JP2004278885A - 熱源装置および制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】リリーフポンプPRを設ける。熱源(熱源+熱媒ポンプ)の運転台数は負荷熱量で制御する。リリーフポンプの起動・停止は負荷流量で判断する。負荷熱量Qが増段閾値Qu1に達する前に、負荷流量Fが増段閾値Fu1を上回ると、制御装置13AはリリーフポンプPRを起動する。これにより、外部負荷4への冷水の供給量が増えるので、外部負荷4の要求水量を満足できる。この後の要求水量の増大により、負荷熱量Qが増段閾値Qu1を上回ると、制御装置13Aは熱源G2(熱源G2+熱媒ポンプP2)を起動し、リリーフポンプPRを停止する。これにより、熱源G1に最大能力を発揮させた状態で、熱源G2への増段が図られる。なお、この時、往ヘッダ2から外部負荷4への往水温度TSが規定温度を満足するように、熱源G1の熱媒出口温度設定について変更を行う。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は熱媒を循環する熱源装置およびこの熱源装置に用いられる制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図7に従来の熱源装置の計装図を示す。同図において、G1〜G3は熱媒を生成する熱源、P1〜P3は熱源G1〜G3が生成する熱媒を搬送する熱媒ポンプ、2は熱源G1〜G3からの熱媒(冷水/温水)を混合する往ヘッダ、3は往水管路、4は往ヘッダ2から往水管路3を介して送られてくる熱媒の供給を受ける外部負荷(地域冷暖房の需要家、空調機・ファンコイル等の熱負荷)、5は還水管路である。熱源G(G1〜G3)には冷却水ポンプGP(GP1〜GP3)や冷却塔ファンGF(GF1〜GF3)が補機として設けられている。
【0003】
6は外部負荷4において熱交換され還水管路5を介して送られてくる熱媒が戻される還ヘッダ、7は往ヘッダ2と還ヘッダ6とを連通するバイパス管路、8はバイパス管路7に設けられたバイパス弁、9は往ヘッダ2と還ヘッダ6との間の熱媒の差圧ΔPを計測する差圧計、10は往ヘッダ2から外部負荷4への熱媒の温度を往水温度TSとして計測する往水温度センサ、11は還ヘッダ6に戻される熱媒の温度を還水温度TRとして計測する還水温度センサ、12は還ヘッダ6に戻される熱媒の流量(外部負荷4に供給される熱媒の流量)を負荷流量Fとして計測する流量計、13は制御装置である。
【0004】
この熱源装置において、熱媒ポンプP1〜P3により圧送された熱媒は、熱源G1〜G3により冷却あるいは加熱され、往ヘッダ2において混合され、往水管路3を介して外部負荷4へ供給される。そして、外部負荷4において熱交換され、還水管路5を介して還ヘッダ6に戻され、再び熱媒ポンプP1〜P3によって圧送され、以上の経路を循環する。例えば、熱源G1〜G3を冷凍機とした場合、熱媒は冷水とされ、上述した経路を循環する。熱源G1〜G3を加熱機とした場合、熱媒は温水とされ、上述した経路を循環する。
【0005】
制御装置13は、差圧計9によって計測される往ヘッダ2と還ヘッダ6との間の差圧ΔPを監視し、この差圧ΔPを一定とするようにバイパス弁8の開度、すなわちバイパス管路7を流れる熱媒の流量(バイパス流量)を制御する。また、制御装置13は、流量計12が計測する負荷流量Fに応じて熱源G1〜G3の運転台数を制御する。なお、熱媒ポンプP1〜P3や冷却水ポンプGP1〜GP3,冷却塔ファンGF1〜GF3は、熱源G1〜G3と連動して起動/停止される。例えば、制御装置13から熱源G1が起動されると、これに連動して熱源G1は熱媒ポンプP1を起動する。また、冷却水ポンプGP1、冷却塔ファンGF1を起動する。
【0006】
この熱源装置において、熱源G1〜G3の設計能力(最大能力)や設計流量(最大能力発揮時におけるポンプ熱媒流量の設計値)、熱媒ポンプP1〜P3の搬送容量(定格流量)などは、外部負荷4において必要とされる最大熱負荷量を考慮して定められる。例えば、この熱源装置を冷水熱源装置とした場合、往水温度TSを7℃、還水温度TRを14℃と想定し、外部負荷4において必要とされる最大熱負荷量を賄い得る冷水の必要流量を算出する。往水温度TSと還水温度TRとの温度差(往還温度差)と流量との積が熱負荷量に相当するので、この冷水の必要流量は、必要とされる最大熱負荷量を往還温度差で除することによって求められる。
【0007】
ここで、冷水の必要流量が2700m3 /hとして求められたとすると、熱源(冷凍機)Gの1台当たりの設計流量を900m3 /h、熱媒ポンプPの1台当たりの搬送容量(定格流量)を900m3 /hとする。また、900m3 /hで送られてくる14℃の還水をその最大能力発揮時に7℃に冷却することができるように、熱源Gの1台当たりの最大能力を例えば7371kW(2100RT)とする。
【0008】
以下、この熱源装置を冷水熱源装置とした場合を例にとり、制御装置13が行う処理動作の概要について説明する。熱源起動時刻に達すると(図8に示すステップ801)、制御装置13は、1番目の熱源G1へ起動指令を送る(ステップ802)。熱源G1は、制御装置13から起動指令を受けると、その運転を開始するとともに熱媒ポンプP1を定格流量で起動する。また、冷却水ポンプGP1、冷却塔ファンGF1を起動する。
【0009】
これにより、熱媒ポンプP1から熱源G1に900m3 /hの熱媒が送られ、この熱媒が熱源G1において7℃の冷水とされ、往ヘッダ2へ送られる。ここで、外部負荷4はまだ運転が開始されていない(冷水弁4−1は未だ閉じられている)ので、その全量がバイパス管路7を通して還ヘッダ6へ戻される。この際、制御装置13は、差圧計9からの差圧ΔPを監視し、この差圧ΔPが一定となるように、バイパス弁8の開度を制御する(ステップ803)。
【0010】
外部負荷4の運転が開始されると(ステップ804のYES)、すなわち外部負荷4における冷水弁4−1が開かれると、往ヘッダ2からバイパス管路7へ送られている冷水が分流して外部負荷4へ送られる。このとき、差圧ΔPが下がろうとするので、制御装置13は、差圧ΔPが下がらないようにバイパス弁8の開度を制御する(ステップ805)。このバイパス弁8の制御により、外部負荷4が要求する冷水の流量が増大するにつれ、バイパス弁8は閉じられて行く。バイパス弁8が全閉とされると、熱源G1から往ヘッダ2へ送られる冷水の全量が外部負荷4へ送られるようになる。
【0011】
制御装置13は、バイパス弁8の開度に応じて外部負荷4に供給される冷水の流量を流量計12により負荷流量Fとして監視しており、この負荷流量Fが第1の増段閾値として予め定められている所定流量Fu1(この例では、900m3 /h:図9参照)に達すると(ステップ806のYES)、2番目の熱源G2へ起動指令を送る(ステップ807)。熱源G2は、制御装置13から起動指令を受けると、その運転を開始するとともに、熱媒ポンプP2を定格流量で起動する。また、冷却水ポンプGP2、冷却塔ファンGF2を起動する。
【0012】
これにより、熱媒ポンプP2から熱源G2に900m3 /hの熱媒が送られ、この熱媒が熱源G2において7℃の冷水とされ、往ヘッダ2へ送られる。この場合、差圧ΔPが上がろうとするので、制御装置13は、バイパス弁8を開いて、差圧ΔPが上がらないようにする。これにより、過剰に生成された冷水がバイパス管路7を通して還ヘッダ6へ戻され、必要とされる流量の冷水が外部負荷4へ供給される。
【0013】
以下同様にして、制御装置13は、差圧ΔPが一定となるようにバイパス弁8の開度を制御し、負荷流量Fが第2の増段閾値として予め定められている所定流量Fu2(この例では、1800m3 /h)に達すると、3番目の熱源G3を起動する。熱源G3は、制御装置13からの起動指令を受けると、熱媒ポンプP3を定格流量で起動する。また、冷却水ポンプGP3、冷却塔ファンGF3を起動する。
【0014】
その後、外部負荷4が要求する冷水の流量が少なくなり、負荷流量Fが第2の減段閾値として予め定められている所定流量Fd2(この例では、1440m3 /h)を下回ると、熱源G3の運転を停止する。熱源G3は、制御装置13からの停止指令を受けると、熱媒ポンプP3の運転を停止する。また、冷却水ポンプGP3、冷却塔ファンGF3を停止する。外部負荷4が要求する冷水の流量がさらに少なくなり、負荷流量Fが第1の減段閾値として予め定められている所定流量Fd1(この例では、720m3 /h)を下回ると、熱源G2の運転を停止する。熱源G2は、制御装置13からの停止指令を受けると、熱媒ポンプP2の運転を停止する。また、冷却水ポンプGP2、冷却塔ファンGF2を停止する(例えば、特許文献1参照)。
【0015】
【特許文献1】
特開2000−18683号公報(第2図)
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
上述した冷水熱源装置において、熱源Gは、900m3 /hで14℃の熱媒が送られてくる場合に、すなわち還水と往水(7℃)との温度差が7℃である場合に、その最大能力を発揮する。逆に言うと、900m3 /hで還水が送られてきても、往水(7℃)との温度差が7℃以下である場合には、熱源Gは出口温度を7℃とする為の容量制御により自己の冷却能力を絞って運転する。
【0017】
実際の建物においてこの冷水熱源装置を運用してみると、還水温度TRは実際には14℃となることは少なく、14℃以下になってしまうことが多い。これは、外部負荷4に設計値以上の冷水が流れていたり(バルブの開き過ぎ、圧力のかかり過ぎ)、外部負荷4における熱交換器を通過する風量が不足していたり、熱交換器が劣化していたりといった様々な原因で生じる。
【0018】
例えば、熱源G1および熱媒ポンプP1のみを運転している場合を想定すると、往水温度TSは7℃であるが、還水温度TRが設計値である14℃よりも大幅に低い12℃であるというようなことがあり得る。この場合、熱源G1は、900m3 /hの熱媒に7℃(=14℃−7℃)の温度差をつけるだけの最大能力を有するにも拘わらず、5℃(=12℃−7℃)の温度差をつけるために自己の冷却能力を絞って運転し、最大能力を発揮しない。なお、正確には、バイパス管路7を介して還ヘッダ6に戻される冷水によって熱源G1に送られる熱媒は還水温度TRよりも低くなる。
【0019】
さらにこのような状態で、外部負荷4が要求する冷水の流量が増大し、負荷流量Fが第1の増段閾値Fu1(900m3 /h)に達すると、熱源G1が能力を絞って運転しているにも拘わらず、熱源の増段が図られ、熱源G2が起動されてしまう。例えば、この時の熱源G1の発揮能力を最大能力の70%とした場合、30%の冷却能力の余裕がまだあるにも拘わらず、必要とされる負荷流量を賄うために熱源G2が起動されてしまう。このように熱源G1において余力を残したままで、熱源G2への増段を図ることは、冷却水ポンプGP2,冷却塔ファンGF2を含めて、熱源G2や熱媒ポンプP2を早めに起動することになり、エネルギーの過剰消費となる。
【0020】
また、熱源G2への増段が図られると、余剰な冷水がバイパス管路7を通して往ヘッダ2から還ヘッダ6へ戻されて熱源G1,G2が生成する冷水と熱源G1,G2への熱媒の温度差がさらに小さくなる。その結果、熱源G1,G2はさらに低能力(例えば、35%)で運転されるようになる。熱源Gは最大能力を発揮した状態(全負荷状態)で運転効率が最も高くなるように設計されているので、余力を残した状態(部分負荷状態)で運転し、かつ運転台数を増やすことは、補機動力の過剰消費になり、冷水熱源装置全体としての運転効率の低下を招く。
【0021】
なお、上述においては、冷水熱源装置を例にとって説明したが、温水熱源装置においても同様の問題が生じる。
【0022】
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、熱源に最大能力を発揮させた状態で増段を図ることを可能とするとともに、エネルギーの消費量を少なくし、より効率よく運転することの可能な熱源装置を提供することにある。
また、熱源に最大能力を発揮させた状態で増段を図ることを可能とするとともに、エネルギーの消費量を少なくし、熱源装置をより効率よく運転することの可能な制御装置を提供することにある。
【0023】
【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、第1発明(請求項1に係る発明)は、熱媒を生成する熱源と、この熱源が生成する熱媒を搬送する熱媒ポンプと、熱源からの熱媒を受ける往ヘッダと、この往ヘッダから送水される熱媒の供給を受ける外部負荷と、この外部負荷において熱交換された熱媒を熱源に戻す還ヘッダと、往ヘッダと還ヘッダとを連通するバイパス管路とを備えた熱源装置において、往ヘッダと還ヘッダとの間の熱源および熱源ポンプを含む熱媒の搬送路に並列に熱媒を搬送するリリーフポンプを設けたものである。
【0024】
この発明では、往ヘッダと還ヘッダとの間の熱源および熱源ポンプを含む熱媒の搬送路に並列に設けられたリリーフポンプを必要に応じて起動させたり、停止させたりすることが可能である。これより、例えば2組の熱源と熱媒ポンプとがあった場合、1組目の熱源と熱媒ポンプとが運転されている時に、2組目の熱源および熱媒ポンプを起動する前に、リリーフポンプを起動させるということが可能となる。これにより、外部負荷への熱媒の供給量が増えるので、外部負荷の要求熱媒量を満足できる。この後の要求熱量の増大により、負荷熱量が1組目の熱源の定格能力を超えた場合に、リリーフポンプを停止させ、2組目の熱源および熱媒ポンプの運転を開始するようにすれば、1組目の熱源に最大能力を発揮させた状態で2組目の熱源への増段を図ることが可能となる。
【0025】
第2発明(請求項2に係る発明)は、熱媒を生成する第1〜第N(N≧2)の熱源と、この第1〜第Nの熱源が生成する熱媒を搬送する第1〜第Nの熱媒ポンプと、第1〜第Nの熱源からの熱媒を受ける往ヘッダと、この往ヘッダから送水される熱媒の供給を受ける外部負荷と、この外部負荷において熱交換された熱媒を第1〜第Nの熱源に戻す還ヘッダと、往ヘッダと還ヘッダとを連通するバイパス管路と、往ヘッダと還ヘッダとの間の第1〜第Nの熱源および第1〜第Nの熱源ポンプを含む熱媒の搬送路に並列に設けられた熱媒を搬送するリリーフポンプとを備えた熱源装置に用いられる制御装置であって、往ヘッダから送水される熱媒と還ヘッダに戻される熱媒の温度差と外部負荷へ供給される熱媒の流量とから負荷熱量を求める負荷熱量演算手段と、この負荷熱量演算手段によって求められた負荷熱量に基づいて熱源および熱媒ポンプの運転台数を制御する熱源運転台数制御手段と、外部負荷へ供給される熱媒の流量(負荷流量)に基づいてリリーフポンプの運転を制御するリリーフポンプ運転制御手段とを設けたものである。
【0026】
この発明において、往ヘッダと還ヘッダとの間の第1〜第Nの熱源および第1〜第Nの熱源ポンプを含む熱媒の搬送路に並列に設けられたリリーフポンプは、負荷流量に基づいて起動されたり、停止されたりする。また、熱源および熱媒ポンプの運転台数は、負荷熱量に基づいて制御される。
【0027】
例えば、現在運転中の熱源の合計定格能力を増段閾値とし、負荷熱量がこの増段閾値を上回った場合に熱源および熱媒ポンプの増段を行うようにする。また、この増段閾値に対して20%のヒステリシスを持たせた値を減段閾値とし、負荷熱量がこの減段閾値を下回った場合に熱源および熱媒ポンプの減段を行うようにする。また、現在運転中の熱媒ポンプの合計定格流量を増段閾値とし、負荷流量がこの増段閾値を上回った場合にリリーフポンプの増段(起動)を行うようにする。また、この増段閾値に対して20%のヒステリシスを持たせた値を減段閾値とし、負荷流量がこの減段閾値を下回った場合にリリーフポンプの減段(停止)を行うようにする。
【0028】
今、第1の熱源と第1の熱媒ポンプとが運転されているものとする。ここで、負荷流量が増大し、増段閾値を上回ると、リリーフポンプが起動される。これにより、外部負荷への熱媒の供給量が増えるので、外部負荷の要求熱媒量を満足できる。その後の要求熱量の増大により、負荷熱量が増段閾値(第1の熱源の定格能力)を上回ると、必要に応じリリーフポンプを停止させ、第2の熱源および第2の熱媒ポンプが起動される。これにより、第1の熱源に最大能力を発揮させた状態で、第2の熱源への増段が図られる。
【0029】
第3発明(請求項3に係る発明)は、第2発明において、リリーフポンプが起動された場合、運転中の熱源の出口温度の設定を変更する出口温度設定変更手段を設けたものである。
第2発明において、リリーフポンプを起動した場合、還ヘッダからの熱媒がそのまま往ヘッダに流れ込むルートができてしまう。この場合、外部負荷へ供給される熱媒の温度が不安定となることが考えられる。すなわち、運転中の熱源からの熱媒と還ヘッダからそのまま往ヘッダに流れ込むルートからの熱媒とが混合され、外部負荷へ供給される熱媒の温度が設計温度からかけ離れてしまうことが考えられる。
このようなことが生じないように、第3発明では、リリーフポンプが起動された場合、運転中の熱源の出口温度の設定を自動的に変更し(冷凍機であれば若干下降、加熱機であれば若干上昇)、外部負荷へ供給される熱媒の温度が設計温度からかけ離れてしまうことがないようにする。
【0030】
【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はこの発明に係る熱源装置の一実施の形態を示す計装図である。同図において、図7と同一符号は図7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。
【0031】
本実施の形態の熱源装置は、その基本的なシステム構成において、リリーフポンプPRが設けられている点で従来の熱源装置と異なる。リリーフポンプPRは熱媒を還ヘッダ6から往ヘッダ2へ熱源を通さずに搬送するポンプであり、熱源G1および熱媒ポンプP1を含む熱媒の搬送路L1、熱源G2および熱媒ポンプP2を含む熱媒の搬送路L2、熱源G3および熱媒ポンプP3を含む熱媒の搬送路L3に並列に設けられている。したがって、リリーフポンプPRを含む往ヘッダ2と還ヘッダ6との間の熱媒の搬送路LR中には熱源は設けられていない。
【0032】
また、本実施の形態では、制御装置13の機能も従来のものとは異なっている。制御装置13より、熱源G1,G2,G3へ起動/停止指令を送り、熱源G1,G2,G3からの連動によって熱媒ポンプP1,P2,P3の起動/停止を行わせる点では従来と同じであるが、この熱源および熱媒ポンプの運転台数の制御は、負荷流量ではなく、負荷熱量に基づいて行うようにしている。また、制御装置13より、リリーフポンプPRを独立して制御するようにしている。以下、従来の制御装置13と区別するために、本実施の形態における制御装置13を制御装置13Aとする。
【0033】
制御装置13A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13Aには、従来の制御装置13と同様に、往水温度センサ10からの往水温度TS、還水温度センサ11からの還水温度TR、流量計12からの負荷流量F、差圧計12からの差圧ΔPが与えられる。
【0034】
以下、この熱源装置を冷水熱源装置とした場合を例にとり、制御装置13Aが行う特徴的な処理動作の概要について説明する。なお、この冷水熱源装置においても、図7で説明した従来の冷水熱源装置と同様に、熱源Gの1台当たりの最大能力を7371kW(2100RT)とし、還水温度TRの設計値を14℃、往水温度TSの設計値を7℃とした場合の熱源(冷凍機)Gの1台当たりの設計流量を900m3 /hとし、900m3 /hで送られてくる14℃の還水を熱源Gの最大能力発揮時に7℃に冷却することができるようにしている。熱源Gは最大能力を発揮した状態で運転効率が最も高くなるように設計されている。
【0035】
また、制御装置13Aには、熱源G1,G2,G3および熱媒ポンプP1,P2,P3の運転台数を制御する際に使用するテーブルとして、図2(a)に示すような熱源運転台数制御テーブルTB1が設定されている。図2(a)において、横軸は負荷熱量を示し、縦軸は熱源の運転台数を示す。Qu1,Qu2は増段閾値、Qd1,Qd2は減段閾値であり、現在運転中の熱源の合計定格能力を増段閾値Qu(Qu1,Qu2)とし、増段閾値Quに対して20%のヒステリシスを持たせた値を減段閾値Qd(Qd1,Qd2)(Qd=Qu−Qu×0.2)としている。この例では、Qu1は7371kW(2100RT)、Qu2は14742kW(4200RT)、Qd1は5897kW(1680RT)、Qd2は11794kW(3360RT)とされる。本実施の形態では、この熱源運転台数制御テーブルTB1に従って、熱源(熱源+熱媒ポンプ)の運転台数を負荷流量ではなく、負荷熱量に基づいて制御する。
【0036】
制御装置13Aは、熱源起動時刻に達すると(図3:ステップ301のYES)、1番目の熱源G1へ起動指令を送る(ステップ302)。熱源G1は、制御装置13Aから起動指令を受けると、その運転を開始するとともに熱媒ポンプP1を定格流量で起動する。また、冷却水ポンプGP1、冷却塔ファンGF1を起動する。
【0037】
これにより、熱媒ポンプP1から熱源G1に900m3 /hの熱媒が送られ、この熱媒が熱源G1において7℃の冷水とされ、往ヘッダ2へ送られる。ここで、外部負荷4はまだ運転が開始されていない(冷水弁4−1は閉じられている)ので、その全量がバイパス管路7を通して還ヘッダ6へ戻される。この際、制御装置13Aは、差圧計9からの往ヘッダ2と還ヘッダ6との間の差圧ΔPを監視し、この差圧ΔPが一定となるように、バイパス弁8の開度を制御する(ステップ303)。
【0038】
この状態で、外部負荷4の運転が開始されると(ステップ304のYES)、すなわち外部負荷4における冷水弁4−1が開かれると、往ヘッダ2からバイパス管路7へ送られている冷水が分流して外部負荷4へ送られる。これにより、差圧ΔPが下がろうとするので、制御装置13Aは、差圧ΔPが下がらないようにバイパス弁8の開度を制御する(ステップ305)。このバイパス弁8の制御により、すなわち差圧ΔPを一定に保つことにより、外部負荷4には冷水弁4−1の開度に比例した流量で冷水が供給されるようになり、外部負荷4が要求する冷水の流量が増大するにつれてバイパス弁8が閉じられて行く。
【0039】
制御装置13Aは、この外部負荷4への冷水の供給量の制御中、負荷流量Fおよび負荷熱量Qを監視する(ステップ306,307,313)。負荷流量Fについては、流量計12からの計測値を直接監視する。外部負荷に供給される熱量(負荷熱量)Qについては、還水温度センサ11からの還水温度TRと往水温度センサ10からの往水温度TSとの差を現在の往還温度差ΔTとして求め、この往還温度差ΔTに流量計12からの負荷流量Fを乗じることによって求める。
Q=(TR−TS)×F=ΔT×F ・・・・(1)
【0040】
〔リリーフポンプの起動〕
外部負荷4への冷水の供給量の制御中、負荷熱量Qが増段閾値Qu1に達する前に(ステップ307のYES)、負荷流量Fが増段閾値Fu1を上回ると(ステップ306のYES)、制御装置13AはリリーフポンプPRへ起動指令を送る(ステップ308,309)。すなわち、制御装置13Aは、負荷流量Fが増段閾値Fu1(900m3 /h)を上回った時点でリリーフポンプPRの運転を開始する。
【0041】
これにより、外部負荷4への冷水の供給量が増えるので、外部負荷4の要求水量を満足できる。このとき、「往還温度差ΔTが設計値(7℃)に対して低下しており、熱源G1が能力を絞って運転していた」とすると、リリーフポンプPRの運転による冷水の供給量の増大と熱源G1の能力アップによって、熱源G2および熱媒ポンプP2の運転によらずとも、外部負荷4の要求熱量が賄われることになる。
【0042】
〔リリーフポンプ運転中の熱源の増段〕
リリーフポンプPRの運転中、負荷熱量Qが増大して行き、増段閾値Qu1を上回ると(ステップ313のYES)、制御装置13Aは熱源G2へ起動指令を送る。熱源G2は、制御装置13Aから起動指令を受けると、その運転を開始するとともに熱媒ポンプP2を定格流量で起動する。また、冷却水ポンプGP2、冷却塔ファンGF2を起動する。これにより、熱源G2および熱媒ポンプP2の運転が開始され(ステップ314)、熱源G1に最大能力を発揮させた状態で、熱源G2への増段が図られる。したがって、熱源G1において余力を残したままで熱源G2への増段が図られてしまうということがなくなり、熱源の運転効率の悪化や補機(冷却水ポンプ、冷却塔ファンなど)の運転台数の増加によるエネルギーの過剰消費が防がれる。
【0043】
〔リリーフポンプの停止〕
なお、この場合、リリーフポンプPRは、熱媒ポンプP2が運転されてその減段閾値がFd2となるので(ステップ306のNO、ステップ311のYES)、制御装置13Aからの制御によって停止される(ステップ312)。
【0044】
〔熱源の減段〕
熱源G2および熱媒ポンプP2の起動後、負荷熱量Qが減少し、減段閾値Qd1を下回ると(ステップ315のYES)、制御装置13Aは熱源G2へ停止指令を送る。熱源G2は、制御装置13Aから停止指令を受けると、その運転を停止するとともに熱媒ポンプP2を停止する。また、冷却水ポンプGP2、冷却塔ファンGF2を停止する。これにより、熱源G2および熱媒ポンプP2が停止され、熱源(熱源+熱媒ポンプ)の減段が図られる(ステップ316)。
【0045】
〔熱源減段時のリリーフポンプの起動〕
制御装置13Aは、熱源G2の減段時、負荷流量Fをチェックする。この時、負荷流量Fが増段閾値Fu1を上回っていれば(ステップ306のYES)、リリーフポンプPRへ起動指令を送り、リリーフポンプPRの運転を開始する(ステップ317,309)。
【0046】
〔運転台数制御のロジック〕
図4は図3に示したフローチャートに従う運転台数制御のロジックをイメージ化した図である。負荷熱量による熱源運転台数制御からの増段要求があった場合には、熱源(熱源+熱媒ポンプ)を増段する(矢印▲1▼)。負荷熱量が運転している熱源の定格能力以下の時に、負荷流量によるリリーフポンプ起動・停止制御からの増段要求があった場合には、リリーフポンプを起動する(矢印▲2▼)。負荷熱量による熱源運転台数制御からの減段要求があった場合には、熱源(熱源+熱媒ポンプ)を減段する(矢印▲3▼)。このとき、負荷流量が減段後の熱媒ポンプの合計定格流量よりも多い場合、リリーフポンプを起動する(矢印▲4▼)。リリーフポンプの運転中、負荷流量によるリリーフポンプ起動・停止制御からの減段要求があった場合には、リリーフポンプの運転を停止する(矢印▲5▼)。
【0047】
〔熱源の出口温度設定の自動変更〕
図3に示したステップ309においてリリーフポンプPRを起動した場合、還ヘッダ6からの熱媒がそのまま往ヘッダ2へ流れ込むルートができてしまう。この場合、図5に示すように、還ヘッダ6からの熱媒の温度を14℃とすると、リリーフポンプPRの搬送路LR中には熱源が設けられていないので、リリーフポンプPRからは往ヘッダ2に14℃の熱媒がそのまま送水されることになる。運転中の熱源G1からは7℃にされた冷水が供給されるが、往ヘッダ2でリリーフポンプPRからの熱媒と混合されるので、外部負荷4へ供給される冷水の温度が上昇し、設計温度からかけ離れてしまう虞れがある。
【0048】
このようなことが生じないように、本実施の形態では、ステップ309においてリリーフポンプPRの運転が開始された場合、運転中の熱源G1の出口温度の設定を若干下降させ(ステップ310)、外部負荷4へ供給される冷水の温度が設計温度からかけ離れてしまうことがないようにする。
【0049】
本実施の形態において、ステップ310での運転中の熱源の出口温度設定の変更は、例えば下記(2)式を用いて行う。すなわち、出口温度の初期設定値をTCsp(7℃)とし、この出口温度の初期設定値TCspと還水温度TRとから(2)式に従って運転中の熱源の出口温度の設定変更値TCsp’を求める。但し、下記(2)式において、QMAX は運転中のポンプの能力合計、Q1 +Q2 +Q3 ・・・・+Qnは熱源が動いているポンプの能力合計、QR はリリーフポンプの能力を示す。
TCsp’=(TCsp×QMAX −TR×QR )/(Q1 +Q2 +Q3 ・・・・+Qn) ・・・・(2)
【0050】
なお、リリーフポンプPRの運転を開始した直後は、還水温度TRが安定しないため、10分程度の効果待ち後、出口温度の設定変更値TCsp’を決定するものとする。それまでは、運転前の初期設定値TCspを保持するものとする。
また、図3のフローチャートには示されていないが、リリーフポンプPRの運転が停止されれば、ステップ310で自動変更した出口温度の設定は初期設定値TCspに戻す。
【0051】
図6に図3に示したフローチャートに対応する制御装置13Aにおける処理ブロック図を示す。制御装置13Aは、負荷熱量演算部13−1と、熱源運転台数制御部13−2と、リリーフポンプ起動・停止制御部13−3と、出口温度設定変更判断部13−4とを備えている。
【0052】
負荷熱量演算部13−1は、還水温度TRと往水温度TSと負荷流量Fとから、前述した(1)式に従って負荷熱量Qを求める。
熱源運転台数制御部13−2は、負荷熱量算出部13−1からの負荷熱量Qに基づき、図2(a)に示した熱源運転台数制御テーブルTB1に従って、熱源(熱源+熱媒ポンプ)に対する運転台数の増減段要求を生成する。
【0053】
リリーフポンプ起動・停止制御部は、負荷流量Fに基づき、リリーフポンプに対する起動・停止要求(増減段要求)を出力する。なお、リリーフポンプの起動に際しては、負荷熱量算出部13−1からの負荷熱量Qを勘案する。
【0054】
出口温度設定変更判断部13−4は、リリーフポンプ起動・停止制御部13−3から起動指令が出された場合、運転中の熱源の出口温度の設定を前記(2)式に従って変更する。また、リリーフポンプ起動・停止制御部13−3から停止指令が出された場合、運転中の熱源の出口温度設定を初期値に戻す。
【0055】
なお、上述した実施の形態では、熱源を3台設けた例で説明したが、熱源は3台に限られるものでないことは言うまでもない。
また、上述した実施の形態では、冷水熱源装置を例にとって説明したが、温水熱源装置においても同様にして制御することが可能である。
【0056】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、第1発明の熱源装置によれば、往ヘッダと還ヘッダとの間の熱源および熱源ポンプを含む熱媒の搬送路に並列にリリーフポンプを設けたので、例えば2組の熱源と熱媒ポンプとがあった場合、1組目の熱源と熱媒ポンプとが運転されている時に、2組目の熱源および熱媒ポンプを起動する前に、リリーフポンプを起動させるということが可能となり、外部負荷への熱媒の供給量を増やし、外部負荷への供給熱量を増大させて、1組目の熱源に最大能力を発揮させた状態で2組目の熱源への増段を図ることが可能となり、エネルギーの消費量を少なくし、より効率よく運転することができるようになる。
【0057】
第2発明の制御装置によれば、負荷熱量に基づいて熱源および熱媒ポンプの運転台数を制御し、負荷流量に基づいてリリーフポンプの運転を制御するようにしたので、例えば第1の熱源と第1の熱媒ポンプとが運転されている時に、負荷熱量よりも先に負荷流量が増段閾値に達した場合、リリーフポンプが起動され、外部負荷への熱媒の供給量が増える。この後の要求熱量の増大により、負荷熱量が増段閾値に達すると、第2の熱源および第2の熱源ポンプが起動され、必要に応じリリーフポンプも停止する。これにより、第1の熱源に最大能力を発揮させた状態で第2の熱源への増段が図られるようになり、エネルギーの消費量を少なくし、熱源装置をより効率よく運転することができるようになる。
【0058】
第3発明によれば、リリーフポンプが起動された場合、運転中の熱源の出口温度の設定を変更するようにしたので、リリーフポンプが運転されている場合、運転中の熱源の出口温度の設定を自動的に変更し(冷凍機であれば若干下降、加熱機であれば若干上昇)、外部負荷へ供給される熱媒の温度が設計温度からかけ離れてしまうことがないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る熱源装置の一実施の形態を示す計装図である。
【図2】この熱源装置に設けられた制御装置に設定される熱源運転台数制御テーブルを例示する図である。
【図3】制御装置が行う特徴的な処理動作の概要を説明するためのフローチャートである。
【図4】このフローチャートに従う運転台数制御のロジックをイメージ化した図である。
【図5】リリーフポンプを起動した場合に外部負荷へ供給される冷水の温度が設計温度からかけ離れてしまう状況を説明する図である。
【図6】図3に示したフローチャートに対応する制御装置における処理ブロック図である。
【図7】従来の熱源装置の一例を示す計装図である。
【図8】従来の熱源装置に設けられた制御装置が行う処理動作の概要を説明するためのフローチャートである。
【図9】従来の制御装置による熱源の運転台数の制御動作を説明する図である。
【符号の説明】
G(G1〜G3)…熱源、P(P1〜P3)…熱媒ポンプ、GP(GP1〜GP3)…冷却水ポンプ、GF(GF1〜GF3)…冷却塔ファン、PR…リリーフポンプ、L1〜L3,LR…搬送路、2…往ヘッダ、3…往水管路、4…外部負荷、5…還水管路、6…還ヘッダ、7…バイパス管路、8…バイパス弁、9…差圧計、10…往水温度センサ、11…還水温度センサ、12…流量計、13A…制御装置、13−1…負荷熱量演算部、13−2…熱源運転台数制御部、13−3…リリーフポンプ起動・停止制御部、13−4……出口温度設定変更判断部、TB1…熱源運転台数制御テーブル。
Claims (3)
- 熱媒を生成する熱源と、この熱源が生成する熱媒を搬送する熱媒ポンプと、前記熱源からの熱媒を受ける往ヘッダと、この往ヘッダから送水される熱媒の供給を受ける外部負荷と、この外部負荷において熱交換された熱媒を前記熱源に戻す還ヘッダと、前記往ヘッダと前記還ヘッダとを連通するバイパス管路とを備えた熱源装置において、
前記往ヘッダと前記還ヘッダとの間の前記熱源および前記熱源ポンプを含む熱媒の搬送路に並列に熱媒を搬送するリリーフポンプが設けられている
ことを特徴とする熱源装置。 - 熱媒を生成する第1〜第N(N≧2)の熱源と、この第1〜第N熱源が生成する熱媒を搬送する第1〜第Nの熱媒ポンプと、前記第1〜第Nの熱源からの熱媒を受ける往ヘッダと、この往ヘッダから送水される熱媒の供給を受ける外部負荷と、この外部負荷において熱交換された熱媒を前記第1〜第Nの熱源に戻す還ヘッダと、前記往ヘッダと前記還ヘッダとを連通するバイパス管路と、前記往ヘッダと前記還ヘッダとの間の前記第1〜第Nの熱源および前記第1〜第Nの熱源ポンプを含む熱媒の搬送路に並列に設けられた熱媒を搬送するリリーフポンプとを備えた熱源装置に用いられる制御装置であって、
前記往ヘッダから送水される熱媒と前記還ヘッダに戻される熱媒の温度差と前記外部負荷へ供給される熱媒の流量とから負荷熱量を求める負荷熱量演算手段と、
この負荷熱量演算手段によって求められた負荷熱量に基づいて前記熱源および前記熱媒ポンプの運転台数を制御する熱源運転台数制御手段と、
前記外部負荷へ供給される熱媒の流量に基づいて前記リリーフポンプの運転を制御するリリーフポンプ運転制御手段と
を備えたことを特徴とする制御装置。 - 請求項2に記載された制御装置において、
前記リリーフポンプが起動された場合、運転中の熱源の出口温度の設定を変更する出口温度設定変更手段を備えたことを特徴とする制御装置。
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