JP6345358B1 - 異物捕捉装置、異物捕捉装置の製造方法および異物捕捉装置を備えた給湯装置 - Google Patents
異物捕捉装置、異物捕捉装置の製造方法および異物捕捉装置を備えた給湯装置 Download PDFInfo
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Abstract
Description
そこで、従来、循環回路内に存在する異物に対して、封止された構造物に給水配管を結合することで、重力および曲がりの効果を得て異物を捕捉する異物捕捉装置を使用したものがある(例えば、特許文献1参照)。
更に、この異物捕捉装置は、容器とキャップを接続する場合、容器の外周上に沿って溶接する必要があり、溶接加工費が高騰する。また、この異物捕捉装置は、容器とフランジを接続する場合、2つの容器の接続口の外周にフランジ継ぎ手を溶接する、または1つの容器の接続口の外周にフランジ継ぎ手を溶接しフタを用意し、その上で、ネジ、ワッシャー、ナットを使用して封止する必要があり、溶接加工費が高騰し、封止工程を含むため、コストが大きくなるという課題があった。
また、本発明に係る異物捕捉装置の製造方法は、配管内を流れる液体に含まれる異物を捕捉する異物捕捉装置を製造する製造方法において、円筒状部材を準備する準備工程と、準備した円筒状部材の軸心方向の一端側に絞り加工を施して円錐台形状の天井部を形成する一端側絞り加工工程と、円筒状部材の軸心方向の他端側を封止して異物を捕捉する半球形状又は円筒形状の底部を形成する他端側封止加工工程と、天井部の下方であって底部の上方に液体を取り込む液体流入口を形成する流入口開口工程と、天井部と液体流入口との間に液体を排出する液体流出口を形成する流出口開口工程とを備えたものである。
また、本発明に係る給湯装置は、少なくともポンプ、熱交換器が配管により接続され、ポンプにより配管の中を流れる液体を循環させる循環回路が形成され、液体が熱交換器に流入する給湯装置において、配管内を流れる液体に含まれる異物を捕捉する上述の異物捕捉装置を循環回路に設置したものである。
図1は本発明の実施の形態1に係る異物捕捉装置の構造を示す模式図である。
本実施の形態1に係る異物捕捉装置100は、円筒状部材を成型してなる円筒状容器10にて構成される。円筒状容器10は、円筒形状の胴体部11、胴体部11の軸心方向の一端に天井部12、胴体部11の軸心方向の他端に底部13、胴体部11の底部3側よりの位置に液体流入口14および胴体部11の天井部12側よりの位置に液体流出口15を備えている。液体流入口14は、液体である例えば水を円筒状容器10内に取り込むための開口であり、液体流出口15は、円筒状容器10内に取り込まれた水を排出する開口である。
図2は本発明の実施の形態1に係る異物捕捉装置内の水の流れを示す模式図である。
例えば鉄錆のような異物50を含んだ水(矢印)は、液体流入口14から異物捕捉装置100の円筒状容器10内に入る。その水の流れは、円筒状容器10の胴体部11のうち液体流入口2と対向する位置の壁面に衝突し、底部13側と胴体部11側へと分流される。この場合、胴体部11側の流路の方が、底部13側の流路に比べて、胴体部11の容積が大きいので、流路抵抗は小さくなる。
図3は本発明の実施の形態1に係る異物捕捉装置の製造方法を示すフローチャートである。
まず、円筒状部材を用意する(ステップS1)。円筒状部材には、金属管の規格品、望ましくは銅管、SUS管、黄銅管、アルミニウム管等の何れかの材料が用いられている。この何れかの材料を用いた場合、材料費、加工費を低減することができる。
円筒状部材の両端の穴を封止する際、円筒状部材の周方向に沿って溶接することになるが、前述の絞り加工を使用することで溶接箇所が最小限となる。なお、封止方法は、絞り加工としたが、それに限定されるものではなく、板の溶接あるいはフランジ方式としてもよい。
2.0<D/DE
0<H1/D
1≦H2/D
0.5≦H3/D
また、円筒状容器10の底部13を半球形状としているので、底部13に流れ込んだ水をループ状に流すことができ、このため、異物50を効率よく捕捉することができる。
また、円筒状容器1の天井部12を円錐台形状としているので、天井部12で水の下向きの流れが形成されるのを抑えることができる。このため、捕捉した異物50を底部13内に留めることができ、異物捕捉装置100における異物50の捕捉効率を向上させることができる。
また、天井部12側に液体流出口15が存在することから、水の流れは下側よりも上側に流れやすくなり、底部13での異物50の捕捉を促進させることができる。
図4は本発明の実施の形態2に係る異物捕捉装置の構造を示す模式図である。なお、実施の形態1の図1に示す異物捕捉装置100と同様の部分には同じ符号を付して、その説明を省略する。
本実施の形態2に係る異物捕捉装置100aの構造が、図1に示す異物捕捉装置100と異なる点としては、半球形状の底部13を円筒形状を有する平板形状の底部13aとする点である。液体流入口14の中心から底部13aまでの高さ方向の距離をH3、円筒状容器10の胴体部11の内径をDとすると、下記の式を満足する必要がある。本式の根拠は実施例2で後述する。
H3/D≧0.3
図5は本発明の実施の形態2に係る異物捕捉装置内の水の流れを示す模式図である。
例えば鉄錆のような異物50を含んだ水(矢印)は、液体流入口14から異物捕捉装置100aの円筒状容器10内に入る。その水の流れは、円筒状容器10の胴体部11のうち液体流入口14と対向する位置の壁面に衝突し、底部13a側と胴体部11側へと分流される。この場合、胴体部11側の流路の方が、底部13a側の流路に比べて、胴体部11の容積が大きいので、流路抵抗は小さくなる。
図6は本発明の実施の形態2に係る異物捕捉装置の製造方法を示すフローチャートである。
まず、円筒状部材と板状の底部13aを用意する(ステップS11)。円筒状部材には、前述したように、銅管、SUS管、黄銅管、アルミニウム管等の何れかの材料が用いられている。この何れかの材料を用いた場合、材料費、加工費を低減することができる。板状の底部13aは、円筒状部材と同じ部材が使用される。
図7は本発明の実施の形態3に係る異物捕捉装置の構造を示す模式図である。なお、実施の形態1の図1に示す異物捕捉装置100と同様の部分には同じ符号を付して、その説明を省略する。
本実施の形態3に係る異物捕捉装置101の構造が、図1に示す異物捕捉装置100と異なる点としては、胴体部11のうち液体流入口14と底部13との間の位置に、胴体部11の軸心と直交する底板16を備えている点である。
D/2<H4<(H3−DE/2)
図8は本発明の実施の形態3に係る異物捕捉装置内の水の流れを示す模式図である。
例えば鉄錆のような異物50を含んだ水(矢印)は、液体流入口14から異物捕捉装置101の円筒状容器10内に入る。水の流れは、円筒状容器10の胴体部11のうち液体流入口14と対向する位置の壁面に衝突し、底部13側と胴体部11側へと分流される。この場合、胴体部11側の流路の方が、底部13側の流路に比べて、胴体部11の容積が大きいので、流路抵抗は小さくなる。
図9は本発明の実施の形態3に係る異物捕捉装置の製造方法を示すフローチャートである。
まず、円筒状部材と底板16を用意する(ステップS21)。円筒状部材には、前述したように、銅管、SUS管、黄銅管、アルミニウム管等の何れかの材料が用いられている。この何れかの材料を用いた場合、材料費、加工費を低減することができる。底板16は、円筒状部材と同じ部材が使用される。
円筒状部材の両端の穴を封止する際、円筒状部材の周方向に沿って溶接することになるが、前述の絞り加工を使用することで溶接箇所が最小限となる。また、底板16はかしめ加工のため溶接は不要である。なお、封止方法は、絞り加工としたが、それに限定されるものではなく、板の溶接あるいはフランジ方式としてもよい。
図10は本発明の実施の形態4に係る異物捕捉装置の構造を示す模式図、図11は図10に示す底板を上から見た場合の液体流入口に対する底板の貫通穴の位置を示す平面図である。なお、実施の形態1の図1に示す異物捕捉装置100と同様の部分には同じ符号を付して、その説明を省略する。
本実施の形態4に係る異物捕捉装置102の構造が、図1に示す異物捕捉装置100と異なる点としては、胴体部11のうち液体流入口14と底部13との間の位置に、胴体部11の軸心と直交する底板17を備えている点である。
D/2<H5<(H3−DE/2)
図12は本発明の実施の形態4に係る異物捕捉装置内の水の流れを示す模式図である。
例えば鉄錆のような異物50を含んだ水(矢印)は、液体流入口14から異物捕捉装置102の円筒状容器10内に入る。水の流れは、円筒状容器10の胴体部11のうち液体流入口14と対向する位置の壁面に衝突し、底部13側と胴体部11側へと分流される。この場合、胴体部11側の流路の方が、底部13側の流路に比べて、胴体部11の容積が大きいので、流路抵抗は小さくなる。このため、円筒状容器10の内部においては、胴体部11側への水の流れが主流となり、これに対し底部13側への水の流れは少なくなる。
図13は本発明の実施の形態4に係る異物捕捉装置の製造方法を示すフローチャートである。
まず、円筒状部材と底板17を用意する(ステップS31)。円筒状部材には、前述したように、銅管、SUS管、黄銅管、アルミニウム管等の何れかの材料が用いられている。この何れかの材料を用いた場合、材料費、加工費を低減することができる。底板17は、円筒状部材と同じ部材が使用される。
図19は本発明の実施の形態5に係る異物捕捉装置の構造と水の流れを示す模式図である。なお、実施の形態1の図1に示す異物捕捉装置100と同様の部分には同じ符号を付して、その説明を省略する。
本実施の形態5に係る異物捕捉装置103においては、円筒状容器10の天井部12の先端に、液体流入口14から取り込んだ水を排出する排出口18が設けられている。この排出口18は、天井部12の上端を管状に加工して形成されている。この排出口18の内径は、液体流入口14よりも大きく形成されている。この排出口18にネジ切り加工を施すことで、溶接せずに出口配管と接続可能であり、耐食性、耐久性がさらに増すことになる。
図20は本発明の実施の形態6に係る異物捕捉装置の構造と水の流れを示す模式図である。なお、実施の形態3の図7に示す異物捕捉装置101と同様の部分には同じ符号を付して、その説明を省略する。
本実施の形態6に係る異物捕捉装置104においては、底板19の天井部12側の面に凹凸19aが設けられている。底板19に凹凸19aを設けることで、底板19に達した異物50を凹凸19aにより捕捉することができ、異物50の捕捉効率が高められる。
異物捕捉装置104の製造方法は、実施の形態3に示した方法と同じだが、底板19を用意する前に底板19の表面に凹凸加工が施される。凹凸加工の方法としては、やすり、サンドペーパーを用いた研磨、サンドブラスト等を用いて凹凸19aを形成する。また、凹凸19aの算術平均粗さは、捕捉対象とする異物50の粒子径の2倍以上とするとよい。
図21は本発明の実施の形態7に係る異物捕捉装置の構造と水の流れを示す模式図である。なお、実施の形態1の図1に示す異物捕捉装置100と同様の部分には同じ符号を付して、その説明を省略する。
本実施の形態7に係る異物捕捉装置105においては、胴体部11のうち液体流入口14と対向する壁面に内側に突出する突起部20が設けられている。なお、突起部20の効果を示すために、図21では異物50の動きを破線で示している。
突起部20は、液体流入口14側から見て、上側に弧を成す半楕円形状に形成されている。この突起部20は、液体流入口14の中心よりも高さ方向で低く、突起部20の上半分が液体流入口14の高さ方向の下端よりも上の位置に存在するように形成されている。
液体流入口14から流入した水は、円筒状容器10の胴体部11の壁面に衝突し、上向きと下向きの流れが形成される。この場合、突起部20により、上向きの水流が促進され、下向きの水量が少なくなる。なお、異物50は、水より密度が大きいため、重力の影響によって胴体部11の壁面に達する前に液体流入口14からの水の流れの下側に位置し、突起部20の下側を流れる。
実施の形態8.
図22は本発明の実施の形態8に係る給湯装置の循環回路図である。
本実施の形態8に係る給湯装置200は、ポンプ31と、熱交換器32、33と、空気抜き機構装置34と、室外機35と、加熱装置36と、異物捕捉装置100とを備えている。そのうちのポンプ31と、熱交換器32、33と、空気抜き機構装置34と、加熱装置36と、実施の形態1の異物捕捉装置100とが水配管により接続されて水の循環回路が構成されている。また、熱交換器32と室外機35とが冷媒配管により接続されている。
この給湯装置201は、循環水の再加熱を必要としない環境下に設置されるものであり、前述のように加熱装置36を必要としない循環回路となっている。この場合も、実施の形態8と同様に、循環回路上に設置された異物捕捉装置100により循環水に含まれる異物が捕捉される。これにより、循環回路の部品を保護することにつながり、製品の寿命を延ばすことができる。
図24は本発明の実施の形態9に係る給湯装置の循環回路図である。なお、実施の形態8の変形例を示す図23の給湯装置201と同様の部分には同じ符号を付して、その説明を省略する。
本実施の形態9に係る給湯装置202は、図23に示す給湯装置201の循環回路に、循環水をラジエーター37に通して、放熱によって室内の暖房機能を持たせたものである。このような暖房機能を持つ給湯装置202についても、実施の形態1の異物捕捉装置100を搭載した場合、循環水に含まれる異物を捕捉する。このため、循環回路の部品を保護することにつながり、製品寿命を延ばすことができる。
なお、本実施の形態9では、実施の形態1の異物捕捉装置100を適用しているが、実施の形態3〜7で示した異物捕捉装置101、102、103、104、105を適用してもよい。
図25は本発明の実施の形態10に係る給湯装置の循環回路図である。
本実施の形態10に係る給湯装置203は、ポンプ31と、熱交換器32、33と、空気抜き機構装置34と、室外機35と、加熱装置36と、ラジエーター37と、実施の形態2の異物捕捉装置100aとを備えている。そのうちのポンプ31と、熱交換器32、33と、空気抜き機構装置34と、加熱装置36と、ラジエーター37と、異物捕捉装置100aとが水配管により接続されて循環水の循環回路が構成されている。また、熱交換器32と室外機35とが冷媒配管により接続されている。
図26は本発明の実施の形態11に係る異物捕捉装置の構造と水の流れを示す模式図、図27は図26の異物捕捉装置を給湯装置に適用した循環回路図である。なお、実施の形態1に示す図1の異物捕捉装置100および実施の形態8に示す図22の給湯装置200と同様の部分には同じ符号を付して、その説明を省略する。
本実施の形態11に係る異物捕捉装置106は、実施の形態1の円筒状容器10に形成された円錐台形状の天井部12の先端部にネジ切り加工を施し、その先端部にネジで配管を接続して形成される空気抜き管29を設けたものである。
図28に示す異物捕捉装置107は、異物捕捉装置101の円筒状容器10に形成された円錐台形状の天井部12の先端部にネジ切り加工を行い、そのネジで配管を接続して、空気抜き管29としたものである。
図29に示す異物捕捉装置108は、異物捕捉装置102の円筒状容器10に形成された円錐台形状の天井部12の先端部にネジ切り加工を行い、そのネジで配管を接続して、空気抜き管29としたものである。
図31に示す異物捕捉装置110は、異物捕捉装置105の円筒状容器10に形成された円錐台形状の天井部12の先端部にネジ切り加工を行い、そのネジで配管を接続して、空気抜き管29としたものである。
図32は本発明の実施の形態12に係る異物捕捉装置の構造と水の流れを示す模式図、図33は図32の異物捕捉装置を給湯装置に適用した循環回路図である。なお、実施の形態2に示す図4の異物捕捉装置100aおよび実施の形態9に示す図24の給湯装置202と同様の部分には同じ符号を付して、その説明を省略する。
実施の形態1、3、4の異物捕捉装置100、101、102における異物50の捕捉性能を確認するための実験を以下のように行った。この実験には、図34、図35および図36に示すような循環回路が使用されている。
これらの循環回路は、異物捕捉装置100、101、102に対して、それぞれタンク40、ポンプ41および流量計42を設けて配管で環状に接続したものである。これらの循環回路において、異物捕捉装置100、101、102の異物50の捕捉率を評価する試験を行った。試験条件は、水量を20Lとし、流量を5〜25L/min、試験時間を1時間とし、異物50を模擬した粒子として、325meshのアルミナを使用し、各試験開始時点で10gを投入した。
試験後に異物捕捉装置100、101、102に捕捉された異物50の重量を測定し、異物50の投入量から捕捉率を計算した。その結果を表1に示す。
前述の異物捕捉装置100、101、102は、例えば図22に示すように同じ水が循環し続ける閉じた系の循環回路での使用を想定している。そのため、異物捕捉装置に捕捉される異物50の量すなわち捕捉量と、捕捉されずに流出する異物50の量すなわち流出量とを比較したときに、捕捉量が流出量を上回れば、複数回循環する間に水中の異物50全量が捕捉される。そのため、捕捉率50%を上回れば、異物捕捉装置として十分な性能を持つと考えることができる。いずれの場合においても捕捉率50%を上回っており、循環回路の部品を保護するのに十分な効果があることを確認した。
実施の形態2の異物捕捉装置100aにおける異物50の捕捉性能を確認するための実験を以下のように行った。この実験には図37に示すような循環回路が使用されている。
図37は実施の形態2の異物捕捉装置を用いた実施例2の循環回路図である。
この循環回路は、異物捕捉装置100aに対して、タンク40、ポンプ41および流量計42を設けて配管で環状に接続したものである。異物捕捉装置100aの寸法は、図4に示したように液体流入口14の中心から底部13aまでの高さ方向の距離をH3、円筒状容器10の胴体部11の内径をDとし、H3/Dを0.20、0.25、0.30、0.50、1.0と変化させて、異物50の捕捉率を評価した。試験条件は、水量を20Lとし、流量を15L/min、試験時間を1時間とし、異物50を模擬した粒子として、325meshのアルミナを使用し、試験開始時点で10gを投入した。
試験後に異物捕捉装置100aに捕捉された異物50の重量を測定し、異物50の投入量から捕捉率を計算した。その結果を表2に示す。
H3/D≧0.25
Claims (12)
- 配管内を流れる液体を取り込み、取り込んだ前記液体に含まれる異物を捕捉する異物捕捉装置において、
前記液体を内部に取り込む円筒状容器を備え、
前記円筒状容器は、
円錐台形状に形成された天井部と、
前記天井部の下方に位置し、前記液体を取り込む液体流入口および前記天井部と前記液体流入口との間に位置して前記液体を排出する液体流出口を有し、前記天井部と一体形成されている胴体部と、
前記胴体部の下方に位置し、前記胴体部と内径が等しい半球形状又は円筒形状であり、前記異物を捕捉する底部と
を備えた異物捕捉装置。 - 前記胴体部は、前記天井部と同じ部材を用いている請求項1に記載の異物捕捉装置。
- 前記底部は、前記天井部と同じ部材を用いて前記胴体部と一体形成されている請求項1又は2に記載の異物捕捉装置。
- 前記胴体部のうち前記液体流入口と前記底部との間の位置に、当該胴体部の軸心と直交する底板を備えている請求項1〜3の何れか1項に記載の異物捕捉装置。
- 前記底板には、前記液体流入口と対向する前記胴体部の壁面側に少なくとも1つの貫通穴が設けられている請求項4に記載の異物捕捉装置。
- 前記底板の前記天井部の側の面に凹凸が設けられている請求項4に記載の異物捕捉装置。
- 前記胴体部のうち前記液体流入口と対向する壁面に内側に突出する突起部が設けられている請求項1〜6の何れか1項に記載の異物捕捉装置。
- 前記天井部に空気抜き管を設けた請求項1〜7の何れか1項に記載の異物捕捉装置。
- 配管内を流れる液体に含まれる異物を捕捉する異物捕捉装置を製造する製造方法において、
円筒状部材を準備する準備工程と、
準備した前記円筒状部材の軸心方向の一端側に絞り加工を施して円錐台形状の天井部を形成する一端側絞り加工工程と、
前記円筒状部材の軸心方向の他端側を封止して前記異物を捕捉する半球形状又は円筒形状の底部を形成する他端側封止加工工程と、
前記天井部の下方であって前記底部の上方に前記液体を取り込む液体流入口を形成する流入口開口工程と、
前記天井部と前記液体流入口との間に前記液体を排出する液体流出口を形成する流出口開口工程と
を備えた異物捕捉装置の製造方法。 - 前記円筒状部材のうち前記液体流入口と前記他端側との間の壁面に当該他端側を覆う底板を設置する設置工程と、前記底板が設置された前記円筒状部材にかしめ加工を施して前記底板を固定するかしめ工程とを備えた請求項9に記載の異物捕捉装置の製造方法。
- 前記かしめ工程の後に、前記一端側絞り加工工程または前記他端側封止加工工程が実施される請求項10に記載の異物捕捉装置の製造方法。
- 少なくともポンプ、熱交換器が前記配管により接続され、前記ポンプにより前記配管の中を流れる前記液体を循環させる循環回路が形成され、前記液体が前記熱交換器に流入する給湯装置において、
前記配管内を流れる前記液体に含まれる前記異物を捕捉する請求項1〜8の何れか1項に記載の異物捕捉装置を前記循環回路に設置した給湯装置。
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