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JP2006064268A - 潜熱回収型ガス給湯機 - Google Patents

潜熱回収型ガス給湯機 Download PDF

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JP2006064268A
JP2006064268A JP2004246681A JP2004246681A JP2006064268A JP 2006064268 A JP2006064268 A JP 2006064268A JP 2004246681 A JP2004246681 A JP 2004246681A JP 2004246681 A JP2004246681 A JP 2004246681A JP 2006064268 A JP2006064268 A JP 2006064268A
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JP2004246681A
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Hiroto Fukui
浩人 福井
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

【課題】潜熱回収型ガス給湯機において、中和装置から排出されるドレン水を装置外へ排出するための専用ドレン水排水配管および排水溝の工事を不要としたガス給湯機を提供する。
【解決手段】中和装置14で発生するドレン水を蓄えるドレン水キャッチタンク15と、ドレン水を装置内に供給するドレン水供給装置16と、諸動作を制御する制御手段7とを備え、中和装置14で発生するドレン水を装置内部に供給して燃焼装置6で発生させた一酸化炭素を酸化させることにより、ドレン水を装置外へ排出するための専用のドレン水排水配管および排水溝の整備を行う別途工事を不要とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、燃焼装置において顕熱以外の、特に燃焼ガス中の潜熱を回収する潜熱回収型ガス給湯機において、中和装置で発生するドレン水を装置内部に供給して、燃焼装置で発生させた一酸化炭素を酸化させる燃焼技術に関するものである。
従来、この種の潜熱回収型ガス給湯機は、たとえば図31のような構成になっていた。
図31において、燃料ガス供給装置から供給された燃料ガスは、燃焼用ファン4から供給された空気と予混合されて燃焼バーナー45に供給され燃焼される。通水路46は、副熱交換器55と主熱交換器53を連通している。通水路46を流れる水は、熱効率の向上を図るため副熱交換器55で高温の排気ガスによって予め加熱された後、主熱交換器53で燃焼バーナーでの燃焼熱によって加熱される。この時副熱交換器55では、高温の排気ガス中の水蒸気は低温の水が流れる通水路水管によって冷却され結露水となる。排気ガス中には燃焼ガスの成分として二酸化炭素や窒素酸化物等が含まれるため、この結露水は酸性を呈する。酸性結露水は結露水流路47を通って中和装置49に導かれ、中和措置49内の中和剤50によって中和される。ここで中和剤50としては、たとえば固体の炭酸カルシウム等が用いられる。中和された結露水はドレン水としてドレン水排出流路51を通って、装置外に別途設置された排水溝52に排出される(例えば、特許文献1参照)。
なお、特許文献1では、酸性結露水の中和反応時に生成する不要な水素ガスが中和装置49に停留して水素ガス濃度が増加し可燃限界に達するというような危険な状態を回避させるため、中和装置49と排気通路54を排気管48でつなぎ、不要な水素ガスを排気管48から排気通路54に排出して装置外へ排出する工夫が施されている。
特開2003−232567号公報
しかしながら、従来の潜熱回収型ガス給湯機では、中和装置49で発生するドレン水は全て装置外に排出されていたので専用の排水溝52の整備が必要であり、装置設置時にそれらの工事が別途必要となるという課題を有していた。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、一酸化炭素は水蒸気があると非常に燃焼性が良化するという性質に着目し、中和装置49から排出されるドレン水を装置内部に供給して、燃焼装置で発生する一酸化炭素を酸化させる燃焼方式を行う潜熱回収型ガス給湯機の燃焼技術を提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明の潜熱回収型ガス給湯機は、中和装置49で発生するドレン水を蓄えるドレン水キャッチタンクと、前記ドレン水キャッチタンクに蓄えられたドレン水を装置内に供給するドレン水供給装置と、諸動作を制御する制御手段とを備え、中和装置49で発生するドレン水を装置内部に供給して燃焼装置で発生させた一酸化炭素を酸化させる燃焼方式を行う。
これによって、従来の潜熱回収型ガス給湯機において中和装置49で発生し装置外に排出していたドレン水を、装置内で発生する一酸化炭素の酸化に消費することができる。
本発明の潜熱回収型ガス給湯機は、中和装置で発生するドレン水を装置外へ排出させるための排水溝の整備を行う別途工事を不要とすることができる。
第1の発明は、空気を供給する燃焼用ファンと、燃料ガスを供給する燃料ガス噴射ノズルを有する燃料ガス供給装置と、前記燃焼用ファンで供給される空気と前記燃料ガス供給装置で供給される燃料ガスとの予混合気を燃焼させる燃焼バーナーと、前記燃焼バーナーで発生する熱を回収する主熱交換器と、前記主熱交換器の下流側に設けられ排気ガスの潜熱を回収する副熱交換器と、排気ガスを排出するための排気通路と、前記副熱交換器と前記主熱交換器とを連通する通水路と、内部に中和剤を有し前記副熱交換器で生じた結露水を中和する中和装置と、前記中和装置で発生するドレン水を蓄えるドレン水キャッチタンクと、前記ドレン水キャッチタンクで蓄えられたドレン水を装置内に供給するドレン水供給装置と、諸動作を制御する制御手段とを備え、前記燃焼バーナーでの燃焼時に発生する一酸化炭素を前記ドレン水供給装置から供給されるドレン水で酸化させる構成としたことを特徴とするものである。
これによって、従来の潜熱回収型ガス給湯機において中和装置で発生するドレン水を、装置内で発生する一酸化炭素の酸化に消費することができ、ドレン水を装置外へ排出させるための専用の排水溝整備を行う別途工事を不要とすることができる。
第2の発明は、燃焼バーナー構成を基本となるバーナー構成が複数個集合する燃焼バーナーユニットとし、基本となるバーナー構成は燃焼用ファンから供給される空気と燃料ガス供給装置から供給される燃料ガスとの予混合気が流れる予混合気流路と、燃焼用ファンから供給される空気とドレン水供給装置から供給されるドレン水が流れるドレン水流路とで形成される構成とすることにより、予混合気流路を流れる予混合気が燃焼する際に生じる一酸化炭素を、ドレン水流路を流れるドレン水で酸化させることができる。これによって従来の潜熱回収型ガス給湯機において中和装置で発生するドレン水を、装置内で発生する一酸化炭素の酸化に消費することができ、ドレン水を装置外へ排出させるための専用の排水溝整備を行う別途工事を不要とすることができる。
第3の発明は、ドレン水流路に、燃焼用ファンから供給される空気とドレン水供給装置から供給されるドレン水に加え、燃料ガス供給装置から供給される燃料ガスが流れる構成とすることにより、予めドレン水をある程度の空気および燃料ガスと混合させることにより、ドレン水による燃焼時に発生する一酸化炭素の酸化を促進させることができる。これによって従来の潜熱回収型ガス給湯機において中和装置で発生するドレン水を、装置内で発生する一酸化炭素の酸化に消費することができ、ドレン水を装置外へ排出させるための専用の排水溝整備を行う別途工事を不要とすることができる。
第4の発明は、ドレン水流路へドレン水の供給を行うドレン水供給流路の配置構成を、燃料ガス供給装置の燃料ガス供給流路の配置構成と対応させることにより、機器構成として燃料ガス供給と対応させた形でドレン水の供給を装置内に行うことができる。これによって従来の潜熱回収型ガス給湯機において中和装置で発生するドレン水を、装置内で発生する一酸化炭素の酸化に消費することができ、ドレン水を装置外へ排出させるための専用の排水溝整備を行う別途工事を不要とすることができる。
第5の発明は、ドレン水供給流路に各ドレン水供給流路の流路開閉を行うドレン水供給流路開閉手段を備える構成とすることにより、ドレン水供給流路の流路開閉状態を燃料ガス供給流路の流路開閉状態と対応させることで、燃料ガス供給流路が燃料ガスを供給している部分にのみドレン水を供給させることができ、より合理的な装置内へのドレン水供給を行うことができる。これによって従来の潜熱回収型ガス給湯機において中和装置で発生するドレン水を、装置内で発生する一酸化炭素の酸化に消費することができ、ドレン水を装置外へ排出させるための専用の排水溝整備を行う別途工事を不要とすることができる。
第6の発明は、ドレン水供給装置にドレン水を噴霧させるドレン水噴霧ノズルを有する構成とすることにより、装置内にドレン水を供給する際のドレン水の微粒化を促進させることができ、ドレン水による燃焼時に発生する一酸化炭素の酸化を促進させることができる。これによって従来の潜熱回収型ガス給湯機において中和装置で発生するドレン水を、装置内で発生する一酸化炭素の酸化に消費することができ、ドレン水を装置外へ排出させるための専用の排水溝整備を行う別途工事を不要とすることができる。
第7の発明は、ドレン水供給装置にドレン水の貯水量を検出するための貯水量検出手段を備える構成とすることにより、ドレン水供給装置内のドレン水貯水量を把握することができる。ドレン水貯水量を検出する機能を設けることで、ドレン水貯水量状態に応じた動作制御を行うことができる。これによって従来の潜熱回収型ガス給湯機において中和装置で発生するドレン水を、装置内で発生する一酸化炭素の酸化に消費することができ、ドレン水を装置外へ排出させるための専用の排水溝整備を行う別途工事を不要とすることができる。
第8の発明は、燃焼バーナーにおけるドレン水流路に対応するように配置させることにより、ドレン水流路へのドレン水供給をより均一化させることができ、ドレン水による燃焼時に発生する一酸化炭素の酸化を促進させることができる。これによって従来の潜熱回収型ガス給湯機において中和装置で発生するドレン水を、装置内で発生する一酸化炭素の酸化に消費することができ、ドレン水を装置外へ排出させるための専用の排水溝整備を行う別途工事を不要とすることができる。
第9の発明は、ドレン水供給装置において、ドレン水供給ポンプで装置内にドレン水を加圧供給してドレン水噴霧ノズルから噴霧させる構成とすることにより、ドレン水供給時のドレン水微粒化をより促進させドレン水による燃焼時に発生する一酸化炭素の酸化を促進させることができる。これによって従来の潜熱回収型ガス給湯機において中和装置で発生するドレン水を、装置内で発生する一酸化炭素の酸化に消費することができ、ドレン水を装置外へ排出させるための専用の排水溝整備を行う別途工事を不要とすることができる。
第10の発明は、ドレン水供給装置において、ドレン水供給ポンプの駆動を燃焼用ファンの駆動力を利用して行う構成とすることで、ドレン水供給ポンプの動力源を簡略化させて装置内にドレン水を供給させることができる。これによって従来の潜熱回収型ガス給湯機において中和装置で発生するドレン水を、装置内で発生する一酸化炭素の酸化に消費することができ、ドレン水を装置外へ排出させるための専用の排水溝整備を行う別途工事を不要とすることができる。
第11の発明は、ドレン水供給装置にドレン水を蒸発させるドレン水蒸発手段を備える構成とすることにより、ドレン水の微粒化・蒸発過程をより促進させることができ、ドレン水による燃焼時に発生する一酸化炭素の酸化を促進させることができる。これによって従来の潜熱回収型ガス給湯機において中和装置で発生するドレン水を、装置内で発生する一酸化炭素の酸化に消費することができ、ドレン水を装置外へ排出させるための専用の排水溝整備を行う別途工事を不要とすることができる。
第12の発明は、潜熱回収型ガス給湯機の排気通路に、排気ガス中の排気ガス成分濃度を検出するための排気ガス成分濃度検出手段を備える構成とすることにより、検出される排気ガス中の排気ガス成分濃度に応じた動作制御を行うことができる。これによって従来の潜熱回収型ガス給湯機において中和装置で発生するドレン水を、装置内で発生する一酸化炭素の酸化に消費することができ、ドレン水を装置外へ排出させるための専用の排水溝整備を行う別途工事を不要とすることができる。
第13の発明は、排気ガス成分濃度検出手段によって検出される排気ガス成分濃度によってドレン水供給装置内のドレン水貯水状態を把握することができ、ドレン水貯水状態に応じた動作制御を行うことができる。これによって従来の潜熱回収型ガス給湯機において中和装置で発生するドレン水を、装置内で発生する一酸化炭素の酸化に消費することができ、ドレン水を装置外へ排出させるための専用の排水溝整備を行う別途工事を不要とすることができる。
第14の発明は、潜熱回収型ガス給湯機において、ドレン水の貯水量に応じて動作制御する構成とすることにより、ドレン水の貯水状態に関わらず良好な燃焼状態を実現させることができる。これによって従来の潜熱回収型ガス給湯機において中和装置で発生するドレン水を、装置内で発生する一酸化炭素の酸化に消費することができ、ドレン水を装置外へ排出させるための専用の排水溝整備を行う別途工事を不要とすることができる。
第15の発明は、潜熱回収型ガス給湯機において、排気ガス成分濃度検出手段から検出される排気ガス成分濃度に応じて動作制御する構成とすることで、ドレン水噴霧状態に関わらず燃焼バーナーでの燃焼を良好に行うことができる。これによって従来の潜熱回収型ガス給湯機において中和装置で発生するドレン水を、装置内で発生する一酸化炭素の酸化に消費することができ、ドレン水を装置外へ排出させるための専用の排水溝整備を行う別途工事を不要とすることができる。
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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機のシステム構成図である。図1の構成をした本発明の潜熱回収型ガス給湯機について、以下その動作、作用について説明する。
図1において、装置内に供給される水は副熱交換器1と主熱交換器2を連通する通水路3と、入水バイパス制御手段4を有するバイパス流路5とに分岐される。使用者がリモートコントローラー等の外部入力手段で必要な湯の温度(たとえば40℃)を入力し、給湯栓を開として装置内に通水されると装置の燃焼が開始する。通水路3を流れる水は副熱交換器1において燃焼時の排気ガスで予め加熱され、続いて主熱交換器2において燃焼バーナー6の燃焼熱で加熱される。この副熱交換器1における排気ガスによる熱交換が潜熱回収部分である。この時、制御手段7は、サーミスタ構成の主熱交換器出口温度検出手段8で検出される(入力3)主熱交換器出口温度検出信号8がある所定の一定温度(たとえば60℃)となるように、サーミスタ構成の主熱交換器入口温度検出手段9で検出される(入力2)主熱交換器入口温度検出信号9の温度を検出しながら燃焼バーナー6での燃焼量を調節する。ここで制御手段7は、(出力2)燃焼用ファン駆動信号により燃焼用ファン10の回転数を調整することで燃焼バーナー6に供給する空気量を、(出力3)燃料ガス供給装置駆動信号によりガスガバナ弁11の開度を調整することで燃焼バーナー6に供給する燃料ガス量を調整して燃焼バーナー6での燃焼量を調整する。主熱交換器2を出た加熱水はバイパス流路5を流れる水と混合される。制御手段7は、(出力4)入水バイパス制御手段駆動信号を発して入水バイパス制御手段4の弁開度を調節し、サーミスタ構成の出湯温度検出手段12で検出される(入力4)出湯温度検出信号の温度が使用者の設定した必要な湯の温度(たとえば40℃)となるようにバイパス流路5を流れる水量を調節する。
ここで入水バイパス制御手段4としては、たとえば制御手段7からの駆動パルス信号である(出力4)入水バイパス制御手段駆動信号に応じて、弁体の開度をステッピングモーターによって調整するような構成が考えられる。装置に流れる流量が多い時など装置の最大燃焼能力を超えた場合には、制御手段7は(出力5)水量制御手段駆動信号を発して水量制御手段13の弁開度を調節し、装置に流れる全体の水量を調節する。ここで水量制御手段13としては、前記入水バイパス制御手段4と同様、制御手段7からの駆動パルス信号である(出力5)水量制御手段駆動信号に応じて、弁体の開度をステッピングモーターによって調整するような構成が考えられる。
副熱交換器1部分では、高温の排気ガスは通水路を流れる低温の水によって冷却されて排気ガス中の水蒸気は結露水となる。この結露水は、排気ガス中に含まれる水溶時に酸性の性質を示すCOやNOxの成分が溶解しているため、通常pH2からpH4の酸性を呈する。酸性の結露水は中和装置14へと導かれ、中和装置14内の中和剤によって中和される。中和剤としてはたとえば固体の炭酸カルシウムなどが用いられる。中和装置14で中和された結露水はドレン水としてドレン水キャッチタンク15へと導かれる。ドレン水キャッチタンク15に貯水されたドレン水はドレン水供給装置16によって燃焼バーナー6へと供給される。
燃焼バーナー6にはドレン水供給装置16からのドレン水と、燃焼用ファン10からの空気と、燃料ガス供給装置11からの燃料ガスとが供給され、燃料ガスの燃焼が行われる。この時、供給される空気と燃料ガスの予混合濃度は、量論の当量比φ=1.0よりも大きなたとえば当量比φ=1.3程度となるように設定する。図2は空気−燃料ガス予混合気の当量比ΦとCO濃度の関係例を示したものである。ここで当量比Φは一定量の空気に対して化学的な量論比の何倍の燃料ガスが供給されたかを表す量である。量論を示す当量比φ=1.0に対して、当量比φ<1.0では燃料ガス量に対して空気量が多い希薄予混合気の領域を表していてこのような当量比Φ<1.0での燃焼を希薄燃焼と言い、当量比φ>1.0では燃料ガス量に対して空気量が少ない過濃予混合気の領域を表していてこのような当量比φ>1.0での燃焼を過濃燃焼と言う。当量比φ>1.0の過濃燃焼では当量比Φの増加とともにCOの排出が顕著である。ところで、COは少量の水素または水蒸気があると非常に燃焼性が良くなるという性質がある。本発明の潜熱回収型ガス給湯機においてはこの性質を利用し、通常の空気−燃料ガス予混合気濃度ではCOの排出が顕著となるような予混合気濃度(たとえば当量比φ=1.3)で燃焼させた際に発生するCOの酸化を、潜熱回収時に酸性の結露水として発生し中和装置14で中和させたドレン水を燃焼バーナー6に供給することで行うものである。図2によると当量比Φ=1.3の予混合気ではCO濃度が4000ppm程度発生しているが、燃焼バーナー6を適切に設計することで装置内に供給されたドレン水(HO)によってこのCOは酸化され最終的に装置外へ排出される際のCO濃度は200ppm程度とすることができる。このCOの酸化のしくみはたとえば下記のようなものである。
一般に燃料ガスに含まれる炭化水素は、燃焼反応の酸化の途中段階でたとえば
C+(1/2)O→CO・・・(R1)
C+O→CO・・・(R2)
C+CO→2CO・・・(R3)
C+HO→CO+H・・・(R4)
等の反応によってCOやHが発生し、最終的にこれらはたとえば下記のような反応によってCOとHOに酸化される。
CO+(1/2)O→CO・・・(R5)
CO+HO→CO+H・・・(R6)
CO+OH→CO+H・・・(R7)
+(1/2)O→HO・・・(R8)
すなわち、本発明の潜熱回収型ガス給湯機においてはたとえば(R6)に代表されるような反応によって、過濃予混合気の燃焼過程で発生するCOの酸化にドレン水を利用し、従来のようにドレン水を装置外へ排出することなく燃焼反応に利用できるので、従来必要であった専用の排水溝の整備が不要となり、装置設置時にそれらの別途工事も不要とすることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の第2、第4、第6、第7、および第14の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機に関して述べる。
まず本発明の第2、第4、第6、および第7の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機に関して、その構成、動作、作用について以下に説明する。
図3は、本発明の第2、第4、第6、第7、および第14の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機の燃焼バーナー6、ドレン水供給装置16、燃焼用ファン10、および燃料ガス供給装置11のシステム構成図である。図4は、本発明の第2の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機の予混合気流路の断面構成図である。図5は、本発明の第2の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯器のドレン水流路の断面構成図である。図6は、本発明の第2、第4、第6、第7、および第14の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機の燃料ガス供給装置11の構成図である。図7(A)および図7(B)は、本発明の第7の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機のドレン水供給装置16の構成および貯水量検出手段17の機能図である。図22は、本発明の第14の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機のドレン水有無に従って燃焼制御する場合の供給空気量と燃料ガス供給量の関係図である。図23は、本発明の第14の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機の貯水量検出手段によるドレン水有無に従って燃焼制御する場合の動作例である。図25は、本発明の第14の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機の貯水量検出手段によるドレン水有無に従って燃焼制御する場合の制御信号の流れと燃焼制御の説明図である。また本実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機のシステム構成としては、たとえば図1に示したものである。図3、図4、図5、図6、図7(A)、図7(B)、図22、図23、および図25の構成をした本発明の潜熱回収型ガス給湯機について、以下その動作、作用について説明する。
図3において、燃焼バーナー6は基本構成となるバーナーが複数個集合する燃焼バーナーユニットとして構成される。その基本構成となるバーナーは、空気−燃料ガス予混合気が流れる予混合気流路6aと、空気とドレン水が流れるドレン水流路6bから形成される。図3ではその基本構成となるバーナーを予混合気流路1本とドレン水流路1本で模式的に示しているが、実際には、たとえば予混合気流路1本に対してその両側に1本ずつのドレン水流路を配置した構成で形成される。図4には予混合気流路の断面構成と、基本構成となるバーナーの構成を示している。図4において燃焼用ファン10で供給される空気は、予混合気流路側6aとドレン水流路側6bに分割される。予混合気流路側6aに供給される空気は各予混合気流路に配分され、各予混合気流路に配置された燃料ガス供給装置の燃料ガス噴射ノズル6cから供給される燃料ガスと予混合され、空気−燃料ガス予混合気の形で燃焼バーナー6の予混合気流路6aに供給される。予混合気流路6aのバーナーポート(炎口)は数箇所に分割され、予混合気を十分に整流して安定した火炎を形成する。図4中の断面1)および断面2)は基本構成となるバーナーの構成を示したものである。基本構成となるバーナーは、空気−燃料ガス予混合気が流れる予混合気流路6aとその両側に1本ずつのドレン水と空気が流れるドレン水流路6bを配置させた構成から形成される。予混合気流路6aには、たとえば当量比Φ=1.3相当の過濃予混合気を供給する。過濃予混合気が流れる予混合気流路1本の両側に1本ずつのドレン水流路6bを設けることで、予混合気流路6aを流れる過濃予混合気の濃度拡散とドレン水の火炎中でのCOの酸化への寄与が左右対称に行え、より安定した火炎形成が実現できる。図5にはドレン水流路の断面構成と、基本構成となるバーナーの構成を示している。図5において、ドレン水供給装置16にはドレン水を装置内へ供給するためのドレン水噴霧ノズル16aが備えられている。ここでは燃焼用ファン10で供給されたドレン水流路側6bへ空気が流れる部分にドレン水噴霧ノズル16aを配置させている。ドレン水噴霧ノズル16aが配置される部分は、たとえば図5に示すようにベンチュリー形状としている。ベンチュリー形状とすることで燃焼用ファン10から供給される空気の流入流速を高め、ドレン水噴霧ノズル16a先端の負圧効果を高めてよりドレン水の噴霧(微粒化)を促進させることができる。ドレン水噴霧ノズル16aから装置内に供給されたドレン水は、燃焼用ファン10から供給された空気と混合され、燃焼バーナー6の各ドレン水流路6bに供給され、予混合気流路6aでの過濃予混合気の燃焼時に発生するCOの酸化に寄与する。各ドレン水流路6bには、流路内に溜まったドレン水を再びドレン水キャッチタンク15へ戻すためのドレン水リターンパイプ15aが備えられている。
図7(A)および(B)はドレン水供給装置16の詳細な構成とドレン水の貯水量を検出する貯水量検出手段17の機能を示したものである。図7(A)において、ドレン水供給装置16にはニードルバルブ16bが備えられたフロート17が設けられており、このフロート17の機能によりドレン水供給装置16内の水面は常に一定に保たれる。すなわちドレン水噴霧ノズル16aからドレン水が消費されると、ドレン水供給装置16内の水面低下につれてフロート17も下がり、フロート17に備えられたニードルバルブ16bが「開」となりドレン水キャッチタンク15からドレン水が流入する。そしてドレン水の水面が所定の高さに達すると、フロート17の浮力でニードルバルブ16bが「閉」となりドレン水キャッチタンク15からのドレン水供給が停止する。このようにドレン水供給装置16では常に一定のドレン水を蓄えることで安定して装置内にドレン水を供給することができる。また、このフロート17はドレン水供給装置16内のドレン水貯水量を把握するための貯水量検出手段の機能も兼ね備えている。図7(A)には、たとえば電気導通手段でドレン水供給装置16内のドレン水貯水量を把握する構成を示している。フロート17先端部に導通スイッチ17aを設けてその電線17bは大気開放ポート17cを這わせて制御手段7へと導かれている。またドレン水がなくなってフロート17が傾く最下点付近のドレン水供給装置16のボディ部に導通手段電極17dを設けてその電線17bは同じく制御手段7へと導かれている。図7(B)に示すようにドレン水供給装置16のドレン水がなくなった場合、フロート17は最下点に傾いたままとなり、導通スイッチ17aが導通手段電極17dに接したままになり制御手段7との電気回路は閉ループとなって電気導通状態となる。制御手段7へはこの導通状態が(入力1)貯水量検出信号として伝えられる。制御手段7はこの(入力1)貯水量検出信号を所定の時間(たとえば10秒間)以上連続して検出した場合にドレン水供給装置16内にドレン水が存在しないことを検出できる。このように貯水量検出手段を設けることでドレン水供給装置16内のドレン水の貯水量を把握できる。本説明のフロート17の機能を利用した貯水量検出手段の他の貯水量検出手段としては、ドレン水キャッチタンク15の重量変化を検出する方法や、ドレン水キャッチタンク15内のドレン水の水位を検出する方法などが考えられる。
燃焼バーナー6は要求燃焼量の大きさに応じて基本構成となるバーナーを、たとえば図3に示すように燃焼部分A、燃焼部分B、燃焼部分Cの3ヶ所に分けている。そして燃料ガス供給装置はそれらの燃焼部分に対応させて燃料ガスを供給するため、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給流路は、燃料ガス供給流路A、燃料ガス供給流路B、燃料ガス供給流路Cの3ヶ所に分かれた構成となっている。図3および図6において、燃料ガス供給流路Aには燃料ガス供給流路切替弁11aが、燃料ガス供給流路Cには燃料ガス供給流路切替弁11bが設けられている。これらの燃料ガス供給流路切替弁はたとえば電磁弁の構成が考えられる。制御手段7は、(出力3)燃料ガス供給装置駆動信号として(出力3−3)燃料ガス供給流路切替弁11aの開閉駆動信号および(出力3−4)燃料ガス供給流路切替弁11bの開閉駆動信号を発し、これらの燃料ガス供給流路切替弁11aと燃料ガス供給流路切替弁11bの開閉パターンを組み合わせることにより下記4種類の燃焼バーナーの燃焼部分パターンを実現する。
<燃焼バーナーの燃焼部分パターン1>
[燃料ガス供給流路の開閉状態]
・燃料ガス供給流路切替弁11a⇒「閉」
・燃料ガス供給流路切替弁11b⇒「閉」
[燃焼バーナーの燃焼部分]
・燃焼部分B(燃焼部分Bは常に燃焼する部分である)
<燃焼バーナーの燃焼部分パターン2>
[燃料ガス供給流路の開閉状態]
・燃料ガス供給流路切替弁11a⇒「開」
・燃料ガス供給流路切替弁11b⇒「閉」
[燃焼バーナーの燃焼部分]
・燃焼部分Aと燃焼部分B
<燃焼バーナーの燃焼部分パターン3>
[燃料ガス供給流路の開閉状態]
・燃料ガス供給流路切替弁11a⇒「閉」
・燃料ガス供給流路切替弁11b⇒「開」
[燃焼バーナーの燃焼部分]
・燃焼部分Bと燃焼部分C
<燃焼バーナーの燃焼部分パターン4>
[燃料ガス供給流路の開閉状態]
・燃料ガス供給流路切替弁11a⇒「開」
・燃料ガス供給流路切替弁11b⇒「開」
[燃焼バーナーの燃焼部分]
・燃焼部分A、燃焼部分B、と燃焼部分C
なお、図6では燃料ガス供給流路切替弁の開閉状態を「白色」が「開」、「黒色」が「閉」で示しており、燃料ガス供給流路切替弁1が「開」、燃料ガス供給流路切替弁2が「閉」の状態、すなわち上記<燃焼バーナーの燃焼部分パターン2>の状態を示している。上記4種類の燃焼バーナーの各燃焼部分パターンに対して、制御手段7は供給燃料ガス量の調整をするため(出力3−2)ガスガバナ弁開度制御駆動信号を発し、ガスガバナ弁11の開度調整を行う。ガスガバナ弁11としては、たとえばダイヤフラムを内蔵し制御手段7からの駆動電流量によって弁開度を調整する構成が考えられる。また燃料ガス供給装置には制御手段7からの(出力3−1)燃料ガス流路元弁開閉駆動信号によって駆動される燃料ガス流路元弁11cが備えられており、燃焼バーナー6に燃料ガスを供給する際には燃料ガス流路元弁11cは「開」となる。燃料ガス流路元弁11cとしては燃料ガス供給流路切替弁と同様な電磁弁の構成が考えられる。燃料ガス供給流路から供給された燃料ガスは、燃焼用ファン10から供給される空気と混合され、予混合気として燃焼バーナー6の予混合気流路6aに供給される。図3において、ドレン水供給装置16から供給されるドレン水はドレン水噴霧ノズル16aから装置内に供給され、燃焼用ファン10から供給される空気と混合され、燃料ガス供給流路A、燃料ガス供給流路B、および燃料ガス供給流路Cに対応するドレン水供給流路A、ドレン水供給流路B、およびドレン水供給流路Cを通って燃焼バーナー6のドレン水流路6bへと供給される。
次に、本発明の第14の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機に関して、図7(A)および(B)に示した貯水量検出手段の構成を利用し、ドレン水供給装置内にドレン水がある場合でもない場合でも燃焼バーナーでの燃焼状態を安定させて行う動作、作用について以下に説明する。
本実施の形態においては、予混合気流路6aに当量比Φ=1.3程度の過濃予混合気を供給してドレン水流路6bに供給したドレン水と同時に燃焼させることで、最終的にはたとえば当量比Φ=0.8程度の燃焼状態となるように燃焼バーナーを適切に設計している。当量比Φ=0.8における予混合燃焼は図2によれば排出CO濃度が200ppm程度の良好な燃焼状態である。ところが、ドレン水供給装置16にドレン水がない場合には、予混合気流路6aに供給される当量比Φ=1.3程度のみの予混合燃焼となるので図2によれば排出CO濃度が4000ppmにも達する劣悪な燃焼状態となる。ドレン水供給装置16にドレン水がない場合には、たとえば装置の運転開始時において結露水が徐々に発生して中和装置14での中和反応を経てドレン水がある程度発生するまでの場合や、装置の燃焼量が小さく結露水の発生が少ない場合にドレン水の発生が断続的に行われる場合などが考えられる。そこで、ドレン水供給装置16内にドレン水がある場合でもない場合でも排出CO濃度が200ppm程度の良好な燃焼状態となるように、ドレン水供給装置内にドレン水がある場合とない場合とで燃焼用ファン10で供給する空気量を変化させる燃焼制御を行う。
図22には、ドレン水供給装置内にドレン水がある場合とない場合のそれぞれの燃焼制御ラインを示している。図22の横軸には燃料ガス供給量を、縦軸には供給空気量を示している。なお縦軸は供給空気量に対応する燃焼用ファンの駆動回転数と考えても良い。貯水量検出手段によってドレン水貯水量なしと判定される場合には燃焼制御ラインAのような燃料ガス供給量に対する供給空気量制御を行い、またドレン水貯水量ありと判定される場合には燃焼制御ラインBのような燃料ガス供給量に対する供給空気量制御を行う。図22ではある燃料ガス供給量fに対して、ドレン水貯水量ありと判定される場合には燃焼用ファン回転数R(f)rpmで供給空気量制御を行い、ドレン水貯水量なしと判定される場合には燃焼用ファン回転数R(f)rpmで供給空気量制御を行う状態を示している。そしてこれらの燃焼用ファン回転数R(f)rpm、R(f)rpmで最終的に当量比Φ=0.8程度の燃焼状態を実現するように設計している。要求燃焼量が変化して燃料ガス供給量fが変化すれば、燃焼制御ラインBあるいは燃焼制御ラインAに従って燃焼制御が行われる。
図23には図22に示した燃焼制御の動作例を示しており横軸の経過時刻に対し、ドレン水供給装置内の実際のドレン水貯水量、貯水量検出手段によって検出される貯水量検出信号、燃焼用ファン回転数、および燃焼バーナーでの燃焼状態(当量比Φ)をそれぞれ示している。図23においては経過時刻に対して実際のドレン水貯水量が一定の貯水量から減少してゼロとなり、増加して再び一定の貯水量となった場合を示している。また図25にはこの時の制御信号の流れおよび燃焼制御方法を示しており、図7(A)および(B)に示したドレン水供給装置内の貯水量検出手段から制御手段へは(入力1)貯水量検出信号が入力され、制御手段7から燃焼用ファン10へは(出力2)燃焼用ファン駆動信号が出力される。図23において当初は燃焼用ファン回転数R(f)rpmで燃焼用ファンを駆動していたが、ある時刻からドレン水貯水量が一定の貯水量から減少したために燃焼用ファン回転数R(f)rpmのままでは設計目標である当量比Φ=0.8から増加していく。時刻tで貯水量検出手段は貯水量「あり」から「なし」を判定し、制御手段は(出力2)燃焼用ファン駆動信号として燃焼用ファン回転数をアップさせ、燃焼用ファンの駆動回転数は時刻t’にR(f)rpmとなる。ここで時刻tと時刻t’の時間差は貯水量有無判定動作検出等の遅れ時間を示している。時刻t’に燃焼用ファン回転数がR(f)rpmとなることで燃焼バーナーの当量比は再び設計目標であるΦ=0.8に近づく。燃焼用ファンをR(f)rpmで駆動中に実際のドレン水貯水量が増加していくと燃焼バーナーでの当量比はΦ=0.8から減少していく。時刻tで貯水量検出手段は貯水量「なし」から「あり」を判定し、制御手段は(出力2)燃焼用ファン駆動信号として燃焼用ファン回転数をダウンさせ、燃焼用ファンの駆動回転数は時刻t’にR(f)rpmとなる。ここで時刻tと時刻t’の時間差は貯水量有無判定動作検出等の遅れ時間を示している。時刻t’に燃焼用ファン回転数がR(f)rpmとなることで燃焼バーナーの当量比は再び設計目標であるΦ=0.8に近づく。このように図25に示すように(入力1)貯水量検出信号が「あり」の場合には(出力2)燃焼用ファン駆動信号をR(f)rpmとし、(入力1)貯水量検出信号が「なし」の場合には(出力2)燃焼用ファン駆動信号をR(f)rpmとする燃焼制御を行うことで、ドレン水貯水量がありの場合でもなしの場合でも設計目標当量比であるΦ=0.8で燃焼させることができる。
以上のように本実施の形態においては、基本となるバーナー構成を過濃予混合気が流れる予混合気流路1本に対してその両側に1本ずつのドレン水流路を設けることで、予混合気流路を流れる過濃予混合気濃度拡散とドレン水の火炎中でのCOの酸化への寄与が左右対称に行うことが可能となるためより安定した火炎形成の実現を提供し、燃料ガス供給流路に対応させてドレン水供給流路を配置した構成を提供し、ドレン水噴霧ノズル先端を燃焼ファンによって供給される空気が通過するベンチュリー部に配置することでより効率的にドレン水を噴霧(微粒化)させる技術を提供し、貯水量検出手段を備えることによってドレン水の貯水量を検出する手段を提供し、ドレン水の貯水量がありの場合でもなしの場合でも燃焼バーナー部の当量比を設計目標値に安定化させる燃焼制御技術を提供できる。
本実施の形態によって、過濃予混合気の燃焼過程で発生するCOの酸化にドレン水を利用し、従来のようにドレン水を装置外へ排出することなく燃焼反応に利用できるので、従来必要であった専用の排水溝の整備が不要となり、装置設置時にそれらの別途工事も不要とすることができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の第3、第4、および第5の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機に関して述べる。
図8は、本発明の第3、第4、および第5の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機の燃焼バーナー、ドレン水供給装置、燃焼用ファン、および燃料ガス供給装置のシステム構成図である。図9は、本発明の第3の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機の燃料ガス供給装置の構成図である。図10は、本発明の第4および第5の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機のドレン水供給流路の構成図である。図11(A)および図11(B)は、本発明の第3の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機の予混合気流路およびドレン水流路の断面構成図である。図8、図9、図10、図11(A)、および図11(B)の構成をした本発明の潜熱回収型ガス給湯機の構成について、以下その動作、作用について説明する。
図8において、図3と異なるところは、燃焼バーナー6のドレン水流路6bに燃焼用ファン10から供給される空気とドレン水供給装置16から供給されるドレン水に加え、燃料ガス供給装置11から供給される燃料ガスが流れる構成にしたところと、ドレン水供給流路に流路開閉を行うドレン水供給流路開閉手段を有する構成としたところである。図9に示した燃料ガス供給装置の構成の詳細においては、各燃料ガス供給流路に対して予混合気流路側6aに配置された予混合気流路側燃料ガス噴射ノズル6gとドレン水流路側に配置されたドレン水流路側燃料ガス噴射ノズル6hが設けられている。たとえば、燃料ガス供給流路Aならば、予混合気流路側に3個の予混合気流路側燃料ガス噴射ノズル6gと、ドレン水流路側に6個のドレン水流路側燃料ガス噴射ノズル6hが配置されている。ここで、予混合気流路側燃料ガス噴射ノズル径とドレン水流路側燃料ガス噴射ノズル径を適切に選定することで、単一のガスガバナ弁11で調整される燃料ガス供給圧に対して予混合気流路側6aに供給される燃料ガス量とドレン水流路側6bに供給される燃料ガス量を調整することができる。なお図9においては、図6で示した場合と同様に燃料ガス供給流路切替弁の開閉状態を「斜線」が「開」で、「塗りつぶし」が「閉」で示しており、燃料ガス供給流路切替弁11aが「開」、燃料ガス供給流路切替弁11bが「閉」の状態、すなわち燃料ガス供給流路Aと燃料ガス供給流路Bに対応した部分に燃料ガスが供給されている状態を示している。図10に示したドレン水供給流路の構成の詳細においては、ドレン水供給流路16cにドレン水供給流路切替弁16fが、ドレン水供給流路16eにドレン水供給流路16gが配置されている。ここでドレン水供給流路切替弁16fやドレン水供給流路切替弁16gの構成としては、燃料ガス供給流路切替弁11aや燃料ガス供給流路切替弁11bと同様な電磁弁の構成が考えられる。図10ではドレン水供給流路切替弁の開閉状態を「斜線」が「開」、「塗りつぶし」が「閉」で示しており、ドレン水供給流路切替弁16fが「開」をドレン水供給流路切替弁16gが「閉」を示している。すなわち図10においては、燃焼用ファン10から供給された空気とドレン水供給装置16のドレン水噴霧ノズル16aから供給されるドレン水は、ドレン水供給流路16cとドレン水供給流路16dに対応した部分にのみ供給される。このドレン水供給状態は図9の燃料ガス供給状態と対応しており、ドレン水を燃焼バーナー6の燃焼部分に対応させて供給させることができ、燃焼バーナー6の燃焼部分にのみドレン水を供給しより効率的なドレン水噴霧を行うことができる。
以上のように制御手段7は燃料ガス供給流路切替弁11aと燃料ガス供給流路切替弁11bの開閉状態、すなわち燃焼バーナーの燃焼部分に対応するように(出力6)ドレン水供給流路切替弁16f開閉駆動信号、(出力7)ドレン水供給流路切替弁16g開閉信号を発して下記4種類のパターンを実現する。
<燃焼バーナーの燃焼部分パターン1>
[燃料ガス供給流路の開閉状態]
・燃料ガス供給流路切替弁11a⇒「閉」
・燃料ガス供給流路切替弁11b⇒「閉」
[燃焼バーナーの燃焼部分]
・燃焼部分B
[ドレン水供給流路の開閉状態]
・ドレン水供給流路切替弁16f⇒「閉」
・ドレン水供給流路切替弁16g⇒「閉」
<燃焼バーナーの燃焼部分パターン2>
[燃料ガス供給流路の開閉状態]
・燃料ガス供給流路切替弁11a⇒「開」
・燃料ガス供給流路切替弁11b⇒「閉」
[燃焼バーナーの燃焼部分]
・燃焼部分Aと燃焼部分B
[ドレン水供給流路の開閉状態]
・ドレン水供給流路切替弁16f⇒「開」
・ドレン水供給流路切替弁16g⇒「閉」
<燃焼バーナーの燃焼部分パターン3>
[燃料ガス供給流路の開閉状態]
・燃料ガス供給流路切替弁11a⇒「閉」
・燃料ガス供給流路切替弁11b⇒「開」
[燃焼バーナーの燃焼部分]
・燃焼部分Bと燃焼部分C
[ドレン水供給流路の開閉状態]
・ドレン水供給流路切替弁16f⇒「閉」
・ドレン水供給流路切替弁16g⇒「開」
<燃焼バーナーの燃焼部分パターン4>
[燃料ガス供給流路の開閉状態]
・燃料ガス供給流路切替弁11a⇒「開」
・燃料ガス供給流路切替弁11b⇒「開」
[燃焼バーナーの燃焼部分]
・燃焼部分A、燃焼部分B、と燃焼部分C
[ドレン水供給流路の開閉状態]
・ドレン水供給流路切替弁16f⇒「開」
・ドレン水供給流路切替弁16g⇒「開」
図11(A)は予混合気流路およびドレン水流路の断面構成を示したものである。本実施の形態においては、前述のように予混合気流路に配置された予混合気流路側燃料ガス噴射ノズル22のみならずドレン水流路にも燃料ガスを供給するためドレン水流路側にもドレン水流路側燃料ガス噴射ノズル6hが配置された構成となっている。これら予混合気流路側燃料ガス噴射ノズル6gおよびドレン水流路側燃料ガス噴射ノズル6hに供給する燃料ガス量を単一のガスガバナ弁で制御するため、予混合気流路側燃料噴射ノズル径とドレン水流路側燃料ガス噴射ノズル径を適切に選択する。ただしここでは、ドレン水流路を流れる予混合気の当量比Φはドレン水を含まず、ドレン水側燃料噴射ノズルから噴射される燃料ガス割合と燃焼ファンから供給される空気割合で考えるものとする。
予混合気流路を流れる予混合気の当量比Φとドレン水流路を流れる予混合気の当量比Φの選定としてはたとえば図11(A)に示すように、Φ=0.7とΦ=1.3とすることが考えられる。燃料ガス割合がより多い当量比Φ=1.3をドレン水流路側とすることで、COの発生しやすい過濃予混合気である当量比Φ=1.3と予めドレン水が混合されることで、より燃焼反応で発生するCOの酸化をより促進させることができる。あるいはたとえば図11(B)に示すように、Φ=1.3とΦ=1.0とすることが考えられる。量論当量比Φ=1.0では燃焼時の火炎温度は最高となるため、当量比Φ=1.0をドレン水流路の当量比とすることでドレン水流路に噴霧されたドレン水が高温雰囲気によって蒸発過程が促進され、予混合気流路を流れる予混合気Φ=1.3の燃焼過程で発生するCOの酸化をより促進させることができる。ただし予混合気流路Φ=1.3の燃焼割合に対してドレン水流路のΦ=1.0の割合が多いと、量論当量比Φ=1.0では燃焼時の火炎温度は最高となることで火炎温度の高さによって発生する有害排気ガス成分のサーマルNOx生成量が増加するため、ドレン水流路に供給する燃焼ガス量の全体に供給する燃料ガス供給割合は、10%程度とすることが望ましい。
以上のように本発明の実施の形態においては、燃焼バーナーのドレン水流路に燃料ガス供給装置から供給される燃料ガスが流れる構成とすることで、燃焼バーナーでの燃焼過程で発生するCOの酸化へのドレン水の寄与をより促進させる方式を提供し、燃料ガス供給装置に対応させてドレン水供給流路を配置した構成を提供し、ドレン水供給流路に流路開閉を行うドレン水供給流路開閉手段を有する構成とすることで燃焼バーナーの燃焼部分にのみドレン水を供給することができる構成を提供できる。本実施の形態によって、過濃予混合気の燃焼過程で発生するCOの酸化にドレン水を利用し、従来のようにドレン水を装置外へ排出することなく燃焼反応に利用できるので、従来必要であった専用の排水溝の整備が不要となり、装置設置時にそれらの別途工事も不要とすることができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の8の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機に関して述べる。
図13は、本発明の第8の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機の燃焼バーナー、ドレン水供給装置、燃焼用ファン、および燃料ガス供給装置のシステム構成図である。また本実施の形態4における潜熱回収型ガス給湯機の構成としてはたとえば図1または図12に示したものである。図13の構成をした本発明の潜熱回収型ガス給湯機の構成について、以下その動作、作用について説明する。
図13において、図3あるいは図8に示した構成と異なるところは、ドレン水噴霧ノズル16aを燃焼バーナー6の各ドレン水流路6bに配置させたことである。ドレン水噴霧ノズル16aを各ドレン水流路6bに配置させることで、ドレン水流路6bへのドレン水噴霧をより均一化させることができ燃焼バーナーでの火炎形成をより安定させる燃焼技術を提供できる。本実施の形態によって、過濃予混合気の燃焼過程で発生するCOの酸化にドレン水を利用し、従来のようにドレン水を装置外へ排出することなく燃焼反応に利用できるので、従来必要であった専用の排水溝の整備が不要となり、装置設置時にそれらの別途工事も不要とすることができる。
(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明の第9および第10の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機に関して述べる。
図14は、本発明の第9および第10の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機のドレン水供給装置の構成図である。図15は、本発明の第9および第10の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機のドレン水供給装置のシステム構成図である。また本実施の形態5における潜熱回収型ガス給湯機のシステム構成としてはたとえば図1または図12に示したものである。また本発明の実施の形態5における燃焼バーナー、ドレン水供給装置、燃焼用ファン、および燃料ガス供給装置のシステム構成としてはたとえば図3、図8、または図13に示したものである。図14および図15の構成をした本発明の潜熱回収型ガス給湯機の構成について、以下その動作、作用について説明する。
図14においては、たとえば図3または図8に示した燃焼バーナー6、ドレン水供給装置16、燃焼用ファン19、および燃料ガス供給装置11のシステム構成に対して、ドレン水供給装置16にはドレン水供給ポンプ18を用いている。図14および図15において、制御手段7から(出力6)ドレン水供給ポンプ駆動信号が発せられると、ドレン水供給ポンプ18の駆動モーターが駆動され、ドレン水キャッチタンク15よりドレン水がドレン水供給ポンプ18の吸入側より供給される。ドレン水供給ポンプ18で加圧供給されるドレン水はドレン水供給ポンプ18吐出側より吐出される。ドレン水供給ポンプ18としてはたとえば図14に示すように、ローラー19とローター20から構成される。ドレン水供給ポンプ18の駆動モーターによってローター20が回転すると、ローラー19はドレン水供給ポンプ18のケーシング内壁に沿って回転する。ドレン水供給ポンプ18の吸入側では容積が徐々に増加してドレン水キャッチタンク15からドレン水を吸入し、吐出側では容積が徐々に減少してドレン水が吐出される。この動作でドレン水は装置内へと圧送される。ドレン水供給ポンプ18から吐出されたドレン水はドレン水噴霧ノズル16aからドレン水流路側6bへと供給される。なお図14では、ドレン水噴霧ノズル16aからのドレン水供給圧を安定させるためにドレン水供給圧レギュレーターを備えた構成を示している。装置の燃焼量の変化によって燃焼用ファン10の回転数が変化するとドレン水噴霧ノズル16a先端部の雰囲気圧力すなわち燃焼用ファン10による吸入空気圧力は変化する。従って変化する燃焼用ファン10による吸入空気圧力に対して、ドレン水噴霧ノズル16aのドレン水供給圧力は常に一定の正圧(たとえば0.2MPa)を保つ必要があるため、ドレン水供給圧レギュレーターを設けている。このドレン水供給圧レギュレーターは、燃焼用ファン圧力ポート21、スプリング22、ダイヤフラム23、ドレン水リターンバルブ24、およびドレン水リターンポート25から構成される。ドレン水供給圧力が高い場合はスプリング22とダイヤフラム23のはたらきによってドレン水リターンバルブ24が開き、ドレン水リターンポート25から余分なドレン水はドレン水リターンパイプ15aを通ってドレン水キャッチタンク15へと戻る。このようにドレン水供給圧レギュレーターを設けることで、変化する燃焼用ファン回転数に対して常に安定したドレン水供給圧力を確保することができる。また前記実施の形態4の、図13に示したドレン水噴霧ノズルが燃焼バーナーの各ドレン水流路に配置された構成においては、より安定したドレン水噴霧量を確保できる本実施の形態5のドレン水供給ポンプを利用したドレン水供給装置の構成が有効である。
また図14においては、ドレン水供給ポンプ18の駆動の方法としてドレン水供給ポンプ18を専用に駆動する駆動モーターを利用するのではなく、常に動作している燃焼用ファン10の駆動力を利用してドレン水供給ポンプ駆動手段26によってドレン水供給ポンプ18を駆動させる構成も示している。ドレン水供給ポンプ駆動手段26の構成としては、燃焼用ファン10の駆動軸とドレン水供給ポンプ18のローター軸をVベルト等でつなぐ構成が考えられる。
以上のように本発明の実施の形態においては、ドレン水供給装置をドレン水供給ポンプでドレン水を装置内へ加圧供給させる構成とすることによって、図5あるいは図7(A)に示した燃焼用ファンの吸入負圧を利用した構成よりもより安定してドレン水を供給でき、かつドレン水の微粒化にも有利なドレン水噴霧技術を提供できる。本実施の形態によって、過濃予混合気の燃焼過程で発生するCOの酸化にドレン水を利用し、従来のようにドレン水を装置外へ排出することなく燃焼反応に利用できるので、従来必要であった専用の排水溝の整備が不要となり、装置設置時にそれらの別途工事も不要とすることができる。
(実施の形態6)
本実施の形態では、本発明の第11の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機に関して述べる。
図16は本発明の第11の潜熱回収型ガス給湯機のドレン水供給装置の構成図である。また本実施の形態6における潜熱回収型ガス給湯機の構成としてはたとえば図12に示したものである。図16の構成をした本発明の潜熱回収型ガス給湯機の構成について、以下その動作、作用について説明する。
図16において、ドレン水供給装置16のドレン水噴霧ノズル16a上流部にはドレン水蒸発手段27が設けられている。ドレン水蒸発手段27としては、たとえば電気ヒーターによる電気加熱式の構成が考えられる。制御手段7は前記(実施の形態2)で述べたような貯水量検出手段17によって判定されるドレン水貯水量有無状態に従ってドレン水蒸発手段27の通電を行う。すなわち図16のようにドレン水供給装置16内にドレン水貯水量ありの場合には、制御手段7は(出力1)ドレン水蒸発手段駆動信号を発し、ドレン水蒸発手段27を通電させ、発熱したドレン水蒸発手段27によってドレン水は蒸発する。このドレン水蒸発手段27によって、装置内にドレン水が供給される際にドレン水が蒸発して水蒸気となることで図5に示した構成ならばドレン水流路6bを流れる空気との混合が、図11(A)に示した構成ならばドレン水流路6bを流れる空気や燃料ガスとの混合がより促進され、かつ燃焼反応時のドレン水の蒸発過程が飛躍的に促進される。また貯水量検出手段17によってドレン水貯水量なしと判定される場合には、制御手段7は(出力1)ドレン水蒸発手段駆動信号の出力を停止し、ドレン水蒸発手段27への通電を停止させる。
以上のように本発明の実施の形態においては、ドレン水供給装置にドレン水蒸発手段を備える構成とすることでドレン水の装置内への微粒化を促進させ、かつ燃焼反応時のドレン水の蒸発過程を飛躍的に促進させる技術を提供できる。本実施の形態によって、過濃予混合気の燃焼過程で発生するCOの酸化にドレン水を利用し、従来のようにドレン水を装置外へ排出することなく燃焼反応に利用できるので、従来必要であった専用の排水溝の整備が不要となり、装置設置時にそれらの別途工事も不要とすることができる。
(実施の形態7)
本実施の形態では、本発明の第12、第13、第14、および第15の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機に関して述べる。
まず本発明の第12の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機に関して述べる。図17(A)は本発明の第12、第13、第14、および第15の潜熱回収型ガス給湯機における排気ガス成分濃度検出手段としてOセンサーを用いた場合のOセンサーの構成図である。図17(A)の構成をしたOセンサーを排気ガス成分濃度検出手段として用いた場合の本発明の潜熱回収型ガス給湯機について、以下その動作、作用について説明する。
図17(A)に示すOセンサーの構成はたとえば自動車等の内燃機関において、電子制御式燃料供給装置に用いられるものの一例である。自動車等の電子制御式燃料供給装置ではOセンサーの出力信号から空燃比の算定を行い、燃料の噴射量を調節している。Oセンサーは大気と排気ガス中の酸素濃度を感知して電圧信号として出力を行う。その構成は固体電解質40として、たとえばジルコニア素子の両側表面に多孔質の白金薄膜をコーティングしたものである。それらの白金薄膜のうち排気ガスと接する側は排気側電極39として、比較用の大気と接する側は比較大気側電極41として振舞う。固体電解質40のジルコニア素子はその両面に酸素濃度差が存在すると起電力を発生させる性質があり、さらにOセンサーの温度が高くなると、電極の働きをする白金の触媒作用で量論当量比Φ=1.0を境にして出力起電力が急変する性質がある。図17(B)は当量比Φに対するOセンサー出力起電力の特性例を示したものである。すなわち量論当量比Φ=1.0を境にして当量比Φ<1.0における希薄燃焼状態の排気ガス中の酸素濃度は高く、当量比Φ>1.0における過濃燃焼状態の排気ガス中の酸素濃度は低くなっている。この性質を利用すれば、Oセンサー出力起電力を検出することで燃焼バーナーにおいてどのような当量比で燃焼しているかを判断することができる。
図19、図20、および図21は排気ガス成分濃度検出手段が配置される排気通路部の構成を示したものである。本発明の潜熱回収型ガス給湯機の燃焼バーナー6、ドレン水供給装置16、燃焼用ファン10、および燃料ガス供給装置11のシステム構成として、たとえば図3を例にすると、前記(実施の形態2)中で述べたように燃焼バーナーの燃焼部分パターンとしては下記4種類が存在する。
<燃焼バーナーの燃焼部分パターン1>
[燃料ガス供給流路の開閉状態]
・燃料ガス供給流路切替弁11a⇒「閉」
・燃料ガス供給流路切替弁11b⇒「閉」
[燃焼バーナーの燃焼部分]
・燃焼部分B(燃焼部分Bは常に燃焼する部分である)
<燃焼バーナーの燃焼部分パターン2>
[燃料ガス供給流路の開閉状態]
・燃料ガス供給流路切替弁11a⇒「開」
・燃料ガス供給流路切替弁11b⇒「閉」
[燃焼バーナーの燃焼部分]
・燃焼部分Aと燃焼部分B
<燃焼バーナーの燃焼部分パターン3>
[燃料ガス供給流路の開閉状態]
・燃料ガス供給流路切替弁11a⇒「閉」
・燃料ガス供給流路切替弁11b⇒「開」
[燃焼バーナーの燃焼部分]
・燃焼部分Bと燃焼部分C
<燃焼バーナーの燃焼部分パターン4>
[燃料ガス供給流路の開閉状態]
・燃料ガス供給流路切替弁11a⇒「開」
・燃料ガス供給流路切替弁11b⇒「開」
[燃焼バーナーの燃焼部分]
・燃焼部分A、燃焼部分B、と燃焼部分C
上記4種類の燃焼部分パターンに対して、図3の構成においては燃焼していない部分のバーナー部にも燃焼用ファンから空気が供給される。すなわち<燃焼バーナーの燃焼部分パターン1>においては燃焼部分Aと燃焼部分Cが、<燃焼バーナーの燃焼部分バターン2>においては燃焼部分Cが、<燃焼バーナーの燃焼部分パターン3>においては燃焼部分Bが、燃焼していないが燃焼用ファンから空気が供給されている。したがって<燃焼バーナーの燃焼部分パターン1>、<燃焼バーナーの燃焼部分パターン2>、および<燃焼バーナーの燃焼部分パターン3>においては、最終的に装置外へ排出される排気ガス成分濃度は燃焼反応に寄与しない燃焼用ファンから供給される空気によって希釈されてしまい、燃焼バーナーの内の燃焼部分がどのような当量比で燃焼しているかを判断するためには、排気ガス成分濃度検出手段28によって燃焼バーナーの燃焼部分の排気ガスを検出する必要がある。図19、図20、および図21に示した排気ガス成分濃度検出手段28が配置される排気通路部の構成は、燃焼バーナーの燃焼部部の排気ガスを検出するためのものである。
図19において、排気ガス成分濃度検出手段28は燃焼バーナー6の燃焼部分Bの下流に対応する排気通路領域B部分に排気ガス成分濃度検出手段28を配置させた構成としている。なお本実施の形態における排気ガス成分濃度検出手段28はOセンサーを想定している。図19において、排気ガス成分濃度検出手段28を排気通路領域Bに配置させる理由は、上記4種類の燃焼部分パターンにおいて燃焼バーナーの燃焼部分Bは常に燃焼しているので、燃焼バーナーの流速分布、供給当量比分布、燃焼反応生成物濃度分布等の燃焼分布が均一であるような燃焼バーナー設計を行う限りにおいては、燃焼部分Bに対応した排気ガス成分濃度の測定値で燃焼バーナー全体の排気ガス成分濃度を代表させることができる。
以上、図19に示すように常時燃焼する燃焼バーナーの燃焼部分の下流に対応した排気通路領域に排気ガス成分濃度検出手段を配置させることで、燃焼バーナー全体の排気ガス成分濃度検出を行うことができる。
図20において、排気ガス成分濃度検出手段を配置させる排気通路部は、燃焼バーナーの各燃焼部分の下流に対応する排気通路領域に各排気ガス成分濃度検出手段を配置させる構成、すなわち燃焼部分Aの下流に対応する排気通路領域Aに排気ガス成分濃度検出手段28aを、燃焼部分Bの下流に対応する排気通路領域Bに排気ガス成分濃度検出手段28bを、および燃焼部分Cの下流に対応する排気通路領域Cに排気ガス成分濃度28cを配置させた構成としている。図20において、燃焼バーナーの各燃焼部分の下流に対応する排気通路領域に各排気ガス成分濃度検出手段を配置させる理由は、上記4種類の燃焼部分パターンにおいて燃焼バーナーの燃焼部分に対応した部分の排気ガス成分濃度を測定するためである。燃焼部分が複数となる場合は、それらに対応した個数の排気ガス成分濃度検出手段からの排気ガス成分濃度検出信号が制御手段へと入力される。そしてたとえばそれら複数の排気ガス成分濃度検出信号の平均値で、燃焼バーナーの燃焼部分の排気ガス成分濃度とするような当量比算定が考えられる。燃焼バーナーの各燃焼部分パターンにおいて、燃焼バーナーの燃焼部分、制御手段に入力される排気ガス成分濃度検出信号、燃焼バーナーの燃焼部分の排気ガス成分濃度をまとめると下記の通りとなる。
<燃焼バーナーの燃焼部分パターン1>
[燃焼バーナーの燃焼部分]
・燃焼部分B(燃焼部分Bは常に燃焼する部分である)
[制御手段に入力される排気ガス成分濃度検出信号]
・(入力5B)排気ガス成分濃度検出信号Bのみ
[燃焼バーナーの燃焼部分の排気ガス成分濃度]
・(入力5B)のみ
<燃焼バーナーの燃焼部分パターン2>
[燃焼バーナーの燃焼部分]
・燃焼部分Aと燃焼部分B
[制御手段に入力される排気ガス成分濃度検出信号]
・(入力5A)排気ガス成分濃度検出信号A
・(入力5B)排気ガス成分濃度検出信号B
[燃焼バーナーの燃焼部分の排気ガス成分濃度]
・(入力5A)と(入力5B)の平均値
<燃焼バーナーの燃焼部分パターン3>
[燃焼バーナーの燃焼部分]
・燃焼部分Bと燃焼部分C
[制御手段に入力される排気ガス成分濃度検出信号]
・(入力5B)排気ガス成分濃度検出信号B
・(入力5C)排気ガス成分濃度検出信号C
[燃焼バーナーの燃焼部分の排気ガス成分濃度]
・(入力5B)と(入力5C)の平均値
<燃焼バーナーの燃焼部分パターン4>
[燃焼バーナーの燃焼部分]
・燃焼部分Aと燃焼部分Bと燃焼部分C
[制御手段に入力される排気ガス成分濃度検出信号]
・(入力5A)排気ガス成分濃度検出信号A
・(入力5B)排気ガス成分濃度検出信号B
・(入力5C)排気ガス成分濃度検出信号C
[燃焼バーナーの燃焼部分の排気ガス成分濃度]
・(入力5A)と(入力5B)と(入力5C)の平均値
以上、図20に示すように燃焼バーナーの各燃焼部分の下流に対応する排気通路領域に各排気ガス成分濃度検出手段を配置させることで、燃焼バーナーの燃焼部分に対応した部分の排気ガス成分濃度検出を行うことができる。
図21において、排気ガス成分濃度検出手段を配置させる排気通路部は、主熱交換器下流でいったん排気通路を集合させ燃焼部分の排気ガスを集合させる構成とし、その中に排気ガス成分濃度検出手段28を配置させる構成としている。排気通路部を排気ガスが集合する構成とすることで、各燃焼部分の排気ガスが混合され単一の排気ガス成分濃度検出手段28のみで排気ガス成分濃度を検出することが可能となる。ただし本構成においては上記<燃焼バーナーの燃焼部分パターン4>ならば燃焼バーナーの全部分が燃焼しているので、排気ガス成分濃度検出手段28から制御手段への(入力5)排気ガス成分濃度検出信号から算定される当量比そのものが燃焼バーナーで燃焼している当量比を表すことができるが、<燃焼バーナーの燃焼部分パターン1>、<燃焼バーナーの燃焼部分パターン2>、および<燃焼バーナーの燃焼部分パターン3>においては燃焼バーナーの全部分が燃焼しているわけではなく燃焼していない部分には燃焼用ファンから供給される空気が流れているため、排気ガス成分濃度検出手段28で検出される排気ガス成分濃度は希釈されており(入力5)そのものの値は燃焼バーナーの燃焼部分の排気ガス成分濃度を正しく表していない。したがって<燃焼バーナーの燃焼部分パターン1>、<燃焼バーナーの燃焼部分パターン2>、および<燃焼バーナーの燃焼部分パターン3>においては、燃焼バーナーの燃焼部分の排気ガス成分濃度を表現するため、排気ガス成分濃度検出手段28から制御手段への(入力5)排気ガス成分濃度検出信号から算定される当量比をもとにして、たとえば次のような補正を行う。
図21において、燃焼部分Aに供給される燃料ガス量をF(A)、燃焼部分Aに供給される空気量をA(A)とし、同様に燃焼部分BについてはそれぞれF(B)、A(B)とし、同様に燃焼部分CについてはそれぞれF(C)、A(C)とする。また<燃焼バーナーの燃焼部分パターン1>の場合の(入力5)排気ガス成分濃度検出信号から算定される当量比をΦraw(1)、実際に燃焼している燃焼部分(この場合は燃焼部分Bに対応する)の当量比をΦ(1)とし、同様に<燃焼バーナーの燃焼部分パターン2>についてはそれぞれΦraw(2)、Φ(2)、同様に<燃焼バーナーの燃焼部分パターン3>についてはそれぞれΦraw(3)、Φ(3)、同様に<燃焼バーナーの燃焼部分パターン4>についてはそれぞれΦraw(4)、Φ(4)とする。これらの表現を用いてたとえば<燃焼バーナーの燃焼部分パターン1>については次のような関係がある。
まずΦ(1)は、燃焼バーナーの燃焼部分の当量比を表すので、
Φ(1)∝F(B)/A(B)・・・(1)
一方、実際には燃焼バーナーの全部分に空気が供給されるので排気ガス成分濃度検出手段58からの(入力5)排気ガス成分濃度検出信号から算定される当量比Φraw(1)は、
Φraw(1)∝F(B)/(A(A)+A(B)+A(C))・・・(2)
(1)と(2)よりF(B)/A(B)を消去すると、燃焼バーナーの燃焼部分の当量比Φ(1)は、(入力5)排気ガス成分濃度検出信号から算定される当量比Φraw(1)を用いて次式で表現できる。
Φ(1)=Φraw(1)(1+((A(A)+A(C))/A(B))・・・(3)
同様に、<燃焼バーナーの燃焼部分パターン2>、<燃焼バーナーの燃焼部分パターン3>、<燃焼バーナーの燃焼部分パターン4>については、燃焼バーナーの燃焼部分の当量比は(入力5)排気ガス成分濃度検出信号から算定される当量比を用いてそれぞれ下記のように表現できる。
<燃焼バーナーの燃焼部分パターン2>
Φ(2)=Φraw(2)(1+(A(C)/(A(A)+A(B))) ・・・(4)
<燃焼バーナーの燃焼部分パターン3>
Φ(3)=Φraw(3)(1+(A(A)/(A(B)+A(C))) ・・・(5)
<燃焼バーナーの燃焼部分パターン4>
Φ(4)=Φraw(4) ・・・(6)
すなわち制御手段に各燃焼バーナーの燃焼部分パターンに応じて(3)、(4)、(5)、(6)による補正を行わせることによって、燃焼バーナーの燃焼部分の当量比を算定することができる。図21において、燃焼バーナーの流速分布、供給当量比分布、燃焼反応生成物濃度分布等の燃焼分布が均一であるような燃焼バーナー設計を行う限りにおいては、燃焼部分Aのバーナーは3箇所、燃焼部分Bのバーナーは3箇所、燃焼部分Cのバーナーは5箇所であるので、
A(A)∝3
A(B)∝3
A(C)∝5
となり、これらを(3)、(4)、(5)、(6)に代入すると、各燃焼バーナーの燃焼部分パターンの燃焼部分における当量比は(入力5)排気ガス成分濃度検出信号から算定される当量比を用いて下記のように表現できる。
<燃焼バーナーの燃焼部分パターン1>
Φ(1)=3.67×Φraw(1)
<燃焼バーナーの燃焼部分パターン2>
Φ(2)=1.83×Φraw(2)
<燃焼バーナーの燃焼部分パターン3>
Φ(3)=1.38×Φraw(3)
<燃焼バーナーの燃焼部分パターン4>
Φ(4)=Φraw(4)
以上、図21における排気ガス成分濃度検出手段を配置させる排気通路部は、主熱交換器下流でいったん排気通路を集合させ燃焼部分の排気ガスを集合させる構成とした場合には、制御手段内に(3)、(4)、(5)、(6)のような補正演算機能を備えておけば、燃焼バーナーの燃焼部分の当量比を把握することができる。
次に、本発明の第13および第14の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機に関して述べる。図19、図20、あるいは図21の配置構成をした排気ガス成分濃度検出手段からの排気ガス成分濃度検出信号から算定される燃焼バーナーの燃焼部分の当量比を監視することによって、ドレン水供給装置内のドレン水貯水量を把握することができる。以下にその方法を述べる。
図22には前記(実施の形態2)で述べた場合と同様にドレン水供給装置内にドレン水がある場合とない場合のそれぞれの燃焼制御ラインを示している。図24には排気ガス成分濃度検出手段からの排気ガス成分濃度検出信号から算定される当量比を監視することによってドレン水供給装置内のドレン水貯水量有無を検出する動作例を示しており、横軸の経過時刻に対し、ドレン水供給装置内の実際のドレン水貯水量、排気ガス成分濃度検出手段としてOセンサーの出力信号から算定される当量比信号、当量比信号から判定される貯水量検出状態、および燃焼用ファン回転数をそれぞれ示している。ここでは経過時刻に対して実際のドレン水貯水量が一定の貯水量から減少してゼロとなり、増加して再び一定の貯水量となった場合を示している。図26にはこの時の排気ガス成分濃度検出手段の貯水量検出機能によるドレン水有無に従って燃焼制御する場合の制御信号の流れと燃焼制御方法を示しており、排気ガス成分濃度検出手段としてここではOセンサーから制御手段へは(入力5)排気ガス成分濃度検出信号が入力され、制御手段内では当量比演算機能で(入力5)排気ガス成分濃度検出信号を当量比信号に変換し、同じく制御手段内の貯水量検出機能で当量比信号から貯水量の有無を判定し、制御手段から燃焼用ファンへは(出力2)燃焼用ファン駆動信号が出力される。
図24および図26において、当初はドレン水供給装置内にドレン水が存在し、燃焼用ファンは図22に示すように燃焼制御ラインBにおいて燃焼用ファン回転数R(f)rpmで駆動され、当量比信号は設計目標である当量比Φ=0.8近傍であったとする。ある時刻からドレン水貯水量が一定の貯水量から減少するにつれ、燃焼用ファン回転数R(f)rpmでは設計目標である当量比Φ=0.8から増加していく。ここで図26に示すように、当量比Φ=0.9を判定ポイントとして定め、燃焼制御ラインBに従って燃焼用ファンを駆動している場合に当量比信号がΦ=0.9以上となったら貯水量検出「なし」と判定し、燃焼用ファン回転数をR(f)rpmとして燃焼制御ラインAに従って燃焼用ファンを駆動させる制御機能を制御手段内に設けておけば、再び検出される当量比を設計目標である当量比Φ=0.8に近づけることができる。また燃焼制御ラインAに従って燃焼用ファンを駆動中に実際のドレン水貯水量が増加するにつれ、当量比Φは設計目標値であるΦ=0.8から減少していく。ここで図26に示すように、当量比Φ=0.7を判定ポイントとして定め、燃焼制御ラインAに従って燃焼用ファンを駆動している場合に当量比信号がΦ=0.7以下となったら貯水量検出「あり」と判定し、燃焼用ファン回転数をR(f)rpmとして燃焼制御ラインBに従って燃焼用ファンを駆動させる制御機能を制御手段内に設けておけば、再び検出される当量比を再び設計目標であるΦ=0.8に近づけることができる。
最後に本発明の第15の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機に関して述べる。ここでは排気ガス成分濃度検出手段からの排気ガス成分濃度検出信号から算定される燃焼バーナーの燃焼部分の当量比を監視する機能を利用して、前記本発明の第13および第14の実施の形態におけるドレン水貯水量有無に従って燃焼制御させる機能だけではなく、ドレン水貯水量が「あり」と判断される場合にでもドレン水供給量にムラや変動が生じることによって燃焼バーナーの当量比にムラや変動が生じる場合には、制御手段は適宜燃焼用ファン回転数を調整してOセンサーの出力起電力値がΦ=0.8相当の値に対して所定の範囲となるような燃焼制御を行わせることができる。
図27は排気ガス成分濃度検出手段の検出信号に従って燃焼用ファン回転数を制御する場合の燃焼制御ラインを示したものであり、図22と同様に横軸に燃料ガス供給量を、縦軸には供給空気量を示している。図28は排気ガス成分濃度検出信号の検出信号に従って燃焼用ファン回転数を制御する場合の制御信号の流れと燃焼制御方法を示したものである。図27において図22と異なるところは、ドレン水貯水量なしの場合には燃焼制御ラインAでドレン水貯水量ありの場合には燃焼制御ラインBで燃焼制御させることに加えて、燃焼制御ラインAと燃焼制御ラインBの間に一つ以上の燃焼制御ラインを設けたことである。ここでは燃焼制御ラインCと燃焼制御ラインDを想定している。燃焼制御ラインAと燃焼制御ラインBの間に設ける燃焼制御ラインの数は多ければ多いほどより細かい燃焼制御を行うことが可能であると考えられるが、実際には用いる排気ガス成分濃度検出手段の出力分解能に見合うように設定することが望ましい。
図28において当初ドレン水貯水量ありであって燃焼制御ラインBの燃焼用ファン回転数R(f)rpmで燃焼制御が行われていたとする。ここでドレン水の噴霧量が減少して当量比が設計目標のΦ=0.8から増加したとする。この時たとえば判定値をΦ=0.85としてこの値以上を検出すると制御手段は燃焼用ファン回転数をR(f)rpmとして燃焼制御ラインDに従って制御を行う。
燃焼制御ラインDの燃焼用ファン回転数R(f)rpmで燃焼制御が行われていた場合に、ドレン水噴霧量が増加して当量比が設計目標のΦ=0.8から減少したとする。この時たとえば判定値をΦ=0.75としてこの値以下を検出すると制御手段は燃焼用ファン回転数をR(f)rpmとして燃焼制御ラインBに従って制御を行う。またドレン水噴霧量が減少して当量比がΦ=0.85以上を検出すると制御手段は燃焼用ファン回転数をR(f)rpmとして燃焼制御ラインCに従って制御を行う。
燃焼制御ラインCの燃焼用ファン回転数R(f)rpmで燃焼制御が行われていた場合に、ドレン水噴霧量が増加して当量比が設計目標のΦ=0.8から減少しΦ=0.75以下を検出すると制御手段は燃焼用ファン回転数をR(f)rpmとして燃焼制御ラインDに従って制御を行う。またドレン水噴霧量が減少して当量比がΦ=0.85以上を検出すると制御手段は燃焼用ファン回転数をR(f)rpmとして燃焼制御ラインAに従って制御を行う。
燃焼制御ラインAの燃焼用ファン回転数R(f)rpmで燃焼制御が行われていた場合に、ドレン水噴霧量が増加して当量比が設計目標のΦ=0.8から減少しΦ=0.75以下を検出すると制御手段は燃焼用ファン回転数をR(f)rpmとして燃焼制御ラインDに従って制御を行う。
以上のように排気ガス成分濃度検出手段の検出信号に従って燃焼用ファン回転数を制御することにより設計目標のΦ=0.8に対して当量比が所定の範囲(ここではΦ=0.75からΦ=0.85)となるような燃焼制御を実現することが可能である。
以上のように本発明の実施の形態においては、排気通路に排気ガス成分濃度検出手段としてOセンサーを考え、排気ガス成分濃度検出信号から算定される燃焼バーナーの燃焼部分の当量比を検出することで燃焼バーナーの燃焼状態を把握することができる。また排気ガス成分濃度検出信号から算定される燃焼バーナーの燃焼部分の当量比を監視することでドレン水供給装置内のドレン水貯水量を検出することができ、ドレン水貯水量に従って燃焼制御させることができる。またドレン水の貯水量に関係なく、ドレン水の貯水量にムラが生じて目標とする当量比から変動した場合には制御手段は燃焼用ファンの回転数を調整することで、目標とする当量比に対してある範囲となるようにし、良好な燃焼状態を実現することができる。本実施の形態によって、過濃予混合気の燃焼過程で発生するCOの酸化にドレン水を利用し、従来のようにドレン水を装置外へ排出することなく燃焼反応に利用できるので、従来必要であった専用の排水溝の整備が不要となり、装置設置時にそれらの別途工事も不要とすることができる。
(実施の形態8)
本実施の形態では、本発明の第12、第13、第14、および第15の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機に関して述べる。前記(実施の形態7)において排気ガス成分濃度検出手段としてOセンサーを適用したが、本実施の形態においては排気ガス成分濃度検出手段としてCOセンサーを適用して前記(実施の形態7)と同様な動作、作用を行わせる。
まず本発明の第12の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機に関して述べる。図18(A)は本発明の第12、第13、第14、および第15の潜熱回収型ガス給湯機の排気ガス成分濃度検出手段としてCOセンサーを用いた場合のCOセンサーの構成図である。図18(A)の構成をしたCOセンサーを排気ガス成分濃度検出手段として用いた場合の本発明の潜熱回収型ガス給湯機について、以下その動作、作用について説明する。
図18(A)において、本実施の形態におけるCOセンサーとしては、たとえばCOを酸化させてその濃度を測定する接触燃焼方式のものが考えられ、センサースペーサー42、比較エレメント43、検知エレメント44、比較エレメント43と検知エレメント44から出力される信号からCO濃度を算定するCOセンサー制御ユニット等で構成される。COセンサー制御ユニットにおいて雰囲気温度補正等を行いCO濃度換算したデジタル出力された(入力5)排気ガス成分濃度検出信号であるCOセンサー出力値が制御手段に入力される。図18(B)にはCO濃度換算値に対するデジタル出力されたCOセンサー出力値を示している。縦軸のデジタル出力されたCOセンサー出力値はたとえば256階調(16進数でFF値)の範囲内に収まるような値である。排気ガス成分濃度検出手段としてここではCOセンサーが配置される排気通路部はたとえば図19に示す構成を考えるものとする。図19において、燃焼バーナーで常に燃焼している燃焼部分Bに対応する排気通路領域BにCOセンサーを配置させることで燃焼バーナー全体のCO濃度検出を行うことができる。
次に、本発明の第13および第14の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機に関して述べる。排気ガス成分濃度検出手段からのCO濃度を監視することによって、ドレン水供給装置内のドレン水貯水量を把握することができる。以下にその方法を述べる。
図22には前記(実施の形態2)および(実施の形態7)で述べた場合と同様にドレン水供給装置内にドレン水がある場合とない場合のそれぞれの燃焼制御ラインを示している。図29にはCOセンサーから出力されるCO濃度によるドレン水有無判定に従って燃焼用ファン回転数を制御する場合の制御信号の流れと燃焼制御方式を示したものである。図29において、排気ガス成分濃度検出手段としてCOセンサーのセンサー検知部で検出されたCO濃度信号は、同じく排気ガス成分濃度検出手段内のCOセンサー制御ユニットにおいてCO濃度に換算され、制御手段へは(入力5)排気ガス成分濃度検出信号が入力される。制御手段内の貯水量検出機能においては換算CO濃度信号から貯水量の有無を判定し、制御手段から燃焼用ファンへは(出力2)燃焼用ファン駆動信号が出力される。
図29において、当初はドレン水供給装置内にドレン水が存在し、燃焼用ファンは図22に示すように燃焼制御ラインBにおいて燃焼用ファン回転数R(f)rpmで駆動され、排気ガス成分濃度検出手段では図2においてたとえば当量比Φ=0.8での燃焼時に排出されるCO濃度である200ppm程度のCO濃度を検出していたとする。排気ガス成分濃度検出手段としてCOセンサーを用いる場合には、たとえば当量比Φ=0.8での燃焼時に排出されるCO濃度である200ppmを設計目標ポイントとしておく。ある時刻からドレン水貯水量が一定の貯水量から減少するにつれ、燃焼用ファン回転数R(f)rpmでは当量比Φが増加し、図2に示すようにCO濃度は増加していく。ここで図29に示すように、CO濃度が400ppmを判定ポイントとして定め、燃焼制御ラインBに従って燃焼用ファンを駆動している場合にCO濃度が400ppm以上となったら貯水量検出「なし」と判定し、燃焼用ファン回転数をR(f)rpmとして燃焼制御ラインAに従って燃焼用ファンを駆動させる制御機能を制御手段内に設けておけば、再び検出されるCO濃度を設計目標である200ppmに近づけることができる。また燃焼制御ラインAに従って燃焼用ファンを駆動中に実際のドレン水貯水量が増加するにつれ、CO濃度は設計目標値である200ppmから減少していく。ここで図29に示すように、CO濃度が50ppmを判定ポイントとして定め、燃焼制御ラインAに従って燃焼用ファンを駆動している場合にCO濃度が50ppm以下となったら貯水量検出「あり」と判定し、燃焼用ファン回転数をR(f)rpmとして燃焼制御ラインBに従って燃焼用ファンを駆動させる制御機能を制御手段内に設けておけば、再び検出されるCO濃度を設計目標である200ppmに近づけることができる。
最後に本発明の第15の実施の形態における潜熱回収型ガス給湯機に関して述べる。ここでは排気ガス成分濃度検出手段からのCO濃度信号を監視する機能を利用して、前記本発明の第13および第14の実施の形態におけるドレン水貯水量有無に従って燃焼制御させる機能だけでなく、ドレン水貯水量が「あり」と判断される場合にでもドレン水供給量にムラや変動が生じることによって燃焼バーナーで発生するCO濃度にムラや変動が生じる場合には、制御手段は適宜燃焼用ファン回転数を調整してCO濃度値が設計目標である200ppmに対して所定の範囲となるような燃焼制御を行わせることができる。
図27は前記(実施の形態7)の場合と同様に、排気ガス成分濃度検出手段の検出信号に従って燃焼用ファン回転数を制御する場合の燃焼制御ラインを示したものである。図30は排気ガス成分濃度検出信号の検出信号に従って燃焼用ファン回転数を制御する場合の制御信号の流れと燃焼制御方式を示したものである。
図30において当初ドレン水貯水量ありであって燃焼制御ラインBの燃焼用ファン回転数R(f)rpmで燃焼制御が行われていたとする。ここでドレン水の噴霧量が減少してCO濃度が設計目標の200ppmから増加したとする。この時たとえば判定値を300ppmとしてこの値以上を検出すると制御手段は燃焼用ファン回転数をR(f)rpmとして燃焼制御ラインDに従って制御を行う。
燃焼制御ラインDの燃焼用ファン回転数R(f)rpmで燃焼制御が行われていた場合に、ドレン水噴霧量が増加してCO濃度が設計目標の200ppmから減少したとする。この時たとえば判定値を100ppmとしてこの値以下を検出すると制御手段は燃焼用ファン回転数をR(f)rpmとして燃焼制御ラインBに従って制御を行う。またドレン水噴霧量が減少してCO濃度が300ppm以上を検出すると制御手段は燃焼用ファン回転数をR(f)rpmとして燃焼制御ラインCに従って制御を行う。
燃焼制御ラインCの燃焼用ファン回転数R(f)rpmで燃焼制御が行われていた場合に、ドレン水噴霧量が増加してCO濃度が設計目標の200ppmから減少し100ppm以下を検出すると制御手段は燃焼用ファン回転数をR(f)rpmとして燃焼制御ラインDに従って制御を行う。またドレン水噴霧量が減少してCO濃度が300ppm以上を検出すると制御手段は燃焼用ファン回転数をR(f)rpmとして燃焼制御ラインAに従って制御を行う。
燃焼制御ラインAの燃焼用ファン回転数R(f)rpmで燃焼制御が行われていた場合に、ドレン水噴霧量が増加してCO濃度が設計目標の200ppmから減少し100ppm以下を検出すると制御手段は燃焼用ファン回転数をR(f)rpmとして燃焼制御ラインDに従って制御を行う。
以上のように排気ガス成分濃度検出手段の検出信号に従って燃焼用ファン回転数を制御することにより設計目標の200ppmに対してCO濃度が所定の範囲(ここでは100ppmから300ppm)となるような燃焼制御を実現することが可能である。
以上のように本発明の実施の形態においては、排気通路に排気ガス成分濃度検出手段としてCOセンサーを考え、排気ガス成分濃度検出信号から検出される燃焼バーナーの燃焼部分のCO濃度を把握することで燃焼バーナーの燃焼状態を把握することができる。また排気ガス成分濃度検出信号から検出される燃焼バーナーの燃焼部分のCO濃度を監視することで、ドレン水供給装置内のドレン水貯水量を検出することができ、ドレン水貯水量に従って燃焼制御させることができる。またドレン水の貯水量に関係なく、ドレン水の貯水量にムラが生じて目標とするCO濃度から変動した場合には制御手段は燃焼用ファンの回転数を調整することで、目標とするCO濃度に対してある範囲となるようにし、良好な燃焼状態を実現することができる。本実施の形態によって、過濃予混合気の燃焼過程で発生するCOの酸化にドレン水を利用し、従来のようにドレン水を装置外へ排出することなく燃焼反応に利用できるので、従来必要であった専用の排水溝の整備が不要となり、装置設置時にそれらの別途工事も不要とすることができる。
以上のように、本発明にかかる潜熱回収型ガス給湯機は、排気ガスの潜熱回収時に発生する酸性結露水が中和されたドレン水を再び装置内に供給し、ドレン水によって燃焼時に発生するCOを酸化させることが可能となるので、燃料ガスを使用した気体燃焼だけに限らず液体燃料燃焼および固体燃料燃焼の様々な燃焼反応を利用した機器分野において、燃焼時に発生するCOの酸化をHOで行う技術等の用途にも適用でき、たとえば燃料電池と燃焼機器を組み合わせたシステムを想定した場合、燃料電池部分から発生したHOを燃焼機器部分に供給して燃焼機器で発生するCOの酸化にHOを利用することが考えられる。
本発明の実施の形態1、2、5における潜熱回収型ガス給湯機のシステム構成図 本発明の実施の形態1における空気−燃料ガス予混合気の当量比ΦとCO濃度の関係例を示す図 本発明の実施の形態2、5、7における燃焼バーナー、ドレン水供給装置、燃焼用ファン、および燃料ガス供給装置のシステム構成図 本発明の実施の形態2における予混合気流路の断面構成図 本発明の実施の形態2におけるドレン水流路の断面構成図 本発明の実施の形態2における燃料ガス供給装置の構成図 (A)本発明の実施の形態2におけるドレン水供給装置の構成と貯水量検出手段の機能図(B)同ドレン水供給装置の構成と貯水量検出手段の機能図 本発明の実施の形態3、5における燃焼バーナー、ドレン水供給装置、燃焼用ファン、および燃料ガス供給装置のシステム構成図 本発明の実施の形態3における燃料ガス供給装置の構成図 本発明の実施の形態3におけるドレン水供給流路の構成図 (A)本発明の実施の形態3における予混合気流路およびドレン水流路の断面構成図(B)同予混合気流路およびドレン水流路の断面構成図 本発明の実施の形態5、6における潜熱回収型ガス給湯機のシステム構成図 本発明の実施の形態4、5における燃焼バーナー、ドレン水供給装置、燃焼用ファン、および燃料ガス供給装置のシステム構成図 本発明の実施の形態5におけるドレン水供給装置の構成図 本発明の実施の形態5におけるドレン水供給装置のシステム構成図 本発明の実施の形態6におけるドレン水蒸発手段の構成図 (A)本発明の実施の形態7におけるOセンサーの構成図(B)同Oセンサーの出力起電力特性の一例を示す図 (A)本発明の実施の形態8におけるCOセンサーの構成図(B)同COセンサーの出力特性図 本発明の実施の形態7、8における排気通路部の排気ガス成分濃度検出手段の配置構成を示す図 本発明の実施の形態7における排気通路部の排気ガス成分濃度検出手段の配置構成を示す図 本発明の実施の形態7における排気通路部の排気ガス成分濃度検出手段の配置構成を示す図 本発明の実施の形態2、7、8におけるドレン水有無に従って燃焼制御する場合の供給空気量と燃料ガス供給量の関係図 本発明の実施の形態2における貯水量検出手段によるドレン水有無に従って燃焼制御する場合の動作の一例を示す図 本発明の実施の形態7における排気ガス成分濃度検出手段によるドレン水有無に従って燃焼制御する場合の動作の一例を示す図 本発明の実施の形態2における貯水量検出手段によるドレン水有無に従って燃焼制御する場合の制御信号の流れと燃焼制御の説明図 本発明の実施の形態7における排気ガス成分濃度検出手段(Oセンサー)の貯水量検出機能によるドレン水有無に従って燃焼制御する場合の制御信号の流れと燃焼制御の説明図 本発明の実施の形態7、8における排気ガス成分濃度検出手段の検出信号に従って燃焼制御する場合の供給空気量と燃料ガス供給量の関係図 本発明の実施の形態7における排気ガス成分濃度検出手段(Oセンサー)の検出信号に従って燃焼制御する場合の制御信号の流れと燃焼制御の説明図 本発明の実施の形態8における排気ガス成分濃度検出手段(COセンサー)のドレン水検出機能によるドレン水有無に従って燃焼制御する場合の制御信号の流れと燃焼制御の説明図 本発明の実施の形態8における排気ガス成分濃度検出手段(COセンサー)の検出信号に従って燃焼制御する場合の制御信号の流れと燃焼制御の説明図 従来の潜熱回収型ガス給湯機の構成図
符号の説明
1 副熱交換器
2 主熱交換器
3 通水路
7 制御手段
6 燃焼バーナ
10 燃焼用ファン
11 燃料ガス供給装置
14 中和装置
15 ドレン水キャッチタンク
16 ドレン水供給装置

Claims (15)

  1. 空気を供給する燃焼用ファンと、燃料ガスを供給する燃料ガス噴射ノズルを有する燃料ガス供給装置と、前記燃焼用ファンで供給される空気と前記燃料ガス供給装置で供給される燃料ガスとの予混合気を燃焼させる燃焼バーナーと、前記燃焼バーナーで発生する熱を回収する主熱交換器と、前記主熱交換器の下流側に設けられ排気ガスの潜熱を回収する副熱交換器と、排気ガスを排出するための排気通路と、前記副熱交換器と前記主熱交換器とを連通する通水路と、内部に中和剤を有し前記副熱交換器で生じた結露水を中和する中和装置と、前記中和装置で発生するドレン水を蓄えるドレン水キャッチタンクと、前記ドレン水キャッチタンクで蓄えられたドレン水を装置内に供給するドレン水供給装置と、諸動作を制御する制御手段とを備え、前記燃焼バーナーでの燃焼時に発生する一酸化炭素を前記ドレン水供給装置から供給されるドレン水で酸化させる潜熱回収型ガス給湯機。
  2. 燃焼バーナーは、基本構成となるバーナーが複数個集合する燃焼バーナーユニットとして構成され、前記基本構成となるバーナーは、燃焼用ファンで送り込まれた空気と燃料ガス供給装置で噴射された燃料ガスとの予混合気が流れる予混合気流路と、燃焼用ファンで送り込まれた空気とドレン水供給装置から供給されるドレン水が流れるドレン水流路で構成される請求項1に記載の潜熱回収型ガス給湯機。
  3. ドレン水流路は、燃焼用ファンで送り込まれた空気とドレン水供給装置から供給されるドレン水に加え、燃料ガス供給装置で噴射された燃料ガスが流れる構成とした請求項2に記載の潜熱回収型ガス給湯機。
  4. ドレン水流路は、燃料ガス供給装置内の燃料ガス供給流路に対応するようにドレン水供給流路を有する構成とした請求項2または3に記載の潜熱回収型ガス給湯機。
  5. ドレン水供給流路は、各ドレン水供給流路の流路開閉を行うドレン水供給流路開閉手段を有する構成とし、制御手段は、燃焼バーナーの燃焼部分すなわち燃料ガス供給装置内の燃料ガス流路の開部分に対応するように、ドレン水流路開閉手段を開とし、燃焼バーナーの燃焼部分にのみドレン水を供給する制御を行う請求項4に記載の潜熱回収型ガス給湯機。
  6. ドレン水供給装置は、ドレン水供給装置から供給されるドレン水を噴霧するドレン水噴霧ノズルを有する構成とした請求項1〜5のいずれか1項に記載の潜熱回収型ガス給湯機。
  7. ドレン水供給装置は、ドレン水の貯水量を検出するための貯水量検出手段を有する構成とした請求項1〜6のいずれか1項に記載の潜熱回収型ガス給湯機。
  8. ドレン水噴霧ノズルは、燃焼バーナーのドレン水流路に対応するように配置された構成の請求項6に記載の潜熱回収型ガス給湯機。
  9. ドレン水供給装置は、ドレン水供給ポンプで加圧されドレン水噴出ノズルから装置内にドレン水を供給する構成とした請求項6〜8のいずれか1項に記載の潜熱回収型ガス給湯機。
  10. ドレン水供給ポンプは、燃焼用ファンの駆動力を利用して駆動される構成とした請求項9に記載の潜熱回収型ガス給湯機。
  11. ドレン水供給装置は、ドレン水を蒸発させるドレン水蒸発手段を有する構成とした請求項1〜10のいずれか1項に記載の潜熱回収型ガス給湯機。
  12. 排気通路は、排気通路部を通過する燃焼ガス中の排気ガス成分濃度を検出するための排気ガス成分濃度検出手段を有する構成とした請求項1に記載の潜熱回収型ガス給湯機。
  13. 排気ガス成分濃度検出手段は、ドレン水の貯水量を検出するための貯水量検出機能として用いられ、制御手段は、排気ガス成分濃度検出手段からの出力によってドレン水の貯水量を判断する構成とした請求項12に記載の潜熱回収型ガス給湯機。
  14. 制御手段は、ドレン水の有無の状態に従って燃焼制御を行う機能を有する請求項7または13に記載の潜熱回収型ガス給湯機。
  15. 制御手段は、排気ガス成分濃度検出手段からの出力信号に従って燃焼制御を行う機能を有する請求項12〜14のいずれか1項に記載の潜熱回収型ガス給湯機。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007101167A (ja) * 2005-09-09 2007-04-19 Paloma Ind Ltd 給湯器

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