(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主熱交換器と、主熱交換器で熱交換された後の排気ガス通路内に設けた補助熱交換器と、補助熱交換器で発生したドレンを回収して排気ガス通路外に導出するドレン回収装置と、ドレンの酸性度を中和する中和装置とを備え、ドレン回収装置の下流から中和装置の排水口に至るまでのドレン流路の途中に一端を接続し、他端をファンの給気側に接続した給気管を設けたことを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
中和装置は、塩基性物質を用いる第１の中和処理部と、両性酸化物を用いる第２の中和処理部とに分離して構成した請求項１記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスあるいは石油を燃料とする給湯器等の燃焼装置に関し、特に、主熱交換器で熱交換された後の排気ガス通路に潜熱を回収する補助熱交換器を備え、燃焼熱を高効率で熱交換させる燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
主熱交換器で熱交換された後の排気ガス通路に補助熱交換器を設ける燃焼装置では、燃焼熱を高効率で水などの流体に熱交換することができるが、補助熱交換器で発生する多量のドレンは、排気ガス中の成分が溶け込んで高い酸性度になるため、例えば特公昭６２−２６７０号公報に示されるように、ドレンを回収し、中和装置によってドレンの酸性度を中和した後に排出するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この従来のものでは、中和装置の中和持続性を燃焼装置（湯沸器）の耐用年数に合わせようとすると多量の中和剤を必要とし、装置が大型化するという問題がある。
本発明は、上記課題を解決し、中和装置の耐用寿命を燃焼装置の耐用寿命に合わせても装置が著しく大型化することのない燃焼装置の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の燃焼装置は、主熱交換器と、主熱交換器で熱交換された後の排気ガス通路内に設けた補助熱交換器と、補助熱交換器で発生したドレンを回収して排気ガス通路外に導出するドレン回収装置と、ドレンの酸性度を中和する中和装置とを備え、ドレン回収装置の下流から中和装置の排水口に至るまでのドレン流路の途中に一端を接続し、他端をファンの給気側に接続した給気管を設けている。また、中和装置は、塩基性物質を用いる第１の中和処理部と、両性酸化物を用いる第２の中和処理部とに分離して構成することが望ましい。
【０００５】
排気ガス通路内におけるドレンには、排気ガス中の炭酸ガス（ＣＯ2 ）濃度と平衡する遊離炭酸（溶存ＣＯ2 ）が含まれており、このドレンがドレン回収装置によって排気ガス通路外に導出され、ドレン流路において曝気されることにより炭酸ガスが脱気除去される。
脱気促進装置は、ドレンと排気ガス通路外の空気との接触時間を延長し、あるいは接触表面積を増大し、あるいは積極的に空気を吹き込むことによって炭酸ガスの脱気除去を促進し、または、ドレンに溶解する炭酸ガスの圧力（分圧）を低下させ、あるいはドレンの温度を上昇させることによって炭酸ガスの脱気除去を促進する。
【０００６】
こうしてドレン中の遊離炭酸は大気中の炭酸ガス濃度と平衡する程度まで除去され、それによりドレンを中和するための中和剤の使用量が減少する。
【０００７】
中和装置は、塩基性物質、例えば、単位体積および重量当たりの水酸基発生量が大きい酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用いた第１の中和処理部で酸性のドレンを中和し、更に、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）や酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）などの両性酸化物を用いた第２の中和処理部で所望のＰＨ値の範囲内に確実に収れんさせる。
【０００８】
この第１、第２の中和処理部は互いに分離しているため、ドレンの流動が止まったときに夫々の中和剤が液絡せず、夫々の中和剤が相互に反応して消費されることを防止する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の燃焼装置の第１の実施形態を示し、ガス給湯器に適用した例を示している。
１はバ−ナ、２はバ−ナ１に燃料ガスを供給するガス供給路であり、３は燃焼用空気を供給するファンである。
【００１０】
燃焼室および排気ガス通路を形成する胴体４の内部には、主熱交換器５と補助熱交換器６とを設けてあり、この実施形態では、主熱交換器５と補助熱交換器６とは一体につながった吸熱フィン７を有しているが、もちろん夫々に独立した吸熱フィンを設けてもよく、また、補助熱交換器６には吸熱フィンを設けず、水管のみで構成してもよい。
【００１１】
補助熱交換器６の下方には、補助熱交換器６で発生するドレンを受容するドレン回収装置８が設けてあり、ドレン回収装置８は胴体４に設けた連通孔９を通してドレンを排気ガス通路外に導出する。
ドレン回収装置８の下流のドレン流路１０には、ドレンの酸性度を中和する中和装置１１が設けられ、その排水口に接続した排水管１２を通して中和処理後のドレンがケ−シング１３の外部へ排出される。
１４はドレン流路１０に設けた空気孔、１５はケ−シング１３に設けた給気ギャラリ、１６は排気口である。
【００１２】
ドレン流路１０の中和装置１１より上流側には、ドレンに溶解している炭酸ガス（ＣＯ2 ）の脱気を促進する脱気促進装置１７が設けられている。
図２は、脱気促進装置１７の第１の具体例を示し、流路内に複数の板状のドレンガイド板１８を間隔を存して交互に向き合う下り傾斜に配置したものである。
【００１３】
このような構成からなる燃焼装置において、バ−ナ１の燃焼排ガスは、主熱交換器５で熱交換された後、ドレン回収装置８の底面の傾斜に導かれてドレン回収装置８の先端を回り込み、補助熱交換器６と熱交換して排気口１６からケ−シング１３外に排出される。
【００１４】
給湯用の水は補助熱交換器６から先に通水され、予熱された後に主熱交換器５へ通水される。
主熱交換器５はドレンの発生が殆どないような容量に設計してあり、ドレンは潜熱を回収する補助熱交換器６で多量に発生する。
発生したドレンはドレン回収装置８に受容され、ドレン回収装置８のドレンの水位がある程度以上になると連通孔９はドレンによって液シ−ルされることになる。
【００１５】
ドレン回収装置８のドレンの水位が更に上昇すると、やがてドレン回収装置８の末端部からあふれ出たドレンがドレン流路１０へ流れる。
ドレン回収装置８の胴体４外の部分およびドレン流路１０は、空気孔１４を介して排気通路外の空気に連通しており、ここでドレンは曝気され、排気ガス中の高い炭酸ガス（ＣＯ2 ）濃度と平衡する遊離炭酸（溶存ＣＯ2 ）を含んでいたドレンから炭酸ガスが脱気除去される。
【００１６】
ドレン流路１０の途中に設けた脱気促進装置１７は、コンパクトなスペ−スの中で炭酸ガスの脱気除去を促進するものであり、ドレン中の遊離炭酸は、排気通路外の空気すなわちほぼ大気中の炭酸ガス濃度と平衡する程度になる。
すねわち、図２のように、ドレンは最初のドレンガイド板１８ａを流れ落ちて２番目のドレンガイド板１８ｂに滴下し、方向を転じてこのドレンガイド板１８ｂを流れ落ちて次のドレンガイド板１８ｃへ滴下する。このように順次ドレンガイド板１８ａ〜１８ｈを流れ落ちることによってドレンと空気との接触が増え、炭酸ガスの脱気が促進される。
【００１７】
図３は、脱気促進装置１７の第２の具体例を示し、格子状に縦横に架設した支持部材１９の縦横に交差する各交点に細いガイド棒２０を垂設して構成している。
ガイド棒２０は、その表面に親水性コ−ティングを施してあり、流れてきたドレンは支持部材１９を伝って多数のガイド棒２０に伝わり、親水性コ−ティングの効果によって偏平に広がった形の水滴となってガイド棒２０の下端から滴下する。
これにより、ドレンと空気との接触面積と接触時間が増し、炭酸ガスの脱気が促進される。
【００１８】
図４、図５は、発明者らによる実験結果を示すものであり、図４は、ドレン回収装置８によって排気ガス通路外に導出されたドレンを採集して自然放置したときの総酸度と鉱酸酸度との推移を測定したものである。
図４において、総酸度と鉱酸酸度との差がドレン中に溶解する炭酸ガスの酸度寄与分に相当し、大気中に放置することによって過飽和の炭酸ガスがドレンから自然に脱気されてドレンの総酸度が時間の経過とともに低下してゆくのがわかる。
しかし、酸度がじゅうぶんに低下するまでの放置時間は長過ぎて実用的効果は乏しい。
【００１９】
これに対して、図５は、排気通路外に導出したドレンを採集してガラスノズルの先端から滴下させた後の総酸度と滴下させる前の総酸度とを測定したものであり、横軸は滴下した距離を示している。尚、液滴の大きさは約０．１ｃｃとした。
この実験によれば、滴下させることによって明らかに総酸度が低下しており、図示しないが鉱酸酸度は滴下の前後で変化していないから、溶解していた炭酸ガスが相当量脱気除去されたことになる。
このように、ドレンと空気との接触を積極的に増大させることにより、短時間で過飽和分の炭酸ガスの脱気除去を行うことができ、ドレンの酸性度が低下する。
【００２０】
前述の図２、図３の脱気促進装置は、上記の実験のようにドレンを液滴にして単純に滴下する場合よりも更に炭酸ガス脱気除去を促進する効果を得られる。
而して、中和装置１１にドレンが流入する前にドレン中の遊離炭酸が減少し、酸性度が低下しているから、中和装置１１においてドレンの酸性度を中和するために消費される中和剤は少量で済み、したがって中和装置１１を小型化することが可能となるのである。
【００２１】
図６は、本発明の燃焼装置の第２の実施形態を示し、図１の第１の実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
この第２の実施形態の特徴は、ドレン流路１０の途中を胴体４に巻回して脱気促進装置２１を構成した点にあり、ドレン回収装置８により排気通路外に導出されたドレンは、空気に曝されながらドレン流路１０を流下し、巻回した部分で胴体４から熱を受けて高温化する。
【００２２】
ドレンが高温化することによって炭酸ガスの溶解度は減少し、炭酸ガスが脱気されることになる。
而して、中和装置１１の上流側でドレン中の遊離炭酸が減少し、ドレンの酸性度が低下するから、中和装置１１における中和剤の消費量は減少する。
【００２３】
尚、この実施形態では、ドレン流路１０の途中を胴体４に巻回することでドレンを加熱するようにしたが、例えば電気ヒ−タ等の他の適宜の加熱手段でドレンを加熱するようにしてもよい。
【００２４】
図７は、本発明の燃焼装置の第３の実施形態を示し、図１の実施形態と同一の部材には同一の符号を付してある。
この第３の実施形態の特徴は、ドレン流路１０の途中に引圧管２２の一端を接続し、他端をファン３の吸気口２３に臨ませることによってドレン流路１０が負圧室２４となるようにした脱気促進装置を設けたところにある。
【００２５】
この実施形態では、燃焼装置の運転を開始すると間もなくドレン回収装置８にドレンが溜まって連通孔９が液シ−ルされる。そして、しばらくするとドレン回収装置８からあふれ出たドレンがドレン流路１０を通って中和装置１１へ流れ込み、中和装置１１内では、ドレンは、その表面張力によって中和剤の粒子間に保持されながら流れ、排水管１２から排水される。
したがって、ドレン流路１０は、排水側の大気とも液シ−ルされることになり、この実施形態では、図１の実施形態のような積極的な空気孔１４を有していないから、ドレン流路１０は引圧管２２を介してファン３で引圧され負圧となる。
【００２６】
ドレン中に溶解する炭酸ガスの濃度は、ヘンリ−の法則により、ドレン流路１０内における空気相の炭酸ガスの分圧に比例するから、ファン３で引圧されてドレン流路１０内の空気相の圧力が低下すると空気相の中の炭酸ガスの分圧も低下し、ドレン中の炭酸ガスの脱気が促進されるのである。
【００２７】
図８は、本発明の燃焼装置の第４の実施形態を示し、図７の第３の実施形態と異なるのは、引圧管２５を、逆止弁２６を介して通水管２７の途中に設けたエジェクタ−部２８に接続した点であり、その他は同等の構成である。
尚、この実施形態では、補助熱交換器６、主熱交換器５の順に通水し、主熱交換器５を出た後の通水管２７にエジェクタ−部２８を設けているが、補助熱交換器６に入る前の通水管にエジェクタ−部を設けても差し支えない。
【００２８】
この実施形態では、通水を行うことによってエジェクタ−部２８にエジェクタ−効果が生じ、引圧管２５を介してドレン流路１０内が引圧される。
そして前述の第３の実施形態と同様にヘンリ−の法則にしてがってドレン中の炭酸ガスの脱気が促進される。
【００２９】
尚、通水を停止したときには、エジェクタ−効果が失われるため、通水管２７から引圧管２５を通ってドレン流路１０へ水が流れることを逆止弁２６で防止しているが、エジェクタ−部２８より上流側の通水管２７に通水を遮断する弁などを有している場合（元止め式給湯器を含む）には、逆止弁２６は不要である。
【００３０】
図９は、本発明の燃焼装置の第５の実施形態を示すものであり、ドレン流路１０の途中に一端を接続し、他端をファン３の給気側に接続した給気管３０を設けると共に、給気ギャラリ１５とドレン流路１０とを連通するダクト３１を設けている。
この実施形態では、ファン３を運転すると、給気ギャラリ１５からダクト３１、ドレン流路１０、給気管３０を通る経路で外気がファン３に吸い込まれ、燃焼用空気として供給される。
【００３１】
したがって、ドレン流路１０内を新鮮な外気が流通し、ここを流れるドレンは新鮮な外気の流れの中に曝されて炭酸ガスの脱気が促進されることになる。
【００３２】
上記第５の実施形態では、中和装置１１より上流側のドレン流路１０に外気を流通させるようにしたが、中和装置１１内に外気を流通させるようにしてもよい。
すなわち、図１０に示す第６の実施形態のように、給気管３２、ダクト３３を中和装置１１に接続し、中和装置１１内のドレンを外気の流れの中に曝して炭酸ガスの脱気を促進するようにしてもよい。
【００３３】
図１１は、本発明の燃焼装置の第７の実施形態を示すものであり、ファン３の吐出側に一端を接続し、他端をドレン流路１０の途中に接続した空気吐出管３４を設けている。３５はドレン流路１０の適所に設けた孔である。
この実施形態では、ファン３を運転すると、ファン３の吐出空気の一部が空気吐出管３４を通ってドレン流路１０に流入し、ここを流れるドレンと接触して炭酸ガスの脱気を促進し、脱気した炭酸ガスとともに孔３５から排出される。
【００３４】
上記第７の実施形態では、中和装置１１より上流側のドレン流路１０に空気を吹き込むようにしたが、中和装置１１内に空気を吹き込むようにしてもよい。
すなわち、図１２に示す第８の実施形態のように、空気吐出管３６を中和装置１１に接続して中和装置１１内のドレンに空気を吹き込み、ドレン中の炭酸ガスの脱気を促進するようにしてもよい。
中和装置１１内のドレンは、吹き込まれた空気によってかくはんされるため、空気との接触が活発になって炭酸ガスの脱気が良好に進行するとともに、中和剤とドレンとの接触も活発になり、中和反応もすみやかに進行する。そして空気は脱気した炭酸ガスとともにダクト３７を介して開口３８からケ−シング１３外へ排出される。
【００３５】
以上述べたように、ドレン中の炭酸ガスの脱気を促進する装置として種々の形態が考えられるが、何れの実施形態においても、図１３に示すように、表面に親水性処理を施したシ−ト３９をドレン流路１０内に設け、ドレンがこのシ−ト３９上を通過するときに偏平に広がって空気と広い面積で接触するようにしておくことが望ましい。
【００３６】
図１４は、中和装置１１の実施形態を示すものであり、内部を第１の中和処理部１１１と第２の中和処理部１１２とに上下方向に分離し、連通流路１１３で連通している。
第１の中和処理部１１１には塩基性物質である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる第１の中和剤１１４、第２の中和処理部１１２には二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）あるいは酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）などの両性酸化物からなる第２の中和剤１１５がそれぞれ収容されている。
【００３７】
ドレンは、まず第１の中和処理部１１１に流入して第１の中和剤１１４と反応する。
第１の中和剤１１４は、酸化マグネシウムを用いているため、単位体積当たり、および単位重量あたりの水酸基発生量が大きく、コンパクトかつ軽量である。ドレンは、この第１の中和剤１１４との反応によって中和され、場合によっては酸性のドレンが一気にアルカリ域まで変化する。
【００３８】
第１の中和処理部１１１を通過したドレンは連通流路１１３を通って第２の中和処理部１１２へ入り、第２の中和剤１１５と反応する。
第２の中和剤１１５は両性酸化物を用いているため、第１の中和処理部１１１を通過したドレンが弱い酸性の場合でも、前述のようにアルカリ域まで変化している場合でも所望のＰＨ値の範囲内に収れんさせる。
【００３９】
第１の中和処理部１１１と第２の中和処理部１１２とを上下に分離するのは、ドレンの流動が停止したときに第１の中和剤１１４と第２の中和剤１１５とが滞留するドレンによって液絡し、ドレンを介して相互に反応して消費されることを防止するためである。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の燃焼装置は、中和剤によるドレンの中和の前に、ドレン中に溶解している炭酸ガスの脱気を促進し、大気中の炭酸ガス濃度と平衡する程度までドレン中の炭酸ガス濃度を低下させることによってドレンの酸性度を低下させることができる。それゆえ効率良くドレンを中和できるとともに中和剤の消費量を減少させることができ、中和装置を小型化することができる。
すなわち、中和装置の耐用寿命を燃焼装置の耐用寿命に合わせても装置が著しく大型化することがない。
【００４１】
また、本発明の燃焼装置は、塩基性物質を用いる第１の中和処理部と両性酸化物を用いる第２の中和処理部とから中和装置を構成するため、ドレンのＰＨ値を所望の範囲内に確実に収れんさせることができ、ドレンの排水経路などの腐食を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃焼装置の第１の実施形態を示す構成図である。
【図２】図１における脱気促進装置の第１の具体例を示す構成図である。
【図３】図１における脱気促進装置の第２の具体例を示す構成図である。
【図４】ドレンを自然放置した場合の酸性度の推移を示す参考図である。
【図５】ドレンを滴下した場合の滴下距離と酸性度の関係を示す参考図である。
【図６】本発明の燃焼装置の第２の実施形態を示す構成図である。
【図７】本発明の燃焼装置の第３の実施形態を示す構成図である。
【図８】本発明の燃焼装置の第４の実施形態を示す構成図である。
【図９】本発明の燃焼装置の第５の実施形態を示す構成図である。
【図１０】本発明の燃焼装置の第６の実施形態を示す構成図である。
【図１１】本発明の燃焼装置の第７の実施形態を示す構成図である。
【図１２】本発明の燃焼装置の第８の実施形態を示す構成図である。
【図１３】ドレン流路内の要部を示す断面図である。
【図１４】中和装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
３  ファン
４  胴体
５  主熱交換器
６  補助熱交換器
８  ドレン回収装置
１０  ドレン流路
１１  中和装置
１７  脱気促進装置
２２  引圧管
３０  給気管
３４  空気吐出管
１１１  第１の中和処理部
１１２  第２の中和処理部
１１４  第１の中和剤
１１５  第２の中和剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003678254.tif 000014
【図１４】
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