JP4279981B2

JP4279981B2 - 給湯器

Info

Publication number: JP4279981B2
Application number: JP2000236407A
Authority: JP
Inventors: 洋神谷
Original assignee: パロマ工業株式会社
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2000-08-04
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2020-08-04
Also published as: JP2002048413A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃焼熱により通水を加熱する熱交換器を備えた給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から給湯器は、給水管および出湯管が接続される熱交換器と、この熱交換器を加熱するバーナと、バーナに燃焼用空気を供給するファンとを備え、バーナの燃焼により熱交換器で通水を加熱し、出湯管より出湯する強制燃焼式給湯器が一般的に知られている。
こうした給湯器の中には、熱効率を向上するために、バーナから発生した燃焼排気中の水蒸気を熱交換器に凝縮させて、その潜熱を回収する潜熱回収型給湯器がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、凝縮したドレンは、燃焼排気中の硫黄（Ｓ）や窒素（Ｎ）と反応してｐＨ３程度の酸性になり、地方自治体で定められる排水の基準（例えばｐＨ５〜９）から外れることがあり、そのままでは下水道等の一般排水通路に排出することができなかった。
【０００４】
そこで、酸性ドレンをマグネシウムや炭酸カルシウム等の中和剤を用いて中和したり、上水道からの多量の水に混合させて希釈する等して、酸性度を低下させてから排水しなくてはならなかった。
しかし、中和剤を用いる場合には、器具の一般的耐用年数（例えば１０年）を考慮すると、かなり大型な装置が必要になり、中和装置だけで非常に高価になってしまう。
また、水道水で希釈する場合には、給湯器に設けた希釈装置にドレンの１００倍以上の量の水を供給しなくてはならず、器体が大型化することに加えて水道代もかなりかかってしまい、解決策としては現実的でない。
そこで、本発明の給湯器は上記課題を解決し、低コストでドレンのｐＨを安全レベルまで上げてから一般排水通路へ排出することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明請求項１記載の給湯器は、
バーナの燃焼熱により通水を加熱すると共に燃焼排気中の潜熱を回収する熱交換器と、該熱交換器で発生するドレンを器体外へ排出するドレン通路とを備えた給湯器において、
上記ドレン通路を、上記熱交換器からの給湯が使用された後の給湯排水を一般排水通路へ排出する給湯器外の排水管に接続し、
上記排水管の、上記ドレン通路との接続部より上流位置に給湯排水の流量を検出する流量センサを設け、
該ドレン通路において上流から順に、ドレンを溜めるドレン溜めと、該ドレン通路を開閉する開閉弁とを設け、
上記流量センサが所定量以上の給湯排水流量を検出した時に、検出した給湯排水流量に応じた開度で上記開閉弁を開成して、上記ドレン溜めに溜まったドレンを給湯排水に混合させて一般排水通路へ排出することを要旨とする。
【０００７】
上記構成を有する本発明の請求項１記載の給湯器は、バーナの燃焼熱により熱交換器を加熱し、熱交換器に伝導された熱により通水を加熱して給湯する。
洗面所や台所等の給湯先で使用された給湯排水は、排水管内を流れる際に、熱交換器で発生しドレン通路内を流れるドレンと混合して下水道や側溝等の一般排水通路へ排出される。つまり、給湯排水とドレンの排水とが同じタイミングで行われ、ドレンを給湯排水で希釈する。このようにして、排水の酸性度は安全レベルになる。
【０００８】
また、所定流量以上の給湯排水が排水管内を流れていることを流量センサが検出した時に、ドレン通路下流に設けられた開閉弁が開き、上流のドレン溜めに溜まったドレンを排水管へ流す。
このように、給湯排水が排出される時に限定してドレンを排出するため、給湯された水が一時的に溜められる場合においても、確実にドレンを希釈することができる。
例えば、浴槽に湯を張る時にも熱交換器でドレンが発生するが、浴槽に給湯された湯はすぐには排水管へ排出されないので開閉弁を閉じた状態にしておき、ドレンが希釈されないまま排水管を介して一般排水通路へ排出されることを防止する。
【０００９】
【発明の実施形態】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、参考実施形態について説明した上で、本発明の給湯器の好適な実施形態を説明する。
《参考実施形態》
参考実施形態としての給湯器について図１を用いて説明する。
給湯器１０は、器具本体１２内の下方位置に、給水管１４と出湯管１６とが配設される熱交換器１８が燃焼室２０内に装着された状態で設けられる。熱交換器１８の上方には、熱交換器１８を加熱するバーナ２２がそのバーナ炎孔側を下向きにして取付板２４を介して設けられる。
器具本体１２には、外気を燃焼用空気として取り込むための給気口３０と、給気口３０より上方に排気口４４とが開口される。
【００１０】
一方、熱交換器１８を支持する燃焼室２０の下端には、バーナ２２の燃焼排気により熱交換器１８を加熱した後の燃焼排気を排出する排気フード３２が設けられる。この排気フード３２は上方に大きく開口した椀形状をなし、下方で塩化ビニル製のドレン通路３５と接続している。尚、この排気フード３２は、燃焼排気中のドレンの受け皿としてのドレンパンを兼ね備えている。
排気フード３２の側面には排気管３４が連結され、この排気管３４の上端開口は排気口４４に臨む。
【００１１】
また、熱交換器１８には、燃焼熱を吸収をするフィン１８ｂに伝熱管１８ａが貫通し複数段蛇行して設けられる。この伝熱管１８ａは、熱交換器１８の下段に設けられる給水管１４と接続し燃焼室２０を巻回してバーナ２２の近傍で出湯管１６と接続する。
給水管１４には水流センサや水ガバナを備える水側制御ユニット５０が設けられ、またバーナ２２へのガス管５２には主電磁弁５４及びガス比例弁５６が設けられる。
バーナ２２を覆うバーナカバー２６上のファン取付台３８には、給気ファン３６を取り付ける。この給気ファン３６にはＤＣモータ４８が連結される。
【００１２】
また、給水管１４に設けられる水側制御ユニット５０内の水流センサや、バーナ２２のガス管５２に設けられる主電磁弁５４及びガス比例弁５６、そしてＤＣモータ４８等はこの給湯器１０の燃焼を制御するバーナコントローラ５８に電気的に接続されている。
【００１３】
給湯器１０の出湯管１６は、浴室や台所等へ延びる給湯配管６０と接続しており、この給湯配管６０の先端に給湯栓６１が設けられる。そして、洗面所の洗面台６３や台所のシンク６４に接続される排水管６５にはドレン通路３５が接続され、排水管６５の先端が公有の下水道６６（一般排水通路）に連通される。尚、ドレン通路３５，排水管６５は家庭内にあって私有されており、排水の酸性度に関する規制は無い。
【００１４】
このように構成された給湯器１０では、給湯栓６１を開くことにより給水管１４に水（図中破線矢印）が流れ、水側制御ユニット５０内の水流センサからの検知信号によりバーナコントローラ５８が制御動作を行い、給気ファン３６がＤＣモータ４８の駆動により回転し始める。所定のプリパージが完了すると、バーナ２２の主電磁弁５４及びガス比例弁５６が開いてバーナ２２にガス（図中実線矢印）が供給され、図示しないイグナイタによりバーナ２２に点火が行われる。
【００１５】
点火動作が終了すると、比例制御が開始され、図示しない出湯温サーミスタで検出される湯温と設定温度との差があると、バーナコントローラ５８でそれを判断しガス比例弁５６へ信号を送り、ガス量を連続的に変化させて熱交換器１８の出口温度を一定に保つ。また、ガス比例弁５６によるガス量の変化に応じてバーナコントローラ５８から給気ファン３６のＤＣモータ４８に信号が送られ、給気ファン３６の回転数も変えられ、常にガス量と給気量との関係が一定に保たれるように制御される。
【００１６】
このような燃焼制御において、給気ファン３６の動作に伴い、器具本体１２に設けられる給気口３０より外気が器具本体１２内に吸引され、バーナ２２へ導入されて燃焼用空気として燃焼に供される。
バーナ２２の炎口近傍では混合気が燃焼して火炎を形成し、熱交換器１８の上流側近傍に至る間に燃焼が完結（完全燃焼）する。
バーナ２２の燃焼排気は、給気ファン３６により下向きに流れ、熱交換器１８の各フィン１８ｂ間を貫流して熱交換した後、排気フード３２，排気管３４を介して排気口４４から器具の外へ排出される。
【００１７】
燃焼排気中の水蒸気は、熱交換器１８での熱交換により冷却されて結露し、燃焼排気中の硫黄や窒素と反応して酸性ドレン（Ｈ₂ＳＯ₄、ＨＮＯ₃）になる。
この水蒸気の凝縮により熱交換器１８は、顕熱に加えて蒸発潜熱も回収して非常に高い熱効率を実現する。
【００１８】
熱交換器１８で発生する酸性ドレンは、排気フード３２内に落下し、ドレン通路３５を通って排水管６５へ流れる。この時、給湯栓６１から給湯が行われており、シンク６４や洗面台６３から使用後の給湯排水が、酸性ドレンの排出と同じタイミングで排水管６５へ排出される。そして、酸性ドレンは、排水管６５内でこの給湯排水と混合して安全なｐＨレベルまで希釈されてから下水道６６へ排出される。
このように、給湯排水と酸性ドレンの排水とが同時に行われるため、複雑な制御をしなくても簡単にドレンを給湯排水で希釈することができ、排水の酸性度は安全レベルになる。
また、バーナ２２が熱交換器１８の上方に設けられているため、熱交換器１８から酸性ドレンが落下しても、バーナ２２の炎孔を目詰まりさせることがなく、良好な燃焼状態が維持される。
【００１９】
次に、発生した酸性ドレンが給湯排水によって安全レベルまで十分希釈される理由について説明する。
例えば、インプット（ガス供給量）が３０，０００ｋｃａｌ／時の給湯器１０に総発熱量が１０，９９１ｋｃａｌ／Ｎｍ³、真発熱量（顕熱）が９，９２３ｋｃａｌ／Ｎｍ³の天然ガス（１３Ａ）を使用した場合には、蒸発潜熱は、総発熱量から真発熱量を差し引いて１，０６８ｋｃａｌ／Ｎｍ³と求められる。
【００２０】
ここで、ドレンが最大限発生した場合を想定するために、潜熱を回収して熱効率が１００％であるとする。従って、潜熱は、総発熱量の９．７％であるため、２，９１５ｋｃａｌ／時となる。水の蒸発潜熱（０℃時）が５９７．１ｋｃａｌ／ｋｇであることが知られているため、この例ではドレンが４．８８リットル／時だけ発生する。
一般に給湯器が発生するＮＯｘが６０ｐｐｍ以下の場合には、酸性ドレンの換算硝酸イオン濃度が７０ｍｇ／リットル以下で、酸性ドレンのｐＨが３以上であることが知られている。
従って、酸性ドレンの希釈に必要な最低限の水量を算出するためには、ｐＨ３の酸性ドレンが、最大で１時間当たり４．８８リットル発生する場合について考える必要がある。
【００２１】
酸性ドレンを希釈するために利用できる最低水量を求めるためには、給湯器１０が通水を最も温度上昇させる場合を考えればよく、それは水温５℃の水を６０℃にまで加熱する場合（つまり、５５℃温度上昇）であり、その時の使用水量は５４５リットル／時（＝３０，０００ｋｃａｌ／時÷５５ｃａｌ／ｇ）になる。
【００２２】
従って、酸性ドレンの希釈用に使用できる水量は、酸性ドレン量の少なくとも１１２倍（＝５４５／４．８８）になる。
よって、ｐＨ３の酸性ドレンの希釈後の水素イオン濃度は、１０^-3／１１２＝１０^-5.05ｍｏｌ／リットルとなり、ｐＨは５．０５で、希釈に最も厳しい条件で考えた場合でも、一般排水通路へ排出される水のｐＨが５以下になることはない。
【００２３】
つまり、地方自治体の基準範囲（一般的にはｐＨが５〜９）を越えることがなく、安全に酸性ドレンを排出できる。
また、中和装置を設ける必要がないため、器具が大型化せず、しかも、希釈装置の構造が簡単であるため、製造コストを低く抑えることができる。
更に、希釈用にわざわざ上水道から水を引く必要もなく、水道料金アップにならない。
【００２４】
さて、上述した例は、最悪条件を考えて酸性ドレンの発生量が最大限の場合で排水のｐＨを算出したが、一般的に高効率の給湯器であっても、熱効率は９０〜９５％である。次に、実使用状態での排水のｐＨを算出する。
例えば、熱効率が９５％という非常に効率の高い給湯器において、総発熱量に対する真発熱量が９０．３％のうち、仮に２．３％が損失したとすると、真発熱量は８８％になり、潜熱は７％（＝９５−８８）となる。
従って、インプットが３０，０００ｋｃａｌ／時の場合では、潜熱は、２，１００ｋｃａｌ／Ｎｍ³と求められ、ドレン量は、３．５２リットル／時（＝２，１００÷５９７．１）となる。
【００２５】
熱効率が９５％なのでインプット３０，０００ｋｃａｌ／時に対してアウトプットは、２８，５００ｋｃａｌ／時（＝３０，０００×０．９５）となり、通水を５５℃温度上昇させる場合には、その時の使用水量は５１８リットル／時（＝２８，５００ｋｃａｌ／時÷５５ｃａｌ／ｇ）になる。
従って、酸性ドレンの希釈用に使用できる水量は、酸性ドレン量の１４８倍（＝５４５／４．８８）になる。
【００２６】
よって、希釈後の酸性ドレンの水素イオン濃度は、１０^-3／１４８＝１０^-5.17ｍｏｌ／リットルとなり、ｐＨは５．１７で、熱効率が１００％の場合の５．０５よりも更に酸性度が低い。
しかも、熱効率が９５％の給湯器において、通水を１０℃温度上昇させる場合では、使用水量が２，８５０リットル／時となり、酸性ドレン量の８１４倍になり、その時の排水のｐＨは、５．９１となって更に中性に近づき、安全である。
また、熱効率が低い給湯器においては、排水のｐＨが更に増加して一層安全である。
【００２７】
《第１実施形態》
次に、本発明の第１実施形態について図２を用いて説明する。尚、参考実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分に関しては同一符号を付してその説明を省略する。第１実施形態の給湯器１１は、参考実施形態の給湯器１０にドレン溜め３９，ドレン弁３７，流量センサ６２を設けた点が基本的に異なる。
【００２８】
参考実施形態の給湯器１０では、ドレンが発生する給湯時に洗面台６３，シンク６４や図示しない浴槽に給湯された水を溜める場合には、給湯排水の排水管６５への排出とドレンの排出とのタイミングがずれてドレンを希釈することが必ずしもできない。
そこで、第１実施形態の給湯器１１では、ドレンを排出するタイミングを給湯排水を排出するタイミングに合わせることにより、確実にドレンを給湯排水で希釈するものである。
【００２９】
本実施形態の給湯器１１は、ドレン通路３５における上流に設けられドレンを溜める塩化ビニル製のドレン溜め３９と、下流に設けられドレン通路３５を開度調整可能に開閉するドレン弁３７と、排水管６５におけるドレン通路３５の上流に設けられる流量センサ６２とを備える。
【００３０】
こうした構成の給湯器１１では、給湯時に熱交換器１８で発生した酸性ドレンは、ドレン通路３５を通って閉成されたドレン弁３７上流のドレン溜め３９に溜まる。このドレン弁３７の開度は、流量センサ６２が検出するシンク６４，洗面台６３や浴槽からの給湯排水流量が多いほど大きくなるように、バーナコントローラ５８によって設定される。
流量センサ６２が給湯排水が所定流量流れていることを検出すると、ドレン弁３７が給湯排水流量に応じた開度で開成され、ドレン溜め３９内の酸性ドレンは、ドレン通路３５に設けられたドレン弁３７を通過して排水管６５へ流れ、シンク６４や浴槽からの給湯排水と混合し、安全なｐＨレベルまで希釈されてから下水道６６へ排出される。
このようにして、給湯排水流量に応じてドレン排出流量を設定して排水するため、浴槽に湯を張るなど、給湯と同時に排水を行わない場合でも、確実にドレンを給湯排水によって希釈することができる。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
例えば、熱交換器１８をバーナ２２の上方に配置し、これらの間にドレン受けを設けドレン通路３５と接続してもよい。
【００３２】
また、第１実施形態の給湯器１１では、ドレン溜め３９やドレン通路３５の材料は、塩化ビニルに限定せず、耐酸性の材質であればよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項１記載の給湯器によれば、ドレン通路を排水管に接続して、ドレンと同時に発生する給湯排水によってドレンを希釈するため、一般排水通路へ流される排水の酸性度を弱くして安全レベルにすることを低コストでできる。
【００３４】
また、所定流量以上の給湯排水が検出された時のみ、ドレンを給湯排水に混合させて一般排水通路へ排出するため、給湯された水を溜めて使用される場合においても、確実にドレンを希釈することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考実施形態の強制燃焼式給湯器の概略図である。
【図２】第１実施形態の強制燃焼式給湯器の概略図である。
【符号の説明】
１８…熱交換器、１８ａ…伝熱管、１８ｂ…フィン、２０…燃焼室、２２…バーナ、３２…排気フード、３５…ドレン通路、３７…ドレン弁、３９…ドレン溜め、６０…給湯配管、６１…給湯栓、６２…流量センサ、６５…排水管、６６…下水道。

Claims

バーナの燃焼熱により通水を加熱すると共に燃焼排気中の潜熱を回収する熱交換器と、該熱交換器で発生するドレンを器体外へ排出するドレン通路とを備えた給湯器において、
上記ドレン通路を、上記熱交換器からの給湯が使用された後の給湯排水を一般排水通路へ排出する給湯器外の排水管に接続し、
上記排水管の、上記ドレン通路との接続部より上流位置に給湯排水の流量を検出する流量センサを設け、
該ドレン通路において上流から順に、ドレンを溜めるドレン溜めと、該ドレン通路を開閉する開閉弁とを設け、
上記流量センサが所定量以上の給湯排水流量を検出した時に、検出した給湯排水流量に応じた開度で上記開閉弁を開成して、上記ドレン溜めに溜まったドレンを給湯排水に混合させて一般排水通路へ排出することを特徴とする給湯器。