JP2004101104A

JP2004101104A - ２次ポンプ方式熱源変流量制御方法および２次ポンプ方式熱源システム

Info

Publication number: JP2004101104A
Application number: JP2002265160A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Takesako; 竹迫　雅史; Shigehiro Kobayashi; 小林　成弘
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2004-04-02
Anticipated expiration: 2022-09-11
Also published as: JP4173981B2

Abstract

【課題】バイパス管路に流量計を新たに設けることなく、バイパス管路に流れる流量を零に近づけて、搬送動力の無駄を無くし、省エネルギーを図る。
【解決手段】負荷熱量を求めるために設けられている既設の流量計１３を流用し、この流量計１３によって計測された負荷流量Ｆを現在運転している熱源機１の運転台数ｎで除して按分流量Ｆｉを求め、この按分流量Ｆｉに応じて現在運転している熱源機１に対して設けられている１次ポンプ２の回転数を制御する。具体的には、１次ポンプ２−１〜２−Ｎのそれぞれに対して固有のＩＮＶ出力テーブルが用意されており、運転中の熱源機１に対して設けられている１次ポンプ２のそれぞれについて、その固有のＩＮＶテーブルを参照して按分流量Ｆｉに対応するＩＮＶ出力を求め、インバータ１５にセットする。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、還ヘッダに戻される熱源水の流量（負荷流量）に応じて運転中の熱源機に対し補機として設けられている１次ポンプの回転数を制御する２次ポンプ方式熱源変流量制御方法および２次ポンプ方式熱源システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４に従来の２次ポンプ方式熱源システムの計装図を示す（例えば、特許文献１参照）。同図において、１−１〜１−Ｎは熱源水を生成する熱源機、２−１〜２−Ｎは熱源機１−１〜１−Ｎが生成する熱源水の循環通路に補機として各個に設けられた１次ポンプ、３は熱源機１−１〜１−Ｎからの熱源水を混合する往ヘッダ、４は往水管路、５は往ヘッダ３から往水管路４を介して送られてくる熱源水の供給を受ける負荷機器（空調機）、６は還水管路である。
【０００３】
７は負荷機器５において熱交換され還水管路６を介して送られてくる熱源水が戻される還ヘッダ、８は往ヘッダ３と還ヘッダ７とを連通させるバイパス管路、１０は往ヘッダ３からの熱源水の送水圧ＰＳを計測する送水圧力計、１１は往ヘッダ３から負荷機器５への熱源水の温度を往水温度ＴＳとして計測する往水温度センサ、１２は還ヘッダ７に戻される熱源水の温度を還水温度ＴＲとして計測する還水温度センサ、１３は還ヘッダ７に戻される熱源水の流量（負荷流量）Ｆを計測する流量計、１４は制御装置である。
【０００４】
往ヘッダ３は、第１の往ヘッダ３−１と第２の往ヘッダ３−２とから構成され、往ヘッダ３−１と往ヘッダ３−２との間には、往ヘッダ３−１からの熱源水を往ヘッダ３−２へ圧送する２次ポンプ１６−１〜１６−Ｍが設けられている。２次ポンプ１６−１〜１６−Ｍにはインバータ１７−１〜１７−Ｍが設けられている。
【０００５】
この２次ポンプ方式熱源システムにおいて、１次ポンプ２−１〜２−Ｎにより圧送された送水は、熱源機１−１〜１−Ｎにより熱源水とされ、往ヘッダ３において混合され、往水管路４を介して負荷機器５へ供給される。そして、負荷機器５において熱交換され、還水管路６を介して還ヘッダ７に戻され、再び１次ポンプ２−１〜２−Ｎによって圧送され、以上の経路を循環する。例えば、熱源機１−１〜１−Ｎを冷凍機とした場合、熱源水は冷水とされ、上述した経路を循環する。熱源機１−１〜１−Ｎを加熱機とした場合、熱源水は温水とされ、上述した経路を循環する。
【０００６】
制御装置１４は、送水圧力計１０からの熱源水の送水圧ＰＳを監視し、この送水圧ＰＳを一定とするように２次ポンプ１６−１〜１６−Ｍの運転台数および回転数を制御する一方、往水温度センサ１１からの往水温度ＴＳ，還水温度センサ１２からの還水温度ＴＲおよび流量計１３からの負荷流量Ｆとから、Ｆ×（ＴＲ−ＴＳ）＝Ｑとして現在の負荷熱量Ｑを求め、この求めた現在の負荷熱量Ｑ又は負荷流量Ｆに応じて熱源機１−１〜１−Ｎの運転台数を制御する。
【０００７】
例えば、制御装置１４は、予め定められている運転順序テーブルに従い、負荷熱量Ｑが所定値Ｑ１に達するまでは指定順位１番の熱源機１−１を運転し、負荷熱量Ｑが所定値Ｑ１を越えれば、熱源機１−１に加えて指定順位２番の熱源機１−２の運転を開始する。なお、この熱源機１−１，１−２の運転中、熱源機１−１，１−２に対して設けられている１次ポンプ２−１，２−２は、定格回転で運転され、それぞれ一定の流量を往ヘッダ３に供給する。負荷流量Ｆの場合も負荷熱量Ｑの場合と同様にして熱源機１−１〜１−Ｎの運転台数を制御することが可能である。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−８９９３５号公報（第４−６頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の２次ポンプ方式熱源システムでは、運転中の熱源機１に対して設けられている１次ポンプ２が負荷機器５に供給される負荷流量Ｆに関係なく一定流量の熱源水を供給するため、余剰な熱源水がバイパス管路８を流れるものとなり、１次ポンプ２による搬送動力の無駄が生じていた。
【００１０】
なお、バイパス管路８を流れる熱源水の流量Ｆｂを監視し、この流量Ｆｂが零に近づくように運転中の熱源機１に対して設けられている１次ポンプ２の回転数を制御することが考えられる。しかし、そのためにはバイパス管路８に流量計を新たに設置しなければならない。既設の１次ポンプ方式熱源システムにおいて、バイパス管路８に流量計を新たに設けることは、施工的な難しさがあり、また新設する場合にはイニシャルコストがかかってしまうという問題もある。
【００１１】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、バイパス管路に流量計を新たに設けることなく、バイパス管路に流れる流量を零に近づけて、搬送動力の無駄を無くし、省エネルギーを図ることのできる２次ポンプ方式熱源変流量制御方法および２次ポンプ方式熱源システムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明は、上述した２次ポンプ方式熱源システムにおいて、負荷熱量を求めるために設けられている既設の流量計を流用し、この流量計によって計測された負荷流量Ｆから現在運転している熱源機１台当たりの按分流量Ｆｉを求め、この按分流量Ｆｉに応じて現在運転している熱源機に対して設けられている１次ポンプの回転数を制御するようにしたものである。按分流量Ｆｉは、各熱源機の１次ポンプの定格が同じならば、負荷流量Ｆを熱源機の運転台数ｎで除することにより求めることができる。また、熱源機の１次ポンプの定格が異なる場合は、各ポンプの定格で重み付けすればよい。
【００１３】
この発明によれば、按分流量Ｆｉに応じて現在運転している熱源機に対して設けられている１次ポンプの回転数が制御される。この際、運転中の熱源機から按分流量Ｆｉの熱源水が出力されるように１次ポンプの回転数を制御することにより、運転中の熱源機から出力される熱源水の流量の合計が負荷流量Ｆと等しくなり、バイパス管路に流れる熱源水の流量が零となる。
【００１４】
なお、本発明において、按分流量Ｆｉが熱源機に対して予め定められている最低通過流量ＦＧｍｉｎよりも小さい場合には、最低通過流量に対応する制御値を下限値とし、この下限値に応じて現在運転している熱源機に対して設けられている１次ポンプの回転数を制御する。このようにすることによって、運転中の熱源機から出力される熱源水の量を最低通過流量ＦＧｍｉｎを下回らないようにすることが可能となり、最低通過流量ＦＧｍｉｎを下回ることによって生じる虞れのある運転中の熱源機の異常停止を防ぐことができるようになる。なお、この場合、運転中の熱源機から出力される熱源水の流量の合計は負荷流量Ｆよりも大きくなるが、その差は僅かであり、余剰分としてバイパス管路を流れるものとなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る２次ポンプ方式熱源変流量制御方法の実施に用いる２次ポンプ方式熱源システムの計装図である。同図において、図４と同一符号は図４を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。
【００１６】
この実施の形態では、１次ポンプ２−１〜２−Ｎにインバータ１５−１〜１５−Ｎを設け、このインバータ１５−１〜１５−Ｎへ制御装置１４Ａからインバータ出力（ＩＮＶ出力）を与え、１次ポンプ２−１〜２−Ｎの回転数を制御するようにしている。
【００１７】
制御装置１４Ａは、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現される。制御装置１４Ａは、その特徴的な機能の１つとして、熱源変流量制御機能を有している。
【００１８】
〔運転台数の制御〕
制御装置１４Ａは、送水圧力計１１からの熱源水の送水圧ＰＳを監視し、この送水圧ＰＳを一定とするように２次ポンプ１５−１〜１５−Ｍの運転台数および回転数を制御する一方、往水温度センサ１１からの往水温度ＴＳ，還水温度センサ１２からの還水温度ＴＲおよび流量計１３からの負荷流量Ｆとから、Ｆ×（ＴＲ−ＴＳ）＝Ｑとして現在の負荷熱量Ｑを求め、この求めた現在の負荷熱量Ｑ又は負荷流量Ｆに応じて熱源機１−１〜１−Ｎの運転台数を制御する。
〔熱源変流量制御〕
制御装置１４Ａは、流量計１３によって計測された負荷流量Ｆを現在運転している熱源機の運転台数ｎで除して按分流量Ｆｉを求める（図２に示すステップ２０１）。
【００１９】
そして、予め用意されている按分流量とＩＮＶ出力との関係を示すテーブル（ＩＮＶ出力テーブル）を参照して、ステップ２０１で求めた按分流量Ｆｉに対応するＩＮＶ出力を求める（ステップ２０２）。
【００２０】
この実施の形態では、１次ポンプ２−１〜２−Ｎのそれぞれに対して固有のＩＮＶ出力テーブルが用意されており、運転中の熱源機１に対して設けられている１次ポンプ２のそれぞれについて、その固有のＩＮＶテーブルを参照して按分流量Ｆｉに対応するＩＮＶ出力を求める。
【００２１】
図３にＩＮＶ出力テーブルの一例を示す。このＩＮＶ出力テーブルＴＡ１は例えば１次ポンプ２−１に対して用意されたものである。同様のＩＮＶ出力テーブルＴＡ２〜ＴＡＮが１次ポンプ２−２〜２−Ｎに対して用意されている。これらのＩＮＶ出力テーブルＴＡ１〜ＴＡＮは、実測値に基づいて作成され、制御装置１４Ａに設定されている。
【００２２】
〔ＩＮＶ出力テーブルの作成〕
この２次ポンプ方式熱源システムにおいて、２次ポンプ１６が受け持つ配管抵抗は、負荷機器５に設けられている温度制御用二方弁（図示せず）などが原因で負荷により変動するが、１次ポンプ１５が設けられている１次配管には二方弁のように抵抗を変化させるものが存在しないため、１次ポンプ１５が受け持つ配管抵抗は負荷変動によらずほゞ一定である。このことから、１次ポンプ１５のポンプ回転数と流量との間には比例の関係がある。
【００２３】
このようなポンプ回転数と流量との比例関係に基づいて、この２次ポンプ方式熱源システムでは、次のようにしてＩＮＶ出力テーブルの作成を行う。図３に示したＩＮＶ出力テーブルＴＡ１で説明すると、１次ポンプ２−１が設けられている配管（１次配管）に、超音波流量計等の調査用の流量計（図示せず）をセットする。流量調整用のポンプ吐出弁（図示せず）を全開とし、ＩＮＶ出力を１００％として１次ポンプ２−１を運転させる。
【００２４】
調査用の流量計によって測定される流量を監視し、その流量が定格水量を超えた場合には、定格水量となるようにＩＮＶ出力を下げる。この時のＩＮＶ出力を按分流量Ｆｉに対するＩＮＶ出力の上限値ＩＮＶｍａｘとして記録する。次に、ＩＮＶ出力を５〜１０％ずつくらい下降させ、そのときの調査用の流量計によって測定される流量をＩＮＶ出力と対応して記録する。
【００２５】
熱源機１−１には最低通過流量ＦＧ１ｍｉｎが定められている。熱源機１−１の通過流量ＦＧ１が最低通過流量ＦＧ１ｍｉｎを下回ると、運転中の熱源機１−１が異常停止する虞れがある。そこで、調査用の流量計によって測定される流量が熱源機１−１の最低通過流量ＦＧ１ｍｉｎとなるＩＮＶ出力を調査し、この時のＩＮＶ出力を按分流量Ｆｉに対するＩＮＶ出力の下限値ＩＮＶｍｉｎとして記録する。
【００２６】
このようにして記録したＩＮＶｍａｘと、ＩＮＶｍｉｎと、ＩＮＶｍａｘとＩＮＶｍｉｎとの間の５〜１０％間隔のＩＮＶ出力に対する流量とから、ＩＮＶ出力テーブルＴＡ１を作成する。同様にして、１次ポンプ２−２〜２−Ｎに対しても、ＩＮＶ出力テーブルＴＡ２〜ＴＡＮを作成する。
【００２７】
制御装置１４Ａは、ステップ２０２で求めた按分流量Ｆｉに対応するＩＮＶ出力、すなわち運転中の熱源機１に対して設けられている１次ポンプ２のそれぞれについて求めたＩＮＶ出力を、その１次ポンプ２に対して設けられているインバータ１５に与える（ステップ２０３）。これにより、運転中の熱源機１に対して設けられている１次ポンプ２の回転数が制御装置１４ＡからのＩＮＶ出力に応じて制御され、運転中の熱源機１のそれぞれから按分流量Ｆｉの熱源水が出力されるようになる。
【００２８】
この場合、運転中の熱源機１から出力される熱源水の流量の合計は、負荷流量Ｆと等しくなる。したがって、バイパス管路８に流れる熱源水の流量Ｆｂが零となって、搬送動力の無駄が生じず、省エネルギーが図られるものとなる。また、バイパス管路８に流れる熱源水の流量Ｆｂの監視は不要であるので、バイパス管路８に流量計を新たに設置する必要はない。
【００２９】
以上の説明から分かるように、本実施の形態では、負荷熱量Ｑを求めるための流量計１３を流用し、この流量計１３が計測する負荷流量Ｆに基づいて按分流量Ｆｉを求めるようにしているので、バイパス管路８に流量計を新たに設ける必要がなく、イニシャルコストを極力抑えて、省エネルギーを図ることができるようになる。
【００３０】
〔負荷流量Ｆが少ない場合〕
この実施の形態において、負荷流量Ｆが少ない場合、負荷流量Ｆを運転中の熱源機１の台数ｎで除して得られる按分流量Ｆｉも小さくなる。この場合、インバータ１５−１へのＩＮＶ出力を例にとると、インバータ１５−１へのＩＮＶ出力は、按分流量Ｆｉが熱源機１−１の最低通過流量ＦＧ１ｍｉｎを下回ってもＩＮＶｍｉｎ以下になることはない。すなわち、図２に示したインバータ出力テーブルＴＡ１から分かるように、インバータ１５−１へのＩＮＶ出力は、按分流量Ｆｉ≦ＦＧ１ｍｉｎの範囲では最低通過流量ＦＧ１ｍｉｎに対応する制御値であるＩＮＶｍｉｎに保持される。
【００３１】
従って、負荷流量Ｆが少なくなって、按分流量Ｆｉが熱源機１−１の最低通過流量ＦＧ１ｍｉｎよりも小さくなっても、運転中の熱源機１−１が異常停止してしまうという問題は生じない。他の運転中の熱源機１についても同様である。なお、この場合、運転中の熱源機１から出力される熱源水の流量の合計は負荷流量Ｆよりも大きくなるが、その差は僅かであり、余剰分としてバイパス管路８を流れるので問題はない。
【００３２】
なお、この実施の形態では、変流量制御のための補助ロジックとして、次の▲１▼，▲２▼の補助ロジックを設ける。
▲１▼熱源機停止時の強制定格流量運転
熱源機停止時には一定時間（残留運転時間程度）強制的に１次ポンプを定格運転に戻す。
▲２▼インバータ制御スピードの制限
熱源機の容量制御よりも早くポンプ水量を変動させると容量制御が水量変化に追いつけずに熱源機内で凍結などの事故が発生する虞れがある。このため、１次ポンプのインバータ制御のスピードに、変化率リミット機能等で制限をかける。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように本発明によれば、負荷熱量を求めるために設けられている既設の流量計を流用し、この流量計によって計測された負荷流量Ｆから現在運転している熱源機１台当たりの按分流量Ｆｉを求め、この按分流量Ｆｉに応じて現在運転している熱源機に対して設けられている１次ポンプの回転数を制御するようにしたので、運転中の熱源機から按分流量Ｆｉの熱源水が出力されるように１次ポンプの回転数を制御することにより、運転中の熱源機から出力される熱源水の流量の合計を負荷流量Ｆと等しくし、バイパス管路に流量計を新たに設けることなく、バイパス管路に流れる熱源水の流量を零に近づけて、搬送動力の無駄を無くし、省エネルギーを図ることができるようになる。
【００３４】
また、按分流量Ｆｉが熱源機に対して予め定められている最低通過流量ＦＧｍｉｎよりも小さい場合には、最低通過流量に対応する制御値を下限値とし、この下限値に応じて現在運転している熱源機に対して設けられている１次ポンプの回転数を制御することによって、運転中の熱源機から出力される熱源水の量を最低通過流量ＦＧｍｉｎを下回らないようにし、運転中の熱源機の異常停止を防ぐことができるようになる。なお、この場合、運転中の熱源機から出力される熱源水の流量の合計は還ヘッダに戻される熱源水の流量Ｆよりも大きくなるが、その差は僅かであり、余剰分としてバイパス管路を流れるので問題はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る２次ポンプ方式熱源変流量制御方法の実施に用いる２次ポンプ方式熱源システムの計装図である。
【図２】この２次ポンプ方式熱源システムの制御装置に設けられた熱源変流量制御機能を説明するフローチャートである。
【図３】この２次ポンプ方式熱源システムの制御装置に設定されたＩＮＶ出力テーブルの一例を示す図である。
【図４】従来の２次ポンプ方式熱源システムの計装図である。
【符号の説明】
１（１−１〜１−Ｎ）…熱源機、２（２−１〜２−Ｎ）…１次ポンプ、３…往ヘッダ、３−１…第１の往ヘッダ、３−２…第２の往ヘッダ、４…往水管路、５…負荷機器（空調機）、６…還水管路、７…還ヘッダ、８…バイパス管路、１０…送水圧力計、１１…往水温度センサ、１２…還水温度センサ、１３…流量計、１４Ａ…制御装置、１５（１５−１〜１５−Ｎ）…インバータ、１６（１６−１〜１６−Ｍ）…２次ポンプ、１７（１７−１〜１７−Ｍ）…インバータ。

Claims

熱源水を生成する第１〜第Ｎ（Ｎ≧２）の熱源機と、この第１〜第Ｎの熱源機に対し補機として各個に設けられた第１〜第Ｎの１次ポンプと、前記第１〜第Ｎの熱源機からの熱源水を混合する第１の往ヘッダと、この第１の往ヘッダからの熱源水を第２の往ヘッダに圧送する１つ以上の２次ポンプと、前記第２の往ヘッダからの熱源水の供給を受ける負荷機器と、この負荷機器において熱交換された熱源水が戻される還ヘッダと、前記第１の往ヘッダと前記還ヘッダとを連通させるバイパス管路と、前記第２の往ヘッダから前記負荷機器への熱源水の温度を往水温度として計測する往水温度センサと、前記還ヘッダに戻される熱源水の温度を還水温度として計測する還水温度センサと、前記還ヘッダに戻される熱源水の流量を負荷流量として計測する流量計と、前記往水温度センサによって計測された往水温度、前記還水温度センサによって計測された還水温度および前記流量計によって計測された負荷流量又は前記流量計によって計測された負荷流量に基づいて現在の負荷熱量を求め、この求めた現在の負荷熱量に基づいて前記熱源機の運転台数を制御する制御装置とを備えた２次ポンプ方式熱源システムにおいて、
前記流量計によって計測された熱源水の流量から現在運転している前記熱源機１台当たりの按分流量を求め、
この按分流量に応じて現在運転している前記熱源機に対して設けられている前記１次ポンプの回転数を制御する
ようにしたことを特徴とする２次ポンプ方式熱源変流量制御方法。
請求項１に記載された２次ポンプ方式熱源変流量制御方法において、
前記按分流量が前記熱源機に対して予め定められている最低通過流量よりも小さい場合、前記最低通過流量に対応する制御値を下限値とし、この下限値に応じて現在運転している前記熱源機に対して設けられている前記１次ポンプの回転数を制御する
ようにしたことを特徴とする２次ポンプ方式熱源変流量制御方法。
熱源水を生成する第１〜第Ｎ（Ｎ≧２）の熱源機と、この第１〜第Ｎの熱源機に対し補機として各個に設けられた第１〜第Ｎの１次ポンプと、前記第１〜第Ｎの熱源機からの熱源水を混合する第１の往ヘッダと、この第１の往ヘッダからの熱源水を第２の往ヘッダに圧送する１つ以上の２次ポンプと、前記第２の往ヘッダからの熱源水の供給を受ける負荷機器と、この負荷機器において熱交換された熱源水が戻される還ヘッダと、前記第１の往ヘッダと前記還ヘッダとを連通させるバイパス管路と、前記第２の往ヘッダから前記負荷機器への熱源水の温度を往水温度として計測する往水温度センサと、前記還ヘッダに戻される熱源水の温度を還水温度として計測する還水温度センサと、前記還ヘッダに戻される熱源水の流量を負荷流量として計測する流量計と、前記往水温度センサによって計測された往水温度、前記還水温度センサによって計測された還水温度および前記流量計によって計測された負荷流量又は前記流量計によって計測された負荷流量に基づいて現在の負荷熱量を求め、この求めた現在の負荷熱量に基づいて前記熱源機の運転台数を制御する制御装置とを備えた２次ポンプ方式熱源システムにおいて、
前記流量計によって計測された負荷流量から現在運転している前記熱源機１台当たりの按分流量を求める按分流量算出手段と、
この按分流量算出手段によって求められた按分流量に応じて現在運転している前記熱源機に対して設けられている前記１次ポンプの回転数を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする２次ポンプ方式熱源システム。
請求項３に記載された２次ポンプ方式熱源システムにおいて、
前記制御手段は、前記按分流量が前記熱源機に対して予め定められている最低通過流量よりも小さい場合、前記按分流量を前記最低通過流量に置き換えて、現在運転している前記熱源機に対して設けられている前記１次ポンプの回転数を制御する
ことを特徴とする２次ポンプ方式熱源システム。