JP2012017937A

JP2012017937A - 給湯装置

Info

Publication number: JP2012017937A
Application number: JP2010156457A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Niwa; 泰生丹羽
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2012-01-26

Abstract

【課題】コストや作業手数をかけずに熱交換器の洗浄が行えてスケール付着による熱効率低下を防止することができる給湯装置を提供する。
【解決手段】バーナ３の燃焼排気により加熱される熱交換器５で発生したドレンを溜めるドレンタンク１５と、ドレンタンク１５と熱交換器４，５の上流の給水管７の途中とを接続する第１ドレン流通管１７と、ドレンタンク１５と熱交換器４，５の下流の出湯管８の途中とを接続する第２ドレン流通管１８と、第１ドレン流通管１７及び第２ドレン流通管１８を介してドレンタンク１５と熱交換器４，５との間でドレンを強制的に循環させるポンプ２１と、ポンプ２１を作動させ、ドレンタンク１５のドレンを洗浄用水として熱交換器４，５に流通させることにより熱交換器４，５の洗浄を行う洗浄制御手段２２とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、バーナの燃焼排気により熱交換器を介して給湯用水を加熱する給湯装置に関する。

給湯装置に備える熱交換器は、その内部を給湯用水（主に水道水）が流通することにより、熱交換器の内面にスケールが生じることがある。スケールは、水中のカルシウムやマグネシウム等の硬度成分が温度変化の影響を受けて結晶化し、熱交換器の内面に付着したものである。熱交換器の内面に付着したスケールは、熱効率を低下させ、エネルギーの損失を招くだけでなく、熱交換器を含む熱機器配管の寿命を縮めるおそれがある。

従来、熱交換器等の熱機器配管内面に付着したスケールを除去するために、水の循環経路に化学洗浄剤を投入し、この化学洗浄剤によりスケールを溶解して熱交換器等の熱機器配管内面を洗浄することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭５５−４６３５０号公報

しかしながら、従来のように化学洗浄剤を用いる場合、スケールを除去するための化学洗浄剤を別途用意しなければならず、また、化学洗浄剤の劣化により洗浄能力が低下したときには、新規に化学洗浄剤を投入する必要があるためコストが増加するだけでなく作業手数もかかる。

上記の点に鑑み、本発明は、コストや作業手数をかけずに熱交換器の洗浄が行えてスケール付着による熱効率低下を防止することができる給湯装置を提供することを目的とする。

本発明は、バーナと、該バーナの燃焼排気により加熱される熱交換器と、該熱交換器に給湯用水を供給する給水管と、該熱交換器で加熱された給湯用水を導出する出湯管と、前記バーナの燃焼排気との熱交換時に前記熱交換器に結露した酸性水をドレンとして排出する排水管とを備える給湯装置において、前記排水管から排出されるドレンを溜めるドレンタンクと、前記ドレンタンクと前記給水管の途中とを接続する第１ドレン流通管と、前記ドレンタンクと前記出湯管の途中とを接続する第２ドレン流通管と、前記第１ドレン流通管及び前記第２ドレン流通管を介して前記ドレンタンクと前記熱交換器との間でドレンを強制的に循環させるポンプと、該ポンプを作動させ、前記ドレンタンクのドレンを洗浄用水として前記熱交換器に流通させることにより前記熱交換器の洗浄を行う洗浄制御手段とを備えることを特徴とする。

熱交換器に生じた結露をドレンとして排出する排水管を備える給湯装置では、バーナの燃焼排気から顕熱のみならず潜熱までも回収するようになっている。熱交換器により潜熱を回収するとき、燃焼排気に含まれる水蒸気が液化して多量のドレンが生じる。このようにして発生したドレンは、燃焼排気中のＮＯ_XやＳＯ_Xが溶解してＨＮＯ₃やＨ₂ＳＯ₄を含むようになるためｐＨ３程度の強酸性となっている。

本発明者は、熱交換器で発生したドレンを用いて各種試験を行った結果、この強酸性のドレンを用いて配管等の内面に付着したスケール（炭酸カルシウム等の結晶化した水の硬度成分）を溶解させることが可能であることを知見した。

本発明は、この知見に基づくものであり、熱交換器で発生したドレンを溜めるドレンタンクを設け、ドレンタンクのドレンを洗浄用水として熱交換器に流通させるようにしたものである。本発明によれば、上記の構成によって、熱交換器で発生したドレンをドレンタンクに溜めると共に、前記ポンプを駆動することにより、ドレンタンクと前記熱交換器との間でドレンを強制的に循環させる。このとき、ドレンタンクから導出されたドレンは、第１ドレン流通管を介して給水管の途中に導入され、給水管の下流の熱交換器を通過する。これにより、熱交換器の内面に付着したスケールが強酸性のドレンにより熱交換器の内面から剥離・溶解し、出湯管に向かう。出湯管の途中には、第２ドレン流通管が接続されているので熱交換器を通過して出湯管に流れたドレンはドレンタンクに戻る。

このように、本発明によれば、熱交換器で生じたドレンを用いて熱交換器のスケールを除去することができるので、スケールを除去するための化学洗浄剤を別途用意する必要がなく、化学洗浄剤を投入するための手間もかからない。そして、強酸性のドレンにより熱交換器の内部のスケールが除去できるので、熱交換器における熱効率低下を防止することができる。

また、本発明の好ましい態様として、前記第１ドレン流通管と前記給水管との接続箇所より上流側に設けられた給水弁と、前記第１ドレン流通管に設けられたドレン弁と、前記出湯管と前記第２ドレン流通管との接続箇所に設けられた切換弁とを備え、該切換弁は、その上流側の出湯管を、その下流側の出湯管に連通させた状態と第２ドレン流通管に連通させた状態とに切り換え自在とされ、前記洗浄制御手段は、前記給水弁を閉弁させ、前記切換弁によりその上流側の出湯管を第２ドレン流通管に連通させた状態とし、ドレン弁を開弁させた後に、前記ポンプを作動させて前記熱交換器の洗浄を行うことが挙げられる。

こうすることで、洗浄制御手段により給水弁を閉弁させ且つ切換弁によりその上流側の出湯管を第２ドレン流通管に連通させて、給湯用水の流通を遮断した状態でドレンの循環が行える。ドレンタンクから給水管を経て熱交換器へ向かうドレンに水道水等の給湯用水が混入すると、ドレンの洗浄用水としての能力が低下するおそれがあるが、洗浄制御手段が給水弁を閉弁させて給湯用水の流通を遮断することにより、高い洗浄能力を有する強酸性のドレンを熱交換器に流通させることができる。

更に好ましくは、前記洗浄制御手段は、前記熱交換器の洗浄終了時に、前記切換弁によりその上流側の出湯管を第２ドレン流通管に連通させた状態と、ドレン弁を開弁させた状態と、前記ポンプを作動させた状態とを維持して、前記給水弁を開弁させることにより、洗浄用水として前記熱交換器に流通させたドレンを前記ドレンタンクに回収することが挙げられる。

こうすることにより、開弁された給水弁を介して給湯用水が給水管を流れ、この給湯用水により熱交換器からドレンタンクに向かってドレンを押し出し、ドレンが流通していた給水管、熱交換器、及び出湯管の内部を給湯用水（清水）で洗浄すると同時に給湯用水に置換して、給湯運転に備えることができる。

また、本発明においては、前記熱交換器の内面スケールを検出するスケール検出手段を設け、前記洗浄制御手段は、前記スケール検出手段により前記熱交換器の内面スケールが検出された場合に、前記熱交換器の洗浄を行うことが好ましい。これによれば、スケール検出手段による熱交換器の内面スケールの検出に応じて自動的にドレンによる熱交換器の洗浄を行うことができる。

このとき、前記スケール検出手段は、バーナが燃焼を停止した後の前記熱交換器内の給湯用水の温度上昇に基づいて前記熱交換器の内面スケールを検出することが好ましい。これによれば、例えば、熱交換器の出口近傍で給湯用水の温度を検知する既存の温度センサ等を用いて、スケールの付着の有無を判断できるので、スケールを検出するための部品等の追加を不要としてコスト増加を抑えることができる。

本発明の実施形態の概略構成を示す説明図。本実施形態の要部の作動を示すフローチャート。本実施形態の要部の作動タイミングを示す線図。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態の給湯装置１は、燃料ガス供給管２から供給される燃料ガスを燃焼させるバーナ３と、バーナ３の直上位置に設けられた顕熱熱交換器４と、顕熱熱交換器４の上方位置に設けられた潜熱熱交換器５と、給湯装置１の運転制御を行うコントローラ６とを備えている。

潜熱熱交換器５の入口側には、給水管７が接続されている。給水管７は、その上流端が図外の水道管と接続されており、水道水を給湯用水として潜熱熱交換器５に導入する。

顕熱熱交換器４の出口側には、出湯管８が接続されている。出湯管８の下流には例えば使用者が操作する図外の出湯栓（カラン等）が設けられる。

潜熱熱交換器５の出口は、接続水管９を介して顕熱熱交換器４の入口に接続されている。これにより、給水管７から供給される給湯用水は、潜熱熱交換器５の内部を流れた後、顕熱熱交換器４の内部を流れ、更に出湯管８へと流れる。

顕熱熱交換器４は、バーナ３の燃焼排気から顕熱を吸収して給湯用水を加熱する。潜熱熱交換器５は、顕熱熱交換器４を通過して上昇する燃焼排気から潜熱を回収して給湯用水を加熱する。潜熱熱交換器５は、顕熱熱交換器４の上流側にあるため、給水管７から供給される給湯用水は、先ず潜熱熱交換器５により予備的に加熱された後に顕熱熱交換器４により加熱される。これにより、バーナ３の燃焼排気の熱を無駄なく用いて給湯用水を加熱することができ、高効率な給湯が行える。

給水管７には、給水管７の開度を調節する水量サーボ１０（給水弁）と、給水管７からの給水流量を検出する水量センサ１１とが設けられている。出湯管８における顕熱熱交換器４の出口の近傍には顕熱熱交換器４による加熱直後の出湯温度を検知する出湯温度センサ１２が設けられている。

コントローラ６は、バーナ３の燃焼を制御する機能を有しており、使用者により出湯栓が開栓されて給水管７の水量センサ１１が所定の水量の流通を検出すると、バーナ３の燃焼を開始させる。その後、コントローラ６は、出湯温度センサ１２から得られる検出温度に基づいて、出湯栓から所望の温度の湯が得られるように温調制御を行う（通常運転モード）。

顕熱熱交換器４の上方位置であって潜熱熱交換器５の下方位置には、潜熱熱交換器５に結露して滴下した酸性水であるドレンを集めるためのドレン受け皿１３が設けられている。ドレン受け皿１３には、ドレンを排出するドレン排出管１４（排水管）が接続されている。

ドレン排出管１４の途中には、ドレンタンク１５と、中和器１６とが接続されている。ドレンタンク１５と中和器１６とは一体に構成されている。ドレン排出管１４を流れるドレンは、一旦ドレンタンク１５に溜められ、ドレンタンク１５からオーバーフローしたドレンが中和器１６に入って中和され、機外に排出される。

潜熱熱交換器５においては、バーナ３の燃焼排気に含まれる水蒸気が液化して結露する。このときの結露水は、燃焼排気中のＮＯ_XやＳＯ_Xが溶解してＨＮＯ₃やＨ₂ＳＯ₄を含んでいるため、強酸性になっている。中和器１６には強酸性のドレンを中和するための中和剤が組み込まれている。

また、ドレンタンク１５からは第１ドレン流通管１７と第２ドレン流通管１８とが延出されている。第１ドレン流通管１７は給水管７の途中に接続され、第２ドレン流通管１８は３方弁１９（切換弁）を介して出湯管８の途中に接続されている。更に、第１ドレン流通管１７にはドレン弁２０とポンプ２１とが設けられている。

コントローラ６は、図外の出湯栓から所望の温度の湯が得られるようにバーナ３の燃焼を制御する機能を有するものであるが、後述する洗浄制御手段２２を機能の一つとして備えており、これによって顕熱熱交換器４及び潜熱熱交換器５の内部に付着するスケールを除去するための洗浄（スケール除去モード）を行うことができるようになっている。洗浄制御手段２２は、水量サーボ１０、３方弁１９、ドレン弁２０、及びポンプ２１の作動を制御する。また、洗浄制御手段２２は、温調制御に用いるための出湯温度センサ１２を前記スケールを検出するスケール検出手段として兼用している。

次に、本発明の要旨に係る洗浄制御手段２２の作動を説明する。

上述した通常運転モードにおいて、給湯運転の開始によりバーナ３が燃焼したとき、顕熱熱交換器４や潜熱熱交換器５の内部にスケールが付着すると熱効率が低下する。コントローラ６は、温調制御により所望の給湯温度（使用者により設定された温度）の湯が出湯栓から得られるようにバーナ３の燃焼量を増減させるが、スケールの付着により顕熱熱交換器４や潜熱熱交換器５の熱効率が低下していると、出湯温度センサ１２の検出温度が十分に上昇しないので、コントローラ６はバーナ３の燃焼量を増加させる。

これに伴い、顕熱熱交換器４や潜熱熱交換器５が保有する熱量が増加するため、給湯を停止した後であっても、このときの保有熱が顕熱熱交換器４や潜熱熱交換器５の内部の給湯用水に伝達されて給湯用水の温度を上昇させる。この温度上昇は、顕熱熱交換器４や潜熱熱交換器５におけるスケール付着の度合いに応じたものとなっているので、洗浄制御手段２２は、バーナ３が燃焼を停止した後の給湯用水の温度をスケール検出手段たる出湯温度センサ１２により監視し、この温度上昇が通常よりも大であるときには顕熱熱交換器４や潜熱熱交換器５にスケールが付着していると判断する。

そして、洗浄制御手段２２は、顕熱熱交換器４や潜熱熱交換器５にスケールが付着していると判断した場合には、前述したスケール除去モードにより顕熱熱交換器４及び潜熱熱交換器５の内部に付着するスケールを除去するための洗浄を実行する。

即ち、図２を参照して、コントローラ６は、その洗浄制御手段２２によりスケール除去モードを開始させると、ＳＴＥＰ１で給湯運転（バーナ３の燃焼運転等）を禁止する。

次いで、洗浄制御手段２２は、ＳＴＥＰ２で水量サーボ１０を全閉として給水管７の給湯用水の流通を遮断し、ＳＴＥＰ３で３方弁１９をドレンタンク１５側に切り換え、ＳＴＥＰ４でドレン弁２０を開弁させる。これにより、第１ドレン流通管１７と第２ドレン流通管１８とが導通状態となってドレンタンク１５と顕熱熱交換器４及び潜熱熱交換器５とでドレンの循環回路が形成される一方、この回路から水量サーボ１０の上流側の給水管７と３方弁１９の下流側の出湯管８とが切り離された状態となる。

続いて、洗浄制御手段２２は、ＳＴＥＰ３へ進んでポンプ２１を駆動させる。これにより、図３に示すように、ドレン水循環による洗浄が開始される。即ち、図１を参照して、ドレンタンク１５に溜められたドレンが第１ドレン流通管１７により水量サーボ１０の下流側の給水管７へ送り込まれ、潜熱熱交換器５及び顕熱熱交換器４を通過して出湯管８へ向かう。潜熱熱交換器５及び顕熱熱交換器４を流通するドレンは、強酸性であることにより、潜熱熱交換器５や顕熱熱交換器４の内面に付着したスケールを溶解する。そして、スケールを溶解したドレンは、第２ドレン流通管１８を介してドレンタンク１５に戻る。

そして、洗浄制御手段２２は、図２のＳＴＥＰ６〜７により、コントローラ６が備える内部タイマを用いてセット時間ｔ１がタイムアップするまで、ドレン水循環による洗浄を続ける。なお、セット時間ｔ１は、上述したドレンの循環回路の容量に応じて設定されたものであり、ドレンの循環回路の容量が大であるほど長時間となる。

ＳＴＥＰ７でタイマのセット時間ｔ１がタイムアップすると、洗浄制御手段２２は、ＳＴＥＰ８へ進んでポンプ２１を停止させ、更にＳＴＥＰ９へ進んで水量サーボ１０を開弁させる。これにより、図３に示すように、潜熱熱交換器５及び顕熱熱交換器４からのドレンの排除が開始される。

即ち、図１を参照して、水量サーボ１０の開弁により清水（水道水）が給水管７に流れ出すと、その水圧により潜熱熱交換器５及び顕熱熱交換器４の内部からドレンが押し出されて、ドレンタンク１５に回収される。これにより、潜熱熱交換器５及び顕熱熱交換器４の内面は流動する清水（水道水）により濯ぎ洗浄され、更に、ドレンを押し出した清水（水道水）に置換される。また、ドレン弁２０が開弁状態であることにより、清水（水道水）の水圧で第１ドレン流通管１７の内部のドレンも逆流してドレンタンク１５に回収される。このとき、ドレンタンク１５には洗浄後のドレンと清水（水道水）とが共に回収されるが、ドレンタンク１５からオーバーフローして中和器に入り、機外に排出される。

そして、洗浄制御手段２２は、図２のＳＴＥＰ１０〜１１により、コントローラ６が備える内部タイマを用いてセット時間ｔ２がタイムアップするまで、ドレン排除を続ける。なお、セット時間ｔ２も、前記セット時間ｔ１と同様にドレンの循環回路の容量に応じて設定されたものであるが、ドレンを排除するときのセット時間ｔ２は、給湯用水としての清水（水道水）が流通する管内から確実にドレンを排除できる時間を設定すればよいので、通常は、スケールを除去するときのセット時間ｔ１よりも短時間となる（図３参照）。

図２のＳＴＥＰ１１でタイマのセット時間ｔ２がタイムアップすると、洗浄制御手段２２は、ＳＴＥＰ１２へ進んでドレン弁２０を閉弁させ、ＳＴＥＰ１３で３方弁１９を出湯管８側に切り換える。その後、洗浄制御手段２２は、ＳＴＥＰ１４で給湯運転を許可してスケール除去モードを終了させる。

なお、本実施形態においては、洗浄制御手段２２が、スケール検出手段によるスケールの検出に応じて自動的にスケールを除去するための洗浄を実行するように構成したものを示したが、それ以外に、使用者がスケール除去モードの実行を適宜指示することが可能な操作スイッチを設けてもよい。更に、その場合には、スケール検出手段によるスケールの検出を使用者に報知する報知手段を設け、使用者に対してスケール除去モードを実行させる操作スイッチの操作を促すようにしてもよい。

また、洗浄制御手段２２は、スケール検出手段によるスケールの検出によらず、所定の日数毎に定期的にスケール除去モードを実行するように構成してもよい。

１…給湯装置、３…バーナ、４…顕熱熱交換器（熱交換器）、５…潜熱熱交換器（熱交換器）、７…給水管、８…出湯管、１０…水量サーボ（給水弁）、１２…出湯温度センサ（スケール検出手段）、１４…ドレン排出管（排水管）、１５…ドレンタンク、１７…第１ドレン流通管、１８…第２ドレン流通管、１９…３方弁（切換弁）、２０…ドレン弁、２１…ポンプ、２２…洗浄制御手段。

Claims

バーナと、該バーナの燃焼排気により加熱される熱交換器と、該熱交換器に給湯用水を供給する給水管と、該熱交換器で加熱された給湯用水を導出する出湯管と、前記バーナの燃焼排気との熱交換時に前記熱交換器に結露した酸性水をドレンとして排出する排水管とを備える給湯装置において、
前記排水管から排出されるドレンを溜めるドレンタンクと、
前記ドレンタンクと前記給水管の途中とを接続する第１ドレン流通管と、
前記ドレンタンクと前記出湯管の途中とを接続する第２ドレン流通管と、
前記第１ドレン流通管及び前記第２ドレン流通管を介して前記ドレンタンクと前記熱交換器との間でドレンを強制的に循環させるポンプと、
該ポンプを作動させ、前記ドレンタンクのドレンを洗浄用水として前記熱交換器に流通させることにより前記熱交換器の洗浄を行う洗浄制御手段とを備えることを特徴とする給湯装置。
前記第１ドレン流通管と前記給水管との接続箇所より上流側に設けられた給水弁と、前記第１ドレン流通管に設けられたドレン弁と、前記出湯管と前記第２ドレン流通管との接続箇所に設けられた切換弁とを備え、
該切換弁は、その上流側の出湯管を、その下流側の出湯管に連通させた状態と第２ドレン流通管に連通させた状態とに切り換え自在とされ、
前記洗浄制御手段は、前記給水弁を閉弁させ、前記切換弁によりその上流側の出湯管を第２ドレン流通管に連通させた状態とし、ドレン弁を開弁させた後に、前記ポンプを作動させて前記熱交換器の洗浄を行うことを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
前記洗浄制御手段は、前記熱交換器の洗浄終了時に、前記切換弁によりその上流側の出湯管を第２ドレン流通管に連通させた状態と、ドレン弁を開弁させた状態と、前記ポンプを作動させた状態とを維持して、前記給水弁を開弁させることにより、洗浄用水として前記熱交換器に流通させたドレンを前記ドレンタンクに回収することを特徴とする請求項２記載の給湯装置。
前記熱交換器の内面スケールを検出するスケール検出手段を設け、
前記洗浄制御手段は、前記スケール検出手段により前記熱交換器の内面スケールが検出された場合に、前記熱交換器の洗浄を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の給湯装置。
前記スケール検出手段は、バーナが燃焼を停止した後の前記熱交換器内の給湯用水の温度上昇に基づいて前記熱交換器の内面スケールを検出することを特徴とする請求項４記載の給湯装置。