JP2007183064A - Temperature control valve and heat exchanger provided with same - Google Patents
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- Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)
Abstract
Description
本発明は、例えば蒸気のような加熱流体で被加熱流体を加熱することにより高温流体を生成する給湯装置で使用される温度調節弁とこれを備えた熱交換装置に関する。 The present invention relates to a temperature control valve used in a hot water supply device that generates a high-temperature fluid by heating a fluid to be heated with a heating fluid such as steam, and a heat exchange device including the temperature control valve.
従来、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この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この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ている。また、前記温水配管に配設され、この温水配管内の温水から与えられる熱エネルギにより駆動部に機械的変位を得る温度センサ(感温部)と、前記蒸気配管に配設され、前記駆動部の機械的変位に応じて前記蒸気配管内における蒸気の通過量を調節する蒸気調節弁とを備えている(例えば特許文献1参照)。
前記給湯装置では、熱交換器で生成した温水の温度を温度センサで感知し、温水の温度が高ければ蒸気調節弁により蒸気の供給量を減少して温水の温度を下げ、温水の温度が低ければ蒸気調節弁により蒸気の供給量を増加して温水の温度を上昇させている。この際、温度センサを熱交換器の出口に配置することで、温水の温度調整の応答性を向上させることができる反面、温度センサと熱交換器の間が離間しており、これらの間をキャピラリーチューブと呼ばれる細い銅管により接続しているので、構造が複雑となり、部品点数も多くなる。そこで、本件出願人は、先に感温素子を有する駆動部と蒸気調節弁とを一つのケーシング内に設けて、キャピラリーチューブを不要にしたコンパクトな蒸気調節弁を提案した(特願2004−301028)。しかしながら、この蒸気調節弁は大きさ等の問題で、熱交換器から離間した位置(熱交換器の温水出口の下流)に設置しているのが実情である。その結果、応答性が十分でないために、次の問題がある。 In the hot water supply device, the temperature of the hot water generated by the heat exchanger is sensed by a temperature sensor, and if the temperature of the hot water is high, the supply amount of steam is reduced by the steam control valve to lower the temperature of the hot water and the temperature of the hot water can be lowered. For example, the steam supply amount is increased by the steam control valve to raise the temperature of the hot water. At this time, by arranging the temperature sensor at the outlet of the heat exchanger, the responsiveness of the temperature adjustment of the hot water can be improved, but the temperature sensor and the heat exchanger are separated from each other. Since the connection is made by a thin copper tube called a capillary tube, the structure becomes complicated and the number of parts increases. Therefore, the present applicant has previously proposed a compact steam control valve in which a drive unit having a temperature sensing element and a steam control valve are provided in one casing and no capillary tube is required (Japanese Patent Application No. 2004-301028). ). However, the steam control valve is actually installed at a position away from the heat exchanger (downstream of the hot water outlet of the heat exchanger) due to problems such as size. As a result, since the responsiveness is not sufficient, there is the following problem.
任意の流量で温水を流した後に、給湯装置の給湯口弁を閉止して熱交換器からの温水の流量を急減させた場合、熱交換器内の温水の温度が過剰に上昇する。この温水の過熱を回避するため、本来は、温水の温度上昇を感温素子が感知して蒸気の供給量を減少するのであるが、温水は流れていないため、熱交換器内で高温化した温水は自然対流で緩やかに感温素子に到達することになる。このため、感温素子付近の温水の温度上昇が遅く、蒸気調節弁を駆動して蒸気の供給量を減少させるのに時間がかかり、過剰に高温の温水を生成してしまう。また、それだけ蒸気が無駄に消費される。 After flowing hot water at an arbitrary flow rate, when the hot water supply valve of the hot water supply device is closed to rapidly reduce the flow rate of hot water from the heat exchanger, the temperature of the hot water in the heat exchanger rises excessively. In order to avoid this overheating of the hot water, the temperature sensing element originally detects the temperature rise of the hot water and decreases the supply amount of steam. However, since the hot water does not flow, the temperature is raised in the heat exchanger. The hot water will slowly reach the temperature sensing element by natural convection. For this reason, the temperature rise of the hot water near the temperature sensing element is slow, and it takes time to drive the steam control valve to reduce the amount of steam supplied, and excessively hot water is generated. In addition, the steam is wasted.
そこで、本発明は、コンパクトでかつ応答性に優れた温度調節弁とこれを備えた熱交換装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a temperature control valve that is compact and excellent in responsiveness, and a heat exchange device including the temperature control valve.
上記した目的を達成するために、本発明に係る温度調節弁は、加熱流体の熱で被加熱流体を加熱する加熱システムに設けられて、加熱後の被加熱流体の温度に応じて加熱流体の流量を調節する温度調節弁であって、ケーシング内に、加熱流体の流量を調節する調節弁部と、前記被加熱流体の温度に応じて前記調節弁部を駆動する駆動部とを備え、前記駆動部は、前記被加熱流体の通路内に臨む感熱素子を有し、前記ケーシングに、前記被加熱流体の通路と遮断され、前記感熱素子の近傍に前記加熱流体を導入する保温通路が形成されている。 In order to achieve the above-described object, the temperature control valve according to the present invention is provided in a heating system that heats a heated fluid with the heat of the heated fluid, and the heating fluid is heated according to the temperature of the heated fluid after heating. A temperature control valve that adjusts the flow rate, and includes a control valve unit that adjusts the flow rate of the heated fluid in the casing, and a drive unit that drives the control valve unit according to the temperature of the heated fluid, The drive unit has a thermal element facing the passage of the heated fluid, and the casing is cut off from the passage of the heated fluid, and a heat retaining passage for introducing the heated fluid is formed in the vicinity of the thermal element. ing.
この構成によれば、調節弁部と駆動部とが一つのケーシング内に収納されており、伝熱用のキャピラリチューブが不要になるから、温度調節弁がコンパクトになる。また、例えば給湯口弁を急激に閉止するなどして、温水のような被加熱流体の流量がゼロになった場合、保温通路によって感熱素子の近傍に導入された加熱流体により、この近傍の被加熱流体通路内に滞留している被加熱流体が加熱されて温度上昇し、この温度上昇を感熱素子が速やかに感知する。感熱素子が前記被加熱流体の温度上昇を感知すると、駆動部が調節弁部を駆動し、調節弁部の開度が調節され、調節弁部からの加熱流体の供給量が速やかに減少する。このように、従来の対流による熱伝達の場合とは異なり、加熱流体の供給量を速やかに減少させることができるので、被加熱流体の温度が過度に上昇することがなく、加熱流体が無駄に消費されることもない。 According to this configuration, the control valve unit and the drive unit are housed in one casing, and the capillary tube for heat transfer is unnecessary, so the temperature control valve is compact. In addition, when the flow rate of the heated fluid such as hot water becomes zero by, for example, suddenly closing the hot water supply valve, the heated fluid introduced in the vicinity of the thermal element through the heat retaining passage is used. The heated fluid staying in the heating fluid passage is heated and the temperature rises, and the thermal element quickly senses this temperature rise. When the thermal element senses the temperature rise of the heated fluid, the drive unit drives the control valve unit, the opening degree of the control valve unit is adjusted, and the supply amount of the heated fluid from the control valve unit decreases rapidly. Thus, unlike the conventional case of heat transfer by convection, the amount of heating fluid supplied can be quickly reduced, so that the temperature of the heated fluid does not rise excessively and the heating fluid is wasted. It is not consumed.
好ましくは、前記調節弁部と駆動部は、前記ケーシングの中心線上に配置され、前記保温通路は前記ケーシングの側部に、周方向に等間隔で複数配置されている。この構成によれば、調節弁部と駆動部をケーシングの中心線上に配置することで、ケーシングを中心線方向に細長く形成できるので、ケーシング内に形成した保温通路を駆動部に接近させることで駆動部の周囲の被加熱流体を介して感熱素子に速やかに熱伝達できる。 Preferably, the control valve portion and the drive portion are disposed on the center line of the casing, and a plurality of the heat retaining passages are disposed at equal intervals in the circumferential direction on the side portion of the casing. According to this configuration, the casing can be formed elongated in the direction of the center line by disposing the control valve portion and the drive portion on the center line of the casing, so that the heat retaining passage formed in the casing is driven by approaching the drive portion. Heat can be quickly transferred to the thermal element through the fluid to be heated around the part.
好ましくは、前記ケーシングは前記調節弁部により開閉される加熱流体の通路を形成する第1ボデイと、一端が前記第1ボデイに連結されて前記被加熱流体の通路を形成する第2ボデイと、前記被加熱流体の導出口を有し第2ボデイの他端を閉止するカバーとを備え、前記第2ボデイに、前記加熱流体の通路に連通する前記保温通路が形成されている。 Preferably, the casing has a first body that forms a passage for a heated fluid that is opened and closed by the control valve portion, and a second body that has one end connected to the first body and forms a passage for the fluid to be heated; A cover having a lead-out port for the heated fluid and closing the other end of the second body, and the heat retaining passage communicating with the passage of the heated fluid is formed in the second body.
この構成によれば、メンテナンスの際に、第1ボデイと第2ボデイとカバーとを分解して、内部の調節弁部および駆動部に容易にアクセスできるので、メンテナンス性が向上する。 According to this configuration, the first body, the second body, and the cover are disassembled during maintenance, and the internal control valve unit and the drive unit can be easily accessed, so that maintainability is improved.
さらに、本発明に係る熱交換装置は、加熱流体の熱で被加熱流体を加熱するプレート型熱交換器と、前記構成の温度調節弁とを有し、前記熱交換器の加熱流体入口が前記ケーシングの加熱流体導出口に接続され、熱交換器の被加熱流体出口が前記ケーシングの被加熱流体導入口に接続されている。 Furthermore, the heat exchange device according to the present invention includes a plate-type heat exchanger that heats the fluid to be heated by the heat of the heating fluid, and the temperature control valve having the above-described configuration, and the heating fluid inlet of the heat exchanger has the above-described configuration. The heated fluid outlet of the casing is connected, and the heated fluid outlet of the heat exchanger is connected to the heated fluid inlet of the casing.
この構成によれば、プレート型熱交換器と本発明の温度調節弁とが連結されることで、全体としてコンパクトで応答性に優れた熱交換装置が得られる。 According to this structure, the plate-type heat exchanger and the temperature control valve of the present invention are connected, so that a heat exchange device that is compact and excellent in responsiveness as a whole can be obtained.
本発明に係る温度調節弁および熱交換装置によれば、伝熱用のキャピラリーチューブが不要になるから、コンパクトな構造になる。また、被加熱流体の流量が急激にゼロになった時でも、感熱素子の近傍の被加熱流体は保温通路に導入される加熱流体によって加熱される。これにより、被加熱流体が温度上昇し、この温度上昇を同通路内の感熱素子が速やかに感知するので、応答性が向上する結果、被加熱流体の過度な温度上昇と加熱流体の浪費が防止される。 According to the temperature control valve and the heat exchange device according to the present invention, a capillary tube for heat transfer is not required, so that the structure is compact. Even when the flow rate of the heated fluid suddenly becomes zero, the heated fluid in the vicinity of the thermal element is heated by the heated fluid introduced into the heat retaining passage. As a result, the temperature of the fluid to be heated rises, and the temperature sensitive element in the passage quickly senses this temperature rise. As a result, the responsiveness is improved, thereby preventing excessive temperature rise of the fluid to be heated and waste of the heating fluid. Is done.
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は本発明に係る温度調節弁16とこれを備えた熱交換装置HXを使用した給湯システムのような高温流体供給システム10の系統図である。同図に示す高温流体供給システム10は、蒸気のような加熱流体Sの熱で冷水のような被加熱流体Cを加熱することにより温水のような高温流体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である冷水Cの通路とを、前記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。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a system diagram of a high-temperature
高温流体供給システム10はさらに、被加熱流体供給源WAから供給される被加熱流体Cを前記熱交換器11に導く被加熱流体通路12と、前記熱交換器11で生成された加熱後の被加熱流体である高温流体Hを導出する高温流体通路13と、加熱流体供給源VAから供給される加熱流体Sを前記熱交換器11に導く加熱流体通路14と、前記熱交換器11を通った後の復水(ドレン)のような加熱流体Sを排出する排出通路15と、熱交換器11からの高温流体Hの温度に応じて熱交換器11に導入される加熱流体Sの流量を調節する温度調節弁16とを備えている。前記高温流体通路13の下流側には、高温流体通路13に導かれた高温流体Hの給湯出口となる給湯口弁(カラン)50に導く高温流体供給通路19が接続されている。
The high-temperature
この温度調節弁16は、加熱流体通路14内に配置されて加熱流体Sの流量を調節する調節弁部17と、高温流体通路13内の高温流体Hの温度に応じて前記調節弁部17を開閉動作させるように駆動する駆動部18とを備えている。これら調節弁部17および駆動部18は、ケーシング20の中心線CC上に配置されている。
The
次に、前記温度調節弁16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、温度調節弁16は筒状のケーシング20内に収納されている。このケーシング20は、第1ボデイ21と、この第1ボデイ21に一端が連結された第2ボデイ22と、前記第2ボデイ22の他端を閉止するカバー23とから成る。第1ボデイ21と第2ボデイ22は、4本のボルト25を第1ボディ21の挿通孔に挿通し、第2ボディ22のねじ孔にねじ込むことにより連結され、カバー23は、4本のボルト26をカバー23の挿通孔に挿通し、第2ボデイ22の四隅のねじ孔40(図3)に捻じ込むことで、前記第2ボデイ22に取り付けられている。これらの第1ボデイ21と第2ボデイ22とカバー23の各接合部位には、シール材41〜43が装着され、気密性および水密性が確保されている。
Next, a specific structure of the
第1ボデイ21の内部には、調節弁部17により開閉される加熱流体通路14の一部が形成され、その加熱流体Sの導入口28が一端面に開口し、導出口29が下面に開口している。第2ボデイ22の内部には、高温流体通路13の一部が形成され、その高温流体Hの導入口33が下面に開口し、導出口34が他端面に開口している。図1に示すように、熱交換器11の加熱流体入口30が温度調節弁16の加熱流体導出口29に接続され、前記熱交換器11の被加熱流体出口32が被加熱流体導入口33に接続されている。
A part of the
図2のカバー23の内面には、環状溝23aが全周にわたって形成されており、保温通路44の他端部に連通している。
An
前記調節弁部17と駆動部18とは、一つのユニットUとして構成されている。ユニットUは、主要部36aの外周が六角形の横断面形状を有するボデイ36と、その一端部にねじ連結された弁座ブロック37と、ボデイ36の段付き円柱形の他端部36bにねじ連結されたキャップ38とを有している。弁座ブロック37にはボデイ36の内方へ加熱流体Sを導入する加熱流体通路14の一部を構成する導入孔37aが形成されている。ボデイ36の6つの外壁のそれぞれに一つずつ合計6つの貫通孔39が形成されており、ボデイ36の径方向内方の加熱流体通路14aと径方向外方の加熱流体通路14bとを連通している。
The
前記調節弁部17は、シリンダ17aの先端に弁体17bが形成され、このシリンダ17aの中空部にピストン17cが嵌合され、第1スプリング17dによって図2の右方(駆動部18側)へ弾性力が付加され、シリンダ17aに装着したストッパ17eに押し当てられて位置規制されている。シリンダ17aがボデイ36の中空部に挿入され、シリンダ17aと弁座ブロック37との間に、シリンダ17aを右方へ押圧する第2スプリング17fが装着されている。前記駆動部18は、被加熱流体導出口34側の先端に、温度を機械的変位に変換するサーモワックスのような感熱膨張体をケースに内蔵した感温素子18aを有しており、この感温素子18aがキャップ38を介してボディ36に取り付けられている。駆動部18の円筒形のガイド部18bに、感温素子18a内の感熱膨張体の熱膨張・熱収縮によって変位する円柱状のロッド18cが進退自在に嵌合されている。このロッド18cの先端が調節弁部17のピストン17cに連結されている。感温素子18aとして、サーモワックス以外にバイメタルのような他の素子を使用することもできる。
The adjusting
前記ユニットUは、右側の先端部が第2ボデイ22の取付ねじ部46にねじ込まれ、左側の弁座ブロック37の一端部が第1ボデイ21の取付孔47に嵌合されてケーシング20内に支持されている。
In the unit U, the right end portion is screwed into the mounting
ケーシング20の第2ボデイ22の外周に複数の保温通路44が中心線CCに平行に延びて第2ボデイ22を貫通しており、一端部が第1ボデイ21内のユニットUの外側の加熱流体通路14bに連通し、他端部がカバー23により閉塞されている。この保温通路44は、図3に示すように、ケーシング20の中心線CCと同芯上に、周方向に等間隔で複数(図示のものは4つ)配置されている。図2に示すカバー23の内面には、環状溝23aが全周にわたって形成されており、保温通路44の他端部に連通している。こうして、保温通路44は、前記被加熱流体通路13と遮断されており、被加熱流体通路13を流れる高温流体Hに、保温通路44内の加熱流体Sが混入しないようになっている。
A plurality of
次に、上記構成の高温流体供給システムの動作について説明する。まず、通常の高温流体使用時、図1の図示しない加熱流体S側の手動バルブを開くと、加熱流体供給源VAからの加熱流体Sが加熱流体通路14を介して温度調節弁16経由で熱交換器11に導入される。同様に、図示しない被加熱流体C側の手動バルブを開くと、被加熱流体Cが、被加熱流体供給源WAの内部圧力によって、被加熱流体通路12を介して熱交換器11に導入される。この熱交換器11内で前記加熱流体Sと被加熱流体Cとが熱交換され、加熱された高温流体Hは高温流体通路13を通って温度調節弁16の駆動部18に導かれた後、高温流体供給通路19に導出される。カラン50を開くことで、高温流体Hを取り出すことができる。
Next, the operation of the high-temperature fluid supply system having the above configuration will be described. First, when a manual valve on the side of the heating fluid S (not shown) in FIG. 1 is opened when a normal high-temperature fluid is used, the heating fluid S from the heating fluid supply source VA is heated via the
図2に示す温度調節弁16において、感熱素子18aにより高温流体Hの温度が常時検出されて、機械的変位に変換される。高温流体Hの温度が高くなると、感熱素子18aの膨脹により、ロッド18cが左方に進出し、第1スプリング17dおよび第2スプリング17fのばね力に抗してピストン17cを左方に移動させる。これにより、弁体17bが弁座ブロック37に形成された弁座37bに接近し、弁開度が絞られて小さくなる。弁開度が絞られて小さくなることで、加熱流体Sの流量が減少し、熱交換器11での熱交換量が少なくなって、熱交換器11から導出される高温流体Hの温度を低下させる。
In the
また、高温流体Hの温度が低くなると、ロッド18cによるピストン17cの移動力が小さくなり、加熱流体通路14の加熱流体Sの圧力と第1スプリング17dおよび第2スプリング17fのばね力とによって、弁体17bが右方へ後退し、弁開度が大きくなる。これにより、図1の加熱流体通路14を通って熱交換器11に供給される加熱流体Sの流量が増大し、高温流体Hの温度が上昇する。
Further, when the temperature of the high-temperature fluid H decreases, the moving force of the
この通常の使用を急激に停止した場合、つまり、カラン50を急激に閉止した場合には、高温流体通路13内の高温流体Hの流れが急停止する。このとき、図2のケーシング20内に設けられてた保温通路44に入っている加熱流体Sにより、感熱素子18a近傍に滞留している高温流体Hが加熱される。高温流体Hが加熱されて速やかに温度上昇することで、対流による従来の熱伝達の場合と異なり、前記感熱素子18aが高い応答性で高温流体Hの温度上昇を感知する。続いて、感熱素子18aの膨脹により、ロッド18cが左方に移動してピストン17cを左方に進出させる。これにより、弁体17bが進出して弁座37bに接近し、弁開度が絞られる。弁開度が絞られることで、加熱流体Sの流量が減少し、感熱素子18a付近の高温流体Hの過度の温度上昇を速やかに抑制することができる。
When the normal use is suddenly stopped, that is, when the
ここで、調節弁部17と駆動部18がケーシング20の中心線CC上に配置されているから、ケーシング20を中心線CC方向に細長く形成できるので、ケーシング20内に形成した保温通路44を駆動部18に接近させることで駆動部18の周囲の高温流体Hを介して感熱素子18aに速やかに熱伝達できる。
Here, since the
また、少量の加熱流体Sを保温通路44に導くことにより温度調節弁16内の高温流体Hを加熱することができるので、加熱流体Sの浪費が抑制される。
Moreover, since the high temperature fluid H in the
さらに、調節弁部17と駆動部18とが一つのケーシング20内に収納されており、伝熱用のキャピラリチューブが不要になるから、温度調節弁16がコンパクトになる。
Furthermore, since the
さらに、ケーシング20は前記調節弁部17により開閉される加熱流体Sの通路を形成する第1ボデイ21と、一端が前記第1ボデイ21に連結されて前記高温流体Hの通路を形成する第2ボデイ22と、前記高温流体Hの導出口を有し、第2ボデイ22の他端を閉止するカバーとを備え、前記第2ボデイ22に、前記加熱流体Sの通路に連通する前記保温通路44が形成されているから、メンテナンスの際に、第1ボデイ21と第2ボデイ22とカバー23を分解して、内部の調節弁部17と駆動部18とに容易にアクセスできるので、メンテナンス性に優れる
Further, the
なお、加熱流体Sとしては蒸気以外に熱水、熱ガス他も使用可能である。また、被加熱流体Cとしては冷水以外に、例えば各種スープのような液体食材を用いると、供給停止後にスープが過熱されることがないので、供給を再開したときに食に適した程度の温かいスープを容易に得ることができ、自販機での用途が期待できるなど、幅広い応用が可能となる。 As the heating fluid S, hot water, hot gas, and the like can be used in addition to steam. In addition, if the liquid C, such as various soups, is used as the heated fluid C other than cold water, the soup is not overheated after the supply is stopped, so that it is warm enough to eat when the supply is resumed. Soup can be easily obtained, and it can be used in vending machines.
11 熱交換器(プレート型熱交換器)
12 被加熱流体通路
13 高温流体通路
14 加熱流体通路
16 温度調節弁
17 調節弁部
18 駆動部
18a 感熱素子
20 ケーシング
44 保温通路
C 被加熱流体
H 高温流体(加熱後の被加熱流体)
S 加熱流体
HX 熱交換装置
11 Heat exchanger (plate type heat exchanger)
DESCRIPTION OF
S Heating fluid HX Heat exchange device
Claims (4)
ケーシング内に、加熱流体の流量を調節する調節弁部と、前記被加熱流体の温度に応じて前記調節弁部を駆動する駆動部とを備え、
前記駆動部は、前記被加熱流体の通路内に臨む感熱素子を有し、
前記ケーシングに、前記被加熱流体の通路と遮断され、前記感熱素子の近傍に前記加熱流体を導入する保温通路が形成されている温度調節弁。 A temperature control valve that is provided in a heating system that heats a heated fluid with the heat of the heated fluid and adjusts the flow rate of the heated fluid according to the temperature of the heated fluid after heating,
In the casing, provided with an adjustment valve portion for adjusting the flow rate of the heated fluid, and a drive portion for driving the adjustment valve portion according to the temperature of the heated fluid,
The drive unit has a thermal element facing the passage of the heated fluid,
A temperature control valve, wherein the casing is cut off from the passage of the fluid to be heated, and a heat insulation passage for introducing the heating fluid is formed in the vicinity of the thermal element.
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