JP6633335B2 - 複合熱源機 - Google Patents

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、第１バーナを第２バーナよりも定格燃焼量が大きなバーナとす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、第１バーナと給気路とを接続する第１接続部と、第２バーナと給気路とを接続する第２接続部とに夫々第１と第２の開閉弁を設けて、第１と第２の両バーナを燃焼させる同時運転時には、第１と第２の両開閉弁を開弁させ、第１と第２の両バーナのうちの一方のバーナのみを燃焼させる単独運転時には第１と第２の両開閉弁のうち一方のバーナに対応する一方の開閉弁のみを開弁させ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。

この場合、一般的には、同時運転時に、第１バーナへの混合気の供給量が第１バーナの定格燃焼量に対応する最大量になる状態で第２バーナへの混合気の供給量も第２バーナの定格燃焼量に対応する最大量になるように設定する。然し、これでは、同時運転時に第１バーナと第２バーナとに夫々最大量の混合気を供給可能となるようファンを大型化する必要があり、更に、同時運転時のファン騒音が大きくなってしまう。

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、第１と第２の両バーナに共通の給気路を介して混合気を供給する複合熱源機であって、ファンの小型化と同時運転時の低騒音化とを図ることができるようにしたもの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、第１バーナを第２バーナよりも定格燃焼量が大きなバーナとす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、給気路と第１バーナとを接続する第１接続部に第１開閉弁が設けられると共に、給気路と第２バーナとを接続する第２接続部に第２開閉弁が設けられ、第１と第２の両バーナを燃焼させる同時運転時には、第１と第２の両開閉弁を開弁させ、第１と第２の両バーナのうちの一方のバーナのみを燃焼させる単独運転時には第１と第２の両開閉弁のうち一方のバーナに対応する一方の開閉弁のみを開弁させるようにし、第２接続部の通気抵抗は、同時運転時に第１バーナへの混合気の供給量が第１バーナの定格燃焼量に対応する最大量になる状態で第２バーナへの混合気の供給量が第２バーナの定格燃焼量に対応する最大量よりも少量になるように設定されることを特徴とする。

本発明によれば、同時運転時に第１バーナへの混合気の供給量が最大量になる状態で第２バーナへの混合気の供給量は最大量よりも少量になるため、混合気のトータル供給量の最大値が減少する。従って、ファンの小型化と同時運転時の低騒音化とを図ることができる。

また、本発明において、同時運転時に第２バーナの要求燃焼量が第２バーナの連続燃焼可能な最小燃焼量を下回ったときは、第２開閉弁を開閉して第２バーナを間欠的に燃焼させるオンオフ制御を行うことが望ましい。これによれば、同時運転時に、第２バーナの上限燃焼量が定格燃焼量より低く制限されても、オンオフ制御により第２バーナの下限燃焼量を連続燃焼可能な最小燃焼量よりも低くすることができるため、第２バーナのターンダウン比の減少を回避できる。

本発明の実施形態の複合熱源機を示す模式的断面図。 各運転時の第１バーナと第２バーナの燃焼量の可変範囲を示すグラフ。

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とを接続する第１接続部５２_１には第１開閉弁８_１が設けられ、第２バーナ２_２と給気路５とを接続する第２接続部５２_２には第２開閉弁８_２が設けられている。第１と第２の各開閉弁８_１，８_２は、電磁ソレノイド等のアクチュエータ８１により駆動される。

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、第１開閉弁８_１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、第２開閉弁８_２を閉弁させて第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、第２開閉弁８_２を開弁させて第２バーナ２_２に混合気を供給すると共に、第１開閉弁８_１を閉弁させて第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。

図２を参照して、給湯単独運転時は、第１バーナ２_１の燃焼量を第１バーナ２_１の定格燃焼量Ｑｍａｘ_１と連続燃焼可能な最小燃焼量（逆火しない燃焼量の下限）Ｑｍｉｎ_１との間で給湯要求燃焼量に応じて可変し、暖房単独運転時は、第２バーナ２_２の燃焼量を第２バーナ２_２の定格燃焼量Ｑｍａｘ_２と連続燃焼可能な最小燃焼量Ｑｍｉｎ_２との間で暖房要求燃焼量に応じて可変する。

また、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、第１と第２の両開閉弁８_１，８_２を開弁させた状態で、給湯側を優先して、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。ここで、同時運転時に第１バーナ２_１への混合気の供給量が第１バーナ２_１の定格燃焼量Ｑｍａｘ_１に対応する最大量になる状態で第２バーナ２_２への混合気の供給量が第２バーナ２_２の定格燃焼量Ｑｍａｘ_２に対応する最大量になるように設定すると、ファン６を混合気のトータル供給量の最大値に対応するように大型化することが必要になり、更に、同時運転時のファン騒音が大きくなってしまう。

そこで、本実施形態では、第２接続部５２_２に抵抗部５３を設けて、同時運転時に第１バーナ２_１への混合気の供給量が定格燃焼量Ｑｍａｘ_１に対応する最大量になる状態で第２バーナ２_２への混合気の供給量が定格燃焼量Ｑｍａｘ_２に対応する最大量よりも少量になるように第２接続部５２_２の通気抵抗を設定している。これにより、混合気のトータル供給量の最大値が減少するため、ファン６の小型化と同時運転時の低騒音化とを図ることができる。

尚、第２開閉弁８_２をニードル状として、第２開閉弁８_２の開弁状態でも第２接続部５２_２が適度に絞られ、第２接続部５２_２の通気抵抗が上記の如く設定されるようにしてもよい。

第２接続部５２_２の通気抵抗を上記の如く設定すると、図２に示す如く、同時運転時の第２バーナ２_２の上限燃焼量Ｑｍａｘ_２´が定格燃焼量Ｑｍａｘ_２より低くなる。そのため、このままでは同時運転時の第２バーナ２_２のターンダウン比が小さくなってしまう。

そこで、本実施形態では、同時運転時に第２バーナ２_２の要求燃焼量が第２バーナ２_２の連続燃焼可能な最小燃焼量Ｑｍｉｎ_２を下回ったときは、第２開閉弁８_２を開閉して第２バーナ２_２を最小燃焼量Ｑｍｉｎ_２以上の燃焼量で間欠的に燃焼させるオンオフ制御を行うようにしている。これによれば、同時運転時に、第２バーナ２_２の上限燃焼量Ｑｍａｘ_２´が定格燃焼量Ｑｍａｘ_２より低く制限されても、オンオフ制御により第２バーナ２_２の下限燃焼量Ｑｍｉｎ_２´を連続燃焼可能な最小燃焼量Ｑｍｉｎ_２よりも低くすることができる。そのため、第２バーナ２_２のターンダウン比が小さくなることを回避できる。

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、５…給気路、５２_１…第１接続部、５２_２…第２接続部、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_１…第１開閉弁、８_２…第２開閉弁。

Claims (2)

1. 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、第１バーナを第２バーナよりも定格燃焼量が大きなバーナとす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、
   給気路と第１バーナとを接続する第１接続部に第１開閉弁が設けられると共に、給気路と第２バーナとを接続する第２接続部に第２開閉弁が設けられ、第１と第２の両バーナを燃焼させる同時運転時には、第１と第２の両開閉弁を開弁させ、第１と第２の両バーナのうちの一方のバーナのみを燃焼させる単独運転時には第１と第２の両開閉弁のうち一方のバーナに対応する一方の開閉弁のみを開弁させるようにし、
   第２接続部の通気抵抗は、同時運転時に第１バーナへの混合気の供給量が第１バーナの定格燃焼量に対応する最大量になる状態で第２バーナへの混合気の供給量が第２バーナの定格燃焼量に対応する最大量よりも少量になるように設定されることを特徴とする複合熱源機。
2. 同時運転時に第２バーナの要求燃焼量が第２バーナの連続燃焼可能な最小燃焼量を下回ったときは、第２開閉弁を開閉して第２バーナを間欠的に燃焼させるオンオフ制御を行うことを特徴とする請求項１記載の複合熱源機。

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