JPH063326Y2 - 蓄熱放熱空調配管システム装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は蓄熱槽を使用した蓄熱放熱空調配管システム装
置に関する。

（従来の技術及び考案が解決しようとする問題点） 一般に、この種のシステムとしては、第６図又は第７図
の構成が採用されている。

第６図に示すシステムはオープン回路型であり、蓄熱槽
Ｔ内の熱伝達媒体（冷水又は温水）は、熱発生機Ｒによ
り冷却（又は加熱）され、ポンプＰ２により空調機Ｋへ
送られる。この第６図の構成では、熱発生機Ｒ及びポン
プＰ１を有する回路１と、空調機Ｋ及びポンプＰ２を有
する回路２とが互いに独立しており、それらの入口及び
出口が、それぞれ蓄熱槽Ｔに接続している。

第７図に示すシステムはオープン・クローズド切換回路
型であり、第６図のシステムと比べると、熱発生機回路
１の入口側の分岐通路１０が空調機回路２の下流部に接
続し、出口側の分岐通路１１が回路２の上流部に接続し
ている点が異なっている。このシステムでは、熱発生機
回路１の入口通路１２と入口側分岐通路１０ならびに出
口通路１３と分岐通路１１とが、それぞれ、択一的に開
閉される。

そして第６図及び第７図のいずれのシステムでも、以下
の制御条件に基づいて運転される。

蓄熱槽容量は空調負荷のピーク時に対して決められて
いる。

熱源によって作られる冷水（又は温水）は、一旦、全
量を蓄熱槽に蓄熱した後、負荷側へ放熱される。

蓄熱水の放熱量の制御は、負荷側で要求される熱量に
応じた送水量を制御する方式が一般に採用される。

ところが上記条件、、に基づいて運転を行うと、
冷房を例にとると、小負荷の時、負荷側からの還水の温
度が低くなる場合が多い。

これは負荷側で充分熱交換されずに戻るためで、有効に
使用されないエネルギーを多量に搬送していることにな
る。

更に、このような低温の還水は、蓄熱槽からの放熱を早
めることになり、熱源にとって搬送上と消費上の二重の
無駄を強いることになる。

第６図や第７図の蓄熱槽方式では、流量を制御するた
めに、一般に、２方弁絞り弁１５が使用されるが、その
ように絞りによる流量制御を行うと、負荷変動に応じて
ポンプの送水圧力が上昇した場合等は機器の耐圧性能に
問題が生じるおそれがある。

ポンプは、２方弁１５での絞り作用により送水量が変
化するが、第８図の如く、１つの揚程曲線に対応する軸
動力曲線は１本しかなく、送水量が変化しても、ポンプ
の運転条件は１本の軸動力曲線上で変化するだけである
ので、何らエネルギーの節約にはならない。

ポンプの揚程は、オープン回路が、第９図の揚程曲線
Ａの如く、（実揚程Ｈ_Ａ＋管路及び機器の損失）を要す
るのに対し、クローズド回路では、揚程曲線Ｂの如く、
管路及び機器の損失のみでよいことから、両回路の圧力
差は実揚程Ｈ_Ａに相当することになる。

従ってオープン・クローズド切換型のシステムでは、オ
ープン回路からクローズド回路に切り換えると、両回路
の圧力差（Ｈ_Ａ）に相当する圧力が余るので、これを弁
絞りによって絞らなければポンプは過大流量となって安
全に運転できない。

ところが、弁絞りによって圧力を消費させることは、ク
ローズド回路に対して望ましい特性（揚程曲線Ｃ）のポ
ンプを使う時と比較すると、無駄に高い圧力（即ち動
力）を消費していることになる。

又、弁絞りを過大に行うとキャビテーションを生じ、弁
の寿命が損われる。更に両回路の切り換えや、それに伴
う種々の切換操作及び調整作業に手数を要する。

（問題点を解決するための手段） 本考案は、蓄熱槽Ｔと、蓄熱槽Ｔ内の入口２Ａから蓄熱
槽Ｔより低く開放羽根隙間を制御することにより吐出圧
一定となる二次側ポンプＰ２と二次側ポンプＰ２へ吐出
圧信号を供給する圧力センサー２０と空調機Ｋと第１温
度センサー３２と第１温度センサー３２で開度が制御さ
れる第１温度制御弁３３と第１落水防止弁２７とを経て
蓄熱槽Ｔ内の出口２Ｂに至る空調機回路２と、第１落水
防止弁２７と出口２Ｂの間の空調機回路２上の入口１Ａ
から分岐し第２温度制御弁２２と蓄熱槽Ｔより低く開放
羽根隙間を制御することにより吐出圧一定となる一次側
ポンプＰ１と蓄熱槽Ｔ内の第２温度センサー３４に接続
した熱発生機Ｒと第２温度制御弁２２を制御する第３温
度センサー２４と第２落水防止弁２６を経て空調機回路
２の入口２Ａと二次側ポンプＰ２の間の空調機回路２上
の出口１Ｂに至る熱発生機回路１と、第２温度制御弁２
２と一次側ポンプＰ１の間の熱発生機回路１から分岐し
て第３温度センサー２４で制御される第３温度制御弁２
９を有し熱発生機Ｒと第２落水防止弁２６の間の熱発生
機回路１に至る第１バイパス通路２８と、第１温度セン
サー３２と第１温度制御弁３３の間の空調機回路２から
分岐し第１温度センサー３２で制御される第４温度制御
弁３１を有し熱発生機回路出口１Ｂと二次側ポンプＰ２
の間の空調機回路２に至る第２バイパス通路３０とを備
え、第１温度制御弁３３と第２温度制御弁２２が全開の
時オープン回路状態となり、半開の時オープン・クロー
ズド併用型回路状態となり、全閉の時第４温度制御弁３
１が全開してクローズド回路状態となるようにした蓄熱
放熱空調配管システム装置である。

（実施例） 第１図において、空調機Ｋを有する空調機回路２は入口
２Ａと出口２Ｂが蓄熱槽Ｔに接続している。空調機Ｋよ
りも上流側において、回路２には２次ポンプＰ２が設け
てある。ポンプＰ２と空調機Ｋとの間において、回路２
には圧力センサー２０が設けてある。ポンプＰ２は性能
変更型で、圧力センサー２０による検知した圧力に基づ
いて吐出圧が一定となるように制御される。空調機Ｋよ
りも下流側において回路２には２方弁２１が設けてあ
る。

熱発生機Ｒを有する回路１は、蓄熱槽Ｔに直接接続する
入口及び出口を備えておらず、その単一の入口１Ａが、
２方弁２１と出口２Ｂとの間において、回路２に接続
し、単一の出口１Ｂが、ポンプＰ２と入口２Ａとの間に
おいて、回路２に接続している。

回路１には、熱発生機Ｒよりも上流側にポンプＰ１が設
けられ、更に上流側に温度制御弁２２が設けられてい
る。又、熱発生機Ｒの下流側には温度センサー２４が設
けてある。温度センサー２４は温度制御弁２２に電気的
に接続しており、温度センサー２４により検知した水温
に基づいて温度制御弁２２の開閉動作が制御される。

ポンプＰ１及びポンプＰ２は蓄熱槽Ｔの水面よりも低い
位置に設置してあり、それらの吸込圧力を正圧とすると
ともに、フート弁を設けない半密閉回路配管方式となっ
ている。又、そのために、回路１の下流部及び回路２の
下流部（入口１Ａよりも上流側の部分）には落水防止弁
２６、２７が設けてある。

更に、図示の回路１には、ポンプＰ１と温度制御弁２２
の間の部分と、熱発生機Ｒと落水防止弁２６の間の部分
とをつなぐバイパス通路２８が並設されている。通路２
８には前記温度センサー２４に電気的に接続する温度制
御弁２９が設けてある。

又、回路２には、ポンプＰ２と回路出口１Ｂ（回路１と
の接続点）との間の部分と、２方弁１と落水防止弁２７
の間の部分とをつなぐバイパス通路３０が設けてある。
通路３０には温度制御弁３１が設けてあり、温度制御弁
３１に温度センサー３２が電気的に接続している。温度
センサー３２は２方弁２１と通路３０の間において回路
２に設けてあり、上記温度制御弁３１の外に、温度制御
弁３３にも接続している。温度制御弁３３は通路３０と
落水防止弁２７との間において回路２に設けてある。
又、蓄熱槽Ｔ内には温度センサー３４が設置してある。

上記システムでは、熱発生機Ｒの発停は温度センサー３
４の検知温度で制御され、又、熱発生機Ｒ以外の各部
も、所要運転条件や温度センサー３２で検知される水温
等の実際の運転状態に応じて、種々の回路状態で運転さ
れ、具体的には、オープン回路状態、クローズド回路状
態、オープン・クローズド併用型回路状態のいずれかを
自動的に適当に選択して運転が行われる。

上記オープン（汲み上げ）回路状態では、回路２によ
り、入口２Ａ、ポンプＰ２、空調機Ｋ、出口２Ｂをつな
ぐ回路が形成される。

上記クローズド（循環）回路状態では、回路１の出口１
Ｂ、ポンプＰ２、空調機Ｋ、回路１の入口１Ａ、ポンプ
Ｐ１、熱発生機Ｒ、出口１Ｂをつなぐ回路が形成され
る。

上記オープン・クローズド併用型回路状態では、上記ク
ローズド回路状態同様に、回路１の出口１Ｂ、ポンプＰ
２、空調機Ｋ、回路１の入口１Ａ、ポンプＰ１、熱発生
機Ｒ、出口１Ｂをつなぐ循環回路が形成される。更にそ
の循環回路に追加する形で、入口２Ａから出口１Ｂ（接
続点）までの揚水回路と入口１Ａ（接続点）から出口２
Ｂまでの還水回路とが形成されるが、あるいは、出口２
Ｂ（この場合は入口として作用する）から入口１Ａ（接
続点）までの給水回路と出口１Ｂから入口２Ａ（この場
合は出口として作用する）までの還水回路とが形成され
る。

上記オープン（汲み上げ）回路状態では、蓄熱槽Ｔと負
荷部（空調機Ｋ）との連結により、負荷部で放熱され、
蓄熱槽Ｔと熱源部との連結により、蓄熱補充が行われ
る。

上記クローズド（循環）回路状態では、熱源部と負荷部
が直列となり、負荷部で放熱が行われる。

上記オープン・クローズド併用型回路状態では、循環と
汲み上げとが行われ、蓄熱槽Ｔ補充と負荷側放熱あるい
は、蓄熱槽Ｔ汲み上げと負荷側放熱とが行われる。

このオープン・クローズド併用型回路状態での具体的な
運転パターンは次の通りである。

第１Ａ図は、負荷側熱量Ｑ２＝０の場合を示しており、
この運転パターンでは、弁２２は、温度センサー２４が
熱発生機Ｒの冷水（又は温水）の出口温度が一定になっ
たことを検知するまで、半開となる。この時、弁２９は
その開度状態が弁２２の開度状態に対して逆比例の関係
で変化し（オープン・クローズド併用型回路状態）、設
定温度低下の場合に、弁２２は全開となり、弁２９は全
閉となる（オープン回路状態）。

第１Ｂ図は、小負荷状態で、熱源側熱量Ｑ１＝０の場合
を示しており、この運転パターンでは、負荷側からの還
水の温度が設定温度よりも低い場合に、弁３３は全閉と
なり、弁３１は全開となる（クローズド回路状態）。上
記還水温度が設定温度以上の場合、弁３３は全開とな
り、弁３１は全閉となる（オープン回路状態）。

第１Ｃ図は、熱源側熱量Ｑ１と負荷側熱量Ｑ２とが等し
い（Ｑ１＝Ｑ２）の場合を示しており、この運転パター
ンでは、循環水量は等しくなり、弁２２は全開、弁３３
は全開となる（オープン回路）。但し、このパターンを
可能にするためには、熱源側は負荷側に見合う比例した
運転制御が必要である。

第１Ｄ図は、熱源側熱量Ｑ１が負荷側熱量Ｑ２よりも小
さい（Ｑ１＜Ｑ２）場合を示し、第１Ｅ図は、熱源側熱
量Ｑ１が負荷側熱量Ｑ２よりも大きい（Ｑ１＞Ｑ２）の
場合を示している。

オープン（汲み上げ）回路状態では、蓄熱槽Ｔと負荷部
（空調機Ｋ）との連結により、負荷部で放熱され、蓄熱
槽Ｔと熱源部との連結により蓄熱補充が行われる。

第１Ａ図及び第１Ｂ図に関連して説明した如く、弁２２
と弁３３が全開の時にオープン回路状態となり、半開の
時にオープン・クローズド併用型回路状態となり、全閉
の時にクローズド回路状態となる。

そして、オープン・クローズド併用型回路状態では、循
環と汲み上げとが行われ、熱源側熱量Ｑ１が負荷側熱量
Ｑ２よりも小さい（Ｑ１＜Ｑ２）時に、第１Ｄ図のパタ
ーンとなって蓄熱汲み上げと負荷側放熱とが行われ、熱
源側熱量Ｑ１が負荷側熱量Ｑ２よりも大きい（Ｑ１＞Ｑ
２）時に、第１Ｅ図のパターンとなって蓄熱槽補充と負
荷放熱とが行われる。

上記構成によると、負荷側へ熱供給しながら、蓄熱槽へ
も補充運転することができるので、ピーク負荷に合せた
蓄熱槽容量とする必要がない。

又、熱源から得た冷水（又は温水）は一旦、全量を蓄熱
槽Ｔへ蓄熱した後に負荷側へ放熱されるのではなく、蓄
熱エネルギーを取り出しながら消費負荷の不足分を直
接、負荷側へ供給することができるので、熱の損失が少
ない。

還水温度を温度センサー３２により検出して、温度制御
弁３３により切り換えを行い、蓄熱槽Ｔとの連絡を行う
ので、従来であれば、小負荷時に放熱しきらぬ低温の還
水が蓄熱槽へ戻されていたが、本考案によれば、放熱を
充分に行い、所定の還水温度に達してはじめて温度制御
弁３３の切り換えが行われて蓄熱槽Ｔへ連絡され、還水
が蓄熱槽Ｔへ戻されることになるから、熱の有効利用度
が高い。

充分に放熱を終えて所定の温度に達した還水が蓄熱槽Ｔ
へ戻るから、従来のように蓄熱槽Ｔからの放熱が早めら
れ、熱源に取って大きな無駄を生じるということがなく
なる。

更に上記実施例を詳細に説明すると、ポンプＰ１、Ｐ２
は、前記種々の運転状態に対応して次のように制御され
る。

まず、圧力については、第１図の圧力センサー２０での
検知圧力を一定に保つ末端圧一定制御の他に、台数制御
が行われる。

ポンプＰ１、ポンプＰ２は、オープン及びクローズド回
路の両方で作用させるために、性能変更制御型とし、前
記第９図の揚程Ａ及びＣのように、それぞれの回路状態
で必要とする性能に調節される。オープン回路及びクロ
ーズド回路の双方について、末端圧一定制御を受けるの
で、設定圧力が両回路について一定の場合について、ポ
ンプの作動状態を図示すると第２図のようになる。

第２図において、（イ）がオープン回路時の最大水量で
の運転点、（ロ）はクローズド回路時の最大水量での運
転点であり、（イ−ロ）間の揚程差が実揚程Ｈ_Ａに相当
する。（ハ）はクローズド回路時の最小（ゼロ）水量で
の運転点である。（ニ）はオープン回路時の最小水量で
の運転点であり、（イ）での水量及び揚程は要求される
最大値であるから、ポンプは（イ）から（ハ）まで無段
階の性能変化をすることにより、第１図の圧力センサー
２０での検知圧力を一定に保つ運転をする。すなわち、
（イ−ロ−ハ−ニ）の四辺形で囲まれた運転条件範囲で
送水運転制御を行う。

ポンプは上述のようにオープン、クローズド両回路に対
応した性能にコントロールされるので、揚程が小さくて
よいクローズド回路の場合（第３図の特性Ｄ）は、揚程
の低下に応じて軸動力特性は特性Ｌ１から特性Ｌ２へ低
下し、軸動力を節約できる。

又、末端圧力を一定に保つから、機器に対して過度な圧
力上昇などの弊害を与えることがない。

第１図の一次側ポンプＰ１も性能変更制御型とし、吐出
圧力一定制御を行うと、このポンプＰ１の吸込側圧力は
オープン回路とクローズド回路の間での回路変化に応じ
実揚程ＨAに対応する値からゼロへと変化するが、性能
制御によってこの圧力差を吸収し、吐出圧一定にコント
ロールする。これにより二次側ポンプＰ２の吸込圧力は
略一定になるので、ポンプＰ２の所要圧力制御幅は第２
図の場合よりも吸込圧力の変動幅だけ小さくてすむこと
により、制御応答性が向上する。又、一次側ポンプＰ１
も、圧力変化に応じた省エネルギー型に構成できる。

第４図に一次側ポンプＰ１の制御の状態図を示す。第４
図において、Ｈ０は吸込圧力がゼロの時の性能、Ｈ0＋
ＨAは吸込圧力がＨAの時の性能、Ｈは吐出圧一定制御圧
力、ＨSは最小揚程、ＨＡは実揚程である。

以上の記載において、性能変更型ポンプとは、自力水力
制御によって、ポンプ性能を無段階に変更できるものを
指し、具体的には、開放羽根隙間を制御することによっ
てポンプ性能を変更するもので、その制御フローチャー
トは第５図の通りである。

上述の構成によると、回路構成が簡単であるという利点
もある。すなわち、オープン、クローズド両回路の切換
は還水の温度検出によって自動弁（温度制御弁３３）を
切り換えるだけであるので、基本的には、従来構造に対
して、自動弁と制御回路の追加だけですみ、簡単であ
る。

第１図の構造は、管径の大きい場合のもので、そのため
に、各切換配管毎に弁を備えているが、小径管では３方
弁に置き換えても同じ作用効果を得ることができ、又、
その方がコストが安くつく。

更に上記構成では、自動切換が行われるので、従来のよ
うに切換作業に手数を要することがなくなる。

（考案の効果） 以上のように本考案によれば、以下の効果を奏する。

負荷側へ熱供給しながら蓄熱槽へも補充運転すること
ができるので、ピーク負荷に合せた蓄熱槽容量とする必
要がない。

熱源から得た伝熱媒体は一旦、全量を蓄熱槽へ蓄熱し
た後に負荷側へ放熱されるのではなく、蓄熱エネルギー
を取り出しながら消費負荷の不足分を直接負荷側へ供給
することができるので、熱の損失が少ない。

所定の還水温度に達するまでは還水が蓄熱槽に戻され
ないので、小負荷時であっても放熱が充分に行なわれ、
熱の有効利用度が高い。

温度検知センサーによる検知温度に基づいた自動制御
弁の作動によって回路構成が変化するようになっている
ので、伝熱媒体の放熱状態を確実に検知でき、また回路
構成を簡単化できる。

例えば熱発生機による蓄熱は熱負荷部を介さずに行な
われるので、効率が良い。

【図面の簡単な説明】 第１図は実施例のレイアウト図、第１Ａ図〜第１Ｅ図は
種々の運転パターンを示す略図、第２図は揚程特性を示
すグラフ、第３図は揚程特性と軸動力特性の関係を示す
グラフ、第４図は揚程特性を示すグラフ、第５図はポン
プ制御動作のフローチャート、第６図は従来例のレイア
ウト図、第７図は別の従来例のレイアウト図、第８図は
揚程特性と軸動力特性の関係を示すグラフ、第９図は揚
程特性を示すグラフである。１、２…回路、２２…制御
弁、２４…温度検知センサー、Ｋ…空調機（熱負荷
部）、Ｐ１、Ｐ２…ポンプ、Ｒ…熱発生機、Ｔ…蓄熱槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−84345（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−85840（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】蓄熱槽Ｔと、蓄熱槽Ｔ内の入口２Ａから蓄
   熱槽Ｔより低く開放羽根隙間を制御することにより吐出
   圧一定となる二次側ポンプＰ２と二次側ポンプＰ２へ吐
   出圧信号を供給する圧力センサー２０と空調機Ｋと第１
   温度センサー３２と第１温度センサー３２で開度が制御
   される第１温度制御弁３３と第１落水防止弁２７とを経
   て蓄熱槽Ｔ内の出口２Ｂに至る空調機回路２と、第１落
   水防止弁２７と出口２Ｂの間の空調機回路２上の入口１
   Ａから分岐し第２温度制御弁２２と蓄熱槽Ｔより低く開
   放羽根隙間を制御することにより吐出圧一定となる一次
   側ポンプＰ１と蓄熱槽Ｔ内の第２温度センサー３４に接
   続した熱発生機Ｒと第２温度制御弁２２を制御する第３
   温度センサー２４と第２落水防止弁２６を経て空調機回
   路２の入口２Ａと二次側ポンプＰ２の間の空調機回路２
   上の出口１Ｂに至る熱発生機回路１と、第２温度制御弁
   ２２と一次側ポンプＰ１の間の熱発生機回路１から分岐
   して第３温度センサー２４で制御される第３温度制御弁
   ２９を有し熱発生機Ｒと第２落水防止弁２６の間の熱発
   生機回路１に至る第１バイパス通路２８と、第１温度セ
   ンサー３２と第１温度制御弁３３の間の空調機回路２か
   ら分岐し第１温度センサー３２で制御される第４温度制
   御弁３１を有し熱発生機回路出口１Ｂと二次側ポンプＰ
   ２の間の空調機回路２に至る第２バイパス通路３０とを
   備え、第１温度制御弁３３と第２温度制御弁２２が全開
   の時オープン回路状態となり、半開の時オープン・クロ
   ーズド併用型回路状態となり、全開の時第４温度制御弁
   ３１が全開してクローズド回路状態となるようにした蓄
   熱放熱空調配管システム装置。