特許 5776534 熱供給方法、及び熱供給システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5776534

(24)【登録日】2015年7月17日

(45)【発行日】2015年9月9日

(54)【発明の名称】熱供給方法、及び熱供給システム

(51)【国際特許分類】

   F24H 1/00 20060101AFI20150820BHJP

   F25B 6/04 20060101ALN20150820BHJP

【ＦＩ】

   F24H1/00 611H

   !F25B6/04 Z

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2011-273300(P2011-273300)

(22)【出願日】2011年12月14日

(65)【公開番号】特開2013-124806(P2013-124806A)

(43)【公開日】2013年6月24日

【審査請求日】2014年3月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003687

【氏名又は名称】東京電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100089037

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 隆

(72)【発明者】

【氏名】梅沢 修一

【審査官】 渡邉 洋

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−２１３８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１２０９１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０６３２６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３０８１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５６２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０９１１３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｈ １／００

Ｆ２５Ｂ ６／００− ６／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヒートポンプから出力される熱源を介して熱需要部の被加熱媒体に熱を供給する熱供給方法であって、
前記熱需要部の前記被加熱媒体の熱交換後の温度に基づいて前記熱源の基準温度線を設定し、
前記基準温度線の戻り温度と熱交換前の前記被加熱媒体との温度差が、前記基準温度線の出力温度と熱交換後の前記被加熱媒体との温度差よりも大きい場合に、
前記熱源における出力温度を前記基準温度線よりも高く、前記熱需要部との間で熱交換した前記熱源における戻り温度を前記基準温度線よりも低くするように前記ヒートポンプから出力される前記熱源の流量を絞ることを特徴とする熱供給方法。

【請求項2】

前記基準温度線は、前記被加熱媒体の熱交換後の温度との差が５度以下となるように設定される
することを特徴とする請求項１に記載の熱供給方法。

【請求項3】

需要温度が異なる複数の前記熱需要部に対して熱を供給することを特徴とする請求項１または２に記載の熱供給方法。

【請求項4】

前記熱源は、前記複数の熱需要部に対して、前記需要温度が高いものから順に熱を供給することを特徴とする請求項３に記載の熱供給方法。

【請求項5】

熱需要部の被加熱媒体に対して熱源を介して熱を供給するヒートポンプと、
前記熱源が流れる流路と、
前記流路を閉塞可能なバルブと、
前記ヒートポンプおよび前記バルブの駆動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記熱需要部の前記被加熱媒体の熱交換後の温度に基づいて前記熱源の基準温度線を設定し、
前記基準温度線の戻り温度と熱交換前の前記被加熱媒体との温度差が、前記基準温度線の出力温度と熱交換後の前記被加熱媒体との温度差よりも大きい場合に、
前記熱源における出力温度を前記基準温度線よりも高く、前記熱需要部との間で熱交換した前記熱源における戻り温度を前記基準温度線よりも低くするように前記ヒートポンプから出力される前記熱源の流量を絞ることを特徴とする熱供給システム。

【請求項6】

前記制御部は、前記被加熱媒体の熱交換後の温度との差が５度以下となるように前記基準温度線を設定することを特徴とする請求項５に記載の熱供給システム。

【請求項7】

前記流路は、第１の流路と、該第１の流路から分岐し、温度の異なる複数の前記熱需要部に対してそれぞれ前記熱源を供給する第２の流路と、を有し、
前記バルブは、前記第１の流路における前記第２の流路との接続部分にそれぞれ設けられることを特徴とする請求項６に記載の熱供給システム。

【請求項8】

前記ヒートポンプは、需要温度が異なる複数の前記熱需要部に対し、前記需要温度が高いものから順に熱を供給することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の熱供給システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱供給方法、及び熱供給システムに関する。

【背景技術】

【0002】

熱供給システムとして、ヒートポンプを用いて水などの被加熱媒体を効率的に加熱する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５−１２９５０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、一般にヒートポンプでは熱源の出力温度及び出力流量が一定となる状態で駆動された場合、必ずしもエネルギー効率が高いとは言い難く、より一層のエネルギー効率の向上が望まれていた。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、熱需要部に対してヒートポンプによる熱供給を高い効率で行うことができる熱供給方法、及び熱供給システムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の熱供給方法は、ヒートポンプから出力される熱源を介して熱需要部の被加熱媒体に熱を供給する熱供給方法であって、前記熱源における出力温度を所定の基準値よりも高く、前記熱需要部との間で熱交換した前記熱源における戻り温度を前記所定の基準値よりも低くするように前記ヒートポンプを駆動させることを特徴とする。

【0007】

本発明の熱供給方法によれば、熱源の出力温度を所定の基準値よりも高く、戻り温度を所定の基準値よりも低くするので、成績係数が高い状態でヒートポンプを使用することができる。よって、熱需要部に対して熱を効率的に供給することでエネルギー効率の向上を図ることができる。

【0008】

また、上記熱供給方法においては、前記熱源の流量を制御することで前記熱源における前記出力温度又は前記戻り温度を調整するのが好ましい。
この構成によれば、簡便且つ確実に熱源の温度を調整することができる。

【0009】

また、上記熱供給方法においては、需要温度が異なる複数の前記熱需要部に対して熱を供給するのが好ましい。
この構成によれば、需要温度が異なる複数の熱需要部に対して成績係数が高いヒートポンプを使用できるので、エネルギー効率をさらに向上させることができる。

【0010】

また、上記熱供給方法においては、前記熱源は、前記複数の熱需要部に対して、前記需要温度が高いものから順に熱を供給するのが好ましい。
この構成によれば、需要温度が高いものから順に熱源から熱が供給されるので、熱源の温度制御が容易となり、エネルギー効率を高めることができる。

【0011】

また、本発明の熱供給システムは、熱需要部の被加熱媒体に対して熱源を介して熱を供給するヒートポンプと、前記熱源における出力温度を所定の基準値よりも高く、前記熱需要部との間で熱交換した前記熱源における戻り温度を前記所定の基準値よりも低くするように前記ヒートポンプの駆動を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

【0012】

本発明の熱供給システムによれば、制御部が熱源の出力温度を所定の基準値よりも高く、戻り温度を所定の基準値よりも低くすることで成績係数が高い状態でヒートポンプを駆動することができる。よって、熱需要部に対して熱を効率的に供給することでエネルギー効率の向上を図った熱供給システムを提供できる。

【0013】

また、上記熱供給システムにおいては、前記熱源が流れる流路と、該流路を閉塞可能なバルブと、を備え、前記制御部は、前記バルブを開閉することで前記熱源の流量を制御し、前記熱源における前記出力温度又は前記戻り温度を調整するのが好ましい。
この構成によれば、バルブの開閉を制御することで簡便且つ確実に熱源の温度を調整することができる。

【0014】

また、上記熱供給システムにおいては、前記流路は、第１の流路と、該第１の流路から分岐し、温度の異なる複数の前記熱需要部に対してそれぞれ前記熱源を供給する第２の流路と、を有し、前記バルブは、前記第１の流路における前記第２の流路との接続部分にそれぞれ設けられるのが好ましい。
この構成によれば、異なる複数の熱需要部にそれぞれ供給される熱源の流量を良好に調整できるので、エネルギー効率をさらに高めることができる。

【0015】

また、上記熱供給システムにおいては、前記ヒートポンプは、需要温度が異なる複数の前記熱需要部に対し、前記需要温度が高いものから順に熱を供給するのが好ましい。
この構成によれば、需要温度が高いものから順に熱源から熱が供給されるので、熱源の温度制御が容易となり、エネルギー効率を高めることができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、熱需要部に対してヒートポンプによる熱供給を高い効率で行うことができる熱供給方法、及び熱供給システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】熱供給システムを概念的に示す図である。

【図2】ヒートポンプにおける稼働パターンを示す図である。

【図3】熱源と水槽内の温水との熱交換を概念的に示す図である。

【図4】本発明を適用しない場合において、稼働パターン５による熱交換を概念的に示す図である。

【図5】熱源の出力温度及び戻り温度とＣＯＰとの関係を表したグラフである。

【図6】本発明を適用した場合において、稼働パターン５による熱交換を概念的に示す図である。

【図7】本発明の効果を示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の熱供給方法及び熱供給システムに係る一実施例について図面を参照して説明する。

【0019】

図１は、本実施形態に係る熱供給システム１００を概念的に示す図である。
図１に示されるように、熱供給システム１００は、ヒートポンプ１０１と、ヒートポンプ１０１により加熱される被加熱媒体としての温水を貯留する第１水槽（熱需要部）１１０、第２水槽（熱需要部）１１１、第３水槽（熱需要部）１１２、及び制御部１５０を主体に構成されている。

【0020】

ヒートポンプ１０１は、蒸発、圧縮、凝縮、及び膨張の各工程からなるサイクルにより、低温の物体から熱を汲み上げ、高温の物体に熱を与える装置であり、エネルギー利用効率が比較的高く、また、ＣＯ_２等の化学物質の排出量が比較的少ないという利点を有する。

【0021】

ヒートポンプ１０１は、蒸発器、圧縮機、熱交換器、及び膨張弁等（不図示）を含む熱媒体回路を有する。なお、図１では図を簡略化し、熱媒体回路のうち、第１水槽１１０、第２水槽１１１、及び第３水槽１１２に対して熱を供給する熱源（温水）が流れる流路１２０と、流路１２０を閉塞可能なバルブＢ１，Ｂ２，Ｂ３のみを図示している。第１水槽１１０、第２水槽１１１、及び第３水槽１１２は流路１２０に対して直列に接続されている。

【0022】

上記膨張弁及び蒸発器は減圧・膨張機能及び吸熱機能を有し、熱媒体が蒸発する際、その蒸発熱に相当する熱をサイクル外の熱源（例えば大気）から吸収する。また、圧縮機及び熱交換器は圧縮機能及び放熱機能を有し、熱媒体が凝縮する際、その凝縮熱に相当する熱をサイクル外の熱源（本実施例では水）に与えることができる。ヒートポンプ１０１の熱媒体としては、フロン系媒体、アンモニア、水などの公知の様々な熱媒体を適用可能である。

【0023】

第１水槽１１０、第２水槽１１１、及び第３水槽１１２は、それぞれの用途に応じた温度の温水を貯留するものである。各水槽１１０，１１１，１１２内の温水の温度を測定可能な温度計１２１，１２２，１２３がそれぞれ設けられている。

【0024】

各温度計１２１，１２２，１２３は制御部１５０に電気的に接続されており、制御部１５０は各水槽１１０，１１１，１１２内の温水の温度を検出可能となっている。第１水槽１１０、第２水槽１１１、及び第３水槽１１２内の温水の温度はそれぞれ異なる基準に基づいて管理される。

【0025】

具体的に本実施形態では、第１水槽１１０内の温水の温度は６０℃を基準に管理され、第２水槽１１１内の温水の温度は５０℃を基準に管理され、第３水槽１１２内の温水の温度は４０℃を基準に管理される。

【0026】

本実施形態においては、熱需要部として必要とされる温度（需要温度）が高い方から順に流路１２０の上流側から下流側に向かって配置されている。すなわち、流路１２０の上流側から第１水槽１１０、第２水槽１１１、及び第３水槽１１２の順に配置されている。

【0027】

上記流路１２０は、ヒートポンプ１０１で加熱された温水が流れるメイン流路（第１の流路）１２０ａと、メイン流路１２０ａから分岐するサブ流路（第２の流路）１２０ｂと、を有する。メイン流路１２０ａはヒートポンプ１０１に対して循環するように設けられている。サブ流路１２０ｂはメイン流路１２０ａから分岐した後、第１水槽１１０へと引き回される第１サブ流路１２０ｂ１と、第２水槽１１１へと引き回される第２サブ流路１２０ｂ２と、第３水槽１１２へと引き回される第３サブ流路１２０ｂ３と、を有する。

【0028】

上記バルブＢ１，Ｂ２，Ｂ３は、メイン流路１２０ａにおける上記第１サブ流路１２０ｂ１、第２サブ流路１２０ｂ２、及び第３サブ流路１２０ｂ３との接続部分にそれぞれ設けられている。

【0029】

上記制御部１５０はヒートポンプ１０１の各構成部材の駆動を制御するためのものである。制御部１５０はヒートポンプ１０１を構成する熱媒体回路の駆動全般を制御することで流路１２０を介して出力される熱源の温度を調整可能となっている。また、制御部１５０はバルブＢ１，Ｂ２，Ｂ３に電気的に接続されており、サブ流路１２０ｂを閉塞可能となっている。このように制御部１５０は、バルブＢ１，Ｂ２，Ｂ３の開閉を制御することで温水が流れるサブ流路１２０ｂの切り替えを行うようになっている。

【0030】

ヒートポンプ１０１は、第１水槽１１０、第２水槽１１１、及び第３水槽１１２内の温水（被加熱媒体）とサブ流路１２０ｂ内を流れる熱源との間で熱交換を行うことで、各水槽１１０，１１１，１１２内の温水に対して熱を供給する。ヒートポンプ１０１から供給される熱源は、各水槽１１０，１１１，１１２内の温水と対向流方式で熱交換を行う。

【0031】

ところで、上記第１水槽１１０、第２水槽１１１、及び第３水槽１１２においては熱の放出が起こるため、時間の経過とともに貯留する温水の温度が上記基準温度から低下してしまう。本実施形態に係る熱供給システム１００は、制御部１５０が上記温度計１２１，１２２，１２３によって各水槽１１０，１１１，１１２内の温水の温度を随時検出している。

【0032】

熱供給システム１００は、上記各水槽１１０，１１１，１１２内の温水が基準温度よりも所定温度（５℃）だけ低下した場合、後述のように第１水槽１１０、第２水槽１１１、及び第３水槽１１２内の温水の温度を所定温度まで上昇させるべく、サブ流路１２０ｂ内に熱源を供給し、所望の温水に対して熱を供給する。

【0033】

図２は、ヒートポンプ１０１における稼働パターンを示す図である。なお、同図における丸印は対象となる水槽内の温水と流路１２０内の温水との間で熱交換を行うことを意味する。なお、図２において水槽１とは第１水槽１１０に対応し、水槽２とは第２水槽１１１に対応し、水槽３とは第３水槽１１２に対応している。

【0034】

図２に示す稼働パターン１は第１水槽１１０にのみ熱を供給するパターンである。
稼働パターン１では、制御部１５０がバルブＢ１のみを開き、バルブＢ２，Ｂ３を閉じた状態とする。このとき、ヒートポンプ１０１から供給される熱源はメイン流路１２０ａから第１サブ流路１２０ｂ１を流れて第１水槽１１０へと供給され、該第１水槽１１０内に貯留される温水を加熱する。

【0035】

具体的に稼働パターン１では、ヒートポンプ１０１から供給された熱源はメイン流路１２０ａから第１サブ流路１２０ｂ１を介して第１水槽１１０へと供給される。第１水槽１１０内の温水と熱交換をした第１サブ流路１２０ｂ１内の熱源は再びメイン流路１２０ａへと流れ込み、ヒートポンプ１０１に循環される。

【0036】

また、稼働パターン２は第２水槽１１１にのみ熱を供給するパターンである。稼働パターン２では、制御部１５０がバルブＢ２のみを開き、バルブＢ１，Ｂ３を閉じた状態とする。このとき、ヒートポンプ１０１から供給される熱源はメイン流路１２０ａから第２サブ流路１２０ｂ２を流れて第２水槽１１１へと供給され、該第２水槽１１１内に貯留される温水を加熱する。

【0037】

具体的に稼働パターン２では、ヒートポンプ１０１から供給された熱源はメイン流路１２０ａから第２サブ流路１２０ｂ２を介して第２水槽１１１へと供給される。第２水槽１１１内の温水と熱交換をした第２サブ流路１２０ｂ２内の熱源は再びメイン流路１２０ａへと流れ込み、ヒートポンプ１０１に循環される。

【0038】

また、稼働パターン３は第３水槽１１２にのみ熱を供給するパターンである。稼働パターン３では、制御部１５０がバルブＢ３のみを開き、バルブＢ１，Ｂ２を閉じた状態とする。このとき、ヒートポンプ１０１から供給される熱源はメイン流路１２０ａから第３サブ流路１２０ｂ３を流れて第３水槽１１２へと供給され、該第３水槽１１２内に貯留される温水を加熱する。

【0039】

具体的に稼働パターン３では、ヒートポンプ１０１から供給された熱源はメイン流路１２０ａから第３サブ流路１２０ｂ３を介して第３水槽１１２へと供給される。第３水槽１１２内の温水と熱交換をした第３サブ流路１２０ｂ３内の熱源は再びメイン流路１２０ａへと流れ込み、ヒートポンプ１０１に循環される。

【0040】

また、稼働パターン４は第１水槽１１０及び第２水槽１１１内の温水に熱を供給するパターンである。稼働パターン４では、制御部１５０がバルブＢ１，Ｂ２を開き、バルブＢ３を閉じた状態とする。このとき、ヒートポンプ１０１から供給される熱源はメイン流路１２０ａから第１サブ流路１２０ｂ１及び第２サブ流路１２０ｂ２を介して第１水槽１１０及び第２水槽１１１へと供給され、該第１水槽１１０及び第２水槽１１１内に貯留される温水を加熱する。

【0041】

具体的に稼働パターン４では、ヒートポンプ１０１から供給された熱源はメイン流路１２０ａから第１サブ流路１２０ｂ１を介して第１水槽１１０へと供給される。第１水槽１１０内の温水と熱交換をした第１サブ流路１２０ｂ１内の熱源は再びメイン流路１２０ａへと流れ込み、その後、第２サブ流路１２０ｂ２を介して第２水槽１１１へと供給される。第２水槽１１１内の温水と熱交換をして第２サブ流路１２０ｂ２内を流れる熱源は再びメイン流路１２０ａへと流れ込み、ヒートポンプ１０１に循環される。

【0042】

また、稼働パターン５は第１水槽１１０及び第３水槽１１２内の温水に熱を供給するパターンである。稼働パターン５では、制御部１５０がバルブＢ１，Ｂ３を開き、バルブＢ２を閉じた状態とする。このとき、ヒートポンプ１０１から供給される熱源はメイン流路１２０ａから第１サブ流路１２０ｂ１及び第３サブ流路１２０ｂ３を介して第１水槽１１０及び第３水槽１１２へと供給され、該第１水槽１１０及び第３水槽１１２内に貯留される温水を加熱する。

【0043】

具体的に稼働パターン５では、ヒートポンプ１０１から供給された熱源はメイン流路１２０ａから第１サブ流路１２０ｂ１を介して第１水槽１１０へと供給される。第１水槽１１０内の温水と熱交換をした第１サブ流路１２０ｂ１内の熱源は再びメイン流路１２０ａへと流れ込み、その後、第３サブ流路１２０ｂ３を介して第３水槽１１２へと供給される。第３水槽１１２内の温水と熱交換をして第３サブ流路１２０ｂ３内を流れる熱源は再びメイン流路１２０ａへと流れ込み、ヒートポンプ１０１に循環される。

【0044】

また、稼働パターン６は第２水槽１１１及び第３水槽１１２内の温水に熱を供給するパターンである。
稼働パターン６では、制御部１５０がバルブＢ２，Ｂ３を開き、バルブＢ１を閉じた状態とする。このとき、ヒートポンプ１０１から供給される熱源はメイン流路１２０ａから第２サブ流路１２０ｂ２及び第３サブ流路１２０ｂ３を介して第２水槽１１１及び第３水槽１１２内の温水を加熱する。

【0045】

具体的に稼働パターン６では、ヒートポンプ１０１から供給された熱源はメイン流路１２０ａから第２サブ流路１２０ｂ２を介して第２水槽１１１へと供給される。第２水槽１１１内の温水と熱交換をした第２サブ流路１２０ｂ２内の熱源は再びメイン流路１２０ａへと流れ込み、その後、第３サブ流路１２０ｂ３を介して第３水槽１１２へと供給される。第３水槽１１２内の温水と熱交換をして第３サブ流路１２０ｂ３内を流れる熱源は再びメイン流路１２０ａへと流れ込み、ヒートポンプ１０１に循環される。

【0046】

また、稼働パターン７は第１水槽１１０乃至第３水槽１１２内の温水に熱を供給するパターンである。稼働パターン７では、制御部１５０がバルブＢ１，Ｂ２，Ｂ３全てを開いた状態とする。このとき、ヒートポンプ１０１から供給される熱源はメイン流路１２０ａから第１サブ流路１２０ｂ１、第２サブ流路１２０ｂ２、及び第３サブ流路１２０ｂ３を介して第１水槽１１０、第２水槽１１１、及び第３水槽１１２内の温水を加熱する。

【0047】

具体的に稼働パターン７では、ヒートポンプ１０１から供給された熱源はメイン流路１２０ａから第１サブ流路１２０ｂ１を介して第１水槽１１０へと供給される。第１水槽１１０内の温水と熱交換をした第１サブ流路１２０ｂ１内の熱源は再びメイン流路１２０ａへと流れ込み、その後、第２サブ流路１２０ｂ２を介して第２水槽１１１へと供給される。第２水槽１１１内の温水と熱交換をして第２サブ流路１２０ｂ２内を流れる熱源は再びメイン流路１２０ａへと流れ込み、その後、第３サブ流路１２０ｂ３を介して第３水槽１１２へと供給される。第３水槽１１２内の温水と熱交換をして第３サブ流路１２０ｂ３内を流れる熱源は再びメイン流路１２０ａへと流れ込み、メイン流路１２０ａを介してヒートポンプ１０１に循環される。

【0048】

また、稼働パターン８は、制御部１５０が全てのバルブＢ１，Ｂ２，Ｂ３を閉じ、第１水槽１１０、第２水槽１１１、及び第３水槽１１２のいずれに対しても熱を供給しないパターンである。なお、ヒートポンプ１０１の駆動を停止し、流路１２０内に温水を供給しないことで稼働パターン８を構成しても構わない。

【0049】

熱供給システム１００は、このような稼働パターン１乃至８のいずれかに基づいて、例えば各水槽１１０，１１１，１１２内の温水の温度が基準温度から５℃低下すると、上記バルブＢ１，Ｂ２，Ｂ３のいずれかを開いて所望の水槽１１０，１１１，１１２に熱源を供給するようになっている。

【0050】

図３はヒートポンプ１０１で生成した熱源と各水槽１１０，１１１，１１２内の温水との熱交換を概念的に示す図である。図３におけるΔ´Ｔは熱源における出力温度と熱交換後の温水との温度差を表すものである。また、Δ´´Ｔは熱源における熱交換後の温度、すなわち熱交換後にヒートポンプ１０１へと循環する熱源の温度と熱交換前の温水の温度との温度差を表すものである。

【0051】

例えば、図３について稼働パターン１を例に挙げて説明する。
稼働パターン１において、制御部１５０は温度計１２１の検出結果から第１水槽１１０の温水の温度が基準温度（６０℃）から５℃低下した、すなわち５５℃になったと判断すると、バルブＢ１を開いて第１サブ流路１２０ｂ１を介して第１水槽１１０に熱源を供給し、第１水槽１１０内の温水を６５℃まで加熱する。

【0052】

サブ流路１２０ｂ１内の熱源と第１水槽１１０内の温水とは対向流方式で熱交換を行うため、温水の温度を５５℃から６５℃といったように温度を１０℃上昇させるために必要な熱源の温度は７０℃となる。したがって、制御部１５０は稼働パターン１においては、ヒートポンプ１０１から出力温度が７０℃の熱源を排出させる。

【0053】

出力温度が７０℃の熱源は、第１水槽１１０と熱交換することで温度が６０℃まで低下する（図３における右下がりの直線）。一方、熱源と熱交換を行うことで温水は、５５℃から６５℃まで温度が上昇する（図３における左上がりの直線）。

【0054】

このように稼働パターン１においては、制御部１５０は熱源が７０℃の温度で出力されるようにヒートポンプ１０１を駆動させることで第１水槽１１０内の温水に熱を効率的に供給することができる。すなわち、制御部１５０は熱源の出力温度のみを制御すればよい。

【0055】

このような図３に示される熱交換は、制御部１５０が熱源の出力温度のみを制御することで熱需要である水槽内の温水に対して効率的に熱を供給できる場合に対応するものである。したがって、バルブＢ２，Ｂ３のいずれか一方のみを開き、第２水槽１１１及び第３水槽１１２のいずれかに熱源を供給する稼働パターン２、３における熱源と温水との熱交換の概念図も図３で表すことができる。例えば、稼働パターン２ではヒートポンプ１０１からの熱源の出力温度が６０℃に設定され、稼働パターン３ではヒートポンプ１０１からの熱源の出力温度が５０℃に設定される。

【0056】

本実施形態における熱供給システム１００では流路１２０に対して直列に配置される熱需要部（第１水槽１１０、第２水槽１１１、及び第３水槽１１２）の基準温度（順に６０℃、５０℃、４０℃）がそれぞれ１０℃ずつ異なっている。また、上述のように各水槽１１０，１１１，１１２による熱交換後の熱源の温度は１０℃低下するようになっている。

【0057】

そのため、熱源が隣接する熱需要部（第１水槽１１０、第２水槽１１１、及び第３水槽１１２）に対して連続して供給される駆動パターン４，６，７においては流路１２０の最上流に配置された水槽の基準温度に対応させて熱源の出力温度を設定するようにヒートポンプ１０１を駆動することで水槽内の温水に熱を効率的に供給することができる。

【0058】

稼働パターン４では、第１水槽１１０及び第２水槽１１１の温水がそれぞれ基準温度から５℃低下していることからヒートポンプ１０１は第１水槽１１０及び第２水槽１１１に熱源を供給する必要がある。

【0059】

具体的に制御部１５０は、稼働パターン１と同様、出力温度が７０℃の熱源を第１水槽１１０に供給する。このとき、第１水槽１１０内の温水は熱源と熱交換することで６５℃まで加熱され、熱交換後の熱源の温度は６０℃となる。６０℃の熱源は第１サブ流路１２０ｂ１を介してメイン流路１２０ａから第２サブ流路１２０ｂ２を介して第２水槽１１１へと供給される。このとき、第２サブ流路１２０ｂ２内の熱源の温度は６０℃であることから第２水槽１１１内の温水と熱源とは稼働パターン２の場合と同様の条件で熱交換を行うことができる。

【0060】

また、稼働パターン６では、稼働パターン２と同様、出力温度６０℃の熱源を第２水槽１１１に供給し、熱交換後の熱源を第３水槽１１２に供給するようにヒートポンプ１０１及びバルブＢ２，Ｂ３の開閉を制御すればよい。

【0061】

また、稼働パターン７では、稼働パターン１と同様、出力温度７０℃の熱源を第１水槽１１０に供給し、熱交換後の熱源を第２水槽１１１、第３水槽１１２へと供給するようにヒートポンプ１０１及びバルブＢ１，Ｂ２，Ｂ３の開閉を制御すればよい。

【0062】

ところで、稼働パターン５では、上述した稼働パターン１乃至４、６、７と異なり、流路１２０に対して連続的に配置されない第１水槽１１０及び第３水槽１１２に対して熱を供給する必要がある。また、第１水槽１１０及び第３水槽１１２は基準温度が２０℃と大きく異なっている。

【0063】

図４は上記稼働パターン５において、ヒートポンプ１０１から熱源を出力温度７０℃で流路１２０に供給した場合（すなわち、本願発明を適用しない場合）における熱源と水槽内の温水との熱交換を概念的に示す図である。なお、図４におけるΔ´Ｔは熱源における出力温度と熱交換後の第１水槽１１０内の温水との温度差を表すものである。また、Δ´´Ｔは熱源における熱交換後の温度、すなわち第３水槽１１２との熱交換後に流路１２０を介してヒートポンプ１０１へと循環する熱源の温度と熱交換前の第３水槽１１２内の温水の温度との温度差を表すものである。

【0064】

図４に示されるように第１水槽１１０内の温水は熱源との熱交換前における温度が５５℃であり、熱交換後における温度が６５℃である。また、第３水槽１１２内の温水は熱源との熱交換前における温度が３５℃であり、熱交換後における温度が４５℃である。また、出力温度７０℃でヒートポンプ１０１から第１水槽１１０に供給された熱源は、熱交換により温度が６０℃まで低下する。なお、以下の説明においては、図４に示す熱源の温度を示す線を基準温度線Ｋと称する。

【0065】

上述したように第１水槽１１０の温水を基準温度まで加熱する際に必要とされる熱源の出力温度は７０℃であり、第３水槽１１２の温水を基準温度まで加熱する際に必要とされる熱源の出力温度は５０℃である。これに対し、稼働パターン５では、第１水槽１１０で熱交換をして第３水槽１１２に供給される熱源の温度、すなわち第３水槽１１２に対する熱源の出力温度が６０℃となっている。そのため、第３水槽１１２に対して必要以上に高い温度の熱源を供給していることとなる。

【0066】

従って、稼働パターン５において、上記稼働パターン１乃至４、６、７と同様、ヒートポンプ１０１から出力温度が７０℃の熱源を供給した場合、第３水槽１１２内の温水に対して効率的に熱を付与することができず、ヒートポンプ１０１のエネルギー効率としての成績係数（ＣＯＰ：coefficient of performance）が高いとは言い難かった。

【0067】

本実施形態に係る熱供給システム１００は、上記問題を解決するためのものであり、制御部１５０が熱源における出力温度を所定の基準値としての基準温度線Ｋの温度よりも高く、熱需要部（第１水槽１１０、第２水槽１１１、及び第３水槽１１２）との間で熱交換した熱源における戻り温度を基準温度線Ｋの温度よりも低くするようにヒートポンプ１０１を駆動させるようにしている。

【0068】

図５はヒートポンプ１０１における熱源の出力温度及び戻り温度とＣＯＰ（エネルギー効率）との関係を表したグラフ（性能直線）である。
図５に示されるように、ヒートポンプ１０１が出力する熱源の温度が高くなる程、ＣＯＰが低くなり、熱源のヒートポンプ１０１への戻り温度が低くなる程、ＣＯＰが高くなることが分かる。

【0069】

制御部１５０は、ヒートポンプ１０１における図５に示した性能直線に基づいて、基準温度線Ｋから熱源の出力温度及び戻り温度をパラメータとして振った場合の各々について計算を行い、高いＣＯＰが得られる出力温度及び戻り温度を算出する。そして、その出力温度及び戻り温度を得るようにヒートポンプ１０１を駆動させる。

【0070】

図６は本実施形態に係る熱供給システム１００が上記稼働パターン５によってヒートポンプ１０１を駆動する場合における熱源と水槽（第１水槽１１０及び第３水槽１１２）内の温水との熱交換を概念的に示す図である。

【0071】

図６に示されるように、本実施形態においては、制御部１５０が流路１２０から出力される熱源の温度を図４に示した基準温度線Ｋ（７０℃）よりも高い７６．５℃まで上昇させ、熱交換後にヒートポンプ１０１へと循環する熱源の温度（戻り温度）が基準温度線Ｋ（５０℃）よりも低い３６．５℃まで低下させるようにヒートポンプ１０１を駆動させる。具体的に制御部１５０はヒートポンプ１０１の出力を高めることで出力される熱源の温度を上昇させるとともに熱源の流量を絞ることで上記戻り温度を低くする。

【0072】

本実施形態に係る制御部１５０の制御によれば、熱源の出力温度を７６．５℃、戻り温度を３６．５℃としているので、図５に示したグラフからヒートポンプ１０１のＣＯＰ（エネルギー効率）は３．７となる。

【0073】

図７はヒートポンプ１０１を稼働パターン５で駆動させる際、本願発明を適用した場合（図６参照）におけるＣＯＰと、本願発明を適用しなかった場合（図４参照）におけるＣＯＰとを図５から読み取って表すものである。図７に示されるように、本願を適用しなかった場合、ＣＯＰが３．４５となり、本願を適用した場合のＣＯＰの３．７よりも低くなる。

【0074】

以上に述べたように、本実施形態に係る熱供給システム１００によれば、制御部１５０が熱源の出力温度が基準温度線Ｋの温度よりも高く、熱交換後の熱源の戻り温度が基準温度線Ｋの温度よりも低くなるようにヒートポンプ１０１を駆動させるので、ＣＯＰを高くすることができ、エネルギー効率を向上させることができる。

【0075】

なお、本発明は上記実施形態に限定されることは無く、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、熱需要部として第１水槽１１０、第２水槽１１１、及び第３水槽１１２の３つを備えた構成を例に説明したが、熱需要部の数はこれに限定されることはない。例えば、水槽の数は２個、又は４個以上の構成であっても構わない。

【0076】

また、熱需要部が１個の場合においても本発明は適用可能である。この場合、制御部１５０はヒートポンプ１０１における性能直線に基づいて、基準温度線Ｋから熱源の出力温度及び戻り温度をパラメータとして振った場合の各々について計算を行い、高いＣＯＰが得られる出力温度及び戻り温度を決定し、ヒートポンプ１０１を駆動させればよい。なお、高いＣＯＰが出力温度及び戻り温度が得られない場合は基準温度線Ｋに基づいてヒートポンプ１０１を駆動させればよい。

【0077】

また、上記実施形態では、ヒートポンプ１０１が熱媒体の凝縮熱によって加熱した水を熱源として熱需要部である第１水槽１１０、第２水槽１１１、及び第３水槽１１２に対して熱を供給する構成を例に挙げたが、凝縮したフロン系媒体、アンモニア、水などの公知の様々な熱媒体を直接流路１２０に供給し、熱源として用いる構成であっても構わない。

【符号の説明】

【0078】

１００…熱供給システム、１０１…ヒートポンプ、１１０…第１水槽（熱需要部）、１１１…第２水槽（熱需要部）、１１２…第３水槽（熱需要部）、１２０…流路、１２０ａ…メイン流路（第１の流路）、１２０ｂ…サブ流路（第２の流路）、１２０ｂ１…第１サブ流路、１２０ｂ２…第２サブ流路、１２０ｂ３…第３サブ流路、１２１，１２２，１２３…温度計、１５０…制御部、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…バルブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】