JP5835567B2 - 潜熱回収型燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、潜熱回収型燃焼装置に関し、特に潜熱回収により発生したドレン（凝縮水）が器外のドレン排出管の付近やドレン排出管の内部で凍結する懸念がある場合に、ドレン量を増加させる手段を設けた潜熱回収型燃焼装置に関するものである。

潜熱回収型燃焼装置においては、潜熱回収により発生した酸性のドレンを中和させる中和器を設け、この中和器において中和処理してからドレン管から器外のドレン排水管に排出する。ところで、寒冷地等において外気温が低く、燃焼装置が小燃焼状態のためドレン排出量が非常に少ない場合には、器内のドレン管と器外のドレン排水管の継手近傍やドレン排水管の内部においてドレンが凍結してドレンの排出が不能となるため、中和器エラーとなることがある。

そこで、特許文献１に記載の潜熱回収型温水装置においては、中和器又は中和器の下流側にドレン貯留器を設け、このドレン貯留器から延びるドレン管に電磁開閉弁を設け、ドレン貯留器にドレンを加熱する電気ヒータを設け、ドレンの凍結の懸念がない場合には電磁開閉弁を開放状態にし、ドレンの凍結の懸念がある場合には、電磁開閉弁を閉じてドレン貯留器にドレンを貯留し、電気ヒータによりドレンを加熱してから電磁開閉弁を開いてドレンを排出するように制御している。

特開２０１０−１０７１６８号公報

上記特許文献１の潜熱回収型温水装置においては、ドレン貯留器、電磁開閉弁、電気ヒータなどを設けるため、温水装置のドレン排出系の構成が複雑し、製作費が高価になるという問題がある。
本発明の目的は、新たに特殊な機器を設けることなく、燃焼装置に通常装備されている既存の機器を有効活用してドレンの凍結防止を図ることのできる潜熱回収型燃焼装置を提供することである。

請求項１の潜熱回収型燃焼装置は、燃焼排気の潜熱を回収するように構成された潜熱回収型燃焼装置であって、排気の潜熱回収により生じた凝縮水を器外に排出する潜熱回収型燃焼装置において、外気温又は入水温度を検出する温度検出手段を備え、この温度検出手段による検出温度が器外を流れる凝縮水の凍結が懸念される温度以下になった際に、潜熱回収による凝縮水の発生量を増加させる凝縮水量増加手段を設け、上記凝縮水量増加手段は、燃焼における最低燃焼能力を増加させることにより凝縮水の発生量を増加させることを特徴としている。

請求項２の潜熱回収型燃焼装置は、請求項１の発明において、上記凝縮水量増加手段は、燃焼を許可する最低作動水量を増加させることにより凝縮水の発生量を増加させることを特徴としている。

請求項３の潜熱回収型燃焼装置は、請求項１の発明において、上記凝縮水量増加手段は、設定出湯温度の下限値を高めることにより凝縮水の発生量を増加させることを特徴としている。

請求項４の潜熱回収型燃焼装置は、請求項１の発明において、複数のバーナーを夫々作動させる複数の燃焼領域を備え、上記凝縮水量増加手段は、複数の燃焼領域が同じ燃焼能力を発揮する場合に、バーナー本数が少なくなる燃焼領域を優先させることにより凝縮水の発生量を増加させることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、外気温又は入水温度を検出する温度検出手段を備え、この温度検出手段による検出温度が器外を流れる凝縮水の凍結が懸念される温度以下になった際に、潜熱回収による凝縮水の発生量を増加させる凝縮水量増加手段を設けたため、凝縮水を増加させることで、凝縮水の凍結を確実に防止することができる。
しかも、温度検出手段は、潜熱回収型燃焼装置に通常装備されている既存の温度検出器を活用でき、また、凝縮水量増加手段は、潜熱回収型燃焼装置の制御装置でもって構成することができるため、新たに特殊な機器を設けることなく安価に実現することができる。 そして、上記凝縮水量増加手段は、燃焼における最低燃焼能力を増加させることにより凝縮水の発生量を増加させるため、簡単な制御を介して凝縮水の発生量を増加させることができる。

請求項２の発明によれば、上記凝縮水量増加手段は、燃焼を許可する最低作動水量を増加させることにより凝縮水の発生量を増加させる。この場合、最低作動水量を増加させることで燃焼の出力号数を大きくして凝縮水の発生量を増加させることになるため、簡単な制御を介して凝縮水の発生量を増加させることができる。

請求項３の発明によれば、上記凝縮水量増加手段は、設定出湯温度の下限値を高め、燃焼の最低の出力号数を増加させることにより凝縮水の発生量を増加させるため、簡単な制御を介して凝縮水の発生量を増加させることができる。

請求項４の発明によれば、複数のバーナーを夫々作動させる複数の燃焼領域を備え、上記凝縮水量増加手段は、複数の燃焼領域が同じ燃焼能力を発揮する場合に、バーナー本数が少なくなる燃焼領域を優先させることにより凝縮水の発生量を増加させる。そのため、簡単な制御を介して凝縮水の発生量を増加させることができる。

本発明の実施例１に係る潜熱回収型燃焼装置の構成図である。 実施例１のドレン水流増加制御のフローチャートである。 実施例１に係る流量と出力号数と最小本数燃焼の関係を示す線図である。 実施例２のドレン水量増加制御のフローチャートである。 実施例２に係るリモコン設定温度と出力号数と最小本数燃焼の関係を示す線図である。

以下、本発明の実施の形態について実施例に基づいて説明する。

本実施例に係る潜熱回収型燃焼装置について説明する。
図１に示すように、潜熱回収型燃焼装置１（以下、燃焼装置という）は、燃焼装置本体２と、中和器３と、制御ユニット４と、リモコン５と、入水管６と、出湯管７と、ドレン管８，９と、入水温度センサ１０と、出湯温度センサ１１と、外気温センサ１２と、流量センサ１３などを備え、これらの大部分が薄鋼板製のケーシング１４で覆われている。ドレン管９の下端部は器外のドレン排水管１５に接続されている。

燃焼装置本体２のケース２０の下端に燃焼用空気を供給する送風ファン２１が設けられ、ケース２０の内部の下部には燃料ガスを燃焼させるバーナーユニット２２が設けられている。ケース２０の内部には、さらにバーナーユニット２２の上側に、下から順に顕熱回収用の熱交換器２３と、潜熱回収用の熱交換器２４が設けられ、ケース２０の上端には燃焼排ガスの排出口２５が形成されている。熱交換器２４の直下には潜熱回収により発生したドレン（凝縮水）を受けるトレイ２６が設けられている。

前記バーナーユニット２２は、例えば１０本のバーナーを有し、中央の３本のバーナーで燃焼する第１燃焼領域と、前記３本のバーナーとその左側の２本のバーナーの計５本のバーナーで燃焼する第２燃焼領域と、中央の３本のバーナーとその右側の５本のバーナーの計８本のバーナーで燃焼する第３燃焼領域と、１０本全てのバーナーで燃焼する第４燃焼領域を備えている。
入水管６から供給される入水は熱交換器２４において燃焼排ガスの潜熱により加熱された後、熱交換器２３に供給され、その熱交換器２３により加熱された後出湯管７に供給される。

入水管６には、入水温度を検出する入水温度センサ１０と、入水の流量を検出する流量センサ１３が設けられ、入水温度センサ１０と流量センサ１３の検出信号は制御ユニット４へ供給される。出湯管７には出湯温度を検出する出湯温度センサ１１が設けられ、この出湯温度センサ１１の検出信号は制御ユニット４に供給される。出湯温度を調節する為に、入水管６と出湯管７を接続する接続管２７には入水の流量を調整する流量調整弁２８が設けられている。尚、この流量調整弁２８は制御ユニット４により制御される。

中和器３は、熱交換器２４のトレイ２６からドレン管８により供給される酸性のドレンを中和するものである。中和器３は、箱形の容器３ａと、この容器３ａ内に収容されたアルカリ性の中和剤３ｂと、仕切板３ｃなどを有する。容器３ａの下端の排出口３ｄにはドレン管９が接続され、このドレン管９の下端部はケーシング１４の下壁に付設された管継手１５ａに接続され、この管継手１５ａには器外のドレン排出管１５の上端が接続され、ドレン排出管１５の下端部は排水系のピット１６に挿入されている。

ケーシング１４の下壁中央部の内面には外気温を検出する外気温センサ１２が設けられ、この外気温センサ１２の検出信号が制御ユニット４に供給されている。
制御ユニット４は、マイクロコンピュータ、バーナーユニット２２の燃焼ガス供給系の複数の電磁弁の為の複数の駆動回路、流量調整弁２８の為の駆動回路、センサ類からの検出信号をＡ／Ｄ変換する変換器やリモコン５との間の通信の為の送受信回路を含む入出力インターフェースなどを備えている。上記のマイクロコンピュータのＲＯＭには、後述するドレン水量増加制御の制御プログラムが予め格納されている。

次に、本願特有のドレン水量増加制御について説明する。
このドレン水量増加制御は、外気温センサ１２により検出した外気温が器外を流れるドレン（凝縮水）の凍結が懸念される温度以下になった際に、潜熱回収によるドレンの発生量を増加させる制御である。
図２はこのドレン水量増加制御のフローチャートであり、図３は熱交換器２３，２４を流れる出湯（湯水）の流量とバーナーユニット２２の出力号数の関係を示す特性図であり、ドレン水量増加制御を実行する制御ユニット４とバーナーユニット２２がドレン水量増加手段（凝縮水量増加手段）に相当する。

図２のフローチャートにおいて、Ｓｉ（ｉ＝１，２，・・）は、各ステップを示し、最初に外気温センサ１２の検出信号を読み込み（Ｓ１）、その検出された外気温Ｔａが器外のドレン排出管１５を流れるドレンの凍結が懸念される凍結懸念温度Ｔｏ（例えば、１℃）以下か否か判定する（Ｓ２）。その判定がＮｏの場合はＳ１へ戻り、Ｓ１、Ｓ２が繰り返し実行される。Ｓ２の判定の結果、外気温Ｔａ≦凍結懸念温度Ｔｏの場合には、ＭＯＱ（燃焼を許可する最低作動水量）を、通常のＭＯＱの流量Ｖ１から凍結防止用ＭＯＱの流量Ｖ２に増量する（Ｓ３）。その結果、出湯の流量が流量Ｖ２未満では、バーナーユニット２２が作動せず、出湯の流量が流量Ｖ２になったときに、バーナーユニット２２が作動する（Ｓ４）。

そして、出湯の流量が流量Ｖ２になったとき、バーナーユニット２２において、通常時のＭＯＱ（流量Ｖ１）に対応する通常の最低出力号数Ｇ１での燃焼運転が行われずに、凍結防止用ＭＯＱ（流量Ｖ２）に対応する出力号数Ｇ２以上の出力号数での燃焼運転が行われる（Ｓ５）。尚、出湯の流量が流量Ｖ２より多い場合には、その流量に対応した出力号数での燃焼運転が行われる。
このように、通常の最低出力号数Ｇ１での燃焼運転を行わずに、凍結防止用ＭＯＱ（流量Ｖ２）に対応する出力号数Ｇ２以上の出力号数での燃焼運転を行う。つまり、燃焼を許可する最低作動水量を増加させ、最低燃焼能力を、通常の最低出力号数Ｇ１から凍結防止用の最低出力号数Ｇ２に増加させるため、バーナーユニット２２の作動時には、出力号数Ｇ２以上の出力号数での燃焼運転がなされ、ドレン水量が増加し、ドレンの凍結が防止される。

ここで、図３の特性線Ａは、バーナーの本数が最小の最小本数燃焼（つまり、第１燃焼領域の作動）を示している。バーナー本数５本の第２燃焼領域を作動させても、上記の出力号数Ｇ２を発揮可能である場合でも、ドレン水量を極力多くする為に、バーナーの本数が少ない方の第１燃焼領域を優先させるようになっている。
即ち、燃焼装置１の作動中はバーナーユニット２２の全てのバーナーに燃焼用空気が供給されており、少ない数のバーナーで燃焼させる方が、燃焼に供されない空気量が多くなり、その空気中の水分が熱交換器２４で結露してドレンとなるため、ドレン水量が多くなる。

以上説明した潜熱回収型燃焼装置１の作用、効果について説明する。
外気温Ｔａが凍結懸念温度Ｔｏ以下で、器外を流れるドレンの凍結が懸念（予想）される場合には、通常ＭＯＱ（流量Ｖ１）から凍結防止用ＭＯＱ（流量Ｖ２）に増加させ、通常の最低出力号数Ｇ１での燃焼運転を行わずに、出力号数Ｇ１よりも大きい出力号数Ｇ２以上の出力号数での燃焼運転が行われるため、熱交換器２４で発生するドレン水量が増加し、ドレン管９とドレン排出管１５を接続する管継手１５ａの付近やドレン排出管１５の内部でドレンが凍結するのを確実に防止することができる。

また、出力号数Ｇ２以上の出力号数を複数の燃焼領域で重複的に発揮できる場合、作動するバーナー本数が少なくなる燃焼領域を優先させるため、燃焼に供されない空気量が多くなり、その空気中の水分が結露し易いためドレン水量を増加させる上で有利である。

しかも、外気温センサ１２は、潜熱回収型燃焼装置１に通常装備されている既存の外気温センサを活用でき、また、ドレン水量増加手段は、潜熱回収型燃焼装置１の制御ユニット４とバーナーユニット２２でもって構成することができるため、新たに特殊な機器を設けることなく安価に実施することができる。

次に、実施例２のドレン水量増加制御について説明する。
このドレン水量増加制御は、外気温センサ１２により検出した外気温が器外を流れるドレン（凝縮水）の凍結が懸念される温度以下になった際に、潜熱回収による凝縮水の発生量を増加させる制御である。
図４はこのドレン水量増加制御のフローチャートであり、図５はリモコン設定最低出湯温度とバーナーユニット２２の出力号数の関係を示す特性図であり、このドレン水量増加制御を実行する制御ユニット４とバーナーユニット２２がドレン水量増加手段（凝縮水量増加手段）に相当する。

図４のフローチャートにおいて、Ｓｉ（ｉ＝１０，１１，・・）は、各ステップを示し、最初に外気温センサ１２の検出信号を読み込み（Ｓ１０）、その検出された外気温Ｔａが器外のドレン排出管１５を流れるドレンの凍結が懸念される凍結懸念温度Ｔｏ（例えば、１℃）以下か否か判定する（Ｓ１１）、その判定がＮｏの場合は、Ｓ１０へ戻り、Ｓ１０、Ｓ１１が繰り返し実行される。Ｓ１１の判定の結果、外気温Ｔａ≦凍結懸念温度Ｔｏの場合には、リモコン５によりドレンが凍結する懸念がある旨のドレン凍結警告を出力する。この場合、リモコン５の表示画面への表示警告及び／又は音声警告が出力される（Ｓ１２）。

次に、Ｓ１３において、リモコン５により設定されたリモコン設定最低出湯温度Ｔｓを、通常のリモコン設定最低出湯温度Ｔ１から凍結防止用最低出湯温度Ｔ２に自動変更する。但し、Ｔ２はＴ１よりも数度（例えば、５°Ｃ）高い温度である。
この状態で、通常のＭＯＱの流れが生じると（Ｓ１４）、バーナーユニット２２が作動するが、このとき通常の最低出力号数Ｇ１での燃焼運転は行われずに、凍結防止用出力号数Ｇ２以上の出力号数での燃焼運転が行われる（Ｓ１５）。尚、このドレン水量増加制御においても、実施例１と同様に、特性線Ｂに示すように、バーナー本数が少なくなる方の燃焼領域による燃焼が優先される。尚、リモコン設定最低出湯温度が「設定出湯温度の下限値」に相当する。

以上説明した潜熱回収型燃焼装置１の作用、効果について説明する。
外気温Ｔａが凍結懸念温度Ｔｏ以下で、ドレンの凍結が懸念（予想）される場合には、リモコン設定最低出湯温度Ｔｓを通常のリモコン設定最低出湯温度Ｔ１からそれよりも高い凍結防止用最低出湯温度Ｔ２に変更し、バーナーユニット２２の作動時には通常最低出力号数Ｇ１での燃焼運転は行わずに、凍結防止用出力号数Ｇ２以上の出力号数での燃焼運転が行われるため、熱交換器２４で発生するドレン水量を確実に増加させて、ドレンの凍結を確実に防止することができる。その他、実施例１と同様の作用、効果が得られる。

前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
（１）前記実施例１，２においては、外気温センサ１２で検出した外気温が凍結懸念温度Ｔｏ以下になったときに、ドレン水量増加手段を作動させるように構成したが、前記外気温センサ１２で検出した外気温の代わりに、入水温度センサ１０で検出した入水温度が凍結懸念温度Ｔｏ’以下になったときに、ドレン水量増加手段を作動させるように構成してもよい。但し、入水温度は外気温よりも幾分高いので、凍結懸念温度Ｔｏ’は凍結懸念温度Ｔｏよりも高い温度に設定するものとする。

（２）本発明は、実施例１に記載した構造の燃焼装置以外の種々の潜熱回収型燃焼装置に適用することができることは勿論であり、当業者であれば、前記実施例を部分的に変更して実施可能である。

本発明の潜熱回収型燃焼装置は、家庭や工場や種々の施設において必要な湯水を作るのに利用することができる。

１ 潜熱回収型燃焼装置
２ 燃焼装置本体
４ 制御ユニット
１０ 入水温度センサ
１２ 外気温センサ
２２ バーナーユニット

Claims (4)

1. 燃焼排気の潜熱を回収するように構成された潜熱回収型燃焼装置であって、排気の潜熱回収により生じた凝縮水を器外に排出する潜熱回収型燃焼装置において、
   外気温又は入水温度を検出する温度検出手段を備え、
   この温度検出手段による検出温度が器外を流れる凝縮水の凍結が懸念される温度以下になった際に、潜熱回収による凝縮水の発生量を増加させる凝縮水量増加手段を設け、
   上記凝縮水量増加手段は、燃焼における最低燃焼能力を増加させることにより凝縮水の発生量を増加させることを特徴とする潜熱回収型燃焼装置。
2. 上記凝縮水量増加手段は、燃焼を許可する最低作動水量を増加させることにより凝縮水の発生量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の潜熱回収型燃焼装置。
3. 上記凝縮水量増加手段は、設定出湯温度の下限値を高めることにより凝縮水の発生量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の潜熱回収型燃焼装置。
4. 複数のバーナーを夫々作動させる複数の燃焼領域を備え、
   上記凝縮水量増加手段は、複数の燃焼領域が同じ燃焼能力を発揮する場合に、バーナー本数が少なくなる燃焼領域を優先させることにより凝縮水の発生量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の潜熱回収型燃焼装置。