JP2007322029A - 蒸気加圧方式による温水熱供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】高圧ポンプ等の動力を用いることなく、水をシステム内に効率よく補給することができる温水熱供給システム等を提供すること。
【解決手段】１００℃以上の所定温度の水を産生する温水ボイラと、温水ボイラから供給される水の熱を外部に供給する熱供給装置と、温水ボイラと熱供給装置との間で循環する水の循環路と、熱供給装置において熱を提供することにより冷却した水の一部を温水ボイラから供給される水と混合するためのバイパス路と、温水ボイラから熱供給装置に供給される水を所定温度における飽和蒸気圧に保持するために、熱供給装置において熱を提供した水の一部と混合する前に温水ボイラから供給される水を受け入れる耐圧容器と、水に難溶性のガスのハイドレートを気化させることにより産生されるガスで、ハイドレートを気化させることにより産生される気化水を加圧して循環路に圧入するハイドレート気化装置と、を備えた系を密閉させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、膨張タンク内で温水温度に見あう蒸気を発生させ、得られた蒸気圧により系内の水を１００℃以上に加熱しても沸騰させないように加圧し、１００℃以上の温水の熱を外部に供給する温水熱供給システム及びその利用、並びに、温水熱供給システムへの水の補給方法に関する。

従来、温水ボイラで加熱した温水を膨張タンクに導き、その飽和蒸気圧力で膨張タンク内圧力を保持すると共に直接システムの膨張収縮を吸収して１００℃以上に加熱した温水を沸騰させないようにし、温水の熱を外部に供給するような、温水による地域暖房システム等の温水熱供給システムが開発されている（例えば、非特許文献１参照）。
地域冷暖房技術手引書，日本地域冷暖房協会，昭和５８年３月，３２−３６頁

しかしながら、上述のシステムでは、何らかの要因で圧力が低下し、温水が蒸発することがあるため、高圧ポンプ等の動力でシステム内に水を圧入して補給する必要があった。

本発明は、高圧ポンプ等の動力を用いることなく、水をシステム内に効率よく補給することができる、水の補給方法、並びに、温水熱供給システム及びその利用を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る温水熱供給システムは、全体が密閉系である温水熱供給システムであり、１００℃以上の所定温度の水を産生する温水ボイラと、前記温水ボイラから供給される前記水の熱を外部に供給する熱供給装置と、前記温水ボイラと前記熱供給装置との間で循環する前記水の循環路と、前記熱供給装置において熱を提供することにより冷却した水の一部を前記温水ボイラから供給される前記水と混合するためのバイパス路と、前記温水ボイラから前記熱供給装置に供給される前記水を前記所定温度における飽和蒸気圧に保持するために、前記熱供給装置において熱を提供することにより冷却した水の一部と混合する前に前記温水ボイラから供給される前記水を受け入れる耐圧容器と、水に難溶性のガスのハイドレートを気化させることにより産生される気化水を、前記ハイドレートを気化させることにより産生される前記ガスで加圧し、前記気化水を前記循環路に圧入するハイドレート気化装置と、を備える。

本発明に係る温水熱供給システムは、前記気化水の一部の冷熱を利用する熱交換器と、前記熱交換器において冷熱を提供した前記気化水を前記ハイドレート気化装置に戻す返送手段と、をさらに備えてもよい。

なお、前記水に難溶性のガスのハイドレートが可燃性ガスのハイドレートである場合には、前記温水ボイラが前記ハイドレート気化装置で前記可燃性ガスのハイドレートを気化させることにより産生される前記可燃性ガスを燃料として前記循環路内を循環する水を加熱してもよいし、前記ハイドレート気化装置で前記可燃性ガスのハイドレートを気化させることにより産生される前記可燃性ガスを燃料とするガス発電機をさらに備え、前記温水ボイラは前記ガス発電機が前記可燃性ガスを燃焼させることにより得られる排熱を利用して前記循環路内を循環する水を加熱してもよい。

本発明に係る建築物は、上述のような温水熱交換システムを用いることを特徴とする。

本発明に係る水の補給方法は、１００℃以上の所定温度の水を産生する温水ボイラと、前記温水ボイラから供給される前記水の熱を外部に供給する熱供給装置と、前記温水ボイラと前記熱供給装置との間で循環する前記水の循環路と、前記熱供給装置において熱を提供することにより冷却した水の一部を前記温水ボイラから供給される前記水と混合するためのバイパス路と、前記温水ボイラから前記熱供給装置に供給される前記水を前記所定温度における飽和蒸気圧に保持するために、前記熱供給装置において熱を提供することにより冷却した水の一部と混合する前に前記温水ボイラから供給される前記水を受け入れる耐圧容器と、を備える全体が密閉系である温水熱供給システムの前記循環路に水を補給する方法であって、前記温水熱供給システムは、水に難溶性のガスのハイドレートを気化させるハイドレート気化装置を備え、前記ハイドレート気化装置は、前記ハイドレートを気化させることにより産生される前記ガスで加圧された、前記ハイドレートを気化させることにより産生される気化水を、前記循環路に圧入することを特徴とする。

なお、上述の水に難溶性のガスのハイドレートとしては、例えば、窒素ガスハイドレートや、メタンハイドレート、エタンハイドレート、プロパンハイドレート、天然ガスハイドレート等の可燃性ガスのハイドレートなど、又はこれらの混合物を用いることができる。

本発明によれば、高圧ポンプ等の動力を用いることなく、水をシステム内に効率よく補給することができる、水の補給方法、並びに、温水熱供給システム及びその利用を提供することができる。

以下、好ましい実施の形態につき、添付図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態として説明する温水熱供給システム１００の概略構成を示す図である。図１に示すように、本発明に係る温水熱供給システム１００は、ＮＧＨ気化装置１０、膨張タンク２０、ポンプ３０、温水ボイラ４０、熱供給装置５０などを備える。なお、本発明に係る温水熱供給システム１００には、水が温水ボイラ４０、膨張タンク２０、及び熱供給装置５０を順次循環できる配管（循環路）４と、熱供給装置５０から排出された水の一部を、膨張タンク２０から排出された水と混合するための配管（バイパス路）５が設けられており、システム全体が密閉構造となっている。

温水ボイラ４０は、水を加圧・加熱して所定温度（１００℃以上）の水を産生する装置である。熱供給装置５０は、温水ボイラ４０から供給される水の熱を外部に供給する装置である。熱供給装置５０は、例えば、給湯装置、暖房装置、融雪装置などである。

膨張タンク２０は、熱供給装置５０において熱を提供することにより冷却した水の一部と混合される、温水ボイラ４０から熱供給装置５０に供給される所定温度の水を受け入れて当該水の温度における飽和蒸気圧に保持する密閉式の耐圧容器である。このように、密閉系の温水熱供給システム１００に、温水ボイラ４０から供給される水の温度における飽和蒸気圧にタンク２０内を保持する膨張タンク２０を備えることにより、膨張タンク２０は、温水ボイラ４０から供給される水を受け入れると一定圧力（飽和蒸気圧）の水を排出して熱供給装置５０に供給するので、システム全体を一定の圧力（飽和蒸気圧）に保つことができるようになり、循環路４及びバイパス路５内を流れる水が気化するのを防止することができるようになる。なお、本実施の形態においては、膨張タンク２０内の圧力を所定圧に調節するための圧力調節弁２１が膨張タンク２０に設けられている。

ポンプ３０は、膨張タンク２０を介して温水ボイラ４０から供給される水、すなわち、膨張タンク２０から排出された水と、熱供給装置５０において熱を提供することにより冷却した水の一部とを混合した水を熱供給装置５０に移送する装置である。このように、膨張タンク２０から排出された水を、熱供給装置５０において熱を提供することにより冷却した水の一部と混合して冷却した後、この冷却した混合水をポンプ３０によって熱供給装置５０に供給することにより、膨張タンク２０から排出された水が圧力の低下によって蒸発するのを防止することができるようになり、ポンプ３０の故障を防止することが可能となる。なお、ポンプ３０の駆動によって、熱供給装置５０から排出された水の一部は混合弁６４の開放により配管５を介して熱供給装置５０に直接供給され、残りの水は配管４を介して温水ボイラ４０及び膨張タンク２０を通って熱供給装置５０に再び供給される。

ＮＧＨ気化装置１０は、天然ガスハイドレート（ＮＧＨ）を気化させる装置である。ＮＧＨの気化は、ＮＧＨに水を加えて行ってもよいし、ＮＧＨに熱を加えて行ってもよい。ＮＧＨ気化装置１０は、装置１０内に導入されたＮＧＨを気化させることにより水（気化水）及び天然ガスを産生する。ＮＧＨ気化装置１０において産生された気化水は、産生された天然ガスにより圧縮され、水供給弁６２の開放により配管２を介して循環路４内に圧入される。一方、ＮＧＨ気化装置１０において産生された天然ガスは、ガス供給弁６１を開放することにより配管１を介して温水ボイラ４０に供給され、温水ボイラ４０の燃料として使用される。

なお、本実施の形態においては、ＮＧＨ気化装置１０に溜まった水の一部を排水弁６３の開放により排水しているが、排水する水の冷熱を熱交換器で有効に利用してから排水してもよいし、浄化槽を設けて排水する水を浄化し、飲料水として利用できるようにしてもよい。

以上のように、本発明に係る温水熱供給システム１００は、ＮＧＨ気化装置１０を備えることにより、加圧ポンプ等の動力を用いることなく、循環路４内に水を効率よく補給することができるようになる。

また、本発明の温水熱供給システム１００においては、ＮＧＨを気化させることにより得られた天然ガスを、ＮＧＨを気化させることにより得られる気化水を循環路４内に圧入するために利用するだけではなく、温水ボイラ４０の燃料として使用することができる。従って、水を循環路４内に圧入するための加圧ポンプやコンプレッサ等の加圧装置や温水ボイラ４０の燃料タンクなどを別途設ける必要がないので、システム全体の規模の縮小化を図ることができ、経済的に優れている。

なお、上述の温水熱供給システム１００は、図１に示すように、熱交換器１２と、ＮＧＨ気化装置１０から循環路４内に圧入する気化水の一部を熱交換器１２に供給するポンプ１１と、気化水の一部を配管２からポンプ１１及び熱交換器１２を介してＮＧＨ気化装置１０に戻す配管３と、をさらに備えることとしてもよい。これにより、ＮＧＨを気化させることにより得られた気化水の冷熱を有効に利用することができ、冷熱を提供した気化水をＮＧＨ気化装置１０においてＮＧＨを気化させるのに利用することができる。

また、本実施の形態においては、ＮＧＨ気化装置１０において発生した天然ガスを、燃料として温水ボイラ４０に配管１を介して供給し、循環路４内を循環する水を加熱しているが、ガスタービン、ガスエンジン等のガス発電機の燃料として供給し、ガス発電機が天然ガスを燃焼させることにより得られる排熱を利用して温水ボイラ４０が循環路４内を循環する水を加熱してもよい。これにより、ガス発電機により発電した電気も利用することができるようになり、エネルギーの有効利用を図ることができるようになる。

さらに、本実施の形態においては、ＮＧＨを気化させるＮＧＨ気化装置１０を本発明に係る温水熱供給システム１００に設けているが、ＮＧＨ以外のメタンハイドレート、エタンハイドレート、プロパンハイドレート等の可燃性ガスのハイドレートを気化させるハイドレート気化装置を設けてもよいし、ハイドレートを気化させることにより発生したガスをボイラ等の燃料として使用しない場合には、窒素ガスハイドレートなどの水に難溶性、好ましくは不溶性のガスハイドレートを気化させるハイドレート気化装置を設けてもよい。

上述のような温水熱供給システム１００は、マンション等の建築物における給湯システム、暖房システム、冷暖房システム等として有用であり、また、道路や線路等の融雪システムとしても有用である。

本発明の一実施形態として説明する温水熱供給システムの全体構成を示す図である。

符号の説明

１〜５ 配管
１０ ＮＧＨ気化装置
１１ ポンプ
１２ 熱交換器
２０ 膨張タンク
２１ 圧力調節弁
３０ ポンプ
４０ 温水ボイラ
５０ 熱供給装置
６１ ガス供給弁
６２ 水供給弁
６３ 排水弁
６４ 混合弁
１００ 温水熱供給装置

Claims (6)

1. 全体が密閉系である温水熱供給システムにおいて、
   １００℃以上の所定温度の水を産生する温水ボイラと、
   前記温水ボイラから供給される前記水の熱を外部に供給する熱供給装置と、
   前記温水ボイラと前記熱供給装置との間で循環する前記水の循環路と、
   前記熱供給装置において熱を提供することにより冷却した水の一部を前記温水ボイラから供給される前記水と混合するためのバイパス路と、
   前記温水ボイラから前記熱供給装置に供給される前記水を前記所定温度における飽和蒸気圧に保持するために、前記熱供給装置において熱を提供することにより冷却した水の一部と混合する前に前記温水ボイラから供給される前記水を受け入れる耐圧容器と、
   水に難溶性のガスのハイドレートを気化させることにより産生される気化水を、前記ハイドレートを気化させることにより産生される前記ガスで加圧し、前記気化水を前記循環路に圧入するハイドレート気化装置と、
   を備えることを特徴とする温水熱供給システム。
2. 前記水に難溶性のガスのハイドレートが、可燃性ガスのハイドレートであり、
   前記温水ボイラは、前記ハイドレート気化装置で前記可燃性ガスのハイドレートを気化させることにより産生される前記可燃性ガスを燃料とすることを特徴とする請求項１に記載の温水熱供給システム。
3. 前記水に難溶性のガスのハイドレートが、可燃性ガスのハイドレートであり、
   前記ハイドレート気化装置で前記可燃性ガスのハイドレートを気化させることにより産生される前記可燃性ガスを燃料とするガス発電機をさらに備え、
   前記温水ボイラは、前記ガス発電機が前記可燃性ガスを燃焼させることにより得られる排熱を利用して前記循環路内を循環する水を加熱することを特徴とする請求項１に記載の温水熱供給システム。
4. 前記気化水の一部の冷熱を利用する熱交換器と、
   前記熱交換器において冷熱を提供した前記気化水を前記ハイドレート気化装置に戻す返送手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の温水熱供給システム。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の温水熱供給システムを用いた建築物。
6. １００℃以上の所定温度の水を産生する温水ボイラと、
   前記温水ボイラから供給される前記水の熱を外部に供給する熱供給装置と、
   前記温水ボイラと前記熱供給装置との間で循環する前記水の循環路と、
   前記熱供給装置において熱を提供することにより冷却した水の一部を前記温水ボイラから供給される前記水と混合するためのバイパス路と、
   前記温水ボイラから前記熱供給装置に供給される前記水を前記所定温度における飽和蒸気圧に保持するために、前記熱供給装置において熱を提供することにより冷却した水の一部と混合する前に前記温水ボイラから供給される前記水を受け入れる耐圧容器と、
   を備える全体が密閉系である温水熱供給システムの前記循環路に水を補給する方法であって、
   前記温水熱供給システムは、水に難溶性のガスのハイドレートを気化させるハイドレート気化装置を備え、
   前記ハイドレート気化装置は、前記ハイドレートを気化させることにより産生される前記ガスで加圧された、前記ハイドレートを気化させることにより産生される気化水を、前記循環路に圧入することを特徴とする水の補給方法。

Images