JP5811053B2 - Heat exchanger and operation method thereof - Google Patents
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Description
給湯器、冷却器などの冷熱機器における熱交換器およびその運転方法に関するものである。 The present invention relates to a heat exchanger in a cooling device such as a water heater and a cooler and an operation method thereof.
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（ガスボイラー）、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の熱交換器と呼ばれる部分が存在する。電気給湯器の中でも、最近特に、省エネや地球温暖化対策としての二酸化炭素削減の観点から、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。その原理は、大気の熱を熱媒体に移し、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熱交換器によって水へ移し、その気体を膨張させたときの冷気によって再び熱媒体の温度を大気温まで戻す繰り返し（冷熱サイクル）によるものである。理論上、投入エネルギー以上の熱エネルギーを取り出すことはできないが、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。 Hot water heaters that supply hot water to bathrooms and kitchens are roughly divided into electric water heaters, gas water heaters (gas boilers), and oil water heaters, all of which are called heat exchangers for transferring heat to water. Exists. Among electric water heaters, in particular, heat pump heat exchange type electric water heaters (heat pump water heaters) are attracting attention from the viewpoint of energy saving and carbon dioxide reduction as a measure against global warming. The principle is that the heat of the atmosphere is transferred to a heat medium, and hot water is boiled with that heat. Specifically, high heat generated when gas is compressed is transferred to water by a heat exchanger, and the temperature of the heat medium is returned to atmospheric temperature again by cold air when the gas is expanded (cooling cycle) It is. Theoretically, it is not possible to extract more heat energy than the input energy, but since the heat pump water heater uses the heat of the atmosphere, more heat energy than the energy required for operation can be used.
熱交換器は水に対して熱を伝えるために、伝熱面を常に清浄な状態に保つことが非常に重要である。壁面が汚れると有効な熱伝達面積が減少し、熱伝達性能の低下を招く。また、汚れが蓄積すると、最悪の場合には流路の閉塞を招くことになる。特に、スケール（硬度成分、硫酸塩、ケイ酸成分、金属イオンなどを含む結晶状の生成物）成分を含む水を給湯器などの冷熱機器へ供給すると、スケールが熱交換器表面や給湯タンクまたは配管内に付着し、熱交換効率の低下や流路を閉塞させるなどの問題があった。 In order for the heat exchanger to transfer heat to the water, it is very important to keep the heat transfer surface clean. When the wall surface becomes dirty, the effective heat transfer area is reduced and the heat transfer performance is deteriorated. Further, when the dirt accumulates, the flow path is blocked in the worst case. In particular, when water containing scale components (crystalline products including hardness components, sulfates, silicic acid components, metal ions, etc.) is supplied to a cooling device such as a water heater, the scale is exposed to the surface of the heat exchanger, hot water tank or There were problems such as sticking in the piping, lowering heat exchange efficiency, and blocking the flow path.
これらの問題を解決する様々な方法が検討されている。その例として、特許文献１（特開２００６−１２５６５４）や特許文献２（特開２０１０−１３３６００）について説明する。特許文献１では、貯湯槽底部から取り出した湯水を給湯熱交換器に設けた水流路を介し加熱して貯湯槽上部へ戻す運転時に、水流路を流れる流量の平均値を水流路平均流量とし、水流路を流れる湯水の流量を水流路平均流量の４倍以上となるように制御する運転モードを備えることで、水流路に析出したスケールを洗い出すものである。
Various methods for solving these problems have been studied. As an example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-125654 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-133600 will be described. In
また、特許文献２では、複数ある水冷媒熱交換器の水側伝熱管の水出口部に水配管温度検知手段とその一つに脱着可能な擬似伝熱管部が設置してあり、その検知部がスケール付着によって設定温度と異なった場合には、発報する手段を設けることでスケールの付着を検知し、さらに薬液洗浄前後に擬似伝熱管部を脱着して目視でスケールの付着を確認できるため、無駄なく薬液洗浄できるものである。
Moreover, in
しかしながら、特許文献１のように、平均流量を多くしただけでは、付着したスケールは除去しきれない場合があり、またポンプへの負担も大きいといった問題点があった。また、特許文献２では、水温検知部と擬似伝熱管部によってスケールの付着を検知できるが、複数の水冷媒熱交換器に付着したスケールを給湯運転時以外に薬液を使用して洗浄するのは非常に手間で困難であり、また薬液の使用や水温検知部を複数の水冷媒熱交換器にそれぞれ設置していることから構成が複雑になるといった問題点があった。
However, as in
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、薬液を用いずに、給湯運転時に付着したスケールを除去することができる熱交換器およびその運転方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a heat exchanger capable of removing scales adhered during hot water supply operation without using a chemical solution and an operation method thereof. It is an object.
本発明は、水と冷媒とで熱交換をする複数の熱交換器と、水を分岐して複数の熱交換器に流入する入流用流路と、複数の熱交換器から流出した水を合流する流出用流路とを備えた熱交換器を用いた熱交換器の運転方法であって、熱交換器は入流用流路に並列され複数の熱交換器毎に開閉機構を備えて接続される脈動印加用流路を備え、開閉機構の開閉で水による脈動を制御することを特徴とする熱交換器の運転方法である。 The present invention combines a plurality of heat exchangers for exchanging heat between water and a refrigerant, an inflow channel for branching water into the plurality of heat exchangers, and water flowing out from the plurality of heat exchangers. A heat exchanger using a heat exchanger provided with an outflow passage, wherein the heat exchanger is connected in parallel with the inflow passage and provided with an opening / closing mechanism for each of the plurality of heat exchangers. The heat exchanger operating method is characterized in that the pulsation application flow path is provided and the pulsation due to water is controlled by opening and closing the opening / closing mechanism.
また、本発明は、水と冷媒とで熱交換をする複数の熱交換器と、水を分岐して複数の熱交換器に流入する入流用流路と、複数の熱交換器から流出した水を合流する流出用流路と、入流用流路に並列され複数の熱交換器毎に開閉機構を備えて接続される脈動印加用流路と、開閉機構の開閉で水による脈動を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする熱交換器である。 The present invention also provides a plurality of heat exchangers for exchanging heat between water and a refrigerant, an inflow channel for branching water into the plurality of heat exchangers, and water flowing out from the plurality of heat exchangers. A flow path for merging, a flow path for pulsation connected in parallel to the flow path for inflow and provided with an opening / closing mechanism for each of a plurality of heat exchangers, and a control for controlling pulsation caused by water by opening / closing the opening / closing mechanism And a heat exchanger.
この発明によれば、薬液を用いず、給湯運転時にスケール付着を除去することができるので、熱交換器の品質低下を防止し、長寿命な熱交換器が得られる。 According to the present invention, scale adhesion can be removed during a hot water supply operation without using a chemical solution, so that a deterioration in the quality of the heat exchanger can be prevented and a long-life heat exchanger can be obtained.
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における熱交換器の構成の概略図である。本発明の熱交換器１は、空気−冷媒用熱交換器２と、空気−冷媒用熱交換器２に送風する送風機３と、冷媒を圧縮する圧縮機４と、水−冷媒用熱交換器５と、膨張弁などの減圧器６で構成されている。より具体的には、図示したように、空気−冷媒用熱交換器２、圧縮機４、水−冷媒用熱交換器５、減圧器６の順番で、それぞれ冷媒用流路７によって接続されている。冷媒用流路７内には、冷媒が循環している。冷媒の種類は様々あるが、例えば二酸化炭素（ＣＯ2）といった（自然）冷媒が充填されている。水−冷媒熱交換器５には、冷媒用流路７の他に被加熱水用流路８も接続されている。被加熱水は、ポンプ９によって被加熱水用流路８を通水させている。
FIG. 1 is a schematic diagram of a configuration of a heat exchanger according to
図２は本発明の実施の形態１における水−冷媒用熱交換器周辺の概略を示す図である。図２に示すように、本実施の形態１では、給湯能力を大きくするため、複数の水−冷媒用熱交換器５を並列に配置させている。具体的には、水−冷媒用熱交換器５には、並列した５つの水−冷媒用熱交換器５ａ〜５ｅに被加熱水用流路８ａ〜８ｅを各々接続させている。脈動印加用流路１２は、ポンプ９と付着検知部１７の後に被加熱水用流路８から分岐させ、流路切替バルブ１３ａ〜１３ｅを介して被加熱水用流路８ａ〜８ｅに再接続させた。脈動発生部１１は、脈動印加用流路１２が被加熱水用流路８から分岐した後の流路に配置されている。逆止弁１０ａ〜１０ｅは、水−冷媒用熱交換器５ａ〜５ｅに流入する手前の被加熱水用流路８ａ〜８ｅにそれぞれ接続させている。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the periphery of the water-refrigerant heat exchanger in
図３は本発明の実施の形態１における脈動発生部の構成の概要を示す図である。脈動発生部１１は、図３に示すように、脈動印加用流路１２にポンプ９ａと逆止弁１０ｆとが設置されている。コントロールボックス１４は、脈動制御配線１５と流路切替バルブ制御配線１６を介してポンプ９ａと流路切替バルブ１３ａ〜１３ｅに接続させた。
FIG. 3 is a diagram showing an outline of the configuration of the pulsation generator in the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the
複数の熱交換器５に被加熱水を供給するポンプ９の後段に付着検知部１７と、複数の熱交換器５に流入する被加熱水流路８に並列させた脈動印加用水流路１２に、脈動発生手段とコントロールボックス１４を備えた脈動発生部１１一つと、脈動印加用水流路１２が複数の熱交換器５も合流する手前にそれぞれ水流路切替バルブ１３を備え、脈動発生部１１内のコントロールボックス１４で脈動発生手段と水流路切替バルブ１３を制御する熱交換器である。
In the subsequent stage of the
次に、本発明の実施の形態１における熱交換器１の動作について図１を参照しながら説明する。空気−冷媒用熱交換器２では、送風機３からの送風で大気の熱を吸収した冷媒が圧縮機４で圧縮される。圧縮され高温・高圧になった冷媒は、水−冷媒用熱交換器５の昇温部で伝熱面を介して被加熱水用流路８内の被加熱水と熱交換される。加熱された被加熱水は貯湯タンクに送られる。熱交換して温度が低下した冷媒は、減圧器６で減圧されて低圧になった後、再度、空気−冷媒用熱交換器２に送られる。これらの動作（冷熱サイクル）が熱交換器の運転中繰り返される。
Next, operation | movement of the
ここで、スケール成分（硬度成分：炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3））を含む被加熱水中では、（１）式のような溶解平衡が保たれている。ところが、その水が加熱されると、炭酸ガス（ＣＯ2）の溶解度が下がり、溶存していた炭酸ガスが脱気されるため、（１）式で示した溶解平衡が右辺にずれ、スケール（炭酸カルシウム）が析出する。 Here, in the water to be heated containing the scale component (hardness component: calcium carbonate (CaCO 3 )), the dissolution equilibrium as in the formula (1) is maintained. However, when the water is heated, the solubility of carbon dioxide (CO 2 ) decreases and the dissolved carbon dioxide is degassed, so that the dissolution equilibrium shown in equation (1) shifts to the right side and the scale ( Calcium carbonate) is deposited.
Ｃａ（ＨＣＯ3）2 ⇔ ＣａＣＯ3↓ ＋ ＣＯ2↑ ＋ Ｈ2Ｏ ・・・（１）
これより、水−冷媒用熱交換器５では、スケール成分を含む被加熱水が昇温部の伝熱面で加熱されると、その伝熱面からスケールが析出し付着していく。
Ca (HCO 3 ) 2 Ｃａ CaCO 3 ↓ + CO 2 ↑ + H 2 O (1)
Thus, in the water-
昇温部の伝熱面にスケールが析出する理由について次に説明する。上述したように、スケール成分を含む水に熱などのエネルギーを加え、そのエネルギーがある閾値（臨界核生成エネルギー）を超えると、（１）式の溶解平衡がずれ、炭酸カルシウムが析出、すなわち結晶核が生成される。この結晶核は、液相と接触する面積が小さい方がエネルギー的に有利（安定）なため、固液界面、例えば異物や壁面があると、そこに接するようにまずは微小なスケール核が形成される。このようなメカニズムにより、水−冷媒用熱交換器５の昇温部にスケール核が形成され成長していくことでスケールが付着していく。
The reason why the scale is deposited on the heat transfer surface of the temperature raising portion will be described next. As described above, when energy such as heat is added to water containing scale components, and the energy exceeds a certain threshold value (critical nucleation energy), the dissolution equilibrium of equation (1) shifts and calcium carbonate precipitates, that is, crystals Nuclei are generated. This crystal nucleus is more energy-efficient (stable) when the area in contact with the liquid phase is smaller. Therefore, if there is a solid-liquid interface, for example, a foreign object or a wall surface, a small scale nucleus is first formed so as to come into contact therewith. The Due to such a mechanism, scale nuclei are formed and grow in the temperature raising portion of the water-
そこで、流路切替バルブ１３ａ〜１３ｅを切り替えることで、脈動発生部１１を通過して水−冷媒用熱交換器５ａ〜５ｅに冷媒が流れる経路を限定する。例えば、流路切替バルブ１３ａ〜１３dを閉めて、流路切替バルブ１３ｅのみを開くことで、水−冷媒用熱交換器５ａ〜５ｅの内、水−冷媒用熱交換器５ｅのみに脈動発生部１１を通過した冷媒を流すことができる。この例では、一つの水−冷媒用熱交換器のみに流す例を示したが、同時に他の水−冷媒用熱交換器、例えば水−冷媒用熱交換器５ａにも流すこともできる。すなわち、流路切替バルブ１３の一部を開けて、残りの流路切替バルブ１３は閉めることになる。もっとも、どれか一つの流路切替バルブ１３を開けて、残りの流路切替バルブ１３は閉めると、脈動発生部１１による脈動の効果が最大になる。
Therefore, by switching the flow
このスケール付着のメカニズムに対して、本発明によれば、脈動発生部１１から発生させた一つの脈動を確実に一つの水−冷媒用熱交換器５ａ〜５ｅに印加することで、脈動によるスケール除去効果を分散させることなく発揮できる運転方法を提供できる。また、均等の水流を順次、水−冷媒用熱交換器５ａ〜５ｅに印加することで、仮にスケール付着が起こった水−冷媒用熱交換器５ａ〜５ｅの内のいずれかの水−冷媒用熱交換器５ａ〜５ｅでは伝熱性能や流量が低下するため、自然とスケール付着が緩和する運転方法を提供できる。さらに、順次均等の脈動を印加しているため、水流の変化から水−冷媒用熱交換器５ａ〜５ｅの内、スケールが付着した水−冷媒用熱交換器５ａ〜５ｅがいずれであるかを検知し特定できるため、スケールが付着した水−冷媒用熱交換器５ａ〜５ｅに集中的に脈動を印加することで、付着したスケールを除去する運転方法を提供できる。
In contrast to this scale adhesion mechanism, according to the present invention, one pulsation generated from the
その原理について次に説明する。上述したように、スケール成分（硬度成分）を含む被加熱水を水−冷媒用熱交換器５ａ〜５ｅで昇温していくと、昇温部の伝熱面にまず微小な結晶核として形成される。ところが、スケール成分（硬度成分）を含む被加熱水を加熱しているため、伝熱面でのスケール核の発生を防止するのは非常に難しい。そこで、生成したスケール核を水流脈動による剪断応力で除去する方法を考えた。
The principle will be described next. As described above, when heated water containing scale components (hardness components) is heated by the water-
水流を脈動させた時の最大剪断応力は、脈動させずに脈動印加時の最大流量で通水させた時の剪断応力より大きい。その脈動による剪断応力を脈動の回数分だけ与えることで、伝熱面に付着したスケールを一定流量で通水させる時よりも確実に除去できる。そして、一つの脈動による剪断応力を分散させることなく確実に複数の水−冷媒用熱交換器の内の一つに印加することでスケールを除去できる。また、均等の水流を順次複数の熱交換器に印加することで、仮にスケール付着が起こった熱交換器では伝熱性能や流量が低下するため、自然とスケールの付着を緩和することができる。さらに、順次均等の脈動を印加しているため、水流の変化からスケールが付着した熱交換器を検知し特定できるため、スケールが付着した熱交換器に集中的に脈動を印加することで、付着したスケールを除去できる。以上、上述した装置構成かつ脈動の運転方法を行うことで、給湯運転時に水−冷媒用熱交換器に付着したスケールを確実に除去できることを見出した。 The maximum shear stress when the water flow is pulsated is larger than the shear stress when water is passed at the maximum flow rate when the pulsation is applied without pulsating. By giving the shear stress due to the pulsation as many times as the number of pulsations, the scale adhered to the heat transfer surface can be removed more reliably than when water is passed at a constant flow rate. And a scale can be removed by applying to one of the several water-refrigerant heat exchangers reliably, without disperse | distributing the shear stress by one pulsation. In addition, by applying an equal water flow to a plurality of heat exchangers sequentially, heat transfer performance and flow rate are reduced in a heat exchanger in which scale adhesion has occurred, so that scale adhesion can be relaxed naturally. In addition, since uniform pulsations are applied sequentially, the heat exchanger with the scale attached can be detected and identified from the change in the water flow, so the pulsation can be applied intensively to the heat exchanger with the scale attached. Can remove the scale. As described above, it has been found that the scale attached to the water-refrigerant heat exchanger during the hot water supply operation can be reliably removed by performing the above-described apparatus configuration and pulsation operation method.
本発明に使用する脈動発生部１１は、図３に示すように、装置寿命の観点からポンプを用いるのが好ましいが、それに限定されるものではなく、ポンプを電磁弁に換えるなど脈動を発生させる機構が備わっていればよい。逆止弁１０ａ〜１０ｆは、必ずしも設置しなくてもよいが、脈動印加による水流の逆流を防ぎ急峻な脈動波形を得られるので設置したほうが好ましい。付着検知部１７は、水流の変化を検知できるものであれば特に限定されるものではないが、好ましくは流量計または水圧計がよく、両方設置してもよいが、少なくともどちらかが一方あればよい。
As shown in FIG. 3, the
また、特開２０１０−１３３６００のように、各水−冷媒用熱交換器の後段に水温を検知する部位が既存している場合は、付着検知部にも温度計を設置し、既存の温度計との温度差を利用してスケール付着を検知してもよい。水−冷媒用熱交換器５は、特開２０１０−１３３６００で使用されている熱交換器だけではなく、様々な形状の熱交換器、例えば特開２００８−２４９１６３、特開２００５−００３２０９、特開２００８−０７５８９８、特開２００４−０８５１７２や特開平６−２９４７で記載されているようなものでもよく、特別な構成である必要はない。
In addition, as in JP 2010-133600 A, when there is an existing part for detecting the water temperature at the subsequent stage of each water-refrigerant heat exchanger, a thermometer is also installed in the adhesion detector, and the existing thermometer The adhesion of the scale may be detected using the difference in temperature. The water-
次に、本発明における実施の形態１の具体例を説明する。実施の形態１では、実機で使用している熱交換器を５つ並列に配置して使用した。付着検知部には、長野計器製水圧計ＧＣ６１と横河製流量ＭＯＤＥＬ／ＡＸＦ００５Ｇを直列に設置した。なお、本実施の形態では、検証のため、付着検知部と水−冷媒用熱交換器５ａ〜５ｅの後段にＴＯＰ製Ｋ熱電対Ｓ１も各々設置した。被加熱水には、一般試薬で調製した模擬高硬度水（初期水質：硬度１００ｍｇ−ＣａＣＯ3／Ｌ、Ｍアルカリ度１４０ｍｇ−ＣａＣＯ3／Ｌ、ｐＨ７．５）を被加熱水として用いた。その被加熱水２００Ｌを給湯タンクに入れ、水−冷媒用熱交換器の被加熱水用流路にポンプで循環させた。水−冷媒用熱交換器で加熱された被加熱水は、水−冷媒用熱交換器を出た後に被加熱水用流路を冷却器で冷やしてから給湯タンクに返送した。
Next, a specific example of the first embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, five heat exchangers used in an actual machine are arranged in parallel and used. In the adhesion detector, a Nagano Keiki water pressure gauge GC61 and a Yokogawa flow rate MODEL / AXF005G were installed in series. In this embodiment, for the purpose of verification, a TOP-made K thermocouple S1 is also installed after the adhesion detector and the water-
また、本実施の形態では、パルス型の脈動波形を５秒に１回１秒のタイミングで水−冷媒用熱交換器にそれぞれ印加した。その発生方法は、ポンプ９で調節したベース流量に、脈動発生部で発生させたパルス波形を合一させた。パルス型の脈動波形は、コントロールボックス１４内のタイマーにてポンプ９ａをＯｎ／Ｏｆｆさせることで発生させた。逆流を防止し急峻なパルスを得るために、すなわち高い流量比（パルス流量最大到達点／ベース流量）と押し出し水圧を得るためにスウェジロック製逆止弁（型式ＳＳ−４ＣＰＡ４−３）をそれぞれ６個、図２および図３に示す位置に設置した。ポンプは、アズワン製可変速耐薬ギアポンプ（型式ＡＷＴ−４０Ｗ）を用いた。
In the present embodiment, a pulse-type pulsation waveform is applied to the water-refrigerant heat exchanger once every 5 seconds at a timing of 1 second. The generation method was to combine the pulse waveform generated in the pulsation generating unit with the base flow rate adjusted by the
運転条件を次に示す。給湯タンクからの被加熱水の温度は２５℃で、各水−冷媒用熱交換器を通り合一したときの出湯温度は８０℃とした。なお、前述したように、水−冷媒用熱交換器を出湯した被加熱水は、冷却器で冷やしてから給湯タンクに返送後また循環させた。パルス脈動は、通常運転、すなわちスケール付着が検知されるまでは５秒に１回、各水−冷媒用熱交換器５ａ〜５ｅに順次印加されるように脈動発生部で制御した。パルス脈動は、ベース流量０．４Ｌ／ｍｉｎ、流量比５（パルス流量最大到達点／ベース流量）となるように調整した。その時の付着検知部の最大水圧差（最大パルス印加時の値−ベース流量時の値）は０．０６ＭＰａであった。水−冷媒用熱交換器の被加熱水流路に付着したスケール量は、実験終了後に水−冷媒用熱交換器をそれぞれ取り外し、１ｍｏｌ／Ｌの塩酸を所定濃度に希釈させた水溶液で被加熱水用流路内を循環させ、付着したスケールを溶解させた。そして、その溶解した液中のカルシウムイオン量を分析した。カルシウムイオン量は、高速液体クロマトグラフィ分析装置を使って測定した。
The operating conditions are as follows. The temperature of the heated water from the hot water supply tank was 25 ° C., and the temperature of the hot water when the water-refrigerant heat exchangers were combined was 80 ° C. As described above, the heated water discharged from the water-refrigerant heat exchanger was cooled by a cooler, returned to the hot water supply tank, and then circulated again. The pulse pulsation was controlled by the pulsation generator so that the pulse pulsation was sequentially applied to each of the water-
図４は本発明の実施の形態１における脈動有無でのスケール付着量の実験結果であり、より具体的には、脈動有無における運転時間２６４時間後のスケール総付着量を示している。ここで、縦軸のスケール総付着量は、５つの水−冷媒用熱交換器の被加熱水用流路に付着していた総計である。脈動を印加したスケール総付着量は、脈動無時の約１／１００以下であった。これより、５つの水−冷媒用熱交換器に順次脈動を印加することで付着したスケールを除去できた。運転時間４８０時間後、水−冷媒用熱交換器５ｄに印加する最大水圧差が０．０６ＭＰａから０．０５５ＭＰａに、流量比が５から４．８になった。また、この時の出湯温度は８０℃から７８℃と低下していた。
FIG. 4 shows the experimental results of the amount of scale adhesion with and without pulsation in the first embodiment of the present invention. More specifically, FIG. 4 shows the total amount of scale adhesion after 264 hours of operation with and without pulsation. Here, the total scale adhesion amount on the vertical axis is the total adhered to the heated water flow paths of the five water-refrigerant heat exchangers. The total scale adhesion amount to which pulsation was applied was about 1/100 or less when no pulsation occurred. Thus, the attached scale could be removed by sequentially applying pulsation to the five water-refrigerant heat exchangers. After 480 hours of operation time, the maximum water pressure difference applied to the water-
図５は本発明の実施の形態１における最高水圧値とスケール付着量との相関図であり、より具体的には、事前の予備実験として、水−冷媒用熱交換器単体でのスケール付着量と水圧の相関を示している。これより、水−冷媒用熱交換器５ｄでは、スケールが付着していると検知された。また、水−冷媒用熱交換器５ｄでは、スケールが付着したことで、自然と出湯温度および流量が低下し、スケールの付着が緩和されていたことが確認できた。
FIG. 5 is a correlation diagram between the maximum water pressure value and the amount of scale adhesion in
図６は本発明の実施の形態１におけるスケール除去運転時の印加パルスの概要図である。水−冷媒用熱交換器５ｄにスケールの付着が検知されたことから、図６に示すように、水−冷媒用熱交換器５ｄにのみパルス脈動を連続して２パルス印加する除去運転に切り替えて給湯運転を続けた。その結果、約２４時間後に水−冷媒用熱交換器５ｄの水圧が０．０６ＭＰａ、流量比が５、出湯温度も８０℃に戻り、他の水−冷媒用熱交換器とほぼ同じ値を示した。
FIG. 6 is a schematic diagram of applied pulses during the scale removal operation according to
以上のように、脈動発生部から発生させた一つの脈動を確実に一つの熱交換器に印加することで、脈動によるスケール除去効果を分散させることなく発揮できる運転方法を提供できた。また、均等の水流を順次熱交換器に印加することで、仮にスケール付着が起こった熱交換器では伝熱性能や流量が低下するため、自然とスケール付着が緩和する運転方法を提供できた。さらに、順次均等の脈動を印加しているため、水流の変化からスケールが付着した熱交換器を検知し特定できるため、スケールが付着した熱交換器に集中的に脈動を印加することで、付着したスケールを除去する運転方法を提供できた。これにより、給湯運転時に付着したスケールを除去できたことから、水−冷媒用熱交換器の品質低下を防止し長寿命な熱交換器を得ることができた。 As described above, it is possible to provide an operation method that can exert the scale removal effect due to pulsation without being dispersed by reliably applying one pulsation generated from the pulsation generating unit to one heat exchanger. In addition, by applying uniform water flow to the heat exchanger sequentially, heat transfer performance and flow rate are reduced in the heat exchanger in which scale adhesion has occurred, and therefore, an operation method that naturally reduces scale adhesion could be provided. In addition, since uniform pulsations are applied sequentially, the heat exchanger with the scale attached can be detected and identified from the change in the water flow, so the pulsation can be applied intensively to the heat exchanger with the scale attached. It was possible to provide an operation method for removing the scale. Thereby, since the scale adhered during the hot water supply operation could be removed, it was possible to prevent deterioration in quality of the water-refrigerant heat exchanger and obtain a long-life heat exchanger.
また、本実施の形態における通常運転時の脈動条件は、これに限るものではなく、流量比は少なくとも２以上、好ましくは５以上がよく、脈動は少なくとも１０秒以内に１回、好ましくは５秒に一回が良い。 Further, the pulsation condition during normal operation in the present embodiment is not limited to this, and the flow rate ratio is at least 2 or more, preferably 5 or more, and the pulsation is at least once within 10 seconds, preferably 5 seconds. One time is good.
さらに、例えば、特開２００８−２４９１６３、特開２００５−００３２０９、特開２００８−０７５８９８および特開２００４−０８５１７２に記載されているような各種の水−冷媒用熱交換器や、特開平６−２９４７のようなガスボイラー式熱交換器でも、各熱交換器の前に脈動発生部と付着検知部を設置して、本実施の形態と同じような運転方法をすることで同様の効果が得られる。 Furthermore, for example, various water-refrigerant heat exchangers as described in JP-A-2008-249163, JP-A-2005-003209, JP-A-2008-075898 and JP-A-2004-085172, Even in a gas boiler type heat exchanger such as this, the same effect can be obtained by installing a pulsation generator and an adhesion detector in front of each heat exchanger and performing the same operation method as in the present embodiment. .
複数の熱交換器５に流入する被加熱水流路８に並列させた脈動印加用水流路１２に脈動発生部１１一つと、各熱交換器５への合流点の手前にそれぞれ水流路切替バルブ１３を備えた熱交換器１において、脈動発生部１１から発生させた脈動の一つが熱交換器５の何れか一つに印加する運転方法である。また、この運転方法において、脈動発生部１１から発生させた均等の水流を順次熱交換器５に印加することができる。さらに、水流の変化でスケールの付着を検知した熱交換器５に対し、脈動を集中的に印加することで、付着したスケールを除去することができる。熱交換器５毎にスケールの付着状態を検出するスケール付着検出装置を設けることで、脈動を集中的に印加することができる。
One
また、脈動発生部１１から発生させた一つの脈動を確実に一つの熱交換器５に印加することで、脈動によるスケール除去効果を分散させることなく発揮できる。さらに、均等の水流を順次熱交換器５に印加することで、仮にスケール付着が起こった熱交換器５は伝熱性能や流量が低下するため、自然とスケールの付着が緩和される。しかも、順次均等の脈動を印加しているため、水流の変化からスケールが付着した熱交換器５を検知特定できる。また、スケールが付着した熱交換器５に対し集中的に脈動を印加することで、スケールを除去することができる。
In addition, by applying one pulsation generated from the
さらに、水と冷媒とで熱交換をする複数の熱交換器５と、水を分岐して複数の熱交換５に流入する入流用流路（被加熱水用流路８）と、複数の熱交換から流出した水を合流する流出用流路（被加熱水用流路８）と、入流用流路（被加熱水用流路８）に並列され複数の熱交換５毎に開閉機構を備えて接続される脈動印加用流路１２と、開閉機構の開閉で水による脈動を制御する制御手段（コントロールボックス１４）とを備えた熱交換器１である。
Furthermore, a plurality of
また、水と冷媒とで熱交換をする複数の熱交換器５と、水を分岐して複数の熱交換器に流入する入流用流路（被加熱水用流路８）と、複数の熱交換器５から流出した水を合流する流出用流路（被加熱水用流路８）とを備えた熱交換器５を用いた熱交換器１の運転方法であって、熱交換器５は入流用流路（被加熱水用流路８）に並列され複数の熱交換５毎に開閉機構を備えて接続される脈動印加用水流路１２を備えおり、開閉機構の開閉で水による脈動を制御する熱交換器の運転方法である。なお、開閉機構は、例えば、流路切替バルブ１３である。
Also, a plurality of
さらに、開閉機構を制御して複数の熱交換器の内一つを選択して脈動流を流入することができる。また、開閉機構を制御して複数の熱交換器５から順次選択して脈動流を流入することができる。さらに、開閉機構を制御して複数の熱交換器５の内、最もスケール付着が多い熱交換器５に脈動流を流入させることができる。
Further, the pulsating flow can be introduced by controlling the opening / closing mechanism to select one of the plurality of heat exchangers. Further, it is possible to control the opening / closing mechanism and sequentially select from the plurality of
さらに、薬液を用いず、給湯運転時にスケール付着を除去することができるので、熱交換器の品質低下を防止し、長寿命な熱交換器が得られる。 Furthermore, since the scale adhesion can be removed during the hot water supply operation without using a chemical solution, the deterioration of the quality of the heat exchanger can be prevented and a long-life heat exchanger can be obtained.
実施の形態２．
図７は本発明の実施の形態２におけるスケール除去運転時の印加パルスの概要図である。図７より、本実施の形態では、スケール付着が検知された水−冷媒熱交換器５ｄに対して、通常時の２倍のパルス脈動を印加する除去運転以外は、実施の形態１と同様の構成および運転条件とした。その結果、約１２時間後に水−冷媒用熱交換器５ｄの水圧が０．０６ＭＰａに戻り、実施の形態１と同様の結果が得られた。これより、給湯運転時にスケール付着を除去でき、品質の低下を防止し長寿命な熱交換器が得られた。なお、印加するパルスは通常時の少なくとも１倍以上であれば本実施の形態と同様の結果が得られる。
FIG. 7 is a schematic diagram of applied pulses during the scale removal operation according to
また、例えば、特開２００８−２４９１６３、特開２００５−００３２０９、特開２００８−０７５８９８および特開２００４−０８５１７２に記載されているような各種の水−冷媒用熱交換器や、特開平６−２９４７のようなガスボイラー式熱交換器でも、各熱交換器の前に脈動発生部と付着検知部を設置して、本実施の形態と同じような運転方法をすることで同様の効果が得られる。 Further, for example, various water-refrigerant heat exchangers described in JP-A-2008-249163, JP-A-2005-003209, JP-A-2008-075898 and JP-A-2004-085172, and JP-A-6-2947 are disclosed. Even in a gas boiler type heat exchanger such as this, the same effect can be obtained by installing a pulsation generator and an adhesion detector in front of each heat exchanger and performing the same operation method as in the present embodiment. .
さらに、薬液を用いず、給湯運転時にスケール付着を除去することができるので、熱交換器の品質低下を防止し、長寿命な熱交換器が得られる。 Furthermore, since the scale adhesion can be removed during the hot water supply operation without using a chemical solution, the deterioration of the quality of the heat exchanger can be prevented and a long-life heat exchanger can be obtained.
実施の形態３．
図８は本発明の実施の形態３におけるスケール除去運転時の印加パルスの概要図であり、より具体的には、除去運転時の印加パルス脈動波形の概略図である。図８より、本実施の形態では、スケール付着が検知された水−冷媒熱交換器５ｄに対し、他の熱交換器と交互にパルス脈動を印加する除去運転以外は、実施の形態１と同様の構成および運転条件とした。その結果、約１０時間後に水−冷媒用熱交換器５ｄの水圧が０．０６ＭＰａに戻り、実施の形態１と同様の結果が得られた。これより、給湯運転時にスケール付着を除去でき、品質の低下を防止し長寿命な熱交換器が得られた。
FIG. 8 is a schematic diagram of the applied pulse during the scale removal operation according to
また、例えば、特開２００８−２４９１６３、特開２００５−００３２０９、特開２００８−０７５８９８および特開２００４−０８５１７２に記載されているような各種の水−冷媒用熱交換器や、特開平６−２９４７のようなガスボイラー式熱交換器でも、各熱交換器の前に脈動発生部と付着検知部を設置して、本実施の形態と同じような運転方法をすることで同様の効果が得られる。 Further, for example, various water-refrigerant heat exchangers described in JP-A-2008-249163, JP-A-2005-003209, JP-A-2008-075898 and JP-A-2004-085172, and JP-A-6-2947 are disclosed. Even in a gas boiler type heat exchanger such as this, the same effect can be obtained by installing a pulsation generator and an adhesion detector in front of each heat exchanger and performing the same operation method as in the present embodiment. .
さらに、薬液を用いず、給湯運転時にスケール付着を除去することができるので、熱交換器の品質低下を防止し、長寿命な熱交換器が得られる。 Furthermore, since the scale adhesion can be removed during the hot water supply operation without using a chemical solution, the deterioration of the quality of the heat exchanger can be prevented and a long-life heat exchanger can be obtained.
実施の形態４．
図９は本発明の実施の形態４におけるスケール除去運転時の印加パルスの概要図である。図９より、本実施の形態では、スケール付着が検知された水−冷媒熱交換器５ｄに対し、他の熱交換器と交互に通常時の２倍のパルス脈動を印加し、かつ、他の熱交換器と交互にパルス脈動を印加する除去運転以外は、実施の形態１と同様の構成および運転条件とした。実施の形態２と実施の形態３とを組み合わせた運転方法である。その結果、約８時間後に水−冷媒用熱交換器５ｄの水圧が０．０６ＭＰａに戻り、実施の形態１と同様の結果が得られた。これより、給湯運転時にスケール付着を除去でき、品質の低下を防止し長寿命な熱交換器が得られた。なお、印加するパルスは通常時の少なくとも１倍以上であれば本実施の形態と同様の結果が得られる。
FIG. 9 is a schematic diagram of applied pulses during the scale removal operation according to
また、例えば、特開２００８−２４９１６３、特開２００５−００３２０９、特開２００８−０７５８９８および特開２００４−０８５１７２に記載されているような各種の水−冷媒用熱交換器や、特開平６−２９４７のようなガスボイラー式熱交換器でも、各熱交換器の前に脈動発生部と付着検知部を設置して、本実施の形態と同じような運転方法をすることで同様の効果が得られる。 Further, for example, various water-refrigerant heat exchangers described in JP-A-2008-249163, JP-A-2005-003209, JP-A-2008-075898 and JP-A-2004-085172, and JP-A-6-2947 are disclosed. Even in a gas boiler type heat exchanger such as this, the same effect can be obtained by installing a pulsation generator and an adhesion detector in front of each heat exchanger and performing the same operation method as in the present embodiment. .
さらに、薬液を用いず、給湯運転時にスケール付着を除去することができるので、熱交換器の品質低下を防止し、長寿命な熱交換器が得られる。 Furthermore, since the scale adhesion can be removed during the hot water supply operation without using a chemical solution, the deterioration of the quality of the heat exchanger can be prevented and a long-life heat exchanger can be obtained.
１ 熱交換器、２ 空気−冷媒用熱交換器、３ 送風機、４ 圧縮機、５ 水−冷媒用熱交換器、６ 減圧器、７ 冷媒用流路、８ 被加熱水用流路、９ ポンプ、１０ 逆止弁、１１ 脈動発生部、１２ 脈動印加用流路、１３ 流路切替バルブ、１４ コントロールボックス、１５ 脈動制御配線、１６ 流路切替バルブ制御配線、１７ 付着検知部。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記熱交換器は前記入流用流路に並列され前記複数の熱交換器毎に開閉機構を備えて接続される脈動印加用流路を備え
前記開閉機構の開閉で前記水による脈動を制御することを特徴とする熱交換器の運転方法。 A plurality of heat exchangers that exchange heat with water and a refrigerant, an inflow channel that branches the water and flows into the plurality of heat exchangers, and the water that has flowed out of the plurality of heat exchangers merges A heat exchanger operating method using a heat exchanger provided with an outflow channel,
The heat exchanger includes a pulsation applying flow path that is connected in parallel to the inflow flow path and includes an opening / closing mechanism for each of the plurality of heat exchangers, and controls the pulsation due to the water by opening / closing the opening / closing mechanism. A heat exchanger operating method characterized by the above.
前記水を分岐して前記複数の熱交換器に流入する入流用流路と、
前記複数の熱交換器から流出した前記水を合流する流出用流路と、
前記入流用流路に並列され前記複数の熱交換器毎に開閉機構を備えて接続される脈動印加用流路と、
前記開閉機構の開閉で前記水による脈動を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする熱交換器。 A plurality of heat exchangers that exchange heat between water and refrigerant;
An inflow channel for branching the water and flowing into the plurality of heat exchangers;
An outflow channel that joins the water flowing out of the plurality of heat exchangers;
A pulsation applying flow path that is connected in parallel to the flow path for inflow and provided with an opening / closing mechanism for each of the plurality of heat exchangers;
And a control means for controlling the pulsation caused by the water by opening and closing the opening and closing mechanism.
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