JP3836526B2 - 給湯システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホテル、病院、公共施設などで用いられる大型の給湯システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の給湯装置としてはボイラーが一般的であり、ボイラーで加熱した湯水を循環ポンプで各給湯設備に循環させ、例えば各給湯設備に設けた蛇口から出湯するように構成していた。
【０００３】
ところで、ホテル、病院、公共施設などで用いるボイラーは大型のものが必要であるが、大型のボイラーは出湯する湯水の温度が安定せず、また燃料使用量を多くなるという欠点を有している。
【０００４】
そこで、このような問題を解決するために、温度制御のしやすい容量の小さな給湯装置を複数台並設し、各給湯装置に湯水を循環しながら加熱供給するように構成した給湯システムが提案されている（特開平４−３９５３７号参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した給湯システムの場合、設定温度まで湯水を加熱して燃焼を停止している給湯装置の熱交換器にも常時循環湯水が流れており、非燃焼時にこの熱交換器から循環湯水の熱が外部へ逃がされてしまい、熱効率が悪く、湯水の温度低下が早いという欠点があった。このため、従来の給湯システムでは、給湯装置の燃焼と消火が頻繁に繰り返され、燃料使用量が大きくなるとともに装置の傷みも早いという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、熱効率を改善して燃料使用量を低減するとともに装置の寿命を延ばし、長期間にわたって安定した湯水の供給を行なうことが給湯システムを提供することを目的とする。
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１に係る本発明の給湯システムは、複数台の給湯装置を備える給湯システムであって、前記給湯装置から出湯される温度調整された加熱上水を合流させて循環ポンプにより循環させ、出湯中の前記給湯装置に還流させるとともに、蛇口の分岐箇所に前記加熱上水を供給する加熱上水循環経路と、前記加熱上水循環経路に前記分岐箇所及び前記循環ポンプを跨がって形成され、還流する前記加熱上水を前記給湯装置の出湯口側に戻すバイパス管と、前記加熱上水の温度に応じて前記バイパス管に流す前記加熱上水の流量を調節し、前記加熱上水の温度が高い場合に前記バイパス管に流す流量を増大させ、前記加熱上水の温度が低い場合に前記バイパス管に流す流量を減少させる流量調節弁と、前記流量調整弁と前記給湯装置の入水口との間の前記加熱上水循環経路に接続され、前記加熱上水循環経路に上水を供給する上水供給管と、前記給湯装置毎に設置され、運転する前記給湯装置に前記加熱上水を通水させる通水弁と、前記蛇口の分岐箇所からの出湯又は前記バイパス管に流れる流量の増大により前記加熱上水循環経路に前記上水供給管からの上水供給が増大し、前記給湯装置の出湯温度が設定温度より低下した場合に、前記通水弁を開いて前記給湯装置の運転台数を増加させ、前記給湯装置に循環する前記加熱上水の温度が高い場合には前記通水弁を閉じて前記給湯装置の運転台数を減少させる制御部とを備える構成である。
【０００８】
このような構成とした場合、加熱上水の出湯流量に応じて給湯装置の運転台数が変わるので、余分の給湯装置が無駄に燃焼されるようなことがなくなり、燃料使用量を低減することができる。
【０００９】
また、循環経路を一巡して還流してくる加熱上水の温度が給湯装置で再加熱する必要がない程に高温の場合には、循環経路を還流する加熱上水のほとんどがバイパス管を通じてバイパスされるため、加熱上水が給湯装置へ還流されることがほとんどなくなる。このため、従来のように還流する高温の加熱上水の熱が給湯装置の熱交換器から外部へ放熱されるようなことがなくなり、循環する加熱上水の湯温低下を防止することができる。
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項２に係る本発明は、上記給湯システムにおいて、前記流量調節弁は、前記加熱上水の温度を検知して伸縮するサーモワックスエレメントと、このサーモワックスエレメントの伸縮により開度が調整される弁体とを備える構成である。
【００１１】
このような構成とした場合、流路調整弁の弁開度を加熱上水の温度に応じて可変制御するための特別の制御手段や回路がまったく不要となり、装置をより簡潔に構成することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１に、本発明に係る給湯システムの一例を示す。なお、この図１の例は、３台の給湯装置２０１〜２０３を併設した場合の一例を示すものである。
【００１３】
図において、第１給湯装置２０１は、熱交換器２０７と、この熱交換器２０７を加熱するためのバーナ２１１とを備えている。熱交換器２０７の入水端は入水量センサ２０６、入水温センサ２０５を介して入水管２０４に接続され、熱交換器２０７の出湯端は出湯温センサ２０８、通水弁２０９を介して出湯管２１０に接続されている。また、バーナ２１１には燃料元弁２１２、燃料比例弁２１３を介して燃料が供給されている。
【００１４】
第２給湯装置２０２および第３給湯装置２０３も、前記第１給湯装置２０１とまったく同様の構成になる。なお、この図１の例では、３台の給湯装置を併設したが、併設台数は使用する最大上水量に応じて決定されるものである。
【００１５】
各給湯装置２０１〜２０３の入水管２０４はそれぞれ給水管２２４に接続されており、この給水管２２４、上水供給管２２３、逆止弁２２２、給水ポンプ２２１を通じて上水が供給される。
【００１６】
一方、各給湯装置２０１〜２０３の出湯管２１０はそれぞれ給湯管２２６に接続されており、前記給湯管２２６、還流管２１５、循環ポンプ２１７、回収管２２０、給水管２２４の経路によって加熱上水が一巡して還流する循環経路が構成されている。
【００１７】
給水ポンプ２２１は、受水槽などに貯溜された上水を所定の圧力で前記循環経路に供給するもので、前記循環経路内の加熱上水が蛇口２２７などから外部に取り出されたときなどに生じる圧力低下に応じて適切な量の上水を前記循環経路に補給するものである。また、前記循環経路には逆止弁２１４，２２５を設け、逆流を防止している。
【００１８】
２１９は回収管２２０と還流管２１５を結ぶバイパス管であり、その分岐点には回収管２２０側に還流する流量とバイパス管２１９側に分流する流量を調節する流路調整弁２１８が設けられている。
【００１９】
なお、各給湯装置単体には所定温度まで加熱して出湯することのできる最大有効出湯量があり、給湯システム全体として必要な最大出湯量を満足させるに足る台数の給湯装置が併設される。例えば、給湯装置単体の最大有効出湯量が１０リットル／分であり、給湯システム全体としての必要な最大出湯量が３０リットル／分であれば、給湯装置は図示したように３台併設されることになる。
【００２０】
また、循環ポンプ２１７にて循環させる上水の循環流量は、３台の給湯装置２０１〜２０３が一斉に燃焼を繰り返してその燃料使用量が増大することを防止するために、通常３台の給湯装置のうちの１台または２台が動作する程度の流量で循環させる。この循環する加熱上水は循環経路内を循環するのみであるため、放熱による損失を補う程度に加熱されればよい。
【００２１】
また、蛇口２２７などから外部に上水が出湯された場合は、循環経路内の圧力損失が開放されて流量規制が解除されるので、外部への出湯量に応じて新しい上水が給水ポンプ２２１によって補給され、さらにこの時の出湯流量に見合う台数の給湯装置が動作される。
【００２２】
図２は、前記給湯システム２００の電気回路のブロック図である。
主制御装置３００は装置全体の動作を制御するもので、各給湯装置２０１〜２０３の制御部３０１〜３０３と、外部リモコン装置３０４が接続されている。主制御装置３００は、各制御部３０１〜３０３から送られてくる温度，水量などの検出データを受け取り、各制御部３０１〜３０３に動作指令を与える。各制御部３０１〜３０３は、この動作指令に基づき、それぞれの給湯装置の通水弁２０９、燃料元弁２１２、燃料比例弁２１３などに駆動指令を与える。
【００２３】
図３は、前記主制御装置３００および外部リモコン装置３０４の詳細なブロック図である。
主制御装置３００には、ＣＰＵ３１０、インターフェース用のＩ／Ｏ装置３１１、データや各種情報を一時記憶するためのＲＡＭ３１２、全体の動作を制御する制御プログラムや各種制御データが格納されたＲＯＭ３１３、故障警告データなどを格納するためのＥＥＰＲＯＭ３１４が設けられている。さらに、Ｉ／Ｏ装置３１１には、各制御部３０１〜３０３との間でデータの送受を行なう送受信装置３１５〜３１７、外部リモコン装置３０４との間で通信を行なうための送受信回路３１８が接続されている。
【００２４】
外部リモコン装置３０４には、ＣＰＵ３２０、Ｉ／Ｏ装置３２１、ＲＡＭ３２２、ＣＰＵ３２０を動作させるためのプログラムが格納されているＲＯＭ３２３が設けられている。さらにＩ／Ｏ装置３２１には、運転スイッチ３２７のための起動回路３２４、上水の温度を設定する温度設定スイッチ３２８のための温度設定回路３２５、設定温度、各種故障警報などの情報を報知する表示装置３２９を駆動するための表示回路３２６が接続されている。
【００２５】
図４は、給湯装置２０１（２０２，２０３）の制御部３０１（３０２，３０３）の詳細なブロック図である。制御部３０１（３０２，３０３）には、ＣＰＵ３３０、Ｉ／Ｏ装置３３１、ＣＰＵ３３０に接続されたＡ／Ｄ変換器３３２，３３３、データや各種情報を一時記憶するためのＲＡＭ３３４、動作を制御する制御プログラムや各種制御データが格納されたＲＯＭ３３５が設けられている。Ａ／Ｄ変換器３３２，３３３には、入水管２０４から熱交換器２０７に流入する上水の温度を検出する入水温センサ２０５と、熱交換器２０７から出湯管２１０に出湯される加熱後の上水の温度を検出するための出湯温センサ２０８が接続されている。
【００２６】
Ｉ／Ｏ装置３３１には、通水弁２０９を駆動する通水弁駆動回路３３６、燃料元弁２１２を駆動する燃料元弁駆動回路３３７、燃料比例弁２１３を駆動する燃料比例弁駆動回路３３８、入水量センサ２０６で検出した熱交換器２０７への流量信号を制御に適した波形信号に変換する波形整形回路３３９、主制御装置３００との間でデータの送受を行なう送受信回路３４０が接続されている。
【００２７】
次に、前記構成になる給湯システム２００の動作について詳細に説明する。
まず、主制御装置３００は、第１給湯装置２０１に動作指令を出す。第１給湯装置２０１の制御部３０１は、この動作指令によって通水弁２０９を開かせる。すると給水管２２４、入水管２０４を通って上水が熱交換器２０７に入水され、出湯管２１０より出水される。この上水の流入を入水量センサ２０６にて検出し、バーナ２１１の点火動作に移行するとともに、検出した入水量を主制御装置３００に送信する。
【００２８】
主制御装置３００は、第１給湯装置２０１から送られてくる入水量を基に動作させるべき給湯装置の台数を演算する。例えば、給湯装置１台の最大有効出湯量が１０リットル／分で入水量が３０リットル／分の場合には、３台の給湯装置を駆動する必要があると判断し、第２給湯装置２０２、第３給湯装置２０３にも運転指令を送信する。これにより、第２給湯装置２０２と第３給湯装置２０３も運転を開始する。
【００２９】
主制御装置３００から設定温度が各給湯装置の制御部３０１〜３０３に送信され、各制御部はその設定温度をＲＡＭ３３４に格納し、それぞれにて検出される入水温度、入水量、出湯温度と記憶された設定温度とを基にそれぞれのバーナ２１１に供給する燃料量を演算し、各燃料比例弁２１３の開度を調整して上水を加熱する。設定温度まで加熱された各給湯装置の上水は、それぞれ出湯管２１０より出湯し、給湯管２２６、還流管２１５、循環ポンプ２１７、回収管２２０の循環経路を通って一巡し、再び各給湯装置に還流される。
【００３０】
さて、循環上水が設定温度にまで昇温すると、各給湯装置２０１〜２０３は燃焼を停止して待機状態になるが、循環ポンプ２１７による循環量はほぼ一定に保たれているため、主制御装置３００は各給湯装置の制御部３０１〜３０３に対して通水弁２０９を開くように命令を出し続けている。このため、設定温度まで昇温した上水は必ず各熱交換器２０７を通過して循環することになるが、この熱交換器を通過することにより逆に上水の熱が多量に外部に放出されてしまい、上水の温度は短時間のうちに低下してしまう。
【００３１】
この結果、各バーナ２１１は点火と停止を頻繁に繰り返し、加熱のための燃料消費量が多大になってしまうとともに、湯水が常に熱交換器を通るため、熱交換器に腐食などが発生しやすくなる。そこで、本発明では循環経路にバイパス管２１９と流路調整弁２１８を設け、循環する上水の温度に応じて循環する上水を還流管２１５側へバイパスするように構成している。
【００３２】
前記流路調整弁２１８は、図５に示すように、熱によって膨張・収縮するワックスを封入したサーモワックスエレメント３５０と、このサーモワックスエレメント３５０を内蔵した感熱部３５１と、押圧バネ３５５とを備え、感熱部３５１の外周には分流量を調整するための２つの弁体３５３，３５４が形成されている。そして、例えば前記サーモワックスエレメント３５０として５５℃〜７５℃の範囲で膨張・収縮するものを用い、給湯装置の設定温度を６５℃に設定し、感熱部３５１にて感熱する温度が６５℃を越えてくると感熱部３５１が上方へ移動し、６５℃よりも低下してくると感熱部３５１が下方へ移動するように、調整ネジ３５６を調整する。
【００３３】
弁内を通過する上水によって感熱部３５１が温められると、サーモワックスエレメント３５０が膨張してその先端の突き出しピン３５２が調整ねじ３５６を押し、押圧バネ３５５に抗して感熱部３５１を上方へ押し上げる。一方、上水の温度が低下すると、サーモワックスエレメント３５０が収縮してその突き出しピン３５２が引っ込み、押圧バネ３５５によって感熱部３５１を下方へ押し下げる。
【００３４】
したがって、上水の温度が上昇すれば、弁体３５４側が開いてＡ方向の流量が増え、上水の温度が低下すれば、弁体３５３側が開いてＢ方向への流量が増える。さらに、すべての給湯装置２０１〜２０３の燃焼が停止される程度まで上水の温度が高い場合には、循環される上水のほとんどが流路調整弁２１８でバイパスされ、回収管２２０側の流量が減少する。このため、高温時には上水の熱が熱交換器２０７から外部へ逃がされるようなことがなくなり、せっかく加熱した上水の温度が急激に低下するというようなことがなくなる。
【００３５】
前記の点についてさらに詳しく説明すると、給湯装置２０１〜２０３で加熱されて上水の温度が上昇すると、前記流路調整弁２１８の作用によって給湯装置２０１〜２０３に還流される上水量が減少する。主制御装置３００は、各給湯装置の入水量センサ２０６からの合計流量を演算し、合計入水量が１０リットル／分未満まで低下したら、第２および第３給湯装置２０２，２０３の通水弁２０９を閉じて第２および第３給湯装置２０２，２０３を停止させ、第１給湯装置２０１だけで加熱する。
【００３６】
そして、第１給湯装置２０１には循環する上水の温度と水量を入水温センサ２０５と入水量センサ２０６で常時検出させるために、上水の温度が設定温度に達してその燃焼を停止させる場合でも、通水弁２０９は閉止しないで開けたままにしておく。
【００３７】
やがて循環する上水の温度が低下してくると、流路調整弁２１８はＢ方向への還流量を増大させる。第１給湯装置２０１の入水量センサ２０６で検出される水量が１０リットル／分以上になると、第２給湯装置２０２が動作される。さらに、外部への出湯などによって出湯量が増え、第１および第２給湯装置２０１，２０２にて検出される合計水量が２０リットル／分以上に増加したら、第３給湯装置２０３も動作させる。このようにして、燃料消費量を可能な限り少なくしながら、上水を効率的に加熱することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によるときは、複数台の給湯装置と、該各給湯装置から出湯される温度調整された加熱上水を合流して、蛇口の分岐箇所を介して循環ポンプで循環させて再び各給湯装置へ還流する加熱上水循環経路と、前記循環経路の前記蛇口の分岐箇所を一巡して還流してくる加熱上水を前記給湯装置の出湯口側へバイパスするバイパス管と、該バイパス管への加熱上水の分岐流量を可変制御する流路調整弁と、前記各給湯装置の入水口と前記流路調整弁との間に接続された上水供給管とを備え、前記循環経路への加熱上水の出湯流量に応じて前記給湯装置の運転台数を変えるとともに、前記循環経路を一巡して還流してくる加熱上水の温度が高い時は前記バイパス管への分岐流量を増加し、前記循環経路を一巡して還流してくる加熱上水の温度が低い時は前記バイパス管への分岐流量を低減するようにしたので、加熱上水の出湯流量に応じて給湯装置の運転台数を変えることができ、余分の給湯装置が無駄に燃焼されるようなことがなくなる。このため、燃料使用量を低減することができる。
【００３９】
また、循環経路を一巡して還流してくる加熱上水の温度が再加熱する必要がない程に高温の場合には、循環経路を還流する加熱上水のほとんどがバイパス管を通じてバイパスされるため、加熱上水が給湯装置へ還流されることがほとんどなくなり、従来のように還流する高温の加熱上水の熱が給湯装置の熱交換器から外部へ放熱されるようなことがなくなる。このため、循環する加熱上水の湯温低下が防止され、熱効率を改善して燃料使用量を低減することができるとともに装置の寿命を延ばすことができ、長期間にわたって安定した湯水の供給を行なうことができる。
【００４０】
さらに、請求項２記載の発明によるときは、前記流路調整弁がサーモワックスエレメントを用いた感熱型の弁からなるので、流路調整弁の弁開度を加熱上水の温度に応じて可変制御するための特別の制御手段や回路がまったく不要となる。このため、装置をより簡潔に構成することができ、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る給湯システムの一例を示す図である。
【図２】給湯システムの電気回路のブロック図である。
【図３】主制御装置３００および外部リモコン装置３０４の詳細なブロック図である。
【図４】給湯装置２０１（２０２，２０３）の制御部３０１（３０１，３０２）の詳細なブロック図である。
【図５】流路調整弁２１８の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
２００ 給湯システム
２０１〜２０３ 給湯装置
２０４ 入水管
２０５ 入水温センサ
２０６ 入水量センサ
２０７ 熱交換器
２０８ 出湯温センサ
２０９ 通水弁
２１０ 出湯管
２１１ バーナ
２１５ 還流管
２１７ 循環ポンプ
２１８ 流路調整弁
２１９ バイパス管
２２０ 回収管
２２１ 給水ポンプ
２２３ 上水供給管
２２４ 給水管
２２６ 給湯管
２２７ 蛇口
３００ 主制御装置
３０１、３０２、３０３ 給湯装置制御部
３０４ 外部リモコン装置
３５０ サーモワックスエレメント

Claims (2)

1. 複数台の給湯装置を備える給湯システムであって、
   前記給湯装置から出湯される温度調整された加熱上水を合流させて循環ポンプにより循環させ、出湯中の前記給湯装置に還流させるとともに、蛇口の分岐箇所に前記加熱上水を供給する加熱上水循環経路と、
   前記加熱上水循環経路に前記分岐箇所及び前記循環ポンプを跨がって形成され、還流する前記加熱上水を前記給湯装置の出湯口側に戻すバイパス管と、
   前記加熱上水の温度に応じて前記バイパス管に流す前記加熱上水の流量を調節し、前記加熱上水の温度が高い場合に前記バイパス管に流す流量を増大させ、前記加熱上水の温度が低い場合に前記バイパス管に流す流量を減少させる流量調節弁と、
   前記流量調整弁と前記給湯装置の入水口との間の前記加熱上水循環経路に接続され、前記加熱上水循環経路に上水を供給する上水供給管と、
   前記給湯装置毎に設置され、運転する前記給湯装置に前記加熱上水を通水させる通水弁と、
   前記蛇口の分岐箇所からの出湯又は前記バイパス管に流れる流量の増大により前記加熱上水循環経路に前記上水供給管からの上水供給が増大し、前記給湯装置の出湯温度が設定温度より低下した場合に、前記通水弁を開いて前記給湯装置の運転台数を増加させ、前記給湯装置に循環する前記加熱上水の温度が高い場合には前記通水弁を閉じて前記給湯装置の運転台数を減少させる制御部と、
   を備えることを特徴とする給湯システム。
2. 請求項１記載の給湯システムにおいて、
   前記流量調節弁は、前記加熱上水の温度を検知して伸縮するサーモワックスエレメントと、このサーモワックスエレメントの伸縮により開度が調整される弁体とを備えることを特徴とする給湯システム。

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