JP3708660B2 - 熱利用に供する液体配管設備 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱利用に供する液体配管設備に関し、更に詳細には液体を熱媒とした熱利用に供する液体配管設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
温熱・冷熱を水などの流体を熱媒として所定の熱負荷に搬送することは公知である。例えば、空気調和の分野において、建物を幾つかの区域に分割したそれぞれの区域（以下、「ゾーン」と記す。）を独立して空調する方法をゾーン制御方式と呼ぶが、このゾーン制御方式を採用して各ゾーンを空調する場合の配管システムの一つに逆還水法（リバースリターン法）がある。
【０００３】
この逆還水法による熱利用に供する液体配管設備は、図５に示すように、各ゾーン７３毎に制御弁６１と熱利用機器たるファンコイルユニット（熱交換器）７と枝配管９とから構成される温度制御系６３を有している。
【０００４】
これらの温度制御系６３は冷凍機等を備えた熱源装置１３に主配管１５を介して並列に接続されており、主配管１５は熱源装置１３の下流側に接続された往管６５と熱源装置１３の上流側に接続された還り管６７から構成されている。
【０００５】
往管６５の上流側の端部には熱源装置１３により調温された熱媒を送り出すポンプ６９が接続され、往管６５の下流側には枝配管９の上流側の端部が接続されている。
【０００６】
還り管６７の上流側には枝配管９の下流側の端部が接続され、この枝配管９の下流側の端部が接続された還り管６７の上流側はいったん往管６５と同一方向に還されてその還す最終端Ｑにおいてファンコイルユニット７で室内空気と熱交換された熱媒をまとめて熱源装置１３に戻している。また、逆還水法では配管系を含めた温度制御系６３の各圧力損失を同等にしてこの各温度制御系６３に流入する熱媒の流量を同一にしている。また、制御弁６１は各ゾーン７３の温度制御のために設けられている。
【０００７】
尚、温度制御系６３から流出した熱媒を往管６５と同一の方向に還すための還り管を以下「竪管７１」と記す。
この逆還水法によれば、いずれのゾーン７３を経由する場合もポンプ６９から竪管７１の下流端Ｑまでの流路の長さを等しくすることができるので、熱源装置１３により熱交換された熱媒を各ファンコイルユニット７等にバランスよく流すことができるとともに、ファンコイルユニット７各々に定流量弁などの流量調整手段を省略できるという利点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、逆還水法では、温度制御系６３から流出した熱媒を往管６５と同一の方向に還すための竪管７１を有しているため、各温度制御系６３から流出した熱媒を往管６５と逆方向に還すいわゆる直接還水法と比較すると、配管の長さは長くなる。このため、配管材料を多量に消費するとともに建設コストの増加を招くという問題を生じていた。
【０００９】
また、温度制御系６３に備えられている制御弁６１は流量制御性を高めるために、制御弁６１の圧力損失が温度制御系６３全体の数十パーセントを占めるように選定されている。このため、ポンプ６９は大きな所要動力を必要として消費電力の増加を招くという問題を生じていた。
【００１０】
さらに、従来の逆還水法による熱利用に供する液体配管設備では、複数ある温度制御系６３に至る配管系のなかで最も圧力損失が大きい配管系（温度制御系６３を含む配管系）、即ち、ポンプ６９から最も遠い配管系、の圧力損失値を基準にして、他の温度制御系６３に至る配管系の圧力損失値をこれとほぼ同一となるように調整している。このため、エネルギを余分に必要とし、消費電力をさらに増加させるという問題を生じていた。
【００１１】
本発明の目的は、このような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、配管材料の省資源化を図り、建設コストの低下を実現するとともに、ポンプ６９の所要動力を低下させて消費電力の低減を実現することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
本発明は、熱交換器を２以上備えこれらが互いに並列に接続された温度制御系を複数有し、これらの温度制御系が熱源装置に主配管を介して並列に接続され、この熱源装置により所望の温度にした熱媒を前記主配管を介して各温度制御系に送り、この温度制御系にて熱交換をした後、熱源装置に還す液体配管設備において、前記温度制御系は、前記熱交換器と、この熱交換器へ前記熱媒を供給する能力制御可能なポンプと、このポンプの上流側又は下流側に接続され熱媒の逆流を防止して流れの方向を一定に保つ逆流防止手段と、熱交換器とポンプと逆流防止手段とを接続する枝配管、とを備えることを特徴とする熱利用に供する液体配管設備である。
【００１３】
熱源装置により熱交換された熱媒は、各ゾーン毎にポンプにより圧送されて主配管を通り逆流防止手段を経由して各熱交換器に供給される。各温度制御系に備えられたポンプは各温度制御系の温度（例えば、室温）と設定温度にしたがってその運転能力が調整される。
【００１４】
そして、熱媒は熱交換器により温度制御系内の空気と熱交換し、各温度制御系に対応した熱負荷は所望の温度になる。熱交換した熱媒は枝配管と主配管を通って熱源装置に還される。そして、以後、前述した同様の作用が繰り返される。
【００１５】
熱源装置は熱媒に熱を供給したり熱媒から熱を奪う機能を有すればどのようなシステムに構成されていてもよい。熱源装置としては、例えば、ボイラ等の温熱源装置や冷凍機等を備えた冷熱源装置やヒートポンプを例示することができる。
【００１６】
また、熱源装置は蓄熱装置を備えるものでもよい。蓄熱装置としては、例えば、水蓄熱槽や氷蓄熱槽を例示することができる。
ポンプは水の流量を増加させても送水圧力を高く維持することができる能力を有するものであればその構造は問わない。ポンプとしては、例えば、ラインポンプや遠心ポンプを例示することができる。
【００１７】
逆流防止手段は熱媒の逆流を防止し流れの方向を一定に保つ機能を有すればその構造は問わない。逆流防止手段としては、例えば、弁座の構造によりスイング形とリフト形を例示することができる。
【００１８】
熱交換器は熱媒に熱を供給したり熱媒から熱を奪う機能を有すればその構造は問わない。熱交換器としては、例えば、ファンコイルユニットを例示することができる。
【００１９】
熱媒は水であることが好ましい。水は比熱が大きく取り扱いが容易だからである。
また、主配管には、全ての温度制御系をバイパスして主配管の上流側と下流側を結ぶバイパス管路が接続され、このバイパス管路には、熱源装置から送り出された熱媒の一部をバイパスさせて熱源装置の上流側に還す能力制御可能な循環ポンプと、この循環ポンプの上流側又は下流側に接続され熱媒の逆流を防止して流れの方向を一定に保つ逆流防止手段、とが設けられていることが好ましい。
【００２０】
現状の温度制御系に対応した熱負荷の温度と該負荷の設定温度との温度差が小さい場合や、複数の温度制御系のうちの一部の温度制御系における熱負荷の熱消費の要求がない場合には、循環ポンプを起動して、熱源装置から送り出された熱媒の一部をバイパス管路及び逆流防止手段を経由して主配管に還す。このようにすると、熱源装置に流入する熱媒の流量を減少させずにすみ、その結果、熱源装置の熱交換効率を高い状態のまま維持できる。また、熱源装置のうち、例えば、冷凍機などには、導入される熱媒量が一定以下の低流量時に機器を停止させる安全保障回路を備えたものがあり、これら機器の頻繁な停止を防止できる。
【００２１】
また、前述したバイパス管路に循環ポンプと逆流防止手段を設ける替わりに、熱源装置に接続された主配管に全ての温度制御系をバイパスして主配管の上流側と下流側を結ぶバイパス管路を接続し、このバイパス管路の上流側の端部と熱源装置との間に熱源装置から熱媒を送り出す能力制御可能な送出ポンプを設け、バイパス管路にこのバイパス管路内を流れる熱媒の流量を調整する流量調整弁を設けることもできる。この場合にも前記と同様の作用を奏する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る熱利用に供する液体配管設備の実施の形態を図１から図４の図面に基づいて説明する。
【００２３】
〔第１の実施の形態〕
初めに、第１の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備について図１に基づいて説明する。本発明の熱利用に供する液体配管設備をゾーン制御方式による空調システムの例により説明する。この空調システムは建物等を幾つかの区域に分割し、この分割された区域であるゾーンを各々独立に空調するものである。
【００２４】
例えば、建物が東西南北に面していて各面に窓がある場合、この建物内部の窓のある周辺部を東ゾーン、西ゾーン、南ゾーン、北ゾーンと分割すると、窓からの日射等により各ゾーンの温度が変化するため、窓のあるゾーン毎に区分けして空調をする必要がある。また、会議室は人が使用する時のみ空調を必要とするので、この会議室を独立したゾーンにする必要もある。
【００２５】
この熱利用に供する液体配管設備１は、３つのゾーンに分割された態様であり、図１に示すように、温度調整を行なうゾーン毎に逆止弁（逆流防止手段）３とポンプ５と３台のファンコイルユニット（熱交換器）７と枝配管９とから構成される温度制御系１１ａ，１１ｂ，１１ｃを有し、これらの温度制御系１１ａ，１１ｂ，１１ｃは熱源装置１３に主配管１５を介して並列に接続されて、熱源装置１３を中心にして水（熱媒）の循環路が形成されている。以下、３つの温度制御系１１ａ，１１ｂ，１１ｃに対応した熱負荷（空調ゾーン）１２を図１の上方の空調ゾーン１２から第１空調ゾーン１２ａ、第２空調ゾーン１２ｂ、第３空調ゾーン１２ｃとして説明する。
【００２６】
熱源装置１３からの出口水温は一定温度に制御されており、熱源装置１３としては、冷凍機と冷却塔などから構成される冷熱源装置や、蒸気ボイラと蒸気・水熱交換器などから構成される温熱源装置、を例示できる。
【００２７】
温度制御系１１はその上流側に逆止弁３を有し、この逆止弁３の下流側に能力制御可能なポンプ５が枝配管９を介して接続されており、このポンプ５の下流側には３台のファンコイルユニット７が並列に枝配管９を介して接続されている。尚、逆止弁３はポンプ５の下流側であってファンコイルユニット７の上流側に設けることもできる。また、逆止弁３とポンプ５はファンコイルユニット７の下流側に設けてもよく、この場合、逆止弁３はポンプ５の上流側又は下流側に設けることもできる。
【００２８】
温度制御系１１にはこの温度制御系１１に対応した空調ゾーン１２の温度を検知するための温度センサ１６が設けられている。
ポンプ５はこの温度センサ１６の検出信号に基づいてポンプ５の羽根車の回転数を変化させることにより、枝配管９に流れる水の流量（又は流速）を変化させてファンコイルユニット７に供給される水の流量を調整し、空調ゾーン１２を設定温度にすることができる。ポンプ５は、例えば、ラインポンプや遠心ポンプを使用することができる。
【００２９】
次に、各温度制御系１１に対応した空調ゾーン１２を設定温度に制御する一実施例を、３つの空調ゾーン１２ａ，１２ｂ，１２ｃを全て温度制御する場合と、１又は２つの空調ゾーン１２を温度制御する場合に分けて説明する。
【００３０】
（１）３つの空調ゾーン１２ａ，１２ｂ，１２ｃを全て温度制御する場合
最初に、熱源装置１３を運転するとともに、第１空調ゾーン１２ａ、第２空調ゾーン１２ｂ、第３空調ゾーン１２ｃに対応する温度制御系１１ａ，１１ｂ，１１ｃの各ポンプ５と各ファンコイルユニット７を運転する。熱源装置１３は各空調ゾーン１２ａ，１２ｂ，１２ｃの温度制御の程度に応じてその運転能力を制御し水を所定の一定温度にする。
【００３１】
次に、熱源装置１３により一定温度に調温された水は各温度制御系１１ａ、１１ｂ、１１ｃの各ポンプ５により圧送されて主配管１５を通り各枝配管９に流入する。
【００３２】
この枝配管９に流入した水は逆止弁３を経由して３つのファンコイルユニット７にそれぞれ供給される。３つのファンコイルユニット７は並列に接続され、各ファンコイルユニット７や枝配管９の圧力損失は同一であり、さらに枝配管９の配管長さも同一であることから、即ち、逆還水法で接続されていることから、各ファンコイルユニット７に供給される水の流量は同一となる。従って、３つの全ての空調ゾーン１２ａ、１２ｂ、１２ｃを均一な設定温度にすることができる。
【００３３】
次に、熱交換された水はファンコイルユニット７から流出し枝配管９を流れて主配管１５に流入し、この主配管１５を通って熱源装置１３に還る。そして、各空調ゾーン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ毎に温度センサ（室温センサ）１６の検出信号と各空調ゾーン１２ａ，１２ｂ，１２ｃの設定温度とを比較してこれらの温度差に基づいてポンプ５の羽根車の回転数を制御して、ファンコイルユニット７に流入する水の流量を調整し各温度制御系１１ａ，１１ｂ，１１ｃに対応した空調ゾーン１２ａ，１２ｂ，１２ｃを設定温度にする。そして、熱源装置１３により水は再び調温され、以後、前述した同様の作用が繰り返される。
【００３４】
（２）１又は２つの空調ゾーン１２を温度制御する場合
第１空調ゾーン１２ａと第２空調ゾーン１２ｂを温度制御する場合には、熱源装置１３を運転するとともに、第１空調ゾーン１２ａと第２空調ゾーン１２ｂに対応する温度制御系１１ａ，１１ｂのポンプ５とファンコイルユニット７を運転する。そして、第３空調ゾーン１２ｃに対応する温度制御系１１ｃのポンプ５とファンコイルユニット７は運転しない。
【００３５】
熱源装置１３は温度制御する空調ゾーン１２の数に応じてその運転能力を制御して水を所定の一定温度にする。
熱源装置１３から流出する水の流れと熱交換等については、前述（１）に準じるのでその説明は省略する。但し、逆止弁３の作用により温度制御系１１ｃの熱媒とこの系より下流の熱媒が他の温度制御系１１ａ，１１ｂの系に吸引されることはない。
【００３６】
尚、温度制御する空調ゾーン１２の組合せは前述したものには限られず、第１空調ゾーン１２ａのみを温度制御することも可能である。
従来の逆還水法による熱利用に供する液体配管設備では温度制御系１１から流出した水を熱源装置１３に接続された上流側の主配管１５と同一の方向に一旦還すための竪管７１が必要であったが、第１の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備１ではこの竪管７１が不要なため、配管の長さを短くすることができるとともに、配管材料の省資源化を実現することができる。
【００３７】
また、温度制御系１１に従来必要であった制御弁６１の代わり能力制御可能なポンプ５を使用することにより、各温度制御系１１全体の圧力損失を低下させ、且つポンプ５の所要動力を小さくさせることができる。このため、消費電力の低減を図ることができる。
【００３８】
さらに、各温度制御系１１毎に独立してポンプ５を運転させることができ、且つこのポンプ５の運転能力を制御することができるので、消費電力の低減をさらに図ることができる。
【００３９】
〔第２の実施の形態〕
第１の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備１は温度制御する温度制御系１１に対応した空調ゾーン１２の数が減少したり、また、温度制御系１１に対応した空調ゾーン１２に設置された室温センサ１６の現在値と設定値の差が小さい場合（以下、「低負荷時」と記す。）には、熱源装置１３に流入する水の流量が少なくなるにともない熱源装置１３内の伝熱面の伝熱性能も低下している。
【００４０】
そこで、第２の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備では、熱源装置１３に流入する水の流量を減少させないようにして、熱源装置１３内の伝熱面の伝熱性能熱を高い状態のまま維持させて一定の温度に調温された水を温度制御系１１に供給することができるようにしたものである。
【００４１】
以下、第２の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備について図２に基づいて説明する。
第２の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備１７では、熱源装置１３に接続された主配管１５に、全ての温度制御系１１ａ，１１ｂ，１１ｃをバイパスして主配管１５の上流側と下流側を結ぶバイパス管路１９を接続している。
【００４２】
このバイパス管路１９の上流側には水の逆流を防止し流れの方向を一定に保つ逆止弁２３と、この逆止弁２３の下流側に接続され熱源装置１３から送り出される水の一部をバイパスさせて熱源装置１３の上流側に熱媒である水を供給する能力制御可能な循環ポンプ２１と、が設けられている。その他の構成については第１の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備１と同様なので、同一態様部分については同一符号を附してその説明は省略する。
【００４３】
循環ポンプ２１は温度制御系１１内の熱交換の程度や空調が必要な空調ゾーン１２の数に応じて循環ポンプ２１の羽根車の回転数を変化させることができるものであり、例えば、ラインポンプや遠心ポンプを例示することができる。
【００４４】
次に、３つの空調ゾーン１２ａ，１２ｂ，１２ｃのうち、第１空調ゾーン１２ａでは熱消費の要求がなく（空調せず）、第２空調ゾーン１２ｂと第３空調ゾーン１２ｃを温度制御する場合の一実施例の作用を説明する。
【００４５】
最初に、熱源装置１３を運転するとともに、第２空調ゾーン１２ｂと第３空調ゾーン１２ｃに対応する温度制御系１１ｂ，１１ｃの各ポンプ５と各ファンコイルユニット７を運転する。そして、第１空調ゾーン１２ａに対応する温度制御系１１ａのポンプ５とファンコイルユニット７は運転しない。
【００４６】
熱源装置１３により調温された水は熱源装置１３から送り出されて主配管１５を通りバイパス管路１９が接続された部位で分岐し、その水の一部はバイパス管路１９に流入し、残りの水は主配管１５を通って第２空調ゾーン１１ｂと第３空調ゾーン１１ｃに対応する温度制御系１１ｂ，１１ｃに流入する。この温度制御系１１ｂ，１１ｃに流入する水の流れと熱交換等については、前述した第１の実施の形態に準じるのでその説明は省略する。
【００４７】
第１空調ゾーン１１ａに対応する温度制御系１１ａのポンプ５は運転されず逆止弁３は閉止するので、温度制御系１１ａに設けられたファンコイルユニット７に水が流入することはない。
【００４８】
従って、熱源装置１３に接続された下流側の主配管１５においてこの主配管１５の上流側に流入する水の流量は、第２空調ゾーン１２ｂと第３空調ゾーン１２ｃに対応する温度制御系１１ｂ，１１ｃから流出する水の流量の合計となり、３つの空調ゾーン１２に温度制御が必要な場合と比較すると、その水の流量は約２／３に減少する。
【００４９】
そして、下流側の主配管１５に流入した水はこの主配管１５を通って熱源装置１３に向かって流れる。
一方、熱源装置１３から送り出され循環ポンプ２１によって熱源装置１３廻りを循環する水は、バイパス管路１９を流れ逆止弁２３を経由して前記主配管１５を流れる水に合流する。従って、熱源装置１３に流入する水の流量は維持される。
【００５０】
ところで、熱源装置１３の運転能力について言えば、温度制御が必要な空調ゾーン１２が２つの場合は３つの場合よりも運転能力は低減する。しかしながら、上述したようにバイパス管路１９を介して熱源である水が熱源装置１３に供給されるので温度制御が必要な空調ゾーン１２の数が減少しても熱源装置１３に供給される水の流量は維持される。従って、熱源装置１３の伝熱面は高い伝熱性能を維持したまま運転をすることができるので、熱交換効率も高い状態を維持することができる。また、低流量による冷凍機などの稼動停止を防止できる。
【００５１】
バイパス管路１９を流れる水の流量は、たとえば熱源装置１３の出入側と入口側の差圧に対応して循環ポンプ２１の羽根車の回転数を変化させることにより調整される。
【００５２】
尚、温度制御する空調ゾーン１２の組合せは前述したものには限られず、３つの空調ゾーン１２を同時に温度制御するとともにその温度制御の程度を小さくしてもよい。
【００５３】
第２の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備１７によれば、低負荷時の場合においても熱源装置１３に流入する水の流量（又は流速）を極端に減少させることなく熱交換効率を高い状態のまま維持させて、流入した水を所望の温度にして各温度制御系１１に供給することができる。従って、熱利用に供する液体配管設備１７の空調効率を向上させるとともに、消費電力の低減を図ることができる。
【００５４】
〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備では、ブースタポンプを設備する例を示す。この熱利用に供する液体配管設備では、低負荷時においてバイパス管路１９に水を流入させて熱源装置１３に流入する水の流量を減少させないようにして、熱交換効率を高い状態のまま維持させて一定の温度に調温した水を温度制御系１１に供給できるようにしたものである。
【００５５】
以下、第３の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備について図３に基づいて説明する。第３の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備２５では、バイパス管路１９の上流側端部と熱源装置１３との間に熱源装置１３から水を送り出し能力制御可能なブースタポンプ（送出ポンプ）２９を有し、バイパス管路１９にはこのバイパス管路１９を流れる水の流量を調整する流量調整弁２７が設けられている。その他の構成については前記第２の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備１７と同一なので同一態様部分については同一符号を附してその説明は省略する。
【００５６】
ブースタポンプ２９は温度制御する温度制御系１１が稼動していれば常に運転されている。ブースタポンプ２９は、例えば、遠心ポンプを使用することができる。
【００５７】
流量調整弁２７は温度制御系１１に対応する空調ゾーン１２の温度調整の程度や温度制御が必要な空調ゾーン１２の数に対応して弁の開度を変化させてバイパス管路１９を流れる水の流量を調整する。流量調整弁２７としては、例えば、二方弁を使用することができる。
【００５８】
次に、３つの空調ゾーン１２の内、第１空調ゾーン１２ａの空調を停止し、第２空調ゾーン１２ｂと第３空調ゾーン１２ｃを温度制御をする場合の一実施例の作用を説明する。
【００５９】
最初に、熱源装置１３を運転するとともに、送出ポンプ２９と第２空調ゾーン１２ｂと第３空調ゾーン１２ｃに対応する温度制御系１１ｂ，１１ｃの各ポンプ５と各ファンコイルユニット７を運転する。第１空調ゾーン１２ａに対応する温度制御系１１ａのポンプ５とファンコイルユニット７は運転しない。
【００６０】
熱源装置１３により調温された水は、熱源装置１３からブースタポンプ２９によって圧送され、その一部は主配管１５の摩擦抵抗によりバイパス管路１９に流入し、流量調整弁２７を経由して一定の流量になり主配管１５を流れる水に合流する。従って、熱源装置１３に流入する水は極端に減少することなく熱源装置１３により所定の温度になる。
【００６１】
熱源装置１３は低負荷時においても全ての空調ゾーン１２を温度制御する場合と比較するとその運転能力を低減させて運転されるが、水の熱交換効率を高い状態のままを維持することができる。
【００６２】
一方、ブースタポンプ２９の下流側で分岐した残りの水は主配管１５を通って第２空調ゾーン１２ｂと第３空調ゾーン１２ｃに対応する温度制御系１１ｂ，１１ｃに流入する。この温度制御系１１ｂ，１１ｃに流入する水の流れと熱交換や第１空調ゾーン１２ａに対応する温度制御系１１ａへの水の流れについては、第２の実施の形態に準じるのでその説明は省略する。
【００６３】
尚、温度制御する空調ゾーン１２の組合せは前述したものには限られず、３つの空調ゾーン１２を同時に温度制御するとともにその温度制御の程度を小さくしてもよい。
【００６４】
第３の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備２５によれば、低負荷時において熱源装置１３に流入する水の流量（又は流速）を極端に減少させることなく、熱源装置１３の熱交換効率を高い状態で維持させることができる。従って、熱利用に供する液体配管設備２５の空調効率が向上するとともに、消費電力を低下させることができる。
【００６５】
また、主配管１５の上流側にブースタポンプ２９を設けることにより、温度制御系１１内に備えられたポンプ５の小型化が可能になる。
【００６６】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備について図４に基づいて説明する。第４の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備３１は、熱源装置１３に蓄熱槽（蓄熱装置）３３を備えた点で第１の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備１と相違する。
【００６７】
この熱利用に供する液体配管設備３１の基本的構成は第１の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備１と同様なので、同一態様部分については同一符号を附してその説明は省略する。
【００６８】
この熱利用に供する液体配管設備３１の熱源装置３２は水−水熱交換器３５と熱源水を製造する空気熱源ヒートポンプ３７と２台のポンプ３９ａ，３９ｂと蓄熱槽３３とから構成されている。
【００６９】
水−水熱交換器３５は温度制御系１１を通過した水と蓄熱槽３３の熱源水（冷温水）との間で熱交換をさせるものであり、水−水熱交換器３５の二次側流路４５には主配管１５が接続され、一次側流路４７には蓄熱槽３３の熱源水の循環管路４１が接続されている。
【００７０】
蓄熱槽３３の熱源水はポンプ３９ｂにより圧送されて循環管路４１、水−水熱交換器３５の一次側流路４７を通過して再び蓄熱槽３３に還る。
また、蓄熱槽３３の熱源水は空気熱源ヒートポンプ３７によって一定温度で蓄熱される。
【００７１】
尚、蓄熱槽３３は、循環管路４１の放出口から放出された熱源水が循環管路４３の取水口に短絡しないように、循環管路４３の放出口から放出された熱源水が循環管路４１の取水口に短絡しないように、そして、蓄熱槽３３内において循環管路４１の放出口から蓄熱槽３３に放出される熱源水と循環管路４３の放出口から蓄熱槽３３に放出される熱源水が混合されないよう構成されている。
【００７２】
水−水熱交換器３５は、例えば、プレート型熱交換器を使用することができ、空気熱源ヒートポンプ３７のかわりにコージェネレーションシステムの発電排熱など伝熱面を有する熱製造機器を使用することができる。また、蓄熱の形態は氷でも潜熱蓄熱材でもよく、水−水熱交換の一次側液体はブラインや氷水スラリーでもよい。
【００７３】
第４の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備３１によれば、熱源装置３２は蓄熱槽３３を備えることにより、熱源装置３２の第１熱交換器３５の設備容量を小さくすることができるとともに、熱交換効率を向上させることができる。従って、熱利用に供する液体配管設備３１における消費電力の低減を図ることができる。
【００７４】
【他の実施例】
上記第１〜第４の発明の実施の形態では温度制御系１１に対応した空調ゾーン１２の温度センサ１６の検出信号と熱源装置１３，３２から流出する一定の出口水温に基づいてポンプ５の運転能力を変化させ水の流量制御を行なっているが、これに限るものではなく、熱源装置１３，３２から流出する水の温度変化と温度センサ１６の検出信号に対応してポンプ５，２１，２９の運転能力を変化させて水の流量制御を行なうこともできる。
【００７５】
また、ＤＨＣ（地域冷暖房）からの受入熱源を熱源装置としてもよい。さらに、熱交換器はファンコイルユニット７に限られず、水熱源ヒートポンプユニット、ブラインを用いた冷凍・冷蔵庫の冷却ユニット、パネルヒータ、ファンコンベクタなど個別型の放熱・吸熱作用をする機器により構成できる。
【００７６】
逆流防止手段としては逆止弁の他にオンオフ弁（二方弁・電磁弁）を用いることができる。オンオフ弁は弁廻りで管径を絞ることがないので、制御弁を用いた場合のような圧力損失の増加を招かない。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明の熱利用に供する液体配管設備によれば、熱交換器を２以上備えこれらが互いに並列に接続された温度制御系を複数有し、これらの温度制御系が熱源装置に主配管を介して並列に接続され、この熱源装置により所望の温度にした熱媒を主配管を介して各温度制御系に送り、この温度制御系にて熱交換をした後、熱源装置に還す液体配管設備において、温度制御系は、熱交換器と、この熱交換器へ熱媒を供給する能力制御可能なポンプと、このポンプの上流側又は下流側に接続され熱媒の逆流を防止して流れの方向を一定に保つ逆止弁と、熱交換器とポンプと逆止弁とを接続する枝配管、とを備えることにより、温度制御系から流出した熱媒を上流側の主配管と同一の方向に一旦還すための配管が不要となり、配管の長さを短くすることができる。このため、配管材料の省資源化を図ることができるとともに建設コストの低減を図ることができる。
【００７８】
また、温度制御系全体の圧力損失を低下させことができるので、ポンプの所要動力を小さくすることができる。このため、消費電力の低減を図ることができる。
【００７９】
さらに、各温度制御系毎に独立してポンプを運転させることができ、且つこのポンプの運転能力を制御することができるので、消費電力の低減をさらに図ることができる。
【００８０】
また、主配管には、全ての温度制御系をバイパスして主配管の上流側と下流側を結ぶバイパス管路が接続され、このバイパス管路には、熱源装置から流り出された熱媒の一部をバイパスさせて熱源装置の上流側に還す能力制御可能な循環ポンプと、この循環ポンプの上流側又は下流側に接続され熱媒の逆流を防止して流れの方向を一定に保つ逆止弁、とが設けられている場合には、温度制御系の温度制御の程度が小さい時や温度制御が必要な温度制御系の数が減少したときでも、熱源装置に流入する熱媒の流量（又は流速）を極端に減少させることなく且つ熱源装置の熱交換効率を高い状態のまま維持させ、流入した熱媒を所望の温度にして各温度制御系に供給することができる。従って、熱源装置の機器効率（例えば冷凍機成績係数）が向上し消費電力を低減することができる。
【００８１】
また、バイパス管路に流量調整弁を設け、このバイパス管路の上流側の端部と熱源装置との間に熱源装置から熱媒を送り出す能力制御可能な送出ポンプを設た場合にも、熱源装置の機器効率（例えば冷凍機成績係数）が向上し消費電力を低減することができるとともに、温度制御系内に設けられたポンプの小型化が可能になる。
【００８２】
また、熱源装置が蓄熱装置を備えている場合には、熱源装置内の他の設備容量を小さくすることができるとともに、熱の利用形態の多様化を図ることができる。従って、消費電力の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態における熱利用に供する液体配管設備を示す構成図である。
【図２】 本発明の第２の実施の形態における熱利用に供する液体配管設備を示す構成図である。
【図３】 本発明の第３の実施の形態における熱利用に供する液体配管設備を示す構成図である。
【図４】 本発明の第４の実施の形態における熱利用に供する液体配管設備を示す構成図である。
【図５】 従来の熱利用に供する液体配管設備を示す構成図である。
【符号の説明】
１，１７，２５，３１ 熱利用に供する液体配管設備
３ 逆止弁（逆流防止手段）
５ ポンプ
７ ファンコイルユニット（熱交換器）
９ 枝配管
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 温度制御系
１３，３２ 熱源装置
１５ 主配管
１９ バイパス管路
２１ 循環ポンプ
２３ 逆止弁
２７ 流量調整弁
２９ ブースタポンプ（送出ポンプ）
３３ 蓄熱槽（蓄熱装置）
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱利用に供する液体配管設備に関し、更に詳細には液体を熱媒とした熱利用に供する液体配管設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
温熱・冷熱を水などの流体を熱媒として所定の熱負荷に搬送することは公知である。例えば、空気調和の分野において、建物を幾つかの区域に分割したそれぞれの区域（以下、「ゾーン」と記す。）を独立して空調する方法をゾーン制御方式と呼ぶが、このゾーン制御方式を採用して各ゾーンを空調する場合の配管システムの一つに逆還水法（リバースリターン法）がある。
【０００３】
この逆還水法による熱利用に供する液体配管設備は、図５に示すように、各ゾーン７３毎に制御弁６１と熱利用機器たるファンコイルユニット（熱交換器）７と枝配管９とから構成される温度制御系６３を有している。
【０００４】
これらの温度制御系６３は冷凍機等を備えた熱源装置１３に主配管１５を介して並列に接続されており、主配管１５は熱源装置１３の下流側に接続された往管６５と熱源装置１３の上流側に接続された還り管６７から構成されている。
【０００５】
往管６５の上流側の端部には熱源装置１３により調温された熱媒を送り出すポンプ６９が接続され、往管６５の下流側には枝配管９の上流側の端部が接続されている。
【０００６】
還り管６７の上流側には枝配管９の下流側の端部が接続され、この枝配管９の下流側の端部が接続された還り管６７の上流側はいったん往管６５と同一方向に還されてその還す最終端Ｑにおいてファンコイルユニット７で室内空気と熱交換された熱媒をまとめて熱源装置１３に戻している。また、逆還水法では配管系を含めた温度制御系６３の各圧力損失を同等にしてこの各温度制御系６３に流入する熱媒の流量を同一にしている。また、制御弁６１は各ゾーン７３の温度制御のために設けられている。
【０００７】
尚、温度制御系６３から流出した熱媒を往管６５と同一の方向に還すための還り管を以下「竪管７１」と記す。
この逆還水法によれば、いずれのゾーン７３を経由する場合もポンプ６９から竪管７１の下流端Ｑまでの流路の長さを等しくすることができるので、熱源装置１３により熱交換された熱媒を各ファンコイルユニット７等にバランスよく流すことができるとともに、ファンコイルユニット７各々に定流量弁などの流量調整手段を省略できるという利点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、逆還水法では、温度制御系６３から流出した熱媒を往管６５と同一の方向に還すための竪管７１を有しているため、各温度制御系６３から流出した熱媒を往管６５と逆方向に還すいわゆる直接還水法と比較すると、配管の長さは長くなる。このため、配管材料を多量に消費するとともに建設コストの増加を招くという問題を生じていた。
【０００９】
また、温度制御系６３に備えられている制御弁６１は流量制御性を高めるために、制御弁６１の圧力損失が温度制御系６３全体の数十パーセントを占めるように選定されている。このため、ポンプ６９は大きな所要動力を必要として消費電力の増加を招くという問題を生じていた。
【００１０】
さらに、従来の逆還水法による熱利用に供する液体配管設備では、複数ある温度制御系６３に至る配管系のなかで最も圧力損失が大きい配管系（温度制御系６３を含む配管系）、即ち、ポンプ６９から最も遠い配管系、の圧力損失値を基準にして、他の温度制御系６３に至る配管系の圧力損失値をこれとほぼ同一となるように調整している。このため、エネルギを余分に必要とし、消費電力をさらに増加させるという問題を生じていた。
【００１１】
本発明の目的は、このような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、配管材料の省資源化を図り、建設コストの低下を実現するとともに、ポンプ６９の所要動力を低下させて消費電力の低減を実現することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
本発明は、熱交換器を２以上備えこれらが互いに並列に接続された温度制御系を複数有し、これらの温度制御系が熱源装置に主配管を介して並列に接続され、この熱源装置により所望の温度にした熱媒を前記主配管を介して各温度制御系に送り、この温度制御系にて熱交換をした後、熱源装置に還す液体配管設備において、前記温度制御系は、前記熱交換器と、この熱交換器へ前記熱媒を供給する能力制御可能なポンプと、このポンプの上流側又は下流側に接続され熱媒の逆流を防止して流れの方向を一定に保つ逆流防止手段と、熱交換器とポンプと逆流防止手段とを接続する枝配管、とを備えることを特徴とする熱利用に供する液体配管設備である。
【００１３】
熱源装置により熱交換された熱媒は、各ゾーン毎にポンプにより圧送されて主配管を通り逆流防止手段を経由して各熱交換器に供給される。各温度制御系に備えられたポンプは各温度制御系の温度（例えば、室温）と設定温度にしたがってその運転能力が調整される。
【００１４】
そして、熱媒は熱交換器により温度制御系内の空気と熱交換し、各温度制御系に対応した熱負荷は所望の温度になる。熱交換した熱媒は枝配管と主配管を通って熱源装置に還される。そして、以後、前述した同様の作用が繰り返される。
【００１５】
熱源装置は熱媒に熱を供給したり熱媒から熱を奪う機能を有すればどのようなシステムに構成されていてもよい。熱源装置としては、例えば、ボイラ等の温熱源装置や冷凍機等を備えた冷熱源装置やヒートポンプを例示することができる。
【００１６】
また、熱源装置は蓄熱装置を備えるものでもよい。蓄熱装置としては、例えば、水蓄熱槽や氷蓄熱槽を例示することができる。
ポンプは水の流量を増加させても送水圧力を高く維持することができる能力を有するものであればその構造は問わない。ポンプとしては、例えば、ラインポンプや遠心ポンプを例示することができる。
【００１７】
逆流防止手段は熱媒の逆流を防止し流れの方向を一定に保つ機能を有すればその構造は問わない。逆流防止手段としては、例えば、弁座の構造によりスイング形とリフト形を例示することができる。
【００１８】
熱交換器は熱媒に熱を供給したり熱媒から熱を奪う機能を有すればその構造は問わない。熱交換器としては、例えば、ファンコイルユニットを例示することができる。
【００１９】
熱媒は水であることが好ましい。水は比熱が大きく取り扱いが容易だからである。
また、主配管には、全ての温度制御系をバイパスして主配管の上流側と下流側を結ぶバイパス管路が接続され、このバイパス管路には、熱源装置から送り出された熱媒の一部をバイパスさせて熱源装置の上流側に還す能力制御可能な循環ポンプと、この循環ポンプの上流側又は下流側に接続され熱媒の逆流を防止して流れの方向を一定に保つ逆流防止手段、とが設けられていることが好ましい。
【００２０】
現状の温度制御系に対応した熱負荷の温度と該負荷の設定温度との温度差が小さい場合や、複数の温度制御系のうちの一部の温度制御系における熱負荷の熱消費の要求がない場合には、循環ポンプを起動して、熱源装置から送り出された熱媒の一部をバイパス管路及び逆流防止手段を経由して主配管に還す。このようにすると、熱源装置に流入する熱媒の流量を減少させずにすみ、その結果、熱源装置の熱交換効率を高い状態のまま維持できる。また、熱源装置のうち、例えば、冷凍機などには、導入される熱媒量が一定以下の低流量時に機器を停止させる安全保障回路を備えたものがあり、これら機器の頻繁な停止を防止できる。
【００２１】
また、前述したバイパス管路に循環ポンプと逆流防止手段を設ける替わりに、熱源装置に接続された主配管に全ての温度制御系をバイパスして主配管の上流側と下流側を結ぶバイパス管路を接続し、このバイパス管路の上流側の端部と熱源装置との間に熱源装置から熱媒を送り出す能力制御可能な送出ポンプを設け、バイパス管路にこのバイパス管路内を流れる熱媒の流量を調整する流量調整弁を設けることもできる。この場合にも前記と同様の作用を奏する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る熱利用に供する液体配管設備の実施の形態を図１から図４の図面に基づいて説明する。
【００２３】
〔第１の実施の形態〕
初めに、第１の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備について図１に基づいて説明する。本発明の熱利用に供する液体配管設備をゾーン制御方式による空調システムの例により説明する。この空調システムは建物等を幾つかの区域に分割し、この分割された区域であるゾーンを各々独立に空調するものである。
【００２４】
例えば、建物が東西南北に面していて各面に窓がある場合、この建物内部の窓のある周辺部を東ゾーン、西ゾーン、南ゾーン、北ゾーンと分割すると、窓からの日射等により各ゾーンの温度が変化するため、窓のあるゾーン毎に区分けして空調をする必要がある。また、会議室は人が使用する時のみ空調を必要とするので、この会議室を独立したゾーンにする必要もある。
【００２５】
この熱利用に供する液体配管設備１は、３つのゾーンに分割された態様であり、図１に示すように、温度調整を行なうゾーン毎に逆止弁（逆流防止手段）３とポンプ５と３台のファンコイルユニット（熱交換器）７と枝配管９とから構成される温度制御系１１ａ，１１ｂ，１１ｃを有し、これらの温度制御系１１ａ，１１ｂ，１１ｃは熱源装置１３に主配管１５を介して並列に接続されて、熱源装置１３を中心にして水（熱媒）の循環路が形成されている。以下、３つの温度制御系１１ａ，１１ｂ，１１ｃに対応した熱負荷（空調ゾーン）１２を図１の上方の空調ゾーン１２から第１空調ゾーン１２ａ、第２空調ゾーン１２ｂ、第３空調ゾーン１２ｃとして説明する。
【００２６】
熱源装置１３からの出口水温は一定温度に制御されており、熱源装置１３としては、冷凍機と冷却塔などから構成される冷熱源装置や、蒸気ボイラと蒸気・水熱交換器などから構成される温熱源装置、を例示できる。
【００２７】
温度制御系１１はその上流側に逆止弁３を有し、この逆止弁３の下流側に能力制御可能なポンプ５が枝配管９を介して接続されており、このポンプ５の下流側には３台のファンコイルユニット７が並列に枝配管９を介して接続されている。尚、逆止弁３はポンプ５の下流側であってファンコイルユニット７の上流側に設けることもできる。また、逆止弁３とポンプ５はファンコイルユニット７の下流側に設けてもよく、この場合、逆止弁３はポンプ５の上流側又は下流側に設けることもできる。
【００２８】
温度制御系１１にはこの温度制御系１１に対応した空調ゾーン１２の温度を検知するための温度センサ１６が設けられている。
ポンプ５はこの温度センサ１６の検出信号に基づいてポンプ５の羽根車の回転数を変化させることにより、枝配管９に流れる水の流量（又は流速）を変化させてファンコイルユニット７に供給される水の流量を調整し、空調ゾーン１２を設定温度にすることができる。ポンプ５は、例えば、ラインポンプや遠心ポンプを使用することができる。
【００２９】
次に、各温度制御系１１に対応した空調ゾーン１２を設定温度に制御する一実施例を、３つの空調ゾーン１２ａ，１２ｂ，１２ｃを全て温度制御する場合と、１又は２つの空調ゾーン１２を温度制御する場合に分けて説明する。
【００３０】
（１）３つの空調ゾーン１２ａ，１２ｂ，１２ｃを全て温度制御する場合
最初に、熱源装置１３を運転するとともに、第１空調ゾーン１２ａ、第２空調ゾーン１２ｂ、第３空調ゾーン１２ｃに対応する温度制御系１１ａ，１１ｂ，１１ｃの各ポンプ５と各ファンコイルユニット７を運転する。熱源装置１３は各空調ゾーン１２ａ，１２ｂ，１２ｃの温度制御の程度に応じてその運転能力を制御し水を所定の一定温度にする。
【００３１】
次に、熱源装置１３により一定温度に調温された水は各温度制御系１１ａ、１１ｂ、１１ｃの各ポンプ５により圧送されて主配管１５を通り各枝配管９に流入する。
【００３２】
この枝配管９に流入した水は逆止弁３を経由して３つのファンコイルユニット７にそれぞれ供給される。３つのファンコイルユニット７は並列に接続され、各ファンコイルユニット７や枝配管９の圧力損失は同一であり、さらに枝配管９の配管長さも同一であることから、即ち、逆還水法で接続されていることから、各ファンコイルユニット７に供給される水の流量は同一となる。従って、３つの全ての空調ゾーン１２ａ、１２ｂ、１２ｃを均一な設定温度にすることができる。
【００３３】
次に、熱交換された水はファンコイルユニット７から流出し枝配管９を流れて主配管１５に流入し、この主配管１５を通って熱源装置１３に還る。そして、各空調ゾーン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ毎に温度センサ（室温センサ）１６の検出信号と各空調ゾーン１２ａ，１２ｂ，１２ｃの設定温度とを比較してこれらの温度差に基づいてポンプ５の羽根車の回転数を制御して、ファンコイルユニット７に流入する水の流量を調整し各温度制御系１１ａ，１１ｂ，１１ｃに対応した空調ゾーン１２ａ，１２ｂ，１２ｃを設定温度にする。そして、熱源装置１３により水は再び調温され、以後、前述した同様の作用が繰り返される。
【００３４】
（２）１又は２つの空調ゾーン１２を温度制御する場合
第１空調ゾーン１２ａと第２空調ゾーン１２ｂを温度制御する場合には、熱源装置１３を運転するとともに、第１空調ゾーン１２ａと第２空調ゾーン１２ｂに対応する温度制御系１１ａ，１１ｂのポンプ５とファンコイルユニット７を運転する。そして、第３空調ゾーン１２ｃに対応する温度制御系１１ｃのポンプ５とファンコイルユニット７は運転しない。
【００３５】
熱源装置１３は温度制御する空調ゾーン１２の数に応じてその運転能力を制御して水を所定の一定温度にする。
熱源装置１３から流出する水の流れと熱交換等については、前述（１）に準じるのでその説明は省略する。但し、逆止弁３の作用により温度制御系１１ｃの熱媒とこの系より下流の熱媒が他の温度制御系１１ａ，１１ｂの系に吸引されることはない。
【００３６】
尚、温度制御する空調ゾーン１２の組合せは前述したものには限られず、第１空調ゾーン１２ａのみを温度制御することも可能である。
従来の逆還水法による熱利用に供する液体配管設備では温度制御系１１から流出した水を熱源装置１３に接続された上流側の主配管１５と同一の方向に一旦還すための竪管７１が必要であったが、第１の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備１ではこの竪管７１が不要なため、配管の長さを短くすることができるとともに、配管材料の省資源化を実現することができる。
【００３７】
また、温度制御系１１に従来必要であった制御弁６１の代わり能力制御可能なポンプ５を使用することにより、各温度制御系１１全体の圧力損失を低下させ、且つポンプ５の所要動力を小さくさせることができる。このため、消費電力の低減を図ることができる。
【００３８】
さらに、各温度制御系１１毎に独立してポンプ５を運転させることができ、且つこのポンプ５の運転能力を制御することができるので、消費電力の低減をさらに図ることができる。
【００３９】
〔第２の実施の形態〕
第１の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備１は温度制御する温度制御系１１に対応した空調ゾーン１２の数が減少したり、また、温度制御系１１に対応した空調ゾーン１２に設置された室温センサ１６の現在値と設定値の差が小さい場合（以下、「低負荷時」と記す。）には、熱源装置１３に流入する水の流量が少なくなるにともない熱源装置１３内の伝熱面の伝熱性能も低下している。
【００４０】
そこで、第２の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備では、熱源装置１３に流入する水の流量を減少させないようにして、熱源装置１３内の伝熱面の伝熱性能熱を高い状態のまま維持させて一定の温度に調温された水を温度制御系１１に供給することができるようにしたものである。
【００４１】
以下、第２の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備について図２に基づいて説明する。
第２の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備１７では、熱源装置１３に接続された主配管１５に、全ての温度制御系１１ａ，１１ｂ，１１ｃをバイパスして主配管１５の上流側と下流側を結ぶバイパス管路１９を接続している。
【００４２】
このバイパス管路１９の上流側には水の逆流を防止し流れの方向を一定に保つ逆止弁２３と、この逆止弁２３の下流側に接続され熱源装置１３から送り出される水の一部をバイパスさせて熱源装置１３の上流側に熱媒である水を供給する能力制御可能な循環ポンプ２１と、が設けられている。その他の構成については第１の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備１と同様なので、同一態様部分については同一符号を附してその説明は省略する。
【００４３】
循環ポンプ２１は温度制御系１１内の熱交換の程度や空調が必要な空調ゾーン１２の数に応じて循環ポンプ２１の羽根車の回転数を変化させることができるものであり、例えば、ラインポンプや遠心ポンプを例示することができる。
【００４４】
次に、３つの空調ゾーン１２ａ，１２ｂ，１２ｃのうち、第１空調ゾーン１２ａでは熱消費の要求がなく（空調せず）、第２空調ゾーン１２ｂと第３空調ゾーン１２ｃを温度制御する場合の一実施例の作用を説明する。
【００４５】
最初に、熱源装置１３を運転するとともに、第２空調ゾーン１２ｂと第３空調ゾーン１２ｃに対応する温度制御系１１ｂ，１１ｃの各ポンプ５と各ファンコイルユニット７を運転する。そして、第１空調ゾーン１２ａに対応する温度制御系１１ａのポンプ５とファンコイルユニット７は運転しない。
【００４６】
熱源装置１３により調温された水は熱源装置１３から送り出されて主配管１５を通りバイパス管路１９が接続された部位で分岐し、その水の一部はバイパス管路１９に流入し、残りの水は主配管１５を通って第２空調ゾーン１１ｂと第３空調ゾーン１１ｃに対応する温度制御系１１ｂ，１１ｃに流入する。この温度制御系１１ｂ，１１ｃに流入する水の流れと熱交換等については、前述した第１の実施の形態に準じるのでその説明は省略する。
【００４７】
第１空調ゾーン１１ａに対応する温度制御系１１ａのポンプ５は運転されず逆止弁３は閉止するので、温度制御系１１ａに設けられたファンコイルユニット７に水が流入することはない。
【００４８】
従って、熱源装置１３に接続された下流側の主配管１５においてこの主配管１５の上流側に流入する水の流量は、第２空調ゾーン１２ｂと第３空調ゾーン１２ｃに対応する温度制御系１１ｂ，１１ｃから流出する水の流量の合計となり、３つの空調ゾーン１２に温度制御が必要な場合と比較すると、その水の流量は約２／３に減少する。
【００４９】
そして、下流側の主配管１５に流入した水はこの主配管１５を通って熱源装置１３に向かって流れる。
一方、熱源装置１３から送り出され循環ポンプ２１によって熱源装置１３廻りを循環する水は、バイパス管路１９を流れ逆止弁２３を経由して前記主配管１５を流れる水に合流する。従って、熱源装置１３に流入する水の流量は維持される。
【００５０】
ところで、熱源装置１３の運転能力について言えば、温度制御が必要な空調ゾーン１２が２つの場合は３つの場合よりも運転能力は低減する。しかしながら、上述したようにバイパス管路１９を介して熱源である水が熱源装置１３に供給されるので温度制御が必要な空調ゾーン１２の数が減少しても熱源装置１３に供給される水の流量は維持される。従って、熱源装置１３の伝熱面は高い伝熱性能を維持したまま運転をすることができるので、熱交換効率も高い状態を維持することができる。また、低流量による冷凍機などの稼動停止を防止できる。
【００５１】
バイパス管路１９を流れる水の流量は、たとえば熱源装置１３の出入側と入口側の差圧に対応して循環ポンプ２１の羽根車の回転数を変化させることにより調整される。
【００５２】
尚、温度制御する空調ゾーン１２の組合せは前述したものには限られず、３つの空調ゾーン１２を同時に温度制御するとともにその温度制御の程度を小さくしてもよい。
【００５３】
第２の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備１７によれば、低負荷時の場合においても熱源装置１３に流入する水の流量（又は流速）を極端に減少させることなく熱交換効率を高い状態のまま維持させて、流入した水を所望の温度にして各温度制御系１１に供給することができる。従って、熱利用に供する液体配管設備１７の空調効率を向上させるとともに、消費電力の低減を図ることができる。
【００５４】
〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備では、ブースタポンプを設備する例を示す。この熱利用に供する液体配管設備では、低負荷時においてバイパス管路１９に水を流入させて熱源装置１３に流入する水の流量を減少させないようにして、熱交換効率を高い状態のまま維持させて一定の温度に調温した水を温度制御系１１に供給できるようにしたものである。
【００５５】
以下、第３の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備について図３に基づいて説明する。第３の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備２５では、バイパス管路１９の上流側端部と熱源装置１３との間に熱源装置１３から水を送り出し能力制御可能なブースタポンプ（送出ポンプ）２９を有し、バイパス管路１９にはこのバイパス管路１９を流れる水の流量を調整する流量調整弁２７が設けられている。その他の構成については前記第２の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備１７と同一なので同一態様部分については同一符号を附してその説明は省略する。
【００５６】
ブースタポンプ２９は温度制御する温度制御系１１が稼動していれば常に運転されている。ブースタポンプ２９は、例えば、遠心ポンプを使用することができる。
【００５７】
流量調整弁２７は温度制御系１１に対応する空調ゾーン１２の温度調整の程度や温度制御が必要な空調ゾーン１２の数に対応して弁の開度を変化させてバイパス管路１９を流れる水の流量を調整する。流量調整弁２７としては、例えば、二方弁を使用することができる。
【００５８】
次に、３つの空調ゾーン１２の内、第１空調ゾーン１２ａの空調を停止し、第２空調ゾーン１２ｂと第３空調ゾーン１２ｃを温度制御をする場合の一実施例の作用を説明する。
【００５９】
最初に、熱源装置１３を運転するとともに、送出ポンプ２９と第２空調ゾーン１２ｂと第３空調ゾーン１２ｃに対応する温度制御系１１ｂ，１１ｃの各ポンプ５と各ファンコイルユニット７を運転する。第１空調ゾーン１２ａに対応する温度制御系１１ａのポンプ５とファンコイルユニット７は運転しない。
【００６０】
熱源装置１３により調温された水は、熱源装置１３からブースタポンプ２９によって圧送され、その一部は主配管１５の摩擦抵抗によりバイパス管路１９に流入し、流量調整弁２７を経由して一定の流量になり主配管１５を流れる水に合流する。従って、熱源装置１３に流入する水は極端に減少することなく熱源装置１３により所定の温度になる。
【００６１】
熱源装置１３は低負荷時においても全ての空調ゾーン１２を温度制御する場合と比較するとその運転能力を低減させて運転されるが、水の熱交換効率を高い状態のままを維持することができる。
【００６２】
一方、ブースタポンプ２９の下流側で分岐した残りの水は主配管１５を通って第２空調ゾーン１２ｂと第３空調ゾーン１２ｃに対応する温度制御系１１ｂ，１１ｃに流入する。この温度制御系１１ｂ，１１ｃに流入する水の流れと熱交換や第１空調ゾーン１２ａに対応する温度制御系１１ａへの水の流れについては、第２の実施の形態に準じるのでその説明は省略する。
【００６３】
尚、温度制御する空調ゾーン１２の組合せは前述したものには限られず、３つの空調ゾーン１２を同時に温度制御するとともにその温度制御の程度を小さくしてもよい。
【００６４】
第３の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備２５によれば、低負荷時において熱源装置１３に流入する水の流量（又は流速）を極端に減少させることなく、熱源装置１３の熱交換効率を高い状態で維持させることができる。従って、熱利用に供する液体配管設備２５の空調効率が向上するとともに、消費電力を低下させることができる。
【００６５】
また、主配管１５の上流側にブースタポンプ２９を設けることにより、温度制御系１１内に備えられたポンプ５の小型化が可能になる。
【００６６】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備について図４に基づいて説明する。第４の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備３１は、熱源装置１３に蓄熱槽（蓄熱装置）３３を備えた点で第１の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備１と相違する。
【００６７】
この熱利用に供する液体配管設備３１の基本的構成は第１の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備１と同様なので、同一態様部分については同一符号を附してその説明は省略する。
【００６８】
この熱利用に供する液体配管設備３１の熱源装置３２は水−水熱交換器３５と熱源水を製造する空気熱源ヒートポンプ３７と２台のポンプ３９ａ，３９ｂと蓄熱槽３３とから構成されている。
【００６９】
水−水熱交換器３５は温度制御系１１を通過した水と蓄熱槽３３の熱源水（冷温水）との間で熱交換をさせるものであり、水−水熱交換器３５の二次側流路４５には主配管１５が接続され、一次側流路４７には蓄熱槽３３の熱源水の循環管路４１が接続されている。
【００７０】
蓄熱槽３３の熱源水はポンプ３９ｂにより圧送されて循環管路４１、水−水熱交換器３５の一次側流路４７を通過して再び蓄熱槽３３に還る。
また、蓄熱槽３３の熱源水は空気熱源ヒートポンプ３７によって一定温度で蓄熱される。
【００７１】
尚、蓄熱槽３３は、循環管路４１の放出口から放出された熱源水が循環管路４３の取水口に短絡しないように、循環管路４３の放出口から放出された熱源水が循環管路４１の取水口に短絡しないように、そして、蓄熱槽３３内において循環管路４１の放出口から蓄熱槽３３に放出される熱源水と循環管路４３の放出口から蓄熱槽３３に放出される熱源水が混合されないよう構成されている。
【００７２】
水−水熱交換器３５は、例えば、プレート型熱交換器を使用することができ、空気熱源ヒートポンプ３７のかわりにコージェネレーションシステムの発電排熱など伝熱面を有する熱製造機器を使用することができる。また、蓄熱の形態は氷でも潜熱蓄熱材でもよく、水−水熱交換の一次側液体はブラインや氷水スラリーでもよい。
【００７３】
第４の実施の形態の熱利用に供する液体配管設備３１によれば、熱源装置３２は蓄熱槽３３を備えることにより、熱源装置３２の第１熱交換器３５の設備容量を小さくすることができるとともに、熱交換効率を向上させることができる。従って、熱利用に供する液体配管設備３１における消費電力の低減を図ることができる。
【００７４】
【他の実施例】
上記第１〜第４の発明の実施の形態では温度制御系１１に対応した空調ゾーン１２の温度センサ１６の検出信号と熱源装置１３，３２から流出する一定の出口水温に基づいてポンプ５の運転能力を変化させ水の流量制御を行なっているが、これに限るものではなく、熱源装置１３，３２から流出する水の温度変化と温度センサ１６の検出信号に対応してポンプ５，２１，２９の運転能力を変化させて水の流量制御を行なうこともできる。
【００７５】
また、ＤＨＣ（地域冷暖房）からの受入熱源を熱源装置としてもよい。さらに、熱交換器はファンコイルユニット７に限られず、水熱源ヒートポンプユニット、ブラインを用いた冷凍・冷蔵庫の冷却ユニット、パネルヒータ、ファンコンベクタなど個別型の放熱・吸熱作用をする機器により構成できる。
【００７６】
逆流防止手段としては逆止弁の他にオンオフ弁（二方弁・電磁弁）を用いることができる。オンオフ弁は弁廻りで管径を絞ることがないので、制御弁を用いた場合のような圧力損失の増加を招かない。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明の熱利用に供する液体配管設備によれば、熱交換器を２以上備えこれらが互いに並列に接続された温度制御系を複数有し、これらの温度制御系が熱源装置に主配管を介して並列に接続され、この熱源装置により所望の温度にした熱媒を主配管を介して各温度制御系に送り、この温度制御系にて熱交換をした後、熱源装置に還す液体配管設備において、温度制御系は、熱交換器と、この熱交換器へ熱媒を供給する能力制御可能なポンプと、このポンプの上流側又は下流側に接続され熱媒の逆流を防止して流れの方向を一定に保つ逆止弁と、熱交換器とポンプと逆止弁とを接続する枝配管、とを備えることにより、温度制御系から流出した熱媒を上流側の主配管と同一の方向に一旦還すための配管が不要となり、配管の長さを短くすることができる。このため、配管材料の省資源化を図ることができるとともに建設コストの低減を図ることができる。
【００７８】
また、温度制御系全体の圧力損失を低下させことができるので、ポンプの所要動力を小さくすることができる。このため、消費電力の低減を図ることができる。
【００７９】
さらに、各温度制御系毎に独立してポンプを運転させることができ、且つこのポンプの運転能力を制御することができるので、消費電力の低減をさらに図ることができる。
【００８０】
また、主配管には、全ての温度制御系をバイパスして主配管の上流側と下流側を結ぶバイパス管路が接続され、このバイパス管路には、熱源装置から流り出された熱媒の一部をバイパスさせて熱源装置の上流側に還す能力制御可能な循環ポンプと、この循環ポンプの上流側又は下流側に接続され熱媒の逆流を防止して流れの方向を一定に保つ逆止弁、とが設けられている場合には、温度制御系の温度制御の程度が小さい時や温度制御が必要な温度制御系の数が減少したときでも、熱源装置に流入する熱媒の流量（又は流速）を極端に減少させることなく且つ熱源装置の熱交換効率を高い状態のまま維持させ、流入した熱媒を所望の温度にして各温度制御系に供給することができる。従って、熱源装置の機器効率（例えば冷凍機成績係数）が向上し消費電力を低減することができる。
【００８１】
また、バイパス管路に流量調整弁を設け、このバイパス管路の上流側の端部と熱源装置との間に熱源装置から熱媒を送り出す能力制御可能な送出ポンプを設た場合にも、熱源装置の機器効率（例えば冷凍機成績係数）が向上し消費電力を低減することができるとともに、温度制御系内に設けられたポンプの小型化が可能になる。
【００８２】
また、熱源装置が蓄熱装置を備えている場合には、熱源装置内の他の設備容量を小さくすることができるとともに、熱の利用形態の多様化を図ることができる。従って、消費電力の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態における熱利用に供する液体配管設備を示す構成図である。
【図２】 本発明の第２の実施の形態における熱利用に供する液体配管設備を示す構成図である。
【図３】 本発明の第３の実施の形態における熱利用に供する液体配管設備を示す構成図である。
【図４】 本発明の第４の実施の形態における熱利用に供する液体配管設備を示す構成図である。
【図５】 従来の熱利用に供する液体配管設備を示す構成図である。
【符号の説明】
１，１７，２５，３１ 熱利用に供する液体配管設備
３ 逆止弁（逆流防止手段）
５ ポンプ
７ ファンコイルユニット（熱交換器）
９ 枝配管
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 温度制御系
１３，３２ 熱源装置
１５ 主配管
１９ バイパス管路
２１ 循環ポンプ
２３ 逆止弁
２７ 流量調整弁
２９ ブースタポンプ（送出ポンプ）
３３ 蓄熱槽（蓄熱装置）
Claims (10)
- 熱交換器を２以上備えこれらが互いに並列に接続された温度制御系を複数のゾーンに対してそれぞれ有し、これらの温度制御系が熱源装置に主配管を介して並列に接続され、この熱源装置により所望の温度にした熱媒を前記主配管を介して各温度制御系に送り、この温度制御系にて熱交換をした後、熱源装置に還す液体配管設備において、
前記温度制御系は、前記熱交換器と、
前記ゾーンの温度状態に応じて前記熱交換器への前記熱媒供給量を可変制御する能力制御可能なポンプと、
このポンプの上流側又は下流側に接続され熱媒の逆流を防止して流れの方向を一定に保つ逆流防止手段と、
熱交換器とポンプと逆流防止手段とを接続する枝配管と、
を備え、
前記逆流防止手段は、前記能力制御可能なポンプが稼働しているときには開いて熱媒の流れを許容し、前記能力制御可能なポンプが稼働停止したときには閉じて熱媒の逆流を防止する逆止弁である
ことを特徴とする熱利用に供する液体配管設備。 - 熱交換器を２以上備えこれらが互いに並列に接続された温度制御系を複数のゾーンに対してそれぞれ有し、これらの温度制御系が熱源装置に主配管を介して並列に接続され、この熱源装置により所望の温度にした熱媒を前記主配管を介して各温度制御系に送り、この温度制御系にて熱交換をした後、熱源装置に還す液体配管設備において、
前記温度制御系は、前記熱交換器と、
前記ゾーンの温度状態に応じて前記熱交換器への前記熱媒供給量を可変制御する能力制御可能なポンプと、
このポンプの上流側又は下流側に接続され熱媒の逆流を防止して流れの方向を一定に保つ逆流防止手段と、
熱交換器とポンプと逆流防止手段とを接続する枝配管と、
を備え、
ポンプとしては、温度制御系に、前記能力制御可能なポンプのみを設けるに止まり、
前記逆流防止手段は、前記能力制御可能なポンプが稼働しているときには開いて熱媒の流れを許容し、前記能力制御可能なポンプが稼働停止したときには閉じて熱媒の逆流を防止する逆止弁である
ことを特徴とする熱利用に供する液体配管設備。 - 前記主配管には、全ての温度制御系をバイパスして主配管の上流側と下流側を結ぶバイパス管路が接続され、このバイパス管路には、熱源装置から送り出された熱媒の一部をバイパスさせて熱源装置の上流側に還す能力制御可能な循環ポンプと、この循環ポンプの上流側又は下流側に接続され熱媒の逆流を防止して流れの方向を一定に保つ逆流防止手段と、が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱利用に供する液体配管設備。
- 前記主配管には、全ての温度制御系をバイパスして主配管の上流側と下流側を結ぶバイパス管路が接続され、このバイパス管路の上流側の端部と熱源装置との間には、熱源装置から熱媒を送り出す能力制御可能な送出ポンプが設けられ、バイパス管路にはこのバイパス管路内を流れる熱媒の流量を調整する流量調整弁が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の熱利用に供する液体配管設備。
- 前記熱源装置は蓄熱装置を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の熱利用に供する液体配管設備。
- 前記各熱交換器は、圧力損失が同一であり、各熱交換器を並列に接続する各枝配管もまた圧力損失が同一であり、さらに各枝配管の配管長さも同一であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の熱利用に供する液体配管設備。
- 前記各熱交換器は、逆還水法で接続されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の熱利用に供する液体配管設備。
- 前記能力制御可能なポンプは、各温度制御系毎に独立して運転可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の熱利用に供する液体配管設備。
- 請求項１から８のいずれかにおいて、温度制御系は、管径を絞る制御弁を系内に備えていないことを特徴とする熱利用に供する液体配管設備。
- 請求項１から９のいずれかにおいて、前記ポンプは、ゾーンの温度状況に応じてポンプの回転数を制御することを特徴とする熱利用に供する液体配管設備。
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