JP5572116B2 - 熱源システム - Google Patents

Description

本発明は、空調設備などに用いる熱源システムに関する。

詳しくは（図１参照）、２次側往ヘッダＨ２と還ヘッダＲＨとを接続する２次側流路２に負荷機器Ｕを介装し、前記還ヘッダＲＨと１次側往ヘッダＨ１とを接続する１次側流路１に、前記１次側往ヘッダＨ１に向けて熱媒Ｃを送る１次ポンプＰ１と熱媒Ｃを冷却又は加熱する熱源機３とを直列状態で介装し、前記１次側往ヘッダＨ１と前記２次側往ヘッダＨ２とを接続する中継路４に、前記２次側往ヘッダＨ２に向けて熱媒Ｃを送る２次ポンプＰ２を介装するシステム構成とする。

そして、この構成において、前記１次ポンプＰ１及び前記２次ポンプＰ２の運転により前記熱源機３と前記負荷機器Ｕとの間で熱媒Ｃを循環させる１次・２次ポンプ併用運転と、前記２次ポンプＰ２を停止して前記１次ポンプＰ１の運転により前記熱源機３と前記負荷機器Ｕとの間で熱媒Ｃを循環させる１次ポンプ単用運転とを選択的に実施する構成にした熱源システムに関する。

この種の熱源システムは、１次・２次ポンプ併用運転と１次ポンプ単用運転とを選択的に実施することで、常に１次・２次ポンプ併用運転を実施する熱源システムに比べ、２次ポンプの運転に必要な動力を低減して、省エネルギ化や運転コストの低減を可能にしたものであるが、従来、この種の熱源システムとして特許文献１に示されるものがある。

特開２００１−２４１７３５（特に図１）

しかし、特許文献１に示される従来システムでは、２次ポンプを停止して１次ポンプの運転により熱源機と負荷機器との間で熱媒を循環させる１次ポンプ単用運転において、１次ポンプにより１次側往ヘッダに供給する熱媒（即ち、熱源機により冷却又は加熱された熱媒）を停止状態の２次ポンプを通じて負荷機器に送るようにしている。

この為、１次ポンプ単用運転において停止状態の２次ポンプが大きな熱媒通過抵抗（換言すれば、大きな圧力損失要因）となり、このことで、１次ポンプの運転に要する動力が嵩んで省エネルギ化や運転コストの低減が制限される問題があった。

また、停止状態の２次ポンプが大きな熱媒通過抵抗になることで、１次ポンプ単用運転において負荷機器への熱媒供給が不安定になり、このことで、負荷機器の運転が不安定になる虞もあった。

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、合理的な改良により上記の如き問題を効果的に解消する点にある。

本発明の第１特徴構成は熱源システムに係り、その特徴は、
２次側往ヘッダと還ヘッダとを接続する２次側流路に負荷機器を介装し、
前記還ヘッダと１次側往ヘッダとを接続する１次側流路に、前記１次側往ヘッダに向けて熱媒を送る１次ポンプと熱媒を冷却又は加熱する熱源機とを直列状態で介装し、
前記１次側往ヘッダと前記２次側往ヘッダとを接続する中継路に、前記２次側往ヘッダに向けて熱媒を送る２次ポンプを介装し、
切り換え指令に応じて又は前記負荷機器の負荷熱量又は前記負荷機器における熱媒流量に応じて、前記１次ポンプ及び前記２次ポンプの運転により前記熱源機と前記負荷機器との間で熱媒を循環させる１次・２次ポンプ併用運転と、前記２次ポンプを停止して前記１次ポンプの運転により前記熱源機と前記負荷機器との間で熱媒を循環させる１次ポンプ単用運転とを選択的に実施する制御手段を設けた熱源システムであって、
前記１次側往ヘッダと前記２次側往ヘッダとを接続するポンプバイパス路を設けるとともに、このポンプバイパス路にポンプバイパス弁を介装し、
前記１次側往ヘッダと前記還ヘッダとを接続するヘッダ間バイパス路を設けるとともに、このヘッダ間バイパス路にヘッダ間バイパス弁を介装し、
前記制御手段は、前記１次・２次ポンプ併用運転では、前記ポンプバイパス弁の開度を調整して前記ポンプバイパス路を通じた前記２次側往ヘッダから前記１次側往ヘッダへの熱媒の還流量を調整することで、前記負荷機器に対する熱媒供給圧力を設定供給圧力に調整し、
前記１次ポンプ単用運転では、前記ポンプバイパス弁を全開にして前記１次ポンプによる供給熱媒を前記１次側往ヘッダから前記ポンプバイパス路を通じて前記２次側往ヘッダに送るとともに、
前記ヘッダ間バイパス弁の開度を制限した状態又は前記ヘッダ間バイパス弁を閉じた状態において前記１次ポンプの回転数を調整することで、前記負荷機器に対する熱媒供給圧力を設定供給圧力に調整する構成にしてある点にある。

つまり、この構成によれば（図１参照）、１次・２次ポンプ併用運転では、熱源機３と負荷機器Ｕと間で熱媒Ｃを循環させるのに、熱源機３により冷却又は加熱した熱媒Ｃを１次ポンプＰ１により１次側往ヘッダＨ１に供給し、次いで、この熱媒Ｃを２次ポンプＰ２により２次側往ヘッダＨ２を通じて負荷機器Ｕに送り、これに伴い、負荷機器Ｕから送出される熱媒Ｃ（即ち、保有冷熱又は保有温熱を負荷機器Ｕで消費した熱媒Ｃ）を還ヘッダＲＨを通じて熱源機３に戻す循環形態を採る。

そして、この１次・２次ポンプ併用運転では、１次側往ヘッダＨ１と２次側往ヘッダＨ２とを接続するポンプバイパス路５に介装したポンプバイパス弁５ｖの開度を調整してポンプバイパス路５を通じた２次側往ヘッダＨ２から１次側往ヘッダＨ１への熱媒Ｃ（図中、実線の矢印で示す）の還流量を調整することで、負荷機器Ｕに対する熱媒供給圧力ｐｍを設定供給圧力に調整する。即ち、この熱媒供給圧力ｐｍの調整により、負荷機器Ｕに対して熱媒Ｃを過不足なく良好な状態で安定的に供給することができる。

一方、１次ポンプ単用運転では、熱源機３と負荷機器Ｕと間で熱媒Ｃを循環させるのに、ポンプバイパス弁５ｖを全開にすることで、熱源機３により冷却又は加熱した熱媒Ｃを１次ポンプＰ１により１次側往ヘッダＨ１に供給し、これに続いて、この熱媒Ｃを同じく１次ポンプＰ１の送給圧力により、１次側往ヘッダＨ１からポンプバイパス路５を通じて２次側往ヘッダＨ２に送る（図中破線の矢印で示す）とともに、２次側往ヘッダＨ２から負荷機器Ｕに送り、これに伴い、負荷機器Ｕから送出される熱媒Ｃを還ヘッダＲＨを通じて熱源機３に戻す循環形態を採る。

即ち、この１次ポンプ単用運転では、ポンプバイパス弁５ｖを全開にすることで、１次・２次ポンプ併用運転において２次側往ヘッダＨ２から１次側往ヘッダＨ１への熱媒Ｃの還流に用いたポンプバイパス路５を利用して、１次ポンプＰ１により供給される熱媒Ｃを１次側往ヘッダＨ１からポンプバイパス路５を通じて停止状態の２次ポンプＰ２に対して迂回させた状態で２次側往ヘッダＨ２に送る。

従って、１次ポンプ単用運転において１次側往ヘッダＨ１から停止状態の２次ポンプＰ２を通じて２次側往ヘッダＨ２に熱媒Ｃを送る先述の従来システムに比べ、停止状態の２次ポンプＰ２を迂回する分、１次ポンプ単用運転時における熱媒通過抵抗を小さくことができ、これにより、１次ポンプＰ１の運転に要する動力を効果的に低減して、省エネルギ化や運転コストの低減を一層効果的に達成することができ、また、１次ポンプ単用運転時における負荷機器Ｕへの熱媒供給も一層安定化することができる。

なお、１次ポンプ単用運転では、１次ポンプの運転のみにより熱源機と負荷機器との間での熱媒循環を行なうから、この１次ポンプ単用運転での負荷機器に対する熱媒供給圧力の調整は後述の如く１次ポンプＰ１の回転数調整により行なうようにすればよい。

そして、上記の第１特徴構成においては、１次側往ヘッダＨ１と還ヘッダＲＨとを接続するヘッダ間バイパス路６を設けるとともに、このヘッダ間バイパス路６にヘッダ間バイパス弁６ｖを介装するのに対し、１次ポンプ単用運転では、ヘッダ間バイパス弁６ｖの開度を制限した状態又はヘッダ間バイパス弁６ｖを閉じた状態において１次ポンプＰ１の回転数を調整することで、負荷機器Ｕに対する熱媒供給圧力ｐｍを設定供給圧力に調整するから、次の作用、効果も奏する。

つまり（図１参照）、１次側往ヘッダＨ１と還ヘッダＲＨとを接続するヘッダ間バイパス路６は、一般に、１次・２次ポンプ併用運転において１次側流路１の熱媒流量と２次側流路２の熱媒流量とに差が生じることに対して、その流量差をヘッダ間バイパス路６を通じた短絡的な熱媒循環により吸収するために設けられるが、このようなヘッダ間バイパス路６を設ける場合、ヘッダ間バイパス路６に対する自由な熱媒通過が可能なままで１次ポンプ単用運転を実施した場合、１次側往ヘッダＨ１に供給される熱媒Ｃの多くが２次ポンプＰ２の停止のため１次ポンプＰ１の送給圧力により１次側往ヘッダＨ１からヘッダ間バイパス路６に流れ込む状態になる。

これに対し、上記第１特徴構成では、１次ポンプ単用運転においてヘッダ間バイパス弁６ｖの開度を制限する又はヘッダ間バイパス弁６ｖを閉じるようにし、これにより、１次側往ヘッダＨ１に供給される熱媒Ｃの多くが１次側往ヘッダＨ１からヘッダ間バイパス路６に流れ込むのを防止する。

そして、このようにヘッダ間バイパス弁６ｖの開度を制限した状態又はヘッダ間バイパス弁６ｖを閉じた状態で、１次ポンプＰ１の回転数を調整することにより負荷機器Ｕに対する熱媒供給圧力ｐｍを設定供給圧力に調整するようにする。

即ち、これらのことにより、１次ポンプ単用運転においても負荷機器Ｕに対して熱媒Ｃを過不足なく良好な状態で安定的に供給することができる。

また、１次ポンプ単用運転において、ヘッダ間バイパス弁６ｖの開度の調整により負荷機器Ｕに対する熱媒供給圧力ｐｍを設定供給圧力に直接的に調整するようにした場合、ヘッダ間バイパス路６に対する熱媒通過を自由にするのに比べれば、１次側往ヘッダＨ１からヘッダ間バイパス路６に流れ込む熱媒Ｃの流量を低減し得るが、それにしても、熱媒Ｃがヘッダ間バイパス路６を通じ還ヘッダＲＨに向う短絡的な熱媒循環（即ち、１次ポンプ動力の浪費を招くだけの無駄な熱媒循環）の流量が１次ポンプ単用運転において嵩むこととなる。

この点、上記第１特徴構成によれば、ヘッダ間バイパス弁６ｖの開度を固定的に制限する又はヘッダ間バイパス弁６ｖを閉じるから、ヘッダ間バイパス路６を通じた上記の如き無駄な熱媒循環を効果的に抑止することができ、これにより、１次ポンプＰ１の運転に要する動力を更に効果的に低減することができる。

なお、負荷機器に対する熱媒供給圧力としては、２次側往ヘッダからの配管長が最も長い末端負荷機器に対する熱媒供給圧力（所謂末端圧力）を採用するのが好ましいが、これに限られるものではなく、２次側往ヘッダと負荷機器とを接続する２次側流路の往路部分における途中の熱媒圧力や２次側往ヘッダにおける熱媒圧力などであってもよい。

さらに、設定供給圧力は負荷機器に対して熱媒を過不足なく良好に供給し得る圧力をポンプ性能や配管抵抗などに基づき算出して設定すればよく、また、末端負荷機器の入出口熱媒圧力差の算出値などに基づいて設定供給圧力を設定するなどしてもよい。

本発明の第２特徴構成は、第１特徴構成の実施に好適な構成であり、その特徴は、
前記制御手段は、前記１次・２次ポンプ併用運転から前記１次ポンプ単用運転への移行時には、前記ヘッダ間バイパス弁の開度を調整することで、前記負荷機器に対する熱媒供給圧力を設定供給圧力に調整する構成にしてある点にある。

つまり（図１参照）、ヘッダ間バイパス路６を設ける場合、ヘッダ間バイパス路６に対する自由な熱媒通過が可能なままで１次・２次ポンプ併用運転から１次ポンプ単用運転への移行過程に入ると、前述と同様、１次側往ヘッダＨ１に供給される熱媒Ｃの多くが２次ポンプＰ２の停止操作のため１次ポンプＰ１の送給圧力により１次側往ヘッダＨ１からヘッダ間バイパス路６に流れ込む状態になり、このことで、負荷機器Ｕに対して熱媒Ｃが適切に供給されない事態を招く。

また、１次・２次ポンプ併用運転から１次ポンプ単用運転への移行時には、２次ポンプの停止操作のため、２次ポンプＰ２の回転数調整やポンプバイパス弁５ｖの開度調整により負荷機器Ｕに対する熱媒供給圧力ｐｍを調整することもできない。

これらことに対し、上記第２特徴構成では、１次・２次ポンプ併用運転から１次ポンプ単用運転への移行時に、ヘッダ間バイパス弁６ｖを利用して、このヘッダ間バイパス弁６ｖの開度を調整することにより、ヘッダ間バイパス路６に熱媒通過抵抗を付与する形態で、負荷機器Ｕに対する熱媒供給圧力ｐｍを設定供給圧力に調整する。

即ち、このことにより、１次側往ヘッダＨ１に供給される熱媒Ｃの多くが１次側往ヘッダＨ１からヘッダ間バイパス路６に流れ込むのを防止するとともに、負荷機器Ｕに対する安定的な熱媒供給を保った状態で、１次ポンプ単用運転へ移行することができる。

本発明の第３特徴構成は、第１又は第２特徴構成に実施に好適な構成であり、その特徴は、
前記制御手段は、前記１次・２次ポンプ併用運転から前記１次ポンプ単用運転への移行時に、前記１次ポンプの回転数を漸増させるのに伴い前記２次ポンプの回転数を漸減させて前記２次ポンプを停止に至らせる構成にしてある点にある。

つまり、この構成によれば（図１参照）、１次・２次ポンプ併用運転において所要の回転数で運転している２次ポンプＰ２を１次ポンプ単用運転への移行に伴い急激に停止させたり、また、１次・２次ポンプ併用運転から１次ポンプ単用運転への移行に伴い１次ポンプＰ１の回転数を２次ポンプＰ２の停止を賄う分だけ急激に増大させたりするのに比べ、負荷機器Ｕに対する安定的な熱媒供給を保った状態で、１次・２次ポンプ併用運転から１次ポンプ単用運転へ移行することができる。

また、回転数の急激な変更に原因する１次ポンプＰ１や２次ポンプＰ２の劣化や損傷も効果的に防止することができる。

本発明の第４特徴構成は、第２特徴構成の実施に好適な構成であり、
その特徴は、
前記制御手段は、前記１次・２次ポンプ併用運転では、前記ヘッダ間バイパス弁の開度を調整することで、前記１次側往ヘッダと前記還ヘッダとの間の圧力差状態を前記１次側往ヘッダおける熱媒圧力が前記還ヘッダにおける熱媒圧力より設定圧力差だけ高くなる状態に調整する構成にしてある点にある。

つまり、この構成によれば（図１参照）、１次・２次ポンプ併用運転で起こり得るヘッダ間バイパス路６を通じた短絡的な熱媒循環のうち、無駄な熱媒循環にはなるものの負荷機器Ｕの運転には特に支障を来たすことのない還ヘッダＲＨに向かってのヘッダ間バイパス路６を通じた短絡的な熱媒循環は許容しながら、負荷機器Ｕを一度通過した熱媒Ｃがヘッダ間バイパス路６を通じて再度、負荷機器Ｕに供給される状態になって負荷機器Ｕの運転に支障を来たすことになる１次側往ヘッダＨ１に向かってのヘッダ間バイパス路６を通じた短絡的な熱媒循環は阻止することができる。

即ち、このことにより、１次・２次ポンプ併用運転から１次ポンプ単用運転への移行時に負荷機器Ｕに対する熱媒供給圧力ｐｍの調整に用いるヘッダ間バイパス弁６ｖを利用して、１次・２次ポンプ併用運転での負荷機器Ｕの運転を一層良好かつ安定的なものにすることができる。

本発明の第５特徴構成は、第１〜第４特徴構成のいずれかの実施に好適な構成であり、その特徴は、
前記制御手段は、前記１次ポンプ単用運転から前記１次・２次ポンプ併用運転に移行したとき、前記２次ポンプを起動するとともに、その起動に続き前記２次ポンプの回転数を漸増させる構成にしてある点にある。

つまり（図１参照）、１次ポンプ単用運転から１次・２次ポンプ併用運転に移行したとき、それまで停止状態にあった２次ポンプＰ２を起動するが、このとき、２次ポンプＰ２の回転数を急激に増大させるのに比べ、上記第５特徴構成によれば、起動した２次ポンプＰ２の回転数漸増により、負荷機器Ｕに対する安定的な熱媒供給を保った状態で１次ポンプ単用運転から１次・２次ポンプ併用運転へ移行することができる。

また、回転数の急激な変更に原因する２次ポンプＰ２の劣化や損傷も効果的に防止することができる。

本発明の第６特徴構成は、第５特徴構成の実施に好適な構成であり、その特徴は、
前記制御手段は、前記２次ポンプの回転数の漸増により前記負荷機器に対する熱媒供給圧力が設定供給圧力に上昇したとき、前記ヘッダ間バイパス弁の開度を調整することで前記１次側往ヘッダと前記還ヘッダとの間の圧力差状態を前記１次側往ヘッダおける熱媒圧力が前記還ヘッダにおける熱媒圧力より設定圧力差だけ高くなる状態に調整する制御を開始する構成にしてある点にある。

つまり（図１参照）、２次ポンプＰ２の回転数の漸増により負荷機器Ｕに対する熱媒供給圧力ｐｍが設定供給圧力に到達する以前に、ヘッダ間バイパス弁６ｖの開度の調整により１次側往ヘッダＨ１における熱媒圧力ｐｓが還ヘッダＲＨにおける熱媒圧力ｐｒより設定圧力差Δｐｓだけ高くなる状態に調整する制御（言わばヘッダ間差圧制御）を開始した場合、１次ポンプＰ１により供給される熱媒Ｃが１次側往ヘッダＨ１からヘッダ間バイパス路６に流れ込むことに原因して、熱媒供給圧力ｐｍを設定供給圧力まで上昇させるのに要する２次ポンプ回転数の漸増幅が大きくなるとともに、熱媒供給圧力ｐｍを設定供給圧力まで上昇させるのに要する時間が長くなる。

これに対し、上記第６特徴構成によれば、２次ポンプＰ２の回転数の漸増により負荷機器Ｕに対する熱媒供給圧力ｐｓを設定供給圧力まで上昇させた上で上記ヘッダ間差圧制御を開始するから、上記の如き、２次ポンプ回転数の漸増幅の増大や所要時間の増大を防止することができ、この点で、省エネルギ化や運転コストの低減を一層効果的に達成することができる。

本発明の第７特徴構成は、第１〜第６特徴構成のいずれかの実施に好適な構成であり、その特徴は、
前記制御手段は、前記負荷機器の負荷熱量が設定閾熱量まで減少したとき又は前記負荷機器における熱媒流量が設定閾流量まで減少したとき、前記１次・２次ポンプ併用運転から前記１次ポンプ単用運転への移行を自動的に実行する構成にしてある点にある。

つまり、この構成によれば、設定閾熱量として適当な負荷熱量値を設定しておくことで、制御手段は、負荷機器の負荷熱量が設定閾熱量まで減少したとき、１次・２次ポンプ併用運転から１次ポンプ単用運転への移行を自動的に実行する。

あるいはまた、設定閾流量として適当な熱媒流量値を設定しておくことで、制御手段は、負荷機器における熱媒流量が設定閾流量まで減少したとき、１次・２次ポンプ併用運転から１次ポンプ単用運転への移行を自動的に実行する。

即ち、上記第７特徴構成によれば、１次・２次ポンプ併用運転から１次ポンプ単用運転への移行を負荷熱量や負荷流量の変化に対して常に適切なタイミングで自動的に行なうことができる。

本発明の第８特徴構成は、第１〜第７特徴構成のいずれかの実施に好適な構成であり、その特徴は、
前記制御手段は、前記負荷機器の負荷熱量が設定閾熱量まで増大したとき、又は、前記負荷機器における熱媒流量が設定閾流量まで増大したとき、前記１次ポンプ単用運転から前記１次・２次ポンプ併用運転への移行を自動的に実行する構成にしてある点にある。

つまり、この構成によれば、前述と同様、設定閾熱量として適当な負荷熱量値を設定しておくことで、制御手段は、負荷機器の負荷熱量が設定閾熱量まで増大したとき、１次ポンプ単用運転から１次・２次ポンプ併用運転への移行を自動的に実行する。

あるいはまた、設定閾流量として適当な負荷流量値を設定しておくことで、制御手段は、負荷機器における熱媒流量が設定閾流量まで増大したとき、１次ポンプ単用運転から１次・２次ポンプ併用運転への移行を自動的に実行する。

即ち、上記第８特徴構成によれば、１次ポンプ単用運転から１次・２次ポンプ併用運転への移行を負荷熱量や負荷流量の変化に対して常に適切なタイミングで自動的に行なうことができる。

なお、第７特徴構成と第８特徴構成を併行実施する場合、１次・２次ポンプ併用運転から１次ポンプ単用運転への移行と１次ポンプ単用運転から１次・２次ポンプ併用運転への移行（復帰）とがハンチング的に繰り返されることを防止するため、１次・２次ポンプ併用運転から１次ポンプ単用運転への移行に用いる設定閾熱量又は設定閾流量は、１次ポンプ単用運転から１次・２次ポンプ併用運転への移行（復帰）に用いる設定閾熱量又は設定閾流量よりある程度小さい値にするのが望ましい。

熱源システムの回路図 １次・２次ポンプ併用運転の制御フローチャート １次ポンプ単用運転の制御フローチャート １次ポンプ単用運転への移行の際の制御フローチャート １次・２次ポンプ併用運転への移行（復帰）の際の制御フローチャート

図１は熱源システムを示し、２次側往ヘッダＨ２と還ヘッダＨＲとを接続する２次側流路２に空調機等の複数の負荷機器Ｕを並列配置で介装し、還ヘッダＲＨと１次側往ヘッダＨ１とを接続する並列な複数の１次側流路１の夫々に、１次側往ヘッダＨ１に向けて熱媒としての冷水Ｃを送る１次ポンプＰ１と熱源機としての冷凍機３とを直列状態で介装してある。

各冷凍機３はインバータｉｎｖによる周波数制御により冷却能力の調整が可能な可変冷凍機にするとともに、各１次ポンプＰ１にも、対応する冷凍機３の冷却能力調整に応じてインバータｉｎｖによる周波数制御により回転数を調整（即ち、送水能力を調整）する可変ポンプを採用してある。

１次側往ヘッダＨ１と２次側往ヘッダＨ２とを接続する複数の並列な中継路４の夫々には、２次側往ヘッダＨ２に向けて冷水Ｃを送る２次ポンプＰ２を介装してあり、また、中継路４とは並列に１次側往ヘッダＨ１と２次側往ヘッダＨ２とを接続するポンプバイパス路５には、ポンプバイパス弁５ｖ（本例ではバタフライ弁を採用）を介装してある。

２次ポンプＰ２の夫々には、インバータｉｎｖによる周波数制御により回転数を調整する可変ポンプを採用してあるが、これに代え、少なくとも１台の２次ポンプＰ２を可変ポンプにし、他の２次ポンプＰ２は回転数固定のポンプにしてもよい。

１次側往ヘッダＨ１と還ヘッダＲＨとは、それらを１次側流路１及び２次側流路２の双方に対して短絡するヘッダ間バイパス路６により接続してあり、このヘッダ間バイパス路６にはヘッダ間バイパス弁６ｖ（本例ではバタフライ弁を採用）を介装してある。

各負荷機器Ｕでは冷凍機３から２次側往ヘッダＨ２を通じて供給される冷水Ｃの保有熱量を冷房などの所要目的のために消費するが、各負荷機器Ｕでは、個々の負荷熱量ｇ（即ち、個々の必要冷却量）の変化に応じて個々の冷水流量ｑが流量調整弁ｕｖにより調整される。

Ｓｉは負荷機器Ｕに供給する冷水Ｃの温度ｔｉ（冷水供給温度）を計測する温度センサ、Ｓｏは、負荷機器Ｕから送出される戻り冷水Ｃの合流後における温度ｔｏ（冷水戻り温度）を計測する温度センサであり、また、Ｆは全ての負荷機器Ｕの冷水流量Ｑ（＝Σｑ、いわゆる２次流量）を計測する流量センサである。

さらに、Ｓｐｍは、負荷機器Ｕに対する冷水Ｃの供給圧力として２次側往ヘッダＨ２からの配管長が最も長い末端負荷機器Ｕに対する冷水供給圧力ｐｍ（いわゆる末端圧力）を計測する圧力センサであり、Ｓｄｐはヘッダ間バイパス弁６ｖを境とする１次側往ヘッダＨ１の側の冷水圧力ｐｓと還ヘッダＲＨの側の冷水圧力ｐｒとの差圧Δｐを計測する差圧センサである。

７は、これらセンサの計測情報に基づきシステムの運転制御を実行する制御装置であり、この制御装置７は基本的に、全ての負荷機器Ｕの負荷熱量Ｇ（＝Σｇ）の変化に応じて、１次・２次ポンプ併用運転と１次ポンプ単用運転とを選択的に実施する。

具体的には制御装置７は、温度センサＳｉ，Ｓｏにより計測される冷水供給温度ｔｉ、冷水戻り温度ｔｏ、及び、流量センサＦにより計測される２次側の冷水流量Ｑに基づいて、式Ｇ＝Ｑ×（ｔｏ−ｔｉ）に従う演算形態で各時点の負荷熱量Ｇ（即ち、合計の必要冷却量）を逐次演算する。

そして、制御装置７は、演算負荷熱量Ｇが設定閾熱量Ｇｓより大きいとき（Ｇ＞Ｇｓ）には、冷凍機３による冷却冷水Ｃを１次ポンプＰ１及び２次ポンプＰ２の両方の運転により負荷機器Ｕに循環供給する１次・２次ポンプ併用運転を実施する。

一方、制御装置７は、演算負荷熱量Ｇが設定閾熱量Ｇｓ以下のとき（Ｇ≦Ｇｓ）には、２次ポンプＰ２の運転を停止して、冷凍機３による冷却冷水Ｃを１次ポンプＰ１の運転のみにより負荷機器Ｕに循環供給する１次ポンプ単用運転を実施する。

なお、設定閾熱量Ｇｓとしては、冷凍機３の運転台数を１台まで減じて、その最後の１台の運転冷凍機３の冷却能力をインバータｉｎｖによる調整範囲の下限（例えば５０％能力）まで絞ったときの冷却能力（換言すれば、冷凍機３群として調整可能な最小冷却能力）に相当する負荷熱量を設定してある。

即ち、制御装置７は、演算負荷熱量Ｇが冷凍機３群として調整可能な最小冷却能力（＝Ｇｓ）より大きいときには、１次・２次ポンプ併用運転を実施し、演算負荷熱量Ｇが冷凍機３群として調整可能な最小冷却能力（＝Ｇｓ）以下まで低下したときには、最後の１台の冷凍機３の運転下で１次ポンプ単用運転を実施する。

これら１次・２次ポンプ併用運転及び１次ポンプ単用運転についてさらに詳述すると、制御装置７は、１次・２次ポンプ併用運転において次の（イ）〜（ニ）の各制御を実行する。（図２参照）

＜１次・２次ポンプ併用運転＞
（イ）冷凍機３及び１次ポンプＰ１の制御
運転する冷凍機３の冷却能力合計が演算負荷熱量Ｇに見合う能力となるように、演算負荷熱量Ｇの変化に応じて、冷凍機３の運転台数を変更するとともに、運転する冷凍機３の冷却能力をインバータｉｎｖにより調整する。

また、１次ポンプＰ１は、対応する冷凍機３の発停に応じて発停するとともに、対応する冷凍機３の冷却能力調整に応じてインバータｉｎｖにより回転数を調整する。

（ロ）２次ポンプＰ２の制御
２次ポンプＰ２の全体としての送水能力（即ち、２次側送水能力）が負荷機器Ｕの冷水流量Ｑに見合うように、流量センサＦによる計測冷水流量Ｑに応じて、２次ポンプＰ２の運転台数を変更するとともに、運転する２次ポンプＰ２の回転数をインバータｉｎｖにより調整する。

（ハ）ポンプバイパス弁５ｖの制御（ポンプバイパス弁５ｖによる供給圧力制御）
圧力センサＳｐｍによる計測冷水供給圧力ｐｍに基づき、ポンプバイパス弁５ｖの開度を調整して、２次側往ヘッダＨ２からポンプバイパス路５を通じた１次側往ヘッダＨ１への冷水Ｃ（図１において実線の矢印で示す）の還流量を調整することで、末端負荷機器Ｕに対する冷水供給圧力ｐｍ（末端圧力）を設定供給圧力ｐｍｓに調整する。

（ニ）ヘッダ間バイパス弁６ｖの制御（ヘッダ間差圧制御）
差圧センサＳｄｐによる計測差圧Δｐ（＝ｐｓ−ｐｒ）に基づき、ヘッダ間バイパス弁６ｖの開度を調整することで、１次側往ヘッダＨ１と還ヘッダＲＨとの間の圧力差状態を１次側往ヘッダＨ１における冷水圧力ｐｓが還ヘッダＲＨにおける冷水圧力ｐｒより設定圧力差Δｐｓだけ高くなる状態に調整する。

また、制御装置７は１次ポンプ単用運転において全ての２次ポンプＰ２を停止した状態の下で次の（ホ）〜（ト）の制御を実行する。（図３参照）

＜１次ポンプ単用運転＞
（ホ）冷凍機３の制御
１台の冷凍機３のみをインバータｉｎｖによる能力調整範囲の下限冷却能力（前述の設定閾熱量Ｇｓに相当）に能力固定した状態で運転する。

また、全ての２次ポンプＰ２を停止状態に保って、運転冷凍機３に対応する１台の１次ポンプＰ１のみを運転する。

（へ）各弁５ｖ，６ｖの制御
ヘッダ間バイパス弁６ｖの開度を所要の絞り開度に固定的に制限した状態にし、その状態で、ポンプバイパス弁５ｖを全開状態に保ち、これにより、１次ポンプＰ１により供給される冷凍機３からの冷却冷水Ｃを、１次側往ヘッダＨ１からポンプバイパス路５を通じ２次側往ヘッダＨ２に送って負荷機器Ｕに供給する状態（図１において破線の矢印で示す）を保つ。

（ト）１次ポンプＰ１の制御（１次ポンプＰ１による供給圧力制御）
圧力センサＳｐｍによる計測冷水供給圧力ｐｍに基づき、１次ポンプＰ１の回転数をインバータｉｎｖにより調整することで、末端負荷機器Ｕに対する冷水供給圧力ｐｍ（末端圧力）を設定供給圧力ｐｍｓに調整する。

次に、これら１次・２次ポンプ併用運転と１次ポンプ単用運転との相互間での運転移行について説明すると、制御装置７は、１次・２次ポンプ併用運転から１次ポンプ単用運転への移行を次の（チ）〜（ル）の手順で行なう。（図４参照）

＜１次・２次ポンプ併用運転から１次ポンプ単用運転への移行＞
（チ）演算負荷熱量Ｇが設定閾熱量Ｇｓ以下まで低下すると（Ｇ≦Ｇｓ）、その時の状態から、２次ポンプＰ２の回転数をインバータｉｎｖにより漸減するとともに、１次ポンプＰ１の回転数をインバータｉｎｖにより漸増する。

（リ）また、これらポンプ回転数の漸減・漸増過程において、圧力センサＳｐｍによる計測冷水供給圧力ｐｍに基づき、ヘッダ間バイパス弁６ｖの開度を調整することで、末端負荷機器Ｕに対する冷水供給圧力ｐｍ（末端圧力）を設定供給圧力ｐｍｓに調整する（ヘッダ間バイパス弁６ｖによる供給圧力制御）。

（ヌ）２次ポンプＰ２の回転数がインバータｉｎｖによる調整下限（例えば２０％回転数）まで低下すると、２次ポンプＰ２を停止するともに、ポンプバイパス弁５ｖを全開にし、これにより、１次ポンプＰ１により供給される冷凍機３からの冷却冷水Ｃを、１次側往ヘッダＨ１からポンプバイパス路５を通じ２次側往ヘッダＨ２に送って負荷機器Ｕに供給する状態（図１において破線の矢印で示す状態）にする。

（ル）その後、圧力センサＳｐｍによる計測冷水供給圧力ｐｍに基づき１次ポンプＰ１の回転数をインバータｉｎｖにより調整することで、末端負荷機器Ｕに対する冷水供給圧力ｐｍ（末端圧力）を設定供給圧力ｐｍｓに調整する状態に入り、１次ポンプ単用運転への移行を完了する。（１次ポンプＰ１による供給圧力制御）

なお、ヘッダ間バイパス弁６ｖの開度は、２次ポンプＰ２の回転数がインバータｉｎｖによる調整下限に低下した時点で固定し、この開度を１次ポンプ単用運転において固定的に制限するヘッダ間バイパス弁６ｖの前記所要絞り開度とする。

一方、制御装置７は、１次ポンプ単用運転から１次・２次ポンプ併用運転への移行を次の（ヲ）〜（ヨ）の手順で行なう。（図５参照）

＜１次ポンプ単用運転から１次・２次ポンプ併用運転への移行＞
（ヲ）演算負荷熱量Ｇが設定閾熱量Ｇｓより大きくなると（Ｇ＞Ｇｓ）、その時の状態から、１台の２次ポンプＰ２を起動して、その２次ポンプＰ２の回転数をインバータｉｎｖによる調整下限から漸増する。

（ワ）この２次ポンプ回転数の漸増過程において、圧力センサＳｐｍによる計測冷水供給圧力ｐｍに基づき、ポンプバイパス弁５ｖの開度を調整して、２次側往ヘッダＨ２からポンプバイパス路５を通じた１次側往ヘッダＨ１への冷水Ｃの還流量（図１において実線の矢印で示す）を調整することで、末端負荷機器Ｕに対する冷水供給圧力ｐｍ（末端圧力）を設定供給圧力ｐｍｓに調整する制御に入る。（ポンプバイパス弁５ｖによる供給圧力制御）

（カ）そして、ポンプバイパス弁５ｖの開度調整により、末端負荷機器Ｕに対する冷水供給圧力ｐｍ（末端圧力）が設定供給圧力ｐｍｓに到達すると、差圧センサＳｄｐによる計測差圧Δｐ（＝ｐｓ−ｐｒ）に基づき、ヘッダ間バイパス弁６ｖの開度を調整することで、１次側往ヘッダＨ１と還ヘッダＲＨとの間の圧力差状態を１次側往ヘッダＨ１における冷水圧力ｐｓが還ヘッダＲＨにおける冷水圧力ｐｒより設定圧力差Δｐｓだけ高くなる状態に調整する前記ヘッダ間差圧制御を開始する。（ヘッダ間差圧制御）

（ヨ）その後、計測冷水流量Ｑに応じて２次ポンプＰ２の運転台数及び回転数を調整する状態に入るとともに、演算負荷熱量Ｇに応じて冷凍機３の運転台数及び冷却能力並びに１次ポンプＰ１の運転台数及び回転数を調整する状態に入り、１次・２次ポンプ併用運転への移行を完了する。

〔別の実施形態〕
次に本発明よる別実施形態を列記する。

前述の実施形態では、冷凍機３を熱源機とし冷水Ｃを熱媒とする例を示したが、熱源機３により冷却した熱媒Ｃを負荷機器Ｕに循環供給する冷熱源システムの場合、熱源機３としては各種形式の冷凍機に限らず、熱媒Ｃを冷却し得るものであれば種々の冷却用熱源機を採用することができ、冷熱蓄熱槽における貯留蓄熱材との熱交換により負荷機器Ｕへの供給熱媒Ｃを冷却する熱交換器を熱源機とするようにしてもよい。

また、この場合、熱媒Ｃも冷水に限らず、ブラインや氷水スラリーなど種々のものを採用することができる。

また、本発明は、熱源機３により加熱した熱媒Ｃを負荷機器Ｕに供給する温熱源システムにも適用することができ、この場合、熱源機３としては温水発生機やボイラなど種々の加熱用熱源機を採用することができ、温熱蓄熱槽における貯留蓄熱材との熱交換により負荷機器Ｕへの供給熱媒Ｃを加熱する熱交換器を熱源機とするようにしてもよい。

また、この場合、熱媒Ｃも温水や蒸気など種々のものを採用することができる。

前述の実施形態では、複数の熱源機（冷凍機３）からなる熱源機群全体としての調整可能な最小能力に相当する負荷熱量Ｇを設定閾熱量Ｇｓとする例を示したが、設定閾熱量Ｇｓは必ずしもこれに限られるものではなく、１次・２次ポンプ併用運転及び１次ポンプ単用運転の夫々を良好に実施できる範囲内であれば、設定閾熱量Ｇｓは適宜に設定すればよい。

前述の実施形態では、複数の２次ポンプＰ２の夫々を回転数調整が可能な可変ポンプにする例を示したが、これに代え、一部の２次ポンプＰ２のみを可変ポンプとして他の２次ポンプＰ２を回転数固定のポンプにしてもよく、この場合、２次ポンプＰ２の運転台数を変更した各段において少なくとも１台の可変２次ポンプＰ２を運転することで、その可変２次ポンプＰ２の回転数調整により、２次ポンプ群全体としての送水能力を下限能力まで連続的に調整できるようにすればよい。

また、複数の熱源機３や複数の１次ポンプＰ１についても全てを可変熱源機や可変ポンプにする必要はなく、一部の熱源機３及び一部の１次ポンプＰ１のみを可変機にして、上述と同様、熱源機３及び１次ポンプＰ１の運転台数を変更した各段において少なくとも一組の可変熱源機３と可変１次ポンプＰ１を運転することで、それら一組の可変熱源機３と可変１次ポンプＰ１とに対する能力調整及び回数数調整により、熱源機群全体としての能力を下限能力まで連続的に調整できるようにしてもよい。

また本発明は、熱源機３や１次ポンプＰ１が１台のみの熱源システムや２次ポンプＰ２が１台のみの熱源システムにも適用することができる。

前述の実施形態では、１次・２次ポンプ併用運転と１次ポンプ単用運転との相互切り換えを負荷機器Ｕの負荷熱量Ｇに応じて制御手段（制御装置７）に自動的に実行させる例を示したが、この運転切り換えを負荷機器Ｕの熱媒流量Ｑに応じて、又は、管理者からの付与指令に応じて、あるいはまた、設定カレンダに従って制御手段７に実行させるようにしてもよい。

また、１次・２次ポンプ併用運転と１次ポンプ単用運転とのいずれか一方の運転を初期運転として実施し、その後、負荷機器Ｕの負荷熱量Ｇや熱媒流量Ｑに応じてあるいは管理者からの切り換え指令に応じて他方の運転への切り換えを制御手段７に実行させるようにしてもよい。

本発明は、各種分野において種々の目的に使用する熱源システムに適用することができる。

Ｈ２ ２次側往ヘッダ
ＲＨ 還ヘッダ
２ ２次側流路
Ｕ 負荷機器
Ｈ１ １次側往ヘッダ
１ １次側流路
Ｃ 熱媒
Ｐ１ １次ポンプ
３ 熱源機
４ 中継路
Ｐ２ ２次ポンプ
Ｇ 負荷熱量
Ｑ 熱媒流量
７ 制御手段
５ ポンプバイパス路
５ｖ ポンプバイパス弁
ｐｍ 熱媒供給圧力
ｐｍｓ 設定供給圧力
６ ヘッダ間バイパス路
６ｖ ヘッダ間バイパス弁
Δｐｓ 設定圧力差
Ｇｓ 設定側閾熱量
Ｑｓ 設定閾流量

Claims (8)

1. ２次側往ヘッダと還ヘッダとを接続する２次側流路に負荷機器を介装し、
   前記還ヘッダと１次側往ヘッダとを接続する１次側流路に、前記１次側往ヘッダに向けて熱媒を送る１次ポンプと熱媒を冷却又は加熱する熱源機とを直列状態で介装し、
   前記１次側往ヘッダと前記２次側往ヘッダとを接続する中継路に、前記２次側往ヘッダに向けて熱媒を送る２次ポンプを介装し、
   切り換え指令に応じて又は前記負荷機器の負荷熱量又は前記負荷機器における熱媒流量に応じて、前記１次ポンプ及び前記２次ポンプの運転により前記熱源機と前記負荷機器との間で熱媒を循環させる１次・２次ポンプ併用運転と、前記２次ポンプを停止して前記１次ポンプの運転により前記熱源機と前記負荷機器との間で熱媒を循環させる１次ポンプ単用運転とを選択的に実施する制御手段を設けた熱源システムであって、
   前記１次側往ヘッダと前記２次側往ヘッダとを接続するポンプバイパス路を設けるとともに、このポンプバイパス路にポンプバイパス弁を介装し、
   前記１次側往ヘッダと前記還ヘッダとを接続するヘッダ間バイパス路を設けるとともに、このヘッダ間バイパス路にヘッダ間バイパス弁を介装し、
   前記制御手段は、前記１次・２次ポンプ併用運転では、前記ポンプバイパス弁の開度を調整して前記ポンプバイパス路を通じた前記２次側往ヘッダから前記１次側往ヘッダへの熱媒の還流量を調整することで、前記負荷機器に対する熱媒供給圧力を設定供給圧力に調整し、
   前記１次ポンプ単用運転では、前記ポンプバイパス弁を全開にして前記１次ポンプによる供給熱媒を前記１次側往ヘッダから前記ポンプバイパス路を通じて前記２次側往ヘッダに送るとともに、
   前記ヘッダ間バイパス弁の開度を制限した状態又は前記ヘッダ間バイパス弁を閉じた状態において前記１次ポンプの回転数を調整することで、前記負荷機器に対する熱媒供給圧力を設定供給圧力に調整する構成にしてある熱源システム。
2. 前記制御手段は、前記１次・２次ポンプ併用運転から前記１次ポンプ単用運転への移行時には、前記ヘッダ間バイパス弁の開度を調整することで、前記負荷機器に対する熱媒供給圧力を設定供給圧力に調整する構成にしてある請求項１記載の熱源システム。
3. 前記制御手段は、前記１次・２次ポンプ併用運転から前記１次ポンプ単用運転への移行時に、前記１次ポンプの回転数を漸増させるのに伴い前記２次ポンプの回転数を漸減させて前記２次ポンプを停止に至らせる構成にしてある請求項１又は２記載の熱源システム。
4. 前記制御手段は、前記１次・２次ポンプ併用運転では、前記ヘッダ間バイパス弁の開度を調整することで、前記１次側往ヘッダと前記還ヘッダとの間の圧力差状態を前記１次側往ヘッダにおける熱媒圧力が前記還ヘッダにおける熱媒圧力より設定圧力差だけ高くなる状態に調整する構成にしてある請求項２記載の熱源システム。
5. 前記制御手段は、前記１次ポンプ単用運転から前記１次・２次ポンプ併用運転に移行したとき、前記２次ポンプを起動するとともに、その起動に続き前記２次ポンプの回転数を漸増させる構成にしてある請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱源システム。
6. 前記制御手段は、前記２次ポンプの回転数の漸増により前記負荷機器に対する熱媒供給圧力が設定供給圧力に上昇したとき、前記ヘッダ間バイパス弁の開度を調整することで前記１次側往ヘッダと前記還ヘッダとの間の圧力差状態を前記１次側往ヘッダにおける熱媒圧力が前記還ヘッダにおける熱媒圧力より設定圧力差だけ高くなる状態に調整する制御を開始する構成にしてある請求項５記載の熱源システム。
7. 前記制御手段は、前記負荷機器の負荷熱量が設定側閾熱量まで減少したとき又は前記負荷機器における熱媒流量が設定閾流量まで減少したとき、前記１次・２次ポンプ併用運転から前記１次ポンプ単用運転への移行を自動的に実行する構成にしてある請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱源システム。
8. 前記制御手段は、前記負荷機器の負荷熱量が設定閾熱量まで増大したとき、又は、前記負荷機器における熱媒流量が設定閾流量まで増大したとき、前記１次ポンプ単用運転から前記１次・２次ポンプ併用運転への移行を自動的に実行する構成にしてある請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱源システム。

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