JP2021050887A

JP2021050887A - 循環式の給湯システム

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Publication number: JP2021050887A
Application number: JP2019175271A
Authority: JP
Inventors: 森　真也; Shinya Mori; 真也森
Original assignee: Miyawaki Inc
Current assignee: Miyawaki Inc
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2021-04-01
Anticipated expiration: 2039-09-26
Also published as: JP7303546B2

Abstract

【課題】設定温度を低下させた場合でも、迅速に設定温度に到達させることができる循環式の給湯システムを提供する。【解決手段】循環式の給湯システム１は、温水Ｗ１が貯留されるタンク２と、加熱流体Ｆ１とタンク２から導出された温水Ｗ１との間の熱交換により熱水を生成する熱交換器４とを備え、熱交換器４からの熱水Ｗ２がユーザを経てタンク２に戻される。タンク２から熱交換器４に温水Ｗ１を供給する温水供給通路６に、ポンプ８および温度センサ１０が設けられている。冷水Ｗ３をタンク２に混入させる冷水混入通路３０を開閉する冷水調節弁３２が設けられている。複数の温度設定値Ｔ２が選択可能な温度設定手段５８が設けられ、温度設定手段５８は、温度センサ１０により検出された温水温度Ｔが選択された温度設定値Ｔ２となるように冷水調節弁３２を開閉する。【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器からの熱水がユーザを経てタンクに戻される循環式の給湯システムに関するものである。

従来、冷水または温水を蒸気のような加熱流体で加熱することにより、温水または熱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（例えば、特許文献１）。生成された温水または熱水はユーザに供給される。このような給湯装置の一種として、循環式の給湯システムがある。循環式の給湯システムでは、熱交換器からの配管にタンクへの戻り管を設けることにより、温水または熱水を使用していない時でも温水または熱水を循環させて水温が一定に保たれている。このため、給湯装置から離れた場所であっても、ユーザは、ほぼ待ち時間なしで、温水または熱水を使用することができる。

特許第５１０３４９５号公報

このような循環式の給湯システムにおいて、複数の温度による温水または熱水の供給を要望されることがある。循環式の給湯システムでは、循環が進むと、給湯システム内のタンク内の水温も、ユーザに供給される温水または熱水の温度まで上昇する。このため、ユーザに供給される温水または熱水の温度を低くする場合、放熱によりタンク内の水温も低くしなければならないが、タンク内の水温を自然放熱により低下させるには多大な待ち時間を要する。待ち時間をなくすために、タンク内の水温の設定温度の数だけタンクを設けたものもあるが、システムが複雑になり、費用も嵩む。

本発明は、設定温度を低下させた場合でも、迅速に設定温度に到達させることができる循環式の給湯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、本発明の循環式の給湯システムは、温水が貯留されるタンクと、加熱流体と前記タンクから導出された温水との間の熱交換により熱水を生成する熱交換器とを備え、前記熱交換器からの熱水がユーザを経て前記タンクに戻される循環式の給湯システムであって、前記タンクから前記熱交換器に温水を供給する温水供給通路に設けられたポンプおよび温度センサと、冷水を前記タンクに混入させる冷水混入通路を開閉する冷水調節弁と、前記熱交換器の加熱流体の供給量を調節する加熱流体調節弁と、複数の温度設定値が選択可能であり、前記温度センサにより検出された温水温度が選択された温度設定値となるように前記加熱流体調節弁または前記冷水調節弁を開閉する温度設定手段とを備えている。前記加熱流体は、例えば、蒸気である。

この構成によれば、前記温度センサにより検出された温水温度が選択された温度設定値となるように、温度設定手段が前記加熱流体調節弁または前記冷水調節弁を開閉する。これにより、設定温度を低下させた場合でも、迅速に設定温度に到達させることができる。したがって、タンク内の水温の設定温度の数だけタンクを設ける必要もない。

本発明において、前記冷水混入通路は、前記タンク内の水位が設定レベルよりも低下したときに冷水を前記タンクに補給する冷却水補給通路から分岐していてもよい。この構成によれば、冷水混入通路専用に別途給水口を設ける必要がないので、給水口が増加するのを抑制できる。

本発明の循環式の給湯システムによれば、設定温度を低下させた場合でも、迅速に設定温度に到達させることができる。

本発明の第１実施形態に係る循環式の給湯システムを示す概略構成図である。

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実施形態に係る循環式の給湯システム１を示す概略構成図である。循環式の給湯システム１は、温水Ｗ１が貯留されるタンク２と、加熱流体Ｆ１とタンク２から導出された温水Ｗ１との間の熱交換により熱水Ｗ２を生成する熱交換器４とを備え、熱交換器４からの熱水Ｗ２がユーザを経てタンク２に戻されている。

本実施形態では、ユーザに供給される熱水Ｗ２は９８℃に設定されている。このような熱水Ｗ２は、例えば、食品メーカにおける殺菌、滅菌等の作業に用いられる。また、本実施形態では、加熱流体Ｆ１として、蒸気が用いられている。ただし、加熱流体Ｆ１は、蒸気に限定されず、例えば、高温高圧水であってもよい。

タンク２に、熱交換器４に温水Ｗ２を供給する温水供給通路６が接続されている。温水供給通路６に、ポンプ８および第１温度センサ１０が設けられている。ポンプ８は、タンク２内の温水Ｗ１を圧送する。第１温度センサ１０は、温水供給通路６内の温水Ｗ１の温度（温水温度）、つまり、タンク２内の温水温度を検出する。本実施形態では、第１温度センサ１０は、ポンプ８の下流側で熱交換器４の上流側に配置されている。なお、温水供給通路６には、ポンプ８に供給される温水Ｗ１中の異物を除去するストレーナ１２と、温水Ｗ１の流量を検出する流量計１４も設けられている。

温水供給通路６の下流端が、熱交換器４の温水入口４ａに接続されている。一方、熱交換器４の温水出口４ｂに熱水供給通路１６の上流端が接続されている。温水入口４ａから熱交換器４に流入した温水Ｗ１は、熱交換器４内において加熱流体Ｆ１との間で熱交換されて熱水Ｗ２となる。生成された熱水Ｗ２は、温水出口４ｂから熱水供給通路１６に導出される。熱交換器４における加熱流体Ｆ１側の構成については後述する。

熱水供給通路１６に、第２温度センサ１８および圧力センサ１９と、その上流側の逆止弁１７が設けられている。第２温度センサ１８は、熱水供給通路１６内の熱水Ｗ２の温度を検出する。熱水供給通路１６の下流端に、ユーザ側配管１００の入口が接続されている。熱水供給通路１６におけるユーザ側配管１００の上流側には、安全装置２０が設けられている。熱水供給通路１６内の圧力異常を安全装置２０が検知すると、安全装置２０が自動開弁し、バイパス通路２１を介して熱水Ｗ２がタンク２に戻される。

ユーザ側配管１００の出口に、熱水戻り通路２２が接続されている。ユーザ側配管１００に供給された熱水Ｗ２は、熱水戻り通路２２を介してタンク２に戻される。熱水戻り通路２２に、電磁弁２４が設けられている。電磁弁２４は、例えば、ユーザ側配管１００への熱水Ｗ２の供給を停止する場合に閉止される。

タンク２に冷却水補給通路２６が接続されている。冷却水補給通路２６の下流端部に、ボールタップ２８が設けられている。つまり、冷却水補給通路２６は、タンク２内の水位が設定レベルよりも低下したときに冷水Ｗ３をタンク２に補給して、水位を設定レベルに保つ。冷水Ｗ３は、例えば、水道水であり、冷却水補給通路２６の入口である給水口２６ａから冷却水補給通路２６に供給される。

冷却水補給通路２６から冷水混入通路３０が分岐している。冷水混入通路３０に、冷水調節弁３２が設けられている。冷水調節弁３２が開弁することで、タンク２に冷水Ｗ３が混入される。本実施形態の冷水調節弁３２は電磁弁である。ただし、冷水調節弁３２は、電磁弁に限定されず、例えば、電動ボール弁、油圧弁であってもよい。

熱交換器４における加熱流体（蒸気）Ｆ１側の構成について説明する。給湯システム１は、熱交換器４に加熱流体Ｆ１を供給する加熱流体供給通路３４を有している。加熱流体供給通路３４に、加熱流体調節弁３６および第３温度センサ３８が設けられている。加熱流体調節弁３６は、熱交換器４への加熱流体ｆ１の供給量を調節する。本実施形態の加熱流体調節弁３６は電動ボール弁である。ただし、加熱流体調節弁３６は、これに限定されない。第３温度センサ３８は、加熱流体供給通路３４内の加熱流体Ｆ１の温度を検出する。なお、加熱流体供給通路３４には、加熱流体調節弁３６に導入される加熱流体Ｆ１中の異物を除去するストレーナ４０も設けられている。

加熱流体供給通路３４の下流端が、熱交換器４の加熱流体入口４ｃに接続されている。一方、熱交換器４の加熱流体出口４ｄに加熱流体排出通路４２の上流端が接続されている。加熱流体入口４ｃから熱交換器４に流入した加熱流体Ｆ１は、熱交換器４内において温水Ｗ１との間で熱交換して温水Ｗ１を加熱した後、加熱流体出口４ｄから加熱流体排出通路４２に導出される。

加熱流体排出通路４２に、第４温度センサ４４が設けられている。第４温度センサ４４は、加熱流体排出通路４２内の加熱流体Ｆ１の温度を検出する。第１〜第４温度センサ１０，１８，３８，４４により、熱交換器の作動状態、劣化状況等が判定される。加熱流体排出通路４２の下流端に、スチームトラップ４６が設けられている。スチームトラップ４６により、加熱流体排出通路４２中の復水（ドレン）Ｆ２がドレン通路４８から排出される。

加熱流体供給通路３４における加熱流体調節弁３６の上流側に、ドレン取出用通路５０が接続されている。ドレン取出用通路５０の下流端にも、スチームトラップ５２が設けられている。

給湯システム１の各機器は、制御装置５４により制御されている。具体的には、第１〜第４温度センサ１０，１８，３８，４４、圧力センサ２０ａ等の出力値は制御装置５４に入力され、ポンプ８、電磁弁２４、冷水調節弁３２、加熱流体調節弁３６等の機器は制御装置５４の指令により動作する。制御装置５４は、リレー等からなる電気回路であってもよく、プログラムが実装された演算装置であってもよい。

制御装置５４は、温度調節手段５６を備えている。温度調節手段５６は、第１温度センサ１０により検出された温水Ｗ１の温度が所定値Ｔ１を超えたときに、冷水調節弁３２を開弁させて温水Ｗ１の温度を低下させる。本実施形態では、所定値Ｔ１は８５℃である。ただし、所定値Ｔ１は、ポンプ８の入り口でキャビテーションが発生しない範囲であればよく、８５℃に限定されない。

制御装置５４は、さらに、温度設定手段５８を備えている。本実施形態の循環式給湯システム１は、ユーザに供給される熱水Ｗ２の温度目標値が変更されたときにも対応可能に構成されている。つまり、本実施形態では、９８℃の熱水Ｗ２がユーザに供給されているが、ユーザサイドの供給先の変更、作業内容の変更等により、熱水Ｗ２の温度目標値に対応する温水Ｗ１の温度設定値Ｔ２を変更できるように構成されている。温度設定手段５８は、複数の温度設定値Ｔ２（例えば、８５℃、６０℃、４０℃）が選択可能に構成されている。例えば、温水Ｗ１の温度設定値Ｔ２の８５℃は熱水Ｗ２の温度目標値の９５℃に、温水Ｗ１の温度設定値Ｔ２の６０℃は熱水Ｗ２の温度目標値の７０℃に、温水Ｗ１の温度設定値Ｔ２の４０℃は熱水Ｗ２の温度目標値の５０℃にそれぞれ対応している。

温度設定手段５８は、さらに、第１温度センサ１０により検出された温水Ｗ２の温度が選択された温度設定値Ｔ２となるように加熱流体調節弁３８または冷水調節弁３２を制御する。具体的には、温度設定値Ｔ２を上げるときは加熱流体調節弁３８の開度を大きくして加熱流体Ｆ１の供給量を増やす。温度設定値Ｔ２を下げるときは冷水調節弁３２を開弁してタンク２に冷水Ｗ３を混入する。これにより、自然放熱されるときに比べてタンク２内の温水Ｗ１の温度を速やかに低下させることができる。

温度設定手段５８による温度設定値Ｔ２の変更は、遠方の外部端末６０から設定可能である。外部端末６０は、ハードスイッチであってもよく、タッチパネル等に表示されたソフトスイッチであってもよく、中央演算装置のキーボード、マウス等の入力手段であってもよい。制御装置５４と外部端末６０とは、電線、ＬＡＮケーブル、光ファイバ等の配線６２で接続される。また、熱水Ｗ２の温度目標値または温水Ｗ１の温度設定値Ｔ２を作業時間帯でプログラムにより自動的に変更するように構成されていてもよい。

つぎに、本実施形態の循環式給湯システム１の動作について説明する。システムが稼働すると、ポンプ８によりタンク２内の温水Ｗ１が熱交換器４に供給される。温水Ｗ１は、熱交換器４内で加熱流体Ｆ１との間で熱交換されて熱水Ｗ２が生成される。熱水Ｗ２は、ユーザ側配管１００に供給され、熱水戻り通路２２からタンク２に戻される。

タンク２に熱水Ｗ２が戻されると、タンク２内の温水Ｗ１の温度が上昇する。例えば、循環が進むと、熱水Ｗ２と同じ９８℃に達することも起こり得る。第１温度センサ１０で検出された温水温度Ｔが所定値Ｔ１（例えば８５℃）を超えると、温度調節手段５６は、冷水調節弁３２を開弁させて、タンク２に冷水Ｗ３を混入させる。これにより、タンク２内の温水Ｗ１の温度が低下し、９８℃に達することが避けられる。冷水Ｗ３の混入によりタンク２内の温水Ｗ１の水位が上限値を超えた場合、温水Ｗ１はオーバーフロー通路６４から外部に排出される。冷水調節弁３２の閉弁のタイミングは、タイマのような時限装置で設定されてもよく、温水温度Ｔが設定値（例えば、８０℃）を下回ったときに閉弁するようにしてもよい。

例えば、本実施形態の循環式給湯システム１の熱水Ｗ２の温度目標値を９８℃から７０℃に下げる場合、温度設定手段５８が、温水Ｗ１の温度設定値Ｔ２＝６０℃を選択する。温度設定手段５８が、第１温度センサ１０により検出された温水温度Ｔ（例えば８５℃）と、選択された温度設定値Ｔ２（６０℃）を比較する。この場合、検出された温水温度Ｔが温度設定値Ｔ２よりも高いので（Ｔ＞Ｔ２）、両者が同じ（Ｔ＝Ｔ２）となるように冷水調節弁３２を開弁する。

これにより、タンク内２に冷水Ｗ３が混入され、温水Ｗ１の温度が速やかに低下する。冷水Ｗ３の混入によりタンク２内の温水Ｗ１の水位が上限値を超えた場合、温水Ｗ１はオーバーフロー通路６４から外部に排出される。両者が同じ（Ｔ＝Ｔ２）となったら、冷水調節弁３２を閉弁する。温水Ｗ１の温度設定値Ｔ２を高くする場合、熱交換器４の加熱流体調節弁３６の開度を大きくして、熱交換器４からの熱水Ｗ２の温度を上昇させることにより、タンク２内の温水Ｗ１の温度を温度設定値Ｔ２まで速やかに上昇させる。このように、タンク２内の温水Ｗ１の温度を速やかに上下動させることができるので、温水Ｗ１の温度設定値Ｔ２を作業時間帯でプログラムにより自動的に変更する場合の追従性がよい。

上記構成によれば、第１温度センサ１０により検出された温水温度Ｔが所定値Ｔ１を超えると（Ｔ＞Ｔ１）、温度調節手段５６により冷水調節弁３２が開弁されてタンク２内に冷水Ｗ３が混入される。これにより、ユーザ側配管１００の熱水Ｗ２が９８℃であっても、タンク２内の温水Ｗ１の温度は所定値Ｔ１（８５℃）未満に抑制される。その結果、ポンプ８のキャビテーションの発生を防ぐことができる。

タンク２内の温水Ｗ１の温度設定値Ｔ２を下げる場合、第１温度センサ１０により検出された温水温度Ｔが、選択された温度設定値Ｔ２となるように、温度設定手段５８が冷水調節弁３２を開弁する。これにより、タンク２内の温水Ｗ１の温度が低下する。その結果、温度設定値Ｔ２を低下させた場合でも、自然放熱の場合に比べて、温水Ｗ１の温度を迅速に温度設定値Ｔ２に到達させることができる。したがって、温度設定値Ｔ２の数、つまり、３台のタンクを設ける必要がない。

冷水混入通路３０は、冷却水補給通路２６から分岐している。したがって、冷水混入通路専用に別途給水口を設ける必要がないので、給水口２６ａが増加するのを抑制できる。

上記実施形態では、加熱流体Ｆ１として蒸気が用いられているので、熱交換器４による温水Ｗ２の昇温を迅速に行うことができる。

本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。上記実施形態では、第１温度センサ１０は、ポンプ８の下流側で熱交換器４の上流側に配置されていたが、第１温度センサ１０は温水供給通路６に設けられていればよく、その配置は上記実施形態に限定されない。また、上記実施形態では、冷水混入通路３０は、冷却水補給通路２６から分岐されていたが、冷却水補給通路２６とは別に独立して設けられてもよい。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１循環式の給湯システム
２タンク
４熱交換器
６温水供給通路
８ポンプ
１０第１温度センサ（温度センサ）
２６冷却水補給通路
３０冷水混入通路
３２冷水調節弁
３８加熱流体調節弁
５８温度設定手段
Ｆ１加熱流体
Ｗ１温水
Ｗ２熱水
Ｗ３冷水

Claims

温水が貯留されるタンクと、加熱流体と前記タンクから導出された温水との間の熱交換により熱水を生成する熱交換器とを備え、前記熱交換器からの熱水がユーザを経て前記タンクに戻される循環式の給湯システムであって、
前記タンクから前記熱交換器に温水を供給する温水供給通路に設けられたポンプおよび温度センサと、
冷水を前記タンクに混入させる冷水混入通路を開閉する冷水調節弁と、
前記熱交換器の加熱流体の供給量を調節する加熱流体調節弁と、
複数の温度設定値が選択可能であり、前記温度センサにより検出された温水温度が選択された選択された温度設定値となるように前記加熱流体調節弁または前記冷水調節弁を開閉する温度設定手段とを備えた循環式の給湯システム。
請求項１に記載の循環式の給湯システムにおいて、前記冷水混入通路は、前記タンク内の水位が設定レベルよりも低下したときに冷水を前記タンクに補給する冷却水補給通路から分岐している循環式の給湯システム。
請求項１または２に記載の循環式の給湯システムにおいて、前記加熱流体が蒸気である循環式の給湯システム。