JP6584688B1

JP6584688B1 - 水循環回路システム

Info

Publication number: JP6584688B1
Application number: JP2018546044A
Authority: JP
Inventors: 茂飯島; 執行　和浩; 和浩執行; 野田　清治; 清治野田; 吉田　純; 純吉田; 一隆鈴木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-04-13
Filing date: 2018-04-13
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2038-04-13
Also published as: CN111936217A; JPWO2019198227A1; WO2019198227A1; DE112018007470B4; CN111936217B; DE112018007470T5

Abstract

異物捕捉装置は、容器部と、容器部の側面に設けられ、水を容器部内に流入させる入口部と、入口部よりも上方に設けられ、水を容器部外に流出させる出口部と、入口部の対向位置に入口部から離隔して配置され、容器部内に流入した水の流れを遮るメッシュと、入口部よりも下方かつ容器部の底部に設けられ、メッシュに遮られた水に含まれる異物を重力の作用により捕捉する捕捉部と、を備えたものである。

Description

本発明は、水中に含まれる異物を捕捉するための水循環回路システムに関するものである。

熱交換器は、空調・冷熱機器に対して必要不可欠な技術である。自然界では近接する２つの流体間に温度差が生じると、温度勾配に沿った熱移動が生じる。なお、この場合の流体とは、液体および気体のことを指す。熱交換器は、この熱移動を利用し、任意の流体を加熱または冷却することを意図して設計されたものである。

熱交換器は、２流体の間に熱伝導率の高い金属を伝熱面として挟むことで流体の混合を防ぎ、効率のよい熱交換を実現する。熱交換器には多くの種類があり、多管式、コイル式、二重管式、プレート式、スパイラル式などがある。熱交換を行う流体は、一般に熱媒体または冷媒と呼ばれ、主にフルオロカーボン、アンモニアなどが用いられる。

空調・冷熱機器の中には、熱媒体として水を用いた熱交換器を有する製品があり、そのような製品は水熱交換器と呼ばれる。水熱交換器を含む循環回路を持つ製品に、鉄製部品が接続されると、循環水中の溶存酸素が酸化剤として作用し、酸化反応が起き、錆が生じることがある。また、水熱交換器を含む循環回路を持つ製品を施工する際に、金属粉が流路内に残存することもある。

このように、水循環回路内に錆、金属粉などの異物が存在すると、熱交換器に付着して熱交換効率を低下させたり、水循環回路中の部品に傷を付けたりすることがある。そのため、空調・冷熱機器の水循環回路中の循環水から異物を除去する必要がある。

従来、原子炉の給水配管内において、遠心力、重力、および、慣性力を利用して異物を捕捉する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、第一例として、入口部の水平方向の水の流れを鉛直方向上側に曲げ、入口部に対向する位置に障害物を置き、その底部に捕捉部を設けることにより、異物を捕捉する技術が紹介されている。また、第二例として、給水配管の一部分の全断面に、つまり流路断面の全部を覆うように網目構造、メッシュ構造、多孔質板、波板、パンチプレートなどのフィルタ類を設置することにより、異物を捕捉する技術が紹介されている。

特開２００５−１４０７１１号公報

特許文献１の第一例では、入口部と捕捉部とが同等の大きさであるにもかかわらず捕捉部に障害物が置かれているため、流路が狭まっている。そのため、水の流れは障害物に衝突し、流動状態が乱れることになるが、その後流速が増加して異物が巻き上げられ、外部に流れ出てしまうという課題があった。また、第二例では、流路断面の全部を覆うようにフィルタ類を設置しているが、そうすると長期間使用した場合に流路が閉塞し、圧力損失が増加するという課題があった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、捕捉した異物の巻き上がりを抑制するとともに、長期間使用しても圧力損失が増加するのを抑制することができる水循環回路システムを提供することを目的としている。

本発明に係る水循環回路システムは、金属製部品が接続してある水循環回路を循環する水に含まれる錆又は金属粉を異物として除去する異物捕捉装置を備えた水循環回路システムにおいて、前記異物捕捉装置は、容器部と、前記容器部の側面に設けられ、水を前記容器部内に流入させる入口部と、前記容器部における前記入口部よりも上方に設けられ、前記水を前記容器部外に流出させる出口部と、前記入口部の対向位置に前記入口部から離隔して配置され、前記容器部内に流入した前記水の流れを遮るメッシュと、前記入口部よりも下方かつ前記容器部の底部に設けられ、前記メッシュに遮られた前記水に含まれる異物を重力の作用により捕捉する捕捉部と、を備え、前記メッシュの上端は、前記出口部よりも下方に位置するものである。

本発明に係る水循環回路システムの異物捕捉装置によれば、容器部内に流入した水の流れを遮るメッシュと、入口部よりも下方かつ容器部の底部に設けられ、メッシュに遮られた水に含まれる異物を重力の作用により捕捉する捕捉部と、を備えている。そのため、この異物捕捉装置は、捕捉した異物の巻き上がりを抑制するとともに、長期間使用しても圧力損失が増加するのを抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る異物捕捉装置の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。本発明の実施の形態２に係る異物捕捉装置のメッシュの表面構造を拡大した模式図である。本発明の実施の形態２に係る異物捕捉装置のメッシュの変形例の表面構造を拡大した模式図である。本発明の実施の形態３に係る異物捕捉装置の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。本発明の実施の形態４に係る異物捕捉装置の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。本発明の実施の形態４に係る異物捕捉装置による異物捕捉メカニズムを説明する第一の図である。本発明の実施の形態４に係る異物捕捉装置による異物捕捉メカニズムを説明する第二の図である。本発明の実施の形態４に係る異物捕捉装置による異物捕捉メカニズムを説明する第三の図である。本発明の実施の形態４に係る異物捕捉装置による異物捕捉メカニズムを説明する第四の図である。本発明の実施の形態５に係る異物捕捉装置の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。本発明の実施の形態６に係る異物捕捉装置の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。本発明の実施の形態７に係る異物捕捉装置の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。本発明の実施の形態８に係る異物捕捉装置の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。本発明の実施の形態９に係る異物捕捉装置の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。本発明の実施の形態９の変形例に係る異物捕捉装置の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。本発明の実施の形態１０に係る異物捕捉装置の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。本発明の実施の形態１０の変形例に係る異物捕捉装置の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。本発明の実施の形態１１に係る異物捕捉装置の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。本発明の実施の形態１１の変形例に係る異物捕捉装置の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。本発明の実施の形態１２に係る異物捕捉装置の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。本発明の実施の形態１３に係る異物捕捉装置の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。本発明の実施の形態１３の変形例に係る異物捕捉装置の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。本発明の実施の形態１４に係る異物捕捉装置の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。本発明の実施の形態１５に係る水循環回路の構成を示す概略図である。本発明の実施の形態１５の変形例に係る水循環回路の構成を示す概略図である。本発明の実施の形態１６に係る水循環回路の構成を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る異物捕捉装置１００の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。なお、図１において、黒色の矢印は異物６の動きを示している。
本実施の形態１に係る異物捕捉装置１００は、図１に示すように外郭を構成する中空円筒形状の容器部１を備えている。なお、図１では、容器部１の４つの角がそれぞれ直角となっているが、それに限定されることはない。容器部１の角はそれぞれ丸みを帯びた形状となっていてもよく、後述する図４〜図２３でも同様である。

容器部１の側面には、水を容器部１内に流入させる入口部２が設けられている。入口部２よりも上方かつ容器部１の頂上部には、容器部１内に流入した水を容器部１外に流出させる出口部３が設けられている。入口部２から容器部１の中心軸に延びる直線上かつ入口部２から離隔した位置には、容器部１内に流入した水の流れを遮るメッシュ５が配置されている。つまり、入口部２の対向位置に入口部２から離隔してメッシュ５が配置されている。

このメッシュ５は板状を有し、平面視して入口部２に対して垂直に設けられている。また、メッシュ５は、平面視してその長辺が入口部２から容器部１の中心軸に延びる直線に対して垂直に設けられている。入口部２の延長線上に対してメッシュ５が垂直に存在することから、容器部１に流入した水がメッシュ５に垂直に衝突する効果を有する。また、入口部２よりも下方かつ容器部１の底部には、メッシュ５に遮られた水に含まれる異物６を重力の作用により捕捉する捕捉部４が設けられている。

容器部１内において、入口部２から出口部３までの流路が形成されるが、メッシュ５は、入口部２から離隔された位置に配置されているため、流路断面の全部を覆わないようになっている、つまり流路断面の一部のみを覆うようになっている。

次に、本実施の形態１に係る異物捕捉装置１００による水中の異物６の捕捉方法について説明する。
まず異物６が含まれた循環水などの水が入口部２から容器部１内に流入する。容器部１内に流入した水は、入口部２から容器部１の中心軸に延びる直線上かつ入口部２から離隔した位置に配置されたメッシュ５の入口部２側（以下、入口側と称する）に衝突し、あらゆる方向に分散する。つまり、メッシュ５の入口側に衝突した水の一部はメッシュ５を通過することなく上方に流れ、出口部３から容器部１外に排出される。また、水の一部はメッシュ５の表面に沿ってあらゆる方向に流れる。他の一部は、メッシュ５を通過し、メッシュ５の入口部２とは反対側（以下、反対側と称する）に流れ込む。このとき、水と同じ流速を持った異物６は、慣性力によってメッシュ５を通過し、メッシュ５の反対側に流れ込む。

メッシュ５の反対側に流れ込んだ水は、メッシュ５の入口側への衝突により減速して入口部２と対向する容器部１の内壁に当たり、上方、下方の２つの流れに分かれる。下方に流れる水は、捕捉部４において容器部１の底面と平行な向きに流れ、メッシュ５の出口側への衝突により減速した後、水の入口部２の直下に流れる。このとき異物６は、メッシュ５の入口側への衝突により減速しているため自重で沈降し、入口部２よりも下方かつ容器部１の底部に設けられた捕捉部４まで低下する。そして、捕捉部４において容器部１の底面と平行な向きに流れ、メッシュ５を通過して入口部２の直下に集められる。

なお、入口部２の直下では上方への水の流れが形成されるが、その段階では水の流速は０に近くなっているため、入口部２の直下に集められた異物６が巻き上げられることはない。

また、入口部２より下方においては水の出口が無いため、入口部２の上方に比べて圧力損失が大きく、水の流入量は小さくなる。一方、入口部２より上方においては水の出口が存在するため、入口部２の下方に比べて圧力損失が小さく、水の流入量は大きくなる。つまり、水の流入量は下方よりも上方の方が大きくなる。この効果を高めるため、容器部１内において入口部２より上方の部分の容積を下方の部分の容積よりも大きくし、入口部２より上方の圧力損失をさらに小さくするとよい。

このように、入口部２から容器部１の中心軸に延びる直線上かつ入口部２から離隔した位置にメッシュ５を配置することで、異物捕捉装置１００を、容器部１内に流入した水がメッシュ５を通過することなく上方に流れ、出口部３から容器部１外に排出される構造とする。そうすることで、圧力損失の増加を抑制することができる。また、メッシュ５の開口部が閉塞しても水の流路が確保されるため、圧力損失は増加しない。

なお、本実施の形態１に係る異物捕捉装置１００の材料については特に限定するものではないが、加工性を考慮して銅、ステンレス、アルミニウム、黄銅などの非磁性体の金属、または、樹脂材料を使用するとよい。また、メッシュ５は、金属線を編み込んだ金網、板状の金属に複数の穴を開けたパンチングメタル、多数の孔を持つように設計した樹脂成形品など、複数の穴を持つ板状の構造物である。

以上、本実施の形態１に係る異物捕捉装置１００は、容器部１と、容器部１の側面に設けられ、水を容器部１内に流入させる入口部２と、入口部２よりも上方に設けられ、水を容器部１外に流出させる出口部３と、入口部２の対向位置に入口部２から離隔して配置され、容器部１内に流入した水の流れを遮るメッシュ５と、入口部２よりも下方かつ容器部１の底部に設けられ、メッシュ５に遮られた水に含まれる異物６を重力の作用により捕捉する捕捉部４と、を備えたものである。

本実施の形態１に係る異物捕捉装置１００によれば、容器部１内に流入した水の流れを遮るメッシュ５と、入口部２よりも下方かつ容器部１の底部に設けられ、メッシュ５に遮られた水に含まれる異物６を重力の作用により捕捉する捕捉部４と、を備えている。そのため、捕捉した異物６の巻き上がりを抑制するとともに、長期間使用しても圧力損失が増加するのを抑制することができる。

なお、本実施の形態１では、容器部１が中空円筒形状である例を示したが、それに限定されず、四角柱、三角柱などの柱状であってもよい。また、メッシュ５が板状を有し、平面視して入口部２に対して垂直に設けられているとしたが、それに限定されるものではない。入口部２の延長線上にメッシュ５が存在することで、メッシュ５は水を遮り、異物６を自重で沈降させる効果がある。また、入口部２は容器部１の側面に対して垂直に設けられているが、容器部１の側面に対する入口部２の角度は、垂直に限定されるものではない。容器部１の側面に入口部２が存在することで、入口部２から浸入した水がメッシュ５に衝突するため、前記の異物６を沈降させる効果を持つ。また、出口部３が容器部１の頂上部に設けられているが、それに限定されることはなく、入口部２よりも上方であれば、容器部１の側面に設けられていてもよい。

実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２について説明するが、実施の形態１と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図２は、本発明の実施の形態２に係る異物捕捉装置１００のメッシュ５の表面構造を拡大した模式図である。図３は、本発明の実施の形態２に係る異物捕捉装置のメッシュ５の変形例の表面構造を拡大した模式図である。
実施の形態１で説明した異物６を沈降させる効果を発揮させるには、メッシュ５の平均開口径を、捕捉対象とする異物６の平均粒子径よりも大きくするとよい。なお、ここでいう平均開口径とは、図２に示すメッシュ５の開口部７の開口径ｒ５の算術平均によって求められる値を表し、平均粒子径とは、図２に示す異物６の粒子径ｒ６の算術平均によって求められる値を表す。

なお、図２ではメッシュ５の開口部７の形状が円形の例を示したが、図３に示すようにメッシュ５の開口部７の形状を正方形としてもよい。この場合の平均開口径とは、図３に示すメッシュ５の開口部７の円相当径によって求められる値を表す、円相当径とは、開口部７の面積に相当する真円の直径を計算した値である。なお、開口部７の形状として円、正方形の例を示したが、これに限定されることなく、三角形、四角形、五角形などの形状としてもよく、いずれの場合も開口部７の円相当径が粒子径よりも大きくなればよい。

既存のフィルタでは捕捉対象の異物６を通過させないことで、表面上に異物６を捕捉するが、本実施の形態２に係るメッシュ５では、捕捉対象の異物６を通過させることが重要である。そのため、メッシュ５の平均開口径を、捕捉対象の異物６の平均粒子径よりも大きくする必要がある。望ましくは、メッシュ５の平均開口径を、捕捉対象の異物６の平均粒子径の１０倍以上とし、異物６がメッシュ５を容易に通過できるようにするとよい。

なお、本実施の形態２に係る異物６は、空調・冷熱機器における水循環回路で発生するものを想定しており、捕捉対象の異物６としては、水循環回路中で発生する鉄さび、および、施工時に内部に残存した金属粉が想定される。そして、それら鉄さびおよび金属粉の平均粒子径としては、１００μｍ以下が想定される。

また、本実施の形態２に係る異物捕捉装置１００は、空調・冷熱機器よりもさらに巨大な装置系での使用も可能であり、その場合は捕捉対象の異物６の平均粒子径に合わせたメッシュ５の設計が必要となる。

また、本実施の形態２に係る異物捕捉装置１００においては、メッシュ５の開口部７が閉塞しないことが重要である。捕捉対象とする異物６としては、磁性粒子および非磁性粒子の両方が想定される。そのため、メッシュ５の材料としては、銅、非磁性体のステンレス、アルミニウム、黄銅などの非磁性体の金属、または、樹脂材料を使用するといい。

実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３について説明するが、実施の形態１および２と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１および２と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図４は、本発明の実施の形態３に係る異物捕捉装置１０１の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。なお、図４において、白抜きの矢印は水の流れを、黒色の矢印は異物６の動きをそれぞれ示している。
図４に示すように、容器部１の内径ｒ１を入口部２の開口径ｒ２よりも大きくすることにより、異物捕捉装置１０１の捕捉性能を向上させることができる。これは、入口部２における流速よりも、捕捉部４における流速を減少させることで、異物６の重力沈降を促進させるとともに、捕捉部４に沈降した異物６の巻き上がりを抑制する効果がある。また、メッシュ５による異物６の沈降促進との相乗効果によって、異物捕捉装置１００の捕捉性能を向上させることができる。

実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４について説明するが、実施の形態１〜３と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜３と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図５は、本発明の実施の形態４に係る異物捕捉装置１０２の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。
図５に示すように、本実施の形態４に係るメッシュ８は中空円筒形状を有しており、容器部１の中央部に鉛直方向に配置されている。このようにメッシュ８を配置することで、異物捕捉装置１００の捕捉効果を向上させることができる。

メッシュ８の固定方法としては、容器部１の底面にメッシュ８を溶接する方法と、メッシュ８と容器部１の内壁との間に３〜４本の支柱（図示せず）を水平方向に設置する方法とがある。なお、本実施の形態４に係るメッシュ８の開口径は、実施の形態２で説明したメッシュ５の開口径ｒ５と同じである。

図６は、本発明の実施の形態４に係る異物捕捉装置１０２による異物捕捉メカニズムを説明する第一の図である。図７は、本発明の実施の形態４に係る異物捕捉装置１０２による異物捕捉メカニズムを説明する第二の図である。図８は、本発明の実施の形態４に係る異物捕捉装置１０２による異物捕捉メカニズムを説明する第三の図である。図９は、本発明の実施の形態４に係る異物捕捉装置１０２による異物捕捉メカニズムを説明する第四の図である。なお、図６〜図９において、白抜きの矢印は水の流れを、黒色の矢印は異物６の動きをそれぞれ示している。

以下、本実施の形態４に係る異物捕捉装置１０２による異物捕捉メカニズムを、図６〜図９を用いて説明する。
図６に示すように、水および水に含まれる異物６は、入口部２から容器部１内に流れ込む。容器部１内に流れ込んだ水および異物６は、その後メッシュ８に達し、水の大部分はメッシュ８に遮られ、メッシュ８の外周に回り込む。そのため、容器部１内の水の流速は非常に小さくなる。一方、メッシュ８の平均開口径は捕捉対象とする異物６よりも十分大きいため、異物６は慣性力によってメッシュ８の内部に流れ込む。

ここで、メッシュ８の開口率は、メッシュ８の外周に水が回りこむ効果を発揮するように設計する必要がある。そのためには、メッシュ８の周辺部の圧力損失と、メッシュ８の開口部を通過するときの圧力損失とを比較して、後者の方が大きくなるように設計するとよい。ここでは、以下の数式を満たすように設計すればよい。Δｐ_１はメッシュ８の周辺部においてメッシュ８の厚みと同じ距離を水が通過するときの圧力損失、Δｐ_２はメッシュ８の開口部を水が通過するときの圧力損失を示す。

ここで、各記号は以下を表している。
λ：管摩擦係数、L：メッシュの開口部の厚さ、d：異物捕捉装置の入口部の内径、ρ：水の密度、v：流速、ζ：縮流係数

なお、管摩擦係数λは、レイノルズ数の値から化工便覧、機械便覧などを用いて求められる。また、縮流係数ζは、メッシュ８の開口率の値から化工便覧、機械便覧などを用いて求められる。

このとき、Δｐ_１、Δｐ_２が下記の数式（３）の関係を満たせば、メッシュ８の外周による水を回り込む効果を発揮する。

そこで、数式（１）〜（３）より数式（４）の関係が求められる。この数式（４）を満たすようにメッシュ８の開口率を設計すればよい。

図７は、異物６がメッシュ８の内部に入った後の挙動を示している。異物６はメッシュ８の水平方向に初速ｖ_０を持っている。ここで、メッシュ８の内部は水の流れが遮られ、水は存在するが水平方向に速度を持たないものとする。このとき、水の進行方向とは反対側に生じる粘性抵抗と異物６との間の力のつりあいを計算し、メッシュ８の内部で水平方向の異物６の速度が０となるように、メッシュ８の奥行き、すなわち内径を決めるとよい。そのためには力のつりあいの式を立てる。

水の粘性抵抗はストークスの法則から

また、加速度と力との関係より

式（５）のＦ_ｆと、式（６）のＦ_ｖとがつりあうとすると

ここで、各記号は以下を表している。
μ：水の粘度、R：異物の半径、ｍ：異物の質量、v：速度、a：加速度、t：時間、ｖ₀：初速、x：異物の位置

また、速度、加速度の定義より以下のようになる。

式（８）の微分方程式を解くと以下のようになる。

このとき、ｘの最大値は以下のようになる。

そこでメッシュ８の内径ｄ_ｍは以下の式を満足すればよい。

図８は、図６でメッシュ８の外周に回りこんだ水が、メッシュ８の入口部２とは反対側（以下、反対側と称する）で再び合流する態様を示している。図８に示すように、メッシュ８の反対側で水が合流する際に衝突することで、水の勢いは低減される。

図９は、メッシュ８の反対側で水が合流した後を示している。図９に示すように、メッシュ８の反対側で水が合流した後、大部分の水は出口部３のある上方に向かい、それより少ない一部の水が捕捉部４のある下方に向かう。捕捉部４においても水の流れの大部分はメッシュ８に遮られ、外周に回りこみ、さらに水の勢いは低減され、入口部２の直下で再び合流するが、すでに流速は非常に小さくなっている。

一方、異物６は水の流れに乗って入口部２の直下まで移動するが、入口部２の直下において流速は非常に小さく、異物６を巻き上げることはなくなり、異物６が捕捉され続けることになる。このとき、メッシュ８は容器部１の中央部に存在するのみであり、圧力損失は大きくならない。また、メッシュ８の開口部が閉塞しても水の流路は確保されるので、異物捕捉装置１０２の圧力損失の増加を抑制することができる。

なお、本実施の形態４では、メッシュ８が容器部１の中央部に鉛直方向に配置された例を示したが、それに限定されず、入口部２の延長線上にメッシュが存在すればよい。入口部２の延長線上にメッシュ８が存在することで、メッシュは水を遮り、異物６を自重で沈降させる効果がある。

実施の形態５．
以下、本発明の実施の形態５について説明するが、実施の形態１〜４と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜４と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図１０は、本発明の実施の形態５に係る異物捕捉装置１０３の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。
実施の形態４では、容器部１の底面に中空円筒形状を有するメッシュ８を溶接する方法について説明したが、メッシュ８は入口部２から流れ込む水の流れを遮る効果があればよい。そのため、メッシュ８は、入口部２の開口径よりも大きな高さを持っていれば、入口部２の下端より下方の部分は存在しなくてもよい。そこで、本実施の形態５に係るメッシュ８は、図１０に示すように入口部２の下端より下方の部分が存在しない。そして、入口部２の開口径よりも大きな高さを持つメッシュ８が、入口部２と同じ高さに設置されている。

メッシュ８の固定方法としては、メッシュ８と容器部１の内壁との間に３〜４本の支柱９を水平方向に設置するとよい。この場合でも、実施の形態４で説明したメッシュ８による水の流れを遮る効果は有効であり、異物６をメッシュ８の内部で重力沈降させる。なお、捕捉部４にはメッシュ８は存在しないが、捕捉部４における流速は小さいため、異物６は入口部２の直下に捕捉され続ける。

実施の形態６．
以下、本発明の実施の形態６について説明するが、実施の形態１〜５と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜５と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図１１は、本発明の実施の形態６に係る異物捕捉装置１０４の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。
実施の形態４では、メッシュ８を中空円筒形状としたが、水の流れを遮る効果および異物６をメッシュ８の内部に留める効果をより高めるため、図１１に示すように、メッシュ８の内部に充填物１０を充填させてもよい。ここで言う充填物１０とは、例えば螺旋状金属繊維、多孔質体、繊維状フィルタ、反応塔などに充填されるラシヒリング、および、サドル型充填物を指す。なお、充填物１０の開口径は、メッシュ８の平均開口径と同等またはそれ以上とするとよい。また、メッシュ８の内部に充填物１０を充填させる場合、充填物１０の流出を防止するため、フタを設置してもよい。

メッシュ８の内部に充填物１０を充填することで、メッシュ８の内部への水の浸入を抑制することができる。さらに、メッシュ８の内部では、異物６が充填物１０の表面に沿って沈降するようになるため、メッシュ８の内部に異物６がとどまる効果を高めることができる。

実施の形態７．
以下、本発明の実施の形態７について説明するが、実施の形態１〜６と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜６と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図１２は、本発明の実施の形態７に係る異物捕捉装置１０５の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。
実施の形態６では、中空円筒形状のメッシュ８の内部に充填物１０を充填したが、それと同等の効果を発揮させるために、上記のメッシュ８に代えて、図１２に示すように多層のロール形状を有するメッシュ１１を配置してもよい。多層のロール形状を有するメッシュ１１の開口径は、中空円筒形状を有するメッシュ８と同等にすればよく、メッシュ８と同じ材料のものを多層状に丸めて形成すればよい。このメッシュ１１による効果は実施の形態６と同等である。つまり、メッシュ１１の内部への水の浸入を抑制することができるとともに、メッシュ１１の内部では、ロール形状の表面に沿って異物６が沈降するようになるため、メッシュ８の内部に異物６がとどまる効果を高めることができる。なお、メッシュ１１は、多層のロール形状ではなく単層のロール形状を有していてもよい。

実施の形態８．
以下、本発明の実施の形態８について説明するが、実施の形態１〜７と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜７と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図１３は、本発明の実施の形態８に係る異物捕捉装置１０６の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。
実施の形態４〜７では、円筒形状を有するメッシュ８、１１を使用したが、メッシュ５の形状は円筒形状に限定される必要はない。メッシュ５に円錐、三角柱、三角錐、四角柱、四角錘など立体的な構造を持たせて、入口部２から容器部１の中心軸に延びる直線上かつ入口部２から離隔した位置に配置すればよい。また、メッシュ５自体が容器部１の底面に接して自立している必要もなく、図１３に示すように、球の一部の形状を有するメッシュ５を入口部２から離隔して、容器部１に接着するように配置してもよい。

実施の形態９．
以下、本発明の実施の形態９について説明するが、実施の形態１〜８と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜８と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図１４は、本発明の実施の形態９に係る異物捕捉装置１０７の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。図１５は、本発明の実施の形態９の変形例に係る異物捕捉装置１００の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。
実施の形態１〜８では異物捕捉装置１００の出口部３は、入口部２よりも上方かつ容器部１の頂上部に設けられている構成としたが、図１４に示す異物捕捉装置１０７のように、出口部３を入口部２よりも上方かつ容器部１の側面に設けてもよい。

メッシュ８に捉えられずに容器部１の上部に達した異物６は、鉛直方向上向きの流速を持っているが、出口部３が容器部１の側面に配置されている場合、流れの向きが直角に変化しない限り異物６は外に排出されない。そこで、出口部３を容器部１の側面に配置することで、メッシュ８に捉えられずに容器部１の上方に流れ込んだ異物６が出口部３から容器部１へ排出されるのを抑制する効果を発揮する。

さらにこの効果を高めるためには、図１５に示す異物捕捉装置１０８のように、容器部１の頂上部を円錐台形または半球状にするとよい。鉛直方向上向きの流速を持って容器部１の上部に達した粒子は、頂上部の形状を円錐台形または半球状にすることで、鉛直方向下向きの流速を持つようになる。これにより、メッシュ８に捕捉されずに上方に達した異物６が、入口部２からメッシュ８に至る水の流れに再度突入する可能性が高まり、異物捕捉装置１０８の捕捉性能を高めることができる。

実施の形態１０．
以下、本発明の実施の形態１０について説明するが、実施の形態１〜９と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜９と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図１６は、本発明の実施の形態１０に係る異物捕捉装置１０９の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。図１７は、本発明の実施の形態１０の変形例に係る異物捕捉装置１１０の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。
異物６の捕捉性能を高める方法として、図１６に示す異物捕捉装置１０９のように、入口部２の前段に水平方向に延びた整流管１２を設置するとよい。

実施の形態１〜９で説明した異物捕捉装置１００〜１０８では、入口部２から流れ込んだ水がメッシュ８に達しやすくなるように、入口部２から水平方向に水が流れ込むのが望ましい。しかし、異物捕捉装置１０９を水循環回路内に設置する際の位置によっては、下向きまたは上向きの速度成分を持って水が流入することも考えられる。下向きの速度成分を持つ例としては、図１７に示すように鉛直方向下向きの流路の最下部に異物捕捉装置１１０が設置された場合が挙げられる。そこで、水の入口部２の前段に水平方向に延びた整流管１２を設置する。そうすることで、助走区間を設け、鉛直方向の速度成分を打ち消すことができ、入口部２から流れ込んだ水をメッシュ８に達しやすくすることができる。

実施の形態１１．
以下、本発明の実施の形態１１について説明するが、実施の形態１〜１０と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜１０と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図１８は、本発明の実施の形態１１に係る異物捕捉装置１１１の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。図１９は、本発明の実施の形態１１の変形例に係る異物捕捉装置１１２の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。
異物６の捕捉効率を高める方法として、図１８に示すように邪魔板１３を設置し、巻き上がりを防止する構造としてもよい。ここでは実施の形態４からの捕捉効率を向上させた例を示す。

邪魔板１３の設置位置としては、入口部２とメッシュ８との間に設置すればよい。実施の形態４で説明したとおり、捕捉部４に達した異物６は水の流れに乗って入口部２の直下に集まる。そのため、入口部２とメッシュ８との間でかつ、入口部２の下端より低く、容器部１の底面より高い位置に、入口部２の内径よりも入口部２側の幅が大きい邪魔板１３を設置することで、巻き上がりを抑制する効果がある。また、入口部２からメッシュ８までの間の水の流れを水平に保つガイドとしての効果もある。なお、邪魔板１３の設置位置としては、望ましくは入口部２の下端から容器部１の底面までの距離をＨとすると、Ｈ／２よりも高い位置にするとよい。

また、それ以外にも図１９に示すように、邪魔板１３を異物捕捉装置１１２の入口部２より下方で、メッシュ８以外の領域を覆うように設置してもよい。異物６はメッシュ８の内部を沈降するが、水の流れは邪魔板１３の効果によりごく一部しか捕捉部４に達しない。そのため、捕捉部４における水の流速は小さく、異物６が巻き上げられることはなく、捕捉効率を向上させることができる。

実施の形態１２．
以下、本発明の実施の形態１２について説明するが、実施の形態１〜１１と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜１１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図２０は、本発明の実施の形態１２に係る異物捕捉装置１１３の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。
メンテナンス性を向上させるために、図２０に示すように異物捕捉装置１１３の捕捉部４に異物回収用のコック１４を設置し、捕捉した異物６を回収する異物回収機能を備えてもよい。長期間使用した場合、異物６の捕捉効率が低減する可能性もあるため、望ましくは定期的に異物６を回収するとよい。コック１４の設置位置としては、捕捉部４の中で特に異物６が集まる入口部２の直下が最適である。

実施の形態１３．
以下、本発明の実施の形態１３について説明するが、実施の形態１〜１２と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜１２と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図２１は、本発明の実施の形態１３に係る異物捕捉装置１１４の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。図２２は、本発明の実施の形態１３の変形例に係る異物捕捉装置１１５の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。
図２１に示すように異物捕捉装置１１４の容器部１内に水を加熱するヒーターエレメント１５を配置し、水の温度調整機能を備えてもよい。異物捕捉装置１１４が水の温度調整機能を備えることで、水循環回路内の部品を減らし、省スペース化する効果がある。

また、図２２に示すように異物捕捉装置１１５の容器部１内のヒーターエレメント１５を、容器部１の入口部２より上方の位置に螺旋状に配置すると、メッシュ８の効果を妨害することなく、より出力が大きい温度調整機能を備えることができる。それ以外にも棒状またはＵ字状のヒーターエレメント１５を使用してもよい。

実施の形態１４．
以下、本発明の実施の形態１４について説明するが、実施の形態１〜１３と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜１３と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図２３は、本発明の実施の形態１４に係る異物捕捉装置１１６の鉛直方向断面の模式図および平面視した模式図である。
図２３に示すように異物捕捉装置１１６に空気抜き管１６を設置してもよい。異物捕捉装置１１６に空気抜き管１６を設置することで、水循環回路内の部品を減らし、省スペース化する効果がある。なお、ここで言う空気抜き管１６とは、水循環回路中で発生した気体を回路外に排出する働きがある。空気抜き管１６の設置場所としては、気体は上方に向かうため、容器部１の頂上部がよい。また、本実施の形態１４では、図２３に示すように容器部１の上面かつ出口部３の左側に空気抜き管１６が設置されている例を示したが、それに限定されず、容器部１の上面であればいずれの位置に設置されていてもよい。

実施の形態１５．
以下、本発明の実施の形態１５について説明するが、実施の形態１〜１４と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜１４と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図２４は、本発明の実施の形態１５に係る水循環回路２００の構成を示す概略図である。図２５は、本発明の実施の形態１５の変形例に係る水循環回路２０１の構成を示す概略図である。
図２４は、実施の形態１に係る異物捕捉装置１００を搭載した水循環回路２００の例として、異物捕捉装置１００を、給湯器に設置した例を示す。給湯器においては水を熱媒体として使用したものがあり、このときの水を循環水と呼ぶ。この循環水は、主にポンプ１７と熱交換器１８、１９、空気抜き機構２０、室外機２１、加熱装置２２を備えた水循環回路２００の中を流れる。

ポンプ１７は循環水を流すために用いられ、熱交換器１８は室外機２１によって加熱された冷媒と熱交換を行い、循環水を加熱する。また、循環水をさらに加熱する必要がある環境では、加熱装置２２を備える。熱交換器１９によって、循環水と水道水とが熱交換を行い、水道水が加熱され、ユーザーに温水を提供する。

また、図２５に示すように、循環水の追加の加熱が不要な環境では、水循環回路２０１が加熱装置２２を備えない場合もある。この循環水の回路の配管およびその他の部品は、経年劣化によって錆が生じることが懸念される。また、敷設工事の際に配管内に金属の削りかす、砂などが残存することで異物６となり、循環水の回路および部品を傷付けること、そして、熱交換器１８、１９に付着して熱効率を低下させることが懸念される。

そこで、実施の形態１に係る異物捕捉装置１００を給湯器に設置すると、循環水中の異物６を捕捉し、循環回路の部品を保護することにつながり、製品寿命を延ばすことが可能であり、長期間使用時の圧力損失の増加も抑制できる。なお、本実施の形態１５は実施の形態１に係る異物捕捉装置１００のみでなく、実施の形態２〜１４で示した異物捕捉装置１０１〜１１６も使用することができる。

図２４に示した加熱装置２２を必要とする水循環回路２００については、実施の形態１３で示した異物捕捉装置１１４、１１５を使用すれば、加熱装置２２を省略することができる。また、実施の形態１４で示した異物捕捉装置１１６を使用すれば、空気抜き機構２０を省略することができる。

給湯器の使用方法としては、給湯器のスイッチをＯＮにすることで、室外機２１、ポンプ１７、加熱装置２２が稼働する。これによって、ポンプ１７を備えた循環回路に充填された循環水が加熱される。熱交換器１９を介して、加熱された循環水によって水道水が加熱され、使用者に温水を提供する。なお、ポンプ１７によって送水するには回路中の空気を抜く必要がある。据え付け後に水を入れる場合や加熱運転時に水が気化することで気体が発生する場合などに、ポンプ１７内部に空気が溜まるとポンプ１７が正常に稼働しなくなるため、空気抜き機構２０を使用して空気を抜く。

なお、実施の形態１４で示した空気抜き管１６を備える異物捕捉装置１１６を使用すると、水循環回路２００、２０１から空気抜き機構２０を省略することができる。

実施の形態１６．
以下、本発明の実施の形態１６について説明するが、実施の形態１〜１５と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜１５と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図２６は、本発明の実施の形態１６に係る水循環回路２０２の構成を示す概略図である。
図２６は、実施の形態１に係る異物捕捉装置１００を搭載した水循環回路２０２の例として、異物捕捉装置１００を、暖房機能を持つ給湯器に設置した例を示す。本実施の形態１６に係る給湯器の水循環回路２０２では、循環水をラジエーター２３に通して、放熱によって室内の暖房機能を持たせたものである。このような暖房機能を持つ給湯器についても、実施の形態１に係る異物捕捉装置１００を搭載すると、循環水中の異物６を捕捉し、循環回路の部品を保護することにつながり、製品寿命を延ばすことが可能であり、圧力損失の増加も防止できる。なお、本実施の形態１６は実施の形態１に係る異物捕捉装置１００のみでなく、実施の形態２〜１４で示した異物捕捉装置１０１〜１１６も使用することができる。

なお、実施の形態１４で示した空気抜き管１６を備える異物捕捉装置１１６を使用すると、水循環回路２０２から空気抜き機構２０を省略することができる。

なお、実施の形態１〜１４で示した異物捕捉装置１０１〜１１６の各特徴は、適宜組み合わせることができる。

１容器部、２入口部、３出口部、４捕捉部、５メッシュ、６異物、７開口部、８メッシュ、９支柱、１０充填物、１１メッシュ、１２整流管、１３邪魔板、１４コック、１５ヒーターエレメント、１６空気抜き管、１７ポンプ、１８熱交換器、１９熱交換器、２０空気抜き機構、２１室外機、２２加熱装置、２３ラジエーター、１００〜１１６異物捕捉装置、２００〜２０２水循環回路。

Claims

金属製部品が接続してある水循環回路を循環する水に含まれる錆又は金属粉を異物として除去する異物捕捉装置を備えた水循環回路システムにおいて、
前記異物捕捉装置は、
容器部と、
前記容器部の側面に設けられ、水を前記容器部内に流入させる入口部と、
前記容器部における前記入口部よりも上方に設けられ、前記水を前記容器部外に流出させる出口部と、
前記入口部の対向位置に前記入口部から離隔して配置され、前記容器部内に流入した前記水の流れを遮るメッシュと、
前記入口部よりも下方かつ前記容器部の底部に設けられ、前記メッシュに遮られた前記水に含まれる異物を重力の作用により捕捉する捕捉部と、を備え、
前記メッシュの上端は、前記出口部よりも下方に位置する
水循環回路システム。
前記メッシュの平均開口径は、前記異物の平均粒子径よりも大きい
請求項１に記載の水循環回路システム。
前記容器部は中空円筒形状を有し、
前記容器部の内径は、前記入口部の開口径よりも大きい
請求項１または２に記載の水循環回路システム。
前記メッシュは中空円筒形状を有し、
前記メッシュは、前記容器部の中央部に鉛直方向に配置されている
請求項１〜３のいずれか一項に記載の水循環回路システム。
前記メッシュは、前記容器部の実質的に水平な底面に対して垂直に設けられている
請求項１〜４のいずれか一項に記載の水循環回路システム。
前記出口部は、前記容器部の頂上に設けられている
請求項１〜５のいずれか一項に記載の水循環回路システム。
前記入口部の前段に水平方向に延びた整流管が設けられている
請求項１〜６のいずれか一項に記載の水循環回路システム。
捕捉した異物を回収する異物回収機能を備えた
請求項１〜７のいずれか一項に記載の水循環回路システム。
水の温度調整機能を備えた
請求項１〜８のいずれか一項に記載の水循環回路システム。
空気抜き管を備えた
請求項１〜９のいずれか一項に記載の水循環回路システム。