JP2017172857A - 熱源システムの設定温度制御装置、及びそれを備えた熱源システム、並びに熱源システムの設定温度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】過剰な運転を強いることなく、軽負荷停止を可及的に防ぐこと。【解決手段】冷媒を蒸発させるとともに冷媒と熱源媒体とを熱交換する蒸発器と、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を熱媒によって凝縮させる凝縮器とを有し、凝縮器によって熱媒を所定の出口設定温度に加熱して外部負荷に供給する熱源機を備える熱源システムの上位制御装置２０であって、運転中の熱源機の第１負荷率と、熱源機が軽負荷停止に移行する最小加熱能力となる第２負荷率の差を算出する負荷演算部２３と、負荷演算部２３によって算出された該差が第１所定値以下となる場合に、第１所定割合で熱源機の出口設定温度を初期値よりも下降させる設定温度変更部２４とを具備する。【選択図】図４

Description

本発明は、熱源システムの設定温度制御装置、及びそれを備えた熱源システム、並びに熱源システムの設定温度制御方法に関するものである。

従来、工場の暖房等を実現するものとして、例えばターボ冷凍機等の熱源機を複数台備えた熱源システムが知られている。この熱源システムは、台数制御装置によって、外部負荷が要求する要求負荷に応じて熱源機の起動台数を制御する。
複数の熱源機を備える熱源システムにおける熱源機の台数制御方法として、例えば、下記特許文献１には、現在の運転状態が増段条件を満たす場合に、現在の運転台数を１台増段した際に減段条件を満たすか否かを判定し、減段条件を満たさないと判定した場合に、熱源機を１台起動させることが開示されている。これにより、熱源機の発停が頻繁に繰り返される、所謂ハンチングが防止される。

特開２０１３−１８１６７３号公報

ところで、温水を生成する熱源機は、熱源機から送水される出口の温水温度と熱源水の温度によって決まる最小加熱能力を有している。負荷が小さくなり温水の生成能力が最小加熱能力を下回ると、熱源機の負荷が軽負荷になったことにより運転停止する軽負荷停止制御が働き、熱源機の能力出力が停止され、熱源機の出口の温水温度が著しく低下する。
しかしながら、上記特許文献１の方法は、熱源機の運転台数を減段した際に増段条件が満たされると判定されると減段しないので、現在の要求負荷に対して運転中の熱源機で均等に負荷を配分することで運転中の全ての熱源機が軽負荷となった場合、全ての熱源機が停止することとなり、軽負荷停止によって要求された能力を出力できなくなるという問題があった。また、上記特許文献１の方法は、熱源機の運転台数を増段した際に減段条件が満たされると判定されると増段しないので、現在運転中の熱源機に過剰な運転を強いることがあった。

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、過剰な運転を強いることなく、軽負荷停止を可及的に防ぐことができる熱源システムの設定温度制御装置、及びそれを備えた熱源システム、並びに熱源システムの設定温度制御方法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、冷媒を蒸発させるとともに前記冷媒と熱源媒体とを熱交換する蒸発器と、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を熱媒によって凝縮させる凝縮器とを有し、前記凝縮器によって前記熱媒を所定の出口設定温度に加熱して外部負荷に供給する熱源機を備える熱源システムの設定温度制御装置であって、運転中の前記熱源機の第１負荷と、前記熱源機が軽負荷停止に移行する最小加熱能力となる第２負荷との差を算出する負荷演算手段と、前記負荷演算手段によって算出された前記差が第１所定値以下となる場合に、第１所定割合で前記熱源機の前記出口設定温度を初期値よりも下降させる設定温度変更手段と、を具備する熱源システムの設定温度制御装置を提供する。

本発明の構成によれば、冷媒を蒸発させるとともに冷媒と熱源媒体とを熱交換する蒸発器と、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を熱媒によって凝縮させる凝縮器とを有し、熱媒を所定の出口設定温度に加熱して外部負荷に供給する熱源機を備える熱源システムの設定温度制御装置であって、運転中の熱源機の第１負荷と、熱源機が軽負荷停止に移行する最小加熱能力となる第２負荷との差が算出され、該差が第１所定値以下となる場合に、熱源機の出口設定温度が段階的に所定量ずつ低下される。

熱源機は、凝縮器へ熱媒が流入出する、いわゆる温水ヒートポンプとして使用される。
このように、熱源機の出口設定温度を低下させることにより、軽負荷に移行する最小加熱能力を小さくでき、軽負荷停止しない運転可能領域を大きくすることができる。これにより、運転中の熱源機の第１負荷と熱源機が軽負荷停止に移行する最小加熱能力となる第２負荷との差が所定値以下となっても熱源機の出口設定温度を低下させる制御をしない場合と比較して、熱源機の増段（例えば、熱源機１台から２台）を早める、又は熱源機の減段（例えば、熱源機２台から１台）を遅らせることができる。これにより、熱源機に過剰な運転を強いることなく、かつ、軽負荷停止を防ぎつつ、要求に近い出口設定温度（温水送水温度）の温水を供給することができる。

上記熱源システムの設定温度制御装置の前記設定温度変更手段は、前記出口設定温度を下降させたときの下限値を備え、前記出口設定温度が前記下限値に到達した場合に、前記出口設定温度の下降を停止し、前記出口設定温度を維持することが好ましい。

出口設定温度の下限値を設定することにより、例えば、熱源機に入力される熱媒の入口温度と出口設定温度との差が所定温度（例えば、３℃）以下となるような熱源機の無駄な運転を防ぐ。

上記熱源システムの設定温度制御装置において、前記差が、前記第１所定値よりも大きい第２所定値以上となる場合に、前記出口設定温度を現在値で維持してもよい。

運転中の熱源機の第１負荷と熱源機の最小加熱能力となる第２負荷との差に、余裕がある場合には、出口設定温度を維持させることで、該差を保持させる。これにより、熱源機の軽負荷停止に到達しにくくする。

上記熱源システムの設定温度制御装置において、前記差が、前記第２所定値よりも大きい第３所定値以上となる場合に、前記出口設定温度を第２所定割合で前記熱源機の前記出口設定温度を上昇させ、前記出口設定温度が、前記初期値または温度制御の上限値になると上昇を停止してもよい。

運転中の熱源機の第１負荷と熱源機の最小加熱能力となる第２負荷との差に、さらに余裕がある場合には、出口設定温度を第２所定割合で温度を上昇させることで、要求の出口設定温度に近づけることができる。

本発明は、軽負荷で停止する熱源機と、上記いずれかに記載の熱源システムの設定温度制御装置とを備える熱源システムを提供する。

本発明は、冷媒を蒸発させるとともに前記冷媒と熱源媒体とを熱交換する蒸発器と、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を熱媒によって凝縮させる凝縮器とを有し、前記凝縮器によって前記熱媒を所定の出口設定温度に加熱して外部負荷に供給する熱源機を備える熱源システムの設定温度制御方法であって、運転中の前記熱源機の第１負荷と、前記熱源機が軽負荷停止に移行する最小加熱能力となる第２負荷との差を算出する第１工程と、前記第１工程によって算出された前記差が第１所定値以下となる場合に、第１所定割合で前記熱源機の前記出口設定温度を初期値よりも下降させる第２工程と、を有する熱源システムの設定温度制御方法を提供する。

本発明は、過剰な運転を強いることなく、軽負荷停止を可及的に防ぐことができるという効果を奏する。

本発明に係る熱源システムの全体構成図である。 図１に示した熱源機の詳細構成を示した図である。 図１に示した熱源システムの制御系の構成を概略的に示した図である。 本発明に係る上位制御装置が備える機能を主に示した機能ブロック図である。 要求負荷に対する要求運転台数の設定を説明するための図である。 出力余裕度（差）と設定温度制御との関係を説明するための図である。 要求運転台数を決定する動作フローである。 熱源機の出口設定温度の制御の動作フローである。 熱源システムの全体負荷と、熱源機の運転台数との関係を説明するための図である。

以下に、本発明に係る熱源システムの設定温度制御装置、及びそれを備えた熱源システム、並びに熱源システムの設定温度制御方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。

以下、本実施形態について、図１から図９を用いて説明する。図１は、本実施形態にかかる熱源システム１の概略構成を示した図である。
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に対して供給する温水（熱媒）に対して熱を与える複数の熱源機１１ａ，１１ｂ，１１ｃを備えている。熱源機１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、外部負荷３に対して並列に設置されている。
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特に限定されず、熱源機が１台の場合にも本発明を適用できる。

なお、以下の説明において、各熱源機１１ａ，１１ｂ，１１ｃを区別する場合は、符号の末尾にａ〜ｃの何れかを付し、各熱源機１１ａ，１１ｂ，１１ｃを区別しない場合は、ａ〜ｃを省略する。また、他の部についても同様に、特に区別しない場合は、アルファベットを省略して示す。

温水の流れからみた各熱源機１１の上流側には、それぞれ、温水を圧送する温水ポンプ１２ａ，１２ｂ，１２ｃが設置されている。これら温水ポンプ１２ａ，１２ｂ，１２ｃによって、リターンヘッダ１４からの温水が各熱源機１１へと送出される。各温水ポンプ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１１において得られた温水が集められる。サプライヘッダ１３に集められた温水は、外部負荷３に供給される。外部負荷３にて給湯機等に供されて温度が変化した温水は、リターンヘッダ１４に送られる。温水は、リターンヘッダ１４において分岐され、各熱源機１１に送られる。

リターンヘッダ１４とサプライヘッダ１３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に設けられたバイパス弁１９の開度を調整することにより、バイパス配管１８を流れる温水の流量が調節され、外部負荷３に供給する温水量を調整することができる。

図２には、熱源機１１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。
熱源機１１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の中間段及び低圧膨張弁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。

蒸発器３６は、例えば、プレート式の熱交換器とされている。蒸発器３６には、外部負荷３（図１参照）に供給される温水を加熱するための熱源水伝熱管４２が接続されている。
蒸発器３６は、熱源水伝熱管４２内を流通する熱源水と熱交換器内の冷媒とを熱交換させ、熱源水から与えられる熱によって熱交換器内の冷媒を蒸発させ、ターボ圧縮機３１に吸い込ませる。こうして蒸発器３６において、熱源水の熱量が冷媒に移る（吸熱）。

熱源水流量Ｆ１は流量計５９により、熱源水出口温度Ｔｏｕｔは温度センサ６０により、熱源水入口温度Ｔｉｎは温度センサ６１により計測される。
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。
熱源水は、外部で吸熱した後に、再び蒸発器３６に導かれるようになっている。

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１０によってその出力が制御されている。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、熱源機１１の容量制御が可能となっている。
ターボ圧縮機３１に吸い込まれ圧縮され、中間冷却器３７からの冷媒ガスによって冷却された後、さらに圧縮された冷媒は、凝縮器３２に送られる。

凝縮器３２は、例えば、プレート式の熱交換器とされている。凝縮器３２には、温水伝熱管４１が接続されており、温水伝熱管４１内を流通する水と熱交換器内の冷媒とが熱交換する。
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の出力は、熱源機制御装置１０に送信される。

温水流量Ｆ２は流量計５４により、温水出口温度Ｔｃｏｕｔは温度センサ５５により、温水入口温度Ｔｃｉｎは温度センサ５６により計測さ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。

凝縮した液冷媒は凝縮器３２に配管接続された高圧膨張弁３４で中間圧力まで減圧され中間冷却器３７に入り、一部はガスとなってターボ圧縮機３１に吸い込まれる。中間冷却器３７によって、ターボ圧縮機３１に吸い込まれる冷媒の温度が調整される。
一方、液の蒸発により冷却された残りの液冷媒は、低圧膨張弁３５でさらに減圧されて蒸発器３６に入り、再度蒸発する。

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。

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、温水伝熱管４１が挿通されている。凝縮器３２内の高温、高圧の冷媒ガスは、それより低温の温水によって冷却され、凝縮器３２内の圧力に相当する温度で凝縮する。その際、温水は冷媒から熱量を奪うので、これにより熱源水の熱量が温水に移動する。

また、図２に示した熱源機１１では、蒸発器３６を設け、外部（例えば、外気）から吸熱した熱源水との間で熱交換を行い、温水を温める場合について述べたが、例えば、蒸発器３６に代えて空気熱交換器を配置し、空気熱交換器において外気と冷媒との間で熱交換を行うような構成としてもよい。

また、本実施形態に適用される熱源機１１は、上述した暖房機能のみを有するターボ冷凍機に限定されず、例えば、冷房機能及び暖房機能の両方を有していてもよい。また、冷媒と熱交換される媒体は、水でも空気でもよい。また、熱源システム１を構成する熱源機１１は同一種類の熱源機１１で統一されていてもよいし、数種類の熱源機１１が混在していてもよい。

図３は、図１に示した熱源システム１の制御系の構成を概略的に示した図である。図３に示すように、熱源システム１は、複数の熱源機１１ａ，１１ｂ，１１ｃと、各熱源機１１に設けられ、熱源機１１をそれぞれ制御する熱源機制御装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃと、上位制御装置（熱源システム１の設定温度制御装置）２０とを備える。
熱源機制御装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、上位制御装置２０と通信媒体２１を介して接続されており、双方向の通信が可能な構成とされている。また、熱源機制御装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃは熱源機１１の運転で得られる各種情報（例えば、温水流量Ｆ２、温水出口温度Ｔｃｏｕｔ、温水入口温度Ｔｃｉｎ、中間圧力Ｐｍ、熱源水流量Ｆ１、熱源水出口温度Ｔｏｕｔ、熱源水入口温度Ｔｉｎ、蒸発圧力Ｐｅ等）の計測値を上位制御装置２０に出力する。
なお、通信媒体２１は、無線、有線を問わない。また、通信媒体２１に代えて信号線であってもよい。
上位制御装置２０は、例えば、熱源システム１全体を制御する制御装置であり、各熱源機１１の起動及び停止を制御するとともに、外部負荷３の要求温水負荷に応じて、起動させる熱源機１１の制御を行う。

上位制御装置２０、熱源機制御装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃ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。

図４は、本実施形態に係る上位制御装置２０の機能ブロック図である。図４に示すように、上位制御装置２０は、記憶部２２と、負荷演算部（負荷演算手段）２３と、設定温度変更部（設定温度変更手段）２４と、起動指示部２５とを備えている。
記憶部２２は、熱源機１１の負荷率範囲を記憶している。なお、熱源機１１の負荷率範囲は、各熱源機１１の所定の運転条件（例えば、出口設定温度が初期値として「８０℃」に設定される運転条件）に応じて決定される基準負荷率範囲と、設定温度変更部２４（詳細は後述する）によって変更される凝縮器３２の出口設定温度に応じて演算され記憶される、演算結果に応じた温度変更後負荷率範囲とを含む。また、記憶部２２は、後述する出口設定温度の下限値及び上限値、所定値Ｃ，Ｂ，Ａ、初期値、第１所定割合Ｄ、第２所定割合Ｅ等の情報を記憶している。

負荷演算部２３は、運転中の熱源機１１の第１負荷率（第１負荷）と、熱源機１１が軽負荷停止に移行する最小加熱能力となる第２負荷率（第２負荷）の差を算出する。最小加熱能力は、熱源機から送水される温水出口温度と、熱源水の温度とに基づいて理論的に決定される出力能力の絞り限界である。
具体的には、負荷演算部２３は、外部負荷３の要求温水負荷に応じた要求運転台数Ｎｒｅｑを決定し、決定した要求運転台数Ｎｒｅｑを用いて第１負荷率と第２負荷率との差を算出する。ここで、外部負荷３の要求温水負荷とは、熱源機１１の凝縮器３２の温水出口における出口設定温度（温水送水温度）の負荷である。
要求運転台数Ｎｒｅｑは、凝縮器３２の温水出口における出口設定温度を制御するためのパラメータであり、実運転台数とは異なり、主に熱源機１１の増段時に機能するものである。要求運転台数Ｎｒｅｑは、実際の熱源機１１が増段するよりも先行して増加する値である。

具体的に、要求運転台数Ｎｒｅｑは、以下のように設定される。
（ａ）熱源機１１の運転台数Ｎが変化した場合
（ｂ）外部負荷３の要求負荷が増大したことにより要求運転台数Ｎｒｅｑを１つ増加させる制御
（ｃ）外部負荷３の要求負荷が減少したことにより要求運転台数Ｎｒｅｑを１つ低減させる制御

上記（ａ）においては、変更後の運転台数をＮとした場合、要求運転台数Ｎｒｅｑ＝Ｎとする。
上記（ｂ）においては、要求負荷Ｑ［ｋＷ］が、運転中の熱源機１１のそれぞれの最大加熱能力Ｑｈｍａｘ［ｋＷ］の総和と、温水出口の出口設定温度を下げるタイミングを調整するための余裕率αとの和以上となった場合に、要求運転台数Ｎｒｅｑを「＋１」（１つ増加）する（下記（１）式参照）。ここで、αは、上記タイミングを調整する裕度を示しており、正負どちらの数値であってもよい。

なお、上記（１）式の右辺の第１項は、各熱源機１１の最大加熱能力Ｑｈｍａｘの総和としていたが、上記に限らず、いずれか１つの熱源機１１の最大加熱能力Ｑｈｍａｘと運転台数Ｎとを乗算した値を近似値として用いてもよい。この場合には、演算式が（１）式よりも簡略化できるが、実際の最大負荷の和と差異が大きくなる可能性がある。
上記（１）式の右辺の第２項は、各熱源機１１の最大加熱能力Ｑｈｍａｘの平均値を用いて余裕率を決めていたが、上記に限らず、｛いずれか１つの熱源機１１の最大加熱能力の最大値ｍａｘ（Ｑｈｍａｘ）×α／１００｝等の式で余裕率を与えてもよい。

上記（ｃ）においては、要求運転台数Ｎｒｅｑを１つ増加したにも関わらず、熱源機１１が増段されず、要求負荷Ｑ［ｋＷ］が上記（１）式の余裕率β（＜α）を下回った場合には、要求運転台数Ｎｒｅｑを「−１」（１つ減算）する（下記（２）式参照）。

図５は、横軸に要求負荷Ｑ［ｋＷ］を示し、縦軸に要求運転台数Ｎｒｅｑを示し、要求負荷Ｑに応じて設定される要求運転台数Ｎｒｅｑを図示したものである。
図５に示されるように、要求負荷Ｑが、上記（１）式の右辺以上であると検出された場合に、要求運転台数Ｎｒｅｑを「＋１」し、要求負荷Ｑが、上記（２）式の右辺以上であると検出された場合に、要求運転台数Ｎｒｅｑを「−１」する。ここで、余裕率をαと、αより小さいβの複数設けることによって、ヒステリシスを持たせ、要求運転台数Ｎｒｅｑの値にハンチングが生じるのを防いでいる。

このように設定された要求運転台数Ｎｒｅｑの値を用い、続いて、運転中の熱源機１１の第１負荷率と、熱源機１１が軽負荷停止に移行する最小加熱能力となる第２負荷率の差を算出する。
具体的には、運転中の熱源機１１の負荷率Ｑｒの総和を、要求運転台数Ｎｒｅｑで除算した値と、最小加熱能力Ｑｈｍｉｎ［％］の最大値との差（出力余裕度）を求める（下記（３）式参照）。ここで、負荷率Ｑｒは、負荷率Ｑｒ＝温水生成能力Ｑｏｕｔ［ｋＷ］／最大加熱能力Ｑｈｍａｘ［ｋＷ］によって求める。

また、上記（３）式の第１項は、各熱源機１１の値を用いていたが、上記に限らず、「負荷側の生成能力／（（熱源機の定格能力（固定値）×運転台数Ｎ）／Ｎｒｅｑ）」によって与えてもよい。この場合、負荷側のセンサによって制御可能となるが、実運用では定格能力が変動するため、定格能力の変動に伴うズレが含まれることになる。なお、負荷側の生成能力は、「（凝縮器３２の温水出口側の主管温水出口温度−凝縮器３２の温水入口側の主管温水入口温度）×主管流量×係数」により算出される。

負荷演算部２３によって算出された差（出力余裕度）は、設定温度変更部２４に出力される。
設定温度変更部２４は、負荷演算部２３によって算出された差（出力余裕度）に応じて、熱源機１１の出口設定温度を調整する。
具体的には、設定温度変更部２４は、負荷演算部２３によって算出された差（出力余裕度）が、所定期間（例えば、１０秒以上）、所定値Ｃ（第１所定値）（例えば、５０［ｋＷ］）以下となる場合に、熱源機１１の出口設定温度を初期値（例えば、８０℃）よりも第１所定割合Ｄ（例えば、０．０１℃／秒）で下降させる（図６の所定値Ｃ）。

設定温度変更部２４は、出口設定温度を下降させたときの下限値（例えば、７５℃）の情報を備え、出口設定温度が下限値に到達した場合に、出口設定温度の下降を停止し、出口設定温度を維持する。
また、設定温度変更部２４は、出口設定温度を第１所定割合Ｄで下降させることにより、差（出力余裕度）が所定値Ｃより徐々に大きくなり、差（出力余裕度）が、所定値Ｃよりも大きい所定値Ｂ（第２所定値）以上となる場合に、出口設定温度を現在値で維持（ホールド）する（図６の所定値Ｂ）。また、出口設定温度を維持していてもその後、差（出力余裕度）が所定値Ｃよりも小さくなる場合には、設定温度変更部２４は、第１所定割合Ｄ（例えば、０．０１℃／秒）で出口設定温度を下降させる。

また、設定温度変更部２４は、出口設定温度の維持を継続することにより差（出力余裕度）が、所定値Ｂより徐々に大きくなり所定値Ｂよりも大きい所定値Ａ（第３所定値）以上となる場合に（下記（６）式参照）、出口設定温度を第２所定割合Ｅ（例えば、０．０１℃／秒）で熱源機１１の出口設定温度を上昇させる（図６の所定値Ｃ）。設定温度変更部２４は、出口設定温度が初期値（例えば、８０℃）または温度制御の上限値に到達すると、出口設定温度の上昇を停止する。

そして、全ての熱源機１１が停止した場合には制御を終了し、出口設定温度の設定値を初期値に戻す。
起動指示部２５は、要求負荷Ｑまたは外部負荷３側の流量、外部負荷３側の温水入口温度(熱源機１１の出口設定温度)等を勘案し、熱源機１１を増段させたり、減段させたりする。

次に、本実施形態に係る熱源システム１の作用について図７から図９を用いて説明する。本説明では、熱源水出口温度を固定温度（例えば、２０℃）とし、出口設定温度が８０℃のとき軽負荷に移行する加熱能力の負荷割合を６０％とし、７５℃のとき軽負荷に移行する加熱能力の負荷割合を５０％とする条件の場合を例に挙げて説明する。
記憶部２２には、図９に示されるような熱源機の運転台数に対する負荷率範囲が対応付けられる基準負荷率範囲（網掛け矢印）が記憶されている。横軸の全体負荷［％］は、出口設定温度８０℃の負荷から換算したものであり、横軸の全体負荷［ｋＷ］は、出口設定温度７５℃と８０℃の各々の条件で算出したものとする。
図９の基準負荷率範囲では、出口設定温度が８０℃に設定され、熱源機１１の運転台数が１台の場合には、全体負荷は２６０〜３９０［ｋＷ］、２０〜３０［％］で運転可能とし、熱源機１１の２台目は５２０〜８５０［ｋＷ］、４０〜６５［％］で運転可能とし、熱源機１１の３台目は７８０〜１３００［ｋＷ］、６０〜１００［％］で運転可能とする。

熱源システム１のいずれかの熱源機１１が運転を開始した時点で、本実施形態の上位制御装置２０の制御が開始される。ここでは、熱源機１１ａが１台運転しているとして説明する。
要求運転台数Ｎｒｅｑの制御フローを開始し、熱源機１１の実運転台数Ｎが変化したか否かが判定され（図７のステップＳＡ１）、熱源機１１の実運転台数Ｎの変化が検出された場合には、要求運転台数Ｎｒｅｑ＝Ｎとし（図７のステップＳＡ２）、図７のステップＳＡ１に戻る。熱源機１１の実運転台数Ｎの変化が検出されない場合には、要求運転台数Ｎｒｅｑ＝Ｎか否かが判定され（図７のステップＳＡ３）、要求運転台数Ｎｒｅｑ＝Ｎである場合には、上記（１）式を満たすか否かが判定される（図７のステップＳＡ４）。

上記（１）式を満たす場合には、要求運転台数Ｎｒｅｑ＝Ｎｒｅｑ＋１とし、図７のステップＳＡ１に戻る（図７のステップＳＡ５）。上記（１）式を満たさない場合には、図７のステップＳＡ１に戻る。
一方、熱源機１１の実運転台数Ｎの変化が検出されず、要求運転台数Ｎｒｅｑ＝Ｎでない場合には、上記（２）式を満たすか否かが判定される（図７のステップＳＡ６）。上記（２）式を満たす場合には、要求運転台数Ｎｒｅｑ＝Ｎｒｅｑ−１とし（図７のステップＳＡ７）、図７のステップＳＡ１に戻る。上記（２）式を満たさない場合には、図７のステップＳＡ１に戻る。
このように、要求負荷Ｑ［ｋＷ］と運転中の熱源機１１の最大加熱能力Ｑｈｍａｘ［ｋＷ］等の情報に基づいて、要求運転台数Ｎｒｅｑが適宜求められる。

このようにして、要求運転台数Ｎｒｅｑが上記（１）（２）式に基づいて算出され、Ｎｒｅｑを「Ｎｒｅｑ＋１」とする場合には、１台の熱源機１１ａの運転可能領域である図９の矢印右端（例えば、全体負荷３９０［ｋＷ］、３０［％］）の位置が最大加熱能力Ｑｈｍａｘ［ｋＷ］となり、最大加熱能力Ｑｈｍａｘから余裕率αを勘案し、例えば、全体負荷４９０［ｋＷ］、３５［％］の位置が「Ｎｒｅｑ＋１」とされる一とする。
Ｎｒｅｑ＝Ｎｒｅｑ＋１（つまり、熱源機２台）となると、上記（３）式の第１項が、第２項よりも小さな値となる。

続いて、新たなＮｒｅｑ（＝Ｎｒｅｑ＋１＝２台）を用いて、図８の動作フローが開始される。
運転中の熱源機１１があるか否かが判定され（図８のステップＳＢ１）、運転中の熱源機１１がないと判定された場合には、出口設定温度（送水温度設定値）を初期値に設定し（図８のステップＳＢ２）、図８のステップＳＢ１に戻る。運転中の熱源機１１があると判定された場合には、要求運転台数Ｎｒｅｑの値を用いて出力余裕度が演算され、出力余裕度が所定値Ａ以下か否かが判定される（図８のステップＳＢ３）。出力余裕度が、所定値Ａ以下と判定された場合には、続いて、出力余裕度が一定時間以上、所定値Ｃ以下か否かが判定される（図８のステップＳＢ４）。出力余裕度が、一定時間以上、所定値Ｃ以下であると判定された場合には、出口設定温度を第１所定割合Ｄで下降させ（図８のステップＳＢ５）、図８のステップＳＢ１に戻る。

出口設定温度が第１所定割合Ｄで下降していくと、図９において、１台目の熱源機１１ａは、矢印左端が全体負荷２０［％］の位置から徐々に減少方向に延び（つまり、最小加熱能力が下降する）、２台目の熱源機１１ｂは、矢印左端が全体負荷４０［％］の位置から徐々に減少方向に延び（つまり、最小加熱能力が下降する）、各熱源機１１が能力出力できる範囲が拡大される。負荷率範囲は、温度変更後負荷率範囲（網掛け矢印＋白抜き矢印）として更新され、更新後の温度変更後負荷率範囲の情報が適宜記憶部２２に記憶される。
そして、出口設定温度の下限値を７５℃に設定している場合には、第１所定割合Ｄの下降が７５℃まで継続され、７５℃になると下降を停止させ、出口設定温度が７５℃で維持される。

１台の熱源機１１ａでの運転では、出口設定温度が８０℃に設定されていると全体負荷の２０［％］以下、２６０［ｋＷ］になると軽負荷停止となっていたが、出口設定温度を７５℃とすることにより全体負荷の１５［％］、２１０［ｋＷ］となるまで能力出力が可能となる。
また、負荷率範囲が基準負荷率範囲から徐々に変更され、温度変更後負荷率範囲が更新されると、最小加熱能力Ｑｈｍｉｎが徐々に小さくなる。
例えば、熱源機１１を１台運転させており、２台目を運転開始するか否かの判定においては、要求負荷Ｑが温度変更後負荷率範囲の左端に入り、かつ、ハンチング防止の補正値を勘案した値となるまで１台目の熱源機１１ａのみによって運転をさせる。その後、要求負荷Ｑが温度変更後負荷率範囲の左端に入り、ハンチング防止の補正値を勘案した値に到達したことが検出されると２台目の熱源機１１ｂを起動させる。

このように、出口設定温度を低下させることにより、出口設定温度を８０℃としていた場合の負荷率範囲よりも、熱源機１１の温度変更後負荷率範囲を広げられ、２台目の熱源機１１を起動させることができるタイミングを早められる。これにより、１台目の熱源機１１を構成する機械の過負荷運転を可及的に防ぎ、機械の健全な状態を保つことができる。
２台目の熱源機１１の出口設定温度が第１所定割合Ｄで７５℃まで下降した場合には、全体負荷が３５［％］、４９０［ｋＷ］まで能力出力範囲を広げることができる。出口設定温度が８０℃の場合には、全体負荷が３０〜４０［％］のときに２台目の熱源機１１を起動して負荷を均等に按分すると２台とも軽負荷停止となっていたが、出口設定温度を７５℃に下降させることによって、軽負荷停止の範囲が全体負荷の３０〜３５［％］となり、軽負荷停止の範囲（間隔）を狭めることができ、過負荷停止を可及的に防ぐ。

図８の動作フローに戻り、出力余裕度が一定時間以上、所定値Ｃ以下否かが判定され、所定値Ｃより大きいと判定された場合には、続いて、出力余裕度が所定値Ｂ以下か否かが判定される（図８のステップＳＢ６）。出力余裕度が所定値Ｂ以下であると判定された場合には、出口設定温度を下降させる制御中であるか否かが判定され（図８のステップＳＢ７）、下降させる制御中であると判定された場合には、図８のステップＳＢ５に進む。
出力余裕度が、所定値Ｂより大きい場合、或いは、出力余裕度が所定値Ｂ以下であり、出口設定温度を下降させる制御中でない場合には、出口設定温度の設定値を維持（ホールド）させ（図８のステップＳＢ８）、図８のステップＳＢ１に戻る。
図８のステップＳＢ３において、出力余裕度が所定値Ａ以下か否かが判定され、出力余裕度が所定値Ａより大きい場合には、出口設定温度が初期値か否かが判定される（図８のステップＳＢ９）。出口設定温度が初期値または温度制御の上限値であれば、図８のステップＳＢ１に戻る。出口設定温度が初期値に到達していなければ、出口設定温度を第２所定割合Ｅで上昇させる（図８のステップＳＢ１０）。

以上説明してきたように、本実施形態にかかる熱源システム１の上位制御装置２０、及びそれを備えた熱源システム１、並びに熱源システム１の設定温度制御方法によれば、熱源機１１の出口設定温度を低下させることにより、軽負荷に移行する最小加熱能力を小さくでき、軽負荷停止しない運転可能領域を大きくすることができる。これにより、運転中の熱源機１１の負荷率と、熱源機が軽負荷停止に移行する最小加熱能力との差が所定値以下となっても、熱源機１１の出口設定温度を低下させる制御をしない場合と比較して、熱源機１１の増段（例えば、熱源機１台から２台）を早める、又は熱源機１１の減段（例えば、熱源機２台から１台）を遅らせることができる。これにより、熱源機に過剰な運転を強いることなく、軽負荷停止を防ぎつつ、ユーザの要求に近い出口設定温度の温水を供給することができる。

また、出口設定温度を下降させたときの下限値を備え、出口設定温度が下限値に到達した場合に、出口設定温度の下降を停止し、出口設定温度を維持することによって、必要以上に出口設定温度が低下されることがない。
また、第１負荷率と第２負荷率との差に対する閾値（所定値）を複数設け、第１負荷率と第２負荷率との差が所定値Ｃ，Ｂ，Ａ以下であれば出口設定温度の下降及び維持を制御して、熱源機１１の軽負荷停止に到達しにくくし、第１負荷率と第２負荷率との差が所定値Ａ以上であれば出口設定温度の上昇を制御して要求の出口設定温度まで戻すことができる。

また、最小加熱能力が小さくなることは、軽負荷停止に至るまでの閾値が下がることを意味するので、特に熱源機１１が１台で運転し、熱源システム１の負荷が下がり続けた場合には、本発明に係る上位制御装置２０の制御を行なわない場合と比較して、軽負荷による停止状態に可及的に入りにくくする効果を奏する。

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。例えば、上述した実施形態においては、熱源機制御装置１０と、上位制御装置２０との間を通信媒体２１により接続し、通信媒体２１を介して熱源機１１側の運転に関する情報（例えば、温水出口温度Ｔｃｏｕｔや熱源水出口温度Ｔｏｕｔ等）を熱源機制御装置１０から出力し、上位制御装置２０側で取得することにより最小加熱能力を求めていた。しかしながら、これに限定されず、通信媒体２１に不具合等が生じ、熱源機１１側から運転に関する情報が取得できない場合に備えて、定格条件での仕様値（固定値）の最小加熱能力の情報を記憶部２２に記憶させておき、必要に応じて該仕様値を読み出すこととしてもよい。また、最小加熱能力の単位を［％］から［ｋＷ］に変換する場合には、Ｑｈｍｉｎ［ｋＷ］＝Ｑｈｍｉｎ［％］×Ｑｈｍａｘ［ｋＷ］／１００とする。

最小加熱能力Ｑｈｍｉｎ［ｋＷ］の場合と同様に、最大加熱能力Ｑｈｍａｘ［ｋＷ］においても、定格条件での仕様値（固定値）を記憶部２２に記憶させておき、必要に応じて該仕様値を読み出すことにより、通信媒体２１から熱源機１１側の運転情報が得られない場合であっても最大加熱能力Ｑｈｍａｘ［ｋＷ］が得られるようにしてもよい。
上記実施形態においては、熱源機１１の負荷率Ｑｒは、負荷率Ｑｒ＝温水生成能力Ｑｏｕｔ［ｋＷ］／最大加熱能力Ｑｈｍａｘ［ｋＷ］によって求めていたが、これに限定されず、熱源機１１側の熱源機制御装置１０において負荷率Ｑｒの情報を演算して出力可能であれば、通信媒体２１や信号線等を介して負荷率Ｑｒの情報を熱源機１１から上位制御装置２０に出力させてもよい。
また、熱源機１１の温水生成能力Ｑｏｕｔ［ｋＷ］は、通信線或いは信号線等を用いて熱源機制御装置１０から上位制御装置２０に出力してもよいし、当該熱源機１１における「（出口設定温度−入口設定温度）×温水流量×係数」の演算式により演算で求めても良い。

１ 熱源システム
１０ 熱源機制御装置
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 熱源機
２０ 上位制御装置（設定温度制御装置）
２２ 記憶部
２３ 負荷演算部（負荷演算手段）
２４ 設定温度変更部（設定温度変更手段）

Claims (6)

1. 冷媒を蒸発させるとともに前記冷媒と熱源媒体とを熱交換する蒸発器と、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を熱媒によって凝縮させる凝縮器とを有し、前記凝縮器によって前記熱媒を所定の出口設定温度に加熱して外部負荷に供給する熱源機を備える熱源システムの設定温度制御装置であって、
   運転中の前記熱源機の第１負荷と、前記熱源機が軽負荷停止に移行する最小加熱能力となる第２負荷との差を算出する負荷演算手段と、
   前記負荷演算手段によって算出された前記差が第１所定値以下となる場合に、第１所定割合で前記熱源機の前記出口設定温度を初期値よりも下降させる設定温度変更手段と、
   を具備する熱源システムの設定温度制御装置。
2. 前記設定温度変更手段は、前記出口設定温度を下降させたときの下限値を備え、前記出口設定温度が前記下限値に到達した場合に、前記出口設定温度の下降を停止し、前記出口設定温度を維持する請求項１に記載の熱源システムの設定温度制御装置。
3. 前記差が、前記第１所定値よりも大きい第２所定値以上となる場合に、前記出口設定温度を現在値で維持する請求項１または請求項２に記載の熱源システムの設定温度制御装置。
4. 前記差が、前記第２所定値よりも大きい第３所定値以上となる場合に、前記出口設定温度を第２所定割合で前記熱源機の前記出口設定温度を上昇させ、前記出口設定温度が、前記初期値または温度制御の上限値になると上昇を停止する請求項３に記載の熱源システムの設定温度制御装置。
5. 軽負荷で停止する熱源機と、
   請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱源システムの設定温度制御装置とを備える熱源システム。
6. 冷媒を蒸発させるとともに前記冷媒と熱源媒体とを熱交換する蒸発器と、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を熱媒によって凝縮させる凝縮器とを有し、前記凝縮器によって前記熱媒を所定の出口設定温度に加熱して外部負荷に供給する熱源機を備える熱源システムの設定温度制御方法であって、
   運転中の前記熱源機の第１負荷と、前記熱源機が軽負荷停止に移行する最小加熱能力となる第２負荷との差を算出する第１工程と、
   前記第１工程によって算出された前記差が第１所定値以下となる場合に、第１所定割合で前記熱源機の前記出口設定温度を初期値よりも下降させる第２工程と、
   を有する熱源システムの設定温度制御方法。
   
   
   

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