以下、図面を参照して本開示の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。また、図面の寸法及び比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
まず図1を参照して、本開示の一実施の形態に係る熱源機システム1を説明する。図1は、熱源機システム1の概略構成を示す模式的系統図である。熱源機システム1は、熱源機ユニット10と、切替ユニット20と、これらのユニット10、20を通る流体の流路を接続する接続配管40とを、主要構成として備えている。また、熱源機システム1は、本変形例では、配線ラック53をも備えている。
熱源機ユニット10は、複数台の熱源機12と、各熱源機12に出入りする流体の流路を形成する配管類と、架台18とを有している。熱源機ユニット10は、本実施の形態では6台の熱源機12を有しているが、熱源機12の台数は、1台あたりの熱源機12の能力と、処理すべき熱負荷の大きさに応じて決定することができる。
熱源機12は、本実施の形態では、比較的低温の低温流体FLと比較的高温の高温流体FHとを導入し、内部を循環する冷媒(不図示)を介して、低温流体FLが保有する熱を高温流体FHへと移動させる機器である。換言すれば、熱源機12は、導入した低温流体FLをより低温にして流出させると共に、導入した高温流体FHをより高温にして流出させる機器である。低温流体FLの例として、冷温水が挙げられる。高温流体FHの例として、冷却水又は採熱媒体が挙げられる。熱源機12は、処理すべき熱負荷の大きさを考慮して容量(又は定格出力)を決定すればよく、例えば、10kw、30kw、300kw等の所定の容量のものを採用することができる。各熱源機12は、台数制御の行いやすさの観点から同じ容量のものを採用するのが好ましいが、異なる容量のものを含んでいてもよい。
各熱源機12に出入りする流体の流路を形成する配管類として、本実施の形態では、各熱源機12に対して、流出する低温流体FLの配管群13Aと、流入する低温流体FLの配管群13Bと、流出する高温流体FHの配管群13Cと、流入する高温流体FHの配管群13Dとがある。各配管群13A~13Dは、本実施の形態では概ね同様に構成されている。以下、各配管群13A~13Dについて、共通の性質又は構成に言及するときは、単に「配管群13」と総称する。
図2は、熱源機ユニット10の配管群13の概略構成を主として示す図である。図2では、配管群13の構成を説明する便宜上、1つの配管群13のみを示しているが、実際には、上述のように、合計で4つの配管群13A~13D(図1参照)が設けられている。図2に示すように、1つの配管群13は、本実施の形態では、1つの集合管14と、2つの枝管15と、6つの個別管16とを有している。なお、集合管14は、分離可能か否かを問わず、一体となっている範囲を1つと捉えている。集合管14には、間隔をあけて2つの枝管15が接続されている。各枝管15は、第1枝管15A及び第2枝管15Bで構成されている。第1枝管15A及び第2枝管15Bは、端部同士がフランジで接続されている。第1枝管15Aのもう一方の端部は、集合管14にフランジで接続されている。第2枝管15Bのもう一方の端部は、閉止フランジで塞がれている。各個別管16は、第1の端部が熱源機12に接続されており、第2の端部が枝管15に接続されている。個別管16は、第1枝管15Aに2つが接続され、第2枝管15Bに1つが接続されている。
上述のように構成された配管群13は、本実施の形態では、熱源機12の台数が2台~6台の場合のそれぞれに対応するように組み替えることができる。例えば熱源機12が2台の場合、2つの枝管15のうちの1つを集合管14から取り外して閉止フランジを設置すると共に、残りの枝管15において第2枝管15Bを取り外して閉止フランジを取り付けるとよい。こうすると、2つの個別管16が残り、2台の熱源機12に割り当てることができる。熱源機12が3台の場合は、2台の場合の第1枝管15Aに対して第2枝管15Bを接続すればよい。熱源機12が4台の場合は、第1枝管15Aから第2枝管15Bを取り外して閉止フランジを取り付けたもの2つを集合管14に接続すればよい。熱源機12が5台の場合は、2つの枝管15のうちの一方は第1枝管15A及び第2枝管15Bを接続したものとし、他方は第1枝管15Aから第2枝管15Bを取り外して閉止フランジを取り付けたものとするとよい。熱源機12が6台の場合は、図2に示すように、第1枝管15A及び第2枝管15Bを接続した枝管15の2つを集合管14に接続したものを用いればよい。
再び図1を主に参照して、熱源機ユニット10及び熱源機システム1の説明を続ける。架台18は、各熱源機12を支持するものであり、第1の架台に相当する。架台18は、また、各配管群13A~13Dをも支持する。架台18は、本実施の形態では、全体として直方体状に形成されており、当該直方体の12本の辺に対応する位置に配置された溝形鋼が相互に溶接等によって接合されて一体に構成されている。また、例えば図2に示すように、架台18における直方体状の面上にも溝形鋼を配置すると共にその両端を直方体状の辺に対応する位置に配置された溝形鋼に接合して、架台18の強度を向上させてもよい。また、熱源機12及び配管群13の配置に対応する位置にも溝形鋼を設け、その溝形鋼に熱源機12や配管群13を固定するとよい。例えば、溝形鋼のフランジやウエブにボルト挿通孔を形成し、当該挿通孔に通したボルトで熱源機12を溝形鋼に固定することができ、あるいは、当該挿通孔に通したUボルトで、配管群13を構成する配管を溝形鋼に固定することができる。このようにして、一体に構成された1つの架台18に対して、本実施の形態では、6台の熱源機12及び4つの配管群13が支持され固定されている。なお、架台18は、支持する熱源機12及び配管群13の荷重を考慮して、溝形鋼以外の材料で構成してもよい。また、架台18には、各熱源機12に電力を供給する分電盤(不図示)や端子ボックス等が取り付けられていてもよい。
熱源機ユニット10は、本実施の形態では、さらに、IO-Link(登録商標)60を備えている。IO-Link60は、IO-Linkマスタ61(以下、単に「マスタ61」という。)と、IO-Linkデバイス62(以下、単に「デバイス62」という。)と、ケーブル63とを含んでいる。マスタ61は、本実施の形態では、熱源機ユニット10には1つが設けられていて、架台18に取り付けられている。デバイス62は、各熱源機12に取り付けられている。したがって、熱源機ユニット10は、本実施の形態では、デバイス62を6つ有している。それぞれのデバイス62は、ケーブル63によって、1つのマスタ61に接続されている。各デバイス62は、典型的には、取り付けられた熱源機12に関する流体(例えば、低温流体FL、高温流体FH、又は冷媒)の温度及び/又は流量等に関する値を、デジタル信号としてマスタ61に送信する。マスタ61は、各デバイス62からの信号を受け取り、上位の制御盤(不図示)に提供する。また、マスタ61からデバイス62に対して熱源機12の運転制御に関する信号を送信して、熱源機12の運転を制御することとしてもよい。熱源機ユニット10は、IO-Link60を備えていることで、データのやりとりやデバイス62の設定を簡便に行うことができる。
熱源機ユニット10は、本実施の形態では、さらに、遮光パネル58を備えている。遮光パネル58は、太陽光等の光を遮る部材であり、遮光部材に相当する。遮光パネル58は、典型的には、直方体状に構成された架台18の4つの側面のうち、遮光したい1つ又は複数の側面を塞ぐように設置され、すべての側面(すなわち4つの側面)に設置されてもよい。遮光パネル58は、典型的にはパンチングメタルが用いられるが、合成樹脂等の金属以外の板状の部材に複数の小孔が形成されたものや、孔のあいていない板状の部材が用いられてもよい。遮光パネル58が取り付けられる架台18は、溝形鋼のウエブの外面が、遮光パネル58に対向する向きで設けられていることが好ましい。例えば、遮光パネル58が架台18の外側に取り付けられる場合、架台18を構成する溝形鋼のウエブの外面が外側を向くように溝形鋼が配置されていることが好ましい。遮光パネル58が設けられていることにより、個々の配管や熱源機12にラッキングを行わずに、各熱源機12及び各配管群13をまとめて保護することができる。また、熱源機12及び/又は配管群13の保守を行う場合、架台18の内部に入るために必要な遮光パネル58を取り外すだけで熱源機12及び配管群13に到達することができ、保守をしやすくなる。
熱源機ユニット10は、本実施の形態では、さらに、太陽光パネル59を備えている。太陽光パネル59は、典型的には、直方体状に構成された架台18の天面に取り付けられている。太陽光パネル59は、典型的には、熱源機12に電力を供給する分電盤に、ケーブル(不図示)を介して接続されている。太陽光パネル59は、熱源機ユニット10の屋根の機能も発揮し得る。太陽光パネル59が設けられていることで、熱源機ユニット10で利用される電力の一部又は全部を賄うことができる。
切替ユニット20は、熱負荷処理が行われる場所の側(以下「二次側」という。)に、より温度が低い低温流体FLを供給するのと、より温度が高い高温流体FHを供給するのとを切り替える機能をもつユニットである。切替ユニット20は、例えば、二次側に冷房負荷が存在する場合は二次側に低温流体FLを供給し、二次側において冷房負荷が消滅して暖房負荷が生じた場合は高温流体FHを供給する機能を持つユニットとすることができる。切替ユニット20は、原則として低温流体FLを流す低温往管21及び低温還管31と、原則として高温流体FHを流す高温往管22及び高温還管32とを有している。ここで、原則としてというのは、設計上の主用途を想定している状態を意味している。本実施の形態では、熱源機システム1の設計上の主用途を、二次側へ低温流体FLを供給する状態であることとし、別用途として二次側へ高温流体FHを供給することも可能であることとする。熱源機システム1は、本実施の形態では、原則として、低温流体FLを二次側へ供給している際に、高温流体FHは熱が放出される側(以下「放熱側」という。)へ導かれる。放熱側は、例えば冷却塔(不図示)が配置されていて、高温流体FHが保有している熱を大気に放出する構成であってもよい。なお、高温流体FHを二次側へ供給している際は、低温流体FLは、典型的には熱を採取する側(以下「採熱側」という。)へ導かれる。採熱側は、例えば熱を排出する機器等の排熱源が存在していて、低温流体FLに熱を与える構成であってもよい。以下、放熱側及び採熱側を総称して「放採熱側」という。
低温往管21は、原則として、熱源機12において冷却された低温流体FLを、熱源機12の側から二次側へ導く流路を構成する部材である。なお、切替ユニット20に関する説明においては、特に断りがある場合を除き、「側」というのは、流体の流れ方向において近い方を意味している。低温往管21において、熱源機12の側の端部を低往入口21Aといい、二次側の端部を低往出口21Bということする。低温還管31は、原則として、二次側における熱負荷処理に用いられた低温流体FLを、二次側から熱源機12の側へ導く流路を構成する部材である。低温還管31において、二次側の端部を低還入口31Aといい、熱源機12の側の端部を低還出口31Bということとする。低往入口21A及び低往出口21B並びに低還入口31A及び低還出口31Bは、それぞれ典型的にはフランジ等の配管接続部材が取り付けられており、別の配管を接続することができるようになっている。低温流体FLを第1の種類の流体と見れば、低温往管21及び低温還管31はそれぞれ第1の配管に相当し、低往入口21A及び低還入口31Aは第1の入口に相当し、低往出口21B及び低還出口31Bは第1の出口に相当する。
高温往管22は、原則として、熱源機12において加熱された高温流体FHを、熱源機12の側から放採熱側へ導く流路を構成する部材である。高温往管22において、熱源機12の側の端部を高往入口22Aといい、放採熱側の端部を高往出口22Bということする。高温還管32は、原則として、放採熱側において放熱された高温流体FHを、放採熱側から熱源機12の側へ導く流路を構成する部材である。高温還管32において、放採熱側の端部を高還入口32Aといい、熱源機12の側の端部を高還出口32Bということとする。高往入口22A及び高往出口22B並びに高還入口32A及び高還出口32Bは、それぞれ典型的にはフランジ等の配管接続部材が取り付けられており、別の配管を接続することができるようになっている。高温流体FHを第2の種類の流体と見れば、高温往管22及び高温還管32はそれぞれ第2の配管に相当し、高往入口22A及び高還入口32Aは第2の入口に相当し、高往出口22B及び高還出口32Bは第2の出口に相当する。
低温往管21と高温往管22とは、低高往切替管23及び高低往切替管25で接続されている。高低往切替管25は、低温往管21に対しては低高往切替管23よりも下流側で接続され、高温往管22に対しては低高往切替管23よりも上流側で接続されている。また、本実施の形態では、高温往管22と低高往切替管23との接続部に三方弁24が設けられており、低温往管21と高低往切替管25との接続部に三方弁26が設けられている。2つの三方弁24、26をそれぞれ適宜切り替えることにより、低温流体FLを低往出口21Bから流出させつつ高温流体FHを高往出口22Bから流出させるのと、高温流体FHを低往出口21Bから流出させつつ低温流体FLを高往出口22Bから流出させるのとを切り替えることができる。なお、三方弁24は低温往管21と低高往切替管23との接続部に設けられていてもよく、三方弁26は高温往管22と高低往切替管25との接続部に設けられていてもよい。また、三方弁24に代えて二方弁を2個設けることとしてもよく、その場合は、1個を低高往切替管23に設け、残りを低高往切替管23の接続部と高低往切替管25の接続部との間の低温往管21又は高温往管22に設けるとよい。また、三方弁26に代えて二方弁を2個設けることとしてもよく、その場合は、1個を高低往切替管25に設け、残りを低高往切替管23の接続部と高低往切替管25の接続部との間の低温往管21又は高温往管22に設けるとよい。低高往切替管23及び高低往切替管25は、それぞれ切替配管に相当する。
低温還管31と高温還管32とは、低高還切替管33及び高低還切替管35で接続されている。高低還切替管35は、低温還管31に対しては低高還切替管33よりも下流側で接続され、高温還管32に対しては低高還切替管33よりも上流側で接続されている。また、本実施の形態では、高温還管32と低高還切替管33との接続部に三方弁34が設けられており、低温還管31と高低還切替管35との接続部に三方弁36が設けられている。2つの三方弁34、36をそれぞれ適宜切り替えることにより、低温流体FLを低還入口31Aから流入させて低還出口31Bから流出させつつ高温流体FHを高還入口32Aから流入させて高還出口32Bから流出させるのと、高温流体FHを低還入口31Aから流入させて高還出口32Bから流出させつつ低温流体FLを高還入口32Aから流入させて低還出口31Bから流出させるのとを切り替えることができる。なお、三方弁34は低温還管31と低高還切替管33との接続部に設けられていてもよく、三方弁36は高温還管32と高低還切替管35との接続部に設けられていてもよい。また、三方弁34に代えて二方弁を2個設けることとしてもよく、その場合は、1個を低高還切替管33に設け、残りを低高還切替管33の接続部と高低還切替管35の接続部との間の低温還管31又は高温還管32に設けるとよい。また、三方弁36に代えて二方弁を2個設けることとしてもよく、その場合は、1個を高低還切替管35に設け、残りを低高還切替管33の接続部と高低還切替管35の接続部との間の低温還管31又は高温還管32に設けるとよい。低高還切替管33及び高低還切替管35も、それぞれ切替配管に相当する。
切替ユニット20は、さらに、架台28を有している。架台28は、各三方弁24、26、34、36を有する各配管21、22、23、25、31、32、33、35を支持するものであり、第2の架台に相当する。架台28は、典型的には熱源機ユニット10の架台18と同様に全体として直方体状に形成されており、当該直方体の12本の辺に対応する位置に配置された溝形鋼が相互に溶接等によって接合されて一体に構成されている。また、架台28における直方体状の面上にも溝形鋼を配置すると共にその両端を直方体状の辺に対応する位置に配置された溝形鋼に接合して、架台28の強度を向上させてもよい。また、各配管21、22、23、25、31、32、33、35のうち、支持固定が必要な位置に対応する位置にも溝形鋼を設け、その溝形鋼に当該配管を固定するとよい。溝形鋼への配管の固定は、例えばUボルトを用いることができる。このようにして、一体に構成された1つの架台28に対して、本実施の形態では、各三方弁24、26、34、36を有する各配管21、22、23、25、31、32、33、35が支持され固定されている。なお、架台28は、支持する配管等の荷重を考慮して、溝形鋼以外の材料で構成してもよい。
切替ユニット20は、本実施の形態では、さらに、IO-Link60を備えている。本実施の形態では、切替ユニット20には1つのマスタ61が設けられていて架台28に取り付けられており、4つのデバイス62が各三方弁24、26、34、36に分かれて取り付けられている。それぞれのデバイス62は、ケーブル63によって、1つのマスタ61に接続されている。各デバイス62は、典型的には、各三方弁24、26、34、36の流路制御を行うと共に、弁の流路切替動作回数等の状態や、断線等の異常が生じた場合に当該異常についての情報を、デジタル信号としてマスタ61に送信する。マスタ61は、各デバイス62からの信号を受け取り、上位の制御盤(不図示)に提供する。切替ユニット20は、IO-Link60を備えていることで、各三方弁24、26、34、36について、流路制御はもちろん、作動状態や異常についての情報を得ることができる。
切替ユニット20は、本実施の形態では、さらに、遮光パネル58及び太陽光パネル59を備えている。切替ユニット20における遮光パネル58及び太陽光パネル59は、典型的には熱源機ユニット10において用いられているものと同じものが用いられるが、異なるものであってもよい。切替ユニット20においても、遮光パネル58は、典型的には、直方体状に構成された架台28の4つの側面のうち、遮光したい1つ又は複数の側面を塞ぐように設置され、すべての側面(すなわち4つの側面)に設置されてもよい。切替ユニット20における遮光パネル58の取り付け要領は、熱源機ユニット10の遮光パネル58と同じでよい。また、切替ユニット20においても、太陽光パネル59は、典型的には、直方体状に構成された架台28の天面に取り付けられている。太陽光パネル59は、典型的には、各三方弁24、26、34、36に電力を供給する分電盤に、ケーブル(不図示)を介して接続されている。
熱源機ユニット10が有する架台18と、切替ユニット20が有する架台28とは、同じ大きさに形成されていてもよい。両方の架台18、28が同じ大きさに形成されていると、製造工程の共通化を図ることができ、生産効率を向上させることができる。また、架台18、28を、車両で搬送可能な大きさ及び/又は据付場所の建物に設置されたエレベータに収容可能な大きさに形成すると、据付場所に効率よく搬送することができて好ましい。かかる搬送効率を考慮して、架台18、28は、例えば最大となる一辺が2100mm程度以内の直方体状にしてもよい。また、各架台18、28の少なくとも一方に、配線ラック53の幅に相当する長さの棒状部材(不図示)が、外側に延びるように取り付けられていてもよい。棒状部材(不図示)は、両方の架台18、28が対向する面に、他方の架台18、28に向かって延びるように、設けられているとよい。このようにすると、隣り合うユニット10、20の架台18、28を棒状部材(不図示)の先端に当てて配置するだけで、配線ラック53の幅に相当する距離を隔てて各ユニット10、20を設置することができる。
熱源機ユニット10及び切替ユニット20は、典型的には、工場において組み立てられ、各ユニット10、20単位で、車両で搬送されると共に、熱源機システム1を設置する現場に搬入される。熱源機ユニット10及び切替ユニット20は、工場で組み立てられることで、作業環境及び設備が整った場所で加工及び組み立てが行われることとなり、現場で加工及び組み立てが行われるよりも、加工精度及び品質を高水準に維持することができる。また、熱源機ユニット10及び切替ユニット20は、それぞれの単位で現場に搬入されるので、据え付けるだけで各ユニット10、20としての構築は完了することとなり、工期を短縮することができる。本実施の形態では、熱源機ユニット10及び切替ユニット20が、配線ラック53の幅だけ離れて配置される。
接続配管40は、熱源機ユニット10の流路と切替ユニット20の流路とを接続する流路を構成する配管である。接続配管40は、典型的には現場において加工(例えば所定の長さでの切断及び接続部の形成)及び組み立てが行われるものであるが、加工は現場以外の場所(例えば工場等)で行って、組み立てのみを現場で行うこととしてもよい。接続配管40は、本実施の形態では、第1接続配管41、第2接続配管42、第3接続配管43、及び第4接続配管44の4つの配管を含んでいる。第1接続配管41は、各熱源機12から流出された低温流体FLを流す配管群13Aと低温往管21とを接続する配管である。第2接続配管42は、各熱源機12から流出された高温流体FHを流す配管群13Cと高温往管22とを接続する配管である。第3接続配管43は、低温還管31と、各熱源機12に流入する低温流体FLを流す配管群13Bと、を接続する配管である。第4接続配管44は、高温還管32と、各熱源機12に流入する高温流体FHを流す配管群13Dと、を接続する配管である。本実施の形態では、第3接続配管43に低温流体ポンプ45が設けられており、第4接続配管44に高温流体ポンプ46が設けられている。低温流体ポンプ45は低温流体FLを流動させるポンプであり、高温流体ポンプ46は高温流体FHを流動させるポンプである。低温流体ポンプ45及び高温流体ポンプ46は、典型的には、制御盤(不図示)からの指令により、発停が制御され、さらに流量制御が行われてもよい。
配線ラック53は、本実施の形態では、熱源機ユニット10の架台18及び切替ユニット20の架台28で支持することができる。配線ラック53は、その下方を保守作業員等が無理なく歩行することができるように、典型的には架台18、28の側面上部に取り付けられている。配線ラック53は、各熱源機12及び各三方弁24、26、34、36に供給する電力のためのケーブルを敷設することができる。また、配線ラック53は、各マスタ61と上位の制御盤(不図示)とを接続するケーブルを敷設することができる。配線ラック53は、その他のケーブルを敷設してもよい。
熱源機システム1には、二次側及び放採熱側と流体接続する外部配管が接続される。外部配管は、熱源機システム1外の配管である。典型的には、原則として温度が低下した低温流体FLを二次側へ導く外部配管91が、低温往管21の低往出口21Bに接続される。また、原則として温度が上昇した高温流体FHを放採熱側へ導く外部配管92が、高温往管22の高往出口22Bに接続される。また、原則として二次側において熱が利用された後の低温流体FLを低温還管31に導く外部配管93が、低還入口31Aに接続される。また、原則として放採熱側において熱交換が行われた後の高温流体FHを高温還管32に導く外部配管94が、高還入口32Aに接続される。
上述のように構成された熱源機システム1は、以下のように作用する。まず、二次側に冷房負荷が存在している場合を説明する。この場合、各三方弁24、26、34、36は、制御盤(不図示)からのマスタ61を経由した指令により、低温流体FLが低高往切替管23及び低高還切替管33に流入しないように制御され、高温流体FHが高低往切替管25及び高低還切替管35に流入しないように制御される。各三方弁24、26、34、36の流路設定が整ったら、低温流体ポンプ45及び高温流体ポンプ46を起動する。その後、制御盤(不図示)からのマスタ61を経由した指令により、各熱源機12を起動する。また、放採熱側の機器(典型的には冷却塔)も起動する。
各機器が起動すると、低温流体FLの系統においては、各熱源機12に流入した低温流体FLは、温度が低下して各熱源機12から流出する。各熱源機12から流出した低温流体FLは、配管群13A、第1接続配管41、低温往管21、及び外部配管91を介して、二次側に供給される。二次側に供給された低温流体FLは、冷房負荷の処理に用いられて温度が上昇し、熱源機システム1に向けて流れる。熱源機システム1に向かってきた低温流体FLは、外部配管93から低温還管31に流入し、その後、第3接続配管43、及び配管群13Bを介して、各熱源機12に流入し、以降、上述の作用を繰り返す。
他方、高温流体FHの系統においては、各熱源機12に流入した高温流体FHは、温度が上昇して各熱源機12から流出する。各熱源機12から流出した高温流体FHは、配管群13C、第2接続配管42、高温往管22、及び外部配管92を介して、放採熱側に導かれる。放採熱側に導かれた高温流体FHは、典型的には保有する熱が大気に放出されて温度が低下し、熱源機システム1に向けて流れる。熱源機システム1に向かってきた高温流体FHは、外部配管94から高温還管32に流入し、その後、第4接続配管44、及び配管群13Dを介して、各熱源機12に流入し、以降、上述の作用を繰り返す。
次に、二次側に暖房負荷が存在している場合を説明する。この場合、各三方弁24、26、34、36は、制御盤(不図示)からのマスタ61を経由した指令により、以下のように制御される。三方弁24は、低高往切替管23から高往出口22Bの側の高温往管22に低温流体FLが流れ、高往入口22Aの側から高温流体FHが流入しない流路設定とされる。三方弁26は、高低往切替管25から低往出口21Bの側の低温往管21に高温流体FHが流れ、低往入口21Aの側から低温流体FLが流入しない流路設定とされる。三方弁34は、低高還切替管33から高還出口32Bの側の高温還管32に高温流体FHが流れ、高還入口32Aの側から低温流体FLが流入しない流路設定とされる。三方弁36は、高低還切替管35から低還出口31Bの側の低温還管31に低温流体FLが流れ、低還入口31Aの側から高温流体FHが流入しない流路設定とされる。各三方弁24、26、34、36の流路設定が整ったら、低温流体ポンプ45及び高温流体ポンプ46を起動する。その後、制御盤(不図示)からのマスタ61を経由した指令により、各熱源機12を起動する。また、必要な場合は放採熱側の機器(例えば加熱装置)も起動する。
各機器が起動すると、各熱源機12に流入した高温流体FHは、温度が上昇して各熱源機12から流出する。各熱源機12から流出した高温流体FHは、配管群13C、第2接続配管42、高温往管22、高低往切替管25、低温往管21、及び外部配管91を介して、二次側に供給される。二次側に供給された高温流体FHは、暖房負荷の処理に用いられて温度が低下し、熱源機システム1に向けて流れる。熱源機システム1に向かってきた高温流体FHは、外部配管93から低温還管31に流入し、その後、低高還切替管33、高温還管32、第4接続配管44、及び配管群13Dを介して、各熱源機12に流入し、以降、上述の作用を繰り返す。
他方、各熱源機12に流入した低温流体FLは、温度が低下して各熱源機12から流出する。各熱源機12から流出した低温流体FLは、配管群13A、第1接続配管41、低温往管21、低高往切替管23、高温往管22、及び外部配管92を介して、放採熱側に導かれる。放採熱側に導かれた低温流体FLは、加熱源(例えば排熱源)から熱を得て温度が上昇し、熱源機システム1に向けて流れる。熱源機システム1に向かってきた低温流体FLは、外部配管94から高温還管32に流入し、その後、高低還切替管35、低温還管31、第3接続配管43、及び配管群13Bを介して、各熱源機12に流入し、以降、上述の作用を繰り返す。
以上で説明したように、本実施の形態に係る熱源機システム1によれば、工場で製造された熱源機ユニット10及び切替ユニット20を現場で据え付けて接続配管40で接続して構成しているので、比較的短工期で高品質な熱源機システム1とすることができる。また、切替ユニット20を備えているので、熱源機ユニット10の構成を変えることなく、冷房運転と暖房運転とを適時に切り替える運転を行うことができる。また、熱源機ユニット10の外縁を構成する架台18と切替ユニット20の外縁を構成する架台28とが同じ大きさに形成されている場合は、生産効率及び搬送効率を向上させることができる。また、熱源機ユニット10と切替ユニット20を配線ラック53の幅だけ離して現場に据え付けているので、配線ラック53を収まりよく設置することができる。また、架台18及び架台28に遮光パネル58を取り付けているので、架台18、28の内部に配置された機器及び配管を簡便に保護することができると共に、必要な遮光パネル58を取り外すだけで機器及び配管に到達することができ、保守をしやすい。また、架台18及び架台28に太陽光パネル59を取り付けているので、熱源機ユニット10及び切替ユニット20で利用される電力の一部又は全部を賄うことが可能になる。また、IO-Link60を備えているので、それぞれのユニット10、20で通信線を集約することができ、上位の制御盤(不図示)までを結ぶ通信線が比較的少なくて済む。
以上の説明では、熱源機システム1が配線ラック53を備えていることとしたが、配線ラック53を備えていなくてもよい。
以上の説明では、熱源機ユニット10及び切替ユニット20が、それぞれ、IO-Link60、遮光パネル58、及び太陽光パネル59を備えていることとしたが、これらは任意の構成であり、1つ又は複数を備えていなくてもよい。また、IO-Link60に代えて、汎用の制御装置を設け、当該制御装置によって各熱源機12や各三方弁24、26、34、36、低温流体ポンプ45及び高温流体ポンプ46を制御してもよい。
以上の説明では、低温流体ポンプ45が第3接続配管43に設けられており、高温流体ポンプ46が第4接続配管44に設けられていることとした。しかしながら、低温流体ポンプ45は、熱源機ユニット10の構成部材として低温流体FLの系統の配管群13に設けられていてもよく、あるいは、切替ユニット20の構成部材として低温流体FLの系統の配管(例えば低還出口31B近傍の低温還管31)に設けられていてもよい。また、高温流体ポンプ46は、熱源機ユニット10の構成部材として高温流体FHの系統の配管群13に設けられていてもよく、あるいは、切替ユニット20の構成部材として高温流体FHの系統の配管(例えば高還出口32B近傍の高温還管32)に設けられていてもよい。あるいは、低温流体ポンプ45及び高温流体ポンプ46が、架台18、28とは別の共通の架台に支持されてポンプユニットを構成していてもよい。
以上の説明では、冷房負荷がある場合の高温流体FHの放熱が、冷却塔において大気に対して行われることとしたが、河川水、海水、又は地中等の未利用熱との熱交換によって行われることとしてもよく、未利用熱との熱交換を優先的に行って熱量のバランスが合わないときに冷却塔を利用することとしてもよい。また、暖房負荷がある場合の低温流体FLの採熱が、加熱源(例えば排熱源)から行われることとしたが、加熱源には地中熱等の未利用熱を含み、排熱には廃熱を含む。
以上の説明では、各熱源機12から流出した低温流体FL及び高温流体FHが、二次側及び放採熱側に導かれることとしたが、熱交換器を設けて、各熱源機12に流入出する流体と、二次側及び放採熱側に流入出する流体とが混合しないようにしてもよい。
図3は、本開示の一実施の形態の変形例に係る熱源機システム1Aの概略構成を示す模式的系統図である。熱源機システム1Aは、熱源機システム1(図1参照)の構成に加えて、熱交換ユニット70を備えている。以下の熱源機システム1Aの説明において、熱源機システム1(図1参照)が備える構成に言及しているときは、適宜図1及び図2を参照することとする。
熱交換ユニット70は、第1熱交換器71と、第2熱交換器72とを有している。第1熱交換器71は、二次側流体FSと、低温流体FL又は高温流体FHと、の間で熱交換を行わせる機器であり、第1の熱交換器に相当する。二次側流体FSは、二次側に供給される冷熱又は温熱を搬送する媒体であり、典型的には水が用いられるが、不凍液が用いられてもよい。第1熱交換器71に対して低温流体FL及び高温流体FHのどちらが流入するかは、切替ユニット20において切替管に流体が流れるか否か、換言すれば、二次側に冷房負荷と暖房負荷のどちらが存在しているかに左右される。第2熱交換器72は、放採熱流体FTと、高温流体FH又は低温流体FLと、の間で熱交換を行わせる機器であり、第2の熱交換器に相当する。放採熱流体FTは、放熱側で放出する熱又は採熱側で採取した熱を搬送する媒体であり、典型的には水が用いられる。第2熱交換器72には、高温流体FH及び低温流体FLのうち、第1熱交換器71に流入しない方が流入する。第1熱交換器71及び第2熱交換器72は、典型的にはプレート式熱交換器が用いられるが、一方又は両方が、シェルアンドチューブ式熱交換器等の、プレート式熱交換器以外の熱交換器が用いられてもよい。
第1熱交換器71は、二次側流体FSの流出口に二次側往管121が、流入口に二次側還管131がそれぞれ接続されており、低温流体FL又は高温流体FHの流入口に連結配管141が、流出口には連結配管143がそれぞれ接続されている。二次側往管121及び二次側還管131並びに連結配管141、143の他端は、それぞれ典型的にはフランジ等の配管接続部材が取り付けられており、別の配管を接続することができるようになっている。第2熱交換器72は、放採熱流体FTの流出口に放採熱往管122が、流入口に放採熱還管132がそれぞれ接続されており、高温流体FH又は低温流体FLの流入口に連結配管142が、流出口には連結配管144がそれぞれ接続されている。放採熱往管122及び放採熱還管132並びに連結配管142、144の他端は、それぞれ典型的にはフランジ等の配管接続部材が取り付けられており、別の配管を接続することができるようになっている。
放採熱往管122は、内部を流れる放採熱流体FTの温度を検出する温度計73と、流量を検出する流量計76とが設けられている。流量計76は、超音波式流量計であってもよい。放採熱還管132は、内部を流れる放採熱流体FTの温度を検出する温度計74が設けられている。温度計73で検出された温度と温度計74で検出された温度との差(すなわち第2熱交換器72に対する放採熱流体FTの出入口温度差)と、流量計76で検出された流量と、の積(すなわち第2熱交換器72に対する放採熱流体FTの「出入口温度差」×「流量」)は、第2熱交換器72における放採熱流体FTと低温流体FL又は高温流体FHとの交換熱量を示す。したがって、両温度計73、74及び流量計76は、交換熱量検出部に相当する。放採熱往管122及び放採熱還管132には、それぞれの内部の圧力の差を検出する差圧計75が取り付けられている。差圧計75は、第2熱交換器72に流入する放採熱流体FTの圧力と第2熱交換器72から流出した放採熱流体FTの圧力との差を検出するものであり、圧力差検出部に相当する。差圧計75は、デジタル差圧計であってもよい。
熱交換ユニット70は、さらに、架台78を有している。架台78は、第1熱交換器71、第2熱交換器72、二次側往管121、二次側還管131、放採熱往管122、及び放採熱還管132を支持するものであり、第3の架台に相当する。架台78は、典型的には熱源機ユニット10の架台18と同様に全体として直方体状に形成されており、当該直方体の12本の辺に対応する位置に配置された溝形鋼が相互に溶接等によって接合されて一体に構成されている。また、架台78における直方体状の面上にも溝形鋼を配置すると共にその両端を直方体状の辺に対応する位置に配置された溝形鋼に接合して、架台78の強度を向上させてもよい。また、架台78は、熱源機ユニット10の架台18及び/又は切替ユニット20の架台28と同じ大きさであってもよい。
熱交換ユニット70は、本変形例では、さらに、IO-Link60を備えている。本変形例では、熱交換ユニット70には1つのマスタ61が設けられていて架台78に取り付けられており、4つのデバイス62が温度計73、74、差圧計75、及び流量計76のそれぞれに取り付けられている。それぞれのデバイス62は、ケーブル63によって、1つのマスタ61に接続されている。各デバイス62は、取り付けられた温度計73、74、差圧計75、又は流量計76において検出された値を、デジタル信号としてマスタ61に送信する。マスタ61は、各デバイス62からの信号を受け取り、上位の制御盤(不図示)に提供する。上位の制御盤(不図示)は、放採熱流体FTの汚れ具合を推定して保守点検のタイミングを推定するプログラムがあらかじめ記憶されていて、受け取った検出値の信号に基づいて保守点検のタイミングを推定することとしてもよい。放採熱流体FTの汚れ具合を推定する指標として、第2熱交換器72における放採熱流体FTの交換熱量を第2熱交換器72に対して流入出する放採熱流体FTの圧力差で除した値(すなわち放採熱流体FTの「交換熱量」/「圧力差」)を用いてもよい。以下、「交換熱量」/「圧力差」を、「汚れ係数」ということとする。第2熱交換器72における放採熱流体FTの流路が汚れるほど、交換熱量が小さくなり、また、圧力損失が増加する(すなわち圧力差が大きくなる)ため、汚れ係数は小さくなる。汚れ係数を用いて放採熱流体FTの汚れ具合を推定することで、「圧力差」だけを用いて汚れ具合を推定する場合に比べて、放採熱流体FTの種類が変わった場合でも、実際の汚れ具合に沿った推定が可能になる。なお、放採熱流体FTの汚れ具合を推定するのに際し、汚れ係数を単独で用いてもよく、汚れ係数に対して他の係数を乗じた及び/又は加算した値を用いてもよい。また、清掃等の保守点検を推奨する汚れ係数の基準値(すなわち、この値を下回ったら保守点検を勧めるという当該値)は、熱源機システム1Aを所定の期間にわたって運転した後、実際に第2熱交換器72の汚れ具合を確認すると共に、それまでに定期的に記録してきた温度計73、74、流量計76、及び差圧計75で検出された値に基づいて、決定してもよい。あるいは、試験機を運転して取得したデータに基づいて汚れ係数の基準値を決定してもよい。このように決定した汚れ係数の基準値を、上位の制御盤(不図示)に記憶させておくことで、放採熱流体FTの流路の汚れ具合を判断することができる。あるいは、マスタ61に、放採熱流体FTの汚れ具合を推定して保守点検のタイミングを推定するプログラム及び汚れ係数の基準値を記憶させておき、マスタ61が放採熱流体FTの流路の汚れ具合を判断してもよい。このように、上位の制御盤(不図示)又はマスタ61は、判断部に相当し得る。なお、IO-Link60に代えて、汎用の制御装置を設け、当該制御装置によって保守点検のタイミングを推定することとしてもよい。また、第2熱交換器72における放採熱流体FTの流路の汚れ具合を推定する上記の要領を、第1熱交換器71における二次側流体FSの流路の汚れ具合を推定することに適用してもよい。
熱交換ユニット70は、本変形例では、さらに、遮光パネル58及び太陽光パネル59を備えている。熱交換ユニット70における遮光パネル58及び太陽光パネル59は、典型的には熱源機ユニット10及び切替ユニット20において用いられているものと同じものが用いられるが、異なるものであってもよい。熱交換ユニット70においても、遮光パネル58は、典型的には、直方体状に構成された架台78の4つの側面のうち、遮光したい1つ又は複数の側面を塞ぐように設置され、すべての側面(すなわち4つの側面)に設置されてもよい。熱交換ユニット70における遮光パネル58の取り付け要領は、熱源機ユニット10及び切替ユニット20の遮光パネル58と同じでよい。また、熱交換ユニット70においても、太陽光パネル59は、典型的には、直方体状に構成された架台78の天面に取り付けられている。太陽光パネル59は、典型的には、熱源機システム1Aの構成部材に電力を供給する分電盤に、ケーブル(不図示)を介して接続されている。
熱交換ユニット70は、典型的には、熱源機ユニット10及び切替ユニット20と同様に、工場において組み立てられ、車両で搬送されると共に、熱源機システム1Aを設置する現場に搬入される。現場に搬入されて据え付けられた熱交換ユニット70は、現場において、切替ユニット20と、中継配管81、82、83、84によって流路が接続される。なお、熱源機システム1Aにおいては、外部配管91、92、93、94は、切替ユニット20ではなく、熱交換ユニット70に接続される。熱交換ユニット70の連結配管141は、切替ユニット20の低温往管21の低往出口21Bと中継配管81で接続されている。連結配管142は、高往出口22Bと中継配管82で接続されている。連結配管143は、低還入口31Aと中継配管83で接続されている。連結配管144は、高還入口32Aと中継配管84で接続されている。中継配管81、83は、低温往管21及び低温還管31と第1熱交換器71を接続する配管であり、第1の中継配管に相当する。中継配管82、84は、高温往管22及び高温還管32と第2熱交換器72を接続する配管であり、第2の中継配管に相当する。
熱源機システム1Aでは、二次側及び放採熱側と流体接続する外部配管が、前述のように、熱交換ユニット70に接続される。典型的には、二次側流体FSを二次側へ導く外部配管91が、二次側往管121に接続される。また、放採熱流体FTを放採熱側へ導く外部配管92が、放採熱往管122に接続される。また、受け入れる二次側流体FSを流す外部配管93が、二次側還管131に接続される。また、受け入れる放採熱流体FTを流す外部配管94が、放採熱還管132に接続される。上述のように構成された熱源機システム1Aは、比較的短工期で高品質なシステムを構築することができると共に、放採熱流体FTが各熱源機12に流入しないので、各熱源機12の能力の低下を低減することができる。また、特に規模の大きなシステムや、複雑なシステムの場合、第1熱交換器71及び第2熱交換器72に現場からの配管を接続し、各熱交換器71、72と熱源機ユニット10との間を閉鎖的な流路にする事で、複雑な制御や配管部分をユニット側で完結することができ、配管内圧力や保有水量等の現場の状況を考慮する必要をなくすこともできる。
なお、上述の熱源機システム1Aの説明では、熱交換ユニット70が遮光パネル58及び太陽光パネル59を備えていることとしたが、これらは任意の構成であり、いずれか一方又は両方を備えていなくてもよい。また、上述の熱源機システム1Aの説明では省略したが、二次側流体FSを流動させるポンプ及び/又は放採熱流体FTを流動させるポンプが、熱交換ユニット70に含まれる(つまり架台78に支持される)こととしてもよい。また、熱交換ユニット70は、第1熱交換器71及び第2熱交換器72を有していることとしたが、二次側流体FSが汚れることがないか汚れが許容範囲内である場合は、第1熱交換器71を省略してもよい。