(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空式温水機から燃焼排ガスが給送されるダクトの一端部で、該真空式温水機と接続する熱回収装置であって、
前記真空式温水機が、燃焼バーナ、内部に熱媒体が流通し燃焼熱を吸収する複数の水管および燃焼排ガスの排気部が備えられた燃焼室と、該燃焼室を囲むように隣接し前記熱媒体が充填された熱媒体槽、内部に給温水が流通する熱交換器および減圧手段に接続される減圧部が備えられた減圧蒸気室と、該給温水が供出される給湯部と、前記排気部からの燃焼排ガスが給送されるダクトと、を有し、
前記熱回収装置が、内部に供給水が流通する複数段かつ複数列設置したフィン水管からなる熱回収器を備えた熱回収室と、前記ダクトが接続される該熱回収室の上部に、燃焼排ガスに対して噴霧水を吹き付ける噴霧器と、該噴霧器の下部に温度検出器と、前記熱回収室の下部に配置され凝縮水および噴霧水を回収し中和処理する中和槽と、処理された燃焼排ガスが排出される排出部と、前記中和槽からの処理された排水が排出される排水部と、を有し、
供給水を導入する流路Ａを設け、該流路Ａを前記熱回収装置に給水する流路Ｃと前記噴霧器に給水する流路Ｅとに分岐するとともに、該流路Ｅに流量調整器を設け、前記温度検出器の出力に基づき前記噴霧器への供給水の流量の調整可能な構成を有し、
給送された燃焼排ガスを前記噴霧水によって低温化し、さらに前記熱回収室の上部から下部に流下させた状態で、前記熱回収器内部に前記供給水を下部から上部に流通させて給送された燃焼排ガスと熱交換し、燃焼排ガスの顕熱および該燃焼排ガス中に含まれる水蒸気の潜熱を回収するとともに、前記供給水が加温され、加温水として前記熱交換器に供給することを特徴とする真空式温水機排ガスの熱回収装置。
【請求項２】
真空式温水機から燃焼排ガスが給送されるダクトの一端部で、該真空式温水機と接続する熱回収装置であって、
前記真空式温水機が、燃焼バーナ、内部に熱媒体が流通し燃焼熱を吸収する複数の水管および燃焼排ガスの排気部が備えられた燃焼室と、該燃焼室を囲むように隣接し前記熱媒体が充填された熱媒体槽、内部に給温水が流通する熱交換器および減圧手段に接続される減圧部が備えられた減圧蒸気室と、該給温水が供出される給湯部と、前記排気部からの燃焼排ガスが給送されるダクトと、を有し、
前記熱回収装置が、内部に供給水が流通する複数段かつ複数列設置したフィン水管からなる熱回収器を備えた熱回収室と、前記ダクトが接続される該熱回収室の上部に、燃焼排ガスに対して噴霧水を吹き付ける噴霧器と、該噴霧器の下部に温度検出器と、前記熱回収室の下部に配置され凝縮水および噴霧水を回収し中和処理する中和槽と、処理された燃焼排ガスが排出される排出部と、前記中和槽からの処理された排水が排出される排水部と、を有し、
供給水を導入する流路Ａと、該流路Ａと接続し前記熱回収装置に該供給水を給水する流路Ｃと、排水給送手段を設けて前記排水部からの排水を前記噴霧器に給水する流路Ｅとを設けるとともに、前記温度検出器の出力に基づき前記噴霧器への給水流量の調整可能な構成を有し、
給送された燃焼排ガスを前記噴霧水によって低温化し、さらに前記熱回収室の上部から下部に流下させた状態で、前記熱回収器内部に前記供給水を下部から上部に流通させて給送された燃焼排ガスと熱交換し、燃焼排ガスの顕熱および該燃焼排ガス中に含まれる水蒸気の潜熱を回収するとともに、前記供給水が加温され、加温水として前記熱交換器に供給することを特徴とする真空式温水機排ガスの熱回収装置。
【請求項３】
前記中和槽に中和処理された排水を貯留する貯留槽を設け、前記流路Ａを前記熱回収装置に給水する流路Ｃと該貯留槽に給水する流路Ｆに分岐し、前記噴霧器への給水の補充を行うことを特徴とする請求項２記載の真空式温水機排ガスの熱回収装置。
【請求項４】
前記流路Ｃを、熱回収装置に給水するまでの流路において前記真空式温水機に給水する流路Ｂと熱回収装置に給水するＣ１に分岐し、該流路Ｂの中間に設けられた分岐路に流路Ｃ１の末端を接続し、前記熱回収装置から供出された前記加温水を前記真空式温水機へ給水可能な構成を有するとともに、流路Ｃ−流路Ｂの接続と流路Ｃ−流路Ｃ１の接続の切換えを行う切換弁を設け、かつ、前記流路Ｃ１において、熱回収装置に給水するまでの流路に設けられた分岐路に流路Ｄが接続され、該流路Ｄに開閉弁が設けられるとともに、前記流路Ｃ内の供給水または加温水の一部を前記中和槽に放出可能に構成することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の真空式温水機排ガスの熱回収装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの熱回収装置を用い、真空式温水機からの燃焼排ガス中の熱エネルギーである顕熱および潜熱を回収する方法であって、
該熱回収装置において、該真空式温水機からの燃焼排ガスに対して噴霧水を吹き付けて所定温度以下に制御された燃焼排ガスと、熱回収装置に設けられたフィン水管中の供給水とを向流的に熱交換させ、加温された該供給水を熱回収装置から加温水として真空式温水機に供給することを特徴とする真空式温水機排ガスの熱回収方法。
【請求項６】
前記噴霧水として、前記熱回収装置において発生した凝縮水および吹き付けられた噴霧水を回収し中和処理された排水を利用、あるいは該排水に新たな供給水が補充されて利用されるとともに、
前記加温水の温度が予め設定された温度以上に上昇した場合、真空式温水機への該加温水の供給を停止し、前記供給水を直接真空式温水機に供給するとともに、前記供給水または加温水を熱回収装置に設けられた燃焼排ガスの凝縮水中和用の中和槽に放出することを特徴とする請求項５記載の真空式温水機排ガスの熱回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空式温水機排ガスの熱回収装置およびこれを用いた熱回収方法に関し、特に、産業用の温水発生装置である真空式温水機における排ガスの熱回収装置およびこれを用いた熱回収方法に有用である。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業用の温水発生装置として多種多様な方式が利用されているが、１００℃以下の温水を得る温水発生装置として、真空式温水機が多用されている。真空式温水機は、都市ガスや灯油、ペレットなどの燃料を燃焼し、その燃焼熱および排ガスを燃焼室の周囲に存在する熱媒水と熱交換させる。熱媒水は、大気圧下に減圧された減圧蒸発室で７５℃〜８５℃程度で減圧沸騰し、同室内にある熱交換器を介して給温水を加温する。熱媒水は燃焼室内に設けた伝熱管で燃焼排ガスと熱交換するが、通常は１１０℃〜２００℃程度の排ガス温度まで熱回収する。熱効率は概ね８５％〜９５％程度である。
【０００３】
こうした真空式温水機として、具体的には、例えば図５に示すような構成を有する真空式温水ボイラが挙げられる。上部に蒸気室１０２が形成されるよう熱媒水１０３を封入した熱媒水貯槽（缶体）１０１の下部内側に、上記熱媒水１０３に没するように燃焼室１０４を設けてバーナ１０５を設置し、且つ上記熱媒水貯槽１０１の頂部に、真空ポンプ１０６を、開閉弁１０８を備えた真空引きライン１０７を介し接続すると共に、上記蒸気室１０２となる熱媒水貯槽１０１内の上部位置に、加熱対象となる水１０９を外部から流通させることができるようにした熱交換器としての伝熱管１１０を設けた構成として、真空ポンプ１０６の作動により熱媒水貯槽１０１の内部を真空に引いた状態において、バーナ１０５を燃焼させることにより燃焼室１０４の壁面を介して熱媒水１０３を加熱し、これにより真空中にある熱媒水１０３を１００℃以下の温度、たとえば、約８０℃にて急速に沸騰、蒸発させ、発生した減圧蒸気を、蒸気室１０２に充満させると共に伝熱管１１０の表面で凝縮させることにより、該伝熱管１１０を流通する水１０９と熱交換を行わせて、該伝熱管１１０の出口より上記減圧蒸気の温度まで加熱された温水１０９ａを回収できるようにしてある。なお、１１１は燃焼室１０４の排気口、１１２は燃焼室１０４内の中央部にてバーナ１０５に対峙するよう設置した火堰、１１３は火堰１１２の後方の煙道となる部分に燃焼室１０４を上下方向に貫通するよう設けた伝熱用水管である。凝縮伝熱を利用することで伝熱面積を小さくできると共に、減圧下における熱媒水１０３の凝縮領域の温度を制御温度とすることにより、加熱対象流体である水１０９を間欠的に熱交換させるような場合であっても、熱媒水１０３の温度が大きく変化することはなく、したがって、常に一定温度に加熱された温水１０９ａを製造できるという特徴を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２７９１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記のような真空式温水機では、以下に挙げるような問題点や課題が生じることがあった。
（ｉ）従来方式では、熱媒水の温度を通常７５℃〜８５℃に加熱した状態で保持し、減圧蒸気室の熱交換器で冷水を温水に熱交換する。排ガス中の水分から潜熱を回収する場合、排ガス温度を露点以下に冷却する必要があるが、従来の構造では排ガス温度を熱媒水温度以下にすることができないため、構造的に潜熱回収はできないという課題があった。
（ii）燃焼式の温水機においては、燃焼エネルギーを伝熱用水管により吸収することによって温水を得ると同時に、該水管によって燃焼排ガスの温度を低下させる働きがある。従って、水管での熱交換（吸収）が十分にできない状態（例えば、温水用供給水の停止や減少、水管表面でのスケールの発生等に伴う水管の熱交換効率の低下あるいは真空圧力の上昇等の異常な状態等）になった場合には、燃焼排ガス温度の上昇により、燃焼室から排出された燃焼排ガスの処理機能（低温処理や中和処理等）の低下や損傷等の可能性があり、こうした危険性を回避することが課題となる。
（iii）所望の温水が複数の異なる温度である場合（例えば、暖房用と給湯用）には、減圧蒸気室に、複数の熱交換器（伝熱菅）が配設され、各々所望の温度の温水が取出される。しかしながら、例えば給湯温水より高温で循環使用する暖房用温水のみへの切替え等、燃焼条件の変更を必要とする場合、過渡的に水管からの熱吸収量の減少に伴う燃焼排ガス温度の上昇が発生する可能性があり、上記（ii）と同様の課題が生じる。
【０００６】
本発明の目的は、産業用の温水発生装置である真空式温水機から排出する低温の燃焼排ガスから顕熱を回収し、さらに燃焼排ガス中に含まれる水分の潜熱を回収し、真空式温水機の熱効率を向上させるとともに、簡便かつ効果的に熱回収装置の過熱を防止し、熱回収装置内部の温度・圧力の上昇を防ぐことが可能な真空式温水機排ガスの熱回収装置およびこれを用いた熱回収方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、以下に示す真空式温水機排ガスの熱回収装置およびこれを用いた熱回収方法によって上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００８】
本発明は、真空式温水機から燃焼排ガスが給送されるダクトの一端部で、該真空式温水機と接続する熱回収装置であって、
前記真空式温水機が、燃焼バーナ、内部に熱媒体が流通し燃焼熱を吸収する複数の水管および燃焼排ガスの排気部が備えられた燃焼室と、該燃焼室を囲むように隣接し前記熱媒体が充填された熱媒体槽、内部に給温水が流通する熱交換器および減圧手段に接続される減圧部が備えられた減圧蒸気室と、該給温水が供出される給湯部と、前記排気部からの燃焼排ガスが給送されるダクトと、を有し、
前記熱回収装置が、内部に供給水が流通する複数段かつ複数列設置したフィン水管からなる熱回収器を備えた熱回収室と、前記ダクトが接続される該熱回収室の上部に、燃焼排ガスに対して噴霧水を吹き付ける噴霧器と、該噴霧器の下部に温度検出器と、前記熱回収室の下部に配置され凝縮水および噴霧水を回収し中和処理する中和槽と、処理された燃焼排ガスが排出される排出部と、前記中和槽からの処理された排水が排出される排水部と、を有し、
供給水を導入する流路Ａを設け、該流路Ａを前記熱回収装置に給水する流路Ｃと前記噴霧器に給水する流路Ｅとに分岐するとともに、該流路Ｅに流量調整器を設け、前記温度検出器の出力に基づき前記噴霧器への供給水の流量の調整可能な構成を有し、
給送された燃焼排ガスを前記噴霧水によって低温化し、さらに前記熱回収室の上部から下部に流下させた状態で、前記熱回収器内部に前記供給水を下部から上部に流通させて給送された燃焼排ガスと熱交換し、燃焼排ガスの顕熱および該燃焼排ガス中に含まれる水蒸気の潜熱を回収するとともに、前記供給水が加温され、加温水として前記熱交換器に供給することを特徴とする。
【０００９】
既述のように、真空式温水機においては、燃料排ガスの温度が低く、顕熱回収は比較的容易であるが、含有する水分からの潜熱の回収は難しい。本発明は、真空式温水機の燃焼排ガスの排出ダクトに熱回収装置を接続し、熱回収装置への燃焼排ガス導入時に噴霧水を吹き付け所定温度まで低下させる燃焼排ガスの冷却機能、装置上部から流下する燃焼排ガスと複数設置されたフィン水管を上昇する供給水との効率的な熱交換機能、流下するガス流によるフィン水管の表面に発生する凝縮水の排除機能、および回収した熱エネルギーによる真空式温水機の給温水の加温機能によって、効率のよく真空式温水機から排出する低温の燃焼排ガスから顕熱を回収し、さらに燃焼排ガス中に含まれる水分の潜熱を回収し、真空式温水機の熱効率を向上させることが可能となった。特に、熱回収装置へ導入される燃焼排ガスの初段階での低温処理化は、後段での処理を非常に安定かつ効率的に行うことができるという優れた効果を生み出した。つまり、本発明は、噴霧水を供給し、燃焼排ガスの初段階での低温処理化を図り、真空式温水機および熱回収装置からなるシステム全体としての熱的な均衡のより安定性を高めたものである。このとき、噴霧処理された燃焼排ガスの温度のモニタリングは、真空式温水機および熱回収装置からなるシステム全体の管理を行う上でも、重要な指標となる。ここで、「給温水」とは真空式温水機において熱交換され給湯用や暖房用として利用される供給水をいう。
【００１０】
また、本発明は、真空式温水機から燃焼排ガスが給送されるダクトの一端部で、該真空式温水機と接続する熱回収装置であって、
前記真空式温水機が、燃焼バーナ、内部に熱媒体が流通し燃焼熱を吸収する複数の水管および燃焼排ガスの排気部が備えられた燃焼室と、該燃焼室を囲むように隣接し前記熱媒体が充填された熱媒体槽、内部に給温水が流通する熱交換器および減圧手段に接続される減圧部が備えられた減圧蒸気室と、該給温水が供出される給湯部と、前記排気部からの燃焼排ガスが給送されるダクトと、を有し、
前記熱回収装置が、内部に供給水が流通する複数段かつ複数列設置したフィン水管からなる熱回収器を備えた熱回収室と、前記ダクトが接続される該熱回収室の上部に、燃焼排ガスに対して噴霧水を吹き付ける噴霧器と、該噴霧器の下部に温度検出器と、前記熱回収室の下部に配置され凝縮水および噴霧水を回収し中和処理する中和槽と、処理された燃焼排ガスが排出される排出部と、前記中和槽からの処理された排水が排出される排水部と、を有し、
供給水を導入する流路Ａと、該流路Ａと接続し前記熱回収装置に該供給水を給水する流路Ｃと、排水給送手段を設けて前記排水部からの排水を前記噴霧器に給水する流路Ｅとを設けるとともに、前記温度検出器の出力に基づき前記噴霧器への給水流量の調整可能な構成を有し、
給送された燃焼排ガスを前記噴霧水によって低温化し、さらに前記熱回収室の上部から下部に流下させた状態で、前記熱回収器内部に前記供給水を下部から上部に流通させて給送された燃焼排ガスと熱交換し、燃焼排ガスの顕熱および該燃焼排ガス中に含まれる水蒸気の潜熱を回収するとともに、前記供給水が加温され、加温水として前記熱交換器に供給することを特徴とする。
こうした構成は、上記発明の構成における噴霧水として、熱回収装置から排出される中和処理された排水を利用することによって、供給水の使用量の低減を図るものであり、効果的に熱回収装置の過熱を防止することができるとともに、よりエネルギー効率の高い真空式温水機排ガスからの熱回収を可能にした。
【００１１】
本発明は、上記真空式温水機排ガスの熱回収装置であって、前記中和槽に中和処理された排水を貯留する貯留槽を設け、前記流路Ａを前記熱回収装置に給水する流路Ｃと該貯留槽に給水する流路Ｆに分岐し、前記噴霧器への給水の補充を行うことを特徴とする。
上記のように、噴霧水として中和処理された排水を利用することによって、よりエネルギー効率の高い真空式温水機排ガスからの熱回収が可能になる一方、循環的に排水を使用すると排水温度も徐々に上昇する可能性がある。本発明は、排水利用の循環系に新たな供給水を付加することによって、より安定的に噴霧水による冷却機能を確保することを可能にした。
【００１２】
本発明は、上記真空式温水機排ガスの熱回収装置であって、前記流路Ｃを、熱回収装置に給水するまでの流路において前記真空式温水機に給水する流路Ｂと熱回収装置に給水するＣ１に分岐し、該流路Ｂの中間に設けられた分岐路に流路Ｃ１の末端を接続し、前記熱回収装置から供出された前記加温水を前記真空式温水機へ給水可能な構成を有するとともに、流路Ｃ−流路Ｂの接続と流路Ｃ−流路Ｃ１の接続の切換えを行う切換弁を設け、かつ、前記流路Ｃ１において、熱回収装置に給水するまでの流路に設けられた分岐路に流路Ｄが接続され、該流路Ｄに開閉弁が設けられるとともに、前記流路Ｃ内の供給水または加温水の一部を前記中和槽に放出可能に構成する。
上記熱回収装置においては、燃焼排ガスによる真空式温水機から熱回収装置への熱移動と同時に、加温水による熱回収装置から真空式温水機への熱移動が行なわれる。このとき、いずれか一方が過熱量となり各装置の機能低下や損傷等を生じるという不測の場合の防止するために、過熱された加温水の真空式温水機への供給を停止して、供給水を直接真空式温水機へ供給できる構成を有することを特徴とする。これによって、後者における真空式温水機への過量の熱移動を防止するとともに、真空式温水機における熱媒体から給温水への移動熱量を増加させることができ、これによって、さらに燃焼熱の熱媒体への移動熱量を増加させることができることから、燃料排ガスの温度を低減させることができる。つまり、前者における熱回収装置への過量の熱移動を防止することができる。本発明は、さらに安全性を高めるために、熱回収装置への供給水を停止した状態において、熱回収装置への供給流路内の水の一部を放出して熱回収装置内のフィン水管内部の水が沸騰することを防ぎ、給湯開始時に高温に過熱された加温水が真空式温水機の給湯用熱交換器に流入することを防止する。このように、真空式温水機に過大な機能を必要とせずに、簡便かつ効果的に熱回収装置の過熱を防止し、真空式温水機および熱回収装置内部の温度・圧力の上昇を防ぐことが可能となった。
【００１３】
また、本発明は、上記のいずれかの熱回収装置を用い、真空式温水機からの燃焼排ガス中の熱エネルギーである顕熱および潜熱を回収する方法であって、
該熱回収装置において、該真空式温水機からの燃焼排ガスに対して噴霧水を吹き付けて所定温度以下に制御された燃焼排ガスと、熱回収装置に設けられたフィン水管中の供給水とを向流的に熱交換させ、加温された該供給水を熱回収装置から加温水として真空式温水機に供給することを特徴とする。
上記熱回収装置は、真空式温水機からの廃熱を効率のよく回収し、真空式温水機の熱効率を向上させるという基本機能を有するもので、熱回収装置に導入される燃焼排ガスの初段階での噴霧水による低温化は、真空式温水機および熱回収装置からなるシステム全体としての熱的なバランスに対しても非常に有効に機能する。本発明は、こうした優れた機能を生かすことによって、従来難しかった燃料排ガス中の水分を効率的に凝縮させることができ、高い収率で熱回収を行うことができる熱回収方法の提供することが可能となった
【００１４】
本発明は、上記の真空式温水機排ガスの熱回収方法であって、前記噴霧水として、前記熱回収装置において発生した凝縮水および吹き付けられた噴霧水を回収し中和処理された排水を利用、あるいは該排水に新たな供給水が補充されて利用されるとともに、前記加温水の温度が予め設定された温度以上に上昇した場合、真空式温水機への該加温水の供給を停止し、前記供給水を直接真空式温水機に供給するとともに、前記供給水または加温水を熱回収装置に設けられた燃焼排ガスの凝縮水中和用の中和槽に放出することを特徴とする。
こうした操作によって、熱回収装置から排出される中和処理された排水を利用することによる供給水の使用量の低減を図り、効果的に熱回収装置の過熱を防止することができるとともに、よりエネルギー効率の高い真空式温水機排ガスからの熱回収を可能にするとともに、高い安全性を有しつつ、真空式温水機に過大な機能を必要とせずに、簡便かつ効果的に熱回収装置の過熱を防止し、真空式温水機および熱回収装置内部の温度・圧力の上昇を防ぐことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る真空式温水機排ガスの熱回収装置の基本構成を例示する全体構成図。
【図２】本発明に係る熱回収装置の具体的な構成を例示する構成図。
【図３】本発明に係る熱回収装置の第２構成例を示す構成図。
【図４】本発明に係る熱回収装置の第３構成例を示す構成図。
【図５】従来技術に係る真空式温水ボイラの概略を例示する全体構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る真空式温水機排ガスの熱回収装置（以下「本装置」という）は、真空式温水機（特に断りがない限り「温水機」という）とダクトによって接続され、
温水機が、燃焼バーナ、内部に熱媒体が流通し燃焼熱を吸収する複数の水管および燃焼排ガスの排気部が備えられた燃焼室と、該燃焼室を囲むように隣接し熱媒体が充填された熱媒体槽、内部に給温水が流通する熱交換器および減圧手段に接続される減圧部が備えられた減圧蒸気室と、該給温水が供出される給湯部と、排気部からの燃焼排ガスが給送されるダクトと、を有し、
本装置が、内部に供給水が流通する複数段かつ複数列設置したフィン水管からなる熱回収器を備えた熱回収室と、ダクトが接続される熱回収室の上部に、燃焼排ガスに対して噴霧水を吹き付ける噴霧器と、噴霧器の下部に温度検出器と、熱回収室の下部に配置され凝縮水および噴霧水を回収し中和処理する中和槽と、処理された燃焼排ガスが排出される排出部と、中和槽からの処理された排水が排出される排水部と、を有し、
供給水を導入する流路Ａを設け、流路Ａを熱回収装置に給水する流路Ｃと噴霧器に給水する流路Ｅとに分岐するとともに、流路Ｅに流量調整器を設け、温度検出器の出力に基づき噴霧器への供給水の流量の調整可能な構成を有し、
給送された燃焼排ガスを噴霧水によって低温化し、さらに熱回収室の上部から下部に流下させた状態で、熱回収器内部に供給水を下部から上部に流通させて給送された燃焼排ガスと熱交換し、燃焼排ガスの顕熱および該燃焼排ガス中に含まれる水蒸気の潜熱を回収するとともに、供給水が加温され、加温水として熱交換器に供給することを特徴とする。以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
＜本装置の第１構成例＞
本装置の１つの実施態様として、その基本構成の概略を図１に示す（第１構成例）。本装置１０は、温水機２０とダクト３０によって接続され、ダクト３０には、温水機２０から燃焼排ガスが給送される。本装置１０は、熱回収室１と、噴霧器１０ａと、温度検出器Ｓａと、中和槽２と、排出部３と、排水部１０ｂと、を有する一方、温水機２０は、燃焼室４と、減圧蒸気室５と、ダクト３０と、を有する。
【００１８】
ここで、供給水を導入する流路Ａを設け、流路Ａを本装置１０に給水する流路Ｃと噴霧器１０ａに給水する流路Ｅとに分岐するとともに、流路Ｅに流量調整器Ｆａを設け、温度検出器Ｓａの出力に基づき噴霧器１０ａへの供給水の流量が調整される。ダクト３０が熱回収室１の上部に接続され、給送された燃焼排ガスを噴霧水によって低温化し、さらに熱回収室１の上部から下部に流下させた状態で、熱回収室１に設けられた熱交換部（フィン水管）内部に供給水を下部から上部に流通させて給送された燃焼排ガスと熱交換し、燃焼排ガスの顕熱および該燃焼排ガス中に含まれる水蒸気の潜熱を回収する。加温された供給水は、加温水として温水機２０の減圧蒸気室５に設けられた熱交換器に供給され、給湯用や暖房用等の給温水となる。熱エネルギーの循環系を形成する燃焼排ガスと加温水の加温機能によって、回収された廃熱を温水機の熱源として利用し、温水機の熱効率を向上させることができる。
【００１９】
〔熱回収装置〕
本装置１０は、図２（Ａ）に例示するように、熱回収室１、噴霧器１０ａ、温度検出器Ｓａ、中和槽２、排出部３、排水部１０ｂから構成される。本装置１０には、ダクト３０によって給送された燃焼排ガスが、噴霧器１０ａによって噴霧水が吹き付けられた後、熱回収室１の上部から導入される。噴霧器１０ａと熱回収室１の間には、温度検出器Ｓａが設けられ、燃焼排ガスの温度が検出される。熱回収室１には、内部に供給水が流通する複数段かつ複数列設置したフィン水管１ｂからなる熱回収器１ａが備えられる。中和槽２は、熱回収室１の下部に配置され、凝縮水を回収し中和処理する。排出部３は、熱回収室１から流下した燃焼排ガスが中和槽２の表面で折り返すように上昇させる構成が好ましい。流下によって低温化を促進し、中和槽２表面との接触によってガス中の酸性成分が処理された燃焼排ガスとして排出することができる。排水部１０ｂからは、中和処理された排水が排出される。
【００２０】
本装置１０に給送された燃焼排ガスが、噴霧器１０ａによって噴霧水が吹き付けられ、低温化されるとともに、噴霧処理された燃焼排ガスの温度が温度検出器Ｓａによって検出される。燃焼排ガスの低温化に伴い含有される水蒸気によって発生した凝縮水は、噴霧水とともに流下し、下部の熱回収室１において新たに発生する凝縮水とともに、中和槽２に貯留される。噴霧処理された燃焼排ガスの温度は、１００℃以下、好ましくは８０〜９０℃で制御される。８０℃以下まで冷却すると、熱回収室１での熱回収効率が低下する。具体的には、流路Ａから流路Ｅを経由して噴霧器１０ａに供給される供給水（冷却水）の流量を、温度検出器Ｓａによって検出された温度の指標として、流路Ｅに設けられた流量調整器Ｆａによって調整される。
【００２１】
また、噴霧水の吹き付けによる本装置１０へ導入される燃焼排ガスの初段階での低温処理化は、後段での処理を非常に安定かつ効率的に行うことができる。つまり、温水機２０から供出される給温水の使用量が多くなれば、生成される燃焼熱量も多くなり、燃焼排ガス温度の上昇が生じる。このとき、本装置１０において熱交換される供給水は給温水の使用量に応じて増加することから、温水機２０および本装置１０からなるシステム全体として、熱的なバランスがとれた状態が維持される。本装置１０は、こうした均衡のより安定性を高めるために、噴霧処理された燃焼排ガスの温度を指標として、噴霧水を供給し、燃焼排ガスの初段階での低温処理化を図った。
【００２２】
噴霧器１０ａは、燃焼排ガスが導入されるホ装置１０の上部全体に吹き付けができるように、複数の細孔を有するノズルを所定の間隔に均等に配設された構成を有することが好ましい。
【００２３】
熱回収室１に導入された燃焼排ガスは、フィン水管１ｂにおいて供給水と熱交換し、冷却されて顕熱を放出するとともに、含有される水蒸気は、その潜熱を放出しながらフィン水管１ｂの表面で凝縮し凝縮水を形成する。凝縮水は、所定の大きさに拡大した状態で、熱回収室１の上部から流下する燃焼排ガスの流れに沿って落下し、中和槽２に貯留される。このとき、フィン水管１ｂの表面への水滴の付着は、フィン水管１ｂの伝熱機能を阻害することから、燃焼排ガスによる水滴の落下を促進する機能は、本装置１０の熱効率向上に対して有効である。多くの水分が除去された燃焼排ガスは、低温化処理および酸性成分の除去処理をされた清浄ガスとして排出部３から排出される。中和槽２に貯留された凝縮水は、所定量貯留後あるいは連続的にｐＨ調整剤によって中和処理された後、系外に排出される。なお、本装置１０は、導入された燃焼排ガスを清浄化されたガスと液体をして排出する自己完結処理型の装置を構成するが、別途中和処理や排出処理の機能を、系外の装置において行なうことも可能である。
【００２４】
一方、本装置１０には、熱回収室１内部のフィン水管１ｂに供給水が導入され、下部から上部に流通される。流下する燃焼排ガスと向流式熱交換を行なうことによって、効率的な熱交換機能を形成し、凝縮水の発生を促進すると同時に、上述の水滴の落下を促進する機能によって、より低温状態のフィン水管１ｂ下部での供給水の冷却機能を活かすことができる。フィン水管１ｂは、複数段かつ複数列備えられ、熱回収器１ａを構成する。図２（Ｂ）に示す平断面図のように、最密充填状に配設することによって、フィン水管１ｂのフィン表面を有効に活かすことができるとともに、均等に分布された燃焼排ガスの流れを形成し、ショートパスの発生による熱交換効率の低下を防止することができる。
【００２５】
〔温水機〕
温水機２０は、燃焼室４と、減圧蒸気室５と、ダクト３０とから構成される。燃焼室４には、燃焼バーナ４ａ、内部に熱媒体が流通し燃焼熱を吸収する複数の水管４ｂ、および燃焼排ガスが排気される排気部４ｃが備えられる。減圧蒸気室５には、燃焼室４を囲むように隣接し、熱媒体５ａが充填された熱媒体槽５ｂ、内部に給温水が流通する熱交換器５ｃ、および減圧手段（図示せず）に接続される減圧部５ｄが備えられる。ダクト３０には、排気部４ｃからの燃焼排ガスが給送される。給温水は、給湯部５ｅを介して温水機２０から給出される。
【００２６】
温水機２０では、燃焼室４において、別途供給された燃料と燃焼空気（図示せず）が燃焼バーナ４ａにおいて燃焼反応を生じ、発熱反応による熱エネルギーの放射と高温の火炎４ｄを発生させる。これらの燃焼熱は、複数の水管４ｂ内を流通する熱媒体５ａによって吸収されるとともに、燃焼室４を囲むように隣接した熱媒体５ａによって吸収される。つまり、燃焼室４の上下左右を囲むように伝熱性の高い材料を使用した熱媒体槽５ｂが配設され、複数の水管４ｂ内部と連通して熱媒体５ａが充填されている。従って、火炎４ｄの燃焼熱は、主として水管４ｂを介して吸収され、火炎４ｄの燃焼熱の一部および放射熱エネルギーは、伝熱性の高い材料を介して吸収される。燃焼反応によって発生した燃焼排ガスは、低温化されて排気部４ｃから排気され、ダクト３０に給送される。
【００２７】
減圧蒸気室５には、熱媒体槽５ｂの上層を減圧条件（例えば−３ｋＰａ〜−５ｋＰａ）に維持された空間が設けられ、該空間に内部に給温水が流通する熱交換器５ｃが配設される。上記のように、燃焼室４で発生した燃焼熱の多くは、熱媒体５ａに吸収される。熱媒体５ａは、通常市水等の水が利用される。このとき、熱媒体槽５ｂおよび水管４ｂの内部の温度には、殆どバラツキがないことが確認されている。燃焼室４との隔壁での伝熱効果と水管４ｂの内部を含む熱媒体５ａの対流効果によるものである。また、減圧蒸気室５では、減圧条件における熱媒体の温度を通常７５〜８５℃に加熱した状態（減圧沸騰した状態）で維持され、熱媒体５ａに吸収された燃焼熱は、減圧条件下の飽和蒸気を介して熱交換器５ｃに伝達される。熱交換器５ｃ内部には、予め熱回収室１において加温された加温水が流通しており、７５〜８５℃に加熱され給温水となる。
【００２８】
〔本装置の給水機能〕
本装置１０には、給水ポンプ６によって流路Ａを経由して供給水が圧送され、流路Ｃを経由して熱回収室１に供給され、流路Ｅを経由して噴霧器１０ａに供給される。噴霧器１０ａへの供給水の流量は、流量調整器Ｆａによって調整される。温水機２０には、本装置１０の熱回収室１において加温された加温水が給送され、所望の温度に加熱された給温水として供出される。つまり、燃焼排ガスによる温水機２０から本装置１０への熱移動と同時に、加温水による本装置１０から温水機２０への熱移動が行なわれる。このとき、供給水の供給量は、給水ポンプ６による昇圧および絞り弁７によって調整される。また供給水として使用する水は、通常市水等を用いることができる。
【００２９】
このとき、熱回収室１の上部、排気部４ｃ、熱媒体槽５ｂのいずれかあるいはそのいくつかに温度検出器を設け、それぞれの予め設定された温度を指標に、供給水の流量あるいは供給流路を制御することが好ましい。具体的には、図１に例示するように、熱回収室１の上部として熱回収室１から供出された加温水の温度を検出する温度検出器Ｓ１、排気部４ｃからの燃焼排ガスの温度を検出する温度検出器Ｓ２、熱媒体槽５ｂ内の熱媒体５ａの温度を検出する温度検出器Ｓ３が該当する。例えば、給温水の供給温度を約７５〜８５℃で制御された場合、供給水の温度を約２０〜３０℃とすれば、加温水の温度は約４０〜５０℃が適切であり、燃焼排ガスの温度は１００℃以下、好ましくは８０〜９０℃が適切であり、熱媒体５ａの温度は給温水の供給温度とほぼ同じである。これらの温度は、各々他の装置の水温やガス温度と密接な関係を有し、相互に関連することから、予めその相関関係が把握できる場合には、代表する１または２の温度検出器を設置することができる。このような特定箇所の水温やガス温度をモニタすることによって、システム全体の管理が可能であることを見出したものであり、こうした指標を基に、供給水の流量あるいは供給流路を制御することによって、本装置１０および温水機２０の適正な稼動状態を確保することができる。
【００３０】
＜本装置の第２構成例＞
本装置１０は、上記第１構成例に代え、図３に例示するような給水機能を有する構成とすることができる（第２構成例）。第２構成例は噴霧水として、本装置１０から排出される中和処理された排水を利用する。該排水は供給水と同レベルの清浄処理された水であり、噴霧水として循環的に使用することによって、新たな供給水の供給量の低減を図ることができる。具体的には、本装置１０に供給水を給水する流路Ｃと別に、排水給送手段（給水ポンプ６ａ）を設けて排水部１０ｂからの排水を噴霧器１０ａに給水する流路Ｅとを設けるとともに、噴霧器１０ａへの給水流量が、温度検出器Ｓａの出力に基づき流量調整器Ｆａによって調整される。
【００３１】
また、第２構成例は、中和槽２において中和処理された排水を排出する前に一旦貯留する貯留槽２ａを設け、流路Ａを本装置１０に給水する流路Ｃと貯留槽２ａに給水する流路Ｆに分岐し、流路Ｆを経由して流路Ａからの新たな供給水を噴霧器１０ａへの給水として補充することができる構成を有している。噴霧水として中和処理された排水を循環的に使用すると、排水温度も徐々に上昇する可能性があることから、排水利用の循環系に新たな供給水を付加することによって、より安定的に噴霧水による冷却機能を確保することができる。新たな供給水の補充流量は、温度検出器Ｓａの出力と噴霧水として供給される給水流量に基づき、決定される。
【００３２】
＜本装置の第３構成例＞
本装置１０は、図４に例示するような給水機能を有する構成とすることができる（第３構成例）。本装置１０における効率的な熱回収は、燃焼排ガスによる温水機２０から本装置１０への熱移動と、加温水による本装置１０から温水機２０への熱移動のバランスにより成立する。このとき、いずれか一方が過熱量となれば、各装置の機能低下や損傷等を生じる可能性がある。こうした不測の場合の防止するために、具体的には、本装置１０に供給水を導入する流路Ｃを温水機２０に給水する流路Ｂと本装置１０に給水する流路Ｃ１に分岐し、流路Ｂにおいて温水機２０に給水するまでの流路に設けられた分岐路Ｂａに流路Ｃ１の末端を接続し、本装置１０から供出された加温水を温水機２０へ給水可能な構成を有するとともに、流路Ｃ−流路Ｂの接続と流路Ｃ−流路Ｃ１の接続の切換えを行う切換弁Ｖａを設けることが好ましい。例えば、燃焼排ガス温度の上昇によって加温水が過熱状態となった場合、温水機２０への過熱された加温水の供給は、給温水への燃焼熱の移動熱量を減少させ、燃焼排ガスの更なる温度上昇を招来する可能性がある。本装置１０においては、通常流路Ｃ−流路Ｃ１の接続状態にある切換弁Ｖａを、流路Ｃ−流路Ｂの接続に切換えることによって、過熱された加温水の温水機２０への供給が停止され、供給水を直接温水機２０へ供給できることができる。これによって、温水機２０への過量の熱移動を防止することができ、温水機２０への加温水の供給に伴う燃焼排ガスの更なる温度上昇を未然に防止できる。
【００３３】
また、第３構成例にあっては、流路Ｃ１において熱回収装置に給水するまでの流路に設けられた分岐路Ｃｂに流路Ｄが接続され、流路Ｄに開閉弁Ｖｂが設けられ、流路Ｃ１内の供給水または加温水の一部を中和槽２に放出可能に構成することが好ましい。上記のように、燃料排ガスの温度上昇によるリスク等に対する固有の未然防止機能を有している一方、本装置１０への一時的な供給水の停止および燃焼排ガスの温度上昇は、熱回収器１ａ内の流路Ｃ１の加温水の沸騰を生じる可能性があり、流路Ｃ１内の供給水または加温水の一部を放出することによって、こうしたリスクを未然に防止し、さらに高い安全性を確保することができる。このとき、流路Ｃ１に設けられた絞り弁７は、供給水の流れを、流路Ｂへの流れを主とするとともに、流路Ｃ１にその一部を逆送させて熱回収器１ａの熱交換機能を維持させることができる。さらに、以上の機能は、温水機２０において給温水が停止状態になった時においても、流路Ａを介して流路Ｃに供給水を供給することによって実行することができることから、熱回収器１ａの熱交換機能を維持し、安全性を確保するためにおいても有効である。また、流路Ｄから放出される供給水または加温水は、中和槽２に貯留され、適宜放出されることが好ましい。中和剤および放出水の清浄に寄与することができる。また、第２構成例のように、排水を噴霧水として循環利用する場合には、こうした流路Ｄから放出される供給水は、新たな供給水の補充に近い効果を得ることができる。
【００３４】
＜本装置を用いた熱回収方法＞
次に、本装置１０を用いた熱回収方法を、各装置における熱エネルギーの授受・収支を主に詳述する。本装置１０において、以下の操作が行なわれ、温水機２０からの燃焼排ガスの熱エネルギーを効果的に回収することができる。操作は、制御器（図示せず）によって自動的に行なわれる。図１に例示された第１構成例を基に説明する。
【００３５】
〔第１構成例における操作〕
（１）本装置および温水機の起動
予め減圧部５ｄから減圧手段（図示せず）によって減圧蒸気室５内部を所定圧力まで減圧しておく。温水機２０の燃焼バーナ４ａへの燃料および助燃空気の供給を行うと同時に着火して、本装置１０および温水機２０を起動する。
【００３６】
（２）本装置への供給水の供給
排気部４ｃあるいは熱媒体槽５ｂの温度上昇が確認できると同時に、給水ポンプ６を駆動させ、供給水を本装置１０および噴霧器１０ａに供給する。温度検出器Ｓａによる噴霧器１０ａ下部の燃焼排ガスの温度の検出を行う。
【００３７】
（３）本装置での燃焼排ガスとの熱交換
温水機２０からの燃焼排ガスは、噴霧水が吹き付けられ、所定温度以下に冷却される。導入された燃焼排ガスの初段階での噴霧水による低温化は、温水機２０および本装置１０からなるシステム全体としての熱的なバランスに対しても非常に有効に機能する。噴霧処理された燃焼排ガスと本装置１０に設けられたフィン水管１ｂ中の供給水が向流的に熱交換される。燃焼排ガスは冷却され、含有する水分がフィン水管１ｂの表面で凝縮され水滴を生じさせる。これによって、燃焼排ガス中の熱エネルギーである顕熱および潜熱を回収することができる。供給水は回収されたエネルギーによって加温され、加温水として供出される。フィン水管１ｂ表面の凝縮水は、上方からの燃焼排ガスの流れによって排除され、熱交換効率が維持される。
【００３８】
（４）温水機での給温水の作製
本装置１０から給送された加温水が、温水機２０の減圧蒸気室５に導入され、熱交換器５ｃにおいて減圧状態の気相熱媒体５ｂと熱交換され、熱媒体５ｂとほぼ同温度の給温水を作製することができる。熱を奪われた気相熱媒体５ｂは、熱交換器５ｃ表面で液化し、熱媒体槽５ａに滴下する。気相熱媒体５ｂの減少熱量は、循環系を構成する熱媒体槽５ａから蒸発した気相熱媒体５ｂで補充される。熱媒体槽５ａにおける減少熱量は、熱媒体槽５ａ周囲および水管４ｂから燃焼室４において発生する燃焼熱で補充される。
【００３９】
こうした、熱エネルギーの流れによって、安定した給温水の供給ができるとともに、こうした熱エネルギーの流れによって、温水機２０からの燃焼排ガス中の熱エネルギーである顕熱および潜熱を本装置１０において効率のよく回収することができる。
【００４０】
〔第２構成例における操作〕
また、本装置１０の第２構成例においては、本装置１０からの排水を噴霧水として循環利用され、清浄化された排水の有効活用と供給水の低減を図ることができるとともに、上記第１構成例と同様に、温水機２０からの燃焼排ガスの熱エネルギーを効果的に回収することができる。図３に例示された構成を基に説明する。基本操作は、第１構成例と同様であり、異なる操作のみを挙げる。
【００４１】
（１）噴霧水としての排水の供給
第１構成例における「（３）本装置での燃焼排ガスとの熱交換」操作において、給水ポンプ６ａを駆動させ、本装置１０の中和槽２において中和処理され排水部１０ｂから排出される排水を吸引し、流路Ｅを経由して噴霧器１０ａに供給する。噴霧器１０ａにおいて本装置１０に導入された燃焼排ガスに噴霧水を吹き付ける。
【００４２】
（２）供給水の補充
実際に駆動した状態において、温度検出器Ｓａの出力から、循環使用している噴霧水（排水）の温度が高い（例えば５０℃以上）となった場合、給水ポンプ６によって供給される供給水を流路Ｆを経由して貯留槽２ａに供給する。安定的に噴霧水による冷却機能を確保することができる。
【００４３】
上記の通り、本装置１０は、燃焼排ガス導入時に噴霧水を吹き付け所定温度まで低下させる燃焼排ガスの冷却機能を確保するとともに、装置上部から流下する燃焼排ガスと複数設置されたフィン水管を上昇する供給水との効率的な熱交換機能、流下するガス流によるフィン水管の表面に発生する凝縮水の排除機能、および回収した熱エネルギーによる温水機２０の給温水の加温機能を有するとともに、加温水の温度が予め設定された温度以上に上昇した場合等のリスクを回避することもできる。
【００４４】
〔第３構成例における操作〕
また、本装置１０の第３構成例においては、燃料排ガスあるいは加温水の温度が予め設定された温度以上に上昇した場合、以下の操作が行なわれ、上記第１構成例と同様に、温水機２０からの燃焼排ガスの熱エネルギーを効果的に回収することができる。図４に例示された構成を基に説明する。
【００４５】
（１）設定温度を超える給温水の温度，燃料排ガスあるいは加温水の温度の検知
温度検出器Ｓ１による加温水の温度の検出、温度検出器Ｓ２による排気部４ｃからの燃焼排ガスの温度の検出、温度検出器Ｓ３による熱媒体５ａ（給温水）の温度の検出、のいずれかあるいはそのいくつかを行う。特に設定温度を超える場合には、既述のような本装置１０と温水機２０との間における熱移動のバランスがずれ、いずれか一方が過熱量となっている可能性がある
【００４６】
（２）温水機への加温水の供給の停止
本装置１０と温水機２０との間における熱移動のバランスがずれた場合（燃焼排ガスあるいは加温水の温度上昇）、切換弁Ｖａを操作し、温水機２０への加温水の供給を停止し、熱交換器５ｃからの温水機２０への過量の熱移動を防止する。同時に、供給水を直接温水機２０に供給し、温水機２０に供給する熱量を減少させ、温水機２０から供出する熱量（燃焼排ガスの温度）を減少させる。
【００４７】
（３）本装置からの供給水または加温水の放出
開閉弁Ｖｂを操作し、流路Ｃ１に流通した供給水または加温水を本装置１０に設けられた中和槽２に放出する。温水機２０に供給水または加温水が供給されないときは、熱回収器１ａ内の流路Ｃ１の加温水の沸騰を回避することができる。温水機２０に供給水が供給されたときは、供給水の一部が熱回収器１ａ内の流路Ｃ１にも供給されることから、熱回収器１ａの熱交換機能を維持することができる。
【００４８】
上記の通り、本装置１０は、装置上部から流下する燃焼排ガスと複数設置されたフィン水管を上昇する供給水との効率的な熱交換機能、流下するガス流によるフィン水管の表面に発生する凝縮水の排除機能、および回収した熱エネルギーによる温水機２０の給温水の加温機能を有するとともに、加温水の温度が予め設定された温度以上に上昇した場合等のリスクを回避することもできる。
【符号の説明】
【００４９】
１０  熱回収装置（本装置）
１０ａ  噴霧器
１０ｂ  排水部
２０  真空式温水機（温水機）
３０  ダクト
１    熱回収室
１ａ  熱回収器
１ｂ  フィン水管
２    中和槽
３    排出部
４    燃焼室
４ａ  燃焼バーナ
４ｂ  水管
４ｃ  排気部
４ｄ  火炎
５    減圧蒸気室
５ａ  熱媒体
５ｂ  熱媒体槽
５ｃ  熱交換器
５ｄ  減圧部
５ｅ  給湯部
６    給水ポンプ
７    絞り弁
Ａ〜Ｆ，Ｃ１  流路
Ｂａ，Ｃａ  分岐路
Ｆａ  流量調整器
Ｓ１〜Ｓ３，Ｓａ  温度検出器
Ｖａ  切換弁
Ｖｂ  開閉弁
【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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