JP2007333327A - 加熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気のような加熱流体を無駄に消費することなく、常に安定した温度の温水を生成することができる加熱システムを提供する。
【解決手段】加熱流体Ｓと冷水Ｃとの間の熱交換により温水Ｍを生成する熱交換器１１と、加熱流体供給源ＶＡからの加熱流体Ｓを熱交換器１１に導く加熱流体通路１３と、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に設けたオリフィス１６と、加熱流体通路１３に設けられてオリフィス１６の上流側と下流側の差圧に応じて熱交換器１１への加熱流体Ｓの供給量を調節する調節弁１７とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば蒸気のような加熱流体で冷水を加熱することにより温水を生成する加熱システムに関する。

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。この給湯装置における加熱システムは、図６に示すように、熱交換器６０によって蒸気のような加熱流体Ｓの熱で冷水Ｃを加熱することにより温水Ｍを生成するものであり、給水源ＷＡからの冷水Ｃを前記熱交換器６０に導く冷水配管６１と、外部の加熱流体供給源ＶＡに連結されてこの加熱流体供給源ＶＡからの加熱流体Ｓを前記熱交換器６０に導く加熱流体配管６２と、熱交換器６０での冷水Ｃと加熱流体Ｓとの熱交換により生成された温水Ｍを導出する温水配管６３とを備えている。前記加熱流体配管６２には加熱流体配管６２内における加熱流体Ｓの通過量を調節する調節弁６４が設けられ、前記温水配管６３には熱交換器６０の出口側近傍に温度センサ６５が設けられている（例えば特許文献１参照）。
特開２００６―１１２７１９号公報

前記給湯装置によれば、給水源ＷＡからの冷水Ｃと加熱流体供給源ＶＡからの加熱流体Ｓとが熱交換器６０で熱交換されることにより温水Ｍが生成され、この温水Ｍがカラン６６の開弁により外部へ取り出される。前記熱交換器１１を通った熱交換後の加熱流体Ｓは復水（ドレン）として排出通路６７から外部へ排出される。また、この給湯装置では、熱交換器６０で生成した温水Ｍの温度を温度センサ６５で感知し、感知した温水Ｍの温度情報をフィードバック制御回路６８により調節弁６４へフィードバックし、温水Ｍの温度が高ければ蒸気調節弁６４により熱交換器６０への加熱流体Ｓの供給量を減少して温水Ｍの温度を下げ、温水Ｍの温度が低ければ調節弁６４により加熱流体Ｓの供給量を増加して温水Ｍの温度を上昇させる。

ところが、前記給湯装置の場合、カラン６６を閉弁しているとき、つまり、温水Ｍを使用していないときでも、熱交換器６０で生成した温水Ｍの温度が温度センサ６５で常に感知され、感知された温水Ｍの温度情報がフィードバック制御回路６８により調節弁６４にフィードバックされて温水Ｍの温度を常に一定に保つように熱交換器６０へ加熱流体Ｓが供給されるので、温水不使用時においても、温水配管６３の放熱によって温水Ｍの温度が低下すると、加熱流体Ｓの無駄な消費があった。また、温度センサ６５の感知遅れ、または加熱流体Ｓの供給量変化に対する温水Ｍの温度変化の遅れによって、温水Ｍの温度が変化し、安定した温度の温水Ｍの生成が難しかった。

そこで、本発明は、蒸気のような加熱流体が無駄に消費されることなく、常に安定した温度の温水を生成することができる加熱システムを提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明に係る加熱システムは、加熱流体と冷水との間の熱交換により温水を生成する熱交換器と、加熱流体供給源からの前記加熱流体を前記熱交換器に導く加熱流体通路と、給水源からの冷水を前記熱交換器に導く冷水通路と、前記冷水通路に設けたオリフィスと、前記加熱流体通路に設けられて前記オリフィスの上流側と下流側の差圧に応じて前記熱交換器への加熱流体の供給量を調節する調節弁と、を備えている。ここで、温水Ｍとは、４０ないし６０℃程度の温湯のみならず、６０℃以上の高温の温水をも含む。

この構成によれば、カランを閉弁して温水を使用していないときには、冷水通路内を冷水が流れておらず、前記冷水通路に設けられたオリフィスの上流側と下流側との間で差圧が発生しない。この場合、オリフィスの上流側と下流側の差圧に応じて熱交換器への加熱流体の供給量を調節する調節弁は閉弁しているので、前記調節弁によって熱交換器へ加熱流体が供給されないから、加熱流体が無駄に消費されることはない。一方、カランを開放して温水を使用しているときには、冷水通路内を冷水が熱交換器に向かって流れ、前記冷水通路に設けられたオリフィスの上流側と下流側との間で冷水の差圧が発生する。したがって、オリフィスの上流側と下流側の冷水の差圧に応じて熱交換器への加熱流体の供給量を調節する調節弁が開弁し、この調節弁によって熱交換器へ加熱流体が供給される。このとき、前記差圧の大小により前記調節弁の開度が調節される。このように、温水を使用していないときには加熱流体が消費されることがなく、温水を使用しているときにのみ加熱流体が消費され、しかも加熱流体の供給量がこの差圧に応じて制御されるので、加熱流体が効率的に使用される。また、温度検出の遅れがなくなり、常に安定した温度の温水が得られる。

好ましくは、前記調節弁は、弁棒の一端に、前記差圧を受けて弁棒を軸方向に駆動する駆動部を有し、前記弁棒の他端に、前記加熱流体通路を開閉する弁体部を有している。

この構成によれば、弁棒の両端に駆動部と弁体部が設けられているので、調節弁がコンパクトになる。

好ましくは、前記駆動部は、前記弁棒の下端に設けられて、前記オリフィスの上流側の冷水が導入される上流側導入室と、前記オリフィスの下流側の冷水が導入される下流側導入室と、前記両導入室空間を仕切るダイヤフラムとを有している。このように、弁棒の下部に冷水が導入されるので、弁棒の下部に蒸気を導入する場合と異なり、蒸気の熱が上昇して冷水を加熱膨脹させるおそれがない。

好ましくは、さらに、前記弁体部は前記弁棒の他端部により押圧されて弁棒の軸方向へ移動するボール弁からなる。このように、ボール弁を用いることで、弁体部の構造が簡単になる。

本発明に係る加熱システムによれば、温水を使用していないときには加熱流体が消費されることがなく、温水を使用しているときにのみ加熱流体が消費され、しかも加熱流体の供給量がこの差圧に応じて制御されるので、加熱流体を効率的に使用することができる。 また、温水温度を検出するものではないので、温度検出の遅れがなくなり、常に安定した温度の温水が得られる。

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は本発明に係る加熱システムの系統図である。同図に示す加熱システム１０は、蒸気のような加熱流体Ｓの熱で被加熱流体である冷水Ｃを加熱することにより温水Ｍを生成する熱交換器１１を備えている。この熱交換器１１としては、例えば複数のプレートを重ねて、その間に図示しない加熱流体の通路と被加熱流体である冷水の通路とを、前記プレートを介して交互に配置したプレート型熱交換器と呼ばれるものが、小形で熱交換容量が大きいので好ましい。

加熱システム１０はさらに、給水源ＷＡから供給される冷水Ｃを前記熱交換器１１に導く冷水通路１２と、加熱流体供給源ＶＡから供給される蒸気のような加熱流体Ｓを前記熱交換器１１に導く加熱流体通路１３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温水Ｍを導出する温水通路１４と、前記熱交換器１１を通った熱交換後の加熱流体Ｓを復水（ドレン）として排出する排出通路１５とを有している。

前記冷水通路１２には、オリフィス１６が設けられ、加熱流体通路１４には熱交換器１１への加熱流体Ｓの供給量を調節する調節弁１７が配設されている。前記オリフィス１６は、図２に示すように、例えば冷水通路１２を構成する冷水配管５０内に流れ方向と直交する方向に延びる立壁５１を設け、この立壁５１の中心部に小孔５１ａを設けて、上流側から下流側ヘ流れる冷水Ｃが前記立壁５１の小孔５１ａを通過するときの流量を絞るようになっている。この立壁５１を挟んで上流側の近傍から上流側導入路１８を形成する上流側導入管５２を分岐させ、前記立壁５１を挟んで下流側の近傍から下流側導入路１９を形成する下流側導入管５３を分岐させ、前記上流側導入管５２および下流側導入管５３の先端をそれぞれ、図１の調節弁１７に連結している。この調節弁１７は、前記オリフィス１６の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧によって開弁して開度を調整できる構造となっており、温水Ｍを使用するときには、前記差圧が生じるので、この差圧に応じて、図１の熱交換器１１への加熱流体Ｓの供給量が調節される。

また、前記温水通路１４の下流側には、温水通路１４に導かれた温水Ｍを給湯出口となる給湯口弁（カラン）２４に導く温水供給通路２３が接続されている。なお、図示しないが、前記カラン２４の手前には、前記温水Ｍが温水である場合、これに冷水Ｃを混合して低温の温水を生成する湯水混合弁を設けてもよい。

次に、前記調節弁１７の具体的構造について図３を参照しながら説明する。同図は調節弁１７の閉弁状態を示している。同図に示すように、調節弁１７は、上部に加熱流体通路１３が形成されたケーシング２５内に、鉛直方向に延びる弁棒２６が摺動自在に支持されており、この弁棒２６の一端（下端）に、前記オリフィス１６の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧を受けて弁棒２６を軸方向に駆動する駆動部２７が設けられ、前記弁棒６５の他端（上端）に、加熱流体通路１３を開閉するボール弁からなる弁体部２８が配置されている。前記弁棒２６とケーシング２５との摺動面部位にはO−リング４２が取り付けられ、気密性および水密性が確保され、下流側導入室１９からの冷水Ｃが加熱流体通路１３に侵入しないように配慮されている。なお、図２ないし図３に示す実施形態では弁棒２６と弁体部２８とは別体であるが、これら弁棒２６と弁体部２８が一体的に形成されたものであってもよい。

前記駆動部２７は、前記弁棒２６の下端に設けられた円板状の受け部材２６ａと、この受け部材２６ａに固定されたダイヤフラム３０とを有し、このダイヤフラム３０により仕切られた下側に上流側導入路１８から前記オリフィス１６の上流側の冷水Ｃが導入される上流側導入室３８が設けられ、ダイヤフラム３０により仕切られた上側に下流側導入室１９からオリフィス１６の下流側の冷水Ｃが導入される下流側導入室３９が設けられている。ボール弁２８は、このボール弁２８とケーシング２５の間に介装されたばね２９により、弁棒２６の上端および弁座２５ａに向かって押圧されている。

次に、上記構成の加熱システムの動作について説明する。まず、図１のカラン２４を開いている温水Ｍの使用時、給水源ＷＡからの冷水Ｃが冷水通路１２に設けられたオリフィス１６を通過して熱交換器１１に入る。冷水Ｃがオリフィス１６を通過するとき、ベンチュリ効果によって、冷水通路１２におけるオリフィス１６の下流側近傍の圧力が上流側近傍の圧力よりも小さくなる。これら両圧力が上流側導入室１８および下流側導入室１９を介して、図４に示す上流側導入室３８、下流側導入室３９に作用し、前記ダイヤフラム３０が上方に変形して前記受け部材２６ａを上方に押し上げ、弁棒２６が軸方向上方に駆動される。これによりボール弁２８が上方に移動し、加熱流体通路１３を開く。つまり、開弁状態となる。ここで、駆動部２７を構成する上流側導入室３８と下流側導入室３９とが加熱流体通路１３から離間した下方に配置されているので、加熱流体通路１３を通過する加熱流体Ｓからの熱を受けて加熱膨脹することがなく、弁動作が安定する。この調節弁１７は、導入室３８，３９間の差圧に応じて熱交換器１１への加熱流体Ｓの供給量を調節して加熱流体Ｓを図１の熱交換器１１に供給する。

温水Ｍを使用していない時には、冷水通路１２内を冷水Ｃが流れていないので、オリフィス１６を挟んで上流側と下流側とで差圧がゼロとなる。したがって、図３のばね２９のばね力により、ボール弁２８が弁座２５ａに押し付けられて閉弁し、加熱流体通路１３を閉塞して熱交換器１１への加熱流体Ｓの供給を停止させる。これにより、加熱流体Ｓの無駄な消費が抑えられる。また、温水温度を検出して作動するものではないから、温度検出の遅れがなくなり、常に安定した温度の温水が得られる。

次に、本発明によって得られる温水の流量と温度の関係について図５を参照しながら説明する。同図において、蒸気圧力が０．３ＭＰａ（ゲージ圧）の場合、実線で示すように、温水流量が２Ｌ／ｍｉｎから５Ｌ／ｍｉｎと増加するにつれて温水Ｍの温度も急激に増加して９０℃近くまで上昇した。温水流量が７Ｌ／ｍｉｎのとき、ピーク１００℃に達し、温水流量が７Ｌ／ｍｉｎ以上になると、比例的に温度が低下する傾向がある。６０℃以上の温水を使用したい場合、符号Ａで示すように、その流量範囲は約４〜２７Ｌ／ｍｉｎであって、広い使用範囲がある。また、４０℃以上の温水を使用したい場合、符号Ｂで示すように、その流量範囲は約３〜３５Ｌ／ｍｉｎと、使用範囲はきわめて広い。

一方、蒸気圧力が０．１ＭＰａ（ゲージ圧）の場合、一点鎖線で示すように、温水流量が２Ｌ／ｍｉｎから増加するにつれて温水Ｍの温度も増加してピーク温度の８０℃近くまで上昇するが、温水流量が１４Ｌ／ｍｉｎ以上になると、比例的に温度が低下している。温水の使用可能な流量範囲は蒸気圧力が０．３ＭＰａの場合よりも狭い。

本発明に係る加熱システムの系統図である。 オリフィス近傍の縦断面図である。 同加熱システムで使用する調節弁の閉弁状態を示す縦断面図である。 同加熱システムで使用する調節弁の開弁状態を示す縦断面図である。 オリフィスを挟んで上流側と下流側の差圧変化による温水温度と温水流量との関係と、温水の範囲使用を説明するグラフである。 従来の加熱システムの系統図である。

符号の説明

１０ 加熱システム
１１ 熱交換器
１２ 冷水通路
１３ 加熱流体通路
１４ 温水通路
１５ 排出通路
１６ オリフィス
１７ 調節弁
１８ 上流側導入室
１９ 下流側導入室
２５ ケーシング
２６ 弁棒
２７ 駆動部
３８ 上流側導入室
３９ 下流側導入室
ＶＡ 加熱流体供給源
ＷＡ 給水源
Ｓ 加熱流体
Ｃ 冷水

Claims (4)

1. 加熱流体と冷水との間の熱交換により温水を生成する熱交換器と、
   加熱流体供給源からの前記加熱流体を前記熱交換器に導く加熱流体通路と、
   給水源からの冷水を前記熱交換器に導く冷水通路と、
   前記冷水通路に設けたオリフィスと、
   前記加熱流体通路に設けられて前記オリフィスの上流側と下流側の差圧に応じて前記熱交換器への加熱流体の供給量を調節する調節弁と、
   を備えた加熱システム。
2. 請求項１において、前記調節弁は、弁棒の一端に、前記差圧を受けて弁棒を軸方向に駆動する駆動部を有し、前記弁棒の他端に、前記加熱流体通路を開閉する弁体部を有する加熱システム。
3. 請求項２において、前記駆動部は、前記弁棒の下端に設けられて、
   前記オリフィスの上流側の冷水が導入される上流側導入室と、
   前記オリフィスの下流側の冷水が導入される下流側導入室と、
   前記両導入室間を仕切るダイヤフラムと、
   を有する加熱システム。
4. 請求項２または３において、前記弁体部は前記弁棒の他端部により押圧されて弁棒の軸方向へ移動するボール弁からなる加熱システム。

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