熱リサイクルシステム
【課題】低コストで省エネルギーなシステムを構築し得る熱リサイクルシステムを提供する。
【解決手段】この熱リサイクルシステム１は、相互に異なる温度域に管理される複数の主配管２，４と、流量可変なポンプを個別に有するとともに複数の主配管２，４に熱交換可能に接続される冷（温）熱製造機１０，２０と、流量可変なポンプを個別に有する個々の熱消費機８，９との熱交換が可能なように複数の主配管２，４に接続される分岐配管４０と、複数の主配管２，４相互の流量を検出する流量計５と、複数の主配管２，４の状態を管理するコントローラ６とを備え、コントローラ６は、流量計５からの流量情報に基づいて、複数の主配管２，４相互間の流量を零にするように冷（温）熱製造機１０，２０の出力を制御する。
【解決手段】この熱リサイクルシステム１は、相互に異なる温度域に管理される複数の主配管２，４と、流量可変なポンプを個別に有するとともに複数の主配管２，４に熱交換可能に接続される冷（温）熱製造機１０，２０と、流量可変なポンプを個別に有する個々の熱消費機８，９との熱交換が可能なように複数の主配管２，４に接続される分岐配管４０と、複数の主配管２，４相互の流量を検出する流量計５と、複数の主配管２，４の状態を管理するコントローラ６とを備え、コントローラ６は、流量計５からの流量情報に基づいて、複数の主配管２，４相互間の流量を零にするように冷（温）熱製造機１０，２０の出力を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷（温）熱製造機や冷（温）熱消費機を分散配置した熱製造消費施設において、建物等の施設内および工場や地域等の域内で発生した熱を相互に回収し、再利用を行うことにより、従来捨てられていたエネルギーを有効活用し得る熱リサイクルシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
私たちの周りには、まだ使われていない種々のエネルギー源がある（例えばゴミ焼却場・変電所や工場から出る温熱、生活排水、川や海の水の冷温熱、雪氷の冷熱など）。これらは未利用エネルギーと呼ばれており、これらを活用すれば冷暖房や給湯等に利用できる。そして、未利用エネルギーを単独で利用するだけでなく、低温から高温までの未利用エネルギーを上手に組み合わせれば、地域的なエネルギーの供給システムを作り出すことができる。
【０００３】
例えば冷（温）熱製造機や冷（温）熱消費機を分散配置した熱製造消費施設において、建物等の施設内および工場や地域等の域内で発生した熱を相互に回収し、再利用する熱リサイクルシステムを構築すれば、従来捨てられていたエネルギーを有効活用することができる。このように、未利用エネルギーの有効利用の可能性は広がっており、また、都市のヒートアイランド防止やＣＯ2削減に対する大きな効果が期待される。
【０００４】
ここで、従来の熱供給システムの一例を図１６（ａ）、（ｂ）に示す。
図１６（ａ）に示すように、従来の熱供給システムでは、冷熱を供給する場合は、冷熱製造機からポンプにて配管系を通じて冷熱を供給し、温熱を供給する場合は、温熱製造機からポンプにて冷熱源とは別系統の配管系にて温熱の供給を行っている。このようなシステムの場合、冷熱と温熱が同時に必要な際には、各々の必要な熱量分だけ熱媒体をそれぞれ供給する。そのため、熱源からの水量が多くなり、搬送動力が大きくなる。また、図１６（ｂ）は冷熱の供給と温熱の供給を切り替え、１つの系統で熱供給を行うため、冷温熱を同時に供給できない。
【０００５】
つまり、従来の熱供給システムでは、熱源から遠い位置に配置した場所で数カ所熱消費が発生した場合に、遠い位置に配置した場所まで冷（温）熱を搬送する必要があるため、ポンプに無駄な抵抗を含めた仕事をさせることになる。また、従来の熱供給システムでは、冷熱及び温熱が同時に発生した場合に、冷熱及び温熱の配管系が異なるため、各々の必要な熱量分を搬送する必要が生じ、より多くの流量を必要とすることになる。そのため、広域な熱供給システムを構築しようとすると、上記の問題が生じる。
【０００６】
そこで、搬送動力を削減する先行技術として、例えば特許文献１に記載の技術が提案されている。特許文献１では、中央熱源に冷温水搬送用のポンプを有しない構成とし、熱媒体の流れの方向を決めて、この熱媒体の循環を、冷（温）熱製造機や冷（温）熱消費機に個別に付設されたポンプのみで行うことにより、循環ポンプを用いずに搬送動力を低減することを意図している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２７０７３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１記載の技術では、中央熱源に冷温水搬送用のポンプを有しないため、冷温熱のバランスを保つためには中央熱源までの配管内の循環を促すだけの搬送力が必要となる。そして、現実的には、年間を通して熱バランスがとれる時期は少なく、むしろ多くの無駄な搬送エネルギーを多くの時間にかけることとなる。したがって、特許文献１記載の技術を採用しても、図１６（ａ）に示した循環ポンプと同様の搬送エネルギーを必要とし、広域に熱供給システムを構築する上で、搬送動力の低減を図りにくいという問題を解決することができない。
【０００９】
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、広域に熱リサイクルシステムを構築する場合であっても、低コストで省エネルギーなシステムを構築し得る熱リサイクル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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、熱リサイクルシステムであって、相互に異なる温度域毎に１本の配管からなる複数の主配管と、流量可変なポンプを個別に有するとともに前記複数の主配管に熱交換可能に接続される冷熱製造機および温熱製造機と、流量可変なポンプを個別に有して個々の熱消費機との熱交換が可能なように前記複数の主配管に接続される分岐配管と、前記複数の主配管相互の均衡状態を検知する主配管均衡状態検知手段と、前記複数の主配管の均衡状態を管理するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記主配管均衡状態検知手段からの均衡状態情報に基づいて、前記複数の主配管相互の均衡状態を維持するように前記冷熱製造機および温熱製造機の出力を制御することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る熱リサイクルシステムによれば、相互に異なる温度域毎に１本の配管からなる複数の主配管と、分岐配管とを有し、この分岐配管を介して分散配置された冷（温）熱製造機や冷（温）熱消費機に個々に流量可変なポンプを設けたので、主配管には循環ポンプを設けないでも、熱を必要とするところへ次々と移動させていく（以下、「熱継送」ともいう）ことができる。つまり、必要なところへ必要なだけの熱を無駄なく熱継送できるため、省エネルギーな熱リサイクルシステムを構築することができる。また、異なる温度域毎に１本の主配管を付設するだけで良いので、配管量を削減でき、低コストでシステムを構築することができる。
【００１２】
また、本発明に係る熱リサイクルシステムによれば、分岐配管を介して分散配置された冷（温）熱製造機や冷（温）熱消費機が個々に流量可変なポンプを有する構成により熱継送ができるため、冷（温）熱製造機や冷（温）熱消費機の設置場所が限定されず、系の中であれば自由に混在設置が可能（以下、「自由設置」ともいう）である。したがって、例えば広域な熱リサイクルシステムを構築する上で、建築的な制約が少なくなり、配管量や建築コストを低減することができる。
【００１３】
ここで、本発明に係る熱リサイクルシステムにおいて、前記主配管均衡状態検知手段は、前記複数の主配管相互をつなぐ連結管路の流量を検出する流量計であって、前記コントローラは、前記流量計からの流量情報を均衡状態情報として取得するとともに、当該流量情報に基づいて、前記連結管路の流量を零にするように前記冷熱製造機および温熱製造機の出力を制御することは好ましい。
【００１４】
また、前記コントローラが、流量計により検出された熱媒体の流れの向きによって冷熱移行要求か温熱移行要求かを判断し、連結管路の流量を零にするように、前記冷熱製造機および温熱製造機の流量を制御し熱媒体の供給量を調整することは好ましい。
このような構成であれば、コントローラが冷（温）熱製造機の流量と熱量を制御して、冷熱を主配管に供給する場合には、高温側の熱源水をポンプにて取得して低温側に冷熱を供給し、温熱を主配管に供給する場合には、低温側の熱源水をポンプにて取得して高温側に温熱を供給するように、冷熱製造機および温熱製造機を制御することができる。また、冷温熱の量と要求場所により、正流や逆流が生じる（以下、「自由流動」ともいう）。そのため、例えば広域な熱リサイクルシステムを構築する上で、必要なところへ必要なだけの熱を無駄なく熱継送する上で好適である。
【００１５】
また、熱製造機の分岐配管（40）に主配管からの取得熱量を検知する流量計（１２，２２）を設置することは好ましい。さらに、当該流量計（１２，２２）と前記連結管路の流量計（５）の流量情報と冷（温）熱製造機の運転状態に基づいて、前記コントローラで冷（温）熱製造機（１０、２０）とそれに付随するポンプ（１１、２１）を制御することは好ましい。
【００１６】
ここで、上記主配管の均衡状態を検知する主配管均衡状態検知手段として、流量計を例に説明する。
流量計５は、図４に示すように、流量零の前後に不感帯を設け、流量が低温側から高温側に流れる時をプラス、高温側から低温側に流れる時をマイナスとすると、プラスの時には冷熱製造機が運転中には冷熱供給を増加、温熱製造機が運転中には温熱供給を減少させる（以下、冷熱移行要求）。一方、マイナスの時には冷熱製造機が運転中には冷熱供給を減少、温熱製造機が運転中には温熱供給を増加させる（以下、温熱移行要求）。
【００１７】
その際のポンプの出力設定値は、現在運転している熱製造機側の流量計（１２または２２）の数値に連結管路の流量計５の数値を足した数値（流量Q）になるように決定する。
流量Qがマイナスになる時には、冷熱製造機と温熱製造機が同時運転しないよう運転している熱製造機を停止させ、その後冷熱温熱の切り替えを行う。また、流量計５が零の時にはバランス状態のため、現状の運転を継続する。なお、ここでは主配管均衡状態検知手段として、流量計での検知の例で説明したが、水位や圧力によって主配管の均衡状態を検出してもよい。
【００１８】
また、この熱リサイクルシステムにおいて、コントローラが、刻々変化する外気温湿度や熱消費機の負荷、熱製造消費機の特性に応じて、熱リサイクルシステムで最も効率が良くなるように複数の主配管毎の温度帯の温度を制御することは好ましい。また、例えば、主配管の本数を増やすことで、各々の熱消費機にきめ細かく対応でき、各域内で各々効率の高い運転が可能となり、省エネルギーな熱リサイクルシステムを構築できる。
【００１９】
さらに、本発明に係る熱リサイクルシステムにおいて、熱リサイクルシステムを付設する各域内の熱的特性に適合させて前記複数の主配管の本数や相互に異なる温度域の設定を変えることは好ましい。このような構成であれば、主配管の本数や温度帯を各域内の熱的特性に適合させて変えることで、各域内の熱的特性に適合した、より効率の良いシステムを構築できる。
【００２０】
また、本発明に係る熱リサイクルシステムにおいて、本発明に係る熱リサイクルシステムを複数連結したシステムとすれば、面的な広域熱リサイクルシステムを構築することができる。このような構成であれば、未利用エネルギーの更なる有効利用、都市のヒートアイランド現象の更なる防止やＣＯ2削減に大きな効果がある。
【発明の効果】
【００２１】
上述したように、本発明に係る熱リサイクルシステムによれば、広域に熱リサイクルシステムを構築する場合であっても、低コストで省エネルギーなシステムを構築し得る熱リサイクルシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る熱リサイクルシステムの一実施形態の模式図である。
【図２】図１のコントローラのブロック図である。
【図３】コントローラが実行する熱供給量調整処理のフローチャートである。
【図４】熱供給量調整処理における流量と流量計出力との関係を示すグラフである。
【図５】主配管設定温度の制御フローである。
【図６】熱消費機の負荷側供給温度と外気温等の違いによる消費エネルギーの傾向を示す図である。
【図７】設定温度を説明する図であり、同図（ａ）は、ある時点での熱製造機の主配管温度に対する消費エネルギーを示す図、同図（ｂ）は、ある時点での熱消費機の主配管温度に対する消費エネルギーを示す図、同図（ｃ）は、決定する主配管設定温度と全消費エネルギーとの関係を示す図である。
【図８】熱リサイクルシステムの負荷と水量との関係を示すグラフ（（ａ）、（ｂ））である。
【図９】本発明に係る熱リサイクルシステムの動作の例を示す図（（ａ）〜（ｃ））である。
【図１０】外気湿球温度、熱源水温度および熱負荷（水量）の関係を示すグラフである。
【図１１】本発明に係る熱リサイクルシステムの他の実施形態（３管式）の模式図である。
【図１２】本発明に係る熱リサイクルシステムに基づくシステム付設例を示す模式図である。
【図１３】本発明に係る熱リサイクルシステムに基づく広域熱移動システムの構築例を示す模式図である。
【図１４】コントローラが実行する熱リサイクルシステム相互の熱供給量調整をする連結部を説明する模式図（（ａ）、（ｂ））である。
【図１５】本発明に係る熱リサイクルシステムに基づく広域熱移動システムの構築例を示す模式図である。
【図１６】従来の熱供給システムの二つの実施形態の各模式図（（ａ）、（ｂ））である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図１に示すように、この熱リサイクルシステム１は、複数（この例では２本）の主配管２，４を有している。これら主配管２，４には、循環ポンプを有しておらず、主配管２，４相互は重複しない異なる温度域が設定されている。本実施形態の例では、高温域主配管２は、温度域が２０℃〜４０℃程度に設定され、また、低温域主配管４は温度域が５℃〜３５℃程度に設定されており、後述するコントローラ６によってそれぞれ管理されている。
【００２４】
各主配管２，４には、冷熱製造機１０および温熱製造機２０が熱交換可能に分岐配管４０を介して接続されている。冷熱製造機１０および温熱製造機２０は、それぞれ流量可変ポンプ１１および流量可変ポンプ２１を個別に有して構成されている。また、各主配管２，４には、熱消費機として、冷熱および温熱それぞれの熱交換が可能な熱消費機１５、冷熱消費機８および温熱消費機９が接続されるようになっている。これら熱消費機８，９，１５も、流量可変なポンプ３１を個別に有しており、各主配管２，４に分岐配管４０を介して熱交換が可能なように接続される。なお、個々の熱製造、消費機の種類の例を下表に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【表２】
【００２７】
さらに、上記主配管２，４相互間には、主配管均衡状態検知手段として、流量計５が付設されている。この流量計５は、主配管２，４相互の一方の末端の接続部分に、主配管２，４に連結管路７を介して接続されており、相互間の熱媒体（水）の流量およびその流れの向きを検出可能である。また、冷熱製造機１０と温熱製造機２０には、ポンプ４０側の分岐配管４０に流量計（１２または２２）がそれぞれ付設されている。
【００２８】
また、この熱リサイクルシステム１は、コントローラ６を備えており、このコントローラ６は、流量計５、および熱製造機１０，２０の流量計１２，２２からの流量情報に基づいて、複数の主配管２，４の状態を管理するようになっている。
詳しくは、コントローラ６は、図２に示すように、所定の制御プログラムに基づいて演算およびシステム全体を制御するＣＰＵ６４と、所定領域にあらかじめＣＰＵ６４の制御プログラム等を格納している記憶装置６６およびＲＯＭ６７と、この記憶装置６６およびＲＯＭ６７等から読み出したデータやＣＰＵ６４の演算過程で必要な演算結果を格納するためのＲＡＭ６８と、熱リサイクルシステム１の、流量計５，１２，２２、冷熱製造機１０および温熱製造機２０、ポンプ１１，２１を含む外部装置に対してデータの入出力を媒介するインターフェース６５とを備えて構成されており、これらは、データを転送するための信号線であるバスで相互にかつデータ授受可能に接続されている。
【００２９】
そして、ＣＰＵ６４は、上記記憶装置６６やＲＯＭ６７の所定領域に格納されている所定のプログラムを起動させ、そのプログラムに従って以下の熱供給量調整処理を実行する。そして、このコントローラ６において熱供給量調整処理が実行されると、複数の主配管２，４相互間の熱媒体の流量を零にするように熱製造機１５、冷熱製造機８および温熱消費機９を制御するようになっている。
【００３０】
詳しくは、熱供給量調整処理が実行されると、図３に示すように、まず、ステップＳ１に移行する。ステップＳ１では、各流量計５，１２，２２からの流量情報を取得してステップＳ２に移行し、ステップＳ２では、流量計５から取得した流量情報に基づいて、熱媒体の流れの向きによって現状を維持すべきか否か判断する。つまり、流量計５での流量が零の場合は、（ＹＥＳ）ステップＳ３に移行し、そうでなければステップＳ４に移行する。
【００３１】
ステップＳ４では、冷熱製造機１０が運転されているか否かが判定され、停止中であればステップＳ５に移行し、運転中であればステップＳ６に移行する。ステップＳ７では、温熱製造機２０が運転されているか否かが判定され、停止中であればステップＳ８に移行し、運転中であればステップＳ７に移行する。
ステップＳ６では、流量計５と流量計１２との合計流量（Q）を演算し、続くステップＳ９では、合計流量（Q）が零以下であるか否かが判定され、零以下であれば（ＹＥＳ）ステップＳ１２に移行し、そうでなければ（ＮＯ）ステップＳ１３に移行する。
【００３２】
ステップＳ７では、流量計５と流量計２２との合計流量（Q）を演算し、続くステップＳ１０では、合計流量（Q）が零以下であるか否かが判定され、零以下であれば（ＹＥＳ）ステップＳ１４に移行し、そうでなければ（ＮＯ）ステップＳ１５に移行する。
ステップＳ８では、流量計５の流量が合計流量（Q）を演算し、続くステップＳ１１では、合計流量（Q）が零を超えるか否かが判定され、零を超えていれば（ＹＥＳ）ステップＳ１６に移行し、そうでなければ（ＮＯ）ステップＳ１７に移行する。
【００３３】
そして、ステップＳ１２では、冷熱製造機１０およびそのポンプ１１を停止して処理を戻し、また、ステップＳ１３では、冷熱製造機１０を運転するとともに、そのポンプ１１の出力を流量（Q）になるように変更して処理を戻す。
また、ステップＳ１４では、温熱製造機２０およびそのポンプ２１を停止して処理を戻し、また、ステップＳ１５では、温熱製造機２０を運転するとともに、そのポンプ２１の出力を流量（Q）になるように変更して処理を戻す。
【００３４】
さらに、ステップＳ１６では、冷熱製造機１０を運転するとともに、そのポンプ１１の出力を流量（Q）になるように変更して処理を戻し、また、ステップＳ１７では、温熱製造機２０を運転するとともに、そのポンプ２１の出力を流量（Q）になるように変更して処理を戻す。
【００３５】
次に、この熱リサイクルシステム１の作用・効果について説明する。
この熱リサイクルシステム１によれば、異なる温度域に管理される複数の主配管２，４と、これら主配管２，４に接続された分岐配管４０とを有し、主配管２，４に、冷（温）熱消費機８，９，１５や冷（温）熱製造機１０，２０が分岐配管４０を介して熱交換可能に分散配置され、これらは、個々に流量可変なポンプ３１、１１，２１を有するので、熱を必要とするところへ次々と移動させていくことができる。つまり、この熱リサイクルシステム１によれば、必要なところへ必要なだけの熱を無駄なく熱継送できるため、省エネルギーな熱リサイクルシステムを構築することができる。
【００３６】
また、この熱リサイクルシステム１によれば、分岐配管４０を介して分散配置された冷（温）熱消費機８，９，１５や冷（温）熱製造機１０，２０が個々に流量可変なポンプ３１、１１，２１を有する構成により熱継送ができるため、冷（温）熱製造機１０，２０や冷（温）熱消費機８，９の設置場所が限定されず、系の中であれば自由設置が可能である。したがって、例えば広域な熱リサイクルシステムを構築する上で、建築的な制約が少なくなり、配管量や建築コストを低減することができる。
【００３７】
また、この熱リサイクルシステム１によれば、異なる温度域毎に１本の主配管を付設するだけで良い（本実施形態の例であれば２本の主配管２，４を付設するだけで良い）ので、配管量を削減でき、低コストでシステムを構築することができる。
例えば、上記「発明が解決しようとする課題」において例示したが、この熱リサイクルシステム１によれば、主配管２，４として、低温配管と高温配管の２本のみを付設すればよいので、図１６に示した例と比べて大きく施工費を削減できる。なお、後述するように、本発明に係る熱リサイクルシステムにおいては、複数の主配管として、温度域を増やした３管方式とした場合であっても、従来の４管を有する構成に比べて施工費を削減することができる。
【００３８】
ここで、上記熱リサイクルシステム１において、流量と負荷の量について、従来システム（図１６の例）との比較をすると図８（ａ）および（ｂ）に示すようになる。
特に、図８（ｂ）に示すように、冷房負荷と暖房負荷の混在が多くなればなるほど、この熱リサイクルシステム１のメリットは大きくなる。例えば、図９（ａ）に示すように、冷水負荷だけがある場合、各冷熱消費機が熱を使用する時、仮に最遠端に位置する冷熱消費機の熱要求がないと、各ポンプの受け持つ抵抗（図９（ａ）に示す丸印の箇所Ａ１）は最遠端までを受け持つ抵抗より小さく、図９（a）内の配管抵抗のみで運転ができる。さらに、この熱リサイクルシステム１によれば、熱源水を熱製造消費機に接続されたポンプによって熱媒体を流動させるので、熱の伝達性が優れている。
【００３９】
従来システムとの違いが明確に出るのは、例えば、図９（ｂ）に示すように、隣接する冷熱消費機８と温熱消費機９が稼動していた場合であって、このような場合であれば、隣接する熱消費機に接続されているポンプが稼働することにより、主配管２，４を自由流動によって、熱交換が可能となり冷温熱それぞれの流量が必要なくなるため搬送流量が削減できる。さらに、熱供給の必要な場所への最小の搬送抵抗と流量だけで済むので、搬送エネルギーを大きく削減することができる。
【００４０】
なお、図９（ｂ）に示すように、各熱消費機でバランスが取れている場合は、そのバランスが取れているエリア（同図での丸印の箇所Ａ２およびＡ３）での熱移動しか生じない。また、図９（ｃ）に示すように、多少冷熱需要が大きい場合であっても、冷熱製造機を稼働させることで、最低限の場所（同図での丸印の箇所Ａ１）のみの熱供給を行えば足りる。
【００４１】
以上説明したように、この熱リサイクルシステム１によれば、広域に熱リサイクルシステムを構築する場合であっても、低コストで省エネルギーなシステムを構築することができる。なお、本発明に係る熱リサイクルシステムは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、コントローラ６において熱供給量調整処理が実行されると、流量計５により検出された熱媒体の流れの向きに基づいて、複数の主配管２，４相互間の流量を零にするように冷熱製造機１０および温熱消費機２０を制御する例で説明したが、これに限らず、コントローラ６は、例えば、刻々変化する外気温湿度や冷（温）熱消費機の負荷に応じて、熱リサイクルシステム全体で最も効率が良くなるように各複数の主配管毎の温度帯の温度を制御するように構成してもよい（その制御フローを図５に示す）。
【００４２】
つまり、図６に示すように、熱製造消費機は負荷側供給温度や外気乾球温度または外気湿球温度（以下、外気温等）によっても変化をする。冷熱製造機と温熱消費機は負荷側供給温度または外気温等が高い場合は低い場合に比べ、消費エネルギーが多くなる傾向がある。また、主配管温度を低くするように設定するとより多くの消費エネルギーが必要となる。温熱製造機と冷熱製造機は負荷側供給温度または外気温等が低い場合は、高い場合に比べ、消費エネルギーが多くなる傾向がある。また、消費エネルギーは各熱製造消費機の特性に左右される。
【００４３】
このように、熱リサイクルシステムでは様々な熱製造消費機が様々な運転状況にあるため、主配管設定温度を状況により変化させることでより省エネルギーなシステムになる。
制御フローを図５に示すように、消費エネルギーに起因する負荷側供給温度や流量（以下、負荷側の特性）、外気温等及び各熱製造消費機の特性より、主配管温度の違いによる各熱製造消費機の消費エネルギーが算出できる。なお、ある時点における算出した消費エネルギーは、熱製造機については図７（ａ）、熱消費機については図７（ｂ）の傾向になる。
【００４４】
この算出した各熱製造消費機の消費エネルギーに基づき、主配管設定温度の違いによる全消費エネルギーを算出する（負荷側で冷熱要求のみの時を図７（ｃ）に例示する）。
冷熱消費機は主配管設定温度が高いほど消費エネルギーが多くなり、冷熱製造機は主配管設定温度が低いほど消費エネルギーが多くなる。熱製造機と熱消費機を足し合わせた全消費エネルギーは、最小消費エネルギーとなる主配管設定温度がある。この主配管設定温度になるように主配管設定温度を決定し、各熱製造消費機に指令を出す。なお、ここでは、計算により最も効率が高くなる主配管温度設定を算出したが、熱消費機が多い場合や熱消費機の特性情報が少ない場合は、過去の運転データを元に人が経験的に設定することもありうる。
【００４５】
また、例えば一般的な事務所ビルの負荷パターンを例に以下説明する。外気条件、負荷、および熱源水の温度制御について図１０に示す。
図１０に示すように、負荷側の冷熱需要が少なくなり、暖房需要も少ない中間期（春期や秋期）などには、外気乾球温度または外気湿球温度（以下外気温等）は低いため、熱製造機も低温でも効率良く供給することが可能となる。
【００４６】
また、夏期においては、負荷側にて除湿や冷却などの冷熱需要が多くなり、低温側主配管から取得し、高温側主配管に温熱を供給することになる。その際、主配管はなるべく低い温度があると、個々の熱消費機は効率の良い運転が可能となる。しかし、熱バランスを保つ熱製造機は低い温度を供給するためには、より多くのエネルギーが必要となる。そのため、消費エネルギーが最小となる主配管温度設定が必要となる。
【００４７】
一方、暖房需要が多くなる冬期においては、高温側主配管から取得し、低温側主配管に排熱をする量が多くなる。
また、例えば上記実施形態では、相互に重複しない異なる温度域に管理される複数の主配管の本数を２本とした例で説明したが、これに限定されず、本発明に係る熱リサイクルシステムにおいて、例えば図１１に示すように、主配管の本数を増やすことで、より多様な要求に対し対応することが可能となる。
【００４８】
つまり、システムを構築する範囲が広域になるに従い、負荷側において低温要求、中温要求、高温要求がそれぞれ発生する可能性も大きくなる。それに伴い個々の熱消費機の効率が低下することが懸念される。そのため、同図に示すように、主配管を、低温側主配管４、中温側主配管３および高温側主配管２の３本にして、個々の熱消費機において中温が必要か、低温が必要かあるいは高温が必要かを判断して熱源水を取得するようにしてもよい。
【００４９】
ここで、図１１の冷熱消費機８において、中温側から高温側へ熱媒体が流れている場合と、低温側から中温側へ熱媒体が流れている場合とがあり得るが、熱消費機の種類によっては分岐配管４０の配管を固定して接続する場合と、時期（春期、夏期、秋期、冬期）により主配管２，３，４に対する分岐配管４０の配管の切り替えを行う熱源もあり得る。このように、主配管の本数を増やすことで需要に対して一層細やかな熱供給や、熱バランスの調整が可能となる。
【００５０】
また、例えば図１２に示すように、ビルＡだけでなく、学校Ｂや、各種の施設Ｃ、工場Ｄ等などを含めたあるエリアでの熱供給も同様にして、本発明に係る熱リサイクルシステムを適用可能となることは勿論である。
また、図１３に示すように、本発明に係る熱リサイクルシステム１を複数つなぎ合わせることで、動力を必要最小限にしながら、広域での排熱利用が可能となる。
【００５１】
ここで、隣り合う熱リサイクルシステム１相互の連結部５０の詳細について、図１４に示す。
図１４に示すように、隣り合う熱リサイクルシステム１間には、ポンプ５２及び弁５４を設置した連結部５０が設けられる。このように上述した熱リサイクルシステム１を複数連結した構成とすれば、隣り合う熱リサイクルシステム１相互の連結部５０において、共に冷熱過多または温熱過多という状態の時には、それぞれで熱供給を行うように制御することができる。
【００５２】
具体的には、この連結部５０において、隣り合う熱リサイクルシステム１のどちらかが冷熱過多、一方が温熱過多という場合は、例えば同図（ａ）に示すように、連結部５０に設置したポンプ５２ｂ及び弁５４ｂを稼働し、相互に熱を補完するように制御する。その際、各熱リサイクルシステム１のコントローラ６（同図では不図示）は、それぞれの熱リサイクルシステム１に付設された流量計５の検出した熱媒体の流れの向きに基づいて、上述したように、流量計５の流量がゼロになるように対応するポンプ５２（ａないしｂ）を制御すればよい。また、逆の要求の際は、例えば同図（ｂ）に示すように、反対側のポンプ５２ａと弁５４ａが動作をするように制御を行うようにすればよい。
【００５３】
さらには、上述した熱リサイクルシステム１を複数連結した構成例として、図１５に示すように、よりエリアを拡大した熱リサイクルシステムを形成することで、熱リサイクル量を増加することができるので、例えばヒートアイランド対策も可能となる。
【符号の説明】
【００５４】
１ 熱リサイクルシステム
２ 高温側主配管（主配管）
３ 中温側主配管（主配管）
４ 低温側主配管（主配管）
５ （連結管路の）流量計
６ コントローラ
７ 連結管路
８ 冷熱消費機（熱消費機）
９ 温熱消費機（熱消費機）
１０ 冷熱製造機
１１ 冷熱製造機用の流量可変ポンプ（ポンプ）
１２ （冷熱製造機用の）流量計
１５ 熱消費機
２０ 温熱製造機
２１ 温熱製造機用の流量可変ポンプ（ポンプ）
２２ （温熱製造機用の）流量計
３１ 熱消費機用の流量可変ポンプ（ポンプ）
４０ 分岐配管
４２、４３ 冷温熱切り替え弁
５０ （熱リサイクルシステム相互の）連結部
５２ａ，ｂ （連結部の）ポンプ
５４ａ，ｂ （連結部の）弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷（温）熱製造機や冷（温）熱消費機を分散配置した熱製造消費施設において、建物等の施設内および工場や地域等の域内で発生した熱を相互に回収し、再利用を行うことにより、従来捨てられていたエネルギーを有効活用し得る熱リサイクルシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
私たちの周りには、まだ使われていない種々のエネルギー源がある（例えばゴミ焼却場・変電所や工場から出る温熱、生活排水、川や海の水の冷温熱、雪氷の冷熱など）。これらは未利用エネルギーと呼ばれており、これらを活用すれば冷暖房や給湯等に利用できる。そして、未利用エネルギーを単独で利用するだけでなく、低温から高温までの未利用エネルギーを上手に組み合わせれば、地域的なエネルギーの供給システムを作り出すことができる。
【０００３】
例えば冷（温）熱製造機や冷（温）熱消費機を分散配置した熱製造消費施設において、建物等の施設内および工場や地域等の域内で発生した熱を相互に回収し、再利用する熱リサイクルシステムを構築すれば、従来捨てられていたエネルギーを有効活用することができる。このように、未利用エネルギーの有効利用の可能性は広がっており、また、都市のヒートアイランド防止やＣＯ2削減に対する大きな効果が期待される。
【０００４】
ここで、従来の熱供給システムの一例を図１６（ａ）、（ｂ）に示す。
図１６（ａ）に示すように、従来の熱供給システムでは、冷熱を供給する場合は、冷熱製造機からポンプにて配管系を通じて冷熱を供給し、温熱を供給する場合は、温熱製造機からポンプにて冷熱源とは別系統の配管系にて温熱の供給を行っている。このようなシステムの場合、冷熱と温熱が同時に必要な際には、各々の必要な熱量分だけ熱媒体をそれぞれ供給する。そのため、熱源からの水量が多くなり、搬送動力が大きくなる。また、図１６（ｂ）は冷熱の供給と温熱の供給を切り替え、１つの系統で熱供給を行うため、冷温熱を同時に供給できない。
【０００５】
つまり、従来の熱供給システムでは、熱源から遠い位置に配置した場所で数カ所熱消費が発生した場合に、遠い位置に配置した場所まで冷（温）熱を搬送する必要があるため、ポンプに無駄な抵抗を含めた仕事をさせることになる。また、従来の熱供給システムでは、冷熱及び温熱が同時に発生した場合に、冷熱及び温熱の配管系が異なるため、各々の必要な熱量分を搬送する必要が生じ、より多くの流量を必要とすることになる。そのため、広域な熱供給システムを構築しようとすると、上記の問題が生じる。
【０００６】
そこで、搬送動力を削減する先行技術として、例えば特許文献１に記載の技術が提案されている。特許文献１では、中央熱源に冷温水搬送用のポンプを有しない構成とし、熱媒体の流れの方向を決めて、この熱媒体の循環を、冷（温）熱製造機や冷（温）熱消費機に個別に付設されたポンプのみで行うことにより、循環ポンプを用いずに搬送動力を低減することを意図している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２７０７３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１記載の技術では、中央熱源に冷温水搬送用のポンプを有しないため、冷温熱のバランスを保つためには中央熱源までの配管内の循環を促すだけの搬送力が必要となる。そして、現実的には、年間を通して熱バランスがとれる時期は少なく、むしろ多くの無駄な搬送エネルギーを多くの時間にかけることとなる。したがって、特許文献１記載の技術を採用しても、図１６（ａ）に示した循環ポンプと同様の搬送エネルギーを必要とし、広域に熱供給システムを構築する上で、搬送動力の低減を図りにくいという問題を解決することができない。
【０００９】
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、広域に熱リサイクルシステムを構築する場合であっても、低コストで省エネルギーなシステムを構築し得る熱リサイクル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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、熱リサイクルシステムであって、相互に異なる温度域毎に１本の配管からなる複数の主配管と、流量可変なポンプを個別に有するとともに前記複数の主配管に熱交換可能に接続される冷熱製造機および温熱製造機と、流量可変なポンプを個別に有して個々の熱消費機との熱交換が可能なように前記複数の主配管に接続される分岐配管と、前記複数の主配管相互の均衡状態を検知する主配管均衡状態検知手段と、前記複数の主配管の均衡状態を管理するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記主配管均衡状態検知手段からの均衡状態情報に基づいて、前記複数の主配管相互の均衡状態を維持するように前記冷熱製造機および温熱製造機の出力を制御することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る熱リサイクルシステムによれば、相互に異なる温度域毎に１本の配管からなる複数の主配管と、分岐配管とを有し、この分岐配管を介して分散配置された冷（温）熱製造機や冷（温）熱消費機に個々に流量可変なポンプを設けたので、主配管には循環ポンプを設けないでも、熱を必要とするところへ次々と移動させていく（以下、「熱継送」ともいう）ことができる。つまり、必要なところへ必要なだけの熱を無駄なく熱継送できるため、省エネルギーな熱リサイクルシステムを構築することができる。また、異なる温度域毎に１本の主配管を付設するだけで良いので、配管量を削減でき、低コストでシステムを構築することができる。
【００１２】
また、本発明に係る熱リサイクルシステムによれば、分岐配管を介して分散配置された冷（温）熱製造機や冷（温）熱消費機が個々に流量可変なポンプを有する構成により熱継送ができるため、冷（温）熱製造機や冷（温）熱消費機の設置場所が限定されず、系の中であれば自由に混在設置が可能（以下、「自由設置」ともいう）である。したがって、例えば広域な熱リサイクルシステムを構築する上で、建築的な制約が少なくなり、配管量や建築コストを低減することができる。
【００１３】
ここで、本発明に係る熱リサイクルシステムにおいて、前記主配管均衡状態検知手段は、前記複数の主配管相互をつなぐ連結管路の流量を検出する流量計であって、前記コントローラは、前記流量計からの流量情報を均衡状態情報として取得するとともに、当該流量情報に基づいて、前記連結管路の流量を零にするように前記冷熱製造機および温熱製造機の出力を制御することは好ましい。
【００１４】
また、前記コントローラが、流量計により検出された熱媒体の流れの向きによって冷熱移行要求か温熱移行要求かを判断し、連結管路の流量を零にするように、前記冷熱製造機および温熱製造機の流量を制御し熱媒体の供給量を調整することは好ましい。
このような構成であれば、コントローラが冷（温）熱製造機の流量と熱量を制御して、冷熱を主配管に供給する場合には、高温側の熱源水をポンプにて取得して低温側に冷熱を供給し、温熱を主配管に供給する場合には、低温側の熱源水をポンプにて取得して高温側に温熱を供給するように、冷熱製造機および温熱製造機を制御することができる。また、冷温熱の量と要求場所により、正流や逆流が生じる（以下、「自由流動」ともいう）。そのため、例えば広域な熱リサイクルシステムを構築する上で、必要なところへ必要なだけの熱を無駄なく熱継送する上で好適である。
【００１５】
また、熱製造機の分岐配管（40）に主配管からの取得熱量を検知する流量計（１２，２２）を設置することは好ましい。さらに、当該流量計（１２，２２）と前記連結管路の流量計（５）の流量情報と冷（温）熱製造機の運転状態に基づいて、前記コントローラで冷（温）熱製造機（１０、２０）とそれに付随するポンプ（１１、２１）を制御することは好ましい。
【００１６】
ここで、上記主配管の均衡状態を検知する主配管均衡状態検知手段として、流量計を例に説明する。
流量計５は、図４に示すように、流量零の前後に不感帯を設け、流量が低温側から高温側に流れる時をプラス、高温側から低温側に流れる時をマイナスとすると、プラスの時には冷熱製造機が運転中には冷熱供給を増加、温熱製造機が運転中には温熱供給を減少させる（以下、冷熱移行要求）。一方、マイナスの時には冷熱製造機が運転中には冷熱供給を減少、温熱製造機が運転中には温熱供給を増加させる（以下、温熱移行要求）。
【００１７】
その際のポンプの出力設定値は、現在運転している熱製造機側の流量計（１２または２２）の数値に連結管路の流量計５の数値を足した数値（流量Q）になるように決定する。
流量Qがマイナスになる時には、冷熱製造機と温熱製造機が同時運転しないよう運転している熱製造機を停止させ、その後冷熱温熱の切り替えを行う。また、流量計５が零の時にはバランス状態のため、現状の運転を継続する。なお、ここでは主配管均衡状態検知手段として、流量計での検知の例で説明したが、水位や圧力によって主配管の均衡状態を検出してもよい。
【００１８】
また、この熱リサイクルシステムにおいて、コントローラが、刻々変化する外気温湿度や熱消費機の負荷、熱製造消費機の特性に応じて、熱リサイクルシステムで最も効率が良くなるように複数の主配管毎の温度帯の温度を制御することは好ましい。また、例えば、主配管の本数を増やすことで、各々の熱消費機にきめ細かく対応でき、各域内で各々効率の高い運転が可能となり、省エネルギーな熱リサイクルシステムを構築できる。
【００１９】
さらに、本発明に係る熱リサイクルシステムにおいて、熱リサイクルシステムを付設する各域内の熱的特性に適合させて前記複数の主配管の本数や相互に異なる温度域の設定を変えることは好ましい。このような構成であれば、主配管の本数や温度帯を各域内の熱的特性に適合させて変えることで、各域内の熱的特性に適合した、より効率の良いシステムを構築できる。
【００２０】
また、本発明に係る熱リサイクルシステムにおいて、本発明に係る熱リサイクルシステムを複数連結したシステムとすれば、面的な広域熱リサイクルシステムを構築することができる。このような構成であれば、未利用エネルギーの更なる有効利用、都市のヒートアイランド現象の更なる防止やＣＯ2削減に大きな効果がある。
【発明の効果】
【００２１】
上述したように、本発明に係る熱リサイクルシステムによれば、広域に熱リサイクルシステムを構築する場合であっても、低コストで省エネルギーなシステムを構築し得る熱リサイクルシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る熱リサイクルシステムの一実施形態の模式図である。
【図２】図１のコントローラのブロック図である。
【図３】コントローラが実行する熱供給量調整処理のフローチャートである。
【図４】熱供給量調整処理における流量と流量計出力との関係を示すグラフである。
【図５】主配管設定温度の制御フローである。
【図６】熱消費機の負荷側供給温度と外気温等の違いによる消費エネルギーの傾向を示す図である。
【図７】設定温度を説明する図であり、同図（ａ）は、ある時点での熱製造機の主配管温度に対する消費エネルギーを示す図、同図（ｂ）は、ある時点での熱消費機の主配管温度に対する消費エネルギーを示す図、同図（ｃ）は、決定する主配管設定温度と全消費エネルギーとの関係を示す図である。
【図８】熱リサイクルシステムの負荷と水量との関係を示すグラフ（（ａ）、（ｂ））である。
【図９】本発明に係る熱リサイクルシステムの動作の例を示す図（（ａ）〜（ｃ））である。
【図１０】外気湿球温度、熱源水温度および熱負荷（水量）の関係を示すグラフである。
【図１１】本発明に係る熱リサイクルシステムの他の実施形態（３管式）の模式図である。
【図１２】本発明に係る熱リサイクルシステムに基づくシステム付設例を示す模式図である。
【図１３】本発明に係る熱リサイクルシステムに基づく広域熱移動システムの構築例を示す模式図である。
【図１４】コントローラが実行する熱リサイクルシステム相互の熱供給量調整をする連結部を説明する模式図（（ａ）、（ｂ））である。
【図１５】本発明に係る熱リサイクルシステムに基づく広域熱移動システムの構築例を示す模式図である。
【図１６】従来の熱供給システムの二つの実施形態の各模式図（（ａ）、（ｂ））である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図１に示すように、この熱リサイクルシステム１は、複数（この例では２本）の主配管２，４を有している。これら主配管２，４には、循環ポンプを有しておらず、主配管２，４相互は重複しない異なる温度域が設定されている。本実施形態の例では、高温域主配管２は、温度域が２０℃〜４０℃程度に設定され、また、低温域主配管４は温度域が５℃〜３５℃程度に設定されており、後述するコントローラ６によってそれぞれ管理されている。
【００２４】
各主配管２，４には、冷熱製造機１０および温熱製造機２０が熱交換可能に分岐配管４０を介して接続されている。冷熱製造機１０および温熱製造機２０は、それぞれ流量可変ポンプ１１および流量可変ポンプ２１を個別に有して構成されている。また、各主配管２，４には、熱消費機として、冷熱および温熱それぞれの熱交換が可能な熱消費機１５、冷熱消費機８および温熱消費機９が接続されるようになっている。これら熱消費機８，９，１５も、流量可変なポンプ３１を個別に有しており、各主配管２，４に分岐配管４０を介して熱交換が可能なように接続される。なお、個々の熱製造、消費機の種類の例を下表に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【表２】
【００２７】
さらに、上記主配管２，４相互間には、主配管均衡状態検知手段として、流量計５が付設されている。この流量計５は、主配管２，４相互の一方の末端の接続部分に、主配管２，４に連結管路７を介して接続されており、相互間の熱媒体（水）の流量およびその流れの向きを検出可能である。また、冷熱製造機１０と温熱製造機２０には、ポンプ４０側の分岐配管４０に流量計（１２または２２）がそれぞれ付設されている。
【００２８】
また、この熱リサイクルシステム１は、コントローラ６を備えており、このコントローラ６は、流量計５、および熱製造機１０，２０の流量計１２，２２からの流量情報に基づいて、複数の主配管２，４の状態を管理するようになっている。
詳しくは、コントローラ６は、図２に示すように、所定の制御プログラムに基づいて演算およびシステム全体を制御するＣＰＵ６４と、所定領域にあらかじめＣＰＵ６４の制御プログラム等を格納している記憶装置６６およびＲＯＭ６７と、この記憶装置６６およびＲＯＭ６７等から読み出したデータやＣＰＵ６４の演算過程で必要な演算結果を格納するためのＲＡＭ６８と、熱リサイクルシステム１の、流量計５，１２，２２、冷熱製造機１０および温熱製造機２０、ポンプ１１，２１を含む外部装置に対してデータの入出力を媒介するインターフェース６５とを備えて構成されており、これらは、データを転送するための信号線であるバスで相互にかつデータ授受可能に接続されている。
【００２９】
そして、ＣＰＵ６４は、上記記憶装置６６やＲＯＭ６７の所定領域に格納されている所定のプログラムを起動させ、そのプログラムに従って以下の熱供給量調整処理を実行する。そして、このコントローラ６において熱供給量調整処理が実行されると、複数の主配管２，４相互間の熱媒体の流量を零にするように熱製造機１５、冷熱製造機８および温熱消費機９を制御するようになっている。
【００３０】
詳しくは、熱供給量調整処理が実行されると、図３に示すように、まず、ステップＳ１に移行する。ステップＳ１では、各流量計５，１２，２２からの流量情報を取得してステップＳ２に移行し、ステップＳ２では、流量計５から取得した流量情報に基づいて、熱媒体の流れの向きによって現状を維持すべきか否か判断する。つまり、流量計５での流量が零の場合は、（ＹＥＳ）ステップＳ３に移行し、そうでなければステップＳ４に移行する。
【００３１】
ステップＳ４では、冷熱製造機１０が運転されているか否かが判定され、停止中であればステップＳ５に移行し、運転中であればステップＳ６に移行する。ステップＳ７では、温熱製造機２０が運転されているか否かが判定され、停止中であればステップＳ８に移行し、運転中であればステップＳ７に移行する。
ステップＳ６では、流量計５と流量計１２との合計流量（Q）を演算し、続くステップＳ９では、合計流量（Q）が零以下であるか否かが判定され、零以下であれば（ＹＥＳ）ステップＳ１２に移行し、そうでなければ（ＮＯ）ステップＳ１３に移行する。
【００３２】
ステップＳ７では、流量計５と流量計２２との合計流量（Q）を演算し、続くステップＳ１０では、合計流量（Q）が零以下であるか否かが判定され、零以下であれば（ＹＥＳ）ステップＳ１４に移行し、そうでなければ（ＮＯ）ステップＳ１５に移行する。
ステップＳ８では、流量計５の流量が合計流量（Q）を演算し、続くステップＳ１１では、合計流量（Q）が零を超えるか否かが判定され、零を超えていれば（ＹＥＳ）ステップＳ１６に移行し、そうでなければ（ＮＯ）ステップＳ１７に移行する。
【００３３】
そして、ステップＳ１２では、冷熱製造機１０およびそのポンプ１１を停止して処理を戻し、また、ステップＳ１３では、冷熱製造機１０を運転するとともに、そのポンプ１１の出力を流量（Q）になるように変更して処理を戻す。
また、ステップＳ１４では、温熱製造機２０およびそのポンプ２１を停止して処理を戻し、また、ステップＳ１５では、温熱製造機２０を運転するとともに、そのポンプ２１の出力を流量（Q）になるように変更して処理を戻す。
【００３４】
さらに、ステップＳ１６では、冷熱製造機１０を運転するとともに、そのポンプ１１の出力を流量（Q）になるように変更して処理を戻し、また、ステップＳ１７では、温熱製造機２０を運転するとともに、そのポンプ２１の出力を流量（Q）になるように変更して処理を戻す。
【００３５】
次に、この熱リサイクルシステム１の作用・効果について説明する。
この熱リサイクルシステム１によれば、異なる温度域に管理される複数の主配管２，４と、これら主配管２，４に接続された分岐配管４０とを有し、主配管２，４に、冷（温）熱消費機８，９，１５や冷（温）熱製造機１０，２０が分岐配管４０を介して熱交換可能に分散配置され、これらは、個々に流量可変なポンプ３１、１１，２１を有するので、熱を必要とするところへ次々と移動させていくことができる。つまり、この熱リサイクルシステム１によれば、必要なところへ必要なだけの熱を無駄なく熱継送できるため、省エネルギーな熱リサイクルシステムを構築することができる。
【００３６】
また、この熱リサイクルシステム１によれば、分岐配管４０を介して分散配置された冷（温）熱消費機８，９，１５や冷（温）熱製造機１０，２０が個々に流量可変なポンプ３１、１１，２１を有する構成により熱継送ができるため、冷（温）熱製造機１０，２０や冷（温）熱消費機８，９の設置場所が限定されず、系の中であれば自由設置が可能である。したがって、例えば広域な熱リサイクルシステムを構築する上で、建築的な制約が少なくなり、配管量や建築コストを低減することができる。
【００３７】
また、この熱リサイクルシステム１によれば、異なる温度域毎に１本の主配管を付設するだけで良い（本実施形態の例であれば２本の主配管２，４を付設するだけで良い）ので、配管量を削減でき、低コストでシステムを構築することができる。
例えば、上記「発明が解決しようとする課題」において例示したが、この熱リサイクルシステム１によれば、主配管２，４として、低温配管と高温配管の２本のみを付設すればよいので、図１６に示した例と比べて大きく施工費を削減できる。なお、後述するように、本発明に係る熱リサイクルシステムにおいては、複数の主配管として、温度域を増やした３管方式とした場合であっても、従来の４管を有する構成に比べて施工費を削減することができる。
【００３８】
ここで、上記熱リサイクルシステム１において、流量と負荷の量について、従来システム（図１６の例）との比較をすると図８（ａ）および（ｂ）に示すようになる。
特に、図８（ｂ）に示すように、冷房負荷と暖房負荷の混在が多くなればなるほど、この熱リサイクルシステム１のメリットは大きくなる。例えば、図９（ａ）に示すように、冷水負荷だけがある場合、各冷熱消費機が熱を使用する時、仮に最遠端に位置する冷熱消費機の熱要求がないと、各ポンプの受け持つ抵抗（図９（ａ）に示す丸印の箇所Ａ１）は最遠端までを受け持つ抵抗より小さく、図９（a）内の配管抵抗のみで運転ができる。さらに、この熱リサイクルシステム１によれば、熱源水を熱製造消費機に接続されたポンプによって熱媒体を流動させるので、熱の伝達性が優れている。
【００３９】
従来システムとの違いが明確に出るのは、例えば、図９（ｂ）に示すように、隣接する冷熱消費機８と温熱消費機９が稼動していた場合であって、このような場合であれば、隣接する熱消費機に接続されているポンプが稼働することにより、主配管２，４を自由流動によって、熱交換が可能となり冷温熱それぞれの流量が必要なくなるため搬送流量が削減できる。さらに、熱供給の必要な場所への最小の搬送抵抗と流量だけで済むので、搬送エネルギーを大きく削減することができる。
【００４０】
なお、図９（ｂ）に示すように、各熱消費機でバランスが取れている場合は、そのバランスが取れているエリア（同図での丸印の箇所Ａ２およびＡ３）での熱移動しか生じない。また、図９（ｃ）に示すように、多少冷熱需要が大きい場合であっても、冷熱製造機を稼働させることで、最低限の場所（同図での丸印の箇所Ａ１）のみの熱供給を行えば足りる。
【００４１】
以上説明したように、この熱リサイクルシステム１によれば、広域に熱リサイクルシステムを構築する場合であっても、低コストで省エネルギーなシステムを構築することができる。なお、本発明に係る熱リサイクルシステムは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、コントローラ６において熱供給量調整処理が実行されると、流量計５により検出された熱媒体の流れの向きに基づいて、複数の主配管２，４相互間の流量を零にするように冷熱製造機１０および温熱消費機２０を制御する例で説明したが、これに限らず、コントローラ６は、例えば、刻々変化する外気温湿度や冷（温）熱消費機の負荷に応じて、熱リサイクルシステム全体で最も効率が良くなるように各複数の主配管毎の温度帯の温度を制御するように構成してもよい（その制御フローを図５に示す）。
【００４２】
つまり、図６に示すように、熱製造消費機は負荷側供給温度や外気乾球温度または外気湿球温度（以下、外気温等）によっても変化をする。冷熱製造機と温熱消費機は負荷側供給温度または外気温等が高い場合は低い場合に比べ、消費エネルギーが多くなる傾向がある。また、主配管温度を低くするように設定するとより多くの消費エネルギーが必要となる。温熱製造機と冷熱製造機は負荷側供給温度または外気温等が低い場合は、高い場合に比べ、消費エネルギーが多くなる傾向がある。また、消費エネルギーは各熱製造消費機の特性に左右される。
【００４３】
このように、熱リサイクルシステムでは様々な熱製造消費機が様々な運転状況にあるため、主配管設定温度を状況により変化させることでより省エネルギーなシステムになる。
制御フローを図５に示すように、消費エネルギーに起因する負荷側供給温度や流量（以下、負荷側の特性）、外気温等及び各熱製造消費機の特性より、主配管温度の違いによる各熱製造消費機の消費エネルギーが算出できる。なお、ある時点における算出した消費エネルギーは、熱製造機については図７（ａ）、熱消費機については図７（ｂ）の傾向になる。
【００４４】
この算出した各熱製造消費機の消費エネルギーに基づき、主配管設定温度の違いによる全消費エネルギーを算出する（負荷側で冷熱要求のみの時を図７（ｃ）に例示する）。
冷熱消費機は主配管設定温度が高いほど消費エネルギーが多くなり、冷熱製造機は主配管設定温度が低いほど消費エネルギーが多くなる。熱製造機と熱消費機を足し合わせた全消費エネルギーは、最小消費エネルギーとなる主配管設定温度がある。この主配管設定温度になるように主配管設定温度を決定し、各熱製造消費機に指令を出す。なお、ここでは、計算により最も効率が高くなる主配管温度設定を算出したが、熱消費機が多い場合や熱消費機の特性情報が少ない場合は、過去の運転データを元に人が経験的に設定することもありうる。
【００４５】
また、例えば一般的な事務所ビルの負荷パターンを例に以下説明する。外気条件、負荷、および熱源水の温度制御について図１０に示す。
図１０に示すように、負荷側の冷熱需要が少なくなり、暖房需要も少ない中間期（春期や秋期）などには、外気乾球温度または外気湿球温度（以下外気温等）は低いため、熱製造機も低温でも効率良く供給することが可能となる。
【００４６】
また、夏期においては、負荷側にて除湿や冷却などの冷熱需要が多くなり、低温側主配管から取得し、高温側主配管に温熱を供給することになる。その際、主配管はなるべく低い温度があると、個々の熱消費機は効率の良い運転が可能となる。しかし、熱バランスを保つ熱製造機は低い温度を供給するためには、より多くのエネルギーが必要となる。そのため、消費エネルギーが最小となる主配管温度設定が必要となる。
【００４７】
一方、暖房需要が多くなる冬期においては、高温側主配管から取得し、低温側主配管に排熱をする量が多くなる。
また、例えば上記実施形態では、相互に重複しない異なる温度域に管理される複数の主配管の本数を２本とした例で説明したが、これに限定されず、本発明に係る熱リサイクルシステムにおいて、例えば図１１に示すように、主配管の本数を増やすことで、より多様な要求に対し対応することが可能となる。
【００４８】
つまり、システムを構築する範囲が広域になるに従い、負荷側において低温要求、中温要求、高温要求がそれぞれ発生する可能性も大きくなる。それに伴い個々の熱消費機の効率が低下することが懸念される。そのため、同図に示すように、主配管を、低温側主配管４、中温側主配管３および高温側主配管２の３本にして、個々の熱消費機において中温が必要か、低温が必要かあるいは高温が必要かを判断して熱源水を取得するようにしてもよい。
【００４９】
ここで、図１１の冷熱消費機８において、中温側から高温側へ熱媒体が流れている場合と、低温側から中温側へ熱媒体が流れている場合とがあり得るが、熱消費機の種類によっては分岐配管４０の配管を固定して接続する場合と、時期（春期、夏期、秋期、冬期）により主配管２，３，４に対する分岐配管４０の配管の切り替えを行う熱源もあり得る。このように、主配管の本数を増やすことで需要に対して一層細やかな熱供給や、熱バランスの調整が可能となる。
【００５０】
また、例えば図１２に示すように、ビルＡだけでなく、学校Ｂや、各種の施設Ｃ、工場Ｄ等などを含めたあるエリアでの熱供給も同様にして、本発明に係る熱リサイクルシステムを適用可能となることは勿論である。
また、図１３に示すように、本発明に係る熱リサイクルシステム１を複数つなぎ合わせることで、動力を必要最小限にしながら、広域での排熱利用が可能となる。
【００５１】
ここで、隣り合う熱リサイクルシステム１相互の連結部５０の詳細について、図１４に示す。
図１４に示すように、隣り合う熱リサイクルシステム１間には、ポンプ５２及び弁５４を設置した連結部５０が設けられる。このように上述した熱リサイクルシステム１を複数連結した構成とすれば、隣り合う熱リサイクルシステム１相互の連結部５０において、共に冷熱過多または温熱過多という状態の時には、それぞれで熱供給を行うように制御することができる。
【００５２】
具体的には、この連結部５０において、隣り合う熱リサイクルシステム１のどちらかが冷熱過多、一方が温熱過多という場合は、例えば同図（ａ）に示すように、連結部５０に設置したポンプ５２ｂ及び弁５４ｂを稼働し、相互に熱を補完するように制御する。その際、各熱リサイクルシステム１のコントローラ６（同図では不図示）は、それぞれの熱リサイクルシステム１に付設された流量計５の検出した熱媒体の流れの向きに基づいて、上述したように、流量計５の流量がゼロになるように対応するポンプ５２（ａないしｂ）を制御すればよい。また、逆の要求の際は、例えば同図（ｂ）に示すように、反対側のポンプ５２ａと弁５４ａが動作をするように制御を行うようにすればよい。
【００５３】
さらには、上述した熱リサイクルシステム１を複数連結した構成例として、図１５に示すように、よりエリアを拡大した熱リサイクルシステムを形成することで、熱リサイクル量を増加することができるので、例えばヒートアイランド対策も可能となる。
【符号の説明】
【００５４】
１ 熱リサイクルシステム
２ 高温側主配管（主配管）
３ 中温側主配管（主配管）
４ 低温側主配管（主配管）
５ （連結管路の）流量計
６ コントローラ
７ 連結管路
８ 冷熱消費機（熱消費機）
９ 温熱消費機（熱消費機）
１０ 冷熱製造機
１１ 冷熱製造機用の流量可変ポンプ（ポンプ）
１２ （冷熱製造機用の）流量計
１５ 熱消費機
２０ 温熱製造機
２１ 温熱製造機用の流量可変ポンプ（ポンプ）
２２ （温熱製造機用の）流量計
３１ 熱消費機用の流量可変ポンプ（ポンプ）
４０ 分岐配管
４２、４３ 冷温熱切り替え弁
５０ （熱リサイクルシステム相互の）連結部
５２ａ，ｂ （連結部の）ポンプ
５４ａ，ｂ （連結部の）弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に異なる温度域毎に１本の配管からなる複数の主配管と、流量可変なポンプを個別に有するとともに前記複数の主配管に熱交換可能に接続される冷熱製造機および温熱製造機と、流量可変なポンプを個別に有して個々の熱消費機との熱交換が可能なように前記複数の主配管に接続される分岐配管と、前記複数の主配管相互の均衡状態を検知する主配管均衡状態検知手段と、前記複数の主配管の均衡状態を管理するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記主配管均衡状態検知手段からの均衡状態情報に基づいて、前記複数の主配管相互の均衡状態を維持するように前記冷熱製造機および温熱製造機の出力を制御することを特徴とする熱リサイクルシステム。
【請求項２】
前記主配管均衡状態検知手段は、前記複数の主配管相互をつなぐ連結管路の流量を検出する流量計であって、前記コントローラは、前記流量計からの流量情報を均衡状態情報として取得するとともに、当該流量情報に基づいて、前記連結管路の流量を零にするように前記冷熱製造機および温熱製造機の出力を制御することを特徴とする請求項１に記載の熱リサイクルシステム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記流量計により検出された熱媒体の流れの向きによって冷熱移行要求か温熱移行要求かを判断し、主配管相互間の流量を零にするように、前記冷熱製造機および温熱製造機熱の流量を制御して、熱媒体の供給熱量を調整することを特徴とする請求項２に記載の熱リサイクルシステム。
【請求項４】
前記コントローラは、主配管相互間の流量を検知する前記流量計と、稼動している熱製造機の流量を検知する流量計との合計流量に基づいて、前記冷熱製造機および温熱製造機熱の出力を増減し、これら熱製造機にて主配管に冷熱または温熱の供給を行うことを特徴とする請求項２または３に記載の熱リサイクルシステム。
【請求項５】
前記コントローラは、刻々変化する外気温湿度や熱消費機の負荷の形態と機器の特性に応じて、熱リサイクルシステム全体で最も効率が良くなるように前記複数の主配管毎の温度帯の温度を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱リサイクルシステム。
【請求項６】
熱リサイクルシステムを付設する各域内の熱的特性に適合させて前記複数の主配管の本数や相互に異なる温度域の設定を変えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱リサイクルシステム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱リサイクルシステムを複数連結することを特徴とする熱リサイクルシステム。
【請求項１】
相互に異なる温度域毎に１本の配管からなる複数の主配管と、流量可変なポンプを個別に有するとともに前記複数の主配管に熱交換可能に接続される冷熱製造機および温熱製造機と、流量可変なポンプを個別に有して個々の熱消費機との熱交換が可能なように前記複数の主配管に接続される分岐配管と、前記複数の主配管相互の均衡状態を検知する主配管均衡状態検知手段と、前記複数の主配管の均衡状態を管理するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記主配管均衡状態検知手段からの均衡状態情報に基づいて、前記複数の主配管相互の均衡状態を維持するように前記冷熱製造機および温熱製造機の出力を制御することを特徴とする熱リサイクルシステム。
【請求項２】
前記主配管均衡状態検知手段は、前記複数の主配管相互をつなぐ連結管路の流量を検出する流量計であって、前記コントローラは、前記流量計からの流量情報を均衡状態情報として取得するとともに、当該流量情報に基づいて、前記連結管路の流量を零にするように前記冷熱製造機および温熱製造機の出力を制御することを特徴とする請求項１に記載の熱リサイクルシステム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記流量計により検出された熱媒体の流れの向きによって冷熱移行要求か温熱移行要求かを判断し、主配管相互間の流量を零にするように、前記冷熱製造機および温熱製造機熱の流量を制御して、熱媒体の供給熱量を調整することを特徴とする請求項２に記載の熱リサイクルシステム。
【請求項４】
前記コントローラは、主配管相互間の流量を検知する前記流量計と、稼動している熱製造機の流量を検知する流量計との合計流量に基づいて、前記冷熱製造機および温熱製造機熱の出力を増減し、これら熱製造機にて主配管に冷熱または温熱の供給を行うことを特徴とする請求項２または３に記載の熱リサイクルシステム。
【請求項５】
前記コントローラは、刻々変化する外気温湿度や熱消費機の負荷の形態と機器の特性に応じて、熱リサイクルシステム全体で最も効率が良くなるように前記複数の主配管毎の温度帯の温度を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱リサイクルシステム。
【請求項６】
熱リサイクルシステムを付設する各域内の熱的特性に適合させて前記複数の主配管の本数や相互に異なる温度域の設定を変えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱リサイクルシステム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱リサイクルシステムを複数連結することを特徴とする熱リサイクルシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−４７５９５（Ｐ２０１１−４７５９５Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９７３８４（Ｐ２００９−１９７３８４）
【出願日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【出願人】（０００２２２９５６）東洋熱工業株式会社 (35)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【出願人】（０００２２２９５６）東洋熱工業株式会社 (35)
【Ｆターム（参考）】
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