(57)【要約】   加熱システムは、流体を加熱する加熱システムであって、流体を加熱するバーナー（１，２）によりそれぞれ直接的に加熱される２つの別個独立の熱交換器（７，８）と、２つのバーナーが排気ガスを排出するように配置された共通の送気管（９）と、２つのバーナーに空気を供給するように配置された共通のファン（３）と、バーナーそれぞれへのガス供給源と、を備える。スプリッタバルブ（４）は、ファンから２つのバーナーまでの空気の流れを分割する。制御装置は、システムの必要な熱出力によって、ファン（３）の速度、スプリッタバルブ（４）のポジション、ガス供給源を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を加熱する加熱システムであって、
前記流体を加熱するバーナーによりそれぞれ直接的に加熱される２つの別個独立の熱交換器と、
２つの前記バーナーが排気ガスを排出するように配置された共通の送気管と、
２つの前記バーナーに空気を供給するように配置された共通のファンと、
前記バーナーそれぞれへのガス供給源と、
前記ファンから２つの前記バーナーまでの前記空気の流れを分割するスプリッタバルブと、
前記システムの必要な熱出力によって、前記ファンの速度、前記スプリッタバルブのポジション、前記ガス供給源を制御する制御装置と、
を備える、加熱システム。
【請求項２】
前記スプリッタバルブが、所定範囲のポジション全体にわたって連続的に変化可能である、請求項１に記載の加熱システム。
【請求項３】
前記スプリッタバルブのバルブ要素の前記ポジションと２つの流れに方向転換された前記流体の比率とが実質的に線形な関係にある、請求項２に記載の加熱システム。
【請求項４】
前記スプリッタバルブが、吸気口、それぞれが各バーナーに用いられる２つの排気口、それぞれが各流れに用いられる２つの第１の排気開口部を有する外側スリーブと、前記外側スリーブ内に可動に保持されていると共に１つの吸気口を有し、且つそれぞれが各流れに用いられる２つの第２の排気開口部を有する内側要素と、を備え、各排気口に供給される前記吸気口の流れの相対的な比率が、前記内側要素及び前記外側スリーブの相対的なポジションによって決定される、請求項１〜３の何れか一項に記載の加熱システム。
【請求項５】
ガスは、前記バーナーそれぞれに対して前記スプリッタバルブの下流に供給される、請求項１〜４の何れか一項に記載の加熱システム。
【請求項６】
２つ以上の熱交換器を備え、前記熱交換器のそれぞれが一つの前記バーナーによって加熱される請求項１〜５の何れか一項に記載の加熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加熱システムに関する
【背景技術】
【０００２】
家庭向き（ｄｏｍｅｓｔｉｃ）市場（すなわち、中央暖房の要求及び温水の要求に供するために）に用いられる加熱システムは、大量生産された熱交換器を用いる。これは、相当な「規模の経済性」をもたらす。隣接した市場のためのより大きい熱交換器（小さい商用で複数占有の居住用建物用など）は、この市場は十分にあるのだが、そんなに大きくはなく、同じ規模の経済状態とはならないので、価格が著しく高くなる傾向がある。
【０００３】
従って、この隣接市場についてのボイラーは、価額が著しく高くなる傾向がある。この理由の一つは、幾つかの家庭向きのボイラーを単一の送気管及び単一のガス／空気供給機に統合することが簡単ではないからである。二つのボイラーを並べて単に“隣合せて設置すること”は、単体設置の本質的なすべての要素の複製を含む。
【０００４】
単一の共通の送気管を有するようにして、一対の従来のバーナーを接続することは可能である。一つのバーナーのみ及び熱交換器が動作すると、通常の送気管内の排気ガスの圧力は容認不可能な他の熱交換器を通る逆流を生じさせる傾向がある。結果的に、バルブ（例えば、オン／オフ動作のフラッパーバルブ）は、そのような逆流を防ぐために各熱交換器の排気流の中に位置される。動作するバーナーに対応するフラッパーバルブは開く一方、動作しないバーナーのバルブは閉じられる。  
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そのような一対のバーナーが単一のバーナーの動作を可能としようが両方のバーナーの同時動作を可能としようが、２つのファンの間には等しくない逆圧があり且つ競合があるので、両方が動作されている間に何れか一方のバーナーを調整することは現実的ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、流体を加熱する加熱システムであって、流体を加熱するバーナーによりそれぞれ直接的に加熱される２つの別個独立の熱交換器と、２つのバーナーが排気ガスを排出するように配置された共通の送気管と、２つのバーナーに空気を供給するように配置された共通のファンと、バーナーそれぞれへのガス供給源と、ファンから２つのバーナーまでの空気の流れを分割するスプリッタバルブと、システムの必要な熱出力によって、ファンの速度、スプリッタバルブのポジション、ガス供給源を制御する制御装置と、を備える加熱システムが提供される。
【０００７】
流体を分割するスプリッタバルブを用いることにより、バーナーに流れ込むガスが効果的に離間されてバーナーを多少独立的に動作させることができる。しかし、共通の送気管からの逆圧を介して２つのバーナーの間には相当の相互作用がある。しかし、これは、制御装置によって補うことができる。ファンの速度及びスプリッタのポジションの組合せで、制御装置は逆圧を補うようにプログラムされていることが効果的である。
【０００８】
スプリッタバルブは、複数の不連続の流量を提供する複数の不連続のポジションで可動であるとすることができる。しかし、スプリッタバルブは、所定の範囲のポジション全体にわたって連続的に変化可能であることが好ましい。これは、流れの分割に対するより良い制御を提供する。
【０００９】
スプリッタバルブは、スプリッタバルブのバルブ要素のポジションと２つの流れに方向転換された流体の比率とが実質的に線形な関係にあるタイプのものが好適である。このようなバルブは、先に出願した我々の国際公開第２００４／０８１３６２号パンフレットに記載されている。これは、このバルブの動作範囲にわたってより強固な流体制御ができるという利点を提供する。
【００１０】
ガス供給源を制御する制御装置は、例えばガスライン中の専用のバルブを用いて直接的に制御することができ、また、例えば、ファンの速度を用いてベンチュリ（ｖｅｎｔｕｒｉ）に制御された量のガスを導入することで間接的に制御することができる。２番目の場合においては、各ガス供給源におけるバルブは、ガス供給源を閉じるように要求される。
【００１１】
バルブは、国際公開第２００４／０８１３６２号パンフレットに記載されたような可動なベーン（ｖａｎｅ）であるとすることができる。代替的に、バルブが、吸気口、それぞれが各バーナーに用いられる２つの排気口、それぞれが各流れに用いられる２つの第１の排気開口部を有する外側スリーブと、外側スリーブ内に可動に保持されていると共に１つの吸気口を有し、且つそれぞれが各流れに用いられる２つの第２の排気開口部を有する内側要素と、を備え、各排気口に供給される吸気口の流れの相対的な比率が、内側要素及び外側スリーブの相対的なポジションによって決定されるとすることができる。末端のポジションにおける流れの方向に対して直接的に動かないため、この構成は、可動なベーンより丈夫である。また、バルブポジションと上述した流れとの間に線形な関係を提供することができるように適されている。このタイプのバルブは、国際公開第２００４／０８５８９３号パンフレットに開示されている。このタイプの改善されたものであり薄層状の（ｌａｍｉｎａｒｉｓｉｎｇ）板、ランプ表面、テーパ加工された排気開口部、抽気孔及び環状シール板を含むバルブは、国際公開第２００６／０３５２３８号パンフレットに開示されており、また使用に適している。
【００１２】
ガス供給源は、スプリッタバルブの上流に設けられている。そのような配置は、相対的に少ない要素を必要とするが、スプリッタバルブのポジションを変化させる以外はガス供給源の独立的な制御は不可能である。そのため、好ましくは、ガスは、バーナーそれぞれに対してスプリッタバルブの下流に供給される。これにより、各バーナーに供給されるガスの制御に更なる自由度を可能とする。
【００１３】
この原理は、２つ以上の熱交換器に対して適用されることができ、その場合、交換器のそれぞれが一つのバーナーによって加熱される。この場合において、国際公開第２００４／０８５８９３号パンフレットに開示されているように、流れを２つ以上の流れに分割することができる単一のスプリッタバルブがあるとすることができる。代替的に、直列的に接続された２つ以上のバルブがあるとすることができ、その場合、各バルブは流れを２つの流れに分割することができる。
【００１４】
以下において、本発明に係る加熱システムの一例を添付した図面を参照しつつ説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る加熱システムの概略図である。
【図２】スプリッタバルブの外側スリーブの斜視図である。
【図３】スプリッタバルブの内側スリーブの同様の斜視図である。
【図４】図１のシステムにおいて使用に適したバルブの内側スリーブの出力プロフィールのグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
加熱システムは、第１のバーナー１及び第２のバーナー２を備える。バーナーへの空気は、単一のファン３から供給される。この流れは、スプリッタバルブ（ｓｐｌｉｔｔｅｒ  ｖａｌｖｅ）４（以下において、詳細に説明する）において分割される。可燃性ガスは、各バルブ５Ａの制御の下にガスベンチュリ５においてその空気の流れのそれぞれに加えなれる。あるいは、それは単一のガスベンチュリを通してスプリッタバルブ４の上流に加えられるものとすることができる。
【００１７】
バーナー１，２の要求に関する情報は、制御ライン（ｃｏｎｔｒｏｌ  ｌｉｎｅ）６に沿ってファン３、スプリッタバルブ４及びガス制御バルブ５に供給される。バーナー１，２の要求が独立的に満たされることができるように、ファン３の速度、スプリッタバルブ４のポジション及びバルブ５Ａの動作は状況に応じて制御される。バーナー１，２それぞれは、直列又は並列に配置され得る熱交換器７，８それぞれに熱を提供する。熱交換器は、バーナー１，２から熱を受け取る受け取り（ｒｅｃｉｐｉｅｎｔ）流体を運ぶ。２つのバーナー１，２からの排気ガスは合流して共通の送気管（ｆｌｕｅ）９に流れ込む。
【００１８】
スプリッタバルブについて、図２及び３を参照してより詳細に説明する。図２は、外側スリーブ（ｏｕｔｅｒ  ｓｌｅｅｖｅ）２０を示し、一方で図３は内側スリーブ（ｉｎｎｅｒ  ｓｌｅｅｖｅ）３０を示す。内側スリーブ３０は、使用中において、外側スリーブ２０の内部に回転可能に受け入れられる。外側スリーブ２０は、ねじ付きポート（ｓｃｒｅｗ  ｔｈｒｅａｄｅｄ  ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）２１を有しており、ねじ付きポート２１はファン３と連結する吸気ポートを可能とする。それぞれ第１及び第２の排気口（ｏｕｔｌｅｔ）２４，２５に対応する２つの類似するねじ付きポート２２、２３は、２つのバーナー１及び２に繋がるダクト（ｄｕｃｔ）のための接続を可能とする。２つの排気口２４，２５は、スリーブに沿って軸方向に離間して配置されており、共にスリーブと同じ側の上にあるが、円周状にオフセットされてもよい。各排気口は第１の排気開口部（ｏｕｔｌｅｔ  ｏｒｉｆｉｃｅ）２６，２７を有する。第１の排気開口部２６，２７は外側スリーブ２０の壁に形成された軸方向に延びている細長い四角形の貫通孔である。
【００１９】
これらの第１の排気孔（ｏｕｔｅｒ  ａｐｅｒｔｕｒｅ）２６，２７は、図３において、理解のために点線で示されている。
【００２０】
図３は、内側スリーブ３０が示されている。そのスリーブ３０は、中空であり、ファン３から空気を受け取るための吸気ポート２１に対応する端に吸気部３１を有する。第２の排気開口部（ｏｕｔｅｒ  ｏｒｉｆｉｃｅ）３２，３３は、外側スリーブ３０の壁に形成された略三角形状の貫通開口部として延びており、概略的に示されている。第１及び第２の排気開口部３２，３３は、図４に示されている。ガスシール（図示せず）は、第２の排気開口部間の内側スリーブ３０の外壁における環状の溝３４の中に設けられている。これは、外側スリーブ２０と内側スリーブ３０との間の一つの排気口から他の排気口への流れを阻止する。
【００２１】
内側スリーブ３０は、吸気口（ｉｎｌｅｔ）３１と反対側の端から軸方向に延びているスピンドル３５を有する。スピンドル（ｓｐｉｎｄｌｅ）３５は、モーター（図示せず）に接続されており、該モーターは内側スリーブを軸（ａｘｉｓ）３６を中心にして回転させる。代替として、内側スリーブの回転は、外側スリーブ２０内に含まれているソレノイド／電磁石による影響を受けるようにしてもよい。後者の選択肢は、バルブが自給式であることを可能とし、それゆえ燃料／空気混合の使用に適しており、これは図１に示すように、スプリッタバルブ４がガス流入ポートの上流よりむしろ下流側で用いられることを可能とする。
【００２２】
以下、バルブの動作を、特に上部排気口２４を参照して説明する。内側スリーブが軸３６を中心にして矢印Ｘ方向に回転すると、第２開口部３２は第１開口部２６とより大きな程度で次第に重なっていく。第１の開口部と第２の開口部との間における初期相互作用中では、（第２の開口部が第１の開口部の形状に対して同様な四角形を有する場合に比べて）重なる部分が相対的に少ないため、内側スリーブ３０の回転位置とその重なる部分との間には非線形な関係があることが分かる。
【００２３】
正確な関係は、内側スリーブ３０の回転的な位置と排気流との間が線形な関係になるように保証するように、機能的に決定される。
【００２４】
開口部のサイズと両方の流れの流れ分布の関係のより詳細な考察は、我々の先の国際公開第２００４／０８１３６２号パンフレットに示されている。
【００２５】
図３から分かるように、スリーブ３０がＸ方向に回転すると、流れのより大きい割合が第１の排気口２４に向けられる。一方で、反対のＹ方向における動きは、流れのより多くが第２の排気口２５に転換させることになることを、理解されたい。
【００２６】
第１及び第２の開口部は取り替えられることができ、その場合には四角形の開口部が内側スリーブ上に設けられると共に、非四角形の開口部が外側スリーブ上に設けられる。代替的に、両方の開口部がともに、非四角形で設けられることができる。
【００２７】
スプリッタバルブ４により提供される正確な制御は、各バーナーの高レベルな調整を可能とし、ひいてはシステムの効率が大きく低下することなく、完全な機器（ａｐｐｌｉａｎｃｅ）の高いターンダウン比を可能とする。これらの結果は、システムが廉価で生産されるように、大量生産された熱交換器要素を用いる際に達成され得る。更に、一つのバーナーのみが必要なときに、バーナー１，２は継続的に交互に点火されるように配置され得るので、システムの寿命が向上される。
【００２８】
以下、図４を参照して、システムの動作を説明する。
【００２９】
単一の機器として考えると（単独使用機器とみなすと）、２つの熱交換器（説明のために、それぞれ３６ｋＷと評価する）を利用するシステムは以下のように動作する。
【００３０】
１）高い要求の期間（例えば、大きな中央暖房システムを冷たい状態から暖める）：ファン３は高い設定になり、且つスプリッタバルブ４は両方の排気ポートを完全に開けさせる。図４に示されているバルブ構造を用いると、バルブは１８０度位置に設定される。バーナー１，２は共に最大のレートで動作し、機器全体は最大の熱出力を提供する−この例においては７２ｋＷ。
【００３１】
２）単一の熱交換器のレートよりも高い、例えば最大レートの６０％、又は４３．２ｋＷの中程度で、しかし一定な要求期間。
【００３２】
ａ．ファン３は、最大流量の６０％にセットされると共に、スプリッタバルブ４は５０：５０の比率にセットされる（例えば、図４において示されているように、１８０°方向）。この作動モードには、両方のバーナーが６０％の効率で動いていることは、注目に値する。
【００３３】
ｂ．代替的には、ファンを同じ設定にして、出力１が完全に開くと共に、出力２が約２０％開くように、スプリッタバルブ４は位置されることができる（これは、図４において約１００°の方向に対応する）。この場合において、バーナー１は最大レート（３６ｋＷ）で動作し、バーナー２はこのレートの２０％で動作される（すなわち、７．２ｋＷ）。
【００３４】
これらの条件の第１及び第２の下で動作させるか否かの決定は、バーナーの効率特性に依存する。バーナー（熱交換器を有する）は、一般的に低動作条件において効率が低いことは定着している。一つのバーナーを完全に動作させ、且つ別のものを著しく低減されたレベルで動作させるか、両方を部分的に低減されたレベルで動作させるかは、各バーナーの詳細事項に依存する。しかし、このシステムは十分な制御ができ、そのため両方のいずれかを選択させることができる。
【００３５】
３）単一の熱交換器のレートより僅かに高い、例えば最大レートの５５％の中程度でしかし一定な要求期間。この場合には、一つのバーナーをそのレート値の１０％に調整することはできないが、システムは要求を分担することが可能であり、それぞれ５５％の比率で動作させることができることが上記のケースから明らかである。
【００３６】
４）断続的で中間的な要求の期間（例えば、夏の間に家庭内の温水供給の温度の復帰）。この場合には、一つのバーナーだけが所定の間に点火される必要がある。バーナー／熱交換器上の負担を“分担する”ため、バーナーは順番に点火され、要求が戻る二つの時間の間で交換される。その後、バルブは８５°及び２６５°に交互にセットされる。
【００３７】
５）断続的で高い要求（間では中間レベルの要求がある）の期間。前ケースと類似して、バーナーは交互にスイッチオフされる（その結果、バルブは９０°、２７０°及び１８０°間のサイクルにセットされる）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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