JP6156128B2 - Gas-liquid mixing device and bath water heater - Google Patents
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Description
本発明は、導入気体を微細化して液体に混合可能な気液混合装置およびこれを備えた風呂給湯装置に関する。 The present invention relates to a gas-liquid mixing apparatus capable of refining an introduced gas and mixing it with a liquid, and a bath water heater provided with the same.
液中に気体を均一に混合したり、微細気泡を発生したりする手段として、例えばベンチュリー式、キャビテーション式、加圧溶解式、旋回流式などの気液混合装置が用いられている。ベンチュリー式のものは、流路にくびれ部分を設け、該くびれ部分で流速が上がり負圧が形成されることで外部より空気を吸気し、くびれが広がる部分で圧力が上昇するために気泡が微細化されるという原理を利用している(例えば、特許文献1参照)。キャビテーション式のものは、ポンプ内に気液混合体を送り、例えば超音波振動を与えることでキャビテーションを利用して気泡を発生させる。また、加圧溶解式のものは、液体を流れる配管外から導入した外気をコンプレッサ等で加圧して液中に溶解し、減圧開放時に気泡が再析出する方式であり、装置が大型化するが、大量の気体を溶解させることが可能である。また、旋回流式のものは、液体の旋回流を形成し、気体と合一させることで、旋回流により気体がせん断破砕されて微細化される(例えば、特許文献2参照)。 As means for uniformly mixing a gas in a liquid or generating fine bubbles, for example, a Venturi type, a cavitation type, a pressure dissolution type, a swirl type or the like is used. Venturi type has a constricted part in the flow path, the flow velocity increases at the constricted part and negative pressure is formed, so air is sucked in from the outside, and the pressure rises in the part where the constriction spreads, so the bubbles are fine (For example, refer to Patent Document 1). In the cavitation type, a gas-liquid mixture is sent into a pump, and bubbles are generated using cavitation by applying ultrasonic vibration, for example. The pressure-dissolving type is a method in which the outside air introduced from outside the pipe through which the liquid flows is pressurized with a compressor or the like and dissolved in the liquid, and bubbles reprecipitate when the pressure is released. It is possible to dissolve a large amount of gas. Further, in the swirl type, a swirl flow of liquid is formed and combined with the gas, so that the gas is sheared and pulverized by the swirl flow (see, for example, Patent Document 2).
液流を形成するポンプの仕様が制限される場合においては、経路内の流量、および揚程や液圧等が限定されてしまう。流路のくびれ部分等に形成される負圧により気体を吸入する自然吸気を行う気液混合装置の場合、液体の流量増加に伴って、気液混合装置内の負圧が大きくなり、気体導入量が増加する。その結果、液体の旋回流が気体を十分に微細化しきれなくなることで、気液混合効率が悪化する。また、主流である液体に気体が混合されるときに、液体の旋回流が、気体導入量の増加によって乱されることで、気液の混合量が低下してしまう。 When the specifications of the pump that forms the liquid flow are limited, the flow rate in the path, the head, the hydraulic pressure, and the like are limited. In the case of a gas-liquid mixing device that performs natural aspiration to suck in gas by the negative pressure formed in the constricted part of the flow path etc., the negative pressure in the gas-liquid mixing device increases as the liquid flow rate increases, and gas introduction The amount increases. As a result, the gas-liquid mixing efficiency is deteriorated because the swirling flow of the liquid cannot sufficiently miniaturize the gas. Moreover, when gas is mixed with the liquid which is the main flow, the swirl flow of the liquid is disturbed by the increase in the gas introduction amount, so that the gas-liquid mixing amount is reduced.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、液体の流量が大きい場合にも気液混合効率の低下を抑制することのできる気液混合装置およびこれを備えた風呂給湯装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and a gas-liquid mixing apparatus capable of suppressing a decrease in gas-liquid mixing efficiency even when the flow rate of liquid is large, and a bath hot water provided with the same. An object is to provide an apparatus.
本発明に係る気液混合装置は、液体の流路に設けられ、気体を液体中に導入して混合させる気液混合装置であって、液体の進行方向に向かって内径が縮小する縮径部と、縮径部の下流側に、縮径部に対し同心的に設けられ、縮径部の最小内径より大きい内径を有する気液混合部と、気液混合部の内部に連通する気体通路を有し、該気体通路を通して気液混合部の内部に気体を導入する気体導入部と、気体通路に設けられ、気体の流れを乱す乱流促進部と、を備え、乱流促進部は、気体通路の長手方向の一部において気体通路の内壁に設けられた凹部と凸部との少なくとも一方で構成されているものである。 A gas-liquid mixing apparatus according to the present invention is a gas-liquid mixing apparatus that is provided in a liquid flow path and introduces gas into the liquid and mixes the gas-liquid mixing apparatus. And a gas-liquid mixing portion provided concentrically with the reduced diameter portion on the downstream side of the reduced diameter portion and having an inner diameter larger than the minimum inner diameter of the reduced diameter portion, and a gas passage communicating with the inside of the gas-liquid mixing portion. A gas introduction part that introduces gas into the gas-liquid mixing part through the gas passage, and a turbulent flow promotion part that is provided in the gas passage and disturbs the flow of the gas. a it shall consist of at least one of the concave and convex portions provided on the inner wall of the gas passage in the longitudinal direction of the part of the passage.
本発明によれば、液体の流量が大きい場合にも気液混合効率の低下を抑制することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to suppress a decrease in gas-liquid mixing efficiency even when the liquid flow rate is large.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。また、本発明は、以降に示す各実施の形態のあらゆる組み合わせを含むものとする。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. In addition, the present invention includes all combinations of the embodiments described below.
実施の形態1.
図1および図2は、それぞれ、本発明の実施の形態1の気液混合装置を示す縦断面図である。図1の切断面と、図2の切断面とは、直交している。図3および図4は、共に、図1中のM部を拡大した図である。図5および図6は、共に、図1中のA−A線断面図(横断面図)である。これらの図に示す本実施の形態1の気液混合装置1は、液体の流路に設けられ、液体中に気体を導入して混合させるものである。
Embodiment 1 FIG.
1 and 2 are longitudinal sectional views showing a gas-liquid mixing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The cut surface in FIG. 1 and the cut surface in FIG. 2 are orthogonal to each other. 3 and 4 are both enlarged views of the M part in FIG. 5 and 6 are both cross-sectional views (cross-sectional views) taken along line AA in FIG. The gas-liquid mixing device 1 of the first embodiment shown in these drawings is provided in a liquid flow path, and introduces and mixes gas into the liquid.
図1および図2に示すように、気液混合装置1は、液体が流れるための内部空間を有する縮径部4と、縮径部4に対し下流側に設けられた気液混合部5と、リング部2と、気液混合部5の外周側から気液混合部5内に気体を導入する通路を形成する気体導入部6と、気液混合部5の下流側に設けられた拡径部7と、縮径部4に対し上流側に設けられた入口部3とを備えている。図1および図2において、液体は、入口部3、縮径部4、気液混合部5および拡径部7の内部を左から右へ進行する。この液体の進行方向を、以下、「進行方向TD」と称する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the gas-liquid mixing apparatus 1 includes a reduced
入口部3は、進行方向TDと平行な直線を中心とする略円柱状の内部空間を有している。入口部3の内径は、進行方向TDに沿ってほぼ一定になっている。縮径部4は、入口部3の下流側に、入口部3に対し同心的に設けられている。縮径部4の内径は、進行方向TDに向かって内径が連続的あるいは多段的に縮小(漸減)している。すなわち、縮径部4は、略円錐状(略円錐台状)の内部空間を有している。縮径部4の上流端の内径は、入口部3の内径に等しくなっている。縮径部4の内径が最も小さくなった最小内径部4aは、縮径部4の下流端に位置する。
The
気液混合部5は、縮径部4の下流側(直下)に、縮径部4に対し同心的に設けられている。気液混合部5の内径は、縮径部4の最小内径、すなわち最小内径部4aの内径よりも大きくなっている。本実施の形態1では、気液混合部5の内径は、進行方向TDに沿ってほぼ一定になっている。すなわち、気液混合部5は、略円柱状の内部空間を有している。
The gas-liquid mixing
リング部2は、縮径部4の内周面の下流端(すなわち最小内径部4aの内周)から外周側に広がって気液混合部5の内周面の上流端5aに繋がる内壁面である。リング部2は、図示の構成に限らず、その一部または全部が曲面で構成されていてもよい。また、気液混合部5の内周面とリング部2との角部や、縮径部4の内周面とリング部2との角部に、R(アール)形状のような丸みを設けてもよい。
The
気体導入部6は、気液混合部5の外周部から外方へ突出するように形成されている。この気体導入部6には、気液混合部5内に導入される気体が通る流路となる気体通路6aが形成されている。気体通路6aは、気液混合部5の外周側から気液混合部5の内壁(内周面)に向かって貫通するように形成され、気液混合部5内に連通している。本実施の形態1では、図1に示すように、気体通路6aは、気液混合部5の上流端付近(すなわち、気液混合部5と縮径部4との境界付近)に連通している。また、本実施の形態1では、気体通路6aは、気体の流れ方向に対し垂直な断面の形状および断面積が気体の流れ方向に沿ってほぼ一定であるように形成されている。本実施の形態1では、図2に示すように、気体通路6aは、気体の流れ方向に対し垂直な断面の形状が略長方形となるように形成されている。また、図示を省略するが、気体導入部6には、運転停止時などに液体が気体通路6aへ逆流することを防ぐための逆止弁が設けられていることが好ましい。
The
気体通路6aの図1中のM部には、気体の流れを乱す乱流促進部18が設けられている。乱流促進部18は、気体通路6aの、気液混合部5に近い部分に設けられる。図3に示すように、乱流促進部18は、気体通路6aの内壁面に設けられた凹部で構成される。あるいは、図4に示すように、乱流促進部18は、気体通路6aの内壁面に設けられた凸部で構成される。乱流促進部18の上流側の気体通路6aの断面形状および断面積と、乱流促進部18の下流側の気体通路6aの断面形状および断面積とは、ほぼ同じである。
A turbulent
なお、図1および図2では、便宜上、入口部3、縮径部4、気液混合部5および拡径部7の中心線(軸線)を含む切断面でそれらを切断した断面形状と、気体導入部6の断面形状とを組み合わせて示している。すなわち、図1および図2中では、入口部3、縮径部4、気液混合部5および拡径部7の切断面と、気体導入部6の切断面とは、同一平面ではない。また、図1および図2では、乱流促進部18の図示を省略している。
1 and 2, for convenience, a cross-sectional shape obtained by cutting them along a cut surface including the center line (axis line) of the
図5および図6に示すように、本実施の形態1では、気体通路6aは、気液混合部5の内周面の接線方向に沿って延びるように構成されている。すなわち、気体通路6aは、以下のように構成されている。図5に示すように、気体通路6aの中心線を気液混合部5内に延長した直線ELは、気液混合部5の中心Oを通らず、中心Oからずれた位置を通る。また、進行方向TDと直交する平面で気液混合部5および気体導入部6を切断した断面において、気体通路6aの内壁のうち気液混合部5の中心Oからの距離が遠い方の内壁6bは、気液混合部5の内周面の接線になっている。あるいは、上記断面において、内壁6bが気液混合部5の内周面の接線に必ずしも完全に一致していなくても良く、内壁6bの近傍で内壁6bに並行する流線を気液混合部5内に延長した直線SLが、気液混合部5の内径以下であって縮径部4の最小内径(最小内径部4aの内径)より大きい直径の円CLの接線になっていればよい。
As shown in FIGS. 5 and 6, in the first embodiment, the
上記構成により、気体導入部6は、気液混合部5の内周面の接線方向に沿って気体を気液混合部5内に流入させる。このため、図6に示すように、気体導入部6の気体通路6aを通って気液混合部5に流入した気体を、気液混合部5の内周面に沿って所定の方向(本実施の形態1では、図5および図6中で反時計回り)に効率良く旋回させることができる。
With the above configuration, the
次に、本実施の形態1の気液混合装置1の動作について説明する。気液混合装置1に流入した液体の流れ(以下、「液流」と称する)は、入口部3から縮径部4へ進行し、縮径部4において流速が加速される。縮径部4では、流入した液流を、圧力損失を少なくして縮径することにより高速化することが望ましい。そのためには、縮径部4の内壁面は、高密度で粗度の小さい材料で形成されていることが望ましい。
Next, operation | movement of the gas-liquid mixing apparatus 1 of this Embodiment 1 is demonstrated. A liquid flow (hereinafter referred to as “liquid flow”) flowing into the gas-liquid mixing apparatus 1 proceeds from the
縮径部4で加速された液流が最小内径部4aから気液混合部5内に流入することにより、気液混合部5内に負圧が発生し、この負圧により気体導入部6から気体が気液混合部5内に自然吸気される。気液混合部5内では、加速された液流と、気体導入部6から導入された気体とが合一して微細気泡が生成され、気体が液体中に溶解する。液体の流量が大きいほど、気液混合部5内に発生する負圧が大きくなり、気体導入部6から気液混合部5内に導入される吸気量が多くなる。
The liquid flow accelerated by the reduced
図3または図4に示すように、気体の流れが気液混合部5内に導入される直前で、乱流促進部18にて、気体の渦流VFが生成される。渦流VFが生成されることで、気体の流れの、液流に直交する流速成分は減少する。その結果、気液混合部5内で液流に気体が混合される際に生じる圧力損失が減少する。このため、液体の流量が大きい場合、すなわち気体導入量が多い場合であっても、気液混合部5内の液流が導入気体によって乱されることを抑制でき、液流が気体をせん断破砕する効率の低下を抑制できる。このように、本実施の形態1の気液混合装置1によれば、液体の流量が大きく、気体導入量が多い場合であっても、気液混合部5内で液流が気体をせん断破砕する効率を良好に維持することができるので、微細気泡生成量および気液混合量を十分に増加させることができる。また、液流に直交する成分以外の気体の流速成分が増加することで、気体が気液混合部5へ流入するときに全方位に広がる。その結果、気体と液流との接触面積が増加して、微細気泡生成量および気液混合量を増加させることができる。本実施の形態1によれば、上述のような効果を簡単な構造で達成することができるので、信頼性および耐久性に優れるとともに、製造コストの増加を抑制できる。
As shown in FIG. 3 or FIG. 4, a gas vortex VF is generated in the
液体の流量が小さく、気液混合部5内の負圧が小さいときには、気体の流速が遅いため、乱流促進部18で発生する渦流VFが小さい。液体の流量が大きくなり、気液混合部5内の負圧が大きくなるにつれて、乱流促進部18で発生する渦流VFも大きくなる。このため、乱流促進部18を設けることで、液体の流量の増加に対する、気液混合部5内に流入する気体の流速および吸気量の増加幅を適正かつ自動的に抑制できる。よって、本実施の形態1の気液混合装置1では、液体の流量が大きい場合に過剰な吸気によって大きい径の気泡が生成することを確実に抑制することができ、生成する気泡径を小さく維持することができ、気液混合効率を高めることができる。
When the flow rate of the liquid is small and the negative pressure in the gas-
乱流促進部18を構成する凹部または凸部は、気体通路6aの内壁の周方向に沿って間隔をあけて複数個所に設けられることが望ましい。これにより、乱流促進部18で発生する渦流VFの量を適度な量に調整することができる。ただし、本発明では、そのような構成に限らず、乱流促進部18を構成する凹部または凸部が気体通路6aの内壁の周方向に沿って連続して設けられていても良い。また、乱流促進部18が、気体通路6aの内壁面に設けられた凹部および凸部の双方を備えていても良い。
It is desirable that the concave portions or the convex portions constituting the turbulent
なお、液体の流量が大きい場合に過剰な吸気を抑制する方法として、気体導入部6の途中に弁を設け、この弁の開度を調整する構成とした場合には、この弁に異物・汚れなどが堆積し、経年により気体通路6aが閉塞するおそれがある。これに対し、本実施の形態1では、そのような弁を設ける必要がないので、異物・汚れなどの堆積による気体通路6aの閉塞を確実に抑制することができる。また、上記弁の開度を小さくした場合、吸気量が大きく減少することで、微細気泡生成量および気液混合量が大きく低下する。これに対し、本実施の形態1では、吸気量を大きく減少させることがないので、微細気泡生成量および気液混合量を十分に確保することができる。
As a method of suppressing excessive intake when the flow rate of liquid is large, a valve is provided in the middle of the
図6中の破線の矢印は、気体導入部6から気液混合部5内に流入した気体の流れを示している。図6に示すように、気液混合部5に流入した気体は、気液混合部5の内周面に沿って旋回する。このようにして、気液混合部5の内周面に沿って旋回する気体と、最小内径部4aから気液混合部5内に流入した液流とが接触することにより、気体が効率良くせん断破砕され、微細化されて液体中に効率良く混合し、液体への気体の溶解量が増加する。
The broken-line arrows in FIG. 6 indicate the flow of gas that has flowed into the gas-
縮径部4から気液混合部5に流入した直後の液流の直径は、最小内径部4aの内径にほぼ等しい。一方、気液混合部5の内径は、最小内径部4aの内径より大きい。これにより、気液混合部5内では、液流の外周側に、気体導入部6から導入された気体の流路として機能するリング状の空間が形成される。このような構成により、液流を妨げることなく吸気することができるので、円滑に吸気することができる。また、気体導入部6から導入された気体が、液流の外周側を旋回するように吸気されるため、液流と導入気体との接触面積を増大することができる。その結果、液流によりせん断される気体量が増加するため、微細気泡生成量も増加し、溶解量も増加する。
The diameter of the liquid flow immediately after flowing into the gas-
また、縮径部4の下流端(最小内径部4a)と、気液混合部5の上流端5aとの境界の段差部がリング部2によって閉じられていることで、気液混合部5内での乱流形成を抑制することができる。その結果、縮径部4の最小内径部4a付近で形成される負圧を損失なく気体導入部6でも形成できるとともに、速い旋回流で気体をせん断することができ、気体の溶解量が増大し、また微細化を促進することができる。
Further, the step portion at the boundary between the downstream end (minimum
また、本実施の形態1では、気液混合部5の内径が進行方向TDに沿ってほぼ一定に維持されていることにより、互いに接触しつつ進行方向TDに向かって進行する液流と気体との接触状態を一定にすることができ、気体の溶解を均一化することができる。
Further, in the first embodiment, since the inner diameter of the gas-
また、気液混合部5の内周面に沿って旋回する気体の流れに引き込まれるようにして、液流も同方向に旋回する。図6中の実線の矢印は、気液混合部5内で旋回する液流を示している。このようにして、気液混合部5内では、外周側に気体の旋回流が形成され、その内周側に液体の旋回流が形成される。気体通路6aから気液混合部5内に導入される気体は、旋回する液流に誘引されるようにして気液混合部5内に流入するので、円滑に吸気することができ、気体溶解量および微細気泡生成量を増大させることができる。
Further, the liquid flow also swirls in the same direction so as to be drawn into the gas flow swirling along the inner peripheral surface of the gas-
気液混合部5内に形成される負圧は、気液混合部5の上流側で最も大きく、下流に進むにつれて負圧は弱まる。本実施の形態1では、気体導入部6の気体通路6aが、気液混合部5の上流端5aの付近に連通するように構成している。これにより、負圧の大きい位置で吸気することができるので、液体の流量が小さい場合であっても、十分な吸気量を確保することができ、気体溶解量および微細気泡生成量も十分確保することができる。また、本実施の形態1では、図1に示すように、気体通路6aが気液混合部5の内壁に形成する開口がリング部2に接して形成されており、リング部2と気体通路6aの内壁とが段差無く連続している。これにより、円滑に吸気することができ、気体溶解量および微細気泡生成量をさらに増大させることができる。
The negative pressure formed in the gas-
一般的には、気体通路6aが気液混合部5の内壁に形成する開口が広いほど、吸気量が増大する。しかしながら、気液混合部5内の下流側ほど負圧が小さくなるため、気体通路6aが気液混合部5の内壁に形成する開口の大きさを進行方向TDに沿って測った長さ(図2中のeで示す長さ)を長くして、この開口を下流側に広げるように構成すると、気体通路6aに作用する負圧が小さくなり、好ましくない。特に、気液混合装置1より下流側の液体流路の圧力損失が大きい場合には、気液混合部5内で下流側に向かって負圧が低下する率が大きくなるため、気体通路6aが気液混合部5の内壁に形成する開口を下流側に広げることは好ましくない。このような事項に鑑みて、本実施の形態1では、気体通路6aが気液混合部5の内壁に形成する開口の大きさを進行方向TDに沿って測った長さeが、この開口の大きさを気液混合部5の内径に等しい直径の円に沿って測った円弧の長さf(図6参照)に比べて短くすることが望ましい。このような構成により、気体通路6aが気液混合部5の内壁に形成する開口を下流側に広げることなく開口面積を大きくすることができる。その結果、液体の流量が小さい場合であっても、十分な吸気量を確保することができ、気体溶解量および微細気泡生成量も十分確保することができる。
In general, the larger the opening formed by the
図7は、本発明の実施の形態1の気液混合装置1の変形例を示す横断面図である。図7に示す気液混合装置1Aは、図1から図6に示す気液混合装置1と比べて、気体通路6aの幅(進行方向TDと直交する方向の幅)を拡幅していること以外は同様である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a modification of the gas-liquid mixing apparatus 1 according to Embodiment 1 of the present invention. The gas-
図7に示す気液混合装置1Aは、図1から図6に示す気液混合装置1に比べて、気体通路6aの幅が拡幅されているため、液体の流量が小さい場合であっても、十分な吸気量を確保し易い。ただし、気体通路6aの幅を図7に示す気液混合装置1Aよりも更に拡幅すると、気体通路6aから流入する気体の流れの一部が、気液混合部5内での液流の旋回方向と逆方向となることにより、液流の旋回が抑制され、気液混合効率が低下する場合がある。これを避けるため、次のような関係を満足することが好ましい。図7に示す気液混合装置1Aでは、気体通路6aの出口となる開口の大きさを気液混合部5の内径に等しい直径の円に沿って測った円弧の長さfは、気液混合部5の内径に等しい直径の円の円周の1/4に等しい長さになっている。気体通路6aの幅が、図7に示す気液混合装置1A以下であれば、気体通路6aから流入する気体の流れの一部が、気液混合部5内での液流の旋回方向と逆方向となることはない。そこで、本発明では、気体通路6aの出口となる開口の大きさを気液混合部5の内径に等しい直径の円に沿って測った円弧の長さfは、気液混合部5の内径に等しい直径の円の円周の1/4以下の長さであることが好ましい。気体通路6aの出口となる開口の大きさがこのような範囲であれば、気体通路6aから流入する気体の流れが、気液混合部5内での液流の旋回方向と逆方向となることがないので、液流の旋回を妨げることがなく、気液混合効率の低下を確実に抑制できる。
Since the gas-
図8は、比較例の気液混合装置を示す横断面図である。図8に示す比較例の気液混合装置では、気体導入部16の気体通路16aの中心線を気液混合部5内へ延長した直線が気液混合部5の中心を通るように構成されている。このような比較例の気液混合装置では、気体通路16aから気液混合部5内へ導入された気体の流れが気液混合部5内の液流と直接衝突し、液流が乱されるため、液流が気体をせん断破砕する効率が低くなる。その結果、気体溶解量および微細気泡生成量が少なくなる。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a gas-liquid mixing apparatus of a comparative example. In the gas-liquid mixing apparatus of the comparative example shown in FIG. 8, a straight line obtained by extending the center line of the
実施の形態2.
次に、図9から図11を参照して、本発明の実施の形態2について説明するが、上述した実施の形態1との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図9および図10は、それぞれ、本発明の実施の形態2の気液混合装置を示す縦断面図である。図9の切断面と、図10の切断面とは、直交している。
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9 to FIG. 11. The difference from the above-described first embodiment will be mainly described, and the same parts or corresponding parts will be denoted by the same reference numerals. The description is omitted. 9 and 10 are longitudinal sectional views showing the gas-liquid mixing apparatus according to
図9および図10に示す本実施の形態2の気液混合装置1Bは、旋回流生成手段としての固定翼8が入口部3内に設置されていること以外は、実施の形態1の気液混合装置1と同様である。本実施の形態2の気液混合装置1Bでは、液体が入口部3を通過する際に固定翼8によって入口部3の軸線を中心に旋回させられ、液体が旋回流となって縮径部4に流入する。縮径部4では、この旋回流が加速される。この旋回流の旋回方向は、気体導入部6から気液混合部5内に導入された気体の旋回方向と同じ方向である。このような構成により、本実施の形態2では、気液混合部5内の液流の旋回をより高速化することができるので、気液混合部5内で旋回する液流に誘引されるようにして気体通路6aからの気体が気液混合部5内に導入されるという効果がより顕著に発揮される。よって、液流が気体をせん断破砕する効率をさらに向上することができ、気体溶解量および微細気泡生成量もさらに増大させることができる。
The gas-
図11は、入口部3内に設置された固定翼8の斜視図である。図11に示すように、本実施の形態2では、複数(図示の構成では2枚)の固定翼8が設けられており、各固定翼8は、流路(入口部3)の内壁に固定されている。このような固定翼8を液体が通過する時に液流がねじられて旋回流が形成される。固定翼8の上流側の端部は、液体の進行方向TDと略並行に形成される。そして、固定翼8は、下流側に向かって進行方向TDに略垂直な方向に立ち上がる円弧形状をなすように形成される。この円弧形状の弦角は小さいほど液体の進行方向TDに対して急速な立ち上がり形状になるため、高速の旋回流速を形成することができる点で好ましい。その一方で、弦角が小さい翼形状では、圧力損失が高くなってしまい、また、流路の開口面積は小さくなるために毛髪などの異物が翼間に詰まりやすくなる。図示の構成では、2枚の固定翼8間に、異物が通過可能な隙間10を設けていることにより、異物の詰まりを抑制することができる。
FIG. 11 is a perspective view of the fixed
以上説明した実施の形態1および2の気液混合装置によれば、気液の合流圧力損失を低減して、気体導入部6から気体を効率良く導入することができる。そのため、気液の混合効率を向上することができ、微細化される気体の量も増大することができる。
According to the gas-liquid mixing apparatus of the first and second embodiments described above, the gas-liquid converging pressure loss can be reduced and the gas can be efficiently introduced from the
実施の形態1および2の気液混合装置を含め、本発明の気液混合装置は、気体を空気、液体を水とすることで、微細気泡発生装置として好適に用いることが可能である。また、本発明の気液混合装置は、微細気泡発生装置に限らず、例えば、工場の製造工程における部品洗浄装置や、生体活性化を目的とした溶存酸素富化装置などとしても好ましく用いることができる。
The gas-liquid mixing apparatus of the present invention, including the gas-liquid mixing apparatus of
また、本発明の気液混合装置では、気体導入部を複数設け、複数の気体導入部が気液混合部の周方向の異なる位置に繋がるように構成しても良い。そのようにして気体導入部を複数設けることにより、液体と気体との接触面積が増加するため、気体の溶解量がさらに増大し、微細化される気体の量もさらに増大する。 Moreover, in the gas-liquid mixing apparatus of this invention, you may comprise so that multiple gas introduction parts may be provided and several gas introduction parts may be connected to the position where the circumferential direction of a gas-liquid mixing part differs. By providing a plurality of gas introducing portions in this manner, the contact area between the liquid and the gas increases, so that the amount of dissolved gas further increases and the amount of gas to be refined further increases.
実施の形態3.
次に、図12を参照して、本発明の実施の形態3について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図12は、本発明の風呂給湯装置の実施の形態を示す構成図である。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 12. The description will focus on the differences from the above-described embodiment, and the same or corresponding parts will be described with the same reference numerals. Omitted. FIG. 12 is a block diagram showing an embodiment of the bath water heater of the present invention.
図12に示すように、本実施の形態3の風呂給湯装置150は、熱源機としてのヒートポンプユニット110と、タンクユニット120とを備えている。ヒートポンプユニット110は、冷媒を圧縮する圧縮機11と、放熱器に相当する沸き上げ用熱交換器12と、膨張弁13と、蒸発器14と、これらを環状に接続する循環配管15とによって構成された冷凍サイクル部17を有している。冷凍サイクル部17では、二酸化炭素等の冷媒が圧縮機11で圧縮されて高温、高圧となった後に沸き上げ用熱交換器12で放熱し、膨張弁13で減圧され、蒸発器14で吸熱してガス状態となって圧縮機11に吸入される。冷媒として二酸化炭素を用いる場合、高圧側では該二酸化炭素の臨界圧を超える条件下で運転することが好ましい。
As shown in FIG. 12, the
一方、タンクユニット120は、貯湯タンク20、給水管路30、貯湯用循環管路40、タンク側循環管路50、風呂側循環管路60、追焚き用熱交換器70、第1給湯管路75、風呂側湯水混合弁80a、一般側湯水混合弁80b、第2給湯管路90、第3給湯管路95等を有している。
On the other hand, the
貯湯タンク20は、給水管路30から供給される水を貯留すると共にヒートポンプユニット110で沸き上げられた湯を貯留する積層式のタンクである。この貯湯タンク20の下部には、給水管路30が接続される水導入口20aと、貯湯用循環管路40の往き管40aが接続される水導出口20bとが設けられている。貯湯タンク20の上部には、貯湯用循環管路40の戻り管40bが接続される温水導入口20cと、第1給湯管路75が接続される温水導出口20dとが設けられている。貯湯タンク20は、給水管路30からの給水により常に満水状態に保たれる。
The hot
図示を省略しているが、貯湯タンク20の上部には、貯湯タンク20からタンク側循環管路50、第1給湯管路75に流入する湯の温度を検出するための温度センサが取り付けられている。また、貯湯タンク20の周面部には、貯湯タンク20内の湯水の温度を検出するための複数の温度センサが互いに異なる取付け高さをもって取り付けられている。
Although not shown, a temperature sensor for detecting the temperature of hot water flowing from the hot
給水管路30は、市水等の水を貯湯タンク20、風呂側湯水混合弁80a、一般側湯水混合弁80b、および一般給湯先180に供給する管路であり、減圧弁25と第1〜第3給水管部30a〜30cとを有している。減圧弁25は、第1給水管部30aの途中に設けられて、水道等の水源からの水圧を所定値に減じる。第1給水管部30aは、水源と貯湯タンク20の水導入口20aとを繋ぎ、第2給水管部30bは、減圧弁25で第1給水管部30aから分岐して該第1給水管部30aと風呂側湯水混合弁80a、一般側湯水混合弁80bとを繋ぎ、第3給水管部30cは、減圧弁25の上流側で第1給水管部30aから分岐して該第1給水管部30aと一般給湯先180とを繋ぐ。図示を省略しているが、第2給水管部30bには、該第2給水管部30b内の水の温度を検出するための温度センサが設けられている。
The
一般給湯先180とは、使用者が手で直接操作して開栓する(センサを感応させて開栓する場合を含む)給湯先であり、例えば、洗面台や流し台の蛇口、浴室のシャワー等である。
The general
貯湯用循環管路40は、貯湯タンク20下部の水導出口20bからヒートポンプユニット110の沸き上げ用熱交換器12を経由して貯湯タンク20上部の温水導入口20cに達する管路であり、貯湯用送水ポンプ33および電動式の三方弁35が設けられた往き管40aと、戻り管40bと、三方弁35で往き管40aから分岐したバイパス管40cとを有している。上記の往き管40aは水導出口20bと沸き上げ用熱交換器12とを繋ぎ、戻り管40bは沸き上げ用熱交換器12と温水導入口20cとを繋ぎ、バイパス管40cは三方弁35と戻り管40bとを繋ぐ。
The hot water
タンク側循環管路50は、貯湯タンク20上部の温水導出口20dから追焚き用熱交換器70を経由して貯湯タンク20下部に達する管路であり、往き管50aと、タンク側送水ポンプ45が設けられた戻り管50bとを有している。往き管50aは温水導出口20dと追焚き用熱交換器70上部の温水導入口70aとを繋ぎ、戻り管50bは追焚き用熱交換器70下部の温水導出口70bと貯湯タンク20の下部とを繋ぐ。
The tank-
風呂側循環管路60(風呂循環路)は、浴槽170から追焚き用熱交換器70を経由して浴槽170に戻る管路であり、往き管60aおよび戻り管60bを有している。往き管60aは浴槽170と追焚き用熱交換器70下部の浴水導入口70cとを繋ぎ、戻り管60bは追焚き用熱交換器70上部の浴水導出口70dと浴槽170とを繋ぐ。往き管60aには、追焚き用熱交換器70側から上流側(浴槽170側)に向かって、フロースイッチ53、水位センサ55、および風呂側送水ポンプ57がこの順番で設けられている。また、図示を省略しているが、当該往き管60aには、該往き管60a内の湯水の温度を検出するための温度センサも設けられている。
The bath-side circulation line 60 (bath circulation line) is a line that returns from the
フロースイッチ53は、往き管60aでの水流の有無を検出する。水位センサ55は、該水位センサ55の取付け位置を基準にした往き管60a内の水圧から浴槽170での浴水の水位を検出する。風呂側送水ポンプ57は、浴槽170内から浴水を導出して風呂側循環管路60に循環させ、浴槽170内に戻す。そして、図示を省略した上記の温度センサは、往き管60a内の浴水の温度を検出する。往き管60aおよび戻り管60bと、浴槽170との連結部には、浴槽アダプタ165が設けられている。
The flow switch 53 detects the presence or absence of water flow in the
浴槽アダプタ165内には、往き管60aと戻り管60bとが接続できるように2つの配管接続部が備えられている。浴槽アダプタ165と戻り管60bとの接続部の付近の戻り管60bの途中には、本発明の気液混合装置が第一の微細気泡発生装置1Dとして配置されている。第一の微細気泡発生装置1Dの構成としては、例えば、前述した実施の形態1または2の気液混合装置を適用することができる。第一の微細気泡発生装置1Dが備える気体導入部6に連通する吸気部には、開閉可能な電磁弁61が設けられている。
In the
往き管60aの下流端付近(追焚き用熱交換器70の浴水導入口70cと、フロースイッチ53との間)には、第二の微細気泡発生装置54が配置されている。第二の微細気泡発生装置54の吸気部には、開閉可能な電磁弁56が設けられている。風呂側湯水混合弁80aと往き管60aとを接続する第2給湯管路90の途中には、第三の微細気泡発生装置58が配置されている。第三の微細気泡発生装置58の吸気部には、開閉可能な電磁弁59が設けられている。第二の微細気泡発生装置54および第三の微細気泡発生装置58は、本発明の気液混合装置で構成されていなくても良いが、自然吸気方式の微細気泡発生装置で構成されている。
Near the downstream end of the
風呂給湯装置150は、制御部100と、浴室や台所の壁等に設置されるリモコン装置101とをさらに備えている。使用者は、リモコン装置101にて、給湯温度の設定や各種運転モードの設定等を行うことができる。制御部100は、上述した各センサで検出された情報、および、リモコン装置101から送信された情報に基づいて、ヒートポンプユニット110、貯湯用送水ポンプ33、三方弁35、タンク側送水ポンプ45、風呂側送水ポンプ57、風呂側湯水混合弁80a、一般側湯水混合弁80b、電磁弁61,56,59を制御することにより、風呂給湯装置150の各種の動作制御を行う。
The
浴槽170に給湯する場合には、貯湯タンク20から供給される高温の湯と給水管路30から供給される水とが風呂側湯水混合弁80aにて設定温度となるように混合され、その混合された湯が第2給湯管路90、風呂側循環管路60を通って送られ、浴槽アダプタ165を介して浴槽170内に供給される。
When hot water is supplied to the
一般給湯先180に給湯する場合には、貯湯タンク20から供給される高温の湯と給水管路30から供給される水とが一般側湯水混合弁80bにて設定温度となるように混合され、その混合された湯が第3給湯管路95を通って送られて一般給湯先180に供給される。
When hot water is supplied to the general
浴槽170内の浴水を保温または昇温する追焚き運転時には、タンク側送水ポンプ45および風呂側送水ポンプ57が駆動される。これにより、浴槽170から浴槽アダプタ165を通って往き管60aに吸入された浴水が追焚き用熱交換器70に送られ、貯湯タンク20からはタンク側循環管路50により高温の湯が追焚き用熱交換器70に供給され、追焚き用熱交換器70にて浴水が加熱される。この加熱された浴水は、戻り管60bを通って浴槽170へ戻り、浴槽アダプタ165から浴槽170内に流入する。この際、第一の微細気泡発生装置1Dの電磁弁61を開くことにより、第一の微細気泡発生装置1Dにて空気を浴水中に混合し、大量の微細気泡を発生させて浴槽170内に供給することができる。風呂側送水ポンプ57を継続して駆動することにより、第一の微細気泡発生装置1Dにて連続して微細気泡を発生することができるため、浴槽170内の微細気泡濃度を増大化することができる。この際、タンク側送水ポンプ45を駆動せずに風呂側送水ポンプ57のみを駆動し、追焚き運転を伴わずに第一の微細気泡発生装置1Dから浴槽170内に微細気泡を供給する運転のみを行っても良い。
During the reheating operation in which the bath water in the
また、風呂給湯装置150は、入浴後に浴槽170内の浴水を排水するときには、第二の微細気泡発生装置54の電磁弁56を開き、風呂側送水ポンプ57を駆動することにより、第二の微細気泡発生装置54にて発生した微細気泡を追焚き用熱交換器70および戻り管60b内に供給し、これらの内部の皮脂汚れを洗浄除去する機能を有している。このような構成の場合に、風呂側循環管路60において第二の微細気泡発生装置54の下流側に位置する第一の微細気泡発生装置1Dの圧力損失が仮に大きいとすると、第二の微細気泡発生装置54内で負圧が形成されにくくなり、第二の微細気泡発生装置54の自然吸気が困難となるという問題がある。これに対し、本発明の気液混合装置で構成された第一の微細気泡発生装置1Dは、圧力損失が低いという特長を有しているため、第二の微細気泡発生装置54内で負圧が形成されにくくなることがなく、第二の微細気泡発生装置54の自然吸気を良好に行うことができる。
Moreover, when draining the bath water in the
また、風呂給湯装置150は、入浴後に浴槽170内の浴水を排水するときには、第2給湯管路90から注水しながら第三の微細気泡発生装置58の電磁弁59を開くことにより、第三の微細気泡発生装置58にて発生した微細気泡を往き管60a内に供給し、その内部の皮脂汚れを洗浄除去する機能を有している。
Moreover, when draining the bath water in the
1,1A,1B 気液混合装置、1D 第一の微細気泡発生装置、2 リング部、3 入口部、4 縮径部、4a 最小内径部、5 気液混合部、5a 上流端、6 気体導入部、6a 気体通路、6b 内壁、7 拡径部、8 固定翼、10 隙間、11 圧縮機、12 沸き上げ用熱交換器、13 膨張弁、14 蒸発器、15 循環配管、16 気体導入部、16a 気体通路、17 冷凍サイクル部、18 乱流促進部、20 貯湯タンク、20a 水導入口、20b 水導出口、20c 温水導入口、20d 温水導出口、25 減圧弁、30 給水管路、30a 第1給水管部、30b 第2給水管部、30c 第3給水管部、33 貯湯用送水ポンプ、35 三方弁、40 貯湯用循環管路、40a 往き管、40b 戻り管、40c バイパス管、45 タンク側送水ポンプ、50 タンク側循環管路、50a 往き管、50b 戻り管、53 フロースイッチ、54 第二の微細気泡発生装置、55 水位センサ、56 電磁弁、57 風呂側送水ポンプ、58 第三の微細気泡発生装置、59 電磁弁、60 風呂側循環管路、60a 往き管、60b 戻り管、61 電磁弁、70 追焚き用熱交換器、70a 温水導入口、70b 温水導出口、70c 浴水導入口、70d 浴水導出口、75 第1給湯管路、80a 風呂側湯水混合弁、80b 一般側湯水混合弁、90 第2給湯管路、95 第3給湯管路、100 制御部、101 リモコン装置、110 ヒートポンプユニット、120 タンクユニット、150 風呂給湯装置、165 浴槽アダプタ、170 浴槽、180 一般給湯先 1, 1A, 1B gas-liquid mixing device, 1D first fine bubble generating device, 2 ring portion, 3 inlet portion, 4 reduced diameter portion, 4a minimum inside diameter portion, 5 gas-liquid mixing portion, 5a upstream end, 6 gas introduction Part, 6a gas passage, 6b inner wall, 7 expanded diameter part, 8 fixed blade, 10 gap, 11 compressor, 12 heat exchanger for boiling, 13 expansion valve, 14 evaporator, 15 circulation piping, 16 gas introduction part, 16a gas passage, 17 refrigeration cycle section, 18 turbulence promotion section, 20 hot water storage tank, 20a water inlet, 20b water outlet, 20c hot water inlet, 20d hot water outlet, 25 pressure reducing valve, 30 water supply line, 30a first 1 water supply pipe section, 30b second water supply pipe section, 30c third water supply pipe section, 33 hot water storage water pump, 35 three-way valve, 40 hot water circulation circuit, 40a forward pipe, 40b return pipe, 40c bypass pipe, 45 Tank side water pump, 50 Tank side circulation line, 50a Outward pipe, 50b Return pipe, 53 Flow switch, 54 Second microbubble generator, 55 Water level sensor, 56 Solenoid valve, 57 Bath side water pump, 58 3rd Microbubble generator, 59 solenoid valve, 60 bath side circulation line, 60a forward pipe, 60b return pipe, 61 solenoid valve, 70 heat exchanger for reheating, 70a hot water inlet, 70b hot water outlet, 70c bath water Inlet port, 70d bath water outlet port, 75 first hot water supply line, 80a bath side hot water mixing valve, 80b general side hot water mixing valve, 90 second hot water supply line, 95 third hot water supply line, 100 control unit, 101 remote control Equipment, 110 heat pump unit, 120 tank unit, 150 bath water heater, 165 bathtub adapter, 170 bathtub, 180
Claims (12)
前記液体の進行方向に向かって内径が縮小する縮径部と、
前記縮径部の下流側に、前記縮径部に対し同心的に設けられ、前記縮径部の最小内径より大きい内径を有する気液混合部と、
前記気液混合部の内部に連通する気体通路を有し、該気体通路を通して前記気液混合部の内部に前記気体を導入する気体導入部と、
前記気体通路に設けられ、前記気体の流れを乱す乱流促進部と、
を備え、
前記乱流促進部は、前記気体通路の長手方向の一部において前記気体通路の内壁に設けられた凹部と凸部との少なくとも一方で構成されている気液混合装置。 A gas-liquid mixing device that is provided in a liquid flow path and introduces and mixes gas into the liquid,
A reduced diameter portion whose inner diameter is reduced toward the traveling direction of the liquid;
A gas-liquid mixing part provided concentrically with the reduced diameter part on the downstream side of the reduced diameter part and having an inner diameter larger than a minimum inner diameter of the reduced diameter part;
A gas passage that communicates with the interior of the gas-liquid mixing section, and a gas introduction section that introduces the gas into the gas-liquid mixing section through the gas passage;
A turbulence promoting part provided in the gas passage, for disturbing the flow of the gas;
With
The turbulent flow promoting unit is a gas-liquid mixing device configured by at least one of a concave portion and a convex portion provided on an inner wall of the gas passage in a part of a longitudinal direction of the gas passage.
前記複数の前記気体導入部は、前記気液混合部の周方向の異なる位置に繋がっている請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の気液混合装置。 A plurality of the gas introduction parts are provided,
The gas-liquid mixing device according to any one of claims 1 to 7, wherein the plurality of gas introduction units are connected to different positions in the circumferential direction of the gas-liquid mixing unit.
前記風呂循環路内の湯水を循環させる循環ポンプと、
前記風呂循環路の途中に設けられた請求項1乃至11のいずれか一項に記載の気液混合装置と、
を備える風呂給湯装置。 A bath circuit that circulates hot water derived from the bath and returns it to the bath,
A circulation pump for circulating hot water in the bath circulation path;
The gas-liquid mixing device according to any one of claims 1 to 11, provided in the middle of the bath circulation path,
A bath water heater equipped with.
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