JP3912690B2 - 加熱水道水の温度制御方法並びに装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器の２次側で加熱される水道水の温度を調整するための方法並びに装置に関するものであり、当該方法及び装置では加熱された水道水の温度及び流量が測定され、レギュレーターが熱交換器の１次側で流量を調節する設定手段を制御する。
このような装置は、ドイツ特許出願公開第４２０６０７４号に開示のものが知られており、熱交換器の１次側に、温水用貯水コンテナと循環ポンプとを含む密閉循環回路を構成している。循環ポンプは、熱交換器の２次側での温度降下と同様に熱交換器の１次側での温度降下に応答するレギュレーターにより制御され、前記レギュレーターは熱交換器の時間単位の必須伝達エネルギー量を演算するようにプログラムされている。その他考慮すべき要件は、２次回路の流量センサで感知される加熱水道水の流量である。この演算には、複数の（少なくとも４つの）温度センサとそのレギュレーターへの接続部が必要となる。しかしそれでも公知装置では、温水消費量が急激に変化する場合、良好な温度安定性を確立することが困難である。
熱交換器と類似する構造が地域集中加熱にも利用されており、ここではネットワークの往復ラインが熱交換器を流れる公共の温水の流量を調節する設定手段とともに、熱交換器の１次側に接続されている。
極少数の家屋単位であっても、多数の家屋単位であっても、家屋などでは日々一定時間、加熱水道水消費量が急激にかつ比較的急速に変化する。流量が変化するとき即ち、２次回路の水量が流出してしまい、まだ所望設定温度に加熱されていない新しい水と交換されるとき、温度センサがその変化を感知するのに一定の遅れが生じる。従って、レギュレーターが反応し熱交換器の１次回路の流量制御バルブ制御を開始する前に加熱水道水の温度がかなり低下してしまう。
従って熱交換器の加熱水道水を加熱する場合、加熱水道水の流れが急激に変化するときも水温を一定に保つということが問題になる。この問題点を解決する試みとして国際公表公報番号第ＷＯ８６／０６４５９号（カーレニウス）に記載のものがあり、２次回路はミキサーに接続され、熱交換器を通過して加熱された温水が冷水（加熱されていない水）と混合されて、混合の割合はサーモスタットバルブ手段により制御される。ここでは大きな流量変化は許容され得るが動的応答が充分でない。サーモスタットに１次回路の設定手段を制御させる手段は、サーモスタツトの状態が直に２次回路の水温に依存している事実により、原則として前述と同様の問題を起こす。
スウェーデン第ＳＥ−Ｂ−３２８３８８号（オーバガード）に開示された別の装置では、水道水は熱交換器で加熱されその１次側は地域集中加熱ネットワークに接続されている。ここでは水道水回路（温水）にはサーモスタットバルブもしくは対応温度センサを省略している。代わりに集中加熱ネットワークに接続されたラインのバルブを直接制御する流量センサが存在する。温水流量の変動には即反応できるが、加熱水道水の絶対温度は全く制御されず流入する水道水の温度や、集中加熱ネットワーク中の温水温度などの異なる要件で変化する。
この技術背景に対して、本発明は、熱交換器で加熱される水道水の温度をより迅速且つ確実に制御することを目的としており、これにより流量が瞬間的に変化しても加熱水道水の温度は比較的小さい変動で本質的に一定に維持される。
本発明によれば、この目的は請求項１、５各々に記載した方法並びに装置により達成される。さらに好ましい特徴を請求項２乃至４並びに請求項６乃至８に各々記載する。
本発明を２つの態様を表す添付図面に関し以下にさらに詳しく説明する。
図１は第１態様による本発明制御装置の略図を示す。
図２は第２態様の略図を示す。
図１は熱交換器１を示し、この１次側は前進（送り）ライン２と後退（戻り）ライン３とで地域集中加熱ネットワークに接続されている。前進ライン２には、熱交換器１の加熱水道水用２次回路に配置された温度センサ６からの信号に応答してレギュレーター５により制御される、流量調整バルブ４が存在する。この２次回路は、供給水給水ライン７と加熱された供給水、即ち加熱水道水用の排水ライン８とを含む。この排水ラインはビルの複数の水道栓（図面では１つだけの蛇口９を図示）に接続されるものである。熱交換器を流れる定常流は、循環ポンプ１１を備えたシャント（分岐）ライン１０の手段により維持される。
今迄説明してきたシステムそれ自体は基本的には公知のものである。
本発明では、温度センサ６は、２次回路の排水ライン８に好ましくは熱交換器１付近に配され、排水ラインの水道水の瞬間的温度変化を感知するように設けられている。
さらに流量センサ１２を２次回路内、好ましくは給水ライン７内に備え、予め設定されたロード（負荷）範囲内の流量の増減による変化の前後の相対的流量の変動を計測する。この流量センサはレギュレーター５にも接続されており、このレギュレーターにより加熱水道水の流量の突然の増加もしくは減少の際に排水ライン８の温度が低下したり上昇する前に、１次回路の流量調整バルブ４が制御されるように設けられている。これにより、初期の温度調節工程を短縮することができるので、加熱水道水流が激しく変化しても、加熱水道水温度は実質的に一定にあるいは少なくとも限られた範囲内に維持される。
流量センサ１２により、一定遅れで温度センサ６により、感知される瞬間的なロード変化の際には、まず相対流量変化の大きさに応答し、またシステム全体の熱力特性をある程度考慮して、流量調整バルブ４がその位置を変化する。バルブ４の位置変化はその独自のシステムに適応させたアルゴリズムによりこうして決定される。アルゴリズムは、そのシステムの動的性質をまず考慮した上で、供給された非加熱供給水に必要なエネルギーの変化をもとに、位置変化の度合を算出する。
前進ライン２の温度及び又は前進ライン２と後退ライン３との圧力差が大きく変化するシステムでは、温度センサ１３及び/又は圧力差センサ１４を配して、レギュレーターにアルゴリズムを自動的に適応させてもよい。
住居ビルで行った計測によれば、加熱水道水の平均消費量（２４時間帯）はトップレベルの約２０％を占めている。このトップレベルは約５分間という蓄積された比較的短時間に起っており、ピークは非常に短く、流量変化は非常に激しい。この事実にもかかわらず、最大消費量ではなく蓄積もしくは平均消費量を基本にしてシステムの寸法を決めても、本発明の制御装置により±２℃の温度安定性を保つことが可能である。従って、本発明は、制御装置の簡易構造と即時応答性能により、温水化された水道水の温度安定性の改良と同様、システムの投資コストをかなり節約することが可能である。原則として、流量センサ１機と温度センサ１機のみで十分である。
図２には簡略した態様を示し、各符号は図１と同様の構成を表している。唯一異なる点は、流量センサ１２、温度センサ１３並びに圧力差センサ１４がレギュレーター５’に修正感知信号を送信する温度センサ６’に接続されていることである。
流量が増加すると、温度センサは感知温度より低い温度に対応する信号を発信する。この様な態様は、センサ１２、１３、１４、６’のみならず、レギュレーター５’において、交換（もしくは補充）が必要な現存のシステムを補充するものとして特に適している。
本発明の添付特許請求の範囲内で当該技術分野に従事する者は様々な異なる方法により、本発明を実施できる。例えば、熱交換器を２つもしくはそれ以上を各々直列及び/又は並列に接続した熱交換器を含むユニット構造としてもよい。

Claims (8)

1. 熱交換器の２次側で加熱水道水の温度及び流量を測定し、前記熱交換器の１次側の流量を調整する設定手段をレギュレーターにより制御することにより、複数の温水栓を有するビル内の加熱水道水の温度を制御する方法において、加熱水道水の温度を決められた温度に保つために、加熱水道水の流量の増減による瞬間的な相対的流量変化を感知するとともに、前記熱交換器の２次側の排出側における加熱水道水の温度変化を感知し、これら瞬間的に感知した変化の大きさに応答して前記設定手段を前記レギュレーターにより制御して１次側の流量を調節することにより、加熱水道水の温度を制御する方法。
2. 感知された瞬間的な相対流量変化に対応する感知信号が、熱交換器の排出側で加熱水道水温度を感知する前記温度センサに伝達され、これにより加熱水道水流量の増加の際に、レギュレーターに対して、感知した温度よりも低い温度に対して温度センサ信号がレギュレーターに伝達される請求項１に記載の方法。
3. 熱交換器の１次側の水温も感知され、この水温を利用して前記レギュレーターにより前記設定手段を制御する請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 熱交換器の１次側の差圧も感知され、この圧力差を利用して前記レギュレーターにより前記設定手段を制御する請求項１乃至３のいずれか１つに記載の方法。
5. 熱交換器（１）が流量調整設定手段（４）を備えた１次回路（２，３）からの熱を、２次回路として機能を果たす加熱水道水回路（７，８，９）に送るように配され、前記２次回路には加熱水道水の温度を一定に維持するために、レギュレーター（５，５’）を介して前記設定手段（４）を制御する温度センサ（６，６’）を備える、加熱水道水の温度を制御する装置において、前記加熱水道水用２次回路（７）内に流量センサ（１２）を備え、該流量センサは加熱水道水の流量の増減による瞬間的な相対的流量変化を感知し、これに応答して前記レギュレーター（５，５’）を介して前記設定手段（４）を制御するとともに、２次回路内の熱交換器（１）の排出側に設置された前記温度センサ（６，６’）で感知した温度変化に応答して前記レギュレーター（５，５’）を介して前記設定手段（４）を制御するようにされていることを特徴とする加熱水道水の温度を制御する制御装置。
6. 前記流量センサ（１２）は前記温度センサ（６’）に接続されている請求項５記載の制御装置。
7. 前記レギュレーター（５、５’）の制御のために、熱交換器（１）の１次回路の給水口（２）に別の温度センサ（１３）が設置されている請求項５または請求項６記載の制御装置。
8. 前記レギュレーター（５、５’）の制御のために、１次回路内の前進ライン２と後退ライン３との間に差圧センサ（１４）が設置されている請求項５乃至７のいずれか１つに記載の制御装置。

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