JP2009270766A - 温水タンク内の強制撹拌機 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的な熱交換が可能となる温水タンク内の強制撹拌機を提供する。
【解決手段】温水導入管１１を外管１２と芯管１３の二重管に構成し、この外管を下方に延伸させて第一直線部１７を形成し、この第一直線部の先に第一屈曲部１８に形成し、その第一屈曲部の先に上方に延びる第二直線部１９を形成し、この第二直線部の先に第二屈曲部２０を形成し、その第二屈曲部の先に延長管部２１を配設し、この延長管部の長さ寸法を前記第二屈曲部の長さ寸法の２〜３倍とし、前記外管の第一直線部の下部位置の管壁に吸引開口２２を穿設し、第一直線部における吸引開口形成位置のわずかに上流側位置から、第二直線部の中央付近に至る位置の外管の内側に、外管の内壁とわずかの間隙を確保して芯管を配設し、この芯管の上流側にはレジューサー２３を、下流側にはノズル２４を取り付ける。
【選択図】図３

Description

本発明は温水を多量に使用するホテル、病院、工場、温浴施設、公共施設などに設置される温水タンク内の強制撹拌機に係り、さらに詳しくは、温水供給側から高温（６０〜９５℃程度）の温水を受け入れて貯留する温水タンクにおいて、その温水タンク内の温水が上層に位置する高温部分と、中層に位置する中温部分と、下層に位置する低温部分とに層状に分離して、温水タンクの取り出し口に近い下層の温水温度がことさら低下してしまうことを防ぐことを目的とする温水タンク内の強制撹拌機に関する。

従来より、温水タンク内の温水を強制的に撹拌する装置として、本件発明者が先に開発した高圧蒸気（７〜１５Ｋｇ／ｃｍ^２ ）を熱源とし、解放式タンクで使用可能となる強制撹拌機（特許文献１）が提案されている。

実開平３−５７３１７号公報

上記の特許文献１に示す温水タンク内の強制撹拌機は、熱源として高圧蒸気を使用するものであったため、解放式温水タンクでのみ使用が可能で（密閉式タンクでは、タンク内部の圧力を開放することができないため使用できない）、また低圧蒸気（２Ｋｇ／ｃｍ^２ 以下）や温水発生器（ホットボイラ、略号Ｈ．Ｂ）の温水を熱源として使用することができないなどの問題点があった。

本発明は、熱源として低圧蒸気またはＨ．Ｂの温水を使用することで、強制撹拌機内の配管、パッキンや安全弁などへの付与圧を軽減し、強制撹拌機内の機器の耐圧安全性を高めることができ、かつ現時点で温調機器として社会に広く普及している温水発生器（Ｈ．Ｂ）をそのままの状態で使用できるようにして、既存設備の有効利用を図りつつ、さらに温水タンク内の温水中に蒸気が発生し、その蒸気に起因して発生する気泡で、温水タンク内の温水温度が温度低下するという従来の強制撹拌機における問題点を改善した温水タンク内の強制撹拌機を提供せんとするものである。

本発明に係る温水タンク内の強制撹拌機の請求項１記載のものは、
６０〜９５℃の温水を熱源として温水を貯留する温水タンクに備えられる強制撹拌機において、
温水供給側からの温水を温水タンクに導入する温水導入管を温水タンクに取り付け、この温水導入管を外管と芯管の二重管に構成し、
この外管を温水タンク内で上方から下方に延びるように延伸させて第一直線部を形成し、この第一直線部の先をＵ字状に屈曲させて第一屈曲部に形成し、その第一屈曲部の先に温水タンク内で下方から上方に延びる第二直線部を形成し、この第二直線部の先をさらにＵ字状に屈曲させて第二屈曲部を形成し、その第二屈曲部の先に温水タンク内で上方から下方に延びる延長管部を配設し、
この延長管部の長さ寸法を、前記第二屈曲部の長さ寸法の２〜３倍となるように形成し、
前記外管の第一直線部の下部位置の管壁に、温水タンク内の温水を第一直線部に吸い込むための吸引開口を穿設し、
第一直線部における吸引開口形成位置のわずかに上流側位置から、第二直線部の中央付近に至る位置の外管の内側に、外管の内壁とわずかの間隙を確保するように芯管を配設し、
この芯管の上流側には外管内を流れる温水の流れを絞り込むレジューサーを取り付け、この芯管の下流側にはノズルを取り付け、
このノズルの先端の高さ位置を、前記吸引開口の中心部位置の高さよりも１００〜２００ｍｍ高くなる位置に配設し、
前記吸引開口の開口部面積を、このノズルの開口部面積の２〜３倍となるように形成したことを特徴とする温水タンク内の強制撹拌機である。

本発明に係る温水タンク内の強制撹拌機の請求項２記載のものは、
２Ｋｇ／ｃｍ^２ 以下の低圧蒸気を熱源として温水を貯留する温水タンクに備えられる強制撹拌機において、
温水供給側からの温水を温水タンクに導入する温水導入管を温水タンクに取り付け、この温水導入管を外管と芯管の二重管に構成し、
この外管を温水タンク内で上方から下方に延びるように延伸させて第一直線部を形成し、この第一直線部の先をＵ字状に屈曲させて第一屈曲部に形成し、その第一屈曲部の先に温水タンク内で下方から上方に延びる第二直線部を形成し、この第二直線部の先をさらにＵ字状に屈曲させて第二屈曲部を形成し、その第二屈曲部の先に温水タンク内で上方から下方に延びる延長管部を配設し、
この延長管部の長さ寸法を、前記第二屈曲部の長さ寸法の２〜３倍となるように形成し、
前記外管の第一直線部の下部位置の管壁に、温水タンク内の温水を第一直線部に吸い込むための吸引開口を穿設し、
第一直線部における吸引開口形成位置のわずかに上流側位置から、第二直線部の中央付近に至る位置の外管の内側に、外管の内壁とわずかの間隙を確保するように芯管を配設し、
この芯管の上流側には外管内を流れる温水の流れを絞り込むレジューサーを取り付け、この芯管の下流側にはノズルを取り付け、
このノズルの先端の高さ位置を、前記吸引開口の中心部位置の高さよりも１００〜２００ｍｍ高くなる位置に配設し、
前記吸引開口の開口部面積を、このノズルの開口部面積の２〜３倍となるように形成したことを特徴とする温水タンク内の強制撹拌機である。

本発明に係る温水タンク内の強制撹拌機の請求項３記載のものは、
外管の第一直線部が複数本に枝分かれするように形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の温水タンク内の強制撹拌機である。

本発明に係る温水タンク内の強制撹拌機の請求項４記載のものは、
外管の第一直線部よりも延長管部の設置位置が、温水タンクの外周壁側から見て内側方向に近くなるように配設されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の温水タンク内の強制撹拌機である。

本発明に係る温水タンク内の強制撹拌機は、温水タンク内の比較的さめた温水を第一直線部に穿設した吸引開口より温水導入管内に吸い込み、温水供給源からの比較的高温の温水と、第二直線部や延長管部内という限られた狭い領域内で混合して効率のよい熱交換が行われ、一度さめた温水を再び温めた状態で延長管部の先端から温水タンク内に吐出することになり、この延長管部の先端からの温水の吐出圧により、温水タンク内に循環温水の流れが発生し、温水タンク内を強制撹拌し、温水タンク内の温水の温度の均一化を図ることができるという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の温水タンク内の強制撹拌機の実施の形態を説明する。
図１は本発明で使用する温水タンの配置を説明する温水系統回路図であり、図２は本発明の温水タンク内の強制撹拌機の背面図であり、図３は前図中の矢印Ａ部の拡大図であり、図４は本発明にかかる強制撹拌機を複数設置した例の平面図である。

図１の温水系統回路に示すように、温水発生器１で所定の温度（６０〜９５℃程度）に沸かされた温水は、温水タンク２に供給されるが、その温水タンク２の内部には本発明にかかる強制撹拌機１０が設置されており、その強制撹拌機１０を経由して温水は温水タンク２内に供給される。温水系統回路の途中に設置した供給用の温水ポンプ３は、温水タンク２内の温水量が減少したり、あるいは温度低下した場合に、センサを介してその信号を検知して温水発生器１から温水タンク２内に温水を供給して、温水の加温を行うためのポンプである。温水系統回路より供給される温水は、温水を使用する各所４（負荷）に温水が供給されて、その供給を連続的に行えるよう構成され、余った温水は温水発生器１に戻される。

前記温水発生器１には、常時新たな補給水が補給ポンプ５の働きで補給され、温水発生器１で発生した温水は、上記の手順で温水を使用する各所４に供給される。なお、符号６は温水タンクを経ないで、温水を使用する各所４に温水を供給する際のバイパス路であり、符号７は各回路の温水の流れを調整するための開閉弁である。

次に図１乃至図３を参照して、本発明の強制撹拌機１０について説明する。
温水発生器１は、６０〜９５℃の温水を発生させる温水発生器（Ｈ．Ｂ）であり、現在広く普及している既存の装置がこれに相当する。
この温水発生器１から温水の供給を受ける温水タンク２には温水導入管１１が取り付けられており、適温に加温された温水はこの温水導入管１１を経由して、温水タンク２内に設置されている強制撹拌機１０のなかに導かれる。
この温水導入管１１は外管１２と芯管１３とで構成され、図３に示すように二重管を呈するように形成されている。

この温水導入管１１は、例えば温水タンク２の適宜の高さの接続位置１４で、温水タンク２と接続しているが、その高さ位置は高所、中所、低所のいずれの位置であってもかまわない。ただし温水導入管１１内では、そこを流れる温水の流速を確保する必要があるため、前述した温水ポンプ２のポンプ圧に加えて、温水導入管１１内での温水の落下圧を確保する必要もあり、そのため接続位置１４を高所に確保した場合には、その接続位置１４を保持した状態でそのまま振り分け水平部１６に連接するよう構成できるが、接続位置１４が図１及び２に示すように中所に確保した場合や、あるいは低所に確保したような場合には、温水タンク２内の温水導入管１１に、別途、立上がり部１５を確保する必要があり、この立上がり部１５の存在により導入温水を温水タンク２の上部に一旦案内し、その上部位置において振り分け水平部１６に連接するように構成する必要がある。

次に、この振り分け水平部１６の各先端には、温水タンク２内で上方から下方に延びるように延伸する第一直線部１７が形成されている。この第一直線部１７は、１本以上何本形成されてもかまわないが、温水タンク２内の温水の撹拌効率を向上させるためには、４本以上とすることが好ましい。
このように振り分け水平部１６は、複数の第一直線部１７に温水を振り分ける目的で形成されている。

この第一直線部１７の先は、Ｕ字状に屈曲させて第一屈曲部１８に形成されており、この第一屈曲部１８の先は、温水タンク２内で下方から上方に延びる第二直線部１９に形成されており、この第二直線部１９の先は、さらにＵ字状に屈曲させて第二屈曲部２０に形成されている。
温水導入管１１の第二屈曲部２０の先には、温水を整流して温水タンク２に吐出する際の開放口となる延長管部２１が配設されている。すなわち、延長管部２１は温水タンク２内で上方から下方に延びる方向に配設されている。

この延長管部２１の長さ寸法Ｌ１は、前記第二屈曲部２０の長さ寸法Ｌ２の２〜３倍となるように形成している。延長管部２１の長さ寸法Ｌ１が第二屈曲部２０の長さ寸法Ｌ２の２倍よりも小さいと、延長管部２１の先端より吐出する吐出温水が温水タンクの下方まで届かないため、対流攪拌効果が得られない。
また３倍よりも大きいと、逆水頭圧作用が起り、延長管部２１の先端より吐出する吐出温水の安定吐出が得られず（膨張圧差と水頭圧の差）、対流攪拌効果が得られない。
この延長管部２１の長さ寸法Ｌ１と、第二屈曲部２０の長さ寸法Ｌ２との対比実験例の結果を表１に示す。

前記温水導入管１１の外管１２の第一直線部１７の下部位置の管壁には、温水タンク２内の温水を第一直線部１７に吸い込むための吸引開口２２が穿設されている。この吸引開口２２の形状は、円形、楕円形、その他適宜の形状でかまわないが、温水タンク内の温水が外管１２内に流入する際の抵抗が少ないものが好ましい（図２及び図３の例では、円形を呈する吸引開口２２が示されている）。

第一直線部１７における吸引開口２２の形成位置のわずかに上流側位置から、第二直線部１９の中央付近に至る位置の外管１２の内側には、外管１２の内壁とわずかの間隙Ｌ３を確保して芯管１３が配設されている。

またこの芯管１３の上流側には、外管１２内を流れてくる温水の流れを絞り込む（温水の流速を高める）レジューサー２３が取り付けられており、さらに芯管１３の下流側には、芯管１３から吐出する温水の吐出圧を調整する（温水の流速を調整する）ノズル２４が形成されている。温水開口２２から間隙Ｌ３位置に流入した温水タンク内の温水は、芯管１３の外壁に接して、芯管１３内を通過する高温の温水から伝導熱を受けて熱交換が行われ、さらにノズル２４の先の第二直線部１９内で芯管１３内を通過してきた高温の温水と撹拌混合することとなる。

このノズル２４の先端の高さ位置は、前記吸引開口２２の中心部位置２５の高さ位置よりも１００〜２００ｍｍ高くなる位置に配設されるが、図３において、ノズル２４の先端の高さ位置と、吸引開口２２の中心部位置２５の高さ位置との差を符号Ｌ４で示した。

ここでノズル２４の先端の高さ位置が、吸引開口２２の中心部位置２５の高さ位置よりも１００〜２００ｍｍ高くなる位置の範囲より低すぎる場合には、吸引開口２２部で、温水が温水導入管１１より温水タンク内に逆に流れるという逆流現象が起る。
また反対に高すぎる場合には、熱移動作用値が低下し、温水の混合率が低下するという問題が発生する。このノズル２４の先端の高さ位置と、吸引開口２２の中心部位置２５の高さ位置との関係による対比実験例の結果を表２に示す。

ついで、本発明では前記吸引開口２２の開口部面積を、このノズルの開口部面積の２〜３倍となるように形成している。
ここで吸引開口２２の開口部面積が、ノズルの開口部面積の２〜３倍となる範囲より小さすぎる場合には、吸引開口２２より吸引する温水の量が不足して、混合対比量不足現象により吐出温度の安定化が得られない。
また大きすぎる場合には、吸引開口２２より吸引する温水の量が多くなりすぎて、温水導入管１１内での熱交換効率の低下を来たし、機能が発揮不能となる。
この吸引開口２２の開口部面積と、ノズルの開口部面積との関係による対比実験例の結果を表３に示す。

本発明においては、６０〜９５℃の温水を熱源として温水を貯留する温水タンクに代えて、２Ｋｇ／ｃｍ^２ 以下の低圧蒸気を熱源として温水を貯留する温水タンクとすることも可能であり、低圧蒸気の場合でも、温水の場合と同様に、高圧蒸気のように温水中に気泡を発生させることがないので、従来のような問題はまったく起こらない特徴がある。

さらに本発明においては、外管の第一直線部が一本で形成される場合でもまったく問題なく実施できるが、複数本に枝分かれするように形成することもでき、その場合には熱交換率が向上する特徴がある。

また外管の第一直線部よりも延長管部の設置位置が、温水タンクの外周壁側から見て内側方向に近くなるように配設すると（図４参照）、温水タン中の温水の撹拌が均一で効率的に行えるという特徴がある。

本発明によれば、温水発生器と温水タンクを使用する現場において、温水タンク内の温水の温度低下を防ぐために、温水タンク内の強制撹拌機を取り扱う分野で利用可能である。

本発明で使用する温水タンの配置を説明する温水系統回路図である。 本発明の温水タンク内の強制撹拌機の背面図である。 前図中の矢印Ａ部の拡大図である。 本発明にかかる強制撹拌機を複数設置した例の平面図である。

符号の説明

１ 温水発生器
２ 温水タンク
３ 温水ポンプ
４ 温水を使用する各所（負荷）
５ 補給ポンプ
６ バイパス回路
７ 開閉弁
１０ 強制撹拌機
１１ 温水導入管
１２ 外管
１３ 芯管
１４ 接続位置
１５ 立上がり部
１６ 振り分け水平部
１７ 第一直線部
１８ 第一屈曲部
１９ 第二直線部
２０ 第二屈曲部
２１ 延長管部
２２ 吸引開口
２３ レジューサー
２４ ノズル
２５ 吸引開口の中心部位置
Ｌ１ 延長管部の長さ寸法
Ｌ２ 第二屈曲部の長さ寸法
Ｌ３ 外管と芯管の間隙
Ｌ４ ノズルの先端の高さ位置と、吸引開口の中心部位置の高さ位置との差

Claims (4)

1. ６０〜９５℃の温水を熱源として温水を貯留する温水タンクに備えられる強制撹拌機において、
   温水供給側からの温水を温水タンクに導入する温水導入管を温水タンクに取り付け、この温水導入管を外管と芯管の二重管に構成し、
   この外管を温水タンク内で上方から下方に延びるように延伸させて第一直線部を形成し、この第一直線部の先をＵ字状に屈曲させて第一屈曲部に形成し、その第一屈曲部の先に温水タンク内で下方から上方に延びる第二直線部を形成し、この第二直線部の先をさらにＵ字状に屈曲させて第二屈曲部を形成し、その第二屈曲部の先に温水タンク内で上方から下方に延びる延長管部を配設し、
   この延長管部の長さ寸法を、前記第二屈曲部の長さ寸法の２〜３倍となるように形成し、
   前記外管の第一直線部の下部位置の管壁に、温水タンク内の温水を第一直線部に吸い込むための吸引開口を穿設し、
   第一直線部における吸引開口形成位置のわずかに上流側位置から、第二直線部の中央付近に至る位置の外管の内側に、外管の内壁とわずかの間隙を確保するように芯管を配設し、
   この芯管の上流側には外管内を流れる温水の流れを絞り込むレジューサーを取り付け、この芯管の下流側にはノズルを取り付け、
   このノズルの先端の高さ位置を、前記吸引開口の中心部位置の高さよりも１００〜２００ｍｍ高くなる位置に配設し、
   前記吸引開口の開口部面積を、このノズルの開口部面積の２〜３倍となるように形成したことを特徴とする温水タンク内の強制撹拌機。
2. ２Ｋｇ／ｃｍ^２ 以下の低圧蒸気を熱源として温水を貯留する温水タンクに備えられる強制撹拌機において、
   温水供給側からの温水を温水タンクに導入する温水導入管を温水タンクに取り付け、この温水導入管を外管と芯管の二重管に構成し、
   この外管を温水タンク内で上方から下方に延びるように延伸させて第一直線部を形成し、この第一直線部の先をＵ字状に屈曲させて第一屈曲部に形成し、その第一屈曲部の先に温水タンク内で下方から上方に延びる第二直線部を形成し、この第二直線部の先をさらにＵ字状に屈曲させて第二屈曲部を形成し、その第二屈曲部の先に温水タンク内で上方から下方に延びる延長管部を配設し、
   この延長管部の長さ寸法を、前記第二屈曲部の長さ寸法の２〜３倍となるように形成し、
   前記外管の第一直線部の下部位置の管壁に、温水タンク内の温水を第一直線部に吸い込むための吸引開口を穿設し、
   第一直線部における吸引開口形成位置のわずかに上流側位置から、第二直線部の中央付近に至る位置の外管の内側に、外管の内壁とわずかの間隙を確保するように芯管を配設し、
   この芯管の上流側には外管内を流れる温水の流れを絞り込むレジューサーを取り付け、この芯管の下流側にはノズルを取り付け、
   このノズルの先端の高さ位置を、前記吸引開口の中心部位置の高さよりも１００〜２００ｍｍ高くなる位置に配設し、
   前記吸引開口の開口部面積を、このノズルの開口部面積の２〜３倍となるように形成したことを特徴とする温水タンク内の強制撹拌機。
3. 外管の第一直線部が複数本に枝分かれするように形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の温水タンク内の強制撹拌機。
4. 外管の第一直線部よりも延長管部の設置位置が、温水タンクの外周壁側から見て内側方向に近くなるように配設されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の温水タンク内の強制撹拌機。