KR20140088900A

KR20140088900A - 열원 시스템 및 그 열매 유량 제어 방법

Info

Publication number: KR20140088900A
Application number: KR1020147015083A
Authority: KR
Inventors: 미노루 마츠오; 사토시 니카이도; 고키 다테이시; 도시아키 오우치
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2013-02-26
Publication date: 2014-07-11
Also published as: EP2821726B1; JP5836156B2; EP2821726A1; KR101613031B1; WO2013129349A1; CN103958980B; JP2013178036A; US9414521B2; CN103958980A; US20140360714A1; EP2821726A4

Abstract

부하측의 규모나 배관 계통에 관계없이 유량 제어를 실현할 수 있음과 함께, 또한, 에너지 절약화를 도모하는 것을 목적으로 한다. 열원 시스템의 상위 제어 장치(20)에 있어서, 헤더 차압이 차압 목표치에 일치하는 바이패스 밸브 개도 지령치가 개도 지령치 결정부(22)에 의하여 결정되고, 개도 목표치 설정부(24)에 의하여, 헤더 차압 또는 바이패스 밸브 개도의 거동에 따른 개도 목표치가 설정된다. 그리고, 개도 목표치 설정부(24)에 의하여 설정된 개도 목표치, 개도 지령치 결정부(22)에 의하여 결정된 개도 지령치를 이용하여, 열매 유량 설정부(23)에 의하여 열매 유량 설정치가 결정된다.

Description

열원 시스템 및 그 열매 유량 제어 방법{HEAT SOURCE SYSTEM AND METHOD OF CONTROLLING FLOW RATE OF HEATING MEDIUM THEREOF}

본 발명은, 열원 시스템 및 그 열매 유량 제어 방법에 관한 것이다.

종래, 열원 시스템에 있어서의 열매 유량 제어 방법으로서, 예를 들면, 특허문헌 1에 개시되는 방법이 있다. 특허문헌 1에는, 인버터 구동의 송액 펌프의 회전수를 제어하는 펌프 운전 상태 제어 장치와, 각 부하 배관 계통의 열매 유량을 제어하는 유량 제어 장치를 구비하는 열원 시스템이 개시되어 있다. 이 열원 시스템에서는, 송액 펌프의 운전 상태 제어 장치가, 최대의 열매 유량이 되는 부하 배관 계통의 유량 제어 밸브에 대해서, 밸브 전체 개방의 지령을 출력함과 함께, 원하는 유량을 얻도록 송액 펌프의 회전수를 제어하고, 요구 유량이 적은 다른 배관 계통의 유량은, 각각의 유량 제어 밸브의 개도에 따라 유량을 제어하고 있다.

일본 특허공개공보 2011-127859호

상기 특허문헌 1에 개시된 방법에서는, 부하 배관 계통에 있어서의 밸브 제어도 제어 대상이 되기 때문에, 부하의 규모나 배관 계통에 따라 유량 제어 장치를 커스터마이즈할 필요가 있었다.

본 발명은, 부하측의 규모나 배관 계통에 관계없이 열매 유량 제어를 실현할 수 있음과 함께, 또한, 에너지 절약화를 도모할 수 있는 열원 시스템 및 그 열매 유량 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 양태는, 원하는 온도의 열매를 제조하여, 부하에 대해서 공급하는 열원 수단과, 상기 열원 수단으로부터의 열매를 상기 부하에 공급하는 제1 배관과, 상기 제1 배관에 설치된 서플라이 헤더와, 상기 부하에서 이용된 열매를 상기 열원 수단으로 공급하는 제2 배관과, 상기 제2 배관에 설치된 리턴 헤더와, 상기 서플라이 헤더로부터 리턴 헤더로 열매를 바이패스시키는 바이패스 배관과, 상기 바이패스 배관에 설치되어, 열매의 바이패스 유량을 조정하는 바이패스 밸브와, 상기 제1 배관에 있어서의 상기 서플라이 헤더보다 열매 흐름의 상류측, 또는, 상기 제2 배관에 있어서의 상기 리턴 헤더보다 열매 흐름의 하류측에 설치되어, 회전 속도가 가변으로 된 펌프와, 상기 바이패스 밸브의 밸브 개도를 조정하는 제어 수단을 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 서플라이 헤더와 상기 리턴 헤더의 사이의 차압인 헤더 차압이 차압 목표치에 일치하는 바이패스 밸브 개도 지령치를 결정하는 개도 지령치 결정 수단과, 헤더 차압 또는 바이패스 밸브 개도의 거동에 따른 개도 목표치를 설정하는 개도 목표치 설정 수단과, 바이패스 밸브 개도 지령치와 열매 유량 설정치와의 관계가, 개도 목표치에 관련지어 규정되어 있는 개도 유량 특성을 보유하고, 상기 개도 목표치 설정 수단에 의하여 설정된 개도 목표치에 대응하는 개도 유량 특성을 이용하여, 상기 개도 지령치 결정 수단에 의하여 결정된 개도 지령치에 대응하는 열매 유량 설정치를 취득하는 열매 유량 설정 수단을 구비하고, 상기 열매 유량 설정치에 따라 상기 펌프의 주파수 제어가 행해지는 열원 시스템을 제공한다.

본 발명에 의하면, 헤더 차압이 차압 목표치에 일치하는 바이패스 밸브 개도 지령치가 개도 지령치 결정 수단에 의하여 결정되고, 개도 목표치 설정 수단에 의하여, 헤더 차압 또는 바이패스 밸브 개도의 거동에 따른 개도 목표치가 설정된다. 그리고, 개도 목표치 설정부에 의하여 설정된 개도 목표치, 개도 지령치 결정 수단에 의하여 결정된 개도 지령치를 이용하여, 열매 유량 설정 수단에 의하여 열매 유량 설정치가 결정된다. 이로써, 열매의 유량 제어를 열원 시스템측에 있어서 완결시키는 것이 가능해진다. 이 결과, 외부 부하의 규모나 구조에 따라 열원 시스템측에 있어서의 바이패스 밸브 개도의 조정이나 펌프의 주파수 제어를 커스터마이즈할 필요가 없어져, 범용성이 높은 시스템을 제공할 수 있다.

상기 열원 시스템에 있어서, 상기 개도 목표치 설정 수단은, 바이패스 밸브 개도와 개도 목표치와의 편차가 미리 설정되어 있는 소정의 범위 내이며, 헤더 차압이 차압 목표치 이하인 상태가 소정의 제1 기간 유지된 경우에, 현재 설정되어 있는 개도 목표치를 저하시키고, 상기 개도 유량 특성은, 개도 목표치가 작아짐에 따라, 동일한 바이패스 밸브 개도 지령치에 대한 열매 유량 설정치가 작아지도록 설정되어 있어도 된다.

상기 구성에 의하면, 바이패스 밸브 개도와 개도 목표치의 편차가 소정의 범위 내이며, 헤더 차압이 차압 목표치 이하인 상태가 제1 기간 유지된 경우에는, 현재 설정되어 있는 개도 목표치가 저하된다. 즉, 헤더 차압이 차압 목표치 이하인 상태에 있어서는, 바이패스 유량이 과잉인 상태, 바꾸어 말하면, 바이패스 밸브를 다소 조여도 되는 상태인 것을 나타내고 있다. 따라서, 이러한 상태에서는, 개도 목표치를 저하시킴으로써, 개도 유량 특성으로부터 얻어지는 열매 유량 설정치를 저하시킨다. 이로써, 펌프의 주파수를 낮출 수 있어, 에너지 절약화를 도모할 수 있다.

상기 열원 시스템에 있어서, 바이패스 밸브 개도가 개도 목표치보다 큰 경우에, 바이패스 밸브 개도와 개도 목표치와의 편차에 따른 열매 유량에 대응하는 헤더 차압을 산출하고, 상기 헤더 차압을 보정치로서 이용하여, 차압 목표치를 감소시키는 차압 목표치 설정 수단을 가지며, 상기 개도 목표치 설정 수단은, 헤더 차압과 바이패스 밸브 개도와의 관계가 규정되어 있는 차압 개도 특성을 가지고, 상기 차압 목표치 설정 수단에 의하여 차압 목표치가 변경된 경우에, 변경 후의 차압 목표치에 대응하는 바이패스 밸브 개도를 차압 개도 특성으로부터 취득하며, 취득한 바이패스 밸브 개도를 개도 목표치로서 설정하고, 차압 개도 특성은, 차압 목표치가 감소함에 따라 개도 목표치도 감소하도록 설정되어 있어도 된다.

상기 구성에 의하면, 바이패스 밸브 개도가 개도 목표치보다 큰 경우에는, 바이패스 밸브 개도가 보정치로서 이용되어 차압 목표치가 저하되고, 또한, 이 차압 목표치의 변경에 따라 개도 목표치가 저하된다. 이와 같이 개도 목표치가 저하되는 방향으로 변경됨으로써, 개도 유량 특성으로부터 얻어지는 열매 유량 설정치를 저하시키는 것이 가능해진다. 이로써, 펌프의 주파수를 낮출 수 있어, 에너지 절약화를 도모할 수 있다.

본 발명의 제2 양태는, 원하는 온도의 열매를 제조하여, 부하에 대해서 공급하는 열원 수단과, 상기 열원 수단으로부터의 열매를 상기 부하에 공급하는 제1 배관과, 상기 제1 배관에 설치된 서플라이 헤더와, 상기 부하에서 이용된 열매를 상기 열원 수단으로 공급하는 제2 배관과, 상기 제2 배관에 설치된 리턴 헤더와, 상기 서플라이 헤더로부터 리턴 헤더로 열매를 바이패스시키는 바이패스 배관과, 상기 바이패스 배관에 설치되어, 열매의 바이패스 유량을 조정하는 바이패스 밸브와, 상기 제1 배관에 있어서의 상기 서플라이 헤더보다 열매 흐름의 상류측, 또는, 상기 제2 배관에 있어서의 상기 리턴 헤더보다 열매 흐름의 하류측에 설치되어, 회전 속도가 가변으로 된 펌프와, 상기 바이패스 밸브의 밸브 개도를 조정하는 제어 수단을 구비하는 열원 시스템에 적용되는 열매 유량 제어 방법으로서, 상기 서플라이 헤더와 상기 리턴 헤더의 사이의 차압인 헤더 차압이 차압 목표치에 일치하는 바이패스 밸브 개도 지령치를 결정하는 개도 지령치 결정 과정과, 헤더 차압 또는 바이패스 밸브 개도의 거동에 따른 개도 목표치를 설정하는 개도 목표치 설정 과정과, 바이패스 밸브 개도 지령치와 열매 유량 설정치와의 관계가, 개도 목표치에 관련지어 규정되어 있는 개도 유량 특성을 보유하고, 상기 개도 목표치 설정 과정에 있어서 설정된 개도 목표치에 대응하는 개도 유량 특성을 이용하여, 상기 개도 지령치 결정 과정에 있어서 결정된 개도 지령치에 대응하는 열매 유량 설정치를 취득하는 열매 유량 설정 과정을 포함하며, 상기 열매 유량 설정치에 따라 상기 펌프의 주파수 제어가 행해지는 열원 시스템의 열매 유량 제어 방법이다.

본 발명에 의하면, 부하측의 규모나 배관 계통에 관계없이 유량 제어를 실현할 수 있고, 또한, 에너지 절약화를 도모할 수 있다는 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 열원 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 열원 시스템의 제어계의 구성을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 3은 상위 제어 장치가 구비하는 각종 제어 기능 중, 바이패스 밸브의 밸브 개도 제어에 관계하는 기능을 주로 나타낸 기능 블록도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 개도 지령치 결정부의 일 구성예를 나타낸 도이다.
도 5는 개도 유량 특성의 일례를 나타낸 도이다.
도 6은 개도 목표치 설정부에 의하여 실행되는 개도 목표치의 변경 처리의 순서를 나타낸 플로우차트이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 열원 시스템의 효과에 대하여 설명하기 위한 도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 상위 제어 장치에 있어서, 열매 유량 제어에 관한 기능을 주로 나타낸 기능 블록도이다.
도 9는 도 10에 나타낸 차압 목표치 설정부에 의한 헤더 차압 목표치의 변경 처리의 순서를 나타낸 플로우차트이다.
도 10은 차압 목표치 설정부에 의하여 실행되는 처리를 설명하기 위한 도이다.
도 11은 차압 개도 특성의 일례를 나타낸 도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 열원 시스템의 효과에 대하여 설명하기 위한 도이다.

[제1 실시형태]

이하에, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 열원 시스템 및 그 열매 유량 제어 방법에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 열원 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 열원 시스템(1)은, 예를 들면, 공조기나 급탕기, 공장설비 등의 외부 부하에 대해서 공급하는 열매(냉수)를 냉각 또는 가열하는 복수의 열원기(11a, 11b, 11c)를 구비하고 있다. 도 1에서는, 3대의 열원기(11a, 11b, 11c)가 설치되어 있는 경우에 대하여 예시하고 있지만, 열원기의 설치 대수에 대해서는 임의로 결정할 수 있다.

열매 흐름으로부터 본 각 열원기(11a, 11b, 11c)의 상류측에는, 각각, 열매를 압송하는 펌프(12a, 12b, 12c)가 설치되어 있다. 이들 펌프(12a, 12b, 12c)에 의하여, 리턴 헤더(14)로부터의 열매가 각 열원기(11a, 11b, 11c)로 보내진다. 각 펌프(12a, 12b, 12c)는, 인버터 모터(도시하지 않음)에 의하여 구동되도록 되어 있으며, 이로써, 회전수를 가변으로 함으로써 가변 유량 제어된다.

서플라이 헤더(13)에는, 각 열원기(11a, 11b, 11c)에 의하여 냉각 또는 가열된 열매가 모이도록 되어 있다. 서플라이 헤더(13)에 모인 열매는, 외부 부하에 공급된다. 외부 부하에서 공조기 등에 제공되어 승온 혹은 냉각된 열매는, 리턴 헤더(14)로 보내진다. 열매는, 리턴 헤더(14)에 있어서 분기되어, 각 열원기(11a, 11b, 11c)로 다시 보내지게 된다.

또, 서플라이 헤더(13)와 리턴 헤더(14)와의 사이에는 바이패스 배관(18)이 설치되어 있다. 바이패스 배관(18)에는, 바이패스 유량을 조정하기 위한 바이패스 밸브(19)가 설치되어 있다.

상기 바이패스 밸브(19)의 밸브 개도 제어 및 펌프(12a, 12b, 12c)의 인버터 제어는, 상위 제어 장치(제어 수단)(20)에 의하여 실시된다.

도 2는, 도 1에 나타낸 열원 시스템(1)의 제어계의 구성을 개략적으로 나타낸 도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 각 열원기(11a, 11b, 11c)의 제어 장치인 열원기 제어 장치(10a, 10b, 10c)는, 상위 제어 장치(20)와 통신 매체(21)를 통하여 접속되어 있으며, 쌍방향의 통신이 가능한 구성으로 되어 있다. 상위 제어 장치(20)는, 예를 들면, 열원 시스템(1) 전체를 제어하는 제어 장치이며, 서플라이 헤더(13)와 리턴 헤더(14)와의 사이의 차압(이하 "헤더 차압"이라고 함.)에 근거하여 바이패스 밸브(19)의 밸브 개도를 제어함과 함께, 펌프(12a, 12b, 12c)의 회전수 제어를 각 열원기 제어 장치(10a, 10b, 10c)로 행하게 하기 위한 지령인 열매 유량 설정치를 열원기(11a, 11b, 11c)에 부여한다. 또, 상위 제어 장치(20)는, 예를 들면, 외부 부하의 요구 부하에 대해서 기동시키는 열원기(11a, 11b, 11c)의 대수를 제어하는 열원기 대수 제어도 행하는 것으로 하여도 된다.

상위 제어 장치(20), 열원기 제어 장치(10a, 10b, 10c)는, 예를 들면, 컴퓨터이며, CPU(중앙연산 처리장치), RAM(Random Access Memory) 등의 주기억장치, 보조기억장치, 외부의 기기와 통신을 행함으로써 정보를 주고 받는 통신 장치 등을 구비하고 있다.

보조기억장치는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체이며, 예를 들면, 자기 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, DVD-ROM, 반도체 메모리 등이다. 이 보조기억장치에는, 각종 프로그램이 격납되어 있으며, CPU가 보조기억장치로부터 주기억장치에 프로그램을 독출하여, 실행함으로써 다양한 처리를 실현시킨다.

도 3은, 상위 제어 장치(20)가 구비하는 각종 제어 기능 중, 바이패스 밸브(19)의 밸브 개도 제어에 관계하는 기능을 주로 나타낸 기능 블록도이다.

도 3에 나타나는 바와 같이, 상위 제어 장치(20)는, 개도 지령치 결정부(22), 열매 유량 설정부(23), 개도 목표치 설정부(24)를 구비하고 있다.

개도 지령치 결정부(22)는, 미리 설정되어 있는 차압 목표치에 헤더 차압(ΔP)을 일치시키는 바이패스 밸브 개도 지령치를 결정한다. 구체적으로는, 개도 지령치 결정부(22)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 차압 목표치와 헤더 차압(ΔP)과의 편차(차분)를 산출하는 편차 계산부(31)와, 그 차압에 대해서 PI 제어를 행하는 PI 제어부(32)를 구비하고 있다. PI 제어부(32)의 출력은, 바이패스 밸브 개도 지령치로서 바이패스 밸브(19)에 부여됨과 함께, 열매 유량 설정부(23)에 출력되어, 이용된다.

열매 유량 설정부(23)는, 바이패스 밸브 개도 지령치와 열매 유량 설정치와의 관계가, 개도 목표치에 관련지어 규정되어 있는 개도 유량 특성을 보유하고 있다. 도 5에 개도 유량 특성의 일례를 나타낸다. 도 5에 있어서, 가로축은 바이패스 밸브 개도 지령치, 세로축은 열매 유량 설정치를 나타내고 있다. 개도 유량 특성은, 바이패스 밸브 개도 지령치가 클수록 열매 유량 설정치가 저하된다는 특징을 가짐과 함께, 개도 목표치가 작아짐에 따라, 동일한 바이패스 밸브 개도 지령치에 대한 열매 유량 설정치가 작아지도록 설정되어 있다. 바꾸어 말하면, 개도 목표치가 높을 수록 기울기가 커지도록 설정되어 있다.

다만, 개도 유량 특성은, 도 5에 나타내는 바와 같이 테이블로서 보유하고 있어도 되고, 개도 목표치 및 바이패스 밸브 개도 지령치를 파라미터로서 포함하는 열매 유량 설정치의 연산식으로서 보유하고 있어도 된다.

열매 유량 설정부(23)는, 후술하는 개도 목표치 설정부(24)에 의하여 설정되는 개도 목표치에 대응하는 개도 유량 특성을 이용하여, 개도 지령치 결정부(22)에 의하여 결정된 바이패스 밸브 개도 지령치에 대응하는 열매 유량 설정치를 취득한다.

취득한 열매 유량 설정치는, 예를 들면, 상위 제어 장치(20)로부터 각 열원기 제어 장치(10a, 10b, 10c)에 송신되고, 이 열매 유량 설정치에 근거하는 각 펌프(12a, 12b, 12c)의 주파수 제어가 행해진다. 각 펌프(12a, 12b, 12c)는, 각 펌프로부터 송출되는 유량의 합계가 열매 유량 설정치가 되도록, 각각의 회전수가 제어된다.

개도 목표치 설정부(24)는, 헤더 차압(ΔP) 또는 바이패스 밸브 개도의 거동에 따라 개도 목표치를 설정한다. 개도 목표치 설정부(24)는, 예를 들면, 개도 목표치의 초기치(예를 들면, 10[%])를 보유하고 있으며, 열원 시스템(1)의 기동 시에 있어서는, 개도 목표치를 초기치로 설정한다. 그 후, 헤더 차압(ΔP) 또는 바이패스 밸브 개도가 요구 부하 등에 따라 변화된 경우에는, 이들의 상태에 따라 개도 목표치를 변경한다.

개도 목표치 설정부(24)에 의한 개도 목표치의 변경은, 예를 들면, 도 6에 나타내는 처리 순서에 따라 행해진다.

먼저, 바이패스 밸브 개도와 개도 목표치와의 편차의 절대치가 미리 설정되어 있는 제1 임계치 이하인지 아닌지를 판정하고(도 6의 스텝 SA1), 바이패스 밸브 개도와 개도 목표치와의 편차의 절대치가 제1 임계치 이하(예를 들면, 개도 목표치에 대해서 ±0.5[%] 이내)이면, 헤더 차압(ΔP)이 미리 설정되어 있는 차압 목표치(예를 들면, 200[kPa]) 이하인지 아닌지를 판정한다(스텝 SA2). 이 결과, 헤더 차압(ΔP)이 차압 목표치 이하인 경우에는, 그 상태가 미리 설정된 제1 기간(예를 들면, 60[sec]) 유지되고 있는지 아닌지를 판정한다(스텝 SA3). 이 결과, 헤더 차압(ΔP)이 차압 목표치 이하인 상태가 제1 기간 유지되고 있는 경우에는, 개도 목표치를 일정량, 소정의 레이트(예를 들면, 0.1[%min])로 저하시키고(스텝 SA4), 상기 스텝 SA1로 되돌아간다.

한편, 스텝 SA2에 있어서, 헤더 차압(ΔP)이 차압 목표치보다 큰 경우에는, 그 상태가 미리 설정된 제2 기간(예를 들면, 60[sec]) 유지되고 있는지 아닌지를 판정한다(스텝 SA5). 이 결과, 헤더 차압(ΔP)이 차압 목표치보다 큰 상태가 제2 기간 유지되고 있는 경우에는, 개도 목표치를 일정량, 소정의 레이트(예를 들면, 0.1[%min])로 증가시키고(스텝 SA6), 상기 스텝 SA1로 되돌아간다.

또, 상기 스텝 SA1에 있어서, 바이패스 밸브 개도와 개도 목표치와의 편차의 절대치가 제1 임계치보다 큰 경우, 스텝 SA3에 있어서 상기 상태가 제1 기간 유지되지 않은 경우, 스텝 SA5에 있어서 상기 상태가 제2 기간 유지되지 않은 경우에는, 개도 목표치를 변경하는 일 없이, 스텝 SA1로 되돌아간다.

다만, 상기 제1 기간과 제2 기간은 동일한 값으로 설정되어 있어도 되고, 상이한 값으로 설정되어 있어도 된다.

다음으로, 상술한 각 기능을 구비하는 상위 제어 장치(20)에 의하여 실행되는 열매 유량 제어에 대하여 설명한다.

먼저, 기동 시에 있어서는, 개도 목표치 설정부(24)에 의하여 미리 설정되어 있는 초기치가 개도 목표치로 설정된다. 또, 개도 지령치 결정부(22)에 의하여 차압 목표치와 헤더 차압(ΔP)에 근거하는 바이패스 밸브 개도 지령치가 결정되고, 이 바이패스 밸브 개도 지령치에 따른 열매 유량 설정치가 열매 유량 설정부(23)에 의하여 설정된다.

바이패스 밸브가 바이패스 밸브 개도 지령치에 근거하여 제어됨으로써, 헤더 차압(ΔP)은 차압 목표치에 일치하도록 제어되고, 또, 바이패스 밸브 개도 지령치에 따른 열매 유량 설정치에 근거하여 각 펌프(12a, 12b, 12c)의 주파수가 조정됨으로써, 열매의 유량 조정이 행해진다.

이러한 제어가 행해지고 있는 경우에 있어서, 바이패스 밸브 개도와 개도 목표치의 편차의 절대치가 제1 임계치 이하이며(도 6의 스텝 SA1에 있어서 "YES"), 헤더 차압(ΔP)이 차압 목표치 이하인 상태가 제1 기간 유지된 경우(도 6의 스텝 SA2, SA3에 있어서 "YES"), 개도 목표치 설정부(24)는, 개도 목표치를 소정량 저하시킨다. 그리고, 이후, 상기 스텝 SA1로부터 스텝 SA3의 조건을 충족하는 한, 개도 목표치는 연속하여 소정량씩 저하되어 가게 된다.

상기와 같이, 개도 목표치가 저하되면, 열매 유량 설정부(23)에 의하여 참조되는 개도 유량 특성은 변경되고, 동일한 바이패스 밸브 개도 지령치에 대한 열매 유량 설정치가 작아진다. 이로써, 열매 유량 설정부(23)에 의하여 설정되는 유량 설정치는 감소하고, 이에 따라 펌프(12a, 12b, 12c)의 회전수가 저하되는 방향으로 제어되어, 열매의 전체 유량이 감소한다.

열매의 전체 유량이 감소하면, 헤더 차압(ΔP)이 감소한다. 헤더 차압(ΔP)이 감소하면, 헤더 차압(ΔP)을 차압 목표치에 일치시키기 위하여, 바이패스 밸브 개도 지령치는 감소하는 방향(폐쇄하는 방향)으로 조정된다. 이로써, 바이패스 밸브유량은 감소한다. 바이패스 밸브유량이 감소하면, 헤더 차압(ΔP)은 증가하는 경향으로 변하게 된다. 그리고, 상기 일련의 상태 변화가 소정 기간 계속됨으로써, 헤더 차압(ΔP)이 차압 목표치를 넘으면, 도 6의 스텝 SA3에 있어서 "NO"라고 판단되어, 개도 목표치의 변경이 정지된다.

또, 반대로, 바이패스 밸브 개도와 개도 목표치의 편차의 절대치가 제1 임계치 이하이며(도 6의 스텝 SA1에 있어서 "YES"), 또한, 헤더 차압(ΔP)이 차압 목표치를 넘고 있는 상태가 제2 기간 유지된 경우에는(스텝 SA2에 있어서 "NO", 스텝 SA5에 있어서 "YES"), 개도 목표치 설정부(24)는, 개도 목표치를 소정량 증가시킨다(스텝 SA6). 그리고, 이후, 상기 스텝 SA1, 스텝 SA5의 조건을 충족하는 한, 개도 목표치는 연속하여 소정량씩 증가해 가게 된다.

상기와 같이, 개도 목표치가 증가하면, 열매 유량 설정부(23)에 의하여 참조되는 개도 유량 특성은 변경되고, 동일한 바이패스 밸브 개도 지령치에 대한 유량 설정치가 증가한다. 이로써, 열매 유량 설정부(23)에 의하여 설정되는 유량 설정치는 증가하고, 펌프의 회전수도 증가하게 된다.

펌프의 회전수가 증가하면, 열매의 전체 유량이 증가하게 되어, 헤더 차압(ΔP)이 증가한다. 헤더 차압(ΔP)이 증가하면, 헤더 차압(ΔP)을 차압 목표치에 일치시키기 위하여, 바이패스 밸브 개도 지령치는 증가하는 방향(개방하는 방향)으로 제어된다. 이로써, 바이패스 밸브유량은 증가하게 된다. 바이패스 밸브유량이 증가하면, 헤더 차압(ΔP)은 감소하는 경향으로 전환되게 된다. 그리고, 상기 일련의 상태 변화가 소정 기간 계속됨으로써, 헤더 차압(ΔP)이 차압 목표치 이하가 되면, 도 6의 스텝 SA5에 있어서 "NO"라고 판단되어, 개도 목표치의 변경이 정지된다.

이상 설명해 온 바와 같이, 본 실시형태에 관한 열원 시스템 및 그 열매 유량 제어 방법에 의하면, 열매의 유량 제어를 열원 시스템측에 있어서 완결시키는 것이 가능해진다. 이로써, 외부 부하의 규모나 구조에 따라 열원 시스템측에 있어서의 바이패스 밸브 개도의 조정이나 펌프의 주파수 제어를 커스터마이즈할 필요가 없어져, 범용성이 높은 시스템을 제안할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 관한 열원 시스템에 의하면, 바이패스 밸브 개도와 개도 목표치의 편차가 제1 임계치 이하이며, 헤더 차압(ΔP)이 차압 목표치 이하인 상태가 제1 기간 유지된 경우에는, 개도 목표치를 저하시키는 제어를 행한다.

즉, 헤더 차압(ΔP)이 차압 목표치 이하인 상태에 있어서는, 바이패스 유량이 과잉인 상태, 바꾸어 말하면, 바이패스 밸브(19)를 다소 조여도 되는 상태인 것을 나타내고 있다. 따라서, 이들의 상태에 있어서는, 바이패스 밸브 개도를 감소시켜, 바이패스 유량을 좁힘과 함께, 바이패스 유량으로서 흡수되고 있던 잉여분의열매 유량을 펌프(12a~12c)의 회전수를 저하시킴으로써 흡수시킨다. 이와 같이, 바이패스 밸브 개도는 가능한 한 폐쇄되는 방향으로 제어하고, 바이패스 밸브 개도를 폐쇄함으로써 증가한 열매 유량을 펌프(12a~12c)의 주파수를 저감시키는 것에 의하여 흡수함으로써, 펌프(12a~12c)의 소비 전력을 저하시킬 수 있어, 에너지 절약화를 도모하는 것이 가능해진다.

예를 들면, 개도 목표치가 10[%]인 상태에 있을 때에, 바이패스량이 송수 유량(외부 부하에 공급되는 유량+바이패스량)의 5[%]에 상당하는 경우, 개도 목표치를 5[%]로 좁히면, 바이패스량을 송수 유량의 2.5[%]까지 저감할 수 있다. 이 경우, 펌프는, 동일한 헤드를 유지한 상태로 2.5[%]의 열매 유량을 줄인 운전을 실시할 수 있다. 이로써, 펌프의 인버터 주파수를 1[%] 저감할 수 있다. 또, 소비 전력은 주파수 지령의 3승에 비례하기 때문에, 소비 전력을 2[%] 저감하는 것이 가능해진다.

도 7에 펌프를 정격 주파수로 운전한 경우, 99% 주파수로 운전한 경우의 열매 유량과 헤더와의 관계를 비교하여 나타낸다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 동일한 헤더(=1.0)를 유지하는 경우에, ΔF의 유량을 저감시킬 수 있으며, 그 유량(ΔF)에 상당하는 소비 전력을 저감시킬 수 있다.

[제2 실시형태]

다음으로, 본 발명의 제2 실시형태에 관한 열원 시스템 및 그 열매 유량 제어 방법에 대하여 설명한다.

상술한 제1 실시형태에서는, 개도 목표치를 변경할 뿐이며, 차압 목표치에 대해서는 일정하였다. 본 실시형태에서는, 차압 목표치에 대해서도 변경하는 점이 상기 제 1 실시형태와 상이하다. 이하, 상술의 제1 실시형태와 공통되는 점에 대해서는 설명을 생략하고, 상이한 점에 대하여 주로 설명한다.

도 8은, 본 실시형태에 관한 상위 제어 장치(20)에 있어서, 열매 유량 제어에 관한 기능을 주로 나타낸 기능 블록도이다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관한 상위 제어 장치(20')는, 도 3에 나타낸 구성에 대해서, 차압 목표치 설정부(25)가 추가되어 있는 점, 및, 개도 목표치 설정부(24')가, 차압 목표치의 변경에 따라 개도 목표치를 변경시키는 기능을 더욱 가지는 점이 상이하다.

차압 목표치 설정부(25)에 의한 차압 목표치의 변경은, 예를 들면, 도 9에 나타내는 처리 순서에 따라 행해진다.

먼저, 바이패스 밸브 개도가 개도 목표치보다 큰지 아닌지를 판정하고(도 9의 스텝 SB1), 바이패스 밸브 개도가 개도 목표치보다 큰 경우에, 열매 유량 설정부(23)가 보유하는 개도 유량 특성(도 5 참조)을 참조하여, 바이패스 밸브 개도와 개도 목표치와의 편차에 대응하는 바이패스 유량을 취득한다(도 9의 스텝 SB2). 이 때, 개도 유량 특성은, 개도 목표치 설정부(24)에 의하여 설정되어 있는 현재의 개도 목표치에 대응하는 것을 참조한다.

예를 들면, 도 10에 나타내는 바와 같이, 현재의 바이패스 밸브 개도가 개도(A), 개도 목표치가 개도(B)인 경우, 이 편차에 대응하는 바이패스 유량은, ΔBT가 된다. 다음으로, 차압 목표치 설정부(25)는, 바이패스 유량(ΔBT)에 대응하는 헤더 차압(ΔBP)을 산출한다(도 9의 스텝 SB3). 예를 들면, 차압 목표치 설정부(25)는, 바이패스 유량(ΔBT)을 파라미터로서 포함하는 헤더 차압(ΔBP)의 연산식을 보유하고 있으며, 이 연산식을 이용하여 바이패스 유량(ΔBT)에 대응하는 헤더 차압(ΔBP)을 산출한다. 계속해서, 차압 목표치 설정부(25)는, 헤더 차압(ΔBP)을 보정치로 하여, 현재의 차압 목표치를 감소시키고(도 9의 스텝 SB4), 스텝 SB1로 되돌아간다.

개도 목표치 설정부(24')는, 차압 목표치 설정부(25)에 의하여 차압 목표치가 변경된 경우에, 변경 후의 차압 목표치에 근거하여 개도 목표치를 변경한다. 구체적으로는, 개도 목표치 설정부(24')는, 헤더 차압과 바이패스 밸브 개도와의 관계가 규정되어 있는 차압 개도 특성을 가지고 있다. 도 11에 차압 개도 특성의 일례를 나타낸다. 도 11에 있어서, 가로축은 헤더 차압(차압 목표치), 세로축은 바이패스 밸브 개도를 나타내고 있다. 차압 개도 특성은, 헤더 차압이 감소함에 따라, 바이패스 밸브 개도도 감소하도록 설정되어 있다. 이 차압 개도 특성은, 도 11에 나타내는 바와 같이 테이블로서 보유되어 있어도 되고, 헤더 차압을 파라미터로서 포함하는 바이패스 밸브 개도의 연산식으로서 보유하고 있어도 된다.

개도 목표치 설정부(24')는, 차압 목표치 설정부(25)에 의하여 차압 목표치가 변경된 경우, 변경 후의 차압 목표치에 대응하는 바이패스 밸브 개도를 차압 개도 특성으로부터 취득하고, 취득한 바이패스 밸브 개도에 현재의 개도 목표치를 변경한다.

그리고, 개도 목표치가 감소하는 방향으로 변경되면, 상술의 제1 실시형태에서 서술한 바와 같이, 펌프의 회전수를 저하시킬 수 있다. 이로써, 에너지 절약화를 도모하는 것이 가능해진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 열원 시스템 및 그 열매 유량 제어 방법에 의하면, 개도 목표치보다 바이패스 밸브 개도가 큰 경우에는, 그 개도의 편차에 상당하는 열매 유량이 산출되고, 또한, 이 열매 유량에 대응하는 헤더 차압(ΔBP)이 산출되며, 이 헤더 차압(ΔBP)에 따라 차압 목표치가 감소하는 방향으로 갱신된다. 또한, 이 차압 목표치의 감소에 따라, 개도 목표치도 감소하는 방향으로 변경된다.

이와 같이 개도 목표치가 감소하는 방향으로 변경되면, 동일한 바이패스 밸브 개도 지령치에 대한 유량 설정치를 감소시킬 수 있으며(도 5 참조), 펌프(12a~12c)의 회전수를 저감시키는 것이 가능해진다.

예를 들면, 차압 목표치가 200[kPa]로 설정되어 있는 경우에, 차압 목표치를 10[kPa] 저하시켜 동일한 열매 유량을 공급하는 경우를 상정하면, 도 12에 나타내는 바와 같이, 정격 유량을 유지하는 경우와 비교하여 펌프의 인버터 주파수를 2[%] 저감할 수 있다. 또, 소비 전력은 주파수 지령의 3승에 비례하기 때문에, 소비 전력은 6[%] 저감하는 것이 가능해진다.

1 열원 시스템
10a, 10b, 10c 열원기 제어 장치
11a, 11b, 11c 열원기
12a, 12b, 12c 펌프
13 서플라이 헤더
14 리턴 헤더
18 바이패스 배관
19 바이패스 밸브
20, 20' 상위 제어 장치
22 개도 지령치 결정부
23 열매 유량 설정부
24, 24' 개도 목표치 설정부
25 차압 목표치 설정부

Claims

원하는 온도의 열매를 제조하여, 부하에 대해서 공급하는 열원 수단과,
상기 열원 수단으로부터의 열매를 상기 부하에 공급하는 제1 배관과,
상기 제1 배관에 설치된 서플라이 헤더와,
상기 부하에서 이용된 열매를 상기 열원 수단으로 공급하는 제2 배관과,
상기 제2 배관에 설치된 리턴 헤더와,
상기 서플라이 헤더로부터 리턴 헤더로 열매를 바이패스시키는 바이패스 배관과,
상기 바이패스 배관에 설치되어, 열매의 바이패스 유량을 조정하는 바이패스 밸브와,
상기 제1 배관에 있어서의 상기 서플라이 헤더보다 열매 흐름의 상류측, 또는, 상기 제2 배관에 있어서의 상기 리턴 헤더보다 열매 흐름의 하류측에 설치되어, 회전 속도가 가변으로 된 펌프와,
상기 바이패스 밸브의 밸브 개도를 조정하는 제어 수단
을 구비하고,
상기 제어 수단은,
상기 서플라이 헤더와 상기 리턴 헤더의 사이의 차압인 헤더 차압이 차압 목표치에 일치하는 바이패스 밸브 개도 지령치를 결정하는 개도 지령치 결정 수단과,
헤더 차압 또는 바이패스 밸브 개도의 거동에 따른 개도 목표치를 설정하는 개도 목표치 설정 수단과,
바이패스 밸브 개도 지령치와 열매 유량 설정치와의 관계가, 개도 목표치에 관련지어 규정되어 있는 개도 유량 특성을 보유하고, 상기 개도 목표치 설정 수단에 의하여 설정된 개도 목표치에 대응하는 개도 유량 특성을 이용하여, 상기 개도 지령치 결정 수단에 의하여 결정된 개도 지령치에 대응하는 열매 유량 설정치를 취득하는 열매 유량 설정 수단
을 구비하고,
상기 열매 유량 설정치에 따라 상기 펌프의 주파수 제어가 행해지는 열원 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 개도 목표치 설정 수단은, 바이패스 밸브 개도와 개도 목표치와의 편차가 미리 설정되어 있는 소정의 범위 내이며, 헤더 차압이 차압 목표치 이하인 상태가 소정의 제1 기간 유지된 경우에, 현재 설정되어 있는 개도 목표치를 저하시키고,
상기 개도 유량 특성은, 개도 목표치가 작아짐에 따라, 동일한 바이패스 밸브 개도 지령치에 대한 열매 유량 설정치가 작아지도록 설정되어 있는 열원 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
바이패스 밸브 개도가 개도 목표치보다 큰 경우에, 바이패스 밸브 개도와 개도 목표치와의 편차에 따른 열매 유량에 대응하는 헤더 차압을 산출하고, 상기 헤더 차압을 보정치로서 이용하여, 차압 목표치를 감소시키는 차압 목표치 설정 수단을 가지며,
상기 개도 목표치 설정 수단은, 헤더 차압과 바이패스 밸브 개도와의 관계가 규정되어 있는 차압 개도 특성을 가지고, 상기 차압 목표치 설정 수단에 의하여 차압 목표치가 변경된 경우에, 변경 후의 차압 목표치에 대응하는 바이패스 밸브 개도를 차압 개도 특성으로부터 취득하며, 취득한 바이패스 밸브 개도를 개도 목표치로서 설정하고,
차압 개도 특성은, 차압 목표치가 감소함에 따라 개도 목표치도 감소하도록 설정되어 있는 열원 시스템.
원하는 온도의 열매를 제조하여, 부하에 대해서 공급하는 열원 수단과, 상기 열원 수단으로부터의 열매를 상기 부하에 공급하는 제1 배관과, 상기 제1 배관에 설치된 서플라이 헤더와, 상기 부하에서 이용된 열매를 상기 열원 수단으로 공급하는 제2 배관과, 상기 제2 배관에 설치된 리턴 헤더와, 상기 서플라이 헤더로부터 리턴 헤더로 열매를 바이패스시키는 바이패스 배관과, 상기 바이패스 배관에 설치되어, 열매의 바이패스 유량을 조정하는 바이패스 밸브와, 상기 제1 배관에 있어서의 상기 서플라이 헤더보다 열매 흐름의 상류측, 또는, 상기 제2 배관에 있어서의 상기 리턴 헤더보다 열매 흐름의 하류측에 설치되어, 회전 속도가 가변으로 된 펌프와, 상기 바이패스 밸브의 밸브 개도를 조정하는 제어 수단을 구비하는 열원 시스템에 적용되는 열매 유량 제어 방법으로서,
상기 서플라이 헤더와 상기 리턴 헤더의 사이의 차압인 헤더 차압이 차압 목표치에 일치하는 바이패스 밸브 개도 지령치를 결정하는 개도 지령치 결정 과정과,
헤더 차압 또는 바이패스 밸브 개도의 거동에 따른 개도 목표치를 설정하는 개도 목표치 설정 과정과,
바이패스 밸브 개도 지령치와 열매 유량 설정치와의 관계가, 개도 목표치에 관련지어 규정되어 있는 개도 유량 특성을 보유하고, 상기 개도 목표치 설정 과정에 있어서 설정된 개도 목표치에 대응하는 개도 유량 특성을 이용하여, 상기 개도 지령치 결정 과정에 있어서 결정된 개도 지령치에 대응하는 열매 유량 설정치를 취득하는 열매 유량 설정 과정
을 포함하며,
상기 열매 유량 설정치에 따라 상기 펌프의 주파수 제어가 행해지는 열원 시스템의 열매 유량 제어 방법.