JP2003269774A - 流量制御用配管システムおよびその施工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の課題は、経済的かつ省エネルギー効果
の高い熱源制御を行うことができる流量制御用配管シス
テムを提供することにある。 【解決手段】本発明は、熱媒を負荷に応じて可変流量で
循環供給させる流量制御システムに用いる配管システム
であって、往一次ヘッダ１８および還ヘッダ２０を連結
する第１のバイパス管２１と、第１のバイパス管２１よ
りも小径で、往一次ヘッダ１８または還ヘッダ２０の計
器取付部に接続される第２のバイパス管２２と、第２の
バイパス管２２に設けられてこの管内を流れる熱媒の流
量および流れ方向を測定する流量計２３とを備えること
を特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば建物の空調
負荷状態の変動に応じて熱媒流量を可変制御し、経済的
かつ省エネルギー効果の高い空調設備の制御等を行う流
量制御システムに使用される流量制御用配管システムお
よびその施工方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の一次・二次ポンプ方式による空調
設備の流量制御システムにおいて、冷温水発生機やヒー
トポンプ等の熱源機によって作られた熱媒（冷水または
温水）は、冷温水一次ポンプにより往一次ヘッダへ圧送
された後、冷温水二次ポンプにより往二次ヘッダおよび
送水管を経由して空調機へ圧送される。空調機に送られ
た冷水または温水は空調機内の搬送空気と熱交換をした
後、還ヘッダおよび還水管を経由して再び熱源機に戻さ
れる。このようにして熱源機に搬送された空調負荷は、
冷房時には冷却水回路の冷却水ポンプおよび冷却塔を介
して外界へ排出される。このとき、冷温水一次ポンプに
よって搬送される冷水または温水の流量と、冷温水二次
ポンプによって搬送される冷水または温水の流量が平衡
すると、往一次ヘッダおよび還水管を連結するバイパス
管の流量は０となる。前者の流量が後者の流量よりも大
きい場合は、バイパス管には往一次ヘッダから還水管へ
向かう流れが形成され、反対に後者の流量が前者の流量
よりも大きい場合は、バイパス管には還水管から往一次
ヘッダへ向かう流れが形成される。省エネルギーの観点
からは、バイパス管流量が０となるような運転が望まし
いため、流量制御装置においては、バイパス管内を流れ
る冷水または温水の状態（流量および流れ方向）を常時
計測し、これに基づいて熱源側（熱源機）および負荷側
（空調機）のエネルギー需給バランスを判断し、バイパ
ス管流量＝０を目標として冷温水一次ポンプの流量制御
を行っている。なお、バイパス管流量を測定する流量計
は、バイパス管の管径に適合するものが選定される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一次ポンプ・二次ポン
プ方式による空調設備の流量制御システムにおいて、バ
イパス管には主に２つの重要な役割がある。１つは、空
調負荷がある場合に、熱源側および負荷側のエネルギー
需給バランスに関する情報を流量制御装置に提供するこ
とであり、もう１つは、空調負荷が低い場合に、熱源機
がその安定稼働のために必要とする冷温水最低流量を常
に確保できるようにすることである。大容量の熱源機が
制御対象となる空調設備では、確保すべき冷温水最低流
量が大きくなるため、それに伴って必然的にバイパス管
径やバイパス管流量計の計測レンジも大きくなる。通
常、流量計は、口径や計測レンジが大きくなるほど高価
になるため、熱源機の容量が大きくなるほど、より高価
な流量計を用いなければならず、流量制御システムの導
入コストが嵩む要因となっていた。

【０００４】また、良好な精度の流量計測値を得るため
には、流量計が取り付けられる配管上の位置の前後にそ
の口径に比例した長さの直管部を確保しなければならな
いが、特に大容量の熱源機が制御対象となる場合は、バ
イパス管に大口径の流量計が設置できるよう、設計・施
工段階において、適切な流量計の選定作業、配管ルート
の確保や他機器の納まり等の煩雑な検討作業が必要であ
るという問題点があった。

【０００５】さらに、空調設備のリニューアルや省エネ
ルギー化等を目的とする改修工事の対応として、既設の
バイパス管に対して流量制御用の流量計を取りつける際
には、熱源機やポンプ、空調機等の運転を停止させ、バ
イパス管を含む配管系に冷温水が流れないような処置を
施した上で、バイパス管の一部を切断・加工し、流量計
を設置する作業を余儀なくされていたため、流量制御シ
ステムの導入に時間と手間を要していた。

【０００６】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、より安価な設計・施工コストで導入し得るとととも
に、建物の空調負荷状態の変動に応じて熱媒流量を可変
制御し、経済的かつ省エネルギー効果の高い熱源制御を
行うことができる流量制御システムに好適な配管システ
ム、および、施工効率の優れた流量制御用配管システム
の施工方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、熱源側装置からの熱媒を負荷を処理する負
荷側装置の負荷に応じて可変流量で循環供給させる流量
制御システムに用いる配管システムであって、負荷側装
置へ熱媒を送流する熱媒送り側管路に設けられる往ヘッ
ダと、負荷側装置から熱媒を還流する熱媒還り側管路に
設けられる還ヘッダと、前記往ヘッダおよび前記還ヘッ
ダを連結する第１のバイパス管と、前記第１のバイパス
管よりも小径で、前記往ヘッダおよび前記還ヘッダを連
結する第２のバイパス管と、前記第２のバイパス管に設
けられてこの管内を流れる熱媒の流量および流れ方向を
測定する流れ測定手段とを備えることを特徴とするもの
である。

【０００８】また本発明は、前記流量制御用配管システ
ムにおいて、第２のバイパス管の少なくとも一方の管端
部が、往ヘッダまたは還ヘッダの計器取付部に接続され
ることを特徴とするものである。

【０００９】また本発明は、前記流量制御用配管システ
ムにおいて、第２のバイパス管の少なくとも一方の管端
部が、往ヘッダまたは還ヘッダの水抜き管に接続される
ことを特徴とするものである。

【００１０】また本発明は、熱源側装置からの熱媒を負
荷を処理する負荷側装置の負荷に応じて可変流量で循環
供給させる流量制御システムに用いる配管システムの施
工方法であって、負荷側装置へ熱媒を送流する熱媒送り
側管路に設けられる往ヘッダおよび負荷側装置から熱媒
を還流する熱媒還り側管路に設けられる還ヘッダを連結
する既設の第１のバイパス管に熱媒が流れている状態
で、熱媒の流量および流れ方向を測定する流れ測定手段
を備えた第２のバイパス管を前記往ヘッダおよび前記還
ヘッダ間に接続することを特徴とする。

【００１１】また本発明は、第２のバイパス管を往ヘッ
ダおよび還ヘッダ間に接続する施工方法として、往ヘッ
ダおよび還ヘッダに弁付き計器取付管を有するヘッダを
用い、前記計器取付管の弁を閉止させるステップと、前
記計器取付管をＴ字管を介して延伸するとともに、延伸
した管の端部に閉塞部材を設けるステップと、前記Ｔ字
管の開放分岐部に第２のバイパス管を接続し、計器取付
管の弁を開くステップとを備えたことを特徴とする。

【００１２】また本発明は、第２のバイパス管を往ヘッ
ダおよび還ヘッダ間に接続する施工方法として、往ヘッ
ダおよび還ヘッダに弁付き水抜き管を有するヘッダを用
い、前記水抜き管の弁を閉止させるステップと、前記水
抜き管をＴ字管を介して延伸するとともに、延伸した管
の端部に他の弁を設け、この他の弁を閉止させるステッ
プと、前記Ｔ字管の開放分岐部に第２のバイパス管を接
続し、前記弁付き水抜き管の弁を開くステップとを備え
たことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態例を詳細に説明する。

【００１４】図１は本発明の実施形態例に係る流量制御
システムを示す構成説明図である。

【００１５】図１において、冷温水発生機１１は複数台
が並列して設けられ、それぞれに冷温水一次ポンプ１
２、冷却塔１３、冷却水ポンプ１４が対応して設けられ
る。冷温水一次ポンプ１２および冷却水ポンプ１４に
は、各々インバータＩＮＶが設けられる。１５は空調
機、１６は空調機１５を流れる冷温水の流量を制御する
二方弁、１７は冷温水二次ポンプである。１８，１９は
それぞれ冷温水発生機１１からの冷水または温水を混合
させる往一次ヘッダ、往二次ヘッダであり、２０は冷温
水発生機１１へ戻る冷水または温水を混合させる還ヘッ
ダである。第１のバイパス管２１および第２のバイパス
管２２は、いずれも往一次ヘッダ１８および還ヘッダ２
０を連結するように設けられる。なお、第２のバイパス
管２２は第１のバイパス管２１よりも小径であり、管路
上には、流量および流れ方向が同時に測定できる流量計
２３が設けられる。第２のバイパス管２２の管径は例え
ば５０Ａ（呼び径＝５０ｍｍ）であり、第１のバイパス
管２１と同一の管材のものが用いられる。流量計２３
は、電磁流量計または超音波流量計とするのが好まし
い。配管系はこれらのバイパス管を境として、冷温水発
生機１１等の熱源機器が配置される熱源側と、空調機１
５等の負荷機器が配置される負荷側に区分される。

【００１６】この流量制御システムの通常制御動作は次
のようになる。すなわち、冷温水発生機１１によって作
られた冷水または温水は、冷温水一次ポンプ１２により
往一次ヘッダ１８へ圧送された後、冷温水二次ポンプ１
７により往二次ヘッダ１９および送水管２４を経由して
空調機１５へ圧送される。空調機１５に送られた冷水ま
たは温水は、空調機１５内の搬送空気と熱交換をした
後、還ヘッダ２０および還水管２５を経由して再び冷温
水発生機１１に戻される。このようにして冷温水発生機
１１に搬送された空調負荷は、冷却水回路の冷却水ポン
プ１４および冷却塔１３を介して外界へ排出される。こ
のとき、冷温水一次ポンプ１２によって搬送される冷水
または温水の流量と、冷温水二次ポンプ１７によって搬
送される冷水または温水の流量が平衡すると、第１のバ
イパス管２１および第２のバイパス管２２の流量は０と
なる。前者の流量が後者の流量よりも大きい場合は、両
バイパス管２１，２２には往一次ヘッダ１８から還ヘッ
ダ２０へ向かう流れが形成され、反対に後者の流量が前
者の流量よりも大きい場合は、両バイパス管２１，２２
には還ヘッダ２０から往一次ヘッダ１８へ向かう流れが
形成される。

【００１７】２６は空調機１５の負荷状態の変動に応じ
て冷温水一次ポンプ１２や冷却水ポンプ１４の最適な制
御を行う流量制御装置である。流量制御装置２６には、
現在の運転状態や負荷状態を監視しデータとして取り込
む状態入力部２７と、冷温水一次ポンプ１２や冷却水ポ
ンプ１４の制御信号を演算する流量制御演算部２８と、
冷温水一次ポンプ１２や冷却水ポンプ１４に対する制御
信号を出力する制御出力部２９が実装される。

【００１８】流量制御システムの流量制御は図２に示す
フローチャートのように実施される。すなわち、状態入
力部２７において、各機器の運転状態や温度・流量等の
負荷状態に関する信号が周期的に入力・データ変換さ
れ、メモリ内の所定アドレスに格納される。次に、流量
制御演算部２８では、状態入力部２７からの入力信号に
故障や異常を示すデータがなければ、第２のバイパス管
２２の流量設定値を目標値とするＰＩＤ制御によって最
適な冷温水一次ポンプ１２の制御出力が演算される。第
２のバイパス管２２の流量設定値は略０、好ましくは、
送水温度の安定性を考慮して往ヘッダから還ヘッダに向
かう流れが若干生じる程度に設定される。ここで、冷却
水ポンプ１４の制御出力は、設計データを参照して冷温
水一次ポンプ１２の制御出力に関する一次式としてあら
かじめ定義しておくことにより簡単に算出することがで
きる。一方、状態入力部２７からの入力信号に故障や異
常を示すデータがある場合は、流量制御演算部２８で
は、異常の状態に対応した異常時対応制御が実施され
る。なお、異常時対応制御には、例えば、冷温水送水
（または還水）温度異常に対応する送水（または還水）
温度補償制御、冷却水温度異常に対応する冷却水リミッ
ト制御、流量不足に起因する流量制御異常に対応する流
量制御解除制御、断線等のセンサー異常に対応するセン
サー異常時制御などがある。そして、流量制御演算部２
８によって演算された最新の制御出力は制御出力部２９
へ出力され、冷温水一次ポンプ１２や冷却水ポンプ１４
に対する適切な制御信号が各機器に対して出力される。

【００１９】図３は本発明の実施形態例に係る流量制御
用配管システムを示す構成説明図である。図中、図１と
同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。すな
わち、往一次ヘッダ１８の例えば温度計、圧力計等が取
り付けられる計器取付部（予備タッピング）３１には第
２のバイパス管２２の一方の管端部が連通して接続さ
れ、還ヘッダ２０の例えば温度計、圧力計等が取り付け
られる計器取付部（予備タッピング）３２には第２のバ
イパス管２２のもう一方の管端部が連通して接続され
る。

【００２０】図４は本発明の実施形態例に係る他の流量
制御用配管システムを示す構成説明図である。図中、図
１と同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。
すなわち、往一次ヘッダ１８の水抜き管３３には第２の
バイパス管２２の一方の管端部が連通して接続され、還
ヘッダ２０の水抜き管３４には第２のバイパス管２２の
もう一方の管端部が連通して接続される。

【００２１】図５は本発明の実施形態例に係る流量制御
用配管システムの施工方法を示すフロー図である。

【００２２】すなわち、熱源側装置からの熱媒を、負荷
を処理する負荷側装置の負荷に応じて可変流量で循環供
給させる流量制御システムに用いる配管システムの施工
方法であって、第２のバイパス管を往ヘッダおよび還ヘ
ッダ間に接続する施工方法として、先ず図５（ａ）に示
すように、往一次ヘッダ１８に弁付き計器取付管３１を
有するヘッダを用い、前記計器取付管３１の弁を閉止さ
せる（ステップ１）。次に図５（ｂ）に示すように、前
記計器取付管３１をＴ字管３５を介して上方へ延伸する
とともに、延伸した管３５の頂端部に閉塞部材（プラ
グ）を設ける（ステップ２）。次に図５（ｃ）に示すよ
うに、前記Ｔ字管３５の水平方向の開放分岐部に、流量
計２３を備えた第２のバイパス管２２の一方の管端部を
接続する（ステップ３）。

【００２３】第２のバイパス管２２のもう一方の管端部
を還ヘッダに接続するように、前記ステップ１〜３の処
理と同様の処理を実施する。

【００２４】次に、計器取付管３１の弁を開く。

【００２５】このような施工方法により、負荷側装置へ
熱媒を送流する熱媒送り側管路に設けられる往一次ヘッ
ダ１８および負荷側装置から熱媒を還流する熱媒還り側
管路に設けられる還ヘッダを連結する既設の第１のバイ
パス管２１に熱媒が流れている状態で、熱媒の流量およ
び流れ方向を測定する流量計２３を備えた第２のバイパ
ス管２２を前記往一次ヘッダ１８および前記還ヘッダ間
に接続することができる。

【００２６】尚、Ｔ字管３５に設けた閉塞部材（プラ
グ）を開けて計器を取り付けることにより、温度測定、
圧力測定等を同時に行うことができる。

【００２７】図６は本発明の実施形態例に係る他の流量
制御用配管システムの施工方法を示すフロー図である。

【００２８】すなわち、熱源側装置からの熱媒を、負荷
を処理する負荷側装置の負荷に応じて可変流量で循環供
給させる流量制御システムに用いる配管システムの施工
方法であって、第２のバイパス管を往ヘッダおよび還ヘ
ッダ間に接続する施工方法として、先ず図６（ａ）に示
すように、往一次ヘッダ１８に第１の水抜き弁３６付き
水抜き管３７を有するヘッダを用い、前記第１の水抜き
弁３６を閉止させる（ステップ１）。次に図6（ｂ）に
示すように、前記水抜き管３７をＴ字管３８を介して下
方へ延伸するとともに、延伸した水抜き管（Ｔ字管３８
の下方）に第２の水抜き弁３９を設け、この第２の水抜
き弁３９を閉止させる（ステップ２）。次に図６（ｃ）
に示すように、前記Ｔ字管３８の水平方向の開放分岐部
に、流量計２３を備えた第２のバイパス管２２の一方の
管端部を接続する（ステップ３）。

【００２９】第２のバイパス管２２のもう一方の管端部
を還ヘッダに接続するように、前記ステップ１〜３の処
理と同様の処理を実施する。

【００３０】次に、第１の水抜き弁３６を開く。

【００３１】このような施工方法により、負荷側装置へ
熱媒を送流する熱媒送り側管路に設けられる往一次ヘッ
ダ１８および負荷側装置から熱媒を還流する熱媒還り側
管路に設けられる還ヘッダを連結する既設の第１のバイ
パス管２１に熱媒が流れている状態で、熱媒の流量およ
び流れ方向を測定する流量計２３を備えた第２のバイパ
ス管２２を前記往一次ヘッダ１８および前記還ヘッダ間
に接続することができる。

【００３２】尚、第１の水抜き弁３６および第２の水抜
き弁３９を開くことにより水抜きすることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように本発明の配管システム
によれば、熱媒送り管および熱媒還り管を連結する第１
のバイパス管、ならびに、熱媒送り側および熱媒還り管
のヘッダ配管に設けられた計器取付部または水抜き管を
有効活用し、両端部がこの計器取付部または水抜管に接
続されるような第２のバイパス管を備え、第１のバイパ
ス管よりも小径の第２のバイパス管に流量計が設けられ
る構成になっている。このため、使用する流量計が所定
の小口径のタイプで済むとともに、第２のバイパス管に
必要な直管部の長さが短くなるため、流量制御システム
の設計工数や導入コストが低減できる。

【００３４】また、本発明の施工方法によれば、空調設
備のリニューアルや省エネルギー化等を目的とする改修
工事の対応として、流量計を備えた第２のバイパス管を
新設する際に、ヘッダ配管の改造工事が最小限で済むと
ともに、第１のバイパス管に熱媒が流れている状態のま
ま、熱源機やポンプ、空調機等を停止させることなく、
第２のバイパス管の配管施工を行うことが可能であるた
め、流量制御システムの施工コストの大幅な削減に寄与
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態例に係る流量制御システムを
示す構成説明図である。

【図２】本発明の実施形態例に係る流量制御システムの
流量制御を示すフローチャートである。

【図３】本発明の実施形態例に係る流量制御用配管シス
テムを示す構成説明図である。

【図４】本発明の実施形態例に係る他の流量制御用配管
システムを示す構成説明図である。

【図５】本発明の実施形態例に係る流量制御用配管シス
テムの施工方法を示すフロー図である。

【図６】本発明の実施形態例に係る他の流量制御用配管
システムの施工方法を示すフロー図である。

【符号の説明】

１１ 冷温水発生機 １５ 空調機 １８ 往一次ヘッダ １９ 往二次ヘッダ ２０ 還ヘッダ ２１ 第１のバイパス管 ２２ 第２のバイパス管 ２３ 流量計 ２６ 流量制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 仲井 章一 大阪府大阪市西区江戸堀１丁目９番25号 ダイダン株式会社内 (72)発明者 鹿又 一秀 大阪府大阪市西区江戸堀１丁目９番25号 ダイダン株式会社内 Ｆターム(参考） 3L050 BB08 BB16 3L060 AA03 CC05 CC15 DD08 EE34

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱源側装置からの熱媒を負荷を処理する
   負荷側装置の負荷に応じて可変流量で循環供給させる流
   量制御システムに用いる配管システムであって、 負荷側装置へ熱媒を送流する熱媒送り側管路に設けられ
   る往ヘッダと、 負荷側装置から熱媒を還流する熱媒還り側管路に設けら
   れる還ヘッダと、 前記往ヘッダおよび前記還ヘッダを連結する第１のバイ
   パス管と、 前記第１のバイパス管よりも小径で、前記往ヘッダおよ
   び前記還ヘッダを連結する第２のバイパス管と、 前記第２のバイパス管に設けられてこの管内を流れる熱
   媒の流量および流れ方向を測定する流れ測定手段とを備
   えることを特徴とする流量制御用配管システム。
2. 【請求項２】 第２のバイパス管の少なくとも一方の管
   端部が、往ヘッダまたは還ヘッダの計器取付部に接続さ
   れることを特徴とする請求項１に記載の流量制御用配管
   システム。
3. 【請求項３】 第２のバイパス管の少なくとも一方の管
   端部が、往ヘッダまたは還ヘッダの水抜き管に接続され
   ることを特徴とする請求項１に記載の流量制御用配管シ
   ステム。
4. 【請求項４】 熱源側装置からの熱媒を負荷を処理する
   負荷側装置の負荷に応じて可変流量で循環供給させる流
   量制御システムに用いる配管システムの施工方法であっ
   て、 負荷側装置へ熱媒を送流する熱媒送り側管路に設けられ
   る往ヘッダおよび負荷側装置から熱媒を還流する熱媒還
   り側管路に設けられる還ヘッダを連結する既設の第１の
   バイパス管に熱媒が流れている状態で、熱媒の流量およ
   び流れ方向を測定する流れ測定手段を備えた第２のバイ
   パス管を前記往ヘッダおよび前記還ヘッダ間に接続する
   ことを特徴とする流量制御用配管システムの施工方法。
5. 【請求項５】 第２のバイパス管を往ヘッダおよび還ヘ
   ッダ間に接続する施工方法として、 往ヘッダおよび還ヘッダに弁付き計器取付管を有するヘ
   ッダを用い、前記計器取付管の弁を閉止させるステップ
   と、 前記計器取付管をＴ字管を介して延伸するとともに、延
   伸した管の端部に閉塞部材を設けるステップと、 前記Ｔ字管の開放分岐部に第２のバイパス管を接続し、
   計器取付管の弁を開くステップとを備えたことを特徴と
   する請求項４に記載の流量制御用配管システムの施工方
   法。
6. 【請求項６】 第２のバイパス管を往ヘッダおよび還ヘ
   ッダ間に接続する施工方法として、 往ヘッダおよび還ヘッダに弁付き水抜き管を有するヘッ
   ダを用い、前記水抜き管の弁を閉止させるステップと、 前記水抜き管をＴ字管を介して延伸するとともに、延伸
   した管の端部に他の弁を設け、この他の弁を閉止させる
   ステップと、 前記Ｔ字管の開放分岐部に第２のバイパス管を接続し、
   前記弁付き水抜き管の弁を開くステップとを備えたこと
   を特徴とする請求項４に記載の流量制御用配管システム
   の施工方法。