JP7260351B2 - 貯湯システム - Google Patents

Description

本発明は、貯湯システムに関するものである。

従来、貯湯システムが知られている（例えば特許文献１参照）。この貯湯システムは、熱源装置と、貯湯タンクと、湯水混合装置と、制御装置と、を備える。熱源装置は、熱を発生する装置であり、熱と電気とを併せて発生する熱電併給装置を有する。貯湯タンクは、熱源装置の排熱を回収した湯水を、内部で温度成層を形成するように貯湯する。貯湯タンクには、その貯湯タンクに貯えられている湯水を熱源装置に通流させた後で貯湯タンクに帰還させる湯水循環路が接続されている。熱電併給装置を運転させている間、熱電併給装置と貯湯タンクとの間に湯水を循環させる。貯湯タンクに貯えられている湯水は、出湯路より出湯され、給湯や風呂等の熱消費装置に消費される（特許文献１の段落［００２４］～［００３０］等参照）。

特開２０１５－１７５５７２号公報

上述した特許文献１が開示する貯湯システムにあっては、熱消費装置として給湯や風呂が想定されているが、暖房用熱媒流路に設けられる床暖房等の端末の利用が想定されていなかった。

本発明は上記従来の問題点に鑑みたものであって、暖房用熱媒流路に設けられる端末において、発熱装置で回収した熱を利用可能な貯湯システム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、請求項１に係る貯湯システムは、発熱装置と、主熱媒回路と、熱回収用熱交換器と、貯湯部と、暖房用熱媒流路と、を備える。前記発熱装置は、熱を発生する。前記主熱媒回路には、主熱媒が循環する。前記熱回収用熱交換器は、前記発熱装置で発生した熱を前記主熱媒が回収するための熱交換器である。前記貯湯部は、前記主熱媒回路に設けられ回収した熱を湯として貯留する。前記暖房用熱媒流路は、暖房用熱媒が循環する。

前記貯湯システムは、バイパス流路と、熱交換器と、三方弁と、を更に備える。前記バイパス流路は、前記主熱媒回路において前記貯湯部と並列に接続される。前記熱交換器は、前記バイパス流路を通流する前記主熱媒と前記暖房用熱媒流路を通流する前記暖房用熱媒とが熱交換する。前記三方弁は、前記バイパス流路の一端と前記主熱媒回路との接続部に設けられる。

更に、請求項１に係る発明において、前記貯湯システムは、戻り温度検知部と、入温度検知部と、出温度検知部と、を更に備える。前記戻り温度検知部は、前記主熱媒回路を通流する前記主熱媒の前記発熱装置への戻り温度を検知する。前記入温度検知部は、前記暖房用熱媒流路を通流する前記暖房用熱媒の前記熱交換器への入温度を検知する。前記出温度検知部は、前記暖房用熱媒流路を通流する前記暖房用熱媒の前記熱交換器からの出温度を検知する。

更に、請求項１に係る発明において、前記貯湯システムは、制御部を更に備える。前記制御部は、前記戻り温度、前記入温度及び前記出温度に基づいて、前記戻り温度が発熱装置の排熱の温度よりも低い温度となるように前記三方弁の開度を調整する。

請求項１に係る発明にあっては、発熱装置で発生した熱を回収した主熱媒を、貯湯部に通流させずにバイパス流路に通流させて、熱交換器にて主熱媒と暖房用熱媒との間で熱交換をさせることができる。これにより、発熱装置で発生した熱を、貯湯部を介さずに暖房用熱媒に直接的に付与することができることになり、端末において発熱装置で回収した熱を利用可能な貯湯システムとすることができる。

更に、請求項１に係る発明にあっては、主熱媒の発熱装置への戻り温度と、暖房用熱媒の熱交換器への入温度と、暖房用熱媒の熱交換器からの出温度を検知することができる。

更に、請求項１に係る発明にあっては、主熱媒の戻り温度を、発熱装置の排熱の温度よりも低い温度として、発熱装置における熱の回収を確実に行うことが可能となる。

図１は、本発明の貯湯システムの一実施形態の全体構成図である。 図２は、同上の貯湯システムの制御系を示すブロック図である。

本開示は、貯湯システムに関し、更に詳しくは、発熱装置と、貯湯部と、暖房用熱媒流路と、を備える貯湯システムに関するものである。以下、本開示に係る貯湯システムの一実施形態について、図１及び図２に基づいて説明する。なお、本開示に係る貯湯システムの実施形態は、下記実施形態に限定されるものではなく、本開示に係る技術的思想を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。

貯湯システム１は、発熱装置２と、主熱媒回路３と、熱回収用熱交換器４と、貯湯部５と、暖房用熱媒流路６と、を備える。

発熱装置２は、電気及び熱を発生する発電装置であり、本実施形態では、固体高分子形燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell、略してＰＥＦＣとする）により発熱装置２が構成される。なお、発熱装置２としては、他の種類の燃料電池であってもよいし、原動機駆動式の発電装置であってもよく、また、発電装置でなくても熱を発生する装置であれば特に限定されない。発熱装置２に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となる。

主熱媒回路３は、発熱装置２で発生した熱を回収する熱媒（これを主熱媒とする）が循環する回路である。主熱媒回路３の途中には、ポンプ等からなる主熱媒搬送装置３１と、主熱媒調整弁３２とが設けられる。主熱媒回路３においては、主熱媒搬送装置３１により、主熱媒の通流の実行及び停止が切り替え可能であると共に、主熱媒調整弁３２により、主熱媒の通流量が調整可能である。主熱媒回路３の途中には、熱回収用熱交換器４が接続される。

熱回収用熱交換器４は、発熱装置２で発生した熱を主熱媒が回収するためのものである。熱回収用熱交換器４は、発熱装置２からの熱が可能となるように主に発熱装置２の内部又は発熱装置２に隣接して配置される。なお、熱回収用熱交換器４の設置箇所は特に限定されない。また、熱回収用熱交換器４は、主熱媒と、発熱装置２の内部を通流する別の熱媒との間で熱交換を行わせるものであってもよい。

貯湯部５は、主熱媒回路３に設けられ回収した熱を湯水として貯留する。貯湯部５は、主熱媒の湯水を給湯用の湯水として貯留する密閉型のタンクである。なお、貯湯部５において、主熱媒を給湯用の湯水として直接貯留するのではなく、主熱媒と貯留している湯水とを熱交換器（不図示）を介して熱交換させることにより、貯留している湯水を給湯用の湯水として利用するものであってもよい。

貯湯部５には、湯水供給部５１が設けられる。湯水供給部５１は、貯湯部５に湯水を供給するもので、本実施形態では、給水管５１１及び給水管５１１に設けられる給水弁５１２により構成される。給水管５１１の上流端は、水道等の給水源（不図示）に接続されており、給水管５１１の下流端は、貯湯部５の下部（下端部）に接続されている。湯水供給部５１は、貯湯部５への給水の実行及び停止を切り替え可能であると共に、給水量を調整可能である。なお、湯水供給部５１は、このような給水源に接続される給水管５１１及び給水弁５１２に限定されない。

また、貯湯部５には、出湯流路５２が接続される。出湯流路５２の上流端は、貯湯部５の上部（上端部）に接続されている。貯湯部５より出湯流路５２を介して出湯された湯水は、給湯を行ったり風呂の湯張りを行ったりするのに用いられる。

図２に示すように、貯湯システム１は、貯湯制御部１１を備えている。貯湯制御部１１は、例えばマイクロコンピュータを有し、ＲＯＭ等の記憶媒体に記憶されたプログラムを実行することで、各要素の動作を制御する。貯湯制御部１１は、発熱装置２を制御して、発熱装置２における単位時間当たりの発熱量を調整することができる。また、貯湯制御部１１は、主熱媒回路３に設けられた主熱媒搬送装置３１及び主熱媒調整弁３２を制御して、主熱媒回路３を通流する主熱媒の通流の実行及び停止、主熱媒の通流量を調整する。また、貯湯制御部１１は、湯水供給部５１の給水弁５１２を制御して、貯湯部５への給水の実行及び停止、給水量を調整する。

図１に示すように、暖房用熱媒流路６は、暖房用熱媒が通流する流路である。暖房用熱媒としては、温水（湯水）が利用される。暖房用熱媒流路６には、温水床暖房装置等の温水を利用する端末８が接続される。本実施形態では、暖房用熱媒流路６のうち温水が端末８へ向けて通流する往き流路６０１の下流端に、往きヘッダ６１が設けられる。また、暖房用熱媒流路６のうちの温水が端末８から出て通流する戻り流路６０２の上流端に、戻りヘッダ６２が設けられる。端末８は、温水が通流する内部流路８０を有している。端末８の内部流路８０の入端部と往きヘッダ６１との間に、端末用往き流路８１が接続され、端末８の内部流路８０の出端部と戻りヘッダ６２との間に、端末用戻り流路８２が接続される。暖房用熱媒流路６、往きヘッダ６１、端末用往き流路８１、端末８の内部流路８０、端末用戻り流路８２及び戻りヘッダ６２により、暖房用熱媒が循環する暖房用熱媒回路が構成される。

暖房用熱媒流路６の途中には、暖房タンク６３が設けられる。暖房タンク６３は、暖房用熱媒を貯留する大気開放型のタンクであり、暖房用熱媒の熱膨張を吸収するバッファとして機能する。暖房タンク６３に、水道等の給水源に接続される給水管（不図示）が接続されてもよい。

暖房用熱媒流路６の途中には、ポンプ等からなる暖房用熱媒搬送装置６４と、暖房用熱媒調整弁６５とが設けられる。暖房用熱媒流路６においては、暖房用熱媒搬送装置６４により、暖房用熱媒の通流の実行及び停止が切り替え可能であると共に、暖房用熱媒調整弁６５により、暖房用熱媒の通流量が調整可能である。

暖房用熱媒流路６の途中には、補助熱源６６が設けられる。補助熱源６６は、本実施形態では都市ガスやプロパンガス等を燃料とするガスバーナにより構成される。なお、補助熱源６６としては、他の燃焼機器や電気ヒーター等、熱を発生するものであれば特に限定されない。

図２に示すように、貯湯システム１は、暖房操作部１３を備えている。暖房操作部１３が操作されて、端末８の動作、停止及び各種設定を行う。暖房操作部１３より入力された情報は、暖房制御部１２に受信される。

貯湯システム１は、暖房制御部１２を備えている。暖房制御部１２は、例えばマイクロコンピュータを有し、ＲＯＭ等の記憶媒体に記憶されたプログラムを実行することで、各要素の動作を制御する。暖房制御部１２は、暖房用熱媒流路６に設けられた暖房用熱媒搬送装置６４及び暖房用熱媒調整弁６５を制御して、暖房用熱媒流路６を通流する暖房用熱媒の通流の実行及び停止、暖房用熱媒の通流量を調整する。また、暖房制御部１２は、補助熱源６６を制御して、補助熱源６６における発熱量を調整する。

貯湯システム１は、貯湯制御部１１と暖房制御部１２との間で通信を行う通信装置（不図示）を更に備える。通信装置により、貯湯制御部１１と暖房制御部１２とは、無線又は有線により相互に送受信を行うことができる。このような通信装置は、従来知られている様々なものが適宜利用可能であり、特に限定されない。本実施形態では、貯湯制御部１１と暖房制御部１２とにより、貯湯システム１の全体の制御部１０が構成される。なお、貯湯システム１が単一の制御部１０を備え、単一の制御部１０が貯湯システム１の全体を制御してもよい。

図１に示すように、貯湯システム１は、バイパス流路７を備える。バイパス流路７は、主熱媒回路３において貯湯部５と並列に接続される。すなわち、バイパス流路７は、主熱媒回路３のうち、主熱媒が発熱装置２から貯湯部５に向けて通流する往き流路３０１と、主熱媒が貯湯部５から発熱装置２に向けて通流する戻り流路３０２との間に跨るように接続される。

また、バイパス流路７の一端と主熱媒回路３との接続部に、三方弁７２が設けられる。本実施形態では、三方弁７２は、主熱媒回路３の往き流路３０１とバイパス流路７との接続部に設けられる。

三方弁７２においては、主熱媒回路３の往き流路３０１を通流してきた主熱媒が、貯湯部５に向けて往き流路３０１の下流側を通流する流路と、バイパス流路７を通流する流路と、に切り替え可能である。また、三方弁７２の開度を調整することにより、主熱媒回路３の往き流路３０１を通流してきた主熱媒を、往き流路３０１の下流側とバイパス流路７の両方に任意の比率で分流させることが可能である。三方弁７２は、貯湯制御部１１に制御されるが、暖房制御部１２に制御されてもよく、貯湯システム１の全体の制御部１０に制御されればよい。

バイパス流路７の途中には、熱交換器７１が設けられる。熱交換器７１は、バイパス流路７を通流する主熱媒と、暖房用熱媒流路６を通流する暖房用熱媒とが熱交換するための熱交換器である。

貯湯システム１は、戻り温度検知部１４を備える。戻り温度検知部１４は、主熱媒回路３の戻り流路３０２のうち、バイパス流路７と接続されている接続部の下流側の部分に設けられる。戻り温度検知部１４は、主熱媒回路３を通流する主熱媒の発熱装置２への戻り温度を検知する。戻り温度検知部１４に検知された情報は、貯湯制御部１１に受信される。

貯湯システム１は、入温度検知部１５を備える。入温度検知部１５は、暖房用熱媒流路６における熱交換器７１の上流側の部分に設けられる。入温度検知部１５は、暖房用熱媒流路６を通流する暖房用熱媒の熱交換器７１への入温度を検知する。入温度検知部１５に検知された情報は、暖房制御部１２に受信される。

貯湯システム１は、出温度検知部１６を備える。出温度検知部１６は、暖房用熱媒流路６における熱交換器７１の下流側の部分に設けられる。出温度検知部１６は、暖房用熱媒流路６を通流する暖房用熱媒の熱交換器７１からの出温度を検知する。出温度検知部１６に検知された情報は、暖房制御部１２に受信される。

貯湯システム１の運転について説明する。使用者は、暖房操作部１３を操作して、温水床暖房装置等の端末８の利用を開始する。制御部１０は、発熱装置２が動作していない場合は、発熱装置２を動作させるが、発熱装置２は常に動作していることが多い。また、発熱装置２の動作に伴って、主熱媒搬送装置３１及び主熱媒調整弁３２も動作している。

制御部１０は、暖房用熱媒搬送装置６４及び暖房用熱媒調整弁６５を動作させて、暖房用熱媒を暖房用熱媒流路６（暖房用熱媒回路）に通流させる。端末８の内部流路８０を暖房用熱媒が通流することにより、暖房が開始される。

制御部１０は、戻り温度検知部１４に検知された戻り温度、入温度検知部１５に検知された入温度及び出温度検知部１６に検知された出温度に基づいて、戻り温度が所定範囲となるように三方弁７２の開度を調整する。本実施形態では、発熱装置２がＰＥＦＣであり、排熱の温度、すなわち、主熱媒が熱を付与される対象の温度が４０～６０℃である。このため、戻り温度は、この４０～６０℃の熱の温度よりも低い温度にする必要がある。そこで、三方弁７２の開度を調整する。また、制御部１０は、端末８に所定の温度の暖房用熱媒が通流されるように、適宜、補助熱源６６を動作させる。

上述したように、貯湯システム１は、バイパス流路７、熱交換器７１及び三方弁７２を備えている。これにより、発熱装置２で発生した熱を回収した主熱媒を、貯湯部５に通流させずにバイパス流路７に通流させて、熱交換器７１にて主熱媒と暖房用熱媒との間で熱交換をさせることができる。この結果、発熱装置２で発生した熱を、貯湯部５を介さずに暖房用熱媒に直接的に付与することができることになり、端末８において発熱装置２で回収した熱を利用可能な貯湯システム１とすることができる。

また、制御部１０が、戻り温度、入温度及び出温度に基づいて、戻り温度が所定範囲となるように三方弁７２の開度を調整する。このため、主熱媒の戻り温度を、発熱装置２の排熱の温度よりも低い温度とすることができ、発熱装置２における熱の回収を確実に行うことが可能となる。

１ 貯湯システム
１０ 制御部
１４ 戻り温度検知部
１５ 入温度検知部
１６ 出温度検知部
２ 発熱装置
３ 主熱媒回路
４ 熱回収用熱交換器
５ 貯湯部
６ 暖房用熱媒流路
７ バイパス流路
７１ 熱交換器
７２ 三方弁

Claims (1)

1. 熱を発生する発熱装置と、
   主熱媒が循環する主熱媒回路と、
   前記発熱装置で発生した熱を前記主熱媒が回収するための熱回収用熱交換器と、
   前記主熱媒回路に設けられ回収した熱を湯として貯留する貯湯部と、
   暖房用熱媒が循環する暖房用熱媒流路と、を備える貯湯システムであって、
   前記主熱媒回路において前記貯湯部と並列に接続されるバイパス流路と、
   前記バイパス流路を通流する前記主熱媒と前記暖房用熱媒流路を通流する前記暖房用熱媒とが熱交換する熱交換器と、
   前記バイパス流路の一端と前記主熱媒回路との接続部に設けられる三方弁と、
   前記主熱媒回路を通流する前記主熱媒の前記発熱装置への戻り温度を検知する戻り温度検知部と、
   前記暖房用熱媒流路を通流する前記暖房用熱媒の前記熱交換器への入温度を検知する入温度検知部と、
   前記暖房用熱媒流路を通流する前記暖房用熱媒の前記熱交換器からの出温度を検知する出温度検知部と、
   制御部と、を更に備え、
   前記制御部は、前記戻り温度、前記入温度及び前記出温度に基づいて、前記戻り温度が前記発熱装置の排熱の温度よりも低い温度となるように前記三方弁の開度を調整する
   貯湯システム。

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