JP7305267B2

JP7305267B2 - 蓄熱槽および熱供給システム

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Publication number: JP7305267B2
Application number: JP2019140951A
Authority: JP
Inventors: 和秀石田; 元巳稲垣
Original assignee: Yazaki Energy System Corp
Current assignee: Yazaki Energy System Corp
Priority date: 2019-07-31
Filing date: 2019-07-31
Publication date: 2023-07-10
Anticipated expiration: 2039-07-31
Also published as: JP2021025668A

Description

本発明は、熱供給システムに関する。

太陽熱、地熱、バイオマスのような再生可能エネルギーを用いた熱供給システムでは、これらのエネルギーを有効利用するために、蓄熱槽が用いられている（特許文献１）。これらのシステムでは、エネルギー需要の少ない時に、エネルギーを熱として蓄熱槽に蓄えておき、エネルギー需要のピーク時などに、この蓄熱槽に蓄えられたエネルギーを用いることで、エネルギー需要の変動に対応している。

特開２０１９－２０５６６８号公報

木質チップなどの木質バイオマス燃料を用いるボイラが熱源として用いられてきているが、火に曝されるとすぐに着火、燃焼する天然ガスや石油などの気体燃料、液体燃料と違い、木質バイオマス燃料は、火に曝されはじめてからから着火、燃焼するまでに時間がかかる。このため、木質バイオマス燃料を使用した場合、気体燃料、液体燃料を使用する場合に比べ、熱源の運転開始時に、熱源の出力を最大にするまでに時間がかかってしまう。また、木質バイオマス燃料を使用した場合、熱源の出力を急激に増加することができず、エネルギー需要の急激な増加に対応することが難しい。

また、着火するとすぐに燃焼してしまう天然ガスや石油などの気体燃料、液体燃料と違い、木質バイオマス燃料は、燃焼時間が長く、熱源への燃料の供給量を減らしたとしても、すぐには熱源からの熱供給量を減らすことができない。このため、木質バイオマス燃料を使用した場合、エネルギー需要の急激な減少に対応することが難しい。

また、燃料の供給を停止するとすぐに火が消える天然ガスや石油などの気体燃料、液体燃料と違い、木質バイオマス燃料は、燃焼時間が長いため、燃料の供給を停止したとしてもすぐには火が消えず、消火に時間がかかる。このため、木質バイオマス燃料を使用した場合、ボイラの運転を停止する際に、ボイラ内の木質バイオマス燃料が消火されるまでは、ボイラ内での熱媒の沸騰を防ぐために、熱媒の循環を止めることができず、熱供給システムを急停止することができない。例えば、温水炊き吸収冷凍機では、９６度以上の温水で吸収液を加熱すると、炉の腐食が進んでしまう。このため、温水が９６度以上になった場合には、熱の供給を止める必要があるが、木質バイオマス燃料を使用した場合、このような熱供給システムの急停止には対応できない。

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、木質バイオマス燃料を使用した際にも、適切な熱供給を可能にすることを目的としている。

本発明の一実施形態に係る蓄熱槽は、第１の循環路を通る熱媒を介して供給される熱を蓄えるための蓄熱槽であって、前記第１の循環路から前記熱媒を受けるための熱源側流入口と、前記熱媒を前記第１の循環路へ流出するための、開閉可能な上部の熱源側流出口および下部の熱源側流出口と、を有し、前記熱源側流入口は、上部の熱源側流出口の上方に配置されており、前記上部の熱源側流出口は、前記下部の熱源側流出口の上方に配置されている。

前記蓄熱槽は、負荷に熱を供給するための第２の循環路へ前記熱媒を流出するための負荷側流出口と、前記第２の循環路からの前記熱媒を受けるための、開閉可能な負荷側流入口と、前記上部の熱源側流出口、前記下部の熱源側流出口、および前記負荷側流入口の開閉を制御する制御部と、前記蓄熱槽内の上部の熱媒の温度を測定する温度センサと、をさらに有し、前記制御部は、前記上部の熱源側流出口、前記下部の熱源側流出口、および前記負荷側流入口を閉じた状態において、前記第１の循環路を通る熱媒を介した熱供給を開始するときに、前記上部の熱源側流出口を開き、その後、前記温度センサにより測定される温度が目標温度に達したときに、前記負荷側流入口を開くようにしても良い。

前記蓄熱槽は、負荷に熱を供給するための第２の循環路へ前記熱媒を流出するための負荷側流出口と、前記第２の循環路からの前記熱媒を受けるための負荷側流入口と、前記上部の熱源側流出口および前記下部の熱源側流出口の開閉を制御する制御部と、前記蓄熱槽内の上部の熱媒の温度を測定する温度センサと、をさらに有し、前記制御部は、前記下部の熱源側流出口が開き、前記上部の熱源側流出口が閉じた状態において、前記温度センサにより測定される温度の低下が所定の基準を満たしたときに、前記上部の熱源側流出口を開き、前記下部の熱源側流出口を閉じるようにしても良い。

前記蓄熱槽は、負荷に熱を供給するための第２の循環路へ前記熱媒を流出するための負荷側流出口と、前記第２の循環路からの前記熱媒を受けるための負荷側流入口と、前記上部の熱源側流出口および前記下部の熱源側流出口の開閉を制御する制御部と、前記蓄熱槽内の上部の熱媒の温度を測定する温度センサと、をさらに有し、前記制御部は、前記上部の熱源側流出口が開き、前記下部の熱源側流出口が閉じた状態において、前記温度センサにより測定される温度の上昇が所定の基準を満たしたときに、前記下部の熱源側流出口を開き、前記上部の熱源側流出口を閉じるようにしても良い。

前記蓄熱槽は、負荷に熱を供給するための第２の循環路へ前記熱媒を流出するための負荷側流出口と、前記第２の循環路からの前記熱媒を受けるための、開閉可能な負荷側流入口と、前記上部の熱源側流出口、前記下部の熱源側流出口、および前記負荷側流入口の開閉を制御する制御部と、をさらに有し、前記制御部は、前記上部の熱源側流出口および前記負荷側流入口が開き、前記下部の熱源側流出口が閉じた状態で、前記負荷への熱の供給を停止するときに、前記下部の熱源側流出口を開き、前記上部の熱源側流出口および前記負荷側流入口を閉じるようにしても良い。

本発明の一実施形態に係る熱供給システムは、前記第１の循環路を通る熱媒に熱を供給する熱源と、前記蓄熱槽と、を有する。前記熱源の燃料が、木質バイオマス燃料であるようにしても良い。

上記で説明した態様によれば、木質バイオマス燃料を使用した際にも、適切な熱供給をすることができる。

本発明の一実施形態に係る熱供給システム１００を示す図である。本発明の一実施形態に係る蓄熱槽１２０を示す図である。第１の循環路ＣＬ１から流れ込む熱媒の流速を減速する減速手段の例を示す図である。熱源１１０の運転を開始する際の制御の一例を示すフローチャート蓄熱槽１２０内の熱媒の温度変化を説明する図である。負荷２００が急激に増加した際の制御の一例を示すフローチャートである。負荷２００が急激に減少した際の制御の一例を示すフローチャートである。熱源１１０の運転を停止する際の制御の一例を示すフローチャートである。

＜熱供給システム１００＞
図１は、本発明の一実施形態に係る熱供給システム１００を示す図である。熱供給システム１００は、熱源１１０と、蓄熱槽１２０と、制御部１３０と、を有する。

熱源１１０は、熱を発生する。熱源１１０は、例えば、木質チップなどの木質バイオマス燃料を燃料とするボイラである。熱源１１０は、図１に示すように、熱源１１０内を通る熱循環路ＣＬＨを循環する熱媒を加熱し、加熱された熱媒を介して、他の装置に熱を供給するものでも良いし、都度供給される水などを加熱して、蒸気や温水などを介して、他の装置に熱を供給するものでも良い。

熱循環路ＣＬＨには、熱循環路ＣＬＨでの熱媒の流量を制御する第１のポンプＰ１が設けられている。

蓄熱槽１２０は、第１の循環路ＣＬ１を通る熱媒を介して供給される熱を蓄える。図１では、第１の循環路ＣＬ１を通る熱媒は、熱交換器１４０を介して、熱源１１０が発生した熱の供給を受けているが、第１の循環路ＣＬ１が熱源１１０内を通るようにし、第１の循環路ＣＬ１を通る熱媒を熱源１１０が直接加熱するようにしても良い。

第１の循環路ＣＬ１には、第１の循環路ＣＬ１での熱媒の流量を制御する第２のポンプＰ２が設けられている。

蓄熱槽１２０は、図１、２に示すように、第１の循環路ＣＬ１から熱媒を受けるための熱源側流入口ＨＩと、熱媒を第１の循環路ＣＬ１へ流出するための第１の熱源側流出口ＨＯ１、第２の熱源側流出口ＨＯ２、第３の熱源側流出口ＨＯ３、および第４の熱源側流出口ＨＯ４と、を有する。熱源側流入口ＨＩは、第１の熱源側流出口ＨＯ１、第２の熱源側流出口ＨＯ２、第３の熱源側流出口ＨＯ３、および第４の熱源側流出口ＨＯ４の上方に配置される。

第１の熱源側流出口ＨＯ１、第２の熱源側流出口ＨＯ２、第３の熱源側流出口ＨＯ３、および第４の熱源側流出口ＨＯ４は、開閉が可能である。例えば、図２に示すように、第１の熱源側流出口ＨＯ１、第２の熱源側流出口ＨＯ２、第３の熱源側流出口ＨＯ３、および第４の熱源側流出口ＨＯ４の各々に、弁ＨＶ１～ＨＶ４を設け、この弁ＨＶ１～ＨＶ４により、第１の熱源側流出口ＨＯ１、第２の熱源側流出口ＨＯ２、第３の熱源側流出口ＨＯ３、および第４の熱源側流出口ＨＯ４の開閉を行うようにすると良い。

蓄熱槽１２０内の熱媒は、温度成層を形成する。つまり、蓄熱槽１２０内の熱媒には、上下に温度勾配ができ、最上部の熱媒の温度が一番高く、下の方の熱媒ほど、温度が低くなる。

蓄熱槽１２０内の熱媒の温度成層を保つために、熱源側流入口ＨＩには、第１の循環路ＣＬ１から流れ込む熱媒の流れを減速する減速手段を設けるようにすると良い。減速手段は、例えば、図３（Ａ）に示したような筒状の部材に複数の孔を設けたデフューザーであっても良いし、図３（Ｂ）に示したようなバッフルであっても良い。

第１の熱源側流出口ＨＯ１は、例えば、第１の熱源側流出口ＨＯ１が開いており、他の熱源側流出口ＨＯ２、ＨＯ３、ＨＯ４が閉じているときに、蓄熱槽１２０の上部２５％の領域において熱媒が循環するような位置に配置される。第１の熱源側流出口ＨＯ１は、例えば、図２に示すように、蓄熱槽１２０の上部２５％の領域の底面の近くに配置される。

第２の熱源側流出口ＨＯ２は、例えば、第２の熱源側流出口ＨＯ２が開いており、第３及び第４の熱源側流出口ＨＯ３、ＨＯ４が閉じているときに、蓄熱槽１２０の上部５０％の領域において熱媒が循環するような位置に配置される。第２の熱源側流出口ＨＯ２は、例えば、図２に示すように、蓄熱槽１２０の上部５０％の領域の底面の近くに配置される。

第３の熱源側流出口ＨＯ３は、例えば、第３の熱源側流出口ＨＯ３が開いており、第４の熱源側流出口ＨＯ４が閉じているときに、蓄熱槽１２０の上部７５％の領域において熱媒が循環するような位置に配置される。第３の熱源側流出口ＨＯ３は、例えば、図２に示すように、蓄熱槽１２０の上部７５％の領域の底面の近くに配置される。

第４の熱源側流出口ＨＯ４は、例えば、第４の熱源側流出口ＨＯ４が開いているときに、蓄熱槽１２０内のすべての熱媒が循環するような位置に配置される。第４の熱源側流出口ＨＯ３は、例えば、図２に示すように、蓄熱槽１２０の底面の近くに配置される。

蓄熱槽１２０に蓄えらえた熱は、第２の循環路ＣＬ２を介して、負荷２００に供給される。第２の循環路ＣＬ２に供給された熱は、例えば、熱交換器などを介して水を加熱し、温水の形で負荷２００に供給される。また、第２の循環路ＣＬ２に供給された熱は、例えば、吸収冷凍機などを介して水を冷却し、冷水の形で負荷２００に供給される。

蓄熱槽１２０は、第２の循環路ＣＬ２からの熱媒を受けるための第１の負荷側流入口ＬＩ１、第２の負荷側流入口ＬＩ２、第３の負荷側流入口ＬＩ３、および第４の負荷側流入口ＬＩ４と、第２の循環路へ熱媒を流出するための負荷側流出口ＬＯと、を有する。負荷側流出口ＬＯは、第１の負荷側流入口ＬＩ１、第２の負荷側流入口ＬＩ２、第３の負荷側流入口ＬＩ３、および第４の負荷側流入口ＬＩ４の上方に配置される。

例えば、第１の負荷側流入口ＬＩ１は、蓄熱槽１２０の上部２５％の領域の底面の近くに配置され、第２の負荷側流入口ＬＩ２は、蓄熱槽１２０の上部５０％の領域の底面の近くに配置され、第３の負荷側流入口ＬＩ３は、蓄熱槽１２０の上部７５％の領域の底面の近くに配置され、第４の負荷側流入口ＬＩ４は、蓄熱槽１２０の蓄熱槽１２０の底面の近くに配置される。

第１の負荷側流入口ＬＩ１、第２の負荷側流入口ＬＩ２、第３の負荷側流入口ＬＩ３、および第４の負荷側流入口ＬＩ４は、開閉が可能である。例えば、図２に示すように、第１の負荷側流入口ＬＩ１、第２の負荷側流入口ＬＩ２、第３の負荷側流入口ＬＩ３、および第４の負荷側流入口ＬＩ４の各々に、弁ＬＶ１～ＬＶ４を設け、この弁ＬＶ１～ＬＶ４により、第１の負荷側流入口ＬＩ１、第２の負荷側流入口ＬＩ２、第３の負荷側流入口ＬＩ３、および第４の負荷側流入口ＬＩ４の開閉を行うようにすると良い。

第２の循環路ＣＬ２には、第２の循環路ＣＬ２での熱媒の流量を制御する第３のポンプＰ３が設けられている。

蓄熱槽１２０内には、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度を測定する第１の温度センサＴ１、第２の温度センサＴ２、第３の温度センサＴ３、および第４の温度センサＴ４が設けられている。第１の温度センサＴ１は、蓄熱槽１２０の最上部２５％の領域における熱媒の温度を測定し、第２の温度センサＴ２は、蓄熱槽１２０の上部２５～５０％の領域における熱媒の温度を測定し、第３の温度センサＴ３は、蓄熱槽１２０の上部５０～７５％の領域における熱媒の温度を測定し、第４の温度センサＴ４は、蓄熱槽１２０の最下部２５％の領域における熱媒の温度を測定する。

制御部１３０は、熱源１１０の運転の開始や停止、熱源１１０への燃料供給、ポンプＰ１～Ｐ３の運転、蓄熱槽１２０の第１の熱源側流出口ＨＯ１、第２の熱源側流出口ＨＯ２、第３の熱源側流出口ＨＯ３、第４の熱源側流出口ＨＯ４、第１の負荷側流入口ＬＩ１、第２の負荷側流入口ＬＩ２、第３の負荷側流入口ＬＩ３、および第４の負荷側流入口ＬＩ４の開閉などを制御する。

＜運転開始時の制御＞
図４は、熱源１１０の運転を開始する際の制御の一例を示すフローチャートである。熱源１１０の運転を開始する前、蓄熱槽１２０の第１の熱源側流出口ＨＯ１、第２の熱源側流出口ＨＯ２、第３の熱源側流出口ＨＯ３、および第４の熱源側流出口ＨＯ４は、すべて閉じられている。また、蓄熱槽１２０の第１の負荷側流入口ＬＩ１、第２の負荷側流入口ＬＩ２、第３の負荷側流入口ＬＩ３、および第４の負荷側流入口ＬＩ４も、すべて閉じられている。

制御部１３０は、熱源１１０の運転を開始し、第１の熱源側流出口ＨＯ１を開き、ポンプＰ１、Ｐ２の運転を開始する（ステップＳ３０１）。これにより、熱源１１０が発生した熱が蓄熱槽１２０に送られ、蓄熱槽１２０の上部２５％の領域において熱媒の温度が上昇する。熱源１１０の運転開始時には、制御部１３０は、熱源１１０からの熱供給が最大になるように、ポンプＰ１の回転数や燃料供給量を制御する。例えば、制御部１３０は、熱循環路ＣＬＨ内での熱媒の流量が最大流量になるようにポンプＰ１を制御する。

図５は、第１の温度センサＴ１により測定される温度、つまり、蓄熱槽１２０の上部２５％における熱媒の温度の時間変化を説明する図である。図５において、縦軸は、第１の温度センサＴ１により測定される温度を示しており、横軸は、熱源１１０の運転開始からの時間を示している。

第１の温度センサＴ１に測定される温度が目標温度に達したとき（図５のｔ１）に（ステップＳ３０２、ＹＥＳ）、制御部１３０は、第１の負荷側流入口ＬＩ１を開き、ポンプＰ３の運転を開始する（ステップＳ３０３）。これにより、第２の循環路ＣＬ２を介して、負荷２００に熱が供給され始める。

このように、本実施形態では、熱源１１０の運転開始時には、第１の熱源側流出口ＨＯ１だけを開き、蓄熱槽１２０の上部２５％の領域だけで熱媒を循環させ、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度を上昇させる。このため、本実施形態では、まず、蓄熱槽１２０の上部２５％の領域においてのみ熱媒が温まる。結果、本実施形態では、蓄熱槽１２０内のすべての領域で熱媒を温めるよりも早く熱媒の温度を上昇させることが可能である。このため、本実施形態では、木質バイオマス燃料を使用した際にも、熱源１１０の運転開始後、素早く負荷２００に熱を供給することが可能になる。

なお、上記の実施形態では、第１の熱源側流出口ＨＯ１は蓄熱槽１２０の上部２５％の領域において熱媒が循環するような位置に配置されているが、第１の熱源側流出口ＨＯ１が配置される位置はこの位置に限られない。蓄熱槽１２０内の熱媒全体でなく、蓄熱槽１２０内の一部に領域だけで熱媒が循環することで、所望の時間で蓄熱槽内１２０内の熱媒が目標温度に達するような位置に、第１の熱源側流出口ＨＯ１は配置されていれば良い。

ステップＳ３０２の後、蓄熱槽１２０から負荷２００に熱が供給されるため、図５に示すように、熱媒の温度（第１の温度センサＴ１により測定される温度）の上昇が止まり、減少し始める。そこで、制御部１３０は、ポンプＰ１の回転数や燃料供給を制御することで、第１の温度センサＴ１により測定される温度が目標温度になるように、熱源１１０が供給する熱の量を調整する（ステップＳ３０４）。

そして、第１の温度センサＴ１により測定される温度が一度目標温度より低くなり、再び目標温度を超えたとき（図５のｔ２）に（ステップＳ３０５、ＹＥＳ）、制御部１３０は、第２の熱源側流出口ＨＯ２を開き、第１の熱源側流出口ＨＯ１を閉じる（ステップＳ３０６）。

その後、第１の温度センサＴ１により測定される温度は下がる。そこで、制御部１３０は、ポンプＰ１の回転数や熱源１１０への燃料供給を制御、つまり、熱源１１０から供給される熱の量を制御することで、第１の温度センサＴ１により測定される温度を目標温度付近で安定させる（ステップＳ３０７）。

これにより、本実施形態では、蓄熱槽１２０の上部５０％の領域の熱媒の温度を目標温度付近に安定させつつ、負荷２００に熱を供給することが可能になる。

なお、上記の実施形態では、ステップＳ３０５において、第１の温度センサＴ１により測定される温度に基づいて、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度が目標温度付近で安定するように、熱源１１０から供給される熱の量を制御しているが、第２の温度センサＴ２により測定される温度に基づいて、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度が目標温度付近で安定するように、熱源１１０から供給される熱の量を制御するようにしても良い。また、ステップＳ３０４において、制御部１３０が、第２の熱源側流出口ＨＯ２、第１の熱源側流出口ＨＯ１の開閉制御に加え、第２の負荷側流入口ＬＩ２を開き、第１の負荷側流入口ＬＩ１を閉じる制御を行うようにしても良い。

また、ステップＳ３０６の後、制御部１３０は、第２の熱源側流出口ＨＯ２を開いたことにより下がった蓄熱槽１２０内の温度が再び目標温度に達したときに、第３の熱源側流出口ＨＯ３を開き、第２の熱源側流出口ＨＯ２を閉じる制御をし、その後に、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度を目標温度付近で安定させるようにしても良い。このようにすることで、蓄熱槽１２０の上部７５％の領域を使用して、熱を溜めることが可能になる。
＜負荷増加時の制御＞
図６は、負荷２００が急激に増加した際の制御の一例を示すフローチャートである。負荷２００に必要なエネルギー量が急減に増加すると、蓄熱槽１２０内の温度が急激に低下するため、蓄熱槽１２０から負荷２００への熱供給量を急激に増加させる必要がある。しかしながら、木質バイオマス燃料は、火に曝されてはじめてからから着火、燃焼するまでに時間がかかるため、熱源１１０が木質バイオマス燃料を用いる熱源である場合には、熱源１１０の出力を急激に増加することができず、負荷２００の急激な増加に対応することが難しい。

図６は、蓄熱槽１２０の上部５０％の領域の熱媒の温度を目標温度付近に安定させつつ、負荷２００に熱を供給しているとき、つまり、蓄熱槽１２０の第２の熱源側流出口ＨＯ２と第２の負荷側流入口ＬＩ２が開いており、蓄熱槽１２０の第１の熱源側流出口ＨＯ１、第３の熱源側流出口ＨＯ３、第４の熱源側流出口ＨＯ４、第１の負荷側流入口ＬＩ１、第３の負荷側流入口ＬＩ３、および第４の負荷側流入口ＬＩ４が閉じているときに、負荷が急激に増加した際の制御を示すフローチャートである。

制御部１３０は、ポンプＰ１の回転数や熱源１１０への燃料供給を制御することで、蓄熱槽１２０の上部５０％の領域の熱媒の温度を目標温度に安定させている（ステップＳ５０１）。負荷２００に必要なエネルギー量が急激に増加し、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度が急激に低下したときに（ステップＳ５０２、ＹＥＳ）、制御部１３０は、第１の熱源側流出口ＨＯ１を開き、第２の熱源側流出口ＨＯ２を閉じる（ステップＳ５０３）。ステップＳ５０２において、制御部１３０は、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度の低下が所定の基準を満たしたときに、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度が急激に低下したと判断すると良い。このとき、制御部１３０は、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度の低下の傾きの大きさ（絶対値）が所定の値より大きくなったときに、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度の上昇が所定の基準を満たしたと判断しても良いし、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度が所定の値より小さくなったときに、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度の上昇が所定の基準を満たしたと判断しても良い。

これにより、熱媒１１０から熱を供給された熱媒は、蓄熱槽１２０の上部２５％の領域だけで循環することになる。一方、負荷２００により冷やされた熱媒は、蓄熱槽１２０の上部５０％の領域で循環する。このため、本実施形態では、蓄熱槽１２０から負荷２００への熱供給量が急激に増えたときに、熱源１１０から蓄熱槽１２０への熱供給量を急激に増加することができないとしても、蓄熱槽１２０内の上部２５％における熱媒の温度の急激な温度の減少を抑えることが可能である。つまり、本実施形態では、木質バイオマス燃料を使用した際にも、負荷２００の急激な増加に対応することが可能になる。

ステップＳ５０３の後、制御部１３０は、ポンプＰ１の回転数や熱源１１０への燃料供給を制御することで、負荷２００の増加により下がった蓄熱槽１２０内の熱媒の温度（第１の温度センサＴ１により測定される温度）を上げ、蓄熱槽１２０内の温度が再び目標温度に達したときに（ステップＳ５０４、ＹＥＳ）、第２の熱源側流出口ＨＯ２を開き、第１の熱源側流出口ＨＯ１を閉じる（ステップＳ５０５）。その後、制御部１３０は、ポンプＰ１の回転数や熱源１１０への燃料供給を制御することで、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度（第１の温度センサＴ１または第２の温度センサＴ２により測定される温度）を目標温度付近で安定させる（ステップＳ５０６）。

なお、上記のフローは、負荷２００の急激な上昇の前に、第２の熱源側流出口Ｈ２を開き、蓄熱槽１２０の上部５０％の領域において熱媒が循環していることを仮定しているが、負荷２００の急激な増加の前に、第３の熱源側流出口ＨＯ３を開き、蓄熱槽１２０の上部７５％の領域において熱媒が循環している場合もありうる。このときには、ステップＳ５０３で、第１の熱源側流出口ＨＯ１（または第２の熱源側流出口ＨＯ２）を開き、第３の熱源側流出口ＨＯ３を閉じるようにすると良い。このときも、上記と同様に、木質バイオマス燃料を使用した際にも、負荷２００の急激な増加に対応することが可能になる。

また、ステップＳ５０５の後、制御部１３０は、第２の熱源側流出口ＨＯ２を開いたことにより下がった蓄熱槽１２０内の温度が再び目標温度に達したときに、第３の熱源側流出口ＨＯ３を開き、第２の熱源側流出口ＨＯ２を閉じる制御をし、その後に、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度を目標温度付近で安定させるようにしても良い。このようにすることで、蓄熱槽１２０の上部７５％の領域を使用して、熱を溜めることが可能になる。

また、上記のフローは、蓄熱槽１２０が熱源側に４つの熱源側流出口ＨＯ１～ＨＯ４を有している場合のフローであるが、蓄熱槽１２０は、少なくとも２つの熱源側流出口を有していれば、上記と同様の制御をすることが可能である。例えば、蓄熱槽１２０が、熱源側に、上部と下部に２つの流出口を有している場合は、ステップＳ５０１において、下部の流出口を開け、上部の流出口を閉じた状態で、制御部１３０が、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度を目標温度に安定させるようにし、ステップＳ５０３で、制御部１３０が、上部の流出口を開き、下部の流出口を閉じるようにすると良い。

＜負荷減少時の制御＞
図７は、負荷２００が急激に減少した際の制御の一例を示すフローチャートである。負荷２００に必要なエネルギー量が急激に減少すると、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度が急激に増加する。このようなときには、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度の急激な上昇を抑えるために、熱源１１０から蓄熱槽１２０への熱供給量も急減に減少させる必要ある。しかしながら、木質バイオマス燃料は、燃焼時間が長いため、熱源１１０が、木質バイオマス燃料を用いる熱源である場合には、熱源１２０への燃料の供給量を減らしたとしても、熱源１１０から蓄熱槽１２０への熱供給量を急激に減らすことができない。

図７は、蓄熱槽１２０の上部５０％の領域の熱媒の温度を目標温度付近に安定させつつ、負荷２００に熱を供給しているとき、つまり、蓄熱槽１２０の第２の熱源側流出口ＨＯ２と第１の負荷側流入口ＬＩ１（または第２の負荷側流入口ＬＩ２）が開いており、蓄熱槽１２０の第１の熱源側流出口ＨＯ１、第３の熱源側流出口ＨＯ３、第４の熱源側流出口ＨＯ４、第２の負荷側流入口ＬＩ２（または第１の負荷側流入口ＬＩ１）、第３の負荷側流入口ＬＩ３、および第４の負荷側流入口ＬＩ４が閉じているときに、負荷が急激に減少した際の制御を示すフローチャートである。

制御部１３０は、ポンプＰ１の回転数や熱源１１０への燃料供給を制御することで、蓄熱槽１２０の上部５０％の領域の熱媒の温度を目標温度に安定させている（ステップＳ６０１）。負荷２００に必要なエネルギー量が急激に減少し、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度が急激に上昇したときに（ステップＳ６０２、ＹＥＳ）、制御部１３０は、第３の熱源側流出口ＨＯ３を開き、第２の熱源側流出口ＨＯ２を閉じる（ステップＳ６０３）。ステップＳ６０２において、制御部１３０は、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度の上昇が所定の基準を満たしたときに、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度が急激に上昇したと判断すると良い。このとき、制御部１３０は、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度の上昇の傾きの大きさが所定の値より大きくなったときに、蓄蓄熱槽１２０内の熱媒の温度の上昇が所定の基準を満たしたと判断しても良いし、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度が所定の値より大きくなったときに、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度の上昇が所定の基準を満たしたと判断しても良い。

これにより、蓄熱槽１２０の上部７５％の領域において熱媒が循環することになる。第３の熱源側流出口ＨＯ３が開かれる前は、蓄熱槽１２０の上部５０％の領域でだけ熱媒が循環していたため、蓄熱槽１２０の下部５０％の熱媒は冷たいままである。よって、第３の熱源側流出口ＨＯ３を開くことで、下部の冷たい熱媒が上部の温かい熱媒が混ざることになり、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度が低下する。このため、本実施形態では、熱源１１０から蓄熱槽１２０への熱供給量を急激に減らすことができないとしても、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度の急激な上昇を防ぐことが可能である。また、本実施形態では、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度が低下するため、蓄熱槽１２０から熱源１１０に送られる熱媒の温度が低下し、熱源１１０内において熱媒が沸騰することも防止することができる。つまり、本実施形態では、木質バイオマス燃料を使用した際にも、負荷２００の急激な減少に対応することが可能になる。

ステップＳ６０３の後、制御部１３０は、ポンプＰ１の回転数や熱源１１０への燃料供給を制御することで、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度（第１の温度センサＴ１、第２の温度センサＴ２、または第３の温度センサＴ３により測定される温度）を目標温度付近で安定させる（ステップＳ５０４）。

なお、上記のフローは、負荷２００の急激な減少の前に、第２の熱源側流出口Ｈ２を開き、蓄熱槽１２０の上部５０％の領域だけで熱媒が循環していることを仮定しているが、負荷２００の急激な減少の前に、第３の熱源側流出口ＨＯ３を開き、蓄熱槽１２０の上部７５％の領域だけで熱媒が循環している場合もありうる。このときには、ステップＳ６０３で、第４の熱源側流出口ＨＯ４を開き、第２の熱源側流出口ＨＯ３を閉じるようにすると良い。このときも、上記と同様に、木質バイオマス燃料を使用した際にも、負荷２００の急激な減少に対応することが可能になる。

また、上記のフローは、蓄熱槽１２０が熱源側に４つの熱源側流出口ＨＯ１～ＨＯ４を有している場合のフローであるが、蓄熱槽１２０は、少なくとも２つの熱源側流出口を有していれば、上記と同様の制御をすることが可能である。例えば、蓄熱槽１２０が、熱源側に、上部と下部に２つの流出口を有している場合は、ステップＳ６０１において、上部の流出口を開け、下部の流出口を閉じた状態で、制御部１３０が、蓄熱槽１２０の上部の領域の熱媒の温度を目標温度に安定させるようにし、ステップＳ６０３で、制御部１３０が、下部の流出口を開き、上部の流出口を閉じるようにすると良い。

また、ステップＳ６０３において、制御部１３０が、第３の熱源側流出口ＨＯ３、第２の熱源側流出口ＨＯ２の開閉制御に加え、負荷側流出口の制御も行うようにしても良い。例えば、ステップＳ６０３において、制御部１３０が、第３の熱源側流出口ＨＯ３、第２の熱源側流出口ＨＯ２の開閉制御に加え、第３の負荷側流入口ＬＩ３を開き、第２の負荷側流入口ＬＩ２（または第１の負荷側流入口ＬＩ１）を閉じる制御を行うようにしても良い。

＜運転停止時の制御＞
図８は、熱源１１０の運転を停止する際の制御の一例を示すフローチャートである。負荷２００への熱供給を止めた後、熱源１１０を停止せずに、蓄熱槽１２０に熱を供給し続けると、蓄熱槽１２０内の熱媒が上昇しすぎ、熱媒の沸騰温度を超えてしまうことになる。そこで、蓄熱槽１２０の内の熱媒の温度が高いときには、熱源１１０を停止し、熱源１１０から蓄熱槽１２０への熱の供給を止める必要が出てくる。しかしながら、木質バイオマス燃料は、消火に時間がかかるため、熱源１１０が、木質バイオマス燃料を用いる熱源である場合には、熱源１１０の運転を停止したとしても、熱源１１０内の熱媒が加熱され続けることになり、熱源１１０から蓄熱槽１２０への熱の供給を急に止めることができない。

そこで、本実施形態では、蓄熱槽１２０の上部７５％の領域の熱媒の温度を目標温度に安定させている状態で（ステップＳ７０１）、負荷２００への熱供給の停止が必要なとき（ステップＳ７０２、ＹＥＳ）、制御部１３０は、負荷側流入口を閉じ、蓄熱槽１２０から負荷２００への熱供給を停止し、熱源１１０の運転を停止し、第４の熱源側流出口ＨＯ４を開き、第３の熱源側流出口ＨＯ３を閉じる（ステップＳ７０３）。その後、熱源１１０内の燃料が消火されたときに（例えば、熱源内１１０内の温度が所定の温度以下になったときに）（ステップＳ７０４、ＹＥＳ）、制御部１３０は、第４の熱源側流出口ＨＯ４を閉じ、ポンプＰ１、Ｐ２の運転を停止し、熱源１１０から蓄熱槽１２０への熱供給を停止する（ステップＳ７０５）。

このため、本実施形態では、熱源１１０の運転の停止時に、冷たいままである蓄熱槽１２０の下部２５％の熱媒が、蓄熱槽１２０の上部７５％の熱媒と混ざることになり、蓄熱槽１２０内の熱媒の温度が低下する。結果、本実施形態では、蓄熱槽１２０から負荷２００への熱供給が停止し、熱源１１０の運転を停止した後に、熱源１１０内での熱媒の沸騰を防ぐために熱源１１０から蓄熱槽１２０に熱を供給し続けたとしても、蓄熱槽１２０内の熱媒が沸騰温度まで上昇することを防ぐことが可能になる。つまり、本実施形態では、木質バイオマス燃料を使用した際にも、熱源１１０の運転の停止時に、熱源１１０内の熱媒の沸騰を防ぐとともに、蓄熱槽１２０内での熱媒の沸騰も防ぐことが可能になる。

なお、上記のフローは、熱源１１０の運転の停止前、第３の熱源側流出口Ｈ３を開き、蓄熱槽１２０の上部７５％の領域だけで熱媒が循環していることを仮定しているが、熱源１１０の運転の停止前に、第２の熱源側流出口ＨＯ２を開き、蓄熱槽１２０の上部５０％の領域だけで熱媒が循環している場合もありうる。このときには、ステップＳ７０３で、第３の熱源側流出口ＨＯ３（または第４の熱源側流出口ＨＯ４）を開き、第２の熱源側流出口ＨＯ２を閉じるようにすると良い。このときも、上記と同様に、木質バイオマス燃料を使用した際にも、熱源１１０の停止時に、熱源１１０内の熱媒の沸騰を防ぐとともに、蓄熱槽１２０内での熱媒の沸騰も防ぐことが可能になる。

また、上記のフローは、蓄熱槽１２０が熱源側に４つの熱源側流出口ＨＯ１～ＨＯ４を有している場合のフローであるが、蓄熱槽１２０は、少なくとも２つの熱源側流出口を有していれば、上記と同様の制御をすることが可能である。例えば、蓄熱槽１２０が、熱源側に、上部と下部に２つの流出口を有している場合は、ステップＳ７０１において、上部の流出口を開け、下部の流出口を閉じた状態で、制御部１３０が、蓄熱槽１２０の上部の領域の熱媒の温度を目標温度に安定させるようにし、ステップＳ７０３で、制御部１３０が、下部の流出口を開き、上部の流出口を閉じるようにすると良い。

以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に記載した本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更が可能である。

１００熱供給システム
１１０熱源
１２０蓄熱槽
１３０制御部
ＨＯ１第１の熱源側流出口
ＨＯ２第２の熱源側流出口
ＨＯ３第３の熱源側流出口
ＨＯ４第４の熱源側流出口

Claims

第１の循環路を通る熱媒を介して供給される熱を蓄えるために当該熱媒を貯める蓄熱槽であって、
前記第１の循環路から前記熱媒を受けるための熱源側流入口と、
前記熱媒を前記第１の循環路へ流出するための、開閉可能な上部の熱源側流出口および下部の熱源側流出口と、
負荷に熱を供給するための第２の循環路へ前記熱媒を流出するための負荷側流出口と、
前記第２の循環路からの前記熱媒を受けるための、開閉可能な負荷側流入口と、
前記上部の熱源側流出口、前記下部の熱源側流出口、および前記負荷側流入口の開閉を制御する制御部と、
前記蓄熱槽内の上部の熱媒の温度を測定する温度センサと、を有し、
前記熱源側流入口は、上部の熱源側流出口の上方に配置されており、
前記上部の熱源側流出口は、前記下部の熱源側流出口の上方に配置されており、
前記制御部は、前記上部の熱源側流出口、前記下部の熱源側流出口、および前記負荷側流入口を閉じた状態において、前記第１の循環路を通る熱媒を介した熱供給を開始するときに、前記上部の熱源側流出口を開き、その後、前記温度センサにより測定される温度が目標温度に達したときに、前記負荷側流入口を開く、蓄熱槽。
第１の循環路を通る熱媒を介して供給される熱を蓄えるために当該熱媒を貯める蓄熱槽であって、
前記第１の循環路から前記熱媒を受けるための熱源側流入口と、
前記熱媒を前記第１の循環路へ流出するための、開閉可能な上部の熱源側流出口および下部の熱源側流出口と、
負荷に熱を供給するための第２の循環路へ前記熱媒を流出するための負荷側流出口と、
前記第２の循環路からの前記熱媒を受けるための負荷側流入口と、
前記上部の熱源側流出口および前記下部の熱源側流出口の開閉を制御する制御部と、
前記蓄熱槽内の上部の熱媒の温度を測定する温度センサと、を有し、
前記熱源側流入口は、上部の熱源側流出口の上方に配置されており、
前記上部の熱源側流出口は、前記下部の熱源側流出口の上方に配置されており、
前記制御部は、前記下部の熱源側流出口が開き、前記上部の熱源側流出口が閉じた状態において、前記温度センサにより測定される温度の低下が所定の基準を満たしたときに、前記上部の熱源側流出口を開き、前記下部の熱源側流出口を閉じる、蓄熱槽。
第１の循環路を通る熱媒を介して供給される熱を蓄えるために当該熱媒を貯める蓄熱槽であって、
前記第１の循環路から前記熱媒を受けるための熱源側流入口と、
前記熱媒を前記第１の循環路へ流出するための、開閉可能な上部の熱源側流出口および下部の熱源側流出口と、
負荷に熱を供給するための第２の循環路へ前記熱媒を流出するための負荷側流出口と、
前記第２の循環路からの前記熱媒を受けるための負荷側流入口と、
前記上部の熱源側流出口および前記下部の熱源側流出口の開閉を制御する制御部と、
前記蓄熱槽内の上部の熱媒の温度を測定する温度センサと、を有し、
前記熱源側流入口は、上部の熱源側流出口の上方に配置されており、
前記上部の熱源側流出口は、前記下部の熱源側流出口の上方に配置されており、
前記制御部は、前記上部の熱源側流出口が開き、前記下部の熱源側流出口が閉じた状態において、前記温度センサにより測定される温度の上昇が所定の基準を満たしたときに、前記下部の熱源側流出口を開き、前記上部の熱源側流出口を閉じる、蓄熱槽。
第１の循環路を通る熱媒を介して供給される熱を蓄えるために当該熱媒を貯める蓄熱槽であって、
前記第１の循環路から前記熱媒を受けるための熱源側流入口と、
前記熱媒を前記第１の循環路へ流出するための、開閉可能な上部の熱源側流出口および下部の熱源側流出口と、
負荷に熱を供給するための第２の循環路へ前記熱媒を流出するための負荷側流出口と、
前記第２の循環路からの前記熱媒を受けるための、開閉可能な負荷側流入口と、
前記上部の熱源側流出口、前記下部の熱源側流出口、および前記負荷側流入口の開閉を制御する制御部と、を有し、
前記熱源側流入口は、上部の熱源側流出口の上方に配置されており、
前記上部の熱源側流出口は、前記下部の熱源側流出口の上方に配置されており、
前記制御部は、前記上部の熱源側流出口および前記負荷側流入口が開き、前記下部の熱源側流出口が閉じた状態で、前記負荷への熱の供給を停止するときに、前記下部の熱源側流出口を開き、前記上部の熱源側流出口および前記負荷側流入口を閉じる、蓄熱槽。
前記第１の循環路を通る熱媒に熱を供給する熱源と、
請求項１から４のいずれか一項に記載の蓄熱槽と、を有する熱供給システム。
前記熱源の燃料が、木質バイオマス燃料である、請求項５に記載の熱供給システム。