JP3662999B2 - 給水装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、ビルやマンション等に給水本管より上水を供給するための、あるいは海水淡水化設備において海水を濾過装置に導入するための給水装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ビルやマンション等の建物への給水は、給水路より分岐し建物の地下等に設置された受水槽で受水し、その後これを建物の屋上に設置された高置水槽にポンプで揚水した上、配管設備を介して自然流下によって各戸の蛇口から水が出るようになっている。しかし、この方式では受水槽，高置水槽への汚物．汚水の混入に起因する衛生面での問題がある。
【０００３】
したがって、この方式に替わるものとして、直結給水方式が検討されている。直結給水方式とは、給水路から直接蛇口に水を送る方式であるが、この方式では給水圧が不足し高層階まで揚水することが困難で、２〜３階までが限度である。給水路の圧力を上げれば解決されるが、
▲１▼既に埋設された水道管の強度が水圧に耐え得るかどうか。
▲２▼給水路の継ぎ手等から漏水する恐れがある。
▲３▼全体の水圧を上げる必要性から動力費が高くなる。
▲４▼低層階で水圧が高くなりすぎる。
等の種々の問題がある。
【０００４】
そこで、これらの点を考慮して、近時、図５に示すように、建物５１の地下に増圧ポンプ５６及び圧力タンク５７を設置し、低層階（１Ｆ，２Ｆ，３Ｆ）の給水栓５１ｍ1，５１ｍ2，５１ｍ3に対しては、給水本管５２から低層階用の給水路５５を経由して直結給水すると共に、高層階（例えば４Ｆ，５Ｆ）の給水栓５１ｍ4，５１ｍ5への給水は、給水本管５２から高層階用の給水路５４を経由して増圧ポンプ５６及び圧力タンク５７により増圧して送給する給水方式が採用されつつある。なお、符号５３は、給水本管５２に設けた止水栓である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この給水方式の採用により、一応前記した問題点が解決され所期の目的は達成されたものの、残された課題として、下記の諸点が挙げられる。
▲１▼圧力タンク内に入水しておくため、常に必要とする給水圧よりも若干高い、＋αの圧力で畜圧しておかなければならず、増圧ポンプが必要以上に高出力のものとなる。
▲２▼給水圧よりも若干高い圧力の分、減圧弁により減圧して給水しなければならない。
▲３▼動力は電気のみに限定される。
▲４▼増圧ポンプから騒音が発生する。
【０００６】
この出願の発明は、このような従来技術が有する課題を解決し、熱を動力源として用い、効率のよい給水を行うことのできる給水装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明は、ポンプ作用により建物の高層階に圧送給水する給水装置であって、水素吸蔵合金の加熱・吸熱作用により水素ガスを放出・吸蔵する水素ガス放出・吸蔵手段を、第１の水素ガス放出・吸蔵手段と、この第１の水素ガス放出・吸蔵手段が水素吸蔵合金を加熱するとき吸熱し、吸熱するとき加熱する逆の関係に作用させて水素ガスを吸蔵・放出する第２の水素ガス放出・吸蔵手段とにより構成し、この第１及び第２の水素ガス放出・吸蔵手段に対応させて接続され、水素ガスの吸蔵・放出により生ずるポンプ作用を給水路及びその分流路にそれぞれ伝達する、一方及び他方のシリンダを備え、高層階の給水路に一方のシリンダを、この給水路の分流路に他方のシリンダをそれぞれ接続するとともに、被供給側の給水圧を検知し、その給水圧を基準にして前記第１及び第２の水素ガス放出・吸蔵手段に圧力差に応じた熱量を与える制御手段を備えることを特徴とする給水装置を構成した。
【０００８】
また、ポンプ作用により海水淡水化設備における原水を供給路から濾過装置に導入する給水装置であって、水素吸蔵合金の加熱・吸熱作用により水素ガスを放出・吸蔵する水素ガス放出・吸蔵手段を、第１の水素ガス放出・吸蔵手段と、この第１の水素ガス放出・吸蔵手段が水素吸蔵合金を加熱するとき吸熱し、吸熱するとき加熱する逆の関係に作用させて水素ガスを吸蔵・放出する第２の水素ガス放出・吸蔵手段とにより構成し、この第１及び第２の水素ガス放出・吸蔵手段に対応させて接続され、水素ガスの吸蔵・放出により生ずるポンプ作用を給水路及びその分流路にそれぞれ伝達する、一方及び他方のシリンダを備え、原水の給水路に一方のシリンダを、この給水路の分流路に他方のシリンダをそれぞれ接続するとともに、前記給水路を膜モジュールの圧力水導入口に接続したことを特徴とする給水装置を構成した。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１はこの発明に係る給水装置の実施形態について示す結線図である。この給水方式は、建物９の低層階の蛇口９ｍ1 ，９ｍ2 ，９ｍ3 に対しては、給水本管１０から低層階用の給水路１０Ａを経由して直結給水され、また、高層階の蛇口９ｍ4 ，９ｍ5 へは、給水本管１０から高層階用の給水路１０Ｂを経由して以下に詳細に説明するシリンダ５，５′のポンプ作用により圧送給水される。
【００１０】
シリンダ５，５′のポンプ作用は、次のように構成される。ある種の合金、金属水素化物は、水素吸蔵合金と称され、自己の体積の1000倍以上もの水素を吸蔵する。以下、本明細書において水素吸蔵合金のことを単に「合金」と呼ぶことがある。水素吸蔵合金（ＭＨ）は水素を貯蔵する能力とともに、図３の（ａ）に示す水素化反応を利用したエネルギ変換機能を有する。すなわち、合金に熱を加えると合金の水素平衡圧が上昇して水素ガスが放出され、合金の温度を下げると平衡圧が下がり水素が吸蔵される。したがって、熱を駆動源にして水素ガス圧の機械的エネルギを取り出すことができる。図３の（ｂ）は、反応熱からの熱エネルギと、水素圧を利用した機械的エネルギ間相互の変換の模式図である。
【００１１】
図４は、水素吸蔵合金を加熱し又は吸熱（冷却）することにより水素ガスを放出し又は吸蔵する作動について示す結線図である。水素ガス放出・吸蔵手段１には、電源２からコントロールボックス３を介して所定の電流が送られる。水素ガス放出・吸蔵手段１の構造は、駆動源である水素吸蔵合金層３１の外側に熱源であるペルチェ素子３２を設け、その外側を放熱フィン３３ａを有する外装金属（アルミニウム製）３３で覆っている。水素吸蔵合金層３１は、合金粉末にCuの湿式無電解めっきを行い、さらに展延性に富むCuめっき膜を利用してプレスで合金粉末を固形化すると電熱性に優れ効果的である。ペルチェ素子３２の水素吸蔵合金３１層への接合は固形合金の表面にAl2 Ｏ3 （アルミナ）の絶縁膜を溶射し、その上にCuの厚膜でペルチェ素子の回路パターンを作って取り付ける。なお、図中３４は外部に導出されたチューブである。また、３５は封止用のＯ−リング、３６は温度測定用の熱電対を示す。
【００１２】
ペルチェ素子への電流の向きを変えることで水素吸蔵合金の加熱，冷却が行われる。水素吸蔵合金を加熱すると、前記チューブ３４から水素ガスが放出され、逆に吸熱すると水素吸蔵合金の平衡厚が下がって水素ガスが水素吸蔵合金に吸蔵される。
【００１３】
本実施形態では、図１に示すように、水素吸蔵合金の加熱・冷却作用により水素ガスを放出・吸蔵する第１の水素ガス放出・吸蔵手段１と、この第１の水素ガス放出・吸蔵手段１が水素吸蔵合金を加熱するとき冷却し、冷却するとき加熱する逆の関係に作用させて水素ガスを吸蔵・放出する第２の水素ガス放出・吸蔵手段１′を並設させている。そして、第１の水素ガス放出・吸蔵手段１に対応させて金属ベローズ６を有する一方のシリンダ５を、また、第２の水素ガス放出・吸蔵手段１′に対応させて金属ベローズ６′を有する他方のシリンダ５′を接続する。
【００１４】
第１及び第２の水素ガス放出・吸蔵手段１及び１′には、それぞれ電源２からコントロールボックス３を介して所定の電流が送られるが、それぞれのペルチェ素子３２への電流の向きを変えて水素吸蔵合金への加熱，冷却を行う毎に、水素ガスの吸蔵・放出を繰り返し、一方及び他方のシリンダ５及び５′は、それぞれポンプ作用を行う。そして、一方のシリンダ５は高層階用の給水路１０Ｂに、また、他方のシリンダ５′はその分流路１０Ｂ′に接続されているので、それぞれのポンプ作用は高層階用の給水路１０Ｂ及びその分流路１０Ｂ′に伝達される。高層階用の給水路１０Ｂ及びその分流路１０Ｂ′には、一方のシリンダ５と高層階用の給水路１０Ｂとの接続部及び他方のシリンダ５′と分流路１０Ｂ′との接続部をそれぞれ挟むように逆止弁７，７′が設けられ、相互の流路への逆流を防止している。なお、図中の符号８，８′は、第１の水素ガス放出・吸蔵手段１と一方のシリンダ５との間及び第２の水素ガス放出・吸蔵手段１′と他方のシリンダ５′との間にそれぞれ介設された開閉弁である。
【００１５】
シリンダ５及び５´のポンプ作用により水は、建物９の高層階の蛇口、例えば９ｍ4，９ｍ 5 に圧送される。高層階用の給水路１０Ｂ及びその分流路１０Ｂ´の流路には、被供給側の給水圧を測定するための圧力計Ｐが設けられ、検知された圧力信号がコントロールボックス３に送出される。コントロールボックス３は、被供給側の給水圧を基準にして第１の水素ガス放出・吸蔵手段１及び第２の水素ガス放出・吸蔵手段１´に圧力差に応じた熱量を与える。すなわち、それぞれのペルチェ素子に送られる電流の大きさが制御され、一方及び他方のシリンダ５及び５´に対し、給水圧に応じたポンプ作用を行わせる。
【００１６】
次に、図２は、図３で説明した水素ガス放出・吸蔵手段１を、海水淡水化設備における原水を給水路から濾過装置に導入する給水装置に適用した場合の作動について説明する結線図である。水素吸蔵合金の加熱・冷却作用により水素ガスを放出・吸蔵する第１の水素ガス放出・吸蔵手段１と、この第１の水素ガス放出・吸蔵手段１が水素吸蔵合金を加熱するとき冷却し、冷却するとき加熱する逆の関係に作用させて水素ガスを吸蔵・放出する第２の水素ガス放出・吸蔵手段１′を設けている点は、図１の実施形態と同様である。
【００１７】
この実施形態では、第１の水素ガス放出・吸蔵手段１に対応させてピストン１１を有しシリコーンオイル１２を封入した一方のシリンダ１５を、また、第２の水素ガス放出・吸蔵手段１′に対応させてピストン１１′を有しシリコーンオイル１２′を封入した他方のシリンダ１５′を接続する。そして、海水１３をポンプにより汲み上げ高所に貯留した原水１４を膜モジュール１６に送る給水路１７に一方のシリンダ１５を、また、給水路１７の分流路１７′に他方のシリンダ１５′を、それぞれ接続する。
【００１８】
第１及び第２の水素ガス放出・吸蔵手段１及び１´は、それぞれ加熱・吸熱手段により水素吸蔵合金が加熱，冷却され、水素ガスの吸蔵・放出を繰り返し、一方及び他方のシリンダ１５，１５´がポンプ作用を行う。したがって、給水路１７及び分流路１７´を通して膜モジュール１６に原水が圧送される。給水路１７及びその分流路１７´には、一方のシリンダ１５と給水路１７との接続部及び他方のシリンダ１５´と分流路１７´との接続部をそれぞれ挟むように、逆止弁１８，１８´が設けられ、相互の流路への逆流を防止していることは図１の実施形態と同様である。圧送された原水は、膜モジュール１６で淡水化され、処理水１４´が処理水槽１９に蓄えられた後、次工程２０に送水される。なお、符号２６は、排水である。
【００１９】
第１及び第２の水素ガス放出・吸蔵手段１，１′のそれぞれの水素吸蔵合金を加熱し又は吸熱する手段として、この実施形態では熱水及び冷水を用いている。すなわち、給水源２１から送られる冷水は直接第１及び第２の水素ガス放出・吸蔵手段１，１′のそれぞれに供給される経路と、ソーラーコレクター２２、ボイラー・廃棄物焼却熱２３又は深夜電力２４により熱せられて、貯湯タンク２５から熱水として供給される経路とに分けられる。
【００２０】
第１の水素ガス放出・吸蔵手段１への冷水供給経路及び熱水供給経路には電磁弁Sol.１及びSol.２が設置され、同じく第２の水素ガス放出・吸蔵手段１′への冷水供給経路及び熱水供給経路にも電磁弁Sol.３及びSol.４が設置されている。これらの電磁弁Sol.１及びSol.２とSol.３及びSol.４とは、図示しないコントロール・ボックスからの制御信号により、相互に逆の関係に開閉作動される。すなわち、第１の水素ガス放出・吸蔵手段１が水素吸蔵合金を加熱するとき、第２の水素ガス放出・吸蔵手段１′は水素吸蔵合金を吸熱し、また、第１の水素ガス放出・吸蔵手段１が水素吸蔵合金を吸熱するとき、第２の水素ガス放出・吸蔵手段１′は水素吸蔵合金を加熱する関係に、各電磁弁が作動するように制御されている。これにより、給水路１７及び分流路１７′の原水を効率よく圧送することができる。
【００２１】
なお、上記した各実施形態においては、シリンダによるポンプ作用を効率的に行わせるために、第１及び第２の水素ガス放出・吸蔵手段を並設し、これに対応させて給水路及びその分流路にそれぞれポンプ作用を与える２基のシリンダを備える給水装置について説明したが、水素ガス放出・吸蔵手段及びシリンダは単一構成であってもよいし、３以上の構成としてもよい。
また、各実施形態においては、一方のシリンダと給水路との接続部及び他方のシリンダと分流路水素吸蔵合金を加熱し又は吸熱する手段としてペルチェ素子あるいは熱水，冷水を用いる場合について説明したが、場合によっては、温風，冷風を使用してもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る給水装置によれば、水素吸蔵合金の加熱・吸熱作用を利用したシリンダのポンプ作用により、給水路から水を圧送するので、水素吸蔵合金が蓄圧とポンプの作用を兼ねており、必要最小限の動力で給水することができ、従来の給水方式のような増圧ポンプからの騒音の発生がない。また、スペースファクタが改善される。
そして、建物の各階の蛇口に給水する例では、低層階へは給水本管から給水路から直結給水すると共に、高層階へはシリンダのポンプ作用により給水路から圧送給水でき、しかも、ベローズ内に送る水素の量を被供給側の給水圧に応じて水素吸蔵合金に与える熱量をコントロールすることにより増減して、常に被供給側で必要とする給水圧及び水量を確保できる。さらに、従来の圧力タンク内に入水しておく給水方式の欠点である、必要とする給水圧よりも若干高い、＋αの圧力での畜圧が不要で、いわゆるインバータ制御と同機能が得られ、減圧給水の必要がない。
一方、海水淡水化設備における原水を濾過装置に導入する例では、原水を効率よく圧送することができる。そして、水素吸蔵合金の加熱は、ペルチェ素子へ電流を送る手段のほか、ソーラーコレクター，ボイラー・廃棄物焼却熱又は深夜電力による熱水あるいは温風を供給する手段により実現でき、動力の選択肢を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る給水装置の実施形態について示す結線図である。
【図２】この発明に係る給水装置の他の実施形態について示す結線図である。
【図３】（ａ）は、水素吸蔵合金の水素化反応を利用したエネルギ変換機能を説明するための模式図、（ｂ）は、反応熱からの熱エネルギと、水素圧を利用した機械的エネルギ間相互の変換の模式図である。
【図４】この発明に係る給水装置に用いられる水素ガス放出・吸蔵手段における水素吸蔵合金を加熱し又は吸熱することにより水素ガスを放出し又は吸蔵する作動について示す結線図である。
【図５】従来の給水装置の一例について示す結線図である。
【符号の説明】
１，１′ …水素ガス放出・吸蔵手段
２ …電源
３ …コントロールボックス
５，５′ …シリンダ
６，６′ …金属ベローズ
７，７′ …逆止弁
８，８′ …開閉弁
９ …建物
９ｍ1 〜９ｍ3 …低層階の蛇口
９ｍ4 ，９ｍ5 …高層階の蛇口
１０ …給水本管
１０Ａ …低層階用の給水路
１０Ｂ …高層階用の給水路
１０Ｂ′ …分流路
１１，１１′…ピストン
１２，１２′…シリコーンオイル
１３ …海水
１４ …原水
１４′ …処理水
１５，１５′…シリンダ
１６ …膜モジュール
１７ …給水路
１７′ …分流路
１８，１８′…逆止弁
１９ …処理水槽
２０ …次工程
２１ …給水源
２２ …ソーラーコレクター
２３ …ボイラー・廃棄物焼却熱
２４ …深夜電力
２５ …貯湯タンク
Ｐ …圧力計
Sol.１〜Sol.４…電磁弁
Claims (2)
- ポンプ作用により建物の高層階に圧送給水する給水装置であって、水素吸蔵合金の加熱・吸熱作用により水素ガスを放出・吸蔵する水素ガス放出・吸蔵手段を、第１の水素ガス放出・吸蔵手段と、この第１の水素ガス放出・吸蔵手段が水素吸蔵合金を加熱するとき吸熱し、吸熱するとき加熱する逆の関係に作用させて水素ガスを吸蔵・放出する第２の水素ガス放出・吸蔵手段とにより構成し、この第１及び第２の水素ガス放出・吸蔵手段に対応させて接続され、水素ガスの吸蔵・放出により生ずるポンプ作用を給水路及びその分流路にそれぞれ伝達する、一方及び他方のシリンダを備え、高層階の給水路に一方のシリンダを、この給水路の分流路に他方のシリンダをそれぞれ接続するとともに、被供給側の給水圧を検知し、その給水圧を基準にして前記第１及び第２の水素ガス放出・吸蔵手段に圧力差に応じた熱量を与える制御手段を備えることを特徴とする給水装置。
- ポンプ作用により海水淡水化設備における原水を供給路から濾過装置に導入する給水装置であって、水素吸蔵合金の加熱・吸熱作用により水素ガスを放出・吸蔵する水素ガス放出・吸蔵手段を、第１の水素ガス放出・吸蔵手段と、この第１の水素ガス放出・吸蔵手段が水素吸蔵合金を加熱するとき吸熱し、吸熱するとき加熱する逆の関係に作用させて水素ガスを吸蔵・放出する第２の水素ガス放出・吸蔵手段とにより構成し、この第１及び第２の水素ガス放出・吸蔵手段に対応させて接続され、水素ガスの吸蔵・放出により生ずるポンプ作用を給水路及びその分流路にそれぞれ伝達する、一方及び他方のシリンダを備え、原水の給水路に一方のシリンダを、この給水路の分流路に他方のシリンダをそれぞれ接続するとともに、前記給水路を膜モジュールの圧力水導入口に接続したことを特徴とする給水装置。
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