(57)【要約】【課題】インバーターによるポンプの回転数制御を行うことなく、冷水又は温水等の熱媒を一定の送水圧力条件の下で変流量制御としながら動力を回収し、高い効率で電力の省エネルギー化を図る。【解決手段】熱媒を送給するための送水ポンプ７と、この送水ポンプ７を駆動させる原動機１５とをカップリング１７により機械的に連結するとともに、前記原動機１５の回転軸１５ｂと動力回収水車１６の軸１６ａとを接離自在とされる遠心クラッチ１８により機械的に連結し、かつ前記送水ポンプ７の吐出側から分岐させたリターンバイパス路１９を前記動力回収水車１６を中継させて前記送水ポンプ７の吸込側に接続し、かつ前記リターンバイパス路１９の途中に制御弁２０を設けるようにする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送水ポンプと、この送水ポンプを駆動させる原動機とを機械的に連結するとともに、前記原動機の回転軸と動力回収水車の軸とを機械的に連結し、かつ前記送水ポンプの吐出側から分岐させたリターンバイパス路を前記動力回収水車を中継して前記送水ポンプの吸込側に接続したことを特徴とする動力回収ポンプ装置。
【請求項２】
流体を一定の送水圧力条件の下で変流量制御としながら送給するための流量制御装置であって、
前記流体を送給するための送水ポンプと、この送水ポンプを駆動させる原動機とを機械的に連結するとともに、前記原動機の回転軸と動力回収水車の軸とを機械的に連結し、かつ前記送水ポンプの吐出側から分岐させたリターンバイパス路を前記動力回収水車を中継させて前記送水ポンプの吸込側に接続し、かつ前記リターンバイパス路の途中に制御弁を設けたことを特徴とする流量制御装置。
【請求項３】
前記送水ポンプと、原動機とはカップリングにより機械的に連結されている請求項１記載の動力回収ポンプ装置または請求項２記載の流量制御装置。
【請求項４】
前記原動機の回転軸と、動力回収水車の軸とは遠心クラッチにより接離自在に連結されている請求項１、３いずれかに記載の動力回収ポンプ装置または請求項２〜３いずれかに記載の流量制御装置。
【請求項５】
前記流量制御装置は、ヘッダー間に複数の流路が形成されるとともに、これら各流路にそれぞれ配置されている請求項２〜４いずれかに記載の流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、戻り配管を利用することなく、送り配管部位のみでポンプの動力を回収するようにした動力回収ポンプ装置、および流体を一定の送水圧力条件の下で変流量制御としながら送給するための流量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりビル等の建物内では、例えば図４に示される空調方式及び地域冷暖房方式等が採用されている。この空調方式は、戻りヘッダー５０からの冷水又は温水が一次送水ポンプ５１，５１により送られ、冷凍機５２、ボイラを用いた熱交換器５３等の冷温水熱源を通過し所定温度とされた後、第１送りヘッダー５４に至り、その後二次送水ポンプ５５，５５…により第２送りヘッダー５７に送られる。そして、この第２送りヘッダー５７を介して各部位（部屋）に配置された熱交換器（空調機）５８，５８…に送給された後、戻りヘッダー５０に循環するようになっている。
【０００３】
前記空調方式では、第１送りヘッダー５４と第２送りヘッダー５７との間に配置された二次送水ポンプ５５，５５…はインバーター５６を備え、前記第２送りヘッダー５７と戻りヘッダー５０との間に差圧センサ６１が設けられるとともに、戻りヘッダー５０の入側戻り配管に流量センサ６０が設けられている。
【０００４】
例えば各部屋に設置された熱交換器（空調機）５８，５８…において、必要熱交換量に応じて制御二方弁５９、５９…が制御されることにより、二次側の熱媒循環量が変化すると、前記流量センサ６０が流量を検出し、最小運転台数となるように台数制御コントローラ６２より制御するとともに、差圧センサ６１により第２の送りヘッダー５７と戻りヘッダー５０との差圧を検出し、予め設定された必要差圧となるように、二次送水ポンプ５５，５５…のインバーター５６、５６…に対し回転数制御をかけることにより、一定の送水圧力条件の下で変流量制御を行うようになっている。
【０００５】
一方で近年は、ポンプ用原動機の消費エネルギーを最小に抑えるための動力回収装置が提案されている。この動力回収装置は、図５に示されるように、開放型管路において、冷温水ポンプ６０が下階に設置され、空調機６３は上階に設置されることを利用し、冷温水の戻り配管側にポンプを利用した水車６２を取り付けるとともに、この水車６２の軸力をポンプの原動機（電動機）６１と接続し、上階から下階に落下する前記冷温水の落下エネルギーを回収し、前記原動機６１の消費エネルギーを節減するものである。この動力回収装置は、下記特許文献１に示されるように、空調機に対応する負荷部分を逆浸透膜とする淡水化装置においても、逆浸透膜モジュールからの高圧の濃縮液体により水車を駆動しエネルギーを回収する場合にも応用されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５７−４２８６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記空調方式におけるポンプ設備は、必要熱交換量が低減した際に、ポンプ台数を減少することにより電力使用量の低減を図るものであるが、流量が少なくなると同時に送水圧力が常に一定になるように、インバーターでポンプ回転数を上げるように制御するため、ポンプの消費電力が増大する（回転数の３乗に比例する。）。従って、熱交換器（空調機）５８の負荷が少なくなった割りに省エネ効果が望めないなどの問題があった。また、インバーターを用いると高調波の問題が発生し、その対策が必要になるなどの問題もある。
【０００８】
一方、前述した動力回収ポンプ装置の場合は、空調機からの戻り配管をポンプ原動機位置まで導管しなければならず、配管施工上の制約を受けるとともに、多数のポンプが設置されている場合には、冷温水の落下エネルギーが分散されるため、回収効率が著しく低下するなどの問題があった。
【０００９】
そこで本発明の第１課題は、水車を駆動させてエネルギーを回収する動力回収ポンプ装置において、戻り配管を利用することなく、送り配管部位のみでポンプの動力を回収することにある。
【００１０】
次いで第２課題は、流量制御装置において、インバーターによるポンプの回転数制御を行うことなく、冷水又は温水等の流体を一定の送水圧力条件の下で変流量制御としながら動力を回収し、高い効率で電力の省エネルギー化を図ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、送水ポンプと、この送水ポンプを駆動させる原動機とを機械的に連結するとともに、前記原動機の回転軸と動力回収水車の軸とを機械的に連結し、かつ前記送水ポンプの吐出側から分岐させたリターンバイパス路を前記動力回収水車を中継して前記送水ポンプの吸込側に接続したことを特徴とする動力回収ポンプ装置が提供される。
【００１２】
上記請求項１記載の本発明では、送水ポンプの吐出側と吸込側とにリターンバイパス路を設けるとともに、このリターンバイパス路の中間に動力回収水車を配置するようにしたため、送り配管部位のみでポンプの動力を回収できるようになる。また、戻り配管は何ら配管施工上の制約を受けることが無くなり、送り配管毎にポンプが設置されている場合であっても、送り配管毎に前記構成を採用することにより、動力の回収効率が低下することも無くなる。
【００１３】
次いで、第２課題を解決するために請求項２に係る本発明として、流体を一定の送水圧力条件の下で変流量制御としながら送給するための流量制御装置であって、
前記流体を送給するための送水ポンプと、この送水ポンプを駆動させる原動機とを機械的に連結するとともに、前記原動機の回転軸と動力回収水車の軸とを機械的に連結し、かつ前記送水ポンプの吐出側から分岐させたリターンバイパス路を前記動力回収水車を中継させて前記送水ポンプの吸込側に接続し、かつ前記リターンバイパス路の途中に制御弁を設けたことを特徴とする流量制御装置が提供される。
【００１４】
上記請求項２記載の本発明では、上記請求項１記載の発明の利点に加えて、リターンバイパスの途中に配置した制御弁の開閉操作によって送給量および送水圧を任意に調整できるようになるため、一定の送水圧力条件の下で変流量制御としながら、動力を回収することが可能となり、高い効率で電力の省エネルギー化を図ることができる。
【００１５】
請求項３に係る本発明として、前記送水ポンプと、原動機とはカップリングにより機械的に連結されている請求項１記載の動力回収ポンプ装置または請求項２記載の流量制御装置が提供される。
【００１６】
請求項４に係る本発明として、前記原動機の回転軸と、動力回収水車の軸とは遠心クラッチにより接離自在に連結されている請求項１、３いずれかに記載の動力回収ポンプ装置または請求項２〜３いずれかに記載の流量制御装置が提供される。
【００１７】
請求項５に係る本発明として、前記流量制御装置は、ヘッダー間に複数の流路が形成されるとともに、これら各流路にそれぞれ配置されている請求項２〜４いずれかに記載の流量制御装置が提供される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
図１は本発明に係る空調システムの全体図、図２は送水ポンプ部の要部拡大図である。
【００１９】
図１に示される本空調システム１では、戻りヘッダー２からの冷水又は温水が一次送水ポンプ３、３により送られ、冷凍機４、ボイラを用いた熱交換器５等の冷温水発生器を通過し所定温度とされた後、第１送りヘッダー６に至り、その後二次送水ポンプ７，７…により第２送りヘッダー８に送られる。そして、この第２送りヘッダー８を介して各部位に配置された熱交換器（空調機）９，９…に送給された後、戻りヘッダー２に循環するようになっている。
【００２０】
前記第１送りヘッダー６と第２送りヘッダー８との間に配置された二次送水ポンプ７には、動力回収機能付きの流量制御装置１０が設けられている。前記流量制御装置１０は、詳細には図２に示されるように、送水ポンプ７の羽根軸と、この送水ポンプ７を駆動させる原動機１５の原動軸１５ａとをカップリング１７等により機械的に連結するとともに、前記原動機１５の背面側に突出した回転軸１５ｂと動力回収水車１６の軸１６ａとを、好ましくは接離自在とされる遠心クラッチ１８等により機械的に連結し、かつ前記送水ポンプ７の吐出側から分岐させたリターンバイパス路１９を前記動力回収水車１６を中継させて前記送水ポンプ７の吸込側に接続し、かつ前記リターンバイパス路１９の途中に制御弁２０を設けた構造となっている。ここで、前記動力回収水車１６としては、例えば一般的な渦巻きポンプを使用することができ、この渦巻きポンプを通常とは逆に接続、すなわち吐出側に水を流入させ、吸込側から吐出させて羽根車を逆転させるように配置すればよい。なお、前記制御弁２０の位置は、同図の例では動力回収水車１６の吐出側バイパス路に設けたが、動力回収水車１６の吸込側バイパス路に設けるようにしてもよい。
【００２１】
一方、前記第２送りヘッダー８部に圧力センサ１１が設けられるとともに、戻りヘッダー２の手前の戻り配管に流量センサ１２が設けられ、これらの計測信号が弁制御コントローラ１３に入力されるようになっている。
【００２２】
前記空調システムの運転は、例えば最大負荷運転時には、前記制御弁２０を全閉として、冷水又は温水等の熱媒を第２送りヘッダー８側に送水する。熱交換器（空調機）９において、必要熱交換量に応じて制御二方弁１４，１４…が制御されることにより二次側の熱媒循環量が変化（低減）すると、前記流量センサ１２が流量を検出し、弁制御コントローラー１３により制御弁２０が送水低減量に応じて開制御される。前記制御弁２０が開かれ、リターンバイパス路１９に冷水又は温水の熱媒が流れるようになると、動力回収水車１６が回転され、原動機１５の動力が低減されるようになる。
【００２３】
また、前記制御弁２０の開閉制御は、圧力センサ１１の計測値に基づいて制御弁２０を開閉制御し、リターンバイパス流量を変化させることにより送水圧を一定に制御する。仮に、インバーターを用いて回転数制御を行う場合は、図３に示されるように、運転ポイントはＡ点からＢ点に（流量：Ｑ２、揚程Ｈ１）になるが、本動力回収ポンプを用いる場合は、ポンプの運転ポイントはＡ点のまま（流量：Ｑ１、揚程Ｈ１）のままで、流量Ｑ２を二次側に送水し、残りの（Ｑ１−Ｑ２）の流量をリターンバイパスして回収ポンプへ流すことで動力を回収する。なお、図示例のように、送水ポンプ７を複数台配置した並列運転の場合でも、吐出圧を一定としたまま、最大流量までの変流量制御が可能である。
【００２４】
（他の実施形態例）
（１）上記形態例では、本発明を空調システムを例に採り説明を行ったが、本動力回収ポンプ装置は、変流量制御を行うポンプ一般に適用することが可能である。
【００２５】
（２）上記形態例では、ポンプの運転台数制御を行っていないが、運転台数制御と共に本発明に係る動力回収ポンプによる流量制御を行うようにしてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳説のとおり、請求項１、３，４記載の本発明によれば、水車を駆動させてエネルギーを回収する動力回収ポンプ装置において、戻り配管を利用することなく、送り配管部位のみでポンプの動力を回収することが可能となる。
【００２７】
また、請求項２〜５記載の本発明によれば、流量制御装置において、インバーターによるポンプの回転数制御を行うことなく、冷水又は温水等の流体を一定の送水圧力条件の下で変流量制御しながら動力を回収し、高い効率で電力の省エネルギー化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空調システム図である。
【図２】送水ポンプ部の要部拡大図である。
【図３】ポンプの特性曲線図（横軸：流量、縦軸：全揚程）である。
【図４】従来の空調システム図である。
【図５】従来の動力回収ポンプ装置の構成図である。
【符号の説明】
１…空調システム、２…戻りヘッダー、３…一次送水ポンプ、４…冷凍機、５…熱交換器、６…第１送りヘッダー、７…二次送水ポンプ、８…第２送りヘッダー、９…熱交換器（空調機）、１０…流量制御装置、１１…差圧センサ、１２…流量センサ、１３…弁制御コントローラ、１５…原動機、１６…動力回収水車、１７…カップリング、１８…遠心クラッチ、１９…リターンバイパス路、２０…制御弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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