JP2011064430A - ドレン排水装置 - Google Patents

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【課題】ドレン排水管の内径の大小に応じて最適な出力で排水ポンプを作動させることができ、ドレンタンク内のドレンを確実に排出することができるドレン排水装置を提供する。
【解決手段】潜熱熱交換器4で発生したドレンを貯留するドレンタンク14と、ドレンタンクの水位を検出する水位検出手段20,21と、ドレンタンクから排水部15に向かってドレンを導出するドレン排水管16と、ドレンを強制的に排出させる排水ポンプ17と、水位検出手段による検出水位に応じて排水ポンプを作動させる排水制御手段24とを備える。排水制御手段は、ドレンの排水所要時間が第1基準時間以下の場合は排水ポンプの出力を減少させ、ドレンの排水所要時間が第2基準時間以上の場合は排水ポンプの出力を増加させると共に、変更された排水ポンプの出力に応じて第1基準時間の変更及び第2基準時間の変更を行う。
【選択図】図1

Description

本発明は、潜熱熱交換器を備えるガス燃焼式の熱源機に設けられて潜熱熱交換器で発生したドレンを強制的に排出するドレン排水装置に関する。
従来、潜熱を回収する潜熱熱交換器を備えるガス燃焼式の熱源機においては、潜熱熱交換器で発生するドレンを中和器により中和した後にドレンタンクに貯留し、ドレンタンク内のドレンが高水位となったことを検出してドレンタンクのドレンを排水ポンプにより強制的に排出させるドレン排水装置を設けることが行われている(下記特許文献1参照)。
また、この種の熱源機を用いた風呂追焚き装置にドレン排水装置が設けられる場合には、浴槽の湯を加熱循環させるための往き管と戻り管とが浴槽に接続されることにより、ドレンタンク内のドレンを排出するドレン排水管を戻り管に沿わせて配管し、浴室内の浴槽の下方に設けられた排水部にドレンを流すことが行われる(下記特許文献2参照)。
更に、下記特許文献2のものでは、ドレン排水管の屈曲回数やドレンタンクと排水部との高低差によるドレンの流動抵抗を考慮して、ドレンタンクからの排水速度に応じて排水ポンプの出力を増減させる制御が行われている。なお、このものでは、ドレンの排水速度を、ドレンタンクのドレンを排水する時間に基づいて判断している。
特開2008−309469号公報 特開2007−278684号公報
そころで、近年では、ドレン排水管の配管を簡素化するために、ドレン排水管を戻り管の内部に挿通させ、浴槽近傍で戻り管から外部に露出させて浴室内の排水部に延出させることが行われるが、この場合には、通常の太さのドレン排水管よりも細く内径の極めて小さいドレン排水管が用いられる。
しかし、上記従来のものは、通常の太さ(例えば内径が7mm程度)のドレン排水管に対して好適な排水ポンプの制御を行うものである。このため、通常よりも細い(例えば内径が2mm程度の)ドレン排水管が採用されている場合には、細いドレン排水管におけるドレンの流動抵抗が、通常の内径のドレン排水管に詰まりが生じたときのドレンの流動抵抗と同等になることがあり、ドレン排水管に詰まりが生じたものと判断されるおそれがある。
また、細いドレン排水管に対して好適となるように排水ポンプの制御を行うと、通常の太さ或いはそれよりも更に太いドレン排水管が用いられていた場合には、その流動抵抗が細いドレン排水管での正常な流動抵抗を下回るまで詰まりを検出することができず、詰まり検出に遅れが生じるおそれがある。
上記の点に鑑み、本発明は、ドレン排水管の内径の大小に応じて最適な出力で排水ポンプを作動させることができ、ドレンタンク内のドレンを確実に排出することができるドレン排水装置を提供することを目的とする。
本発明は、潜熱を回収する潜熱熱交換器を備えるガス燃焼式の熱源機に設けられるドレン排水装置であって、潜熱熱交換器で発生したドレンを貯留するドレンタンクと、該ドレンタンクの水位を検出する水位検出手段と、ドレンタンク内のドレンを所定の排水部に向かって導出するドレン排水管と、ドレン排水管に介装されてドレンを強制的に排出させる排水ポンプと、前記水位検出手段による検出水位に応じて排水ポンプを作動させる排水制御手段とを備えるものにおいて、前記排水制御手段は、排水ポンプの出力可変領域における複数段の出力を選択的に用いて排水ポンプを作動させるポンプ制御手段と、排水ポンプの各段の出力毎に対応して定められた第1基準時間と該第1基準時間より短い第2基準時間とを示すデータテーブルを記憶した記憶手段と、排水ポンプの作動によるドレンの排水所要時間が現時点での排水ポンプの出力に対応する前記データテーブルの第1基準時間以上の場合は排水ポンプの出力を増加させ、ドレンの排水所要時間が現時点での排水ポンプの出力に対応する前記データテーブルの第2基準時間以下の場合は排水ポンプの出力を減少させるポンプ出力変更手段とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、前記水位検出手段の検出水位に応じて前記排水制御手段がポンプ制御手段により排水ポンプを作動させるとき、前記ポンプ出力変更手段によりドレンの排水所要時間に応じて排水ポンプの出力を増減させる。
このとき、前記ポンプ出力変更手段は、ドレンの排水所要時間が現時点での排水ポンプの出力に対応する前記データテーブルの前記第1基準時間以上の場合は排水ポンプの出力を増加させる。また、ドレンの排水所要時間が現時点での排水ポンプの出力に対応する前記データテーブルの第2基準時間以下の場合は排水ポンプの出力を減少させる。
そして、このように作動するポンプ出力変更手段を設けたことにより、排水ポンプの出力が変更された後にも、前記データテーブルを参照して、変更後の出力に対応する第1基準時間及び第2基準時間への変更が自動的に行われる。即ち、排水ポンプの出力を変更したときに同時に基準時間も変更され、例えば、通常の内径のドレン排水管が用いられている場合と、内径の極めて小さいドレン排水管が用いられている場合とで、夫々異なる最適の出力で排水ポンプを作動させることができる。
従って、ドレン排水管の内径によらず、ドレン排水管の詰まりの誤判定が防止できると共にドレン排水管の詰まりを確実に検出でき、ドレン排水管の内径の大小に応じて最適な出力で排水ポンプを作動させることができる。
また、本発明においては、前記ドレンタンクに給水する給水管を設け、前記排水制御手段は、前記給水管からドレンタンクへの給水により前記排水ポンプを作動させて前記ドレン排水管の洗浄を行う洗浄制御手段を備えることが好ましい。
例えば、内径の極めて小さいドレン排水管が用いられている場合には、ドレン排水管の詰まりが生じやすくなるが、洗浄制御手段を設けたことにより、給水管からドレンタンクに給水してドレンタンクの洗浄を行ってドレン排水管の詰まり発生を防止することができ、排水ポンプの制御の精度低下を確実に防止することができる。
本発明の実施装置を示す概略構成図。 排水制御手段の機能的構成を示すブロック図。 記憶手段に記憶されているデータを示す図。 本実施形態のドレン排水装置の作動を示すフローチャート。 図4に続く作動を示すフローチャート。
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1はガス燃焼式の熱源機を用いた風呂追焚き装置であり、図1に示すように、本体1の内部に、熱源機を構成するガスバーナ2と、該ガスバーナ2により加熱される顕熱熱交換器3と、該顕熱熱交換器3を通過した燃焼排気の潜熱を回収する潜熱熱交換器4とを備えている。
潜熱熱交換器4と顕熱熱交換器3とは互いに直列に接続されて熱媒循環路5を形成しており、熱媒循環路5に介装された熱媒循環ポンプ6により熱媒循環路5の熱媒が強制的に循環されるようになっている。
また、本体1の内部には、熱媒循環路5を一次側として浴槽7の湯を加熱する追焚き用の液液熱交換器8が設けられている。液液熱交換器8の二次側には浴槽7から延びる風呂往き管9と風呂戻り管10とが接続されている。風呂戻り管10には風呂循環ポンプ11が介装されており、風呂循環ポンプ11により液液熱交換器8と浴槽7との間で湯が強制的に循環されるようになっている。
また、本体1の内部には、潜熱熱交換器4で生成されたドレンを受けるドレン受け12が設けられており、更に、ドレン受け12によって受けたドレンを排出するドレン排水装置Aが設けられている。ドレン排水装置Aは、ドレン受け12から導出されたドレンを中和する中和器13と、中和器13で中和されたドレンを貯留するドレンタンク14と、ドレンタンク14のドレンを浴槽7下の排水部15に導出するドレン排水管16とを備えている。ドレン排水管16には、ドレンを強制的に排出する排水ポンプ17が設けられている。また、ドレン排水管16は、排水ポンプ17の下流に逆流防止用の逆止弁18を介して接続されたドレン導出管19を備えている。ドレン導出管19は、比較的細い(本実施形態では内径が約2mmの)合成樹脂製チューブが用いられ、図1に示すように、風呂戻り管10の内部に挿通されている。
また、ドレンタンク14には、ドレンの最大貯留水位を検知する高水位センサ20と、最小貯留水位を検知する低水位センサ21とが設けられている。高水位センサ20及び低水位センサ21は、本発明の水位検出手段である。更に、ドレンタンク14には、上水道等の水源から延びる給水管22が接続されている。給水管22には電磁弁による給水弁23が介装されており、給水弁23の開閉(ON/OFF)によりドレンタンク14への給水が制御される。
高水位センサ20と低水位センサ21とは、夫々の検知信号(ON/OFF信号)を後述の排水制御手段24に出力する。排水制御手段24は、高水位センサ20や低水位センサ21からの検知信号に基づいて前記排水ポンプ17の作動を制御する。排水制御手段24は、図2に示すように、排水ポンプを後述の出力指示値に基づいて作動させるポンプ制御部25(ポンプ制御手段)と、該ポンプ制御部25における出力指示値を増減させるポンプ出力変更部26(ポンプ出力変更手段)とを機能的に備えている。また、ポンプ出力変更部26は、出力指示値の変更に応じて後述の基準時間の変更を行う基準時間変更部27(基準時間変更手段)を機能的に備えている。更に、排水制御手段24は、排水ポンプ17の出力を制御するための複数の出力指示値と各出力指示値に対応する2つの基準時間(第1基準時間t_upと第2基準時間t_down)とをデータテーブル(図3参照)として記憶する記憶部28(記憶手段)を機能的に備えている。また、排水制御手段24は、給水弁23を制御してドレン排水管16の洗浄を行う洗浄制御部29(洗浄制御手段)を備えている。なお、排水制御手段24は、ガスバーナ2の燃焼制御を含む風呂の追焚き制御を行うコントローラの一部として設けられている。
本実施形態による風呂の追焚き運転においては、ガスバーナ2を燃焼させると共に熱媒循環路5の熱媒循環ポンプ6を作動させ、更に、風呂循環路の風呂循環ポンプ11を作動させることにより、浴槽7の追焚きが行われる。これにより、ガスバーナ2からの燃焼排気によって潜熱熱交換器4と顕熱熱交換器3とを通る熱媒循環路5内の熱媒体が加熱される。
このとき、潜熱熱交換器4で生成されたドレンは、ドレン受け12から中和器13に流入して中和された後、ドレンタンク14に貯留される。そして、ガスバーナ2の燃焼継続に伴ってドレンタンク14内のドレンは次第に増加する。
ここで、ドレン排水装置Aの制御について、図4及び図5のフローチャートに沿って説明する。ドレン排水装置Aの制御は、排水ポンプ17の出力を、主にドレン導出管19におけるドレンの流動抵抗に合致したものとするために行われる。
即ち、十分に太く流動抵抗が比較的小さいドレン導出管19に合わせて排水ポンプ17を低レベルの出力で制御すると、実際のドレン排水経路に極めて細いドレン導出管19が用いられていた場合には、ドレンの流動抵抗が大きいためにドレンタンク14からの排水速度(排水が完了するまでの時間)が比較的遅くなる。このため、ドレン導出管19に詰まりが生じていると誤判断されるおそれがある。それとは逆に、極めて細く流動抵抗が大きいドレン導出管19に合わせて排水ポンプ17を低レベルの出力で制御すると、実際のドレン排水経路に太いドレン導出管19が用いられていた場合には、ドレンの流動抵抗が小さいドレンタンク14からの排水速度(排水が完了するまでの時間)が比較的早くなる。このため、太いドレン導出管19に詰まりが発生しても、その詰まりが大きく進行して細いドレン導出管19が詰まった状態と同等の排水速度になるまでは詰まりが判断できず、ドレン導出管19の詰まり検出が遅れるおそれがある。そこで、排水ポンプ17の出力を、ドレン導出管19におけるドレンの流動抵抗に合致させる制御を行うことで、ドレン導出管19における詰まり発生の誤判断や詰まり検出の遅れが防止できる。
図4を参照して、先ず、追焚き運転が開始され、STEP1で高水位センサ20によりドレンタンク14内のドレンが最大貯留水位となったことが検出される(高水位センサ20がONとなる)とSTEP2へ進む。STEP2では、低水位センサ21がONとなっていれば、高水位センサ20及び低水位センサ21が正常であると判断し、STEP3へ進んでポンプ制御部25が排水ポンプ17を作動させる。これにより、ドレンタンク14に貯留されたドレンの排水が開始される。
なお、正常であれば、高水位センサ20がONのときは低水位センサ21もONとなるが、STEP2で低水位センサ21がOFFで合った場合には、STEP16へ進んで異常停止となり、使用者への警告等が行われる。
STEP3で排水ポンプ17が作動すると、ドレンタンク14に貯留されたドレンが逆止弁18を経由して、ドレン導出管19の下流端から浴槽7下方の排水部15に排水され始め、これにより、ドレンタンク14内のドレンの水位が次第に低下する。このとき、ポンプ制御部25は、排水ポンプ17の出力を出力指示値(%)に基づいて制御する。出力指示値は、排水ポンプ17の出力の可変領域において、複数段に設定可能とするものである。本実施形態においては、図3に示す複数の出力指示値(35%〜100%の可変領域において5%刻みで複数段とされる)が記憶部28にデータテーブルとして記憶されており、これらの出力指示値によって排水ポンプ17を所望の出力に制御する。なお、初回の運転では、予め設定された出力指示値が用いられ、本実施形態では出力指示値を80%として排水ポンプ17を制御する。これにより、排水ポンプ17は最大出力の80%の出力(能力)で作動する。
そして、STEP4では、低水位センサ21が水位検知しなくなったか否かを、第1基準時間として設定されているt_up秒間監視する。第1基準時間t_up(秒)は、図3に示すように、記憶部28により各出力指示値毎に記憶されている。具体的には、出力指示値80%で排水ポンプ17を制御しているとき、図3に示す記憶部28のデータテーブルが参照されて600秒間低水位センサ21の水位検知が監視される。そして、t_up秒(600秒)以内に低水位センサ21がOFFになった場合には、ドレンタンク14内のドレン排水が完了したとしてSTEP5で排水ポンプ17を停止させ、STEP6へ進む。
STEP6では、STEP4において低水位センサ21がOFFになった時間を参照し、低水位センサ21がOFFになったのが第2基準時間として設定されているt_down秒以内であればSTEP7へ進み、そうでなければ、図5におけるSTEP17へ進む。STEP17以降の処理については後述する。
第2基準時間t_down(秒)は、図3に示すように、記憶部28により各出力指示値毎に記憶されている。具体的には、STEP6では、出力指示値80%で排水ポンプ17を制御しているとき、図3に示す記憶部28のデータテーブルが参照されて、STEP4において低水位センサ21がOFFになった時間が360秒以内であるかが確認される。
即ち、STEP6において低水位センサ21がOFFになった時間が360秒以上経過していた場合には、現在の排水ポンプ17の出力がドレン導出管19におけるドレンの流動抵抗(ドレン導出管19の太さ)に合致していると推定できる。STEP6において低水位センサ21がOFFになった時間が360秒以内であることが確認された場合には、ドレンタンク14からのドレン排水が極めて迅速に行われたと推定でき、ドレン導出管19の内径が大きいために、排水ポンプ17の出力が十分であるか或いは過剰であると考えられる。そこで、STEP7へ進んで出力指示値が最小(35%)であるか否かが判断され、出力指示値が最小でなければ、STEP8においてポンプ出力変更部26により出力指示値が1段下げられる。これにより、出力指示値は80%から75%に引き下げられ、排水ポンプ17は最大出力の75%の出力(能力)で作動して、排水ポンプ17の運転騒音が抑えられる。なお、STEP7において出力指示値が最小(35%)であった場合には、排水ポンプ17の出力をこれ以上減少させることはできないために最小の出力指示値のまま制御され、図5におけるSTEP17へ進む。
また、STEP4で、第1基準時間t_up秒(600秒)経過しても低水位センサ21がOFFにならない場合には、ドレン導出管19の内径に対して排水ポンプ17の出力が不十分である(即ち、ドレン導出管19が細い)と考えられる。そこで、STEP9へ進んで排水ポンプ17のエア噛みを防止するために排水ポンプ17を一旦停止させてSTEP10へ進む。STEP10で出力指示値が最大(100%)でなければ、STEP11においてポンプ出力変更部26により出力指示値が1段上げられ、STEP3へ戻る。これにより、出力指示値は80%から85%に引き上げられ、排水ポンプ17は最大出力の85%の出力(能力)で作動する。
そして、STEP11を経た後のSTEP4で用いる第1基準時間t_up(秒)及びSTEP6で用いる第2基準時間t_down(秒)は、STEP11で増加させた出力指示値に応じて、図3に示す記憶部28のデータテーブルに従って基準時間変更部27により変更される。即ち、図3に示すように、出力指示値が65%から70%に引き上げられた場合には、第1基準時間t_upは180秒から600秒に変更され、出力指示値が70%から75%に引き上げられた場合には、第2基準時間t_downは基準時間変更部27により120秒から360秒に変更される。こうすることにより、出力指示値に対応する第1基準時間t_upや第2基準時間t_downを用いてドレン導出管19の太さが判断されるので、ドレン導出管19の太さと排水ポンプ17の出力とを極めて精度よく合致させることができる。
なお、STEP10において出力指示値が最大(100%)であった場合には、排水ポンプ17の出力をこれ以上増加させることはできないために、STEP12へ進んで、最大の出力指示値で排水ポンプ17を作動させる。次いで、STEP13で再度STEP4と同じ判断が行われ、t_up秒(600秒)以内に低水位センサ21がOFFになった場合には、ドレンタンク14内のドレン排水が完了したとしてSTEP14で排水ポンプ17を停止させ、図4のSTEP17へ進む。
また、t_up秒以内に低水位センサ21がOFFにならない場合には、ドレン導出管19に詰まりや導通異常が生じていると考えられ、STEP15で排水ポンプ17を停止させ、STEP16を経て使用者への警告等が行われる。
次に、図5のA−C間(STEP17〜STEP26)の処理について説明する。A−C間の処理は、洗浄制御部29によるドレン排水管16の自動洗浄に関する動作である。即ち、先ず、STEP17で処理回数のカウントを行う。Wは変数であり、1回通過毎に変数Wに1が加算される。なお、変数Wは初回運転時には0とされている。
STEP18では、変数Wに基づいて、ドレンの強制排水が行われた回数でドレン排水管16の洗浄が必要であるか否かを判断する。即ち、STEP18において変数Wが3以上であれば、STEP17の通過が3回以上であることによりドレンの強制排水が3回以上行われたとしてSTEP19へ進む。変数Wが3未満であれば、STEP17の通過が2回以下であることによりドレンの強制排水が3回行われていないとして図4のSTEP1へ戻る。なお、本実施形態においてはSTEP18によりドレンの強制排水が3回以上行われたか否かでSTEP19へ進むかSTEP1へ進むかを判断しているが、STEP18によるドレンの強制排水の判断回数はこれに限るものではなく例えばドレンの強制排水が5回行われか否かでSTEP19へ進むかSTEP1へ進むかを判断してもよい。
STEP19では、更に、出力指示値の変更に基づいてドレン排水管16の洗浄が必要であるか否かを判断する。即ち、STEP19において、今回の出力指示値と過去3回の出力指示値の平均との差が5(%)以上であれば、出力指示値が増加した原因がドレン排水管16の詰まりによることも考えられるので、STEP20へ進む。今回の出力指示値と過去3回の出力指示値の平均との差が5(%)以上でないときには、排水ポンプ17の出力が安定しているので、図4のSTEP1へ戻る。
STEP20へ進むと、給水弁23が開弁(ON)され、給水管22からドレンタンク14へ給水が開始される。そして、STEP21で高水位センサ20がONとなったとき、STEP22で給水弁23を閉弁(OFF)し、STEP23で排水ポンプ17を作動させる。これによりドレンタンク14に溜められた水(ドレンではなく水道水等)がドレン排水管16から強制的に排出され、ドレン排水管16を通過する水によりドレン排水管16が洗浄される。これにより、本実施形態のように極めて細く比較的詰まりが生じ易いドレン導出管19がドレン排水管16の一部に設けられていても、ドレン排水管16の詰まりを未然に防止することができる。
その後、STEP24で低水位センサ21がOFFとなれば、ドレンタンク14からの洗浄のための排水が完了したとして、STEP25に進んで排水ポンプ17を停止させる。そして、STEP26へ進んで変数Wをクリア(W=0)し、STEP17の通過回数をリセットして図4のSTEP1へ戻る。
更に、本実施形態においては、ドレン導出管19に詰まりが発生したことを検出するための制御を行っている。ドレン導出管19の詰まりは、高水位センサ20がONとなったときに排水ポンプ17を作動させてドレンタンク14からの正常時の排水所要時間(例えば80秒)経過しても低水位センサ21がOFFにならなかったことで判断する事が可能である。しかし、本実施形態のように極めて細いドレン導出管19(内径が2mm程度の管)を用いた場合には正常時の排水所要時間が極めて長い(約80分)。このため、排水ポンプ17を作動させて低水位センサ21による排水の監視を行っている間に、ドレンタンク14からドレンが溢れるおそれがある。
そこで、本実施形態においては、高水位センサ20がONとなったときに排水ポンプ17を作動させて正常時に高水位センサ20がOFFとなるまでの水位低下時間(例えば2分)経過しても高水位センサ20がOFFにならなかったときにドレン導出管19の詰まりを検出するようにしている。これによれば、低水位センサ21がOFFになるか否かを監視することなく比較的短時間で詰まりを検出することができ、ドレンタンク14からのドレンが溢れを少量に抑えることができる。
なお、本実施形態においては、風呂追焚き装置に設けたドレン排水装置Aについて説明したが、本発明のドレン排水装置は、潜熱を回収する潜熱熱交換器を備えるガス燃焼式の熱源機に設けることができ、例えば給湯器や温水暖房器に用いる他の熱源機においても採用できることは勿論である。
A…ドレン排水装置、4…潜熱熱交換器、14…ドレンタンク、16…ドレン排水管、17…排水ポンプ、20…高水位センサ(水位検出手段)、21…低水位センサ(水位検出手段)、22…給水管、24…排水制御手段、25…ポンプ制御部(ポンプ制御手段)、26…ポンプ出力変更部(ポンプ出力変更手段)、28…記憶部(記憶手段)、29…洗浄制御部(洗浄制御手段)。

Claims (2)

  1. 潜熱を回収する潜熱熱交換器を備えるガス燃焼式の熱源機に設けられるドレン排水装置であって、
    潜熱熱交換器で発生したドレンを貯留するドレンタンクと、該ドレンタンクの水位を検出する水位検出手段と、ドレンタンク内のドレンを所定の排水部に向かって導出するドレン排水管と、ドレン排水管に介装されてドレンを強制的に排出させる排水ポンプと、前記水位検出手段による検出水位に応じて排水ポンプを作動させる排水制御手段とを備えるものにおいて、
    前記排水制御手段は、排水ポンプの出力可変領域における複数段の出力を選択的に用いて排水ポンプを作動させるポンプ制御手段と、排水ポンプの各段の出力毎に対応して定められた第1基準時間と該第1基準時間より短い第2基準時間とを示すデータテーブルを記憶した記憶手段と、排水ポンプの作動によるドレンの排水所要時間が現時点での排水ポンプの出力に対応する前記データテーブルの第1基準時間以上の場合は排水ポンプの出力を増加させ、ドレンの排水所要時間が現時点での排水ポンプの出力に対応する前記データテーブルの第2基準時間以下の場合は排水ポンプの出力を減少させるポンプ出力変更手段とを備えることを特徴とするドレン排水装置。
  2. 前記ドレンタンクに給水する給水管を設け、
    前記排水制御手段は、前記給水管からドレンタンクへの給水により前記排水ポンプを作動させて前記ドレン排水管の洗浄を行う洗浄制御手段を備えることを特徴とする請求項1記載のドレン排水装置。
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