特開 2024-7779 潜熱回収型燃焼装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024007779

(43)【公開日】2024-01-19

(54)【発明の名称】潜熱回収型燃焼装置

(51)【国際特許分類】

   F24H 9/00 20220101AFI20240112BHJP

   F24H 8/00 20220101ALI20240112BHJP

【ＦＩ】

F24H9/00 B

F24H8/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022109094

(22)【出願日】2022-07-06

(71)【出願人】

【識別番号】000000538

【氏名又は名称】株式会社コロナ

(72)【発明者】

【氏名】及川 諒弥

(72)【発明者】

【氏名】小島 輝明

(72)【発明者】

【氏名】阿部 進

(72)【発明者】

【氏名】内山 高志

(72)【発明者】

【氏名】星野 健太

【テーマコード（参考）】

3L034

3L036

【Ｆターム（参考）】

3L034BA25

3L034BA26

3L036AA06

3L036AA11

3L036AA12

3L036AA13

(57)【要約】

【課題】安定した霧化手段を有する潜熱回収型燃焼装置を提供する。
【解決手段】潜熱回収用熱交換器を有する燃焼装置であって、潜熱回収用熱交換器で生じたドレン水を貯留するドレン水タンク３９と、ドレン水タンク３９内のドレン水を超音波振動で霧化する霧化ユニット４０と、霧化ユニット４０を保持するユニット保持部８０とを備え、ドレン水タンク３９は、ドレン水の水位に応じユニット保持部８０を上下方向に移動可能にする移動規制手段８３を有し、ユニット保持部８０は、ユニット保持部８０をドレン水の水位の変動に追従させるフロート８１と、霧化ユニット４０をドレン水タンク３９内に水没させるドレン水の導入口８２とを備え、霧化ユニット４０をフロート８１より下方側に保持し、フロート８１の上面はドレン水の水面より上方側に配置した。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

潜熱回収用熱交換器を有する燃焼装置であって、
前記潜熱回収用熱交換器で生じたドレン水が通過するドレン流入口と、
前記ドレン流入口と連通し前記ドレン水を貯留するドレン水タンクと、
前記ドレン水タンク内の前記ドレン水を超音波振動で霧化する霧化ユニットと、
前記霧化ユニットを保持するユニット保持部と、
を備え、
前記ドレン水タンクは、
前記ユニット保持部の上下方向を規制し前記ドレン水の水位に応じ前記ユニット保持部を上下方向に移動可能にする移動規制手段を有し、
前記ユニット保持部は、
前記ユニット保持部を前記ドレン水の水位の変動に追従させるフロートと、
前記霧化ユニットを前記ドレン水タンク内に水没させる前記ドレン水の導入口と、
を備え、
前記ユニット保持部は前記霧化ユニットを前記フロートより下方側に保持し、
前記フロートの上面は前記ドレン水の水面より上方側に配置した
ことを特徴とする潜熱回収型燃焼装置。

【請求項2】

燃料を燃焼して前記潜熱回収用熱交換器に燃焼ガスを排出する燃焼部と、
前記燃焼部の燃焼制御と前記霧化ユニットの駆動制御を行う制御部と、
を備え、
前記ドレン水タンクは、
前記ドレン水タンク内の水位の上限を検出する第１水位検知手段と、
前記ドレン水タンク内の水位の下限を検出する第２水位検知手段と、
を備え、
前記制御部は、
前記第２水位検知手段が水位の下限を検出しないとき、前記霧化ユニットを駆動させ、
前記第２水位検知手段が水位の下限を検出したとき、前記霧化ユニットの駆動を停止し、
前記第１水位検知手段が水位の上限を検出したとき、前記燃焼部の燃焼を停止させる
ことを特徴とする請求項１に記載の潜熱回収型燃焼装置。

【請求項3】

前記移動規制手段は、前記ドレン水タンクの側壁に垂直方向に延設され、前記側壁より内側方向に張り出した複数のビードであり、
前記ビードの高さは、内側の前記ユニット保持部に接しない高さに形成した
ことを特徴とする請求項１または２に記載の潜熱回収型燃焼装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、家庭用の潜熱回収型燃焼装置に関し、特にドレン水を超音波発生器で霧化する潜熱回収型給湯機などの潜熱回収型燃焼装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、潜熱回収型給湯機は、二次熱交換器にて高温の燃焼ガスが受熱管内の水によって冷却され、燃焼ガス中の水蒸気は酸性の結露水となるため、酸性結露水を中和器へと導き、中和剤によって中和した上で、装置外へと排水していた。
そのため、非潜熱回収型給湯機から潜熱回収型給湯機への入れ替えに時に排水設備の配管工事等の施工工事が必要となっていた。
そこで、従来から特許文献１に示すような、中和後のドレン水を霧化手段によって霧化することで、配管工事等の施工工事が不要となる潜熱回収型給湯機が考案されていた。
特許文献１に示す潜熱回収型給湯機では、霧化したドレン水を超音波により霧化させ、これを燃焼用の送風ファンからの送風により機外に放出することが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６－２３４２７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１によれば、ドレン回収手段（１１）の内側下部に超音波振動子（２３）を備えており、そのため、ドレン水が一定以上貯留すると、超音波振動子（２３）が正常に霧化できる限界の深さを超過して貯留し、霧化能力が低下するという問題を抱えていた。

【0005】

本発明はかかる背景を鑑みてなされたものであり、ドレン水の排水のための配管設備が不要となり、ドレン水タンクの水位によらず一定の水深に霧化ユニットを配置でき、安定した霧化が可能な潜熱回収型燃焼装置を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、請求項１では、潜熱回収用熱交換器を有する燃焼装置であって、前記潜熱回収用熱交換器で生じたドレン水が通過するドレン流入口と、前記ドレン流入口と連通し前記ドレン水を貯留するドレン水タンクと、前記ドレン水タンク内のドレン水を超音波振動で霧化する霧化ユニットと、前記霧化ユニットを保持するユニット保持部と、を備え、前記ドレン水タンクは、前記ユニット保持部の上下方向を規制し前記ドレン水の水位に応じ前記ユニット保持部を上下方向に移動可能にする移動規制手段を有し、前記ユニット保持部は、前記ユニット保持部を前記ドレン水の水位の変動に追従させるフロートと、前記霧化ユニットを前記ドレン水タンク内に水没させる前記ドレン水の導入口と、を備え、前記ユニット保持部は前記霧化ユニットを前記フロートより下方側に保持し、前記フロートの上面は前記ドレン水の水面より上方側に配置したことを特徴とした。

【0007】

請求項２では、燃料を燃焼して前記潜熱回収用熱交換器に燃焼ガスを排出する燃焼部と、前記燃焼部の燃焼制御と前記霧化ユニットの駆動制御を行う制御部と、を備え、前記ドレン水タンクは、前記ドレン水タンク内の水位の上限を検出する第１水位検知手段と、前記ドレン水タンク内の水位の下限を検出する第２水位検知手段と、を備え、前記制御部は、前記第２水位検知手段が水位の下限を検出しないとき、前記霧化ユニットを駆動させ、前記第２水位検知手段が水位の下限を検出したとき、前記霧化ユニットの駆動を停止し、前記第１水位検知手段が水位の上限を検出したとき、前記燃焼部の燃焼を停止させることを特徴とした。

【0008】

請求項３では、前記移動規制手段は、前記ドレン水タンクの側壁に垂直方向に延設され、前記側壁より内側方向に張り出した複数のビードであり、前記ビードの高さは、内側の前記ユニット保持部に接しない高さに形成したことを特徴とした。

【発明の効果】

【0009】

この本発明によれば、ドレン水の排水のための配管設備が不要となり、ドレン水タンクの水位によらず、一定の水深に霧化ユニットを配置でき、安定した霧化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１の実施形態を説明する潜熱回収型燃焼装置の概略構成図

【図2】本発明の第１の実施形態のドレン水タンクの斜視図

【図3】本発明の第１の実施形態をドレン水タンクのＡ－Ａ端面図

【図4】本発明の第１の実施形態を説明する要部ブロック図

【図5】本発明の第１の実施形態を説明するフローチャート

【図6】本発明の第１の実施形態の作動を説明するための説明図

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明にかかる潜熱回収用熱交換器を備えた給湯機の第１の実施形態を図１を参照して説明する。

【0012】

１は、第１の実施形態の潜熱回収型給湯機で、上向きに火炎を形成する燃焼部８を備える給湯機である。
具体的には、１３は燃焼用ファンで、該燃焼用ファン１３から送風される送風空気が、空気流路部３０を通過して、排気出口４９から排出されるものである。
空気流路部３０には、後述する燃焼部８，燃焼室１９、一次熱交換器２５、潜熱回収用熱交換器である二次熱交換器２７、霧化気流路４１、合流部４６が備わる。

【0013】

燃焼部８は、石油等の燃油を燃焼させるものであり、９は、燃焼部８に送油管１０を介して燃油を圧送する燃料ポンプである。燃焼部８で燃焼される一次空気と二次空気は燃焼用ファン１３によって供給される。

【0014】

燃焼部８の燃焼ガスの下流側に一次熱交換器２５が配設され、一次熱交換器２５の下流に二次熱交換器２７が配設されているものであり、一次熱交換器２５、二次熱交換器２７の順に通過した燃焼ガスは、燃焼排気路３５と、合流部４６とを経由して排気出口４９より潜熱回収型給湯機１の外に排気されるものである。

【0015】

一次熱交換器２５は、燃焼室１９内に収容された顕熱熱交換器であり、燃焼部８の燃焼により発生した燃焼ガスから顕熱を回収し一次受熱管２４を流通する被加熱流体を加熱するフィンチューブ式で構成されている。

【0016】

二次熱交換器２７は、一次熱交換器２５を通過した後の燃焼ガスから潜熱を回収し受熱管２６を流通する被加熱流体を加熱するものである。
二次熱交換器２７の下方には、受熱管２６の表面に発生して滴下した結露水を導くため、傾斜した底板２９が備えられ、該底板２９によって結露水を、二次熱交換器２７の下方に備えたＵ字管路３３に誘導し、結露水流路３２へと導くようになっている。

【0017】

底板２９によって導かれた結露水は、結露水流路３２を介して、結露水流路３２と連通し炭酸カルシウムを主成分とする中和剤を備えた中和器３７にて中和され、ドレン水流路３８を介し、ドレン流入口３８ａを経て、ドレン水流路３８と連通するドレン水タンク３９へ貯留される。

【0018】

ドレン水タンク３９には、図示しないリード線を介して後述する制御部６０と信号接続された霧化ユニット４０が備わる。霧化ユニット４０は、ドレン水タンク３９に貯留されたドレン水を霧化するものである。
ドレン水タンク３９と合流部４６との間に霧化気流路４１が備わる。

【0019】

霧化ユニット４０により霧化された霧化空気は、燃焼用ファン１３の駆動により、霧化気流路４１と、合流部４６とを経て、排気出口４９から装置外へ排気される。

【0020】

霧化ユニット４０は、超音波振動子を備え超音波振動でドレン水を霧化する構成となっている。

【0021】

図２と図３に示すように、霧化ユニット４０はユニット保持部８０に備えられた保持台８０ｂに螺子等の締結部を介して固定される。ユニット保持部８０は、該ユニット保持部８０をドレン水の水位の変動に追従させるフロート８１が備えられている。また、ユニット保持部８０の底面に、霧化ユニット４０をドレン水タンク３９のドレン水に水没させるため、ユニット保持部８０の下部にドレン水を導入するための導入口８２を備える。
さらに、霧化ユニット４０はフロート８１より下方側に保持し、フロート８１の上面がドレン水の水面より上方側に配置されるようにした。

【0022】

ドレン水タンク３９の上面３９ｃには、制御部６０と信号接続された磁気検出型の第１水位検知手段８４を備え、ドレン水タンク３９の底面３９ａには、同じく制御部６０と信号接続された磁気検出型の第２水位検知手段８５を備える。
ユニット保持部８０の上部には上部マグネット８６が備えてあり、上部マグネット８６が第１水位検知手段８４に接近すると第１水位検知手段８４の信号回路が開となって、ドレン水タンク３９内のドレン水が満水位の状態であることを制御部６０が検出できるようになっている。
また、ユニット保持部８０の底面８０ａには下部マグネット８７が備えてあり、下部マグネット８７が第２水位検知手段８５に接近すると第２水位検知手段８５の信号回路が開となって、ドレン水タンク３９内のドレン水が低水位の状態であることを制御部６０が検出できるようになっている。

【0023】

また、ドレン水タンク３９の側壁３９ｂには、ユニット保持部８０の上下方向を規制し、ドレン水の水位に応じユニット保持部８０を上下方向に移動可能にする移動規制手段８３を備えている。この移動規制手段８３は、ドレン水タンク３９の内側の側壁３９ｂに垂直方向に延設され、この側壁３９ｂより内側方向に張り出したビードによって形成されている。このビードの高さは、ユニット保持部８０に接しない程度の高さに形成されている。

【0024】

図２に示すように、ユニット保持部８０の外周には移動規制手段８３であるビードに隣接する位置にわずかにすき間を開けてダボ形状の突起部８３ａを複数備えている。これは、ユニット保持部８０の周方向の移動を規制し、ドレン水タンク３９に備えた第１水位検知手段８４とユニット保持部８０に備えた上部マグネット８６が、同じくドレン水タンク３９に備えた第２水位検知手段８５とユニット保持部８０に備えた下部マグネット８７が、正しく接近するように、ユニット保持部８０に設けたものである。

【0025】

図４に示すように、制御部６０は、燃焼用ファン１３と燃料ポンプ９の駆動を制御して燃焼部８の燃焼の制御を行う燃焼制御部６２と、霧化ユニット４０の駆動制御を行う霧化制御部６３とを備えるマイコンからなり、入力側には給水管２１の流量検知手段２３と、第１水位検知手段８４と、第２水位検知手段８５が接続され、出力側には燃焼部８に備わる図示しない点火プラグ、燃焼用ファン１３、燃料ポンプ９、霧化ユニット４０が接続されている。
また、制御部６０と操作部７１とが通信可能に接続されている。

【0026】

次に、第１の実施形態の作動について説明する。

【0027】

制御部６０は、給湯管２２に連通した図示しない給湯栓が開栓され、流量検知手段２３が被加熱流体の流通を検出すると、図示しない点火プラグの放電と、燃料ポンプ９の駆動により燃焼部８で燃油が点火され、燃焼用ファン１３の駆動により燃焼を開始する。燃焼が開始されると、燃料ポンプ９と図示しない油比例弁による要求熱量に合わせた必要な噴霧油量の燃料供給と燃焼用ファン１３により、適切な空燃比を保ちながら燃焼部８に燃焼火炎が形成される。

【0028】

燃焼による燃焼ガスは、一次熱交換器２５の一次受熱管２４を加熱して、一次受熱管２４を流通する被加熱流体を加熱する。さらに燃焼ガスは、一次熱交換器２５を通過した後、燃焼ガスから潜熱を回収し受熱管２６を流通する被加熱流体を加熱する。一次熱交換器２５、二次熱交換器２７の順に通過した燃焼ガスは、燃焼排気路３５と合流部４６を経由して排気出口４９より潜熱回収型給湯機１の外に排気されるものである。

【0029】

燃焼中に二次熱交換器２７の受熱管２６の表面に発生した結露水は、滴下して傾斜した底板２９によって結露水流路３２へと導かれ、炭酸カルシウムを主成分とする中和剤を備えた中和器３７にて中和され、ドレン水流路３８を経由して、ドレン水タンク３９へ貯留される。
ドレン水タンク３９へ貯留されたドレン水は、霧化ユニット４０によって霧化され、霧化気流路４１を経由して排気出口４９から器具外へ排出されるものである。

【0030】

次に、本実施形態の制御処理を図５と図６に基づいて説明する。

【0031】

使用者により給湯要求が発生すると、潜熱回収型給湯機１が燃焼を開始して、二次熱交換器２７でドレン水が発生し、中和器３７を経由してドレン水タンク３９にドレン水が貯留されるようになる。

【0032】

ドレン水タンク３９に流入したドレン水は、ドレン水タンク３９の底面に位置するユニット保持部８０の外周に貯留し、さらにドレン水が流入して、ユニット保持部８０の下部に備えたドレン水を導入するための導入口８２からドレン水がユニット保持部８０の内部に導入される（図６（ａ））。
この状態で、制御部６０は、ステップＳ１で第１水位検知手段８４が満水位を検出せず、かつ、ステップＳ２で第２水位検知手段８５が低水位を検出する状態なので、ステップＳ３に遷移して霧化ユニット４０を停止させ、ステップＳ１に遷移する。

【0033】

ドレン水がさらに貯留されて水位が上昇し、これに伴ってユニット保持部８０がフロート８１の浮力によって水位に追従して上昇すると（図６（ｂ））、下部マグネット８７も上昇するため、第２水位検知手段８５は低水位を検知しなくなる。
これにより、制御部６０は、ステップＳ２で低水位を検知しないためステップＳ６へ遷移し、ステップＳ６で霧化ユニット４０を駆動する。
その結果、ドレン水タンク３９内のドレン水が霧化され、霧化されたドレン水は燃焼用ファン１３の駆動により空気流路部３０を経て排気出口４９より排出される。

【0034】

単位時間当たりのドレン水の発生量と、霧化ユニット４０による単位時間当たりの霧化処理量とが拮抗している場合は、ドレン水タンク３９の水面高さは図６（ｂ）の高さを維持する。

【0035】

一方、単位時間当たりのドレン水の発生量が、霧化ユニット４０による単位時間当たりの霧化処理量より少ない場合、ドレン水タンク３９の水面高さは図６（ａ）の高さとなり、第２水位検知手段８５が低水位を検知する状態となる。
これにより、制御部６０は、再びステップＳ３に遷移し霧化ユニット４０を停止する。

【0036】

他方、単位時間当たりのドレン水の発生量が、霧化ユニット４０による単位時間当たりの霧化処理量より多い場合、ドレン水タンク３９の水面高さはさらに上昇し、図６（ｃ）の高さとなり、上部マグネット８６が第１水位検知手段８４に接近し、第１水位検知手段８４が満水位を検知する状態となる。
これにより、制御部６０は、ステップＳ１で満水位を検知してステップＳ４へ遷移し、燃焼中であれば燃焼を停止し（ステップＳ５）、ステップＳ６で霧化ユニット４０の駆動を継続する。
その結果、ドレン水タンク３９内のドレン水が霧化され、霧化されたドレン水は燃焼用ファン１３の駆動により空気流路部３０を経て排気出口４９より排出される。

【0037】

また、使用者により給湯要求が無い場合も、すなわち、燃焼が行われず二次熱交換器２７でドレン水が発生していない場合も、ドレン水タンク３９の水位に応じて霧化ユニット４０を駆動し得るものであり、制御部６０は、ステップＳ１からステップＳ６を通して、ドレン水の霧化処理を行うものである。

【0038】

これにより、ドレン水タンク３９の水位によらず、一定の水深に霧化ユニット４０を配置でき、安定した霧化が可能となるものである。
この結果、ドレン水を効果的に超音波により霧化することができるので、ドレン水の排水のための配管設備が不要となり、非潜熱回収型給湯機から潜熱回収型給湯機への入れ替えがスムーズにできるものである。

【0039】

なお、霧化ユニット４０の駆動は第１水位検知手段８４と第２水位検知手段８５によって駆動と停止を行うようにし、第１水位検知手段８４が満水位を検出した時に燃焼を停止するようにしたが、予め燃焼が停止したときにのみ、第１水位検知手段８４と第２水位検知手段８５によって霧化ユニット４０の駆動と停止を行うようにしても良いものである。

【0040】

なお、第１水位検知手段８４および第２水位検知手段８５は、本実施形態ではマグネットタイプの磁気検出型の水位検知手段を用いたが、浮き子を一体としたフロートレベルスイッチなどの水位検知手段を用いてもよく、また、２本の水位電極の導通によりドレン水の水位を検出する水位検知手段を用いてもよく、設計者が適宜判断してよいものである。

【0041】

なお、本実施形態は、潜熱回収型給湯機を用いて説明したが、潜熱回収型燃焼装置を備える温水暖房機に応用してもよいものである。

【0042】

なお、本実施形態で用いたその他の構成は一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図しておらず、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0043】

８ ：燃焼部
３８ａ ：ドレン流入口
３９ ：ドレン水タンク
４０ ：霧化ユニット
６０ ：制御部
８０ ：ユニット保持部
８１ ：フロート
８２ ：導入口
８３ ：移動規制手段
８４ ：第１水位検知手段
８５ ：第２水位検知手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】