JP2010255882A - 開放式脱気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】循環給湯システムにおいて、溶存酸素、遊離炭素、残留塩素を徐去するための簡易な開放式脱気装置を提供する。
【解決手段】貯水部１２と空気溜まり部１３が存在するタンク１０に、供給された給水を気泡状態で空気溜まり部１３へ噴出する給水管１４、処理された給水をタンクの貯水部から往管および／または還管に供給する排水管１７、タンクの空気溜まり部１３へタンク外の大気を供給する吸気管１８、分離された空気を大気と共にタンク外の大気中へ排気する排気管２１を備え、密閉型貯湯槽からタンク１０内に供給される加熱された給水が、タンク１０内の空気溜まり部１３へ放出されて水蒸気化し、給水中に含まれている溶存酸素、遊離炭素、残留塩素を分離して排気管２１から排気すると共に、凝縮した給水が排水管１７を通って往管および／または還管に供給されるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、循環給湯システムを流通する給水から溶存酸素、遊離炭素、残留塩素を除去するための開放式脱気装置に関する。

ホテル、病院、集合住宅等の大型建物における給湯システムには、中央給湯方式の強制循環給湯システムが採用されることが多い。この循環給湯システムは、図１にその系統図を例示するように、一般に、密閉型貯湯槽１、密閉型貯湯槽１から各給湯栓５までの配管である往管２、各給湯栓５の手前から密閉型貯湯槽１までの配管である還管３、膨張タンク４、および循環ポンプ６から構成されている。なお、図１は略式に作成されたものである。

この構成において、高架水槽７に貯えられた水は、地上あるいは地下に設置された密閉型貯湯槽に送られて加熱され、この密閉型貯湯槽より出た湯は往管２を通して各客室及び設備に供給され、給湯栓５の開放によって使用され、過剰の湯は還管３を通って密閉型貯湯槽１に戻り再び加熱されるようになっており、水は使用した分だけ、高架水槽７から密閉型貯湯槽１に補給される。図１は、循環ポンプを下層階に設置した下向き給湯方式の一例であり、図１の給湯方式においては、密閉型貯湯槽１に送られた水はボイラー８で加熱される。９は、密閉型貯湯槽１からボイラー８で水を送り、ボイラー８から密閉型貯湯槽１へ加熱された湯を送るための循環ポンプである。

このような循環給湯システムにおいては、往管、還管などの配管として、りん脱酸銅などの銅管もしくは銅合金管が使用されることが多い。銅管や銅合金管が使用される理由は、レジオネラ属菌などの細菌に対する抗菌性に優れているとともに、施工性に優れ、一般に通水とともに管内面に亜酸化銅、酸化銅などの安定な皮膜が形成され、良好な耐食性が付与されるためである。しかしながら、循環給湯システムの配管材として銅管もしくは銅合金管を使用した場合、使用環境、運転条件によっては、II型孔食や潰食などの腐食による漏洩の問題を生じることが経験されている。

このような銅管もしくは銅合金管の腐食の原因は、従来、給水中の溶存空気によるものとされており、循環給湯システムの循環配管の途中に気水分離装置を設けて、溶存空気を分離除去することによって腐食を抑制することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、気水分離装置に代えて開放式脱気装置を設けることも提案されている（特許文献２、３参照）。

しかしながら、上記提案の気水分離装置や特許文献２に記載の開放式脱気装置では、銅もしくは銅合金の腐食防止にある程度の効果が得られるものの、条件によっては、腐食による漏洩事故を必ずしも防止することができない。給水中に溶存する気体は空気であり、窒素、酸素が主体ではあるが、給湯水中には地下水に含まれる遊離炭酸、水道水に滅菌目的で添加される塩素の残留分（残留塩素）なども含有されており、これらがII型孔食の要因の一つにもなっている。とくに、遊離炭酸、残留塩素は、水に対する溶解度が大きいことから、給水中から除去することは容易ではない。

特許文献３に記載の開放式脱気装置は、水中の溶存酸素を除去することを目的とするもので、液体窒素ボンベで発生させた窒素ガスを槽内に放出させ、溶存酸素濃度の高い給水の微細粒子を、この雰囲気中を通過させることにより溶存酸素を放出させようとするものであり、給水中に存在する遊離炭酸や残留塩素も効果的に除去し得る可能性があるが、高価な液体窒素を使用するため、実用化においてコスト面に難点がある。

特開昭６２−１８３８１３号公報 特開昭６３−７００３２号公報 特開平２−９０９８４号公報

本発明は、循環給湯システムにおいて、溶存酸素、遊離炭素、残留塩素を徐去するための開放式脱気装置おける上記従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡易且つコスト面でも有利な開放式脱気装置を提供することにある。

上記の目的を達成するための請求項１による開放式脱気装置は、密閉型貯湯槽、該密閉型貯湯槽から各給湯栓までの配管である往管、各給湯栓の手前から密閉型貯湯槽までの配管である還管、循環ポンプを有する構成をそなえた循環給湯システムにおいて、循環給湯システムを流通する給水から溶存酸素、遊離炭素、残留塩素を除去するための開放式脱気装置であって、往管および／または還管に設置され、循環給湯システム運転時において、貯水部とその上面に空気溜まり部が存在するタンク、密閉型貯湯槽と連通し、その先端部から密閉型貯湯槽から供給された給水を気泡状態で空気溜まり部へ噴出する給水管、処理された給水をタンクの貯水部から往管に供給する排水管、一端部はタンクの下面近傍から貯水部中を通って上方へ延び、空気溜まり部へ開放されるとともに、他端部はタンク外の大気中へ開放される吸気管、一端部はタンクの空気溜まり部に開放され、他端部はタンク外の大気中へ開放される排気管をそなえ、密閉型貯湯槽からタンク内に供給される加熱された給水は、タンク内の空気溜まり部へ放出されて水蒸気化し、給水中に含まれている溶存酸素、遊離炭素、残留塩素と分離され、水滴となってタンク内の貯水部へ落ち、排水管を通って往管および／または還管に供給されるよう構成されていることを特徴とする。

請求項２による開放式脱気装置は、請求項１において、前記タンクの排気管からの空気排出量Ｖ２（ｍ^３／ｈ）と排水管から排出され往管および／または還管に供給される給水の循環量Ｖ１（ｍ^３／ｈ）の比、Ｖ２／Ｖ１が０．５〜３．０となるよう制御されることを特徴とする。

本発明によれば、溶存酸素、遊離炭素、残留塩素を徐去するための開放式脱気装置おける従来の問題が解決され、簡易且つコスト面でも有利な開放式脱気装置が提供される。

循環給湯システムの系統図の一例を示す図である。 本発明の開放式脱気装置の実施例を示す略式縦断面図である。

本発明の開放式脱気装置は、往管２および／または還管３に設置される。例えば、図１に示すように、密閉型貯湯槽１の近傍の往管に設置される（設置位置Ａ）。循環給湯システムにおいて、設置位置Ａのように下層階ではなく、給湯栓５に近い上層階に設置してもよい（設置位置Ｂ）。また、設置位置Ｃのように還管に設置してもよい。

図２により本発明の開放式脱気装置１０について説明すると、循環給湯システム運転時において、貯水部１２とその上面に空気溜まり部１３が存在するタンク１１、密閉型貯湯槽１と連通し、その先端部１５から密閉型貯湯槽１から供給された給水を気泡状態（１６は給水管１４の先端部１５から気泡状態で噴出する水を示すものである）で空気溜まり部１３へ噴出する給水管１４、処理された給水をタンク１１の貯水部１２から往管２および／または還管３に供給する排水管１７、一端部１９は吸気排出口としてタンク１１の下面近傍から貯水部１２中を通って上方へ延び、空気溜まり部１３へ開放されるとともに、他端部２０は吸気入り口としてタンク１１外の大気中へ開放される吸気管１８、一端部２２は排気入り口としてタンク１１の空気溜まり部１３に開放され、他端部２３は排気出口としてタンク１１外の大気中へ開放される排気管２１をそなえている。Ｐは処理された給水を送るためのポンプ、Ｖは貯水部１２の水位ｈを制御するための排水用のバルブである。

以下、本発明の開放式脱気装置１０の運転方法について説明する。溶存空気、遊離炭酸、残留塩素を含み、密閉型貯湯槽１で加熱された給水は、給水管１４よりタンク１１内へ送り込まれる。給水管１４の先端部１５には、スプレーノズルを取り付けるなどして、先端部１５より給水を出来るだけ微細な粒子状態にしてタンク１１内の空気溜まり部１３へ広範囲に噴霧するのが好ましい。空気溜まり部１３へ給水を広範囲に噴霧するためには、給水を上方へ向けて噴霧するのが望ましい。先端部１５において給水を噴霧する箇所は１箇所でも複数箇所でもよい。噴霧された給水は微細な粒子状となってタンク１１内の空気溜まり部１３へ放出されるが、６０℃程度の温度に加熱されているため、容易に蒸気化（水蒸気）し、含有されている溶存空気、遊離炭酸、残留塩素と分離される。

溶存空気、遊離炭酸、残留塩素と分離された水蒸気はタンク１１内で再び液化し、水滴となってタンク１１内の貯水部１２に落ち、貯水部１２の給水は、排水管１７からタンク外へ排出され、往管に供給される。タンク１１内の空気溜まり部１３中に分離された溶存空気、遊離炭酸、残留塩素は、空気溜まり部１３の空気と共にタンク１１上部にある排気入り口２２より排気管２１を通って排気出口２３からタンク外に排出される。排気入り口２２からの空気排出は、吸気排出口１９から空気溜まり部１３へ空気が押し込まれることにより促進される。もし、吸気管１８が塞がっていたり、吸気管１８をそなえていなかったりして、吸気排出口１９から空気溜まり部１３へ空気が押し込まれない場合には、排気管２１の排気出口１９からの空気排出が十分でなくなり、空気溜まり部に放出される遊離炭酸や残留塩素は次第にその濃度を増し、貯水部の給水中に再溶解してしまい、遊離炭酸や残留塩素の低減が十分行われなくなる。

本発明の開放式脱気装置においては、吸気管１８がタンクの下面近傍から上方へ、貯水部１２中を通って延びる構造となっている。貯水部１２の給水は、凡そ６０℃の温度に加熱されているから、貯水部１２中を通っている吸気管１８は、この加熱給水によって熱せられ、さらに吸気管１８内に滞留する空気を熱することとなる。熱せられた空気は、吸気管１８内を上昇して吸気排出口１９からタンク内へ押し込まれ、タンク外へ通じる吸気入り口２０から吸気管を通り吸気排出口１９への空気の流れをつくる。吸気管１８は１本に限らず、複数本配設することもできる。排気口２２は、吸気排出口１９より上部、より好ましくはタンク１１の上面に位置することが望ましく、この配置により吸気管の吸気排出口１９から排気入り口２２への円滑な空気の流れをつくりだすことができる。

一般的な循環給湯システムに設置される開放式脱気装置の寸法としては、タンクを直方体状のものとした場合、図２において、底面積Ｄを１００，０００〜３２０，０００ｍｍ^２（２００〜４００ｍｍ×５００〜８００ｍｍの長方形状）、高さＨを５００〜１０００ｍｍとするのが好ましい。

循環給湯システムの運転時において、貯水部のレベルｈは３００〜５００ｍｍ（高さＨに対し、凡そ４０〜６０％）とし、排気口からの空気排出量（吸気排出口からの空気押し込み量に等しい）Ｖ２は、凡そ１．５〜６ｍ^３／ｈ、密閉型貯湯槽から給水管に供給される給水の循環量（排水管から往管および／または還管に排出される給水量に等しい）Ｖ１はおよそ３０〜５０ｌ／分として運転される。空気排出量Ｖ２と給水の循環量Ｖ１の比、（Ｖ２／Ｖ１）は、０．５〜３．０であることが望ましい。０．５未満では、排出空気量に対して処理すべき給水量が多くなり、溶存空気等の除去率が十分でなくなる。３．０を超えると、排出空気量が多すぎて、溶存空気などの排出とともに水蒸気のタンク外への流出も多くなって、循環水のロスを招くこととなる。より望ましい（Ｖ２／Ｖ１）の範囲は１．０〜１．５である。また、図２に示すタンク１１は直方体状のものとしたが、その形状はこれに限定されることなく、例えば、円筒状のものであってもよい。

以下、本発明の実施例について説明し、その効果を実証する。なお、この実施例は本発明の実施例は本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれに限定されない。

実施例１
図２において、下記の形状、寸法を有する開放式脱気装置を用いて実験を行い、給水中の溶存空気、遊離炭酸、残留塩素がどの程度分離除去できるかを確認した。
開放式脱気装置の寸法形状：底面が３００ｍｍ×６００ｍｍ長方形状で、高さＨが８００ｍｍの直方体状のタンク
排気入り口２２：断面積が約５６４ｍｍ^２（２５Ａの銅管をタンク天井部に穴を開けて天井部中央に１箇所取り付ける）
吸気管１８：外径が２８．５８ｍｍ、肉厚が０．８９ｍｍ、内断面積が５６４ｍｍ^２の銅管

貯水部のレベルｈを約４００ｍｍに保持し、給水量（＝排水量）Ｖ１を２．４ｍ^３／ｈ、給水の温度を５５〜６５℃に制御した。この時、排気口からの空気排出量Ｖ２は、２．０〜２．２ｍ^３／ｈの範囲内でほぼ一定していた。吸気管内を流れる空気量も同様であった。（Ｖ２／Ｖ１）は凡そ０．８〜０．９である。

溶存空気の指標として、溶存酸素濃度、遊離炭酸濃度、残留塩素濃度をそれぞれ開放式脱気装置の給水管（図２の１４）と排水管（図２の１７）にて２４時間モニターし、分離除去の状況を確認した。

比較例１
比較として、上記実施例１において、開放式脱気装置の排気管２１の出口バルブを閉めて、同様の評価を行った。

２４時間モニターした後の溶存酸素濃度、遊離炭酸濃度、残留塩素濃度の平均値を表１に示す。表１に示すように、本発明に従う実施例１においては、溶存酸素、遊離炭酸、残留塩素のいずれについても大きな除去率を示すことが確認された。

１ 密閉型貯湯槽
２ 往管
３ 還管
４ 膨張タンク
５ 給湯栓
６ 循環ポンプ
７ 高架水槽
８ ボイラー
９ 循環ポンプ
１０ 本発明の開放式脱気装置
１１ タンク
１２ 貯水部
１３ 空気溜まり部
１４ 給水管
１５ 給水管の上端部
１６ 給水管１４の先端部１５から気泡状態で噴出する水
１７ 排水管
１８ 吸気管
１９ 吸気排出口
２０ 吸気入り口
２１ 排気管
２２ 排気入り口
２３ 排気出口
Ｐ 循環ポンプ
Ｖ バルブ
Ａ 本発明の開放式脱気装置の取付け部
Ｂ 本発明の開放式脱気装置の取付け部
Ｃ 本発明の開放式脱気装置の取付け部

Claims (2)

1. 密閉型貯湯槽、該密閉型貯湯槽から各給湯栓までの配管である往管、各給湯栓の手前から密閉型貯湯槽までの配管である還管、循環ポンプを有する構成をそなえた循環給湯システムにおいて、循環給湯システムを流通する給水から溶存酸素、遊離炭素、残留塩素を除去するための開放式脱気装置であって、往管および／または還管に設置され、循環給湯システム運転時において、貯水部とその上面に空気溜まり部が存在するタンク、密閉型貯湯槽と連通し、その先端部から密閉型貯湯槽から供給された給水を気泡状態で空気溜まり部へ噴出する給水管、処理された給水をタンクの貯水部から往管に供給する排水管、一端部はタンクの下面近傍から貯水部中を通って上方へ延び、空気溜まり部へ開放されるとともに、他端部はタンク外の大気中へ開放される吸気管、一端部はタンクの空気溜まり部に開放され、他端部はタンク外の大気中へ開放される排気管をそなえ、密閉型貯湯槽からタンク内に供給される加熱された給水は、タンク内の空気溜まり部へ放出されて水蒸気化し、給水中に含まれている溶存酸素、遊離炭素、残留塩素と分離され、水滴となってタンク内の貯水部へ落ち、排水管を通って往管および／または還管に供給されるよう構成されていることを特徴とする開放式脱気装置。
2. 前記タンクの排気管からの空気排出量Ｖ２（ｍ^３／ｈ）と排水管から排出され往管および／または還管に供給される給水の循環量Ｖ１（ｍ^３／ｈ）の比、Ｖ２／Ｖ１が０．５〜３．０となるよう制御されることを特徴とする請求項1記載の開放式脱気装置。

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