JP5616647B2 - 熱源水供給システム - Google Patents

Description

本発明は、熱源装置にて加熱された熱源水を複数の熱需要家に順に供給して前記熱源装置に戻す熱源水循環ラインを備え、各熱需要家には、前記熱源水循環ラインから熱源水を取り込んでその取り込んだ熱源水を前記熱源水循環ラインの取り込み箇所よりも熱源水の流れ方向の下流側に戻すとともに、取り込んだ熱源水を利用して熱消費部への熱供給を行う熱供給装置が備えられている熱源水供給システムに関する。

上記のような熱源水供給システムは、例えば、熱需要家である各家庭にて給湯や暖房等の熱消費部への熱供給を行うに当り、複数の家庭をある一つのグループとし、その一つのグループに対して熱源装置としてのコージェネレーション設備等を設け、コージェネレーション設備が発生する熱を複数の家庭の共用の熱源とすることにより、トータルとしてエネルギー効率の向上を図るものである。

従来の熱源水供給システムでは、各熱需要家に、熱源水循環ラインから熱源水を取り込んでその熱源水が有する熱を蓄熱可能な蓄熱タンクを備え、その蓄熱タンクに蓄熱された熱を給湯箇所や暖房端末等の熱消費部に供給する熱供給装置が備えられている。この熱供給装置は、熱源水循環ラインから取り込んだ熱源水を蓄熱タンクに通流させて、熱源水が有する熱を蓄熱タンクに貯留されている蓄熱水にて回収して、蓄熱タンクへの蓄熱を行っている。そして、熱供給装置は、蓄熱タンクに貯留されている蓄熱水を給湯箇所に供給することで給湯を行い、熱源水循環ラインから取り込んだ熱源水を蓄熱タンクに通流させて、蓄熱タンクの内部に備えられた熱交換器において熱源水にて熱媒体を加熱しその加熱された熱媒体を熱消費部としての暖房端末等に供給することで暖房を行う（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００６−２５０４０００号公報

上記特許文献１に記載の熱源水供給システムでは、各熱需要家に備えられる熱供給装置の夫々が蓄熱タンクを設けているので、各熱需要家が蓄熱タンクを設けるだけのコストや設置スペースを確保する必要がある。

上記特許文献１のシステムでは、給湯を行うために蓄熱タンクへの蓄熱を行っているが、蓄熱タンクへの蓄熱を行うときには、制御弁を開動作させて熱源水循環ラインからの熱源水の取り込みを開始して蓄熱タンクへの蓄熱を開始し、制御弁を閉動作させて熱源水循環ラインからの熱源水の取り込みを停止して蓄熱タンクへの蓄熱を終了している。また、上記特許文献１のシステムでは、給湯を行う際に、温水ポンプを作動させて蓄熱タンクに貯留されている蓄熱水を給湯箇所に供給している。このように、上記特許文献１のシステムでは、蓄熱タンクへの蓄熱や給湯を行うために、熱源水循環ラインからの熱源水の取り込みを断続するための制御弁や、蓄熱タンクに貯留されている蓄熱水を給湯箇所に供給するための温水ポンプ等を備えるとともに、それらの機器を制御するための構成を備えなければならず、構成の複雑化やコストアップを招く虞があった。

本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、各熱需要家のコストの低減、及び、各熱需要家での省スペース化を図るとともに、各熱需要家において熱消費部への熱供給を行うための構成の簡素化を図ることができる熱源水供給システムを提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る熱源水供給システムの特徴構成は、
熱源装置にて加熱された熱源水を複数の熱需要家に順に供給して前記熱源装置に戻す熱源水循環ラインを備え、各熱需要家には、前記熱源水循環ラインから熱源水を取り込んでその取り込んだ熱源水を前記熱源水循環ラインの取り込み箇所よりも熱源水の流れ方向の下流側に戻すとともに、取り込んだ熱源水を利用して熱消費部への熱供給を行う熱供給装置が備えられている熱源水供給システムであって、
前記熱源水循環ラインに、当該熱源水循環ラインを流れる前記熱源水の流量を調整する熱源水流量調整手段が備えられ、
前記熱源水流量調整手段が、前記熱源水循環ラインを流れる前記熱源水の流量を、前記複数の熱需要家の熱供給装置に前記熱源水を供給可能な目標流量に調整し、
前記熱供給装置は、前記熱源水循環ラインの前記熱源水の流量に対して一定の比率の流量の前記熱源水を前記熱源水循環ラインから常時取り込んで、その取り込んだ熱源水を前記熱消費部としての給湯箇所に給湯自在に構成されている点にある。

本特徴構成によれば、熱供給装置は、熱源水循環ラインから熱源水の少なくとも一部を常時取り込んでおり、その取り込んだ熱源水をそのまま給湯箇所に給湯自在としている。これにより、各熱需要家は、取り込んだ熱源水が有する熱を蓄熱しておく蓄熱タンクを設けなくても、給湯箇所への給湯を行うことができる。そして、熱供給装置は、熱源水循環ラインから熱源水の少なくとも一部を常時取り込むので、熱供給装置としては、熱源水循環ラインからの熱源水の取り込みを断続する制御弁を設けなくてもよい。また、熱供給装置は、常時取り込む熱源水の圧力を利用して熱源水を給湯箇所に供給することができ、熱源水を給湯箇所に供給するための温水ポンプを設けなくてもよい。
以上のことから、各熱需要家に蓄熱タンクを設ける必要がないので、各熱需要家のコストの低減、及び、各熱需要家での省スペース化を図ることができるとともに、熱源水循環ラインからの熱源水の取り込みを断続する制御弁や熱源水を給湯箇所に供給するための温水ポンプを設ける必要がないので、各熱需要家において熱消費部への熱供給を行うための構成の簡素化を図ることができる熱源水供給システムを実現できる。
また、本特徴構成によれば、熱源水流量調整手段が備えられるので、流量が複数の熱需要家の熱需要を賄える目標範囲内の熱源水を複数の熱需要家に供給することができる。これにより、複数の熱需要家の熱需要に的確に応えることができながら、システムとして構成の簡素化を図ることができる。

本発明に係る熱源水供給システムの更なる特徴構成は、前記熱源水循環ラインにて前記複数の熱需要家に供給する熱源水の温度を目標温度範囲内に調整する熱源水温度調整手段が備えられている点にある。

本特徴構成によれば、熱源水温度調整手段が備えられるので、温度が複数の熱需要家の熱需要を賄える目標範囲内の熱源水を複数の熱需要家に供給することができる。これにより、複数の熱需要家の熱需要に的確に応えることができながら、システムとして構成の簡素化を図ることができる。

本発明に係る熱源水供給システムの更なる特徴構成は、前記熱源水温度調整手段及び前記熱源水流量調整手段の双方を備え、前記熱源水温度調整手段は、前記熱源水循環ラインにて前記複数の熱需要家に供給する熱源水の温度を目標温度に調整し、前記熱源水流量調整手段は、基準流量と、前記熱源水循環ラインにて前記熱源装置に戻す熱源水の温度に基づく温度降下による補正流量と、前記熱源水循環ラインにて複数の熱需要家に供給する熱源水の流量と前記熱源水循環ラインにて前記熱源装置に戻す熱源水の流量との差に基づく流量降下による補正流量とから目標流量を求め、前記熱源水循環ラインにて前記複数の熱需要家に供給する熱源水の流量をその求めた目標流量に調整する点にある。

本特徴構成によれば、熱源水温度調整手段によって熱源水循環ラインにて複数の熱需要家に供給する熱源水の温度を目標温度に調整することができながら、熱源水流量調整手段によって熱源水循環ラインにて複数の熱需要家に供給する熱源水の温度を目標流量に調整することができ、複数の熱需要家の熱需要を適切に賄うことができる。そして、複数の熱需要家の熱需要によって熱源水循環ラインにて熱源装置に戻す熱源水の温度や流量が変化することから、本特徴構成では、目標流量について、基準流量と温度降下による補正流量と流量降下による補正流量とから求めている。このように、基準流量だけでなく、温度降下及び流量降下をも加味することで、実際の複数の熱需要家の熱需要に応じて目標流量を変化させて、適切な流量の熱源水を複数の熱需要家に供給することができる。

本発明に係る熱源水供給システムの更なる特徴構成は、熱源水を貯留する熱源水タンクと、前記熱源水タンクに給水する給水手段と、前記給水手段にて前記熱源水タンクに給水される熱源水又は前記熱源水タンクに貯留されている熱源水を凝縮器の放熱対象とするヒートポンプ装置とが備えられ、前記熱源装置は、前記熱源水タンクに貯留されている熱源水を加熱自在に構成され、前記熱源水循環ラインは、前記熱源装置にて加熱された熱源水及び前記熱源水タンクに貯留された熱源水を前記複数の熱需要家に供給自在に構成されている点にある。

上述の如く、熱供給装置にて取り込んだ熱源水を給湯箇所に給湯すると、熱源水循環ラインの熱源水量が低下するが、本特徴構成によれば、熱源水循環ラインは、熱源装置にて加熱された熱源水だけでなく、熱源水タンクに貯留された熱源水をも複数の熱需要家に供給自在であるので、熱源水タンクから熱源水を補給して十分な量の熱源水を複数の熱需要家に供給することができる。そして、本特徴構成によれば、ヒートポンプ装置は、熱源水タンクに給水される熱源水又は熱源水タンクに貯留されている熱源水を凝縮器の放熱対象としているので、凝縮器にて熱源水を加熱することができる。これにより、熱源水タンクの熱源水をヒートポンプ装置の凝縮器にて予め加熱しておき、その予熱された熱源水を複数の熱需要家に供給することができる。よって、ヒートポンプ装置の冷媒が有する熱をも熱需要家に供給することができ、エネルギー効率の向上を図ることができる。

また、凝縮器にて熱源水を加熱するに当たり、例えば、給水手段にて熱源水タンクの下部に供給し、その熱源水タンクの下部の熱源水を凝縮器の放熱対象とすることで、凝縮器の放熱対象となる熱源水の温度を低くすることができる。これにより、高い成績係数（ＣＯＰ）でヒートポンプ装置を作動させることができ、エネルギー効率の向上をより一層図ることができる。

本発明に係る熱源水供給システムの更なる特徴構成は、前記給水手段が、前記熱源水タンクに給水する熱源水を貯留する給水タンクを備え、前記ヒートポンプ装置が、前記給水タンクに貯留されている熱源水を前記凝縮器の放熱対象として備えられている点にある。

本特徴構成によれば、給水タンクに貯留されている熱源水を熱源水タンクに給水するのであるが、給水タンクに貯留されている熱源水は低温となっている。そこで、ヒートポンプ装置が、給水タンクに貯留されている熱源水を凝縮器の放熱対象とすることで、凝縮器の放熱対象となる熱源水の温度を的確に低温にできる。これにより、高い成績係数（ＣＯＰ）でのヒートポンプ装置の作動をより確実に実現でき、エネルギー効率の向上をより一層図ることができる。

本発明に係る熱源水供給システムの更なる特徴構成は、前記給水タンクに貯留されている熱源水を前記熱源水タンクの上部に給水する第１給水状態と前記給水タンクに貯留されている熱源水を前記熱源水タンクの下部に給水する第２給水状態とに切換自在な給水状態切換手段が備えられている点にある。

熱源水タンクでは、温度の高い熱源水が上部側に移動し、温度の低い熱源水が下部側に移動する温度成層を形成することになる。そこで、本特徴構成によれば、給水タンクから熱源水タンクに熱源水を給水するに当たり、給水タンクの熱源水の温度が設定温度よりも高温であるか低温であるかによって、給水状態切換手段を、熱源水タンクの上部に給水する第１給水状態と熱源水タンクの下部に給水する第２給水状態とに切り換えることができる。よって、熱源水タンクの温度成層を乱すことなく、給水タンクから熱源水タンクに熱源水を給水することができる。

本発明に係る熱源水供給システムの更なる特徴構成は、前記熱源装置は、熱と電気を発生する熱電併給装置を備えており、前記ヒートポンプ装置は、前記熱電併給装置が発生する電力の供給により作動自在に構成されている点にある。

本特徴構成によれば、熱源装置が熱電併給装置であるので、熱電併給装置が発生した熱にて熱源水を加熱するだけでなく、熱電併給装置が発生した電力をヒートポンプ装置の作動用電力として用いている。これにより、熱電併給装置が発生する熱と電気の双方を有効に活用してエネルギー効率の向上を図ることができながら、複数の熱需要家に所望の熱源水を供給することができる。

第１実施形態における熱源水供給システムの全体構成図 熱供給装置の構成図 本発明に係る熱源水供給システムでのシミュレーションを示すグラフ 第２実施形態における熱源水供給システムの一部構成図

本発明に係る熱源水供給システムの実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
この熱源水供給システムは、図１に示すように、熱源水Ｎ１を貯留する熱源水タンク１と、熱源水Ｎ１を加熱する熱源装置２と、熱源水タンク１に熱源水Ｎ１を給水する給水手段３と、熱源装置２にて加熱された熱源水Ｎ１及び熱源水タンク１に貯留されている熱源水Ｎ１を複数の熱需要家に順に供給して熱源装置２に戻す熱源水循環ライン４とを備えている。そして、複数の熱需要家の夫々には、熱源水循環ライン４の取り込み箇所Ｂ１から熱源水Ｎ１を取り込んでその取り込んだ熱源水Ｎ１を熱源水循環ライン４の取り込み箇所よりも熱源水Ｎ１の流れ方向の下流側の戻し箇所Ｂ２に戻すとともに、取り込んだ熱源水Ｎ１を利用して熱消費部への熱供給を行う熱供給装置５が備えられている。これにより、熱源装置２を共用の熱源として、エネルギー効率の向上を図りながら、各熱需要家における熱供給装置５での熱消費を実現可能としている。

〔熱源装置〕
熱源装置２は、例えば、都市ガスを燃料とするガスエンジンや燃料電池（コージェネレーション設備としての一例）を備えて熱と電気とを発生する熱電併給装置である。そして、熱電併給装置にて発生した熱を回収した排熱搬送流体Ｎ２を循環させる排熱搬送流体循環路６が備えられ、その排熱搬送流体循環路６には、熱電併給装置にて発生した熱を回収した排熱搬送流体Ｎ２と熱源水Ｎ１とを熱交換させる排熱熱交換器７と、排熱搬送流体Ｎ２を循環させる排熱搬送流体循環ポンプ８とが備えられている。

〔給水手段〕
給水手段３は、熱源水タンク１の下部に熱源水Ｎ１を供給する給水路にて構成されており、例えば給水圧や給水ポンプの作動により熱源水Ｎ１を熱源水タンク１に給水している。

〔熱源水循環ライン〕
熱源水循環ライン４は、往き部位４ａにて順序付けられた各熱需要家に熱源水Ｎ１を供給するとともに、戻り部位４ｂにて各熱需要家を一巡した後の熱源水Ｎ１を熱源装置２及び熱源水タンク１に戻すシングルループ配管にて構成されている。熱源水タンク１と排熱熱交換器７とは、往き部位４ａ及び戻り部位４ｂの夫々に接続され、並列状態で設けられている。熱源水タンク１の上部は往き部位４ａに接続され且つ熱源水タンク１の下部は戻り部位４ｂに接続されている。これにより、熱源水循環ライン４は、熱源水タンク１の下部から取り出した熱源水Ｎ１を排熱熱交換器７にて加熱し、その加熱した熱源水Ｎ１を熱源水タンク１の上部に戻す循環路としても作用するように構成されている。つまり、熱源水循環ライン４に備えられた第２熱源水循環ポンプ１０を作動させることで、熱源水タンク１の下部から取り出した熱源水Ｎ１を排熱熱交換器７にて加熱し、その加熱した熱源水Ｎ１を熱源水タンク１の上部に戻すことができる。このようにして、熱源装置２は、熱源水タンク１に貯留されている熱源水Ｎ１を加熱自在に構成されている。

熱源水循環ライン４の往き部位４ａには、熱源水Ｎ１の流れ方向において熱源水タンク１の上部との接続箇所よりも下流側に、第１熱源水循環ポンプ９、熱源水Ｎ１の温度を検出する第１熱源水温度センサＴ１、熱源水Ｎ１の流量を検出する第１熱源水流量センサＲ１が設けられている。

熱源水循環ライン４の戻り部位４ｂには、熱源水Ｎ１の流れ方向において熱源水タンク１の下部との接続箇所よりも上流側に、熱源水Ｎ１の流量を検出する第２熱源水流量センサＲ２、熱源水Ｎ１の温度を検出する第２熱源水温度センサＴ２が設けられている。熱源水Ｎ１の流れ方向において熱源水タンク１の下部との接続箇所よりも下流側の戻り路４ｂには、第２熱源水循環ポンプ１０が設けられている。

熱源水循環ライン４には、排熱熱交換器７に加えて、熱源水Ｎ１を加熱する補助加熱装置１１が設けられている。補助加熱装置１１は、排熱熱交換器７及び熱源水タンク１と並列状態となるように、戻り部位４ｂと往き部位４ａとを接続する分岐循環路１２に設けられている。分岐循環路１２には、補助加熱装置１１への熱源水Ｎ１の供給を断続するともに、その供給量を制御する通流制御弁１３が設けられている。補助加熱装置１１は、例えば、ガスバーナを燃焼させて熱源水Ｎ１を加熱するように構成されている。

〔ヒートポンプ装置〕
この熱源水供給システムでは、熱源水タンク１に貯留されている熱源水Ｎ１を凝縮器の放熱対象とするヒートポンプ装置１４が備えられている。このヒートポンプ装置１４は、圧縮機１５、凝縮器１６、膨張弁１７、蒸発器１８の順に冷媒を循環させる冷媒回路１９を備えた圧縮式ヒートポンプ装置である。熱源水タンク１の下部から取り出した熱源水Ｎ１を凝縮器１６を通流させたのち、熱源水タンク１の上部に戻す熱源水タンク循環路３３が設けられ、この熱源水タンク循環路３３には、熱源水タンク循環ポンプ３４が設けられている。これにより、ヒートポンプ装置１４を作動させるとともに、熱源水タンク循環ポンプ３４を作動させることで、ヒートポンプ装置１４の凝縮器１６において冷媒にて熱源水Ｎ１を加熱自在に構成されている。ここで、凝縮器１６には熱源水タンク１の下部の比較的低温の熱源水Ｎ１が供給されるので、ヒートポンプ装置１４の成績係数（ＣＯＰ）の向上を図りながら、熱源水タンク１の熱源水Ｎ１を加熱することができる。また、ヒートポンプ装置１４は、熱源装置２である熱電併給装置が発生する電力の供給により作動自在に構成されている。そこで、例えば、熱源併給装置が発生した電力量が電力負荷よりも大きく余剰電力が生じる場合には、その余剰電力をヒートポンプ装置１４に供給してヒートポンプ装置１４を作動させることで、余剰なエネルギーの有効利用を図ることができ、エネルギー効率の向上を効果的に図ることができる。

〔熱源水供給システムの制御構成〕
熱源水供給システムの運転を制御する運転制御装置２０が設けられている。運転制御装置２０は、熱源装置２、排熱搬送流体循環ポンプ８、第１熱源水循環ポンプ９、第２熱源水循環ポンプ１０、通流制御弁１３、補助加熱装置１１、ヒートポンプ装置１４、熱源水タンク循環ポンプ３４の夫々の作動を各別に制御するように構成されている。運転制御装置２０には、第１熱源水温度センサＴ１、第２熱源水温度センサＴ２、第１熱源水流量センサＲ１、第２熱源水流量センサＲ２の夫々の検出情報が入力されるように構成されている。

〔熱供給装置〕
図２に示すように、熱供給装置５は、熱源水循環ライン４の取り込み箇所Ｂ１に上流端部が接続されて熱源水循環ライン４の取り込み箇所Ｂ１よりも熱源水Ｎ１の流れ方向の下流側の戻し箇所Ｂ２に下流端部が接続された熱源水通流路２１と、その熱源水通流路２１の途中部位から分岐された給湯路２２とを備えている。これにより、熱源水循環ライン４を通流する熱源水Ｎ１の一部が常時熱源水通流路２１に通流自在となっており、熱源水通流路２１に熱源水循環ライン４から熱源水Ｎ１を取り入れている。そして、この熱源水通流路２１への熱源水Ｎ１の通流により給湯路２２には熱源水循環ライン４の熱源水Ｎ１の圧力が常時かかっており、その圧力により給湯路２２に対して熱源水Ｎ１を供給自在となっている。したがって、熱供給装置５は、熱源水循環ライン４から熱源水Ｎ１の少なくとも一部を常時取り込んで、その取り込んだ熱源水Ｎ１を熱消費部としての給湯栓等の給湯箇所２３に給湯自在に構成されている。給湯路２２には、給湯箇所２３への給湯を断続自在な給湯制御弁２４が設けられている。また、図示は省略するが、給湯路２２には、熱源水Ｎ１に水を混合させる混合部が備えられており、この混合部にて給湯目標温度に混合された湯水を給湯箇所２３に給湯自在に構成されている。

ここで、熱源水通流路２１に通流せず熱源水循環ライン４をそのまま通流する熱源水Ｎ１の流量と熱源水通流路２１に取り込まれる熱源水Ｎ１の水量との比率は調整自在に構成されている。例えば、流路の抵抗等を調整することでその比率を調整することができ、その調整後の一定の比率に設定することができる。また、例えば、熱源水通流路２１や熱源水循環ライン４に流量調整弁等を設けることでその比率を可変にすることもできる。

熱源水通流路２１には、給湯路２２の分岐箇所よりも上流側に、第１熱交換器２５及び第２熱交換器２６が設けられている。第１熱交換器２５は、熱源水循環ライン４から取り込んだ熱源水Ｎ１と暖房循環路２７にて循環される熱媒体とを熱交換させるように構成されている。そして、暖房循環路２７には暖房循環ポンプ２８が設けられ、この暖房循環ポンプ２８を作動させることで、第１熱交換器２５において熱源水Ｎ１にて加熱された熱媒体を床暖房パネル等の熱消費部としての暖房端末２９に循環供給する。第２熱交換器２６は、熱源水循環ライン４から取り込んだ熱源水Ｎ１とふろ循環路３０にて循環される浴槽水とを熱交換させるように構成されている。そして、ふろ循環路３０にはふろ循環ポンプ３１が設けられ、このふろ循環ポンプ３１を作動させることで、第２熱交換器２６において熱源水Ｎ１にて加熱された浴槽水を熱消費部としての浴槽３２に循環供給する。このように、熱供給装置５は、第１熱交換器２５及び第２熱交換器２６において熱源水循環ライン４から取り込んだ熱源水Ｎ１にて熱消費部に循環供給する熱媒体を加熱して、暖房端末２９や浴槽３２等の熱消費部への熱供給を行う。

図示は省略するが、熱供給装置５の運転を制御する熱供給制御装置が設けられており、熱供給制御装置は、給湯制御弁２４、暖房循環ポンプ２８、ふろ循環ポンプ３１の夫々の作動を各別に制御するように構成されている。そして、熱供給制御装置は、熱源水循環ライン４から取り込んだ熱源水Ｎ１を給湯路２２に給湯する給湯運転、暖房端末２９や浴槽３２の熱消費部にて熱を消費する熱消費運転の夫々を実行可能に構成されている。

給湯運転では、熱供給制御装置が、給湯栓等の開操作に伴って給湯制御弁３１を開動作させることで、熱源水循環ライン４から取り込んだ熱源水Ｎ１を給湯路２２を通して給湯箇所２３に給湯する。この給湯運転では、上述の如く、給湯路２２に備えられた混合部にて熱源水Ｎ１に水が混合されており、混合部は、混合後の湯水の温度が給湯目標温度となるように熱源水Ｎ１に対して混合する水量を調整している。そして、熱供給制御装置は、給湯栓等の閉操作に伴って給湯制御弁３１を閉動作させて給湯運転を終了する。

熱供給制御装置は、熱消費運転として、暖房端末２９から運転開始要求があると暖房循環ポンプ２８を作動させることで、第１熱交換器２５において熱源水循環ライン４から取り込んだ熱源水Ｎ１にて熱媒体を加熱し、その加熱された熱媒体を暖房端末２９に循環供給して暖房運転を行う。そして、熱供給制御装置は、暖房端末２９から運転停止要求があると暖房循環ポンプ２８を作動停止させて暖房運転を終了する。
また、熱供給制御装置は、熱消費運転として、浴槽３２のリモコン等から追焚開始要求があるとふろ循環ポンプ３１を作動させることで、第２熱交換器２６において熱源水循環ライン４から取り込んだ熱源水Ｎ１にて浴槽水を加熱し、その加熱された浴槽水を浴槽３２に循環供給して浴槽水の追焚運転を行う。そして、熱供給制御装置は、浴槽３２のリモコン等から追焚停止要求があったり追焚開始から設定時間が経過すると、ふろ循環ポンプ３１を作動停止させて追焚運転を終了する。

〔熱源水循環運転〕
図１に戻り、運転制御装置２０による運転について説明する。
運転制御装置２０は、熱源装置２にて加熱された熱源水Ｎ１及び熱源水タンク１に貯留されている熱源水Ｎ１を熱源水循環ライン４にて循環させる熱源水循環運転を行う。この熱源水循環運転では、運転制御装置２０が、熱源装置２、排熱搬送流体循環ポンプ８、第１熱源水循環ポンプ９、及び、第２熱源水循環ポンプ１０を作動させて、排熱熱交換器７での排熱搬送流体Ｎ２による熱源水Ｎ１の加熱を行えるようにするとともに、その排熱熱交換器７にて加熱された熱源水Ｎ１及び熱源水タンク１に貯留されている熱源水Ｎ１を熱源水循環ライン４にて循環させる。

そして、運転制御装置２０は、熱源水循環ライン４にて複数の熱需要家に供給する熱源水Ｎ１の温度を目標温度範囲内の目標温度に調整するとともに、運転制御装置２０は、熱源水循環ライン４にて複数の熱需要家に供給する熱源水Ｎ１の流量を目標流量範囲内の目標流量に調整すべく、第１熱源水循環ポンプ９及び第２熱源水循環ポンプ１０の回転速度を制御する。このようにして、熱源水温度調整手段及び熱源水流量調整手段が、運転制御装置２０、第１熱源水循環ポンプ９及び第２熱源水循環ポンプ１０から構成されている。

ここで、運転制御装置２０は、第１熱源水温度センサＴ１の検出温度を、熱源水循環ライン４にて複数の熱需要家に供給する熱源水Ｎ１の温度として取得しており、第１熱源水流量センサＲ１の検出流量を、熱源水循環ライン４にて複数の熱需要家に供給する熱源水Ｎ１の流量として取得している。よって、運転制御装置２０は、第１熱源水温度センサＴ１の検出温度が目標温度となり且つ第１熱源水流量センサＲ１の検出流量が目標流量となるように、第１熱源水循環ポンプ９及び第２熱源水循環ポンプ１０の回転速度を制御する。また、運転制御装置２０は、第２熱源水温度センサＴ２の検出温度を、熱源水循環ライン４にて熱源装置２に戻す熱源水Ｎ１の温度として取得しており、第２熱源水流量センサＲ２の検出流量を、熱源水循環ライン４にて熱源装置２に戻す熱源水Ｎ１の流量として取得している。

例えば、運転制御装置２０は、第２熱源水循環ポンプ１０の回転速度を調整することで、排熱熱交換器７に供給する熱源水Ｎ１の流量を調整することができるので、運転制御装置２０は、第１熱源水温度センサＴ１の検出温度が目標温度になるように、第２熱源水循環ポンプ１０の回転速度を制御している。また、運転制御装置２０は、第２熱源水循環ポンプ１０の回転速度を制御しても、第１熱源水温度センサＴ１の検出温度が目標温度よりも低いと、通流制御弁１３を開弁動作させるとともに、補助加熱装置１１を作動させることで、第１熱源水温度センサＴ１の検出温度を目標温度に調整する。そして、運転制御装置２０は、第１熱源水流量センサＲ１の検出流量が目標流量になるように、第１熱源水循環ポンプ９の回転速度を制御する。

ここで、例えば、目標温度は、８０℃に設定されており、目標流量は、下記の〔数１〕にて求められる。

〔数１〕
ＦＱ１＝Ｆｓｅｔ＋Ｆｔ＋Ｆｆ
ここで、ＦＱ１が目標流量であり、Ｆｓｅｔが基準流量（例えば、５０戸の集合住宅を仮定した場合は３０〜６０リットル／ｍｉｎ、もう少し戸数が少ない場合は４０〜５０リットル／ｍｉｎ）であり、Ｆｔが温度降下による補正流量であり、Ｆｆが流量降下による補正流量である。

そして、温度降下による補正流量Ｆｔは下記の〔数２〕にて求められ、流量降下による補正流量Ｆｆは下記の〔数３〕にて求められる。つまり、熱源水循環ライン４の戻り部位４ｂにて熱源装置２に戻す熱源水Ｎ１の流量をゼロよりも多い流量に確保しながら、熱源水循環ライン４の戻り部位４ｂにて熱源装置２に戻す熱源水Ｎ１の温度が６５℃以上になると、目標流量を低下させて熱需要家に供給する熱源水Ｎ１の流量を低下させ、熱源水循環ライン４の戻り部位４ｂにて熱源装置２に戻す熱源水Ｎ１の温度が６０℃以下になると、目標流量を増加させて熱需要家に供給する熱源水Ｎ１の流量を増加させる。

〔数２〕
Ｔａ＞６５℃の場合
Ｆｔ＝（６５−Ｔａ）×１×ａ
Ｔａ＜６０℃の場合
Ｆｔ＝（６０−Ｔａ）×２×ａ
ここで、Ｔａは熱源水循環ライン４の戻り部位４ｂにて熱源装置２に戻す熱源水Ｎ１の温度であり、具体的には第２熱源水温度センサＴ２の検出温度である。ａは温度を流量に換算するための定数である。

〔数３〕
Ｆｆ＝（ＦＱ２−ＦＱ３）／１．５
ここで、ＦＱ２は熱源水循環ライン４にて複数の熱需要家に供給する熱源水Ｎ１の流量であり、具体的には第１熱源水流量センサＲ１の検出流量である。ＦＱ３は熱源水循環ライン４の戻り部位４ｂにて熱源装置２に戻す熱源水Ｎ１の流量であり、具体的には第２熱源水流量センサＲ２の検出流量である。

このように、熱源水循環運転では、運転制御装置２０が熱源装置２（熱電併給装置）を作動させるのであるが、この熱源装置２（熱電併給装置）の作動により発生した電力をヒートポンプ装置１４に供給自在となっている。そこで、運転制御装置２０は、その熱源装置２（熱電併給装置）が発生した電力を用いてヒートポンプ装置１４を作動させるとともに、熱源水タンク循環ポンプ３４を作動させて、ヒートポンプ装置１４の凝縮器１６において熱源水タンク１に貯留されている熱源水Ｎ１を冷媒回路１９の冷媒にて加熱している。
また、熱源水循環運転を実行中に、上述の如く、熱需要家の熱供給装置５にて給湯運転を行われると、熱源水循環ライン４の熱源水Ｎ１が給湯箇所２３に給湯される。よって、熱源水循環ライン４の熱源水Ｎ１の流量が減少することになるが、給水手段３によりその給湯量に対応する量だけ熱源水タンク１に給水される。ここで、給水手段３は、熱源水タンク１の下部に熱源水Ｎ１を給水しているので、熱源水タンク循環ポンプ３４の作動により熱源水タンク循環路３３に取り出される熱源水Ｎ１の温度が低温となる。これにより、ヒートポンプ装置１４の凝縮器１６においてその低温の熱源水Ｎ１を冷媒回路１９の冷媒にて加熱することでき、ヒートポンプ装置１４の成績係数（ＣＯＰ）の向上を図ることができる。

本発明に係る熱源水供給システムでは、熱源水循環ライン４を熱源水Ｎ１を複数の熱需要家に順に供給するシングルループ配管としているので、熱源水循環ライン４にて供給される熱源水Ｎ１が有する熱が、熱源水Ｎ１の流れ方向の上流側の熱需要家から順に消費される。例えば、熱需要家の熱供給装置５が給湯運転を行うと、熱源水循環ライン４から取り込んだ熱源水Ｎ１がそのまま給湯箇所２３に給湯されることから、それよりも熱源水循環ライン４の熱源水Ｎ１の流れ方向の下流側に位置する熱需要家に供給される熱源水Ｎ１が減少することになる。そこで、本発明に係る熱源水供給システムにより複数の熱需要家にて要求されている熱量を賄うことができるか否かをシミュレーションにより検証した。

シミュレーションでは、５０戸の集合住宅に本発明に係る熱源水供給システムを適応して実施した。図３（ａ）は、ある１日の集合住宅全体の熱需要を示しており、この熱需要は熱需要がピークとなる冬季の熱需要である。そして、集合住宅全体での熱需要が図３（ａ）にて示した熱需要となるように各住戸に給湯暖房追焚の熱需要を与えた場合に、熱源水循環ライン４にて複数の熱需要家に供給する熱源水Ｎ１の流量及び温度、並びに、熱源水循環ライン４の戻り部位４ｂにて熱源装置２に戻す熱源水Ｎ１の流量及び温度を求め、その流量及び温度がどのように変化するかを、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示している。図３（ｂ）は、熱源水循環ライン４にて複数の熱需要家に供給する熱源水Ｎ１の送り流量Ｄ１と、熱源水循環ライン４の戻り部位４ｂにて熱源装置２に戻す熱源水Ｎ１の戻り流量Ｄ２とを示している。図３（ｃ）は、熱源水循環ライン４にて複数の熱需要家に供給する熱源水Ｎ１の送り温度Ｅ１と、熱源水循環ライン４の戻り部位４ｂにて熱源装置２に戻す熱源水Ｎ１の戻り温度Ｅ２とを示している。

図３（ｂ）に示すように、本発明に係るシステム構成では、集合住宅全体の熱需要が最大となる２１時頃であっても、戻り流量Ｄ２は４０（リットル／ｍｉｎ）程度を確保できており、どの時間帯であっても、熱源水Ｎ１が５０戸の熱需要家を一巡して熱源装置２に戻されていることが分かる。これにより、各熱需要家にて給湯暖房追焚等の熱消費を行っても、熱源装置２に戻す熱源水Ｎ１の流量としてはゼロよりも多い流量を確保することができる。また、送り流量Ｄ１は、集合住宅全体の熱需要が最大となる２１時頃に最大流量となるが、その最大流量は８０（リットル／ｍｉｎ）程度に抑えることができることが分かる。これにより、例えば、直径３０ｍｍのシングルループ配管を用いることで各家庭に熱源水Ｎ１を供給できる。
図３（ｃ）に示すように、本発明に係るシステム構成では、送り温度Ｅ１は目標温度である８０℃を維持することができ、戻り温度Ｅ２は６０℃以上を維持できることが分かる。これにより、各熱需要家にて給湯暖房追焚等の熱消費を行っても、熱源装置２に戻す熱源水Ｎ１の温度としては６０℃以上を確保できる。
以上のことから、本発明に係る熱源水供給システムでは、熱源水Ｎ１の流量及び温度の双方について、５０戸の熱需要家にて十分に熱を利用可能な条件を満たすことができ、５０戸の熱需要家にて要求されている熱需要を賄うだけの熱を供給できる。

〔第２実施形態〕
この第２実施形態は、上記第１実施形態における給水手段３の別実施形態を示すものであり、その他の構成については、上記第１実施形態と同様である。そこで、以下、第２実施形態について説明するが、上記第１実施形態と異なる構成である給水手段３を中心に説明し、その他の構成については説明を省略する。

上記第１実施形態では、給水手段３として、熱源水タンク１の下部に熱源水Ｎ１を供給する給水路を設けたが、この第２実施形態では、図４に示すように、給水手段３が、熱源水タンク１に給水する熱源水Ｎ１を貯留する給水タンク３５と、その給水タンク３５の下部に熱源水Ｎ１を給水する給水路３６とを備えている。そして、ヒートポンプ装置１４は、給水タンク３５に貯留されている熱源水Ｎ１を凝縮器１６の放熱対象として備えられており、給水手段３にて給水される熱源水Ｎ１を加熱自在に構成されている。つまり、給水タンク３５の下部から取り出した熱源水Ｎ１をヒートポンプ装置１４の凝縮器１６を通流させたのち、給水タンク３５の上部に戻す給水タンク循環路３７が設けられ、この給水タンク循環路３７には、給水タンク循環ポンプ３８が設けられている。これにより、ヒートポンプ装置１４を作動させるとともに、給水タンク循環ポンプ３８を作動させることで、ヒートポンプ装置１４の凝縮器１６において冷媒にて熱源水Ｎ１を加熱自在に構成されている。ここで、凝縮器１６には給水タンク１の下部の低温の熱源水Ｎ１が供給されるので、ヒートポンプ装置１４の成績係数（ＣＯＰ）の向上を図りながら、給水タンク３５の熱源水Ｎ１を予熱することができる。

また、給水タンク３５に貯留されている熱源水Ｎ１を熱源水タンク１に給水するに当たり、給水タンク３５に貯留されている熱源水Ｎ１を熱源水タンク１の上部に給水する第１給水状態と給水タンク３５に貯留されている熱源水Ｎ１を熱源水タンク１の下部に給水する第２給水状態とに切換自在な給水状態切換手段３９が備えられている。この給水状態切換手段３９は、給水タンク３５の上部から熱源水Ｎ１を取り出す取り出し路４０、取り出し路４０の熱源水Ｎ１を熱源水タンク１の上部に給水する上部給水路４１と、取り出し路４０の熱源水Ｎ１を熱源水タンク１の下部に給水する下部給水路４２と、取り出し路４０の熱源水Ｎ１を上部給水路４１に供給する第１給水状態と取り出し路４０の熱源水Ｎ１を下部給水路４２に供給する第２給水状態とに切換自在な三方弁４３とを備えて構成されている。そして、給水タンク３５から熱源水タンク１に熱源水Ｎ１を給水するときには、図示は省略するが、取り出し路４０に取り出す熱源水Ｎ１の温度を検出する温度センサの検出情報に基づいて、運転制御装置２０が、その温度センサの検出温度が設定温度以上であると、給水状態切換手段３９を第１給水状態に切り換え、温度センサの検出温度が設定温度未満であると、給水状態切換手段３９を第２給水状態に切り換えている。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、熱源装置２が、排熱搬送流体Ｎ２と熱源水Ｎ１とを熱交換させる排熱熱交換器７を備え、その排熱熱交換器７にて熱源水Ｎ１を加熱するようにしているが、熱源装置２がどのようにして熱源水Ｎ１を加熱するかは適宜変更が可能である。

（２）上記実施形態では、運転制御装置２０が、第１熱源水循環ポンプ９及び第２熱源水循環ポンプ１０の回転速度を制御することで、熱源水温度調整手段及び熱源水流量調整手段として、第１熱源水循環ポンプ９及び第２熱源水循環ポンプ１０を用いる例を示したが、例えば、熱源水の流量調整自在に流量調整弁等を設けて、熱源水の温度や流量を調整することもできる。

本発明は、熱源装置にて加熱された熱源水を複数の熱需要家に順に供給して前記熱源装置に戻す熱源水循環ラインを備え、各熱需要家には、前記熱源水循環ラインから熱源水を取り込んでその取り込んだ熱源水を前記熱源水循環ラインの取り込み箇所よりも熱源水の流れ方向の下流側に戻すとともに、取り込んだ熱源水を利用して熱消費部への熱供給を行う熱供給装置が備えられ、各熱需要家のコストの低減、及び、各熱需要家での省スペース化を図るとともに、各熱需要家において熱消費部への熱供給を行うための構成の簡素化を図ることができる各種の熱源水供給システムに適応可能である。

１ 熱源水タンク
２ 熱源装置
３ 給水手段
４ 熱源水循環ライン
５ 熱供給装置
９，１０，２０ 熱源水温度調整手段及び熱源水流量調整手段
１４ ヒートポンプ装置
１６ 凝縮器
２３ 給湯箇所
３５ 給水タンク
３６ 給水路
３９ 給水状態切換手段
Ｎ１ 熱源水

Claims (7)

1. 熱源装置にて加熱された熱源水を複数の熱需要家に順に供給して前記熱源装置に戻す熱源水循環ラインを備え、各熱需要家には、前記熱源水循環ラインから熱源水を取り込んでその取り込んだ熱源水を前記熱源水循環ラインの取り込み箇所よりも熱源水の流れ方向の下流側に戻すとともに、取り込んだ熱源水を利用して熱消費部への熱供給を行う熱供給装置が備えられている熱源水供給システムであって、
   前記熱源水循環ラインに、当該熱源水循環ラインを流れる前記熱源水の流量を調整する熱源水流量調整手段が備えられ、
   前記熱源水流量調整手段が、前記熱源水循環ラインを流れる前記熱源水の流量を、前記複数の熱需要家の熱供給装置に前記熱源水を供給可能な目標流量に調整し、
   前記熱供給装置は、前記熱源水循環ラインの前記熱源水の流量に対して一定の比率の流量の前記熱源水を前記熱源水循環ラインから常時取り込んで、その取り込んだ熱源水を前記熱消費部としての給湯箇所に給湯自在に構成されている熱源水供給システム。
2. 前記熱源水循環ラインにて複数の熱需要家に供給する熱源水の温度を目標温度範囲内に調整する熱源水温度調整手段が備えられている請求項１に記載の熱源水供給システム。
3. 前記熱源水温度調整手段及び前記熱源水流量調整手段の双方を備え、前記熱源水温度調整手段は、前記熱源水循環ラインにて前記複数の熱需要家に供給する熱源水の温度を目標温度に調整し、前記熱源水流量調整手段は、基準流量と、前記熱源水循環ラインにて前記熱源装置に戻す熱源水の温度に基づく温度降下による補正流量と、前記熱源水循環ラインにて複数の熱需要家に供給する熱源水の流量と前記熱源水循環ラインにて前記熱源装置に戻す熱源水の流量との差に基づく流量降下による補正流量とから目標流量を求め、前記熱源水循環ラインにて前記複数の熱需要家に供給する熱源水の流量をその求めた目標流量に調整する請求項２に記載の熱源水供給システム。
4. 熱源水を貯留する熱源水タンクと、前記熱源水タンクに給水する給水手段と、前記給水手段にて前記熱源水タンクに給水される熱源水又は前記熱源水タンクに貯留されている熱源水を凝縮器の放熱対象とするヒートポンプ装置とが備えられ、前記熱源装置は、前記熱源水タンクに貯留されている熱源水を加熱自在に構成され、前記熱源水循環ラインは、前記熱源装置にて加熱された熱源水及び前記熱源水タンクに貯留された熱源水を前記複数の熱需要家に供給自在に構成されている請求項１〜３の何れか１項に記載の熱源水供給システム。
5. 前記給水手段が、前記熱源水タンクに給水する熱源水を貯留する給水タンクを備え、前記ヒートポンプ装置が、前記給水タンクに貯留されている熱源水を前記凝縮器の放熱対象として備えられている請求項４に記載の熱源水供給システム。
6. 前記給水タンクに貯留されている熱源水を前記熱源水タンクの上部に給水する第１給水状態と前記給水タンクに貯留されている熱源水を前記熱源水タンクの下部に給水する第２給水状態とに切換自在な給水状態切換手段が備えられている請求項５に記載の熱源水供給システム。
7. 前記熱源装置は、熱と電気を発生する熱電併給装置を備えており、前記ヒートポンプ装置は、前記熱電併給装置が発生する電力の供給により作動自在に構成されている請求項４〜６の何れか１項に記載の熱源水供給システム。

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