(57)【要約】      （修正有）【課題】開放式脱気装置における溶存酸素、遊離炭素、残留塩素の除去機能を更に高め、循環給湯システムにおける銅管もしくは銅合金管の腐食防止効果を改善する。【解決手段】開放式脱気装置であって、下方に貯水部１２、上方に空気溜まり部１３を備えたタンク１１、外部から供給される給水をタンク内の空気溜まり部へ導入するための給水管１４、給水管の先端部分に取り付けられ、供給される給水を空気溜まり部へ噴霧状にして噴出させるスプレーノズル１５、タンク内の貯水部に集められた処理済みの給水を外部に排出するための排水管１７、タンク外の大気中からタンク内の空気溜まり部へ空気を導入するための吸気管１８、タンク内の空気溜まり部の空気をタンク外の大気中へ放出するための排気管２１とを備え、吸気管の吸気排出口１９と、排気管の排気入り口２２との距離が、空気溜まり部空間内において最大となるように配置した。【選択図】図２
2018100807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
循環給湯システムを流通する給水から溶存酸素、遊離炭素、残留塩素を除去するための開放式脱気装置であって、
下方に貯水部、上方に空気溜まり部を備えたタンクと、
開放式脱気装置の外部から供給される給水をタンク内の空気溜まり部へ導入するための給水管と、
給水管の先端部分に取り付けられ、供給される給水を空気溜まり部へ噴霧状にして噴出させるスプレーノズルと、
タンク内の貯水部に集められた処理済みの給水を開放式脱気装置の外部に排出するための排水管と、
タンク外の大気中からタンク内の空気溜まり部へ空気を導入するための吸気管と、
タンク内の空気溜まり部の空気をタンク外の大気中へ放出するための排気管とを備え、
当該吸気管の吸気排出口と、当該排気管の排気入り口との距離が、空気溜まり部空間内において最大となるように配置したことを特徴とする開放式脱気装置。
【請求項２】
請求項１に記載の開放式脱気装置において、前記空気溜まり部は直方体形状を有し、距離が最大となる一対の対向する辺のいずれか一方の近傍に前記吸気管の吸気排出口を配置し、他方の辺の近傍に前記排気管の排気入り口を配置したことを特徴とする開放式脱気装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の開放式脱気装置において、前記吸気管の吸気入り口近傍に送風ファンを配置したことを特徴とする開放式脱気装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の開放式脱気装置において、前記吸気管の吸気排出口、及び／又は、前記排気管の排気入り口に防滴カバーを設けたことを特徴とする開放式脱気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、循環給湯システムを流通する給水から溶存酸素、遊離炭素、残留塩素を除去するための開放式脱気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホテル、病院、集合住宅等の大型建物における給湯システムには、中央給湯方式の強制循環給湯システムが採用されることが多い。この循環給湯システムは、図１にその系統図を例示するように、一般に、密閉型貯湯槽１、密閉型貯湯槽１から各給湯栓５までの配管である往管２、各給湯栓５の手前から密閉型貯湯槽１までの配管である還管３、膨張タンク４、および循環ポンプ６から構成されている。
【０００３】
この構成において、高架水槽７に貯えられた水は、地上あるいは地下に設置された密閉型貯湯槽に送られて加熱され、この密閉型貯湯槽より出た湯は往管２を通して各客室及び設備に供給され、給湯栓５の開放によって使用され、過剰の湯は還管３を通って密閉型貯湯槽１に戻り再び加熱されるようになっており、水は使用した分だけ、高架水槽７から密閉型貯湯槽１に補給される。図１は、循環ポンプを下層階に設置した下向き給湯方式の一例であり、図１の給湯方式においては、密閉型貯湯槽１に送られた水はボイラー８で加熱される。９は、密閉型貯湯槽１からボイラー８で水を送り、ボイラー８から密閉型貯湯槽１へ加熱された湯を送るための循環ポンプである。
【０００４】
このような循環給湯システムにおいては、往管、還管などの配管として、りん脱酸銅などの銅管もしくは銅合金管が使用されることが多い。銅管や銅合金管が使用される理由は、レジオネラ属菌などの細菌に対する抗菌性に優れているとともに、施工性に優れ、一般に通水とともに管内面に亜酸化銅、酸化銅などの安定な皮膜が形成され、良好な耐食性が付与されるためである。しかしながら、循環給湯システムの配管材として銅管もしくは銅合金管を使用した場合、使用環境、運転条件によっては、II型孔食や潰食などの腐食による漏洩の問題を生じることが経験されている。
【０００５】
このような銅管もしくは銅合金管の腐食の原因は、従来、給水中の溶存酸素、遊離炭素、残留塩素によるものとされており、循環給湯システムの循環配管の途中に開放式脱気装置を設けて、溶存酸素、遊離炭素、残留塩素を分離除去することによって腐食を抑制することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
このような従来方式の開放式脱気装置では、密閉型貯湯槽、該密閉型貯湯槽から各給湯栓までの配管である往管、各給湯栓の手前から密閉型貯湯槽までの配管である還管、循環ポンプを有する構成をそなえた循環給湯システムにおいて、循環給湯システムを流通する給水から溶存酸素、遊離炭素、残留塩素を除去するための開放式脱気装置であって、往管および／または還管に設置され、循環給湯システム運転時において、貯水部とその上面に空気溜まり部が存在するタンク、密閉型貯湯槽と連通し、その先端部から密閉型貯湯槽から供給された給水を気泡状態で空気溜まり部へ噴出する給水管、処理された給水をタンクの貯水部から往管に供給する排水管、一端部はタンクの下面近傍から貯水部中を通って上方へ延び、空気溜まり部へ開放されるとともに、他端部はタンク外の大気中へ開放される吸気管、一端部はタンクの空気溜まり部に開放され、他端部はタンク外の大気中へ開放される排気管をそなえ、密閉型貯湯槽からタンク内に供給される加熱された給水は、タンク内の空気溜まり部へ放出されて水蒸気化し、給水中に含まれている溶存酸素、遊離炭素、残留塩素と分離され、水滴となってタンク内の貯水部へ落ち、排水管を通って往管および／または還管に供給されるよう構成されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２５５８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来方式の開放式脱気装置では、循環給湯システムを流通する給水から溶存酸素、遊離炭素、残留塩素を除去することはできたものの、これらの除去が必ずしも十分なものとは言えず、そのため循環給湯システムにおける銅管もしくは銅合金管の腐食を完全に防止することができないという問題が生じていた。
また、従来方式の開放式脱気装置では、タンクの空気溜まり部を循環する空気の循環量が十分でないという問題や、吸気管の空気溜まり部側の端部や、排気管の空気溜まり部側の端部から水滴が侵入し、吸気管や排気管の機能を低下させるという問題も生じていた。
【０００９】
本発明はかかる問題を解決するためになされたものである。  特に、溶存酸素、遊離炭素、残留塩素を十分に除去できないという問題について鋭意研究を行なった所、溶存酸素、遊離炭素、残留塩素の除去の程度と、吸気管の空気溜まり部側の端部と、排気管の空気溜まり部側の端部との距離の間に、極めて重要な因果関係が存在することを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明は、開放式脱気装置における溶存酸素、遊離炭素、残留塩素の除去機能を更に高め、循環給湯システムにおける銅管もしくは銅合金管の腐食防止効果を改善することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、上記課題を解決するために、本発明の第１の観点にかかる発明では、循環給湯システムを流通する給水から溶存酸素、遊離炭素、残留塩素を除去するための開放式脱気装置であって、下方に貯水部、上方に空気溜まり部を備えたタンクと、開放式脱気装置の外部から供給される給水をタンク内の空気溜まり部へ導入するための給水管と、給水管の先端部分に取り付けられ、供給される給水を空気溜まり部へ噴霧状にして噴出させるスプレーノズルと、タンク内の貯水部に集められた処理済みの給水を開放式脱気装置の外部に排出するための排水管と、タンク外の大気中からタンク内の空気溜まり部へ空気を導入するための吸気管と、タンク内の空気溜まり部の空気をタンク外の大気中へ放出するための排気管とを備え、吸気管の吸気排出口と、排気管の排気入り口との距離が、空気溜まり部空間内において最大となるように配置した構成の開放式脱気装置とした。
【００１１】
また、本発明の第２の観点にかかる発明では、第１の観点に係る発明の開放式脱気装置において、空気溜まり部は直方体形状を有し、距離が最大となる一対の対向する辺のいずれか一方の近傍に吸気管の吸気排出口を配置し、他方の辺の近傍に排気管の排気入り口を配置した構成の開放式脱気装置とした。
【００１２】
また、本発明の第３の観点にかかる発明では、第１又は第２の観点に係る発明の開放式脱気装置において、吸気管の吸気入り口近傍に送風ファンを配置した構成の開放式脱気装置とした。
【００１３】
更に、本発明の第４の観点にかかる発明では、第１乃至３のいずれかの観点に係る発明の開放式脱気装置において、吸気管の吸気排出口、及び／又は、排気管の排気入り口に防滴カバーを設けた構成の開放式脱気装置とした。
【発明の効果】
【００１４】
上述したような構成とすることにより、開放式脱気装置における溶存酸素、遊離炭素、残留塩素の除去機能を更に高め、循環給湯システムにおける銅管もしくは銅合金管の腐食防止効果を改善することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】循環給湯システムの系統図の一例を示す図である。
【図２】本発明の開放式脱気装置の実施例を示す略式縦断面図である。
【図３】吸気排出口と排気入り口２２の配置位置を説明するための斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明に係る開放式脱気装置を配置した循環給湯システムの１例を示したものであり、ボイラー８、密閉型貯湯槽１、往管２、還管３、膨張タンク４、循環ポンプ６、９、複数の給湯栓５、および高架水槽７から構成され、ボイラー８で加熱された湯は、一旦密閉型貯湯槽１で貯留された後、往管２を通って各給湯栓５に給湯され、余った湯は還管３によって還流し、ボイラー８で再度加熱されるようになっている。  湯が消費されると、その消費量に見合った量の水が高架水槽７から供給されるようになっている。
【００１７】
本発明に係る開放式脱気装置は、往管２および／または還管３に設置することができる。  例えば、図１に示すように、密閉型貯湯槽１の近傍の往管に設置される（設置位置Ａ）。  循環給湯システムにおいて、設置位置Ａのように下層階ではなく、給湯栓５に近い上層階に設置してもよい（設置位置Ｂ）。また、設置位置Ｃのように還管に設置してもよい。
【００１８】
次に、図２に基づき本発明に係る開放式脱気装置１０について説明する。
本発明に係る開放式脱気装置１０は、下方に貯水部１２、上方に空気溜まり部１３を備えたタンク１１と、開放式脱気装置１０の外部から供給される給水をタンク１１内の空気溜まり部１３へ導入するための給水管１４と、給水管１４の先端部分に取り付けられ、供給される給水を空気溜まり部１３へ噴霧状にして噴出させるスプレーノズル１５と、タンク１１内の貯水部１２に集められた処理済みの給水を開放式脱気装置１０の外部に排出するための排水管１７と、タンク１１外の大気中からタンク１１内の空気溜まり部１３へ空気を導入するための吸気管１８と、タンク１１内の空気溜まり部１３の空気をタンク１１外の大気中へ放出するための排気管２１とを備えている。なお、Ｐは処理された給水を送るためのポンプ、Ｖは貯水部１２の水位ｈを制御するための排水用のバルブである。
【００１９】
そして、吸気管１８の空気溜まり部１３側の端部である吸気排出口１９と排気管２１の空気溜まり部１３側の端部である排気入り口２２の配置に関し、吸気排出口１９と、排気入り口２２との距離が、空気溜まり部１３の空間内において最大となるように配置している。
【００２０】
ここで、吸気排出口１９と、排気入り口２２との距離が、空気溜まり部１３の空間内において最大となるように配置しているということは、吸気排出口１９と排気入り口２２との相対的な距離が、空気溜まり部１３の空間内において最大となるように配置されていることを意味する。
【００２１】
例えば、空気溜まり部１３の形状が直方体形状の場合、図３に示す距離が最大となる一対の対向する辺Ｘ、Ｘのいずれか一方の辺Ｘの近傍に吸気排出口１９を配置し、他方の辺Ｘの近傍に排気入り口２２を配置しても良いし、同様に、図３に示す距離が最大となる一対の対向する辺Ｙ、Ｙのいずれか一方の辺Ｙの近傍に吸気排出口１９を配置し、他方の辺Ｙの近傍に排気入り口２２を配置するようにしても良い。
【００２２】
このように吸気排出口１９と排気入り口２２とを配置することにより、後述するように循環給湯システムを流通する給水から溶存酸素、遊離炭素、残留塩素を除去する効果が飛躍的に向上する。
【００２３】
次に、本発明の開放式脱気装置１０の運転方法について説明する。溶存空気、遊離炭酸、残留塩素を含み、密閉型貯湯槽１で加熱された給水は、給水管１４よりタンク１１内へ送り込まれる。給水管１４の先端部には、スプレーノズル１５が取り付けられ、スプレーノズル１５より給水を出来るだけ微細な粒子状態にしてタンク１１内の空気溜まり部１３へ広範囲に噴霧するのが好ましい。空気溜まり部１３へ給水を広範囲に噴霧するためには、給水を上方へ向けて噴霧するのが望ましい。スプレーノズル１５において給水を噴霧する箇所は１箇所でも複数箇所でもよい。噴霧された給水は微細な粒子状となってタンク１１内の空気溜まり部１３へ放出されるが、６０℃程度の温度に加熱されているため、容易に蒸気化（水蒸気）し、給水に含有されている溶存空気、遊離炭酸、残留塩素が分離される。
【００２４】
溶存空気、遊離炭酸、残留塩素と分離された水蒸気はタンク１１内で再び液化し、水滴となってタンク１１内の貯水部１２に落ち、貯水部１２の給水は、排水管１７からタンク外へ排出され、往管に供給される。タンク１１内の空気溜まり部１３中に分離された溶存空気、遊離炭酸、残留塩素は、空気溜まり部１３の空気と共にタンク１１内にある排気入り口２２より排気管２１を通って排気出口２３からタンク外に排出される。排気入り口２２からの空気排出は、吸気排出口１９から空気溜まり部１３へ空気が押し込まれることにより促進される。もし、吸気管１８が塞がっていたり、吸気管１８をそなえていなかったりして、吸気排出口１９から空気溜まり部１３へ空気が押し込まれない場合には、排気管２１の排気出口２３からの空気排出が十分でなくなり、空気溜まり部に放出される遊離炭酸や残留塩素は次第にその濃度を増し、貯水部の給水中に再溶解してしまい、遊離炭酸や残留塩素の低減が十分行われなくなる。
【００２５】
本発明の開放式脱気装置においては、吸気管１８がタンク１１の下面近傍から上方へ、貯水部１２中を通って延びる構造となっている。貯水部１２の給水は、凡そ６０℃の温度に加熱されているから、貯水部１２中を通っている吸気管１８は、この加熱給水によって熱せられ、さらに吸気管１８内に滞留する空気を熱することとなる。熱せられた空気は、吸気管１８内を上昇して吸気排出口１９からタンク１１内へ押し込まれ、タンク１１外へ通じる吸気入り口２０から吸気管を通り吸気排出口１９への空気の流れをつくる。吸気管１８は１本に限らず、複数本配設することもできる。排気入り口２２は、吸気排出口１９より上部、より好ましくはタンク１１の上面に位置することが望ましく、この配置により吸気管の吸気排出口１９から排気入り口２２への円滑な空気の流れをつくりだすことができる。
【００２６】
上述したように、吸気管の吸気排出口１９から排気入り口２２への円滑な空気の流れをつくりだすために、更に、吸気管１８の吸気入り口２０近傍に送風ファン２４を配置するようにしても良い。  このようにすることにより、吸気管の吸気排出口１９から排気入り口２２への空気の流れが更に円滑になり、開放式脱気装置の機能を更に向上させることが可能となる。
【００２７】
また、吸気管１８、及び／又は、排気管２１の中に水が溜まり、吸気管の吸気排出口１９から排気入り口２２への空気の流れが悪くなるのを防止するために、吸気管１８の吸気排出口１９、及び／又は、排気管２１の排気入り口２２に防滴カバー２５を設けるようにしても良い。  このようにすることにより、開放式脱気装置の機能低下を未然に防止することが可能となる。
【００２８】
一般的な循環給湯システムに設置される開放式脱気装置の寸法としては、特に限定されるものではないが、タンクを直方体状のものとした場合、図２において、底面積Ｄを１００，０００〜３２０，０００ｍｍ２（２００〜４００ｍｍ×５００〜８００ｍｍの長方形状）、高さＨを５００〜１０００ｍｍとするのが好ましい。
【００２９】
循環給湯システムの運転時において、貯水部のレベルｈは２００〜５００ｍｍ（高さＨに対し、凡そ２５〜６０％）とし、排気口からの空気排出量（吸気排出口からの空気押し込み量に等しい）Ｖ２は、凡そ１．５〜１３ｍ３／ｈ、密閉型貯湯槽から給水管に供給される給水の循環量（排水管から往管および／または還管に排出される給水量に等しい）Ｖ１はおよそ３０〜５０ｌ／分として運転される。空気排出量Ｖ２と給水の循環量Ｖ１の比、（Ｖ２／Ｖ１）は、０．５〜６．０であることが望ましい。０．５未満では、排出空気量に対して処理すべき給水量が多くなり、溶存空気等の除去率が十分でなくなる。６．０を超えると、排出空気量が多すぎて、溶存空気などの排出とともに水蒸気のタンク外への流出も多くなって、循環水のロスを招くこととなる。より望ましい（Ｖ２／Ｖ１）の範囲は１．０〜５．０である。また、図２に示すタンク１１は直方体状のものとしたが、その形状はこれに限定されることなく、例えば、円筒状のものであってもよい。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明の実施例について説明し、その効果を実証する。なお、この実施例は本発明の実施例は本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれに限定されない。
【００３１】
実施例１
図２において、下記の形状、寸法を有する開放式脱気装置を用いて実験を行い、給水中の溶存空気、遊離炭酸、残留塩素がどの程度分離除去できるかを確認した。
開放式脱気装置の寸法形状：底面が３００ｍｍ×６００ｍｍ長方形状で、高さＨが８００ｍｍの直方体状のタンク
排気入り口２２：断面積が約５６４ｍｍ２の銅管
吸気管１８：外径が２８．５８ｍｍ、肉厚が０．８９ｍｍ、内断面積が５６４ｍｍ２の銅管
なお、吸気排出口１９を辺Ｘ１（図２の左下方であって貯水部の上面の角）の近傍に配置し、排気入り口２２を辺Ｘ２（図２の右上方の角）の近傍に配置した。
【００３２】
貯水部のレベルｈを約４００ｍｍに保持し、給水量（＝排水量）Ｖ１を２．４ｍ３／ｈ、給水の温度を５５〜６５℃に制御した。この時、排気口からの空気排出量Ｖ２は、２．０〜２．２ｍ３／ｈの範囲内でほぼ一定していた。吸気管内を流れる空気量も同様であった。（Ｖ２／Ｖ１）は凡そ０．８〜０．９である。
【００３３】
溶存空気の指標として、溶存酸素濃度、遊離炭酸濃度、残留塩素濃度をそれぞれ開放式脱気装置の給水管（図２の１４）と排水管（図２の１７）にて２４時間モニターし、分離除去の状況を確認した。
【００３４】
比較例１
比較例として、上記実施例１と同様な装置において、吸気排出口１９を辺Ｙ１（図２の右下方であって貯水部の上面の角）の近傍に配置し、排気入り口２２を辺Ｘ２（図２の右上方の角）の近傍に配置した装置を使用し、同様の評価を行った。
【００３５】
２４時間モニターした後の溶存酸素濃度、遊離炭酸濃度、残留塩素濃度の平均値を表１に示す。表１に示すように、本発明に従う実施例１では、比較例１に対して、溶存酸素、遊離炭酸、残留塩素のいずれについても除去率を大幅に改善することができることを確認した。
【００３６】
【表１】
2018100807.tif 000003
【符号の説明】
【００３７】
１            密閉型貯湯槽
２            往管
３            還管
４            膨張タンク
５            給湯栓
６            循環ポンプ
７            高架水槽
８            ボイラー
９            循環ポンプ
１０          本発明の開放式脱気装置
１１          タンク
１２          貯水部
１３          空気溜まり部
１４          給水管
１５          スプレーノズル
１６          スプレーノズルから噴霧状態で噴出する水
１７          排水管
１８          吸気管
１９          吸気排出口
２０          吸気入り口
２１          排気管
２２          排気入り口
２３          排気出口
２４          送風ファン
２５          防滴カバー
Ｐ            循環ポンプ
Ｖ            バルブ
Ａ            本発明の開放式脱気装置の取付け部
Ｂ            本発明の開放式脱気装置の取付け部
Ｃ            本発明の開放式脱気装置の取付け部
【図１】
2018100807.tif 000004
【図２】
2018100807.tif 000005
【図３】
2018100807.tif 000006