JP4690910B2 - 熱源機およびその制御方法ならびに熱源システム - Google Patents

Description

本発明は、例えばターボ冷凍機とされた熱源機およびその制御方法ならびに熱源システムに関するものである。

工場プロセスに用いられる冷水（熱媒）を一定温度にて供給する熱源システムの熱源機として、大容量熱源機であるターボ冷凍機が多用されている。このターボ冷凍機は、圧縮機として遠心式のターボ圧縮機を使用している。ターボ圧縮機は、高速回転機械であるため、異常時に損傷しないように安全に停止するように設計されている。具体的には、ターボ冷凍機を制御するマイコン基板に接続されているセンサが断線し、またはオーバレンジなどの異常を示した場合には、ターボ冷凍機を異常停止（トリップ）させている。
しかし、ターボ冷凍機がトリップしてしまうと、工場プロセスに供給する冷水の温度が変動し、工場で生産される製品の品質（歩留まり）に影響を及ぼしてしまう。

一方、空調機器の分野では、複数の室外機を有する空調システムのいずれかの室外機が停止した場合に、他の室外機によってバックアップする技術が知られている（特許文献１及び２参照）。
また、冷凍サイクル装置を構成する圧縮機等の故障予知についての技術も知られている（特許文献３参照）。

特開平７−３３２８１６号公報 特開２００１−２０１１９９号公報 特開２００５−２４１０８９号公報

しかし、特許文献１及び２には、室外機の一つが停止した場合に他の室外機によってバックアップをどのように行うかという知見は示されているものの、室外機が停止した場合に円滑に他の室外機を起動させる知見については示されていない。したがって、当該公知技術を、複数のターボ冷凍機を備えた熱源システムに適用したとしても、運転中のターボ冷凍機が異常停止した場合に、円滑に後発機を起動させることはできない。
また、特許文献３のように圧縮機等の故障予知を適用したとしても、センサの断線のように殆ど予知できない事象については対処のしようがない。
したがって、運転中のターボ冷凍機の異常停止が行われて供給する冷水の温度が大幅に変化してしまう前に、円滑に後発機であるターボ冷凍機を起動することができる技術が望まれる。

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、熱源機が不具合により停止した場合であっても、一定温度の熱媒を継続して供給することができる熱源機およびその制御方法ならびに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、本発明の熱源機およびその制御方法ならびに熱源システムは以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の第１態様にかかる熱源機の制御装置は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱した該外部負荷へと供給する熱源機の状態を監視して、該熱源機を制御する、熱源機の制御装置であって、前記熱源機の各種状態を示す各状態変数を監視し、該状態変数が第１閾値を超えた場合にはアラーム信号を発するとともに運転を継続しながら正常運転状態への復帰を行い、前記状態変数が前記第１閾値を超えて更に第２閾値を超えた場合には運転継続不可能と判断して該熱源機を異常停止し、前記状態変数が、前記第１閾値と前記第２閾値との間に設定された第３閾値を超えた場合に、前記熱源機の状態の異常により該熱源機の運転が所定時間経過後に停止されると予測される運転停止予測を行い、他の熱源機の起動を要請する後発機起動信号を発することを特徴とする。

熱源機の状態が異常となり、所定時間経過後に運転が停止されると予測される運転停止予測が行われた場合に、他の熱源機を起動する後発機起動信号を発することにより、運転中の熱源機が停止する前に他の熱源機の起動を行うことができる。運転中の熱源機は、後発機起動信号を発し、所定時間経過後に停止するので、この所定時間の間を、後発機の起動時間に当てることができる。そして、所定時間経過後に熱源機が停止したとしても、既に後発機の起動は開始されているので、外部負荷に供給される熱媒は、大幅な温度変動を示すことがない。
熱源機としては、例えばターボ冷凍機やスクリューチラーが挙げられる。
具体的には、アラーム信号を発する第１閾値と運転継続不可能と判断する第２閾値との間に第３閾値を設けることとした。この第３閾値を設けることによって運転停止予測が行われることになる。正常運転状態へと復帰可能なアラーム信号を受けて他の熱源機を起動することがないので、無駄な起動指令を行うことがない。また、異常停止する以前に後発機起動信号を発することができるので、後発機の起動時間を確保することができる。
ここで、状態変数とは、例えば、凝縮器や蒸発器の圧力、圧縮機の駆動部を潤滑する潤滑油の温度、圧縮機を駆動するモータの電流値等が挙げられる。

さらに、上述の各態様にかかる熱源機の制御装置では、前記所定時間は、前記後発機起動信号が与えられる前記他の熱源機が起動を略完了する時間とされていることを特徴とする。

所定時間を、後発機が起動を略完了する時間とすることにより、熱媒の温度を殆ど変化させずに外部負荷に対して熱媒を供給することができる。
所定時間としては、熱源機の容量にもよるが、ターボ冷凍機の場合、例えば３分間程度とされる。

また、本発明にかかる熱源機は、上述のいずれかの態様の熱源機の制御装置を備えている。

また、本発明にかかる熱源システムは、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱して該外部負荷へと供給する複数の熱源機と、各前記熱源機の制御を行うシステム制御装置と、を備えた熱源システムであって、少なくとも１つの前記熱源機が、上述の各態様のいずれかの熱源機の制御装置を備え、前記システム制御装置は、前記熱源機の制御装置から発せられた後発機起動信号によって、他の前記熱源機を起動することを特徴とする。

上記各態様の熱源機の制御装置を備えているので、熱源機が何らかの異常で停止した場合であっても、熱媒の温度を殆ど変化させることなく外部負荷に対して熱媒を供給できる熱源システムを実現することができる。

また、本発明にかかる熱源機の制御方法は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱して該外部負荷へと供給する熱源機の状態を監視して、該熱源機を制御する、熱源機の制御方法であって、前記熱源機の各種状態を示す各状態変数を監視し、該状態変数が第１閾値を超えた場合にはアラーム信号を発するとともに運転を継続しながら正常運転状態への復帰を行い、前記状態変数が前記第１閾値を超えて更に第２閾値を超えた場合には運転継続不可能と判断して該熱源機を異常停止し、前記状態変数が、前記第１閾値と前記第２閾値との間に設定された第３閾値を超えた場合に、前記熱源機の状態の異常により該熱源機の運転が所定時間経過後に停止されると予測される運転停止予測を行い、他の熱源機の起動を要請する後発機起動信号を発することを特徴とする。

熱源機の状態が異常となり、所定時間経過後に運転が停止されると予測される運転停止予測が行われた場合に、他の熱源機を起動する後発機起動信号を発することにより、運転中の熱源機が停止する前に他の熱源機の起動を行うことができる。運転中の熱源機は、後発機起動信号を発し、所定時間経過後に停止するので、この所定時間の間を、後発機の起動時間に当てることができる。そして、所定時間経過後に熱源機が停止したとしても、既に後発機の起動は開始されているので、外部負荷に供給される熱媒は、大幅な温度変動を示すことがない。
熱源機としては、例えばターボ冷凍機やスクリューチラーが挙げられる。

他の熱源機に起動を要請する後発機起動信号を与えた後に所定時間経過後停止することとしたので、熱源機が不具合により停止した場合であっても、略一定温度の熱媒を外部負荷に供給することができる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、本発明の第１実施形態にかかる熱源システム１が示されている。
本実施形態にかかる熱源システム１は、２台のターボ冷凍機（熱源機）３から構成される。

各ターボ冷凍機３は、同等の冷凍能力を有している。第１ターボ冷凍機３ａおよび第２ターボ冷凍機（他の熱源機）３ｂは、それぞれ、外部負荷に対して接続されている。
各ターボ冷凍機３には、運転制御を行うための操作盤（熱源機の制御装置）４が設けられている。この操作盤４は、熱源システム１全体の制御を行うシステム制御盤（システム制御装置）２に対して、双方向に通信できるように電気的に接続されている。したがって、操作盤４は、遠方であるシステム制御盤２から操作できるようになっている。また、操作盤４は、ターボ冷凍機３近傍のオペレータの手元でも操作できるようになっている。
操作盤４は、図３を用いて後述するように、アラーム信号やトリップ信号を出力するだけでなく、スタートアップリクエスト信号（後発機起動信号）をも出力するようになっている。

各ターボ冷凍機３には、外部負荷側に接続された蒸発器７および冷却塔側に接続された凝縮器１３が設けられている。
蒸発器７には、還用および往用の冷水管（熱媒配管）８ａ，８ｂが接続されており、外部負荷との間で冷水の熱媒が循環して流れるようになっている。還用冷水管８ａには、熱媒を供給するための熱媒ポンプ１２が設けられている。冷水管８ａ，８ｂは、外部負荷の要求に応じて、冷水ヘッダ１０ａ，１０ｂまたは温水ヘッダに接続切換されるようになっている。図１には、外部負荷としての工場プロセス側に対して、冷水ヘッダ１０ａ，１０ｂが接続された状態が示されている。

凝縮器１３には、冷却水が流れる還用および往用の冷却水配管１７ａ，１７ｂを介して冷却塔１５が接続されている。冷却塔１５では、冷却水が散布され、外気との間で熱交換が行われる。還用冷却水配管１７ａには、冷却水を供給するための冷却水ポンプ１９が設けられている。

熱源システム１には、システム全体の制御を司るシステム制御盤２が設けられている。熱源システム制御盤２は、各ターボ冷凍機３、冷却塔１５、熱媒ポンプ１２等を制御する。
また、システム制御盤２は、各ターボ冷凍機３の操作盤４から、スタートアップリクエスト信号を受けるようになっている。

図２には、ターボ冷凍機３の構成が示されている。同図に示した構成は冷房運転についてのものである。
第１ターボ冷凍機３ａおよび第２ターボ冷凍機３ｂは、ともに、同図に示した構成を有している。ターボ冷凍機３は、２段圧縮２段膨張のサイクルを構成している。

ターボ冷凍機３は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機２３と、冷却水管１３ａ，１３ｂが接続された凝縮器１３と、冷水管８ａ，８ｂが接続された蒸発器７と、凝縮器１３と蒸発器７との間に設けられた中間冷却器２７とを備えている。また、中間冷却器２７と凝縮器１３との間の冷媒配管には第１膨張弁２９が、中間冷却器２７と蒸発器７との間の冷媒配管には第２膨張弁３０が、それぞれ設けられている。

ターボ圧縮機２３は、高圧力比が得られる遠心圧縮機となっている。ターボ圧縮機２３の軸受等の駆動部は油潤滑が行われており、この潤滑油の温度Ｔｐは潤滑油温度センサ２３ａによって計測される。潤滑油温度センサ２３ａの出力は、操作盤４（図１参照）へと伝送される。
ターボ圧縮機２３は、電動モータ３７と、入口ベーン３５とを備えている。
電動モータ３７は、電源周波数による一定回転数の場合や、インバータ式とされ、周波数可変制御されるようになっている。電動モータ３７には、モータ電流Ａｍを計測するための電流計３７ａが設けられている。この電流計３７ａの出力は、操作盤４へと伝送される。インバータ式の場合には、インバータ制御基板から信号として電流値が伝送される。
入口ベーン３５は、冷媒流れ上流側に設けられており、流入する冷媒流量を調整する。入口ベーン３５の開度は制御部によって制御される。この入口ベーン３５の開度調整によって、冷水出口温度Ｔ１が制御される。

凝縮器１３は、シェル・アンド・チューブ式の熱交換器とされている。凝縮器１３には、冷却水管１３ａ，１３ｂが接続されており、この冷却水管１３ａ，１３ｂ内を流れる水とシェル内の冷媒とが熱交換を行う。冷却水管１３ａ，１３ｂは、冷却塔と接続されている。
凝縮器１３には、圧力センサ１３ｓが設けられており、凝縮圧力が計測されるようになっている。圧力センサ１３ｓの出力は、操作盤４へと伝送される。

蒸発器７は、シェル・アンド・チューブ式の熱交換器とされている。蒸発器７には、冷水管８ａ，８ｂが接続されており、この冷水管８ａ，８ｂ内を流れる水とシェル内の冷媒とが熱交換を行う。冷水管８ａ，８ｂは、外部負荷と接続されており、冷水が流れる。往用冷水管８ａの上流側には熱交換前の冷水入口温度Ｔ０を計測する冷水入口温度センサ３１ａが、還用冷水管８ｂの下流側には熱交換後の冷水出口温度Ｔ１を計測する冷水出口温度センサ３１ｂが、それぞれ設けられている。一般に、冷房時の冷水入口温度Ｔ０は１２℃に、冷水出口温度Ｔ１は７℃に設定される。
蒸発器７には、圧力センサ７ｓが設けられており、蒸発圧力が計測されるようになっている。圧力センサ７ｓの出力は、操作盤４へと伝送される。

中間冷却器２７は、凝縮器１３と蒸発器７との間に設けられ、内部に凝縮した液冷媒が貯留される容器となっている。
中間冷却器２７には、ターボ圧縮機２３の中間段との間に、中間圧冷媒配管２７ａが接続されている。中間圧冷媒配管２７ａの下端（冷媒流れの上流端）は、中間冷却器２７内の上方空間に位置しており、中間冷却器２７内のガス冷媒を吸い込むようになっている。
中間冷却器２７では、凝縮器１３からの高圧液冷媒が蒸発するようになっており、この蒸発潜熱によって、中間圧冷媒配管２７ａを介して蒸発器へと導かれる液冷媒が冷却される。そして、蒸発して飽和温度付近となったガス冷媒は、ターボ圧縮機２３において低圧から中間段まで圧縮されたガス冷媒と混合され、中間段から圧縮されるガス冷媒を冷却している。
中間冷却器２７には、中間圧力Ｐｍを計測するための圧力センサ２７ｓが設けられている。圧力センサ２７ｓの出力は、操作盤４へと伝送される。

第１膨張弁２９は、凝縮器１３と中間冷却器２７との間に設けられており、液冷媒を絞ることによって等エンタルピー膨張させるものである。
第２膨張弁３０は、蒸発器７と中間冷却器２７との間に設けられており、液冷媒を絞ることによって等エンタルピー膨張させるものである。
第１膨張弁２９および第２膨張弁３０は、それぞれ、制御部である操作盤４によってその開度が制御されるようになっている。

次に、上記構成のターボ冷凍機１の動作について説明する。
ターボ圧縮機２３は、電動機３７によって駆動され、制御部である操作盤４によるインバータ制御により所定周波数で回転させられる。入口ベーン３５は、制御部によって、設定温度（例えば、冷水入口温度１２℃、冷水出口温度７℃）を達成するようにその開度が調整されている。

蒸発器７から吸い込まれた低圧ガス冷媒は、ターボ圧縮機２３によって圧縮され、中間圧まで圧縮される。中間圧まで圧縮されたガス冷媒は、中間圧冷媒配管２７ａから流入する中間圧ガス冷媒によって冷却される。中間圧ガス冷媒によって冷却されたガス冷媒は、ターボ圧縮機２３によって更に圧縮され高圧ガス冷媒となる。

ターボ圧縮機２３から吐出された高圧ガス冷媒は、冷媒配管３９ａを通り、凝縮器１３へと導かれる、
凝縮器１３において、冷却塔からの冷却水によって高温高圧のガス冷媒は略等圧に冷却され、高圧低温の液冷媒となる。高圧低温の液冷媒は、冷媒配管３９ｂを通り高圧膨張弁（第１膨張弁２９）へと導かれ、この高圧膨張弁によって等エンタルピー的に中間圧まで膨張させられる。中間圧まで膨張させられた冷媒は、冷媒配管３９ｃを介して中間冷却器２７へと導かれる。中間冷却器２７において、一部の冷媒は蒸発し、中間圧冷媒配管２７ａを介してターボ圧縮機２３の中間段へと導かれる。中間冷却器２７において蒸発せずに凝縮したままの液冷媒は、中間冷却器２７内に貯留される。中間冷却器２７内に貯留された中間圧の液冷媒は、冷媒配管３９ｄを介して低圧膨張弁（第２膨張弁３０）へと導かれる。中間圧の液冷媒は、低圧膨張弁によって等エンタルピー的に低圧まで膨張させられる。
低圧まで膨張させられた冷媒は、蒸発器７において蒸発し、冷水管８ａ，８ｂから熱を奪う。これにより、１２℃で流入した冷水は７℃で負荷側に返送されることになる。
蒸発器７において蒸発した低圧ガス冷媒は、ターボ圧縮機２３の低圧段へと導かれ、再び圧縮される。

次に、図３を用いて、各ターボ冷凍機３に設けられた操作盤４について説明する。同図には、本発明に関連する部分のみの構成が示されており、アラーム信号、トリップ信号およびスタートアップリクエスト信号を出力する際のブロック図が示されている。
操作盤４には、冷水入口温度センサ３１ａ（図２参照）によって得られる冷水入口温度（状態変数）Ｔ０と、冷水出口温度センサ３１ｂ（図２参照）によって得られる冷水出口温度（状態変数）Ｔ１と、凝縮器圧力センサ１３ｓ（図２参照）によって得られる凝縮圧力（状態変数）Ｐｃと、蒸発器圧力センサ７ｓ（図２参照）によって得られる蒸発圧力（状態変数）Ｐｅと、中間冷却器圧力センサ２７ｓ（図２参照）によって得られる中間圧力（状態変数）Ｐｍと、潤滑油温度センサ２３ａ（図２参照）によって得られる潤滑油温度（状態変数）Ｔｐと、電流計３７ａ（図２参照）によって得られるモータ電流（状態変数）Ａｍとが入力される。

操作盤４から出力されるアラーム信号は、システム制御盤（図１参照）へと伝送される。このアラーム信号は、操作盤４に入力された各センサからの値が第１閾値を超えた場合に発せられる。アラーム信号が発せられた状態は、ターボ冷凍機３の運転を継続しながら正常状態への復帰が可能であることを意味しており、この点でスタートアップリクエスト信号とは異なる。

操作盤４から出力されるトリップ信号は、操作盤４に入力された各センサからの値が第２閾値を超えた場合に発せられる。この第２閾値は、アラーム信号が発せられる第１閾値よりも高い異常状態を示す値が設定される。例えば、凝縮圧力Ｐｃの場合には、第２閾値は第１閾値よりも大きな値が設定される。トリップ信号が発せられると、ターボ冷凍機３の各機器の保護のために、即座に運転が停止される。

操作盤４から出力されるスタートアップリクエスト信号は、操作盤４に入力された各センサからの値が第３閾値を超えた場合に発せられる。この第３閾値は、アラーム信号の第１閾値とトリップ信号の第２閾値との間に設定される。スタートアップリクエスト信号は、所定時間経過（例えば３分）後にターボ冷凍機３が必ず停止するという状態を意味する。したがって、第３閾値を超えた場合に運転停止予測が行われることになる。スタートアップリクエスト信号が発せられると、この信号を受けたシステム制御盤２は、停止中の他のターボ冷凍機３が起動開始するように制御する。

次に、アラーム信号、トリップ信号、及びスタートアップリクエスト信号の関係について、センサ値ごとに具体的に説明する。なお、冷水入口温度Ｔ０および冷水出口温度Ｔ１については、アラーム設定をしていないので、その説明は省略する。

凝縮圧力Ｐｃについては、凝縮圧力Ｐｃが高くなり、第１閾値を超えると、アラーム信号が発せられる。この場合には、各膨張弁２９，３０（図２参照）および入口ベーン３５の動作を制限し、正常運転へと導くように制御する。これにもかかわらず、さらに凝縮圧力Ｐｃが高くなり、第３閾値を超えると、スタートアップリクエスト信号が発せられる。これにより、後発機のターボ冷凍機３の起動が開始されるとともに、運転中のターボ冷凍機３は所定時間後に停止するように制御される。この停止制御が行われている場合であっても、凝縮圧力Ｐｃがさらに高くなり、第２閾値を超えると、トリップ信号が発せられ、ターボ冷凍機３は強制停止させられる。この場合には、停止制御中のターボ冷凍機３であっても、所定時間を待たずに強制停止させられる。

蒸発圧力Ｐｅについては、蒸発圧力Ｐｅが低くなり、第１閾値を超えると、アラーム信号が発せられる。この場合には、各膨張弁２９，３０（図２参照）および入口ベーン３５の動作を制限し、正常運転へと導くように制御する。これにもかかわらず、さらに蒸発圧力Ｐｅが低くなり、第３閾値を超えると、スタートアップリクエスト信号が発せられる。これにより、後発機のターボ冷凍機３の起動が開始されるとともに、運転中のターボ冷凍機３は所定時間後に停止するように制御される。この停止制御が行われている場合であっても、蒸発圧力Ｐｅがさらに低くなり、第２閾値を超えると、トリップ信号が発せられ、ターボ冷凍機３は強制停止させられる。この場合には、停止制御中のターボ冷凍機３であっても、所定時間を待たずに強制停止させられる。

潤滑油温度Ｔｐについては、潤滑油温度Ｔｐが高くなり、高温側の第１閾値を超えると、アラーム信号が発せられる。ただし、このアラーム信号は、制御が安定しないときに発せられることが多い。さらに、潤滑油温度Ｔｐが高くなり、第３閾値を超えると、スタートアップリクエスト信号が発せられる。これにより、後発機のターボ冷凍機３の起動が開始されるとともに、運転中のターボ冷凍機３は所定時間後に停止するように制御される。この停止制御が行われている場合であっても、潤滑油温度Ｔｐがさらに高くなり、第２閾値を超えると、トリップ信号が発せられ、ターボ冷凍機３は強制停止させられる。この場合には、停止制御中のターボ冷凍機３であっても、所定時間を待たずに強制停止させられる。
また、潤滑油温度Ｔｐが低くなり、低温側の第１閾値を超えると、アラーム信号が発せられる。ただし、このアラーム信号は、制御が安定しないときに発せられることが多い。さらに、潤滑油温度Ｔｐが低くなり、第３閾値を超えると、スタートアップリクエスト信号が発せられる。これにより、後発機のターボ冷凍機３の起動が開始されるとともに、運転中のターボ冷凍機３は所定時間後に停止するように制御される。この停止制御が行われている場合であっても、潤滑油温度Ｔｐがさらに低くなり、第２閾値を超えると、トリップ信号が発せられ、ターボ冷凍機３は強制停止させられる。この場合には、停止制御中のターボ冷凍機３であっても、所定時間を待たずに強制停止させられる。

モータ電流Ａｍについては、モータ電流Ａｍが大きくなり、第１閾値を超えると、アラーム信号が発せられる。この場合には、各膨張弁２９，３０（図２参照）および入口ベーン３５の動作を制限し、正常運転へと導くように制御する。これにもかかわらず、さらにモータ電流Ａｍが大きくなり、第３閾値を超えると、スタートアップリクエスト信号が発せられる。これにより、後発機のターボ冷凍機３の起動が開始されるとともに、運転中のターボ冷凍機３は所定時間後に停止するように制御される。この停止制御が行われている場合であっても、モータ電流Ａｍがさらに大きくなり、第２閾値を超えると、トリップ信号が発せられ、ターボ冷凍機３は強制停止させられる。この場合には、停止制御中のターボ冷凍機３であっても、所定時間を待たずに強制停止させられる。

次に、センサが断線した場合の制御について説明する。
センサが断線した場合であっても、所定の場合には、スタートアップリクエスト信号を発し、所定時間運転を継続した後に、ターボ冷凍機３を停止させる。この場合には、センサが断線した時点で、運転停止予測が行われることになる。具体的には、センサが断線しても、他のセンサによって代替値を得ることができる場合には、この代替値を用いて所定時間運転を継続することとする。これにより、後発機であるターボ冷凍機３の起動時間を確保することができる。
以下に、センサ毎に、代替値の設定について説明する。
（１）冷水出口温度Ｔ１
冷水出口温度Ｔ１が得られない場合は、以下の式を用いて代替値を得る。
Ｔ１＝ＥＴ（Ｐｅ）＋Ｔｄｅ（ＬＯＡＤ）
ここで、ＥＴ（Ｐｅ）は蒸発圧力Ｐｅにおける飽和温度であり、Ｔｄｅ（ＬＯＡＤ）は現在の冷凍能力ＬＯＡＤにおけるターミナル温度であり、冷媒温度と冷水温度との温度差を意味する。ターミナル温度は、冷凍能力ＬＯＡＤごとに予め決定しておく。ただし、冷凍能力が１００％以上の場合には、冷凍能力１００％として算出する。
なお、温水の場合には、凝縮圧力Ｐｃを用いて同様に求める。
（２）冷水入口温度Ｔ０
下式のように、定格能力が出力されているとの前提で、仕様定格での温度差を採用する。
Ｔ０＝Ｔ１＋△Ｔ（仕様値）
冷水流量Ｇが可変とされている場合には、以下の式を用いる。
Ｔ０＝Ｔ１＋△Ｔ・Ｇ（仕様値）／Ｇ（現在値）
なお、温水の場合にも上式と同様に求める。
（３）蒸発圧力Ｐｅ
冷水出口温度Ｔ１を用いて、下式のように算出する。
Ｐｅ＝Ｐ（Ｔ１−Ｔｄｅ（ＬＯＡＤ））
ここで、右辺は、Ｔ１−Ｔｄｅ（ＬＯＡＤ）を示す温度における飽和圧力を意味する。
（４）中間圧力Ｐｍ
中間圧力Ｐｍは、理論的に下式より求められる。
Ｐｍ＝Ｐｅ・（Ｐｃ／Ｐｅ）^０．５

次に、図４を用いて、熱源システム１の運転方法について説明する。
第１ターボ冷凍機３ａ及び第２ターボ冷凍機３ｂは、システム制御盤２からの指令により起動させられる。実際の運転は、いずれかのターボ冷凍機３ａ，３ｂが起動されており、他のターボ冷凍機３ｂ，３ａはバックアップ用として停止状態にて待機している。以下では、第１ターボ冷凍機３ａが起動され、第２ターボ冷凍機３ｂがバックアップ用とされた運転方法について説明する。

システム制御盤２から第１ターボ冷凍機３ａに起動指令がかかると、起動入力ありと判断され（Ｓ１）、軽負荷停止中か否かが判断される（Ｓ２）。これと同時に、熱媒（冷水）ポンプ１２（図１参照）の運転が開始される（Ｓ４）。
ステップＳ２において軽負荷停止中でないと判断された場合には、起動禁止とされているか否かが判断される（Ｓ３）。起動禁止とされていない場合には、冷水および冷却水の流量が所定流量となり確立しているかを判断する（Ｓ５）。これと同時に、冷却水ポンプ１９（図１参照）の運転を開始する（Ｓ６）。ステップＳ５において冷水および冷却水の流量が確立されていると判断されると、起動インターロックが確立されているかを判断する（Ｓ７）。これと同時に、潤滑油ポンプの運転が開始される（Ｓ８）。ステップＳ７において起動インターロックが確立されていると判断されると、主電動機である電動モータ３７（図２参照）が起動される（Ｓ１０）。電動モータ３７が起動されると、起動完了の判断がなされ（Ｓ１１）、タイマー（Ｓ１２）において所定時間経過した後に、冷水温度の温度調節制御に入る（Ｓ１３）。温度調節制御は、停止信号が入らない限り（Ｓ１４）、継続して続けられる。ステップＳ１４にて停止信号が入ると、第１ターボ冷凍機３ａの停止フローが行われる（Ｓ１５）。

一方、ステップＳ１０にて電動モータ３７が起動されると、アラーム監視（Ｓ１８）、トリップ監視（Ｓ２０）及びスタートアップリクエスト監視（Ｓ２１）が行われる。

アラーム監視（Ｓ１８）では、アラーム信号が発せられると、アラーム警告表示（Ｓ１９）が行われる。

トリップ監視（Ｓ２０）では、トリップ信号が発せられると、トリップ停止すなわち第１ターボ冷凍機３ａが即座に運転停止される（Ｓ２３）。トリップ停止されて、リセットボタンが押し下げられると（Ｓ２４）、第１ターボ冷凍機３ａは停止状態として待機する。

スタートアップリクエスト監視（Ｓ２１）では、各センサからの出力値が第３閾値を超えた場合または所定のセンサが断線した場合に、スタートアップリクエスト信号が発せられると、リクエスト信号（Ｓ２５）がシステム制御盤２へと送られ、この信号に基づいてシステム制御盤２は、停止中の第２ターボ冷凍機３ｂに対して起動指令を送り、第２ターボ冷凍機３ｂを起動させる。
また、スタートアップリクエスト信号が発せられると、タイマー（Ｓ２２）において所定時間（例えば３分）経過した後に、トリップ停止（Ｓ２０）が行われる。

本実施形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。
各センサの状態に基づいて、所定時間経過後に運転が停止されると予測される運転停止予測が行われた場合に、他のターボ冷凍機３ｂを起動するスタートアップリクエスト信号を発することにより、運転中のターボ冷凍機３ａが停止する前に他のターボ冷凍機３ｂの起動を行うことができる。したがって、運転中のターボ冷凍機３ａは、スタートアップリクエスト信号を発し、所定時間経過後に停止するので、この所定時間の間を、後発機である他のターボ冷凍機３ｂの起動時間に当てることができる。そして、所定時間経過後にターボ冷凍機３ａが停止したとしても、既に後発機であるターボ冷凍機３ｂの起動は開始されているので、外部負荷に供給される冷水は、大幅な温度変動を示すことがない。
また、アラーム信号とトリップ信号との間の値としてスタートアップリクエスト信号を用いることとしたので、確実に停止するけれども所定時間は運転を継続できる運転を実現することができ、アラーム信号に基づいて後発機を起動する場合に比べて無駄な後発機の起動を回避することができる。
また、ターボ冷凍機３の各種状態を計測するセンサに異常が発生（例えば断線）し、そのセンサが運転継続のために重要なセンサである場合には、即座に運転停止するのが一般であるが、他のセンサによって代替値を得て、この代替値を用いて所定時間だけ運転を継続することとしたので、後発機であるターボ冷凍機３ｂの起動時間を確保することができる。

なお、本実施形態では、熱源機としてターボ冷凍機３を例として説明したが、他の熱源機でも良く、例えばターボ冷凍機３に代えてスクリューチラーとしてもよい。
また、本実施形態では冷房運転について説明したが、本発明はヒートポンプ式の暖房運転に対しても同様に適用することができる。
また、ターボ冷凍機３を２台有する熱源システム１を例として説明したが、熱源機は３台以上であっても良い。
また、スタートアップリクエスト信号を発する操作盤４は、全てのターボ冷凍機３ａ，３ｂに備えられていることが好ましいが、いずれか一方に設けられていても良い。
また、電動モータ３７のハウジングに温度センサを設置してモータ温度を測定することとし、このモータ温度に基づいてスタートアップリクエスト信号を発することとしても良い。

本発明の一実施形態にかかる熱源システムを示した概略構成図である。 図１のターボ冷凍機を示した概略構成図である。 ターボ冷凍機に設けられた操作盤の一部機能を表したブロック図である。 熱源システムの動作を示したフローチャートである。

符号の説明

１ 熱源システム
２ システム制御盤
３ ターボ冷凍機（熱源機）
４ 操作盤（熱源機の制御装置）

Claims (5)

1. 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱し該外部負荷へと供給する熱源機の状態を監視して、該熱源機を制御する、熱源機の制御装置であって、
   前記熱源機の各種状態を示す各状態変数を監視し、該状態変数が第１閾値を超えた場合にはアラーム信号を発するとともに運転を継続しながら正常運転状態への復帰を行い、
   前記状態変数が前記第１閾値を超えて更に第２閾値を超えた場合には運転継続不可能と判断して該熱源機を異常停止し、
   前記状態変数が、前記第１閾値と前記第２閾値との間に設定された第３閾値を超えた場合に、前記熱源機の状態の異常により該熱源機の運転が所定時間経過後に停止されると予測される運転停止予測を行い、他の熱源機の起動を要請する後発機起動信号を発することを特徴とする熱源機の制御装置。
2. 前記所定時間は、前記後発機起動信号が与えられる前記他の熱源機が起動を略完了する時間とされていることを特徴とする請求項１に記載の熱源機の制御装置。
3. 請求項１または２に記載された熱源機の制御装置を備えていることを特徴とする熱源機。
4. 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱して該外部負荷へと供給する複数の熱源機と、
   各前記熱源機の制御を行うシステム制御装置と、を備えた熱源システムであって、
   少なくとも１つの前記熱源機が、請求項１または２に記載された熱源機の制御装置を備え、
   前記システム制御装置は、前記熱源機の制御装置から発せられた後発機起動信号によって、他の前記熱源機を起動することを特徴とする熱源システム。
5. 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱して該外部負荷へと供給する熱源機の状態を監視して、該熱源機を制御する、熱源機の制御方法であって、
   前記熱源機の各種状態を示す各状態変数を監視し、該状態変数が第１閾値を超えた場合にはアラーム信号を発するとともに運転を継続しながら正常運転状態への復帰を行い、
   前記状態変数が前記第１閾値を超えて更に第２閾値を超えた場合には運転継続不可能と判断して該熱源機を異常停止し、
   前記状態変数が、前記第１閾値と前記第２閾値との間に設定された第３閾値を超えた場合に、前記熱源機の状態の異常により該熱源機の運転が所定時間経過後に停止されると予測される運転停止予測を行い、他の熱源機の起動を要請する後発機起動信号を発することを特徴とする熱源機の制御方法。

Images