JP6895157B2

JP6895157B2 - 内部循環型給湯システム

Info

Publication number: JP6895157B2
Application number: JP2016197399A
Authority: JP
Inventors: 森　真也; 真也森
Original assignee: 株式会社ミヤワキ
Priority date: 2016-10-05
Filing date: 2016-10-05
Publication date: 2021-06-30
Anticipated expiration: 2036-10-05
Also published as: JP2018059667A

Description

本発明は、蒸気と冷水とを混合して温水を製造する給湯システムに関し、特に内部循環型の給湯システムの改良に関する。

従来、蒸気と冷水とを混合して温水を製造する温水製造装置は、工場に設置されることが多い蒸気源を利用して簡便に温水が得られるものとして知られている。このような温水製造装置には、給湯温度の安定化や配管内の過度な圧力上昇を防ぐために内部循環給湯システムを採用したものがある（例えば特許文献１）。この内部循環給湯システムは、蒸気源から供給される蒸気と給水源から供給される冷水とを熱交換器で熱交換して温水を生成する構成に、前記熱交換器からの温水の一部を冷水の貯留タンクに戻す戻し通路を加えたものである。

特開平６−２０１１８８号公報

前記特許文献１で開示されたような内部循環給湯型の温水製造装置において、温水の戻し通路に固定オリフィスを設け、この固定オリフィスを通して前記温水の一部を通過させて前記貯留タンクに戻す構成のものがある。この構成の場合、戻し通路から冷水の貯留タンクに戻す温水の循環流量が増加すると、必要熱量が多くなる条件（例えば温水の設定温度が高い場合や給湯流量が多い場合）では、循環水も加温しなければならないので、給水温度を直接設定温度まで上昇させることができず、ある程度まで温度上昇された水が固定オリフィスから貯留タンク内に戻り、タンク内の水温をゆっくりと上昇させていくことで、結果的に給湯温度を設定温度まで上昇させている。例えば、内部循環（戻し流量）の割合が給湯流量２に対して１である場合、給湯流量が２から１に変化すると、内部循環がない場合は熱交換器に流入する流量がそのまま半減したことになるが、内部循環がある場合は全体としての給湯流量は３から２に減少するため、熱交換器に流入する流量の減少割合が少なくなるので、温度の安定性は向上する。

しかしながら、ユーザー負荷側で給湯開始時、設定温度に達した温水が得られるまでの立ち上がり時間が長くかかり、即応性が低いという課題があった。

本発明の目的は、ユーザー負荷側で給湯を開始するときの立ち上がり時間が短くて即応性の高い内部循環型給湯システムを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明に係る内部循環型給湯システムは、蒸気と冷水との熱交換により温水を生成する熱交換器と、前記熱交換器への蒸気供給量を調整する蒸気制御弁と、前記熱交換器に導入される前記冷水を貯留するタンクと、前記熱交換器からの温水の一部を前記タンクに戻す戻し通路と、前記戻し通路に設けられて同通路の開度を調整する調整弁と、前記温水の温度を検出する温水温度センサと、前記温水温度センサで検出された温水温度が設定温度になるように前記蒸気制御弁の開度を調整する温度調整手段と、運転開始時に検出された温水温度が設定温度に達するまで前記調整弁の開度を小さくする開度抑制手段と、を備えている。

この構成によれば、運転開始時、熱交換器からの温水の温度が温水温度センサで検出され、この温水温度センサで検出された温水の温度は温度調整手段による蒸気制御弁の開度の調整によって設定温度となるように制御できる。このとき、給湯温度が設定温度に達するまでは、戻し通路の開度が開度抑制手段によって小さく絞られて内部循環流量がゼロないし少量となるので、ユーザー負荷側で設定温度の温水を短い立ち上がり時間で得ることができて即応性に優れる。運転開始時に検出された温水温度が設定温度に達すると、開度抑制手段によって逆に調整弁の開度を徐々に開弁することで、給湯温度を殆ど変化させずに内部循環流量を徐々に増加できるので、給湯システムの安定度が向上する。

本発明の内部循環型給湯システムにおいて、望ましくは、前記熱交換器からの温水を外部の負荷に供給する給湯通路に、給湯調整弁と、その上流側に位置する逆止弁とが設けられ、前記戻し通路が前記給湯通路における前記給湯調整弁と前記逆止弁との間から分岐している。この構成によれば、給湯調整弁と逆止弁との間の給湯通路は温水で満たされており、この温水は逆止弁より上流側へ逆流することがないので、給湯されずに余った温水を確実にタンクに戻すことができる。

本発明の内部循環型給湯システムにおいて、さらに望ましくは前記設定温度を外部からの入力操作により設定する温度設定手段を備えている。この構成によれば、ユーザーは温度設定手段に対し、外部から任意の設定温度を入力できるので、簡単に入力設定できて操作性に優れる。

本発明によれば、運転開始時に給湯温度が設定温度に達するまでは、戻し通路に設けられた調整弁の開度が開度抑制手段によって小さく絞られるので、ユーザー負荷側で設定温度の温水を短い立ち上がり時間で得ることができて即応性に優れる。運転開始時に検出された温水温度が設定温度に達すると、開度抑制手段によって逆に調整弁の開度を徐々に開弁することで、給湯温度を殆ど変化させずに内部循環流量を徐々に増加できるので、給湯システムの安定度が向上する。

本発明の一実施形態にかかる内部循環型給湯システムを示す構成図である。同内部循環型給湯システムと従来の給湯システムの運転時に設定温度に達するまでの立ち上がり時間を比較したグラフである。

以下、本発明の実施形態について図１を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態にかかる内部循環型給湯システムを示す構成図である。同図に示すように、この内部循環型給湯システム１は、蒸気と冷水との熱交換により温水を生成する熱交換器２と、この熱交換器２への蒸気供給量を調整する蒸気制御弁３と、前記熱交換器２に導入される前記冷水を貯留するタンク４と、前記熱交換器２からの温水の一部を前記タンク４に戻す戻し通路５とを備えている。

蒸気は蒸気通路６を通って熱交換器２に導入されるが、この蒸気通路６には手動開閉弁８と異物除去ストレーナ９と蒸気圧センサ１０とが設けられ、異物除去ストレーナ９の下流側で分岐した一方の分岐通路６Ａは熱交換器２に接続され、この熱交換器２の上流側に前記蒸気制御弁３が設けられている。他方の分岐通路６Ｂの下流側には蒸気トラップ７が設けられ、前記熱交換器２に設けられた蒸気トラップ１１からのドレンと合わせて外部へ排出されるようになっている。

タンク４の上部側には給水管のような給水通路１２が配設され、前記給水通路１２を通って給水（冷水）がタンク４に導入されるが、この給水通路１２には手動開閉弁１３とボールタップ１４とが設けられている。このボールタップ１４はタンク水面の上下動によるボール１４ａの変位がレバー付け根の弁を開閉し、タンク４内の水量が一定量となるように、給水通路１２の開度を制御する。同様に、タンク４の上部側にはユーザー側の使用済みないし余剰の温水をタンク４へ戻す外部循環通路１６が配設されており、この外部循環通路１６にも、手動開閉弁１７と、落水防止弁１８とが設けられている。

さらに、タンク４の下部側と熱交換器２との間には水供給通路２０が設けられ、この水供給通路２０には上流側から異物除去ストレーナ２１とポンプ２２と流量計２３とが設けられ、前記ポンプ２２と流量計２３との間には温度センサ２４が設けられている。この温度センサ２４では前記タンク４からポンプ２２によって熱交換器２に導入される水の温度が計測され、その計測値の情報が後述するコントローラ３３に入力される。前記流量計２３では前記タンク４からポンプ２２で熱交換器２に導入される水の流量が計測され、その計測値の情報がコントローラ３３に入力される。

熱交換器２とユーザー負荷である給湯側との間には、熱交換器２からの温水を外部の負荷に供給する給湯通路２５が設けられ、この給湯通路２５の下流側に手動の給湯調整弁２６が、その上流側に逆止弁２７がそれぞれ設けられている。前記給湯通路２５における給湯調整弁２６と逆止弁２７との間からは戻し通路５が分岐して設けられており、その先端の排出口がタンク４の上部側に臨んでいる。この戻し通路５にはその通路の開度を調整できる調整弁２９が設けられている。この調整弁２９は後述するコントローラ３３から出力される指令２９ａにより、戻し通路５の開度を全開から全閉まで任意に開度調整できる。また、前記給湯通路２５の前記給湯調整弁２６と逆止弁２７との間には温水温度を計測する温水温度センサ３０と温水圧力を計測する圧力センサ３１とがそれぞれ設けられている。これらの温水温度センサ３０と圧力センサ３１で得た計測値も情報としてコントローラ３３に入力される。

この内部循環型給湯システム１は、この給湯システムを有効に作動させる制御操作盤であるコントローラ３３を有しており、このコントローラ３３は、給湯通路２５の温水温度センサ３０で検出された温水の温度が設定温度になるように蒸気制御弁３の開度を調整する温度調整手段３４と、運転開始時に温水温度センサ３０で検出された温水の温度が設定温度に達するまで戻し通路５の調整弁２９の開度を小さくする開度抑制手段３５と、外部からの入力操作により温水の温度を任意の設定温度に設定する温度設定手段３６とを備えている。温度調整手段３４および開度抑制手段３５はデジタル演算器またはアナログ電子回路で構成される。温度設定手段３６は図示するようにアナログタイプのダイヤルであるが、この他、デジタルタイプのタッチパネル操作ボタンであってもよい。設定温度は、例えば、６０℃、７０℃または９０℃など、用途に応じて適宜選択される。

このように構成される内部循環型給湯システム１の動作について説明する。給湯運転が開始されると、給水側では冷水（水道水など）が給水通路１２を通ってタンク４内の上部に導入され、タンク４の下部からポンプ２２により熱交換器２に向けて導出される。一方、蒸気側では、蒸気が蒸気通路６を通って分岐通路６Ａから熱交換器２に導入される。この熱交換器２で蒸気と冷水との熱交換により温水を生成する。この温水は給湯通路２５を通り、ユーザー負荷側に供給される。給湯調整弁２６の適度の開弁により給湯量が調整される。このとき、給湯温度が設定温度に達するまでは、給湯通路２５から分岐した戻し通路５に設けた調整弁２９の開度をコントローラ３３の開度抑制手段３５により閉弁するか、もしくは小さく絞る。調整弁２９の開度を小さく絞った場合には戻し通路５からタンク４に戻される熱交換器２からの温水の一部は、僅かな流量で前記タンク４に戻されるので、内部循環流量が減少する結果、温水の給湯温度や給湯流量に殆ど影響を及ぼすことなく給湯状態を維持できる。

この一連の動作時において、蒸気通路６から熱交換器２に導入される蒸気圧は蒸気圧センサ１０で計測され、その計測値がコントローラ３３に情報として入力される。これらの計測値はコントローラ３３の温度調整手段３４で演算され、その演算値をもとに、コントローラ３３から蒸気制御弁３に制御指令として出され、熱交換器２から給湯通路２５に吐出する温水が設定温度となるように、熱交換器２への蒸気供給量が蒸気制御弁３の開度調整により調整される。

運転開始時に検出された温水温度の温度が設定温度に達すると、コントローラ３３の開度抑制手段３５により、給湯通路２５から分岐した戻し通路５に設けた調整弁２９の開度を徐々に開弁する。これにより、給湯温度を殆ど変化させることなく戻し通路５からタンク４への温水の内部循環量を増加させることができて、給湯システムとしての安定度が向上する。

図２は、本発明による内部循環型給湯システムと従来の給湯システムにおける運転時に設定温度に達するまでの立ち上がり時間を比較したグラフである。なお、ここで用いる従来の給湯システムとは、内部循環を備えた点で共通するが、図１の本発明における戻し通路５に設けられた調整弁２９に代えて固定オリフィスを用い、かつ本発明における開度抑制手段３５を有しない構成となっている。

図２に示すように、本発明による内部循環型給湯システムでは、調整弁２９（図１）による戻し流量の適切な抑制により、実線で示すように、同システムの運転開始からすみやかに温水の温度が上昇し、短い立ち上がり時間で設定温度に達する。これに対し、従来の給湯システムでは、破線で示すように、システムの運転開始からの温度上昇が遅く、設定温度に達するまでの立ち上がり時間が長くかかっている。このように、従来の給湯システムでは、固定オリフィスを用いていることで、図１の戻し通路５→タンク４→水供給通路２０→熱交換器２を通る内部循環流量が増して、給湯側で温水が設定温度に達する時間、つまり、立ち上がり時間が長くなる。これに対し、本発明による内部循環型給湯システムでは、運転開始時には、図１の戻し通路５に設けた調整弁２９の調整により、同通路の開度を小さく絞り（閉弁も含む）、内部循環が極力少量ないしゼロの状態にしているため、短い立ち上がり時間で設定温度の温水を得ることができる。

以上のように構成した本発明によれば、運転開始時に給湯温度が設定温度に達するまでは、戻し通路５に設けられた調整弁２９の開度が開度抑制手段３５によって小さく絞られるので、ユーザー負荷側で設定温度の温水を短い立ち上がり時間で得ることができて即応性に優れる。運転開始時に検出された温水温度が設定温度に達すると、開度抑制手段３５によって逆に調整弁２９の開度を徐々に開弁することで、給湯温度を殆ど変化させずに内部循環流量を徐々に増加できるので、給湯システムの安定度が向上する。

また、図１に示すように、熱交換器２からの温水を外部の負荷に供給する給湯通路２５に、給湯調整弁２６と、その上流側に位置する逆止弁２７とを設け、戻し通路を給湯調整弁２６と逆止弁２７との間から分岐させているので、給湯調整弁２６と逆止弁２７との間の給湯通路２５は温水で満たされており、この温水が逆止弁２７より上流側へ逆流することがないので、給湯されずに余った温水を確実にタンク４に戻すことができる。

さらに、設定温度を外部からの入力操作により設定する温度設定手段３６を備えているので、ユーザーは温度設定手段３６に対し、外部から任意の設定温度を入力できるので、簡単に入力設定できて操作性に優れる。

以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、本発明の趣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。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…内部循環型給湯システム
２…熱交換器
３…蒸気制御弁
４…タンク
５…戻し通路
２６…給湯調整弁
２７…逆止弁
２９…調整弁
３０…温水温度センサ
３３…コントローラ
３４…温度調整手段
３５…開度抑制手段
３６…温度設定手段

Claims

蒸気と冷水との熱交換により温水を生成する熱交換器と、
前記熱交換器への蒸気供給量を調整する蒸気制御弁と、
前記熱交換器に導入される前記冷水を貯留するタンクと、
前記タンクの冷水を前記熱交換器に供給する水供給通路と、
前記熱交換器からの温水を外部の負荷に供給する給湯通路と、
前記給湯通路の温水の一部を前記タンクに戻す戻し通路と、
前記戻し通路に設けられて同通路の開度を調整して内部循環流量を調整する調整弁と、
前記温水の温度を検出する温水温度センサと、
前記温水温度センサで検出された温水温度が設定温度になるように前記蒸気制御弁の開度を調整する温度調整手段と、
運転開始時に検出された温水温度が設定温度に達するまで前記調整弁の開度を小さくする開度抑制手段と、を備えた内部循環型給湯システム。
請求項１に記載の内部循環型給湯システムにおいて、前記熱交換器からの温水を外部の負荷に供給する給湯通路に、給湯調整弁と、その上流側に位置する逆止弁とが設けられ、前記戻し通路が前記給湯通路における前記給湯調整弁と前記逆止弁との間から分岐している内部循環型給湯システム。
請求項１または２に記載の内部循環型給湯システムにおいて、前記設定温度を外部からの入力操作により設定する温度設定手段を備えた内部循環型給湯システム。