熱媒体配管システム
【課題】熱媒体の搬送動力の削減及び熱源機及び空気調和機を最も効率的に制御し得るようにし熱媒体配管システムを提供する。
【解決手段】熱源機ループＡ、及び複数系統の空調機ループＢ、並びに熱源機ループＡと各空調機ループＢとを接続する熱搬送ループＣを備える。熱源機ループＡは、熱源機１と熱源ポンプ１２と熱媒体往管路１３ａと熱媒体還管路１３ｂとを備え、且つ熱媒体還管路１３ｂには熱源ポンプ１２が設けられている。空調機ループＢは、空気調和機４と空調機ポンプ１４と熱媒体往管路１５ａと熱媒体還管路１５ｂとを備え、且つ熱媒体往管路１５ａには空調機ポンプ１４が設けられている。熱搬送ループＣは、熱媒体循環ポンプ１６と熱媒体循環ポンプ１６が設けられた無端状の熱媒体循環管路１７とを備えている。熱源ポンプ１２及び空調機ポンプ１４並びに熱媒体循環ポンプ１６は回転数制御可能に構成されている。
【解決手段】熱源機ループＡ、及び複数系統の空調機ループＢ、並びに熱源機ループＡと各空調機ループＢとを接続する熱搬送ループＣを備える。熱源機ループＡは、熱源機１と熱源ポンプ１２と熱媒体往管路１３ａと熱媒体還管路１３ｂとを備え、且つ熱媒体還管路１３ｂには熱源ポンプ１２が設けられている。空調機ループＢは、空気調和機４と空調機ポンプ１４と熱媒体往管路１５ａと熱媒体還管路１５ｂとを備え、且つ熱媒体往管路１５ａには空調機ポンプ１４が設けられている。熱搬送ループＣは、熱媒体循環ポンプ１６と熱媒体循環ポンプ１６が設けられた無端状の熱媒体循環管路１７とを備えている。熱源ポンプ１２及び空調機ポンプ１４並びに熱媒体循環ポンプ１６は回転数制御可能に構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はビル、工場等の空気調和設備における冷水、温水等の熱媒体を送給するための熱媒体配管システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の店舗及び事務所等が入居するオフィスビル等の建造物には、複数の空調機が設けられ、各空調機には、熱源機からポンプにより冷水又は温水等の熱媒体が各空調機の熱負荷に対応した流量で供給され、冷房や暖房が行なわれる。而して、斯かる空調機を備えた熱媒体配管システムの従来の一例は図６に示されている。
【０００３】
図６中、１は冷凍機又はボイラのような熱源機、２は熱源機１の出口側に接続されて冷水又は温水等の熱媒体が送給される熱媒体往主管路、３は熱媒体往主管路２から分岐した複数の熱媒体往管路、４は入口側が各熱媒体往管路３に接続されて互いに並列配置されたＡＨＵ等の空調機、５は各空調機４の出口側に接続された熱媒体還管路、６は各熱媒体還管路５が合流するよう接続されると共に、熱源機１の入口側に接続された熱媒体還主管路、７は熱媒体往主管路２側においては、最も熱源機１側の空調機４よりも熱媒体流れ方向上流側において熱媒体往主管路２に接続され、熱媒体還主管路６側においては、最も熱源機１側の空調機４よりも熱媒体流れ方向下流側において熱媒体還主管路６に接続されたバイパス管路である。
【０００４】
熱媒体往主管路２には、バイパス管路７の熱媒体往主管路２接続位置よりも熱源機１側において熱源ポンプ８が接続されると共に、熱媒体流れ方向最上流側における熱媒体往管路３の接続位置よりもバイパス管路７側において熱媒体ポンプ９が接続され、各熱媒体還管路５には流量制御弁１０が設けられている。
【０００５】
図６に示すシステムでは、冷却若しくは加熱されて熱源機１から送出された熱媒体は、熱源ポンプ８により熱媒体往主管路２を送給され、一部の熱媒体はバイパス管路７を通って熱媒体還主管路６へ流入する。
【０００６】
又、残りの熱媒体は熱媒体ポンプ９により更に熱媒体往主管路２を送給され、熱媒体往管路３から空調機４へ導入されて冷熱若しくは温熱を消費し、熱媒体還管路５を通って熱媒体還主管路６へ流入し、バイパス管路７からの熱媒体と共に、熱源機１へ戻る。この際、空調機４を通る熱媒体は、空調機４を経て対象空間に送給される空気により対象空間が所定の温度になるよう、流量制御弁１０により流量制御される。
【０００７】
空調機を備えた熱媒体配管システムの従来の他の例は特許文献１に示すものがあり、図７に示されている。図７の例では、熱媒体往主管路２には図６に示す熱源ポンプ８や熱媒体ポンプ９は設けず、且つバイパス管路７も設けず、各熱媒体往管路３に、インバータ制御による回転数制御を行い得るようにした熱媒体ポンプ１１を設けている。図７中、図６に示すものと同一のものには同一の符号が付してある。
【０００８】
図７の場合は、熱源機１からの熱媒体は熱媒体往主管路２及び熱媒体往管路３を経て熱媒体ポンプ１１へ導入され、熱媒体ポンプ１１から熱媒体往管路３を経て空調機４へ送給され、冷熱若しくは温熱を消費して熱媒体還管路５を通り熱媒体還主管路６へ送給され、熱媒体還主管路６を経て熱源機１へ戻る。この際、空調機４を通る熱媒体は、空調機４を経て対象空間に送給される空気により対象空間が所定の温度になるよう、熱媒体ポンプ１１の回転数がインバータ制御されることにより流量制御される。
【特許文献１】特許第３４９０９８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図６に示す熱媒体配管システムにおいては、熱媒体の流量制御は流量制御弁１０の開度調整により行なわれるため、流量制御弁１０を通る熱媒体の流れに常に流動抵抗による圧力損失が生じ、その結果、熱媒体ポンプ９の消費動力が大きくなるうえ、空調機４へ送給しない熱媒体はバイパス管路７をバイパスさせるために熱源ポンプ８も必要となる。その結果、図６に示すシステムでは、熱媒体の搬送動力が大きくなり、省エネルギ上不利である。
【００１０】
図７に示す特許文献１の熱媒体配管システムでは、熱媒体の流量制御は、各空調機４で要求される熱媒体の流量を基に熱媒体ポンプの回転数制御により行なっているため、図６の場合よりも熱媒体の搬送動力を削減することができる。しかしながら、熱媒体は熱媒体ポンプ１１のみで搬送しているため、例えば、空調機４側の要求熱媒体流量がほとんどなくなったとしても、熱源機１の凍結等の不具合を避けるための最低流量は確保せざるを得ず、その場合、空調機１を通して熱媒体の流量を確保するため、空調機４の熱交換器の圧力損失や空調機４までの配管抵抗を加えた搬送となり、熱媒体の搬送動力の削減を充分に行なうことが困難であるという問題がある。
【００１１】
本発明は、上述の実情に鑑み、熱媒体の搬送動力の削減を図ることができると共に、熱源機及び空調機を最も効率的に制御し得るようにした熱媒体配管システムを提供することを目的としてなしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の熱媒体配管システムは、
熱源機ループ、及び複数系統の空調機ループ、並びに前記熱源機ループと各空調機ループとを接続する熱搬送ループを備え、
熱源機ループは、
熱源機と、熱源ポンプと、熱搬送ループからの熱媒体を熱源機に送給する熱媒体還管路と、熱源機からの熱媒体を熱搬送ループへ送給する熱媒体往管路とを備え、且つ熱媒体還管路又は熱媒体往管路には前記熱源ポンプが設けられており、
空調機ループは、
空調機と、空調機ポンプと、熱搬送ループからの熱媒体を空調機へ送給する熱媒体往管路と、空調機からの熱媒体を熱搬送ループへ送給する熱媒体還管路とを備え、且つ熱媒体往管路又は熱媒体還管路には前記空調機ポンプが設けられており、
熱搬送ループは、
熱媒体循環ポンプと、熱媒体循環ポンプが設けられて熱媒体が送給される熱媒体循環管路とを備えているものである。
【００１３】
請求項２の熱媒体配管システムにおいては、熱源機ループは複数系統設置され、所定の熱源機ループにおいて熱搬送ループからの熱媒体を熱源機へ送給する熱媒体還管路及び、熱源機からの熱媒体を熱搬送ループに送給する熱媒体往管路を、熱搬送ループにおける熱媒体循環管路の空調機ループ接続部間に接続したものである。
【００１４】
請求項３の熱媒体配管システムは、
バイパス管路を備え、
該バイパス管路は、一端を、熱媒体流れ方向最下流側に位置する空調機ループ以外の空調機ループにおける熱媒体還管路に接続されていると共に、他端を、熱媒体流れ方向最下流側に位置する空調機ループの熱媒体還管路接続部よりも下流側において熱搬送ループの熱媒体循環管路に接続され、
空調機ループにおける熱媒体還管路のバイパス管路接続位置よりも熱媒体流れ方向下流側には、第一の弁手段が設けられ、バイパス管路には第二の弁手段が設けられている請求項１又は２に記載の熱媒体配管システム。
【００１５】
請求項４の熱媒体配管システムは、
熱負荷が所定の値よりも低い場合は、第一の弁手段開き、第二の弁手段を閉止し、熱負荷が所定の値以上の場合は、第一の弁手段を閉止し、第二の弁手段を開くよう構成したものである。
【００１６】
請求項５の熱媒体配管システムにおいては、熱源ポンプ及び空調機ポンプ並びに熱媒体循環ポンプは回転数制御可能に構成されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の請求項１〜５記載の熱媒体配管システムによれば、熱源機ループ及び各空調機ループ並びに熱搬送ループ間では、夫々互いに干渉を受けることなく、各ループ間において各機器を夫々効率良く運転することが可能となり、又、各機器においての必要熱媒体流量を確保するために、高低差のない位置にある専用化された各種ポンプが熱媒体の流量を確保するので、揚程に無駄がなく、従って、熱媒体の搬送動力の削減が可能となると共に、熱源機及び空調機を最も効率的に制御することが可能となり、又、請求項２においては、熱源機ループを熱媒体循環管路の空調機ループ間に接続しているため、当該接続部よりも下流側の空調機ループにおける空調機入口の熱媒体の温度を低くすることが可能となり、更に、請求項３の熱媒体配管システムでは、空調機ループに導入される熱媒体の温度変化を回避することができる、等種々の優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
図１は本発明の熱媒体配管システムの実施の形態の一例である。而して、本図示例では、熱媒体配管システムは、熱源機ループＡ及び空調機ループＢ並びに熱搬送ループＣに分けられていると共に、空調機ループＢは複数系統設けられ、熱源機ループＡ及び空調機ループＢは熱搬送ループＣにより接続されている。
【００１９】
すなわち、熱源機ループＡは、熱源機１と熱源ポンプ１２と熱媒体往管路１３ａと熱媒体還管路１３ｂとを備え、且つ熱媒体還管路１３ｂには熱源ポンプ１２が設けられている。空調機ループＢは、空調機４と空調機ポンプ１４と熱媒体往管路１５ａと熱媒体還管路１５ｂとを備え、且つ熱媒体往管路１５ａには空調機ポンプ１４が設けられている。熱搬送ループＣは、熱媒体循環ポンプ１６と熱媒体循環ポンプ１６が設けられた無端状の熱媒体循環管路１７とを備えている。
【００２０】
而して、一端を熱源機ループＡの熱源機１出口側に接続された熱媒体往管路１３ａの他端は、熱搬送ループＣにおける熱媒体循環管路１７の熱媒体循環ポンプ１６接続位置よりも熱媒体流れ方向上流側に接続され、一端を熱源機ループＡの熱源機１入口側に接続された熱媒体還管路１３ｂの他端は、熱搬送ループＣにおける熱媒体循環管路１７の熱媒体往管路１３ａ接続位置よりも熱媒体流れ方向上流側に接続されている。
【００２１】
複数の空調機ループＢは、熱媒体循環管路１７の熱媒体循環ポンプ１６接続位置よりも熱媒体流れ方向下流側において、熱媒体循環管路１７に対し、熱媒体流れ方向上流側から下流側へ向けて順次接続されている。すなわち、一端を空調機ループＢの空調機４入口側に接続された熱媒体往管路１５ａの他端は熱媒体循環管路１７に接続され、一端を空調機ループＢの空調機４出口側に接続された熱媒体還管路１５ｂの他端は、熱媒体往管路１５ａ接続部よりも熱媒体流れ方向下流側において熱媒体循環管路１７に接続されている。而して、熱媒体流れ方向最上流側における熱媒体往管路１５ａの熱媒体循環管路１７に対する接続位置は、熱媒体循環ポンプ１６よりも熱媒体流れ方向下流側に位置している。
【００２２】
熱源ポンプ１２及び空調機ポンプ１４並びに熱媒体循環ポンプ１６は何れもインバータ制御によりポンプ回転数制御を行い得るようになっている。
【００２３】
次に、上記図示例の作動を説明する。
熱搬送ループＣの熱媒体循環管路１７を循環して熱源機ループＡの熱媒体還管路１３ｂから熱源ポンプ１２により熱源機１へ送給された熱媒体は、熱源機１において冷却若しくは加熱され、冷却若しくは加熱された熱媒体は、熱媒体往管路１３ａを流通して熱媒体循環管路１７へ送給され、熱媒体循環管路１７を熱媒体往管路１３ａ接続部よりも上流側から循環し送給されてきた熱媒体と合流し、熱媒体循環管路１７を下流側へ送給され、熱媒体循環ポンプ１６により加圧されて熱媒体循環管路１７を更に下流側へ送給される。
【００２４】
而して、熱媒体の一部は空調機ループＢの熱媒体往管路１５ａへ流入して熱媒体往管路１５ａを送給され、空調機ポンプ１４から空調機４へ送給され、空調機４において冷熱若しくは温熱を消費して仕事をし、温度が上昇若しくは下降した熱媒体は熱媒体還管路１５ｂを送給されて熱媒体循環管路１７へ流入し、順次下流側へ送給されて他の空調機ループＢからの熱媒体と合流し、熱媒体循環管路１７を流通して熱源機ループＡ側へ送給され、一部の熱媒体は熱源機ループＡの熱媒体還管路１３ｂへ流入し、残りの熱媒体は熱媒体循環管路１７において熱媒体往管路１３ａからの熱媒体と合流して前述の経路を通り循環する。
【００２５】
本図示例においては、熱源機ループＡ、及び複数の空調機ループＢ、並びに熱源機ループＡと各空調機ループＢとを接続する熱搬送ループＣを夫々独立して設け、熱源機ループＡに熱源ポンプ１２を、又、各空調機ループＢに空調機ポンプ１４を、更に、熱搬送ループＣに熱媒体循環ポンプ１６を設け、熱源ポンプ１２及び空調機ポンプ１４並びに熱媒体循環ポンプ１６は回転数制御可能に構成されている。
【００２６】
このため、空調機ループＢにおける空調機ポンプ１４の流量が最低流量となって、空調機４の入口と出口の熱媒体の温度差が小さくなった場合でも、複数の空調機ループＢにおいては、熱媒体循環管路１７に対し、順次、熱媒体往管路１５ａの接続部下流側において熱媒体還管路１５ｂを接続していること、及び熱搬送ループＣにおける熱媒体循環ポンプ１６の流量を制御することで、熱媒体循環管路１７に対する熱媒体往管路１５ａ接続部の最も下流側の点と、熱媒体循環管路１７に対する熱媒体還管路１５ｂの最も下流側の点との間の熱媒体の温度差を大きくとることが可能となり、熱源機１での熱媒体の温度差を確保することが可能となる。
【００２７】
従って、熱源機ループＡ及び各空調機ループＢ並びに熱搬送ループＣ間では、夫々互いに干渉を受けることなく、各ループＡ，Ｂ，Ｃ間において各機器を夫々効率良く運転することが可能となり、熱媒体の搬送動力の削減が可能となると共に、熱源機１及び空調機４を最も効率的に制御することが可能となる。
【００２８】
次に、本図示例の熱媒体配管システムと、図７に示す特許文献１の熱媒体配管システムにおける低熱負荷時の熱源機１や空調機４の出口及び入口間の温度差の確保等について、図２（Ａ）、（Ｂ）を基に冷房の場合について説明する。すなわち、空調機４の低熱負荷時に、ポンプが最低流量に達した場合、空調機４における入口と出口の温度差は小さくなる。図２（Ａ）、（Ｂ）では、空調機４の入口と出口の温度差Δｔ２＝３℃、各空調機４の熱負荷合計ΣＱ＝１２００Ｋｃａｌ／ｍｉｎ（１系統の空調機４当りの熱負荷Ｑ＝３００Ｋｃａｌ／ｍｉｎ）と同一条件にして比較した。
【００２９】
図７の熱媒体配管システムの場合、メインのラインである熱媒体往主管路２の流量はＦ１＝４００Ｌ／ｍｉｎであるのに対し、本図示例の場合、メインのラインである熱媒体循環管路１７の流量はＦ１＝２４０Ｌ／ｍｉｎと少なくて良い。又、熱源機１の入口と出口の熱媒体の温度差は従来がΔｔ１＝３℃と小さいのに対し、本図示例では、Δｔ１＝５℃となり、一般に高効率とされる温度差を確保することができる。これらの点から本図示例の方が、図７に示すシステムよりも熱媒体搬送動力や熱源動力を低減でき、省エネルギー効果が高い。
【００３０】
なお、図２（Ａ）、（Ｂ）において各空調機４を通る熱媒体の流量はＦ２＝１００Ｌ／ｍｉｎ、図２（Ｂ）において熱源機１を循環する熱媒体の流量はＦ＝２４０Ｌ／ｍｉｎである。
【００３１】
又、図２（Ａ）における各空調機４の部分に記載してある数値は、各空調機４の入口及び出口の熱媒体温度で、入口では７℃、出口では１０℃であり、図２（Ｂ）における各空調機ループの空調機４の部分に記載してある数値は、各空調機４の入口及び出口の熱媒体温度で、熱源機１側から見て第１番目の空調機ループにおいては、入口では７℃、出口では１０℃、第２番目の空調機ループにおいては、入口では８．２５℃、出口では１１．２５℃、第３番目の空調機ループにおいては、入口では９．５℃、出口では１２．５℃、第４番目の空調機ループにおいては、入口では１０．７５℃、出口では１３．７５℃である。なお、ここでは、熱交換対象の空調空気側の温度場は充分高温側であることと、空調機４における熱交換器は、温度場が違うところで同じ温度差が取れるように必要能力を備えている。
【００３２】
更に、図２（Ｂ）における熱媒体循環管路１７においては、熱源機１側から見て第１番目の空調機ループの熱媒体還管路１５ｂからの熱媒体が流入することにより、第１番目の空調機ループから出た直後の熱媒体循環管路１７における熱媒体の温度は、８．２５℃となり、第２番目の空調機ループから出た直後の熱媒体循環管路１７における熱媒体の温度は９．５℃となり、第３番目の空調機ループから出た直後の熱媒体循環管路１７における熱媒体の温度は１０．７５℃となり、第４番目の空調機ループから出た直後の熱媒体循環管路１７における熱媒体の温度は１２℃となる。
【００３３】
続いて、本図示例の熱媒体配管システムと図７に示す熱媒体配管システムの高温度差設定時における熱源機１や空調機４の出口及び入口間の温度差の確保等について、図３（Ａ）、（Ｂ）を基に冷房の場合について説明する。すなわち、一般にポンプの搬送動力を低減させるためには、ポンプの流量を減少させて空調機４の入口及び出口における熱媒体の温度差を大きくした方が良い。而して、図３（Ａ）、（Ｂ）では、空調機４の入口と出口の熱媒体の温度差Δｔ２＝７℃、各空調機４の熱負荷合計ΣＱ＝２８００Ｋｃａｌ／ｍｉｎ（１系統当りの空調機４の熱負荷Ｑ＝７００Ｋｃａｌ／ｍｉｎ）と同一条件にして比較した。
【００３４】
熱源機１の入口と出口における熱媒体の温度差は、従来の熱媒体配管システムの場合、熱源機１の入口と出口の熱媒体の温度差Δｔ１＝７℃と大きいのに対し、本図示例の熱媒体配管システムにおいては、Δｔ１＝５℃と一般的に高効率とされる温度差を確保することができる。これにより、本図示例の場合は熱源動力を低減することができる。又、熱媒体循環ポンプ１６や熱源ポンプ１２の搬送動力の増加分より、Δｔ１の２℃分の温度差減少分による熱源動力の削減分の方がはるかに動力が大きくなる。これらの点から本図示例の方が、図７に示すシステムよりも熱媒体搬送動力や熱源動力を低減でき、省エネルギー効果が高い。
【００３５】
なお、図３（Ａ）においてメインのラインである熱媒体往主管路２、熱媒体還主管路６を循環する熱媒体の流量はＦ１＝４００Ｌ／ｍｉｎ、図３（Ｂ）において熱源機１を循環する熱媒体の流量はＦ＝５６０Ｌ／ｍｉｎ、メインのラインである熱媒体循環管路１７を循環する熱媒体の流量はＦ１＝５６０Ｌ／ｍｉｎ、図３（Ａ）、（Ｂ）における各空調機４を通る熱媒体の流量はＦ２＝１００Ｌ／ｍｉｎである。
【００３６】
又、図３（Ａ）における各空調機４の部分に記載してある数値は、各空調機４の入口及び出口の熱媒体温度で、入口では７℃、出口では１４℃であり、図３（Ｂ）における各空調機４の部分に記載してある数値は、各空調機４の入口及び出口の熱媒体の温度で、熱源機１側から見て第１番目の空調機ループにおいては、入口では７℃、出口では１４℃、第２番目の空調機ループにおいては、入口では８．２５℃、出口では１５．２５℃、第３番目の空調機ループにおいては、入口では９．５℃、出口では１６．５℃、第４番目の空調機ループにおいては、入口では１０．７５℃、出口では１７．７５℃である。
【００３７】
更に、図３（Ｂ）における熱媒体循環管路１７においては、熱源機１側から見て第１番目の空調機ループの熱媒体還管路１５ｂからの熱媒体が流入することにより、第１番目の空調機ループから出た直後の熱媒体循環管路１７における熱媒体の温度は、８．２５℃となり、第２番目の空調機ループから出た直後の熱媒体循環管路１７における熱媒体の温度は９．５℃となり、第３番目の空調機ループから出た直後の熱媒体循環管路１７における熱媒体の温度は１０．７５℃となり、第４番目の空調機ループから出た直後の熱媒体循環管路１７における熱媒体の温度は１２℃となる。
【００３８】
続いて、搬送機器の容量低減について説明する。
すなわち、通常、ポンプの選定は、必要流量と必要揚程からポンプの性能曲線を用いて行なわれる。例えば、図７の場合のポンプ選定は各空調機４の最大流量と全揚程（図７の熱源機１→熱媒体往主管路２→熱媒体ポンプ１１→熱媒体往管路３→空調機４→熱媒体還管路５→熱媒体還主管路６→熱源機１で示されるラインの全抵抗）から選定する。
【００３９】
一方、本図示例の場合は、空調機ポンプ１４の揚程は、図１の空調機ループＢの揚程（熱媒体往管路１５ａ→空調機ポンプ１４→空調機４→熱媒体還管路１５ｂで示されるラインの抵抗）で良いため、最大流量が図７の熱媒体ポンプ１１と同じであっても、必要揚程が小さくなるので、空調機ポンプ１４の容量は小さくなる。同時に、ポンプ回転数制御手段の容量も小さくてすむ。又、空調機ポンプ１４は容量が小さいため低負荷時の制御性が良好である。更に又、超高層ビルのように建物規模が大きくなるに従い、図７のラインの全揚程は大きくなるため、ポンプ容量の観点から見て本図示例の方が有利である。又、一般的にポンプは低揚程のポンプの方が高揚程のポンプよりも効率が良くなるので有利である。
【００４０】
図４は本発明の実施の形態の他の例である。而して、本図示例では、熱源機１を備えた熱源機ループＡを複数系統設け、所定の熱源機ループＡにおいては、熱媒体往管路１３ａ及び熱媒体還管路１３ｂを所定の空調機ループＢ，Ｂ間において、熱搬送ループＣの熱媒体循環管路１７に接続するようにしている。
【００４１】
図１の熱媒体配管システムにおける各空調機ループＢにおいては、冷房の場合、図２（Ｂ）、図３（Ｂ）に示すように、熱媒体が空調機ループの熱媒体還管路１５ｂから熱媒体循環管路１７に流入することにより、熱媒体循環管路１７内の熱媒体の温度は、下流側へ行くにつれて徐々に高くなる。しかるに、図４の図示例のように、所定の熱源機ループＡの熱媒体往管路１５ａ及び熱媒体還管路１５ｂを空調機ループＢ，Ｂ間において熱搬送ループＣの熱媒体循環管路１７に接続することにより、この接続部よりも下流側における空調機ループＢの空調機４の入口における熱媒体の温度を低くすることが可能となる。
【００４２】
図５は本発明の実施の形態の更に他の例であり、冷凍機或はボイラの能力すなわち熱源機能力、及び熱負荷を考慮した熱媒体配管システムの例である。図中、１８は複数のバイパス管路である。これらのバイパス管路１８は、一端を、熱媒体循環ポンプ１６を基準として熱媒体流れ方向最下流側に位置する空調機ループＢ以外の空調機ループＢにおける熱媒体還管路１５ｂに接続されていると共に、他端を、熱媒体循環ポンプ１６を基準として熱媒体流れ方向最下流側に位置する空調機ループＢの熱媒体還管路１５ｂ接続部よりも下流側において熱搬送ループＣの熱媒体循環管路１７に接続されている。
【００４３】
各空調機ループＢにおける熱媒体還管路１５ｂのバイパス管路１８接続位置よりも熱媒体流れ方向下流側には、切替弁１９が接続され、バイパス管路１８には、切替弁２０が接続されている。
【００４４】
熱媒体循環管路１７の熱媒体往管路１３ａ接続部と熱媒体循環ポンプ１６接続部との間には、流量検出器２１が接続され、熱媒体循環管路１７の熱媒体循環ポンプ１６接続部と熱媒体流れ方向最上流側の熱媒体往管路１５ａ接続部との間には温度検出器２２が接続され、熱媒体循環管路１７の熱媒体流れ方向最下流側におけるバイパス管路１８接続部よりも熱媒体還管路１３ｂ側には、温度検出器２３が接続されている。
【００４５】
温度検出器２２で検出した循環ポンプ出口温度Ｔ１及び温度検出器２３で検出した熱媒体還温度Ｔ２並びに流量検出器２２で検出した熱媒体の循環ポンプ流量Ｆｃは図示してないコントローラに与えられて熱負荷ＱｃがＱｃ＝Ｆｃ×（Ｔ２−Ｔ１）により求められると共に、求められた熱負荷Ｑｃは、熱源機能力×係数αと比較され、熱負荷Ｑｃ≦熱源機能力×係数αの場合は切替弁１９に開指令を与え、切替弁２０に閉指令を与え、又、熱負荷Ｑｃ＞熱源機能力×係数αの場合は、切替弁２０に開指令を与え、切替弁１９に閉指令を与えるようになっている。なお、熱源機能力は冷凍機或はボイラの設計時定格能力であり、係数αは建物の用途、規模により決定される係数で、一般的には０．９〜１．０である。
【００４６】
本図示例においては、熱負荷Ｑｃ＜熱源機能力×係数αの場合は、切替弁１９が開き、切替弁２０は閉止しているため、熱媒体の流れは図１の場合と同様である。しかし、熱負荷Ｑｃ≧熱源機能力×係数αの場合は、切替弁１９は閉止し、切替弁２０が開く。
【００４７】
このため、空調機ループＢの空調機４で仕事をした熱媒体は熱媒体還管路１５ｂからバイパス管路１８を経て熱媒体循環管路１７における熱媒体流れ方向最下流側の熱媒体還管路１５ｂ接続部よりも下流側の部分に送出され、その結果、空調機ループＢの熱媒体還管路１５ｂから送出された熱媒体が熱媒体流れ方向下流側における空調機ループＢに導入されることはない。
【００４８】
従って、各空調機ループＢの空調機４へは、熱源機ループＡの熱源機１で所定の温度に冷却若しくは加熱された熱媒体が導入されるため、熱媒体流れ方向下流側における空調機４へ導入される熱媒体の温度上昇、或は温度低下を防止することができる。
【００４９】
このようにするのは、年間の最大冷房負荷或は最大暖房負荷が冷凍機やボイラの設計時定格能力よりも低い場合には、図１に示す熱媒体配管システムで良いが、熱負荷Ｑが冷凍機やボイラの設計時定格能力と略等しくなった場合には、図１に示す熱媒体配管システムでは、熱媒体循環ポンプ１６を基準として熱媒体流れ方向下流側の空調機ループＢほど、空調機４へ送給される熱媒体の温度が上昇若しくは下降することになり、熱負荷処理ができなくなる虞があるため、熱負荷Ｑｃが熱源機１の設計時定格能力と略等しくなった場合には、上流側の空調機ループＢから送出された熱媒体を下流側の空調機ループＢへ導入しないようにして、熱媒体の温度上昇或は温度低下を回避するためである。
【００５０】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の熱媒体配管システムの実施の形態の一例を示す管路図である。
【図２】図１の熱媒体配管システムと図７の熱媒体配管システムの低負荷時における、熱源機や空調機の入口及び出口間の温度差の確保等について説明するための管路図で、図２（Ａ）は特許文献１のものを、又、図２（Ｂ）は本発明のものを示す。
【図３】図１の熱媒体配管システムと図７の熱媒体配管システムの高温度差設定時における、熱源機や空調機の入口及び出口間の温度差の確保等について説明するための管路図で、図３（Ａ）は特許文献１のものを、又、図３（Ｂ）は本発明のものを示す。
【図４】本発明の熱媒体配管システムの実施の形態の他の例を示す管路図である。
【図５】本発明の熱媒体配管システムの実施の形態の更に他の例を示す管路図である。
【図６】従来の熱媒体配管システムの一例を示す管路図である。
【図７】特許文献１に示す従来の熱媒体配管システムの他の例を示す管路図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 熱源機
４ 空調機
１２ 熱源ポンプ
１３ａ 熱媒体往管路
１３ｂ 熱媒体還管路
１４ 空調機ポンプ
１５ａ 熱媒体往管路
１５ｂ 熱媒体還管路
１６ 熱媒体循環ポンプ
１７ 熱媒体循環管路
１８ バイパス管路
１９ 切替弁（弁手段）
２０ 切替弁（弁手段）
Ａ 熱源機ループ
Ｂ 空調機ループ
Ｃ 熱搬送ループ
【技術分野】
【０００１】
本発明はビル、工場等の空気調和設備における冷水、温水等の熱媒体を送給するための熱媒体配管システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の店舗及び事務所等が入居するオフィスビル等の建造物には、複数の空調機が設けられ、各空調機には、熱源機からポンプにより冷水又は温水等の熱媒体が各空調機の熱負荷に対応した流量で供給され、冷房や暖房が行なわれる。而して、斯かる空調機を備えた熱媒体配管システムの従来の一例は図６に示されている。
【０００３】
図６中、１は冷凍機又はボイラのような熱源機、２は熱源機１の出口側に接続されて冷水又は温水等の熱媒体が送給される熱媒体往主管路、３は熱媒体往主管路２から分岐した複数の熱媒体往管路、４は入口側が各熱媒体往管路３に接続されて互いに並列配置されたＡＨＵ等の空調機、５は各空調機４の出口側に接続された熱媒体還管路、６は各熱媒体還管路５が合流するよう接続されると共に、熱源機１の入口側に接続された熱媒体還主管路、７は熱媒体往主管路２側においては、最も熱源機１側の空調機４よりも熱媒体流れ方向上流側において熱媒体往主管路２に接続され、熱媒体還主管路６側においては、最も熱源機１側の空調機４よりも熱媒体流れ方向下流側において熱媒体還主管路６に接続されたバイパス管路である。
【０００４】
熱媒体往主管路２には、バイパス管路７の熱媒体往主管路２接続位置よりも熱源機１側において熱源ポンプ８が接続されると共に、熱媒体流れ方向最上流側における熱媒体往管路３の接続位置よりもバイパス管路７側において熱媒体ポンプ９が接続され、各熱媒体還管路５には流量制御弁１０が設けられている。
【０００５】
図６に示すシステムでは、冷却若しくは加熱されて熱源機１から送出された熱媒体は、熱源ポンプ８により熱媒体往主管路２を送給され、一部の熱媒体はバイパス管路７を通って熱媒体還主管路６へ流入する。
【０００６】
又、残りの熱媒体は熱媒体ポンプ９により更に熱媒体往主管路２を送給され、熱媒体往管路３から空調機４へ導入されて冷熱若しくは温熱を消費し、熱媒体還管路５を通って熱媒体還主管路６へ流入し、バイパス管路７からの熱媒体と共に、熱源機１へ戻る。この際、空調機４を通る熱媒体は、空調機４を経て対象空間に送給される空気により対象空間が所定の温度になるよう、流量制御弁１０により流量制御される。
【０００７】
空調機を備えた熱媒体配管システムの従来の他の例は特許文献１に示すものがあり、図７に示されている。図７の例では、熱媒体往主管路２には図６に示す熱源ポンプ８や熱媒体ポンプ９は設けず、且つバイパス管路７も設けず、各熱媒体往管路３に、インバータ制御による回転数制御を行い得るようにした熱媒体ポンプ１１を設けている。図７中、図６に示すものと同一のものには同一の符号が付してある。
【０００８】
図７の場合は、熱源機１からの熱媒体は熱媒体往主管路２及び熱媒体往管路３を経て熱媒体ポンプ１１へ導入され、熱媒体ポンプ１１から熱媒体往管路３を経て空調機４へ送給され、冷熱若しくは温熱を消費して熱媒体還管路５を通り熱媒体還主管路６へ送給され、熱媒体還主管路６を経て熱源機１へ戻る。この際、空調機４を通る熱媒体は、空調機４を経て対象空間に送給される空気により対象空間が所定の温度になるよう、熱媒体ポンプ１１の回転数がインバータ制御されることにより流量制御される。
【特許文献１】特許第３４９０９８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図６に示す熱媒体配管システムにおいては、熱媒体の流量制御は流量制御弁１０の開度調整により行なわれるため、流量制御弁１０を通る熱媒体の流れに常に流動抵抗による圧力損失が生じ、その結果、熱媒体ポンプ９の消費動力が大きくなるうえ、空調機４へ送給しない熱媒体はバイパス管路７をバイパスさせるために熱源ポンプ８も必要となる。その結果、図６に示すシステムでは、熱媒体の搬送動力が大きくなり、省エネルギ上不利である。
【００１０】
図７に示す特許文献１の熱媒体配管システムでは、熱媒体の流量制御は、各空調機４で要求される熱媒体の流量を基に熱媒体ポンプの回転数制御により行なっているため、図６の場合よりも熱媒体の搬送動力を削減することができる。しかしながら、熱媒体は熱媒体ポンプ１１のみで搬送しているため、例えば、空調機４側の要求熱媒体流量がほとんどなくなったとしても、熱源機１の凍結等の不具合を避けるための最低流量は確保せざるを得ず、その場合、空調機１を通して熱媒体の流量を確保するため、空調機４の熱交換器の圧力損失や空調機４までの配管抵抗を加えた搬送となり、熱媒体の搬送動力の削減を充分に行なうことが困難であるという問題がある。
【００１１】
本発明は、上述の実情に鑑み、熱媒体の搬送動力の削減を図ることができると共に、熱源機及び空調機を最も効率的に制御し得るようにした熱媒体配管システムを提供することを目的としてなしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の熱媒体配管システムは、
熱源機ループ、及び複数系統の空調機ループ、並びに前記熱源機ループと各空調機ループとを接続する熱搬送ループを備え、
熱源機ループは、
熱源機と、熱源ポンプと、熱搬送ループからの熱媒体を熱源機に送給する熱媒体還管路と、熱源機からの熱媒体を熱搬送ループへ送給する熱媒体往管路とを備え、且つ熱媒体還管路又は熱媒体往管路には前記熱源ポンプが設けられており、
空調機ループは、
空調機と、空調機ポンプと、熱搬送ループからの熱媒体を空調機へ送給する熱媒体往管路と、空調機からの熱媒体を熱搬送ループへ送給する熱媒体還管路とを備え、且つ熱媒体往管路又は熱媒体還管路には前記空調機ポンプが設けられており、
熱搬送ループは、
熱媒体循環ポンプと、熱媒体循環ポンプが設けられて熱媒体が送給される熱媒体循環管路とを備えているものである。
【００１３】
請求項２の熱媒体配管システムにおいては、熱源機ループは複数系統設置され、所定の熱源機ループにおいて熱搬送ループからの熱媒体を熱源機へ送給する熱媒体還管路及び、熱源機からの熱媒体を熱搬送ループに送給する熱媒体往管路を、熱搬送ループにおける熱媒体循環管路の空調機ループ接続部間に接続したものである。
【００１４】
請求項３の熱媒体配管システムは、
バイパス管路を備え、
該バイパス管路は、一端を、熱媒体流れ方向最下流側に位置する空調機ループ以外の空調機ループにおける熱媒体還管路に接続されていると共に、他端を、熱媒体流れ方向最下流側に位置する空調機ループの熱媒体還管路接続部よりも下流側において熱搬送ループの熱媒体循環管路に接続され、
空調機ループにおける熱媒体還管路のバイパス管路接続位置よりも熱媒体流れ方向下流側には、第一の弁手段が設けられ、バイパス管路には第二の弁手段が設けられている請求項１又は２に記載の熱媒体配管システム。
【００１５】
請求項４の熱媒体配管システムは、
熱負荷が所定の値よりも低い場合は、第一の弁手段開き、第二の弁手段を閉止し、熱負荷が所定の値以上の場合は、第一の弁手段を閉止し、第二の弁手段を開くよう構成したものである。
【００１６】
請求項５の熱媒体配管システムにおいては、熱源ポンプ及び空調機ポンプ並びに熱媒体循環ポンプは回転数制御可能に構成されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の請求項１〜５記載の熱媒体配管システムによれば、熱源機ループ及び各空調機ループ並びに熱搬送ループ間では、夫々互いに干渉を受けることなく、各ループ間において各機器を夫々効率良く運転することが可能となり、又、各機器においての必要熱媒体流量を確保するために、高低差のない位置にある専用化された各種ポンプが熱媒体の流量を確保するので、揚程に無駄がなく、従って、熱媒体の搬送動力の削減が可能となると共に、熱源機及び空調機を最も効率的に制御することが可能となり、又、請求項２においては、熱源機ループを熱媒体循環管路の空調機ループ間に接続しているため、当該接続部よりも下流側の空調機ループにおける空調機入口の熱媒体の温度を低くすることが可能となり、更に、請求項３の熱媒体配管システムでは、空調機ループに導入される熱媒体の温度変化を回避することができる、等種々の優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
図１は本発明の熱媒体配管システムの実施の形態の一例である。而して、本図示例では、熱媒体配管システムは、熱源機ループＡ及び空調機ループＢ並びに熱搬送ループＣに分けられていると共に、空調機ループＢは複数系統設けられ、熱源機ループＡ及び空調機ループＢは熱搬送ループＣにより接続されている。
【００１９】
すなわち、熱源機ループＡは、熱源機１と熱源ポンプ１２と熱媒体往管路１３ａと熱媒体還管路１３ｂとを備え、且つ熱媒体還管路１３ｂには熱源ポンプ１２が設けられている。空調機ループＢは、空調機４と空調機ポンプ１４と熱媒体往管路１５ａと熱媒体還管路１５ｂとを備え、且つ熱媒体往管路１５ａには空調機ポンプ１４が設けられている。熱搬送ループＣは、熱媒体循環ポンプ１６と熱媒体循環ポンプ１６が設けられた無端状の熱媒体循環管路１７とを備えている。
【００２０】
而して、一端を熱源機ループＡの熱源機１出口側に接続された熱媒体往管路１３ａの他端は、熱搬送ループＣにおける熱媒体循環管路１７の熱媒体循環ポンプ１６接続位置よりも熱媒体流れ方向上流側に接続され、一端を熱源機ループＡの熱源機１入口側に接続された熱媒体還管路１３ｂの他端は、熱搬送ループＣにおける熱媒体循環管路１７の熱媒体往管路１３ａ接続位置よりも熱媒体流れ方向上流側に接続されている。
【００２１】
複数の空調機ループＢは、熱媒体循環管路１７の熱媒体循環ポンプ１６接続位置よりも熱媒体流れ方向下流側において、熱媒体循環管路１７に対し、熱媒体流れ方向上流側から下流側へ向けて順次接続されている。すなわち、一端を空調機ループＢの空調機４入口側に接続された熱媒体往管路１５ａの他端は熱媒体循環管路１７に接続され、一端を空調機ループＢの空調機４出口側に接続された熱媒体還管路１５ｂの他端は、熱媒体往管路１５ａ接続部よりも熱媒体流れ方向下流側において熱媒体循環管路１７に接続されている。而して、熱媒体流れ方向最上流側における熱媒体往管路１５ａの熱媒体循環管路１７に対する接続位置は、熱媒体循環ポンプ１６よりも熱媒体流れ方向下流側に位置している。
【００２２】
熱源ポンプ１２及び空調機ポンプ１４並びに熱媒体循環ポンプ１６は何れもインバータ制御によりポンプ回転数制御を行い得るようになっている。
【００２３】
次に、上記図示例の作動を説明する。
熱搬送ループＣの熱媒体循環管路１７を循環して熱源機ループＡの熱媒体還管路１３ｂから熱源ポンプ１２により熱源機１へ送給された熱媒体は、熱源機１において冷却若しくは加熱され、冷却若しくは加熱された熱媒体は、熱媒体往管路１３ａを流通して熱媒体循環管路１７へ送給され、熱媒体循環管路１７を熱媒体往管路１３ａ接続部よりも上流側から循環し送給されてきた熱媒体と合流し、熱媒体循環管路１７を下流側へ送給され、熱媒体循環ポンプ１６により加圧されて熱媒体循環管路１７を更に下流側へ送給される。
【００２４】
而して、熱媒体の一部は空調機ループＢの熱媒体往管路１５ａへ流入して熱媒体往管路１５ａを送給され、空調機ポンプ１４から空調機４へ送給され、空調機４において冷熱若しくは温熱を消費して仕事をし、温度が上昇若しくは下降した熱媒体は熱媒体還管路１５ｂを送給されて熱媒体循環管路１７へ流入し、順次下流側へ送給されて他の空調機ループＢからの熱媒体と合流し、熱媒体循環管路１７を流通して熱源機ループＡ側へ送給され、一部の熱媒体は熱源機ループＡの熱媒体還管路１３ｂへ流入し、残りの熱媒体は熱媒体循環管路１７において熱媒体往管路１３ａからの熱媒体と合流して前述の経路を通り循環する。
【００２５】
本図示例においては、熱源機ループＡ、及び複数の空調機ループＢ、並びに熱源機ループＡと各空調機ループＢとを接続する熱搬送ループＣを夫々独立して設け、熱源機ループＡに熱源ポンプ１２を、又、各空調機ループＢに空調機ポンプ１４を、更に、熱搬送ループＣに熱媒体循環ポンプ１６を設け、熱源ポンプ１２及び空調機ポンプ１４並びに熱媒体循環ポンプ１６は回転数制御可能に構成されている。
【００２６】
このため、空調機ループＢにおける空調機ポンプ１４の流量が最低流量となって、空調機４の入口と出口の熱媒体の温度差が小さくなった場合でも、複数の空調機ループＢにおいては、熱媒体循環管路１７に対し、順次、熱媒体往管路１５ａの接続部下流側において熱媒体還管路１５ｂを接続していること、及び熱搬送ループＣにおける熱媒体循環ポンプ１６の流量を制御することで、熱媒体循環管路１７に対する熱媒体往管路１５ａ接続部の最も下流側の点と、熱媒体循環管路１７に対する熱媒体還管路１５ｂの最も下流側の点との間の熱媒体の温度差を大きくとることが可能となり、熱源機１での熱媒体の温度差を確保することが可能となる。
【００２７】
従って、熱源機ループＡ及び各空調機ループＢ並びに熱搬送ループＣ間では、夫々互いに干渉を受けることなく、各ループＡ，Ｂ，Ｃ間において各機器を夫々効率良く運転することが可能となり、熱媒体の搬送動力の削減が可能となると共に、熱源機１及び空調機４を最も効率的に制御することが可能となる。
【００２８】
次に、本図示例の熱媒体配管システムと、図７に示す特許文献１の熱媒体配管システムにおける低熱負荷時の熱源機１や空調機４の出口及び入口間の温度差の確保等について、図２（Ａ）、（Ｂ）を基に冷房の場合について説明する。すなわち、空調機４の低熱負荷時に、ポンプが最低流量に達した場合、空調機４における入口と出口の温度差は小さくなる。図２（Ａ）、（Ｂ）では、空調機４の入口と出口の温度差Δｔ２＝３℃、各空調機４の熱負荷合計ΣＱ＝１２００Ｋｃａｌ／ｍｉｎ（１系統の空調機４当りの熱負荷Ｑ＝３００Ｋｃａｌ／ｍｉｎ）と同一条件にして比較した。
【００２９】
図７の熱媒体配管システムの場合、メインのラインである熱媒体往主管路２の流量はＦ１＝４００Ｌ／ｍｉｎであるのに対し、本図示例の場合、メインのラインである熱媒体循環管路１７の流量はＦ１＝２４０Ｌ／ｍｉｎと少なくて良い。又、熱源機１の入口と出口の熱媒体の温度差は従来がΔｔ１＝３℃と小さいのに対し、本図示例では、Δｔ１＝５℃となり、一般に高効率とされる温度差を確保することができる。これらの点から本図示例の方が、図７に示すシステムよりも熱媒体搬送動力や熱源動力を低減でき、省エネルギー効果が高い。
【００３０】
なお、図２（Ａ）、（Ｂ）において各空調機４を通る熱媒体の流量はＦ２＝１００Ｌ／ｍｉｎ、図２（Ｂ）において熱源機１を循環する熱媒体の流量はＦ＝２４０Ｌ／ｍｉｎである。
【００３１】
又、図２（Ａ）における各空調機４の部分に記載してある数値は、各空調機４の入口及び出口の熱媒体温度で、入口では７℃、出口では１０℃であり、図２（Ｂ）における各空調機ループの空調機４の部分に記載してある数値は、各空調機４の入口及び出口の熱媒体温度で、熱源機１側から見て第１番目の空調機ループにおいては、入口では７℃、出口では１０℃、第２番目の空調機ループにおいては、入口では８．２５℃、出口では１１．２５℃、第３番目の空調機ループにおいては、入口では９．５℃、出口では１２．５℃、第４番目の空調機ループにおいては、入口では１０．７５℃、出口では１３．７５℃である。なお、ここでは、熱交換対象の空調空気側の温度場は充分高温側であることと、空調機４における熱交換器は、温度場が違うところで同じ温度差が取れるように必要能力を備えている。
【００３２】
更に、図２（Ｂ）における熱媒体循環管路１７においては、熱源機１側から見て第１番目の空調機ループの熱媒体還管路１５ｂからの熱媒体が流入することにより、第１番目の空調機ループから出た直後の熱媒体循環管路１７における熱媒体の温度は、８．２５℃となり、第２番目の空調機ループから出た直後の熱媒体循環管路１７における熱媒体の温度は９．５℃となり、第３番目の空調機ループから出た直後の熱媒体循環管路１７における熱媒体の温度は１０．７５℃となり、第４番目の空調機ループから出た直後の熱媒体循環管路１７における熱媒体の温度は１２℃となる。
【００３３】
続いて、本図示例の熱媒体配管システムと図７に示す熱媒体配管システムの高温度差設定時における熱源機１や空調機４の出口及び入口間の温度差の確保等について、図３（Ａ）、（Ｂ）を基に冷房の場合について説明する。すなわち、一般にポンプの搬送動力を低減させるためには、ポンプの流量を減少させて空調機４の入口及び出口における熱媒体の温度差を大きくした方が良い。而して、図３（Ａ）、（Ｂ）では、空調機４の入口と出口の熱媒体の温度差Δｔ２＝７℃、各空調機４の熱負荷合計ΣＱ＝２８００Ｋｃａｌ／ｍｉｎ（１系統当りの空調機４の熱負荷Ｑ＝７００Ｋｃａｌ／ｍｉｎ）と同一条件にして比較した。
【００３４】
熱源機１の入口と出口における熱媒体の温度差は、従来の熱媒体配管システムの場合、熱源機１の入口と出口の熱媒体の温度差Δｔ１＝７℃と大きいのに対し、本図示例の熱媒体配管システムにおいては、Δｔ１＝５℃と一般的に高効率とされる温度差を確保することができる。これにより、本図示例の場合は熱源動力を低減することができる。又、熱媒体循環ポンプ１６や熱源ポンプ１２の搬送動力の増加分より、Δｔ１の２℃分の温度差減少分による熱源動力の削減分の方がはるかに動力が大きくなる。これらの点から本図示例の方が、図７に示すシステムよりも熱媒体搬送動力や熱源動力を低減でき、省エネルギー効果が高い。
【００３５】
なお、図３（Ａ）においてメインのラインである熱媒体往主管路２、熱媒体還主管路６を循環する熱媒体の流量はＦ１＝４００Ｌ／ｍｉｎ、図３（Ｂ）において熱源機１を循環する熱媒体の流量はＦ＝５６０Ｌ／ｍｉｎ、メインのラインである熱媒体循環管路１７を循環する熱媒体の流量はＦ１＝５６０Ｌ／ｍｉｎ、図３（Ａ）、（Ｂ）における各空調機４を通る熱媒体の流量はＦ２＝１００Ｌ／ｍｉｎである。
【００３６】
又、図３（Ａ）における各空調機４の部分に記載してある数値は、各空調機４の入口及び出口の熱媒体温度で、入口では７℃、出口では１４℃であり、図３（Ｂ）における各空調機４の部分に記載してある数値は、各空調機４の入口及び出口の熱媒体の温度で、熱源機１側から見て第１番目の空調機ループにおいては、入口では７℃、出口では１４℃、第２番目の空調機ループにおいては、入口では８．２５℃、出口では１５．２５℃、第３番目の空調機ループにおいては、入口では９．５℃、出口では１６．５℃、第４番目の空調機ループにおいては、入口では１０．７５℃、出口では１７．７５℃である。
【００３７】
更に、図３（Ｂ）における熱媒体循環管路１７においては、熱源機１側から見て第１番目の空調機ループの熱媒体還管路１５ｂからの熱媒体が流入することにより、第１番目の空調機ループから出た直後の熱媒体循環管路１７における熱媒体の温度は、８．２５℃となり、第２番目の空調機ループから出た直後の熱媒体循環管路１７における熱媒体の温度は９．５℃となり、第３番目の空調機ループから出た直後の熱媒体循環管路１７における熱媒体の温度は１０．７５℃となり、第４番目の空調機ループから出た直後の熱媒体循環管路１７における熱媒体の温度は１２℃となる。
【００３８】
続いて、搬送機器の容量低減について説明する。
すなわち、通常、ポンプの選定は、必要流量と必要揚程からポンプの性能曲線を用いて行なわれる。例えば、図７の場合のポンプ選定は各空調機４の最大流量と全揚程（図７の熱源機１→熱媒体往主管路２→熱媒体ポンプ１１→熱媒体往管路３→空調機４→熱媒体還管路５→熱媒体還主管路６→熱源機１で示されるラインの全抵抗）から選定する。
【００３９】
一方、本図示例の場合は、空調機ポンプ１４の揚程は、図１の空調機ループＢの揚程（熱媒体往管路１５ａ→空調機ポンプ１４→空調機４→熱媒体還管路１５ｂで示されるラインの抵抗）で良いため、最大流量が図７の熱媒体ポンプ１１と同じであっても、必要揚程が小さくなるので、空調機ポンプ１４の容量は小さくなる。同時に、ポンプ回転数制御手段の容量も小さくてすむ。又、空調機ポンプ１４は容量が小さいため低負荷時の制御性が良好である。更に又、超高層ビルのように建物規模が大きくなるに従い、図７のラインの全揚程は大きくなるため、ポンプ容量の観点から見て本図示例の方が有利である。又、一般的にポンプは低揚程のポンプの方が高揚程のポンプよりも効率が良くなるので有利である。
【００４０】
図４は本発明の実施の形態の他の例である。而して、本図示例では、熱源機１を備えた熱源機ループＡを複数系統設け、所定の熱源機ループＡにおいては、熱媒体往管路１３ａ及び熱媒体還管路１３ｂを所定の空調機ループＢ，Ｂ間において、熱搬送ループＣの熱媒体循環管路１７に接続するようにしている。
【００４１】
図１の熱媒体配管システムにおける各空調機ループＢにおいては、冷房の場合、図２（Ｂ）、図３（Ｂ）に示すように、熱媒体が空調機ループの熱媒体還管路１５ｂから熱媒体循環管路１７に流入することにより、熱媒体循環管路１７内の熱媒体の温度は、下流側へ行くにつれて徐々に高くなる。しかるに、図４の図示例のように、所定の熱源機ループＡの熱媒体往管路１５ａ及び熱媒体還管路１５ｂを空調機ループＢ，Ｂ間において熱搬送ループＣの熱媒体循環管路１７に接続することにより、この接続部よりも下流側における空調機ループＢの空調機４の入口における熱媒体の温度を低くすることが可能となる。
【００４２】
図５は本発明の実施の形態の更に他の例であり、冷凍機或はボイラの能力すなわち熱源機能力、及び熱負荷を考慮した熱媒体配管システムの例である。図中、１８は複数のバイパス管路である。これらのバイパス管路１８は、一端を、熱媒体循環ポンプ１６を基準として熱媒体流れ方向最下流側に位置する空調機ループＢ以外の空調機ループＢにおける熱媒体還管路１５ｂに接続されていると共に、他端を、熱媒体循環ポンプ１６を基準として熱媒体流れ方向最下流側に位置する空調機ループＢの熱媒体還管路１５ｂ接続部よりも下流側において熱搬送ループＣの熱媒体循環管路１７に接続されている。
【００４３】
各空調機ループＢにおける熱媒体還管路１５ｂのバイパス管路１８接続位置よりも熱媒体流れ方向下流側には、切替弁１９が接続され、バイパス管路１８には、切替弁２０が接続されている。
【００４４】
熱媒体循環管路１７の熱媒体往管路１３ａ接続部と熱媒体循環ポンプ１６接続部との間には、流量検出器２１が接続され、熱媒体循環管路１７の熱媒体循環ポンプ１６接続部と熱媒体流れ方向最上流側の熱媒体往管路１５ａ接続部との間には温度検出器２２が接続され、熱媒体循環管路１７の熱媒体流れ方向最下流側におけるバイパス管路１８接続部よりも熱媒体還管路１３ｂ側には、温度検出器２３が接続されている。
【００４５】
温度検出器２２で検出した循環ポンプ出口温度Ｔ１及び温度検出器２３で検出した熱媒体還温度Ｔ２並びに流量検出器２２で検出した熱媒体の循環ポンプ流量Ｆｃは図示してないコントローラに与えられて熱負荷ＱｃがＱｃ＝Ｆｃ×（Ｔ２−Ｔ１）により求められると共に、求められた熱負荷Ｑｃは、熱源機能力×係数αと比較され、熱負荷Ｑｃ≦熱源機能力×係数αの場合は切替弁１９に開指令を与え、切替弁２０に閉指令を与え、又、熱負荷Ｑｃ＞熱源機能力×係数αの場合は、切替弁２０に開指令を与え、切替弁１９に閉指令を与えるようになっている。なお、熱源機能力は冷凍機或はボイラの設計時定格能力であり、係数αは建物の用途、規模により決定される係数で、一般的には０．９〜１．０である。
【００４６】
本図示例においては、熱負荷Ｑｃ＜熱源機能力×係数αの場合は、切替弁１９が開き、切替弁２０は閉止しているため、熱媒体の流れは図１の場合と同様である。しかし、熱負荷Ｑｃ≧熱源機能力×係数αの場合は、切替弁１９は閉止し、切替弁２０が開く。
【００４７】
このため、空調機ループＢの空調機４で仕事をした熱媒体は熱媒体還管路１５ｂからバイパス管路１８を経て熱媒体循環管路１７における熱媒体流れ方向最下流側の熱媒体還管路１５ｂ接続部よりも下流側の部分に送出され、その結果、空調機ループＢの熱媒体還管路１５ｂから送出された熱媒体が熱媒体流れ方向下流側における空調機ループＢに導入されることはない。
【００４８】
従って、各空調機ループＢの空調機４へは、熱源機ループＡの熱源機１で所定の温度に冷却若しくは加熱された熱媒体が導入されるため、熱媒体流れ方向下流側における空調機４へ導入される熱媒体の温度上昇、或は温度低下を防止することができる。
【００４９】
このようにするのは、年間の最大冷房負荷或は最大暖房負荷が冷凍機やボイラの設計時定格能力よりも低い場合には、図１に示す熱媒体配管システムで良いが、熱負荷Ｑが冷凍機やボイラの設計時定格能力と略等しくなった場合には、図１に示す熱媒体配管システムでは、熱媒体循環ポンプ１６を基準として熱媒体流れ方向下流側の空調機ループＢほど、空調機４へ送給される熱媒体の温度が上昇若しくは下降することになり、熱負荷処理ができなくなる虞があるため、熱負荷Ｑｃが熱源機１の設計時定格能力と略等しくなった場合には、上流側の空調機ループＢから送出された熱媒体を下流側の空調機ループＢへ導入しないようにして、熱媒体の温度上昇或は温度低下を回避するためである。
【００５０】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の熱媒体配管システムの実施の形態の一例を示す管路図である。
【図２】図１の熱媒体配管システムと図７の熱媒体配管システムの低負荷時における、熱源機や空調機の入口及び出口間の温度差の確保等について説明するための管路図で、図２（Ａ）は特許文献１のものを、又、図２（Ｂ）は本発明のものを示す。
【図３】図１の熱媒体配管システムと図７の熱媒体配管システムの高温度差設定時における、熱源機や空調機の入口及び出口間の温度差の確保等について説明するための管路図で、図３（Ａ）は特許文献１のものを、又、図３（Ｂ）は本発明のものを示す。
【図４】本発明の熱媒体配管システムの実施の形態の他の例を示す管路図である。
【図５】本発明の熱媒体配管システムの実施の形態の更に他の例を示す管路図である。
【図６】従来の熱媒体配管システムの一例を示す管路図である。
【図７】特許文献１に示す従来の熱媒体配管システムの他の例を示す管路図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 熱源機
４ 空調機
１２ 熱源ポンプ
１３ａ 熱媒体往管路
１３ｂ 熱媒体還管路
１４ 空調機ポンプ
１５ａ 熱媒体往管路
１５ｂ 熱媒体還管路
１６ 熱媒体循環ポンプ
１７ 熱媒体循環管路
１８ バイパス管路
１９ 切替弁（弁手段）
２０ 切替弁（弁手段）
Ａ 熱源機ループ
Ｂ 空調機ループ
Ｃ 熱搬送ループ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源機ループ、及び複数系統の空調機ループ、並びに前記熱源機ループと各空調機ループとを接続する熱搬送ループを備え、
熱源機ループは、
熱源機と、熱源ポンプと、熱搬送ループからの熱媒体を熱源機に送給する熱媒体還管路と、熱源機からの熱媒体を熱搬送ループへ送給する熱媒体往管路とを備え、且つ熱媒体還管路又は熱媒体往管路には前記熱源ポンプが設けられており、
空調機ループは、
空調機と、空調機ポンプと、熱搬送ループからの熱媒体を空調機へ送給する熱媒体往管路と、空調機からの熱媒体を熱搬送ループへ送給する熱媒体還管路とを備え、且つ熱媒体往管路又は熱媒体還管路には前記空調機ポンプが設けられており、
熱搬送ループは、
熱媒体循環ポンプと、熱媒体循環ポンプが設けられて熱媒体が送給される熱媒体循環管路とを備えている
ことを特徴とする熱媒体配管システム。
【請求項２】
熱源機ループは複数系統設置され、所定の熱源機ループにおいて熱搬送ループからの熱媒体を熱源機へ送給する熱媒体還管路及び、熱源機からの熱媒体を熱搬送ループに送給する熱媒体往管路を、熱搬送ループにおける熱媒体循環管路の空調機ループ接続部間に接続した請求項１記載の熱媒体配管システム。
【請求項３】
バイパス管路を備え、
該バイパス管路は、一端を、熱媒体流れ方向最下流側に位置する空調機ループ以外の空調機ループにおける熱媒体還管路に接続されていると共に、他端を、熱媒体流れ方向最下流側に位置する空調機ループの熱媒体還管路接続部よりも下流側において熱搬送ループの熱媒体循環管路に接続され、
空調機ループにおける熱媒体還管路のバイパス管路接続位置よりも熱媒体流れ方向下流側には第一の弁手段が設けられ、バイパス管路には第二の弁手段が設けられている請求項１又は２に記載の熱媒体配管システム。
【請求項４】
熱負荷が所定の値よりも低い場合は、第一の弁手段開き、第二の弁手段を閉止し、熱負荷が所定の値以上の場合は、第一の弁手段を閉止し、第二の弁手段を開くよう構成した請求項３に記載の熱媒体配管システム。
【請求項５】
熱源ポンプ及び空調機ポンプ並びに熱媒体循環ポンプは回転数制御可能に構成されている請求項１乃至４の何れかに記載の熱媒体配管システム。
【請求項１】
熱源機ループ、及び複数系統の空調機ループ、並びに前記熱源機ループと各空調機ループとを接続する熱搬送ループを備え、
熱源機ループは、
熱源機と、熱源ポンプと、熱搬送ループからの熱媒体を熱源機に送給する熱媒体還管路と、熱源機からの熱媒体を熱搬送ループへ送給する熱媒体往管路とを備え、且つ熱媒体還管路又は熱媒体往管路には前記熱源ポンプが設けられており、
空調機ループは、
空調機と、空調機ポンプと、熱搬送ループからの熱媒体を空調機へ送給する熱媒体往管路と、空調機からの熱媒体を熱搬送ループへ送給する熱媒体還管路とを備え、且つ熱媒体往管路又は熱媒体還管路には前記空調機ポンプが設けられており、
熱搬送ループは、
熱媒体循環ポンプと、熱媒体循環ポンプが設けられて熱媒体が送給される熱媒体循環管路とを備えている
ことを特徴とする熱媒体配管システム。
【請求項２】
熱源機ループは複数系統設置され、所定の熱源機ループにおいて熱搬送ループからの熱媒体を熱源機へ送給する熱媒体還管路及び、熱源機からの熱媒体を熱搬送ループに送給する熱媒体往管路を、熱搬送ループにおける熱媒体循環管路の空調機ループ接続部間に接続した請求項１記載の熱媒体配管システム。
【請求項３】
バイパス管路を備え、
該バイパス管路は、一端を、熱媒体流れ方向最下流側に位置する空調機ループ以外の空調機ループにおける熱媒体還管路に接続されていると共に、他端を、熱媒体流れ方向最下流側に位置する空調機ループの熱媒体還管路接続部よりも下流側において熱搬送ループの熱媒体循環管路に接続され、
空調機ループにおける熱媒体還管路のバイパス管路接続位置よりも熱媒体流れ方向下流側には第一の弁手段が設けられ、バイパス管路には第二の弁手段が設けられている請求項１又は２に記載の熱媒体配管システム。
【請求項４】
熱負荷が所定の値よりも低い場合は、第一の弁手段開き、第二の弁手段を閉止し、熱負荷が所定の値以上の場合は、第一の弁手段を閉止し、第二の弁手段を開くよう構成した請求項３に記載の熱媒体配管システム。
【請求項５】
熱源ポンプ及び空調機ポンプ並びに熱媒体循環ポンプは回転数制御可能に構成されている請求項１乃至４の何れかに記載の熱媒体配管システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−９０６２０（Ｐ２００６−９０６２０Ａ）
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２７６６１１（Ｐ２００４−２７６６１１）
【出願日】平成１６年９月２４日（２００４．９．２４）
【出願人】（０００００１８３４）三機工業株式会社 (316)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２４日（２００４．９．２４）
【出願人】（０００００１８３４）三機工業株式会社 (316)
【Ｆターム（参考）】
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