JPH04198646A - 空調システム用流量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、高価な流量検出器を用いずに、冷温水供給
装置及び電動ポンプの運転制御のタイミングとなる冷温
水の流量を検出することができる空調システム用流量検
出装置に関する。

（従来の技術） 従来、企業や店舗用のビルディング等では、機械室に設
けた集中冷暖房機から、冷房時には冷水を、暖房時には
温水を、冷温水の送出管を介して各室に設けられた室内
機に供給することにより集中冷暖房を行う空調システム
が普及している。

第４図は、従来の空調システムの構成の一例を示す図で
ある。この空調システムは、集中冷暖房機Ｍから複数台
の室内機５（図中では２台のみ示すが、実際はこれ以上
の台数が並列に接続されているものとする）に冷温水を
供給する構成のものである。

集中冷暖房機Ｍは、３台の冷温水供給装置１〜３と、各
冷温水供給装置１〜３毎に設けられた電動ポンプ７〜９
とを備えている。冷温水供給装置１〜３は、冷凍サイク
ル（圧縮式や吸収式等）や冷水機を用いて冷水を製造す
る冷水供給装置と、ヒータやボイラ等によって温水を製
造する温水供給装置を備えるものである。この集中冷暖
房機Ｍは、並設されたコントローラ１０によって運転制
御される。

室内機５は、冷温水が流れるコイルと、このコイルによ
って冷却若しくは加熱された空気を室内に送風する送風
ファンを備えている。また、室内機５の冷温水流入側に
は開閉弁４か介在されている。そして、冷温水の供給を
希望する場合には開閉弁４を開き、冷温水の供給か不要
な場合には開閉弁４を閉じることによって、各室内機５
毎に冷暖房動作の作動と停止を行える。

コントローラ１０によって冷温水供給装置１〜３及び電
動ポンプ７〜９を作動させると、送出管１６を介して冷
温水が各室内機５に供給され、熱交換後の冷温水は、流
入管１７を通って電動ポンプ７〜９に戻る。送出管１６
と流入管１７の間には、バイパス路１３か各室内機５に
並行して設けられ、このバイパス路１３には、逃がし弁
１２か介装されている。また、送出管１６には、冷温水
の流圧を検出する圧力センサ１８か介装されている。こ
の圧力センサ１８は、流圧に比例して移動するアクチュ
エータ１８ａを備えており、このアクチュエータ１８ａ
は、逃がし弁１２に連結されて、逃がし弁１２の弁開度
を調節する構成となっている。従って、逃がし弁１２は
、圧力センサ１８によって検出される流圧に基ついて、
弁開度が調節されて、冷温水のバイパス量が制御され。

これにより、室内機５に供給される冷温水の流圧か一定
に保たれる。

また、送出管１６には、流量計（差圧式、タービンメー
タ式、容積式、電磁式、超音波式、渦式等の公知のもの
）１９か設けられ、この流量計１９の出力信号は、コン
トローラ１０に入力されている。

そして、コントローラ１０は、流量計１９の出力に基つ
いて、冷温水供給装置１〜３及び電動ポンプ７〜８の運
転台数の増減を行う。例えば、全ての電動ポンプ７〜９
を運転しているときに、流量計１９によって検出される
流量か過剰になった場合には、電動ポンプの運転台数を
減らす（同時に冷温水供給装置の運転台数も減らす）こ
とにより、冷温水の無駄な供給を防止する。また、１台
若しくは２台の電動ポンプを運転しているときに流量計
１９で検出される流量が不足になった場合には、コント
ローラ１０が、電動ポンプの運転台数を増加（同時に、
冷温水供給装置の運転台数も増やす）して冷温水の供給
量を増加させて、冷暖房能力が低下することを防止する
。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、前記従来例にあっては、冷温水の供給量
を制御するための冷温水流量を、高価な流量計１９によ
って検出していたため、空調システム全体の価格が高く
なるものであった。また、通常の流量計は、その検出精
度か余り高くなく、冷温水流量を適性値に調整するまで
の応答性を低下させる要因となっていた。

また、流圧か流量に比例することから、高価な流量計を
使用せず、冷温水の流圧を圧力センサによって検出して
冷温水の供給量を調整する構成も考えられる。しかし、
圧力センサは、送出管１６内の部分的圧力を検出するに
過ぎないため、その検出精度は流量計１９よりも劣るし
、出力も安定しないため、実用には適さない。

（課題を解決するための手段） 前記課題を解決するために、本発明は、圧力センサの出
力に基づいて冷温水の流圧を一定に保持するための逃が
し弁の弁開度を検出して、該逃がし弁が全閉であるか全
開であるかを判別する弁開度判別手段と、前記逃がし弁
が全開のときに冷温水の流量が所定値よりも過剰である
と判断し、逃がし弁が全開のときに冷温水の流量か所定
値よりも不足であると判断する流量判別手段とを具備す
ることを特徴とするものである。

（作用） 前記逃がし弁は、圧力センサの出力に基ついて弁開度が
調節されているため、さらに、弁開度か全開であるか全
閉であるかを検出することによって、冷温水の流量か過
剰であるか不足であるかを判断することができる。

冷温水供給量は、流量の過不足時に調整すれは足りるの
で、本発明の流量検出装置は、前記冷温水供給装置及び
電動ポンプの運転制御のタイミングとなる冷温水の流量
、すなわち、逃がし弁の全開・全閉を検出して、冷温水
供給量の過剰・不足を判別する構成を検出するものであ
る。

（実施例） 第１図は、本発明の一実施例に係る流量検出装置を適用
した空調システムの構成図であり、同図中において、第
４図に示した従来例と同一構成部分には同一符号を付し
てその説明は省略する。

同図に示す空調システムは、４台の冷温水供給装置２１
〜２４と各冷温水供給装置毎に１台ずつ設けられた４台
の電動ポンプ２５〜２８と、複数台の室内機５　（図中
では、例示的に６台の場合を示しである）と、コントロ
ーラ２０とを備えている。冷温水供給装置２１〜２４は
、第４図に示した従来例における冷温水供給装置１〜３
と同一のものである。

送出管１６には、冷房時の水温を検圧するための温度セ
ンサ３１と、暖房時の水温を検出するための温度センサ
３２と、冷温水の流圧を検出するための圧力センサ３３
とが設けられている。これらのセンサ３１〜３３の出力
信号は、コントローラ２０に入力されている。

バイパス路１３は、送出管１６の末端に設けられており
、このバイパス路１３には、ノ＼イパス路１３内を通過
する冷温水の流圧（以下これを、）＼イパス圧とする）
を検出する圧力センサ３４　（以下これを、バイパス圧
センサとする）と、逃がし弁３５が介装されている。逃
がし弁３５は、バルブ調整器３７から供給される励磁電
流の大小に比例して弁開度が変化する比例制御式の電磁
バルブである。バルブ調整器３７は、バイパス圧センサ
３４の出力信号に基ついて、バイパス圧が一定となるよ
うに逃がし弁３５の弁開度を調節する。

逃がし弁３５には、弁開度を検出するための弁開度セン
サ３６が取付けられており、この弁開度センサ３６の出
力信号は、バルブ調整器３７を介してコントローラ２０
に入力されている。同様にバイパス圧センサ３４の出力
信号も、バルブ調整器３７を介してコントローラ２０に
入力されている。前記弁開度センサ３６は、例えば、逃
がし弁３５の弁体に連結されて、弁体の移動量に比例し
た電圧信号を発生するポテンショメータ等で構成されて
いる。

そして、本実施例の流量検出装置は、前記弁開度センサ
３６とコントローラ２０内に設けられたハードウェア及
びソフトウェアで構成された弁開度判別手段と、コント
ローラ２０内にハードウェア及びソフトウェアで構成さ
れた流量判別手段とから構成されている。弁開度判別手
段は、弁開度センサ３６で検出される逃がし弁３５の弁
開度に基ついて、逃がし弁３５が全開であるか全閉であ
るかを判別するものである。また、流量判別手段は、逃
がし弁３５が全開のときに冷温水の流量か所定値よりも
過剰であると判断し、逃がし弁が全閉のときに冷温水の
流量か所定値よりも不足であると判断するものである。

さらに、コントローラ２０内には、前記流量判別手段の
判別結果に基ついて、冷温水供給装置２１〜２４及び電
動ポンプ２５〜２８の運転を制御する手段がハードウェ
ア及びソフトウェアで構成されている。

第３図は、コントローラ２０において実行される制御の
内容を示すフロ−チャートであり、以下このフローチャ
ートに従って、第１図に示す空調システムの動作を説明
する。

先ず、全ての冷温水供給装置２１〜２４及び電動ポンプ
２５〜２８か停止している状態から、運転開始が指令さ
れると（図示しないメインスイッチのオン操作によって
指令する）、コントローラ２０か作動し、第３図中のス
テップ４１の処理により、先ず１台の冷温水供給装置２
１と１台の電動ポンプ２５の運転を開始する。そして、
次のステップ４２で所定時間（例えば、１０秒間）待機
し、ステップ４３で圧力センサ３３の出力を入力して、
送出管１６内の流圧か所定のトリップ圧以下であるか否
かを判別する。全ての開閉弁４か閉しられている状態（
すなわち、全ての室内機５が停止している状態）で、１
台の電動ポンプ２５が運転された場合には、冷温水がバ
イパス路１３のみを流れるが、このとき逃がし弁３５か
作動しないと電動ポンプ２５が締切り運転となり故障す
る場合がある。そこで、この高圧状態に達する前の上限
値をトリップ圧として設定し、送出管１６内圧がこのト
リップ圧以上となった場合には、ステップ４７で電動ポ
ンプ２５〜２８の運転を停止して、締切り運転の発生を
回避する。

ステップ４３で、送出管１６内圧がトリップ圧以下であ
ると判断された場合には、室内機５が１台以上運転され
ていることになるため、冷温水供給装置２１と電動ポン
プ２５を運転させたまま、ステップ４４で、冷温水が循
環し、逃かし弁３５の弁開度が安定するまでの所定時間
（例えば、５分）待機する。これにより、バイパス路１
３に流れる冷温水量が安定し、送出管１６内圧か一定に
保たれる。

次に、ステップ４５で、弁開度センサ３６の出力に基つ
いて、逃がし弁３５か全開であるか否かを判別する。こ
のとき、１台の電動ポンプ２５か運転されている状態で
は、運転されている室内機５が１台であっても、逃がし
弁３５か全開になることは無いので、次にステップ４８
で、逃がし弁３５が全閉であるか否かを判別する。

ここで、多くの室内機５が運転されている場合には、１
台の電動ポンプ２５のみによって供給できる冷温水量は
不足するため、バイパス路１３内の流圧が低くなり、逃
がし弁３５が全閉となる場合がある。この場合には、次
にステップ４９て、温度センサ３１，３２で検出される
水温か、可変設定される空調温度に対して不足している
か否かを判別する。すなわち、冷房時には、設定された
冷房温度を得るのに必要な水温より高いか否かを判別し
、暖房時には、設定された暖房温度を得るのに必要な水
温より低いか否かを判別する。判断に際しては、設定温
度の上下にヒステリシス幅を持たせである。

ここで、冷温水の水温が設定温度である場合には、次に
、ステップ５２で、圧力センサ３３の出力に基づいて、
送出管１６内の流圧か不足しているか否かを判別する。

今、１台の電動ポンプ２５の運転のみでは、逃がし弁３
５が全閉であり、水温か十分でかっ送出管１６内の流圧
も所定値（室内機５の運転に必要な流圧の下限値である
）以下である場合には、流圧不足と判断され、次のステ
ップ５３で、電動ポンプの運転台数を増加する。この場
合には、既に運転している電動ポンプ２５に加えて２台
目の電動ポンプ２６を運転する。但し、この段階では２
台目の冷温水供給装置２２の運転は開始しない。

そしてステップ４３に戻る。

また、−台の電動ポンプ２５の運転のみでは、逃がし弁
３５か全閉であり、かつ水温か不足する場合がある。す
ると、ステップ４９がＹＥＳとなり、ステップ５０で今
度は、冷温水供給装置の運転台数を増加する。この場合
には、２台目の冷温水供給装置２２を運転する。これに
より、２台の冷温水供給装置２１．２２により冷温水が
製造され、２台の電動ポンプ２５．２６により冷温水の
供給か行われる。

冷温水供給装置２２の運転開始直後は、製造される冷温
水の温度か安定しないため、ステップ５１で、冷温水の
温度か安定するまで所定時間（例えば、２０分）待機す
る。

このようにして、１台の冷温水供給装置２）と１台の電
動ポンプ２５の運転状態から、２台の冷温水供給装置２
１．２２及び２台の電動ポンプ２５．２６の運転状態に
なる。

同様にして、逃がし弁３５か全閉で流圧不足になる毎に
、ステップ５３で電動ポンプの運転台数が１台ずつ増加
し、冷温水の水温不足となる毎に冷温水供給装置の運転
台数か１台ずつ増加して行く。そして、逃がし弁３５が
全開でも全閉でもない状態（冷温水が必要量供給され、
送出管１６内の流圧が一定に保たれている状態）になる
と、ステップ４５と４８がＮＯとなるため、室内機５の
運転台数に適した台数の冷温水供給装置及び電動ポンプ
が運転された状態を維持する。

なお、冷温水供給装置２１〜２４を運転するときは、必
ず対応して設けられている電動ポンプ２５〜２８も運転
される構成となっているため、水温不足が甚だしい場合
には、ステップ４９と５０によって冷温水供給装置の運
転台数増加と同時に電動ポンプの運転台数増加が行われ
る。

他方、３台以上の冷温水供給装置と電動ポンプが運転さ
れているときに、室内機５の運転台数が減少すると、冷
温水の供給量が過剰となる。この場合には、逃がし弁３
５の開度が増加してバイパス路１３に流れる冷温水量が
増す。そして、冷温水供給量の余剰量が大きいときには
、逃がし弁３５が全開となる場合がある。

逃がし弁３５が全開になると、ステップ４５が）“ＥＳ
となり、ステップ４６で冷温水供給装置及び電動ポンプ
の運転台数を１台ずつ減らす。これにより、冷温水の供
給量が減少し、冷温水供給量の過剰状態が回避できる。

１台ずつの冷温水供給装置及び電動ポンプの停止でも冷
温水過剰供給か解消できない場合には、さらにステップ
４６で最低で１台ずつとなるまで、それらの運転台数を
減らして行く。

なお、冷温水供給装置２１〜２４は、図示しない温度調
節制御処理によって、冷温水の水温か設定値よりも過剰
となった場合には、適正な水温となるまで、運転台数か
１台ずつ減少していく。この場合、運転が停止した冷温
水供給装置に設けられている電動ポンプは運転を継続し
ているため、冷温水供給量は変化しないで、水温のみが
変化する。すなわち、この場合には、冷温水流量が変化
しないため、第３図の制御とは別個に行う。

第２図は、電動ポンプ２５〜２８の運転領域を示す特性
図である。図中の曲線Ａ１は１台の電動ポンプ２４を運
転したときの揚程、曲線Ａ２は２台の電動ポンプ２５．
２６を運転したときの合計の揚程、曲線Ａ３は３台の電
動ポンプ２５〜２７０運転したときの合計の揚程、曲線
Ａ４は４台の電動ポンプ２５〜２８を運転したときの合
計の揚程である。また、図中の曲線Ｒ１は１台の電動ポ
ンプ２４を運転したときの冷温水の流体抵抗であり、以
下同様に、Ｒ２は２台を運転した場合、Ｒ３は３台を運
転した場合、Ｒ４は４台を運転した場合の流体抵抗であ
る。さらに、図中の流体抵抗曲線Ｒ１〜Ｒ４と揚程曲線
Ａｌ−Ａ４の交点Ｄ１〜Ｄ４で電動ポンプ２５〜２８を
運転したときの流量Ｆ１〜Ｆ４が各運転台数における定
格流量である。また、図中Ｐｔｌはトリップ圧である。

そして、図中Ｐｔ２は冷温水の流圧の下限値（これは、
冷温水の供給を正常に行うための必要最小限の流圧であ
る）であり、合計の揚程がこのＰｔ２以下の場合には、
冷温水の流圧（送出管１６の内圧）が下限値以下となる
ため、電動ポンプの運転台数か増加する。この制御は、
第３図中のステップ５２．５３で行われる。逃がし弁３
５は、このＰｔ２に達する前に全閉となる。

また、逃かし圧Ｐｔ３は、逃がし弁３５が全開となる点
であり、揚程かこの逃がし弁Ｐｔ３を越えると電動ポン
プの運転台数か減少する。この場合、実際の電動ポンプ
の運転は、Ｄ］〜Ｄ４の領域で行われる。この制御は第
３図中のステップ４５゜４６で行われる。従って、電動
ポンプ２５〜２Ｂの運転は、直線Ｐｔ２とＰｔ３に挟ま
れる領域（図中に太線で示す部分）で行われるのである
。

このように、第１図に示す空調システムは、本実施例に
係る流量検出装置を用いて、冷温水供給量か適正となる
ように、電動ポンプ２５〜２８の運転台数を切替える制
御を行っている。

なお、本発明の流量検出装置は、前記実施例に限定され
ることはなく、例えば、前記弁開度センサ３６は、逃が
し弁３５の弁が全開の位置及び全開の位置でオン（又は
オフ）となる２つのリミットスイッチに代替し、コント
ローラ２０においてリミットスイッチのオン（又はオフ
）信号に基づいて逃がし弁３５か全開であるか全閉であ
るがを判断する構成としても良い。

また、本発明の流量検出装置を適用する空調システムは
、前記実施例のように、複数の電動ポンプ２５〜２８の
運転台数を切替えて冷温水供給量を調節する構成のもの
に限らず、電動ポンプの回転数を増減して冷温水供給量
を調節するものにも同様に適用できる。すなわち、逃が
し弁が全開の場合には電動ポンプの回転数を減少させて
冷温水供給量を減らし、逃がし弁が全開の場合には電動
ポンプの回転数を増加して冷温水供給量を増やすように
制御する構成とする。

さらに、第１図に示した空調システムは、逃がし弁３５
が全閉でかっ送出管１６内の流圧が所定値Ｐｔ２以下と
なることを電動ポンプの運転台数の減少の条件としてい
るが、これは、逃がし弁３５が全閉となったことのみを
条件としても良い（すなわち、第３図中のステップ５２
を省略したものでも良い）。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明は、圧力センサの出
力に基づいて冷温水の流圧を一定に保持するための逃が
し弁の弁開度か全開のときに冷温水の流量が所定値より
も過剰であると判断し、逃がし弁が全開のときに冷温水
の流量が所定値よりも不足であると判断する構成とした
ことにより、冷温水供給装置及び電動ポンプの運転制御
のタイミングとなる冷温水の流量を検出することかでき
る。

従って、本発明によれば、高価な流量計を用いる必要が
なくなり、安価で、精度の良い流量検出装置を提供する
ことができる。そして、本発明の流量検出装置を適用し
た空調システムは、冷温水供給量の制御応答性が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る流量検出装置を用いた
空調システムの構成図、第２図は同空調システムを構成
する電動ポンプの運転領域を合計揚程と冷温水の流量と
の関係で示す特性図、第３図は同空調システムを構成す
るコントローラが実行する制御の内容を示すフローチャ
ート、第４図は従来の流量計を用いた空調システムの構
成図である。 ４・・・開閉弁　　　　　５・・・室内機１３・・・バ
イパス路　　１６・・・送出管１７・・・流入管　　　
　２０・・・コントローラ２１〜２４・・・冷温水供給
装置 ２５〜２８・・・電動ポンプ ３１．３２・・・温度センサ ３３．３４・・・圧力センサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数の室内機と、 冷温水を製造する冷温水供給装置と、 該冷温水供給装置で製造された冷温水を前記室内機に送
   出するための電動ポンプと、 冷温水のバイパス路に介装されて冷温水の流圧を検出す
   る圧力センサと、 該圧力センサの出力に基づいて、冷温水の流圧を一定に
   保持するための逃がし弁とを備える空調システムに設け
   られ、 前記冷温水供給装置及び電動ポンプの運転制御のタイミ
   ングとなる冷温水の流量を検出するための空調システム
   用流量検出装置において、 前記逃がし弁の弁開度を検出して、該逃がし弁が全開で
   あるか全閉であるかを判別する弁開度判別手段と、 前記逃がし弁が全開のときに冷温水の流量が所定値より
   も過剰であると判断し、逃がし弁が全閉のときに冷温水
   の流量が所定値よりも不足であると判断する流量判別手
   段とを具備することを特徴とする空調システム用流量検
   出装置。