JP7260917B2

JP7260917B2 - 循環式の給湯システム

Info

Publication number: JP7260917B2
Application number: JP2020130441A
Authority: JP
Inventors: 真也森
Original assignee: 株式会社ミヤワキ
Priority date: 2020-07-31
Filing date: 2020-07-31
Publication date: 2023-04-19
Anticipated expiration: 2040-07-31
Also published as: JP2022026813A

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、ユーザサイドでの熱水の使用量が少ない場合、タンク内の湯温が高くなり、次回、低温の温水を生成するのが難しくなることがある。このような場合、従来は、タンクに冷却用の水を投入することで、タンク内の湯温を下げていた。ただし、この場合、水を投入することによりタンクから溢れた水を廃棄するという問題があった。

本発明は、水を廃棄することなく、タンク内の湯温を下げ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第１の熱交換器と、前記第１の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熱水戻り通路と、前記熱水戻り通路に設けられて前記タンクの温度が所定値を超えた場合に熱水を前記熱水戻り通路から冷却通路に切り換えて導出する切換弁と、前記冷却通路に設けられて冷却流体と前記切換弁から導出された熱水との間の熱交換により温水を生成する第２の熱交換器とを備えている。前記切換弁は、例えば、三方弁である

この構成によれば、タンクの湯温が所定値を超えた場合、切換弁により、熱水戻り通路の熱水が熱水戻り通路から冷却通路に切り換えて導出される。切換弁から導出された熱水は、第２の熱交換器により冷却流体との間で熱交換されて比較的低温の温水が生成され、タンクに戻される。したがって、冷却用の水をタンクに投入することなく、タンク内の湯温を下げることができる。その結果、水を廃棄することなく、タンク内の湯温を下げることができる。

本発明において、前記冷却流体が、例えば、空気である。この場合、熱交換により昇温した空気を加熱、暖房用に使用できる。また、前記冷却流体は、水であってもよい。この場合、熱交換により得られた温水を洗浄用等に使用できる。

本発明において、前記加熱流体は、例えば、蒸気である。加熱流体に蒸気を用いることで、熱交換器による温水の昇温を迅速に行うことができる。

本発明の循環式の給湯システムによれば、熱水戻り通路の熱水を第２の熱交換器で冷却することで、水を廃棄することなく、タンク内の湯温を下げることができる。

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を生成する第１の熱交換器４とを備え、第１の熱交換器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。

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、第１の熱交換器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の下流側で第１の熱交換器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、第１の熱交換器４の温水入口４ａに接続されている。一方、第１の熱交換器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、第１の熱交換器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。第１の熱交換器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。

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。

第１の熱交換器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、第１の熱交換器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、第１の熱交換器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、第１の熱交換器４の加熱流体入口４ｃに接続されている。一方、第１の熱交換器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から第１の熱交換器４に流入した加熱流体Ｆ１は、第１の熱交換器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。

熱水戻り通路２２に、切換弁６０が設けられている。切換弁６０は、タンク２の湯温に基づいて熱水Ｗ２の供給先を切り換える。詳細には、切換弁６０は、タンク２の湯温が所定値以下の場合に熱水Ｗ２を熱水戻り通路２２に導出するとともに、タンク２の湯温が所定値を超えた場合に熱水Ｗ２を熱水戻り通路２２から冷却通路６２に切り換えて導出する。タンク２の湯温は、例えば、第１温度センサ１０により検出される。タンク２に、湯温検出用の温度センサを別途設けてもよい。切換弁６０は、例えば、三方弁である。ただし、切換弁６０はこれに限定されない。

冷却通路６２に、第２の熱交換器６４が設けられている。第２の熱交換器６４は、冷却流体Ｆ３と切換弁６０から導出された熱水Ｗ２との間の熱交換により温水Ｗ２を生成する。具体的には、冷却通路６２は、上流側冷却通路６２ａと下流側冷却通路６２ｂとを有している。上流側冷却通路６２ａの上流端が切換弁６０に接続され、下流端が第２の熱交換器６４の熱水入口６４ａに接続されている。下流側冷却通路６２ｂの上流端は第２の熱交換器６４の温水出口６４ｂに接続され、下流端は熱水戻り通路２２における切換弁６０の下流側に接続されている。

第２の熱交換器６４の冷却流体入口６４ｃに冷却流体供給通路６６が接続され、第２の熱交換器６４の冷却流体出口６４ｄに冷却流体導出通路６８が接続されている。冷却流体供給通路６６に冷却流体Ｆ３が供給される。冷却流体Ｆ３は、例えば、空気である。ただし、冷却流体Ｆ３は、これに限定されず、例えば、水であってもよい。冷却流体供給通路６６に、冷却流体供給弁７０が設けられている。冷却流体供給弁７０は、例えば、電磁弁である。ただし、冷却流体供給弁７０はこれに限定されない。切換弁６０からの熱水Ｗ２との間で熱交換されて昇温した冷却流体Ｆ３は、冷却流体導出通路６８から導出される。

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４温度センサ１０，１８，３８，４４、圧力センサ１９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、冷却流体供給弁７０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。

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が第１の熱交換器４に供給される。温水Ｗ１は、第１の熱交換器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。特に、ユーザ側配管１００での熱水Ｗ２の使用量が少ない場合、循環が進むと、タンク２内の温水Ｗ１の温度が高くなる。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８０℃）を超えると、制御装置５５からの指令により切換弁６０が操作される。具体的には、熱水戻り通路２２への熱水Ｗ２の供給が遮断され、冷却通路６４に熱水Ｗ２が導出される。

冷却通路６４に導出された熱水Ｗ２は、第２の熱交換器６４内で冷却流体Ｆ３との間で熱交換されて温水Ｗ１が生成される。温水Ｗ１は、熱水戻り通路２２からタンク２に戻される。これにより、タンク２内の温水Ｗ１の温度の上昇が抑制される。一方、第２の熱交換器６４での熱交換により昇温された冷却流体Ｆ３は、冷却流体導出通路６８から導出されて再利用される。

上記構成によれば、タンク２の湯温が所定値を超えた場合、切換弁６０により、熱水戻り通路２２の熱水Ｗ２が熱水戻り通路２２から冷却通路６４に切り換えて導出される。切換弁６０から導出された熱水は、第２の熱交換器６４により冷却流体Ｆ３との間で熱交換されて比較的低温の温水が生成され、タンク２に戻される。

従来は、例えば、二点鎖線で示す冷水混入通路２００が設けられ、冷水混入通路３０に設けられた冷水調節弁２０２を開弁することでタンク２に冷水Ｗ４が混入されて、タンク２の湯温を下げていた。この場合、冷水Ｗ４が投入されることによりタンク２から溢れた水がオーバーフロー管２０４から廃棄される。上記構成では、冷却用の水をタンク２に投入する必要がないので、水を廃棄することなく、タンク２内の湯温を下げることができる。したがって、維持管理費を抑えることができるうえに、水の節約にもつながる。

上記実施形態では、冷却流体Ｆ３として、空気が用いられている。したがって、熱交換により昇温した空気を加熱、暖房用に使用できる。また、冷却流体として、水を用いてもよい。この場合、熱交換により得られた温水を洗浄用等に使用できる。このように、上記構成では、熱エネルギーを効果的に利用できる。

加熱流体Ｆ１に蒸気を用いることで、第１の熱交換器４による温水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。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第１の熱交換器
２２熱水戻り通路
６０三方弁（切換弁）
６２冷却通路
６４第２の熱交換器
Ｆ１加熱流体（蒸気）
Ｆ３冷却流体（空気）
Ｗ１温水
Ｗ２熱水

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第１の熱交換器と、
前記第１の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熱水戻り通路と、
前記熱水戻り通路に設けられて、前記タンクの湯温が所定値を超えた場合に熱水を前記熱水戻り通路から冷却通路に切り換えて導出する切換弁と、
前記冷却通路に設けられて、冷却流体と前記切換弁から導出された熱水との間の熱交換により温水を生成する第２の熱交換器と、を備え、
前記冷却通路の下流端が、前記熱水戻り通路における前記切換弁の下流側に接続されている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、前記切換弁は三方弁であ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、前記冷却流体が空気であ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、前記冷却流体が水である循環式の給湯システム。
請求項１から４のいずれか一項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。