JP6205983B2 - 中和装置および潜熱回収式熱源機 - Google Patents

Description

本発明は、中和装置および潜熱回収式熱源機に関し、特に、潜接回収式熱源機で発生したドレンを中和するための中和装置およびそれを備えた潜熱回収式熱源機に関するものである。

熱源機の一例として、熱効率を高めるために、燃焼排気ガスの顕熱および潜熱（燃焼排気ガス中の水蒸気が保有している潜熱）を回収する熱交換器を備えたものが実用化されている。この潜熱回収可能な熱交換器を用いた場合、燃焼排気ガス中の水蒸気は潜熱を奪われることにより凝縮して結露するため、熱交換器に多量のドレン（結露水）が発生する。燃焼排気ガス中には窒素酸化物などが含まれるため、これがドレンに溶け込んでドレンは酸性となる。この酸性のドレンを中和するために中和剤が用いられている。

このような中和剤により酸性のドレンを中和する技術がたとえば特開平０６−３２８０８４号公報（特許文献１）および特許第２９６４０６６号公報（特許文献２）に記載されている。特開平０６−３２８０８４号公報には、ドレン滞留槽に充填された中和剤にドレン導入管が挿入され、このドレン導入管から導入されたドレンが中和されながら水位を上げドレン排水管の上端部の中和剤流出防止ネットを経てドレン排出管を落下してドレン排水管の下部から排水されることが記載されている。

また特許第２９６４０６６号公報（特許文献２）には、酸化マグネシウム、炭酸カルシウムの粒体からなる中和剤が収容された貯留室内に流入したドレンがサイフォンにより排出されることが記載されている。

特開平０６−３２８０８４号公報 特許第２９６４０６６号公報

しかしながら、上記公報のいずれも中和装置内においてドレンが滞留する。したがって、滞留時間が短いとドレンと中和剤との反応時間が短いためドレンが酸性のままであり、逆に滞留時間が長いとドレンと中和剤との反応時間が長いためドレンがアルカリ性になる。このため、ドレンを中性になるように制御することが困難であるという問題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、酸性のドレンの中性化を容易に制御できる中和装置およびそれを備えた潜熱回収式熱源機を提供することである。

本発明の中和装置は、潜熱回収式熱源機で発生したドレンを中和するためのものである。中和装置は、ドレン貯留槽と、流路部材と、中和槽と、中和剤とを備えている。ドレン貯留槽はドレンを貯留可能である。流路部材は取込口と排出口とを有し、かつドレン貯留槽の内部に開口した取込口から上方へ延びた後に下方に延びて排出口に達してサイフォンを構成する。中和槽は排出口の下方に位置するとともに貫通孔を有する底面部を有する。アルカリ性の中和剤は中和槽内に充填されている。中和装置は、排出口から排出されたドレンが中和剤の少なくとも一部の表面に沿って下方に流れた後に底面部の貫通孔を通じて底面部の下方へ流れ落ちるように構成されている。

本発明の中和装置によれば、サイフォンを構成する流路部材の排出口からドレンが排出されるため、アルカリ性の中和剤に一定量のドレンを排出することができる。そして、排出口から排出されたドレンが中和剤の少なくとも一部の表面に沿って下方に流れた後に底面部の貫通孔を通じて底面部の下方へ流れ落ちるため、ドレンが中和槽内に滞留しないようにすることができる。このため、中和剤によるドレンの中性化を容易に制御することができる。

上記の中和装置においては、貫通孔を通じて底面部の下方に流れ落ちたドレンが中性になるように底面部と排出口との間に保持された中和剤の量が設定されている。このため、中和剤によってドレンが確実に中性化される。

上記の中和装置においては、中和槽は、中和剤の内部に排出口が配置されるように構成されている。このため、排出口よりも下方においてドレンと反応することで消耗した中和剤は、消耗した中和剤の周囲の中和剤によって補填される。このため、外部から中和剤を補充しなくても中和を継続することができる。また、ドレンと中和剤との反応量を一定に保つことができる。

上記の中和装置においては、中和剤は酸化マグネシウムである。酸化マグネシウムの体積あたりのアルカリ容量は炭酸カルシウムの約３倍であるため、炭酸カルシウムよりも容積あたりのアルカリ量を多くすることができる。このため、中和装置を小型化することができる。また、この中和装置を備えた潜熱回収式熱源機を小型化することもできる。

本発明の潜熱回収式熱源機は、上記の中和装置を備えている。したがって、酸性のドレンの中性化を容易に制御できる中和装置を備えた潜熱回収式熱源機を実現できる。

以上説明したように本発明によれば、酸性のドレンの中性化を容易に制御できる中和装置およびそれを備えた潜熱回収式熱源機を得ることができる。

本発明の一実施の形態における潜熱回収式熱源機の構成を概略的に示す概略図である。 本発明の一実施の形態における潜熱回収式熱源機の中和装置の構成を概略的に示す概略図である。 本発明の一実施の形態における潜熱回収式熱源機の中和装置においてドレンが中和される様子を概略的に示す概略図である。 本発明の一実施の形態における潜熱回収式熱源機の中和装置において中和剤が消耗した様子を概略的に示す概略図である。

以下、本発明の一実施の形態について図に基づいて説明する。
まず本発明の実施の形態の潜熱回収式熱源機の構成について説明する。

図１を参照して、本実施の形態の潜熱回収式熱源機は、潜熱回収式の熱源機であり、熱源機で発生したドレンＤを回収し、排出可能に構成されている。潜熱回収式熱源機は、中和装置１と、ドレンタンク２と、水位検知手段３と、ドレン排出ポンプ４と、逆止弁５と、制御部６と、給湯側熱交換器２１と、風呂側熱交換器２２と、ドレン受け２３と、給湯配管２４ａと、給水配管２４ｂと、往き配管２５ａと、戻り配管２５ｂと、燃焼バーナ２６と、送風機２７とを主に有している。

中和装置１は、潜熱回収式熱源機で発生したドレンＤを中和するためのものである。中和装置１は、ドレンタンク２およびドレン受け２３に接続されており、ドレン受け２３で受けられた酸性のドレンＤを中和させた後に、ドレンタンク２内に供給できるよう構成されている。中和装置１の構成については後で詳しく説明する。

ドレンタンク２は、潜熱回収式熱源機で発生したドレンＤを貯留するためのものである。水位検知手段３は、ドレンタンク２内におけるドレンＤの水位を検知するためのものである。水位検知手段３は、ドレンタンク２内におけるドレンＤの水位が少なくとも高位および低位のいずれかにあることを検知可能である。この水位検知手段３は、ドレンタンク２内の低水位（Ｌ：低位）を検知するための電極部Ｌと、高水位（Ｈ：高位）を検知するための電極部Ｈとを有している。

ドレン排出ポンプ４は、ドレンタンク２に貯留されたドレンＤを機外に排出するためのものである。ドレン排出ポンプ４はドレンタンク２に接続されている。ドレン排出ポンプ４の下流側に逆止弁５が接続されていてもよい。この逆止弁５は、逆止弁５の上流側から下流側へのドレンＤの流れを許容し、下流側から上流側へのドレンＤの流れを許容しないよう構成されている。またドレンＤの排出先は、たとえば浴室防水パンなどの排出部などである。

制御部６は、水位検知手段３、ドレン排出ポンプ４の各々に電気的に接続されている。制御部６は水位検知手段３からのドレンＤの水位が高位以上であることの信号に基づいて、ドレンＤの水位が低位であることの信号が入力されるまでドレン排出ポンプ４を駆動するよう制御可能に構成されている。

給湯側熱交換器２１および風呂側熱交換器２２のそれぞれは、潜熱回収型の熱交換器である。潜熱回収型の熱交換器では、従来排出していた熱交換後のガスが二次熱交換器へ通されることで二次熱交換器内の水が予熱される。この過程で燃焼ガスの温度が６０℃程度まで下がることで、燃焼ガス中に含まれる水分が凝縮して潜熱を得ることができる。このため給湯側熱交換器２１は、一次熱交換器２１ａと、二次熱交換器２１ｂとを有している。また風呂側熱交換器２２は、一次熱交換器２２ａと、二次熱交換器２２ｂとを有している。

給湯側熱交換器２１において、一次熱交換器２１ａの一方端と二次熱交換器２１ｂの一方端とは互いに接続されている。一次熱交換器２１ａの他方端には給湯配管２４ａが接続されており、二次熱交換器２１ｂの他方端には給水配管２４ｂが接続されている。一次熱交換器２１ａが二次熱交換器２２ａよりも燃焼バーナ２６の近くに配置されている。

また風呂側熱交換器２２においても、一次熱交換器２２ａの一方端と二次熱交換器２２ｂの一方端とは互いに接続されている。一次熱交換器２２ａの他方端には往き配管２５ａが接続されており、二次熱交換器２２ｂの他方端には戻り配管２５ｂが接続されている。一次熱交換器２２ａが二次熱交換器２２ｂよりも燃焼バーナ２６の近くに配置されている。

燃焼バーナ２６は、給湯側熱交換器２１および風呂側熱交換器２２との間で熱交換を行なうための燃焼ガスを発生させるためのものである。送風機２７は燃焼バーナ２６に対して燃焼に必要な空気を供給するためのものである。

潜熱回収式の熱交換器では、上記のとおり燃焼ガスの水蒸気を凝縮させる構造上、凝縮した水（ドレン）が発生するためドレンの排水が必要である。このため、ドレン受け２３が、二次熱交換器２１ｂ、２２ｂのそれぞれの下側に配置されている。このドレン受け２３で受けられたドレンＤは、排気ガス中の窒素酸化物などが溶け込んでいるため、酸性となる。この酸性のドレンＤはドレン受け２３から中和装置１に供給される。

次に、本実施の形態の中和装置の構成について詳しく説明する。
図１および図２を参照して、中和装置１は、ドレン貯留槽１１と、流路部材１２と、中和槽１３と、排出槽１４と、中和剤１５とを備えている。ドレン貯留槽１１はドレン受け１３から供給された酸性のドレンＤを一時的に貯留するためのものである。ドレン貯留槽１１は内部の空間にドレンＤを貯留可能に構成されている。この内部の空間は、たとえば２０ｃｍ³の容積を有している。

流路部材１２はドレン貯留槽１１から中和槽１３にドレンＤを排出するためのものである。流路部材１２は取込口１２ａと排出口１２ｂとを有している。流路部材１２は取込口１２ａから上方へ延びた後に下方に延びて排出口１２ｂに達してサイフォンを構成する。このため、流路部材１２は、取込口１２ａからドレン貯留槽１１に貯留されたドレンＤを取り込んで、排出口１２ｂから一定量のドレンＤを中和槽１３に排出することができる。つまり、流路部材１２は排出口１２ｂから排出されるドレンＤの流速を一定化することができる。取込口１２ａはドレン貯留槽１１の内部に開口するように配置されており、排出口１２ｂは中和槽１３の内部に開口するように配置されている。つまり、流路部材１２によってドレン貯留槽１１と中和槽１３とは連通している。流路部材１２はサイフォンを構成するものであればよく、たとえば管であってもよく、また成形による流路を有するものであってもよい。この管としては、たとえば円筒状のものであってもよく、矩形状のものであってもよい。また、この成形による流路を有するものとしては、たとえば、板材をプレス成形したり、樹脂成形により形成された凹部が流路を構成するものであってもよい。

中和槽１３は酸性のドレンＤを中和剤１５によって中和するためのものである。中和槽１３は内部の空間に中和剤１５を収容可能である。中和槽１３は、内部の空間において、酸性のドレンＤが中和剤１５と反応することにより酸性のドレンＤを中和するように構成されている。この中和槽１３は底面部１３ａを有している。この底面部１３ａは貫通孔１３ｂを有している。この底面部１３ａは貫通孔１３ｂから中和剤１５が脱落しないように構成されていればよい。この底面部１３ａはたとえば網で構成されていてもよい。また、この底面部１３ａは排出口１２ｂの下方に配置されている。中和槽１３は、中和剤１５の内部に排出口１２ｂが配置されるように構成されている。

中和剤１５はアルカリ性である。つまり中和剤１５のｐＨ（水素イオン指数）の値は７よりも大きい。この中和剤１５は中和槽１３内に充填されている。中和剤１５は複数の粒状の材料から構成されていてもよい。この場合、複数の材料の粒径は、たとえば１ｍｍ以上３ｍｍ以下である。なお、中和剤１５は繊維状、塊状の材料から構成されていてもよい。また、中和剤１５は、ドレン流路部１５１と、ストック部１５２とを有している。このドレン流路部１５１はドレンＤと接触して反応するための部分である。このドレン流路部１５１はドレンＤが流れるように構成されている。このドレン流路部１５１は排出口１２ｂよりも下方に配置されている。

またストック部１５２は中和剤１５を保存するための部分である。このストック部１５２はドレンＤが流れないように構成されている。このストック部１５２はドレン流路部１５１の上方に配置されており、排出口１２ｂよりも上方に配置されている。したがってストック部１５２はドレンＤと接触しないためドレンＤと反応もしない。

中和剤１５には、酸化マグネシウムを用いることができる。中和剤１５に酸化マグネシウムを用いた場合、潜熱回収式熱源機の寿命を考慮して、酸性のドレンＤと反応していない状態（初期状態）において、ドレン流路部１５１はたとえば１２８ｃｍ³の体積を有しており、ストック部１５２はたとえば１５５ｃｍ³の体積を有していることが好ましい。すなわち、出力２４号の潜熱回収式熱源機の寿命を１５年と設定すると、その間に発生するドレンの量はたとえば約９０００リットルとなる。このドレンを中和するのに必要な酸化マグネシウムの量は２７０ｇと見積もられる。ドレン流路の容積は１２８ｃｍ³（幅８ｃｍ×奥行き４ｃｍ×高さ４ｃｍ）に設定しており、また酸化マグネシウムのかさ密度は１．７４ｇ／ｃｍ³であるため、ドレン流路部１５１の酸化マグネシウムの量は２２２．７ｇとなる。したがって、必要な酸化マグネシウムの量は４９２．７ｇとなり、体積は合計で２８３ｃｍ³となる。よって、ドレン流路部１５１の体積は１２８ｃｍ³となり、ストック部１５２の体積は１５５ｃｍ³となる。また、中和剤１５には、水酸化カルシウム、炭酸マグネシウムなども用いることが可能である。

中和装置１は、排出口１２ｂから排出されたドレンＤが中和剤１５の少なくとも一部の表面に沿って下方に流れた後に底面部１３ａの貫通孔１３ｂを通じて底面部１３ａの下方へ流れ落ちるように構成されている。また、貫通孔１３ｂを通じて底面部１３ａの下方に流れ落ちたドレンＤが中性になるように底面部１３ａと排出口１２ｂとの間に保持された中和剤１５の量が設定されている。

排出槽１４は内部の空間に貫通孔１３ｂから流れ落ちたドレンＤを収容可能に構成されており、またこのドレンＤをドレンタンク２に供給可能に構成されている。

次に、本実施の形態のドレン排出動作について説明する。
図１および図３を参照して、潜熱回収式熱源機が運転している場合には、給湯側熱交換器２１および風呂側熱交換器２２で発生しドレン受け２３に受けられたドレンＤが中和装置１に供給される。

中和装置１では、まずドレン貯留槽１１にドレン受け２３から供給された酸性のドレンＤが貯留される。ドレン貯留槽１１に貯留された酸性のドレンＤの水位が上昇すると取込口１２ａから流路部材１２内に酸性のドレンＤが取り込まれ、流路部材１２内を通って排出口１２ｂから排出される。このとき、流路部材１２がサイフォンを構成するため、一定量のドレンＤが排出口１２ｂから排出される。

また排出口１２ｂがドレン流路部１５１の上方に開口しているためドレン流路部１５１の上方から下方に向かってドレンＤが流れる。具体的には、ドレンＤは中和剤１５の表面に沿って下方に流れ、底面部１３ａの貫通孔１３ｂから流れ落ちる。この際、中和剤１５とドレンＤとが接触して反応することによって、ドレンＤが中和される。中和剤１５によって中和され、貫通孔１３ｂから流れ落ちたドレンＤは、排出槽１４を経てドレンタンク２に供給される。

ドレンタンク２では、水位検知手段３により検出されるドレンタンク２内の水位が高水位（Ｈ）以上か否かが判別され、水位が高水位（Ｈ）以上になった場合には、ドレン排出ポンプ４がＯＮされて、ドレンタンク２内のドレンＤが排出される。このドレンＤの排出後、水位が低水位（Ｌ）未満になった場合には、ドレン排出ポンプ４がＯＦＦされて、ドレンタンク２内のドレンの排出が停止される。このようにして、潜熱回収式熱源機のドレンタンク２内の水位が制御される。

また、図３および図４を参照して、ドレン貯留槽１１に貯留された酸性のドレンＤが流路部材１２内を通って排出口１２ｂから排出されると、ドレン流路部１５１は酸性のドレンＤと反応することにより消耗する。これにより、ドレン流路部１５１にスペースが生じてドレン流路部１５１の体積が減少するが、ドレン流路部１５１の上方に位置するストック部１５２が自重により下方に移動して上記スペースが補填される。このようにして、酸性のドレンＤと接触して反応する部分の中和剤１５が自動的に補充される。これにより、ドレン流路部１５１の量を一定に保つことができるため、ドレンＤとドレン流路部１５１との反応量を一定に保つことができる。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態の中和装置１によれば、サイフォンを構成する流路部材１２の排出口１２ｂからドレンＤが排出されるため、アルカリ性の中和剤１５に一定量のドレンを排出することができる。そして、排出口１２ｂから排出されたドレンＤが中和剤１５の少なくとも一部の表面に沿って下方に流れた後に底面部１３ａの貫通孔１３ｂを通じて底面部１３ａの下方へ流れ落ちるため、ドレンＤが中和槽１３内に滞留しないようにすることができる。このため、中和剤１５によるドレンＤの中性化を容易に制御することができる。なお、ここでの中性とは、排出基準を満たすｐＨの値で規定されるものであり、具体的にはｐＨの値が５．８以上８．６以下の範囲であることをいうものとする。

また本実施の形態の中和装置１においては、ドレンＤが中性になるように底面部１３ａと排出口１２ｂとの間に保持されたドレン流路部１５１の量が設定されているため、中和剤１５によってドレンＤが確実に中性化される。

また本実施の形態の中和装置１においては、中和槽１３は、中和剤１５の内部に排出口１２ｂが配置されるように構成されているため、排出口１２ｂよりも下方においてドレンＤと反応することで消耗したドレン流路部１５１は、ストック部１５２の中和剤１５によって補填される。このため、外部から中和剤１５を補充しなくても中和を継続することができる。また、ドレンＤと中和剤１５との反応量を一定に保つことができる。

また本実施の形態の中和装置１においては、中和剤１５は酸化マグネシウムである。これにより、炭酸カルシウムよりも体積あたりのアルカリ容量を多くすることができる。すなわち、アルカリ（ＯＨ^-）密度を高くすることができる。このため、中和装置１を小型化することができる。また、この中和装置１を備えた潜熱回収式熱源機を小型化することもできる。

本実施の形態の潜熱回収式熱源機は、上記の中和装置１を備えているため、酸性のドレンＤの中性化を容易に制御できる中和装置１を備えた潜熱回収式熱源機を実現できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 中和装置、２ ドレンタンク、３ 水位検知手段、４ ドレン排出ポンプ、５ 逆止弁、６ 制御部、１１ ドレン貯留槽、１２ 流路部材、１２ａ 取込口、１２ｂ 排出口、１３ 中和槽、１３ａ 底面部、１３ｂ 貫通孔、１４ 排出槽、１５ 中和剤、２１ 給湯側熱交換器、２２ 風呂側熱交換器、２４ａ 給湯配管、２４ｂ 給水配管、２５ａ 往き配管、２５ｂ 戻り配管、２６ 燃焼バーナ、２７ 送風機、１５１ ドレン流路部、１５２ ストック部。

Claims (4)

1. 潜熱回収式熱源機で発生したドレンを中和するための中和装置であって、
   前記ドレンを貯留可能なドレン貯留槽と、
   取込口と排出口とを有し、かつ前記ドレン貯留槽の内部に開口した前記取込口から上方へ延びた後に下方に延びて前記排出口に達してサイフォンを構成する流路部材と、
   前記排出口の下方に位置するとともに貫通孔を有する底面部を有する中和槽と、
   前記中和槽内に充填されたアルカリ性の中和剤とを備え、
   前記中和槽は、前記中和剤の内部に前記排出口が配置されるように構成されており、
   前記貫通孔は前記排出口の下方に配置されており、かつ前記底面部に開口しており、
   前記排出口から排出された前記ドレンが前記中和剤の少なくとも一部の表面に沿って下方に流れた後に前記底面部の前記貫通孔を通じて前記底面部の下方へ流れ落ちるように構成されている、中和装置。
2. 前記貫通孔を通じて前記底面部の下方に流れ落ちた前記ドレンが中性になるように前記底面部と前記排出口との間に保持された前記中和剤の量が設定されている、請求項１に記載の中和装置。
3. 前記中和剤は酸化マグネシウムである、請求項１または２に記載の中和装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の中和装置を備えた、潜熱回収式熱源機。

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