JP2009030822A - 流量制御バルブおよび流量制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空調機の冷房／暖房運転に応じて空調機を流れる冷温水の流量を適切に調節する。
【解決手段】バルブ８は、空調機の設計流量を空調機の冷房／暖房運転モード毎に記憶する記憶部８３と、空調機の冷房／暖房運転モードを判定する冷房／暖房運転モード判定部８４と、空調機のモードに対応する設計流量を記憶部８３から取得し、この設計流量に基づいて、空調制御装置から出力された操作量を流量に換算する流量換算部８５と、流路を通過する冷温水の流量を計測する流量センサ８２と、流量センサ８２によって計測された通過流量が流量換算部８５によって換算された流量と一致するように弁体８１の開度を調節する開度調節部８６とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、空調制御システムに使用される流量制御バルブ、および流量制御バルブにおける流量制御方法に関するものである。

従来、空調制御システムにおいて室内の温度制御もしくは湿度制御を行う際は、設定温度と室内温度との温度偏差もしくは設定湿度と室内湿度との湿度偏差に基づきＰＩＤ演算により操作量を決定し、この操作量によってバルブの開度を調節して、空調機に冷温水を供給していた（例えば特許文献１参照）。そして、このような空調制御システムにおいては、冷房運転と暖房運転で１つのコイルを共用するシングルコイルタイプの空調機がある（例えば特許文献２参照）。

特開平１１−２１１１９１号公報 特開平０６−２７２９３５号公報

シングルコイルタイプの空調機を用いる場合、この空調機のコイルを流れる冷温水の流量を制御するバルブについても冷房運転と暖房運転で１つのバルブを共用することになる。つまり、冷房運転と暖房運転では空調負荷が異なり、コイルの設計温度差（入口と出口の冷温水の温度差）も異なるため、冷房運転と暖房運転ではコイルの設計流量が異なるが、容量の同じバルブによって冷温水の流量を制御することになる。したがって、冷房運転と暖房運転のうち少なくとも一方については、バルブの容量が空調負荷に見合っていない可能性がある。一方、空調制御装置によるＰＩＤ演算の操作量出力は、冷房運転、暖房運転共に０−１００％で同一である。このような状況で、ＰＩＤ演算の操作量を用いてバルブの開度を調節すると、空調機を流れる冷温水の流量が過大になったり過小になったりして、空調負荷に応じた流量が流れないという問題点があった。

そして、このような場合、不適切な流量による不適切な制御（過剰冷房、過剰暖房など）とその制御を修正しようとする制御とが交互に起こるハンチングが発生し、また不適切な流量により、冷温水を生成する熱源機の運転効率が悪化するという問題点があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、空調機の冷房／暖房運転に応じて空調機を流れる冷温水の流量を適切に調節することができる流量制御バルブおよび流量制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、冷温水が流入する流路を開閉する弁体を備え、この弁体の開度を調節することにより空調機を流れる前記冷温水の流量を調節可能な流量制御バルブであって、前記空調機の設計流量を前記空調機の冷房／暖房運転モード毎に記憶する記憶手段と、空調制御装置からの情報に応じて前記空調機の冷房／暖房運転モードを判定する冷房／暖房運転モード判定手段と、この冷房／暖房運転モード判定手段で判定されたモードに対応する設計流量を前記記憶手段から取得し、この設計流量に基づいて、前記空調制御装置から出力された操作量を流量に換算する流量換算手段と、前記流路を通過する冷温水の流量を計測する流量計測手段と、この流量計測手段によって計測された通過流量が前記流量換算手段によって換算された流量と一致するように前記弁体の開度を調節する開度調節手段とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の流量制御方法は、空調制御装置からの情報に応じて前記空調機の冷房／暖房運転モードを判定する冷房／暖房運転モード判定手順と、前記空調機の設計流量を前記空調機の冷房／暖房運転モード毎に記憶する記憶手段から、前記冷房／暖房運転モード判定手順で判定されたモードに対応する設計流量を取得し、この設計流量に基づいて、前記空調制御装置から出力された操作量を流量に換算する流量換算手順と、前記流路を通過する冷温水の流量を計測する流量計測手順と、この流量計測手順によって計測された通過流量が前記流量換算手順によって換算された流量と一致するように前記弁体の開度を調節する開度調節手順とを備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、流量制御バルブが空調機の設計流量を空調機の冷房／暖房運転モード毎に記憶し、空調機の現在の冷房／暖房運転モードに対応する設計流量を用いて、空調制御装置の操作量出力に見合った流量を演算し、計測したバルブ通過流量が演算した流量と一致するように弁体の開度を調節することにより、空調機の冷房／暖房運転に応じて空調機を流れる冷温水の流量を適切に調節することができる。これにより、本発明では、空調機がシングルコイルタイプの場合でも、不適切な流量による制御のハンチングと熱源機の運転効率の悪化を劇的に改善することができ、より良い空調制御を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係る空調制御システムの構成を示すブロック図である。
図１において、１は冷水や温水等の熱媒を生成する熱源機、２は熱源機１が生成する冷温水を搬送するポンプ、３は複数の熱源機１からの冷温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冷温水の供給を受ける空調機、６は還水管路、７は空調機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冷温水が戻される還ヘッダ、８は往ヘッダ３から空調機５に供給される冷温水の流量を制御するバルブ、９は空調機５から送り出された給気の温度を計測する給気温度センサ、１０は空調制御装置、１１は空調機５のコイル、１２は送風機である。

ポンプ２により圧送され熱源機１により熱量が付加された熱媒は、往ヘッダ３において混合され、往水管路４を介して空調機５へ供給され、空調機５を通過して還水管路６により還水として還ヘッダ７に至り、再びポンプ２によって圧送される。このように、熱媒は以上の経路を循環する。例えば冷房運転の場合、熱媒は冷水であり、暖房運転の場合、熱媒は温水である。

空調機５は、空調制御エリアとなる室内から空調制御システムに戻る空気（還気）と外気との混合気を、冷温水が通過するコイル１１によって冷却または加熱し、冷却または加熱した給気を送風機１２によって空調制御エリアとなる室内に送り込む。空調機５は、冷房運転と暖房運転で共通のコイル１１を用いるシングルコイルタイプの空調機である。

本実施の形態は、バルブ８が空調機５のコイル１１の設計流量を冷房／暖房運転モード毎に記憶し、空調機５の現在の冷房／暖房運転モードに対応する設計流量を用いて、空調制御装置１０の操作量出力に見合った流量を演算し、計測したバルブ通過流量が演算した流量と一致するように自身の開度を調節することを特徴としている。

図２はバルブ８の構成例を示すブロック図である。バルブ８は、空調機５を通過した冷温水が流入する流路を形成する弁箱８０と、流路を開閉する弁体８１と、流路を通過する冷温水の流量を計測する流量センサ（流量計測手段）８２と、空調機５の設計流量を空調機５の冷房／暖房運転モード毎に記憶する記憶部８３と、空調機５の冷房／暖房運転モードを判定する冷房／暖房運転モード判定部８４と、この冷房／暖房運転モード判定部８４で判定されたモードに対応する設計流量を記憶部８３から取得し、この設計流量に基づいて、空調制御装置１０から出力された操作量を流量値に換算する流量換算部８５と、流量換算部８５が換算した流量値と流量センサ８２によって計測された流量値に基づいて弁体８１の開度を調節する開度調節部８６とを有する。

以下、本実施の形態の空調制御システムの動作について説明する。図３は空調制御装置１０の動作を示すフローチャート、図４はバルブ８の動作を示すフローチャートである。
まず、空調制御装置１０は、給気温度センサ９によって計測された給気温度を示す給気温度信号を受信する（図３ステップＳ１）。

そして、空調制御装置１０は、給気温度センサ９によって計測された給気温度がオペレータ又は室内の居住者によって設定された温度設定値と一致するように空調機５を制御する。すなわち、空調制御装置１０は、温度設定値と給気温度との偏差に基づいて、例えばＰＩＤ演算によって操作量を算出し（ステップＳ２）、算出した操作量をバルブ８に出力する（ステップＳ３）。
また、空調制御装置１０は、空調機５の現在の冷房／暖房運転モードを示す冷房／暖房運転モード信号をバルブ８に出力する（ステップＳ４）。

以上のような図３に示す処理が、空調制御システムが動作停止するまで（図３ステップＳ５においてＹＥＳ）、繰り返し行われる。
なお、湿度センサ（不図示）によって給気の湿度を計測し、空調制御装置１０が湿度設定値と現在の給気湿度との偏差に基づいて操作量を算出するようにしてもよい。

一方、バルブ８の流量換算部８５は、空調制御装置１０から出力された操作量を示す操作量信号を受信する（図４ステップＳ１０）。
バルブ８の冷房／暖房運転モード判定部８４は、空調制御装置１０から出力された冷房／暖房運転モード信号を受信し（ステップＳ１１）、この信号に基づいて空調機５の冷房／暖房運転モードを判定する（ステップＳ１２）。

流量換算部８５は、空調機５の冷房／暖房運転モードと記憶部８３に記憶された設計流量に基づいて、ステップＳ１０で受信した操作量を流量値に換算する（ステップＳ１３，Ｓ１４）。
記憶部８３には、操作量が１００％のときの空調機５の設計最大流量の値が空調機５の冷房／暖房運転モード毎に予め登録されている。図５は操作量と空調機５の設計流量との関係の１例を示す図である。図５の例では、Ｃが冷房用の操作量−設計流量特性、Ｈが暖房用の操作量−設計流量特性であり、ＦＣｍａｘが空調機５の冷房用の設計最大流量、ＦＨｍａｘが空調機５の暖房用の設計最大流量である。

流量換算部８５は、空調機５が冷房運転モードであると判定された場合、記憶部８３から冷房用の設計最大流量値を取得し、取得した設計最大流量値に基づいて操作量を流量値に換算する（ステップＳ１３）。また、流量換算部８５は、空調機５が暖房運転モードであると判定された場合、記憶部８３から暖房用の設計最大流量値を取得し、取得した設計最大流量値に基づいて操作量を流量値に換算する（ステップＳ１４）。流量換算部８５は、操作量と空調機５の設計流量との関係が図５に示すような直線的な関係にあるものとし、記憶部８３から取得した設計最大流量値と操作量が０％のときの流量値０とを用いて、ステップＳ１０で受信した操作量を流量値に換算すればよい。

バルブ８の流量センサ８２は、流路を通過する冷温水の流量（バルブ通過流量）を計測し、開度調節部８６は、流量センサ８２によって計測されたバルブ通過流量を示す流量信号を受信する（ステップＳ１５）。そして、開度調節部８６は、流量センサ８２によって計測されたバルブ通過流量の値が流量換算部８５によって換算された流量値と一致するように弁体８１の開度を調節する（ステップＳ１６）。
以上のような図４に示す処理が、空調制御システムが動作停止するまで（図４ステップＳ１７においてＹＥＳ）、繰り返し行われる。

こうして、本実施の形態では、バルブ８が空調機５の現在の冷房／暖房運転モードに対応する設計流量を用いて、空調制御装置１０の操作量出力に見合った流量を演算し、計測したバルブ通過流量が演算した流量と一致するように弁体８１の開度を自身で調節することにより、空調機５の冷房／暖房運転に応じて空調機５を流れる冷温水の流量を適切に調節することができる。これにより、本実施の形態では、空調機５がシングルコイルタイプの場合でも、不適切な流量による制御のハンチングと熱源機１の運転効率の悪化を劇的に改善することができ、より良い空調制御を行うことができる。

なお、本実施の形態で説明した空調制御装置１０は、ＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。同様に、バルブ８の記憶部８３と冷房／暖房運転モード判定部８４と流量換算部８５と開度調節部８６とは、コンピュータとプログラムによって実現することができる。これらのコンピュータのＣＰＵは、それぞれの記憶装置に格納されたプログラムに従って、実施の形態で説明した処理を実行する。

本発明は、空調制御システムの流量制御バルブに適用することができる。

本発明の実施の形態に係る空調制御システムの構成を示すブロック図である。 図１の空調制御システムにおけるバルブの構成例を示すブロック図である。 図１の空調制御システムにおける空調制御装置の動作を示すフローチャートである。 図１の空調制御システムにおけるバルブの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態において操作量と空調機の設計流量との関係の１例を示す図である。

符号の説明

１…熱源機、２…ポンプ、３…往ヘッダ、４…往水管路、５…空調機、６…還水管路、７…還ヘッダ、８…バルブ、９…給気温度センサ、１０…空調制御装置、１１…コイル、１２…送風機、８０…弁箱、８１…弁体、８２…流量センサ、８３…記憶部、８４…冷房／暖房運転モード判定部、８５…流量換算部、８６…開度調節部。

Claims (2)

1. 冷温水が流入する流路を開閉する弁体を備え、この弁体の開度を調節することにより空調機を流れる前記冷温水の流量を調節可能な流量制御バルブであって、
   前記空調機の設計流量を前記空調機の冷房／暖房運転モード毎に記憶する記憶手段と、
   空調制御装置からの情報に応じて前記空調機の冷房／暖房運転モードを判定する冷房／暖房運転モード判定手段と、
   この冷房／暖房運転モード判定手段で判定されたモードに対応する設計流量を前記記憶手段から取得し、この設計流量に基づいて、前記空調制御装置から出力された操作量を流量に換算する流量換算手段と、
   前記流路を通過する冷温水の流量を計測する流量計測手段と、
   この流量計測手段によって計測された通過流量が前記流量換算手段によって換算された流量と一致するように前記弁体の開度を調節する開度調節手段とを備えることを特徴とする流量制御バルブ。
2. 冷温水が流入する流路を開閉する弁体を備えた流量制御バルブにおいて、前記弁体の開度を調節することにより空調機を流れる前記冷温水の流量を制御する流量制御方法であって、
   空調制御装置からの情報に応じて前記空調機の冷房／暖房運転モードを判定する冷房／暖房運転モード判定手順と、
   前記空調機の設計流量を前記空調機の冷房／暖房運転モード毎に記憶する記憶手段から、前記冷房／暖房運転モード判定手順で判定されたモードに対応する設計流量を取得し、この設計流量に基づいて、前記空調制御装置から出力された操作量を流量に換算する流量換算手順と、
   前記流路を通過する冷温水の流量を計測する流量計測手順と、
   この流量計測手順によって計測された通過流量が前記流量換算手順によって換算された流量と一致するように前記弁体の開度を調節する開度調節手順とを備えることを特徴とする流量制御方法。

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