JP6587691B2 - 給湯システム - Google Patents

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Description

この発明は、水を循環させながら加熱する水回路を有する給湯システムに関する。
従来から、水が流れる流路にスケールが付着等することによって、流路が閉塞する等の問題点があることが知られている。そのような問題点を解決する従来技術としては、スケールを堆積させるスケール堆積部を備えた水冷媒熱交換器が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載された水冷媒熱交換器は、水を略垂直下方に流通させる直管部分を有した高温加熱管と、高温加熱管を流通した水を水出口に導く導出管と、高温加熱管と導出管とを連通させるスケール貯留体と、を有し、スケール貯留体の、高温加熱管及び導出管との接続位置よりも低い位置に、スケール堆積部が設けられている。
特開2008−190780号公報
しかしながら、特許文献1に記載されているような従来技術では、配管の引き回しが複雑化しており、さらにスケール貯留体が大型であるため、給湯システムの構造的な制約が増加し、且つ給湯システムが大型化してしまう。
この発明は、上記のような課題を背景としてなされたものであり、スケールを捕捉するスケール捕捉体を備えた給湯システムにおいて、構造的な制約を低減し、さらに小型化を達成することを目的としている。
この発明に係る給湯システムは、水を加熱する加熱部の水流路と、加熱部で加熱された水を貯留する貯湯タンクと、が水配管で接続され、水が循環する水回路を有し、水配管の内部に位置調整自在に配設され、スケールを捕捉するスケール捕捉体を備え、スケール捕捉体は、その上流側と比較して、下流側の密度が大きいものである。
この発明によれば、水配管の内部に位置調整自在に配設されたスケール捕捉体を備えているため、スケールを捕捉するスケール捕捉体を備えた給湯システムにおいて、構造的な制約が低減され、さらに小型化が達成されている。
この発明の実施の形態1に係る給湯システムを模式的に記載した図である。 図1に記載の水配管のスケール捕捉体が配設された領域の断面を模式的に記載した図である。 図2の変形例であり、実施の形態1の変形例1を模式的に記載した図である。 図1の変形例であり、実施の形態1の変形例2を模式的に記載した図である。 図4に記載の水配管のスケール捕捉体が配設された領域の断面を模式的に記載した図である。 図4の変形例であり、実施の形態1の変形例3を模式的に記載した図である。 図1の変形例であり、実施の形態1の変形例4を模式的に記載した図である。
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略または簡略化する。また、各図に記載の構成について、その形状、大きさおよび配置等は、この発明の範囲内で適宜変更することができる。
実施の形態1.
[給湯システム]
図1は、この発明の実施の形態1に係る給湯システムを模式的に記載した図であり、図2は、図1に記載の水配管のスケール捕捉体が配設された領域の断面を模式的に記載した図である。なお、図1では、この実施の形態の理解を容易にするために、水配管7のスケール捕捉体72が配設された領域70について、断面を模式的に記載してある。この実施の形態の例の給湯システム100は、水回路12の水を循環させながら加熱し、加熱した水が利用されるものである。給湯システム100は、例えば、第1流体回路11と水回路12と加熱部4とを備えている。
[第1流体回路]
第1流体回路11は、第1流体を循環させるものであり、熱源1と、ポンプ3と、加熱部4の第1流体流路42と、が配管2で接続されて形成されている。第1流体回路11は、第1流体が密封された密閉回路である。第1流体回路11に循環させる第1流体は、例えば水またはブライン等であるが、他の流体であってもよい。熱源1は、第1流体を加熱するものであり、例えば電気ヒータまたはボイラー等を含んで構成されている。ポンプ3は、第1流体回路11に第1流体を循環させるものである。
[水回路]
水回路12は、水を循環させるものであり、貯湯タンク5と、循環ポンプ6と、加熱部4の水流路41と、が水配管7で接続されて形成されている。貯湯タンク5は、加熱部4で加熱された水を貯留するものである。貯湯タンク5には、貯湯タンク5の水を供給先へ導く供給配管9と、外部からの水を貯湯タンク5に導入する導入配管10と、が接続されている。なお、外部から貯湯タンク5に導入する水は、例えば水道水である。循環ポンプ6は、水回路12に水を循環させるものである。水配管7は、水流路41の下流側と貯湯タンク5とを接続する高温水配管7−1と、貯湯タンク5と水流路41の上流側とを接続する低温水配管7−2と、を有している。高温水配管7−1は、加熱部4で加熱された高温の水を、貯湯タンク5に導くものである。低温水配管7−2は、貯湯タンク5から流出した水を、加熱部4に導くものである。
[加熱部]
加熱部4は、水流路41に流れる水を加熱するものである。この実施の形態の例の加熱部4は、水流路41と第1流体流路42とを有し、水流路41に流れる水と第1流体流路42に流れる第1流体とを熱交換させることで、水流路41に流れる水を加熱する熱交換器である。例えば、水流路41は、水が効率良く加熱されるように、水配管7と比較して、小さい流路断面積を有している。なお、この実施の形態の例の加熱部4を形成する熱交換器は、例えばプレート熱交換器であるが、シェルアンドチューブ熱交換器等の他のタイプの熱交換器であってもよい。
[給湯システムの動作]
次に、給湯システム100の動作の一例について説明する。
例えば、まず、水を導入配管10から貯湯タンク5に導入する。貯湯タンク5の水量が、予め設定された量(例えば満水)となったのちに、熱源1、ポンプ3および循環ポンプ6を動作させる。
熱源1およびポンプ3を動作させることによって、第1流体回路11に高温の第1流体が循環する。すなわち、熱源1で加熱された第1流体は、加熱部4の第1流体流路42を流れて、水流路41の水を加熱する。水流路41の水を加熱して放熱された第1流体は、熱源1で再び加熱される。
また、循環ポンプ6を動作させることによって、水回路12に水が循環する。貯湯タンク5から流出した水は、加熱部4の水流路41を流れて加熱される。加熱部4で加熱された水は、貯湯タンク5に戻る。貯湯タンク5内の水の温度が、予め設定された温度となるまで、熱源1、ポンプ3および循環ポンプ6を動作させて、第1流体回路11の第1流体および水回路12の水を循環させながら、水を加熱する。貯湯タンク5に貯留された温水は、供給配管9を介して、例えば給湯および暖房等の用途に利用される。
[スケール捕捉体]
次に、スケール捕捉体72について説明する。水回路12を循環する水には、例えば炭酸カルシウム等のスケールの発生源となる物質が含まれており、水回路12に循環する水の温度が高くなると、スケールが析出しやすくなる。スケールが析出すると、析出したスケールが水回路12の流路に付着し、また、析出したスケールの周囲にスケールが次々と析出してスケールが大型に成長する。スケールは、水回路12の流路の閉塞を引き起こすおそれがある。また、スケールが、加熱部4の水流路41に付着した場合には、加熱部4での加熱効率が低下するという問題点もある。この実施の形態の例の水回路12では、水が給湯等の用途で利用されて水回路12の外部に排出されると、外部からの新たな水が水回路12に導入されるため、水回路12にはスケールの発生源が供給され続けることとなる。したがって、この実施の形態の例の水回路12では、上記のようなスケールの影響が大きい。そこで、この実施の形態では、水配管7の内部に、スケールを捕捉するスケール捕捉体72を配設してある。
スケール捕捉体72は、析出したスケールを付着させることで、スケールを捕捉するものである。この実施の形態の例では、スケール捕捉体72が、水配管7のうちの、高温水配管7−1の内部に配設されている。スケール捕捉体72が高温水配管7−1に配設されることによって、スケール捕捉体72が効率良くスケールを捕捉することができる。なぜなら、高温水配管7−1には、加熱部4で加熱された高温の水が流れるため、高温水配管7−1では、スケールが析出しやすい。また、スケール捕捉体72が高温水配管7−1に配設されることによって、スケールが大型に成長する前の微小なスケール核を、スケール捕捉体72が捕捉することができる。その結果、スケールの大型化が抑制されるため、水回路12の閉塞のおそれを抑制することができる。特に、この実施の形態の例では、水流路41の流路断面積が小さく形成されているため、スケールの大型化を抑制することで、水流路41の閉塞のおそれを抑制することができる。また、水流路41には、スケール捕捉体72でスケールが捕捉された後の水が流れるため、水流路41にスケールが付着することによって引き起こされる加熱効率の低減のおそれが抑制されている。
図2に示すように、スケール捕捉体72は、芯線74と、芯線74の周囲を取り囲む捕捉体76と、を含んで形成されている。この実施の形態の例のスケール捕捉体72は、芯線74と捕捉体76とが別体で構成されており、それらを固定することで形成されているが、芯線74と捕捉体76とが一体的に形成されていてもよい。スケール捕捉体72は、水配管7の内部で、位置調整自在となるように形成されている。スケール捕捉体72が水配管7の内部で位置調整自在に形成されているため、スケール捕捉体72の水配管7への配設が容易であり、さらに水配管7の構造的な制約が低減されている。この実施の形態の例では、水配管7は、円筒形状を有しており、スケール捕捉体72は、実質的に円柱形状を有している。スケール捕捉体72は、好適には、スケール捕捉体72が水配管7の内部に配設された状態で、水配管7の内径と実質的に同じ大きさの外径を有している。スケール捕捉体72の外径が水配管7の内径と実質的に同じ大きさであることで、スケールの捕捉が確実化される。
芯線74は、スケール捕捉体72の基体を構成するものである。芯線74は、例えば、ステンレスまたは銅等の金属で形成されているが、金属以外の材質で形成されていてもよい。芯線74は、好適には可撓性を有している。芯線74が可撓性を有することで、スケール捕捉体72が変形自在に形成されるため、スケール捕捉体72の水配管7への配設が容易となる。なお、スケール捕捉体72は、芯線74を省略して形成されることもできるが、スケール捕捉体72が、芯線74を有して形成されることで、スケール捕捉体72の水配管7への配設が容易となる。また、スケール捕捉体72が、芯線74を有して形成されることで、芯線74に固定された捕捉体76の伸縮または変形等が抑制されるため、捕捉体76の密度が変化するおそれを抑制することができる。
捕捉体76は、析出したスケールを付着させて捕捉するものであり、この実施の形態の例では、芯線74から外方に突出するブラシを含んで形成されている。つまり、この実施の形態の例のスケール捕捉体72は、例えば、複数本の芯線74の間に、捕捉体76を構成するブラシ材を挟んで、ねじり上げて形成されたネジリブラシである。捕捉体76を構成するブラシ材は、例えば、ステンレス、銅、ナイロン、またはシリコン等で形成されている。なお、捕捉体76は、ブラシを含んで構成されるものに限定されず、例えば、スポンジ等の多孔質材料を含んで構成されることもできる。
スケール捕捉体72は、その密度を高くすることによって、スケールの捕捉を確実化することができるものの、スケール捕捉体72の密度を高くすると、流動抵抗が増加してしまう。また、スケール捕捉体72の密度を高くすると、スケールを捕捉したスケール捕捉体72によって、流動抵抗がさらに増加し、さらには流路が閉塞するおそれが高まる。そこで、この実施の形態では、スケール捕捉体72が配設された領域70における、水配管7の流路の体積のうちの、スケール捕捉体72が占める割合を5%以下としてある。このように、スケール捕捉体72の流路体積に対する充填率を5%以下とすることによって、流動抵抗が過大となるおそれ、および流路が閉塞するおそれが抑制される。なお、この実施の形態の例では、スケール捕捉体72が、水配管7の内部で、位置調整自在となるように形成されており、スケール捕捉体72の長さについて、選択の自由度が向上されている。スケール捕捉体72の長さを調整することで、スケール捕捉体72の表面積を、スケールの捕捉が確実化されるように調整することができるため、流動抵抗の増加および流路の閉塞のおそれを抑制しつつ、スケールの捕捉を確実化することができる。
上記のように、この実施の形態の例に係る給湯システム100は、水を加熱する加熱部4の水流路41と、加熱部4で加熱された水を貯留する貯湯タンク5と、が水配管7で接続され、水が循環する水回路12を有し、水配管7の内部に位置調整自在に配設され、スケールを捕捉するスケール捕捉体72を備えたものである。この実施の形態の例では、スケール捕捉体72がスケールを捕捉するため、スケールによって水回路12が閉塞するおそれ、および加熱部4の水流路41にスケールが付着して水の加熱効率が低下するおそれ等が抑制されている。さらに、この実施の形態の例では、スケール捕捉体72が、水配管7の内部で、位置調整自在となるように形成されているため、水回路12の構造的な制約が低減されている。つまり、スケール捕捉体72を配設する水配管7に、拡管加工または縮管加工等を施し、または、スケール捕捉体72を収容するための構成を追加する必要性がない。その結果、この実施の形態によれば、構造的な制約が低減され、さらに小型化が達成された給湯システム100が得られる。
また、この実施の形態の例では、スケール捕捉体72が、水配管7の内径と実質的に同じ大きさの外径を有しているため、スケールの捕捉が確実化されている。
また、この実施の形態の例では、スケール捕捉体72が、芯線74と、芯線74に固定され、芯線74の周囲を覆う捕捉体76と、を含んで形成されている。スケール捕捉体72が、芯線74を含んで形成されることで、スケール捕捉体72の水配管7への配設が容易となる。また、スケール捕捉体72が、芯線74を有して形成されることで、芯線74に固定された捕捉体76の伸縮または変形等が抑制されるため、捕捉体76の密度が変化するおそれが抑制されている。例えば、捕捉体76は、芯線74に固定され、芯線74から外方に突出するブラシを含んで構成されており、スケール捕捉体72をネジリブラシのような単純な構成で実現することができる。なお、ネジリブラシで構成されるスケール捕捉体72では、捻られた芯線74に、捕捉体76を形成するブラシが狭持されている。
また、この実施の形態の例では、スケール捕捉体72が、水配管7のうちの、水流路41の下流側と貯湯タンク5とを接続する高温水配管7−1の内部に配設されているため、スケール捕捉体72が効率良くスケールを捕捉することができる。さらに、スケール捕捉体72が高温水配管7−1に配設されることによって、スケールの大型化が抑制されるため、水回路12の閉塞のおそれ等が抑制されている。特に、この実施の形態の例では、例えば加熱部4がプレート熱交換器を含んで構成されており、加熱部4の水流路41が、水配管7と比較して、流路断面積が小さく形成されている。スケールの大型化を抑制することで、流路断面積が小さく形成された水流路41の閉塞のおそれを抑制することができる。
また、この実施の形態の例では、スケール捕捉体72が配設された領域70における、水配管7の流路の体積のうちの、スケール捕捉体72が占める割合を5%以下としてある。スケール捕捉体72の流路体積に対する充填率を5%以下とすることによって、流動抵抗が過大となるおそれ、および流路が閉塞するおそれが抑制される。なお、この実施の形態の例では、スケール捕捉体72が、水配管7の内部で、位置調整自在となるように形成されており、スケール捕捉体72の長さについての自由度が向上されている。スケール捕捉体72の長さを調整することで、スケール捕捉体72の表面積を、スケールの捕捉が確実化されるように調整することができるため、流動抵抗の増加のおそれおよび流路の閉塞のおそれを抑制しつつ、スケールの捕捉を確実化することができる。
なお、この実施の形態は、上記で説明したものに限定されず、例えば以下で説明するような変形例を有している。
[変形例1]
図3は、図2の変形例であり、実施の形態1の変形例1を模式的に記載した図である。変形例1では、図3に示すように、スケール捕捉体72Aは、その上流側(図3における右側)と比較して、下流側(図3における左側)の密度が大きく形成されている。つまり、図2に記載の実施の形態1の例では、スケール捕捉体72が、水が流れる方向の上流から下流にかけて、実質的に同じ充填率を有するものであったが、変形例1のスケール捕捉体72Aでは、図3に示すように、水が流れる方向の下流側の充填率が、上流側の充填率と比較して、大きくなっている。変形例1のように、スケール捕捉体72Aが、上流側を粗とし、下流側を密として形成されることによって、スケール捕捉体72Aが、その全長に渡って、スケールを均一的に捕捉することができる。なぜなら、スケール捕捉体72Aが配設された領域70Aにおいて、スケールは下流側に流れながら徐々に捕捉されていくため、上流側の方が下流側と比較してスケールの量が多く、さらに上流側の温度が下流側の温度と比較して高いため、スケールは、スケール捕捉体72Aの上流側で捕捉されやすい。したがって、スケール捕捉体72Aの上流側を粗とし、下流側を密とすることによって、スケールがスケール捕捉体72Aの全長に渡って均一的に捕捉される。その結果、この実施の形態によれば、スケール捕捉体72Aの上流側での、捕捉したスケールよって引き起こされる、流動抵抗の増加のおそれ、および流路の閉塞のおそれ等が抑制される。したがって、変形例1によれば、スケール捕捉体72の長寿命化が実現されている。さらに、変形例1によれば、スケール捕捉体72Aの下流側が密に形成されているため、スケールの捕捉が確実化されている。
[変形例2]
図4は、図1の変形例であり、実施の形態1の変形例2を模式的に記載した図であり、図5は、図4に記載の水配管のスケール捕捉体が配設された領域の断面を模式的に記載した図である。変形例2では、図4および図5に示すように、水配管7が曲部を有し、スケール捕捉体72が、水配管7の曲部を含む領域70Bに配設されている。つまり、図1に記載の実施の形態1の例は、スケール捕捉体72が、水配管7の直線形状部の領域70に配設されたものであったが、変形例2では、図4および図5に示すように、スケール捕捉体72が、水配管7の曲部を含む領域70Bに配設されている。上記のように、スケール捕捉体72が変形自在に形成されることによって、変形例2のように、スケール捕捉体72を水配管7の曲部を含む領域70Bに配設することができる。したがって、変形例2によれば、水配管7のスケール捕捉体72が配設される領域の自由度が向上されているため、水配管7の引き回しの制約等が低減されている。その結果、この実施の形態によれば、給湯システム100の構造上の制約が低減されており、さらに給湯システム100の小型化が実現されている。また、変形例2では、スケール捕捉体72が、水配管7の曲部を含む領域70Bに配設されているため、スケール捕捉体72が水配管7の内部に安定的に配設されている。なお、変形例2においては、スケール捕捉体72が芯線74を含んで構成されることによって、スケール捕捉体72の水配管7への設置が容易となり、さらに捕捉体76の密度が変化するおそれが抑制される。
[変形例3]
図6は、図4の変形例であり、実施の形態1の変形例3を模式的に記載した図である。図4に記載の変形例2では、スケール捕捉体72が、水配管7の部分的な領域70Bに配設されていたが、変形例3では、図6に示すように、スケール捕捉体72が、水配管7のうちの、水流路41の下流側と貯湯タンク5とを接続する高温水配管7−1の実質的に全体に渡って配設されている。スケール捕捉体72が、高温水配管7−1の内部に配設されることで、スケールが効率良く捕捉され、さらにスケールの大型化が抑制される。さらに、スケール捕捉体72が、高温水配管7−1の実質的に全体に渡って配設されることによって、スケール捕捉体72が配設された領域70B−1における、スケール捕捉体72の充填率を低減させることができるため、流動抵抗の増加のおそれおよび流路の閉塞のおそれを抑制しつつ、スケールの捕捉を確実化することができる。
[変形例4]
図7は、図1の変形例であり、実施の形態1の変形例4を模式的に記載した図である。図1に記載の実施の形態1の例では、ヒータまたはボイラー等の熱源1で加熱された水またはブライン等の第1流体を利用して、水回路12の水を加熱する給湯システム100の例について説明したが、変形例4の給湯システム100Aでは、冷媒を利用して、水回路12の水を加熱する。つまり、変形例4の熱源1Aは、膨脹装置31と熱源側熱交換器32と圧縮機33とを含んで構成されており、給湯システム100Aは、熱源1Aと、加熱部4の冷媒流路42Aと、が冷媒配管2Aで接続された冷媒回路11Aを有している。圧縮機33で圧縮された高温の冷媒は、冷媒流路42Aを流れて、水流路41の水を加熱して、凝縮する。冷媒流路42Aを流れて凝縮した冷媒は、膨脹装置31で膨脹されて、熱源側熱交換器32に流れる。熱源側熱交換器32を流れて蒸発した冷媒は、圧縮機33に流入し再び圧縮される。
この発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々に改変することができる。すなわち、上記の実施の形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成に代替させてもよい。さらに、その配置について特に限定のない構成要件は、実施の形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。
例えば、上記では、スケール捕捉体72が、水配管7のうちの、高温水配管7−1に配設された例についての説明を行ったが、スケール捕捉体72は、高温水配管7−1に代えて低温水配管7−2のみに配設されていてもよく、高温水配管7−1および低温水配管7−2に配設されていてもよい。
また例えば、上記では、加熱部4が、流体同士を熱交換させる熱交換器を含んで構成された例について説明したが、加熱部4は、水流路41の水を直接的に加熱するボイラーまたは電熱線のようなものを含んで構成されることもできる。
また例えば、図3に記載の変形例1のスケール捕捉体72Aを、図4〜図7に記載の変形例2〜変形例4に適用することもできる。
また例えば、上記の変形例2および変形例3では、図4〜図6に示すように、スケール捕捉体72が、水配管7の1つの曲部を含む領域に配設された例について説明したが、スケール捕捉体72は、水配管7の2つ以上の曲部を含む領域に配設されることもできる。
1 熱源、1A 熱源、2 配管、2A 冷媒配管、3 ポンプ、4 加熱部、5 貯湯タンク、6 循環ポンプ、7 水配管、7−1 高温水配管、7−2 低温水配管、9 供給配管、10 導入配管、11 第1流体回路、11A 冷媒回路、12 水回路、31 膨脹装置、32 熱源側熱交換器、33 圧縮機、41 水流路、42 第1流体流路、42A 冷媒流路、70 領域、70A 領域、70B 領域、70B−1 領域、72 スケール捕捉体、72A スケール捕捉体、74 芯線、76 捕捉体、100 給湯システム、100A 給湯システム。

Claims (10)

  1. 水を加熱する加熱部の水流路と、前記加熱部で加熱された前記水を貯留する貯湯タンクと、が水配管で接続され、前記水が循環する水回路を有し、
    前記水配管の内部に位置調整自在に配設され、スケールを捕捉するスケール捕捉体を備え、
    前記スケール捕捉体は、その上流側と比較して、下流側の密度が大きい、
    給湯システム。
  2. 前記スケール捕捉体は、前記水配管の内径と同じ大きさの外径を有する、
    請求項1に記載の給湯システム。
  3. 前記スケール捕捉体は、芯線と、前記芯線に固定され、前記芯線の周囲を覆う捕捉体と、を含む、
    請求項1または請求項2に記載の給湯システム。
  4. 前記捕捉体は、前記芯線に固定され、前記芯線から外方に突出するブラシを含む、
    請求項3に記載の給湯システム。
  5. 前記スケール捕捉体は、捻られた前記芯線に、前記ブラシが狭持されたネジリブラシである、
    請求項4に記載の給湯システム。
  6. 前記スケール捕捉体が、前記水配管のうちの、前記水流路の下流側と前記貯湯タンクとを接続する高温水配管の内部に配設された、
    請求項1〜請求項5の何れか一項に記載の給湯システム。
  7. 前記水流路は、前記水配管と比較して、流路断面積が小さい、
    請求項1〜請求項6の何れか一項に記載の給湯システム。
  8. 前記スケール捕捉体が配設された領域における、前記水配管の流路の体積のうちの、前記スケール捕捉体が占める割合が5%以下である、
    請求項1〜請求項7の何れか一項に記載の給湯システム。
  9. 前記水配管は曲部を有し、
    前記スケール捕捉体が、前記曲部を含む領域に配設された、
    請求項1〜請求項8の何れか一項に記載の給湯システム。
  10. 前記スケール捕捉体が、前記水配管のうちの、前記水流路の下流側と前記貯湯タンクとを接続する高温水配管の全体に渡って配設されている、
    請求項1〜請求項9の何れか一項に記載の給湯システム。
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