JP2004293917A

JP2004293917A - 潜熱回収型熱源機

Info

Publication number: JP2004293917A
Application number: JP2003086935A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Kubota; 薫久保田; Noboru Kubo; 登久保
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】燃焼排ガスが露点以下の温度となって生じるドレインの影響を受ける二次熱交換器のコストを下げるための対策を施した潜熱回収型熱源機を提供する。
【解決手段】二次熱交換器７入側の給水配管５１は、二次熱交換器バイパス配管１０１によって一次熱交換器５入側の給水配管５１ａにつながっている。また、ドレイン配管８３にはドレイン流量計１０７が設けられている。二次熱交換器７に水漏れが起こると水量計１０７が水量の増加を検知し、水を給水配管５１から二次熱交換器バイパス配管１０１を通って一次熱交換器５に流す。したがって、二次熱交換器７に水漏れが起こった場合でも、機器の運転は継続でき、二次熱交換器で水漏れが起こっても熱源機を停止させる事態とはならない。このため、二次熱交換７器の材料として、万全の耐食性のある材料でなくとも使用できるので二次熱交換器７のコストダウンを図れる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯器、風呂給湯器、給湯暖房機等に備えられている潜熱回収型熱源機に関する。特には、燃焼排ガスが露点以下の温度となって生じるドレインの影響を受ける二次熱交換器のコストを下げるための対策を施した熱源機に関する。
【０００２】
【従来技術】
潜熱回収型熱源機は高い熱効率を有し、給湯器や風呂給湯器、床暖房などの給湯暖房機の熱源として広く用いられようとしている。この潜熱回収型熱源機は、火炎による輻射熱と燃焼ガスを水と熱交換する一次熱交換器に加えて、燃焼排ガス中の水蒸気の潜熱を回収する熱交換器（二次熱交換器）を備えている。潜熱非回収型の熱源機では熱効率が８０％であるが、潜熱回収型熱源機においては、９０％以上の高い熱効率が得られる。
【０００３】
潜熱回収する二次熱交換器においては、排ガス中の水蒸気が同交換器内の水と熱交換して露点以下の温度になり、ドレインが発生する。ドレインには、燃焼排ガス中に含まれる微量のＮＯ_ＸやＳＯ_Ｘが溶け出して、ｐＨが３程度の強酸性を呈している。このドレインは、まず、二次熱交換器の表面に水滴として付着する。二次熱交換器を、例えば、酸性に対する耐性があまり高くないような材料（例えば、銅やアルミニウムなど）で作製すると、管が腐食し、やがて管壁が薄くなって穴が開いてしまい、水漏れを生じる。現在のところ、ドレインによる腐食を防ぐために、二次熱交換器のパイプやフィン、内胴の部分は、耐酸性材料である高価なチタンやステンレスで作製している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
チタンやステンレスは、耐腐食性や耐久性に優れた材料であり、熱源機の本体の設計上の寿命（約１０年）に比べてはるかに長い寿命をもつ。このように二次熱交換器は過剰な性能の材料で作製されており、熱源機構成部品の中でも高価な部品となっている。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、燃焼排ガスが露点以下の温度となって生じるドレインの影響を受ける二次熱交換器（潜熱回収交換器）のコストを下げるための対策を施した潜熱回収型熱源機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するため、本発明の熱源機は、燃料を燃焼させるバーナと、該バーナによって加熱され、該バーナで発生する燃焼排ガス中の水蒸気の潜熱をも回収する熱交換器と、該熱交換器で生じるドレインを中和して排水するドレイン排水系統と、各部を制御する制御部と、を備える熱源機であって、前記熱交換器が、前記燃焼排ガスの流路の前記バーナに近い方に配置された一次熱交換器と、該一次熱交換器の下流に配置され、前記燃焼排ガスが露点以下の温度となる二次熱交換器と、からなり、さらに、該熱交換器内を流れる被加熱媒体の流れを、前記二次熱交換器を通してから前記一次熱交換器へ流す通常状態と、被加熱媒体を前記二次熱交換器に送らず前記一次熱交換器のみに流す二次熱交換器不使用状態と、を切り替える手段と、前記二次熱交換器の被加熱媒体の漏れを検知する手段と、を具備し、該漏れ検知手段で前記二次熱交換器の被加熱媒体の漏れが検知されない場合は、前記熱交換器を通常状態とし、漏れが検知された場合は前記二次熱交換器不使用状態とすることを特徴とする。
【０００７】
二次熱交換器で被加熱媒体の漏れが検知された場合は、二次熱交換器に被加熱媒体を送らなくして、同交換器を不使用の状態とし、一次熱交換器のみを作動させる。したがって、二次熱交換器に水漏れが起こった場合でも、機器の運転は熱効率は低下するものの継続できる。そして同交換器を新しいものに交換することで熱源機を元の通常状態で運転できる。つまり、二次熱交換器で水漏れが起こっても熱源機を停止させる事態とはならない。そして、二次熱交換器の材料として、万全の耐食性のある材料でなくとも使用できるので二次熱交換器のコストダウンを図れる。
【０００８】
本発明においては、前記漏れ検知手段を、前記ドレイン排水系統に設けられた、ドレインの流量を検知するドレイン流量計とすることができる。水漏れが起こった場合は、漏れた水とドレインがドレイン排水系統へ流れるため、水量が増加する。この水量の増加を流量計で検知することにより、二次熱交換器の水漏れを検知できる。また、機器が停止中にはドレインは発生しないため、機器停止中に流量計が流量を検知した場合も、水が漏れていると判定できる。
【０００９】
本発明においては、前記漏れ検知手段で漏れが検知された場合は、文字又はエラーコードで表示することとすれば、二次熱交換器の交換のためにサービスマンを呼ぶ等の処置を早い段階で講じることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
ここでは、給湯器として用いられる潜熱回収型熱源機の構成を例にとって説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る潜熱回収型熱源機の作用を説明する図である。この図では、作用をわかりやすく示すために熱源機の主要部のみを記す。
図２は、図１の熱源機の全体の構成と主な配管系統を模式的に示す図である。
まず、図２を参照して、潜熱回収型熱源機の全体の構成について説明する。
熱源機１の燃焼室３内には、一次熱交換器５、二次熱交換器（潜熱回収熱交換器）７、バーナ９、ファン１１などが備えられている。燃焼室３の上部には、排気口１３が設けられている。燃焼室３内においては、ファン１１の送風方向に、順に、バーナ９、一次熱交換器５、二次熱交換器７、排気口１３が並ぶように配置されている。ファン１１には、回転数センサ１５が備えられている。
【００１１】
バーナ９には、ガス供給源からガス供給配管１７を通ってガスが供給される。ガス供給配管１７には、上流側から、フィルタ１９、元ガス電磁弁２１、ガス比例弁２３が設けられている。さらに、バーナ９には、ガス電磁弁２５、２つの能力切り替えガス電磁弁２７が設けられている。能力切り替えガス電磁弁２７は、給湯能力に応じてどちらか一方、あるいは両方が開き、バーナ９に供給するガスの量が調整される。ガス比例弁２３の開度や、ガス供給時間（ガス電磁弁が開いている時間）は、制御部（図示されず）に送られている。
【００１２】
バーナ９には、点火プラグ３１やバーナセンサ３３、フレームロッド３５が備えられている。点火プラグ３１は点火装置３７で点火されて、バーナ９に供給された燃焼用ガスを燃焼させる。フレームロッド３５は火炎を検知すると、点火装置３７を停止させる。バーナセンサ３３は、バーナの燃焼を検知し、バーナの立ち消えなどを検知する。また、バーナ９の近傍には、過熱防止装置３９などの安全装置が付設されている。
【００１３】
給湯系統は、給水源から燃焼室３へ向かう給水配管５１と、燃焼室３から出て台所や洗面所の給湯栓に向かう給湯配管５３などを有する。給水配管５１は、まず、燃焼室３内の二次熱交換器７を通過し、いったん燃焼室３を出る。そして、再度燃焼室３内の一次熱交換器５を通過し、燃焼室３を出て給湯配管５３につながる。一次熱交換器５のパイプ、フィン、内胴等は、アルミニウムなど、熱伝導性の高い材料で作製される。二次熱交換器７のパイプ、フィン、内胴等も、例えば、銅やアルミニウム等の比較的安価な材料で作製される。なお、二次熱交換器７のパイプやフィンを厚肉として、ある程度の耐食性を確保することができる。
【００１４】
また、図１にわかりやすく示すように、二次熱交換器７入側の給水配管５１は、二次熱交換器バイパス配管１０１によって一次熱交換器５入側の給水配管５１ａにつながっている。二次熱交換器バイパス配管１０１と二次熱交換器入側の給水配管５１の合流点には三方弁１０３が配置されている。さらに、一次熱交換器５入側の給水配管５１ａの途中には二方弁１０５が配置されている。この配管や弁の作用については後述する。
【００１５】
給水配管５１には、上流側から順に、水抜き栓５５、フィルタ５７、水量センサ５９、入水サーミスタ６１が備えられている。また、一次熱交換器７を通過した後の部分には水抜き栓６３が備えられている。給湯配管５３には、上流側から順に、缶体サーミスタ６５、水量調整弁６７、出湯サーミスタ６９、水抜き栓７１が備えられている。また、給水配管５１と給湯配管５３は、バイパス水量調整弁７３を備えたバイパス配管７５でバイパスされている。各サーミスタ、各弁は制御部に接続している。制御部では、出湯サーミスタ６９で検知される湯温が適正な温度となるように、バイパス水量調整弁７３を開閉して、冷水と温水を混合比を調整する。また、制御部はこれらの配管内の圧力が適正に保たれるように水量調整弁や水抜き栓を調整する。
【００１６】
燃焼室３内の二次熱交換器７の下方には、受け皿８１が取り付けられている。この受け皿８１は、ドレイン配管（ドレイン排水系統）８３を介して、図の右下に示す中和器８５に連通している。中和器８５の上部には、水位を計測する水位電極８７が備えられており、下部には水抜き栓８９が備えられている。中和器８５の出口は、排水管９１につながっている。中和剤の種類や量は従来と同じ、例えば、２．９ｋｇの炭酸カルシウムを使用できる。
【００１７】
ドレイン配管８３には、流量計１０７が備えられている。流量計１０７は、例えば、羽根車式のものを使用できる。この方式の流量計は、回転する羽根の一つの先端に配置された磁石と、固定された磁気センサとを有する。羽根が水流によって回転して磁石が回転すると、磁気センサが磁場を検知して羽根の回転数を検出する。そして、羽根の回転数から流量を算出する。この流量計で検出された流量は制御部に送られる。
【００１８】
機器の運転開始や停止、希望湯温の設定などは、制御部に接続したリモコン（図示されず）で行われる。リモコンは、操作しやすい台所などに設置される。
【００１９】
次に、燃焼室３内における潜熱回収作用について説明する。
一次熱交換器５においては、バーナ９へ燃焼用ガスが供給されて、点火プラグ３１で同ガスが点火される。同時に、ファン１１から燃焼用空気が送られてガスが燃焼し、火炎と燃焼ガスを発生する。この火炎による輻射熱と燃焼ガスによって一次熱交換器５が加熱され、管内を流れる被加熱媒体（水）が加熱される。その後、燃焼ガスはファン１１によってさらに上方の二次熱交換器７の方向へ送られる。燃焼ガスは二次熱交換器７内の流れる水と熱交換して温度が低下し、燃焼ガス中の水蒸気の温度は露点以下となって水（ドレイン）になる。燃焼ガスは、その後、排気口１３から排気される。
【００２０】
燃焼ガス中の水蒸気が凝縮した水は受け皿８１に滴下し、同皿８１からドレイン配管８３を通って中和器８５に達する。そして、中和器８５で適正なｐＨに中和されて、出口から排水管９１へ排水される。
【００２１】
一方、給水配管５１から供給された水は、最初に二次熱交換器７を通過し、ここで、燃焼ガスや水蒸気と熱交換して、温度がある程度上昇する。そして、次にこの暖められた水が一次熱交換器５を通過し、ここで火炎による輻射熱と燃焼ガスにより加熱され、給湯配管５３へ送られる。
【００２２】
上述のように、この熱源機においては、二次熱交換器７を、耐腐食性材料であるチタンやステンレスで作製せず、これらの材料より安価な銅やアルミニウムで作製している。このような材料はチタンなどに比べて耐腐食性が弱いため、機器の運転中に酸性のドレインによって徐々に腐食し始める。腐食が進むとやがて配管の管壁が薄くなって穴があき、水漏れなどの不具合が発生することもありうる。そこで、この熱源機１は、この二次熱交換器７の水漏れを検知して、初期の段階で水漏れを防止するとともにその対策を促す機構を備える。
【００２３】
次に、図１を参照して、水漏れ対策について説明する。
上述のように、二次熱交換器入側の給水配管５１は、二次熱交換器バイパス配管１０１によって一次熱交換器入側の給水配管５１ａにつながっている。二次熱交換器バイパス配管１０１と二次熱交換器入側の給水配管５１の合流点には三方弁１０３が配置されている。さらに、一次熱交換器入側の給水配管５１ａの途中には二方弁１０５が配置されている。
また、ドレイン配管８３には水量計１０７が設置されている。
【００２４】
まず、通常の運転状態の場合を説明する。
通常運転時には、図１（Ａ）に示すように、三方弁１０３の一次熱交換器側の弁１０３ｂが閉じ、給水源側の弁１０３ａと二次熱交換器側の弁１０３ｃは開く。そして、二方弁１０５の二次熱交換器側の弁１０５ａと一次熱交換器側の弁１０５ｂは開く。すると、上述したように、給水配管５１へ供給された水は、図の矢印で示すように、二次熱交換器７、一次熱交換器５を通過し、その間に加熱されて、給湯配管５３へ送られる。
【００２５】
このように通常運転を継続している間に、二次熱交換器７はドレインの腐食を受けて管壁が薄くなり、やがて管に穴が開いて水漏れが発生したとする。こうなった場合、二次熱交換器７から漏れた水は、同交換機７の下方に配置された水受け皿８１に受けられる。この水は、二次熱交換器７から滴下したドレインとともに、水受け皿８１からドレイン配管８３を通って中和器８５に流れる。ドレイン配管８３には水量センサ１０７が付設されており、同センサでドレイン配管８３を流れる水量が検出される。水漏れが発生していない通常運転時では、ドレイン配管８３には、ドレインのみが流れる。一方、水漏れが発生した場合は、漏れた水がドレインに加わるため流量が増加する。通常時の水量に比べて流量が増加した場合は、水漏れが発生していることが検知される。
【００２６】
また、ドレインは燃焼時（機器の運転時）のみにしか発生せず、燃焼が行われていない場合（機器の停止時）には発生しない。一方、二次熱交換器７内には機器の停止・運転に関わらず水圧がかかっている。二次熱交換器７で水漏れが起こると、機器の停止時においても、ドレイン配管８３に水が流れることになる。したがって、機器の停止時に水量センサ１０７で水量が検知されると、二次熱交換器７から水が漏れていることになる。
【００２７】
以上のように、機器運転時に水量センサ１０７で検出される水量が増加したとき、及び、機器停止時に水量センサ１０７で水量を検知したときには、二次熱交換器７で水漏れが発生している。制御部は水漏れを検知すると、図１（Ｂ）に示すように、三方弁１０３の二次熱交換器側の弁１０３ｃを閉じ、給水源側の弁１０３ａと一次熱交換器側の弁１０３ｂを開く。そして、二方弁１０５の二次熱交換器側の弁１０５ａと一次熱交換器側の弁１０５ｂを閉じる。すると、給水配管５１へ供給された水は、図の矢印で示すように、二次熱交換器バイパス配管１０１を通って一次熱交換器５へ流れ、同熱交換器から給湯配管５３へ流れる。つまり、給水配管５１から供給された水は二次熱交換器７を通過せずに、一時熱交換器５のみを通過して給湯配管５３に送られる（二次熱交換器不使用状態）。この際、二次熱交換器７による潜熱回収が行われないため熱効率が悪くなるが、使用は継続できる。
【００２８】
また、二次熱交換器７に水漏れが発生したことを検知したとき、リモコンに、修理が必要である旨を示すエラー文字（例えば、「故障しました。サービスマンを呼んで下さい。」）を表示する。また、所定のランプの点滅等の表示でもよい。このエラー表示に基づいて修理を依頼し、二次熱交換器を交換することで通常運転に戻る。
【００２９】
以上の処理をフローチャートに沿って説明する。
図３は、二次熱交換器の水漏れ処理を行うフローチャートである。
まず、Ｓ１において、機器が運転中かどうかを判定する。機器が運転中であれば、Ｓ２に進み、水量センサ１０７で検知される水量が標準値よりも多いかどうかを判定する。水量が多ければ水漏れが発生したこととなり、Ｓ３に進んで、二次熱交換器不使用状態で機器の運転を継続する。Ｓ２で、水量が標準値と変わらなければ水漏れが発生していないこととなり、Ｓ４に進んで通常状態で運転する。
【００３０】
また、Ｓ１で機器が運転中でなければ、Ｓ５に進んで、水量センサ１０７で水量が検知されるかどうかを判定する。水量が検知されれば水漏れが発生したこととなり、Ｓ３に進んで二次熱交換器不使用状態で機器の運転を継続する。Ｓ５で、水量が検知されなければ水漏れが発生していないこととなり、Ｓ４に進んで通常状態で運転する。
【００３１】
Ｓ３において二次熱交換器不使用状態で運転されると同時に、Ｓ６において、リモコンにエラー表示を行う。使用者はこの表示が表示されるとサービスマンを呼んで、Ｓ７で修理（二次熱交換器の交換）を行う。なお、上述のように、エラー表示後も機器は二次熱交換器不使用状態での運転が継続される。また、Ｓ７において修理が済むと、Ｓ４に進んで通常状態で運転される。
【００３２】
図４は、本発明の他の実施の形態に係る熱源機の作用を説明する図である。この図においても、作用をわかりやすく示すために図の熱源機の主要部のみを記す。
この例の熱源機には、図１の熱源機に設けられていた二次熱交換器バイパス配管が設けられていない。そして、給水配管５１に二方弁１０９が設けられ、ドレイン配管８３に水量センサ１０７が設けられている。この例では、水量センサ１０７で上述と同様に水漏れが検知されると、二方弁１０９の両方の弁を閉じる。
【００３３】
この例では、水漏れが検出されるとすぐに給水を停止する。このため、機器の使用は不可能になるが、配管や弁を設けない分だけコストを低減できる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ドレインによる二次熱交換器の水漏れを検知し、水漏れが検知された場合は、二次熱交換器を使用しないように水の流れを切り替える。したがって、二次熱交換器で水漏れが起こった場合でも機器の運転を継続でき、同交換機を新しいものに交換することで熱源機を元の状態で運転できる。つまり、二次熱交換器の材料として万全の耐食性のある材料でなくても使用できるので、二次熱交換器のコストダウンを図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る潜熱回収型熱源機の作用を説明する図である。
【図２】図１の熱源機の全体の構成と主な配管系統を模式的に示す図である。
【図３】二次熱交換器の水漏れ処理を行うフローチャートである。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る熱源機の作用を説明する図である。
【符号の説明】
１熱源機３燃焼室
５一次熱交換器７二次熱交換器
９バーナ１１ファン
１３排気口１５回転数センサ
１７ガス供給配管１９フィルタ
２１元ガス電磁弁２３ガス比例弁
２５ガス電磁弁２７能力切り替えガス電磁弁
３１点火プラグ３３バーナセンサ
３５フレームロッド３７点火装置
３９過熱防止装置５１給水配管
５３給湯配管５５水抜き栓
５７フィルタ５９水量センサ
６１入水サーミスタ６３水抜き栓
６５缶体サーミスタ６７水量調整弁
６９出湯サーミスタ７１水抜き栓
７３バイパス水量調整弁７５バイパス配管
８１受け皿８３ドレイン配管
８５中和器９１排水管
１０１二次熱交換器バイパス配管１０３三方弁
１０５二方弁１０７水量センサ
１０９二方弁

Claims

燃料を燃焼させるバーナと、
該バーナによって加熱され、該バーナで発生する燃焼排ガス中の水蒸気の潜熱をも回収する熱交換器と、
該熱交換器で生じるドレインを中和して排水するドレイン排水系統と、
各部を制御する制御部と、
を備える熱源機であって、
前記熱交換器が、
前記燃焼排ガスの流路の前記バーナに近い方に配置された一次熱交換器と、
該一次熱交換器の下流に配置され、前記燃焼排ガスが露点以下の温度となる二次熱交換器と、からなり、
さらに、該熱交換器内を流れる被加熱媒体の流れを、前記二次熱交換器を通してから前記一次熱交換器へ流す通常状態と、被加熱媒体を前記二次熱交換器に送らず前記一次熱交換器のみに流す二次熱交換器不使用状態と、を切り替える手段と、
前記二次熱交換器の被加熱媒体の漏れを検知する手段と、を具備し、
該漏れ検知手段で前記二次熱交換器の被加熱媒体の漏れが検知されない場合は、前記熱交換器を前記通常状態とし、漏れが検知された場合は前記二次熱交換器不使用状態とすることを特徴とする潜熱回収型熱源機。
前記漏れ検知手段として、前記ドレイン排水系統に、ドレインの流量を検知するドレイン流量計が設けられていることを特徴とする請求項１記載の潜熱回収型熱源機。
前記漏れ検知手段で漏れが検知された場合は、文字又はエラーコードで表示することを特徴とする請求項１又は２記載の潜熱回収型熱源機。