熱供給システム及びその制御方法
【課題】安定的にエネルギー効率が高い熱供給システムを提供する。
【解決手段】熱供給システム（Ｓ１）は、熱需要部としての外部装置（９０）に熱を供給するとともに、排熱源からの排熱の少なくとも一部が入力可能である排熱回収型のヒートポンプ（１０）と、ボイラ及び電気ヒータの少なくとも１つを含む補助熱源（２０）とを備える。補助熱源は、ヒートポンプに対する低温側に補熱を供給可能である。
【解決手段】熱供給システム（Ｓ１）は、熱需要部としての外部装置（９０）に熱を供給するとともに、排熱源からの排熱の少なくとも一部が入力可能である排熱回収型のヒートポンプ（１０）と、ボイラ及び電気ヒータの少なくとも１つを含む補助熱源（２０）とを備える。補助熱源は、ヒートポンプに対する低温側に補熱を供給可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用加熱システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱供給システムとしては、ボイラからの熱を対象物に伝える構成が一般的に知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ヒートポンプの媒体の熱を対象物に伝える構成が知られている。ヒートポンプは、サイクル外の熱（低温熱源の熱）を利用することにより、エネルギー利用効率が比較的高いことが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２４９４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ボイラを用いたシステムは、一次エネルギー効率が比較的低い。一方、ヒートポンプを用いたシステムは、稼働条件が不安定であると、熱需要に十分に対応できない状況が生じる可能性がある。
【０００５】
本発明は、安定的にエネルギー効率が高い熱供給システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に従えば、熱需要部としての外部装置に熱を供給するとともに、排熱源からの排熱の少なくとも一部が入力可能である排熱回収型のヒートポンプと、ボイラ及び電気ヒータの少なくとも１つを含む補助熱源であり、前記ヒートポンプに対する低温側に補熱を供給可能な前記補助熱源と、を備えた熱供給システムが提供される。
【０００７】
本発明の別の態様に従えば、ヒートポンプと補助熱源とを備える熱供給システムの制御方法であって、前記補助熱源からの補熱の供給先を、前記ヒートポンプに対する高温側と低温側との間で選択する工程を含む、熱供給システムの制御方法が提供される。
【０００８】
この熱供給システム及びその制御方法によれば、補熱の供給先の最適化が図られ、エネルギー効率の向上が安定的に図られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態を示す概略図である。
【図２】ヒートポンプにおける圧縮機の性能曲線の一例を示す図である。
【図３】ヒートポンプにおける低温熱源の温度と部分負荷効率との関係を示す図である。
【図４】ヒートポンプの出力とＣＯＰの関係の一例を示す図である。
【図５】ヒートポンプの出力とＣＯＰの関係の別の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、一実施形態にかかる熱供給システムＳ１の概要を示す概略図である。
【００１１】
図１に示すように、熱供給システムＳ１は、作動流体（第１流体）が流れるヒートポンプ１０（排熱回収型ヒートポンプ）と、ボイラ（補助熱源、補熱供給装置）２０と、切り替え装置３０と、蓄熱槽４０を有する低温熱源装置（排熱回収装置、熱回収装置）５０と、制御装置７０と、を備える。制御装置７０は、システム全体を統括的に制御する。システムＳ１の構成は、設計要求に応じて様々に変更可能である。
【００１２】
本実施形態において、熱供給システムＳ１からの熱が熱需要部としての外部装置９０に供給される。本実施形態において、ヒートポンプ１０は、外部装置９０（排熱源）からの排熱の少なくとも一部を利用可能な排熱回収型のヒートポンプである。他の実施形態において、ヒートポンプ１０は、外部装置９０以外の他の排熱源からの排熱の少なくとも一部を利用可能な構成にできる。
【００１３】
ヒートポンプ１０は、蒸発、圧縮、凝縮、及び膨張の工程からなるサイクルにより、低温側の物体から熱を汲み上げ、高温側の物体に熱を与える装置である。ヒートポンプは一般に、エネルギー効率が比較的高く、結果として、二酸化炭素等の排出量が比較的少ないという利点を有する。本実施形態において、ヒートポンプ１０は、吸熱部、圧縮部、放熱部、及び膨張部（いずれも不図示）を有し、これらは導管を介して接続されている。ヒートポンプ１０において、導管内を作動流体が流れる。本実施形態において、ヒートポンプ１０は、作動流体の熱を用いて空気供給路１５を流れる被加熱流体（第２流体、空気など）を加熱することができる。
【００１４】
ヒートポンプ１０の吸熱部では、導管（主経路）内を流れる作動流体がサイクル外の熱源の熱を吸収する。本実施形態において、ヒートポンプ１０の吸熱部は、低温熱源装置５０を介して、外部装置９０からの排出流体（排ガス、排出空気）の熱（排熱）を吸収（回収）することができる。本実施形態において、ヒートポンプ１０の吸熱部は、低温熱源装置５０の放熱部（低温熱供給配管１９）に熱的に接続され、その内部で作動流体が蒸発する蒸発器を含む。低温熱源装置５０の放熱部を流れる媒体の熱がヒートポンプ１０の吸熱部に吸収される。ヒートポンプ１０の吸熱部が大気など他の熱源の熱を追加的に吸収する構成とすることもできる。
【００１５】
ヒートポンプ１０の圧縮部は、圧縮機等によって作動流体を圧縮する。この際、通常、作動流体の温度が上がる。圧縮部は、単段圧縮構造、又は作動流体を複数段に圧縮する多段圧縮構造を有することができる。圧縮の段数は、システムＳ１の仕様に応じて設定され、１、２、３、４、５、６、７、８、９、あるいは１０以上である。圧縮部は、軸流圧縮機、遠心圧縮機、レシプロ式圧縮機、ロータリー式圧縮機などの様々な圧縮機のうち、作動流体の圧縮に適するものが適用される。圧縮機には動力が供給される。多段圧縮構造を有する圧縮部において、多軸圧縮構造又は同軸圧縮構造が適用可能である。
【００１６】
ヒートポンプ１０の放熱部は、圧縮部で圧縮された作動流体が流れる導管を有し、導管（主経路）内を流れる作動流体の熱をサイクル外の熱源（被加熱流体）に与える。本実施形態において、ヒートポンプ１０の圧縮部からの作動流体が導管を流れ、その作動流体からの熱が空気供給路１５を流れる被加熱流体に伝わる。放熱部の数は、システムＳ１の仕様に応じて設定され、１、２、３、４、５、６、７、８、９、あるいは１０以上である。また、本実施形態において、ヒートポンプ１０は、放熱部を流れる作動流体の流量を制御する構成を有することができる。この構成において、例えば、ヒートポンプ１０は、バイパス経路、流量センサ、流路制御弁などを有することができる。
【００１７】
ヒートポンプ１０の膨張部は、減圧弁またはタービン等によって作動流体を膨張させる。この際、通常、作動流体の温度が下がる。タービンを使用した場合には膨張部から動力を取り出すことができ、その動力を例えばヒートポンプ１０の圧縮部に供給してもよい。ヒートポンプ１０に使用される作動流体として、フロン系媒体（HFC 245fa、R134aなど）、アンモニア、水、二酸化炭素、空気などの公知の様々な熱媒体が、システムＳ１の仕様及び熱バランスなどに応じて用いられる。ヒートポンプ１０の放熱部を流れる作動流体の少なくとも一部が超臨界状態になってもよい。
【００１８】
ヒートポンプ１０で加熱された空気が流れる空気供給路１５は、被加熱流体が流れる導管、ポンプやブロアなどの流体駆動機器、流体制御用の弁、フィルタなどのガス処理装置などを必要に応じて有することができる。
【００１９】
本実施形態において、空気供給路１５からの被加熱流体（乾燥用空気）の出力温度は、熱需要に応じて変化できる。出力温度は、例えば、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、又は２００℃以上にできる。
【００２０】
本実施形態において、外部装置９０は、例えば、被加熱流体（第２流体）が供給され、対象物が加熱される加熱室である。本実施形態において、被加熱流体（第２流体）は空気である。本実施形態において、ヒートポンプ１０、及びボイラ２０の少なくとも１つによって加熱された高温の空気が外部装置９０に供給される。外部装置９０において、高温空気からの熱が対象物に伝わる。
【００２１】
本実施形態において、外部装置（加熱室）９０において、加熱された空気からの熱が直接的又は間接的に対象物に伝わる。例えば、外部装置９０において、加熱された空気が対象物に直接的に接することができる。あるいは、外部装置９０おいて、加熱された空気と対象物との間に別の物質が介在することができる。
【００２２】
本実施形態において、加熱対象物は産業部品や産業材料である。例えば、外部装置（加熱室）９０において、産業部品又は産業材料の少なくとも一部が乾燥処理される。あるいは、外部装置９０において、産業部品又は産業材料の少なくとも一部が熱処理される。なお、汚泥、紙、木材、樹脂、薬剤、薬品、砂、家庭ごみ、産業ごみ、工芸品、工芸材料、電気部品、電気機器、塗装物、産業用衣類、機械部品、機械製品、食料、食材、食料品など、様々な物体を加熱対象にできる。他の実施形態において、被加熱流体は乾燥用以外の空気、あるいは空気以外の流体にできる。空気以外の被加熱流体としては、例えば、水、圧縮水、薬品、粘性液などが挙げられる。また、他の実施形態において、外部装置（加熱室）９０は、乾燥装置、及び／又は乾燥装置以外の他の熱利用装置を含むことができる。
【００２３】
外部装置９０は、流体入口部、流体出口部、排気ルート、及び必要に応じて不図示の移送装置を有する。一例において、移送装置は、コンベア、搬送車、搬送ロボットなどの様々な形態を有することができる。移送装置によって、加熱対象物が外部装置（加熱室）９０内に投入されるとともに、外部装置９０から取り出される。代替的又は追加的に、外部装置９０は、加熱後の対象物の出力のために、ゲート式、旋回式などの形態を有する出力部を備えることができる。加熱した対象物の出力部は、必要に応じて加熱した対象物に化学処理などの所定の処理を行う機構を有することができる。
【００２４】
本実施形態において、必要に応じて、移送装置は、外部装置（加熱室）９０内で、加熱対象物を移動させることができる。外部装置９０は、必要に応じて、不図示の脱水装置をさらに有し、それによって対象物を脱水することができる。脱水の際、対象物に必要に応じて凝集剤を添加することができる。脱水は、遠心式、加圧式、圧搾式、振動式など、対象物に応じて様々な形態が適用可能である。脱水により、対象物の容量が減少する。また、外部装置９０は、必要に応じて、外部装置９０に入る前の対象物に熱を与える予熱室をさらに有することができる。
【００２５】
ボイラ２０は、ヒートポンプ１０に対する低温側又は高温側に補熱を供給可能である。ボイラ２０は、油やガスなどの燃料を燃焼させてその燃焼熱によって熱媒体（水など）を加熱する。ボイラ２０としては公知の様々な形態が適用可能である。他の実施形態において、補熱供給装置として、ボイラ２０の代わりに又は追加的に、電気ヒータや他の熱装置を用いることができる。
【００２６】
排熱回収装置としての低温熱源装置５０は、外部装置９０（及び必要に応じて別の熱装置（不図示））からの排熱を回収する熱回収部と、熱回収部からの回収熱を少なくとも一時的に蓄える蓄熱槽４０と、放熱部とを有する。
【００２７】
蓄熱槽４０として様々な形態が採用可能である。一例において、蓄熱槽４０は、温度成層型タンクを有することができる。すなわち、蓄熱槽４０において、高温熱媒体入口及び高温熱媒体出口が比較的高位置に配置され、低温熱媒体入口及び低温熱媒体出口が比較的低位置に配置される。高温熱媒体入口及び高温熱媒体出口の配置位置は、重力方向において低温熱媒体入口及び低温熱媒体出口の配置位置に比べて高い。蓄熱槽４０において、タンクの高位置に比較的高温の熱媒体からなる高温域層が形成され、タンクの低位置に比較的低温の熱媒体からなる低温域層が形成される。タンクにおいて、温度の異なる熱媒体の混合が抑制された状態で、熱媒体の入出力が行われる。温度成層型のタンクは、蓄熱にかかるコスト抑制に有利である。本例において、排熱回収に用いられる熱媒体は水である。すなわち、本例において、熱媒体は熱回収部で熱伝達媒体として使用されるとともに、蓄熱槽４０で蓄熱媒体として使用される。
【００２８】
他の例において、熱伝達媒体と蓄熱媒体とを異ならせることができる。熱伝達用の媒体として、水の他に、例えば、薬品や、粘性液が挙げられる。蓄熱媒体（蓄熱材）として、水の他に、例えば、潜熱蓄熱材が挙げられる。潜熱蓄熱材としては、例えば、エリスリトール、アルカン類等の炭化水素、ワックス系（パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス等）、酢酸ナトリウム、酢酸ナトリウム三水塩、又は無機水和塩等を主成分とする材料等が挙げられる。蓄熱材として、顕熱蓄熱材、化学反応蓄熱材、超臨界流体を用いた蓄熱材等の他の物質を用いてもよい。
【００２９】
低温熱源装置５０の熱回収部は、外部装置（加熱室）９０（及び別の熱装置）からの排気が流れる排熱回収配管（排気管）１７と、排熱回収配管と熱的に接続され、熱媒体が流れる吸熱導管とを有する。他の実施形態において、熱回収部は、排気を介さずに、外部装置９０（及び別の熱装置）からの排熱を回収する構成にできる。
【００３０】
低温熱源装置５０の放熱部は、ヒートポンプ１０の吸熱部に熱的に接続されかつ熱媒体（水）が流れる導管を含む。本実施形態において、外部装置９０（及び別の熱装置）からの熱（排熱）が低温熱源装置５０を流れる熱媒体に伝わる。低温熱源装置５０の放熱部を流れる熱媒体からの熱がヒートポンプ１０の吸熱部を流れる作動流体に伝わる。すなわち、熱回収部からの排熱が直接的又は間接的に放熱部からヒートポンプ１０に向けて放熱される。あるいは、蓄熱槽４０に蓄えられた熱が放熱部から放熱される。低温熱源装置５０は、熱媒体が流れる導管、ポンプなどの媒体駆動機器、及び媒体制御用の弁などを有することができる。なお、配管構成は様々に変更可能である。
【００３１】
ヒートポンプ１０の吸熱部と低温熱源装置５０の放熱部とを含んで熱交換器が構成される。熱交換器は、低温の流体（ヒートポンプ１０の吸熱部内の作動流体）と高温の流体（排熱回収装置（５０）の放熱部内の熱媒体）とが対向して流れる向流型の熱交換構造を有することができる。あるいは、熱交換器は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換構造を有してもよい。本実施形態において、熱交換器の熱交換構造として、公知の様々なものを採用することができる。放熱部の導管と吸熱部の導管とは互いに接触あるいは隣接して配置される。例えば、放熱部の導管を、吸熱部の導管の外周面や内部に配設することができる。熱交換器において、低温熱源装置（排熱回収装置）５０の放熱部からの伝達熱をヒートポンプ１０の吸熱部が吸収する。
【００３２】
切り替え装置３０は、ボイラ２０からの補熱の供給先を、ヒートポンプ１０に対する高温側と低温側との間で切り替えることができる。一例において、切り替え装置３０は、ボイラ２０からの蒸気が流れる経路を、ヒートポンプ１０に対する低温側又は高温側との間で切り替える機構を有することができる。本実施形態において、ヒートポンプ１０の吸熱部に直接的又は間接的に熱的に接続された配管（例えば、排熱回収配管１７、低温熱供給配管１９）とボイラ２０からの蒸気が流れる配管とが熱的に接続された熱交換構造が設けられる。また、ヒートポンプ１０の放熱部に直接的又は間接的に熱的に接続された配管（例えば、空気供給路１５）と、ボイラ２０からの蒸気が流れる配管とが熱的に接続された熱交換構造が設けられる。
【００３３】
切り替え装置３０によって低温側が選択されると、ヒートポンプ１０の吸熱部に直接的又は間接的に熱的に接続された配管（例えば、排熱回収配管１７、低温熱供給配管１９）内を流れる流体とボイラ２０からの蒸気との間で熱交換が行われ、ボイラからの補熱がヒートポンプ１０に対する低温側（排熱側）に供給される。一方、切り替え装置３０によって高温側が選択されると、ヒートポンプ１０の放熱部に直接的又は間接的に熱的に接続された配管（例えば、空気供給路１５）内を流れる流体とボイラ２０からの蒸気との間で熱交換が行われ、ボイラからの補熱がヒートポンプ１０に対する高温側（熱需要側）に供給される。
【００３４】
本実施形態において、低温側に補熱が供給されることにより、低温熱源装置５０からの出力温度及び／又は出力熱量が向上するとともに、ヒートポンプ１０に対する入力温度及び／又は入力熱量の向上が図られる。ヒートポンプ１０において、入熱量の低下はＣＯＰ（Coefficient of Performance、成績係数）の低下につながる場合がある。低温側への補熱供給は、ヒートポンプ１０の稼働条件が変動する場合において、システムＳ１のエネルギー効率の変動を少なくとも部分的に補償することができる。したがって、本実施形態において、システムＳ１は、ヒートポンプ１０の稼働条件が不安定であっても、熱需要に安定的に対応可能である。
【００３５】
本実施形態において、高温側に補熱が供給されることにより、外部装置（乾燥室）９０への供給熱量が向上する。ヒートポンプ１０において、入熱量の低下は出力熱量の低下につながる場合がある。高温側への補熱供給は、ヒートポンプ１０の稼働条件が変動する場合において、外部装置９０への供給熱量の変動を少なくとも部分的に補償することができる。また、熱需要が増大する場合にも、それに対応した供給量を確保できる。例えば、比較的高レベルの熱需要にも柔軟に対応できる。したがって、本実施形態において、システムＳ１は、ヒートポンプ１０の稼働条件が不安定であっても、熱需要に安定的に対応可能である。
【００３６】
図２は、ヒートポンプにおける圧縮機の性能曲線の一例を示す図である。図３は、ヒートポンプにおける低温熱源の温度と部分負荷効率との関係を示す図である。一般に、ヒートポンプにおいては、図２及び図３に示すように、低温熱源の温度によって性能曲線が変化する場合がある。また、一般に、ヒートポンプのＣＯＰは負荷によって異なる。また、一般に、ヒートポンプにおいて、部分負荷効率が定負荷効率より高いケースがある。つまり、ヒートポンプの出力比率を下げたほうが全体効率が比較的高くなるケースがある。具体的には、低温熱源の温度が高い場合、すなわち、圧力比が小さい場合、部分負荷の効率が比較的高くなるケースがある。本実施形態において、ヒートポンプ１０の部分負荷運転を含めてシステムＳ１全体を制御することにより、エネルギー効率の向上が図られる。
【００３７】
本実施形態において、制御装置７０は、ヒートポンプ１０を、部分負荷状態を含む全負荷と無負荷の間の負荷状態で運転制御することができる。制御装置７０は、低温側の熱量を含む稼働パラメータに応じて、ヒートポンプ１０を全負荷状態又は所定の部分負荷状態に設定する。また、制御装置７０は、稼働パラメータに基づくヒートポンプ１０の成績係数（ＣＯＰ）に基づいて補熱の供給先の切り替えを行う。
【００３８】
本実施形態において、システムＳ１は、外部装置９０における熱需要情報（要求温度、要求流量）、補助熱源（ボイラ）２０の出力情報（温度、圧力など）、及びヒートポンプ１０に対する低温熱源情報（低温熱源４０からの出力情報（温度、熱量など）、外部装置９０における排熱情報など）をそれぞれ検出するセンサを必要に応じて有する。制御装置７０は、各種情報に基づき、システムＳ１全体を統括的に制御することができる。
【００３９】
図４の例において、全負荷状態におけるＣＯＰに比べて部分負荷状態におけるＣＯＰが実質的に低い、あるいは、所定の運転範囲内における低負荷状態におけるＣＯＰに比べて高負荷状態におけるＣＯＰが実質的に高い。この場合、制御装置７０は、補熱の供給先として、ヒートポンプ１０の低温側を選択することができ、その結果、エネルギー効率の向上が図られる。
【００４０】
具体的に、図４の例において、補熱供給先の切り替えの効果について以下に検討する。一例において、出力が５００ｋＷ時のＣＯＰが３．０であり、出力が２５０ｋＷ時のＣＯＰが１．２である。また、電気入力は、５００ｋＷ時が１６６．７ｋＷ、２５０ｋＷ時が２０８．３ｋＷ、排熱は、５００ｋＷ時が３３３．３ｋＷ、２５０ｋＷ時が４１．７ｋＷである。この場合、ヒートポンプ１０の高温側に補熱を供給すると、ヒートポンプ１０及びボイラ２０に必要な一次エネルギーの合計が７９８．６ｋＷとなる。一方、ヒートポンプ１０の低温側に補熱を供給すると、その一次エネルギーの合計は７４０．７ｋＷとなる。すなわち、全負荷状態におけるＣＯＰに比べて部分負荷状態におけるＣＯＰが実質的に低い場合、あるいは、所定の運転範囲内における低負荷状態におけるＣＯＰに比べて高負荷状態におけるＣＯＰが実質的に高い場合、補熱の供給先としてヒートポンプ１０の低温側を選択することにより、エネルギー効率の向上が図られる。
【００４１】
図５の例において、全負荷状態におけるＣＯＰに比べて部分負荷状態におけるＣＯＰが実質的に高い、あるいは、所定の運転範囲内における低負荷状態におけるＣＯＰに比べて高負荷状態におけるＣＯＰが実質的に低い。この場合、制御装置７０は、補熱の供給先として、ヒートポンプ１０の高温側を選択することができ、その結果、エネルギー効率の向上が図られる。
【００４２】
具体的に、図５の例において、補熱供給先の切り替えの効果について以下に検討する。一例において、出力が５００ｋＷ時のＣＯＰが３．０であり、出力が２５０ｋＷ時のＣＯＰが４．０である。また、電気入力は、５００ｋＷ時が１６６．７ｋＷ、２５０ｋＷ時が６２．５ｋＷ、排熱は、５００ｋＷ時が３３３．３ｋＷ、２５０ｋＷ時が１８７．５ｋＷである。この場合、ヒートポンプ１０の高温側に補熱を供給すると、ヒートポンプ１０及びボイラ２０に必要な一次エネルギーの合計が４３４．０ｋＷとなる。一方、ヒートポンプ１０の低温側に補熱を供給すると、その一次エネルギーの合計は５７８．７ｋＷとなる。すなわち、全負荷状態におけるＣＯＰに比べて部分負荷状態におけるＣＯＰが実質的に高い場合、あるいは、所定の運転範囲内における低負荷状態におけるＣＯＰに比べて高負荷状態におけるＣＯＰが実質的に低い場合、補熱の供給先としてヒートポンプ１０の高温側を選択することにより、エネルギー効率の向上が図られる。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態において、制御装置７０は、ヒートポンプ１０を、部分負荷状態を含む全負荷と無負荷の間の負荷状態で運転制御することができる。本実施形態によれば、ヒートポンプ１０の部分負荷運転とボイラ２０によるバックアップとを含む制御により、システムＳ１全体のエネルギー効率の向上が図られる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されることはない。上記説明において使用した数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００４５】
Ｓ１：熱供給システム（加熱システム）、１０：ヒートポンプ、１５：空気供給路、１７：排熱回収配管、１９：低温熱供給配管、２０：ボイラ（補助熱源）、３０：切り替え装置、４０：蓄熱槽、５０：低温熱源装置（排熱回収装置）、７０：制御装置、９０：外部装置（加熱室）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用加熱システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱供給システムとしては、ボイラからの熱を対象物に伝える構成が一般的に知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ヒートポンプの媒体の熱を対象物に伝える構成が知られている。ヒートポンプは、サイクル外の熱（低温熱源の熱）を利用することにより、エネルギー利用効率が比較的高いことが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２４９４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ボイラを用いたシステムは、一次エネルギー効率が比較的低い。一方、ヒートポンプを用いたシステムは、稼働条件が不安定であると、熱需要に十分に対応できない状況が生じる可能性がある。
【０００５】
本発明は、安定的にエネルギー効率が高い熱供給システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に従えば、熱需要部としての外部装置に熱を供給するとともに、排熱源からの排熱の少なくとも一部が入力可能である排熱回収型のヒートポンプと、ボイラ及び電気ヒータの少なくとも１つを含む補助熱源であり、前記ヒートポンプに対する低温側に補熱を供給可能な前記補助熱源と、を備えた熱供給システムが提供される。
【０００７】
本発明の別の態様に従えば、ヒートポンプと補助熱源とを備える熱供給システムの制御方法であって、前記補助熱源からの補熱の供給先を、前記ヒートポンプに対する高温側と低温側との間で選択する工程を含む、熱供給システムの制御方法が提供される。
【０００８】
この熱供給システム及びその制御方法によれば、補熱の供給先の最適化が図られ、エネルギー効率の向上が安定的に図られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態を示す概略図である。
【図２】ヒートポンプにおける圧縮機の性能曲線の一例を示す図である。
【図３】ヒートポンプにおける低温熱源の温度と部分負荷効率との関係を示す図である。
【図４】ヒートポンプの出力とＣＯＰの関係の一例を示す図である。
【図５】ヒートポンプの出力とＣＯＰの関係の別の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、一実施形態にかかる熱供給システムＳ１の概要を示す概略図である。
【００１１】
図１に示すように、熱供給システムＳ１は、作動流体（第１流体）が流れるヒートポンプ１０（排熱回収型ヒートポンプ）と、ボイラ（補助熱源、補熱供給装置）２０と、切り替え装置３０と、蓄熱槽４０を有する低温熱源装置（排熱回収装置、熱回収装置）５０と、制御装置７０と、を備える。制御装置７０は、システム全体を統括的に制御する。システムＳ１の構成は、設計要求に応じて様々に変更可能である。
【００１２】
本実施形態において、熱供給システムＳ１からの熱が熱需要部としての外部装置９０に供給される。本実施形態において、ヒートポンプ１０は、外部装置９０（排熱源）からの排熱の少なくとも一部を利用可能な排熱回収型のヒートポンプである。他の実施形態において、ヒートポンプ１０は、外部装置９０以外の他の排熱源からの排熱の少なくとも一部を利用可能な構成にできる。
【００１３】
ヒートポンプ１０は、蒸発、圧縮、凝縮、及び膨張の工程からなるサイクルにより、低温側の物体から熱を汲み上げ、高温側の物体に熱を与える装置である。ヒートポンプは一般に、エネルギー効率が比較的高く、結果として、二酸化炭素等の排出量が比較的少ないという利点を有する。本実施形態において、ヒートポンプ１０は、吸熱部、圧縮部、放熱部、及び膨張部（いずれも不図示）を有し、これらは導管を介して接続されている。ヒートポンプ１０において、導管内を作動流体が流れる。本実施形態において、ヒートポンプ１０は、作動流体の熱を用いて空気供給路１５を流れる被加熱流体（第２流体、空気など）を加熱することができる。
【００１４】
ヒートポンプ１０の吸熱部では、導管（主経路）内を流れる作動流体がサイクル外の熱源の熱を吸収する。本実施形態において、ヒートポンプ１０の吸熱部は、低温熱源装置５０を介して、外部装置９０からの排出流体（排ガス、排出空気）の熱（排熱）を吸収（回収）することができる。本実施形態において、ヒートポンプ１０の吸熱部は、低温熱源装置５０の放熱部（低温熱供給配管１９）に熱的に接続され、その内部で作動流体が蒸発する蒸発器を含む。低温熱源装置５０の放熱部を流れる媒体の熱がヒートポンプ１０の吸熱部に吸収される。ヒートポンプ１０の吸熱部が大気など他の熱源の熱を追加的に吸収する構成とすることもできる。
【００１５】
ヒートポンプ１０の圧縮部は、圧縮機等によって作動流体を圧縮する。この際、通常、作動流体の温度が上がる。圧縮部は、単段圧縮構造、又は作動流体を複数段に圧縮する多段圧縮構造を有することができる。圧縮の段数は、システムＳ１の仕様に応じて設定され、１、２、３、４、５、６、７、８、９、あるいは１０以上である。圧縮部は、軸流圧縮機、遠心圧縮機、レシプロ式圧縮機、ロータリー式圧縮機などの様々な圧縮機のうち、作動流体の圧縮に適するものが適用される。圧縮機には動力が供給される。多段圧縮構造を有する圧縮部において、多軸圧縮構造又は同軸圧縮構造が適用可能である。
【００１６】
ヒートポンプ１０の放熱部は、圧縮部で圧縮された作動流体が流れる導管を有し、導管（主経路）内を流れる作動流体の熱をサイクル外の熱源（被加熱流体）に与える。本実施形態において、ヒートポンプ１０の圧縮部からの作動流体が導管を流れ、その作動流体からの熱が空気供給路１５を流れる被加熱流体に伝わる。放熱部の数は、システムＳ１の仕様に応じて設定され、１、２、３、４、５、６、７、８、９、あるいは１０以上である。また、本実施形態において、ヒートポンプ１０は、放熱部を流れる作動流体の流量を制御する構成を有することができる。この構成において、例えば、ヒートポンプ１０は、バイパス経路、流量センサ、流路制御弁などを有することができる。
【００１７】
ヒートポンプ１０の膨張部は、減圧弁またはタービン等によって作動流体を膨張させる。この際、通常、作動流体の温度が下がる。タービンを使用した場合には膨張部から動力を取り出すことができ、その動力を例えばヒートポンプ１０の圧縮部に供給してもよい。ヒートポンプ１０に使用される作動流体として、フロン系媒体（HFC 245fa、R134aなど）、アンモニア、水、二酸化炭素、空気などの公知の様々な熱媒体が、システムＳ１の仕様及び熱バランスなどに応じて用いられる。ヒートポンプ１０の放熱部を流れる作動流体の少なくとも一部が超臨界状態になってもよい。
【００１８】
ヒートポンプ１０で加熱された空気が流れる空気供給路１５は、被加熱流体が流れる導管、ポンプやブロアなどの流体駆動機器、流体制御用の弁、フィルタなどのガス処理装置などを必要に応じて有することができる。
【００１９】
本実施形態において、空気供給路１５からの被加熱流体（乾燥用空気）の出力温度は、熱需要に応じて変化できる。出力温度は、例えば、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、又は２００℃以上にできる。
【００２０】
本実施形態において、外部装置９０は、例えば、被加熱流体（第２流体）が供給され、対象物が加熱される加熱室である。本実施形態において、被加熱流体（第２流体）は空気である。本実施形態において、ヒートポンプ１０、及びボイラ２０の少なくとも１つによって加熱された高温の空気が外部装置９０に供給される。外部装置９０において、高温空気からの熱が対象物に伝わる。
【００２１】
本実施形態において、外部装置（加熱室）９０において、加熱された空気からの熱が直接的又は間接的に対象物に伝わる。例えば、外部装置９０において、加熱された空気が対象物に直接的に接することができる。あるいは、外部装置９０おいて、加熱された空気と対象物との間に別の物質が介在することができる。
【００２２】
本実施形態において、加熱対象物は産業部品や産業材料である。例えば、外部装置（加熱室）９０において、産業部品又は産業材料の少なくとも一部が乾燥処理される。あるいは、外部装置９０において、産業部品又は産業材料の少なくとも一部が熱処理される。なお、汚泥、紙、木材、樹脂、薬剤、薬品、砂、家庭ごみ、産業ごみ、工芸品、工芸材料、電気部品、電気機器、塗装物、産業用衣類、機械部品、機械製品、食料、食材、食料品など、様々な物体を加熱対象にできる。他の実施形態において、被加熱流体は乾燥用以外の空気、あるいは空気以外の流体にできる。空気以外の被加熱流体としては、例えば、水、圧縮水、薬品、粘性液などが挙げられる。また、他の実施形態において、外部装置（加熱室）９０は、乾燥装置、及び／又は乾燥装置以外の他の熱利用装置を含むことができる。
【００２３】
外部装置９０は、流体入口部、流体出口部、排気ルート、及び必要に応じて不図示の移送装置を有する。一例において、移送装置は、コンベア、搬送車、搬送ロボットなどの様々な形態を有することができる。移送装置によって、加熱対象物が外部装置（加熱室）９０内に投入されるとともに、外部装置９０から取り出される。代替的又は追加的に、外部装置９０は、加熱後の対象物の出力のために、ゲート式、旋回式などの形態を有する出力部を備えることができる。加熱した対象物の出力部は、必要に応じて加熱した対象物に化学処理などの所定の処理を行う機構を有することができる。
【００２４】
本実施形態において、必要に応じて、移送装置は、外部装置（加熱室）９０内で、加熱対象物を移動させることができる。外部装置９０は、必要に応じて、不図示の脱水装置をさらに有し、それによって対象物を脱水することができる。脱水の際、対象物に必要に応じて凝集剤を添加することができる。脱水は、遠心式、加圧式、圧搾式、振動式など、対象物に応じて様々な形態が適用可能である。脱水により、対象物の容量が減少する。また、外部装置９０は、必要に応じて、外部装置９０に入る前の対象物に熱を与える予熱室をさらに有することができる。
【００２５】
ボイラ２０は、ヒートポンプ１０に対する低温側又は高温側に補熱を供給可能である。ボイラ２０は、油やガスなどの燃料を燃焼させてその燃焼熱によって熱媒体（水など）を加熱する。ボイラ２０としては公知の様々な形態が適用可能である。他の実施形態において、補熱供給装置として、ボイラ２０の代わりに又は追加的に、電気ヒータや他の熱装置を用いることができる。
【００２６】
排熱回収装置としての低温熱源装置５０は、外部装置９０（及び必要に応じて別の熱装置（不図示））からの排熱を回収する熱回収部と、熱回収部からの回収熱を少なくとも一時的に蓄える蓄熱槽４０と、放熱部とを有する。
【００２７】
蓄熱槽４０として様々な形態が採用可能である。一例において、蓄熱槽４０は、温度成層型タンクを有することができる。すなわち、蓄熱槽４０において、高温熱媒体入口及び高温熱媒体出口が比較的高位置に配置され、低温熱媒体入口及び低温熱媒体出口が比較的低位置に配置される。高温熱媒体入口及び高温熱媒体出口の配置位置は、重力方向において低温熱媒体入口及び低温熱媒体出口の配置位置に比べて高い。蓄熱槽４０において、タンクの高位置に比較的高温の熱媒体からなる高温域層が形成され、タンクの低位置に比較的低温の熱媒体からなる低温域層が形成される。タンクにおいて、温度の異なる熱媒体の混合が抑制された状態で、熱媒体の入出力が行われる。温度成層型のタンクは、蓄熱にかかるコスト抑制に有利である。本例において、排熱回収に用いられる熱媒体は水である。すなわち、本例において、熱媒体は熱回収部で熱伝達媒体として使用されるとともに、蓄熱槽４０で蓄熱媒体として使用される。
【００２８】
他の例において、熱伝達媒体と蓄熱媒体とを異ならせることができる。熱伝達用の媒体として、水の他に、例えば、薬品や、粘性液が挙げられる。蓄熱媒体（蓄熱材）として、水の他に、例えば、潜熱蓄熱材が挙げられる。潜熱蓄熱材としては、例えば、エリスリトール、アルカン類等の炭化水素、ワックス系（パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス等）、酢酸ナトリウム、酢酸ナトリウム三水塩、又は無機水和塩等を主成分とする材料等が挙げられる。蓄熱材として、顕熱蓄熱材、化学反応蓄熱材、超臨界流体を用いた蓄熱材等の他の物質を用いてもよい。
【００２９】
低温熱源装置５０の熱回収部は、外部装置（加熱室）９０（及び別の熱装置）からの排気が流れる排熱回収配管（排気管）１７と、排熱回収配管と熱的に接続され、熱媒体が流れる吸熱導管とを有する。他の実施形態において、熱回収部は、排気を介さずに、外部装置９０（及び別の熱装置）からの排熱を回収する構成にできる。
【００３０】
低温熱源装置５０の放熱部は、ヒートポンプ１０の吸熱部に熱的に接続されかつ熱媒体（水）が流れる導管を含む。本実施形態において、外部装置９０（及び別の熱装置）からの熱（排熱）が低温熱源装置５０を流れる熱媒体に伝わる。低温熱源装置５０の放熱部を流れる熱媒体からの熱がヒートポンプ１０の吸熱部を流れる作動流体に伝わる。すなわち、熱回収部からの排熱が直接的又は間接的に放熱部からヒートポンプ１０に向けて放熱される。あるいは、蓄熱槽４０に蓄えられた熱が放熱部から放熱される。低温熱源装置５０は、熱媒体が流れる導管、ポンプなどの媒体駆動機器、及び媒体制御用の弁などを有することができる。なお、配管構成は様々に変更可能である。
【００３１】
ヒートポンプ１０の吸熱部と低温熱源装置５０の放熱部とを含んで熱交換器が構成される。熱交換器は、低温の流体（ヒートポンプ１０の吸熱部内の作動流体）と高温の流体（排熱回収装置（５０）の放熱部内の熱媒体）とが対向して流れる向流型の熱交換構造を有することができる。あるいは、熱交換器は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換構造を有してもよい。本実施形態において、熱交換器の熱交換構造として、公知の様々なものを採用することができる。放熱部の導管と吸熱部の導管とは互いに接触あるいは隣接して配置される。例えば、放熱部の導管を、吸熱部の導管の外周面や内部に配設することができる。熱交換器において、低温熱源装置（排熱回収装置）５０の放熱部からの伝達熱をヒートポンプ１０の吸熱部が吸収する。
【００３２】
切り替え装置３０は、ボイラ２０からの補熱の供給先を、ヒートポンプ１０に対する高温側と低温側との間で切り替えることができる。一例において、切り替え装置３０は、ボイラ２０からの蒸気が流れる経路を、ヒートポンプ１０に対する低温側又は高温側との間で切り替える機構を有することができる。本実施形態において、ヒートポンプ１０の吸熱部に直接的又は間接的に熱的に接続された配管（例えば、排熱回収配管１７、低温熱供給配管１９）とボイラ２０からの蒸気が流れる配管とが熱的に接続された熱交換構造が設けられる。また、ヒートポンプ１０の放熱部に直接的又は間接的に熱的に接続された配管（例えば、空気供給路１５）と、ボイラ２０からの蒸気が流れる配管とが熱的に接続された熱交換構造が設けられる。
【００３３】
切り替え装置３０によって低温側が選択されると、ヒートポンプ１０の吸熱部に直接的又は間接的に熱的に接続された配管（例えば、排熱回収配管１７、低温熱供給配管１９）内を流れる流体とボイラ２０からの蒸気との間で熱交換が行われ、ボイラからの補熱がヒートポンプ１０に対する低温側（排熱側）に供給される。一方、切り替え装置３０によって高温側が選択されると、ヒートポンプ１０の放熱部に直接的又は間接的に熱的に接続された配管（例えば、空気供給路１５）内を流れる流体とボイラ２０からの蒸気との間で熱交換が行われ、ボイラからの補熱がヒートポンプ１０に対する高温側（熱需要側）に供給される。
【００３４】
本実施形態において、低温側に補熱が供給されることにより、低温熱源装置５０からの出力温度及び／又は出力熱量が向上するとともに、ヒートポンプ１０に対する入力温度及び／又は入力熱量の向上が図られる。ヒートポンプ１０において、入熱量の低下はＣＯＰ（Coefficient of Performance、成績係数）の低下につながる場合がある。低温側への補熱供給は、ヒートポンプ１０の稼働条件が変動する場合において、システムＳ１のエネルギー効率の変動を少なくとも部分的に補償することができる。したがって、本実施形態において、システムＳ１は、ヒートポンプ１０の稼働条件が不安定であっても、熱需要に安定的に対応可能である。
【００３５】
本実施形態において、高温側に補熱が供給されることにより、外部装置（乾燥室）９０への供給熱量が向上する。ヒートポンプ１０において、入熱量の低下は出力熱量の低下につながる場合がある。高温側への補熱供給は、ヒートポンプ１０の稼働条件が変動する場合において、外部装置９０への供給熱量の変動を少なくとも部分的に補償することができる。また、熱需要が増大する場合にも、それに対応した供給量を確保できる。例えば、比較的高レベルの熱需要にも柔軟に対応できる。したがって、本実施形態において、システムＳ１は、ヒートポンプ１０の稼働条件が不安定であっても、熱需要に安定的に対応可能である。
【００３６】
図２は、ヒートポンプにおける圧縮機の性能曲線の一例を示す図である。図３は、ヒートポンプにおける低温熱源の温度と部分負荷効率との関係を示す図である。一般に、ヒートポンプにおいては、図２及び図３に示すように、低温熱源の温度によって性能曲線が変化する場合がある。また、一般に、ヒートポンプのＣＯＰは負荷によって異なる。また、一般に、ヒートポンプにおいて、部分負荷効率が定負荷効率より高いケースがある。つまり、ヒートポンプの出力比率を下げたほうが全体効率が比較的高くなるケースがある。具体的には、低温熱源の温度が高い場合、すなわち、圧力比が小さい場合、部分負荷の効率が比較的高くなるケースがある。本実施形態において、ヒートポンプ１０の部分負荷運転を含めてシステムＳ１全体を制御することにより、エネルギー効率の向上が図られる。
【００３７】
本実施形態において、制御装置７０は、ヒートポンプ１０を、部分負荷状態を含む全負荷と無負荷の間の負荷状態で運転制御することができる。制御装置７０は、低温側の熱量を含む稼働パラメータに応じて、ヒートポンプ１０を全負荷状態又は所定の部分負荷状態に設定する。また、制御装置７０は、稼働パラメータに基づくヒートポンプ１０の成績係数（ＣＯＰ）に基づいて補熱の供給先の切り替えを行う。
【００３８】
本実施形態において、システムＳ１は、外部装置９０における熱需要情報（要求温度、要求流量）、補助熱源（ボイラ）２０の出力情報（温度、圧力など）、及びヒートポンプ１０に対する低温熱源情報（低温熱源４０からの出力情報（温度、熱量など）、外部装置９０における排熱情報など）をそれぞれ検出するセンサを必要に応じて有する。制御装置７０は、各種情報に基づき、システムＳ１全体を統括的に制御することができる。
【００３９】
図４の例において、全負荷状態におけるＣＯＰに比べて部分負荷状態におけるＣＯＰが実質的に低い、あるいは、所定の運転範囲内における低負荷状態におけるＣＯＰに比べて高負荷状態におけるＣＯＰが実質的に高い。この場合、制御装置７０は、補熱の供給先として、ヒートポンプ１０の低温側を選択することができ、その結果、エネルギー効率の向上が図られる。
【００４０】
具体的に、図４の例において、補熱供給先の切り替えの効果について以下に検討する。一例において、出力が５００ｋＷ時のＣＯＰが３．０であり、出力が２５０ｋＷ時のＣＯＰが１．２である。また、電気入力は、５００ｋＷ時が１６６．７ｋＷ、２５０ｋＷ時が２０８．３ｋＷ、排熱は、５００ｋＷ時が３３３．３ｋＷ、２５０ｋＷ時が４１．７ｋＷである。この場合、ヒートポンプ１０の高温側に補熱を供給すると、ヒートポンプ１０及びボイラ２０に必要な一次エネルギーの合計が７９８．６ｋＷとなる。一方、ヒートポンプ１０の低温側に補熱を供給すると、その一次エネルギーの合計は７４０．７ｋＷとなる。すなわち、全負荷状態におけるＣＯＰに比べて部分負荷状態におけるＣＯＰが実質的に低い場合、あるいは、所定の運転範囲内における低負荷状態におけるＣＯＰに比べて高負荷状態におけるＣＯＰが実質的に高い場合、補熱の供給先としてヒートポンプ１０の低温側を選択することにより、エネルギー効率の向上が図られる。
【００４１】
図５の例において、全負荷状態におけるＣＯＰに比べて部分負荷状態におけるＣＯＰが実質的に高い、あるいは、所定の運転範囲内における低負荷状態におけるＣＯＰに比べて高負荷状態におけるＣＯＰが実質的に低い。この場合、制御装置７０は、補熱の供給先として、ヒートポンプ１０の高温側を選択することができ、その結果、エネルギー効率の向上が図られる。
【００４２】
具体的に、図５の例において、補熱供給先の切り替えの効果について以下に検討する。一例において、出力が５００ｋＷ時のＣＯＰが３．０であり、出力が２５０ｋＷ時のＣＯＰが４．０である。また、電気入力は、５００ｋＷ時が１６６．７ｋＷ、２５０ｋＷ時が６２．５ｋＷ、排熱は、５００ｋＷ時が３３３．３ｋＷ、２５０ｋＷ時が１８７．５ｋＷである。この場合、ヒートポンプ１０の高温側に補熱を供給すると、ヒートポンプ１０及びボイラ２０に必要な一次エネルギーの合計が４３４．０ｋＷとなる。一方、ヒートポンプ１０の低温側に補熱を供給すると、その一次エネルギーの合計は５７８．７ｋＷとなる。すなわち、全負荷状態におけるＣＯＰに比べて部分負荷状態におけるＣＯＰが実質的に高い場合、あるいは、所定の運転範囲内における低負荷状態におけるＣＯＰに比べて高負荷状態におけるＣＯＰが実質的に低い場合、補熱の供給先としてヒートポンプ１０の高温側を選択することにより、エネルギー効率の向上が図られる。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態において、制御装置７０は、ヒートポンプ１０を、部分負荷状態を含む全負荷と無負荷の間の負荷状態で運転制御することができる。本実施形態によれば、ヒートポンプ１０の部分負荷運転とボイラ２０によるバックアップとを含む制御により、システムＳ１全体のエネルギー効率の向上が図られる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されることはない。上記説明において使用した数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００４５】
Ｓ１：熱供給システム（加熱システム）、１０：ヒートポンプ、１５：空気供給路、１７：排熱回収配管、１９：低温熱供給配管、２０：ボイラ（補助熱源）、３０：切り替え装置、４０：蓄熱槽、５０：低温熱源装置（排熱回収装置）、７０：制御装置、９０：外部装置（加熱室）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱需要部としての外部装置に熱を供給するとともに、排熱源からの排熱の少なくとも一部が入力可能である排熱回収型のヒートポンプと、
ボイラ及び電気ヒータの少なくとも１つを含む補助熱源であり、前記ヒートポンプに対する低温側に補熱を供給可能な前記補助熱源と、を備えた熱供給システム。
【請求項２】
前記排熱源は、前記外部装置を含む、請求項１に記載の熱供給システム。
【請求項３】
前記補助熱源からの前記補熱の供給先を、前記ヒートポンプに対する高温側と前記低温側との間で切り替える切り替え装置をさらに備える、請求項１又は請求項２に記載の熱供給システム。
【請求項４】
前記ヒートポンプは、稼働パラメータに応じて、全負荷状態又は所定の部分負荷状態に設定される、請求項３に記載の熱供給システム。
【請求項５】
前記稼働パラメータは、前記ヒートポンプに対する前記低温側の入力温度又は入力熱量を含む、請求項４に記載の熱供給システム。
【請求項６】
前記補熱の供給先の切り替えは、前記ヒートポンプの成績係数に基づく、請求項５に記載の熱供給システム。
【請求項７】
全負荷状態における前記成績係数に比べて部分負荷状態における前記成績係数が実質的に低い場合、あるいは、所定の運転範囲において低負荷状態における前記成績係数に比べて高負荷状態における前記成績係数が実質的に高い場合、前記低温側に前記補熱が供給される、請求項６に記載の熱供給システム。
【請求項８】
全負荷状態における前記成績係数に比べて部分負荷状態における前記成績係数が実質的に高い場合、あるいは、所定の運転範囲において低負荷状態における前記成績係数に比べて高負荷状態における前記成績係数が実質的に低い場合、前記高温側に前記補熱が供給される、請求項６又は請求項７に記載の熱供給システム。
【請求項９】
前記低温側に配される蓄熱槽をさらに備える、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の熱供給システム。
【請求項１０】
ヒートポンプと補助熱源とを備える熱供給システムの制御方法であって、
前記補助熱源からの補熱の供給先を、前記ヒートポンプに対する高温側と低温側との間で選択する工程を含む、熱供給システムの制御方法。
【請求項１１】
前記補熱供給先を選択する工程は、前記ヒートポンプの成績係数を高温側及び低温側のそれぞれについて算出する工程と、前記成績係数を比較する工程と、を含む、請求項１０に記載の熱供給システムの制御方法。
【請求項１２】
前記ヒートポンプを全負荷状態又は所定の部分負荷状態に設定する工程をさらに含む、請求項１０又は請求項１１に記載の熱供給システムの制御方法。
【請求項１３】
全負荷状態における前記成績係数に比べて部分負荷状態における前記成績係数が実質的に低い場合、あるいは、所定の運転範囲において低負荷状態における前記成績係数に比べて高負荷状態における前記成績係数が実質的に高い場合、前記低温側に前記補熱が供給される、請求項１０又は請求項１１に記載の熱供給システムの制御方法。
【請求項１】
熱需要部としての外部装置に熱を供給するとともに、排熱源からの排熱の少なくとも一部が入力可能である排熱回収型のヒートポンプと、
ボイラ及び電気ヒータの少なくとも１つを含む補助熱源であり、前記ヒートポンプに対する低温側に補熱を供給可能な前記補助熱源と、を備えた熱供給システム。
【請求項２】
前記排熱源は、前記外部装置を含む、請求項１に記載の熱供給システム。
【請求項３】
前記補助熱源からの前記補熱の供給先を、前記ヒートポンプに対する高温側と前記低温側との間で切り替える切り替え装置をさらに備える、請求項１又は請求項２に記載の熱供給システム。
【請求項４】
前記ヒートポンプは、稼働パラメータに応じて、全負荷状態又は所定の部分負荷状態に設定される、請求項３に記載の熱供給システム。
【請求項５】
前記稼働パラメータは、前記ヒートポンプに対する前記低温側の入力温度又は入力熱量を含む、請求項４に記載の熱供給システム。
【請求項６】
前記補熱の供給先の切り替えは、前記ヒートポンプの成績係数に基づく、請求項５に記載の熱供給システム。
【請求項７】
全負荷状態における前記成績係数に比べて部分負荷状態における前記成績係数が実質的に低い場合、あるいは、所定の運転範囲において低負荷状態における前記成績係数に比べて高負荷状態における前記成績係数が実質的に高い場合、前記低温側に前記補熱が供給される、請求項６に記載の熱供給システム。
【請求項８】
全負荷状態における前記成績係数に比べて部分負荷状態における前記成績係数が実質的に高い場合、あるいは、所定の運転範囲において低負荷状態における前記成績係数に比べて高負荷状態における前記成績係数が実質的に低い場合、前記高温側に前記補熱が供給される、請求項６又は請求項７に記載の熱供給システム。
【請求項９】
前記低温側に配される蓄熱槽をさらに備える、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の熱供給システム。
【請求項１０】
ヒートポンプと補助熱源とを備える熱供給システムの制御方法であって、
前記補助熱源からの補熱の供給先を、前記ヒートポンプに対する高温側と低温側との間で選択する工程を含む、熱供給システムの制御方法。
【請求項１１】
前記補熱供給先を選択する工程は、前記ヒートポンプの成績係数を高温側及び低温側のそれぞれについて算出する工程と、前記成績係数を比較する工程と、を含む、請求項１０に記載の熱供給システムの制御方法。
【請求項１２】
前記ヒートポンプを全負荷状態又は所定の部分負荷状態に設定する工程をさらに含む、請求項１０又は請求項１１に記載の熱供給システムの制御方法。
【請求項１３】
全負荷状態における前記成績係数に比べて部分負荷状態における前記成績係数が実質的に低い場合、あるいは、所定の運転範囲において低負荷状態における前記成績係数に比べて高負荷状態における前記成績係数が実質的に高い場合、前記低温側に前記補熱が供給される、請求項１０又は請求項１１に記載の熱供給システムの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１０７７７２（Ｐ２０１２−１０７７７２Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５５０７５（Ｐ２０１０−２５５０７５）
【出願日】平成２２年１１月１５日（２０１０．１１．１５）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１５日（２０１０．１１．１５）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]