JP2013164173A - 給水予熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】設置コストや設置スペースを抑制しながら、効率的に給水予熱を行うことが可能な給水予熱システムを提供する。
【解決手段】太陽熱集熱器２、太陽熱集熱器が接続され第１の熱媒が循環する第１熱媒循環路３、第１熱媒循環路に接続された集熱用熱交換器４、集熱用熱交換器に接続され第２の熱媒が循環する第２熱媒循環路５、第２熱媒循環路に接続され第１の熱媒との熱交換により加温された第２の熱媒が貯留される蓄熱槽６、蓄熱槽の上流から下流へと第２の熱媒をバイパスするバイパス路１１、第２熱媒循環路を循環する第２の熱媒と給水との間で熱交換可能な給水予熱用熱交換器７、集熱用熱交換器と給水予熱用熱交換器との間でバイパス路を介して第２の熱媒が循環する直接給水予熱経路、または、集熱用熱交換器と給水予熱用熱交換器との間で蓄熱槽を介して第２の熱媒が循環する間接給水予熱経路に切り換え可能な切換弁１２を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽熱集熱器による集熱作用によって給水予熱を行う給水予熱システムに関する。

従来、例えば特許文献１、２に示されるように、太陽熱集熱器によって集熱した熱を蓄熱槽に蓄え、この蓄熱槽で予熱した給水を給湯器で加温して供給する給水予熱システムが知られている。こうした給水予熱システムによれば、給湯器に導かれる給水が太陽熱によって予熱されるため、給湯器におけるエネルギー効率が向上し、省エネルギー化を図ることが可能となる。

特開２００３−４２５４０号公報 特開２００４−３７０５３号公報

上記の給水予熱システムによれば、蓄熱量をできる限り多くするために、予め想定される給水量に耐え得る比較的大容量の蓄熱槽を採用するとともに、蓄熱槽内の温度を給水温度に比べて高温（６０度〜８３度）に保つのが一般的である。

しかしながら、上記の理由により、大容量の蓄熱槽を採用すると、給水予熱システムの設置コストが上昇するばかりか設置スペースが大きくなってしまうという課題がある。また、蓄熱槽が高温となることから、こうした高温に耐え得る蓄熱槽を採用することも設置コストが上昇する一つの要因となっている。

本発明は、このような課題に鑑み、比較的小さな蓄熱槽において、特に３０〜６０度程度の低温であっても、効率的に給水予熱を行うことが可能な給水予熱システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の給水予熱システムは、太陽熱集熱器と、前記太陽熱集熱器の集熱作用によって加温された第１の熱媒が循環する第１熱媒循環路と、前記第１熱媒循環路に接続された集熱用熱交換器と、前記集熱用熱交換器に接続され、前記第１の熱媒との間で熱交換される第２の熱媒が循環する第２熱媒循環路と、前記第２熱媒循環路に接続され、前記第１の熱媒との熱交換により加温された前記第２の熱媒が貯留される蓄熱槽と、前記第２熱媒循環路に接続され、前記蓄熱槽の上流から下流へと前記第２の熱媒をバイパスするバイパス路と、前記第２熱媒循環路に接続され、前記蓄熱槽または前記バイパス路から導かれる第２の熱媒と、給水源から供給される給水との間で熱交換可能な給水予熱用熱交換器と、前記バイパス路と前記第２熱媒循環路との接続部に設けられ、前記集熱用熱交換器と前記給水予熱用熱交換器との間で前記バイパス路を介して第２の熱媒が循環する直接給水予熱経路、または、前記集熱用熱交換器と前記給水予熱用熱交換器との間で前記蓄熱槽を介して第２の熱媒が循環する間接給水予熱経路に切り換え可能な切換弁と、を備えたことを特徴とする。

また、前記蓄熱槽はスプリンクラーヘッドに接続された消火用補給水槽であるとよい。

また、給水を予熱する給水予熱の要求有無を検知する給水予熱要求検知手段と、前記蓄熱槽の温度を検知する蓄熱槽温度検知手段と、前記集熱用熱交換器で第１の熱媒と熱交換された後の第２の熱媒の温度を検知する第２熱媒温度検知手段と、前記切換弁を切り換え制御する切換弁制御手段と、を備え、前記切換弁制御手段は、少なくとも前記給水予熱要求検知手段によって検知された給水予熱の要求有無と、前記蓄熱槽温度検知手段によって検知された前記蓄熱槽の温度と、前記第２熱媒温度検知手段によって検知された第２の熱媒の温度とに基づいて、前記切換弁を制御して前記第２の熱媒の循環経路を前記直接給水予熱経路または前記間接給水予熱経路にするとよい。

また、前記切換弁制御手段は、前記蓄熱槽の温度が予め設定された温度であり、給水予熱の要求がある場合に、前記切換弁を制御して前記第２の熱媒の循環経路を前記間接給水予熱経路にするとよい。

また、前記切換弁制御手段は、前記蓄熱槽の温度が予め設定された温度よりも低く、給水予熱の要求がない場合に、前記切換弁を制御して前記第２の熱媒の循環経路を前記間接給水予熱経路にするとよい。

また、前記切換弁制御手段は、前記蓄熱槽の温度が予め設定された温度よりも低く、給水予熱の要求があり、かつ、前記第２の熱媒の温度が前記蓄熱槽の温度よりも高い場合に、前記切換弁を制御して前記第２の熱媒の循環経路を前記直接給水予熱経路にするとよい。

また、前記第１熱媒循環路内で第１の熱媒を循環させる第１ポンプと、前記第２熱媒循環路内で第２の熱媒を循環させる第２ポンプと、第１ポンプおよび第２ポンプを駆動制御するポンプ制御手段と、を備え、前記ポンプ制御手段は、前記蓄熱槽の温度が予め設定された温度以上であり、給水予熱の要求がある場合に、集熱がなく前記第１ポンプの駆動を停止している場合でも、前記第２ポンプのみを駆動するとよい。

本発明によれば、小容量または低温用の蓄熱槽を採用することが可能となり、効率的に給水予熱を行いながらも、設置コストや設置スペースを抑制することができる。

本実施形態の給水予熱システムを説明する概念図である。 給水予熱システムの制御ブロック図である。 給水予熱システムの具体的な制御を説明する第１のフローチャートである。 給水予熱システムの具体的な制御を説明する第２のフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態の給水予熱システムを説明する概念図である。本実施形態においては、商業用ビル、工場の建屋、マンション等の屋上に給水予熱システムが設置される場合について説明するが、給水予熱システムは、例えば、戸建て住宅の屋根や屋上、あるいは地面等に設置することも可能であり、その設置環境が限定されるものではない。

図１に示すように、本実施形態の給水予熱システム１は、屋上に設置される太陽熱集熱器２を２基備えている。この太陽熱集熱器２は、集熱パネル内にパイプが配された太陽熱集熱部２ａを複数（本実施形態では５つ）直列に接続して構成されている。太陽熱集熱部２ａは周知の構成であるため詳細な説明は省略するが、この太陽熱集熱部２ａは、集熱パネルによって集熱された太陽熱によって、パイプ内部を流通する熱媒を加温する機能を有している。

この太陽熱集熱器２には、第１熱媒循環路３が接続されている。第１熱媒循環路３は、内部を第１の熱媒が流通可能な配管によって構成されており、２基の太陽熱集熱器２が第１熱媒循環路３において並列に接続されている。そして、第１熱媒循環路３には、第１ポンプＰ１が接続されており、この第１ポンプＰ１が駆動されると、第１の熱媒は、第１熱媒循環路３内を循環するとともに、その循環過程で太陽熱集熱器２内を通過することとなる。なお、本実施形態においては、夜間や冬季の凍結を防止するために、第１の熱媒として、プロピレングリコール水溶液やエチレングリコール水溶液等の不凍液を用いることとするが、第１の熱媒はこれに限らない。第１の熱媒が凍結するおそれのない温暖な設置環境であれば、例えば、第１の熱媒として水を用いてもよい。

さらに、第１熱媒循環路３には、集熱用熱交換器４が接続されている。この集熱用熱交換器４には、内部を第２の熱媒（水）が流通可能な配管によって構成された第２熱媒循環路５が接続されており、集熱用熱交換器４によって、第１熱媒循環路３内を流通する第１の熱媒と、第２熱媒循環路５内を流通する第２の熱媒との間で熱交換がなされるように構成されている。

第２熱媒循環路５には、第２ポンプＰ２が接続されており、この第２ポンプＰ２が駆動されると、第２の熱媒は、第２熱媒循環路５内を循環するとともに、その循環過程で集熱用熱交換器４内を通過する。したがって、第２ポンプＰ２が駆動されて第２の熱媒が第２熱媒循環路５内を循環しているときに、第１ポンプＰ１が駆動されると、第１熱媒循環路３内を循環する第１の熱媒は、太陽熱集熱器２の集熱作用によって加温された後に集熱用熱交換器４に導かれ、この集熱用熱交換器４において、第２熱媒循環路５内を流通する第２の熱媒との間で熱交換を行う。そして、第２の熱媒との間の熱交換によって温度が低下した第１の熱媒は、再び太陽熱集熱器２において加温され、以後、上記の循環を繰り返すこととなる。

一方、第２熱媒循環路５には、集熱用熱交換器４よりも下流側に蓄熱槽６が接続されており、上記のようにして集熱用熱交換器４で加温された第２の熱媒が、蓄熱槽６に貯留されることとなる。また、第２熱媒循環路５であって、蓄熱槽６の下流側には、給水予熱用熱交換器７が接続されている。この給水予熱用熱交換器７には、不図示の給水源から給湯装置８へと給水を供給するための給水管９が接続されており、この給水予熱用熱交換器７によって、第２熱媒循環路５内を循環する第２の熱媒が、給湯装置８へ供給される給水を予熱するように構成されている。そして、給水予熱用熱交換器７によって予熱された給水は、給湯装置８においてさらに加温されて、供給管１０から要求先に供給されることとなる。

上記のように、第２ポンプＰ２が駆動されると、第２熱媒循環路５内を循環する第２の熱媒は、まず、集熱用熱交換器４において、第１の熱媒との間で熱交換によって加温された後に蓄熱槽６に貯留される。このとき、蓄熱槽６の上部に貯留されている高温の第２の熱媒が給水予熱用熱交換器７に導かれ、給湯装置８へと供給される給水を予熱するとともに、この給水予熱によって温度が低下した第２の熱媒が、再び集熱用熱交換器４において加温され、以後、上記の循環を繰り返すこととなる。

ここで、本実施形態においては、第２熱媒循環路５に接続され、蓄熱槽６の上流から下流へと第２の熱媒をバイパスするバイパス路１１が設けられており、このバイパス路１１と第２熱媒循環路５との接続部に、三方弁からなる電動の切換弁１２が設けられている。この切換弁１２は、第２熱媒循環路５内を流通する第２の熱媒の循環経路（予熱経路）を、集熱用熱交換器４と給水予熱用熱交換器７との間でバイパス路１１を介して第２の熱媒が循環する直接給水予熱経路、および、集熱用熱交換器４と給水予熱用熱交換器７との間で蓄熱槽６を介して第２の熱媒が循環する間接給水予熱経路のいずれかに切り換えるものである。

より詳細には、第２の熱媒の循環経路が切換弁１２によって間接給水予熱経路に維持されている場合、上記のように、第２の熱媒は、集熱用熱交換器４で加温された後に蓄熱槽６に導かれるとともに、蓄熱槽６内に貯留されている第２の熱媒が給水予熱用熱交換器７に導かれる。一方、第２の熱媒の循環経路が切換弁１２によって直接給水予熱経路に切り換えられている場合、第２の熱媒は、集熱用熱交換器４で加温された後に、バイパス路１１を介して、直接、給水予熱用熱交換器７に導かれる。つまり、第２の熱媒の循環経路が直接給水予熱経路に切り換えられている場合、第２の熱媒は、蓄熱槽６を経由することなく、直接、給水予熱用熱交換器７に導かれることとなる。このように、直接給水予熱経路および間接給水予熱経路のいずれに切換弁１２を切り換えるかは、給湯装置８における給水予熱の要求有無、蓄熱槽６の温度、集熱用熱交換器４内で熱交換後の第２の熱媒の温度等によって決定されるが、その詳細については後述する。

また、第２の熱媒が貯留される蓄熱槽６は、太陽熱集熱器２と同様に、屋上に設置されることもあるが、本実施形態においては、蓄熱槽６を消火用補給水槽によって構成することとしている。具体的には、本実施形態においては、給水予熱システム１が設けられる建物に閉鎖型湿式スプリンクラー設備２０が設けられている。この閉鎖型湿式スプリンクラー設備２０は、建物の地下や地上に設けられた貯水槽２１と、この貯水槽２１に蓄えられた水を汲み上げる加圧送水装置であるスプリンクラーポンプ２２と、このスプリンクラーポンプ２２に接続された設備配管２３と、この設備配管２３に設けられ、火災発生時に水を散水落下させるスプリンクラーヘッド２４と、を備えている。

閉鎖型湿式スプリンクラー設備２０は、火災発生を検知するとスプリンクラーポンプ２２を駆動するが、このとき、即座にスプリンクラーヘッド２４から水を散水落下させるためには、設備配管２３内に水を加圧充填させておく必要がある。

一般的な閉鎖型湿式スプリンクラー設備においては、消火用補給水槽が建物の屋上等、スプリンクラー設備の鉛直上方に設置されており、この消火用補給水槽を設備配管に接続することで、設備配管内の水が加圧状態に維持されている。このように、消火用補給水槽を設けることにより、火災発生の検知後、即座にスプリンクラーヘッドから水を散水落下させることが可能となり、また、スプリンクラーポンプが故障等によって正常に駆動しなかったとしても、消火用補給水槽に貯水された水をスプリンクラーヘッドから散水落下させることが可能となっている。

そして、本実施形態においては、スプリンクラーヘッド２４に接続され、閉鎖型湿式スプリンクラー設備２０を構成する消火用補給水槽に、蓄熱槽６としての機能を併せ持たせている。換言すれば、給水予熱を行うための蓄熱槽６が、閉鎖型湿式スプリンクラー設備２０の消火用補給水槽によって構成されている。消火用補給水槽は、火災が発生した場合にのみ機能するものであるため、通常は稼働することがないが、こうした普段稼働することのないものを利用することにより、設備の有効利用を図ることが可能となる。また、もともと消火用補給水槽が設置されている建物や、消火用補給水槽の設置予定がある建物に給水予熱システム１を採用する場合には、給水予熱システム１の設置コストや設置スペースを抑制することが可能となる。

なお、太陽熱を利用した小規模および中規模業務用の給水予熱システムにおいては、集熱面積に応じ、大凡０．２ｔから２ｔ程度の容量の蓄熱槽が採用されるのが一般的であるが、本実施形態においては、集熱面積４０ｍ^２蓄熱槽６として０．１５ｔの容量の消火用補給水槽を採用している。

また、上記したように、消火用補給水槽は、その特性上、内部に貯留された水がスプリンクラーヘッド２４から散水落下する可能性がある。そのため、消火用補給水槽としての蓄熱槽６に高温の水を貯留してしまうと、スプリンクラーヘッド２４から散水落下する水によって火傷をするおそれがある。そこで、本実施形態においては、蓄熱槽６上部に貯留される水の温度が一定温度（本実施形態では５０度）以上にならないように、第１ポンプＰ１、第２ポンプＰ２および切換弁１２が制御されることとなる。業務用給湯のように日中の給湯負荷が多い場合は、直接給水予熱経路にて給水予熱できることから、蓄熱槽６は、比較的低温小容量の水を貯留すれば足り、従来の給水予熱システムに比べて安価な設備を採用することができる。

なお、図１において、符号Ｓ１は、太陽熱集熱器２の温度、より詳細には、太陽熱集熱器２内の第１の熱媒の温度Ｔ１を検出する集熱器温度センサである。符号Ｓ２は、第２熱媒循環路５内を流通する第２の熱媒、より詳細には、集熱用熱交換器４で第１の熱媒と熱交換されて加温された第２の熱媒の温度Ｔ２を検出する第２熱媒温度センサである。符号Ｓ３は、蓄熱槽６の温度、より詳細には、蓄熱槽６の上部に貯留された第２の熱媒の温度Ｔ３を検出する蓄熱槽温度センサである。符号Ｓ４は、給水管９内を流通する給水の温度Ｔ４を検出する給水温度センサである。

給水予熱システム１においては、上記の各センサＳ１〜Ｓ４によって検出される温度Ｔ１〜Ｔ４と、給湯装置８における給水予熱の要求有無とに基づいて、第１ポンプＰ１、第２ポンプＰ２および切換弁１２が制御されるが、以下では、給水予熱システム１の制御について詳細に説明する。

図２は、給水予熱システム１の制御ブロック図である。この図に示すように、給水予熱システム１は、種々のプログラムが格納されたＲＯＭ、ＲＯＭからプログラムを読み出して各種の演算処理を実行するＣＰＵ、ＣＰＵの処理領域として機能するＲＡＭを有する制御部１５を備えている。この制御部１５の入力側には、集熱器温度センサＳ１、第２熱媒温度センサＳ２、蓄熱槽温度センサＳ３、給水温度センサＳ４が接続されており、これら各センサＳ１〜Ｓ４から、第１の熱媒の温度Ｔ１、第２の熱媒の温度Ｔ２、蓄熱槽６内の温度Ｔ３、給水温度Ｔ４が入力される。なお、各温度Ｔ１〜Ｔ４は、常時、制御部１５に入力されている。

また、制御部１５の入力側には給湯装置８が接続されている。給湯装置８においては、要求先から要求された給水の温度や、供給すべき給水量等から、給水を予熱する給水予熱の要求有無を検知する給水予熱要求検知手段が設けられており、給水予熱の要求がある場合に、給湯装置８から制御部１５に給水予熱要求信号が継続的に入力される。なお、ここでは、給湯装置８において、要求先から要求された給水の温度や給水量から給水予熱を行う必要があるか否かを判断することとしたが、例えば、給水管９や供給管１０に流量計を設け、給水管９や供給管１０内において一定量の流量が検出された場合に、給水予熱の要求があると判断することとしてもよい。

一方、制御部１５の出力側には、第１ポンプＰ１、第２ポンプＰ２および切換弁１２が接続されており、各センサＳ１〜Ｓ４から入力される各温度Ｔ１〜Ｔ４と、給湯装置８（給水予熱要求検知手段）から入力される給水予熱要求信号と、に基づいて、制御部１５が第１ポンプＰ１および第２ポンプＰ２の駆動制御を行うとともに、切換弁１２に対して、直接給水予熱経路および間接給水予熱経路の切り換え制御を行う。

図３は、給水予熱システム１の具体的な制御を説明する第１のフローチャートであり、図４は、給水予熱システム１の具体的な制御を説明する第２のフローチャートである。なお、制御部１５は、計時手段としてのタイマ装置を備えており、タイマ装置によって、例えば数ミリ秒〜数秒が計時されるたびに、図３および図４に示す処理が行われる。すなわち、図３および図４に示す処理は、一定の間隔（数ミリ秒〜数秒間隔）で繰り返し行われることとなる。

（Ｓ１００）
まず、制御部１５は、蓄熱槽６内の温度Ｔ３が５０度よりも低いか否かを判定する。その結果、蓄熱槽６内の温度Ｔ３が５０度よりも低いと判定した場合にはステップＳ１０１に処理を移し、蓄熱槽６内の温度Ｔ３は５０度よりも低くない（蓄熱槽６内の温度Ｔ３が５０度以上である）と判定した場合には、図４に示すステップＳ２００に処理を移す。

（Ｓ１０１）
上記ステップＳ１００において、蓄熱槽６内の温度Ｔ３が５０度よりも低いと判定した場合には、制御部１５は、（第１の熱媒の温度Ｔ１）−（蓄熱槽６内の温度Ｔ３）≧３度を満たすか否か、すなわち、第１の熱媒の温度Ｔ１が、蓄熱槽６内の温度Ｔ３よりも３度以上高いか否かを判定する。その結果、第１の熱媒の温度Ｔ１が、蓄熱槽６内の温度Ｔ３よりも３度以上高いと判定した場合にはステップＳ１０２に処理を移し、第１の熱媒の温度Ｔ１は、蓄熱槽６内の温度Ｔ３よりも３度以上高くないと判定した場合には、図４に示すステップＳ２００に処理を移す。

（Ｓ１０２）
上記ステップＳ１０１において、第１の熱媒の温度Ｔ１が、蓄熱槽６内の温度Ｔ３よりも３度以上高いと判定した場合には、制御部１５は、第１ポンプＰ１を駆動する。なお、既に第１ポンプＰ１が駆動中である場合には、そのままステップＳ１０３に処理を移す。

（Ｓ１０３）
次に、制御部１５は、第２ポンプＰ２を駆動する。なお、既に第２ポンプＰ２が駆動中である場合には、そのままステップＳ１０４に処理を移す。

（Ｓ１０４）
次に、制御部１５は、給水予熱要求があるか、すなわち、給湯装置８（給水予熱要求検知手段）から給水予熱要求信号が入力されているか否かを判定する。その結果、給水予熱要求信号が入力されており、給水予熱要求があると判定した場合にはステップＳ１０５に処理を移し、給水予熱要求信号が入力されておらず、給水予熱要求がないと判定した場合にはステップＳ１０９に処理を移す。

（Ｓ１０５）
上記ステップＳ１０４において、給水予熱要求があると判定した場合には、制御部１５は、（第２の熱媒の温度Ｔ２>蓄熱槽６内の温度Ｔ３）を満たすか否か、すなわち、第２の熱媒の温度Ｔ２が、蓄熱槽６内の温度Ｔ３よりも高いか否かを判定する。その結果、第２の熱媒の温度Ｔ２が、蓄熱槽６内の温度Ｔ３よりも高いと判定した場合にはステップＳ１０６に処理を移し、第２の熱媒の温度Ｔ２は蓄熱槽６内の温度Ｔ３よりも高くないと判定した場合にはステップＳ１０９に処理を移す。

（Ｓ１０６）
上記ステップＳ１０５において、第２の熱媒の温度Ｔ２が、蓄熱槽６内の温度Ｔ３よりも高いと判定した場合には、制御部１５は、（第２の熱媒の温度Ｔ２<給水予熱要求温度）を満たすか否か、すなわち、第２の熱媒の温度Ｔ２が、給水予熱要求温度と同じか、給水予熱要求温度よりも低いか否かを判定する。その結果、第２の熱媒の温度Ｔ２が、給水予熱要求温度と同じか、給水予熱要求温度よりも低いと判定した場合にはステップＳ１０７に処理を移し、第２の熱媒の温度Ｔ２が給水予熱要求温度よりも高くて過熱すると判定した場合にはステップＳ１０９に処理を移す。ただし、第２の熱媒流量より給水流量が多く、過熱の虞がない場合は、この限りではない。

（Ｓ１０７）
上記ステップＳ１０６において、第２の熱媒の温度Ｔ２が、給水予熱要求温度と同じか、給水予熱要求温度よりも低いと判定した場合には、制御部１５は、（第２の熱媒の温度Ｔ２>給水温度Ｔ４）を満たすか否か、すなわち、第２の熱媒の温度Ｔ２が給水温度Ｔ４よりも高いか否かを判定する。その結果、第２の熱媒の温度Ｔ２が給水温度Ｔ４よりも高いと判定した場合にはステップＳ１０８に処理を移し、第２の熱媒の温度Ｔ２が給水温度Ｔ４よりも低いと判定した場合にはステップＳ１０９に処理を移す。

（Ｓ１０８）
上記ステップＳ１０７において、第２の熱媒の温度Ｔ２が給水温度Ｔ４よりも高いと判定した場合には、制御部１５は、集熱用熱交換器４と給水予熱用熱交換器７とがバイパス路１１を介して接続されるように切換弁１２を制御し、第２の熱媒の循環経路を直接給水予熱経路に切り換える。なお、第２の熱媒の循環経路が既に直接給水予熱経路に維持されている場合には、そのまま当該処理を終了する。

（Ｓ１０９）
一方、上記ステップＳ１０４において給水予熱要求はないと判定した場合、上記ステップＳ１０５において、第２の熱媒の温度Ｔ２は蓄熱槽６内の温度Ｔ３よりも高くないと判定した場合、上記ステップＳ１０６において、第２の熱媒の温度Ｔ２は給水予熱要求温度よりも高いと判定した場合、上記ステップＳ１０７において、第２の熱媒の温度Ｔ２が給水温度Ｔ４よりも低いと判定した場合には、制御部１５は、集熱用熱交換器４と給水予熱用熱交換器７とが蓄熱槽６を介して接続されるように切換弁１２を制御し、第２の熱媒の循環経路を間接給水予熱経路に切り換える。なお、第２の熱媒の循環経路が既に間接給水予熱経路に維持されている場合には、そのまま当該処理を終了する。

（Ｓ２００）
また、上記ステップＳ１００において、蓄熱槽６内の温度Ｔ３は５０度よりも低くない、すなわち、蓄熱槽６内の温度Ｔ３が５０度以上であると判定した場合、あるいは、上記ステップＳ１０１において、第１の熱媒の温度Ｔ１が、蓄熱槽６内の温度Ｔ３よりも３度以上高くないと判定した場合には、制御部１５は、図４に示すように、第１ポンプＰ１が駆動中であるか否かを判定する。その結果、第１ポンプＰ１が駆動中であると判定した場合にはステップＳ２０１に処理を移し、第１ポンプＰ１は駆動中ではないと判定した場合にはステップＳ２０２に処理を移す。

（Ｓ２０１）
上記ステップＳ２００において、第１ポンプＰ１が駆動中であると判定した場合には、制御部１５は、第１ポンプＰ１の駆動を停止する。

（Ｓ２０２）
次に、制御部１５は、給水予熱要求があるか、すなわち、給湯装置８（給水予熱要求検知手段）から給水予熱要求信号が入力されているか否かを判定する。その結果、給水予熱要求信号が入力されており、給水予熱要求があると判定した場合にはステップＳ２０３に処理を移し、給水予熱要求信号が入力されておらず、給水予熱要求がないと判定した場合にはステップＳ２０６に処理を移す。

（Ｓ２０３）
上記ステップＳ２０２において、給水予熱要求があると判定した場合には、制御部１５は、（蓄熱槽６内の温度Ｔ３>給水温度Ｔ４）を満たすか否か、すなわち、蓄熱槽６内の温度Ｔ３が、給水温度Ｔ４よりも高いか否かを判定する。その結果、蓄熱槽６内の温度Ｔ３が、給水温度Ｔ４よりも高いと判定した場合にはステップＳ２０４に処理を移し、蓄熱槽６内の温度Ｔ３は給水温度Ｔ４よりも高くないと判定した場合にはステップＳ２０６に処理を移す。

（Ｓ２０４）
上記ステップＳ２０３において、蓄熱槽６内の温度Ｔ３が、給水温度Ｔ４よりも高いと判定した場合には、制御部１５は、第２ポンプＰ２を駆動する。なお、既に第２ポンプＰ２が駆動中である場合には、そのままステップＳ２０５に処理を移す。

（Ｓ２０５）
次に、制御部１５は、集熱用熱交換器４と給水予熱用熱交換器７とが蓄熱槽６を介して接続されるように切換弁１２を制御し、第２の熱媒の循環経路を間接給水予熱経路に切り換える。なお、第２の熱媒の循環経路が既に間接給水予熱経路に維持されている場合には、そのまま当該処理を終了する。

（Ｓ２０６）
一方、上記ステップＳ２０２において給水予熱要求はないと判定した場合、上記ステップＳ２０３において、蓄熱槽６内の温度Ｔ３は給水温度Ｔ４よりも高くないと判定した場合には、制御部１５は、第２ポンプＰ２の駆動を停止する。なお、既に第２ポンプＰ２の駆動が停止されている場合には、そのまま当該処理を終了する。

次に、上記の処理により本実施形態の給水予熱システム１によって実現される作用効果について、図１〜図４を適宜参照しながら説明する。

上記の給水予熱システム１によれば、蓄熱槽６の温度が予め設定された温度（５０度）であり（ステップＳ１００のＮｏ）、給水予熱の要求がある場合（ステップＳ２０２のＹｅｓ）に、切換弁１２が制御されて、第２の熱媒の循環経路が間接給水予熱経路に切り換えられる（ステップＳ２０５）。したがって、この場合には、蓄熱槽６に貯留された５０度の第２の熱媒によって給水予熱が効率的に行われることとなる。

また、このとき、第１ポンプＰ１の駆動が停止され（ステップＳ２０１）、第２ポンプＰ２のみが駆動される（ステップＳ２０４）ので、集熱用熱交換器４における第１の熱媒による第２の熱媒の加温が停止され、蓄熱槽６の温度がさらに上昇することはない。これにより、蓄熱槽６内の温度は常に上部で５０度以下、下部では上部よりも低い温度に維持されることとなり、仮に、蓄熱槽６が消火用補給水槽として機能したとしても、スプリンクラーヘッド２４からの散水落下によって火傷が生じるおそれはない。また、蓄熱槽６は比較的低温の熱に耐え得るものを採用することが可能となり、給水予熱システム１の設置コストを抑制することができる。

また、蓄熱槽６の温度が予め設定された温度（５０度）よりも低く（ステップＳ１００のＹｅｓ）、給水予熱の要求がない場合（ステップＳ１０４のＮｏ）にも、切換弁１２が制御されて、第２の熱媒の循環経路が間接給水予熱経路に切り換えられる。このとき、第１の熱媒の温度Ｔ１が蓄熱槽６内の温度Ｔ３よりも３度以上高ければ（ステップＳ１０１のＹｅｓ）、第１ポンプＰ１および第２ポンプＰ２が駆動され（ステップＳ１０２、Ｓ１０３）、集熱用熱交換器４において第１の熱媒との間の熱交換で加温された第２の熱媒が蓄熱槽６に導かれ、これによって蓄熱槽６内の温度が高められる。

一方、蓄熱槽６の温度Ｔ３が予め設定された温度（５０度）よりも低く（ステップＳ１００のＹｅｓ）、給水予熱の要求があり（ステップＳ１０４のＹｅｓ）、かつ、第２の熱媒の温度Ｔ２が蓄熱槽６内の温度Ｔ３よりも高い場合（ステップＳ１０５のＹｅｓ）に、切換弁１２が制御されて、第２の熱媒の循環経路が直接給水予熱経路に切り換えられる。これにより、蓄熱槽６内の温度Ｔ３が低下したとしても、蓄熱槽６内に貯留された第２の熱媒よりも高温の第２の熱媒によって給水予熱が行われることとなり、給水予熱の効率を向上することが可能となる。これにより、比較的小容量の蓄熱槽６を採用するとともに、蓄熱槽６内の上限温度を比較的低温に設定することで、当該蓄熱槽６内の温度Ｔ３が低下しやすくなったとしても、第２熱媒循環路５内を循環する相対的に高温の第２の熱媒が、バイパス路１１を介して給水予熱用熱交換器７に直接導かれるので、給水予熱の効率が低下することがない。

また、本実施形態においては、太陽熱集熱器２が接続された第１熱媒循環路３と、給水予熱用熱交換器７が接続された第２熱媒循環路５とを集熱用熱交換器４に接続し、この集熱用熱交換器４において第１の熱媒と第２の熱媒との間で熱交換を行うとともに、第１の熱媒と第２の熱媒とを個別に循環制御するようにしている。これにより、例えば、夜間等、太陽熱集熱器２から放熱されてしまう環境下において、給水予熱のために第２の熱媒を循環させたとしても、太陽熱集熱器２からの放熱による第２の熱媒の温度低下を抑制することが可能となり、給水予熱の効率を向上することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

したがって、例えば、上記実施形態においては、閉鎖型湿式スプリンクラー設備２０の消火用補給水槽によって蓄熱槽６を構成することとしたが、蓄熱槽６の構成はこれに限定されず、給水予熱システム専用の設備を用いても構わない。また、上記の給水予熱システム１は、閉鎖型湿式スプリンクラー設備２０が設けられていない場合にも適用可能であり、その設置条件や設置場所等は特に限定されるものではない。上記実施形態においては、消火用補給水槽によって蓄熱槽６を構成することとしたため、第２の熱媒として水を用いることとしたが、蓄熱槽６を消火用補給水槽とは別に設ける場合には、第２の熱媒は水に限らず、他の流体を用いることも可能である。また、蓄熱槽６を消火用補給水槽として用いる場合であっても、人に特段の悪影響を及ぼすものでなければ、水以外の流体を第２の熱媒として用いることも可能である。

また、上記実施形態において、第１ポンプＰ１および第２ポンプＰ２の駆動制御、ならびに、切換弁１２の切り換え制御は一例に過ぎない。したがって、フローチャートで説明した各処理の順番は特に限定されるものではなく、また、各処理の一部を省略してもよいし、これとは逆に、さらに他の処理や判断を追加して行うこととしてもよい。例えば、上記のフローチャートに加えて、各温度Ｔ１〜Ｔ４が所定の温度以上もしくは未満であれば、他の条件とは無関係に第１ポンプＰ１、第２ポンプＰ２、切換弁１２を予め設定されたとおりに制御するといった処理を加えることも可能である。また、例えば、第２の熱媒の温度Ｔ２が所定温度（５度程度）よりも低い場合には、凍結防止の目的で第２ポンプＰ２を駆動し、一定時間内に切換弁１２を切り換えるといった制御を行うとよい。

本発明は、太陽熱集熱器による集熱作用によって給水予熱を行う給水予熱システムに利用することができる。

１ …給水予熱システム
２ …太陽熱集熱器
３ …第１熱媒循環路
４ …集熱用熱交換器
５ …第２熱媒循環路
６ …蓄熱槽
７ …給水予熱用熱交換器
８ …給湯装置（給水予熱要求検知手段）
１１ …バイパス路
１２ …切換弁
１５ …制御部（切換弁制御手段、ポンプ制御手段）
２４ …スプリンクラーヘッド
Ｐ１ …第１ポンプ
Ｐ２ …第２ポンプ
Ｓ２ …第２熱媒温度センサ（第２熱媒温度検知手段）
Ｓ３ …蓄熱槽温度センサ（蓄熱槽温度検知手段）

Claims (7)

1. 太陽熱集熱器と、
   前記太陽熱集熱器の集熱作用によって加温された第１の熱媒が循環する第１熱媒循環路と、
   前記第１熱媒循環路に接続された集熱用熱交換器と、
   前記集熱用熱交換器に接続され、前記第１の熱媒との間で熱交換される第２の熱媒が循環する第２熱媒循環路と、
   前記第２熱媒循環路に接続され、前記第１の熱媒との熱交換により加温された前記第２の熱媒が貯留される蓄熱槽と、
   前記第２熱媒循環路に接続され、前記蓄熱槽の上流から下流へと前記第２の熱媒をバイパスするバイパス路と、
   前記第２熱媒循環路に接続され、前記蓄熱槽または前記バイパス路から導かれる第２の熱媒と、給水源から供給される給水との間で熱交換可能な給水予熱用熱交換器と、
   前記バイパス路と前記第２熱媒循環路との接続部に設けられ、前記集熱用熱交換器と前記給水予熱用熱交換器との間で前記バイパス路を介して第２の熱媒が循環する直接給水予熱経路、または、前記集熱用熱交換器と前記給水予熱用熱交換器との間で前記蓄熱槽を介して第２の熱媒が循環する間接給水予熱経路に切り換え可能な切換弁と、を備えたことを特徴とする給水予熱システム。
2. 前記蓄熱槽はスプリンクラーヘッドに接続された消火用補給水槽であることを特徴とする請求項１記載の給水予熱システム。
3. 給水を予熱する給水予熱の要求有無を検知する給水予熱要求検知手段と、
   前記蓄熱槽の温度を検知する蓄熱槽温度検知手段と、
   前記集熱用熱交換器で第１の熱媒と熱交換された後の第２の熱媒の温度を検知する第２熱媒温度検知手段と、
   前記切換弁を切り換え制御する切換弁制御手段と、を備え、
   前記切換弁制御手段は、
   少なくとも前記給水予熱要求検知手段によって検知された給水予熱の要求有無と、前記蓄熱槽温度検知手段によって検知された前記蓄熱槽の温度と、前記第２熱媒温度検知手段によって検知された第２の熱媒の温度とに基づいて、前記切換弁を制御して前記第２の熱媒の循環経路を前記直接給水予熱経路または前記間接給水予熱経路にすることを特徴とする請求項１または２記載の給水予熱システム。
4. 前記切換弁制御手段は、
   前記蓄熱槽の温度が予め設定された温度であり、給水予熱の要求がある場合に、前記切換弁を制御して前記第２の熱媒の循環経路を前記間接給水予熱経路にすることを特徴とする請求項３記載の給水予熱システム。
5. 前記切換弁制御手段は、
   前記蓄熱槽の温度が予め設定された温度よりも低く、給水予熱の要求がない場合に、前記切換弁を制御して前記第２の熱媒の循環経路を前記間接給水予熱経路にすることを特徴とする請求項３または４記載の給水予熱システム。
6. 前記切換弁制御手段は、
   前記蓄熱槽の温度が予め設定された温度よりも低く、給水予熱の要求があり、かつ、前記第２の熱媒の温度が前記蓄熱槽の温度よりも高い場合に、前記切換弁を制御して前記第２の熱媒の循環経路を前記直接給水予熱経路にすることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の給水予熱システム。
7. 前記第１熱媒循環路内で第１の熱媒を循環させる第１ポンプと、
   前記第２熱媒循環路内で第２の熱媒を循環させる第２ポンプと、
   前記第１ポンプおよび前記第２ポンプを駆動制御するポンプ制御手段と、を備え、
   前記ポンプ制御手段は、
   前記蓄熱槽の温度が予め設定された温度以上であり、給水予熱の要求がある場合に、前記第１ポンプの駆動を停止して前記第２ポンプのみを駆動することを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の給水予熱システム。

Images