(57)【要約】【課題】極めて簡単な構成にて一次ポンプの可変流量制御を安価に実施でき、省エネルギー効果及び低コスト化の向上を図ると共にＥＳＣＯ提案の多様化に寄与できる、経済性・環境性に優れた熱源システムを提供する。【解決手段】温水熱交換器１に接続した一次ポンプ３ａ及びヒートポンプ冷凍機２には、一次ポンプ３ａの可変流量を制御するための制御装置として、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）７が接続されている。ＰＬＣ７には、一次ポンプ３ａの流量値を設定する流量値設定部８と、流量値設定部８にて設定された流量値から導いたインバータ周波数によって一次ポンプ３ａをインバータ制御するインバータ制御部９が組み込まれている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量が可変である一次ポンプ及び二次ポンプを設け、前記一次ポンプに接続される一次系の熱源として少なくとも熱交換器を備えた熱源システムにおいて、
前記二次ポンプの負荷流量に基づいて、前記一次ポンプが前記熱交換器へ供給する流量値として設定する流量値設定手段と、
定格流量時のインバータ周波数に対して流量値が比例するものとして、前記流量値設定手段にて設定した流量値からインバータ周波数を決定し、該インバータ周波数に基づいて前記熱交換器に接続される前記一次ポンプの流量をインバータ制御するインバータ制御手段、を備えたことを特徴とする熱源システム。
【請求項２】
前記流量値設定手段及び前記インバータ制御手段を、プログラマブルロジックコントローラから実現することを特徴とする請求項１に記載の熱源システム。
【請求項３】
前記一次ポンプに接続される一次系の熱源として前記一次ポンプからの流量が定格である定格流量熱源を備え、
前記流量値設定手段は、前記二次ポンプの負荷流量から前記定格流量熱源の定格流量を減算した減算結果を、前記一次ポンプが前記熱交換器へ供給する流量値として設定するように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一次ポンプと二次ポンプを有する可変流量方式の熱源システムに係り、特に、一次熱源である熱交換器に接続された一次ポンプの可変流量制御を実施する熱源システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
グローバルな観点で環境問題が取り上げられている現在、環境調和性を損なうことなく、省エネルギー効果を継続的・包括的に提供する業務として、ＥＳＣＯ事業が知られている。このようなＥＳＣＯ事業の分野では可変流量方式の熱源システムが高い需要を得ており、様々な提案がなされている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
可変流量方式の熱源システムとは、一次系、二次系に分かれており、一次ポンプおよび二次ポンプを備えている。このシステムでは、二次系側に接続された負荷流量に応じて各ポンプの可変流量を制御するようになっている。そのため、両ポンプの搬送動力の最適化が可能であり、省エネルギー効果が顕著である。
【０００４】
ここで、可変流量方式の熱源システムについて、図３を参照して具体的に説明する。図３に示すように、二次系側には３台の二次ポンプ４が設けられている。また、一次系には熱源として、２台の温水熱交換器１と、２台のヒートポンプ冷凍機２が設置されている。各温水熱交換器１には一次ポンプ３ａが接続され、各ヒートポンプ冷凍機２には一次ポンプ３ｂが接続されている。つまり、一次ポンプ３ａが熱交換器系の一次ポンプ、一次ポンプ３ｂがヒートポンプ系の一次ポンプである。
【０００５】
さらに、一次系側には、温水熱交換器１及びヒートポンプ冷凍機２の上流側と一次ポンプ３の下流側を結ぶようにしてバイパス配管５が配設されており、このバイパス配管５を介して一次系内に余剰流量（一次流量と二次流量との差分）が還流される。また、バイパス配管５には電磁流量計６が設置され、電磁流量計６には一次ポンプ３ａ、３ｂを制御する一次ポンプ制御部１０が接続されている。
【０００６】
以上のような可変流量方式の熱源システムでは、二次ポンプ４が負荷流量を圧力として捉えるようになっており、この圧力が一定となるように二次ポンプ４の可変流量をコントロールするのが一般的である。一方、一次ポンプ３ａ、３ｂは、二次ポンプ４の負荷流量と等しくなるように一次流量をコントロールすることが理想的である。これは、一次ポンプ３ａ、３ｂの搬送動力を最小とすることで、省エネルギー効果をいっそう高めるためである。
【０００７】
しかしながら、負荷流量と常時同一となるように一次流量を制御していると、負荷流量が急激に増大したとき、一次流量値がこれに追随できず、負荷流量よりも少なくなる。この場合、一次熱源に流れる流量が所定の最低流量に達しない危険性が出てくる。特に、一次熱源であるヒートポンプ冷凍機２に関しては、最低流量以下の状態が続くと、故障停止を招くおそれがあり、深刻な問題となる。
【０００８】
そこで、一次流量が二次流量（負荷流量）を下回るリスクは回避しなくてはならず、熱源システムの安定化を図る上で、一次ポンプ３ａ、３ｂによる一次流量が、二次ポンプ４による二次流量を、必ず上回るように設定する必要がある。具体的には、一次ポンプ３ａ、３ｂが二次ポンプ４の流量以上となるように台数制御されている。このとき、一次流量と二次流量（負荷流量）との差分が出るため、これが余剰流量となる。余剰流量はバイパス配管５を介して一次系内で還流するようになっている。
【０００９】
但し、上述したように、省エネルギー効果を高める観点からは、一次ポンプ３ａ、３ｂによる一次流量が二次ポンプ４による二次流量に近い方が望ましく、余剰流量は小さく抑えることに越したことはない。これを実現するためには、一次流量を正確に把握することが重要であり、図３に示した従来例では電磁流量計６を用いていた。
【００１０】
すなわち、バイパス配管５に設置した電磁流量計６によって余剰流量値を厳密に計測し、計測結果に基づいて、余剰流量値をできるだけ０に近づけて、しかも、一次流量が二次流量を下回り余剰流量がマイナスにならないように、一次ポンプ制御部１０が一次ポンプ３ａ、３ｂの可変流量をきめ細かく制御するようになっている。
【特許文献１】特開２００２−８９９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記の従来技術には次のような課題が指摘されていた。すなわち、図３に示した従来例では、余剰流量を正確に測定すべく、バイパス配管５に電磁流量計６を設置していた。この電磁流量計６は非常に高価であり、コストが増大した。特に既存の設備に電磁流量計６を追加しようとすると、改修工事に多大な費用がかかり、問題となっていた。
【００１２】
熱源システムをＥＳＣＯ事業に適用する場合に、コストの増大は、省エネ効果による費用の回収期間を延ばすことになり、トータルに見て経済性が低下した。ＥＳＣＯ事業が活発化する近年では、ＥＳＣＯ提案の幅を広げることが要請されており、省エネ効果とコストのバランスを自由に選択できる熱源システムの開発が望まれていた。
【００１３】
本発明は、このような状況を鑑みて提案されたものであり、その目的は、極めて簡単な構成にて一次ポンプの可変流量制御を安価に実施でき、省エネルギー効果及び低コスト化の向上を図ると共にＥＳＣＯ提案の多様化に寄与できる、経済性・環境性に優れた熱源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明は、流量が可変である一次ポンプ及び二次ポンプを設け、前記一次ポンプに接続される一次系の熱源として少なくとも熱交換器を備えた熱源システムにおいて、前記二次ポンプの負荷流量に基づいて、前記一次ポンプが前記熱交換器へ供給する流量値として設定する流量値設定手段と、定格流量時のインバータ周波数に対して流量値が比例するものとして、前記流量値設定手段にて設定した流量値からインバータ周波数を決定し、該インバータ周波数に基づいて前記熱交換器に接続される前記一次ポンプの流量をインバータ制御するインバータ制御手段を備えたことを特徴としている。
【００１５】
一次系熱源である熱交換器は最低流量を割り込むと出口側温度が不安定となる。言い換えると、熱交換器は最低流量を割り込んでも出口側温度が不安定となるにすぎない。つまり、最低流量に達しないと故障を起こしかねないヒートポンプ等の熱源に比べれば、さほど厳密に流量制御を実施する必要はない。
【００１６】
そこで本発明では、流量値設定手段が二次ポンプの負荷流量に基づいて熱交換器系の一次ポンプの流量値を設定し、インバータ制御手段が設定した流量値からインバータ周波数を決定する。したがって、インバータ周波数に基づくインバータ制御により、熱交換器系の一次ポンプに関して可変流量制御を実施することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のような本発明によれば、二次ポンプの負荷流量に基づいて熱交換器系の一次ポンプの流量値を設定し、この設定流量値にて一次ポンプの可変流量制御を実施可能なので、電磁流量計などの高価な測定手段を用いることなく、一次ポンプの可変流量制御を安価且つ確実に行うことができ、これにより省エネルギー効果の向上とコストの低減化を図ると共に、ＥＳＣＯ提案の多様化を実現して、経済性・環境性に優れた熱源システムを提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［代表的な実施形態の構成］
以下、本発明を実施するための最良の実施形態（以下、「実施形態」という）について、図１を参照して具体的に説明する。図１は本実施形態の構成図であり、図３に示した従来技術と同一の部材に関しては同一符号を付して説明は省略する。
【００１９】
図１に示すように、温水熱交換器１に接続した一次ポンプ３ａ及びヒートポンプ冷凍機２には、一次ポンプ３ａの可変流量を制御するための制御装置として、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）７が接続されている。ＰＬＣ７には、一次ポンプ３ａの流量値を設定する流量値設定部８と、流量値設定部８にて設定された流量値から導いたインバータ周波数により一次ポンプ３ａをインバータ制御するインバータ制御部９が組み込まれている。また、一次ポンプ３ａにはインバータ制御部９からのインバータ周波数を入力するインバータ周波数入力部３ｃが設けられている。
【００２０】
ＰＬＣ７において、流量値設定部８は、二次ポンプ４の負荷流量からヒートポンプ冷凍機２の定格流量を減算し、一次ポンプ３ａが温水熱交換器１へ供給する流量値を設定する部分である。本実施形態では温水熱交換器１が２台あるので、減算結果をさらに１／２にした流量値が温水熱交換器１の１台あたりの設定値となる。なお、最低流量を割り込むと故障しかねないヒートポンプ冷凍機２に関しては、可変流量制御ではなく、一次流量を定格流量として設定している。
【００２１】
インバータ制御部９は、温水熱交換器１の流量値が定格流量時のインバータ周波数に対して比例するものとし、互いにリニアな関係として、流量−Ｈｚ特性（図２のグラフ参照）をプログラムで担持しており、このプログラムに基づいて、前記流量値設定部８にて設定した一次ポンプ３ａの流量値に対応するインバータ周波数を決定し、該インバータ周波数を、一次ポンプ３ａのインバータ周波数入力部３ｃが入力して、一次ポンプ３ａがインバータ制御を実施するようになっている。
【００２２】
［本実施形態の作用効果］
以上のような構成を有する本実施形態の作用効果は、次の通りである。まず、流量値設定部８は、二次ポンプ４の負荷流量からヒートポンプ冷凍機２の定格流量を減算して、熱交換器１系の一次ポンプ３ａの流量値を設定する。そして、インバータ制御部９が、図２のグラフに示す流量−Ｈｚ特性に基づいて、流量値設定部８の設定した流量値からインバータ周波数を割り出し、このインバータ周波数をインバータ周波数入力部３ｃが入力し、一次ポンプ３ａは可変流量をインバータ制御することができる。
【００２３】
仮に、二次ポンプ４の負荷流量が増大した場合、二次ポンプ４の負荷流量とヒートポンプ冷凍機２の定格流量との差は大きくなるため、両者の減算結果から導かれる一次ポンプ３ａの流量設定値は大きくなる。したがって、設定値の増大に応じて、インバータ周波数も大きくなり、一次ポンプ３ａは可変流量を増大するようにインバータ制御を実施する。
【００２４】
反対に二次ポンプ４の負荷流量が減少した場合には、二次ポンプ４の負荷流量とヒートポンプ冷凍機２の定格流量との差は小さくなり、両者の減算結果から導かれる一次ポンプ３ａの流量設定値は小さくなる。そのため、設定値の低減に伴い、インバータ周波数も小さくなり、一次ポンプ３ａは可変流量を低減するようにインバータ制御を実施する。
【００２５】
温水熱交換器１は、最低流量を割り込むと出口側温度が不安定となるものの、経験的に言って定格流量の２０％程度を流せば出口側温度を維持可能である。したがって、本実施形態のごとく、二次ポンプ４の負荷流量からヒートポンプ冷凍機２の定格流量を引いた値を、流量値として設定したとしても、十分な精度を持つ流量値を獲得することが可能である。
【００２６】
このような本実施形態によれば、温水熱交換器１系の一次ポンプ３ａの可変流量制御に際して、高価な電磁流量計６によって流量値測定を行う必要がない。これにより、大幅なコストダウンが実現する。また、本実施形態ではインバータ制御部９により一次ポンプ３ａのインバータ制御を実施するので、一次ポンプ３ａの負荷率は大幅に低減し、搬送動力にかかる消費エネルギーを節約することができる。これにより、優れた省エネルギー効果を発揮することが可能となる。しかも、一次ポンプ３ａ、３ｂによる一次流量が二次ポンプ４による二次流量を下回るおそれはないので、熱源システムの安定化を図ることができる。
【００２７】
上述したように、本実施形態においては、上記のようにして省エネルギー効果と低コスト化を進めることができるので、省エネにかかる効果とコストの選択幅を拡げることが可能である。したがって、ＥＳＣＯ提案の多様化が実現し、ＥＳＣＯ事業の品質向上に貢献することができる。
【００２８】
なお、本実施形態では、流量値設定部８及びインバータ制御部９をＰＬＣ７により実現しているが、ＰＬＣ７のプログラムは再利用可能なので、いったんプログラムを構築してしまえば、制御装置単体だけでの納入も可能となり、優れた経済性を発揮することができる。
【００２９】
また、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、各部材の構成や配置数等は適宜変更可能である。例えば、本発明は温熱源システムに限らず、冷熱源システムにも適用可能であり、定格流量を流す熱源としては、ヒートポンプ以外にも蒸気圧縮式冷凍機等も包含される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る代表的な実施形態の構成図。
【図２】本実施形態における流量−Ｈｚ特性を示すグラフ。
【図３】従来の熱源システムの構成図。
【符号の説明】
【００３１】
１…温水熱交換器
２…ヒートポンプ冷凍機
３ａ、３ｂ…一次ポンプ
３ｃ…インバータ周波数入力部
４…二次ポンプ
５…バイパス配管
６…電磁流量計
７…ＰＬＣ
８…流量値設定部
９…インバータ制御部
１０…一次ポンプ制御部
【図１】
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【図２】
2009036422.tif 000004
【図３】
2009036422.tif 000005