JP2008232496A - 加熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】例えば９０℃±１０℃程度の高い設定給湯温度の温水を常に安定して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、加熱流体通路１３に設けられて熱交換器１１に供給される加熱流体Ｓの圧力を調節する圧力調節弁１７Ａと、熱交換器１１から温水Ｍを導出する温水導出通路１４とを備えている。圧力調節弁１７Ａは、その下流の加熱流体Ｓの圧力の低下に応じて弁開度を増大させるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば蒸気のような加熱流体を熱源として冷水を加熱することにより温水を生成するものであって、特に、９０℃±１０℃程度の高温の温水を必要とする用途に好適に適用できる加熱システムに関するものである。

従来、冷水を蒸気で加熱することにより温水を生成する、加熱システムの一種である給湯装置が知られている（特許文献１参照）。この給湯装置は、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を冷水配管６１によって前記熱交換器６０に導き、加熱流体供給源ＶＡからの加熱流体Ｓを加熱流体配管６２によって前記熱交換器６０に導き、熱交換器６０で冷水Ｃと加熱流体Ｓとの間の熱交換により生成された温水Ｍを温水配管６３から導出する。前記加熱流体配管６２にはこれの内部を流動する加熱流体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。

前記給湯装置では、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って温水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６０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、その感知した温水Ｍの温度情報をフィードバック回路６８により調節弁６４へフィードバックして、温水Ｍの温度が高ければ調節弁６４を絞ることにより熱交換器６０への加熱流体Ｓの供給量を減少させ、逆に温水Ｍの温度が低ければ調節弁６４を開くことにより加熱流体Ｓの供給量を増加させて、所定温度の温水Ｍを取り出すようになっている。

特開２００６−１１２７１９号公報

しかしながら、前記給湯装置では、温水Ｍの温度を感知して、その温度に基づき調節弁６４の弁開度をフィードバック制御して加熱流体Ｓの熱交換器６０への供給量を調節しているので、温度センサ６５の応答性の遅れや、距離が離れた温度センサ６５と調節弁６４との間の温度情報の伝達遅れによる加熱流体Ｓの供給量変化に対する温水Ｍの温度変化の遅れなどに起因して、熱交換器６０から導出される温水Ｍの温度が約５０℃の温度変動幅で繰り返し変動することがあり、これにより、常に、設定給湯温度の温水Ｍを安定に生成するのが難しい。

ここで、カラン６６の給湯口から取り出す温水Ｍの設定給湯温度を４０〜７０℃程度の比較的低い温度範囲に設定する場合には、上述のように熱交換器６０からの温水Ｍの温度が約５０℃の温度変動幅で変動する場合であっても、特に問題はない。つまり、熱交換器６０からは、前記設定給湯温度（４０〜７０℃）よりも高い７０〜１２０℃の温度範囲の温水Ｍを導出できるので、この温水Ｍに例えば冷水を混合して前記設定給湯温度４０〜７０℃の温水を得られるように調節することが可能である。

ところが、例えば殺菌や消毒などの用途に用いるために９０℃±１０℃程度の高い設定給湯温度の温水を得たい場合、前記給湯装置では、熱交換器６０からの温水Ｍの温度が、上述したように約５０℃の温度変動幅で変動して設定給湯温度の最低温度である８０℃よりも低下することがあるので、常に設定給湯温度の範囲内の温水を安定に得ることができない。そこで、温度調節弁にて熱交換器６０から１００℃以上の高温の温水を導出するように設定することが考えられるが、その場合、熱交換器６０からの温水の温度が１００〜１５０℃の温度範囲内で変動することがある。

一方、給水源ＷＡである水道水の圧力は、通常、０．２〜０．３ＭＰａ程度であるが、冷水Ｃの使用量が増大したときには、０．１ＭＰａ以下まで低下することがある。この場合、熱交換器６０の液側（温水側）では、温度センサ６５の応答性の遅れ等で温水Ｍが１２０℃まで上昇することにより、飽和圧力０．１ＭＰａまで上昇し、冷水Ｃの圧力以上の圧力になるため、熱交換器６０の液側に冷水Ｃが供給されなくなって、その熱交換器６０の液側内の残留水が加熱流体Ｓで加熱されて蒸気化される。このフラッシュ蒸気に冷水を混合しても、設定給湯温度の温水Ｍを安定に生成することができないだけでなく、温水Ｍの給湯量が不測に変動するなどの異常作動が生じるとともに、前記フラッシュ蒸気が冷水配管６１に向け逆流して給湯装置内の部品の損傷発生の原因となる。

本発明は、前記従来の課題に鑑みてなされたもので、例えば９０℃±１０℃程度の高い設定給湯温度の温水を常に安定に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している。

上記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、前記加熱流体通路に設けられて前記熱交換器に供給される加熱流体の圧力を調節する圧力調節弁と、前記熱交換器から温水を導出する温水導出通路とを備え、前記圧力調節弁は、その下流の加熱流体の圧力の低下に応じて弁開度を増大させるように構成されている。ここで、温水とは、４０℃ないし６０℃程度の温湯のみならず、７０℃ないし１００℃の高温の温水をも含む。

この構成によれば、給湯量が増大すると、熱交換器での加熱流体の消費量が増大して熱交換器内の加熱流体の温度および圧力が低下するので、圧力調節弁の下流側（熱交換器内も含む）の加熱流体の圧力が低下することとなり、圧力調節弁の弁開度が増大する。逆に、給湯量が減少すると、熱交換器での加熱流体の消費量が減少して加熱流体の温度および圧力が上昇するので、圧力調節弁の下流側の加熱流体の圧力も上昇することとなり、圧力調節弁の弁開度が低減する。このように、圧力調節弁は、下流側での加熱流体の消費量に応じて弁開度が変化することにより、給湯量に応じた量の加熱流体を熱交換器に供給するので、熱交換器で所要の高温の温水を生成することができる。

また、熱交換器への加熱流体の供給量の制御は、熱交換器で生成される熱水の温度などを制御情報として用いずに、加熱流体通路に設けた圧力調節弁の下流側の加熱流体の圧力に基づき行っている、つまり加熱流体の流動系統内でのみ独立して行っている。このため、温水の温度情報に基づき加熱流体の調節弁をフィードバック制御する従来の加熱システムとは異なり、温水温度の感知遅れや加熱流体の供給量変化に対する温水の温度変化の遅れなどがないので、給湯量の増減に対応して時間遅れなく加熱流体の熱交換器への供給量を制御できる。その結果、熱交換器で生成される温水は、ほぼ一定温度に保たれるので、９０℃±１０℃程度の高温の温水給湯する場合であっても、その給湯温度よりも高い一定温度の温水を常に安定して生成することができる。

本発明において、前記圧力調節弁はその出口圧力を前記冷水の圧力よりも低い圧力に調節することが好ましい。この構成によれば、熱交換器において冷水の圧力以上の圧力を有する温水が生成されることがないことから、熱交換器の液側（温水側）において、冷水の供給が遮断され、熱交換器内の残留水が加熱流体により加熱されて蒸気化されるおそれがなく、温水の給湯量が不測に変動するなどの異常作動や蒸気化によるフラッシュ蒸気が逆流してシステム内の部品を損傷させるといった事態が生じない。

また、本発明において、前記圧力調節弁はその出口圧力の低下に応じて弁開度を増大させるように構成することができる。ここで、出口圧力とは、圧力調節弁の出口端の圧力であり、圧力調節弁における弁体から出口端までの部位のみならず、出口端から圧力調節弁の直ぐ下流の機器の入口までの部位の圧力に等しい。この構成によれば、圧力調節弁は、加熱流体の出口圧力の変動を受けて弁開度が変化されるので、給湯量の変動に対応して殆ど時間遅れなく熱交換器への加熱流体の供給量を調節することができる。

また、本発明において、前記圧力調節弁は前記熱交換器から排出される加熱流体の圧力の低下に応じて弁開度を増大させるように構成することもできる。熱交換器での加熱流体の消費量が増大したとき、特に小容量タイプの熱交換器では、入口側に対し出口側の加熱流体の温度が大きく低下し、この温度低下と熱交換器内での流路抵抗とに起因して出口側の圧力が大きく低下するので、その低下した圧力に基づき、さらに弁開度を大きくすることができる。

さらに、本発明において、前記温水導出通路に、温水と冷水を混合して所定温度の温水を得る湯水混合弁が設けられていることが好ましい。この構成によれば、熱交換器において所定温度以上の温水を生成するようにすれば、その温度が多少上下変動しても、この温水に適量の冷水を混合することにより、所定温度に調整した温水を安定して得ることができる。

本発明の加熱システムによれば、圧力調節弁の下流側の加熱流体の圧力に応じて圧力調節弁の弁開度を変化させるので、熱交換器への加熱流体の供給量の制御を加熱流体の流動系統内のみで独立して行えるため、給湯量の増減に対応して時間遅れなく加熱流体の熱交換器への供給量を制御できる結果、熱交換器で生成される温水はほぼ一定温度となる。したがって、例えば９０℃±１０℃程度の高い温水を生成する場合であっても、その設定給湯温度の温水を常に安定して生成することができる。

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は本発明の第１実施形態に係る加熱システム１０Ａを示す系統図である。この実施形態の加熱システム１０Ａは、９０℃±１０℃の高温の温水を給湯する用途に適用できるものであり、飽和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高温の温水Ｈを生成する熱交換器１１を備えている。前記熱交換器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Ｓの通路と冷水Ｃの通路とを、前記プレートを介して交互に配置したプレート型熱交換器と呼ばれるものが、小型で熱交換容量が比較的大きいことから、好ましい。

また、前記加熱システム１０Ａは、外部の給水源（例えば水道水）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（例えばボイラ）ＶＡから供給される飽和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で生成された高温の温水Ｈを導出する温水導出通路１４と、熱交換器１１を通った加熱後の加熱流体Ｓを復水（ドレン）として排出する復水排出通路１５とを有している。

加熱流体通路１３には圧力調節弁１７Ａが配設されており、この圧力調節弁１７Ａは、これの出口５０の加熱流体Ｓの圧力の低下に応じて弁開度を増大させることにより、つまり、出口圧力に基づくフィードバック制御により、加熱流体供給源ＶＡからの加熱流体Ｓの圧力を設定圧力に調節したのちに熱交換器１１に供給するものである。

熱交換器１１から高温の温水Ｈが導出される温水導出通路１４には湯水混合弁４４が配設されており、この湯水混合弁４４は、熱交換器１１からの高温の温水Ｈに給水源ＷＡからの冷水Ｃを混合して、所望の設定給湯温度に調節した温水Ｍを生成して給湯出口となる給湯口弁（カラン）２４を介して給湯する。なお、この実施形態の加熱システム１０Ａは、上述したように９０℃±１０℃の高温の温水Ｍを給湯するものであるから、熱交換器１１からは、１００℃以上の高温の温水Ｈを生成して温水導出通路１４に導出するようになっている。そこで、以下の説明では、説明の便宜上、温水導出通路１４から導出される１００℃以上の温水を「熱水Ｈ」と称して、給湯口弁２４から取り出される設定給湯温度の温水Ｍとの区別を明確にする。

さらに、冷水通路１２から分岐して前記湯水混合弁４４に至る冷水バイパス通路４２および冷水通路１２における熱交換器１１に対し上流側の箇所には、逆止弁３１，３２がそれぞれ配設されている。また、復水排出通路１５には、熱交換器１１から排出される加熱流体Ｓの圧力が所定圧力以上となったときに閉弁して加熱流体Ｓの排出を阻止する機能をを持たせた、周知の蒸気トラップ３３が配設されている。前記所定圧力は、圧力設定弁１７Ａの設定圧力（０．０５〜０．０６ＭＰａ）よりも高く、かつ冷水Ｃの予測最低圧力（０．１ＭＰａ）以下の圧力、例えば、０．１ＭＰａに設定されている。この実施形態では、メカニカルの蒸気トラップ３３を使用しており、所定圧力以上になると蒸気トラップ３３内の弁体の閉弁力が上昇して閉塞状態となる。冷水通路１２における逆止弁３２と熱交換器１１との間の箇所から分岐した冷水排出通路３４には、給湯口弁２４からの温水Ｍの取り出しが停止されたときに熱交換器１１内の熱水Ｈの圧力が上昇し過ぎるのを防止する逃し弁３５が配設されている。

つぎに、圧力調節弁１７Ａの具体的構造について、図２を参照しながら説明する。図２は圧力調節弁１７Ａの閉弁状態を示したもので、この圧力調節弁１７Ａは、ケース本体１８の上端開口部に上カバー１９が連結されており、ケース本体１８の内部は、仕切り壁部１８ａにより上部の受圧室２１と下部の加熱流体通路１３とに区画されている。この加熱流体通路１３の出口側、つまり後述する弁体２８よりも下流側と受圧室２１とが、仕切り壁部１８ａに形成された小径の連通孔１８ｂを介して互いに連通されて、出口側の加熱流体Ｓの圧力が受圧室２１に作用するようになっている。この圧力調節弁１７Ａは、加熱流体供給源ＶＡ（図１）から０．２〜０．５ＭＰａの圧力で供給される飽和蒸気である加熱流体Ｓを、冷水Ｃの予測最低圧力である０．１ＭＰａよりも低い０．０５〜０．０６ＭＰａの設定圧力に調節して流出させるようになっている。

前記ケース本体１８の下端部には、下端開口を封止する下カバー２０が連結されて、ケース本体１８と下カバー２０とにより、加熱流体通路１３の一部を形成する弁室２２が形成されており、この弁室２２に塵埃除去用のスクリーン１６が配置されている。前記ケース本体１８、上カバー１９および下カバー２０により、ケーシング２５が形成されている。前記仕切り壁部１８ａの中央部に形成された円筒状の支持部１８ｃには、鉛直方向に延びて上端部および下部が受圧室２１および加熱流体通路１３にそれぞれ位置する弁棒２６が摺動自在に支持されており、この弁棒２６の下端部に、弁室２２内に配置された弁体２８が、弁体２８と下カバー２０との間に装着された圧縮コイルばねからなる復帰ばね２７により当接されている。弁体２８はスクリーン１６の内側（下流側）に位置しており、スケール・ごみなどの異物のかみ込みが防止されている。また、加熱流体通路１３を開閉する弁体２８は、加熱流体通路１３に設けられた弁座部材２３の弁口に復帰ばね２７により押し付けられて閉弁状態となり、かつ弁棒２６の下動により押し下げられて弁座部材２３から離間することにより開弁状態となる。

ケーシング２５のケース本体１８と上カバー１９との連結箇所には取付部材２９が挟持固定されており、この取付部材２９に、有底筒状のベローズからなる受圧部材３０が吊り下げ状態に支持されている。前記受圧室２１は、ケース本体１８と取付部材２９と受圧部材３０とにより、受圧部材３０の外側に形成されている。受圧部材３０の下端部は弁棒２６の上端面に相対向している。

上カバー１９の外周面を覆っている操作部材３７は、上カバー１９の上端部にこれを貫通して鉛直に延びる調節軸体３８が回転自在に支持されており、前記操作部材３７と調節軸体３８とが一体回転するように連結されている。この調節軸体３８の上カバー１９内における上部箇所には雄ねじ部３８ａが形成されており、この雄ねじ部３８にナット状の圧力設定部材３９が回転止めされた状態で螺合されている。この圧力設定部材３９と有底筒状の受圧部材３０内の底部に配置されたばね受け部材４０との間に、圧縮コイルばねからなる圧力設定用ばね４１が介装されている。したがって、操作部材３７を回転操作すると、この操作部材３７と一体に調節軸体３８が回転して、この調節軸体３８の雄ねじ部３８ａに螺合されている圧力設定部材３９が雄ねじ部３８ａに沿って上下方向に移動することにより、圧力設定用ばね４１のばね力を変化させて、受圧室２１の圧力により受圧部材３０が縮み方向に働く力と圧力設定ばね４１および復帰ばね２７のばね力とのバランスによって弁体２８の開度を変化させることにより、上述した圧力調節弁１７Ａの設定圧力を調節できるようになっている。

つぎに、前記加熱システム１０Ａの作用について説明する。この加熱システム１０Ａでは、稼働に先立って、圧力調節弁１７Ａの設定圧力が予め設定される。この設定圧力の具体的な調整手段について説明する。上述したように、加熱流体供給源ＶＡからは０．２〜０．５ＭＰａの圧力の飽和蒸気が加熱流体Ｓとして供給され、給水源ＷＡからは、０．２〜０．３ＭＰａの圧力の水道水が冷水Ｃとして供給されるが、水道水は使用量が増大したときに０．１ＭＰａ付近まで低下することがあるので、これを考慮して、冷水Ｃの予測最低圧力を０．１〜０．３ＭＰａと見なすこととする。そこで、この実施形態では、圧力調節弁１７の設定圧力を、冷水Ｃの予測最低圧力である０．１ＭＰａよりも低い０．０５〜０．０６ＭＰａに調整する。これにより、圧力調節弁１７Ａは、０．２〜０．５ＭＰａの圧力で供給される加熱流体Ｓを０．０５〜０．０６ＭＰａの設定圧力に調節、つまり減圧して流出させる。

図１の給湯口弁２４が閉じられた温水Ｍの不使用時には、加熱流体Ｓの消費量が、熱交換器１１および圧力調節弁１７Ａの出口側配管の放熱のみとなるため、僅かな量となる。この加熱流体Ｓの僅かな消費量の状態で圧力調節弁１７Ａにて設定圧力を０．０５〜０．０６ＭＰａに調整されている。つまり、図２の圧力調節弁１７Ａの弁体２８が、この加熱流体Ｓの僅かな消費量になるように弁開度を微開状態に調節し、設定圧力が一定に維持される。

図１の給湯口弁２４が開かれたときには、給水源ＷＡからの冷水Ｃが冷水通路１２を通って熱交換器１１に流入するとともに、熱交換器１１において加熱流体Ｓが消費される、つまり加熱流体Ｓの熱エネルギが冷水Ｃに伝達されて消費されるので、圧力調節弁１７Ａの出口側の加熱流体Ｓの圧力が低下し、この圧力の低下が図２の連通孔１８ｂを通じて受圧室２１に作用して、受圧部材３０の押し上げ力を低下させる。そのため、ばね受け部材４０が、圧力調整用ばね４１のばね力により受圧部材３０を下方に伸長させながら下降して弁棒２６を押し下げるので、図３に示すように、圧力調節弁１７Ａの弁体２８の開度が増加し、加熱流体Ｓが圧力調節弁１７Ａ内の加熱流体通路１３を通って出口５０から流出し、図１の熱交換器１１に供給される。

熱交換器１１に導かれた加熱流体Ｓと冷水通路１２を通って熱交換器１１に導かれた冷水Ｃとの間の熱交換により設定給湯温度以上の高温の熱水Ｈが生成され、この熱水Ｈが温水導出通路１４を通って湯水混合弁４４に供給される。湯水混合弁４４では、前記熱水Ｈにバイパス通路４２を通って供給される冷水Ｃを混合して、設定給湯温度の温水Ｍを生成する。このとき、湯水混合弁４４は、その感温部が設定給湯温度になるように冷水Ｃの流入用弁口の弁開度と熱水Ｈの流入用弁口の弁開度を自動調節する。こうして、設定給湯温度となった温水Ｍが給湯口弁２４から取り出される。ここで、圧力調節弁１７Ａの前記設定圧力０．０５〜０．０６ＭＰａは冷水Ｃの予測最低圧力０．１ＭＰａ以下に設定されているので、熱交換器１１の液側（熱水側）内の温度は、最大値で０．０５〜０．０６Ｍｐａの飽和温度である。すなわち、熱交換器１１の液側（熱水側）内の圧力は、飽和圧力０．１Ｍｐａ以下であるから、冷水Ｃの予測最低圧力よりも低く、したがって、冷水の供給が遮断されないから、加熱流体Ｓの加熱により残留水が蒸気化されることがないので、液側でフラッシュ蒸気の発生によって異常作動が生じるおそれがない。

ここで、比較的大量の温水Ｍを使用する目的で給湯口弁２４が大きな弁開度に開かれたときには、熱交換器１１での加熱流体Ｓの消費量が増大するので、圧力調節弁１７Ａの出口側の加熱流体Ｓの圧力が低下し、図３の圧力設定ばね４１による押下げ力と受圧部材３０による押上げ力との差が大きくなって弁体２８の開度がさらに大きくなり、より多量の加熱流体Ｓが図１の熱交換器１１に供給される。圧力調節弁１７Ａは、出口側の加熱流体Ｓの圧力の変化をフィードバックして弁体２８の弁開度を調整するため、温水Ｍの使用量により加熱流体Ｓの消費量が増大したときは、弁体２８の開度を大きくすることにより、出口側の加熱流体Ｓの圧力の低下量を抑えるように制御する。この状態から給湯口弁２４が小さな弁開度に絞られたときには、圧力調節弁１７Ａが上記と逆の動作を行い、図３の弁体２８の開度が低下して、圧力調節弁１７Ａの出口側の加熱流体Ｓの圧力が設定圧力に保たれる。

こうして、図１の加熱システム１０Ａは、給湯口弁２４から取り出される温水Ｍの流量の増減に対応して圧力調節弁１７Ａの弁開度が変化することによって熱交換器１１への加熱流体Ｓの供給量を増減させる。

この加熱システム１０Ａでは、熱交換器１１で生成される熱水Ｈの温度などを制御情報として用いずに、熱交換器１１への加熱流体Ｓの供給量の調節を、加熱流体通路１３に配設した圧力調節弁１７Ａの弁開度を、圧力調節弁１７Ａの出口側の加熱流体Ｓの圧力に基づくフィードバック制御により行っている。つまり、加熱流体Ｓの熱交換器１１への供給量の制御を加熱流体Ｓの流動系統内でのみ独立して行っている。このため、従来の加熱システムのように調節弁を温水系統内の温度情報に基づきフィードバック制御することに起因して温水温度の感知遅れや加熱流体の供給量変化に対する温水の温度変化の遅れなどが発生するものとは異なり、この加熱システム１０Ａでは、温水Ｍの使用量の増減に対応して時間遅れなく加熱流体Ｓの熱交換器１１への供給量を制御でき、かつ熱交換器１１への加熱流体Ｓの圧力が常に圧力調節弁１７Ａの設定圧力となるように迅速に制御できる。特に、この実施形態の圧力調節弁１７Ａは、図３のケーシング２５内に設けた連通孔１８ｂを通して加熱流体通路１３の出口側の加熱流体Ｓの圧力を受圧室２１にフィードバックする内部検出タイプに構成されているので、ほぼ時間遅れなく加熱流体Ｓの供給量および圧力を調節することができる。

また、熱交換器１１では、加熱流体Ｓの供給量の大小に拘らず常に圧力調節弁１７Ａの設定圧力、０．０５〜０．０６ＭＰａに調節された飽和蒸気である加熱流体Ｓが供給されるので、その飽和蒸気の飽和温度である１１０℃付近の熱水Ｈを生成できるとともに、上述したように加熱流体Ｓの供給量を給湯量の増減に応じて時間遅れなく制御できる。給湯量の増加によって圧力調節弁１７Ａにて設定された加熱流体Ｓの圧力は低下するが、圧力によるフィードバック制御で弁開度を安定させているため、ハンチング等の変動はなく、低下した圧力で安定し、生成される熱水Ｈも、低下した圧力の飽和温度付近で安定する。このように、熱水Ｈの温度を設定給湯温度９０℃よりも十分高く維持できることから、給湯量が最大流量となった場合、熱水Ｈも最大流量となって温度低下を生じるが、この最大流量となったときの熱水Ｈの温度が設定給湯温度９０℃を下回ることがない。これにより、高温用の湯水混合弁４４にて、設定給湯温度である９０℃±１０℃の高温の温水Ｍを常に安定して生成することができる。

ところで、この加熱システム１０Ａでは、何らかの原因、例えば加熱流体Ｓに含まれるスケール・ごみなどが図３の圧力調節弁１７Ａの弁体２８に詰まることによって閉弁不能に陥るような故障が発生した場合、図１の圧力調節弁１７Ａでの減圧がなされなくなる結果、熱交換器１１に供給される加熱流体Ｓの圧力が冷水Ｃの圧力以上に上昇して熱交換器１１の液側にフラッシュ蒸気が発生するといった事態の発生が予想される。これに対し、この実施形態では、スチームトラップ３３の閉弁圧力を、冷水Ｃの圧力以下で、かつ圧力調節弁１７Ａの設定圧力よりも僅かに高い一定値０．１ＭＰａに設定している。

したがって、前記スチームトラップ３３は、圧力調節弁１７Ａが正常に作動している通常時において、復水排出通路１５内の加熱流体Ｓの圧力が０．１ＭＰａ以下であるから、開弁して、復水排出通路１５内の復水を外部に排出する。一方、圧力調節弁１７Ａに上述のような故障が生じた場合には、圧力調節弁１７Ａが開弁状態に保持され続けて高い圧力、０．２〜０．５ＭＰａの加熱流体Ｓが熱交換器１１を経て復水排出通路１５に達する。これにより、スチームトラップ３３が閉弁して、加熱流体Ｓの流動を停止させる。したがって、熱交換器１１内において加熱流体Ｓの大きな熱エネルギが冷水Ｃに伝達され続けるのが防止されるので、熱交換器１１の液側にフラッシュ蒸気が大量に発生するのを防止できる。

こうして加熱流体Ｓの流動が停止すると、自然放熱により復水排出通路１５内の加熱流体Ｓの温度が低下し、これに伴って圧力が設定圧力０．１ＭＰａ以下まで低下した時点で、スチームトラップ３３が開弁する、つまり通常時の状態に復帰する。したがって、その間に圧力調節弁１７Ａの故障を直しておけば、加熱システム１０Ａは直ちに通常運転に入ることができる。このように、圧力調節弁１７Ａに故障が生じて異常作動が発生しても、スチームトラップ３３が即座に閉弁状態となることによって熱交換器１１の液側にフラッシュ蒸気が生じるのを未然に防止して、フラッシュ蒸気の逆流によるシステム内部品の損傷発生を防止し、かつ湯水混合弁４４を保護できる。

なお、圧力調節弁１７Ａのフィードバック制御に用いられる出口圧力は、加熱流体通路１３における圧力調節弁１７Ａの弁体２８から出口５０までの部位、および出口５０から熱交換器１１の入口までの部位の圧力に等しいから、これら部位のどの場所から検出してもよい。

図４は本発明の第２実施形態に係る加熱システム１０Ｂを示す系統図であり、図５はその加熱システム１０Ｂの圧力調節弁１７Ｂの閉弁状態を示す縦断面図である。これらの図において、図１および図２と同一若しくは相当するものには同一の符号を付して、重複する説明を省略する。この加熱システム１０Ｂが第１実施形態と異なるのは、第１実施形態の内部検出タイプの圧力調節弁１７Ａに代えて、図４の熱交換器１１の下流側の加熱流体Ｓの圧力に基づきフィードバック制御を行う外部検出タイプの圧力調節弁１７Ｂを用いたことであり、そのために、復水排出通路１５と図５の圧力調節弁１７Ｂの受圧室２１とを、圧力検出管３６により連通させている。圧力調節弁１７Ｂの設定圧力は第１実施形態と同様に、例えば０．０５〜０．０６ＭＰａである。

この加熱システム１０Ｂは、基本的に第１実施形態とほぼ同様に作用するので、第１実施形態と異なる作用についてのみ説明する。温水Ｍの不使用時には、加熱流体Ｓの消費量が熱交換器１１および圧力調節弁１７Ａの出口側配管の放熱のみとなるため、僅かな量となり、熱交換器１１の下流側の復水排出通路１５における加熱流体Ｓの圧力が圧力調節弁１７Ｂの設定圧力である０．０５〜０．０６ＭＰａに維持される。したがって、この圧力をフィードバックした圧力調節弁１７Ｂの弁開度は微開状態となる。

給湯口弁２４を開いて温水Ｍを使用しているとき、給湯口弁２４からの給湯量が最大給湯量の約５０％以下の場合には、小容量タイプの熱交換器１１における加熱流体入口側と加熱流体出口側の圧力はほぼ同じであるが、給湯量が最大給湯量の約５０％以上になった場合には、熱交換器１１内にて交換熱量の増加に伴い、加熱流体Ｓの凝縮が激しくなるので、第１実施形態で説明したとおり、熱交換器１１内の加熱流体Ｓの温度と圧力が低下する。熱交換器１１内を通過する飽和蒸気である加熱流体Ｓは、圧力が低下するほど液体分が多くなり、流動抵抗を受けやすくなるために圧力損失が生じるので、熱交換器１１の加熱流体出口側の圧力、つまり復水排出通路１５の圧力が熱交換器１１の入口側よりも低下する。

こうして大きく低下した復水排出通路１５の圧力が圧力検出管３６を通じて圧力調節弁１７Ｂの受圧室２１（図５）に伝達されるので、受圧部材３０の押し上げ力が大きく低下する。この大きく低下した押し上げ力の分だけ、圧力調整用ばね４１のばね力により受圧部材３０を下方に伸張させることができるので、圧力調節弁１７Ｂの弁開度は、第１実施形態の内部検出タイプの圧力調節弁１７Ａよりも大きくなる。すなわち、受圧室２１で検出される圧力が低い程、弁体２８の開度が大きくなり、加熱流体Ｓの流量を増加させることができる。したがって、図５の圧力調節弁１７Ｂの制御方式を用いることにより、熱交換器１１に流入できる加熱流体Ｓの流量が増加するため、温水Ｍの給湯量が増加し、能力アップとなる。熱交換器１１における圧力低下を大きくするには、小容量の熱交換器１１を使用するのが好ましい。

温水Ｍの給湯量が増加したとき、熱交換器１１の出口側圧力の低下による圧力調節弁１７Ｂの弁開度の増加に伴い、加熱流体Ｓの流量が増加するので、熱交換器１１の入口側圧力（つまり、加熱流体通路１３下流側の圧力）が圧力調節弁１７Ｂの設定圧力よりも上昇することがある。ところが、圧力調節弁１７Ｂは、図５の受圧室２１と加熱流体通路１３とがケース本体１８の仕切り壁部１８ａで互いに隔離されているので、上述の設定圧力よりも上昇した加熱流体通路１３下流側の加熱流体Ｓの圧力が受圧室２１に対し閉弁方向の力を付与するように作用することがなく、圧力調節弁１７Ｂは、熱交換器１１の下流側の加熱流体Ｓの低い圧力が受圧室２１に作用し続けることによって大きな弁開度を保持し続けるから、加熱流体Ｓの流量が減少しない。なお、弁棒２６と支持部１８ｃとの摺動面部位には、図示省略したＯリングが取り付けられて、受圧室２１と弁体２８の下流側１３との間の気密性および液密性が確保されている。このような気密構造は図２の圧力調節弁１７Ａにも適宜採用される。

一般に、この実施形態で用いている、受圧部材３０が弁体２８を直接的に作動させる受圧直動タイプの圧力調節弁１７Ｂは、パイロット弁からの供給圧力を駆動部で受圧して主弁体を作動させるタイプの圧力調節弁に比較して、安価で故障が少なくメンテナンス性が良いなどのメリットがある反面、加熱流体Ｓの圧力を低下させて導出することから、加熱流体Ｓの流量を大きくできないデメリットがある。また、この実施形態の最大給湯量に対して、十分に余力のある容量の大きな熱交換器を使用した場合には、給湯量が実施形態の最大給湯量の５０％以上になっても熱交換器内での交換熱量が少ないため、熱交換器の入口側と出口側との加熱流体Ｓの圧力が殆ど変わらないのに対し、この実施形態で用いた小容量タイプの熱交換器は、最大給湯量の５０％以上となった場合に熱交換器の入口側に対して出口側の加熱流体Ｓの圧力が低下する。したがって、この実施形態の加熱システム１０Ｂは、受圧直動タイプの圧力調節弁１７Ｂを用いるとともに、小容量タイプの熱交換器１１を用いることにより、コンパクト化およびコスト低減を図りながら、加熱流体Ｓの大きな圧力低下を発生させることで加熱流体Ｓの大きな流量にも使用できる利点があるので、高温の温水Ｍを大量に使用する用途に好適に用いることができる。

本発明の第１実施形態に係る加熱システムを示す系統図である。 同上の加熱システムの圧力調節弁の閉弁状態を示す縦断面図である。 同上の圧力調節弁の開弁状態を示す縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係る加熱システムを示す系統図である。 同上の加熱システムの圧力調節弁の閉弁状態を示す縦断面図である。 従来の加熱システムの系統図である。

符号の説明

１０Ａ，１０Ｂ 加熱システム
１１ 熱交換器
１３ 加熱流体通路
１４ 温水導出通路
１７Ａ，１７Ｂ 圧力調節弁
４４ 湯水混合弁
Ｓ 加熱流体
Ｃ 冷水
Ｍ 温水
ＶＡ 加熱流体供給源
ＷＡ 給水源

Claims (5)

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、
   前記加熱流体通路に設けられて前記熱交換器に供給される加熱流体の圧力を調節する圧力調節弁と、
   前記熱交換器から温水を導出する温水導出通路とを備え、
   前記圧力調節弁は、その下流の加熱流体の圧力の低下に応じて弁開度を増大させるように構成されている加熱システム。
2. 請求項１において、前記圧力調節弁はその出口圧力を前記冷水の圧力よりも低い圧力に調節する加熱システム。
3. 請求項１または２において、前記圧力調節弁はその出口圧力の低下に応じて弁開度を増大させるように構成されている加熱システム。
4. 請求項１または２において、前記圧力調節弁は前記熱交換器から排出される加熱流体の圧力の低下に応じて弁開度を増大させるように構成されている加熱システム。
5. 請求項１から４のいずれか一項において、前記温水導出通路に、温水と冷水を混合して所定温度の温水を得る湯水混合弁が設けられている加熱システム。

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