JPH05187656A - 熱媒水循環設備の脱気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱源側機器１と負荷側機器２とにわたって熱
媒水Ｗを循環ポンプ７により循環させる密閉回路方式の
循環路Ｓにおいて、循環熱媒水Ｗ中の溶存酸素やその他
の溶存腐食性ガスを除去する。 【構成】 循環路Ｓにおいて循環路中機器１，２よりも
高い位置に、通過熱媒水Ｗが室内で自由水面を形成する
脱気室９を介装し、脱気室９から抽気して脱気室内を真
空化するポンプ手段１５を設け、循環路中機器１，２に
対する静水頭圧を確保することにより、又は、脱気室９
に対して循環ポンプ７の吐出側に位置する循環路中機器
１，２から脱気室９への熱媒水流動に絞り抵抗を与える
ことにより、脱気室９の真空雰囲気に抗して循環路中機
器１，２の機内水圧を大気圧以上に維持する保圧手段１
０，１８を設けてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱媒水循環設備の脱気装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、熱源側機器と負荷側機器とにわた
って熱媒水を循環ポンプにより循環させる密閉回路方式
の循環路においては、循環路中に存在する空気やその他
各種の腐食性ガスを循環路中から排除するのに、手動の
空気抜き弁やフロート式の自動空気抜き弁を循環路途中
に付設したり、また、循環路よりも高位に配置して膨張
管を介し循環路に接続した開放型の膨張タンクを利用し
て、循環路中の空気や各種腐食性ガスを循環路中から排
除するようにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、空気抜き弁や
開放型の膨張タンクでは、循環路中で気泡化した状態に
ある空気や腐食性ガスの排除は行えるものの、循環熱媒
水中に溶存している気体の排除までは行えず、このため
溶存酸素やその他の溶存腐食性ガスによる配管腐食を生
じる問題があった。

【０００４】本発明の目的は、合理的な脱気構成によ
り、気泡化した状態にある気体のみならず溶存気体をも
効果的に脱気できるようにし、また、循環路中の各機器
での循環路中への空気侵入を合わせ効果的に防止して、
上記配管腐食の問題の解消を図る点にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による熱媒水循環
設備の脱気装置の第１特徴構成は、熱源側機器と負荷側
機器とにわたって熱媒水を循環ポンプにより循環させる
密閉回路方式の循環路において、循環路中機器よりも高
い位置に、通過熱媒水が室内で自由水面を形成する脱気
室を介装し、前記脱気室から抽気して脱気室内を真空化
するポンプ手段を設け、循環路中機器に対する静水頭圧
を確保することにより、又は、前記脱気室に対して前記
循環ポンプの吐出側に位置する循環路中機器から前記脱
気室への熱媒水流動に絞り抵抗を与えることにより、前
記脱気室の真空雰囲気に抗して循環路中機器の機内水圧
を大気圧以上に維持する保圧手段を設けたことにあり、
その作用・効果は次の通りである。

【０００６】

【作用】つまり、この第１特徴構成においては、循環路
中機器よりも高い位置で循環路に介装した脱気室に循環
熱媒水による運搬や自然浮上で集まる既に気泡化した循
環路中気体を、上記ポンプ手段により脱気室内から排出
して循環路中から排除するとともに、このポンプ手段に
より脱気室内の水面上空間部を真空雰囲気として、循環
流動する熱媒水を脱気室の通過過程で真空雰囲気に晒す
ことにより、循環熱媒水中の溶存気体を脱気室内で気泡
化して熱媒水から分離し、この分離気体をポンプ手段に
より脱気室内から排出することで循環熱媒水中の溶存気
体をも合わせ除去する。

【０００７】また、脱気室の介装位置が循環路中機器よ
りも高いことから、循環熱媒水中の溶存気体は脱気室に
至るまでの熱媒水上昇に伴う減圧で気泡化し易い状態と
なり、これにより、脱気室での真空雰囲気による溶存気
体の気泡化・分離が助長される。

【０００８】そして、上記の保圧手段の付加をもって、
循環路中機器に対する静水頭圧を確保することで、又
は、脱気室に対して循環ポンプの吐出側に位置する循環
路中機器から脱気室への熱媒水流動に絞り抵抗を与える
ことで、脱気室の真空雰囲気に抗して循環路中機器の機
内水圧を大気圧以上に維持することにより、循環路中の
脱気室に真空雰囲気を形成しながらも、循環路中機器で
一般に生じ易い循環路中への空気侵入を防止し、これに
より、脱気室での脱気に対し循環路中機器での空気侵入
により循環路中に気泡化気体や溶存気体が補充されるこ
とを回避する。

【０００９】

【発明の効果】以上作用の結果、本発明の第１特徴構成
によれば、循環路中で気泡化した状態にある気体を単に
排除するのみならず、循環路中への新たな気体侵入を回
避しながら、循環熱媒水中の溶存気体をも効果的に排除
できることで、従前に比して循環路中における空気（酸
素）やその他腐食性ガスの気泡化した状態での存在量、
及び、循環熱媒水中の溶存量を大巾に低減でき、これに
より、配管腐食を効果的に抑止し得るに至った。

【００１０】ちなみに、真空雰囲気を用いて熱媒水中に
溶存している酸素やその他の腐食性ガスを脱気するに、
図３に示すように、ポンプ手段１５により室内を真空化
する脱気室９’を一本の連通管９ａにより熱媒水Ｗの循
環路Ｓに接続して、その循環路Ｓよりも高位に配置する
構成も考えられるが、これに比べ、本発明の第１特徴構
成によれば、脱気室を熱媒水の循環路そのものに介装し
て、循環熱媒水をその循環過程で逐次脱気室中の真空雰
囲気に晒すことから、より高い脱気効果を得ることがで
きる。

【００１１】〔本発明の第２及び第３特徴構成〕本発明
による熱媒水循環設備の脱気装置の第２特徴構成は、前
記脱気室における水位検出に基づき、検出水位が所定の
下限水位よりも低下したとき自動的に循環路中へ水補給
する補給水手段を設け、前記脱気室における水位が所定
の上限水位よりも高くなることをオバーフロー排水によ
り防止するオーバーフロー管を前記脱気室に接続し、前
記脱気室の真空雰囲気に抗し封水状態を維持して前記オ
ーバーフロー管の大気連通を封水により阻止する封水手
段を設けたことにある。

【００１２】つまり、この第２特徴構成においては、脱
気室を密閉回路式循環路における所謂膨張タンク及び補
給水タンクに兼用化した状態で、温度変化による循環路
中熱媒水の膨張・収縮を脱気室内における上記の下限水
位と上限水位との間での水位変化により吸収して循環路
中水圧を適正圧に保つことと、循環路中熱媒水量の異常
減少や異常増大に対して上記の自動水補給及びオーバー
フロー排水により循環路中の熱媒水量を適正範囲内に保
つこととを行え、専用膨張タンクや専用補給水タンクの
別途装備を省略できる。

【００１３】また、脱気室の真空雰囲気に抗し封水状態
を維持して上記オーバーフロー管の大気連通を封水によ
り阻止する封水手段を設けることで、オーバーフロー排
水機能は常時維持しながら、脱気室における真空雰囲気
を安定的に維持できる。

【００１４】本発明による熱媒水循環設備の脱気装置の
第３特徴構成は、前記脱気室における水面上の泡層形成
域に一端が開口し、かつ、他端が前記脱気室に対して前
記循環ポンプの吸入側で前記循環路に連通する泡抜き管
を設けたことにある。

【００１５】つまり、この第３特徴構成においては、他
端を脱気室に対して循環ポンプの吸入側で循環路に連通
させた上記泡抜き管の脱気室側開口が、脱気室の水面上
での泡層の形成（循環路に対し水張りを行った後の初期
の熱媒水循環運転で特に生じ易い）によりその泡層中に
没すると、泡抜き管の管内において脱気室側から循環ポ
ンプの吸入側に向かう流動が生じて、脱気室における形
成泡が泡抜き管に引き込まれ、これにより、脱気室中で
のそれ以上の泡層の成長が阻止されて、泡層の成長によ
る脱気室での脱気機能障害が防止される。

【００１６】

【実施例】次に実施例を説明する。

【００１７】図１は高層ビルにおける冷温水循環設備を
示し、地下階や特定の中間階に、循環水Ｗを冷却または
加熱する冷凍機やボイラで代表される熱源機器１を設置
するとともに、それよりも上層の各階夫々に、熱源機器
１から供給される冷温水Ｗを用いて冷房や暖房を行うフ
ァンコイルユニット等の負荷機器２を複数設置してあ
る。

【００１８】熱源機器１の設置階と冷温水供給対象の最
上階とにわたっては、熱源機器１からの供給冷温水Ｗを
各階に分配する送水縦主管３、及び、冷温水Ｗを各階か
ら熱源機器１に戻す還水縦主管４を施設し、また、各階
では、送水縦主管３からの供給冷温水Ｗを負荷機器２の
夫々に分配する送水横引き管５、及び、負荷機器２の夫
々から冷温水Ｗを還水縦主管４に戻す還水横引き管６を
施設し、そして、この配管構成で、還水縦主管４と熱源
機器１の入口とを結ぶ管路部分に循環ポンプ７を介装す
ることにより、密閉回路方式による冷温水循環を熱源機
器１と各階の負荷機器２群との間で並列的に行うように
してある。

【００１９】なお、上記の如く還水縦主管４と熱源機器
１の入口とを結ぶ管路部分に介装の循環ポンプ７のみに
より冷温水循環させる所謂単式ポンプ方式に代え、場合
によっては、この循環ポンプ７とともに、図中破線で示
す如く熱源機器１の出口と送水縦主管３とを結ぶ管路部
分にも循環ポンプ８を介装する複式ポンプ方式を採用し
てもよい。

【００２０】還水縦主管４の上部は冷温水供給対象の最
上階よりもさらに上方に延設して、この還水縦主管４の
上端部には密閉タンク構造の脱気室９を設けてあり、こ
れに対し、冷温水供給対象の最上階における還水横引き
管６は、立ち上げ管１０を介し脱気室９に接続して、こ
の脱気室９を介し還水縦主管４に接続してある。

【００２１】すなわち、送水縦主管３、冷温水供給対象
の最上階における送水横引き管５ａと還水横引き管６
ａ、並びに、還水縦主管４を主要配管として構成する最
上階に対する密閉回路方式の冷温水循環路Ｓにおいて、
還水側で、かつ、熱源機器１及び負荷機器２よりも高い
位置に脱気室９を介装してある。

【００２２】上記脱気室９には図１及び図２に示すよう
に、水位センサ１１により検出される室内水位ｈが所定
の下限水位ｈａ以下となったとき、補給水弁１２を開い
て補給水管１３から脱気室９内への水補給（換言すれ
ば、冷温水循環路Ｓ内への水補給）を開始し、かつ、そ
の後、検出水位ｈが所定の給水停止水位ｈｂにまで上昇
すると補給水弁１２を閉じて水補給を停止する自動補給
水装置を装備してあり、また、何らかの原因による室内
水位ｈの異常上昇に対して、室内水位ｈが所定の上限水
位ｈｄよりも高くなることをオーバーフロー排水により
阻止するオーバーフロー管１４を接続してある。

【００２３】そして、上記の下限水位ｈａ、給水停止水
位ｈｂ、上限水位ｈｄの夫々と、それら水位間にわたる
脱気室９の断面積は、循環冷温水Ｗの系中総量との相関
において、循環冷温水Ｗの通常の使用温度範囲内での温
度変化による膨張・収縮に対し、室内水位ｈが下限水位
ｈａに至らない範囲で給水停止水位ｈｂよりも多少低い
図中ｈｘで示す標準低水位と、上限水位ｈｄよりもかな
り低くて給水停止水位ｈｂよりも多少高い図中ｈｙで示
す標準高水位との間の標準水位範囲Δｈ内で上下変化す
るように決定してあり、これにより、循環冷温水Ｗの通
常の温度変化による膨張・収縮を、水補給やオーバーフ
ロー排水を不必要に伴うことなく脱気室９内における水
位変化で吸収するようにしてある。

【００２４】つまり、脱気室９に対する上記の付加構成
により、脱気室９を後述する脱気室本来の脱気機能とと
もに、膨張タンク及び補給水タンクに兼用するようにし
てある。

【００２５】脱気室９での上記水位調整機能により、脱
気室９内に自由水面が存在する状態を維持して脱気室９
内の水面上に空間部を形成することに対し、脱気室９に
は、水面上の空間部から抽気して脱気室９内の空間部を
真空化する真空ポンプ１５を管路接続してあり、また、
最上階の還水横引き管６ａから冷温水Ｗを脱気室９内に
導く前記の立ち上げ管１０を脱気室９の上端部に接続す
るとともに、脱気室９内の空間部形成域には、立ち上げ
管１０から脱気室９内の空間部に吐出される冷温水Ｗを
複数段の滝状に流下させる複数の水受け部１６を設けて
ある。

【００２６】すなわち、この構成により、脱気室本来の
脱気機能として、管路内で既に気泡化した状態で循環冷
温水Ｗによる運搬や自然浮上で脱気室９内に集まる管路
中気体Ｇを、真空ポンプ１５により脱気室９内から排出
して系外に排除するとともに、循環冷温水Ｗを複数段の
滝状にして脱気室内の通過時間を長くし、かつ、表面積
を大きくした状態で、真空ポンプ１５により形成される
脱気室９内の真空雰囲気に晒すことにより、循環冷温水
Ｗの溶存気体を脱気室９内で気泡化させて冷温水Ｗ中か
ら効率良く分離し、この分離気体Ｇを真空ポンプ１５に
より脱気室９内から系外へ排出することで、冷温水循環
路Ｓを循環流動する冷温水Ｗからその水中溶存気体をも
合わせ除去する。

【００２７】そして、この脱気機能により、最上階に対
する冷温水循環路Ｓを初め、最上階以外の各階に対する
冷温水循環路を含めた全体の循環系中において、循環系
中における空気（酸素）やその他腐食性ガスの気泡化し
た状態での存在量、及び、循環冷温水Ｗ中の溶存量を大
きく低減して、これら空気（酸素）や腐食性ガスによる
配管腐食を防止するようにしてある。

【００２８】脱気室９内を真空化することに対し前記の
オーバーフロー管１４は、脱気室９に対する接続位置か
ら立ち下げて、その下端を排水受水槽１７の水中で開口
させることにより封水してあり、そして、この封水にあ
たっては、オーバーフロー管１４の脱気室接続位置から
の立ち下げ距離を、脱気室９における真空雰囲気により
排水受水槽１７内の水Ｗｅがオーバーフロー管１４内に
吸い上げられてオーバーフロー管１４内を上昇する高さ
Ｈｅよりも充分に大きな距離として、脱気室９内への排
水Ｗｅの逆流を防止してある。

【００２９】また、排水受水槽１７において、槽上部に
形成する排水口１７ａの高さｈｎ（換言すれば、脱気室
９の真空化運転を停止した状態における排水受水槽１７
内の貯留水位）と、オーバーフロー管１４の下端開口高
さｈｍとの間における槽内容積を、脱気室９の真空雰囲
気によるオーバーフロー管１４内への上記吸い上げ水量
よりも大きい容積として、吸い上げによる封水破壊を防
止してある。

【００３０】つまり、これらオーバーフロー管１４にお
ける立ち下げ距離の確保、及び、排水受水槽１７におけ
る槽内容積の確保により脱気室９の真空雰囲気に抗し封
水状態を適切に維持することで、オーバーフロー管１４
の大気連通、すなわち、オーバーフロー管１４を介して
の脱気室９の大気開放を確実に防止して、脱気室９にお
ける真空雰囲気を安定的に形成及び維持できるようにし
てある。

【００３１】一方、冷温水供給対象の最上階における還
水横引き管６ａから冷温水Ｗを脱気室９内に導く立ち上
げ管１０の立ち上げ高さＨｓについては、最上階におけ
る負荷機器２の機内水圧を脱気室９の真空雰囲気に抗し
て大気圧以上に維持するに足りる静水頭が立ち上げ管１
０によって確保される立ち上げ高さを与えてあり、これ
により、最上階の負荷機器２を初め、それより下層の各
階の負荷機器２及び熱源機器１を含めた全体循環系中の
各機器について、機内水圧の負圧化に起因する大気の機
内侵入（すなわち、前述の脱気室９での脱気に対し空気
やその他の腐食性ガスの管路中への補充となる大気侵
入）を防止してある。

【００３２】なお、上記例においては冷温水循環運転を
停止した場合、立ち上げ管１０における水位が脱気室９
内の水位と均衡する水位まで低下するが、冷温水循環運
転の停止時においても脱気室９における真空雰囲気を維
持する設備運転形態を採用する場合には、冷温水運転停
止時における立ち上げ管１０内の低下水位においても最
上階における負荷機器２の機内水圧を脱気室９における
真空雰囲気に抗して大気圧以上に維持する静水頭が得ら
れるように、脱気室９の設置高さを決定する。

【００３３】また、配管の施設条件等により、最上階の
負荷機器２に対し充分な静水頭圧を与えるだけの立ち上
げ高さＨｓを確保できない場合には、最上階に対する冷
温水循環路Ｓにおいて脱気室９に対し循環ポンプ７の吐
出側に位置させてある最上階負荷機器２から脱気室９へ
の冷温水流動に絞り抵抗を与える図中破線で示す如き絞
り弁１８やオリフィスを設け、この絞り抵抗付与によ
り、冷温水循環運転において最上階における負荷機器２
の機内水圧を脱気室９の真空雰囲気に抗し大気圧以上に
維持するようにしてもよく、さらに、この場合におい
て、最上階よりも一階層下の階や二階層下の階でも、そ
の階における負荷機器２の機内水圧を脱気室９の真空雰
囲気に抗し大気圧以上とする静水頭が得られない場合に
は、同様に、それら階の還水横引き管６に絞り弁やオリ
フィスを介装する。

【００３４】図中１９は脱気室９に対する泡抜き管であ
り、この泡抜き管１９の上端は前記の標準高水位ｈｙと
上限水位ｈｄとの間における所定の泡抜き高さｈｃで脱
気室９内に開口させ、また、下端は還水縦主管４におい
て冷温水循環運転時に気泡が存在する場合がある範囲の
下限高さｚよりも低い位置で還水縦主管４に接続してあ
る。

【００３５】つまり、脱気室９での脱気が充分に進行し
ておらず、溶存気体を含めて管路中の気体存在量が未だ
多い状態での冷温水循環運転（特に循環系中に水張りを
行った後の初期の冷温水循環運転）では、脱気室９内に
おいて水面上に泡層Ｂが形成され易いが、これに対し、
上記の泡抜き管１９を設けた場合、脱気室９内で水面上
に形成される泡層Ｂの成長に伴い泡抜き管１９の上端開
口が泡層中に没すると、泡抜き管１９の管内で脱気室９
側から循環ポンプ７の吸入側に向かう流動が生じて、脱
気室９における形成泡Ｂが逐次、泡抜き管１９に引き込
まれ、これにより、脱気室９において上記の泡抜き高さ
ｈｃ以上への泡層Ｂの成長が抑止されて、脱気室９にお
ける脱気のための水面上空間部が泡層Ｂで埋まる等の泡
層成長による脱気機能障害が防止される。

【００３６】なお、形成される泡層Ｂが泡抜き高さｈｃ
に達しない程度ものであるときは、泡抜き管１９での流
動は生じず、また、泡抜き管１９内に引き込まれた泡は
泡抜き管１９内で自然崩壊する。

【００３７】〔別実施例〕次に別実施例を列記する。

【００３８】前述の実施例では冷房時には冷水を循環さ
せ、かつ、暖房時には温水を循環させる例を示したが、
冷水や温水のいずれか一方のみを循環対象の熱媒水Ｗと
する循環設備であってもよい。

【００３９】前述の実施例における熱媒水（冷温水）供
給対象の最上階は必ずしもビルにおける最上階に一致す
るとは限らず、超高層ビル等において、前記実施例にお
ける熱媒水供給対象の最上階よりも上層にさらに複数階
層がある場合や、前記実施例における熱源機器１の設置
階層よりも下層にさらに複数階層がある場合には、それ
ら上層の複数階層や下層の複数階層に対して前記実施例
と同様の熱媒水循環設備を施設する場合もある。

【００４０】また、本発明は循環路中の負荷機器２及び
熱源機器１の全てを一階層中に設置する場合にも適用で
きる。

【００４１】前述の実施例においては脱気を効率良く行
うため脱気室９に流入させる循環熱媒水Ｗを脱気室９内
における水面上の空間部に吐出させるようにしたが、場
合によっては、脱気室９における水面下の貯水部に循環
熱媒水Ｗを流入させるようにしてもよい。

【００４２】循環路中機器１，２の機内水圧を脱気室９
の真空雰囲気に抗して大気圧以上に保つ上で、循環路中
機器１，２は前述実施例の如く熱媒水循環路Ｃにおいて
脱気室９に対し循環ポンプ７の吐出側に介装する方が有
利であるが、配管や機器の施設条件によっては、熱媒水
循環路Ｃにおいて脱気室９に対し循環ポンプ７の吸入側
に循環路中機器１，２を介装する形態としてもよい。

【００４３】オーバーフロー管１４を脱気室９に接続す
る場合、脱気室９の真空雰囲気に抗し封水状態を維持し
てオーバーフロー管１４の大気連通を封水により阻止す
る封水手段の具体的封水構造は、前述実施例の如く排水
受水槽１７の貯留水中にオーバーフロー管１４の下端を
開口させる形態に限らず、種々の構成変更が可能であ
り、例えば、Ｕ字管式の封水構造を採用する等してもよ
い。

【００４４】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするため符号を記すが、該記入により本発明は添
付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例を示す設備構成図

【図２】脱気室の拡大図

【図３】比較例を示す概略設備構成図

【符号の説明】

１，２ 循環路中機器 ７ 循環ポンプ ９ 脱気室 １０，１８ 保圧手段 １１，１２，１３ 補給水手段 １４ オーバーフロー管 １５ ポンプ手段 １７ 封水手段 １９ 泡抜き管 Ｓ 循環路 Ｗ 熱媒水 ｈ 脱気室内水位 ｈａ 下限水位 ｈｄ 上限水位

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱源側機器（１）と負荷側機器（２）と
   にわたって熱媒水（Ｗ）を循環ポンプ（７）により循環
   させる密閉回路方式の循環路（Ｓ）において、循環路中
   機器（１），（２）よりも高い位置に、通過熱媒水
   （Ｗ）が室内で自由水面を形成する脱気室（９）を介装
   し、前記脱気室（９）から抽気して脱気室内を真空化す
   るポンプ手段（１５）を設け、循環路中機器（１），
   （２）に対する静水頭圧を確保することにより、又は、
   前記脱気室（９）に対して前記循環ポンプ（７）の吐出
   側に位置する循環路中機器（１），（２）から前記脱気
   室（９）への熱媒水流動に絞り抵抗を与えることによ
   り、前記脱気室（９）の真空雰囲気に抗して循環路中機
   器（１），（２）の機内水圧を大気圧以上に維持する保
   圧手段（１０），（１８）を設けた熱媒水循環設備の脱
   気装置。
2. 【請求項２】 前記脱気室（９）における水位検出に基
   づき、検出水位（ｈ）が所定の下限水位（ｈａ）よりも
   低下したとき自動的に循環路中へ水補給する補給水手段
   （１１），（１２），（１３）を設け、前記脱気室
   （９）における水位（ｈ）が所定の上限水位（ｈｄ）よ
   りも高くなることをオバーフロー排水により防止するオ
   ーバーフロー管（１４）を前記脱気室（９）に接続し、
   前記脱気室（９）の真空雰囲気に抗し封水状態を維持し
   て前記オーバーフロー管（１４）の大気連通を封水によ
   り阻止する封水手段（１７）を設けた請求項１記載の熱
   媒水循環設備の脱気装置。
3. 【請求項３】 前記脱気室（９）における水面上の泡層
   形成域に一端が開口し、かつ、他端が前記脱気室（９）
   に対して前記循環ポンプ（７）の吸入側で前記循環路
   （Ｓ）に連通する泡抜き管（１９）を設けた請求項１又
   は２記載の熱媒水循環設備の脱気装置。