、前記通流部材を通って上昇する沸騰蒸気と熱媒液とを前記火炉側へ案内するように構成されているところにある。

本発明の第２の特徴構成によれば、加熱装置が、燃焼火炎用の燃焼室を有する火炉と、減圧容器の側壁の近くにおいて燃焼室を上下に貫通して熱媒液を通流させる複数の通流部材により構成されているので、通流部材内を通流する熱媒液を燃焼室内の燃焼火炎によって効率良く加熱することができる。
そして、前記案内板が、その通流部材を通って上昇する沸騰蒸気と熱媒液とを火炉側、つまり、減圧容器の側壁から遠ざかる方向へ案内するので、上述したように、沸騰蒸気の急激な凝縮による衝撃音が減圧容器の側壁に伝達されるのが確実に抑制される。

本発明の第３の特徴構成は、前記通流部材が、前記側壁に沿って配設された堰部材と、その堰部材と側壁の間に沿って配設された多数本の通流管により構成され、前記堰部材が、燃焼火炎を前記通流管側へ案内するように構成されているところにある。

本発明の第３の特徴構成によれば、前記通流部材が、減圧容器の側壁に沿って配設された堰部材と、その堰部材と側壁の間に沿って配設された多数本の通流管により構成されているので、堰部材と通流管内を通流する熱媒液を燃焼室内の燃焼火炎によって効率良く加熱することができるとともに、その堰部材が、燃焼火炎を通流管側へ案内するので、堰部材と多数本の通流管とが一層効率良く加熱され、減圧式加熱機自体の熱効率が向上する。

本発明による減圧式加熱機の実施例を図面に基づいて説明する。

実施例１による減圧式加熱機は、図１〜図３に示すように、大気圧より低い圧力、例えば、真空に近い状態に維持された減圧容器としての缶体１と、その缶体１内の下方に配設された加熱装置２と、缶体１内の上方に配設された熱交換器３を備えている。
缶体１は、円筒状の側壁１ａと、その側壁１ａの底部と上部を閉鎖する底壁１ｂと上壁１ｃにより構成され、缶体１内には、熱媒液としての熱媒水Ｗ１が収容され、その熱媒水Ｗ１より上方の減圧空間内に熱交換器３が配設されて、その熱交換器３内を被加熱流体としての水Ｗ２が通流するように構成されている。

加熱装置２は、内部に燃焼火炎用の燃焼室４を有する火炉５と、その火炉５の燃焼室４を上下に貫通する通流部材６により構成され、その通流部材６は、中空の堰部材７と多数本の通流管８により構成されている。
火炉５は、断面形状が円形で、缶体１の側壁１ａと底壁１ｂとの間に所定の間隔を有するように配設され、火炉５の入口５ｂには、ファン９を備えたバーナ１０が取り付けられて、バーナ１０からの火炎が燃焼室４内へ噴出され、火炉５の出口５ｃから缶体１外へ排出されるように構成され、熱媒水Ｗ１の水位が、加熱装置２の天板上面、つまり、この実施例においては、火炉５の天板５ａの上面より下方に位置するように設定されている。

通流部材６を構成する堰部材７は、平面視においてほぼ半円形状で、火炉５の出口５ｃ側において缶体１の側壁１ａに沿うように配設され、多数本の通流管８が、その堰部材７と側壁１ａの間に沿ってほぼ等間隔に配設されて、堰部材７内と通流管８内を熱媒水Ｗ１が通流するように構成されている。
そして、缶体１の側壁１ａの内側には、沸騰蒸気案内用の案内部材としての案内板１１が、火炉５の天板５ａより若干上方に位置し、かつ、内側ほど上方に位置するように傾斜した状態で側壁１ａの全周にわたって設けられ、その案内板１１が、後に詳しく説明するように、堰部材７と通流管８内を通って上昇する沸騰蒸気Ｖ、および、火炉５と側壁１ａの間を通って上昇する沸騰蒸気Ｖを加熱装置２の火炉５側へ案内するように構成されている。

つぎに、この減圧式加熱機の作動について説明する。
減圧式加熱機の作動は、バーナ１０の燃焼により開始され、バーナ１０からの火炎が燃焼室４内へ噴出されると、堰部材７内と通流管８内の熱媒水Ｗ１、および、火炉５の外側にある熱媒水Ｗ１が加熱されて沸騰蒸気Ｖが発生する。
その沸騰蒸気Ｖは、熱媒水Ｗ１中を上昇し、熱媒水Ｗ１の上部に至ると、低温の熱媒水Ｗ１に熱を奪われて急激に凝縮して消滅し、その際、「バリバリ」という衝撃音を発し、その衝撃音が缶体１の側壁１ａに伝達されて騒音となる。

しかしながら、缶体１の側壁１ａの内側に案内板１１が設けられているので、図４に示すように、沸騰蒸気Ｖと沸騰蒸気Ｖと伴に上方へ噴出す熱媒水Ｗ１は、その案内板１１の案内作用によって加熱装置２の火炉５側へ、より具体的には、火炉５の天板５ａ上へと案内され、衝撃音が缶体１の側壁１ａに直接伝達されるのが回避される。
そして、作動中においては、沸騰蒸気Ｖが熱交換器３に接触し、熱交換器３内を通流する水Ｗ２を加熱して温水にし、熱を奪われた沸騰蒸気Ｖは凝縮水となって熱媒水Ｗ１に戻るのである。

実施例２による減圧式加熱機は、図５および図７に示すような構造で、実施例１の減圧式加熱機と同様に、減圧容器としての缶体１と、その缶体１内の下方に配設された加熱装置２と、缶体１内の上方に配設された熱交換器３を備えている。
ただし、実施例２の缶体１は、実施例１の缶体１を横向きにしたような構造で、円筒状の側壁１ａと、その側壁１ａの両端を閉鎖する閉鎖壁１ｂ，１ｃにより構成されて、熱媒液としての熱媒水Ｗ１が収容され、上方の減圧空間内に熱交換器３が配設されている。

加熱装置２は、内部に燃焼火炎用の燃焼室４を有する断面円形の火炉５と、その燃焼室４に対して分配器１２を介して連通された多数本の火炎管１３により構成され、火炉５と火炎管１３が互いに平行になるように横向きに配設されている。
すなわち、火炉５が横向きに配設され、その火炉５と缶体１の側壁１ａとの間に多数本の火炎管１３が配置された構成とされ、熱媒水Ｗ１の水位が、加熱装置２の天板上面、つまり、この実施例においては、火炉５の天板部分５ａや分配器１２の天板１２ａの上面より下方に位置するように設定されている。

そして、この実施例２の減圧式加熱機においても、実施例１と同様に、缶体１の側壁１ａの内側には、案内部材としての案内板１１が、火炉５の天板部分５ａや分配器１２の天板１２ａより若干上方に位置して、内側ほど上方に位置するように傾斜した状態で側壁１ａと閉鎖壁１ｂ，１ｃの全周にわたって設けられ、その案内板１１が、缶体１の側壁１ａと火炎管１３の間を通って上昇する沸騰蒸気Ｖ、および、火炉５や分配器１２と側壁１ａの間を通って上昇する沸騰蒸気Ｖを加熱装置２の火炉５側や分配器１２側へ案内するように構成されている。

それに加えて、この実施例２の減圧式加熱機では、熱媒水Ｗ１の表面直下に位置し、かつ、多数本の火炎管１３の上方、および、火炉５と側壁１ａの間に位置する状態で、補助案内板１４が水平に配設されて、火炎管１３の間や火炎管１３と火炉５の間、さらには、火炉５と側壁１ａの間を通って上昇する沸騰蒸気Ｖを火炉５側へ案内するように構成されている。
なお、図示はしないが、この実施例２の減圧式加熱機においても、実施例１と同様に、火炉５の入口にファンを備えたバーナが取り付けられて、バーナからの火炎が燃焼室４内へ噴出され、火炎管１３を通って缶体１外へ排出されるように構成されている。

この実施例２の減圧式加熱機においては、バーナからの火炎が燃焼室４内へ噴出されると、火炉５、分配器１２、および、多数本の火炎管１３の外側近傍にある熱媒水Ｗ１が加熱されて沸騰蒸気Ｖが発生して上昇する。
しかし、缶体１の側壁１ａと閉鎖壁１ｂ，１ｃの内側に案内板１１が設けられ、さらに、火炎管１３の上方などに補助案内板１４が設けられているので、図６に示すように、沸騰蒸気Ｖと沸騰蒸気Ｖと伴に上方へ噴出す熱媒水Ｗ１は、案内板１１と補助案内板１４の案内作用により加熱装置２の火炉５側へと案内され、「バリバリ」という衝撃音が缶体１の側壁１ａに直接伝達されるのが回避される。
そして、作動中においては、沸騰蒸気Ｖが熱交換器３に接触し、熱交換器３内を通流する水Ｗ２を加熱して温水にし、熱を奪われた沸騰蒸気Ｖは凝縮水となって熱媒水Ｗ１に戻るのである。

以上、実施例１と実施例２について説明したが、これらの実施例において下記のような種々の改変が可能である。

（１）実施例１では、燃焼室４を有する火炉５と、その燃焼室４を上下に貫通する通流部材６により加熱装置２を構成した例を示し、実施例２では、燃焼室４を有する火炉５と、その燃焼室４に連通された多数本の火炎管１３により加熱装置２を構成した例を示したが、加熱装置の具体的な構成は、特に、これら実施例１と実施例２に示したものに限られるものではなく、したがって、その他の各種の加熱装置を備えた減圧式加熱機においても適用可能である。

（２）また、減圧式加熱機の一例として減圧式温水機、つまり、熱交換器３内を通流する被加熱流体として水Ｗ２を使用して温水を生成する例を示したが、減圧式温水機以外の各種の減圧式加熱機にも適用することができる。

実施例１による減圧式加熱機の縦断面図 実施例１による減圧式加熱機の横断面図 実施例１による減圧式加熱機の要部の一部切欠き斜視図 実施例１による減圧式加熱機の作用を示す説明図 実施例２による減圧式加熱機の縦断面図 実施例２による減圧式加熱機の作用を示す説明図 実施例２による減圧式加熱機の一部切欠き斜視図

１ 減圧容器
１ａ 減圧容器の側壁
１ｂ 減圧容器の底壁
１ｃ 減圧容器の上壁
２ 加熱装置
３ 熱交換器
４ 燃焼室
５ 火炉
５ａ 加熱装置の天板
６ 通流部材
７ 堰部材
８ 通流管
１１ 案内板
１２ａ 加熱装置の天板
１３ 火炎管
１４ 補助案内板
Ｖ 沸騰蒸気
Ｗ１ 熱媒液
Ｗ２ 被加熱流体

Claims (3)

1. 大気圧より低い圧力に維持されて熱媒液を収容する減圧容器と、その熱媒液を加熱するために前記減圧容器内に配設された加熱装置と、前記減圧容器内上方の減圧空間内に配設された熱交換器を備え、前記加熱装置による熱媒液の加熱により発生する沸騰蒸気によって、前記熱交換器内を通流する被加熱流体を加熱するように構成されている減圧式加熱機であって、
   前記減圧容器が、円筒状の側壁と、その側壁の底部と上部を閉鎖する底壁と上壁とを備えていて、前記側壁を上下方向に沿わせて配設され、
   前記加熱装置が、水平方向に沿う断面形状が円形で、前記減圧容器の側壁と底壁との間に所定の間隔を有するように配設された火炉を備え、
   前記熱媒液の水位が、前記火炉の天板上面より下方に位置するように設定され、前記減圧容器の側壁内側に沸騰蒸気案内用の案内板が、前記火炉の天板上面より上方、かつ、前記熱交換器よりも下方に位置して設けられ、その案内板が、前記側壁と前記火炉の間を通って上昇する沸騰蒸気と熱媒液とを前記火炉側へ案内するように構成され、
   前記案内板が、内側ほど上方に位置するように傾斜した状態で前記側壁の全周にわたって当該側壁から延設されている減圧式加熱機。
2. 前記加熱装置が、燃焼火炎用の燃焼室を有する火炉と、前記側壁の近くにおいて前記燃焼室を上下に貫通して前記熱媒液を通流させる複数の通流部材により構成され、前記案内板が、前記通流部材を通って上昇する沸騰蒸気と熱媒液とを前記火炉側へ案内するように構成されている請求項１に記載の減圧式加熱機。
3. 前記通流部材が、前記側壁に沿って配設された堰部材と、その堰部材と側壁の間に沿って配設された多数本の通流管により構成され、前記堰部材が、燃焼火炎を前記通流管側へ案内するように構成されている請求項２に記載の減圧式加熱機。

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