(57)【要約】【課題】熱効率をできる限り低下させることなく排気筒内での結露を良好に防止することが可能な潜熱回収型熱源機を提供する。【解決手段】燃焼排ガスを生成するため複数のバーナを列設したバーナユニット５と、燃焼排ガスから顕熱を主に回収する一次熱交換器２３と、燃焼排ガスから水蒸気の凝縮による潜熱を主に回収する二次熱交換器２４と、バーナユニット５の燃焼制御を行う制御手段とを備える。制御手段７は、バーナユニット５の燃焼領域を広範囲に固定してバーナ燃焼量の出力を可変制御する固定燃焼制御を行う（Ｓ１）。この固定燃焼制御中にバーナ燃焼をオンオフ制御する間欠運転が実行され（Ｓ２）、この間欠運転が一定時間継続すると（Ｓ３）、バーナユニット５の燃焼領域を最小範囲に設定してバーナ燃焼量の出力を制御する結露乾燥モード運転を所定時間行う（Ｓ４，Ｓ５）。【選択図】図２
2010117100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼排ガスを生成するため複数のバーナを列設したバーナユニットと、
燃焼排ガスから顕熱を主に回収する一次熱交換器と、
燃焼排ガスから水蒸気の凝縮による潜熱を主に回収する二次熱交換器と、
バーナユニットの燃焼制御を行う制御手段とを備え、
上記制御手段は、バーナユニットの燃焼領域を広範囲に固定してバーナ燃焼量の出力を可変制御する固定燃焼制御を行い、この固定燃焼制御中にバーナ燃焼量の低出力状態が排気筒内で結露し得るほどに一定時間継続すると、バーナユニットの燃焼領域を上記広範囲よりも狭い範囲に設定してバーナ燃焼量の出力を制御する結露乾燥モード運転を所定時間行う制御構成とした潜熱回収型熱源機。
【請求項２】
請求項１に記載の潜熱回収型熱源機において、
上記制御手段は、上記結露乾燥モード運転でのバーナ燃焼量を最大出力とする制御構成とした潜熱回収型熱源機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の潜熱回収型熱源機において、
上記制御手段は、上記固定燃焼制御中のバーナ燃焼量の低出力状態としてバーナ燃焼をオンオフ制御する間欠運転が実行され、この間欠運転が一定時間継続すると、上記結露乾燥モード運転に移行させる制御構成とした潜熱回収型熱源機。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の潜熱回収型熱源機において、
上記制御手段は、上記固定燃焼制御中のバーナ燃焼量の低出力状態としてバーナ燃焼をオンオフ制御する間欠運転が実行され、このオンオフ回数が一定回数連続すると、上記結露乾燥モード運転に移行させる制御構成とした潜熱回収型熱源機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、暖房装置、給湯暖房装置、給湯器、風呂給湯器などに利用される潜熱回収型熱源機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、暖房装置等に用いられる熱源機においてバーナの燃焼量が臨界燃焼量を下回ってから一定時間経過した時点でバーナの燃焼量を増大させることにより、排気温度が長時間にわたって低温となる事態を回避して排気筒内の結露を防止することが行われている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平６−３４７０９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、潜熱回収型熱源機でも、従来のように排気筒内の結露防止のためにバーナ燃焼量が臨界燃焼量を下回るとバーナ燃焼量を増大させるようにすることが考えられる。
しかしながら、潜熱回収型熱源機は、燃焼排ガスから主に顕熱を回収する一次熱交換器に加えて、燃焼排ガス中の水蒸気を凝縮させて潜熱を回収する二次熱交換器を備えており、二次熱交換器を持たないものと比べて排気温度がかなり低くなっている。また、潜熱回収型熱源機では、複数のバーナを列設したバーナユニットの燃焼領域を大領域、中領域のように広範囲に固定して燃焼させることにより多くの水蒸気を燃焼排ガス中に含ませ、二次熱交換器での熱効率をさらに向上させる燃焼制御を行うことがある。そのため、バーナ燃焼量を増大させても、排気温度の上昇が鈍い上に、バーナ燃焼量の増加に伴って燃焼排ガス中の水蒸気量が増して湿気の多い燃焼排ガスが排気筒へ送り込まれることから排気筒内での結露を良好に防止するのが困難であった。特に延長排気タイプの長い排気筒では、排気筒の全長にわたって排気温度を高く維持しにくく、排気筒内に生じた結露を乾燥させるにも相当長い時間を要する。一方、排気温度を十分に上昇させるため過剰なバーナ燃焼状態を長く継続させると、潜熱回収型熱源機での高い熱効率を維持することも困難となり得る。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、潜熱回収型熱源機において熱効率をできる限り低下させることなく排気筒内での結露を良好に防止することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る潜熱回収型熱源機は、
燃焼排ガスを生成するため複数のバーナを列設したバーナユニットと、
燃焼排ガスから顕熱を主に回収する一次熱交換器と、
燃焼排ガスから水蒸気の凝縮による潜熱を主に回収する二次熱交換器と、
バーナユニットの燃焼制御を行う制御手段とを備え、
上記制御手段は、バーナユニットの燃焼領域を広範囲に固定してバーナ燃焼量の出力を可変制御する固定燃焼制御を行い、この固定燃焼制御中にバーナ燃焼量の低出力状態が排気筒内で結露し得るほどに一定時間継続すると、バーナユニットの燃焼領域を上記広範囲よりも狭い範囲に設定してバーナ燃焼量の出力を制御する結露乾燥モード運転を所定時間行う制御構成としたものである。
【０００６】
上記構成によれば、結露乾燥モード運転では、バーナユニットの燃焼領域を上記狭い範囲とすることにより、燃焼による水蒸気の生成が減少されるとともに、燃焼していないバーナを通過した空気が燃焼排ガス中に混合される。これによって、水蒸気を含む割合が低く、空気で希釈された燃焼排ガス（水蒸気分圧を低下させた燃焼排ガス）が排気筒内へ送り込まれるから、排気筒内での結露温度が下がる。従って、長い排気筒であっても、排気筒内での結露が防止され、また、排気筒内に生じた結露を乾燥させることができる。
また、普段は、上記固定燃焼制御により、バーナユニットの燃焼領域を広範囲に固定してバーナ燃焼を行うことにより多くの水蒸気を生成し燃焼排ガス中に含ませているので、水蒸気を凝縮して潜熱を回収する二次熱交換器での熱効率が向上される。
従って、上記結露乾燥モード運転を実行しても相対的には熱効率を大きく低下させることが防止される。
【０００７】
上記制御手段は、上記結露乾燥モード運転でのバーナ燃焼量を最大出力とする制御構成とするのが望ましい。
これによれば、さらに排気温度を上昇させることができ、排気筒内での結露防止や排気筒内に生じた結露の乾燥を一層向上させることができる。
【０００８】
上記制御手段は、上記固定燃焼制御中のバーナ燃焼量の低出力状態としてバーナ燃焼をオンオフ制御する間欠運転が実行され、この間欠運転が一定時間継続すると、上記結露乾燥モード運転に移行させる制御構成とするのが望ましい。
バーナ燃焼をオンオフ制御する間欠運転が実行されると、バーナ燃焼をオフしている間は排気筒内の温度が低下する。排気筒内の温度が燃焼排ガスの露点以下になると、次にバーナ燃焼をオンしたとき燃焼排ガスが排気筒内で露点以下に冷却されて水蒸気が結露し、結露水に含まれる酸性成分により排気筒を腐食させるおそれがある。
しかるに、本発明により、バーナ燃焼をオンオフ制御する間欠運転が一定時間継続すると、上記結露乾燥モード運転に移行させることによりバーナ燃焼時間が長くなり、排気筒内に生じた結露が乾く機会が増える。従って、排気筒内に生じた結露を良好に乾燥させることができる。
【０００９】
上記制御手段は、上記固定燃焼制御中のバーナ燃焼量の低出力状態としてバーナ燃焼をオンオフ制御する間欠運転が実行され、このオンオフ回数が一定回数連続すると、上記結露乾燥モード運転に移行させる制御構成とするのが望ましい。
上述のとおり、バーナ燃焼をオンオフ制御する間欠運転が実行されると、排気筒内に結露を生じさせ得るが、間欠運転でのバーナ燃焼のオンオフ回数が一定回数連続すると、上記結露乾燥モード運転に移行させることによりバーナ燃焼時間が長くなり、排気筒内に生じた結露が乾く機会が増える。従って、排気筒内に生じた結露を良好に乾燥させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明に係る潜熱回収型熱源機によれば、熱効率をできる限り低下させることなく排気筒内での結露を良好に防止することが可能となる。その結果、酸性成分を含む結露水による排気筒の腐食や、結露水の凍結による排気閉塞等を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る潜熱回収型熱源機を用いた暖房装置の構成図を示す。図１に示す暖房装置１は、潜熱回収型熱源機２と、潜熱回収型熱源機２に接続された往路管３１と復路管３２の間に介設された温水マット３とを備え、潜熱回収型熱源機２で生成した温水を温水マット３に循環させて床暖房を行うものである。
【００１２】
潜熱回収型熱源機２は、燃焼缶体２１内に、バーナユニット５を設置する燃焼室２２と、燃焼排ガスから顕熱を主に回収する一次熱交換器２３と、燃焼排ガスから水蒸気の凝縮による潜熱を主に回収する二次熱交換器２４とが設けられている。燃焼缶体２１の下面には給気ファン２５が連設され、燃焼缶体２１の上部には排気口２６が開設され、排気口２６には排気筒４が接続されている。そして、給気ファン２５により燃焼室２２内に新鮮な空気を供給して燃焼室２２のバーナ燃焼により生成された燃焼排ガスは、一次熱交換器２３、二次熱交換器２４を経て排気口２６から排気筒４を通って外部に排出される。なお、４０は潜熱回収型熱源機２の外装ケースである。
【００１３】
一次熱交換器２３の一端には往路管３１が接続され、二次熱交換器２４の一端には復路管３２が接続され、二次熱交換器２４の他端と一次熱交換器２３の他端とが接続管３３を介して互いに接続されている。復路管３２にはポンプＰが設けられ、このポンプＰを駆動することにより往路管３１及び復路管３２を通して潜熱回収型熱源機２で生成した温水が温水マット３に循環供給される。
【００１４】
バーナユニット５には、ガス供給源からガス管６を通って燃料ガスが供給される。ガス管６には、上流側から元ガス開閉弁６１、ガス比例弁６２が設けられている。元ガス開閉弁６１は、開閉されてバーナユニット５へ燃料ガスを供給・遮断する。ガス比例弁６２は、開度調節されてバーナユニット５でのバーナ燃焼の出力量を調節する。また、バーナユニット５は、複数のバーナを列設したバーナ組５１〜５３が３つ（複数）並べて設置されている。各バーナ組５１〜５３には、燃料ガスを供給・遮断する能力切替え開閉弁５４〜５６が設けられている。従って、能力切替え開閉弁５４〜５６を開いたところのバーナ組５１〜５３がバーナ燃焼される。
【００１５】
元ガス開閉弁６１、ガス比例弁６２、能力切替え開閉弁５４〜５６は、制御部７（制御手段）によって制御される。また、制御部７は、給気ファン２５やポンプＰの駆動制御も含め、この暖房装置１の運転制御を行う。暖房装置１の運転開始や停止、床暖房の希望温度の設定などは、制御部７に接続したリモコン８で行われる。リモコン８は、温水マット３を敷設した部屋に設置される。
【００１６】
暖房装置１は、以上のような構成を有するので、暖房装置１を運転開始すべくリモコン８の運転スイッチを投入すると、制御部７は、ポンプＰを駆動して往路管３１、復路管３２及び接続管３３の内部の水を温水マット３との間で循環させると共に、バーナを点火し給気ファン２５を回転させて燃焼排ガスを熱交換器２３，２４に送り込む。すると、温水マット３から復路管３２を通って二次熱交換器２４に入る戻り水は、まず、二次熱交換器２４により燃焼排ガスから水蒸気の凝縮による潜熱を主に回収して熱交換加熱され、水温がある程度上昇された低温水となる。次いで、二次熱交換器２４から接続管３３を通って一次熱交換器２３内に入る低温水は、一次熱交換器２３により燃焼排ガスから顕熱を主に回収して熱交換加熱され、水温がさらに上昇された温水となって往路管３１に供給される。この温水が温水マット３へ循環供給されて床暖房が行なわれる。
【００１７】
燃焼排ガスは、二次熱交換器２４により潜熱が回収されると、燃焼排ガス中の水蒸気が凝縮してドレンが発生する。このドレンは、ＮＯX等の酸性成分を含んで酸性状態にある。そのため、二次熱交換器２４で発生したドレンは、二次熱交換器２４の下方の傾斜した底板２７に伝わせて配管９１を通じて中和器９で中和処理して外部に排水される。なお、二次熱交換器２４を通過した燃焼排ガスは、排気筒４を通じて外部に排気される。
【００１８】
そして、図２のフローチャートを参照して、上記暖房運転の際、制御部７は、バーナユニット５の燃焼領域を広範囲に固定し、そのバーナ燃焼の出力量を可変制御する固定燃焼制御を行う（Ｓ１）。この固定燃焼制御では、３つのバーナ組５１〜５３すべてを燃焼させる大領域燃焼に設定するが、温水マット３が小面積で大きな暖房能力を要しない場合には３つのバーナ組５１〜５３のうち２つを燃焼させる中領域燃焼に設定することもある。
【００１９】
ここで、バーナ燃焼領域を固定してバーナ燃焼量を可変制御する場合、バーナ燃焼量を絞りすぎると炎が立ち消えするおそれがあるため、通常は、各バーナ組５１〜５３の燃焼・非燃焼を順次切替えることによりバーナユニット５のバーナ燃焼領域を可変する燃焼制御が行われる。
しかるに、本実施の形態では、バーナユニット５の燃焼領域を広範囲に設定して燃焼制御する。これにより、バーナユニット５の燃焼領域を広範囲にバーナ燃焼させることにより多くの水蒸気を生成し、燃焼排ガス中に多くの水蒸気を含ませることができ、その結果、潜熱回収型熱源機２における、燃焼排ガス中の水蒸気を凝縮させて潜熱を回収する二次熱交換器２４での熱効率をさらに向上することができる。
【００２０】
そして、制御部７は、温水マット３に設置する温度センサ（図示せず）で検出した床温度がリモコン８で設定された設定温度になるように、ガス比例弁６２の開度調節を行ってバーナ燃焼の出力量を可変制御する。このとき、ガス比例弁６２の開度を最小にしバーナ燃焼の出力量を下限にしても床室温が設定温度を超えて上昇する場合、制御部７は、元ガス開閉弁６１を開閉させてバーナ燃焼をオンオフ制御する間欠運転を行って（Ｓ２）、床温度が設定温度になるように燃焼制御する。
【００２１】
このようなバーナ燃焼をオンオフ制御する間欠運転（バーナ燃焼量の低出力状態）が実行されると、バーナ燃焼をオフしている間は排気筒４内の温度が低下する。そして、排気筒４内の温度が燃焼排ガスの露点以下になると、次にバーナ燃焼をオンしたとき燃焼排ガスが排気筒４内で露点以下に冷却されて水蒸気が結露し、酸性の結露水により排気筒４を腐食させるおそれがある。
【００２２】
そこで、上記固定燃焼制御中の間欠運転の継続時間が一定時間（例、１時間）以上となった場合は（Ｓ３）、排気筒４内に結露が生じているおそれがあると考え、結露乾燥モード運転を実行させる（Ｓ４）。この結露乾燥モード運転は、具体的には、能力切替え開閉弁５４〜５６を開閉制御して３つのバーナ組５１〜５３のうち１つだけバーナ燃焼させてバーナユニット５の燃焼領域を最小範囲（固定燃焼制御時よりも狭い範囲）に設定するとともに、ガス比例弁６２の開度を最大に設定してバーナ燃焼を最大出力量で燃焼させる。
【００２３】
この結露乾燥モード運転により、バーナユニット５の燃焼領域を最小範囲とすることにより、燃焼によって生成する水蒸気が減少されると共に、燃焼排ガス中には燃焼していない２つのバーナ組（例えば、バーナ組５２，５３）を通過した空気（短絡空気）が混合される。従って、水蒸気を含む割合が低く且つ短絡空気で希釈された燃焼排ガス（水蒸気分圧を低下させた燃焼排ガス）が排気筒４内へ送り込まれるから、排気筒４内での結露温度が下がる。また、結露乾燥モード運転は、バーナユニット５の燃焼領域を最小範囲とするが、そのバーナ燃焼量を最大出力とするので、オンオフ制御によるバーナ燃焼量の低出力状態のときよりも排気温度を上昇させることができる。以上の結果、長い排気筒４であっても、排気筒４内での結露が防止され、また、排気筒４内に生じた結露を早期に乾燥させることができる。
【００２４】
そして、結露乾燥モード運転が所定時間（例、１時間）行われると（Ｓ５）、再び固定燃焼制御に戻す（Ｓ５→Ｓ１）。上記結露乾燥モード運転によって二次熱交換器２４での熱効率は低下するが、上述のとおり、上記固定燃焼制御（Ｓ１，Ｓ２）を行うことにより二次熱交換器２４での熱効率が向上されるから、相対的には熱効率の大きな低下を防ぐことができる。
【００２５】
従って、以上の実施形態によれば、熱効率をできる限り低下させることなく排気筒４内での結露を良好に防止することが可能となる。その結果、酸性の結露水による排気筒４の腐食や、結露水の凍結による排気閉塞等を確実に防止することができる。
【００２６】
（他の実施形態）
他の実施形態では、図３のフローチャートに示すように、上記暖房運転の際に、バーナ燃焼をオンオフ制御する間欠運転が実行されると（Ｓ２）、燃焼時間が短時間（例、２分以下）であるバーナ燃焼のオンオフ回数が一定回数（例、１０回）連続した場合は（Ｓ３０）、排気筒４内に結露が生じているおそれがあると考え、上記結露乾燥モード運転を実行させる（Ｓ４）。そして、結露乾燥モード運転が所定時間（例、１時間）行われると（Ｓ５）、再び上記固定燃焼制御に戻す（Ｓ５→Ｓ１）。
【００２７】
他の実施形態においても、結露乾燥モード運転により、水蒸気をあまり含まない燃焼排ガス（水蒸気分圧を低下させた燃焼排ガス）が排気筒４内へ送り込まれるから、排気筒４内での結露温度を下げることができ、且つオンオフ制御によるバーナ燃焼量の低出力状態のときよりも排気温度を上昇させることができる。従って、排気筒４内での結露が防止され、また、排気筒４内に生じた結露を早期に乾燥させることができる。また、普段は固定燃焼制御を行って二次熱交換器２４での熱効率が向上されているから、上記結露乾燥モード運転を実行しても相対的には熱効率の大きな低下を抑えることができる。従って、他の実施形態においても、熱効率をできる限り低下させることなく排気筒４内での結露を良好に防止することが可能となり、その結果、酸性の結露水による排気筒４の腐食や、結露水の凍結による排気閉塞等を確実に防止することができる。その他の構成及び作用効果は、上記実施形態と同様である。
なお、上記結露乾燥モード運転へ移行させる条件として、上記の実施形態と他の実施形態を組み合わせ、間欠運転の継続時間が一定時間以上となった場合か（図２のＳ３）、あるいは燃焼時間が短時間であるバーナ燃焼のオンオフ回数が一定回数連続した場合（図３のＳ３０）としてもよい。これにより、結露乾燥モード運転が確実に実行され、排気筒４内での結露をより確実に防止することができる。
また、上記実施形態では、暖房装置１を例示するが、本発明に係る潜熱回収型熱源機２は、暖房装置１に限らず、給湯暖房装置、給湯器、風呂給湯器等に用いられるものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施形態による暖房装置の概略構成を示す構成図である。
【図２】実施形態の暖房装置におけるバーナの燃焼制御を示すフローチャートである。
【図３】他の実施形態の暖房装置におけるバーナの燃焼制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
１  暖房装置
２  潜熱回収型熱源機
３  温水マット
４  排気筒
５  バーナユニット
７  制御部（制御手段）
２２  燃焼室
２３  一次熱交換器
２４  二次熱交換器
２６  排気口
３１  往路管
３２  復路管
５１〜５３  バーナ組
【図１】
2010117100.tif 000003
【図２】
2010117100.tif 000004
【図３】
2010117100.tif 000005