【手続補正書】
【提出日】平成17年3月17日(2005.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス中の水分を結露させて潜熱を回収する潜熱回収用熱交換器を備えた高効率の燃焼機器であり、特に、潜熱回収用熱交換器で発生する酸性結露水を中和する信頼性の高い小型長寿命中和装置を、簡単な構成と製法で提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
排ガス中の水分を結露させて潜熱を回収する潜熱回収用熱交換器を備えた高効率の燃焼機器が最近話題になっており、その内容は例えば特開平６−３１３６２７号公報に記載されている。この燃焼機器は、バーナから発生する排ガスを一次熱交換器およびその後流の２次熱交換器と接触させてその顕熱および潜熱を熱交換し、熱効率を高めたものである。２次熱交換器における潜熱交換において水が結露するが、その結露水は、排ガスに含まれる窒素酸化物性ガスおよび炭酸ガスが溶解するため酸性を呈しているため、ガス通路により集められ中和層で中性化されて排出される。
【０００３】
一方、酸性水を中和する中和処理装置は、その装置構成の具体例が、特公平１−３６０２０号公報（特開昭６０−１０５８５９号公報）に記載されている。この中和処理装置は、図３に示す通り、流入口１を有する蓋体２と、流出口３を有する箱体４と、箱体４の内部空間に配置された塩基性物質５から構成される。箱体４には、その内部空間の両側壁面に仕切り板６および案内板７が設けられており、これらにより下側に流入部、上側に流出部を有する処理槽８が複数形成されている。そして、マグネシウム９６wt%とアルミニウム３wt%と亜鉛１wt%からなる組成の板状の塩基性物質５が、分離体９を介して処理槽８内に着脱自在に配置されている。さらに、箱体４と仕切り板６は一体成型されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記構成の従来の中和処理装置は、燃焼機器で使用する場合、下記の２つの課題を有していた。
【０００５】
第１の課題は、塩基性物質を定期的に交換する必要が有ることである。燃焼機器で使用される潜熱回収用熱交換器は、高温の酸性結露水がその表面に付着する環境下で排熱を熱交換するため、耐腐食性および熱伝導性の優れた材料を使用する必要が有る。この両方を同時に満足する材料として錫メッキした銅が、従来は使用されていたが、この材料は長期間使用すると徐々に腐食して錫イオンおよび銅イオンとして結露水に溶解する。この溶解した金属イオンは、塩基性物質５であるマグネシウム合金の表面を金属元素の形態で覆ってしまい、中和に必要な表面積を減少させて中和性能の低下を招く弊害を引き起こす。この弊害は、イオン化傾向の大きいマグネシウム金属を塩基性物質として使用することで起こる弊害であり、これを防止する目的で定期的に交換する課題が有った。
【０００６】
第２の課題は、塩基性物質を中和処理装置に着脱自在に配置するには、複雑な構成および工法を必要とすることである。給湯機器は、その運搬設置時に振動したり横倒しされたりする。従来例に記載された中和処理装置に配置された塩基性物質は、分離体を介して着脱自在に配置する構成としているため、この振動横倒しにより激しく揺れ動く。この激しい揺れ動きにより、塩基性物質が片側に偏析して酸性結露水と接触しない部分が生じ中和性能が低下することを防止するため、その配置品は複雑な構成を必要としている。例えば従来例に記載した様な、粒状の塩基性物質を袋に充填して使用する場合、箱体の側壁と袋の間に波状の分離体に突起を設け、これによって片側偏析を防止しているが、袋が複雑な構成になる問題、粒状塩基性物質の袋への充填が複雑な工法を必要とする問題、分離体を介して袋を箱体側壁へ配置することに複雑な工法を必要とする問題が有った。この複雑な構成と工法を必要とする問題は、塩基性物質を中和処理装置に分離体を介して着脱自在に配置する構成としたために起こる問題であり、塩基性物質を定期的に交換する必要が有るために起こる問題でもある。そのため、両者の問題を同時に解決する方法が求められていた。
【０００７】
本発明は、前記する従来の問題を解決し、簡単な構成と工法で実現できる信頼性の高い小型長寿命の中和装置を備えた、高効率の燃焼機器を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、酸性結露水と接触する外周部を少なくともチタンもしくはステンレスの１種材料で構成した潜熱回収用熱交換器とした。また、酸性結露水中和装置は、筐体と、その内部両壁面に取り付けられた案内板および仕切り板と、これらで形成されており下側に流入部を上側に流出部を有する処理槽と、この処理槽に配置されたカートリッジの内部に充填されたマグネシウムを主成分とする粒状の塩基性物質と、仕切り板および案内板と隙間を設けて筐体の上部に積層した蓋を少なくとも備えるとした。そして、カートリッジは、少なくとも底板部に無数の微細穴を形成したお椀状の中空体と、中空体の上部に配置されており無数の微細穴を形成した天板部で構成されているとした。
【０００９】
潜熱回収用熱交換器は、酸性結露水と接触する外周部を耐腐食性の極めた優れたチタンやステンレスで構成しているので、長期間使用してもこれら材料が結露水に溶解することがない。そのため、マグネシウム金属系の塩基性物質は、その表面がこれら材料で覆われることが無くなるので、長期間使用しても中和性能の低下が小さくなって長寿命となり、定期的に交換する必要がない。
【００１０】
一方、粒状の塩基性物質を内部空間に充填するためのカートリッジは、少なくとも底板部に無数の微細穴を形成したお椀状の中空体と、中空体の上部に配置されており無数の微細穴を形成した天板部で構成される。中空体は、底板部に無数の微細穴を形成したお椀状であるので簡単に成型でき、しかも塩基性物質の充填が簡単にできる。また、カートリッジは、無数の微細穴を形成した天板部を中空体の上部に配置した状態で、処理槽に配置されている。以上のことにより、塩基性物質は、中和処理装置の内部空間に簡単な構成と工法で配置することができ、しかも、給湯機器の運搬設置時に発生する振動横倒に対しても塩基性物質の片側偏析が起こらないので、これに起因する中和性能低下が起こりにくい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、各請求項に記載した形態で実施することができる。
【００１２】
請求項１記載の発明は、燃焼排ガス中に配置されており外周部を少なくともチタンもしくはステンレスの一種の材料で構成した潜熱回収用熱交換器と、前記潜熱回収用熱交換器で発生した結露酸性水を中和するための酸性結露水中和装置を少なくとも有しており、前記酸性結露水中和装置は、筐体と、前記筐体の内部両壁面に取り付けられた案内板および仕切り板と、前記案内板および仕切り板とで形成されており下側に流入部を上側に流出部を有する処理槽と、前記処理槽に配置されたカートリッジの内部に充填されたマグネシウムを主成分とする粒状の塩基性物質と、前記仕切り板および案内板と隙間を設けて前記筐体の上部に積層した蓋を少なくとも備え、前記カートリッジは、少なくとも底板部に無数の微細穴を形成したお椀状の中空体と、前記中空体の上部に配置されており無数の微細穴を形成した天板部で構成されている。
【００１３】
潜熱回収用熱交換器は、酸性結露水と接触する外周部を耐腐食性の極めた優れたチタンやステンレスで構成しているので、長期間使用してもこれら材料が結露水に溶解することがない。そのため、マグネシウム系塩基性物質は、その表面がこれら材料で覆われることが無くなるので、長期間使用しても中和性能の低下が小さくなって長寿命となり、定期的に交換する必要がない。
【００１４】
粒状の塩基性物質を内部空間に充填するためのカートリッジは、少なくとも底板部に無数の微細穴を形成したお椀状の中空体と、中空体の上部に配置されており無数の微細穴を形成した天板部で構成される。中空体は、底板部に無数の微細穴を形成したお椀状であるので簡単に成型でき、しかも塩基性物質の充填が簡単にできる。また、カートリッジは、無数の微細穴を形成した天板部を中空体の上部に配置した状態で、冶具やネジさらに接着材などを用いて処理槽に配置されている。以上のことにより、塩基性物質は、中和処理装置の内部空間に簡単な構成と工法で配置することができ、しかも、給湯機器の運搬設置時に発生する振動横倒に対しても、塩基性物質の片側偏析が起こらないのでこれに起因する中和性能低下が起こりにくい。
【００１５】
塩基性物質は、マグネシウム系金属であるため中和性能に優れ、しかも粒状としているのでその中和面積が大きくなり、一層優れた中和性能が得られる。これに加えて、酸性結露水に含まれる硝酸、硫酸、炭酸との不溶性反応物を生成しにくい。そのため、塩基性物質は、初期の表面状態を長期間維持し、中和性能の低下がない。しかも、マグネシウム系金属は、成型性に優れしかも成型品は強度が大きいので扱い易く、給湯機器の運搬設置時に発生する振動横倒に対して充分に耐え得て、粉化や破壊することがなく、これを使用した酸性結露水中和装置は、小型化できその品質信頼性が高い。一方、マグネシウム系金属は、ＰＨ１０以上のＰＨ上昇がなく、ＰＨ１０になるとその溶解量が大幅に減少する性質がある。そのため、燃焼機器が長期間運転されない状態、すなわち水が流れないので塩基性物質が水に長期間漬される状態において、塩基性物質はほとんど溶解せずその長寿命化が図れる。また、この状態から燃焼機器の運転を再開させた場合、運転再開直後の排出中和水はＰＨ１０を超えることがなく、次第に排出中和水は略中性水に戻ってゆくので、その排出中和水の環境への影響が小さい。
【００１６】
一方、酸性結露水中和装置は、蓋と、仕切り板および案内板との間に隙間を設けている。そのため、マグネシウム系塩基性物質より微少発生する水素ガスは、空気より軽いのでこの隙間を介して集められ、潜熱回収用熱交換器が配置された燃焼排ガス中に逃げて行く。この水素ガス気散対策の確立により、中和処理装置は、多量の結露水が発生する高燃料量の長時間使用型燃焼機器に安心して使用することができる。さらに、酸性結露水中和装置は、筐体の内部底面に取り付けられた仕切り板の高さを最適化することで、滞留水の凍結による容積膨張分を、蓋と仕切り板で形成される気体容積分が充分に収納できさらに余裕が有る構成とすることができる。そのため、凍結による装置破損が防止でき、しかも短時間で解凍されるので中和性能が比較的早く元通リになる。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の燃焼機器において、筐体の内部底面からの仕切り板の高さをＨ、蓋と仕切り板の間に設けられた隙間の距離をＬとし、その比をＬ／Ｈとすると、Ｌ／Ｈは少なくとも０．１を超えるとしている。
【００１８】
蓋と仕切り板で形成される気体滞留容積と、筐体と仕切り板で形成される酸性結露水の滞留容積の比は、比Ｌ／Ｈで表わされる。比Ｌ／Ｈを少なくとも０．１を超える構成とすると、気体滞留容積が大きいので凍結による装置破損が防止でき、しかも短時間で解凍されるので中和性能が比較的早く元通リになる。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の燃焼機器において、酸性結露水中和装置を構成する蓋に設けた空気穴と、該燃焼機器の外周部に設けられた開口穴とを、通気管で接続し、前記通気管は前記空気穴の上部方向に向けて配置され、前記開口穴は、潜熱回収用熱交換器から滴下する酸性結露水を採取する採取部の喫水線より下部位置に配置されるとしている。
【００２０】
この構成としているため、酸性結露水中和装置の内部空間に設けた処理槽が万が一閉塞しても、酸性結露水は、採取部から溢れることなく、空気穴さらに通気管そして通気管先端の開口穴を経由して、燃焼機器の外周部の外に排出される。このため、信頼性の高い燃焼機器が実現できる。
【００２１】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の燃焼機器において、案内板を、カートリッジを構成する中空体もしくは天板部と一体化している。案内板とカートリッジを一体化しているので構成が簡素化される。
【００２２】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の燃焼機器において、案内板は、その上部面に凹部が設けられており、前記案内板の上部面を蓋と接触させて筐体の内部両壁面に取り付けるとした。このことによって、カートリッジおよび案内板は、蓋によって筐体の内部空間内に確実に固定され、しかもその固定が簡素化される。
【００２３】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の燃焼機器において、塩基性物質は、重量比でマグネシウが少なくとも８５〜１００wt%以上で、アルミニウムが０〜１０wt%で、亜鉛が０〜５wt%が含有された金属であるとした。この組成の塩基性物質は、中和性能が優れ、粒に加工することが容易に出来きしかも粉化や破壊が起こらない、耐久性に優れる利点が有る。そのため、これを使用した酸性結露水中和装置は、小型化できその品質信頼性が高い。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２５】
（実施例１）
図１（ａ）は、本発明の実施例１である燃焼機器の断面図、図１（ｂ）は、燃焼機器に使用する酸性結露水中和装置の断面図である。
【００２６】
図１（ａ）の燃焼機器において、潜熱回収用熱交換器１１は、燃焼部１２から発生する燃焼排ガスが送風ファン１０によって排出される燃焼排ガス流路１３に配置されている。この潜熱回収用熱交換器１１は、高温の酸性結露水がその表面に付着する環境下で排熱を熱交換するため、その酸性結露水が発生する外周部を少なくともチタンもしくはステンレスの１種材料で構成している。具体的には、チタン管で構成した熱交換器、ステンレス管で構成した熱交換器、銅管の周りを薄いステンレス板やチタン板で覆いその板の端部を気密シールした部品を多数使用した構成の熱交換器などを、使用する。これら熱交換器は、その内部を例えば水が流れており、排熱との熱交換で温水が得られる様に構成されている。なお、燃焼排ガス流路１３には従来通りの顕熱回収用熱交換器（記載せず）が併設されており、熱交換効率が一層向上するように水流路構成としている。潜熱回収用熱交換器１１で発生した結露酸性水は、その下部に配置された採取部１４を経由して、酸性結露水中和装置１５へ自然落下して採取される。
【００２７】
図１（ｂ）記載の酸性結露水中和装置（以下、中和装置と称す）は、筐体１６と、筐体１６の内部両壁面に取り付けられた案内板１７および仕切り板１８と、案内板１７および仕切り板１８とで形成されており下側に流入部１９を上側に流出部２０を有する処理槽２１と、処理槽２１に固定されたカートリッジ２２の内部に充填されたマグネシウムを主成分とする粒状の塩基性物質２３と、筐体１６の上部に積層した蓋２４を少なくとも備えた構成である。酸性結露水は、入口２５から流入し、案内板１９と筐体１６の内部底面との間に設けられた流入部１９を経由して処理槽２１に流入し塩基性物質２３と化学反応したのち、仕切り板１８と蓋２４の間にある流出部２０から溢れ出るといった、水上下屈曲流路のサイクルを後流側の処理槽でも経て、出口２６から排出する。カートリッジ２２は、少なくとも底板部２７に無数の微細穴を形成したお椀状の中空体２８と、中空体２８の上部に配置されており無数の微細穴を形成した天板部２９で構成されている。
【００２８】
本発明の燃焼機器を試作し、その効果の判定を行なった。
【００２９】
潜熱回収用熱交換器１１は、蛇腹状ステンレス管の折り曲げ体である。酸性結露水と接触する外周部がステンレスあるため、結露水で腐食して溶解することがない。また、ステンレス管を蛇腹状にして接触面積を増加させたため、管内を流れる水は、排熱との熱交換が効果的に行なわれて高温の温水が得られた。
【００３０】
中和装置は、それを構成する筐体１６および案内板１７および仕切り板１８および蓋２４をアクリル樹脂の成型品とした。筐体１６は、内部に空間を形成した成型体であり、出口２６を有する。蓋２４は成型体であり、入口２５を有する。仕切り板１８は、その両側面およぶ底面が筐体１６と接合されており、筐体１６と一体成型している。そして、その高さを最適化することで、その上側に流出部２０が形成されるようにしている。案内板１７は、成型した筐体１６の内部両壁面に後から取り付けており、その内部底面から隙間を設けることで、処理槽２１への流入部１９をその下側に形成している。このことで、流入部１９から流入した水は、塩基性物質２３と化学反応しながら処理槽２１を上側に上昇し、流出部２０から溢れる水流れを形成している。さらに、中和装置は、蓋２４と、案内板１７および仕切り板１８の間に隙間３０および３１を設けている。この隙間３０および３１は、塩基性物質２３より発生する水素ガスが通過するための隙間であり、空気より軽い水素ガスは、この隙間を介して集められ、潜熱回収用熱交換器１１が配置された燃焼排ガス１３中に逃げて行く。
【００３１】
塩基性物質２３は、その組成がマグネシウム約９０wt%とアルミニウム約９wt%と亜鉛約１wt%からなり、粒を多数使用したものである。
【００３２】
カートリッジ２２は、それを構成する中空体２８および天板部２９をアクリル樹脂の成型品としており、塩基性物質２３を充填したのち両者をお互いにかんごうし、簡単に外れない様にしている。中空体２８は、お椀状に形成した成型品であり、その底板部２７には無数の微細穴が形成されている。天板部２９は、無数の微細穴を形成した成型品である。カートリッジ２２は、２個の処理槽２１に各々配置したのち、冶具やネジさらに接着材などを用いて動かないよう配置した。
【００３３】
中和装置の組み立て手順について説明する。まず、仕切り板１８を内部空間に２枚形成し、出口２６を下側外面に設けた筐体１６を準備した。そして、筐体１６の内部空間に案内板１７の２枚を接着材で固定した。次に、カートリッジ２１を構成する中空体２８の中空部に塩基性物質２３の粒を充填し、そののちその上部に天板部２９を配置してお互いにかんごうし簡単に外れない様にした。このカートリッジ２１の２個を、筐体１６に形成された処理槽２１に各々配置し、最後に入口２５を有する蓋２４を積層固定して完成である。中和装置の外形寸法は、幅１９２×高さ９５×奥行き４０ｍｍである。その内部空間には前述のマグネシウム合金系塩基性物質の粒３００ｇが多数充填されている。また、仕切り板１８は、筐体１６の内部底面からの高さと、蓋２４との間に設けられる隙間の距離Ｌの比Ｌ／Ｈが０．１５となる様に、配置した。
【００３４】
都市ガスを燃料としたこの燃焼機器を３２０００kcal/minで燃焼させたところ、ＰＨ３．１で４５℃の酸性結露水が１．１Ｌ／ｈで発生し、その水を中和装置に流入したところ、ＰＨ６．５に中和された水が排出された。
【００３５】
次に、上記試験が終了した燃焼機器を−１０℃まで気温が低下する屋外に一晩放置したところ、中和装置の内部空間に滞留している水が凍結しその体積膨張が観察された。この水体積膨張により、仕切り板と蓋との間に存在する隙間の距離は、膨張前より短くなっていたが、僅かながらも隙間が有った。朝方に、燃焼機器を再び燃焼させたところ、酸性結露水は、初めは中和装置におけるこの僅かな隙間を経由して外に排出されたが、４５℃の水温の水であるのでしだいに氷を解かし、５分もすると完全に本来の塩基性物質と反応する水流れに戻り、ＰＨ６．５の中和水が排出された。また、中和装置は、その破損は観察されなかった。
【００３６】
最後に、この燃焼機器の約３ヶ月耐久試験を屋外で行なった。耐久試験は、昼は５〜１０℃の気温下で連続運転、夜は−５〜―１０℃気温下に放置する（運転なし）の試験である。中和装置は、夜の冷え込みにより、その内部空間に滞留している水が凍結し体積膨張するサイクルを繰り返したが、破損等はなかった。また、朝方の燃焼機器運転によって発生した酸性結露水（４５℃水温）により、中和装置内で凍結した氷はしだいに解け、５分もするとその水流れは完全に本来の塩基性物質と反応する流れに戻り、ＰＨ約６．５の中和水が３ヶ月常に排出して中和性能の低下は観察されなかった。さらに、塩基性物質の表面を観察したところ、潜熱回収用熱交換器からの腐食性物（ステンレス）は検出されなかった。
【００３７】
マグネシウム系塩基性物質と酸性結露水との化学反応で発生する水素は、空気より軽いので、酸性結露水中和装置と接続された採取部を経由して燃焼排ガス中に逃げて行くので、安心して燃焼機器の３ヶ月耐久試験を実施できた。
【００３８】
なお、本発明で使用する潜熱回収用熱交換器１１は、銅管の周りを薄いステンレス板で覆いその板の端部を気密シールした挟み込み型部材を多数使用した構成でも、上記と同様な効果が得られた。この挟み込み型部材は、銅管の略半分が埋没できる窪みを設けたステンレス板を２枚用意し、その窪みに銅管を挿入してステンレス板２枚を積層し、２枚のステンレス板の端部を気密シールする工法で試作した物である。酸性結露水と接触する外周部がステンレス板であり、しかも銅管を挟み込んだステンレス板２枚の端部が気密シールされているため、ステンレス板や銅管が結露水で腐食して溶解することがなかった。また、ステンレス板２枚の窪みに銅管を挿入した構成であるため、銅管内を流れる市水は、排熱との熱交換が効果的に行なわれて高温の温水が得られた。なお、チタン管で構成した潜熱回収用熱交換器１１でも、上記と同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００３９】
中和装置１５を構成する筐体１６は、出口２６や仕切り板１８などと一体成型する以外に、これらの部材を複数個互いに接着したりかんごうした成型品としてもよい。蓋２４も同様であり入口２５などと一体成型する以外に、これらの部材を互いに接着したりかんごうした成型品としてもよい。これら部材および案内板１７は、樹脂やゴム、ステンレスなどの金属で構成される。
【００４０】
カートリッジ２２であるが、それを構成する中空体２８および天板部２９は、微細穴を有する樹脂やゴムの成型体、ステンレス網などの金属成型体である。そしてこれら成型品は、一体成型する以外に、部材を複数個互いに接着したりかんごうした成型品としてもよい。カートリッジ２２は、ネジもしくは接着剤を用いて処理槽２１を構成する筐体１６の内部両壁面や仕切り板１８さらに案内板１７とを、強固に固定されている。また、寸法を最適に設計して、カートリッジ２２が処理槽２１から動かない様に配置してもよい。
【００４１】
なお、本発明の燃焼機器は、潜熱回収用熱交換器１１で発生した結露酸性水を、その下部に配置された採取部１４を経由して一旦、凝縮水タンク（記載せず）に貯水し、凝縮水タンクから溢れた水を、酸性結露水中和装置１５に自然落下させて中和する構成も可能である。これは、燃料電池と一体化した燃焼機器に応用する場合の構成であり、凝縮水タンクの貯水は、一部は水ポンプを用いて汲み出してイオン交換樹脂を通過させ脱イオン水して燃焼機器で再利用し、溢れた水は酸性結露水中和装置１５へ自然落下させて中和して下水道などに排水する構成となる。
【００４２】
そして、採取部１４にはステンレス製のラシヒリングを充填し、ここに上部から結露酸性水を落下させて接触させ、結露酸性水に溶解している炭酸ガスを脱気して脱炭酸して、イオン交換樹脂や塩基性物質２３の寿命を向上させる。また特に、ラシヒリングを充填した採取部１４は、下側から風を送風すると、炭酸ガスが一層脱気されイオン交換樹脂や塩基性物質２３の寿命をさらに向上させる効果が生じる。またさらに、凝縮水タンクは、結露酸性水以外に、燃料電池一体の燃焼機器の各部品から弱酸性水、例えば、燃料電池の燃料極で使用する水素を生成する際にメタン系都市ガスに添加する水の余剰水、燃料電池の空気極で使用する空気に混合した水蒸気の余剰水、空気極で生成した生成水、などを流入させて結露酸性水との混合水とし、これら全部もしくは脱イオンしない残部水を酸性結露水中和装置１５で中和して排水すると、構成が簡単になり燃焼機器が小型化できる効果が生じる。
【００４３】
（実施例２）
水は、凍結すると体積膨張する。燃焼機器は、屋外に設置されることが多いので、氷点下での一晩放置状態、すなわち運転されないので水が流れていない状態、で起こる凍結に起因する問題を解決するための対策が必要である。この燃焼機器は、水を滞留させる構造の中和装置１５を有しているので、実施例２では、凍結に起因する問題を解決する目的で、中和装置１５の内部構造を検討した。
【００４４】
中和装置１５において、仕切り板１８で形成される酸性結露水の滞留容積は、筐体の内部底面に取り付けられた仕切り板の高さをＨとすると、筐体１６の底面積と高さＨの積で表される。一方、水の存在がない気体滞留容積は、蓋２４と仕切り板１８の間に設けられた隙間の距離をＬとすると、筐体１６の底面積と高さＨの積で表される。蓋と仕切り板で形成される気体滞留容積と、筐体と仕切り板で形成される酸性結露水の滞留容積の比は、比Ｌ／Ｈで表わされ、この値が大きいことは気体滞留容積が大きいこと、逆に、この値が小さいことは気体滞留容積が小さいことである。
【００４５】
その検討結果を（表１）に示す。検討は、比Ｌ／Ｈの値が異なる中和装置を試作し、氷点下で一晩放置して水を凍結させた際に、中和装置が破損して水漏れを起こすか否かを目視観察した。また、凍結した滞留水に、酸性結露水（４５℃水温）を流入して解凍し、塩基性物質と反応する本来の流れに戻って中和性能が回復する時間（中和性能回復時間）を測定した。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
比Ｌ／Ｈを少なくとも０．１を超える構成とすると、凍結による装置破損が防止でき、しかも短時間で解凍されるので中和性能が比較的早く元通リになることがわかる。これは、気体容積が、水滞留容積に対して０．１倍以上であるので、凍結による水の容積膨張分を、気体容積部が充分に収納できさらに余裕が有るためである。
【００４８】
さて、一般的な水の凍結の場合は、この比Ｌ／Ｈは０．１５である。本発明はこの値が０．１０以上でありその値が一般値より小さくなっている理由は、マグネシウム系金属が充填されているので、水素ガスが微少ながらも常に発生しておりしかも滞留水のＰＨが１０まで上昇した状態で凍結が起こるため、と思われる。
【００４９】
（実施例３）
実施例３は、中和装置１５に設ける水バイパス流路について検討した。その構成は、図１記載の通りである。蓋２４には空気穴３２が設けられており、空気穴３２には通気管３３が接続されている。通気管３３は、空気穴３２の上部方向に向けて配置されており、その開口穴３４は燃焼機器の外周部３５に設けられている。そして、通気管の開口穴３４は、潜熱回収用熱交換器１３から自然滴下する酸性結露水を採取する採取部１４の喫水線より下部位置に存在している。この構成としているため、中和装置１５の内部空間に設けた処理槽２１が万が一閉塞しても、酸性結露水は、採取部１４から溢れることなく、隙間３０と３１から空気穴３１さらに通気管３３そして通気管の開口穴３４を経由して、燃焼機器の外周部３５の外に排出される。このため、一層信頼性の高い燃焼機器が実現できた。また、この通気管３３は、マグネシウム金属系の塩基性物質２３から発生する水素の抜け穴としても使用でき、発生水素は、空気より軽いので上部方向に向けて配置された通気管３３を経由して、燃焼機器の外周部３５の外に排出される。そのため、中和処理装置は、多量の結露水が発生する高燃料量の長時間使用型燃焼機器でも安心して使用することができる。
【００５０】
（実施例４）
実施例４は、カートリッジの構成について検討した。図２は、本発明の第２実施例である燃焼機器に使用する酸性結露水中和装置の断面図である。実施例１と異なる点は、案内板１７をカートリッジ２２の構成部材とした点であり、案内板１７は、カートリッジ２２を構成する中空体２８と一体化している。カートリッジ２２の組み立て手順について説明する。案内板１７と一体化して成型した中空体２８の、中空部に塩基性物質２３の粒を充填し、そののちその上部に天板部２９を配置してお互いにかんごうし外れない様にして完成である。このことで構成の簡素化を図っている。
【００５１】
また、案内板１７をカートリッジ２２の構成部材とする方法は、案内板１７を２分割してその各々を中空体２８および天板部２９と一体化する構成、案内板１７を天板部２９と一体化する構成も有効であり、このことで構成の簡素化を図っている。
【００５２】
（実施例５）
実施例５は、カートリッジ２２および案内板１７の構成について検討したものであり、その構成は図２に示す通りである。中空体２８と一体化された案内板１７は、その上部面３６に凹部３７が設けられており、その上部面３６が蓋２４と接触して、筐体１６の内部両壁面に取り付けられている。凹部３７は、蓋２４と案内板１７の間に設けた隙間３０であり、塩基性物質２３から発生した水素ガスは、この凹部３７を介して集められ、入口２５から採取部１４を経由して燃焼排ガス流路１３中に逃げて行く。
【００５３】
この構成にすることにより、カートリッジ２２および案内板１７は、筐体１６の内部空間内に蓋２４によって確実に固定され、しかも、その固定が簡素化される。
【００５４】
さらに、カートリッジ２２の筐体１６への収納方法について検討した。実施例１および実施例２と異なる点は、筐体１６はその内部両壁面に溝を、カートリッジは突起を設け、溝および突起を介してお互いが装着する様にしている点である。この構成により、カートリッジ２２は、筐体１６の内部空間内に確実に固定され、しかも、その固定が簡素化される。この収納方法は、カートリッジ２２だけの場合ににみならず、案内板１７がその構成部材であるカートリッジ２２の場合にも適用でき、特に後者の場合は、その固定の一層の簡素化が図れた。また、上記構成を逆として、筐体１６はその内部両壁面に突起を、カートリッジ２２は溝を設ける構成でも、同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００５５】
（実施例６）
実施例６は、塩基性物質として用いるマグネシウム系金属の組成を検討した。マグネシウム系金属の粒への加工性、前述の実施例１記載の中和装置に組成の異なる塩基性物質を充填した際の中和性能（初期値）および耐久性を評価した結果を（表２）に示す。
【００５６】
【表２】
2003287286.tif 000002
【００５７】
適している塩基性物質は、マグネシウムが８５〜１００wt%で、アルミニウムが０〜１００wt%、亜鉛が０〜５wt%で混入された組成の金属であった。この組成品は、（表２）に示す様に中和性能が優れること、粒に加工することが容易に出来ること、耐久性に優れるの理由で適していた。また、これらの中で特に、マグネシウムが８８wt%〜９８％でアルミニウムが２〜１０wt%で亜鉛が０〜２wt%混入されたマグネシウム合金は、金属合金の表面に形成する水酸化マグネシウムの生成量が少ないので中和性能が低下しにくく耐久性に優れるの理由で、特に最適であった。
【００５８】
本発明は、ガスを燃料とする燃焼機器で検討したが、石油などの液体燃料を燃料とする燃焼機器でも同様の効果が有ることは言うまでもない。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１〜６に記載の本発明の燃焼機器は、潜熱回収用熱交換器を、酸性結露水と接触する外周部を耐腐食性の極めた優れたチタンやステンレスで構成しているので、長期間使用してもこれら材料が結露水に溶解することがない。そのため、マグネシウム金属系の塩基性物質は、その表面がこれら材料で覆われることが無くなるので、長期間使用しても中和性能の低下が小さくなって長寿命となり、定期的に交換する必要がない。
【００６０】
一方、粒状の塩基性物質を内部空間に充填するカートリッジは、少なくとも底板部に無数の微細穴を形成したお椀状の中空体と、中空体の上部に配置されており無数の微細穴を形成した天板部で構成した。中空体は、底板部に無数の微細穴を形成したお椀状であるので簡単に成型でき、しかも塩基性物質の充填が簡単にできる。また、カートリッジは、無数の微細穴を形成した天板部を中空体の上部に配置した状態で、寸法の最適化もしくは、冶具やネジさらに接着材などを用いて処理槽に配置されている。これらのことにより、塩基性物質は、中和処理装置の内部空間に簡単な構成と工法で配置することができ、しかも、給湯機器の運搬設置時に発生する振動横倒に対しても塩基性物質の片側偏析が起こらないので、これに起因する中和性能低下が発生しにくい。
【００６１】
塩基性物質は、マグネシウム系金属であるため中和性能に優れ、しかも粒状としているのでその中和面積が大きくなり、一層優れた中和性能が得られる。これに加えて、酸性結露水に含まれる硝酸、硫酸、炭酸との不溶性反応物を生成しない。そのため、これを使用した塩基性物質は、初期の表面状態を長期間維持し、耐久性に優れる。しかも、マグネシウム系金属は、成型性に優れしかも成型品は強度が大きいので扱い易く、給湯機器の運搬設置時に発生する振動横倒に対して充分に耐え得て、粉化や破壊することがなく、これを使用した酸性結露水中和装置は、小型化できその品質信頼性が高い。一方、マグネシウム系金属は、ＰＨ１０以上のＰＨ上昇がなく、ＰＨ１０になるとその溶解量が大幅に減少する性質がある。そのため、燃焼機器が長期間運転されない状態、すなわち水が流れないので塩基性物質が水に長期間漬される状態において、塩基性物質はほとんど溶解せずその長寿命化が図れる。また、この状態から燃焼機器の運転を再開させた場合、運転再開直後の排出中和水はＰＨ１０を超えることがなく、次第に排出中和水は略中性水に戻ってゆくので、その排出中和水の地球環境への影響が小さい。
【００６２】
一方、酸性結露水中和装置は、蓋と、仕切り板および案内板との間に隙間を設けている。そのため、マグネシウム系塩基性物質より微少発生する水素ガスは、空気より軽いのでこの隙間を介して集められ、潜熱回収用熱交換器が配置された燃焼排ガス中に逃げて行く。この水素ガス気散対策の確立により、中和処理装置は、多量の結露水が発生する高燃料量の長時間使用型燃焼機器に安心して使用することができる。さらに、酸性結露水中和装置は、筐体の内部底面に取り付けられた仕切り板の高さを最適化することで、滞留水の凍結による容積膨張分を、蓋と仕切り板で形成される気体容積分が充分に収納できさらに余裕が有る構成とすることができる。そのため、凍結による装置破損が防止でき、しかも短時間で解凍されるので中和性能が比較的早く元通りになる。