JP2008076022A - 加熱装置及び加熱装置の熱交換器破損検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器の破損を精度よく検出することができる加熱装置と、加熱装置の熱交換器の破損を精度よく検出する破損検出方法を提供することである。
【解決手段】タンク４の上部に、水平方向の断面積が部分的に小さい第一部位６を設け、第一部位６にはタンク４内の熱媒Ｆの所定液位７が設定されており、熱媒Ｆが所定液位７に達したことを検出する液位検出器１６が設けられており、タンク４の上部に、第一部位６とは別の第二部位１５を設け、熱媒Ｆが所定液位７に達すると第二部位１５はサイフォンを構成して熱媒Ｆが開口１５ａを介してタンク４外へ排出されるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器の破損検出装置を備え、給湯装置やコジェネレーションシステムなどに設けられる加熱装置に関するものである。

近時、給湯機能に暖房機能を付加した給湯装置が開発されている。また、このような給湯装置に更に発電装置を併設し、発電装置で電力を生成すると共に発電によって生じた排熱を給湯装置で利用するコジェネレーションシステムが開発されている。これら給湯装置やコジェネレーションシステムには、湯水と熱媒との間で熱交換させる熱交換器が設けられている。

このような熱交換器を備えた温水暖房装置が、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている温水暖房装置は半密閉型の暖房回路を有しており、この温水暖房装置は、熱媒を循環させる熱媒循環回路と、湯水を循環させる湯水循環流路と、熱媒と湯水との間で熱交換させる熱交換部とを備えている。また、温水暖房装置は、熱媒循環回路内の熱媒が温度上昇することによって容積が増大した際には、増大した分の熱媒を回収し、温度が低下して容積が減少した際には、熱媒を熱媒循環回路内に戻すリザーブタンクを備えている。

ところで、熱交換部における熱媒と湯水との間の熱伝達を容易にする（すなわち熱伝達率を向上させる）ため、両者間の隔壁は比較的薄い素材を用いて形成されるのが一般的である。そのため、温度変動や圧力変動が長期間に渡って繰り返されると、熱応力や機械的応力が繰り返し隔壁に印加されて破損し、熱媒側と湯水側とが連通することがある。

熱媒として、エチレングリコールやプロピレングリコールなどの不凍液またはこれらを水で希釈したものが一般に使用されるため、湯水側に熱媒が混入しないように、熱媒の圧力は、湯水の圧力よりも低くなるように設定されており、熱交換部が破損したら直ちに破損を検出し、温水暖房装置の運転を停止させなければならない。

このような不具合は、特許文献１に開示されている温水暖房装置のみならず、従来のその他の給湯装置や、コジェネレーションシステムにおいても同様に生じる恐れがある。そこで、特許文献１の発明では、熱交換部の破損を検知することができる破損検知手段を備えた温水暖房装置が提案されている。

特許文献１に記載された構成を採用することにより、熱交換器の破損が検知され、温水暖房装置の運転を停止すると共に、破損を報知することができ、湯水に熱媒が混入することを阻止することが可能である。
特開平５−１１８５６７号公報

ところで、特許文献１に開示された発明の温水暖房装置を含めた従来の加熱装置には、未だ解決するべき課題が残っている。すなわち、特許文献１の温水暖房装置は、安価に製造することができる反面、検出精度が低いため、熱交換器が破損していないにも関わらず破損しているものと誤検出することがある。

そこで本発明は、前記事情に鑑みて提案されるもので、熱交換器の破損を精度よく検出することができる加熱装置と、加熱装置の熱交換器の破損を精度よく検出する破損検出方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するための請求項１の発明は、熱媒が循環する循環回路と、前記循環回路外の湯水と前記熱媒との間で熱交換させる熱交換器と、前記熱交換器の破損を検出する破損検出装置とを備えた加熱装置において、前記破損検出装置は、前記循環回路内の一部の熱媒を回収可能なタンクを備えており、前記タンクには、タンク内の熱媒の所定液位を検出する液位検出器が設けられており、さらに前記タンクには、前記タンク内の熱媒の液位が前記所定液位又は所定液位以上に達した際に、タンク内の熱媒をタンク外へ排出するサイフォンを設けたことを特徴とする加熱装置である。

循環回路内の熱媒が減少又は収縮した際には、タンク内の熱媒を循環回路内へ供給する（戻す）ように構成することもできる。
循環回路内の熱媒の圧力と、循環回路外の湯水の圧力とでは、湯水の圧力の方が高くなるように設定されているため、熱交換器が破損すると破損部から循環回路内に湯水が侵入し、結果として侵入した湯水によって熱媒がタンクへ押し出される。

請求項１の発明では、タンクに設けた液位検出器によって、タンク内の熱媒の液位が所定液位又は所定液位以上に達したことが検出された際に、タンク内の熱媒をタンク外へ排出するサイフォンを設けたので、継続するタンク内への熱媒の流入を精度よく検出することができる。すなわち、熱交換器が破損して循環回路内に湯水が流入し、循環回路内の熱媒がタンク内に継続的に流入していることを精度よく検出することができるので、熱交換器の破損を精度よく検出することができる。すなわち、熱交換器の破損の誤検出を回避することができる。

請求項２の発明は、熱媒が循環する循環回路と、前記循環回路外の湯水と前記熱媒との間で熱交換させる熱交換器と、前記熱交換器の破損を検出する破損検出装置とを備えた加熱装置において、前記破損検出装置は、前記循環回路内の一部の熱媒を回収可能なタンクを備えており、前記タンクの上部には、水平方向の断面積が部分的に小さい第一部位と、前記第一部位とは別の第二部位とが設けてあり、前記第一部位にはタンク内の熱媒の所定液位を検出する液位検出器が設けられており、前記タンク内の熱媒の液位が前記所定液位又は所定液位以上に達すると、前記第二部位はサイフォンを構成して熱媒がタンク外へ排出されることを特徴とする加熱装置である。

循環回路内の熱媒が減少又は収縮した際には、タンク内の熱媒を循環回路内へ供給する（戻す）ように構成することもできる。

請求項２の発明では、タンクの上部に、水平方向の断面積が部分的に小さい第一部位を設け、この第一部位にタンク内の熱媒の所定液位を設定したので、第一部位における熱媒の液位の移動が確認し易く、熱媒が所定液位に達したことを精度よく検出することができる。

また、請求項２の発明では、熱媒が所定液位又は所定液位以上に達すると第二部位がサイフォンを構成して熱媒がタンク外へ排出されるので、継続するタンク内への熱媒の流入を精度よく検出することができる。すなわち、熱交換器が破損して循環回路内に湯水が流入し、循環回路内の熱媒がタンク内に継続的に流入していることを精度よく検出することができるので、熱交換器の破損を精度よく検出することができる。すなわち、熱交換器の破損の誤検出を回避することができる。

請求項３の発明では、請求項１又は請求項２の加熱装置において、熱媒の液位の、所定液位に達した回数が所定回数に達すると、熱交換器が破損していると判定する判定手段を備えた。

請求項３の発明を実施すると、たとえ熱交換器の破損が微細なものであっても、熱媒は継続してタンク内に流入するので、熱交換器の破損を精度よく検出することができるようになる。また、仮に突発的に液位検出器自体の誤作動や誤検出等があったとしても、１回の検出では熱交換器の破損とはせず、所定液位に達した回数が所定回数に達した際に熱交換器が破損していると判定するようにしたので、熱交換器の破損の誤検出を回避することができるようになる。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の加熱装置に備えた熱交換器の破損を検出する破損検出方法であって、液位検出器によって、熱媒が所定液位に達したか否かを所定時間毎に確認し、熱媒の液位の、所定液位に達した回数が所定回数に達すると、熱交換器が破損していると判定することを特徴とする加熱装置の熱交換器破損検出方法である。

請求項４の発明を実施すると、熱媒の液位の、所定液位に達した回数が所定回数に達すると、熱交換器が破損していると判定するので、タンク内への熱媒の継続的な流入を精度よく検出することができ、熱交換器の破損を誤検出することがなく、破損を精度よく検出することができる。

本発明を実施すると、タンク内の熱媒の液位の移動が把握し易くなり、熱媒がタンク内に継続的に流入することを精度よく検出することができ、熱交換器が破損したことを誤検出することがなく、破損を精度よく検出することができるようになる。すなわち、初期設定時に熱媒を入れ過ぎたことに起因して熱媒の液位が所定液位に達することがあっても、熱媒がサイフォンによって一旦排出されると、熱媒の液位は二度と所定液位に達することはなく、一方、熱交換器が破損すると、熱媒がサイフォンによってタンク外に排出される度に液位は所定液位まで上昇するので、熱交換器が破損しているか否かを確実に判別することができる。

（第一実施例）
以下において、図面を参照しながら本発明の加熱装置について説明する。
図１は、本発明を実施した熱交換器破損検出装置２，３（以下では、破損検出装置２，３と呼ぶ。）を備えたコジェネレーションシステム１（加熱装置）の流路系統図である。図１に示すコジェネレーションシステム１は、給湯装置１０に発電装置１１を併設して構成され、発電装置１１で発電した電力を外部の電気機器へ供給すると共に、発電装置１１で生じた排熱を給湯装置１０で利用して給湯や暖房を行うシステムである。

給湯装置１０及び発電装置１１は、制御装置１２によって制御される。制御装置１２は、給湯装置１０および発電装置１１に設けられた各センサや制御弁、循環ポンプなどに接続されて給湯運転や発電運転などの制御を統括する機能を有する。

発電装置１１は、ガスエンジン７６で発電機７７を回転駆動して発電を行い、発生した起電力を外部電気機器へ供給すると共に、ガスエンジン７６で生じた排熱で排熱循環流路Ｌ２を循環する熱媒を加熱し、加熱された熱媒を介して熱を発電装置１１側から給湯装置１０側へ伝達する。

排熱循環流路Ｌ２は、ガスエンジン７６から給湯装置１０側の排熱熱交換器６１に至る循環往路Ｌ２ａと、排熱熱交換器６１からガスエンジン７６に戻る循環復路Ｌ２ｂで形成され、ガスエンジン７６の排熱によって加熱された熱媒を循環ポンプ７８で循環させ、排熱熱交換器６１において給湯装置１０側へ排熱を伝達する。

給湯装置１０は、熱源循環流路Ｌと暖房循環流路Ｌ１を備えると共に、給水流路５０，５１，５２および給湯流路５３，５４を備えて構成される。
熱源循環流路Ｌは、循環ポンプ６０と排熱熱交換器６１と補助燃焼機６２とを一列に配置して形成される熱源流路Ｈの両端に、暖房熱交換器６４と湯水を貯留する貯留タンク５７とを並列に接続して形成される循環流路である。熱源循環流路Ｌは、排熱熱交換器６１または補助燃焼機６２の少なくともいずれかで加熱された湯水を暖房熱交換器６４または貯留タンク５７のいずれかに選択的に循環可能な流路である。

給水流路５１は貯留タンク５７の下部に接続され、給湯流路５３は貯留タンク５７の上部に接続されている。また、暖房循環流路Ｌ１は、暖房熱交換器６４から延びる循環往路Ｌ１ａおよび循環復路Ｌ１ｂの端部に床暖房やファンコンベクタなどの暖房端末６８を接続して形成される循環流路である。

給湯装置１０は、貯留タンク５７に湯水を貯留する貯留運転、給湯流路５３，５４を介して給湯栓５６から湯水を供給する給湯運転、および、暖房端末６８へ熱媒を循環させる暖房運転を行うことが可能である。貯留運転時は、暖房熱交換器６４の下流側の暖房熱交電磁弁６６を閉成すると共に、貯留タンク５７の上部配管５８に接続される貯留制御弁６３を開成し、熱源流路Ｈに上部配管５８および下部配管５９を介して貯留タンク５７を接続して熱源循環流路Ｌを形成する。そして、ガスエンジン７６を起動して発電を行うと共に、循環ポンプ７８を駆動して排熱循環流路Ｌ２に加熱された熱媒を流動させ、下部配管５９から熱源流路Ｈへ流出する湯水を排熱熱交換器６１で加熱しつつ貯留タンク５７の上部側から加熱された湯水を流入させる。

給湯運転時は、暖房熱交電磁弁６６および貯留制御弁６３を閉成し、給湯栓５６の開栓に応じて、給水流路５０，５１から貯留タンク５７の下部に常温水を流入させ、貯留タンク５７に貯留された湯水を上部配管５８から給湯流路５３へ排出する。そして、給湯流路５３の湯水と給水流路５２から供給される水とを混合弁５５で混合して目的とする給湯設定温度に調節しつつ給湯流路５４から排出する。また、貯留タンク５７に加熱された湯水が貯留されていない場合は、貯留制御弁６３を開成し、給水流路５０，５１を介して供給される常温水を貯留タンク５７の下部配管５９から熱源流路Ｈに迂回させ、補助燃焼機６２で加熱した湯水を給湯流路５３側へ排出する運転を行う。

また、暖房運転時は、暖房熱交換器６４の下流側の暖房熱交電磁弁６６を開成すると共に、貯留タンク５７の上部配管５８に接続される貯留制御弁６３を閉成し、熱源流路Ｈに暖房熱交換器６４を接続して熱源循環流路Ｌを形成する。同時に、ガスエンジン７６を起動して発電を行うと共に、循環ポンプ７８を駆動して排熱循環流路Ｌ２に熱媒を循環させる。更に、循環ポンプ６７を駆動して暖房循環流路Ｌ１に熱媒を循環させる。そして、熱源循環流路Ｌを循環する湯水を排熱熱交換器６１で加熱し、加熱された湯水の熱は暖房熱交換器６４を介して暖房循環流路Ｌ１を循環する熱媒へ伝達され、加熱された熱媒は暖房端末６８へ供給される。

給湯装置１０の暖房循環流路Ｌ１は、循環復路Ｌ１ｂ上に膨張タンク７０が設けてある。膨張タンク７０には、圧力逃し弁７３が備えられている。膨張タンク７０は、配管７１及び配管７２を介してリザーブタンク４ａと接続されている。膨張タンク７０の圧力逃し弁７３は、暖房循環流路Ｌ１内及び膨張タンク７０内の空気を排出する機能を有する。

リザーブタンク４ａは、暖房循環流路Ｌ１内の熱媒の容積が、温度上昇等によって増した際には、増した容積分の熱媒を回収（収容）し、逆に暖房循環流路Ｌ１内の熱媒の容積が、温度低下等によって減少した際には、減少した容積分の熱媒を暖房循環流路Ｌ１へ提供する。
本実施例では、暖房循環流路Ｌ１および排熱循環流路Ｌ２を循環する熱媒に、エチレングリコールを水で希釈した不凍液を用いている。

また、発電装置１１の排熱循環流路Ｌ２は、暖房循環流路Ｌ１に設けられたリザーブタンク４ａと同一構成のリザーブタンク４ｂを備えている。リザーブタンク４ｂは、前記したリザーブタンク４ａと同様の動作によって排熱循環流路Ｌ２を循環する熱媒の過不足を解消する機能を有している。リザーブタンク４ａ及び４ｂが接続される膨張タンク７０及び８０としては、例えば本件出願人の出願である特開２００４−２７９００８号の図３及び図４に開示した膨張タンクを採用することができる。

次に、破損検出装置２，３について、図２を参照しながら説明する。
図２は、本発明の特徴的な構成である破損検出装置２（又は３）の概要図である。暖房熱交換器６４の破損は破損検出装置２で検出し、排熱熱交換器６１の破損は破損検出装置３で検出する。破損検出装置２と３は同じ構成なので、以下では破損検出装置２を例に挙げて説明する。

図２に示すように破損検出装置２は、大きく分けて二つの部位に分かれる。すなわち、破損検出装置２は、熱媒Ｆを収容するリザーブタンク４ａと、制御機器２０とを備えている。制御機器２０は、リザーブタンク４ａ内の熱媒Ｆの液位を検出する液位電極１６（液位センサ）から信号を受け、後述する手順に従って判定を行う。

まず破損検出装置２の構成（リザーブタンク４ａと制御機器２０）を説明する。
図２に示すようにリザーブタンク４ａは、上壁１８より上方へ突出する上部突出部６（第一部位）を備えている。上部突出部６には、詳しくは後述する設定液位７（所定液位）が設定されている。

上部突出部６には、リザーブタンク４ａ内に適当な量の熱媒Ｆを供給するための開口である接続部９が設けてあり、この接続部９には配管７１が接続されている。コジェネレーションシステム１に破損検出装置２を設置する際に、配管７１を介して適量の熱媒Ｆが供給され、以降は、例えばメンテナンス時等を除いては、配管７１を介して熱媒Ｆが供給されることはない。

また上部突出部６には、エアー抜きノズル８（第一部位に設けた孔又は開口）が設けてある。エアー抜きノズル８を設けることによって、熱媒Ｆの液位が上昇して上部突出部６に達した際に、上部突出部６内の気圧が高圧にならず、熱媒Ｆの液位が上壁高さ液位１３に達した後、さらにリザーブタンク４ａ内に熱媒が流入した際においても、上部突出部６内の熱媒Ｆの液位が上昇する。

さらに上部突出部６には、液位電極１６（液位センサ）が設置されている。図２に示すように液位電極１６の下端１６ａの高さは、上部突出部６内に設定された設定液位７に一致させてある。

上部突出部６の水平方向の断面積は、上壁１８より下方の水平方向の断面積よりも小さい。そのため、熱媒Ｆが上壁高さ液位１３を超えて上部突出部６に達すると、その液位の変動は、熱媒Ｆのわずかな増減によっても極めて明瞭に確認することができる。
上部突出部６は、以上説明したように構成されており、次にリザーブタンク４ａのその他の構成を説明する。

図２に示すように、リザーブタンク４ａの上壁１８の、上部突出部６とは別の部位にオーバフローノズル１５（第二部位）が設けてある。オーバフローノズル１５は、上壁１８より上方に配置されている。すなわち、上壁１８の高さである上壁高さ液位１３より上にオーバフローノズル１５が設けてある。本実施例では、オーバフローノズル１５の、熱媒を通過させる流路の最高高さ（流路中心の高さ）は、前述の上部突出部６の設定液位７と一致させているが、設定液位７より高くしてもよい。オーバフローノズル１５の開口部１５ａには、途中で屈曲して下方に延びる配管４０が接続されている。

上壁１８には、開口１４が設けてある。この開口１４には、配管７２が接続されており、配管７２によって、図１に示す膨張タンク７０とリザーブタンク４ａとが連通し、両者間で熱媒の移動が可能になっている。

図２に示すようにリザーブタンク４ａの下部には、メンテナンス時に熱媒Ｆを排出するための排液ノズル１７が設けてある。排液ノズル１７は、通常は閉栓されている。
リザーブタンク４ａは、以上説明したように構成されている。膨張タンク８０のリザーブタンク４ｂも同じ構成である。

次に、検出装置２の制御機器２０の構成を説明する。
図２に示すように検出装置２は、制御機器２０を備えている。制御機器２０は、リザーブタンク４ａに設置した液位電極１６と信号線を介して、又は無線によって信号を受信することができるようになっている。

制御機器２０は、ＣＰＵ２１，メモリ２２，カウンタ２３，及びタイマ２４を備えている。タイマ２４は、コジェネレーションシステム１の運転開始と共に計時を開始する。カウンタ２３は、リザーブタンク４ａ内の熱媒Ｆの液位が、液位電極１６（すなわち設定液位７）に達した回数をカウントする。メモリ２２には、予め所定値が記憶されている。所定値とは具体的な数（回数）であるＮ（例えばＮ＝３０等）と時間ｔ（例えばｔ₁＝７２時間，ｔ₂＝２０秒，ｔ₃＝２秒，ｔ₄＝１時間等）である。そしてＣＰＵ２１は、以下で説明する判定を行う。

制御機器２０は、さらに図１に示す制御装置１２と信号線を介して、又は無線によって信号を送信することができるようになっている。制御装置１２は、制御機器２０から信号を受信すると、直ちに給湯装置１０（及び／又は発電装置１１）の運転を停止させる。言うまでもないが、給湯装置１０を停止させるか、発電装置１１を停止させるかは、暖房熱交換器６４と排熱熱交換器６１のいずれが破損したかによる。

図３に示すように、リザーブタンク４ａ内の熱媒Ｆの液位が設定液位７を超えると、液位電極１６が熱媒Ｆと接触してＯＮ状態になると共に、オーバフローノズル１５の開口部１５ａに接続された配管４０から熱媒Ｆが流出する。

そして、図４に示すように、熱媒Ｆの液位が設定液位７を下回っても、熱媒Ｆの液位が上壁１８の高さである上壁高さ液位１３に達するまでは、サイフォン効果によって熱媒Ｆはオーバフローノズル１５，配管４０を介して外部へ流出し続ける。

やがて、熱媒Ｆの液位が上壁高さ液位１３より若干低い液位（エアー抜きノズル８から流入した空気が、上壁１８の下面に沿ってオーバフローノズル１５へ達することができる液位）に達すると、図５に示すように、オーバフローノズル１５からの熱媒Ｆの流出は停止する。図５に示す状態から熱媒Ｆの液位が上昇し、設定液位７に達するまでは熱媒Ｆがオーバフローノズル１５及び配管４０から流出することはない。

前述のように、サイフォンによってリザーブタンク４ａから熱媒Ｆが排出され始めると、リザーブタンク４ａ内の熱媒Ｆの液位は、上壁高さ液位１３まで一気に下降するので、液位電極１６による液位検出がただ１回だけであれば、それは初期設定時の施工不良（熱媒Ｆの入れ過ぎ）によるものであり、また、液位検出が複数回繰り返されるのであれば、それは熱交換器６４の破損に起因するものである。よって、熱交換器６４が破損しているか否かを、確実に識別することができる。

検出装置２は、以上のように構成されている。以下では、図２〜図６を参照しながら、検出装置２の動作（作用）を説明する。図３は、図２に示す検出装置２のうち、リザーブタンク４ａのみを示しており、熱媒Ｆの液位が設定液位７を超えている状態のリザーブタンク４ａの断面図である。図４は、熱媒Ｆの液位が、一旦設定液位７を超えたが、その後設定液位７を下回るが、上壁高さ液位１３よりは高い状態を示すリザーブタンク４ａの断面図である。図５は、図４の状態から熱媒Ｆが流出し続け、熱媒Ｆの液位が上壁高さ液位１３より若干低い液位（エアー抜きノズル８から流入した空気が、上壁１８の下面に沿ってオーバフローノズル１５へ達することができる液位）まで下がった状態のリザーブタンク４ａの断面図である。図６は、本発明の熱交換器破損検出方法を実施する際の流れ図である。

コジェネレーションシステム１に破損検出装置２を設置する際において、リザーブタンク４ａ内には配管７１を介して予め熱媒Ｆが供給される。さらに配管７２を介して、リザーブタンク４ａ内と膨張タンク７０内とを熱媒Ｆが移動可能となっている。これにより、暖房循環流路Ｌ１内の熱媒Ｆが温度上昇して容積が膨張した際には、熱媒Ｆは膨張タンク７０側からリザーブタンク４ａ側へ移動し、リザーブタンク４ａ内の熱媒Ｆの液位は上昇する。また、暖房循環流路Ｌ１内の熱媒Ｆの温度が低下して容積が収縮した際には、熱媒Ｆはリザーブタンク４ａ側から膨張タンク７０側へ移動し、リザーブタンク４ａ内の熱媒Ｆの液位は下降する。

熱交換器６４が破損しておらず正常であれば、配管７２を介してリザーブタンク４ａ内に熱媒Ｆが最大に流入した際（熱媒Ｆが暖房熱交換器６４で加熱されて高温になり、熱媒Ｆが最大に膨張した際）の熱媒Ｆの最高液位と、配管７２を介してリザーブタンク４ａから熱媒Ｆが最大に流出した際（熱媒Ｆが最大に収縮した際）の熱媒Ｆの最低液位の間で、リザーブタンク４ａ内の熱媒Ｆの液位は変動する。

熱媒Ｆの液面（液位４１）は、図５に示すように上壁高さ液位１３より若干低く設定するか、又は上壁高さ液位１３に一致させるのが好ましい。熱媒Ｆの液面（液位４１）を、上壁高さ液位１３より若干低く設定するのは、熱媒Ｆの容積は温度によって膨張又は収縮するので、初期設定時の周囲温度が低温で熱媒Ｆが収縮しており、液位が低い状態で初期設定された場合には、高温時に膨張して液位が高くなった際に設定液位７を超えてしまうが、その場合には、１回だけ液位電極のＯＮが検出され、その後は、熱交換器６４が破損しない限りは、二度と設定液位７を超えることはない。よって、熱媒Ｆの液面４１を上壁高さ液位１３よりも若干低く断面積の大きい高さに設定すると、熱交換器６４が破損していなければ、リザーブタンク４ａ内の熱媒Ｆの液位は、最高液位（周囲温度が高く、熱媒Ｆが最大に膨張した際の液位）を超えることはないので、熱交換器６４が破損していないにも関わらず破損しているものと誤検出されることを回避し易くなり、また、熱交換器６４が破損してリザーブタンク４ａ内の熱媒Ｆが増加した際に、熱媒Ｆの液面が上部突出部６に到達し易くなり、熱媒Ｆの液位上昇を速やかに確認し易くなる。

コジェネレーションシステム１に検出装置２が設置され、給湯装置１０の運転が開始されると、タイマ２４は計時を開始する。メモリ２２には、所定時間ｔ₁＝７２時間，ｔ₂＝２０秒，ｔ₃＝２秒，ｔ₄＝１時間が記憶されている。これらｔ₁，ｔ₂，ｔ₃，ｔ₄は、任意の時間に設定可能である。

次に、ＣＰＵ２１は、図６のステップ１において運転開始からｔ₃時間が経過しているか否かを判定する。ｔ₃時間が経過していなければ経過するまで待つ。そしてｔ₃時間が経過すると、ステップ２において液位電極１６がＯＮ状態であるか否か（熱媒Ｆが設定液位７を超えたか否か）を判定する。液位電極１６がＯＮ状態でなければ、ＣＰＵ２１は、ステップ４で運転開始からの累積時間がｔ₁時間（７２時間）を超えているか否かを判定する。

逆に、ステップ２で液位電極１６がＯＮ状態であれば、カウンタ２３によって一つカウントが増やされてその累積回数がメモリ２２に記憶され、ステップ３でＣＰＵ２１は、その累積回数が予めメモリ２２に記憶した所定回数Ｎ（例えばＮ＝３０回）を超えているか否かを判定する。

仮に、所定回数Ｎを超えていれば、リザーブタンク４ａ内に継続して熱媒が流入しており、ＣＰＵ２１は、暖房熱交換器６４（図１）が破損しているものと判定し、ステップ９で直ちに制御装置１２へ信号を送信し、制御装置１２によって給湯装置１０の運転は停止される。さらにステップ１０で暖房熱交換器６４が破損している旨を知らせる警報を鳴音させたり、警報ランプを点滅させる等によって作業者に異常を報知する。

ステップ３において、累積回数が所定回数Ｎを超えていなければステップ４へ進み、ＣＰＵ２１は、運転開始からの累積時間がｔ₁時間（７２時間）を超えているか否かを判定する。運転開始からの累積時間がｔ₁時間を超えていなければ、ステップ１へ戻って前述の動作（判定）を繰り返す。逆にｔ₁時間を超えていれば、ステップ５へ進む。

ステップ５では、ステップ２と同様に熱媒Ｆの液位が設定液位７に達しているか否かをＣＰＵ２１が判定する。仮に、熱媒Ｆの液位が設定液位７に達していれば、カウンタ２３は一つカウントを増やし、ＣＰＵ２１は、ステップ６で累積回数が所定回数Ｎを超えているか否かを判定する。仮に累積回数が所定回数Ｎを超えていれば、リザーブタンク４ａ内に継続して熱媒が流入しており、ＣＰＵ２１は暖房熱交換器６４が破損していると判定し、ステップ９，ステップ１０へ進み、給湯装置１０の運転を停止し、さらに異常（暖房熱交換器６４の破損）を報知する。

ステップ５で液位電極がＯＮでないか、又はステップ６で累積回数が所定回数Ｎを上回っていなければ、ステップ７へ進む。ステップ７では、ｔ₂時間（例えば２秒）が計測され、ｔ₂時間が経過するとステップ８へ進む。

ステップ８では、ステップ４からステップ５へ移行してからｔ₄時間（例えば１時間）が経過したか否かの判定が行われる。ただし、ｔ₄時間は、ステップ４からステップ５へ移行してからの累積時間ではない。すなわち、ステップ４からステップ５へ移行してからｔ₄時間が経過してなおステップ５からステップ８を経るループが継続する場合には、一旦ｔ₄時間の計時をリセットし、再度ゼロから計時を開始する。ステップ８において、仮にｔ₄時間が経過していれば、カウンタ２３は一つカウンタを減らしてステップ５に戻り、再度液位電極１６がＯＮ状態であるか否かの判定が行われる。逆にｔ₄時間が経過していなければ、直ちにステップ５に戻る。

ステップ８では、液位電極１６の誤作動の影響を排除するため、ｔ₄時間が経過した際に、カウンタ２３は一つカウンタを減らしている。

ステップ１からステップ４までは、検出装置２を設置した当初の初期設定期間（ｔ₁＝７２時間）中に行われるステップであり、ステップ５からステップ８までが、初期設定が終了した後に行われる一般的なステップである。

ステップ１からステップ４までの初期設定期間中において、リザーブタンク４ａ内への熱媒Ｆの注入量が適正範囲を超えてしまう（施工不良）ことがある。その場合には配管４０を介して過剰の熱媒Ｆが排出されると共に、液位電極１６がＯＮとなる。しかし、過剰分の熱媒Ｆが排出された後は、リザーブタンク４ａ内の熱媒Ｆの量は適正になり、暖房循環流路Ｌ１内の熱媒Ｆの容積が温度変化によって変動しても、熱交換器６４が破損しない限りはリザーブタンク４ａ内の熱媒Ｆが前述の最高液位を超えることはない。図８（ａ）は、初期設定期間中の施工不良が原因で液位電極１６がＯＮとなった場合の液位電極１６による検出状態の時間変化を示すグラフである。図８（ａ）に示すように、コジェネレーションシステム１の運転開始当初は異常に液位が上昇するものの、その後は熱媒Ｆの液位は上昇せず、熱交換器６４が破損していないことがわかる。

逆に、熱交換器６４が最初から破損していた場合には、図８（ｂ）に示すようなグラフとなる。図８（ｂ）は、初期設定時において、既に熱交換器６４が破損していた場合の液位電極１６による検出状態の時間変化を示すグラフである。熱交換器６４が最初から破損していると、図８（ｂ）に示すように、コジェネレーションシステム１の運転開始直後から大量の熱媒Ｆが配管７２を介してリザーブタンク４ａ内に流入すると共に、リザーブタンク４ａ内の熱媒Ｆが配管４０を介して外部へ流出する。その間、液位電極１６は常時ＯＮ状態となるため、熱交換器６４が破損していると判定される。しかし、液位電極１６自身の誤作動や誤検出の影響を排除するため、カウンタ２３のカウントが予め設定した値に達するまでは、熱交換器６４の破損であると判定しない。

また、ステップ５からステップ８までの動作を繰り返すうちに、万が一、暖房熱交換器６４が破損すると、リザーブタンク４ａ内に継続して熱媒が流入し、カウンタ２３による計測回数が所定回数Ｎに達し、ＣＰＵ２１（制御機器２０）は制御装置１２へ信号を送信し、制御装置１２は給湯装置１０の運転を停止し、さらに暖房熱交換器６４が破損したことを報知する。この場合の液位電極１６による検出状況は、図８（ｃ）のグラフによって示される。図８（ｃ）は、熱交換器６４が破損し、破損部分から暖房循環流路Ｌ１内に湯水が流入して暖房循環流路Ｌ１内の熱媒Ｆがリザーブタンク４ａ内に継続的に流入した際における液位電極１６による検出状態の時間変化を示すグラフである。図８（ｃ）に示すように、熱交換器６４が破損し、微量（単位時間当たり）の熱媒Ｆが継続してリザーブタンク４ａ内に流入すると、熱媒Ｆの液位が設定液位７に達する度に配管４０から熱媒Ｆが排出され、熱媒Ｆの液位が下がる。しかし、リザーブタンク４ａ内には継続して微量の熱媒Ｆが流入するので、再度液位は設定液位７に達する。よって、液位電極１６による検出結果は、図８（ｃ）に示すように、ＯＮとＯＦＦとを繰り返す。液位電極１６のこのような挙動から、熱交換器６４が破損していると判断することができる。

コジェネレーションシステム１の運転開始直後において、液位電極１６がＯＮとなるパターンとしては、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示す３つがあるが、従来の破損検出装置では、これら３つのパターンを識別することができず、実際に熱交換器が破損しているか否かを判定するのは困難であった。しかし、本発明を実施すると、図８（ａ）〜図８（ｃ）の３つのパターンを識別することができ、図８（ａ）の場合は熱交換器６４が破損しておらず、初期不良によるものであることを精度よく認識することができる。すなわち、熱交換器６４の破損を誤検出することを回避できる。

本実施の形態では、ｔ₁＝７２時間が経過するまでは、施工者が設置現場にいる可能性が高く、熱交換器が破損したことを短時間（ｔ₃＝２秒毎に液位電極のＯＮ・ＯＦＦ状態検出）で検出し、ｔ₁＝７２時間が経過した後には、時間を掛けて（ｔ₂＝２０秒毎に液位電極のＯＮ・ＯＦＦ状態検出）確実に熱交換器の破損を検出するのが好ましい。

本実施の形態では、ステップ７においてｔ₂＝２０秒，ステップ６において所定回数Ｎ＝３０に設定した例を示したが、仮に暖房熱交換器６４が破損した場合、破損してからｔ₂×Ｎ＝２０秒×３０回＝６００秒で破損を検出し、給湯装置１０の運転を停止させることができる。ｔ₂及びＮの値は任意に設定可能であるので、破損してから６００秒経過した時点で運転を停止していたのでは遅いのであれば、ｔ₂及びＮの値をさらに小さい値に設定することにより対応可能である。

図１に示す暖房熱交換器６４が破損し、膨張タンク７０内の熱媒が配管７２を介してリザーブタンク４ａ内に流入すると、リザーブタンク４ａ内の熱媒Ｆの液位が上昇する。熱媒Ｆの液位が、例えば１０秒程度で液位４１から設定液位７まで上昇する場合には、ｔ₂＝２０秒，所定回数Ｎ＝３０に設定した本実施の形態では、２０秒×所定回数（Ｎ＝３０）で６００秒（１０分）後に暖房熱交換器６４の破損を検出することができる。

以上では、暖房熱交換器６４の破損を検出する場合を説明したが、排熱熱交換器６１の破損を検出する場合も事情は同じである。

（第二実施例）
図７は、本発明を実施した給湯装置２５（加熱装置）の流路系統図である。図７に示すように給湯装置２５は、熱交換器２７，燃焼部２６ａを有する燃焼装置２６，及び膨張タンク２８を備えている。

燃焼装置２６では、燃焼部２６ａで燃料ガスが燃焼して高温の燃焼ガスが生成される。この高温の燃焼ガスと後述する低温の熱媒とが熱交換し、さらに加熱された熱媒と低温の湯水とが熱交換する。

熱交換器２６の環状側壁には熱媒が流通する円筒状の室２６ｂが形成されており、さらに室２６ｂには配管３２，配管３４，配管４３が接続されている。室２６ｂ，配管３２，配管３４，配管４３には熱媒が充填されている。配管３２に設けられた循環ポンプ２９によって熱媒が室２６ｂと配管３２とを循環する。よって、室２６ｂにおいて燃焼ガスによって加熱された熱媒が、配管３２を介して熱交換器２７へ供給される。また、配管３４，４３及び膨張タンク２８と共に暖房側の循環回路を形成する配管４２上に設置された暖房用循環ポンプ３９を駆動することによって、室２６ｂにおいて加熱された熱媒は、図示しない暖房機器へ供給される。

また、室２６ｂ内には螺旋状の管路からなる熱交換器３５が設置されている。熱交換器３５の両端には配管３３が接続されている。熱交換器３５及び配管３３内には水が充填されており、熱交換器３５で加熱された水（湯水）は、配管３３ａを介して図示しない風呂へ供給され、温度が低下した湯水が配管３３ｂを介して熱交換器３５で再加熱できるようになっている。

一方、熱交換器３５内で加熱された熱媒は、配管３２を介して熱交換器２７へ供給される。熱交換器２７には、配管３１が接続されている。この配管３１内を水が流れ、熱交換器２７内で配管３２内の熱媒によって加熱され、湯水となって例えば給湯カラン等（図示せず）から出湯することができるようになっている。

また、熱交換器３５内の高温の熱媒は、配管３４を介して図示しない暖房機器へ供給され、温度が低下した熱媒が暖房機器から回収され、熱交換器３５で再加熱できるようになっている。

その配管３４の途中には、圧力逃し弁３８を有する膨張タンク２８が設けられている。膨張タンク２８にはさらにリザーブタンクを備えた破損検出装置３０が接続されている。この破損検出装置３０の構造は、第一実施例の破損検出装置２，３と同じ構成である。

膨張タンク２８は、本件出願人の出願である特開２００４−２７９００８に開示したものを採用することができる。膨張タンク２８は、温度上昇する等によって容積が増した回路内の熱媒を回収したり、温度が下降する等によって容積が減った回路内の熱媒を補充するために、リザーブタンク３０を備えている。

図１の第一実施例の破損検出装置２における配管７１，配管７２が、図７の熱媒回収管３６，配管３７に相当している。膨張タンク２８には圧力逃し弁３８が設けてあり、膨張タンク２８内が負圧になると、熱媒はリザーブタンク３０から膨張タンク２８へ円滑に移動する。また、膨張タンク２８内に容積以上の熱媒が流入する場合には、押し出された熱媒が配管３６を介してリザーブタンク３０内に回収される。

リザーブタンク３０では、このような通常動作の熱媒の流入量が予め計測されており、熱媒が最大に流入した際の液位が、図２に示す上壁高さ液位１３に一致するか又は若干上壁高さ液位１３より低い高さとなるように設定されている。

ここで、仮に熱交換器２７が破損すると、膨張タンク２８を介して継続的に熱媒がリザーブタンク３０内に流入する。リザーブタンク３０では、熱媒の液位が設定液位７（図２）に達する度にサイフォン効果によって熱媒がリザーブタンク３０内から外部へ排出され、第一実施例で記述した手順によって熱交換器２７の破損を速やかに検出することができる。

本発明を実施した熱交換器破損検出装置を備えたコジェネレーションシステム（加熱装置）の流路系統図である。 本発明の熱交換器破損検出装置の概要図である。 図２の熱交換器破損検出装置において、熱媒の液位が所定液位を超えた状態のリザーブタンクの断面図である。 図２の熱交換器破損検出装置において、熱媒の液位が所定液位を下回っているが、サイフォン効果によってノズルから熱媒が排出されている状態のリザーブタンクの断面図である。 図２の熱交換器破損検出装置において、ノズルからの熱媒の排出が停止した直後のリザーブタンクの断面図である。 本発明の熱交換器破損検出方法を実施する際の流れ図である。 図１とは別の本発明を実施した熱交換器破損検出装置を備えた給湯装置（加熱装置）の流路系統図である。 （ａ）は、初期設定期間中の施工不良が原因で液位電極がＯＮとなった場合の液位電極による検出状態の時間変化を示すグラフである。（ｂ）は、初期設定時において、既に熱交換器が破損していた場合の液位電極による検出状態の時間変化を示すグラフである。（ｃ）は、熱交換器が破損し、破損部分から暖房循環流路内に湯水が流入して暖房循環流路内の熱媒がリザーブタンク内に継続的に流入した際における液位電極による検出状態の時間変化を示すグラフである。

符号の説明

Ｆ 熱媒
１ コジェネレーションシステム（加熱装置）
２，３ 熱交換器破損検出装置
４ａ，４ｂ リザーブタンク
６ 上部突出部（第一部位）
７ 設定液位（所定液位）
８ エアー抜きノズル（第一部位の孔又は開口）
１０ 給湯装置
１１ 発電装置
１２ 制御装置
１３ 上壁高さ液位
１５ オーバフローノズル
１５ａ 開口部
１６ 液位電極（液位検出器）
１８ 上壁
２０ 制御機器（熱交換器の破損を判定する判定手段）
２５ 給湯装置（加熱装置）
３０ 熱交換器破損検出装置
４０ 配管（オーバフローノズル１５の開口部１５ａに接続した下向きに延びる配管）
６１ 熱交換器（排熱熱交換器）
６４ 熱交換器（暖房熱交換器）

Claims (4)

1. 熱媒が循環する循環回路と、前記循環回路外の湯水と前記熱媒との間で熱交換させる熱交換器と、前記熱交換器の破損を検出する破損検出装置とを備えた加熱装置において、
   前記破損検出装置は、前記循環回路内の一部の熱媒を回収可能なタンクを備えており、
   前記タンクには、タンク内の熱媒の所定液位を検出する液位検出器が設けられており、
   さらに前記タンクには、前記タンク内の熱媒の液位が前記所定液位又は所定液位以上に達した際に、タンク内の熱媒をタンク外へ排出するサイフォンを設けたことを特徴とする加熱装置。
2. 熱媒が循環する循環回路と、前記循環回路外の湯水と前記熱媒との間で熱交換させる熱交換器と、前記熱交換器の破損を検出する破損検出装置とを備えた加熱装置において、
   前記破損検出装置は、前記循環回路内の一部の熱媒を回収可能なタンクを備えており、
   前記タンクの上部には、水平方向の断面積が部分的に小さい第一部位と、前記第一部位とは別の第二部位とが設けてあり、
   前記第一部位にはタンク内の熱媒の所定液位を検出する液位検出器が設けられており、
   前記タンク内の熱媒の液位が前記所定液位又は所定液位以上に達すると、前記第二部位はサイフォンを構成して熱媒がタンク外へ排出されることを特徴とする加熱装置。
3. 熱媒の液位の、所定液位に達した回数が所定回数に達すると、熱交換器が破損していると判定する判定手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の加熱装置。
4. 請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の加熱装置に備えた熱交換器の破損を検出する破損検出方法であって、
   液位検出器によって、熱媒が所定液位に達したか否かを所定時間毎に確認し、
   熱媒の液位の、所定液位に達した回数が所定回数に達すると、熱交換器が破損していると判定することを特徴とする加熱装置の熱交換器破損検出方法。

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