JP7303554B2 - 給湯システム - Google Patents

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。

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

このような給湯システムでは、熱交換器に加熱流体を供給する加熱流体供給通路に、加熱流体の量を調節する加熱流体調節弁が設けられている。加熱流体調節弁が故障すると、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。

本発明は、加熱流体調節弁が故障した場合でも、ユーザへの温水または熱水の供給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。

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と、前記加熱流体供給通路に設けられて前記熱交換器に供給される前記加熱流体の量を調節する加熱流体調節弁と、前記加熱流体供給通路に設けられて前記加熱流体調節弁をバイパスするバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられて前記バイパス通路を開閉する開閉弁と、前記加熱流体調節弁が故障した場合に前記開閉弁を開操作する制御装置とを備えている。前記加熱流体は、例えば、蒸気である。また、前記開閉弁は、例えば、電磁弁である。

この構成によれば、加熱流体調節弁が故障した場合、加熱流体調節弁をバイパスするバイパス通路に設けられた開閉弁が開操作される。これにより、加熱流体調節弁が故障した場合でも、熱水を生成することができる。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。また、加熱流体に蒸気を用いることで、熱交換器による水の昇温を迅速に行うことができる。さらに、開閉弁に電磁弁を用いることで、開閉弁の構造が簡単になる。

本発明において、前記制御装置は、前記熱交換器からの熱水が所定温度を超えた場合に、前記開閉弁を閉操作するようにしてもよい。開閉弁はＯＮ／ＯＦＦのみの動作であって開度制御ができず、給湯温度の制御ができないから、給湯温度が上昇することが懸念されるが、この構成によれば、熱交換器からの熱水が所定温度を超えた場合、開閉弁を閉操作して熱水の生成を抑制するので、給湯温度の過上昇を防ぐことができる。

本発明において、前記バイパス通路が、前記加熱流体供給通路よりも通路面積が小さく形成されていてもよい。この構成によっても、バイパス通路を小径としているので、加熱流体調節弁が故障時に加熱流体の熱交換器への過剰な流入を阻止でき、給湯温度の過上昇を防ぐことができる。

本発明の給湯システムによれば、加熱流体調節弁が故障した場合でも、熱水を生成することができる。

本発明の第１実施形態に係る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、給湯システム１はこれに限定されない。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。

ユーザに供給される熱水Ｗ２は、例えば、９５℃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。

タンク２に、熱交換器４に水Ｗ２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。

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。

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。

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、給湯システム内のタンク２へユーザ側配管１００からの熱水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。

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。

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。

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。

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。

加熱流体供給通路３４に、加熱流体調節弁３６をバイパスするバイパス通路６０が設けられている。具体的には、バイパス通路６０は、加熱流体供給通路３４における加熱流体調節弁３６の上流側と下流側とを連通している。バイパス通路６０は、加熱流体供給通路３４よりも通路面積が小さく形成されている。バイパス通路６０は、例えば、加熱流体供給通路３４の半分程度の通路面積で形成されている。バイパス通路６０の大きさは、これに限定されない。

バイパス通路６０に、バイパス通路６０を開閉する開閉弁６２が設けられている。本実施形態の開閉弁６２は電磁弁である。ただし、開閉弁６２は、電磁弁に限定されず、例えば、エア式または油圧式のＯＮ－ＯＦＦバルブであってもよい。

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、開閉弁６２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。

制御装置５５は、加熱流体調節弁３６が故障した場合に開閉弁６２を開操作する。加熱流体調節弁３６の故障は、例えば、加熱流体調節弁３６の開指令を出力しても、加熱流体調節弁３６から開信号が返信されてこない場合、あるいは加熱流体調節弁３６の開度が大きくならない場合を含む。加熱流体調節弁（電動ボール弁）３６は、ばね等により押圧されて常時閉となるように構成され、開動作時にはモータのような動力源により、ばね力に抗して開くように構成されている。したがって、モータの故障等が発生した場合、加熱流体調節弁３６は閉状態となる。

加熱流体調節弁３６の閉状態が続くと、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。加熱流体調節弁３６が故障した際に、制御装置５５により開閉弁６２が開操作されることで、バイパス通路６０を介して熱交換器４に加熱流体Ｆ１が供給され、熱水の生成を可能にしている。

制御装置５５は、バイパス通路６０を介して熱交換器４に加熱流体Ｆ１が供給されている際に、熱交換器４からの熱水Ｗ２が所定温度を超えた場合、開閉弁６２を閉操作する。熱水Ｗ２の温度は、第２温度計１８の検出値が用いられる。

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内の水Ｗ１が熱交換器４に供給される。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。

加熱流体調節弁３６が故障した場合、バイパス通路６０に設けられた開閉弁６２が開操作される。これにより、加熱流体調節弁３６が故障した場合でも、バイパス通路６０を介して熱交換器４に加熱流体Ｆ１が供給され、熱水Ｗ２を生成することができる。したがって、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。

開閉弁６２は開度制御ができないから、加熱流体調節弁３６の故障時は、給湯温度の制御ができない。したがって、熱水Ｗ２の温度調整は、ユーザ側配管１００で行う必要がある。この場合、ユーザ側配管１００に供給される熱水Ｗ２の温度が上昇することが懸念される。上記構成では、熱交換器４からの熱水Ｗ２の温度（第２温度計１８の検出値）が所定値を超えた場合、開閉弁６２が閉操作されて熱水Ｗ２の生成が抑制される。これにより、ユーザ側配管１００に供給される熱水Ｗ２の温度の過上昇を防ぐことができる。

また、上記構成では、バイパス通路６０を加熱流体供給通路３４よりも小径としているので、加熱流体Ｆ１の熱交換器への過剰な流入を阻止できる。これによっても、ユーザ側配管１００に供給される熱水Ｗ２の温度の過上昇を防ぐことができる。

開閉弁６２として電磁弁を用いることで、開閉弁６２の構造が簡単になる。また、加熱流体Ｆ１に蒸気を用いることで、熱交換器４による水Ｗ１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。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、本発明の給湯システムは循環式に限定されない。また、本発明の給湯システムは、タンク２を備えない給湯システムにも適用できる。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 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
５５ 制御装置
６０ バイパス通路
６２ 開閉弁（電磁弁）
Ｆ１ 加熱流体（蒸気）
Ｗ１ 水
Ｗ２ 熱水

Claims (3)

1. 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と、
   前記加熱流体供給通路に設けられて、前記熱交換器に供給される前記加熱流体の量を調節する加熱流体調節弁と、
   前記加熱流体供給通路に設けられて、前記加熱流体調節弁をバイパスするバイパス通路と、
   前記バイパス通路に設けられて、前記バイパス通路を開閉する開閉弁と、
   前記加熱流体調節弁が故障した場合に、前記開閉弁を開操作する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記熱交換器からの熱水が所定温度を超えた場合に、前記開閉弁を閉操作し、
   前記バイパス通路が、前記加熱流体供給通路よりも通路面積が小さく形成されている給湯システム。
2. 請求項１に記載の給湯システムにおいて、前記開閉弁が電磁弁である給湯システム。
3. 請求項１または２に記載の給湯システムにおいて、前記加熱流体が蒸気である給湯システム。

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