JP5721408B2 - 温泉水供給システムおよび温泉水供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、温泉水供給システムおよび温泉水供給方法に関するものである。

図３には、従来の温泉水供給システムが示されている。温泉水供給システム１００は、源泉から導かれた温泉水を貯留する貯湯槽１０２を備えている。貯湯槽１０２内の温泉水は、ボイラ１０４によって加熱することができるようになっている。
また、源泉よりも低い温度とされた温泉水（冷泉）が貯留される冷泉槽１０６が設けられており、この冷泉槽１０６から冷泉が供給されることによって貯湯槽１０２内の温泉水を冷却できるようになっている。
貯湯槽１０２内の温泉水は、ボイラ１０４による加温または冷泉槽１０６による加水冷却によって、所定の貯湯温度に調整されている。そして、温泉旅館等の利用側に対して、貯湯槽１０２内の温泉水を供給する。すなわち、貯湯槽１０２内の貯湯温度を利用側に配湯する配湯温度として、貯湯槽１０２内の温泉水を利用側に直接供給する方式となっている。
なお、図３において、符号１０８は、余剰配湯を戻して循環させるための循環給湯配管である。

一方、下記特許文献１及び特許文献２には、温泉の浴槽内の温泉水温度を加熱して調整するためにヒートポンプを用いた事例が開示されている。

特開２０１０−６０１８５号公報 特開昭６０−１１４６５４号公報

図３に示した温泉水供給システム１００は、上述のように、貯湯槽１０２内の温泉水を利用側に直接供給（配湯）するので、貯湯槽容量がそのまま配湯能力となっている。したがって、利用側の負荷変動が生じた場合にはフレキシブルに対応できず、想定される最大負荷を考慮した大容量の貯湯槽１０２を設けざるを得ない。

一方、上記の各特許文献のように、温泉水の加熱のためにヒートポンプを利用することは、ボイラ等に比べてＣＯ２の排出が少なく高効率となるので好ましい。しかし、各特許文献に開示されたヒートポンプによる温泉水の加熱温度は、浴湯に適した温度が前提とされており、せいぜい４３℃程度である。また各特許文献には、温泉水供給システムの貯湯温度については何ら言及されていない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、貯湯槽の増大を伴うことなく、利用側の負荷変動に対応させることができる温泉水供給システムおよび温泉水供給方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の温泉水供給システムおよび温泉水供給方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる温泉水供給システムは、温泉水が導かれる受湯槽と、配湯温度よりも低い温度とされた温泉水が導かれる冷泉槽と、該冷泉槽から導かれた温泉水が貯留される貯湯槽と、該貯湯槽内に貯留された温泉水を加熱するヒートポンプとを備え、前記ヒートポンプは、前記貯湯槽内の温泉水の貯湯温度が、利用側が必要とする温泉水温度を得るために必要な配湯温度を上回る温度となるように運転され、前記貯湯槽から導かれた温泉水と前記受湯槽から導かれた温泉水とが合流して配湯されることを特徴とする。
さらに、本発明にかかる温泉水供給システムは、前記受湯槽内に導かれる温泉水の一部が、前記冷泉槽に導かれることを特徴とする。

貯湯槽内に貯留された温泉水は、ヒートポンプによって加熱される。ヒートポンプは、貯湯温度が、温泉旅館等の利用側が必要とする温泉水温度（例えば４３℃）を得るために必要な配湯温度（例えば４７℃）を上回る温度となるように運転される。これにより、配湯温度よりも貯湯温度を高くすることができ、貯湯槽内に貯留された温泉水の有効熱容量（（貯湯温度−配湯温度）×貯湯量）を増大させることができる。したがって、ヒートポンプによる昇温量に応じて貯湯槽内の温泉水の有効熱容量を変化させることができ、貯湯槽の増大を伴うことなく、利用側の負荷変動に適宜対応することができる。
なお、ヒートポンプによって加熱された後の貯湯温度は、レジオネラ属菌が死滅する６０℃以上（例えば６５℃）が好ましい。
ヒートポンプとしては、典型的には、ターボ圧縮機を用いたターボ冷凍機が挙げられるが、スクリュー式やスクロール式の圧縮機を用いた他の蒸気圧縮式のヒートポンプでもよく、また、吸収式冷凍機等の他の形式であってもよい。

さらに、本発明の温泉水供給システムでは、前記ヒートポンプは、間欠運転とされ、前記ヒートポンプの運転中に、前記冷泉槽から前記貯湯槽へと温泉水が導かれ、前記ヒートポンプの停止中に、減少した前記冷泉槽の温泉水が補われることを特徴とする。

貯湯温度と配湯温度の差を大きくすることにより、貯湯槽内の温泉水の有効熱容量を増大させることができるので、源泉使用量を減少させることができる。これにより、ヒートポンプを連続運転させて温泉水を加熱する必要がなくなり、間欠運転が可能となる。間欠運転を可能とすることにより、昼間よりも使用料金が安い夜間電力のみを用いた運転が可能となる。

さらに、本発明の温泉水供給システムでは、前記冷泉槽内の温泉水を、前記ヒートポンプの熱源水として用いることを特徴とする。

ヒートポンプが運転されると、必要とされる熱容量の熱源水を確保できない場合がある。そこで、本発明では、源泉から導かれた温泉水を貯留する冷泉槽を設け、この冷泉槽内の温泉水をヒートポンプの熱源水として用いることとした。ヒートポンプが間欠運転されるので、ヒートポンプが動作していない時間帯に冷泉槽内の温泉水量を増大させることができ、ヒートポンプの運転時に必要な熱源水量を確保することができる。
また、冷泉槽に貯留される冷泉水は、熱源水として用いることを考えると、１０℃以上あれば足りる。したがって、配湯温度よりも温度が低く熱的に利用価値が低い冷泉水を熱源水として用いることができるので、源泉水の有効利用を図ることができる。

さらに、本発明の温泉水供給システムでは、前記ヒートポンプの熱源水として用いられた後の温泉水が、冷房負荷へと導かれることを特徴とする。

ヒートポンプの熱源水として用いられた後の温泉水は、ヒートポンプによって吸熱されて温度低下し、例えば５〜１０℃まで冷却される。このように冷却された温泉水は、そのまま放流してもよいが、本発明では冷房負荷へと導き、その冷熱を用いることとした。これにより、熱源水の冷熱を有効に利用することができる。

また、本発明の温泉水供給方法は、温泉水が導かれる受湯槽と、配湯温度よりも低い温度とされた温泉水が導かれる冷泉槽と、該冷泉槽から導かれた温泉水が貯留される貯湯槽と、該貯湯槽内に貯留された温泉水を加熱するヒートポンプと、を備えた温泉水供給システムを用いた温泉水供給方法であって、前記ヒートポンプは、前記貯湯槽内の温泉水の貯湯温度が、利用側が必要とする温泉水温度を得るために必要な配湯温度を上回る温度となるように運転され、前記貯湯槽から導かれた温泉水と前記受湯槽から導かれた温泉水とを合流して配湯することを特徴とする。

貯湯槽内に貯留された温泉水は、ヒートポンプによって加熱される。ヒートポンプは、貯湯温度が、温泉旅館等の利用側が必要とする温泉水温度（例えば４３℃）を得るために必要な配湯温度（例えば４７℃）を上回る温度となるように運転される。これにより、配湯温度よりも貯湯温度を高くすることができ、貯湯槽内に貯留された温泉水の有効熱容量（（貯湯温度−配湯温度）×貯湯量）を増大させることができる。したがって、ヒートポンプによる昇温量に応じて貯湯槽内の温泉水の有効熱容量を変化させることができ、貯湯槽の増大を伴うことなく、利用側の負荷変動に適宜対応することができる。
なお、ヒートポンプによって加熱された後の貯湯温度は、レジオネラ属菌が死滅する６０℃以上（例えば６５℃）が好ましい。
ヒートポンプとしては、典型的には、ターボ圧縮機を用いたターボ冷凍機が挙げられるが、スクリュー式やスクロール式の圧縮機を用いた他の蒸気圧縮式のヒートポンプでもよく、また、吸収式冷凍機等の他の形式であってもよい。

本発明によれば、前記貯湯槽内の温泉水の貯湯温度が、利用側が必要とする温泉水温度を得るために必要な配湯温度を上回る温度となるように、ヒートポンプを運転することとしたので、ヒートポンプによる昇温量に応じて貯湯槽内の温泉水の有効熱容量を変化させることができ、利用側の負荷変動に適宜対応することができる。

本発明の一実施形態にかかる温泉水供給システムを示した概略構成図である。 図１の温泉水供給システム運転パターンを示したグラフである。 従来の温泉水供給システムを示した概略構成図である。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、温泉水供給システム１が示されている。
温泉水供給システム１は、ヒートポンプ３と、源泉が導かれた温泉水を貯留する受湯槽５と、ヒートポンプ３によって加熱された温泉水を貯留する貯湯槽１７と、配湯温度よりも低い温度とされた温泉水を貯留する冷泉槽１９とを備えている。

温泉地には、複数の源泉が存在し、それぞれの温度が異なる。本実施形態では、複数の源泉を適宜組み合わせ、例えば２５℃程度とされた比較的低温の温泉水を得る低温源泉群と、例えば４５℃以上とされた比較的高温の温泉水を得る高温源泉群とを形成する。もちろん、低温源泉群や高温源泉群は単一の源泉から構成されることもある。そして、低温源泉群は貯湯槽１９に供給し、高温源泉群からの温泉水は受湯槽５に供給する。ただし、高温源泉群から導かれる一部の源泉水は、冷泉槽１９へと供給される。これは、冷泉槽１９内の温泉水の温度を上昇させて、ヒートポンプ３の効率を上げるためである。

ヒートポンプ３は、ターボ冷凍機とされている。ターボ冷凍機は、図示しないが、冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、ターボ圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された液冷媒を膨張させる膨張弁と、膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えている。
なお、ヒートポンプ３としては、典型的には、本実施形態のようにターボ圧縮機を用いたターボ冷凍機が挙げられるが、スクリュー式やスクロール式の圧縮機を用いた他の蒸気圧縮式のヒートポンプでもよく、また、吸収式冷凍機等の他の形式であってもよい。

冷媒が凝縮器にて凝縮する際に放熱する凝縮熱によって、温水入口ノズル３ａから流入する温水を加熱する。加熱された温水は、温水出口ノズル３ｂから流出し、温水ポンプ９によって、貯湯槽１７内に設置された伝熱管１７ａへと導かれる。
温水出口ノズル３ｂから流出する温水の温度（すなわちヒートポンプ３の出力温水温度）は、伝熱管１７ａによって加熱される温泉水が６０℃以上となるように、例えば７０℃といったように設定される。このように温泉水が６０℃以上（例えば６５℃）に加熱されることで、温泉水に存在するレジオネラ属菌が殺菌される。

冷媒が蒸発器にて蒸発する際に吸熱する蒸発熱によって、冷水入口ノズル３ｃから流入する冷水を冷却する。冷却された冷水は、冷水出口ノズル３ｄから流出し、冷水ポンプ１１によって温泉熱交換器７へと導かれる。
温泉熱交換器７では、冷泉水ポンプ２１によって冷泉水流入配管１５ａから導入される冷泉水（熱源水）と、冷水ポンプ１１によって導入される冷水とが熱交換される。熱交換された冷泉水は、冷泉水流出配管１５ｂを通り冷泉槽１９へと返送される。

ヒートポンプ３は、間欠運転されるようになっており、好ましくは、後述するように夜間電力のみを用いて運転するように制御される。もちろん、昼間に運転することとしても良いが、安い電気料金を使用できるので、夜間の運転が好ましい。

貯湯槽１７には、温泉水供給ポンプ３１が設けられた温泉水供給配管２９を介して、冷泉槽１９から温泉水が供給されるようになっている。
貯湯槽１７では、ヒートポンプ３によって例えば７０℃まで昇温された温水によって温泉水が６０℃以上（例えば６５℃）に加熱される。具体的には、温水ポンプ９によって温水が貯湯槽１７内に設置された加熱用伝熱管１７ａ内を通り、これにより、貯湯槽１７内の温泉水が加熱される。貯湯槽１７内の温泉水は、６０℃以上に加熱されてレジオネラ属菌が殺菌されるとともに、６０℃以上の高温を維持した状態で貯留される。
貯湯槽１７には、貯湯出力配管２３が設けられている。貯湯出力配管２３は、配湯用三方弁２４を介して配湯配管２５に接続される。配湯用三方弁２４の開度は、受湯槽５から導かれる温泉水と貯湯槽１７から導かれる温泉水とを合流させることによって得られる配湯温度が所望の値となるように、図示しない制御部によって制御される。配湯温度は、温泉旅館等の利用側が要求する温泉水温度（例えば４３℃）に応じて決定され、配湯配管２５を流れる際の熱損失等を考慮して少し高め（例えば４７℃）に設定される。
なお、符号２６は、余剰配湯を受湯槽５へと戻して循環させるための循環給湯配管である。

冷泉槽１９内に貯留された冷泉水は、熱源水として、冷泉水ポンプ２１によって温泉熱交換器７まで導かれる。温泉熱交換器７にて冷水と熱交換して吸熱されて温度低下した冷泉水は、冷泉水用三方弁２７へと導かれ、一部の冷泉水は冷泉水ポンプ２１の上流側に戻され、残りの冷泉水は放流または冷房負荷へと導かれる。
冷泉槽１９には、冷泉出力配管２９が設けられており、貯湯槽１７へと冷泉槽１９内の温泉水を導く。冷泉出力配管２９には、流量制御弁を備えた温泉水供給ポンプ３１が設けられており、図示しない制御部によって流量制御弁の開度が制御されるようになっている。冷泉水用三方弁２７の開度は、温泉熱交換器７に流入する冷泉水流入温度が所望の値となるように、図示しない制御部によって制御される。また、温泉熱交換器７から流出する冷泉水を冷泉槽１９に戻す場合、温泉熱交換器７からの流出温度が低下すると、冷泉槽１９内の温度が低下してヒートポンプ３の効率が低下するが、ここでは、冷泉槽１９には戻さず冷泉水用三方弁２７を介して放流し、ヒートポンプの効率低下を防止する。また、放流せずに、冷房負荷へと流すようにして、冷泉水の冷熱（例えば５〜１０℃）を有効利用することとしてもよい。
冷泉槽１９内に貯留された温泉水が一定の水位を超えた場合には、オーバーフローさせて系外へと放流する。

次に、上記構成の温泉水供給システム１は、以下のように用いられる。
高温源泉群から導かれた温泉水は受湯槽５へと供給され、貯留される。高温源泉群から導かれた一部の源泉水は、冷泉槽１９へと導かれる。また、冷泉槽１９には、低温源泉群から導かれた温泉水が供給され、貯留される。
冷泉槽１９内に貯留された温泉水の一部は、温泉水供給ポンプ３１によって温泉水供給配管２９を介して貯湯槽１７へと導かれ、貯留される。貯湯槽１７内の温泉水は、ヒートポンプ３の運転によって６０℃以上まで加熱される。

図２（ａ）に示すように、深夜０時から３時までをヒートポンプ３による加熱運転とし、それ以外の時間帯である３時から深夜０時までを放熱運転とする。すなわち、３時から深夜０時までの間は、加熱を行わずに貯湯槽１７内で温泉水を保温するとともに、貯湯出力配管２３を介して温泉水を配湯用三方弁２４に向けて排出する。したがって、図２（ｂ）に示すように、３時から深夜０時までの時間帯では貯湯量が徐々に低下する。そして、深夜０時になると、貯湯量を増大させるために温泉水供給ポンプ３１を稼働させて温泉水を冷泉槽１９から貯湯槽１７へと導き、これに伴う貯湯槽１７内の温泉水の温度低下を補うように、ヒートポンプ３が運転され貯湯槽１７内の温泉水の加熱が行われる。この深夜０時から３時までの時間帯では、図２（ｂ）に示すように貯湯槽１７内の貯湯量が増大するとともに、図２（ｃ）に示すように冷泉槽１９内の冷泉水量が減少する。冷泉水量の減少は、貯湯槽１７へ冷泉水を供給したことによるものに加え、熱源水として温泉熱交換器７にて使用され、冷泉水用三方弁２７を介して放流または冷房負荷へと流されたものも含む。減少した冷泉水量は、図２（ｃ）に示すように、３時から深夜０時までの時間帯で徐々に補うようになっている。

貯湯槽１７にて６０℃以上の温度とされた温泉水は、配湯用三方弁２４にて、受湯槽５から導かれた温泉水と合流し、所望の配湯温度（例えば４７℃）に調整された後、温泉旅館等の利用側へと供給される。

以上の通り、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
貯湯槽１７内に貯留された温泉水をヒートポンプ３によって６０℃以上まで加熱し、温泉旅館等の利用側が必要とする温泉水温度（例えば４３℃）を得るために必要な配湯温度（例えば４７℃）を上回る温度となるようにした。これにより、配湯温度よりも貯湯温度を高くすることができ、貯湯槽１７内に貯留された温泉水の有効熱容量（（貯湯温度−配湯温度）×貯湯量）を増大させることができる。したがって、ヒートポンプ３による昇温量に応じて貯湯槽内の温泉水の有効熱容量を変化させることができ、貯湯槽１７の増大を伴うことなく、利用側の負荷変動に適宜対応することができる。

貯湯温度と配湯温度の差を大きくすることにより、貯湯槽１７内の温泉水の有効熱容量を増大させることができるので、源泉使用量を減少させることができる。これにより、ヒートポンプ３を連続運転させて温泉水を加熱する必要がなくなり、間欠運転が可能となる。間欠運転を可能とすることにより、昼間よりも使用料金が安い夜間電力のみを用いた運転が可能となる。
また、貯湯槽１７内の温泉水の有効熱容量を増大させて源泉使用量を減少させることができるので、源泉枯渇防止対策となる。

ヒートポンプ３が運転されると、必要とされる熱容量の熱源水を確保できない場合があるが、源泉から導かれた温泉水を貯留する冷泉槽１９を設け、この冷泉槽１９内の冷泉水をヒートポンプ３の熱源水として用いることとした。ヒートポンプ３が間欠運転されるので、ヒートポンプ３が動作していない時間帯に冷泉槽１９内の冷泉水量を増大させることができ、ヒートポンプ３の運転時に必要な熱源水量を確保することができる。
また、冷泉槽１９に貯留される冷泉水は、熱源水として用いることを考えると、１０℃以上あれば足りる。したがって、配湯温度よりも温度が低く熱的に利用価値が低い冷泉水を熱源水として用いることができるので、源泉水の有効利用を図ることができる。

また、温泉水をヒートポンプ３によって６０℃まで加熱するので、化石燃料を使用したボイラに比べて、ＣＯ２を排出せず、また高効率に加熱することができる。

なお、本実施形態では、温泉熱交換器７を用いることとした。これは、温泉水に含まれる不純物等がスケールとなって熱交換器を詰まらせるおそれがあるので、メンテナンス等のために取り外し可能または交換可能とするためである。基本形として、ヒートポンプ３と貯湯槽１７の間にも温泉熱交換器(図示なし)を用いることするが、温泉水の泉質によってはスケールの発生のおそれがない場合があるので、このような場合には、ヒートポンプ３と貯湯槽１７の配管接続と同様に、温泉熱交換器７を省略して、冷泉水流入配管１５ａ及び冷泉水流出配管１５ｂを、それぞれ、冷水入口ノズル３ｃ及び冷水出口ノズル３ｄに直接接続してもよい。
また、図２に示したように、夜間のみに加熱運転をすることとしても良いが、利用側の需要に応じて、昼間に加熱運転をすることとしても良い。

１ 温泉水供給システム
３ ヒートポンプ
５ 受湯槽
１７ 貯湯槽
１９ 冷泉槽

Claims (6)

1. 温泉水が導かれる受湯槽と、
   配湯温度よりも低い温度とされた温泉水が導かれる冷泉槽と、
   該冷泉槽から導かれた温泉水が貯留される貯湯槽と、
   該貯湯槽内に貯留された温泉水を加熱するヒートポンプと、
   を備え、
   前記ヒートポンプは、前記貯湯槽内の温泉水の貯湯温度が、利用側が必要とする温泉水温度を得るために必要な配湯温度を上回る温度となるように運転され、
   前記貯湯槽から導かれた温泉水と前記受湯槽から導かれた温泉水とが合流して配湯されることを特徴とする温泉水供給システム。
2. 前記受湯槽内に導かれる温泉水の一部が、前記冷泉槽に導かれることを特徴とする請求項１に記載の温泉水供給システム。
3. 前記ヒートポンプは、間欠運転とされ、
   前記ヒートポンプの運転中に、前記冷泉槽から前記貯湯槽へと温泉水が導かれ、
   前記ヒートポンプの停止中に、減少した前記冷泉槽の温泉水が補われることを特徴とする請求項１又は２に記載の温泉水供給システム。
4. 前記冷泉槽内の温泉水を、前記ヒートポンプの熱源水として用いることを特徴とする請求項３に記載の温泉水供給システム。
5. 前記ヒートポンプの熱源水として用いられた後の温泉水が、冷房負荷へと導かれることを特徴とする請求項４に記載の温泉水供給システム。
6. 温泉水が導かれる受湯槽と、配湯温度よりも低い温度とされた温泉水が導かれる冷泉槽と、該冷泉槽から導かれた温泉水が貯留される貯湯槽と、該貯湯槽内に貯留された温泉水を加熱するヒートポンプと、を備えた温泉水供給システムを用いた温泉水供給方法であって、
   前記ヒートポンプは、前記貯湯槽内の温泉水の貯湯温度が、利用側が必要とする温泉水温度を得るために必要な配湯温度を上回る温度となるように運転され、
   前記貯湯槽から導かれた温泉水と前記受湯槽から導かれた温泉水とを合流して配湯することを特徴とする温泉水供給方法。

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