JPH07208811A

JPH07208811A - 熱交換装置

Info

Publication number: JPH07208811A
Application number: JP6004818A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Nakaura; 雅昭中浦
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 1994-01-20
Filing date: 1994-01-20
Publication date: 1995-08-11
Anticipated expiration: 2014-10-12
Also published as: KR0140018B1; JP2961589B2

Abstract

(57)【要約】【目的】通水管(11)とその側壁に複数連設された薄板
状の吸熱フィン(12)(12)を具備する熱交換器(1) と、該
熱交換器(1) を加熱するガスバーナ(3) を具備する熱交
換装置に於いて、熱交換器(1) の劣化状況を判断し得る
ようにする。【構成】適正熱交換効率を有する熱交換器(1) から排
出されて排気温センサ(S) 部分を流れる場合に於ける燃
焼排気の温度を基準温度として記憶する基準温度記憶手
段と、前記基準温度と上記排気温センサ(S) の検知温度
を比較して後者の温度が前者の温度以上の場合は異常信
号を出す温度比較器を設け、該温度比較器が出す前記異
常信号によって熱交換器(1) の劣化状態を判断するよう
にした。

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、これの劣化に伴う熱交換効率の低下を検知し得るよ
うにし、これにより、該装置が異常状態になる前に適切
な措置を講じ得るようにしたものである。

【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) の下流側は排気通路(21)が接続され
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前記燃焼排
気から潜熱を吸熱する副熱交換部(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)を通過する際に露点
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。尚、上記副熱交
換部(1b)で生成されたドレンは、その下方に位置するド
レン排出孔(8) を介して外部に排出される。

【０００５】しかしながら、上記従来のものでは熱交換
器(1) の劣化に伴う機能低下を検出することができず、
装置全体が異常状態になる以前に適切な措置を講じるこ
とができないという問題があった。上記問題点について
更に詳述する。副熱交換部(1b)を構成する通水管(11)や
吸熱フィン(12)には燃焼排気中の窒素酸化物等の溶解し
たドレンが付着することから、これら通水管(11)等が前
記窒素酸化物の作用で腐食し易い。そして、該腐食が進
行して通水管(11)の壁面に小孔が形成されると、該孔部
から漏水が生じてこれが外部に流出し、装置の正常動作
が確保できなくなる。そして、上記従来のものでは、前
記漏水が外部に流出するまで装置の異常が判断できず、
事前に適切な措置を講じることができないのである。

【０００６】尚、上記に於いてはガスバーナ(3) からの
燃焼排気を凝縮してその潜熱を積極的に利用する型式の
熱交換装置を例示して前記問題点を記載したが、潜熱を
積極的に利用しない通常の熱交換装置に於いてもドレン
の発生を完全に防止することが困難なことから、通水管
(11)等が経年的に腐食して上記漏水が生じる不都合があ
る。

【０００７】本発明は上記の点に鑑みて成されたもの
で、『通水管(11)とその側壁に複数連設された薄板状の
吸熱フィン(12)(12)を具備する熱交換器(1) と、該熱交
換器(1) を加熱するガスバーナ(3) を具備する熱交換装
置』に於いて、熱交換器(1) の劣化状況を判断し得るよ
うにし、これにより、装置全体が異常状態になる前に適
切な措置を講じ得るようにすることをその課題とする。

【０００８】

【手段】上記課題を解決する為の本発明の技術的手段
は、『熱交換器(1) から排出される燃焼排気の温度を検
知する排気温センサ(S) と、適正熱交換効率を有する熱
交換器(1) から排出されて前記排気温センサ(S) 部分を
流れる場合に於ける燃焼排気の温度を基準温度として記
憶する基準温度記憶手段(5) と、該基準温度記憶手段
(5) が記憶する基準温度と上記排気温センサ(S) の検知
温度を比較して後者の温度が前者の温度以上の場合は異
常信号を出す温度比較器(60)を設け、該温度比較器(60)
が出す前記異常信号によって熱交換器(1) の劣化状態を
判断するようにした』ことである。

【０００９】

【作用】上記技術的手段は次のように作用する。通水管
(11)の外壁に複数連設された薄板状の吸熱フィン(12)(1
2)はドレンの付着によって、他に比べて最も腐食が生じ
易く、該吸熱フィン(12)(12)の腐食が進行すると、該吸
熱フィン(12)(12)が部分的に欠損状態となったりフィン
(12)(12)の表面に窒素酸化物等の燃焼生成物が堆積した
状態が拡大して行く。すると、該吸熱フィン(12)(12)の
熱伝導に有効な表面積が減少して熱交換器(1) の熱交換
効率が低下し、これにより、排気温センサ(S) の検知す
る排気温が上昇する。そして、該排気温が基準温度記憶
手段(5) が記憶する基準温度（適正熱交換効率を有する
熱交換器(1) から排出されて前記排気温センサ(S) 部分
を流れる場合に於ける燃焼排気の温度）以上になると、
これら両温度を比較する温度比較器(60)から異常信号が
出力される。従って、該異常信号によって熱交換器(1)
の劣化状態が判断できる。

【００１０】

【効果】本発明は次の特有の効果を有する。熱交換器
(1) の劣化状態を判断できるから、装置全体が異常状態
になる前に適切な措置を講じることが可能となる。

【００１１】

【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)とその下流側の入水温センサ
(N) 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。

【００１２】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)は多数の薄板状
の吸熱フィン(12)(12)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。

【００１３】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) と燃焼排気の温度を検知
する排気温センサ(S) が設けられており、該排気温セン
サ(S) の検知温度は図２の制御回路で処理されるように
なっている。入水温センサ(N) と調節抵抗(52)から構成
された基準温度設定器(59)（既述技術的手段の項に記載
の基準温度記憶手段(5) に対応する）が出力する基準温
度を示す信号と排気温センサ(S) が出力する排気温を示
す信号は温度比較器(60)で比較されている。従って、上
記入水温センサ(N) が検知する熱交換器(1) への入水温
が高くなるに伴って上記基準温度も高くなることとな
る。そして、この実施例では、入水温センサ(N) が検知
する入水温が３５℃，４０℃，４５℃と変化すに従って
基準温度が８５℃，９０℃，９５℃と追随して変化する
ように上記調節抵抗(52)の抵抗値が適宜調節されてい
る。上記熱交換器(1) への入水温に追随させて上記基準
温度を高くしたのは、熱交換器(1) が適正熱交換率を有
していても上記入水温の変化に追随して燃焼排気温（排
気温センサ(S) が検知する温度）も変化することから基
準温度の固定化を防ぐ必要を考慮したものである。

【００１４】次に、上記した温度比較器(60)の出力は第
１ＡＮＤ回路(61)の一方の入力端子に印加されていると
共に、該第１ＡＮＤ回路(61)の他方の入力端子には、運
転スイッチ(62)の操作信号を記憶する第１フリップフロ
ップ(64)の出力が印加されている。そして上記第１ＡＮ
Ｄ回路(61)の出力は第２フリップフロップ(66)に印加さ
れており、該第２フリップフロップ(66)の出力により、
ガスバーナ(3) へのガス回路に挿入されたガス元弁(31)
や、該ガスバーナ(3) に点火する点火装置(32)、給排気
用のファン(4) 、更には循環ポンプ(33)等がＯＮ・ＯＦ
Ｆされるようになっている。

【００１５】他方、既述した第１フリップフロップ(64)
の出力は第１遅延回路(55)に印加されており、該第１遅
延回路(55)は第２ＡＮＤ回路(57)のＨ能動端子に印加さ
れている。又、該第２ＡＮＤ回路(57)のＬ能動端子には
既述した第１ＡＮＤ回路(61)の出力が印加されており、
更に該第２ＡＮＤ回路(57)の出力によって第３フリップ
フロップ(58)が付勢されるようになっている。そして、
該第３フリップフロップ(58)の出力によって、ガスバー
ナ(3) へのガス回路に挿入されたガス比例弁(30)の開度
が絞られるようになっている。又、上記第３フリップフ
ロップ(58)の出力は熱交換器(1) が劣化したことを表示
する発光ダイオードや液晶表示器等で構成せれた表示器
(45)に印加されていると共に、該第３フリップフロップ
(58)の出力は第２遅延回路(56)をOR回路(50)に印加され
ている。又、該OR回路(50)の他方の入力端子には停止ス
イッチ(63)の出力が印加されていると共に該OR回路(50)
の出力は第３ＡＮＤ回路(67)のＨ能動端子に印加されて
いる。又、該第３ＡＮＤ回路(67)のＬ能動端子には第１
ＡＮＤ回路(61)の出力が印加されており、該第３ＡＮＤ
回路(67)の出力で第２フリップフロップ(66)がリセット
せしめられるようになっている。

【００１６】最後に、上記第１フリップフロップ(64)の
リセット端子には停止スイッチ(63)の操作信号が印加さ
れるようになっている。このものでは、運転前の状態に
於いては排気温センサ(S) の検知温度は基準温度設定器
(59)で自動的に設定された基準温度より低いことから、
これら両温度を比較する温度比較器(60)からは「Ｈ」信
号が出力されている。

【００１７】さて、上記の条件下で運転スイッチ(62)を
投入すると第１フリップフロップ(64)が付勢されてその
出力が上記第１ＡＮＤ回路(61)に印加され、これによ
り、該第１ＡＮＤ回路(61)が「Ｈ」信号を出して第２フ
リップフロップ(66)が付勢される。そして、該第２フリ
ップフロップ(66)の出力がガス元弁(31)，ファン(4) ，
点火装置(32)及び循環ポンプ(33)に印加されてこれらが
ＯＮ動作する。これにより、ガスバーナ(3) が燃焼して
その燃焼排気の顕熱で熱交換器(1) に於ける主熱交換部
(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４
０℃程度の水）が入水温センサ(N)による温度監視の
下、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)部分を流れる燃
焼排気を露点（約６０℃）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。

【００１８】そして、上記冷却せしめられた燃焼排気が
排気通路(21)を介して排気される際に排気温センサ(S)
で検温されることとなり、該検知温度が基準温度設定器
(59)に設定された基準温度と比較される。そして、前者
の排気温センサ(S) の検知温度が後者の基準温度より低
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いて該熱交換器
(1) が劣化していないと考えられる場合は温度比較器(6
0)の出力が「Ｈ」状態に維持され、これにより、該第１
ＡＮＤ回路(61)が「Ｈ」信号を継続出力する。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。

【００１９】さて、熱交換器(1) の副熱交換部(1b)の吸
熱フィン(12)はこれに付着するドレンによって他に比べ
て最も腐食を生じ易く、その腐食が経年的に進んでその
一部が欠損状態になったり、フィン表面に窒素酸化物等
の燃焼生成物が付着して表面の熱伝導率が悪くなると、
既述したように該熱交換器(1) の熱交換効率が低下して
その燃焼排気の温度が上昇する。そして、該温度が基準
温度設定器(59)に設定した基準温度（この実施例では入
水温が４０℃の場合には９０℃に自動設定されるように
なっている）を越えると、温度比較器(60)の出力がＬ状
態に変化し、これにより、第１ＡＮＤ回路(61)の出力も
Ｌ状態に変化する。すると、第２ＡＮＤ回路(57)がＨ信
号を出して第３フリップフロップ(58)が付勢され、これ
により、表示器(45)が表示状態になる。即ち、熱交換器
(1) の劣化を表示することとなり、これにより、該熱交
換器(1) の修理等の適切な対応を器具使用者に喚起す
る。

【００２０】他方、上記第３フリップフロップ(58)の出
力によりガス比例弁(30)が絞られてガスバーナ(3) の燃
焼量が低下せしめられ、これにより、熱交換器(1) から
の出湯温度が７０％〜８０％に絞られる。そして、該出
湯温度を低下させてから所定の時間（例えば３０秒）が
経過して第２遅延回路(56)から遅延信号が出た時に第１
ＡＮＤ回路(61)のＬ信号が消失していない場合（上記出
湯温度を低下させても排気温が基準温度より低くならな
い場合）は、第３ＡＮＤ回路(67)からＨ信号が出て第２
フリップフロップ(66)がリセットされる。これにより、
ガス元弁(31)やファン(4) 等がＯＦＦ状態になって安全
状態を確保する。

【００２１】次に、第２実施例を図３に基づいて説明す
る。このものでは、既述した図２の制御回路とほぼ同様
の回路が採用されており同一部分には同一符号を付与し
ている。そして、このものでは第３フリップフロップ(5
8)の出力を遅延させることなく直接にOR回路(50)に印加
する点と、該OR回路(50)の出力を第２フリップフロップ
(66)のリセット端子に直接に印加する点を除いて既述第
１実施例のものと同様に構成されている。

【００２２】従って、排気温センサ(S) の検知する燃焼
排気温度が基準温度設定器(59)で自動設定される基準温
度より高温となって第３フリップフロップ(58)が熱交換
器(1) の劣化を示す信号を出すと、該信号が直ちにOR回
路(50)を介して第２フリップフロップ(66)のリセット端
子に印加されてこれが消勢せしめられる。これにより、
上記熱交換器(58)が劣化した際には直ちにガス元弁(31)
等がＯＦＦ状態に維持せしめられて器具動作が停止状態
に維持される。

【００２３】尚、上記各実施例では、排気温センサ(S)
の検知する燃焼排気温度が基準温度を越えたか否かによ
ってガスバーナ(3) の燃焼料を段階的に低下させるか又
はこれを直ちに消火させるようにしたが、上記燃焼排気
温度と前記基準温度の温度差が相当大きい場合には前記
ガスバーナ(3) を直ちに消火させる第２実施例の制御を
実行し、該温度差が小さい場合には一旦ガスバーナ(3)
の燃焼料を低下させた後にこれを消火させる既述第１実
施例の制御を実行するようにしても良い。

【００２４】また、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のみ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) 内に於けるドレンの発生を完全に防止すること
が困難なことから、該熱交換器(1) の吸熱フィン(12)が
経年的に劣化してその熱交換効率が低下するからであ
る。

【００２５】更に、上記各実施例では温水暖房用の給湯
器に本発明を用いたが、温水供給用の瞬間湯沸かし器や
風呂釜等にも本発明を適用することもできる。この場
合、水道水による入水温や浴槽から風呂釜に流入する入
浴水の温度によって燃焼排気の基準温度が設定されるこ
ととなる。又、上記実施例ではファン(4) をガスバーナ
(3) の給気側に配設した、該ファン(4) を排気通路(21)
に配設しても良い。

【００２６】又、上記実施例では発光ダイオードや液晶
表示器等から構成された表示器(45)で熱交換器の劣化を
報知するようにしたが、これに代えて、又は並行してブ
ザーを鳴らすことによって報知動作を行わせるようにし
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】第２実施例の説明図

【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 (12)・・・吸熱フィン (21)・・・排気通路 (60)・・・温度比較器 (S) ・・・排気温度センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通水管(11)とその側壁に複数連設された
薄板状の吸熱フィン(12)(12)を具備する熱交換器(1)
と、該熱交換器(1) を加熱するガスバーナ(3)を具備す
る熱交換装置に於いて、熱交換器(1) から排出される燃
焼排気の温度を検知する排気温センサ(S) と、適正熱交
換効率を有する熱交換器(1) から排出されて前記排気温
センサ(S) 部分を流れる場合に於ける燃焼排気の温度を
基準温度として記憶する基準温度記憶手段(5) と、該基
準温度記憶手段(5) が記憶する基準温度と上記排気温セ
ンサ(S) の検知温度を比較して後者の温度が前者の温度
以上の場合は異常信号を出す温度比較器(60)を設け、該
温度比較器(60)が出す前記異常信号によって熱交換器
(1) の劣化状態を判断するようにした熱交換装置。
【請求項２】熱交換器(1) への給水の入水温を検知す
る入水温センサ(N)を設け、該入水温センサ(N) の検知
する上記入水温が高くなるに従って基準温度記憶手段
(5) が記憶する基準温度が高くなるようにした請求項１
の熱交装置。
【請求項３】主に燃焼排気の顕熱を吸熱する主熱交換
部(1a)とこれに対して燃焼排気流の下流側に位置し且つ
主に該燃焼排気から潜熱を吸収する副熱交換部(1b)によ
って熱交換器(1) を構成した請求項１又は請求項２に記
載の熱交換装置。