JP2665010B2

JP2665010B2 - 熱源設備

Info

Publication number: JP2665010B2
Application number: JP1336838A
Authority: JP
Inventors: 健策井上; 雅由保川
Original assignee: 株式会社ハーマン
Priority date: 1989-12-25
Filing date: 1989-12-25
Publication date: 1997-10-22
Anticipated expiration: 2012-10-22
Also published as: JPH03195859A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、複数の流体加熱器と、被加熱流体を端末負
荷に導く往路と、前記往路内の被加熱流体を前記流体加
熱器に導く復路と、被加熱流体を前記流体加熱器、前記
往路、及び前記復路を通して循環流動させる循環手段と
が設けられ、前記流体加熱器の出口側における被加熱流
体の目標温度を設定する目標温度設定手段と、前記流体
加熱器の入口側における被加熱流体の戻り温度を測定す
る戻り温度検出手段とが設けられ、前記温度検出手段の
検出情報に基づいて、被加熱流体を前記目標温度にすべ
く必要加熱量が大なるほど前記流体加熱器の運転台数を
大なるように制御する制御手段が設けられた熱源設備に
関する。

〔従来の技術〕

マンション等の集合住宅においては、各戸毎に熱源機
を設けるに較べて、屋上等に一つの熱源設備を設置し、
その熱源設備により各戸に対する給湯や暖房を行うよう
にすることで各戸の住居空間の有効利用や安全性の向上
を図ることができる。

上記のような熱源設備においては、最大負荷が大であ
り、又、負荷変動も大であると考えられるから複数の流
体加熱器により熱源設備を構成し、負荷の大小に応じて
流体加熱器の運転台数を制御することがある。

負荷の大小は、目標温度と戻り温度との偏差等に基づ
いて求められるのであるが、流体加熱器の運転台数の増
減変更をしたのち、その効果が表われて前記偏差が小さ
くなるまでにはかなり遅れ時間がある。

そこで、例えば運転台数変更後、所定時間経過するま
では運転台数の変更を停止するようにしていた。

従来、前記所定時間は常に固定されているものであっ
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、負荷が変動したときに負荷変動が
治まったあとも流体加熱器の運転台数の増減を繰り返
し、被加熱流体の出口温度がハンチングする虞があっ
た。

例えば、一時的に負荷が増大した場合について第６図
を参照しながら説明する。

第６図（ロ）、（ハ）に示すように一時的な負荷の増
大により被加熱流体の戻り温度が一時的に低下すると、
第６図（ニ）に示すように流体加熱器の運転台数が増加
する。このとき、運転を開始した流体加熱器内に滞留し
ていた低温の被加熱流体が往路へ排出されるため、被加
熱流体の出口温度は第６図（イ）に示すように一時的に
極端に低下する。戻り温度が元のレベルに復帰すると流
体加熱器の運転台数は減少して元の台数に復帰する。

ところで、流体加熱器から往路へ排出された被加熱流
体は一定期間（T₁）経過後復路を通って流体加熱器の入
口側に戻ってくる。従って、前述の低温の被加熱流体が
流体加熱器の入口側に戻ってきたとき運転台数の減少か
ら前記所定時間（第２図（ニ）における（T₂））経過し
ていれば、再び運転台数は増加する。

以下、前述と同様の処理を繰り返す。

即ち、流体加熱器の運転台数の増減を繰り返し、被加
熱流体の出口温度がハンチングすることになる。

本発明の目的は、上記従来欠点を解消して被加熱流体
の出口温度がハンチングするのを防止する点にある。

〔問題を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明による熱源設備の第
１の特徴構成は、前記制御手段は、前記流体加熱器の運
転台数を所定インターバルごとに制御するように構成さ
れ、運転台数の変更が前記所定インターバルと同じ又は
それより長い設定時間内に第１設定回数以上あったとき
は前記所定インターバルを大なる時間に変更するように
構成されていることである。

第２の特徴構成は、上記第１の特徴構成を実施する際
の好ましい構成を特定するものであって、前記制御手段
は、運転台数の変更が設定時間内に第２設定回数以下で
あったときは、前記所定インターバルを小なる時間に変
更するように構成されていることである。

〔作用〕

第１の特徴構成における作用を第５図に基づいて説明
する。

制御手段による流体加熱器の運転台数の増減が設定時
間内に第１設定回数以上繰り返したときは、出口温度が
ハンチングしていると考えられる。

そこで、第５図（ニ）に示すように、所定インターバ
ル（Ｔ）を長く（Ｔ＞T₂）して、上述の低温の被加熱流
体が流体加熱器の入口側に戻ってきたときに、運転台数
を減少してから所定インターバル（Ｔ）を経過していな
いようにする。従って、この場合、運転台数の増加はし
ない。その後、負荷の変動がなければ、戻り温度の偏差
はしだいに緩和されて小さくなるため、運転台数の変更
は抑制されることになる。

一方、第２の特徴構成における作用は、運転台数の変
更を負荷変動に対して短時間で応答させることである。
つまり、運転台数の増減が設定時間内に第２設定回数以
下であれば制御は安定していると考えられる。従って、
この場合には、制御インターバルを短くしても制御が不
安定になることはないため、負荷変動に対する応答性を
高めた方がよいと考えられる。

〔発明の効果〕

第１の特徴構成では、ハンチングを生じて制御が不安
定なときに、所定インターバルを長くすることによりハ
ンチングを抑制して被加熱流体の出口温度を安定化させ
ることができる。

一方、第２の特徴構成では、制御が安定しているとき
に所定インターバルを短くすることにより制御の応答性
を改善することができる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第４図に示すように、熱源機（１）と、その熱源機
（１）からマンション内の各住戸へ給湯及び暖房用の被
加熱流体としての温水を供給する給湯系路と、熱源機
（１）にガスを供給するガス路（２）とが設けられ、熱
源設備が構成されている。

前記給湯系路は、温水を各住戸へ導く住路（３）と、
住路（３）内の温水を熱源機（１）に導く復路（４）
と、各住戸において使用された給湯量（qw）に対応する
水量を補充供給する給水路（５）とが設けられている。
そして、循環手段としての後述の循環ポンプ（14）によ
って温水を熱源機（１）、往路（３）、及び、復路
（４）を通して循環流動させるようになつている。

図中（７）は定流量弁であって、無負荷においても所
定のバイパス流量（qb）（例えば30/min）の温水が循
環流動されるようになっている。

（８），（９）は夫々端末負荷としての給湯栓と暖房
装置である。又、（Ｍ）は各住戸の給湯使用量を検出す
る給湯メータ、（CM）は同じく暖房使用量を検出するカ
ロリーメータである。

尚、詳述はしないが熱源設備の遠隔監視を行う監視セ
ンター（10）が設けられ、熱源機（１）と監視センター
（10）とが電話回線を介して接続されるようになってい
る。マンション内の管理人室（Ｒ）には電話回線を接続
するための通信装置（11）が設けられ、その通信装置
（11）と熱源機（１）に備えられた後述のシステムコン
トローラ（12）とが遠隔監視用信号線（13）を介して接
続されている。そして、熱源機（１）の異常や運転状況
を監視センター（10）に伝達できるようになっている。

熱源機（１）の構成について説明を加える。

熱源機（１）には、第１図に示すように流体加熱器と
しての１台の親ユニット（MU）と３台の子ユニット（S
U）が設けられている。

前記各ユニット（MU），（SU）には夫々、４台の湯沸
器（WH）と、ユニット（MU），（SU）内の復路（４）か
ら、湯沸器（WH）、そして往路（３）への温水を循環さ
せるための２台の循環ポンプ（14）とが設けられてい
る。そして、システムコントローラ（12）からの指令に
基づいて前記湯沸器（WH）や前記循環ポンプ（14）の駆
動制御を行うユニットコントローラ（15）が設けられて
いる。

尚、循環ポンプ（14）の運転台数は１台又は２台に切
換設定できるようになっている。ここでは、２台運転が
設定されているものとする。

又、図中（16）は逆止弁、（17）はストレーナであ
る。

さらに、親ユニット（MU）には、熱源機（１）の出口
側における温水の目標温度（Ts）を設定する目標温度設
定手段としての目標温度設定器（18）、熱源機（１）の
入口側における温水の戻り温度（Tr）を測定する戻り温
度検出手段としての温水戻りサーミスタ（19）、給水温
度（Tv）を測定する給水温サーミスタ（20）、給水と戻
り温水との混合温度（Ti）を測定する混合サーミスタ
（21）、熱源機（１）の出口側における温水の往き温度
（T₀）を測定する温水往きサーミスタ（22）の夫々が設
けられている。

そして、被加熱流体を設定目標温度にすべく湯沸器
（WH）やユニット（MU），（SU）の運転台数を制御する
システムコントローラ（12）が設けられている。

つまり、前記システムコントローラ（12）を利用して
制御手段（100）が構成されているのである。

尚、図中（23），（24）は圧力計、（25）は圧力スイ
ッチである。

前記湯沸器（WH）について簡単に説明を加えると、第
３図に示すように、バーナ（26）と、水加熱用熱交換器
（27）と、前記バーナ（26）へのガス供給を断続するガ
ス電磁弁（28），（29）と、前記バーナ（26）へのガス
供給量を調節するガス比例弁（30）と、前記バーナ（2
6）への燃焼用空気を供給するファン（31）と、前記熱
交換器（27）の出湯温を検出する湯温サーミスタ（32）
と、前記熱交換器（27）への給水量を検出する水量セン
サ（33）と、点火プラグ（34）と、点火を確認するため
のフレームロッド（35）等が備えられている。

そして、システムコントローラ（12）からの設定目標
温度（Ts）や水量センサ（33）等の検出情報に基づい
て、前記比例弁（30）の開度や前記ファン（31）の回転
数を調節して、湯沸器（WH）の加熱量を比例制御するバ
ーナコントローラ（36）が設けられている。

尚、各ユニット（MU），（SU）、各湯沸器（WH）、及
び循環ポンプ（14）の運転状況を評価する故障点数が記
憶されるようになっており、その故障点数が所定値に達
したユニット（MU），（SU）、湯沸器（WH）あるいは循
環ポンプ（14）の運転は禁止されるようになっている。

次に、システムコントローラ（12）の制御動作につい
て説明する。

以下の説明においては、予め設定された最小ユニット
数のみの運転を行う場合（以下、ベース運転という）
と、前記最小ユニット数より大なるユニット数の運転を
行う場合（以下、ユニット台数制御運転という）とに分
けて説明する。

ベース運転として１乃至３台のユニット運転を切換設
定できるようになっているが、ここでは１ユニット運転
が設定されている場合について述べる。

前記ユニット（MU），（SU）には夫々優先運転順位が
設定され、又、各湯沸器（WH）夫々にそのユニット内に
おける優先運転順位が設定されている。

ベース運転においては、優先運転順位の最も高いユニ
ット（MU），（SU）のみが運転される。そして、必要加
熱量が０から徐々に増加した場合の湯沸器（WH）の運転
台数は０台→１台→２台→４台の順に増加し、優先運転
順位の高い順に運転が開始されるようになっている。

ベース運転では必要加熱量をまかなえない場合には、
ユニット台数制御運転に移行する。つまり、優先運転順
位の高い順に必要な台数のユニット（MU），（SU）の運
転をするようになっている。このとき運転されるユニッ
ト（MU），（SU）の湯沸器（WH）は４台全部運転され
る。従って、必要加熱量が増加した場合のユニット台数
制御運転における湯沸器（WH）の運転台数は８台→12台
→16台の順に増加することになる。

詳述はしないがベース運転とユニット台数制御運転の
いずれにおいても、優先運転順位を運転経過時間に基づ
いて変更することにより、前記ユニット（MU），（SU）
夫々の運転時間を平均化し、ひいては湯沸器（WH）夫々
の運転時間を平均化するようになっている。

次に、必要加熱量に応じて湯沸器（WH）及び前記ユニ
ット（MU），（SU）の運転台数を制御する手段について
第２図（イ），（ロ）を参照しながら説明する。

ベース運転の場合、第２図（イ）に示すように設定目
標温度（Ts）と混合温度（Ti）との差（以下、第１偏差
（Tx）という）又は設定目標温度（Ts）と往き温度（T
o）との差（以下、第２偏差（Tz）という）に基づいて
湯沸器（WH）の台数を制御するようになっている。

先づ、運転中の湯沸器（WH）の台数をチェックする。

（ｉ）運転台数が０台のときは、以下の条件が成立する
場合に優先運転順位の最も高い湯沸器（WH）の運転を開
始する。

第２偏差（Tz）≧５（deg）が12秒間継続又は第１偏差（Tx）≧2.5（deg）（ii）運転台数が１台のときは、以下の条件が成立する
場合に運転台数を２台に変更する。

第２偏差（Tz）≧5.5（deg）が12秒間継続又は第１偏差（Tx）≧５（deg）一方、以下の条件が成立する場合に運転台数を０台に
変更する。

第２偏差（Tz）≦−3.5（deg）が12秒間継続又は第１偏差（Tx）≦50/q−2.5（deg）（iii）運転台数が２台のときは、以下の条件が成立す
る場合に運転台数を４台に変更する。

第２偏差（Tz）≧６（deg）が12秒間継続又は第１偏差（Tx）≧10（deg）一方、以下の条件が成立する場合に運転台数を１台に
変更する。

第２偏差（Tz）≦−４（deg）が12秒間継続又は第１偏差（Tx）≦100/q−2.5（deg）（iv）運転台数が４台のときは、以下の条件が成立する
場合に運転台数を２台に変更する。

第２偏差（Tz）≦−５（deg）が12秒間継続又は第１偏差（Tx）≦200/q−2.5（deg）一方、上記条件が成立しない場合には、ユニット台数
制御に移行する。

次に、ユニット台数制御運転について説明する。

ユニット台数の増減は、１ユニット当りの熱量（ｈ）
や１ユニット当りの流量（ｑ）及び第２偏差（Tz）に基
づいて行われるようになっている。

ところで、熱源機（１）の運転モードには、給湯モー
ド、暖房モード、及び、給湯・暖房モードの３つのモー
ドがあり、モードによって１ユニット当りの熱量（ｈ）
及び１ユニット当りの流量（ｑ）の計算方法が異なって
いる。

以下、モード別に簡単に説明を加える。

（１）給湯モード給湯モードにおける総流量（qt）は、バイパス流量
（qb）と給湯量（qw）の和である。１ユニット当りの流
量（ｑ）は、総流量（qt）と運転ユニット台数（ｎ）の
商として求められる。つまりとなる。ここで総流量（qt）とバイパス流量（qb）の比
（ｒ）を導入するととすることができる。ここで Tw＝Ts−Tv Ty＝Ts−Tr である。又、１ユニット当りの熱量（ｈ）は、第１偏差
（Tx）と、１ユニット当りの流量（ｑ）との積で求めら
れる。つまりとなる。

（２）暖房モード上述と同様にで求めることができる。ここで Th及びTbは設定定数であり、例えばThは20、Tbは３に
設定される。

但し、加熱運転を開始してから所定時間（例えば30
分）を経過しておらず、且つ、目標温度（Ts）と戻り温
度（Tr）との差（以下、第３偏差（Ty）という）が設定
範囲（例えば5deg）内にないときは第３偏差（Ty）の値
を定数（例えば5deg）とする。つまり、ｑは34（l/mi
n）、ｈは170（Kcal/min）となる（但し、Tx＝５とす
る）。

（３）給湯・暖房モード上述と同様にで求めることができる。

但し、暖房モードと同様に加熱運転を開始してから所
定時間経過しておらず、且つ、前記第３偏差（Ty）が設
定範囲内にないときはr'計算用の前記第３偏差（Ty）の
値は定数とされる。

次に、これらの前述のようにして求めた情報に基づい
て運転ユニット台数（ｎ）を制御する手順について第２
図（ロ）を参照しながら説明する。

基本的には、次の３通りの条件のいずれかが成立する
場合に運転ユニット台数を１台増加させる。

（ｉ）１ユニット当りの熱量（ｈ）≧1,350（Kcal/mi
n）且つ（ii）第２偏差（Tz）≧５＋0.5・ｎ（deg）が12秒間継続且つ（iii）１ユニット当りの流量（ｑ） ≧50（/min）:1ポンプ時 ≧60（/min）:2ポンプ時且つ但し、暖房モード又は給湯暖房モードにおいては、前
述のように、加熱運転を開始してから所定時間経過する
まで、又は、前記第３偏差（Ty）が設定範囲内になるま
ではｒ′は定数（ここでは17/15）に固定され、又、前
記条件（ii）による運転ユニット台数（ｎ）の増加は停
止される。さらに暖房モードにおいては、ｑは34（/m
in）、ｈは170（Kcal/min）になるので運転ユニット台
数（ｎ）が２台以上になる条件が成立することはない。
すなわち、暖房モードにおいては、湯沸器（WH）の運転
台数が４台を越えて増加しないようになっている。

運転ユニット台数（ｎ）を増加させる条件が成立しな
かった場合、ベース運転であるか否かチェックする。こ
こでは１ユニット運転であればベース運転である。

ベース運転であればベース運転制御に移行する。

ベース運転でない場合は、以下の３通りの条件が成立
するか否かチェックし、いずれかの条件が成立する場合
には運転ユニット台数を１台減少させる。

（ｉ）１ユニット当りの熱量（ｈ）≦167（Kcal/min）（ii）１ユニット当りの流量（ｑ）≦15（/min）（iii）第２偏差（Tz）≦−４＋0.5・ｎ（deg）が12秒
間継続する。

そして、上記各条件に応じて、運転ユニット台数の増
加又は減少動作が所定インターバルとしての制御インタ
ーバル（Ｔ）ごとに繰り返し行われるのである。

ところで、ユニット台数制御の制御インターバル
（Ｔ）は第２図（ハ）に基づいて変更されるようになっ
ている。

すなわち、直前の制御インターバル（Ｔ）において、
ユニット台数の増減があったか否かをチェックする。

ユニット台数の変更があった場合には、カウンタ値
（Ｃ）に１ずつ加算する。そして、そのカウンタ値
（Ｃ）が６になればハンチング係数（Ｋ）に１加算す
る。このときの制御インターバル（Ｔ）は、Ｔ＝８×2^K（秒）となる。但し、ハンチング係数（Ｋ）は５を最大値とす
る。

例えば、制御インターバル（Ｔ）が16秒であるときに
96秒間に６回ユニット台数の変更があった場合に所定イ
ンターバル（Ｔ）を16秒から32秒に変更するのである。
つまり、この場合、96秒が設定時間に、６回が第１設定
回数に対応することになる。

一方、ユニット台数の変更がなかった場合にはカウン
タ値（Ｃ）をリセットし、ハンチング係数（Ｋ）を１と
する。そして、そのときの制御インターバル（Ｔ）を２
秒に変更する。つまり、この場合、16秒が設定時間に、
０回が第２設定回数に対応することになる。

〔別実施例〕上記実施例では、制御インターバル（Ｔ）ごとに６回
連続して運転台数の変更があったときに、制御インター
バル（Ｔ）を大なる時間に変更し、又、運転台数の変更
のない制御インターバルが１回でもあったときは制御イ
ンターバル（Ｔ）を小なる時間に変更するようにしてい
たが、設定時間や第１及び第２設定回数は夫々各種変更
できる。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする
為に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構
造に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る熱源設備の実施例を示し、第１図は
熱源設備の構成図、第２図（イ），（ロ），（ハ）は制
御作動のフローチャート、第３図は湯沸器の構成図、第
４図は熱源設備の概略構成図、第５図及び第６図は負荷
変動と運転台数の増減の関係を示す説明図である。（３）……往路、（４）……復路、（８），（９）……
端末負荷、（14）……循環手段、（19）……戻り温度検
出手段、（100）……制御手段、（MU），（SU）……流
体加熱器、（Ｔ）……所定インターバル。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の流体加熱器（MU），（SU）と、被加
熱流体を端末負荷（８），（９）に導く往路（３）と、
前記往路（３）内の被加熱流体を前記流体加熱器（M
U），（SU）に導く復路（４）と、被加熱流体を前記流
体加熱器（MU），（SU）、前記往路（３）、及び前記復
路（４）を通して循環流動させる循環手段（14）とが設
けられ、前記流体加熱器（MU），（SU）の出口側におけ
る被加熱流体の目標温度（Ts）を設定する目標温度設定
手段（18）と、前記流体加熱器（MU），（SU）の入口側
における被加熱流体の戻り温度（Tr）を測定する戻り温
度検出手段（19）とが設けられ、前記温度検出手段（1
9）の検出情報に基づいて、被加熱流体を前記目標温度
（Ts）にすべく必要加熱量が大なるほど前記流体加熱器
（MU），（SU）の運転台数を大なるように制御する制御
手段（100）が設けられた熱源設備であって、前記制御手段（100）は、前記流体加熱器（MU），（S
U）の運転台数を所定インターバル（Ｔ）ごとに制御す
るように構成され、運転台数の変更が前記所定インター
バル（Ｔ）と同じ又はそれより長い設定時間内に第１設
定回数以上あったときは前記所定インターバル（Ｔ）を
大なる時間に変更するように構成されている熱源設備。
【請求項２】請求項１記載の熱源設備であって、前記制御手段（100）は、運転台数の変更が設定時間内
に第２設定回数以下であったときは、前記所定インター
バル（Ｔ）を小なる時間に変更するように構成されてい
る熱源設備。