JP3728658B2

JP3728658B2 - 複数熱源の２管式熱供給システム及びその圧力制御方法

Info

Publication number: JP3728658B2
Application number: JP2000296118A
Authority: JP
Inventors: 宣昭庄野; 千秋金子; 一郎相馬; 基芳杉原; 治荒田
Original assignee: Kajima Corp; JFE Engineering Corp; Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Kajima Corp; JFE Engineering Corp; Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2020-09-28
Also published as: JP2002106860A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地域冷暖房システムや都市熱源ネットワークシステム等における２管式の熱供給システムに関し、特に熱源を２以上有する複数熱源の２管式熱供給システム及びその圧力制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地域冷暖房システムや都市熱源ネットワークシステムにおけるネットワーク導管の布設方式としては、一般的に１本の熱供給管と熱搬送ポンプで構成されるネットワーク導管上に複数の熱源と複数の熱需要先を直列に接続した１ループ方式のシステムと、往き管と戻り管の２本の管で構成されるネットワーク導管上に熱搬送ポンプを備えた熱源と複数の熱需要先をそれぞれ並列に接続した２管方式のシステムとがある。
【０００３】
２つの方式には、各々メリット、デメリットがあるが、２管方式は建設コスト及びスペースが大きくなる反面、熱の供給温度変動幅を小さくすることができると共に、拡張性が容易であることから、そのようなニーズが要求される特定の地域冷暖房システムや都市熱源ネットワークシステムにとって適性を有する。
そして、従来の２管方式システムにおいては、熱を１箇所の熱源プラントあるいは排熱源から供給するのが一般的であった。
【０００４】
このため、地域冷暖房システムや都市熱源ネットワークシステム等の熱供給システムが地域的な拡がりや建設期間の長さから複数に分割され、熱が複数の熱源プラントあるいは排熱源から供給される場合には、それぞれ熱源ごとに熱供給エリアを分割し、それぞれに設置された熱供給システムからエリアごとに熱を分離供給するようにしていた。
【０００５】
一方、２管方式システムでは、熱需要先の受入れ差圧を補償できるように、かつ熱源プラントあるいは排熱源からの熱をネットワーク上に汲み上げられるように熱搬送ポンプの吐出圧を制御する必要がある。
これは、熱需要先側に対して往き管と戻り管間の差圧で熱媒を供給しているためであり、熱供給可能範囲（熱需要先の利用差圧が確保できる着圧が最小圧ｈ₀以上となる範囲）に各熱需要先の着圧を制御する必要がある。
【０００６】
これに対して、１系統の２管方式システム中に熱搬送ポンプを備えた複数の熱源を連結し、複数熱源から熱を連結供給しようとすると、熱需要先の負荷変動に応じて熱搬送ポンプの吐出圧を制御する時に系内で圧力制御が相互に干渉し、各熱需要先側での着圧制御が困難になり、熱需要先の受入れ差圧を補償できなくなる問題が発生することがあった。このため、これまでは上記したように１箇所の熱源から熱供給するようにしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の問題に対処するためになされたものであり、その第一の課題は、熱源を２以上の複数熱源とした場合でも、系内で圧力制御が相互干渉しないよう制御することができる２管式熱供給システム及びその圧力制御方法に提供することにある。
また、本発明のもう一つの課題は、上記のような２管式熱供給システム及びその圧力制御方法を確立することにより、ネットワーク導管がより広域にわたるシステムとなっても、容易に対応が可能でその信頼性を維持することができ、拡張性に優れているというメリットを一層顕著に生かすことができる２管式熱供給システム及びその圧力制御方法に提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するため、本発明にかかる２管式熱供給システムは、熱媒を搬送する往き管と戻り管を備え、同往き管と戻り管間に熱搬送ポンプを有する複数の熱源と、同熱源から供給される熱を利用する複数の熱需要先をそれぞれ並列に接続してなる２管式熱供給システムにおいて、前記複数熱源のうちの最大規模熱源の熱搬送ポンプを、複数の熱需要先に対して負荷に応じて所定着圧以上で熱媒を供給する、常時最高効率で定格運転可能なポンプとすると共に、他の熱源における熱搬送ポンプを、複数熱需要先に対して熱供給受持ち範囲を設定し、その受持ち範囲における各熱需要先の着圧を常時モニタリングしその中の最小圧が所定着圧以上となるように吐出圧を制御する、可変容量制御ポンプとしたことを特徴とするものである。
【０００９】
上記の構成によると、最大規模熱源の熱搬送ポンプを常時最高効率で定格運転するようにしているため、最小動力で効率の良い運転ができ、省エネルギー化することができる。一方、この熱搬送ポンプは定格運転であるため、熱需要先の負荷変動に対して所定着圧以上で熱供給できる熱需要先の範囲が変動することになり、この場合に予め熱供給受持ち範囲を設定されている他の熱源の可変容量制御ポンプが、その受持ち範囲における熱需要先の着圧を常時モニタリングしその中の最小圧が所定着圧以上となるよう吐出圧を制御して熱供給することができるため、系内で圧力制御が相互干渉することはなく、全ての熱需要先に対して確実に所定着圧以上で熱供給することができる。
【００１０】
また、本発明にかかる２管式熱供給システムは、上記した２管式熱供給システムにおいて、前記可変容量制御ポンプを、インバータ制御ポンプとしたことを特徴とするものである。
【００１１】
この構成によると、可変容量制御ポンプとしてインバータ制御ポンプを用いることにより、着圧のモニタリング結果に基づいてポンプの回転数をインバータによりコントロールして簡易にポンプ容量を可変制御することができる。
【００１２】
更に、本発明にかかる２管式熱供給システムの圧力制御方法は、熱媒を搬送する往き管と戻り管を備え、同往き管と戻り管間に熱搬送ポンプを有する複数の熱源と、同熱源から供給される熱を利用する複数の熱需要先をそれぞれ並列に接続してなる２管式熱供給システムの圧力制御方法において、前記複数熱源のうちの最大規模熱源の熱媒搬送ポンプを、メインポンプとして常時最高効率となる定格運転で運転し、複数の熱需要先に対して負荷に応じて所定着圧以上でそれぞれ熱媒を供給すると共に、他の熱源における熱搬送ポンプを、それぞれ可変容量型のサブポンプとして複数熱需要先に対し熱供給受持ち範囲を設定し、その受持ち範囲における各熱需要先の着圧を常時モニタリングしてその中の最小圧が所定着圧以上となるよう各ポンプの容量を可変制御することを特徴とするものである。
【００１３】
かかる構成によると、最大規模熱源の熱媒搬送ポンプであるメインポンプは常時最高効率となる定格運転で運転されているため、運転中は特に制御されることはなく、熱需要先の負荷が変動すると、これに伴って所定着圧以上で熱供給できる熱需要先の範囲が変動する。一方、予め熱供給受持ち範囲を設定されている他の熱源の熱媒搬送ポンプは、その受持ち範囲における熱需要先の着圧を常時モニタリングしており、受持ち範囲の熱需要先内での着圧の最小圧が所定着圧を下回らないよう容量が可変制御されるようになっているため、系内で圧力制御に相互干渉が発生するおそれはなく、熱源を２以上の複数熱源としても問題なく圧力制御することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図１乃至図４に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施形態にかかる２管式熱供給システムの系統図、図２は同システムにおける圧力線図、図３及び図４は第２の実施形態にかかる２管式熱供給システムにおける圧力線図である。
【００１５】
図中において、１はごみ焼却炉の廃熱ボイラ等からなる第１熱源、２は発電プラントの抽気タービン等からなる第２熱源、３は工場の廃熱ボイラ等からなる第３熱源であり、それぞれ排熱を熱交換器４、５、６により回収し熱源として利用できるようにしたものである。又、熱源としては、この他にコージェネレーションシステム等も使用できる。なお、各熱交換器４、５、６にはボイラ等の補助熱源７、８、９が併設されており、排熱が不足する事態となったときにバックアップできるようになっている。
【００１６】
また、各熱源１、２、３には、熱媒となる冷温水を搬送するための熱搬送ポンプ１０、１１、１２が付設されていると共に、出口の差圧を負荷変動差圧に一定制御するバイパス制御弁１３、１４、１５が設けられている。
複数の熱源である第１熱源１、第２熱源２、第３熱源３のうち、ここでは第１熱源１を最大規模の熱源としている。
【００１７】
この第１熱源１の熱搬送ポンプ１０に常時最高効率となる定格運転で運転されるメインポンプとしての役割を担わせ、他の第２熱源２及び第３熱源３の熱搬送ポンプ１１、１２をそれぞれ熱需要先の負荷変動に応じて容量が可変され、吐出圧を制御することができる可変容量制御型ポンプとし、サブポンプとしての役割を担わせている。
なお、可変容量制御型ポンプは、機械式の容量制御弁を有するポンプであってもよいが、ここではインバータ制御ポンプを使用している。
【００１８】
これらの各熱源１、２、３は、熱媒を搬送する往き管１６と戻り管１７との間に或る区間をあけてそれぞれ並列に接続されている。
また、往き管１６と戻り管１７との間には、或る区間ごとに地域熱供給事業者あるいは熱需要家である複数の熱需要先１８Ａ乃至１８Ｆがそれぞれ入口弁１９Ａ乃至１９Ｆを介して並列に接続されている。
【００１９】
しかして、上記した実施形態にかかる２管式熱供給システムによると、第１熱源１の熱搬送ポンプ１０は、メインポンプとして常時最高効率となる定格運転で運転されている。従って、この熱搬送ポンプ１０は、図２に実線で示すように熱需要先１８が最大負荷時においては、着圧がｈ₀以上になる熱供給可能範囲（熱需要先１８に対する往き管１６と戻り管１７間の差圧である着圧が最小圧ｈ₀以上となる範囲）は熱需要先１８Ａ、１８Ｂ迄であるが、熱需要先１８の負荷が減少すると、それに伴って熱供給可能範囲（着圧がｈ₀以上となる範囲）は熱需要先１８Ｃ、１８Ｄ迄と一点鎖線のように順次増えて行くことになる。
【００２０】
一方、第２熱源２の熱搬送ポンプ１１は、その熱供給受持ち範囲が図２に実線で示すように熱需要先１８Ｃ、１８Ｄの範囲に予め設定されており、これら熱需要先１８Ｃ、１８Ｄの着圧を常時モニタリングしている。この熱搬送ポンプ１１は、第１熱源１の熱搬送ポンプ１０に対してサブポンプとして機能し、熱需要先１８の最大負荷時に熱需要先１８Ｃの着圧が最小圧ｈ₀以下にならないように吐出圧がインバータ制御される。同様に熱需要先１８Ｄの着圧も最小圧ｈ₀以下にならないように制御される。
【００２１】
この際、熱搬送ポンプ１１により熱需要先１８Ｅに熱供給できる場合（着圧がｈ₀以上）は成り行きとする。
また、熱需要先１８Ｅ、１８Ｆの最低着圧補償制御は、第３熱源３の熱搬送ポンプ１２の受持ち範囲として設定されており、上記と同様その着圧を常時モニタリングしそれぞれの着圧が最小圧ｈ₀以下にならないように制御されるようになっている。
【００２２】
以上のように熱搬送ポンプ１０の熱供給系内では、負荷の減少に伴い、熱供給可能範囲（着圧がｈ₀以上となる範囲）が熱需要先１８Ｂから熱需要先１８Ｃ、１８Ｄ迄と順次増加して行く。
また、熱搬送ポンプ１１の熱供給系内では、計画上の熱需要先（熱搬送ポンプ１０と熱搬送ポンプ１１間の熱需要先１８Ｃ、１８Ｄ）の着圧を常時モニタリングし、この中の最小圧力地点の着圧がｈ₀を下回らないようにその吐出圧をインバータ制御している。
【００２３】
熱搬送ポンプ１０の最大負荷時、熱需要先１８Ｃには熱搬送ポンプ１１から熱供給され、負荷が減少して定格運転の熱搬送ポンプ１０により熱需要先１８Ｃに着圧ｈ₀以上の熱供給が可能になると、熱需要先１８Ｃには熱搬送ポンプ１０から熱供給され始める。このとき熱搬送ポンプ１１は熱需要先１８Ｃの着圧がｈ₀以上となるようにインバータ制御により吐出圧が低下されるが、熱需要先１８Ｃの着圧が変化しないため低下し続け、熱需要先１８Ｄの着圧がｈ₀を下回り始めることになる。この時点で熱搬送ポンプ１１は熱需要先１８Ｄの着圧がｈ₀となるようにインバータ制御を開始する。
【００２４】
以下同様に、常時最高効率となる定格運転で運転される熱搬送ポンプ１０をメインポンプとし、インバータ制御される熱搬送ポンプ１１、１２以下のポンプをサブポンプとして組合せ、サブポンプ系の計画上の熱需要先の各着圧を常時モニタリングし、この中の最小圧力地点の着圧がｈ₀を下回らないようにサブポンプ系の吐出圧をインバータ制御することにより、ネットワーク導管系内の圧力制御を相互に干渉しないよう制御することができる。
【００２５】
これによって、２管式熱供給システム内の熱源を２以上の複数熱源とした場合でも、系内圧力が相互干渉しないように制御することができる２管式熱供給システム及びその圧力制御方法確立することができ、以下のような多大の効果を期待することができる。
（１）ネットワーク導管が例え広域にわたるシステムになったとしても、圧力制御の信頼性を維持することができ、広域、長距離の都市熱源ネットワークを構築することが可能となると共に、熱媒条件が同一であれば、複数の地域冷暖房地区を容易に接続することができる。
【００２６】
（２）熱供給温度変動幅を一層抑制することが可能になるため、熱需要先間あるいは地域冷暖房地区間の公平性を保つことができる。
（３）熱供給の圧力変動を抑制することができるため、熱媒である温水あるいは高温水によるキャビテーションを防止することができる。
（４）災害等の非常時、故障時、あるいは保守点検時等において、ネットワーク導管のクラスター化等を考慮し、或る熱源を他の熱源により容易にバックアップすることができる。
【００２７】
（５）系内の複数熱源のうち、最大規模の熱源の熱搬送ポンプを年間を通して常時最高効率となる定格運転で運転できると共に、その他の熱源の熱搬送ポンプがその受持ち範囲でない熱需要先までカバーできる場合には、成り行きで担当させることができるため、熱媒の搬送動力の利用効率を最大とし、最高の省エネルギー化を図ることができる。
【００２８】
なお、上記の実施形態では、複数熱源のうち、最大規模の熱源１の熱搬送ポンプ１０を常時最高効率となる定格運転で運転し、その他の熱源２、３の熱搬送ポンプ１１、１２を熱供給受持ち範囲を設定し、その中の熱需要先の着圧がｈ₀以上となるようその吐出圧をインバータ制御するようにしているが、このような形態を基本パターンとして、図３及び図４に示すようないくつかのネットワーク構成が可能である。
【００２９】
図３の場合、系内の複数熱源のうち、最大規模の熱源１、１Ａを系内の左端と右端に位置するように設け、その熱搬送ポンプを１０、１０Ａを常時最高効率となる定格運転で運転するようにし、他の熱源２、２Ａの熱搬送ポンプ１１、１１Ａの受持ち範囲を左側の熱搬送ポンプ１１は熱搬送ポンプ１０、１１間の熱需要先に、右側の熱搬送ポンプ１１Ａは熱搬送ポンプ１０Ａ、１１Ａ間の熱需要先に設定すると、ちょうど中央に位置する熱源３の熱搬送ポンプ１２の受持ち範囲は、熱搬送ポンプ１１、１１Ａ間の熱需要先となり、この熱搬送ポンプ１２のみが熱搬送ポンプ１１、１２間及び１２、１１Ａ間の両側いずれも熱需要先の着圧がｈ₀以上となるように制御することになるが、熱搬送ポンプ１２の受持ち範囲を小さい範囲に限定することにより、基本パターンと同様にネットワーク系内の圧力制御を干渉しないよう制御することができる。
【００３０】
また、図４の場合、系内の複数熱源のうち、最大規模の熱源１を系内の中央に位置するように設け、その右側及び左側にネットワーク導管を伸ばすことも考えられる。
この場合、熱源１より右側に伸びる系においては、熱源２、３の熱搬送ポンプ１１、１２の圧力制御受持ち範囲を各々ポンプの左側に設定する。
逆に、熱源１より左側に伸びる系においては、熱源２′、３′の熱搬送ポンプ１１′、１２′の圧力制御受持ち範囲を各々ポンプの右側に設定する。
このパターンでは、中央の最大規模の熱源１の熱搬送ポンプ１０は常時定格運転であり、負荷変動に伴う左右の需要先着圧の制御は各々１１、１１′が受け持つこととなる。
【００３１】
なお、熱源の数は、実施形態のものに限定されるわけではなく、最大規模の熱源を除くと１以上のｎ個であれば幾つでもよく、また、熱需要先の数も特に限定されるものではなく、任意数とすることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上に詳細に説明したように、本発明にかかる２管式熱供給システム及びその圧力制御方法によると、２管式熱供給システムの熱源を２以上の複数熱源とした場合でも、系内圧力制御を相互干渉しないように制御することができる。
また、熱源を２以上の複数熱源とした２管式熱供給システム及びその圧力制御方法を確立することができるため、ネットワーク導管がより広域にわたるシステムとなっても、容易に対応が可能でその信頼性を維持することができ、拡張性に優れているというメリットを一層顕著に生かすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる２管式熱供給システムの系統図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかる２管式熱供給システムにおける圧力線図である。
【図３】本発明の第２の実施形態にかかる２管式熱供給システムにおける圧力線図である。
【図４】本発明の第２の実施形態にかかる２管式熱供給システムにおける圧力線図である。
【符号の説明】
１，１Ａ…第１熱源（最大規模熱源）、２，２Ａ，２′…第２熱源、３，３′…第３熱源、１０，１０Ａ…熱搬送ポンプ（メインポンプ）、１１，１１Ａ，１１′，１２，１２′…熱搬送ポンプ（サブポンプ）、１６…往き管、１７…戻り管、１８Ａ乃至１８Ｆ…熱需要先、ｈ₀…所定着圧、１９Ａ乃至１９Ｆ…人口弁、４乃至６…熱交換器、７乃至９…補助熱源、１３乃至１５…バイパス制御弁

Claims

熱媒を搬送する往き管と戻り管を備え、同往き管と戻り管間に熱搬送ポンプを有する複数の熱源と、同熱源から供給される熱を利用する複数の熱需要先をそれぞれ並列に接続してなる２管式熱供給システムにおいて、
前記複数熱源のうちの最大規模熱源の熱搬送ポンプを、複数の熱需要先に対して負荷に応じて所定着圧以上で熱媒を供給する、常時最高効率で定格運転可能なポンプとすると共に、
他の熱源における熱搬送ポンプを、複数熱需要先に対して熱供給受持ち範囲を設定し、その受持ち範囲における各熱需要先の着圧を常時モニタリングしその中の最小圧が所定着圧以上となるように吐出圧を制御する、可変容量制御ポンプとした
ことを特徴とする複数熱源の２管式熱供給システム。
前記可変容量制御ポンプを、インバータ制御ポンプとした
ことを特徴とする請求項１に記載の複数熱源の２管式熱供給システム。
熱媒を搬送する往き管と戻り管を備え、同往き管と戻り管間に熱搬送ポンプを有する複数の熱源と、同熱源から供給される熱を利用する複数の熱需要先をそれぞれ並列に接続してなる２管式熱供給システムの圧力制御方法において、
前記複数熱源のうちの最大規模熱源の熱媒搬送ポンプを、メインポンプとして常時最高効率となる定格運転で運転し、複数の熱需要先に対して負荷に応じて所定着圧以上でそれぞれ熱媒を供給すると共に、
他の熱源における熱搬送ポンプを、それぞれ可変容量型のサブポンプとして複数熱需要先に対し熱供給受持ち範囲を設定し、その受持ち範囲における各熱需要先の着圧を常時モニタリングしてその中の最小圧が所定着圧以上となるよう各ポンプの容量を可変制御する
ことを特徴とする２管式熱供給システムの圧力制御方法。