JPWO2017138226A1 - Circulation piping system and carbon dioxide-containing water supply system - Google Patents
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Abstract
循環配管システムである給湯器は、水を加熱する熱交換器と、加熱された水を貯留する貯湯タンクと、熱交換器と貯湯タンクとの間で水を循環させる循環配管と、貯湯タンクに貯留した水を給湯する給湯配管と、循環配管において熱交換器へ流入する流路の上流側に設けられ、水へ気泡を注入する気泡注入装置と、気泡注入装置に接続され、二酸化炭素を含む気泡を供給する二酸化炭素供給装置と、制御部とを備える。制御部は、二酸化炭素を含む気泡が断続的に水に注入されるよう、気泡注入装置熱交換器と二酸化炭素供給装置とを制御する。A water heater that is a circulation piping system includes a heat exchanger that heats water, a hot water storage tank that stores heated water, a circulation pipe that circulates water between the heat exchanger and the hot water storage tank, and a hot water storage tank. A hot water supply pipe for supplying hot water to the stored water, a bubble injection device for injecting bubbles into water, provided on the upstream side of the flow path flowing into the heat exchanger in the circulation pipe, and connected to the bubble injection device, containing carbon dioxide The apparatus includes a carbon dioxide supply device that supplies bubbles and a control unit. The control unit controls the bubble injection device heat exchanger and the carbon dioxide supply device so that bubbles containing carbon dioxide are intermittently injected into water.
Description
本発明は、熱交換器内に付着するスケールの発生を抑制する循環配管システム及び二酸化炭素含有水供給システムに関する。 The present invention relates to a circulation piping system and a carbon dioxide-containing water supply system that suppress the generation of scales adhering in a heat exchanger.
浴室または台所等に温水を供給する給湯器は、電気給湯器、ガス給湯器(ガスボイラー)、石油給湯器に大別され、いずれの給湯器においても熱を水に伝えるための熱交換器が設けられている。近年、省エネや地球温暖化対策として二酸化炭素を削減する観点から、ヒートポンプ熱交換式の電気給湯器(ヒートポンプ給湯器)が注目されている。ヒートポンプ給湯器の原理は、大気の熱を熱媒体に移し、熱媒体に移された熱でお湯を沸かすものである。ヒートポンプ給湯器は大気の熱を利用するため、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。 Water heaters that supply hot water to bathrooms or kitchens are roughly divided into electric water heaters, gas water heaters (gas boilers), and oil water heaters. In each water heater, there is a heat exchanger for transferring heat to water. Is provided. In recent years, heat pump heat exchange type electric water heaters (heat pump water heaters) have attracted attention from the viewpoint of reducing carbon dioxide as an energy saving and global warming countermeasure. The principle of the heat pump water heater is to transfer atmospheric heat to a heat medium and boil hot water with the heat transferred to the heat medium. Since the heat pump water heater uses the heat of the atmosphere, more heat energy can be used than the energy required for operation.
熱交換器では、水に熱を伝えるために、熱伝達面を清浄な状態に保つことが重要である。熱伝達面が汚れると、有効な熱伝達面積が減少して熱伝達性能の低下を招く。さらに熱伝達面に汚れが蓄積すると、熱交換器の流路が狭くなっていき、水を流すポンプの運転負荷が増大したり、流路が閉塞したりする問題が懸念される。特に、スケール形成因子(主にはカルシウムイオンやマグネシウムイオンなどの硬度成分)を含む水が熱交換器に供給されると、熱交換器の熱伝達面にスケールが形成されて付着することによって、熱伝達性能の低下、ポンプの運転負荷増大、熱交換器流路の閉塞等の問題が懸念される。 In heat exchangers, it is important to keep the heat transfer surface clean to transfer heat to the water. When the heat transfer surface is soiled, the effective heat transfer area is reduced and the heat transfer performance is deteriorated. Further, when dirt accumulates on the heat transfer surface, the flow path of the heat exchanger becomes narrow, and there is a concern that the operation load of the pump for flowing water increases or the flow path is blocked. In particular, when water containing a scale-forming factor (mainly hardness components such as calcium ions and magnesium ions) is supplied to the heat exchanger, a scale is formed and adheres to the heat transfer surface of the heat exchanger, There are concerns about problems such as a decrease in heat transfer performance, an increase in operating load of the pump, and blockage of the heat exchanger flow path.
水中のスケール形成因子がスケールとして熱交換器の内部に付着する機構について、全て解明されている訳ではないが、熱交換器の熱伝達面等の高温部で炭酸カルシウムなどの分子が析出し、この炭酸カルシウムを核としてスケールの結晶成長が進行することが挙げられる。スケールの主要因である炭酸カルシウム(CaCO3)は、水中において、以下の式(1)で示す平衡に基づいて存在する。Although the mechanism by which scale forming factors in water adhere to the inside of the heat exchanger as a scale is not completely clarified, molecules such as calcium carbonate precipitate at high temperature parts such as the heat transfer surface of the heat exchanger, It can be mentioned that scale crystal growth proceeds with this calcium carbonate as a nucleus. Calcium carbonate (CaCO 3 ), which is a main factor of scale, exists in water based on the equilibrium represented by the following formula (1).
ここで、二酸化炭素(CO2)ガスを水中に供給すれば、水中に溶ける二酸化炭素(溶存CO2)が増え、溶存CO2を緩和するように(1)式の平衡は右向きに進行し、炭酸カルシウムは炭酸水素カルシウム(Ca(HCO3)2)となって溶解する。したがって、水中に二酸化炭素ガスを供給することで、炭酸カルシウム分子の析出を抑制する効果が期待される。Here, if carbon dioxide (CO 2 ) gas is supplied into water, the amount of carbon dioxide dissolved in water (dissolved CO 2 ) increases, and the equilibrium of equation (1) proceeds to the right so as to relax dissolved CO 2 , Calcium carbonate dissolves as calcium hydrogen carbonate (Ca (HCO 3 ) 2 ). Therefore, the effect of suppressing the precipitation of calcium carbonate molecules is expected by supplying carbon dioxide gas into water.
例えば特許文献1には、熱交換器へ流入する水に二酸化炭素ガスを供給することで、炭酸カルシウム分子の付着を抑制するスケールの除去装置として、熱交換器へ流入する水にガスボンベから連続して二酸化炭素ガスを供給することが開示されている。
For example, in
しかしながら、特許文献1に記載のスケール除去装置においては、ガスボンベを用いるため、使用場所の制約があること、ボンベ交換等のメンテナンスの必要があること等から、家庭用の給湯器に適用する場合の課題があった。また、二酸化炭素ガスを含む気泡が連続的に注入されるため、熱媒体である水に気泡(気体)が混入して熱伝達面積が減少してしまい、熱交換効率が低いという課題があった。
However, in the scale removing device described in
本発明は、上述のような課題を背景としてなされたものであり、ガスボンベを用いずに、熱交換器へ流入する水へ二酸化炭素を含む気泡を導入して、スケールの付着を抑制することが可能な循環配管システムを提供することを第一の目的としている。また、熱交換効率の低下を抑制することが可能な循環配管システム及び二酸化炭素含有水供給システムを提供することを第二の目的としている。 The present invention has been made against the background of the problems described above, and suppresses the adhesion of scale by introducing bubbles containing carbon dioxide into water flowing into the heat exchanger without using a gas cylinder. The primary purpose is to provide a possible circulation piping system. A second object is to provide a circulation piping system and a carbon dioxide-containing water supply system capable of suppressing a decrease in heat exchange efficiency.
本発明に係る循環配管システムは、第1の装置と第2の装置との間で水を循環させる循環配管と、水へ気泡を注入する気泡注入装置と、気泡注入装置に接続され、気泡を生じさせるために二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給装置と、二酸化炭素を含む気泡が循環配管を循環する水へ断続的に注入されるよう気泡注入装置及び二酸化炭素供給装置を制御する制御部とを備えるものである。 A circulation piping system according to the present invention is connected to a circulation piping for circulating water between a first device and a second device, a bubble injection device for injecting bubbles into water, and a bubble injection device. A carbon dioxide supply device that supplies carbon dioxide to cause generation, and a controller that controls the bubble injection device and the carbon dioxide supply device so that bubbles containing carbon dioxide are intermittently injected into the water circulating in the circulation pipe. It is to be prepared.
本発明によれば、循環配管の熱交換器へのスケール付着を抑制しつつ、使用場所の制約が少なく、ボンベ交換等のメンテナンスの必要もなく、熱交換効率の低下を抑制することが可能な循環配管システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress a decrease in heat exchange efficiency without restricting the place of use, without requiring maintenance such as cylinder replacement, while suppressing scale adhesion to the heat exchanger of the circulation pipe. A circulation piping system can be provided.
以下、本発明の給湯器の好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面における各構成部材の大きさ、形状は、説明のためにわかりやすく表しており、実際の大きさ、形状と異なる場合がる。 Hereinafter, preferred embodiments of a water heater according to the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, the size and shape of each constituent member in the drawings are shown in an easy-to-understand manner for explanation, and may differ from the actual size and shape.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る循環配管システムの構成図の一例である。給湯器100は、お湯(水)を溜める貯湯タンク14と、貯湯タンク内に貯まった気体を排出するガス抜き弁12と、空気熱交換器1と、空気熱交換器1に送風する送風機4と、冷媒を圧縮する圧縮機3と、水熱交換器7と、圧縮された冷媒を減圧させる減圧手段5と、水を送液する水ポンプ11と、気泡注入装置10と、二酸化炭素供給装置8と、制御部24とを備える。給湯器100には、冷媒流路2及び水流路6が設けられている。貯湯タンク14には、給湯配管13と給水配管15が接続されている。給水配管15を介して外部から貯湯タンク14に水が供給され、貯湯タンク14に溜められたお湯は給湯配管13を介して外部へ流出する。
FIG. 1 is an example of a configuration diagram of a circulation piping system according to
冷媒流路2内には、例えば、二酸化炭素(CO2)冷媒が流れるようになっている。冷媒流路2における冷媒の流れ方向は図1の矢印方向である。冷媒流路2には、空気熱交換器1、圧縮機3、水熱交換器7、及び減圧手段5が順に設けられている。冷媒流路2を流れる冷媒は、送風機4が駆動して空気熱交換器1に供給される大気と熱交換する。これにより、空気熱交換器1を流れる冷媒は大気から吸熱して温度上昇し、空気熱交換器1に供給された大気は冷媒に放熱して温度低下する。大気から吸熱して温度上昇した冷媒は、圧縮機3の吸入側に供給されて圧縮される。圧縮機3において圧縮されて高温及び高圧になった冷媒は、水熱交換器7の熱伝達面を介して、水流路6を流れる水と熱交換する。冷媒流路2において水熱交換器7から流出した冷媒は、減圧手段5で減圧されて低温になって空気熱交換器1に供給される。For example, carbon dioxide (CO 2 ) refrigerant flows in the
水流路6には、水ポンプ11によって供給される水が流れるようになっている。水流路6における水の流れ方向は、図1の矢印方向である。水流路6には、貯湯タンク14、水ポンプ11、気泡注入装置10、及び水熱交換器7が順に設けられている。また、貯湯タンク14にはガス抜き弁12が設けられている。さらに、気泡注入装置10は二酸化炭素供給装置8と接続されている。なお、気泡注入装置10は、水熱交換器7の上流(入口)側に設けられていればよく、水ポンプ11の上流側に設けてもよい。貯湯タンク14に貯留されていた水は、水流路6内を通って水熱交換器7に流入し、水熱交換器7内で空気熱交換器1から供給された冷媒と熱交換して温度上昇する。水熱交換器7から流出して温度上昇した水は貯湯タンク14に戻る構成となっている。冷媒と水の流れが向かい合う方向に流れる向流式の水熱交換器の例を図1に示したが、本発明はこの例に限定されるものではなく、冷媒と水が並行して流れる並流式の水熱交換器であってもよい。また、水熱交換器の鉛直下方向から鉛直上方向へ向かって水が流れる例を図1に示したが、本発明はこの例に限定されるものではなく、水熱交換器の鉛直上方向から鉛直下方向へ向かって水が流れる水熱交換器であってもよい。
Water supplied by the
なお、水熱交換器7は、冷媒と水との熱交換によって水を加熱するものである。例えば、水熱交換器7として、プレート式熱交換器、多管式熱交換器、二重管式熱交換器、マイクロチャンネル式熱交換器、ボイラー式熱交換器、捩り管式熱交換器を採用することができる。 The water heat exchanger 7 heats water by heat exchange between the refrigerant and water. For example, as the water heat exchanger 7, a plate-type heat exchanger, a multi-tube heat exchanger, a double-tube heat exchanger, a microchannel heat exchanger, a boiler heat exchanger, a torsion pipe heat exchanger Can be adopted.
気泡注入装置10は、水熱交換器7の上流(入口)側に設けられていて、水熱交換器7へ流入する水へ気泡を注入する機能を有する。図3に、本発明における断続的に気泡を注入する一例として、パルス気泡を説明するタイムチャートを例示する。ここでパルス気泡とは、水へ注入する気泡の注入量がパルス波形となる気泡のことを指している。本実施の形態1において、パルス気泡を注入する気泡注入装置10の一例として、パルス気泡注入装置を用いる。パルス気泡注入装置については後述する。なお、後述するパルス気泡注入装置の設置位置は、水熱交換器7の上流側の水流路6上にあればよく、特に限定されるものではない。
The
図2は、本発明の実施の形態1に係る循環配管システムの気泡注入装置と二酸化炭素供給装置とを示す構成図の一例である。パルス気泡注入装置10bは、気液混合部23と、負圧形成部22と、第一開閉弁9とを有している。パルス気泡注入装置10bにおいて、気液混合部23と負圧形成部22と第一開閉弁9は、気液混合部23、負圧形成部22、第一開閉弁9の順に接続されている。すなわち、気液混合部23に負圧形成部22が接続され、負圧形成部22に第一開閉弁9が接続され、気液混合部23と第一開閉弁9との間に負圧形成部22が介在するよう、接続されている。また、第一開閉弁9は二酸化炭素供給装置8と接続されており、負圧形成部22と二酸化炭素供給装置8との間に設けられている。
FIG. 2 is an example of a configuration diagram illustrating the bubble injection device and the carbon dioxide supply device of the circulation piping system according to
図6は、本発明の実施の形態1に係る循環配管システムの気泡注入装置を示す例である。図6(a)は気体導入管を示し、図6(b)は散気管、散気球、及び多孔質ノズルを示し、図6(c)はスプレーノズルを示し、図6(d)はエゼクタを示し、図6(e)は加圧供給を示している。図6(a)−(e)において、実線の矢印は水の流れ方向を示し、破線の矢印は気体の流れ方向を示している。なお、図6(b)について、散気管、散気球、多孔質ノズルは、それぞれの形状が相違する。気液混合部23は、水流路6を流れる流路に加えて気体を導入できる気体導入管(図6(a)参照)を有しており、水熱交換器7へ流入する水に気体を加えて、水に気泡を混合する機能を有する。このような機能を有するものとして、例えば、液体に気体を流しこむ気体導入管、液体に気体を分散させて導入する散気管、散気球ならびに多孔質ノズル、気体と液体とを混合して噴霧するスプレーノズル、気体と液体との混相流をつくるエゼクタを用いることができる(図6(a)−(d)参照)。つぎに、気液混合部23にエゼクタを用いた例より、本発明の一例を説明する。なお、本実施の形態1では、エゼクタによって二酸化炭素を含む気体を吸引して気液混合部23へ導入する例を用いて説明するが、この例に限定されるものではなく、加圧ポンプなどによって二酸化炭素を含む気体を押し込んで導入してもよい(図6(e)参照)。
FIG. 6 is an example showing the bubble injection device of the circulation piping system according to
エゼクタは、水流路6を流れる流路上に狭窄部が設けられており、この部分で水流路6を流れる水の流速を高めている。このとき狭窄部で発生する減圧現象(通常ベルヌーイの定理と呼ばれる)により、気体導入管から気体を吸引することができ、水流路6を流れる水に気泡を注入することが可能となる。本実施の形態1ではエゼクタを流れる水の方向を水平方向に配設した例を示したが、本発明はこの例に限定されるものではなく、鉛直方向に水が流れるようにしてもよい。エゼクタに水が流入する一次側を鉛直上側に、エゼクタから水が流出する二次側を鉛直下側にすることにより、一次側と二次側との圧力差を大きくすることができ、狭窄部で発生する減圧現象を高めて、気体導入管から吸引される気体の量を多くすることが可能となる。すなわち同じ動力で得られる気体の吸引量が多く、運転効率を高める(省エネ)ことが可能となる。
The ejector is provided with a narrowed portion on the flow path flowing through the
図2に示すように、気液混合部23は、負圧形成部22及び第一開閉弁9を介して、二酸化炭素供給装置8と接続されている。このため気液混合部23で吸引する気体は、二酸化炭素供給装置8(詳細は後述する)から供給される二酸化炭素濃度の高い気体となる。このことより、水流路6を流れる水に、二酸化炭素濃度の高い気泡を注入することができる。なお、気液混合部23と負圧形成部22との間に逆止弁を設けて、気体の流れ方向が負圧形成部22から気液混合部23へなるようにしてもよい。
As shown in FIG. 2, the gas-
気液混合部23と第一開閉弁9との間に設けられている負圧形成部22は、一定の体積空間を有している。
The negative
第一開閉弁9は、弁を開閉することで負圧形成部22と二酸化炭素供給装置8とを連通したり、遮断したりする機能を有する。このような機能を有するものとして、例えば、電磁弁を用いることができる。また、第一開閉弁9は制御部24と接続されており、制御部24によって弁の開閉を制御できる。
The first on-off
二酸化炭素供給装置8は、二酸化炭素濃縮部18と、吸気管21と、第二開閉弁19と、送風ポンプ20と、排出管16と、第三開閉弁17、とを有している。二酸化炭素供給装置8は、パルス気泡注入装置10bと接続されており、パルス気泡注入装置10bへ二酸化炭素濃度の高い気体を供給する機能を有する。このため、二酸化炭素供給装置8及びパルス気泡注入装置10bにより、二酸化炭素濃度の高い気泡を、水流路6を流れる水に注入することができる。
The carbon
二酸化炭素濃縮部18は、二酸化炭素を吸着する吸着剤が内部に設けられ、吸着によって二酸化炭素を濃縮する機能を有している。このような機能を有する吸着剤として、例えば、ゼオライト、モレキュラーシーブ、アルミナ、活性炭、固体アミンなどを用いることができる。二酸化炭素濃縮部18には、吸気管21を介して、第二開閉弁19と送風ポンプ20とが接続されていると共に、排出管16を介して、第三開閉弁17が接続されている。第二開閉弁19及び送風ポンプ20は、吸気管21の途中に設けられていればよいが、第二開閉弁19が二酸化炭素濃縮部18と送風ポンプ20との間に介在するよう、配置されていることがより好ましい。
The carbon
吸気管21は、一端が二酸化炭素濃縮部18に接続されており、もう一端は大気解放されている。また、上述のように、吸気管21の途中に第二開閉弁19と、送風ポンプ20が設けられている。吸気管21は、送風ポンプ20によって大気から二酸化炭素濃縮部18へ送られる空気を通す機能を有する。
One end of the
第二開閉弁19は、吸気管21の途中に設けられており、弁を開閉することで二酸化炭素濃縮部18と大気とを連通したり、遮断したりする機能を有する。このような機能を有するものとして、第二開閉弁19には、例えば、電磁弁を用いることができる。第二開閉弁19は制御部24と接続されており、制御部24によって弁の開閉を制御できる。なお、第二開閉弁19は、吸気管21の途中に設けられていれば良く、図示した位置(二酸化炭素濃縮部18と送風ポンプ20との間)に限定されるものではない。
The second opening / closing
排出管16は、一端が二酸化炭素濃縮部18に接続されており、もう一端は大気解放されている。排出管16は、送風ポンプ20によって二酸化炭素濃縮部18へ送られた空気を大気へ排出する機能を有する。
One end of the
第三開閉弁17は、排出管16の途中に設けられており、開閉することで二酸化炭素濃縮部18と大気とを連通したり、遮断したりする機能を有する。このような機能を有するものとして、第三開閉弁17には、例えば、電磁弁を用いることができる。第三開閉弁17は制御部24と接続されており、制御部24によって弁の開閉を制御できる。
The third on-off
送風ポンプ20は、吸気管21の途中に設けられており、大気中の空気を吸気管21、二酸化炭素濃縮部18、排出管16の順で流す機能を有する。なお、送風ポンプ20の接続位置は、上述した吸気管21の途中ではなく、排出管16の途中に設けてもよい。送風ポンプ20は制御部24と接続されており、制御部24によって電源のON/OFFを制御できる。
The
二酸化炭素濃縮部18と吸気管21は、第一開閉弁9に近い位置(図では鉛直下方向に記載)において接続され、二酸化炭素濃縮部18と排出管16は、第一開閉弁9から遠い位置(図では鉛直上方向に記載)において接続されている。すなわち、二酸化炭素濃縮部18と吸気管21との接続位置は、二酸化炭素濃縮部18と排出管16との接続位置よりも第一開閉弁9に近い位置にある。
The carbon
上述のように、第一開閉弁9、第二開閉弁19、第三開閉弁17、及び送風ポンプ20は、それぞれ制御部24に接続されている。制御部24により、第一開閉弁9、第二開閉弁19、第三開閉弁17、及び送風ポンプ20の開閉と送風ポンプ20のON/OFFは連動して動作するよう、制御される。
As described above, the first on-off
図4及び図5は、本発明の実施の形態1に係る循環配管システムの動作状態を説明する構成図の一例である。図4及び図5において、実線の矢印は水の流れ方向を示し、破線の矢印は気体の流れ方向を示している。制御部24の制御により、第一開閉弁9が閉じた状態の場合、第二開閉弁19と第三開閉弁17が共に開いている状態となり、送風ポンプ20はON状態となる(以下、弁動作状態A)。図4は弁動作状態Aを表している。図4中、各開閉弁の開閉状態を符号の後ろに付したo(開)とc(閉)とで示している。このとき大気と二酸化炭素濃縮部18とが連通した状態となり、大気から二酸化炭素濃縮部18へ空気が流れる。一方、第一開閉弁9が開いた状態の場合、第二開閉弁19と第三開閉弁17が共に閉じた状態となり、送風ポンプ20はOFF状態となる(以下、弁動作状態B)。図5は弁動作状態Bを表している。図5中、各開閉弁の開閉状態を符号の後ろに付したo(開)とc(閉)とで示している。このとき大気と二酸化炭素濃縮部18とが遮断された状態となり、かつ送風ポンプ20がOFF状態のため、大気から二酸化炭素濃縮部18への空気の流れはない。
4 and 5 are examples of a configuration diagram illustrating an operation state of the circulation piping system according to the first embodiment of the present invention. 4 and 5, the solid line arrows indicate the water flow direction, and the broken line arrows indicate the gas flow direction. When the first on-off
弁動作状態Aになると、気液混合部23の減圧現象により、負圧形成部22内の気体は吸引される。この状態を保持すると、負圧形成部22内の気体が減少していくため、負圧形成部22内の圧力は次第に低下して負圧状態(大気圧以下の状態)となる。このとき二酸化炭素供給装置8と負圧形成部22との内部圧力の差は大きくなっている。この状態で、第一開閉弁9を開けると、すなわち弁動作状態Aから弁動作状態Bに切り替えると、二酸化炭素濃縮部18とパルス気泡注入装置10bとが連通するため、二酸化炭素供給装置8と負圧形成部22との間に、瞬時に大きな圧力差が得られる。その結果、二酸化炭素濃縮部18(二酸化炭素供給装置8)からパルス気泡注入装置10b(負圧形成部22)へ、二酸化炭素濃度の高い気体を一気に供給することができる。負圧形成部22へ供給された気体は、瞬時に、気液混合部23の減圧現象により吸引される。このことから、第一開閉弁9を瞬間的に開けることにより、瞬時に得られる大きな圧力差で、水流路6を流れる水にパルス気泡を注入できる。
When the valve operating state A is reached, the gas in the negative
図3は、本発明の実施の形態1におけるパルス気泡を説明するタイムチャートである。縦軸は気泡注入量であり、横軸は給湯器100の運転時間である。上述のように、弁動作状態Aを継続した後、弁動作状態Bに切り替えることにより、二酸化炭素供給装置8から負圧形成部22へ、二酸化炭素濃度の高い気体を一気に供給し、瞬時に、気液混合部23に吸引されるため、水流路6への気泡注入量のパルス波形の傾きaを急峻にすることができる。さらに、本実施の形態1では、制御部24により、弁動作状態Aの動作時間t1を例えば1〜30分とし、弁動作状態Bの動作時間t2を例えば5〜20秒程度となるよう、第一開閉弁9、第二開閉弁19、第三開閉弁17及び送風ポンプ20は制御される。弁動作状態Aと弁動作状態Bの動作時間の比(t1/t2)は、例えば、3<(t1/t2)<360、好ましくは5<(t1/t2)<180、さらに好ましくは10<(t1/t2)<40となるよう、制御部24により制御される。
FIG. 3 is a time chart for explaining pulse bubbles in the first embodiment of the present invention. The vertical axis represents the amount of bubble injection, and the horizontal axis represents the operation time of the
すなわち、制御部24により、弁動作状態Bの継続時間が5〜20秒であり、弁動作状態Aの継続時間が弁動作状態Bの継続時間の3倍より長くかつ360倍より短くなるよう制御され、好ましくは、弁動作状態Aの継続時間が弁動作状態Bの継続時間の5倍より長くかつ180倍より短くなるよう制御され、さらに好ましくは、弁動作状態Aの継続時間が弁動作状態Bの継続時間の10倍より長くかつ40倍より短くなるよう制御される。弁の動作状態をこのように動作させることにより、二酸化炭素濃度の高い気泡の水流路6への注入量の変化は、図3に示すようにパルス波形となり、二酸化炭素濃度の高いパルス気泡を水流路6に注入することができる。その結果、制御部24により、二酸化炭素濃度の高い気泡を水流路6へ断続的に注入することができる。
That is, the
二酸化炭素濃度の高いパルス気泡が水流路6を流れる水に注入されると、この気泡成分である二酸化炭素の一部が水に溶け込む。水に溶け込んだ二酸化炭素は、上述した(1)式の平衡を右向きに進行させ、スケールの主要因である炭酸カルシウム(CaCO3)を炭酸水素カルシウム(Ca(HCO3)2)として溶解する。すなわち、スケールの析出を抑制する効果が得られる。When pulse bubbles having a high carbon dioxide concentration are injected into the water flowing through the
さらに、二酸化炭素供給装置8と負圧形成部22との間に瞬時に得られる大きな圧力差を利用できるため、気泡径が1mm以上の大きいパルス気泡を水流路6に注入することができる。大きい気泡径のパルス気泡を注入することより、マイクロバブルと呼ばれる気泡径が100μm以下の小さい気泡が熱交換器の熱伝達面へ付着していた場合、大きい気泡径のパルス気泡と熱伝達面へ付着したマイクロバブルとが合体して熱伝達面から引き剥がす効果を得ることができる。すなわちマイクロバブルの付着による熱伝達面積の減少を抑制でき、熱交換効率の低下を抑制する効果を得ることができる。本願の発明者らは、大きい気泡径のパルス気泡が熱交換器の熱伝達面へ付着していた100μm以下の小さい気泡と合体して熱伝達面から引き剥がされる現象を観察した。
Further, since a large pressure difference obtained instantaneously between the carbon
ここで、給湯器100の運転について具体的に説明する。制御部24の制御により、弁動作状態Aで、すなわち第一開閉弁9が閉じ、第二開閉弁19及び第三開閉弁17が開き、送風ポンプ20がONの状態で給湯器100の運転を開始した。弁動作状態Aにおいて、給湯器100の水流路6を流れる水の流量を18〜20L/min程度とした。一例として、負圧形成部22の体積空間(容積)を約100cm3、二酸化炭素濃縮部18の容積を約150cm3とし、二酸化炭素濃縮部18には二酸化炭素吸着剤としてゼオライト約100gを充填して運転した。運転を開始すると、水流路6を流れる水の流速によって気液混合部23の減圧現象が起こり、初期状態で負圧形成部22に残っていた気体が吸引されて水流路6に注入された。次第に定常状態となり気体(気泡)の混入がない水が水流路6を流れる。負圧形成部22のゲージ圧は負圧になっていた。この状態を5分間(t1)継続し、水熱交換器7により水流路6を流れる水を加熱させた。このとき送風ポンプ20により、二酸化炭素濃縮部18に大気を流通させて、二酸化炭素濃縮部18内の吸着剤に二酸化炭素を吸着させた。Here, the operation of the
つづいて制御部24の制御により弁動作状態Bに切り替えた。このとき二酸化炭素濃縮部18と負圧形成部22との圧力差により、水流路6内へ二酸化炭素濃度の高いパルス気泡が一気に注入された。この状態を5秒間(t2)継続した。
Subsequently, the valve operation state B was switched under the control of the
その後、弁動作状態A、弁動作状態Bを繰り返し、水流路6を流れる水にパルス気泡を注入させながら給湯器100を運転させた。この結果、熱交換効率を表す一つの指標であるCOP(Coefficient of Performance)の低下は5%以下であった。このように、熱交換器へ流入するパルス気泡の量を制御することができ、スケールの析出を抑制する効果を得つつ、熱交換効率の低下を抑制する効果が得られた。
Thereafter, the valve operation state A and the valve operation state B were repeated, and the
以上のように、本実施の形態1によれば、第一開閉弁9を開いた場合、瞬時に得られる大きな圧力差によって、二酸化炭素供給装置8の二酸化炭素濃縮部18から気泡注入装置10の負圧形成部22へ二酸化炭素濃度の高い気体を一気に供給することができる。そして、弁動作状態A及び弁動作状態Bを上述のように制御することにより、熱交換器へ流入する二酸化炭素の高い気泡の量を制御して熱交換の効率の低下を抑制しつつ、スケール付着の抑制効果を得ることができる。
As described above, according to the first embodiment, when the first on-off
一般的に、水熱交換器で冷媒と水との間で熱交換する場合、冷媒からの熱が熱媒体となる水に伝わって水が温められる。この熱媒体である水に気泡(気体)が混入した場合、混入した気泡の体積に依存して熱伝達面積が減少するため、熱交換効率が低下する。このため熱媒体である水に、定常的(連続的)に気泡を混入させた場合、熱交換効率の低下が顕著となる。また水と気体(気泡)の熱容量の違いも熱交換効率が低下する一因と考えられる。さらに本願の発明者らは、マイクロバブルと呼ばれる小さい(100μm以下の)気泡が熱交換器内へ流入した場合、マイクロバブルが熱交換器の熱伝達面へ容易に付着する(付着しやすい)現象を観察した。熱伝達面へ付着したマイクロバブルは、熱交換に有効な熱伝達面積を直接的に減少させるため、熱交換効率を低下させる一因となる。 Generally, when heat is exchanged between refrigerant and water in a water heat exchanger, the heat from the refrigerant is transferred to water as a heat medium to warm the water. When air bubbles (gas) are mixed into the water, which is the heat medium, the heat transfer area decreases depending on the volume of the mixed air bubbles, so that the heat exchange efficiency decreases. For this reason, when air bubbles are mixed in water, which is a heat medium, in a steady (continuous) manner, the heat exchange efficiency is significantly reduced. In addition, the difference in heat capacity between water and gas (bubbles) is considered to be one of the causes for the decrease in heat exchange efficiency. Furthermore, the inventors of the present application show that when small bubbles (100 μm or less) called microbubbles flow into the heat exchanger, the microbubbles easily adhere to the heat transfer surface of the heat exchanger. Was observed. The microbubbles adhering to the heat transfer surface directly reduce the heat transfer area effective for heat exchange, which contributes to a decrease in heat exchange efficiency.
本実施の形態1の気泡注入装置10を備える給湯器100では、注入される気泡が上述したパルス気泡であるため、気泡を水流路6へ断続的に流入することができ、水熱交換器7へ流入する気泡の量を制御することが可能である。このことから、水熱交換器7へ気泡を注入することによるスケール付着の抑制効果を得つつ、熱交換効率の低下を抑制する効果を得ることができる。
In the
さらに、瞬時に得られる大きな圧力差を利用できるため、気泡径が1mm以上の大きいパルス気泡を水流路6に注入することができる。大きい気泡径のパルス気泡を注入することができることより、上述のマイクロバブルが水熱交換器7の熱伝達面へ付着していても、大きい気泡径のパルス気泡と熱伝達面へ付着したマイクロバブルとが合体するため、マイクロバルブを熱伝達面から引き剥がす効果を得ることができる。すなわち、本実施の形態1によれば、マイクロバブルの付着による熱伝達面積の減少を抑制でき、熱交換効率の低下を抑制する効果をより高めることができる。
Furthermore, since a large pressure difference obtained instantaneously can be used, a large pulse bubble having a bubble diameter of 1 mm or more can be injected into the
さらに、本実施の形態1によれば、ガスボンベを用いずに二酸化炭素を供給できるので、使用場所の制約が少なく、ボンベ交換等のメンテナンスが必要ないという効果がある。なお、大気中の二酸化炭素濃度は0.04%程度であるが、二酸化炭素濃縮部18により、50〜96%程度の二酸化炭素濃度の高い気体を水流路6に供給できる。
Furthermore, according to
なお、二酸化炭素濃縮部18と吸気管21との接続位置、及び二酸化炭素濃縮部18と排出管16との接続位置は特に限定されないが、本実施の形態1のように、二酸化炭素濃縮部18と吸気管21との接続位置を、二酸化炭素濃縮部18と排出管16との接続位置よりも第一開閉弁9に近い位置に設けることがより好ましい。このような位置関係に吸気管21及び排出管16を設けることによって、二酸化炭素濃縮部18を流れる空気(大気)を、第一開閉弁9に近い側から遠い側へ向かって流すことができる。その結果、二酸化炭素濃縮部18の内部に設けた吸着剤に吸着される二酸化炭素を、第一開閉弁9に近い位置から吸着させることができる。言い換えると、第一開閉弁9に近い位置にある吸着剤に吸着される二酸化炭素量が常に、第一開閉弁9から遠い位置にある吸着剤に吸着される二酸化炭素量より多いか、もしくは同等にすることができる。このため、弁動作状態Bのとき、第一開閉弁9に近い吸着剤に吸着した二酸化炭素から吸引(脱着)されていくため、より早く二酸化炭素濃度の高い気泡を水流路6を流れる水に供給できる。このため水流路6を流れる水に二酸化炭素をより早く溶け込ませることができる。よって、上述した(1)式の平衡を右向きに進行させ、スケールの主要因である炭酸カルシウム(CaCO3)を炭酸水素カルシウム(Ca(HCO3)2)に、より早く溶解させることができる。すなわち、スケールの析出を抑制する効果がより高い。The connection position between the carbon
また、送風ポンプ20は、送圧の高いポンプを用いることもできる。このときの各弁の開閉状態は、第一開閉弁9が閉じた状態の場合、第二開閉弁19が開いた状態で、第三開閉弁17が半開の状態(全開と全閉の間で任意に決定できる)とすればよい。すなわち、送風ポンプ20をON状態とし、二酸化炭素濃縮部18へ空気を流すとき、吸気管21を流れる圧力より排出管16を流れる圧力が小さくなるようにすればよい。このとき、二酸化炭素濃縮部18の内圧を大気圧以上に高めることができる。このように送圧の高いポンプを用いることで、二酸化炭素濃縮部18の内圧を高め、負圧形成部22との圧力差をより大きくすることができる。つづいて、上述の弁動作状態B(第一開閉弁9が開いた状態、かつ第二開閉弁19及び第三開閉弁17が共に閉じた状態)にすることで、水流路6を流れる水に、パルス波形の傾きaがより急峻なパルス気泡を注入できる。水流路6を流れる水にパルス気泡を流入することにより得られる効果は上述の通りである。
The
さらに、気泡径が1mm以上の大きいパルス気泡の発生率を高めることができる。このため、上述のマイクロバブルが水熱交換器7の熱伝達面へ付着していても、大きい気泡径のパルス気泡と熱伝達面へ付着したマイクロバブルとが合体することによる、マイクロバブルを熱伝達面から引き剥がす効果をより高めることができる。すなわち、マイクロバブルの付着による熱伝達面の減少を抑制でき、熱交換率の低下を抑制する効果をより高めることができる。 Furthermore, the generation rate of large pulse bubbles having a bubble diameter of 1 mm or more can be increased. For this reason, even if the above-described microbubbles adhere to the heat transfer surface of the water heat exchanger 7, the microbubbles are heated by combining the large bubble bubble and the microbubble attached to the heat transfer surface. The effect of peeling off from the transmission surface can be further enhanced. That is, the reduction of the heat transfer surface due to the adhesion of microbubbles can be suppressed, and the effect of suppressing the decrease in heat exchange rate can be further enhanced.
本明細書中ではヒートポンプ給湯器の例を中心に説明しているが、水熱交換器を備えた空気調和機(つまり、水熱交換器に接続された水回路及び冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置)などの循環配管システムに応用可能であることは言うまでもない。また、二酸化炭素供給装置8を設けずに、パルス気泡注入装置10bのみの構成であってもパルス気泡を注入することができ、本発明のスケール付着の抑制効果を得つつ、熱交換効率の低下を抑制する効果を得ることができることは言うまでもない。
In the present specification, an example of a heat pump water heater is mainly described, but an air conditioner including a water heat exchanger (that is, a refrigeration cycle including a water circuit and a refrigerant circuit connected to the water heat exchanger). Needless to say, the present invention can be applied to a circulation piping system such as an apparatus. Moreover, even if it is the structure of only the pulse
実施の形態2.
図7は、本実施の形態2に係る循環配管システムの構成図の一例である。なお、本実施の形態2に係る循環配管システムの基本的な構成は、実施の形態1に係る循環配管システムと同じであるため、相違点のみ説明する。図7において、本実施の形態2に係る循環配管システムの一例は、実施の形態1に係る循環配管システムの構成において、二酸化炭素濃縮部18に接続され、二酸化炭素濃縮部18の温度を検出する温度検出部25を備え、温度検出部25は制御部24と接続されていることを特徴とする。上記のような構成を有する循環配管システムでは、二酸化炭素濃縮部18の温度を検知することにより、二酸化炭素濃縮部18内に設けられた二酸化炭素を吸着する吸着剤の吸着量を推測して、弁動作状態Aと弁動作状態Bを効率よく切換えることが可能となる。
FIG. 7 is an example of a configuration diagram of the circulation piping system according to the second embodiment. In addition, since the basic structure of the circulation piping system which concerns on this
吸着剤が二酸化炭素を吸着及び脱着するときにはエンタルピー変化が生じる。一般的な吸着は発熱であり、脱着は吸熱である。すなわち温度検出部25において、二酸化炭素濃縮部18の温度を検出することにより、吸着剤の二酸化炭素吸着量を推測することができる。弁動作状態Aのとき、二酸化炭素濃縮部18内の吸着剤において、二酸化炭素が吸着されるとともに、吸着熱によって二酸化炭素濃縮部18の温度は上昇する。このときの温度上昇速度は二酸化炭素の吸着速度(吸着量)に依存すると考えられ、吸着剤の被覆率が高まって吸着飽和量に近づくにつれて温度上昇速度は小さくなり、吸着剤が飽和すると温度上昇はなくなる(吸着剤が飽和した状態で弁動作状態Aを続けると、吸着速度と脱着速度が等しくなると考えられ、これ以上の吸着はほとんど起こらないため、次第に、自然冷却によって温度が低下する)。制御部24において、温度検出部25で検出した温度から温度上昇速度を演算して、温度上昇速度が小さくなり始めてからゼロになるまでの間に、弁動作状態Aから弁動作状態Bに切り替えるとよい。
An enthalpy change occurs when the adsorbent adsorbs and desorbs carbon dioxide. General adsorption is exothermic and desorption is endothermic. That is, the amount of carbon dioxide adsorbed by the adsorbent can be estimated by detecting the temperature of the carbon
一方、弁動作状態Bのとき、二酸化炭素濃縮部18内の二酸化炭素を吸着した吸着剤から二酸化炭素が脱着されるとともに、脱着熱によって二酸化炭素濃縮部18の温度は低下する。このときの温度低下速度は二酸化炭素の脱着速度(脱着量)に依存すると考えられ、吸着していた二酸化炭素が脱着してゼロに近づくにつれて温度低下速度は小さくなり、やがてゼロになる。制御部24において、温度検出部25で検出した温度から温度低下速度を演算して、温度低下速度が小さくなり始めてからゼロになるまでの間に、弁動作状態Bから弁動作状態Aに切り替えるとよい。
On the other hand, in the valve operation state B, carbon dioxide is desorbed from the adsorbent that has adsorbed carbon dioxide in the carbon
上記のような運転方法により、吸着工程と脱着工程を無駄なく行うことができ、効率よく弁動作状態を切換えることが可能となる。弁動作状態A及び弁動作状態Bの時間は、吸着剤の充填量、二酸化炭素濃縮部18の容積、及び負圧形成部22の体積空間によって、任意に設計できることは言うまでもない。
By the above operation method, the adsorption process and the desorption process can be performed without waste, and the valve operation state can be switched efficiently. Needless to say, the time of the valve operation state A and the valve operation state B can be arbitrarily designed according to the filling amount of the adsorbent, the volume of the carbon
図12は、本発明の実施の形態2に係る循環配管システムの構成図の一例である。図12に示すように、温度検出部として、二酸化炭素濃縮部18内の吸着剤を充填した内部かつ、排出管16側の近傍に接続された温度検出部25aと、二酸化炭素濃縮部18内の吸着剤が充填した内部かつ、吸気管21側の近傍に接続された温度検出部25bと、二つ接続してもよい。例えば、実施の形態2の実施例の場合、鉛直上側の吸着剤の中に温度検出部25aが接続され、鉛直下側の吸着剤の中に温度検出部25bが接続される。このような位置に温度検出部25a、25bを接続することにより、排出管16の近傍にある吸着剤後段での温度を直接的に検知できるため、より効率よく、吸着剤の飽和状態を推測することが可能となる。実施の形態1で記載したように、第一開閉弁9に近い位置にある吸着剤に吸着される二酸化炭素量が常に、第一開閉弁9から遠い位置にある吸着剤に吸着される二酸化炭素量より多いか、もしくは同等になるようにした場合、第一開閉弁9に近い位置にある吸着剤から吸着熱が発生し、吸着飽和量に近づくにつれて、第一開閉弁9から遠い位置にある吸着剤に吸着熱が発生する。このため、温度検出部25aにおいて、吸着剤後段での吸着熱のみ検知すればよく、制御部24での演算が不要となり、温度上昇を検知した段階で弁動作状態Aから弁動作状態Bに切り替えることが可能となる。
FIG. 12 is an example of a configuration diagram of a circulation piping system according to
一方、温度検出部25bは、吸着剤前段での温度を直接的に検知できるため、より効率よく、吸着剤における二酸化炭素の脱着状態を推測することが可能となる。実施の形態1で記載したように、弁動作状態Bのとき、第一開閉弁9に近い吸着剤(この場合、吸着剤前段)に吸着した二酸化炭素から吸引(脱着)されていく。吸着剤前段での脱着熱のみ検知すれば、制御部24で演算する不要がなく、温度低下を検知した段階で弁動作状態Bから弁動作状態Aに切り替えることが可能となる。
On the other hand, since the temperature detection unit 25b can directly detect the temperature in the preceding stage of the adsorbent, it is possible to more efficiently estimate the desorption state of carbon dioxide in the adsorbent. As described in
なお、温度検出部25aのみ接続して、弁動作状態Aから弁動作状態Bへの切り替えを行い、弁動作状態Bから弁動作状態Aへの切替は、実施の形態1で記載したように、時間で制御してもよい。すなわち、制御部24により、動作時間t2を例えば5〜20秒程度となるよう、第一開閉弁9、第二開閉弁19、第三開閉弁17及び送風ポンプ20は制御され、弁動作状態Bから弁動作状態Aへ切り替わる。上記のような運転方法により、吸着工程を効率よく、かつ、制御部24での演算が必要なく、弁動作状態を切換えることが可能となる。弁動作状態Aの時間は、吸着剤の充填量、二酸化炭素濃縮部18の容量、及び負圧形成部22の体積空間によって、任意に設計できることは言うまでもない。
Note that only the
実施の形態3.
図8は、本実施の形態3に係る循環配管システムの構成図の一例である。なお、本実施の形態3に係る循環配管システムの基本的な構成は、実施の形態1及び実施の形態2に係る循環配管システムと同じであるため、相違点のみ説明する。図8において、本実施の形態3に係る循環配管システムの一例は、実施の形態1及び実施の形態2に係る循環配管システムの構成において、二酸化炭素濃縮部18を加熱する加熱部26を備え、加熱部26は制御部24と接続されていることを特徴とする。Embodiment 3 FIG.
FIG. 8 is an example of a configuration diagram of the circulation piping system according to the third embodiment. In addition, since the basic structure of the circulation piping system which concerns on this Embodiment 3 is the same as the circulation piping system which concerns on
上記のような構成を有する循環配管システムでは、弁動作状態Bのときに二酸化炭素濃縮部18を加温することができ、二酸化炭素濃縮部18内の二酸化炭素の脱着を促進することが可能となる。実施の形態2に記述したように、二酸化炭素が脱着するとき、吸着剤の温度が低下する。この温度低下より、二酸化炭素の脱着速度が低下してしまう。本実施の形態3において、弁動作状態Bのときに、加熱部26を用いて二酸化炭素濃縮部18を加温することで脱着速度の低下を抑制でき、水流路6を流れる水に、パルス波形の傾きaがより急峻なパルス気泡を注入することが可能となる。水流路6を流れる水にパルス気泡を流入することにより得られる効果は、実施の形態1に記述した通りである。
In the circulation piping system having the above configuration, the carbon
実施の形態4.
図9は、本実施の形態4に係る二酸化炭素含有水供給システムの構成図の一例である。なお、本実施の形態4に係る二酸化炭素供給システムの基本的な構成は、実施の形態1、実施の形態2及び実施の形態3に係る循環配管システムと同じであるため、相違点のみ説明する。図9において、本実施の形態4に係る二酸化炭素供給システムの一例は、実施の形態1、実施の形態2及び実施の形態3に係る循環配管システムの構成において、貯湯タンク14に溜められた(貯湯された)お湯を外部へ流出する給湯配管13に、気泡注入装置10、二酸化炭素供給装置8、制御部24、希釈水配管27とを備えることを特徴とする。Embodiment 4 FIG.
FIG. 9 is an example of a configuration diagram of the carbon dioxide-containing water supply system according to the fourth embodiment. The basic configuration of the carbon dioxide supply system according to the fourth embodiment is the same as that of the circulation piping system according to the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment, and therefore only the differences will be described. . In FIG. 9, an example of the carbon dioxide supply system according to the fourth embodiment is stored in the hot
通常、給湯タンクに貯湯されるお湯の温度は40〜90℃程度になるよう運転されており、外部へ流出する前に、ユースポイントで求められる温度になるよう、お湯と水道水と混合して外部のユースポイントへ流出(供給)される。ユースポイントとは、例えば、浴槽やシャワー、洗面所、キッチン、床暖房などが挙げられる。本実施の形態4によれば、ユースポイントへ供給する温水(供給水)に、二酸化炭素を供給することができる。 Normally, the hot water stored in the hot water tank is operated at a temperature of about 40-90 ° C. Before it flows out, it is mixed with hot water and tap water so that it reaches the temperature required at the point of use. Outflow (supply) to an external use point. Use points include, for example, bathtubs, showers, washrooms, kitchens, floor heating, and the like. According to the fourth embodiment, carbon dioxide can be supplied to hot water (supply water) supplied to the use point.
気泡注入装置10は、実施の形態1に記載したように、例えば、液体に気体を流しこむ気体導入管、液体に気体を分散させて導入する散気管、散気球ならびに多孔質ノズル、気体と液体とを混合して噴霧するスプレーノズル、気体と液体との混相流をつくるエゼクタを用いることができる。本実施の形態4では、気液混合部23にエゼクタを用いた例より、本発明の一例を説明する。
As described in the first embodiment, the
気泡注入装置10は、給湯配管13上に設けられていればよく、希釈水配管27との合流部の上流側でも下流側でもよい。ヘンリーの法則に従えば、より水温の高い上流側よりも、より水温の低い下流側に設けた方が、二酸化炭素(気体)の溶解量が多くなるため、本発明の効果はより高い。また、ユースポイントである浴槽、シャワー、洗面所、キッチン、床暖房など流出口の近くに設けた方が、各ユースポイントごとに、二酸化炭素供給システムの動作状態を選択できるため、より利便性が高い。なお、二酸化炭素供給システムの外部操作パネル(図示しない)を用いて、二酸化炭素供給システムの動作状態(運転ON/OFF)を選択してもよいことは言うまでもない。
The
図10は、本発明の実施の形態4に係る二酸化炭素含有水供給システムの構成図の一例である。図10に示すように、気泡注入装置10は、希釈水配管27上に設けてもよい。希釈水配管27をながれる水道水の水温は、給湯配管13を流れる水の水温よりも低いため、ヘンリーの法則に従い、より多くの二酸化炭素(気体)が溶け込むことが可能となる。このことより、実施の形態1で記述したスケール付着の抑制効果がより高い。
FIG. 10 is an example of a configuration diagram of a carbon dioxide-containing water supply system according to Embodiment 4 of the present invention. As shown in FIG. 10, the
本実施の形態4の二酸化炭素含有水供給システムにおいて、気泡注入装置10、二酸化炭素供給装置8及び制御部24の構成と運転方法とは、実施の形態1、実施の形態2及び実施の形態3と同じにするとよいことは言うまでもない。
In the carbon dioxide-containing water supply system of the fourth embodiment, the configurations and operation methods of the
上記のような構成を有する二酸化炭素供給システムでは、二酸化炭素を含有する温水を供給できるため、スケール付着抑制効果の他、炭酸泉で得られるような血流促進による効能、皮膚への直接の効能など、健康状態をよくすることが可能となる。具体的には、肩のこり、腰痛、疲労回復、冷え症、神経痛、リウマチ、痔、あせも、しもやけ、荒れ性、ひび、あかぎれ、しっしん、にきびを改善することなどが可能と考えられる。また、浴槽の浴水に用いた場合、温浴効果など入浴時の快適性が向上すると考えられる。 In the carbon dioxide supply system having the configuration as described above, since warm water containing carbon dioxide can be supplied, in addition to the scale adhesion suppression effect, the effect by promoting blood flow as obtained with carbonated spring, the direct effect on the skin, etc. It will be possible to improve health. Specifically, shoulder stiffness, low back pain, recovery from fatigue, coldness, neuralgia, rheumatism, hemorrhoids, moistness, roughness, cracks, redheads, acne, acne, etc. are considered possible. In addition, when used as bath water in a bathtub, it is considered that comfort during bathing such as a warm bath effect is improved.
実施の形態5.
図11は、本実施の形態5に係る二酸化炭素含有水供給システムの構成図の一例である。なお、本実施の形態5に係る二酸化炭素供給システムの基本的な構成は、実施の形態1、実施の形態2、実施の形態3及び実施の形態4に係る循環配管システムと同じであるため、相違点のみ説明する。図11において、本実施の形態5に係る二酸化炭素供給システムの一例は、実施の形態1、実施の形態2、実施の形態3、及び実施の形態4に係る循環配管システムの構成において、加熱配管28、追い焚き用熱交換器29、循環ポンプ30、31、追い焚き用循環配管32、浴槽33を備えることを特徴とする。Embodiment 5. FIG.
FIG. 11 is an example of a configuration diagram of the carbon dioxide-containing water supply system according to the fifth embodiment. The basic configuration of the carbon dioxide supply system according to the fifth embodiment is the same as the circulation piping system according to the first embodiment, the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment. Only the differences will be described. In FIG. 11, an example of the carbon dioxide supply system according to the fifth embodiment is a heating pipe in the configuration of the circulation piping system according to the first embodiment, the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment. 28, a reheating
本実施の形態5では、循環配管システムの冷熱サイクルにより供給された熱により水を温水(湯)に変え、貯湯タンク14に貯湯する湯沸機能と、浴槽33に温水を供給する給湯機能と、浴槽33の浴水を追い焚きする追い焚き機能とを有している。貯湯タンク14には、追い焚き用熱交換器29にお湯を供給する加熱配管28と、お湯を循環させる循環ポンプ30とが設けられている。追い焚きするための追い焚き用循環配管32が追い焚き用熱交換器29に接続されている。また、追い焚き用循環配管32には気泡注入用の気泡注入装置10が取り付けられている。
In the fifth embodiment, water is converted into hot water (hot water) by the heat supplied by the cooling / heating cycle of the circulation piping system, the hot water boiling function for storing hot water in the hot
気泡注入装置10の取り付け位置は、この例に限定されるものではなく、追い焚き用熱交換器29の上流側に設けても下流側に設けても、本実施の形態5の効果を得られる。なお、気泡注入装置10の取り付け位置を、追い焚き用熱交換器29の下流側に設けた方が、気泡注入装置10の二次側の圧力を低減できるため、より効率よく気泡を注入することが可能となる。言い換えると、同じ電力でより多くの気泡を注入できるようになる(省エネ運転)。
The attachment position of the
浴槽の浴水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ため、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。 In order to raise the temperature of the bath water when the bath water in the bathtub cools 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.
つぎに、追い焚き用熱交換器29と、追い焚き用熱交換器29に接続される追い焚き用循環配管32に、二酸化炭素を含む気泡を注入する動作について説明する。浴槽33の浴水を追い焚きする場合は、貯湯タンク14から、お湯が、循環ポンプ30により、加熱配管28を通って追い焚き用熱交換器29へ導かれる。一方、浴槽33の浴水は、循環ポンプ31により追い焚き用循環配管32を通り、追い焚き用熱交換器29へ送られる。追い焚き用熱交換器29では、貯湯タンク14のお湯と浴水との熱交換器により、お湯は浴水により熱を奪われて低温水となって加熱配管28を通って貯湯タンクに戻される。一方、浴水はお湯から熱をもらってより高い温度となり、浴槽33に追い焚き用循環配管32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の温度は入浴に適した湯温になる。
Next, the operation of injecting bubbles containing carbon dioxide into the reheating
本実施の形態5では、お湯と浴水との流れが向かい合う方向に流れる向流式の追い焚き用熱交換器の例を図11に示したが、本発明はこの例に限定されるものではなく、お湯と浴水が並行して流れる並流式の追い焚き用熱交換器であってもよい。また、追い焚き用熱交換器の鉛直下方向から鉛直上方向へ向かって浴水が流れる例を図11に示したが、本発明はこの例に限定されるものではなく、追い焚き用熱交換器の鉛直上方向から鉛直下方向へ向かって浴水が流れる追い焚き用熱交換器であってもよい。 In the fifth embodiment, an example of a countercurrent reheating heat exchanger that flows in a direction in which hot water and bath water flow in opposite directions is shown in FIG. 11, but the present invention is not limited to this example. Alternatively, it may be a co-current reheating heat exchanger in which hot water and bath water flow in parallel. Moreover, although the example in which the bath water flows from the vertically downward direction to the vertically upward direction of the reheating heat exchanger is shown in FIG. 11, the present invention is not limited to this example, and reheating heat exchange is performed. It may be a reheating heat exchanger in which the bath water flows from the vertically upward direction to the vertically downward direction of the vessel.
なお、追い焚き用熱交換器29は、温水と浴水との熱交換によって水を加熱するものである。例えば、追い焚き用熱交換器29として、プレート式熱交換器、多管式熱交換器、二重管式熱交換器、マイクロチャンネル式熱交換器、ボイラー式熱交換器、捩り管式熱交換器を採用することができる。このとき、追い焚き用循環配管32に設けられた気泡注入装置10により、二酸化炭素を含む気泡が注入され、浴槽33に、パルス気泡を注入することが可能となる。気泡注入装置10及び二酸化炭素供給装置8、制御部24の動作は、実施の形態1、実施の形態2、実施の形態3に記述した通りに、動作させるとよい。
The reheating
上記のような構成を有する二酸化炭素供給システムでは、二酸化炭素を含有する温水を浴槽33に供給できるため、炭酸泉で得られるような血流促進による効能、皮膚への直接の効能など、健康状態をよくすることが可能となる。具体的には、肩のこり、腰痛、疲労回復、冷え症、神経痛、リウマチ、痔、あせも、しもやけ、荒れ性、ひび、あかぎれ、しっしん、にきびを改善することなどが可能と考えられる。また、温浴効果など入浴時の快適性も向上すると考えられる。本実施の形態5では、入浴中の追い焚き用循環配管32を利用して、二酸化炭素を含むパルス気泡を浴槽33に供給できるため、上述した効果がより高い。また、二酸化炭素を含むパルス気泡を間欠に供給(リズム供給)できるため、入浴者の感受性を刺激し、入浴中の快適感を向上させることが可能と考えられる。
In the carbon dioxide supply system having the above-described configuration, since hot water containing carbon dioxide can be supplied to the
1 空気熱交換器、2 冷媒流路、3 圧縮機、4 送風機、5 減圧手段、6 水流路、7 水熱交換器、8 二酸化炭素供給装置、9 第一開閉弁、10 気泡注入装置、10b パルス気泡注入装置、11 水ポンプ、12 ガス抜き弁、13 給湯配管、14 貯湯タンク、15 給水配管、16 排出管、17 第三開閉弁、18 二酸化炭素濃縮部、19 第二開閉弁、20 送風ポンプ、21 吸気管、22 負圧形成部、23 気液混合部、24 制御部、25 温度検出部、25a 温度検出部、25b 温度検出部、26 加熱部、27 希釈水配管、28 加熱配管、29 追い焚き用熱交換器、30 循環ポンプ、31 循環ポンプ、32 追い焚き用循環配管、33 浴槽、100 給湯器。
DESCRIPTION OF
本発明に係る循環配管システムは、第1の装置と第2の装置との間で水を循環させる循環配管と、水へ気泡を注入する気泡注入装置と、気泡注入装置に接続され、気泡を生じさせるために二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給装置と、二酸化炭素を含む気泡が循環配管を循環する水へ断続的に注入されるよう気泡注入装置及び二酸化炭素供給装置を制御する制御部とを備え、気泡注入装置は、二酸化炭素供給装置に接続され、供給された二酸化炭素に対して負圧を形成する負圧形成部と、負圧を介して負圧形成部に取り込まれた二酸化炭素を水に混合する気液混合部と、負圧形成部と二酸化炭素供給装置との間に接続され、制御部によって開閉が制御される第一開閉弁とを備え、二酸化炭素供給装置は、大気中の空気を流す送風ポンプと、供給する二酸化炭素として、空気に含まれる二酸化炭素を吸着する二酸化炭素濃縮部と、二酸化炭素濃縮部と送風ポンプとの間に接続され、制御部によって開閉が制御される第二開閉弁と、二酸化炭素濃縮部へ流した空気を排出するための排出管と、二酸化炭素濃縮部と排出管との間に接続され、制御部によって開閉が制御される第三開閉弁とを備え、制御部は、第一開閉弁が閉じていると共に第二開閉弁及び第三開閉弁が開いている第1の弁動作状態と第一開閉弁が開いていると共に第二開閉弁及び第三開閉弁が閉じている第2の弁動作状態とを交互に繰り返す制御を行うものである。 A circulation piping system according to the present invention is connected to a circulation piping for circulating water between a first device and a second device, a bubble injection device for injecting bubbles into water, and a bubble injection device. A carbon dioxide supply device that supplies carbon dioxide to cause generation, and a controller that controls the bubble injection device and the carbon dioxide supply device so that bubbles containing carbon dioxide are intermittently injected into the water circulating in the circulation pipe. The bubble injection device is connected to a carbon dioxide supply device, and forms a negative pressure with respect to the supplied carbon dioxide, and carbon dioxide taken into the negative pressure formation portion via the negative pressure. A gas-liquid mixing unit for mixing with water, a first on-off valve connected between the negative pressure forming unit and the carbon dioxide supply device and controlled to be opened and closed by the control unit. A blower pump for supplying A carbon dioxide concentrating unit that adsorbs carbon dioxide contained in the air, a second on-off valve that is connected between the carbon dioxide concentrating unit and the blower pump and that is controlled to be opened and closed by the control unit, and carbon dioxide A discharge pipe for discharging the air that has flowed to the concentration section; and a third on-off valve that is connected between the carbon dioxide concentration section and the discharge pipe and that is controlled to be opened and closed by the control section. The first on-off valve is closed, the second on-off valve and the third on-off valve are open, the first valve operating state, the first on-off valve is open, and the second on-off valve and the third on-off valve are closed Control that alternately repeats the second valve operating state is performed .
Claims (10)
前記水へ気泡を注入する気泡注入装置と、
前記気泡注入装置に接続され、前記気泡を生じさせるために二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給装置と、
前記二酸化炭素を含む前記気泡が前記循環配管を循環する前記水へ断続的に注入されるよう前記気泡注入装置及び前記二酸化炭素供給装置を制御する制御部とを備える
循環配管システム。A circulation pipe for circulating water between the first device and the second device;
A bubble injection device for injecting bubbles into the water;
A carbon dioxide supply device connected to the bubble injection device for supplying carbon dioxide to generate the bubbles;
A circulation piping system comprising: a control unit that controls the bubble injection device and the carbon dioxide supply device so that the bubbles containing the carbon dioxide are intermittently injected into the water circulating through the circulation piping.
前記二酸化炭素供給装置に接続され、供給された前記二酸化炭素に対して負圧を形成する負圧形成部と、
前記負圧を介して前記負圧形成部に取り込まれた前記二酸化炭素を前記水に混合する気液混合部と、
前記負圧形成部と前記二酸化炭素供給装置との間に接続され、前記制御部によって開閉が制御される第一開閉弁とを備える
請求項1に記載の循環配管システム。The bubble injection device includes:
A negative pressure forming unit connected to the carbon dioxide supply device and forming a negative pressure with respect to the supplied carbon dioxide;
A gas-liquid mixing unit that mixes the carbon dioxide taken into the negative pressure forming unit via the negative pressure with the water;
The circulation piping system according to claim 1, further comprising: a first on-off valve connected between the negative pressure forming unit and the carbon dioxide supply device and controlled to be opened and closed by the control unit.
大気中の空気を流す送風ポンプと
供給する前記二酸化炭素として、前記空気に含まれる二酸化炭素を吸着する二酸化炭素濃縮部と、
前記二酸化炭素濃縮部と前記送風ポンプとの間に接続され、前記制御部によって開閉が制御される第二開閉弁と、
前記二酸化炭素濃縮部へ流した前記空気を排出するための排出管と、
前記二酸化炭素濃縮部と前記排出管との間に接続され、前記制御部によって開閉が制御される第三開閉弁とを備える
請求項1または2に記載の循環配管システム。The carbon dioxide supply device includes:
A carbon dioxide concentrating unit that adsorbs carbon dioxide contained in the air, as the carbon dioxide to be supplied with a blower pump that flows air in the atmosphere;
A second on-off valve connected between the carbon dioxide concentrating unit and the blower pump and controlled to be opened and closed by the control unit;
A discharge pipe for discharging the air that has flowed to the carbon dioxide enrichment section;
The circulation piping system according to claim 1, further comprising a third on-off valve connected between the carbon dioxide concentrating unit and the discharge pipe and controlled to be opened and closed by the control unit.
請求項3に記載の循環配管システム。The control unit includes a first valve operating state in which the first on-off valve is closed and the second on-off valve and the third on-off valve are open. The circulation piping system according to claim 3, wherein control is performed to alternately repeat an on-off valve and a second valve operating state in which the third on-off valve is closed.
請求項4に記載の循環配管システム。The control unit has a duration of the second valve operating state of 5 to 20 seconds, a duration of the first valve operating state is longer than three times a duration of the second valve operating state, and The circulation piping system according to claim 4, wherein control is performed to be shorter than 360 times.
前記制御部は、前記温度検出部が検出した前記温度に基づいて前記第三開閉弁の開閉を制御する
請求項3に記載の循環配管システム。A temperature detection unit for detecting the temperature of the carbon dioxide concentration unit;
The circulation piping system according to claim 3, wherein the control unit controls opening and closing of the third on-off valve based on the temperature detected by the temperature detection unit.
前記第1の装置は、前記水を加熱する熱交換器であり、
前記第2の装置は、前記水を貯留する貯湯タンクであり、
前記貯湯タンクに貯留された前記水を給湯する給湯配管を備える
二酸化炭素含有水供給システム。The circulation piping system according to any one of claims 1 to 6,
The first device is a heat exchanger for heating the water;
The second device is a hot water storage tank for storing the water,
A carbon dioxide-containing water supply system comprising a hot water supply pipe for supplying hot water stored in the hot water storage tank.
請求項7に記載の二酸化炭素含有水供給システム。The carbon dioxide-containing water supply system according to claim 7, wherein the carbon dioxide supply device supplies the carbon dioxide to the water supplied by the hot water supply pipe.
水を供給する水配管とを備え、
前記気泡注入装置は前記水配管に接続してあり、前記二酸化炭素を含む前記気泡を前記水配管に注入する
二酸化炭素含有水供給システム。A circulation piping system according to claim 1;
A water pipe for supplying water,
The bubble injection device is connected to the water pipe, and injects the bubbles containing the carbon dioxide into the water pipe.
浴槽とを備え、
前記気泡注入装置は前記浴槽に接続してあり、前記二酸化炭素を含む前記気泡を前記浴槽に注入する
二酸化炭素含有水供給システム。A circulation piping system according to claim 1;
With a bathtub,
The bubble injection device is connected to the bathtub and injects the bubbles containing the carbon dioxide into the bathtub.
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