(57)【要約】【課題】１種類の計器によって、熱交換器の熱交換エレメントに生じた異常を簡単かつ短時間に診断することができる熱交換器の異常診断装置を提供する。【解決手段】熱交換器１の異常診断装置６は、熱交換エレメント２を有する熱交換器１に用いられる。熱交換エレメント２は、燃焼用空気Ａが流れる第１熱交換流路２１Ａと、燃焼用空気Ａよりも高温であって燃焼用空気Ａよりも酸素濃度が低い排ガスＧが流れる第２熱交換流路２１Ｂとが、流路壁を介して積層されている。異常診断装置６は、第２熱交換流路２１Ｂの入口側における排ガスＧの酸素濃度と、第２熱交換流路２１Ｂの出口側における排ガスＧの酸素濃度との差に基づいて、第１熱交換流路２１Ａと第２熱交換流路２１Ｂとの間に、燃焼用空気Ａと排ガスＧとの混合が生じたか否かを判定するよう構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１気体が流れる第１熱交換流路と、前記第１気体よりも高温であって酸素濃度が低い第２気体が流れる第２熱交換流路とが、流路壁を介して積層された熱交換エレメントを有する熱交換器に用いられ、
前記第１熱交換流路の入口側における前記第１気体の酸素濃度と、前記第１熱交換流路の出口側における前記第１気体の酸素濃度との差、及び前記第２熱交換流路の入口側における前記第２気体の酸素濃度と、前記第２熱交換流路の出口側における前記第２気体の酸素濃度との差との少なくとも一方に基づいて、前記第１熱交換流路と前記第２熱交換流路との間に前記第１気体と前記第２気体との混合が生じたか否かを判定するよう構成された、熱交換器の異常診断装置。
【請求項２】
前記第２気体は、前記第１気体よりも圧力が低い状態にあり、
前記異常診断装置は、
前記第２熱交換流路の入口側に配置された入口側酸素センサと、
前記第２熱交換流路の出口側に配置された出口側酸素センサと、
前記入口側酸素センサによる酸素濃度に比べて、前記出口側酸素センサによる酸素濃度の上昇量が所定値以上になったときに、前記第１気体と前記第２気体との混合が生じたと判定する判定部と、を有する、請求項１に記載の熱交換器の異常診断装置。
【請求項３】
前記第１気体は、燃焼機器に用いられる燃焼用空気であり、
前記第２気体は、前記燃焼機器又は前記燃焼機器とは別の燃焼機器から排気される排ガスである、請求項２に記載の熱交換器の異常診断装置。
【請求項４】
前記第１気体は、燃焼機器に用いられる燃焼用空気であり、
前記第２気体は、前記燃焼機器又は前記燃焼機器とは別の燃焼機器から排気される排ガスであり、
前記異常診断装置は、
前記第１熱交換流路の出口側に配置された第１気体用酸素センサと、
前記第２熱交換流路の入口側に配置された入口側酸素センサと、
前記第２熱交換流路の出口側に配置された出口側酸素センサと、
前記燃焼用空気としての大気の酸素濃度に比べて、前記第１気体用酸素センサによる酸素濃度の低下量が所定値以上になったこと、及び前記入口側酸素センサによる酸素濃度に比べて、前記出口側酸素センサによる酸素濃度の上昇量が所定値以上になったことの少なくとも一方が満たされたときに、前記第１気体と前記第２気体との混合が生じたと判定する判定部と、を有する、請求項１に記載の熱交換器の異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１気体と第２気体との熱交換を行う熱交換器に用いられる異常診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器は、温度の異なる２種類の流体を別々の流路に流通させ、流路同士の間の流路壁を介して、温度が高い方の流体から温度が低い方の流体へ熱を移動させるよう構成されている。熱交換器は、例えば、燃料の燃焼が行われた後の排ガスと、新たな燃料の燃焼に用いられる空気との熱交換を行って、排ガスの廃熱を空気へ回収するよう構成されている。
【０００３】
例えば、特許文献１の熱交換器の伝熱エレメントにおいては、加熱流体用通路と受熱流体用通路とを、両通路が交互に位置するよう金属製受熱板によって仕切ることが記載されている。この伝熱エレメントにおいては、両通路内に波形状の伝熱フィンが配置されており、加熱流体用通路と受熱流体用通路とは、互いに直交する状態で形成されている。また、伝熱エレメントには、２種類の流体を流通させるための２種類の配管が接続されている。
【０００４】
また、廃熱回収を行う熱交換器においては、高温の排ガスと接触するとともに、バーナ等の燃焼によるヒートサイクルも加わることにより、割れ、穴あき等の損傷が発生していないかを定期的に点検している。この点検には、熱交換器に圧力を加えて検査する方法、熱交換器を分解して検査する方法等がある。これらの方法によると、検査に手間及び時間が掛かる。
【０００５】
これ以外にも、熱交換器を検査する方法としては、例えば、特許文献２に記載された、燃焼装置のレキュペレーター（廃熱回収熱交換器）の損傷診断方法がある。この損傷診断方法においては、燃焼装置の燃焼ガス配管に燃焼ガス流量計を配置し、燃焼装置の燃焼空気配管に燃焼空気流量計を配置し、燃焼装置の排気ガス配管に酸素濃度計及び一酸化炭素濃度計を配置する。そして、酸素濃度、燃焼空気流量、燃焼ガス流量及び一酸化炭素濃度を適宜検出することにより、排気ガス中に燃焼空気が漏れていないかを判断している。この損傷診断方法によれば、熱交換器の検査を短時間で行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開昭５９−１７５８８９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３６７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２の燃焼装置のレキュペレーターの損傷診断方法においては、熱交換器における異常を検出するために、燃焼ガス流量計、燃焼空気流量計、酸素濃度計及び一酸化炭素濃度計としての複数種類の計器を使用する必要がある。また、複数種類の計器による計測結果から異常を診断するための制御装置の構成が複雑である。
【０００８】
従って、少ない種類の計器によって、熱交換器に生じた損傷を簡単な方法によって短時間に診断するためには、更なる工夫が必要とされる。
【０００９】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、１種類の計器によって、熱交換器の熱交換エレメントに生じた異常を簡単かつ短時間に診断することができる熱交換器の異常診断装置を提供しようとして得られたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、第１気体が流れる第１熱交換流路と、前記第１気体よりも高温であって酸素濃度が低い第２気体が流れる第２熱交換流路とが、流路壁を介して積層された熱交換エレメントを有する熱交換器に用いられ、
前記第１熱交換流路の入口側における前記第１気体の酸素濃度と、前記第１熱交換流路の出口側における前記第１気体の酸素濃度との差、及び前記第２熱交換流路の入口側における前記第２気体の酸素濃度と、前記第２熱交換流路の出口側における前記第２気体の酸素濃度との差との少なくとも一方に基づいて、前記第１熱交換流路と前記第２熱交換流路との間に前記第１気体と前記第２気体との混合が生じたか否かを判定するよう構成された、熱交換器の異常診断装置にある。
【発明の効果】
【００１１】
前記一態様の熱交換器の異常診断装置は、熱交換エレメントの第１熱交換流路における第１流体の酸素濃度の変化と、第２熱交換流路における第２流体の酸素濃度の変化との少なくとも一方を監視して、熱交換エレメントにおける異常の有無を診断するものである。より具体的には、熱交換エレメントに、異常としての、割れ、穴あき等の損傷が生じたときには、第１流体と第２流体との混合が生じ、第１流体及び第２流体の少なくとも一方の酸素濃度が変化する。
【００１２】
これにより、異常診断装置は、酸素濃度を検出するための計器を用いることによって、熱交換エレメントに、異常としての、割れ、穴あき等の損傷が生じたか否かを判定することができる。そして、熱交換エレメントにおける異常の有無を診断するための計器は、酸素濃度を検出するセンサとして１種類とすることができる。これに伴い、異常診断装置において、異常の診断を行うための制御ロジック等の構成を簡単にすることができる。
【００１３】
また、異常診断装置を用いることによって、熱交換器を分解することなく熱交換エレメントの状態を確認することができ、熱交換エレメントの異常を判定するために要する時間を短縮することができる。
【００１４】
それ故、前記一態様の熱交換器の異常診断装置によれば、１種類の計器によって、熱交換器の熱交換エレメントに生じた異常を簡単かつ短時間に診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１にかかる、熱交換器及び異常診断装置の構成を示す説明図。
【図２】実施形態１にかかる、熱交換エレメントの側面を、第１熱交換流路の流路形成方向から見た状態で示す説明図。
【図３】実施形態１にかかる、熱交換エレメントの側面を、第２熱交換流路の流路形成方向から見た状態で示す説明図。
【図４】実施形態１にかかる、異常診断装置の制御動作を示すフローチャート。
【図５】実施形態２にかかる、熱交換器及び異常診断装置の構成を示す説明図。
【図６】実施形態２にかかる、異常診断装置の制御動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
前述した熱交換器の異常診断装置にかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
本形態の熱交換器１の異常診断装置６は、図１〜図３に示すように、熱交換エレメント２を有する熱交換器１に用いられる。熱交換エレメント２は、第１気体としての燃焼用空気Ａが流れる第１熱交換流路２１Ａと、燃焼用空気Ａよりも高温であって燃焼用空気Ａよりも酸素濃度が低い第２気体としての排ガスＧが流れる第２熱交換流路２１Ｂとが、流路壁２０を介して積層されている。
【００１７】
異常診断装置６は、第２熱交換流路２１Ｂの入口側における排ガスＧの酸素濃度と、第２熱交換流路２１Ｂの出口側における排ガスＧの酸素濃度との差に基づいて、第１熱交換流路２１Ａと第２熱交換流路２１Ｂとの間に、燃焼用空気Ａと排ガスＧとの混合が生じたか否かを判定するよう構成されている。
【００１８】
以下に、本形態の熱交換器１の異常診断装置６について詳説する。
（燃焼バーナ７１）
図１に示すように、本形態の熱交換器１は、燃焼バーナ７１における燃焼後の排ガスＧの廃熱を、燃焼バーナ７１によって新たに燃焼を行うための燃焼用空気Ａに回収するために用いられる。なお、熱交換器１は、排ガスＧの廃熱を気体又は流体に回収するための種々の用途に用いることができる。
【００１９】
本形態の第１気体は、燃焼機器としての燃焼バーナ７１に用いられる燃焼用空気Ａであり、本形態の第２気体は、燃焼バーナ７１から排気される排ガスＧである。第１熱交換流路２１Ａにおける燃焼用空気Ａの圧力は、ファン７２によって送風されることによって大気圧よりも高くなっている。第２熱交換流路２１Ｂにおける排ガスＧの圧力は、第１熱交換流路２１Ａにおける燃焼用空気Ａの圧力よりも低い状態にある。
【００２０】
なお、第１気体は、第１の燃焼機器に用いられる燃焼用空気Ａとし、第２気体は、第１の燃焼機器とは別の第２の燃焼機器から排気される排ガスＧとすることもできる。また、第１気体及び第２気体は、温度が互いに異なる種々の気体とすることができる。
【００２１】
（熱交換器１の熱交換エレメント２）
図１〜図３に示すように、熱交換器１の熱交換エレメント２は、第１熱交換流路２１Ａが形成された第１エレメント部２Ａと、第２熱交換流路２１Ｂが形成された第２エレメント部２Ｂとを有する。熱交換エレメント２において、第１エレメント部２Ａにおける第１熱交換流路２１Ａの流路形成方向Ｋ１と、第２エレメント部２Ｂにおける第２熱交換流路２１Ｂの流路形成方向Ｋ２とは、互いに直交している。
【００２２】
第１エレメント部２Ａと第２エレメント部２Ｂとは、同じ平面形状に形成されており、いずれも正方形の板形状に形成されている。第１エレメント部２Ａ及び第２エレメント部２Ｂは、波形状の断面に形成された波板２２Ａ，２２Ｂと、平坦形状の断面に形成された平板２３とが接合されて形成されている。第１熱交換流路２１Ａと第２熱交換流路２１Ｂとを仕切る流路壁２０は、平板２３によって構成されている。第１熱交換流路２１Ａ及び第２熱交換流路２１Ｂは、波板２２Ａ，２２Ｂと平板２３との間において、波板２２Ａ，２２Ｂによって複数に分割されて形成されている。熱交換エレメント２を構成する波板２２Ａ，２２Ｂ及び平板２３は、正方形の平面形状に形成されている。
【００２３】
本形態の熱交換エレメント２においては、波板２２Ａ，２２Ｂと平板２３とが交互に積層されている。第１エレメント部２Ａ及び第２エレメント部２Ｂは、第１熱交換流路２１Ａ及び第２熱交換流路２１Ｂが交互に配置されるように、波板２２Ａ，２２Ｂと波板２２Ａ，２２Ｂの両側に位置する平板２３とを利用して形成されている。波板２２Ａ，２２Ｂには、第１熱交換流路２１Ａを形成するための第１波板２２Ａと、第２熱交換流路２１Ｂを形成するための第２波板２２Ｂとがある。第１波板２２Ａにおける波形状の形成方向と、第２波板２２Ｂにおける波形状の形成方向とは９０°異なっている。なお、熱交換エレメント２は、別々に独立して形成された第１エレメント部２Ａと第２エレメント部２Ｂとが交互に積層されたものとすることもできる。
【００２４】
図２及び図３に示すように、熱交換エレメント２の流路形成方向Ｋ１の両側の端面においては、第１熱交換流路２１Ａの流路開口部２１１が開口している。熱交換エレメント２の流路形成方向Ｋ２の両側の端面においては、第２熱交換流路２１Ｂの流路開口部２１１が開口している。熱交換エレメント２における、流路形成方向Ｋ１の両側の端面及び流路形成方向Ｋ２の両側の端面以外の端面は、平板２３によって閉じられている。
【００２５】
なお、図１〜図３における熱交換エレメント２は模式的に示す。実際には、図示する場合に比べて、第１エレメント部２Ａ及び第２エレメント部２Ｂの形成幅がもっと狭く、これらの形成数がもっと多くなることがある。
【００２６】
（熱交換器１の他の構成）
図１に示すように、熱交換器１は、熱交換エレメント２の他に、熱交換エレメント２に接続される第１入口ダクト３Ｘ、第１出口ダクト３Ｙ、第２入口ダクト４Ｘ及び第２出口ダクト４Ｙを有する。第１入口ダクト３Ｘは、熱交換エレメント２の第１熱交換流路２１Ａの入口に接続されており、第１熱交換流路２１Ａへ燃焼用空気Ａを流入させるための第１入口流路３１を有する。第１出口ダクト３Ｙは、熱交換エレメント２の第１熱交換流路２１Ａの出口に接続されており、第１熱交換流路２１Ａから燃焼用空気Ａを流出させるための第１出口流路３２を有する。
【００２７】
第２入口ダクト４Ｘは、熱交換エレメント２の第２熱交換流路２１Ｂの入口に接続されており、第２熱交換流路２１Ｂへ排ガスＧを流入させるための第２入口流路４１を有する。第２出口ダクト４Ｙは、熱交換エレメント２の第２熱交換流路２１Ｂの出口に接続されており、第２熱交換流路２１Ｂから排ガスＧを流出させるための第２出口流路４２を有する。
【００２８】
第１入口流路３１及び第１出口流路３２は、第１熱交換流路２１Ａの流路形成方向Ｋ１に対して平行に接続されている。第２入口流路４１及び第２出口流路４２は、第２熱交換流路２１Ｂの流路形成方向Ｋ２に対して平行に接続されている。第１入口流路３１及び第１出口流路３２は、複数の第１熱交換流路２１Ａに接続されており、第２入口流路４１及び第２出口流路４２は、複数の第２熱交換流路２１Ｂに接続されている。第１熱交換流路２１Ａと第２熱交換流路２１Ｂとの積層方向Ｄは、各熱交換流路２１Ａ，２１Ｂへの各流路３１，３２，４１，４２の接続方向に対して直交している。
【００２９】
各ダクト３Ｘ，３Ｙ，４Ｘ，４Ｙは、熱交換エレメント２の両側に着脱可能に接続されている。各ダクト３Ｘ，３Ｙ，４Ｘ，４Ｙの端部には、熱交換エレメント２に接続するための取付フランジ５がそれぞれ設けられている。各取付フランジ５は、各ダクト３Ｘ，３Ｙ，４Ｘ，４Ｙを熱交換エレメント２に接続するための板状部材として形成されている。
【００３０】
各取付フランジ５には、各ダクト３Ｘ，３Ｙ，４Ｘ，４Ｙの各流路３１，３２，４１，４２を、それぞれ各熱交換流路２１Ａ，２１Ｂに連通させるための開口部５１が形成されている。図示は省略するが、互いに対向する位置に配置された一対の取付フランジ５は、ボルトによって互いに締め付けられて、熱交換エレメント２を挟持している。また、各取付フランジ５は、ボルトの締め付け及び緩めを行うことによって、熱交換エレメント２に着脱可能である。
【００３１】
（異常診断装置６の酸素センサ６１，６２）
図１に示すように、本形態の異常診断装置６は、第２熱交換流路２１Ｂの入口側に配置された入口側酸素センサ６１と、第２熱交換流路２１Ｂの出口側に配置された出口側酸素センサ６２とを有する。入口側酸素センサ６１は、第２入口ダクト４Ｘの第２入口流路４１に配置されており、第２入口流路４１内の排ガスＧの酸素濃度を検出するために用いられる。出口側酸素センサ６２は、第２出口ダクト４Ｙの第２出口流路４２に配置されており、第２出口流路４２内の排ガスＧの酸素濃度を検出するために用いられる。
【００３２】
各酸素センサ６１，６２は、酸化物イオン（Ｏ2-）を伝導させるための固体電解質体と、固体電解質体の両側の表面に一対に設けられた電極とを有するものである。一方の電極は、検出電極として、第１出口流路３２内の燃焼用空気Ａ、第２入口流路４１内の排ガスＧ又は第２出口流路４２内の排ガスＧに晒されており、他方の電極は、参照電極として、大気等に晒されている。そして、各酸素センサ６１，６２においては、一対の電極の間に電圧が印加された状態において、検出電極と参照電極との間に流れる電流に基づいて酸素濃度が検出される。
【００３３】
（異常診断装置６の判定部６０）
図１に示すように、異常診断装置６は、入口側酸素センサ６１による酸素濃度に比べて、出口側酸素センサ６２による酸素濃度の上昇量が所定値以上になったときに、第１気体と第２気体との混合が生じたと判定する判定部６０を有する。酸素濃度の上昇量は、酸素濃度差として酸素濃度が高くなった量として表される。判定部６０は、各酸素センサ６１，６２から送信される酸素濃度を示す出力信号を受けて、熱交換エレメント２における異常の有無を判定する。判定部６０は、コンピュータを用いて構成されている。
【００３４】
熱交換エレメント２に亀裂、穴あき等の損傷が生じ、第１熱交換流路２１Ａ内の燃焼用空気Ａの一部が第２熱交換流路２１Ｂ内の排ガスＧに混合された場合には、第２入口流路４１における排ガスＧの酸素濃度に比べて、第２出口流路４２における排ガスＧの酸素濃度が高くなる。そして、出口側酸素センサ６２によって検出される酸素濃度が、入口側酸素センサ６１によって検出される酸素濃度よりも高くなる。判定部６０は、出口側酸素センサ６２による酸素濃度が入口側酸素センサ６１による酸素濃度よりも高くなった場合、例えば、各酸素センサ６１，６２の計測誤差を考慮して０．５〜１体積％以上高くなった場合に、第２出口流路４２内の排ガスＧに燃焼用空気Ａの一部の混合が生じたと判定することができる。
【００３５】
燃焼用空気Ａは、ファン７２によって熱交換器１に送られる際に大気圧よりも高く加圧される。そして、第２熱交換流路２１Ｂを流れる燃焼用空気Ａの圧力は、第１熱交換流路２１Ａを流れる排ガスＧの圧力よりも高くなる。この場合に、熱交換エレメント２の第１エレメント部２Ａと第２エレメント部２Ｂとの間に亀裂、穴あき等の損傷が生じたときには、第１熱交換流路２１Ａから第２熱交換流路２１Ｂへ燃焼用空気Ａが漏れ、燃焼用空気Ａの一部が排ガスＧに混合されると考えられる。
【００３６】
図１に示すように、異常診断装置６の判定部６０は、燃焼バーナ７１の燃焼運転を制御する制御装置内に構築することができる。制御装置は、コンピュータによって構成されており、燃料制御弁７３を用いて、燃焼バーナ７１に供給される燃料Ｆの流量を制御し、ファン７２を用いて、燃焼バーナ７１に供給される燃焼用空気Ａの流量を制御する。制御装置は、燃焼用空気Ａと燃料Ｆとの質量混合比である空燃比を適切に制御するよう構成されている。
【００３７】
異常診断装置６の入口側酸素センサ６１による酸素濃度は、排ガスＧの酸素濃度を示すため、燃焼バーナ７１における空燃比の確認又は制御のために用いることもできる。異常診断装置６は、排ガスＧの酸素濃度が規定の上限値よりも高い場合には、燃焼バーナ７１において、空燃比が高い異常が発生していることを検出することができる。また、異常診断装置６は、排ガスＧの酸素濃度が規定の下限値よりも低い場合には、燃焼バーナ７１において、空燃比が低い異常が発生していることを検出することができる。
【００３８】
（熱交換器１における熱交換）
図１に示すように、燃焼バーナ７１において燃焼運転を行う際には、燃焼バーナ７１において燃料Ｆと燃焼用空気Ａとの燃焼が行われた後の排ガスＧが、熱交換器１の熱交換エレメント２へ流れる。このとき、排ガスＧは、第２入口ダクト４Ｘの第２入口流路４１から熱交換エレメント２の第２熱交換流路２１Ｂへ流れる。
【００３９】
また、燃焼バーナ７１に供給される燃焼用空気Ａは、ファン７２によって加圧され、第１入口ダクト３Ｘの第１入口流路３１から熱交換エレメント２の第１熱交換流路２１Ａへ流れる。そして、熱交換エレメント２においては、第２熱交換流路２１Ｂを流れる排ガスＧの廃熱が、第１熱交換流路２１Ａを流れる燃焼用空気Ａに回収される。その後、排ガスＧによって加熱された燃焼用空気Ａは、燃焼バーナ７１における燃焼に使用され、燃焼用空気Ａによって冷却された排ガスＧは、大気等に排気される。
【００４０】
（異常診断装置６の制御動作）
異常診断装置６の制御動作を、図４のフローチャートを参照して説明する。異常診断装置６は、燃焼バーナ７１において燃焼運転を行う際には、入口側酸素センサ６１によって第２熱交換流路２１Ｂの入口側の酸素濃度を検出するとともに、出口側酸素センサ６２によって第２熱交換流路２１Ｂの出口側の酸素濃度を検出する（ステップＳ１）。次いで、異常診断装置６の判定部６０は、出口側酸素センサ６２による酸素濃度から入口側酸素センサ６１による酸素濃度を差し引いた酸素濃度差を求める（ステップＳ２）。次いで、判定部６０は、酸素濃度差が所定の上昇量以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。
【００４１】
そして、酸素濃度差が所定の上昇量以上である場合には、判定部６０は、熱交換エレメント２に異常が発生したと判定する（ステップＳ４）。この場合には、異常診断装置６は、熱交換エレメント２に異常が発生したことを、警告表示、警告ブザー等によってオペレータ等に知らせることができる。
【００４２】
一方、酸素濃度差が所定の上昇量未満である場合には、判定部６０は、熱交換エレメント２に異常は発生していないと判定する（ステップＳ５）。この場合には、異常診断装置６は、ステップＳ３の判定において、酸素濃度差が所定の上昇量以上になるまで、ステップＳ１〜Ｓ３を繰り返し実行することができる。また、異常診断装置６に異常診断終了の入力があった場合には、異常診断を終了する（ステップＳ６）。
【００４３】
（作用効果）
本形態の熱交換器１の異常診断装置６は、熱交換エレメント２の第２熱交換流路２１Ｂにおける排ガスＧの酸素濃度の変化を監視して、熱交換エレメント２における異常の有無を診断するものである。より具体的には、熱交換エレメント２に、異常としての、割れ、穴あき等の損傷が生じたときには、燃焼用空気Ａの圧力が排ガスＧの圧力よりも高いことにより、燃焼用空気Ａの一部が排ガスＧに混合され、排ガスＧの酸素濃度が上昇するように変化する。
【００４４】
これにより、異常診断装置６は、酸素濃度を検出するための計器としての酸素センサ６１，６２を用いることによって、熱交換エレメント２に、異常としての、割れ、穴あき等の損傷が生じたか否かを判定することができる。そして、熱交換エレメント２における異常の有無を診断するための計器は、酸素センサ６１，６２として１種類とすることができる。これに伴い、異常診断装置６において、異常の診断を行うための制御ロジック等の構成を簡単にすることができる。
【００４５】
また、異常診断装置６を用いることによって、熱交換器１を分解することなく熱交換エレメント２の状態を確認することができ、熱交換エレメント２の異常を判定するために要する時間を短縮することができる。
【００４６】
それ故、本形態の熱交換器１の異常診断装置６によれば、１種類の計器によって、熱交換器１の熱交換エレメント２に生じた異常を簡単かつ短時間に診断することができる。
【００４７】
＜実施形態２＞
本形態の熱交換器１の異常診断装置６は、図５に示すように、熱交換エレメント２の第２熱交換流路２１Ｂを流れる排ガスＧの酸素濃度の変化を監視するだけでなく、熱交換エレメント２の第１熱交換流路２１Ａを流れる燃焼用空気Ａの酸素濃度の変化も監視して、熱交換エレメント２における異常の有無を診断するものである。
【００４８】
本形態においても、第１気体は、燃焼バーナ７１に用いられる燃焼用空気Ａであり、第２気体は、燃焼バーナ７１から排気される排ガスＧである。本形態の異常診断装置６は、燃焼用空気Ａの圧力が、排ガスＧの圧力よりも高いものの、排ガスＧの圧力に近く、燃焼用空気Ａに排ガスＧの一部が混合される可能性がある場合に適用することができる。また、本形態においても、実施形態１の場合と同様に、燃焼用空気Ａが排ガスＧに混合される可能性もある。
【００４９】
本形態の熱交換エレメント２、各ダクト３Ｘ，３Ｙ，４Ｘ，４Ｙ等の熱交換器１の構成は、実施形態１の場合と同様である。
【００５０】
図５に示すように、本形態の異常診断装置６は、入口側酸素センサ６１及び出口側酸素センサ６２の他に、第１熱交換流路２１Ａの出口側に配置された第１気体用酸素センサとしての空気用酸素センサ６３を有する。空気用酸素センサ６３は、第１出口ダクト３Ｙの第１出口流路３２に配置されており、第１出口流路３２内の燃焼用空気Ａの酸素濃度を検出するために用いられる。空気用酸素センサ６３の構成は、実施形態１に示す入口側酸素センサ６１及び出口側酸素センサ６２の構成と同様である。
【００５１】
本形態の異常診断装置６の判定部６０は、燃焼用空気Ａとしての大気の酸素濃度に比べて、空気用酸素センサ６３による酸素濃度の低下量が所定値以上になったとき、又は入口側酸素センサ６１による酸素濃度に比べて、出口側酸素センサ６２による酸素濃度の上昇量が所定値以上になったときに、燃焼用空気Ａと排ガスＧとの混合が生じたと判定するよう構成されている。酸素濃度の低下量は、酸素濃度差として酸素濃度が低くなった量として表される。
【００５２】
本形態の燃焼用空気Ａは大気であり、大気の酸素濃度は２１体積％であるとする。そして、大気が流れる第１入口ダクト３Ｘにおける酸素濃度は大気の酸素濃度とし、第１入口ダクト３Ｘにおける酸素濃度は検出しない。また、熱交換エレメント２において、第２熱交換流路２１Ｂ内の排ガスＧの一部が第１熱交換流路２１Ａ内の燃焼用空気Ａに混合されたときには、空気用酸素センサ６３によって検出される燃焼用空気Ａの酸素濃度が低下する。
【００５３】
熱交換エレメント２に亀裂、穴あき等の損傷が生じ、第２熱交換流路２１Ｂ内の排ガスＧの一部が第１熱交換流路２１Ａ内の燃焼用空気Ａに混合された場合（第２熱交換流路２１Ｂから第１熱交換流路２１Ａへ排ガスＧが漏れた場合）には、第１入口流路３１における燃焼用空気Ａの酸素濃度に比べて、第１出口流路３２における燃焼用空気Ａの酸素濃度が低くなる。そして、空気用酸素センサ６３によって検出される酸素濃度が大気の酸素濃度よりも低くなる。判定部６０は、空気用酸素センサ６３による酸素濃度が２１体積％よりも低くなった場合、例えば、空気用酸素センサ６３の計測誤差を考慮して０．５〜１体積％低くなった場合に、第１出口流路３２内の燃焼用空気Ａに排ガスＧの一部の混合が生じたと判定することができる。
【００５４】
（異常診断装置６の制御動作）
異常診断装置６の制御動作を、図６のフローチャートを参照して説明する。異常診断装置６は、燃焼バーナ７１において燃焼運転を行う際には、空気用酸素センサ６３によって第１熱交換流路２１Ａの出口側の酸素濃度を検出し、かつ、入口側酸素センサ６１によって第２熱交換流路２１Ｂの入口側の酸素濃度を検出するとともに、出口側酸素センサ６２によって第２熱交換流路２１Ｂの出口側の酸素濃度を検出する（ステップＳ１１）。次いで、異常診断装置６の判定部６０は、大気の酸素濃度から空気用酸素センサ６３による酸素濃度を差し引いた第１酸素濃度差を求める（ステップＳ１２）。次いで、判定部６０は、この第１酸素濃度差が、所定の低下量以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。
【００５５】
そして、第１酸素濃度差が所定の低下量以上である場合には、判定部６０は、熱交換エレメント２に異常が発生したと判定する（ステップＳ１４）。この場合には、異常診断装置６は、熱交換エレメント２に異常が発生したことを、警告表示、警告ブザー等によってオペレータ等に知らせることができる。
【００５６】
一方、ステップＳ１３において、第１酸素濃度差が所定の低下量未満である場合には、判定部６０は、出口側酸素センサ６２による酸素濃度から入口側酸素センサ６１による酸素濃度を差し引いた第２酸素濃度差を求める（ステップＳ１５）。次いで、判定部６０は、第２酸素濃度差が、所定の上昇量以上であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。
【００５７】
そして、第２酸素濃度差が所定の上昇量以上である場合には、異常診断装置６は、熱交換エレメント２に異常が発生したと判定する（ステップＳ１４）。この場合には、異常診断装置６は、熱交換エレメント２に異常が発生したことを、警告表示、警告ブザー等によってオペレータ等に知らせることができる。
【００５８】
一方、第２酸素濃度差が所定の上昇量未満である場合には、判定部６０は、熱交換エレメント２に異常は発生していないと判定する（ステップＳ１７）。この場合には、異常診断装置６は、ステップＳ１３の判定において、第１酸素濃度差が所定の低下量以上になるまで、又はステップＳ１６の判定において、第２酸素濃度差が所定の上昇量以上になるまで、ステップＳ１１〜Ｓ１３，Ｓ１５，Ｓ１６を繰り返し実行することができる。また、異常診断装置６に異常診断終了の入力があった場合には、異常診断を終了する（ステップＳ１８）。
【００５９】
（作用効果）
本形態の熱交換器１の異常診断装置６は、熱交換エレメント２の第１熱交換流路２１Ａにおける燃焼用空気Ａの酸素濃度の変化、及び熱交換エレメント２の第２熱交換流路２１Ｂにおける排ガスＧの酸素濃度の変化を監視して、熱交換エレメント２における異常の有無を診断するものである。より具体的には、熱交換エレメント２に、異常としての、割れ、穴あき等の損傷が生じたときには、排ガスＧの一部が燃焼用空気Ａに混合されて、燃焼用空気Ａの酸素濃度が低下するように変化する、又は燃焼用空気Ａの一部が排ガスＧに混合されて、排ガスＧの酸素濃度が上昇するように変化する。
【００６０】
本形態においても、実施形態１の場合と同様に、熱交換エレメント２における異常の有無を診断するための計器は、酸素センサ６１，６２，６３として１種類とすることができる。そして、異常診断装置６において、異常の診断を行うための制御ロジック等の構成を簡単にすることができる。それ故、本形態の熱交換器１の異常診断装置６によっても、実施形態１の場合と同様に、１種類の計器によって、熱交換器１の熱交換エレメント２に生じた異常を簡単かつ短時間に診断することができる。
【００６１】
本形態の熱交換器１の異常診断装置６における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の場合と同様である。
【００６２】
なお、異常診断装置６の判定部６０は、第１熱交換流路２１Ａの入口側における第１気体としての燃焼用空気Ａの酸素濃度と、第１熱交換流路２１Ａの出口側における燃焼用空気Ａの酸素濃度との差に基づいて、燃焼用空気Ａと排ガスＧとの混合の有無を判定することもできる。より具体的には、判定部６０は、燃焼用空気Ａとしての大気の酸素濃度に比べて、空気用酸素センサ６３による酸素濃度の低下量が所定値以上になったときに、燃焼用空気Ａと排ガスＧとの混合が生じたと判定することもできる。
【００６３】
また、熱交換器１の構成は、燃焼用空気Ａと排ガスＧの熱交換を行う種々の構成とすることができる。例えば、熱交換エレメント２に接続される、第１入口流路３１及び第１出口流路３２と第２入口流路４１及び第２出口流路４２とは互いに直交していなくてもよい。
【００６４】
本発明は、実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。
【符号の説明】
【００６５】
１  熱交換器
２  熱交換エレメント
２１Ａ  第１熱交換流路
２１Ｂ  第２熱交換流路
３Ｘ，３Ｙ，４Ｘ，４Ｙ  ダクト
３１，３２，４１，４２  流路
６  異常診断装置
６０  判定部
６１，６２，６３  酸素センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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