JP2014109398A - 熱源機およびドレン中和ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】給水を使用することなく詰まりを解消可能なドレンの中和器を備えた潜熱回収型の熱源機を提供する。
【解決手段】中和ユニット２０は下部が連通するように仕切り板２２で前室２３と後室２４に仕切られており、前室２３の上部からドレンを受け入れ、後室２４の上部の排出口は気密に連結管２７でドレンタンク３０の上端に連通している。ドレンタンク３０の上部に設けられたオーバーフロー排水口３１には、ドレンタンク３０内が負圧になると閉じる弁３８が設けられている。ドレンタンク３０に溜まったドレンをポンプ３５で吸い出し始めると、弁３８が閉じてさらに内部が負圧になるため中和器２１内のドレンはドレンタンク３０側へ吸い出される。前室２３の水位が仕切り板２２の下端を下回ったとき泡が前室２３から後室２４へボコボコっと入ってドレンが振動することで詰まりが解消される。
【選択図】図４

Description

本発明は、燃焼排気から顕熱および潜熱を回収する熱源機および潜熱回収時にドレンを中和するドレン中和ユニットに関する。

バーナで加熱された空気から主に顕熱を回収する顕熱回収用熱交換器の下流に、排気の潜熱をさらに回収する潜熱回収用熱交換器を設けて熱回収効率を高めるように構成された潜熱回収型の給湯機などの熱源機がある。

このような潜熱回収型の熱源機では、排気に含まれる水蒸気が潜熱回収時に結露して凝縮水（ドレン）が生じる。このドレンは、排気中の窒素酸化物や硫黄酸化物を吸収して酸性となる。そのため、潜熱回収型の熱源機では、ドレンを回収し、中和器で中和してから排水するようになっている。

しかし、長期間使用すると、熱源機不使用時に風等で排気口内に落ち葉や土が入り込むことがあり、これがドレン回収時に中和器に流れ込むことで、中和器の中にサビ、ゴミ等が溜まるほか、微生物によるバイオフィルムと呼ばれる藻のような異物が発生するため、中和器が詰まってしまう。

従来は、このような詰まりを取り除くために、給水を中和器に通して洗浄するといった方法が採られていた（特許文献１参照）。

特許第３８６８２６９号

給水を通して中和器を洗浄する方法では、給水を中和器に通して排水するための配管や洗浄の際に給水経路等を切り替えるための電磁弁などを要するため、構造が複雑になってしまう。また、洗浄のために多くの給水が使用されるという問題があった。

本発明は、上記の問題を解決しようとするものであり、給水を使用することなく詰まりを解消可能なドレンの中和器を備えた潜熱回収型の熱源機およびドレン中和ユニットを提供することを目的としている。

かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。

［１］燃焼部と、
前記燃焼部の排気から顕熱および潜熱を回収する熱交換器と、
前記熱交換器で生じたドレンを回収するドレン回収部と、
下部が連通した２室に中和剤が装填され、一方の室の上部に前記ドレン回収部で回収されたドレンの受け入れ口を有し、他方の室の上部にドレンの排出口を有する中和器と、
前記中和器の前記排出口へ連通し、前記排出口から流出したドレンを受け入れて一時的に溜めるドレンタンクと、
前記ドレンタンクに設けられて、所定の水位を越えるドレンを排出するためのオーバーフロー排水口と、
前記ドレンタンクに溜まったドレンを吸い出して排出するポンプと、
前記ポンプを作動させて前記ドレンタンクに溜まったドレンを吸い出すときに閉じて前記オーバーフロー排水口を封鎖する弁と、
を有する
ことを特徴とする潜熱回収型の熱源機。

上記発明では、ドレンタンクに溜まったドレンをポンプで吸い出し始めると、弁が閉じてさらに内部が負圧になるため中和器内のドレンはドレンタンク側へ吸い出される。中和器のうち受け入れ口側の室（前室）の中のドレンの水位が２室を連通させている部分まで下がったとき、子の連通している部分を通じて泡が前室から他方の室（後室）へボコボコっと入って後室内のドレンが振動する。これにより中和剤の隙間に溜まったゴミや微生物が除去されて、詰まりが解消される。

［２］前記弁は、負圧で閉じる受動弁である
ことを特徴とする［１］に記載の潜熱回収型の熱源機。

上記発明では、弁は、所謂、ダックビル式、アンブレラ式などと称される弁である。能動的に弁を開閉する制御が不要となり、構成が簡略となる。

［３］燃焼部の排気から熱交換器で潜熱を回収した際に生じるドレンを中和して排水するドレン中和ユニットにおいて、
下部が連通した２室に中和剤が装填され、一方の室の上部に回収されたドレンの受け入れ口を有し、他方の室の上部にドレンの排出口を有する中和器と、
前記中和器の前記排出口へ連通し、前記排出口から流出したドレンを受け入れて一時的に溜めるドレンタンクと、
前記ドレンタンクに設けられて、所定の水位を越えるドレンを排出するためのオーバーフロー排水口と、
前記ドレンタンクに溜まったドレンを吸い出して排出するポンプと、
前記ポンプを作動させて前記ドレンタンクに溜まったドレンを吸い出すときに閉じて前記オーバーフロー排水口を封鎖する弁と、
を有する
ことを特徴とするドレン中和ユニット。

本発明に係る潜熱回収型の熱源機およびドレン中和ユニットによれば、給水を使用することなく、簡易な構成で中和器の詰まりを解消することができる。

本発明の実施の形態に係る熱源機の概略の構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る熱源機で使用される中和ユニットを示す図である。 ドレン排水中の中和ユニットの様子を示す説明図である。 ドレン排水中の中和ユニットの様子であって気泡によってドレンが振動する様子を示す説明図である。 ドレン排水中の中和ユニットの様子であって後室から前室へドレンが戻って振動する様子を示す説明図である。 オーバーフロー排出口に弁を具備しない中和ユニットを示す図である。 風呂の追い焚き循環回路のポンプはドレン排水用のポンプに兼用する構成の潜熱回収型の給湯機の概略構成を示す図である。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る熱源機３の概略の構成を示している。熱源機３は、給水を加熱して出湯する給湯機能を備えている。熱源機３は、燃焼ガスを燃焼させるバーナ４と、バーナ４へ空気を送り込む燃焼ファン５と、バーナ４の上方に設置されてバーナ４で加熱された空気から主に顕熱を回収して給水を加熱する顕熱熱交換器６と、バーナ４からの空気の流れで顕熱熱交換器６の下流に配置され、主として排気の潜熱を回収して給水を加熱する潜熱熱交換器７を有する。

熱源機３の内部にはさらに、上記のバーナ４、顕熱熱交換器６、潜熱熱交換器７を下からこの順に並べて収めた燃焼室８と、燃焼室８の上端に連通した排気筒９を有する。

潜熱熱交換器７の下方には、排気の潜熱を回収することで生じた酸性の凝縮水（ドレン）を受け止めて回収するための受け皿１１が設けてある。また、排気筒９の出口近傍の底部には、ドレン回収口１２が設けてある。受け皿１１およびドレン回収口１２で回収されたドレンは案内管１３を通じて中和ユニット２０に案内され、この中和ユニット２０にて中和されて排水される。

図２は、中和ユニット２０の概略の構成を示している。中和ユニット２０は、中和剤によってドレンを中和する中和器２１と、中和器２１で中和された後のドレンを一時的に溜めるドレンタンク３０と、ドレンタンク３０の上部に開口されたオーバーフロー排水口３１と、ドレンタンク３０に溜まったドレンを吸い出して排出するポンプ３５を備えて構成される。

中和器２１は、中空の容器を、下部が連通するように仕切り板２２で２室（前室２３と後室２４）に区切った構造を有している。前室２３の上部には案内管１３からのドレンを受け入れるドレン入口２５が設けて有り、ここに案内管１３が接続されている。後室２４の上部には中和したドレンを排出するドレン出口２６が設けてある。ドレン出口２６は、連結管２７でドレンタンク３０の上部に開口されたドレンタンク入口３２に気密に接続されている。

ドレン出口２６は、ドレン入口２５より低い位置にされている。またドレンタンク入口３２は、中和器２１のドレン出口２６より低くされている。

中和器２１の前室２３および後室２４には、凝縮水を中和するための中和剤２８が装填されている。中和剤２８は、炭酸カルシウムなどであり、直径１ｃｍほどの豆粒大の粒状を成している。中和器２１の前室２３および後室２４に装填された多数の粒状の中和剤２８の隙間を通る際にドレンは中和される。

ドレンタンク３０は、中和器２１より低い位置（図２の例では若干低い位置）に設置される。ドレンタンク３０の下部には、ドレンタンク３０に溜まったドレンの排水路となる排水管３３が連通して接続されている。排水管３３の途中にはドレンタンク３０に溜まったドレンを吸い出して排出するポンプ３５が介挿されている。

オーバーフロー排水口３１は、ドレンタンク３０の上部であってドレンタンク入口３２より少し低い位置に開設されている。オーバーフロー排水口３１にはオーバーフロー管３６が接続されている。

オーバーフロー管３６の途中（オーバーフロー排水口３１の近傍）には、オーバーフロー管３６を封鎖した閉状態と、開通させた開状態とに変化する弁３８が設けてある。弁３８は、弁の両側の気圧の差によって受動的に開閉する弁である。具体的には、弁３８は、通常は開状態にあり、ドレンタンク３０内が外部に比べて（大気圧に対して）一定以上負圧になると閉じる。なお、通常は閉状態にあっても、わずかな水圧程度で開となることでオーバーフローの役割を阻害しないのであればそれでもよい。弁３８は、ゴムなどの弾性材料で形成された、所謂、ダックビル式あるいはアンブレラ式などの受動型の逆止弁である。逆止弁は案内管１３がドレンで満たされて受け皿１１やドレン回収口１２から溢れ出ることがないようにオーバーフローの役割を阻害しないのであれば、弁体とスプリングを用いた従来型の通常は閉状態のものであってもかまわない。

ドレンタンク３０には、ドレンタンク３０内の水位を検出する水位センサ４１が設けてある。水位センサ４１は、ドレンタンク３０内の水位がオーバーフロー排水口３１よりやや低い所定の上限水位に到達したこと、および排水完了とされる所定の低水位に達したことを検知する。

次に、熱源機３におけるドレンの中和・排出に関する動作について説明する。

熱源機３の図示省略した制御部は、ドレンの排水時にポンプ３５等の動作を制御する。通常状態ではポンプ３５は停止している。また、弁３８は開いている。

潜熱熱交換器７で生じたドレンは受け皿１１、ドレン回収口１２にて回収され、案内管１３を経てドレン入口２５から中和器２１の前室２３へ流れ込む。最初は、中和器２１の中にドレンが溜まる。そして、中和器２１内の水位が後室２４の上部にあるドレン出口２６の水位に達すると、それ以上のドレンはドレン出口２６から連結管２７を通じて流れ出し、ドレンタンク３０に受け止められて溜められる。

さらにドレンが案内管１３から流れ込むと、ドレンタンク３０内のドレンの水位が次第に上昇する。ドレンタンク３０内の水位が所定の上限水位に達したことが水位センサ４１によって検出されると、ポンプ３５を動作させて、能動的な排水動作が行われる。

ポンプ３５を動作させて排水動作を開始すると、ドレンタンク３０内のドレンは排水管３３を通じて外部へ排出される。ドレンが排出されると、ドレンタンク３０の中は外部より負圧になり、弁３８は閉じた状態になる。すると、排水に伴って、益々、ドレンタンク３０内は低圧になり、やがて、図３に示すように、中和器２１内のドレンが連結管２７を通じてドレンタンク３０内へと吸い出されて流れ込むようになる。

この吸い出しに伴って、前室２３側の水位は次第に低下する。そして、図４に示すように、前室２３側の水位が仕切り板２２の下端を下回るとき、前室２３側からの空気が仕切り板２２より下方の連通部分を通じて後室２４の下部に入り込み、この空気の泡が後室２４内を勢い良く上昇し（泡がボコボコっと発生し）、後室２４内のドレンを振動させて激しく波打たせる。

空気が後室２４内に入ると、後室２４の上部およびドレンタンク３０内の気圧が大気圧に近づき、今度は、図５に示すように、後室２４にあったドレンが前室２３へ戻って、前室２３および後室２４の内部でドレンが振動して波打つ。

このように中和器２１の内部で発生した泡やドレンの振動・移動によって、粒状の中和剤２８の隙間にあったゴミや微生物によるバイオフィルムが取り除かれて洗浄され、隙間の詰まりが除去される。

ドレンタンク３０内のドレンの水位が排水完了とされる所定の低水位まで低下したことが水位センサ４１によって検知されるとポンプ３５は停止される。

ポンプ３５を作動させて排水を行っている間に、仕切り板２２の下端を通って前室２３側から後室２４へ空気がボコボコっと入って後室２４側のドレンが波打ち、その直後に後室２４側から前室２３へドレンが戻って再び波打つという前述したドレンの振動現象が、１または複数回繰り返される。

また、上記のような動作でドレンタンク３０内のドレンの排水が完了したとき、中和器２１内のドレンも排水されるので、中和器２１内での微生物の繁殖が抑えられ、バイオフィルムの発生を少なくすることができる。

なお、従来は、図６に示すような中和ユニット１００が使用されていた。この中和ユニット１００の構造は、本実施の形態に係る中和ユニット２０に比べて、オーバーフロー管３６に弁３８が設けられていない点で相違し、その他は同一である。同一部分には図２と同一の符号を付してある。従来の中和ユニット１００では、ポンプ３５を作動させてドレンタンク３０内のドレンを排出したとき、オーバーフロー排水口３１を通じて外気がドレンタンク３０内に入ってくるので、ドレンタンク３０内は負圧にならない。従って、中和器２１側のドレンがドレンタンク３０内へ吸い出されることはなく、本実施の形態の中和ユニット２０と異なり、仕切り板２２の下端を通って前室２３側から後室２４へ空気がボコボコっと入って後室２４側のドレンが波打ち、その直後に後室２４側から前室２３へドレンが戻って再び波打つというドレンの振動現象は発生しない。

以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は実施の形態に示したものに限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

中和ユニット２０のポンプ３５は、風呂の追い焚き循環回路用のポンプが兼用されてもよい。たとえば、熱源機３の設置場所（マンションの玄関横など）にドレンの排水口がない場合に、ドレンタンク３０から排水されるドレンを風呂の追い焚き循環回路の管路を通じて浴室まで搬送し、浴室の排水口へ流し込んで排水するといった構成にされてもよい。

図７は、このような、ドレンの排水機能を備えた風呂給湯機３Ｂの構成例を示している。図１と同一の箇所には同一の符号を付してある。ドレンの排出時は、第１三方弁５１をドレンタンク３０側に切り替え、かつ第２三方弁５２を浴室排水口側へ切り替えて、ポンプ３５を作動させる。これによりドレンタンク３０内のドレンは第１三方弁５１からふろ戻り管５３、追い焚き用熱交換器５４、ふろ往き管５５、第２三方弁５２を経て、浴室排水口へ排水される。

その後、第１三方弁５１を浴槽５６側へ切り替え、さらに注湯電磁弁５７を開いて浴槽への注水動作を行うことで、先ほどドレンを排出した際の排水経路を洗浄する。詳細には、給水元からの給水が、注湯電磁弁５７の開かれた注湯連結管５８を通じてふろ戻り管５３へ流れ込み、第１三方弁５１、ふろ戻り管５３、追い焚き用熱交換器５４、ふろ往き管５５、第２三方弁５２を通って浴室排水口へ排水されて経路が洗浄される。その後、第２三方弁５２を浴槽側に切り替えて、通常の風呂の追い焚き循環経路に戻される。

たとえば、浴槽５６へ湯張りすると、その間に新たに生じるドレンでドレンタンク３０が溢れると想定される場合に、湯張りの開始前に、ドレンタンク３０内のドレンを風呂の追い焚き循環回路を通じて排水し、その後、排水時の経路を洗浄してから通常の風呂の追い焚き循環回路に戻して浴槽５６への湯張りを開始する、といった制御を行う。

３…熱源機
３Ｂ…風呂給湯機
４…バーナ
５…燃焼ファン
６…顕熱熱交換器
７…潜熱熱交換器
８…燃焼室
９…排気筒
１１…受け皿
１２…ドレン回収口
１３…案内管
２０…中和ユニット
２１…中和器
２２…仕切り板
２３…前室
２４…後室
２５…ドレン入口
２６…ドレン出口
２７…連結管
２８…中和剤
３０…ドレンタンク
３１…オーバーフロー排水口
３２…ドレンタンク入口
３３…排水管
３５…ポンプ
３６…オーバーフロー管
３８…弁
４１…水位センサ
５１…第１三方弁
５２…第２三方弁
５３…ふろ戻り管
５４…追い焚き用熱交換器
５５…ふろ往き管
５６…浴槽
５７…注湯電磁弁
５８…注湯連結管
１００…中和ユニット

Claims (3)

1. 燃焼部と、
   前記燃焼部の排気から顕熱および潜熱を回収する熱交換器と、
   前記熱交換器で生じたドレンを回収するドレン回収部と、
   下部が連通した２室に中和剤が装填され、一方の室の上部に前記ドレン回収部で回収されたドレンの受け入れ口を有し、他方の室の上部にドレンの排出口を有する中和器と、
   前記中和器の前記排出口へ連通し、前記排出口から流出したドレンを受け入れて一時的に溜めるドレンタンクと、
   前記ドレンタンクに設けられて、所定の水位を越えるドレンを排出するためのオーバーフロー排水口と、
   前記ドレンタンクに溜まったドレンを吸い出して排出するポンプと、
   前記ポンプを作動させて前記ドレンタンクに溜まったドレンを吸い出すときに閉じて前記オーバーフロー排水口を封鎖する弁と、
   を有する
   ことを特徴とする潜熱回収型の熱源機。
2. 前記弁は、負圧で閉じる受動弁である
   ことを特徴とする請求項１に記載の潜熱回収型の熱源機。
3. 燃焼部の排気から熱交換器で潜熱を回収した際に生じるドレンを中和して排水するドレン中和ユニットにおいて、
   下部が連通した２室に中和剤が装填され、一方の室の上部に回収されたドレンの受け入れ口を有し、他方の室の上部にドレンの排出口を有する中和器と、
   前記中和器の前記排出口へ連通し、前記排出口から流出したドレンを受け入れて一時的に溜めるドレンタンクと、
   前記ドレンタンクに設けられて、所定の水位を越えるドレンを排出するためのオーバーフロー排水口と、
   前記ドレンタンクに溜まったドレンを吸い出して排出するポンプと、
   前記ポンプを作動させて前記ドレンタンクに溜まったドレンを吸い出すときに閉じて前記オーバーフロー排水口を封鎖する弁と、
   を有する
   ことを特徴とするドレン中和ユニット。

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