JP5601164B2 - Heat supply system and control method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、産業用加熱システム及びその制御方法に関する。 The present invention relates to an industrial heating system and a control method thereof.
熱供給システムとしては、ボイラからの熱を対象物に伝える構成が一般的に知られている(例えば、特許文献1参照)。また、ヒートポンプの媒体の熱を対象物に伝える構成が知られている。ヒートポンプは、サイクル外の熱(低温熱源の熱)を利用することにより、エネルギー利用効率が比較的高いことが知られている。 Generally as a heat supply system, the structure which transmits the heat from a boiler to a target object is known (for example, refer to patent documents 1). In addition, a configuration in which heat of a heat pump medium is transmitted to an object is known. It is known that a heat pump has a relatively high energy utilization efficiency by utilizing heat outside the cycle (heat of a low-temperature heat source).
ボイラを用いたシステムは、一次エネルギー効率が比較的低い。一方、ヒートポンプを用いたシステムは、稼働条件が不安定であると、熱需要に十分に対応できない状況が生じる可能性がある。 A system using a boiler has a relatively low primary energy efficiency. On the other hand, in a system using a heat pump, if the operating conditions are unstable, there may be a situation where the heat demand cannot be sufficiently met.
本発明は、安定的にエネルギー効率が高い熱供給システムを提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a heat supply system that is stably energy efficient.
本発明の一態様に従えば、熱需要部としての外部装置に熱を供給するとともに、排熱源からの排熱の少なくとも一部が入力可能である排熱回収型のヒートポンプと、ボイラ及び電気ヒータの少なくとも1つを含む補助熱源であり、前記ヒートポンプに対する低温側に補熱を供給可能な前記補助熱源と、前記補助熱源からの前記補熱の供給先を、前記ヒートポンプに対する高温側と前記低温側との間で切り替える切り替え装置と、を備え、前記補熱の供給先の切り替えは、前記ヒートポンプの成績係数に基づいて行われる熱供給システムが提供される。 According to one aspect of the present invention, an exhaust heat recovery type heat pump that supplies heat to an external device serving as a heat demand section and can input at least part of exhaust heat from an exhaust heat source, a boiler, and an electric heater An auxiliary heat source including at least one of the auxiliary heat source capable of supplying supplementary heat to a low temperature side of the heat pump, and a supply destination of the supplementary heat from the auxiliary heat source, the high temperature side and the low temperature side of the heat pump. And a switching device that switches between the heat supply system and the heat supply system in which switching of the supplementary heat supply destination is performed based on a coefficient of performance of the heat pump .
本発明の別の態様に従えば、ヒートポンプと補助熱源とを備える熱供給システムの制御方法であって、前記補助熱源からの補熱の供給先を、前記ヒートポンプに対する高温側と低温側との間で選択する工程を含み、前記補熱供給先を選択する工程は、前記ヒートポンプの成績係数を高温側及び低温側のそれぞれについて算出する工程と、前記成績係数を比較する工程と、を含む、熱供給システムの制御方法が提供される。
また、ヒートポンプと補助熱源とを備える熱供給システムの制御方法であって、前記補助熱源からの補熱の供給先を、前記ヒートポンプに対する高温側と低温側との間で選択する工程と、前記ヒートポンプを全負荷状態又は所定の部分負荷状態に設定する工程と、を含む、熱供給システムの制御方法が提供される。
また、ヒートポンプと補助熱源とを備える熱供給システムの制御方法であって、前記補助熱源からの補熱の供給先を、前記ヒートポンプに対する高温側と低温側との間で選択する工程を含み、全負荷状態における成績係数に比べて部分負荷状態における成績係数が実質的に低い場合、あるいは、所定の運転範囲において低負荷状態における成績係数に比べて高負荷状態における成績係数が実質的に高い場合、前記低温側に前記補熱が供給される熱供給システムの制御方法が提供される。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a heat supply system including a heat pump and an auxiliary heat source, wherein a supplementary heat supply destination from the auxiliary heat source is set between a high temperature side and a low temperature side for the heat pump. step look including the step of selecting selects said auxiliary heat supply destination in includes a step of calculating for each of the coefficient of performance of the heat pump hot side and a cold side, and comparing the coefficient of performance, and A method for controlling a heat supply system is provided.
A method for controlling a heat supply system including a heat pump and an auxiliary heat source, the step of selecting a supply destination of auxiliary heat from the auxiliary heat source between a high temperature side and a low temperature side for the heat pump, and the heat pump Is set to a full load state or a predetermined partial load state.
Further, a control method of a heat supply system including a heat pump and an auxiliary heat source, including a step of selecting a supply destination of auxiliary heat from the auxiliary heat source between a high temperature side and a low temperature side for the heat pump, When the coefficient of performance in the partial load state is substantially lower than the coefficient of performance in the loaded state, or when the coefficient of performance in the high load state is substantially higher than the coefficient of performance in the low load state within the predetermined operating range, A control method of a heat supply system in which the supplementary heat is supplied to the low temperature side is provided.
この熱供給システム及びその制御方法によれば、補熱の供給先の最適化が図られ、エネルギー効率の向上が安定的に図られる。 According to this heat supply system and its control method, the supply destination of supplementary heat can be optimized, and the energy efficiency can be stably improved.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、一実施形態にかかる熱供給システムS1の概要を示す概略図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an overview of a heat supply system S1 according to an embodiment.
図1に示すように、熱供給システムS1は、作動流体(第1流体)が流れるヒートポンプ10(排熱回収型ヒートポンプ)と、ボイラ(補助熱源、補熱供給装置)20と、切り替え装置30と、蓄熱槽40を有する低温熱源装置(排熱回収装置、熱回収装置)50と、制御装置70と、を備える。制御装置70は、システム全体を統括的に制御する。システムS1の構成は、設計要求に応じて様々に変更可能である。
As shown in FIG. 1, the heat supply system S <b> 1 includes a heat pump 10 (exhaust heat recovery heat pump) through which a working fluid (first fluid) flows, a boiler (auxiliary heat source, auxiliary heat supply device) 20, and a
本実施形態において、熱供給システムS1からの熱が熱需要部としての外部装置90に供給される。本実施形態において、ヒートポンプ10は、外部装置90(排熱源)からの排熱の少なくとも一部を利用可能な排熱回収型のヒートポンプである。他の実施形態において、ヒートポンプ10は、外部装置90以外の他の排熱源からの排熱の少なくとも一部を利用可能な構成にできる。
In this embodiment, the heat from the heat supply system S1 is supplied to the
ヒートポンプ10は、蒸発、圧縮、凝縮、及び膨張の工程からなるサイクルにより、低温側の物体から熱を汲み上げ、高温側の物体に熱を与える装置である。ヒートポンプは一般に、エネルギー効率が比較的高く、結果として、二酸化炭素等の排出量が比較的少ないという利点を有する。本実施形態において、ヒートポンプ10は、吸熱部、圧縮部、放熱部、及び膨張部(いずれも不図示)を有し、これらは導管を介して接続されている。ヒートポンプ10において、導管内を作動流体が流れる。本実施形態において、ヒートポンプ10は、作動流体の熱を用いて空気供給路15を流れる被加熱流体(第2流体、空気など)を加熱することができる。
The
ヒートポンプ10の吸熱部では、導管(主経路)内を流れる作動流体がサイクル外の熱源の熱を吸収する。本実施形態において、ヒートポンプ10の吸熱部は、低温熱源装置50を介して、外部装置90からの排出流体(排ガス、排出空気)の熱(排熱)を吸収(回収)することができる。本実施形態において、ヒートポンプ10の吸熱部は、低温熱源装置50の放熱部(低温熱供給配管19)に熱的に接続され、その内部で作動流体が蒸発する蒸発器を含む。低温熱源装置50の放熱部を流れる媒体の熱がヒートポンプ10の吸熱部に吸収される。ヒートポンプ10の吸熱部が大気など他の熱源の熱を追加的に吸収する構成とすることもできる。
In the heat absorption part of the
ヒートポンプ10の圧縮部は、圧縮機等によって作動流体を圧縮する。この際、通常、作動流体の温度が上がる。圧縮部は、単段圧縮構造、又は作動流体を複数段に圧縮する多段圧縮構造を有することができる。圧縮の段数は、システムS1の仕様に応じて設定され、1、2、3、4、5、6、7、8、9、あるいは10以上である。圧縮部は、軸流圧縮機、遠心圧縮機、レシプロ式圧縮機、ロータリー式圧縮機などの様々な圧縮機のうち、作動流体の圧縮に適するものが適用される。圧縮機には動力が供給される。多段圧縮構造を有する圧縮部において、多軸圧縮構造又は同軸圧縮構造が適用可能である。
The compression unit of the
ヒートポンプ10の放熱部は、圧縮部で圧縮された作動流体が流れる導管を有し、導管(主経路)内を流れる作動流体の熱をサイクル外の熱源(被加熱流体)に与える。本実施形態において、ヒートポンプ10の圧縮部からの作動流体が導管を流れ、その作動流体からの熱が空気供給路15を流れる被加熱流体に伝わる。放熱部の数は、システムS1の仕様に応じて設定され、1、2、3、4、5、6、7、8、9、あるいは10以上である。また、本実施形態において、ヒートポンプ10は、放熱部を流れる作動流体の流量を制御する構成を有することができる。この構成において、例えば、ヒートポンプ10は、バイパス経路、流量センサ、流路制御弁などを有することができる。
The heat radiating part of the
ヒートポンプ10の膨張部は、減圧弁またはタービン等によって作動流体を膨張させる。この際、通常、作動流体の温度が下がる。タービンを使用した場合には膨張部から動力を取り出すことができ、その動力を例えばヒートポンプ10の圧縮部に供給してもよい。ヒートポンプ10に使用される作動流体として、フロン系媒体(HFC 245fa、R134aなど)、アンモニア、水、二酸化炭素、空気などの公知の様々な熱媒体が、システムS1の仕様及び熱バランスなどに応じて用いられる。ヒートポンプ10の放熱部を流れる作動流体の少なくとも一部が超臨界状態になってもよい。
The expansion part of the
ヒートポンプ10で加熱された空気が流れる空気供給路15は、被加熱流体が流れる導管、ポンプやブロアなどの流体駆動機器、流体制御用の弁、フィルタなどのガス処理装置などを必要に応じて有することができる。
The
本実施形態において、空気供給路15からの被加熱流体(乾燥用空気)の出力温度は、熱需要に応じて変化できる。出力温度は、例えば、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、又は200℃以上にできる。
In the present embodiment, the output temperature of the heated fluid (drying air) from the
本実施形態において、外部装置90は、例えば、被加熱流体(第2流体)が供給され、対象物が加熱される加熱室である。本実施形態において、被加熱流体(第2流体)は空気である。本実施形態において、ヒートポンプ10、及びボイラ20の少なくとも1つによって加熱された高温の空気が外部装置90に供給される。外部装置90において、高温空気からの熱が対象物に伝わる。
In the present embodiment, the
本実施形態において、外部装置(加熱室)90において、加熱された空気からの熱が直接的又は間接的に対象物に伝わる。例えば、外部装置90において、加熱された空気が対象物に直接的に接することができる。あるいは、外部装置90おいて、加熱された空気と対象物との間に別の物質が介在することができる。
In the present embodiment, in the external device (heating chamber) 90, heat from the heated air is transmitted directly or indirectly to the object. For example, in the
本実施形態において、加熱対象物は産業部品や産業材料である。例えば、外部装置(加熱室)90において、産業部品又は産業材料の少なくとも一部が乾燥処理される。あるいは、外部装置90において、産業部品又は産業材料の少なくとも一部が熱処理される。なお、汚泥、紙、木材、樹脂、薬剤、薬品、砂、家庭ごみ、産業ごみ、工芸品、工芸材料、電気部品、電気機器、塗装物、産業用衣類、機械部品、機械製品、食料、食材、食料品など、様々な物体を加熱対象にできる。他の実施形態において、被加熱流体は乾燥用以外の空気、あるいは空気以外の流体にできる。空気以外の被加熱流体としては、例えば、水、圧縮水、薬品、粘性液などが挙げられる。また、他の実施形態において、外部装置(加熱室)90は、乾燥装置、及び/又は乾燥装置以外の他の熱利用装置を含むことができる。
In the present embodiment, the heating object is an industrial part or an industrial material. For example, in the external device (heating chamber) 90, at least a part of industrial parts or industrial materials is dried. Alternatively, in the
外部装置90は、流体入口部、流体出口部、排気ルート、及び必要に応じて不図示の移送装置を有する。一例において、移送装置は、コンベア、搬送車、搬送ロボットなどの様々な形態を有することができる。移送装置によって、加熱対象物が外部装置(加熱室)90内に投入されるとともに、外部装置90から取り出される。代替的又は追加的に、外部装置90は、加熱後の対象物の出力のために、ゲート式、旋回式などの形態を有する出力部を備えることができる。加熱した対象物の出力部は、必要に応じて加熱した対象物に化学処理などの所定の処理を行う機構を有することができる。
The
本実施形態において、必要に応じて、移送装置は、外部装置(加熱室)90内で、加熱対象物を移動させることができる。外部装置90は、必要に応じて、不図示の脱水装置をさらに有し、それによって対象物を脱水することができる。脱水の際、対象物に必要に応じて凝集剤を添加することができる。脱水は、遠心式、加圧式、圧搾式、振動式など、対象物に応じて様々な形態が適用可能である。脱水により、対象物の容量が減少する。また、外部装置90は、必要に応じて、外部装置90に入る前の対象物に熱を与える予熱室をさらに有することができる。
In the present embodiment, the transfer device can move the heating target in the external device (heating chamber) 90 as necessary. The
ボイラ20は、ヒートポンプ10に対する低温側又は高温側に補熱を供給可能である。ボイラ20は、油やガスなどの燃料を燃焼させてその燃焼熱によって熱媒体(水など)を加熱する。ボイラ20としては公知の様々な形態が適用可能である。他の実施形態において、補熱供給装置として、ボイラ20の代わりに又は追加的に、電気ヒータや他の熱装置を用いることができる。
The
排熱回収装置としての低温熱源装置50は、外部装置90(及び必要に応じて別の熱装置(不図示))からの排熱を回収する熱回収部と、熱回収部からの回収熱を少なくとも一時的に蓄える蓄熱槽40と、放熱部とを有する。 The low-temperature heat source device 50 as an exhaust heat recovery device includes a heat recovery unit that recovers exhaust heat from the external device 90 (and another heat device (not shown) if necessary), and heat recovered from the heat recovery unit. It has the thermal storage tank 40 which stores at least temporarily, and a thermal radiation part.
蓄熱槽40として様々な形態が採用可能である。一例において、蓄熱槽40は、温度成層型タンクを有することができる。すなわち、蓄熱槽40において、高温熱媒体入口及び高温熱媒体出口が比較的高位置に配置され、低温熱媒体入口及び低温熱媒体出口が比較的低位置に配置される。高温熱媒体入口及び高温熱媒体出口の配置位置は、重力方向において低温熱媒体入口及び低温熱媒体出口の配置位置に比べて高い。蓄熱槽40において、タンクの高位置に比較的高温の熱媒体からなる高温域層が形成され、タンクの低位置に比較的低温の熱媒体からなる低温域層が形成される。タンクにおいて、温度の異なる熱媒体の混合が抑制された状態で、熱媒体の入出力が行われる。温度成層型のタンクは、蓄熱にかかるコスト抑制に有利である。本例において、排熱回収に用いられる熱媒体は水である。すなわち、本例において、熱媒体は熱回収部で熱伝達媒体として使用されるとともに、蓄熱槽40で蓄熱媒体として使用される。 Various forms can be adopted as the heat storage tank 40. In one example, the heat storage tank 40 may have a temperature stratified tank. That is, in the heat storage tank 40, the high temperature heat medium inlet and the high temperature heat medium outlet are arranged at a relatively high position, and the low temperature heat medium inlet and the low temperature heat medium outlet are arranged at a relatively low position. The arrangement positions of the high temperature heat medium inlet and the high temperature heat medium outlet are higher than the arrangement positions of the low temperature heat medium inlet and the low temperature heat medium outlet in the direction of gravity. In the heat storage tank 40, a high temperature region layer composed of a relatively high temperature heat medium is formed at a high position of the tank, and a low temperature region layer composed of a relatively low temperature heat medium is formed at a low position of the tank. In the tank, input / output of the heat medium is performed in a state where mixing of the heat medium having different temperatures is suppressed. A temperature-stratified tank is advantageous in reducing the cost for heat storage. In this example, the heat medium used for exhaust heat recovery is water. That is, in this example, the heat medium is used as a heat transfer medium in the heat recovery unit and is used as a heat storage medium in the heat storage tank 40.
他の例において、熱伝達媒体と蓄熱媒体とを異ならせることができる。熱伝達用の媒体として、水の他に、例えば、薬品や、粘性液が挙げられる。蓄熱媒体(蓄熱材)として、水の他に、例えば、潜熱蓄熱材が挙げられる。潜熱蓄熱材としては、例えば、エリスリトール、アルカン類等の炭化水素、ワックス系(パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス等)、酢酸ナトリウム、酢酸ナトリウム三水塩、又は無機水和塩等を主成分とする材料等が挙げられる。蓄熱材として、顕熱蓄熱材、化学反応蓄熱材、超臨界流体を用いた蓄熱材等の他の物質を用いてもよい。 In other examples, the heat transfer medium and the heat storage medium can be different. Examples of the heat transfer medium include chemicals and viscous liquids in addition to water. Examples of the heat storage medium (heat storage material) include a latent heat storage material in addition to water. Examples of latent heat storage materials include, for example, hydrocarbons such as erythritol and alkanes, wax-based materials (paraffin wax, microcrystalline wax, etc.), sodium acetate, sodium acetate trihydrate, or inorganic hydrate salts as main components. Etc. Other materials such as a sensible heat storage material, a chemical reaction heat storage material, and a heat storage material using a supercritical fluid may be used as the heat storage material.
低温熱源装置50の熱回収部は、外部装置(加熱室)90(及び別の熱装置)からの排気が流れる排熱回収配管(排気管)17と、排熱回収配管と熱的に接続され、熱媒体が流れる吸熱導管とを有する。他の実施形態において、熱回収部は、排気を介さずに、外部装置90(及び別の熱装置)からの排熱を回収する構成にできる。 The heat recovery unit of the low-temperature heat source device 50 is thermally connected to the exhaust heat recovery pipe (exhaust pipe) 17 through which the exhaust from the external device (heating chamber) 90 (and another heat apparatus) flows, and the exhaust heat recovery pipe. And an endothermic conduit through which the heat medium flows. In another embodiment, the heat recovery unit can be configured to recover exhaust heat from the external device 90 (and another heat device) without going through exhaust.
低温熱源装置50の放熱部は、ヒートポンプ10の吸熱部に熱的に接続されかつ熱媒体(水)が流れる導管を含む。本実施形態において、外部装置90(及び別の熱装置)からの熱(排熱)が低温熱源装置50を流れる熱媒体に伝わる。低温熱源装置50の放熱部を流れる熱媒体からの熱がヒートポンプ10の吸熱部を流れる作動流体に伝わる。すなわち、熱回収部からの排熱が直接的又は間接的に放熱部からヒートポンプ10に向けて放熱される。あるいは、蓄熱槽40に蓄えられた熱が放熱部から放熱される。低温熱源装置50は、熱媒体が流れる導管、ポンプなどの媒体駆動機器、及び媒体制御用の弁などを有することができる。なお、配管構成は様々に変更可能である。
The heat radiation unit of the low-temperature heat source device 50 includes a conduit that is thermally connected to the heat absorption unit of the
ヒートポンプ10の吸熱部と低温熱源装置50の放熱部とを含んで熱交換器が構成される。熱交換器は、低温の流体(ヒートポンプ10の吸熱部内の作動流体)と高温の流体(排熱回収装置(50)の放熱部内の熱媒体)とが対向して流れる向流型の熱交換構造を有することができる。あるいは、熱交換器は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換構造を有してもよい。本実施形態において、熱交換器の熱交換構造として、公知の様々なものを採用することができる。放熱部の導管と吸熱部の導管とは互いに接触あるいは隣接して配置される。例えば、放熱部の導管を、吸熱部の導管の外周面や内部に配設することができる。熱交換器において、低温熱源装置(排熱回収装置)50の放熱部からの伝達熱をヒートポンプ10の吸熱部が吸収する。
A heat exchanger is configured including the heat absorption part of the
切り替え装置30は、ボイラ20からの補熱の供給先を、ヒートポンプ10に対する高温側と低温側との間で切り替えることができる。一例において、切り替え装置30は、ボイラ20からの蒸気が流れる経路を、ヒートポンプ10に対する低温側又は高温側との間で切り替える機構を有することができる。本実施形態において、ヒートポンプ10の吸熱部に直接的又は間接的に熱的に接続された配管(例えば、排熱回収配管17、低温熱供給配管19)とボイラ20からの蒸気が流れる配管とが熱的に接続された熱交換構造が設けられる。また、ヒートポンプ10の放熱部に直接的又は間接的に熱的に接続された配管(例えば、空気供給路15)と、ボイラ20からの蒸気が流れる配管とが熱的に接続された熱交換構造が設けられる。
The switching
切り替え装置30によって低温側が選択されると、ヒートポンプ10の吸熱部に直接的又は間接的に熱的に接続された配管(例えば、排熱回収配管17、低温熱供給配管19)内を流れる流体とボイラ20からの蒸気との間で熱交換が行われ、ボイラからの補熱がヒートポンプ10に対する低温側(排熱側)に供給される。一方、切り替え装置30によって高温側が選択されると、ヒートポンプ10の放熱部に直接的又は間接的に熱的に接続された配管(例えば、空気供給路15)内を流れる流体とボイラ20からの蒸気との間で熱交換が行われ、ボイラからの補熱がヒートポンプ10に対する高温側(熱需要側)に供給される。
When the low temperature side is selected by the switching
本実施形態において、低温側に補熱が供給されることにより、低温熱源装置50からの出力温度及び/又は出力熱量が向上するとともに、ヒートポンプ10に対する入力温度及び/又は入力熱量の向上が図られる。ヒートポンプ10において、入熱量の低下はCOP(Coefficient of Performance、成績係数)の低下につながる場合がある。低温側への補熱供給は、ヒートポンプ10の稼働条件が変動する場合において、システムS1のエネルギー効率の変動を少なくとも部分的に補償することができる。したがって、本実施形態において、システムS1は、ヒートポンプ10の稼働条件が不安定であっても、熱需要に安定的に対応可能である。
In the present embodiment, by supplying supplementary heat to the low temperature side, the output temperature and / or output heat amount from the low temperature heat source device 50 is improved, and the input temperature and / or input heat amount to the
本実施形態において、高温側に補熱が供給されることにより、外部装置(乾燥室)90への供給熱量が向上する。ヒートポンプ10において、入熱量の低下は出力熱量の低下につながる場合がある。高温側への補熱供給は、ヒートポンプ10の稼働条件が変動する場合において、外部装置90への供給熱量の変動を少なくとも部分的に補償することができる。また、熱需要が増大する場合にも、それに対応した供給量を確保できる。例えば、比較的高レベルの熱需要にも柔軟に対応できる。したがって、本実施形態において、システムS1は、ヒートポンプ10の稼働条件が不安定であっても、熱需要に安定的に対応可能である。
In this embodiment, the amount of heat supplied to the external device (drying chamber) 90 is improved by supplying supplementary heat to the high temperature side. In the
図2は、ヒートポンプにおける圧縮機の性能曲線の一例を示す図である。図3は、ヒートポンプにおける低温熱源の温度と部分負荷効率との関係を示す図である。一般に、ヒートポンプにおいては、図2及び図3に示すように、低温熱源の温度によって性能曲線が変化する場合がある。また、一般に、ヒートポンプのCOPは負荷によって異なる。また、一般に、ヒートポンプにおいて、部分負荷効率が定負荷効率より高いケースがある。つまり、ヒートポンプの出力比率を下げたほうが全体効率が比較的高くなるケースがある。具体的には、低温熱源の温度が高い場合、すなわち、圧力比が小さい場合、部分負荷の効率が比較的高くなるケースがある。本実施形態において、ヒートポンプ10の部分負荷運転を含めてシステムS1全体を制御することにより、エネルギー効率の向上が図られる。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a performance curve of a compressor in a heat pump. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the temperature of the low-temperature heat source and the partial load efficiency in the heat pump. In general, in a heat pump, as shown in FIGS. 2 and 3, the performance curve may change depending on the temperature of a low-temperature heat source. In general, the COP of the heat pump varies depending on the load. In general, in a heat pump, there is a case where the partial load efficiency is higher than the constant load efficiency. That is, there are cases where the overall efficiency is relatively high when the output ratio of the heat pump is lowered. Specifically, when the temperature of the low-temperature heat source is high, that is, when the pressure ratio is small, the partial load efficiency may be relatively high. In the present embodiment, the energy efficiency is improved by controlling the entire system S1 including the partial load operation of the
本実施形態において、制御装置70は、ヒートポンプ10を、部分負荷状態を含む全負荷と無負荷の間の負荷状態で運転制御することができる。制御装置70は、低温側の熱量を含む稼働パラメータに応じて、ヒートポンプ10を全負荷状態又は所定の部分負荷状態に設定する。また、制御装置70は、稼働パラメータに基づくヒートポンプ10の成績係数(COP)に基づいて補熱の供給先の切り替えを行う。
In the present embodiment, the
本実施形態において、システムS1は、外部装置90における熱需要情報(要求温度、要求流量)、補助熱源(ボイラ)20の出力情報(温度、圧力など)、及びヒートポンプ10に対する低温熱源情報(低温熱源40からの出力情報(温度、熱量など)、外部装置90における排熱情報など)をそれぞれ検出するセンサを必要に応じて有する。制御装置70は、各種情報に基づき、システムS1全体を統括的に制御することができる。
In this embodiment, the system S1 includes heat demand information (required temperature, required flow rate) in the
図4の例において、全負荷状態におけるCOPに比べて部分負荷状態におけるCOPが実質的に低い、あるいは、所定の運転範囲内における低負荷状態におけるCOPに比べて高負荷状態におけるCOPが実質的に高い。この場合、制御装置70は、補熱の供給先として、ヒートポンプ10の低温側を選択することができ、その結果、エネルギー効率の向上が図られる。
In the example of FIG. 4, the COP in the partial load state is substantially lower than the COP in the full load state, or the COP in the high load state is substantially lower than the COP in the low load state within the predetermined operation range. high. In this case, the
具体的に、図4の例において、補熱供給先の切り替えの効果について以下に検討する。一例において、出力が500kW時のCOPが3.0であり、出力が250kW時のCOPが1.2である。また、電気入力は、500kW時が166.7kW、250kW時が208.3kW、排熱は、500kW時が333.3kW、250kW時が41.7kWである。この場合、ヒートポンプ10の高温側に補熱を供給すると、ヒートポンプ10及びボイラ20に必要な一次エネルギーの合計が798.6kWとなる。一方、ヒートポンプ10の低温側に補熱を供給すると、その一次エネルギーの合計は740.7kWとなる。すなわち、全負荷状態におけるCOPに比べて部分負荷状態におけるCOPが実質的に低い場合、あるいは、所定の運転範囲内における低負荷状態におけるCOPに比べて高負荷状態におけるCOPが実質的に高い場合、補熱の供給先としてヒートポンプ10の低温側を選択することにより、エネルギー効率の向上が図られる。
Specifically, in the example of FIG. 4, the effect of switching the auxiliary heat supply destination will be examined below. In one example, the COP when the output is 500 kW is 3.0, and the COP when the output is 250 kW is 1.2. The electrical input is 166.7 kW at 500 kW, 208.3 kW at 250 kW, and the exhaust heat is 333.3 kW at 500 kW and 41.7 kW at 250 kW. In this case, when supplementary heat is supplied to the high temperature side of the
図5の例において、全負荷状態におけるCOPに比べて部分負荷状態におけるCOPが実質的に高い、あるいは、所定の運転範囲内における低負荷状態におけるCOPに比べて高負荷状態におけるCOPが実質的に低い。この場合、制御装置70は、補熱の供給先として、ヒートポンプ10の高温側を選択することができ、その結果、エネルギー効率の向上が図られる。
In the example of FIG. 5, the COP in the partial load state is substantially higher than the COP in the full load state, or the COP in the high load state is substantially higher than the COP in the low load state within the predetermined operation range. Low. In this case, the
具体的に、図5の例において、補熱供給先の切り替えの効果について以下に検討する。一例において、出力が500kW時のCOPが3.0であり、出力が250kW時のCOPが4.0である。また、電気入力は、500kW時が166.7kW、250kW時が62.5kW、排熱は、500kW時が333.3kW、250kW時が187.5kWである。この場合、ヒートポンプ10の高温側に補熱を供給すると、ヒートポンプ10及びボイラ20に必要な一次エネルギーの合計が434.0kWとなる。一方、ヒートポンプ10の低温側に補熱を供給すると、その一次エネルギーの合計は578.7kWとなる。すなわち、全負荷状態におけるCOPに比べて部分負荷状態におけるCOPが実質的に高い場合、あるいは、所定の運転範囲内における低負荷状態におけるCOPに比べて高負荷状態におけるCOPが実質的に低い場合、補熱の供給先としてヒートポンプ10の高温側を選択することにより、エネルギー効率の向上が図られる。
Specifically, in the example of FIG. 5, the effect of switching the auxiliary heat supply destination will be examined below. In one example, the COP when the output is 500 kW is 3.0, and the COP when the output is 250 kW is 4.0. The electrical input is 166.7 kW at 500 kW, 62.5 kW at 250 kW, and the exhaust heat is 333.3 kW at 500 kW, and 187.5 kW at 250 kW. In this case, when supplementary heat is supplied to the high temperature side of the
以上説明したように、本実施形態において、制御装置70は、ヒートポンプ10を、部分負荷状態を含む全負荷と無負荷の間の負荷状態で運転制御することができる。本実施形態によれば、ヒートポンプ10の部分負荷運転とボイラ20によるバックアップとを含む制御により、システムS1全体のエネルギー効率の向上が図られる。
As described above, in the present embodiment, the
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されることはない。上記説明において使用した数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の請求の範囲によってのみ限定される。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment. The numerical value used in the above description is an example, and the present invention is not limited to this. Additions, omissions, substitutions, and other modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. The present invention is not limited by the above description, but only by the appended claims.
S1:熱供給システム(加熱システム)、10:ヒートポンプ、15:空気供給路、17:排熱回収配管、19:低温熱供給配管、20:ボイラ(補助熱源)、30:切り替え装置、40:蓄熱槽、50:低温熱源装置(排熱回収装置)、70:制御装置、90:外部装置(加熱室)。 S1: heat supply system (heating system), 10: heat pump, 15: air supply path, 17: exhaust heat recovery pipe, 19: low temperature heat supply pipe, 20: boiler (auxiliary heat source), 30: switching device, 40: heat storage Tank, 50: Low-temperature heat source device (exhaust heat recovery device), 70: Control device, 90: External device (heating chamber).
Claims (4)
ボイラ及び電気ヒータの少なくとも1つを含む補助熱源であり、前記ヒートポンプに対する低温側に補熱を供給可能な前記補助熱源と、
前記補助熱源からの前記補熱の供給先を、前記ヒートポンプに対する高温側と前記低温側との間で切り替える切り替え装置と、を備え、
前記補熱の供給先の切り替えは、前記ヒートポンプの成績係数に基づいて行われる
熱供給システム。 An exhaust heat recovery type heat pump that supplies heat to an external device as a heat demand section and can input at least part of the exhaust heat from the exhaust heat source;
An auxiliary heat source including at least one of a boiler and an electric heater, the auxiliary heat source capable of supplying supplementary heat to a low temperature side of the heat pump;
A switching device for switching a supply destination of the auxiliary heat from the auxiliary heat source between a high temperature side and the low temperature side with respect to the heat pump ,
The supply destination of the supplementary heat is switched based on the coefficient of performance of the heat pump.
Heat supply system.
前記補助熱源からの補熱の供給先を、前記ヒートポンプに対する高温側と低温側との間で選択する工程を含み、
前記補熱供給先を選択する工程は、前記ヒートポンプの成績係数を高温側及び低温側のそれぞれについて算出する工程と、前記成績係数を比較する工程と、を含む、熱供給システムの制御方法。 A method for controlling a heat supply system including a heat pump and an auxiliary heat source,
Wherein the destination of the auxiliary heat from an auxiliary heat source, viewed including the step of selecting between the hot and cold sides for the heat pump,
The step of selecting the auxiliary heat supply destination includes a step of calculating a coefficient of performance of the heat pump for each of a high temperature side and a low temperature side, and a step of comparing the coefficient of performance .
前記補助熱源からの補熱の供給先を、前記ヒートポンプに対する高温側と低温側との間で選択する工程と、
前記ヒートポンプを全負荷状態又は所定の部分負荷状態に設定する工程と、を含む、熱供給システムの制御方法。 A method for controlling a heat supply system including a heat pump and an auxiliary heat source,
Selecting a supply destination of supplementary heat from the auxiliary heat source between a high temperature side and a low temperature side for the heat pump ;
And a step of setting the heat pump to a full load state or a predetermined partial load state .
前記補助熱源からの補熱の供給先を、前記ヒートポンプに対する高温側と低温側との間で選択する工程を含み、
全負荷状態における成績係数に比べて部分負荷状態における成績係数が実質的に低い場合、あるいは、所定の運転範囲において低負荷状態における成績係数に比べて高負荷状態における成績係数が実質的に高い場合、前記低温側に前記補熱が供給される
熱供給システムの制御方法。 A method for controlling a heat supply system including a heat pump and an auxiliary heat source,
Wherein the destination of the auxiliary heat from an auxiliary heat source, viewed including the step of selecting between the hot and cold sides for the heat pump,
When the coefficient of performance in the partial load state is substantially lower than the coefficient of performance in the full load state, or when the coefficient of performance in the high load state is substantially higher than the coefficient of performance in the low load state in the predetermined operating range A control method of a heat supply system in which the supplementary heat is supplied to the low temperature side .
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