JP2006112719A

JP2006112719A - 蒸気給湯システム

Info

Publication number: JP2006112719A
Application number: JP2004301029A
Authority: JP
Inventors: Hideo Oraku; 秀夫大楽; Takashi Okura; 崇史大倉
Original assignee: Miyawaki Inc
Current assignee: Miyawaki Inc
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2006-04-27

Abstract

【課題】コンパクトで、かつ温水の漏洩を防止できる蒸気給湯システムを提供する。
【解決手段】外部の蒸気供給源ＶＡからの蒸気Ｓの熱で冷水Ｃを加熱することにより熱水Ｈを生成する熱交換器１１と、外部の給水源ＷＡからの冷水Ｃを熱交換器１１に導く冷水通路１２と、冷水通路１２の分岐点Ａから導出された冷水Ｃの一部を熱交換器１１からの熱水Ｈに混合して温水を生成する湯水混合弁１４と、分岐点Ａと熱交換器１１との間の冷水通路１２に設けられた逆止弁３５と、湯水混合弁１４からの温水Ｍを導出する温水供給通路２１に設けられた給湯口弁２２とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気で冷水を加熱することにより温水を生成するようにした蒸気給湯システムに関する。

従来、給水源から供給される冷水を蒸気で加熱することにより温水を生成する給湯装置が知られている。この給湯装置は、蒸気の熱で冷水を加熱することにより温水を生成する熱交換器と、循環タンクを介さずに給水源に直結されて該給水源からの冷水を前記熱交換器に導く冷水配管と、熱交換器で生成された温水を導出する温水配管と、外部の蒸気供給源に連結されて該蒸気供給源からの蒸気を前記熱交換器に導く蒸気配管とを備え、前記給水源からの冷水の一部を前記温水配管内の温水に混合させる混合配管を前記温水配管に連結している。前記温水配管および混合配管は、温水と冷水とを混合し、かつ、その混合比の調節可能な混合弁を介して連結されている。また、前記温水配管には、温水を外部に供給するための給湯口弁（カラン）が設けられている（例えば特許文献１参照）。
特開２０００−２４１０２３号公報

ところが、前記蒸気給湯システムによれば、冷水と余剰の温水とを貯留して熱交換器に戻す循環タンクタンクが不要になるので、給湯システムがコンパクト化される反面、給水源に他の給水口弁（カラン）が並列接続されている場合、前記給湯口弁をオフ（閉）状態で、給水口弁をオン（開）すると、この給水口弁からの吸引力によって、温水が熱交換器から冷水通路を逆流し、前記給水口弁から漏洩して、無駄に消費されてしまう。

そこで、本発明の目的は、システム全体をコンパクト化しながら、同一の給水源に並列接続された他の給水口弁のオン（開）によっても、温水が逆流して前記給水口弁から漏洩するのを防止できる蒸気給湯システムを提供することにある。

前記した目的を達成するために、本発明に係る蒸気給湯システムは、外部の蒸気供給源からの蒸気の熱で冷水を加熱することにより熱水を生成する熱交換器と、外部の給水源からの冷水を前記熱交換器に導く冷水通路と、前記冷水通路の分岐点から導出された冷水の一部を前記熱交換器からの熱水に混合して温水を生成する湯水混合弁と、前記分岐点と熱交換器との間の冷水通路に設けられた逆止弁と、前記湯水混合弁からの温水を導出する温水供給通路に設けられた給湯口弁とを備えている。

この構成によれば、冷水通路により、外部の給水源からの冷水を直接熱交換器に導いているので、循環タンクが不要になる分だけ、蒸気給湯システムがコンパクトになる。しかも、給水通路に逆止弁を設けたので、給水源に他の給水口弁が並列接続されている場合に、給湯口弁をオフ（閉）状態で、給水口弁をオン（開）しても、この給水口弁からの吸引力によって温水が熱交換器から冷水通路を逆流するのが阻止されるので、前記給水口弁から漏洩するのを防止できる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る蒸気給湯システムの系統図である。同図に示す蒸気給湯システム１０は、蒸気の熱で被加熱流体である冷水Ｃを加熱することにより熱水Ｈを生成するプレート型熱交換器１１を備えている。プレート型熱交換器１１は複数のプレートを重ねて、その間に加熱流体の通路と被加熱流体の通路とをプレートを介して交互に配置したもので、小形で熱交換容量が大きい。

蒸気給湯システム１０にはさらに、給水源ＷＡから供給される冷水Ｃをその水圧により前記熱交換器１１に導く冷水通路１２と、前記熱交換器１１で生成された熱水Ｈを導出する熱水通路１３と、熱水通路１３の途中に配設された湯水混合弁１４と、前記冷水通路１２の分岐点Ａに接続されて冷水Ｃの一部を湯水混合弁１４に導く混合通路１５と、蒸気供給源ＶＡから供給される蒸気Ｓを前記熱交換器１１に導く蒸気通路１６と、前記熱交換器１１に供給された蒸気Ｓのドレン（凝縮水）を排出する排出通路１７とを備えている。前記湯水混合弁１４では、冷水Ｃを前記熱交換器１１からの熱水Ｈに混合して温水Ｍが生成される。

前記蒸気通路１６には、熱交換器１１での熱交換によって加熱された後の被加熱流体の温度、つまり熱水Ｈの温度に応じて蒸気Ｓの流量を調節する蒸気調節弁１８が配設されている。この蒸気調節弁１８は、蒸気Ｓの流量を調節する調節弁部１８ａと、熱水Ｈの温度に応じて前記調節弁部１８ａを駆動する駆動部１８ｂとを備えている。

前記排出通路１７にはスチームトラップ１９が配設されており、熱交換器１１から排出される蒸気とその凝縮水の混合流体が蒸気をトラップし、凝縮水のみを排出通路１７から外部にドレンＤとして排出するようになっている。

また、前記湯水混合弁１４の出口には、この湯水混合弁１４で生成された温水Ｍを給湯出口となる給湯口弁（カラン）２２に導く温水供給通路２１が接続され、その途中には温度センサ２５が配設されている。この温度センサ２５により、湯水混合弁１４を介して給湯口弁２２に導かれる温水Ｍの温度が検出され、このとき検出した温度データは前記温度センサ２５に接続された温度表示部２６に表示され、外部から確認できるようになっている。

前記給水源ＷＡには手動バルブ２８を備えた冷水Ｃの供給口２７が接続され、その下流側に冷水Ｃに混在するゴミを取り除く給水用Ｙ型ストレーナ２９が配設されている。同様に、前記蒸気供給源ＶＡには手動バルブ３１を備えた蒸気Ｓの供給口３０が接続され、その下流側に蒸気用Ｙ型ストレーナ３２が配設されている。

冷水通路１２における前記分岐点Ａと熱交換器１１との間には逆止弁３５が配設され、逆流の防止が図られている。この逆止弁３５がない場合、給水源ＷＡに、本蒸気給湯システム１０以外に、二点鎖線で示すように、給水通路２３を介して他の給水口弁２４が並列に接続されている給水系では、前記給湯口弁２２をオフ（閉）状態で、給水口弁２４をオン（開）すると、この給水口弁２４からの吸引力が作用して、熱水通路１３内の熱水が熱交換器１１から冷水通路１２を逆流し、給水通路２３を経て、他の給湯口弁２４から漏洩して、無駄に消費されてしまう。これを前記逆止弁３５で防止する。

また、仮に二点鎖線で示すように、逆止弁３５Ａを分岐点Ａの上流側に配設した場合には、給湯口弁２２をオフ（閉）すると、熱水通路１３内の熱水Ｈの熱エネルギが熱交換器１１から冷水通路１２を経て混合通路１５に伝達されて、混合通路１５内の冷水Ｃを温水化する。その結果、つぎに給湯口弁２２をオン（開）したとき、混合通路１５から温水が湯水混合弁１４に入ってしまうために、湯水混合弁１４での温度調整が難しくなり、給湯口弁２２から不意に高温の温水Ｍが出るおそれがある。

次に、前記蒸気調節弁１８の具体的構造について図２を参照しながら説明する。同図に示すように、蒸気調節弁１８は円筒状のケーシング４０内に収納されており、詳しくは調節弁部１８ａが下ケース４１内に、駆動部１８ｂが上ケース４２内にそれぞれ収納されている。このように、蒸気調節弁１８を収納するケーシング４０が下ケース４１と上ケース４２に２分割されているので、蒸気調節弁１８の分解および組立が容易に行える。また、前記下ケース４１内に収納されている調節弁部１８ａは、蒸気通路１６内の蒸気Ｓの圧力を開弁方向（図２の上方向）に受ける弁体４３と、前記蒸気通路１６と弁内方空間４６とを区画する蛇腹状のベローズ４４と、前記弁体４３を貫通して蒸気通路１６と前記弁内方空間４６とを連通させる連通路４５と、弁座４９とを有している。前記弁体４３は、弁座４９に着座する弁本体４３ａと、これの中央部のねじ孔にねじ結合された弁軸４３ｂとからなる。開弁時、下ケース４１の下端に設けられた蒸気導入口４７から蒸気通路１６の蒸気Ｓが導入され、下ケース４１の一側部に設けられた蒸気導出口４８から熱交換器１１（図１）に向けて導出される。

前記調節弁部１８ａの弁体４３は、蒸気通路１６内の蒸気の圧力を開弁方向（図２の上方向）に受ける、いわゆる外接型の弁であるから、弁体４３と弁座４９との隙間で形成される通路の抵抗が小さくなる利点を持つ反面、大きな閉弁力を必要とする傾向にあるが、この実施形態では、蒸気通路１６の圧力が弁体４３内の連通路４５を介してベローズ内側の弁内方空間４６に連通しているから、弁内方空間４６の蒸気Ｓが弁体４３を閉弁方向（図２の下方向）に押圧するので、駆動部１８ｂの後述する温度・変位変換器６１による閉弁力を軽減することができ、それだけ、駆動部１８ｂを小型化できる。

一方、上ケース４２内に収納されている駆動部１８ｂは、上ケース４２の軸心部に、変位伝達手段であるピストン６０が挿通され、その上方に第１および第２のばね体６２，６３を介して、加熱後の被加熱流体である熱水Ｈの熱エネルギを機械的変位に変換する温度・変位変換器６１が設けられている。駆動部１８ｂには被加熱流体の通路である熱水通路１３の一部が形成されており、この熱水通路１３内に臨んで前記温度・変位変換器６１が配置されている。この温度・変位変換器６１には、温度を機械的変位に変換する感熱素子として、サーモワックスが内蔵されている。感熱素子として、バイメタルのような他の素子を使用することもできる。温度・変位変換器６１の下部のガイド部６１ａがピストン６０に設けたガイド孔６０ａに挿入され、ガイド部６１ａの先端のロッド６１ｂがサーモワックスの膨張により下方へ突出するように変位する。第１のばね体６２が温度・変位変換器６１を下方に押圧する一方で、第２のばね体６３が、ピストン６０の上部のつば部６０ｂを上方に押圧することで、温度・変位変換器６１とピストン６０の連結が保たれている。

上ケース４２の両側部には、熱水導入口６６と熱水導出口６７がそれぞれ形成されている。上ケース４２の上部はキャップ６４で覆われ、環状のガスケット６５で気密性が保たれている。キャップ６４は、図３に示すように、周方向に離間した３箇所に設けたねじ体７１により、上ケース４２に連結されている。図１の熱交換器１１の熱交換で生成された熱水Ｈが図２の熱水導入口６６から導入され、温度・変位変換器６１に熱エネルギを与える。なお、前記変位部材として、サーモワックスに代えて、形状記憶合金のような変位部材を使用することもできる。

下ケース４１の軸心部には貫通孔５５が設けられており、この貫通孔５５の上部に雌ねじ部５６が形成されている。この雌ねじ部５６に前記上ケース４２の下部の突起４２ａに設けた雄ねじ部５７をねじ結合することにより、両ケース４１，４２が気密性を保持した状態で連結されている。下ケース４１の貫通孔５５内に、前記弁体４３およびベローズ４４のほか、受け材５０が配置されている。この受け材５０に、連通路４５を有する弁軸４３ｂの上部の径小の連結棒部７０が挿通され、受け材５０の外周部が、上ケースの突起４２ａの先端面により、貫通孔５５に設けた段部５８にガスケット５９を介して押し付けられるることで、貫通孔５５内に支持されている。受け材５０に挿通された前記連結棒部７０はピストン６０の連結孔に挿入されており、これによって、ピストン６０と弁体４３が連結されている。このように、温度・変位変換器６１の変位を弁体４３に伝達する変位伝達手段がピストン６０であるから、電気的手段のような他の手段に比べ、比較的構造が簡単で故障も少なく、メンテナンスも容易である。

次に、前記蒸気調節弁１８と熱交換器１１とが連結された熱交換装置１００について図４を参照しながら説明する。同図において、熱交換器１１の蒸気入口８０と蒸気調節弁１８の下ケース４１に形成された蒸気導出口４８との間が継手（図示省略）を介して連結されている。また、熱交換器１１の熱水出口８１と蒸気調節弁１８の上ケース４０に形成された熱水導入口６６との間が継手（図示省略）を介して連結されている。ここで、いずれの継手も短いものが使用されており、蒸気調節弁１８と熱交換器１１とが極めて近接した配置関係となっている。これにより、熱交換装置１００の全体がコンパクトになる。

上記構成の蒸気給湯システム１０において、まず、図１の、手動バルブ３１を開くと、蒸気供給源ＶＡからの蒸気Ｓが供給口３０から蒸気通路１６を介して蒸気調節弁１８経由で熱交換器１１に導入される。同様に、手動バルブ２８を開くと、給水源ＷＡからの冷水Ｃが、給水源ＷＡ自身の水圧によって、供給口２７から冷水通路１２を介して熱交換器１１に導入される。この熱交換器１１内で前記冷水Ｃと蒸気Ｓとが熱交換され、加熱された熱水Ｈ（例えば７５〜８５℃）は熱水通路１３を通って蒸気調節弁１８の駆動部１８ｂに導かれた後、湯水混合弁１４に導かれる。他方、冷水Ｃの一部が、冷水通路１２の分岐点Ａから混合通路１５を介して湯水混合弁１４に導かれ、冷水Ｃと熱水Ｈは所定の混合割合で混合されて温水Ｍ（例えば３０〜７０℃）となる。湯水混合弁１４は、例えば手動操作で混合割合を変更して温水Ｍの温度を調整できるようになっている。この温水Ｍは給湯口弁２２を開くことで、所定温度の温水Ｍとして利用される。

蒸気調節弁１８の駆動部１８ｂは温度・変位変換器６１を有し、この温度・変位変換器６１はサーモワックスのような変位部材を内蔵しているので、熱交換器１１（図１）から導出して熱水通路１３に導かれる熱水Ｈの温度は常時検出されて、機械的変位に変換されている。熱水Ｈの温度が高くなると、温度・変位変換器６１に内蔵されたサーモワックスの膨張により、ロッド６１ｂが下方に変位してピストン６０を下方に押し下げる。これにより、弁体４３が押し下げられて弁本体４３ａが弁座４９に接近し、弁開度が小さくなる。これにより、蒸気通路１６の蒸気流量が小さくなり、熱交換器１１から導出される熱水Ｈの温度が低下する。

また、前記熱水Ｈが蒸気圧や給水圧その他の要因により、異常に高温になる場合がある。その場合、駆動部１８ｂの温度・変位変換器６１が迅速に作動して、変位伝達手段であるピストン６０を介して即座に弁体４３を全閉状態にし、蒸気供給を停止させる。したがってタイムラグの大きいキャピラリーチューブを使用する従来の場合とは異なり、緊急時の蒸気遮断機能を有する。

熱水Ｈの温度が低くなると、ロッド６１ｂによるピストン６０の押し下げ力が小さくなり、蒸気通路１６の蒸気Ｓの圧力によって、弁体４３がピストン６０とともに上昇し、弁開度が大きくなる。これにより、蒸気通路１６を通って熱交換器１１（図１）に供給される蒸気量が増大して、熱水Ｈの温度が上昇する。こうして、熱水Ｈの温度が所定範囲（例えば７５〜８５°の温度範囲）に設定される。

このように、熱交換器１１への蒸気Ｓの供給量調節および供給停止は、蒸気調節弁１８の駆動部１８ｂを構成する温度・変位変換器６１で検出した被加熱流体の温度、つまり、熱交換器１１から導出されて熱水通路１３を流れる熱水Ｈの温度によって自動的に行われる。温水Ｍを熱交換器１１から直接給湯口弁２２に供給する場合には、蒸気圧力や給水圧力等の変動によって温水Ｍの温度が変動し、任意の温度の温水Ｍを安定的に得るのが難しい。これに対し、上記構成では、温水Ｍを熱交換器１１から直接得るのではなく、湯水混合弁１４において、冷水通路１２の分岐点Ａから導出された冷水Ｃの一部を熱交換器１１からの熱水Ｈに混合して温水Ｍを生成するので、その混合比を制御することによって、任意の温度の温水を安定的に得ることができる。

また、蒸気調節弁１８は、蒸気Ｓの流量を調節する調節弁部１８ａと、熱水Ｈの温度に応じて前記調節弁部１８ａを駆動する駆動部１８ｂとが一つのケーシング４０内にきわめて近接して設けられているので、従来のように両者を接続するためのキャピラリーチューブが不要となる。このことにより、配管接続に制約がなく、コンパクト設計が可能となる。また、従来のキャピラリーチューブが不要となることで、タイムラグおよび雰囲気温度による影響が少なくなる結果、温度検出が正確になされるので、温水Ｍの温度設定の精度が向上する。

本発明に係る蒸気給湯システムの系統図である。本発明に係る蒸気調節弁の平面図である。同じく蒸気調節弁の側面断面図である。蒸気調節弁と熱交換器とが連結された熱交換装置の斜視図である。

符号の説明

１０蒸気給湯システム
１１プレート型熱交換器
１２冷水通路
１４湯水混合弁
１８蒸気制御弁
２１温水供給通路
２２給湯口弁
３５逆止弁
Ａ分岐点
ＷＡ給水源
ＶＡ蒸気供給源
Ｃ冷水
Ｈ熱水
Ｍ温水

Claims

外部の蒸気供給源からの蒸気の熱で冷水を加熱することにより熱水を生成する熱交換器と、
外部の給水源からの冷水を前記に導く冷水通路と、前記冷水通路の分岐点から導出された冷水の一部を前記熱交換器からの熱水に混合して温水を生成する湯水混合弁と、
前記分岐点と熱交換器との間の冷水通路に設けられた逆止弁と、
前記湯水混合弁からの温水を導出する温水供給通路に設けられた給湯口弁とを備えた蒸気給湯システム。