JP7317153B1 - 異物除去装置 - Google Patents

Abstract

本発明の一側面に係る異物除去装置は、配管内の流体に含まれる異物をトラップ部内の旋回流を用いて除去する異物除去装置であり、流入部と分離部と流出部とを備える。流入部は、流体をトラップ部内に流入させる。分離部は、筒状構造を有し、流入部から流入した流体を筒状構造の内側を流れる旋回流の内側流体と筒状構造の外側を流れる旋回流の外側流体とに分離する。流出部は、分離部が分離した外側流体をトラップ部内から流出させる。

Description

本発明は、配管内の流体に含まれる異物を除去する異物除去装置に関する。

配管内の流体に含まれる異物を除去する際に、旋回流と重力沈降とを利用して異物除去を行う異物除去装置が知られている（例えば、特許文献１）。当異物除去装置は、旋回流と重力沈降とを利用し、例えば、配管内に流れる水等の流体に含まれ得る鉄錆、不溶性塩、腐食生成物等の異物の除去を行い、配管内のダメージ抑制に貢献する。

異物除去装置は、例えば、鉄製ラジエータおよび鉄製配管等が使用された循環水回路を有するヒートポンプ式の給湯暖房システムに用いられる。循環水回路の鉄製ラジエータおよび鉄製配管等は、循環水回路内の流体に鉄錆等の異物を発生し得る。そのため異物除去装置は、鉄錆等の流体より比重の重い異物の除去に使用される。

特公昭５４－０１２６５９号公報

流体が流れる回路においては、流体より比重の重い鉄錆等の異物に加え、流体より比重の軽い空気等の異物も発生し得る。例えば、上述したようなヒートポンプ式の給湯暖房システムにおいては、給湯暖房システムの稼働に依存した温度上昇によって、回路中の流体内に溶存していた空気が気泡として発生し得る。発生した気泡がポンプへ影響する虞もあるため、気泡のような流体よりも比重の軽い異物もより適切に除去できる異物除去装置が求められていた。

本発明は、上記のような事情を鑑みてなされたものであり、鉄錆等の流体より比重の重い異物の除去を可能としつつも、気泡のような流体よりも比重の軽い異物の除去能力がより向上した異物除去装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る異物除去装置は、循環水回路の配管内の流体に含まれる異物をトラップ部内の旋回流を用いて除去する異物除去装置において、前記流体を前記トラップ部内に流入させる流入部と、前記トラップ部の上方に接続された筒状構造を有し、前記流入部から流入した前記流体を前記筒状構造の内側を流れる前記旋回流の内側流体と前記筒状構造の外側を流れる前記旋回流の外側流体とに分離する分離部と、前記分離部が分離した前記外側流体を前記トラップ部内から前記循環水回路へ流出させる流出部と、前記分離部の上方に備えられ、前記流体に含まれ前記流体よりも比重の軽い第２異物を捕捉する第２異物捕捉部と、を備え、前記流出部は、前記流入部よりも上方に配置されており、前記トラップ部の外周面に設けられ、前記流出部の管軸方向は、前記トラップ部の前記外周面から前記トラップ部の外側に向かって水平方向に延びており、前記分離部の下端は、前記流入部の内壁の最上部以上に高い位置にあり、前記流出部の内壁の最下部は、前記分離部の下端以上に高い位置にあり、前記流出部は、前記第２異物が除去された前記流体を前記トラップ部内から流出させる。

本発明の一側面によれば、流体より比重の重い鉄錆等の異物の除去を可能としつつも、気泡のような流体よりも比重の軽い異物の除去能力がより向上した異物除去装置を提供することが可能となる。

実施の形態１に係る異物除去装置を模式的に示す垂直方向断面図である。 実施の形態１に係る異物除去装置を模式的に示す水平方向断面図である。

以下、図面を参照し、本願が開示する異物除去装置の実施の形態を詳細に説明する。具体的には、配管内の流体に含まれる異物をトラップ部内の旋回流を用いて除去する異物除去装置について、鉄錆等の流体より比重の重い第１異と物気泡のような流体よりも比重の軽い第２異物とを分離する一例を用いて説明する。なお、以下に示す実施の形態は一例であり、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る異物除去装置１を模式的に示す垂直方向断面図である。図２は、実施の形態１に係る異物除去装置１を模式的に示す水平方向断面図である。異物除去装置１は、水等の流体が流れる回路に設置される。異物除去装置１は、流入した流体に含まれる異物を除去して流体を流出する装置であり、トラップ２、流入部３、流出部４、分離部５、第１異物捕捉部６、第１異物排出手段７、第２異物捕捉部８、第２異物排出手段９等を備える。図１および図２において、異物除去装置１内を流れる流体の移動方向が矢印で示してある。

トラップ２は、中空の円筒状構造体である。流体が流れる回路に異物除去装置１が設置された場合、トラップ２は、図１に例示してあるように、垂直方向へ延出するよう配置される部材であり、垂直方向の下方に向けて径が小さくなる縮径構造を備える。トラップ２は、ステンレス、黄銅、銅、アルミニウム、鉄鋼などの金属製でもよく、また、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標）樹脂）、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリスルフォン、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、芳香族ポリアミド（ナイロン６又はナイロン６－６等）ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、アクリル、炭素繊維強化プラスチックなどの樹脂製でもよい。

流入部３は、回路に流れる流体をトラップ２内に流入させるための流路を構成する要素である。図１に例示してあるように、流入部３の一方は配管を介して回路に接続され、流入部３の他方はトラップ２に接続される。

流出部４は、トラップ２内に流れる流体をトラップ２外の回路に流出させるための流路を構成する要素である。図１に例示してるように、流出部４の一方はトラップ２に接続され、流出部４の他方は配管を介して回路に接続される。流出部４は、後述する分離部５が筒状構造の内側を流れる旋回流の内側流体と筒状構造の外側を流れる旋回流の外側流体とに分離した外側流体をトラップ２外の回路に流出させる。

流入部３および流出部４は、図２に例示してあるように、流入部３内を流れる流体の流れ方向の中心軸と流出部４内を流れる流体の流れ方向の中心軸とが偏位するように構成してあり、言い換えると、流入部３内を流れる流体の流れ方向の中心軸と流出部４内を流れる流体の流れ方向の中心軸とが同一直線上に配置されないように構成してある。この構成によって、流入部３から異物除去装置１内に流入した流体がそのまま直線的に流出部４から異物除去装置１外へ流出される事態が抑制されることになる。言い換えると、流入部３から異物除去装置１内に流入した流体は、水平方向断面が円形状であるトラップ２の外周に沿ってトラップ２内で渦を巻いた旋回流となったあと、流出部４から異物除去装置１外に流出されることになる。

分離部５は、流入部３から異物除去装置１内に流入した流体をトラップ２の外周側とトラップ２の中心軸側とに分離するための分離部材である。分離部５はまた、トラップ２の内側であって、トラップ２の外周から離隔した位置に配置される中空の円筒状部材であり、筒状構造を備える。分離部５の内径は、分離部５が配置されて位置におけるトラップ２の内径よりも小さい。このような構成によって、流入部３から異物除去装置１内に流入した流体は、トラップ２内において分離部５の内側を流れる旋回流の内側流体と分離部５の外側を流れる旋回流の外側流体とに分離される。

分離部５は、図１に例示してあるように、トラップ２の上方に配置される。例えば分離部５は、流入部３よりも鉛直上方に配置される。流出部４もまた、図１に例示してあるように、流入部３よりも鉛直上方に配置される。そのため分離部５は、流出部４が接続されるトラップ２の接続部分と垂直方向で同程度の位置に配置される。言い換えると、流出部４は、分離部５の外周方向外側で分離部５と対向するように配置される。このような構成により、流入部３から流入した流体中に含まれる気泡のような流体よりも比重の軽い異物である第２異物を流入部３よりも鉛直上方の分離部５内に集め、異物除去装置１は、気泡のような流体よりも比重の軽い異物である第２異物が取り除かれ分離部５により分離された外側流体を流出部４から流出することになる。

上述したように異物除去装置１は、トラップ２内で流体が旋回流としてサイクロン状に流れて渦を形成することになる。渦が形成された場合、渦に係る回転によって遠心力が働いて流体が外側に押される。遠心力が働くことによって、トラップ２内の流体は、外側が高圧となり、中心側が低圧となる。気泡のような流体よりも比重の軽い第２異物は、このような圧力の相違に依存してトラップ２内の中央に集まることになる。言い換えると、気泡のような流体よりも比重の軽い第２異物は、トラップ２内にある分離部５の内側の中央部分に集まることになる。一方、鉄錆等の流体より比重の重い第１異物は、このような圧力の相違に依存してトラップ２内の外周側に移動し、重力沈降によってトラップ２内の下方に集まることになる。そのため実施の形態１に係る異物除去装置１において、分離部５の外周方向外側で分離部５と対向するように配置された流出部４は、鉄錆等の流体より比重の重い第１異物だけでなく気泡のような流体よりも比重の軽い第２異物も適切に取り除いた流体を流出することが可能となる。

異物除去装置１の垂直方向において、図１に示したように、トラップ２の内壁の最上部から流入部３の内壁の最上部までの距離をＬ１とし、トラップ２の内壁の最上部から分離部５の最下部までの距離をＨとし、トラップ２の内壁の最上部から流出部４の内壁の最下部までの距離をＬ２とした場合、下の式（１）関係が満たされる。そのため、流入部３から流入した流体は、鉄錆等の流体より比重の重い第１異物が重力沈降によってトラップ２内の下方に集まることになり、比重の重い第１異物が取り除かれた流体が分離部５で分離部５の内側を流れる内側流体と分離部５の外側を流れる外側流体とに分離され、気泡のような流体よりも比重の軽い第２異物が内側流体に集まり、比重の重い第１異物および比重の軽い第２異物が取り除かれた外側流体が流出部４から流出され得る。
Ｌ１≧ Ｈ ≧ Ｌ２ ・・・（１）

トラップ２は、図１に示してあるように、異物除去装置１の垂直方向において、流入部３が接続される位置よりも下方部分で下方に行くほど縮径するテーパ状に構成してある。このような縮径テーパ状構造によって、重力沈降した比重の重い第１異物が流体の動きによって巻き上げられる事態を抑制することが可能となる。

第１異物捕捉部６は、鉄錆等の流体より比重の重い第１異物を捕捉するための構成要素である。第１異物捕捉部６は、具体的には、トラップ２の縮径テーパ状構造の下方に設けられたスペースである。第１異物捕捉部６は、重力沈降した比重の重い第１異物を当スペース内に捕捉する。第１異物捕捉部６の鉛直下方には、第１異物排出手段７が設けてある。

第１異物排出手段７は、第１異物捕捉部６に補足された比重の重い第１異物を排出するための構成要素である。第１異物排出手段７は、例えばバルブであり、開放状態とすることによって第１異物捕捉部６に補足された比重の重い第１異物を外部に排出する。第１異物排出手段７を備えることによって、異物除去装置１の使用期間が長くなって第１異物捕捉部６のスペースに第１異物が捕捉された場合においても、第１異物捕捉部６の捕捉量を減少させることで再び有効に捕捉することが可能となる。

第２異物捕捉部８は、気泡のような流体よりも比重の軽い第２異物を捕捉するための構成要素である。第２異物捕捉部８は、具体的には、図１に示してあるように、分離部５の鉛直上方であって、上述したＬ１に係るトラップ２の内壁の最上部の上方に設けられたスペースである。このような構成によって、分離部５によって分離され内側流体の第２異物が効率良く第２異物捕捉部８のスペースに捕捉され得る。第２異物捕捉部８の鉛直上方には、第２異物排出手段９が設けてある。

第２異物排出手段９は、第２異物捕捉部８に補足された比重の軽い第２異物を排出するための構成要素である。第２異物排出手段９は、例えば空気弁であり、開放状態とすることによって第２異物捕捉部８に補足された比重の軽い第２異物を外部に排出する。第２異物排出手段９を備えることによって、異物除去装置１の使用期間が長くなって第２異物捕捉部８のスペースに第２異物が捕捉された場合においても、第２異物捕捉部８の捕捉量を減少させることで再び有効に捕捉することが可能となる。

第２異物捕捉部８が捕捉した気泡は、集まることによって気泡同士が結合して空気となり得る。第２異物捕捉部８で生じた空気が再び流体内に気泡として再流出することを抑制するため、第２異物捕捉部８の水平方向の内径は、分離部５部の水平方向の内径よりも小さくなるように構成してある。

１．異物除去装置、２．トラップ、３．流入部、４．流出部、５．分離部、６．第１異物捕捉部、７．第１異物排出手段、８．第２異物捕捉部、９．第２異物排出手段

Claims (3)

1. 循環水回路の配管内の流体に含まれる異物をトラップ部内の旋回流を用いて除去する異物除去装置において、
   前記流体を前記トラップ部内に流入させる流入部と、
   前記トラップ部の上方に接続された筒状構造を有し、前記流入部から流入した前記流体を前記筒状構造の内側を流れる前記旋回流の内側流体と前記筒状構造の外側を流れる前記旋回流の外側流体とに分離する分離部と、
   前記分離部が分離した前記外側流体を前記トラップ部内から前記循環水回路へ流出させる流出部と、
   前記分離部の上方に備えられ、前記流体に含まれ前記流体よりも比重の軽い第２異物を捕捉する第２異物捕捉部と、
   を備え、
   前記流出部は、前記流入部よりも上方に配置されており、前記トラップ部の外周面に設けられ、前記流出部の管軸方向は、前記トラップ部の前記外周面から前記トラップ部の外側に向かって水平方向に延びており、
   前記分離部の下端は、前記流入部の内壁の最上部以上に高い位置にあり、
   前記流出部の内壁の最下部は、前記分離部の下端以上に高い位置にあり、
   前記流出部は、前記第２異物が除去された前記流体を前記トラップ部内から流出させることを特徴とする異物除去装置。
2. 前記流出部は、前記分離部の前記筒状構造の前記外側に対向するように配置してある
   ことを特徴とする請求項１に記載の異物除去装置。
3. 前記流体に含まれ前記流体よりも比重の重い第１異物を捕捉する第１異物捕捉部を前記トラップ部の下方に備え、
   前記流出部は、前記第１異物および前記第２異物が除去された前記流体を前記トラップ部内から流出させる
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の異物除去装置。

Images