JP3171181B2 - 流体加熱機の台数制御システムにおける制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、流体加熱機を複
数台設置し、負荷の状況に応じてこれらの流体加熱機の
運転台数を自動的に制御する台数制御システムにおける
制御方法に関するものである。ここで、この発明におけ
る流体加熱機とは、温水ボイラ，熱媒ボイラ，熱交換
器，吸収式冷凍機などのような流体の加熱を行なう装置
を指す。

【０００２】

【従来の技術】流体加熱機、たとえば温水ボイラの台数
制御システムは、温水ボイラを並列に複数台設置し、こ
の温水ボイラの運転台数を負荷の状況に応じて自動的に
制御するようにしたものである。この温水ボイラの台数
制御システムは、大容量の温水ボイラを１台設置するの
と比較して、各温水ボイラを高効率で運転することがで
きるので省エネルギーに顕著な効果があるとともに、負
荷の変動に対して応答性が優れているという長所を有す
る。しかしながら、前述の台数制御システムにおいて
は、戻り温度が負荷の状況に応じて変化するまでの時間
遅れ、あるいは循環流量の変化、缶内温度の上昇度など
の影響により、出湯温度が設定値に対してオーバーシュ
ート現象を生じたり、逆に熱量不足で出湯温度が設定値
に達するのにかなり長い時間を要するなどの不具合が生
じることがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、温水ボイラなどの流体加熱機の台数制御
システムにおいて、負荷要求に対する台数設定を容易か
つ適正に行えるようにし、さらに負荷応答性を高めるこ
とである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、前記課題を
解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明
は、複数の流体加熱機を並列に設置し、これらの流体加
熱機と負荷とを流体供給経路および流体戻り経路で接続
し、前記流体加熱機の運転台数を前記負荷の状況に応じ
て制御する流体加熱機の台数制御システムの制御方法で
あって、前記各流体加熱機の出口部における流体温度Ｔ
Bをそれぞれ検出し、これらの流体温度ＴBのうちの最高
値ＴB maxに基づいて、前記流体加熱機の運転許可台数
Ｎｏを下式によって求めることを特徴としている。 Ｎｏ＝Ｍ×（Ｔｏset−Ｔｉ）／（ＴB max−Ｔｉ） Ｍ ： 流体加熱機の全台数 Ｔｏset ： 流体供給経路における流体の設定温度 Ｔｉ ： 流体戻り経路における流体の戻り温度

【０００５】

【発明の実施の形態】この発明は、温水ボイラ，熱媒ボ
イラ，熱交換器，吸収式冷凍機などの流体加熱機を複数
台設置し、負荷の状況に応じてこれらの流体加熱機の運
転台数を自動的に制御する台数制御システムにおいて実
施される。ここで、前記複数の流体加熱機は、並列に設
置されており、これらの流体加熱機と負荷との間は、流
体供給経路および流体戻り経路で接続してある。

【０００６】この台数制御システムは、前記のように負
荷の状況に応じてこれらの流体加熱機の運転台数を自動
的に制御するものである。この発明の台数制御システム
においては、運転許可台数Ｎｏの算出は、前記各流体加
熱機の出口部における流体温度ＴBのうちの最高値ＴB m
axに基づいて、下式によって行なう。 Ｎｏ＝Ｍ×（Ｔｏset−Ｔｉ）／（ＴB max−Ｔｉ） Ｍ ： 流体加熱機の全台数 Ｔｏset ： 流体供給経路における流体の設定温度 Ｔｉ ： 流体戻り経路における流体の戻り温度 そして、この運転許可台数Ｎｏ分だけ前記流体加熱機へ
運転許可信号を出力し、各流体加熱機の運転を行なう。
この式から求められた運転許可台数Ｎｏは、流体供給経
路における流体の設定温度Ｔｏsetおよび流体戻り経路
における流体の戻り温度Ｔｉに見合う運転許可台数Ｎｏ
であり、流体供給経路における流体温度が設定温度に近
づくにつれ小さな値となり、効率のよい台数となるよう
になっている。ここで、前記最高値ＴB maxは、前記各
流体加熱機の出口部における実際の流体温度をそれぞれ
検出してその中の最高値を用いる。

【０００７】

【実施例】以下、この発明に係る流体加熱機の台数制御
方法の好ましい実施例について説明する。ここで、図１
は、この発明を適用する流体加熱機の台数制御システム
の構成例を示す説明図、図２は、この発明に係る台数制
御方法の起動時の処理手順の一例を示すフローチャート
図、図３は、この発明に係る台数制御方法における起動
時の流体の温度変化を示す説明図である。

【０００８】まず、この発明を適用する流体加熱機の台
数制御システムの構成の一例について図１を参照しなが
ら説明する。図１において、流体加熱機１を複数台並列
に設置し、これらの流体加熱機１と負荷２とを流体供給
経路３および流体戻り経路４で接続し、前記流体加熱機
１の運転台数を前記負荷２の状況に応じて制御するよう
にしている。前記流体加熱機１としては、温水ボイラ，
熱媒ボイラ，熱交換器，吸収式冷凍機などが適用され
る。

【０００９】前記流体戻り経路４には、循環ポンプ５を
設けてある。この循環ポンプ５は、前記流体供給経路３
に設けることもできる。前記流体供給経路３には、前記
流体供給経路３における流体の温度（以下、「供給温
度」という）Ｔｏを検出するための第一温度検出器６を
設けてある。また、前記流体戻り経路４には、流体の戻
り温度Ｔｉを検出するための第二温度検出器７を設けて
ある。

【００１０】制御装置８は、これらの温度検出器６，７
からの信号に基づき、予め設定した制御手順にしたがっ
て前記流体加熱機１の運転台数を制御する。また、前記
流体加熱機１には予め優先順位がそれぞれ設定されてあ
り、この優先順位にしたがって各流体加熱機１の運転が
制御される。前記優先順位は、各流体加熱機１の稼動時
間が平均化されるように、適宜、ローテーションを行う
ようにしている。以下では、前述の流体加熱機の台数制
御システムにこの発明の制御方法を適用した例を、図２
を参照しながら説明する。

【００１１】前記台数制御システムにおいて、前記台数
制御システムの起動時には、前記制御装置８は、前記流
体加熱機１の運転許可台数Ｎｏを算出する（ステップＳ
１）。ここで、運転許可台数Ｎｏの算出は、前記流体加
熱機１の出口部における流体温度ＴBの最高値ＴB maxに
基づいて、下式より算出する。ここで、この運転許可台
数Ｎｏは、小数点以下は切り捨てた値を用いる。 Ｎｏ＝Ｍ×（Ｔｏset−Ｔｉ）／（ＴB max−Ｔｉ） Ｍ ： 流体加熱機１の全台数 Ｔｏset ： 流体供給経路３における流体の設定温度 Ｔｉ ： 流体戻り経路４における流体の戻り温度

【００１２】さらに、前記制御装置８は、前記流体供給
経路３における供給温度Ｔｏと、前記流体供給経路３に
おける流体の設定温度Ｔｏsetを含む所定の温度範囲Δ
Ｔの下限値とを比較する（ステップＳ２）。この所定の
温度範囲ΔＴは、前記設定温度Ｔｏsetを含むように設
定したものであるが、この温度範囲ΔＴの上限値、また
は下限値を前記流体の設定温度Ｔｏsetと一致させ、前
記設定温度Ｔｏsetの一方側に設定することもできる。
この温度範囲ΔＴは、後述するように前記制御装置８が
流体供給経路３における流体の温度を前記設定温度Ｔｏ
setに制御するための制御範囲として利用するものであ
る。

【００１３】そして、前記供給温度Ｔｏが、前記温度範
囲ΔＴの下限値以上であれば、この運転許可台数Ｎｏ分
だけ前記各流体加熱機１へ運転許可信号を出力し、その
運転許可台数Ｎｏ台の流体加熱機１の運転を可能とす
る。運転許可信号を受けたＮｏ台の流体加熱機１から
は、前述の最高値ＴB maxまで加熱された流体が流出し
ており、残りのＭ−Ｎｏ台からは流体戻り経路４を通し
て戻ってきた流体が戻り温度Ｔｉのまま流体加熱機１よ
り流出しているので、システム全体の熱バランスに基づ
いて前述の式より運転許可台数Ｎｏを求めることができ
る。前述の式から求められた運転許可台数Ｎｏは、前記
流体供給経路３における流体温度が設定温度Ｔｏsetに
近づくにつれて小さな値となり、効率のよい台数となる
ようになっている。

【００１４】ここで、運転許可信号を受けた流体加熱機
１の実際のＯＮ−ＯＦＦは各流体加熱機１に設定された
設定値にしたがう。すなわち、流体加熱器１内部の流体
温度ＴBが設定温度ＴB setに達したとき流体の加熱を停
止し、流体温度ＴBが前記設定温度ＴB setよりディファ
レンシャル値ΔＴB 分だけ下降したとき流体の加熱を開
始する。したがって、前述の流体加熱機１の出口部にお
ける流体温度ＴBの最高値ＴB maxは、前記設定温度ＴB
setに略相当する。また、前記流体温度ＴBの最高値ＴB
maxは、この実施例のように、流体加熱器１が、内部で
加熱した流体を直接供給するものの場合には、前記流体
供給経路３における設定温度Ｔｏsetの最大値に略相当
するが、流体加熱器１の内部で加熱した流体を熱交換器
を介して熱のみを供給するものである場合には、前記流
体供給経路３における設定温度Ｔｏsetの最大値よりも
若干高い値となる。

【００１５】一方、前記供給温度Ｔｏが、前記温度範囲
ΔＴの下限値以下であり、かつ運転許可台数Ｎｏが流体
加熱器１の全台数より少ない場合には、この運転許可台
数Ｎｏより所定台数多い運転許可台数Ｎｏ’分だけ流体
加熱機１へ運転許可信号を出力する（ステップＳ３）。
すなわち、前記台数システムの起動時に、供給温度Ｔｏ
が前記温度範囲ΔＴの下限値以下の比較的低温の場合に
は、流体加熱器１の運転許可台数を多くして前記設定温
度Ｔｏsetまでの昇温時間を短縮する。この場合の運転
許可台数Ｎｏ’は、前述の場合の運転許可台数Ｎｏより
１台多いものとしてある。これは、前述の式で求めた運
転許可台数Ｎｏがこの実施例の台数制御システムにおけ
る最適台数であり、この運転許可台数Ｎｏからの増加分
は、起動時の応答性を良くするための増加台数であるた
めと、運転許可信号を受けた流体加熱器１がオーバーシ
ュートを起した場合の影響を勘案して、最少増缶数の１
缶としている。

【００１６】前述の構成において、前記流体供給経路３
における流体の供給温度Ｔｏの変化を図３を参照しなが
ら説明する。台数制御システムの起動後は、前述の式に
よって運転許可台数Ｎｏが求められ、運転許可信号を受
けた流体加熱機１は、流体加熱機１に設定された設定値
にしたがって運転を行ない、供給温度Ｔｏは、時間の経
過とともに上昇していく。ここで、運転許可台数Ｎｏを
式によって算出される台数のままとすると、この台数
は、流体供給経路３における流体温度が設定温度Ｔｏse
tに近づくにつれて少なくなるため、図３に二点鎖線で
示すように、途中から温度の上昇が緩慢になる。そこ
で、供給温度Ｔｏが、前記温度範囲ΔＴの下限値以下で
あり、かつ運転許可台数Ｎｏが流体加熱器１の全台数よ
り少ない場合には、この運転許可台数Ｎｏより所定台数
多い運転許可台数Ｎｏ’分だけ流体加熱機１へ運転許可
信号を出力することにより、図３に実線で示すように、
温度の上昇を維持でき、目的とする設定温度Ｔｏsetま
で短時間で到達する。

【００１７】したがって、前述の構成によれば、台数制
御システムの起動時、負荷要求に対する台数設定（配
分）を容易かつ適正に行うことができ、戻り温度が負荷
の状況に応じて変化するまでの時間遅れ、あるいは循環
流量の変化、缶内温度の上昇度などの影響を最小限に抑
えることができる。さらに、前記供給温度Ｔｏが前記温
度範囲ΔＴの下限値以下の場合には、流体加熱器１の運
転許可台数を多くしてシステムの起動時に負荷に対する
応答性を高めることができる。したがって、前記供給温
度Ｔｏが、目的とする設定温度Ｔｏsetに対してオーバ
ーシュート現象を生じたり、逆に熱量不足で設定温度Ｔ
ｏsetに達するのにかなり長い時間を要するなどの不具
合を確実に防止することができる。

【００１８】そして、台数制御システム起動後、熱量の
供給が定常状態になれば、たとえば、次のようにして流
体加熱機１の運転台数を制御する。すなわち、流体供給
経路３における流体の供給温度Ｔｏに基づいて、この供
給温度Ｔｏが予め設定した範囲内にあるとき現在の運転
許可台数Ｎｏを維持し、前記供給温度Ｔｏが予め設定し
た範囲を下回るとき運転許可台数Ｎｏを１台増やし、前
記供給温度Ｔｏが予め設定した範囲を越えるとき運転許
可台数Ｎｏを１台減らすように制御する。これらの運転
許可台数Ｎｏの増減の判定は所定の時間毎（たとえば１
０秒毎）に行う。また、このときの予め設定した範囲と
は、たとえば前述の温度範囲ΔＴとする。この温度範囲
ΔＴは、前述したように、流体供給経路３における流体
の設定温度Ｔｏsetを前記温度範囲ΔＴに含むように設
定したものである。たとえば、前記設定温度Ｔｏsetの
上下に均等に範囲を設定するならば、その範囲の上限温
度をＴｏset＋ΔＴ／２，下限温度をＴｏset−ΔＴ／２
とすればよく、前記設定温度Ｔｏsetを上限値として範
囲を設定するならば、その範囲の下限値はＴｏset−Δ
Ｔ／２である。そして、この温度範囲ΔＴ内に供給温度
Ｔｏの値があるときは、現在の運転許可台数を維持する
ことにより、流体加熱機１の無駄な発停を防止して、供
給温度Ｔｏの安定化を図ることができる。

【００１９】ここで、前述の運転許可台数Ｎｏは、予め
設定した時間（たとえば２分間）だけ維持するように制
御することもできるが、流体の戻り温度Ｔｉの変化に応
じて適宜、増減するように制御する。すなわち、所定の
時間（たとえば１０秒）毎に、前記の式にしたがって運
転許可台数Ｎｏを更新し、その更新値を用いるようにす
る。

【００２０】また、この実施例において、起動時に供給
温度Ｔｏと流体の戻り温度Ｔｉとの差を監視し、この差
が一定以上になるまでは一定の台数分の運転許可信号を
流体加熱器１に出力するように構成することもできる。
すなわち、この台数制御システムにおいて、冷態起動時
のように供給温度Ｔｏが極めて低く戻り温度Ｔｉとの差
があまり無い場合には、無条件に一定の台数分（たとえ
ば全台数）の運転許可信号を流体加熱器１に出力するよ
うに構成し、短時間で供給温度を上昇させるようにして
もよい。ここで、この制御は、起動直後の僅かな間だけ
にとどめ、後は前述の制御を行なうことにより、オーバ
ーシュートなどの不具合を防止する。また、起動時の供
給温度Ｔｏと流体の戻り温度Ｔｉとの差が一定以上とな
った場合、または起動時において供給温度Ｔｏが一定以
上の値の場合には、前述の通りに、前記最高値ＴB max
に基づいた制御を行なう。

【００２１】前述の流体供給経路３における流体の供給
温度Ｔｏは、第一温度検出器６で測定した値を用いるこ
ともできるが、その他に、各流体加熱機１の出口部にお
ける流体の出口温度の平均値Ｔｏ’を用いるようにする
こともできる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、各流体加熱機の出口部における流体温度ＴBの最高
値ＴB maxに基づいて、所定の式より流体供給経路にお
ける流体の設定温度Ｔｏsetおよび流体戻り経路におけ
る流体の戻り温度Ｔｉに見合う運転許可台数Ｎｏを求
め、この運転許可台数Ｎｏ分だけ前記流体加熱機へ運転
許可信号を出力するものであるため、負荷要求に対する
台数設定（配分）を容易かつ適正に行うことができる。

【００２３】したがって、この発明によれば、流体供給
経路における流体温度の変動や、戻り温度が負荷の状況
に応じて変化するまでの時間遅れ、あるいは循環流量の
変化、缶内温度の上昇度などの影響を最小限に抑えるこ
とができ、供給温度が設定値に対してオーバーシュート
現象を生じたり、逆に熱量不足で供給温度が設定値に達
するのにかなり長い時間を要するなどの不具合を確実に
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を適用する流体加熱機の台数制御シス
テムの構成例を示す説明図である。

【図２】この発明に係る制御方法の処理手順の一実施例
を示すフローチャート図である。

【図３】この発明に係る制御方法における起動時の流体
の温度変化を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 流体加熱機 ２ 負荷 ３ 流体供給経路 ４ 流体戻り経路 ５ 循環ポンプ ６ 第一温度検出器 ７ 第二温度検出器 ８ 制御装置

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の流体加熱機１を並列に設置し、こ
   れらの流体加熱機１と負荷２とを流体供給経路３および
   流体戻り経路４で接続し、前記流体加熱機１の運転台数
   を前記負荷２の状況に応じて制御する流体加熱機の台数
   制御システムの制御方法であって、前記各流体加熱機１
   の出口部における流体温度ＴBをそれぞれ検出し、これ
   らの流体温度ＴBのうちの最高値ＴB maxに基づいて、前
   記流体加熱機１の運転許可台数Ｎｏを下式によって求め
   ることを特徴とする流体加熱機の台数制御システムにお
   ける制御方法。 Ｎｏ＝Ｍ×（Ｔｏset−Ｔｉ）／（ＴB max−Ｔｉ） Ｍ ： 流体加熱機１の全台数 Ｔｏset ： 流体供給経路３における流体の設定温度 Ｔｉ ： 流体戻り経路４における流体の戻り温度