JPWO2011064880A1 - Bubble generation method and bubble generation apparatus - Google Patents
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Abstract
給気泡発生装置は、液体が循環する配管と、配管の途中に設置されたエジェクタと、エジェクタの上流に設置された循環ポンプと、循環ポンプの回転数を制御する制御装置とを備えている。制御装置は、期間T1の間、循環ポンプを高速回転させることでエジェクタを通過する水の流量を所定の目標値まで増加させ、次の期間T2の間、循環ポンプを停止させることでエジェクタを通過する水量を前記所定の目標値から減少させる。期間T2で水量が減少し始めるとガス吸入量が増加し始め、大きい差圧が発生する。この差圧によってガス吸引量が増加し、微細気泡よりも直径の大きい大径気泡が発生する。この大径気泡によって、微細気泡では除去の難しかったスケールを除去することができる。The bubble supply device includes a pipe through which the liquid circulates, an ejector installed in the middle of the pipe, a circulation pump installed upstream of the ejector, and a control device that controls the rotation speed of the circulation pump. The controller increases the flow rate of water passing through the ejector to a predetermined target value by rotating the circulation pump at a high speed during the period T1, and passes the ejector by stopping the circulation pump during the next period T2. The amount of water to be reduced is reduced from the predetermined target value. When the amount of water begins to decrease during the period T2, the amount of gas suction starts to increase, and a large differential pressure is generated. This differential pressure increases the amount of gas sucked and generates large-sized bubbles having a diameter larger than that of fine bubbles. The large-sized bubbles can remove scales that are difficult to remove with fine bubbles.
Description
本発明は、例えば風呂給湯装置やヒートポンプ式温水暖房機等、冷媒回路や熱交換器部や配管部を持つ給湯装置に関する。特に微細気泡と径の大きい大径気泡とによる配管の洗浄機能を有する気泡発生装置または気泡発生方法に関するものである。 The present invention relates to a hot water supply apparatus having a refrigerant circuit, a heat exchanger section, and a piping section, such as a bath hot water supply apparatus and a heat pump hot water heater. In particular, the present invention relates to a bubble generating apparatus or a bubble generating method having a function of cleaning a pipe with fine bubbles and large-sized bubbles having a large diameter.
浴室や台所に温水を供給する給湯器は電気給湯器、ガス給湯器、石油給湯器などに大別されるが、いずれも熱を水に伝えるために熱交換器と呼ばれる機器が存在する。電気給湯器の中でも、最近特に、省エネルギーや地球温暖化対策としての二酸化炭素(CO2)削減の観点から、自然冷媒であるCO2を用いたヒートポンプ熱交換式タイプの電気給湯器(ヒートポンプ給湯器)が注目されている。その原理は、大気の熱を吸収した後に冷媒に移し、その熱でお湯を沸かすものである。具体的に言えば気体を圧縮したときに発生する高熱をタンク内の水へ熱交換器で移し、その気体を膨張させたときの冷気によって再び冷媒の温度を大気温まで戻す繰り返し操作によるものである。ニクロム線による加熱方式を用いた電気温水器は理論上投入エネルギー以上の熱エネルギーを得ることはできないが、ヒートポンプ給湯器は大気の熱を活用する仕組みのため、運転に要するエネルギーよりも多くの熱エネルギーを利用することができる。この特長から、ヒートポンプ給湯器は温暖地であるほど効率が良い。Water heaters that supply hot water to the bathroom or kitchen are roughly classified into electric water heaters, gas water heaters, and oil water heaters, and all of them have equipment called heat exchangers for transferring heat to water. Among electric water heaters, in particular, from the viewpoint of energy saving and carbon dioxide (CO 2 ) reduction as a countermeasure against global warming, a heat pump heat exchange type electric water heater (heat pump water heater using CO 2 which is a natural refrigerant) ) Is attracting attention. The principle is that after absorbing the heat of the atmosphere, it is transferred to a refrigerant, and the heat is used to boil hot water. Specifically, the heat generated when the gas is compressed is transferred to the water in the tank by a heat exchanger, and the operation is repeated by returning the refrigerant temperature to the atmospheric temperature by the cold air when the gas is expanded. is there. An electric water heater that uses a heating method using nichrome wire cannot theoretically obtain more heat energy than the input energy, but a heat pump water heater uses the heat of the atmosphere, so it has more heat than the energy required for operation. Energy can be used. Because of this feature, heat pump water heaters are more efficient in warmer areas.
給湯や暖房に用いられる給湯システムでは、省エネルギーの要求から熱交換効率の向上が求められている。最近は熱交換効率をさらに向上させるために、熱交換器の構造は、従来のパイプ式と呼ばれる1cm径ほどのパイプを用いたものから、例えば、積層式と呼ばれる1mm程の間隔で積層された薄板の熱交換器によるものまで多数開発されている。熱交換器は水に対して熱を伝えるために、管内部の壁面を常に清浄な状態に保つことが非常に重要である。熱交換器の管壁面が汚れたり、詰まったりした場合には、有効に作用する熱交換器の実質表面積が減少するので効率の低下を招く。特に熱交換器の配管が狭隘化した場合は、この問題が顕著になってきている。 In a hot water supply system used for hot water supply or heating, an improvement in heat exchange efficiency is required due to energy saving requirements. Recently, in order to further improve the heat exchange efficiency, the structure of the heat exchanger has been laminated at an interval of about 1 mm called a laminated type, for example, from a conventional pipe type having a diameter of about 1 cm. Many things have been developed, including those using thin plate heat exchangers. In order for the heat exchanger to transfer heat to the water, it is very important to keep the wall surface inside the pipe clean at all times. When the tube wall surface of the heat exchanger becomes dirty or clogged, the effective surface area of the heat exchanger that works effectively decreases, leading to a reduction in efficiency. In particular, when the heat exchanger piping is narrowed, this problem has become prominent.
給湯システムにおいては特に水中の硬度成分(カルシウムイオンやマグネシウムイオン)が高い地域において、加熱によりスケールと呼ばれる炭酸塩結晶が析出し、熱交換器内に付着しやすいという課題がある。 In the hot water supply system, there is a problem that carbonate crystals called scales are deposited by heating and are easily deposited in the heat exchanger, particularly in an area where the hardness component (calcium ion or magnesium ion) in water is high.
一方、浴槽に接続されたもので、追い焚き系と呼ばれる浴槽内に溜められたお湯を再加熱する熱交換器を有する風呂給湯装置の場合は、入浴により人体から発生した皮脂汚れ成分が浴水中に溶出する。このため、浴水中に存在する皮脂汚れ成分は、給湯器の追い焚き機能により配管内を循環し、皮脂汚れ成分が配管内壁、熱交換器内壁に付着、堆積する。一定量の皮脂汚れが付着すると、追い焚き時にその汚れが熱交換器や配管内を循環し、浴水や浴槽を汚すとともに、熱交換器内壁に汚れが付着し、熱交換効率を低下させる。このため、熱交換器内壁などの配管の付着汚れの除去に対する方策が求められている。 On the other hand, in the case of a bath water heater that is connected to the bathtub and has a heat exchanger that reheats the hot water stored in the bathtub, called a reheating system, sebum dirt components generated from the human body due to bathing are To elute. For this reason, the sebum dirt component existing in the bath water circulates in the pipe by the reheating function of the water heater, and the sebum dirt component adheres to and accumulates on the inner wall of the pipe and the inner wall of the heat exchanger. When a certain amount of sebum dirt adheres, the dirt circulates in the heat exchangers and pipes when chasing, contaminates the bath water and the bathtub, and also adheres to the inner wall of the heat exchanger, reducing the heat exchange efficiency. For this reason, there is a need for a measure for removing dirt adhered to piping such as the inner wall of the heat exchanger.
近年、住設、家電品の清潔度の向上に対するニーズが増大している。風呂給湯装置においても、長年の使用により配管などが汚れることが分かっており、それを防止するために、浴水排水時に5L/分〜20L/分の水を追い焚き用循環配管に流し、汚れを含む浴水を洗い流す機能が一般的な給湯器の洗浄機能として搭載されている。通常それだけでは洗浄が不十分であるので、半年に1回程度、配管洗浄剤等を用いて配管の洗浄を別途実施することが推奨されている。この点からも熱交換器と浴槽との配管を洗浄する意義は大きいことは明白である。 In recent years, needs for improving the cleanliness of housing and home appliances are increasing. Even in bath water heaters, it has been known that pipes and the like are soiled by long-term use. To prevent this, 5 L / min to 20 L / min of water is poured into the circulation piping for draining water when draining bath water. The function to wash out the bath water containing is installed as a general water heater cleaning function. Usually, cleaning alone is insufficient, so it is recommended that pipes be cleaned separately using a pipe cleaning agent once every six months. From this point of view, it is obvious that the significance of cleaning the piping between the heat exchanger and the bathtub is great.
従来の風呂設備においては、浴槽内と燃焼型の追焚き用加熱部との間を浴槽水が循環する循環路を備え、往路を介して浴槽内から追焚き用加熱部に導かれる浴槽水を追焚き用加熱部で加熱するとともに、復路を介して浴槽内に戻す風呂設備を構成するときに、往路で、浴槽からの往き水の温度を低下させ、低温状態にある往き水にガスを溶解させるとともに、生成されるガス溶解水を加圧して追焚き用加熱部に導き、加熱されたガス溶解水を、復路において減圧弁で減圧して微細気泡を発生させる装置がある。これにより微細気泡発生機能を持った風呂設備を実現している(例えば、特許文献1を参照。)。 In the conventional bath facilities, a circulation path is provided in which the bathtub water circulates between the inside of the bathtub and the combustion type heating section for heating, and the bathtub water led from the inside of the bathtub to the heating section for heating is provided via the outward path. When constructing a bath facility that heats in the reheating heater and returns to the bathtub through the return path, the temperature of the outbound water from the bathtub is lowered on the outbound path, and the gas is dissolved in the outbound water in a low temperature state. In addition, there is an apparatus that generates gas bubbles by pressurizing the generated gas-dissolved water and guiding it to a follow-up heating unit, and reducing the heated gas-dissolved water with a pressure reducing valve in the return path. This realizes a bath facility having a function of generating fine bubbles (see, for example, Patent Document 1).
さらに、他の微細気泡を生成する装置では、浴槽の循環経路内に配設される循環ポンプを備え、浴用水中に微細気泡を発生させる加圧溶解型の微細気泡発生装置、循環ポンプの下流側に配設され、浴槽内の浴用水の水面位置より高い位置から低い位置に設置した気液溶解タンクと、浴槽内に吐出することで浴用水中に微細気泡を放出させる微細気泡発生ノズルとを備え、気体取込部は、循環ポンプの運転が停止されて気液溶解タンク内の浴用水が流下し、その水位低下によって当該気液溶解タンク内に生じる負圧により弁体が開放し、この弁体の開放で外部から気体を取り込まれ、浴槽に備え付けた噴出孔から微細気泡が注入される(例えば、特許文献2、3を参照)。
Furthermore, in another apparatus for generating fine bubbles, a pressure-dissolving type fine bubble generator for generating fine bubbles in bath water, which is provided in the circulation path of the bathtub, downstream of the circulation pump And a gas-liquid dissolution tank installed in a position higher than the water level of the bath water in the bathtub, and a fine bubble generating nozzle that discharges the fine bubbles into the bath water by discharging into the bathtub. In the gas intake section, the operation of the circulation pump is stopped, the bath water in the gas-liquid dissolution tank flows down, and the valve body is opened by the negative pressure generated in the gas-liquid dissolution tank due to the lowering of the water level. When the body is opened, gas is taken in from the outside, and fine bubbles are injected from the ejection holes provided in the bathtub (see, for example,
しかしながら、特許文献1では、熱交換器への微細気泡の供給を主目的としたものではなく、主に微細な気泡を生成させ浴槽内に供給するものであった。従って、熱交換器部や配管への洗浄作用が考慮されていない。また溶解したガスを加熱して微細気泡とするため、微細気泡のみでは除去が困難なスケールなどの固形物の汚れ成分の除去は難しく、充分な洗浄効果が得られないという課題があった。
However,
さらに、特許文献2では、気液溶解タンクが必要で、装置が大掛かりとなり小型化が困難である。また浴槽の水位によって気体の吸引量が左右され、一定とならず気体の注入量が不安定であるという課題があった。
Further, in
さらに特許文献3に対しては、微細気泡だけではスケールが除去しにくいという課題があった。
Furthermore,
本発明は、熱交換器内壁や配管内部の皮脂汚れと共にスケール成分を同時に除去する液体移送装置または気泡発生方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the liquid transfer apparatus or bubble generation method which removes simultaneously a scale component with the sebum dirt inside a heat exchanger inner wall or piping.
この発明の気泡発生方法は、
液体が満たされる配管の途中に設置されて液体を移送するポンプを高速回転することで、前記ポンプの下流側の前記配管の途中に設置されて液体内に所定のガスの気泡を発生する差圧発生部に直径の小さい微細気泡を発生させる高速回転工程と、
前記ポンプを前記高速回転から、前記高速回転よりも回転数の低い低速回転と、前記ポンプの回転を停止する回転停止との、いずれかの回転状態へ切り替える第1の切替工程と、
前記回転状態への切り替えを起因とする前記液体と前記ガスとの差圧を前記差圧発生部に発生させることで前記ガスを吸引させ、吸引された前記ガスによって前記微細気泡に比べて直径の大きい気泡である大径気泡を前記液体内に発生させるガス吸引工程と、
前記ポンプの前記回転状態を、高速回転に切り替える第2の切替工程と
を備え、
前記高速回転工程、前記第1の切替工程、前記ガス吸引工程、前記第2の切替工程を、この順番で繰り返すことを特徴とする。The bubble generation method of this invention is
A differential pressure which is installed in the middle of the pipe downstream of the pump and generates a predetermined gas bubble in the liquid by rotating at high speed a pump which is installed in the middle of the pipe filled with the liquid and transports the liquid A high-speed rotation process that generates microbubbles with a small diameter in the generation part;
A first switching step of switching the pump from the high-speed rotation to any one of a rotation state of a low-speed rotation having a lower rotational speed than the high-speed rotation and a rotation stop for stopping the rotation of the pump;
The gas is sucked by generating a differential pressure between the liquid and the gas due to switching to the rotation state in the differential pressure generating unit, and the diameter of the gas is larger than that of the fine bubbles by the sucked gas. A gas suction step for generating large-sized bubbles, which are large bubbles, in the liquid;
A second switching step of switching the rotation state of the pump to high-speed rotation,
The high-speed rotation process, the first switching process, the gas suction process, and the second switching process are repeated in this order.
本発明によれば、微細気泡だけでは除去が困難なスケールなどの固形物の汚れに対し、皮脂などの汚れ成分の洗浄除去に加え、スケールなどの固形成分の洗浄除去との両立化が可能となり、熱交換器や配管内部の洗浄効果を向上できる。 According to the present invention, it is possible to achieve both cleaning and removal of solid components such as scales in addition to cleaning and removal of dirt components such as sebum for soils of solids such as scale that are difficult to remove with only fine bubbles. The cleaning effect inside the heat exchanger and piping can be improved.
以下、実施の形態1〜9における気泡発生装置、気泡発生方法について、図を参照しながら説明する。以下では気泡発生装置の一例として風呂給湯装置1(実施の形態1〜8)あるいは給湯装置100(実施の形態9)を説明するが、気泡発生装置の動作をステップあるいは工程ととらえることで、気泡発生装置を気泡発生方法と把握することができる。すなわち以下の実施の形態1〜9は、気泡発生装置及び気泡発生方法に関する実施形態である。
Hereinafter, the bubble generation device and the bubble generation method in the first to ninth embodiments will be described with reference to the drawings. Hereinafter, the hot water supply apparatus 1 (
実施の形態1.
(風呂給湯装置1の構成)
図1は、実施の形態1における風呂給湯装置1(液体移送装置の一例)を示す概略構成図である。図1に示すように、風呂給湯装置1は、大きく分けてヒートポンプユニット2と、貯湯タンクユニット3と、浴槽4とから構成されている。
(Configuration of the bath water heater 1)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a bath water heater 1 (an example of a liquid transfer device) in the first embodiment. As shown in FIG. 1, the
(ヒートポンプユニット2)
ヒートポンプユニット2は、外気の熱を二酸化炭素(CO2)冷媒に移す空気用熱交換器5、冷媒を圧縮する圧縮機6、冷媒の熱で水を加熱する水加熱用熱交換器(放熱器)7、冷媒を冷却する膨張弁8からなる。これらは冷媒用循環配管9により順に接続されて、冷熱サイクルを構成する。冷凍サイクルは貯湯タンクユニット3に熱を供給する。(Heat pump unit 2)
The
(貯湯タンクユニット3)
貯湯タンクユニット3は、ヒートポンプユニット2の冷熱サイクルにより供給された熱により水を温水10に変え、貯湯タンク11に貯蔵する湯沸機能と、浴槽4に温水10を供給する給湯機能と、浴槽4の浴水12とを追い焚きする追い焚き機能を有している。貯湯タンク11には、貯湯タンク11に上水を供給するための上水管13に繋がれた給水配管14が設けられている。ヒートポンプユニット2の水加熱用熱交換器7は、熱で貯湯タンク11の水を温水10に変えるが、貯湯タンクユニット3では、水加熱用熱交換器7に循環ポンプ15を介して通水する湯沸配管17が、設けられている。また、貯湯タンク11の温水10を浴槽4に供給するため蛇口18まで給湯配管19も設けられている。さらに、貯湯タンク11には、追い焚き用熱交換器20に温水を供給する加熱配管21と、温水10を循環させる循環ポンプ22とが設けられている。追い焚き用熱交換器20は、貯湯タンク11の温水10で浴槽4の浴水12を追い焚きする。追い焚き用循環配管24は循環ポンプ23により追い焚き用熱交換器20に通水する。浴槽4には、浴水12を追い焚きするため、追い焚き用循環配管24が接続され、また、追い焚き用循環配管24には気泡注入用のエジェクタ25a(他のエジェクタを含め、エジェクタは差圧発生部の一例である)が取り付けられている。その他、浴槽4に水を供給する給水配管26が蛇口18に接続されている。また、追い焚き用循環配管24に上水を供給する給水管27と、湯沸配管17とには、それぞれ気泡注入用のエジェクタ25b、25cが取り付けらている。エジェクタ25bは三方弁28を介して追い焚き用循環配管24に接続されている。またエジェクタ25a、25b、25cには、水の逆流を防止するための逆止弁38a、38b、38cおよび空気の出入りを制御するための電磁弁39a、39b、39cが接続されている。(Hot water storage tank unit 3)
The hot water
(制御装置40)
風呂給湯装置1は、制御部40(流量制御部の一例)を備えている。制御部40は、循環ポンプや、電磁弁などの制御可能な装置に電気的に接続しており、これらを制御する。制御部40は、例えばマイクロコンピュータであり、以下の実施の形態1〜9で説明する制御は、制御部40によって実行される。なお、図1では制御部40は、便宜的に循環ポンプ23のみに接続するよう図示している。しかし、実際には、制御部40は、他の循環ポンプ、電磁弁にも電気的に接続されている。なお、ここでは通常、配管に取り付けられている開閉弁類は省略している。(Control device 40)
The
(エジェクタの機能)
図2は、本発明で使用される気泡注入用のエジェクタ25aの概略構成と動作原理を示す図である。エジェクタ25aは、管路30に、狭窄部31と、流体32の流入口33と流出口34と、気体が注入されるガス吸引口35とを持つ。エジェクタ25aは、管路30の狭窄部31で流体の流速を高め、その部分で発生する減圧現象(通常ベルヌーイの定理と呼ばれる)を利用して、ガス吸引口35から外部の気体36を吸引し、流体に微細気泡37を導入する機能を有する。このためエジェクタ25aを使用することで、基本的にはポンプ等を使用することなく流体32に微細気泡37を注入することが可能となる。エジェクタ25aは、差圧によりガスを吸引する。差圧は、エジェクタ25aのガス吸引口35のガス側のガス圧力と、エジェクタ25aの狭窄部31の水の圧力との圧力差である。ガス吸引口35からのガス吸引は、エジェクタ25aの狭窄部31の水の圧力が、ガス吸引口35のガス側のガス圧力よりも低い場合におこる。大気(空気)の場合は、ガスが吸引されるべき差圧を負圧という場合がある。後述の図6では「負圧」という用語を用いている。(Ejector function)
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration and an operating principle of an
(微細気泡)
微細気泡の中で、マイクロバブルと称される直径が100μm以下の気泡は体積に比して表面積が非常に大きい特徴を有する。気泡の表面は疎水性のため皮脂などの汚れを吸着する特性がある。このことからマイクロバブルを多く発生させて、汚れ対象部位に接触させることで、高効率の洗浄を達成することができる。(Fine bubbles)
Among the fine bubbles, bubbles having a diameter of 100 μm or less, called microbubbles, have a feature that the surface area is very large compared to the volume. Since the surface of the bubbles is hydrophobic, it has a characteristic of adsorbing dirt such as sebum. Therefore, highly efficient cleaning can be achieved by generating a large number of microbubbles and bringing them into contact with the target site.
浴槽の湯が冷めて入浴に適さなくなった場合、浴水の湯温を上げる為、通常、風呂給湯装置には追い焚き機能が設けられている。ここで、浴水を追い焚き用の熱交換器にて加熱する。この追い焚の際、浴水には入浴時に人体から溶出した皮脂や塵、細菌、さらには上水に含まれるスケールと呼ばれるCaやMgなどの金属イオンの炭酸塩等の汚れ成分が含まれている。これらの汚れ成分は追い焚き用熱交換器の細管あるいは追い焚き用循環配管内壁に付着する。この付着は、熱交換効率の低下や、さらに付着がひどい場合には詰まりが発生し、著しい機能の低下をもたらす。 In order to raise the temperature of the bath water when the bath water is cooled and becomes unsuitable for bathing, the bath water heater is usually provided with a reheating function. Here, the bath water is heated with a heat exchanger for reheating. During this retreat, the bath water contains dirt components such as sebum, dust, bacteria, and metal ions carbonates such as Ca and Mg, which are called scales, contained in the drinking water. Yes. These dirt components adhere to the narrow tube of the reheating heat exchanger or the inner wall of the recirculation circulation pipe. This adhesion causes a decrease in heat exchange efficiency, and further, when the adhesion is severe, clogging occurs, resulting in a significant decrease in function.
本発明者らは、水中で微細気泡がその表面に汚れ成分を付着する付着作用に着目し、非入浴時に追い焚き用循環配管に微細気泡を注入することにより、追い焚き用熱交換器や配管に付着する汚れ成分を微細気泡により除去、排出させることができることを確認した。本発明はこの微細気泡表面が持つ付着作用を利用して、風呂給湯装置の配管内に付着する汚れ成分を除去するものである。具体的には、気泡を注入する手段として、内部で差圧が発生するエジェクタ(差圧発生手段)を利用し、洗浄する配管内に微細気泡を注入するものである。 The present inventors pay attention to the adhesion action of minute bubbles adhering to the surface of the fine bubbles in water, and by injecting the fine bubbles into the circulation piping for reheating when not bathing, a reheating heat exchanger or piping It was confirmed that the dirt component adhering to the surface can be removed and discharged by fine bubbles. The present invention uses the adhesion action of the surface of the fine bubbles to remove dirt components adhering to the piping of the bath water heater. Specifically, as means for injecting bubbles, an ejector (differential pressure generating means) that generates a differential pressure inside is used to inject fine bubbles into the pipe to be cleaned.
(エジェクタ特性)
エジェクタの特性は、狭窄部の大きさ、ガス吸引口の開口位置、ガス吸引口位置や径などによって変わる。例えば、ガス吸引口の開口位置を上流側あるいは下流側へずらすことで大幅にエジェクタの特性を変えることができる。実際には風呂給湯装置の配管長によって必要な気泡径、気泡の密度が要求されるがエジェクタの構造を変更することにより、設置条件に応じた微細気泡の供給が可能となる。また、エジェクタの素材については、真鍮、ステンレス、チタン、銅、アルミニウムあるいはそれらの合金、メッキを施したもの、ポリプロピレンやポリエチレンなどの各種樹脂などが使用できる。(Ejector characteristics)
The characteristics of the ejector vary depending on the size of the constriction, the opening position of the gas suction port, the position and diameter of the gas suction port, and the like. For example, the characteristics of the ejector can be significantly changed by shifting the opening position of the gas suction port to the upstream side or the downstream side. Actually, the required bubble diameter and bubble density are required depending on the pipe length of the bath water heater, but by changing the structure of the ejector, it is possible to supply fine bubbles according to the installation conditions. As the material of the ejector, brass, stainless steel, titanium, copper, aluminum or alloys thereof, plated materials, various resins such as polypropylene and polyethylene can be used.
前述のようにエジェクタは内部に液体(通常は水)が流れている時に狭窄部とガスの吸引口との間に差圧が発生してガスを吸引する装置である。よって、液体が流れていない静止状態では差圧が発生していないためガスの吸引は起こらない。よってエジェクタは流れが無い状態では機能を有さないというのが一般的な考え方であった。これに対して、実施の形態1は、エジェクタ内の液体の流れが無い状態に向かう際の現象を利用する。なお、ガス吸引口の付近が大気圧である場合はこの差圧は負圧となる。 As described above, an ejector is a device that sucks a gas by generating a differential pressure between a constriction and a gas suction port when a liquid (usually water) flows inside. Therefore, no suction of gas occurs because no differential pressure is generated in a stationary state where no liquid is flowing. Therefore, the general idea is that the ejector has no function when there is no flow. On the other hand, the first embodiment uses a phenomenon when the liquid is not flowing in the ejector. In addition, when the vicinity of the gas suction port is atmospheric pressure, this differential pressure becomes a negative pressure.
次に、実施の形態1の風呂給湯装置1の動作について、図1および図2を参照して説明する。
Next, the operation of the
(ヒートポンプとの熱交換)
図1に示すように、ここでは、貯湯タンク11に貯えられた水を温水にするために、空気中の熱を利用するヒートポンプ方式の熱交換器による加熱方式について説明する。
(1)まず、空気用熱交換器5で外気の熱を吸収したCO2冷媒は蒸発され、冷媒用循環配管9を通って圧縮機6で圧縮されて高温高圧の気体となり水加熱用熱交換器7に送られる。
(2)一方、上水管13から給水配管14を経て貯湯タンク11に注水された水は、循環ポンプ15により湯沸配管17を通って、水加熱用熱交換器7に送り込まれる。そしてこの水は、圧縮機6によって水加熱用熱交換器7に送り込まれた高温の冷媒との熱交換により加熱され、再び貯湯タンク11に戻される。
(3)また、水加熱用熱交換器7で熱を奪われた冷媒は、膨張弁8で減圧され液体となって再び空気用熱交換器5に戻され、外気の熱を吸収して、冷媒用循環配管9内を循環して冷熱サイクルを構成する。
(4)上述の操作を繰り返すことにより貯湯タンク11の水の温度は高められ、所定の温度を持つ温水10として貯蔵される。貯湯タンク11の温水10は、給湯配管19を介して、蛇口18から浴槽4に供給され、入浴に供される。浴水12の温度を調整するために、上水管13から給水配管26を利用して上水を浴槽4に供給される。また、図示していないが、浴槽4に、浴水12を張るのに浴槽4内に設けられた注水口から温水10を供給することもある。(Heat exchange with heat pump)
As shown in FIG. 1, here, a heating method using a heat pump heat exchanger that uses heat in the air to make the water stored in the hot
(1) First, the CO 2 refrigerant that has absorbed the heat of the outside air by the
(2) On the other hand, the water poured into the hot
(3) Further, the refrigerant deprived of heat by the water
(4) By repeating the above operation, the temperature of the water in the hot
(追い焚き用熱交換器20、追い焚き用循環配管24の洗浄動作)
次に、追い焚き用熱交換器20と、追い焚き用熱交換器20に接続される追い焚き用循環配管24とを洗浄する動作について説明する。浴槽4の浴水12を追い焚きする場合は、貯湯タンクユニット3の貯湯タンク11から、温水10が、循環ポンプ22により、加熱配管21を通って追い焚き用熱交換器20へ導かれる。一方、浴槽4の浴水12は、循環ポンプ23により追い焚き用循環配管24を通り、追い焚き用熱交換器20へ送られる。追い焚き用熱交換器20では、貯湯タンク11の温水10と浴水12との熱交換により、温水10は浴水12により熱を奪われ低温水となって加熱配管21を通って貯湯タンク11に戻される。一方、浴水12は温水10から熱をもらってより高い温度となり、浴槽4に追い焚き用循環配管24を通って戻される。これを繰り返すことにより、追い焚きされた浴水12の温度は入浴に適した湯温になる。(Cleaning operation of reheating
Next, the operation of cleaning the reheating
(汚れ物質の混入)
しかし、この追い焚き時の浴水12の循環により、浴水12には、人の入浴にともなって溶解される皮脂、有機物や塵が混入される。これらの汚れ物質は、追い焚き用熱交換器20および追い焚き用循環配管24の内壁に付着し、熱交換効率の低下や配管の詰まりを誘発する原因となる。特に、風呂給湯装置の小型化のため、追い焚き用熱交換器20としては、層間が1mmと狭いプレートを積層したプレート型熱交換器が使用されることが多いので、この層間に汚れが付着し易い。このため、非入浴時に、追い焚き用熱交換器20および追い焚き用循環配管24の洗浄を定期的に実施することが好ましい。(Contamination of dirty substances)
However, due to the circulation of the
(非入浴時の洗浄)
このため、実施の形態1では、追い焚き用熱交換器20および追い焚き用循環配管24の洗浄の際に、浴槽4に溜めた清浄な水を循環ポンプ23により追い焚き用熱交換器20に循環させる。この清浄な水の流れによって、追い焚き用熱交換器20の手前(下流側)の追い焚き用循環配管24に設けられたエジェクタ25aのガス吸引口35から空気が引き込まれる。そして、エジェクタ25a内部で発生する気液混相流により微細気泡が生成され、エジェクタ25aの流出口34から追い焚き用熱交換器20に微細気泡が送り込まれる。この追い焚き用熱交換器20の細管や追い焚き用循環配管24の内壁に付着した汚れ物質は、生成された微細気泡の表面に付着し、浴槽4に送出される。このようにして、浴水12を循環させることにより、追い焚き用熱交換器20および追い焚き用循環配管24が洗浄される。(Washing when not bathing)
For this reason, in the first embodiment, when the reheating
(エジェクタ25b)
エジェクタ25bは、浴槽4とエジェクタ25aとの間の追い焚き用循環配管24には気泡が注入されず非洗浄部分が発生するため、この間の洗浄を行うため上水管13と循環ポンプ23とエジェクタ25aとの間に設けられる。エジェクタ25bは、逆止弁29を介して上水あるいは貯湯タンク11の温水10に気泡を注入して洗浄するものである。(Ejector 25b)
In the
(エジェクタ25c)
またエジェクタ25cにより生成された気泡は循環ポンプ15により湯沸配管17を介して水加熱用熱交換器7を洗浄するが、これは水加熱用熱交換器7に堆積するスケール成分の除去を目的とする。(
The bubbles generated by the
風呂給湯装置は長期間使用すると、主にスケールと呼ばれる上水中の無機塩が固体表面で析出した物質によって、熱交換器の熱交換効率が低下したり、あるいは熱交換器の流路を閉塞する場合がある。特に上水の硬度が高い、いわゆる硬水の水を高温の湯として用いた場合に、このような問題が顕著に発生する。 When the bath water heater is used for a long time, the heat exchange efficiency of the heat exchanger is reduced or the flow path of the heat exchanger is blocked due to a substance called inorganic scale in the water that is mainly deposited on the solid surface. There is a case. In particular, when so-called hard water having a high hardness is used as hot water, such a problem is remarkably generated.
(径の大きい泡の効果)
スケールなどの固形成分の汚れは配管内に強固に付着する傾向があるため、微細気泡の剥離作用だけでは除去は困難である。この場合、物理的せん断力が固形成分除去に有効であることから、この物理的せん断力を高めるために、大きい径の気泡(後述のように直径1mm以上程度の気泡。以下、大径気泡という場合がある)を注入して配管内の流れに変化をもたせることが効果的である。(Effect of large diameter foam)
Since solid components such as scales tend to adhere firmly to the inside of the pipe, it is difficult to remove them only by the peeling action of fine bubbles. In this case, since the physical shearing force is effective for solid component removal, in order to increase the physical shearing force, a large-sized bubble (a bubble having a diameter of about 1 mm or more as will be described later. In some cases, it is effective to change the flow in the pipe.
大きい径の気泡を注入するためには、循環ポンプ23のモーターを強力にする、あるいは電磁弁39の空気配管の先端にガスを送るエアポンプを接続するなどの方法が考えられる。しかしながら、いずれの方法を用いても、ポンプやエアポンプの騒音が大きくなる、消費エネルギーが大きくなる、大きい気泡ばかりが生成して微細気泡が発生しにくく皮脂分が除去されにくくなるなどの問題がある。このため、効率的に洗浄を行うことは困難である。
In order to inject bubbles having a large diameter, methods such as strengthening the motor of the
(空気の量と泡の大きさ)
通常、風呂給湯装置が一般住宅に設置される場合、風呂給湯装置から使用箇所まで、例えば、住戸内の浴槽までの配管長さは様々で2mから30mまで想定される。浴槽4とエジェクタ25aとが離れており、さらに浴槽が二階に設置されている場合は、エジェクタ25aにかかる水の圧力が高くなる。この場合、エジェクタ25aで引き込まれる空気の量が少ない場合は微細気泡が生成するが、大きい径の気泡が生成されなくなる。このため追い焚き用熱交換器20や追い焚き用循環配管24の内部に蓄積したスケール成分を洗浄除去することができなくなるという課題がある。(Air volume and bubble size)
Usually, when a bath water heater is installed in a general house, the piping length from the bath water heater to the place of use, for example, a bathtub in a dwelling unit, varies from 2 m to 30 m. When the
図3は発明者らにより実施した実験の実験装置を示す。発明者らは、この課題を解決するために、以下の装置を構成し実験を実施した。図3に示すように、浴槽4、循環ポンプ23、追い焚き用循環配管24、エジェクタ25a、追い焚き用熱交換器20、水の流量計54、圧力計56で、循環回路を構成した。エジェクタ25aには配管を介して、逆止弁38aと電磁弁39a、ガス流量計55、圧力計57が接続されている。浴槽4には約200Lの浴水12を入れた。循環ポンプ23はトルクの強いとされるDCモーターを内蔵している種類のものを用いた。追い焚き用循環配管24は、内径13mmの架橋ポリエチレン製のものとし長さは15mとした。
FIG. 3 shows an experimental apparatus for experiments conducted by the inventors. In order to solve this problem, the inventors configured the following apparatus and conducted an experiment. As shown in FIG. 3, the
実験は、
(1)まず電磁弁39aを開き、
(2)循環ポンプ23を動作させて浴水12の循環の流れを形成する。
(3)定常的な循環の流れとなるまで待機した。この時、水の流量計54は7L/min、ガス流量計55は約60mL/minを示していた。このとき配管内を観察すると、100μm以下の微細気泡が多数発生していることが確認できた。
(4)次に循環ポンプ23の供給電力を瞬時に停止させた。このときにガス流量計55を観察すると、最大500mL/min程度となる多量の空気の吸引が観察された。The experiment
(1) First, open the
(2) The
(3) It waited until it became a steady circulation flow. At this time, the
(4) Next, the power supplied to the
(最適化)
さらに、循環ポンプ23の動作時間T1(第1の期間)と停止時間T2(第2の期間)の最適化を図るため、以下の実験を行った。
(1)まず循環ポンプ23の回転数と流量とをモニタリングし、循環ポンプ23を高速で回転させ、ほぼ定常状態になるまでの時間を計測した。本実験では2.0〜2.5秒でほぼ定常状態となったことから、動作時間T1を2.5秒に設定した。
(2)次に循環ポンプ23を動作させ2.5秒時に停止させ、2.0秒間放置した。この時、水の流量計54、ガス流量計55、圧力計56、57の値をモニタリングした。(optimisation)
Further, in order to optimize the operation time T1 (first period) and stop time T2 (second period) of the
(1) First, the rotation speed and flow rate of the
(2) Next, the
図4と図5とは、その結果を示す図である。両図に示すように、2.5秒時(図4、5内ではAの時点)に循環ポンプ23が停止した後、エジェクタ25aの部分に最大3.2kPa程度の差圧が発生し、それに応じて空気の吸引量が徐々に増加して最大(ピーク)(図4、5内ではBの時点)となった。そして、空気の吸引量はピークからその後徐々に、大気圧に戻るように減少していった(図4、5内ではCの時点)。
4 and 5 are diagrams showing the results. As shown in both figures, after the circulating
以上の実験結果から、動作に余裕を見て、循環ポンプ23の動作時間T1は2.5秒程度、停止時間はT2は1.5秒程度が適当であることがわかった。この時の空気のトータルの吸引量は26mLであったため、T1とT2の合計時間である4秒間で均一にすれば、ガス流量は390mL/min相当となる。連続の場合である60mL/minと比較すると約6倍以上の空気吸引量となった。
From the above experimental results, it was found that the operation time T1 of the
(気泡発生方法)
すなわち、この実験結果から、循環ポンプ23を連続で動作させるかわりに以下の各工程(1)〜(4)を順番に動作させることで、大径気泡が発生することが判明した。
(1)ある程度の時間で循環ポンプ23を高速回転で動作させる工程(高速回転工程)である。
(2)循環ポンプ23を停止へと切り替える切替工程(第1の切替工程)である。なお実施の形態2で後述するが、回転停止ではなく、ポンプの回転数をダウンさせてもよい。高速回転状態のポンプを、停止あるいは低速回転へ切り替えることを第1の切替工程という場合がある。
(3)循環ポンプ23を停止させた時に発生するガス吸引工程(ガス吸引工程)である。
(4)循環ポンプ23を再び高速回転に切り替える工程(第2の切替工程)である。停止あるいは低速回転状態のポンプを高速回転へ切り替えることを第2の切替工程という場合がある。(Bubble generation method)
That is, from this experimental result, it was found that large diameter bubbles are generated by sequentially operating the following steps (1) to (4) instead of continuously operating the
(1) A step (high-speed rotation step) in which the
(2) This is a switching step (first switching step) for switching the
(3) A gas suction process (gas suction process) generated when the
(4) This is a step (second switching step) for switching the
上記(1)〜(4)の工程を順番に動作させることで、大きい空気吸引量が達成された。また、このとき配管内には目視で1mm以上の径の気泡が多量に吸引されていることが確認された。上記の各工程は、それぞれ、後述する図4のS(1)〜S(4)に対応する。 A large air suction amount was achieved by operating the steps (1) to (4) in order. At this time, it was confirmed that a large amount of bubbles having a diameter of 1 mm or more was sucked into the pipe. Each of the above steps corresponds to S (1) to S (4) in FIG.
(図4、図5の現象の原理)
図6(a)〜(c)は、前記の現象を説明する図である。この現象の原理を図6を参照しながら説明する。図6では圧力計56と57はゲージ式のものであり、点線部分が大気圧を示しており、時計回り方向が正圧、時計回りと反対方向が負圧となっていることを意味する。
(a)循環ポンプ23が回転しているときは、追い焚き用循環配管24の内部は正圧で浴水12は流れている。
(b)循環ポンプ23が回転を停止した直後は、追い焚き用循環配管24の内部の浴水12は慣性力を持っているため、急に流れが止まるわけではなく、ある程度流れ続けることができる。しかし、循環ポンプ23は停止しており、循環ポンプ23の近傍の浴水12は流れることはないためエジェクタ25aの内部で差圧が発生する。
(c)この状態が1秒程度継続している間は、この差圧を解消するために、エジェクタ25aに空気が吸引される。空気が吸引されてエジェクタ25aの内部の差圧状態が解消すると、空気の吸引がなくなり、水は静止状態となる。(Principle of the phenomenon in FIGS. 4 and 5)
6A to 6C are diagrams for explaining the above phenomenon. The principle of this phenomenon will be described with reference to FIG. In FIG. 6, the pressure gauges 56 and 57 are gauge type, and the dotted line portion indicates atmospheric pressure, which means that the clockwise direction is positive pressure and the counterclockwise direction is negative pressure.
(A) When the
(B) Immediately after the
(C) While this state continues for about 1 second, air is sucked into the
(実験結果)
図7は実験結果を示す。図7に、循環ポンプ23の「連続運転」の場合、および「T1=2.5秒、T2=1.5秒」に設定した運転の場合の二つの運転条件について、配管の内壁の洗浄力について実験を行った結果を示す。実験では、ポリエチレン配管の内壁に皮脂汚れに相当するトリオレインが塗布された。図3において追い焚き用循環配管24の浴槽4との間、すなわち出口部分に設置し、循環ポンプ23を動作させて1分間洗浄を行った。有機分濃度の分析方法は、専用の抽出溶媒であるS−316でポリエチレン配管の内壁に残留したトリオレインを溶解させ、液中の有機分濃度を赤外分光法の原理で定量化し、単位面積当たりの汚れ量を汚染度(単位はμg/cm2)として求めた。図7から、「T1=2.5秒、T2=1.5秒」が、「連続運転」の場合と比較して汚染度が2/3以下となる結果を得た。すなわち、循環ポンプ23を間欠的に動作させた方が、皮脂汚れが良好に除去できる結果となった。(Experimental result)
FIG. 7 shows the experimental results. FIG. 7 shows the cleaning power of the inner wall of the pipe for two operating conditions in the case of “continuous operation” of the
(実験結果)
次に、実施の形態1によるスケール付着抑制効果を確認する実験の結果について説明する。追い焚き用熱交換器20に、水温80℃の高硬度水(硬度200mg−CaCO3/L)を5時間流通させたときの熱交換器の内面に付着したスケール量を分析した。スケール量の分析方法としては、着したスケールを1モル/Lの希塩酸で抽出した後、高速液体クロマトグラフィ分析装置を使ってカルシウムイオン量を測定した。(Experimental result)
Next, the result of the experiment for confirming the effect of suppressing the scale adhesion according to the first embodiment will be described. The amount of scale attached to the inner surface of the heat exchanger was analyzed when high hardness water (hardness 200 mg-CaCO 3 / L) with a water temperature of 80 ° C. was passed through the
図8は上記の実験の結果を示すグラフである。図8では、循環ポンプの「連続運転」により連続して気体36を入れた場合と、「T1=2.5秒、T2=1.5秒」の場合について、スケール付着量を示している。
FIG. 8 is a graph showing the results of the above experiment. In FIG. 8, the amount of scale adhesion is shown for the case where the
図8に示すように、連続の場合よりも、T1=2.5秒、T2=1.5秒とした方がスケール付着量の値が小さく、スケール付着の防止効果が確認された。追い焚き用熱交換器20は材質に依存せず同様な効果が得られるが、特に、銅製及びステンレス鋼製では顕著な効果を奏する。
As shown in FIG. 8, the scale adhesion amount was smaller when T1 = 2.5 seconds and T2 = 1.5 seconds than when continuous, and the effect of preventing scale adhesion was confirmed. The reheating
このように、実施の形態1における風呂給湯装置によると、送圧の低いポンプでは多量のガス吸引が難しい水圧の高い配管系でも、配管に多量のガスを注入することができる。さらに微細気泡による皮脂成分の除去に加えて、径の大きい泡による物理的せん断力を発生させることで、熱交換器や配管内部の著しい洗浄効果を達成することができる。このため、実施の形態1における風呂給湯装置1は、追い焚き用熱交換器20の熱交換率の低下を抑え、追い焚き用循環配管24の詰まりを抑止できるという効果を奏する。
Thus, according to the bath hot water supply apparatus in
(ガスの種類)
なお、実施の形態1ではガスは空気としたが、他のガス種、たとえば窒素、水素、酸素、ネオン、アルゴン、二酸化炭素、オゾンなどを用いてもよい。特に、オゾンは強い酸化力を持つので、オゾンを含む微細気泡を用いると、汚れの除去効果が向上するとともに、水中に存在する菌の殺菌やカビ類の除去も可能となり、より一層高い効果を得られる。また、水のpHを酸性やアルカリ性にすることも汚れの除去作用に有効である。(Gas type)
In the first embodiment, the gas is air, but other gas types such as nitrogen, hydrogen, oxygen, neon, argon, carbon dioxide, and ozone may be used. In particular, because ozone has a strong oxidizing power, the use of fine bubbles containing ozone improves the effect of removing dirt, and also enables sterilization of fungi existing in the water and removal of molds, thereby further enhancing the effect. can get. Further, making the pH of water acidic or alkaline is also effective for removing dirt.
さらに、本実施の形態1では貯湯タンクの水を加熱するのにヒートポンプ式の加熱装置を使用する場合について説明した。しかしヒートポンプ式の加熱装置に限定するものではなく、この他、電気ヒータによるもの、ガスの燃焼によるもの、石油(灯油)の燃焼によるもの、太陽熱によるものなどであってもよい。追い焚き用の熱交換器を有する風呂給湯装置であればよく、いずれの風呂給湯装置であっても同様の効果を得ることができる。
Furthermore, in this
また本実施の形態1では、循環ポンプ23を停止させることで差圧を発生させたが、その代わりに、逆回転、すなわち流れが逆になるように循環ポンプ23を動作させてもよい。この場合も、停止させた場合と同様に差圧が発生し、配管に多量のガスを注入させることが可能となる。
Further, in the first embodiment, the differential pressure is generated by stopping the
また本実施の形態1では、循環ポンプ23を動停止させたが、循環ポンプ15を動停止させて、水加熱用熱交換器7と湯沸配管17を効果的に洗浄させてもよい。この場合もエジェクタ25aと同様にエジェクタ25cに差圧が発生し、配管に多量の空気を注入させ、水加熱用熱交換器7と湯沸配管17に付着した汚れやスケールを除去することが可能となる。
In the first embodiment, the
実施の形態1の気泡発生方法、気泡発生装置により、微細気泡による皮脂などの汚れ成分の洗浄除去ができる。さらに、1mm以上の径の大きい大径気泡による物理的せん断力を発生させることで、微細気泡だけでは除去が困難なスケールなどの固形物の汚れを除去できる。このように汚れ除去の両立化をはかり、熱交換器や配管内部の洗浄効果を向上できる。 By the bubble generation method and the bubble generation apparatus of the first embodiment, it is possible to clean and remove dirt components such as sebum due to fine bubbles. Furthermore, by generating a physical shearing force due to a large-sized bubble having a large diameter of 1 mm or more, it is possible to remove solid matter such as a scale that is difficult to remove with only fine bubbles. In this way, it is possible to achieve both the removal of dirt and improve the cleaning effect inside the heat exchanger and the piping.
実施の形態2.
次に実施の形態2を説明する。本実施の形態2は、実施の形態1における風呂給湯装置の循環ポンプ23を停止させるのでなく、回転数を一定以下に制御する。すなわち、循環ポンプ23の動作している工程での時間をT1とし、循環ポンプ23を低回転で動作している工程での時間はT2として、回転数の増減を行うものである。つまりポンプの動作時間T1のうちのT2は低回転期間とする。他の構成要素は、実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
Next, a second embodiment will be described. In the second embodiment, the
循環ポンプ23は主にモーターとプロペラで構成されているが、モーターの回転数に応じて送液量が変化する。すなわち回転数をゼロにすれば全く送液することはなく送液量もゼロであり、回転数に応じて送液量が変化する特性となっている。実施の形態1で示したように、回転数を時間的に変化させない連続の状態では、循環ポンプ23の停止時に起きる多量のガス吸引の現象は見られない。従って、ある程度以上の回転数まで落とした場合に実施の形態1と同様にガスが吸引する現象が起きる。ポンプに限らず、一般に動力装置は完全に停止させた後に再起動させるよりは、ある程度の回転数までを下限値として変化させた方が、耐久性の面で有利である。このことから、本実施の形態2では、ポンプを完全に停止させるのではなく、回転数を一定以下に制御することに着目した。
The
図3に示す実験装置を用いて、循環ポンプ23の回転数を適宜変化させて、洗浄力を評価する実験を行った。実施の形態1と同様に、ポリエチレン配管の内壁に皮脂汚れに相当するトリオレインを塗布し、図3において追い焚き用循環配管24の浴槽4との間、すなわち出口部分に設置した。有機分濃度の分析方法は、実施の形態1と同様とした。なお、この実験では「T1=2.5秒、T2=1.5秒」に固定し、洗浄時間は1分とした。
Using the experimental apparatus shown in FIG. 3, an experiment for evaluating the cleaning power was performed by appropriately changing the rotational speed of the
図9は実験結果を示す。図9では、横軸は循環ポンプ23を低回転に落としたときの最大回転数に対する回転数の割合とし、縦軸は汚染度とした実験結果を示す。横軸で100%は連続運転であることを示す。図9から分かるように、50%では連続運転と同等であり、回転数を変化させても洗浄力の面では改善されない結果となった。一方、25%以下では汚染度が大きく改善された。この範囲での汚染度は5%の範囲で収まっており、ほぼ同等であるとみなすことができる。
FIG. 9 shows the experimental results. In FIG. 9, the horizontal axis indicates the ratio of the rotation speed to the maximum rotation speed when the
以上の結果より、実施の形態1で示した効果、すなわち送圧の低いポンプでは多量のガスの吸引が難しい水圧の高い配管系でも、配管に多量のガスを注入することが可能となる。さらに微細気泡による皮脂成分の除去に加えて、径の大きい泡により物理的せん断力を発生させることで熱交換器や配管内部の著しい洗浄効果を達成する。これにより、追い焚き用熱交換器20の熱交換率の低下を抑え、追い焚き用循環配管24の詰まりを抑止できるという効果を奏する他、さらに循環ポンプ23を停止させるのではなく回転数を落とすことにより、循環ポンプ23の劣化を防止することが可能となる。
From the above results, it is possible to inject a large amount of gas into a pipe even in a piping system having a high water pressure, in which it is difficult to suck a large amount of gas with a pump having a low pressure feeding, as shown in the first embodiment. Furthermore, in addition to the removal of sebum components by fine bubbles, a physical shearing force is generated by bubbles having a large diameter, thereby achieving a remarkable cleaning effect inside the heat exchanger and the piping. As a result, the reduction in the heat exchange rate of the reheating
実施の形態3.
本実施の形態3では、実施の形態1における風呂給湯装置の動作時の様子を示す。図4および図5において、ガス吸引工程の途中のBの地点で、循環ポンプ23を高速回転に切り替えるものである。すなわち、ガス吸引工程でエジェクタ25aの内部が大気圧に戻る前に循環ポンプ23を高速回転に切り替える。ただし、ガス吸引工程から高速回転に切り替える時点は図4内のBである必要はなく、その前後であってもよい。
In this
循環ポンプ23は図4に示すように高速回転に切り替えても直ちに水流量が増大するわけではないので、エジェクタ25aの内部の圧力への影響は少なく、実施の形態1と同様に、徐々に大気圧に戻る特性となる。このように動作させると単位時間例えば、一時間あたりの上記の繰り返し動作の工程、すなわちガス吸引工程の回数が増え、配管内に吸引されるガス量がトータルとして実施の形態1よりも増大する効果がある。しかしながら、ガス吸引工程でガス吸引量が最大となる時点が必ずしも一定であるとは限らないため、ガス吸引動作が不安定になる可能性について考慮する必要がある。実際には余裕を見てガス吸引工程において、ガス吸引量が最大となるBの時点から0.1〜0.2秒後の時点で、循環ポンプ23を高速回転に切り替えることが望ましい。
Even if the
実施の形態4.
図10は実施の形態4の風呂給湯装置1の構成を示す図である。図10を参照して実施の形態4を説明する。実施の形態4では、図10に示すように、実施の形態1における風呂給湯装置1において、電磁弁58を循環ポンプ23の上流側、すなわち浴槽4側に設置した。他の構成要素は、実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of the
実施の形態1において、循環ポンプ23の動作工程(期間T1)と停止工程(期間T2)を繰り返すことによって、追い焚き用循環配管24内に気泡を注入したが、本実施の形態4においては、電磁弁58の開閉動作により同じ効果を実現する。
In the first embodiment, by repeating the operation process (period T1) and the stop process (period T2) of the
実施の形態4による追い焚き用熱交換器20および追い焚き用循環配管24の洗浄では、電磁弁58を開き浴槽4に溜めた清浄な水を循環ポンプ23により循環させ、例えばその2.5秒後に停止させる。そして、循環ポンプ23を停止させた時と同期して電磁弁58を閉じる(電磁弁制御工程)。この時、追い焚き用循環配管24内の水は慣性力を持つため、エジェクタ25aの内部は差圧が発生し、ガスが多量に吸引される。ガスは追い焚き用循環配管24内で大径気泡として生成し、追い焚き用熱交換器20に送り込まれる。この追い焚き用熱交換器20の細管や追い焚き用循環配管24の内壁に付着した汚れ物質(スケール)は、生成された大径気泡の物理的せん断力によって除去され、浴槽4に送出される。水を循環させることにより、追い焚き用熱交換器20および追い焚き用循環配管24が洗浄される点は実施の形態1と同様である。なおポンプ停止期間T2から再びポンプ高速回転期間T2に切り替えるときは、電磁弁58をオープンにする(電磁弁制御工程)。これら電磁弁やポンプの制御は制御部40によって実行される。
In the cleaning of the reheating
このように、気泡発生方法では、制御部40が、ポンプに対する第1の切替工程(高速から低速あるいは停止への切替)と第2の切替工程(高速回転への切替)との切替タイミングに応じて、電磁弁の開閉を制御する電磁弁制御工程を実行する。
As described above, in the bubble generation method, the
実施の形態1と比較すると電磁弁58を閉じることで、エジェクタ25a内の差圧の発生をより強力にしている。このため、ガスの吸引量が多くなり、大径気泡の生成が活発となって追い焚き用熱交換器20および追い焚き用循環配管24をより強力に洗浄する効果がある。図10に示す風呂給湯装置で電磁弁39aの近傍に圧力計を設置して、実際に圧力を測定したところ、実施の形態1の場合と比較して差圧発生時の圧力は約1.5倍、ガス吸引量は2倍程度まで増加する結果であった。
Compared with the first embodiment, the electromagnetic valve 58 is closed to make the generation of the differential pressure in the
ここでは、循環ポンプ23の上流側に電磁弁58を設けたが、循環ポンプ23とエジェクタ25aの間に設置した場合でも同様な効果が得られた。
Here, although the electromagnetic valve 58 is provided on the upstream side of the
本実施の形態4では循環ポンプ23を停止させたが、実施の形態2と同様にポンプ内のモーターの回転数を落とす動作としてもよい。
In the fourth embodiment, the
また電磁弁58を開閉動作させるだけではなく、循環ポンプ23の停止時には全開ではなく、例えば半分程度開くような動作としてもよい。
Further, not only the electromagnetic valve 58 is opened and closed, but when the
このように、実施の形態4における風呂給湯装置によると、電磁弁58を開閉動作することで、送圧の低いポンプでは多量のガスの吸引が困難な水圧の高い配管系でも、配管に多量のガスを注入することが可能となる。さらに微細気泡による皮脂成分の除去に加えて、物理的せん断力を発生させることで熱交換器や配管内部の著しい洗浄効果を達成することで、追い焚き用熱交換器20の熱交換率の低下を抑え、追い焚き用循環配管24の詰まりを抑止できるという効果を奏する。
As described above, according to the bath water heater in the fourth embodiment, by opening and closing the electromagnetic valve 58, a large amount of piping can be installed even in a piping system having a high water pressure, which makes it difficult to suck a large amount of gas with a pump having a low pressure. Gas can be injected. Furthermore, in addition to the removal of sebum components by fine bubbles, a physical shearing force is generated to achieve a significant cleaning effect inside the heat exchanger and piping, thereby reducing the heat exchange rate of the reheating
実施の形態5.
図11は実施の形態5の風呂給湯装置1の構成を示す図である。本実施の形態5では、図11に示すように実施の形態1における風呂給湯装置において、追い焚き用循環配管24の内部の水圧を測定する圧力センサ59(圧力検出部)をエジェクタ25aの下流側に設置した。他の構成要素は、実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of the
風呂給湯装置が一般住宅に設置される場合、風呂給湯装置から使用箇所までの配管長さは様々であるが、高さについても1階だけでなく2階まで給湯することも求められる。従って、設置条件によって風呂給湯装置へかかる水圧はまちまちであり、一般的に流量7L/min時の動圧として20kPaから80kPaの範囲とされる。エジェクタはその原理からエジェクタ出口の水圧によってガス吸引速度が大きく異なる。この箇所の水圧が高ければ高いほど、ガス流量が小さくなることから、水圧に応じて配管に注入するガスの吸引量を調節する必要がある。 When the bath water heater is installed in a general house, the piping length from the bath water heater to the place of use varies, but the height is also required to be hot water up to the second floor as well as the first floor. Accordingly, the water pressure applied to the bath water heater varies depending on the installation conditions, and is generally in the range of 20 kPa to 80 kPa as the dynamic pressure at a flow rate of 7 L / min. From the principle of the ejector, the gas suction speed varies greatly depending on the water pressure at the ejector outlet. The higher the water pressure at this point, the smaller the gas flow rate. Therefore, it is necessary to adjust the suction amount of the gas injected into the pipe according to the water pressure.
図11に示す風呂給湯装置1において、追い焚き用循環配管24の長さを調節することで、追い焚き用循環ポンプ23を連続動作とし流量7L/minで循環させた。
この場合、水圧35kPaでのガス流量は400mL/minであるのに対し、水圧50kPaの場合ではガス流量は60mL/minと、約15%と大きく減少した。In the
In this case, the gas flow rate at a water pressure of 35 kPa was 400 mL / min, whereas in the case of a water pressure of 50 kPa, the gas flow rate was 60 mL / min, a significant decrease of about 15%.
図11に示す風呂給湯装置1において、水圧50kPaの条件とし、追い焚き用循環ポンプ23の動作時間T1は2.5秒、停止時間T2は1.5秒として運転した。このとき循環ポンプ23の停止時に多量のガス吸引が見られ、連続換算でのガス流量に換算したところ390mL/minとなり、水圧35kPaで追い焚き用循環ポンプ23を連続で運転した場合と同等のガス吸引量が得られた。その他の水圧の条件の場合も同様に適用することが可能であるが、圧力センサ59の値とガス流量の関係をあらかじめ把握しておき、そのプロファイルに応じて追い焚き用循環ポンプ23の動作を決定することが望ましい。
The
すなわち、制御部40は、エジェクタ25aの下流に設置された圧力センサ59による検出値に応じて、動作時間T1、停止時間T2(あるいは、停止ではなく実施の形態2のように低速回転期間)を決定する。このように制御部40は、第1の切替工程については圧力センサ59の検出値に応じて回転停止あるいは低速回転の回転状態にポンプを切り替え、第2の切替工程については圧力センサ59の検出値に応じて高速回転に切り替える。
That is, the
このように、実施の形態5における風呂給湯装置によると、圧力センサ59の値に応じて追い焚き用循環ポンプ23の運転動作を行うことで、水圧の大小によらず、配管に多量のガスを注入することが可能となる。さらに微細気泡による皮脂成分の除去に加えて、径の大きい泡により物理的せん断力を発生させることで熱交換器や配管内部の著しい洗浄効果を達成することができる。よって追い焚き用熱交換器20の熱交換率の低下を抑え、追い焚き用循環配管24の詰まりを安定的に抑止できるという効果を奏する。
As described above, according to the bath water heater in the fifth embodiment, the
実施の形態6.
図12は実施の形態6の風呂給湯装置1の構成を示す図である。本実施の形態6では、図12に示すように実施の形態1における風呂給湯装置において、気泡の合一を抑制する添加剤を注入する添加剤供給装置43(添加剤供給部)を設置したものである。他の構成要素は、実施の形態1と同様であるので説明を省略する。添加剤の添加は、例えば、制御部40が添加剤供給装置43を制御することで行う。
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of the
液中の気泡は密度が高くなると、気泡同士の衝突頻度が高くなることによって合一といわれる合体現象のため気泡が大きくなってしまう。特に、この現象は配管長が長くなるほど顕著となり、エジェクタからの距離が遠くなるほど清浄度維持の効果が薄れてしまう。そこで、合一を抑制する添加剤を微量、水に添加する(添加剤供給工程)。これにより、エジェクタで生成された気泡の液中での性質を安定化させ、気泡の合一を抑制する。添加剤供給装置43により、通水量に応じて添加剤の濃度を調整しながら、適切なタイミングで投入することができる。添加剤供給装置43を設けた場合には、添加剤を投入しない場合に比べて、10倍以上のガス流量をエジェクタ25aに供給した場合においても気泡径をマイクロバブルといわれる、直径100μm以下に維持することが可能となる。このため、追い焚き用熱交換器20や追い焚き用循環配管24をさらに効率よく洗浄することができる。また、気泡密度を高い状態に維持できるために、浴槽の洗浄などにも効果を発揮することができる。
When the density of the bubbles in the liquid increases, the bubbles become larger due to the coalescence phenomenon called coalescence due to the high collision frequency of the bubbles. In particular, this phenomenon becomes more prominent as the pipe length becomes longer, and the effect of maintaining the cleanliness becomes weaker as the distance from the ejector becomes longer. Therefore, a small amount of an additive that suppresses coalescence is added to water (additive supply step). Thereby, the property in the liquid of the bubble produced | generated by the ejector is stabilized and coalescence of a bubble is suppressed. The additive supply device 43 can be charged at an appropriate timing while adjusting the concentration of the additive according to the amount of water flow. When the additive supply device 43 is provided, the bubble diameter is maintained at 100 μm or less, which is referred to as a microbubble, even when a gas flow rate of 10 times or more is supplied to the
添加剤としては、
アルコール系化合物を主とする水酸基含有化合物(a1)、
アミノ基含有化合物(a2)、
カルボキシル基含有化合物(a3)
が好ましい。
さらに好ましいのはのa1うちの1価のアルコール(a11)
および2〜8価の多価アルコール(a12)、
並びに(a2)のうちのモノアミン類(a21)
およびポリアミン類(a22)
およびアルカノールアミン類(a23)
である。As an additive,
A hydroxyl group-containing compound (a1) mainly comprising an alcohol compound;
An amino group-containing compound (a2),
Carboxyl group-containing compound (a3)
Is preferred.
More preferred is a monohydric alcohol (a11) of a1.
And a divalent to octavalent polyhydric alcohol (a12),
And monoamines (a21) of (a2)
And polyamines (a22)
And alkanolamines (a23)
It is.
特に好ましいのは(a11)および(a12)、
とりわけ好ましいのは(a12)である。Particularly preferred are (a11) and (a12),
Particularly preferred is (a12).
(a11)としては、
メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、sec−ブタノール、1−ペンタノール、アリルアルコール、合成もしくは天然の高級アルコール[例えば、炭素数14〜15の合成アルコール(市販品としては「ドバノール45」三菱化学株式会社製など)等の炭素数1〜18、好ましくは炭素数1〜8の1価アルコールが挙げられる。(A11)
Methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, sec-butanol, 1-pentanol, allyl alcohol, synthetic or natural higher alcohols [for example, synthetic alcohols having 14 to 15 carbon atoms (for example, “
(a12)としては、
エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、3−メチルペンタンジオール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(ヒドロキシエチル)ベンゼンおよび2,2−ビス(4,4’−ヒドロキシシクロヘキシル)プロパン等の炭素数2〜18の2価アルコール;グリセリンおよびトリメチロールプロパン等の炭素数3〜18の3価アルコール;並びに、ペンタエリスリトール、ジグリセリン、トリグリセリン、α−メチルグルコシド、ソルビトール、キシリット、マンニット、ジペンタエリスリトール、グルコース、フルクトースおよびショ糖等の4〜8価のアルコール;が挙げられる。(A12)
Ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-propylene glycol, 1,3-butylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, 3-methylpentanediol, diethylene glycol, neopentyl glycol, Dihydric alcohols having 2 to 18 carbon atoms such as 1,4-bis (hydroxymethyl) cyclohexane, 1,4-bis (hydroxyethyl) benzene and 2,2-bis (4,4′-hydroxycyclohexyl) propane; glycerin And trivalent alcohols having 3 to 18 carbon atoms such as trimethylolpropane; and pentaerythritol, diglycerin, triglycerin, α-methylglucoside, sorbitol, xylit, mannitol, dipentaerythritol, glucose, fructose and 4-8 dihydric alcohols ® sugar and the like; and the like.
(a13)としては、
フェノールおよび炭素数1〜6のアルキル基を有するアルキルフェノール(例えば、クレゾールおよびp−エチルフェノール等)等の1価フェノールが挙げられる。(A13)
Examples thereof include monohydric phenols such as phenol and alkylphenols having an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms (for example, cresol and p-ethylphenol).
(a14)としては、
ピロガロール、カテコール、ヒドロキノン、ビスフェノール(例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS等)およびトリスフェノール(例えば、トリスフェノールPA等)等の多価フェノールが挙げられる。(A14)
Examples include polyphenols such as pyrogallol, catechol, hydroquinone, bisphenol (for example, bisphenol A, bisphenol F, bisphenol S) and trisphenol (for example, trisphenol PA).
(a15)としては、
セルロース系化合物(例えば、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースおよびそれらのケン化物等)、ゼラチン、デンプン、デキストリン、ノボラック樹脂(例えば、フェノールノボラック、クレゾールノボラック等)、ポリフェノール、ポリブタジエンポリオール、ひまし油系ポリオール、並びにヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートの(共)重合体およびポリビニルアルコール等の多官能(2〜100)ポリオール等のその他の多価アルコール;等が挙げられる。(A15)
Cellulosic compounds (for example, methylcellulose, ethylcellulose, hydroxyethylcellulose, ethylhydroxyethylcellulose, carboxymethylcellulose, hydroxypropylcellulose and saponified products thereof), gelatin, starch, dextrin, novolak resins (for example, phenol novolak, cresol novolak, etc.), And other polyhydric alcohols such as polyfunctional (2-100) polyols such as polyphenols, polybutadiene polyols, castor oil-based polyols, hydroxyalkyl (meth) acrylate (co) polymers, and polyvinyl alcohol.
アミノ基含有化合物(a2)としては、
アンモニア、モノアミン類(a21)、ポリアミン類(a22)、アミノアルコール類(a23)およびその他のアミノ化合物(a24)があげられる。As the amino group-containing compound (a2),
Ammonia, monoamines (a21), polyamines (a22), amino alcohols (a23), and other amino compounds (a24) can be mentioned.
(a21)の具体例としては、
炭素数1〜20のアルキルモノアミン類(ブチルアミン等)、炭素数6〜18の芳香族モノアミン(アニリン等)のモノアミン類等が挙げられる。As a specific example of (a21),
C1-C20 alkyl monoamines (butylamine etc.), C6-C18 aromatic monoamines (aniline etc.) monoamines, etc. are mentioned.
(a22)としては、
エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンおよびジエチレントリアミン等の脂肪族ポリアミン;ピペラジンおよびN−アミノエチルピペラジン等の複素環式ポリアミン類;ジシクロヘキシルメタンジアミンおよびイソホロンジアミン等の脂環式ポリアミン;フェニレンジアミン、トリレンジアミン、ジエチルトリレンジアミン、キシリレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、ジフェニルエ−テルジアミンおよびポリフェニルメタンポリアミン等の芳香族ポリアミン;ジカルボン酸と過剰のポリアミン類との縮合により得られるポリアミドポリアミン;並びにポリエーテルポリアミン等が挙げられる。(A22)
Aliphatic polyamines such as ethylenediamine, trimethylenediamine, hexamethylenediamine and diethylenetriamine; heterocyclic polyamines such as piperazine and N-aminoethylpiperazine; alicyclic polyamines such as dicyclohexylmethanediamine and isophoronediamine; phenylenediamine, tolylene Aromatic polyamines such as amines, diethyltolylenediamine, xylylenediamine, diphenylmethanediamine, diphenyletherdiamine and polyphenylmethanepolyamine; polyamide polyamines obtained by condensation of dicarboxylic acids with excess polyamines; and polyether polyamines Is mentioned.
(a23)としては、
モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンおよびトリイソプロパノールアミン等のアミノアルコール(この場合はアルコールとアミンの両方の活性水素がp価の価数に相当する)が挙げられる。(A23)
Examples include amino alcohols such as monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, and triisopropanolamine (in this case, active hydrogens of both alcohol and amine correspond to p-valence).
添加剤の濃度としては、1ppmから1000ppmの濃度範囲で用いることが好ましく、特に好ましいのは5ppmから100ppmの濃度である。 The concentration of the additive is preferably used in a concentration range of 1 ppm to 1000 ppm, and particularly preferably a concentration of 5 ppm to 100 ppm.
このように、実施の形態6における風呂給湯装置では、追い焚き用熱交換器系のエジェクタ25aの上流側に添加剤供給装置を設け、添加剤を液中に投入し、循環ポンプ23の回転数を時間的に変化させた。これによって、水圧の高い配管系でも、配管に多量の微細気泡を注入することが可能となる。さらに微細気泡による皮脂成分の除去に加えて、径の大きい泡により物理的せん断力を発生させることで熱交換器や配管内部の著しい洗浄効果を達成することができる。よてて、追い焚き用熱交換器20の熱交換率の低下を抑え、追い焚き用循環配管24の詰まりを抑止できるという効果を奏する。
As described above, in the bath water heater in the sixth embodiment, the additive supply device is provided on the upstream side of the
なお、実施の形態6では、エジェクタの手前に添加剤供給装置を設置する場合について説明したが、添加剤をガスに混合してエジェクタ25a、エジェクタ25bに供給しても同様の効果が得られる。
In the sixth embodiment, the case where the additive supply device is installed in front of the ejector has been described. However, the same effect can be obtained when the additive is mixed with gas and supplied to the
実施の形態7.
図13は実施の形態7の風呂給湯装置1の構成を示す図である。本実施の形態7では、図13に示すように実施の形態1における風呂給湯装置1において、追い焚き用循環配管24の途中にベンチュリ効果を発生するベンチュリ管44(分散部)を設置したものである。他の構成要素は、実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of the
ベンチュリ管44の構造は図14に示すように、図2で示したエジェクタ25aと異なる点として、ガス吸引口35が無い点が挙げられる。絞り部分45によって形成された狭窄部31では流速が速い。狭窄部31において上流側から流れてくる大きい気泡42はここで細断され、流出口34で微細気泡37として再分散される。従ってベンチュリ管44の上流側でいったん気泡が合一して大きくなったとしても、この狭窄部31で微細化される。ただし、気泡をあまり微細化すると、実施の形態1で示したように、スケールなどの固形物の除去が困難となるため、狭窄部31のしぼり部分は図2で示したエジェクタ25aよりは大きくする。
As shown in FIG. 14, the
特に循環ポンプ23が間欠的に動停止する場合は、いったん水の流れが停止することがあるため、追い焚き用循環配管24内で気泡が合一しやすく、大きい気泡が生成しやすい傾向がある。大きい気泡は気泡径に比して表面積が小さいことから、可能な限り気泡径を小さくした方が、洗浄効率が高くなる。このように、実施の形態7における風呂給湯装置によると、追い焚き用循環配管24の途中にベンチュリ管44を設置することにより、いったん合一した気泡を再び微細化することで、追い焚き用の配管内部で十分な洗浄効果を発揮することができる。特に配管長が例えば30mと長い場合において、本実施の形態7による効果は著しい。
In particular, when the
ベンチュリ管24の位置は追い焚き用循環配管24のどこに設置してもよいが、より大きい効果を得るためには、風呂給湯装置1と浴槽4のほぼ中間地点に設置するのが望ましい。また浴槽4の内部に微細気泡を放出する場合は、浴槽4の近傍に設置することが望ましい。
The position of the
なお、ベンチュリ管44の代わりにメッシュ状のものを置いても同様に気泡を微細化する効果があることから、追い焚き用熱交換器系の配管長が長い場合においても、十分な洗浄効果を発揮することができる。
In addition, even if a mesh-like tube is used instead of the
また、ベンチュリ管44の代わりに追い焚き用循環配管24の一部を屈曲化することでも気泡を微細化することが可能なことから同様な効果を奏する。
In addition, it is possible to make the bubbles finer by bending a part of the
また、追い焚き用循環配管24の内部に邪魔板状の部材を設けても気泡を微細化することが可能なことから同様な効果を奏する。
Further, even if a baffle plate-like member is provided inside the
実施の形態8.
図14は、実施の形態8のベンチュリ管44を示す。本実施の形態8では、図14のベンチュリ管44において、絞り部分45を可動とする構成である。
実施の形態8のベンチュリ管44は、狭窄部31の水が通る流路の断面(通過断面)をシャッター状(あるいはカメラの絞りのごとく)に広げたり狭めたりすることを可能な構成である。また、制御部40の制御によって、通過断面を広げたり狭めたりすることができる(制御工程)。他の構成要素は、実施の形態7と同様であるので説明を省略する。
FIG. 14 shows a
The
絞り部分45を可動とするためには、例えば絞り部分45をゴム状に伸縮、変形を可能としてモーターの回転動作により絞り部分45を上下から押さえつける構成で実現する。
In order to make the
実施の形態7で示したように、ベンチュリ管44は、合一した気泡がさらに微細化され、配管内の洗浄効果が増す効果があるが、狭窄部31が狭すぎると圧力損失が大きくなり、追い焚き用循環配管24の流量が低下する。流量が低下すれば追い焚きの時間が長く必要となり、浴水12の保温が難しくなる。従って、追い焚き時で追い焚き用循環配管24の内部を洗浄する必要が無いときは狭窄部31を広くして、流量を上げて追い焚き時間を短くし、入浴終了後の追い焚き用配管の洗浄時においては、絞り部分45を上下に押しつぶすことで狭窄部31を狭くして、合一した気泡を微細化することで、洗浄力を高くすることが可能となる。
As shown in the seventh embodiment, the
また絞り部分45の内部に空洞を設け、その内部にガスを強制的に注入または排出することで絞り部分45を可動とすることにしても同様な効果が得られる(たとえば風船を膨らませるごとくである)。
A similar effect can be obtained even if a cavity is provided in the
上記の制御は制御部40により実行することができる。すなわち制御部40によってベンチュリ管44(分散部)における水(液体)の通過する通過断面の大きさを制御することで、適宜、合一した気泡を微細化することができる。
The above control can be executed by the
実施の形態9.
次に、図15は実施の形態9による給湯装置100を示す概略の構成図である。これまでの実施の形態1〜8は、浴水を供給する風呂給湯装置についてのものであったが、本実施の形態9は、給湯や暖房に用いられる一般の給湯装置について説明する。
Next, FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing a hot
図15において、実施の形態9の給湯装置100では、外気の熱を熱媒体に移す空気−熱媒体熱交換器91、熱媒体を圧縮する圧縮機92、熱媒体の熱で被加熱液である水を加熱する熱媒体−水熱交換器50、及び熱媒体を冷却する膨張弁93がこの順に接続され、冷熱サイクルが構成されている。
In FIG. 15, in the hot
具体的には、熱媒体−水熱交換器50に熱媒体を導入するための熱媒体入口配管94が圧縮機92を介して空気−熱媒体熱交換器91と接続されている。また、熱媒体−水熱交換器50から熱媒体を取り出すための熱媒体出口配管95が膨張弁93を介して空気−熱媒体熱交換器91と接続されている。
Specifically, a heat
熱媒体−水熱交換器50の内部は、壁面52及び壁面53によって3つの流路に仕切られており、中央が熱媒体流路52b、その両側が被加熱液流路51b,53bとなっている。被加熱液流路51b,53bには、被加熱液である水を導くための被加熱液入口配管96と、湯を取り出すための被加熱液出口配管97とが接続されている。
The inside of the heat medium-
被加熱液入口配管96には、電磁弁99とエジェクタ25dが設けられている。エジェクタ25dの構造は、実施の形態1のエジェクタ25aと同様であるため、同じ符号を付しその説明を省略する。また、エジェクタ25dには、これも実施の形態1と同様に、逆止弁38d及び電磁弁39dが接続されている。また電磁弁99は制御部40により制御される。
The heated
被加熱液出口配管97には、被加熱液出口配管97内に溜まった気泡を系外に排出するためのエア抜き弁98が設けられている。被加熱液入口配管96と被加熱液出口配管97はポリエチレン製のものを用いた。
The heated
次に、給湯装置100の動作について説明する。まず、空気−熱媒体熱交換器91で外気の熱を吸収した熱媒体は、ここで一旦蒸発され、圧縮機92で圧縮されて高温高圧の気体となり、熱媒体入口配管94を介して熱媒体−水熱交換器50に送られる。一方、被加熱液入口配管96を介して熱媒体−水熱交換器50に送り込まれた水は、被加熱液流路51b,53bを通過しながら、熱媒体流路52b内の熱媒体から熱を受けて加温され、被加熱液出口配管97から流出される。
Next, the operation of the hot
熱媒体流路52bで熱を奪われた熱媒体は、熱媒体出口配管95を介して膨張弁93へ送られ、ここで減圧されて再び液体となる。液体となった熱媒体は、空気−熱媒体熱交換器91に戻され、外気の熱を吸収して上記の冷熱サイクルを繰り返すことになる。
The heat medium deprived of heat in the heat
電磁弁99が開いている時間をT1、閉じている時間をT2として、例えばT1を2.5秒とし、T2を1.5秒に設定して、電磁弁39dを開き、電磁弁99の開閉動作を行うとする。この場合、実施の形態4と同様に、エジェクタ25dの内部には差圧が発生して大量のガスが引き込まれる。ガスが引き込まれることで微細気泡37が水の流れ方向に分散する。スケールは、炭酸カルシウムが主成分であり、微細気泡37が接触すればその剥離作用により除去されるので、被加熱液流路51b,53b及び被加熱液入口配管96,被加熱液出口配管97の内壁への付着が抑制される。
For example, T1 is set to 2.5 seconds, T2 is set to 1.5 seconds, T2 is set to 1.5 seconds, the
なお、図15では、熱媒体−水熱交換器50において熱媒体と被加熱液(水)とが互いに反対向きに流れているが、同じ方向へ流すように構成してもよい。また、被加熱液出口配管97と被加熱液入口配管96とを給湯タンクに接続し、加温済みの湯が熱媒体−水熱交換器50を循環するように構成してもよい。
In FIG. 15, the heat medium and the liquid to be heated (water) flow in opposite directions in the heat medium-
また、実施の形態7と同様にベンチュリ管44を被加熱液出口配管97の途上に設け、いったん大きくなった気泡を再分散させてもよい。
Further, similarly to the seventh embodiment, the
さらに、エア抜き弁98については、例えば台所の蛇口などの開放系に接続される場合は、必ずしも必要ではない。
Further, the
本実施の形態9では電磁弁99の開閉により実現したが、電磁弁99の代りに実施の形態1と同様にポンプを動停止させてもよい。また実施の形態2と同様にポンプの回転数を可変してもよい。
Although the ninth embodiment is realized by opening and closing the
1 風呂給湯装置、2 ヒートポンプユニット、3 貯湯タンクユニット、4 浴槽、5 空気用熱交換器、6 圧縮機、7 水加熱用熱交換器、8 膨張弁、9 冷媒用循環配管、10 温水、11 貯湯タンク、12 浴水、13 上水管、14 給水配管、15 循環ポンプ、17 湯沸配管、18 蛇口、19 給湯配管、20 追い焚き用熱交換器、21 加熱配管、22,23 循環ポンプ、24 追い焚き用循環配管、25a,25b,25c エジェクタ、26 給水配管、27 給水管、28 三方弁、29 逆止弁、30 管路、31 狭窄部、32 流体、33 流入口、34 流出口、35 ガス吸引口、36 外部の気体、37 微細気泡、38a 逆止弁、38b 逆止弁、38c 逆止弁、39a 電磁弁、39b 電磁弁、39c 電磁弁、40 制御部、41 微細気泡、42 大きい気泡、43 添加剤供給装置、44 ベンチュリ管、45 絞り部分、50 熱媒体−水熱交換器、51b 被加熱液流路、52 伝熱壁、52b 熱媒体流路、53 伝熱壁、53b 被加熱液流路、54 水の流量計、55 ガス流量計、56 圧力計、57 圧力計、58 電磁弁、59 圧力センサ、91 空気−熱媒体熱交換器、92 圧縮機、93 膨張弁、94 熱媒体入口配管、95 熱媒体出口配管、96 被加熱液入口配管、97 被加熱液出口配管、98 エア抜き弁、99 電磁弁、100 給湯装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Bath hot-water supply apparatus, 2 Heat pump unit, 3 Hot water storage tank unit, 4 Bathtub, 5 Air heat exchanger, 6 Compressor, 7 Water heat exchanger, 8 Expansion valve, 9 Refrigerant circulation pipe, 10 Hot water, 11 Hot water storage tank, 12 bath water, 13 water pipe, 14 water supply pipe, 15 circulation pump, 17 water heating pipe, 18 faucet, 19 hot water supply pipe, 20 reheating heat exchanger, 21 heating pipe, 22, 23 circulation pump, 24 Recirculation pipe for reheating, 25a, 25b, 25c Ejector, 26 Water supply pipe, 27 Water supply pipe, 28 Three-way valve, 29 Check valve, 30 Pipe line, 31 Constriction, 32 Fluid, 33 Inlet, 34 Outlet, 35 Gas suction port, 36 external gas, 37 fine bubbles, 38a check valve, 38b check valve, 38c check valve, 39a solenoid valve, 39b solenoid valve, 39c solenoid Valve, 40 Control unit, 41 Fine bubble, 42 Large bubble, 43 Additive supply device, 44 Venturi tube, 45 Restricted part, 50 Heat medium-water heat exchanger, 51b Heated liquid flow path, 52 Heat transfer wall, 52b Heat medium flow path, 53 Heat transfer wall, 53b Heated liquid flow path, 54 Water flow meter, 55 Gas flow meter, 56 Pressure gauge, 57 Pressure gauge, 58 Solenoid valve, 59 Pressure sensor, 91 Air-heat medium heat Exchanger, 92 Compressor, 93 Expansion valve, 94 Heat medium inlet pipe, 95 Heat medium outlet pipe, 96 Heated liquid inlet pipe, 97 Heated liquid outlet pipe, 98 Air vent valve, 99 Solenoid valve, 100 Hot water supply device.
Claims (13)
前記ポンプを前記高速回転から、前記高速回転よりも回転数の低い低速回転と、前記ポンプの回転を停止する回転停止との、いずれかの回転状態へ切り替える第1の切替工程と、
前記回転状態への切り替えを起因とする前記液体と前記ガスとの差圧を前記差圧発生部に発生させることで前記ガスを吸引させ、吸引された前記ガスによって前記微細気泡に比べて直径の大きい気泡である大径気泡を前記液体内に発生させるガス吸引工程と、
前記ポンプの前記回転状態を、高速回転に切り替える第2の切替工程と
を備え、
前記高速回転工程、前記第1の切替工程、前記ガス吸引工程、前記第2の切替工程を、この順番で繰り返すことを特徴とする気泡発生方法。A differential pressure which is installed in the middle of the pipe downstream of the pump and generates a predetermined gas bubble in the liquid by rotating at high speed a pump which is installed in the middle of the pipe filled with the liquid and transports the liquid A high-speed rotation process that generates microbubbles with a small diameter in the generation part;
A first switching step of switching the pump from the high-speed rotation to any one of a rotation state of a low-speed rotation having a lower rotational speed than the high-speed rotation and a rotation stop for stopping the rotation of the pump;
The gas is sucked by generating a differential pressure between the liquid and the gas due to switching to the rotation state in the differential pressure generating unit, and the diameter of the gas is larger than that of the fine bubbles by the sucked gas. A gas suction step for generating large-sized bubbles, which are large bubbles, in the liquid;
A second switching step of switching the rotation state of the pump to high-speed rotation,
The bubble generation method characterized by repeating the high-speed rotation step, the first switching step, the gas suction step, and the second switching step in this order.
前記ガスの吸引量が、徐々に増加してピークとなり、ピークから次第に減少することを特徴とする請求項1記載の気泡発生方法。The gas suction step includes
2. The bubble generation method according to claim 1, wherein the suction amount of the gas gradually increases to reach a peak, and gradually decreases from the peak.
前記差圧発生部の下流側の前記配管の途中には、前記配管内の水に熱を供給する熱交換器が設置されたことを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の気泡発生方法。The liquid filled in the pipe is water,
The air bubble according to claim 1 or 2, wherein a heat exchanger for supplying heat to water in the pipe is installed in the middle of the pipe on the downstream side of the differential pressure generating section. Occurrence method.
前記気泡発生方法は、さらに、
前記第1の切り替え工程と前記第2の切り替え工程との切替タイミングに応じて、前記電磁弁の開閉を制御する電磁弁制御工程を備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の気泡発生方法。In the middle of the pipe on the upstream side of the differential pressure generating part, an electromagnetic valve that is opened and closed by control is installed,
The bubble generation method further includes:
The electromagnetic valve control process which controls opening and closing of the said electromagnetic valve according to the switching timing of the said 1st switching process and the said 2nd switching process was provided. The bubble generation method as described.
前記第1の切り替え工程は、
前記圧力検出部の検出値に応じて、前記回転状態に切り替え、
前記第2の切り替え工程は、
前記圧力検出部の検出値に応じて、前記高速回転に切り替えることを特徴とする請求項1〜4いずれかに記載の気泡発生方法。In the middle of the pipe, a pressure detection unit for detecting the pressure of the liquid is arranged,
The first switching step includes
According to the detection value of the pressure detection unit, switching to the rotation state,
The second switching step includes
The bubble generation method according to claim 1, wherein the high-speed rotation is switched according to a detection value of the pressure detection unit.
前記気泡発生方法は、さらに、
前記添加剤供給部に前記添加剤を液体中に供給させる添加剤供給工程を備えたことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の気泡発生方法。In the middle of the pipe, an additive supply unit that supplies an additive for refining bubbles into the liquid is installed,
The bubble generation method further includes:
The method for generating bubbles according to any one of claims 1 to 5, further comprising an additive supply step of supplying the additive into the liquid in the additive supply unit.
液体の通過する通過断面の大きさが、制御により可変であり、
前記気泡発生方法は、さらに、
前記通過断面の大きさを制御する制御工程を備えたことを特徴とする請求項7記載の気泡発生方法。The dispersion unit is
The size of the cross section through which the liquid passes is variable by control,
The bubble generation method further includes:
The bubble generating method according to claim 7, further comprising a control step of controlling a size of the passage section.
直径が1mm以上であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の気泡発生方法。The large diameter bubbles generated in the gas suction step are
The bubble generation method according to claim 1, wherein the diameter is 1 mm or more.
前記配管の途中に設置され、通過する液体の流量に応じて所定のガスに対する差圧を発生することにより所定のガスを吸引し、吸引された前記ガスによって液体内に気泡を注入する差圧発生部と、
第1の期間の間、前記差圧発生部を通過する液体の流量を所定の目標値まで増加させることにより前記差圧発生部にわずかな差圧を発生させて前記ガスを吸引させ、吸引させたガスによって液体内に微細気泡を注入させ、引き続いて次の第2の期間の間、前記差圧発生部を通過する液体の流量を前記所定の目標値から減少させることにより前記差圧発生部に前記わずかな差圧の絶対値に比べて絶対値の大きい差圧を発生させて前記ガスを吸引させ、吸引させた前記ガスによって液体内に前記微細気泡よりも直径の大きい気泡である大径気泡を注入させ、前記第1の期間の処理と前記第2の期間の処理とを順次に繰り返し実行する流量制御部と
を備えたとを特徴とする気泡発生装置。Piping filled with liquid,
A differential pressure generator that is installed in the middle of the pipe and sucks a predetermined gas by generating a differential pressure with respect to the predetermined gas according to the flow rate of the liquid passing therethrough, and injects bubbles into the liquid by the sucked gas. And
During the first period, by increasing the flow rate of the liquid passing through the differential pressure generating unit to a predetermined target value, the differential pressure generating unit generates a slight differential pressure to suck and suck the gas. Injecting fine bubbles into the liquid by the gas, and subsequently reducing the flow rate of the liquid passing through the differential pressure generating unit from the predetermined target value during the next second period, the differential pressure generating unit Generating a differential pressure having a large absolute value compared to the absolute value of the slight differential pressure, and sucking the gas, and the sucked gas is a large diameter which is a bubble having a diameter larger than the fine bubbles in the liquid. A bubble generating apparatus comprising: a flow rate control unit that injects bubbles and repeatedly executes the processing of the first period and the processing of the second period sequentially.
前記差圧発生部の上流側の前記配管の途中に設置されて液体を移送するポンプを備え、
前記流量制御部は、
前記第1の期間の間、前記ポンプを高速回転させることで前記差圧発生部を通過する液体の流量を所定の目標値まで増加させ、前記第2の期間の間、前記ポンプの回転数を、前記高速回転よりも回転数の低い低速回転と、前記ポンプの回転を停止する回転停止との、いずれかの回転状態に制御することで前記差圧発生部を通過する液体の流量を前記所定の目標値から減少させることを特徴とする請求項10記載の気泡発生装置。The bubble generator is
A pump installed in the middle of the pipe on the upstream side of the differential pressure generating unit to transfer liquid;
The flow rate controller
During the first period, the flow rate of the liquid passing through the differential pressure generating unit is increased to a predetermined target value by rotating the pump at a high speed, and during the second period, the rotation speed of the pump is increased. The flow rate of the liquid passing through the differential pressure generating section is controlled by controlling the rotation state between a low-speed rotation whose rotation speed is lower than that of the high-speed rotation and a rotation stop for stopping the rotation of the pump. The bubble generating device according to claim 10, wherein the bubble generating device is decreased from a target value.
前記差圧発生部の上流側の前記配管の途中に設置されて制御により開閉する電磁弁を備え、
前記流量制御部は、
前記第1の期間の間、前記電磁弁を開状態に制御することで前記差圧発生部を通過する液体の流量を所定の目標値まで増加させ、前記第2の期間の間、前記電磁弁を閉状態に制御することで前記差圧発生部を通過する液体の流量を前記所定の目標値から減少させることを特徴とする請求項10または11のいずれかに記載の気泡発生装置。The bubble generator is
An electromagnetic valve that is installed in the middle of the pipe on the upstream side of the differential pressure generator and opens and closes by control;
The flow rate controller
During the first period, the flow rate of the liquid passing through the differential pressure generating unit is increased to a predetermined target value by controlling the electromagnetic valve in an open state, and during the second period, the electromagnetic valve The bubble generating device according to claim 10, wherein the flow rate of the liquid passing through the differential pressure generating unit is decreased from the predetermined target value by controlling the closed state to the closed state.
100μm〜数百μmの程度であり、
前記大径気泡の直径は、
1mm以上であることを特徴とする請求項10〜12のいずれかに記載の気泡発生装置。The diameter of the fine bubbles is
About 100 μm to several hundred μm,
The diameter of the large bubble is
It is 1 mm or more, The bubble generator in any one of Claims 10-12 characterized by the above-mentioned.
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