JP2023161037A - 熱源システム、熱源機、制御装置 - Google Patents

熱源システム、熱源機、制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】設置するセンサの種類や数を削減することができるとともに、立ち上げ時や運用時における利便性を向上させることができる熱源システム、熱源機、制御装置を提供する。【解決手段】熱源システムは、還水管から水冷媒熱交換器に水が流入する入口側に設けられ、水冷媒熱交換器に水を送る入口ポンプよりも上流側において還水管を流れる水の圧力を検出する入口側圧力計と、水冷媒熱交換器から送水管に水が流出する出口側に設けられ、送水管を流れる水の圧力を検出する出口側圧力計と、入口側圧力計で検出した入口側の圧力と出口側圧力計で検出した出口側の圧力との差分、送水管と還水管との間を負荷装置と並列に接続しているバイパス管に設けられているバイパス弁の開度、およびバイパス弁の機械的特性に基づいて、負荷装置側に流れる負荷流量を求める処理を実行する制御装置と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、熱源機と負荷装置との間を送水管および還水管で接続した熱源システム、およびそれに用いる熱源機、制御装置に関する。
従来、熱源機と負荷装置との間を送水管および還水管で接続して構成された熱源システムは、例えばビル等の空調用、塗装や乾燥あるいは洗浄等の産業用、あるいは栽培等の農業用など広い分野で用いられている。
このような熱源システムは、熱源機側にだけポンプを設けた単式ポンプ方式の構成、あるいは、負荷装置側にもポンプを設けた複式ポンプ方式の構成となっており、いずれの構成においても、制御に必要なデータを取得するために、差圧計や流量センサあるいは温度センサ等の各種のセンサが送水管や還水管等に設置されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２００６－３８３７９号公報 特開２０１４－３５０９０号公報
特許文献１、２のように設置するセンサの種類や数が多ければ取得されるデータも増えることから、熱源システムの制御に役立つものと考えられる。その一方で、設置するセンサの種類や数が多くなると、単純にコストが増加するだけでなく、熱源システムの立ち上げ時や運用時に多大な労力が必要になるおそれがある。
そこで、設置するセンサの種類や数を削減することができるとともに、立ち上げ時や運用時における利便性を向上させることができる熱源システム、熱源機、制御装置を提供する。
実施形態の熱源システムは、水冷媒熱交換器を有する熱源機と負荷装置との間を送水管および還水管で接続し、１つの熱源機に対して１つの入口ポンプを備えた単式ポンプ方式の熱源システムであって、還水管から水冷媒熱交換器に水が流入する入口側に設けられ、水冷媒熱交換器に水を送る入口ポンプよりも上流側において還水管を流れる水の圧力を検出する入口側圧力計と、水冷媒熱交換器から送水管に水が流出する出口側に設けられ、送水管を流れる水の圧力を検出する出口側圧力計と、入口側圧力計で検出した入口側の圧力と出口側圧力計で検出した出口側の圧力との差分、送水管と還水管との間を負荷装置と並列に接続しているバイパス管に設けられているバイパス弁の開度、およびバイパス弁の機械的特性に基づいて、負荷装置側に流れる負荷流量を求める処理を実行する制御装置と、を備えることを特徴とする。
第１実施形態および第２実施形態における単式ポンプ方式の熱源システムの構成を模式的に示す図 第３実施形態における単式ポンプ方式の熱源システムの他の構成を模式的に示す図 第４実施形態における複式ポンプ方式の熱源システムの構成を模式的に示す図 第５実施形態における複式ポンプ方式の熱源システムの他の構成を模式的に示す図 第６実施形態における熱源システムの配管態様を模式的に示す図
以下、複数の実施形態について説明する。なお、詳細は後述するが、第１実施形態から第３実施形態は単式ポンプ方式の例であり、第４実施形態および第５実施形態は複式ポンプ方式の例であり、第６実施形態はそれらの変形例である。また、説明の簡略化のために、各実施形態の熱源システムには同一符号を付している。
（第１実施形態）
第１実施形態では、単式ポンプ方式の熱源システム１（図１参照）において、熱源機３（図１参照）の入口側の圧力と出口側の圧力との差圧に基づいてバイパス弁２（図１参照）を制御する例について説明する。ここで単式ポンプ方式とは例えば一次ポンプ方式と換言してもよい。
図１に示すように、熱源システム１は、熱源機３、負荷装置４、熱源機３と負荷装置４との間で水を循環させるための送水管５および還水管６等を備えており、熱源機３によって所定の温度に調整した水を、送水管５を介して例えばビルを空調する空調装置や工場に設置される洗浄装置や乾燥装置などの様々な負荷装置４側に送るとともに、負荷装置４側からの水が還水管６を通って熱源機３側に環流する構成となっている。なお、図１では、水が流れる向きを便宜的に白抜きの矢印を用いて示している。
また、熱源システム１には、送水管５と還水管６との間を負荷装置４と並列に接続するバイパス管７と、そのバイパス管７内の水の流れを調整するバイパス弁２とが設けられている。そして、バイパス弁２を制御することにより、より具体的には、バイパス弁２の開度を調整することにより、バイパス管７を流れる水の量が調整される。また、還水管６には、還水管６に流れる水に圧力を加えるための膨張タンク８が接続されており、膨張タンク８の出口は還水管６に接続されている。
熱源機３は、要求される仕様に基づいて、また、故障した際にバックアップが可能となるように、例えば２台から十数台程度の複数台が設置されている。各熱源機３は、水と冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器９、水冷媒熱交換器９に所定の圧力で水を送る入口ポンプ１０、水冷媒熱交換器９に水が流入する入口配管１１に設けられている水側入口圧力計１２、水冷媒熱交換器９から水が流出する出口配管１３に設けられている水側出口圧力計１４、ユニットコントローラ１５等を備えている。
水冷媒熱交換器９は、周知のように水と冷媒との間で熱交換を行うものであり、例えば水用配管と冷媒用配管とを二重管構造とした２重管熱交換器や複数のプレートで仕切られたプレート熱交換器や、水用容器内に冷媒用配管を蛇行して配設した構造のもの等を適宜採用することができる。この水冷媒熱交換器９は、本実施形態では各熱源機３に複数設けられている。なお、水冷媒熱交換器９は、いわゆる温水を生成可能なもの、いわゆる冷水を生成可能なもの、温水および冷水のいずれも生成可能なものを目的に応じて適宜採用すればよい。
入口ポンプ１０は、図示しないインバータによって制御されるものであり、水冷媒熱交換器９の入口配管１１において、還水管６と水冷媒熱交換器９との間に設けられている。この入口ポンプ１０は、還水管６を流れる水を所定の圧力に調整した後に水冷媒熱交換器９に送っており、水冷媒熱交換器９には一定の圧力で水が送られる。また、入口ポンプ１０は、負荷装置４側に水を送る駆動源としても機能している。このように、熱源機３に設けられているポンプで負荷装置４側に水を送る方式が、単式ポンプ方式と呼ばれている。
水側入口圧力計１２は、水冷媒熱交換器９と入口ポンプ１０との間に設けられており、入口ポンプ１０によって所定の圧力に調整された水の圧力を検出する。そのため、水側入口圧力計１２によって検出される水の圧力は、還水管６を流れる水の圧力よりも高くなっている。つまり、水側入口圧力計１２は、還水管６を流れる水の圧力を測定している訳ではない。
水側出口圧力計１４は、水冷媒熱交換器９の出口配管１３において、水冷媒熱交換器９で熱交換されて所定の温度に調整されて流出する水の圧力を検出する。このとき、出口配管１３は送水管５と直接的に接続されていることから、水側出口圧力計１４によって検出される水の圧力は送水管５を流れる水の圧力と概ね一致すると考えることができる。つまり、水側出口圧力計１４は、実質的に、バイパス管７との分岐点よりも上流側において送水管５を流れる水の圧力を検出可能なものとなっている。この水側出口圧力計１４は、出口側圧力計に相当する。
ユニットコントローラ１５は、熱源機３を個別に制御するものであり、例えば水側入口圧力計１２と水側出口圧力計１４とでそれぞれ検出した水の圧力の差分に基づいて、水冷媒熱交換器９内を流れる水の流量（以下、チラー流量と称する）を求める処理を実行する等、各熱源機３を制御している。このユニットコントローラ１５は、熱源システム１全体を制御する制御装置１６に接続されている。
制御装置１６は、本実施形態では複数台設置されている熱源機３のうちの１台に内蔵されており、熱源システム１を制御するための制御指令を各熱源機３に出力するとともに、各熱源機３から運転状態を示す例えば上記したチラー流量等の情報を取得する。また、制御装置１６は、負荷装置４と直接的に、あるいは、負荷装置４の制御部を介して間接的に接続されており、負荷装置４の運転状態を示す情報等を取得可能になっている。以下、この制御装置１６を内蔵した熱源機３を、便宜的に代表機とも称する。
また、制御装置１６は、バイパス弁２や膨張タンク８にも接続されており、バイパス管７に設けられているバイパス弁２の開度を調整する処理、膨張タンク８から還水管６を流れる水に加えられる圧力（制御圧力）を取得する処理を行うようにすることもできる。なお、制御圧力としては、例えば制御装置１６から膨張タンク８に設定する圧力値そのものでもよいが、設定すべき圧力値を特定可能な制御値であってもよい。
制御装置１６が設けられている熱源機３には、入口側圧力計１７が設けられている。この入口側圧力計１７は、水冷媒熱交換器９に流入する水の流れにおいて入口ポンプ１０よりも上流側に設けられており、入口ポンプ１０に取り込まれる水の圧力を検出する。より具体的には、入口側圧力計１７は、還水管６に直接的に接続されている吸い込み口側に設けられている。そのため、入口側圧力計１７は、上記した水入口圧力計とは異なり、還水管６を流れる水の圧力を検出することができる。
また、本実施形態の場合、入口側圧力計１７は、代表機となる熱源機３に内蔵されている。この代表機は、流入する水が最も負荷装置４側に近い位置で還水管６から分岐するとともに、流出する水が最も負荷装置４側に近い位置で送水管５に合流する接続態様となっている。また、代表機以外の他の熱源機３は、代表機よりも下流側で還水管６から分岐した水が流入するとともに、代表機よりも上流側で送水管５に水が流出する接続態様となっている。なお、各熱源機３と送水管５および還水管６との間には、接続部１８が設けられている。
次に、上記した構成の作用について説明する。
入口ポンプ１０は、水冷媒熱交換器９に所定の圧力で水を送るためのものであるが、上記したように負荷装置４側に水を送る駆動源としても機能する。このとき、例えば負荷装置４の運転が停止された等の理由によって負荷装置４側の遮断弁４ａが閉鎖された場合等には、入口ポンプ１０の吐出側つまりは送水管５における水の流れが遮断あるいは阻害されることになる。
そして、送水管５における水の流れが遮断あるいは阻害されると、入口ポンプ１０がいわゆる締切運転状態となり、温度が上昇して故障したり騒音や振動が発生したりするおそれがある。これは、入口ポンプ１０の吸い込み側つまりは還水管６における水の流れが遮断あるいは阻害された場合も同様である。
そのため、従来では、流量計や温度センサあるいは送水管５と還水管６との間に設置された差圧計を等の各種のセンサを設け、例えばバイパス弁２については、送水管５内の水の圧力と還水管６内の水の圧力との差圧に基づいて水の流れが適切になるようにＰＩＤ制御することが行われていた。
ところで、バイパス弁２の制御自体は差圧に基づいて行うことができるものの、熱源システム１を実際に運用する際には、差圧を取得するだけでは解決し難い問題が存在する。これは、周知のように加わる圧力が小さくなるほど水は沸騰し易くなることから、還水管６を流れる水の圧力が例えば大気圧等の基準値よりも小さくなると、キャビテーション等が発生して故障の要因になるという問題である。
そのため、現実的には、それぞれ異なる制御目的で差圧計以外にも還水管６を流れる水の圧力を検出する圧力計を設けているという事情がある。つまり、従来では、差圧の取得と還水管６側の圧力の監視という異なる制御に対してそれぞれ個別のセンサを設けていたため、センサの種類や数が増加しがちであった。
しかし、設置するセンサの種類や数が多くなると、単純にコストが増加することに加えて、それぞれのセンサに対して調整が必要になる等、熱源システム１の立ち上げ時だけでなく運用時にも多大な労力を必要とすることになる。さらに、一般的には配管に設置するセンサは施工主側で設置することから、設置されたセンサが仕様と異なっている等、熱源機３側からすると不具合の原因となり、想定外のトラブルが発生するおそれもある。
そこで、熱源システム１は、上記したように、代表機となる熱源機３の入口ポンプ１０の前段側に還水管６内を流れる水の圧力を検出する入口側圧力計１７を設け、その入口側圧力計１７と、水冷媒熱交換器９の水側出口に設けられて実質的に送水管５を流れる水の圧力を検出する出口側圧力計との差分に基づいて、バイパス弁２を制御する。
これにより、従来設けられていた差圧計が不要となる。また、出口側圧力計は水冷媒熱交換器９用のものとして既設であることから、センサの数が増えることもない。したがって、センサの種類および数を減らすことが可能になる。そして、設置するセンサの種類や数が削減できれば、立ち上げ時や運用時あるはメンテナンス時の利便性が向上することになる。
このとき、送水管５を流れる水の圧力としては、例えば代表機となる熱源機３に設けられている出口側圧力計の検出値を用いることもできるし、運転中の複数の熱源機３の出口側圧力計の検出値の最大値、最小値、平均値、代表値のいずれかを用いることもできる。
また、熱源システム１では、入口側圧力計１７は、熱源機３内に設けられているため、熱源機３のメーカー側で用意することになる。これにより、従来のように設置されたセンサが仕様と異なっている等の問題が発生するおそれを低減することができる。さらに、従来の差圧計のように配管側まで配線を伸ばす必要がないことから、設置にかかるコストの低減も図ることができる。
このように、熱源システム１、熱源機３、および制御装置１６では、設置するセンサの種類や数を削減することができるとともに、立ち上げ時や運用時の利便性を向上させている。勿論、入口側圧力計１７により還水管６を流れる水の圧力そのものを検出することが可能であるため、水の圧力が例えば大気圧よりも小さい場合には膨張タンク８に対して圧力を加える制御を行うようにすること等も可能である。
以上説明した熱源システム１、熱源機３および制御装置１６によれば、次のような効果を得ることができる。
熱源システム１は、入口ポンプ１０よりも上流側において還水管６を流れる水の圧力を検出する入口側圧力計１７と、水冷媒熱交換器９から送水管５に水が流出する出口側に設けられ、送水管５を流れる水の圧力を検出する出口側圧力計と、入口側圧力計１７で検出した入口側の圧力と出口側圧力計で検出した出口側の圧力との差分に基づいて、送水管５と還水管６との間を負荷装置４と並列に接続しているバイパス管７に設けられているバイパス弁２を制御する処理を実行する制御装置１６と、を備える。
これにより、入口側圧力計１７と出口側圧力計との検出結果に基づいてバイパス弁２を制御することが可能となり、従来設けられていた差圧計の設置が不要になるとともに、その入口側圧力計１７を還水管６側の圧力の監視用にも使えるようになり、設置するセンサの種類や数を削減することができる。
また、差圧に基づいてバイパス弁２を制御しているので、上記した締切運転の発生を防止でき、故障するおそれを低減することができる。さらに、入口側圧力計１７は熱源機３に設けられているため、熱源機３のメーカーが入口側圧力計１７を用意することになるため、上記した想定外のトラブル等を回避することが可能になる等、立ち上げ時や運用時の利便性を向上させることができる。
また、熱源システム１に用いる熱源機３は、水冷媒熱交換器９と、入口側圧力計１７で検出した水の圧力と出口側圧力計で検出した水の圧力との差分に基づいて、つまりは、熱源機３または水冷媒熱交換器９の入口側と出口側との圧力の差分に基づいて、送水管５と還水管６との間を負荷装置４と並列に接続しているバイパス管７に設けられているバイパス弁２を制御する処理を実行する制御装置１６と、を備えている。このような熱源機３によっても、上記した熱源システム１と同様に、設置するセンサの種類や数を削減することができるとともに、立ち上げ時や運用時の利便性を向上させることができる。また、熱源システムを構築する際の工期短縮とコスト削減を行うことができる。
また、熱源システム１を制御する制御装置１６は、入口側の水の圧力と出口側の水の圧力との差分に基づいて、送水管５と還水管６との間を負荷装置４と並列に接続しているバイパス管７に設けられているバイパス弁２を制御する処理を実行する。このような制御装置１６によっても、上記した熱源システム１と同様に、設置するセンサの種類や数を削減することができるとともに、立ち上げ時や運用時の利便性を向上させることができる。
（第２実施形態）
第２実施形態では、単式ポンプ方式の熱源システム１において、負荷装置４側に流れる水の量を求める処理について説明する。なお、熱源システム１の構成は第１実施形態と共通するため、図１を参照しながら説明する。
本実施形態の熱源システム１は、第１実施形態と共通する構成であり、上記した熱源機３、負荷装置４、送水管５および還水管６、入口側圧力計１７、出口側圧力計に相当する水側出口圧力計１４、および制御装置１６等を備えている。
さて、熱源システム１を運用する際には、負荷装置４側を流れる水の量を適切に制御する必要がある。以下、送水管５においてバイパス管７との分岐点よりも負荷装置４側となる部位を便宜的に負荷側送水部５ａと称し、この負荷側送水部５ａを流れる水の量を負荷流量（Ｆ２。図１参照）と称する。また、還水管６においてバイパス管７との分岐点よりも負荷装置４側となる部位を便宜的に負荷側還水部６ａと称する。
そのため、従来では、負荷側還水部６ａに流量計を設けて負荷流量（Ｆ２）を直接的に取得したり、負荷側送水部５ａと負荷側還水部６ａとにそれぞれ水の温度を検出する温度計を設けてその温度差に基づいて負荷流量（Ｆ２）を推定したりしていた。
これに対して、本実施形態の熱源システム１では、入口側圧力計１７と出口側圧力計とで検出した圧力の差分と、バイパス弁２の開度および機械的特性とに基づいて、負荷流量（Ｆ２）を求めている。
まず、制御装置１６は、熱源機３側から供給される水の全量を求める。以下、熱源機３側から供給される水の全量を、総流量（Ｆ１。図１参照）と称する。このとき、総流量（Ｆ１）は、運転中の各熱源機３から供給される水の量（チラー流量）の合計であると考えられる。
このとき、運転中の各熱源機３のチラー流量は、それぞれのユニットコントローラ１５によって制御されている。そのため、制御装置１６は、各ユニットコントローラ１５からそれぞれのチラー流量を取得し、それらを合算することで総流量（Ｆ１）を求めることができる。
次に、制御装置１６は、バイパス管７を流れる水の量を、バイパス弁２の開度およびバイパス弁２の機械的特性から求める。以下、バイパス管７を流れる水の量をバイパス流量（Ｆ３。図１参照）と称する。ここで、バイパス弁２を通過可能な水の量をｆ、バイパス弁２のバルブ開度をｖ、バイパス弁２を全開にした際の流量をＣｖ、調整範囲を示すレンジアビリティをｒ、水の密度をρ、重力加速度をＧ、水冷媒熱交換器９の入口側と出口側との差圧をΔＰとする。
バイパス弁２を通過可能な水の量（ｆ）は、バルブの種類がイコールパーセント特性かリニア特性かによって以下のように求めることができる。なお、「・」は乗算を示し、「／」は除算を示し、「＾」はべき乗を示すものとする。
・イコールパーセント特性の場合
ｆ＝Ｃｖ・ｒ＾（ｖ／１００－１）
・リニア特性の場合
ｆ＝Ｃｖ・（１／ｒ＋（１－１／ｒ）・（ｖ／１００））
このとき、バイパス流量（Ｆ３）は、以下のように求まる。
Ｆ３＝ｆ／（０．０７・（ρ／（Ｇ・ΔＰ））＾０．５）
このように総流量（Ｆ１)とバイパス流量（Ｆ３）とが求まれば、負荷流量（Ｆ２）が以下のように求まる。
Ｆ２＝Ｆ１－Ｆ３
そして、制御装置１６は、求めた負荷流量（Ｆ２）が適切な範囲に収まるように熱源システム１を制御する。
このように、本実施形態の熱源システム１は、入口側圧力計１７と出口側圧力計とで検出した圧力の差分と、バイパス弁２の開度および機械的特性とに基づいて負荷流量（Ｆ２）を求めることができるため、従来の流量計や温度計を設置する必要がなくなる。したがって、設置するセンサの種類や数を削減することができる。
また、入口側圧力計１７は熱源機３に設けられているため、熱源機３のメーカーが入口側圧力計１７を用意することになるため、上記した想定外のトラブル等を回避することが可能になる等、立ち上げ時や運用時の利便性を向上させることができる。
また、熱源システム１に用いる熱源機３は、水冷媒熱交換器９と、入口側の水の圧力と出口側の水の圧力との差分に基づいて負荷装置４側に流れる負荷流量（Ｆ２）を求める処理を実行する制御装置１６と、を備えている。このような熱源機３によっても、上記した熱源システム１と同様に、設置するセンサの種類や数を削減することができるとともに、立ち上げ時や運用時の利便性を向上させることができる。また、熱源システムを構築する際の工期短縮とコスト削減を行うことができる。
また、熱源システム１を制御する制御装置１６は、入口側の水の圧力と出口側の水の圧力との差分に基づいて、負荷装置４側に流れる負荷流量（Ｆ２）を求める処理を実行する。このような制御装置１６によっても、上記した熱源システム１と同様に、設置するセンサの種類や数を削減することができるとともに、立ち上げ時や運用時の利便性を向上させることができる。
また、熱源システム１は、上記した負荷流量（Ｆ２）を求める処理と、第１実施形態で説明したバイパス弁２を制御する処理とを共に実行することができる。すなわち、熱源機３としては、バイパス弁２を制御する処理または負荷流量（Ｆ２）を求める処理の一方の処理を実行する制御装置１６、あるいは、バイパス弁２を制御する処理および負荷流量（Ｆ２）を求める処理の双方の処理を実行する構成とすることができる。
また、制御装置１６も、バイパス弁２を制御する処理または負荷流量（Ｆ２）を求める処理の一方の処理を、あるいは、バイパス弁２を制御する処理および負荷流量（Ｆ２）を求める処理の双方の処理を実行する構成とすることができる。
（第３実施形態）
第３実施形態では、単式ポンプ方式の熱源システム１において、熱源機３の入口側の圧力を取得する構成が、第１実施形態および第２実施形態と異なっている。
図２に示すように、本実施形態の熱源システム１は、上記した第１実施形態および第２実施形態とは異なり、入口側圧力計１７（図１参照）を備えておらず、還水管６を流れる水の圧力を、膨張タンク８に設定する制御圧力から取得する構成となっている。
具体的には、熱源システム１を構成する制御装置１６は、第１実施形態で説明したように膨張タンク８に接続されており、還水管６が流れる水に対して膨張タンク８に対して圧力を加える制御を行うこと等が可能になっている。つまり、制御装置１６は、膨張タンク８から還水管６を流れる水に加えられる圧力、または、その圧力を特定可能な制御値のいずれかを把握している。
このとき、膨張タンク８の出口は還水管６に接続されていることから、膨張タンク８から還水管６を流れる水に加えられる圧力は、実質的に還水管６を流れる水の圧力に一致すると考えることができる。
そこで、制御装置１６は、膨張タンク８に設定する制御圧力から還水管６を流れる水の圧力を取得あるいは特定し、その制御圧力と出口側圧力計である水側出口圧力計１４とで検出した圧力の差分に基づいて、第１実施形態で説明したバイパス弁２を制御する処理、あるいは、第２実施形態で説明した負荷流量（Ｆ２）を求める処理のうち、少なくとも一方の処理あるいは双方の処理を実行する。
これにより、入口側圧力計１７を設けなくても、バイパス弁２の制御や負荷流量（Ｆ２）を求めることが可能になり、設置するセンサの種類や数を削減することができるとともに、立ち上げ時や運用時の利便性を向上させることができる。
また、熱源システム１に用いる熱源機３は、水冷媒熱交換器９と、水冷媒熱交換器９の入口側の水の圧力と出口側の水の圧力との差分に基づいて負荷装置４側に流れる負荷流量（Ｆ２）を求める処理を実行する制御装置１６と、を備えている。このような熱源機３によっても、上記した熱源システム１と同様に、設置するセンサの種類や数を削減することができるとともに、立ち上げ時や運用時の利便性を向上させることができる。
また、熱源システム１を制御する制御装置１６は、水冷媒熱交換器９の入口側の水の圧力と出口側の水の圧力との差分に基づいて、負荷装置４側に流れる負荷流量（Ｆ２）を求める処理を実行する。このような制御装置１６によっても、上記した熱源システム１と同様に、設置するセンサの種類や数を削減することができるとともに、立ち上げ時や運用時の利便性を向上させることができる。
（第４実施形態）
第４実施形態では、複式ポンプ方式の熱源システム１（図３参照）において、熱源機３の入口側の圧力と出口側の圧力との差圧と、フリーバイパス管２０（図３参照）の抵抗係数とに基づいて、負荷流量（Ｆ１２。図３参照）を求める例について説明する。なお、各実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明する。ここで、複式ポンプ方式とは例えば二次ポンプ方式と換言してもよい。
図３に示すように、本実施形態の熱源システム１は、熱源機３、負荷装置４、送水管５および還水管６、入口側圧力計１７、出口側圧力計に相当する水側出口圧力計１４、および制御装置１６等を備えている。また、送水管５には、熱源機３側と負荷装置４側との間に送水側ヘッダ２１が設けられており、還水管６には、熱源機３側と負荷装置４側との間に還水側ヘッダ２２が設けられている。
送水側ヘッダ２１は、熱源機３側に位置する上流側ヘッダ２３、負荷装置４側に位置する下流側ヘッダ２４、上流側ヘッダ２３と下流側ヘッダ２４の間に設けられている１台以上の二次ポンプ２５、および、過剰な水を上流側ヘッダ２３に環流させる制御弁２６を備えている。この二次ポンプ２５は、図示しないインバータによって制御される。このように、熱源機３側と負荷装置４側とにそれぞれポンプを備える構成が、複式ポンプ方式と呼ばれるものである。
このような複式ポンプ方式の作動は周知であるので詳細な説明は省略するが、熱源機３側から送られた水が上流側ヘッダ２３に貯留し、その上流側ヘッダ２３に貯留している水を二次ポンプ２５で負荷装置４側に送り、負荷装置４を通った水が還水側ヘッダ２２を介して熱源機３に環流するものである。
さて、複式ポンプ方式の場合、送水管５において送水側ヘッダ２１よりも熱源機３側の部位と、還水管６において還水側ヘッダ２２よりも熱源機３側の部位との間を接続するフリーバイパス管２０が設けられている。このフリーバイパス管２０は、弁体が設けられていない配管部材であり、白抜きの矢印にて示すように、送水管５を流れる水の圧力が還水管６を流れる水の圧力よりも高ければ送水管５から還水管６に向かって水が流れる一方、送水管５を流れる水の圧力が還水管６を流れる水の圧力よりも低ければ還水管６から送水管５に向かって水が流れる構成となっている。
さて、上記した第２実施形態で説明したように、熱源機３側から送られる水の総量は運転中の各熱源機３におけるチラー流量の合計であると考えることができる。そして、フリーバイパス管２０を流れる水の量は、弁がないことから、送水管５側と還水管６側との水の圧力の差分と、フリーバイパス管２０の抵抗係数から求めることができる。以下、熱源機３側から送られる水の総量を漏水量（Ｆ１１）と称し、フリーバイパス管２０を流れる水の量を、フリーバイパス流量（Ｆ１３）と称する。
このとき、フリーバイパス流量（Ｆ１３）は、求め方自体はベルヌーイの定理に基づく一般的な手法であるため詳細な説明は省略するが、送水管５側と還水管６側との水の圧力の差分から求めた流速とフリーバイパス管２０の断面積とを乗算したものに、フリーバイパス管２０の機械的特性等により定まる抵抗係数を加味することで求めることができる。
そして、負荷流量（Ｆ１２）は、送水管５から還水管６に向かって水が流れる場合には総水量（Ｆ１１）からフリーバイパス流量（Ｆ１３）を減算することでもとめることができ、還水管６から送水管５に向かって水が流れる場合には総水量（Ｆ１１）にフリーバイパス流量（Ｆ１３）を加算することで求めることができる。
このように、制御装置１６は、負荷流量（Ｆ１２）を、熱源機３の入口側の圧力と出口側の圧力との差圧と、フリーバイパス管２０の抵抗係数とに基づいて求めることができる。これにより、第２実施形態でも説明したように、従来設けられていた流量計や温度計等が不要になり、設置するセンサの種類や数を削減することができる。
また、入口側圧力計１７を熱源機３に設けていることから想定外のトラブル等を回避することが可能になる等、立ち上げ時や運用時の利便性を向上させることができる等の効果も得ることができる。
また、熱源システム１に用いる熱源機３は、水冷媒熱交換器９と、入口側の水の圧力と出口側の水の圧力との差分に基づいて負荷装置４側に流れる負荷流量（Ｆ１２）を求める処理を実行する制御装置１６と、を備えている。このような熱源機３によっても、上記した熱源システム１と同様に、設置するセンサの種類や数を削減することができるとともに、立ち上げ時や運用時の利便性を向上させることができる。
また、熱源システム１を制御する制御装置１６は、入口側の水の圧力と出口側の水の圧力との差分に基づいて、負荷装置４側に流れる負荷流量（Ｆ１２）を求める処理を実行する。このような制御装置１６によっても、上記した熱源システム１と同様に、設置するセンサの種類や数を削減することができるとともに、立ち上げ時や運用時の利便性を向上させることができる。
（第５実施形態）
第５実施形態では、複式ポンプ方式の熱源システム１において、熱源機３の入口側の圧力を取得する構成が第４実施形態と異なっている。なお、第４実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明する。
本実施形態の熱源システム１は、図４に示すように、上記した第４実施形態とは異なり、入口側圧力計１７（図３参照）を備えておらず、還水管６を流れる水の圧力を、膨張タンク８に設定されている制御圧力から取得する構成となっている。つまり、本実施形態の熱源システム１は、複式ポンプ方式において、上記した第３実施形態と同様の処理を実行するものである。
熱源システム１を構成する制御装置１６は、膨張タンク８に接続されており、還水管６が流れる水に対して膨張タンク８に対して圧力を加える制御を行うこと等が可能になっている。つまり、制御装置１６は、膨張タンク８から還水管６を流れる水に加えられる圧力、または、その圧力を特定可能な制御値のいずれかを把握している。
このとき、膨張タンク８の出口は還水管６に接続されていることから、膨張タンク８から還水管６を流れる水に加えられる圧力は、還水管６を流れる水の圧力と考えることができる。そして、制御装置１６は、膨張タンク８に設定されている制御圧力から還水管６を流れる水の圧力を取得あるいは特定し、その制御圧力と出口側圧力計である水側出口圧力計１４とで検出した圧力の差分に基づいて、第４実施形態で説明した負荷装置４側に流れる負荷流量（Ｆ１２）を求める処理を実行する。
これにより、入口側圧力計１７を設けなくても負荷流量（Ｆ１２）を求めることが可能になり、設置するセンサの種類や数を削減することができるとともに、立ち上げ時や運用時の利便性を向上させることができる。
また、熱源システム１に用いる熱源機３は、水冷媒熱交換器９と、膨張タンク８の制御圧力と出口側圧力計で検出した水の圧力との差分に基づいて、つまりは、水冷媒熱交換器９の入口側の水の圧力と出口側の水の圧力との差分に基づいて負荷装置４側に流れる負荷流量（Ｆ１２）を求める処理を実行する制御装置１６と、を備えている。このような熱源機３によっても、上記した熱源システム１と同様に、設置するセンサの種類や数を削減することができるとともに、立ち上げ時や運用時の利便性を向上させることができる。
また、熱源システム１を制御する制御装置１６は、水冷媒熱交換器９の入口側の水の圧力と出口側の水の圧力との差分に基づいて負荷装置４側に流れる負荷流量（Ｆ２）を求める処理を実行する。このような制御装置１６によっても、上記した熱源システム１と同様に、設置するセンサの種類や数を削減することができるとともに、立ち上げ時や運用時の利便性を向上させることができる。
（第６実施形態）
第６実施形態では、バイパス管７またはフリーバイパス管２０の配置態様が他の実施形態と異なっている。
第１実施形態等では単式ポンプ方式においてバイパス管７を熱源機３の外部に設けた例を示したが、図５の配管内蔵例その１として示すように、バイパス管７およびバイパス弁２を、熱源機３の内部に配置する構成とすることができる。これにより、バイパス弁２を熱源機３のメーカー側で用意することができ、上記した想定外のトラブルの発生を防止することができる。また、バイパス管７を熱源機３に内蔵するため、仕様通りの配管を使えることから熱源機３および熱源システム１を適切に制御することができ、バイパス管７を負荷装置４側に配設する作業が不要になるため、設置コストの低減を図ることができる。
なお、バイパス管７を内蔵する熱源機３は複数台であってもよく、代表機のみであってもよい。
また、図５の配管内蔵例その２として示すように、複式ポンプ方式において、フリーバイパス管２０を熱源機３の内部に配置する構成とすることができる。これにより、フリーバイパス管２０を熱源機３のメーカー側で用意することができ、断面積や抵抗係数等の機械的要素を確実に把握できることから、負荷流量を求める計算を適切に行うことが可能となり、熱源システム１を適切に運用することができるとともに、フリーバイパス管２０を負荷装置４側に配設する作業が不要になるため、設置コストの低減を図ることができる。
なお、フリーバイパス管２０を内蔵する熱源機３は複数台であってもよく、代表機のみであってもよい。
（その他の実施形態）
実施形態では制御装置１６を熱源機３に内蔵した例を示したが、制御装置１６は、熱源機３の表面に取り付けたり、熱源機３の近傍に設置したり、例えば制御室等の遠隔地に設置したりすることもできる。
実施形態では、入口側圧力計１７を代表機となる熱源機３に内蔵した例を示したが、入口側圧力計１７は、設置されている全ての熱源機３、あるいは、設置されている内の複数台の熱源機３に設けることもできる。つまり、入口側圧力計１７は１つ以上設けられていればよい。このとき、複数の熱源機３に入口側圧力計１７を設ける場合には、例えばユニットコントローラ１５を介して制御装置１６と通信する構成とすることができる。
実施形態では入口側圧力計１７を熱源機３に内蔵した例を示したが、入口ポンプ１０が熱源機３の外に設けられている場合には、入口側圧力計１７も熱源機３の外に設けられることになる。その場合、外部に設けられる入口ポンプ１０に圧力計が既設である場合には、その圧力計を入口側圧力計１７として利用する構成とすることもできる。
実施形態では制御圧力を制御装置１６からの制御指令に基づいて求める例を示したが、膨張タンク８に圧力計が設けられている場合には、その圧力計の検出値を、膨張タンク８に設定されている制御圧力として取得する構成とすることができる。
以上、本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
図面中、１は熱源システム、２はバイパス弁、３は熱源機、４は負荷装置、５は送水管、６は還水管、７はバイパス管、８は膨張タンク、９は水冷媒熱交換器、１０は入口ポンプ、１４は水側出口圧力計（出口側圧力計）、１６は制御装置、１７は入口側圧力計、２０はフリーバイパス管を示す。

Claims (8)

  1. 水冷媒熱交換器を有する熱源機と負荷装置との間を送水管および還水管で接続し、１つの熱源機に対して１つの入口ポンプを備えた単式ポンプ方式の熱源システムであって、
    前記還水管から前記水冷媒熱交換器に水が流入する入口側に設けられ、前記水冷媒熱交換器に水を送る入口ポンプよりも上流側において前記還水管を流れる水の圧力を検出する入口側圧力計と、
    前記水冷媒熱交換器から前記送水管に水が流出する出口側に設けられ、前記送水管を流れる水の圧力を検出する出口側圧力計と、
    前記入口側圧力計で検出した入口側の圧力と前記出口側圧力計で検出した出口側の圧力との差分、前記送水管と前記還水管との間を前記負荷装置と並列に接続しているバイパス管に設けられているバイパス弁の開度、および前記バイパス弁の機械的特性に基づいて、前記負荷装置側に流れる負荷流量を求める処理を実行する制御装置と、
    を備えることを特徴とする熱源システム。
  2. 水冷媒熱交換器を有する熱源機と負荷装置との間を送水管および還水管で接続し、１つの熱源機に対して１つの入口ポンプを備えた単式ポンプ方式の熱源システムであって、
    前記水冷媒熱交換器から前記送水管に水が流出する出口側に設けられ、前記送水管を流れる水の圧力を検出する出口側圧力計と、
    前記還水管を流れる水に所定の圧力を加える膨張タンクに設定する制御圧力と前記出口側圧力計で検出した出口側の圧力との差分に基づいて、前記送水管と前記還水管との間を前記負荷装置と並列に接続しているバイパス管に設けられているバイパス弁を制御する処理を実行する制御装置と、
    を備えることを特徴とする熱源システム。
  3. 水冷媒熱交換器を有する熱源機と負荷装置との間を送水管および還水管で接続し、１つの熱源機に対して１つの入口ポンプを備えた単式ポンプ方式の熱源システムであって、
    前記水冷媒熱交換器から前記送水管に水が流出する出口側に設けられ、前記送水管を流れる水の圧力を検出する出口側圧力計と、
    前記還水管を流れる水に所定の圧力を加える膨張タンクに設定する制御圧力と前記出口側圧力計で検出した出口側の圧力との差分、前記送水管と前記還水管との間を前記負荷装置と並列に接続しているバイパス管に設けられているバイパス弁の開度、および前記バイパス弁の機械的特性に基づいて、前記負荷装置側に流れる負荷流量を求める処理を実行する制御装置と、
    を備えることを特徴とする熱源システム。
  4. 水冷媒熱交換器を有する熱源機と負荷装置との間を送水管および還水管で接続し、１つの熱源機に対して１つの入口ポンプを備え、送水管に二次ポンプを備えた複式ポンプ方式の熱源システムであって、
    前記還水管から前記水冷媒熱交換器に水が流入する入口側に設けられ、前記水冷媒熱交換器に水を送る前記入口ポンプよりも上流側において前記還水管を流れる水の圧力を検出する入口側圧力計と、
    前記水冷媒熱交換器から前記送水管に水が流出する出口側に設けられ、前記送水管を流れる水の圧力を検出する出口側圧力計と、
    前記入口側圧力計で検出した入口側の圧力と前記出口側圧力計で検出した出口側の圧力との差分と、前記送水管と前記還水管との間を前記負荷装置と並列に接続しているフリーバイパス管の抵抗係数とに基づいて、前記負荷装置側に流れる負荷流量を求める処理を実行する制御装置と、
    を備えることを特徴とする熱源システム。
  5. 水冷媒熱交換器を有する熱源機と負荷装置との間を送水管および還水管で接続し、１つの熱源機に対して１つの入口ポンプを備え、送水管に二次ポンプを備えた複式ポンプ方式の熱源システムであって、
    前記水冷媒熱交換器から前記送水管に水が流出する出口側に設けられ、前記送水管を流れる水の圧力を検出する出口側圧力計と、
    前記還水管を流れる水に所定の圧力を加える膨張タンクに設定する制御圧力と前記出口側圧力計で検出した出口側の圧力との差分と、前記送水管と前記還水管との間を前記負荷装置と並列に接続しているフリーバイパス管の抵抗係数とに基づいて、前記負荷装置側に流れる負荷流量を求める処理を実行する制御装置と、
    を備えることを特徴とする熱源システム。
  6. 前記送水管と前記還水管との間を前記負荷装置と並列に接続している配管を、前記熱源機に設けたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の熱源システム。
  7. 熱源機と負荷装置との間を送水管および還水管で接続した熱源システムに用いる熱源機であって、
    水と冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器と、
    前記水冷媒熱交換器から前記送水管に水が流出する出口側の水の圧力との差分に基づいて、前記送水管と前記還水管との間を前記負荷装置と並列に接続しているバイパス管に設けられているバイパス弁を制御する処理、および前記負荷装置側に流れる負荷流量を求める処理のうち、双方の処理あるいは少なくとも一方の処理を実行する制御装置と、
    を備えることを特徴とする熱源機。
  8. 水冷媒熱交換器を有する熱源機と負荷装置との間を送水管および還水管で接続した熱源システムを制御する制御装置であって、
    前記水冷媒熱交換器から前記送水管に水が流出する出口側の水の圧力との差分に基づいて、前記送水管と前記還水管との間を前記負荷装置と並列に接続しているバイパス管に設けられているバイパス弁を制御する処理、および前記負荷装置側に流れる負荷流量を求める処理のうち、双方の処理あるいは少なくとも一方の処理を実行することを特徴とする制御装置。
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