JP7320964B2

JP7320964B2 - 潜熱回収式燃焼装置

Info

Publication number: JP7320964B2
Application number: JP2019054545A
Authority: JP
Inventors: 幸祐中島; 治五十嵐; 典良麻田; 弥沙妃高橋; 翔平長谷川
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2023-08-04
Anticipated expiration: 2039-03-22
Also published as: JP2020153627A

Description

本発明は、燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させるバーナと、燃焼ガスから潜熱を回収して水を加熱する熱交換器と、熱交換器にて潜熱を回収する際に発生した凝縮水を排出するドレン経路と、ドレン経路の経路中に配置される中和器と、バーナの燃焼熱量相当値の積算値が予め設定された閾値に達した際に、中和器の中和剤が使用限界に達したことを報知する報知制御部とを備えた潜熱回収式燃焼装置に関する。

上記構成の潜熱回収式燃焼装置として特許文献１には、バーナによって加熱される熱交換器で生じた凝縮水をトレイで回収して中和器に送り出し、凝縮水を中和器の中和剤で中和処理する構成が記載されている。また、この特許文献１では、中和器の中和剤の消耗を求め、交換時期の予測又は告知を行う制御部を備えている。

上記構成の潜熱回収式燃焼装置として特許文献２には、バーナからなる燃焼部の燃焼時に二次熱交換器の表面に発生する凝縮水をトレイで回収し、更に凝縮水を中和器の中和剤で中和する構成が記載されている。この特許文献２では、燃焼部での燃焼量に基づいて中和剤の総消費量の基準値を算出し、二次熱交換器の表面における凝縮水の自然乾燥分を考慮して下方修正する補正を行った上で中和剤の総消費量を演算により推定している。

特開２００１－３３６８２６号公報特開２０１７－９６５９３号公報

バーナの燃焼によって熱交換器内の水に与えられる熱量と、熱交換器で回収される凝縮水の量とは比例関係にあるため、特許文献１では、当該熱量から凝縮水の量を求め中和剤の消耗量を予測し、この予測に基づいて制御部が告知を行う。

具体的には、熱交換器の入口と出口との水温をセンサで計測することにより熱交換器内の水に与えられた熱量を求めており、この熱量の積算値が、予告熱量を超えた場合に、中和剤の補充や、交換時期が到来することを認識させるため、例えば、音声によるメッセージや、視覚により告知が行われる。

また、特許文献２では、燃焼部（バーナ）の過去の燃焼動作による中和剤の総消費量を保持すると共に、燃焼部の最新の燃焼動作の燃焼動作開始から燃焼動作終了までの燃焼量に基づく中和剤の消費量として最新燃焼動作時消費量を演算し、最新の燃焼動作の燃焼動作開始から燃焼動作終了までの燃焼時間が比較的長い場合には最新燃焼動作時消費量を総消費量に加算するが、燃焼時間が比較的短い場合には最新燃焼動作時消費量を総消費量に加算しないことによって、熱交換器の表面における凝縮水の自然乾燥分を考慮した中和剤の総消費量の下方修正を行うように制御形態が設定されている。

つまり、特許文献２の構成では、燃焼部（バーナ）での燃焼が停止した状態では、バーナの表面に付着した凝縮水が自然乾燥するため、中和剤の総消費量を下方修正する演算も行われている。

しかしながら、特許文献１あるいは特許文献２に記載される技術を用いても、中和剤の消費量を正確に推定することはできず、中和剤の使用限界を高い精度で報知することは困難であった。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、中和剤の消費量を適正に把握して、中和器の中和剤の使用限界を高精度で報知し得る潜熱回収式燃焼装置を提供する点にある。

本発明に係る潜熱回収式燃焼装置の特徴構成は、燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させるバーナと、前記燃焼ガスから潜熱を回収して水を加熱する熱交換器と、前記熱交換器にて潜熱を回収する際に発生した凝縮水を排出するドレン経路と、前記ドレン経路の経路中に配置される中和器と、前記バーナの燃焼熱量相当値の積算値が予め設定された閾値に達した際に、前記中和器の中和剤が使用限界に達したことを報知する報知制御部とを備えた潜熱回収式燃焼装置であって、前記報知制御部が、前記燃焼熱量相当値に基づいて前記ドレン経路を流れる前記凝縮水の流量を推定する凝縮水流量推定部と、前記バーナが燃焼する際の燃焼形態情報を取得する燃焼形態取得部と、前記凝縮水の流量及び前記燃焼形態情報の少なくとも一方に基づいて補正値を設定する補正値設定部と、前記補正値に基づいて前記積算値を補正する補正処理部とを備え、前記補正処理部が、前記凝縮水の流量が多いほど、前記積算値を小さくする前記補正値を設定する点にある。

この特徴構成によると、バーナで発生した燃焼ガスの潜熱を熱交換器で回収して水が加熱される。この潜熱を回収する際に発生した凝縮水がドレン経路に流れ、このドレン経路中の中和器で中和される。また、バーナの燃焼熱量相当値の積算値が予め設定された閾値に達した際には、中和器の中和剤が使用限界に達したことを報知制御部が報知する。特に、報知制御部は、凝縮水流量推定部で推定した凝縮水の流量と、燃焼形態取得部で取得したバーナの燃焼形態情報との少なくとも一方に基づき、補正値設定部が補正値を設定する。つまり、補正値設定部では、推定された凝縮水の流量と、バーナの燃焼形態情報とに基づく中和剤の消費量の変化を補正値に反映させることが可能となる。更に、補正処理部では、設定された補正値に基づいて、積算値を補正することにより、中和剤が使用限界に達するタイミングを正確に把握することが可能となる。
従って、中和剤の消費量を適正に把握して、中和器の中和剤の使用限界を高精度で報知し得る潜熱回収式燃焼装置が提供された。

中和剤として炭酸カルシウムを用いたものを例に挙げると、給湯を連続して行う高能力での給湯時には、ドレン経路に凝縮水が流れ続けるため、中和器の内部での凝縮水の滞留時間が短い。従って、凝縮水と中和剤との接触時間が短く中和器の内部のｐＨが少し低く炭酸カルシウムの消費量は少ない。これに対し、給湯を連続して行わない低能力での給湯時には、ドレン経路に流れる凝縮水の量が少なく、中和器の内部での凝縮水の滞留時間が長い。従って、凝縮水と中和剤との接触時間が長く中和器の内部のｐＨが少し高く炭酸カルシウムの消費量が増大する。

この例で説明したように、補正処理部では、凝縮水流量推定部で推定される凝縮水流量が多いほど、積算値を小さくする補正値が設定されるため、中和器の中和剤が使用限界に達したことを報知する報知タイミングを遅らせることになる。また、この構成では、凝縮水の流量の基準値を設定し、この基準値より凝縮水流量が少ない場合に、積算値を大きくする補正値を設定することが可能であり、凝縮水流量推定部で推定される凝縮水流量に基づいて適正な補正値を設定することが可能となる。

上記目的を達成するための本発明に係る潜熱回収式燃焼装置の更なる特徴構成は、燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させるバーナと、前記燃焼ガスから潜熱を回収して水を加熱する熱交換器と、前記熱交換器にて潜熱を回収する際に発生した凝縮水を排出するドレン経路と、前記ドレン経路の経路中に配置される中和器と、前記バーナの燃焼熱量相当値の積算値が予め設定された閾値に達した際に、前記中和器の中和剤が使用限界に達したことを報知する報知制御部とを備えた潜熱回収式燃焼装置であって、前記報知制御部が、前記燃焼熱量相当値に基づいて前記ドレン経路を流れる前記凝縮水の流量を推定する凝縮水流量推定部と、前記バーナが燃焼する際の燃焼形態情報を取得する燃焼形態取得部と、前記凝縮水の流量及び前記燃焼形態情報の少なくとも一方に基づいて補正値を設定する補正値設定部と、前記補正値に基づいて前記積算値を補正する補正処理部とを備え、前記中和剤として炭酸カルシウムが用いられ、前記燃焼形態取得部が、前記バーナが継続して燃焼する継続燃焼時間、及び、前記バーナの燃焼が中断する燃焼中断時間を前記燃焼形態情報として取得し、取得された前記継続燃焼時間が長いほど、前記積算値を増大する前記補正値を設定し、取得された前記燃焼中断時間が長いほど、前記積算値を小さくする前記補正値を設定する点にある。

この特徴構成によると、バーナで発生した燃焼ガスの潜熱を熱交換器で回収して水が加
熱される。この潜熱を回収する際に発生した凝縮水がドレン経路に流れ、このドレン経路
中の中和器で中和される。また、バーナの燃焼熱量相当値の積算値が予め設定された閾値
に達した際には、中和器の中和剤が使用限界に達したことを報知制御部が報知する。特に
、報知制御部は、凝縮水流量推定部で推定した凝縮水の流量と、燃焼形態取得部で取得し
たバーナの燃焼形態情報との少なくとも一方に基づき、補正値設定部が補正値を設定する
。つまり、補正値設定部では、推定された凝縮水の流量と、バーナの燃焼形態情報とに基
づく中和剤の消費量の変化を補正値に反映させることが可能となる。更に、補正処理部で
は、設定された補正値に基づいて、積算値を補正することにより、中和剤が使用限界に達
するタイミングを正確に把握することが可能となる。
従って、中和剤の消費量を適正に把握して、中和器の中和剤の使用限界を高精度で報知
し得る潜熱回収式燃焼装置が提供された。
ここで、バーナが燃焼する状況では二酸化炭素（ＣＯ２）を含む凝縮水が熱交換器から
供給される。従って、燃焼が停止した場合には、時間経過に伴い中和器では炭酸カルシウ
ム（ＣａＣＯ３）と二酸化炭素とが反応して重炭酸カルシウム（Ｃａ（ＨＣＯ３）２）が
生成される。このように生成された重炭酸カルシウムは、次に凝縮水が供給された場合に
中和に寄与することが想像できる。

バーナが継続して燃焼する継続燃焼時間と、バーナの燃焼が中断する燃焼中断時間とが取得される。継続燃焼時間が長い場合には、この継続燃焼時間に対応して中和器の中和剤の消費量が増大するため、この継続燃焼時間が長いほど積算値を増大させる補正値を設定することで、中和剤の消費量に対応した適正な積算値を設定することが可能となる。これに対し、バーナの燃焼が中断した場合には、中和器の内部の炭酸カルシウムと、凝縮水に含まれる炭酸とが反応することで中和器の内部に重炭酸カルシウムを生ずることが想像される。この重炭酸カルシウムの量は燃焼中断時間が長いほど増大し、中和器の炭酸カルシウムと併せて凝縮水の中和に用いることも可能となり、結果として中和剤の消費が小さくなる。つまり、バーナの燃焼中断時間が長いほど、積算値を小さくする補正値を設定することで、中和剤の消費量に対応した適正な補正値を設定することが可能となる。これにより、中和器の中和剤の使用限界を高精度で報知できる。

給湯装置の構成を示す図である。中和器の断面図である。給湯装置の制御構成を示すブロック図である。報知制御部の構成を示すブロック図である。報知処理のフローチャートである。消費量の補正ルーチンのフローチャートである。炭酸カルシウムの中和メカニズムを一覧化した図である。重炭酸カルシウムの中和メカニズムを一覧化した図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔全体構成〕
図１に示すように、バーナ１と、主熱交換器２と、副熱交換器３とを燃焼ケース４に収容し、燃焼ケース４に外気を供給するファン５を備えると共に、ガス供給管６と、ガス制御バルブ７と、給水管８と、温水管９と、水制御バルブ１０とを備えて給湯装置Ａ（潜熱回収式燃焼装置の一例）が構成されている。

ガス制御バルブ７は、ガス供給管６の燃料ガスの供給の制御が可能な電磁制御弁が用いられている。水制御バルブ１０は、加熱された水の流れの制御が可能な電磁制御弁が用いられている。ファン５は、外気をバーナ１に供給すると共に、燃焼ガスを主熱交換器２から副熱交換器３に向けて流す気流を燃焼ケース４の内部に作り出す。

給湯装置Ａは、副熱交換器３の外面に凝集した凝集水を回収するトレイ１１と、このトレイ１１から凝集水を排出するドレン経路１２と、このドレン経路１２の経路中の中和器１３と、制御装置Ｃとを備えると共に、これらが外部ケース１５に収容されている。

この給湯装置Ａは、前述したように潜熱回収式燃焼装置の一例であり、図１に示すように、バーナ１と、主熱交換器２と、副熱交換器３とは、この順序で下から上に配置されている。バーナ１は、ガス供給管６から供給される都市ガス等の燃料ガスを燃焼させて燃焼ガスを発生させ、この燃焼ガスを主熱交換器２と副熱交換器３とに、この順序で供給する。これにより、主熱交換器２でバーナ１の燃焼ガスの顕熱を回収して水が加熱され、副熱交換器３でバーナ１の燃焼ガスに含まれる潜熱を回収して水が加熱される。

給水管８は、副熱交換器３と主熱交換器２とに対し、この順序で水を供給し、温水管９は加熱された水（温湯や熱湯）を排出する。給水管８には水量を計測する水量センサ１６と、給水管８の水温を計測する水温センサ１７とを備えている。また、温水管９の排出側の端部には人為的に開閉操作されるカラン９ａを備えており、この温水管９には温湯の温度を計測する湯温センサ１８を備えている。

副熱交換器３が潜熱を回収する熱交換器の具体例である。トレイ１１は、副熱交換器３が燃焼ガスから潜熱を回収して水を加熱する際に副熱交換器３の表面に発生した凝縮水を受け止める位置に配置されている。ドレン経路１２は管路として形成され、凝縮水を中和器１３に供給する。

図２に示すように、中和器１３は有底箱状のケースとして構成されると共に、内部に中和剤１４として炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）が収容されている。この中和器１３は、内部に縦向き姿勢となる複数の隔壁１３ａを備えることにより凝縮水が流れる経路長を拡大しており、処理後の凝縮水をオーバーフローさせる形態で排出する。

〔制御装置〕
制御装置Ｃは、マイクロプロセッサ等の処理ユニットと、不揮発性メモリ等に記憶されたプログラムと、情報を記憶する不揮発性メモリとを有している。図３に示すように、制御装置Ｃは、水量センサ１６と、水温センサ１７と、湯温センサ１８と、温度設定器１９とからの信号が入力すると共に、ガス制御バルブ７と、ファン５と、水制御バルブ１０と、報知ユニット２０とに制御信号を出力する。尚、温度設定器１９は、給湯温度を設定するため人為操作が可能な温度設定ダイヤル等を備えている。

この制御装置Ｃは、給湯装置Ａでの給湯時にバーナ１での燃料ガスの燃焼を制御する燃焼制御部Ｃａと、中和器１３の中和剤１４が使用限界に達したことを報知する報知制御部Ｃｂとを備えている。

燃焼制御部Ｃａは、温水を供給するため温水管９のカラン９ａが開放操作された際に、水量センサ１６の信号から温水管９での温水（初期には冷水）の流れを検知した場合にガス制御バルブ７を開放し、点火プラグ等（図示せず）でバーナ１に点火し、ファン５を駆動し、水制御バルブ１０を開放して水の加熱を開始する。

これに続いて、燃焼制御部Ｃａは、湯温センサ１８で検知される水温が、温度設定器１９で設定される温度に維持されるように、水量センサ１６で計測される水量と、水温センサ１７で計測される水温とを制御に反映させようにガス制御バルブ７を制御し、必要な場合に水制御バルブ１０を制御する。

このように燃焼が行われる場合には、副熱交換器３の外面に凝縮水が発生し、滴下することでトレイ１１に回収され、ドレン経路１２から中和器１３に供給される。中和器１３では、中和剤１４が凝縮水に含まれる中和対象成分と反応して消費される。そして、給湯装置Ａでは、中和剤１４の消費量が増大し、中和剤１４が使用限界に達したタイミングで報知制御部Ｃｂが報知を行うように制御形態が設定されている。

〔報知制御部：報知制御ルーチン〕
図４に示すように報知制御部Ｃｂは、燃焼熱量取得部３１と、凝縮水流量推定部３２と、消費量推定部３３と、補正処理部３４と、積算値演算部３５と、比較部３６と、燃焼形態取得部３７と、補正値設定部３８とを有している。

この報知制御部Ｃｂでは、消費量推定部３３で推定された中和剤１４の消費量を、補正処理部３４で補正して積算値演算部３５で積算する。このように積算された積算値が中和剤１４の消費量であり、積算値と閾値とを比較部３６で比較した結果を報知する。報知の具体的な形態として、この報知制御部Ｃｂでは、中和剤１４が使用限界に近づいた場合に黄色報知ランプ２１Ｙを点滅させ、中和剤１４が使用限界に達した場合に赤色報知ランプ２１Ｒを点灯させる。

この構成において、燃焼熱量取得部３１と、凝縮水流量推定部３２と、消費量推定部３３と、補正処理部３４と、積算値演算部３５と、比較部３６と、燃焼形態取得部３７と、補正値設定部３８とはソフトウエアで構成されるものであるが、これらをロジックやコンパレータ等のハードウエアで構成することや、各々をハードウエアとソフトウエアとの組み合わせで構成することが可能である。

この給湯装置Ａでは、バーナ１の燃焼熱と比例した量の凝縮水が副熱交換器３の表面に発生すると推定し、このように推定された凝縮水の量に対応した量だけ中和剤１４が消費されると推定する。つまり、バーナ１の燃焼熱量相当値と凝縮水流量とが比例し、この凝縮水流量と中和剤の消費量とが比例する関係に基づき、燃焼熱量相当値を積算した積算値を中和剤１４の総消費量としている。

しかしながら、バーナ１で燃料ガスを燃焼させた場合でも、燃焼形態によっては、中和剤１４の消費が促進される場合と、消費が抑制される場合とがある。このような理由から、報知制御部Ｃｂでは、消費の特性に基づいて中和剤１４の消費量を補正値することで報知ユニット２０での報知タイミングの精度向上が図られている。

報知制御部Ｃｂでの制御形態の概念を図５のフローチャートに示している。つまり、バーナ１が燃焼状態にある場合には、燃焼熱量取得部３１で燃焼熱量相当値を取得し、この燃焼熱量相当値に基づき、凝縮水流量推定部３２がドレン経路１２から中和器１３に供給される凝縮水の流量を推定する（＃１０１、＃１０２ステップ）。

この制御では、ガス制御バルブ７の開度、水量センサ１６の計測値、水温センサ１７の計測値、湯温センサ１８の計測値等に基づいて燃焼ガスの燃焼熱量相当値が推定されると共に、この推定結果（燃焼熱量相当値）に基づいて、中和器１３に供給される凝縮水の流量（単位時間あたりの凝縮水の量）が推定される。尚、ガス制御バルブ７の開度から燃焼ガス量が決まるため、このガス制御バルブ７の開度から燃焼熱量相当値を取得することが可能であり、水温センサ１７と湯温センサ１８と水量センサ１６とから燃焼熱量相当値を取得することも可能である。

次に、推定された凝縮水の流量に基づき消費量推定部３３が、単位時間あたりの中和剤１４の消費量を推定し、この消費量が補正処理部３４で補正される（＃１０３、＃２００ステップ）。尚、消費量の補正（＃２００ステップ）はサブルーチンとして設定されている。

凝縮水の流量に対応する中和剤１４の消費量は、消費量推定部３３がテーブルデータ等を参照することで推定される（推定式に基づき演算によって推定しても良い）。補正処理部３４による消費量の補正（＃２００ステップ）を図６のフローチャートに示しており、詳細は後述するが、＃２００ステップでは、消費量に補正係数を乗ずる演算により消費量が補正される。

このように補正された消費量は、積算値として制御装置Ｃの不揮発性メモリに記憶される。記憶された積算値は閾値と比較され、積算値が閾値に達した場合や、閾値を超えたことが判定された場合には赤色報知ランプ２１Ｒを継続的に点灯する。また、積算値と閾値との差が設定値未満に達した場合には黄色報知ランプ２１Ｙを点滅させる（＃１０４～＃１０９ステップ）。

このように赤色報知ランプ２１Ｒと黄色報知ランプ２１Ｙとの何れかを作動させる報知は、報知形態の一例である。この報知としてブザーや電子音の出力等の音声を利用するもの、あるいは、液晶ディスプレイ等に文字やアイコン等のイメージを出力するものであっても良い。尚、報知ランプ類を点灯させる場合に音声との組み合わせる、あるいは、イメージの表示と組み合わせても良い。

消費量の補正（＃２００ステップ）では、図６に示すように、バーナ１の燃焼形態に基づいて前述した中和剤１４の正確な消費量（積算値の値に対応する）を求める処理が行われる。この＃２００ステップで設定される第１補正係数Ｋ１と、第２補正係数Ｋ２と、第３補正係数Ｋ３とは、＃１０３ステップで推定された中和剤１４の消費量を、乗算によって適正な値に補正可能な係数である。

具体的には、消費量を増大させる補正を必要とする場合には「１」より大きい値が与えられ、消費量を低減する補正を必要とする場合には「１」より小さい値が与えられ、消費量を変更しない場合には「１」の値が与えられる。

図６に示すように、＃１０２ステップで推定された凝縮水流量Ｑａ（図４を参照）と、予め設定されている基準流量Ｑｓとに基づき演算によって第１補正係数Ｋ１が設定される（＃２０１ステップ）。

つまり、バーナ１が燃焼し、凝縮水が中和器１３に供給される際には、ドレン経路１２に流れる凝縮水の流量（単位時間当たりの凝縮水の量）が基準流量Ｑｓより多いほど単位量の凝縮水が中和剤１４に接触する時間が短縮することになり、結果として、単位流量に対する中和剤１４の消費量が小さくなる。

これとは逆に、凝縮水が中和器１３に供給される際には、ドレン経路１２に流れる凝縮水の流量（単位時間当たりの凝縮水の量）が基準流量Ｑｓより少ないほど単位量の凝縮水が中和剤１４に接触する時間が延長することになり、結果として、単位流量に対する中和剤１４の消費量が増大する。

このような理由から、＃２０１ステップでは、凝縮水流量Ｑａと基準流量Ｑｓとの関係から設定インターバルで第１補正係数Ｋ１が設定される。また、第１補正係数Ｋ１は、基準流量Ｑｓの凝縮水が流れた際の中和剤１４の消費量と比較して消費量を低減する補正を可能にする値（「１」より小さい値）と、消費量を増大する補正を可能にする値（「１」より大きい値）と、補正を必要としない基準となる値（「１」の値）との何れかが設定される。

尚、後述する実補正係数Ｋによる消費量の補正は、前述した設定インターバルで第１補正係数Ｋ１が設定される毎に行われる。

次に、補正値設定部３８は、燃焼形態取得部３７で取得したバーナ１の燃焼時間を継続燃焼時間Ｔｃ（燃焼形態情報の一例）に設定し、この継続燃焼時間Ｔｃに所定の定数αを乗ずる演算により第２補正係数Ｋ２を設定する（＃２０２ステップ）。定数αは、継続燃焼時間Ｔｃの値に基づき、補正可能となる第２補正係数Ｋ２を求める数値である。

次に、補正値設定部３８は、燃焼形態取得部３７で取得したバーナ１の燃焼が中断する中断時間を燃焼中断時間Ｔｂに設定し、この燃焼中断時間Ｔｂに変数βを乗ずる演算により第３補正係数Ｋ３を設定する（＃２０３ステップ）。

変数βは、燃焼中断時間Ｔｂの値に基づき、補正可能となる第３補正係数Ｋ３を求める数値であると同時に、バーナ１の燃焼が停止した時点を基準にする経過時間に比例して第３補正係数Ｋ３の値を増大させるように増大する値である。特に、変数βは、バーナ１の燃焼が停止した後に、予め設定された時間が経過した時点以降においては、重炭酸カルシウム（Ｃａ（ＨＣＯ_３）_２）の生成量が飽和するため、第３補正係数Ｋ３の値を「１」に固定するように設定されている。

この＃２０２、＃２０３ステップの制御は、中和器１３の内部に生成される重炭酸カルシウムを考慮したものである。また、＃２０３ステップの制御は、バーナ１の燃焼が終了した後に、副熱交換器３の外面に付着した凝縮水が蒸発する現象も第３補正係数Ｋ３に反映する。

中和器１３において炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）による中和メカニズムを図７に一覧化している。同図の（１）欄には、燃焼ガスに含まれる硫黄に由来する物質の一例としての硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）を中和するプロセスを示している。（２）欄には空気中に含まれる窒素に由来する物質の一例としての硝酸（ＨＮＯ_３）を中和するプロセスを示している。（３）欄には、燃焼によって生ずる二酸化炭素（ＣＯ_２）が溶解するプロセスを示している。（４）欄には、燃焼によって生ずる二酸化炭素（ＣＯ_２）から水中に生ずる炭酸（Ｈ_２ＣＯ_３）が溶解するプロセス、及び、このプロセスによって重炭酸カルシウム（Ｃａ（ＨＣＯ_３）_２）が生成されるプロセスを示している。

特に、中和器１３において重炭酸カルシウム（Ｃａ（ＨＣＯ_３）_２）による中和メカニズムを図８に一覧化して示している。同図の（１）欄には、燃焼ガスに含まれる硫黄に由来する物質の一例としての硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）を中和するプロセスを示している。（２）欄には空気中に含まれる窒素に由来する物質の一例としての硝酸（ＨＮＯ_３）を中和するプロセスを示している。

つまり、バーナ１の燃焼が停止した状況では、中和器１３の内部に凝縮水が残留するため、中和器１３の内部に重炭酸カルシウムが生成される。また、この重炭酸カルシウムの生成量は、バーナ１の燃焼が停止した後に時間経過の増大に伴い増大する。

このように、中和器１３の内部に重炭酸カルシウムが生成された場合には炭酸カルシウムと、重炭酸カルシウムとの２種の中和剤１４で中和が行われるため、凝縮水が中和器１３に供給された場合には高い中和性能を得ることになる。

更に、バーナ１の燃焼が停止した場合には、副熱交換器３の外面に付着した凝縮水が蒸発するため、ドレン経路１２に流れる凝縮水の流量が低減する。

このように重炭酸カルシウムが生成されるプロセスを考えると、継続燃焼時間Ｔｃが長い（バーナ１の燃焼が継続している）場合には、中和器１３の内部に重炭酸カルシウムが生成されても、この重炭酸カルシウムは即座に反応して減少する、あるいは、排出される。従って、第２補正係数Ｋ２は、継続燃焼時間Ｔｃの値が所定の基準値より長いほど「１」より大きい値（積算値を増加させる補正値の一例）が与えられる。また、この第２補正係数Ｋ２は、継続燃焼時間Ｔｃの値が所定の基準値より短いほど「１」より小さい値が与えられ、継続燃焼時間Ｔｃの値が所定の基準値と等しい場合に「１」が与えられる。

これとは逆に、燃焼中断時間Ｔｂが長い（バーナ１の燃焼が中断する時間が長い）場合には、中和器１３の内部に重炭酸カルシウムが生成され、この生成量が燃焼中断時間Ｔｂと比例して増大するため第３補正係数Ｋ３は燃焼中断時間Ｔｂに基づき「１」より小さい値（積算値を短縮させる補正値の一例）が与えられる。また、この第３補正係数Ｋ３は、燃焼中断時間Ｔｂの値が設定された基準値より長い場合に「１」より小さい値が与えられるものであり、燃焼中断時間Ｔｂの値が設定された基準値より短い場合に「１」より大きい値を与えることや、燃焼中断時間Ｔｂの値が設定された基準値と等しい場合に「１」を与えることも可能である。

バーナ１の燃焼が開始され、中和器１３に凝縮水の供給が開始された場合には、中和のプロセスにより重炭酸カルシウムが消費され、凝縮水の一部が排出されることにより中和器１３の内部の重炭酸カルシウムが減少する。このような理由から、前述した変数βが時間経過と伴い値が増大するように設定されている。このように設定される変数βは、副熱交換器３の外面に付着した凝縮水が蒸発する現象も考慮されている。

次に、第１補正係数Ｋ１と第２補正係数Ｋ２と第３補正係数Ｋ３とを乗ずる演算により、実補正係数Ｋを演算し、この実補正係数Ｋに基づいて、消費量推定部３３で推定された積算値を補正することにより、中和剤１４の現実の消費量が演算される（＃２０４、＃２０５ステップ）。

このように演算された現実の消費量が、報知処理の＃１０５ステップにおいて積算処理されることにより、積算値が決まる。また、実補正係数Ｋによる補正は、＃２０１ステップにおいて設定インターバルで第１補正係数Ｋ１が単位時間の周期で取得されるタイミング毎に行われるものを想定している。

尚、＃２０２ステップの制御では、バーナ１が継続して燃焼する場合に、第２補正係数Ｋ２の値は増大することになるが、例えば、継続燃焼時間Ｔｃが設定値を超えた時点以降において、第２補正係数Ｋ２の増大を行わないように制御形態を設定しても良い。

〔実施形態の作用効果〕
このように本発明の給湯装置Ａでは、制御装置Ｃの燃焼制御部Ｃａがバーナ１の燃焼を制御すると共に、制御装置Ｃの報知制御部Ｃｂがバーナ１の燃焼形態に基づいて実補正係数Ｋを設定し、この実補正係数Ｋに基づいて消費量推定部３３で推定された中和剤１４の消費量を補正することにより、中和器１３に貯留されている中和剤１４の消費量を正確に求めている。そして、中和剤１４が使用限界に達するタイミングを高精度で取得し、報知ランプの点灯により給湯装置Ａを使用する者に認識させ、適切なタイミングでの対応を可能にしている。

更に、報知制御部Ｃｂでは、バーナ１の燃焼時に推定される凝縮水流量Ｑａに基づいて第１補正係数Ｋ１を設定し、バーナ１が継続して燃焼する際の継続燃焼時間Ｔｃに基づいて第２補正係数Ｋ２を設定し、バーナ１の燃焼が中断する燃焼中断時間Ｔｂに基づいて第３補正係数Ｋ３を設定し、これら複数の補正係数が反映された実補正係数Ｋに基づく補正により中和剤１４の消費量を正確な把握を可能にしている。

特に、第２補正係数Ｋ２と第３補正係数Ｋ３とは、中和器１３の内部で生成される重炭酸カルシウムによる中和を反映したものであり、バーナ１の継続燃焼時間Ｔｃとバーナ１の燃焼が中断する燃焼中断時間Ｔｂとを実補正係数Ｋに反映させることにより、高い精度での報知を可能にしている。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

（ａ）凝縮水流量推定部３２で推定される凝縮水流量Ｑａと、燃焼形態取得部３７で取得される継続燃焼時間Ｔｃあるいは燃焼中断時間Ｔｂの何れかとの一方に基づいて積算値を補正するように報知制御部Ｃｂを構成する。

つまり、この別実施形態（ａ）では、実施形態の＃２０１、＃２０２、＃２０３ステップに示す演算により独立して設定される第１補正係数Ｋ１と、第２補正係数Ｋ２と、第３補正係数Ｋ３との少なくとも１つに基づいて実補正係数Ｋを設定する。このように制御形態を設定したものであっても、中和器１３の中和剤１４が使用限界に達したことを高精度で報知することが可能となる。

（ｂ）実施形態でも一部説明した通り、重炭酸カルシウム（Ｃａ（ＨＣＯ_３）_２）による中和メカニズムを考えると、燃焼中断時間Ｔｂが所定時間を超えると、中和器１３で生成される重炭酸カルシウムの量は飽和することが考えられる。従って、燃焼中断時間Ｔｂが所定時間を超えた場合には、燃焼中断時間Ｔｂが大きい値であっても、変数βを決まった値に固定するように制御形態を設定する。

（ｃ）実施形態で説明した補正処理では、所定の周期で推定される中和剤１４の消費量に実補正係数Ｋを乗ずるように補正処理の形態が設定されていたが、第１補正係数Ｋ１と、第２補正係数Ｋ２とで補正を行うタイミングを異ならせる。

つまり、この別実施形態（ｃ）では、実補正係数Ｋを設定せずに第１補正係数Ｋ１と、第２補正係数Ｋ２とを、異なる周期で補正を行うことが可能となり、結果として補正により中和剤１４の消費量を正確な把握を可能にする。

尚、上記実施形態（別実施形態を含む）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

本発明は、熱交換器の外面に生じた凝縮水を中和器に供給し、中和器の中和剤が使用限界に達したことを報知する潜熱回収式燃焼装置に利用することができる。

１バーナ
３副熱交換器（熱交換器）
１２ドレン経路
１３中和器
１４中和剤
２０報知ユニット
３２凝縮水流量推定部
３７燃焼形態取得部
３８補正値設定部
Ａ給湯装置（潜熱回収式燃焼装置）
Ｃａ報知制御部
Ｔｃ継続燃焼時間
Ｔｂ燃焼中断時間

Claims

燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させるバーナと、前記燃焼ガスから潜熱を回収して水を加熱する熱交換器と、前記熱交換器にて潜熱を回収する際に発生した凝縮水を排出するドレン経路と、前記ドレン経路の経路中に配置される中和器と、前記バーナの燃焼熱量相当値の積算値が予め設定された閾値に達した際に、前記中和器の中和剤が使用限界に達したことを報知する報知制御部とを備えた潜熱回収式燃焼装置であって、
前記報知制御部が、前記燃焼熱量相当値に基づいて前記ドレン経路を流れる前記凝縮水の流量を推定する凝縮水流量推定部と、前記バーナが燃焼する際の燃焼形態情報を取得する燃焼形態取得部と、前記凝縮水の流量及び前記燃焼形態情報の少なくとも一方に基づいて補正値を設定する補正値設定部と、前記補正値に基づいて前記積算値を補正する補正処理部とを備え、
前記補正処理部が、前記凝縮水の流量が多いほど、前記積算値を小さくする前記補正値を設定する潜熱回収式燃焼装置。
燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させるバーナと、前記燃焼ガスから潜熱を回収して水を加熱する熱交換器と、前記熱交換器にて潜熱を回収する際に発生した凝縮水を排出するドレン経路と、前記ドレン経路の経路中に配置される中和器と、前記バーナの燃焼熱量相当値の積算値が予め設定された閾値に達した際に、前記中和器の中和剤が使用限界に達したことを報知する報知制御部とを備えた潜熱回収式燃焼装置であって、
前記報知制御部が、前記燃焼熱量相当値に基づいて前記ドレン経路を流れる前記凝縮水の流量を推定する凝縮水流量推定部と、前記バーナが燃焼する際の燃焼形態情報を取得する燃焼形態取得部と、前記凝縮水の流量及び前記燃焼形態情報の少なくとも一方に基づいて補正値を設定する補正値設定部と、前記補正値に基づいて前記積算値を補正する補正処理部とを備え、
前記中和剤として炭酸カルシウムが用いられ、
前記燃焼形態取得部が、前記バーナが継続して燃焼する継続燃焼時間、及び、前記バーナの燃焼が中断する燃焼中断時間を前記燃焼形態情報として取得し、
取得された前記継続燃焼時間が長いほど、前記積算値を増大する前記補正値を設定し、
取得された前記燃焼中断時間が長いほど、前記積算値を小さくする前記補正値を設定する潜熱回収式燃焼装置。