JP2017083032A - 制御装置、制御方法、及び熱源システム - Google Patents

Abstract

【課題】凝縮器圧力上昇または凝縮器圧力低下による故障停止を可及的に防ぎ、熱源設備を安定して運用すること。
【解決手段】冷媒と被熱交換媒体との間で熱交換して冷媒を凝縮させる凝縮器を具備する複数の熱源機１１ａ，１１ｂ，１１ｃを備える熱源システム１に適用される制御装置２０であって、少なくとも一の熱源機１１ａ，１１ｂ，１１ｃが運転中であり、該熱源機１１ａ，１１ｂ，１１ｃ以外の他の熱源機１１ａ，１１ｂ，１１ｃが運転していない条件で、運転中の熱源機１１ａ，１１ｂ，１１ｃの凝縮器の熱交換量が所定値以下になった場合に、他の熱源機１１ａ，１１ｂ，１１ｃのうち、少なくともいずれか一の熱源機１１ａ，１１ｂ，１１ｃを運転させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱源システムに係り、特に、熱源システムが備える熱源機を制御する制御装置及び制御方法に関するものである。

例えば、ターボ冷凍機等の熱源機の起動時に凝縮器圧力が上昇すると凝縮器が故障停止状態となる。凝縮器が故障するとターボ冷凍機は要求された冷凍能力を出力できなくなるので、凝縮器が故障停止状態とならないように制御されている。
下記特許文献１では、ターボ冷凍機を起動してから所定時間において冷却水流量を上昇させて、冷媒温度の増大に伴う凝縮圧力上昇による故障を防止する熱源システムが開示されている。

特開２０１２−２２９８２３号公報

ところで、ターボ冷凍機等の熱源機は、冷凍能力を出力するために凝縮器において冷媒に対して排熱処理を行うが、冷凍能力に対して十分な排熱ができなかった場合には凝縮器の圧力が上昇し、故障停止状態に至る。また、ヒートポンプ等の熱源機は、暖房能力を出力するために蒸発器が熱源水から吸熱するが、蒸発器が暖房能力に対して十分な吸熱ができなかった場合には凝縮器において温水に与える熱量が不十分となり、凝縮器の圧力が低下し、故障停止もしくは軽負荷停止に至る。

凝縮器が十分に熱交換できない原因は、冷却塔の外気湿球温度が熱源システムの設計点よりも高いこと、凝縮器内の熱交換用チューブの汚れ・劣化が生じていること、凝縮器に冷却水を供給する冷却塔の劣化・能力不足が生じていること、熱源機の定格を超えた能力出力等が挙げられる。
しかしながら、上記特許文献１の方法では、上述した原因に対処できず、凝縮器が十分に熱交換できないという問題を解決できなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、凝縮器圧力上昇または凝縮器圧力低下による故障停止を可及的に防ぎ、熱源設備を安定して運用できる制御装置、制御方法、及び熱源システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、冷媒と被熱交換媒体との間で熱交換して冷媒を凝縮させる凝縮器を具備する複数の熱源機を備える熱源システムに適用される制御装置であって、少なくとも一の前記熱源機が運転中であり、該熱源機以外の他の前記熱源機が運転していない条件で、運転中の前記熱源機の前記凝縮器の熱交換量が所定値以下になった場合に、他の前記熱源機のうち、少なくともいずれか一の前記熱源機を運転させる凝縮器交換熱量依存運転台数制御を備える制御装置を提供する。

本発明の構成によれば、冷媒と被熱交換媒体との間で熱交換して冷媒を凝縮させる運転中の凝縮器の熱交換量が所定値以下になった場合に、運転中の熱源機に加え、運転中以外の他の熱源機のうち少なくともいずれか一の熱源機を運転させ、熱源機の運転台数が増加する凝縮器交換熱量依存運転台数制御を行う。
熱源機が冷凍機の場合には、熱源機の運転台数が増加することにより、冷水を冷却する１台当たりの冷凍能力を分散させ、１台の熱源機に要求される排熱処理量を低減させることにより、凝縮器圧力上昇による故障停止を防止することができ、要求された冷凍能力を安定的に継続して出力できる。

また、熱源機がヒートポンプの場合には、蒸発器が熱源水から吸熱した吸熱量が小さいことにより凝縮器にて温水に十分な熱が与えられない。そこで、凝縮器での熱交換量が所定値以下になり、熱源機の運転台数が増加することにより蒸発器で熱源水から吸熱する吸熱量を増大させることができる。これにより、凝縮器にて暖房能力に対して温水に十分な熱が与えられ、凝縮器圧力低下を防止でき、故障停止や軽負荷停止を防止することができる。

上記制御装置は、前記凝縮器交換熱量依存運転台数制御に関わらず、前記熱源システムの要求負荷に応じて前記熱源機を運転させる台数を制御する負荷依存運転台数制御を備えていてもよい。
熱源システムの要求負荷に応じて熱源機を運転させる台数を制御する負荷依存運転台数制御を、凝縮器交換熱量依存運転台数制御と併せて行うことができる。

上記制御装置は、前記熱源機において前記冷媒と熱交換後の前記被熱交換媒体の出口温度を検出する温度検出手段を備え、前記温度検出手段により検出された前記出口温度が所定温度範囲を超えた場合に、他の前記熱源機のうち、少なくともいずれか一の前記熱源機を運転させてもよい。

上記構成によれば、冷媒と熱交換後の熱源機出口の被熱交換媒体の温度の検出値によって、簡便に熱交換量を判断でき、凝縮器の圧力上昇を防ぐことができる。

上記制御装置は、前記熱源機において前記冷媒と熱交換後の前記被熱交換媒体の出口温度を検出する温度検出手段を備え、前記温度検出手段により検出された前記出口温度が前記所定温度範囲を下回った場合に、運転中の前記熱源機のうち、少なくともいずれか一の前記熱源機の停止を許可してもよい。

上記構成によれば、冷媒と熱交換後の熱源機出口の被熱交換媒体の温度の検出値によって、簡便に熱交換量を判断でき、過剰に熱源機を運転させることを防止することができる。

上記制御装置において、３つ以上の前記熱源機が運転中である場合に、複数の前記温度検出手段を備え、複数の前記温度検出手段で検出された温度のうち、最も高い前記被熱交換媒体の前記出口温度に基づいて、他の前記熱源機の少なくともいずれか一つを運転させるか否かを判定してもよい。

被熱交換媒体の最も高い出口温度に基づいて熱源機を増加させるか否かを判断するので、安全側に制御することができる。

上記制御装置は、前記凝縮器内の前記冷媒の飽和温度を検出する飽和温度検出手段を備え、前記飽和温度検出手段により検出された前記凝縮器内の前記冷媒の前記飽和温度が所定飽和温度範囲を超えた場合に、他の前記熱源機のうち、少なくともいずれか一の前記熱源機を運転させてもよい。

上記構成によれば、凝縮器内の冷媒の飽和温度に基づいて、凝縮器の圧力上昇を防ぐことができる。

上記制御装置は、前記凝縮器内の前記冷媒の飽和温度を検出する飽和温度検出手段を備え、前記飽和温度検出手段により検出された前記凝縮器内の前記冷媒の前記飽和温度が所定飽和温度範囲を下回った場合に、運転中の前記熱源機のうち、少なくともいずれか一の前記熱源機の停止を許可してもよい。

上記構成によれば、凝縮器の飽和温度に基づいて、過剰に熱源機を運転させることを防止することができる。

上記制御装置において、３つ以上の前記熱源機が運転中である場合に、複数の前記飽和温度検出手段を備え、複数の前記飽和温度検出手段で検出された温度のうち、最も高い温度になる前記冷媒の前記飽和温度に基づいて、他の前記熱源機の少なくともいずれか一つを運転させるか否かを判定してもよい。

冷媒の最も高い飽和温度に基づいて熱源機を増やすかどうかを判断するので、安全側に制御することができる。

上記制御装置は、前記凝縮器内の前記冷媒の圧力を検出する圧力検出手段を備え、前記圧力検出手段により検出された前記凝縮器内の前記冷媒の前記圧力が所定圧力範囲を超えた場合に、他の前記熱源機のうち、少なくともいずれか一の前記熱源機を運転させてもよい。

上記構成によれば、凝縮器の圧力検出値に基づいて、簡便に熱交換量を判断でき、凝縮器の圧力上昇を防ぐことができる。

上記制御装置は、前記凝縮器内の前記冷媒の圧力を検出する圧力検出手段を備え、前記圧力検出手段により検出された前記凝縮器内の前記冷媒の前記圧力が所定圧力範囲を下回った場合に、運転中の前記熱源機のうち、少なくともいずれか一の前記熱源機の停止を許可してもよい。

上記構成によれば、凝縮器の圧力検出値に基づいて、過剰に熱源機を運転させることを防止することができる。

上記制御装置において、３つ以上の前記熱源機が運転中である場合に、複数の前記圧力検出手段を備え、複数の前記圧力検出手段で検出された圧力値のうち、最も高い前記冷媒の前記圧力値に基づいて、他の前記熱源機の少なくともいずれか一つを運転させるか否かを判定してもよい。

冷媒の最も高い圧力値に基づいて熱源機を増やすかどうかを判断するので、安全側に制御することができる。

上記制御装置は、前記熱源機の排熱に関する補機が、最大能力を出力しているか否かを判定する判定手段を備え、前記判定手段により、前記補機が最大能力を出力していないと判定された場合には、前記補機の出力を増大させてもよい。

排熱に関する補機が最大能力を出力していなければ、補機の出力を増大させることにより、凝縮器の故障停止をより確実に防止できる。なお、判定手段による判定は、凝縮器交換熱量依存運転台数制御を行うか否かを判定後に、判定することが好ましい。

本発明は、複数の熱源機と、上記いずれかに記載の制御装置とを具備する熱源システムを提供する。

本発明は、冷媒と被熱交換媒体との間で熱交換して冷媒を凝縮させる凝縮器を具備する複数の熱源機を備える熱源システムに適用される制御方法であって、少なくとも一の前記熱源機が運転中であり、該熱源機以外の他の前記熱源機が運転していない条件で、運転中の前記熱源機の前記凝縮器の熱交換量が所定値以下になった場合に、他の前記熱源機のうち、少なくともいずれか一の前記熱源機を運転させる凝縮器交換熱量依存運転台数制御を有する制御方法を提供する。

本発明は、凝縮器圧力上昇または凝縮器圧力低下による故障停止を可及的に防ぎ、熱源設備を安定して運用できるという効果を奏する。

本発明の第１実施形態に係る熱源システムの構成を概略的に示した図である。 図１に示した熱源機の一構成例を示した図である。 本発明の第１実施形態に係る上位制御装置の機能ブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る上位制御装置の動作フローである。 本発明の第１実施形態に係る上位制御装置を用いた場合と、従来の負荷に応じた台数制御を行う場合との熱源機の起動タイミングを説明するための図である。 本発明の第１実施形態の変形例２に係る上位制御装置の機能ブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る上位制御装置の動作フローである。

〔第１実施形態〕
以下に、本発明の第１実施形態に係る制御装置、制御方法、及び熱源システムについて、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る熱源システムの構成を概略的に示した図である。図１に示すように、熱源システム１は、例えば、空調機や給湯機、工場設備等の外部負荷３に対して供給する熱媒（冷水または温水）に対して熱（冷熱または温熱）を与える複数の熱源機１１ａ、１１ｂ、１１ｃを備えている。図１では、３台の熱源機１１ａ、１１ｂ、１１ｃが設置されている場合について例示しているが、熱源機の設置台数については２台以上であればよく、任意に決定できる。また、特に明記しない場合には、熱源機は熱源機１１と示す。なお、本実施形態においては、熱源機がターボ冷凍機である場合を例に挙げて説明する。

熱媒流れからみた各熱源機１１ａ、１１ｂ、１１ｃの上流側には、それぞれ、熱媒を圧送するポンプ１２ａ、１２ｂ、１２ｃが設置されている。これらポンプ１２ａ、１２ｂ、１２ｃによって、リターンヘッダ１４からの熱媒が各熱源機１１ａ、１１ｂ、１１ｃへと送られる。各ポンプ１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、インバータモータ（図示略）によって駆動されるようになっており、これにより、回転数を可変とすることで可変流量制御される。

サプライヘッダ１３には、各熱源機１１ａ、１１ｂ、１１ｃにおいて得られた熱媒が集められる。サプライヘッダ１３に集められた熱媒は、外部負荷３に供給される。外部負荷３にて空調等に供されて昇温或いは冷却された熱媒は、リターンヘッダ１４に送られる。熱媒は、リターンヘッダ１４において分岐され、各熱源機１１ａ、１１ｂ、１１ｃに再び送られる。

また、サプライヘッダ１３とリターンヘッダ１４との間にはバイパス配管１８が設けられている。バイパス配管１８には、バイパス流量を調整するためのバイパス弁１９が設けられている。
バイパス弁１９の弁開度制御及びポンプ１２ａ、１２ｂ、１２ｃのインバータ制御は、上位制御装置（制御装置）２０によって実施される。

また、熱源機１１ａ，１１ｂ，１１ｃはそれぞれ冷却塔１５ａ，１５ｂ，１５ｃと接続されている。
冷却塔１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、冷却水Ｗ１を冷却する。各冷却塔１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、往き配管６を介して熱源機１１ａ，１１ｂ，１１ｃと接続され、熱源機１１ａ，１１ｂ，１１ｃで利用された冷却水Ｗ１が供給され、冷却塔１５ａ，１５ｂ，１５ｃで冷却された冷却水Ｗ１を還り配管７を介して接続される熱源機１１ａ，１１ｂ，１１ｃに供給する。還り配管７における冷却水流れの下流側には冷却水ポンプ８が設けられている。

冷却水ポンプ８の出力を調整することで、冷却塔１５ａ，１５ｂ，１５ｃと熱源機１１ａ，１１ｂ，１１ｃの間で冷却水Ｗ１を循環させる。往き配管６と還り配管７との間には、バイパス配管４が設けられている。バイパス配管４には冷却水バイパス弁５が設けられている。冷却水バイパス弁５の開度を調整することにより、往き配管６から還り配管７へバイパスさせる流量が調整される。
往き配管６には、熱源機１１ａ，１１ｂ，１１ｃにおいて利用された冷却水Ｗ１の温度（以下「冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔ」という）を計測する温度センサ（温度検出手段）５５が設けられている（図２参照）。

図２には、熱源機１１ａ、１１ｂ、１１ｃにターボ冷凍機を適用した場合の詳細構成が示されている。図２では、理解の容易のため、３台並列に設けられた熱源機のうち、一つの熱源機１１ａのみが示されている。
熱源機１１ａは、２段圧縮２段膨張サブクールサイクルを実現する構成となっている。このターボ冷凍機は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機３１と、ターボ圧縮機３１によって圧縮された高温高圧のガス冷媒を凝縮する凝縮器３２と、凝縮器３２にて凝縮された液冷媒に対して過冷却を与えるサブクーラ３３と、サブクーラ３３からの液冷媒を膨張させる高圧膨張弁３４と、高圧膨張弁３４に接続されるとともにターボ圧縮機３１の中間段および低圧膨張弁３５に接続される中間冷却器３７と、低圧膨張弁３５によって膨張させられた液冷媒を蒸発させる蒸発器３６とを備えている。

ターボ圧縮機３１は、遠心式の２段圧縮機であり、インバータ３８によって回転数制御された電動モータ３９によって駆動されている。インバータ３８は、熱源機制御装置１０ａによってその出力が制御されている。なお、ターボ圧縮機３１は、回転数一定の固定速の圧縮機であってもよい。ターボ圧縮機３１の冷媒吸入口には、吸入冷媒流量を制御するインレットガイドベーン（以下「ＩＧＶ」という。）４０が設けられており、ターボ冷凍機１１ａの容量制御が可能となっている。

凝縮器３２には、凝縮冷媒圧力Ｐｃを計測するための圧力センサ５１が設けられている。圧力センサ５１の計測値は、熱源機制御装置１０ａを介して上位制御装置２０に送信される。
サブクーラ３３は、凝縮器３２の冷媒流れ下流側に、凝縮された冷媒に対して過冷却を与えるように設けられている。サブクーラ３３の冷媒流れ下流側直後には、過冷却後の冷媒温度Ｔｓを計測する温度センサ５２が設けられている。
凝縮器３２及びサブクーラ３３には、これらを冷却するための冷却伝熱管４１が挿通されている。流量計５４は、冷却水出口における冷却水流量Ｆ２を計測する。計測結果は、熱源機制御装置１０ａに送信される。

温度センサ５５は、冷媒と熱交換後の冷却水Ｗ１の凝縮器３２の出口における冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔを計測する。計測結果は、熱源機制御装置１０ａを介して上位制御装置２０に送信される。
温度センサ５６は、凝縮器３２の入口における冷却水入口温度Ｔｉｎを計測する。計測結果は熱源機制御装置１０ａを介して上位制御装置２０に送信される。
冷却水は、図１で示す冷却塔１５において外部へと排熱された後に、再び凝縮器３２及びサブクーラ３３へと導かれるようになっている。

中間冷却器３７には、中間圧力Ｐｍを計測するための圧力センサ５７が設けられている。蒸発器３６には、蒸発圧力Ｐｅを計測するための圧力センサ５８が設けられている。蒸発器３６において吸熱されることによって定格温度（例えば７℃）の冷水が得られる。蒸発器３６には、外部負荷３（図１参照）へ供給される冷水を冷却するための冷水伝熱管４２が挿通されている。冷水流量Ｆ１は流量計５９により、冷水出口温度Ｔｏｕｔは温度センサ６０により、冷水入口温度Ｔｉｎは温度センサ６１により計測されるようになっており、それぞれ計測値の情報は、熱源機制御装置１０ａに送信される。

凝縮器３２の気相部と蒸発器３６の気相部との間には、ホットガスバイパス管４３が設けられている。そして、ホットガスバイパス管４３内を流れる冷媒の流量を制御するためのホットガスバイパス弁４４が設けられている。ホットガスバイパス弁４４によってホットガスバイパス流量を調整することにより、ＩＧＶ４０では制御が十分でない非常に小さな領域の容量制御が可能となっている。

上位制御装置２０（図１参照）は、例えば、コンピュータであり、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の主記憶装置、補助記憶装置、外部の機器と通信を行うことにより情報の授受を行う通信装置などを備えている。
補助記憶装置は、コンピュータ読取可能な記録媒体であり、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。この補助記憶装置には、各種プログラムが格納されており、ＣＰＵが補助記憶装置から主記憶装置にプログラムを読み出し、実行することにより種々の処理を実現させる。

上位制御装置２０は、少なくとも一の熱源機１１が運転中であり、該熱源機１１以外の他の熱源機１１が運転していない条件で、運転中の熱源機１１の凝縮器３２の熱交換量が所定値以下になった場合に、他の熱源機１１のうち、少なくともいずれか一の熱源機１１を運転させる凝縮器交換熱量依存運転台数制御を備える。また、上位制御装置２０は、凝縮器交換熱量依存運転台数制御に関わらず、熱源システム１の要求負荷に応じて熱源機１１を運転させる台数を制御する負荷依存運転台数制御を備える。つまり、上位制御装置２０は、負荷依存運転台数制御と、凝縮器交換熱量依存運転台数制御とを併せて行うことができる。

本実施形態においては、熱源機１１は、ターボ冷凍機による冷凍運転を例としているので、運転中の熱源機１１の凝縮器３２の熱交換量とは、凝縮器３２の冷却水Ｗ１に対する排熱量である。熱源機１１がヒートポンプ等の暖房機能を有する場合には、運転中の熱源機１１の凝縮器３２の熱交換量とは、蒸発器３６が熱源水から吸熱した吸熱量に応じて凝縮器３２が温水に与える放熱量である。

具体的には、図３に示されるように、上位制御装置２０は判定部６０と、制御部６１と、記憶部６２とを備えている。
判定部６０は、温度センサ５５により検出された冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔが所定温度範囲を逸脱したか否かを判定し、判定結果を制御部６１に出力する。なお、判定部６０は、冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔが所定温度範囲を一瞬でも超えた（または、下回った）場合に逸脱したものと判定してもよいが、冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔが所定温度範囲を所定期間超えた（または下回った）場合に逸脱したものと判定するとよい。

制御部６１は、温度センサ５５により検出された冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔが所定温度範囲を超えた場合には、運転中の熱源機１１以外の他の熱源機（つまり、待機中の熱源機）１１のうち、少なくともいずれか一の熱源機１１を運転させる。また、制御部６１は、温度センサ５５により検出された冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔが所定温度を超えていないと判定した場合には、他の条件（例えば、熱源システム１の要求負荷、設備構成等）により熱源機１１の起動が必要か否かが判定され、熱源機１１の起動を制御する。

また、制御部６１は、温度センサ５５により検出された冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔが所定温度範囲を下回った場合には運転中の熱源機１１のうち、少なくともいずれか一の熱源機１１の停止を許可する（換言すると、熱源機１１の停止禁止を解除する）。なお、停止するときの優先順位は特に限定されないが、例えば、後から起動したものほど優先的に停止させる。
所定温度範囲は、上位制御装置２０の記憶部６２に記憶されている情報であり、例えば、熱源機１１の定格条件＋α［℃］から熱源機１１の定格条件−β［℃］のような範囲で定められていてもよいし、或いは、熱源機１１の故障停止条件が判断できる値＋γ［℃］から故障停止条件が判断できる値＋δ（ただし、γ＞δ）［℃］のような範囲で定められてもよい。記憶部６２は、不揮発性のメモリが適用され、停電時においても記憶内容が消滅されないようになっている。

本実施形態に係る上位制御装置２０によって実行される処理について、図１から図５を用いて説明する。以下では、熱源システム１の運転開始時には熱源機１１ａのみが運転を開始し、熱源機１１ｂ及び１１ｃは運転していない（つまり、待機中）として説明をする。
熱源システム１の運転開始指令が入力されると、第１の熱源機として熱源機１１ａが起動される（図４のステップＳＡ１）。熱源機１１ａは発停後、ハンチング防止のための数百秒程度の所定の待機期間（例えば、６００秒）が設けられる（図４のステップＳＡ２）。熱源機１１ａにおける冷媒と熱交換後の冷却水温度が温度センサ５５により冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔとして計測され、その計測結果が上位制御装置２０に出力される。

運転中の全ての熱源機１１の冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔと、上位制御装置２０の記憶部６２に記憶されている定格条件に基づいて設定される所定温度範囲とが比較され、第１所定期間、冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔが定格条件＋α［℃］を超えたか否かが判定される（図４のステップＳＡ３）。
第１所定期間、冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔが定格条件＋α［℃］を超えたと判定された場合には（図４のステップＳＡ３のＹｅｓ）、第２の熱源機として熱源機１１ｂを起動させ、凝縮器交換熱量依存運転台数制御を行う（図４のステップＳＡ５）。これにより、所定の冷凍能力に対して、熱源機１１が１台増加し２台の熱源機１１が運転されるので、１台当たりの熱源機１１に要求される冷凍能力は低減することとなり、凝縮器圧力上昇の防止につながる。

また、冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔが定格条件＋α［℃］以下であると判定された場合には（図４のステップＳＡ３のＮｏ）、熱源システム１の要求負荷等に応じて決定される熱源機１１の増段条件等により、追加の熱源機１１の運転が必要か否かが判定される（図４のステップＳＡ４）。負荷条件等により追加の熱源機１１の運転が必要と判定された場合には、第２の熱源機１１として熱源機１１ｂを起動させ（図４のステップＳＡ５）、追加（第２）の熱源機１１の運転が必要でないと判定された場合には、冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔと所定温度範囲とを比較する図４のステップＳＡ３に戻る。

第２の熱源機１１ｂが起動され（図４のステップＳＡ５）、熱源機１１ｂは発停後、ハンチング防止のために数百秒程度の所定の待機期間（例えば、９００秒）が設けられる（図４のステップＳＡ６）。熱源機１１ａの冷却水出口に設けられる温度センサ５５で計測された冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔと、熱源機１１ｂの冷却水出口に設けられる温度センサ５５で計測された冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔとが、それぞれ所定温度範囲と比較される。

このうち、運転中の全ての熱源機１１の冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔが第２所定期間、定格条件−β［℃］以下となるか否かが判定され（図４のステップＳＡ７）、運転中の全ての熱源機１１に対する複数の冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔのうち、いずれか１つでも第２所定期間、定格条件−β［℃］以下でないと判定された場合には、凝縮器圧力の上昇防止のため熱源機１１の停止を禁止し、本判定を繰り返す（図４のステップＳＡ７のＮｏ）。運転中の全ての熱源機１１の冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔが第２所定期間、定格条件−β［℃］であると判定された場合には、熱源機１１の停止を許可し（図４のステップＳＡ７のＹｅｓ）、熱源システム１の要求負荷等に応じて決定される熱源機１１の減段条件等により、熱源機１１の停止が必要か否かが判定される（図４のステップＳＡ８）。

熱源機１１の停止が必要でないと判定された場合には、図４のＳＡ７に戻り（図４のステップＳＡ８のＮｏ）、熱源機１１の停止が必要と判定された場合には（図４のステップＳＡ８のＹｅｓ）、第１の熱源機１１ａまたは第２の熱源機１１ｂのうち、１つの熱源機１１を停止させ（図４のステップＳＡ９）、ステップＳＡ２に戻り、本処理を繰り返す。

本実施形態に係る上位制御装置２０が凝縮器交換熱量依存運転台数制御を用いた場合と、負荷に応じて決定される熱源機の増段減段が制御される従来の熱源機の台数制御とを図５を用いて説明する。
図５は、横軸を時間とし、縦軸の上段は凝縮器交換熱量依存運転台数制御を用いた場合として、冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔ（ラインＬ１）の時間変化とそれに設定される所定温度範囲となる閾値とが示されており、図５の縦軸の下段は従来の制御方法の場合として、負荷（ラインＬ２）の時間変化とそれに設定される熱源機の増段減段の閾値とが示されており、それらに併せて熱源機の台数制御の様子が示されている。

時刻ｔ０において第１の熱源機１１ａが起動され、時間の経過とともに冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔが上昇している。本実施形態の上位制御装置２０を用いた場合には、時刻ｔ１において「故障停止条件が判断できる値＋γ［℃］」を超えたことが検出されたタイミングで第２の熱源機１１ｂが起動される。一方、図５の下段に示すように、従来の方法では時間の経過とともに負荷Ｌ２が上昇するが、時刻ｔ１では熱源機１１の増段閾値に到達していないので第２の熱源機は起動せず、時刻ｔ２で増段閾値に到達したタイミングで第２の熱源機１１ｂが起動される。

さらに時間の経過とともに冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔが低下し、時刻ｔ３では負荷Ｌ２に応じた減段閾値に到達したため、従来の方法では時刻ｔ３のタイミングで第２の熱源機１１ｂが停止される。
これに対し、本実施形態においては、負荷の減段条件は満たしていても冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔが所定温度範囲の下限に設定される「故障停止条件が判断できる値＋δ［℃］」以下になるまでは熱源機１１の減段はせず、「故障停止条件が判断できる値＋δ［℃］」を検出した時刻ｔ４において第２の熱源機１１ｂが停止される。

以上説明してきたように、本実施形態に係る上位制御装置２０、制御方法、及び熱源システム１によれば、冷媒と冷却水Ｗ１との間で熱交換して冷媒を凝縮させる運転中の凝縮器３２の冷凍能力に対する熱交換量（排熱量）が所定値以下になった場合に、運転中の熱源機１１ａに加え、待機中の熱源機１１ｂ，１１ｃのうち少なくともいずれか一の熱源機１１ｂを起動させ、熱源機１１の運転台数が増加される。
このように熱源機１１が冷凍機の場合には、熱源機１１の運転台数が増加することにより、冷水を冷却する１台当たりの熱源機１１の冷凍能力を分散させ、１台の熱源機１１に要求される排熱処理量を低減させることにより、凝縮器の圧力上昇による故障停止を防止することができ、要求された冷凍能力を安定的に継続して出力できる。これにより、熱源設備の安定した運用に繋がる。

また、冷媒と熱交換後の熱源機１１の出口における冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔの検出値によって、簡便に熱交換量を判断できる。また、冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔが所定温度範囲を下回った場合に、熱源機１１の減段制御をすることにより、過剰に熱源機１１を運転させることを防ぐ。
なお、熱源機１１ａ、１１ｂ、１１ｃは同一種類の熱源機で統一されていてもよいし、数種類の熱源機が混在していてもよい。

〔変形例１〕
熱源機１１において冷媒と熱交換される媒体は、水でも空気でもよい。
上記第１実施形態においては、図２に示した熱源機１１ａでは、凝縮器３２及びサブクーラ３３を設け、冷却塔において外部へと排熱した冷却水と冷媒の間で熱交換を行う場合について述べたが、例えば、冷却塔を設けずに、外気と冷媒との間で熱交換を行う構成としてもよい。

外気と冷媒との間で熱交換する場合には、外気温度が高いと凝縮器３２における排熱量が少なくなることがある。
外気と冷媒との間で熱交換する場合には、冷却塔１５ａ，１５ｂ，１５ｃは設けられず冷却水がないので冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔを計測することができない。そのため、冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔに代えて、圧力センサ５１で計測した凝縮器３２における凝縮冷媒圧力Ｐｃを用い、凝縮器３２の熱交換量を判定する。

この場合、記憶部６２には、凝縮冷媒圧力Ｐｃに対して、熱源機１１を追加起動させるか否か、及び熱源機１１の停止を許可させるか否かを決めるそれぞれの所定圧力範囲が記憶されている。
判定部６０は、凝縮冷媒圧力Ｐｃと、記憶部６２から読み出される所定圧力範囲の情報とに基づいて、凝縮冷媒圧力Ｐｃが所定圧力範囲を逸脱しているか否かを判定し、判定結果を制御部６１に出力する。
制御部６１は、凝縮冷媒圧力Ｐｃが所定圧力範囲を超えた場合に、運転中の熱源機以外の他の熱源機１１のうち、少なくともいずれか一の熱源機１１を運転させる。また、制御部６１は、凝縮冷媒圧力Ｐｃが所定圧力範囲を下回った場合に、運転中の熱源機１１のうち、少なくともいずれか一の熱源機１１の停止を許可する。

具体的には、図４のステップＳＡ３の判定フローにおいて、「熱源機の冷却水出口温度が定格条件＋αを超えたか」に代えて「所定圧力範囲が読み出され、凝縮冷媒圧力Ｐｃが所定圧力範囲を超えたか」の判定が行われ、図４のステップＳＡ７の判定フローにおいて「熱源機の冷却水出口温度が定格条件−β℃以下か」に代えて「所定圧力範囲が読み出され、凝縮冷媒圧力Ｐｃが所定圧力範囲を下回ったか」の判定が行われる。

〔変形例２〕
冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔに代えて、凝縮器３２に圧力センサ５１を設け、冷媒の飽和温度特性と凝縮冷媒圧力Ｐｃとに基づいて凝縮器飽和温度を算出し、算出された凝縮器飽和温度と所定飽和温度範囲に基づいて凝縮器３２の熱交換量を判定してもよい。
冷媒の飽和温度特性は、周知のモリエル線図（ｐ−ｉ線図）に表される。

具体的には、図６に示されるように、上位制御装置２０は、判定部６０と、制御部６１と、記憶部６２と、飽和温度検出部（飽和温度検出手段）６３とを備えている。
記憶部６２には、冷媒の飽和温度特性の情報が格納されている。
飽和温度検出部６３は、凝縮器内の冷媒の飽和温度を検出する。具体的には、飽和温度検出部６３は、冷媒の飽和温度特性と凝縮冷媒圧力Ｐｃとに基づいて、凝縮器内の冷媒の飽和温度を算出する。
動作フローについては、前段で説明したように図４のステップＳＡ３と図４のステップＳＡ７が本変形例２の内容に置き換えられる。

判定部６０は、算出された凝縮器内の冷媒の飽和温度と、記憶部６２から読み出される冷媒の飽和温度特性の情報とに基づいて、凝縮器内の冷媒の飽和温度が所定飽和温度範囲を逸脱しているか否かを判定し、判定結果を制御部６１に出力する。
制御部６１は、冷媒の飽和温度が所定飽和温度範囲を超えた場合に、運転中の熱源機以外の他の熱源機１１のうち、少なくともいずれか一の熱源機１１を運転させる。また、制御部６１は、冷媒の飽和温度が所定飽和温度範囲を下回った場合に、運転中の熱源機１１のうち、少なくともいずれか一の熱源機１１の運転停止を許可する。

〔変形例３〕
上記第１実施形態においては、熱源機１１が冷凍機能のみを有するターボ冷凍機である場合を例に挙げて説明していたが、これに限定されず、例えば、暖房機能のみ、或いは冷房機能及び暖房機能の両方を有しているものであってもよく、本変形例では熱源機１１がヒートポンプである場合を例に挙げて説明する。
ヒートポンプで負荷側に温水を供給する場合には、蒸発器が熱源水から吸熱して蒸発した冷媒が圧縮機で圧縮されて温度が上昇され、高温の冷媒が凝縮器において水と熱交換されて水を昇温し、熱交換後の凝縮した冷媒が膨張弁にて膨張させられた後に蒸発器へと導かれる。これらは周知技術を採用することにより実現される。

要求される暖房能力に対し、蒸発器において熱源水から十分な吸熱ができなかった場合に、蒸発器の圧力が過度に低下し、蒸発器に起因する故障停止に至る。この場合も、待機中の熱源機を起動させ、１台当たりの要求される暖房能力を低下させることによって、蒸発器圧力の過度な低下を防止することができる。
そのため本変形例においては、熱源機１１がヒートポンプ等の暖房機能を有するものである場合に、蒸発器の出口における熱源水出口温度が、第２所定温度範囲以下となったか否かを判定し、第２所定温度範囲以下となった場合には、ヒートポンプを追加して起動する。また、第２所定温度範囲は、要求される温水の温度条件等によって決定される所定温度範囲である。

これにより、蒸発器３６における吸熱量が暖房能力に対して不足があっても、ヒートポンプを追加することにより１台当たりの要求される暖房能力を分散させることで、１台のヒートポンプに要求される温水の昇温処理量を減少させ、蒸発器の圧力低下を防ぎ、可及的に故障停止を防ぐ。また、運転中の全てのヒートポンプにおける蒸発器の出口の熱源水出口温度が、第２所定温度範囲を超えたか否かを判定し、判定の結果超えている場合には、運転している熱源機１１のうち、少なくともいずれか一つの熱源機１１の運転停止を許可する。
なお、ヒートポンプは、凝縮器が大気と熱交換する空冷ヒートポンプであってもよい。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の熱源システムの熱源機が３台以上運転している点で第１実施形態と異なる。本実施形態の熱源システムについて、第１実施形態と共通する点については説明を省略し、図１及び図２を用いて異なる点について主に説明する。

熱源機１１が３台以上設置されている熱源システム１において３台以上の熱源機１１が運転中である場合には、判定部６０は、各熱源機１１に対応してそれぞれ備えられている温度センサ５５で検出された複数の温度情報のうち最も高い冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔと、所定温度範囲とを比較することが好ましい。この場合、制御部６１は、最も高い冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔが所定温度範囲を超えたことを検出した場合に、運転中の熱源機１１以外の他の熱源機１１の少なくともいずれか一つを運転させるが、他の熱源機１１を複数台追加で運転させる場合であっても順に１台ずつ起動させることが好ましい。

また、制御部６１は、運転中の全ての熱源機１１の冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔが、所定温度範囲を下回ったことを検出した場合に、運転中の熱源機１１のうち、いずれか一つの運転停止を許可し、熱源システム１の要求負荷や設備構成等の条件により停止が必要か否かに応じて熱源機１１の停止を制御する。停止においても、熱源機１１は１台ずつ制御することが好ましい。

〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態の熱源システムにおいて、排熱に関する補機が最大能力を出力しているか否かを加味する点で第１実施形態、第２実施形態と異なる。本実施形態の熱源システムについて、第１実施形態、第２実施形態と共通する点については説明を省略し、図１から図３及び図７を用いて異なる点について主に説明する。

判定部（判定手段）６０は、熱源機１１の排熱に関する補機が、最大能力を出力しているか否かを判定する。判定部６０により、補機が最大能力を出力していないと判定された場合には、補機の出力を増大させる。また、判定部６０は、熱源機１１を追加で起動するか否かの判定（例えば、熱源機１１の冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔが定格条件＋αを超えたか否か）を行った後に、補機が最大能力を出力しているかを判定する。

また、排熱に関する補機が最大能力を出力するためには、以下の状態であることが必要である。（１）冷却塔１５ａ，１５ｂ，１５ｃの全セル（ファン）が運転状態であること、（２）冷却塔１５ａ，１５ｂ，１５ｃがインバータを搭載している（周波数により風量を制御している）場合は、最大能力となる周波数（最大周波数または定格周波数など）となっていること、（３）冷却水ポンプ８がインバータを搭載している（周波数により流量を制御している）場合は、最大能力となる周波数（最大周波数または定格周波数など）となっていること、（４）冷却水バイパス弁５の開度が全閉になっていること。

図７に示されるように、動作フローにおいては、第１実施形態で説明した図４と同様のステップには同じステップ名を付して説明を省略し、本実施形態で追加される箇所を主に説明する。
図７のステップＳＡ３において、熱源機の冷却水出口温度が定格条件＋α℃を超えたか否かを判定し、超えていない場合には、熱源機の排熱に関する補機が最大出力になっているか否かを判定する（図７のステップＳＢ１）。補機出力が最大であれば、負荷条件等に応じて熱源機の起動を制御し、補機出力が最大でない場合には、補機の出力を増大させ、図７のステップＳＡ３に戻る（図７のステップＳＢ２）。

このように、排熱能力を最大としたことにより、追加の熱源機の起動が不要となった場合に、熱源システムの消費電力低減を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更なども含まれる。
なお、第１実施形態から第３実施形態を適宜組み合わせて実施してもよい。例えば、第１実施形態の構成に第２実施形態の構成を組み合わせてもよいし、第１実施形態の構成から第３実施形態の構成を組み合わせてもよい。

１ 熱源システム
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 熱源機
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ 冷却塔
２０ 上位制御装置（制御装置）
３２ 凝縮器
５５ 温度センサ
６０ 判定部（判定手段）
６１ 制御部
６２ 記憶部
６３ 飽和温度検出部（飽和温度検出手段）

Claims (14)

1. 冷媒と被熱交換媒体との間で熱交換して冷媒を凝縮させる凝縮器を具備する複数の熱源機を備える熱源システムに適用される制御装置であって、
   少なくとも一の前記熱源機が運転中であり、該熱源機以外の他の前記熱源機が運転していない条件で
   運転中の前記熱源機の前記凝縮器の熱交換量が所定値以下になった場合に、他の前記熱源機のうち、少なくともいずれか一の前記熱源機を運転させる凝縮器交換熱量依存運転台数制御を備える制御装置。
2. 前記凝縮器交換熱量依存運転台数制御に関わらず、前記熱源システムの要求負荷に応じて前記熱源機を運転させる台数を制御する負荷依存運転台数制御を備える請求項１に記載の制御装置。
3. 前記熱源機において前記冷媒と熱交換後の前記被熱交換媒体の出口温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記温度検出手段により検出された前記出口温度が所定温度範囲を超えた場合に、他の前記熱源機のうち、少なくともいずれか一の前記熱源機を運転させる請求項１または請求項２に記載の制御装置。
4. 前記熱源機において前記冷媒と熱交換後の前記被熱交換媒体の出口温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記温度検出手段により検出された前記出口温度が前記所定温度範囲を下回った場合に、運転中の前記熱源機のうち、少なくともいずれか一の前記熱源機の停止を許可する請求項１から請求項３に記載の制御装置。
5. ３つ以上の前記熱源機が運転中である場合に、
   複数の前記温度検出手段を備え、
   複数の前記温度検出手段で検出された温度のうち、最も高い前記被熱交換媒体の前記出口温度に基づいて、他の前記熱源機の少なくともいずれか一つを運転させるか否かを判定する請求項３または請求項４に記載の制御装置。
6. 前記凝縮器内の前記冷媒の飽和温度を検出する飽和温度検出手段を備え、
   前記飽和温度検出手段により検出された前記凝縮器内の前記冷媒の前記飽和温度が所定飽和温度範囲を超えた場合に、他の前記熱源機のうち、少なくともいずれか一の前記熱源機を運転させる請求項１または請求項２に記載の制御装置。
7. 前記凝縮器内の前記冷媒の飽和温度を検出する飽和温度検出手段を備え、
   前記飽和温度検出手段により検出された前記凝縮器内の前記冷媒の前記飽和温度が所定飽和温度範囲を下回った場合に、運転中の前記熱源機のうち、少なくともいずれか一の前記熱源機の停止を許可する請求項１または請求項２または請求項６に記載の制御装置。
8. ３つ以上の前記熱源機が運転中である場合に、
   複数の前記飽和温度検出手段を備え、
   複数の前記飽和温度検出手段で検出された温度のうち、最も高い温度になる前記冷媒の前記飽和温度に基づいて、他の前記熱源機の少なくともいずれか一つを運転させるか否かを判定する請求項６または請求項７に記載の制御装置。
9. 前記凝縮器内の前記冷媒の圧力を検出する圧力検出手段を備え、
   前記圧力検出手段により検出された前記凝縮器内の前記冷媒の前記圧力が所定圧力範囲を超えた場合に、他の前記熱源機のうち、少なくともいずれか一の前記熱源機を運転させる請求項１または請求項２に記載の制御装置。
10. 前記凝縮器内の前記冷媒の圧力を検出する圧力検出手段を備え、
    前記圧力検出手段により検出された前記凝縮器内の前記冷媒の前記圧力が所定圧力範囲を下回った場合に、運転中の前記熱源機のうち、少なくともいずれか一の前記熱源機の停止を許可する請求項１または請求項２または請求項９に記載の制御装置。
11. ３つ以上の前記熱源機が運転中である場合に、
    複数の前記圧力検出手段を備え、
    複数の前記圧力検出手段で検出された圧力値のうち、最も高い前記冷媒の前記圧力値に基づいて、他の前記熱源機の少なくともいずれか一つを運転させるか否かを判定する請求項９または請求項１０に記載の制御装置。
12. 前記熱源機の排熱に関する補機が、最大能力を出力しているか否かを判定する判定手段を備え、
    前記判定手段により、前記補機が最大能力を出力していないと判定された場合には、前記補機の出力を増大させる請求項１から請求項１１のいずれかに記載の制御装置。
13. 複数の熱源機と、
    請求項１から請求項１２のいずれかに記載の制御装置と
    を具備する熱源システム。
14. 冷媒と被熱交換媒体との間で熱交換して冷媒を凝縮させる凝縮器を具備する複数の熱源機を備える熱源システムに適用される制御方法であって、
    少なくとも一の前記熱源機が運転中であり、該熱源機以外の他の前記熱源機が運転していない条件で、
    運転中の前記熱源機の前記凝縮器の熱交換量が所定値以下になった場合に、他の前記熱源機のうち、少なくともいずれか一の前記熱源機を運転させる凝縮器交換熱量依存運転台数制御を有する制御方法。
    
    

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