JPH0794958B2 - 熱交換器用温度調整装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱媒や冷媒などの１次側流体の熱エネルギー
を熱交換器を通じて２次側流体に熱交換して伝達するに
際し、２次側流体の温度を所望範囲内に維持するため
に、上記熱交換器の１次側流体の流量を２次側流体の流
量に関連して制御するようにした熱交換器用温度調整装
置に関する。

〔従来の技術〕

地域暖房システムなどでは、熱交換器を通じて加熱側と
なる熱媒、つまり１次側流体により被加熱側となる２次
側流体を加熱して２次側流体の温度を所定の温度に高め
る手段が採用されている。この場合、２次側流体の流量
が増すとこの２次側流体の温度が低下するという問題が
あり、この温度低下を防止するため加熱側の１次側流体
の流量を増し、つまり熱交換器に供給する熱エネルギー
を増やす必要がある。このため熱交換器用温度調整装置
が用いられている。

従来の熱交換器用温度調整装置は、加熱側となる１次側
流路に温度調整弁を設け、この温度調整弁は、２次側流
体の温度を検出し、この温度変化に応じて１次側流体の
流量を制御するように構成されている。しかし、温度検
出手段は、一般に温度変化に対する追従遅れが大きく、
特に２次側流体の流量が大巾に変動するような場合には
設定温度に対する偏差が大きくなりすぎるという不具合
がある。

また、検出温度が低い場合は温度調整弁を開放させるよ
うに作動するという特性をもち、このため非使用時には
検出部における流体温度が低いため温度調整弁が開放さ
れ、１次側流体が流動し続けることになる。このため、
無用な熱消費が発生し、これを避けるには別に開閉弁を
特設する必要があるなどの不具合がある。

また、従来、２次側流体の圧力に関連して１次側流体の
流量を制御するようにした減圧調整弁を設けたものもあ
るが、このような減圧調整弁では、圧力変動に対する温
度変化の割合が大きすぎるため温度制御の安定性が損な
われるという難点がある。

上述のような問題点を解決しようとして、２次側流体流
量に関連して１次側流体流量を自動制御するようにした
提案（特開昭52−112152号）がある。

この提案のものは、第４図および第５図に示すように、
熱交換器ａの１次側流路に設けられた流量調整手段ｂ
と、２次側流路に設けられた流量感知手段ｃとを機械的
に直接連結して構成されている。そして、２次側流体の
流量が増加すると、蛇口などの下流端部に通路ｇを介し
て連通する圧力室ｈの圧力が下がり、ダイアフラムｉが
上昇するからダイアフラムｉの動きが上側ピストンｄお
よびロッドｅを介して下側ピストンｆに伝達される。し
たがって、上側ピストンｄおよび下側ピストンｆがそれ
ぞれ２次側流路および１次側流路の開度を増し、流量を
増加する方向に作用する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記提案のものは、２次側流路に設けら
れる流量感知手段ｃはダイアフラムｉに作用する圧力に
よりピストンｄおよびｆを動かすものであり、圧力変動
による応答性は良いが、２次側の流量が変化してもこの
変化量によってピストンｄおよびｆを動かすだけの圧力
差が容易に得られないという問題がある。

また、上述のように２次側流路に設けられる流量感知手
段ｃと１次側流路に設けられる流量調整手段ｂとが相互
に直結されているので、２次側流体の流量変動率がその
まま１次側流体の流量変動に反映されることになり、こ
のため２次側流体の流量変動率が大きい場合には必要以
上に温度変動幅も大きくなることがある。

さらに、上記両手段ｂ、ｃの特性を条件に応じて個別に
設定することが困難であるため、１次側および２次側に
流入される各流体の圧力あるいは温度等に関する条件が
変化した場合にはそれに対応する最適状態に設定し直す
ことができず、いずれにしても２次側流体温度を常に所
望範囲内に維持するという所期の目的を達成することが
困難である。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
で、１次側流路の開度および２次側流路の開度をそれぞ
れ別個に制御することができ、２次側流体の流量変化に
対する追従特性および安定性に優れ、かつ圧力や温度等
に関する条件変化に対応する制御特性の可変設定が容易
であり、２次側流体温度をその流量変動に拘らず常に所
望範囲内に維持することができる熱交換器用温度調整装
置を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、１次側流体が流される１次側流路２に流量調
整弁４を設けるとともに、熱交換器１を通じて上記１次
側流体との間で熱交換される２次側流体が流される２次
側流路３に、上記熱交換器よりも下流側に位置して差圧
調整弁５を設け、 上記１次側流路２の流量調整弁４は、ダイアフラム34で
区画された高圧室35および低圧室36を備えるとともに、
このダイアフラム34に連動して流入路23流出路24との間
に形成された弁孔25を開閉する弁体28を有し、上記２次
側流路の熱交換器よりも上流側の圧力および差圧調整弁
５よりも下流側の圧力を上記高圧室35および低圧室36に
導入し、これら高圧室および低圧室の圧力差に応じて上
記ダイアフラム34を移動させて上記弁体28により弁孔25
の開口面積を制御するように構成し、 上記２次側流路３の差圧調整弁５は、ダイアフラム60で
区画された高圧室61および低圧室62を備えるとともに、
このダイアフラム60に連動して流入路53と流出路54との
間に形成された弁孔55を開閉する弁体58を有し、上記２
次側流路の熱交換器よりも上流側の圧力および差圧調整
弁５よりも下流側の圧力を上記高圧室61および低圧室62
に導入し、これら高圧室61および低圧室62の圧力差に応
じて上記ダイアフラム60を移動させて上記弁体58により
弁孔55の開口面積を制御するように構成した、ことを特
徴とする。

〔作用〕 本発明は上述のように構成されているので、２次側流路
の流量が変化すると、２次側流路３の熱交換器１よりも
上流側の圧力と、差圧調整弁５よりも下流側の圧力との
間に差圧が発生し、この差圧により流量調整弁４および
差圧調整弁５をそれぞれ独立して作動させることができ
る。

この場合、２次側流路３に設けられた差圧調整弁５は、
２次側流路の熱交換器よりも上流側の圧力および差圧調
整弁５よりも下流側の圧力が高圧室61および低圧室62に
導入され、これら高圧室61および低圧室62の圧力差に応
じてダイアフラム60が移動されて弁体58を作動し、これ
により弁孔55の開口面積を制御する。よって、差圧調整
弁５の弁孔55を通じて２次側流体が流れる。このとき、
熱交換器１内で給水流量に応じた圧力損失が発生し、差
圧調整弁５の高圧室61および低圧室62には熱交換器より
も上流側の圧力および差圧調整弁５よりも下流側の圧力
が作用するので、この圧力差に見合った弁開度が維持さ
れる。よって、この差圧調整弁５は、可変オリフィスと
して作用し、２次側流体の流量を末端使用量に対応する
ように制御するとともに、固定オリフィスを設ける場合
に比べて、圧力差の変換に対する流量の変動幅を拡大化
することができ、この圧力差を上記１次側流路２の流量
調整弁４に伝える圧力検出器として機能する。

これにより１次側流路２に設置された流量調整弁４は、
２次側流路の熱交換器よりも上流側の圧力および差圧調
整弁５よりも下流側の圧力が高圧室35および低圧室36に
導入され、これら高圧室および低圧室の圧力差に応じて
上記ダイアフラム34が移動されて弁体28を作動し、これ
により弁孔25の開口面積を制御する。よって、１次側流
体の流量を制御する。

この結果、２次側流路における圧力降下に関連して１次
側流路に設けられた流量調整弁の開度を制御することが
できる。しかも、１次側流路の流量調整弁は、２次側流
体の流量変化、つまり圧力差に応じて作動するから、応
答性に優れ、検出遅れを伴なうことのない良好な追従性
を得ることができる。

また、１次側流路に設けられた流量調整弁は２次側で圧
力差がない場合は、１次側流路を閉じるように作動し、
未使用時における漏れの発生を防止することができる。

さらに、上記流量調整弁および差圧調整弁はそれぞれ個
別の調整手段を設けることができ、熱交換器に流入され
る１次側および２次側の各流体温度や圧力負荷等が変化
した場合には、それぞれの制御特性を個別に最適状態に
選択調整することが容易であり、条件変化に対する適応
範囲を拡張することができる。

〔実施例〕

以下、本発明について第１図ないし第３図に示す一実施
例を参照しながら説明する。

第１図において熱交換器１は高温熱媒体などの１次側流
体が流通される１次側流路２と、上記熱媒体との間で熱
交換が行なわれる水などの２次側流体が流通される２次
側流路３とを備えている。上記１次側流路２および２次
側流路３には、後述するような構成の流量調整弁４およ
び差圧調整弁５がそれぞれ直列に接続されている。

上記２次側流路３には、熱交換器１の２次側流路３の一
部と、差圧調整弁５とを含む制御用流路６が設けられて
おり、その高圧側端部７ならびに低圧側端部８は、流量
調整弁４および差圧調整弁５の各制御部高圧室接続端
９、10、および、低圧室接続端11、12にそれぞれ接続さ
れている。また、上記低圧側端部８は適宜の配管13を介
して、たとえば蛇口などのような末端機器14に接続され
ている。

上記流量調整弁４は、第２図に示すように、弁箱20を備
えており、この弁箱20は本体21と蓋体22とで構成されて
いる。この本体21には１次側流体の流入路23および流出
路24が形成されており、これら両流路23と24とは弁孔25
により連通されている。弁孔25の周縁部には第１弁座26
が設けられている。また、本体21の筒状部27には、一端
が上記第１弁座26と接離自在に対向する第１弁体28が軸
方向に摺動自在に嵌装されており、かつこの第１弁体28
の他端側には背圧室29が形成されている。上記第１弁体
28にには軸方向に沿う貫通孔30が形成されており、この
貫通孔30の周縁部には第２弁座31が設けけられている。
この第２弁座31には第２弁体32が接離自在に対向されて
おり、この第２弁体32は後述する制御部33によって開閉
制御されるようになっている。第２弁座31が開放状態に
おいては、上記背圧室29が貫通孔30を介して上記流出路
24と連通されるようになっている。

上記制御部33は、周縁部が上記本体21と蓋体22との間に
流体密に挟持された主ダイヤフラム34が設けられている
とともに、この主ダイヤフラム34によって本体21側およ
び蓋体22側にそれぞれ区画された高圧室35および低圧室
36が備えられている。

高圧室35は高圧室接続端９を介して、第１図の２次側流
路３に設定された高圧側端部７に接続されているととも
に、低圧室36は低圧室接続端11を介して２次側流路３の
低圧側端部８に接続されている。

上記主ダイヤフラム34は、これを厚さ方向両側から挟持
する一対の支持板37、37を介して弁軸38に連結されてお
り、この弁軸38は上記第２弁体32と一体に設けられてい
る。また、主ダイヤフラム34と蓋体22との間には上記第
２弁体32を閉方向に付勢可能なバネ部材39が設けられて
おり、蓋体22にはこのバネ部材39の付勢力を可変設定可
能な調整手段、例えば調整ねじ40が設けられている。

上記本体21には、キャップダイヤフラム41によって上記
高圧室35と仕切られた小室42が形成されており、この小
室42は小孔43を介して外部と連通されている。また、上
記弁箱20には、制御部33の高圧室35と低圧室36とを連通
する連通孔44が設けられている。この連通孔44は、図示
例においては、上記主ダイヤフラム34および支持板37、
37を貫通するように形成されている。

一方、上記差圧調整弁５は、第３図に示すように、弁箱
50を備えており、この弁箱50は本体51と蓋体52を備えて
いる。本体51には２次側流体の流入路53および流出路54
が形設されており、これら流入路53と流出路54は弁孔55
により連通されている。弁孔55の周縁部には弁座56が設
けられている。また、本体51の筒状部57には、一端が上
記弁座56と接離自在に対向する弁体58が軸方向に摺動自
在に嵌装されている。この弁体58を開閉制御するための
制御部59は、周縁部が上記本体51と蓋体52との間に流体
密に挟持されたダイヤフラム60を備えており、このダイ
ヤフラム60によって本体51側および蓋体52側にそれぞれ
区画された高圧室61および低圧室62を備えている。

上記高圧室61は高圧室接続端10を介して、第１図の２次
側流路３に設定された高圧側端部７に接続されていると
ともに、低圧室62は低圧室接続端12を介して２次側流路
３の低圧側端部８に接続されている。

上記ダイヤフラム60は、これを厚さ方向両側から挟持す
る一対の支持板63、63を介して弁軸64に連結されてお
り、この弁軸64には上記弁体58が一体に設けられてい
る。また、ダイヤフラム60と蓋体52との間には上記弁体
58を閉方向に付勢可能なバネ部材65が設けられており、
蓋体52にはバネ部材65の付勢力を可変設定可能な調整手
段、例えば調整ねじ66が設けられている。

上記弁箱50には、制御部59の高圧室61と低圧室62とを連
通する連通孔67が設けられている。この連通孔67は、図
示例においては上記ダイヤフラム60および支持板63、63
を貫通するように形成されている。

つぎに上述のように構成された装置の作用について説明
する。

蛇口などのような末端機器14が閉状態にある間は２次側
流体が流動されないから、制御用流路６における圧力損
失はゼロであり、高低両端部7,8における流体圧力は相
等しいから制御圧力差はゼロである。

したがって、差圧調整弁５においては、高圧室61および
低圧室62の各内圧が相等しいから、弁体58がバネ部材65
の付勢力によって弁座56に圧接され、弁孔55が閉状態に
ある。同様に上記流量調整弁４においても、高圧室35お
よび低圧室36の各内圧が相等しいから、第１弁体28およ
び第２弁体32がバネ部材39の付勢力によって第１弁座26
および第２弁座31にそれぞれ圧接され、弁孔25が閉状態
になっている。

なお、上記流量調整弁４および差圧調整弁５の各バネ部
材39および65は、それぞれ調整ねじ40、66を調節するこ
とにより、制御圧力と各流量とが所望の関係を有するよ
うに、１次側流路２および２次側流路３の流入側におけ
る各流体の温度や圧力などに対応したそれぞれの最適状
態に設定されている。

蛇口などの末端機器14が開状態になると、差圧調整弁５
の制御部低圧室62における流体圧力が低下するから、ダ
イヤフラム60がバネ部材65に抗して低圧室62側に変位さ
れ、これにより弁軸64を介して弁体58が開方向に移動さ
れるから弁孔55が開かれ、２次側流体は、熱交換器１の
２次側流路３および差圧調整弁５を経て末端機器14に流
動される。そして、２次側流体流量が安定した状態にお
いては、差圧調整弁５は制御用流路６における圧力損
失、すなわち制御圧力に対応する開度を維持している。

この場合、差圧調整弁５は可変オリフィスとして作用す
る。つまり、ここに固定オリフィスを設けると、流量は
差圧の二乗に比例するから差圧の変化割合に対して流量
の変化割合が小さくなり、流量の制御幅が制約されてし
まう。これに対し、可変オリフィス構造にすると、差圧
の変化割合に対し流量の変化幅を増幅させることがで
き、精度の高い制御が可能になる。

この状態においては、流量調整弁４の制御部高圧室35と
低圧室36との間にも差圧調整弁５におけると同等に拡大
された制御圧力が作用するから、主ダイヤフラム34がバ
ネ部材39に抗して低圧室36側に変位されることにより弁
軸38を介して第２弁体32を開方向に移動させる。これに
より貫通孔30が開かれ、この貫通孔30を介して背圧室29
が流出路24と連通される。このため第１弁体28が背圧に
よる閉方向付勢力が除去されるようになり、この第１弁
体28は流入路23側の１次側流体圧力により開方向に変位
される。したがって、弁孔25が開かれ、流量調整弁４は
上記制御圧力に対応する開度を維持する。

よって、１次側流体は熱交換器１の１次側流路２および
流量調整弁４を経て流されることになる。

蛇口の開度が変わるなどのように、２次側流体の流量が
需要量に応じて変動すると、それに応じて制御圧力も変
動するから、差圧調整弁５および流量調整弁４の各開度
も制御圧力に対応して変動する。

したがって、本実施例においては、制御用流路６におけ
る圧力損失に対応する制御圧力により流量調整弁４およ
び差圧調整弁５の開度を自動制御することができ、この
場合圧力差により流量調整弁４および差圧調整弁５が作
動するから、実質的な応答遅れを生ずるようなことがな
く、２次側流体流量の変動に即応して１次側流体流量、
したがって２次側流体の温度制御を行なうことができ
る。

また、流量調整弁４および差圧調整弁５はそれぞれバネ
部材39および65、調整手段40および66等を備えているの
で、上述のように初期条件に対応する設定を容易に行な
い得るばかりでなく、１次側流路および２次側流路に流
入される各流体の温度や圧力負荷などが変化した場合に
は、それぞれに対して個別に対応するように設定するこ
とができる。

さらに、流量調整弁４においては第１弁体28に対して１
次側流体圧力が、また差圧調整弁５においては弁体58に
対して２次側流体圧力が、それぞれ閉方向に作用するよ
うに閉塞流構造としたので、未使用時における漏洩を効
果的に防止することができる。

さらに、流量調整弁４においては２組の弁体28および32
を設けたので、このような閉塞流構造にしても、背圧を
利用して第１の弁体28をオイルロック状態に拘束するこ
とができるばかりでなく、圧力差の小さな低開度の場合
でも背圧を逃がして第１の弁体28を作動させるから確実
な制御が可能になる。

その上、制御圧力が作用する有効面積に差を生ずるよう
にキャップダイヤフラム41を設けたので、２次流体の流
動が停止され制御圧力がゼロの状態になっても、第１弁
体28および第２弁体32に対して閉方向の押圧力が作用
し、非使用時における漏洩を確実に防止することができ
る。

また、流量調整弁４には小室42および小孔43を設けたの
で、キャップダイヤフラム41が疲労などの理由で破損す
るようなことがあっても、１次側流体が２次側流路に浸
入するようなことがなく、２次側流体が汚染されるのを
防止することができる。

さらに、流量調整弁４および差圧調整弁５にはそれぞれ
連通孔44および67が設けられているので、使用時にはこ
れら連通孔44および67を経て高圧室35、61から低圧室3
6、62に１次側流体および２次側流体がそれぞれ流動さ
れ、制御部33および59に流体が長時間滞留することによ
る腐敗等の発生を防止することができる。

なお、本発明は上記実施例のみに限定されるものではな
く、その要旨とするところの範囲内で種々の変更ないし
応用が可能である。

〔発明の効果〕

以上説明した通り本発明によれば、１次側流路に流量調
整弁を設けるとともに２次側流路に差圧調整弁を設け、
これら流量調整弁および差圧調整弁を２次側流体におけ
る圧力降下に関連して開閉制御するようにしたから、２
次側流路の差圧調整弁は可変オリフィスとして機能する
とともに、１次側流路の流量調整弁の圧力検出器として
使用することができる。このため、２次側流路における
圧力降下に関連して１次側流路に設けた流量調整弁の開
度を制御することができる。この結果、２次側流量の変
化を１次側流路の流量調整弁の作動に即応させることが
でき、流量変化による温度制御を、検出遅れを伴なうこ
となく良好に追従させることができる。

また、１次側流路に設けられた流量調整弁は２次側で圧
力差がない場合、１次側流路を閉じるように作動し、未
使用時における漏れの発生を防止することができる。

さらに、上記流量調整弁および差圧調整弁はそれぞれ個
別の調整手段を設けることができ、熱交換器に流入され
る１次側および２次側の各流体温度や圧力負荷等が変化
した場合には、それぞれの制御特性を個別に最適状態に
選択調整することが容易であり、条件変化に対する適応
範囲を拡張することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す系統図、第２図は１次
側流路に設置される流量調整弁の断面図、第３図は２次
側流路に設置される差圧調整弁の断面図、第４図は従来
例を示す系統図、第５図は同従来例の要部を示す断面図
である。 １……熱交換器、２……１次側流路、３……２次側流
路、４……流量調整弁、５……差圧調整弁、６……制御
用流路、７……高圧側端部、８……低圧側端部、9,10…
…高圧室接続端、11,12……低圧室接続端、 23……流入路、24……流出路、25……弁孔、26……弁
座、28……弁体、34……ダイアフラム、35……高圧室、
36……低圧室、 53……流入路、54……流出路、55……弁孔、56……弁
座、58……弁体、60……ダイアフラム、61……高圧室、
62……低圧室。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１次側流体が流される１次側流路に流量調
   整弁を設けるとともに、 熱交換器を通じて上記１次側流体との間で熱交換される
   ２次側流体が流される２次側流路に、上記熱交換器より
   も下流側に位置して差圧調整弁を設け、 上記１次側流路の流量調整弁は、ダイアフラムで区画さ
   れた高圧室および低圧室を備えるとともに、このダイア
   フラムに連動して流入路と流出路との間に形成された弁
   孔を開閉する弁体を有し、上記２次側流路の熱交換器よ
   りも上流側の圧力および上記差圧調整弁よりも下流側の
   圧力を上記高圧室および低圧室に導入し、これら高圧室
   および低圧室の圧力差に応じて上記ダイアフラムを移動
   させて上記弁体により弁孔の開口面積を制御するように
   構成し、 上記２次側流路の差圧調整弁は、ダイアフラムで区画さ
   れた高圧室および低圧室を備えるとともに、このダイア
   フラムに連動して流入路と流出路との間に形成された弁
   孔を開閉する弁体を有し、上記２次側流路の熱交換器よ
   りも上流側の圧力およびこの差圧調整弁よりも下流側の
   圧力を上記高圧室および低圧室に導入し、これら高圧室
   および低圧室の圧力差に応じて上記ダイアフラムを移動
   させて上記弁体により弁孔の開口面積を制御するように
   構成した、 ことを特徴とする熱交換器用温度調整装置。