JP4935324B2 - 温水装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼ガスから熱回収を行なう際に発生する酸性のドレイン（凝縮水）を中和するための中和器を備えた温水装置、さらに詳しくは、中和器から排出されるドレインの凍結防止機能を備えた温水装置に関する。

本出願人は、温水装置の具体例として、特許文献１に記載されたものを先に提案している。同文献に記載された温水装置は、燃焼器により発生された燃焼ガスから水管を有する熱交換器によって顕熱および潜熱を回収し、湯水加熱を行なうものである。燃焼ガスから潜熱回収を行なうと、多くのドレインが発生するが、このドレインは熱交換器の下方に排出されてドレイン用の中和器に流入するように構成されている。前記中和器は、たとえば炭酸カルシウムなどの中和剤が容器内に収容されたものであり、酸性のドレインは、この中和器内を通過することによって中和処理されてから廃棄される。したがって、環境保護に良い。

しかしながら、前記したような温水装置においては、次に述べるように、未だ改善すべき点があった。

すなわち、前記した温水装置の燃焼器、熱交換器、および中和器などは、これらの保護を図ることを目的として、金属製などの外装ケースに収容された状態で使用されるのが通例である。外装ケースを備えた温水装置においては、中和器によって処理されたドレインを外装ケースの外部に排出させる必要がある。このため、外装ケースの外壁部には、ドレイン排出口が設けられることとなるが、このドレイン排出口は、外気に晒される。また、このドレイン排出口に配管接続がなされる場合もあるが、その配管はドレインをたとえば地上に導くだけのものであり、大気開放状である。したがって、前記したような温水装置が寒冷地に設置された場合には、ドレイン排出口が非常に凍結し易くなる。このドレイン排出口の凍結は、たとえば排出口に水膜が張り、この水膜が凍結する現象であるが、このような凍結は、外装ケース内に収容されている中和器内部の凍結よりも生じ易い。

これに対し、従来においては、電熱式ヒータを用いて熱交換器の水管内の凍結防止を図る手段は講じられているものの（たとえば、特許文献２，３を参照）、ドレイン排出口の凍結を好適に防止するための対策は講じられていない。これでは、ドレイン排出口が凍結し、その凍結時にドレイン排出口の周辺部材がダメージを受ける虞がある。また、ドレイン排出口が凍結している状態において温水装置の運転が開始された場合、その運転開始後の暫くの期間は、ドレイン排出口の凍結状態が維持される。その一方、温水装置の運転に伴ってドレインは発生する。したがって、ドレイン排出口において前記ドレインが塞き止められて、ドレインの円滑な排出が困難になるといった不具合も生じる。

なお、このような不具合を防止する手段として、中和器自体に電熱ヒータを設けることが考えられる。ところが、このような手段によれば、中和器内部の凍結防止は図られるものの、ドレイン排出口は効率良く加熱されず、その部分の凍結防止が適切に図られない場合がある。これでは、中和器内の凍結防止が図られたとしても、ドレイン排出口が凍結していることによって、ドレインを外部へ適切に排出することが困難となる不具合を生じてしまう。前記電熱ヒータによってドレイン排出口の凍結を防止するには、この電熱ヒータを大型化してかなり高温に発熱させる必要があるが、そのようにすると、電熱ヒータの部品コスト、ならびにランニングコストが非常に高価となる不利を招く。

特開２００６−１２５８１１号公報 特開２０００−１９９６４８号公報 特開２００６−２７５３６７号公報

本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであって、中和器によって処理されたドレインを外装ケースの外部に排出する動作が凍結に起因して困難となる不具合を、効率良くかつ適切に防止することが可能な温水装置を提供することを、その課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明により提供される温水装置は、燃焼ガスから熱回収を行なって湯水加熱を行なう熱交換器と、前記熱回収に伴って発生する酸性のドレインを中和させる中和器と、これら中和器および熱交換器を囲む外壁部を有する外装ケースと、この外装ケースの外壁部に設
けられ、かつ前記中和器によって中和されたドレインを前記外装ケースの外部に排出させるためのドレイン排出口と、を備えている、温水装置であって、前記ドレイン排出口を加熱可能にその近傍に設けられた凍結防止用のヒータと、前記外装ケースの外壁部に取り付けられ、かつ前記ドレイン排出口を構成する貫通孔が形成されている金具と、をさらに備えており、前記ヒータは、前記金具の内部に埋設され、またはその外面部に設けられており、前記中和器によって中和されたドレインは、前記中和器に一体または別体に連設されたチューブ状または筒状のドレイン流路形成部を介して前記貫通孔に導かれるように構成されており、前記ドレイン流路形成部の先端部は、前記貫通孔よりも小径に形成されて、この貫通孔に挿入されており、前記先端部の外周面と前記貫通孔の内周面との間の少なくとも一部分には、空気断熱層としての隙間が形成されていることを特徴としている。

このような構成によれば、前記ヒータを発熱させることにより、ドレイン排出口の凍結を防止することができる。このため、ドレイン排出口の凍結に起因して、その周辺部がダメージを受けたり、あるいはドレインの流れが塞き止められるといった不具合を適切に防止することができる。前記ヒータを用いただけでは、中和器内部の凍結防止を図ることは難しいかも知れないが、中和器内部の一部分が少々凍結しただけの状態においては、ドレインが中和器内部の未凍結箇所を流れてドレイン排出口まで流れてくる場合がある。本発明によれば、そのようにしてドレイン排出口まで流れてきたドレインを適切に外部に排出させることができる利点が得られる。もちろん、本発明においては、ドレイン排出口の近傍にヒータを設けているために、ドレイン排出口の凍結防止に際しての加熱効率が良く、前記ヒータをさほど大型なものにして高温に発熱させる必要が少ない。したがって、その部品コストやランニングコストを低減することもできる。
さらに、前記構成によれば、ドレイン排出口を構成する貫通孔が形成されている金具が、ヒータによって効率良く加熱され、ドレイン排出口に対する加熱効率がより良好となる。さらに重要な効果として、ドレイン流路形成部の先端部と前記貫通孔の内周面との間には、空気断熱層としての隙間が形成されているために、前記ヒータの熱が金具からドレイン流路形成部を伝って放熱し難くなる。したがって、ドレイン排出口に対する加熱効率がさらに良好となる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記ドレイン流路形成部の先端部の外周面と前記貫通孔の内周面との間の全周にわたって前記隙間が形成されており、前記ドレイン流路形成部と前記金具とは、互いに非接触とされている。

このような構成によれば、ヒータの熱が金具からドレイン流路形成部を伝って放熱されることがより徹底して防止され、熱効率がさらに高くなる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図3は、本発明が適用された温水装置の一実施形態を示している。図１によく表われているように、本実施形態の温水装置Ａは、温水装置本体部１、中和器６、外装ケース７、およびドレイン排出口３０を加熱するための一対の凍結防止用のヒータＨを備えている。

この温水装置Ａは、凍結防止用のヒータＨに関連する構成に特徴があり、それ以外の温水装置本体部１や中和器６などの構成については、従来既知のものと同様な構成とすることが可能である。すなわち、温水装置本体部１は、缶体１０内に収容された燃焼器１１、熱交換器ＨＥ、底部ケーシング１２、および消音器１３を具備している。燃焼器１１は、燃料パイプ１４を介して外部から供給されてくる灯油などの燃料オイルを噴霧または気化させて下向きに燃焼させる逆燃方式のものである。缶体１０内には、その上部から送風ファン１５によって燃焼用空気が下向きに供給される。熱交換器ＨＥは、燃焼器１１の下方に配されており、燃焼器１１によって発生された燃焼ガスから顕熱を回収するための１次熱交換部２Ａと、潜熱を回収するための２次熱交換部２Ｂとを有している。これら２つの熱交換部２Ａ，２Ｂは、たとえば複数のフィン２０ａ，２０ｂを有する水管２１ａ，２１ｂを具備して構成されており、外装ケース７の底部に設けられた入水口２２ａに対して外部から供給された水が水管２１ｂ，２１ａを順次通過してから出湯口２２ｂに到達し、この出湯口２２ｂから所望の給湯先に供給されるようになっている。

底部ケーシング１２は、熱交換器ＨＥの下方に進行してきた燃焼ガスを上向きにＵターンさせて消音器１３内に導く役割を果たす。消音器１３内に進入した燃焼ガスは、その排気口１３ａから外部に排出される。２次熱交換部２Ｂによって潜熱回収がなされたときには、燃焼ガス中の水蒸気が凝縮し、燃焼ガス中の硫黄酸化物や窒素酸化物などの成分を含んだ酸性のドレイン（凝縮水）が発生する。このドレインは、２次熱交換部２Ｂから底部ケーシング１２内に流れ落ちてから、その底部に設けられている排出口１２ａから中和器６に流入する。中和器６は、たとえば耐酸性を有する合成樹脂製の容器６０内に、粒状の炭酸カルシウムなどの中和剤６１が収容されたものである。容器６０の底部には、下向きに突出した筒状部６０Ｂがこの容器６０と一体的に形成されており、この筒状部６０Ｂの内部は、流入口６０ａからこの容器６０内に流入して中和されたドレインをドレイン排出口３０に導く排出口６０ｂとなっている。筒状部６０Ｂは、本発明でいう「ドレイン流路形成部」の一例に相当する。

外装ケース７は、温水装置本体部１および中和器６を囲み込んでこれらを保護するためのものであり、外面に防錆塗装などが施された金属板などを用いて形成された略直方体状である。この外装ケース７の底壁部７０ａには、ドレイン排出用の金具３が固定して取付けられている。この金具３は、たとえば真鍮製であり、その中心部には上下方向に延びる貫通孔３０’が形成されている。ドレイン排出口３０は、この貫通孔３０’を含んで構成されている。金具３の上部のフランジ部３１内には、凍結防止用の一対のヒータＨが埋設されており、このヒータＨによって金具３の全体を効率良く加熱可能である。これらのヒータＨは、電熱式であり、後述するように、温度センサによって所定温度が検出されるとオンとなる。金具３は、配管金具としての機能を有しており、たとえばこの金具３の下部外周面にはネジ部３９が形成され、このネジ部３９を利用してドレイン排出ガイド用の適当なパイプをこの金具３に接続可能である。

図２によく表われているように、金具３の貫通孔３０’の上部３０ａは、下部３０ｂよりも大径である。この上部３０ａに対して、中和器６の筒状部６０Ｂが挿入されている。ただし、筒状部６０Ｂの外径ｄ１は、貫通孔３０’の上部３０ａの内径ｄ２よりも小さく、筒状部６０Ｂの外面と上部３０ａの内周面３０ａ’との間には、空気断熱層としての隙間Ｃが形成されている。好ましくは、中和器６の筒状部６０Ｂは、図３に示すように、貫通孔３０’の内周面３０ａ’に対して全く接触することなく、この筒状部６０Ｂの外周面と内周面３０ａ’との間の全周にわたって隙間Ｃが一連に形成されるように構成されている。このような構成は、中和器６と金具３とが前記した位置関係となるように、適当な止め具（図示略）を利用して中和器６を外装ケース７に対して所定の位置に固定させることにより実現することができる。より好ましくは、前記構成により、図２に示されているように、中和器６の筒状部６０Ｂと金具３とは、互いに非接触状態となっている。なお、外装ケース７の底壁部７０ａと中和器６の底部との間には、グラスウールなどの断熱材９０、およびこの断熱材９０の押さえプレート９１が介装されている。

次に、温水装置Ａの作用について説明する。

運転時においては、燃焼器１１によって発生された燃焼ガスから熱交換器ＨＥによって顕熱および潜熱が回収され、水管２１ｂ，２１ａ内を順次流通する湯水が効率良く加熱される。潜熱回収に伴って熱交換器ＨＥにおいて発生したドレインは、底部ケーシング１２内に流れ落ちた後に中和器６内に流入する。次いで、この中和器６によって中和されたドレインは、中和器６の筒状部６０Ｂの排出口６０ｂからドレイン排出口３０に流れ込み、このドレイン排出口３０から外装ケース７の下方に適切に排出される。

一方、運転停止時において、この温水装置Ａに具備されている水温センサ、あるいは外気温センサなどによって、ドレイン排出口３０の凍結可能性がある所定温度が検出されると、その時点で一対のヒータＨがオンとされる。このことにより、金具３が加熱され、ドレイン排出口３０内におけるドレインの凍結が防止される。ドレイン排出口３０は、金具３自体によって形成されており、しかもこの金具３が内蔵するヒータＨによって加熱されるために、ドレイン排出口３０の加熱に際してのロスが少なく、熱効率が良い。また、金具３と中和器６の筒状部６０Ｂとは、非接触であり、それらの間には空気断熱層としての隙間Ｃが形成されているために、金具３から筒状部６０Ｂへの熱伝達による放熱も抑制される。したがって、ドレイン排出口３０の凍結防止に際しての熱効率がさらに良好となる。その結果、ヒータＨとしては、小型のものを使用し、その消費電力量を抑制可能である。

この温水装置Ａにおいては、前記したように、ヒータＨの熱が中和器６に伝達することが抑制されている。このため、中和器６内のドレインが凍結する可能性がある。ただし、そのような凍結が中和器６内の一部である場合、ドレインが中和器６内の未凍結部分を通過して排出口６０ｂまで流れてくる場合がある。このような事態は、たとえば中和器６内が凍結した状態において温水装置Ａの運転を開始した直後に発生し易い。これに対し、ドレイン排出口３０の凍結を防止しておけば、そのようにして排出口６０ｂまで流れてきたドレインを外装ケース７の外部に適切に排出させることができる。ドレインの排出を適切に行なわせるには、ドレイン排出口３０の凍結を防止することが肝要であるが、本実施形態の温水装置Ａは、それに適合したものとなる。

図４，図５は、本発明の他の実施形態を示している。これらの図において、前記実施形態と同一または類似の要素には、前記実施形態と同一の符号を付している。

図４に示す実施形態においては、中和器６の筒状部６０Ｂの一部が、金具３の内周面３０ａ’に接触している。ただし、筒状部６０Ｂの外径ｄ１は、ドレイン排出口３０の内径ｄ２よりも小さく、筒状部６０Ｂの外周面と金具３の内周面３０ａ’との間の前記接触箇所以外には、隙間Ｃが形成されている。このような構成によれば、前記接触箇所において金具３から筒状部６０Ｂへの熱伝達はあるものの、それ以外の部分の隙間Ｃは空気断熱層として機能し、筒状部６０Ｂに対する熱伝達が抑制される。本発明でいう空気断熱層としての隙間は、本実施形態のような構成とすることもできる。

図５に示す実施形態においては、中和器６にこの中和器６とは別体のチューブ６０Ｂ’が接続されており、その下端先端部は、金具３によって形成されたドレイン排出口３０に挿入されている。このチューブ６０Ｂ’も、本発明でいうドレイン流路形成部の具体例に相当しており、中和器６を通過して中和されたドレインは、このチューブ６０Ｂ’内を流通してドレイン排出口３０に供給される。本発明においては、このような構成にも適用することができる。チューブ６０Ｂ’の下端先端部の外面と金具３の内周面との間に隙間Ｃを形成すれば、ヒータＨの熱がチューブ６０Ｂ’に伝達して放熱されることを抑制することができる。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る温水装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

たとえば、凍結防止用のヒータは、ドレイン排出口を形成する金具内に埋設されていなくてもよく、たとえば金具の外面に接触するようにして金具の外部に配されていてもよい。ヒータの種類や個数などは問わない。ドレイン排出口は、上述した実施形態で用いられていた金具を用いることなく形成してもよい。また、金具を利用してドレイン排出口を形成する場合、その金具の具体的な形状は、上述した実施形態のものとは異なる形態（たとえば、単なる円筒状のものなど）にすることもできる。

中和器は、酸性のドレインを中和処理する機能を有していればよい。熱交換器は、フィンパイプを利用したものに限らず、たとえばコイル状の水管を用いた構成とすることもできる。燃焼器としても、オイル燃焼器以外のたとえばガス燃焼器を用いることが可能であり、その燃焼方式も逆燃焼式に限らない。外装ケースの具体的な材質や形状なども限定されるものではない。

本発明でいう温水装置とは、湯を生成する機能を備えた装置の意であり、一般給湯用、風呂給湯用、暖房用、あるいは融雪用などの各種の給湯装置、および給湯以外に用いられる湯を生成する装置を広く含む概念である。

本発明に係る温水装置の一例を模式的に示す断面図である。 図１の要部拡大断面図である。 図２のIII−III断面図である。 本発明の他の例を示す要部平面断面図である。 本発明の他の例を示す要部断面図である。

符号の説明

Ａ 温水装置
ＨＥ 熱交換器
Ｈ 凍結防止用のヒータ
Ｃ 隙間
３ 金具
６ 中和器
７ 外装ケース
１１ 燃焼器
３０ ドレイン排出口
３０’ 貫通孔
６０Ｂ 筒状部（ドレイン流路形成部）
６０Ｂ’ チューブ（ドレイン流路形成部）
７０ａ 底壁部（外装ケースの外壁部）
７０ｂ 側壁部（外装ケースの外壁部）

Claims (2)

1. 燃焼ガスから熱回収を行なって湯水加熱を行なう熱交換器と、
   前記熱回収に伴って発生する酸性のドレインを中和させる中和器と、
   これら中和器および熱交換器を囲む外壁部を有する外装ケースと、
   この外装ケースの外壁部に設けられ、かつ前記中和器によって中和されたドレインを前記外装ケースの外部に排出させるためのドレイン排出口と、
   を備えている、温水装置であって、
   前記ドレイン排出口を加熱可能にその近傍に設けられた凍結防止用のヒータと、
   前記外装ケースの外壁部に取り付けられ、かつ前記ドレイン排出口を構成する貫通孔が形成されている金具と、
   をさらに備えており、
   前記ヒータは、前記金具の内部に埋設され、またはその外面部に設けられており、
   前記中和器によって中和されたドレインは、前記中和器に一体または別体に連設されたチューブ状または筒状のドレイン流路形成部を介して前記貫通孔に導かれるように構成されており、
   前記ドレイン流路形成部の先端部は、前記貫通孔よりも小径に形成されて、この貫通孔に挿入されており、前記先端部の外周面と前記貫通孔の内周面との間の少なくとも一部分には、空気断熱層としての隙間が形成されていることを特徴とする、温水装置。
2. 前記ドレイン流路形成部の先端部の外周面と前記貫通孔の内周面との間の全周にわたって前記隙間が形成されており、前記ドレイン流路形成部と前記金具とは、互いに非接触とされている、請求項１に記載の温水装置。

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