JP6633334B2

JP6633334B2 - 複合熱源機

Info

Publication number: JP6633334B2
Application number: JP2015195645A
Authority: JP
Inventors: 岡本　英男; 英男岡本
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2015-10-01
Filing date: 2015-10-01
Publication date: 2020-01-22
Anticipated expiration: 2035-10-01
Also published as: EP3156728B1; JP2017067409A; EP3156728A1

Description

本発明は、第１と第２の２つの熱交換器と、第１熱交換器を加熱する第１バーナと、第２熱交換器を加熱する第２バーナとを備える複合熱源機に関する。

従来、この種の複合熱源機として、第１と第２の両バーナを濃淡バーナ等のブンゼン式バーナで構成し、両バーナに共通のファンにより燃焼用空気（一次空気及び二次空気）を供給す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）。

このものでは、両バーナに対するファンの共用化でコストダウンを図ることができるが、以下の不具合がある。即ち、第１バーナと第２バーナとの一方のバーナのみを燃焼させて、当該バーナに対応する一方の熱交換器を加熱する単独運転時、他方のバーナにも空気が供給され、この空気がそのまま他方のバーナに対応する他方の熱交換器を通過して、この熱交換器が冷却され、この熱交換器の再加熱時の熱効率が悪くなってしまう。

ところで、複合熱源機ではないが、従来、単一の熱交換器を加熱する複数のバーナを備える熱源機において、複数のバーナを全一次燃焼式バーナで構成し、これらバーナに接続される共通の給気路に、一次空気を供給する単一のファンを介設し、燃料ガスを供給するガス供給路の下流端をファンの上流側又は下流側の給気路の部分に接続して、一次空気と燃料ガスとの混合気が給気路を介して複数のバーナに供給されるようにし、ガス供給路に、混合気の空燃比が一定になるように一次空気の供給量に比例して燃料ガスの供給量を可変する流量調節手段を介設すると共に、各バーナと給気路との接続部に各開閉弁を設けたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

この技術を複合熱源機に適用し、第１と第２の各熱交換器を加熱する第１と第２の各バーナを全一次燃焼式バーナで構成し、単一のファンを介設した給気路を介して混合気を第１と第２の両バーナに供給すると共に、各バーナと給気路との接続部に各開閉弁を設けて、第１バーナと第２バーナとの一方のバーナのみを燃焼させて、当該バーナに対応する一方の熱交換器を加熱する単独運転時は、他方のバーナと給気路との接続部に設けた開閉弁を閉じて、他方のバーナへの混合気の供給を停止することが考えられる。これによれば、単独運転時に燃焼させない他方のバーナに対応する他方の熱交換器がファンからの空気流で冷却されることを防止できる。

然し、これでは、以下の不具合を生ずる。即ち、第１と第２の両バーナを燃焼させて第１と第２の両熱交換器を加熱する同時運転時、ファン回転数を変化させると、第１バーナへの混合気の供給量と第２バーナへの混合気の供給量とが共に変化してしまい、第１バーナへの混合気の供給量と第２バーナへの混合気の供給量とを個別に調節できなくなる。

特開２００６−３８４２３号公報特開２０１０−１５１３９５号公報

本発明は、以上の点に鑑み、共通の給気路を介して混合気を供給する第１と第２の各バーナへの混合気の供給量を個別に調節できるようにした複合熱源機を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、第１と第２の２つの熱交換器と、第１熱交換器を加熱する第１バーナと、第２熱交換器を加熱する第２バーナとを備える複合熱源機であって、第１と第２の両バーナは全一次燃焼式バーナで構成され、これら両バーナに接続される共通の給気路に、一次空気を供給する単一のファンが介設され、燃料ガスを供給するガス供給路の下流端がファンの上流側又は下流側の給気路の部分に接続されて、一次空気と燃料ガスとの混合気が給気路を介して第１と第２の両バーナに供給されるようにし、ガス供給路に、混合気の空燃比が一定になるように一次空気の供給量に比例して燃料ガスの供給量を可変する流量調節手段を介設するものにおいて、第１と第２の両バーナのうちの一方のバーナと給気路との接続部に開閉弁が設けられると共に、他方のバーナと給気路との接続部にニードル式の流量調節弁が設けられ、一方のバーナのみを燃焼させる単独運転時は、開閉弁を開弁させると共に流量調節弁を全閉状態とした状態で、一方のバーナへの混合気の供給量をファンの回転数の制御で一方のバーナの要求燃焼量に応じた量に調節し、他方のバーナのみを燃焼させる単独運転時は、開閉弁を閉弁させると共に流量調節弁を全開状態にした状態で、他方のバーナへの混合気の供給量をファンの回転数の制御で他方のバーナの要求燃焼量に応じた量に調節し、第１と第２の両バーナを燃焼させる同時運転時は、開閉弁を開弁させた状態で、一方のバーナへの混合気の供給量をファンの回転数の制御で一方のバーナの要求燃焼量に応じた量に調節すると共に、他方のバーナへの混合気の供給量を流量調節弁の制御で他方のバーナの要求燃焼量に応じた量に調節することを特徴とする。

本発明によれば、第１と第２の両バーナを燃焼させて第１と第２の両熱交換器を加熱する同時運転時、第１と第２の両バーナのうちの一方のバーナへの混合気の供給量をファン回転数の制御で一方のバーナの要求燃焼量に応じた量に調節すると共に、他方のバーナへの混合気の供給量を流量調節弁の制御で他方のバーナの要求燃焼量に応じた量に調節することができる。即ち、第１バーナへの混合気の供給量と第２バーナへの混合気の供給量とを個別に調節できる。更に、一方のバーナと給気路との接続部には開閉弁を設けるため、この接続部にも流量調節弁を設けるものに比し、コストダウンを図ることができる。

また、本発明において、第１バーナを第２バーナよりも定格燃焼量の大きなバーナとする場合は、給気路との接続部に開閉弁を設ける一方のバーナは第１バーナであることが望ましい。これによれば、第２バーナへの混合気の供給量を流量調節弁の制御で増減しても、定格燃焼量の大きな大型のバーナである第１バーナへの混合気の供給量は然程変化せず、第１バーナの燃焼量を要求燃焼量に近い値に維持できる。従って、ファン回転数と流量調節弁との正確な協調制御が不要になり、制御が容易になる。

本発明の実施形態の複合熱源機を示す模式的断面図。

図１に示す本発明の実施形態の複合熱源機は、給湯用の第１熱交換器１_１と、暖房用の第２熱交換器１_２と、第１熱交換器１_１を加熱する第１バーナ２_１と、第２熱交換器１_２を加熱する第２バーナ２_２とを備えている。

第１と第２の各バーナ２_１，２_２は、箱形のバーナボディ２１の一面を覆う燃焼板２２に形成した多数の炎孔（図示省略）から燃料ガスと一次空気との混合気を噴出して燃焼する全一次燃焼式バーナで構成され、燃焼板２２を下にした下向き姿勢で配置されている。そして、第１と第２の各バーナ２_１，２_２の下方の燃焼空間を囲う第１と第２の各燃焼筐３_１，３_２を設けて、第１と第２の各燃焼筐３_１，３_２の下部に第１と第２の各熱交換器１_１，１_２を収納している。また、第１と第２の両燃焼筐３_１，３_２の下端に連通する排気ダクト４を設けて、第１と第２の各バーナ２_１，２_２からの燃焼排ガスが第１と第２の各熱交換器１_１，１_２を介して排気ダクト４に流れるようにしている。

尚、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、第１バーナ２_１を第２バーナ２_２よりも定格燃焼量（最大燃焼量）の大きな大型のバーナとしている。また、排気ダクト４は、その内部に設けた仕切り板４１で第１バーナ２_１からの燃焼排ガスが流れるダクト部と第２バーナ２_２からの燃焼排ガスが流れるダクト部とに仕切られている。

第１と第２の各熱交換器１_１，１_２は、図１の紙面直交方向に多数積層した吸熱フィン１１と、これら吸熱フィン１１を貫通する蛇行形状の吸熱管１２とで構成されている。第１熱交換器１_１の吸熱管１２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１_１に通水したとき、第１バーナ２_１が燃焼して、出湯栓から設定温度の湯が出湯される。第２熱交換器１_２の吸熱管１２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に接続されており、暖房回路に第２熱交換器１_２を介して温水を循環させて暖房を行う。

また、第１と第２の両バーナ２_１，２_２には、共通の給気路５が接続されており、この給気路５に、一次空気を供給する単一のファン６を介設している。そして、ファン６の上流側の給気路５の部分に燃料ガスを供給するガス供給路７の下流端のガス出口７１を接続している。尚、ガス出口７１を接続する給気路５の部分は、断面積を狭めたベンチュリー部５１になっている。

ガス供給路７には、元弁７２と、流量調節手段として二次ガス圧を大気圧と同等圧に調圧するゼロガバナ７３とが介設されている。ここで、燃料ガスの供給量は、二次ガス圧である大気圧とベンチュリー部５１に作用するファン６の吸引負圧との差圧に応じて変化することになる。そして、ファン吸引負圧はファン回転数に比例して変化するため、燃料ガスの供給量はファン回転数即ち一次空気の供給量に比例して変化し、混合気の空燃比が一定になる。

また、第１バーナ２_１と給気路５との接続部２_１ａには、電磁ソレノイド等のアクチュエータ８１で駆動される開閉弁８が設けられ、第２バーナ２_２と給気路５との接続部２_２ａには、電動モータに送りネジ機構を組み合わせたアクチュエータ９１で駆動されるニードル式の流量調節弁９が設けられている。

そして、第１バーナ２_１のみを燃焼させて第１熱交換器１_１を加熱する給湯単独運転時は、開閉弁８を開弁させて第１バーナ２_１に混合気を供給すると共に、流量調節弁９を全閉にして第２バーナ２_２への混合気の供給を停止し、更に、第１バーナ２_１への混合気の供給量を給湯要求燃焼量（設定温度の湯を出湯するのに必要な燃焼量）に対応する値になるようにファン６の回転数により調節する。また、第２バーナ２_２のみを燃焼させて第２熱交換器１_２を加熱する暖房単独運転時には、流量調節弁９を全開にして第２バーナ２_２に混合気を供給すると共に、開閉弁８を閉弁して第１バーナ２_１への混合気の供給を停止し、更に、第２バーナ２_２への混合気の供給量を暖房要求燃焼量（暖房回路に設定温度の温水を供給するのに必要な燃焼量）に対応する値になるようにファン６の回転数により調節する。

第１バーナ２_１を燃焼させて第１熱交換器１_１を加熱すると共に、第２バーナ２_２を燃焼させて第２熱交換器１_２を加熱する給湯及び暖房の同時運転時には、開閉弁８を開弁させた状態で、第１バーナ２_１への混合気の供給量を給湯要求燃焼量に対応する値になるようにファン６の回転数により調節する。この場合、流量調節弁９を全開にしたままでは、ファン６の回転数の増減で第２バーナ２_２への混合気の供給量が増減して、第２バーナ２_２の燃焼量を暖房要求燃焼量に維持できなくなる。そこで、本実施形態では、同時運転時、第２バーナ２_２への混合気の供給量を暖房要求燃焼量に対応する値になるように流量調節弁９により調節する。このようにして、同時運転時にも、第１バーナ２_１への混合気の供給量と第２バーナ２_２への混合気の供給量とを各バーナ２_１，２_２の要求燃焼量に応じて個別に調節できる。

尚、第１バーナ２_１と給気路５との接続部２_１ａにも流量調節弁を設けることが考えられるが、本実施形態の如く、この接続部２_１ａに設ける弁を開閉弁８とすれば、コストダウンを図ることができ有利である。

また、第１バーナ２_１と給気路５との接続部２_１ａに流量調節弁、第２バーナ２_２と給気路５との接続部２_２ａに開閉弁を設け、同時運転時に、第２バーナ２_２への混合気の供給量をファン６の回転数により調節し、第１バーナ２_１への混合気の供給量を流量調節弁により調節することも可能である。然し、これでは、大型の第１バーナ２_１への混合気の供給量の調節で小型の第２バーナ２_２への混合気の供給量が大きく変動するため、ファン回転数と流量調節弁との正確な協調制御が必要になり、制御が複雑になる。

これに対し、本実施形態によれば、小型の第２バーナ２_２への混合気の供給量を流量調節弁９の制御で増減しても、大型の第１バーナ２_１への混合気の供給量は然程変化せず、第１バーナ２_１の燃焼量を要求燃焼量に近い値に維持できる。従って、ファン回転数と流量調節弁９との正確な協調制御が不要になり、制御が容易になる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ファン６の下流側の給気路５の部分にベンチュリー部を設け、ガス供給路７の下流端をこのベンチュリー部に臨ませると共に、ガス供給路７に流量調節手段として二次ガス圧をファン６の出口圧と同等圧に調圧するゼロガバナを介設してもよい。この場合、ファン６の出口圧とベンチュリー部との差圧がファン６による一次空気の供給量に比例するから、燃料ガスの供給量も一次空気の供給量に比例することになる。

また、ガス供給路７に流量調節手段として比例弁を介設し、燃料ガスの供給量を一次空気の供給量に比例するように比例弁で調節することも可能である。この場合、ガス供給路の下流端は、給気路５のファン上流側部分と下流側部分の何れに接続してもよい。更に、上記実施形態は、第１熱交換器１_１を給湯用、第２熱交換器１_２を暖房用とする給湯兼暖房の複合熱源機であるが、第２熱交換器１_２を風呂追い焚き用等の暖房以外の用途のものとする複合熱源機にも同様に本発明を適用できる。

１_１…第１熱交換器、１_２…第２熱交換器、２_１…第１バーナ、２_２…第２バーナ、２_１ａ…第１バーナと給気路との接続部、２_２ａ…第２バーナと給気路との接続部、５…給気路、６…ファン、７…ガス供給路、７１…ガス出口（ガス供給路の下流端）、７３…ゼロガバナ（流量調節手段）、８…開閉弁、９…流量調節弁。

Claims

第１と第２の２つの熱交換器と、第１熱交換器を加熱する第１バーナと、第２熱交換器を加熱する第２バーナとを備える複合熱源機であって、第１と第２の両バーナは全一次燃焼式バーナで構成され、これら両バーナに接続される共通の給気路に、一次空気を供給する単一のファンが介設され、燃料ガスを供給するガス供給路の下流端がファンの上流側又は下流側の給気路の部分に接続されて、一次空気と燃料ガスとの混合気が給気路を介して第１と第２の両バーナに供給されるようにし、ガス供給路に、混合気の空燃比が一定になるように一次空気の供給量に比例して燃料ガスの供給量を可変する流量調節手段を介設するものにおいて、
第１と第２の両バーナのうちの一方のバーナと給気路との接続部に開閉弁が設けられると共に、他方のバーナと給気路との接続部にニードル式の流量調節弁が設けられ、
一方のバーナのみを燃焼させる単独運転時は、開閉弁を開弁させると共に流量調節弁を全閉状態とした状態で、一方のバーナへの混合気の供給量をファンの回転数の制御で一方のバーナの要求燃焼量に応じた量に調節し、他方のバーナのみを燃焼させる単独運転時は、開閉弁を閉弁させると共に流量調節弁を全開状態にした状態で、他方のバーナへの混合気の供給量をファンの回転数の制御で他方のバーナの要求燃焼量に応じた量に調節し、第１と第２の両バーナを燃焼させる同時運転時は、開閉弁を開弁させた状態で、一方のバーナへの混合気の供給量をファンの回転数の制御で一方のバーナの要求燃焼量に応じた量に調節すると共に、他方のバーナへの混合気の供給量を流量調節弁の制御で他方のバーナの要求燃焼量に応じた量に調節することを特徴とする複合熱源機。
請求項１記載の複合熱源機であって、前記第１バーナを前記第２バーナよりも定格燃焼量の大きなバーナとするものにおいて、前記給気路との接続部に前記開閉弁を設ける前記一方のバーナは第１バーナであることを特徴とする請求項１記載の複合熱源機。