JP2002106860A - 複数熱源の２管式熱供給システム及びその圧力制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱源を２以上の複数熱源とした場合でも、系
内で圧力制御が相互干渉しないよう制御できる２管式熱
供給システム及びその圧力制御方法に提供する。 【解決手段】 熱媒を搬送する往き管１６と戻り管１７
を備え、往き管１６と戻り管１７間に熱搬送ポンプ１
０、１１、１２を有する複数の熱源１、２、３と、熱源
１、２、３から供給される熱を利用する複数の熱需要先
１８Ａ乃至１８Ｆをそれぞれ並列に接続してなる２管式
熱供給システムにおいて、複数熱源１、２、３のうちの
最大規模熱源１の熱搬送ポンプ１０を、複数の熱需要先
に対して負荷に応じて所定着圧以上で熱媒を供給する、
常時最高効率で定格運転可能なポンプとすると共に、他
の熱源２、３における熱搬送ポンプ１１、１２を、複数
熱需要先１８Ａ乃至１８Ｆに対して熱供給受持ち範囲を
設定し、その受持ち範囲における各熱需要先１８Ａ乃至
１８Ｆの着圧ｈ₀を常時モニタリングしその中の最小圧
が所定着圧ｈ₀以上となるように吐出圧を制御する、可
変容量制御ポンプとした２管式熱供給システム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地域冷暖房システ
ムや都市熱源ネットワークシステム等における２管式の
熱供給システムに関し、特に熱源を２以上有する複数熱
源の２管式熱供給システム及びその圧力制御方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】地域冷暖房システムや都市熱源ネットワ
ークシステムにおけるネットワーク導管の布設方式とし
ては、一般的に１本の熱供給管と熱搬送ポンプで構成さ
れるネットワーク導管上に複数の熱源と複数の熱需要先
を直列に接続した１ループ方式のシステムと、往き管と
戻り管の２本の管で構成されるネットワーク導管上に熱
搬送ポンプを備えた熱源と複数の熱需要先をそれぞれ並
列に接続した２管方式のシステムとがある。

【０００３】２つの方式には、各々メリット、デメリッ
トがあるが、２管方式は建設コスト及びスペースが大き
くなる反面、熱の供給温度変動幅を小さくすることがで
きると共に、拡張性が容易であることから、そのような
ニーズが要求される特定の地域冷暖房システムや都市熱
源ネットワークシステムにとって適性を有する。そし
て、従来の２管方式システムにおいては、熱を１箇所の
熱源プラントあるいは排熱源から供給するのが一般的で
あった。

【０００４】このため、地域冷暖房システムや都市熱源
ネットワークシステム等の熱供給システムが地域的な拡
がりや建設期間の長さから複数に分割され、熱が複数の
熱源プラントあるいは排熱源から供給される場合には、
それぞれ熱源ごとに熱供給エリアを分割し、それぞれに
設置された熱供給システムからエリアごとに熱を分離供
給するようにしていた。

【０００５】一方、２管方式システムでは、熱需要先の
受入れ差圧を補償できるように、かつ熱源プラントある
いは排熱源からの熱をネットワーク上に汲み上げられる
ように熱搬送ポンプの吐出圧を制御する必要がある。こ
れは、熱需要先側に対して往き管と戻り管間の差圧で熱
媒を供給しているためであり、熱供給可能範囲（熱需要
先の利用差圧が確保できる着圧が最小圧ｈ₀以上となる
範囲）に各熱需要先の着圧を制御する必要がある。

【０００６】これに対して、１系統の２管方式システム
中に熱搬送ポンプを備えた複数の熱源を連結し、複数熱
源から熱を連結供給しようとすると、熱需要先の負荷変
動に応じて熱搬送ポンプの吐出圧を制御する時に系内で
圧力制御が相互に干渉し、各熱需要先側での着圧制御が
困難になり、熱需要先の受入れ差圧を補償できなくなる
問題が発生することがあった。このため、これまでは上
記したように１箇所の熱源から熱供給するようにしてい
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の問題
に対処するためになされたものであり、その第一の課題
は、熱源を２以上の複数熱源とした場合でも、系内で圧
力制御が相互干渉しないよう制御することができる２管
式熱供給システム及びその圧力制御方法に提供すること
にある。また、本発明のもう一つの課題は、上記のよう
な２管式熱供給システム及びその圧力制御方法を確立す
ることにより、ネットワーク導管がより広域にわたるシ
ステムとなっても、容易に対応が可能でその信頼性を維
持することができ、拡張性に優れているというメリット
を一層顕著に生かすことができる２管式熱供給システム
及びその圧力制御方法に提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ため、本発明にかかる２管式熱供給システムは、熱媒を
搬送する往き管と戻り管を備え、同往き管と戻り管間に
熱搬送ポンプを有する複数の熱源と、同熱源から供給さ
れる熱を利用する複数の熱需要先をそれぞれ並列に接続
してなる２管式熱供給システムにおいて、前記複数熱源
のうちの最大規模熱源の熱搬送ポンプを、複数の熱需要
先に対して負荷に応じて所定着圧以上で熱媒を供給す
る、常時最高効率で定格運転可能なポンプとすると共
に、他の熱源における熱搬送ポンプを、複数熱需要先に
対して熱供給受持ち範囲を設定し、その受持ち範囲にお
ける各熱需要先の着圧を常時モニタリングしその中の最
小圧が所定着圧以上となるように吐出圧を制御する、可
変容量制御ポンプとしたことを特徴とするものである。

【０００９】上記の構成によると、最大規模熱源の熱搬
送ポンプを常時最高効率で定格運転するようにしている
ため、最小動力で効率の良い運転ができ、省エネルギー
化することができる。一方、この熱搬送ポンプは定格運
転であるため、熱需要先の負荷変動に対して所定着圧以
上で熱供給できる熱需要先の範囲が変動することにな
り、この場合に予め熱供給受持ち範囲を設定されている
他の熱源の可変容量制御ポンプが、その受持ち範囲にお
ける熱需要先の着圧を常時モニタリングしその中の最小
圧が所定着圧以上となるよう吐出圧を制御して熱供給す
ることができるため、系内で圧力制御が相互干渉するこ
とはなく、全ての熱需要先に対して確実に所定着圧以上
で熱供給することができる。

【００１０】また、本発明にかかる２管式熱供給システ
ムは、上記した２管式熱供給システムにおいて、前記可
変容量制御ポンプを、インバータ制御ポンプとしたこと
を特徴とするものである。

【００１１】この構成によると、可変容量制御ポンプと
してインバータ制御ポンプを用いることにより、着圧の
モニタリング結果に基づいてポンプの回転数をインバー
タによりコントロールして簡易にポンプ容量を可変制御
することができる。

【００１２】更に、本発明にかかる２管式熱供給システ
ムの圧力制御方法は、熱媒を搬送する往き管と戻り管を
備え、同往き管と戻り管間に熱搬送ポンプを有する複数
の熱源と、同熱源から供給される熱を利用する複数の熱
需要先をそれぞれ並列に接続してなる２管式熱供給シス
テムの圧力制御方法において、前記複数熱源のうちの最
大規模熱源の熱媒搬送ポンプを、メインポンプとして常
時最高効率となる定格運転で運転し、複数の熱需要先に
対して負荷に応じて所定着圧以上でそれぞれ熱媒を供給
すると共に、他の熱源における熱搬送ポンプを、それぞ
れ可変容量型のサブポンプとして複数熱需要先に対し熱
供給受持ち範囲を設定し、その受持ち範囲における各熱
需要先の着圧を常時モニタリングしてその中の最小圧が
所定着圧以上となるよう各ポンプの容量を可変制御する
ことを特徴とするものである。

【００１３】かかる構成によると、最大規模熱源の熱媒
搬送ポンプであるメインポンプは常時最高効率となる定
格運転で運転されているため、運転中は特に制御される
ことはなく、熱需要先の負荷が変動すると、これに伴っ
て所定着圧以上で熱供給できる熱需要先の範囲が変動す
る。一方、予め熱供給受持ち範囲を設定されている他の
熱源の熱媒搬送ポンプは、その受持ち範囲における熱需
要先の着圧を常時モニタリングしており、受持ち範囲の
熱需要先内での着圧の最小圧が所定着圧を下回らないよ
う容量が可変制御されるようになっているため、系内で
圧力制御に相互干渉が発生するおそれはなく、熱源を２
以上の複数熱源としても問題なく圧力制御することがで
きる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図１乃
至図４に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施
形態にかかる２管式熱供給システムの系統図、図２は同
システムにおける圧力線図、図３及び図４は第２の実施
形態にかかる２管式熱供給システムにおける圧力線図で
ある。

【００１５】図中において、１はごみ焼却炉の廃熱ボイ
ラ等からなる第１熱源、２は発電プラントの抽気タービ
ン等からなる第２熱源、３は工場の廃熱ボイラ等からな
る第３熱源であり、それぞれ排熱を熱交換器４、５、６
により回収し熱源として利用できるようにしたものであ
る。又、熱源としては、この他にコージェネレーション
システム等も使用できる。なお、各熱交換器４、５、６
にはボイラ等の補助熱源７、８、９が併設されており、
排熱が不足する事態となったときにバックアップできる
ようになっている。

【００１６】また、各熱源１、２、３には、熱媒となる
冷温水を搬送するための熱搬送ポンプ１０、１１、１２
が付設されていると共に、出口の差圧を負荷変動差圧に
一定制御するバイパス制御弁１３、１４、１５が設けら
れている。複数の熱源である第１熱源１、第２熱源２、
第３熱源３のうち、ここでは第１熱源１を最大規模の熱
源としている。

【００１７】この第１熱源１の熱搬送ポンプ１０に常時
最高効率となる定格運転で運転されるメインポンプとし
ての役割を担わせ、他の第２熱源２及び第３熱源３の熱
搬送ポンプ１１、１２をそれぞれ熱需要先の負荷変動に
応じて容量が可変され、吐出圧を制御することができる
可変容量制御型ポンプとし、サブポンプとしての役割を
担わせている。なお、可変容量制御型ポンプは、機械式
の容量制御弁を有するポンプであってもよいが、ここで
はインバータ制御ポンプを使用している。

【００１８】これらの各熱源１、２、３は、熱媒を搬送
する往き管１６と戻り管１７との間に或る区間をあけて
それぞれ並列に接続されている。また、往き管１６と戻
り管１７との間には、或る区間ごとに地域熱供給事業者
あるいは熱需要家である複数の熱需要先１８Ａ乃至１８
Ｆがそれぞれ入口弁１９Ａ乃至１９Ｆを介して並列に接
続されている。

【００１９】しかして、上記した実施形態にかかる２管
式熱供給システムによると、第１熱源１の熱搬送ポンプ
１０は、メインポンプとして常時最高効率となる定格運
転で運転されている。従って、この熱搬送ポンプ１０
は、図２に実線で示すように熱需要先１８が最大負荷時
においては、着圧がｈ₀以上になる熱供給可能範囲（熱
需要先１８に対する往き管１６と戻り管１７間の差圧で
ある着圧が最小圧ｈ₀以上となる範囲）は熱需要先１８
Ａ、１８Ｂ迄であるが、熱需要先１８の負荷が減少する
と、それに伴って熱供給可能範囲（着圧がｈ₀以上とな
る範囲）は熱需要先１８Ｃ、１８Ｄ迄と一点鎖線のよう
に順次増えて行くことになる。

【００２０】一方、第２熱源２の熱搬送ポンプ１１は、
その熱供給受持ち範囲が図２に実線で示すように熱需要
先１８Ｃ、１８Ｄの範囲に予め設定されており、これら
熱需要先１８Ｃ、１８Ｄの着圧を常時モニタリングして
いる。この熱搬送ポンプ１１は、第１熱源１の熱搬送ポ
ンプ１０に対してサブポンプとして機能し、熱需要先１
８の最大負荷時に熱需要先１８Ｃの着圧が最小圧ｈ₀以
下にならないように吐出圧がインバータ制御される。同
様に熱需要先１８Ｄの着圧も最小圧ｈ₀以下にならない
ように制御される。

【００２１】この際、熱搬送ポンプ１１により熱需要先
１８Ｅに熱供給できる場合（着圧がｈ₀以上）は成り行
きとする。また、熱需要先１８Ｅ、１８Ｆの最低着圧補
償制御は、第３熱源３の熱搬送ポンプ１２の受持ち範囲
として設定されており、上記と同様その着圧を常時モニ
タリングしそれぞれの着圧が最小圧ｈ₀以下にならない
ように制御されるようになっている。

【００２２】以上のように熱搬送ポンプ１０の熱供給系
内では、負荷の減少に伴い、熱供給可能範囲（着圧がｈ
₀以上となる範囲）が熱需要先１８Ｂから熱需要先１８
Ｃ、１８Ｄ迄と順次増加して行く。また、熱搬送ポンプ
１１の熱供給系内では、計画上の熱需要先（熱搬送ポン
プ１０と熱搬送ポンプ１１間の熱需要先１８Ｃ、１８
Ｄ）の着圧を常時モニタリングし、この中の最小圧力地
点の着圧がｈ₀を下回らないようにその吐出圧をインバ
ータ制御している。

【００２３】熱搬送ポンプ１０の最大負荷時、熱需要先
１８Ｃには熱搬送ポンプ１１から熱供給され、負荷が減
少して定格運転の熱搬送ポンプ１０により熱需要先１８
Ｃに着圧ｈ₀以上の熱供給が可能になると、熱需要先１
８Ｃには熱搬送ポンプ１０から熱供給され始める。この
とき熱搬送ポンプ１１は熱需要先１８Ｃの着圧がｈ₀以
上となるようにインバータ制御により吐出圧が低下され
るが、熱需要先１８Ｃの着圧が変化しないため低下し続
け、熱需要先１８Ｄの着圧がｈ₀を下回り始めることに
なる。この時点で熱搬送ポンプ１１は熱需要先１８Ｄの
着圧がｈ₀となるようにインバータ制御を開始する。

【００２４】以下同様に、常時最高効率となる定格運転
で運転される熱搬送ポンプ１０をメインポンプとし、イ
ンバータ制御される熱搬送ポンプ１１、１２以下のポン
プをサブポンプとして組合せ、サブポンプ系の計画上の
熱需要先の各着圧を常時モニタリングし、この中の最小
圧力地点の着圧がｈ₀を下回らないようにサブポンプ系
の吐出圧をインバータ制御することにより、ネットワー
ク導管系内の圧力制御を相互に干渉しないよう制御する
ことができる。

【００２５】これによって、２管式熱供給システム内の
熱源を２以上の複数熱源とした場合でも、系内圧力が相
互干渉しないように制御することができる２管式熱供給
システム及びその圧力制御方法確立することができ、以
下のような多大の効果を期待することができる。 （１）ネットワーク導管が例え広域にわたるシステムに
なったとしても、圧力制御の信頼性を維持することがで
き、広域、長距離の都市熱源ネットワークを構築するこ
とが可能となると共に、熱媒条件が同一であれば、複数
の地域冷暖房地区を容易に接続することができる。

【００２６】（２）熱供給温度変動幅を一層抑制するこ
とが可能になるため、熱需要先間あるいは地域冷暖房地
区間の公平性を保つことができる。 （３）熱供給の圧力変動を抑制することができるため、
熱媒である温水あるいは高温水によるキャビテーション
を防止することができる。 （４）災害等の非常時、故障時、あるいは保守点検時等
において、ネットワーク導管のクラスター化等を考慮
し、或る熱源を他の熱源により容易にバックアップする
ことができる。

【００２７】（５）系内の複数熱源のうち、最大規模の
熱源の熱搬送ポンプを年間を通して常時最高効率となる
定格運転で運転できると共に、その他の熱源の熱搬送ポ
ンプがその受持ち範囲でない熱需要先までカバーできる
場合には、成り行きで担当させることができるため、熱
媒の搬送動力の利用効率を最大とし、最高の省エネルギ
ー化を図ることができる。

【００２８】なお、上記の実施形態では、複数熱源のう
ち、最大規模の熱源１の熱搬送ポンプ１０を常時最高効
率となる定格運転で運転し、その他の熱源２、３の熱搬
送ポンプ１１、１２を熱供給受持ち範囲を設定し、その
中の熱需要先の着圧がｈ₀以上となるようその吐出圧を
インバータ制御するようにしているが、このような形態
を基本パターンとして、図３及び図４に示すようないく
つかのネットワーク構成が可能である。

【００２９】図３の場合、系内の複数熱源のうち、最大
規模の熱源１、１Ａを系内の左端と右端に位置するよう
に設け、その熱搬送ポンプを１０、１０Ａを常時最高効
率となる定格運転で運転するようにし、他の熱源２、２
Ａの熱搬送ポンプ１１、１１Ａの受持ち範囲を左側の熱
搬送ポンプ１１は熱搬送ポンプ１０、１１間の熱需要先
に、右側の熱搬送ポンプ１１Ａは熱搬送ポンプ１０Ａ、
１１Ａ間の熱需要先に設定すると、ちょうど中央に位置
する熱源３の熱搬送ポンプ１２の受持ち範囲は、熱搬送
ポンプ１１、１１Ａ間の熱需要先となり、この熱搬送ポ
ンプ１２のみが熱搬送ポンプ１１、１２間及び１２、１
１Ａ間の両側いずれも熱需要先の着圧がｈ₀以上となる
ように制御することになるが、熱搬送ポンプ１２の受持
ち範囲を小さい範囲に限定することにより、基本パター
ンと同様にネットワーク系内の圧力制御を干渉しないよ
う制御することができる。

【００３０】また、図４の場合、系内の複数熱源のう
ち、最大規模の熱源１を系内の中央に位置するように設
け、その右側及び左側にネットワーク導管を伸ばすこと
も考えられる。この場合、熱源１より右側に伸びる系に
おいては、熱源２、３の熱搬送ポンプ１１、１２の圧力
制御受持ち範囲を各々ポンプの左側に設定する。逆に、
熱源１より左側に伸びる系においては、熱源２′、３′
の熱搬送ポンプ１１′、１２′の圧力制御受持ち範囲を
各々ポンプの右側に設定する。このパターンでは、中央
の最大規模の熱源１の熱搬送ポンプ１０は常時定格運転
であり、負荷変動に伴う左右の需要先着圧の制御は各々
１１、１１′が受け持つこととなる。

【００３１】なお、熱源の数は、実施形態のものに限定
されるわけではなく、最大規模の熱源を除くと１以上の
ｎ個であれば幾つでもよく、また、熱需要先の数も特に
限定されるものではなく、任意数とすることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上に詳細に説明したように、本発明に
かかる２管式熱供給システム及びその圧力制御方法によ
ると、２管式熱供給システムの熱源を２以上の複数熱源
とした場合でも、系内圧力制御を相互干渉しないように
制御することができる。また、熱源を２以上の複数熱源
とした２管式熱供給システム及びその圧力制御方法を確
立することができるため、ネットワーク導管がより広域
にわたるシステムとなっても、容易に対応が可能でその
信頼性を維持することができ、拡張性に優れているとい
うメリットを一層顕著に生かすことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態にかかる２管式熱供給
システムの系統図である。

【図２】本発明の第１の実施形態にかかる２管式熱供給
システムにおける圧力線図である。

【図３】本発明の第２の実施形態にかかる２管式熱供給
システムにおける圧力線図である。

【図４】本発明の第２の実施形態にかかる２管式熱供給
システムにおける圧力線図である。

【符号の説明】

１，１Ａ…第１熱源（最大規模熱源）、２，２Ａ，２′
…第２熱源、３，３′…第３熱源、１０，１０Ａ…熱搬
送ポンプ（メインポンプ）、１１，１１Ａ，１１′，１
２，１２′…熱搬送ポンプ（サブポンプ）、１６…往き
管、１７…戻り管、１８Ａ乃至１８Ｆ…熱需要先、ｈ₀
…所定着圧、１９Ａ乃至１９Ｆ…人口弁、４乃至６…熱
交換器、７乃至９…補助熱源、１３乃至１５…バイパス
制御弁

フロントページの続き (72)発明者 庄野 宣昭 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 金子 千秋 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 相馬 一郎 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 杉原 基芳 東京都港区海岸一丁目５番20号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 荒田 治 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 3J071 AA12 BB02 BB14 CC11 DD36 EE01 FF16 3L070 BB06 BB08 BC02 BC14 DD07 DE09 DF11 DG05 DG07

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱媒を搬送する往き管と戻り管を備え、
   同往き管と戻り管間に熱搬送ポンプを有する複数の熱源
   と、同熱源から供給される熱を利用する複数の熱需要先
   をそれぞれ並列に接続してなる２管式熱供給システムに
   おいて、 前記複数熱源のうちの最大規模熱源の熱搬送ポンプを、
   複数の熱需要先に対して負荷に応じて所定着圧以上で熱
   媒を供給する、常時最高効率で定格運転可能なポンプと
   すると共に、 他の熱源における熱搬送ポンプを、複数熱需要先に対し
   て熱供給受持ち範囲を設定し、その受持ち範囲における
   各熱需要先の着圧を常時モニタリングしその中の最小圧
   が所定着圧以上となるように吐出圧を制御する、可変容
   量制御ポンプとしたことを特徴とする複数熱源の２管式
   熱供給システム。
2. 【請求項２】 前記可変容量制御ポンプを、インバータ
   制御ポンプとしたことを特徴とする請求項１に記載の複
   数熱源の２管式熱供給システム。
3. 【請求項３】 熱媒を搬送する往き管と戻り管を備え、
   同往き管と戻り管間に熱搬送ポンプを有する複数の熱源
   と、同熱源から供給される熱を利用する複数の熱需要先
   をそれぞれ並列に接続してなる２管式熱供給システムの
   圧力制御方法において、 前記複数熱源のうちの最大規模熱源の熱媒搬送ポンプ
   を、メインポンプとして常時最高効率となる定格運転で
   運転し、複数の熱需要先に対して負荷に応じて所定着圧
   以上でそれぞれ熱媒を供給すると共に、 他の熱源における熱搬送ポンプを、それぞれ可変容量型
   のサブポンプとして複数熱需要先に対し熱供給受持ち範
   囲を設定し、その受持ち範囲における各熱需要先の着圧
   を常時モニタリングしてその中の最小圧が所定着圧以上
   となるよう各ポンプの容量を可変制御することを特徴と
   する２管式熱供給システムの圧力制御方法。