JP2011231995A - 熱交換器温度制御システム、空調機、外調機及び熱交換器温度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換媒体の圧力変動に影響されることなく、熱交換媒体の流量制御を大負荷から低負荷まで確実かつ良好に行うことのできる熱交換器温度制御システムを提供する。
【解決手段】内部に熱交換媒体１２を通過させて熱交換を行う熱交換器１６と、熱交換器１６に対する熱交換媒体１２の流量を制御する第１の制御弁２４と、第１の制御弁２４の開度を制御する制御手段３０とを有する熱交換器温度制御システムにおいて、第１の制御弁２４の入り側及び出側の圧力差を検出する差圧検出手段２８と、第１の制御弁２４と直列に接続され、第１の制御弁２４に対する熱交換媒体１２の流量を制御する第２の制御弁２６とを有し、制御手段３０は、差圧検出手段２８の検出結果に基づいて、第２の制御弁２６の開度を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換媒体の圧力変動に影響されることなく良好な温度制御を可能とする熱交換器温度制御システム、空調機、外調機及び熱交換器温度制御方法に関する。

一般に、空調機や外調機等において空気温度を制御する場合、熱交換器に対して一つの制御弁を用いて熱交換媒体の流量を制御するようにしている。

しかし、特に、外調機特有の一日における負荷変動が大きいと、制御機器が対応できずにいるケースがある。

例えば、低負荷時に圧力が高いと流量制御が困難となり、ＯＮ−ＯＦＦを繰り返すため温度差がつかなくなったり、また、外調機の制御弁絞りにより他の系統への圧力変動を招き、系全体の流量制御に悪影響を及ぼす等の問題があった。

このため、例えば、特許文献１に示すように、大きな制御弁と小さな制御弁とを並列に設置し、大流量から小流量まで制御可能にするような提案がなされている。

特開２００４−６８６８５号公報

特許文献１に示されるような技術にあっては、小弁による低開度でのハンチング域を小さくすることができるものの、熱交換媒体の圧力が高くなると流量を絞りきれなくなるという問題がある。

本発明の目的は、熱交換媒体の圧力変動に影響されることなく、熱交換媒体の流量制御を大負荷から低負荷まで確実かつ良好に行うことのできる熱交換器温度制御システム、空調機、外調機及び熱交換器温度制御方法を提供することにある。

（１）前記目的を達成するため、本発明の熱交換器温度制御システムは、
内部に熱交換媒体を通過させて熱交換を行う熱交換器と、
前記熱交換器に対する前記熱交換媒体の流量を制御する第１の制御弁と、
前記第１の制御弁の開度を制御する制御手段とを有する熱交換器温度制御システムにおいて、
前記第１の制御弁の入り側及び出側の圧力差を検出する差圧検出手段と、
前記第１の制御弁と直列に接続され、前記第１の制御弁に対する前記熱交換媒体の流量を制御する第２の制御弁とを有し、
前記制御手段は、前記差圧検出手段の検出結果に基づいて、前記第２の制御弁の開度を制御することを特徴とする。

本発明によれば、第１の制御弁の入り側及び出側の圧力差を差圧検出手段により検出し、その検出結果に基づいて制御手段により第２の制御弁の開度を制御することで、常に差圧の発生を抑制し、一定の圧力条件の下で第１の制御弁の開度を制御することにより、熱交換媒体の圧力変動に影響されることなく、熱交換媒体の流量制御を大負荷から低負荷まで確実かつ良好に安定して行うことができる。

すなわち、第１の制御弁の前後差圧を一定にすることにより、イコールパーセント特性を生かした流量制御が可能となり、また、制御弁への適切な開度指示により温度差も考慮した流量制御が大負荷から低負荷までレンジアビリティの範囲で可能となる。

（２）本発明においては、（１）において、前記第２の制御弁は、前記第１の制御弁の上流側に接続されるようにすることができる。

このような構成とすることにより、第１の制御弁の上流側において確実に第１の制御弁側の差圧を一定にすることができる。

（３）本発明においては、（１）において、前記第２の制御弁は、前記第１の制御弁の下流側に接続されるようにすることができる。

このような構成とすることにより、第１の制御弁の下流側において確実に第１の制御弁側の差圧を一定にすることができる。

（４）本発明においては、（１）〜（３）のいずれかにおいて、前記第１の制御弁及び第２の制御弁は、前記熱交換器の下流側に配設されるようにすることができる。

このような構成とすることにより、熱交換器に供給される熱交換媒体の高い圧力の影響を受けることなく熱交換媒体の流量を制御することができる。

（５）本発明の空調機は、（１）〜（４）のいずれかに記載の熱交換器温度制御システムを用いたことを特徴とする。

本発明によれば、空調機において、前述の熱交換器温度制御システムを用いることにより、熱交換媒体の圧力変動に影響されることなく、熱交換媒体の流量制御を大負荷から低負荷まで確実かつ良好に安定して行うことができ、良好な空気温度調節が可能となる。

（６）本発明の外調機は、（１）〜（４）のいずれかに記載の熱交換器温度制御システムを用いたことを特徴とする。

本発明によれば、外調機において、前述の熱交換器温度制御システムを用いることにより、熱交換媒体の圧力変動に影響されることなく、熱交換媒体の流量制御を大負荷から低負荷まで確実かつ良好に安定して行うことができ、良好な外気温調節が可能となる。

（７）本発明の熱交換器温度制御方法は、内部に熱交換媒体を通過させて熱交換を行う熱交換器に対する前記熱交換媒体の流量を制御する第１の制御弁の開度を制御手段により制御する熱交換器温度制御方法において、
前記第１の制御弁の入り側及び出側の圧力差を差圧検出手段にて検出する工程と、
前記差圧検出手段の検出結果に基づいて、前記制御手段が前記第１の制御弁と直列に接続された第２の制御弁の開度を制御することで、前記第１の制御弁に対する前記熱交換媒体の流量を制御する工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明によれば、第１の制御弁の入り側及び出側の圧力差を差圧検出手段により検出し、その検出結果に基づいて制御手段により第２の制御弁の開度を制御することで、常に差圧の発生を抑制し、一定の圧力条件の下で第１の制御弁の開度を制御することにより、熱交換媒体の圧力変動に影響されることなく、熱交換媒体の流量制御を大負荷から低負荷まで確実かつ良好に安定して行うことができる。

本発明の一実施の形態にかかる熱交換器の温度制御システムを用いた外調機を示すブロック図である。 図１の第１の制御手段による温度制御を行うフロー図である。 図１の第２の制御手段による差圧一定制御を行うフロー図である。

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、本発明の一実施の形態にかかる熱交換器の温度制御システムを用いた外調機のブロック図である。

この外調機１０は、図示せぬポンプにより圧送される熱交換媒体１２、例えば冷水や温水を供給する媒体経路１４の途中位置に熱交換媒体１２を通過させる熱交換器１６を有し、この熱交換器１６にファン１８にて送られた外気２０を接触させて熱交換により外気を冷却あるいは加温するようにしている。

熱交換器１６は、熱交換器の温度制御システム２２により温度制御がなされるようになっている。

第１の制御弁２４と、第２の制御弁２６と、差圧検出手段２８と、制御手段３０とを有している。

第１の制御弁２４は、二方弁からなり、熱交換器１６の下流側に設置されて、熱交換器１６に対する熱交換媒体１２の流量を制御するようになっている。

第２の制御弁２６は、二方弁からなり、熱交換器１６の下流側で、第１の制御弁２４と直列に接続され、第１の制御弁２４に対する熱交換媒体１２の流量を制御するようになっている。

また、この第２の制御弁２６は、第１の制御弁２４の下流側に設置されるようになっている。

なお、この第２の制御弁２６は、第１の制御弁２４の上流側に設置されるようにしてもよい。

これら第１の制御弁２４及び第２の制御弁２６は、熱交換器１６の下流側に設置されてポンプによる熱交換媒体１２の高い圧力の影響を受けないようにされているが、設計条件によっては熱交換器１６の上流側に設置するようにすることも可能である。

差圧検出手段２８は、第１の制御弁２４の入り側及び出側の圧力差を検出するもので、第１の制御弁２４の入り側に設置された圧力センサ３２と、出側に設置された圧力センサ３４と、これらの圧力センサ３２、３４の圧力を検出する圧力検出器３６とを有している。

制御手段３０は、第１の制御弁２４の開度を制御するとともに、差圧検出手段２８の圧力検出結果に基づいて、第２の制御弁２６の開度を制御するもので、第１の制御手段３８と、第２の制御手段４０とを有している。

第１の制御手段３８は、温度センサ４２に接続され、この温度センサ４２の温度データに基づいて第１の制御弁２４の開度（流量）を制御し、温度制御を行うようにしている。
第２の制御手段４０は、差圧検出手段２８の圧力検出結果に基づいて、第２の制御弁２６の開度を制御し、差圧一定制御を行うようになっている。

次に、このような熱交換器の温度制御システム２２を用いた熱交換器の温度制御方法について、図２及び図３も参照しつつ説明する。

まず、媒体経路１４の内部に熱交換媒体１２を供給して熱交換器１６を通過させ、ファン１８により供給された外気２０と熱交換を行う。

この場合、第１の制御手段３８により、温度センサ４２の検出温度に基づき第１の制御弁２４の開度を制御して熱交換器１６に対する熱交換媒体１２の流量を制御し、温度制御を行う。

この第１の制御手段３８による温度制御は、図２に示すように、まず、流量−弁開度特性より第１の制御弁２４の最大開度を第１の制御手段３８にて設定し（Ｓ１）、温度センサ４２からの温度データを取り込む（Ｓ２）。

次に、給気温度と設定値との偏差があるか否か判断する（Ｓ３）。

給気温度と設定値との偏差がない場合は、第１の制御弁２４はそのままの開度で熱交換を行う。

給気温度と設定値との偏差がある場合は、給気温度偏差−弁開度マップを取り込み（Ｓ４）、開度補正量を演算し（Ｓ５）、弁開度を補正して（Ｓ６）、弁開度を演算する（Ｓ７）。

この場合、第１の制御弁の開度が最大開度以下か否かを判断し（Ｓ８）、最大開度以下でなければ最大開度を出力し（Ｓ９）、熱交換を行う。
また、最大開度以下である場合には、弁開度を補正して（Ｓ１０）熱交換を行うようにしている。

ところで、この温度制御とともに、第１の制御弁２４の入り側及び出側の圧力差を圧力センサ３２、３４及び圧力検出器３６からなる差圧検出手段２８にて検出する。

そして、差圧検出手段２８の検出結果に基づいて、第２の制御手段４０が第２の制御弁２６の開度を制御することで差圧一定制御を行い、第１の制御弁２４に対する熱交換媒体１２の流量を制御する。

この第２の制御手段４０による差圧一定制御は、図３に示すように、まず、第２の制御手段４０にて差圧を設定し（Ｓ１１）、差圧検出手段２８により検出した第１の制御弁２４の入り側、出側の差圧データを取り込む（Ｓ１２）。

次に、差圧と目標値との偏差があるか否かを判断する（Ｓ１３）。

差圧と目標値との偏差がない場合は、第２の制御弁２６の開度をそのままにする。

差圧と目標値との偏差がある場合は、マップを取り込み（Ｓ１４）、開度補正を演算し（Ｓ１５）、第２の制御弁２６の開度を補正する（Ｓ１６）。

このように、第１の制御弁２４の入り側及び出側の圧力差を差圧検出手段２８により検出し、その検出結果に基づいて第２の制御手段４０により第２の制御弁２６の開度を制御することで、常に差圧の発生を抑制し、一定の圧力条件の下で第１の制御弁２４の開度を制御することにより、熱交換媒体１２の圧力変動に影響されることなく、熱交換媒体１２の流量制御を大負荷から低負荷まで確実かつ良好に安定して行うことができる。

したがって、第１の制御弁２４の前後差圧を一定にすることにより、イコールパーセント特性を生かした流量制御が可能となり、また、第１の制御弁２４への適切な開度指示により温度差も考慮した流量制御が大負荷から低負荷までレンジアビリティの範囲で可能となる。

本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の形態に変形可能である。

例えば、前記実施の形態においては、熱交換器の温度制御システムを用いた外調機について説明したが、この例に限らず、熱交換器の温度制御システムそのものとして用いることも、あるいは、熱交換器の温度制御システムを用いた空調機とすることも可能である。

１０ 外調機
１２ 熱交換媒体
１４ 媒体経路
１６ 熱交換器
１８ ファン
２０ 外気
２２ 熱交換器の温度制御システム
２４ 第１の制御弁
２６ 第２の制御弁
２８ 差圧検出手段
３０ 制御手段
３２、３４ 圧力センサ
３６ 圧力検出器
３８ 第１の制御手段
４０ 第２の制御手段

Claims (7)

1. 内部に熱交換媒体を通過させて熱交換を行う熱交換器と、
   前記熱交換器に対する前記熱交換媒体の流量を制御する第１の制御弁と、
   前記第１の制御弁の開度を制御する制御手段とを有する熱交換器温度制御システムにおいて、
   前記第１の制御弁の入り側及び出側の圧力差を検出する差圧検出手段と、
   前記第１の制御弁と直列に接続され、前記第１の制御弁に対する前記熱交換媒体の流量を制御する第２の制御弁とを有し、
   前記制御手段は、前記差圧検出手段の検出結果に基づいて、前記第２の制御弁の開度を制御することを特徴とする熱交換器温度制御システム。
2. 請求項１において、
   前記第２の制御弁は、前記第１の制御弁の上流側に接続されることを特徴とする熱交換器温度制御システム。
3. 請求項１において、
   前記第２の制御弁は、前記第１の制御弁の下流側に接続されることを特徴とする熱交換器温度制御システム。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記第１の制御弁及び第２の制御弁は、前記熱交換器の下流側に配設されることを特徴とする熱交換器温度制御システム。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器温度制御システムを用いたことを特徴とする空調機。
6. 請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器温度制御システムを用いたことを特徴とする外調機。
7. 内部に熱交換媒体を通過させて熱交換を行う熱交換器に対する前記熱交換媒体の流量を制御する第１の制御弁の開度を制御手段により制御する熱交換器温度制御方法において、
   前記第１の制御弁の入り側及び出側の圧力差を差圧検出手段にて検出する工程と、
   前記差圧検出手段の検出結果に基づいて、前記制御手段が前記第１の制御弁と直列に接続された第２の制御弁の開度を制御することで、前記第１の制御弁に対する前記熱交換媒体の流量を制御する工程と、
   を含むことを特徴とする熱交換器温度制御方法。

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