JP2008298368A - ドレン排出系統、中和装置、並びに、湯水加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水封状態を維持するために実施される貯留手段に対する液体の補充の頻度を最小限に抑制可能なドレン排出系統、中和装置、並びに、湯水加熱装置の提供を目的とした。
【解決手段】中和装置７は、隔壁３３を介して分離された流入槽３１と排出槽３２とを備えた貯留容器３０を有する。中和装置７は、燃焼部２が燃焼待機中である間に燃焼部２が正常に燃焼作動する限り水封状態を維持できる注水基準水位Ｌｃまでドレン等が溜まった状態とされる。この状態において、排出槽３２側において注水基準水位Ｌｃからオーバーフロー基準水位Ｌｘまでの空間の容積は、燃焼作動に伴って流入槽３１側の液面が最大限低下することにより排出槽３２側に流入するドレン等の容積以上となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、湯水加熱装置で発生したドレンを排出するためのドレン排出系統、前記ドレンを中和するための中和装置、並びに、前記ドレン排出系統や中和装置を備えた湯水加熱装置に関する。

従来より、下記特許文献１に開示されているような、いわゆる潜熱回収型の湯水加熱装置が提供されている。この種の湯水加熱装置では、燃焼ガスが通過する燃焼ガス通路の中途に熱交換器が設けられており、当該熱交換器において燃焼ガス中に含まれている顕熱だけでなく、潜熱まで回収できる構成とされている。そのため、潜熱回収型の湯水加熱装置では、燃焼作動に伴って燃焼ガス通路内においてドレンが発生することとなる。

潜熱回収型の湯水加熱装置において発生するドレンは、燃焼ガスにさらされるため、酸性度が高く、腐食性を有する。そのため、従来技術の潜熱回収型の湯水加熱装置の多くは、ドレンを排出するためのドレン排出系統を燃焼ガス通路に連通するように設けると共に、ドレン排出系統の中途にドレンを中和するための中和装置を設けた構成とし、ドレンがそのまま排出されるのを防止している。
特開２００３−７４９７４号公報

上記した従来の湯水加熱装置は、燃焼ガス通路と連通するようにドレン排出系統を設けた構成とされている。そのため、ドレンだけでなく、燃焼ガスまでもがドレン排出系統を介して排出されてしまう懸念がある。

ここで、湯水加熱装置が屋外に設置されるものである場合は、仮に燃焼ガス通路を介して燃焼ガスが外部に排出されることとなっても、大きな不具合はないものと想定される。しかし、湯水加熱装置を屋内設置型とする場合は、ドレン排出系統を介して燃焼ガスが排出されるような不具合は確実に防止せねばならないという問題があった。

そこで、本発明者らは、燃焼作動に伴って発生する燃焼ガスの漏洩を防止すべく、底面側で連通した流入槽と排出槽とを備えた貯留手段と、これに対して湯水または液体を自動的に補充可能な液補充手段とを有し、これにドレン等の液体を貯留することにより水封状態とすることが可能なものを備えた給湯装置を試作して実験を行った。その結果、燃焼作動時に燃焼ガス等の気体が貯留手段の流入槽に流入すると、これに伴って流入槽側の液面が低下すると共に排出槽側の液面が上昇して排出槽側から液体が排出され、水封状態を維持するために頻繁に液補充手段が作動する可能性がある。液補充手段が頻繁に作動することとなると、貯留手段に補充される水等の液体や、補充動作に要する電気エネルギーの無駄が生じたり、騒音が発生するといった問題が生じたり、液補充手段を構成する弁等の部品の耐久性に問題が生じる可能性があることが判明した。

そこで、上記した問題点を解消すべく、本発明は、燃焼作動時に想定の範囲内で燃焼ガスや外気の流動に伴い貯留手段に貯留されているドレン等の液面に作用する圧力に変動があってもドレン等がむやみに排出されず、水封状態を維持するために実施される貯留手段に対する液体の補充の頻度を最小限に抑制可能なドレン排出系統、中和装置、並びに、湯水加熱装置の提供を目的とした。

請求項１に記載の発明は、燃料を燃焼する燃焼手段と、当該燃焼手段における燃焼作動に伴って発生した燃焼ガスが流れる燃焼ガス通路と、当該燃焼ガス通路を流れる燃焼ガスとの熱交換により湯水または熱媒体を加熱可能な熱交換手段とを備えた湯水加熱装置において発生するドレンを排出するためのドレン排出系統であって、燃焼ガス通路に連通し、ドレンを貯留可能な貯留手段と、当該貯留手段に対して液体を補充可能な液補充手段と、液位検知手段とを有し、前記貯留手段が、ドレンの流入側に位置する流入側貯留部と、ドレンの排出側に位置する流出側貯留部と、前記流入側貯留部および流出側貯留部が連通した連通部とを有し、貯留手段に液面が所定の液位以上となるように液体を貯留することにより、前記連通部が貯留手段に貯留されている液体で封止され、燃焼ガスの通過を阻止可能な水封状態とすることが可能なものであり、前記流出側貯留部には、内部に貯留されているドレン及び／又は液体を外部に排出するための排出口があり、前記液位検知手段が、燃焼手段が燃焼作動を行っている際に貯留手段を水封状態に維持可能な基準液位以上の液位までドレン及び／又は液体が貯留されているか否かを検知可能なものであり、前記貯留手段に前記基準液位までドレン及び／又は液体が貯留された状態において、前記燃焼手段における燃焼作動に伴って燃焼ガス通路側から貯留手段側に気体が流動し、流入側貯留部に貯留されている液体に圧力が作用することによって流入側貯留部内の液面が低下して流入側貯留部から押し出されるドレン及び／又は液体の容積が、前記燃焼手段における燃焼作動が停止している状態において、流出側貯留部内に貯留されているドレン及び／又は液体の水面と、前記排出口の下端部を通る水平面とで囲まれた空間の容積以下となることを特徴とするドレン排出系統である。

本発明のドレン排出系統では、貯留手段が流入側貯留部と流出側貯留部とを有し、連通部を介して両者が連通している。そのため、燃焼作動に伴う気体の流動に伴って流入側貯留部内の液体に圧力が作用することにより、流入側貯留部内にあるドレン及び／又は液体、すなわちドレンや液体あるいはこれらの混合物（以下、単にドレン等とも称す）の液面が低下すると、流出側貯留部内においてドレン等の液面が上昇する。従って、流出側貯留部内において液面が上昇した際にドレン等が排出口から排出されると、貯留手段内に残存しているドレン等の量が水封状態を維持するのに必要な量を下回ることとなり、液補充手段による液体の補充を行わねばならない可能性がある。

しかし、上記したように、本発明のドレン排出系統では、燃焼作動に伴う気体の流動に起因する流入側貯留部内の液面低下に伴って流入側貯留部から押し出されるドレン等の容積が、燃焼作動の停止状態において流出側貯留部内に貯留されているドレン等の水面と、前記排出口の下端部を通る水平面との間にある空間の容積以下となっている。そのため、本発明のドレン排出系統では、流入側貯留部側で上記したような液面低下があっても、流出側貯留部側からむやみにドレン等が排出されることがない。従って、本発明のドレン排出系統では、液補充手段による液体の補充頻度が低い。

ここで、ドレン排出系統にドレン等が流入するのは燃焼手段が燃焼作動を行っている場合であって、燃焼作動の停止時はドレンが流入しない。燃焼作動中にドレン排出系統に流入するドレンの量だけ燃焼作動中にドレン排出系統からドレン等が排出される構成であれば、液補充手段の作動回数を最小限に抑制できる上、貯留手段のコンパクト化を図ることができるものと想定される。すなわち、流出側貯留部の容量を単に大きくした構成とした場合であっても液補充手段の作動回数を最小限に抑制できるが、逆に貯留手段の大型化を招く事となってしまうという問題がある。そのため、流出側貯留部の大型化を抑制するためには、燃焼作動の停止状態において、流出側貯留部内に貯留されているドレン及び／又は液体の水面と前記排出口の下端部を通る水平面とで囲まれた空間の容積が、燃焼作動に伴って流入側貯留部側から押し出されるドレン及び／又は液体の容積と同等あるいはこれより僅かに多い程度であることが望ましい。

請求項２に記載の発明は、燃焼手段における燃焼作動に伴って燃焼ガス通路側から貯留手段側に気体が流動することにより流入側貯留部に貯留されている液体に作用すると想定される最大の圧力が作用することによって流入側貯留部内の液面が低下して流入側貯留部から押し出されるドレン及び／又は液体の容積が、前記燃焼手段における燃焼作動が停止している状態において、流出側貯留部内に貯留されているドレン及び／又は液体の水面と、前記排出口の下端部を通る水平面とで囲まれた空間の容積以下であることを特徴とする請求項１に記載のドレン排出系統である。

かかる構成によれば、仮に燃焼手段における燃焼作動に伴って燃焼ガス通路側から貯留手段側に気体が流動することにより流入側貯留部に貯留されている液体に作用すると想定される最大の圧力が作用したとしても、これに伴ってむやみにドレン等が排出されることがない。

ここで、上記各請求項にかかるドレン排出系統において、液補充手段によって上水を補充する場合は、液補充手段を流入側貯留部や流出側貯留部内にあるドレン等から隔離した構造であることが望ましい。このような場合は、液補充手段を構成する配管等を流入側貯留部や流出側貯留部の天面側に接続した構成とすることにより、簡単な構成で液補充手段をドレン等から隔離することができる。

一方、例えば液補充手段を構成する配管等を流入側貯留部や流出側貯留部の天面側に接続したような構造を採用した場合は、液補充手段によって液体を補充する際に液体がはねたり、液面が大きく波打つ等する可能性がある。このような構成を採用した場合は、液補充手段による液体の補充の際に液面が波打つ等して液位検知手段が液位を誤検知する可能性がある。また、液体の補充に伴って液面が波打った場合、液面はすぐには安定しないため、液位判定に時間を要してしまうという問題もある。

そこで、かかる知見に基づいて提供される請求項３に記載の発明は、流入側貯留部および流出側貯留部のいずれか一方の貯留部に液位検知手段が設けられており、当該液位検知手段によって検知される水位に基づき、液補充手段によって前記流入側貯留部および流出側貯留部の他方側の貯留部に対して液体を補充可能であることを特徴とする請求項１または２に記載のドレン排出系統である。

また、同様の知見に基づいて提供される請求項４に記載の発明は、貯留手段が、流出側貯留部に対して連通したサブ貯留部を一又は複数有するものであり、液位検知手段が、流入側貯留部、流出側貯留部、並びに、サブ貯留部から選ばれる一の貯留部に設けられており、液補充手段が、前記液位検知手段によって検知される水位に基づき、液位検知手段が設けられた貯留部とは異なる貯留部に液体を補充可能なものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のドレン排出系統である。

上記請求項３や請求項４のような構成を採用した場合、液補充手段により液体を補充する際に液体がはねても、補充の際にはねた液体が液位検知手段に直接的に付着する可能性が低い。また、上記した構成を採用した場合、液補充手段により液体が補充される槽と液位検知手段が設置されている槽とが異なるため、液体の補充の際に液体が補充された貯留部の液面が大きく波打つ等しても、これによる液位の誤検知が起こりにくい。従って、上記請求項３や請求項４に記載の構成を採用すれば、貯留部に貯留されている液体の量を正確に把握し、水封状態を形成するのに適当な量となるように液体の補充量を調整可能なドレン排出系統を提供することができる。

請求項５に記載の発明は、燃焼手段が燃焼作動を停止している状況において、貯留手段内に貯留されているドレン及び／又は液体の液位が基準液位を下回っていることを条件として液補充手段により貯留手段内の液位が前記基準液位以上になるまで液体が補充されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のドレン排出系統である。

かかる構成によれば、燃焼手段が燃焼作動を行うのに先立って水封状態に維持するのに必要な液位まで液体を補充し、燃焼作動に備えることができる。従って、本発明のドレン排出系統によれば、燃焼ガスの漏洩を確実に防止することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載のドレン排出系統を備えており、ドレンを中和して排出可能であることを特徴とする中和装置である。

本発明の中和装置は、上記したドレン排出系統の構成を備えたものであるため、燃焼ガスの熱交換に伴って発生するドレンや、液補充手段によって補充された液体によって水封状態を形成した状態で燃焼作動を行っても、貯留手段に貯留されているドレン等がむやみに流出側貯留部から排出されることがない。そのため、本発明によれば、液補充手段による貯留手段への液体の補充頻度を最小限に抑制可能な中和装置を提供することができる。

請求項７に記載の発明は、燃料を燃焼する燃焼手段と、当該燃焼手段における燃焼作動に伴って発生した燃焼ガスが流れる燃焼ガス通路と、当該燃焼ガス通路を流れる燃焼ガスとの熱交換により湯水または熱媒体を加熱可能な熱交換手段と、請求項１〜５のいずれかに記載のドレン排出系統あるいは請求項６に記載の中和装置のいずれか一方または双方を備えていることを特徴とする湯水加熱装置である。

本発明の湯水加熱装置は、上記したドレン排出系統や中和装置のいずれか一方または双方を備えたものである。そのため、燃焼ガスの熱交換に伴って発生するドレンや、液補充手段によって補充された液体によって水封状態を形成し、燃焼ガスがドレン排出系統や中和装置を介して排出されるのを防止することができる。また、本発明の湯水加熱装置では、燃焼作動に伴って燃焼ガス通路側から貯留手段側に燃焼ガス等の気体が流動することの影響を受けて貯留手段における液面位置が変動しても水封状態が解消されず、むやみにドレン等が排出されることもない。

本発明によれば、燃焼作動時に想定の範囲内で燃焼ガスや外気の流動に伴い貯留手段に貯留されているドレン等の液面に作用する圧力に変動があってもドレン等がむやみに排出されず、水封状態を維持するために実施される貯留手段に対する液体の補充の頻度を最小限に抑制可能なドレン排出系統、中和装置、並びに、湯水加熱装置を提供することができる。

続いて、本発明の一実施形態にかかる給湯装置１（湯水加熱装置）について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明では、上下左右の位置関係は、特に断りのない限り、通常の設置状態を基準として説明する。

給湯装置１は、燃焼部２（燃焼手段）と、一次熱交換器２０と、二次熱交換器２５とを備えた、いわゆる潜熱回収型の湯水加熱装置である。給湯装置１は、燃焼部２の下方に燃焼ケース３と、排気集合部５とを有する。これらにより、給湯装置１には、燃焼ケース３から排気集合部５を経て消音部６に至る、断面形状が略「Ｕ」字型となるように連通した空間が形成されている。また、燃焼部２の側方には、消音部６が設けられており、燃焼ケース３の下方には中和装置７が設けられている。燃焼ケース３および消音部６は、それぞれ給湯装置１の底側に設けられた排気集合部５に連通している。

図１に示すように、燃焼部２は、空気ケース８や燃料噴霧ノズル１０、送風機１１、燃焼筒１２等を備えている。燃焼部２は、いわゆる逆燃焼式の燃焼装置により構成されており、下方に向けて火炎を形成可能とされている。すなわち、燃焼部２は、送風機１１を作動させることによって空気ケース８内に燃焼用の空気を導入すると共に、図示しない燃料供給源から供給されてきた液体燃料を燃料噴霧ノズル１０から下方に向けて噴霧し、燃焼筒１２内において燃焼できる構成とされている。

燃焼ケース３は、燃焼部２に対して下方側に位置しており、燃焼部２における燃焼動作に伴って発生する高温の燃焼ガスが流れる部分（燃焼ガス通路）である。燃焼ケース３の内部には、一次熱交換器２０および二次熱交換器２５が設けられている。一次熱交換器２０は、燃焼部２を流れる燃焼ガスの流れ方向上流側、すなわち図示状態において上方側に位置している。一方、二次熱交換器２５は、燃焼部２を流れる燃焼ガスの流れ方向下流側、すなわち図示状態において下方側に位置している。

一次熱交換器２０の入水口（図示せず）と、二次熱交換器２５の出水口（図示せず）との間は図示しない配管によって接続されている。また、一次熱交換器２０の出水口２０ａには、カランや浴槽といったような湯水の供給先となる所（給湯先）に繋がる配管が接続されている。また、二次熱交換器２５の入水口２５ａには、外部から加熱対象となる湯水を供給するための入水配管２６が接続されている。そのため、給湯先において給湯要求があり、外部の給水源から入水配管２６を介して湯水が供給されると、この湯水は二次熱交換器２５の入水口２５ａに供給される。入水口２５ａに供給された湯水は、二次熱交換器２５を流れた後、一次熱交換器２０内を流れることによって順次熱交換加熱され、その後一次熱交換器２０の出水口２０ａから給湯先に向けて供給される。

排気集合部５は、燃焼ケース３の下方に配置され、燃焼ケース３に直接連通した部分である。排気集合部５は、給湯装置１の底側において給湯装置１の幅方向（図１において左右方向）に伸びる内部空間を有する。また、排気集合部５は、燃焼ケース３の側方に配された消音部６とも連通している。そのため、排気集合部５は、燃焼ケース３を下方に向けて流れる燃焼ガスを流入させるとともに、当該燃焼ガスを消音部６に向けて流出させる部分として機能する。すなわち、排気集合部５は、下方に向けて流れる燃焼ガスの流れ方向を上方に向けて折り返すための部分として機能する。

排気集合部５の底部には、ドレン排出口２７が設けられている。ドレン排出口２７は、二次熱交換器２５側から落下してくるドレンを排気集合部５の外部に排出するための排出口として機能する。

排気集合部５の下方には、中和装置７が配されており、ドレン排出口２７から排出されるドレンを受容し、中和して排出可能とされている。すなわち、中和装置７は、給湯装置１において発生するドレンを排出するためのドレン排出系統としての機能と、ドレンを中和するための中和器としての機能とを兼ね備えたものである。図１に示すように、中和装置７は、ドレンを貯留可能な貯留容器３０（貯留手段）と、貯留容器３０に対して外部から湯水を補充可能な注水手段４０（液補充手段）とを備えている。

貯留容器３０は、大別して２つの槽に分類され、互いにドレンや湯水が行き来可能なように連通している。具体的には、貯留容器３０は、流入槽３１（流入側貯留部）と、排出槽３２（流出側貯留部）とを有しており、両者の間が隔壁３３によって隔てられている。また、排出槽３２に隣接する位置には排出部３４が設けられており、排出槽３２の上方側の位置において両者が連通している。

流入槽３１は、排気集合部５側から流れてくるドレンの流入側、すなわちドレンの流れ方向上流側に位置する槽である。本実施形態では、流入槽３１は、排気集合部５のドレン排出口２７に接続されている。排出槽３２は、貯留容器３０に流入したドレンの排出側、すなわち排気集合部５から、ドレン排出系統をなす中和装置７を通って排出されるドレンの流れを想定した場合に、流入槽３１に対してドレンの流れ方向下流側に存在している槽である。本実施形態では、排出槽３２は、流入槽３１に対して隣接する位置に設けられている。

流入槽３１と排出槽３２との間に配された隔壁３３は、貯留容器３０の上方から下方に向けて伸びている。貯留容器３０にドレンや湯水等の液体が貯留された状態において、隔壁３３は、流入槽３１および排出槽３２の間において、両者の水面を隔離する。一方、貯留容器３０は、隔壁３３の下方側の位置（以下、連通部３５とも称す）において流入槽３１と排出槽３２とが連通した状態となっている。すなわち、隔壁３３は、貯留容器３０の底面３０ａには到達しておらず、隔壁３３の下端部と底面３０ａとの間には流入槽３１と排出槽３２との間でドレンや湯水の行き来を阻止するものは存在していない。

流入槽３１には、グラウンド電極３６と、液位を検知するための３本の水位電極３７（以下、それぞれを３７ａ，３７ｂ，３７ｃと称す）とが設けられている。グラウンド電極３６および水位電極３７ａ〜３７ｃは、給湯装置１の動作を司るために設けられた制御装置５０に電気的に接続されている。

グラウンド電極３６および水位電極３７ａは、それぞれ流入槽３１において、貯留容器３０の天面３０ｂ側から底面３０ａ側に向けて略垂下している。また、グラウンド電極３６および水位電極３７ａは、それぞれ隔壁３３の下端部分、換言すれば連通部３５の上端部分に相当する位置に到達している。グラウンド電極３６と水位電極３７ａとの間で導通があることが検知された場合は、流入槽３１における液面が少なくとも水位電極３７ａの下端、すなわち連通部３５の上端部に相当する位置以上の位置にあり、連通部３５がドレンや湯水で封止された状態（以下、この状態を水封状態と称す）になっている。すなわち、水位電極３７ａは、貯留容器３０が水封状態になっているか否かを検知するための水封状態検知手段としての機能を発揮できる。

水位電極３７ｂは、水位電極３７ａと略平行であり、貯留容器３０の流入槽３１において天面３０ｂ側から下方に向けて略垂下するように取り付けられた電極である。水位電極３７ｂの下端部は、水位電極３７ａの下端部よりも高い位置（天面３０ｂ側の位置）、すなわち貯留容器３０にドレン等が流入した際に液面が上昇する側の位置に存在している。水位電極３７ｂは、後に詳述するように、水封状態を維持可能であって、燃焼作動時に貯留容器３０内において液面の変動があってもオーバーフローしない程度の量のドレンが貯留されている場合に、燃焼停止状態において流入槽３１内の液面が存在すると想定される位置に液面があるか否かを検知可能なように取り付けられている。

水位電極３７ｃは、貯留容器３０にあるドレン等がオーバーフローする程度の水位に達しているか否かを検知するために設けられている。水位電極３７ｃは、上記した水位電極３７ａ，３７ｂと同様に、貯留容器３０の天面３０ｂ側から下方に向けて略垂下するように取り付けられている。水位電極３７ｃは、貯留容器３０が満水状態であるか否かを検知するために設けられたものであり、その下端部は上記した水位電極３７ａ，３７ｂよりも高い位置（天面３０ｂ側の位置）にある。

排出槽３２は、上記した流入槽３１よりもその容積が大きい。貯留容器３０は、排出槽３２側の底面に水抜き口３８を有する。排出槽３２内には、２つの仕切り３２ａ，３２ｂが設けられている。排出槽３２内の空間は、仕切り３２ａ，３２ｂにより、流入槽３１側の空間、排出部３４側の空間、並びに、前記両空間の中間にある空間からなる３つの空間に分割されている。

仕切り３２ａ，３２ｂは、排出槽３２内において上下方向に伸びるように設けられており、その下端部と貯留容器３０の底面３０ａとの間には存在していない。そのため、仕切り３２ａ，３２ｂによって排出槽３２内の空間を区切って形成された３つの空間は、それぞれ互いに連通した状態になっている。一方、図１や図２等に示すように仕切り３２ａ，３２ｂの上端部は、排出槽３２と排出部３４とを連通している開口３９の下端部を通る水平面により規定されるオーバーフロー基準水位Ｌｘよりもやや上方に突き出ている。すなわち、仕切り３２ａ，３２ｂの上端は、排出槽３２側から排出部３４側にドレンや湯水等の液体があふれ出す際の液面位置よりも僅かに上方に突き出した位置にある。

排出部３４は、排出槽３２の側方に付属した部分であり、排出槽３２の上端側、すなわち貯留容器３０の天面３０ｂ側に偏在した位置に設けられた開口３９を介して連通している。排出部３４の下部には、開口３９を介して排出槽３２からあふれ出してきたドレン等を排出するための排出口３４ａが設けられている。

ここで、上記した貯留容器３０は、流入槽３１および排出槽３２の大きさ（内容積）や、ドレン等を排出槽３２から排出部３４側へ排出するための排出口として機能する開口３９を設けた位置について、通常の燃焼状態で燃焼作動する際に流入槽３１および排出槽３２において想定される液面位置の変動を加味して調整されている。さらに具体的には、本実施形態の給湯装置１では、燃焼部２において燃焼作動を行うことにより発生する燃焼ガスが排気集合部５から貯留容器３０の流入槽３１に流入する。これに伴い、流入槽３１内にあるドレン等の液面に圧力が作用し、流入槽３１側の液面が低下する一方、排出槽３２側の液面が上昇する。

そのため、例えば図２（ａ）に示すように燃焼作動の停止時にオーバーフロー基準水位Ｌｘに液面が到達するまで注水することとした場合は、燃焼開始後に流入槽３１内の液面低下に伴い、図２（ｂ）に示すように排出槽３２側のドレン等が開口３９を介して排出部３４側にオーバーフローし、排出されてしまうこととなる。従って、燃焼停止時に上記したオーバーフロー基準水位Ｌｘまで注水を行うこととすると、オーバーフローしたドレン等を補充するために頻繁に注水を行わねばならないこととなってしまう。

そこで、本実施形態では、燃焼停止状態において排出槽３２側の液面とオーバーフロー基準水位Ｌｘに相当する位置に想定される水平面とで囲まれた空間の容積が、流入槽３１において燃焼ガス等の流入に伴って液面低下が起こることによって流入槽３１側から排出槽３２側に押しやられるドレン等の容積以上となるように開口３９の位置（高さ）や、注水手段４０によって注水する際の水位を調整している。

すなわち、本実施形態では、燃焼作動時において流入槽３１内の液面の低下量が最大である際の値（以下、最大液面低下量Ｘ１とも称す）を実験的あるいは所定の数式等に基づいて導出し、設定している。そして、この最大液面低下量Ｘ１分だけ液面が低下した際に連通部３５を介して排出槽３２側に押しやられるドレン等の容量や、排出槽３２の断面積に基づき、最大液面低下量Ｘ１分だけ流入槽３１側の液面低下が起こった際の排出槽３２側の液面上昇量（以下、最大液面上昇量Ｘ２と称す）を導出し、この値や最大液面低下量Ｘ１等に基づいて非燃焼状態である際に貯留しておくべきドレンの量や、排出槽３２の開口３９の位置を調整している。

さらに詳細には、例えば流入槽３１および排出槽３２の内部空間が直方体である場合は、流入槽３１の水平面による断面積をＡ１、排出槽３２の水平面による断面積をＡ２とすると、Ａ１×Ｘ１＝Ａ２×Ｘ２の相関関係が成立する。そのため、この相関関係に基づいて最大液面上昇量Ｘ２を導出することができる。また、流入槽３１および排出槽３２の内部空間が直方体状でない場合についても、流入槽３１の水平面による断面積Ａ１、排出槽３２の水平面による断面積Ａ２とすると、最大液面低下量Ｘ１に基づいて最大液面上昇量Ｘ２を導出することができる。

本実施形態では、図２（ｃ）に示すように、貯留容器３０内に水封状態になる水位までドレン等が存在する状況下において、燃焼作動時に最大液面上昇量Ｘ２だけ排出槽３２側の液面が上昇することにより液面が到達する位置以上の高さに排出口となる開口３９を設けている。また、水封状態を維持できると共に、最大液面上昇量Ｘ２だけ排出槽３２側の液面が上昇してもドレン等が外部に排出されない量だけ貯留容器３０内にドレン等が存在している場合に、燃焼停止状態において流入槽３１内の液面が存在すると想定される位置（以下、注水基準水位Ｌｃとも称す）にドレン等が存在しているか否かを検知可能な位置に水位電極３７ｂが取り付けられている。すなわち、燃焼停止中に注水基準水位Ｌｃ以上の水位までドレン等が貯留されていれば、燃焼部２が正常に燃焼作動する限り水封状態を維持できる。

図１に示すように、注水手段４０は、注水管路４１と弁４２とを備えた構成とされている。注水管路４１は、上記した二次熱交換器２５の入水口２５ａに接続されている入水配管２６の途中で分岐された配管であり、外部から供給される湯水を貯留容器３０に向けて供給することができる。注水管路４１は、貯留容器３０のうち排出槽３２側の天面３０ｂに接続されており、排出槽３２側に注水できる構造とされている。また、弁４２は、注水管路４１の中途に設けられている。

上記した貯留容器３０内には、ドレンを中和するための中和剤Ｃが収容されている。図１に示すように、本実施形態では、中和剤Ｃは、排出槽３２全体に収容されている。中和剤Ｃは、直径が約５〜９ｍｍ程度の粒状体の集合からなり、ドレンを中和するにつれ粒径が小さくなっていく。本実施形態では、排出槽３２の容量は、初期状態における中和剤の量および排出槽３２の空隙率を考慮して設定されている。

図１に示すように、消音部６は、四方を囲まれた、上下方向に連通した筒状の空間６ｂを有する。消音部６内の空間６ｂは、下端側において排気集合部５と連通している。また、消音部６は、上端側に排気口６ｃを有し、これを介して空間６ｂが外部雰囲気と連通している。

続いて、給湯装置１の動作について説明する。給湯装置１において、例えば入水配管２６の中途であって、注水管路４１の接続位置よりも下流側（熱交換器側）に備えられた流量センサ（図示せず）から流量検知信号が入力されることにより、燃焼部２が燃焼作動を開始する。燃焼部２における燃焼作動に伴って燃焼筒１２内で発生した燃焼ガスは、燃焼ケース３内を下方に向けて流れる。その後、燃焼ガスは、給湯装置１の底側に設けられた排気集合部５内に流入する。

排気集合部５内に流入した燃焼ガスは、排気集合部５内を横方向、すなわち消音部６と接続されている側（図１において右方向）に向けて流れる。その後、燃焼ガスは、排気集合部５の上方に接続されている消音部６に向けて流れる。すなわち、燃焼部２で発生し、燃焼ケース３内を下方に向けて流れていた燃焼ガスは、排気集合部５においてその流れ方向を変換し、消音部６を上方に向けて流れた後、排気口６ｃから外部に排出される。

一方、入水配管２６を介して外部から供給されてきた湯水は、二次熱交換器２５の入水口２５ａを介して二次熱交換器２５に流入する。二次熱交換器２５に流入した湯水は、主として燃焼ガス中に含まれている潜熱を回収し、これにより加熱される。これに伴い、燃焼ガス中に含まれている水分が凝集され、二次熱交換器２５の表面等においてドレンが発生する。

二次熱交換器２５で加熱された湯水は、二次熱交換器２５の出水口（図示せず）を出て一次熱交換器２０の入水口（図示せず）から一次熱交換器２０内に流入する。一次熱交換器２０に流入した湯水は、燃焼部２での燃料の燃焼に伴って発生した燃焼ガスとの熱交換により加熱される。一次熱交換器２０では、主として燃焼ガス中に含まれている顕熱が回収される。このようにして一次熱交換器２０において加熱された湯水は、一次熱交換器２０の出水口２０ａから流出し、給湯先となるカランや浴槽等に向けて供給される。

上記したように、給湯装置１では、二次熱交換器２５における熱交換に伴ってドレンが発生する。ここで発生したドレンは、燃焼ケース３内を落下し、排気集合部５に集まる。その後、このドレンは、排気集合部５の底部に設けられたドレン排出口２７を介して排気集合部５の下方に設けられた中和装置７の貯留容器３０の流入槽３１に流入する。流入槽３１に流入したドレンは、貯留容器３０内に収容されている中和剤によって中和される。

続いて、中和装置７の動作、並びに、中和装置７における水位と燃焼部２における燃焼作動との関係について図面を参照しながら詳細に説明する。給湯装置１は、設置直後の初期段階や、水抜き口３８を介して貯留容器３０からドレンや湯水を排出した後において、貯留容器３０内にドレンや湯水が存在していない状態になっている。このように貯留容器３０内にドレンや湯水が全く存在しない状態では、流入槽３１と排出槽３２とを隔てる隔壁３３の下方に存在する連通部３５がドレンや湯水で封止された状態、すなわち水封状態になっていない。

また、図２（ｄ）のように、貯留容器３０内にドレンや湯水がごく僅かしか残っていない場合もある。貯留容器３０内に存在するドレン等の水位が連通部３５の上端部（隔壁３３の下端部）を通る水平線（以下、渇水基準水位Ｌｄとも称す）に達していない場合は、貯留容器３０内に全くドレンや湯水が存在しない場合と同様に連通部３５が水封状態になっていない。

上記したように、貯留容器３０において連通部３５が水封状態になっていない状態で燃焼作動を行うと、排気集合部５から貯留容器３０内に流入した燃焼ガスが貯留容器３０を通過し、ユーザーが予期せぬ位置から燃焼ガスが排出されることとなってしまう。そのため、この場合は、制御装置５０は、燃焼部２において燃焼作動を開始する前に注水手段４０を作動させ、貯留容器３０に湯水を補充する補充動作を行う。制御装置５０は、貯留容器３０内のドレンの液面が上記した注水基準水位Ｌｃに達するまで補充動作を行わせる。すなわち、補充動作は、水位電極３７ｂとグラウンド電極３６との間の導通が確認されるまで実施される。補充動作が完了すると、貯留容器３０が水封状態になり、燃焼部２における燃焼作動が開始可能になる。

また、上記したように、本実施形態では、排気集合部５側から貯留容器３０側に燃焼ガスが流動してきて貯留容器３０に溜まっている液体に圧力が作用することによって流入槽３１における水位低下が起こっても、水封状態を維持可能なように注水手段４０によって貯留容器３０に液体が補充された状態となってから燃焼作動を行う構成とされている。そのため、本実施形態の給湯装置１では、燃焼ガスが流入槽３１に流入してきて水面が低下したとしても確実に水封状態を維持でき、燃焼ガスの漏洩を防止することができる。

本実施形態では、燃焼作動に伴う燃焼ガス等の気体の流動に起因して流入槽３１内の液面が低下することにより流入槽３１から押し出されるドレン等の容積が、燃焼作動の停止状態において排出槽３２内に貯留されているドレン等の水面と、ドレンの排出口となる開口３９の下端部を通るオーバーフロー基準水位Ｌｘとの間にある空間の容積以下となっている。そのため、本実施形態の給湯装置１では、燃焼作動に伴って排出槽３２側でドレン等の液面上昇した場合、燃焼作動中に発生したドレンの分が排出部３４から排出される可能性はあるが、それ以上は排出槽３２から排出されることがない。そのため、給湯装置１では、燃焼作動が停止したときに、貯留容器３０内の水位が注水基準水位Ｌｃを下回ることがない。従って、給湯装置１で採用されている中和装置７では、注水手段４０による液体の補充頻度が最小限に抑制されている。

また、本実施形態では、燃焼作動に伴って低下する流入槽３１の液面の低下量の最大値（最大液面低下量Ｘ１）や、排出槽３２の液面の上昇量の最大値（最大液面上昇量Ｘ２）を考慮して注水基準水位Ｌｃや開口３９の位置を調整している。そのため、本実施形態の給湯装置１および中和装置７では、注水手段により湯水を貯留手段３０に補充する頻度が最小限に抑制されている。

上記した中和装置７では、水位を検知するための構成としてグラウンド電極３６と水位電極３７ａ〜３７ｃとを組み合わせたものを採用した構成を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、グラウンド電極３６と水位電極３７との組み合わせ等の水位検知手段に代わって、従来公知のフロートセンサやボールタップ、圧力センサ、光センサ等を用いた構成としてもよい。

また、上記した中和装置７は、流入槽３１および排出槽３２の２槽を備え、これらにドレンが貯留されるものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば流入槽３１と排出槽３２との間にドレン等を貯留可能な別の槽（サブ貯留部）を設けたり、流入槽３１に対してドレンの流れ方向上流側の位置や排出槽３２に対してドレンの流れ方向下流側の位置に別の槽（サブ貯留部）を設けた構成としてもよい。

上記実施形態では、ドレンや湯水を貯留することにより水封状態を形成可能な中和装置７によってドレンを外部に排出するための系統を構成した例を例示したが、これは本発明の一実施形態を示したものに過ぎず、中和装置７以外の部位において同様の構成を備えたドレン排出系統を形成したものや、当該ドレン排出系統と中和装置とを組み合わせた構成であってもよい。また、上記実施形態では、中和装置７により構成されるドレン排出系統をいわゆる潜熱回収型の給湯装置１に適用した例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他のタイプの給湯装置や機器類に採用した構成としてもよい。

上記実施形態で示した給湯装置１は、いわゆる逆燃焼方式の燃焼部２を備えたものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば従来公知の気化式の燃焼装置のように、液体燃料を気化したものを燃焼するタイプや、ガスを燃焼するタイプの燃焼装置等、いかなる燃焼形態を採用したものであってもよい。また、給湯装置１は、いわゆる一般給湯機能のみを備えたタイプのものに限らず、一般給湯機能に代えて風呂追い焚き機能、温水暖房機能を備えたものや、これらの機能を複数備えた複合機であってもよい。

上記した給湯装置１は、燃焼ガスが中和装置７を通過して排出されるといった不具合が起こらない。そのため、給湯装置１は、屋内にも好適に設置できる。

本発明の一実施形態にかかる給湯装置の構成を示す装置構成図である。 貯留容器内におけるドレン等の貯留状態を模式的に示す断面図であり、（ａ）は貯留容器が満水状態である状態、（ｂ）は貯留容器内に燃焼部からの燃焼ガスや排気部からの逆風が侵入して流入槽内の液面が低下した状態、（ｃ）は燃焼作動時に水封状態を維持可能な水位まで注水された状態、（ｄ）は貯留容器内にドレン等がほとんど溜まっていない状態を示すものである。

符号の説明

１ 給湯装置（湯水加熱装置）
２ 燃焼部（燃焼手段）
３ 燃焼ケース（燃焼ガス通路）
５ 排気集合部
６ 消音部（排気部）
７ 中和装置
２０ 一次熱交換器（熱交換手段）
２５ 二次熱交換器（熱交換手段）
３０ 貯留容器（貯留手段）
３１ 流入槽（流入側貯留部）
３２ 排出槽（流出側貯留部）
３３ 隔壁
３５ 連通部
３６ グラウンド電極（液位検知手段）
３７ａ〜３７ｃ 水位電極（液位検知手段）
４０ 注水手段（液補充手段）
４１ 注水管路
５０ 制御装置

Claims (7)

1. 燃料を燃焼する燃焼手段と、当該燃焼手段における燃焼作動に伴って発生した燃焼ガスが流れる燃焼ガス通路と、当該燃焼ガス通路を流れる燃焼ガスとの熱交換により湯水または熱媒体を加熱可能な熱交換手段とを備えた湯水加熱装置において発生するドレンを排出するためのドレン排出系統であって、
   燃焼ガス通路に連通し、ドレンを貯留可能な貯留手段と、
   当該貯留手段に対して液体を補充可能な液補充手段と、
   液位検知手段とを有し、
   前記貯留手段が、ドレンの流入側に位置する流入側貯留部と、ドレンの排出側に位置する流出側貯留部と、前記流入側貯留部および流出側貯留部が連通した連通部とを有し、
   貯留手段に液面が所定の液位以上となるように液体を貯留することにより、前記連通部が貯留手段に貯留されている液体で封止され、燃焼ガスの通過を阻止可能な水封状態とすることが可能なものであり、
   前記流出側貯留部には、内部に貯留されているドレン及び／又は液体を外部に排出するための排出口があり、
   前記液位検知手段が、燃焼手段が燃焼作動を行っている際に貯留手段を水封状態に維持可能な基準液位以上の液位までドレン及び／又は液体が貯留されているか否かを検知可能なものであり、
   前記貯留手段に前記基準液位までドレン及び／又は液体が貯留された状態において、前記燃焼手段における燃焼作動に伴って燃焼ガス通路側から貯留手段側に気体が流動し、流入側貯留部に貯留されている液体に圧力が作用することによって流入側貯留部内の液面が低下して流入側貯留部から押し出されるドレン及び／又は液体の容積が、
   前記燃焼手段における燃焼作動が停止している状態において、流出側貯留部内に貯留されているドレン及び／又は液体の水面と、前記排出口の下端部を通る水平面とで囲まれた空間の容積以下となることを特徴とするドレン排出系統。
2. 燃焼手段における燃焼作動に伴って燃焼ガス通路側から貯留手段側に気体が流動することにより流入側貯留部に貯留されている液体に作用すると想定される最大の圧力が作用することによって流入側貯留部内の液面が低下して流入側貯留部から押し出されるドレン及び／又は液体の容積が、
   前記燃焼手段における燃焼作動が停止している状態において、流出側貯留部内に貯留されているドレン及び／又は液体の水面と、前記排出口の下端部を通る水平面とで囲まれた空間の容積以下であることを特徴とする請求項１に記載のドレン排出系統。
3. 流入側貯留部および流出側貯留部のいずれか一方の貯留部に液位検知手段が設けられており、
   当該液位検知手段によって検知される水位に基づき、液補充手段によって前記流入側貯留部および流出側貯留部の他方側の貯留部に対して液体を補充可能であることを特徴とする請求項１または２に記載のドレン排出系統。
4. 貯留手段が、流出側貯留部に対して連通したサブ貯留部を一又は複数有するものであり、
   液位検知手段が、流入側貯留部、流出側貯留部、並びに、サブ貯留部から選ばれる一の貯留部に設けられており、
   液補充手段が、前記液位検知手段によって検知される水位に基づき、液位検知手段が設けられた貯留部とは異なる貯留部に液体を補充可能なものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のドレン排出系統。
5. 燃焼手段が燃焼作動を停止している状況において、貯留手段内に貯留されているドレン及び／又は液体の液位が基準液位を下回っていることを条件として液補充手段により貯留手段内の液位が前記基準液位以上になるまで液体が補充されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のドレン排出系統。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のドレン排出系統を備えており、ドレンを中和して排出可能であることを特徴とする中和装置。
7. 燃料を燃焼する燃焼手段と、
   当該燃焼手段における燃焼作動に伴って発生した燃焼ガスが流れる燃焼ガス通路と、
   当該燃焼ガス通路を流れる燃焼ガスとの熱交換により湯水または熱媒体を加熱可能な熱交換手段と、
   請求項１〜５のいずれかに記載のドレン排出系統あるいは請求項６に記載の中和装置のいずれか一方または双方を備えていることを特徴とする湯水加熱装置。

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