JP2009127918A - 熱源水供給システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱源水N1を貯留する熱源水タンク1と、熱源水N1を加熱する熱源装置2とを設け、熱源水N1を循環させる熱源水循環路4に接続された複数の蓄熱式給湯装置5の夫々は、取り込む熱源水温度が蓄熱用設定温度以上のときに蓄熱運転を行い、且つ、給湯運転として、蓄熱槽に蓄熱した熱にて加熱した温水を給湯する蓄熱利用給湯運転と熱源水循環路4から取り込んだ熱源水N1を給湯する熱源水利用給湯運転とを実行可能で、蓄熱式給湯装置5が取り込む熱源水温度が蓄熱用設定温度以上の高温加熱用設定温度となるように熱源装置2にて熱源水N1を加熱する高温加熱運転と、蓄熱式給湯装置5が取り込む熱源水温度が蓄熱用設定温度未満の低温加熱用設定温度となるように熱源装置2にて熱源水N1を加熱する低温加熱運転とに切換自在な運転制御装置50を設けている。
【選択図】図1
Description
この特許文献1に記載の熱源水供給システムでは、蓄熱式給湯装置が、蓄熱運転として、熱源水循環路から取り込んだ熱源水を蓄熱槽に貯留するようにしており、給湯運転として、蓄熱槽に貯留している熱源水を給湯する熱源水利用給湯運転を行うようにしている。
熱源水利用給湯運転では、熱源水循環路の熱源水が給湯されるので、熱源水タンクから熱源水循環路に熱源水が供給される。それに伴い、給水手段から熱源水タンクに熱源水が給水され、熱源水タンクの熱源水が入れ替わる。それに対して、蓄熱利用給湯運転では、給湯用の水を加熱した温水を給湯するので、熱源水タンクから熱源水循環路に熱源水が供給されることはなく、熱源水タンクの熱源水は入れ替わらない。
例えば、冬期には、蓄熱式給湯装置の熱負荷が大きく、蓄熱運転によって蓄熱槽に蓄熱した熱だけでその熱負荷を賄うことができない。したがって、給湯運転として、蓄熱利用給湯運転だけでなく、熱源水利用給湯運転も行われることなり、熱源水タンクの熱源水が入れ替わる。それに対して、夏期には、蓄熱式給湯装置の熱負荷が小さく、蓄熱運転によって蓄熱槽に蓄熱した熱だけでその熱負荷を賄うことができることがある。したがって、給湯運転として、蓄熱利用給湯運転だけが行われ、熱源水利用給湯運転が行われずに、熱源水タンクの熱源水が入れ替わらない虞がある。
運転制御手段が高温加熱運転を行うことにより、蓄熱式給湯装置が取り込む熱源水温度が蓄熱用設定温度以上の高温加熱用設定温度となる。これにより、蓄熱式給湯装置が取り込む熱源水の温度条件として、蓄熱運転を実行するための温度条件を満足することになり、蓄熱運転の実行を促進できる。よって、蓄熱槽への蓄熱を積極的に行い、その蓄熱した熱を利用することによって、効率よく熱を利用できながら、大きな熱負荷にも対応することができる。逆に、運転制御手段が低温加熱運転を行うことにより、蓄熱式給湯装置が取り込む熱源水温度が蓄熱用設定温度未満の低温加熱用設定温度となる。これにより、蓄熱式給湯装置が取り込む熱源水の温度条件として、蓄熱運転を実行するための温度条件を満たさず、蓄熱運転の実行を抑制できる。よって、蓄熱槽にあらたに蓄熱されず、給湯運転として熱源水利用給湯運転の実行を促進することができ、熱源水利用給湯運転の実行により熱源水タンクの熱源水の入れ替えを行える。
以上のことから、運転制御手段が、高温加熱運転と低温加熱運転とを切り換えることによって、熱源水タンクでの雑菌の繁殖を防止できながら、エネルギー効率の向上を実現できる。
〔熱源水供給システムの全体構成〕
この熱源水供給システムは、図1に示すように、熱源水N1を貯留する熱源水タンク1(例えば、容量を300リットルとする)と、熱源水N1を加熱する熱源装置2と、熱源水タンク1に熱源水N1を給水する給水手段3と、熱源水N1を循環させる熱源水循環路4と、熱源水循環路4に接続された蓄熱式給湯装置5の複数とを設けている。
この熱源水供給システムでは、熱源水循環路4により熱源水タンク1に貯留された熱源水N1及び熱源装置2にて加熱された熱源水N1を循環させて、複数の蓄熱式給湯装置5の夫々が熱源水循環路4から熱源水N1を取り込み可能としている。複数の蓄熱式給湯装置5の夫々は、取り込んだ熱源水N1を利用して給湯を行う。これにより、熱源水N1を共用の熱源として、エネルギー効率の向上を図りながら、複数の蓄熱式給湯装置5での給湯を実現可能としている。
熱源装置2は、熱供給装置6の排熱を搬送する排熱搬送流体N2と熱源水N1とを熱交換させる排熱熱交換器7と、熱供給装置6の排熱を回収する排熱回収熱交換器8と排熱熱交換器7との間で排熱搬送流体N2を循環させる排熱搬送流体循環路9とを備えている。
熱源水循環路4は、排熱熱交換器7にて加熱した熱源水N1を複数の蓄熱式給湯装置5に供給する往路4aと複数の蓄熱式給湯装置5を通過した熱源水N1を排熱熱交換器7に戻す復路4bとから構成されている。熱源水タンク1と排熱熱交換器7とは、往路4a及び復路4bの夫々に接続され、並列状態で設けられている。熱源水タンク1の上部は往路4aに接続され且つ熱源水タンク1の下部は復路4bに接続されている。これにより、熱源水循環路4は、熱源水タンク1の下部から取り出した熱源水N1を排熱熱交換器7にて加熱し、その加熱した熱源水N1を熱源水タンク1の上部に戻す循環路としても作用するように構成されている。
給水手段3は、熱源水タンク1に給水する熱源水(例えば、水)N1を貯留する給水タンク37、給水タンク37から熱源水タンク1の下部に熱源水N1を供給する給水路38、及び、給水路38に設けられた給水ポンプ39から構成されている。給水路38には、熱源水タンク1に給水する熱源水N1の給水温度を検出する給水温度センサ40、熱源水タンク1に給水する熱源水の流量を検出する給水量センサ41が設けられている。
給水路38から分岐して熱源水循環路4の往路4aに接続された分岐給水路42が設けられている。分岐給水路42には、分岐給水ポンプ43が設けられ、分岐給水路42を通流する熱源水N1を凝縮器46の放熱対象とするヒートポンプ装置44が設けられている。ヒートポンプ装置44は、圧縮機45、凝縮器46、膨張弁47、蒸発器48の順に冷媒を循環させる冷媒回路49を備えた圧縮式ヒートポンプ装置である。ヒートポンプ装置44は、凝縮器46において冷媒にて熱源水N1を加熱するように構成されている。
熱源水供給システムの運転を制御する運転制御手段としての運転制御装置50が設けられている。運転制御装置50は、熱供給装置6、冷却水三方弁13、冷却水循環ポンプ15、排熱搬送流体制御弁17、排熱搬送流体循環ポンプ20、熱源水供給ポンプ23、熱源水循環ポンプ32、熱源水制御弁33、通流制御弁36、給水ポンプ39、分岐給水ポンプ43、補助加熱装置34、ヒートポンプ装置44の夫々の作動を各別に制御するように構成されている。運転制御装置50には、冷却水温度センサ14、排熱搬送流体流量センサ16、入口温度センサ18、出口温度センサ19、第1〜4熱源水温度センサ21,25,29,31、第1〜3熱源水流量センサ22,26,28、第1、2圧力センサ24,30、給水温度センサ40、給水量センサ41の夫々の検出情報が入力されるように構成されている。
図2に示すように、蓄熱式給湯装置5は、蓄熱水N4を貯留する蓄熱槽54、熱源水循環路4から取り込んだ熱源水N1が有する熱を蓄熱槽54に蓄熱するための蓄熱用熱交換器55を備えている。
また、蓄熱式給湯装置5には、蓄熱槽54の蓄熱水N4を上部から取り出して下部に戻す蓄熱水循環路56が設けられている。蓄熱水循環路56には、蓄熱水N4の流れ方向の上流側から、蓄熱水温度を検出する蓄熱水温度センサ57、蓄熱水循環ポンプ58、蓄熱用熱交換器55が設けられている。さらに、蓄熱水N4の流れ方向において蓄熱用熱交換器55の下流側の蓄熱水循環路56には、給湯用熱交換器59と放熱用熱交換器60とが並列状態で設けられている。また、蓄熱水循環路56には、蓄熱槽54の下部に戻す蓄熱水N4を、蓄熱槽54に戻さずに蓄熱水N4の流れ方向の蓄熱水循環ポンプ58よりも上流側に供給する蓄熱水バイパス路61が設けられている。蓄熱水バイパス路61には、蓄熱水バイパス路61に供給する蓄熱水N4の流量を制御する蓄熱水制御弁62が設けられている。
放熱用熱交換器60と熱消費端末68との間で熱搬送流体N7を循環する熱搬送流体循環路69が設けられている。放熱用熱交換器60は、熱搬送流体循環路69にて供給される熱搬送流体N7と蓄熱水循環路56にて供給される蓄熱水N4とを熱交換させるように構成されている。ここで、熱消費端末68は、例えば、床暖房装置であり、蓄熱水N4が有する熱を床暖房に用いるようにしている。
切換設定条件は、例えば、Q1<Q2+α、又は、T1<T2+βの何れかが満たされることとしている。ここで、α及びβは、蓄熱利用給湯運転を行うに当たり給湯の要求に対して余裕を見込むためのものであり、一定値又は変動値とすることができる。Q1は、最大蓄熱水給湯能力であり、例えば、Q1=(蓄熱水温度センサ57の検出温度−給水温度)×蓄熱槽54の最大循環流量(例えば14リットル/min)としている。Q2は、要求給湯能力であり、例えば、Q2=(給湯要求温度−給水温度)×給湯要求流量としている。T1は、蓄熱水温度センサ57の検出温度であり、T2は、給湯要求温度である。
熱源水利用給湯運転では、給湯制御装置77が、熱源水バイパス制御弁73を閉作動し且つ熱源水給湯制御弁76を開作動させて、熱源水取り込み路70にて取り込んだ熱源水N1を熱源水給湯路74に供給し、その熱源水N1を熱源水給湯路74から給湯路64に供給して給湯する(図2中太線部分を参照)。このとき、給湯制御装置77が、給湯路64から給湯する温水温度が給湯要求温度となるように、熱源水給湯制御弁76及び給湯用水制御弁67の開閉作動を制御している。
図1に戻り、運転制御装置50による運転について説明する。
運転制御装置50は、熱源装置2にて加熱された熱源水N1を熱源水循環路4にて循環させる運転として、蓄熱式給湯装置5が取り込む熱源水温度が蓄熱用設定温度(例えば、68℃)以上の高温加熱用設定温度(例えば、70℃)となるように熱源装置2にて熱源水N1を加熱する高温加熱運転と、蓄熱式給湯装置5が取り込む熱源水温度が蓄熱用設定温度(例えば、68℃)未満の低温加熱用設定温度(例えば、64℃)となるように熱源装置2にて熱源水N1を加熱する低温加熱運転とに切換自在に構成されている。
図1及び図2に基づいて、高温加熱運転における動作について説明する。
運転制御装置50は、熱源水循環路4における第2熱源水温度センサ25の検出温度が高温用起動温度(例えば、65℃)以下になると、熱供給装置6、冷却水循環ポンプ15及び排熱搬送流体循環ポンプ20を作動させて排熱熱交換器7での排熱搬送流体N2による熱源水N1の加熱を行えるようにするとともに、熱源水供給ポンプ23及び熱源水循環ポンプ32を作動させて熱源水循環路10にて熱源水N1を循環させる。
そして、運転制御装置50は、排熱搬送流体循環路9における入口温度センサ18の検出温度が高温用入口温度(例えば、72℃)になるように、排熱搬送流体制御弁17の開閉作動を制御するとともに、出口温度センサ19の検出温度が高温用出口温度(例えば、67℃)になるように、熱源水制御弁33の開閉作動を制御するように構成されている。これにより、排熱熱交換器7に対する入口温度が高温用入口温度(例えば、72℃)に制御され且つ排熱熱交換器7からの出口温度が高温出口温度(例えば、67℃)に制御され、排熱熱交換器7において排熱搬送流体N2にて熱源水N1を高温加熱用設定温度(例えば、70℃)に加熱する。
熱源水タンク1への蓄熱が終了すると、第4熱源水温度センサ31の検出温度が上昇する。そこで、運転制御装置50は、第4熱源水温度センサ31の検出温度が高温用作動停止温度(例えば、68℃)以上となると、熱供給装置6、冷却水循環ポンプ15及び排熱搬送流体循環ポンプ20を作動停止させるとともに、熱源水供給ポンプ23及び熱源水循環ポンプ32を作動停止させる。
蓄熱槽54に十分な熱量が蓄熱されていれば、切換設定条件が満たされていないので、給湯制御装置77が蓄熱利用給湯運転を行う。蓄熱槽54の蓄熱量が低下していると、切換設定条件が満たされて、給湯制御装置77が熱源水利用給湯運転を行うことになる。熱源水利用給湯運転では、熱源水循環路4の熱源水N1が給湯されるので、熱源水タンク1に貯留されている熱源水N1が熱源水タンク1の上部から熱源水循環路4の往路4aに供給される。それに伴い、運転制御装置50は、給水ポンプ39を作動させて、給水タンク37から熱源水タンク1の下部に熱源水N1を給水する。これにより、熱源水タンク1に貯留されていた熱源水N1が新しい熱源水N1に入れ替わる。そして、例えば、熱源水タンク1の熱源水N1の入れ替えを1日に1回程度行うことにより、雑菌(例えば、レジオネラ菌)の繁殖を防止できる。
運転制御装置50は、給水量センサ41の検出流量が作動開始用流量よりも少ない作動停止用流量(例えば、2リットル/min)になると、分岐給水ポンプ43及びヒートポンプ装置44を作動停止させる。
運転制御装置50は、上部温度センサ51の検出温度が上部作動停止温度(例えば、63℃)以上、中間部温度センサ52の検出温度が中間部作動停止温度(例えば、63℃)以上、及び、下部温度センサ53の検出温度が下部作動停止温度(例えば、60℃)以上の全ての条件が満たされると、通流制御弁36を閉作動させ且つ補助加熱装置34を作動停止させる。運転制御装置50は、熱供給装置6がトラブルや点検等により停止した場合に、補助加熱装置34の作動及び作動停止に合わせて、熱源水供給ポンプ23及び熱源水循環ポンプ32を作動及び作動停止させるように構成されている。これにより、補助加熱装置34の作動停止中に熱源水N1が供給されるのを防止して、補助加熱装置34での放熱を抑制するようにしている。
図1及び図2に基づいて、低温加熱運転における動作について説明する。
運転制御装置50は、第2熱源水温度センサ25の検出温度が低温用起動温度(例えば、59℃)以下になると、熱供給装置6、冷却水循環ポンプ15及び排熱搬送流体循環ポンプ20を作動させて排熱熱交換器7での排熱搬送流体N2による熱源水N1の加熱を行えるようにするとともに、熱源水供給ポンプ23及び熱源水循環ポンプ32を作動させて熱源水循環路10にて熱源水N1を循環させる。
そして、運転制御装置50は、入口温度センサ18の検出温度が低温用入口温度(例えば、65℃)になるように、排熱搬送流体制御弁17の開閉作動を制御するとともに、出口温度センサ19の検出温度が低温用出口温度(例えば、60℃)になるように、熱源水制御弁33の開閉作動を制御するように構成されている。これにより、排熱熱交換器7に対する入口温度が低温用入口温度(例えば、65℃)に制御され且つ排熱熱交換器7からの出口温度が低温用出口温度(例えば、60℃)に制御され、排熱熱交換器7において排熱搬送流体N2にて熱源水N1を低温加熱用設定温度(例えば、64℃)に加熱する。このとき、運転制御装置50は、第3熱源水温度センサ29の検出温度が低温用設定範囲(例えば、56℃〜61℃)になるように、熱供給装置6の熱出力に応じた基準回転速度から増減する形態で熱源水供給ポンプ23の回転速度を制御する。
運転制御装置50は、給水温度センサ40の検出温度が設定給水温度(例えば、20℃)未満であると高温加熱運転を行い、給水温度センサ40の検出温度が設定給水温度(例えば、20℃)以上であると低温加熱運転を行うように構成されている。給水温度センサ40の検出温度が設定給水温度(例えば、20℃)未満であると、例えば冬期であると判断できる。冬期には、蓄熱式給湯装置5の熱負荷が大きくなるので、蓄熱槽54に蓄熱した熱の使用量が多くなる。これにより、給湯運転として、蓄熱利用給湯運転が行われるだけでなく、熱源水利用給湯運転も行われることになる。そこで、運転制御装置50は、高温加熱運転を行うことによって、各蓄熱式給湯装置5における蓄熱槽54への蓄熱を積極的に行い大きな熱負荷に対応しながら、熱源水タンク1の熱源水N1の入れ替えを行って雑菌の繁殖を防止するようにしている。逆に、給水温度センサ40の検出温度が設定給水温度(例えば、20℃)以上であると、例えば夏期であると判断できる。夏期には、各蓄熱式給湯装置5の熱負荷が小さくなるので、蓄熱槽54に蓄熱した熱の使用量が少なくなる。これにより、給湯運転として、蓄熱利用給湯運転が行われるだけとなる可能性がある。そこで、運転制御装置50は、低温加熱運転を行うことによって、蓄熱式給湯装置5における蓄熱槽54への蓄熱を抑制して熱源水利用給湯運転の実行を促進する。そして、熱源水利用給湯運転が行われることによって、熱源水タンク1の熱源水N1の入れ替えを行って雑菌の繁殖を防止するようにしている。このとき、例えば、1日に1回程度、熱源水タンク1の熱源水N1が入れ替わる。
図3、図4(a)では、夏期のある1日における熱負荷及びその熱負荷の積算を示している。図3、図4(b)は、図3、図4(a)の熱負荷であったときに、熱源水を給湯に利用した流量(熱源水利用流量)及びその熱源水利用流量の積算を示している。ちなみに、図3と図4とは、1日の熱負荷の積算量が同じような値となる日を選択している。
それに対して、図4に示す低温加熱運転を行った場合には、蓄熱槽54に蓄熱した熱にて熱負荷を賄うことができず、給湯運転として熱源水利用給湯運転が積極的に行われ、熱源水利用流量が多くなる。したがって、図4(b)に示すように、その1日における熱源水利用積算流量は300リットル以上となっており、熱源水タンク1の熱源水は入れ替わる。よって、低温加熱運転を行うことにより、夏期であっても、1日に1回程度、熱源水タンク1の熱源水N1が入れ替わる。
(1)上記実施形態では、熱源装置2が、排熱搬送流体N2と熱源水N1とを熱交換させる排熱熱交換器7を備え、その排熱熱交換器7にて熱源水N1を加熱するようにしているが、熱源装置2がどのようにして熱源水N1を加熱するかは適宜変更が可能である。
例えば、運転制御装置50は、基本的には高温加熱運転を行い、その高温加熱運転の運転時間が設定時間(例えば、24時間)に達すると、低温加熱運転に切り換える。この場合、熱源水タンク1への積算給水量から熱源水タンク1の熱源水N1が入れ替わったことを検出すると、高温加熱運転に復帰させる。
また、給水積算量が設定積算量よりも少なくなったときが設定周期のどのタイミングであるかによって、設定周期の周期長さを変更することもできる。
2 熱源装置
3 給水手段
4 熱源水循環路
5 蓄熱式給湯装置
7 排熱熱交換器
34 補助加熱装置
44 ヒートポンプ装置
46 凝縮器
50 運転制御手段(運転制御装置)
17,33 出入口温度制御手段(排熱搬送流体制御弁、熱源水制御弁)
N1 熱源水
N2 排熱搬送流体
Claims (6)
- 熱源水を貯留する熱源水タンクと、熱源水を加熱する熱源装置と、前記熱源水タンクに熱源水を給水する給水手段と、前記熱源装置にて加熱された熱源水及び前記熱源水タンクに貯留された熱源水を循環させる熱源水循環路と、前記熱源水循環路に接続されて、給湯運転及び前記熱源水循環路から取り込んだ熱源水が有する熱を蓄熱槽に蓄熱する蓄熱運転を実行可能な蓄熱式給湯装置の複数とを設けている熱源水供給システムであって、
前記蓄熱式給湯装置は、取り込む熱源水温度が蓄熱用設定温度以上のときに前記蓄熱運転を行い、且つ、前記給湯運転として、前記蓄熱槽に蓄熱した熱にて加熱した温水を給湯する蓄熱利用給湯運転と前記熱源水循環路から取り込んだ熱源水を給湯する熱源水利用給湯運転とを実行可能に構成され、
前記蓄熱式給湯装置が取り込む熱源水温度が前記蓄熱用設定温度以上の高温加熱用設定温度となるように前記熱源装置にて熱源水を加熱する高温加熱運転と、前記蓄熱式給湯装置が取り込む熱源水温度が前記蓄熱用設定温度未満の低温加熱用設定温度となるように前記熱源装置にて熱源水を加熱する低温加熱運転とに切換自在な運転制御手段を設けている熱源水供給システム。 - 前記熱源装置は、熱供給装置の排熱を搬送する排熱搬送流体と前記熱源水とを熱交換させる排熱熱交換器を備え、
前記排熱熱交換器に供給する排熱搬送流体の入口温度及び前記排熱熱交換器を通過した排熱搬送流体の出口温度を制御自在な出入口温度制御手段を設け、
前記運転制御手段は、前記高温加熱運転では前記入口温度が高温用入口温度に且つ前記出口温度が高温用出口温度になるように前記出入口温度制御手段を作動させ、前記低温加熱運転では前記入口温度が前記高温用入口温度よりも低温の低温用入口温度に且つ前記出口温度が前記高温用出口温度よりも低温の低温用出口温度になるように前記出入口温度制御手段を作動させるように構成されている請求項1に記載の熱源水供給システム。 - 前記運転制御手段は、前記熱源水タンクへ給水する熱源水の給水温度が設定給水温度未満であると前記高温加熱運転を行い、前記給水温度が前記設定給水温度以上であると前記低温加熱運転を行うように構成されている請求項1又は2に記載の熱源水供給システム。
- 前記運転制御手段は、前記熱源水タンクに給水される熱源水の設定周期での給水積算量が設定積算量よりも少ないときに、前記低温加熱運転を行うように構成されている請求項1〜3の何れか1項に記載の熱源水供給システム。
- 前記給水手段にて給水される熱源水を凝縮器の放熱対象とするヒートポンプ装置を設け、
前記熱源水循環路が、前記凝縮器にて加熱された熱源水を循環するように構成され、
前記運転制御手段は、前記熱源水タンクへの熱源水の供給流量が作動開始用流量以上となると前記ヒートポンプ装置を作動させ、前記熱源水タンクへの熱源水の供給流量が前記作動開始用供給量よりも少ない作動停止用流量になると前記ヒートポンプ装置の作動を停止するように構成されている請求項1〜4の何れか1項に記載の熱源水供給システム。 - 前記熱源水循環路にて循環される熱源水を加熱する補助加熱装置を設け、
前記運転制御手段は、前記蓄熱式給湯装置の熱負荷が小さいときには、前記補助加熱装置よりも前記熱源装置及び前記ヒートポンプ装置を優先して作動させ、前記蓄熱式給湯装置の熱負荷が大きいときには、前記蓄熱式給湯装置が取り込む熱源水温度が設定下限温度となる前に前記補助加熱装置を作動させるように構成されている請求項5に記載の熱源水供給システム。
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