(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質溶液または固体電解質を収容した第１電極室に塩橋、隔膜若しくはイオン交換膜を介して第２電極室を接続し、ドレンを第２電極室へ連続的または断続的に導入し、第１電極には正電圧を、第２電極には負電圧を印加してドレンを電気分解処理し、処理されたドレンを第２電極室から連続的または断続的に排出することを特徴とするドレンの中和処理方法。
【請求項２】
前記ドレンは、天然ガス、メタンハイドレートから分離して得た可燃ガス、液化石油ガス若しくは都市ガスを、潜熱回収用熱交換器を備えた燃焼装置で燃焼して生じた排ガスから結露した排水である請求項１記載の中和処理方法。
【請求項３】
ドレンを中和処理する装置であって、少なくとも、第１電極と電解質溶液または固体電解質とを収納した第１電極室、この第１電極室と塩橋、隔膜若しくはイオン交換膜を介して接続され且つドレンの導入口及び排出口を有する第２電極室、この第２電極室に収納した第２電極、及びそれぞれ第１電極に正電圧、第２電極に負電圧を印加する電圧印加制御手段からなることを特徴とするドレンの中和処理装置。
【請求項４】
前記ドレンは、潜熱回収用熱交換器を備えた燃焼装置で発生したドレンである請求項３記載の中和処理装置。
【請求項５】
潜熱回収用熱交換器で発生するドレンを中和処理する請求項３記載のドレン中和処理装置を内蔵してなることを特徴とする潜熱回収用熱交換器を備えた給湯器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸性ドレンの中和処理に関し、特に潜熱回収用熱交換器を備えた燃焼装置を用いて天然ガス或いは都市ガス等を燃焼する際に発生する排ガスの酸性ドレンの中和に適した処理方法、及び処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
潜熱回収用熱交換器を備えた燃焼器は、民生用或は産業用の給湯器等に応用されている。図４にこのような給湯器の一般的な構成を示した。バーナ２で都市ガス等が燃焼され、発生した燃焼熱は第１段熱交換器３において水を所定温度まで加熱するために消費されるが、余剰の燃焼熱は第１段熱交換器３の上方に配設された第２段熱交換器４において、水管中の水を加熱するために使用される。
【０００３】
第２段熱交換器４において、燃焼排ガスが給水管から供給された冷水と熱交換する際に、排ガスの顕熱のみでなく排ガス中の水蒸気が保有している潜熱も回収され、高い熱交換効率が達成される。潜熱回収が行われる結果、排ガス中の水蒸気は凝縮して水滴５を生じ、集合してドレンとなるが、このドレンは排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯＸと略記）や窒素酸化物（ＮＯＸと略記）等を吸収して、ＰＨが３程度の強酸性液体となっている。
【０００４】
強酸性のドレンをそのまま排出すると、排水管系統等に使用されている金属製品の腐蝕やコンクリート建造物の劣化等の被害、水質汚染等の環境問題を起こす原因となるため、排水基準で規定するＰＨ５−９の範囲に適合するように中和処理する必要がある。
【０００５】
従来、ドレンの中和処理方法として、第２段熱交換器４の下方に受け皿６を配設して水滴５を集め、例えば図４に示すように燃焼器内に、又は燃焼器外にアルカリ性中和剤等を充填した中和器９を設け、ドレン管７を通して中和器９にドレンを導いて中和処理する技術が提案されている（例えば特開平９−１５０１６３号、特開昭６０−９７０９４号等）。
【０００６】
最近、この受け皿に集めたドレンを燃焼器内の空間に配設した１槽の小型中和タンクへ導入し、この中和タンク内にイオン化傾向が水素を挟んで反対順位にある２本の金属電極を対向配置し、ドレンを電気分解することにより中和する画期的な技術が提案された（特開平８−１３６０５８号）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記電気分解方法では、燃焼器外の中和タンク設置や中和剤補給の必要がないため、煩雑な保守を要せず且つクリーンにドレンを中和できる。しかしながら、燃焼時即ちドレン発生中は第１電極に正の電圧、第２電極に負の電圧を印加し、逆に燃焼停止中即ちドレン非発生時には第１電極に負の電圧、第２電極に正の電圧を印加することとしているため、常に電力を消費することになる。
【０００８】
また、同一槽内に２本の電極が近接して配置されているため、陽極付近で電解されたドレンと陰極付近で電解されたドレンの混合が常に起こり、中和が比較的緩慢にしか進行しない。本発明は、酸性ドレンの直接電気分解におけるこのような問題点の改善を課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、陽極室と陰極室を別個に設け、両室を塩橋、隔膜若しくはイオン交換膜を介して接続し、ドレン発生時にのみ電圧印加することにより、酸性ドレンは発生中に陰極室において電気分解され、速やかに中和されたドレンが陰極室より排出されて上記課題が解決される。
【００１０】
即ち本発明は、電解質溶液または固体電解質を収納した第１電極室に塩橋、隔膜若しくはイオン交換膜を介して第２電極室を接続し、ドレンを第２電極室へ連続的または断続的に導入し、第１電極には正電圧を、第２電極には負電圧を印加してドレンを電気分解処理し、処理されたドレンを第２電極室から連続的または断続的に排出することを特徴とするドレンの中和処理方法の発明である。
【００１１】
また、第２の本発明は、ドレンを中和処理するための装置であって、少なくとも、第１電極と電解質溶液または固体電解質とを収納した第１電極室、この第１電極室と塩橋、隔膜若しくはイオン交換膜を介して接続され且つドレンの導入口及び排出口を有する第２電極室、この第２電極室に収納した第２電極、及びそれぞれ第１電極に正電圧、第２電極に負電圧を印加する電圧印加制御手段からなることを特徴とするドレン中和処理装置の発明である。
【００１２】
本発明において、第２電極室に酸性ドレンを導入して負電圧を印加すると、ドレン中の水素イオンが化学式１の陰極反応により水素ガスとなって除去されるため、ドレンのＰＨ値は酸性側からアルカリ性側へと変化する。中性付近のＰＨ値になった時点で、中和処理が済んだドレンを、例えばサイフォン等の移液手段により第２電極室から排出すると、環境基準に適合した排水処理が達成される。
【００１３】
【化１】
２Ｈ＋＋２ｅ-＝Ｈ２
【００１４】
電解質溶液と第１電極とを収納した第１電極室では、正電圧を印加すると化学式２の陽極反応は左側へ進行して酸素が発生するが、イオン化反応の標準電極電位（ＥＯ）が化学式２の反応のＥＯより大きな電極材料は溶解しない。
【化２】
Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ-＝４ＯＨ-
ＥＯ＝０．４０１Ｖ
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のドレン中和処理方法の一実施態様を示した図３を参照しながら、本発明の中和処理方法を説明する。第１電極室１１には導電率の高いＫ＋イオンを高濃度で含有する飽和ＫＣｌ水溶液１５を入れ、アルミニウム棒１３を第１電極としてこの水溶液に浸し、固定する。第１電極１３に用いられる材料は、高い印加電圧を要しない材料であれば特に制約はない。電解質も、一般に用いられる導電率の高いＮａ＋、Ｋ＋等を含有する無機塩類であれば特に制約はない。
【００１６】
第２電極室１２にはドレンを導入する。図３では、ドレン管２１ｂを使用してドレンを導入する。また処理済みのドレンを第２電極室１２から随時排出するため、図３ではドレン管２１ａを使用する。ドレンが電気分解を受ける時間、即ちドレンが第２電極室１２に滞留する時間の調節を可能にするように、ドレン管２１ａに液深調節式のサイフォン管２０を接続している。第２電極室１２に白金棒１４を第２電極１４としてドレンに浸して固定する。更に、電気分解の進行に伴うドレンのＰＨ値変化を測定する便宜のためＰＨ計３３を、また排出する処理済みドレンのＰＨ値を均一化するため攪拌子３４を設けても良い。
【００１７】
両電極室１１及び１２をＵ字型塩橋１７或はＨ字型塩橋で接続する。塩橋電解質として、液間電位を小さくするＫＮＯ３、ＫＣｌ等の濃厚水溶液をゼラチンで固化したものを充填する。なお、ゼラチン固化に代えて、塩橋１７の両端を多孔質の隔壁で閉鎖して水溶液の流出を止めても良い。または図１のドレン中和処理装置１０に示したように、塩橋１７に代えて、一般にこの分野で用いられる隔膜またはイオン交換膜を介して両電極室１１及び１２を接続しても良い。
【００１８】
ドレンを第２電極室１２に満たし、直流電圧０．５−３Ｖ程度の正電圧を第１電極１３に、また同じボルト数の負電圧を第２電極１４に印加する手段２９、例えばガルバノスタット、電池等を各電極に接続する。電圧を印加し、攪拌子３４を使用してドレンを攪拌しつつ時間の経過と共に第２電極室１２のＰＨ変化をＰＨ計３３により測定し、ＰＨ値が７になるまでの時間を計測する。次いで、ドレンのＰＨが中性付近になった時点でサイフォンが作用して中和済みのドレンが第２電極室１２から排出されるように、ドレン発生速度に対応してドレン滞留時間即ちドレン液面から第２電極室の底までの液深を、サイフォン管２０の長さを調節することにより調整する。一旦このように液深を調節して直流電圧を印加すると、ドレンが連続的に第２電極室１２に流入しても、所要の時間に亘り電気分解が行われ、ＰＨが７付近まで中和されたドレンがサイフォン作用により自動的に排出される。ドレン発生が停止した時点、或は暫くタイムラグを置いた後で、電圧印加を止める。
【００１９】
次に本発明の中和処理装置の実施形態について、本発明の一構成例を示した図２に沿って説明する。第１電極室１１には前記電解質溶液１５または固体電解質と第１電極１３とが収納され、絶縁封止材料２３ｂを用いて電解質１５を封止すると共に第１電極１３が固定されている。第１電極室１１の材料は、前記電解質１５に腐蝕されない材質であれば良い。
【００２０】
第２電極室１２には第２電極１４が収納され、絶縁封止材料２１ａで固定されると共に、下部にドレン導入口１９、比較的上部にドレン排出口１８が設けられている。前記の通り第２電極室１２内のドレン液深を最適に設定するため、ドレン液面からの深さの異なる複数ドレン排出口１８が設けられ、ドレンの流出位置を幾つか備えたサイフォン管２０が各ドレン排出口１８に接続されている。第２電極室１２に用いる材料は、ドレン１６に腐蝕されない材質であれば良い。ドレン導入口１９はドレン管１１ｂを介してドレン発生源（図示せず）に接続されている。ドレン排出口１８にはドレン管１１ａが接続されており、排水ピットへ中和処理済みドレンを導く。または、業務用大型給湯器のようにドレンの発生速度がかなり大きい場合には、上記サイフォンに代えて、ドレン排出口１８に流量制御用開閉弁を設けると共に第２電極室１２に液位計（図示せず）を設け、この液位計からの信号により開閉弁を自動的に開閉させ、中和処理済みドレンを断続的に第２電極室１２外へ排出しても良い。或は、家庭用小型給湯器のように燃焼器が比較的小型でドレンの発生速度が極く小さい場合には、開閉弁もサイフォンも設けず、中和処理済みドレンが自然に溢れ出るようにしても良い。
【００２１】
第１電極室１１と第２電極室１２をＨ字型塩橋１７を介して接続する。塩橋が液に浸る部位の末端には多孔性隔壁を設け、塩橋内にはＫＮＯ３等の濃厚水溶液が充填されている。または塩橋に代えて、通常用いられるアスベスト膜等の隔膜或いはイオン交換膜（図示せず）等を用いて１槽を２室に分割して第１及び第２電極室として用いても良い。第１及び第２電極の材料は、通常用いられる黒鉛、鉛、アルミニウム等で良い。
【００２２】
両電極１３及び１４を導線等を用いて電圧印加手段２９に電気的に接続する。電圧印加手段２９は、ドレンの酸性度に対応した電流量を印加する可変電圧発生部２８、及び燃焼検出子（図示せず）からの信号２６を受けて燃焼の開始、停止に応じて上記可変電圧発生部をオン・オフする印加指令部２７から構成されている。燃焼停止後も第２電極室１２に滞留するドレンを充分に中和するため、印加指令部２７にはオン・オフにタイム・ラグを与える機能を付加しても良い。
【００２３】
［実施例１］
本発明の処理方法による中和性能を例示するため、図３に示された中和処理装置を用いて行った実施例を説明する。第１電極１３としてアルミニウム棒、電解質溶液１５として飽和ＫＣｌ水溶液、第２電極１４として白金棒、また酸性ドレン１６の模擬液として１ＮのＨＮＯ３に数滴のＫＮＯ３水溶液を添加したもの３００ｍｌを使用した。Ｕ字型塩橋１７にはＫＮＯ３の６Ｎ溶液をゼラチンで固化したものを充填した。ガルバノスタット１９を用いて第１電極１３に正電圧、第２電極１４に負電圧を３Ｖ印加し、電流１０ｍＡを流した。通電開始と共に第２電極１４表面から発生する水素の気泡が観察された。マグネット撹拌子３４を用いて電解液１６を撹拌しながら電気分解を進めた。通電開始からの時間経過と共に上昇（アルカリ側に移行）するＰＨ値をＰＨ計３３により測定した結果を表１に示した。ＰＨが約４の酸性であったドレン模擬液１６が、通電から７分で中性となり、８分経過でアルカリ性となったので、７分前後の電気分解により排水基準ＰＨ＝５−９を満たし得ることが判る。
【００２４】
［比較例１］
上記実施例と同一の模擬液を使用し、容量３００ｍｌのビーカー１個に上記実施例と同一の両電極を２ｃｍ間隔で対向配置した以外は全く同様にして電気分解を行った。ＰＨ計による測定結果を表１に併せて示した。このように両電極が同一槽内に配置された従来の方法では、通電開始時に約４であったドレン模擬液のＰＨは、１０分間の通電後もなお約５．３に止まり、中和の進行が比較的遅いことが判る。
【００２５】
【表１】
0004026737.tif 000002
【００２６】
【発明の効果】
本発明を用いれば、中和剤の補給なしに長期間、ドレンの中和を継続することができる。またドレンの発生量や発生源に応じて、電極室や電極の寸法を家庭用或は産業用に対応して拡大又は縮小できるので、広範囲な処理能力に応じて装置を製作することができる。しかも、電気分解の所要時間がかなり短いのでドレンを長時間滞留させる必要がなく、特に中和装置の小型化を容易に達成できる。
【００２７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一構成例（隔膜型電解槽式中和処理装置）を組込んだ給湯器の概要を示す断面図である。
【図２】本発明の中和処理装置の一構成例を示す断面図である。
【図３】本発明の中和処理方法の一態様を示す説明図である。
【図４】従来の潜熱回収用熱交換器を備えた給湯器を説明する断面図である。
【符号の説明】
１    燃焼器（給湯器）
２    バーナ
３    第１段熱交換器
４    第２段熱交換器
５    水滴
６    受け皿
７    ドレン管
８    ファン
９    中和器
１０  ドレン中和処理装置
１１  第１電極室
１２  第２電極室
１３  第１電極
１４  第２電極
１５  電解質溶液
１６  ドレン
１７  塩橋
１８  ドレン排出口
１９  ドレン導入口
２０  サイフォン管
２１ａ、２１ｂ  ドレン管
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ  液深調節用仕切弁
２３ａ、２３ｂ  絶縁封止材料
２４  水素放出口
２５  通気口
２６  燃焼検知子からの信号
２７  印加指令部
２８  可変電圧発生部
２９  電圧印加手段
３３  ＰＨ計
３４  攪拌子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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