JP6366335B2 - 貯湯式熱源装置 - Google Patents

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本発明は、湯水を貯湯する貯湯槽と、湯水を加熱する加熱部と、放熱端末を通流した熱媒との熱交換により湯水を放熱させる放熱部と、を備え、前記貯湯槽の下部の湯水を、加熱往き路を介して前記加熱部に供給すると共に、前記加熱部を通流した湯水を、加熱戻り路を介して前記貯湯槽の上部に戻す形態で、湯水を循環させる加熱循環回路と、前記貯湯槽の上部の湯水を、放熱往き路を介して前記放熱部に供給すると共に、前記放熱部を通流した湯水を、放熱戻り路を介して前記貯湯槽の下部に戻す形態で、湯水を循環させる放熱循環回路と、前記放熱部を通流した熱媒を、熱媒往き路を介して前記放熱端末に供給すると共に、前記放熱端末を通流した熱媒を、熱媒戻り路を介して前記放熱部に戻す形態で、熱媒を循環させる熱媒循環回路と、を備え、前記放熱循環回路において前記貯湯槽をバイパスするバイパス路と、前記放熱循環回路における湯水の通流状態を切り換え可能な切換手段と、を備え、前記放熱戻り路の湯水温度を検出する放熱戻り温度検出手段を備え、前記加熱循環回路と前記放熱循環回路との両方に湯水を循環させて前記加熱部による湯水の加熱と前記放熱部による湯水の放熱とを同時に行う加熱放熱運転時において、前記放熱戻り温度検出手段の検出結果に基づいて前記切換手段を制御する制御手段を備えた貯湯式熱源装置に関する。
従来の貯湯式熱源装置としては、加熱循環回路と放熱循環回路との両方に湯水を循環させた状態で、加熱循環回路での加熱部による湯水の加熱を行う加熱運転と、放熱循環回路での放熱部による湯水の放熱を行う放熱運転との両方を同時に行う加熱放熱運転を実行可能に構成されているものが知られている(特許文献1を参照)。
特許文献1に開示の貯湯式熱源装置では、貯湯槽内において上層の高温の湯水から下層の低温の湯水までの間で温度成層を形成する成層貯湯状態を良好なものに維持しながら、加熱往き路の湯水温度を、熱電併給装置などからなる加熱部を十分に冷却し得る低温状態に維持する必要がある。そのために、放熱循環回路において貯湯槽をバイパスするバイパス路を備え、放熱循環回路の湯水の通流状態を切り換え可能な切換手段を備える。
そして、この切換手段は、放熱循環回路の湯水の通流状態を、放熱部から放熱戻り路を通じて戻された湯水の全量をバイパス路側へ流す全量バイパス状態と、放熱部から放熱戻り路を通じて戻された湯水の全量をバイパス路に流すことなく貯湯槽の下部に戻す全量戻し状態との間で切り換え可能となるように、開閉動作を行う複数の制御弁で構成されている。
そして、放熱戻り路の湯水温度が所定の判定温度(例えば38℃)を超える場合には、切換弁を制御して全量バイパス状態とすることで、放熱戻り路からの比較的高温の湯水が貯湯槽の下部から貯湯槽内に流入することを禁止して、貯湯槽内の成層貯湯状態を良好なものに維持しながら、貯湯槽の下部から比較的低温の湯水を加熱往き路に供給することができる。また、放熱戻り路の湯水温度が判定温度以下である場合には、切換弁を制御して全量戻し状態とすることで、低温の湯水が、貯湯槽の上部から貯湯槽内に流入することを防止して、貯湯槽内の成層貯湯状態を良好なものに維持しながら、その比較的低温の湯水を放熱戻り路から貯湯槽の下部を介して加熱往き路に供給することができる。
特開2007−322071号公報
加熱放熱運転の実行時において、貯湯槽内の成層貯湯状態と加熱往き路の低温状態とを良好に維持するべく、判定温度以下の放熱戻り路の湯水については、その全量を貯湯槽の下部に戻すように構成する場合には、放熱部に供給される放熱往き路の湯水は全て貯湯槽の上部から供給されるものとなるので、その温度は加熱部の加熱状態や貯湯槽の貯湯状態に起因するものとなり、それらの状態とは別に積極的に調整できるものではなくなる。
よって、放熱端末における熱負荷の変動に対応するべく、当該放熱端末に供給される熱媒往き路の熱媒温度を所望の目標熱媒温度(例えば40℃)に維持するには、放熱循環回路における湯水の循環流量、即ち放熱部における湯水の通流流量を当該熱媒往き路の熱媒温度に基づいて制御する必要がある。そして、このように放熱循環回路における湯水の循環流量を制御するためには、循環ポンプを流量調整可能に構成したり流量調整用の調整弁を別途設けたりする必要があるため、装置の煩雑化並びに高コスト化が問題となる。
本発明は、上述の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、合理的且つ廉価な構成を採用しても、貯湯槽内の成層貯湯状態と加熱往き路の低温状態とを良好に維持し得る加熱放熱運転を実行可能とする貯湯式熱源装置を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明の第1の貯湯式熱源装置は、
湯水を貯湯する貯湯槽と、湯水を加熱する加熱部と、放熱端末を通流した熱媒との熱交換により湯水を放熱させる放熱部と、を備え、
前記貯湯槽の下部の湯水を、加熱往き路を介して前記加熱部に供給すると共に、前記加熱部を通流した湯水を、加熱戻り路を介して前記貯湯槽の上部に戻す形態で、湯水を循環させる加熱循環回路と、
前記貯湯槽の上部の湯水を、放熱往き路を介して前記放熱部に供給すると共に、前記放熱部を通流した湯水を、放熱戻り路を介して前記貯湯槽の下部に戻す形態で、湯水を循環させる放熱循環回路と、
前記放熱部を通流した熱媒を、熱媒往き路を介して前記放熱端末に供給すると共に、前記放熱端末を通流した熱媒を、熱媒戻り路を介して前記放熱部に戻す形態で、熱媒を循環させる熱媒循環回路と、を備え、
前記放熱循環回路において前記貯湯槽をバイパスするバイパス路と、前記放熱循環回路における湯水の通流状態を切り換え可能な切換手段と、を備え、
前記放熱戻り路の湯水温度を検出する放熱戻り温度検出手段を備え、
前記加熱循環回路と前記放熱循環回路との両方に湯水を循環させて前記加熱部による湯水の加熱と前記放熱部による湯水の放熱とを同時に行う加熱放熱運転時において、前記放熱戻り温度検出手段の検出結果に基づいて前記切換手段を制御する制御手段を備えた貯湯式熱源装置であって、その特徴構成は、
前記切換手段が、前記放熱循環回路における湯水の通流状態を、前記放熱戻り路の湯水の全量を前記バイパス路に流入させる全量バイパス状態と、前記貯湯槽の下部と前記バイパス路への前記放熱戻り路の湯水の流入を許容する分流許容状態との間で切り換え可能に構成されると共に、当該分流許容状態において前記バイパス路における湯水の流量であるバイパス流量を調整可能なバイパス流量調整手段を備え、
前記熱媒往き路の熱媒温度を検出する熱媒往き温度検出手段を備え、
前記制御手段が、前記加熱放熱運転時において、前記放熱循環回路における湯水の循環流量を所定の設定放熱循環流量に設定すると共に、前記放熱戻り路の湯水温度が所定の全量バイパス判定温度を超える場合には前記切換手段を前記全量バイパス状態に切り換え、一方、前記放熱戻り路の湯水温度が前記全量バイパス判定温度以下の場合には前記切換手段を前記分流許容状態に切り換えると共に前記放熱部から前記放熱端末への前記熱媒往き路の熱媒温度が所定の目標熱媒温度になるように前記熱媒往き温度検出手段の検出結果に基づいて前記バイパス流量調整手段を制御するバイパス流量制御を実行する点にある。
尚、当該第1の貯湯式熱源装置において、貯湯槽の下部とは、貯湯槽内の下層に連通する加熱往き路や放熱戻り路を含む部位を示し、貯湯槽の上部とは、貯湯槽内の上層に連通する加熱戻り路や放熱往き路を含む部位を示す。
本発明の第1の貯湯式熱源装置によれば、加熱放熱運転時において、放熱戻り路の湯水温度が全量バイパス判定温度を超える状態(以下、この状態を「高温状態」と呼ぶ場合がある。)である場合には、切換手段が全量バイパス状態とされる。すると、その高温状態となる放熱戻り路の湯水の通流状態は、貯湯槽の下部への流入が禁止された状態となり、その全てがバイパス路を介して放熱往き路に流入することになる。これにより、貯湯槽の下部から貯湯槽内の下層や加熱往き路に高温状態となる放熱戻り路の湯水が流入することを防止することができ、放熱循環回路における湯水の循環流量を所定の設定放熱循環流量として変更することなくても適切な運転状態を確保しながら、貯湯槽内の成層貯湯状態と加熱往き路の低温状態とを良好に維持することができる。
一方、加熱放熱運転時において、放熱戻り路の湯水温度が全量バイパス判定温度以下である状態(以下、この状態を「中低温状態」と呼ぶ場合がある。)である場合には、切換手段が分流許容状態とされる。すると、その中低温状態となる放熱戻り路の湯水の通流状態は、貯湯槽の下部とバイパス路への放熱戻り路の湯水の流入が共に許容された状態となる。そして、このときに貯湯槽の下部を介して貯湯槽内の下層や加熱往き路に流入する放熱戻り路の湯水温度は全量バイパス判定温度以下であることから、貯湯槽内の成層貯湯状態と加熱往き路の低温状態とを良好に維持することができる。
更に、このように切換手段を分流許容状態とした場合には、放熱端末の負荷変動に対応するべく、熱媒往き路の熱媒温度が目標熱媒温度に維持されるように、バイパス流量制御が実行されて、バイパス流量調整手段が熱媒往き温度検出手段の検出結果に基づいて制御される。よって、放熱循環回路における循環流量を調整するために循環ポンプを流量調整可能に構成したり流量調整用の調整弁を別途設けたりする必要がなく、放熱循環回路における湯水の循環流量を所定の設定放熱循環流量として変更しなくても適切な運転状態を確保することができる。
以上のように、本発明により、合理的且つ廉価な構成を採用しても、貯湯槽内の成層貯湯状態と加熱往き路の低温状態とを良好に維持し得る加熱放熱運転を実行可能とする貯湯式熱源装置を実現することができる。
上記目的を達成するための本発明の第2の貯湯式熱源装置は、
湯水を貯湯する貯湯槽と、湯水を加熱する加熱部と、放熱端末とを備え、
前記貯湯槽の下部の湯水を、加熱往き路を介して前記加熱部に供給すると共に、前記加熱部を通流した湯水を、加熱戻り路を介して前記貯湯槽の上部に戻す形態で、湯水を循環させる加熱循環回路と、
前記貯湯槽の上部の湯水を、放熱端末往き路を介して前記放熱端末に供給すると共に、前記放熱端末を通流した湯水を、放熱端末戻り路を介して前記貯湯槽の下部に戻す形態で、湯水を循環させる放熱端末循環回路とを備え、
前記放熱端末循環回路において前記貯湯槽をバイパスするバイパス路と、前記放熱端末循環回路における湯水の通流状態を切り換え可能な切換手段とを備え、
前記放熱端末戻り路の湯水の温度を検出する放熱端末戻り温度検出手段を備え、
前記加熱循環回路と前記放熱端末循環回路との両方に湯水を循環させて前記加熱部による湯水の加熱と前記放熱端末による湯水の放熱とを同時に行う加熱放熱運転時において、前記放熱戻り温度検出手段の検出結果に基づいて前記切換手段を制御する制御手段を備えた貯湯式熱源装置であって、その特徴構成は、
前記切換手段が、前記放熱端末循環回路における湯水の通流状態を、前記放熱端末戻り路の湯水の全量を前記バイパス路に流入させる全量バイパス状態と、前記貯湯槽の下部と前記バイパス路への前記放熱端末戻り路の湯水の流入を許容する分流許容状態との間で切り換え可能に構成されると共に、当該分流許容状態において前記バイパス路における湯水の流量であるバイパス流量を調整可能なバイパス流量調整手段を備え、
前記放熱端末往き路の湯水の温度を検出する放熱端末往き温度検出手段を備え、
前記制御手段が、前記加熱放熱運転時において、前記放熱端末循環回路における湯水の循環流量を所定の設定放熱端末循環流量に設定すると共に、前記放熱端末戻り路の湯水の温度が所定の全量バイパス判定温度を超える場合には前記切換手段を前記全量バイパス状態に切り換え、一方、前記放熱端末戻り路の湯水の温度が所定の全量バイパス判定温度以下の場合には前記切換手段を前記分流許容状態に切り換えると共に前記貯湯槽の上部から前記放熱端末への前記放熱端末往き路の湯水の温度が所定の目標温度になるように前記放熱端末往き温度検出手段の検出結果に基づいて前記バイパス流量調整手段を制御するバイパス流量制御を実行する点にある。





尚、当該第2の貯湯式熱源装置において、貯湯槽の下部とは、貯湯槽内の下層に連通する加熱往き路や放熱端末戻り路を含む部位を示し、貯湯槽の上部とは、貯湯槽内の上層に連通する加熱戻り路や放熱端末往き路を含む部位を示す。
上記第2の貯湯式熱源装置にあっては、実質的には、上記第1の貯湯式熱源装置と略同等の作用効果を発揮する。
即ち、本願に係る第2の貯湯式熱源装置によれば、加熱放熱運転時において、放熱端末戻り路の湯水温度が全量バイパス判定温度を超える高温状態である場合には、切換手段が全量バイパス状態とされる。すると、その高温状態となる放熱端末戻り路の湯水の通流状態は、貯湯槽の下部への流入が禁止された状態となり、その全てがバイパス路を介して放熱端末往き路に流入することになる。これにより、貯湯槽の下部から貯湯槽内の下層や加熱往き路に高温状態となる放熱端末戻り路の湯水が流入することを防止できる。
一方、加熱放熱運転時において、放熱端末戻り路の湯水温度が全量バイパス判定温度以下である中低温状態である場合には、切換手段が分流許容状態とされる。すると、その中低温状態となる放熱端末戻り路の湯水の通流状態は、貯湯槽の下部とバイパス路への放熱端末戻り路の湯水の流入が共に許容された状態となる。そして、このときに貯湯槽の下部を介して貯湯槽内の下層や加熱往き路に流入する放熱端末戻り路の湯水温度は全量バイパス判定温度以下であることから、貯湯槽内の成層貯湯状態と加熱往き路の低温状態とを良好に維持することができる。
更に、このように切換手段を分流許容状態とした場合には、放熱端末の負荷変動に対応するべく、放熱端末往き路の湯水温度が目標温度に維持されるように、バイパス流量制御が実行されて、バイパス流量調整手段が放熱端末往き温度検出手段の検出結果に基づいて制御される。よって、放熱端末循環回路における循環流量を調整するために循環ポンプを流量調整可能に構成したり流量調整用の調整弁を別途設けたりする必要がなく、放熱端末循環回路における湯水の循環流量を所定の設定放熱端末循環流量として変更しなくても適切な運転状態を確保できる。
上記第1の貯湯式熱源装置の更なる特徴構成は、
前記貯湯槽の上層に貯留される湯水の温度を測定する貯湯上層温度測定手段を備え、
前記制御手段は、前記加熱放熱運転時において、前記貯湯上層温度測定手段にて測定される温度が、前記目標熱媒温度に所定値を加えた温度よりも低い場合には、前記切換手段を前記全量バイパス状態に切り換える点にある。
上記第2の貯湯式熱源装置の更なる特徴構成は、
前記貯湯槽の上層に貯留される湯水の温度を測定する貯湯上層温度測定手段を備え、
前記制御手段は、前記加熱放熱運転時において、前記貯湯上層温度測定手段にて測定される温度が、前記目標温度に所定値を加えた温度よりも低い場合には、前記切換手段を前記全量バイパス状態に切り換える点にある。
上記特徴構成によれば、加熱放熱運転時において、貯湯槽の上層に貯留される湯水の温度が目標熱媒温度(又は目標温度)に所定値(例えば0〜10℃の間の所定の温度)を加えた温度よりも低い場合、即ち、放熱部(又は放熱端末)に供給される湯水の温度が、目標熱媒温度(又は目標温度)よりも低くなる可能性が高い場合で、当該湯水を補助加熱手段等で加熱する可能性が高い場合、制御手段は、切換手段を全量バイパス状態に切り換えて、バイパス流量制御を行わないシンプルな制御を実行できる。
本発明の第1の貯湯式熱源装置の更なる特徴構成は、
前記放熱往き路の湯水を加熱する補助加熱部を備え、
前記制御手段が、前記熱媒往き路の熱媒温度に基づいて前記補助加熱部の加熱量を制御する補助加熱量制御を実行する点にある。
本発明の第2の貯湯式熱源装置の更なる特徴構成は、
前記放熱端末往き路の湯水を加熱する補助加熱部を備え、
前記制御手段が、前記放熱端末往き路の湯水温度に基づいて前記補助加熱部の加熱量を制御する補助加熱量制御を実行する点にある。
上記特徴構成によれば、熱媒往き路(又は放熱端末往き路)の熱媒温度(又は湯水温度)が目標熱媒温度(又は目標温度)を下回る場合には、放熱往き湯水の温度を上昇させるために、バイパス流量が低下されてバイパス路から放熱往き路(又は放熱端末往き路)に流入する放熱戻り湯水が減少されるが、バイパス流量を下限まで低下させた場合でも、熱媒往き路(又は放熱端末往き路)の熱媒温度(又は湯水温度)が目標熱媒温度(又は目標温度)を下回る場合には、補助加熱量制御が実行されて、補助加熱部により放熱往き路(又は放熱端末往き路)の湯水が加熱され、その加熱量が熱媒往き路(又は放熱端末往き路)の熱媒温度(又は湯水温度)に基づいて制御されるので、熱媒往き路(又は放熱端末往き路)の熱媒温度(又は湯水温度)を好適に目標熱媒温度(又は目標温度)に維持することができる。
本発明の第1の貯湯式熱源装置の更なる特徴構成は、
前記放熱戻り路が、前記バイパス路との分岐より下流側の位置において、前記加熱往き路に接続されており、
前記制御手段が、前記切換手段を前記分流許容状態に切り換えた状態で、前記放熱戻り路の湯水温度が前記貯湯槽内の下層の湯水温度を超える場合に、前記放熱戻り路の湯水が前記加熱往き路を介して前記貯湯槽内の下層へ流入することを防止する中温湯水流入防止制御を実行する点にある。
上記第2の貯湯式熱源装置の更なる特徴構成は、
前記放熱端末戻り路が、前記バイパス路との分岐より下流側の位置において、前記加熱往き路に接続されており、
前記制御手段が、前記切換手段を前記分流許容状態に切り換えた状態で、前記放熱端末戻り路の湯水温度が前記貯湯槽内の下層の湯水温度を超える場合に、前記放熱端末戻り路の湯水が前記加熱往き路を介して前記貯湯槽内の下層へ流入することを防止する中温湯水流入防止制御を実行する点にある。
上記特徴構成によれば、放熱戻り路(又は放熱端末戻り路)の湯水温度が全量バイパス判定温度以下ではあるが貯湯槽内の下層の湯水温度を超える状態(以下、この状態を「中温状態」と呼ぶ場合がある。)である場合には、上記中温湯水流入防止制御が実行されるので、切換手段が分流許容状態とされて放熱戻り路(又は放熱端末戻り路)から貯湯槽の下部へ流入した湯水の全てが、貯湯槽内の下層へ流入することなく、放熱戻り路(又は放熱端末戻り路)に直接接続された加熱往き路に流入することになる。
このことにより、貯湯槽内の下層には、その下層の温度よりも高い湯水が流入しなくなるので、貯湯槽内の成層貯湯状態をより良好に維持することができる。そして、このように成層貯湯状態をより良好に維持しながらも、加熱部にて加熱された湯水の熱のうち、一部を放熱部(又は放熱端末)に導いて放熱しつつ、残りを貯湯槽に受け入れて蓄熱することもできる。
本発明の第1、2の貯湯式熱源装置の更なる特徴構成は、
前記全量バイパス判定温度が、前記加熱往き路の湯水に対して許容される許容上限温度よりも所定の余裕分低い温度に設定されている点にある。
上記特徴構成によれば、切換手段を全量バイパス状態とするときの判断基準となる全量バイパス判定温度が、加熱往き路の湯水に対して許容される許容上限温度と同じ温度ではなく、その許容上限温度よりも余裕分低い温度に設定されている。よって、放熱戻り路の湯水温度が比較的急激に上昇した際に、切換手段を分流許容状態から全量バイパス状態に切り換えるタイミングが若干遅れて、全量バイパス判定温度を若干超える放熱戻り湯水が貯湯槽の下部を介して加熱往き路に流入した場合でも、加熱往き路の湯水温度を許容温度以下に維持することができ、熱電併給装置などからなる加熱部を十分に冷却することができる。
第1実施形態の貯湯式熱源装置の概略構成図 第1実施形態の加熱運転に係る制御フロー図 第1実施形態の放熱運転に係る制御フロー図 第1実施形態の加熱放熱運転に係る制御フロー図 第1実施形態の補助加熱量制御に係る制御フロー図 第1実施形態のバイパス流量制御に係る制御フロー図 第1実施形態の中温湯水流入防止制御に係る制御フロー図 第2実施形態の貯湯式熱源装置の概略構成図
<第1実施形態>
本発明に係る貯湯式熱源装置(第1の貯湯式熱源装置の一例)の第1実施形態について図面に基づいて説明する。
図1に示す貯湯式熱源装置100は、湯水を貯湯する貯湯槽14と、湯水を加熱する熱電併給装置11(加熱部の一例)と、床暖房装置などの放熱端末30を通流した熱媒との熱交換により湯水を放熱させる放熱熱交換器18(放熱部の一例)とを備えると共に、湯水又は熱媒を循環させる循環回路として、加熱循環回路C1と、放熱循環回路C2と、熱媒循環回路C3とを備えると共に、給湯のための流路構成を備える。
以下、これら循環回路C1,C2,C3の詳細構成、並びに、給湯のための流路構成について、図1に基づいて、順に説明する。
〔加熱循環回路〕
加熱循環回路C1は、貯湯槽14に貯湯される湯水を加熱するために貯湯槽14と熱電併給装置11との間で湯水を循環させるための循環回路として構成されている。
詳しくは、加熱循環回路C1は、貯湯槽14の下部と熱電併給装置11の湯水流入側とを接続する加熱往き路R1と、熱電併給装置11の湯水流出側と貯湯槽14の上部とを接続する加熱戻り路R2と、加熱往き路R1において貯湯槽14の下部から熱電併給装置11の湯水流入側に向けて湯水を送る加熱循環ポンプ12とから構成されている。
このように構成された加熱循環回路C1は、加熱循環ポンプ12を作動させることによって、貯湯槽14の下部の湯水を、加熱往き路R1を介して熱電併給装置11に供給すると共に、熱電併給装置11を通流した湯水を、加熱戻り路R2を介して貯湯槽14の上部に戻す形態で、湯水を循環させるものとなる。
尚、本第1実施形態において、貯湯槽14の下部とは、貯湯槽14内の下層に連通する部分を意味し、貯湯槽14の上部とは、貯湯槽14内の上層に連通する部分を意味する。また、加熱往き路R1の上流側端部は、貯湯槽14の底面に接続されており、加熱戻り路R2の下流側端部は、貯湯槽14の天井面に接続されている。
そして、かかる加熱循環回路C1において湯水を循環させながら、熱電併給装置11で湯水を加熱することによって、貯湯槽14内の上層へは、熱電併給装置11で加熱された湯水が加熱戻り路R2から流入することになり、貯湯槽14内の下層からは、低温の湯水が加熱往き路R1へ流出することになる。このことにより、貯湯槽14内の湯水の状態は、上層から下層に亘って、上層に高温の湯水が存在し下層に低温の湯水が存在する形態の所謂温度成層が形成された成層貯湯状態となる。尚、この貯湯槽14には、貯湯槽14内の下層の湯水温度を検出する下層温度センサS4、及び、貯湯槽14内の上層の湯水温度を検出する上層温度センサS5(貯湯上層温度測定手段の一例)が設けられている。尚、本第1実施形態において、この下層温度センサS4で検出される温度を貯湯槽下層温度T4と呼び、この上層温度センサS5で検出される温度を貯湯槽上層温度T5と呼ぶ場合がある。
また、加熱戻り路R2には、当該加熱戻り路R2の湯水温度を検出する加熱戻り温度センサS1が設けられている。尚、本第1実施形態において、この加熱戻り温度センサS1で検出される温度を加熱戻り温度T1と呼ぶ場合がある。
〔放熱循環回路〕
放熱循環回路C2は、貯湯槽14に貯湯された湯水を放熱熱交換器18で放熱させるために貯湯槽14と放熱熱交換器18との間で湯水を循環させるための循環回路として構成されている。
詳しくは、放熱循環回路C2は、貯湯槽14の上部と放熱熱交換器18の湯水流入側とを接続する放熱往き路R3と、放熱熱交換器18の湯水流出側と貯湯槽14の下部とを接続する放熱戻り路R4と、放熱往き路R3において貯湯槽14の上部から放熱熱交換器18の湯水流入側に向けて湯水を送る放熱循環ポンプ16とから構成されている。
このように構成された放熱循環回路C2は、放熱循環ポンプ16を作動させることによって、貯湯槽14の上部の湯水を、放熱往き路R3を介して放熱熱交換器18に供給すると共に、放熱熱交換器18を通流した湯水を、放熱戻り路R4を介して貯湯槽14の下部に戻す形態で、湯水を循環させるものとなる。
更に、本第1実施形態において、放熱往き路R3の上流側端部は、加熱戻り路R2に接続されており、放熱戻り路R4の下流側端部は、加熱往き路R1に接続されている。
そして、かかる放熱循環回路C2において湯水を循環させることで、放熱熱交換器18の湯水流入側には、貯湯槽14の上部にある比較的高温の湯水が放熱往き路R3から流入することになり、放熱熱交換器18の湯水流出側からは、当該放熱熱交換器18において熱媒との熱交換により温度低下した湯水が放熱戻り路R4へ流出することになる。
放熱循環回路C2には、当該放熱循環回路C2において貯湯槽14をバイパスするバイパス路R5が放熱戻り路R4と放熱往き路R3とを直接接続する状態で設けられており、このバイパス路R5と放熱往き路R3との接続部には、放熱循環回路C2における湯水の通流状態を切り換える切換手段として機能する三方弁15が設けられている。
即ち、この三方弁15は、バイパス路R5が接続されるバイパス側接続ポート、放熱往き路R3の上流側(即ち貯湯槽14側)が接続される貯湯槽側接続ポート、放熱往き路R3の下流側(即ち放熱熱交換器18側)が接続される放熱部側接続ポートを有し、これら各接続ポートの連通状態を切り換えることで、放熱循環回路C2における湯水の通流状態を切り換え可能となる。
この放熱循環回路C2における湯水の通流状態の切り換えは、放熱戻り路R4の湯水の全量をバイパス路R5に流入させる全量バイパス状態と、貯湯槽14の下部とバイパス路R5への放熱戻り路R4の湯水の流入を許容する分流許容状態との間で切り換えられる。
即ち、三方弁15は、全量バイパス状態では、貯湯槽側接続ポートを閉塞すると共にバイパス側接続ポートと放熱部側接続ポートとを連通させる状態となり、一方、分流許容状態では、全ての接続ポートを互いに連通させる状態となる。
更に、この三方弁15は、少なくとも分流許容状態において、バイパス側接続ポートと貯湯槽側接続ポートの開度の配分を調整することにより、バイパス路R5における湯水の流量であるバイパス流量L3を調整可能なバイパス流量調整手段として機能するように構成されている。
放熱往き路R3の三方弁15の下流側には、当該放熱往き路R3の湯水を加熱する補助加熱装置17(補助加熱部の一例)が設けられている。
かかる補助加熱装置17は、バーナ17aによりガス燃料を燃焼させて湯水を加熱する一般的な給湯装置として構成されている。また、この補助加熱装置17は、バーナ17aへのガス燃料の供給量を調整弁17bにより調整することにより、湯水に対する加熱量を調整可能に構成されている。
また、放熱往き路R3における三方弁15と補助加熱装置17との間には、補助加熱装置17による加熱前の放熱往き路R3の湯水温度を検出する放熱往き温度センサS2と、放熱往き路R3の湯水流量を検出する放熱往き流量センサF1とが設けられており、放熱往き路R3における補助加熱装置17の下流側には、補助加熱装置17にて加熱された湯水の温度を検出する補助加熱温度センサS3が設けられている。尚、本第1実施形態において、この放熱往き温度センサS2で検出される温度を放熱往き温度T2と呼び、補助加熱温度センサS3で検出される温度を補助加熱温度T3と呼ぶ場合がある。
また、放熱戻り路R4におけるバイパス路R5との接続部の上流側には、上流側から順に、湯水の通流を断続可能な開閉弁19と、放熱戻り路R4の湯水温度を検出する放熱戻り温度センサS6(放熱戻り温度検出手段の一例)とが設けられている。尚、本第1実施形態において、放熱戻り温度センサS6で検出される温度を放熱戻り温度T6と呼ぶ場合がある。
外部からの給水を供給する給水路R8が貯湯槽14の下部に接続されており、放熱戻り路R4と給水路R8との接続部には、給水路R8側と貯湯槽14側と放熱戻り路R4側の接続ポートを開閉可能な三方弁13が設けられている。
〔熱媒循環回路〕
熱媒循環回路C3は、放熱熱交換器18で加熱された熱媒を放熱端末30で放熱させるために放熱熱交換器18と放熱端末30との間で熱媒を循環させるための循環回路として構成されている。
詳しくは、熱媒循環回路C3は、放熱熱交換器18の熱媒流出側と放熱端末30の熱媒流入側とを接続する熱媒往き路R10と、放熱端末30の熱媒流出側と放熱熱交換器18の熱媒流入側とを接続する熱媒戻り路R11と、熱媒戻り路R11において放熱端末30の熱媒流出側から放熱熱交換器18の熱媒流入側に向けて熱媒を送る熱媒循環ポンプ32とから構成されている。
このように構成された熱媒循環回路C3は、熱媒循環ポンプ32を作動させることによって、放熱熱交換器18を通流した熱媒を、熱媒往き路R10を介して放熱端末30に供給すると共に、放熱端末30を通流した熱媒を、熱媒戻り路R11を介して放熱熱交換器18に戻す形態で、熱媒を循環させるものとなる。
また、熱媒往き路R10には、当該熱媒往き路R10の熱媒温度を検出する熱媒往き温度センサS7が設けられており、熱媒戻り路R11には、熱媒を貯留自在な大気開放型の熱媒タンク31が設けられている。尚、本第1実施形態において、熱媒往き温度センサS7で検出される温度を熱媒往き温度T7と呼ぶ場合がある。
〔給湯のための流路構成〕
放熱往き路R3における補助加熱装置17並びに補助加熱温度センサS3の下流側には、流量調整弁41を介して給湯栓などの給湯利用箇所43に通じる給湯路R9が接続されている。
更に、放熱往き路R3における三方弁15の上流側と給湯路R9の流量調整弁41の下流側とを接続する給湯バイパス路R6が設けられている。
この構成により、放熱循環回路C2を循環する湯水の一部が、補助加熱装置17を通流する補助加熱状態と、給湯バイパス路R6を介して補助加熱装置17をバイパスする非補助加熱状態とを切り換える形態で、給湯利用箇所43へ供給可能に構成されている。
この構成により、貯湯槽上層温度T5が、給湯利用箇所43にて必要とされる給湯設定温度未満の場合、補助加熱状態にて湯水を供給することで、補助加熱装置17にて湯水を加熱し昇温させた状態で、湯水を給湯利用箇所43へ供給することができる。
一方、貯湯槽上層温度T5が、給湯利用箇所43にて必要とされる給湯設定温度以上の場合、非補助加熱状態にて湯水を供給して、補助加熱装置17による不要な加熱をしない状態で、湯水を給湯利用箇所43へ供給する。
尚、給湯利用箇所43に導かれる湯水の温度が、給湯利用箇所43にて必要とされる給湯設定温度より高い場合には、図示しない給水路から湯水が混合されることで、給湯設定温度に調整された湯水が、給湯利用箇所43から供給されることとなる。
以上が貯湯式熱源装置100の基本構成であるが、係る貯湯式熱源装置100には、マイクロコンピュータ等からなる制御装置20(制御手段の一例)が設けられており、この制御装置20が、加熱循環回路C1に湯水を循環させて熱電併給装置11による湯水の加熱を行う加熱運転、放熱循環回路C2に湯水を循環させて放熱熱交換器18による湯水の放熱を行う放熱運転、及び、これら加熱運転と放熱運転とを同時に行う加熱放熱運転を択一的に実行するように構成されている。
以下、これら加熱運転、放熱運転、及び加熱放熱運転の詳細構成、並びに、これらの運転中に実行される各種制御構成について、図2〜図4に基づいて、順に説明する。
〔加熱運転〕
制御装置20により実行される加熱運転の詳細構成について、図2に基づいて説明する。
加熱運転は、外部からの加熱運転の開始指令が入力された際に実行が開始され、かかる加熱運転では、先ず、加熱循環ポンプ12の作動が開始されることで、加熱循環回路C1における湯水の循環が開始される(ステップ#11)。このとき、放熱循環回路C2においては、放熱循環ポンプ16の作動は停止されることで、湯水の循環は停止している状態となる。
尚、加熱循環ポンプ12の作動開始直後は、加熱循環ポンプ12は最低回転数で作動し、加熱循環回路C1における湯水の循環流量である加熱循環流量L1は最小流量に設定される。
次に、熱電併給装置11の作動が開始されて、加熱循環回路C1を循環する湯水の加熱が開始され(ステップ#12)、同時に、加熱戻り温度T1が所定の目標貯湯温度(例えば60〜75℃の間の所定の温度)になるように、加熱循環ポンプ12の回転数を調整する形態で、加熱循環回路C1における加熱循環流量L1が制御される(ステップ#13)。
このステップ#13の加熱循環流量L1の制御は、加熱運転の終了指令が入力されるまでは継続して実行され(ステップ#14)、加熱運転の終了指令が入力された場合には、加熱運転を終了すべく、加熱循環ポンプ12及び熱電併給装置11等を停止する形態で加熱運転終了処理が実行される(ステップ#15)。
〔放熱運転〕
制御装置20により実行される放熱運転の詳細構成について、図3に基づいて説明する。
放熱運転は、外部からの放熱運転の開始指令が入力された際に実行が開始され、かかる放熱運転では、先ず、三方弁15により放熱循環回路C2における湯水の通流状態が、貯湯槽14の下部とバイパス路R5への放熱戻り路R4の湯水の流入を許容する分流許容状態とされる(ステップ#21)。更に、開閉弁19が開状態に切り換えられた状態で放熱循環ポンプ16の作動が開始されることで、放熱循環回路C2における湯水の循環が開始され、更に、熱媒循環ポンプ32の作動が開始されることで、熱媒循環回路C3における熱媒の循環が開始される(ステップ#22)。このとき、加熱循環回路C1においては、加熱循環ポンプ12の作動は停止されることで、湯水の循環は停止している状態となる。
尚、放熱循環ポンプ16は、常に定格回転数で作動し、放熱循環回路C2における湯水の循環流量である放熱循環流量L2は所定の設定放熱循環流量(例えば1〜10L/minの間の所定の流量)に設定される。また、放熱運転の開始直後においては、三方弁15のバイパス側接続ポートの開度は最大とされて、バイパス流量L3は最大に設定される。尚、熱媒往き温度T7に関係なく複数の設定放熱循環流量を設け、放熱循環流量L2を適宜それら複数の設定放熱循環流量の間で切り換えるように構成しても構わない。
更に、貯湯槽上層温度T5が目標熱媒温度に所定値α(例えば、0〜10℃の間の所定の温度)を加えた温度よりも低いか否かが判定される(ステップ#23)。貯湯槽上層温度T5が目標熱媒温度に所定値αを加えた温度よりも低い場合には、放熱循環回路C2における湯水の通流状態が、貯湯槽14の湯水循環状態を全量バイパス状態に切り換えられ(ステップ#24)、熱媒往き温度T7を目標熱媒温度に維持するべく、図5に示す補助加熱量制御が実行される(ステップ#25)。一方、貯湯槽上層温度T5が目標熱媒温度に所定値αを加えた温度以上の場合には、放熱循環回路C2における湯水の通流状態が、貯湯槽14の下部とバイパス路R5への放熱戻り路R4の湯水の流入を許容する所謂分流許容状態に切り換えられ(ステップ#26)、図6に示すバイパス流量制御(ステップ#27)が実行されることで、熱媒往き温度T7が、目標熱媒温度に維持される。
そして、これらステップ#23〜ステップ#27の判定並びに制御が、放熱運転の終了指令が入力されるまでは継続して実行され(ステップ#28)、放熱運転の終了指令が入力された場合には、放熱運転を終了すべく、放熱循環ポンプ16、熱媒循環ポンプ32、補助加熱装置17等を停止する形態で放熱運転終了処理が実行される(ステップ#29)。
(補助加熱量制御)
以下、補助加熱量制御について、図5に基づいて説明を加える。
かかる補助加熱量制御では、先ず、熱媒往き温度T7が目標熱媒温度以下であるか否かが判定される(ステップ#51)。
そして、上記ステップ#51において熱媒往き温度T7が目標熱媒温度以下であると判定した場合には、補助加熱装置17の加熱量を所定量増加され(ステップ#52)、このことで放熱循環回路C2において放熱熱交換器18を通流する湯水の温度が上昇して、熱媒往き温度T7が目標熱媒温度に近づくべく上昇する。
一方、上記ステップ#51において熱媒往き温度T7が目標熱媒温度を超えると判定した場合には、補助加熱装置17の加熱量が調整可能範囲の下限値である最小加熱量であるか否かが判定される(ステップ#53)。
そして、補助加熱装置17の加熱量が最小加熱量でない場合には、当該加熱量が所定量減少され(ステップ#54)、このことで放熱循環回路C2において放熱熱交換器18を通流する湯水の温度が低下して、熱媒往き温度T7が目標熱媒温度に近づくべく低下する。また、補助加熱装置17の加熱量が最小加熱量である場合には、当該加熱量をそれ以上低下させることができないので、補助加熱装置17による加熱が停止され(ステップ#55)、このことで放熱循環回路C2において放熱熱交換器18を通流する湯水の温度が低下して、熱媒往き温度T7が目標熱媒温度に近づくべく低下する。
尚、本補助加熱量制御における上記ステップ#51及び上記ステップ#53の判定処理は、夫々個別の判定処理とするのではなく、一の判定処理で夫々の場合を判定するように構成しても構わない。
(バイパス流量制御)
以下、バイパス流量制御について、図6に基づいて説明を加える。
かかるバイパス流量制御では、先ず、熱媒往き温度T7が目標熱媒温度以下であるか否かが判定される(ステップ#61)。
そして、上記ステップ#61において熱媒往き温度T7が目標熱媒温度以下であると判定した場合には、三方弁15のバイパス側接続ポートの開度が最小(又は全閉)であって、バイパス路R5におけるバイパス流量L3が調整可能範囲の下限値である最小流量(0又は流入防止流量)であるか否かが判定される(ステップ#62)。
そして、バイパス流量L3が最小流量でない場合には、当該バイパス流量L3が所定量減少され(ステップ#64)、貯湯槽下部戻り流量L4が増加することで、放熱循環回路C2において放熱熱交換器18を通流する湯水の温度が上昇して、熱媒往き温度T7が目標熱媒温度に近づくべく上昇する。また、バイパス流量L3が最小流量である場合には、バイパス流量L3をそれ以上減少させることができないので、補助加熱装置17の作動が最小加熱量で開始され(ステップ#63)、このことで放熱循環回路C2において放熱熱交換器18を通流する湯水の温度が上昇して、熱媒往き温度T7が目標熱媒温度に近づくべく上昇する。
一方、上記ステップ#61において熱媒往き温度T7が目標熱媒温度を超えると判定した場合には、当該バイパス流量L3が所定量増加され(ステップ#65)、貯湯槽下部戻り流量L4が減少することで、放熱循環回路C2において放熱熱交換器18を通流する湯水の温度が低下して、熱媒往き温度T7が目標熱媒温度に近づくべく低下する。
尚、本バイパス流量制御における上記ステップ#61及び上記ステップ#62の判定処理は、夫々個別の判定処理とするのではなく、一の判定処理で夫々の場合を判定するように構成しても構わない。
〔加熱放熱運転〕
制御装置20により実行される加熱放熱運転の詳細構成について、図4に基づいて説明する。
加熱放熱運転は、外部からの加熱放熱運転の開始指令が入力された際に実行が開始され、かかる加熱放熱運転では、上述した加熱運転(図2参照)と同様に、加熱循環回路C1における湯水の循環と、熱電併給装置11の作動とが開始される(ステップ#31、#32)、同時に、上述した放熱運転(図3参照)と同様に、放熱循環回路C2における湯水の通流状態が分流許容状態とされ、放熱循環回路C2における湯水の循環が開始されると共に、熱媒循環回路C3における熱媒の循環が開始される(ステップ#33、#34)。
次に、放熱戻り温度T6が所定の全量バイパス判定温度(例えば60〜65℃の間の所定の温度)以下であるか否かが判定される(ステップ#35)。
かかる全量バイパス判定温度は、加熱往き路R1の湯水に対して許容される許容上限温度(例えば65℃)に対して所定の余裕分低い温度(例えば55〜60℃の間の所定の温度)に設定されている。
そして、上記ステップ#35において放熱戻り温度T6が全量バイパス判定温度を超える所謂高温状態の場合には、放熱循環回路C2における湯水の通流状態が、放熱戻り路R4の湯水の全量をバイパス路R5に流入させる所謂全量バイパス状態に切り換えられる(ステップ#36)。すると、その高温状態となる放熱戻り路R4の湯水の全てがバイパス路R5を介して放熱往き路R3に流入する。これにより、貯湯槽14の下部から貯湯槽14内の下層や加熱往き路R1に高温状態となる放熱戻り路R4の湯水が流入することが防止され、貯湯槽14内の成層貯湯状態と加熱往き路R1の低温状態とが良好に維持される。
尚、上記ステップ#36において放熱循環回路C2の湯水通流状態を全量バイパス状態とした場合、熱媒往き温度T7を目標熱媒温度に維持するべく、上述した放熱運転(図3参照)と同様に、図5に示す補助加熱量制御が実行される(ステップ#37)。
一方、上記ステップ#35において放熱戻り温度T6が全量バイパス判定温度以下の所謂中低温状態の場合には、貯湯槽上層温度T5が目標熱媒温度に所定値α(例えば、0〜10℃の間の所定の温度)を加えた温度よりも低いか否かが判定される(ステップ#43)。貯湯槽上層温度T5が目標熱媒温度に所定値αを加えた温度よりも低い場合には、放熱循環回路C2における湯水の通流状態が、貯湯槽14の湯水循環状態を全量バイパス状態に切り換えられ(ステップ#36)、上述した放熱運転(図3参照)と同様に、熱媒往き温度T7を目標熱媒温度に維持するべく、図5に示す補助加熱量制御が実行される(ステップ#37)。一方、貯湯槽上層温度T5が目標熱媒温度に所定値αを加えた温度以上の場合には、放熱循環回路C2における湯水の通流状態が、貯湯槽14の下部とバイパス路R5への放熱戻り路R4の湯水の流入を許容する所謂分流許容状態に切り換えられる(ステップ#38)。
次に、上記ステップ#38において放熱循環回路C2の湯水通流状態を分流許容状態とした場合、貯湯槽14内の下層に対して貯湯槽下層温度T4を超える温度の湯水が流入することを防止するために、図7に示す中温湯水流入防止制御が実行される(ステップ#39)。
更に、上述した放熱運転(図3参照)と同様に、図6に示すバイパス流量制御(ステップ#40)が実行されることで、熱媒往き温度T7が、目標熱媒温度に維持される。
そして、これらステップ#35〜ステップ#40及びステップ#43の判定並びに制御が、加熱放熱運転の終了指令が入力されるまでは継続して実行され(ステップ#41)、加熱放熱運転の終了指令が入力された場合には、加熱放熱運転を終了すべく、加熱循環ポンプ12、熱電併給装置11、放熱循環ポンプ16、熱媒循環ポンプ32、補助加熱装置17等を停止する形態で加熱放熱運転終了処理が実行される(ステップ#42)。
尚、当該加熱放熱運転において、上記ステップ#35及び上記ステップ#43の判定処理は、夫々個別の判定処理とするのではなく、一の判定処理で夫々の場合を判定するように構成しても構わない。
(中温湯水流入防止制御)
以下、中温湯水流入防止制御について、図7に基づいて説明を加える。
かかる中温湯水流入防止制御では、先ず、放熱戻り温度T6が貯湯槽下層温度T4を超える中温状態であるか否かが判定される(ステップ#71)。
そして、上記ステップ#71において放熱戻り温度T6が貯湯槽下層温度T4を超える中温状態であると判定した場合には、その中温状態の湯水が貯湯槽14の下層に流入することを防止するために、三方弁15のバイパス側接続ポートの開度調整により調整されるバイパス流量L3の最小流量を、予め定められている調整許容範囲の下限値(例えば0)とするのではなく、それよりも大きい所定の流入防止流量に設定する。
かかる流入防止流量は、放熱戻り路R4からバイパス路R5に流入することなく貯湯槽14の下部に戻る湯水の流量である貯湯槽下部戻り流量L4が、加熱循環回路C1における湯水の循環流量である加熱循環流量L1以下となるときのバイパス流量L3、又は、好適には加熱循環流量L1よりも余裕分(例えば、0.1〜0.2L/min程度)少なくなるときのバイパス流量L3として設定されている。
すると、分流許容状態とされて放熱戻り路R4から貯湯槽14の下部へ流入した湯水の全てが、貯湯槽14内の下層へ流入することなく、放熱戻り路R4に直接接続された加熱往き路R1に流入することになる。このことにより、貯湯槽14内の下層には、その下層の温度よりも高い湯水が流入しなくなり、貯湯槽14内の成層貯湯状態がより良好に維持されることになる。
<第2実施形態>
本発明に係る貯湯式熱源装置の第2実施形態(第2の貯湯式熱源装置の一例)について図面に基づいて説明する。尚、当該第2実施形態に係る貯湯式熱源装置100では、第1実施形態に係る貯湯式熱源装置100に対し、主に、貯湯槽14に係る構成、それに対する流路の接続形態、及び放熱端末30への熱供給に係る構成が異なり、他の構成については、異なるところがない。そこで、以下では、第1実施形態と異なる構成に重点をおいて説明することとし、第1実施形態と同一の構成については、同一の符号を付すこととし、説明を割愛することがある。
当該第2実施形態に係る貯湯式熱源装置100では、貯湯槽14に設けられる湯水が給湯に利用しない構成のため、第1実施形態に対し、給湯利用箇所43、給水路R8、及び流量調整弁41等の給湯に係る構成が省略されると共に、大気開放型の貯湯槽14が採用されている。
〔加熱循環回路〕
加熱循環回路C1は、貯湯槽14の下部と熱電併給装置11の湯水流入側とを接続する加熱往き路R1と、熱電併給装置11の湯水流出側と貯湯槽14の上部とを接続する加熱戻り路R2と、加熱往き路R1において貯湯槽14の下部から熱電併給装置11の湯水流入側へ向けて湯水を送る加熱循環ポンプ12とから構成されている。ここで、貯湯槽14の下部とは、貯湯槽14内の下層に連通する部分を意味し、貯湯槽14の上部とは、貯湯槽14内の上層に連通する部分を意味する。また、加熱往き路R1の上流側端部は、貯湯槽14の底面に接続されており、加熱戻り路R2の下流側端部は、貯湯槽14の天井面に接続されており、これらの構成は、第1実施形態と変わるところがない。
〔放熱端末循環回路〕
放熱端末循環回路C2は、循環する湯水を、熱媒を介することなく、直接放熱端末30に供給する構成が採用されている。
詳しくは、放熱端末循環回路C2は、貯湯槽14の上部と放熱端末30の湯水流入側とを接続する放熱端末往き路R3と、放熱端末30の湯水流出側と貯湯槽14の下部とを接続する放熱端末戻り路R4と、放熱端末往き路R3において貯湯槽14の上部から放熱端末30の湯水流入側へ向けて湯水を送る放熱循環ポンプ16とから構成されている。
尚、放熱端末往き路R3の上流側端部は、貯湯槽14の天井面に直接されており、放熱端末戻り路R4の下流側端部は、貯湯槽14の底面に直接接続されている。即ち、貯湯槽14の天井面には、加熱戻り路R2と放熱端末往き路R3とが、夫々独立して接続されており、貯湯槽14の底面には、加熱往き路R1と放熱端末戻り路R4とが、夫々独立して接続されている。
当該第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、制御装置20が、加熱循環回路C1に湯水を循環させて熱電併給装置11による湯水の加熱を行う加熱運転、放熱端末循環回路C2に湯水を循環させて放熱端末30へ湯水の放熱行う放熱運転、及びこれら加熱運転と放熱運転とを同時に行う加熱放熱運転を択一的に実行するように構成されている。
以下、これら加熱運転、放熱運転、及び加熱放熱運転の詳細構成、並びに、これらの運転中に実行される各種制御構成について、順に説明する。
〔加熱運転〕
加熱運転は、第1実施形態での加熱運転(図2参照)と、実質的に同一の構成であるので、ここではその詳細な説明を割愛する。尚、当該第2実施形態に係る加熱運転では、第1実施形態に係る加熱運転において、「放熱循環回路C2」を「放熱端末循環回路C2」へ読み替えたものである。
〔放熱運転〕
放熱運転についても、第1実施形態での放熱運転(図3参照)と、実質的に同一の構成であるので、ここではその詳細な説明を割愛する。尚、当該第2実施形態に係る放熱運転では、第1実施形態に係る放熱運転において、「放熱循環回路C2」を「放熱端末循環回路C2」へ読み替えたものである。
また、当該第2実施形態では、熱媒循環回路C3に係る構成を備えない構成を採用しているので、熱媒循環ポンプ32に係る制御は実行しないものとし、図3の制御フローに基づいて、放熱端末往き温度(補助加熱温度センサS3にて測定される温度T3)が、目標温度(例えば40〜60℃の間の所定の温度)に維持される制御が実行される。
(補助加熱量制御)
補助加熱量制御についても、第1実施形態での補助加熱量制御(図5参照)と、実質的に同一の構成であるので、ここではその詳細な説明を割愛する。
尚、第1実施形態においては、ステップ#51において、熱媒往き温度T7が目標熱媒温度以下であるか否かの判定を行っているが、当該第2実施形態においては、放熱端末往き温度(補助加熱温度センサS3にて測定される温度T3)が放熱端末30にて要求される目標温度(例えば、40〜60℃の間の所定の温度)以下であるか否かが判定され、当該判定結果に基づき、その後のステップ#52〜ステップ#55が実行される。即ち、当該第2実施形態に係る補助加熱量制御では、第1実施形態に係る補助加熱量制御において、「熱媒往き温度T7」を「放熱端末往き温度(補助加熱温度センサS3にて測定される温度T3)」へ、「目標熱媒温度」を「目標温度」へ読み替えたものである。
また、「放熱循環回路C2」を「放熱端末循環回路C2」へ、「放熱熱交換器18」を「放熱端末30」へ読み替えたものである。
(バイパス流量制御)
バイパス流量制御についても、第1実施形態でのバイパス流量制御(図6参照)と、実質的に同一の構成であるので、ここではその詳細な説明を割愛する。
尚、第1実施形態においては、ステップ#61において、熱媒往き温度T7が目標熱媒温度以下であるか否かの判定を行っているが、当該第2実施形態においては、放熱端末往き温度(補助加熱温度センサS3にて測定される温度T3)が放熱端末30にて要求される目標温度(例えば、40〜60℃の間の所定の温度)以下であるか否かが判定され、当該判定結果に基づき、その後のステップ#62〜ステップ#65が実行される。即ち、当該第2実施形態に係るバイパス流量制御では、第1実施形態に係るバイパス流量制御において、「熱媒往き温度T7」を「放熱端末往き温度(補助加熱温度センサS3にて測定される温度T3)」へ、「目標熱媒温度」を「目標温度」へ読み替えたものである。
また、「放熱循環回路C2」を「放熱端末循環回路C2」へ、「放熱熱交換器18」を「放熱端末30」へ読み替えたものである。
(加熱放熱運転)
加熱放熱運転についても、第1実施形態での加熱放熱運転(図4参照)と、実質的に同一の構成であるので、ここではその詳細な説明を割愛する。
尚、上述したように、当該第2実施形態では、熱媒循環回路C3に係る構成を備えていないので、熱媒循環ポンプ32による熱媒の循環制御は実行しないものとし、図4の制御フローに基づいて、放熱端末往き温度(補助加熱温度センサS3にて測定される温度T3)が、目標温度(例えば40〜60℃の間の所定の温度)に維持される制御が実行される。
更に、当該第2実施形態では、貯湯槽14の底面には、加熱往き路R1と放熱端末戻り路R4とが、夫々独立して接続される構成を採用しているため、第1実施形態の図4の制御フローのステップ#39で示される中温湯水流入防止制御は、実行しないものとする。
更に、当該第2実施形態では、第1実施形態に係る加熱放熱運転において、「熱媒往き温度T7」を「放熱端末往き温度(補助加熱温度センサS3にて測定される温度T3)」へ、「目標熱媒温度」を「目標温度」へ、「放熱循環回路C2」を「放熱端末循環回路C2」へ、「放熱熱交換器18」を「放熱端末30」へ読み替えたものである。
<別実施形態>
(1)第1実施形態では、加熱部の一例として、熱電併給装置11を挙げて説明した。当該熱電併給装置11は、例えば、ガスエンジン発電機や固体酸化物型燃料電池(以下「SOFC」と略称)等、電力と共に熱を発生するものであれば、どのようなものでも含む。
また、加熱部としては、熱電併給装置11に限らず、ヒートポンプや太陽熱回収パネル等を採用することもでき、更に、複数の加熱部を備える構成を採用することもできる。
(2)第1実施形態では、放熱循環回路C2における湯水の通流状態を全量バイパス状態と分流許容状態との間で切り換えるための切換手段を、バイパス路R5と放熱往き路R3との接続部に設けられた三方弁15で構成したが、バイパス路R5や放熱往き路R3に適宜複数の制御弁を設けて、放熱循環回路C2における湯水の通流状態を切り換えるように構成しても構わない。
(3)第1実施形態では、放熱運転において放熱循環回路C2における湯水の通流状態を分流許容状態に維持する構成を説明したが、別に、放熱運転において、上述した加熱放熱運転と同様に、放熱循環回路C2における湯水の通流状態を分流許容状態と全量バイパス状態とで切り換えるように構成しても構わない。また、放熱運転において、貯湯槽14に貯湯されている湯水を利用しない場合には、放熱循環回路C2における湯水の通流状態を常に全量バイパス状態として、湯水を補助加熱装置17のみで加熱するように構成しても構わない。
(4)第1実施形態では、単一の制御装置20で、加熱運転、放熱運転、加熱放熱運転を行う集中制御の形態としたが、お互いの運転状況を通信する機能を備えて各運転を行う制御装置を個別に備えた分散制御の形態でも構わない。
(5)第1実施形態では、床暖房装置や浴室暖房装置等の放熱端末30と放熱熱交換器18との間に配設された熱媒循環回路C3を備える構成例を示したが、当該構成に替えて、浴槽の追焚循環回路等を採用することもできる。
(6)第1実施形態では、分流許容状態に切り換えた状態において、貯湯槽14内の下層にその貯湯槽下層温度T4を超える中温状態の湯水が流入することを防止するために、中温湯水流入防止制御を実行するように構成したが、この中温湯水流入防止制御を改変又は省略しても構わない。
(7)第1実施形態では、全量バイパス状態と分流許容状態との切り換えにおいて、貯湯槽上層温度T5と目標熱媒温度とに基づく判定(ステップ#43の判定)を行っているが、当該判定は、省略しても構わない。
(8)第1実施形態では、第2実施形態に記載のように、放熱戻り路R4と加熱往き路R1とが、夫々独立して、貯湯槽14の底面に接続される構成を採用しても構わない。当該構成を採用する場合、図4に示す加熱放熱運転に係る制御において、ステップ#39の中温湯水流入防止制御は省略される。
また、放熱往き路R3と加熱戻り路R2についても、夫々独立して、貯湯槽14の天井面に接続される構成を採用しても構わない。
(9)第1実施形態では、第2実施形態に記載のように、放熱熱交換器18、熱媒循環回路C3を省略し、放熱循環回路C2を循環する湯水を直接放熱端末30に導いて放熱させる構成を採用しても構わない。
(10)第2実施形態では、放熱端末戻り路R4と加熱往き路R1とが、夫々独立して、貯湯槽14の底面に接続される構成例を示したが、第1実施形態と同様に、放熱端末戻り路R4の下流側端部が加熱往き路R1へ接続する形態で、放熱端末戻り路R4と加熱往き路R1とが、貯湯槽14の底面へ共通する単一の流路にて接続する構成を採用しても構わない。当該構成を採用する場合、加熱放熱運転に係る制御において、中温湯水流入防止制御を実行するように構成しても構わない。
更に、第2実施形態にあっては、放熱端末往き路R3と加熱戻り路R2とが、夫々独立して、貯湯槽14の天井面に接続される構成例を示したが、第1実施形態と同様に、放熱端末往き路R3の上流側端部が、加熱戻り路R2に接続する形態で、放熱端末往き路R3と加熱戻り路R2とが、貯湯槽14の天井面へ共通する単一の流路にて接続する構成を採用しても構わない。
本発明は、合理的且つ廉価な構成を採用しても、貯湯槽内の成層貯湯状態と加熱往き路の低温状態とを良好に維持し得る加熱放熱運転を実行可能とする貯湯式熱源装置として好適に利用可能である。
11 :熱電併給装置(加熱部)
14 :貯湯槽
15 :三方弁(切換手段、バイパス流量調整手段)
17 :補助加熱装置
18 :放熱熱交換器(放熱部)
20 :制御装置(制御手段)
30 :放熱端末
100 :貯湯式熱源装置
C1 :加熱循環回路
C2 :放熱循環回路、放熱端末循環回路
C3 :熱媒循環回路
R1 :加熱往き路
R2 :加熱戻り路
R3 :放熱往き路、放熱端末往き路
R4 :放熱戻り路、放熱端末戻り路
R5 :バイパス路
R10 :熱媒往き路
R11 :熱媒戻り路
S5 :上層温度センサ(貯湯上層温度測定手段の一例)
S6 :放熱戻り温度センサ(放熱戻り温度検出手段)
S7 :熱媒往き温度センサ(熱媒往き温度検出手段)

Claims (9)

  1. 湯水を貯湯する貯湯槽と、湯水を加熱する加熱部と、放熱端末を通流した熱媒との熱交換により湯水を放熱させる放熱部と、を備え、
    前記貯湯槽の下部の湯水を、加熱往き路を介して前記加熱部に供給すると共に、前記加熱部を通流した湯水を、加熱戻り路を介して前記貯湯槽の上部に戻す形態で、湯水を循環させる加熱循環回路と、
    前記貯湯槽の上部の湯水を、放熱往き路を介して前記放熱部に供給すると共に、前記放熱部を通流した湯水を、放熱戻り路を介して前記貯湯槽の下部に戻す形態で、湯水を循環させる放熱循環回路と、
    前記放熱部を通流した熱媒を、熱媒往き路を介して前記放熱端末に供給すると共に、前記放熱端末を通流した熱媒を、熱媒戻り路を介して前記放熱部に戻す形態で、熱媒を循環させる熱媒循環回路と、を備え、
    前記放熱循環回路において前記貯湯槽をバイパスするバイパス路と、前記放熱循環回路における湯水の通流状態を切り換え可能な切換手段と、を備え、
    前記放熱戻り路の湯水温度を検出する放熱戻り温度検出手段を備え、
    前記加熱循環回路と前記放熱循環回路との両方に湯水を循環させて前記加熱部による湯水の加熱と前記放熱部による湯水の放熱とを同時に行う加熱放熱運転時において、前記放熱戻り温度検出手段の検出結果に基づいて前記切換手段を制御する制御手段を備えた貯湯式熱源装置であって、
    前記切換手段が、前記放熱循環回路における湯水の通流状態を、前記放熱戻り路の湯水の全量を前記バイパス路に流入させる全量バイパス状態と、前記貯湯槽の下部と前記バイパス路への前記放熱戻り路の湯水の流入を許容する分流許容状態との間で切り換え可能に構成されると共に、当該分流許容状態において前記バイパス路における湯水の流量であるバイパス流量を調整可能なバイパス流量調整手段を備え、
    前記熱媒往き路の熱媒温度を検出する熱媒往き温度検出手段を備え、
    前記制御手段が、前記加熱放熱運転時において、前記放熱循環回路における湯水の循環流量を所定の設定放熱循環流量に設定すると共に、前記放熱戻り路の湯水温度が所定の全量バイパス判定温度を超える場合には前記切換手段を前記全量バイパス状態に切り換え、一方、前記放熱戻り路の湯水温度が前記全量バイパス判定温度以下の場合には前記切換手段を前記分流許容状態に切り換えると共に前記放熱部から前記放熱端末への前記熱媒往き路の熱媒温度が所定の目標熱媒温度になるように前記熱媒往き温度検出手段の検出結果に基づいて前記バイパス流量調整手段を制御するバイパス流量制御を実行する貯湯式熱源装置。
  2. 前記貯湯槽の上層に貯留される湯水の温度を測定する貯湯上層温度測定手段を備え、
    前記制御手段は、前記加熱放熱運転時において、前記貯湯上層温度測定手段にて測定される温度が、前記目標熱媒温度に所定値を加えた温度よりも低い場合には、前記切換手段を前記全量バイパス状態に切り換える請求項1に記載の貯湯式熱源装置。
  3. 前記放熱往き路の湯水を加熱する補助加熱部を備え、
    前記制御手段が、前記熱媒往き路の熱媒温度に基づいて前記補助加熱部の加熱量を制御する補助加熱量制御を実行する請求項1又は2に記載の貯湯式熱源装置。
  4. 前記放熱戻り路が、前記バイパス路との分岐より下流側の位置において、前記加熱往き路に接続されており、
    前記制御手段が、前記切換手段を前記分流許容状態に切り換えた状態で、前記放熱戻り路の湯水温度が前記貯湯槽内の下層の湯水温度を超える場合に、前記放熱戻り路の湯水が前記加熱往き路を介して前記貯湯槽内の下層へ流入することを防止する中温湯水流入防止制御を実行する請求項1〜3の何れか1項に記載の貯湯式熱源装置。
  5. 湯水を貯湯する貯湯槽と、湯水を加熱する加熱部と、放熱端末とを備え、
    前記貯湯槽の下部の湯水を、加熱往き路を介して前記加熱部に供給すると共に、前記加熱部を通流した湯水を、加熱戻り路を介して前記貯湯槽の上部に戻す形態で、湯水を循環させる加熱循環回路と、
    前記貯湯槽の上部の湯水を、放熱端末往き路を介して前記放熱端末に供給すると共に、前記放熱端末を通流した湯水を、放熱端末戻り路を介して前記貯湯槽の下部に戻す形態で、湯水を循環させる放熱端末循環回路とを備え、
    前記放熱端末循環回路において前記貯湯槽をバイパスするバイパス路と、前記放熱端末循環回路における湯水の通流状態を切り換え可能な切換手段とを備え、
    前記放熱端末戻り路の湯水の温度を検出する放熱端末戻り温度検出手段を備え、
    前記加熱循環回路と前記放熱端末循環回路との両方に湯水を循環させて前記加熱部による湯水の加熱と前記放熱端末による湯水の放熱とを同時に行う加熱放熱運転時において、前記放熱戻り温度検出手段の検出結果に基づいて前記切換手段を制御する制御手段を備えた貯湯式熱源装置であって、
    前記切換手段が、前記放熱端末循環回路における湯水の通流状態を、前記放熱端末戻り路の湯水の全量を前記バイパス路に流入させる全量バイパス状態と、前記貯湯槽の下部と前記バイパス路への前記放熱端末戻り路の湯水の流入を許容する分流許容状態との間で切り換え可能に構成されると共に、当該分流許容状態において前記バイパス路における湯水の流量であるバイパス流量を調整可能なバイパス流量調整手段を備え、
    前記放熱端末往き路の湯水の温度を検出する放熱端末往き温度検出手段を備え、
    前記制御手段が、前記加熱放熱運転時において、前記放熱端末循環回路における湯水の循環流量を所定の設定放熱端末循環流量に設定すると共に、前記放熱端末戻り路の湯水の温度が所定の全量バイパス判定温度を超える場合には前記切換手段を前記全量バイパス状態に切り換え、一方、前記放熱端末戻り路の湯水の温度が所定の全量バイパス判定温度以下の場合には前記切換手段を前記分流許容状態に切り換えると共に前記貯湯槽の上部から前記放熱端末への前記放熱端末往き路の湯水の温度が所定の目標温度になるように前記放熱端末往き温度検出手段の検出結果に基づいて前記バイパス流量調整手段を制御するバイパス流量制御を実行する貯湯式熱源装置。
  6. 前記貯湯槽の上層に貯留される湯水の温度を測定する貯湯上層温度測定手段を備え、
    前記制御手段は、前記加熱放熱運転時において、前記貯湯上層温度測定手段にて測定される温度が、前記目標温度に所定値を加えた温度よりも低い場合には、前記切換手段を前記全量バイパス状態に切り換える請求項5に記載の貯湯式熱源装置。
  7. 前記放熱端末往き路の湯水を加熱する補助加熱部を備え、
    前記制御手段が、前記放熱端末往き路の湯水温度に基づいて前記補助加熱部の加熱量を制御する補助加熱量制御を実行する請求項5又は6に記載の貯湯式熱源装置。
  8. 前記放熱端末戻り路が、前記バイパス路との分岐より下流側の位置において、前記加熱往き路に接続されており、
    前記制御手段が、前記切換手段を前記分流許容状態に切り換えた状態で、前記放熱端末戻り路の湯水温度が前記貯湯槽内の下層の湯水温度を超える場合に、前記放熱端末戻り路の湯水が前記加熱往き路を介して前記貯湯槽内の下層へ流入することを防止する中温湯水流入防止制御を実行する請求項5〜7の何れか1項に記載の貯湯式熱源装置。
  9. 前記全量バイパス判定温度が、前記加熱往き路の湯水に対して許容される許容上限温度よりも所定の余裕分低い温度に設定されている請求項1〜8の何れか一項に記載の貯湯式熱源装置。
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