熱供給システム
【課題】各消費者に対して、蓄熱装置での蓄熱量に見合った熱供給を行うことができる熱供給システムを提供する。
【解決手段】熱供給システムＳが、太陽熱を集める太陽熱集熱器１と、熱媒を貯え、太陽熱集熱器１が集めた熱を熱媒を用いて蓄える蓄熱装置２と、蓄熱装置２が貯えている熱媒を、それぞれが熱消費装置１１を有する複数の消費者の消費者設備１０に循環可能にさせる熱媒循環路３と、消費者設備１０の夫々に設けられ、熱媒循環路３を循環する熱媒と、当該消費者設備１０において加熱対象とする流体との間の熱交換を行う熱交換器１３と、熱媒循環路３における熱媒の循環状態を調節する循環状態調節装置Ｃと、循環状態調節装置Ｃの動作を制御して、１日の中の特定の時間帯にのみ熱媒循環路３に熱媒を循環させる運転制御装置４とを備え、運転制御装置４は、熱媒循環路３に熱媒を循環させる間の循環状態調節装置Ｃの動作を蓄熱装置２での蓄熱量に応じて制御する。
【解決手段】熱供給システムＳが、太陽熱を集める太陽熱集熱器１と、熱媒を貯え、太陽熱集熱器１が集めた熱を熱媒を用いて蓄える蓄熱装置２と、蓄熱装置２が貯えている熱媒を、それぞれが熱消費装置１１を有する複数の消費者の消費者設備１０に循環可能にさせる熱媒循環路３と、消費者設備１０の夫々に設けられ、熱媒循環路３を循環する熱媒と、当該消費者設備１０において加熱対象とする流体との間の熱交換を行う熱交換器１３と、熱媒循環路３における熱媒の循環状態を調節する循環状態調節装置Ｃと、循環状態調節装置Ｃの動作を制御して、１日の中の特定の時間帯にのみ熱媒循環路３に熱媒を循環させる運転制御装置４とを備え、運転制御装置４は、熱媒循環路３に熱媒を循環させる間の循環状態調節装置Ｃの動作を蓄熱装置２での蓄熱量に応じて制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の消費者に対して熱を供給する熱供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
集合住宅などに居住する複数の消費者に対して、共通の蓄熱装置に蓄えられた熱を一括して供給する熱供給システムが提案されている。特に、集合住宅に共用の太陽熱集熱器を設け、その太陽熱集熱器で集められた熱を複数の消費者設備に供給可能に構成した熱供給システムが提案されている。例えば、特許文献１に記載の熱供給システムは、太陽熱を集める太陽熱集熱器（２）と、その太陽熱集熱器（２）が集めた熱を、貯えている熱媒を用いて蓄える蓄熱装置（１）と、その蓄熱装置（１）が蓄えている熱媒を複数の消費者設備に向けて循環させる熱媒循環路（１０）とを備える。尚、特許文献１では、熱媒循環路を循環する熱媒は、各消費者設備に設けられる集中型熱供給装置（４）に供給され、その集中型熱供給装置（４）で更に昇温された後で使用に供されるというシステム構成となっている。
尚、上述のような集中型熱供給装置（４）ではなく、各消費者設備に熱交換器を設けておき、各消費者設備では、熱媒循環路を循環する熱媒が有する熱を単にその熱交換器で受け取るような熱供給システムもある。例えば、特許文献２には、消費者設備の夫々に設けられ、熱媒循環路を循環する熱媒と、その消費者設備において加熱対象とする流体との間の熱交換を行う熱交換器を備えるような熱供給システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−２３８３４２号公報
【特許文献２】特開２００７−１９２４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１及び特許文献２に記載の熱供給システムでは、蓄熱装置での蓄熱量に応じて各消費者設備への熱媒の供給状態を調節することは行われていない。例えば、蓄熱装置での蓄熱量が多ければ各消費者が使用できる熱量も多くなるが、蓄熱装置での蓄熱量が少なければ各消費者が使用できる熱量も少なくなる。特に、熱供給システムが備える蓄熱装置が、集合住宅などに居住する複数の消費者に対して熱を一括して供給する役割を担う場合、熱を各消費者に対して公平に分配する必要があるため、蓄熱装置での蓄熱量が如何ほどかを考慮せずに各消費者設備への熱媒の供給を行うことは問題となる可能性がある。例えば、大量の熱を消費する時間帯（例えば、入浴時間帯）などは各消費者によって様々であるため、早い時間帯に熱を消費する予定の消費者は、蓄熱装置での元々の蓄熱量の多少に関わらず熱を使用できるが、遅い時間帯に熱を消費する予定の消費者が実際に熱を消費しようとしたとき、蓄熱装置での元々の蓄熱量が少なかった場合には既に蓄熱装置には熱がほとんど残っていないという不公平な事態が発生し得る。また、蓄熱装置での元々の蓄熱量が多かった場合には、蓄熱装置での蓄熱量に応じて各消費者設備への熱媒の供給状態を調節しなければ、全ての消費者が熱消費を行った後でも蓄熱装置に多量の熱が余ってしまい、太陽熱集熱器で集めた熱が無駄になる可能性もある。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、各消費者に対して、蓄熱装置での蓄熱量に見合った熱供給を行うことができる熱供給システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明に係る熱供給システムの特徴構成は、複数の消費者に熱を供給する熱供給システムであって、
太陽熱を集める太陽熱集熱器と、
熱媒を貯え、前記太陽熱集熱器が集めた熱を前記熱媒を用いて蓄える蓄熱装置と、
前記蓄熱装置が貯えている前記熱媒を、それぞれが熱消費装置を有する複数の消費者の消費者設備に循環可能にさせる熱媒循環路と、
前記消費者設備の夫々に設けられ、前記熱媒循環路を循環する前記熱媒と、当該消費者設備において加熱対象とする流体との間の熱交換を行う熱交換器と、
前記熱媒循環路における前記熱媒の循環状態を調節する循環状態調節装置と、
前記循環状態調節装置の動作を制御して、１日の中の特定の時間帯にのみ前記熱媒循環路に前記熱媒を循環させる運転制御装置とを備え、
前記運転制御装置は、前記熱媒循環路に前記熱媒を循環させる間の前記循環状態調節装置の動作を前記蓄熱装置での蓄熱量に応じて制御する点にある。
【０００７】
上記特徴構成によれば、運転制御装置は、蓄熱装置での蓄熱量に応じて適切な量の熱を各消費者に供給するように循環状態調節装置の動作を制御できる。例えば、蓄熱装置での蓄熱量が多いときは各消費者へ分配される熱量を相対的に多くして、蓄熱装置での蓄熱量が少ないときは各消費者へ分配される熱量を相対的に少なくするように熱媒の循環状態を調節できる。その結果、太陽熱集熱器が集めた熱が天候に応じて日々変化したとしても、その蓄熱量に応じた熱供給を行える。そして、蓄熱装置での元々の蓄熱量の多少に応じて、上記特定の時間帯において各消費者へ供給される熱量が調節されるので、上記特定の時間帯の終了時点において蓄熱装置に残存している熱が多過ぎることも無く且つ少な過ぎることもない状態が得られる。つまり、太陽熱集熱器で集めた熱が各消費者に活用されずに無駄になることもなく且つ熱が各消費者に対して不公平に配分されることもなくなる。
従って、各消費者に対して、蓄熱装置での蓄熱量に見合った熱供給を行うことができる熱供給システムを提供できる。
【０００８】
本発明に係る熱供給システムの別の特徴構成は、前記運転制御装置は、前記特定の時間帯の開始前における前記蓄熱装置での蓄熱量が多いほど、単位時間当たりに前記熱交換器に流入する前記熱媒の流量が多くなるように前記循環状態調節装置の動作を制御する点にある。
【０００９】
上記特徴構成によれば、運転制御装置は、蓄熱装置での蓄熱量が多いほど、単位時間当たりに熱交換器に流入する熱媒の流量を多くして、各消費者に分配される熱量を多くできる。このように、蓄熱装置での蓄熱量が多いほど各消費者に分配される熱量を多くすることで、熱媒循環路を介して各消費者への熱供給が行われる特定の時間帯の終了時点において、蓄熱装置に多量の熱が残存するような事態を避けることができる。
逆の観点から説明すると、運転制御装置は、蓄熱装置での蓄熱量が少ないほど、単位時間当たりに熱交換器に流入する熱媒の流量を少なくして、各消費者に分配される熱量を相対的に少なくする。その結果、単位時間当たりに各消費者が消費できる熱量が有効に制限されるので、単位時間当たりの蓄熱装置での蓄熱量の減少度合いが緩やかになる。つまり、特定の時間帯の何れのタイミングで消費者が熱消費を行おうとしても、特に特定の時間帯の終期であっても、蓄熱装置には消費者が使用できる熱が残存している状態を確保できる。
従って、太陽熱集熱器で集めた熱を各消費者によって有効に且つ公平に活用できる。
【００１０】
本発明に係る熱供給システムの更に別の特徴構成は、前記運転制御装置は、前記特定の時間帯の開始前における前記蓄熱装置での蓄熱量が多いほど、前記熱交換器に流入する前記熱媒の温度が高くなるように前記循環状態調節装置の動作を制御する点にある。
【００１１】
上記特徴構成によれば、運転制御装置は、蓄熱装置での蓄熱量が多いほど、各消費者の熱交換器に流入する熱媒の温度を高くして、単位時間当たりに各消費者に分配される熱量を多くできる。このように、蓄熱装置での蓄熱量が多いほど各消費者に分配される熱量を多くすることで、熱媒循環路を介して各消費者への熱供給が行われる特定の時間帯の終了時点において、蓄熱装置に多量の熱が残存するような事態を避けることができる。
逆の観点から説明すると、運転制御装置は、蓄熱装置での蓄熱量が少ないほど、各消費者の熱交換器に流入する熱媒の温度を低くして、単位時間当たりに各消費者に分配される熱量を相対的に少なくする。その結果、単位時間当たりに各消費者が消費できる熱量が有効に制限されるので、単位時間当たりの蓄熱装置での蓄熱量の減少度合いが緩やかになる。つまり、特定の時間帯の何れのタイミングで消費者が熱消費を行おうとしても、特に特定の時間帯の終期であっても、蓄熱装置には消費者が使用できる熱が残存している状態を確保できる。
従って、太陽熱集熱器で集めた熱を各消費者によって有効に且つ公平に活用できる。
【００１２】
本発明に係る熱供給システムの更に別の特徴構成は、前記運転制御装置は、前記循環状態調節装置の動作を制御して、前記蓄熱装置から前記熱媒循環路へ流出した後であり且つ前記消費者設備に設けられる前記熱交換器に流入する前の熱媒に対して、当該熱媒よりも温度の低い熱媒を加える点にある。
【００１３】
上記特徴構成によれば、蓄熱装置から熱媒循環路へ流出した後の高温の熱媒と、低温の熱媒とを混合することで、各消費者へ供給するための適当な温度の熱媒が得られる。つまり、高温の熱媒が有する熱と低温の熱媒が有する熱とを共に無駄にすることなく、各消費者へ供給できる。
【００１４】
本発明に係る熱供給システムの更に別の特徴構成は、前記運転制御装置は、前記循環状態調節装置の動作を制御して、前記蓄熱装置から前記熱媒循環路へ流出した後であり且つ前記消費者設備に設けられる前記熱交換器に流入する前の熱媒に対して、前記消費者設備に設けられる前記熱交換器から流出した後であり且つ前記蓄熱装置に流入する前の熱媒を加える点にある。
【００１５】
上記特徴構成によれば、蓄熱装置から熱媒循環路へ流出した後であり且つ消費者設備に設けられる熱交換器に流入する前の高温の熱媒と、消費者設備に設けられる熱交換器から流出した後であり且つ蓄熱装置に流入する前の低温の熱媒とを混合することで、各消費者へ供給するための適当な温度の熱媒が得られる。この高温の熱媒が有する熱と低温の熱媒が有する熱とは、何れも蓄熱装置で蓄えていた熱を起源とする。その結果、蓄熱装置で蓄えていた熱を無駄にすることなく、各消費者へ供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】熱供給システムの構成を説明する図である。
【図２】熱需要と蓄熱量と熱媒の温度との時間的な変化のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図３】比較例として熱需要と蓄熱量と熱媒の温度との時間的な変化のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４】比較例として熱需要と蓄熱量と熱媒の温度との時間的な変化のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】熱交換器に流入する湯水（熱媒）の流量を変化させたときの、蓄熱装置での蓄熱量の低下度合いのシミュレーション結果のグラフである。
【図６】配管送り温度を７５℃とした場合の、熱需要と蓄熱量と熱媒の温度との時間的な変化のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】配管送り温度を４５℃とした場合の、熱需要と蓄熱量と熱媒の温度との時間的な変化のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図８】熱交換器に流入する湯水（熱媒）の温度を変化させたときの、蓄熱装置での蓄熱量の低下度合いのシミュレーション結果のグラフである。
【図９】別の熱供給システムの構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の熱供給システムＳ１（Ｓ）の構成を説明する図である。
図１に示す熱供給システムＳ１は、太陽熱集熱器１と蓄熱装置２と熱媒循環路３と循環状態調節装置Ｃとそれら各装置の動作を制御する運転制御装置４とを備え、集合住宅などに居住する複数の消費者に対して熱を供給するシステムである。特に、本実施形態の熱供給システムＳ１は、太陽熱集熱器１で集められた熱を、複数の消費者によって有効且つ公平に活用させるために、後述する蓄熱装置２から熱交換器１３を介して各消費者に供給される熱を、その蓄熱装置２での蓄熱量に応じて調節する。
以下の説明では、先ず、熱供給システムＳ１の構成及び熱交換器１３の熱交換能力について記載し、その後、各消費者に対して供給される熱量を調節する手法について記載する。
【００１８】
太陽熱集熱器１は、太陽熱（太陽からの熱エネルギー）を集める装置である。太陽熱集熱器１が集めた熱は蓄熱装置２に蓄えられる。太陽熱集熱器１と蓄熱装置２との間には熱媒としての水又は不凍液などが循環する集熱用熱媒循環路７が設けられる。集熱用熱媒循環路７の途中に設けたポンプＰ２を動作させることで集熱用熱媒循環路７の内部の熱媒の循環が行われる。熱媒は、太陽熱集熱器１へと流入し、そして太陽熱集熱器１で加熱された後、太陽熱集熱器１から流出して蓄熱装置２へ至る。加えて、蓄熱装置２の内部の熱交換部２ａでは、集熱用熱媒循環路７を通流する熱媒と蓄熱装置２に蓄えられている熱媒とが熱交換可能に構成されている。その結果、太陽熱集熱器１で集められた熱は蓄熱装置２に蓄えられる。通常、日の出時刻付近から日没時刻付近までの間、太陽熱集熱器１は太陽熱を集めて蓄熱装置２へ熱を供給できる。
【００１９】
蓄熱装置２は、水などの熱媒を用いて熱を蓄える。蓄熱装置２には、図１に示すように、貯えられている水（湯水）を蓄熱装置２の外部に通流させる熱媒循環路３が接続されている。以下の説明では、蓄熱装置２に貯えられ、蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給されて循環される熱媒のことを「湯水」と記載する。熱媒循環路３の途中には複数の消費者の消費者設備１０が順に接続されているので、蓄熱装置２が貯えている湯水は熱媒循環路３によって複数の消費者設備１０に循環供給されることになる。各消費者設備１０は、例えば、集合住宅の各戸に設けられる設備に対応する。つまり、熱媒循環路３は、蓄熱装置２が貯えている湯水を、それぞれが集合住宅の各戸に設けられている複数の消費者設備１０に循環させるものである。具体的には、熱媒循環路３は、蓄熱装置２から出た湯水が各消費者設備１０へ流入するまでの間に流れる往路３ａと、各消費者設備１０から出た湯水が蓄熱装置２へ戻るまでの間に流れる復路３ｂとに分かれる。熱媒循環路３の往路３ａには、湯水の流量を設定値に調節する定流量弁Ｖ１が設けられている。各消費者設備１０は定流量弁Ｖ１より下流側の熱媒循環路３に接続されているので、各消費者設備１０へ流れ込む湯水の流量は定流量弁Ｖ１によって調節される。以上のように、ポンプＰ１と定流量弁Ｖ１とは、熱媒循環路３における湯水の循環状態を調節する循環状態調節装置Ｃとして機能し、運転制御装置４の動作制御を受ける。
【００２０】
蓄熱装置２に貯えられている湯水の温度は温度センサＴ１で測定される。温度センサＴ１の測定結果は、収集手段５を用いて収集し、運転制御装置４が読み出し可能に記憶手段６に記憶しておくこともできる。本実施形態では、蓄熱装置２の内部で湯水は温度成層を形成しておらず、ほぼ均一になっているものとする。従って、温度センサＴ１で測定される温度が、蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給されて循環される湯水の温度となる。
【００２１】
更に、熱媒循環路３には、複数の消費者設備１０に向けて分岐する複数の往路３ａよりも上流側（即ち、分岐前の熱媒循環路３）と、複数の消費者設備１０から帰還した複数の復路３ｂの合流箇所よりも下流側（即ち、合流後の熱媒循環路３）とを接続する接続路３ｃとが設けられている。接続路３ｃには、流量調節弁Ｖ２が設けられている。そして、運転制御装置４は、流量調節弁Ｖ２の動作を制御して、蓄熱装置２から熱媒循環路３へ流出した後であり且つ消費者設備１０に設けられる熱交換器１３に流入する前の湯水に対して、その湯水よりも温度の低い水を加える。特に本実施形態では、運転制御装置４は、流量調節弁Ｖ２の動作を制御して、蓄熱装置２から熱媒循環路３へ流出した後であり且つ消費者設備１０に設けられる熱交換器１３に流入する前の湯水に対して、消費者設備１０に設けられる熱交換器１３から流出した後であり且つ蓄熱装置２に流入する前の湯水を加える。
【００２２】
具体的には、運転制御装置４が流量調節弁Ｖ２の開度を調節することで、複数の消費者設備１０から合流した後の比較的低温の湯水が流れる復路３ｂから、蓄熱装置２に貯えられている比較的高温の湯水が流れる往路３ａに接続路３ｃを介して流入する湯水の量が調節される。つまり、運転制御装置４が流量調節弁Ｖ２の開度を調節することで、熱媒循環路３を介して各消費者設備１０の熱交換器１３に供給される湯水の温度が調節される。この温度調節後の湯水の温度は温度センサＴ２で計測可能であり、その計測結果は運転制御装置４に伝達される。従って、運転制御装置４は、温度センサＴ２で計測される湯水の温度が所望の温度となるように、流量調節弁Ｖ２の開度を調節できる。このように、流量調節弁Ｖ２は、熱媒循環路３における湯水の循環状態を調節する循環状態調節装置Ｃとして機能している。
【００２３】
次に、消費者設備１０の構成について説明する。
消費者設備１０は、熱媒循環路３を通流する湯水と消費者設備１０の内部で供給される低温の給水とが熱交換可能な熱交換器１３を有している。具体的には、熱交換器１３には熱媒循環路３の往路３ａが引き込まれ、熱交換器１３から出た部分が熱媒循環路３の復路３ｂとなる。消費者設備１０が有する熱消費装置１１には、給水が熱交換器１３で加熱された後に得られる湯水が供給される。その際、必要に応じて、熱交換器１３で加熱された後に得られる湯水に対してミキシングユニット１４で給水が加えられた上で、或いは、熱交換器１３で加熱された後の湯水に対して熱源機１２で更に加熱された上で熱消費装置１１に供給される。熱源機１２としては、例えばガスなどの燃料を燃焼した際の燃焼熱を利用する湯沸器などを利用できる。
【００２４】
消費者設備１０において、熱交換器１３に引き込まれる熱媒循環路３の往路３ａの部分に湯水の流入温度を測定する流入温度センサＴｉｎと湯水の流量を測定する流量計Ｍとが設けられ、熱交換器１３から引き出された熱媒循環路３の復路３ｂの部分に湯水の流出温度を測定する流出温度センサＴｏｕｔが設けられている。流入温度センサＴｉｎ、流量計Ｍ及び流出温度センサＴｏｕｔの測定結果は、設定タイミング毎に収集手段５によって収集される。ここで、熱交換器１３への湯水の流入温度及び流出温度の間の温度差と流量との積を導出すると、熱媒循環路３を通流する湯水が消費者設備１０の熱交換器１３で失った熱量、即ち、消費者の熱需要となる。つまり、収集手段５が設定タイミング毎に収集する流入温度センサＴｉｎ、流量計Ｍ及び流出温度センサＴｏｕｔの測定結果は、熱需要に関する情報と言える。更に、運転制御装置４は、収集手段５が設定タイミング毎に収集した上記熱需要に関する情報を記憶手段６に記憶させることができる。操作部１５は、熱消費装置１１の予約運転に関する設定情報（例えば、風呂湯張り時刻、湯温、湯量など）を操作入力するためのものである。
【００２５】
運転制御装置４は、収集手段５が設定タイミング毎に収集した上記熱需要に関する情報を記憶手段６にそのまま（即ち、流入温度センサＴｉｎ、流量計Ｍ及び流出温度センサＴｏｕｔの測定結果のまま）記憶させておくか、或いは、上述したように消費者の熱需要を逐次導出して、その結果を記憶手段６に記憶させておくことができる。運転制御装置４、収集手段５及び記憶手段６は、コンピュータなどの情報処理装置を用いて実現できる。
【００２６】
図２〜図４は、消費者設備１０における熱交換器１３の熱交換能力を変化させた場合の、時刻１８時から時刻２４時の間における熱需要と蓄熱量と湯水の温度との時間的な変化のシミュレーション結果を示すグラフである。尚、図３及び図４は、図２の比較例として示す。図２〜図４において、複数の消費者による合計の予測熱需要を「黒三角印」で示し、温度センサＴ２で測定される湯水の温度（即ち、配管送り温度）のシミュレーション結果を「白四角印」で示し、蓄熱装置２での蓄熱量のシミュレーション結果を「黒丸印」で示す。
【００２７】
図２〜図４に示すシミュレーション結果は、具体的には、１日の中の特定の循環時間帯の間、基準蓄熱量を蓄えている蓄熱装置２から湯水を基準流量で熱媒循環路３に継続的に供給して循環させ、それにより熱交換器１３での熱交換に伴う湯水の温度低下が消費者による予測熱需要に対応して発生すると想定した場合の、蓄熱量と湯水の温度との時間的な変化のシミュレーション結果のグラフである。本実施形態において、上記循環時間帯は、後述するように時刻１８時から時刻２３時２０分の間である。また、上記基準蓄熱量は、１日に太陽熱集熱器１から蓄熱装置２に蓄熱されると予測される蓄熱量のことであり、本実施形態では３００ｋＷｈである。更に、上記基準流量は、熱媒循環路３から各熱交換器１３に流入する湯水の流量であり、本実施形態では３リットル／分としている。尚、各熱交換器１３は、熱媒循環路３に設けられる定流量弁Ｖ１から見て並列に接続されているため、熱交換器１３が例えばＸ台接続されているならば、定流量弁Ｖ１では３×Ｘ（リットル／分）の湯水を通流させればよい。
以下に、熱需要（予測熱需要）、湯水の温度（即ち、配管送り温度）のシミュレーション結果、蓄熱装置２での蓄熱量のシミュレーション結果について具体的に説明する。
【００２８】
図２〜図４において黒三角印で示す熱需要は、複数の消費者による合計の予測熱需要である。上述のように、運転制御装置４は、各消費者設備１０の熱交換器１３への湯水の流入温度及び流出温度の間の温度差と流量との積を導出することで、各消費者の過去の熱需要を知ることができる。従って、運転制御装置４は、設定タイミング毎に収集された過去の熱需要に関する情報を参照して、各消費者の将来の予測熱需要を導出でき、更に、複数の消費者による合計の予測熱需要を導出できる。
【００２９】
図２〜図４において黒丸印で示す蓄熱量は、蓄熱装置２に蓄えられている熱量のシミュレーション結果である。図示するように、循環時間帯が開始されて各消費者での熱消費が開始されるにつれて、蓄熱装置２での蓄熱量は減少する。尚、運転制御装置４は、実際の蓄熱装置２での蓄熱量を、温度センサＴ１で測定される温度と、蓄熱装置２に貯えられている既知の湯水の量との積から導出することもできる。
【００３０】
図２〜図４において白四角印で示す配管送り温度は、温度センサＴ２で測定される部位での湯水の温度のシミュレーション結果である。本実施形態では、循環時間帯の開始前において蓄熱装置２に７５℃の湯水が貯えられている状態を想定している。そして、運転制御装置４が流量調節弁Ｖ２の開度を制御することで、温度センサＴ２で測定される部位での湯水の温度を５０℃に調節し、その５０℃の湯水を消費者設備１０の熱交換器１３へ流入させる状態を想定している。例えば、図２に示す例では、時刻１８時から時刻２０時頃までは、運転制御装置４によって、蓄熱装置２に貯えられている７５℃の湯水が、５０℃の湯水へと温度低下された後で各消費者設備１０へと供給される。
【００３１】
その後、熱媒循環路３において湯水の循環を開始すると、蓄熱装置２には熱媒循環路３の復路３ｂを介して低温の湯水が帰還するため、蓄熱装置２に貯えられている湯水の温度は徐々に低下する。但し、この時刻１８時から時刻２０時頃までは、蓄熱装置２に貯えられている湯水の温度は未だ５０℃未満にまでは低下していないため、流量調節弁Ｖ２を用いた温度調節後の湯水の温度（即ち、図２に示す配管送り温度）は５０℃に調節できる。ところが、時刻２０時を越えると、蓄熱装置２に貯えられている湯水の温度が５０℃未満に低下するため、運転制御装置４は、最終的に流量調節弁Ｖ２を閉止しても、温度センサＴ２で測定される部位での湯水の温度を５０℃に調節できなくなる。そのため、運転制御装置４は、時刻２０時を越えると、流量調節弁Ｖ２を用いた温度調節を行わず、蓄熱装置２に貯えられている湯水をそのままの温度で各消費者設備１０の熱交換器１３に流入させるようにする。つまり、時刻２０時を越えると、蓄熱装置２に貯えられている湯水の温度が図２に示す配管送り温度となり、その温度は徐々に低下する。
【００３２】
〔循環時間帯〕
次に、熱媒循環路３に湯水を循環させる循環時間帯をどのように決定するのかについて説明する。
上述のように、通常、太陽熱集熱器１は日の出時刻付近から日没時刻付近までの間に太陽熱を集め、その熱が蓄熱装置２へ供給されて蓄熱される。これに対して、図２〜図４の熱需要のグラフ（黒三角印）で示したように、通常、消費者が熱を大量に消費するのは夕方から夜の時間帯である。従って、昼間の時間帯に太陽熱集熱器１で集められた熱を蓄熱装置２に蓄熱し、それと同時に蓄熱装置２から熱媒循環路３へと湯水の循環を常時行わせていると、多くの消費者が夜の時間帯に熱消費を行うまでの間、熱媒循環路３を循環通流する湯水はほとんど消費されることなく単に放熱されるだけとなる。そこで、本実施形態では、各消費者が１日の中で熱を大量に消費しようとする特定の時間帯のみ湯水を循環させることで、余分な放熱ロスの発生を回避することを想定している。
【００３３】
本実施形態において、熱媒循環路３に湯水を循環させる循環時間帯の開始タイミング、即ち、循環開始タイミングは、複数の消費者による合計の熱需要が設定量以上に増加するタイミングに対応する。つまり、熱媒循環路３での湯水循環を開始させる循環開始タイミングは、複数の消費者における過去の熱需要に関する情報を参照して導出される、複数の消費者による合計の予測熱需要が設定量以上に増加するタイミングに決定される。このように、複数の消費者における過去の熱需要に関する情報を参照することで、実際に複数の消費者の熱需要が大きくなるタイミングを正確に把握できる。また、熱媒循環路３に湯水を循環させる循環時間帯の終了タイミング、即ち、循環停止タイミングは、複数の消費者による合計の熱需要が設定量未満に低下するタイミングに対応する。つまり、熱媒循環路３での湯水循環を開始させる循環停止タイミングは、複数の消費者における過去の熱需要に関する情報を参照して導出される、複数の消費者による合計の予測熱需要が設定量未満に低下するタイミングに決定される。
【００３４】
図２〜図４に示す例では、複数の消費者による合計の予測熱需要が設定量（図中において一点鎖線で示す）以上に増加するのは、時刻１８時になるタイミングである。従って、循環時間帯の開始タイミングは時刻１８時に決定される。また、複数の消費者による合計の予測熱需要が設定量未満に低下するのは、時刻２３時２０分になるタイミングである。従って、循環時間帯の終了タイミングは時刻２３時２０分に決定される。つまり、１８時から２３時２０分の時間帯を、蓄熱装置２から熱媒循環路３へ湯水を供給して循環させる上記特定の時間帯とする。この設定量のレベルは、運転制御装置４が適宜設定可能である。例えば、この設定量は、複数の消費者による１日の合計の予測熱需要量に対して設定割合となるレベルに設定できる。このように設定すると、各消費者が１日の中で熱を大量に消費しようとしたタイミングに合わせて蓄熱装置２から熱媒循環路３へ湯水を供給して循環させることができ、その結果、太陽熱集熱器１で集めた熱を、余分な放熱ロスの発生を回避しながら蓄熱装置２から各消費者へ有効に供給できる。
【００３５】
〔熱交換器の熱交換能力〕
以下に、図２〜図４に示すシミュレーション結果を参照して、熱交換器１３の熱交換能力をどのように設定すれば良いのかについて説明する。
本実施形態において、熱交換器１３は、熱媒循環路３を循環する湯水から消費者設備１０において加熱対象とする流体が受領することができる熱量の最大を制限する受領熱量制限手段として構成されている。具体的には、熱交換器１３の熱交換能力は、特定の循環時間帯の間、基準蓄熱量を蓄えている蓄熱装置２から湯水を基準流量で熱媒循環路３に継続的に供給して循環させ、それにより熱交換器１３での熱交換に伴う湯水の温度低下が消費者による予測熱需要に対応して発生すると想定した場合に、特定の循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度が基準温度範囲内となるように設定されることが好ましい。
【００３６】
そこで、本実施形態では、上述したように、循環時間帯を時刻１８時から２３時２０分とし、基準蓄熱量を３００ｋＷｈとし、基準流量を３リットル／分とし、本例では基準温度範囲を２２℃〜２５℃とした場合において、図中に黒三角印で示す消費者による予測熱需要に対応して熱交換器１３での熱交換に伴う湯水の温度低下が発生すると想定した場合に、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度がどのような値になるのかを示すシミュレーション結果を得た。そして、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度（シミュレーション結果）が、上記基準温度範囲内にあるか否かを判定して、熱交換器１３の熱交換能力がどの程度であれば良いのかを判定した。
【００３７】
例えば、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる熱媒の温度が高過ぎる状態は、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２に残存している熱が多過ぎる状態であることを意味する。つまり、太陽熱集熱器１で集め、蓄熱装置２で蓄えた熱が消費者に充分に活用されなかった（即ち、蓄えた熱が無駄になった）ことを意味する。これに対して、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる熱媒の温度が低過ぎる状態は、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２に残存している熱が少な過ぎる状態であることを意味する。つまり、循環時間帯の終期には、各消費者に十分な熱量を供給できなかった（即ち、熱の公平な分配が行われなかった）ことを意味する。
【００３８】
図２は熱交換器１３の熱交換能力が０．７ｋＷ／Ｋに設定されている場合、図３は熱交換器１３の熱交換能力が１．５ｋＷ／Ｋに設定されている場合、図４は熱交換器１３の熱交換能力が０．３ｋＷ／Ｋに設定されている場合のシミュレーション結果を示す。本実施形態で用いている熱交換能力の単位は〔ｋＷ／Ｋ〕であり、単位温度差当たりの移動熱量を表している。従って、図２〜図４に示した例で最も熱交換能力が高いのは、図３の１．５ｋＷ／Ｋの場合であり、最も熱交換能力が低いのは、図４の０．３ｋＷ／Ｋの場合である。
【００３９】
熱交換器１３の熱交換能力が高いほど、消費者は熱交換器１３において大きな熱量を受領できるようになる。つまり、熱交換器１３の熱交換能力が高いほど、蓄熱装置２での蓄熱量の減少速度は相対的に速くなる。これに対して、熱交換器１３の熱交換能力が低いほど、消費者は熱交換器１３において小さな熱量しか受領できなくなる。つまり、熱交換器１３の熱交換能力が低いほど、蓄熱装置２での蓄熱量の減少速度は相対的に遅くなる。
【００４０】
図２に示すシミュレーション結果のグラフは、熱交換器１３の熱交換能力が０．７ｋＷ／Ｋに設定されている場合の結果である。図２に示す例では、循環時間帯の終了時点（２３時２０分）：ＴEにおいて蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度が、上限温度（２５℃）と下限温度（２２℃）とで規定される基準温度範囲内となる。従って、０．７ｋＷ／Ｋという値は、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度が基準温度範囲の下限温度以上且つ上限温度以下となるような熱交換器１３の熱交換能力であると言える。この基準温度範囲の上限温度及び下限温度は適宜設定可能である。但し、基準温度範囲の上限温度及び下限温度は、少なくとも各消費者設備１０において加熱対象とする流体（給水）の温度よりも高い温度でなければならない。例えば、その給水温度よりも１３℃だけ高い温度を上記上限温度と設定し、及び、その給水温度よりも１０℃だけ高い温度を上記下限温度に設定することもできる。
【００４１】
熱交換器１３の熱交換能力を高くして各消費者が相対的に大きな熱量を受領できるようにすることで、蓄熱装置２での蓄熱量の減少速度が相対的に速くなったとしても、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度は基準温度範囲の下限温度以上であることが確保される。従って、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２に残存している熱が少な過ぎる状態になることが回避されるので、循環時間帯の終期であっても各消費者に十分な熱量を供給できるようになる。このように、熱交換器１３の熱交換能力の上限は、循環時間帯の間、上記基準蓄熱量を蓄えている蓄熱装置２から湯水を上記基準流量で熱媒循環路３に継続的に供給して循環させ、それにより熱交換器１３での熱交換に伴う湯水の温度低下が消費者による予測熱需要に対応して発生すると想定した場合に、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度が基準温度範囲の下限温度以上となるような能力であることが好ましい。
【００４２】
また、熱交換器１３の熱交換能力を低くして各消費者が相対的に小さな熱量しか受領できないようにすることで、蓄熱装置２での蓄熱量の減少速度が相対的に遅くなったとしても、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度は基準温度範囲の上限温度以下であることが確保される。従って、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２に残存している熱が多過ぎる状態になることが回避されるので、蓄えた熱が消費者に活用されずに無駄になるような状態を無くすことができる。このように、熱交換器１３の熱交換能力の下限は、循環時間帯の間、上記基準蓄熱量を蓄えている蓄熱装置２から湯水を上記基準流量で熱媒循環路３に継続的に供給して循環させ、それにより熱交換器１３での熱交換に伴う湯水の温度低下が消費者による予測熱需要に対応して発生すると想定した場合に、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度が基準温度範囲の上限温度以下となるような能力であることが好ましい。
【００４３】
以上のように、本実施形態の場合、図２に例示した０．７ｋＷ／Ｋという熱交換能力を有する熱交換器１３を採用すると、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２に残存している熱が多過ぎることも無く且つ少な過ぎることもない状態が得られる。その結果、蓄熱装置２に蓄えた熱が各消費者に活用されずに無駄になることもなく且つ熱が各消費者に対して不公平に配分されることもなくなる。
【００４４】
図３に比較例として示すシミュレーション結果は、熱交換器１３の熱交換能力が１．５ｋＷ／Ｋに設定されている場合の結果である。図３に示す例では、蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度が基準温度範囲の上限値以下にまで低下する時刻：ＴUは、約２１時１０分となる。加えて、蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度が基準温度範囲の下限値未満にまで低下となる時刻：ＴLは、約２１時５０分となる。つまり、約２１時５０分以前は、各消費者に対して基準温度範囲の下限値以上の温度の湯水を供給できるが、約２１時５０分より後は、各消費者に対して基準温度範囲の下限値未満の温度の湯水しか供給できない。従って、１８時から２３時２０分までの循環時間帯の中で、約２１時５０分以前に熱を消費した消費者と、約２１時５０分より後に熱を消費しようとした消費者との間で、熱の分配に不公平が生じてしまう。
【００４５】
図４に比較例として示すシミュレーション結果は、熱交換器１３の熱交換能力が０．３ｋＷ／Ｋに設定されている場合の結果である。図４に示す例では、蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度が基準温度範囲の上限値以下にまで低下する時刻：ＴUは、循環時間帯の終了時点：ＴEになってもまだ訪れていない。つまり、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２に残存している熱が多過ぎる状態となっている。
【００４６】
以上のように、熱交換器１３での各消費者の受領熱量の制限によって、蓄熱装置２に蓄えられている蓄熱量の単位時間当たりの減少度合いを適切なものとして、特定の時間帯の初期及び終期に関わらず蓄熱装置には蓄熱量が残存している状態（即ち、各消費者に熱を充分に供給可能な状態）を確保できる。特に、熱交換器１３の熱交換能力が、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度が基準温度範囲内となるように設定されているので、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２に残存している熱が多過ぎることも無く且つ少な過ぎることもない状態が得られる。その結果、蓄熱装置２に蓄えた熱が各消費者に活用されずに無駄になることもなく且つ熱が各消費者に対して不公平に配分されることもなくなる。
【００４７】
〔熱交換器への湯水流量〕
本実施形態の熱供給システムＳ１において、各消費者に対して実際に熱を供給する段階で、運転制御装置４は、熱媒循環路３に湯水を循環させる間の循環状態調節装置Ｃの動作を蓄熱装置２での蓄熱量に応じて制御する。具体的には、運転制御装置４は、特定の循環時間帯の開始前における蓄熱装置２での蓄熱量が多いほど、単位時間当たりに熱交換器１３に流入する湯水の流量が多くなるように循環状態調節装置Ｃの動作を制御する。
【００４８】
図５は、熱交換器１３に流入する湯水（熱媒）の流量を変化させると、蓄熱装置２での蓄熱量の低下度合いが変わることを説明するシミュレーション結果のグラフである。具体的には、図５は、同じ予測熱需要に対して熱を供給するに当たり、熱交換器１３に流入する湯水（熱媒）の流量を調節して変化させたときの蓄熱装置２での蓄熱量の推移がどのように異なるかを示すシミュレーション結果である。図５では、熱媒循環路３から各熱交換器１３に流入する湯水の流量を、循環時間帯の開始前における蓄熱装置２での蓄熱量が３００ｋＷｈのときには３リットル／分とし、循環時間帯の開始前における蓄熱装置２での蓄熱量が２００ｋＷｈのときには２リットル／分とした場合の２通りのシミュレーション結果を示す。
【００４９】
図５から明らかなように、熱交換器１３に流入する湯水の流量が多い３リットル／分の方が蓄熱装置２での蓄熱量の単位時間当たりの減少度合いが急になり、熱媒循環路３から各熱交換器１３に流入する湯水の流量を２リットル／分と相対的に少なくした場合には蓄熱装置２での蓄熱量の単位時間当たりの減少度合いが相対的に緩やかになる。そして、熱媒循環路３から各熱交換器１３に流入する湯水の流量を３リットル／分とした場合及び２リットル／分とした場合の何れの場合でも、循環時間帯の終了時点：ＴEで残存している蓄熱量は同程度となる。つまり、循環時間帯の開始前における蓄熱装置２での蓄熱量が１００ｋＷｈ異なっていても、循環時間帯において熱媒循環路３から各熱交換器１３に流入する湯水の流量を調節することで、循環時間帯の終了時点で残存している蓄熱量を同程度にできる。
【００５０】
以上のように、運転制御装置４は、循環時間帯の開始前における蓄熱装置２での蓄熱量が多いほど、循環状態調節装置Ｃとしての定流量弁Ｖ１の開度を調節して、単位時間当たりに熱交換器１３に流入する湯水の流量が多くすることで、各消費者に分配される熱量を多く（即ち、蓄熱装置２での蓄熱量の単位時間当たりの減少度合いを急に）できる。言い換えると、運転制御装置４は、循環時間帯の開始前における蓄熱装置２での蓄熱量が多いほど各消費者に分配される熱量を多くすることで、熱媒循環路３を介して各消費者への熱供給が行われる特定の循環時間帯の終了時点において、蓄熱装置２に多量の熱が残存するような事態を避けることができる。
逆の観点から説明すると、運転制御装置４は、蓄熱装置２での蓄熱量が少ないほど、単位時間当たりに熱交換器１３に流入する湯水の流量を少なくして、各消費者に分配される熱量を相対的に少なく（即ち、蓄熱装置２での蓄熱量の単位時間当たりの減少度合いを緩やかに）すればよい。その結果、特定の循環時間帯の何れのタイミングで消費者が熱消費を行おうとしても、特に循環時間帯の終期であっても、蓄熱装置２には消費者が使用できる熱が残存している状態を確保できる。
【００５１】
尚、熱供給システムＳを実際に運用する段階では、蓄熱装置２での蓄熱量と、単位時間当たりに熱交換器１３に流入させるべき湯水の流量との関係を予めメモリ（図示せず）に記憶しておけばよい。そして、運転制御装置４が、循環時間帯の開始前に蓄熱装置２での蓄熱量を計測し、更に、計測した蓄熱量の値とメモリに記憶されている上記関係とを参照して、循環状態調節装置Ｃとしての定流量弁Ｖ１の開度（即ち、単位時間当たりに熱交換器１３に流入する湯水の流量）を決定すればよい。
【００５２】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の熱供給システムは、運転制御装置による循環状態調節装置の動作制御の手法が上記第１実施形態と異なっており、熱供給システムの構成などは上記第１実施形態と同様である。以下に第２実施形態の熱供給システムについて説明するが、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００５３】
上記第１実施形態で説明したように、熱交換器１３の熱交換能力は単位温度差当たりの移動熱量で表すことができる。従って、同じ熱交換能力を有する熱交換器１３を用いたとしても、熱交換器１３に流入して熱交換する２つの流体の温度、即ち、熱媒循環路３の往路３ａを通流する湯水の温度と、消費者設備１０において加熱対象とする流体（給水）の温度との温度差が大きいほど、熱媒循環路３の往路３ａを通流する湯水から消費者設備１０において加熱対象とする流体（給水）への単位時間当たりの移動熱量が大きくなる。そして、熱媒循環路３の往路３ａを通流する湯水から消費者設備１０において加熱対象とする流体（給水）への単位時間当たりの移動熱量が大きくなれば、蓄熱装置２での蓄熱量の減少度合いも急になる。
【００５４】
第２実施形態の熱供給システムにおいて、運転制御装置４は、特定の循環時間帯の開始前における蓄熱装置２での蓄熱量が多いほど、熱交換器１３に流入する湯水の温度が高くなるように循環状態調節装置Ｃの動作を制御する。
【００５５】
図６は、配管送り温度（即ち、熱交換器１３に流入する湯水の温度）を７５℃と設定した場合の、熱需要と蓄熱量と熱媒の温度との時間的な変化のシミュレーション結果を示すグラフである。図６に示す例では、循環時間帯の開始前において蓄熱装置２に７５℃の湯水で３００ｋＷｈの熱量が蓄えられているものとする。
図７は、配管送り温度を４５℃と設定した場合の、熱需要と蓄熱量と熱媒の温度との時間的な変化のシミュレーション結果を示すグラフである。図７に示す例では、循環時間帯の開始前において蓄熱装置２に７５℃の湯水で２５０ｋＷｈの熱量が蓄えられているものとする。
【００５６】
図６に示す例（蓄熱量が３００ｋＷｈの例）では、蓄熱装置２に７５℃の湯水が貯えられており且つ配管送り温度を７５℃と設定しているため、白四角印で示すように、循環時間帯の開始時点では７５℃の湯水を熱交換器１３へと供給できるが、その後、蓄熱装置２に貯えられている湯水の温度が低下して７５℃未満となる。そのため、蓄熱装置２に貯えられている最高温度の湯水（７５℃未満の湯水）の温度が図６に示す配管送り温度となり、その温度は徐々に低下する。但し、蓄熱装置２から熱交換器１３へは、蓄熱装置２に貯えられている最高温度の湯水を供給しているため、各熱交換器１３において単位時間当たりに各消費者に分配される熱量は最大になっている。
【００５７】
このように、図６に示す例では、配管送り温度を７５℃という高温に設定することで、蓄熱装置２から熱交換器１３へは、蓄熱装置２に貯えられている最高温度の湯水を供給して、各熱交換器１３において単位時間当たりに各消費者に分配される熱量を最大としているため、黒丸印で示すように、蓄熱装置２での蓄熱量の単位時間当たりの減少度合いが急になる。
【００５８】
図７に示す例（蓄熱量が２５０ｋＷｈの例）では、蓄熱装置２に７５℃の湯水が貯えられており且つ配管送り温度を４５℃と設定しているため、白四角印で示すように、循環時間帯の開始時点からしばらくの間では４５℃の湯水を熱交換器１３へと供給し続けることができる。具体的には、蓄熱装置２に貯えられている湯水の温度が４５℃より高ければ、上述したのと同様の流量調節弁Ｖ２を用いた温度調節を行うことで、その温度調節後の湯水の温度（即ち、図７に示す配管送り温度）を４５℃に調節できる。但し、蓄熱装置２に貯えられている湯水の温度が４５℃未満に低下した後は、蓄熱装置２に貯えられている４５℃未満の湯水の温度が図７に示す配管送り温度となり、その温度は徐々に低下する。
【００５９】
このように、図７に示す例では、蓄熱装置２において循環時間帯の開始時点では７５℃の湯水を貯えながらも、配管送り温度をそれよりも低い４５℃と設定することで、各熱交換器１３において単位時間当たりに各消費者に分配される熱量が相対的に低く制限される。その結果、図７において黒丸印で示すように、蓄熱装置２での蓄熱量の単位時間当たりの減少度合いが相対的に緩やかになる。
【００６０】
図８は、熱交換器に流入する湯水（熱媒）の温度を変化させたときの、蓄熱装置での蓄熱量の低下度合いのシミュレーション結果のグラフである。具体的には、図８には、図６に示した配管送り温度が７５℃の場合の蓄熱量の時間的変化の曲線（黒丸印）と、図７に示した配管送り温度が４５℃の場合の蓄熱量の時間的変化の曲線（白丸印）とを対比して示す。
図８から明らかなように、熱交換器１３に流入する湯水の温度が高い７５℃の方が蓄熱装置２での蓄熱量の単位時間当たりの減少度合いが急になり、熱媒循環路３から各熱交換器１３に流入する湯水の温度を４５℃と相対的に低くした場合には蓄熱装置２での蓄熱量の単位時間当たりの減少度合いが相対的に緩やかになる。そして、熱媒循環路３から各熱交換器１３に流入する湯水の温度を７５℃とした場合及び４５℃とした場合の何れの場合でも、循環時間帯の終了時点：ＴEで残存している蓄熱量は同程度となる。つまり、循環時間帯の開始前における蓄熱装置２での蓄熱量が５０ｋＷｈ異なっていても、循環時間帯において熱媒循環路３から各熱交換器１３に流入する湯水の温度を調節することで、循環時間帯の終了時点で残存している蓄熱量を同程度にできる。
【００６１】
以上のように、運転制御装置４は、循環時間帯の開始前における蓄熱装置２での蓄熱量が多いほど、循環状態調節装置Ｃとしての流量調節弁Ｖ２の開度を調節して、温度センサＴ２で測定される熱交換器１３に流入する湯水の温度を高くすることで、各消費者に分配される熱量を多く（即ち、蓄熱装置２での蓄熱量の減少度合いを急に）できる。言い換えると、運転制御装置４は、循環時間帯の開始前における蓄熱装置２での蓄熱量が多いほど各消費者に分配される熱量を多くすることで、熱媒循環路３を介して各消費者への熱供給が行われる特定の循環時間帯の終了時点において、蓄熱装置２に多量の熱が残存するような事態を避けることができる。
逆の観点から説明すると、運転制御装置４は、蓄熱装置２での蓄熱量が少ないほど、熱交換器１３に流入する湯水の温度を低くして、単位時間当たりに各消費者に分配される熱量を相対的に少なく（即ち、蓄熱装置２での蓄熱量の減少度合いを緩やかに）すればよい。その結果、特定の循環時間帯の何れのタイミングで消費者が熱消費を行おうとしても、特に循環時間帯の終期であっても、蓄熱装置２には消費者が使用できる熱が残存している状態を確保できる。
【００６２】
尚、熱供給システムＳを実際に運用する段階では、蓄熱装置２での蓄熱量と、熱交換器１３に流入させるべき湯水の温度との関係を予めメモリ（図示せず）に記憶しておけばよい。そして、運転制御装置４が、循環時間帯の開始前に蓄熱装置２での蓄熱量を計測し、更に、計測した蓄熱量の値とメモリに記憶されている上記関係とを参照して、循環状態調節装置Ｃとしての流量調節弁Ｖ２の開度（即ち、熱交換器１３に流入する湯水の温度）を決定すればよい。
【００６３】
＜１＞
上記実施形態において、太陽熱集熱器１が集めた熱以外の熱を蓄熱装置２で蓄えるように改変してもよい。例えば、図９は、別の熱供給システムＳ２（Ｓ）の構成を説明する図である。図９に示す熱供給システムＳ２は、熱源装置として、熱と電気とを併せて発生する熱電併給装置２０を備え、その熱電併給装置２０が発生した熱が蓄熱装置２に蓄えられるように構成されている。具体的には、図９に記載の熱供給システムＳ２では、熱媒循環路３の途中に三方弁８を設けることで、熱媒循環路３から熱媒路２１を分岐させている。熱媒路２１には熱電併給装置２０が接続されることで、蓄熱装置２から熱電併給装置２０へ湯水が供給可能となっている。また、それとは別に熱電併給装置２０と蓄熱装置２とを接続する熱媒路２２を設けることで、熱電併給装置２０で加熱された湯水が蓄熱装置２へと帰還するようになっている。蓄熱装置２に貯留されている湯水が熱電併給装置２０へと流入し、その後、蓄熱装置２へと帰還する際の湯水の流れは、熱媒路２２に設けられているポンプＰ３によって形成される。熱電併給装置２０としては、燃料電池や、原動機と発電機とを組み合わせた装置などを採用できる。また、熱源装置として、熱電併給装置２０ではなく例えばヒートポンプ装置やガスボイラーなどの他の装置を設けてもよい。或いは、１台の熱源装置ではなく、複数の熱源装置（熱電併給装置２０、ヒートポンプ装置、ガスボイラーなどの組み合わせ）を併設してもよい。
以上のように、熱供給システムＳ２が、太陽熱集熱器１が集めた熱以外の熱を蓄熱装置２で蓄えることで、上記循環時間帯の開始前における蓄熱装置２での蓄熱量を大きく確保できる。その結果、より規模の大きい集合住宅にも対応可能な熱供給システムとなる。
【００６４】
尚、図９に示した例において、熱電併給装置２０に流入する湯水を、熱媒循環路３の途中の三方弁８から分岐させる構成ではなく、熱媒循環路３とは別に、蓄熱装置２と熱電併給装置２０との間で湯水を循環させる循環路を独立して設ける構成に改変してもよい。また、蓄熱装置２の内部に追加の熱交換器を設け、且つ、熱電併給装置２０と蓄熱装置２の内部の上記追加の熱交換器との間で熱媒を循環させることで、その熱媒と蓄熱装置２に貯えられている湯水との熱交換（即ち、蓄熱装置２に貯えられている湯水の加熱）を行わせるような改変も可能である。
【００６５】
＜２＞
上記実施形態において、様々な種類の太陽熱集熱器１や蓄熱装置２を用いることができる。例えば、図１では、太陽熱集熱器１として強制循環型の平板型集熱器を想定した図を描いているが、現在用いられている様々な種類の太陽熱集熱器１を本発明の熱供給システムＳで利用できる。また、図１では、蓄熱装置２として開放式の貯水タンクを想定した図を描いているが、密閉式の貯水タンクを用いてもよい。そして、蓄熱装置２の内部で温度成層が形成されるように湯水を貯めてもよい。その場合、蓄熱装置２に貯えられている高温部分の湯水が熱媒循環路３へ供給され、且つ、温度センサＴ１は、その蓄熱装置２から熱媒循環路３に供給される湯水の温度を測定できる位置に設けておくことが好ましい。
【００６６】
＜３＞
上記実施形態において、特定の循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度のシミュレーション結果を得るために、幾つかの基準となる数値を例示したが、それらの数値は適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、基準蓄熱量を３００ｋＷｈとし、基準流量を３リットル／分とし、基準温度範囲を２２℃〜２５℃とした場合でのシミュレーション結果を示したが、この熱供給システムＳが設けられる集合住宅の規模や季節や各消費者の予測熱需要などの様々な要因に基づいて各数値は適宜変更してもよい。
【００６７】
＜４＞
上記実施形態において、各消費者設備１０の熱交換器１３に供給される湯水の温度を調節するために、蓄熱装置２に貯えられている比較的高温の湯水が流れる往路３ａに接続路３ｃを介して低温の熱媒を流入させる例を説明したが、図示した接続路３ｃ以外の部位からその低温の熱媒を得てもよい。また、別途、上水（即ち、低温の熱媒）を導入する配管を熱媒循環路３の往路３ａに接続することで、各消費者設備１０の熱交換器１３に供給される湯水の温度を調節してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、複数の消費者に対して熱を供給する熱供給システムに利用できる。
【符号の説明】
【００６９】
１ 太陽熱集熱器
２ 蓄熱装置
３ 熱媒循環路
４ 運転制御装置
１０ 消費者設備
１１ 熱消費装置
１３ 熱交換器
Ｐ１ ポンプ（循環状態調節装置 Ｃ）
Ｓ 熱供給システム
Ｖ１ 定流量弁（循環状態調節装置 Ｃ）
Ｖ２ 流量調節弁（循環状態調節装置 Ｃ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の消費者に対して熱を供給する熱供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
集合住宅などに居住する複数の消費者に対して、共通の蓄熱装置に蓄えられた熱を一括して供給する熱供給システムが提案されている。特に、集合住宅に共用の太陽熱集熱器を設け、その太陽熱集熱器で集められた熱を複数の消費者設備に供給可能に構成した熱供給システムが提案されている。例えば、特許文献１に記載の熱供給システムは、太陽熱を集める太陽熱集熱器（２）と、その太陽熱集熱器（２）が集めた熱を、貯えている熱媒を用いて蓄える蓄熱装置（１）と、その蓄熱装置（１）が蓄えている熱媒を複数の消費者設備に向けて循環させる熱媒循環路（１０）とを備える。尚、特許文献１では、熱媒循環路を循環する熱媒は、各消費者設備に設けられる集中型熱供給装置（４）に供給され、その集中型熱供給装置（４）で更に昇温された後で使用に供されるというシステム構成となっている。
尚、上述のような集中型熱供給装置（４）ではなく、各消費者設備に熱交換器を設けておき、各消費者設備では、熱媒循環路を循環する熱媒が有する熱を単にその熱交換器で受け取るような熱供給システムもある。例えば、特許文献２には、消費者設備の夫々に設けられ、熱媒循環路を循環する熱媒と、その消費者設備において加熱対象とする流体との間の熱交換を行う熱交換器を備えるような熱供給システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−２３８３４２号公報
【特許文献２】特開２００７−１９２４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１及び特許文献２に記載の熱供給システムでは、蓄熱装置での蓄熱量に応じて各消費者設備への熱媒の供給状態を調節することは行われていない。例えば、蓄熱装置での蓄熱量が多ければ各消費者が使用できる熱量も多くなるが、蓄熱装置での蓄熱量が少なければ各消費者が使用できる熱量も少なくなる。特に、熱供給システムが備える蓄熱装置が、集合住宅などに居住する複数の消費者に対して熱を一括して供給する役割を担う場合、熱を各消費者に対して公平に分配する必要があるため、蓄熱装置での蓄熱量が如何ほどかを考慮せずに各消費者設備への熱媒の供給を行うことは問題となる可能性がある。例えば、大量の熱を消費する時間帯（例えば、入浴時間帯）などは各消費者によって様々であるため、早い時間帯に熱を消費する予定の消費者は、蓄熱装置での元々の蓄熱量の多少に関わらず熱を使用できるが、遅い時間帯に熱を消費する予定の消費者が実際に熱を消費しようとしたとき、蓄熱装置での元々の蓄熱量が少なかった場合には既に蓄熱装置には熱がほとんど残っていないという不公平な事態が発生し得る。また、蓄熱装置での元々の蓄熱量が多かった場合には、蓄熱装置での蓄熱量に応じて各消費者設備への熱媒の供給状態を調節しなければ、全ての消費者が熱消費を行った後でも蓄熱装置に多量の熱が余ってしまい、太陽熱集熱器で集めた熱が無駄になる可能性もある。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、各消費者に対して、蓄熱装置での蓄熱量に見合った熱供給を行うことができる熱供給システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明に係る熱供給システムの特徴構成は、複数の消費者に熱を供給する熱供給システムであって、
太陽熱を集める太陽熱集熱器と、
熱媒を貯え、前記太陽熱集熱器が集めた熱を前記熱媒を用いて蓄える蓄熱装置と、
前記蓄熱装置が貯えている前記熱媒を、それぞれが熱消費装置を有する複数の消費者の消費者設備に循環可能にさせる熱媒循環路と、
前記消費者設備の夫々に設けられ、前記熱媒循環路を循環する前記熱媒と、当該消費者設備において加熱対象とする流体との間の熱交換を行う熱交換器と、
前記熱媒循環路における前記熱媒の循環状態を調節する循環状態調節装置と、
前記循環状態調節装置の動作を制御して、１日の中の特定の時間帯にのみ前記熱媒循環路に前記熱媒を循環させる運転制御装置とを備え、
前記運転制御装置は、前記熱媒循環路に前記熱媒を循環させる間の前記循環状態調節装置の動作を前記蓄熱装置での蓄熱量に応じて制御する点にある。
【０００７】
上記特徴構成によれば、運転制御装置は、蓄熱装置での蓄熱量に応じて適切な量の熱を各消費者に供給するように循環状態調節装置の動作を制御できる。例えば、蓄熱装置での蓄熱量が多いときは各消費者へ分配される熱量を相対的に多くして、蓄熱装置での蓄熱量が少ないときは各消費者へ分配される熱量を相対的に少なくするように熱媒の循環状態を調節できる。その結果、太陽熱集熱器が集めた熱が天候に応じて日々変化したとしても、その蓄熱量に応じた熱供給を行える。そして、蓄熱装置での元々の蓄熱量の多少に応じて、上記特定の時間帯において各消費者へ供給される熱量が調節されるので、上記特定の時間帯の終了時点において蓄熱装置に残存している熱が多過ぎることも無く且つ少な過ぎることもない状態が得られる。つまり、太陽熱集熱器で集めた熱が各消費者に活用されずに無駄になることもなく且つ熱が各消費者に対して不公平に配分されることもなくなる。
従って、各消費者に対して、蓄熱装置での蓄熱量に見合った熱供給を行うことができる熱供給システムを提供できる。
【０００８】
本発明に係る熱供給システムの別の特徴構成は、前記運転制御装置は、前記特定の時間帯の開始前における前記蓄熱装置での蓄熱量が多いほど、単位時間当たりに前記熱交換器に流入する前記熱媒の流量が多くなるように前記循環状態調節装置の動作を制御する点にある。
【０００９】
上記特徴構成によれば、運転制御装置は、蓄熱装置での蓄熱量が多いほど、単位時間当たりに熱交換器に流入する熱媒の流量を多くして、各消費者に分配される熱量を多くできる。このように、蓄熱装置での蓄熱量が多いほど各消費者に分配される熱量を多くすることで、熱媒循環路を介して各消費者への熱供給が行われる特定の時間帯の終了時点において、蓄熱装置に多量の熱が残存するような事態を避けることができる。
逆の観点から説明すると、運転制御装置は、蓄熱装置での蓄熱量が少ないほど、単位時間当たりに熱交換器に流入する熱媒の流量を少なくして、各消費者に分配される熱量を相対的に少なくする。その結果、単位時間当たりに各消費者が消費できる熱量が有効に制限されるので、単位時間当たりの蓄熱装置での蓄熱量の減少度合いが緩やかになる。つまり、特定の時間帯の何れのタイミングで消費者が熱消費を行おうとしても、特に特定の時間帯の終期であっても、蓄熱装置には消費者が使用できる熱が残存している状態を確保できる。
従って、太陽熱集熱器で集めた熱を各消費者によって有効に且つ公平に活用できる。
【００１０】
本発明に係る熱供給システムの更に別の特徴構成は、前記運転制御装置は、前記特定の時間帯の開始前における前記蓄熱装置での蓄熱量が多いほど、前記熱交換器に流入する前記熱媒の温度が高くなるように前記循環状態調節装置の動作を制御する点にある。
【００１１】
上記特徴構成によれば、運転制御装置は、蓄熱装置での蓄熱量が多いほど、各消費者の熱交換器に流入する熱媒の温度を高くして、単位時間当たりに各消費者に分配される熱量を多くできる。このように、蓄熱装置での蓄熱量が多いほど各消費者に分配される熱量を多くすることで、熱媒循環路を介して各消費者への熱供給が行われる特定の時間帯の終了時点において、蓄熱装置に多量の熱が残存するような事態を避けることができる。
逆の観点から説明すると、運転制御装置は、蓄熱装置での蓄熱量が少ないほど、各消費者の熱交換器に流入する熱媒の温度を低くして、単位時間当たりに各消費者に分配される熱量を相対的に少なくする。その結果、単位時間当たりに各消費者が消費できる熱量が有効に制限されるので、単位時間当たりの蓄熱装置での蓄熱量の減少度合いが緩やかになる。つまり、特定の時間帯の何れのタイミングで消費者が熱消費を行おうとしても、特に特定の時間帯の終期であっても、蓄熱装置には消費者が使用できる熱が残存している状態を確保できる。
従って、太陽熱集熱器で集めた熱を各消費者によって有効に且つ公平に活用できる。
【００１２】
本発明に係る熱供給システムの更に別の特徴構成は、前記運転制御装置は、前記循環状態調節装置の動作を制御して、前記蓄熱装置から前記熱媒循環路へ流出した後であり且つ前記消費者設備に設けられる前記熱交換器に流入する前の熱媒に対して、当該熱媒よりも温度の低い熱媒を加える点にある。
【００１３】
上記特徴構成によれば、蓄熱装置から熱媒循環路へ流出した後の高温の熱媒と、低温の熱媒とを混合することで、各消費者へ供給するための適当な温度の熱媒が得られる。つまり、高温の熱媒が有する熱と低温の熱媒が有する熱とを共に無駄にすることなく、各消費者へ供給できる。
【００１４】
本発明に係る熱供給システムの更に別の特徴構成は、前記運転制御装置は、前記循環状態調節装置の動作を制御して、前記蓄熱装置から前記熱媒循環路へ流出した後であり且つ前記消費者設備に設けられる前記熱交換器に流入する前の熱媒に対して、前記消費者設備に設けられる前記熱交換器から流出した後であり且つ前記蓄熱装置に流入する前の熱媒を加える点にある。
【００１５】
上記特徴構成によれば、蓄熱装置から熱媒循環路へ流出した後であり且つ消費者設備に設けられる熱交換器に流入する前の高温の熱媒と、消費者設備に設けられる熱交換器から流出した後であり且つ蓄熱装置に流入する前の低温の熱媒とを混合することで、各消費者へ供給するための適当な温度の熱媒が得られる。この高温の熱媒が有する熱と低温の熱媒が有する熱とは、何れも蓄熱装置で蓄えていた熱を起源とする。その結果、蓄熱装置で蓄えていた熱を無駄にすることなく、各消費者へ供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】熱供給システムの構成を説明する図である。
【図２】熱需要と蓄熱量と熱媒の温度との時間的な変化のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図３】比較例として熱需要と蓄熱量と熱媒の温度との時間的な変化のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４】比較例として熱需要と蓄熱量と熱媒の温度との時間的な変化のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】熱交換器に流入する湯水（熱媒）の流量を変化させたときの、蓄熱装置での蓄熱量の低下度合いのシミュレーション結果のグラフである。
【図６】配管送り温度を７５℃とした場合の、熱需要と蓄熱量と熱媒の温度との時間的な変化のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】配管送り温度を４５℃とした場合の、熱需要と蓄熱量と熱媒の温度との時間的な変化のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図８】熱交換器に流入する湯水（熱媒）の温度を変化させたときの、蓄熱装置での蓄熱量の低下度合いのシミュレーション結果のグラフである。
【図９】別の熱供給システムの構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の熱供給システムＳ１（Ｓ）の構成を説明する図である。
図１に示す熱供給システムＳ１は、太陽熱集熱器１と蓄熱装置２と熱媒循環路３と循環状態調節装置Ｃとそれら各装置の動作を制御する運転制御装置４とを備え、集合住宅などに居住する複数の消費者に対して熱を供給するシステムである。特に、本実施形態の熱供給システムＳ１は、太陽熱集熱器１で集められた熱を、複数の消費者によって有効且つ公平に活用させるために、後述する蓄熱装置２から熱交換器１３を介して各消費者に供給される熱を、その蓄熱装置２での蓄熱量に応じて調節する。
以下の説明では、先ず、熱供給システムＳ１の構成及び熱交換器１３の熱交換能力について記載し、その後、各消費者に対して供給される熱量を調節する手法について記載する。
【００１８】
太陽熱集熱器１は、太陽熱（太陽からの熱エネルギー）を集める装置である。太陽熱集熱器１が集めた熱は蓄熱装置２に蓄えられる。太陽熱集熱器１と蓄熱装置２との間には熱媒としての水又は不凍液などが循環する集熱用熱媒循環路７が設けられる。集熱用熱媒循環路７の途中に設けたポンプＰ２を動作させることで集熱用熱媒循環路７の内部の熱媒の循環が行われる。熱媒は、太陽熱集熱器１へと流入し、そして太陽熱集熱器１で加熱された後、太陽熱集熱器１から流出して蓄熱装置２へ至る。加えて、蓄熱装置２の内部の熱交換部２ａでは、集熱用熱媒循環路７を通流する熱媒と蓄熱装置２に蓄えられている熱媒とが熱交換可能に構成されている。その結果、太陽熱集熱器１で集められた熱は蓄熱装置２に蓄えられる。通常、日の出時刻付近から日没時刻付近までの間、太陽熱集熱器１は太陽熱を集めて蓄熱装置２へ熱を供給できる。
【００１９】
蓄熱装置２は、水などの熱媒を用いて熱を蓄える。蓄熱装置２には、図１に示すように、貯えられている水（湯水）を蓄熱装置２の外部に通流させる熱媒循環路３が接続されている。以下の説明では、蓄熱装置２に貯えられ、蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給されて循環される熱媒のことを「湯水」と記載する。熱媒循環路３の途中には複数の消費者の消費者設備１０が順に接続されているので、蓄熱装置２が貯えている湯水は熱媒循環路３によって複数の消費者設備１０に循環供給されることになる。各消費者設備１０は、例えば、集合住宅の各戸に設けられる設備に対応する。つまり、熱媒循環路３は、蓄熱装置２が貯えている湯水を、それぞれが集合住宅の各戸に設けられている複数の消費者設備１０に循環させるものである。具体的には、熱媒循環路３は、蓄熱装置２から出た湯水が各消費者設備１０へ流入するまでの間に流れる往路３ａと、各消費者設備１０から出た湯水が蓄熱装置２へ戻るまでの間に流れる復路３ｂとに分かれる。熱媒循環路３の往路３ａには、湯水の流量を設定値に調節する定流量弁Ｖ１が設けられている。各消費者設備１０は定流量弁Ｖ１より下流側の熱媒循環路３に接続されているので、各消費者設備１０へ流れ込む湯水の流量は定流量弁Ｖ１によって調節される。以上のように、ポンプＰ１と定流量弁Ｖ１とは、熱媒循環路３における湯水の循環状態を調節する循環状態調節装置Ｃとして機能し、運転制御装置４の動作制御を受ける。
【００２０】
蓄熱装置２に貯えられている湯水の温度は温度センサＴ１で測定される。温度センサＴ１の測定結果は、収集手段５を用いて収集し、運転制御装置４が読み出し可能に記憶手段６に記憶しておくこともできる。本実施形態では、蓄熱装置２の内部で湯水は温度成層を形成しておらず、ほぼ均一になっているものとする。従って、温度センサＴ１で測定される温度が、蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給されて循環される湯水の温度となる。
【００２１】
更に、熱媒循環路３には、複数の消費者設備１０に向けて分岐する複数の往路３ａよりも上流側（即ち、分岐前の熱媒循環路３）と、複数の消費者設備１０から帰還した複数の復路３ｂの合流箇所よりも下流側（即ち、合流後の熱媒循環路３）とを接続する接続路３ｃとが設けられている。接続路３ｃには、流量調節弁Ｖ２が設けられている。そして、運転制御装置４は、流量調節弁Ｖ２の動作を制御して、蓄熱装置２から熱媒循環路３へ流出した後であり且つ消費者設備１０に設けられる熱交換器１３に流入する前の湯水に対して、その湯水よりも温度の低い水を加える。特に本実施形態では、運転制御装置４は、流量調節弁Ｖ２の動作を制御して、蓄熱装置２から熱媒循環路３へ流出した後であり且つ消費者設備１０に設けられる熱交換器１３に流入する前の湯水に対して、消費者設備１０に設けられる熱交換器１３から流出した後であり且つ蓄熱装置２に流入する前の湯水を加える。
【００２２】
具体的には、運転制御装置４が流量調節弁Ｖ２の開度を調節することで、複数の消費者設備１０から合流した後の比較的低温の湯水が流れる復路３ｂから、蓄熱装置２に貯えられている比較的高温の湯水が流れる往路３ａに接続路３ｃを介して流入する湯水の量が調節される。つまり、運転制御装置４が流量調節弁Ｖ２の開度を調節することで、熱媒循環路３を介して各消費者設備１０の熱交換器１３に供給される湯水の温度が調節される。この温度調節後の湯水の温度は温度センサＴ２で計測可能であり、その計測結果は運転制御装置４に伝達される。従って、運転制御装置４は、温度センサＴ２で計測される湯水の温度が所望の温度となるように、流量調節弁Ｖ２の開度を調節できる。このように、流量調節弁Ｖ２は、熱媒循環路３における湯水の循環状態を調節する循環状態調節装置Ｃとして機能している。
【００２３】
次に、消費者設備１０の構成について説明する。
消費者設備１０は、熱媒循環路３を通流する湯水と消費者設備１０の内部で供給される低温の給水とが熱交換可能な熱交換器１３を有している。具体的には、熱交換器１３には熱媒循環路３の往路３ａが引き込まれ、熱交換器１３から出た部分が熱媒循環路３の復路３ｂとなる。消費者設備１０が有する熱消費装置１１には、給水が熱交換器１３で加熱された後に得られる湯水が供給される。その際、必要に応じて、熱交換器１３で加熱された後に得られる湯水に対してミキシングユニット１４で給水が加えられた上で、或いは、熱交換器１３で加熱された後の湯水に対して熱源機１２で更に加熱された上で熱消費装置１１に供給される。熱源機１２としては、例えばガスなどの燃料を燃焼した際の燃焼熱を利用する湯沸器などを利用できる。
【００２４】
消費者設備１０において、熱交換器１３に引き込まれる熱媒循環路３の往路３ａの部分に湯水の流入温度を測定する流入温度センサＴｉｎと湯水の流量を測定する流量計Ｍとが設けられ、熱交換器１３から引き出された熱媒循環路３の復路３ｂの部分に湯水の流出温度を測定する流出温度センサＴｏｕｔが設けられている。流入温度センサＴｉｎ、流量計Ｍ及び流出温度センサＴｏｕｔの測定結果は、設定タイミング毎に収集手段５によって収集される。ここで、熱交換器１３への湯水の流入温度及び流出温度の間の温度差と流量との積を導出すると、熱媒循環路３を通流する湯水が消費者設備１０の熱交換器１３で失った熱量、即ち、消費者の熱需要となる。つまり、収集手段５が設定タイミング毎に収集する流入温度センサＴｉｎ、流量計Ｍ及び流出温度センサＴｏｕｔの測定結果は、熱需要に関する情報と言える。更に、運転制御装置４は、収集手段５が設定タイミング毎に収集した上記熱需要に関する情報を記憶手段６に記憶させることができる。操作部１５は、熱消費装置１１の予約運転に関する設定情報（例えば、風呂湯張り時刻、湯温、湯量など）を操作入力するためのものである。
【００２５】
運転制御装置４は、収集手段５が設定タイミング毎に収集した上記熱需要に関する情報を記憶手段６にそのまま（即ち、流入温度センサＴｉｎ、流量計Ｍ及び流出温度センサＴｏｕｔの測定結果のまま）記憶させておくか、或いは、上述したように消費者の熱需要を逐次導出して、その結果を記憶手段６に記憶させておくことができる。運転制御装置４、収集手段５及び記憶手段６は、コンピュータなどの情報処理装置を用いて実現できる。
【００２６】
図２〜図４は、消費者設備１０における熱交換器１３の熱交換能力を変化させた場合の、時刻１８時から時刻２４時の間における熱需要と蓄熱量と湯水の温度との時間的な変化のシミュレーション結果を示すグラフである。尚、図３及び図４は、図２の比較例として示す。図２〜図４において、複数の消費者による合計の予測熱需要を「黒三角印」で示し、温度センサＴ２で測定される湯水の温度（即ち、配管送り温度）のシミュレーション結果を「白四角印」で示し、蓄熱装置２での蓄熱量のシミュレーション結果を「黒丸印」で示す。
【００２７】
図２〜図４に示すシミュレーション結果は、具体的には、１日の中の特定の循環時間帯の間、基準蓄熱量を蓄えている蓄熱装置２から湯水を基準流量で熱媒循環路３に継続的に供給して循環させ、それにより熱交換器１３での熱交換に伴う湯水の温度低下が消費者による予測熱需要に対応して発生すると想定した場合の、蓄熱量と湯水の温度との時間的な変化のシミュレーション結果のグラフである。本実施形態において、上記循環時間帯は、後述するように時刻１８時から時刻２３時２０分の間である。また、上記基準蓄熱量は、１日に太陽熱集熱器１から蓄熱装置２に蓄熱されると予測される蓄熱量のことであり、本実施形態では３００ｋＷｈである。更に、上記基準流量は、熱媒循環路３から各熱交換器１３に流入する湯水の流量であり、本実施形態では３リットル／分としている。尚、各熱交換器１３は、熱媒循環路３に設けられる定流量弁Ｖ１から見て並列に接続されているため、熱交換器１３が例えばＸ台接続されているならば、定流量弁Ｖ１では３×Ｘ（リットル／分）の湯水を通流させればよい。
以下に、熱需要（予測熱需要）、湯水の温度（即ち、配管送り温度）のシミュレーション結果、蓄熱装置２での蓄熱量のシミュレーション結果について具体的に説明する。
【００２８】
図２〜図４において黒三角印で示す熱需要は、複数の消費者による合計の予測熱需要である。上述のように、運転制御装置４は、各消費者設備１０の熱交換器１３への湯水の流入温度及び流出温度の間の温度差と流量との積を導出することで、各消費者の過去の熱需要を知ることができる。従って、運転制御装置４は、設定タイミング毎に収集された過去の熱需要に関する情報を参照して、各消費者の将来の予測熱需要を導出でき、更に、複数の消費者による合計の予測熱需要を導出できる。
【００２９】
図２〜図４において黒丸印で示す蓄熱量は、蓄熱装置２に蓄えられている熱量のシミュレーション結果である。図示するように、循環時間帯が開始されて各消費者での熱消費が開始されるにつれて、蓄熱装置２での蓄熱量は減少する。尚、運転制御装置４は、実際の蓄熱装置２での蓄熱量を、温度センサＴ１で測定される温度と、蓄熱装置２に貯えられている既知の湯水の量との積から導出することもできる。
【００３０】
図２〜図４において白四角印で示す配管送り温度は、温度センサＴ２で測定される部位での湯水の温度のシミュレーション結果である。本実施形態では、循環時間帯の開始前において蓄熱装置２に７５℃の湯水が貯えられている状態を想定している。そして、運転制御装置４が流量調節弁Ｖ２の開度を制御することで、温度センサＴ２で測定される部位での湯水の温度を５０℃に調節し、その５０℃の湯水を消費者設備１０の熱交換器１３へ流入させる状態を想定している。例えば、図２に示す例では、時刻１８時から時刻２０時頃までは、運転制御装置４によって、蓄熱装置２に貯えられている７５℃の湯水が、５０℃の湯水へと温度低下された後で各消費者設備１０へと供給される。
【００３１】
その後、熱媒循環路３において湯水の循環を開始すると、蓄熱装置２には熱媒循環路３の復路３ｂを介して低温の湯水が帰還するため、蓄熱装置２に貯えられている湯水の温度は徐々に低下する。但し、この時刻１８時から時刻２０時頃までは、蓄熱装置２に貯えられている湯水の温度は未だ５０℃未満にまでは低下していないため、流量調節弁Ｖ２を用いた温度調節後の湯水の温度（即ち、図２に示す配管送り温度）は５０℃に調節できる。ところが、時刻２０時を越えると、蓄熱装置２に貯えられている湯水の温度が５０℃未満に低下するため、運転制御装置４は、最終的に流量調節弁Ｖ２を閉止しても、温度センサＴ２で測定される部位での湯水の温度を５０℃に調節できなくなる。そのため、運転制御装置４は、時刻２０時を越えると、流量調節弁Ｖ２を用いた温度調節を行わず、蓄熱装置２に貯えられている湯水をそのままの温度で各消費者設備１０の熱交換器１３に流入させるようにする。つまり、時刻２０時を越えると、蓄熱装置２に貯えられている湯水の温度が図２に示す配管送り温度となり、その温度は徐々に低下する。
【００３２】
〔循環時間帯〕
次に、熱媒循環路３に湯水を循環させる循環時間帯をどのように決定するのかについて説明する。
上述のように、通常、太陽熱集熱器１は日の出時刻付近から日没時刻付近までの間に太陽熱を集め、その熱が蓄熱装置２へ供給されて蓄熱される。これに対して、図２〜図４の熱需要のグラフ（黒三角印）で示したように、通常、消費者が熱を大量に消費するのは夕方から夜の時間帯である。従って、昼間の時間帯に太陽熱集熱器１で集められた熱を蓄熱装置２に蓄熱し、それと同時に蓄熱装置２から熱媒循環路３へと湯水の循環を常時行わせていると、多くの消費者が夜の時間帯に熱消費を行うまでの間、熱媒循環路３を循環通流する湯水はほとんど消費されることなく単に放熱されるだけとなる。そこで、本実施形態では、各消費者が１日の中で熱を大量に消費しようとする特定の時間帯のみ湯水を循環させることで、余分な放熱ロスの発生を回避することを想定している。
【００３３】
本実施形態において、熱媒循環路３に湯水を循環させる循環時間帯の開始タイミング、即ち、循環開始タイミングは、複数の消費者による合計の熱需要が設定量以上に増加するタイミングに対応する。つまり、熱媒循環路３での湯水循環を開始させる循環開始タイミングは、複数の消費者における過去の熱需要に関する情報を参照して導出される、複数の消費者による合計の予測熱需要が設定量以上に増加するタイミングに決定される。このように、複数の消費者における過去の熱需要に関する情報を参照することで、実際に複数の消費者の熱需要が大きくなるタイミングを正確に把握できる。また、熱媒循環路３に湯水を循環させる循環時間帯の終了タイミング、即ち、循環停止タイミングは、複数の消費者による合計の熱需要が設定量未満に低下するタイミングに対応する。つまり、熱媒循環路３での湯水循環を開始させる循環停止タイミングは、複数の消費者における過去の熱需要に関する情報を参照して導出される、複数の消費者による合計の予測熱需要が設定量未満に低下するタイミングに決定される。
【００３４】
図２〜図４に示す例では、複数の消費者による合計の予測熱需要が設定量（図中において一点鎖線で示す）以上に増加するのは、時刻１８時になるタイミングである。従って、循環時間帯の開始タイミングは時刻１８時に決定される。また、複数の消費者による合計の予測熱需要が設定量未満に低下するのは、時刻２３時２０分になるタイミングである。従って、循環時間帯の終了タイミングは時刻２３時２０分に決定される。つまり、１８時から２３時２０分の時間帯を、蓄熱装置２から熱媒循環路３へ湯水を供給して循環させる上記特定の時間帯とする。この設定量のレベルは、運転制御装置４が適宜設定可能である。例えば、この設定量は、複数の消費者による１日の合計の予測熱需要量に対して設定割合となるレベルに設定できる。このように設定すると、各消費者が１日の中で熱を大量に消費しようとしたタイミングに合わせて蓄熱装置２から熱媒循環路３へ湯水を供給して循環させることができ、その結果、太陽熱集熱器１で集めた熱を、余分な放熱ロスの発生を回避しながら蓄熱装置２から各消費者へ有効に供給できる。
【００３５】
〔熱交換器の熱交換能力〕
以下に、図２〜図４に示すシミュレーション結果を参照して、熱交換器１３の熱交換能力をどのように設定すれば良いのかについて説明する。
本実施形態において、熱交換器１３は、熱媒循環路３を循環する湯水から消費者設備１０において加熱対象とする流体が受領することができる熱量の最大を制限する受領熱量制限手段として構成されている。具体的には、熱交換器１３の熱交換能力は、特定の循環時間帯の間、基準蓄熱量を蓄えている蓄熱装置２から湯水を基準流量で熱媒循環路３に継続的に供給して循環させ、それにより熱交換器１３での熱交換に伴う湯水の温度低下が消費者による予測熱需要に対応して発生すると想定した場合に、特定の循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度が基準温度範囲内となるように設定されることが好ましい。
【００３６】
そこで、本実施形態では、上述したように、循環時間帯を時刻１８時から２３時２０分とし、基準蓄熱量を３００ｋＷｈとし、基準流量を３リットル／分とし、本例では基準温度範囲を２２℃〜２５℃とした場合において、図中に黒三角印で示す消費者による予測熱需要に対応して熱交換器１３での熱交換に伴う湯水の温度低下が発生すると想定した場合に、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度がどのような値になるのかを示すシミュレーション結果を得た。そして、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度（シミュレーション結果）が、上記基準温度範囲内にあるか否かを判定して、熱交換器１３の熱交換能力がどの程度であれば良いのかを判定した。
【００３７】
例えば、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる熱媒の温度が高過ぎる状態は、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２に残存している熱が多過ぎる状態であることを意味する。つまり、太陽熱集熱器１で集め、蓄熱装置２で蓄えた熱が消費者に充分に活用されなかった（即ち、蓄えた熱が無駄になった）ことを意味する。これに対して、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる熱媒の温度が低過ぎる状態は、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２に残存している熱が少な過ぎる状態であることを意味する。つまり、循環時間帯の終期には、各消費者に十分な熱量を供給できなかった（即ち、熱の公平な分配が行われなかった）ことを意味する。
【００３８】
図２は熱交換器１３の熱交換能力が０．７ｋＷ／Ｋに設定されている場合、図３は熱交換器１３の熱交換能力が１．５ｋＷ／Ｋに設定されている場合、図４は熱交換器１３の熱交換能力が０．３ｋＷ／Ｋに設定されている場合のシミュレーション結果を示す。本実施形態で用いている熱交換能力の単位は〔ｋＷ／Ｋ〕であり、単位温度差当たりの移動熱量を表している。従って、図２〜図４に示した例で最も熱交換能力が高いのは、図３の１．５ｋＷ／Ｋの場合であり、最も熱交換能力が低いのは、図４の０．３ｋＷ／Ｋの場合である。
【００３９】
熱交換器１３の熱交換能力が高いほど、消費者は熱交換器１３において大きな熱量を受領できるようになる。つまり、熱交換器１３の熱交換能力が高いほど、蓄熱装置２での蓄熱量の減少速度は相対的に速くなる。これに対して、熱交換器１３の熱交換能力が低いほど、消費者は熱交換器１３において小さな熱量しか受領できなくなる。つまり、熱交換器１３の熱交換能力が低いほど、蓄熱装置２での蓄熱量の減少速度は相対的に遅くなる。
【００４０】
図２に示すシミュレーション結果のグラフは、熱交換器１３の熱交換能力が０．７ｋＷ／Ｋに設定されている場合の結果である。図２に示す例では、循環時間帯の終了時点（２３時２０分）：ＴEにおいて蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度が、上限温度（２５℃）と下限温度（２２℃）とで規定される基準温度範囲内となる。従って、０．７ｋＷ／Ｋという値は、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度が基準温度範囲の下限温度以上且つ上限温度以下となるような熱交換器１３の熱交換能力であると言える。この基準温度範囲の上限温度及び下限温度は適宜設定可能である。但し、基準温度範囲の上限温度及び下限温度は、少なくとも各消費者設備１０において加熱対象とする流体（給水）の温度よりも高い温度でなければならない。例えば、その給水温度よりも１３℃だけ高い温度を上記上限温度と設定し、及び、その給水温度よりも１０℃だけ高い温度を上記下限温度に設定することもできる。
【００４１】
熱交換器１３の熱交換能力を高くして各消費者が相対的に大きな熱量を受領できるようにすることで、蓄熱装置２での蓄熱量の減少速度が相対的に速くなったとしても、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度は基準温度範囲の下限温度以上であることが確保される。従って、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２に残存している熱が少な過ぎる状態になることが回避されるので、循環時間帯の終期であっても各消費者に十分な熱量を供給できるようになる。このように、熱交換器１３の熱交換能力の上限は、循環時間帯の間、上記基準蓄熱量を蓄えている蓄熱装置２から湯水を上記基準流量で熱媒循環路３に継続的に供給して循環させ、それにより熱交換器１３での熱交換に伴う湯水の温度低下が消費者による予測熱需要に対応して発生すると想定した場合に、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度が基準温度範囲の下限温度以上となるような能力であることが好ましい。
【００４２】
また、熱交換器１３の熱交換能力を低くして各消費者が相対的に小さな熱量しか受領できないようにすることで、蓄熱装置２での蓄熱量の減少速度が相対的に遅くなったとしても、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度は基準温度範囲の上限温度以下であることが確保される。従って、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２に残存している熱が多過ぎる状態になることが回避されるので、蓄えた熱が消費者に活用されずに無駄になるような状態を無くすことができる。このように、熱交換器１３の熱交換能力の下限は、循環時間帯の間、上記基準蓄熱量を蓄えている蓄熱装置２から湯水を上記基準流量で熱媒循環路３に継続的に供給して循環させ、それにより熱交換器１３での熱交換に伴う湯水の温度低下が消費者による予測熱需要に対応して発生すると想定した場合に、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度が基準温度範囲の上限温度以下となるような能力であることが好ましい。
【００４３】
以上のように、本実施形態の場合、図２に例示した０．７ｋＷ／Ｋという熱交換能力を有する熱交換器１３を採用すると、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２に残存している熱が多過ぎることも無く且つ少な過ぎることもない状態が得られる。その結果、蓄熱装置２に蓄えた熱が各消費者に活用されずに無駄になることもなく且つ熱が各消費者に対して不公平に配分されることもなくなる。
【００４４】
図３に比較例として示すシミュレーション結果は、熱交換器１３の熱交換能力が１．５ｋＷ／Ｋに設定されている場合の結果である。図３に示す例では、蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度が基準温度範囲の上限値以下にまで低下する時刻：ＴUは、約２１時１０分となる。加えて、蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度が基準温度範囲の下限値未満にまで低下となる時刻：ＴLは、約２１時５０分となる。つまり、約２１時５０分以前は、各消費者に対して基準温度範囲の下限値以上の温度の湯水を供給できるが、約２１時５０分より後は、各消費者に対して基準温度範囲の下限値未満の温度の湯水しか供給できない。従って、１８時から２３時２０分までの循環時間帯の中で、約２１時５０分以前に熱を消費した消費者と、約２１時５０分より後に熱を消費しようとした消費者との間で、熱の分配に不公平が生じてしまう。
【００４５】
図４に比較例として示すシミュレーション結果は、熱交換器１３の熱交換能力が０．３ｋＷ／Ｋに設定されている場合の結果である。図４に示す例では、蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度が基準温度範囲の上限値以下にまで低下する時刻：ＴUは、循環時間帯の終了時点：ＴEになってもまだ訪れていない。つまり、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２に残存している熱が多過ぎる状態となっている。
【００４６】
以上のように、熱交換器１３での各消費者の受領熱量の制限によって、蓄熱装置２に蓄えられている蓄熱量の単位時間当たりの減少度合いを適切なものとして、特定の時間帯の初期及び終期に関わらず蓄熱装置には蓄熱量が残存している状態（即ち、各消費者に熱を充分に供給可能な状態）を確保できる。特に、熱交換器１３の熱交換能力が、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度が基準温度範囲内となるように設定されているので、循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２に残存している熱が多過ぎることも無く且つ少な過ぎることもない状態が得られる。その結果、蓄熱装置２に蓄えた熱が各消費者に活用されずに無駄になることもなく且つ熱が各消費者に対して不公平に配分されることもなくなる。
【００４７】
〔熱交換器への湯水流量〕
本実施形態の熱供給システムＳ１において、各消費者に対して実際に熱を供給する段階で、運転制御装置４は、熱媒循環路３に湯水を循環させる間の循環状態調節装置Ｃの動作を蓄熱装置２での蓄熱量に応じて制御する。具体的には、運転制御装置４は、特定の循環時間帯の開始前における蓄熱装置２での蓄熱量が多いほど、単位時間当たりに熱交換器１３に流入する湯水の流量が多くなるように循環状態調節装置Ｃの動作を制御する。
【００４８】
図５は、熱交換器１３に流入する湯水（熱媒）の流量を変化させると、蓄熱装置２での蓄熱量の低下度合いが変わることを説明するシミュレーション結果のグラフである。具体的には、図５は、同じ予測熱需要に対して熱を供給するに当たり、熱交換器１３に流入する湯水（熱媒）の流量を調節して変化させたときの蓄熱装置２での蓄熱量の推移がどのように異なるかを示すシミュレーション結果である。図５では、熱媒循環路３から各熱交換器１３に流入する湯水の流量を、循環時間帯の開始前における蓄熱装置２での蓄熱量が３００ｋＷｈのときには３リットル／分とし、循環時間帯の開始前における蓄熱装置２での蓄熱量が２００ｋＷｈのときには２リットル／分とした場合の２通りのシミュレーション結果を示す。
【００４９】
図５から明らかなように、熱交換器１３に流入する湯水の流量が多い３リットル／分の方が蓄熱装置２での蓄熱量の単位時間当たりの減少度合いが急になり、熱媒循環路３から各熱交換器１３に流入する湯水の流量を２リットル／分と相対的に少なくした場合には蓄熱装置２での蓄熱量の単位時間当たりの減少度合いが相対的に緩やかになる。そして、熱媒循環路３から各熱交換器１３に流入する湯水の流量を３リットル／分とした場合及び２リットル／分とした場合の何れの場合でも、循環時間帯の終了時点：ＴEで残存している蓄熱量は同程度となる。つまり、循環時間帯の開始前における蓄熱装置２での蓄熱量が１００ｋＷｈ異なっていても、循環時間帯において熱媒循環路３から各熱交換器１３に流入する湯水の流量を調節することで、循環時間帯の終了時点で残存している蓄熱量を同程度にできる。
【００５０】
以上のように、運転制御装置４は、循環時間帯の開始前における蓄熱装置２での蓄熱量が多いほど、循環状態調節装置Ｃとしての定流量弁Ｖ１の開度を調節して、単位時間当たりに熱交換器１３に流入する湯水の流量が多くすることで、各消費者に分配される熱量を多く（即ち、蓄熱装置２での蓄熱量の単位時間当たりの減少度合いを急に）できる。言い換えると、運転制御装置４は、循環時間帯の開始前における蓄熱装置２での蓄熱量が多いほど各消費者に分配される熱量を多くすることで、熱媒循環路３を介して各消費者への熱供給が行われる特定の循環時間帯の終了時点において、蓄熱装置２に多量の熱が残存するような事態を避けることができる。
逆の観点から説明すると、運転制御装置４は、蓄熱装置２での蓄熱量が少ないほど、単位時間当たりに熱交換器１３に流入する湯水の流量を少なくして、各消費者に分配される熱量を相対的に少なく（即ち、蓄熱装置２での蓄熱量の単位時間当たりの減少度合いを緩やかに）すればよい。その結果、特定の循環時間帯の何れのタイミングで消費者が熱消費を行おうとしても、特に循環時間帯の終期であっても、蓄熱装置２には消費者が使用できる熱が残存している状態を確保できる。
【００５１】
尚、熱供給システムＳを実際に運用する段階では、蓄熱装置２での蓄熱量と、単位時間当たりに熱交換器１３に流入させるべき湯水の流量との関係を予めメモリ（図示せず）に記憶しておけばよい。そして、運転制御装置４が、循環時間帯の開始前に蓄熱装置２での蓄熱量を計測し、更に、計測した蓄熱量の値とメモリに記憶されている上記関係とを参照して、循環状態調節装置Ｃとしての定流量弁Ｖ１の開度（即ち、単位時間当たりに熱交換器１３に流入する湯水の流量）を決定すればよい。
【００５２】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の熱供給システムは、運転制御装置による循環状態調節装置の動作制御の手法が上記第１実施形態と異なっており、熱供給システムの構成などは上記第１実施形態と同様である。以下に第２実施形態の熱供給システムについて説明するが、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００５３】
上記第１実施形態で説明したように、熱交換器１３の熱交換能力は単位温度差当たりの移動熱量で表すことができる。従って、同じ熱交換能力を有する熱交換器１３を用いたとしても、熱交換器１３に流入して熱交換する２つの流体の温度、即ち、熱媒循環路３の往路３ａを通流する湯水の温度と、消費者設備１０において加熱対象とする流体（給水）の温度との温度差が大きいほど、熱媒循環路３の往路３ａを通流する湯水から消費者設備１０において加熱対象とする流体（給水）への単位時間当たりの移動熱量が大きくなる。そして、熱媒循環路３の往路３ａを通流する湯水から消費者設備１０において加熱対象とする流体（給水）への単位時間当たりの移動熱量が大きくなれば、蓄熱装置２での蓄熱量の減少度合いも急になる。
【００５４】
第２実施形態の熱供給システムにおいて、運転制御装置４は、特定の循環時間帯の開始前における蓄熱装置２での蓄熱量が多いほど、熱交換器１３に流入する湯水の温度が高くなるように循環状態調節装置Ｃの動作を制御する。
【００５５】
図６は、配管送り温度（即ち、熱交換器１３に流入する湯水の温度）を７５℃と設定した場合の、熱需要と蓄熱量と熱媒の温度との時間的な変化のシミュレーション結果を示すグラフである。図６に示す例では、循環時間帯の開始前において蓄熱装置２に７５℃の湯水で３００ｋＷｈの熱量が蓄えられているものとする。
図７は、配管送り温度を４５℃と設定した場合の、熱需要と蓄熱量と熱媒の温度との時間的な変化のシミュレーション結果を示すグラフである。図７に示す例では、循環時間帯の開始前において蓄熱装置２に７５℃の湯水で２５０ｋＷｈの熱量が蓄えられているものとする。
【００５６】
図６に示す例（蓄熱量が３００ｋＷｈの例）では、蓄熱装置２に７５℃の湯水が貯えられており且つ配管送り温度を７５℃と設定しているため、白四角印で示すように、循環時間帯の開始時点では７５℃の湯水を熱交換器１３へと供給できるが、その後、蓄熱装置２に貯えられている湯水の温度が低下して７５℃未満となる。そのため、蓄熱装置２に貯えられている最高温度の湯水（７５℃未満の湯水）の温度が図６に示す配管送り温度となり、その温度は徐々に低下する。但し、蓄熱装置２から熱交換器１３へは、蓄熱装置２に貯えられている最高温度の湯水を供給しているため、各熱交換器１３において単位時間当たりに各消費者に分配される熱量は最大になっている。
【００５７】
このように、図６に示す例では、配管送り温度を７５℃という高温に設定することで、蓄熱装置２から熱交換器１３へは、蓄熱装置２に貯えられている最高温度の湯水を供給して、各熱交換器１３において単位時間当たりに各消費者に分配される熱量を最大としているため、黒丸印で示すように、蓄熱装置２での蓄熱量の単位時間当たりの減少度合いが急になる。
【００５８】
図７に示す例（蓄熱量が２５０ｋＷｈの例）では、蓄熱装置２に７５℃の湯水が貯えられており且つ配管送り温度を４５℃と設定しているため、白四角印で示すように、循環時間帯の開始時点からしばらくの間では４５℃の湯水を熱交換器１３へと供給し続けることができる。具体的には、蓄熱装置２に貯えられている湯水の温度が４５℃より高ければ、上述したのと同様の流量調節弁Ｖ２を用いた温度調節を行うことで、その温度調節後の湯水の温度（即ち、図７に示す配管送り温度）を４５℃に調節できる。但し、蓄熱装置２に貯えられている湯水の温度が４５℃未満に低下した後は、蓄熱装置２に貯えられている４５℃未満の湯水の温度が図７に示す配管送り温度となり、その温度は徐々に低下する。
【００５９】
このように、図７に示す例では、蓄熱装置２において循環時間帯の開始時点では７５℃の湯水を貯えながらも、配管送り温度をそれよりも低い４５℃と設定することで、各熱交換器１３において単位時間当たりに各消費者に分配される熱量が相対的に低く制限される。その結果、図７において黒丸印で示すように、蓄熱装置２での蓄熱量の単位時間当たりの減少度合いが相対的に緩やかになる。
【００６０】
図８は、熱交換器に流入する湯水（熱媒）の温度を変化させたときの、蓄熱装置での蓄熱量の低下度合いのシミュレーション結果のグラフである。具体的には、図８には、図６に示した配管送り温度が７５℃の場合の蓄熱量の時間的変化の曲線（黒丸印）と、図７に示した配管送り温度が４５℃の場合の蓄熱量の時間的変化の曲線（白丸印）とを対比して示す。
図８から明らかなように、熱交換器１３に流入する湯水の温度が高い７５℃の方が蓄熱装置２での蓄熱量の単位時間当たりの減少度合いが急になり、熱媒循環路３から各熱交換器１３に流入する湯水の温度を４５℃と相対的に低くした場合には蓄熱装置２での蓄熱量の単位時間当たりの減少度合いが相対的に緩やかになる。そして、熱媒循環路３から各熱交換器１３に流入する湯水の温度を７５℃とした場合及び４５℃とした場合の何れの場合でも、循環時間帯の終了時点：ＴEで残存している蓄熱量は同程度となる。つまり、循環時間帯の開始前における蓄熱装置２での蓄熱量が５０ｋＷｈ異なっていても、循環時間帯において熱媒循環路３から各熱交換器１３に流入する湯水の温度を調節することで、循環時間帯の終了時点で残存している蓄熱量を同程度にできる。
【００６１】
以上のように、運転制御装置４は、循環時間帯の開始前における蓄熱装置２での蓄熱量が多いほど、循環状態調節装置Ｃとしての流量調節弁Ｖ２の開度を調節して、温度センサＴ２で測定される熱交換器１３に流入する湯水の温度を高くすることで、各消費者に分配される熱量を多く（即ち、蓄熱装置２での蓄熱量の減少度合いを急に）できる。言い換えると、運転制御装置４は、循環時間帯の開始前における蓄熱装置２での蓄熱量が多いほど各消費者に分配される熱量を多くすることで、熱媒循環路３を介して各消費者への熱供給が行われる特定の循環時間帯の終了時点において、蓄熱装置２に多量の熱が残存するような事態を避けることができる。
逆の観点から説明すると、運転制御装置４は、蓄熱装置２での蓄熱量が少ないほど、熱交換器１３に流入する湯水の温度を低くして、単位時間当たりに各消費者に分配される熱量を相対的に少なく（即ち、蓄熱装置２での蓄熱量の減少度合いを緩やかに）すればよい。その結果、特定の循環時間帯の何れのタイミングで消費者が熱消費を行おうとしても、特に循環時間帯の終期であっても、蓄熱装置２には消費者が使用できる熱が残存している状態を確保できる。
【００６２】
尚、熱供給システムＳを実際に運用する段階では、蓄熱装置２での蓄熱量と、熱交換器１３に流入させるべき湯水の温度との関係を予めメモリ（図示せず）に記憶しておけばよい。そして、運転制御装置４が、循環時間帯の開始前に蓄熱装置２での蓄熱量を計測し、更に、計測した蓄熱量の値とメモリに記憶されている上記関係とを参照して、循環状態調節装置Ｃとしての流量調節弁Ｖ２の開度（即ち、熱交換器１３に流入する湯水の温度）を決定すればよい。
【００６３】
＜１＞
上記実施形態において、太陽熱集熱器１が集めた熱以外の熱を蓄熱装置２で蓄えるように改変してもよい。例えば、図９は、別の熱供給システムＳ２（Ｓ）の構成を説明する図である。図９に示す熱供給システムＳ２は、熱源装置として、熱と電気とを併せて発生する熱電併給装置２０を備え、その熱電併給装置２０が発生した熱が蓄熱装置２に蓄えられるように構成されている。具体的には、図９に記載の熱供給システムＳ２では、熱媒循環路３の途中に三方弁８を設けることで、熱媒循環路３から熱媒路２１を分岐させている。熱媒路２１には熱電併給装置２０が接続されることで、蓄熱装置２から熱電併給装置２０へ湯水が供給可能となっている。また、それとは別に熱電併給装置２０と蓄熱装置２とを接続する熱媒路２２を設けることで、熱電併給装置２０で加熱された湯水が蓄熱装置２へと帰還するようになっている。蓄熱装置２に貯留されている湯水が熱電併給装置２０へと流入し、その後、蓄熱装置２へと帰還する際の湯水の流れは、熱媒路２２に設けられているポンプＰ３によって形成される。熱電併給装置２０としては、燃料電池や、原動機と発電機とを組み合わせた装置などを採用できる。また、熱源装置として、熱電併給装置２０ではなく例えばヒートポンプ装置やガスボイラーなどの他の装置を設けてもよい。或いは、１台の熱源装置ではなく、複数の熱源装置（熱電併給装置２０、ヒートポンプ装置、ガスボイラーなどの組み合わせ）を併設してもよい。
以上のように、熱供給システムＳ２が、太陽熱集熱器１が集めた熱以外の熱を蓄熱装置２で蓄えることで、上記循環時間帯の開始前における蓄熱装置２での蓄熱量を大きく確保できる。その結果、より規模の大きい集合住宅にも対応可能な熱供給システムとなる。
【００６４】
尚、図９に示した例において、熱電併給装置２０に流入する湯水を、熱媒循環路３の途中の三方弁８から分岐させる構成ではなく、熱媒循環路３とは別に、蓄熱装置２と熱電併給装置２０との間で湯水を循環させる循環路を独立して設ける構成に改変してもよい。また、蓄熱装置２の内部に追加の熱交換器を設け、且つ、熱電併給装置２０と蓄熱装置２の内部の上記追加の熱交換器との間で熱媒を循環させることで、その熱媒と蓄熱装置２に貯えられている湯水との熱交換（即ち、蓄熱装置２に貯えられている湯水の加熱）を行わせるような改変も可能である。
【００６５】
＜２＞
上記実施形態において、様々な種類の太陽熱集熱器１や蓄熱装置２を用いることができる。例えば、図１では、太陽熱集熱器１として強制循環型の平板型集熱器を想定した図を描いているが、現在用いられている様々な種類の太陽熱集熱器１を本発明の熱供給システムＳで利用できる。また、図１では、蓄熱装置２として開放式の貯水タンクを想定した図を描いているが、密閉式の貯水タンクを用いてもよい。そして、蓄熱装置２の内部で温度成層が形成されるように湯水を貯めてもよい。その場合、蓄熱装置２に貯えられている高温部分の湯水が熱媒循環路３へ供給され、且つ、温度センサＴ１は、その蓄熱装置２から熱媒循環路３に供給される湯水の温度を測定できる位置に設けておくことが好ましい。
【００６６】
＜３＞
上記実施形態において、特定の循環時間帯の終了時点において蓄熱装置２から熱媒循環路３へ供給して循環させることができる湯水の温度のシミュレーション結果を得るために、幾つかの基準となる数値を例示したが、それらの数値は適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、基準蓄熱量を３００ｋＷｈとし、基準流量を３リットル／分とし、基準温度範囲を２２℃〜２５℃とした場合でのシミュレーション結果を示したが、この熱供給システムＳが設けられる集合住宅の規模や季節や各消費者の予測熱需要などの様々な要因に基づいて各数値は適宜変更してもよい。
【００６７】
＜４＞
上記実施形態において、各消費者設備１０の熱交換器１３に供給される湯水の温度を調節するために、蓄熱装置２に貯えられている比較的高温の湯水が流れる往路３ａに接続路３ｃを介して低温の熱媒を流入させる例を説明したが、図示した接続路３ｃ以外の部位からその低温の熱媒を得てもよい。また、別途、上水（即ち、低温の熱媒）を導入する配管を熱媒循環路３の往路３ａに接続することで、各消費者設備１０の熱交換器１３に供給される湯水の温度を調節してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、複数の消費者に対して熱を供給する熱供給システムに利用できる。
【符号の説明】
【００６９】
１ 太陽熱集熱器
２ 蓄熱装置
３ 熱媒循環路
４ 運転制御装置
１０ 消費者設備
１１ 熱消費装置
１３ 熱交換器
Ｐ１ ポンプ（循環状態調節装置 Ｃ）
Ｓ 熱供給システム
Ｖ１ 定流量弁（循環状態調節装置 Ｃ）
Ｖ２ 流量調節弁（循環状態調節装置 Ｃ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の消費者に熱を供給する熱供給システムであって、
太陽熱を集める太陽熱集熱器と、
熱媒を貯え、前記太陽熱集熱器が集めた熱を前記熱媒を用いて蓄える蓄熱装置と、
前記蓄熱装置が貯えている前記熱媒を、それぞれが熱消費装置を有する複数の消費者の消費者設備に循環可能にさせる熱媒循環路と、
前記消費者設備の夫々に設けられ、前記熱媒循環路を循環する前記熱媒と、当該消費者設備において加熱対象とする流体との間の熱交換を行う熱交換器と、
前記熱媒循環路における前記熱媒の循環状態を調節する循環状態調節装置と、
前記循環状態調節装置の動作を制御して、１日の中の特定の時間帯にのみ前記熱媒循環路に前記熱媒を循環させる運転制御装置とを備え、
前記運転制御装置は、前記熱媒循環路に前記熱媒を循環させる間の前記循環状態調節装置の動作を前記蓄熱装置での蓄熱量に応じて制御する熱供給システム。
【請求項２】
前記運転制御装置は、前記特定の時間帯の開始前における前記蓄熱装置での蓄熱量が多いほど、単位時間当たりに前記熱交換器に流入する前記熱媒の流量が多くなるように前記循環状態調節装置の動作を制御する請求項１に記載の熱供給システム。
【請求項３】
前記運転制御装置は、前記特定の時間帯の開始前における前記蓄熱装置での蓄熱量が多いほど、前記熱交換器に流入する前記熱媒の温度が高くなるように前記循環状態調節装置の動作を制御する請求項１又は２に記載の熱供給システム。
【請求項４】
前記運転制御装置は、前記循環状態調節装置の動作を制御して、前記蓄熱装置から前記熱媒循環路へ流出した後であり且つ前記消費者設備に設けられる前記熱交換器に流入する前の熱媒に対して、当該熱媒よりも温度の低い熱媒を加える請求項３に記載の熱供給システム。
【請求項５】
前記運転制御装置は、前記循環状態調節装置の動作を制御して、前記蓄熱装置から前記熱媒循環路へ流出した後であり且つ前記消費者設備に設けられる前記熱交換器に流入する前の熱媒に対して、前記消費者設備に設けられる前記熱交換器から流出した後であり且つ前記蓄熱装置に流入する前の熱媒を加える請求項４に記載の熱供給システム。
【請求項１】
複数の消費者に熱を供給する熱供給システムであって、
太陽熱を集める太陽熱集熱器と、
熱媒を貯え、前記太陽熱集熱器が集めた熱を前記熱媒を用いて蓄える蓄熱装置と、
前記蓄熱装置が貯えている前記熱媒を、それぞれが熱消費装置を有する複数の消費者の消費者設備に循環可能にさせる熱媒循環路と、
前記消費者設備の夫々に設けられ、前記熱媒循環路を循環する前記熱媒と、当該消費者設備において加熱対象とする流体との間の熱交換を行う熱交換器と、
前記熱媒循環路における前記熱媒の循環状態を調節する循環状態調節装置と、
前記循環状態調節装置の動作を制御して、１日の中の特定の時間帯にのみ前記熱媒循環路に前記熱媒を循環させる運転制御装置とを備え、
前記運転制御装置は、前記熱媒循環路に前記熱媒を循環させる間の前記循環状態調節装置の動作を前記蓄熱装置での蓄熱量に応じて制御する熱供給システム。
【請求項２】
前記運転制御装置は、前記特定の時間帯の開始前における前記蓄熱装置での蓄熱量が多いほど、単位時間当たりに前記熱交換器に流入する前記熱媒の流量が多くなるように前記循環状態調節装置の動作を制御する請求項１に記載の熱供給システム。
【請求項３】
前記運転制御装置は、前記特定の時間帯の開始前における前記蓄熱装置での蓄熱量が多いほど、前記熱交換器に流入する前記熱媒の温度が高くなるように前記循環状態調節装置の動作を制御する請求項１又は２に記載の熱供給システム。
【請求項４】
前記運転制御装置は、前記循環状態調節装置の動作を制御して、前記蓄熱装置から前記熱媒循環路へ流出した後であり且つ前記消費者設備に設けられる前記熱交換器に流入する前の熱媒に対して、当該熱媒よりも温度の低い熱媒を加える請求項３に記載の熱供給システム。
【請求項５】
前記運転制御装置は、前記循環状態調節装置の動作を制御して、前記蓄熱装置から前記熱媒循環路へ流出した後であり且つ前記消費者設備に設けられる前記熱交換器に流入する前の熱媒に対して、前記消費者設備に設けられる前記熱交換器から流出した後であり且つ前記蓄熱装置に流入する前の熱媒を加える請求項４に記載の熱供給システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２１５３２９（Ｐ２０１２−２１５３２９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７９８２３（Ｐ２０１１−７９８２３）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
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