JP5741906B2 - 温水装置 - Google Patents

Description

本発明は、給湯装置などの温水装置、さらに詳しくは、燃焼ガスから熱交換器を利用して熱回収を行なうことにより湯水加熱を行なうタイプの温水装置に関する。

温水装置としては、潜熱回収型のものがある。潜熱回収型の温水装置は、バーナにより発生された燃焼ガスから熱回収を行なう際に、顕熱に加えて潜熱をも回収する。燃焼ガスから潜熱を回収すると、燃焼ガス中の硫黄酸化物や窒素酸化物などの成分を含んだ強酸性の凝縮水が発生する。そこで、潜熱回収型の温水装置では、凝縮水を中和装置に送り込んで中和させてから機外に排出するように構成されているのが通例である。一方、室外に置かれた温水装置が実際に使用される場合、風雨が強いときに、熱交換器に取り付けられた排気トップの排気口から熱交換器のケース内に雨水が進入する場合がある。この雨水が凝縮水用の流路を通過して中和装置内に流入したのでは、たとえば中和装置で使用されている中和剤が消耗し、その使用寿命が短くなるといった不具合を生じる。

このような不具合に対応する手段として、特許文献１，２に記載された手段がある。特許文献１においては、排気トップ内のうち、排気口に近い箇所に、雨水進入防止用の傾斜壁を設けている。この傾斜壁は、排気口から排気トップ内に進入した雨水が熱交換器側に向けてさらに進行することを防止するためのものであり、この傾斜壁の存在によって中和装置内に雨水が流入することが防止される。一方、特許文献２においては、熱交換器と中和装置とを繋ぐ凝縮水用の配管経路の途中に、切替え弁を介して迂回用配管を分岐接続し、バーナが駆動燃焼していないときには、前記迂回用配管への流路切り替えがなされるように構成されている。このような構成によれば、仮に、熱交換器のケース内に雨水が進入しても、この雨水は中和装置には流入しない。

しかしながら、前記従来技術においては、次に述べるように、未だ改善すべき余地がある。

すなわち、特許文献１においては、排気トップ内に雨水進入防止用の傾斜壁を設ける必要があるために、排気トップが大型化し、その構造も複雑化する不具合がある。雨水の進入防止効果を高めるには、傾斜壁の傾斜角度をかなり大きくする必要があるために、前記した不具合はより顕著となる。

一方、特許文献２においては、雨水が中和装置内に流れ込むことを防止するための切替え弁を備えた迂回用配管を温水装置に取り付ける必要がある。したがって、その分だけ構造が複雑化し、温水装置の製造コストが高くなる。

特開２００６−２８４０４１号公報 特開２００９−２８７８１４号公報

本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであって、構造の複雑化や大型化などを抑制しつつ、中和装置内に雨水が流入する不具合を適切に防止または抑制することが可能な温水装置を提供することを、その課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明により提供される温水装置は、バーナに燃焼用空気を供給するファンと、伝熱管を収容したケースを有し、かつ前記バーナによって発生されて前記ケース内に流入した燃焼ガスから熱回収を行なう熱交換器と、この熱交換器のケースと一体または別体に構成され、かつ前記熱回収がなされた燃焼ガスを機外に排出するための排気口を有する排気トップと、前記熱回収に伴って発生した凝縮水を回収してこの凝縮水の中和処理を行なう中和装置と、を備えている、温水装置であって、前記中和装置は、前記凝縮水が内部に流入し、かつ中和処理を終えた凝縮水を外部に流出させる中和処理槽と、この中和処理槽の上部に設けられ、かつ前記中和処理槽における凝縮水の水位または水位の変化を検知可能な水位センサと、を備えており、前記バーナおよび前記ファンの駆動停止時において、前記排気口内への雨水の進入を生じ、前記中和処理槽内にこの中和処理槽の中和排水処理能力を超える雨水が流入することにより、前記中和処理槽における水位が上昇したときには、その旨が前記水位センサを利用して検知されて前記ファンが駆動し、前記排気口から機外への空気の吹き出しが行なわれるように構成されていることを特徴としている。

このような構成によれば、バーナおよびファンの駆動が停止している温水装置の運転待機（停止）期間中であっても、排気口内への雨水の進入が生じて、中和処理槽内にこの中和処理槽の中和排水処理能力を超える雨水が流入し、その旨が水位センサを利用して検知された時点でファンが駆動され、排気口から機外への空気の吹き出し作用によって、雨水が排気口内に進入することが抑制される。したがって、多くの雨水が中和装置に流れ込む虞を適切に防止または抑制することができる。本発明においては、排気口内に雨水が進入することを抑制するための手段として、ファンを用いているが、ファンはバーナに燃焼用空気を供給するためのものであって、一般の温水装置には元々具備されている。中和装置の水位センサが、雨水進入検知手段として有効に利用されており、その構成は合理的である。前記水位センサとは別に、雨水進入検知専用のセンサを用いる必要はない。このため、本発明では、前記した特許文献１，２と比較して、装置の大型化や構造の複雑化などを防止する上で好ましいものとなる。

本発明において、好ましくは、前記バーナの駆動停止時において、前記ファンが前記中和処理槽における水位上昇を契機として駆動を開始したときには、その駆動時間は予め設定された時間とされる一方、この時間が経過する時点において、前記中和処理槽内の水位低下が前記水位センサを利用して検知されていないときには、その後もさらに予め設定された時間は前記ファンの駆動が継続するように構成されている。

このような構成によれば、雨水が中和装置内に流れ込む状態が終了しているにも拘わらず、ファンがその後も長時間にわたって無駄に駆動されることを防止することができる。一方、雨水が中和装置内に流れ込む状態が終了していないときには、ファンの駆動が継続するために、雨水の進入が抑制される状態を適切に維持し、中和装置内への凝縮水の流入量を少なくする効果が得られる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形
態の説明から、より明らかになるであろう。

本発明に係る温水装置の一例を示す概略側面断面図である。 図１に示す温水装置の制御部の動作処理手順の一例を示すフローチャートである。 温水装置の他の例を示す要部側面断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１に示す温水装置ＷＨは、給湯装置として構成されており、バーナ１、ファン２、１次および２次の熱交換器３Ａ,３Ｂ、排気トップ４、中和装置５、制御部６、およびこれらを囲み込んで保護する外装ケース７を備えている。

バーナ１は、たとえば燃料ガスを燃焼させるガスバーナであり、缶体８内に配されている。ファン２は、缶体８の下部に取り付けられ、バーナ１に対して燃焼用空気を上向きに供給する。このファン２は、後述するように、温水装置ＷＨの運転待機時において、排気トップ４内に雨水が進入することを防止する手段としても利用される。

１次および２次の熱交換器３Ａ,３Ｂは、伝熱管３０ａ，３０ｂを有しており、バーナ１により発生された燃焼ガスから熱回収を行なうことにより、伝熱管３０ａ，３０ｂ内を通過する湯水を加熱可能である。１次熱交換器３Ａは、顕熱回収用であり、伝熱管３０ａは、缶体８内に位置している。２次熱交換器３Ｂは、潜熱回収用であり、伝熱管３０ｂを内部に収容するケース３１を有している。２次熱交換器３Ｂは、１次熱交換器３Ａの上側に設けられ、１次熱交換器３Ａを上向きに通過した燃焼ガスは、ケース３１の後部に設けられた給気口３２からケース３１内に流入し、ケース３１の前部に向けて進行する。この過程において、伝熱管３０ｂによる潜熱回収がなされる。排気トップ４は、熱回収を終えてケース３１内の前部まで進行してきた燃焼ガスを外装ケース７の外部（機外）に導いて排出するための部材であり、横向き開口状の排気口４０を有している。２次熱交換器３Ｂによる潜熱回収に伴って発生した強酸性の凝縮水は、ケース３１の底部に設けられた排出口３３、およびこの排出口３３に接続された配管流路５８を介して中和装置５に送られるようになっている。

中和装置５は、中和剤５１を内部に収容した中和処理槽５０と、水位センサＳａとを有している。中和剤５１は、たとえば粒状の炭酸カルシウムである。中和処理槽５０は、凝縮水の流入口５６ａおよび排出口５６ｂを有しており、２次熱交換器３Ｂから配管流路５８を通過してきた凝縮水は、流入口５６ａから中和処理槽５０内に流入し、中和剤５１どうしの隙間を通過した後に排出口５６ｂに到達し、その後配管流路５９を介して外装ケース７の外部に排出される。

水位センサＳａは、たとえば電圧が印加された一対の電極５７を用いて構成されており、中和処理槽５０の上部に取り付けられている。凝縮水の水位が一対の電極５７の下端レベルＬよりも上昇すると、それらの間が導通し、水位上昇を検知可能である。この水位センサＳａは、本来的には、中和処理槽５０内や配管流路５９内の詰まりに起因して中和処理槽５０内の凝縮水が異常上昇したときに、これを検知するためのものである。ただし、本実施形態において、水位センサＳａは、雨水進入検知手段に相当している。

水位センサＳａを利用して雨水進入検知が可能であるのは、次のような論理による。す
なわち、バーナ１の駆動停止時においては、凝縮水が発生しないために、本来ならば、中和処理槽５０内の水位は上昇しない筈である。ところが、排気トップ４の排気口４０内に雨水が吹き込むことにより、この雨水が配管流路５８を通過して中和処理槽５０に流入し、かつその流入量が中和処理槽５０の中和排水処理能力を超えると、中和処理槽５０内の水位は上昇する。したがって、バーナ１の駆動停止時中において、水位センサＳａを利用して水位上昇が検知された場合には、排気口４０内への雨水の多量の進入が生じていると判断することが可能である。

制御部６は、温水装置ＷＨの各部の動作制御やデータ処理を実行し、バーナ１およびファン２の駆動が停止している際には、水位センサＳａからの検知信号に基づき、ファン２を駆動させる制御を実行する。この制御の詳細については後述するが、ファン２が駆動されることにより、排気口４０から空気が吹き出され、これが雨水進入防止効果を生じさせる。

次に、前記した温水装置ＷＨの作用について、図２に示したフローチャートを参照しつつ説明する。

まず、温水装置ＷＨが運転待機状態にあり、バーナ１およびファン２の駆動が停止している場合において、中和処理槽５０内の水位が上昇して水位センサＳａがオンとなり、かつこのオン状態がたとえば数秒などの所定時間以上継続すると、制御部６はファン２の駆動を開始させる（Ｓ１：ＹＥＳ，Ｓ２：ＹＥＳ，Ｓ３：ＹＥＳ，Ｓ４）。先に述べたように、バーナ１およびファン２の駆動停止時において中和処理槽５０内の水位が上昇する原因は、排気口４０内に雨水が進入したものと考えられる。したがって、前記したように水位センサＳａがオンになったことを条件として、ファン２の駆動を開始させれば、排気口４０内への雨水の吹き込みが生じているときに、排気口４０から空気を吹き出させることができる。この空気の吹き出しにより、排気口４０内への雨水の吹き込みを抑制し得るために、中和処理槽５０への雨水流入量を少なくし、雨水流入に起因する中和剤５１の消耗を抑制することができる。

ステップＳ３において、水位センサＳａのオン状態が所定時間以上継続することを条件としたのは、たとえば温水装置ＷＨが揺すられて、中和処理槽５０内の凝縮水が波うち状態となった際であっても水位センサＳａがオンになることがあるため、このような際にファン２が駆動されることを防止するためである。ファン２の駆動回転速度は、低速でよく、たとえばバーナ１の駆動時における最低速度とされる。ファン２の駆動回転速度を高速にすると、ファン２の吸気動作に起因して外装ケース７内の負圧状態が著しくなり、外装ケース７の外面に付着している水滴が前記負圧に起因して適当な隙間から外装ケース７内に進入する虞が生じる。ファン２の駆動回転速度を低速にしておけば、そのような虞をなくすことが可能である。

なお、中和処理槽５０内に雨水が実際に流入している場合であっても、その流入量が少なく、中和処理槽５０の中和排水処理能力を超えない場合には、中和処理槽５０における水位上昇はない。この場合、水位センサＳａはオンにならず（Ｓ２：ＮＯ）、ファン２は駆動されないために、排気口４０からの空気吹き出しによる雨水進入防止は図られない。したがって、この温水装置ＷＨでは、少量の雨水が中和処理槽５０に流入する虞はある。ただし、中和剤５１の消耗が激しくなるのは、中和処理槽５０に多量の雨水が流入する場合であり、少量の雨水の流入では中和剤５１の消耗も少なく、とくに問題はない。この温水装置ＷＨでは、既述したように、中和処理槽５０に雨水が多量に流入することが防止されるために、このことによって中和剤５１の消耗を適切に防止することができるのである。

制御部６は、前記したようにファン２の駆動を開始させた際には、これに伴って所定時間（たとえば、５〜１０分）をタイマセットし、この時間が経過した時点で、水位センサＳａが未だにオン状態にあるか否かを判断する（Ｓ５，Ｓ６：ＹＥＳ，Ｓ７）。中和処理槽５０への雨水の流入が停止し、または雨水の流入量が減少することにより、中和処理槽５０内の水位が所定レベルＬよりも低下すると、水位センサＳａはオン状態ではなくなる。制御部６は、この場合にはファン２の駆動を停止させる（Ｓ７：ＮＯ，Ｓ９）。このことにより、ファン２が長時間にわたって無駄に駆動されることを防止することができる。

前記とは異なり、中和処理槽５０内の水位が未だ所定レベルＬ以上であって、水位センサＳａが未だにオン状態にある場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、制御部６は、ファン２の駆動を停止させない。この場合、制御部６は、タイマリセットを行ない、先に述べたステップＳ６，Ｓ７を繰り返す。このようなことから、この温水装置ＷＨでは、中和処理槽５０内の水位が低下して水位センサＳａがオフにならない限りは、ファン２の駆動回転が継続され、排気口４０からの空気吹き出しによる雨水進入防止効果が得られる。ファン２の駆動を継続させる場合、ファン２の回転速度を所定の速度だけアップさせるように構成することも可能である。なお、図２に示すフローチャートは、温水装置ＷＨの運転待機時の動作処理である。同図には示されていないが、バーナ１が駆動し、温水装置ＷＨが運転状態となったときには、その時点で前記した動作処理は中断される。

図３は、他の実施形態を示している。

図３に示す実施形態においては、２次熱交換器３Ｂにおいて発生した凝縮水を中和装置５の中和処理槽５０に導くための配管経路５８に、流量センサＳｂが設けられている。凝縮水が発生しないバーナ１の駆動停止時において、流量センサＳｂによって流水検知がなされた場合には、この流水は、排気口４０から２次熱交換器３Ｂのケース３１内に進入した雨水であると考えることが可能であり、それ故に、この流量センサＳｂを雨水進入検知手段として用いることができる。制御部６は、バーナ１およびファン２の駆動が停止している際に、流量センサＳｂによって所定流量以上の流水が検知されたときには、その時点でファン２を駆動させる制御を実行するように構成されている。

本実施形態によれば、雨水が２次熱交換器３Ｂのケース３１内に進入する事態を生じた場合には、前記実施形態と同様に、排気口４０から空気を吹き出させることができる。流量センサＳｂを用いた場合には、雨水の進入量が比較的少ない場合であっても、これを検知することが可能である。したがって、前記実施形態とは異なり、中和処理槽５０への凝縮水の流入量が中和処理槽５０の中和排水処理能力を超えない場合であっても、排気口４０への雨水の進入を検知し、ファン２を駆動させることが可能である。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る温水装置の各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。

本発明でいう排気トップは、熱交換器による熱回収を終えた燃焼ガスを機外に導いて排出するための手段であり、熱交換器のケースとは別体で形成されたものに限らず、熱交換器のケースと一体的に形成された構成とすることもできる。たとえば、図１に示すように、２次熱交換器３Ｂのケース３１と外装ケース７との距離が比較的近いような場合には、ケース３１の一部を排気トップとして構成することも可能である。もちろん、排気トップは、寸法が比較的長いダクト状とされていてもよく、横向きに延びたもの、上向きに延びたものなど、その具体的な形態も限定されない。

中和装置は、酸性の凝縮水を中和処理する機能を有していればよく、炭酸カルシウムの中和剤を用いたものに限定されない。熱交換器は、燃焼ガスが流入するケース内に伝熱管が設けられた構成であればよく、伝熱管の具体的な形態などは問わない。また、熱交換器は、顕熱回収用の１次熱交換器と潜熱回収用の２次熱交換器とに分離されているものに限らず、１つの熱交換器によって顕熱および潜熱の双方を順次回収可能な構成とすることもできる。バーナとしては、ガスバーナに代えて、たとえばオイルバーナとすることもできる。

本発明でいう温水装置とは、湯を生成する機能を備えた装置の意であり、一般給湯用、風呂給湯用、暖房用、あるいは融雪用などの各種の給湯装置、および給湯以外に用いられる湯を生成する装置を広く含む概念である。

ＷＨ 温水装置
Ｓａ 水位センサ（雨水進入検知手段）
Ｓｂ 流量センサ（雨水進入検知手段）
１ バーナ
２ ファン
３Ａ，３Ｂ 熱交換器
４ 排気トップ
５ 中和装置
６ 制御部
３０ａ，３０ｂ 伝熱管
４０ 排気口
５０ 中和処理槽
５１ 中和剤

Claims (2)

1. バーナに燃焼用空気を供給するファンと、
   伝熱管を収容したケースを有し、かつ前記バーナによって発生されて前記ケース内に流入した燃焼ガスから熱回収を行なう熱交換器と、
   この熱交換器のケースと一体または別体に構成され、かつ前記熱回収がなされた燃焼ガスを機外に排出するための排気口を有する排気トップと、
   前記熱回収に伴って発生した凝縮水を回収してこの凝縮水の中和処理を行なう中和装置と、
   を備えている、温水装置であって、
   前記中和装置は、前記凝縮水が内部に流入し、かつ中和処理を終えた凝縮水を外部に流出させる中和処理槽と、この中和処理槽の上部に設けられ、かつ前記中和処理槽における凝縮水の水位または水位の変化を検知可能な水位センサと、を備えており、
   前記バーナおよび前記ファンの駆動停止時において、前記排気口内への雨水の進入を生じ、前記中和処理槽内にこの中和処理槽の中和排水処理能力を超える雨水が流入することにより、前記中和処理槽における水位が上昇したときには、その旨が前記水位センサを利用して検知されて前記ファンが駆動し、前記排気口から機外への空気の吹き出しが行なわれるように構成されていることを特徴とする、温水装置。
2. 請求項１に記載の温水装置であって、
   前記バーナの駆動停止時において、前記ファンが前記中和処理槽における水位上昇を契機として駆動を開始したときには、その駆動時間は予め設定された時間とされる一方、この時間が経過する時点において、前記中和処理槽内の水位低下が前記水位センサを利用して検知されていないときには、その後もさらに予め設定された時間は前記ファンの駆動が継続するように構成されている、温水装置。

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