JP4249591B2 - １次ポンプ方式熱源変流量制御システムおよび１次ポンプ最低流量確保方法 - Google Patents

Description

この発明は、往ヘッダと還ヘッダとの間の熱源水の差圧を一定とするように１次ポンプの回転数を制御する１次ポンプ方式熱源変流量制御システムおよび１次ポンプ最低流量確保方法に関するものである。

図４に従来の１次ポンプ方式熱源変流量制御システムの計装図を示す（例えば、特許文献１参照）。同図において、１−１〜１−Ｎは熱源水を生成する熱源機、２−１〜２−Ｎは熱源機１−１〜１−Ｎが生成する熱源水を搬送する１次ポンプ、３−１〜３−Ｎは１次ポンプ２−１〜２−Ｎに付設されたインバータ、４は熱源機１−１〜１−Ｎからの熱源水を混合する往ヘッダ、５は往水管路、６は往ヘッダ４から往水管路５を介して送られてくる熱源水の供給を受ける外部負荷（地域冷暖房の需要家、または空調機・ファンコイル等の熱負荷）、７は還水管路である。外部負荷６には供給される熱源水の流量を調整するためのバルブ６−１が設けられている。

８は外部負荷６において熱交換され還水管路７を介して送られてくる熱源水が戻される還ヘッダ、９は往ヘッダ４と還ヘッダ８とを連通させるバイパス管路、１０はバイパス管路９に設けられたバイパス弁、１１は往ヘッダ４と還ヘッダ８との間の熱源水の差圧（ヘッダ間差圧）ΔＰを計測する差圧計、１２は往ヘッダ４から外部負荷６への熱源水の温度を往水温度ＴＳとして計測する往水温度センサ、１３は還ヘッダ８に戻される熱源水の温度を還水温度ＴＲとして計測する還水温度センサ、１４は還ヘッダ８に戻される熱源水の流量（外部負荷６に供給される熱源水の流量）を負荷流量Ｆとして計測する流量計、１５は制御装置、１６−１〜１６−Ｎは熱源機１−１〜１−Ｎからの熱源水の往ヘッダ４への循環通路に設けられた流量計である。

この１次ポンプ方式熱源変流量制御システムにおいて、１次ポンプ２−１〜２−Ｎにより圧送された熱源水は、熱源機１−１〜１−Ｎにより冷却あるいは加熱され、往ヘッダ４において混合され、往水管路５を介して外部負荷６へ供給される。そして、外部負荷６において熱交換され、還水管路７を介して還ヘッダ８に戻され、再び１次ポンプ２−１〜２−Ｎによって圧送され、以上の経路を循環する。例えば、熱源機１−１〜１−Ｎを冷凍機とした場合、熱源水は冷水とされ、上述した経路を循環する。熱源機１−１〜１−Ｎを加熱機とした場合、熱源水は温水とされ、上述した経路を循環する。

〔１次ポンプ回転数による圧力一定制御〕
制御装置１５は、差圧計１１によって計測されるヘッダ間差圧ΔＰを監視し、このヘッダ間差圧ΔＰを一定とするように１次ポンプ２−１〜２−Ｎの回転数を制御する。すなわち、差圧計１１によって計測されるヘッダ間差圧ΔＰｐｖと予め設定されている設定差圧ΔＰｓｐとを比較し、ΔＰｐｖ＝ΔＰｓｐとなるように、インバータ３−１〜３−Ｎへインバータ出力（０〜１００％）を送って、１次ポンプ２−１〜２−Ｎの回転数を制御する。これを１次ポンプ回転数による圧力一定制御と呼ぶ。なお、この１次ポンプ回転数による圧力一定制御では、制御装置１５よりバイパス弁１０へ０％のバイパス弁開度出力を送って、バイパス弁１０を全閉状態とする。

図５（ｂ）は外部負荷６が要求する流量が少なくなった場合（バルブ６−１の開度が絞られた場合）のインバータ出力およびバイパス弁開度出力の変化を示している。なお、図５（ａ）は外部負荷６が要求する流量の変化を示し、図５（ｃ）はヘッダ間差圧ΔＰｐｖの変化を示している。この図から分かるように、外部負荷６が要求する流量が少なくなると、１次ポンプ回転数による圧力一定制御によりインバータ出力が小さくなる。

〔熱源機運転台数制御〕
制御装置１５は、往水温度センサ１２からの往水温度ＴＳ，還水温度センサ１２からの還水温度ＴＲおよび流量計１４からの負荷流量Ｆとから、Ｆ×（ＴＲ−ＴＳ）＝Ｑとして現在の負荷熱量Ｑを求め、この求めた現在の負荷熱量Ｑ又は流量計１４からの負荷流量Ｆに応じて熱源機１−１〜１−Ｎの運転台数を制御する。例えば、予め定められている運転順序テーブルに従い、負荷流量Ｆが所定値Ｆ１に達するまでは指定順位１番の熱源機１−１を運転し、負荷流量Ｆが所定値Ｆ１を越えれば、熱源機１−１に加えて指定順位２番の熱源機１−２の運転を開始する。なお、熱源機１−２の運転が開始されれば、この熱源機１−２の補機である１次ポンプ２−２の運転も開始される。

〔バイパス弁開度による圧力一定制御〕
例えば、熱源機１−１と熱源機１−２との２台運転中、外部負荷６が要求する熱源水の流量が少なくなると、ヘッダ間差圧ΔＰｐｖが大きくなるので、ΔＰｐｖ＝ΔＰｓｐとなるように、制御装置１５は１次ポンプ２−２へのインバータ出力を小さくする。１次ポンプ２−２へのインバータ出力が予め設定されている下限値に達しても、なお外部負荷６が要求する流量の方が少ない場合、制御装置１５は、バイパス弁１０を開き、ヘッダ間差圧ΔＰを一定とするようにバイパス弁１０の開度を制御する（図５：「バイパス弁開度出力」参照）。これをバイパス弁開度による圧力一定制御と呼ぶ。この際、１次ポンプ２−２へのインバータ出力は、図５に示すように、下限値の状態を保つ。

〔最低流量の確保〕
バイパス弁開度による圧力一定制御において、１次ポンプ２へのインバータ出力は１次ポンプ２への指令値であって、これが下限値の状態を保つ場合、実際には１次ポンプ２の吐出流量が下限値になっているか否かは定かではない。例えば、実際の吐出流量が想定された流量よりも少ないと、熱源機１が冷凍機である場合、凍結等の問題が生じる虞れがある。そこで、従来においては、流量計１６からの流量ｆにより熱源機１を通過する冷水の流量を監視し、この冷水の流量が予め設定されている最低流量を下回る虞れがある場合、１次ポンプへのインバータ出力をアップし、１次ポンプ２の吐出流量を増大させるようにしている。なお、熱源機１を通過する冷水の流量が最低流量を低下してしまった場合には、熱源機１自身の機能によって断水リレーが作動し、熱源機１の動作が停止する。

特開２００２−９８３５８号公報

しかしながら、上述した従来の１次ポンプ方式熱源変流量制御システムでは、熱源機１を通過する冷水の流量を監視するために流量計１６を必要とする。この場合、流量計１６は熱源機１の台数分必要であり、イニシャルコストがかかる。また、既設のシステムに設ける場合、施工的な難しさもある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、流量計を用いることなく、熱源機を通過する熱源水の最低流量を確保することができる１次ポンプ方式熱源変流量制御システムを提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、上述した１次ポンプ方式熱源変流量制御システムにおいて、ヘッダ間差圧の設定差圧からの偏差が許容幅を超えた場合、所定時間の間、バイパス弁を全開とすると同時に１次ポンプの回転数を最大とする強制制御手段を設けたものである。
１次ポンプ方式熱源変流量制御システムでは、ヘッダ間差圧の急上昇により１次ポンプの吐出流量が大きく減少することがある。本発明では、ヘッダ間差圧の急激な上昇をとらえ、設定差圧からの偏差（ΔＰｐｖ−ΔＰｓｐ）が許容幅（ΔＰｗ）を超えると（（ΔＰｐｖ−ΔＰｓｐ）＞ΔＰｗ）、熱源水の流量が最低流量を下回る虞れがあると判断し、バイパス弁を全開とすると同時に１次ポンプの回転数を最大とし、外部負荷に熱源水を供給しつつ、１次ポンプの吐出流量を増大させ、最低流量を下回ることを回避する。所定時間が経過すると、１次ポンプ回転数による差圧一定制御に戻るが、（ΔＰｐｖ−ΔＰｓｐ）＞ΔＰｗの状態が確認される毎に、同様動作が繰り返される。

本発明によれば、ヘッダ間差圧の設定差圧からの偏差が許容幅を超えると、所定時間の間、バイパス弁が全開とされると同時に１次ポンプの回転数が最大とされ、１次ポンプの吐出流量が増大されるので、ヘッダ間差圧の急上昇により１次ポンプの吐出流量が大きく減少しても、最低流量を下回る虞れがなくなり、流量計を用いることなく、熱源機を通過する熱源水の最低流量を確保することができるようになる。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明の一実施の形態を示す１次ポンプ方式熱源変流量制御システムの計装図である。同図において、図４と同一符号は図４を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。

この実施の形態において、熱源機１−１〜１−Ｎからの熱源水の往ヘッダ４への循環通路には、従来の１次ポンプ方式熱源変流量制御システム（図４）で必要とされていた流量計１６−１〜１６−Ｎは設けられていない。その代わりに、制御装置１５Ａに、特徴的な機能の１つとして、最低流量確保機能を設けている。制御装置１５Ａは、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現される。

この制御装置１５Ａの最低流量確保機能により、熱源機１−１〜１−Ｎからの熱源水の往ヘッダ４への循環通路への流量計１６−１〜１６−Ｎの設置を不要とし、イニシャルコストを低減している。また、既設のシステムの場合、制御装置に最低流量確保機能を追加するのみでよく、施工的な難しさもない。

〔１次ポンプ回転数による圧力一定制御〕
制御装置１５Ａは、差圧計１１によって計測されるヘッダ間差圧ΔＰｐｖと予め設定されている設定差圧ΔＰｓｐとを比較し、ΔＰｐｖ＝ΔＰｓｐとなるように、インバータ３−１〜３−Ｎへインバータ出力（０〜１００％）を送って、１次ポンプ２−１〜２−Ｎの回転数を制御する。なお、この１次ポンプ回転数による圧力一定制御では、従来と同様に、制御装置１５Ａよりバイパス弁１０へ０％のバイパス弁開度出力を送って、バイパス弁１０を全閉状態とする。

〔熱源機運転台数制御〕
制御装置１５Ａは、往水温度センサ１２からの往水温度ＴＳ，還水温度センサ１２からの還水温度ＴＲおよび流量計１４からの負荷流量Ｆとから、Ｆ×（ＴＲ−ＴＳ）＝Ｑとして現在の負荷熱量Ｑを求め、この求めた現在の負荷熱量Ｑ又は流量計１４からの負荷流量Ｆに応じて熱源機１−１〜１−Ｎの運転台数を制御する。例えば、予め定められている運転順序テーブルに従い、負荷流量Ｆが所定値Ｆ１に達するまでは指定順位１番の熱源機１−１を運転し、負荷流量Ｆが所定値Ｆ１を越えれば、熱源機１−１に加えて指定順位２番の熱源機１−２の運転を開始する。なお、熱源機１−２の運転が開始されれば、この熱源機１−２の補機である１次ポンプ２−２の運転も開始される。

〔バイパス弁開度による圧力一定制御〕
例えば、熱源機１−１と熱源機１−２との２台運転中、外部負荷６が要求する熱源水の流量が少なくなると、ヘッダ間差圧ΔＰｐｖが大きくなるので、ΔＰｐｖ＝ΔＰｓｐとなるように、制御装置１５Ａは１次ポンプ２−２へのインバータ出力を小さくする。１次ポンプ２−２へのインバータ出力が予め設定されている下限値に達しても、なお外部負荷６が要求する流量の方が少ない場合、制御装置１５Ａは、バイパス弁１０を開き、ヘッダ間差圧ΔＰを一定とするようにバイパス弁１０の開度を制御する。この際、１次ポンプ２−２へのインバータ出力は、下限値の状態を保つ。

〔最低流量の確保〕

１次ポンプ方式熱源変流量制御システムでは、ヘッダ間差圧の急上昇により１次ポンプの吐出流量が大きく減少することがある。例えば、熱源機の運転台数が増えた直後は、ヘッダ間差圧が急上昇するとともに、増段した熱源機の１次ポンプの吐出流量が大きく減少することがある。

本実施の形態では、例えば熱源機１の台数が増える場合などに発生するヘッダ間差圧ΔＰｐｖの急激な上昇をとらえ、設定差圧ΔＰｓｐからの偏差（ΔＰｐｖ−ΔＰｓｐ）が許容幅（ΔＰｗ）を超えると（（ΔＰｐｖ−ΔＰｓｐ）＞ΔＰｗ）、熱源水の流量が最低流量を下回る虞れがあると判断し、バイパス弁１０を全開とすると同時に１次ポンプ２−２の回転数を最大とし、外部負荷６に熱源水を供給しつつ、１次ポンプ２−２の吐出流量を増大させ、最低流量を下回ることを回避する。そして、所定時間（例えば、５分）が経過した後、１次ポンプ回転数による差圧一定制御に戻し、（ΔＰｐｖ−ΔＰｓｐ）＞ΔＰｗの状態が確認される毎に、同様動作を繰り返す。

図２に制御装置１５Ａが実行する最低流量確保処理のフローチャートを示す。制御装置１５Ａは、定期的に、設定差圧ΔＰｓｐと差圧計１１によって計測されるヘッダ間差圧ΔＰｐｖとの差（ΔＰｐｖ−ΔＰｓｐ）を求める（ステップ２０１）。すなわち、ヘッダ間差圧ΔＰｐｖの設定差圧ΔＰｓｐからの偏差（ΔＰｐｖ−ΔＰｓｐ）を求める。そして、この偏差（ΔＰｐｖ−ΔＰｓｐ）と予め定められている許容幅ΔＰｗと比較する（ステップ２０２）。

例えば、今、熱源機１−１の１台運転中で、１次ポンプ回転数による圧力一定制御が行われているとする。外部負荷６が要求する熱源水の流量が増加したことにより、熱源機１−２が起動すると、ヘッダ間差圧ΔＰｐｖが大きくなる（図３（ａ）に示すｔ１点）。

ここで、ヘッダ間差圧ΔＰｐｖが急激に大きくなり、ヘッダ間差圧ΔＰｐｖの設定差圧ΔＰｓｐからの偏差（ΔＰｐｖ−ΔＰｓｐ）が許容幅ΔＰｗを超えると〔（ΔＰｐｖ−ΔＰｓｐ）＞ΔＰｗ：ステップ２０２のＹＥＳ、図３（ａ）に示すｔ２点〕、制御装置１５Ａは、バイパス弁１０へのバイパス弁開度出力および１次ポンプ２−２へのインバーター出力を強制的に１００％とする（ステップ２０３、図３（ｂ）および（ｃ）に示すｔ２点）。これにより、バイパス弁１０が全開とされると同時に１次ポンプ２−２の回転数が最大とされ、１次ポンプ２−２の吐出流量が増大し、最低流量を下回る虞れがなくなる。

制御装置１５Ａは、バイパス弁１０へのバイパス弁開度出力および１次ポンプ２−２へのインバーター出力を強制的に１００％とした後、一定時間（例えば、５分）が経過すると（ステップ２０４のＹＥＳ）、１次ポンプ回転数による差圧一定制御に戻す（ステップ２０５）。制御装置１５Ａは、１次ポンプ回転数による差圧一定制御に戻した後も定期的にステップ２０２でのチェックを繰り返し、（ΔＰｐｖ−ΔＰｓｐ）＞ΔＰｗの状態が確認される毎に、同様動作を繰り返す。

なお、外部負荷６が要求する熱源水の流量が減少し、負荷流量Ｆが所定値Ｆ１（第１の増段閾値）に対してヒステリシス幅を持たせた第１の減段閾値を下回れば、熱源１−２および１次ポンプ２−２の運転が停止される。熱源機１−１の１台運転中も同様動作が行われる。熱源機１−１〜１−ＮのＮ台運転中も同様の動作が行われる。

本発明の一実施の形態を示す１次ポンプ方式熱源変流量制御システムの計装図である。 この１次ポンプ方式熱源変流量制御システムにおける制御装置が実行する最低流量確保処理のフローチャートである。 ヘッダ間差圧ΔＰｐｖの設定差圧ΔＰｓｐからの偏差（ΔＰｐｖ−ΔＰｓｐ）が許容幅ΔＰｗを超えた時にインバータ出力およびバイパス弁開度が強制的に１００％とされる状況を示すタイムチャートである。 従来の１次ポンプ方式熱源変流量制御システムの計装図である。 １次ポンプ回転数による圧力一定制御からバイパス弁開度による圧力一定制御への切り替え時の状況を示すタイムチャートである。

符号の説明

１（１−１〜１−Ｎ）…熱源機、２（２−１〜２−Ｎ）…１次ポンプ、３（３−１〜３−Ｎ）…インバータ、４…往ヘッダ、５…往水管路、６…外部負荷、７…還水管路、８…還ヘッダ、９…バイパス管路、１０…バイパス弁、１１…差圧計、１２…往水温度センサ、１３…還水温度センサ、１４…流量計、１５Ａ…制御装置。

Claims (4)

1. 熱源水を生成する熱源機と、
   この熱源機が生成する熱源水を搬送する１次ポンプと、
   前記熱源機からの熱源水を受ける往ヘッダと、
   この往ヘッダを介する熱源水の供給を受ける外部負荷と、
   この外部負荷において熱交換された熱源水が戻される還ヘッダと、
   前記往ヘッダと前記還ヘッダとを連通させるバイパス管路と、
   このバイパス管路に設けられたバイパス弁と、
   前記往ヘッダと前記還ヘッダとの間の熱源水の差圧を設定差圧とするように前記１次ポンプの回転数を制御する１次ポンプ回転数制御手段とを備えた１次ポンプ方式熱源変流量制御システムにおいて、
   前記差圧の設定差圧からの偏差が許容幅を超えた場合、所定時間の間、前記バイパス弁を全開とすると同時に前記１次ポンプの回転数を最大とする強制制御手段を
   を備えたことを特徴とする１次ポンプ方式熱源変流量制御システム。
2. 熱源水を生成する第１〜第Ｎ（Ｎ≧２）の熱源機と、
   この第１〜第Ｎの熱源機が生成する熱源水を搬送する第１〜第Ｎの１次ポンプと、
   前記第１〜第Ｎの熱源機からの熱源水を混合する往ヘッダと、
   この往ヘッダを介する熱源水の供給を受ける外部負荷と、
   この外部負荷において熱交換された熱源水が戻される還ヘッダと、
   前記往ヘッダと前記還ヘッダとを連通させるバイパス管路と、
   このバイパス管路に設けられたバイパス弁と、
   前記往ヘッダから前記外部負荷への熱源水の温度を往水温度として計測する往水温度センサと、
   前記還ヘッダに戻される熱源水の温度を還水温度として計測する還水温度センサと、
   前記還ヘッダに戻される熱源水の流量を負荷流量として計測する流量計と、
   前記往水温度センサによって計測された往水温度、前記還水温度センサによって計測された還水温度および前記流量計によって計測された負荷流量から求められる現在の負荷熱量又は前記流量計によって計測された負荷流量に基づいて前記熱源機の運転台数を制御する運転台数制御手段と、
   前記往ヘッダと前記還ヘッダとの間の熱源水の差圧を設定差圧とするように前記１次ポンプの回転数を制御する１次ポンプ回転数制御手段とを備えた１次ポンプ方式熱源変流量制御システムにおいて、
   前記差圧の設定差圧からの偏差が許容幅を超えた場合、所定時間の間、前記バイパス弁を全開とすると同時に現在制御中の前記１次ポンプの回転数を最大とする強制制御手段を
   を備えたことを特徴とする１次ポンプ方式熱源変流量制御システム。
3. 熱源水を生成する熱源機と、
   この熱源機が生成する熱源水を搬送する１次ポンプと、
   前記熱源機からの熱源水を受ける往ヘッダと、
   この往ヘッダを介する熱源水の供給を受ける外部負荷と、
   この外部負荷において熱交換された熱源水が戻される還ヘッダと、
   前記往ヘッダと前記還ヘッダとを連通させるバイパス管路と、
   このバイパス管路に設けられたバイパス弁と、
   前記往ヘッダと前記還ヘッダとの間の熱源水の差圧を設定差圧とするように前記１次ポンプの回転数を制御する１次ポンプ回転数制御手段とを備えた１次ポンプ方式熱源変流量制御システムにおいて、
   前記差圧の設定差圧からの偏差が許容幅を超えた場合、所定時間の間、前記バイパス弁を全開とすると同時に前記１次ポンプの回転数を最大とする
   ようにしたことを特徴とする１次ポンプ最低流量確保方法。
4. 熱源水を生成する第１〜第Ｎ（Ｎ≧２）の熱源機と、
   この第１〜第Ｎの熱源機が生成する熱源水を搬送する第１〜第Ｎの１次ポンプと、
   前記第１〜第Ｎの熱源機からの熱源水を混合する往ヘッダと、
   この往ヘッダを介する熱源水の供給を受ける外部負荷と、
   この外部負荷において熱交換された熱源水が戻される還ヘッダと、
   前記往ヘッダと前記還ヘッダとを連通させるバイパス管路と、
   このバイパス管路に設けられたバイパス弁と、
   前記往ヘッダから前記外部負荷への熱源水の温度を往水温度として計測する往水温度センサと、
   前記還ヘッダに戻される熱源水の温度を還水温度として計測する還水温度センサと、
   前記還ヘッダに戻される熱源水の流量を負荷流量として計測する流量計と、
   前記往水温度センサによって計測された往水温度、前記還水温度センサによって計測された還水温度および前記流量計によって計測された負荷流量から求められる現在の負荷熱量又は前記流量計によって計測された負荷流量に基づいて前記熱源機の運転台数を制御する運転台数制御手段と、
   前記往ヘッダと前記還ヘッダとの間の熱源水の差圧を設定差圧とするように前記１次ポンプの回転数を制御する１次ポンプ回転数制御手段とを備えた１次ポンプ方式熱源変流量制御システムにおいて、
   前記差圧の設定差圧からの偏差が許容幅を超えた場合、所定時間の間、前記バイパス弁を全開とすると同時に現在制御中の前記１次ポンプの回転数を最大とする
   ようにしたことを特徴とする１次ポンプ最低流量確保方法。
   

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