JP2022032507A - Hot water supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加熱流体と水との間の熱交換により熱水を生成する熱交換器を備えた給湯システムに関するものである。 The present invention relates to a hot water supply system including a heat exchanger that generates hot water by heat exchange between a heating fluid and water.
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。 Conventionally, a hot water supply device which is a kind of a heating system for generating hot water or hot water by heating cold water or hot water with a heating fluid such as steam is known (for example, Patent Document 1). The generated hot or hot water is supplied to the user. As a kind of such a hot water supply device, there is a circulation type hot water supply system. In the circulation type hot water supply system, by providing a return pipe to the tank in the pipe from the heat exchanger, hot water or hot water is circulated and the water temperature is kept constant even when hot water or hot water is not used. There is. Therefore, the user can use hot water or hot water with almost no waiting time even at a place away from the hot water supply device.
このような給湯システムにおいて、熱交換器が故障すると、熱水の生成ができなくなる、つまり、ユーザへの温水または熱水の供給が不可能となり、生産設備等に大きな影響を与えることになる。 In such a hot water supply system, if the heat exchanger fails, hot water cannot be generated, that is, hot water or hot water cannot be supplied to the user, which has a great influence on the production equipment and the like.
本発明は、熱交換器の劣化を判定し、交換時期を判別することができる給湯システムを提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a hot water supply system capable of determining deterioration of a heat exchanger and determining a replacement time.
上記目的を達成するために、本発明の給湯システムは、加熱流体と水との間の熱交換により熱水を生成する熱交換器と、前記熱交換器に前記加熱流体を供給する加熱流体供給通路に設けられた圧力または温度を検出するセンサの値と加熱流体調節弁の開度から理論熱交換量を算出する理論熱交換量算出手段と、前記熱交換器に供給される水の流量および温度と、前記熱交換器から導出された熱水の温度から実際の熱交換量を算出する熱交換量算出手段と、前記理論熱交換量と前記熱交換量から前記熱交換器の劣化を判定する判定手段と、を備えている。センサは、例えば、加熱流体供給通路の加熱流体の圧力を測定する圧力センサである。また、前記加熱流体は、例えば、蒸気である。 In order to achieve the above object, the hot water supply system of the present invention comprises a heat exchanger that generates hot water by heat exchange between the heating fluid and water, and a heating fluid supply that supplies the heating fluid to the heat exchanger. The theoretical heat exchange amount calculating means for calculating the theoretical heat exchange amount from the value of the sensor for detecting the pressure or temperature provided in the passage and the opening degree of the heating fluid control valve, the flow rate of water supplied to the heat exchanger, and the flow rate of water supplied to the heat exchanger. A heat exchange amount calculating means for calculating the actual heat exchange amount from the temperature and the temperature of the hot water derived from the heat exchanger, and determining the deterioration of the heat exchanger from the theoretical heat exchange amount and the heat exchange amount. It is equipped with a determination means for performing. The sensor is, for example, a pressure sensor that measures the pressure of the heating fluid in the heating fluid supply passage. Further, the heating fluid is, for example, steam.
この構成によれば、理論熱交換量算出手段が、加熱流体供給通路に設けられた圧力または温度を検出するセンサの値と加熱流体調節弁の開度から理論熱交換量を算出する。また、熱交換量算出手段が、熱交換器に供給される水の流量および温度と、熱交換器から導出された熱水の温度から実際の熱交換量を算出する。これらの理論熱交換量と熱交換量から判定手段が熱交換器の劣化を判定する。つまり、判定手段は、熱交換器が劣化していない理論上の熱交換量と、現状の実際の熱交換量とを比較して、その差から熱交換器の劣化を判定する。これにより、熱交換器の交換時期を判別することができ、熱交換器が故障に至る前に熱交換器を交換することが可能になる。その結果、ユーザへの温水または熱水の供給が不可能となることが回避され、生産設備等に悪影響を与えるのを防ぐことができる。 According to this configuration, the theoretical heat exchange amount calculation means calculates the theoretical heat exchange amount from the value of the sensor for detecting the pressure or temperature provided in the heating fluid supply passage and the opening degree of the heating fluid control valve. Further, the heat exchange amount calculating means calculates the actual heat exchange amount from the flow rate and temperature of the water supplied to the heat exchanger and the temperature of the hot water derived from the heat exchanger. From these theoretical heat exchange amounts and heat exchange amounts, the determination means determines the deterioration of the heat exchanger. That is, the determination means compares the theoretical heat exchange amount in which the heat exchanger has not deteriorated with the actual heat exchange amount at present, and determines the deterioration of the heat exchanger from the difference. As a result, it is possible to determine when to replace the heat exchanger, and it is possible to replace the heat exchanger before the heat exchanger fails. As a result, it is possible to prevent the user from being unable to supply hot water or hot water, and to prevent adverse effects on the production equipment and the like.
本発明において、さらに、前記センサの値、前記加熱流体調節弁の開度、前記熱交換器に供給される水の流量および温度から前記熱交換器の出口の理論復水温度を算出する理論復水温度算出手段と、前記理論復水温度と前記熱交換器の出口の復水温度とから前記熱交換器の劣化の判定を修正する修正手段とを備えていてもよい。 In the present invention, further, theoretical restoration for calculating the theoretical condensate temperature at the outlet of the heat exchanger from the value of the sensor, the opening degree of the heating fluid control valve, the flow rate and temperature of the water supplied to the heat exchanger. A water temperature calculation means and a correction means for correcting the determination of deterioration of the heat exchanger from the theoretical condensate temperature and the condensate temperature at the outlet of the heat exchanger may be provided.
この構成によれば、理論復水温度算出手段が、加熱流体供給通路に設けられたセンサの値、加熱流体調節弁の開度、熱交換器に供給される水の流量および温度から熱交換器の出口の理論復水温度を算出する。修正手段は、この理論復水温度と熱交換器の出口の復水温度とから熱交換器の劣化の判定を修正する。つまり、修正手段は、熱交換器が劣化していない理論上の復水温度と、現状の実際の復水温度とを比較して、その差から熱交換器の劣化を判定し、判定手段による熱交換器の劣化判定を修正する。これにより、熱交換器の劣化の判定精度が向上し、熱交換器の交換時期をより正確に判別することができる。 According to this configuration, the theoretical condensate temperature calculation means is a heat exchanger based on the value of the sensor provided in the heating fluid supply passage, the opening degree of the heating fluid control valve, the flow rate and temperature of the water supplied to the heat exchanger. Calculate the theoretical condensate temperature at the outlet of. The correction means corrects the determination of deterioration of the heat exchanger from the theoretical condensate temperature and the condensate temperature at the outlet of the heat exchanger. That is, the correction means compares the theoretical condensate temperature at which the heat exchanger has not deteriorated with the actual condensate temperature at present, determines the deterioration of the heat exchanger from the difference, and uses the determination means. Correct the deterioration judgment of the heat exchanger. As a result, the accuracy of determining the deterioration of the heat exchanger is improved, and the replacement time of the heat exchanger can be determined more accurately.
本発明の給湯システムによれば、熱交換器の交換時期を判別することができ、熱交換器が故障に至る前に熱交換器を交換することが可能になる。 According to the hot water supply system of the present invention, it is possible to determine when to replace the heat exchanger, and it is possible to replace the heat exchanger before the heat exchanger fails.
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実施形態に係る給湯システム1を示す概略構成図である。本実施形態の給湯システム1は、循環式の給湯システムであるが、循環式に限定されない。給湯システム1は、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。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a hot
ユーザに供給される熱水W2は、例えば、98℃に設定されている。このような熱水W2は、例えば、食品メーカの生産設備における殺菌、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。 The hot water W2 supplied to the user is set to, for example, 98 ° C. Such hot water W2 is used, for example, for work such as sterilization and sterilization in the production equipment of a food manufacturer. Further, in the present embodiment, steam is used as the heating fluid F1. However, the heating fluid F1 is not limited to steam, and may be, for example, high-temperature and high-pressure water.
タンク2に、熱交換器4に水W1を供給する水供給通路6が接続されている。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内の水W1を圧送する。第1温度センサ10は、水供給通路6内の水W1の温度(水温度)、つまり、タンク2内の水温度を検出する。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、水供給通路6には、ポンプ8に供給される水W1中の異物を除去するストレーナ12と、水W1の流量を検出する流量計14も設けられている。
A
水供給通路6の下流端が、熱交換器4の水入口4aに接続されている。一方、熱交換器4の水出口4bに熱水供給通路16の上流端が接続されている。水入口4aから熱交換器4に流入した水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、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。
The downstream end of the
熱水供給通路16に、第2温度センサ18および第1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。
The hot
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から給湯システム内のタンク2への熱水W2の供給を停止する場合に閉止される。
A hot
タンク2に水補給通路26が接続されている。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、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、水補給通路26の入口である給水口26aから水補給通路26に供給される。
A
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2圧力センサ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2圧力センサ38は、加熱流体供給通路34内の加熱流体F1の圧力を検出する。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。
The configuration of the heating fluid (steam) F1 side in the
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内において水W1との間で熱交換して水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。
The downstream end of the heated
加熱流体排出通路42に、第3温度センサ44が設けられている。第3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。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。
A third temperature sensor 44 is provided in the heated
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。
A drain take-out
給湯システム1の各機器は、制御装置55により制御されている。具体的には、第1~第3温度センサ10,18,44、第1および第2圧力センサ19、38、流量計14等の出力値は制御装置55に入力され、ポンプ8、電磁弁24、加熱流体調節弁36等の機器は制御装置55の指令により動作する。制御装置55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。
Each device of the hot
制御装置55は、理論熱交換量算出手段60と、熱交換量算出手段62と、判定手段64とを有している。理論熱交換量算出手段60は、加熱流体供給通路34に設けられた第2圧力センサ38の値と加熱流体調節弁36の開度から理論熱交換量E1を算出する。加熱流体供給通路34の管径は既知であるから、加熱流体F1の圧力P1と加熱流体調節弁36の開度V1が分かれば、熱交換器4に導入される加熱流体F1の流量Q1が算出できる。この流量Q1から、熱交換器4が正常な場合の理論上の熱交換量E1、つまり熱交換量の理想値を、例えば、以下の式(1)により算出できる。
E1=a・V1×(b・P1+c)・・・(1)
ここで、a,b,cは係数である。
The
E1 = a ・ V1 × (b ・ P1 + c) ・ ・ ・ (1)
Here, a, b, and c are coefficients.
本実施形態では、理論熱交換量E1の算出に、圧力センサの値が用いられているが、これに代えて、加熱流体供給通路34の温度を検出する温度センサを設け、その値を用いてもよい。
In the present embodiment, the value of the pressure sensor is used for calculating the theoretical heat exchange amount E1, but instead of this, a temperature sensor for detecting the temperature of the heated
熱交換量算出手段62は、熱交換器4に供給される水W1の流量Q2および温度t1と、熱交換器4から導出された熱水W2の温度t2から実際の熱交換量E2を、例えば、以下の式(2)により算出する。
E2=Cp×ρ×Q2×(t2-t1)・・・(2)
ここで、Cpは加熱流体の熱容量で、ρは加熱流体の密度である。
The heat exchange amount calculating means 62 obtains, for example, an actual heat exchange amount E2 from the flow rate Q2 and temperature t1 of the water W1 supplied to the
E2 = Cp × ρ × Q2 × (t2-t1) ... (2)
Here, Cp is the heat capacity of the heating fluid, and ρ is the density of the heating fluid.
水W1の流量Q2は流量計14の検出値が用いられ、水W1の温度t1は第1温度計10の検出値が用いられ、熱水W2の温度t2は第2温度計19の検出値が用いられている。水W1の流量Q2と、熱交換器4の通過前および通過後の湯温t1、t2から実際の熱交換量E2を算出できる。
The detection value of the flow meter 14 is used for the flow rate Q2 of the water W1, the detection value of the
判定手段64は、上述の理論熱交換量E1と熱交換量E2から熱交換器4の劣化を判定する。つまり、判定手段64は、熱交換器4が劣化していない理論上の熱交換量E1と、現状の実際の熱交換量E2とを比較して、その差から熱交換器4の劣化状況を判定する。例えば、理論上の熱交換量E1と実際の熱交換量E2との差(E1-E2)が、理論熱交換量E1の15%よりも大きくなった場合((E1-E2)/E1>0.15)に、判定手段64は、熱交換器4が劣化したと判定する。ただし、劣化判定の数値は、これに限定されない。熱交換器4が劣化状態であると判定された場合、例えば、ランプ表示、音声ガイダンス等で通知する。
The determination means 64 determines the deterioration of the
制御装置55は、さらに、理論復水温度算出手段66と、修正手段68とを有している。理論復水温度算出手段66は、加熱流体供給通路34に設けられた第2圧力センサ38の値、加熱流体調節弁36の開度、熱交換器4に供給される水W1の流量(流量計14の検出値)および温度(第1温度計10の検出値)から熱交換器4の出口4dの理論復水温度T1を算出する。
The
上述のように、加熱流体F1の圧力と加熱流体調節弁36の開度が分かれば、熱交換器4に導入される加熱流体F1の流量が算出できる。正常な状態の(劣化していない)熱交換器4により、この流量の加熱流体F1と、熱交換器4に供給される流量および温度の水W1が熱交換された場合、熱交換後(熱交換器4の出口4d)の加熱流体F1の熱交換器4が正常な場合の理論上の復水温度T1、つまり復水温度の理想値を算出できる。
As described above, if the pressure of the heating fluid F1 and the opening degree of the heating
修正手段68は、この理論復水温度T1と実際の熱交換器4の出口4dの復水温度T2とから熱交換器4の劣化を判定し、判定手段64による判定結果を修正する。つまり、修正手段68は、熱交換器4が劣化していない理論上の復水温度T1と、現状の実際の復水温度T2とを比較して、その差から熱交換器4の劣化状況を判定する。実際の熱交換器4の出口4dの復水温度T2は、第3温度計44の検出値が用いられている。修正手段68は、理論上の復水温度T1と実際の復水温度T2との差(T1-T2)から熱交換器4の劣化度を判断し、判定手段64による判定結果を修正する。例えば、判定手段64が劣化していないと判定した場合でも、修正手段68で算出した値が所定値よりも大きい場合、判定手段64が劣化していると判断してもよい。
The correction means 68 determines the deterioration of the
上記構成によれば、理論熱交換量算出手段60が、第2圧力センサ38の値と加熱流体調節弁36の開度から理論熱交換量E1を算出する。また、熱交換量算出手段62が、熱交換器4に供給される水W1の流量および温度と、熱交換器4から導出された熱水W2の温度から実際の熱交換量E2を算出する。これらの理論熱交換量E1と熱交換量E2から判定手段64が熱交換器4の劣化を判定する。熱交換器4の交換時期を判別することができ、熱交換器4が故障に至る前に熱交換器4を交換することが可能なる。その結果、ユーザへの熱水W2の供給が不可能となることが回避され、生産設備等に悪影響を与えるのを防ぐことができる。
According to the above configuration, the theoretical heat exchange amount calculating means 60 calculates the theoretical heat exchange amount E1 from the value of the
また、理論復水温度算出手段が66、第2圧力センサ38の値、加熱流体調節弁36の開度、熱交換器4に供給される水W1の流量および温度から熱交換器4の出口4dの理論復水温度T1を算出する。修正手段68は、この理論復水温度T1と熱交換器4の出口4dの実際の復水温度T2(第3温度計44の検出値)とから熱交換器4の劣化の判定を修正する。つまり、修正手段66は、熱交換器4が劣化していない理論上の復水温度t1と、現状の実際の復水温度T2とを比較して、その差から熱交換器4の劣化を判定し、必要に応じて判定手段64による熱交換器4の劣化判定を修正する。これにより、熱交換器5の劣化の判定精度が向上し、熱交換器4の交換時期をより正確に判別することができる。
Further, the theoretical condensate temperature calculation means is 66, the value of the
加熱流体F1に蒸気を用いることで、熱交換器4による水の昇温を迅速に行うことができる。
By using steam for the heating fluid F1, the temperature of water can be rapidly raised by the
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。例えば、上記実施形態では、循環式の給湯システムについて説明したが、本発明は循環式以外の給湯システムにも適用可能である。また、上記実施形態の給湯システムは水W1を貯留するタンク2を備えていたが、タンク2はなくてもよい。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。 The present invention is not limited to the above embodiments, and various additions, changes, or deletions can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the above embodiment, the circulation type hot water supply system has been described, but the present invention can be applied to a hot water supply system other than the circulation type. Further, although the hot water supply system of the above embodiment includes the tank 2 for storing the water W1, the tank 2 may not be provided. Therefore, such things are also included within the scope of the present invention.
1 給湯システム
4 熱交換器
34 加熱流体供給通路
36 加熱流体調節弁
38 第2圧力センサ(センサ)
60 理論熱交換量算出手段
62 熱交換量算出手段
64 判定手段
66 理論復水温度算出手段
68 修正手段
F1 加熱流体(蒸気)
W1 水
W2 熱水
1 Hot
60 Theoretical heat exchange amount calculation means 62 Heat exchange amount calculation means 64 Judgment means 66 Theoretical condensate temperature calculation means 68 Correction means F1 Heating fluid (steam)
W1 water W2 hot water
Claims (4)
前記熱交換器に前記加熱流体を供給する加熱流体供給通路に設けられた圧力または温度を検出するセンサの値と加熱流体調節弁の開度から理論熱交換量を算出する理論熱交換量算出手段と、
前記熱交換器に供給される水の流量および温度と、前記熱交換器から導出された熱水の温度から実際の熱交換量を算出する熱交換量算出手段と、
前記理論熱交換量と前記熱交換量から前記熱交換器の劣化を判定する判定手段と、を備えた給湯システム。 A heat exchanger that produces hot water by exchanging heat between the heated fluid and water,
The theoretical heat exchange amount calculating means for calculating the theoretical heat exchange amount from the value of the sensor for detecting the pressure or temperature provided in the heating fluid supply passage for supplying the heating fluid to the heat exchanger and the opening degree of the heating fluid control valve. When,
A heat exchange amount calculating means for calculating the actual heat exchange amount from the flow rate and temperature of the water supplied to the heat exchanger and the temperature of the hot water derived from the heat exchanger.
A hot water supply system including a determination means for determining deterioration of the heat exchanger from the theoretical heat exchange amount and the heat exchange amount.
前記センサの値、前記加熱流体調節弁の開度、前記熱交換器に供給される水の流量および温度から前記熱交換器の出口の理論復水温度を算出する理論復水温度算出手段と、
前記理論復水温度と前記熱交換器の出口の復水温度とから前記熱交換器の劣化の判定を修正する修正手段と、を備えた給湯システム。 In the hot water supply system according to claim 1, further
A theoretical condensate temperature calculating means for calculating the theoretical condensate temperature at the outlet of the heat exchanger from the value of the sensor, the opening degree of the heating fluid control valve, the flow rate and temperature of the water supplied to the heat exchanger.
A hot water supply system comprising a correction means for correcting the determination of deterioration of the heat exchanger from the theoretical condensate temperature and the condensate temperature at the outlet of the heat exchanger.
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