JP2012189308A - 省エネ中央集中式暖房及び給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】給湯温水の生産のために使用された加熱温水を各世帯や各層に備えられた温水分配器などを通じたり、直接底コイルへと循環させて供給温水の使用効率を高め、暖房温水がメイン熱交換器に循環される過程で損失する放熱熱量を最小化するとともに、暖房に活用してエネルギーの節約が可能な省エネ中央集中式暖房及び給湯システムを提供する。
【解決手段】中央集中式暖房及び給湯システムは、熱生産施設からの熱源が供給され、熱交換を通じて暖房温水を生産するメイン熱交換器と、生産された暖房温水を各世帯及び各層へ循環させる循環ポンプと、各世帯或いは各層に設置され、供給された暖房温水との熱交換を通じて給湯温水を生産する給湯熱交換器と、各世帯或いは各層に設置され、暖房温水が直接供給されたり、給湯温水の生産のために使用された暖房温水が供給され、各世帯或いは各層に備えられた底コイルに循環させる温水分配器と、で構成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、中大型ボイラーのスチームや高温水のような熱源、太陽熱のように自然から得られる熱源、或いは発電廃熱またはボイラーから得られる熱源の供給を受け熱交換を通じて温水を生産し、これを中央供給方式によって中小団地の建物から大団地の建物まで供給する中央集中式暖房及び給湯システムに関するもので、特に、機械室から各世帯へ連結された給湯供給配管を無くして各世帯に給湯温水を供給するための配管設備を簡単にし、給湯温水の生産のために使用された暖房温水を各世帯や層の底に設置された底コイルへと循環させ、暖房及び給湯のために使用されるエネルギーを節約することができるようにした省エネ中央集中式暖房及び給湯システムに関する。

韓国公開特許公報第２０１０−０１１８４７３号

最近の大団地のマンションや中大規模のビルは、個別暖房及び個別給湯供給方式ではなく、団地全体のための共同暖房施設を設置して共同の配管網を通じて各世帯或いは各層に暖房温水を供給しており、給湯は、供給された温水と給水の熱交換を通じて給水を必要とする適切な温度に加熱した後、配管網を通じて各世帯或いは各層へ供給する中央供給方式でシステムが構築されている。

このような中央供給方式は、多数の需要先を比較的に効率の高い熱源機器を使用して専門的な技術を持った管理者に管理させることで、個別方式に比べて機器の経年による効率の減少に積極的に対応することができ、同時使用率の適用によって全体の機器の容量を縮小して火力などを一箇所に集めて火災のような救急事態に対応することが容易であるという長所がある。

しかし、中央供給方式は、供給による施設面積が増加し、施設費用が個別方式に比べて高くなり、配管設備の費用の増加、またメンテナンス費用及び施設運営費の発生によって住民の不満が発生する恐れがある。

図１は、従来の中央集中式暖房及び給湯システムの構造図を図示している。

中央集中式暖房及び給湯システムは、熱生産施設１０から生産された温水、中温水、スチームのような熱源が、マンションやビルのような建物に備えられた機械室２０へ供給され、機械室へ供給された熱源は、暖房用熱交換器３０と給湯用熱交換器４０へ供給されて暖房温水と給湯温水が生産され、生産された暖房温水と給湯温水が各世帯へ供給される方式からなっている。

一方、機械室２０には暖房熱交換器３０と給湯熱交換器４０の他にも給水ポンプ５０と暖房循環ポンプ３１及び給湯循環ポンプ４１などの設備が備えられ、機械室から生産された暖房温水と給湯温水は、機械室配管及び共同溝配管そして各建築物に備えられた横走管と立上主管を経て各世帯へ供給される。

しかし、上記のような従来のシステムは、機械室から生産された給湯温水が各世帯へ供給されることにおいて、機械室配管と共同溝配管、そして地下横走用配管と立上配管を通じて遠距離を流動しなければならないため配管による熱損失が大きく（通常、全体の給湯供給エネルギーの１０〜３０％まで損失されるものと確認された）、流体移送のための電力の消費が多く、機械室と各世帯を連結するための配管の設備費用が高くて建築工事費上昇の原因となり、中大型熱交換器の設置と配管の設備により、機械室、共同溝、地下街、立上用ＰＩＰＥ ＤＵＣＴの空間確保により建築物の有効空間が減るという問題点がある。

一方、特許文献１には、共同住宅及び建物の統合配管システムが開示されている。

図２は、上記統合配管システムの構造図を図示している。

開示された共同住宅及び建物の統合配管システムは、中央集中暖房方式において、熱生産施設から生産された高温水と熱交換された加熱水を熱供給対象の共同住宅の各世帯別或いは建物の各層別へ供給する統合熱交換器１１０と、上記統合熱交換器１１０で熱交換された加熱水を供給する統合供給配管１２０と、上記統合供給配管１２０と連結されて加熱水を回収する統合回収配管１３０と、共同住宅の各世帯別或いは建物の各層別に設置され、上記統合供給配管１２０と分岐連結されて加熱水を供給する供給配管１４０と、共同住宅の各世帯別或いは建物の各層別に設置され、上記統合回収配管１３０と分岐連結されて加熱水を回収する回収配管１５０と、上記供給配管１４０と分岐されて加熱水を供給する給湯供給配管１６０と、上記回収配管１５０と分岐されて熱交換が行われた加熱水を回収する給湯回収配管１７０と、上記給湯供給配管１６０と給湯回収配管１７０及び給水管１０１がそれぞれ連結され、上記給湯供給配管を通じて伝達された加熱水と上記給水管を通じて供給された冷水を熱交換して給湯水を供給し、冷水と熱交換された加熱水を上記給湯回収配管に排出する給湯熱交換器１８０と、上記供給配管と給湯供給配管へ供給される加熱水の流量を制御する冷、暖房調節器２００と、からなっている。

上記のような共同住宅及び建物の統合配管システムは、暖房と給湯兼用の統合配管を用いることで、建築費、設備施工費、設備管理及びメンテナンス費を減少することができるという長所がある。

しかし、上記のような統合配管システムは、暖房と給湯の合算流量を統合供給配管を通じて供給しなければならないため、暖房と給湯に求められる流量を十分に流動させるような大容量のポンプが使用されるべく、配管の直径も大きくなるという短所と、給湯の加熱のための多くの熱源を温度の低い低温水へ移送して局所的に末端部から加熱しなければならないという理由によって、移送された温水が有している熱容量を効率的に放熱させないと改善の効果は有意な水準には至らない恐れがあったり、かえって過大な施設容量の確保などによる不合理的なエネルギーの損失を引き起こすことがある。

即ち、上記共同住宅及び建物における統合配管システムは、暖房の後或いは熱交換器を通じて給湯を生産した後に、統合熱交換器へ加熱水を環水する過程で比較的に高い温度で加熱水を環水させることにより、配管内外部の大きな温度差によって多量の熱損失が生じるなど、エネルギーの低減に制限があるという問題点があるのは勿論、統合配管として給湯と暖房を別途に区別して加熱することで、多くの熱容量の流量が世帯或いは各層から必要となり、これを満たすために送られた多くの流量は、給湯と暖房が同時に最大負荷が掛からない時期、特に給湯の需要が減少或いは発生しない瞬間に供給された余裕熱量或いは流量に様々な問題が発生することがあるため、これに対応するシステムが要求されるが、これを制御する方法が特定されていないため過量の循環水による底に埋設された暖房配管内での流速の増加によるノイズの発生とともに、底輻射暖房の伝熱効率の減少が予測されるという問題点を有している。

本発明は、上記のような問題点を考えて成されたもので、本発明の目的は、給湯温水の生産のために使用された加熱温水を各世帯や各層に備えられた温水分配器などを通ったり、直接底コイルへと循環させて供給温水の使用効率を高め、暖房温水がメイン熱交換器に循環される過程で損失する放熱熱量を最小化するとともに、暖房に活用してエネルギーの低減が可能な省エネ中央集中式暖房及び給湯システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、各世帯別或いは各層別の要求温度に合わせて給湯温水の供給ができるようにして、給湯温水の要求温度が異なる環境下でも均一に温水の供給を行う既存の方式からのエネルギーの無駄遣いを改善して、エネルギーの節約と給湯使用環境の改善を可能にした省エネ中央集中式暖房及び給湯システムを提供することにある。

本発明のまた他の目的は、給湯温水の使用の際に、使用者によって設定された温度の給湯が直ちに供給されるようにすることで、初期に使用されずに捨てられる微温水や冷水の量を減らすか無くすようにすることで、水資源の無駄遣いを防ぐことができる中央集中式暖房及び給湯システムを提供することにある。

本発明のまた他の目的は、給湯の供給が間欠的ということに着目して給湯の加熱時に暖房を一時的に中止するよう制御したり、給湯加熱以降の排出された温水を再利用して暖房に活用するようにすることで、給湯と暖房のうち最大負荷に該当する熱容量のみを統合配管へ供給できるようにして、暖房及び給湯加熱用統合温水供給メイン配管へ供給する加熱温水の供給量を大幅に減らし、設置配管の規格を減らして配管施工費を低減し、伝熱面積を縮小して放熱損失熱量を減らすと共に、移送される流量を減らしてポンプの運転費用を減らす省エネ中央集中式暖房及び給湯システムを提供することにある。

本発明のまた他の目的は、暖房温水を循環させる暖房循環ポンプの運転制御を通じて、要求された暖房及び給湯の負荷量に応じて可変的に流量を制御することで、エネルギーの費用を減らすことができる省エネ中央集中式暖房及び給湯システムを提供することにある。

上記のような目的を達成し従来の欠点を克服するための課題を行う本発明の省エネ中央集中式暖房及び給湯システムは、熱生産施設から温水、中温水或いはスチームのうちいずれかひとつの熱源が供給され、熱交換を通じて暖房温水を生産するメイン熱交換器と、上記メイン熱交換器から生産された暖房温水を各世帯及び各層へ供給し回収できるように暖房温水を循環させる循環ポンプと、各世帯或いは各層に設置され、上記メイン熱交換器から供給された暖房温水と給湯用水の熱交換を通じて給湯温水を生産し、給湯温水の加熱された使用された暖房温水を各世帯或いは各層に設置された温水分配器へ供給して底コイルへと循環するようにしたり、或いは直接底コイルへ供給して循環させることにより、暖房水として使用するようにする給湯熱交換器と、上記メイン熱交換器から延長して、生産された暖房温水を供給する統合温水供給メイン配管と、上記メイン熱交換器から延長して、使用された暖房温水の回収が行われる統合温水回収メイン配管と、上記統合温水供給メイン配管と温水分配器の供給側とを連結する暖房温水供給管と、上記統合温水回収メイン配管と温水分配器の回収側とを連結する暖房温水回収管と、上記暖房温水供給管から分岐されて上記給湯熱交換器に連結される給湯用暖房温水供給管と、上記暖房温水供給管に設置されて暖房温水供給管の流路を制御する第１弁と、上記給湯用暖房温水供給管に設置されて給湯用暖房温水供給管の流路を制御する第２弁と、上記第１弁と第２弁を制御して暖房温水供給管を通じて供給された暖房温水が給湯を使用するか否かによって温水分配器或いは給湯熱交換器へ供給されるようにする制御器と、上記暖房温水供給管と暖房温水回収管を連結して給湯熱交換器から温水分配器へ供給される暖房温水の一部を暖房温水回収管に返還するバイパス管と、上記給湯熱交換器から排出された暖房温水を温水分配器とバイパス管に所定の割合で分配する管路制御ユニットと、を含むことを特徴とする。

この際、上記管路制御ユニットは、暖房温水供給管とバイパス管の連結部に設置されて制御器に設定された値に応じて暖房温水を暖房温水供給管とバイパス管に分配する比例制御３方式弁で構成されることができる。

このように、管路制御ユニットが比例制御３方式弁で構成される場合、上記第１弁は、設定された値に対応する流量の暖房温水が暖房温水供給管を通じて流動するよう制御するとともに、暖房温水供給管の流路を開閉する定流量オン／オフ弁で構成され、上記第２弁は、設定された値に対応する流量の暖房温水が暖房温水供給管を通じて流動するよう制御するとともに、給湯用暖房温水供給管の流路を開閉する定流量オン／オフ弁で構成される。

一方、上記管路制御ユニットは、上記暖房温水供給管の末端に設置され、設定された値に対応する流量の暖房温水が温水分配器へ供給されるようにする定流量弁と、上記バイパス管に設置され、設定された値に対応する流量の暖房温水がバイパス管を通じて排出されるようにするとともに、バイパス管の流路を開閉する第３定流量オン／オフ弁とで構成されることもできる。

このように、管路制御ユニットが定流量弁と第３定流量オン／オフ弁とで構成される場合、上記第１弁は、暖房温水供給管の流路を開閉するオン／オフ弁で構成され、上記第２弁は、設定された値に対応する流量の暖房温水が暖房温水供給管を通じて流動するよう制御するとともに、給湯用暖房温水供給管の流路を開閉する定流量オン／オフ弁で構成される。

一方、給水ポンプから延長された給水管から分岐されて上記給湯熱交換器に連結された給湯用水管に設置され、使用蛇口の開放時に流体の流れを感知して暖房温水供給管を通じて供給された全ての暖房温水が給湯熱交換器へ供給されるよう、第１弁及び第２弁を制御する信号を発生させるフロースイッチがさらに含まれることができる。

また、上記給湯熱交換器から使用蛇口に連結された給湯配管の末端と給湯熱交換器に連結された給湯用水管とを連結して給湯温水の循環が行われるようにする環水配管と、上記環水配管或いは給湯用水管の末端に設置されて配管内の給湯温水を循環させる給湯循環ポンプと、上記給湯配管或いは環水配管に設置されて給湯温水の温度を検出する温度センサーと、使用者から要求された給湯温水の温度値が入力され、使用者によって入力された設定温度値と上記温度センサーから検出された検出温度値を比較して、設定温度値より検出温度値が低い場合、給湯循環ポンプを駆動し第１、２弁を制御して暖房温水が給湯熱交換器へ供給されるようにすることで、給湯温水の再加熱が成されるようにする温度制御回路ユニットとがさらに含まれることができる。

一方、各世帯或いは層から要求される暖房温水の量の変換に流動的に対応できるように、上記循環ポンプは複数で構成され、上記制御器は、循環ポンプによる暖房温水の循環流量を世帯或いは各層の要求熱量の変化に応じて可変的に制御するよう循環ポンプ台数の制御機能を有することが好ましい。

或いは、上記循環ポンプはひとつで構成され、上記制御器は、循環ポンプによる暖房温水の循環流量を世帯或いは各層の要求熱量の変換に応じて可変的に制御するための循環ポンプインバータ制御機能を有するよう構成されることができる。

上記のような特徴を有する本発明によると、給湯熱交換器を経る際に１次的に放熱して給湯温水を加熱することに使用された暖房温水が、循環ポンプの力によってメイン熱交換器にそのまま返還されず各世帯或いは各層に設置された温水分配器或いは直接底コイルへと２次循環させて暖房水として使用することで、供給された暖房温水の使用効率を高め、暖房温水がメイン熱交換器へと循環される過程で損失する放熱熱量を最小化するとともに、暖房に活用してエネルギーの低減が可能となった。

また、上記のような特徴を有する本発明によると、各世帯別の個別の要求温度による給湯温水の供給ができるようにして給湯の使用環境を改善することと、世帯別の要求温度が異なる給湯要求の環境下でも均一な温水供給をする既存の方式におけるエネルギーの無駄遣いを改善することが可能となった。

また、上記のような特徴を有する本発明によると、給湯温水の使用の際に、使用者によって設定された温度の給湯が直ちに供給されるようにすることで、初期に使用されずに捨てられる微温水や冷水の量を減らすか無くすことで、水資源の無駄遣いを防ぐことが可能となった。

また、上記のような特徴を有する本発明によると、給湯の供給が間欠的ということに着目して給湯を加熱する際に暖房を一時的に中止するよう制御したり、給湯加熱の後に排出された温水を再利用して暖房に活用することで、給湯と暖房のうち最大負荷に該当する熱容量のみを統合配管へ供給できるようにして、暖房及び給湯加熱用統合温水供給メイン配管へ供給する加熱温水の供給量を大幅に減らし、設置配管の規格を減らして配管施工費を低減し伝熱面積を減らして放熱損失の熱量を減らすと共に、移送される流量を減らしてポンプの運転費用を減らすようになった。

また、上記のような特徴を有する本発明によると、暖房及び給湯加熱用の統合温水供給配管へ供給される暖房水の供給用循環ポンプの運転制御を通じて、要求される暖房及び給湯の負荷量に応じて可変的に流量を制御することで、エネルギーの費用を減らすようになった。

図１は従来の中央集中式暖房及び給湯システムの構造図である。 図２は従来の統合配管システムの構造図である。 図３は本発明の一実施例による中央集中式暖房及び給湯システムの構造図である。 図４は本発明による中央集中式暖房及び給湯システムの要部構造を詳しく示した構造図である。 図５は比例制御３方式弁を活用して瞬間加熱方式によって給湯温水を生産する暖房及び給湯システムの構造を示した構造図である。 図６は比例制御３方式弁を活用して再加熱方式によって給湯温水を生産する暖房及び給湯システムの構造を示した構造図である。 図７は循環ポンプの台数制御の概念図である。 図８は循環ポンプの回転数制御の概念図である。 図９は本発明のまた他の実施例による中央集中式暖房及び給湯システムの構造図である。 図１０は図９に図示された中央集中式暖房及び給湯システムの要部構造を詳しく示した構造図である。 図１１は定流量弁と定流量オン／オフ弁を管路制御ユニットとして使用する瞬間加熱方式の中央集中式暖房及び給湯システムの構造図である。 図１２は定流量弁と定流量オン／オフ弁を管路制御ユニットとして使用する再加熱方式の中央集中式暖房及び給湯システムの構造図である。

１１０ メイン熱交換器
１２０ 循環ポンプ
１３０ 給湯熱交換器
１４０ 統合温水供給メイン配管
１５０ 統合温水回収メイン配管
１６０ 暖房温水供給管
１７０ 暖房温水回収管
１８０ 給湯用暖房温水供給管
１９０ 第１弁
２００ 第２弁
２１０ 制御器
２２０ 温水分配器
２３０ 給水ポンプ
２４０ 給水管
２５０ 給湯用水管
２６０ 使用蛇口
２７０ 給湯配管
２８０ バイパス管
２９０ 管路制御ユニット
２９１ 定流量弁
２９２ 第３定流量オン／オフ弁
３００ フロースイッチ
３１１ 環水配管
３１２ 給湯循環ポンプ
３１３ 温度センサー
３１４ 温度制御回路ユニット

以下、本発明の好ましい実施例を添付の図面を参考に詳しく説明すると次のとおりである。本発明を説明するにおいて、関連の公知の機能或いは構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不要に不明にすることがあると判断される場合、その詳細な説明は省略する。

図３は、本発明の一実施例による中央集中式暖房及び給湯システムの構造図を、図４は、本発明による中央集中式暖房及び給湯システムの要部構造を詳しく示した構造図を図示している。

本発明の中央集中式暖房及び給湯システムは、各世帯或いは各層の暖房のために供給された暖房温水を用いて各世帯或いは各層別に給湯温水を生産するにおいて、給湯温水を生産するために給湯熱交換器から１次的に放熱された暖房温水を各世帯或いは各層の温水分配器、或いは底に備えられた底コイルへと直接循環させて給湯温水の生産のために使用された暖房温水がメイン熱交換器にそのまま返還される過程で発生する損失熱量を最小化して予熱を暖房に効率的に再活用できるようにしたものである。

このための本発明の中央集中式暖房及び給湯システムは、メイン熱交換器１１０と、循環ポンプ１２０と、給湯熱交換器１３０とを備えることで構成される。

この際に、上記メイン熱交換器１１０は、中大型の共用の中央ボイラー、発電所の廃熱などの熱生産施設Ｈから生産された温水、中温水或いはスチームのうちいずれかひとつの熱源が提供され、熱交換を通じて暖房温水を生産する。

上記循環ポンプ１２０は、メイン熱交換器１１０から生産された暖房温水を各世帯及び各層へ供給し回収できるように暖房温水を循環させる。このような循環ポンプ１２０は、ひとつ或いは複数で構成されることができる。

上記給湯熱交換器１３０は、各世帯別に給湯生産構造を備えようとする場合、各世帯ごとに設置され、各層別に給湯生産構造を備えようとする場合、各層ごとに設置される。このような給湯熱交換器１３０は、メイン熱交換器１１０から供給された暖房温水と給水の熱交換を通じて給湯温水を生産し、給湯温水の加熱に使用されて１次放熱された暖房温水は、各世帯或いは各層に設置された温水分配器２２０へ供給して各世帯や各層に備えられた底コイルへと循環させたり、或いは各世帯や各層に備えられた底コイルへと直接供給して循環させることにより、１次放熱された暖房温水を暖房水として再活用するよう構成される。このように給湯温水の生産のために１次放熱された暖房温水を底コイルへ循環させて暖房温水が有する予熱を暖房に使用することで、暖房温水の使用効率を高め、１次放熱された暖房温水がメイン熱交換器１１０にそのまま返還される過程で損失する放熱熱量を最小化してエネルギーの低減ができるようになる。

一方、給湯熱交換器１３０から生産された給湯温水は、給湯配管２７０を通じて使用蛇口２６０へ供給され、給湯熱交換器１３０は、給水ポンプ２３０から延長して使用蛇口２６０へ連結された給水管２４０から分岐された給湯用水管２５０と連結されて給湯用水が供給される。このような給湯熱交換器１３０は、板状熱交換器、スパイラル状熱交換器或いはシェル＆チューブ（Ｓｈｅｌｌ＆ｔｕｂｅ）形熱交換器のうちいずれかひとつの熱交換器が使われることができ、この中で体積が小さく優れた熱効率を有する板状熱交換器を用いて給湯熱交換器を構成することが好ましい。ここで、上記のような熱交換器は、周知慣用の技術であるため、熱交換器の構造に関する詳しい説明は省略する。

一方、上記メイン熱交換器１１０と給湯熱交換器１３０及び温水分配器２２０を連結して暖房温水の適切な循環及び制御が行われるようにするための統合温水供給メイン配管１４０と、統合温水回収メイン配管１５０と、暖房温水供給管１６０と、暖房温水回収管１７０と、給湯用暖房温水供給管１８０と、第１弁１９０と、第２弁２００と、制御器２１０とが備えられる。

上記統合温水供給メイン配管１４０は、メイン熱交換器１１０から延長されるように設置され、メイン熱交換器１１０から生産された暖房温水が供給される流路を提供する。

上記統合温水回収メイン配管１５０は、メイン熱交換器１１０と連結されるよう設置されて暖房や給湯のために使用された暖房温水がメイン熱交換器１１０に回収される流路を提供する。このような統合温水回収メイン配管１５０にはひとつ或いは複数の循環ポンプ１２０が設置される。

上記暖房温水供給管１６０は、各世帯或いは各層に設置され、統合温水供給メイン配管１４０と温水分配器２２０の供給側２２１とを連結するよう構成される。

上記暖房温水回収管１７０は、各世帯或いは各層に設置され、統合温水回収メイン配管１５０と温水分配器２２０の回収側２２２とを連結するよう構成される。

上記給湯用暖房温水供給管１８０は、暖房温水供給管１６０から分岐されて給湯熱交換器１３０に連結されるように設置され、暖房温水供給管１６０を通じて供給された暖房温水が給湯熱交換器１３０へ供給される流路を提供するよう構成される。

上記第１弁１９０は、暖房温水供給管１６０に設置されて暖房温水供給管１６０の流路を制御するもので、上記第２弁２００は、給湯用暖房温水供給管１８０に設置されて給湯用暖房温水供給管１８０の流路を制御する。

上記制御器２１０は、中央集中式暖房及び給湯システムを制御するもので、第１弁１９０と第２弁２００を制御して暖房温水供給管１６０を通じて供給された暖房温水が温水分配器２２０や給湯熱交換器１３０のうちいずれかひとつの装置へ供給されるよう暖房温水の供給方向を制御する機能を有する。

一方、給湯は、暖房に比べて多くの量の温水の使用が求められる。従って、給湯温水の生産のために使用された暖房温水をそのまま温水分配器２２０や底コイルへ供給して暖房のために使用した場合、過度な量の暖房温水の供給によって暖房用の配管に無理が掛かることがあるため、給湯温水の生産のために使用された暖房温水のうち剰余流量を暖房温水回収管１７０に返還するよう、暖房温水供給管１６０と暖房温水回収管１７０とを連結するバイパス管２８０と、上記温水分配器２２０とバイパス管２８０へ供給される暖房温水を所定の割合で分配する管路制御ユニット２９０がさらに含まれることが好ましい。

この際に、上記管路制御ユニット２９０は、公知の比例制御３方向弁で構成されることができる。

上記比例制御３方向弁は、周知慣用のように、いずれかひとつのポートを通じて 流入された流体を設定値に応じて他の二つのポートを通じて一定の割合で分配して排出するもので、制御器２１０に設定された値に応じて温水分配器（或いは底コイル）とバイパス管２８０に暖房温水を所定の割合で分配して排出するようになる。

従って、給湯温水の生産のために１次放熱された暖房温水が供給される場合、温水分配器２２０や底コイルには常に一定量の暖房温水が供給され、この際に発生する剰余流量の暖房温水は、バイパス管２８０を通じて暖房温水回収管１７０に返還される。

上記のように管路制御ユニット２９０が比例制御３方向弁で構成される場合、上記第１弁１９０は、設定された値に対応する流量の暖房温水が暖房温水供給管１６０を通じて流動するよう流路を制御するとともに、暖房温水供給管１６０の流路を開閉する定流量オン／オフ弁で構成され、上記第２弁２００も設定された値に対応する流量の暖房温水が給湯用暖房温水供給管１８０を通じて流動するよう流路を提供するとともに、給湯用暖房温水供給管１８０の流路を開閉する定流量オン／オフ弁で構成される。

図５は、比例制御３方式弁を活用して瞬間加熱方式によって給湯温水を生産する暖房及び給湯システムの構造を示した構造図を図示している。

上記給湯熱交換器１３０に連結された給湯用水管２５０にフロースイッチ３００を設置し、上記フロースイッチ３００から発生する信号に基づいて制御器２１０が第１、２弁１９０、２００を制御するようすることで、瞬間加熱方式の給湯システムを具現することができる。

より具体的に、給湯用水管２５０に設置されたフロースイッチ３００は、使用蛇口２６０の操作によって発生する給湯用水の流れを感知して信号を発生し、フロースイッチ３００から発生した信号は制御器２１０に伝達され、制御器２１０は、給湯用水の生産のための暖房温水が給湯熱交換器１３０へ供給されるようするため第１弁１９０を制御して暖房温水供給管１６０の流路を遮断し、第２弁２００を制御して給湯用暖房温水供給管１８０の流路を開放させる。

勿論、使用蛇口２６０の閉鎖によって給湯用水の流れが止まった場合、制御器２１０は、第１弁１９０を制御して暖房温水供給管１６０の流路を開放させ、第２弁２００を制御して給湯用暖房温水供給管１８０の流路を遮断するようになる。

このような瞬間加熱方式の給湯システムは、使用蛇口２６０を使用しないときには、暖房温水が給湯熱交換器１３０へと循環しないようにすることで、不要なエネルギーの損失を減らすことができるという長所がある。

図６は、比例制御３方式弁を活用して再加熱方式によって給湯温水を生産する暖房及び給湯システムの構造を示した構造図を図示している。

給湯配管２７０内の給湯温水を給湯熱交換器１３０へと循環させて再加熱することで、給湯温水の温度を一定の温度に維持させることができる。使用蛇口２６０の開放初期の微温水或いは冷水をそのまま放出した場合、微温水或いは冷水は使用されずにそのまま捨てられるため、水資源の無駄遣いを引き起こすことになる。従って、給湯配管２７０内の給湯温水の温度を給湯を使用するか否かに係わらず常に一定に維持させると、使用蛇口２６０の初期段階から暖かい給湯温水を提供することが可能となり水資源の無駄遣いを防ぐことが可能になる。

このために、環水配管３１１と、給湯循環ポンプ３１２と、温度センサー３１３と、温度制御回路ユニット３１４とがさらに含まれる。

上記環水配管３１１は、給湯配管２７０の末端と給湯用水管２５０を連結するよう設置されて給湯温水の循環のための流路を形成するようになる。

上記給湯循環ポンプ３１２は、環水配管３１１或いは給湯用水管２５０の末端に設置されて給湯温水を循環させる。一方、図６には、給湯用水管２５０の末端に給湯循環ポンプ３１２が設置された構造が図示されている。

上記温度センサー３１３は、環水配管３１１或いは給湯用水管２５０の末端に設置されて給湯温水の温度を検出する。一方、図６には、給湯用水管２５０の末端に温度センサー３１３が設置された構造が図示されている。

上記温度制御回路ユニット３１４は、使用者から要求される給湯温水の温度値が入力され、使用者によって入力された設定温度値と、上記温度センサー３１３から検出された検出温度値を基に給湯循環ポンプ３１２と第１、２弁１９０、２００を制御して給湯温水の再加熱が行われるようにする。

より具体的に、上記温度制御回路ユニット３１４は、設定温度値より検出温度値が低い場合、暖房温水の再加熱のために給湯循環ポンプ３１２を駆動し、第１弁１９０を制御して暖房温水供給管１６０の流路を遮断し、第２弁２００を制御して給湯用暖房温水供給管１８０の流路を開放して暖房温水が給湯熱交換器１３０へ供給されるように制御する。勿論、設定温度値が検出温度値と同じか高い場合、不要なエネルギーの消費を防ぐため、給湯循環ポンプ３１２の駆動を停止させ、給湯熱交換器１３０への暖房温水の流入を遮断するようになる。

このような温度制御回路ユニット３１４は、制御器２１０に含まれる。

上記のように使用者から暖房温水の温度が入力され、配管（給湯配管、環水配管）内の給湯温水が入力された温度を維持するよう再加熱させる構造によって水資源の無駄遣いを防ぐとともに、各世帯別或いは各層別の給湯温水の個別の温度調節ができ、これによってより快適な給湯の使用環境を提供することが可能となる。

一方、図面符号３１５はフロースイッチであって、使用蛇口２６０の開放によって給湯温水が排出され給湯用水の供給が行われる場合、給湯用水の流れを感知して信号を発生させ、このような信号を基に制御器２１０が第１、２弁１９０、２００を制御して暖房温水が給湯熱交換器１３０へ供給されるようにする。

一方、温水分配器２２０からメイン熱交換器１１０に延長された暖房温水回収管１７０には、暖房及び給湯のために使用された暖房温水の熱量を検出するための熱量計３２０が設置され、このように設置された熱量計３２０は、暖房のために使用された熱量と給湯のために使用された熱量を共に積算し、これを基に暖房温水の使用量に対する料金を要求することにより、既存の中央集中式給湯システムにおいて給湯を使用流量として測定することで発生した不満を解決することができる。

即ち、既存の暖房と給湯システムの場合、暖房使用の熱量は熱量計或いは流量計にて料金を計算することに対して、給湯使用量は使用熱量ではなく使用流量を温水のメーター器にて検針して料金を計ることで、使用者が給湯の供給時期ではないとき、或いは配管内の温水の流れの停滞によって冷却放熱された給湯があるときを認知せずに蛇口を開放すると、微温水がメーター器から使用量として積算されることで不満が発生し得るが、本発明は、給湯の使用量を既存の暖房用熱量計３２０に単一検針されるようして不満の発生を最初から防ぎ、エネルギーの節約と水消費の減少を誘導することができる。

図７は、循環ポンプの台数制御の概念図を、図８は、循環ポンプの回転数制御の概念図を図示している。

暖房と給湯のために要求される暖房温水の量は互いに異なる。このような場合、給湯に合わせて暖房温水の供給量を設定すると、暖房システムを構成する配管に負荷が加重して配管の損傷を促すだけでなく、不要なエネルギーの無駄遣いが発生するため好ましくなく、逆に暖房に合わせて暖房温水の供給量を設定すると、給湯温水を十分に加熱できなくなるという問題点が発生する。

上記のような問題点を解決すべく、循環ポンプ１２０の台数制御やインバータ制御が導入されることができる。

上記台数制御は、ポンプの流量を細分化して暖房温水の供給量を制御することができるように循環ポンプ１２０が複数で構成され、制御器２１０には循環ポンプ１２０による暖房温水循環の流量を世帯或いは各層の要求熱量の変換に応じて可変的に制御するよう循環ポンプ１２０の使用台数を制御する循環ポンプ台数の制御機能が備えられる。

上記のように、台数制御のために統合温水回収メイン配管１５０には管内圧力を検出するための圧力センサー１５１が設置され、上記圧力センサー１５１から検出された圧力値を制御器２１０に伝達して台数制御を行うようになる。

上記インバータ制御は、ひとつの循環ポンプ１２０と、制御器２１０に備えられた循環ポンプ１２０インバータ制御機能２１０によって具現され、制御器２１０は、統合温水回収メイン配管１５０に設置された圧力センサー１５１から検出された圧力値によって循環ポンプ１２０モーターの周波数の変調を通じて循環ポンプ１２０の回転数を制御するインバータ方式の制御によって行われる。

上記のように構成された省エネ中央集中式暖房及び給湯システムによる暖房と給湯の過程について説明する。

先ず、熱生産施設Ｈから生産された温水或いは中温水或いはスチームのうちいずれかひとつの熱源は、機械室内に備えられたメイン熱交換器１１０へ供給され、このようにメイン熱交換器１１０へ供給された熱源によって暖房温水が生産され、生産された暖房温水は、統合温水供給メイン配管１４０と暖房温水供給管１６０を通じて各世帯或いは各層に備えられた温水分配器２２０へ供給される。

上記のように暖房温水が温水分配器２２０へ供給されるようするため、第１弁１９０は、暖房温水供給管１６０の流路を開放し、第２弁２００は、給湯用暖房温水供給管１８０の流路を遮断し、比例制御３方向弁はバイパス管２８０に連結された流路を遮断するようになる。従って、暖房温水供給管１６０を通じて供給された暖房温水は温水分配器２２０に流入され、温水分配器２２０の設定状態によって底コイルへと供給されて暖房が行われる。

一方、比例制御３方向弁の使用の際に、上記第１、２弁１９０、２００は、定流量オン／オフ弁で構成されるため、温水分配器２２０には第１弁１９０に設定された値に対応する流量の暖房温水が供給される。勿論、給湯熱交換器１３０の場合にも第２弁２００に設定された値に対応する流量の暖房温水が供給される。このように第１、２弁１９０、２００は、設定された値に対応する流量のみを流動させるため、設定値に対応する流量より多くの量の暖房温水が循環ポンプから送出されると、統合温水供給メイン配管１４０や統合温水回収メイン配管１５０内の流体圧力が上昇し、このような圧力の上昇は、統合温水回収メイン配管１５０に設置された圧力センサー１５１によって検出される。上記圧力センサー１５１から検出された圧力値は制御器２１０に伝達され、制御器２１０は、これを基に循環ポンプ１２０の台数制御やインバータ制御を通じて循環ポンプ１２０から送出された暖房温水の負荷を適切に調節するようになる。

一方、瞬間加熱方式によって給湯温水を生産する暖房及び給湯システム（図５参照）では、給湯温水の使用のために使用者が使用蛇口２６０を開放すると、フロースイッチ３００は、給湯用水の流れを感知して信号を発生させ、制御器２１０は、フロースイッチ３００から発生した信号を基に第１、２弁１９０、２００を制御して暖房温水供給管１６０の流路を遮断し、給湯用暖房温水供給管１８０の流路を開放するようになる。

一方、再加熱方式によって給湯温水を生産する暖房及び給湯システム（図６参照）では、給湯温水の使用のために使用者が使用蛇口２６０を開放したり、或いは給湯温水の温度が設定温度値より低くなった場合、制御器２１０は、第１、２弁１９０、２００を制御して暖房温水供給管１６０の流路を遮断し、給湯用暖房温水供給管１８０の流路を開放するようになる。

上記のように、暖房温水供給管１６０の流路が遮断され、給湯用暖房温水供給管１８０の流路が開放されると、暖房温水は、給湯熱交換器１３０へ供給され、給湯熱交換器１３０へ供給された暖房温水と給湯用水の熱交換によって給湯用水が加熱されて給湯温水の生産が行われ、生産された給湯温水は、給湯配管２７０を通じて使用蛇口２６０へ供給される。

一方、図６のように給湯温水が循環するシステムでは、加熱された給湯温水は使用蛇口２６０を通じて排出されたり循環し続けるようになり、このような暖房温水の循環と再加熱を通じて暖房温水の温度が設定温度値に到達すると、温度制御回路ユニット３１４は給湯循環ポンプ３１２を停止させ、第１弁１９０を用いて暖房温水供給管１６０の流路を開放し、第２弁２００を用いて給湯用暖房温水供給管１８０の流路を遮断することにより、暖房温水が再び温水分配へ供給されるよう流路を制御するようになる。

一方、給湯熱交換器１３０へ供給されて給湯用水と熱交換を終えた暖房温水は、温水分配器２２０に流入されたり、或いは温水分配器２２０を通らず直接底コイルへ流入され、このように１次放熱された暖房温水の流動過程において剰余流量は、比例制御３方向弁によってバイパス管２８０へと流入される。

上述のような本発明の中央集中式暖房及び給湯システムは、給湯熱交換器１３０を経て１次放熱された約４０〜４５℃の暖房温水を各世帯或いは各層に備えられた底コイルへと循環させた後、メイン熱交換器１１０に循環させることにより、暖房温水がメイン熱交換器１１０に返還される過程で配管内外部の温度差によって発生する熱損失を最小化することができ、既存の配管内外部の温度差によって発生する放熱熱量を暖房に使用するため、エネルギーの低減が可能となる。

図９は、本発明のまた他の実施例による中央集中式暖房及び給湯システムの構造図を、図１０は、図９に図示された中央集中式暖房及び給湯システムの要部構造を詳しく示した構造図を図示している。

本実施例による中央集中式暖房及び給湯システムは、図３乃至図８を参照して説明した中央集中式暖房及び給湯システムと同様に、メイン熱交換器１１０と循環ポンプ１２０及び給湯熱交換器１３０を備えることで構成され、管路制御ユニット２９０が定流量弁２９１と第３定流量オン／オフ弁２９２で構成され、第１弁１９０がオン／オフ弁で構成され、第２弁２００が定流量オン／オフ弁で構成されたことを除くと、他の構成は図３乃至図８を参照して説明した中央集中式暖房及び給湯システムと同様である。

従って、以下の説明では管路制御ユニット２９０と第１、２弁１９０、２００を中心として説明し、残りの構成要素に関する説明は省略する。

本実施例による管路制御ユニット２９０は、既に説明したように、定流量弁２９１と第３定流量オン／オフ弁２９２で構成される。

上記定流量弁２９１は、暖房温水供給管１６０の末端に設置され、設定された値に対応する流量の暖房温水が温水分配器２２０へ供給されるよう暖房温水供給管１６０の流路を制御するようになる。

上記第３定流量オン／オフ弁２９２は、バイパス管２８０に設置され、設定された値に対応する流量の暖房温水がバイパス管２８０を通じて排出されるようにするとともに、バイパス管２８０の流路を開閉する。

このような定流量弁２９１と第３定流量オン／オフ弁２９２によると、メイン熱交換器１１０から直接供給された暖房温水或いは給湯熱交換器１３０を経て１次放熱されたまま供給された暖房温水の量にかかわらず、定流量弁２９１は、常に一定量の暖房温水が温水分配器２２０へ供給されるよう暖房温水供給管１６０の流路を制御し、第３定流量オン／オフ弁２９２は、剰余暖房温水をバイパス管２８０を通じて排出させるようになる。

上記のように、管路制御ユニット２９０が定流量弁２９１と第２定流量オン／オフ弁で構成される場合、第１弁１９０は、流量の制御が要求されないため暖房温水供給管１６０の流路を単純に開閉するオン／オフ弁で構成され、第２弁２００は、従来と同様に定流量オン／オフ弁で構成される。

本実施例のように、管路制御ユニット２９０を定流量弁２９１と第３定流量オン／オフ弁２９２を用いて構成すると、システムの制御が単純になるという長所がある。

即ち、図３乃至図６の中央集中式暖房及び給湯システムにおいて管路制御ユニット２９０として使用された比例制御３方向弁の場合、給湯を使用するか否かによって変換する暖房温水量に関係なく一定量の暖房温水が温水分配器２２０へ供給されるようにするために複雑な制御が伴うべきだが、本実施例のように、定流量弁２９１と第３定流量オン／オフ弁２９２を用いて管路制御ユニット２９０を構成すると、別途の制御が無くても温水分配器２２０に常に一定量の暖房温水が供給されるため、制御アルゴリズムを単純化することができる。

図１１は、定流量弁と定流量オン／オフ弁を管路制御ユニットとして使用した瞬間加熱方式の中央集中式暖房及び給湯システムの構造図を、図１２は、定流量弁と定流量オン／オフ弁を管路制御ユニットとして使用した再加熱方式の中央集中式暖房及び給湯システムの構造図を図示している。

図１１に図示された瞬間加熱方式の中央集中式暖房及び給湯システムによる暖房や給湯の原理は、図５を参照して説明した中央集中式暖房及び給湯システムと同様で、図１２に図示された再加熱方式の中央集中式暖房及び給湯システムによる暖房や給湯の原理は、図６を参照して説明した中央集中式暖房及び給湯システムと同様であるため、具体的な説明は省略する。

本発明は、上述の特定の好ましい実施例に限定されず、請求範囲から請求する本発明の要旨を外れることなく、当該発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、多様な変形の実施ができるのは勿論、そのような変更は請求範囲の記載の範囲内にある。

Claims (9)

1. 熱生産施設から温水、中温水或いはスチームのうちいずれかひとつの熱源が供給され、熱交換を通じて暖房温水を生産するメイン熱交換器と、
   前記メイン熱交換器から生産された暖房温水を各世帯及び各層へ供給し回収できるように暖房温水を循環させる循環ポンプと、
   各世帯或いは各層に設置され、前記メイン熱交換器から供給された暖房温水と給湯用水の熱交換を通じて給湯温水を生産し、給湯温水の加熱された使用された暖房温水を各世帯或いは各層に設置された温水分配器へ供給して底コイルへと循環されるようにしたり、或いは直接底コイルへ供給して循環させることにより、暖房水として使用するようにする給湯熱交換器と、
   前記メイン熱交換器から延長して、生産された暖房温水を供給する統合温水供給メイン配管と、
   前記メイン熱交換器から延長して、使用された暖房温水の回収が行われる統合温水回収メイン配管と、
   前記統合温水供給メイン配管と温水分配器の供給側とを連結する暖房温水供給管と、
   前記統合温水回収メイン配管と温水分配器の回収側とを連結する暖房温水回収管と、
   前記暖房温水供給管から分岐されて前記給湯熱交換器に連結される給湯用暖房温水供給管と、
   前記暖房温水供給管に設置されて暖房温水供給管の流路を制御する第１弁と、
   前記給湯用暖房温水供給管に設置されて給湯用暖房温水供給管の流路を制御する第２弁と、
   前記第１弁と第２弁を制御して暖房温水供給管を通じて供給された暖房温水が、給湯を使用するか否かによって温水分配器或いは給湯熱交換器へ供給されるようにする制御器と、
   前記暖房温水供給管と暖房温水回収と管を連結して給湯熱交換器から温水分配器へ供給された暖房温水の一部を暖房温水回収管に返還するバイパス管と、
   前記給湯熱交換器から排出された暖房温水を温水分配器とバイパス管に所定の割合で分配する管路制御ユニットと、を含むことを特徴とする省エネ中央集中式暖房及び給湯システム。
2. 前記管路制御ユニットは、前記暖房温水供給管とバイパス管との連結部に設置され、制御器に設定された値に応じて暖房温水を暖房温水供給管とバイパス管に分配する比例制御３方式弁で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の省エネ中央集中式暖房及び給湯システム。
3. 前記第１弁は、設定された値に対応する流量の暖房温水が暖房温水供給管を通じて流動するよう暖房温水供給管の流路を制御するとともに、暖房温水供給管の流路を開閉する定流量オン／オフ弁で構成され、
   前記第２弁は、設定された値に対応する流量の暖房温水が給湯用暖房温水供給管を通じて流動するよう給湯用暖房温水供給管の流路を制御するとともに、給湯用暖房温水供給管の流路を開閉する定流量オン／オフ弁で構成されたことを特徴とする請求項２に記載の省エネ中央集中式暖房及び給湯システム。
4. 前記管路制御ユニットは、前記暖房温水供給管の末端に設置され、設定された値に対応する流量の暖房温水が温水分配器へ供給されるよう暖房温水供給管の流路を制御する定流量弁と、
   前記バイパス管に設置され、設定された値に対応する流量の暖房温水がバイパス管を通じて排出されるようバイパス管の流路を制御するとともに、バイパス管の流路を開閉する第３定流量オン／オフ弁と、で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の省エネ中央集中式暖房及び給湯システム。
5. 前記第１弁は、暖房温水供給管の流路を開閉するオン／オフ弁で構成され、
   前記第２弁は、設定された値に対応する流量の暖房温水が給湯用暖房温水供給管を通じて流動するよう給湯用暖房温水供給管の流路を制御するとともに、給湯用暖房温水供給管の流路を開閉する定流量オン／オフ弁で構成されたことを特徴とする請求項４に記載の省エネ中央集中式暖房及び給湯システム。
6. 給水ポンプから延長された給水管から分岐されて前記給湯熱交換器に連結される給湯用水管に設置され、使用蛇口の開放時に流体の流れを感知して給湯熱交換器に給湯温水が供給されるよう第１弁及び第２弁を制御する信号を発生させるフロースイッチをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の省エネ中央集中式暖房及び給湯システム。
7. 前記給湯熱交換器から使用蛇口に連結された給湯配管の末端と給湯熱交換器に連結された給湯用水管とを連結して給湯温水の循環が行われるようにする環水配管と、
   前記環水配管或いは給湯用水管の末端に設置されて配管内の給湯温水を循環させる給湯循環ポンプと、
   前記給湯配管或いは環水配管に設置されて給湯温水の温度を検出する温度センサーと、
   使用者から求められる給湯温水の温度値が入力され、使用者によって入力された設定温度値と前記温度センサーから検出された検出温度値を比較し、設定温度値より検出温度値が低い場合、給湯循環ポンプを駆動し第１、２弁を制御して暖房温水が給湯熱交換器へ供給されるようにすることで、給湯温水の再加熱が行われるようにする温度制御回路ユニットと、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の省エネ中央集中式暖房及び給湯システム。
8. 前記循環ポンプは、複数で構成され、
   前記制御器は、循環ポンプによる暖房温水の循環流量を世帯或いは各層の要求熱量の変化に応じて可変的に制御するよう循環ポンプ台数制御機能を有することを特徴とする請求項１に記載の省エネ中央集中式暖房及び給湯システム。
9. 前記循環ポンプは、ひとつで構成され、
   前記制御器は、循環ポンプによる暖房温水の循環流量を世帯或いは各層の要求熱量の変換に応じて可変的に制御するよう循環ポンプインバータ制御の機能を有することを特徴とする請求項１に記載の省エネ中央集中式暖房及び給湯システム。