JP2003232567A - 潜熱回収熱交換システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中和反応時に生成する不要な水素ガスを滞留
させることなく排出し、安全性を向上する。 【解決手段】 ガス通路１０内に設けられた潜熱を回収
する熱交換ユニット１１と、下方に設けられ結露水を誘
導する導管１４を有する中和装置１５と、中和装置１５
に接続された排気管１８とを備え、排気管１８をガス通
路１０に接続している。これによって、中和装置で中和
される時に生成する水素などの発生ガスは、排気管１８
を通ってガス通路１０内に拡散して機外に放出されるた
め、中和装置１５内に滞留することがない。すなわち、
水素ガス濃度が増し可燃限界に達するというような危険
な状態を回避することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として家庭用又
は業務用の燃焼装置において顕熱だけでなく、特に燃焼
ガス中の水蒸気潜熱までを回収し、熱効率の向上を図っ
た潜熱回収熱交換システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の潜熱回収熱交換システム
は第一の例として、例えば特開昭６２−３０５９８号公
報に記載されている図７のようなものがあった。図７に
おいて、処理槽１内にマグネシウム合金などの粒状の中
和材２が充填され、上方に流入口３と流出口４が設けら
れた構成になっていた。

【０００３】上記構成において、燃焼ガス中の水蒸気は
潜熱を奪われ酸性の結露水となり流入口３から処理槽１
に導かれ、中和材２で中和された後流出口４から外部に
放出されていた。中和材にマグネシウム合金を使用し分
子量が小さいため、必要重量は小さく中和槽を小型化で
きる。

【０００４】また、第二の例として、中和材に炭酸カル
シウムと珪酸ナトリウムを用いた特開平０２−２９０２
９２号公報のようなものがあった。

【０００５】上記の場合は酸性凝縮の中和反応を緩和に
し、ｐＨの安定化を確実にするものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記図７
に示す従来の第一の例における潜熱回収用熱交換システ
ムの構成では、中和反応時に水素ガスが発生し、処理を
適切にしないと可燃範囲の広い水素ガスが滞留し爆発す
る危険性を有するという課題があった。

【０００７】また、従来の第二の例における潜熱回収用
熱交換システムの構成では、分子量が大きく中和材の容
積も大きくなりシステム装置が大型化してしまうという
課題があった。

【０００８】本発明は、前記従来の課題を解決するもの
で、中和装置の小型化が図れかつ中和時に発生する可燃
性ガスも安全に処理できる潜熱回収熱交換システムを提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、ガス通路内に設けられた潜熱を回収する熱交
換ユニットと、前記ガス通路の下方に設けられ結露水を
誘導する導管を有する中和装置と、前記中和装置に接続
された排気管とを備え、前記排気管を前記ガス通路に接
続したものである。

【００１０】本発明によれば、酸性の結露水が中和装置
で中和される時に生成する水素ガスは、排気管を介して
放出されるので爆発時の危険性は回避される。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に係る潜熱回収
熱交換システムは、ガス通路内に設けられた潜熱を回収
する熱交換ユニットと、前記ガス通路の下方に設けられ
結露水を誘導する導管を有する中和装置と、前記中和装
置に接続された排気管とを備え、前記排気管を前記ガス
通路に接続した構成になっている。

【００１２】そして、酸性の結露水が中和装置で中和さ
れる時に生成する水素などの発生ガスは排気管を通って
ガス通路内に拡散により移動し機外に放出されるため、
中和装置内に滞留して濃度が増し可燃限界に達するとい
うような危険な状況を防止することができる。

【００１３】本発明の請求項２に係る潜熱回収熱交換シ
ステムは、ガス通路内に設けられた潜熱を回収する熱交
換ユニットと、前記ガス通路の下方に設けられた中和装
置と、前記中和装置に接続された排気管と給気管とを備
え、前記排気管を前記ガス通路に接続し、前記給気管を
上流の燃焼部に接続した構成としている。

【００１４】そして、高圧側の燃焼部から給気管を通っ
て空気が中和装置内に供給されるため、発生ガスは希釈
されるとともに低圧側のガス通路に排気管を通って押し
出され機外に放出されより速やかに除去することができ
る。

【００１５】本発明の請求項３に係る潜熱回収熱交換シ
ステムは、ガス通路内に設けられた潜熱を回収する熱交
換ユニットと、前記ガス通路の下方に設けられ凝縮水を
誘導する導管を有する中和装置と、前記中和装置に接続
された排気管とを備え、前記排気管を燃焼部上流のファ
ン給気部近傍に接続した構成としている。

【００１６】そして、ファン近傍の負圧域に排気管出口
を設けるため中和装置内の発生ガスは吸引されファンを
通って燃焼部に供給され、燃焼によって完全に消費され
るためより安全性の向上を図ることができる。

【００１７】本発明の請求項４に係る潜熱回収熱交換シ
ステムは中和装置内を仕切る仕切り板を設け、前記各仕
切り板には互いに連通する連通部を設けた構成としてい
る。

【００１８】そして、仕切り板により中和装置内での結
露水の滞留時間が長くなりガス発生量も増加するが、連
通部を通過することにより最短時間で中和装置からガス
通路に導かれ速やかに機外に排出できる。

【００１９】本発明の請求項５にかかる潜熱回収熱交換
システムは、中和装置近傍にガスセンサを設け、所定濃
度に達すると通風させるようにしている。

【００２０】そして、ガスセンサにより中和装置内のガ
ス濃度を監視するため、導管の詰まり等により燃焼運転
後も結露水が徐々に中和装置に流入するなど何らかの原
因で中和装置内のガス濃度が上昇した場合でもガス発生
を検知して通風させることにより発生ガスを排出するこ
とができる。

【００２１】本発明の請求項６に係る潜熱回収用熱交換
システムは、燃焼中はガスセンサを作動させないように
している。

【００２２】そして、燃焼中はファンが作動しているた
め排気管から出た発生ガスはガスセンサの濃度情報に左
右されること無く機外に放出させることができる。

【００２３】本発明の請求項７に係る潜熱回収用熱交換
システムは、ガスセンサを排気管に装着した構成として
いる。

【００２４】そして、発生ガスは中和装置内で空気と混
合した後、狭い排気管を通過するため濃度が安定しガス
センサによる検知精度を向上させることができる。

【００２５】本発明の請求項８に係る潜熱回収用熱交換
システムは、通風時間をタイマーで予め設定している。

【００２６】そして、通風が継続して発生ガス濃度が徐
々に低下し検知が困難なレベルになっても通風時間をタ
イマーで設定されているため、所定の時間が経過するま
で通風状態となり設定時間を大きく見込んでおけば高精
度のセンサは必要無く安価なシステムとなる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。

【００２８】（実施例１）図１は本発明の実施例１とし
て燃焼用給湯機に応用された潜熱回収熱交換システムを
示す部分断面図である。図１において、燃焼部５の底に
はファン６が装着されている。燃焼部５の下流側には燃
焼室７が設けられ、更に下流側には顕熱用熱交換器８
と、排気室９が互いに密接して設けられている。排気室
９の下流側にはガス通路１０がクランク状に構成され、
途中に潜熱回収用の熱交換ユニット１１がガス通路１０
内に設けられている。クランク状のガス通路１０で底部
１２の窪み部１３には導管１４が接続され、ガス通路１
０の下方に設置された中和装置１５と連結されている。
ガス通路１０は底部１２から隔壁１６に沿って再び上方
向に向かい大気に開口した排気口１７に接続されてい
る。隔壁１６で仕切られたガス通路１０の底部１２の下
流側には排気管１８が接続され、中和装置１５と連結さ
れている。中和装置１５内は滞留空間１９の下方に主と
してマグネシウム合金からなる中和剤２０が充填されて
いる。また、中和装置１５の側壁には排水管２１が接続
されている。

【００２９】次に動作、作用について説明すると、燃焼
部５で燃料とファン６から供給された空気が混合され、
燃焼室７内で安定な火炎が形成される。燃焼室７内で完
全燃焼した高温燃焼ガスは顕熱用熱交換器８で給水を加
熱した後、低温の燃焼ガスとなって排気室９に流入す
る。そして低温の燃焼ガスはガス通路１０に導かれ、ま
ず下向きの流れに偏向され、比較的均一な流れとなって
潜熱回収用の熱交換ユニット１１で更に低温となり、燃
焼排気ガス中の水蒸気が潜熱を奪われて結露水となる。
結露水にはＣＯ２やＮＯｘなどのガスが溶解しているた
め酸性（ｐＨ＝２〜４）を示す。発生した結露水は低温
となった燃焼排気ガスとともに下向きに流れ、ガス通路
１０の底部１２の窪み部１３に一旦溜まり、導管１４を
通って中和装置１５内に流入する。中和反応により中和
剤２０中の金属マグネシウムが結露水中の水素イオンと
反応し、マクネシウムイオンと水素ガスを生成する。

【００３０】Ｍｇ＋２Ｈ⁺→Ｍｇ２⁺＋Ｈ２（ガス） 中和された結露水は配水管２１から機外に排出される。
また発生ガスの水素は滞留空間１９に溜まり、物質拡散
作用により導管１４や排気管１８からガス通路１０内に
浸入し、燃焼排気ガスとともに排気口１７から大気中に
放出される。また一部は配水管２１から大気中に拡散さ
れる。水素ガスは拡散速度が大きいため、ガス通路１０
への拡散移動や大気中での拡散が速やかに行われる。こ
のように発生ガスの水素が中和装置１５内に長期間滞留
して濃度が増し、可燃限界に達して何らかの点火条件が
発生したときに爆発するというような危険な状況を防止
することができる。

【００３１】また、中和剤２０にマグネシウム合金を用
いることにより、炭酸カルシウムなど水素ガスを発生し
ない場合に比べ、中和装置１５を大幅に小型化できるた
め燃焼装置の小型化が実現できる。

【００３２】なお、図１では排気管１８が底部１２でガ
ス通路１０の壁面に接続された例を示したが、ガス通路
１０内に突出させる構成であってもよい。更に排気管１
８を複数設けた構成でもよい。要はガス通路１０内へ中
和装置１５から発生ガスを導く構成であれば制約を受け
ない。

【００３３】（実施例２）図２は本発明の実施例２にお
ける潜熱回収熱交換システムの一部断面図を示す。な
お、実施例１と同一構造のものは同一番号を付し、説明
は省略する。本実施例２において、実施例１と異なる点
は図２に示すごとく上流側の燃焼部５と中和装置１５を
給気管２２で接続したものである。

【００３４】次に動作、作用を説明すると、ファン６か
ら供給された高圧空気は燃焼部５に供給されると共に、
給気管２２を通って中和装置１５にも供給される。流入
した空気は中和装置１５の内圧を高め、滞留空間１９の
発生ガスを希釈すると共に低圧側のガス通路１０に排気
管１８や導管１４を通って押し出し機外に放出し速やか
に中和装置１５から除去することが出来る。このように
生成した発生ガスを中和装置１５から速やかに除去する
ことができるため、安全性を更に向上させることができ
る。

【００３５】（実施例３）図３は本発明の実施例３にお
ける潜熱回収熱交換システムの一部を示す断面図であ
る。なお、実施例１と同一構造のものは同一番号を付
し、説明は省略する。本実施例３において実施例１と異
なる点は、排気管１８を中和装置１５の滞留空間１９上
部から燃焼部５上流のファン６給気部の近傍に接続した
構成としていることである。

【００３６】次に動作、作用を説明すると、中和装置１
５内で生成した発生ガスは滞留空間１９に接続された排
気管１８の接続口近傍に滞留していく。一方濃度が高く
なった発生ガスは、排気管１８の出口がファン６近傍の
負圧域に接続されているため、大気と共にファン６内に
吸引され燃焼部５に供給され、燃焼によって完全に消費
される。従って大気中へ発生ガスを放出することがなく
二次的な安全性までの向上を図ることができる。

【００３７】（実施例４）図４は本発明の実施例４の潜
熱回収熱交換システムにおける一部断面図である。な
お、実施例１と同一構造のものは同一番号を付し、説明
は省略する。本実施例４において実施例１と異なる点
は、中和装置１５内を仕切る仕切り板２３を設け、仕切
り板２３には互いに連通する連通部２４を設けた構成と
していることである。

【００３８】次に動作、作用を説明すると、仕切り板２
３により中和装置１５内での結露水の滞留時間が長くな
りガス発生量も増加するが、連通部２４を通過すること
により最短時間で中和装置１５からガス通路１０に導か
れ速やかに機外に排出できる。従って同一容積の中和装
置１５で安全性を保障しつつ中和能力を高めることが出
来る。

【００３９】（実施例５）図５は本発明の実施例５の潜
熱回収熱交換システムにおける一部断面図である。な
お、実施例１と同一構造のものは同一番号を付し、説明
は省略する。本実施例５において、実施例１と異なる点
は中和装置１５近傍にガスセンサ２５を設け、所定濃度
に達するとファン６を起動させ中和装置１５内を通風さ
せるようにしている。また、制御器（図示せず）の切り
替えモードによって燃焼中はガスセンサ２５を作動させ
ないようにしている。

【００４０】次に動作、作用を説明すると、ガスセンサ
２５により中和装置１５内のガス濃度を監視しているた
め、導管１４の詰まり等により燃焼運転後も結露水が徐
々に中和装置１５に流入するなど何らかの原因で中和装
置１５内の発生ガス濃度が上昇した場合でもガス発生を
検知して通風させることにより発生ガスを排出すること
ができる。従ってシステム全体の耐久性や安全性を向上
させることが出来る。

【００４１】また、燃焼中はガスセンサ２５を作動させ
ない制御モードとすることで、ファン６が燃焼中は必ず
作動しているため排気管１８から出た発生ガスはガスセ
ンサ２５の濃度情報に左右されること無く機外に放出さ
せ、ガスセンサ２５や関連の制御部品などに不具合が発
生していても安全性を担保することができる。

【００４２】（実施例６）図６は本発明の実施例６の潜
熱回収熱交換システムにおける一部断面図である。な
お、実施例１と同一構造のものは同一番号を付し、説明
は省略する。本実施例６において、実施例１と異なる点
は排気管１８にガスセンサ２５を設けた構成としている
ことである。また制御器（図示せず）でファン６の通風
時間を予めタイマー設定出来る構成としている。

【００４３】次に動作、作用を説明すると、発生ガスは
中和装置１５内で空気と混合した後、狭い排気管１８を
通過するため濃度が安定しガスセンサ２５による検知精
度を向上させることができる。また、ファン６による通
風が継続して発生ガス濃度が徐々に低下しガスセンサ２
５による検知が困難な希薄濃度レベルになっても通風時
間をタイマーで設定されているため、所定の時間が経過
するまで通風状態となり設定時間を大きく見込んでおけ
ば高精度のセンサは必要無く安価なシステムを実現でき
る。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の潜熱回収熱
交換システムによれば、燃焼ガス中に含まれるＣＯ２や
ＮＯｘが溶解することによる酸性結露水を中和装置で中
和した後、排水するため装置の高効率化と耐久性を向上
させることができる。また、中和時に生成される発生ガ
スをガス通路に導き大気に拡散させたり、燃焼部に導い
て燃焼で消費してしまうため機内が可燃限界に達し危険
な状態に陥ることを防止することが出来る。更にガスセ
ンサを設けガス濃度直接監視することで装置に多少の不
具合が生じた場合でも危険な状態に至ることがない安全
なシステムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における潜熱回収熱交換シス
テムの一部断面図

【図２】本発明の実施例２における潜熱回収熱交換シス
テムの一部断面図

【図３】本発明の実施例３における潜熱回収熱交換シス
テムの一部断面図

【図４】本発明の実施例４における潜熱回収熱交換シス
テムの一部断面図

【図５】本発明の実施例５における潜熱回収熱交換シス
テムの一部断面図

【図６】本発明の実施例６における潜熱回収熱交換シス
テムの一部断面図

【図７】従来の潜熱回収熱交換システムの部分拡大図

【符号の説明】

５ 燃焼部 ６ ファン １０ ガス通路 １１ 熱交換ユニット １４ 導管 １５ 中和装置 １８ 排気管 ２２ 給気管 ２３ 仕切り板 ２４ 連通部 ２５ ガスセンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 毛 立群 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3L034 BA26 3L036 AA14

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス通路内に設けられた潜熱を回収する
   熱交換ユニットと、前記ガス通路の下方に設けられ結露
   水を誘導する導管を有する中和装置と、前記中和装置に
   接続された排気管とを備え、前記排気管を前記ガス通路
   に接続した潜熱回収熱交換システム。
2. 【請求項２】 ガス通路内に設けられた潜熱を回収する
   熱交換ユニットと、前記ガス通路の下方に設けられた中
   和装置と、前記中和装置に接続された排気管と給気管と
   を備え、前記排気管を前記ガス通路に接続し、前記給気
   管を上流の燃焼部に接続した潜熱回収熱交換システム。
3. 【請求項３】 ガス通路内に設けられた潜熱を回収する
   熱交換ユニットと、前記ガス通路の下方に設けられ結露
   水を誘導する導管を有する中和装置と、前記中和装置に
   接続された排気管とを備え、前記排気管を燃焼部上流の
   ファン給気部近傍に接続した潜熱回収熱交換システム。
4. 【請求項４】 中和装置内を仕切る仕切り板を設け、前
   記各仕切り板には互いに連通する連通部を設けた請求項
   １、２又は３記載の潜熱回収熱交換システム。
5. 【請求項５】 中和装置近傍にガスセンサを設け、所定
   濃度に達すると通風させる請求項１〜４のいずれか１項
   記載の潜熱回収熱交換システム。
6. 【請求項６】 燃焼中はガスセンサを作動させない請求
   項１〜５のいずれか１項記載の潜熱回収熱交換システ
   ム。
7. 【請求項７】 ガスセンサを排気管に装着した請求項５
   または６記載の潜熱回収熱交換システム。
8. 【請求項８】 通風時間をタイマーで予め設定した請求
   項５または６記載の潜熱回収熱交換システム。