従来技術の貯留型熱源装置では、貯留タンクに貯留されている高温の液体を取り出して熱交換器に供給した後、熱エネルギーを放出した液体を貯留タンクに戻す構成とされている。さらに具体的には、上記特許文献1,2に開示されている貯留型熱源装置では、循環流路の上流側に配された熱交換器(上流側熱交換器)に接続された負荷端末が作動する場合であっても、下流側に配された熱交換器(下流側熱交換器)に接続された負荷端末が作動する場合であっても、貯留タンクの上端側に存在する高温の液体を上流側熱交換器や下流側熱交換器に供給する構成とされている。
上記したような構成の貯留型熱源装置は、負荷端末に供給する熱媒体をさほど加熱しなくても良い条件下で作動すると、下流側熱交換器における放熱量が少なくなり、上流側熱交換器や下流側熱交換器を通過して貯留タンクに戻る液体の温度が比較的高くなる傾向にある。そのため、従来技術の貯留型熱源装置は、前記したような条件下で作動すると、熱負荷に熱エネルギーを供給するには低温であるが、貯留タンク内に貯留されている高温の液体と温度成層を形成するには高温である中間程度の温度の液体が貯留タンクに戻る可能性が高い。このように、中間程度の温度の液体が貯留タンクに戻ってしまうと、貯留タンク内に形成されている温度成層が掻き乱されたり、貯留タンク内に存在する高温の液体が温度低下して熱負荷に供給する液体の加熱に適さない温度まで低下してしまうおそれがあった。
そこで、かかる問題点を解消すべく、本発明は、熱負荷に供給する液体の熱交換加熱に伴って発生する、熱負荷に熱エネルギーを供給するには低温な液体が貯留タンクに戻ったり、貯留タンク内に形成されている温度成層が掻き乱されるといったような不具合の発生を最小限に抑制でき、熱エネルギーを効率よく利用可能な貯留型熱源装置の提供を目的とする。
そこで、上記した課題を解決すべく提供される請求項1に記載の発明は、熱源において発生した熱エネルギーを液体を介して回収して貯留可能な貯留タンクと、当該貯留タンクに貯留されている液体を供給可能な第1および第2の熱交換器とを備えた加熱系を有し、熱源において発生した熱エネルギーを回収した液体を貯留タンクの上端側から導入して貯留可能であり、前記第1および第2の熱交換器に対して貯留タンクに貯留されている液体を供給することにより、前記加熱系の外部に存在する熱負荷に対して供給する液体を熱交換加熱可能なものであり、貯留タンクに貯留されている液体を貯留タンクの上端側から取り出し、下端側に戻すことが可能な循環流路と、中間取出流路とを有し、前記第1の熱交換器が、循環流路の中途に設けられており、前記第2の熱交換器が、循環流路の中途であって、前記第1の熱交換器に対して循環流路を流れる液体の流れ方向下流側に設けられており、前記中間取出流路が、貯留タンクの高さ方向中間部から貯留タンク内に貯留されている液体を取り出し、当該液体を第2の熱交換器に供給可能なように接続されていることを特徴とする貯留型熱源装置である。
かかる構成によれば、中間取出流路を介して貯留タンクの高さ方向中間部に貯留されている液体を第2の熱交換器に供給することができる。そのため、熱負荷における熱エネルギーの消費量が小さい場合であっても、中間取出流路を介して貯留タンク内の液体を第2の熱交換器に供給すると、第2の熱交換器を通過して貯留タンクに戻る液体の温度が十分低温になる。従って、本発明の貯留型熱源装置によれば、熱負荷に対して供給される液体を熱交換加熱するために貯留タンクから取り出された液体が貯留タンクに戻ることにより、貯留タンク内に形成されている温度成層が掻き乱されるのを防止でき、熱エネルギー効率の低下を抑制することができる。
また、本発明の貯留型熱源装置は、例え貯留タンク内に貯留されている高温の液体が少ない場合であっても、貯留タンクの高さ方向中間部分に上端側に存在する液体よりもやや低温の液体があり、熱負荷における熱エネルギーの消費量が小さければ、中間取出流路を介して貯留タンク内の液体を第2の熱交換器に供給することにより熱負荷に供給される液体を加熱することができる。そのため、本発明の貯留型熱源装置によれば、高温の液体の使用量を最小限に抑制し、大きな熱エネルギー量が必要とされる状況に備えて高温の液体を確保しておくことができる。従って、本発明によれば、貯留タンクに液体を介して貯留されている熱エネルギーを効率よく使用することができる。
上記請求項1に記載の貯留型熱源装置は、熱源において熱エネルギーを回収した液体を貯留タンクを迂回させて第2の熱交換器に供給可能な加熱液供給流路を有するものであってもよい(請求項2)。
かかる構成によれば、熱源において熱エネルギーを回収した液体を貯留タンクを介さず第2の熱交換器に供給することができる。そのため、本発明の貯留型熱源装置は、貯留タンク内に第2の熱交換器において熱負荷に供給される液体の熱交換加熱をするのに十分な熱エネルギーがない場合であっても、第2の熱交換器において熱負荷に供給する液体を十分加熱することができる。
ここで、上記した構成の貯留型熱源装置において、熱負荷に供給する液体を加熱する際に第2の熱交換器において消費される熱エネルギー量が少ない場合、貯留タンクに貯留されている高温の液体を第2の熱交換器に供給すると、熱交換器において放熱して貯留タンクに戻る液体の温度低下が少なく、貯留タンク内に残存している高温の液体との温度差が小さい。そのため、この場合は貯留タンク内に形成されている温度成層が崩れ、貯留タンク内に残存している高温がこれよりも低温の液体と混合されてしまい、熱交換加熱等に利用するには低温で利用価値の低い状態になってしまう可能性がある。従って、第2の熱交換器において消費される熱エネルギー量が少ない場合に貯留タンク内に貯留されている高温の液体を第2の熱交換器に供給すると、高温で利用価値の高い液体が小さな熱エネルギー消費を賄うために使用されてしまうだけでなく、貯留タンク内に残存している高温で利用価値の高い湯水まで低温になり、利用価値が低下してしまう可能性がある。
しかし、本発明の貯留型熱源装置は、上記したような加熱液供給流路を有するため、熱源で熱エネルギーを回収した液体を貯留タンクを介さず第2の熱交換器に供給することにより、第2の熱交換器において熱負荷に供給するための液体を加熱するために使用される貯留タンクに貯留されている高温の液体の量を最小限に抑制することができる。従って、本発明の貯留型熱源装置によれば、大きな熱エネルギー量が必要とされる状況等に備えて高温で利用価値の高い液体を確保しておくことが可能であり、熱エネルギー効率をより一層向上させることができる。
ここで、上記したように循環流路の中途に第1,2の熱交換器を設けた構成とした場合は、第1の熱交換器における熱エネルギーの消費量が大きい場合や、貯留タンク内に貯留されている液体の温度が十分高温でない場合に、第1の熱交換器の下流側に配された第2の熱交換器に流入する液体が低温になるものと想定される。
しかし、本発明の貯留型熱源装置では、加熱液供給流路を介して熱源で熱エネルギーを回収した液体を供給できる構成とされている。そのため、第1の熱交換器における熱エネルギーの消費量や、貯留タンク内に貯留されている液体の温度によらず第2の熱交換器において必要とされる熱エネルギーを供給することができる。
ここで、上記請求項1,2に記載の貯留型熱源装置のように、熱源において発生した熱エネルギーを回収した液体を貯留タンクの上端側から導入して貯留する構成とした場合、貯留タンク内に貯留されている液体は、貯留タンクの上端側から下端側に向けて低温になる温度分布を形成するものと想定される。そのため、貯留タンクの高さ方向中間部分から液体を取り出す場合は、液体の取り出し位置(高さ)によって液体の温度が異なる可能性がある。
そこで、かかる知見に基づき、上記請求項1又は2に記載の貯留型熱源装置は、中間取出流路が貯留タンク内に貯留されている液体を取り出すための取出配管を複数有し、当該複数の取出配管のうちの一又は複数が、他の一又は複数の取出配管とは貯留タンクの高さ方向に異なる位置から液体を取り出して第2の熱交換器に供給可能な構成とすることも可能である(請求項3)。
かかる構成によれば、各取出配管を介して取り出す液体の取り出し量の比率を調整することにより貯留タンクから第2の熱交換器に供給される液体の温度を、熱負荷に供給される液体の熱交換加熱に適した温度に調整することができる。
また、上記請求項1〜3のいずれかに記載の貯留型熱源装置は、第2の熱交換器に供給される液体の温度が、第1の熱交換器に供給される液体の温度よりも低温であってもよい(請求項4)。
上記請求項1〜4のいずれかに記載の貯留型熱源装置は、熱負荷に供給される液体を第1の熱交換器に供給して熱交換加熱する第1の加熱動作を実施可能なものであり、当該第1の加熱動作を実施する場合に、中間取出流路を介する貯留タンク内の液体の取り出しを阻止した状態で、循環流路を介して貯留タンク内に貯留されている液体を貯留タンク上端側から取り出して第1の熱交換器に供給し、当該第1の熱交換器において熱エネルギーを放出した液体を貯留タンクの下端側に戻すことを特徴とするものであってもよい(請求項5)。
本発明の貯留型熱源装置では、熱負荷において放熱した液体を貯留タンクの下端側に戻す構成とされている。そのため、本発明の貯留型熱源装置は、熱負荷における熱エネルギーの消費量が大きく、第1の熱交換器を出た液体が低温になる場合であっても、この低温の液体を貯留タンク内に戻すことによって貯留タンク内に形成されている温度成層が掻き乱されたり、貯留タンク内に存在する高温の液体が温度低下するのを確実に防止できる。
また、上記請求項1〜5のいずれかに記載の貯留型熱源装置は、熱負荷に供給される液体を第2の熱交換器に供給して熱交換加熱する第2の加熱動作を実施可能なものであり、当該第2の加熱動作が、液体を介して貯留タンクに貯留されている熱エネルギーが所定量以上であることを条件として実施されるものであり、第2の加熱動作を実施する場合に、循環流路を介する貯留タンク内の液体の取り出しが阻止された状態で、中間取出流路を介して貯留タンク内の液体を取り出して第2の熱交換器に供給し、当該第2の熱交換器において熱エネルギーを放出した液体を貯留タンクの下端側に戻す構成とすることも可能である(請求項6)。
本発明の貯留型熱源装置は、第2の加熱動作を実施する際に中間取出流路を介して貯留タンクの高さ方向中間部に貯留されている液体が取り出され、第2の熱交換器に供給される。そのため、本発明の貯留型熱源装置は、熱負荷における熱エネルギーの消費量が小さい場合であっても、第2の加熱動作を実施することにより、貯留タンクに戻る液体の温度を十分低温とすることができる。従って、本発明の貯留型熱源装置によれば、熱負荷に対して供給される液体の熱交換加熱に際して、貯留タンク内に形成されている温度成層が掻き乱されたり、これにより熱エネルギー効率が低下するのを防止できる。
本発明の貯留型熱源装置は、第2の加熱動作を実施することにより、貯留タンク内の液体を中間取出流路を介して取り出して第2の熱交換器に供給し、熱負荷に供給される液体を熱交換加熱できるため、貯留タンクの上端部側に存在する高温の液体を大きな熱エネルギー量が必要とされる状況に備えて確保しておくことが可能である。従って、本発明の貯留型熱源装置によれば、貯留タンクに液体を介して貯留されている熱エネルギーを十分有効利用することができる。
さらに、上記請求項2〜6のいずれかに記載の貯留型熱源装置は、熱負荷に供給される液体を第2の熱交換器に供給して熱交換加熱する第3の加熱動作を実施可能なものであり、当該第3の加熱動作は、液体を介して貯留タンクに貯留されている熱エネルギーが所定量未満であることを条件として実施されるものであり、第3の加熱動作を実施する場合に、循環流路および中間取出流路を介する貯留タンク内の液体の取り出しが阻止された状態で、熱源において加熱された液体を加熱液供給流路を介して第2の熱交換器に供給する構成とすることも可能である(請求項7)。
かかる構成によれば、貯留タンク内に第2の熱交換器において熱負荷に供給される液体の熱交換加熱をするのに十分な熱エネルギーがない場合であっても、第3の加熱動作を実施することにより第2の熱交換器において熱負荷に供給する液体を十分加熱することができる。
また、本発明の貯留型熱源装置は、第3の加熱動作を実施することにより、第2の熱交換器における加熱動作のために貯留タンクに貯留されている高温の液体が使用されるのを防止できる。従って、本発明の貯留型熱源装置によれば、大きな熱エネルギー量が必要とされる状況等に備えて高温で利用価値の高い液体を確保しておくことが可能であり、熱エネルギー効率をより一層向上させることができる。
ここで、上記したように、請求項1〜7に記載の貯留型熱源装置は、循環流路の中途に第1,2の熱交換器が設けられており、第2の熱交換器が第1の熱交換器に対して循環流路を流れる液体の流れ方向下流側に配された構成とされている。そのため、第1,2の熱交換器の双方において熱負荷に供給される液体を加熱する場合は、第1の熱交換器で放熱した液体が第2の熱交換器に導入されることとなり、第2の熱交換器において熱エネルギー量が不足する可能性がある。
そこで、かかる知見に基づき、上記請求項1〜7のいずれかに記載の貯留型熱源装置は、熱負荷に供給される液体を第1,2の熱交換器に供給して熱交換加熱する第4の加熱動作を実施可能なものであり、当該第4の加熱動作が、液体を介して貯留タンクに貯留されている熱エネルギーが所定量以上であることを条件として実施されるものであり、第4の加熱動作を実施する場合に、循環流路を介して貯留タンクから取り出された液体を第1,2の熱交換器に供給すると共に、中間取出流路を介して取り出された液体を第2の熱交換器に供給する構成としてもよい(請求項8)。
かかる構成とした場合、第2の熱交換器には、第1の熱交換器を通過して来た液体だけでなく、中間取出流路を介して貯留タンクから取り出された液体が第1の熱交換器を迂回して直接供給されることとなる。そのため、上記した構成によれば、第1,2の熱交換器の双方において熱負荷に供給される液体の加熱が行われる場合であっても、第2の熱交換器に熱交換加熱に必要な熱エネルギーを供給することができる。
ここで、上記したように貯留タンクに液体を介して十分な熱エネルギーが貯留されている場合は、上記した第4の加熱動作のように中間取出流路を介して貯留タンク内の液体を第2の熱交換器に供給することにより、第2の熱交換器における熱交換加熱を実施するのに不足する熱エネルギー量を補足することができる。しかし、貯留タンクに貯留されている熱エネルギーが少ない場合は、第4の加熱動作のように貯留タンクから液体を取り出して第2の熱交換器に供給すると、様々な問題が生じるおそれがある。
すなわち、中間取出流路を介して取り出し可能な液体が持つ熱エネルギーが低い場合は、第4の加熱動作のように中間取出流路を介して取り出された液体を第2の熱交換器に供給しても第2の熱交換器における熱エネルギー量の不足分を十分補うことができない可能性が高い。また、仮に貯留タンクにある程度の熱エネルギーが蓄えられていたとしても、これを他の用途に使用するために必要とされる熱エネルギーを考慮すると、第2の熱交換器に供給できる程、余剰の熱エネルギーが存在しない場合がある。このような場合は、仮に第4の加熱動作を実施し、貯留タンクから中間取出流路を介して取り出された液体を第2の熱交換器に供給して熱エネルギー量の不足分を補えたとしても、以後の動作に支障を来す可能性もある。
そこで、かかる問題点を解消すべく提供される請求項9に記載の発明は、熱負荷に供給される液体を第1,2の熱交換器に供給して熱交換加熱する第5の加熱動作を実施可能なものであり、当該第5の加熱動作が、液体を介して貯留タンクに貯留されている熱エネルギーが所定量未満であることを条件として実施されるものであり、第5の加熱動作を実施する場合に、中間取出流路を介する貯留タンク内の液体の取り出しを阻止した状態で、循環流路を介して貯留タンク内に貯留されている液体を貯留タンク上端側から取り出して第1,2の熱交換器に供給し、当該第1,2の熱交換器において熱エネルギーを放出した液体を貯留タンクの下端側に戻すと共に、熱源において加熱された液体を加熱液供給流路を介して第2の熱交換器に供給することを特徴とする請求項2〜8のいずれかに記載の貯留型熱源装置である。
本発明の貯留型熱源装置では、第1,2の熱交換器に供給して熱交換加熱する際に、液体を介して貯留タンクに貯留されている熱エネルギーが所定量未満である場合であっても、第5の加熱動作を実施することにより熱源において加熱された液体を加熱液供給流路を介して第2の熱交換器に供給し、第2の熱交換器における熱交換加熱に必要とされる熱エネルギーを補足することができる。そのため、本発明によれば、第1,2の熱交換器の双方において熱負荷に供給される液体の加熱が行われる場合であっても、第2の熱交換器に液体の熱交換加熱に必要な熱エネルギーを供給することができる。
また、本発明の貯留型熱源装置は、例えば貯留タンクに貯留されている熱エネルギーが、中間取出管を介して貯留タンク内の液体を取り出して第2の熱交換器に供給しても第2の熱交換器において不足すると想定される程度の量に満たないことを条件として第5の加熱動作を実施する構成とすることも可能である。かかる構成とした場合についても、第5の加熱動作を実施することにより、中間取出流路を介して貯留タンク内の液体を取り出すことなく第2の熱交換器において必要と想定される量の熱エネルギーを供給することができる。そのため、本発明の貯留型熱源装置によれば、中間取出流路を介して取り出し可能な液体が持つ熱エネルギーが低い場合であっても、第2の熱交換器において不足する分の熱エネルギー量を補うことができる。
さらに、本発明の貯留型熱源装置は、例えば貯留タンクに貯留されている熱エネルギー量が他の用途に使用すること等を考慮すると、第2の熱交換器に供給できる程度の量未満である場合に第5の加熱動作を実施する構成とすることも可能である。かかる構成とした場合は、他の用途に使用するための熱エネルギーを貯留タンクに確保しつつ、熱負荷に供給するための液体を第1,2の熱交換器において十分熱交換加熱することができる。
請求項10に記載の発明は、熱源が、大気または二酸化炭素を熱媒体とするヒートポンプ式熱源機であることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の貯留型熱源装置である。
ヒートポンプ式熱源機は電気ヒータ式の熱源機に比べて極めて高いエネルギー効率を呈する。本発明では、熱源としてヒートポンプ式熱源機を採用しているため、エネルギー効率が著しく高い貯留型熱源装置を提供できる。
本発明によれば、熱負荷に供給する液体の熱交換加熱に伴って熱負荷における熱エネルギーの消費量の大小によらず熱負荷に熱エネルギーを供給するには低温な液体が貯留タンクに戻ったり、貯留タンク内に形成されている温度成層が掻き乱されたりする可能性を最小限に抑制でき、熱エネルギーを効率よく利用可能な貯留型熱源装置を提供できる。
続いて、本発明の一実施形態にかかる貯留型熱源装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。図1において、1は本実施形態の貯留型熱源装置である。貯留型熱源装置1は、筐体1a内に貯留タンク3を中心として構成される加熱系Sを有し、熱源2において発生した熱エネルギーを用いて加熱された湯水(液体)を貯留タンク3に貯留可能な構成とされている。
貯留タンク3は、湯水を貯留可能なタンクである。貯留型熱源装置1は、貯留タンク3に対して後述する様々な配管を直接的あるいは間接的に接続することにより構成された加熱回路5や追焚回路6、暖房回路7を有する。
貯留タンク3には、複数(本実施形態では4つ)の温度センサ8a〜8dが貯留タンク3の高さ方向、すなわち内部に貯留される湯水の液面の昇降方向に所定の間隔を空けて取り付けられている。各温度センサ8a〜8dは、それぞれ取り付けられている高さ位置に貯留されている湯水の温度を検知するための温度検知手段として機能すると共に、貯留タンク3内に貯留されている所定温度あるいは温度範囲の湯水の量を検知するための残量検知手段としての役割も果たすものである。
すなわち、貯留型熱源装置1は、後述するように加熱回路5を流れる湯水を熱源2において発生する熱エネルギーを用いて加熱し、貯留タンク3に対して上端3a側から緩やかな流速で導入可能な構成とされている。
ここで、一般的に貯留タンク3内に貯留されている湯水(液体)よりも高温の液体を貯留タンク3に対して上端3a側から導入する場合、加熱された湯水と貯留タンク3の上端3a側に残存している湯水との温度差が所定温度以上(湯水の場合は、約10℃以上)であることを条件として温度の異なる湯水が層状に貯留され、いわゆる温度成層を形成することが知られている。そのため、本実施形態の貯留型熱源装置1では、熱源2において発生する熱エネルギーによって湯水を加熱すると、貯留タンク3の上端3a側から徐々に高温になっていく。従って、各温度センサ8a〜8dの検知温度を確認することにより、所定温度以上の湯水がどれだけ貯留タンク3に貯留されているかを判断することができる。
貯留タンク3の上端3a側および下端3b側には、接続口3c,3dが設けられており、これを介して上端接続管9aおよび下端接続管9bがそれぞれ貯留タンク3内に連通するように接続されている。上端接続管9aには、熱源戻り配管10が接続されており、下端接続管9bの末端部分には、三方弁12を介して熱源往き配管11が接続されている。
さらに詳細には、三方弁12を構成する3つのポート12a,12b,12c(接続口)のうち、ポート12aに下端接続管9bが接続されており、ポート12bに熱源往き配管11が接続されている。また、暖房往き配管11の中途には、加熱用循環ポンプ13が設けられている。熱源戻り配管10および熱源往き配管11は、それぞれ熱源2に接続されている。そのため、三方弁12をポート12a,12bが連通するように開度調整すると図2にハッチング等で示すような加熱回路5が形成され、加熱用循環ポンプ13を作動させることにより熱源2と貯留タンク3との間で湯水を循環させることができる。
上記した加熱回路5を構成する熱源戻り配管10には、給湯配管16が接続されている。給湯配管16は、熱源戻り配管10と上端接続管9aとの接続部分に接続されており、その末端部分に配管接続口18が設けられている。給湯配管16は、配管接続口18を介して外部に設けられたカラン24に配管接続可能な構成とされている。
また、下端接続管9bおよび熱源往き配管11には、外部の給水源から低温の湯水を供給するための給水配管17が接続されている。給水配管17の末端には、配管接続口19が設けられており、これを介して外部の給水源(図示せず)に対して配管接続可能な構成とされている。
追焚回路6は、追焚一次流路20と追焚二次流路22とを有し、追焚一次流路20の中途に設けられた追焚熱交換器21に追焚二次流路22を接続して構成されている。追焚一次流路20は、貯留タンク3の上端3a側の位置と下端3b側の位置に設けられた接続口3e,3fを繋ぐように配管接続して構成されたものである。追焚一次流路20の中途には、前記した追焚熱交換器21に加えて追焚一次循環ポンプ23が設けられている。
追焚二次流路22は、風呂往き流路25と風呂戻り流路26とを有し、これらの一端側が追焚熱交換器21の二次側に接続された構成とされている。風呂戻り流路26の中途には、追焚二次循環ポンプ27が設けられている。風呂往き流路25および風呂戻り流路26の末端部分には配管接続口28,29が設けられており、これらに浴槽30に繋がる配管を接続することにより、図11にハッチング等で示すように、浴槽30内の湯水を追焚熱交換器21との間で循環可能な循環流路を形成することができる。
暖房回路7は、本実施形態の貯留型熱源装置1において特徴的な構成を有する部分である。さらに詳細に説明すると、暖房回路7は、暖房一次流路35(循環流路)、中間取出流路36、加熱水供給流路37(加熱液供給流路)、高温暖房二次流路38および低温暖房二次流路40によって主要な流路が構成されている。
暖房一次流路35は、貯留タンク3の上端側の位置に設けられた接続口3gと、三方弁12のポート12cとを繋ぐように接続されている。そのため、三方弁12をポート12a,12c間が連通するように開度調整することにより、暖房一次流路35が下端接続管9bに連通し、貯留タンク3の上端3a側の位置と下端3bとを繋ぐ循環流路を形成することができる。
暖房一次流路35の中途には、暖房一次循環ポンプ41が設けられている。そのため、三方弁12のポート12a,12c間が連通した状態で暖房一次循環ポンプ41を作動させると、貯留タンク3内に貯留されている湯水を上端3a側の位置(接続口3g)から取り出し、下端3b側から貯留タンク3内に戻すことができる。
暖房一次流路35の中途には、高温暖房熱交換器43と低温暖房熱交換器45とが設けられている。すなわち、高温暖房熱交換器43は、暖房一次流路35の中途に直列に配されている。高温暖房熱交換器43は、暖房一次流路35の中途であって低温暖房熱交換器45に対して暖房一次循環ポンプ41を作動させることにより発生する湯水の流れ方向上流側(接続口3g側)の位置に設けられた配管部分(以下、必要に応じて上流部35bと称す)を流れる湯水が一次側に流入可能なように接続されている。
また、暖房一次流路35の中途であって、高温暖房熱交換器43と低温暖房熱交換器45との間の部分(以下、必要に応じて中間部35aと称す)には開閉弁46が設けられている。そのため、三方弁12のポート12a,12cおよび開閉弁46を開状態として暖房一次循環ポンプ41を作動させると、貯留タンク3の上端3a側に存在する高温の湯水が高温暖房熱交換器43に優先的に供給される。そして、この湯水は、高温暖房熱交換器43において放熱してある程度放熱した後、低温暖房熱交換器45に供給されることとなる。
低温暖房熱交換器45に流入した湯水は、さらに放熱して低温になった後、暖房一次流路35のうち低温暖房熱交換器45と三方弁12のポート12cとを繋ぐ配管部分(以下、必要に応じて下流部35cと称す)を通過する。そして、三方弁12のポート12aに接続された下端接続管9bを介して貯留タンク3の下端3b側に戻される。
中間取出流路36は、中域水取出管50と低域水取出管51と混合水供給管52とを有する。中域水取出管50および低域水取出管51は、共に貯留タンク3内に貯留されている液体を貯留タンク3の高さ方向中間部分から取り出すための取出配管として機能する。
中域水取出管50は、貯留タンク3の上端3a側から貯留タンク3の高さLの1/3程度下方の位置に設けられた接続口3hに接続されている。また、低域水取出管51は、貯留タンク3の下端3b側から貯留タンク3の高さLの1/3程度上方の位置に設けられた接続口3iに接続されている。すなわち、中域水取出管50は、上記した暖房一次流路35の上流部35bよりも貯留タンク3の低い位置に接続された配管であり、低域水取出管51は中域水取出管50よりもさらに低い位置にある湯水を取り出し可能なように接続されている。
接続口3h,3iは、それぞれ上記した温度センサ8b,8cと貯留タンク3の高さ方向に同程度の位置に設けられている。そのため、中域水取出管50および低域水取出管51を介して取り出される湯水は、それぞれ温度センサ8b,8cの検知温度程度の温度である。
中域水取出管50および低域水取出管51は、それぞれ三方弁55に設けられた2つの接続口(以下、それぞれをポート55a,55bと称す)に接続されている。三方弁55の残りの接続口(以下、ポート55cと称す)には、混合水供給管52の一端側が接続されている。混合水供給管52の他端側は、上記した暖房一次流路35の中間部35aであって、開閉弁46よりも暖房一次流路35を流れる湯水の流れ方向下流側、すなわち低温暖房熱交換器45に対して上流側の位置に接続されている。そのため、暖房回路7は、三方弁55のポート55a,55bの開度の比率を調整することによって中域水取出管50から取り出される湯水と、低域水取出管51から取り出される湯水との比率を調整し、混合水供給管52を介して暖房一次流路35(低温暖房熱交換器45の上流側)に供給される湯水の温度を調整することができる。
加熱水供給流路37は、暖房一次流路35の中途であって、低温暖房熱交換器45に対して暖房一次流路35を流れる湯水の流れ方向上流側に隣接する位置(中間部35a)と、加熱回路5を構成する熱源戻り配管10の中途に設けられた三方弁15の接続口15a(以下、ポート15aと称す)とを繋ぐ配管によって構成されている。そのため、三方弁15のポート15aの開度調整を行うことにより、熱源2で加熱され加熱回路5を循環している湯水を加熱水供給流路37を介して暖房一次流路35の中間部35aに流入させ、低温暖房熱交換器45に供給することができる。すなわち、三方弁15は、熱源2において加熱された湯水の流れる流路を貯留タンク3に繋がる熱源戻り流路10と、低温暖房熱交換器45に繋がる加熱水供給流路37とに切り替えるための流路切替手段として機能する。
高温暖房二次流路38は、高温暖房熱交換器43の二次側に往き配管60および戻り配管61を接続して構成される流路である。また、低温暖房二次流路40は、低温暖房熱交換器45の二次側に往き配管62および戻り配管63を接続して構成される流路である。また、高温暖房二次流路38の戻り配管61の末端部分は、低温暖房二次流路40の戻り配管63の中途に接続されている。往き配管60,62および戻り配管63の末端部分には、配管接続口65〜67が設けられている。また、戻り配管63の中途には、暖房二次循環ポンプ71が設けられている。
高温暖房二次流路38は、図1や図4等に示すように配管接続口65,67に対して貯留型熱源装置1の外部に設けられた熱負荷(以下、高温負荷端末80)に繋がる配管を接続することにより、高温暖房熱交換器43と高温負荷端末80との間で熱媒体(液体)を循環させることができる流路である。また、低温暖房二次流路40は、図1や図5等に示すように配管接続口66,67に対して貯留型熱源装置1の外部に設けられた熱負荷(以下、低温負荷端末81)に繋がる配管を接続することにより、低温暖房熱交換器45と低温負荷端末81との間で熱媒体(液体)を循環させることができる流路である。
上記した高温負荷端末80は、熱エネルギーの消費量が比較的大きな熱負荷であり、例えばファンコンベクタ等の暖房装置によって構成することができる。また、低温負荷端末81は、熱エネルギーの消費量が高温負荷端末80よりも小さな熱負荷であり、例えば床暖房装置等によって構成することができる。
続いて、本実施形態の貯留型熱源装置1の動作について、図面を参照しながら詳細に説明する。貯留型熱源装置1は、貯湯運転と、高温暖房運転、低温暖房運転、同時暖房運転、給湯運転および追焚運転を含む複数の運転方法で動作可能な構成とされている。
貯湯運転とは、熱源2を作動させることによって加熱回路5を循環する湯水を加熱し、これを貯留タンク3に貯留する運転方法である。また、高温暖房運転は、暖房回路7を流れる湯水や熱媒体を加熱し、これを配管接続口65,67に配管接続された暖房装置等の高温負荷端末80との間で循環させる運転方法である。低温暖房運転は、暖房回路7を流れる湯水や熱媒体を加熱し、これを配管接続口66,67に配管接続された低温負荷端末81との間で循環させる運転方法である。同時暖房運転は、暖房回路7を流れる湯水や熱媒体を加熱し、これを高温負荷端末80および低温負荷端末81との間で循環させる運転方法である。給湯運転は、加熱した湯水を配管接続口18に配管接続されたカラン24等に供給する運転方法である。以下、貯留型熱源装置1の動作を、各運転方法毎にさらに詳細に説明する。
(貯湯運転)
貯湯運転を実施する場合は、予め給水配管17を介して貯留タンク3や加熱回路5を構成する熱源戻り配管10や熱源往き配管11に湯水が導入された状態において、三方弁12のポート12cおよび三方弁15のポート15aが閉じ、ポート12a,12b間およびポート15b,15c間が連通した状態とされる。三方弁12,15の開度調整が完了すると、熱源2が作動すると共に、熱源往き配管11の中途に設けられた加熱用循環ポンプ13が作動する。これにより、図2にハッチングや矢印で示すように加熱回路5内を湯水が循環しはじめ、この湯水が熱源2において加熱される。さらに具体的には、加熱用循環ポンプ13が作動すると、貯留タンク3内に貯留されている湯水が下端接続管9bを介して取り出される。貯留タンク3から取り出された湯水は、三方弁12を介して下端接続管9bに接続されている熱源往き配管11に流れ込む。熱源往き配管11を流れる湯水は、加熱回路5の中途に設けられた熱源2において加熱され、熱源戻り配管10を流れる。熱源戻り配管10を流れる高温の湯水は、上端接続管9aを介して貯留タンク3内に上端3a側からゆっくり流入する。
ここで、上記したように、貯留タンク3に対して上端3a側から熱源2において加熱された高温の温度帯の湯水をゆっくりと導入すると、この高温の温度帯の湯水の水温と、貯留タンク3の上端3a側に残存している湯水の水温との差が所定の温度差(湯水の場合は約10℃)以上であることを条件として、高温の温度帯の湯水と低温の温度帯の湯水とが殆ど混ざり合うことなく層状に貯留された状態になり、いわゆる温度成層を形成する。そのため、貯湯運転を実施すると、貯留タンク3内の湯水が上端3a側から徐々に高温になっていく。さらに具体的には、貯湯運転の実施過程において、貯留タンク3内に低温の湯水が残存している間は、例えば図2に示すように、上端3a側に高温の温度帯に加熱された湯水の層(高温層H)が形成され、その下方にこれよりも低温の温度帯の湯水の層(低温層L)が形成されることとなる。
ここで、本実施形態の貯留型熱源装置1では、熱源2としてヒートポンプユニットが採用されており、深夜等の電気料金が比較的低廉な時間帯に貯湯運転を実施すると共に、その際の熱源2の加熱能力を抑制したり、熱源2として加熱能力が比較的低いものを採用することによりランニングコストを抑制する構成とされている。そのため、貯湯運転の実施過程において、貯留タンク3には、図3に示すように貯留タンク3の上端3a側に高温層Hが形成され、この下方にこれよりも低温の湯水によって構成される中間層Mが形成され、さらにこの下方にこれよりも低温の温度帯の湯水の層(低温層L)が形成されることとなる。すなわち、貯留型熱源装置1は、貯湯運転の実施過程において、貯留タンク3の高さ方向の中間部分に、貯留タンク3の上端3a側に存在する高温層Hを構成する温度帯の湯水と、下端3b側に存在する低温層Lを構成する湯水の温度帯の中間の温度帯の湯水が貯留されることがある。貯留運転をある程度継続すると、やがて貯留タンク3内の湯水の全てが高温になり、前記したような温度成層が解消される。
(高温暖房運転)
高温暖房運転は、高温暖房熱交換器43の一次側に上記した貯留運転によって貯留タンク3内に貯留されている高温の湯水を供給し、この湯水との熱交換により配管接続口65,67に配管接続された暖房装置等の高温負荷端末80と高温暖房熱交換器43との間で循環する熱媒体を熱交換加熱する運転方法である。
さらに具体的には、高温暖房運転を実施する場合は、三方弁12のポート12bが閉止され、ポート12a,12cが連通した状態とされると共に、中間取出流路36の中途に設けられた三方弁55が閉止される。また、暖房一次流路35の中間部35aに設けられた開閉弁46が開いた状態とされる。このように各弁12,46,55の開度調整がされると、暖房一次循環ポンプ41が作動状態とされる。これにより、図4にハッチングや矢印で示すように、貯留タンク3と高温側熱交換器43との間で湯水の循環流が発生する。
さらに詳細には、各弁12,46,55の開度調整後に暖房一次循環ポンプ41が作動状態とされると、貯留タンク3の上端3a側に存在する高温の湯水が、暖房一次流路35を介して貯留タンク3の外に取り出される。暖房一次側流路35を流れる湯水は、高温暖房熱交換器43において放熱した後、低温側熱交換器45を通過し、三方弁12および下端接続管9bを介して貯留タンク3の下端3b側に戻る。
一方、高温暖房運転の実施時には、戻り配管63の中途に設けられた暖房二次循環ポンプ71が作動状態とされる。これにより、図4にハッチングや矢印で示すように高温暖房熱交換器43の二次側と高温負荷端末80との間で熱媒体の循環流が発生する。高温暖房熱交換器43の二次側に供給された熱媒体は、上記したようにして暖房一次流路35の上流部35bを介して貯留タンク3の上端3a側から高温暖房熱交換器43の一次側に供給される高温の湯水との熱交換により加熱され、高温負荷端末80に供給される。この際、三方弁12や開閉弁46の開度や、暖房一次循環ポンプ41により圧送される湯水の流量は、高温暖房熱交換器43の二次側の出口や往き配管60等に設けられた温度センサ(図示せず)の検知温度が80℃近傍となるようにフィードバック制御される。
(低温暖房運転)
低温暖房運転は、低温暖房熱交換器45の一次側に供給される湯水との熱交換により、配管接続口66,67に配管接続された低温負荷端末81と低温暖房熱交換器45との間で循環する熱媒体を熱交換加熱する運転方法である。ここで、低温負荷端末81は、上記したように高温負荷端末よりも熱エネルギーの消費量が少ない負荷端末である。そのため、低温暖房運転を実施する場合は、上記した高温暖房熱交換器43に供給される湯水よりも低温の湯水を低温暖房熱交換器45に供給される。
低温暖房運転は、貯留タンク3に貯留されている湯水の温度に応じて、貯留タンク3内に貯留されている湯水を低温暖房熱交換器45の一次側に供給するモードL1と、熱源2において加熱された湯水を貯留タンク3を介さず直接低温暖房熱交換器45の一次側に供給するモードL2のいずれかの動作モードで実施される。以下、低温暖房運転の実施時における貯留型熱源装置1の動作を各モードL1,L2に分けて説明する。
<モードL1>
モードL1は、貯留タンク3内にある程度高温の湯水が貯留されていることを条件として選択される動作モードである。モードL1で低温暖房運転が実施される場合は、図5にハッチングや矢印で示すように中間取出流路36を構成する中域水取出管50や低域水取出管51を介して貯留タンク3の高さ方向中間部分に貯留されている湯水が取り出され、低温暖房熱交換器45の一次側に供給される。
さらに具体的には、モードL1で低温暖房運転が実施される場合は、暖房一次流路35の中途に設けられた開閉弁46が閉止されると共に三方弁55のポート55a〜55cが開いた状態とされる。また、三方弁12は、ポート12a,12cが連通し、ポート12bが閉じた状態とされる。ここで、ポート55a,55bの開度の比率は、低温暖房熱交換器45の一次側に供給すべき湯水の温度に応じて調整され、ポート55a〜55cの開度が低温暖房熱交換器45の一次側に供給すべき湯水の量に応じて調整される。
すなわち、本実施形態の貯留型熱源装置1では、温度センサ8b,8cがそれぞれ接続口3h,3iと同程度の位置に取り付けられており、温度センサ8b,8cの検知温度に基づいて中域水取出管50および低域水取出管51から流出する湯水の温度を検知することができる。そのため、本実施形態では、低温暖房熱交換器45の一次側に供給すべき湯水の温度に応じてポート55a,55bの開度の比率が調整されると共に、低温暖房熱交換器45の一次側に供給すべき湯水の量に応じて55a〜55cの開度が調整される。
上記したようにして三方弁12,55および開閉弁46の開度調整がなされると、低温暖房熱交換器45に対して湯水の流れ方向下流側に配された暖房一次ポンプ41と、低温暖房二次流路40を構成する戻り配管63に設けられた暖房二次循環ポンプ71が作動状態とされる。これにより、図5にハッチングや矢印で示すように貯留タンク3の高さ方向中間部に存在する湯水が中間取出流路36を介して取り出され、低温暖房熱交換器45に供給される湯水の循環流が発生する。一方、低温暖房二次流路40側には、低温負荷端末81と低温暖房熱交換器45との間で熱媒体の循環流が発生する。
上記したようにして低温暖房熱交換器45の一次側に供給された湯水は、戻り配管63を介して低温負荷端末81から低温暖房熱交換器45の二次側に戻ってくる熱媒体との熱交換により放熱して低温となり、暖房一次流路35の下流部35cおよび下端接続管9bを介して貯留タンク3の下端3b側に戻される。一方、戻り配管63を介して供給された熱媒体は、低温暖房熱交換器45において熱交換加熱された後、往き配管62を介して低温負荷端末81に戻される。この際、開閉弁46は閉止状態とされ、三方弁12,55の開度や暖房一次循環ポンプ41により圧送される湯水の流量は、低温暖房熱交換器45の二次側の出口や往き配管62等に設けられた温度センサ(図示せず)の検知温度が60℃近傍(低温負荷端末81の種類や使用条件等によっては50℃近傍あるいは40℃近傍)となるようにフィードバック制御される。
<モードL2>
上記したモードL2は、貯留タンク3内に存在する湯水が低温暖房運転を実施するには低温である場合に選択される動作モードである。すなわち、モードL2は、上記したモードL1で低温暖房運転を実施しても低温負荷端末81に十分な熱エネルギーを供給できないと想定される場合に実施される動作モードである。貯留型熱源装置1がモードL2で低温暖房運転を実施する場合は、開閉弁46および三方弁55が閉止されると共に、三方弁12のポート12b,12c間が連通し、ポート12aが閉じた状態とされる。さらに、熱源戻り配管10が接続されている三方弁15のポート15a,15bが連通し、熱源戻り配管10が接続されたポート15cが閉じた状態とされる。これにより、図6にハッチングで示すように、低温暖房熱交換器45と熱源2との間で湯水が循環可能な循環流路が形成される。
上記したように各弁12,15,46,55の開度調整がされると、暖房一次流路35の下流部35cに設けられた暖房一次ポンプ41および熱源2と、低温暖房二次流路40に設けられた暖房二次循環ポンプ71とが作動状態とされる。この際、貯留型熱源装置1のCOP(Coefficient of Performance)の向上を考慮し、熱源2における湯水の加熱設定温度は65℃以下の範囲内に設定される。暖房二次循環ポンプ71が作動すると、熱源2において加熱された高温の湯水は、図6にハッチングや矢印で示すように低温暖房熱交換器45の一次側に順次供給されると共に、戻り配管63を介して低温負荷端末81から低温暖房熱交換器45の二次側に熱媒体が流入し、熱交換加熱される。
低温暖房熱交換器45において熱交換加熱された熱媒体は、往き配管62を介して低温負荷端末81に供給される。この際、開閉弁46は閉止状態とされ、三方弁12,55の開度や、暖房一次循環ポンプ41により圧送される湯水の流量、熱源2の加熱能力等は、低温暖房熱交換器45の二次側の出口や往き配管62等に設けられた温度センサ(図示せず)の検知温度が60℃近傍(低温負荷端末81の種類や使用条件等によっては50℃近傍あるいは40℃近傍)となるようにフィードバック制御される。
(同時暖房運転)
同時暖房運転は、高温負荷端末80および低温負荷端末81の双方に高温暖房熱交換器43および低温暖房熱交換器45において熱交換加熱された熱媒体を供給する運転方法である。同時暖房運転が実施される場合、貯留型熱源装置1は、貯留タンク3に貯留されている湯水の温度に応じて、後述するモードD1,D2のいずれかの動作モードで動作する構成とされている。以下、貯留型熱源装置1が同時暖房運転を実施する際の動作をモードD1,D2に分けて説明する。
<モードD1>
モードD1は、貯留タンク3内に高温の湯水が十分貯留されていることを条件として選択される動作モードであり、貯留タンク3内に貯留されている湯水を高温暖房熱交換器43および低温暖房熱交換器45の双方に供給することにより、高温負荷端末80および低温負荷端末81から戻ってくる熱媒体を加熱する動作モードである。貯留型熱源装置1がモードD1で同時暖房運転を実施する場合は、暖房一次流路35の中間部35aに設けられた開閉弁46が開いた状態とされる。そして、この状態で暖房一次循環ポンプ41および暖房二次循環ポンプ71が作動状態とされる。
上記したようにして暖房一次循環ポンプ41が作動状態とされると、図7に示すように、貯留タンク3の上端3a側に貯留されている高温の湯水が暖房一次流路35を介して高温暖房熱交換器43と低温暖房熱交換器45の双方にこの順で供給される。一方、暖房二次循環ポンプ71が作動状態とされると、配管接続口65,66,67に配管接続された高温負荷端末80や低温負荷端末81から熱媒体が戻り、戻り配管61,63を介して高温暖房熱交換器43および低温暖房熱交換器45の二次側に供給され、熱交換加熱される。高温暖房熱交換器43および低温暖房熱交換器45において加熱された熱媒体は、往き配管60,62を介して高温負荷端末80や低温負荷端末81に戻される。
ここで、同時暖房運転がモードD1で実施される場合において、高温負荷端末80で消費される熱エネルギーが大きい場合は、高温暖房熱交換器43を通過して低温暖房熱交換器45に流入する湯水の温度が低温であり、低温負荷端末81に供給される熱媒体を十分加熱できないことがある。このような場合は、上記した低温暖房運転をモードL1で実施する場合と同様に三方弁55が開かれ、貯留タンク3の高さ方向中間部分に貯留されている湯水が中間取出流路36を介して低温暖房熱交換器45の一次側に供給される。
すなわち、同時暖房運転が実施される場合は、低温暖房熱交換器45の一次側に流入する湯水の温度が低温負荷端末81に供給される熱媒体を加熱するのに必要とされる温度よりも低温であることを条件として、中間取出流路36を介して貯留タンク3の高さ方向中間部分に存在する湯水が低温暖房熱交換器45の一次側に補助的に供給される構成となっている。そのため、貯留型熱源装置1は、高温負荷端末80および低温負荷端末81の双方が同時に使用される場合であって、高温負荷端末80で大きなエネルギー消費がある場合であっても、低温側負荷端末81において必要とされる熱エネルギーを過不足なく供給することができる。
上記したように、同時暖房運転の実施中に三方弁55を開く場合、三方弁55の各ポート55a〜55cの開度や開度比は、上記した低温暖房運転をモードL1で実施する場合と同様に、中間取出流路36を介して低温暖房熱交換器45に供給すべき湯水の量や、温度センサ8b,8cの検知温度に基づいて調整される。
<モードD2>
上記したモードD2は、貯留タンク3内に貯留されている高温の湯水の量が低温負荷端末81に供給される熱媒体を加熱するには少ないことを条件として選択される動作モードである。同時暖房運転がモードD2で実施される場合は、図8にハッチングや矢印で示すように、貯留タンク3内の湯水が高温暖房熱交換器43および低温暖房熱交換器45に供給されると共に、熱源2において加熱された湯水が低温暖房熱交換器45に供給される。
さらに詳細に説明すると、モードD2で同時暖房運転を実施する場合は、暖房一次流路35の中間部35aに設けられた開閉弁46が開かれる。また、三方弁12は、ポート12a〜12cの全てが開いた状態とされる。また、熱源戻り配管10の中途に設けられた三方弁15は、ポート15a,15bが開き、ポート15cが閉じた状態とされる。この際、三方弁55は各ポート55a〜55cが開いた状態とされる。
上記したように各弁46,12,15,55の開度調整がなされると、熱源2が作動状態とされると共に、暖房一次循環ポンプ41、加熱用循環ポンプ13、並びに、暖房二次循環ポンプ71が作動状態とされる。この際、貯留型熱源装置1のCOPの向上を考慮し、熱源2における湯水の加熱設定温度は65℃以下の範囲に設定される。
暖房一次循環ポンプ41が作動すると、図8にハッチングや矢印で示すように、貯留タンク3に貯留されている湯水が貯留タンク3の上端3a側の接続口3gから取り出されて暖房一次流路35を流れ、下端3bに設けられた接続口3dから貯留タンク3内に戻る循環流が発生する。これにより、高温暖房熱交換器43および低温暖房熱交換器45の一次側に、貯留タンク3から取り出された湯水を介して熱エネルギーが供給される。また、加熱用循環ポンプ13が作動すると、熱源2と低温暖房熱交換器45との間で循環流が発生し、熱源2で加熱された湯水が低温暖房熱交換器45の一次側に供給される。すなわち、低温暖房熱交換器45には、高温暖房熱交換器43において放熱してある程度低温になった湯水に加えて、熱源2において加熱された湯水が供給される。
一方、暖房二次循環ポンプ71が作動すると、高温暖房熱交換器43および低温暖房熱交換器45の二次側と、高温負荷端末80および低温負荷端末81との間に熱媒体の循環流が発生し、高温負荷端末80や低温負荷端末81に熱エネルギーが供給される。すなわち、暖房二次循環ポンプ71が作動すると、熱媒体が高温負荷端末80側や低温負荷端末81側から戻り配管61,63を介して高温暖房熱交換器43および低温暖房熱交換器45の二次側に供給される。
高温暖房熱交換器43の二次側に供給された熱媒体は、暖房一次流路35を介して高温暖房熱交換器43に供給された高温の湯水との熱交換により加熱された後、往き配管60を介して高温負荷端末80に供給される。また、低温暖房熱交換器45の二次側に供給された熱媒体は、低温暖房熱交換器45の一次側に流入する湯水との熱交換によって加熱され、低温負荷端末81に供給される。この際、三方弁12,55や開閉弁46の開度や、暖房一次循環ポンプ41により圧送される湯水の流量、熱源2の加熱能力等は、低温暖房熱交換器45の二次側の出口や往き配管62等に設けられた温度センサ(図示せず)の検知温度が60℃近傍(低温負荷端末81の種類や使用条件等によっては50℃近傍あるいは40℃近傍)となるようにフィードバック制御される。
(給湯運転)
給湯運転は、配管接続口18に配管接続されたカラン24に加熱された湯水を供給するための運転方法である。貯留型熱源装置1は、貯留タンク3内に貯留されている湯水の温度に応じて、モードQ1,Q2のいずれかの動作モードで給湯運転を実施する構成とされている。以下、貯留型熱源装置1が給湯運転を実施する際の動作をモードQ1,Q2に分けて説明する。
<モードQ1>
モードQ1は、貯留タンク3内に給湯運転を実施するのに適当な温度の湯水が、給湯運転に必要とされる量以上貯留されている場合に実施される給湯運転の実施モードである。モードQ1により給湯運転が実施される場合は、熱源戻り配管10の中途に設けられた三方弁15のポート15bが閉じた状態とされ、貯留タンク3の下端3b側に外部の給水源から給水配管17および下端接続管9bを介して低温の湯水が供給される。
貯留タンク3の下端3b側から湯水が供給されると、図9にハッチングや矢印で示すように上端3a側に貯留されている高温の湯水が接続口3cに接続された上端接続管9aを介して貯留タンク3の外側に取り出される。貯留タンク3から取り出された高温の湯水は、給湯配管16を流れる。この高温の湯水は、給水配管17から分岐された分岐流路(図示せず)を介して供給された低温の湯水と混合弁(図示せず)で混合され、所定の温度に調整された状態で配管接続口18に配管接続されたカラン24に供給される。
<モードQ2>
上記したモードQ2は、貯留タンク3内に給湯運転を実施するのに適当な温度の湯水が存在しない場合や、給湯運転に適した温度の湯水が存在していても、この湯水の量が給湯運転を実施するには不足する場合に実施される給湯運転の実施モードである。モードQ2により給湯運転が実施される場合は、三方弁15のポート15b,15cが開き、ポート15aが閉じた状態とされ、三方弁12のポート12a,12bが閉じた状態とされる。また、熱源2が作動状態とされる。この際、貯留型熱源装置1のCOPの向上を考慮し、熱源2における湯水の加熱設定温度は65℃以下の範囲に設定される。
上記した状態で外部の給水源から給水配管17を介して低温の湯水が供給されると、図10に矢印やハッチングで示すようにこの湯水の一部が下端接続管9bを介して貯留タンク3に下端3b側から供給される。これにより、貯留タンク3内に貯留されている湯水が上端接続管9aを介して上端3aから取り出される。一方、給水配管17を介して供給された湯水の残部は、熱源往き配管11に流入する。熱源往き配管11に流入した湯水は、熱源2において加熱された後、熱源戻り配管10を流れる。
熱源戻り配管10を流れる高温の湯水は、上端接続管9aとの合流部分において貯留タンク3から取り出された湯水と合流し、混合される。その後、この湯水は、給湯配管16を介して配管接続口18に配管接続されたカラン24に供給される。
(追焚運転)
追焚運転は、配管接続口28,29に配管接続された浴槽30内の湯水を追焚熱交換器21と浴槽30との間で循環させて加熱する運転方法である。さらに詳細に説明すると、追焚運転を実施する場合は、追焚一次循環ポンプ23および追焚二次循環ポンプ27が作動状態とされる。
追焚一次循環ポンプ23が作動すると、図11に矢印やハッチングで示すように、貯留タンク3の上端3a側に貯留されている湯水が接続口3eから追焚一次流路20に取り出され、追焚熱交換器21の一次側を通過して接続口3fから下端3b側に戻る循環流を形成する。一方、追焚二次循環ポンプ27が作動すると、浴槽30内の湯水が風呂戻り流路26を通って追焚熱交換器21の二次側に供給され、熱交換加熱される。追焚熱交換器21において加熱された湯水は、追焚往き流路25および接続口28に接続された配管を介して浴槽30に供給される。
上記したように、本実施形態の貯留型熱源装置1は、貯留タンク3の高さ方向中間部分に貯留されている湯水を中間取出流路36から取り出し、低温暖房熱交換器45に供給することができる。また、上記した貯留運転の説明や図3に示すように、貯留タンク3内には温度成層が形成され、貯留タンク3の高さ方向中間部分にある湯水の層(中間層M)の温度帯は、上端3a側に層状に存在する湯水(高温層H)の温度帯と、下端3b側に層状に存在する湯水(低温槽L)の温度帯との中間程度であることが多い。そのため、低温暖房運転や同時暖房運転を実施すべく低温負荷端末81に供給される熱媒体を加熱する場合であっても、上記したモードL1やモードD1で示したように中間取出流路36を介して貯留タンク3内の高さ方向中間部分に貯留されている中間層Mを構成する湯水を低温暖房熱交換器45に供給すれば、低温暖房熱交換器45を通過して貯留タンク3に戻る湯水の温度が十分低温になる。従って、本実施形態の貯留型熱源装置1は、上記したモードL1やモードD1で低温暖房運転や同時暖房運転を実施し、貯留タンク3の高さ方向中間部分に存在する中間程度の温度帯の湯水を利用することにより、低温暖房熱交換器45を通過して貯留タンク3に戻る湯水によって貯留タンク3内に形成されている温度成層が掻き乱されたり、貯留タンク3内に存在している利用価値の高い高温の湯水が利用価値の低い中途半端な温度になるのを防止できる。
通常、上記した中間層Mを構成する湯水は、高温負荷端末80に供給する熱媒体を熱交換加熱するには低温であり、利用価値が低い。そのため、貯留型熱源装置1において熱エネルギーを有効利用するためには、貯留タンク3内に既に存在している中間層Mを構成する湯水を有効利用すると共に、中間層Mに相当する温度帯の湯水の発生量を抑制することが望ましい。かかる知見に基づき、本実施形態の貯留型熱源装置1では、従来技術のように低温負荷端末81に対して供給される熱媒体の加熱のために低温暖房熱交換器45に高温層Hを構成する湯水を供給するのではなく、中間層Mに相当する湯水を低温暖房熱交換器45に供給する構成としている。そのため、貯留型熱源装置1では、貯留タンク3に存在する中間層Mに相当する湯水を有効利用できると共に、低温暖房熱交換器45で放熱して貯留タンク3に戻る湯水が低温であり、中間層Mに相当する温度帯の湯水が発生しにくい。従って、貯留型熱源装置1によれば、熱エネルギーを有効利用することができる。
貯留型熱源装置1は、加熱水供給流路37を有し、熱源2において加熱された湯水を貯留タンク3を迂回させて低温暖房熱交換器45に直接供給可能な構成とされている。そして、貯留型熱源装置1では、低温暖房運転や同時暖房運転のように低温負荷端末81における熱媒体の加熱を伴う運転を実施する際に、貯留タンク3内に貯留されている熱エネルギーが所定量未満であることを条件として、低温暖房運転や同時暖房運転をモードL2,D2で実施し、熱源2において加熱された湯水を低温暖房熱交換器45に直接供給するように構成している。そのため、貯留型熱源装置1は、貯留タンク3に十分な熱エネルギーが貯留されていない場合であっても、低温負荷端末81に供給される熱媒体を十分加熱することができる。
また、貯留型熱源装置1は、低温暖房運転や同時暖房運転、給湯運転をモードL2,D2,Q2で実施する場合に限って、熱源2において加熱された湯水を貯留タンク3に貯留することなく直接、低温暖房熱交換器45やカラン等に向けて供給する構成とされている。そのため、本実施形態の貯留型熱源装置1は、熱源2を暖房運転や給湯運転のために作動させざるを得ない場合であっても、COPを高レベルに維持することができる。
貯留型熱源装置1は、低温暖房運転や同時暖房運転をモードL2,D2で実施する際に熱源2において加熱された湯水が低温暖房熱交換器45での熱交換加熱に使用される。そのため、低温負荷端末81に供給される熱媒体の加熱のために貯留タンク3から取り出される湯水の量を最小限に抑制できる。また特に、低温暖房運転をモードL2で実施する場合は、貯留タンク3内の高温の湯水が全く使用されない。従って、本実施形態の貯留型熱源装置1によれば、貯留タンク3内に貯留されている高温の湯水の使用量を最小限に抑制して給湯運転を実施したり、高温暖房運転や追焚運転のように大きな熱エネルギー量が必要とされる状況に備えて貯留タンク3内に高温の湯水を確保しておくことが可能である。従って、貯留型熱源装置1によれば、貯留タンク3内に貯留されている熱エネルギーを効率よく利用することができる。
上記したように、本実施形態の貯留型熱源装置1は、中間取出流路36を構成する中域水取出管50と低域水取出管51とを貯留タンク3の高さ方向に異なる位置に設けた構成とされている。そのため、温度センサ8b,8cによって中域水取出管50および低域水取出管51から流出する湯水の温度を検知し、これに基づいて三方弁55で中域水取出管50および低域水取出管51から取り出される湯水の量の比率を調整することにより低温暖房熱交換器45の一次側に流入する湯水の温度を熱媒体の加熱に適した温度に調整することができる。
上記実施形態では、中間取出流路36を、貯留タンク3に対して高さ方向に異なる位置に接続された中域水取出管50と低域水取出管51とを備えた構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、中域水取出管50あるいは低域水取出管51のいずれか一方だけを設けた構成としてもよい。また、中域水取出管50や低域水取出管51に加えて、これらとは貯留タンク3に対して高さ方向に異なる位置に接続された配管を設け、この配管から取り出された湯水も低温暖房熱交換器45の一次側に供給可能な構成としてもよい。
上記実施形態では、配管接続口65〜67を介して往き配管60,62や戻り配管61,63に配管接続することにより、高温暖房熱交換器43において加熱された熱媒体を熱エネルギーの消費量が大きい高温負荷端末80に供給可能であり、低温暖房熱交換器45において加熱された熱媒体を高温負荷端末80よりも熱エネルギーの消費量が小さな低温負荷端末81に供給可能な構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。さらに具体的には、貯留型熱源装置1は、例えば熱エネルギーの消費量を変動可能な負荷端末と往き配管60,62、戻り配管61,63を配管接続し、熱エネルギーの消費量の変動にあわせて往き配管60を介して負荷端末に供給される熱媒体の量と、往き配管62を介して負荷端末に供給される熱媒体の量を調整可能な構成とすることも可能である。かかる構成とした場合についても、上記実施形態に示したのと同様に、貯留タンク3の高さ方向中間部分に貯留されている中間層Mを構成する湯水やこれが持つ熱エネルギーを有効利用しつつ、温度成層を掻き乱しかねないような中途半端な温度の湯水の発生量を最小限に抑制することができる。
上記したように、貯留型熱源装置1は、熱エネルギーの消費量が多いと想定される高温暖房運転の実施時に三方弁55を閉止し、中間取出流路36を介して貯留タンク3に湯水が出入りできない状態とする。そのため、高温暖房運転の実施時には、貯留タンク3の上端3a側から取り出され、高温暖房熱交換器43において放熱した低温の湯水は必ず貯留タンク3の下端3b側に戻ることとなる。そのため、貯留型熱源装置1は、高温暖房運転を実施しても貯留タンク3に戻る湯水によって貯留タンク3内に形成されている温度成層が掻き乱されたり、貯留タンク3内に存在している高温の液体が温度低下することによるエネルギーロスが起こりにくい。
また、貯留型熱源装置1は、低温暖房運転をモードL1で実施することにより、熱エネルギーの消費量が少ない低温負荷端末81が単独で作動する場合であっても、貯留タンク3に戻る湯水の温度を低温とすることができる。そのため、貯留型熱源装置1は、低温負荷端末81が単独で作動する場合であっても貯留タンク3内の温度成層が崩れたり、貯留タンク3の上端3a側に存在する高温で利用価値の高い湯水が低温になるのを防止できる。
貯留型熱源装置1は、貯留タンク3内に貯留されている熱エネルギーが所定量未満である場合に低温暖房運転の動作モードとしてモードL2を選択し、熱源2において加熱された湯水を直接、低温暖房熱交換器45に供給して低温負荷端末81の作動に必要な熱媒体を加熱する構成とされている。そのため、貯留型熱源装置1は、貯留タンク3内に十分な熱エネルギーがない場合であっても、低温負荷端末81の作動に必要な熱媒体を十分加熱することができる。
貯留型熱源装置1は、同時暖房運転をモードD1で実施する際に、高温暖房熱交換器43において放熱して低温になった湯水だけでなく、中間取出流路36を介して貯留タンク3から取り出された湯水が低温暖房熱交換器45に供給されることとなる。そのため、貯留型熱源装置1は、高温負荷端末80および低温負荷端末81の双方が作動する場合であっても両者で必要とされる熱媒体を十分加熱することができる。
また、貯留型熱源装置1は、同時暖房運転をモードD2で実施することにより、熱源2で加熱された湯水を低温暖房熱交換器45の一次側に直接供給することができる構成とされている。そのため、貯留型熱源装置1は、中間取出流路36を介して取り出し可能な湯水が低温であり、貯留タンク3内の湯水を使うだけでは低温暖房熱交換器45に十分な熱エネルギーを供給できないような場合であっても、同時暖房運転をモードD2で実施することにより、低温暖房熱交換器45において必要な熱エネルギーを十分供給できる。
上記実施形態では、貯留タンク3内に低温負荷端末81の作動に必要な熱媒体を加熱するのに十分な湯水が存在しないことを条件として低温暖房運転をモードL2で実施したり、同時暖房運転をモードD2で実施する構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。さらに具体的には、例えば貯留タンク3の上端3a側に貯留されている高温の湯水を用いれば低温負荷端末81の作動に必要な熱媒体を加熱できる場合であっても、中間取出流路36を介して取り出し可能な湯水が持つ熱エネルギー(湯水の温度)が所定量未満であることを条件としてモードL2で低温暖房運転を実施したり、モードD2で同時暖房運転を実施する構成としてもよい。かかる構成とすれば、低温負荷端末81の作動に必要とされる熱媒体の加熱に際して高温で利用価値の高い湯水が使用されるのを抑制したり、後に実施される給湯運転等に備えて高温の湯水を確保しておくことが可能であり、貯留型熱源装置1の熱エネルギー効率をより一層向上させることができる。
上記した貯留型熱源装置1は、加熱回路5の中途に熱源2として機能するヒートポンプユニットを接続した構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば燃料電池システムやガスエンジンのように熱エネルギーが発生する装置を熱源2として採用することができる。また、貯留型熱源装置1は、熱源2を備えた構成であっても、熱源2とは別体とされ、熱源2に対して接続することにより、熱源2で発生した熱エネルギーを加熱回路5を流れる液体(湯水)に回収可能な構成のものであってもよい。すなわち、貯留型熱源装置1は、熱源2を含む構成としても、熱源2を持たない構成としてもよい。
また、上記実施形態では、熱源2で発生した熱エネルギーを湯水を介して回収する構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば不凍液等のような液体を介して熱エネルギーを回収する構成としてもよい。