JPH0694946B2 - 空調システム用流量検出装置 - Google Patents

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が介在されている。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、冷温水の供給が不要
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が各室内機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が介装されて
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が介装されている。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
る流圧に基づいて、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
冷温水の流圧が一定に保たれる。

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が設けられ、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の出力に基づい
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
が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
が余り高くなく、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、流圧が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節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ものである。

（作用） 前記逃がし弁は、圧力センサの出力に基づいて弁開度が
調節されているため、さらに、弁開度が全開であるか全
閉であるかを検出することによって、冷温水の流量が過
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ば足りるの
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台の場合を示してある）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、冷房時の水温を検出するための温度セン
サ31と、暖房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、バイパス路13内を通過する冷温水
の流圧（以下これを、バイパス圧とする）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の出力信号に基づい
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の弁開度に基づ
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
別結果に基づいて、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
容を示すフローチャートであり、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が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が作動し、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21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内の流圧が所定
のトリップ圧以下であるか否かを判別する。全の開閉弁
４が閉じられている状態（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が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、逃が
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13に流れる冷温
水量が安定し、送出管16内圧が一定に保たれる。

次に、ステップ45で、弁開度センサ36の出力に基づい
て、逃がし弁35が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が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が
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、数多くの室内機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で、温度センサ31,32で検出される水温が、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てある。

ここで、冷温水の水温が設定温度である場合に、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内の流圧が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35が
全閉であり、水温が十分でかつ送出管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、一台の電動ポンプ25の運転のみでは、逃がし弁35
が全閉であり、かつ水温が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が行われる。

冷温水供給装置22の運転開始直後は、製造される冷温水
の温度が安定しないため、ステップ51で、冷温水の温度
が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21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21,22
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が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
が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35
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YES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
給が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、冷温水の水温が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、運転台数が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AR1〜R
4と揚程曲線A1〜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Pt1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が増加する。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35は、こ
のPt2に達する前に全閉となる。

また、逃がし弁Pt3は、逃がし弁35が全開となる点であ
り、揚程がこの逃がし弁Pt3を越えると電動ポンプの運
転台数が減少する。この場合、実際の電動ポンプの運転
は、D1〜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25〜28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、冷温水供給装置が適正とな
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閉の位置でオン（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が全開であるか全閉であるかを
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、逃がし弁が全閉の場合には電動ポ
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
全閉でかつ送出管16内の流圧が所定値Pt2以下となるこ
とを電動ポンプの回転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ができ
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 35……逃がし弁、36……弁開度センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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。