JP2772462B2

JP2772462B2 - 熱交換装置

Info

Publication number: JP2772462B2
Application number: JP6004817A
Authority: JP
Inventors: 和男八木; 雅昭中浦
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 1994-01-20
Filing date: 1994-01-20
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2013-07-02
Also published as: KR0149788B1; JPH07208810A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱交換装置に関するもの
で、熱交換器から排出される燃焼排気の温度が高温状態
になるのを防止するものである。

【０００２】

【従来技術及び課題】ガスバーナで発生した燃焼排気中
の水蒸気を凝縮させることにより該燃焼排気から潜熱を
吸収し得るようにして熱交換効率の向上を図った熱交換
装置として図４の如き構造のものがある。このもので
は、給排気流に於けるファン(4) の下流側にはガスバー
ナ(3) と熱交換器(1) がこの順序で配設されていると共
に、該熱交換器(1) の下流側には排気通路(21)が連設さ
れており、更に、該排気通路(21)には図示しない排気筒
が接続されるようになっている。

【０００３】上記熱交換器(1) を構成する通水管(11)の
外周には多数の吸熱フィン(12)(12)が設けられており、
該通水管(11)を蛇行状に屈曲させることにより、上方に
位置して主にガスバーナ(3) からの燃焼排気の顕熱を吸
熱する主熱交換部(1a)と、その下方に位置して主にガス
バーナ(3) からの燃焼排気の潜熱を吸収する副熱交換部
(1b)が構成されている。そして、熱交換器(1) への流入
水は副熱交換部(1b)から主熱交換部(1a)側に流れるよう
になっている。

【０００４】このものでは、ファン(4) を利用してガス
バーナ(3) を強制燃焼させると共に熱交換器(1) に給水
すると、前記ガスバーナ(3) で生成された燃焼排気の顕
熱で主熱交換部(1a)が加熱される。そして、該主熱交換
部(1a)を加熱し終えて温度低下せしめられた燃焼排気
は、低温水が流れる副熱交換部(1b)を通する際に露点以
下に冷却され、これにより、ドレンが生成せしめられ
る。そして、このドレン生成時に生じる潜熱を前記副熱
交換部(1b)で吸収してその内部の通水を昇温させる。こ
のように、上記のものでは潜熱を積極的に利用すること
により熱交換効率の向上を図っている。

【０００５】しかしながら、上記従来のものでは上記し
た排気筒に使用し得る材料が制限されると共に、排気口
の近傍に位置する建物の壁面や構築物に熱風が吹き付け
られてこれが変質する恐れがあるという問題があった。
上記問題点について更に詳述する。熱交換器(1) 内の吸
熱フィン(12)(12)部分には埃等が付着・堆積し易く、特
に、積極的にドレンを発生させる上記型式のものでは該
埃等の付着による汚れが著しい。

【０００６】副熱交換部(1b)の通水管(11)や吸熱フィン
(12b) にはドレンが生成されていることから、該ドレン
に空気中の埃や燃焼排気中の不純物が付着する。そし
て、これら埃等を含んだドレンが燃焼停止中に乾燥硬化
して上記吸熱フィン(12b) にこびり付き、該埃等の汚れ
が累積的に増加してこれが次第に上記吸熱フィン(12b)
の表面を覆って行く。これにより、通水管(11)や吸熱フ
ィン(12b) の熱交換効率が経時的に低下して行くことと
なる。又、燃焼排気の顕熱を吸収する主熱交換部(1a)に
おいてもドレンの発生を完全に防止できないことから該
部分に於ける吸熱フィン(12a) の表面も次第に汚れて熱
交換効率が低下する。すると、上記熱交換効率の低下に
よって燃焼排気から吸収し得る熱の量が少なくなり、こ
れにより、排気通路(21)に送られる燃焼排気の温度が次
第に上昇する。

【０００７】すると、排気通路(21)の下流側に接続され
た排気筒（図示せず）が高温状態になり、これが耐熱性
材料で構成されていない場合は該排気筒が熱的損傷を受
けることとなる。このことから上記のものでは排気筒に
適用できる材料に制限が生じるのである。又、排気筒下
流端の排気口から排出される高温の燃焼排気が器具設置
部近傍に於ける建物の壁面や構築物に吹き付けられる
と、これが変質し易くなって該壁面等も熱的損傷を受け
る恐れが強くなる。

【０００８】本発明は上記の点に鑑みて成されたもの
で、『ガスバーナ（３）へのガス回路に挿入されたガス
量調整弁（２２）と、前記ガスバーナ（３）で加熱され
る熱交換器（１）と、該熱交換器（１）に連設された排
気通路（２１）を具備する熱交換装置』に於いて、排気
筒として使用し得る材料の種類制限を少なくできるよう
にすると共に、排気口近傍に位置する建物の壁面や構築
物が排出される燃焼排気で熱的損傷を受け難くすること
をその課題とする。本発明は、これ以上燃焼量を小さく
できない限界に達して燃焼排気温度を低くできない状態
において、燃焼排気温度が適正温度より高くなる異常状
態が確実に防止できることをもその課題とする。本発明
は、使用者の満足が確保できない能力不測状態に陥った
後に、無意味な器具動作の継続が防止できることをもそ
の課題とする。

【０００９】

【手段】上記課題を解決する為の請求項１の本発明の技
術的手段は、『熱交換器（１）から排出された燃焼排気
の温度を検知する排気温センサ（Ｓ）と、適正排気温を
記憶する適正温度記憶手段と、該適正温度記憶手段と上
記排気温センサ（Ｓ）が出力する温度を比較して後者の
温度が前者の温度以上の場合は過熱信号を出す温度比較
器（６０）と、該温度比較器（６０）から前記過熱信号
が発生したときは該信号が消失するまでガス量調整弁
（２２）の開度を絞る弁制御回路（２３）を設け、ガス
量調整弁（２２）の開度Ｐが予め定められた最小値にな
ったことを判断して消火信号を出す開度判定手段を設
け、前記過熱信号が発生しているときに該消火信号が出
たらガスバーナ（３）を消火させるようにした』ことで
ある。上記課題を解決する為の請求項２の本発明の技術
的手段は、請求項１の発明の技術的手段に加え、『熱交
換器（１）から流出する湯の温度を検知する湯温センサ
（Ｋ）と、上記熱交換器（１）で沸かそうとする設定温
度と上記湯温センサ（Ｋ）の検知温度を比較して後者の
検知温度が前者の設定温度より所定温度以上低い場合は
消火信号を出す湯温判定手段を設け、前記過熱信号が発
生しているときに該消火信号が出たらガスバーナ（３）
を消火させるようにした』ことである。上記課題を解決
する為の請求項３の本発明の技術的手段は、『熱交換器
（１）から排出された燃焼排気の温度を検知する排気温
センサ（Ｓ）と、適正排気温を記憶する適正温度記憶手
段と、該適正温度記憶手段と上記排気温センサ（Ｓ）が
出力する温度を比較して後者の温度が前者の温度以上の
場合は過熱信号を出す温度比較器（６０）と、該温度比
較器（６０）から前記過熱信号が発生したときは該信号
が消失するまでガス量調整弁（２２）の開度を絞る弁制
御回路を設け、熱交換器（１）から流出する湯の温度を
検知する湯温センサ（Ｋ）と、上記熱交換器（１）で沸
かそうとする設定温度と上記湯温センサ（Ｋ）の検知温
度を比較して後者の検知温度が前者の設定温度より所定
温度以上低い場合は消火信号を出す湯温判定手段を設
け、前記過熱信号が発生しているときに該消火信号が出
たらガスバーナ（３）を消火させるようにした』ことで
ある。

【００１０】

【作用】上記技術的手段は次のように作用する。通水管
(11)や吸熱フィン(12)等の表面に多量の汚れが付着・堆
積して熱交換器(1) の熱交換効率が低下すると、既述し
たように排気通路(21)へ送られる燃焼排気の温度が上昇
し、排気温センサ(S) の検知温度が上昇する。そして、
該検知温度が適正温度記憶手段の記憶する適正排気温以
上になると、これら両温度を比較する温度比較器(60)か
ら過熱信号が出力されてこれが弁制御回路(23)に印加さ
れる。すると、該弁制御回路によってガス量調整弁(22)
の開度が絞られ、これにより、ガスバーナ(3) の燃焼量
が低下して熱交換器(1) から排出される燃焼排気の温度
が低下する。すると、該温度低下後の排気温を検知する
排気温センサ(S) の出力と適正温度記憶手段に記憶され
た上記適性排気温が温度比較器(60)で改めて比較される
こととなり、前者の検知する排気温が後者の適正排気温
より低くなっていない場合は、上記と同様にしてガスバ
ーナ(3) の燃焼量を更に低下させる動作が実行される。
即ち、上記技術的手段によれば、熱交換器(1) から排出
される燃焼排気の温度を監視しながらフィードバック制
御しつつガスバーナ(3) の燃焼量を低下させて行くので
ある。そして、排気温センサ(S) の検知する排気温が上
記適正温度記憶手段の記憶する適正排気温以下になると
これら両温度を比較する温度比較器(60)から過熱信号が
出なくなり、これにより、ガス量調整弁(22)を絞る動作
が停止してガスバーナ(3) の燃焼量がこの状態に固定さ
れる。

【００１１】このように上記本発明の技術的手段によれ
ば、排気通路（２１）側に送られる燃焼排気が適正排気
温を越える場合は該排気温を適正温度まで引き下げるこ
とができ、該排気温が前記適正排気温を越えた状態に放
置されることがなくなる。さらに、本発明の技術的手段
によれば、弁制御回路（２３）によって絞られたガス量
調整弁（２２）の開度Ｐが最小開度になった際にガスバ
ーナ（３）を消火させて器具動作を停止させるから、こ
れ以上燃焼量を小さくできない限界に達して燃焼排気温
度を低くできない状態に陥ると燃焼動作が停止すること
になる。又、本発明の技術的手段によれば、弁制御回路
（２３）がガス量調整弁（２２）の開度を絞ることで、
湯温センサ（Ｋ）の検知温度が設定温度より所定温度以
上小さくなると器具動作を停止させる為、使用者の満足
が確保できない能力不測状態に陥った後には器具動作を
停止させることになる。

【００１２】

【効果】本発明は次の特有の効果を有する。熱交換器
(1) から排出される燃焼排気の温度が適正排気温を越え
た状態に放置されないから、該熱交換器下流側の排気通
路(21)に接続する排気筒に耐熱性が要求されず、その
分、該排気筒に使用する材料の選択幅が拡大する。

【００１３】又、排気口から排出される燃焼排気の温度
が高くならないから、該排気口近傍に位置する建物の壁
面や構築物に前記排気が吹きつけられてもこれが焦げる
等の熱的損傷をうける心配が少ない。さらに、弁制御回
路（２３）によって絞られたガス量調整弁（２２）の開
度Ｐが最小開度になった際にガスバーナ（３）を消火さ
せて器具動作を停止させるから、これ以上燃焼量を小さ
くできない限界に達して燃焼排気温度を低くできない状
態に陥ると燃焼動作が停止することとなり、これによ
り、燃焼排気温度が適正温度より高くなる異常状態が確
実に防止できる。さらに、弁制御回路（２３）がガス量
調整弁（２２）の開度を絞ることで、湯温センサ（Ｋ）
の検知温度が設定温度より所定温度以上小さくなると器
具動作を停止させる為、使用者の満足が確保できない能
力不測状態に陥った後には器具動作を停止させることが
でき、無意味な器具動作の継続が防止できる。

【００１４】

【実施例】次に上記した本発明の実施例を説明する。図
１に示す実施例のものは、温水暖房器用の給湯器に本発
明を実施したもので、本発明実施例の熱交換装置(A) と
放熱器(H) は循環ポンプ(33)を具備する循環流路(34)で
繋がっている。そして、この実施例の熱交換装置(A) で
は、既述従来のものと同様にファン(4) →ガスバーナ
(3) →熱交換器(1) →排気通路(21)の順序でこれらが順
次下流側に配設されている。

【００１５】上記ガスバーナ(3) へのガス回路には、ガ
ス元弁(31)とその下流側のガス量調整弁(22)が挿入され
ており、本実施例ではガス量調整弁(22)として比例弁が
採用されている。熱交換器(1) は既述従来のものと同様
に、主として燃焼排気の顕熱を吸収する主熱交換部(1a)
とその下流側に位置する副熱交換部(1b)（主として燃焼
排気から潜熱を吸収する熱交換部）から構成されてお
り、これら主熱交換部(1a)及び副熱交換部(1b)は多数の
吸熱フィン(12a) (12b) を具備する一本の通水管(11)を
蛇行させることによって構成している。

【００１６】上記熱交換器(1) の下端に連設された排気
通路(21)にはドレン排出孔(8) や燃焼排気の温度を検知
する排気温センサ(S) が設けられていると共に、該排気
通路(21)の下流端には合成樹脂製の排気筒(B) が接続さ
れている。上記排気通路(21)に配設された排気温センサ
(S) は図２の如くマイクロコンピュータ等から成る制御
回路(25)に印加されており、更に該制御回路(25)には運
転スイッチ(26)の出力が印加されている。又、上記制御
回路(25)の出力は、異常表示ランプ(27)やブザー(28)、
強制給排気用のファン(4) 、循環流路(34)の循環ポンプ
(33)、ガスバーナ(3) 用の点火装置(32)に印加されてこ
れらをＯＮ・ＯＦＦ制御し得るようにしている。更に、
上記制御回路(25)の出力は、ガスバーナ(3)へのガス回
路に挿入されたガス元弁(31)とその下流側に配設された
ガス量調整弁(22)に印加されている。

【００１７】上記制御回路(25)を構成するマイクロコン
ピュータは図３のフローチャートに示す制御動作を実行
するように構成されており、以下、本実施例の器具動作
を図３に従って説明する。運転スイッチ(26)が操作され
ると、ステップ(70)を実行し、比例弁で構成されたガス
量調整弁(22)の開度Ｐを１００％にセットし、その後、
ガスバーナ(3) を燃焼させると共に循環流路(34)内の水
を循環させる。即ち、ガス元弁(31)を開弁させると共に
点火装置(32)，ファン(4) 及び循環ポンプ(33)を駆動さ
せるのである。尚、上記開度Ｐは必ずしも１００％にセ
ットする必要はない。即ち、加熱生成しようとする温水
の設定温度，熱交換器(1) の熱交換効率，該熱交換器
(1) に流れ込む水の温度，更にその流量等で決まるガス
燃焼量の確保に必要なガス量がガスバーナ(3) に供給さ
れるように上記ガス量調整弁(22)の開度Ｐを設定しても
良いのである。

【００１８】ガスバーナ(3) が燃焼すると、その燃焼排
気の顕熱で熱交換器(1) の主熱交換部(1a)が加熱される
と共に、既述従来例で説明した作用で潜熱が副熱交換部
(1b)で吸収される。そして、これにより循環流路(34)内
の循環水が熱交換器(1) で加熱昇温せしめられてこれが
放熱器(H) に供給され、該放熱器(H) 部分に於ける放熱
作用で温度低下した低温水（通常は４０℃程度の水）が
熱交換器(1) に於ける副熱交換部(1b)に帰還する。そし
て、該低温水が上記副熱交換部(1b)部分に流れる燃焼排
気を露点（約５５℃）以下に冷却して該燃焼排気から潜
熱を吸収し、これにより、該燃焼排気を更に冷却する。

【００１９】そして、上記冷却せしめられた燃焼排気が
排気通路(21)に供給されるとその排気温が排気温センサ
(S) で検温されることとなり、該検知温度が適正排気温
としての８０℃以上か否かがステップ(71)で監視され
る。そして、前者の排気温センサ(S) の検知温度が後者
の適正排気温より低い場合、即ち、ガスバーナ(3) から
の燃焼排気の熱量が熱交換器(1) 部分で十分に吸収され
て該熱交換器(1) 内の吸熱フィン(12)(12)等に付着して
いる埃等の汚れの量が少ないと考えられる場合は上記ス
テップ(71)を繰り返す。これにより、ガスバーナ(3) ，
ファン(4) 等の動作が継続して暖房動作が継続せしめら
れる。

【００２０】尚、この実施例では上記適正排気温として
の８０℃を記憶するマイクロコンピュータ内の機能部が
既述技術的手段の項に記載の適正温度記憶手段に対応す
る。さて、熱交換器(1) の通水管(11)や吸熱フィン(12)
(12)に付着・堆積した汚れが次第に増加してその熱交換
効率が低下すると、既述したように排気通路(21)側に送
られる燃焼排気の温度が上昇する。そして、該温度が適
正排気温としての８０℃以上になると、ステップ(72)で
異常報知手段としての異常表示ランプ(27)を点灯させる
と共にブザー(28)を鳴らせることにより異常状態を報知
して器具使用者の注意を喚起する。

【００２１】次に、ステップ(73)で開度Ｐを低下させる
と共に適正空燃比を確保する為にファン(4) の回転数も
低下させる。そして、該開度Ｐが別途定められた最小開
度まで小さくなっておらず然も湯温センサ(K) の検知す
る出湯温度と別途定められた設定湯温（この実施例では
６０℃〜８０℃の範囲内の特定温度に定められている）
の差が５deg 以内にある場合には、上記排気温センサ
(S) の検知する排気温が上記８０℃以下になるまでステ
ップ(73)〜(76)を繰り返して開度Ｐを低下させる。これ
により、排気筒(B) に送られる燃焼排気の温度を適正排
気温たる上記８０℃未満に維持する。尚、この実施例で
は上記適正排気温と排気温センサ(S) の検知温度を比較
するステップ(71)(76)を実行するマイコン内の機能部が
既述技術的手段の項に記載の温度比較器(60)に対応す
る。又、ステップ(73)を実行するマイコン内の機能部が
技術的手段の項に記載の弁制御回路に対応する。

【００２２】そして、開度Ｐの低下に伴って該開度Ｐが
最小開度まで小さくなるか又は湯温センサ(K) の検知す
る出湯温度が別途定められた上記設定湯温より５deg 以
上小さくなると、ガス元弁(31)を閉じてガスバーナを消
火させると共に循環ポンプ(33)等をＯＦＦ状態に維持し
て器具動作を停止させて安全状態を確保する。尚、この
時、異常報知手段としての上記ブザー(28)を鳴らすこと
も考えられる。この場合、既述ステップ(72)に於いて鳴
らしたブザー(28)の音と異なった種類の音を鳴らすか、
又は、上記ステップ(72)を実行する際にはブザー(28)を
鳴らさずに、前記器具動作の停止時にのみ該ブザー(28)
を鳴らすように制御するのが望ましい。そして、この実
施例ではガス量調整弁(22)の開度が最小値になったか否
かを判断する為にステップ(74)を実行するマイコン内の
機能部が請求項３に記載の開度判定手段に対応すると共
に、湯温センサ(K) の検知する出湯温度が別途定められ
た上記設定温度より５deg 以上小さくなったか否かを判
断する為にステップ(75)を実行するマイコン内の機能部
が請求項４に記載の湯温判定手段に対応している。

【００２３】このように、上記のものによれば、ガス量
調整弁(22)の開度Ｐが最小開度になった際にガスバーナ
(3) を消火させて器具動作を停止させるから、これ以上
燃焼量を小さくできない限界に達して燃焼排気温度を低
くできない状態に陥ると燃焼動作が停止することとな
り、これにより、燃焼排気温度が適正温度より高くなる
異常状態が確実に防止できる。

【００２４】又、出湯温度が設定温度より５deg 以上小
さくなると器具動作を停止させる為、使用者の満足が確
保できない能力不測状態に陥った後には器具動作を停止
させることができ、無意味な器具動作の継続が防止でき
る。尚、上記実施例では、熱交換器(1) の最下段の通水
管群のみを副熱交換部(1b)としたが、主熱交換部(1a)の
熱効率が十分高い場合は下から２段又は３段目までが副
熱交換部(1b)として機能するようにしても良い。又、上
記実施例では温水暖房器用の給湯器について説明した
が、台所での炊事作業や浴室での湯張り作業の為にこれ
らの場所に給湯する通常の給湯器に本発明が適用できる
ことは言うまでもない。

【００２５】又、上記実施例では燃焼排気から潜熱を積
極的に吸収する型式の熱交換装置を例示的に記載した
が、専ら燃焼排気の顕熱を利用し潜熱を積極的に利用し
ない通常の熱交換装置に対しても本発明を実施できるこ
とは言うまでもない。かかる型式のものでも、熱交換器
(1) 内に汚れが堆積してその熱交換効率が低下するから
である。

【００２６】更に、上記実施例では、ガスバーナ(3) へ
の給気通路内にファン(4) を配設したが、該ファン(4)
を排気通路(21)内に配設しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施例の縦断面図

【図２】制御回路図

【図３】制御動作を説明するフロ−チャ−ト

【図４】従来例の説明図

【符号の説明】

(1) ・・・熱交換器 (3) ・・・ガスバーナ (4) ・・・ファン (11)・・・通水管 (21)・・・排気通路 (60)・・・温度比較器器 (S) ・・・排気温度センサ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスバーナ（３）へのガス回路に挿入さ
れたガス量調整弁（２２）と、前記ガスバーナ（３）で
加熱される熱交換器（１）と、該熱交換器（１）に連設
された排気通路（２１）を具備する熱交換装置に於い
て、熱交換器（１）から排出された燃焼排気の温度を検知す
る排気温センサ（Ｓ）と、適正排気温を記憶する適正温
度記憶手段と、該適正温度記憶手段と上記排気温センサ
（Ｓ）が出力する温度を比較して後者の温度が前者の温
度以上の場合は過熱信号を出す温度比較器（６０）と、
該温度比較器（６０）から前記過熱信号が発生したとき
は該信号が消失するまでガス量調整弁（２２）の開度を
絞る弁制御回路を設け、ガス量調整弁（２２）の開度Ｐが予め定められた最小値
になったことを判断して消火信号を出す開度判定手段を
設け、前記過熱信号が発生しているときに該消火信号が
出たらガスバーナ（３）を消火させるようにした、熱交
換装置。
【請求項２】熱交換器（１）から流出する湯の温度を
検知する湯温センサ（Ｋ）と、上記熱交換器（１）で沸
かそうとする設定温度と上記湯温センサ（Ｋ）の検知温
度を比較して後者の検知温度が前者の設定温度より所定
温度以上低い場合は消火信号を出す湯温判定手段を設
け、前記過熱信号が発生しているときに該消火信号が出
たらガスバーナ（３）を消火させるようにした請求項１
に記載の熱交換装置。
【請求項３】ガスバーナ（３）へのガス回路に挿入さ
れたガス量調整弁（２２）と、前記ガスバーナ（３）で
加熱される熱交換器（１）と、該熱交換器（１）に連設
された排気通路（２１）を具備する熱交換装置に於い
て、熱交換器（１）から排出された燃焼排気の温度を検知す
る排気温センサ（Ｓ）と、適正排気温を記憶する適正温
度記憶手段と、該適正温度記憶手段と上記排気温センサ
（Ｓ）が出力する温度を比較して後者の温度が前者の温
度以上の場合は過熱信号を出す温度比較器（６０）と、
該温度比較器（６０）から前記過熱信号が発生したとき
は該信号が消失するまでガス量調整弁（２２）の開度を
絞る弁制御回路を設け、熱交換器（１）から流出する湯の温度を検知する湯温セ
ンサ（Ｋ）と、上記熱交換器（１）で沸かそうとする設
定温度と上記湯温センサ（Ｋ）の検知温度を比較して後
者の検知温度が前者の設定温度より所定温度以上低い場
合は消火信号を出す湯温判定手段を設け、前記過熱信号
が発生しているときに該消火信号が出たらガスバーナ
（３）を消火させるようにした、熱交換装置。