JPH08193731A - 水槽水面の遮蔽装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】大気側から水中への酸素の溶解、水中から大気
側への気体の発散、熱の放射等を防止する。 【構成】大気に開放された水槽内の水を配管を経て再び
水槽に循環させる方式の水循環系において、前記水槽水
面を覆うように浮遊させた多数の鍔付浮き球１７を備
え、前記鍔付浮き球は、酸素バリアー性のある円板状の
薄板２０と、該薄板の上下に設けられ内部が空洞に形成
された上部半球２１および下部半球２２と、前記薄板の
外周に形成された鍔部２０と、前記下部半球側に遊動自
在に内蔵された重り２４と、前記下部半球の底部に形成
された注水孔２５と、前記下部半球の上部に形成された
空気抜孔２６とを備えた構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大気に開放された水槽
内の水を配管を経て再び水槽に循環させる方式の水循環
系において、大気側から水中への酸素の溶解、水中から
大気側への気体の発散、熱の放射等を防止するための、
水槽水面の遮蔽装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、水循環系においては、水中に溶存
する酸素により金属配管、ポンプ、その他機器が腐食し
てしまうという問題があり、その腐食防止対策として
は、主として防錆剤の投入や電気防食等による方法が行
われている。しかし、防錆剤を投入する方法において
は、防錆剤があらゆる金属にも高い防錆効果を発揮する
ものがない現状で、多種の金属配管や機器で構成されて
いる水循環系においては、その選択が難しく、また防錆
剤の消耗による濃度管理が難しく、高いランニングコス
トをかけた割にその効果は小さいという問題を有してい
る。また、電気防食による方法は、水循環系の全てを有
効にカバーしようとすると、多数の電極の分散設置が必
要となり、イニシャルコストが極めて高くなり、また、
常に水循環系全体で高い効果を得るには、配管内や機器
内に分散設置した電極の維持管理が必要となるため、結
果としてこれも高いランニングコストがかかるという問
題を有している。

【０００３】そこで、配管内に循環水を供給する時点
で、真空脱気法により溶存酸素を除去する方法や、溶存
酸素を窒素で置換する方法により、腐食を防止する技術
が知られている（空気調和・衛生工学、第６７巻第１０
号、第７７３頁〜第７８１頁「設備配管における脱気防
食法の適用」参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記真
空脱気法においては、装置コストが増大するとともに、
送水運転中に常に真空ポンプの運転が必要になるという
問題を有し、また、窒素置換方法においては、多量の窒
素ガスを必要とするためコストが増大するという問題を
有している。さらにいずれの場合にも、水槽内の水を蓄
熱し蓄熱した水を冷暖房用に循環させる蓄熱式空調装置
のように、水槽が大気に開放され、水面に常時、波立ち
が生じる水循環系においては、脱気または置換後の水が
大気中の酸素を溶解しようと作用するため、脱気または
置換で低い溶存酸素飽和度を得てもこれを保持すること
が極めて困難であるという問題を有している。

【０００５】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
であって、大気に開放された水槽内の水を配管を経て再
び水槽に循環させる方式の水循環系において、水槽の水
面を大気と遮蔽し、大気側から水中への酸素の溶解、水
中から大気側への気体の発散、熱の放射等を防止するこ
とができる水槽水面の遮蔽装置を提供することを目的と
するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明の水
槽水面の遮蔽装置は、大気に開放された水槽内の水を配
管を経て再び水槽に循環させる方式の水循環系におい
て、前記水槽水面を覆うように浮遊させた多数の鍔付浮
き球を備え、前記鍔付浮き球は、酸素バリアー性のある
円板状の薄板と、該薄板の上下に設けられ内部が空洞に
形成された上部半球および下部半球と、前記薄板の外周
に形成された鍔部と、前記下部半球側に遊動自在に内蔵
された重りと、前記下部半球の底部に形成された注水孔
と、前記下部半球の上部に形成された空気抜孔とを備え
たことを特徴とする。なお、前記水槽水面に多数の酸素
バリアー性のある浮きチップを浮遊させるようにしても
よいし、前記水槽内の水を循環させる窒素置換ポンプ
と、前記ポンプの吸い込み側に供給される窒素ガス供給
装置とを備えるようにしてもよいし、前記水循環系を、
水槽内の水を蓄熱し蓄熱した水を冷暖房用に循環させる
方式の蓄熱式空調装置に適用してもよい。

【０００７】

【作用および発明の効果】本発明においては、大気に開
放された水槽内の水を配管を経て再び水槽に循環させる
方式の水循環系において、水槽水面上に多数の鍔付浮き
球を浮遊させ、水面を隙間なく覆うようにして大気と遮
蔽するようにして、大気側から水中への酸素の溶解、水
中から大気側への気体の発散、熱の放射等を防止するこ
とができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。図４は、本発明の水槽水面の遮蔽装置を適用し
た蓄熱式空調装置の全体構成図である。

【０００９】図４において、蓄熱槽を形成する水槽１
は、例えば建物の地下に構築され、内部に熱媒用の循環
水２が貯留される。水槽１内の循環水２は、配管３、４
および熱源側ポンプ５により熱源装置６に循環される。
熱源装置６は周知のヒートポンプ装置または冷凍機とボ
イラーを組み合わせた装置であり、循環水２を冷却また
は加熱する。冷却または加熱された循環水２は、配管
７、８および利用側ポンプ９により空調機１０に循環さ
れる。空調機１０は熱交換器であり、循環水２と熱交換
された冷温水を建物の負荷側に供給するように構成され
ている。

【００１０】そして、水槽１には窒素置換装置１１が接
続される。窒素置換装置１１は、配管１２、１３を介し
て接続される窒素置換用ポンプ１４と、窒素置換用ポン
プ１４の吸い込み側に窒素ガスを供給する減圧弁１５お
よび窒素ガスボンベ１６からなる窒素ガス供給装置とか
ら構成されている。なお、窒素ガスボンベ１６に充填さ
れる窒素は、純粋窒素である必要はなく、窒素ガス分離
フィルタで製造した窒素ガスでもよい。

【００１１】その作用について説明する。窒素置換用ポ
ンプ１４を運転し循環水２を循環させるとき、窒素ガス
供給装置１６、１５から窒素ガスをポンプの運転に大き
な支障をきたさない程度にポンプ吸い込み側に供給する
と、水はポンプでかき混ぜられると共にポンプの羽で加
圧されるために、気体飽和量を増大させる側に作用し、
周囲が細かな窒素ガス粒子で満たされていると、この加
圧攪拌作用により酸素が窒素に入れ替わる。このように
して、水槽１内の循環水２は、しだいに酸素が窒素に置
換され溶存酸素の割合を低下させた状態となる。脱気さ
れた酸素および余剰の窒素ガスは水槽１の水面から大気
中に放出される。

【００１２】しかし、水は窒素より酸素の方が溶存し易
い特徴を有するため、弱いながらも窒素に置換された水
は、大気と接触すると溶存窒素が酸素に再置換する方向
に作用する。そこで、この大気中の酸素の再置換を防止
し、また、窒素置換中の余剰窒素ガスを水面下で保持す
るために、本発明においては、水槽１内の循環水２の水
面上に多数の鍔付浮き球１７を浮遊させ、水面を隙間な
く覆うようにして大気と遮蔽する構成を採用している。

【００１３】図１および図２は、本発明の水槽水面を大
気と遮蔽する遮蔽装置の１実施例を示し、図１（Ａ）は
鍔付浮き球の断面図、図１（Ｂ）は鍔付浮き球の平面
図、図１（Ｃ）および図１（Ｄ）は鍔付浮き球を水面に
投入したときの作用を説明するための断面図、図２は水
槽の水面を複数の鍔付浮き球で覆った状態を示す平面図
である。

【００１４】図１（Ａ）および図１（Ｂ）において、鍔
付浮き球１７は、円板状の薄板２０と、薄板２０の上下
に設けられ、薄板２０より小径で内部が空洞に形成され
た上部半球２１および下部半球２２と、薄板１７の外周
に形成された鍔部２３と、薄板２０の下部半球２２側に
遊動自在に内蔵された重り２４と、下部半球２２の底部
に形成された注水孔２５と、下部半球２２の上部に形成
された空気抜孔２６とから構成されている。なお、薄板
２０、上部半球２１および下部半球２２の形状は、それ
ぞれ円、球に限定されるものではなく、これに近似した
種々の形状が採用可能である。

【００１５】薄板２０、上部半球２１および下部半球２
２は、酸素バリアー性のある材料から製造される。鍔付
浮き球１７の好ましい実施例としては、薄板２０として
ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）板を用い、上部
半球２１および下部半球２２としてＰＥＴを発泡させた
樹脂を用い、上部半球２１および下部半球２２を薄板２
０に熱溶着して製造する。ＰＥＴ板からなる薄板２０の
比重は１より大いため、上部半球２１および下部半球２
２の比重は１より小さく、また、重り２４の比重を１よ
り小さくし、単体では水没する薄板２０を水面上に浮く
ように調整する。

【００１６】酸素バリアー性のある鍔付浮き球１７は、
下記に例示するような酸素バリアー性のある樹脂を使用
して製造するか、またそれ以外の樹脂を使用した場合に
は、前記の酸素バリアー性のある樹脂を積層することに
よって製造することができる。酸素バリアー性のある樹
脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレ
ンテレフタレート、ポリエステル、ポリ塩化ビニリデ
ン、ポリアクリロニトリル、変性ポリアミド、ビニルア
ルコール等が挙げられるが、特に強靱性、耐久性の面か
らポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタ
レートが好ましい。

【００１７】また、鍔付浮き球を構成する材料として
は、上記の酸素バリアー性のある樹脂に加えて、これら
を発泡させたものや、ポリスチレン、ポリプロピレン、
ポリエチレン、もしくはこれらの発泡させたものに上記
の酸素バリアー性のある樹脂を積層し、組み合わせるこ
とで、円板状の薄板、薄板の上下に設けられた内部が空
洞に形成された上部半球および下部半球、薄板の外周に
形成された鍔部として、任意に比重調整して使用するこ
とができる。

【００１８】鍔付浮き球１７は、蓄熱槽１内へ循環水を
注水した後に図示しないマンホールから投入する。この
とき、下部半球２２が下側になり下部半球２２内に循環
水２が浸水し薄板２０が水平になるように位置すること
が重要で、これにより水面の波で薄板２０が揺動して鍔
付浮き球１７間に隙間が生じ、遮蔽性能が低下するのを
防止している。そのために、重り２４は鍔付浮き球１７
の上下位置が正しくなるようにする機能を果たしてい
る。すなわち、図１（Ｃ）に示すように、下部半球２２
が上側になった状態で水面に落ちた場合、重り２４が下
部半球２２内を転がって移動するため、図示矢印に示す
如く、下部半球２２が下側に位置するように回転し、そ
の後、図１（Ｄ）に示すように、下部半球２２内には、
注水孔２５と空気抜孔２６の作用により循環水２が浸水
することになる。

【００１９】図２に示すように、投入された鍔付浮き球
１７は、その鍔部２０が等寸法のため互いに重なり合っ
て隙間なく水面を覆い、また、鍔付浮き球１７の下面に
は余剰窒素ガスが滞留されるため、大気との遮蔽が確実
に行われ、酸素の再置換を防止し、溶存酸素を低レベル
に維持することが可能となる。また、鍔付浮き球１７自
体と鍔付浮き球１７の下面に滞留される余剰窒素ガスの
作用により、水槽１内の循環水の断熱性能も向上させる
ことができる。

【００２０】しかし、鍔付浮き球１７と水槽１の壁や配
管３、４との間、および鍔付浮き球１７間には、僅かな
隙間が生じる。この僅かな隙間を埋めて大気との遮蔽性
能をさらに向上させるために、本発明の他の実施例にお
いては、浮きチップ１８を浮遊させるようにしている。
浮きチップ１８は、酸素バリアー性のある材料で製造す
る。

【００２１】図３（Ａ）〜図３（Ｅ）は、浮きチップ１
８の種々の形状を示し、それぞれ上図は平面図、下図は
側面図を示している。板状、球状、角状等、種々の形状
が採用されるが、板状の場合にはチップ１８同士または
鍔付浮き球１７の薄板２０と水の表面張力で付着しない
ように、球面化した形状が採用される。

【００２２】次に、図５〜図７により本発明を窒素置換
法に適用した場合の効果について説明する。図５は、遮
蔽装置すなわち鍔付浮き球を投入しない実験例、図６お
よび図７は鍔付浮き球を投入した実験例を示し、それぞ
れ図（Ａ）は実験装置の概略図、図（Ｂ）は実験結果を
示す図である。

【００２３】図５の鍔付浮き球を投入しない実験例は、
縦８００ｍｍ、横１８００ｍ、高さ６００ｍｍの水槽３
１を用い、水槽３１内の水を循環ポンプ３２によりディ
ストリビュータ３３から循環させるとともに、水槽３１
底面とディストリビュータ３３内に合計５本のエアーカ
ーテン部材３４を設置し、エアーカーテン部材３４より
窒素の気泡を放出するエアカーテン方式を採用した。初
期の水温は２５．６℃、溶存酸素量は６．６ｐｐｍ、窒
素ガス放出条件は２０リットル／ｍｉｎ、０．５ｋｇｆ
／ｃｍ² （ゲージ圧）であった。本方法によれば溶存酸
素量は２．５ｐｐｍまでしか低下しなかった。なお、Ｘ
点で窒素ガスの供給を停止している。

【００２４】図６の鍔付浮き球を投入した実験例は、水
槽３１内に水中ポンプ３５を別に設置し、水中ポンプ３
５の吐出側にベンチュリー管３６を取り付け、ベンチュ
リー管部に窒素ガスを供給して微細気泡を放出する方式
とディストリビュータ３３によるエアカーテン方式を併
用した。初期の水温は２５．０℃、溶存酸素量は５．８
ｐｐｍ、窒素ガス放出条件は１０リットル／ｍｉｎ、
０．８ｋｇｆ／ｃｍ² （ゲージ圧）であった。本方法に
よれば図５の例より溶存酸素量を０．６ｐｐｍまで低下
させることができた。なお、Ｘ点で窒素ガスの供給を停
止し、Ｙ点で窒素ガスの供給を再開している。

【００２５】図７の鍔付浮き球を投入した実験例は、循
環ポンプ３２のサクション側へ窒素ガスを供給する窒素
強制加圧攪拌方式のみを採用した。初期の水温は２０．
７℃、溶存酸素量は６．０ｐｐｍ、窒素ガス放出条件は
５リットル／ｍｉｎ、０．２ｋｇｆ／ｃｍ²（ゲージ
圧）であった。図７（Ｂ）に示すように、比較的少量の
窒素ガスで、かつ５時間という短時間で、溶存酸素量を
腐食の影響がなくなる０．５ｐｐｍ以下にすることがで
きた。また、Ｘ点（６時間後）で窒素ガスの供給停止後
４８時間後に溶存酸素量が０．０ｐｐｍになり、その
後、１４０時間経過後まで０．５ｐｐｍ以下のレベルに
維持することができ、このことは、窒素の置換運転を常
時行う必要がなく、間欠運転で腐食の影響がなくなるレ
ベルを維持することができることが判った。

【００２６】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく種々
の変更が可能である。例えば、上記実施例においては、
ポンプによる攪拌加圧により水中の溶存酸素を窒素ガス
に置換する例を示しているが、窒素ガスを水中に吹き込
むことにより窒素ガスに置換する方法や、真空脱気法、
膜式脱気法、加熱脱気法、脱酸素剤注入方法、鉄スクラ
ップによる脱酸素法、イオン交換樹脂法等、水中の溶存
酸素を脱気する全ての方法にも適用可能である。

【００２７】また、上記実施例においては、本発明の遮
蔽装置を腐食防止のために用いているが、大気側から水
中への酸素の溶解、水中から大気側への気体の発散、熱
の放射等を防止するための、大気に開放された水槽内の
水を配管を経て再び水槽に循環させる方式の全ての水循
環系への適用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水槽水面を大気と遮蔽する遮蔽装置の
１実施例を示し、図１（Ａ）は鍔付浮き球の断面図、図
１（Ｂ）は鍔付浮き球の平面図、図１（Ｃ）および図１
（Ｄ）は鍔付浮き球を水面に投入したときの作用を説明
するための断面図である。

【図２】水槽の水面を複数の鍔付浮き球で覆った状態を
示す平面図である。

【図３】図（Ａ）〜図（Ｅ）は本発明の他の実施例にお
ける浮きチップの種々の形状を示し、それぞれ上図は平
面図、下図は側面図を示している。

【図４】本発明の水槽水面の遮蔽装置を適用した蓄熱式
空調装置を示す全体構成図である。

【図５】本発明に係わる鍔付浮き球を投入しない実験例
を示し、図（Ａ）は実験装置の概略図、図（Ｂ）は実験
結果を示す図である。

【図６】本発明に係わる鍔付浮き球を投入した実験例を
示し、図（Ａ）は実験装置の概略図、図（Ｂ）は実験結
果を示す図である。

【図７】本発明に係わる鍔付浮き球を投入した実験例を
示し、図（Ａ）は実験装置の概略図、図（Ｂ）は実験結
果を示す図である。

【符号の説明】

１…水槽、２…循環水、３、４、７、８、１２、１３…
配管 ５…熱源側ポンプ、６…熱源装置、９…利用側ポンプ、
１０…空調機 １１…窒素置換装置、１２…窒素置換用ポンプ、１５…
減圧弁 １６…窒素ガスボンベ、１７…鍔付浮き球、１８…浮き
チップ ２０…薄板、２１…上部半球、２２…下部半球、２３…
鍔部、２４…重り ２５…注水孔、２６…空気抜孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 實 茨城県猿島郡総和町下辺見2758 (72)発明者 五十嵐征四郎 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 熊野直人 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 藤原裕之 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】大気に開放された水槽内の水を配管を経て
   再び水槽に循環させる方式の水循環系において、前記水
   槽水面を覆うように浮遊させた多数の鍔付浮き球を備
   え、前記鍔付浮き球は、酸素バリアー性のある円板状の
   薄板と、該薄板の上下に設けられ内部が空洞に形成され
   た上部半球および下部半球と、前記薄板の外周に形成さ
   れた鍔部と、前記下部半球側に遊動自在に内蔵された重
   りと、前記下部半球の底部に形成された注水孔と、前記
   下部半球の上部に形成された空気抜孔とを備えたことを
   特徴とする水槽水面の遮蔽装置。
2. 【請求項２】前記水槽水面に多数の酸素バリアー性のあ
   る浮きチップを浮遊させたことを特徴とする請求項１記
   載の水槽水面の遮蔽装置。
3. 【請求項３】前記水槽内の水を循環させる窒素置換ポン
   プと、前記ポンプの吸い込み側に供給される窒素ガス供
   給装置とを備えたことを特徴とする請求項１または請求
   項２記載の水槽水面の遮蔽装置。
4. 【請求項４】前記水循環系が、水槽内の水を蓄熱し蓄熱
   した水を冷暖房用に循環させる方式の蓄熱式空調装置で
   あることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれ
   かに記載の水槽水面の遮蔽装置。