JP2007322030A - ポンプ加圧方式による温水熱供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】システム内の配管や機器の腐食を防止するとともに、加圧されたがシステムに圧入されなかった余分な水を再利用しても加圧ポンプが壊れることのない温水熱供給システム及びその利用を提供すること。
【解決手段】温水ボイラと、温水ボイラで加熱した水により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水を循環させるための水の循環路と、循環路内の水を循環させる循環ポンプと、循環路内に水を圧入させることにより循環路内を加圧する加圧ポンプと、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と、ハイドレートを気化させることにより得られる気化水を、循環路内に圧入するための水として貯水し、水位の変化に応じて、ハイドレートを気化させることにより得られるガスを導入・排出する密閉タンクと、循環路内の水を密閉タンク内に排出して循環路内の圧力を調節する圧力調節弁と、を備えさせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、系内の水を１００℃以上に加熱しても沸騰させないように系内を加圧ポンプで加圧し、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に関する。

従来、温水ボイラで加熱した温水を利用して熱を供給するシステムにおいては、開放タンク内の水を加圧ポンプでシステム内に圧入し、加圧ポンプでシステム内に圧入されなかった水（余分な水）を逃し弁から開放タンクに戻してシステム内を定圧に保ち、温水ボイラで１００℃以上に加熱した温水が沸騰しないようにするポンプ加圧方式が利用されている（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、上述の方式では、開放タンクにおいて空気が水に溶け込み、配管や機器の腐食を引き起こすという問題がある。この問題を解決するために、開放タンクではなく密閉タンクを用いる方法が知られているが、加圧ポンプでシステム内に圧入されなかった水（以下、この水を「余分な水」と称する。）を密閉タンクに戻すと蒸発して水蒸気が発生し、加圧ポンプによって密閉タンク内の水をシステム内に供給しようとするとキャビテーションが発生して加圧ポンプが壊れるという問題がある。

そこで、本発明は、システム内の配管や機器の腐食を防止するとともに、加圧されたがシステム内に圧入されなかった余分な水を再利用しても加圧ポンプが壊れることのない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、温水ボイラと、前記温水ボイラで加熱した水により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前記水を循環させるための水の循環路と、前記循環路内の水を循環させる循環ポンプと、前記循環路内に水を圧入させることにより前記循環路内を加圧する加圧ポンプと、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と、前記ハイドレートを気化させることにより得られる気化水を、前記循環路内に圧入するための水として貯水し、水位の変化に応じて、前記ハイドレートを気化させることにより得られる前記ガスを導入・排出する密閉タンクと、前記循環路内の水を前記密閉タンク内に排出して前記循環路内の圧力を調節する圧力調節弁と、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、をさらに備えることとしてもよい。

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。

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、システム内の配管や機器の腐食を防止するとともに、加圧されたがシステム内に圧入されなかった余分な水を再利用しても加圧ポンプが壊れることのない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、密閉タンク２０、循環ポンプ３０、温水ボイラ４０、熱供給装置５０などを備える。なお、温水ボイラ４０と熱供給装置５０との間においては、温水ボイラ４０と熱供給装置５０とを交互に水が循環するように構成された配管（循環路）８が設置されている。

温水ボイラ４０は、水を加熱する装置である。熱供給装置５０は、温水ボイラ４０によって得られた温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。

循環ポンプ３０は、温水ボイラ４０と熱供給装置５０との間に設置された循環路８内の水を循環させる装置である。この循環ポンプ３０によって循環路８内を循環させる水は、温水ボイラ４０で加熱された後、熱供給装置５０に供給されて熱を外部に提供し、再び温水ボイラ４０で加熱される。

ＮＧＨ気化装置１０は、天然ガスハイドレート（ＮＧＨ）を温めて気化させる装置である。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。なお、本実施の形態においては、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を開放してガス供給装置２１を駆動することにより、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。前記ガス供給装置２１は、例えば、ファンやコンプレッサなどのガスを供給できる装置である。

密閉タンク２０は、ＮＧＨ気化装置１０において産生された気化水を、配管２を介して受け入れて貯水する密閉式の容器である。密閉タンク２０に貯水された水は、バルブ６２，６３を開放して加圧ポンプ２２を駆動することにより、配管６を介して循環路８内に圧入される。このように、密閉タンク２０に貯水された水を加圧ポンプ２２で圧入することにより、循環路８内の温度上昇に伴って体積が膨張した水を加圧することができるので、温水ボイラで１００℃以上に加熱した水を循環路８内で沸騰させないようにすることができるようになる。また、密閉タンク２０に貯水された水を加圧ポンプ２２により循環路８内に圧入させることにより、循環路８内に水を補給することも可能になる。

なお、加圧ポンプ２２により所定の圧力で循環路８内に水を圧入させている場合に、循環路８内の圧力が上昇して、加圧ポンプ２２では循環路８内に圧入されなかった余分な水は、配管７を介して圧力調節弁６４により密閉タンク２０内に排出される。

本実施の形態における配管構造は、加圧ポンプ２２により循環路８内に圧入させる水を循環ポンプ３０の吸い込み側に供給できるような構成となっているが、このような構成に制限されるものではない。また、循環路８内の圧力の減圧は、圧力調節弁６４を開放することにより、配管７を介して循環路８内の水を密閉タンク２０に排出することにより行う。

密閉タンク２０は、タンク２０内の水位の変化に伴って変化する密閉タンク２０内のガススペースの体積の変化に応じて、前記ＮＧＨ気化装置１０において産生された天然ガスを配管１に接続された配管４から導入したり、密閉タンク２０内の天然ガスを配管１に接続された配管５から排出したりする。このように天然ガスの導入・排出を行うことにより、密閉タンク２０内の圧力を大気圧に近い状態で保持することができるようになる。従って、密閉タンク２０を耐圧構造とする必要がない。なお、密閉タンク２０内に溜まった水の一部は、排水弁６５を通して排水される。

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及び密閉タンク２０を備えることにより、ＮＧＨ気化装置１０により生成された気化水を空気に曝すことなく、循環路８内に圧入することができるので、システム内の配管や機器の腐食を防止することができるようになる。

また、本発明に係る温水熱供給システム１００に、圧力調節弁６４をさらに備えることにより、加圧されたが循環路８に圧入されなかった余分な水を密閉タンク２０内に排出することができるようになる。この余分な水は、密閉タンク２０において、ＮＧＨ気化装置１０から受け入れた冷水（気化水）によって冷却されるので、密閉タンク２０内で蒸発することがなくなる。従って、ＮＧＨを気化させることにより産生される気化水の冷熱を有効に利用して、キャビテーションの発生及び加圧ポンプ２２の故障を防止することができるようになり、加圧されたが循環路８に圧入されなかった余分な水を利用して加圧ポンプ２２により循環路８内に、加圧されたが循環路８に圧入されなかった余分な水を圧入することが可能となる。

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から密閉タンク２０内に供給され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、をさらに備える構成にしてもよい。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、温度が上昇した気化水を、今度は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。

上述のような温水熱供給システム１００は、ＮＧＨ気化装置１０、密閉タンク２０、及び配管１〜５などの機器や配管を耐圧構造とする必要がないので経済的に有利である。

なお、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８内を循環する水を加熱するのに用いているが、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８内の水を加熱するのに用いてもよい。これにより、ガス発電機により発電した電気を加圧ポンプ２２の駆動に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。また、停電等の電源が供給できない場合においても加圧ポンプ２２等を運転させることができるので、熱供給装置５０による外部への熱の供給が可能となる。

また、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

１〜８ 配管
１０ ＮＧＨ気化装置
１１ ポンプ
１２ 熱交換器
２０ 密閉タンク
２１ ガス供給装置
２２ 加圧ポンプ
３０ 循環ポンプ
４０ 温水ボイラ
５０ 熱供給装置
６１ ガス供給弁
６２，６３ バルブ
６４ 圧力調節弁
６５ 排水弁
１００ 温水熱供給システム

Claims (5)

1. 温水ボイラと、
   前記温水ボイラで加熱した水により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前記水を循環させるための水の循環路と、
   前記循環路内の水を循環させる循環ポンプと、
   前記循環路内に水を圧入させることにより前記循環路内を加圧する加圧ポンプと、
   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と、
   前記ハイドレートを気化させることにより得られる気化水を、前記循環路内に圧入するための水として貯水し、水位の変化に応じて、前記ハイドレートを気化させることにより得られる前記ガスを導入・排出する密閉タンクと、
   前記循環路内の水を前記密閉タンク内に排出して前記循環路内の圧力を調節する圧力調節弁と、
   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。
   
   

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