JP2004069217A - 熱媒供給装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】外部の熱負荷に対して供給する熱媒の温度を容易に調整することができる熱媒供給装置の提供。
【解決手段】熱媒供給装置１は、循環水往路５及び循環水復路６の中途に接続され、循環水が循環されるときに熱交換器７をバイパスするための熱交換器バイパス路１１と、熱交換器７に通流する循環水と熱交換器バイパス路１１に通流する循環水との割合を調整することができる混合弁１２とを備えている。そして、制御部１５が混合弁１２の動作を制御することによって、外部の第２熱負荷５１に供給する熱媒を所望の温度に調整する。
【選択図】 図１
【解決手段】熱媒供給装置１は、循環水往路５及び循環水復路６の中途に接続され、循環水が循環されるときに熱交換器７をバイパスするための熱交換器バイパス路１１と、熱交換器７に通流する循環水と熱交換器バイパス路１１に通流する循環水との割合を調整することができる混合弁１２とを備えている。そして、制御部１５が混合弁１２の動作を制御することによって、外部の第２熱負荷５１に供給する熱媒を所望の温度に調整する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば給湯器、暖房装置などの熱負荷に対して熱媒を供給する熱媒供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、給湯器、暖房装置などの熱負荷に対して供給する供給水を加熱し、その供給水の温度を保持するために熱媒供給装置が利用されている。従来の熱媒供給装置の例として、特開２０００−２９７７００号公報にコージェネレーション装置（以下、従来装置という）が開示されている。
【０００３】
図９は、従来装置の構成を示す配管図である。図９に示すように、従来装置１００は、エンジン１０２及び発電機１０３から主として構成されるエンジン発電機１０１と、該エンジン発電機１０１の排熱を利用して生成された第１温水を貯える貯湯タンク１０６と、該貯湯タンク１０６内に設けられ、第１温水を生成するための第１熱交換器１０９とを備えている。また、かかる従来装置１００は、貯湯タンク１０６内に設けられ、第１温水から熱を取り出して第２温水を生成するための第２熱交換器１１０と、暖房装置１１２に供給する第２温水を加熱するためのバックアップ加熱手段である追い焚きボイラ１１３と、追い焚きボイラ１１３に設けられ、暖房装置１１２側又はバイパス管１１６側に温水を循環させるための三方弁１１４と、暖房装置１１２に第２温水を供給するための温水経路（以下、第２温水経路という）内で温水を循環させるための循環ポンプ１１５とを更に備えている。
【０００４】
以上のように構成された従来装置１００において、エンジン発電機１０１の運転に伴って発生した熱は水冷装置１０５で熱交換により回収される。水冷装置１０５を通過する管路１０７内の冷却水は循環ポンプ１０８で循環されている。前述したようにして回収された熱は、この冷却水を媒体として、貯湯タンク１０６内の水と第１熱交換器１０９により熱交換される。これにより、第１温水が生成される。この第１温水は貯湯タンク１０６に貯湯され、第１熱負荷としての給湯器１１８に供給され利用される。
【０００５】
また、第２熱交換器１１０により生成された第２温水は、管路１１１を介して、第２熱負荷としての暖房装置１１２（例えばセントラルヒーティング又は床暖房システムなど）に供給され利用される。このように暖房装置１１２に第２温水を供給する場合、従来装置１００は、三方弁１１４を暖房装置１１２側に切り替えるとともに循環ポンプ１１５を作動させ、第２温水経路内の温水を循環させる。この温水は、第２熱交換器１１０における熱交換により昇温される。そして、その温水の温度が暖房装置１１２の需要温度より低い場合には更に追い焚きボイラ１１３で加熱されて暖房装置１１２に供給される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した従来装置１００では、第２温水経路内で温水を循環させる場合、その温水の全量が、第２熱交換器１１０で貯湯タンク１０６内の温水と熱交換される。そのため、貯湯タンク１０６に高温の温水が十分に貯湯されている場合には、暖房装置１１２における需要温度を超えた温度の温水が該暖房装置１１２に供給されるという問題があった。
【０００７】
また、第２温水経路内で温水を循環させる場合、その温水は必ず貯湯タンク１０６内の第２熱交換器１１０に通流される。したがって、追い焚きボイラ１１３のみの加熱によって暖房装置１１２に熱供給を行うことができないという問題があった。
【０００８】
また、暖房装置１１２から排出される温水の温度が貯湯タンク１０６内の温水の温度よりも高い場合であっても、第２温水経路内で循環される温水は必ず貯湯タンク１０６内に通流されて熱交換が行われる。この場合、貯湯タンク１０６内の温水の温度は第２温水経路内の温水の温度よりも低いので、第１熱交換器１０９において第２温水経路内の温水は熱放出することになる。その結果、暖房装置１１２の需要温度まで昇温するためには、追い焚きボイラ１１３にて必要以上に加熱しなければならないという問題があった。
【０００９】
さらに、第１熱交換器１０９で貯湯タンク１０６内の水を全体的に温めるので、第２熱交換器１１０近傍の温水の温度を暖房装置１１２の需要温度以上にするためには、貯湯タンク１０６内の水全体を暖房装置１１２の需要温度以上にしなければならない。そのため、貯湯タンク１０６に回収された熱を暖房装置１１２にて利用するためには、貯湯時間に相当な時間を要するという問題があった。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、外部の熱負荷に供給する熱媒の温度の調整を行うことができる熱媒供給装置を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、バックアップ加熱手段のみの加熱によって外部の熱負荷に対して熱供給を行うことができる熱媒供給装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、簡易な流路構成でバックアップ加熱手段を適切に作動させることができる熱媒供給装置を提供することにある。
【００１３】
さらに、本発明の他の目的は、貯湯槽に貯えられている貯湯水の熱を有効に利用することができる熱媒供給装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するために、本発明に係る熱媒供給装置は、貯湯水を貯える貯湯槽と、前記貯湯槽に貯えられている貯湯水を前記貯湯槽から取り出し、取り出した貯湯水を前記貯湯槽に帰還させる貯湯水循環手段と、前記貯湯水循環手段によって取り出された貯湯水を加熱する貯湯水加熱手段と、前記貯湯槽に設けられ、前記貯湯槽に貯えられている貯湯水と外部の熱負荷に対して供給する熱媒との間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱負荷と前記熱交換器とに接続され、前記熱交換により加熱された熱媒を前記熱交換器から前記熱負荷へ通流させるための熱媒復路と、前記熱負荷と前記熱交換器とに接続され、前記熱負荷によって利用された熱媒を前記熱負荷から前記熱交換器へ通流させるための熱媒往路と、前記熱媒往路及び前記熱媒復路内で前記熱媒を循環させる熱媒循環手段と、前記熱媒往路と前記熱媒復路とに接続され、前記熱交換器を通流することなく前記熱媒を循環可能とするための熱交換器バイパス路と、前記熱交換器を通流する熱媒と前記熱交換器バイパス路を通流する熱媒との割合を調整可能な流量制御弁とを備え、前記熱負荷に対して熱供給を行う場合、前記熱負荷の需要温度に応じて前記割合を調整するように前記流量制御弁の動作を制御してなることを特徴とする。
【００１５】
このように構成すると、流量制御弁の動作を制御することによって、熱交換器によって加熱されて高温となった熱媒と、熱負荷により利用された結果低温となった熱媒とを、所望の比率で混合させることができる。そのため、熱負荷に供給する熱媒の温度を容易に調整することが可能となる。
【００１６】
また、前記発明に係る熱媒供給装置において、前記熱負荷に対して熱供給を行わない場合、前記熱交換器を通流することなく前記熱媒が循環するように前記流量制御弁の動作を制御するようにしてもよい。
【００１７】
このように構成すると、熱交換器において無駄に熱媒の加熱処理が行われることを防止することができる。また、そのような加熱処理が行われないことにより貯湯槽における放熱を可及的に少なくすることができる。
【００１８】
また、前記発明に係る熱媒供給装置において、前記熱交換器バイパス路との接続位置よりも下流側の前記熱媒復路を通流する熱媒の温度を測定する第１熱媒温度測定手段と、前記下流側の前記熱媒復路を通流する熱媒を加熱するバックアップ加熱手段とを更に備え、前記第１熱媒温度測定手段によって測定された熱媒の温度と前記熱負荷の需要温度との差異に基づいて、前記流量制御弁及び前記バックアップ加熱手段の動作を制御するようにしてもよい。
【００１９】
このように構成すると、例えば熱負荷の需要温度と比べてその熱負荷に供給する熱媒の温度が低い場合には、高温の熱媒が多く供給されるように流量制御弁の動作を制御したり、バックアップ加熱手段を作動させることにより熱負荷に供給する熱媒の温度を前記需要温度に迅速に近付けることが可能となる。また、例えば熱負荷の需要温度と比べてその熱負荷に供給する熱媒の温度が高い場合には、低温の熱媒が多く供給されるように流量制御弁の動作を制御することにより、無駄に熱媒の加熱処理を行うことを防止することができる。
【００２０】
また、前記発明に係る熱媒供給装置において、前記貯湯槽に貯えられている貯湯水の量に基づいて、前記流量制御弁及び前記バックアップ加熱手段の動作を制御するようにしてもよい。
【００２１】
このように構成すると、例えば貯湯槽内の貯湯量が十分にある場合には貯湯水の熱を多く利用するために熱交換器を通流する熱媒の割合が多くなるように流量制御弁の動作を制御したり、前記貯湯量が十分にない場合にはバックアップ加熱手段により生成される熱を多く利用するために熱交換器バイパス路を通流する熱媒の割合が多くなるように流量制御弁の動作を制御することが可能となる。
【００２２】
また、前記発明に係る熱媒供給装置において、前記熱交換器バイパス路との接続位置よりも上流側の前記熱媒往路を通流する熱媒の温度を測定する第２熱媒温度測定手段と、前記貯湯槽に貯えられている貯湯水の温度を測定する貯湯水温度測定手段とを更に備え、前記第２熱媒温度測定手段によって測定された熱媒の温度と前記貯湯水温度測定手段によって測定された貯湯水の温度との差異に基づいて、前記流量制御弁及び前記バックアップ加熱手段の動作を制御するようにしてもよい。
【００２３】
このように構成すると、例えば貯湯槽に貯えられている貯湯水の温度が熱負荷に利用されて排出された熱媒の温度よりも高い場合には、貯湯槽内の熱を有効に活用するように流量制御弁の動作を制御することなどが可能となる。
【００２４】
また、前記発明に係る熱媒供給装置において、前記測定された熱媒の温度が前記測定された貯湯水の温度以上である場合、前記バックアップ加熱手段を作動させるとともに、前記熱媒が前記熱交換器を通流することなく循環するように前記流量制御弁の動作を制御してもよい。
【００２５】
このように構成すると、循環水の全量が熱交換器バイパス路を通流することになるため、循環水から貯湯水への放熱を防止することなどが可能となる。
【００２６】
また、前記発明に係る熱媒供給装置において、前記熱媒往路と前記熱媒復路とに接続され、前記熱負荷を通流することなく前記熱媒を循環可能とするための熱負荷バイパス路と、前記熱媒の流路を前記熱負荷バイパス路又は前記熱負荷に切り替える切替弁とを更に備え、前記貯湯槽が貯湯動作を行う場合、前記バックアップ加熱手段を作動させるとともに、前記熱媒の流路が前記熱負荷バイパス路となるように前記切替弁の動作を制御してもよい。
【００２７】
このように構成すると、貯湯水加熱手段及びバックアップ加熱手段の２つの加熱手段によって貯湯水の加熱処理を実行することができるため、貯湯槽の貯湯動作時間を従来よりも短縮化することが可能となる。そのため、貯湯槽内の熱を用いた熱供給を迅速に行うことができるようになる。
【００２８】
また、前記発明に係る熱媒供給装置において、前記貯湯水加熱手段は、省エネルギー加熱源により生成される熱を利用して前記貯湯水を加熱するように構成されていてもよい。また、この場合、前記省エネルギー加熱源が燃料電池であり、前記貯湯槽加熱手段が前記燃料電池が発電するときに生成される熱を利用して前記貯湯水を加熱するように構成されていてもよい。
【００２９】
このように構成すると、特別な加熱器を備える必要がなくなるため、熱媒供給装置における加熱用の入力（電力又は熱量）を減少させることが可能となる。そのため、排熱回収効率を向上させることができる。
【００３０】
なお、省エネルギー加熱源としては燃料電池の他に、例えば太陽光などの自然エネルギー、深夜電力、熱電併給装置、及び排熱利用などがある。
【００３１】
また、前記発明に係る熱媒供給装置において、熱媒供給装置の運転状態を示す情報を表示する表示部を更に備え、前記貯湯槽に貯えられている貯湯水を用いて前記熱負荷に対して熱供給を行う場合、前記貯湯水を用いることを示す情報を前記表示部に表示させてもよい。
【００３２】
このように構成すると、ユーザは、表示部による表示によって燃料電池などの省エネルギー加熱源を用いて熱供給を行っていることを知ることになる。これにより、ユーザは、省エネルギー化が実現されていることなどを容易に知ることができる。
【００３３】
また、前記発明に係る熱媒供給装置において、前記貯湯槽は、所定の温度勾配を有して貯湯水を貯えるように構成されており、前記貯湯水循環手段は、前記貯湯槽に貯えられている貯湯水を取り出す場合、前記温度勾配において低い温度の貯湯水を貯えている部位から貯湯水を取り出し、前記貯湯槽に貯湯水を帰還させる場合、前記温度勾配において高い温度の貯湯水を貯えている部位に前記循環水加熱手段によって加熱された貯湯水を帰還させるように構成されていてもよい。
【００３４】
このように構成すると、貯湯水の加熱が十分でなく、貯湯槽に貯えられている貯湯水の全量が熱負荷の需要温度などの温度以上でない場合であっても、必要量の高温の貯湯水が貯湯槽に貯えられた段階で熱負荷に対して熱供給を行うことが可能となる。
【００３５】
【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ながら説明する。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る熱媒供給装置の構成を示す配管図である。図１に示すように、実施の形態１に係る熱媒供給装置１は、貯湯水を貯えるための貯湯槽２を備えており、該貯湯槽２は、貯湯水が循環するための管路である貯湯水循復路３と、外部に設けられた給湯器などの温水を消費する第１熱負荷５０に接続されている管路４と、同じく外部に設けられた床暖房、放熱器暖房又は風呂の追い焚きなどの温水循環式の第２熱負荷５１に接続されている循環水往路５及び循環水復路６と接続されている。また、貯湯槽２の内部には、熱媒としての循環水を貯湯槽２に貯えられている貯湯水と熱交換することにより加熱する熱媒加熱用の熱交換器７が設けられている。この熱交換器７は、循環水往路５及び循環水復路６と接続されている。そのため、循環水の循環流路は「第２熱負荷５１→循環水往路５→熱交換器７→循環水復路６→第２熱負荷５１」となる。以下、この循環流路を第１循環流路という。
【００３７】
貯湯水循復路３には、該貯湯槽２内の貯湯水を貯湯槽２から取り出して再び帰還させる貯湯水循環ポンプ８と、該貯湯水循環ポンプ８によって循環される貯湯水を加熱する加熱器９とが設けられている。この加熱器９により加熱されて高温となった貯湯水は、貯湯槽２に貯えられ、熱交換器７による熱交換に供されることになる。
【００３８】
循環水往路５には、後述する熱交換器バイパス路１１との接続位置より上流側に、循環水往路５及び循環水復路６内で循環水を循環させるための循環水循環ポンプ１０が設けられている。また、循環水往路５及び循環水復路６の中途には、前述した第１循環経路において熱交換器７をバイパスするための熱交換器バイパス路１１が接続されている。そして、この熱交換器バイパス路１１と循環水復路６との接続部には、モータで作動する混合弁１２が設けられている。さらに、熱媒供給装置１は、混合弁１２と通信することができるように構成された制御部１５を備えている。かかる制御部１５は、後述するようにして混合弁１２の動作を制御する。これにより、熱媒供給装置１は、熱交換器７及び熱交換器バイパス路１１に通流する循環水の流量を調整することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態では、循環水循環ポンプ１０が、熱交換器バイパス路１１との接続位置より上流側の循環水往路５に設けられているが、熱交換器バイパス路１１との接続位置より下流側の循環水復路６に設けられていてもよい。
【００４０】
次に、以上のように構成された実施の形態１に係る熱媒供給装置１の動作について説明する。
【００４１】
実施の形態１に係る熱媒供給装置１は、貯湯槽２の貯湯動作中において、貯湯水循環ポンプ８を作動させることによって貯湯槽２に貯えられている貯湯水を加熱器９に通流する。これにより、貯湯水循復路３内を循環する貯湯水は加熱される。このようにして加熱された貯湯水は貯湯槽２に帰還し、貯湯槽２内に貯えられる。そして、貯湯槽２において高温の貯湯水の貯湯量が所定の値に達した場合、貯湯水循環ポンプ８の作動を停止させ、加熱器９による循環水の加熱処理が完了する。
【００４２】
前述したようにして高温となった貯湯水は、管路４を介して、第１熱負荷５０に供給される。これにより、第１熱負荷５０側で温水が利用できるようになる。
【００４３】
また、第２熱負荷５１に温水を供給する場合、熱媒供給装置１は、循環水循環ポンプ１０及び混合弁１２を作動させる。ここで、熱媒供給装置１が備える制御部１５は、熱交換器７の排出側と循環水復路６との間の流路と、熱交換器バイパス路１１と循環水復路６との間の流路とがそれぞれ確立するように混合弁１２の動作を制御する。これにより、循環水往路５及び循環水復路６内で循環水が循環される。この場合、循環水往路５内を通流する循環水の一部は貯湯槽２内の熱交換器７側へ、その循環水の残りは熱交換器バイパス路１１側へそれぞれ通流することになる。そして、混合弁１２において、熱交換器７からの高温の循環水と、熱交換器バイパス路１１からの低温の循環水とが所定の比率で混合される。この混合弁１２における混合比率を所望の値とすることによって、第２熱負荷５１へ通流させる循環水を、第２熱負荷５１の需要温度に応じた適度な温度に調整することができる。
【００４４】
以上のようにして適温となった循環水は、循環水復路６を介して第２熱負荷５１に供給される。そして、第２熱負荷５１にて利用されて低温になった循環水は再び循環水往路５へ通流される。
【００４５】
一方、第２熱負荷５１に対して温水を供給しない場合、熱媒供給装置１は、混合弁１２のみを作動させ、循環水循環ポンプ１０を停止させる。この場合、熱媒供給装置１が備える制御部１５は、熱交換器７の排出側と循環水復路６との間の流路を遮断し、熱交換器バイパス路１１と循環水復路６との間の流路を確立するように混合弁１２の動作を制御する。これにより、循環水の循環流路が「第２熱負荷５１→循環水往路５→熱交換器バイパス路１１→循環水復路６→第２熱負荷５１」となる。以下では、この循環流路を第２循環流路という。
【００４６】
第２循環流路においては、熱交換器７から循環水復路６へ循環水が流れないため、循環水が熱交換器７で加熱されることはない。また、熱交換器７における循環水の循環及び対流はほとんど起こらない。
【００４７】
前述したように、実施の形態１に係る熱媒供給装置１においては、混合弁１２及び循環水循環ポンプ１０によって、熱交換器７に通流する循環水と熱交換器バイパス路１１に通流する循環水との割合を容易に調整することができる。そのため、第２熱負荷５１に対して熱供給を行う場合、熱交換器７からの高温の循環水と、熱交換器バイパス路１１からの低温の循環水とを所望の比率で混合させることにより、適温の循環水を第２熱負荷５１に対して供給することができる。
【００４８】
また、第２熱負荷５１に対して熱供給を行わない場合には、前述したようにして第２循環流路を確立する。これにより、熱交換器７における循環水の加熱処理が無駄に行われるのを防止することができる。また、かかる加熱処理が行われないことにより貯湯槽２における放熱を可及的に少なくすることができる。
【００４９】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る熱媒供給装置は、熱媒を加熱するための手段として熱交換器とは別にバックアップ加熱手段を備えており、必要に応じてこのバックアップ加熱手段のみの加熱処理で熱供給を行うことが可能なように構成されている。
【００５０】
図２は、本発明の実施の形態２に係る熱媒供給装置の構成を示す配管図である。図２に示すように、実施の形態２に係る熱媒供給装置３０は、循環水を加熱するためのバックアップ加熱手段としてのバックアップバーナ１３が、熱交換器バイパス路１１との連結部より下流側の循環水復路６に設けられている。また、かかるバックアップバーナ１３よりさらに下流側の循環水復路６には循環水の温度を測定するための第１循環水温度センサ１４が設けられている。
【００５１】
熱媒供給装置３０が備える制御部１５は、混合弁１２の他にも、バックアップバーナ１３及び第１循環水温度センサ１４と通信することができるように構成されている。この制御部１５は、第１循環水温度センサ１４から循環水の温度を示す情報の入力を受け、その情報に基づいて混合弁１２及びバックアップバーナ１３の動作を後述するように制御する。また、制御部１５は、貯湯槽２内に貯えられている高温の貯湯水の量を検知することができるように構成されている。なお、実施の形態２に係る熱媒供給装置３０のその他の構成は、実施の形態１に係る熱媒供給装置１と同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。
【００５２】
次に、以上のように構成された実施の形態２に係る熱媒供給装置３０の動作について説明する。
【００５３】
熱媒供給装置３０は、温水循環式の第２熱負荷５１に対して熱供給する場合、実施の形態１の場合と同様に循環水循環ポンプ１０及び混合弁１２を作動させる。これにより、循環水往路５及び循環水復路６内で循環水が循環される。この場合、循環水往路５内を通流する循環水の一部は貯湯槽２内の熱交換器７側へ、その循環水の残りは熱交換器バイパス路１１側へそれぞれ通流することになる。循環水往路５から熱交換器７に通流された循環水に対しては、熱交換器７で高温の貯湯水と熱交換が行われる。その結果、高温となった循環水が循環水復路６に排出される。このようにして循環水復路６に排出された循環水の温度が第１循環水温度センサ１４によって測定される。
【００５４】
以下では、第１循環水温度センサ１４によって測定される循環水の温度をＴ１とし、第２熱負荷５１において設定されている需要温度をＴとする。本実施の形態の熱媒供給装置３０が有する制御部１５は、これらの温度Ｔ１及びＴに基づいて、図３に示すような処理を実行する。
【００５５】
図３は、実施の形態２に係る熱媒供給装置３０が備える制御部１５の処理手順を示すフローチャートである。かかる制御部１５は、第２熱負荷５１において設定されている需要温度Ｔを記憶している。そして、制御部１５は、第１循環水温度センサ１４から循環水の温度Ｔ１を示す情報の入力を受け付け（Ｓ１０１）、この温度Ｔ１と温度Ｔとを比較する（Ｓ１０２）。ここで温度Ｔ１が温度Ｔよりも高い場合（Ｓ１０２でＴ１＞Ｔ）、制御部１５は、Ｔ１＝Ｔとなるように混合弁１２の動作を制御する。具体的には、熱交換器バイパス路１１に通流する循環水の割合がより多くなるように制御部１５は混合弁１２の動作を制御する（Ｓ１０３）。これにより、混合弁１２における混合比率は、熱交換器バイパス路１１からの低温の循環水がより多くなるように変更される。その結果、循環水の温度Ｔ１が下がり、第２熱負荷５１における需要温度Ｔに近付くことになる。
【００５６】
一方、ステップＳ１０２において温度Ｔ１が温度Ｔよりも低い場合（Ｓ１０２でＴ１＜Ｔ）、制御部１５は、十分な量の高温の貯湯水が貯湯槽２に貯えられているか否かを判定する（Ｓ１０４）。この判定は、所定の閾値を用意しておき、貯湯槽２内の貯湯水の量がこの閾値を超えているか否かによって実行すればよい。ここで、十分な量が貯えられていると判定した場合（Ｓ１０４でＹＥＳ）、制御部１５は、Ｔ１＝Ｔとなるように混合弁１２の動作を制御する。具体的には、熱交換器７に通流する循環水の割合がより多くなるように制御部１５は混合弁１２の動作を制御する（Ｓ１０５）。これにより、混合弁１２における混合比率は、熱交換器７からの高温の循環水がより多くなるように変更される。その結果、循環水の温度Ｔ１が上がり、第２熱負荷５１における需要温度Ｔに近付くことになる。
【００５７】
また、ステップＳ１０４において十分な量の高温の貯湯水が貯湯槽２に貯えられていないと判定した場合（Ｓ１０４でＮＯ）、制御部１５は、熱交換器バイパス路１１に通流する循環水の割合がより多くなるように混合弁１２の動作を制御するとともに、バックアップバーナ１３を作動させる（Ｓ１０６）。この場合、制御部１５は、Ｔ１＝Ｔとなるようにバックアップバーナ１３の燃焼量を制御する。これにより、循環水の温度Ｔ１が上がり、第２熱負荷５１における需要温度Ｔに近付くことになる。
【００５８】
なお、Ｔ１＝Ｔとするためには、ステップＳ１０６において混合弁１２及びバックアップバーナ１３の双方の動作を制御してもよいが、一方の動作を固定したまま他方の動作を制御するようにしてもよい。すなわち、混合弁１２の動作を固定してバックアップバーナ１３の燃焼量を制御するようにしてもよく、反対にバックアップバーナ１３の燃焼量を固定して混合弁１２の動作を制御するようにしてもよい。
【００５９】
ステップＳ１０６において、貯湯槽２に高温の貯湯水が貯湯されていない場合、制御部１５は、熱交換器７の排出側と循環水復路６との間の流路を遮断し、前述した第２循環流路を確立する。この場合、貯湯槽２とは独立したバックアップバーナ１３のみの単独運転となる。
【００６０】
制御部１５が前述したような処理を実行することによって、第２熱負荷５１に供給される循環水の温度Ｔと該第２熱負荷５１における需要温度Ｔとを効率的に一致させることが可能となる。また、貯湯槽２内の熱を用いた熱供給と、貯湯槽２内の熱を用いずにバックアップバーナ１３のみの単独運転による熱供給とを容易に切り替えることが可能となる。
【００６１】
（実施の形態３）
実施の形態３に係る熱媒供給装置は、熱負荷によって利用されて排出された熱媒の温度を測定する温度センサと、貯湯槽に貯えられている貯湯水の温度を測定する温度センサとを設け、これらの温度センサにより測定される温度を利用することにより、熱媒供給装置内の熱量を有効に活用することができるように構成されている。
【００６２】
図４は、本発明の実施の形態３に係る熱媒供給装置の構成を示す配管図である。図４に示すように、実施の形態３に係る熱媒供給装置３２は、貯湯槽２内の熱交換器７近傍に設けられた貯湯水の温度を測定するための貯湯水温度センサ１６と、熱交換器バイパス路１１との接続位置より上流側の循環水往路５を通流する循環水の温度を測定するための第２循環水温度センサ１７とを備えている。制御部１５は、これらの貯湯水温度センサ１６及び第２循環水温度センサ１７と通信できるように構成されている。なお、実施の形態３に係る熱媒供給装置３２のその他の構成は、実施の形態２に係る熱媒供給装置３０と同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。
【００６３】
次に、以上のように構成されている実施の形態３に係る熱媒供給装置３２の動作について説明する。
【００６４】
図５は、実施の形態３に係る熱媒供給装置３２が備える制御部１５の処理手順を示すフローチャートである。なお、図５におけるステップＳ１０１からＳ１０３までは実施の形態２の場合と同様であるので説明を省略する。
【００６５】
制御部１５は、ステップＳ１０２にて、第１循環水温度センサ１４によって測定された循環水の温度Ｔ１と第２熱負荷５１における需要温度Ｔとを比較し、その結果温度Ｔ１が温度Ｔよりも低い場合（Ｓ１０２でＴ１＜Ｔ）、第２循環水温度センサ１７から循環水の温度Ｔ２を示す情報の入力を、貯湯水温度センサ１６から貯湯水の温度Ｔ３を示す情報の入力をそれぞれ受け付ける（Ｓ２０１）。
【００６６】
次に、制御部１５は、温度Ｔ２が温度Ｔ３以上であるか否かを判定する（Ｓ２０２）。ここで、温度Ｔ２が温度Ｔ３以上であると判定した場合（Ｓ２０２でＹＥＳ）、制御部１５は、熱交換器７の排出側と循環水復路６との間の流路を遮断して前述した第２循環流路を確立するとともに、バックアップバーナ１３を作動させる（Ｓ２０３）。この場合、制御部１５は、Ｔ１＝Ｔとなるようにバックアップバーナ１３の燃焼量を制御する。
【００６７】
温度Ｔ２が温度Ｔ３以上であるということは、貯湯槽２内の熱量が少ない場合であるため、前述したようにしてバックアップバーナ１３を作動させて加熱処理を行うことによって、第２熱負荷５１に供給される循環水の温度Ｔ１を該第２熱負荷５１における需要温度Ｔに容易に合わせることができる。
【００６８】
一方、ステップＳ２０２において温度Ｔ２が温度Ｔ３より小さいと判定した場合（Ｓ２０２でＮＯ）、制御部１５は、循環水往路５内を通流する循環水の一部が貯湯槽２内の熱交換器７側へ、その循環水の残りが熱交換器バイパス路１１側へそれぞれ通流するように混合弁１２の動作を制御する（Ｓ２０４）。この場合、混合弁１２において、熱交換器７からの高温の循環水と、熱交換器バイパス路１１からの低温の循環水とが所定の比率で混合される。
【００６９】
温度Ｔ２が温度Ｔ３よりも小さいということは、貯湯槽２内の熱量が十分である場合であるため、前述したようにして所定の混合比率となるように混合弁１２の動作を制御することによって、第２熱負荷５１に供給される循環水の温度Ｔ１を該第２熱負荷５１における需要温度Ｔに容易に合わせることができる。
【００７０】
なお、本実施の形態ではステップＳ２０４において制御部１５がバックアップバーナ１３を作動させていないが、温度Ｔ１が迅速に温度Ｔとなるように補助的にバックアップバーナ１３を作動させるようにしてもよいことは言うまでもない。
【００７１】
制御部１５が前述したような処理を実行することによって、温度Ｔ２が温度Ｔ３以上となる場合には第２循環流路が確立されて循環水の全量が熱交換器バイパス路１１を通流することになる。これにより循環水から貯湯水への放熱を防止することが可能となる。
【００７２】
また、温度Ｔ２が温度Ｔ３より小さい場合、貯湯槽２内の熱を用いた熱供給を行うことにより、貯湯槽２に貯えられた高温の循環水の熱を有効に活用することが可能となる。
【００７３】
（実施の形態４）
実施の形態４に係る熱媒供給装置は、循環水が第２熱負荷を通流せずに熱媒供給装置内を循環するような循環流路を確立することによって、貯湯動作時間を短縮することができるように構成されている。
【００７４】
図６は、本発明の実施の形態４に係る熱媒供給装置の構成を示す配管図である。図６に示すように、実施の形態４に係る熱媒供給装置３４は、循環水が第２熱負荷５１を通流せずに熱媒供給装置１内で循環するための熱負荷バイパス路１９と、循環水の流路を熱負荷バイパス路１９と第２熱負荷５１とに切り替える三方弁１８とを備えている。制御部１５は、この三方弁１８と通信することができるように構成されている。なお、実施の形態４に係る熱媒供給装置３４のその他の構成は、実施の形態３に係る熱媒供給装置３２と同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。
【００７５】
次に、以上のように構成された実施の形態４に係る熱媒供給装置３４の動作について説明する。
【００７６】
実施の形態４に係る熱媒供給装置３４は、貯湯槽２の貯湯動作中において、貯湯水循環ポンプ８を作動させることによって貯湯槽２に貯えられている貯湯水を加熱器９に通流する。これにより、貯湯水循復路３内を循環する貯湯水は加熱される。このようにして加熱された貯湯水は貯湯槽２に帰還し、貯湯槽２内に貯えられる。
【００７７】
また、熱媒供給装置３４が備える制御部１５は、熱交換器バイパス路１１と循環水復路６との間の流路を遮断するように混合弁１２の動作を制御するとともに、循環水復路６を通流する循環水が第２熱負荷５１ではなく熱負荷バイパス路１９に流れるように三方弁１８の動作を制御する。これにより、循環水の循環流路が「循環水往路５→熱交換器７→循環水復路６→バックアップバーナ１３→熱負荷バイパス路１９→循環水往路５」となる。以下では、この循環流路を第３循環流路という。
【００７８】
また、制御部１５は、前述した第３循環流路を循環する循環水を加熱するために、バックアップバーナ１３を作動させる。これにより、バックアップバーナ１３で加熱された高温の循環水が熱交換器７に供給される。このようにして熱交換器７に供給された高温の循環水は、貯湯槽２に貯えられている貯湯水との間で熱交換されることによって放熱する。そして、循環水は再びバックアップバーナ１３にて加熱された後、熱交換器７に供給され、以降はこれを繰り返す。このようにして高温の循環水と貯湯水との間で熱交換が行われるため、貯湯水は加熱され昇温する。
【００７９】
熱媒供給装置３４は、貯湯槽２内の貯湯水の量が所定の値に達した場合、貯湯水循環ポンプ８、加熱器９、循環水循環ポンプ１０及びバックアップバーナ１３の作動を停止し、加熱処理を終了させる。
【００８０】
制御部１５が前述したように動作することによって、加熱器９及びバックアップバーナ１３の２つの加熱手段によって貯湯水の加熱処理を実行することができるため、簡易な構成であるにもかかわらず、貯湯槽２の貯湯動作時間を従来よりも短縮化することが可能となる。そのため、貯湯槽２内の熱を用いた熱供給を迅速に行うことができるようになる。
【００８１】
なお、本実施の形態では、熱負荷バイパス路１９及び三方弁１８を熱媒供給装置１の内部に設けているが、同様の機能を有する構成要素が装置の外部に設けられてあってもよいことは言うまでもない。また、循環水が第２熱負荷５１において熱放出することなく循環する場合でも同様にして貯湯動作時間を短縮させることができる。
【００８２】
（実施の形態５）
実施の形態５に係る熱媒供給装置は、省エネルギー加熱源である燃料電池からの排熱を利用して貯湯水を加熱することができるように構成されている。
【００８３】
図７は、本発明の実施の形態５に係る熱媒供給装置の構成を示す配管図である。図７に示すように、実施の形態５に係る熱媒供給装置３６は、空気と燃料とを用いて発電を行う燃料電池２１と、該燃料電池２１での発電の際に生じる熱を回収するための冷却水が通流する冷却水路２２と、該冷却水路２２内で冷却水を循環させるための冷却水循環ポンプ２３とを備えている。また、熱媒供給装置３６は、冷却水と貯湯水とを熱交換させることにより貯湯水を加熱する熱交換器２４を備えている。なお、実施の形態５に係る熱媒供給装置３６のその他の構成は、実施の形態３に係る熱媒供給装置３２と同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。
【００８４】
次に、以上のように構成された実施の形態５に係る熱媒供給装置３６の動作について説明する。
【００８５】
燃料電池２１にて発電を行うために、該燃料電池２１には燃料及び空気が供給される。燃料電池２１に供給される燃料としては水素が挙げられるが、水素に限定されるわけではなく、例えば炭化水素系燃料を水蒸気改質することによって得られる水素リッチな燃料ガスなどであってもよいことは言うまでもない。
【００８６】
燃料電池２１は、供給された燃料と空気とを電気化学的に反応させることによって発電を行い、同時に熱も生成する。冷却水循環ポンプ２３によって冷却水路２２内を循環している冷却水は、燃料電池２１での熱交換により燃料電池２１にて生成された熱を回収し、熱交換器２４に通流される。
【００８７】
このようにして熱交換器２４に通流された冷却水は、貯湯水循環ポンプ８によって熱交換器２４に通流された貯湯水と熱交換される。その結果、冷却水は放熱し、冷却水路２２を介して再び燃料電池２１に供給される。一方、熱交換器２４にて加熱された高温の貯湯水は、貯湯槽２に帰還し、貯湯槽２に貯えられる。
【００８８】
前述したように、実施の形態５に係る熱媒供給装置３６によれば、燃料電池２１の発電中に生成される熱を貯湯水の加熱源として利用することができる。そのため、加熱器を具備する必要がない。その結果、熱媒供給装置における加熱用の入力（電力又は熱量）が減少することになるため、排熱回収効率が向上する。
【００８９】
なお、本実施の形態では省エネルギー加熱源として燃料電池を利用しているが、これ以外のコージェネレーション装置を省エネルギー加熱源として利用するように構成されていてもよい。例えば、太陽光などの自然エネルギー、深夜電力、、熱電併給装置、及び排熱利用などを省エネルギー加熱源として用いるようにしてもよい。
【００９０】
（実施の形態６）
図８は、本発明の実施の形態６に係る熱媒供給装置の構成を示す配管図である。図８に示すように、実施の形態６に係る熱媒供給装置３８は、該熱媒供給装置３８の運転状況などを示す情報を表示することができる表示部２５を備えている。この表示部２５は、液晶表示装置などで構成されており、例えば熱媒供給装置１に対する動作指示をオペレータから受け付けるためのリモートコントローラなどが具備している。制御部１５は、かかる表示部２５と通信することができるように構成されている。なお、実施の形態６に係る熱媒供給装置３８のその他の構成は、実施の形態５に係る熱媒供給装置３６と同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。
【００９１】
次に、以上のように構成された実施の形態６に係る熱媒供給装置３８の動作について説明する。
【００９２】
実施の形態６に係る熱媒供給装置３８は、実施の形態５に係る熱媒供給装置３６と同様にして、燃料電池２１が発電するときに生成される熱を利用して貯湯水を加熱する。そして、熱媒供給装置３８が備える制御部１５は、図５に示すフローチャートを参照して前述したような処理を実行する。
【００９３】
前述したように、図５に示すフローチャートにおけるステップＳ２０２において温度Ｔ２が温度Ｔ３より小さいと判定した場合（Ｓ２０２でＮＯ）、制御部１５は、循環水往路５内を通流する循環水の一部が貯湯槽２内の熱交換器７側へ、その循環水の残りが熱交換器バイパス路１１側へそれぞれ通流するように混合弁１２の動作を制御する（Ｓ２０４）。この場合は貯湯槽２に貯えられている貯湯水の熱を利用することになる。そして、その貯湯水は燃料電池２１の排熱を利用して加熱されたものである。したがって、省エネルギー加熱源を用いた熱供給が行われることになる。このとき、制御部１５は、省エネルギー加熱源を用いて熱供給を行っている旨を示す情報を表示部２５に表示させる。かかる情報としては、例えば「省エネモード」、「省エネ運転」などの文字情報がある。
【００９４】
また、温度Ｔ１が迅速に温度Ｔとなるように、ステップＳ２０４において制御部１５がバックアップバーナ１３を作動させてもよいことは前述したとおりであるが、この場合も省エネルギー加熱源を用いた熱供給が行われていることになる。そのため、制御部１５は、同様にして省エネルギー加熱源を用いて熱供給を行っている旨を示す情報を表示部２５に表示させる。ただし、この場合はバックアップバーナ１３による加熱処理も行われているため、表示部２５に表示させる情報としては、例えば「準省エネモード」、「準省エネ運転」などの文字情報が考えられる。
【００９５】
このように制御部１５が動作することによって、表示部２５を介して、省エネルギー加熱源を用いて熱供給を行っている旨をユーザに知らせることができる。これにより、ユーザは、省エネルギー化が実現されていること及びそのことに伴う各種のメリット（例えばランニングコストの低減など）が得られていることなどを容易に知ることができる。
【００９６】
（その他の実施の形態）
前述した実施の形態１から実施の形態６までの熱媒供給装置が備える貯湯槽２は、所定の温度勾配を有するように貯湯水を貯えている。すなわち、貯湯槽２の底部にはより低い温度の貯湯水が、一方貯湯槽２の上層部にはより高い温度の貯湯水が貯えられている。そのため、本発明の熱媒供給装置においては、貯湯槽２内の貯湯槽を循環させる場合、貯湯水循環ポンプ８は貯湯槽２の底部から貯湯水を取り出し、貯湯水循復路３を介して加熱器９又は熱交換器２４へ貯湯水を送る。そして、加熱器９又は熱交換器２４により加熱された貯湯水は、貯湯槽２の上層部に帰還させる。これにより、貯湯槽２に貯えられている貯湯水の全量が熱負荷の需要温度などの温度以上にならなくても、必要量の高温の貯湯水が貯湯槽２に貯えられた段階で熱供給を行うことが可能となる。
【００９７】
なお、熱媒供給装置の用途等に応じて前述した実施の形態のうちのいくつかを適宜組み合わせることによって種々の熱媒供給装置を実現することが可能である。
【００９８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る熱媒供給装置によれば、混合弁の動作を制御することによって、外部の熱負荷に供給する循環水の温度の調整を行うことができる。
【００９９】
また、外部の熱負荷の需要温度とその熱負荷に供給する循環水の温度とに基づいて混合弁及びバックアップバーナの動作を制御することによって、貯湯槽内の熱を用いた熱供給と、貯湯槽内の熱を用いずにバックアップバーナのみの単独運転による熱供給とを容易に切り替えることができる。
【０１００】
また、貯湯槽内の貯湯水の温度と外部の熱負荷に利用されて排出された温度とに基づいて混合弁の動作を制御することによって、貯湯槽内の熱を有効に活用することができる。
【０１０１】
さらに、加熱器及びバックアップバーナの２つの加熱手段による加熱を効率的に利用することによって、貯湯槽の貯湯動作に要する時間の短縮化を図ることができるなど、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱媒供給装置の構成を示す配管図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る熱媒供給装置の構成を示す配管図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る熱媒供給装置が備える制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態３に係る熱媒供給装置の構成を示す配管図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る熱媒供給装置が備える制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態４に係る熱媒供給装置の構成を示す配管図である。
【図７】本発明の実施の形態５に係る熱媒供給装置の構成を示す配管図である。
【図８】本発明の実施の形態６に係る熱媒供給装置の構成を示す配管図である。
【図９】従来の熱媒供給装置の構成を示す配管図である。
【符号の説明】
１ 熱媒供給装置
２ 貯湯槽
３ 貯湯水循復路
４ 管路
５ 循環水往路
６ 循環水復路
７ 熱交換器
８ 貯湯水循環ポンプ
９ 加熱器
１１ 熱交換器バイパス路
１０ 循環水循環ポンプ
１２ 混合弁
１３ バックアップバーナ
１４ 第１循環水温度センサ
１５ 制御部
１６ 貯湯水温度センサ
１７ 第２循環水温度センサ
１８ 三方弁
１９ 熱負荷バイパス路
２１ 燃料電池
２２ 冷却水路
２３ 冷却水循環ポンプ
２４ 熱交換器
２５ 表示部
５０ 第１熱負荷
５１ 第２熱負荷
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば給湯器、暖房装置などの熱負荷に対して熱媒を供給する熱媒供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、給湯器、暖房装置などの熱負荷に対して供給する供給水を加熱し、その供給水の温度を保持するために熱媒供給装置が利用されている。従来の熱媒供給装置の例として、特開２０００−２９７７００号公報にコージェネレーション装置（以下、従来装置という）が開示されている。
【０００３】
図９は、従来装置の構成を示す配管図である。図９に示すように、従来装置１００は、エンジン１０２及び発電機１０３から主として構成されるエンジン発電機１０１と、該エンジン発電機１０１の排熱を利用して生成された第１温水を貯える貯湯タンク１０６と、該貯湯タンク１０６内に設けられ、第１温水を生成するための第１熱交換器１０９とを備えている。また、かかる従来装置１００は、貯湯タンク１０６内に設けられ、第１温水から熱を取り出して第２温水を生成するための第２熱交換器１１０と、暖房装置１１２に供給する第２温水を加熱するためのバックアップ加熱手段である追い焚きボイラ１１３と、追い焚きボイラ１１３に設けられ、暖房装置１１２側又はバイパス管１１６側に温水を循環させるための三方弁１１４と、暖房装置１１２に第２温水を供給するための温水経路（以下、第２温水経路という）内で温水を循環させるための循環ポンプ１１５とを更に備えている。
【０００４】
以上のように構成された従来装置１００において、エンジン発電機１０１の運転に伴って発生した熱は水冷装置１０５で熱交換により回収される。水冷装置１０５を通過する管路１０７内の冷却水は循環ポンプ１０８で循環されている。前述したようにして回収された熱は、この冷却水を媒体として、貯湯タンク１０６内の水と第１熱交換器１０９により熱交換される。これにより、第１温水が生成される。この第１温水は貯湯タンク１０６に貯湯され、第１熱負荷としての給湯器１１８に供給され利用される。
【０００５】
また、第２熱交換器１１０により生成された第２温水は、管路１１１を介して、第２熱負荷としての暖房装置１１２（例えばセントラルヒーティング又は床暖房システムなど）に供給され利用される。このように暖房装置１１２に第２温水を供給する場合、従来装置１００は、三方弁１１４を暖房装置１１２側に切り替えるとともに循環ポンプ１１５を作動させ、第２温水経路内の温水を循環させる。この温水は、第２熱交換器１１０における熱交換により昇温される。そして、その温水の温度が暖房装置１１２の需要温度より低い場合には更に追い焚きボイラ１１３で加熱されて暖房装置１１２に供給される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した従来装置１００では、第２温水経路内で温水を循環させる場合、その温水の全量が、第２熱交換器１１０で貯湯タンク１０６内の温水と熱交換される。そのため、貯湯タンク１０６に高温の温水が十分に貯湯されている場合には、暖房装置１１２における需要温度を超えた温度の温水が該暖房装置１１２に供給されるという問題があった。
【０００７】
また、第２温水経路内で温水を循環させる場合、その温水は必ず貯湯タンク１０６内の第２熱交換器１１０に通流される。したがって、追い焚きボイラ１１３のみの加熱によって暖房装置１１２に熱供給を行うことができないという問題があった。
【０００８】
また、暖房装置１１２から排出される温水の温度が貯湯タンク１０６内の温水の温度よりも高い場合であっても、第２温水経路内で循環される温水は必ず貯湯タンク１０６内に通流されて熱交換が行われる。この場合、貯湯タンク１０６内の温水の温度は第２温水経路内の温水の温度よりも低いので、第１熱交換器１０９において第２温水経路内の温水は熱放出することになる。その結果、暖房装置１１２の需要温度まで昇温するためには、追い焚きボイラ１１３にて必要以上に加熱しなければならないという問題があった。
【０００９】
さらに、第１熱交換器１０９で貯湯タンク１０６内の水を全体的に温めるので、第２熱交換器１１０近傍の温水の温度を暖房装置１１２の需要温度以上にするためには、貯湯タンク１０６内の水全体を暖房装置１１２の需要温度以上にしなければならない。そのため、貯湯タンク１０６に回収された熱を暖房装置１１２にて利用するためには、貯湯時間に相当な時間を要するという問題があった。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、外部の熱負荷に供給する熱媒の温度の調整を行うことができる熱媒供給装置を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、バックアップ加熱手段のみの加熱によって外部の熱負荷に対して熱供給を行うことができる熱媒供給装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、簡易な流路構成でバックアップ加熱手段を適切に作動させることができる熱媒供給装置を提供することにある。
【００１３】
さらに、本発明の他の目的は、貯湯槽に貯えられている貯湯水の熱を有効に利用することができる熱媒供給装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するために、本発明に係る熱媒供給装置は、貯湯水を貯える貯湯槽と、前記貯湯槽に貯えられている貯湯水を前記貯湯槽から取り出し、取り出した貯湯水を前記貯湯槽に帰還させる貯湯水循環手段と、前記貯湯水循環手段によって取り出された貯湯水を加熱する貯湯水加熱手段と、前記貯湯槽に設けられ、前記貯湯槽に貯えられている貯湯水と外部の熱負荷に対して供給する熱媒との間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱負荷と前記熱交換器とに接続され、前記熱交換により加熱された熱媒を前記熱交換器から前記熱負荷へ通流させるための熱媒復路と、前記熱負荷と前記熱交換器とに接続され、前記熱負荷によって利用された熱媒を前記熱負荷から前記熱交換器へ通流させるための熱媒往路と、前記熱媒往路及び前記熱媒復路内で前記熱媒を循環させる熱媒循環手段と、前記熱媒往路と前記熱媒復路とに接続され、前記熱交換器を通流することなく前記熱媒を循環可能とするための熱交換器バイパス路と、前記熱交換器を通流する熱媒と前記熱交換器バイパス路を通流する熱媒との割合を調整可能な流量制御弁とを備え、前記熱負荷に対して熱供給を行う場合、前記熱負荷の需要温度に応じて前記割合を調整するように前記流量制御弁の動作を制御してなることを特徴とする。
【００１５】
このように構成すると、流量制御弁の動作を制御することによって、熱交換器によって加熱されて高温となった熱媒と、熱負荷により利用された結果低温となった熱媒とを、所望の比率で混合させることができる。そのため、熱負荷に供給する熱媒の温度を容易に調整することが可能となる。
【００１６】
また、前記発明に係る熱媒供給装置において、前記熱負荷に対して熱供給を行わない場合、前記熱交換器を通流することなく前記熱媒が循環するように前記流量制御弁の動作を制御するようにしてもよい。
【００１７】
このように構成すると、熱交換器において無駄に熱媒の加熱処理が行われることを防止することができる。また、そのような加熱処理が行われないことにより貯湯槽における放熱を可及的に少なくすることができる。
【００１８】
また、前記発明に係る熱媒供給装置において、前記熱交換器バイパス路との接続位置よりも下流側の前記熱媒復路を通流する熱媒の温度を測定する第１熱媒温度測定手段と、前記下流側の前記熱媒復路を通流する熱媒を加熱するバックアップ加熱手段とを更に備え、前記第１熱媒温度測定手段によって測定された熱媒の温度と前記熱負荷の需要温度との差異に基づいて、前記流量制御弁及び前記バックアップ加熱手段の動作を制御するようにしてもよい。
【００１９】
このように構成すると、例えば熱負荷の需要温度と比べてその熱負荷に供給する熱媒の温度が低い場合には、高温の熱媒が多く供給されるように流量制御弁の動作を制御したり、バックアップ加熱手段を作動させることにより熱負荷に供給する熱媒の温度を前記需要温度に迅速に近付けることが可能となる。また、例えば熱負荷の需要温度と比べてその熱負荷に供給する熱媒の温度が高い場合には、低温の熱媒が多く供給されるように流量制御弁の動作を制御することにより、無駄に熱媒の加熱処理を行うことを防止することができる。
【００２０】
また、前記発明に係る熱媒供給装置において、前記貯湯槽に貯えられている貯湯水の量に基づいて、前記流量制御弁及び前記バックアップ加熱手段の動作を制御するようにしてもよい。
【００２１】
このように構成すると、例えば貯湯槽内の貯湯量が十分にある場合には貯湯水の熱を多く利用するために熱交換器を通流する熱媒の割合が多くなるように流量制御弁の動作を制御したり、前記貯湯量が十分にない場合にはバックアップ加熱手段により生成される熱を多く利用するために熱交換器バイパス路を通流する熱媒の割合が多くなるように流量制御弁の動作を制御することが可能となる。
【００２２】
また、前記発明に係る熱媒供給装置において、前記熱交換器バイパス路との接続位置よりも上流側の前記熱媒往路を通流する熱媒の温度を測定する第２熱媒温度測定手段と、前記貯湯槽に貯えられている貯湯水の温度を測定する貯湯水温度測定手段とを更に備え、前記第２熱媒温度測定手段によって測定された熱媒の温度と前記貯湯水温度測定手段によって測定された貯湯水の温度との差異に基づいて、前記流量制御弁及び前記バックアップ加熱手段の動作を制御するようにしてもよい。
【００２３】
このように構成すると、例えば貯湯槽に貯えられている貯湯水の温度が熱負荷に利用されて排出された熱媒の温度よりも高い場合には、貯湯槽内の熱を有効に活用するように流量制御弁の動作を制御することなどが可能となる。
【００２４】
また、前記発明に係る熱媒供給装置において、前記測定された熱媒の温度が前記測定された貯湯水の温度以上である場合、前記バックアップ加熱手段を作動させるとともに、前記熱媒が前記熱交換器を通流することなく循環するように前記流量制御弁の動作を制御してもよい。
【００２５】
このように構成すると、循環水の全量が熱交換器バイパス路を通流することになるため、循環水から貯湯水への放熱を防止することなどが可能となる。
【００２６】
また、前記発明に係る熱媒供給装置において、前記熱媒往路と前記熱媒復路とに接続され、前記熱負荷を通流することなく前記熱媒を循環可能とするための熱負荷バイパス路と、前記熱媒の流路を前記熱負荷バイパス路又は前記熱負荷に切り替える切替弁とを更に備え、前記貯湯槽が貯湯動作を行う場合、前記バックアップ加熱手段を作動させるとともに、前記熱媒の流路が前記熱負荷バイパス路となるように前記切替弁の動作を制御してもよい。
【００２７】
このように構成すると、貯湯水加熱手段及びバックアップ加熱手段の２つの加熱手段によって貯湯水の加熱処理を実行することができるため、貯湯槽の貯湯動作時間を従来よりも短縮化することが可能となる。そのため、貯湯槽内の熱を用いた熱供給を迅速に行うことができるようになる。
【００２８】
また、前記発明に係る熱媒供給装置において、前記貯湯水加熱手段は、省エネルギー加熱源により生成される熱を利用して前記貯湯水を加熱するように構成されていてもよい。また、この場合、前記省エネルギー加熱源が燃料電池であり、前記貯湯槽加熱手段が前記燃料電池が発電するときに生成される熱を利用して前記貯湯水を加熱するように構成されていてもよい。
【００２９】
このように構成すると、特別な加熱器を備える必要がなくなるため、熱媒供給装置における加熱用の入力（電力又は熱量）を減少させることが可能となる。そのため、排熱回収効率を向上させることができる。
【００３０】
なお、省エネルギー加熱源としては燃料電池の他に、例えば太陽光などの自然エネルギー、深夜電力、熱電併給装置、及び排熱利用などがある。
【００３１】
また、前記発明に係る熱媒供給装置において、熱媒供給装置の運転状態を示す情報を表示する表示部を更に備え、前記貯湯槽に貯えられている貯湯水を用いて前記熱負荷に対して熱供給を行う場合、前記貯湯水を用いることを示す情報を前記表示部に表示させてもよい。
【００３２】
このように構成すると、ユーザは、表示部による表示によって燃料電池などの省エネルギー加熱源を用いて熱供給を行っていることを知ることになる。これにより、ユーザは、省エネルギー化が実現されていることなどを容易に知ることができる。
【００３３】
また、前記発明に係る熱媒供給装置において、前記貯湯槽は、所定の温度勾配を有して貯湯水を貯えるように構成されており、前記貯湯水循環手段は、前記貯湯槽に貯えられている貯湯水を取り出す場合、前記温度勾配において低い温度の貯湯水を貯えている部位から貯湯水を取り出し、前記貯湯槽に貯湯水を帰還させる場合、前記温度勾配において高い温度の貯湯水を貯えている部位に前記循環水加熱手段によって加熱された貯湯水を帰還させるように構成されていてもよい。
【００３４】
このように構成すると、貯湯水の加熱が十分でなく、貯湯槽に貯えられている貯湯水の全量が熱負荷の需要温度などの温度以上でない場合であっても、必要量の高温の貯湯水が貯湯槽に貯えられた段階で熱負荷に対して熱供給を行うことが可能となる。
【００３５】
【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ながら説明する。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る熱媒供給装置の構成を示す配管図である。図１に示すように、実施の形態１に係る熱媒供給装置１は、貯湯水を貯えるための貯湯槽２を備えており、該貯湯槽２は、貯湯水が循環するための管路である貯湯水循復路３と、外部に設けられた給湯器などの温水を消費する第１熱負荷５０に接続されている管路４と、同じく外部に設けられた床暖房、放熱器暖房又は風呂の追い焚きなどの温水循環式の第２熱負荷５１に接続されている循環水往路５及び循環水復路６と接続されている。また、貯湯槽２の内部には、熱媒としての循環水を貯湯槽２に貯えられている貯湯水と熱交換することにより加熱する熱媒加熱用の熱交換器７が設けられている。この熱交換器７は、循環水往路５及び循環水復路６と接続されている。そのため、循環水の循環流路は「第２熱負荷５１→循環水往路５→熱交換器７→循環水復路６→第２熱負荷５１」となる。以下、この循環流路を第１循環流路という。
【００３７】
貯湯水循復路３には、該貯湯槽２内の貯湯水を貯湯槽２から取り出して再び帰還させる貯湯水循環ポンプ８と、該貯湯水循環ポンプ８によって循環される貯湯水を加熱する加熱器９とが設けられている。この加熱器９により加熱されて高温となった貯湯水は、貯湯槽２に貯えられ、熱交換器７による熱交換に供されることになる。
【００３８】
循環水往路５には、後述する熱交換器バイパス路１１との接続位置より上流側に、循環水往路５及び循環水復路６内で循環水を循環させるための循環水循環ポンプ１０が設けられている。また、循環水往路５及び循環水復路６の中途には、前述した第１循環経路において熱交換器７をバイパスするための熱交換器バイパス路１１が接続されている。そして、この熱交換器バイパス路１１と循環水復路６との接続部には、モータで作動する混合弁１２が設けられている。さらに、熱媒供給装置１は、混合弁１２と通信することができるように構成された制御部１５を備えている。かかる制御部１５は、後述するようにして混合弁１２の動作を制御する。これにより、熱媒供給装置１は、熱交換器７及び熱交換器バイパス路１１に通流する循環水の流量を調整することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態では、循環水循環ポンプ１０が、熱交換器バイパス路１１との接続位置より上流側の循環水往路５に設けられているが、熱交換器バイパス路１１との接続位置より下流側の循環水復路６に設けられていてもよい。
【００４０】
次に、以上のように構成された実施の形態１に係る熱媒供給装置１の動作について説明する。
【００４１】
実施の形態１に係る熱媒供給装置１は、貯湯槽２の貯湯動作中において、貯湯水循環ポンプ８を作動させることによって貯湯槽２に貯えられている貯湯水を加熱器９に通流する。これにより、貯湯水循復路３内を循環する貯湯水は加熱される。このようにして加熱された貯湯水は貯湯槽２に帰還し、貯湯槽２内に貯えられる。そして、貯湯槽２において高温の貯湯水の貯湯量が所定の値に達した場合、貯湯水循環ポンプ８の作動を停止させ、加熱器９による循環水の加熱処理が完了する。
【００４２】
前述したようにして高温となった貯湯水は、管路４を介して、第１熱負荷５０に供給される。これにより、第１熱負荷５０側で温水が利用できるようになる。
【００４３】
また、第２熱負荷５１に温水を供給する場合、熱媒供給装置１は、循環水循環ポンプ１０及び混合弁１２を作動させる。ここで、熱媒供給装置１が備える制御部１５は、熱交換器７の排出側と循環水復路６との間の流路と、熱交換器バイパス路１１と循環水復路６との間の流路とがそれぞれ確立するように混合弁１２の動作を制御する。これにより、循環水往路５及び循環水復路６内で循環水が循環される。この場合、循環水往路５内を通流する循環水の一部は貯湯槽２内の熱交換器７側へ、その循環水の残りは熱交換器バイパス路１１側へそれぞれ通流することになる。そして、混合弁１２において、熱交換器７からの高温の循環水と、熱交換器バイパス路１１からの低温の循環水とが所定の比率で混合される。この混合弁１２における混合比率を所望の値とすることによって、第２熱負荷５１へ通流させる循環水を、第２熱負荷５１の需要温度に応じた適度な温度に調整することができる。
【００４４】
以上のようにして適温となった循環水は、循環水復路６を介して第２熱負荷５１に供給される。そして、第２熱負荷５１にて利用されて低温になった循環水は再び循環水往路５へ通流される。
【００４５】
一方、第２熱負荷５１に対して温水を供給しない場合、熱媒供給装置１は、混合弁１２のみを作動させ、循環水循環ポンプ１０を停止させる。この場合、熱媒供給装置１が備える制御部１５は、熱交換器７の排出側と循環水復路６との間の流路を遮断し、熱交換器バイパス路１１と循環水復路６との間の流路を確立するように混合弁１２の動作を制御する。これにより、循環水の循環流路が「第２熱負荷５１→循環水往路５→熱交換器バイパス路１１→循環水復路６→第２熱負荷５１」となる。以下では、この循環流路を第２循環流路という。
【００４６】
第２循環流路においては、熱交換器７から循環水復路６へ循環水が流れないため、循環水が熱交換器７で加熱されることはない。また、熱交換器７における循環水の循環及び対流はほとんど起こらない。
【００４７】
前述したように、実施の形態１に係る熱媒供給装置１においては、混合弁１２及び循環水循環ポンプ１０によって、熱交換器７に通流する循環水と熱交換器バイパス路１１に通流する循環水との割合を容易に調整することができる。そのため、第２熱負荷５１に対して熱供給を行う場合、熱交換器７からの高温の循環水と、熱交換器バイパス路１１からの低温の循環水とを所望の比率で混合させることにより、適温の循環水を第２熱負荷５１に対して供給することができる。
【００４８】
また、第２熱負荷５１に対して熱供給を行わない場合には、前述したようにして第２循環流路を確立する。これにより、熱交換器７における循環水の加熱処理が無駄に行われるのを防止することができる。また、かかる加熱処理が行われないことにより貯湯槽２における放熱を可及的に少なくすることができる。
【００４９】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る熱媒供給装置は、熱媒を加熱するための手段として熱交換器とは別にバックアップ加熱手段を備えており、必要に応じてこのバックアップ加熱手段のみの加熱処理で熱供給を行うことが可能なように構成されている。
【００５０】
図２は、本発明の実施の形態２に係る熱媒供給装置の構成を示す配管図である。図２に示すように、実施の形態２に係る熱媒供給装置３０は、循環水を加熱するためのバックアップ加熱手段としてのバックアップバーナ１３が、熱交換器バイパス路１１との連結部より下流側の循環水復路６に設けられている。また、かかるバックアップバーナ１３よりさらに下流側の循環水復路６には循環水の温度を測定するための第１循環水温度センサ１４が設けられている。
【００５１】
熱媒供給装置３０が備える制御部１５は、混合弁１２の他にも、バックアップバーナ１３及び第１循環水温度センサ１４と通信することができるように構成されている。この制御部１５は、第１循環水温度センサ１４から循環水の温度を示す情報の入力を受け、その情報に基づいて混合弁１２及びバックアップバーナ１３の動作を後述するように制御する。また、制御部１５は、貯湯槽２内に貯えられている高温の貯湯水の量を検知することができるように構成されている。なお、実施の形態２に係る熱媒供給装置３０のその他の構成は、実施の形態１に係る熱媒供給装置１と同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。
【００５２】
次に、以上のように構成された実施の形態２に係る熱媒供給装置３０の動作について説明する。
【００５３】
熱媒供給装置３０は、温水循環式の第２熱負荷５１に対して熱供給する場合、実施の形態１の場合と同様に循環水循環ポンプ１０及び混合弁１２を作動させる。これにより、循環水往路５及び循環水復路６内で循環水が循環される。この場合、循環水往路５内を通流する循環水の一部は貯湯槽２内の熱交換器７側へ、その循環水の残りは熱交換器バイパス路１１側へそれぞれ通流することになる。循環水往路５から熱交換器７に通流された循環水に対しては、熱交換器７で高温の貯湯水と熱交換が行われる。その結果、高温となった循環水が循環水復路６に排出される。このようにして循環水復路６に排出された循環水の温度が第１循環水温度センサ１４によって測定される。
【００５４】
以下では、第１循環水温度センサ１４によって測定される循環水の温度をＴ１とし、第２熱負荷５１において設定されている需要温度をＴとする。本実施の形態の熱媒供給装置３０が有する制御部１５は、これらの温度Ｔ１及びＴに基づいて、図３に示すような処理を実行する。
【００５５】
図３は、実施の形態２に係る熱媒供給装置３０が備える制御部１５の処理手順を示すフローチャートである。かかる制御部１５は、第２熱負荷５１において設定されている需要温度Ｔを記憶している。そして、制御部１５は、第１循環水温度センサ１４から循環水の温度Ｔ１を示す情報の入力を受け付け（Ｓ１０１）、この温度Ｔ１と温度Ｔとを比較する（Ｓ１０２）。ここで温度Ｔ１が温度Ｔよりも高い場合（Ｓ１０２でＴ１＞Ｔ）、制御部１５は、Ｔ１＝Ｔとなるように混合弁１２の動作を制御する。具体的には、熱交換器バイパス路１１に通流する循環水の割合がより多くなるように制御部１５は混合弁１２の動作を制御する（Ｓ１０３）。これにより、混合弁１２における混合比率は、熱交換器バイパス路１１からの低温の循環水がより多くなるように変更される。その結果、循環水の温度Ｔ１が下がり、第２熱負荷５１における需要温度Ｔに近付くことになる。
【００５６】
一方、ステップＳ１０２において温度Ｔ１が温度Ｔよりも低い場合（Ｓ１０２でＴ１＜Ｔ）、制御部１５は、十分な量の高温の貯湯水が貯湯槽２に貯えられているか否かを判定する（Ｓ１０４）。この判定は、所定の閾値を用意しておき、貯湯槽２内の貯湯水の量がこの閾値を超えているか否かによって実行すればよい。ここで、十分な量が貯えられていると判定した場合（Ｓ１０４でＹＥＳ）、制御部１５は、Ｔ１＝Ｔとなるように混合弁１２の動作を制御する。具体的には、熱交換器７に通流する循環水の割合がより多くなるように制御部１５は混合弁１２の動作を制御する（Ｓ１０５）。これにより、混合弁１２における混合比率は、熱交換器７からの高温の循環水がより多くなるように変更される。その結果、循環水の温度Ｔ１が上がり、第２熱負荷５１における需要温度Ｔに近付くことになる。
【００５７】
また、ステップＳ１０４において十分な量の高温の貯湯水が貯湯槽２に貯えられていないと判定した場合（Ｓ１０４でＮＯ）、制御部１５は、熱交換器バイパス路１１に通流する循環水の割合がより多くなるように混合弁１２の動作を制御するとともに、バックアップバーナ１３を作動させる（Ｓ１０６）。この場合、制御部１５は、Ｔ１＝Ｔとなるようにバックアップバーナ１３の燃焼量を制御する。これにより、循環水の温度Ｔ１が上がり、第２熱負荷５１における需要温度Ｔに近付くことになる。
【００５８】
なお、Ｔ１＝Ｔとするためには、ステップＳ１０６において混合弁１２及びバックアップバーナ１３の双方の動作を制御してもよいが、一方の動作を固定したまま他方の動作を制御するようにしてもよい。すなわち、混合弁１２の動作を固定してバックアップバーナ１３の燃焼量を制御するようにしてもよく、反対にバックアップバーナ１３の燃焼量を固定して混合弁１２の動作を制御するようにしてもよい。
【００５９】
ステップＳ１０６において、貯湯槽２に高温の貯湯水が貯湯されていない場合、制御部１５は、熱交換器７の排出側と循環水復路６との間の流路を遮断し、前述した第２循環流路を確立する。この場合、貯湯槽２とは独立したバックアップバーナ１３のみの単独運転となる。
【００６０】
制御部１５が前述したような処理を実行することによって、第２熱負荷５１に供給される循環水の温度Ｔと該第２熱負荷５１における需要温度Ｔとを効率的に一致させることが可能となる。また、貯湯槽２内の熱を用いた熱供給と、貯湯槽２内の熱を用いずにバックアップバーナ１３のみの単独運転による熱供給とを容易に切り替えることが可能となる。
【００６１】
（実施の形態３）
実施の形態３に係る熱媒供給装置は、熱負荷によって利用されて排出された熱媒の温度を測定する温度センサと、貯湯槽に貯えられている貯湯水の温度を測定する温度センサとを設け、これらの温度センサにより測定される温度を利用することにより、熱媒供給装置内の熱量を有効に活用することができるように構成されている。
【００６２】
図４は、本発明の実施の形態３に係る熱媒供給装置の構成を示す配管図である。図４に示すように、実施の形態３に係る熱媒供給装置３２は、貯湯槽２内の熱交換器７近傍に設けられた貯湯水の温度を測定するための貯湯水温度センサ１６と、熱交換器バイパス路１１との接続位置より上流側の循環水往路５を通流する循環水の温度を測定するための第２循環水温度センサ１７とを備えている。制御部１５は、これらの貯湯水温度センサ１６及び第２循環水温度センサ１７と通信できるように構成されている。なお、実施の形態３に係る熱媒供給装置３２のその他の構成は、実施の形態２に係る熱媒供給装置３０と同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。
【００６３】
次に、以上のように構成されている実施の形態３に係る熱媒供給装置３２の動作について説明する。
【００６４】
図５は、実施の形態３に係る熱媒供給装置３２が備える制御部１５の処理手順を示すフローチャートである。なお、図５におけるステップＳ１０１からＳ１０３までは実施の形態２の場合と同様であるので説明を省略する。
【００６５】
制御部１５は、ステップＳ１０２にて、第１循環水温度センサ１４によって測定された循環水の温度Ｔ１と第２熱負荷５１における需要温度Ｔとを比較し、その結果温度Ｔ１が温度Ｔよりも低い場合（Ｓ１０２でＴ１＜Ｔ）、第２循環水温度センサ１７から循環水の温度Ｔ２を示す情報の入力を、貯湯水温度センサ１６から貯湯水の温度Ｔ３を示す情報の入力をそれぞれ受け付ける（Ｓ２０１）。
【００６６】
次に、制御部１５は、温度Ｔ２が温度Ｔ３以上であるか否かを判定する（Ｓ２０２）。ここで、温度Ｔ２が温度Ｔ３以上であると判定した場合（Ｓ２０２でＹＥＳ）、制御部１５は、熱交換器７の排出側と循環水復路６との間の流路を遮断して前述した第２循環流路を確立するとともに、バックアップバーナ１３を作動させる（Ｓ２０３）。この場合、制御部１５は、Ｔ１＝Ｔとなるようにバックアップバーナ１３の燃焼量を制御する。
【００６７】
温度Ｔ２が温度Ｔ３以上であるということは、貯湯槽２内の熱量が少ない場合であるため、前述したようにしてバックアップバーナ１３を作動させて加熱処理を行うことによって、第２熱負荷５１に供給される循環水の温度Ｔ１を該第２熱負荷５１における需要温度Ｔに容易に合わせることができる。
【００６８】
一方、ステップＳ２０２において温度Ｔ２が温度Ｔ３より小さいと判定した場合（Ｓ２０２でＮＯ）、制御部１５は、循環水往路５内を通流する循環水の一部が貯湯槽２内の熱交換器７側へ、その循環水の残りが熱交換器バイパス路１１側へそれぞれ通流するように混合弁１２の動作を制御する（Ｓ２０４）。この場合、混合弁１２において、熱交換器７からの高温の循環水と、熱交換器バイパス路１１からの低温の循環水とが所定の比率で混合される。
【００６９】
温度Ｔ２が温度Ｔ３よりも小さいということは、貯湯槽２内の熱量が十分である場合であるため、前述したようにして所定の混合比率となるように混合弁１２の動作を制御することによって、第２熱負荷５１に供給される循環水の温度Ｔ１を該第２熱負荷５１における需要温度Ｔに容易に合わせることができる。
【００７０】
なお、本実施の形態ではステップＳ２０４において制御部１５がバックアップバーナ１３を作動させていないが、温度Ｔ１が迅速に温度Ｔとなるように補助的にバックアップバーナ１３を作動させるようにしてもよいことは言うまでもない。
【００７１】
制御部１５が前述したような処理を実行することによって、温度Ｔ２が温度Ｔ３以上となる場合には第２循環流路が確立されて循環水の全量が熱交換器バイパス路１１を通流することになる。これにより循環水から貯湯水への放熱を防止することが可能となる。
【００７２】
また、温度Ｔ２が温度Ｔ３より小さい場合、貯湯槽２内の熱を用いた熱供給を行うことにより、貯湯槽２に貯えられた高温の循環水の熱を有効に活用することが可能となる。
【００７３】
（実施の形態４）
実施の形態４に係る熱媒供給装置は、循環水が第２熱負荷を通流せずに熱媒供給装置内を循環するような循環流路を確立することによって、貯湯動作時間を短縮することができるように構成されている。
【００７４】
図６は、本発明の実施の形態４に係る熱媒供給装置の構成を示す配管図である。図６に示すように、実施の形態４に係る熱媒供給装置３４は、循環水が第２熱負荷５１を通流せずに熱媒供給装置１内で循環するための熱負荷バイパス路１９と、循環水の流路を熱負荷バイパス路１９と第２熱負荷５１とに切り替える三方弁１８とを備えている。制御部１５は、この三方弁１８と通信することができるように構成されている。なお、実施の形態４に係る熱媒供給装置３４のその他の構成は、実施の形態３に係る熱媒供給装置３２と同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。
【００７５】
次に、以上のように構成された実施の形態４に係る熱媒供給装置３４の動作について説明する。
【００７６】
実施の形態４に係る熱媒供給装置３４は、貯湯槽２の貯湯動作中において、貯湯水循環ポンプ８を作動させることによって貯湯槽２に貯えられている貯湯水を加熱器９に通流する。これにより、貯湯水循復路３内を循環する貯湯水は加熱される。このようにして加熱された貯湯水は貯湯槽２に帰還し、貯湯槽２内に貯えられる。
【００７７】
また、熱媒供給装置３４が備える制御部１５は、熱交換器バイパス路１１と循環水復路６との間の流路を遮断するように混合弁１２の動作を制御するとともに、循環水復路６を通流する循環水が第２熱負荷５１ではなく熱負荷バイパス路１９に流れるように三方弁１８の動作を制御する。これにより、循環水の循環流路が「循環水往路５→熱交換器７→循環水復路６→バックアップバーナ１３→熱負荷バイパス路１９→循環水往路５」となる。以下では、この循環流路を第３循環流路という。
【００７８】
また、制御部１５は、前述した第３循環流路を循環する循環水を加熱するために、バックアップバーナ１３を作動させる。これにより、バックアップバーナ１３で加熱された高温の循環水が熱交換器７に供給される。このようにして熱交換器７に供給された高温の循環水は、貯湯槽２に貯えられている貯湯水との間で熱交換されることによって放熱する。そして、循環水は再びバックアップバーナ１３にて加熱された後、熱交換器７に供給され、以降はこれを繰り返す。このようにして高温の循環水と貯湯水との間で熱交換が行われるため、貯湯水は加熱され昇温する。
【００７９】
熱媒供給装置３４は、貯湯槽２内の貯湯水の量が所定の値に達した場合、貯湯水循環ポンプ８、加熱器９、循環水循環ポンプ１０及びバックアップバーナ１３の作動を停止し、加熱処理を終了させる。
【００８０】
制御部１５が前述したように動作することによって、加熱器９及びバックアップバーナ１３の２つの加熱手段によって貯湯水の加熱処理を実行することができるため、簡易な構成であるにもかかわらず、貯湯槽２の貯湯動作時間を従来よりも短縮化することが可能となる。そのため、貯湯槽２内の熱を用いた熱供給を迅速に行うことができるようになる。
【００８１】
なお、本実施の形態では、熱負荷バイパス路１９及び三方弁１８を熱媒供給装置１の内部に設けているが、同様の機能を有する構成要素が装置の外部に設けられてあってもよいことは言うまでもない。また、循環水が第２熱負荷５１において熱放出することなく循環する場合でも同様にして貯湯動作時間を短縮させることができる。
【００８２】
（実施の形態５）
実施の形態５に係る熱媒供給装置は、省エネルギー加熱源である燃料電池からの排熱を利用して貯湯水を加熱することができるように構成されている。
【００８３】
図７は、本発明の実施の形態５に係る熱媒供給装置の構成を示す配管図である。図７に示すように、実施の形態５に係る熱媒供給装置３６は、空気と燃料とを用いて発電を行う燃料電池２１と、該燃料電池２１での発電の際に生じる熱を回収するための冷却水が通流する冷却水路２２と、該冷却水路２２内で冷却水を循環させるための冷却水循環ポンプ２３とを備えている。また、熱媒供給装置３６は、冷却水と貯湯水とを熱交換させることにより貯湯水を加熱する熱交換器２４を備えている。なお、実施の形態５に係る熱媒供給装置３６のその他の構成は、実施の形態３に係る熱媒供給装置３２と同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。
【００８４】
次に、以上のように構成された実施の形態５に係る熱媒供給装置３６の動作について説明する。
【００８５】
燃料電池２１にて発電を行うために、該燃料電池２１には燃料及び空気が供給される。燃料電池２１に供給される燃料としては水素が挙げられるが、水素に限定されるわけではなく、例えば炭化水素系燃料を水蒸気改質することによって得られる水素リッチな燃料ガスなどであってもよいことは言うまでもない。
【００８６】
燃料電池２１は、供給された燃料と空気とを電気化学的に反応させることによって発電を行い、同時に熱も生成する。冷却水循環ポンプ２３によって冷却水路２２内を循環している冷却水は、燃料電池２１での熱交換により燃料電池２１にて生成された熱を回収し、熱交換器２４に通流される。
【００８７】
このようにして熱交換器２４に通流された冷却水は、貯湯水循環ポンプ８によって熱交換器２４に通流された貯湯水と熱交換される。その結果、冷却水は放熱し、冷却水路２２を介して再び燃料電池２１に供給される。一方、熱交換器２４にて加熱された高温の貯湯水は、貯湯槽２に帰還し、貯湯槽２に貯えられる。
【００８８】
前述したように、実施の形態５に係る熱媒供給装置３６によれば、燃料電池２１の発電中に生成される熱を貯湯水の加熱源として利用することができる。そのため、加熱器を具備する必要がない。その結果、熱媒供給装置における加熱用の入力（電力又は熱量）が減少することになるため、排熱回収効率が向上する。
【００８９】
なお、本実施の形態では省エネルギー加熱源として燃料電池を利用しているが、これ以外のコージェネレーション装置を省エネルギー加熱源として利用するように構成されていてもよい。例えば、太陽光などの自然エネルギー、深夜電力、、熱電併給装置、及び排熱利用などを省エネルギー加熱源として用いるようにしてもよい。
【００９０】
（実施の形態６）
図８は、本発明の実施の形態６に係る熱媒供給装置の構成を示す配管図である。図８に示すように、実施の形態６に係る熱媒供給装置３８は、該熱媒供給装置３８の運転状況などを示す情報を表示することができる表示部２５を備えている。この表示部２５は、液晶表示装置などで構成されており、例えば熱媒供給装置１に対する動作指示をオペレータから受け付けるためのリモートコントローラなどが具備している。制御部１５は、かかる表示部２５と通信することができるように構成されている。なお、実施の形態６に係る熱媒供給装置３８のその他の構成は、実施の形態５に係る熱媒供給装置３６と同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。
【００９１】
次に、以上のように構成された実施の形態６に係る熱媒供給装置３８の動作について説明する。
【００９２】
実施の形態６に係る熱媒供給装置３８は、実施の形態５に係る熱媒供給装置３６と同様にして、燃料電池２１が発電するときに生成される熱を利用して貯湯水を加熱する。そして、熱媒供給装置３８が備える制御部１５は、図５に示すフローチャートを参照して前述したような処理を実行する。
【００９３】
前述したように、図５に示すフローチャートにおけるステップＳ２０２において温度Ｔ２が温度Ｔ３より小さいと判定した場合（Ｓ２０２でＮＯ）、制御部１５は、循環水往路５内を通流する循環水の一部が貯湯槽２内の熱交換器７側へ、その循環水の残りが熱交換器バイパス路１１側へそれぞれ通流するように混合弁１２の動作を制御する（Ｓ２０４）。この場合は貯湯槽２に貯えられている貯湯水の熱を利用することになる。そして、その貯湯水は燃料電池２１の排熱を利用して加熱されたものである。したがって、省エネルギー加熱源を用いた熱供給が行われることになる。このとき、制御部１５は、省エネルギー加熱源を用いて熱供給を行っている旨を示す情報を表示部２５に表示させる。かかる情報としては、例えば「省エネモード」、「省エネ運転」などの文字情報がある。
【００９４】
また、温度Ｔ１が迅速に温度Ｔとなるように、ステップＳ２０４において制御部１５がバックアップバーナ１３を作動させてもよいことは前述したとおりであるが、この場合も省エネルギー加熱源を用いた熱供給が行われていることになる。そのため、制御部１５は、同様にして省エネルギー加熱源を用いて熱供給を行っている旨を示す情報を表示部２５に表示させる。ただし、この場合はバックアップバーナ１３による加熱処理も行われているため、表示部２５に表示させる情報としては、例えば「準省エネモード」、「準省エネ運転」などの文字情報が考えられる。
【００９５】
このように制御部１５が動作することによって、表示部２５を介して、省エネルギー加熱源を用いて熱供給を行っている旨をユーザに知らせることができる。これにより、ユーザは、省エネルギー化が実現されていること及びそのことに伴う各種のメリット（例えばランニングコストの低減など）が得られていることなどを容易に知ることができる。
【００９６】
（その他の実施の形態）
前述した実施の形態１から実施の形態６までの熱媒供給装置が備える貯湯槽２は、所定の温度勾配を有するように貯湯水を貯えている。すなわち、貯湯槽２の底部にはより低い温度の貯湯水が、一方貯湯槽２の上層部にはより高い温度の貯湯水が貯えられている。そのため、本発明の熱媒供給装置においては、貯湯槽２内の貯湯槽を循環させる場合、貯湯水循環ポンプ８は貯湯槽２の底部から貯湯水を取り出し、貯湯水循復路３を介して加熱器９又は熱交換器２４へ貯湯水を送る。そして、加熱器９又は熱交換器２４により加熱された貯湯水は、貯湯槽２の上層部に帰還させる。これにより、貯湯槽２に貯えられている貯湯水の全量が熱負荷の需要温度などの温度以上にならなくても、必要量の高温の貯湯水が貯湯槽２に貯えられた段階で熱供給を行うことが可能となる。
【００９７】
なお、熱媒供給装置の用途等に応じて前述した実施の形態のうちのいくつかを適宜組み合わせることによって種々の熱媒供給装置を実現することが可能である。
【００９８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る熱媒供給装置によれば、混合弁の動作を制御することによって、外部の熱負荷に供給する循環水の温度の調整を行うことができる。
【００９９】
また、外部の熱負荷の需要温度とその熱負荷に供給する循環水の温度とに基づいて混合弁及びバックアップバーナの動作を制御することによって、貯湯槽内の熱を用いた熱供給と、貯湯槽内の熱を用いずにバックアップバーナのみの単独運転による熱供給とを容易に切り替えることができる。
【０１００】
また、貯湯槽内の貯湯水の温度と外部の熱負荷に利用されて排出された温度とに基づいて混合弁の動作を制御することによって、貯湯槽内の熱を有効に活用することができる。
【０１０１】
さらに、加熱器及びバックアップバーナの２つの加熱手段による加熱を効率的に利用することによって、貯湯槽の貯湯動作に要する時間の短縮化を図ることができるなど、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱媒供給装置の構成を示す配管図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る熱媒供給装置の構成を示す配管図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る熱媒供給装置が備える制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態３に係る熱媒供給装置の構成を示す配管図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る熱媒供給装置が備える制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態４に係る熱媒供給装置の構成を示す配管図である。
【図７】本発明の実施の形態５に係る熱媒供給装置の構成を示す配管図である。
【図８】本発明の実施の形態６に係る熱媒供給装置の構成を示す配管図である。
【図９】従来の熱媒供給装置の構成を示す配管図である。
【符号の説明】
１ 熱媒供給装置
２ 貯湯槽
３ 貯湯水循復路
４ 管路
５ 循環水往路
６ 循環水復路
７ 熱交換器
８ 貯湯水循環ポンプ
９ 加熱器
１１ 熱交換器バイパス路
１０ 循環水循環ポンプ
１２ 混合弁
１３ バックアップバーナ
１４ 第１循環水温度センサ
１５ 制御部
１６ 貯湯水温度センサ
１７ 第２循環水温度センサ
１８ 三方弁
１９ 熱負荷バイパス路
２１ 燃料電池
２２ 冷却水路
２３ 冷却水循環ポンプ
２４ 熱交換器
２５ 表示部
５０ 第１熱負荷
５１ 第２熱負荷
Claims (11)
- 貯湯水を貯える貯湯槽と、
前記貯湯槽に貯えられている貯湯水を前記貯湯槽から取り出し、取り出した貯湯水を前記貯湯槽に帰還させる貯湯水循環手段と、
前記貯湯水循環手段によって取り出された貯湯水を加熱する貯湯水加熱手段と、
前記貯湯槽に設けられ、前記貯湯槽に貯えられている貯湯水と外部の熱負荷に対して供給する熱媒との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記熱負荷と前記熱交換器とに接続され、前記熱交換により加熱された熱媒を前記熱交換器から前記熱負荷へ通流させるための熱媒復路と、
前記熱負荷と前記熱交換器とに接続され、前記熱負荷によって利用された熱媒を前記熱負荷から前記熱交換器へ通流させるための熱媒往路と、
前記熱媒往路及び前記熱媒復路内で前記熱媒を循環させる熱媒循環手段と、
前記熱媒往路と前記熱媒復路とに接続され、前記熱交換器を通流することなく前記熱媒を循環可能とするための熱交換器バイパス路と、
前記熱交換器を通流する熱媒と前記熱交換器バイパス路を通流する熱媒との割合を調整可能な流量制御弁とを備え、
前記熱負荷に対して熱供給を行う場合、前記熱負荷の需要温度に応じて前記割合を調整するように前記流量制御弁の動作を制御してなることを特徴とする熱媒供給装置。 - 前記熱負荷に対して熱供給を行わない場合、前記熱交換器を通流することなく前記熱媒が循環するように前記流量制御弁の動作を制御してなる請求項１に記載の熱媒供給装置。
- 前記熱交換器バイパス路との接続位置よりも下流側の前記熱媒復路を通流する熱媒の温度を測定する第１熱媒温度測定手段と、
前記下流側の前記熱媒復路を通流する熱媒を加熱するバックアップ加熱手段とを更に備え、
前記第１熱媒温度測定手段によって測定された熱媒の温度と前記熱負荷の需要温度との差異に基づいて、前記流量制御弁及び前記バックアップ加熱手段の動作を制御してなる請求項１又は請求項２に記載の熱媒供給装置。 - 前記貯湯槽に貯えられている貯湯水の量に基づいて、前記流量制御弁及び前記バックアップ加熱手段の動作を制御してなる請求項３に記載の熱媒供給装置。
- 前記熱交換器バイパス路との接続位置よりも上流側の前記熱媒往路を通流する熱媒の温度を測定する第２熱媒温度測定手段と、
前記貯湯槽に貯えられている貯湯水の温度を測定する貯湯水温度測定手段とを更に備え、
前記第２熱媒温度測定手段によって測定された熱媒の温度と前記貯湯水温度測定手段によって測定された貯湯水の温度との差異に基づいて、前記流量制御弁及び前記バックアップ加熱手段の動作を制御してなる請求項１乃至請求項４の何れかに記載の熱媒供給装置。 - 前記測定された熱媒の温度が前記測定された貯湯水の温度以上である場合、前記バックアップ加熱手段を作動させるとともに、前記熱交換器を通流することなく前記熱媒が循環するように前記流量制御弁の動作を制御してなる請求項５に記載の熱媒供給装置。
- 前記熱媒往路と前記熱媒復路とに接続され、前記熱負荷を通流することなく前記熱媒を循環可能とするための熱負荷バイパス路と、
前記熱媒の流路を前記熱負荷バイパス路又は前記熱負荷に切り替える切替弁とを更に備え、
前記貯湯槽が貯湯動作を行う場合、前記バックアップ加熱手段を作動させるとともに、前記熱媒の流路が前記熱負荷バイパス路となるように前記切替弁の動作を制御してなる請求項３乃至請求項６の何れかに記載の熱媒供給装置。 - 前記貯湯水加熱手段は、省エネルギー加熱源により生成される熱を利用して前記貯湯水を加熱するように構成されている請求項１乃至請求項７の何れかに記載の熱媒供給装置。
- 前記省エネルギー加熱源は燃料電池であり、前記貯湯槽加熱手段は前記燃料電池が発電するときに生成される熱を利用して前記貯湯水を加熱するように構成されている請求項８に記載の熱媒供給装置。
- 熱媒供給装置の運転状態を示す情報を表示する表示部を更に備え、
前記貯湯槽に貯えられている貯湯水を用いて前記熱負荷に対して熱供給を行う場合、前記貯湯水を用いることを示す情報を前記表示部に表示させてなる請求項８又は請求項９に記載の熱媒供給装置。 - 前記貯湯槽は、所定の温度勾配を有して貯湯水を貯えるように構成されており、
前記貯湯水循環手段は、前記貯湯槽に貯えられている貯湯水を取り出す場合、前記温度勾配において低い温度の貯湯水を貯えている部位から貯湯水を取り出し、前記貯湯槽に貯湯水を帰還させる場合、前記温度勾配において高い温度の貯湯水を貯えている部位に前記循環水加熱手段によって加熱された貯湯水を帰還させるように構成されている請求項１乃至請求項１０の何れかに記載の熱媒供給装置。
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