(57)【要約】【課題】熱源水の温度変化に対応して熱交換部への熱源水の流出入量を調整し、熱交換される冷却水の温度を一定に保ち、熱源水の有する熱エネルギーを過不足なく冷却水へ熱交換ができる熱交換装置および熱交換方法を提供する。【解決手段】複数の熱交換部に熱源流体となる第１流体を配分し、第１流体によって熱交換部に流出入する第２流体と熱交換をする熱交換装置において、第１流体の温度および流量の測定を行う第１測定部と、第２流体の温度の測定を行う第２測定部と、第１測定部と前記第２測定部とによって測定された温度および流量に基づき、熱交換部で熱交換される熱量の計算をする計算部と、計算部の計算結果に基づき複数の熱交換部へ流出入する第１流体の流入配分を制御する流量制御部とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の熱交換部に熱源流体となる第１流体を配分し、前記第１流体によって前記熱交換部に流出入する第２流体と熱交換をする熱交換装置において、
前記第１流体の温度および流量の測定を行う第１測定部と、
前記第２流体の温度の測定を行う第２測定部と、
前記第１測定部と前記第２測定部とによって測定された温度および流量に基づき、熱交換部で熱交換される熱量の計算をする計算部と、
前記計算部の計算結果に基づき複数の前記熱交換部へ流出入する前記第１流体の流入配分を制御する流量制御部と、
を備えることを特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換装置であって、
前記第１測定部で測定された第１流体の温度および流量と、
前記第２測定部で測定された温度に基づき、前記熱交換部の総括伝熱係数を前記熱交換部単位で計算をする前記計算部を備えること、を特徴とする熱交換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の熱交換装置であって、
前記総括伝熱係数に基づき、複数の前記熱交換部で熱交換される熱交換量の総和が最大となる前記熱交換部へ流出入させる前記第１流体の流入配分の計算をする前記計算部を備えること、を特徴とする熱交換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の熱交換装置であって、
複数の前記熱交換部に流出入する前記第１流体の流入配分の計算結果に基づき、前記熱交換部に流入する前記第１流体の流量を前記熱交換部単位で制御をする前記流量制御部を備えること、を特徴とする熱交換装置。
【請求項５】
複数の熱交換工程に熱源流体となる第１流体を配分し、前記第１流体によって熱交換部に流出入する第２流体と熱交換をする熱交換方法において、
第１流体の温度および流量の測定を行う第１測定工程と、
第２流体の温度の測定を行う第２測定工程と、
前記第１測定工程と前記第２測定工程とによって測定された温度と流量に基づき、熱交換部で熱交換される熱量の計測をする計算工程と、
前記計算工程の計算結果に基づき複数の前記熱交換部へ流出入する第１流体の流入配分を制御する流量制御工程と、
を備えることを特徴とする熱交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱源となる流体と、冷却される流体との熱交換をおこなう熱交換装置および熱交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工場や商業施設などにおいて、空調や装置の冷却および加熱などの幅広い分野に熱交換装置が用いられている。空調や装置の冷却をする熱交換装置の一例として、熱源水となる流体を冷凍機などで冷却し、冷却対象の装置に通す冷却水に熱を伝熱する熱交換装置が知られている。
【０００３】
特許文献１では、冷却水の熱交換装置での総熱交換量を求める工程と、冷却水の冷凍機で冷却された冷却熱量を求める工程と、を含み、総熱交換量と等しくなるように冷却熱量を制御する制御工程とを備えることによって冷凍機の運転電力を削減することが可能とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１２１７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、自然エネルギーである工業用水等を熱源水として用いた場合、これら熱源水の供給は、温度が一定でないため、温度が低下する冬期において、かかる熱源水と熱交換される冷却水の温度が所定以下にならない様に、予め熱交換部に流入する熱源水の流量が定められ、通年かかる流入流量で運転されていた。
【０００６】
このため、夏季において熱源水の温度が上昇した場合、熱源水の熱交換部への流入流量を変更できないため、所定の温度に冷却水を冷却することができなく、冷凍機などで補完をしなければならない課題があった。また、供給される工業用水などが有する熱エネルギーを十分に熱交換することなく放流していた課題もあった。
【０００７】
このことから、冷凍機などで補完をすることなく、熱交換される冷却水の温度を一定に保つことができる熱交換方法および熱交換装置と、工業用水などの自然エネルギーなどが有する熱エネルギーを十分に熱交換（熱回収）することができる熱交換方法および熱交換装置が要望されていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００９】
（適用例１）本適用例に係る熱交換装置は、複数の熱交換部に熱源流体となる第１流体を配分し、第１流体によって熱交換部に流出入する第２流体と熱交換をする熱交換装置において、第１流体の温度および流量の測定を行う第１測定部と、第２流体の温度の測定を行う第２測定部と、第１測定部と第２測定部とによって測定された温度および流量に基づき、熱交換部で熱交換される熱量の計算をする計算部と、計算部の計算結果に基づき複数の熱交換部へ流出入する第１流体の流入配分を制御する流量制御部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
このような熱交換装置によれば、複数の熱交換部に流入する第１流体の温度および流量と、熱交換部で熱交換される第２流体の温度とを測定する。その測定結果に基づき、複数の熱交換部で熱交換される熱量を計算し、熱交換部による熱交換量が最大となる第１流体の流量配分を計算で求め、計算された流量配分に基づき、第１流体の流量制御を流量制御部ですることができる。従って、第１流体の有する熱エネルギーを第２流体に伝熱させることが可能な第１流体の流量に制御をすることで、第１流体の有する熱エネルギーを過不足なく第２流体へ熱交換（伝熱）することができる熱交換装置を実現することができる。
【００１１】
（適用例２）上記適用例に係る熱交換装置において、第１測定部で測定された第１流体の温度および流量と、第２測定部で測定された温度に基づき、熱交換部の総括伝熱係数を熱交換部単位で計算をする計算部を備えることが好ましい。
【００１２】
このような熱交換装置によれば、熱交換部に流出入する第１流体および第２流体の温度と、流量とに基づき、熱交換部の総括伝熱係数を計算する計算部を備えることで、熱交換部における第１流体と、第２流体との間の熱の伝わり易さを示す総括伝熱係数を測定部の測定結果に基づいて計算することができる。
【００１３】
（適用例３）上記適用例に係る熱交換装置において、総括伝熱係数に基づき、複数の熱交換部で熱交換される熱交換量の総和が最大となる熱交換部へ流出入させる第１流体の流入配分を計算する計算部を備えることが好ましい。
【００１４】
このような熱交換装置によれば、第１および第２測定部で計測に基づき計算部で計算された総括伝熱係数、および熱交換部から流出する第１流体および第２流体の温度に基づき、複数の熱交換部に流入する第１流体の配分を計算する計算部を備える。よって、複数の熱交換部で第１流体と、第２流体とが熱交換される際に、第２流体の温度が所定の温度条件を維持することを条件とし、総熱交換量が最大となる第１流体の熱交換部への流量配分の計算をすることができる。
【００１５】
（適用例４）上記適用例に係る熱交換装置において、複数の熱交換部に流出入する第１流体の流入配分の計算結果に基づき、熱交換部に流入する第１流体の流量を熱交換部単位で制御をする流量制御部を備えることが好ましい。
【００１６】
このような熱交換装置によれば、熱交換部に流入する第１流体の流量の制御をする流量制御部を備えることで、熱交換部によって第１流体から第２流体へ熱交換される熱交換量を制御することができる。
【００１７】
（適用例５）本適用例に係る熱交換方法は、複数の熱交換部に熱源流体となる第１流体を配分し、第１流体によって熱交換部に流出入する第２流体と熱交換をする熱交換方法において、第１流体の温度および流量の測定を行う第１測定工程と、第２流体の温度の測定を行う第２測定工程と、第１測定工程と第２測定工程とによって測定された温度と流量に基づき、熱交換工程で熱交換される熱量の計測をする計算工程と、計算工程の計算結果に基づき複数の熱交換部へ流出入する第１流体の流入配分を制御する流量制御工程とを備えることを特徴とする。
【００１８】
このような熱交換方法によれば、複数の熱交換部に流入する第１流体と、熱交換部で熱交換される第２流体との温度を測定工程で測定する。その測定結果に基づき、複数の熱交換部で熱交換される熱量を計算し、かかる熱交換部による熱交換量が最大となる第１流体の流量配分を計算工程で求め、計算された流量配分に基づき、第１流体の流量制御を流量制御工程でおこなうことができる。従って、第１流体の有する熱エネルギーを過不足なく第２流体に熱交換（伝熱）することができる熱交換方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】熱交換方法を実行する熱交換装置の概構成を示すブロック図。
【図２】熱交換方法の各工程を示すフロー図。
【図３】熱源供給設備に用いられる本発明の熱交換方法を実行する熱交換装置の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、実施形態を図面に基づいて説明をする。なお、以下に示す各図においては、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際の構成要素とは適宜に異ならせて記載をしている。
【００２１】
図１は、本実施形態の熱交換方法を実行する熱交換装置１０の概構成を示すブロック図である。また、図２は、本実施形態の熱交換方法の各工程を示すフロー図である。
【００２２】
図１に示す熱交換方法を実行する熱交換装置１０は、熱交換部４００と、熱交換部４００に流量操作部３１０を経由して流入する第１流体Ｑ１と、第１流体Ｑ１と熱交換される第２流体Ｑ２とを備える。また、第１流体Ｑ１の流量および温度を測定する第１測定部１１０と、第２流体Ｑ２の流量および温度を測定する第２測定部１２０と、第１測定部１１０と、第２測定部１２０とが接続される計算部２００を備える。
【００２３】
熱交換部４００は、熱交換部４０１〜熱交換部４０３と、熱交換部４０１ｂと、熱交換部４０２ｂとを備える。また、計算部２００は、初期値設定部２１０と、総括伝熱係数計算部２２０と、対数平均温度差計算部２３０と、熱交換量計算部２４０と、流量パラメーター変更部２５０とを備える。
【００２４】
さらに、計算部２００に接続された流量制御部３００と、流量制御部３００に接続された流量操作部３１０とを備える。
【００２５】
図３は、熱源供給装置に用いられる図１の熱交換装置１０の概略構成を示す構成図である。かかる熱交換装置１０は、第１流体Ｑ１ａを熱源水として用いて、熱交換装置１０に備える熱交換部４００に配分して供給し、第２流体Ｑ２に第１流体Ｑ１の熱を伝熱する装置である。
【００２６】
本実施形態の熱交換方法の各工程について図３を参照しながら、図２を用いて工程順に説明をする。
【００２７】
先ず、測定工程Ｓ１００は、複数の熱交換部４００に流入する熱源流体となる第１流体Ｑ１の温度、および流量の測定をおこなう第１測定工程Ｓ１１０と、第１流体Ｑ１の有するエネルギーが熱交換（伝熱）される第２流体Ｑ２の温度の測定をおこなう第２測定工程Ｓ１２０とを有し、第１流体Ｑ１の流量および温度と、第２流体Ｑ２の温度との測定を行う。流量および温度の測定結果は、計算工程Ｓ２００へ伝達される。
【００２８】
次に計算工程Ｓ２００は、初期値設定工程Ｓ２１０と、総括伝熱係数計算工程Ｓ２２０と、対数平均温度差計算工程Ｓ２３０と、熱交換量計算工程Ｓ２４０と、流量パラメーター変更工程Ｓ２５０と、を備える。
【００２９】
計算工程Ｓ２００は、熱交換装置１０における第１流体Ｑ１と、第２流体Ｑ２との総熱交換量Ｗ０が最大となる熱交換部４０１〜４０３へ流入する第１流体Ｑ１１〜Ｑ１３の流量配分値を計算する工程である。
【００３０】
また、総括伝熱係数計算工程Ｓ２２０と、対数平均温度差計算工程Ｓ２３０とは、それぞれ、熱交換部４０１〜４０３に対応して第１総括伝熱係数計算工程Ｓ２２１〜第３総括伝熱係数計算工程Ｓ２２３と、第１対数平均温度差計算工程Ｓ２３１〜第３対数平均温度差計算工程Ｓ２３３とを備える。
【００３１】
次に計算工程Ｓ２００に含む各工程について説明をする。
初期値設定工程Ｓ２１０は、複数の熱交換部４００へ流入する第１流体Ｑ１の初期流量値を設定する。熱交換部４００に配分される第１流体Ｑ１ｎ（ｎは熱交換部４００の系統番号を示す。）の流量値の総和は、熱交換部４００の設置台数（系統数）に係わらず熱交換装置１０に供給される第１流体Ｑ１ａ（図３参照）の流量を超えないことが条件となる。よって、当該工程で設定される初期流量値も、係る条件に基づき設定される。
【００３２】
第１総括伝熱係数計算工程Ｓ２２１は、熱交換部４０３における総括伝熱係数Ｕｎ（ｎは熱交換部４００の系統番号を示す。）の計算をおこなう。総括伝熱係数Ｕｎは次式（数１）によって計算される。
【００３３】
【数１】
2013024493.tif 000003
【００３４】
ここで、Ｕは計算される総括伝熱係数、ｈ１は第１流体Ｑ１が接する熱交換部４００の第１流体Ｑ１側の境膜伝熱係数（単位：Ｗ／（ｍ2・ｋ））、ｈ２は第２流体Ｑ２が接する熱交換部４００の第２流体Ｑ２側の境膜伝熱係数（単位：Ｗ／（ｍ2・ｋ））である。また、ｔｗは熱交換壁面の厚み（ｍ）、ｋｗは熱交換壁面ｔｗの熱伝導度（単位：ｗ・（ｍ・ｋ））である。
【００３５】
第１対数平均温度差計算工程Ｓ２３１は、熱交換部４０３における対数平均温度差ΔＴｍｎ（ｎは熱交換部４００の系統番号を示す。）の計算を行う。対数平均温度差ΔＴｍｎは次式（数２）によって計算される。
【００３６】
【数２】
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【００３７】
ここで、Δｔｍは計算される対数平均温度差、Δｔ１は熱交換部４０３（熱交換部４００）に流入する第２流体Ｑ２ｎおよび流出する第１流体Ｑ１の温度差、Δｔ２は熱交換部４０３（熱交換部４００）に流出する第２流体Ｑ２ｎおよび流入する第１流体Ｑ１の温度差である。
【００３８】
本実施形態において、熱交換部４０３に流入する第１流体Ｑ１の温度は、第１測定工程Ｓ１１０で温度計Ｔ１００によって測定され既知であるが、熱交換部４０３から流出する第２流体Ｑ２の温度は未知である。よって、温度差Δｔ２も不明である。また、熱交換部４０３から流出する第１流体Ｑ１の温度も未知である。よって、温度差Δｔ１も不明である。そこで、次式（数３）によって、熱交換部４０３から流出する第１流体Ｑ１、および第２流体Ｑ２の温度を求めた上で、対数平均温度差Δｔｍの計算をおこなう。
【００３９】
【数３】
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【００４０】
数式（数３）において、第１流体Ｑ１ｎとなる流量Ｗｃは、当該熱交換装置制御方法の計算工程Ｓ２００がはじめて実行されるときは、前述の初期値設定工程Ｓ２１０で設定された初期流量値を代入し、計算工程Ｓ２００の実行が２回目以降の時は、後述する流量パラメーター変更工程Ｓ２５０によって、第１流量Ｑ１ｎの流量値（パラメーター）が与えられる。また、第２流体Ｑ２ｎの流量Ｗｈは、予め設計によって定められた流量が代入される。
【００４１】
次に、熱交換部４０１および熱交換部４０２の総括伝熱係数Ｕｎの計算をおこなう。
第２総括伝熱係数計算工程Ｓ２２２は、熱交換部４０１における総括伝熱係数Ｕ１の計算をおこなう。また、第３総括伝熱係数計算工程Ｓ２２３は、熱交換部４０２における総括伝熱係数Ｕ３の計算をおこなう。なお、第２総括伝熱係数計算工程Ｓ２２２および第３総括伝熱係数計算工程Ｓ２２３における総括伝熱係数Ｕ２およびＵ３の計算は、前述の総括伝熱計算工程Ｓ２２１と同様の方法、同様の数式（数１）によって計算される。
【００４２】
次に、熱交換部４０１および熱交換部４０２の対数平均温度差ΔＴｍｎの計算をおこなう。第２対数平均温度差計算工程Ｓ２３２は、熱交換部４０１における対数平均温度差ΔＴｍ２の計算をおこなう。また、第３対数平均温度差計算工程Ｓ２３３は、熱交換部４０２における対数平均温度差ΔＴｍ３の計算をおこなう。なお、第２対数平均温度差計算工程Ｓ２３２および第３対数平均温度差計算工程Ｓ２３３における対数平均温度差ΔＴｍｎの計算は、前述の第１対数平均温度差計算工程Ｓ２３１と同様の方法、同様の数式（数２）によって計算される。
【００４３】
ここで、熱交換部４０１および熱交換部４０２に流入する第１流体Ｑ１の温度は、第１測定工程Ｓ１１０で測定され既知であるが、熱交換部４０３から流出する第１流体Ｑ１の温度は未知である。よって、温度差Δｔ１も不明である。また、熱交換部４０１および熱交換部４０２から流出する第２流体Ｑ２の温度も未知である。よって、温度差Δｔ２も不明である。
【００４４】
そこで、熱交換部４０１および熱交換部４０２から流出する第１流体Ｑ１、および第２流体Ｑ２の温度を前述の第１対数平均温度差計算工程Ｓ２３１と同様の方法、同様の数式（３）によって求めた上で、対数平均温度差Δｔｍｎの計算をおこなう。
【００４５】
熱交換量計算工程Ｓ２４０は、熱交換部４０１〜４０３における熱交換量Ｗｎを計算する。熱交換量Ｗｎの計算は、熱交換部４０１〜４０３へ配分される第１流体Ｑ１ｎの流量と、総括伝熱係数計算工程Ｓ２２０で計算された各総括伝熱係数Ｕｎと、対数平均温度差計算工程Ｓ２３０で計算された各対数平均温度差ΔＴｍｎと、熱交換部４０１〜４０３の各伝熱面積Ａｎ（ｎは熱交換部４００の系統番号を示す。）との積である熱交換量Ｗｎ（ｎは熱交換部４００の系統番号を示す。）を熱交換部４０１〜４０３ごとに次式（数４）によって計算される。
【００４６】
【数４】
2013024493.tif 000006
【００４７】
なお、熱交換量計算工程Ｓ２４０の計算で用いる第１流体Ｑ１ｎの流量は、当該熱交換器制御方法の計算工程Ｓ２００が初めて実行されるときは、前述の初期値設定工程Ｓ２１０で設定された第１流体Ｑ１ｎの初期流量値を代入し、計算工程Ｓ２００の実行が２回目以降の時は、後述する流量パラメーター変更工程Ｓ２５０によって、第１流体Ｑ１ｎの流量値（パラメーター）が与えられる。
【００４８】
また、熱交換量計算工程Ｓ２４０は、当該熱交換量Ｗｎの総和である総熱交換量Ｗ０の計算をする。
【００４９】
次に、流量パラメーター変更工程Ｓ２５０は、熱交換部４０１〜４０３に流入する第１流体Ｑ１１〜Ｑ１３の流量値（パラメーター）を総当たり的に変更させる。これによって、熱交換部４０１〜４０３における総熱交換量Ｗ０の計算を前述の計算工程Ｓ２００に属する各工程で計算させ、かかる総熱交換量Ｗ０が最大となる第１流体Ｑ１１〜Ｑ１３の流量配分の組み合わせた値を当該流量パラメーター変更工程Ｓ２５０で保持する。
【００５０】
また、流量パラメーター変更工程Ｓ２５０は、第１流体Ｑ１ｎの流量値の総当たりが全て終わるまで、熱交換量計算工程Ｓ２４０で計算された総熱交換量Ｗ０が最大であった時の第１流体Ｑ１１〜Ｑ１３の流量配分の値を保持する。
【００５１】
さらに、流量パラメーター変更工程Ｓ２５０は、全ての第１流量Ｑ１の流量配分の値の総当たりが完了すれば、保持されていた総熱交換量Ｗ０が最大であった時の第１流体Ｑ１１〜Ｑ１３の流量配分の値を流量制御工程Ｓ３００へ出力する。また、全ての流量配分の値の総当たりが完了していなければ、第１流体Ｑ１１〜Ｑ１３の流量配分の値（パラメーター）を変更させて第１総括伝熱係数計算工程Ｓ２２１から計算工程Ｓ２００に属する各工程を実施させる。
【００５２】
なお、流量パラメーター変更工程Ｓ２５０において、総熱交換量Ｗ０が最大となる第１流体Ｑ１１〜Ｑ１３の流量配分は、熱交換部４０１および４０２から流出する第２流体Ｑ２１およびＱ２２の温度が所定の温度を下回らないこと、第１熱源水Ｑ１ａの流量を超えないことを条件とする。
【００５３】
次に、流量制御工程Ｓ３００は、前述の流量パラメーター変更工程Ｓ２５０で保持された総熱交換量Ｗ０が最大となる第１流体Ｑ１１〜Ｑ１３の流量の配分に基づき、熱交換部４０１〜４０３へ流入する第１流体Ｑ１１〜Ｑ１３の流量を制御する。
【００５４】
図示は省略するが、一定時間毎に測定工程Ｓ１００から各工程を実行し、第１流体Ｑ１および第２流体Ｑ２の温度変化に対応して、総熱交換量Ｗ０が最大となる第１流体Ｑ１１〜Ｑ１３の流量配分の計算を繰り返しさせる。
【００５５】
続いて、図１に示す熱交換装置１０の概構成のブロック図に沿って、図３に示す熱源供給設備に用いられる熱交換装置１０の構成及び動作を各工程との対応関係を含めて説明する。
【００５６】
熱交換装置１０は、前述したとおり熱交換部４００に２つの流体を流入させ、一方の流体（第１流体Ｑ１）の熱エネルギーを他方の流体（第２流体Ｑ２）に熱エネルギーとして伝える装置である。熱交換部４００において、第１流体Ｑ１と、第２流体Ｑ２とが熱伝導率の高い膜で隔離され、これら２つの流体が混入することなく、熱エネルギーを伝達する熱交換装置１０である。なお、本実施形態の第１流体Ｑ１の熱源供給設備Ｒ１００は、工業用水や井戸水などの自然冷熱エネルギーを用いている。
【００５７】
本実施形態の熱交換装置１０は、熱交換部４００と、第１測定部１１０および第２測定部１２０と、流量制御部３００と、流量操作部３１０とを１組の熱交換系統として、熱交換部４００の設置台数によって複数系統を設ける。本実施形態では、熱交換系統を３系統設け、さらに当該３系統の内、熱交換部４００から流出する第２流体Ｑ２の温度をさらに制御する系統を２系統設けている。なお、熱交換系統数は、本実施形態の熱交換装置１０が適用される条件によって変更して良い。
【００５８】
熱源流体となる第１流体Ｑ１ａは、熱源供給設備Ｒ１００によって熱交換装置１０に供給される。供給される第１流体Ｑ１ａは、熱源水タンク２０に貯留され、ポンプＰ１によって熱交換部４０１〜４０３へ送水される。また、熱交換部４００で熱交換を終えた第１流体Ｑ１ｂは、熱源水タンク２０の外部へ放流される。
【００５９】
熱交換部４００で第１流体Ｑ１と熱交換される第２流体Ｑ２は、ポンプＰ２によって熱交換部４０１〜４０３と、熱交換部４０１ｂおよび熱交換部４０２ｂとに供給される。熱交換された第２流体Ｑ２は、その熱の用途である冷却をする装置などの負荷Ｌ１０１およびＬ１０２へ供給され、循環をして再度熱交換部４００等に供給される。
【００６０】
第１測定部１１０は、熱源水タンク２０へ流入する第１流体Ｑ１ａの流量および温度を、流量計Ｆ１１０および温度計Ｔ１００によって測定する。また、第２測定部１２０は、負荷Ｌ１０１および負荷１０２から流出した第２流体Ｑ２の温度を、温度計Ｔ２０３によって測定する。測定された温度および流量は、計算部２００へ伝達される。これらは、測定工程Ｓ１００に対応する。
【００６１】
初期値設定部２１０は、熱交換部４０１〜４０３への第１流体Ｑ１の流量配分の初期値を設定する。設定された流量配分に基づき熱交換部４０１〜４０３における総熱交換量Ｗ０の初回の計算をするため、後述する計算部２００へ流量配分の初期値を伝達する。
【００６２】
次に、熱交換器４０１〜４０３によって、第１流体Ｑ１１〜Ｑ１３と、第２流体Ｑ２１〜Ｑ２３とが熱交換される熱交換量Ｗ１〜Ｗ３の計算を行うため、総括伝熱係数Ｕ１〜Ｕ３と、対数平均温度差Δｔｍ１〜Δｔｍ３とを求める。
【００６３】
総括伝熱係数計算部２２０は、熱交換部４０１〜熱交換部４０３における総括伝熱係数Ｕ１〜Ｕ３の計算をおこなう。これは、第１総括伝熱係数計算工程Ｓ２２１〜第３総括伝熱係数計算工程Ｓ２２３に対応する。
【００６４】
次に、対数平均温度差計算部２３０は、熱交換部４０１〜熱交換部４０３における対数平均温度差Δｔｍ１〜Δｔｍ３の計算をおこなう。これは、対数平均温度差計算工程Ｓ２３１〜Ｓ２３３に対応する。
【００６５】
熱交換量計算部２４０は、熱交換部４０１〜４０３によって、第１流体Ｑ１と、第２流体Ｑ２とが熱交換された熱量Ｗｎの計算をおこなう。
【００６６】
熱量Ｗｎの計算は、第１流体Ｑ１ｎの流量と、熱交換部４００の伝熱面積Ａｎと、総括伝熱係数計算部２２０で計算された総括伝熱係数Ｕｎと、対数平均温度差計算部２３０で計算された対数平均温度差Δｔｍｎとに基づき、熱交換部４０１〜４０３それぞれ熱量Ｗｎの計算をおこなう。さらに、計算された熱量Ｗｎの総和によって、総熱交換量Ｗ０を求める。これは、熱交換量計算工程Ｓ２４０に対応する。
【００６７】
流量パラメーター変更部２５０は、熱交換部４０１〜４０３に流入する第１流体Ｑ１１〜Ｑ１３の流量配分の値（パラメーター）を総当たり的に変更させて、変更させた第１流体Ｑ１１〜Ｑ１３の流量配分の値に基づき、前述の総熱交換量Ｗ０の計算をおこなう。また、総熱交換量Ｗ０が最大となった第１流量の流量配分の値を保持する。
【００６８】
また、流量パラメーター変更部２５０は、全ての第１流体Ｑ１１〜Ｑ１３の流量配分の値の総当たりが完了すれば、保持されていた総熱交換量Ｗ０が最大であった第１流量Ｑ１１〜Ｑ１３の流量配分の値を流量制御部３００へ伝達する。また、全ての総当たりが完了していないときは、全ての総当たりが完了するまで、繰り返し総熱交換量Ｗ０の計算をおこなう。これは、流量パラメーター変更工程Ｓ２５０に対応する。
【００６９】
流量制御部３００は、流量計Ｆ１１１〜Ｆ１１３によって測定された第１流量Ｑ１１〜Ｑ１３の測定値と、流量パラメーター変更部２５０で求められた総熱交換量Ｗ０が最大となる第１流量Ｑ１１〜Ｑ１３の流量配分の値が等しくなるように、バルブ３１１ａから３１３ａを作動させ、熱交換部４０１〜４０３へ流出入する第１流体Ｑ１１〜Ｑ１３の流量を制御する。
【００７０】
また、本実施形態の流量制御部３００は、熱交換部４０１および４０１ｂと、熱交換部４０２および４０２ｂとを用いて熱交換される第２流体Ｑ２１およびＱ２２の温度をさらに制御をする。当該制御をするために、第２熱源Ｒ２００を備え、熱交換部４０１ｂおよび４０２ｂに第２熱源Ｒ２００の熱源水である第３流体Ｑ３１およびＱ３２が供給されている。
【００７１】
前述の第２流体Ｑ２１およびＱ２２の温度制御は、流量制御部３００によって、温度計Ｔ２０１およびＴ２０２で計測された温度に基づき、バルブ３１１ｂおよび３１２ｂを作動させる。よって、温度計Ｔ２０１およびＴ２０２で計測された温度に基づき、第２流体Ｑ２１およびＱ２２が所定の温度となるように、第３流体Ｑ３１およびＱ３２の流量の制御がされる。
【００７２】
上述の第２流体Ｑ２１およびＱ２２の温度制御をすることで、総熱交換量Ｗ０を最大とするために、熱交換部４００に流出入する第１流体Ｑ１の流量が変動した場合においても、負荷Ｌ１０１およびＬ１０２へ供給する第２流体Ｑ２１およびＱ２２の温度を所定の温度にさらに制御をおこなうことが可能である。
【００７３】
上述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
【００７４】
本実施形態の熱交換装置１０によれば、複数の熱交換部４００に流出入する第１流体Ｑ１の温度および流量と、熱交換部４００で熱交換される第２流体Ｑ２との温度の測定をする。その測定結果に基づき複数の熱交換部４００で熱交換される熱量Ｗを計算し、熱交換部４００での総熱交換量Ｗ０が最大となる第１流体Ｑ１の流量配分を計算部２００で求め、計算された流量配分に基づき第１流体Ｑ１の流量制御を流量制御部３００ですることができる。
【００７５】
このことによって、予め定められた固定流量であった第１流体Ｑ１の流量配分を、第２流体Ｑ２に最も伝熱可能な流量に制御をすることで、第１流体Ｑ１の有する熱エネルギーを過不足無く第２流体Ｑ２へ熱交換をすることができる。また、第２流体Ｑ２の温度が所定の温度を下回ることを抑制することができる。従って、第１流体Ｑ１の有する熱エネルギーを過不足なく第２流体Ｑ２に熱交換（伝熱）させることで、第２流体Ｑ２の温度補償を行う第２熱源Ｒ２００に係るエネルギー消費を抑制することができる。
【００７６】
本実施形態の熱交換装置１０によれば、熱交換部４００に流入する第１流体Ｑ１の温度および流量と、第２流体Ｑ２との温度に基づき、熱交換部４００の総括伝熱係数Ｕと、熱交換部４００から流出する第１流体Ｑ１と、第２流体Ｑ２との温度と、対数平均温度差Δｔｍとを計算する計算部２００を備える。また、計算部２００は、総括伝熱係数Ｕに基づき熱交換部４００によって熱交換される熱交換量Ｗｎと、総熱交換量Ｗ０が最大となる熱交換部４００に流入する第１流体Ｑ１の流量配分の計算し、かかる計算結果に基づき第１流体Ｑ１ｎの流量を制御することができる。
【００７７】
このことによって、熱交換部４００における総括伝熱係数Ｕおよび対数平均温度差Δｔｍに基づき総熱交換量Ｗ０を熱交換装置１０の運転中に計算することができる。よって、熱交換部４００に流入する第１流体Ｑ１および第２流体Ｑ２の温度変換に応じて、流入する第１流体Ｑ１の流量配分の制御をすることができる。
【００７８】
従って、第１流体Ｑ１および第２流体Ｑ２の温度変化によって、第１流体Ｑ１の流量を制御することで、第２流体Ｑ２の温度を一定に保つことができる。また、第１流体Ｑ１の有する熱エネルギーを過不足無く第２流体Ｑ２へ熱交換（伝熱）することで、冷凍機による第２流体Ｑ２の温度を補完すること、かかるエネルギーの抑制をすることができる。
【００７９】
本実施形態の熱交換方法によれば、熱交換部４００に流入する第１流体Ｑ１の温度および流量と、流出する第２流体Ｑ２との温度を測定工程Ｓ１００で測定する。その測定結果に基づき、熱交換部４００から流出する第１流体Ｑ１および第２流体Ｑ２の温度と、熱交換部４００で熱交換される総熱交換量Ｗ０の計算と、熱交換部４００の総熱交換量Ｗ０が最大となる第１流体Ｑ１の流量と、流量配分の計算を計算工程Ｓ２００でおこなう。計算工程Ｓ２００で計算された流量配分に基づき、第１流体Ｑ１の流量制御を流量制御工程Ｓ３００でおこなうことができる。
【００８０】
このことによって、予め定められた固定流量であった第１流体Ｑ１の流量配分を、第２流体Ｑ２に最も熱交換可能な第１流体の配分量を計算工程Ｓ２００で計算し、かかる配分量に基づき第１流体Ｑ１の配分量を制御することで第１流体Ｑ１の有する熱エネルギーを第２流体Ｑ２へ最も多く伝熱することができる。また、熱交換される第２流体Ｑ２の温度を所定の温度を下回ることを抑制することができる。
【００８１】
従って、第１流体Ｑ１および第２流体Ｑ２の温度に応じて、熱交換部４００へ流入させる第１流量Ｑ１の流量を変化させることで、第２流体Ｑ２の温度を補完する冷凍機のエネルギー消費を抑制し、係る運転費の削減を実現することができる。また、近年課題となっている温室効果ガス排出の抑制にも寄与できる熱交換方法を実現することができる。
【００８２】
なお、上述した実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更や改良等を加えて実施する事が可能である。変形例を以下に述べる。
【００８３】
（変形例１）本実施形態の第１流体Ｑ１は自然冷熱エネルギーを用いた熱源水で、熱源供給設備Ｒ１００によって供給されている。しかし、これに限定されることなく、熱源供給設備Ｒ１００として電気エネルギーなどによって運転する冷凍機を用いて熱源水となる第１流体Ｑ１を熱交換装置１０に供給しても良い。このことによって、第２流体Ｑ２へ伝熱（熱交換）可能な流量に第１流体Ｑ１は制御されるため、熱交換（伝熱）に供することのない第１流体Ｑ１の冷却を冷凍機など熱源供給設備Ｒ１００によってすることがなく、熱源供給設備Ｒ１００で消費されるエネルギーの抑制をすることができる。
【００８４】
（変形例２）本実施形態の熱交換部４０１および４０２と、熱交換部４０１ｂおよび４０２ｂとは、それぞれ第２流体Ｑ２１およびＱ２２が並列に供給されている。しかし、これに限定されることなく、熱交換部４０１および４０２と、熱交換部４０１ｂおよび４０２ｂとを、それぞれ第２流体Ｑ２１およびＱ２２が直列に供給されて良い。このことによって、並列で供給される場合と比較して、例えば、熱交換部４０１および４０１ｂを直列に接続した場合、温度制御をおこなう熱交換部４０１ｂに全ての第２流体Ｑ２１が通水されるため、より精度の高い第２流体Ｑ２１の温度制御をすることができる。
【符号の説明】
【００８５】
１０…熱交換装置、２０…熱源水タンク、Ｔ１００…温度計、Ｔ２０１〜Ｔ２０３…温度計、Ｆ１１１〜Ｆ１１３…流量計、１１０…第１測定部、１２０…第２測定部、２００…計算部、２１０…初期値設定部、２２０…総括伝熱係数計算部、２３０…対数平均温度差計算部、２４０…熱交換量計算部、２５０…流量パラメーター変更部、３００…流量制御部、３１０…流量操作部、４００…熱交換部、Ｑ１…第１流体、Ｑ２…第２流体、Ｑ３…第３流体、Ｓ１００…測定工程、Ｓ２１０…初期値設定工程、Ｓ２２０…総括伝熱係数計算工程、Ｓ２３０…対数平均温度差計算工程、Ｓ２４０…熱交換量計算工程、Ｓ２５０…流量パラメーター変更工程、Ｓ３００…流量制御工程。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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