JP2005283016A - 複合熱源機の安全装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複合熱源機のどの熱交換器で過熱異常が発生したかを判定することができる複合熱源機の安全装置を提供することである。
【解決手段】 過熱防止手段を備えた複数の熱交換器を有する複合熱源機において、各熱交換器内の熱媒体の温度を検出する温度センサと、各温度センサが検出した温度を比較する比較手段とを備えており、いずれかの過熱防止手段が作動した際に、比較手段が最高の温度値を検出した温度センサが設置されている熱交換器の過熱防止手段が作動したと判定する判定手段を備えた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、給湯器や風呂装置で温水を供給したり、空調設備で暖房する際に使用される複合熱源機に関するものである。

複数の熱交換器を備えており、これらの各熱交換器で各々給湯設備や風呂装置に温水を供給し、空調設備で暖房するのに使用される熱源機（以下、複合熱源機と称する。）では、従来から温水を通す熱交換器上に過熱防止装置（ハイリミットスイッチ）が設置されている。

ハイリミットスイッチには、自動復帰式のものと手動復帰式のものとが存在する。自動復帰式のハイリミットスイッチは、一般に内部にバイメタルスイッチを備えており、予め設定した温度に到達すると作動し、バーナーによる加熱を停止して熱交換器の表面温度が低下すると接点が閉止し、自動的に復帰するように構成されている。一方、手動復帰式のハイリミットスイッチはホールド機能を備えており、オペレータが手動で復帰させるべく操作しなければならない構成となっている。一般に、ハイリミットスイッチは、構造的に自動復帰式のものよりも手動復帰式のものの方が複雑であり、高価である。

従来の複合熱源機では、バーナーで加熱するべき対象の配管内の温水量が不足していたり、閉弁中に加熱されると、ハイリミットスイッチが作動し、たとえばイグナイタやガスの電磁弁系の駆動電源をＯＦＦにし、装置の安全性を確保するべく配慮が為されていた。このような構成は、以下の特許文献１及び特許文献２において開示されている。
特開平０６−０１８０２４号公報 特開平０６−２８８５３８号公報

ところで、自動復帰式ハイリミットスイッチは、作動後、バーナーによる加熱を停止して温度が低下すると自動的に復帰するが、自動復帰式ハイリミットスイッチが復帰した時点で、果たして複合熱源機も正常状態に復帰しているとは限らないため、オペレータによる別途のメンテナンスが必須であった。

また、手動復帰式ハイリミットスイッチを採用したとしても、手動復帰式ハイリミットスイッチの復帰作業と複合熱源機のメンテナンスは別途に行う必要がある。そのため、ハイリミットスイッチとして自動復帰式と手動復帰式のいずれのものを採用しても、複合熱源機のメンテナンスは必要である。

特に、複合熱源機には、複数の熱交換器が設置されており、各熱交換器に設置されたハイリミットスイッチは直列に接続されているため、いずれの熱交換器において異常が発生したかを直ちに認識することができない。そのため、オペレータが個々に部位を確認して、作動したハイリミットスイッチが特定された後に、そのハイリミットスイッチを設けた熱交換器のメンテナンスを行う必要があり、オペレータの作業負担が大きかった。
そこで本発明では、複合熱源機のどの熱交換器で過熱異常が発生したかを判定することができる複合熱源機の安全装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するため、請求項１の発明では、過熱防止手段を備えた複数の熱交換器を有する複合熱源機において、各熱交換器内の熱媒体の温度を検出する温度センサと、前記各温度センサが検出した温度を比較する比較手段とを備えており、前記いずれかの過熱防止手段が作動した際に、前記比較手段が最高の温度値を検出した温度センサが設置されている熱交換器の過熱防止手段が作動したと判定する判定手段を備えた。

また、請求項２の発明では、過熱防止手段を備えた複数の熱交換器を有する複合熱源機において、前記過熱防止手段は、予め作動設定温度値が各々設定されており、各熱交換器内の熱媒体の温度を検出する温度センサと、前記温度センサが検出した温度値と、同一の熱交換器における過熱防止手段の作動設定温度値との偏差を比較する比較手段とを備えており、前記いずれかの過熱防止手段が作動した際に、温度センサが検出した温度値と過熱防止手段の作動設定温度値の偏差が小さい熱交換器の過熱防止手段が作動したと判定する判定手段を備えた。

さらに、請求項３の発明では請求項１又は２の発明において、過熱防止手段として、自動復帰式のハイリミットスイッチを採用するようにした。

請求項１の発明を実施すると、オペレータは、いずれの熱交換器で異常が発生したかをメンテナンス開始前に予め特定することができる。安全装置によりいずれの熱交換器で異常が発生したかを直ちに把握することができるので、オペレータは、迅速に熱源機を正常状態に復旧させるべくメンテナンスを行うことができる。

請求項２の発明を実施すると、各熱交換器に設置された過熱防止手段（ハイリミットスイッチ）の作動設定温度値を個別に設定し、この作動設定温度値と温度センサが検出した温度値との偏差を各熱交換器毎に比較するようにしたので、偏差が小さい熱交換器ほど過熱異常が発生している可能性が高いと判定することができる。したがって、過熱異常が発生した熱交換器が複数個の場合でも、オペレータは的確にいずれの熱交換器をメンテナンスするべきかを判断することができる。

請求項３の発明を実施すると、自動復帰式ハイリミットスイッチの復帰が自動的に行われるので、複合熱源機１００を復旧させる時間と労力とを削減することができる。自動復帰式ハイリミットスイッチは、オペレータが復帰作業を行う必要がないため、オペレータは熱交換器の異常昇温の原因を解明し、正常状態となるようにメンテナンスに専念することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、請求項１及び請求項２の発明を実施した複合熱源機１００の配管系統図である。図１に示すように複合熱源機１００は、暖房部Ａ、給湯部Ｂ及び風呂部Ｃを構成している。

暖房部Ａは、缶体１５を備えている。缶体１５は、大別してバーナ２５や燃焼空間２３を備えた加熱部と、加熱部において発生した燃焼ガスと水（または温水）とが熱交換を行う第１熱交換器１（熱交換部）と、第１熱交換器１を通過した燃焼ガスを外部に排出する排気通路２７とから構成されている。

第１熱交換器１は、缶体１５内の高温ガスと熱交換を行う水（温水）を通す配管１７とを備えている。配管１７は、分岐部２０で配管１８とバイパス管１９とに分岐している。また、配管１７にはサーミスタ５（温度センサ）とハイリミットスイッチ２１とが設置されている。

ハイリミットスイッチ２１は、第１熱交換器１が所定温度（例えば１２０℃）に達した際に作動するように設定されている。また、サーミスタ５は、詳しくは後述するように検出信号をＣＰＵ４（図２）へ伝送するように設定されている。ハイリミットスイッチ２１は、従来から使用されている手動復帰式と自動復帰式のいずれのものも採用することができるが、自動復帰式のハイリミットスイッチを採用するのが好ましい。自動復帰式のハイリミットスイッチ２１はバイメタルスイッチを備えており、取り付けられた熱交換器の表面温度が低下して、所定温度（例えば６０℃）に達すると自動的に接点が閉止し、自動的に復帰するように構成されている

給湯部Ｂは、缶体１６を備えている。缶体１６は、大別してバーナ２６や燃焼空間２４を備えた加熱部と、加熱部において発生した燃焼ガスと水とが熱交換を行う第２熱交換器２（熱交換部）と、第２熱交換器２を通過した燃焼ガスを外部に排出する排気通路２８とから構成されている。

第２熱交換器２は、缶体１６内の高温ガスと熱交換を行う水を通す配管３０を備えている。配管３０にはサーミスタ６（温度センサ）とハイリミットスイッチ２２とが設置されている。ハイリミットスイッチ２２は、第２熱交換器２が所定温度（例えば１２０℃）に達した際に作動するように設定されている。また、サーミスタ６は、詳しくは後述するように温度値の検出信号をＣＰＵ４（図２）へ伝送するように設定されている。ハイリミットスイッチ２２も、ハイリミットスイッチ２１と同様に、従来から使用されている手動復帰式と自動復帰式のいずれのものも採用することができる。図示していないが、ハイリミットスイッチ２１、２２は、直列に接続されている。

風呂部Ｃは、第３熱交換器３を備えている。第３熱交換器３には暖房部Ａと連通する配管１８内の流体と、浴槽へ供給される水（温水）を通す配管３１内の水（温水）との間で熱交換できるように構成されている。

バーナ２５、２６で良好な燃焼が行われるように、送風機３２、３３により燃焼空間２３、２４内にそれぞれ空気が送られ、また、制御弁３６、３７で開度調整が可能なガス供給管３４、３５を介して燃料ガスが供給されるようになっている。着火はイグナイタ３８、３９により行われる。

図２は、複合熱源機１００の安全装置２００の系統図である。図２に示すように安全装置２００は、ＣＰＵ４（マイコン）と、第１熱交換器１に設置したサーミスタ５、第２熱交換器２に設置したサーミスタ６及びディスプレイ１０とで構成されている。図２に示すように、ＣＰＵ４はメモリ４０を備えている。

サーミスタ５、６とＣＰＵ４とは、それぞれ配線７、８で接続されている。また、ＣＰＵ４とディスプレイ１０とは、配線９で接続されている。今、仮にハイリミットスイッチ２１（図１）が作動したとすると、サーミスタ５及び６は、検出した温度値をそれぞれ配線７、８を介して検出信号としてＣＰＵ４へ伝送する。この時点では、オペレータは、暖房部Ａ（図１）のハイリミットスイッチ２１と給湯部Ｂ（図１）のハイリミットスイッチ２２のいずれが作動したのかを認識することはできない。

ＣＰＵ４は、サーミスタ５と６とから検出信号を受け取り、いずれが高温であるか比較判定する。比較した結果、ＣＰＵ４は、高温である方のサーミスタ５（又は６）が設置されている暖房部Ａ（又は給湯部Ｂ）において異常が発生していると判定し、判定結果を配線９を介してディスプレイ１０に出力する。オペレータは、ディスプレイ１０に表示された結果を見て、適宜、メンテナンスを行う。

上述の手順を整理すると、図３のようになる。図３は、本発明を実施する際の流れ図である。最初のステップにおいて、いずれかの過熱防止手段（ハイリミットスイッチ２１、２２）が作動し、第１熱交換器１と第２熱交換器２のいずれかに過熱異常が発生していることを検出する。次のステップでは、比較手段（ＣＰＵ４）が各温度センサ（サーミスタ５、６）の検出温度を比較する。さらに次のステップにおいて、判定手段（ＣＰＵ４）が最高温度値を検出した（高い方の温度値を検出した）温度センサが設置された第１熱交換器１（又は第２熱交換器２）で過熱異常が生じていると判定し、その熱交換器（第１熱交換器１又は第２熱交換器２）を特定する。そして、その熱交換器がメンテナンスする対象である旨をディスプレイ１０に表示する。

いずれかのハイリミットスイッチが作動し、ＣＰＵ４が判定した結果は、メモリ４０に記憶される。ハイリミットスイッチ作動に関する履歴（エラーコード等）は、逐次メモリ４０に記憶されるようになっており、オペレータは、ディスプレイ１０で随時参照することができるようになっている。これによりオペレータは、過去の故障発生状況を知ることができ、今回のメンテナンスを行う際の有益な情報として役立てることができる。

図２では、ＣＰＵ４による判定結果をディスプレイ１０に出力し、オペレータがいずれの熱交換器において異常が発生したかを認識する例を示したが、各熱交換器に音色の異なる警報ブザーを設定しておき、異常が発生した熱交換器に対応する警報ブザーを鳴動させて、その音色でいずれの熱交換器において異常が発生したかを識別することもできる。

メモリ４０に、予め各熱交換器（第１熱交換器１、第２熱交換器２）に設置したハイリミットスイッチ２１、２２の作動設定温度値を記憶しておき、この作動設定温度値とサーミスタ５、６が実測した温度値の偏差をＣＰＵ４が計算し、偏差が小さい方の第１熱交換器１（あるいは第２熱交換器２）において過熱異常が発生しているとＣＰＵ４（判定手段）が判定するように安全装置２００を構成することもできる。

この手順を整理すると、図４のようになる。図４は、本発明を実施する際の図３とは別の流れ図である。いずれかの熱交換器において過熱異常が検出されると、各熱交換器毎に検出温度値と作動設定温度値の偏差をＣＰＵ４が計算する。この偏差を比較手段（ＣＰＵ４）が比較し、判定手段（ＣＰＵ４）が偏差の小さい方の熱交換器において過熱異常が生じていると判定し、いずれの熱交換器をメンテナンスするべきかをディスプレイ１０に表示する。

この場合の一例を挙げると、ハイリミットスイッチ２１の作動設定温度値は、例えば１２０℃に設定しておき、ハイリミットスイッチ２２の作動設定温度値は、例えば１０５℃に設定しておく。サーミスタ５が１１５℃を検出し、サーミスタ６が１１０℃を検出した場合には、第１熱交換器１の偏差はプラス５℃であり、第２熱交換器２の偏差はマイナス５℃となる。この場合は、第２熱交換器２において過熱異常が発生しているとＣＰＵ４（判定手段）は判定する。

このように構成すると、第１熱交換器１と第２熱交換器２のいずれか一方にのみ過熱異常が発生している場合のみならず、第１熱交換器１と第２熱交換器２のいずれにも過熱異常が発生している場合も適切に検出することができる。

本発明を実施した複合熱源機の系統図である。 本発明を実施した複合熱源機の安全装置の系統図である。 本発明を実施する際の流れ図である。 本発明を実施する際の図３とは別の流れ図である。

符号の説明

１ 第１熱交換器
２ 第２熱交換器
３ 第３熱交換器
４ ＣＰＵ
５、６ サーミスタ
７〜９ 配線
１０ ディスプレイ
１５、１６ 缶体
１７、１８ 配管
１９ バイパス管
２０ 分岐部
２１、２２ ハイリミットスイッチ
２３、２４ 燃焼空間
２５、２６ バーナ（加熱部）
２７、２８ 排気通路
３０、３１ 配管
３２、３３ 送風機
３４、３５ ガス供給管
３６、３７ 制御弁
３８、３９ イグナイタ
４０ メモリ
１００ 複合熱源機
２００ 安全装置
Ａ 暖房部
Ｂ 給湯部
Ｃ 風呂部

Claims (3)

1. 過熱防止手段を備えた複数の熱交換器を有する複合熱源機において、
   各熱交換器内の熱媒体の温度を検出する温度センサと、
   前記各温度センサが検出した温度を比較する比較手段とを備えており、
   前記いずれかの過熱防止手段が作動した際に、前記比較手段が最高の温度値を検出した温度センサが設置されている熱交換器の過熱防止手段が作動したと判定する判定手段を備えたことを特徴とする複合熱源機の安全装置。
2. 過熱防止手段を備えた複数の熱交換器を有する複合熱源機において、
   前記過熱防止手段は、予め作動設定温度値が各々設定されており、
   各熱交換器内の熱媒体の温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサが検出した温度値と、同一の熱交換器における過熱防止手段の作動設定温度値との偏差を比較する比較手段とを備えており、
   前記いずれかの過熱防止手段が作動した際に、温度センサが検出した温度値と過熱防止手段の作動設定温度値の偏差が小さい熱交換器の過熱防止手段が作動したと判定する判定手段を備えたことを特徴とする複合熱源機の安全装置。
3. 過熱防止手段として、自動復帰式のハイリミットスイッチを採用した請求項１又は２のいずれかに記載の複合熱源機の安全装置。

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