JP3710623B2

JP3710623B2 - 熱交換装置

Info

Publication number: JP3710623B2
Application number: JP16505298A
Authority: JP
Inventors: 陽一青山
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2018-06-12
Also published as: JPH11351559A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーナでの燃焼により生ずる燃焼ガスと被加熱流体との間の熱交換を行う熱交換器を備える熱交換装置に関し、特にバーナでの燃焼をオンオフ制御することにより被加熱流体の温度を制御するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の熱交換装置としては、例えば被加熱流体として送り込まれた室内空気を燃焼ガスとの間で熱交換させて温風にして室内に吹き出し、室温が設定室温になるように暖房を行うＦＦ式暖房器がある。このような暖房器のうち、燃料としてガスを用いるものでは、バーナへ供給するガス量を調節して燃焼量を調節することにより、室温を制御するものがある。
【０００３】
ところが、燃焼量をしぼり過ぎると、バーナでの燃焼が不安定になり立ち消え等が生ずるおそれがある。つまり燃焼量の調節できる範囲には下限がある。従って、加熱量が少なくてよい場合は、燃焼量を下限値にしてもなお燃焼量が大き過ぎ、室温が設定室温を超えることになる。このような場合に対応したものとして、バーナでの燃焼をオンオフ制御するものがある。これによれば、燃焼量を下限値にしてもなお燃焼量が大き過ぎて室温が設定室温を超える場合は、バーナでの燃焼をオフさせることができるため、燃焼を断続的にオンオフさせることで室温を設定室温に維持した暖房を行うことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、バーナでの燃焼をオンオフ制御すると、燃焼をオフしている間は熱交換器温度が低下する。熱交換器温度が燃焼ガスの露点以下になると、次に燃焼をオンしたときに燃焼ガスが熱交換器に触れて露点以下に冷却され、燃焼ガスに含まれる水分が熱交換器の壁面に結露していわゆるドレンが生じ、ドレンに含まれる酸性成分により熱交換器を腐食させるおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような不具合を解決する熱交換装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、バーナでの燃焼により生ずる燃焼ガスと被加熱流体との間の熱交換を行う熱交換器と、被加熱流体の温度を検出する被加熱流体温度検出手段と、当該被加熱流体温度検出手段の検出温度が設定温度になるようにバーナでの燃焼をオンオフ制御する制御手段と、を備える熱交換装置において、前記熱交換器の温度を検出する熱交換器温度検出手段を備え、前記制御手段により、当該熱交換器温度検出手段の検出温度が結露防止温度以下になると前記バーナでの燃焼をオンすることを特徴とする。
【０００７】
このような熱交換装置によれば、熱交換器の温度が常に結露防止温度以上に維持される。従って、例えば結露防止温度を燃焼ガスの露点に設定しておけば、熱交換器の温度が常に露点以上の温度に維持され、燃焼ガスに含まれる水分が熱交換器に結露することがない。
【０００８】
ところで、熱交換器温度が結露防止温度以下であることを検出したときに熱交換器温度維持のためにバーナでの燃焼をオンすると、被加熱流体温度が上昇するため、被加熱流体温度を設定温度に保つ制御上好ましくない。従って、前記制御手段によって、前記熱交換器温度検出手段の検出温度が結露防止温度以下になったことによりオンになった前記バーナでの燃焼を、前記熱交換器温度検出手段の検出温度が前記結露防止温度を超えた所定温度より高くなるとオフする。このようにすれば、熱交換器での結露発生を防止しながら被加熱流体の温度上昇を最小限に抑えることができる。
【０００９】
また、被加熱流体が室内空気であり、熱交換装置が室内空気を強制的に送風する送風手段を備える暖房機である場合は、熱交換器温度検出手段の検出温度が結露防止温度以下になってバーナでの燃焼をオンさせたときに、送風手段は停止状態であるのが好ましい。このようにすれば、新たな室内空気が熱交換器に供給されて燃焼ガスとの間で熱交換されないので、バーナでの燃焼により室温が上昇することがなく、熱交換器のみが加熱されて短時間で露点以上の所定温度に温度上昇させることができ結露が防止される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１を参照して１は熱交換装置の一形態であるＦＦ式の暖房機であり、暖房機の匡体１ａ内には、室内空気（被加熱流体）を匡体１ａ内に送通させる送風手段としての対流ファン２と、燃料であるガスを燃焼させるバーナ３が内部に設置された燃焼室４と、該燃焼室４におけるバーナ３での燃料ガスの燃焼により得られる燃焼ガスが送り込まれる熱交換器５とが設置されている。
【００１１】
対流ファン２は匡体１ａの側部に取り付けた第１モータ２ａにより作動される。対流ファン２を作動させると室内空気が匡体１ａの吸気口１ｂから吸い込まれて匡体１ａの吹出口１ｃから吹き出される。第１モータ２ａの回転等は暖房機１の制御手段としてのコントローラ６により制御される。
【００１２】
吸気口１ｂに隣接する位置には、吸気口１ｂから吸い込んだ室内空気の温度を検出する室温センサ（被加熱流体温度検出手段）７が取り付けられている。室温センサ７で検出した室内温度を示す温度信号はコントローラ６に入力される。なお吸気口１ｂにはフィルタ８が装着されている。また吹出口１ｃには吹出方向を方向付けするためのブレード９が複数枚取り付けられている。各ブレード９，…は図示しない平行リンクにより相互に連結されており常に同一方向に向けられる。
【００１３】
燃焼室４には燃焼用空気の吸入口４ａ及び燃焼ガスの送出口４ｂが形成されている。吸入口４ａには室外に連通する吸気管１０が接続されており、吸気管１０内には燃焼用空気を燃焼室に強制的に供給する給気ファン１１が設置されている。該給気ファン１１はコントローラ６により制御される第２モータ１１ａで駆動される。他方、送出口４ｂには熱交換器５が接続されている。またバーナ３にはガス供給管１３が配設されている。ガス供給管１３には開度調整可能な比例電磁弁１４ａと、その上流側の開閉電磁弁１４ｂとが取り付けられている。なお、比例電磁弁１４ａの開度調整及び開閉電磁弁１４ｂの開弁、閉弁はコントローラ６によって制御される。
【００１４】
また燃焼室４内にはコントローラ６により動作制御される点火プラグ１５と、燃焼状態を検出する炎検知器１６が取り付けられている。炎検知器１６の検知信号はコントローラ６に入力されている。
【００１５】
熱交換器５は、燃焼室４からの燃焼ガスの入口５ａ及び出口５ｂを備える。入口５ａは燃焼室４の送出口４ｂに接続され、出口５ｂには室外に通ずる排気管１７が接続されている。また熱交換器５には、熱交換器の壁面温度を検出する熱交温度センサ（熱交換器温度検出手段）１８が取り付けられている。熱交温度センサ１８で検出された温度は温度信号としてコントローラ６に入力される。
【００１６】
またコントローラ６には室温等を設定するための操作パネル６ａが備えられている。コントローラ６は、室温センサ７で検出した室温が操作パネル６ａで設定された設定室温になるように、給気ファン１１の回転数を制御して燃焼空気量を制御すると共に比例電磁弁１４ａの開度調節を行って燃料ガスの供給量を調節しバーナ３での燃焼量を可変制御する。そして、比例電磁弁１４ａの開度を下限燃焼量にしても室温が設定温度を超えて上昇する場合は、開閉電磁弁１４ｂを開閉させてバーナ３での燃焼をオンオフ（ＯＮ−ＯＦＦ）制御し、バーナを断続燃焼させて、室温が設定温度になるように燃焼を制御する。以下、暖房機１の動作を図２に示すフローチャートを用いて説明する。
【００１７】
暖房機の運転スイッチがオン（ＯＮ）されると（Ｓ１）、バーナでの燃焼がオンされる（Ｓ２）。具体的には、開閉電磁弁が開弁され、給気ファンがオンされて回転され、点火プラグにスパークを発生させて燃焼を開始させる。続いて対流ファンがオンされ（Ｓ３）、温風が室内に吹き出されて室内が暖房される。暖房中は、室温センサ７の検出温度（室温）が設定室温と等しくなるように、比例電磁弁１４ａの開度が調節されて燃焼量が調節されるが、比例電磁弁１４ａの開度を最小にした状態で暖房を続けたときに室温が設定室温に１℃加えた温度よりも高くなる（Ｓ４での判断が「ＹＥＳ」になる）と、バーナでの燃焼がオフ（ＯＦＦ）される（Ｓ５）。具体的には、開閉電磁弁１４ｂが閉弁されると共に給気ファンがオフされる。続いて対流ファンがオフされる（Ｓ６）。
【００１８】
この後、室温が設定室温以下（Ｓ７で「ＮＯ」）になれば、再びバーナをオンし（Ｓ２）、比例電磁弁１４ａの開度調節を行ってバーナ３での燃焼量を可変制御することにより暖房を行うが、室温が設定室温より高い（Ｓ７で「ＹＥＳ」）場合は、熱交換器５の温度を検出する（Ｓ８）。ここで熱交換器５の温度が結露防止温度として設定した露点より高い（Ｓ８で「ＮＯ」）場合は、再び室温が設定室温以下であるか否かを判断する（Ｓ７）。他方、熱交換器５の検出温度が露点以下（Ｓ８で「ＹＥＳ」）であればバーナ３での燃焼をオンし（Ｓ９）、その後、予め定めた条件に従ってバーナ３での燃焼をオフする。本実施形態では熱交換器５の温度が露点に１０℃加えた温度（所定温度）より高くなる（Ｓ１０で「ＹＥＳ」になる）と、バーナ３での燃焼をオフする（Ｓ１１）。バーナ３での燃焼をオフすると、再び室温が設定室温以下になっているか否かを判断する（Ｓ７）。
【００１９】
このようにすれば、熱交換器５の温度を常に燃焼ガスの露点以上に維持できるので、熱交換器５の内壁面に燃焼ガスに含まれる水分が結露することを防止でき、ドレンの発生を防止できる。従って、ドレンに含まれる燃焼ガス中の酸性成分による熱交換器５の腐食を防止でき、熱交換器５ひいては暖房機１の耐久性が向上する。
【００２０】
ところで、上記説明から解るように、熱交換器５の温度が燃焼ガスの露点以下にならないように維持するためにバーナ３での燃焼をオンする場合は、対流ファン２を作動させない。このようにすれば、新たな室内空気と熱交換器５との間での熱交換が行われない。したがって、既に室温が設定温度より高いのに、燃焼熱により室温をさらに上昇させてしまうといった不具合を防止でき、燃焼熱が熱交換器５の温度上昇にのみ用いられるため熱交換器５の温度を短時間で露点以上の温度に上昇させることができる。また、熱交換器５の周囲の停滞空気を高温に加熱することができるので、バーナをオフした後も露点以上に温度上昇させた熱交換器５が冷え難い。
【００２１】
なお、ステップ９（Ｓ９）でバーナ３での燃焼をオンさせるときは、比例電磁弁１４ａの開度を最小に設定することで室温の上昇を防止した方が良い。ただし、結露防止のためのバーナ３の燃焼時間をより短くする必要があるような場合は比例電磁弁１４ａの開度を必要に応じて大きく設定すれば良い。また、ステップ１０では、熱交換器５の温度に基づいてバーナ３をオフする時期を決定しているが、例えばバーナ３での燃焼をオンしてから約１分経過後に熱交換器５の温度が露点に１０℃加えた温度に達するとの実験結果に基づき、燃焼開始から１分経過後にバーナ３での燃焼をオフするというように、燃焼開始からの経過時間に基づいて燃焼をオフする時期を決定してもよい。
【００２２】
また、本実施形態の暖房機１は、バーナ３での燃焼量を比例制御弁１４ａを用いて制御すると共に開閉電磁弁１４ｂを用いてバーナ３での燃焼をオンオフ制御するものであるが、バーナ３での燃焼をオンオフ制御するだけで室内空気（被加熱流体）の温度を設定室温になるように制御するものにも適用できる。
【００２３】
さらに、本実施形態の暖房機１は、熱交換器５内に燃焼ガスを流し、熱交換器５の外壁に被加熱流体としての室内空気を接触させて熱交換を行うものであるが、被加熱流体としての被加熱水を熱交換器内に流し、熱交換器の外壁に燃焼ガスを接触させて温水を生成する温水循環式の暖房機（例えば床暖房機）にも同様に本発明を適用できる。この場合は、熱交換器の最下流側に温度センサを設置すれば、これが熱交換器の出湯温度を検出する被加熱流体温度検出手段及び熱交換器温度検出手段として機能する。従って、上記実施形態の暖房機と同様に、バーナでの燃焼がオフの状態で温度センサの検出温度が露点（結露防止温度）以下になったときに、バーナを燃焼させれば良い。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、熱交換器温度を常に結露防止温度以上の温度に維持できるので、結露防止温度を燃焼ガスの露点以上の温度に設定することにより、熱交換器内に燃焼ガスを送ったときに燃焼ガスに含まれる水分が熱交換器内に結露していわゆるドレンが生ずることを確実に防止でき、熱交換器内の腐食を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の暖房機の概略構成を示す図
【図２】暖房機におけるバーナでの燃焼の制御を示すフローチャート
【符号の説明】
１暖房機（熱交換装置）
２対流ファン（送風手段）
３バーナ
４燃焼室
５熱交換器
６コントローラ（制御手段）
７室温センサ（被加熱流体温度検出手段）
１８熱交温度センサ（熱交換器温度検出手段）

Claims

バーナでの燃焼により生ずる燃焼ガスと被加熱流体との間の熱交換を行う熱交換器と、被加熱流体の温度を検出する被加熱流体温度検出手段と、当該被加熱流体温度検出手段の検出温度が設定温度になるようにバーナでの燃焼をオンオフ制御する制御手段と、を備える熱交換装置において、
前記熱交換器の温度を検出する熱交換器温度検出手段を備え、
前記制御手段により、当該熱交換器温度検出手段の検出温度が結露防止温度以下になると前記バーナでの燃焼をオンすることを特徴とする熱交換装置。
前記結露防止温度は、燃焼ガスの露点であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。
前記制御手段は、前記熱交換器温度検出手段の検出温度が結露防止温度以下になったことによりオンになった前記バーナでの燃焼を、前記熱交換器温度検出手段の検出温度が前記結露防止温度を超えた所定温度より高くなるとオフすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱交換装置。
前記被加熱流体は室内空気であり、
前記熱交換装置は当該室内空気を強制的に送風する送風手段を備えるものであり、
前記制御手段は、前記熱交換器温度検出手段の検出温度に基づいてバーナでの燃焼をオンしたときは送風手段の動作を停止状態にするものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱交換装置。