JP2009031866A - 流量制御バルブおよび流量制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流体の流量を適切に調節する。
【解決手段】バルブ８は、流体が流入する流路を開閉する弁体８１と、流路を通過する流体の流量を計測する流量センサ８２と、制御装置から出力された操作量を流量に換算する流量換算部８３と、流量センサ８２によって計測された通過流量が流量換算部８３によって換算された流量と一致するように弁体８１の開度を調節する開度調節部８４とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、空調制御システム等に使用される流量制御バルブ、および流量制御バルブにおける流量制御方法に関するものである。

従来、空調制御システムにおいて室内の温度制御もしくは湿度制御を行う際は、設定温度と室内温度との温度偏差もしくは設定湿度と室内湿度との湿度偏差に基づきＰＩＤ演算により操作量を決定し、この操作量によってバルブの開度を調節して、空調機に冷温水を供給していた（例えば特許文献１参照）。

特開平１１−２１１１９１号公報

従来の空調制御システムでは、空調負荷に見合った容量の空調機、配管、バルブが選定されずに、容量の大きい空調機、配管、バルブが選定されている場合、ＰＩＤ演算の操作量をそのまま用いてバルブの開度を調節すると、空調機に流れる冷温水の流量が過大になってしまうという問題点があった。そして、このような場合、過大な流量による過剰な制御（過剰冷房、過剰暖房）とその過剰な制御を抑制する制御とが交互に起こるハンチングが発生し、また過大な流量により、冷温水を生成する熱源機の運転効率が悪化するという問題点があった。なお、以上の問題点は、空調制御システムに限らず、バルブを用いて流体の流量を制御するシステムであれば同様に起こり得る。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、空調機等の負荷機器を流れる流体の流量を適切に調節することができる流量制御バルブおよび流量制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、流体が流入する流路を開閉する弁体を備え、この弁体の開度に応じて前記流体の流量を調節可能な流量制御バルブであって、制御装置から出力された操作量を流量に換算する流量換算手段と、前記流路を通過する流体の流量を計測する流量計測手段と、この流量計測手段によって計測された通過流量が前記流量換算手段によって換算された流量と一致するように前記弁体の開度を調節する開度調節手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の流量制御方法は、制御装置から出力された操作量を流量に換算する流量換算手順と、前記流路を通過する流体の流量を計測する流量計測手順と、この流量計測手順によって計測された通過流量が前記流量換算手順によって換算された流量と一致するように前記弁体の開度を調節する開度調節手順とを備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、流量制御バルブが制御装置の操作量出力に見合った流量を演算し、計測した流体の通過流量が演算した流量と一致するように弁体の開度を調節することにより、空調機等の負荷機器を流れる流体の流量を適切に調節することができる。これにより、本発明では、過大な流量による制御のハンチングを劇的に改善することができる。また、本発明の流量制御バルブを空調制御に適用した場合には、冷温水（流体）を生成する熱源機の運転効率の悪化を劇的に改善することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係る空調制御システムの構成を示すブロック図である。
図１において、１は冷水や温水等の熱媒を生成する熱源機、２は熱源機１が生成する冷温水を搬送するポンプ、３は複数の熱源機１からの冷温水を混合する往ヘッダ、４は往水管路、５は往ヘッダ３から往水管路４を介して送られてくる冷温水の供給を受ける空調機、６は還水管路、７は空調機５において熱交換され還水管路６を介して送られてくる冷温水が戻される還ヘッダ、８は往ヘッダ３から空調機５に供給される冷温水の流量を制御するバルブ、９は空調機５から送り出された給気の温度を計測する給気温度センサ、１０は空調制御装置、１１は空調機５のコイル、１２は送風機である。

ポンプ２により圧送され熱源機１により熱量が付加された熱媒は、往ヘッダ３において混合され、往水管路４を介して空調機５へ供給され、空調機５を通過して還水管路６により還水として還ヘッダ７に至り、再びポンプ２によって圧送される。このように、熱媒は以上の経路を循環する。例えば、熱源機１を冷凍機とした場合、熱媒は冷水であり、熱源機１を加熱機とした場合、熱媒は温水である。

空調機５は、空調制御エリアとなる室内から空調制御システムに戻る空気（還気）と外気との混合気を、冷温水が通過するコイル１１によって冷却または加熱し、冷却または加熱した給気を送風機１２によって空調制御エリアとなる室内に送り込む。

本実施の形態は、バルブ８が流量計測機能を備え、空調制御装置１０の操作量出力を受けて、この操作量出力に見合った流量を演算し、計測したバルブ通過流量が演算した流量と一致するように自身の開度を調節することを特徴としている。
図２はバルブ８の構成例を示すブロック図である。バルブ８は、空調機５を通過した冷温水が流入する流路を形成する弁箱８０と、流路を開閉する弁体８１と、流路を通過する冷温水の流量を計測する流量センサ（流量計測手段）８２と、空調制御装置１０から出力された操作量を流量に換算する流量換算部８３と、流量換算部８３が換算した流量値と流量センサ８２によって計測された流量値に基づいて弁体８１の開度を調節する開度調節部８４とを有する。
流量センサ８２の例としては、センサ部に流路抵抗を設け、流路前後圧力を計測して差圧から流量を演算する差圧式(オリフィス式等)流量センサや、挿入部の電磁場が流体の流れによって生じる偏差を検出する電磁式流量センサなどがある。

以下、本実施の形態の空調制御システムの動作について説明する。図３は空調制御装置１０の動作を示すフローチャート、図４はバルブ８の動作を示すフローチャートである。
まず、空調制御装置１０は、給気温度センサ９によって計測された給気温度を示す給気温度信号を受信する（図３ステップＳ１）。

そして、空調制御装置１０は、給気温度センサ９によって計測された給気温度がオペレータ又は室内の居住者によって設定された温度設定値と一致するように空調機５を制御する。すなわち、空調制御装置１０は、温度設定値と給気温度との偏差に基づいて、例えばＰＩＤ演算によって操作量を算出し（ステップＳ２）、算出した操作量をバルブ８に出力する（ステップＳ３）。

以上のような図３に示す処理が、空調制御システムが動作停止するまで（図３ステップＳ４においてＹＥＳ）、繰り返し行われる。
なお、湿度センサ（不図示）によって給気の湿度を計測し、空調制御装置１０が湿度設定値と現在の給気湿度との偏差に基づいて操作量を算出するようにしてもよい。

一方、バルブ８の流量換算部８３は、空調制御装置１０から出力された操作量を示す操作量信号を受信する（図４ステップＳ１０）。そして、流量換算部８３は、受信した操作量を流量値に換算する（ステップＳ１１）。流量換算部８３の内部には、図５に示すような操作量と流量との関係が例えばテーブルや数式の形で予め登録されている。流量換算部８３は、この予め登録された関係に基づいて操作量から流量を演算する。
空調機５等の負荷機器の設計最大流量は、バルブ８が組み込まれる負荷機器の容量、空調をする空間の負荷容量から計算される。この設計最大流量値を操作量１００％に割り当てる。そして、操作量と負荷機器の設計流量との関係を示す関数（流量特性）が図５に示すような直線的な関係にあるものとし、前記設計最大流量値と操作量が０％のときの流量値０とを用いて関数を求め、この関数を流量換算部８３内の記憶部に予め登録しておけばよい。

バルブ８の流量センサ８２は、流路を通過する冷温水の流量（バルブ通過流量）を計測し、開度調節部８４は、流量センサ８２によって計測されたバルブ通過流量を示す流量信号を受信する（ステップＳ１２）。そして、開度調節部８４は、流量センサ８２によって計測されたバルブ通過流量の値が流量換算部８３によって換算された流量値と一致するように弁体８１の開度を調節する（ステップＳ１３）。
以上のような図４に示す処理が、空調制御システムが動作停止するまで（図４ステップＳ１４においてＹＥＳ）、繰り返し行われる。

こうして、本実施の形態では、バルブ８が空調制御装置１０の操作量出力に見合った流量を演算し、計測したバルブ通過流量が演算した流量と一致するように弁体８１の開度を自身で調節することにより、空調機５を流れる冷温水の流量を適切に調節することができる。これにより、本実施の形態では、過大な流量による制御のハンチングと熱源機１の運転効率の悪化を劇的に改善することができ、より良い空調制御を行うことができる。

なお、本実施の形態で説明した空調制御装置１０は、ＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。同様に、バルブ８の流量換算部８３と開度調節部８４とは、コンピュータとプログラムによって実現することができる。これらのコンピュータのＣＰＵは、それぞれの記憶装置に格納されたプログラムに従って、実施の形態で説明した処理を実行する。

また、本実施の形態では、流量制御バルブの適用例として空調制御システムを例に挙げて説明したが、これに限るものではなく、流量制御バルブを用いて流体の流量を制御するシステムであれば同様に適用することができる。

本発明は、流量制御バルブに適用することができる。

本発明の実施の形態に係る空調制御システムの構成を示すブロック図である。 図１の空調制御システムにおけるバルブの構成例を示すブロック図である。 図１の空調制御システムにおける空調制御装置の動作を示すフローチャートである。 図１の空調制御システムにおけるバルブの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態において操作量と流量との関係の１例を示す図である。

符号の説明

１…熱源機、２…ポンプ、３…往ヘッダ、４…往水管路、５…空調機、６…還水管路、７…還ヘッダ、８…バルブ、９…給気温度センサ、１０…空調制御装置、１１…コイル、１２…送風機、８０…弁箱、８１…弁体、８２…流量センサ、８３…流量換算部、８４…開度調節部。

Claims (2)

1. 流体が流入する流路を開閉する弁体を備え、この弁体の開度に応じて前記流体の流量を調節可能な流量制御バルブであって、
   制御装置から出力された操作量を流量に換算する流量換算手段と、
   前記流路を通過する流体の流量を計測する流量計測手段と、
   この流量計測手段によって計測された通過流量が前記流量換算手段によって換算された流量と一致するように前記弁体の開度を調節する開度調節手段とを備えることを特徴とする流量制御バルブ。
2. 流体が流入する流路を開閉する弁体を備えた流量制御バルブにおいて、前記弁体の開度を調節することにより前記流体の流量を制御する流量制御方法であって、
   制御装置から出力された操作量を流量に換算する流量換算手順と、
   前記流路を通過する流体の流量を計測する流量計測手順と、
   この流量計測手順によって計測された通過流量が前記流量換算手順によって換算された流量と一致するように前記弁体の開度を調節する開度調節手順とを備えることを特徴とする流量制御方法。

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