JP5893993B2 - 熱供給システム - Google Patents

Description

本発明は、熱供給システムに関する。

従来、熱源装置と、熱源装置からの熱を得て作動する暖房用端末とを備えた熱供給システムが知られている（例えば特許文献１参照）。

この特許文献１記載の熱供給システムは、暖房バーナと、暖房端末と、熱媒循環路と、膨張タンクとを備えている。熱媒循環路は、暖房バーナと暖房端末とを接続する。これにより暖房端末は、暖房バーナからの熱を得て作動する。膨張タンクは、熱媒循環路の途中に接続されている。

また、この熱供給システムは、ふろ熱交換器を備えている。このふろ熱交換器は、暖房端末とは並列になるよう熱媒循環路に接続されている。また、ふろ熱交換器は、ふろ循環路に接続されている。ふろ循環路は、浴槽に接続されている。ふろ循環路には、浴槽内に貯留された浴湯が循環する。浴湯は、ふろ熱交換器で熱媒と熱交換し、これにより追い焚きされるようになっている。

特開２０１０−２２３４９０号公報

ところで、上記のような熱供給システムにおいては、暖房端末内や、暖房端末に繋がる熱媒循環路には、エアが残留していることがある。この残留エアは、熱媒が膨張タンクに流入する際に脱気されるようになっている。

一方、追い焚き運転を行なう場合、熱媒は、熱媒循環路とふろ熱交換器とを流通するだけであるため、残留エアが少ないことが多い。このため、追い焚き運転を行なう場合には、熱媒を、わざわざ膨張タンクに流通させる必要がないと考えられる。

しかしながら特許文献１の熱供給システムにおいて、浴湯の追い焚き運転を行なうと、熱媒は、暖房端末の作動時と同じように、熱媒循環路と膨張タンクとを通って循環する。すなわち、この熱供給システムでは、追い焚き運転時においても、暖房バーナが、熱媒循環路内の熱媒と、膨張タンク内に溜められた熱媒との両方を加熱しなければならなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、浴湯の追い焚き運転を行なうに当たり、熱源装置に流通する熱媒の量を抑制し、熱効率を向上できる熱供給システムを提供することにある。

本発明の熱供給システムは、熱源装置と、この熱源装置から熱を得て作動する暖房用端末と、前記熱源装置及び前記暖房用端末を接続する熱媒循環路と、この熱媒循環路の途中に接続されて前記熱媒が貯留される暖房タンクと、前記暖房用端末と並列になるよう前記熱媒循環路に設けられて浴湯の追い焚きを行なうための追焚き用回路とを備えた熱供給システムであって、前記暖房タンクの前後を繋ぐバイパス路と、前記熱媒を前記バイパス路を介して流通させる第１の流路か又は前記熱媒を前記暖房タンクに向かって流通させる第２の流路かに切り替える切替手段と、前記切替手段の動作を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記暖房用端末が作動状態かつ浴湯の追い焚き運転が停止状態の場合、および、前記暖房用端末が作動状態かつ浴湯の追い焚き運転が作動状態の場合、前記切替手段を前記第２の流路にし、前記暖房用端末が停止状態かつ浴湯の追い焚き運転が作動状態の場合、前記切替手段を前記第１の流路にすることを特徴とする。

本発明の熱供給システムによれば、浴湯の追い焚き運転を行なうに当たり、熱源装置に流通する熱媒の量を抑制することができ、これにより熱効率を向上することができる。

本実施形態の熱供給システムの全体構成図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面に基づいて説明する。

本実施形態の熱供給システムは、図１に示されるように、熱源装置１と、暖房用端末２と、熱媒循環路３と、暖房タンク４と、追焚き用熱交換器５１と、追焚き循環路６と、制御部とを備えている。また熱供給システムは、給湯用流路８を備えている。また、熱供給システムは、熱源装置１として、暖房回路用の熱源部１１と、給湯用流路８の熱源部１５とを備えている。つまり、本実施形態の熱供給システムは、いわゆる、２缶３水路方式の熱供給システムである。

熱源装置１は、第１の熱源部１１と第２の熱源部１５とを備えている。第１の熱源部１１は、暖房回路内を流通する熱媒を加熱する。第２の熱源部１５は、給湯用流路８を流通する水を加熱する。第１の熱源部１１及び第２の熱源部１５は、ガスバーナ１２，１６と、顕熱熱交換器１３，１７と、潜熱熱交換器１４，１８とをそれぞれ備えている。

ガスバーナ１２，１６には、ガス供給路１２１が接続されている。ガス供給路１２１は、ガスバーナ１２，１６に燃料ガスを供給する。燃料ガスは、例えば、都市ガスやプロパンガス等が挙げられる。

顕熱熱交換器１３，１７は、ガスバーナ１２，１６の排ガスの顕熱を回収する。潜熱熱交換器１４，１８は、ガスバーナの排ガスの潜熱を回収する。潜熱熱交換器１４，１８は、顕熱熱交換器１３，１７で熱交換した後の排ガスと熱交換するようになっている。なお、潜熱熱交換器１４，１８を経た排ガスは、凝縮して液体に変化し、ドレンを介して排出される。

第１の熱源部１１において、顕熱熱交換器１３と潜熱熱交換器１４とは、第１の熱交中間流路３１を介して接続されている。第１の熱交中間流路３１は、熱媒循環路３の一部である。第１の熱交中間流路３１は、潜熱熱交換器１４の熱媒出口１４２と顕熱熱交換器１３の熱媒入口１３１との間に接続される。第１の熱交中間流路３１は、タンク復路３２と、タンク往路３３とを備えている。タンク復路３２は、潜熱熱交換器１４の熱媒出口１４２と暖房タンク４の流入口４１とを接続する。タンク往路３３は、暖房タンク４の流出口４２と顕熱熱交換器１３の熱媒入口１３１とを接続する。

第２の熱源部１５において、顕熱熱交換器１７と潜熱熱交換器１８とは、第２の熱交中間流路８１を介して接続されている。

なお熱源装置１は、ガスバーナ１２，１６に限らず、排熱を利用して熱媒又は湯水を加熱するものであってもよい。熱源装置１は、例えば、原動機駆動式の発電装置であってもよい。原動機駆動式の発電装置は、電気及び排熱を発生させる。熱源装置１として原動機駆動式の発電装置を用いることで、いわゆる、コージェネレーションシステムを構成することができる。

暖房用端末２は、熱源装置１から熱を得て作動する。具体的に暖房用端末２は、熱媒を介して熱源装置１から熱を得る。暖房用端末２は、単数又は複数設けられている。なお、暖房用端末２の熱媒の流入口２１には、弁（例えば、熱動弁）が設けられている。

熱媒循環路３は、熱源装置１と暖房用端末２とを接続する。熱媒循環路３内には、熱媒が流通する。熱媒循環路３は、循環往路３４と、循環復路３５と、上述の第１の熱交中間流路３１とを備えている。循環往路３４は、顕熱熱交換器１３の熱媒出口１３２と、暖房用端末２における熱媒の入口２１とを接続する。循環復路３５は、暖房用端末２における熱媒の出口２２と、潜熱熱交換器１４の熱媒入口１４１とを接続する。熱媒循環路３の途中には、ポンプ３６が接続されている。これにより熱媒は、熱媒循環路３内を流通し、熱源装置１と暖房用端末２との間で循環する。

暖房タンク４は、加熱に伴う熱媒の膨張・収縮による体積変化を吸収するために用いられる。暖房タンク４は、流入口４１と、流出口４２とを備えている。暖房タンク４の内部には熱媒が貯留される。流入口４１は、暖房タンク４内へ熱媒を流入させる。流出口４２は、暖房タンク４内から熱媒を流出させる。流入口４１は、潜熱熱交換器１４の熱媒出口１４２に、タンク復路３２を介して接続されている。流出口４２は、顕熱熱交換器１３の熱媒入口１３１に、タンク往路３３を介して接続されている。言い換えると暖房タンク４は、熱媒循環路３の途中に接続されている。なお、暖房タンク４としては、密閉型の暖房タンクでもよいし、開放型の暖房タンクでもよい。

暖房タンク４の上流側及び下流側には、バイパス路７０が接続されている。バイパス路７０は、タンク復路３２とタンク往路３３とを接続する。言い換えるとバイパス路７０は、暖房タンク４の前後を繋いでいる。

本実施形態の熱供給システムは切替手段７１を備えている。切替手段７１は、第１の流路と第２の流路との間で、熱媒の流路を切り替える。第１の流路は、熱媒が、タンク復路３２・バイパス路７０・タンク往路３３の順に流通する流路である。言い換えると、第１の流路は、熱媒をバイパス路７０を介して流通させる。第２の流路は、熱媒が、タンク復路３２・暖房タンク４・タンク往路３３の順に流通する流路である。言い換えると、第２の流路は、熱媒を前記暖房タンク４に向かって流通させる。

切替手段７１は、三方弁により構成される。なお、切替手段７１としては、三方弁に限らず、例えば、暖房タンク４の流入口４１に第１の電磁弁を取り付けると共に、バイパス路７０に第２の電磁弁を取り付け、第１の電磁弁と第２の電磁弁とをそれぞれ制御するものであってもよい。

熱媒循環路３には、追焚き用回路５が接続されている。追焚き用回路５は、浴湯の追い焚きを行なうために設けられている。追焚き用回路５の上流側の端部は、循環往路３４の途中に接続される。追焚き用回路５の下流側の端部は、循環復路３５の途中に接続される。追焚き用回路５は、追焚き用熱交換器５１と、追焚き用熱媒路５２と、追焚き循環路６とを備えている。

追焚き用熱交換器５１は、追焚き用熱媒路５２の途中に設けられている。追焚き用熱交換器５１は、暖房用端末２と並列になるように、熱媒循環路３に接続されている。言い換えると、追焚き用回路５は、暖房用端末２と並列になるよう熱媒循環路３に設けられている。追焚き用熱交換器５１は、浴湯と熱媒とで熱交換を行なわせる。追焚き用熱媒路５２の途中には、弁５３（例えば、熱動弁）が設けられている。この弁５３が開放すると、追焚き用熱媒路５２に熱媒が流通する。またこの弁５３が閉塞すると、追焚き用熱媒路５２に熱媒が流通しない。

追焚き循環路６は、浴槽９と追焚き用熱交換器５１とを接続する。追焚き循環路６は、浴湯の追い焚きを行なうために設けられている。追焚き循環路６は、ふろ往路６１と、ふろ復路６２とを備えている。浴槽９は、吸入口９１と吐出口９２とを備えている。ふろ往路６１は、浴槽９の吸入口９１と追焚き用熱交換器５１とを接続する。ふろ復路６２は、追焚き用熱交換器５１と浴槽９の吐出口９２とを接続する。また追焚き循環路６には、ポンプ６３が接続されている。これにより、浴湯は追焚き循環路６内を流通する。

給湯用流路８は、給水路８２と、給湯路８３と、上述の第２の熱交中間流路８１とを備えている。給水路８２は、第２の熱源部１５における潜熱熱交換器１４の入口１８１に接続される。給湯路８３は、第２の熱源部１５における顕熱熱交換器１３の出口１７２と給湯栓（図示せず）とを接続する。

また給湯用流路８には、熱源装置１をバイパスするようにしてバイパス流路８４が設けられている。バイパス流路８４は、熱源装置１の前後において給水路８２と給湯路８３とを接続する。またバイパス流路８４には、弁８５（例えば、電磁弁）が接続されている。

制御部は、切替手段７１の動作を制御する。制御部は、浴湯の追い焚き運転が行われると、切替手段７１を第１の流路に切り替えるよう制御する。浴湯の追い焚き運転は、ユーザーの操作により選択されてもよいし、浴湯の温度をセンサーにより検知して自動で行なわれるものであってもよい。

また制御部は、熱源装置１を制御する。制御部は、熱源装置１の作動／停止や、発熱量の制御を行なう。また制御部は、熱媒循環路３のポンプ３６の駆動を制御する。また制御部は、追焚き循環路６のポンプ６３の駆動を制御する。制御部は、ポンプ３６，６３のモータの回転数を制御する。ポンプ３６，６３のモータの回転数制御は、例えば、インバーター制御により行なう。これにより熱媒循環路３における熱媒の循環流量や、追焚き循環路６の浴湯の循環流量を制御する。また制御部は、暖房用端末２の流入口２１に設けられた弁や追焚き用回路５における弁５３等の各種駆動弁の開閉動作を制御する。制御部は、マイクロプロセッサを主構成要素とするコンピュータにより構成されている。

このような構成の熱供給システムは、次のようにして作動する。

ユーザーが、暖房用端末２の停止中に、浴湯の追い焚き運転を選択すると、制御部は、切替手段７１を第１の流路に切り替えるよう制御する。また、制御部は、熱源装置１の第１の熱源部１１を作動させる。また制御部は、熱媒循環路３のポンプ３６と、追焚き循環路６のポンプ６３とを作動させる。また制御部は、追焚き用回路５の弁５３を開放させ、暖房用端末２の入口２１の弁を閉塞させる。

すると、熱源装置１により加熱された熱媒は、熱媒循環路３を循環する。潜熱熱交換器１４を通過した熱媒は、タンク復路３２を流通し、バイパス路７０を介してタンク往路３３に流入する。熱媒は、顕熱熱交換器１３を通過し、循環往路３４を経て、追焚き用回路５に流入する。熱媒は、追焚き用熱交換器５１を通過して、循環復路３５に流入する。この後、熱媒は、再び潜熱熱交換器１４に流入する。

このとき、浴槽９内の浴湯は、吸入口９１を介してふろ往路６１に取り込まれる。浴湯は、ふろ往路６１を介して追焚き用熱交換器５１に流入する。追焚き用熱交換器５１に流入した浴湯は、熱媒との間で熱交換することで熱媒から熱を受け取り、これにより温度が上昇する。この後、浴湯は、ふろ復路６２を経て、浴槽９内へ戻される。このようにして浴湯が循環されることで、浴槽９内の浴湯が温度上昇する。

ユーザーが、浴湯の追い焚き運転を停止させ、暖房用端末２を作動させると、制御部は、切替手段７１を第２の流路に切り替えるよう制御する。また、制御部は、熱源装置１の第１の熱源部１１を作動させる。また、制御部は、熱媒循環路３のポンプ３６を作動させる。また、制御部は、追焚き用回路５の弁５３を閉塞させ、暖房用端末２の弁を開放する。

すると、熱源装置１により加熱された熱媒は、熱媒循環路３を循環する。潜熱熱交換器１４を通過した熱媒は、タンク復路３２を流通し、暖房タンク４に流入する。暖房タンク４内の熱媒は、タンク往路３３に流入する。熱媒は、タンク往路３３・顕熱熱交換器１３を経て、循環往路３４に流入する。循環往路３４内の熱媒は、暖房用端末２に流入する。暖房用端末２に流入した熱媒は、暖房用端末２にて熱交換を行なう。この後、熱媒は、循環復路３５を介して、再び潜熱熱交換器１４に流入する。

なお、ユーザーが、暖房用端末２の作動中に浴湯の追い焚き運転を選択した場合には、制御部は、切替手段７１を第２の流路に切り替えるよう制御する。

以上説明したように、本実施形態の熱供給システムは、暖房タンク４の前後を繋ぐバイパス路７０と、切替手段７１と、制御部とを備えている。切替手段７１は、第１の流路か又は第２の流路かのいずれかに切り替える。制御部は、浴湯の追い焚き運転が行われると切替手段７１を第１の流路に切り替える。

このように本実施形態の熱供給システムの熱媒は、浴湯の追い焚き運転の際、暖房タンク４を介さずに、熱媒循環路３を循環する。このため、熱源装置１は、暖房タンク４内に貯留された熱媒については加熱せず、熱媒循環路３内の熱媒を加熱するだけでよい。つまり本実施形態の熱供給システムによれば、浴湯の追い焚き運転に当たって、循環する熱媒の量を削減でき、熱源装置１による加熱量を低減させることができる。

ところで従来の熱供給システムでは、熱源装置１により加熱された熱媒は、追い焚き運転の際にも、暖房タンク４に一旦溜められていた。つまり従来の構成では、熱媒は暖房タンク４内で少なくとも一定時間は留まるため、暖房タンク４内で放熱してしまうという問題もある。

しかしながら、本実施形態の熱供給システムによれば、加熱された熱媒が暖房タンク４内で留まることがないため、循環する熱媒の量を減らすことができるだけでなく、放熱する熱量の削減をもすることができる。この結果、システム内の熱効率を大きく向上させることができる。

また本実施形態の熱供給システムの制御部は、暖房用端末２の運転が停止状態であり且つ浴湯の追い焚き運転が行われた場合に、切替手段７１を第１の流路に切り替えるものである。このため、熱媒の循環量が多い暖房用端末２の運転が、追い焚き運転と同時に行なわれる場合には、暖房タンク４を介して熱媒を循環させることができる。

なお、本実施形態の熱供給システムの熱源装置１は、潜熱熱交換器１４を有していたが、本発明の熱供給システムにおいて、熱源装置は、潜熱熱交換器を有していなくてもよい。また本発明の熱源装置は、本実施形態のものに限定されない。

１ 熱源装置
１１ 第１の熱源部
１２ ガスバーナ
１３ 顕熱熱交換器
１４ 潜熱熱交換器
１５ 第２の熱源部
１６ ガスバーナ
１７ 顕熱熱交換器
１８ 潜熱熱交換器
２ 暖房用端末
３ 熱媒循環路
３２ タンク復路
３３ タンク往路
３４ 循環往路
３５ 循環復路
４ 暖房タンク
５ 追焚き用回路
５１ 追焚き用熱交換器
５２ 追焚き用熱媒路
６ 追焚き循環路
６１ ふろ往路
６２ ふろ復路
７０ バイパス路
７１ 切替手段
８ 給湯用流路
９ 浴槽

Claims (1)

1. 熱源装置と、
   この熱源装置から熱を得て作動する暖房用端末と、
   前記熱源装置及び前記暖房用端末を接続する熱媒循環路と、
   この熱媒循環路の途中に接続されて前記熱媒が貯留される暖房タンクと、
   前記暖房用端末と並列になるよう前記熱媒循環路に設けられて浴湯の追い焚きを行なうための追焚き用回路と
   を備えた熱供給システムであって、
   前記暖房タンクの前後を繋ぐバイパス路と、
   前記熱媒を前記バイパス路を介して流通させる第１の流路か又は前記熱媒を前記暖房タンクに向かって流通させる第２の流路かに切り替える切替手段と、
   前記切替手段の動作を制御する制御部と
   を備え、
   前記制御部は、
   前記暖房用端末が作動状態かつ浴湯の追い焚き運転が停止状態の場合、および、前記暖房用端末が作動状態かつ浴湯の追い焚き運転が作動状態の場合、前記切替手段を前記第２の流路にし、
   前記暖房用端末が停止状態かつ浴湯の追い焚き運転が作動状態の場合、前記切替手段を前記第１の流路にする
   ことを特徴とする熱供給システム。

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