JP2004278884A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱源装置を効率よく運転する。
【解決手段】制御装置１３Ａより熱媒ポンプＰの運転を熱源Ｇから独立して制御する。熱源の運転台数は負荷熱量で制御する。熱媒ポンプの運転台数は負荷流量で制御する。負荷熱量Ｑが増段閾値Ｑｕ１に達する前に、負荷流量Ｆが増段閾値Ｆｕ１を上回ると、制御装置１３Ａは熱媒ポンプＰ２のみを起動する。これにより、外部負荷４への冷水の供給量が増えるので、外部負荷４の要求水量を満足できる。さらに要求水量が増大して行き、負荷熱量Ｑが増段閾値Ｑｕ１を上回ると、制御装置１３Ａは熱源Ｇ２を起動する。これにより、熱源Ｇ１に最大能力を発揮させた状態で、熱源Ｇ２への増段が図られる。なお、この時、往ヘッダ２から外部負荷４への往水温度ＴＳが規定温度を満足するように、熱源Ｇ１の熱媒出口温度設定について変更を行う。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は熱媒を循環する熱源装置に用いられる制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７に従来の熱源装置の計装図を示す。同図において、Ｇ１〜Ｇ３は熱媒を生成する熱源、Ｐ１〜Ｐ３は熱源Ｇ１〜Ｇ３が生成する熱媒を搬送する熱媒ポンプ、２は熱源Ｇ１〜Ｇ３からの熱媒（冷水／温水）を混合する往ヘッダ、３は往水管路、４は往ヘッダ２から往水管路３を介して送られてくる熱媒の供給を受ける外部負荷（地域冷暖房の需要家、空調機・ファンコイル等の熱負荷）、５は還水管路である。熱源Ｇ（Ｇ１〜Ｇ３）には冷却水ポンプＧＰ（ＧＰ１〜ＧＰ３）や冷却塔ファンＧＦ（ＧＦ１〜ＧＦ３）が補機として設けられている。
【０００３】
６は外部負荷４において熱交換され還水管路５を介して送られてくる熱媒が戻される還ヘッダ、７は往ヘッダ２と還ヘッダ６とを連通するバイパス管路、８はバイパス管路７に設けられたバイパス弁、９は往ヘッダ２と還ヘッダ６との間の熱媒の差圧ΔＰを計測する差圧計、１０は往ヘッダ２から外部負荷４への熱媒の温度を往水温度ＴＳとして計測する往水温度センサ、１１は還ヘッダ６に戻される熱媒の温度を還水温度ＴＲとして計測する還水温度センサ、１２は還ヘッダ６に戻される熱媒の流量（外部負荷４に供給される熱媒の流量）を負荷流量Ｆとして計測する流量計、１３は制御装置である。
【０００４】
この熱源装置において、熱媒ポンプＰ１〜Ｐ３により圧送された熱媒は、熱源Ｇ１〜Ｇ３により冷却あるいは加熱され、往ヘッダ２において混合され、往水管路３を介して外部負荷４へ供給される。そして、外部負荷４において熱交換され、還水管路５を介して還ヘッダ６に戻され、再び熱媒ポンプＰ１〜Ｐ３によって圧送され、以上の経路を循環する。例えば、熱源Ｇ１〜Ｇ３を冷凍機とした場合、熱媒は冷水とされ、上述した経路を循環する。熱源Ｇ１〜Ｇ３を加熱機とした場合、熱媒は温水とされ、上述した経路を循環する。
【０００５】
制御装置１３は、差圧計９によって計測される往ヘッダ２と還ヘッダ６との間の差圧ΔＰを監視し、この差圧ΔＰを一定とするようにバイパス弁８の開度、すなわちバイパス管路７を流れる熱媒の流量（バイパス流量）を制御する。また、制御装置１３は、流量計１２が計測する負荷流量Ｆに応じて熱源Ｇ１〜Ｇ３の運転台数を制御する。なお、熱媒ポンプＰ１〜Ｐ３や冷却水ポンプＧＰ１〜ＧＰ３，冷却塔ファンＧＦ１〜ＧＦ３は、熱源Ｇ１〜Ｇ３と連動して起動／停止される。例えば、制御装置１３から熱源Ｇ１が起動されると、これに連動して熱源Ｇ１は熱媒ポンプＰ１を起動する。また、冷却水ポンプＧＰ１、冷却塔ファンＧＦ１を起動する。
【０００６】
この熱源装置において、熱源Ｇ１〜Ｇ３の設計能力（最大能力）や設計流量（最大能力発揮時におけるポンプ熱媒流量の設計値）、熱媒ポンプＰ１〜Ｐ３の搬送容量（定格流量）などは、外部負荷４において必要とされる最大熱負荷量を考慮して定められる。例えば、この熱源装置を冷水熱源装置とした場合、往水温度ＴＳを７℃、還水温度ＴＲを１４℃と想定し、外部負荷４において必要とされる最大熱負荷量を賄い得る冷水の必要流量を算出する。往水温度ＴＳと還水温度ＴＲとの温度差（往還温度差）と流量との積が熱負荷量に相当するので、この冷水の必要流量は、必要とされる最大熱負荷量を往還温度差で除することによって求められる。
【０００７】
ここで、冷水の必要流量が２７００ｍ^３ ／ｈとして求められたとすると、熱源（冷凍機）Ｇの１台当たりの設計流量を９００ｍ^３ ／ｈ、熱媒ポンプＰの１台当たりの搬送容量（定格流量）を９００ｍ^３ ／ｈとする。また、９００ｍ^３ ／ｈで送られてくる１４℃の還水をその最大能力発揮時に７℃に冷却することができるように、熱源Ｇの１台当たりの最大能力を例えば７３７１ｋＷ（２１００ＲＴ）とする。
【０００８】
以下、この熱源装置を冷水熱源装置とした場合を例にとり、制御装置１３が行う処理動作の概要について説明する。熱源起動時刻に達すると（図８に示すステップ８０１）、制御装置１３は、１番目の熱源Ｇ１へ起動指令を送る（ステップ８０２）。熱源Ｇ１は、制御装置１３から起動指令を受けると、その運転を開始するとともに熱媒ポンプＰ１を定格流量で起動する。また、冷却水ポンプＧＰ１、冷却塔ファンＧＦ１を起動する。
【０００９】
これにより、熱媒ポンプＰ１から熱源Ｇ１に９００ｍ^３ ／ｈの熱媒が送られ、この熱媒が熱源Ｇ１において７℃の冷水とされ、往ヘッダ２へ送られる。ここで、外部負荷４はまだ運転が開始されていない（冷水弁４−１は未だ閉じられている）ので、その全量がバイパス管路７を通して還ヘッダ６へ戻される。この際、制御装置１３は、差圧計９からの差圧ΔＰを監視し、この差圧ΔＰが一定となるように、バイパス弁８の開度を制御する（ステップ８０３）。
【００１０】
外部負荷４の運転が開始されると（ステップ８０４のＹＥＳ）、すなわち外部負荷４における冷水弁４−１が開かれると、往ヘッダ２からバイパス管路７へ送られている冷水が分流して外部負荷４へ送られる。このとき、差圧ΔＰが下がろうとするので、制御装置１３は、差圧ΔＰが下がらないようにバイパス弁８の開度を制御する（ステップ８０５）。このバイパス弁８の制御により、外部負荷４が要求する冷水の流量が増大するにつれ、バイパス弁８は閉じられて行く。バイパス弁８が全閉とされると、熱源Ｇ１から往ヘッダ２へ送られる冷水の全量が外部負荷４へ送られるようになる。
【００１１】
制御装置１３は、バイパス弁８の開度に応じて外部負荷４に供給される冷水の流量を流量計１２により負荷流量Ｆとして監視しており、この負荷流量Ｆが第１の増段閾値として予め定められている所定流量Ｆｕ１（この例では、９００ｍ^３ ／ｈ：図９参照）に達すると（ステップ８０６のＹＥＳ）、２番目の熱源Ｇ２へ起動指令を送る（ステップ８０７）。熱源Ｇ２は、制御装置１３から起動指令を受けると、その運転を開始するとともに、熱媒ポンプＰ２を定格流量で起動する。また、冷却水ポンプＧＰ２、冷却塔ファンＧＦ２を起動する。
【００１２】
これにより、熱媒ポンプＰ２から熱源Ｇ２に９００ｍ^３ ／ｈの熱媒が送られ、この熱媒が熱源Ｇ２において７℃の冷水とされ、往ヘッダ２へ送られる。この場合、差圧ΔＰが上がろうとするので、制御装置１３は、バイパス弁８を開いて、差圧ΔＰが上がらないようにする。これにより、過剰に生成された冷水がバイパス管路７を通して還ヘッダ６へ戻され、必要とされる流量の冷水が外部負荷４へ供給される。
【００１３】
以下同様にして、制御装置１３は、差圧ΔＰが一定となるようにバイパス弁８の開度を制御し、負荷流量Ｆが第２の増段閾値として予め定められている所定流量Ｆｕ２（この例では、１８００ｍ^３ ／ｈ）に達すると、３番目の熱源Ｇ３を起動する。熱源Ｇ３は、制御装置１３からの起動指令を受けると、熱媒ポンプＰ３を定格流量で起動する。また、冷却水ポンプＧＰ３、冷却塔ファンＧＦ３を起動する。
【００１４】
その後、外部負荷４が要求する冷水の流量が少なくなり、負荷流量Ｆが第２の減段閾値として予め定められている所定流量Ｆｄ２（この例では、１４４０ｍ^３ ／ｈ）を下回ると、熱源Ｇ３の運転を停止する。熱源Ｇ３は、制御装置１３からの停止指令を受けると、熱媒ポンプＰ３の運転を停止する。また、冷却水ポンプＧＰ３、冷却塔ファンＧＦ３を停止する。外部負荷４が要求する冷水の流量がさらに少なくなり、負荷流量Ｆが第１の減段閾値として予め定められている所定流量Ｆｄ１（この例では、７２０ｍ^３ ／ｈ）を下回ると、熱源Ｇ２の運転を停止する。熱源Ｇ２は、制御装置１３からの停止指令を受けると、熱媒ポンプＰ２の運転を停止する。また、冷却水ポンプＧＰ２、冷却塔ファンＧＦ２を停止する（例えば、特許文献１参照）。
【００１５】
【特許文献１】
特開２０００−１８６８３号公報（第２図）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した冷水熱源装置において、熱源Ｇは、９００ｍ^３ ／ｈで１４℃の熱媒が送られてくる場合に、すなわち還水と往水（７℃）との温度差が７℃である場合に、その最大能力を発揮する。逆に言うと、９００ｍ^３ ／ｈで還水が送られてきても、往水（７℃）との温度差が７℃以下である場合には、熱源Ｇは出口温度を７℃とする為の容量制御により自己の冷却能力を絞って運転する。
【００１７】
実際の建物においてこの冷水熱源装置を運用してみると、還水温度ＴＲは実際には１４℃となることは少なく、１４℃以下になってしまうことが多い。これは、外部負荷４に設計値以上の冷水が流れていたり（バルブの開き過ぎ、圧力のかかり過ぎ）、外部負荷４における熱交換器を通過する風量が不足していたり、熱交換器が劣化していたりといった様々な原因で生じる。
【００１８】
例えば、熱源Ｇ１および熱媒ポンプＰ１のみを運転している場合を想定すると、往水温度ＴＳは７℃であるが、還水温度ＴＲが設計値である１４℃よりも大幅に低い１２℃であるというようなことがあり得る。この場合、熱源Ｇ１は、９００ｍ^３ ／ｈの熱媒に７℃（＝１４℃−７℃）の温度差をつけるだけの最大能力を有するにも拘わらず、５℃（＝１２℃−７℃）の温度差をつけるために自己の冷却能力を絞って運転し、最大能力を発揮しない。なお、正確には、バイパス管路７を介して還ヘッダ６に戻される冷水によって熱源Ｇ１に送られる熱媒は還水温度ＴＲよりも低くなる。
【００１９】
さらにこのような状態で、外部負荷４が要求する冷水の流量が増大し、負荷流量Ｆが第１の増段閾値Ｆｕ１（９００ｍ^３ ／ｈ）に達すると、熱源Ｇ１が能力を絞って運転しているにも拘わらず、熱源の増段が図られ、熱源Ｇ２が起動されてしまう。例えば、この時の熱源Ｇ１の発揮能力を最大能力の７０％とした場合、３０％の冷却能力の余裕がまだあるにも拘わらず、必要とされる負荷流量を賄うために熱源Ｇ２が起動されてしまう。このように熱源Ｇ１において余力を残したままで、熱源Ｇ２への増段を図ることは、冷却水ポンプＧＰ２，冷却塔ファンＧＦ２を含めて、熱源Ｇ２や熱媒ポンプＰ２を早めに起動することになり、エネルギーの過剰消費となる。
【００２０】
また、熱源Ｇ２への増段が図られると、余剰な冷水がバイパス管路７を通して往ヘッダ２から還ヘッダ６へ戻されて熱源Ｇ１，Ｇ２が生成する冷水と熱源Ｇ１，Ｇ２への熱媒の温度差がさらに小さくなる。その結果、熱源Ｇ１，Ｇ２はさらに低能力（例えば、３５％）で運転されるようになる。熱源Ｇは最大能力を発揮した状態（全負荷状態）で運転効率が最も高くなるように設計されているので、余力を残した状態（部分負荷状態）で運転し、かつ運転台数を増やすことは、補機動力の過剰消費になり、冷水熱源装置全体としての運転効率の低下を招く。
【００２１】
なお、上述においては、冷水熱源装置を例にとって説明したが、温水熱源装置においても同様の問題が生じる。
【００２２】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、熱源に最大能力を発揮させた状態で増段を図ることを可能とするとともに、エネルギーの消費量を少なくし、熱源装置をより効率よく運転することの可能な制御装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、第１発明（請求項１に係る発明）は、熱媒を生成する熱源と、この熱源が生成する熱媒を搬送する熱媒ポンプと、熱源からの熱媒を受ける往ヘッダと、この往ヘッダから送水される熱媒の供給を受ける外部負荷と、この外部負荷において熱交換された熱媒を熱源に戻す還ヘッダと、往ヘッダと還ヘッダとを連通するバイパス管路とを備えた熱源装置に用いられる制御装置であって、熱媒ポンプの運転を熱源から独立して制御する熱媒ポンプ運転制御手段を設けたものである。
【００２４】
この発明において、熱源と熱媒ポンプとは連動して制御されるのではなく、それぞれ独立して制御される。すなわち、熱源と熱媒ポンプとは本来一対で扱う設備であるが、これを独立した別々の設備と考え、別々の設備に対する制御として独立して行う。
これにより、例えば２組の熱源と熱媒ポンプとがあった場合、１組目の熱源と熱媒ポンプとが運転されている時に、２組目の熱媒ポンプだけを起動させるということが可能となる。これにより、外部負荷への熱媒の供給量が増えるので、外部負荷の要求熱媒量を満足できる。この後の要求熱量の増大により、負荷熱量が１組目の熱源の定格能力を超えた場合に、２組目の熱源の運転を開始するようにすれば、１組目の熱源に最大能力を発揮させた状態で２組目の熱源への増段を図ることが可能となる。
【００２５】
第２発明（請求項２に係る発明）は、熱媒を生成する第１〜第Ｎ（Ｎ≧２）の熱源と、この第１〜第Ｎの熱源が生成する熱媒を搬送する第１〜第Ｎの熱媒ポンプと、第１〜第Ｎの熱源からの熱媒を受ける往ヘッダと、この往ヘッダから送水される熱媒の供給を受ける外部負荷と、この外部負荷において熱交換された熱媒を第１〜第Ｎの熱源に戻す還ヘッダと、往ヘッダと還ヘッダとを連通するバイパス管路とを備えた熱源装置に用いられる制御装置であって、往ヘッダから送水される熱媒と還ヘッダに戻される熱媒の温度差と外部負荷へ供給される熱媒の流量とから負荷熱量を求める負荷熱量演算手段と、この負荷熱量演算手段によって求められた負荷熱量に基づいて熱源の運転台数を制御する熱源運転台数制御手段と、外部負荷へ供給される熱媒の流量に基づいて熱媒ポンプの運転台数を制御する熱媒ポンプ運転台数制御手段とを設けたものである。
【００２６】
この発明において、第１〜第Ｎの熱源と第１〜第Ｎの熱媒ポンプとは連動して制御されるのではなく、独立して制御される。すなわち、熱源と熱媒ポンプとは本来一対で扱う設備であるが、これを独立した別々の設備と考え、別々の設備に対する制御として独立して行う。この発明において、第１〜第Ｎの熱源の運転台数は負荷熱量に基づいて制御し、第１〜第Ｎの熱媒ポンプの運転台数は負荷流量に基づいて制御する。
【００２７】
例えば、現在運転中の熱源の合計定格能力を増段閾値とし、負荷熱量がこの増段閾値を上回った場合に熱源の増段を行うようにする。また、この増段閾値に対して２０％のヒステリシスを持たせた値を減段閾値とし、負荷熱量がこの減段閾値を下回った場合に熱源の減段を行うようにする。また、現在運転中の熱媒ポンプの合計定格流量を増段閾値とし、負荷流量がこの増段閾値を上回った場合に熱媒ポンプの増段を行うようにする。また、この増段閾値に対して２０％のヒステリシスを持たせた値を減段閾値とし、負荷流量がこの減段閾値を下回った場合に熱媒ポンプの減段を行うようにする。
【００２８】
今、第１の熱源と第１の熱媒ポンプとが運転されているものとする。ここで、負荷流量が増大し、増段閾値を上回ると、第２の熱媒ポンプが起動される。これにより、外部負荷への熱媒の供給量が増えるので、外部負荷の要求熱媒量を満足できる。この後の要求熱量の増大により、負荷熱量が増段閾値（第１の熱源の定格能力）を上回ると、第２の熱源が起動される。これにより、第１の熱源に最大能力を発揮させた状態で、第２の熱源への増段が図られる。
【００２９】
第３発明（請求項３に係る発明）は、第２発明において、熱源の運転台数と熱媒ポンプの運転台数とが異なる場合、運転中の熱源の出口温度の設定を変更する出口温度設定変更手段を設けたものである。
第２発明において、熱媒ポンプのみを増段した場合、還ヘッダからの熱媒がそのまま往ヘッダに流れ込むルートができてしまう。この場合、外部負荷へ供給される熱媒の温度が不安定となることが考えられる。すなわち、運転中の熱源からの熱媒と還ヘッダからそのまま往ヘッダに流れ込むルートからの熱媒とが混合され、外部負荷へ供給される熱媒の温度が設計温度からかけ離れてしまうことが考えられる。
このようなことが生じないように、第３発明では、熱媒ポンプのみが増段されている場合（熱源の運転台数と熱媒ポンプの運転台数とが異なる場合）、運転中の熱源の出口温度の設定を自動的に変更し（冷凍機であれば若干下降、加熱機であれば若干上昇）、外部負荷へ供給される熱媒の温度が設計温度からかけ離れてしまうことがないようにする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明に係る制御装置を含む熱源装置の一実施の形態を示す計装図である。同図において、図７と同一符号は図７を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。
【００３１】
本実施の形態の熱源装置は、その基本的なシステム構成において、従来の熱源装置と変わるところはない。両者の異なる点は制御装置１３の機能にある。本実施の形態では、制御装置１３より、熱媒ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３の運転を熱源Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３から独立して制御するようにしている。以下、従来の制御装置１３と区別するために、本実施の形態における制御装置１３を制御装置１３Ａとする。
【００３２】
また、本実施の形態では、制御装置１３Ａからの熱媒ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３の独立した運転制御に伴い、熱源Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３と熱媒ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３とを連動させないようにしている。すなわち、この実施の形態において、熱源Ｇ１は制御装置１３Ａから起動指令を受けても、冷却水ポンプＧＰ１、冷却塔ファンＧＦ１を起動するのみで、熱媒ポンプＰ１を起動することはない。熱源Ｇ２，Ｇ３も同様である。
【００３３】
制御装置１３Ａは、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現される。制御装置１３Ａには、従来の制御装置１３と同様に、往水温度センサ１０からの往水温度ＴＳ、還水温度センサ１１からの還水温度ＴＲ、流量計１２からの負荷流量Ｆ、差圧計１２からの差圧ΔＰが与えられる。
【００３４】
以下、この熱源装置を冷水熱源装置とした場合を例にとり、制御装置１３Ａが行う特徴的な処理動作の概要について説明する。なお、この冷水熱源装置においても、図７で説明した従来の冷水熱源装置と同様に、熱源Ｇの１台当たりの最大能力を７３７１ｋＷ（２１００ＲＴ）とし、還水温度ＴＲの設計値を１４℃、往水温度ＴＳの設計値を７℃とした場合の熱源（冷凍機）Ｇの１台当たりの設計流量を９００ｍ^３ ／ｈとし、９００ｍ^３ ／ｈで送られてくる１４℃の還水を熱源Ｇの最大能力発揮時に７℃に冷却することができるようにしている。熱源Ｇは最大能力を発揮した状態で運転効率が最も高くなるように設計されている。
【００３５】
また、制御装置１３Ａには、熱源Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３の運転台数を制御する際に使用するテーブルとして、図２（ａ）に示すような熱源運転台数制御テーブルＴＢ１が設定されている。図２（ａ）において、横軸は負荷熱量を示し、縦軸は熱源の運転台数を示す。Ｑｕ１，Ｑｕ２は増段閾値、Ｑｄ１，Ｑｄ２は減段閾値であり、現在運転中の熱源の合計定格能力を増段閾値Ｑｕ（Ｑｕ１，Ｑｕ２）とし、増段閾値Ｑｕに対して２０％のヒステリシスを持たせた値を減段閾値Ｑｄ（Ｑｄ１，Ｑｄ２）（Ｑｄ＝Ｑｕ−Ｑｕ×０．２）としている。この例では、Ｑｕ１は７３７１ｋＷ（２１００ＲＴ）、Ｑｕ２は１４７４２ｋＷ（４２００ＲＴ）、Ｑｄ１は５８９７ｋＷ（１６８０ＲＴ）、Ｑｄ２は１１７９４ｋＷ（３３６０ＲＴ）とされる。本実施の形態では、この熱源運転台数制御テーブルＴＢ１に従って、熱源の運転台数を負荷流量ではなく、負荷熱量に基づいて制御する。
【００３６】
また、制御装置１３Ａには、熱媒ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３の運転台数を制御する際に使用するテーブルとして、図２（ｂ）に示すような熱媒ポンプ運転台数制御テーブルＴＢ２が設定されている。図２（ｂ）において、横軸は負荷流量を示し、縦軸は熱媒ポンプの運転台数を示す。Ｆｕ１，Ｆｕ２は増段閾値、Ｆｄ１，Ｆｄ２は減段閾値であり、現在運転中の熱媒ポンプの合計定格流量を増段閾値Ｆｕ（Ｆｕ１，Ｆｕ２）とし、増段閾値Ｆｕに対して２０％のヒステリシスを持たせた値を減段閾値Ｆｄ（Ｆｄ１，Ｆｄ２）（Ｆｄ＝Ｆｕ−Ｆｕ×０．２）としている。この例では、Ｆｕ１は９００ｍ^３ ／ｈ、Ｆｕ２は１８００ｍ^３ ／ｈとされ、Ｆｄ１は７２０ｍ^３ ／ｈ、Ｆｄ２は１４４０ｍ^３ ／ｈとされる。本実施の形態では、この熱媒ポンプ運転台数制御テーブルＴＢ２に従って、熱媒ポンプの運転台数を負荷流量に基づいて制御する。
【００３７】
制御装置１３Ａは、熱源起動時刻に達すると（図３：ステップ３０１のＹＥＳ）、１番目の熱源Ｇ１および熱媒ポンプＰ１へ各個に起動指令を送る（ステップ３０２）。熱源Ｇ１は、制御装置１３Ａから起動指令を受けると、その運転を開始するとともに、冷却水ポンプＧＰ１、冷却塔ファンＧＦ１を起動する。熱媒ポンプＰ１は、制御装置１３Ａからの起動指令を受けて、定格流量で起動される。
【００３８】
これにより、熱媒ポンプＰ１から熱源Ｇ１に９００ｍ^３ ／ｈの熱媒が送られ、この熱媒が熱源Ｇ１において７℃の冷水とされ、往ヘッダ２へ送られる。ここで、外部負荷４はまだ運転が開始されていない（冷水弁４−１は閉じられている）ので、その全量がバイパス管路７を通して還ヘッダ６へ戻される。この際、制御装置１３Ａは、差圧計９からの往ヘッダ２と還ヘッダ６との間の差圧ΔＰを監視し、この差圧ΔＰが一定となるように、バイパス弁８の開度を制御する（ステップ３０３）。
【００３９】
この状態で、外部負荷４の運転が開始されると（ステップ３０４のＹＥＳ）、すなわち外部負荷４における冷水弁４−１が開かれると、往ヘッダ２からバイパス管路７へ送られている冷水が分流して外部負荷４へ送られる。これにより、差圧ΔＰが下がろうとするので、制御装置１３Ａは、差圧ΔＰが下がらないようにバイパス弁８の開度を制御する（ステップ３０５）。このバイパス弁８の制御により、すなわち差圧ΔＰを一定に保つことにより、外部負荷４には冷水弁４−１の開度に比例した流量で冷水が供給されるようになり、外部負荷４が要求する冷水の流量が増大するにつれてバイパス弁８が閉じられて行く。
【００４０】
制御装置１３Ａは、この外部負荷４への冷水の供給量の制御中、負荷流量Ｆおよび負荷熱量Ｑを監視する（ステップ３０６，３１０）。負荷流量Ｆについては、流量計１２からの計測値を直接監視する。外部負荷４に供給される熱量（負荷熱量）Ｑについては、還水温度センサ１１からの還水温度ＴＲと往水温度センサ１０からの往水温度ＴＳとの差を現在の往還温度差ΔＴとして求め、この往還温度差ΔＴに流量計１２からの負荷流量Ｆを乗じることによって求める。
Ｑ＝（ＴＲ−ＴＳ）×Ｆ＝ΔＴ×Ｆ ・・・・（１）
【００４１】
〔熱媒ポンプのみの増段（熱媒ポンプの単独運転）〕
外部負荷４への冷水の供給量の制御中、負荷熱量Ｑが増段閾値Ｑｕ１に達する前に、負荷流量Ｆが増段閾値Ｆｕ１を上回ると（ステップ３０６のＹＥＳ）、制御装置１３Ａは熱媒ポンプＰ２へ起動指令を送り、熱媒ポンプの増段を図る（ステップ３０７）。すなわち、制御装置１３Ａは、図２（ｂ）に示した熱媒ポンプ運転台数制御テーブルＴＢ２に従い、負荷流量Ｆが増段閾値Ｆｕ１（９００ｍ^３ ／ｈ）を上回った点を増段点と判断し、熱媒ポンプＰ２の運転を開始する。
【００４２】
これにより、外部負荷４への冷水の供給量が増えるので、外部負荷４の要求水量を満足できる。このとき、「往還温度差ΔＴが設計値（７℃）に対して低下しており、熱源Ｇ１が能力を絞って運転していた」とすると、熱媒ポンプＰ２の運転による冷水の供給量の増大と熱源Ｇ１の能力アップによって、熱源Ｇ２の運転によらずとも、外部負荷４の要求熱量が賄われることになる。
【００４３】
〔熱媒ポンプ単独運転中の熱源の増段〕
熱媒ポンプＰ２の単独運転中、負荷熱量Ｑが増大して行き、増段閾値Ｑｕ１を上回ると（ステップ３１０のＹＥＳ）、制御装置１３Ａは熱源Ｇ２へ起動指令を送り、熱源の増段を図る（ステップ３１１）。これにより、熱源Ｇ１に最大能力を発揮させた状態で、熱源Ｇ２への増段が図られる。したがって、熱源Ｇ１において余力を残したままで熱源Ｇ２への増段が図られてしまうということがなくなり、熱源の運転効率の悪化や補機（冷却水ポンプ、冷却塔ファンなど）の運転台数の増加によるエネルギーの過剰消費が防がれる。
【００４４】
なお、この時、制御装置１３Ａは、熱媒ポンプＰ２への起動指令も出力する（ステップ３０７）。しかし、熱媒ポンプＰ２はすでに運転されているので、新たに熱媒ポンプＰ２が起動されるということはない。
【００４５】
〔熱源と熱媒ポンプの同時増段〕
外部負荷４への冷水の供給量の制御中、負荷流量Ｆが増段閾値Ｆｕ１に達する前に、負荷熱量Ｑが増段閾値Ｑｕ１を上回ると（ステップ３１０のＹＥＳ）、制御装置１３Ａは熱源Ｇ２および熱媒ポンプＰ２へ各個に起動指令を送り、熱源および熱媒ポンプの増段を図る（ステップ３１１，３０７）。これにより、熱源Ｇ２と熱媒ポンプＰ２とが同時に起動される。
【００４６】
〔熱源の単独減段（熱媒ポンプの単独運転）〕
熱源Ｇ２の起動後、負荷熱量Ｑが減少し、減段閾値Ｑｄ１を下回ると（ステップ３１２のＹＥＳ）、制御装置１３Ａは熱源Ｇ２へ停止指令を送り、熱源の減段を図る（ステップ３１３）。このとき、制御装置１３Ａは、負荷流量Ｆが減段閾値Ｆｄ１を下回っていなければ（ステップ３１６のＮＯ）、熱媒ポンプＰ２への停止指令は送らない。この場合、熱源Ｇ２のみの運転が停止され、熱媒ポンプＰ２はその運転を継続する。
【００４７】
〔熱源と熱媒ポンプの同時減段〕
熱源Ｇ２の起動後、負荷熱量Ｑが減少し、減段閾値Ｑｄ１を下回ると（ステップ３１２のＹＥＳ）、制御装置１３Ａは熱源Ｇ２へ停止指令を送り、熱源の減段を図る（ステップ３１３）。このとき、制御装置１３Ａは、負荷流量Ｆが減段閾値Ｆｄ１を下回っていれば（ステップ３１６のＹＥＳ）、すなわち負荷熱量Ｑが減段閾値Ｑｄ１を下回っており、かつ負荷流量Ｆが減段閾値Ｆｄ１を下回っていれば（ステップ３１７でのＡＮＤの成立）、熱媒ポンプＰ２へ停止指令を送り、熱媒ポンプの減段を図る（ステップ３１８）。この場合、熱源Ｇ２と熱媒ポンプＰ２とは、同時にその運転が停止される。
【００４８】
〔熱源ポンプの単独減段（熱源の単独運転）〕
制御装置１３Ａは、熱源Ｇ２の起動後、負荷流量Ｆが減少し、減段閾値Ｆｄ１を下回っても（ステップ３１６のＹＥＳ）、負荷熱量Ｑが減段閾値Ｑｄ１を下回っていなければ、熱媒ポンプＰ２への停止指令は送らない。したがって、熱源Ｇ２の運転中、熱媒ポンプＰ２が停止するという事態、すなわち熱源Ｇ２のみが運転されるという異常事態は生じない。
【００４９】
〔運転台数制御のロジック〕
図４は図３に示したフローチャートに従う運転台数制御のロジックをイメージ化した図である。負荷流量による熱媒ポンプ運転台数制御からの増段要求があった場合には、熱媒ポンプのみを増段する（矢印▲１▼）。負荷熱量による熱源運転台数制御からの増段要求があった場合には、熱源および熱媒ポンプを増段する（矢印▲２▼）。負荷熱量による熱源運転台数制御からの減段要求があった場合には、熱源のみを減段する（矢印▲３▼）。負荷流量による熱媒ポンプ運転台数制御からの減段要求があった場合で（矢印▲４▼）、熱源が運転中の場合（負荷熱量による熱源運転台数制御からの減段要求がない場合：矢印▲５▼無し）には、熱媒ポンプは停止しない。負荷流量による熱媒ポンプ運転台数制御からの減段要求があった場合で（矢印▲４▼）、熱源がすでに停止している場合（負荷熱量による熱源運転台数制御からの減段要求があった場合：矢印▲５▼有り）には、熱媒ポンプを停止させる（矢印▲６▼）。
【００５０】
〔熱源の出口温度設定の自動変更〕
例えば、図３に示したステップ３０７において熱媒ポンプＰ２のみを増段した場合、還ヘッダ６からの熱媒がそのまま往ヘッダ２へ流れ込むルートができてしまう。この場合、図５に示すように、還ヘッダ６からの熱媒の温度を１４℃とすると、熱源Ｇ２が運転されていないので、熱媒ポンプＰ２からは往ヘッダ２に１４℃の熱媒がそのまま送水されることになる。運転中の熱源Ｇ１からは７℃にされた冷水が供給されるが、往ヘッダ２で熱媒ポンプＰ２からの熱媒と混合されるので、外部負荷４へ供給される冷水の温度が上昇し、設計温度からかけ離れてしまう虞れがある。
【００５１】
このようなことが生じないように、本実施の形態では、ステップ３０７において熱媒ポンプＰ２が増段された場合、現在運転中の熱源の運転台数と熱媒ポンプの運転台数をチェックし、熱源運転台数≠熱媒ポンプ運転台数であれば（ステップ３０８のＹＥＳ）、「熱源Ｇ２は運転されておらず、熱媒ポンプＰ２のみが運転されている」と判断し、運転中の熱源Ｇ１の出口温度の設定を若干下降させ（ステップ３０９）、外部負荷４へ供給される冷水の温度が設計温度からかけ離れてしまうことがないようにする。
【００５２】
図３に示したステップ３１３において熱源Ｇ２が減段された場合にも熱媒ポンプＰ２の単独運転が生じることがある。この場合も、ステップ３０７での熱媒ポンプＰ２の増段時と同様、現在運転中の熱源の運転台数と熱媒ポンプの運転台数をチェックし、熱源運転台数≠熱媒ポンプ運転台数であれば（ステップ３１４のＹＥＳ）、「熱源Ｇ２は運転されておらず、熱媒ポンプＰ２のみが運転されている」と判断し、運転中の熱源Ｇ１の出口温度の設定を若干下降させ（ステップ３１５）、外部負荷４へ供給される冷水の温度が設計温度からかけ離れてしまうことがないようにする。
【００５３】
本実施の形態において、ステップ３０９や３１５での運転中の熱源の出口温度設定の変更は、例えば下記（２）式を用いて行う。すなわち、出口温度の初期設定値をＴＣｓｐ（７℃）とし、この出口温度の初期設定値ＴＣｓｐと還水温度ＴＲとから（２）式に従って運転中の熱源の出口温度の設定変更値ＴＣｓｐ’を求める。但し、下記（２）式において、Ｑ_ＭＡＸ は運転中のポンプの能力合計、Ｑ_１ ＋Ｑ_２ ＋Ｑ_３ ・・・・＋Ｑｎ_−１は熱源が動いているポンプの能力合計、Ｑｎは単独運転している熱媒ポンプの能力を示す。
ＴＣｓｐ’＝（ＴＣｓｐ×Ｑ_ＭＡＸ −ＴＲ×Ｑｎ）／（Ｑ_１ ＋Ｑ_２ ＋Ｑ_３ ・・・・＋Ｑｎ_−１） ・・・・（２）
【００５４】
なお、熱媒ポンプのみ増段した直後は、還水温度ＴＲが安定しないため、１０分程度の効果待ち後、出口温度の設定変更値ＴＣｓｐ’を決定するものとする。それまでは、増段前の設定変更値ＴＣｓｐを保持するものとする。
また、図３のフローチャートには示されていないが、熱源および熱媒ポンプの増減段制御によって熱源運転台数＝熱媒ポンプ運転台数に戻れば、ステップ３０９や３１５で自動変更した出口温度の設定は初期設定値ＴＣｓｐに戻す。
【００５５】
図６に図３に示したフローチャートに対応する制御装置１３Ａにおける処理ブロック図を示す。制御装置１３Ａは、負荷熱量演算部１３−１と、熱源運転台数制御部１３−２と、熱媒ポンプ運転台数制御部１３−３と、熱媒ポンプ停止判断部１３−４と、出口温度設定変更判断部１３−５とを備えている。
【００５６】
負荷熱量演算部１３−１は、還水温度ＴＲと往水温度ＴＳと負荷流量Ｆとから、前述した（１）式に従って負荷熱量Ｑを求める。
熱源運転台数制御部１３−２は、負荷熱量演算部１３−１からの負荷熱量Ｑに基づき、図２（ａ）に示した熱源運転台数制御テーブルＴＢ１に従って、熱源に対する運転台数の増減段要求を生成する。
熱媒ポンプ停止判断部１３−４は、負荷流量Ｆに基づき、図２（ｂ）に示した熱媒ポンプ運転台数制御テーブルＴＢ２に従って、熱媒ポンプに対する運転台数の増減段要求を生成する。
【００５７】
熱媒ポンプ停止判断部１３−４は、熱源運転台数制御部１３−２から減段要求が出され、かつ熱媒ポンプ運転台数制御部１３−３から減段要求が出された場合に、熱媒ポンプへの停止指令を生成する。
出口温度設定変更判断部１３−５は、熱媒ポンプ運転台数制御部１３−３から増段要求が出された場合、その時の熱源運転台数と熱媒ポンプ運転台数をチェックし、熱源運転台数≠熱媒ポンプ運転台数である場合に、運転中の熱源の出口温度設定の自動変更を行う。また、熱源運転台数制御部１３−２から減段要求が出された場合、その時の熱源運転台数と熱媒ポンプ運転台数をチェックし、熱源運転台数≠熱媒ポンプ運転台数である場合に、運転中の熱源の出口温度の設定を前記の（２）式に従って変更する。また、熱源運転台数＝熱媒ポンプ運転台数となれば、運転中の熱源の出口温度の設定を初期値に戻す。
【００５８】
なお、上述した実施の形態では、熱源を３台設けた例で説明したが、熱源は３台に限られるものでないことは言うまでもない。
また、上述した実施の形態では、冷水熱源装置を例にとって説明したが、温水熱源装置においても同様にして制御することが可能である。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、第１発明によれば、熱媒ポンプの運転を熱源から独立して制御するようにしたので、例えば２組の熱源と熱媒ポンプとがあった場合、１組目の熱源と熱媒ポンプとが運転されている時に、２組目の熱媒ポンプだけを運転させるということが可能となり、外部負荷への熱媒の供給量を増やし、外部負荷への供給熱量を増大させて、１組目の熱源に最大能力を発揮させた状態で２組目の熱源への増段を図ることが可能となり、エネルギーの消費量を少なくし、熱源装置をより効率よく運転することができるようになる。
【００６０】
第２発明によれば、負荷熱量に基づいて熱源の運転台数を制御し、負荷流量に基づいて熱媒ポンプの運転台数を制御するようにしたので、例えば第１の熱源と第１の熱媒ポンプとが運転されている時に、負荷熱量よりも先に負荷流量が増段閾値に達した場合、第２の熱媒ポンプだけが運転され、外部負荷への熱媒の供給量が増える。この後の要求熱量の増大により、負荷熱量が増段閾値に達すると、第２の熱源が運転されるものとなる。これにより、第１の熱源に最大能力を発揮させた状態で第２の熱源への増段が図られるようになり、エネルギーの消費量を少なくし、熱源装置をより効率よく運転することができるようになる。
【００６１】
第３発明によれば、熱源の運転台数と熱媒ポンプの運転台数とが異なる場合、運転中の熱源の出口温度の設定を変更するようにしたので、熱媒ポンプのみが増段されている場合、運転中の熱源の出口温度の設定を自動的に変更し（冷凍機であれば若干下降、加熱機であれば若干上昇）、外部負荷へ供給される熱媒の温度が設計温度からかけ離れてしまうことがないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制御装置を含む熱源装置の一実施の形態を示す計装図である。
【図２】この熱源装置に設けられた制御装置に設定される熱源運転台数制御テーブルおよび熱媒ポンプ運転台数制御テーブルを例示する図である。
【図３】制御装置が行う特徴的な処理動作の概要を説明するためのフローチャートである。
【図４】このフローチャートに従う運転台数制御のロジックをイメージ化した図である。
【図５】熱媒ポンプのみを増段した場合に外部負荷へ供給される冷水の温度が設計温度からかけ離れてしまう状況を説明する図である。
【図６】図３に示したフローチャートに対応する制御装置における処理ブロック図である。
【図７】従来の熱源装置の一例を示す計装図である。
【図８】従来の熱源装置に設けられた制御装置が行う処理動作の概要を説明するためのフローチャートである。
【図９】従来の制御装置による熱源の運転台数の制御動作を説明する図である。
【符号の説明】
Ｇ（Ｇ１〜Ｇ３）…熱源、Ｐ（Ｐ１〜Ｐ３）…熱媒ポンプ、ＧＰ（ＧＰ１〜ＧＰ３）…冷却水ポンプ、ＧＦ（ＧＦ１〜ＧＦ３）…冷却塔ファン、２…往ヘッダ、３…往水管路、４…外部負荷、５…還水管路、６…還ヘッダ、７…バイパス管路、８…バイパス弁、９…差圧計、１０…往水温度センサ、１１…還水温度センサ、１２…流量計、１３Ａ…制御装置、１３−１…負荷熱量演算部、１３−２…熱源運転台数制御部、１３−３…熱媒ポンプ運転台数制御部、１３−４…熱媒ポンプ停止判断部、１３−５…出口温度設定変更判断部、ＴＢ１…熱源運転台数制御テーブル、ＴＢ２…熱媒ポンプ運転台数制御テーブル。

Claims (3)

1. 熱媒を生成する熱源と、この熱源が生成する熱媒を搬送する熱媒ポンプと、前記熱源からの熱媒を受ける往ヘッダと、この往ヘッダから送水される熱媒の供給を受ける外部負荷と、この外部負荷において熱交換された熱媒を前記熱源に戻す還ヘッダと、前記往ヘッダと前記還ヘッダとを連通するバイパス管路とを備えた熱源装置に用いられる制御装置であって、
   前記熱媒ポンプの運転を前記熱源から独立して制御する熱媒ポンプ運転制御手段を備えたことを特徴とする制御装置。
2. 熱媒を生成する第１〜第Ｎ（Ｎ≧２）の熱源と、この第１〜第Ｎの熱源が生成する熱媒を搬送する第１〜第Ｎの熱媒ポンプと、前記第１〜第Ｎの熱源からの熱媒を受ける往ヘッダと、この往ヘッダから送水される熱媒の供給を受ける外部負荷と、この外部負荷において熱交換された熱媒を前記第１〜第Ｎの熱源に戻す還ヘッダと、前記往ヘッダと前記還ヘッダとを連通するバイパス管路とを備えた熱源装置に用いられる制御装置であって、
   前記往ヘッダから送水される熱媒と前記還ヘッダに戻される熱媒の温度差と前記外部負荷へ供給される熱媒の流量とから負荷熱量を求める負荷熱量演算手段と、
   この負荷熱量演算手段によって求められた負荷熱量に基づいて前記熱源の運転台数を制御する熱源運転台数制御手段と、
   前記外部負荷へ供給される熱媒の流量に基づいて前記熱媒ポンプの運転台数を制御する熱媒ポンプ運転台数制御手段と
   を備えたことを特徴とする制御装置。
3. 請求項２に記載された制御装置において、
   前記熱源の運転台数と前記熱媒ポンプの運転台数とが異なる場合、運転中の熱源の出口温度の設定を変更する出口温度設定変更手段を備えたことを特徴とする制御装置。

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