JP6577359B2 - 流量制御装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態1に係るタービン式の流量制御装置を用いた空調制御システムの構成を示す図である。
同図に示される空調制御システム1は、例えばビル等の建物内の制御対象空間2の温度を調節するシステムである。具体的に、空調制御システム1は、空調機3,空調制御装置4、外部電源5、流量制御装置100、および温度センサ6を含む。
図2〜4は、流量制御装置100の構成を示す図である。
図2には、流量制御装置100の内部構成を示すブロック図が示され、図3には、流量制御装置100の外観の一部を示す斜視図が示され、図4には、図3に示した流量制御装置100の分解斜視図が示されている。
図4に示されるように、発電機16のタービン160と静翼17とは、流量制御装置100内部の冷温水が通水する流路内に、それらの軸心と上記流路の軸心とが一致するように配置されている。
図8には、ピッチ角度Agv=0度のときのZ軸方向から見た静翼17の斜視図が示され、図9には、ピッチ角度Agv=45度のときのZ軸方向から見た静翼17の斜視図が示されている。また、図10には、ピッチ角度Agv=0度のときのY軸方向から見た静翼17の平面図が示され、図11には、ピッチ角度Agv=45度のときのY軸方向から見た静翼17の平面図が示されている。
なお、流量推定部131、トルク目標値算出部132、およびピッチ角度目標値算出部133による具体的な演算手法については後述する。
上述したように、流量推定部131は、インバータ制御部14によって算出されたタービン160の角速度ωおよびトルクTの情報と、記憶部22に記憶されたピッチ角度Agvの情報とに基づいて無次元流量を推定し、この推定した無次元流量から流量推定値Qzを算出する。
以上の手法により、タービン160の角速度ω、発電機16のトルクT、およびピッチ角度Agvに基づいて、流量推定値QZを算出することができる。
図16は、トルク目標値算出部132の内部構成例を示す図である。
同図に示されるように、トルク目標値算出部132は、流量目標値Qrefと流量推定値QZとの差分を算出する差分算出部1320と、差分算出部1320によって算出された差分に基づいてトルク目標値Trefを算出するPI演算部1321とを含む。
図17は、ピッチ角度目標値算出部133の内部構成例を示す図である。
同図に示されるように、ピッチ角度目標値算出部133は、流量目標値Qrefと流量推定値QZとの差分を算出する差分算出部1330と、差分算出部1330によって算出された差分に基づいてピッチ角度目標値Agvrefを算出するPI演算部1331とを含む。
先ず、流量制御装置100は、冷温水の供給先の負荷変動により、空調制御装置4からの冷温水の新たな流量目標値Qrefをデータ通信部11によって受信する。データ通信部11によって受信した流量目標値Qrefは、システム制御部12へ送られる。
上述したように、流量制御装置100は、流量を制御するための制御系として、発電機16のトルクを調節することで流量を制御する制御系S1(トルク目標値算出部132、インバータ制御部14、およびインバータ15)と、静翼17のピッチ角度Agvを調節することで流量を制御する制御系S2(ピッチ角度目標値算出部133、静翼制御部24、および駆動部25)とを有している。
図20〜22において、縦軸は流量〔m3/s〕であり、横軸はトルク〔Nm〕である。図20には、静翼17のピッチ角度Agvが45度である場合において、タービン160の角速度ωを100〔rpm〕、500〔rpm〕、1000〔rpm〕、1500〔rpm〕、2000〔rpm〕、2500〔rpm〕、3000〔rpm〕、3500〔rpm〕、4000〔rpm〕としたときの発電機16のトルクTに対する電磁流量計によって計測した流量の特性が、参照符号400〜408によって夫々示されている。
図23は、実施の形態2に係る流量制御装置101の構成を示す図である。
図23に示される流量制御装置101は、PI制御ではなく流量推定値QZと流量目標値Qrefとの比較結果に基づいてピッチ角度および発電機のトルクを制御する点において、実施の形態1に係る流量制御装置100と相違する一方、その他の点においては実施の形態1に係る流量制御装置100と同様である。
図24A,24Bは、流量比較部135による流量制御の処理フローを示す図である。
ステップS11において、Qref>QZでない場合、すなわちQref<QZである場合、流量比較部135は、トルクTが大きくなるようにトルク目標値Trefを増加させる(S17)。ステップS7の後、流量比較部135は、流量目標値Qrefと流量推定値QZとを比較し、Qref=QZであるか否かを判定する(S18)。ステップS18においてQref=QZであれば、ステップS2で設定したトルク目標値Trefによる制御を継続する。
図25は、実施の形態3に係る流量制御装置102の構成を示す図である。
図25に示される流量制御装置102は、空調制御装置4との間および外部電源5との間を無線で接続する点において、実施の形態1に係る流量制御装置100と相違する一方、その他の点においては実施の形態1に係る流量制御装置100と同様である。
Claims (7)
- 流体を受けて回転するタービンを有し、前記タービンの回転によって発電する発電機と、
前記タービンと同軸に配置された基体と、前記基体上に前記基体の軸と直交する方向に延在するとともに前記流体を受ける主面を有し、前記主面と前記基体の軸に直交する平面とのなすピッチ角度が変更可能に設けられた複数の羽根とを備えた静翼と、
前記ピッチ角度を検出する角度検出部と、
前記タービンの角速度と、前記発電機のトルクと、前記角度検出部によって検出された前記ピッチ角度とに基づいて、前記流体の流量を推定する流量推定部と、
前記流量推定部によって推定された前記流量が前記流体の設定流量に一致するように前記発電機のトルクと前記羽根の前記ピッチ角度とを制御する制御部とを備える
ことを特徴とする流量制御装置。 - 請求項1に記載の流量制御装置において、
前記制御部は、
前記流量推定部によって推定された前記流量が前記流体の設定流量に一致するように前記ピッチ角度の目標値を算出するピッチ角度目標値算出部と、
前記羽根の前記ピッチ角度が前記ピッチ角度目標値算出部によって算出された前記ピッチ角度の目標値に一致するような制御信号を生成する静翼制御部と、
前記静翼制御部によって生成された前記制御信号に基づいて前記羽根を駆動することにより、前記ピッチ角度を調節する駆動部とを含む
ことを特徴とする流量制御装置。 - 請求項2に記載の流量制御装置において、
前記ピッチ角度目標値算出部は、
前記設定流量と前記推定された前記流量との差分を算出する差分算出部と、
前記差分算出部によって算出された前記差分を用いたPI制御則に基づいて、前記ピッチ角度の目標値を算出するPI演算部とを含む
ことを特徴とする流量制御装置。 - 請求項3に記載の流量制御装置において、
前記ピッチ角度目標値算出部は、
前記差分算出部によって算出された前記差分を入力するローパスフィルタを更に含み、
前記PI演算部は、前記ローパスフィルタから出力された前記差分を用いて前記ピッチ角度の目標値を算出する
ことを特徴とする流量制御装置。 - 請求項1に記載の流量制御装置において、
前記制御部は、前記流量推定部によって推定された前記流量と前記設定流量とに基づいて、前記発電機のトルクの目標値と前記ピッチ角度の目標値を算出することにより、前記発電機のトルクと前記羽根の前記ピッチ角度とを制御するための流量比較部を含み、
前記流量比較部は、
前記流量推定部によって推定された流量が前記設定流量よりも小さい場合に、前記発電機のトルクの目標値を減少させ、前記トルクの目標値がゼロとなったとき、前記トルクの目標値をゼロに維持しながら前記ピッチ角度の目標値を増加させ、前記流量推定部によって推定された流量が前記設定流量よりも大きい場合に、前記発電機のトルク目標値を増加させ、前記タービンの角速度が下限値に到達したとき、前記タービンの角速度が前記下限値となる前記トルクの目標値を維持しながら、前記ピッチ角度の目標値を減少させる、
ことを特徴とする流量制御装置。 - 請求項1乃至4の何れか一項に記載の流量制御装置において、
前記制御部は、
前記流量の目標値と前記流量推定部によって算出した前記流量の推定値とに基づいて前記発電機のトルクの目標値を算出するトルク目標値算出部を含む
ことを特徴とする流量制御装置。 - 請求項1乃至6の何れか一項に記載の流量制御装置において、
前記流量推定部は、無次元トルクと、無次元流量と、前記ピッチ角度との関係を示す3次元曲面に基づいて、前記流量の推定値を算出する
ことを特徴とする流量制御装置。
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