(57)【要約】【課題】予熱ユニットを小型化して簡易かつ低コストを実現しながらも瞬時最大給水流量に対応することができる給水予熱システムを提供する。【解決手段】給水源１００から給水が供給される給水管３と、給水管３に接続され、給水管３から導かれた給水を、太陽熱を利用して予熱する太陽熱集熱ユニット１０と、太陽熱集熱ユニット１０に接続され該太陽熱集熱ユニット１０で予熱された給水を給湯装置１０１へ導く供給管４と、給水管３および供給管４を接続するバイパス管５と、バイパス管５に設けられ、給水管３側の一次側圧力および供給管４側の二次側圧力が作用するとともに、一次側圧力および二次側圧力の差圧に応じて開弁する機械式弁６と、を備える。【選択図】図１
2013036693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水源から供給される給水を予熱して給湯装置に導く給水予熱システムであって、
前記給水源から給水が供給される給水管と、
前記給水管に接続され、該給水管から導かれた給水を、太陽熱を利用して予熱する太陽熱集熱ユニットと、
前記太陽熱集熱ユニットに接続され該太陽熱集熱ユニットで予熱された給水を前記給湯装置へ導く供給管と、
前記給水管および前記供給管を接続するバイパス管と、
前記バイパス管に設けられ、前記給水管側の一次側圧力および前記供給管側の二次側圧力が作用するとともに、前記一次側圧力および前記二次側圧力の差圧に応じて開弁する機械式弁と、を備えたことを特徴とする給水予熱システム。
【請求項２】
前記機械式弁は、
前記一次側圧力および前記二次側圧力の差圧が、前記太陽熱集熱ユニットにおける最大許容圧力損失よりも小さい所定の値となったときに開弁することを特徴とする請求項１記載の給水予熱システム。
【請求項３】
前記給水管における前記バイパス管の接続部よりも下流側、および、前記供給管における前記バイパス管の接続部よりも上流側のいずれか一方または双方には、前記太陽熱集熱ユニットとの連通を遮断可能な仕切弁が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の給水予熱システム。
【請求項４】
給水源から供給される給水を予熱して給湯装置に導く給水予熱システムであって、
前記給水源から給水が供給される給水管と、
前記給水管に接続され、該給水管から導かれた給水を予熱する予熱ユニットと、
前記予熱ユニットに接続され該予熱ユニットで予熱された給水を前記給湯装置へ導く供給管と、
前記給水管および前記供給管を接続するバイパス管と、
前記バイパス管に設けられ、前記給水管側の一次側圧力および前記供給管側の二次側圧力が作用するとともに、前記一次側圧力および前記二次側圧力の差圧に応じて開弁する機械式弁と、を備えたことを特徴とする給水予熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給水源から供給される給水を予熱して給湯装置に導く給水予熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、給水源と給湯装置との間に、太陽熱を利用して給水を予熱する予熱ユニットが接続され、太陽熱で予熱した給水を給湯装置に導くことで省エネルギーに貢献する熱効率を向上させた給水予熱システムが広く知られている。こうした給水予熱システムは、例えば、一般家庭用としては通水可能流量が小さい予熱ユニットを採用し、学校や病院等の施設では通水可能流量が大きいシステムを設置する等、想定される要求流量に応じた設計をするのが通常である。
【０００３】
このとき、給水量は時間的な偏りが大きく、特定の時間帯における瞬時給水流量が、一日の平均給水流量に比べて極めて大きくなる傾向があり、給水予熱システムを設置するにあたっては、予熱ユニットの通水可能流量を、瞬時最大給水流量に耐えうるように設計する必要がある。また、予熱ユニットの通水可能流量を超過する給水量が要求されると、予熱ユニットにおいて圧力損失が大きくなって配管が劣化、損傷するおそれがある。さらに、瞬時最大給水流量に耐えうる大型の予熱ユニットを採用すると、特定の時間帯を除く多くの時間帯で過剰設備となってしまう。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１〜３に示される給水予熱システム（以下、「従来の給水予熱システム」という）の使用方法を改良することで、通水可能流量がある程度制約された小型の予熱ユニットを採用しながらも、大きな瞬時最大給水流量に対応可能とすることが考えられる。
【０００５】
具体的には、従来の給水予熱システムは、給水源と予熱ユニットとを接続する給水管と、予熱ユニットと給湯装置とを接続する供給管と、これら給水管および供給管を接続するバイパス管と、を備えている。また、予熱ユニットからの給水（予熱給水）と、バイパス管からバイパスされた給水（冷水）とを切り換える切換バルブが設けられており、給湯装置側の使用状態や目標温度等の検出結果に基づいて、制御装置が切換バルブを制御することとしている。
【０００６】
こうした従来の給水予熱システムでは、センサによって検出される瞬時給水流量が大きくなった場合にのみ、制御装置が切換バルブを制御して、予熱ユニットからの給水と、バイパス管からの給水とを混合して供給することが可能となる。したがって、通水可能流量が制約される小型の予熱ユニットを採用しながらも、当該予熱ユニットにおける通水可能流量以上の瞬時最大給水流量に対応することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１２０９９７号公報
【特許文献２】特開２００４−１２５２２０号公報
【特許文献３】特開２０１０−２６６１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、瞬時最大給水流量に対応するために、各種のセンサや制御装置、さらには電動の切換弁を設けることとなると、その分、システム全体のコストが上昇してしまい、結局、通水可能流量が大きい大型の予熱ユニット並みのコストになってしまう。
【０００９】
そこで、本発明は、小型の予熱ユニットを採用して低コストを実現しながらも、当該予熱ユニットにおける通水可能流量以上の瞬時最大給水流量に対応することができる給水予熱システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の給水予熱システムは、給水源から供給される給水を予熱して給湯装置に導く給水予熱システムであって、前記給水源から給水が供給される給水管と、前記給水管に接続され、該給水管から導かれた給水を、太陽熱を利用して予熱する太陽熱集熱ユニットと、前記太陽熱集熱ユニットに接続され該太陽熱集熱ユニットで予熱された給水を前記給湯装置へ導く供給管と、前記給水管および前記供給管を接続するバイパス管と、前記バイパス管に設けられ、前記給水管側の一次側圧力および前記供給管側の二次側圧力が作用するとともに、前記一次側圧力および前記二次側圧力の差圧に応じて開弁する機械式弁と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、前記機械式弁は、前記一次側圧力および前記二次側圧力の差圧が、前記太陽熱集熱ユニットにおける最大許容圧力損失よりも小さい所定の値となったときに開弁するとよい。
【００１２】
また、前記給水管における前記バイパス管の接続部よりも下流側、および、前記供給管における前記バイパス管の接続部よりも上流側のいずれか一方または双方には、給水を遮断可能な仕切弁を設けるとよい。
【００１３】
また、本発明の給水予熱システムは、給水源から供給される給水を予熱して給湯装置に導く給水予熱システムであって、前記給水源から給水が供給される給水管と、前記給水管に接続され、該給水管から導かれた給水を予熱する予熱ユニットと、前記予熱ユニットに接続され該予熱ユニットで予熱された給水を前記給湯装置へ導く供給管と、前記給水管および前記供給管を接続するバイパス管と、前記バイパス管に設けられ、前記給水管側の一次側圧力および前記供給管側の二次側圧力が作用するとともに、前記一次側圧力および前記二次側圧力の差圧に応じて開弁する機械式弁と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、小型の予熱ユニットを採用して低コストを実現しながらも、当該予熱ユニットにおける通水可能流量以上の瞬時最大給水流量に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態の給水予熱システムの全体を説明する図である。
【図２】太陽熱集熱ユニットにおける圧力損失と流量との関係を示すＰ−Ｑ線図である。
【図３】機械式弁における圧力損失と流量との関係を示すＰ−Ｑ線図である。
【図４】給水予熱システムにおける圧力損失と流量との関係を示すＰ−Ｑ線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１７】
図１は、本実施形態の給水予熱システムの全体を説明する図である。この図に示すように、本実施形態の給水予熱システム１は、給水源１００から給湯装置１０１へと給水を導く給水回路２を備えており、この給水回路２中に太陽熱集熱ユニット１０が接続されている。
【００１８】
太陽熱集熱ユニット１０は、給水源１００から導かれた給水を蓄える蓄熱タンク１１と、複数の集熱パネル１２ａが直列に接続された集熱パネルユニット１２と、これら蓄熱タンク１１および集熱パネルユニット１２間に流体を循環させる配管１３と、を備えている。配管１３にはポンプ１４が接続されており、このポンプ１４を駆動すると、熱交換部１３ａ→配管１３→集熱パネルユニット１２→配管１３→熱交換部１３ａといった順に流体が循環する。
【００１９】
集熱パネルユニット１２は周知の構成であるため、ここでは詳細な説明を省略するが、集熱パネルユニット１２は、配管１３から流入する流体を太陽熱で加温して再び配管１３に流出させるものである。したがって、流体は太陽熱集熱ユニット１０を通過する過程で加温されて、熱交換された熱が蓄熱タンク１１に導かれることとなる。
【００２０】
また、配管１３は、蓄熱タンク１１内において螺旋状をなす熱交換部１３ａを備えており、この熱交換部１３ａを流体が流通する過程で、当該流体と、蓄熱タンク１１内に貯留された給水との間で熱交換がなされる。これにより、蓄熱タンク１１内に貯留された給水は予熱されることとなり、また、熱交換を終えた流体は、再び集熱パネルユニット１２を流通する過程で加温されて、熱交換部１３ａに導かれることとなる。
【００２１】
上記の太陽熱集熱ユニット１０が接続される給水回路２は、給水源１００から給水が供給される給水管３を備えており、この給水管３が上記の蓄熱タンク１１に接続されている。また、蓄熱タンク１１には、当該蓄熱タンク１１で予熱された給水を給湯装置１０１へ導く供給管４が接続されている。したがって、給水源１００から供給された給水は、給水管３から蓄熱タンク１１に導かれるとともに、蓄熱タンク１１において予熱された後に、供給管４を介して給湯装置１０１に導かれることとなる。
【００２２】
また、給水回路２は、給水管３と供給管４とを接続するバイパス管５を備えている。このバイパス管５には、給水管３側の圧力を一次側圧力として作用させ、供給管４側の圧力を二次側圧力として作用させた機械式弁６が設けられている。本実施形態においては、減圧弁によって機械式弁６が構成されるものとするが、機械式弁６は、給水管３側の圧力と供給管４側の圧力とを作用させ、これら両圧力の差に応じて開弁するものであれば、その具体的な構成は特に限定されるものではない。
【００２３】
なお、給水管３におけるバイパス管５の接続部よりも下流側（蓄熱タンク１１側）には、給水管３を開閉して給水源１００と蓄熱タンク１１とを連通させたり、あるいはその連通を遮断したりする仕切弁７ａが設けられている。また、供給管４におけるバイパス管５の接続部よりも上流側（蓄熱タンク１１側）には、供給管４を開閉して蓄熱タンク１１と給湯装置１０１とを連通させたり、あるいはその連通を遮断したりする仕切弁７ｂが設けられている。
【００２４】
さらに、給水管３におけるバイパス管５の接続部よりも上流側（給水源１００側）には圧力計８ａが設けられており、供給管４におけるバイパス管５の接続部よりも下流側（給湯装置１０１側）には圧力計８ｂが設けられている。これらの仕切弁７ａ、７ｂおよび圧力計８ａ、８ｂは、機械式弁６が開弁する圧力設定を行うために用いるものであり、給水予熱システム１の運用中においては必須の構成ではない。なお、給水予熱システム１の運用中等に何らかの目的で仕切弁や圧力計を設ける場合には、それら仕切弁や圧力計を、機械式弁６の圧力設定に利用することとしてもよい。以下では、機械式弁６の設定について一例を用いて具体的に説明する。
【００２５】
図２は、太陽熱集熱ユニット１０における圧力損失ΔＰと流量Ｑとの関係を示すＰ−Ｑ線図である。例えば、給水元圧（給水管３側の一次側圧力）を０．２４ＭＰａとした場合に、太陽熱集熱ユニット１０（蓄熱タンク１１）において、１５Ｌ／ｍｉｎの流量が通水したときに０．０４ＭＰａの圧力損失が生じ、２０Ｌ／ｍｉｎの流量が通水したときに０．０６ＭＰａの圧力損失が生じるとする。このとき、太陽熱集熱ユニット１０の最大許容圧力損失を０．０６ＭＰａとすると、太陽熱集熱ユニット１０における設計上の最大通水可能流量は２０Ｌ／ｍｉｎとなる。つまり、この太陽熱集熱ユニット１０を採用した場合、蓄熱タンク１１から給湯装置１０１に供給可能な１分間あたりの予熱給水は２０Ｌとなる。
【００２６】
そして、本実施形態の給水予熱システム１において要求される瞬時最大給水流量が６０Ｌ／ｍｉｎであると想定した場合には、太陽熱集熱ユニット１０からは最大でも２０Ｌ／ｍｉｎの給水しか供給することができないため、瞬時最大給水流量が要求されたときに４０Ｌ／ｍｉｎが不足する。そこで、瞬時最大給水流量が要求された場合に、この不足する４０Ｌ／ｍｉｎを、給水源１００からバイパス管５を介して直接供給すべく、次のように機械式弁６の設定が行われることとなる。
【００２７】
具体的には、機械式弁６の設定圧を設定する際には、図１に示すように、まず、仕切弁７ａ、７ｂを閉じて、給水源１００からバイパス管５を介して給湯装置１０１へと給水を供給する。このとき、圧力計８ａ、８ｂを確認しながら、両者の差圧が０．０６ＭＰａとなったところで、バイパス管５を介して供給管４に供給される流量が４０Ｌ／ｍｉｎとなるように、機械式弁６のバネの設定が行われることとなる。
【００２８】
図３は、機械式弁６における圧力損失ΔＰと流量Ｑとの関係を示すＰ−Ｑ線図である。この図に示すように、一次側圧力である給水管３の圧力と、二次側圧力である供給管４の圧力との差が０．０６ＭＰａとなったところで４０Ｌ／ｍｉｎの流量を確保するためには、上記の差圧が０．０４ＭＰａとなったときに機械式弁６を開弁させる必要がある。
【００２９】
換言すれば、この機械式弁６の流量特性によれば、給水管３の圧力と供給管４の圧力との差が０．０４ＭＰａとなったときに開弁するように機械式弁６のバネの設定を行うことで、上記の差圧が０．０６ＭＰａとなったときに４０Ｌ／ｍｉｎの流量を確保することができる。したがって、ここでは一次側圧力である給水管３の圧力と、二次側圧力である供給管４の圧力との差が、太陽熱集熱ユニット１０の最大許容圧力損失である０．０６ＭＰａよりも小さい０．０４ＭＰａとなったところで開弁するように、機械式弁６の設定が行われることとなる。
【００３０】
図４は、給水予熱システム１における圧力損失ΔＰと流量Ｑとの関係を示すＰ−Ｑ線図である。この図に示すように、本実施形態の給水予熱システム１によれば、給湯装置１０１側から給水の要求があると、蓄熱タンク１１から供給管４を介して給湯装置１０１へと予熱給水が供給される。このとき、太陽熱集熱ユニット１０（蓄熱タンク１１）における圧力損失が０．０４ＭＰａとなるまで、すなわち、要求流量が１５Ｌ／ｍｉｎ以内の場合には、機械式弁６が閉弁した状態に維持されており、要求流量の全てが蓄熱タンク１１で予熱された給水によって賄われることとなる。
【００３１】
そして、給湯装置１０１側における要求流量が大きくなって、供給管４における圧力損失が０．０４ＭＰａを超えると、換言すれば、給水管３側と供給管４側との差圧が０．０４ＭＰａ以上となると機械式弁６が開弁する。
【００３２】
これにより、給湯装置１０１へは、蓄熱タンク１１において予熱された予熱給水に加えて、バイパス管５を介して給水源１００から直接給水が供給されることとなる。そして、太陽熱集熱ユニット１０の最大許容圧力損失である０．０６ＭＰａとなる時点では、蓄熱タンク１１から２０Ｌ／ｍｉｎの給水が供給され、バイパス管５から４０Ｌ／ｍｉｎの給水が供給されることとなる。したがって、本実施形態の給水予熱システム１によれば、６０Ｌ／ｍｉｎの瞬時最大給水流量に耐えうることができる。なお、瞬時最大給水流量がより多い場合には、一次側圧力と二次側圧力との差圧がより小さいところで開弁するように機械式弁６の設定を行えばよい。
【００３３】
このように、通常は、蓄熱タンク１１において予熱された予熱給水が供給され、給湯装置１０１側における要求流量が大きくなった場合には、予熱給水に加えて、給水源１００からバイパス管５を経由した給水が供給されるので、蓄熱タンク１１をはじめとする太陽熱集熱ユニット１０を通常時の要求流量に合わせて設計したとしても、太陽熱集熱ユニット１０の通水可能流量以上の瞬時最大給水流量に対応することができる。しかも、給湯装置１０１に供給される給水には、必ず、太陽熱集熱ユニット１０において予熱された給水が含まれるので、太陽熱を余すところなく利用することができ、給水予熱システム１全体で高い熱効率が実現される。
【００３４】
また、機械式弁６の開閉は、給水管３と供給管４との差圧によって自動的になされるので、給水予熱システム１は、各種のセンサや制御装置を何ら要することがなく、よって、簡易かつ低コストで上記のシステムを実現することが可能である。
【００３５】
なお、本実施形態においては、給水を予熱する予熱ユニットとして太陽熱を利用する場合について説明したが、予熱ユニットの構成はこれに限らない。例えば、ボイラ等の何らかの装置から回収した排熱を利用して給水を予熱することとしてもよい。この場合には、排熱回収装置と、当該排熱回収装置によって回収された排熱と給水とを熱交換する熱交換部とが予熱ユニットを構成することとなる。
【００３６】
また、本実施形態においては、給水管３および供給管４にそれぞれ仕切弁７ａ、７ｂを設けることとしたが、機械式弁６の設定にあたっては、仕切弁７ａ、７ｂのいずれか一方のみを閉弁することとしてもよい。したがって、機械式弁６の設定のため仕切弁を設ける場合には、仕切弁７ａ、７ｂのいずれか一方のみを設けることとしてもよい。
【００３７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、給水源から供給される給水を予熱して給湯装置に導く給水予熱システムに利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１     …給水予熱システム
３     …給水管
４     …供給管
５     …バイパス管
６     …機械式弁
７ａ、７ｂ   …仕切弁
１０   …太陽熱集熱ユニット
１１   …蓄熱タンク
１２   …集熱パネルユニット
１００  …給水源
１０１  …給湯装置
【図１】
2013036693.tif 000003
【図２】
2013036693.tif 000004
【図３】
2013036693.tif 000005
【図４】
2013036693.tif 000006