JP5372662B2 - 熱リサイクルシステム - Google Patents
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Description
図16(a)に示すように、従来の熱供給システムでは、冷熱を供給する場合は、冷熱製造機からポンプにて配管系を通じて冷熱を供給し、温熱を供給する場合は、温熱製造機からポンプにて冷熱源とは別系統の配管系にて温熱の供給を行っている。このようなシステムの場合、冷熱と温熱が同時に必要な際には、各々の必要な熱量分だけ熱媒体をそれぞれ供給する。そのため、熱源からの水量が多くなり、搬送動力が大きくなる。また、図16(b)は冷熱の供給と温熱の供給を切り替え、1つの系統で熱供給を行うため、冷温熱を同時に供給できない。
このような構成であれば、コントローラが冷(温)熱製造機の流量と熱量を制御して、冷熱を主配管に供給する場合には、高温側の熱源水をポンプにて取得して低温側に冷熱を供給し、温熱を主配管に供給する場合には、低温側の熱源水をポンプにて取得して高温側に温熱を供給するように、冷熱製造機および温熱製造機を制御することができる。また、冷温熱の量と要求場所により、正流や逆流が生じる(以下、「自由流動」ともいう)。そのため、例えば広域な熱リサイクルシステムを構築する上で、必要なところへ必要なだけの熱を無駄なく熱継送する上で好適である。
流量計5は、図4に示すように、流量零の前後に不感帯を設け、流量が低温側から高温側に流れる時をプラス、高温側から低温側に流れる時をマイナスとすると、プラスの時には冷熱製造機が運転中には冷熱供給を増加、温熱製造機が運転中には温熱供給を減少させる(以下、冷熱移行要求)。一方、マイナスの時には冷熱製造機が運転中には冷熱供給を減少、温熱製造機が運転中には温熱供給を増加させる(以下、温熱移行要求)。
流量Qがマイナスになる時には、冷熱製造機と温熱製造機が同時運転しないよう運転している熱製造機を停止させ、その後冷熱温熱の切り替えを行う。また、流量計5が零の時にはバランス状態のため、現状の運転を継続する。なお、ここでは主配管均衡状態検知手段として、流量計での検知の例で説明したが、水位や圧力によって主配管の均衡状態を検出してもよい。
図1に示すように、この熱リサイクルシステム1は、複数(この例では2本)の主配管2,4を有している。これら主配管2,4には、循環ポンプを有しておらず、主配管2,4相互は重複しない異なる温度域が設定されている。本実施形態の例では、高温域主配管2は、温度域が20℃〜40℃程度に設定され、また、低温域主配管4は温度域が5℃〜35℃程度に設定されており、後述するコントローラ6によってそれぞれ管理されている。
詳しくは、コントローラ6は、図2に示すように、所定の制御プログラムに基づいて演算およびシステム全体を制御するCPU64と、所定領域にあらかじめCPU64の制御プログラム等を格納している記憶装置66およびROM67と、この記憶装置66およびROM67等から読み出したデータやCPU64の演算過程で必要な演算結果を格納するためのRAM68と、熱リサイクルシステム1の、流量計5,12,22、冷熱製造機10および温熱製造機20、ポンプ11,21を含む外部装置に対してデータの入出力を媒介するインターフェース65とを備えて構成されており、これらは、データを転送するための信号線であるバスで相互にかつデータ授受可能に接続されている。
ステップS6では、流量計5と流量計12との合計流量(Q)を演算し、続くステップS9では、合計流量(Q)が零以下であるか否かが判定され、零以下であれば(YES)ステップS12に移行し、そうでなければ(NO)ステップS13に移行する。
ステップS8では、流量計5の流量が合計流量(Q)を演算し、続くステップS11では、合計流量(Q)が零を超えるか否かが判定され、零を超えていれば(YES)ステップS16に移行し、そうでなければ(NO)ステップS17に移行する。
また、ステップS14では、温熱製造機20およびそのポンプ21を停止して処理を戻し、また、ステップS15では、温熱製造機20を運転するとともに、そのポンプ21の出力を流量(Q)になるように変更して処理を戻す。
この熱リサイクルシステム1によれば、異なる温度域に管理される複数の主配管2,4と、これら主配管2,4に接続された分岐配管40とを有し、主配管2,4に、冷(温)熱消費機8,9,15や冷(温)熱製造機10,20が分岐配管40を介して熱交換可能に分散配置され、これらは、個々に流量可変なポンプ31、11,21を有するので、熱を必要とするところへ次々と移動させていくことができる。つまり、この熱リサイクルシステム1によれば、必要なところへ必要なだけの熱を無駄なく熱継送できるため、省エネルギーな熱リサイクルシステムを構築することができる。
例えば、上記「発明が解決しようとする課題」において例示したが、この熱リサイクルシステム1によれば、主配管2,4として、低温配管と高温配管の2本のみを付設すればよいので、図16に示した例と比べて大きく施工費を削減できる。なお、後述するように、本発明に係る熱リサイクルシステムにおいては、複数の主配管として、温度域を増やした3管方式とした場合であっても、従来の4管を有する構成に比べて施工費を削減することができる。
特に、図8(b)に示すように、冷房負荷と暖房負荷の混在が多くなればなるほど、この熱リサイクルシステム1のメリットは大きくなる。例えば、図9(a)に示すように、冷水負荷だけがある場合、各冷熱消費機が熱を使用する時、仮に最遠端に位置する冷熱消費機の熱要求がないと、各ポンプの受け持つ抵抗(図9(a)に示す丸印の箇所A1)は最遠端までを受け持つ抵抗より小さく、図9(a)内の配管抵抗のみで運転ができる。さらに、この熱リサイクルシステム1によれば、熱源水を熱製造消費機に接続されたポンプによって熱媒体を流動させるので、熱の伝達性が優れている。
例えば、上記実施形態では、コントローラ6において熱供給量調整処理が実行されると、流量計5により検出された熱媒体の流れの向きに基づいて、複数の主配管2,4相互間の流量を零にするように冷熱製造機10および温熱消費機20を制御する例で説明したが、これに限らず、コントローラ6は、例えば、刻々変化する外気温湿度や冷(温)熱消費機の負荷に応じて、熱リサイクルシステム全体で最も効率が良くなるように各複数の主配管毎の温度帯の温度を制御するように構成してもよい(その制御フローを図5に示す)。
制御フローを図5に示すように、消費エネルギーに起因する負荷側供給温度や流量(以下、負荷側の特性)、外気温等及び各熱製造消費機の特性より、主配管温度の違いによる各熱製造消費機の消費エネルギーが算出できる。なお、ある時点における算出した消費エネルギーは、熱製造機については図7(a)、熱消費機については図7(b)の傾向になる。
冷熱消費機は主配管設定温度が高いほど消費エネルギーが多くなり、冷熱製造機は主配管設定温度が低いほど消費エネルギーが多くなる。熱製造機と熱消費機を足し合わせた全消費エネルギーは、最小消費エネルギーとなる主配管設定温度がある。この主配管設定温度になるように主配管設定温度を決定し、各熱製造消費機に指令を出す。なお、ここでは、計算により最も効率が高くなる主配管温度設定を算出したが、熱消費機が多い場合や熱消費機の特性情報が少ない場合は、過去の運転データを元に人が経験的に設定することもありうる。
図10に示すように、負荷側の冷熱需要が少なくなり、暖房需要も少ない中間期(春期や秋期)などには、外気乾球温度または外気湿球温度(以下外気温等)は低いため、熱製造機も低温でも効率良く供給することが可能となる。
また、例えば上記実施形態では、相互に重複しない異なる温度域に管理される複数の主配管の本数を2本とした例で説明したが、これに限定されず、本発明に係る熱リサイクルシステムにおいて、例えば図11に示すように、主配管の本数を増やすことで、より多様な要求に対し対応することが可能となる。
また、図13に示すように、本発明に係る熱リサイクルシステム1を複数つなぎ合わせることで、動力を必要最小限にしながら、広域での排熱利用が可能となる。
図14に示すように、隣り合う熱リサイクルシステム1間には、ポンプ52及び弁54を設置した連結部50が設けられる。このように上述した熱リサイクルシステム1を複数連結した構成とすれば、隣り合う熱リサイクルシステム1相互の連結部50において、共に冷熱過多または温熱過多という状態の時には、それぞれで熱供給を行うように制御することができる。
2 高温側主配管(主配管)
3 中温側主配管(主配管)
4 低温側主配管(主配管)
5 (連結管路の)流量計
6 コントローラ
7 連結管路
8 冷熱消費機(熱消費機)
9 温熱消費機(熱消費機)
10 冷熱製造機
11 冷熱製造機用の流量可変ポンプ(ポンプ)
12 (冷熱製造機用の)流量計
15 熱消費機
20 温熱製造機
21 温熱製造機用の流量可変ポンプ(ポンプ)
22 (温熱製造機用の)流量計
31 熱消費機用の流量可変ポンプ(ポンプ)
40 分岐配管
42、43 冷温熱切り替え弁
50 (熱リサイクルシステム相互の)連結部
52a,b (連結部の)ポンプ
54a,b (連結部の)弁
Claims (5)
- 相互に異なる温度域毎に1本の配管からなる複数の主配管と、流量可変なポンプを個別に有するとともに前記複数の主配管に熱交換可能に接続される冷熱製造機および温熱製造機と、流量可変なポンプを個別に有して個々の熱消費機との熱交換が可能なように前記複数の主配管に接続される分岐配管と、前記複数の主配管相互の均衡状態を検知する主配管均衡状態検知手段と、前記複数の主配管の均衡状態を管理するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記主配管均衡状態検知手段からの均衡状態情報に基づいて、前記複数の主配管相互の均衡状態を維持するように前記冷熱製造機および温熱製造機の出力を制御し、
前記主配管均衡状態検知手段は、前記複数の主配管相互をつなぐ連結管路の流量を検出する流量計であって、
前記コントローラは、前記流量計からの流量情報を均衡状態情報として取得するとともに、当該流量情報に基づいて、前記連結管路の流量を零にするように前記冷熱製造機および温熱製造機の出力を制御し、且つ前記流量計により検出された熱媒体の流れの向きによって冷熱移行要求か温熱移行要求かを判断し、主配管相互間の流量を零にするように、前記冷熱製造機および温熱製造機の流量を制御して、熱媒体の供給熱量を調整することを特徴とする熱リサイクルシステム。 - 前記コントローラは、主配管相互間の流量を検知する前記流量計と、稼動している熱製造機の流量を検知する流量計との合計流量に基づいて、前記冷熱製造機および温熱製造機の出力を増減し、これら熱製造機にて主配管に冷熱または温熱の供給を行うことを特徴とする請求項1に記載の熱リサイクルシステム。
- 前記コントローラは、刻々変化する外気温湿度や熱消費機の負荷の形態と機器の特性に応じて、熱リサイクルシステム全体で最も効率が良くなるように前記複数の主配管毎の温度帯の温度を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の熱リサイクルシステム。
- 熱リサイクルシステムを付設する各域内の熱的特性に適合させて前記複数の主配管の本数や相互に異なる温度域の設定を変えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の熱リサイクルシステム。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の熱リサイクルシステムを複数連結することを特徴とする熱リサイクルシステム。
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