JP6205984B2 - 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２０１３−２６７４号公報（特許文献１）および実公平０６−３２１６４号公報（特許文献２）に記載されている。特開平２０１３−２６７４号公報には、ドレン中和器の排出口にコイルばねを配置して中和剤の排出口への侵入を防止することが記載されている。また、実公平０６−３２１６４号公報には、ガスエンジンで発生したドレンを中和する排気ガスドレン水処理装置が記載されている。

特開平２０１３−２６７４号公報 実公平０６−３２１６４号公報

しかしながら、上記公報のいずれも中和装置のドレン排出口においてドレンが滞留する。このため、中和剤として平衡ｐＨがアルカリ性の中和剤を用いた場合、滞留したドレンと中和剤との反応が進むことによってドレンが中性で留まらずアルカリ性になるおそれがある。したがって、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、ドレンがアルカリ性になることを防止して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、支持部と、中和剤と、ドレン滞留阻止部とを備えている。支持部は貫通孔を有している。中和剤は支持部上に配置され、かつｐＨがアルカリ性である。ドレン滞留阻止部は支持部と中和剤との間に配置され、かつ中和剤よりもｐＨの値が小さい。中和装置は、中和剤の上方から排出され中和剤の表面に沿って下方に流れたドレンがドレン滞留阻止部を通過して貫通孔から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、中和剤の上方から排出され中和剤の表面に沿って下方に流れたドレンが、中和剤よりもｐＨ（水素イオン指数）の値が小さいドレン滞留阻止部を通過して貫通孔から流れ落ちるため、ドレンがドレン滞留阻止部で滞留しないようにすることができる。このため、中和剤に接触するドレン滞留阻止部において滞留したドレンと中和剤との反応が進むことによりドレンがアルカリ性になることが抑制される。これにより、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、ドレン滞留阻止部は、複数の粒状の第１固体物を充填することにより構成されている。このため、ドレンの表面表力による水膜の形成を抑制できる。これにより、ドレン滞留阻止部にドレンが滞留することを抑制できる。

上記の中和装置においては、中和剤は、複数の粒状の第２固体物を充填することにより構成されている。第１固体物の粒径は、第２固体物の粒径以上の寸法を有している。このため、中和剤にドレンが滞留することを抑制できる。また中和剤よりもドレン滞留阻止部の排水性を向上することができる。

上記の中和装置においては、貫通孔の開口寸法は、第１固体物の粒径よりも小さい寸法を有している。このため、第１固体物の貫通孔からの脱落を抑制することができる。

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り、ドレン滞留阻止部は炭酸カルシウムである。このため、酸化マグネシウムによって酸性のドレンを中和するとともに、炭酸カルシウムによって中性になったドレンがアルカリ性になることを抑制できる。

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、ドレンがアルカリ性になることを防止して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、酸性のドレンがアルカリ性になることを防止して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。 図３のＰ部の拡大図である。

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、管１２と、中和槽１３と、排出槽１４と、中和剤１５と、支持部１６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。

管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。管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に繋がるサイフォンを構成する。このため、管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、管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、管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。

中和槽１３は内部の空間に中和剤１５およびドレン滞留阻止部１７の各々を収容可能に構成されている。中和槽１３と排出槽１４とは支持部１６によって区切られている。排出槽１４は内部の空間に貫通孔１６ａ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。

中和剤１５はｐＨがアルカリ性である。つまり中和剤１５のｐＨの値は７よりも大きい。この中和剤１５は支持部１６上に配置されている。中和剤１５は砕石層により形成されていてもよい。中和剤１５には、酸化マグネシウムを用いることができる。また支持部１６と中和剤１５との間にドレン滞留阻止部１７が配置されている。つまり、中和剤１５とドレン滞留阻止部１７とは支持部１６上に積層されている。

なお、中和剤１５は繊維状、塊状の材料から構成され得る。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。

支持部１６は貫通孔１６ａを有している。この支持部１６は貫通孔１６ａからドレン滞留阻止部１７が脱落しないように構成されている。この支持部１６はたとえばメッシュのフィルター状に構成されていてもよく、具体的には網などで構成されていてもよい。また、この支持部１６の上方に排出口１２ｂが配置されている。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。

ドレン滞留阻止部１７には、炭酸カルシウムを用いることができる。また、ドレン滞留阻止部１７はドレンＤの表面張力を破壊し排水を促進させるように構成されていることが好ましい。

図４を参照して、中和剤１５とドレン滞留阻止部１７とが積層された状態において、中和剤１５の一部はドレン滞留阻止部１７の一部よりも下方に位置している。つまり、中和剤１５の一部はドレン滞留阻止部１７に入り込んでいる。本実施の形態では、支持部１６と中和剤１５との間にドレン滞留阻止部１７が配置されているとは、支持部１６と中和剤１５の大部分との間にドレン滞留阻止部１７が配置されていることを意味している。

またドレン滞留阻止部１７は、複数の粒状の第１固体物１７ａを充填することにより構成されていてもよい。つまり、本実施の形態では第１固体物１７ａは炭酸カルシウムを用いることができる。また、中和剤１５は、複数の粒状の第２固体物１５ａを充填することにより構成されていてもよい。つまり、本実施の形態では第２固体物１５ａは酸化マグネシウムを用いることができる。この場合、第１固体物１７ａの粒径は、第２固体物１５ａの粒径以上の寸法を有している。ここで第１固体物１７ａの粒径は第１固体物１７ａの各粒の最大の粒径の平均値であり、第２固体物１５ａの粒径は第２固体物１５ａの各粒の最大の粒径の平均値である。

第１固体物１７ａの粒径はたとえば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。第２固体物１５ａの粒径はたとえば１ｍｍ以上３ｍｍ以下である。また貫通孔１６ａの開口寸法は、第１固体物１７ａの粒径よりも小さい寸法を有している。なお、貫通孔１６ａの開口寸法は、開口の最大幅の寸法である。

上記のように中和剤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、例えば出力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。さらに、ドレン滞留阻止部１７は１ｃｍ以上の厚さ寸法を有していることが好ましく、また８０ｃｍ³の体積を有していることが好ましい。

中和装置１は、中和剤１５の上方から排出され中和剤１５の表面に沿って下方に流れたドレンＤがドレン滞留阻止部１７を通過して貫通孔１６ａから流れ落ちるように構成されている。

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から管１２内に酸性のドレンＤが取り込まれ、管１２内を通って排出口１２ｂから排出される。このとき、管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、支持部１６の貫通孔１６ａ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によって中和されたドレンＤがドレン滞留阻止部１７に流れ落ちる。ドレン滞留阻止部１７ではドレンＤの滞留が抑制される。このドレン滞留阻止部１７では複数の粒状の炭酸カルシウムが充填されている。粒状であることからドレンＤの表面張力による水膜の形成を抑制することができる。また炭酸カルシウムであるため酸化マグネシウムよりも容積あたりのアルカリ量を少なくすることができる。このため、中和剤１５よりも中和量を少なくすることができる。炭酸カルシウムであるため、仮に酸化マグネシウムで十分に中和しきれていなかったとしても、追加で中和が可能であり、また滞留したとしてもドレンがアルカリ性になることはない。つまり、炭酸カルシウムは平衡ｐＨが中性であるため、酸性のドレンＤを中和することができ、かつ滞留したドレンとの反応が進んでもドレンがアルカリ性になることはない。そして、貫通孔１６ａ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が管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、中和剤１５の上方から排出され中和剤１５の表面に沿って下方に流れたドレンＤが、中和剤１５よりもｐＨの値が小さいドレン滞留阻止部１７を通過して貫通孔１６ａから流れ落ちるため、ドレンＤがドレン滞留阻止部１７で滞留しないようにすることができる。このため、中和剤１５に接触するドレン滞留阻止部１７において滞留したドレンＤと中和剤１５との反応が進むことによりドレンＤがアルカリ性になることが抑制される。これにより、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、ドレン滞留阻止部１７は、複数の粒状の第１固体物１７ａを充填することにより構成されているため、ドレンＤの表面張力による水膜の形成を抑制できる。これにより、ドレン滞留阻止部１７にドレンＤが滞留することを抑制できる。

また本実施の形態の中和装置１においては、中和剤１５は、複数の粒状の第２固体物１５ａを充填することにより構成されており、第１固体物１７ａの粒径は第２固体物１５ａの粒径以上の寸法を有している。このため、中和剤１５にドレンが滞留することを抑制できる。また中和剤１５よりもドレン滞留阻止部１７の排水性を向上することができる。

また本実施の形態の中和装置１においては、貫通孔１６ａの開口寸法は第１固体物１７ａの粒径よりも小さい寸法を有しているため、第１固体物１７ａの貫通孔１６ａからの脱落を抑制することができる。

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り、ドレン滞留阻止部１７は炭酸カルシウムである。このため、酸化マグネシウムによって酸性のドレンＤを中和するとともに、炭酸カルシウムによって中性になったドレンＤがアルカリ性になることを抑制できる。

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がアルカリ性になることを防止して酸性のドレン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 管、１２ａ 取込口、１２ｂ 排出口、１３ 中和槽、１４ 排出槽、１５ 中和剤、１５ａ 第２固体物、１６ 支持部、１６ａ 貫通孔、１７ ドレン滞留阻止部、１７ａ 第１固体物、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 (6)

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、
   貫通孔を有する支持部と、
   前記支持部上に配置され、かつｐＨがアルカリ性の中和剤と、
   前記支持部と前記中和剤との間に配置され、かつ前記中和剤よりもｐＨの値が小さいドレン滞留阻止部と、
   前記中和剤および前記ドレン滞留阻止部を収容可能な中和槽と、
   前記支持部によって前記中和槽と区切られた排出槽とを備え、
   前記支持部はメッシュのフィルター状に構成されており、
   前記排出槽は前記支持部の前記貫通孔から流れ落ちた前記ドレンを収容可能に構成されており、
   前記中和剤の上方から排出され前記中和剤の表面に沿って下方に流れた前記ドレンが前記ドレン滞留阻止部を通過して前記貫通孔から流れ落ちるように構成されている、中和装置。
2. 前記ドレン滞留阻止部は、複数の粒状の第１固体物を充填することにより構成されている、請求項１に記載の中和装置。
3. 前記中和剤は、複数の粒状の第２固体物を充填することにより構成されており、
   前記第１固体物の粒径は、前記第２固体物の粒径以上の寸法を有している、請求項２に記載の中和装置。
4. 前記貫通孔の開口寸法は、前記第１固体物の粒径よりも小さい寸法を有している、請求項２または３に記載の中和装置。
5. 前記中和剤は酸化マグネシウムであり、前記ドレン滞留阻止部は炭酸カルシウムである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の中和装置。
6. 請求項１〜５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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