JP3854586B2 - 熱源システムと当該熱源システムの制御方法及び熱源と当該熱源の制御方法 - Google Patents
熱源システムと当該熱源システムの制御方法及び熱源と当該熱源の制御方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地域冷暖房施設等の熱源として用いられる空調や工場設備などの熱源システムおよび空調や工場設備などの熱源システムの制御方法、さらには当該熱源システムに用いられる熱源とその熱源の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の熱源を用いた熱源システムは、高効率での運転を図り、エネルギーの節減を実現するために、負荷側への熱媒流量を制御する方式が採用されていた（例えば、特許文献１参照。）。
具体的には、負荷側である二次側のポンプ動力を低減し、省エネルギーを図るべく、二次側のポンプ送水量を空調負荷の変化に応じて変化させ、さらに、二次側の送水量の変化に対応させて熱源側である一次側の送水量を変化させる制御を行う。
【０００３】
また、複数台の熱源を備えたシステムにおける増減段を行う制御としては、負荷熱量に応じた運転熱源機器の組み合わせを選択する方式が採用されていた（例えば、特許文献２参照。）。
具体的には、この種の空調や工場設備などの熱源システムの一般的な構成としては図１２に示す構成が知られている。図１２において、空調や工場設備などの熱源システム４は、熱媒を加熱または冷却する第一の熱源１０１及び、第二の熱源１０２及び、第三の熱源１０３と、各熱源１０１，１０２，１０３で加熱または冷却された熱媒を圧送する第一のポンプ１０４、第二のポンプ１０５及び、第三のポンプ１０６を備える。また、各ポンプ１０４，１０５，１０６で圧送された熱媒を集め、外部負荷（地域冷暖房の需要家や空調機やファンコイルなどの負荷機器）３に送るヘッダ１０８と、外部負荷３から返ってきた熱媒を各熱源１０１，１０２，１０３に分配するヘッダ１０９と、ヘッダ１０８とヘッダ１０９とを繋ぐバイパス回路１１０と、を備える。
【０００４】
そして、運転制御のための構成として、バイパス回路１１０に配される、バイパス回路１１０内を流れる熱媒の流量を調節する開閉バルブ１１１と、外部負荷３に送られる熱媒の温度を検知する温度計１１２と、外部負荷３から返ってきた熱媒の温度を検知する温度計１１３と、外部負荷３に流れる熱媒の流量を検知する流量センサ１１４と、を備えるとともに、温度計１１２，１１３及び流量センサ１１４の出力に基づいて、第一の熱源１０１、第二の熱源１０２、第三の熱源１０３、第一のポンプ１０４、第二のポンプ１０５、第三のポンプ１０６、及び開閉バルブ１１１を制御する制御部１１５を備える。
【０００５】
上記の構成からなる熱源システム４においては、例えば、熱媒は、外部負荷３で熱交換され１４℃の熱媒となり、ヘッダ１０９に流入する。ヘッダ１０９に流入した熱媒は、各熱源１０１，１０２，１０３に流入し、冷却され５℃の熱媒となる。５℃に冷却された熱媒は、各熱媒ポンプ１０４，１０５，１０６により圧送され、ヘッダ１０８より外部負荷３に送られるという制御を図る。
【０００６】
ここで、通常、空調や工場設備などの熱源システム４を設計するときには、外部負荷３の要求に合わせて設計される。例えば、最大負荷時に、外部負荷３からの１４℃の熱媒を５℃に冷却して、毎時１００８ｍ３供給することで１０５４８ｋＷ（３０００ＲＴ（冷凍トン））の冷凍能力を発揮することが求められたとする。設計としては、1台の熱源の冷凍能力を３５１６ｋＷ（１０００ＲＴ）とし、３台の合計で１０５４８ｋＷ（３０００ＲＴ）の冷凍能力を確保し、1台の熱媒ポンプが毎時３３６ｍ３の熱媒を供給し、３台の合計で毎時１００８ｍ３の熱媒を供給することとなる。
【０００７】
また、外部負荷３にかかる負荷が減少し、要求される冷凍能力が３１６４ｋＷ（９００ＲＴ）となった場合には、外部負荷３から返ってくる熱媒の温度が１４℃であることを前提として、外部負荷３には毎時３０２ｍ３の熱媒を送ることが求められる。
【０００８】
このとき、制御部１１５は、温度計１１２，１１３、及び流量センサ１１４の出力に基づいて、第一の熱源１０１の冷凍能力を３１６４ｋＷ（９００ＲＴ）に制御し、第一のポンプ１０４を運転するとともに、第二の熱源１０２、第三の熱源１０３の運転を停止し、第二のポンプ１０５、第三のポンプ１０６の運転を停止する。第一のポンプ１０４の吐出流量は毎時３３６ｍ３で要求される流量よりも多いので、制御部１１５は、開閉バルブ１１１を調節し、バイパス回路に毎時１３４ｍ３の熱媒が、ヘッダ１０８からヘッダ１０９に流れるようにして、外部負荷３に流れる熱媒の流量を調節する。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−３１３７６号公報
【特許文献２】
特開２０００−１８６８３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の熱源システム４においては、熱媒が、設計値どおりの往還温度差で運用される状況だけにとどまらず、現実においては、しばしば、熱負荷が外的要因により変動して、外部負荷３から還ってくる熱媒の温度が、変動して一定でないことがあった。外部負荷３に送る熱媒の温度は一定に保たれているため、熱媒流量が一定とすると、熱源システム４が供給する熱量は、外部負荷３から還ってくる熱媒の温度に依存することになる。外部負荷３側から還ってくる熱媒の温度が下がると、外部負荷３側に送る熱媒の温度には変更がないので、熱源１０１の能力を絞って運転することになる。この場合、熱源１０１は高負荷の場合に高効率を発揮するものであるため、能力を絞った低負荷の場合には十分な効率を発揮できない状態での運転となる。熱源システム４をこのような効率の悪い領域で運転し続けることは、運用コストの面からも好ましい運転状況ではなかった。
【００１１】
また、外部負荷３から要求される熱量が増えた場合、すなわち、供給される熱媒を外部負荷３側でより多く取り入れる状況になった場合には、バイパス回路１１０の開閉バルブ１１１を閉めて熱媒流量を増やすことによりヘッダ１０８，１０９間の圧力バランスを保つように対応している。
ところが、往還温度差がつかない状況において、外部負荷３における熱需要が増大した場合であっても、熱媒流量を増やすことにより対応している。そのため、熱源１０１が往還温度差が設定値以下のため絞った運転となっていても、第一のポンプ１０４の容量以上の熱媒流量を確保できないため、要求されている熱量を供給することができず、第二のポンプ１０５を稼動しなければならなくなる。
【００１２】
最も、ただ単に第二のポンプ１０５を稼動させたのでは、外部負荷３側から戻ってきた熱媒が、その温度を下げずにヘッダ１０８側に流入することになり、熱源システム４の供給する熱媒温度が上昇し、安定した往温度の熱媒を供給できなくなる。このため、結果として、第二の熱源１０２と第二のポンプ１０５とをともに運転する、いわゆる増段を余儀なくされることになる。
【００１３】
しかし、増段により熱媒流量の点においては要求を満たしたことになるが、各熱源１０１，１０２の最大能力（３５１６ｋＷ（１０００ＲＴ））よりも低いところ（１５８２ｋＷ（４５０ＲＴ））で運転するため、結果として、当初から運転している熱源の能力を活かしきれず、熱源システム４の運転効率が悪くなるという問題があった。
【００１４】
さらに、第二の熱源１０２と第二のポンプ１０５を運転して外部負荷３から要求される熱量に対応した後、要求される熱量がさらに増加すると、同様にして、熱源が供給できる熱量の上限より先に、ポンプが供給できる熱媒の流量の上限に達してしまう。このような場合、従来の熱源システム４では、第三の熱源１０３と第三のポンプ１０６を運転して要求される熱量に対応することになり、結局、各熱源１０１，１０２，１０３が供給できる熱量の上限より先に、熱媒ポンプが供給できる熱媒の流量の上限に達してしまうため、連鎖的な増段（並列運転）を余儀なくされていた。
【００１５】
つまり、熱源システム４の熱源１０１，１０２，１０３の能力の合計が１０５４８ｋＷ（３０００ＲＴ）であっても、実際に外部負荷３に供給できる熱量はそれ以下（例えば、７０３２ｋＷ（２０００ＲＴ））になってしまう現象が発生する。そこで、外部負荷３の要求に対応するために、さらに熱源と熱媒ポンプの数を増やすことが行われているが、余分な熱源と熱媒ポンプと冷却水ポンプと冷却塔を備えるため、設備費用が増大し、設置スペースが拡大するという問題があった。
【００１６】
この発明は、以上のような事情を考慮してなされたもので、その目的は、熱源の運転に伴うエネルギーロスを解消するために設備の大幅なリニューアルを必要としない形で、熱源システムの効率運用を実現させることにあり、さらには、建設コストの低減、省スペース、省エネルギー低コスト運転、システム効率の向上ができる空調や工場設備などの熱源システムおよび空調や工場設備などの熱源システムの制御方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の空調や工場設備などの熱源システムおよび空調や工場設備などの熱源システムの制御方法では、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
【００１８】
請求項１に係る発明は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する複数の熱源と、該熱源により冷却または加熱された前記熱媒を前記外部負荷へ圧送する熱媒ポンプと、往還温度差を検知するための往還温度差取得手段と、前記外部負荷における熱媒の流量を検知する外部熱媒流量検知手段と、前記熱源、前記熱媒ポンプを制御する制御部と、を備えた熱源システムであって、前記制御部は、前記往還温度差取得手段と前記外部熱媒流量検知手段とが取得した往還温度差及び熱媒流量に基づき前記熱媒ポンプの圧送流量を制御し、
少なくとも一つの前記熱媒ポンプの単位時間当たりの最大圧送流量は、最大負荷時の熱媒循環流量よりも多い過流量であり、運用時の熱媒の往還温度差である運用往還温度差が、設計時の熱媒の往還温度差である設定往還温度差よりも小さい場合に、前記熱媒流量を前記過流量にシフトすることを特徴とする。
【００１９】
この発明に係る熱源システムによれば、往還温度差及び熱媒流量に基づき熱媒ポンプの圧送流量を最大負荷時の熱媒循環流量よりも多い過流量とできるので、往還温度差が減少した場合でも、外部負荷に対して熱源の上限能力まで熱供給できる。
【００２０】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の熱源システムにおいて、前記過流量は、取得した往還温度差及び熱媒流量に基づき算出される最大流量以下の循環流量であり、前記制御部が、前記過流量まで連続的または段階的に熱媒流量が増えるように、熱媒ポンプを制御することを特徴とする。
【００２１】
この発明に係る熱源システムによれば、制御部は、往還温度差及び熱媒流量に基づき算出される最大流量以下の前記過流量まで連続的または段階的に熱媒流量が増えるため、前記外部負荷の変動、特に負荷の急激な低下に対して影響を受け難く、熱媒流量を安定して制御することができる。
【００２２】
請求項３に係る発明は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する少なくとも１台以上の熱源と、該熱源により冷却または加熱された前記熱媒を前記外部負荷へ圧送する少なくとも１台以上の熱媒ポンプと、前記外部負荷から流入する前記熱媒の温度を検知する流入熱媒温度検知手段と、前記熱源の入口における前記熱媒の温度を検知する熱源入口温度検知手段と、前記外部負荷へ圧送される前記熱媒の流量、または前記外部負荷から流入する前記熱媒の流量を検知する外部熱媒流量検知手段と、前記流入熱媒温度検知手段及び、前記熱源入口温度検知手段及び、前記外部熱媒流量検知手段の出力に基づき、前記熱源の運転台数及び、前記熱媒ポンプの運転台数及び、当該熱媒ポンプの圧送流量を制御する制御部とを備えた熱源システムであって、前記熱媒ポンプの１台当たりにおける単位時間当たりの圧送流量は、熱源の最大負荷時における、前記熱媒ポンプの１台当たりの熱媒循環流量よりも多い過流量とされ、運用時の熱媒の往還温度差である運用往還温度差が、設計時の熱媒の往還温度差である設定往還温度差よりも小さい場合に、前記熱媒流量を前記過流量にシフトすることを特徴とする。
【００２３】
この発明に係る熱源システムによれば、前記熱媒ポンプの１台当たりにおける単位時間当たりの流量は、熱源システムの最大負荷時における、前記熱媒ポンプの１台当たりの熱媒循環流量よりも多いため、熱源システムは、新たに前記熱源と対となる前記熱媒ポンプをもう１台ずつ立ち上げることなく、前記熱媒の流量を増やすことにより、必要な熱量を供給することができる。
【００２４】
ひいては、前記熱媒ポンプの単位時間当たりの流量を増やすことにより、前記熱源の全能力を使用することができ、運転する前記熱源と前記熱媒ポンプの台数又は運転台数を抑えることができ、かつ、過剰な前記熱源及び前記熱媒ポンプ及び、前記冷却水ポンプ及び、前記冷却塔を運転又は設置する必要がなくなる。
【００２５】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の熱源システムにおいて、前記熱媒ポンプにより圧送された前記熱媒を前記熱源の流入側へバイパスさせるバイパス回路と、前記バイパス回路内を流れる前記熱媒の流量を調節する開閉バルブとを備え、前記制御部は、当該開閉バルブを閉めた状態で、前記熱源の最大負荷時における、前記熱媒ポンプの１台当たりの熱媒循環流量よりも多くなるように、前記熱媒ポンプを駆動するインバータモータの回転数を制御することを特徴とする。
【００２６】
この発明に係る熱源システムによれば、前記制御部は、前記インバータモータの回転数を上げて、前記熱媒ポンプの圧送流量を増やすことにより、前記外部負荷に流れる前記熱媒の流量を増やすことができる。熱源システムは、新たに前記熱源と対となる前記熱媒ポンプ及び、冷却水ポンプ及び、冷却塔をもう１台ずつ立ち上げることなく、前記熱媒の流量を増やすことにより、必要な熱量を供給することができる。
【００２７】
請求項５に係る発明は、請求項３又は請求項４に記載の熱源システムにおいて、前記熱源に対して前記熱媒ポンプを複数設け、当該複数の熱媒ポンプの単位時間当たりの流量の合計が、前記熱源の最大負荷時における、前記熱源の１台当たりの熱媒循環流量よりも多いことを特徴とする。
【００２８】
この発明に係る熱源システムによれば、前記制御部は、前記熱源に対する前記熱媒ポンプの運転台数を増やし、前記外部負荷に流れる前記熱媒の流量を増やすことができる。熱源システムは、新たに前記熱源と対となる前記熱媒ポンプ及び、冷却水ポンプ及び、冷却塔をもう１台ずつ立ち上げることなく、前記熱媒の流量を増やすことにより、必要な熱量を供給することができる。
【００２９】
請求項６に係る発明は、請求項３ないし請求項５に記載の熱源システムにおいて、前記熱源は冷凍機であって、前記熱源システムは、当該冷凍機に応じて冷却塔と冷却水ポンプをさらに備え、前記制御部は、前記冷凍機の運転台数、前記冷却水ポンプの運転台数、及び、前記冷却塔の運転台数を、さらに制御することを特徴とする。
【００３０】
この発明に係る熱源システムによれば、冷凍装置を熱源としても過流量制御を実現できる熱源システムを提供することができる。
【００３１】
請求項７に係る発明は、請求項１ないし請求項６に記載の熱源システムにおいて、前記熱源は、前記熱媒の冷却又は加熱のために複数の熱交換器を並列に備えるものであって、前記制御部は、熱媒循環流量に応じて当該複数の熱交換器に熱媒を流すことを特徴とする。
【００３２】
この発明に係る熱源システムによれば、複数の熱交換器を並列に備えるので、熱媒循環流量が増えても熱媒流路を分岐させることができ、流動抵抗の著しい増加することなく必要な熱量を供給することができる。
【００３３】
請求項８に係る発明は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する複数の熱源と、該熱源により冷却または加熱された前記熱媒を前記外部負荷へ圧送する熱媒ポンプと、往還温度差を検知するための往還温度差取得手段と、前記外部負荷における熱媒の流量を検知する外部熱媒流量検知手段と、前記熱源、前記熱媒ポンプを制御する制御部と、を備えた熱源システムの制御方法であって、
前記制御部が、前記往還温度差取得手段と前記外部熱媒流量検知手段とが取得した往還温度差及び熱媒流量に基づき、少なくとも一つの前記熱媒ポンプの単位時間当たりの最大圧送流量が、最大負荷時の熱媒循環流量よりも多い過流量となるように前記熱媒ポンプの圧送流量を制御され、運用時の熱媒の往還温度差である運用往還温度差が、設計時の熱媒の往還温度差である設定往還温度差よりも小さい場合に、前記熱媒流量を前記過流量にシフトすることを特徴とする。
【００３４】
この発明に係る熱源システムの制御方法によれば、往還温度差及び熱媒流量に基づき熱媒ポンプの圧送流量を最大負荷時の熱媒循環流量よりも多い過流量とできるので、往還温度差が減少した場合でも、外部負荷に対して熱源の上限能力まで熱供給できる効率的な制御が実現する。
【００３５】
請求項９に係る発明は、請求項８に記載の熱源システムの制御方法において、前記過流量は、取得した往還温度差及び熱媒流量に基づき算出される最大流量以下の循環流量であり、前記熱媒ポンプから圧送される熱媒の流量は、前記過流量まで連続的または段階的に制御されることを特徴とする。
【００３６】
この発明に係る熱源システムの制御方法によれば、往還温度差及び熱媒流量に基づき算出される最大流量以下の前記過流量まで連続的または段階的に熱媒流量が増えるため、前記外部負荷の変動、特に負荷の急激な低下に対して影響を受け難く、熱媒流量を安定して制御することができる。
【００３７】
請求項１０に係る発明は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する、少なくとも１台以上の熱源と、該熱源により冷却または加熱された前記熱媒を前記外部負荷へ圧送する、少なくとも１台以上の熱媒ポンプと、前記熱源、前記熱媒ポンプ、及び当該熱媒ポンプの圧送流量を制御する制御部と、を備え、前記熱媒ポンプの単位時間当たりの圧送流量の合算は、熱源の最大負荷時における、前記熱媒ポンプの熱媒循環流量の合算よりも多い過流量とされた熱源システムの制御方法であって、
前記制御部は、前記外部負荷から流入する前記熱媒の温度及び、前記熱源の入口における前記熱媒の温度及び、前記外部負荷における前記熱媒の流量に基づき、前記熱源の運転台数及び、前記熱媒ポンプの運転台数及び、前記圧送流量を制御し、運用時の熱媒の往還温度差である運用往還温度差が、設計時の熱媒の往還温度差である設定往還温度差よりも小さい場合に、前記熱媒流量を前記過流量にシフトすることを特徴とする。
【００３８】
この発明に係る熱源システムの制御方法によれば、前記制御部は、前記開閉バルブの開度を絞り、前記バイパス回路を流れる前記熱媒の流量を減少させることにより、前記外部負荷に流れる前記熱媒の流量を増やすことができる。これにより熱源システムにおいて、前記熱媒の流量を増やすことにより、新たに前記熱源と対となる前記熱媒ポンプ及び、冷却水ポンプ及び、冷却塔をもう１台ずつ立ち上げることなく、必要な熱量を供給する制御を実現できる。
【００３９】
請求項１１に係る発明は、請求項１０に記載の熱源システムの制御方法前記熱源システムは、熱媒ポンプにより圧送された前記熱媒を前記熱源の流入側へバイパスさせるバイパス回路と、前記バイパス回路内を流れる前記熱媒の流量を調節する開閉バルブとを備え、前記制御部は、当該開閉バルブを閉めた状態で、前記熱源の最大負荷時における、前記熱媒ポンプの１台当たりの熱媒循環流量よりも多くなるように、前記熱媒ポンプのモータ回転数を制御して熱媒循環流量を調整することを特徴とする。
【００４０】
この発明に係る熱源システムの制御方法によれば、制御部は、前記熱媒ポンプのモータ回転数を上げて、前記熱媒ポンプの圧送流量を増やすことにより、前記外部負荷に流れる前記熱媒の流量を増やすことができる。これにより、熱源システムにおいて、前記熱媒の流量を増やすことにより、新たに前記熱源と対となる前記熱媒ポンプ及び、冷却水ポンプ及び、冷却塔をもう１台ずつ立ち上げることなく、必要な熱量を供給する制御を実現できる。
【００４１】
請求項１２に係る発明は、請求項８ないし請求項１１に記載の熱源システムの制御方法において、前記熱源は、前記熱媒の冷却又は加熱のために複数の熱交換器を並列に備えるものであって、前記制御部は、熱媒循環流量に応じて当該複数の熱交換器に熱媒を流すことを特徴とする。
【００４２】
この発明に係る熱源システムの制御方法によれば、制御部は、複数の熱交換器に対して並列に熱媒を流せるので、熱媒循環流量が増えても熱媒流路を分岐させることができ、流動抵抗の著しい増加することなく必要な熱量を供給する制御を実現できる。
【００４３】
請求項１３に係る発明は、外部から流入する熱媒を冷却または加熱する熱交換器と、当該熱交換器に熱媒を流入させる熱媒配管とを備える、請求項１から請求項７のいずれかに記載された熱源システムに用いられる熱源であって、前記熱交換器が複数設けられるとともに、前記熱媒配管には、前記複数の熱交換器の一部、または全てに、熱媒が流れるよう制御する熱媒流れ切り換え手段が備えられ、外部からの指示に基づき、前記熱媒流れ切り換え手段を制御する制御部を備え、運用時の熱媒の往還温度差である運用往還温度差が、設計時の熱媒の往還温度差である設定往還温度差よりも小さい場合に、前記熱媒流量を前記過流量にシフトすることを特徴とする。
【００４４】
この発明に係る熱源によれば、制御部は、複数の熱交換器の一部又は全てに対して熱媒を流せるので、熱媒の流動抵抗を著しく増加させることなく、熱媒循環流量の増加に対応することができ、必要な熱量を供給する制御を実現できる。
【００４５】
請求項１４に係る発明は、外部から流入する熱媒を冷却または加熱する熱交換器と、当該熱交換器に熱媒を流入させる熱媒配管とを備える、請求項１から請求項７のいずれかに記載された熱源システムに用いられる熱源の制御方法であって、前記熱交換器には、複数の前記熱媒配管が備えられるとともに、当該熱媒配管には、前記熱交換器を流れる熱媒の経路を制御する熱媒流れ切り換え手段が備えられ、外部からの指示に基づき、前記熱媒流れ切り換え手段を制御する制御部を備え、運用時の熱媒の往還温度差である運用往還温度差が、設計時の熱媒の往還温度差である設定往還温度差よりも小さい場合に、前記熱媒流量を前記過流量にシフトすることを特徴とする。
【００４６】
この発明に係る熱源によれば、制御部は、複数の熱媒配管を流れる熱媒の経路を変えることができるので、熱媒の流動抵抗を著しく増加させることなく、熱媒循環流量の増加に対応することができ、必要な熱量を供給する制御を実現できる。
【００４７】
請求項１５に係る発明は、外部から流入する熱媒を冷却または加熱する熱交換器と、当該熱交換器に熱媒を流入させる熱媒配管とを備える、請求項１から請求項７のいずれかに記載された熱源システムに用いられる熱源の制御方法であって、前記熱交換器には、複数の前記熱媒配管が備えられ、設計時に想定した標準熱媒流量を流す時には、一部の前記熱交換器に熱媒を流し、標準熱媒流量以上の熱媒を流す時には、全ての前記熱交換器に熱媒を流し、運用時の熱媒の往還温度差である運用往還温度差が、設計時の熱媒の往還温度差である設定往還温度差よりも小さい場合に、前記熱媒流量を前記過流量にシフトすることを特徴とする。
【００４８】
請求項１６に係る発明は、外部から流入する熱媒を冷却または加熱する熱交換器と、当該熱交換器に熱媒を流入させる熱媒配管とを備える、請求項１から請求項７のいずれかに記載された熱源システムに用いられる熱源の制御方法であって、前記熱交換器には、複数の前記熱媒配管が備えられ、設計時に想定した標準熱媒流量を流す時には、熱媒が複数の前記熱媒配管を直列に流れ、標準熱媒流量以上の熱媒を流す時には、熱媒が複数の前記熱媒配管を並列に流れ、運用時の熱媒の往還温度差である運用往還温度差が、設計時の熱媒の往還温度差である設定往還温度差よりも小さい場合に、前記熱媒流量を前記過流量にシフトすることを特徴とする。
【００４９】
この発明に係る熱源の制御方法によれば、熱媒の流動抵抗を著しく増加させることなく、熱媒循環流量の増加に対応することができ、必要な熱量を供給する制御を実現できる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
〔第一実施形態〕
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明にかかる熱源システムの一実施形態を示す全体構成図である。
【００５１】
図１において空調や工場設備などの熱源システム１は、外部負荷３側に供給する熱媒を運転目的に応じて冷却または加熱する複数の熱源として、第一の熱源１１、第二の熱源１２、及び、第三の熱源１３を備える。本実施形態においては、熱媒に水を、熱源に冷凍機を想定している。
【００５２】
ここで、各熱源１１，１２，１３には、それぞれに対応して冷却塔１４，１５，１６が設けられており、冷却塔１４，１５，１６に搬送される冷却水の流量制御はそれぞれ冷却水ポンプ１７，１８，１９により行われる。詳細には、第一の冷却水ポンプ１７は第一の冷却水ポンプ用インバータモータ１７ａにより、第二の冷却水ポンプ１８は第二の冷却水ポンプ用インバータモータ１８ａにより、第三の冷却水ポンプ１９は第三の冷却水ポンプ用インバータモータ１９ａにより駆動され、回転数の変化に応じた流量制御が行われる。
【００５３】
また、熱源システム１は、最大負荷時［１０５４８ｋＷ（３０００ＲＴ）］において均等配分設計した場合の熱媒ポンプの１台当たりの標準熱媒循環流量（毎時３３６ｍ３）よりも、単位時間当たりの流量が多い（最大毎時５０４ｍ３）第一の熱媒ポンプ２１、第二の熱媒ポンプ２２及び、第三の熱媒ポンプ２３を備え、後述する過流量制御を可能とする。
【００５４】
ここで、第一の熱媒ポンプ２１は第一の熱媒ポンプ用インバータモータ２１ａにより、第二の熱媒ポンプ２２は第二の熱媒ポンプ用インバータモータ２２ａにより、第三の熱媒ポンプ２３は第三の熱媒ポンプ用インバータモータ２３ａにより、各々回転数を制御されつつ駆動され、各熱源１１，１２，１３において熱交換を行った熱媒の流量を調整する。
【００５５】
具体的には、本実施形態にかかる熱源システム１では、負荷時に５℃で外部負荷３に供給して１４℃で戻る設計時の熱媒の設定往還温度差９℃に基づき算出される標準熱媒流量に対して、例えば、熱源システム１の運転時に設定往還温度差が確保されず、運転時の実際の熱媒の往還温度差（以後、運転往還温度差と表記）が６℃となった往還温度差降下状況に対応する態様として、この運転往還温度差６℃が、所定の設定往還温度差９℃に対して２／３の運用往還温度差であるので、標準熱媒循環流量に対して１５０％の循環能力（過流量能力）を備える熱媒ポンプを用いる。
【００５６】
ただし、上述した熱媒ポンプの最大流量をどの程度、均等配分設計した場合の標準熱媒循環流量に上乗せするかは、予定されていた設定往還温度差とどの程度の開きが見込まれるかにより設定する。
例えば、熱源システム１の運用時の熱媒の往還温度差（以後、運用往還温度差と表記）が所定の設定往還温度差の半分であれば２００％、運用往還温度差が所定の設定往還温度差の１／３であれば３００％程度とする。言い換えれば、所定の設定往還温度差に対する実際の運用往還温度差の降下量に応じて、その減少比の逆数分を循環能力（熱媒循環最大流量）の増加分とする装置構成を採用する。結果として、熱媒ポンプの単位時間当たりの最大流量の合算は、熱源の最大負荷時に要求される熱媒ポンプの単位時間当たりの熱媒循環流量の合算よりも多いものとなり、全体として過流量を許容できる構成となる。
【００５７】
さらに、熱源システム１は、各熱媒ポンプ１１，１２，１３から圧送された熱媒を集め、外部負荷（地域冷暖房の需要家や空調機やファンコイルなど）３に送るサプライヘッダ３１と、後述するバイパス回路３３を介して搬送された熱媒を外部負荷３から戻った熱媒と混合するとともに、各熱源にその混合した熱媒を供給するリターンヘッダ３２と、サプライヘッダ３１とリターンヘッダ３２とをバイパスさせて、少なくともいずれかの熱源において熱交換された熱媒を熱源の流入側へ搬送するバイパス回路３３と、バイパス回路３３のバイパス流量を制御し外部負荷３への供給圧力を調整する開閉バルブ３４と、を備える。
【００５８】
加えて、熱源システム１は、運転状況を制御にフィードバックするためのセンサとして、外部負荷３から熱源システム１側へ流入する熱媒の温度を検知する流入熱媒温度センサ（流入熱媒温度検知手段）４２、第一の熱源１１に流入する熱媒の温度を検知する第一の熱源入口温度センサ（熱源入口温度検知手段）４３、第二の熱源１２に流入する熱媒の温度を検知する第二の熱源入口温度センサ（熱源入口温度検知手段）４４、第三の熱源１３に流入する熱媒の温度を検知する第三の熱源入口温度センサ（熱源入口温度検知手段）４５、及び、外部負荷３側から熱源システム１側へ流入する熱媒の流量を検知する流量センサ（外部熱媒流量検知手段）４６を備える。
【００５９】
そして、これらセンサからの検知情報（検知温度、検知流量）に基づき効率の良い運転を実現するために、熱源システム１は、制御部４７を設け、流入熱媒温度センサ４２、各熱源入口温度センサ４３，４４，４５、及び、流量センサ４６から出力された検知情報に基づいて、各熱源１１，１２，１３、各インバータモータ１７ａ，１８ａ，１９ａ，２１ａ，２２ａ，２３ａ、及び、開閉バルブ３４を制御する構成を採用している。
【００６０】
ここで、流入熱媒温度センサ４２は、還温度を検知し、運用往還温度差を取得するための運用往還温度差情報取得手段として機能するものであり、制御部４７は取得した還温度値に基づき運用往還温度差を算出する。なお、往温度については、本実施形態においては供給される熱媒の温度が５℃で運用されるものであるが、より好適には、運用往還温度差情報取得手段の一構成要素として、サプライヘッダ５８などに設けられた不図示の往温度センサを流用し、リアルタイムに往温度を取得する構成とするのが望ましい。
【００６１】
また、外部熱媒流量検知手段として機能する流量センサ４６は、図１に示したようにサプライヘッダ３１側に設けられる構成に限られるものではなく、外部負荷３側から熱源システム１に戻る熱媒の流量を検知すべくリターンヘッダ３２側に設ける構成としても良い。
【００６２】
以下、上記の構成からなる空調や工場設備などの熱源システム１における熱媒の循環形態について説明する。
例えば、最大負荷時（設計条件）として、外部負荷３の要求冷凍能力が１０５４８ｋＷ（３０００ＲＴ）とされる場合などには、熱媒は、外部負荷３で熱交換され１４℃の熱媒となり、リターンヘッダ３２に流入する。リターンヘッダ３２に流入した熱媒は、各熱源１１，１２，１３に流入し、冷却され５℃の熱媒となる。５℃に冷却された熱媒は、各インバータモータ２１ａ，２２ａ，２３ａに駆動される各熱媒ポンプ２１，２２，２３により圧送され、サプライヘッダ３１より外部負荷３に送られる。
【００６３】
これに対し、外部負荷３の熱負荷が最大時の３０％のときには、外部負荷３の要求冷凍能力は３１６４ｋＷ（９００ＲＴ）となるが、往還温度差が減少して外部負荷３から返ってくる熱媒温度が１１℃である場合、熱媒の流量は毎時４５４ｍ３求められることになる。
【００６４】
この熱媒の流量は、上述した標準熱媒循環流量に対して１５０％の過流量であり、この流量の算出シーケンスは次のようになる。
まず、制御部４７は、流入熱媒温度センサ４２から還温度情報（１１℃）を取得し、制御部４７が備える不図示の記憶手段から読み出した往温度情報（５℃）を参照して運用往還温度差（６℃）を算出する。または、不図示の流出熱媒温度センサを備える場合には、その流出熱媒温度センサから往温度情報を取得し、取得した往温度情報を参照して運用往還温度差を算出する。
【００６５】
続いて、制御部４７は、記憶手段から読み出した設定往還温度差（９℃）と最大負荷時熱媒流量（１００８ｍ３）とを参照し、算出した運用往還温度差（６℃）に基づき、最大運用流量（毎時４５４ｍ３）を算出する。
具体的には、負荷が３０％であるので、最大冷凍能力時の供給量である毎時１００８ｍ３に対応する毎時設定流量は、その３０％にあたる３０２．４ｍ３と算出され、さらに、その算出された流量に、設定往還温度差９℃と運用往還温度差６℃との比（２／３）の逆数をかけて、毎時運用流量は４５４ｍ３（丸め数値：正確な算出値は４５３．６ｍ３）と算出される。ただし、最終的な最大運用流量は、熱媒ポンプ２１，２２，２３の過流量能力の上限により規制されるものである。
【００６６】
そして、制御部４７は、算出した最大毎時運用流量（例えば、上述した４５４ｍ３）などの制御目標情報と流量センサ４６からの流量情報とに基づき、例えば最大毎時運用流量以下の段階的な流量設定など、外部負荷３が求めている冷凍能力（３１６４ｋＷ（９００ＲＴ））に応じた運転条件を設定し、上述した１００％以上の流量での過流量となる制御を実行する。
【００６７】
詳細には、制御部４７は、不図示の記憶手段に記憶されている各熱源における定流量制御、変流量制御時の冷凍能力に関わる熱源能力関連情報を読み出し、読み出した熱源能力関連情報と制御目標情報、流量情報などに基づき、熱源の運転台数及び運転負荷を決定し、流量センサ４６の出力から熱媒ポンプ用インバータモータ１７ａ，１８ａ，１９ａの回転数を決定し、熱媒流量を制御する。
【００６８】
以下、図２を用いて、運転往還温度差が設定往還温度差よりも小さくなった場合の熱源システム１における冷却容量と稼動動力の相関について、増減段制御を中心に説明する。図２において、熱源システム１の運用において熱源が発生した動力については、その動力に対応する熱源の符号を付した。
図２に示したように、従来であれば、熱源１１の冷却能力を十分に発揮する前の２３４１ｋＷ（６６６ＲＴ）程度で、熱媒の流量が最大流量に到達し、冷却容量によらず増段しなければならなかった。
【００６９】
これに対し、本実施形態にかかる熱源システム１は、外部負荷３から返ってくる熱媒の温度が設計値より低い状態（例えば、１１℃）で、外部負荷３から要求される熱量が増えると、熱媒ポンプの単位時間当たりの最大流量を増加させているため、第一の熱源１１が供給できる熱量の上限（３５１６ｋＷ（１０００ＲＴ））に至るまで、第一の熱媒ポンプ２１の供給できる熱媒の流量を標準設計循環流量以上に上昇させることができ、運用往還温度差が設定往還温度差よりも小さい場合であっても熱媒流量を過流量にシフトさせることにより熱源における負荷が増え、結果として熱源の運用効率がより高い領域での運用が可能となり、過流量能力を高く設定すれば、流量の上限（毎時５０４ｍ３）において冷却容量の最大値付近にまで到達させる制御も実現することができる。
【００７０】
そして、さらに要求される熱量が増えた場合に、外部熱媒流量検知手段４６からの１５０％に到達したという流量情報の取得を契機に制御部４７は増段制御へと移行する。詳細には、制御部４７は、第二の熱源１２と第二の熱媒ポンプ２２と第二の冷却水ポンプ１８と第二の冷却塔１５の運転を開始する。またさらに要求される熱量が増え、外部熱媒流量検知手段４６から所定の流量に到達した旨の情報を取得した場合に、制御部４７は、第三の熱源１３と第三の熱媒ポンプ２３と第三の冷却水ポンプ１９と第三の冷却塔１６の運転を行う。このような過流量制御を行うことにより、最終的には、熱源システム１の全冷凍能力の１０５４８ｋＷ（３０００ＲＴ）を外部負荷３に供給することができる。
【００７１】
ここで、図２に示すように、本発明に係る空調や工場設備などの熱源システム１は、熱媒ポンプの最大流量を異ならせて制御、運用する構成を採用することにより、結果として、冷却容量の観点から見れば、従来の熱源システム４よりも、熱源と熱媒ポンプと冷却水ポンプと冷却塔とが１台ずつ少ない状態で同じ冷却容量を実現するものであり、また、稼動動力の観点から見れば、同じ台数の熱源と熱媒ポンプであっても、より低い動力で同じ冷却容量を実現するものである。
【００７２】
上記の構成によれば、各熱媒ポンプ２１，２２，２３の単位時間当たりの流量を増やし、各熱媒ポンプ２１，２２，２３を各インバータモータ２１ａ，２２ａ，２３ａにより、それぞれ制御部４７で制御して駆動することにより、各熱源１１，１２，１３の全能力を使用することができ、熱源と熱媒ポンプと冷却水ポンプと冷却塔の運転台数を抑えることができ、さらに、各インバータモータ２１ａ，２２ａ，２３ａの回転数を制御することにより熱媒の流量を細かく調節することができる。
【００７３】
ひいては、熱源システム１の運転効率が良くなり、プラント全体としての運転コストを低くすることができる。また、空調や工場設備などの熱源システム１の全冷凍能力を外部負荷３に供給することができるため、過剰な熱源、熱媒ポンプ、冷却水ポンプ、冷却塔を設置する必要がなくなり、熱源システム１の設備投資費用を少なくすることができ、設置スペースも小さくすることができる。
【００７４】
ここで、上記の実施形態においては、熱媒ポンプの単位時間当たりの最大流量を、最大負荷時の熱媒循環流量の１．５倍（毎時５０４ｍ３）に適応して説明したが、この熱媒ポンプの単位時間当たりの最大流量は、外部負荷から返ってくる熱媒温度と外部負荷に送る熱媒温度の差に依存するため、最大負荷時の熱媒循環流量の１．５倍の流量に限られることなく、さまざまな流量に適応することができるものであり、許容できる温度差の減少分を多くとり、例えば、規格温度差と実際の温度差の相違状態に応じて標準流量の５０％程度から１００％以上、さらには３００％まで可変に制御する構成としても良い。
【００７５】
〔第二実施形態〕
続いて、本発明に係る第二実施形態について、図３及び図４に基づき説明する。図３は本実施形態に係る熱源システム２の全体構成図であり、図４は熱源システム２における制御を示すフローチャートである。なお、前述した第一実施形態における熱源システム１の構成要素と同じ機能を果たす構成要素については、同一の符合を付して重複説明を省略する。
【００７６】
本実施形態の熱源システム２では、前述した第一実施形態の熱源システム１とは異なり、往温度を検出する流出熱媒温度検知手段として流出熱媒温度センサ４１と、サプライヘッダ３１とリターンヘッダ３２との熱媒の差圧を検知する差圧検知手段として差圧センサ４８を備える。この流出熱媒温度センサ４１と差圧センサ４８とからの出力も制御部４７に送られて流量制御の条件を定める基礎情報として用いる。特に、流出熱媒温度センサ４１からの出力は、本実施形態において熱源の増減段の判断基準情報として用いる。
【００７７】
以上説明した本実施形態にかかる熱源システム２の制御について図４を用いて詳細に説明する。なお、本制御にかかる各制御ステップは、制御部４７が有する不図示の記憶手段に格納された制御プログラムに基づき、制御部４７により実現される。
【００７８】
図３および図４において、スタート（Ｓ１）は、熱源システム２、および外部負荷３が停止している状態を示している。例えば、深夜、早朝、休日など、外部負荷３において熱の取り出しが行われる可能性がない場合で、熱源システム２が停止している状態を示している。
その後、外部負荷３において熱の取り出しが行われる（負荷が立ち上がる）時刻の直前に、熱源システムを起動して、負荷の立ち上がりに対して準備する。
具体的には、制御部４７は、図には示されていないタイマ（負荷の立ち上がり時刻の前に出力するようにセットされている）からの出力を受けて（Ｓ２）、第一の熱源１１、冷却塔１４、冷却水ポンプ１７、第一の冷却水ポンプ用インバータモータ１７ａ、第一の熱媒ポンプ２１、第一の熱媒ポンプ用インバータモータ２１ａを起動させる（Ｓ３）。
【００７９】
熱源システム２の立ち上げ直後においては、外部負荷３における熱の取り出し、つまり地域冷暖房の需要家や空調機やファンコイルなどへの熱媒体の取り込みが少ないため、外部負荷３から要求される熱媒体供給量は少ない。
そのため、制御部４７は、サプライヘッダ３１の往圧力とリターンヘッダ３２の還圧力の差（以後、圧力差△Ｐと表記）が、一定になるようにバイパス回路３３の開閉バルブ３４を開く制御をする（Ｓ４）。
そして、外部負荷３の運転が開始される時刻になると（Ｓ５）、外部負荷３における熱の取り出が増え、外部負荷３への熱媒体供給量が増え始める。制御部４７は、差圧センサ４８の出力に基づいて、圧力差△Ｐが、一定になるようにバイパス回路３３の開閉バルブ３４を閉じる制御をする（Ｓ６）。
【００８０】
ここまでの制御は、従来行われている制御であり、第一の熱媒ポンプ用インバータモータ２１ａは、設計時に想定された熱媒流量（以後、定格熱媒流量と表記）を供給できる一定の回転数（以後、定格回転数と表記）で運転されている。熱媒の流量制御は、バイパス回路３３の開閉バルブ３４により行われている。
これから、本発明の特徴部分となる部分を以下に説明する。
【００８１】
往還温度差が、設計時に想定した設定往還温度差よりも低い時には、前述したように第一の熱源１１の能力的には余裕があっても、開閉バルブ３４による熱媒流量制御では、圧力差△Ｐを一定に保つことが困難となる（Ｓ７）。つまり、開閉バルブ３４を全閉にしても、圧力差△Ｐを一定に保つことが困難となる。
圧力差△Ｐを一定に保てなくなると、制御部４７は、第一の熱媒ポンプ用インバータモータ２１ａの周波数を制御して過流量制御に入る（Ｓ８）。
【００８２】
過流量制御においては、まず制御部４７が、流出熱媒温度センサ４１と流入熱媒温度センサ４２とによって取得された熱媒の運用往還温度差から、何段階かある熱媒の流量上限のうちの適切な上限流量を決める。その後、暫定的に、第一の熱媒ポンプ用インバータモータ２１ａの駆動周波数を、熱媒の循環流量が、その上限流量を下回る流量で、かつ定格熱媒流量より上回る流量となる所定の駆動周波数で制御する。
そして、熱媒が循環して、外部負荷における熱負荷の状態が、流出熱媒温度センサ４１での熱媒温度に反映されるのに必要な所定時間が経過した後、再び、制御部４７が、運用往還温度差を取得して設定往還温度差と比較し、上記の制御を繰り返す。なお、熱媒流量の段階制御で調節しきれない細かな流量制御は、バイパス回路３３の開閉バルブ３４にて行う。
【００８３】
過流量制御している時、制御部４７は、同時に供給している熱量Ｑｔを式（１）により算出している（Ｓ９）。
【数１】
上式において、Ｔｉは、流入熱媒温度センサ４２に取得された熱媒温度、Ｔｏは、流出熱媒温度センサ４１に取得された熱媒温度、Ｇは、外部熱媒流量検知手段４６に取得された熱媒流量、γは、流入熱媒温度センサ４２に取得された熱媒温度と流出熱媒温度センサ４１に取得された熱媒温度との平均温度における熱媒の比重、λは、流入熱媒温度センサ４２に取得された熱媒温度と流出熱媒温度センサ４１に取得された熱媒温度との平均温度における熱媒の比熱である。
そして、式（１）により算出した熱量Ｑｔと、その時点で稼動している熱源の定格熱量Ｑｒの合計の８０％とを比較し（Ｓ１０）、式（２）が成立すれば、新たな熱源を立ち上げ、増段する（Ｓ１２）。
【数２】
【００８４】
また、熱媒ポンプの流量が上限に達しない場合であって、式（２）が成立しない場合であって、下記の式（３）が成立する時には（Ｓ１１）、新たな熱源を立ち上げ、増段する（Ｓ１２）。
【数３】
式（３）において、Ｔｓｕは、熱媒体の供給上限温度、Ｔｏは、流出熱媒温度センサ４１に取得された熱媒温度、ｄＴｓは、熱媒体温度の安全定数である。
この式（３）が成立するのは、熱源が故障している時であり、Ｓ１０は、熱源が故障しているか否かを判定している部分である。
【００８５】
なお、図４には示していないが、本発明の特徴部分にあたる熱媒ポンプ用インバータモータの駆動周波数制御、つまり過流量制御を行っているＳ８以後の制御に入っている段階で、熱媒ポンプ用インバータモータの駆動周波数の上限になり、それ以上、熱媒の流量が増やせなくなったときには、新たな熱源を立ち上げ、増段する（Ｓ１２）。
【００８６】
以上で、外部熱負荷３における熱負荷が増えた時における、熱源システム２の対応を説明した。
これとは逆に、外部熱負荷３における熱負荷が減少していくときについて説明する。外部熱負荷３における熱負荷が減少すると、流出熱媒温度センサ４１と流入熱媒温度センサ４２とによって取得された熱媒の運用往還温度差が小さくなる。つまり、外部負荷から還ってくる熱媒の温度が低いままとなる。
すると、制御部４７は、熱媒ポンプ用インバータモータの駆動周波数を落としていく。熱媒ポンプ用インバータモータの駆動周波数を落としていって、最低駆動周波数を下回っても、運用往還温度差が小さいままであるなら、その時点で立ち上がっている熱源の内の一台を停止、つまり減段する。この制御を、運用往還温度差が設定往還温度差と等しくなるまで繰り返す。
【００８７】
また、前述した第一実施形態のように流出熱媒温度センサがない場合であっても、不図示の記憶手段に設定往温度情報を格納し、この往温度情報を用いることにより、上述した制御を適用することは可能である。多少の誤差を含む運用とはなるが、従来に比べ消費電力を抑えた省エネルギー地域冷暖房システムを提供できる。
【００８８】
〔第二実施形態の変形例〕
また、本発明に係る第二実施形態の変形例について、図５に基づき説明する。図５は熱源システム２における制御を示すフローチャートである。なお、図５において、前述した第二実施形態における制御と同様の制御を行っている部分には、同一の符合を付して重複説明を省略する。
【００８９】
本変形例の制御が適用される熱源システムは、前述した第二実施形態の熱源システム２と構成が同一であり、またその働きも同一であるため、同一の符号を付しその説明を省略する。
【００９０】
本変形例にかかる熱源システム２の制御について図５を用いて詳細に説明する。なお、本制御にかかる各制御ステップは、制御部４７が有する不図示の記憶手段に格納された制御プログラムに基づき、制御部４７により実現される。
【００９１】
図５において、制御ステップのＳ１からＳ８までは、つまり、過流量制御に入るまでは、前述した第二実施形態の制御と同じであるので、その説明を省略する。
過流量制御に入ってからは、立ち上がっている熱源が、その時点での運用負荷を検知して、運用負荷が定格負荷の８０％を越えたら、制御部４７に信号出力する（Ｓ２１）。
例えば、熱源が電動冷凍機の場合なら、運用負荷は電動機に供給されている電流値または電力値と相関関係があるので、定格負荷における電流値または電力値を１００％として、電動機に供給されている電流値または電力値が８０％を越えたら信号を出力する。同様に、熱源が吸収冷凍機ならば、燃料の供給弁が同様の働きをするので、燃料供給弁の開度が８０％を越えたら信号を出力する。
【００９２】
制御ステップＳ２１で熱源から信号を受けた制御部４７は、新たな熱源を立ち上げ、つまり増段する（Ｓ１２）。以後のフローチャートにおける制御方法は、前述した第二実施形態における制御方法と同様であるため、その説明を省略する。
【００９３】
また、熱源の減段における制御方法も、増段の制御方法と同様に、熱源からの信号に基づいて行われる。つまり、熱源にかかる負荷が低下し、熱源の運用上の最低負荷よりも負荷が下がると、熱源は、制御部４７に減段を行うきっかけとなる信号を出力する。信号を受け取った制御部４７は、その時点で立ち上がっている熱源の内の一台を停止し、減段する。
【００９４】
上記の構成によれば、熱源から増段または減段の信号を出しても、増段または減段のタイミングがとれる。つまり、いろいろな温度条件、状態をシステム的に演算するという難しい計算をしなくても、熱源からの信号で増段または減段することができ、単純な制御方法で制御することができる。
【００９５】
なお、上述した第一実施形態および第二実施形態において、すべての熱媒ポンプが過流量を許容するものであることが好適であるが、少なくとも一つの熱媒ポンプが過流量制御を可能とするものであれば、従来構成以上の効率改善が見込めるものであり、特に、最初に稼動される一次熱媒ポンプの流量が過流量であれば、年間を通して最大負荷時の運転が求められる時期が短いことに鑑みると、ある程度の効率改善を図ることができる。
【００９６】
また、上述した実施形態において、熱媒ポンプは熱源と１対１で設置され、大容量で、かつインバータモータで駆動するものに適応して説明したが、この熱媒ポンプは熱源と１対１で設置され、大容量で、かつインバータモータで駆動するものに限られることなく、１台の熱源に対して複数台の小容量の熱媒ポンプを設置するものなど、その他各種の形式の熱媒ポンプに適応することができるものである。この場合においても、熱源１台に備えられた熱媒ポンプの全体の単位時間当たり流量の合算は、熱源システムの最大負荷時における、熱源１台当たりの熱媒循環流量の合算よりも多い構成となる。なお、熱媒の流量は、開閉バルブを開き、バイパス回路を通じて熱源の流入側に流して調節できる。
【００９７】
加えて、上述した実施形態において、モータ回転数制御手段としてインバータモータを採用し、電源周波数以上の周波数まで制御可能な構成として最大能力をより高くしたが、モータ回転数制御手段が用いるモータの回転数の制御の方式として、極数変換（ポールチェンジ）方式を採用しても良い。
【００９８】
〔第三実施形態〕
上述したように、広範囲に熱媒流量を増加させる場合において、熱源内部における流動抵抗は、装置構成によっては、熱媒流量の増加分以上の増加率を示し得る。そこで、過流量制御における流動抵抗の軽減する構成を実現した本発明に係る第三実施形態を図６に基づき説明する。本実施形態では、上述した実施形態における熱源が複数の熱交換器を有する構成の一形態として、熱交換器を複数備える構成を採用した。図６は、本実施形態に係る熱源５０の概略構成図である。本実施形態においても、原則として上述した第一実施形態と同じシステム構成及び制御を採用し、熱源の内部構成を変更するにとどめる。
【００９９】
図６に示したように、熱源５０は、熱源５０に流入する熱媒循環流量を検知する熱媒循環流量検知手段５１と、熱媒を冷却または加熱する主熱交換器５２と副熱交換器５３と、副熱交換器５３への熱媒の流入を制御する制御弁（熱媒流れ切り換え手段）５４と、熱媒循環流量検知手段５１から送られた信号（情報）に基づき制御弁５４を制御する制御部５５を備える。
【０１００】
ここで、熱源５０内における熱媒搬送回路では、主熱交換器５２と副熱交換器５３に流れる熱媒流路が並列となるように熱媒配管５６によって接続する。熱源５０は、制御部５５の制御下で、熱媒循環流量が通常の標準循環流量にあるうちは、この主熱交換器を用いて熱交換を行う。
【０１０１】
しかし、上述したように、熱媒流量の増加に伴い、熱源５０を流れる熱媒の流動抵抗は流量の２乗に比例して著しく増大する。具体的には、熱源５０を通過する熱媒の流動抵抗は、熱媒流量が１．５倍になった場合、流動抵抗は２．２５倍に及ぶ。このため、制御部５５は、熱源５０に流入する熱媒流量を熱媒循環流量検知手段５１で検知し、その検知した熱媒流量が所定の値になった場合に、制御弁５４を開状態として主熱交換器５２に流入する熱媒を副熱交換器５３へ分岐させる制御を行う。これにより、熱源５０全体としての熱媒の流動抵抗の増加を抑制するとともに、必要な熱量を供給することができる。
【０１０２】
なお、本変形例の構成は上述した構成に限られるものではなく、装置の小型化、簡略化を図るべく、熱媒循環流量検知手段５１に代えて、前述した制御部４７から熱媒ポンプの制御を行う際の判断情報として用いる運用中の熱媒循環量を授受する構成としても良く、また、独立して制御部５５を設けず、制御部４７に機能を組み込む構成としても良い。
【０１０３】
〔第四実施形態〕
図７から図８はこの発明の第四実施形態を示す図である。本実施形態においては、上述した実施形態における熱源の熱交換器に熱媒が流れる経路を、複数の経路から選択できる構成を採用している。図７は、本実施形態に係る熱源６０の概略構成図である。本実施形態においても、原則として上述した第一実施形態と同じシステム構成及び制御を採用し、熱源の内部構成を変更するにとどめる。
【０１０４】
熱源６０は、図７に示すように、熱媒を冷却または加熱する熱交換器６１と、常に熱媒体が流れる熱媒主配管（熱媒配管）６２と、過流量制御の一時期のみ熱媒が流れる熱媒副配管（熱媒配管）６３と、熱媒副配管６３への熱媒の流入を制御する制御弁（熱媒流れ切り換え手段）６４と、熱媒循環流量検知手段５１から送られた信号（情報）に基づき制御弁６４を制御する制御部６５を備える。
【０１０５】
上記の熱源６０の構成においては、熱媒循環流量が通常の標準循環流量にあるうちは、制御部６５が、制御弁６４を閉じて熱媒が熱媒主配管６２に流れて、熱交換器６１において熱交換を行う。熱媒循環流量が増えて、通常の標準循環流量以上となれば、制御弁６４を開いて熱媒が熱媒主配管６２と熱媒副配管６３に流れて、熱交換器６１において熱交換を行う。
【０１０６】
図８をもちいて、どのタイミングで上記の制御を行っているか説明する。
熱源システム１が過流量制御に入る前、図８においては、制御ステップＳ１からＳ７までは、制御部６５が、無条件に制御弁６４を閉じて熱媒を熱媒主配管６２のみに流す。
制御ステップＳ８に入ると、制御部６５は、熱媒循環流量検知手段５１から熱媒流量の信号（情報）を取得し始める。そして、熱媒循環流量検知手段５１に検知された熱媒流量が、標準熱媒流量の１５０％となると、制御部６５は、制御弁６４を開き、熱媒を熱媒主配管６２と熱媒副配管６３との両者に流す。
【０１０７】
そして、制御ステップがＳ１２、つまり増段に至ると、過流量制御から抜けて、通常の流量制御に移るので、熱媒循環流量検知手段５１に検知される熱媒流量も減少し、その情報に基づき、制御部６５は、制御弁６４を閉じて熱媒を熱媒主配管６２のみに流す制御を行う。
【０１０８】
上記の構成によれば、熱源の圧力容器を増やすことなく、熱媒の流動抵抗の増加を抑制するとともに、必要な熱量を供給することができる。つまり、管理対象である圧力容器をふやすことがないため、メンテナンスコストの上昇を押えつつ、熱媒の流動抵抗の増加を抑制するとともに、必要な熱量を供給することができる。
【０１０９】
〔第四実施形態の変形例〕
また、本発明に係る第四実施形態の変形例について、図９（ａ）、（ｂ）に基づき説明する。本実施形態においては、上述した実施形態における熱源の熱交換器に熱媒が流れる経路を、複数の経路から選択できる構成を採用している。図９（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る熱源７０の概略構成図である。本実施形態においても、原則として上述した第一実施形態と同じシステム構成及び制御を採用し、熱源の内部構成を変更するにとどめる。
【０１１０】
熱源７０は、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、熱媒を冷却または加熱する熱交換器７１と、熱交換器７１外で分岐して並列に配置された第１熱媒配管７２および第２熱媒配管７３と、第１熱媒配管７２および第２熱媒配管７３の流出側にそれぞれ備えられた第１制御弁７４（熱媒流れ切り換え手段）および第２制御弁（熱媒流れ切り換え手段）７５と、熱交換器７１および第１制御弁７４の間と熱交換器７１および第２制御弁７５の間をつなぐ折り返し配管（熱媒配管）７６と、折り返し配管７６に設けられた第３制御弁（熱媒流れ切り換え手段）７７と、第２熱媒配管７３の流入側に備えられた第４制御弁（熱媒流れ切り換え手段）７８と、熱交換器７１と第４制御弁７８との間と第１熱媒配管７２および第２熱媒配管７３の合流部とをつなぐ流出回路（熱媒配管）７９と、流出回路に備えられた第５制御弁（熱媒流れ切り換え手段）８０と、熱源７０に流入する熱媒の流量を取得する熱媒循環流量検知手段５１から送られた信号（情報）に基づき第１制御弁７４、第２制御弁７５、第３制御弁７７、第４制御弁７８、第５制御弁８０とを制御する制御部８１を主な構成要素として備えている。
【０１１１】
上記の熱源７０の構成においては、熱媒循環流量が通常の標準循環流量にあるうちは、図９（ａ）に示すように、制御部８１が、第３制御弁７７、第５制御弁８０を開き、第１制御弁７４、第２制御弁７５、第４制御弁７８を閉じる。すると熱媒は、第１熱媒配管７２、折り返し配管７６、第２熱媒配管７３、流出回路７９の順に流れる、２パス運転がなされる。
熱媒循環流量が増えて、通常の標準循環流量以上となれば、図９（ｂ）に示すように、制御部８１が、第１制御弁７４、第２制御弁７５、第４制御弁７８を開き、第３制御弁７７、第５制御弁８０を閉じる。すると熱媒は、第１熱媒配管７２と第２熱媒配管７３とに分岐して流れる、１パス運転がなされる。
【０１１２】
上記の制御が行われるタイミング、条件などは、前述した第四実施形態と同じであるため、その説明を省略する。
【０１１３】
なお、上記の変形例においては、熱交換器７１内に配置される熱媒配管が２本のものに適応して説明したが、熱交換器７１内に配置される熱媒配管が２本のものに限られることなく、３本以上のものに適応することができるものである。
その際には、熱媒の流量がより大流量のものに対応することができる。
【０１１４】
特に、個別建物に留まらず、大規模な地域冷暖房システムの高効率運用に対して有効であり、さらには、新規施工時だけでなく、現実の運用状況（運用往還温度差の月別推移など）が明らかになっている既存の地域冷暖房システム等の改修を行う場合にも、既存設備を生かしつつ、好適に本発明を実現できる。
【０１１５】
なお、以上説明した実施形態の変形例として、熱源システムとして要求される規模が小さい場合に好適な態様として、熱源が一つ、対応する熱源ポンプが一つであっても、規格往還温度差に満たない温度差に応じて流量を増加させる上記構成を適用することにより、熱源単体の能力を十分に発揮させ、運転効率を向上させる構成を実現できる。
【０１１６】
〔第五実施形態の第一実施例〕
続いて、本発明に係る第五実施形態の第一実施例について、図１０および図１１を用いて説明する。図１０は、本実施形態の第一実施例および次に述べる第二実施例に係る熱源システム５の全体構成図であり、図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、第一実施例における熱源へ供給される熱媒温度の時間変化および熱源の運転能力の時間変化を表したグラフである。なお、前述した第一実施形態における熱源システム１の構成要素と同じ機能を果たす構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１１７】
図１０において熱源システム５は、熱媒を冷却および過熱する熱源８１と、熱媒を圧送する熱媒ポンプ８２と、熱媒ポンプ８２を駆動する熱媒ポンプ用インバータモータ８２ａと、外部負荷である蓄熱槽８３とを主な構成要素として備えている。
【０１１８】
蓄熱槽８３には、熱媒が流入する側に始端槽８４と、熱媒が流出する側に終端槽８５とが設けられている。さらに、熱源８１と始端槽８４との間の配管から、終端槽８５へつながる戻し配管８６が備えられ、戻し配管８６には熱媒の流れを制御する第１開閉弁８７が備えられ、蓄熱槽８３の熱媒流入側には、熱媒の流れを制御する第２開閉弁８８が備えられている。また、熱源８１の熱媒流出側には、熱媒の温度を取得する流出熱源温度センサ８９が備えられている。
そして、流入熱媒温度センサ４２と、流量センサ４６と、流出熱源温度センサ８９との出力に基づいて熱媒ポンプ用インバータモータ８２ａと、第１開閉弁８７と、第２開閉弁８８とを制御する制御部９０を備えている。
【０１１９】
また、蓄熱槽８３に蓄えられた熱媒の熱を外部に伝達する負荷には、始端槽８４から熱媒を負荷へ流入させる熱媒流入部９２が備えられ、負荷において熱交換した熱媒を終端槽８５へ戻すための熱媒流出部９１が備えられている。始端槽８４と熱媒流入部９２との間には、熱媒を負荷へ圧送する払出ポンプ９３が備えられている。
【０１２０】
以上の構成からなる熱源システム５における運用方法について説明する。
図１０および図１１（ａ）に示すように、熱源システム５の起動時において、蓄熱槽８３へ長時間蓄熱されず、流入熱媒温度センサ４２に取得される熱媒温度が設計時に想定された流入熱媒温度（定格入口温度、ここでは１４℃を想定している。）よりも高い場合、制御部９０は、第１開閉弁８７を開き、第２開閉弁８８を閉じて、熱源８１で冷却された熱媒を終端槽８５に戻す（段階Ａ）。
【０１２１】
その後、終端槽８５の熱媒の温度が下がり、流入熱媒温度センサ４２に取得される熱媒温度が、定格入口温度になると、制御部９０は、第１開閉弁８７を閉じ、第２開閉弁８８を開いて、熱源８１で冷却された熱媒を始端槽８４に戻す（段階Ｂ）。
熱源８１に流入する熱媒の温度が定格入口温度になっているので、熱源８１から流出する熱媒の温度は、設計時に想定した温度（定格出口温度、ここでは５℃を想定している。）になる。
【０１２２】
段階Ｂにおいて蓄熱槽８３内の熱媒温度は、始端槽８４側で５℃、終端槽８５側で１４℃になっており、その中間の熱媒温度は滑らかな温度勾配を形成しており、この状態を温度成層が形成されているという。
時間が経過すると、始端槽８４側の５℃の領域が広がり、終端槽８５側の１４℃の領域が狭くなり、そのうち終端槽８５の熱媒温度が１４℃を下回るようになる。
【０１２３】
すると、終端槽８５から熱源８１に流入する熱媒温度も定格入口温度を下回る（段階Ｃ）。熱源８１に流入する熱媒温度が下がると、次式で表される熱源運転能力Ｑも低下する。
【数４】
上式において、Ｔｉは、流入熱媒温度センサ４２に取得された熱媒温度、Ｔｏは、流出熱源温度センサ８９に取得された熱媒温度、Ｇは、流量センサ４６に取得された熱媒流量、γは熱媒の比重、λは熱媒の比熱である。
【０１２４】
制御部９０は、流入熱媒温度センサ４２、流出熱源温度センサ８９、流量センサ４６から取得される情報に基づき、熱源８１の運転能力Ｑを算出しており、次式に表されるように、運転能力Ｑが、熱源８１の定格能力Ｑ０の８０％以下になると、過流量制御に入る。
【数５】
【０１２５】
過流量制御において、制御部９０は、熱媒ポンプ用インバータモータ８２ａの駆動周波数を制御して、熱媒の流量Ｇを増やして運転能力Ｑが、定格能力Ｑ０と等しくなるように制御する。
以上の熱源システム５起動からの運転能力Ｑの変化は、図１１（ｂ）に示されている。この図１１（ｂ）から判るように、過流量制御を行うことにより、熱源システム５の運転能力Ｑは、高いパーセンテージを保つことができ、効率の良い蓄熱運転ができている。
【０１２６】
そして、流入熱媒温度センサ４２と、流量センサ４６と、流出熱源温度センサ８９との出力に基づいて算出される蓄熱量が、規定の熱量に到達したら、熱源システム５を停止し、蓄熱を終了する。
【０１２７】
このようにして、蓄熱槽８３の熱媒に蓄熱される冷熱は、始端槽８４から払出ポンプ９３により負荷流入部９２に圧送され、負荷において外部空気を冷却して負荷流出部９１から終端槽８５に流入する。
【０１２８】
なお、上記の実施形態においては、熱源システム５の起動時における熱媒の流量を一義的に定格流量にするものに適応して説明したが、この定格流量で起動するものに限られることなく、次式により算出される熱媒流量Ｇ１で起動するものに適応することもできる。
【数６】
【０１２９】
また、上記の実施形態の過流量制御において、熱媒流量Ｇを、運転能力Ｑと定格能力Ｑ０とが等しくなる熱媒流量として制御するものに適応して説明したが、この制御方法に限られることなく、熱媒流量を所定の熱媒過流量にして、運転能力Ｑが定格能力Ｑ０の９０％まで上昇したら、熱媒流量を定格流量に戻し、運転能力Ｑが再び定格能力Ｑ０の８０％まで低下したら、熱媒流量を所定の熱媒過流量にする制御に適応することもできる。
【０１３０】
〔第五実施形態の第二実施例〕
次に、本発明に係る第五実施形態の第二実施例について、図１０および図１１を用いて説明する。図１０は、本実施形態の前述した第１実施例および第二実施例に係る熱源システム５の全体構成図であり、第二実施例に係る熱源システムの全体構成は、第一実施例の全体構成と同様であるので、同じ機能を果たす構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。図１１（ｃ）および図１１（ｄ）は、第二実施例における熱源へ供給される熱媒温度の時間変化および熱源の運転能力の時間変化を表したグラフである。
【０１３１】
第二実施例における熱源システム５の運用方法について説明する。
図１０および図１１（ｃ）に示すように、熱源システム５の起動時において、蓄熱槽８３へ長時間蓄熱されず、流入熱媒温度センサ４２に取得される熱媒温度が設計時に想定された流入熱媒温度（定格入口温度、ここでは１４℃を想定している。）よりも高い場合、制御部９０は、第１開閉弁８７を開き、第２開閉弁８８を閉じて、熱源８１で冷却された熱媒を終端槽８５に戻す（段階Ａ）。
【０１３２】
ここで、第一実施例で述べたように、熱媒は、始端槽８４から負荷へ圧送され、負荷において外部空気の熱を吸収し、熱媒温度は定格入口温度程度まで上昇して負荷流出部９１から終端槽８５に流入する。ところが、負荷周辺の条件によっては、終端槽８５に戻る熱媒温度が、定格入口温度（１４℃）より低い温度、例えば１０℃で戻ることがある。その場合、図１１（ｃ）に示すように、熱媒流入温度Ｔｉは段階Ａにおいて定格入口温度を下回る。
【０１３３】
熱媒流入温度Ｔｉが低下すると式（４）で表される熱源運転能力Ｑも図１１（ｄ）に示されるように低下する。制御部９０は、流入熱媒温度センサ４２、流出熱源温度センサ８９、流量センサ４６から取得される情報に基づき算出した熱源８１の運転能力Ｑが、式（５）に表されるように、熱源８１の定格能力Ｑ０の８０％以下になると過流量制御に入る。
過流量制御に入ると、制御部９０は、熱媒ポンプ用インバータモータ８２ａの駆動周波数を制御して熱媒の流量Ｇを増やし、運転能力Ｑが定格能力Ｑ０と等しくなるように制御する。
【０１３４】
その後、熱媒流入温度Ｔｉが一定に安定すると、制御部９０は、第１開閉弁８７を閉じ、第２開閉弁８８を開いて、熱源８１で冷却された熱媒を始端槽８４に戻す（段階Ｂ）。
そして、さらに蓄熱槽８３に冷熱が蓄熱されると、熱媒流入温度Ｔｉがさらに下がり（段階Ｃ）、流入熱媒温度センサ４２と、流量センサ４６と、流出熱源温度センサ８９との出力に基づいて算出される蓄熱量が、規定の熱量に到達したら、熱源システム５を停止し、蓄熱を終了する。
この場合、図１１（ａ）定格入口温度１４℃で戻った場合と比べ、蓄熱する熱量が小さいため、ほぼ定格能力Ｑ０で運転する図１１（ｂ）、図１１（ｄ）では、熱媒流量温度１０℃となる図１１（ｄ）が早く蓄熱を終了する。
【０１３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、設定往還温度差と運用往還温度差が一致する状況での運用に限らず、一致しない状況での運用においても、熱源の低負荷域での運用時間を極力減らすことができ、増段のタイミングを遅らせることもできる。ひいては、熱源システムの高効率運用が実現でき、従来の動力（電力）運用コストを大幅に引き下げたることが可能となる。
【０１３６】
請求項１に係る発明によれば、往還温度差及び熱媒流量に基づき熱媒ポンプの圧送流量を最大負荷時の熱媒循環流量よりも多い過流量とできるので、往還温度差が減少した場合でも、外部負荷に対して熱源の上限能力まで熱供給できる。そのため、省エネルギー低コスト運転、システム効率の向上が実現される。
【０１３７】
請求項２に係る発明によれば、前記外部負荷の変動、特に負荷の急激な低下に対して影響を受け難く、熱媒流量を安定して制御することができる。そのため、熱源システムが安定して運転され、省エネルギー低コスト運転、システム効率の向上が実現される。
【０１３８】
請求項３に係る発明によれば、前記熱媒ポンプの単位時間当たりの流量を増やすことにより、前記熱源の全能力を使用することができ、前記熱源と前記熱媒ポンプの運転台数を抑えることができるため、熱源システムの運転効率が良くなり、運転コストが低くなるという効果を奏する。さらには、過剰な前記熱源、前記熱媒ポンプ等を増設する必要がなくなるため、設備投資費用が少なくなり、設置スペースも小さくなるという効果を奏する。
【０１３９】
請求項４に係る発明によれば、前記熱媒ポンプの単位時間当たりの流量を増やし、前記インバータモータにより駆動することにより、前記熱源の全能力を使用することができ、前記熱源と前記熱媒ポンプの運転台数を抑えることができ、さらに、前記熱媒の流量を細かく調節することができるため、熱源システムの運転効率が良くなり、運転コストが低くなるという効果を奏する。
【０１４０】
請求項５に係る発明によれば、前記熱源１台に対して複数台の前記熱媒ポンプを備え、前記熱源１台に対する前記熱媒ポンプ全体の単位時間当たりの流量を増やすことにより、前記熱源の全能力を使用することができ、前記熱源と前記熱媒ポンプと前記冷却水ポンプと前記冷却塔の運転台数を抑えることができ、さらに、前記熱媒の流量を細かく調節することができるため、熱源システムの運転効率が良くなり、運転コストが低くなるという効果を奏する。
【０１４１】
請求項６に係る発明によれば、前記熱媒ポンプの単位時間当たりの流量を増やすことにより、前記熱源の全能力を使用することができ、前記熱源と前記熱媒ポンプの運転台数を抑えることができるため、熱源システムの運転効率が良くなり、運転コストが低くなるという効果を奏する。さらには、過剰な前記熱源、前記熱媒ポンプ、前記冷却水ポンプ、前記冷却塔を設置する必要がなくなるため、設備投資費用が少なくなり、設置スペースも小さくなるという効果を奏する。
【０１４２】
請求項７に係る発明によれば、複数の熱交換器を並列に備えるので、熱媒循環流量が増えても熱媒流路を分岐させることができ、流動抵抗の著しい増加することなく必要な熱量を供給することができる。
【０１４３】
請求項８に係る発明によれば、制御部は、往還温度差及び熱媒流量に基づき熱媒ポンプの圧送流量を最大負荷時の熱媒循環流量よりも多い過流量とできるので、往還温度差が減少した場合でも、外部負荷に対して熱源の上限能力まで熱供給できる効率的な制御が実現する。
【０１４４】
請求項９に係る発明によれば、前記外部負荷の変動、特に負荷の急激な低下に対して影響を受け難く、熱媒流量を安定して制御することができる。そのため、熱源システムが安定して運転され、省エネルギー低コスト運転、システム効率の向上が実現される。そのため、省エネルギー低コスト運転、システム効率の向上が実現される。
【０１４５】
請求項１０に係る発明によれば、前記熱媒ポンプの単位時間当たりの流量を増やすことにより、前記熱源の全能力を使用することができ、前記熱源と前記熱媒ポンプと前記冷却水ポンプと前記冷却塔の運転台数を抑えることができるため、熱源システムの運転効率が良くなり、運転コストが低くなるという効果を奏する。さらには、過剰な前記熱源と前記熱媒ポンプ等を増設する必要がなくなるため、設備投資費用が少なくなり、設置スペースも小さくなるという効果を奏する。
【０１４６】
請求項１１に係る発明によれば、熱媒ポンプのモータ回転数を制御して前記熱媒ポンプの単位時間当たりの圧送流量を増やすことにより、前記熱源の全能力を使用することができ、前記熱媒の流量を細かく調節することができるため、熱源システムの運転効率が良くなり、運転コストが低くなるという効果を奏する。
【０１４７】
請求項１２に係る発明によれば、制御部は、複数の熱交換器に対して並列に熱媒を流せるので、熱媒循環流量が増えても熱媒流路を分岐させることができ、流動抵抗の著しい増加することなく必要な熱量を供給する制御を実現できる。
【０１４８】
請求項１３に係る発明によれば、制御部は、複数の熱交換器の一部又は全てに対して熱媒を流せるので、熱媒の流動抵抗を著しく増加させることなく、熱媒循環流量の増加に対応することができ、必要な熱量を供給する制御を実現できる。そのため、省エネルギー低コスト運転、システム効率の向上が実現される。
【０１４９】
請求項１４に係る発明によれば、制御部は、複数の熱媒配管を流れる熱媒の経路を変えることができるので、熱媒の流動抵抗を著しく増加させることなく、熱媒循環流量の増加に対応することができ、必要な熱量を供給する制御を実現できる。そのため、省エネルギー低コスト運転、システム効率の向上が実現される。
【０１５０】
請求項１５および１６に係る発明によれば、熱媒の流動抵抗を著しく増加させることなく、熱媒循環流量の増加に対応することができ、必要な熱量を供給する制御を実現できる。そのため、省エネルギー低コスト運転、システム効率の向上が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による空調や工場設備などの熱源システムの第一実施形態を示す模式図である。
【図２】 本発明による熱源システムの冷却容量―動力の関係を示すグラフである。
【図３】 本発明による空調や工場設備などの熱源システムの第二実施形態を示す模式図である。
【図４】 本発明による空調や工場設備などの熱源システムの第二実施形態における制御を示すフローチャートである。
【図５】 本発明による空調や工場設備などの熱源システムの第二実施形態の変形例における制御を示すフローチャートである。
【図６】 本発明による熱源の第三実施形態を示す模式図である。
【図７】 本発明による熱源の第四実施形態を示す模式図である。
【図８】 本発明による熱源の第四実施形態における制御を示すフローチャートである。
【図９】 本発明による熱源の第四実施形態の変形例を示す模式図である。
【図１０】 本発明による空調や工場設備などの熱源システムの第五実施形態を示す模式図である。
【図１１】 本発明による空調や工場設備などの熱源システムの第五実施形態における熱源へ供給される熱媒温度の時間変化および熱源の運転能力の時間変化を表したグラフである。
【図１２】 従来の空調や工場設備などの熱源システムの一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１、２、５ 熱源システム
３ 外部負荷
１１ 第一の熱源（熱源）
１２ 第二の熱源（熱源）
１３ 第三の熱源（熱源）
１４ 第一の冷却塔（冷却塔）
１５ 第二の冷却塔（冷却塔）
１６ 第三の冷却塔（冷却塔）
１７ 第一の冷却水ポンプ（冷却水ポンプ）
１８ 第二の冷却水ポンプ（冷却水ポンプ）
１９ 第三の冷却水ポンプ（冷却水ポンプ）
２１ 第一の熱媒ポンプ（熱媒ポンプ）
２２ 第二の熱媒ポンプ（熱媒ポンプ）
２３ 第三の熱媒ポンプ（熱媒ポンプ）
２１ａ 第一の熱媒ポンプ用インバータモータ（インバータモータ）
２２ａ 第二の熱媒ポンプ用インバータモータ（インバータモータ）
２３ａ 第三の熱媒ポンプ用インバータモータ（インバータモータ）
３３ バイパス回路
３４ 開閉バルブ
４２ 流入熱媒温度センサ（流入熱媒温度検知手段）
４３ 第一の熱源入口温度センサ（熱源入口温度検知手段）
４４ 第二の熱源入口温度センサ（熱源入口温度検知手段）
４５ 第三の熱源入口温度センサ（熱源入口温度検知手段）
４６ 流量センサ（外部熱媒流量検知手段）
４７、５５、６５、８１、９０ 制御部
５０、６０、７０ 熱源
５２ 主熱交換器（熱交換器）
５３ 副熱交換器（熱交換器）
５４、６４ 制御弁（熱媒流れ切り換え手段）
５６ 熱媒配管
６０、７１ 熱交換器
６２ 熱媒主配管（熱媒配管）
６３ 熱媒副配管（熱媒配管）
７２ 第１熱媒配管（熱媒配管）
７３ 第２熱媒配管（熱媒配管）
７４ 第１制御弁７４（熱媒流れ切り換え手段）
７５ 第２制御弁（熱媒流れ切り換え手段）
７６ 折り返し配管（熱媒配管）
７７ 第３制御弁（熱媒流れ切り換え手段）
７８ 第４制御弁（熱媒流れ切り換え手段）
７９ 流出回路（熱媒配管）
８０ 第５制御弁（熱媒流れ切り換え手段）
８１ 熱源
８２ 熱媒ポンプ
８２ａ 熱媒ポンプ用インバータモータ（インバータモータ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、地域冷暖房施設等の熱源として用いられる空調や工場設備などの熱源システムおよび空調や工場設備などの熱源システムの制御方法、さらには当該熱源システムに用いられる熱源とその熱源の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の熱源を用いた熱源システムは、高効率での運転を図り、エネルギーの節減を実現するために、負荷側への熱媒流量を制御する方式が採用されていた（例えば、特許文献１参照。）。
具体的には、負荷側である二次側のポンプ動力を低減し、省エネルギーを図るべく、二次側のポンプ送水量を空調負荷の変化に応じて変化させ、さらに、二次側の送水量の変化に対応させて熱源側である一次側の送水量を変化させる制御を行う。
【０００３】
また、複数台の熱源を備えたシステムにおける増減段を行う制御としては、負荷熱量に応じた運転熱源機器の組み合わせを選択する方式が採用されていた（例えば、特許文献２参照。）。
具体的には、この種の空調や工場設備などの熱源システムの一般的な構成としては図１２に示す構成が知られている。図１２において、空調や工場設備などの熱源システム４は、熱媒を加熱または冷却する第一の熱源１０１及び、第二の熱源１０２及び、第三の熱源１０３と、各熱源１０１，１０２，１０３で加熱または冷却された熱媒を圧送する第一のポンプ１０４、第二のポンプ１０５及び、第三のポンプ１０６を備える。また、各ポンプ１０４，１０５，１０６で圧送された熱媒を集め、外部負荷（地域冷暖房の需要家や空調機やファンコイルなどの負荷機器）３に送るヘッダ１０８と、外部負荷３から返ってきた熱媒を各熱源１０１，１０２，１０３に分配するヘッダ１０９と、ヘッダ１０８とヘッダ１０９とを繋ぐバイパス回路１１０と、を備える。
【０００４】
そして、運転制御のための構成として、バイパス回路１１０に配される、バイパス回路１１０内を流れる熱媒の流量を調節する開閉バルブ１１１と、外部負荷３に送られる熱媒の温度を検知する温度計１１２と、外部負荷３から返ってきた熱媒の温度を検知する温度計１１３と、外部負荷３に流れる熱媒の流量を検知する流量センサ１１４と、を備えるとともに、温度計１１２，１１３及び流量センサ１１４の出力に基づいて、第一の熱源１０１、第二の熱源１０２、第三の熱源１０３、第一のポンプ１０４、第二のポンプ１０５、第三のポンプ１０６、及び開閉バルブ１１１を制御する制御部１１５を備える。
【０００５】
上記の構成からなる熱源システム４においては、例えば、熱媒は、外部負荷３で熱交換され１４℃の熱媒となり、ヘッダ１０９に流入する。ヘッダ１０９に流入した熱媒は、各熱源１０１，１０２，１０３に流入し、冷却され５℃の熱媒となる。５℃に冷却された熱媒は、各熱媒ポンプ１０４，１０５，１０６により圧送され、ヘッダ１０８より外部負荷３に送られるという制御を図る。
【０００６】
ここで、通常、空調や工場設備などの熱源システム４を設計するときには、外部負荷３の要求に合わせて設計される。例えば、最大負荷時に、外部負荷３からの１４℃の熱媒を５℃に冷却して、毎時１００８ｍ３供給することで１０５４８ｋＷ（３０００ＲＴ（冷凍トン））の冷凍能力を発揮することが求められたとする。設計としては、1台の熱源の冷凍能力を３５１６ｋＷ（１０００ＲＴ）とし、３台の合計で１０５４８ｋＷ（３０００ＲＴ）の冷凍能力を確保し、1台の熱媒ポンプが毎時３３６ｍ３の熱媒を供給し、３台の合計で毎時１００８ｍ３の熱媒を供給することとなる。
【０００７】
また、外部負荷３にかかる負荷が減少し、要求される冷凍能力が３１６４ｋＷ（９００ＲＴ）となった場合には、外部負荷３から返ってくる熱媒の温度が１４℃であることを前提として、外部負荷３には毎時３０２ｍ３の熱媒を送ることが求められる。
【０００８】
このとき、制御部１１５は、温度計１１２，１１３、及び流量センサ１１４の出力に基づいて、第一の熱源１０１の冷凍能力を３１６４ｋＷ（９００ＲＴ）に制御し、第一のポンプ１０４を運転するとともに、第二の熱源１０２、第三の熱源１０３の運転を停止し、第二のポンプ１０５、第三のポンプ１０６の運転を停止する。第一のポンプ１０４の吐出流量は毎時３３６ｍ３で要求される流量よりも多いので、制御部１１５は、開閉バルブ１１１を調節し、バイパス回路に毎時１３４ｍ３の熱媒が、ヘッダ１０８からヘッダ１０９に流れるようにして、外部負荷３に流れる熱媒の流量を調節する。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−３１３７６号公報
【特許文献２】
特開２０００−１８６８３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の熱源システム４においては、熱媒が、設計値どおりの往還温度差で運用される状況だけにとどまらず、現実においては、しばしば、熱負荷が外的要因により変動して、外部負荷３から還ってくる熱媒の温度が、変動して一定でないことがあった。外部負荷３に送る熱媒の温度は一定に保たれているため、熱媒流量が一定とすると、熱源システム４が供給する熱量は、外部負荷３から還ってくる熱媒の温度に依存することになる。外部負荷３側から還ってくる熱媒の温度が下がると、外部負荷３側に送る熱媒の温度には変更がないので、熱源１０１の能力を絞って運転することになる。この場合、熱源１０１は高負荷の場合に高効率を発揮するものであるため、能力を絞った低負荷の場合には十分な効率を発揮できない状態での運転となる。熱源システム４をこのような効率の悪い領域で運転し続けることは、運用コストの面からも好ましい運転状況ではなかった。
【００１１】
また、外部負荷３から要求される熱量が増えた場合、すなわち、供給される熱媒を外部負荷３側でより多く取り入れる状況になった場合には、バイパス回路１１０の開閉バルブ１１１を閉めて熱媒流量を増やすことによりヘッダ１０８，１０９間の圧力バランスを保つように対応している。
ところが、往還温度差がつかない状況において、外部負荷３における熱需要が増大した場合であっても、熱媒流量を増やすことにより対応している。そのため、熱源１０１が往還温度差が設定値以下のため絞った運転となっていても、第一のポンプ１０４の容量以上の熱媒流量を確保できないため、要求されている熱量を供給することができず、第二のポンプ１０５を稼動しなければならなくなる。
【００１２】
最も、ただ単に第二のポンプ１０５を稼動させたのでは、外部負荷３側から戻ってきた熱媒が、その温度を下げずにヘッダ１０８側に流入することになり、熱源システム４の供給する熱媒温度が上昇し、安定した往温度の熱媒を供給できなくなる。このため、結果として、第二の熱源１０２と第二のポンプ１０５とをともに運転する、いわゆる増段を余儀なくされることになる。
【００１３】
しかし、増段により熱媒流量の点においては要求を満たしたことになるが、各熱源１０１，１０２の最大能力（３５１６ｋＷ（１０００ＲＴ））よりも低いところ（１５８２ｋＷ（４５０ＲＴ））で運転するため、結果として、当初から運転している熱源の能力を活かしきれず、熱源システム４の運転効率が悪くなるという問題があった。
【００１４】
さらに、第二の熱源１０２と第二のポンプ１０５を運転して外部負荷３から要求される熱量に対応した後、要求される熱量がさらに増加すると、同様にして、熱源が供給できる熱量の上限より先に、ポンプが供給できる熱媒の流量の上限に達してしまう。このような場合、従来の熱源システム４では、第三の熱源１０３と第三のポンプ１０６を運転して要求される熱量に対応することになり、結局、各熱源１０１，１０２，１０３が供給できる熱量の上限より先に、熱媒ポンプが供給できる熱媒の流量の上限に達してしまうため、連鎖的な増段（並列運転）を余儀なくされていた。
【００１５】
つまり、熱源システム４の熱源１０１，１０２，１０３の能力の合計が１０５４８ｋＷ（３０００ＲＴ）であっても、実際に外部負荷３に供給できる熱量はそれ以下（例えば、７０３２ｋＷ（２０００ＲＴ））になってしまう現象が発生する。そこで、外部負荷３の要求に対応するために、さらに熱源と熱媒ポンプの数を増やすことが行われているが、余分な熱源と熱媒ポンプと冷却水ポンプと冷却塔を備えるため、設備費用が増大し、設置スペースが拡大するという問題があった。
【００１６】
この発明は、以上のような事情を考慮してなされたもので、その目的は、熱源の運転に伴うエネルギーロスを解消するために設備の大幅なリニューアルを必要としない形で、熱源システムの効率運用を実現させることにあり、さらには、建設コストの低減、省スペース、省エネルギー低コスト運転、システム効率の向上ができる空調や工場設備などの熱源システムおよび空調や工場設備などの熱源システムの制御方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の空調や工場設備などの熱源システムおよび空調や工場設備などの熱源システムの制御方法では、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
【００１８】
請求項１に係る発明は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する複数の熱源と、該熱源により冷却または加熱された前記熱媒を前記外部負荷へ圧送する熱媒ポンプと、往還温度差を検知するための往還温度差取得手段と、前記外部負荷における熱媒の流量を検知する外部熱媒流量検知手段と、前記熱源、前記熱媒ポンプを制御する制御部と、を備えた熱源システムであって、前記制御部は、前記往還温度差取得手段と前記外部熱媒流量検知手段とが取得した往還温度差及び熱媒流量に基づき前記熱媒ポンプの圧送流量を制御し、
少なくとも一つの前記熱媒ポンプの単位時間当たりの最大圧送流量は、最大負荷時の熱媒循環流量よりも多い過流量であり、運用時の熱媒の往還温度差である運用往還温度差が、設計時の熱媒の往還温度差である設定往還温度差よりも小さい場合に、前記熱媒流量を前記過流量にシフトすることを特徴とする。
【００１９】
この発明に係る熱源システムによれば、往還温度差及び熱媒流量に基づき熱媒ポンプの圧送流量を最大負荷時の熱媒循環流量よりも多い過流量とできるので、往還温度差が減少した場合でも、外部負荷に対して熱源の上限能力まで熱供給できる。
【００２０】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の熱源システムにおいて、前記過流量は、取得した往還温度差及び熱媒流量に基づき算出される最大流量以下の循環流量であり、前記制御部が、前記過流量まで連続的または段階的に熱媒流量が増えるように、熱媒ポンプを制御することを特徴とする。
【００２１】
この発明に係る熱源システムによれば、制御部は、往還温度差及び熱媒流量に基づき算出される最大流量以下の前記過流量まで連続的または段階的に熱媒流量が増えるため、前記外部負荷の変動、特に負荷の急激な低下に対して影響を受け難く、熱媒流量を安定して制御することができる。
【００２２】
請求項３に係る発明は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する少なくとも１台以上の熱源と、該熱源により冷却または加熱された前記熱媒を前記外部負荷へ圧送する少なくとも１台以上の熱媒ポンプと、前記外部負荷から流入する前記熱媒の温度を検知する流入熱媒温度検知手段と、前記熱源の入口における前記熱媒の温度を検知する熱源入口温度検知手段と、前記外部負荷へ圧送される前記熱媒の流量、または前記外部負荷から流入する前記熱媒の流量を検知する外部熱媒流量検知手段と、前記流入熱媒温度検知手段及び、前記熱源入口温度検知手段及び、前記外部熱媒流量検知手段の出力に基づき、前記熱源の運転台数及び、前記熱媒ポンプの運転台数及び、当該熱媒ポンプの圧送流量を制御する制御部とを備えた熱源システムであって、前記熱媒ポンプの１台当たりにおける単位時間当たりの圧送流量は、熱源の最大負荷時における、前記熱媒ポンプの１台当たりの熱媒循環流量よりも多い過流量とされ、運用時の熱媒の往還温度差である運用往還温度差が、設計時の熱媒の往還温度差である設定往還温度差よりも小さい場合に、前記熱媒流量を前記過流量にシフトすることを特徴とする。
【００２３】
この発明に係る熱源システムによれば、前記熱媒ポンプの１台当たりにおける単位時間当たりの流量は、熱源システムの最大負荷時における、前記熱媒ポンプの１台当たりの熱媒循環流量よりも多いため、熱源システムは、新たに前記熱源と対となる前記熱媒ポンプをもう１台ずつ立ち上げることなく、前記熱媒の流量を増やすことにより、必要な熱量を供給することができる。
【００２４】
ひいては、前記熱媒ポンプの単位時間当たりの流量を増やすことにより、前記熱源の全能力を使用することができ、運転する前記熱源と前記熱媒ポンプの台数又は運転台数を抑えることができ、かつ、過剰な前記熱源及び前記熱媒ポンプ及び、前記冷却水ポンプ及び、前記冷却塔を運転又は設置する必要がなくなる。
【００２５】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の熱源システムにおいて、前記熱媒ポンプにより圧送された前記熱媒を前記熱源の流入側へバイパスさせるバイパス回路と、前記バイパス回路内を流れる前記熱媒の流量を調節する開閉バルブとを備え、前記制御部は、当該開閉バルブを閉めた状態で、前記熱源の最大負荷時における、前記熱媒ポンプの１台当たりの熱媒循環流量よりも多くなるように、前記熱媒ポンプを駆動するインバータモータの回転数を制御することを特徴とする。
【００２６】
この発明に係る熱源システムによれば、前記制御部は、前記インバータモータの回転数を上げて、前記熱媒ポンプの圧送流量を増やすことにより、前記外部負荷に流れる前記熱媒の流量を増やすことができる。熱源システムは、新たに前記熱源と対となる前記熱媒ポンプ及び、冷却水ポンプ及び、冷却塔をもう１台ずつ立ち上げることなく、前記熱媒の流量を増やすことにより、必要な熱量を供給することができる。
【００２７】
請求項５に係る発明は、請求項３又は請求項４に記載の熱源システムにおいて、前記熱源に対して前記熱媒ポンプを複数設け、当該複数の熱媒ポンプの単位時間当たりの流量の合計が、前記熱源の最大負荷時における、前記熱源の１台当たりの熱媒循環流量よりも多いことを特徴とする。
【００２８】
この発明に係る熱源システムによれば、前記制御部は、前記熱源に対する前記熱媒ポンプの運転台数を増やし、前記外部負荷に流れる前記熱媒の流量を増やすことができる。熱源システムは、新たに前記熱源と対となる前記熱媒ポンプ及び、冷却水ポンプ及び、冷却塔をもう１台ずつ立ち上げることなく、前記熱媒の流量を増やすことにより、必要な熱量を供給することができる。
【００２９】
請求項６に係る発明は、請求項３ないし請求項５に記載の熱源システムにおいて、前記熱源は冷凍機であって、前記熱源システムは、当該冷凍機に応じて冷却塔と冷却水ポンプをさらに備え、前記制御部は、前記冷凍機の運転台数、前記冷却水ポンプの運転台数、及び、前記冷却塔の運転台数を、さらに制御することを特徴とする。
【００３０】
この発明に係る熱源システムによれば、冷凍装置を熱源としても過流量制御を実現できる熱源システムを提供することができる。
【００３１】
請求項７に係る発明は、請求項１ないし請求項６に記載の熱源システムにおいて、前記熱源は、前記熱媒の冷却又は加熱のために複数の熱交換器を並列に備えるものであって、前記制御部は、熱媒循環流量に応じて当該複数の熱交換器に熱媒を流すことを特徴とする。
【００３２】
この発明に係る熱源システムによれば、複数の熱交換器を並列に備えるので、熱媒循環流量が増えても熱媒流路を分岐させることができ、流動抵抗の著しい増加することなく必要な熱量を供給することができる。
【００３３】
請求項８に係る発明は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する複数の熱源と、該熱源により冷却または加熱された前記熱媒を前記外部負荷へ圧送する熱媒ポンプと、往還温度差を検知するための往還温度差取得手段と、前記外部負荷における熱媒の流量を検知する外部熱媒流量検知手段と、前記熱源、前記熱媒ポンプを制御する制御部と、を備えた熱源システムの制御方法であって、
前記制御部が、前記往還温度差取得手段と前記外部熱媒流量検知手段とが取得した往還温度差及び熱媒流量に基づき、少なくとも一つの前記熱媒ポンプの単位時間当たりの最大圧送流量が、最大負荷時の熱媒循環流量よりも多い過流量となるように前記熱媒ポンプの圧送流量を制御され、運用時の熱媒の往還温度差である運用往還温度差が、設計時の熱媒の往還温度差である設定往還温度差よりも小さい場合に、前記熱媒流量を前記過流量にシフトすることを特徴とする。
【００３４】
この発明に係る熱源システムの制御方法によれば、往還温度差及び熱媒流量に基づき熱媒ポンプの圧送流量を最大負荷時の熱媒循環流量よりも多い過流量とできるので、往還温度差が減少した場合でも、外部負荷に対して熱源の上限能力まで熱供給できる効率的な制御が実現する。
【００３５】
請求項９に係る発明は、請求項８に記載の熱源システムの制御方法において、前記過流量は、取得した往還温度差及び熱媒流量に基づき算出される最大流量以下の循環流量であり、前記熱媒ポンプから圧送される熱媒の流量は、前記過流量まで連続的または段階的に制御されることを特徴とする。
【００３６】
この発明に係る熱源システムの制御方法によれば、往還温度差及び熱媒流量に基づき算出される最大流量以下の前記過流量まで連続的または段階的に熱媒流量が増えるため、前記外部負荷の変動、特に負荷の急激な低下に対して影響を受け難く、熱媒流量を安定して制御することができる。
【００３７】
請求項１０に係る発明は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する、少なくとも１台以上の熱源と、該熱源により冷却または加熱された前記熱媒を前記外部負荷へ圧送する、少なくとも１台以上の熱媒ポンプと、前記熱源、前記熱媒ポンプ、及び当該熱媒ポンプの圧送流量を制御する制御部と、を備え、前記熱媒ポンプの単位時間当たりの圧送流量の合算は、熱源の最大負荷時における、前記熱媒ポンプの熱媒循環流量の合算よりも多い過流量とされた熱源システムの制御方法であって、
前記制御部は、前記外部負荷から流入する前記熱媒の温度及び、前記熱源の入口における前記熱媒の温度及び、前記外部負荷における前記熱媒の流量に基づき、前記熱源の運転台数及び、前記熱媒ポンプの運転台数及び、前記圧送流量を制御し、運用時の熱媒の往還温度差である運用往還温度差が、設計時の熱媒の往還温度差である設定往還温度差よりも小さい場合に、前記熱媒流量を前記過流量にシフトすることを特徴とする。
【００３８】
この発明に係る熱源システムの制御方法によれば、前記制御部は、前記開閉バルブの開度を絞り、前記バイパス回路を流れる前記熱媒の流量を減少させることにより、前記外部負荷に流れる前記熱媒の流量を増やすことができる。これにより熱源システムにおいて、前記熱媒の流量を増やすことにより、新たに前記熱源と対となる前記熱媒ポンプ及び、冷却水ポンプ及び、冷却塔をもう１台ずつ立ち上げることなく、必要な熱量を供給する制御を実現できる。
【００３９】
請求項１１に係る発明は、請求項１０に記載の熱源システムの制御方法前記熱源システムは、熱媒ポンプにより圧送された前記熱媒を前記熱源の流入側へバイパスさせるバイパス回路と、前記バイパス回路内を流れる前記熱媒の流量を調節する開閉バルブとを備え、前記制御部は、当該開閉バルブを閉めた状態で、前記熱源の最大負荷時における、前記熱媒ポンプの１台当たりの熱媒循環流量よりも多くなるように、前記熱媒ポンプのモータ回転数を制御して熱媒循環流量を調整することを特徴とする。
【００４０】
この発明に係る熱源システムの制御方法によれば、制御部は、前記熱媒ポンプのモータ回転数を上げて、前記熱媒ポンプの圧送流量を増やすことにより、前記外部負荷に流れる前記熱媒の流量を増やすことができる。これにより、熱源システムにおいて、前記熱媒の流量を増やすことにより、新たに前記熱源と対となる前記熱媒ポンプ及び、冷却水ポンプ及び、冷却塔をもう１台ずつ立ち上げることなく、必要な熱量を供給する制御を実現できる。
【００４１】
請求項１２に係る発明は、請求項８ないし請求項１１に記載の熱源システムの制御方法において、前記熱源は、前記熱媒の冷却又は加熱のために複数の熱交換器を並列に備えるものであって、前記制御部は、熱媒循環流量に応じて当該複数の熱交換器に熱媒を流すことを特徴とする。
【００４２】
この発明に係る熱源システムの制御方法によれば、制御部は、複数の熱交換器に対して並列に熱媒を流せるので、熱媒循環流量が増えても熱媒流路を分岐させることができ、流動抵抗の著しい増加することなく必要な熱量を供給する制御を実現できる。
【００４３】
請求項１３に係る発明は、外部から流入する熱媒を冷却または加熱する熱交換器と、当該熱交換器に熱媒を流入させる熱媒配管とを備える、請求項１から請求項７のいずれかに記載された熱源システムに用いられる熱源であって、前記熱交換器が複数設けられるとともに、前記熱媒配管には、前記複数の熱交換器の一部、または全てに、熱媒が流れるよう制御する熱媒流れ切り換え手段が備えられ、外部からの指示に基づき、前記熱媒流れ切り換え手段を制御する制御部を備え、運用時の熱媒の往還温度差である運用往還温度差が、設計時の熱媒の往還温度差である設定往還温度差よりも小さい場合に、前記熱媒流量を前記過流量にシフトすることを特徴とする。
【００４４】
この発明に係る熱源によれば、制御部は、複数の熱交換器の一部又は全てに対して熱媒を流せるので、熱媒の流動抵抗を著しく増加させることなく、熱媒循環流量の増加に対応することができ、必要な熱量を供給する制御を実現できる。
【００４５】
請求項１４に係る発明は、外部から流入する熱媒を冷却または加熱する熱交換器と、当該熱交換器に熱媒を流入させる熱媒配管とを備える、請求項１から請求項７のいずれかに記載された熱源システムに用いられる熱源の制御方法であって、前記熱交換器には、複数の前記熱媒配管が備えられるとともに、当該熱媒配管には、前記熱交換器を流れる熱媒の経路を制御する熱媒流れ切り換え手段が備えられ、外部からの指示に基づき、前記熱媒流れ切り換え手段を制御する制御部を備え、運用時の熱媒の往還温度差である運用往還温度差が、設計時の熱媒の往還温度差である設定往還温度差よりも小さい場合に、前記熱媒流量を前記過流量にシフトすることを特徴とする。
【００４６】
この発明に係る熱源によれば、制御部は、複数の熱媒配管を流れる熱媒の経路を変えることができるので、熱媒の流動抵抗を著しく増加させることなく、熱媒循環流量の増加に対応することができ、必要な熱量を供給する制御を実現できる。
【００４７】
請求項１５に係る発明は、外部から流入する熱媒を冷却または加熱する熱交換器と、当該熱交換器に熱媒を流入させる熱媒配管とを備える、請求項１から請求項７のいずれかに記載された熱源システムに用いられる熱源の制御方法であって、前記熱交換器には、複数の前記熱媒配管が備えられ、設計時に想定した標準熱媒流量を流す時には、一部の前記熱交換器に熱媒を流し、標準熱媒流量以上の熱媒を流す時には、全ての前記熱交換器に熱媒を流し、運用時の熱媒の往還温度差である運用往還温度差が、設計時の熱媒の往還温度差である設定往還温度差よりも小さい場合に、前記熱媒流量を前記過流量にシフトすることを特徴とする。
【００４８】
請求項１６に係る発明は、外部から流入する熱媒を冷却または加熱する熱交換器と、当該熱交換器に熱媒を流入させる熱媒配管とを備える、請求項１から請求項７のいずれかに記載された熱源システムに用いられる熱源の制御方法であって、前記熱交換器には、複数の前記熱媒配管が備えられ、設計時に想定した標準熱媒流量を流す時には、熱媒が複数の前記熱媒配管を直列に流れ、標準熱媒流量以上の熱媒を流す時には、熱媒が複数の前記熱媒配管を並列に流れ、運用時の熱媒の往還温度差である運用往還温度差が、設計時の熱媒の往還温度差である設定往還温度差よりも小さい場合に、前記熱媒流量を前記過流量にシフトすることを特徴とする。
【００４９】
この発明に係る熱源の制御方法によれば、熱媒の流動抵抗を著しく増加させることなく、熱媒循環流量の増加に対応することができ、必要な熱量を供給する制御を実現できる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
〔第一実施形態〕
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明にかかる熱源システムの一実施形態を示す全体構成図である。
【００５１】
図１において空調や工場設備などの熱源システム１は、外部負荷３側に供給する熱媒を運転目的に応じて冷却または加熱する複数の熱源として、第一の熱源１１、第二の熱源１２、及び、第三の熱源１３を備える。本実施形態においては、熱媒に水を、熱源に冷凍機を想定している。
【００５２】
ここで、各熱源１１，１２，１３には、それぞれに対応して冷却塔１４，１５，１６が設けられており、冷却塔１４，１５，１６に搬送される冷却水の流量制御はそれぞれ冷却水ポンプ１７，１８，１９により行われる。詳細には、第一の冷却水ポンプ１７は第一の冷却水ポンプ用インバータモータ１７ａにより、第二の冷却水ポンプ１８は第二の冷却水ポンプ用インバータモータ１８ａにより、第三の冷却水ポンプ１９は第三の冷却水ポンプ用インバータモータ１９ａにより駆動され、回転数の変化に応じた流量制御が行われる。
【００５３】
また、熱源システム１は、最大負荷時［１０５４８ｋＷ（３０００ＲＴ）］において均等配分設計した場合の熱媒ポンプの１台当たりの標準熱媒循環流量（毎時３３６ｍ３）よりも、単位時間当たりの流量が多い（最大毎時５０４ｍ３）第一の熱媒ポンプ２１、第二の熱媒ポンプ２２及び、第三の熱媒ポンプ２３を備え、後述する過流量制御を可能とする。
【００５４】
ここで、第一の熱媒ポンプ２１は第一の熱媒ポンプ用インバータモータ２１ａにより、第二の熱媒ポンプ２２は第二の熱媒ポンプ用インバータモータ２２ａにより、第三の熱媒ポンプ２３は第三の熱媒ポンプ用インバータモータ２３ａにより、各々回転数を制御されつつ駆動され、各熱源１１，１２，１３において熱交換を行った熱媒の流量を調整する。
【００５５】
具体的には、本実施形態にかかる熱源システム１では、負荷時に５℃で外部負荷３に供給して１４℃で戻る設計時の熱媒の設定往還温度差９℃に基づき算出される標準熱媒流量に対して、例えば、熱源システム１の運転時に設定往還温度差が確保されず、運転時の実際の熱媒の往還温度差（以後、運転往還温度差と表記）が６℃となった往還温度差降下状況に対応する態様として、この運転往還温度差６℃が、所定の設定往還温度差９℃に対して２／３の運用往還温度差であるので、標準熱媒循環流量に対して１５０％の循環能力（過流量能力）を備える熱媒ポンプを用いる。
【００５６】
ただし、上述した熱媒ポンプの最大流量をどの程度、均等配分設計した場合の標準熱媒循環流量に上乗せするかは、予定されていた設定往還温度差とどの程度の開きが見込まれるかにより設定する。
例えば、熱源システム１の運用時の熱媒の往還温度差（以後、運用往還温度差と表記）が所定の設定往還温度差の半分であれば２００％、運用往還温度差が所定の設定往還温度差の１／３であれば３００％程度とする。言い換えれば、所定の設定往還温度差に対する実際の運用往還温度差の降下量に応じて、その減少比の逆数分を循環能力（熱媒循環最大流量）の増加分とする装置構成を採用する。結果として、熱媒ポンプの単位時間当たりの最大流量の合算は、熱源の最大負荷時に要求される熱媒ポンプの単位時間当たりの熱媒循環流量の合算よりも多いものとなり、全体として過流量を許容できる構成となる。
【００５７】
さらに、熱源システム１は、各熱媒ポンプ１１，１２，１３から圧送された熱媒を集め、外部負荷（地域冷暖房の需要家や空調機やファンコイルなど）３に送るサプライヘッダ３１と、後述するバイパス回路３３を介して搬送された熱媒を外部負荷３から戻った熱媒と混合するとともに、各熱源にその混合した熱媒を供給するリターンヘッダ３２と、サプライヘッダ３１とリターンヘッダ３２とをバイパスさせて、少なくともいずれかの熱源において熱交換された熱媒を熱源の流入側へ搬送するバイパス回路３３と、バイパス回路３３のバイパス流量を制御し外部負荷３への供給圧力を調整する開閉バルブ３４と、を備える。
【００５８】
加えて、熱源システム１は、運転状況を制御にフィードバックするためのセンサとして、外部負荷３から熱源システム１側へ流入する熱媒の温度を検知する流入熱媒温度センサ（流入熱媒温度検知手段）４２、第一の熱源１１に流入する熱媒の温度を検知する第一の熱源入口温度センサ（熱源入口温度検知手段）４３、第二の熱源１２に流入する熱媒の温度を検知する第二の熱源入口温度センサ（熱源入口温度検知手段）４４、第三の熱源１３に流入する熱媒の温度を検知する第三の熱源入口温度センサ（熱源入口温度検知手段）４５、及び、外部負荷３側から熱源システム１側へ流入する熱媒の流量を検知する流量センサ（外部熱媒流量検知手段）４６を備える。
【００５９】
そして、これらセンサからの検知情報（検知温度、検知流量）に基づき効率の良い運転を実現するために、熱源システム１は、制御部４７を設け、流入熱媒温度センサ４２、各熱源入口温度センサ４３，４４，４５、及び、流量センサ４６から出力された検知情報に基づいて、各熱源１１，１２，１３、各インバータモータ１７ａ，１８ａ，１９ａ，２１ａ，２２ａ，２３ａ、及び、開閉バルブ３４を制御する構成を採用している。
【００６０】
ここで、流入熱媒温度センサ４２は、還温度を検知し、運用往還温度差を取得するための運用往還温度差情報取得手段として機能するものであり、制御部４７は取得した還温度値に基づき運用往還温度差を算出する。なお、往温度については、本実施形態においては供給される熱媒の温度が５℃で運用されるものであるが、より好適には、運用往還温度差情報取得手段の一構成要素として、サプライヘッダ５８などに設けられた不図示の往温度センサを流用し、リアルタイムに往温度を取得する構成とするのが望ましい。
【００６１】
また、外部熱媒流量検知手段として機能する流量センサ４６は、図１に示したようにサプライヘッダ３１側に設けられる構成に限られるものではなく、外部負荷３側から熱源システム１に戻る熱媒の流量を検知すべくリターンヘッダ３２側に設ける構成としても良い。
【００６２】
以下、上記の構成からなる空調や工場設備などの熱源システム１における熱媒の循環形態について説明する。
例えば、最大負荷時（設計条件）として、外部負荷３の要求冷凍能力が１０５４８ｋＷ（３０００ＲＴ）とされる場合などには、熱媒は、外部負荷３で熱交換され１４℃の熱媒となり、リターンヘッダ３２に流入する。リターンヘッダ３２に流入した熱媒は、各熱源１１，１２，１３に流入し、冷却され５℃の熱媒となる。５℃に冷却された熱媒は、各インバータモータ２１ａ，２２ａ，２３ａに駆動される各熱媒ポンプ２１，２２，２３により圧送され、サプライヘッダ３１より外部負荷３に送られる。
【００６３】
これに対し、外部負荷３の熱負荷が最大時の３０％のときには、外部負荷３の要求冷凍能力は３１６４ｋＷ（９００ＲＴ）となるが、往還温度差が減少して外部負荷３から返ってくる熱媒温度が１１℃である場合、熱媒の流量は毎時４５４ｍ３求められることになる。
【００６４】
この熱媒の流量は、上述した標準熱媒循環流量に対して１５０％の過流量であり、この流量の算出シーケンスは次のようになる。
まず、制御部４７は、流入熱媒温度センサ４２から還温度情報（１１℃）を取得し、制御部４７が備える不図示の記憶手段から読み出した往温度情報（５℃）を参照して運用往還温度差（６℃）を算出する。または、不図示の流出熱媒温度センサを備える場合には、その流出熱媒温度センサから往温度情報を取得し、取得した往温度情報を参照して運用往還温度差を算出する。
【００６５】
続いて、制御部４７は、記憶手段から読み出した設定往還温度差（９℃）と最大負荷時熱媒流量（１００８ｍ３）とを参照し、算出した運用往還温度差（６℃）に基づき、最大運用流量（毎時４５４ｍ３）を算出する。
具体的には、負荷が３０％であるので、最大冷凍能力時の供給量である毎時１００８ｍ３に対応する毎時設定流量は、その３０％にあたる３０２．４ｍ３と算出され、さらに、その算出された流量に、設定往還温度差９℃と運用往還温度差６℃との比（２／３）の逆数をかけて、毎時運用流量は４５４ｍ３（丸め数値：正確な算出値は４５３．６ｍ３）と算出される。ただし、最終的な最大運用流量は、熱媒ポンプ２１，２２，２３の過流量能力の上限により規制されるものである。
【００６６】
そして、制御部４７は、算出した最大毎時運用流量（例えば、上述した４５４ｍ３）などの制御目標情報と流量センサ４６からの流量情報とに基づき、例えば最大毎時運用流量以下の段階的な流量設定など、外部負荷３が求めている冷凍能力（３１６４ｋＷ（９００ＲＴ））に応じた運転条件を設定し、上述した１００％以上の流量での過流量となる制御を実行する。
【００６７】
詳細には、制御部４７は、不図示の記憶手段に記憶されている各熱源における定流量制御、変流量制御時の冷凍能力に関わる熱源能力関連情報を読み出し、読み出した熱源能力関連情報と制御目標情報、流量情報などに基づき、熱源の運転台数及び運転負荷を決定し、流量センサ４６の出力から熱媒ポンプ用インバータモータ１７ａ，１８ａ，１９ａの回転数を決定し、熱媒流量を制御する。
【００６８】
以下、図２を用いて、運転往還温度差が設定往還温度差よりも小さくなった場合の熱源システム１における冷却容量と稼動動力の相関について、増減段制御を中心に説明する。図２において、熱源システム１の運用において熱源が発生した動力については、その動力に対応する熱源の符号を付した。
図２に示したように、従来であれば、熱源１１の冷却能力を十分に発揮する前の２３４１ｋＷ（６６６ＲＴ）程度で、熱媒の流量が最大流量に到達し、冷却容量によらず増段しなければならなかった。
【００６９】
これに対し、本実施形態にかかる熱源システム１は、外部負荷３から返ってくる熱媒の温度が設計値より低い状態（例えば、１１℃）で、外部負荷３から要求される熱量が増えると、熱媒ポンプの単位時間当たりの最大流量を増加させているため、第一の熱源１１が供給できる熱量の上限（３５１６ｋＷ（１０００ＲＴ））に至るまで、第一の熱媒ポンプ２１の供給できる熱媒の流量を標準設計循環流量以上に上昇させることができ、運用往還温度差が設定往還温度差よりも小さい場合であっても熱媒流量を過流量にシフトさせることにより熱源における負荷が増え、結果として熱源の運用効率がより高い領域での運用が可能となり、過流量能力を高く設定すれば、流量の上限（毎時５０４ｍ３）において冷却容量の最大値付近にまで到達させる制御も実現することができる。
【００７０】
そして、さらに要求される熱量が増えた場合に、外部熱媒流量検知手段４６からの１５０％に到達したという流量情報の取得を契機に制御部４７は増段制御へと移行する。詳細には、制御部４７は、第二の熱源１２と第二の熱媒ポンプ２２と第二の冷却水ポンプ１８と第二の冷却塔１５の運転を開始する。またさらに要求される熱量が増え、外部熱媒流量検知手段４６から所定の流量に到達した旨の情報を取得した場合に、制御部４７は、第三の熱源１３と第三の熱媒ポンプ２３と第三の冷却水ポンプ１９と第三の冷却塔１６の運転を行う。このような過流量制御を行うことにより、最終的には、熱源システム１の全冷凍能力の１０５４８ｋＷ（３０００ＲＴ）を外部負荷３に供給することができる。
【００７１】
ここで、図２に示すように、本発明に係る空調や工場設備などの熱源システム１は、熱媒ポンプの最大流量を異ならせて制御、運用する構成を採用することにより、結果として、冷却容量の観点から見れば、従来の熱源システム４よりも、熱源と熱媒ポンプと冷却水ポンプと冷却塔とが１台ずつ少ない状態で同じ冷却容量を実現するものであり、また、稼動動力の観点から見れば、同じ台数の熱源と熱媒ポンプであっても、より低い動力で同じ冷却容量を実現するものである。
【００７２】
上記の構成によれば、各熱媒ポンプ２１，２２，２３の単位時間当たりの流量を増やし、各熱媒ポンプ２１，２２，２３を各インバータモータ２１ａ，２２ａ，２３ａにより、それぞれ制御部４７で制御して駆動することにより、各熱源１１，１２，１３の全能力を使用することができ、熱源と熱媒ポンプと冷却水ポンプと冷却塔の運転台数を抑えることができ、さらに、各インバータモータ２１ａ，２２ａ，２３ａの回転数を制御することにより熱媒の流量を細かく調節することができる。
【００７３】
ひいては、熱源システム１の運転効率が良くなり、プラント全体としての運転コストを低くすることができる。また、空調や工場設備などの熱源システム１の全冷凍能力を外部負荷３に供給することができるため、過剰な熱源、熱媒ポンプ、冷却水ポンプ、冷却塔を設置する必要がなくなり、熱源システム１の設備投資費用を少なくすることができ、設置スペースも小さくすることができる。
【００７４】
ここで、上記の実施形態においては、熱媒ポンプの単位時間当たりの最大流量を、最大負荷時の熱媒循環流量の１．５倍（毎時５０４ｍ３）に適応して説明したが、この熱媒ポンプの単位時間当たりの最大流量は、外部負荷から返ってくる熱媒温度と外部負荷に送る熱媒温度の差に依存するため、最大負荷時の熱媒循環流量の１．５倍の流量に限られることなく、さまざまな流量に適応することができるものであり、許容できる温度差の減少分を多くとり、例えば、規格温度差と実際の温度差の相違状態に応じて標準流量の５０％程度から１００％以上、さらには３００％まで可変に制御する構成としても良い。
【００７５】
〔第二実施形態〕
続いて、本発明に係る第二実施形態について、図３及び図４に基づき説明する。図３は本実施形態に係る熱源システム２の全体構成図であり、図４は熱源システム２における制御を示すフローチャートである。なお、前述した第一実施形態における熱源システム１の構成要素と同じ機能を果たす構成要素については、同一の符合を付して重複説明を省略する。
【００７６】
本実施形態の熱源システム２では、前述した第一実施形態の熱源システム１とは異なり、往温度を検出する流出熱媒温度検知手段として流出熱媒温度センサ４１と、サプライヘッダ３１とリターンヘッダ３２との熱媒の差圧を検知する差圧検知手段として差圧センサ４８を備える。この流出熱媒温度センサ４１と差圧センサ４８とからの出力も制御部４７に送られて流量制御の条件を定める基礎情報として用いる。特に、流出熱媒温度センサ４１からの出力は、本実施形態において熱源の増減段の判断基準情報として用いる。
【００７７】
以上説明した本実施形態にかかる熱源システム２の制御について図４を用いて詳細に説明する。なお、本制御にかかる各制御ステップは、制御部４７が有する不図示の記憶手段に格納された制御プログラムに基づき、制御部４７により実現される。
【００７８】
図３および図４において、スタート（Ｓ１）は、熱源システム２、および外部負荷３が停止している状態を示している。例えば、深夜、早朝、休日など、外部負荷３において熱の取り出しが行われる可能性がない場合で、熱源システム２が停止している状態を示している。
その後、外部負荷３において熱の取り出しが行われる（負荷が立ち上がる）時刻の直前に、熱源システムを起動して、負荷の立ち上がりに対して準備する。
具体的には、制御部４７は、図には示されていないタイマ（負荷の立ち上がり時刻の前に出力するようにセットされている）からの出力を受けて（Ｓ２）、第一の熱源１１、冷却塔１４、冷却水ポンプ１７、第一の冷却水ポンプ用インバータモータ１７ａ、第一の熱媒ポンプ２１、第一の熱媒ポンプ用インバータモータ２１ａを起動させる（Ｓ３）。
【００７９】
熱源システム２の立ち上げ直後においては、外部負荷３における熱の取り出し、つまり地域冷暖房の需要家や空調機やファンコイルなどへの熱媒体の取り込みが少ないため、外部負荷３から要求される熱媒体供給量は少ない。
そのため、制御部４７は、サプライヘッダ３１の往圧力とリターンヘッダ３２の還圧力の差（以後、圧力差△Ｐと表記）が、一定になるようにバイパス回路３３の開閉バルブ３４を開く制御をする（Ｓ４）。
そして、外部負荷３の運転が開始される時刻になると（Ｓ５）、外部負荷３における熱の取り出が増え、外部負荷３への熱媒体供給量が増え始める。制御部４７は、差圧センサ４８の出力に基づいて、圧力差△Ｐが、一定になるようにバイパス回路３３の開閉バルブ３４を閉じる制御をする（Ｓ６）。
【００８０】
ここまでの制御は、従来行われている制御であり、第一の熱媒ポンプ用インバータモータ２１ａは、設計時に想定された熱媒流量（以後、定格熱媒流量と表記）を供給できる一定の回転数（以後、定格回転数と表記）で運転されている。熱媒の流量制御は、バイパス回路３３の開閉バルブ３４により行われている。
これから、本発明の特徴部分となる部分を以下に説明する。
【００８１】
往還温度差が、設計時に想定した設定往還温度差よりも低い時には、前述したように第一の熱源１１の能力的には余裕があっても、開閉バルブ３４による熱媒流量制御では、圧力差△Ｐを一定に保つことが困難となる（Ｓ７）。つまり、開閉バルブ３４を全閉にしても、圧力差△Ｐを一定に保つことが困難となる。
圧力差△Ｐを一定に保てなくなると、制御部４７は、第一の熱媒ポンプ用インバータモータ２１ａの周波数を制御して過流量制御に入る（Ｓ８）。
【００８２】
過流量制御においては、まず制御部４７が、流出熱媒温度センサ４１と流入熱媒温度センサ４２とによって取得された熱媒の運用往還温度差から、何段階かある熱媒の流量上限のうちの適切な上限流量を決める。その後、暫定的に、第一の熱媒ポンプ用インバータモータ２１ａの駆動周波数を、熱媒の循環流量が、その上限流量を下回る流量で、かつ定格熱媒流量より上回る流量となる所定の駆動周波数で制御する。
そして、熱媒が循環して、外部負荷における熱負荷の状態が、流出熱媒温度センサ４１での熱媒温度に反映されるのに必要な所定時間が経過した後、再び、制御部４７が、運用往還温度差を取得して設定往還温度差と比較し、上記の制御を繰り返す。なお、熱媒流量の段階制御で調節しきれない細かな流量制御は、バイパス回路３３の開閉バルブ３４にて行う。
【００８３】
過流量制御している時、制御部４７は、同時に供給している熱量Ｑｔを式（１）により算出している（Ｓ９）。
【数１】
そして、式（１）により算出した熱量Ｑｔと、その時点で稼動している熱源の定格熱量Ｑｒの合計の８０％とを比較し（Ｓ１０）、式（２）が成立すれば、新たな熱源を立ち上げ、増段する（Ｓ１２）。
【数２】
また、熱媒ポンプの流量が上限に達しない場合であって、式（２）が成立しない場合であって、下記の式（３）が成立する時には（Ｓ１１）、新たな熱源を立ち上げ、増段する（Ｓ１２）。
【数３】
この式（３）が成立するのは、熱源が故障している時であり、Ｓ１０は、熱源が故障しているか否かを判定している部分である。
【００８５】
なお、図４には示していないが、本発明の特徴部分にあたる熱媒ポンプ用インバータモータの駆動周波数制御、つまり過流量制御を行っているＳ８以後の制御に入っている段階で、熱媒ポンプ用インバータモータの駆動周波数の上限になり、それ以上、熱媒の流量が増やせなくなったときには、新たな熱源を立ち上げ、増段する（Ｓ１２）。
【００８６】
以上で、外部熱負荷３における熱負荷が増えた時における、熱源システム２の対応を説明した。
これとは逆に、外部熱負荷３における熱負荷が減少していくときについて説明する。外部熱負荷３における熱負荷が減少すると、流出熱媒温度センサ４１と流入熱媒温度センサ４２とによって取得された熱媒の運用往還温度差が小さくなる。つまり、外部負荷から還ってくる熱媒の温度が低いままとなる。
すると、制御部４７は、熱媒ポンプ用インバータモータの駆動周波数を落としていく。熱媒ポンプ用インバータモータの駆動周波数を落としていって、最低駆動周波数を下回っても、運用往還温度差が小さいままであるなら、その時点で立ち上がっている熱源の内の一台を停止、つまり減段する。この制御を、運用往還温度差が設定往還温度差と等しくなるまで繰り返す。
【００８７】
また、前述した第一実施形態のように流出熱媒温度センサがない場合であっても、不図示の記憶手段に設定往温度情報を格納し、この往温度情報を用いることにより、上述した制御を適用することは可能である。多少の誤差を含む運用とはなるが、従来に比べ消費電力を抑えた省エネルギー地域冷暖房システムを提供できる。
【００８８】
〔第二実施形態の変形例〕
また、本発明に係る第二実施形態の変形例について、図５に基づき説明する。図５は熱源システム２における制御を示すフローチャートである。なお、図５において、前述した第二実施形態における制御と同様の制御を行っている部分には、同一の符合を付して重複説明を省略する。
【００８９】
本変形例の制御が適用される熱源システムは、前述した第二実施形態の熱源システム２と構成が同一であり、またその働きも同一であるため、同一の符号を付しその説明を省略する。
【００９０】
本変形例にかかる熱源システム２の制御について図５を用いて詳細に説明する。なお、本制御にかかる各制御ステップは、制御部４７が有する不図示の記憶手段に格納された制御プログラムに基づき、制御部４７により実現される。
【００９１】
図５において、制御ステップのＳ１からＳ８までは、つまり、過流量制御に入るまでは、前述した第二実施形態の制御と同じであるので、その説明を省略する。
過流量制御に入ってからは、立ち上がっている熱源が、その時点での運用負荷を検知して、運用負荷が定格負荷の８０％を越えたら、制御部４７に信号出力する（Ｓ２１）。
例えば、熱源が電動冷凍機の場合なら、運用負荷は電動機に供給されている電流値または電力値と相関関係があるので、定格負荷における電流値または電力値を１００％として、電動機に供給されている電流値または電力値が８０％を越えたら信号を出力する。同様に、熱源が吸収冷凍機ならば、燃料の供給弁が同様の働きをするので、燃料供給弁の開度が８０％を越えたら信号を出力する。
【００９２】
制御ステップＳ２１で熱源から信号を受けた制御部４７は、新たな熱源を立ち上げ、つまり増段する（Ｓ１２）。以後のフローチャートにおける制御方法は、前述した第二実施形態における制御方法と同様であるため、その説明を省略する。
【００９３】
また、熱源の減段における制御方法も、増段の制御方法と同様に、熱源からの信号に基づいて行われる。つまり、熱源にかかる負荷が低下し、熱源の運用上の最低負荷よりも負荷が下がると、熱源は、制御部４７に減段を行うきっかけとなる信号を出力する。信号を受け取った制御部４７は、その時点で立ち上がっている熱源の内の一台を停止し、減段する。
【００９４】
上記の構成によれば、熱源から増段または減段の信号を出しても、増段または減段のタイミングがとれる。つまり、いろいろな温度条件、状態をシステム的に演算するという難しい計算をしなくても、熱源からの信号で増段または減段することができ、単純な制御方法で制御することができる。
【００９５】
なお、上述した第一実施形態および第二実施形態において、すべての熱媒ポンプが過流量を許容するものであることが好適であるが、少なくとも一つの熱媒ポンプが過流量制御を可能とするものであれば、従来構成以上の効率改善が見込めるものであり、特に、最初に稼動される一次熱媒ポンプの流量が過流量であれば、年間を通して最大負荷時の運転が求められる時期が短いことに鑑みると、ある程度の効率改善を図ることができる。
【００９６】
また、上述した実施形態において、熱媒ポンプは熱源と１対１で設置され、大容量で、かつインバータモータで駆動するものに適応して説明したが、この熱媒ポンプは熱源と１対１で設置され、大容量で、かつインバータモータで駆動するものに限られることなく、１台の熱源に対して複数台の小容量の熱媒ポンプを設置するものなど、その他各種の形式の熱媒ポンプに適応することができるものである。この場合においても、熱源１台に備えられた熱媒ポンプの全体の単位時間当たり流量の合算は、熱源システムの最大負荷時における、熱源１台当たりの熱媒循環流量の合算よりも多い構成となる。なお、熱媒の流量は、開閉バルブを開き、バイパス回路を通じて熱源の流入側に流して調節できる。
【００９７】
加えて、上述した実施形態において、モータ回転数制御手段としてインバータモータを採用し、電源周波数以上の周波数まで制御可能な構成として最大能力をより高くしたが、モータ回転数制御手段が用いるモータの回転数の制御の方式として、極数変換（ポールチェンジ）方式を採用しても良い。
【００９８】
〔第三実施形態〕
上述したように、広範囲に熱媒流量を増加させる場合において、熱源内部における流動抵抗は、装置構成によっては、熱媒流量の増加分以上の増加率を示し得る。そこで、過流量制御における流動抵抗の軽減する構成を実現した本発明に係る第三実施形態を図６に基づき説明する。本実施形態では、上述した実施形態における熱源が複数の熱交換器を有する構成の一形態として、熱交換器を複数備える構成を採用した。図６は、本実施形態に係る熱源５０の概略構成図である。本実施形態においても、原則として上述した第一実施形態と同じシステム構成及び制御を採用し、熱源の内部構成を変更するにとどめる。
【００９９】
図６に示したように、熱源５０は、熱源５０に流入する熱媒循環流量を検知する熱媒循環流量検知手段５１と、熱媒を冷却または加熱する主熱交換器５２と副熱交換器５３と、副熱交換器５３への熱媒の流入を制御する制御弁（熱媒流れ切り換え手段）５４と、熱媒循環流量検知手段５１から送られた信号（情報）に基づき制御弁５４を制御する制御部５５を備える。
【０１００】
ここで、熱源５０内における熱媒搬送回路では、主熱交換器５２と副熱交換器５３に流れる熱媒流路が並列となるように熱媒配管５６によって接続する。熱源５０は、制御部５５の制御下で、熱媒循環流量が通常の標準循環流量にあるうちは、この主熱交換器を用いて熱交換を行う。
【０１０１】
しかし、上述したように、熱媒流量の増加に伴い、熱源５０を流れる熱媒の流動抵抗は流量の２乗に比例して著しく増大する。具体的には、熱源５０を通過する熱媒の流動抵抗は、熱媒流量が１．５倍になった場合、流動抵抗は２．２５倍に及ぶ。このため、制御部５５は、熱源５０に流入する熱媒流量を熱媒循環流量検知手段５１で検知し、その検知した熱媒流量が所定の値になった場合に、制御弁５４を開状態として主熱交換器５２に流入する熱媒を副熱交換器５３へ分岐させる制御を行う。これにより、熱源５０全体としての熱媒の流動抵抗の増加を抑制するとともに、必要な熱量を供給することができる。
【０１０２】
なお、本変形例の構成は上述した構成に限られるものではなく、装置の小型化、簡略化を図るべく、熱媒循環流量検知手段５１に代えて、前述した制御部４７から熱媒ポンプの制御を行う際の判断情報として用いる運用中の熱媒循環量を授受する構成としても良く、また、独立して制御部５５を設けず、制御部４７に機能を組み込む構成としても良い。
【０１０３】
〔第四実施形態〕
図７から図８はこの発明の第四実施形態を示す図である。本実施形態においては、上述した実施形態における熱源の熱交換器に熱媒が流れる経路を、複数の経路から選択できる構成を採用している。図７は、本実施形態に係る熱源６０の概略構成図である。本実施形態においても、原則として上述した第一実施形態と同じシステム構成及び制御を採用し、熱源の内部構成を変更するにとどめる。
【０１０４】
熱源６０は、図７に示すように、熱媒を冷却または加熱する熱交換器６１と、常に熱媒体が流れる熱媒主配管（熱媒配管）６２と、過流量制御の一時期のみ熱媒が流れる熱媒副配管（熱媒配管）６３と、熱媒副配管６３への熱媒の流入を制御する制御弁（熱媒流れ切り換え手段）６４と、熱媒循環流量検知手段５１から送られた信号（情報）に基づき制御弁６４を制御する制御部６５を備える。
【０１０５】
上記の熱源６０の構成においては、熱媒循環流量が通常の標準循環流量にあるうちは、制御部６５が、制御弁６４を閉じて熱媒が熱媒主配管６２に流れて、熱交換器６１において熱交換を行う。熱媒循環流量が増えて、通常の標準循環流量以上となれば、制御弁６４を開いて熱媒が熱媒主配管６２と熱媒副配管６３に流れて、熱交換器６１において熱交換を行う。
【０１０６】
図８をもちいて、どのタイミングで上記の制御を行っているか説明する。
熱源システム１が過流量制御に入る前、図８においては、制御ステップＳ１からＳ７までは、制御部６５が、無条件に制御弁６４を閉じて熱媒を熱媒主配管６２のみに流す。
制御ステップＳ８に入ると、制御部６５は、熱媒循環流量検知手段５１から熱媒流量の信号（情報）を取得し始める。そして、熱媒循環流量検知手段５１に検知された熱媒流量が、標準熱媒流量の１５０％となると、制御部６５は、制御弁６４を開き、熱媒を熱媒主配管６２と熱媒副配管６３との両者に流す。
【０１０７】
そして、制御ステップがＳ１２、つまり増段に至ると、過流量制御から抜けて、通常の流量制御に移るので、熱媒循環流量検知手段５１に検知される熱媒流量も減少し、その情報に基づき、制御部６５は、制御弁６４を閉じて熱媒を熱媒主配管６２のみに流す制御を行う。
【０１０８】
上記の構成によれば、熱源の圧力容器を増やすことなく、熱媒の流動抵抗の増加を抑制するとともに、必要な熱量を供給することができる。つまり、管理対象である圧力容器をふやすことがないため、メンテナンスコストの上昇を押えつつ、熱媒の流動抵抗の増加を抑制するとともに、必要な熱量を供給することができる。
【０１０９】
〔第四実施形態の変形例〕
また、本発明に係る第四実施形態の変形例について、図９（ａ）、（ｂ）に基づき説明する。本実施形態においては、上述した実施形態における熱源の熱交換器に熱媒が流れる経路を、複数の経路から選択できる構成を採用している。図９（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る熱源７０の概略構成図である。本実施形態においても、原則として上述した第一実施形態と同じシステム構成及び制御を採用し、熱源の内部構成を変更するにとどめる。
【０１１０】
熱源７０は、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、熱媒を冷却または加熱する熱交換器７１と、熱交換器７１外で分岐して並列に配置された第１熱媒配管７２および第２熱媒配管７３と、第１熱媒配管７２および第２熱媒配管７３の流出側にそれぞれ備えられた第１制御弁７４（熱媒流れ切り換え手段）および第２制御弁（熱媒流れ切り換え手段）７５と、熱交換器７１および第１制御弁７４の間と熱交換器７１および第２制御弁７５の間をつなぐ折り返し配管（熱媒配管）７６と、折り返し配管７６に設けられた第３制御弁（熱媒流れ切り換え手段）７７と、第２熱媒配管７３の流入側に備えられた第４制御弁（熱媒流れ切り換え手段）７８と、熱交換器７１と第４制御弁７８との間と第１熱媒配管７２および第２熱媒配管７３の合流部とをつなぐ流出回路（熱媒配管）７９と、流出回路に備えられた第５制御弁（熱媒流れ切り換え手段）８０と、熱源７０に流入する熱媒の流量を取得する熱媒循環流量検知手段５１から送られた信号（情報）に基づき第１制御弁７４、第２制御弁７５、第３制御弁７７、第４制御弁７８、第５制御弁８０とを制御する制御部８１を主な構成要素として備えている。
【０１１１】
上記の熱源７０の構成においては、熱媒循環流量が通常の標準循環流量にあるうちは、図９（ａ）に示すように、制御部８１が、第３制御弁７７、第５制御弁８０を開き、第１制御弁７４、第２制御弁７５、第４制御弁７８を閉じる。すると熱媒は、第１熱媒配管７２、折り返し配管７６、第２熱媒配管７３、流出回路７９の順に流れる、２パス運転がなされる。
熱媒循環流量が増えて、通常の標準循環流量以上となれば、図９（ｂ）に示すように、制御部８１が、第１制御弁７４、第２制御弁７５、第４制御弁７８を開き、第３制御弁７７、第５制御弁８０を閉じる。すると熱媒は、第１熱媒配管７２と第２熱媒配管７３とに分岐して流れる、１パス運転がなされる。
【０１１２】
上記の制御が行われるタイミング、条件などは、前述した第四実施形態と同じであるため、その説明を省略する。
【０１１３】
なお、上記の変形例においては、熱交換器７１内に配置される熱媒配管が２本のものに適応して説明したが、熱交換器７１内に配置される熱媒配管が２本のものに限られることなく、３本以上のものに適応することができるものである。
その際には、熱媒の流量がより大流量のものに対応することができる。
【０１１４】
特に、個別建物に留まらず、大規模な地域冷暖房システムの高効率運用に対して有効であり、さらには、新規施工時だけでなく、現実の運用状況（運用往還温度差の月別推移など）が明らかになっている既存の地域冷暖房システム等の改修を行う場合にも、既存設備を生かしつつ、好適に本発明を実現できる。
【０１１５】
なお、以上説明した実施形態の変形例として、熱源システムとして要求される規模が小さい場合に好適な態様として、熱源が一つ、対応する熱源ポンプが一つであっても、規格往還温度差に満たない温度差に応じて流量を増加させる上記構成を適用することにより、熱源単体の能力を十分に発揮させ、運転効率を向上させる構成を実現できる。
【０１１６】
〔第五実施形態の第一実施例〕
続いて、本発明に係る第五実施形態の第一実施例について、図１０および図１１を用いて説明する。図１０は、本実施形態の第一実施例および次に述べる第二実施例に係る熱源システム５の全体構成図であり、図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、第一実施例における熱源へ供給される熱媒温度の時間変化および熱源の運転能力の時間変化を表したグラフである。なお、前述した第一実施形態における熱源システム１の構成要素と同じ機能を果たす構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１１７】
図１０において熱源システム５は、熱媒を冷却および過熱する熱源８１と、熱媒を圧送する熱媒ポンプ８２と、熱媒ポンプ８２を駆動する熱媒ポンプ用インバータモータ８２ａと、外部負荷である蓄熱槽８３とを主な構成要素として備えている。
【０１１８】
蓄熱槽８３には、熱媒が流入する側に始端槽８４と、熱媒が流出する側に終端槽８５とが設けられている。さらに、熱源８１と始端槽８４との間の配管から、終端槽８５へつながる戻し配管８６が備えられ、戻し配管８６には熱媒の流れを制御する第１開閉弁８７が備えられ、蓄熱槽８３の熱媒流入側には、熱媒の流れを制御する第２開閉弁８８が備えられている。また、熱源８１の熱媒流出側には、熱媒の温度を取得する流出熱源温度センサ８９が備えられている。
そして、流入熱媒温度センサ４２と、流量センサ４６と、流出熱源温度センサ８９との出力に基づいて熱媒ポンプ用インバータモータ８２ａと、第１開閉弁８７と、第２開閉弁８８とを制御する制御部９０を備えている。
【０１１９】
また、蓄熱槽８３に蓄えられた熱媒の熱を外部に伝達する負荷には、始端槽８４から熱媒を負荷へ流入させる熱媒流入部９２が備えられ、負荷において熱交換した熱媒を終端槽８５へ戻すための熱媒流出部９１が備えられている。始端槽８４と熱媒流入部９２との間には、熱媒を負荷へ圧送する払出ポンプ９３が備えられている。
【０１２０】
以上の構成からなる熱源システム５における運用方法について説明する。
図１０および図１１（ａ）に示すように、熱源システム５の起動時において、蓄熱槽８３へ長時間蓄熱されず、流入熱媒温度センサ４２に取得される熱媒温度が設計時に想定された流入熱媒温度（定格入口温度、ここでは１４℃を想定している。）よりも高い場合、制御部９０は、第１開閉弁８７を開き、第２開閉弁８８を閉じて、熱源８１で冷却された熱媒を終端槽８５に戻す（段階Ａ）。
【０１２１】
その後、終端槽８５の熱媒の温度が下がり、流入熱媒温度センサ４２に取得される熱媒温度が、定格入口温度になると、制御部９０は、第１開閉弁８７を閉じ、第２開閉弁８８を開いて、熱源８１で冷却された熱媒を始端槽８４に戻す（段階Ｂ）。
熱源８１に流入する熱媒の温度が定格入口温度になっているので、熱源８１から流出する熱媒の温度は、設計時に想定した温度（定格出口温度、ここでは５℃を想定している。）になる。
【０１２２】
段階Ｂにおいて蓄熱槽８３内の熱媒温度は、始端槽８４側で５℃、終端槽８５側で１４℃になっており、その中間の熱媒温度は滑らかな温度勾配を形成しており、この状態を温度成層が形成されているという。
時間が経過すると、始端槽８４側の５℃の領域が広がり、終端槽８５側の１４℃の領域が狭くなり、そのうち終端槽８５の熱媒温度が１４℃を下回るようになる。
【０１２３】
すると、終端槽８５から熱源８１に流入する熱媒温度も定格入口温度を下回る（段階Ｃ）。熱源８１に流入する熱媒温度が下がると、次式で表される熱源運転能力Ｑも低下する。
【数４】
【０１２４】
制御部９０は、流入熱媒温度センサ４２、流出熱源温度センサ８９、流量センサ４６から取得される情報に基づき、熱源８１の運転能力Ｑを算出しており、次式に表されるように、運転能力Ｑが、熱源８１の定格能力Ｑ０の８０％以下になると、過流量制御に入る。
【数５】
過流量制御において、制御部９０は、熱媒ポンプ用インバータモータ８２ａの駆動周波数を制御して、熱媒の流量Ｇを増やして運転能力Ｑが、定格能力Ｑ０と等しくなるように制御する。
以上の熱源システム５起動からの運転能力Ｑの変化は、図１１（ｂ）に示されている。この図１１（ｂ）から判るように、過流量制御を行うことにより、熱源システム５の運転能力Ｑは、高いパーセンテージを保つことができ、効率の良い蓄熱運転ができている。
【０１２６】
そして、流入熱媒温度センサ４２と、流量センサ４６と、流出熱源温度センサ８９との出力に基づいて算出される蓄熱量が、規定の熱量に到達したら、熱源システム５を停止し、蓄熱を終了する。
【０１２７】
このようにして、蓄熱槽８３の熱媒に蓄熱される冷熱は、始端槽８４から払出ポンプ９３により負荷流入部９２に圧送され、負荷において外部空気を冷却して負荷流出部９１から終端槽８５に流入する。
【０１２８】
なお、上記の実施形態においては、熱源システム５の起動時における熱媒の流量を一義的に定格流量にするものに適応して説明したが、この定格流量で起動するものに限られることなく、次式により算出される熱媒流量Ｇ１で起動するものに適応することもできる。
【数６】
また、上記の実施形態の過流量制御において、熱媒流量Ｇを、運転能力Ｑと定格能力Ｑ０とが等しくなる熱媒流量として制御するものに適応して説明したが、この制御方法に限られることなく、熱媒流量を所定の熱媒過流量にして、運転能力Ｑが定格能力Ｑ０の９０％まで上昇したら、熱媒流量を定格流量に戻し、運転能力Ｑが再び定格能力Ｑ０の８０％まで低下したら、熱媒流量を所定の熱媒過流量にする制御に適応することもできる。
【０１３０】
〔第五実施形態の第二実施例〕
次に、本発明に係る第五実施形態の第二実施例について、図１０および図１１を用いて説明する。図１０は、本実施形態の前述した第１実施例および第二実施例に係る熱源システム５の全体構成図であり、第二実施例に係る熱源システムの全体構成は、第一実施例の全体構成と同様であるので、同じ機能を果たす構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。図１１（ｃ）および図１１（ｄ）は、第二実施例における熱源へ供給される熱媒温度の時間変化および熱源の運転能力の時間変化を表したグラフである。
【０１３１】
第二実施例における熱源システム５の運用方法について説明する。
図１０および図１１（ｃ）に示すように、熱源システム５の起動時において、蓄熱槽８３へ長時間蓄熱されず、流入熱媒温度センサ４２に取得される熱媒温度が設計時に想定された流入熱媒温度（定格入口温度、ここでは１４℃を想定している。）よりも高い場合、制御部９０は、第１開閉弁８７を開き、第２開閉弁８８を閉じて、熱源８１で冷却された熱媒を終端槽８５に戻す（段階Ａ）。
【０１３２】
ここで、第一実施例で述べたように、熱媒は、始端槽８４から負荷へ圧送され、負荷において外部空気の熱を吸収し、熱媒温度は定格入口温度程度まで上昇して負荷流出部９１から終端槽８５に流入する。ところが、負荷周辺の条件によっては、終端槽８５に戻る熱媒温度が、定格入口温度（１４℃）より低い温度、例えば１０℃で戻ることがある。その場合、図１１（ｃ）に示すように、熱媒流入温度Ｔｉは段階Ａにおいて定格入口温度を下回る。
【０１３３】
熱媒流入温度Ｔｉが低下すると式（４）で表される熱源運転能力Ｑも図１１（ｄ）に示されるように低下する。制御部９０は、流入熱媒温度センサ４２、流出熱源温度センサ８９、流量センサ４６から取得される情報に基づき算出した熱源８１の運転能力Ｑが、式（５）に表されるように、熱源８１の定格能力Ｑ０の８０％以下になると過流量制御に入る。
過流量制御に入ると、制御部９０は、熱媒ポンプ用インバータモータ８２ａの駆動周波数を制御して熱媒の流量Ｇを増やし、運転能力Ｑが定格能力Ｑ０と等しくなるように制御する。
【０１３４】
その後、熱媒流入温度Ｔｉが一定に安定すると、制御部９０は、第１開閉弁８７を閉じ、第２開閉弁８８を開いて、熱源８１で冷却された熱媒を始端槽８４に戻す（段階Ｂ）。
そして、さらに蓄熱槽８３に冷熱が蓄熱されると、熱媒流入温度Ｔｉがさらに下がり（段階Ｃ）、流入熱媒温度センサ４２と、流量センサ４６と、流出熱源温度センサ８９との出力に基づいて算出される蓄熱量が、規定の熱量に到達したら、熱源システム５を停止し、蓄熱を終了する。
この場合、図１１（ａ）定格入口温度１４℃で戻った場合と比べ、蓄熱する熱量が小さいため、ほぼ定格能力Ｑ０で運転する図１１（ｂ）、図１１（ｄ）では、熱媒流量温度１０℃となる図１１（ｄ）が早く蓄熱を終了する。
【０１３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、設定往還温度差と運用往還温度差が一致する状況での運用に限らず、一致しない状況での運用においても、熱源の低負荷域での運用時間を極力減らすことができ、増段のタイミングを遅らせることもできる。ひいては、熱源システムの高効率運用が実現でき、従来の動力（電力）運用コストを大幅に引き下げたることが可能となる。
【０１３６】
請求項１に係る発明によれば、往還温度差及び熱媒流量に基づき熱媒ポンプの圧送流量を最大負荷時の熱媒循環流量よりも多い過流量とできるので、往還温度差が減少した場合でも、外部負荷に対して熱源の上限能力まで熱供給できる。そのため、省エネルギー低コスト運転、システム効率の向上が実現される。
【０１３７】
請求項２に係る発明によれば、前記外部負荷の変動、特に負荷の急激な低下に対して影響を受け難く、熱媒流量を安定して制御することができる。そのため、熱源システムが安定して運転され、省エネルギー低コスト運転、システム効率の向上が実現される。
【０１３８】
請求項３に係る発明によれば、前記熱媒ポンプの単位時間当たりの流量を増やすことにより、前記熱源の全能力を使用することができ、前記熱源と前記熱媒ポンプの運転台数を抑えることができるため、熱源システムの運転効率が良くなり、運転コストが低くなるという効果を奏する。さらには、過剰な前記熱源、前記熱媒ポンプ等を増設する必要がなくなるため、設備投資費用が少なくなり、設置スペースも小さくなるという効果を奏する。
【０１３９】
請求項４に係る発明によれば、前記熱媒ポンプの単位時間当たりの流量を増やし、前記インバータモータにより駆動することにより、前記熱源の全能力を使用することができ、前記熱源と前記熱媒ポンプの運転台数を抑えることができ、さらに、前記熱媒の流量を細かく調節することができるため、熱源システムの運転効率が良くなり、運転コストが低くなるという効果を奏する。
【０１４０】
請求項５に係る発明によれば、前記熱源１台に対して複数台の前記熱媒ポンプを備え、前記熱源１台に対する前記熱媒ポンプ全体の単位時間当たりの流量を増やすことにより、前記熱源の全能力を使用することができ、前記熱源と前記熱媒ポンプと前記冷却水ポンプと前記冷却塔の運転台数を抑えることができ、さらに、前記熱媒の流量を細かく調節することができるため、熱源システムの運転効率が良くなり、運転コストが低くなるという効果を奏する。
【０１４１】
請求項６に係る発明によれば、前記熱媒ポンプの単位時間当たりの流量を増やすことにより、前記熱源の全能力を使用することができ、前記熱源と前記熱媒ポンプの運転台数を抑えることができるため、熱源システムの運転効率が良くなり、運転コストが低くなるという効果を奏する。さらには、過剰な前記熱源、前記熱媒ポンプ、前記冷却水ポンプ、前記冷却塔を設置する必要がなくなるため、設備投資費用が少なくなり、設置スペースも小さくなるという効果を奏する。
【０１４２】
請求項７に係る発明によれば、複数の熱交換器を並列に備えるので、熱媒循環流量が増えても熱媒流路を分岐させることができ、流動抵抗の著しい増加することなく必要な熱量を供給することができる。
【０１４３】
請求項８に係る発明によれば、制御部は、往還温度差及び熱媒流量に基づき熱媒ポンプの圧送流量を最大負荷時の熱媒循環流量よりも多い過流量とできるので、往還温度差が減少した場合でも、外部負荷に対して熱源の上限能力まで熱供給できる効率的な制御が実現する。
【０１４４】
請求項９に係る発明によれば、前記外部負荷の変動、特に負荷の急激な低下に対して影響を受け難く、熱媒流量を安定して制御することができる。そのため、熱源システムが安定して運転され、省エネルギー低コスト運転、システム効率の向上が実現される。そのため、省エネルギー低コスト運転、システム効率の向上が実現される。
【０１４５】
請求項１０に係る発明によれば、前記熱媒ポンプの単位時間当たりの流量を増やすことにより、前記熱源の全能力を使用することができ、前記熱源と前記熱媒ポンプと前記冷却水ポンプと前記冷却塔の運転台数を抑えることができるため、熱源システムの運転効率が良くなり、運転コストが低くなるという効果を奏する。さらには、過剰な前記熱源と前記熱媒ポンプ等を増設する必要がなくなるため、設備投資費用が少なくなり、設置スペースも小さくなるという効果を奏する。
【０１４６】
請求項１１に係る発明によれば、熱媒ポンプのモータ回転数を制御して前記熱媒ポンプの単位時間当たりの圧送流量を増やすことにより、前記熱源の全能力を使用することができ、前記熱媒の流量を細かく調節することができるため、熱源システムの運転効率が良くなり、運転コストが低くなるという効果を奏する。
【０１４７】
請求項１２に係る発明によれば、制御部は、複数の熱交換器に対して並列に熱媒を流せるので、熱媒循環流量が増えても熱媒流路を分岐させることができ、流動抵抗の著しい増加することなく必要な熱量を供給する制御を実現できる。
【０１４８】
請求項１３に係る発明によれば、制御部は、複数の熱交換器の一部又は全てに対して熱媒を流せるので、熱媒の流動抵抗を著しく増加させることなく、熱媒循環流量の増加に対応することができ、必要な熱量を供給する制御を実現できる。そのため、省エネルギー低コスト運転、システム効率の向上が実現される。
【０１４９】
請求項１４に係る発明によれば、制御部は、複数の熱媒配管を流れる熱媒の経路を変えることができるので、熱媒の流動抵抗を著しく増加させることなく、熱媒循環流量の増加に対応することができ、必要な熱量を供給する制御を実現できる。そのため、省エネルギー低コスト運転、システム効率の向上が実現される。
【０１５０】
請求項１５および１６に係る発明によれば、熱媒の流動抵抗を著しく増加させることなく、熱媒循環流量の増加に対応することができ、必要な熱量を供給する制御を実現できる。そのため、省エネルギー低コスト運転、システム効率の向上が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による空調や工場設備などの熱源システムの第一実施形態を示す模式図である。
【図２】 本発明による熱源システムの冷却容量―動力の関係を示すグラフである。
【図３】 本発明による空調や工場設備などの熱源システムの第二実施形態を示す模式図である。
【図４】 本発明による空調や工場設備などの熱源システムの第二実施形態における制御を示すフローチャートである。
【図５】 本発明による空調や工場設備などの熱源システムの第二実施形態の変形例における制御を示すフローチャートである。
【図６】 本発明による熱源の第三実施形態を示す模式図である。
【図７】 本発明による熱源の第四実施形態を示す模式図である。
【図８】 本発明による熱源の第四実施形態における制御を示すフローチャートである。
【図９】 本発明による熱源の第四実施形態の変形例を示す模式図である。
【図１０】 本発明による空調や工場設備などの熱源システムの第五実施形態を示す模式図である。
【図１１】 本発明による空調や工場設備などの熱源システムの第五実施形態における熱源へ供給される熱媒温度の時間変化および熱源の運転能力の時間変化を表したグラフである。
【図１２】 従来の空調や工場設備などの熱源システムの一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１、２、５ 熱源システム
３ 外部負荷
１１ 第一の熱源（熱源）
１２ 第二の熱源（熱源）
１３ 第三の熱源（熱源）
１４ 第一の冷却塔（冷却塔）
１５ 第二の冷却塔（冷却塔）
１６ 第三の冷却塔（冷却塔）
１７ 第一の冷却水ポンプ（冷却水ポンプ）
１８ 第二の冷却水ポンプ（冷却水ポンプ）
１９ 第三の冷却水ポンプ（冷却水ポンプ）
２１ 第一の熱媒ポンプ（熱媒ポンプ）
２２ 第二の熱媒ポンプ（熱媒ポンプ）
２３ 第三の熱媒ポンプ（熱媒ポンプ）
２１ａ 第一の熱媒ポンプ用インバータモータ（インバータモータ）
２２ａ 第二の熱媒ポンプ用インバータモータ（インバータモータ）
２３ａ 第三の熱媒ポンプ用インバータモータ（インバータモータ）
３３ バイパス回路
３４ 開閉バルブ
４２ 流入熱媒温度センサ（流入熱媒温度検知手段）
４３ 第一の熱源入口温度センサ（熱源入口温度検知手段）
４４ 第二の熱源入口温度センサ（熱源入口温度検知手段）
４５ 第三の熱源入口温度センサ（熱源入口温度検知手段）
４６ 流量センサ（外部熱媒流量検知手段）
４７、５５、６５、８１、９０ 制御部
５０、６０、７０ 熱源
５２ 主熱交換器（熱交換器）
５３ 副熱交換器（熱交換器）
５４、６４ 制御弁（熱媒流れ切り換え手段）
５６ 熱媒配管
６０、７１ 熱交換器
６２ 熱媒主配管（熱媒配管）
６３ 熱媒副配管（熱媒配管）
７２ 第１熱媒配管（熱媒配管）
７３ 第２熱媒配管（熱媒配管）
７４ 第１制御弁７４（熱媒流れ切り換え手段）
７５ 第２制御弁（熱媒流れ切り換え手段）
７６ 折り返し配管（熱媒配管）
７７ 第３制御弁（熱媒流れ切り換え手段）
７８ 第４制御弁（熱媒流れ切り換え手段）
７９ 流出回路（熱媒配管）
８０ 第５制御弁（熱媒流れ切り換え手段）
８１ 熱源
８２ 熱媒ポンプ
８２ａ 熱媒ポンプ用インバータモータ（インバータモータ）
Claims (16)
- 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する複数の熱源と、該熱源により冷却または加熱された前記熱媒を前記外部負荷へ圧送する熱媒ポンプと、往還温度差を検知するための往還温度差取得手段と、前記外部負荷における熱媒の流量を検知する外部熱媒流量検知手段と、前記熱源、前記熱媒ポンプを制御する制御部と、を備えた熱源システムであって、
前記制御部は、前記往還温度差取得手段と前記外部熱媒流量検知手段とが取得した往還温度差及び熱媒流量に基づき前記熱媒ポンプの圧送流量を制御し、
少なくとも一つの前記熱媒ポンプの単位時間当たりの最大圧送流量は、最大負荷時の熱媒循環流量よりも多い過流量であり、
運用時の熱媒の往還温度差である運用往還温度差が、設計時の熱媒の往還温度差である設定往還温度差よりも小さい場合に、前記熱媒流量を前記過流量にシフトすることを特徴とする熱源システム。 - 前記過流量は、取得した往還温度差及び熱媒流量に基づき算出される最大流量以下の循環流量であり、
前記制御部が、前記過流量まで連続的または段階的に熱媒流量が増えるように、前記熱媒ポンプを制御することを特徴とする請求項１に記載の熱源システム。 - 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する少なくとも１台以上の熱源と、該熱源により冷却または加熱された前記熱媒を前記外部負荷へ圧送する少なくとも１台以上の熱媒ポンプと、前記外部負荷から流入する前記熱媒の温度を検知する流入熱媒温度検知手段と、前記熱源の入口における前記熱媒の温度を検知する熱源入口温度検知手段と、前記外部負荷へ圧送される前記熱媒の流量、または前記外部負荷から流入する前記熱媒の流量を検知する外部熱媒流量検知手段と、前記流入熱媒温度検知手段及び、前記熱源入口温度検知手段及び、前記外部熱媒流量検知手段の出力に基づき、前記熱源の運転台数及び、前記熱媒ポンプの運転台数及び、当該熱媒ポンプの圧送流量を制御する制御部とを備えた熱源システムであって、
前記熱媒ポンプの１台当たりにおける単位時間当たりの圧送流量は、熱源の最大負荷時における、前記熱媒ポンプの１台当たりの熱媒循環流量よりも多い過流量とされ、
運用時の熱媒の往還温度差である運用往還温度差が、設計時の熱媒の往還温度差である設定往還温度差よりも小さい場合に、前記熱媒流量を前記過流量にシフトすることを特徴とする熱源システム。 - 前記熱媒ポンプにより圧送された熱媒を前記熱源の流入側へバイパスさせるバイパス回路と、当該バイパス回路内を流れる熱媒の流量を調節する開閉バルブとを備え、
前記制御部は、前記開閉バルブを閉めた状態で、前記熱源の最大負荷時における、前記熱媒ポンプの１台当たりの熱媒循環流量よりも多くなるように、前記熱媒ポンプを駆動するインバータモータの回転数を制御することを特徴とする請求項３に記載の熱源システム。 - 前記熱源に対して前記熱媒ポンプを複数設け、当該複数の熱媒ポンプの単位時間当たりの流量の合計が、前記熱源の最大負荷時における、前記熱源の１台当たりの熱媒循環流量よりも多いことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の熱源システム。
- 前記熱源は冷凍機であって、前記熱源システムは、当該冷凍機に応じて冷却塔と冷却水ポンプをさらに備え、前記制御部は、前記冷凍機の運転台数、前記冷却水ポンプの運転台数、及び、前記冷却塔の運転台数を、さらに制御することを特徴とする請求項３ないし請求項５に記載の熱源システム。
- 前記熱源は、熱媒の冷却又は加熱のために複数の熱交換器を並列に備えるものであって、前記制御部は、熱媒循環流量に応じて当該複数の熱交換器に熱媒を流すことを特徴とする請求項１ないし請求項６に記載の熱源システム。
- 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する複数の熱源と、該熱源により冷却または加熱された前記熱媒を前記外部負荷へ圧送する熱媒ポンプと、往還温度差を検知するための往還温度差取得手段と、前記外部負荷における熱媒の流量を検知する外部熱媒流量検知手段と、前記熱源、前記熱媒ポンプを制御する制御部と、を備えた熱源システムの制御方法であって、
前記制御部が、前記往還温度差取得手段と前記外部熱媒流量検知手段とが取得した往還温度差及び熱媒流量に基づき、少なくとも一つの前記熱媒ポンプの単位時間当たりの最大圧送流量が、最大負荷時の熱媒循環流量よりも多い過流量となるように前記熱媒ポンプの圧送流量を制御され、
運用時の熱媒の往還温度差である運用往還温度差が、設計時の熱媒の往還温度差である設定往還温度差よりも小さい場合に、前記熱媒流量を前記過流量にシフトすることを特徴とする熱源システムの制御方法。 - 前記過流量は、取得した往還温度差及び熱媒流量に基づき算出される最大流量以下の循環流量であり、
前記熱媒ポンプから圧送される熱媒の流量は、前記過流量まで連続的または段階的に制御されることを特徴とする請求項８に記載の熱源システムの制御方法。 - 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する、少なくとも１台以上の熱源と、該熱源により冷却または加熱された前記熱媒を前記外部負荷へ圧送する、少なくとも１台以上の熱媒ポンプと、前記熱源、前記熱媒ポンプ、及び当該熱媒ポンプの圧送流量を制御する制御部と、を備え、
前記熱媒ポンプの単位時間当たりの圧送流量の合算は、熱源の最大負荷時における、前記熱媒ポンプの熱媒循環流量の合算よりも多い過流量とされた熱源システムの制御方法であって、
前記制御部は、前記外部負荷から流入する前記熱媒の温度及び、前記熱源の入口における前記熱媒の温度及び、前記外部負荷における前記熱媒の流量に基づき、前記熱源の運転台数及び、前記熱媒ポンプの運転台数及び、前記圧送流量を制御し、
運用時の熱媒の往還温度差である運用往還温度差が、設計時の熱媒の往還温度差である設定往還温度差よりも小さい場合に、前記熱媒流量を前記過流量にシフトすることを特徴とする熱源システムの制御方法。 - 前記熱源システムは、前記熱媒ポンプにより圧送された熱媒を前記熱源の流入側へバイパスさせるバイパス回路と、当該バイパス回路内を流れる熱媒の流量を調節する開閉バルブとを備え、
前記制御部は、当該開閉バルブを閉めた状態で、前記熱源の最大負荷時における、前記熱媒ポンプの１台当たりの熱媒循環流量よりも多くなるように、前記熱媒ポンプのモータ回転数を制御して熱媒循環流量を調整することを特徴とする請求項１０に記載の熱源システムの制御方法。 - 前記熱源は、熱媒の冷却又は加熱のために複数の熱交換器を並列に備えるものであって、前記制御部は、熱媒循環流量に応じて当該複数の熱交換器に熱媒を流すことを特徴とする請求項８ないし請求項１１に記載の熱源システムの制御方法。
- 外部から流入する熱媒を冷却または加熱する熱交換器と、当該熱交換器に熱媒を流入させる熱媒配管とを備える、請求項１から請求項７のいずれかに記載された熱源システムに用いられる熱源であって、
前記熱交換器が複数設けられるとともに、前記熱媒配管には、前記複数の熱交換器の一部、または全てに、熱媒が流れるよう制御する熱媒流れ切り換え手段が備えられ、
外部からの指示に基づき、前記熱媒流れ切り換え手段を制御する制御部を備え、
運用時の熱媒の往還温度差である運用往還温度差が、設計時の熱媒の往還温度差である設定往還温度差よりも小さい場合に、前記熱媒流量を前記過流量にシフトすることを特徴とする熱源。 - 外部から流入する熱媒を冷却または加熱する熱交換器と、当該熱交換器に熱媒を流入させる熱媒配管とを備える、請求項１から請求項７のいずれかに記載された熱源システムに用いられる熱源の制御方法であって、
前記熱交換器には、複数の前記熱媒配管が備えられるとともに、当該熱媒配管には、前記熱交換器を流れる熱媒の経路を制御する熱媒流れ切り換え手段が備えられ、
外部からの指示に基づき、前記熱媒流れ切り換え手段を制御する制御部を備え、
運用時の熱媒の往還温度差である運用往還温度差が、設計時の熱媒の往還温度差である設定往還温度差よりも小さい場合に、前記熱媒流量を前記過流量にシフトすることを特徴とする熱源の制御方法。 - 外部から流入する熱媒を冷却または加熱する熱交換器と、当該熱交換器に熱媒を流入させる熱媒配管とを備える、請求項１から請求項７のいずれかに記載された熱源システムに用いられる熱源の制御方法であって、
前記熱交換器には、複数の前記熱媒配管が備えられ、
設計時に想定した標準熱媒流量を流す時には、一部の前記熱交換器に熱媒を流し、標準熱媒流量以上の熱媒を流す時には、全ての前記熱交換器に熱媒を流し、
運用時の熱媒の往還温度差である運用往還温度差が、設計時の熱媒の往還温度差である設定往還温度差よりも小さい場合に、前記熱媒流量を前記過流量にシフトすることを特徴とする熱源の制御方法。 - 外部から流入する熱媒を冷却または加熱する熱交換器と、当該熱交換器に熱媒を流入させる熱媒配管とを備える、請求項１から請求項７のいずれかに記載された熱源システムに用いられる熱源の制御方法であって、
前記熱交換器には、複数の前記熱媒配管が備えられ、
設計時に想定した標準熱媒流量を流す時には、熱媒が複数の前記熱媒配管を直列に流れ、標準熱媒流量以上の熱媒を流す時には、熱媒が複数の前記熱媒配管を並列に流れ、
運用時の熱媒の往還温度差である運用往還温度差が、設計時の熱媒の往還温度差である設定往還温度差よりも小さい場合に、前記熱媒流量を前記過流量にシフトすることを特徴とする熱源の制御方法。
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