JP6417155B2 - 蓄熱タンクを備えた熱源設備及びその運転制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、工場、病院又は一般テナントビルなどの空調設備や工場の生産設備における熱源設備に関するもので、詳しくは蓄熱タンクを備え併用運転することで省エネルギー性に優れた熱源設備及びその運転制御方法に関する。

従来から使用されている熱源設備の例を図１９に基づいて詳述すると、熱源設備５０は、熱源機器５１_１〜５１_３、一次ポンプ５２_１〜５２_３、送りヘッダ５３，二次ポンプ５４、二次ヘッダ５５、外部負荷機器５６、還りヘッダ５７、三次ヘッダ５８，流量計５９、温度計[送り]６０、温度計[還り]６１、制御装置６２からなる。

この熱源設備５０では、還りヘッダ５７からの熱媒が一次ポンプ５２_１〜５２_３により送られ、冷凍機又はボイラ等の熱源機器５１_１〜５１_３を通過し、加熱又は冷却された後、送りヘッダ５３に至り、二次ポンプ５４を間に備える二次ヘッダ５５に送られる。そして、この二次ヘッダ５５を介して、各部位（部屋）に配置された空調機等の外部負荷機器５６に送給された後、三次ヘッダ５８を経て還りヘッダ５７に戻されるようになっている。前記送りヘッダ５３と前記還りヘッダ５７との間はバイパス６３により連通されている。運転制御のために、制御器６２には二次ヘッダ５５に配設した温度計６０からの信号、三次ヘッダ５８に配置した温度計６１からの信号が入力され、制御器装置６２の出力により一次ポンプ５２_１〜５２_３がインバータ制御される。

かかる熱源機器５０では、前記熱源機器５１_１〜５１_３（インバータ駆動熱源機器）は、冷却水または外気温度が低下した条件下では、負荷率が低下したときにエネルギー効率（以下、ＣＯＰ）が向上する特性を持つため、従来はこの特性を利用して、例えば図２１に示すように、熱源機器が２台のケースでは、運転台数１台の場合のＣＯＰ比率−負荷率特性と運転台数２台の場合のＣＯＰ比率−負荷率特性を予め得ておき、熱負荷に応じて、負荷率が領域Ｂ１では熱源システムＣＯＰが高くなる運転台数１台で、負荷率が領域Ｂ２では運転台数２台で運用していた。

例えば、下記特許文献１では、複数台を並列配置した冷温熱源機と、各冷温熱源機に備わる冷温水ポンプと、前記複数台の冷温熱源機に接続された二次側熱負荷源とからなる冷温水システムの冷温熱源機出力分配制御方法において、前記二次側熱負荷源の熱負荷に応じて、使用する冷温熱源機の台数を選定し、複数台の冷温熱源機を使用する場合に、使用する冷温熱源機を２群に分け、２つの冷温熱源機群を合算したシステムCOPが最大となるように、前記二次側熱負荷源に供給する冷温水流量に対する両群の冷温熱源機の冷温水流量の比率を変えるようにした冷温水システムの冷温熱源機出力分配制御方法が開示されている。

また下記特許文献２では、外気湿球温度を測定し、この外気湿球温度から冷水負荷を想定して想定値とし、前記外気湿球温度及び前記想定値を基にして、各冷熱源機の冷却水温度に応じた、冷熱源機負荷率及び単体ＣＯＰ又は消費電力を示す特性と、冷水一次ポンプの流量と消費電力を示す特性と、冷水二次ポンプの流量と消費電力を示す特性と、冷却水ポンプの流量と消費電力を示す特性と、冷却塔ファンの風量と消費電力を示す特性とを用いて、冷熱源機の台数別・冷水送水温度別・冷却水温度差別に冷熱源機負荷率及び冷却水の冷熱源機出口温度と冷水ポンプや冷却水ポンプ、冷却塔等の補機も考慮したシステム全体のＣＯＰを把握できる表を作成し、当該表からシステム全体のＣＯＰが最も高くなる演算式に用いるパラメータを決定し、当該パラメータを用いた演算結果に基づいて上記各冷熱源機の運転台数・出力を制御するとともに、冷却水の流量・温度を制御するようにした冷熱源機の運転制御方法が開示されている。

これら特許文献１及び２に係る発明は、熱源システムを構成する熱源機器やポンプなどの補機類の特性を予め得ておき、外気条件、熱負荷（負荷流量と水往き還り温度から算出）、熱源機器運転台数の条件を振ってＣＯＰを計算し、ＣＯＰが高くなる熱源機器運転台数を得て、その熱源機器運転台数で運転するものである。

以降では、ＣＯＰを使わずにＣＯＰ比率を使って説明する。なお、ＣＯＰ比率とは任意の負荷率時の熱源機器やポンプなどを含めた熱源システムＣＯＰを負荷率１００％時の熱源機器やポンプなどを含めた熱源システムＣＯＰで除したものである。

特開２００６−７１１２７号公報 特開２００８−１３４０１３号公報

しかしながら、前述した熱源設備は、構成する熱源機器はインバータ駆動熱源機器で、図２０に示すように冷却水温度または外気温度が低下した条件下で、負荷率が低下したときにCOP比率が向上する特性を有していないと成立しない。そのため、図２３や図２４に示すような、最高ＣＯＰ比率が最大負荷率近辺にある非インバータ駆動の熱源機器を有する熱源方式には適用できず省エネルギー化が図れないという問題があった。

また、図２１及び図２２に示すように、構成する熱源機器の台数を２台から３台というように、台数を増やせば、図中の熱源システムＣＯＰ比率が高くなる運転領域はＢ１，Ｂ２からＢ１，Ｂ２，Ｂ３に広がるが、台数分割により機器が小型化することによる熱源機器単体ＣＯＰの低下によって熱源システムＣＯＰが低下したり、設置スペース及びイニシャルコスト、メンテナンスコストが増加したりするなどの問題がある。

さらに、図１９の一次側流量Ｑ１が二次側流量Ｑ２より大きくなると、送りヘッダ５３、還りヘッダ５７を結ぶバイパス６３を通して、還りヘッダ５７に冷えた冷水が流れ込むため熱源機器５１_１〜５１_３の入口水温が低下して、熱源機器単体ＣＯＰが低下するとともに、バイパス流量の増加により一次ポンプ５２_１〜５２_３の消費電力が増加することにより熱源システムＣＯＰが低下する問題があった。なお、一次側流量Ｑ１には、熱源機器５１_１〜５１_３の運転条件から、設計流量の50〜70%を最低流量とする制約条件があるが、二次側流量Ｑ２には制約条件がないため、一次側流量Ｑ１が二次側流量Ｑ２よりも大きくなり易い傾向にある。

そこで本発明の主たる課題は、これらの問題を一挙に解決できる熱源設備であって、蓄熱タンクを備え、熱源システムＣＯＰ比率が高くなる運転領域での運転を優先的に行い、この際に製造した余分な熱を前記蓄熱タンクに蓄えておき、蓄熱後に、蓄えた熱の放熱運転を繰り返すことにより高い効率で省エネルギー化を図った熱源設備を提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、熱媒を冷却又は加熱する複数の熱源機器と、各熱源機器に応じて設けられるとともに、冷却又は加熱された熱媒を圧送する一次ポンプと、前記熱源機器からの熱媒を集約する送りヘッダと、送りヘッダから熱媒を送る二次ポンプと、該二次ポンプからの熱媒を集約する二次ヘッダと、二次ヘッダから熱媒が供給される外部負荷機器と、外部負荷機器で熱交換された熱媒が戻されるとともに、各熱源機器に分配する還りヘッダと、熱媒の往き温度を計測する温度計と、熱媒の還り温度を計測する温度計と、熱媒の還り流量を計測する流量計と、前記送りヘッダと前記還りヘッダとを繋ぐ第１バイパスと、前記熱源機器の運転台数制御及び一次ポンプの運転制御を行う制御装置とを備えた熱源設備において、
前記第１バイパスの中間に蓄熱タンクを設け、蓄熱タンクの上流側に第１三方制御弁を設けるとともに、この第１三方制御弁と蓄熱タンクの下流側とを繋ぐ第２バイパスを設け、かつ前記蓄熱タンクに流入する熱媒の温度を計測するための温度計を設け、前記蓄熱タンクは、２槽の蓄熱タンクを備え、これら２槽のタンク間に流路方向制御弁を備えることにより前記２槽のタンクを直列接続とする場合と並列接続とする場合とに切替え可能としてあることを特徴とする蓄熱タンクを備えた熱源設備が提供される。

上記請求項１記載の発明は、従来の熱源設備に対して、前記第１バイパスの中間に蓄熱タンクを設け、蓄熱タンクの上流側に第１三方制御弁を設けるとともに、この第１三方制御弁と蓄熱タンクの下流側とを繋ぐ第２バイパスを設け、かつ前記蓄熱タンクに流入する熱媒の温度を計測するための温度計を設けるようにしたものである。第１バイパスを流れる熱媒の熱を蓄熱タンクに貯蔵しておき、蓄熱後にその蓄えた熱を放熱する運転を繰り返して行うことにより、省エネルギー化が図れるようになる。

また、本発明では、前記蓄熱タンクの構造に関して、２槽の蓄熱タンクを備え、これら２槽のタンク間に流路方向制御弁を備えることにより前記２槽のタンクを直列接続とする場合と並列接続とする場合とに切替え可能としている。独立した蓄熱タンクを直列に結ぶことにより、断面積を最小に出来るが、ある一定流量以上では、温度成層が形成されるタンク内流速に抑えることが出来ず、蓄熱効率εを著しく下げてしまうことになる。本制御方法では熱源機器のCOP比率が高くなるように優先的に運転し、不足または過大な熱量を蓄熱タンクへ蓄放熱する方式であるため、幅広い流量域でも蓄熱効率εが低下しない運用が求められる。そこで、蓄熱タンクの流量を蓄熱または放熱切替時に予測し、蓄熱タンクを流量に合わせて、直列または並列接続する機構を持たせるようにした。

請求項２に係る本発明として、前記熱源機器の下流側に第２三方制御弁を設けるとともに、この第２三方制御弁と熱源機器の上流側とを繋ぐ第３バイパスを設けてある請求項１記載の蓄熱タンクを備えた熱源設備が提供される。

上記請求項２記載の発明は、前記熱源機器の下流側に第２三方制御弁を設けるとともに、この第２三方制御弁と熱源機器の上流側とを繋ぐ第３バイパスを設けることにより、一次ポンプの運転周波数を変えることにより負荷率を一定に維持できない場合でも、前記第２三方制御弁の第３バイパス側の開閉を制御することにより負荷率を一定に維持できるようになる。

請求項３に係る本発明として、熱媒を冷却又は加熱する複数の熱源機器と、各熱源機器に応じて設けられるとともに、冷却又は加熱された熱媒を圧送する一次ポンプと、前記熱源機器からの熱媒を集約する送りヘッダと、送りヘッダから熱媒を送る二次ポンプと、該二次ポンプからの熱媒を集約する二次ヘッダと、二次ヘッダから熱媒が供給される外部負荷機器と、外部負荷機器で熱交換された熱媒が戻されるとともに、各熱源機器に分配する還りヘッダと、熱媒の往き温度を計測する温度計と、熱媒の還り温度を計測する温度計と、熱媒の還り流量を計測する流量計と、前記送りヘッダと前記還りヘッダとを繋ぐ第１バイパスと、前記熱源機器の運転台数制御及び一次ポンプの運転制御を行う制御装置とを備え、前記第１バイパスの中間に蓄熱タンクを設け、蓄熱タンクの上流側に第１三方制御弁を設けるとともに、この第１三方制御弁と蓄熱タンクの下流側とを繋ぐ第２バイパスを設け、かつ前記蓄熱タンクに流入する熱媒の温度を計測するための温度計を設けた蓄熱タンクを備えた熱源設備の運転制御方法であって、
前記熱源設備を構成する熱源機器やポンプなどの補機類の特性を予め得ておき、外気または冷却水温度及び熱源機器出口温度別の負荷率ｑとＣＯＰ比率、負荷率ｑ時にＣＯＰ比率が最大となる運転台数との関係を外気又は冷却水温度及び熱源機器出口温度別に近似式又は表として得ておく事前準備手順と、
通常運転時に下記条件１又は条件２が成立するかどうかを一定時間毎に判定を行う蓄放熱条件判定手順と、
条件１：熱源機器から前記第１バイパスを巡る一次側流量Ｑ１が前記外部負荷機器を巡る二次側流量Ｑ２よりも大きい。
条件２：事前準備手順で得た近似式又は表に基づいて、外部負荷機器が要求する負荷率ｑよりも高い負荷率でＣＯＰ比率が極大となる負荷率ｑＮが存在する。
前記条件１が成立している場合は下記蓄熱運転ケース１を行い、前記条件２が成立している場合は下記蓄熱運転ケース２を行う蓄熱運転手順と、
蓄熱運転ケース１：前記熱源機器を予め設定した蓄熱時出口温度設定温度で運転するとともに、前記第１三方制御弁によりバイパス流量の全量が蓄熱タンクに流れ込むようにし、第１バイパスを流れる熱媒の熱を前記蓄熱タンクに蓄熱する蓄熱運転。
蓄熱運転ケース２：前記熱源機器を予め設定した蓄熱時出口温度設定温度で運転するとともに、前記第１三方制御弁によりバイパス流量の全量が蓄熱タンクに流れ込むようにし、かつ外部負荷機器が要求する負荷率ｑよりも高い負荷率でＣＯＰ比率が極大となる負荷率ｑＮを運転ポイントとするとともに、前記事前準備手順で得た近似式又は表を使って求めた負荷率ｑＮ時にＣＯＰ比率が最大となる運転台数で運転し、第１バイパスを流れる熱媒の熱を前記蓄熱タンクに蓄熱する蓄熱運転。
前記蓄熱運転手順により蓄熱タンクに熱媒の熱が満蓄されたならば、前記事前準備手順で得た近似式又は表を使って、蓄熱時の運転台数よりも少なく、外部負荷機側が要求する負荷率ｑよりも低い負荷率でＣＯＰ比率が極大となる負荷率ｑＮが存在するかどうかを探索し、この負荷率ｑＮがない場合は、熱源機器を全台数停止し、還りヘッダから送りヘッダへ向かうバイパス流を発生させることにより前記蓄熱タンクからの放熱を行い、前記負荷率ｑＮがある場合は、該負荷率ｑＮで、前記事前準備手順で得た近似式又は表を使って、負荷率ｑＮ時にＣＯＰ比率が最大となる運転台数とし、かつ熱源機器は予め設定した放熱時熱源機器出口設定温度で運転を行い、還りヘッダから送りヘッダへ向かうバイパス流を発生させることにより前記蓄熱タンクからの放熱を行う放熱運転手順とを有し、
以降は、前記蓄放熱条件判定手順の判定結果に従い、前記蓄熱運転手順と、前記放熱運転手順とを繰り返し行うことを特徴とする蓄熱タンクを備えた熱源設備の運転制御方法が提供される。

上記請求項３記載の発明は、蓄熱タンクを備えた熱源設備の具体的な運転方法である。本運転制御では、大きく事前準備手順と、蓄放熱条件判定手順と、蓄熱運転手順と、放熱運転手順とを有する。すなわち、蓄放熱条件判定手順では第１バイパスに過大な流量の熱媒が流れる条件かを判定し、条件を満足したならば、蓄熱タンクへの蓄熱運転を行い、満蓄後に放熱運転を行うようにする。過大に増量生産された熱媒の熱を蓄熱タンクに蓄え、放熱する運転を繰り返し行うことで省エネルギー化を実現することが可能となる。

請求項４に係る本発明として、前記蓄熱タンクを備えた熱源設備において、前記蓄熱タンクは、２槽の蓄熱タンクを備え、これら２槽のタンク間に流路方向制御弁を備えることにより前記２槽のタンクを直列接続とする場合と並列接続とする場合とに切替え可能としてあり、蓄熱タンクの流量が直列接続時の断面積で温度成層が形成できる流速以下である場合には前記流路方向制御弁により２槽のタンクを直列接続とし、蓄熱タンクの流量が直列接続時の断面積で温度成層が形成できる流速以上である場合には前記流路方向制御弁により２槽のタンクを並列接続とする請求項３記載の蓄熱タンクを備えた熱源設備の運転制御方法が提供される。

上記請求項４記載の発明では、本制御方法では熱源機器のCOP比率が高くなるように優先的に運転し、不足または過大な熱量を蓄熱タンクへ蓄放熱する方式であるため、幅広い流量域でも蓄熱効率εが低下しない運用が求められる。そこで、蓄熱タンクの流量を蓄熱または放熱切替時に予測し、蓄熱タンクを流量に合わせて、直列または並列接続する機構を持たせるようにすることで蓄熱効率を落とさずに効率的に蓄熱と放熱が行えるようになる。

請求項５に係る本発明として、前記蓄熱タンクを備えた熱源設備において、前記熱源機器の下流側に第２三方制御弁を設けるとともに、この第２三方制御弁と熱源機器の上流側とを繋ぐ第３バイパスを設けてあり、
前記蓄熱運転及び放熱運転時の熱源機器をＣＯＰ比率が極大点となる負荷率ｑＮで運転するためには、一次ポンプの運転周波数を変えることにより熱源機器に通水する流量を変化させ、それでも負荷率が維持できない場合には前記第２三方制御弁の第３バイパスを開く制御を行う請求項３、４いずれかに記載の蓄熱タンクを備えた熱源設備の運転制御方法が提供される。

上記請求項５記載の発明では、一次ポンプの運転周波数を変えることにより負荷率を一定に維持できない場合でも、前記第２三方制御弁の第３バイパス側の開閉を制御することにより負荷率を一定に維持できるようになる。

以上詳説のとおり本発明によれば、蓄熱タンクを備え、熱源システムＣＯＰ比率が高くなる運転領域での運転を優先的に行い、この際に製造した余分な熱を前記蓄熱タンクに蓄えておき、蓄熱後に蓄えた熱の放熱運転を繰り返すことにより高い効率で省エネルギー化を図ることが可能となる。

本発明に係る蓄熱タンク１４を備えた熱源設備１を示すブロック図である。 本熱源設備１の運転制御方法を示す全体フロー図である。 条件２の成立判定手順のフロー図である。 条件２の成立意義を説明するためのグラフである。 蓄熱運転ケース１の例で、３台の熱源機器を運転し蓄熱タンク１４に蓄熱を行う運転状態を示す熱源設備１のブロック図である。 蓄熱運転ケース２の例で、２台の熱源機器を運転し蓄熱タンク１４に蓄熱を行う運転状態を示す熱源設備１のブロック図である。 放熱時のＣＯＰ比率が極大点となる負荷率ｑＮの探索フロー図である。 放熱運転の例で、２台の熱源機器を運転し蓄熱タンク１４から放熱を行う運転状態を示す熱源設備１のブロック図である。 放熱運転の例で、１台の熱源機器を運転し蓄熱タンク１４から放熱を行う運転状態を示す熱源設備１のブロック図である。 蓄熱時の熱源機器出口設定温度の温度決定方法を説明するための送りヘッダ４の熱媒状態図である。 蓄熱時２台運転、放熱時１台運転で、蓄熱優先機の蓄熱時熱源機器出口温度を７℃とした場合の蓄放熱ワンサイクルを示した図である。 蓄熱時２台運転、放熱時１台運転で、蓄熱優先機の蓄熱時熱源機器出口温度を５℃とした場合の蓄放熱ワンサイクルを示した図である。 蓄放熱運転をワンサイクル行ったときの消費エネルギーを、蓄熱優先機の蓄熱時熱源機器出口温度を７℃時の消費エネルギーを１として表した場合のグラフである。 負荷率一定制御のための第２三方制御弁１８の制御図である。 蓄熱タンク１４の構成図である。 蓄熱タンク１４の２槽のタンク２０Ａ、２０Ｂを直列接続とした場合の流路図である。 蓄熱タンク１４の２槽のタンク２０Ａ、２０Ｂを並列接続とした場合の流路図である。 省エネルギー性の検証のための試算図である。 従来の熱源設備５０を示すブロック図である。 インバータ駆動熱源機器単体の場合のＣＯＰ比率−負荷率ｑ（％）の関係図である。 インバータ駆動熱源機器２台の場合のＣＯＰ比率−負荷率ｑ（％）の関係図である。 インバータ駆動熱源機器３台の場合のＣＯＰ比率−負荷率ｑ（％）の関係図である。 非インバータ駆動熱源機器単体の場合のＣＯＰ比率−負荷率ｑ（％）の関係図である。 非インバータ駆動熱源機器２台の場合のＣＯＰ比率−負荷率ｑ（％）の関係図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

本発明に係る熱源設備１は、図１に示されるように、熱媒を冷却又は加熱する複数の熱源機器２_１〜２_３と、各熱源機器２_１〜２_３に応じて設けられるとともに、冷却又は加熱された熱媒を圧送する一次ポンプ３_１〜３_３と、前記熱源機器２_１〜２_３からの熱媒を集約する送りヘッダ４と、送りヘッダ４から熱媒を送る二次ポンプ５と、該二次ポンプ５からの熱媒を集約する二次ヘッダ６と、二次ヘッダ６から熱媒が供給される外部負荷機器７と、外部負荷機器７で熱交換された熱媒が戻されるとともに、各熱源機器に分配する還りヘッダ８と、熱媒の往き温度を計測する温度計９と、熱媒の還り温度を計測するために三次ヘッダ１１に設けられた温度計１０と、熱媒の還り流量を計測する流量計１２と、前記送りヘッダ４と前記還りヘッダ８とを繋ぐ第１バイパス１３と、前記熱源機器２_１〜２_３の運転台数制御及び一次ポンプ３_１〜３_３の運転制御を行う制御装置とを備えた熱源設備１において、前記第１バイパス１３の中間に蓄熱タンク１４を設け、蓄熱タンク１４の上流側に第１三方制御弁１５を設けるとともに、この第１三方制御弁１５と蓄熱タンク１４の下流側とを繋ぐ第２バイパス１６を設け、かつ前記蓄熱タンク１４に流入する熱媒の温度を計測するための温度計１７を設けたものである。

また、前記熱源機器２_１〜２_３の下流側に第２三方制御弁１８を設けるとともに、この第２三方制御弁１８と熱源機器２_１〜２_３の上流側とを繋ぐ第３バイパス１９を設けている。前記第２三方制御弁１８は、後述する熱源機器のＣＯＰ比率が極大となる負荷率ｑＮが一次ポンプ３_１〜３_３の運転周波数制御のみで維持できる場合は省略することが可能である。

更に、前記蓄熱タンク１４としては、蓄熱タンクの容量に対して最大限の蓄熱容量を確保するために温度成層型蓄熱とするのが望ましい。温度成層型蓄熱とは、温度の違いによる水の密度差を利用して、同一の槽に温度が高く密度の小さい水と、温度が低く密度の大きい水を極力混合させずに蓄える方式である。温度成層型蓄熱槽の蓄熱効率εを上げるには、(1)温度成層が形成されるようにタンク内の流速を十分に抑え、高温水と低温水の間に出来る混合層を薄くし、(2)断面積を少なくして、混合層の体積を最小にすることが必要である。

前記(2)断面積を少なくして、混合層の体積を最小にするためには、独立した密閉式又は開放式の蓄熱タンクを直列に結ぶことにより断面積を最小に出来るが、ある一定流量以上では、前記(1)温度成層が形成されるようにタンク内の流速を十分に抑え、高温水と低温水の間に出来る混合層を薄くすることが出来ず、蓄熱効率εを著しく下げてしまう。本願の熱源設備１では、熱源機器のＣＯＰ比率が高くなるように優先的に運転し、不足または過大な熱量を蓄熱タンク１４へ蓄放熱する方式であるため、幅広い流量域でも蓄熱効率εが低下しない運用が求められる。そこで、蓄熱タンク１４の流量を蓄熱または放熱切替時に予測し、蓄熱タンクを流量に合わせて、直列または並列接続する機構を持たせるようにするのが望ましい。具体的には、図１５に示されるように、２槽の蓄熱タンク２０Ａ、２０Ｂを備え、これら２槽のタンク２０Ａ、２０Ｂ間に流路方向制御弁２１を備えることにより前記２槽のタンク２０Ａ、２０Ｂを直列接続とする場合と並列接続とする場合とに切替え可能とする。例えば、図１６は蓄熱時に直列接続とした場合の流路図であり、図１７は蓄熱時に並列接続とした場合の流路図である。なお、放熱時は流路方向が逆になるだけであり蓄熱時と同様である。

本熱源設備１では、前記送りヘッダ４と前記還りヘッダ８とを繋ぐ第１バイパス１３の中間に蓄熱タンク１４を設け、熱源システムＣＯＰ比率が高くなる運転領域での運転を優先的に行い、この際に製造した余分な熱を前記蓄熱タンクに蓄えておき、蓄熱後に、蓄えた熱の放熱運転を繰り返すことにより高い効率で省エネルギー化を図った熱源設備である。具体的には、図２に示されるように、運転時に、後述の条件１又は条件２の蓄放熱条件が成立した場合には、所定の条件の下で蓄熱運転を行い、蓄熱タンク１４に熱媒の熱が満蓄されたならば所定の条件の下で放熱運転を行う手順を繰り返すことによって高い効率で省エネルギー化を図るようにしたものである。

以下、具体的に本熱源設備１の運転制御方法について詳述する。

《事前準備手順》
熱源設備１を構成する熱源機器２_１〜２_３やポンプ３_１〜３_３、５などの補機類の特性を予め得ておき、外気または冷却水温度、熱源機器出口温度、熱負荷（負荷流量と水往き還り温度から算出）、熱源機器運転台数の条件を振って熱源システムＣＯＰを計算し、負荷率ｑとＣＯＰ比率、負荷率ｑ時にＣＯＰ比率が最大となる運転台数との関係を外気または冷却水温度及び熱源機器出口温度別に近似式もしくは表として得ておく。

近似式とした場合の例を図２０〜図２４に示す。図２０はインバータ駆動熱源機器単体の場合のＣＯＰ比率−負荷率ｑ（％）の関係図であり、図２１はインバータ駆動熱源機器２台の場合のＣＯＰ比率−負荷率ｑ（％）の関係図であり、図２２はインバータ駆動熱源機器３台の場合のＣＯＰ比率−負荷率ｑ（％）の関係図であり、図２３は非インバータ駆動熱源機器単体の場合のＣＯＰ比率−負荷率ｑ（％）の関係図であり、図２４は非インバータ駆動熱源機器２台の場合のＣＯＰ比率−負荷率ｑ（％）の関係図である。図中の符号Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃの各領域は、後述するように、領域Ａ１、Ａ２は蓄放熱運転判定条件２の成立範囲であり、領域Ｂ１は熱源機器１台でＣＯＰ比率が最大となる範囲であり、領域Ｂ２は熱源機器２台でＣＯＰ比率が最大となる範囲であり、領域Ｃは領域Ａ、Ｂ以外の範囲で通常運転となる範囲である。

また、表とした場合の例としては、例えばインバータ駆動熱源機器３台構成で、熱源機器出口温度７℃、冷却水温度２０℃の負荷率ｑとＣＯＰ比率の特性が図２２とすると、負荷率ｑとＣＯＰ比率、負荷率ｑ時にＣＯＰ比率が最大となる運転台数との関係は下表１のように整理される。

《蓄放熱条件判定手順》
蓄放熱運転の実施許可判定は、以下のように行われる。
(1)下記条件１が成立すれば蓄熱運転ケース１が許可される。

条件１：熱源機器２_１〜２_３から前記第１バイパス１３を巡る一次側流量Ｑ１が前記外部負荷機器７を巡る二次側流量Ｑ２よりも大きい場合。
(2)前記条件１が成立しなくても、下記条件２が成立すれば蓄熱運転ケース２が許可される。

条件２：事前準備手順で得た近似式又は表に基づいて、外部負荷機器７が要求する負荷率ｑよりも高い負荷率でＣＯＰ比率が極大となる負荷率ｑＮが存在する場合。
(3)どちらの条件も成立しない場合には通常運転となる。

なお、前記蓄放熱条件成立判定は、通常運転時に一定時間毎、具体的には１〜１０分毎、好ましくは１〜３分毎に行うようにするのがよい。

前記条件１とは、外部負荷機器（空調機）側が要求する負荷率ｑに見合う熱源機器運転台数、熱源機器の最低流量制限で運転することで、第１バイパス１３に過大な流量が生じて、一次側流量Ｑ１が二次側流量Ｑ２より大きくなる状態を指している。なお、前記一次側流量Ｑ１は測定値でなく設定値である。通常は一次側流量Ｑ１＝二次側流量Ｑ２となるが、一次側流量Ｑ１には最低流量Ｑ１minが存在し、二次側流量Ｑ２＜Ｑ１minとなったときに、第１バイパス１３に過大な流量が発生する。

次に、前記条件２の成否判定について詳述する。

条件２の成立判定手順のフローを図３に示すとともに、条件２の成立意義について図４に基づいて概念的に説明する。通常運転時の負荷率がｑ（≒２５％）であり、Ａ１領域内であるとすると、これよりも高い負荷率でＣＯＰ比率が極大となる負荷率ｑＮが存在する。このような場合は、優先的にＣＯＰ比率の高い負荷率ｑＮポイントで運転を行い、増量された熱媒を第１バイパス１３に流して、蓄熱タンク１４に蓄熱するようにすると、熱源機器２_１〜２_３自体の負荷率は上昇するものの、高いＣＯＰ効率での運転が実施されることと、増量生産された熱媒が蓄熱タンク１４に蓄熱され、後に放熱運転を行うことにより総合的に省エネルギーな運転を実現することができる。

条件２の判定に当たっては、外部負荷機器７が要求する負荷率ｑよりも高い負荷率でＣＯＰ比率が極大となる負荷率ｑＮが存在するかどうかの判定が必要となるため、実際上の解析はCOP比率−負荷率曲線の勾配を順次、負荷率が高くなる側に探っていき、上り勾配から下り勾配に変化した点が存在したならば、この点を極大負荷率ｑＮとして設定する。

具体的な探索手順について、図３に基づき詳述する。

(A)探索回数Nの初期設定及び負荷率q時のCOP比率（COP_（0））の算出）
前記《事前準備手順》で得た外気または冷却水温度及び熱源機器出口温度別の負荷率qと、COP比率、負荷率q時にCOP比率が最大となる運転台数との関係に、流量計１２、温度計９（送り温度）、温度計１０（還り温度）で計測した値で算出した外部負荷機器７（空調機）側が要求する負荷率qと外気または冷却水温度及び熱源機器出口温度をあてはめ、このときのCOP比率（COP_（0））を算出する。また、探索回数Nの値を初期値0に設定する。

(B)探索回数N回の負荷率q_Nを算出
探索回数Nの前回値に１を足す（N=N+1）。そして、下記(1)式により探索回数N回時の負荷率q_Nを算出する。dqは負荷率の変化幅で1〜5%程度に設定する。

(C)探索回数N回の負荷率q_N時のCOP比率（COP_（N））の算出
探索回数N回の負荷率q_N時のCOP比率（COP_（N））と、探索回数N回の負荷率q_N時のCOP比率が最高となる運転台数を、前記《事前準備手順》で得た外気または冷却水温度及び熱源機器出口温度別の負荷率qと、COP比率、負荷率q時にCOP比率が最大となる運転台数との関係から算出する。

(D)探索回数0回時のCOP比率（COP_（0））と探索回数N回時のCOP比率（COP_（N））との比較
探索回数0回時のCOP比率（COP_（0））と探索回数N回時のCOP比率（COP_（N））との比較を行い、探索回数N回時のCOP比率（COP_（N））が探索回数0回時のCOP比率（COP_（0））よりα大きい場合には、次の処理を行う。それ以外の場合は、“探索回数N回の負荷率q_Nを算出”の処理に戻る。なお、前記αは下記(2)式で定義される。

ここで、εは蓄熱タンク１４の蓄熱効率である。

αを上記のように設定するのは、負荷率ｑと極大点負荷率ｑＮとの差が蓄熱タンク１４の蓄熱効率以下の場合は、蓄放熱運転を実施したとしても省エネルギー効率上意味を成さないからである。

(E)探索回数N回時のCOP比率（COP_（N））と探索回数N-1回時のCOP比率（COP_（N-1））との比較
探索回数N回時のCOP比率（COP_（N））と探索回数N-1回時のCOP比率（COP_（N-1））との比較を行い、探索回数N回時のCOP比率（COP_（N））が探索回数N-1回時のCOP比率（COP_（N-1））より小さい場合には、条件２成立とする。また、探索回数N-1回目の負荷率q_N-1を空調機側が要求する負荷率qよりも高い負荷率で、COP比率が極大となる負荷率ｑＮと定義して処理を終了する。それ以外の場合は、次の処理を行う。

(F)探索回数N回時の負荷率q_Nと負荷率上限の比較
探索回数N回時の負荷率q_Nが負荷率上限以上の場合には、条件２成立とする。また、探索回数N回目の負荷率q_Nを空調機側が要求する負荷率qよりも高い負荷率で、COP比率が極大となる負荷率ｑＮと定義して、処理を終了する。それ以外の場合は、“探索回数N回の負荷率q_Nを算出”の処理に戻る。負荷率上限は、90%程度が良い。この処理は、非インバータ駆動熱源機器の場合を考慮したものである。

以上の処理を行うことにより、外部負荷機器（空調機）側が要求する負荷率qよりも高い負荷率で、COP比率が極大となる負荷率ｑＮと運転領域を探索する。

前記《事前準備手順》で説明した近似式とした場合の図２０〜図２４において、条件２の成立範囲を示すと、図２０と図２３においては領域Ａ１を、図２１、図２２と図２４においては領域Ａ１とＡ２を、蓄放熱運転ケース２実施可能領域と判定し、蓄放熱運転ケース２の実施を許可する。

《蓄熱運転手順》
蓄熱運転は、前記条件１で許可された場合と、条件２で許可された場合とで異なるため別々に説明する。

＜条件１で許可された場合の蓄熱運転＞
蓄熱運転ケース１：前記熱源機器３_１〜３_３を予め設定した後述の蓄熱時出口温度設定温度で運転するとともに、前記第１三方制御弁１５によりバイパス流量の全量が蓄熱タンク１４に流れ込むようにし、第１バイパス１３を流れる熱媒の熱を前記蓄熱タンク１４に蓄熱する。

外部負荷機器（空調機）側が要求する負荷率ｑが、図２２の領域Ｃにあって、蓄熱時運転台数が３台の場合の熱源設備の運転状態を図５に示す。

＜条件２で許可された場合の蓄熱運転＞
蓄熱運転ケース２：前記熱源機器３_１〜３_３を後述の蓄熱時出口温度設定温度で運転するとともに、前記第１三方制御弁１５によりバイパス流量の全量が蓄熱タンク１４に流れ込むようにし、かつ外部負荷機器７が要求する負荷率ｑよりも高い負荷率でＣＯＰ比率が極大となる負荷率ｑＮを運転ポイントとするとともに、前記《事前準備手順》で得た近似式又は表を使って求めた負荷率ｑＮ時にＣＯＰ比率が最大となる運転台数で運転し、第１バイパス１３を流れる熱媒の熱を前記蓄熱タンク１４に蓄熱する。

蓄熱運転例を示すと、仮に空調機側が要求する負荷率qが、図２２の領域Ａ１にある場合には、条件２判定フローで、極大と判定されたCOP比率（COP_(N)）となる負荷率ｑＮは領域Ｂ１の中にある。よって、蓄熱時には領域Ｂ１にある極大と判定されたCOP比率（COP_(N)）となる負荷率ｑＮ、前記《事前準備手順》で得た外気または冷却水温度及び熱源機器出口温度別の負荷率qと、COP比率、負荷率q時にCOP比率が最大となる運転台数との関係から求まる領域Ｂ１で最もCOP比率が高い運転台数１台、後述する温度制御で決定された蓄熱時の熱源機器出口設定温度で熱源機器３_１を運転する。

また、空調機側が要求する負荷率qが、図２２の領域Ａ２にある場合には、条件２判定フローで、極大と判定されたCOP比率（COP_(N)）となる負荷率ｑＮは領域B2の中にある。よって、蓄熱時には領域B2にある極大と判定されたCOP比率（COP_(N)）となる負荷率ｑＮ、前記《事前準備手順》で得た外気または冷却水温度及び熱源機器出口温度別の負荷率qと、COP比率、負荷率q時にCOP比率が最大となる運転台数との関係から求まる領域Ｂ２で最もCOP比率が高い運転台数２台、後述する温度制御で決定された蓄熱時の熱源機器出口設定温度で、熱源機器３_１、３_２を運転する。

蓄熱時運転台数が２台の場合の熱源設備の運転状態を図６に示す。外部負荷機器７（空調機）側が要求している熱負荷率ｑに対して、熱源機器運転能力はｑＮと過大であるため、一次側流量Ｑ１が二次側流量Ｑ２より大きくなり、送りヘッダ４から還りヘッダ８へのバイパス流量が発生し、その間に設置した蓄熱タンク１４に蓄熱される。

《放熱運転手順》
前記《蓄熱運転手順》により蓄熱タンクに熱媒の熱が満蓄されたならば、放熱運転手順に移行する。蓄熱タンク１４が満蓄か否かは、蓄熱タンク１４に内蔵された温度センサ２３の温度が放熱時の熱源機器出口設定温度以下に達すると満蓄と判断され、放熱運転に移行する。

放熱運転は、蓄熱時の運転台数よりも少なく、外部負荷機７側が要求する負荷率ｑよりも低い負荷率でＣＯＰ比率が極大となる負荷率ｑＮが存在する場合と存在しない場合とで異なるため、先ず前記負荷率ｑＮが存在の有無を探索する。探索は、COP比率−負荷率曲線の勾配を順次、負荷率が低くなる側に探っていき、上り勾配から下り勾配に変化した点があったならばこの点を極大負荷率ｑＮとして設定する。探索方向は異なるが前述した条件２での極大負荷率ｑＮの探索と基本的には同じである。

具体的には、図７に示される探索フロー図の手順に従って行われる。

(A)探索回数Nの初期設定及び負荷率q時のCOP比率（COP_（0））の算出）
前記《事前準備手順》で得た外気または冷却水温度及び熱源機器出口温度別の負荷率qと、COP比率、負荷率q時にCOP比率が最大となる運転台数との関係に、流量計１２、温度計９（送り温度）、温度計１０（還り温度）で計測した値で算出した外部負荷機器７（空調機）側が要求する負荷率qと外気または冷却水温度及び熱源機器出口温度をあてはめ、このときのCOP比率（COP_（0））を算出する。また、探索回数Nの値を初期値0に設定する。

(B)探索回数N回の負荷率q_Nを算出
探索回数Nの前回値に１を足す（N=N+1）。そして、下記(3)式により探索回数N回時の負荷率q_Nを算出する。dqは負荷率の変化幅で1〜5%程度とする。

(C)探索回数N回の負荷率q_N時のCOP比率（COP_（N））の算出
探索回数N回の負荷率q_N時のCOP比率（COP_（N））と探索回数N回の負荷率q_N時のCOP比率が最高となる運転台数を、前記《事前準備手順》で得た外気または冷却水温度及び熱源機器出口温度別の負荷率qと、COP比率、負荷率q時にCOP比率が最大となる運転台数との関係から算出する。

（D）蓄熱時の運転台数と探索回数N回の負荷率q_N時にCOP比率（COP_(N)）が最高となる運転台数との比較
探索回数N回の負荷率q_N時にCOP比率（COP_(N)）が最高となる運転台数＞蓄熱時の運転台数となるときには次の処理を行う。それ以外の場合は”(B)探索回数N回の負荷率q_Nを算出”の処理に戻る。

(E)探索回数0回時のCOP比率（COP_（0））と探索回数N回時のCOP比率（COP_（N））との比較
探索回数0回時のCOP比率（COP_（0））と探索回数N回時のCOP比率（COP_（N））との比較を行い、探索回数N回時のCOP比率（COP_（N））が探索回数0回時のCOP比率（COP_（0））よりα大きい場合には、次の処理を行う。それ以外の場合は、“(B)探索回数N回の負荷率q_Nを算出”の処理に戻る。なお、前記αは上記(2)式で定義される。

(F)探索回数N回時のCOP比率（COP_（N））と探索回数N-1回時のCOP比率（COP_（N-1））との比較
探索回数N回時のCOP比率（COP_（N））と探索回数N-1回時のCOP比率（COP_（N-1））との比較を行い、探索回数N回時のCOP比率（COP_（N））が探索回数N-1回時のCOP比率（COP_（N-1））より小さい場合には、極大点ありとして、探索回数N-1の時の負荷率q_N-1をCOP比率が極大となる負荷率ｑＮと定義し、処理を終了する。それ以外の場合は、「COP比率が極大となる負荷率ｑＮ」無しとし、“(B)探索回数N回の負荷率q_Nを算出”の処理に戻る。

＜蓄熱時の運転台数よりも少なく、外部負荷機７側が要求する負荷率ｑよりも低い負荷率でＣＯＰ比率が極大となる負荷率ｑＮが存在しない場合＞
空調機側が要求する負荷率qが、図２２の領域Ａ１にある場合には、外部負荷機器７（空調機）側が要求する負荷率qよりも低い負荷率で、COP比率が極大となる負荷率ｑＮがない。この場合には熱源機器を全て停止する。

この場合には、一次側流量Ｑ１が“0”となるため、二次側流量Ｑ２の全てがバイパス流量となり、バイパス流量が還りヘッダ８から送りヘッダ４へ流れ、第１バイパス１３の中間に設置した蓄熱タンク１４からの放熱で、外部負荷機器７（空調機）側が要求している熱負荷の全てをまかなうことになる。

蓄熱タンク１４内蔵の温度センサ２２の温度が、放熱時の熱源機器出口設定温度以上に達すると全放熱と判断される。

＜蓄熱時の運転台数よりも少なく、外部負荷機７側が要求する負荷率ｑよりも低い負荷率でＣＯＰ比率が極大となる負荷率ｑＮが存在する場合＞
空調機側が要求する負荷率qが、図２２の領域Ｃにある場合には、蓄熱時の運転台数よりも少ない台数で、空調機側が要求する負荷率qより低い領域Ｂ２にCOP比率が極大となる負荷率ｑＮがある。この場合にCOP比率が極大となる負荷率ｑＮ、前記《事前準備手順》で得た外気または冷却水温度及び熱源機器出口温度別の負荷率qと、COP比率、負荷率q時にCOP比率が最大となる運転台数との関係から求まる領域Ｂ２で最もCOP比率が高い運転台数２台、後述する温度制御で決定された放熱時の熱源機器出口設定温度で熱源機器３_１、３_２を運転する。

この場合には、外部負荷機器７（空調機）側が要求している熱負荷率qに対して、熱源機器運転能力はｑＮと不足しているため、二次側流量Ｑ２が一次側流量Ｑ１より大きくなり、還りヘッダ８から送りヘッダ４へのバイパス流量（蓄熱とは逆方向）が発生し、送りヘッダ４と還りヘッダ８との間に設置した蓄熱タンク１４からの放熱で不足分をまかなう。放熱時には蓄熱タンク１４と還りヘッダ８からの冷水を三方制御弁１５により、温度計１７の温度が、放熱時の熱源機器出口設定温度になるように制御する。このときのシステムの運転状態を図８に示す。

また、仮に外部負荷機器７（空調機）側が要求する負荷率qが、図２２の領域Ａ２にある場合には、蓄熱時よりも少ない台数で、空調機側が要求する負荷率qよりも低い負荷率で、COP比率が極大となる負荷率ｑＮが領域Ｂ１である。この場合にはCOP比率が極大となる負荷率ｑＮ、前記《事前準備手順》で得た外気または冷却水温度及び熱源機器出口温度別の負荷率qと、COP比率、負荷率q時にCOP比率が最大となる運転台数との関係から求まる領域Ｂ１で最もCOP比率が高い運転台数１台、後述する温度制御で決定された放熱時の熱源機器出口設定温度で熱源機器３_１を運転する。

この場合も、外部負荷機器７（空調機）側が要求している熱負荷率qに対して、熱源機器運転能力はｑＮと不足しているため、二次側流量Ｑ２が一次側流量Ｑ１より大きくなり、還りヘッダ８から送りヘッダ４へのバイパス流量（蓄熱とは逆方向）が発生し、送りヘッダ４と還りヘッダ８との間に設置した蓄熱タンク１４からの放熱で不足分をまかなう。放熱時には蓄熱タンク１４と還りヘッダ８からの冷水を三方制御弁１５により、温度計１７の温度が、放熱時の熱源機器出口設定温度になるように制御する。このときのシステムの運転状態を図９に示す。

そして、蓄熱タンク１４に内蔵された温度センサ２２の温度が、放熱時の熱源機器出口設定温度以上に達すると全放熱と判断される。

《以降の手順》
以降は、前記蓄放熱条件判定手順の判定結果に従い、前記蓄熱運転手順と、前記放熱運転手順とを繰り返し行うようにする。

＜放熱時の熱源機器出口設定温度の設定＞
放熱時の熱源機器出口設定温度は、設計時に決定される熱源システムとしての運用上の温度（例えば7℃）とする。

＜蓄熱時の熱源機器出口設定温度の決定方法＞
蓄熱時は、放熱時の熱源機器出口設定温度よりも温度を下げることで、放熱時間を延長し、熱源機器２_１〜２_３の運転台数を減少させることで、放熱時の消費エネルギーを削減できるが、蓄熱時には熱源機器出口設定温度を下げることで、熱源機器２_１〜２_３の単体COP比率が悪化し消費エネルギーが増加する。つまり、蓄熱時の熱源機器出口設定温度には適切な温度があり、それを決定する必要がある。

なお、蓄熱時の熱源機器出口設定温度を放熱時の熱源機器出口設定温度より下げることが出来るのは、図１０の送りヘッダ４の熱媒状態図に示すように、蓄熱タンク１４に近い熱源機器１台（以下、蓄熱優先機と言う）のみである。

以下に、前記蓄熱優先機の蓄熱時熱源機器出口設定温度の決定方法について詳述する。

放熱時の熱源機器出口温度を7℃、蓄熱優先機の蓄熱時熱源機器出口温度が取り得る温度が７、６、５℃と決まっている場合を以下に示す。

蓄熱優先機の蓄熱時熱源機器出口温度を７、６、５℃とした場合の蓄放熱をワンサイクル行った時の消費エネルギーW_7、W_6、W_5を前記《事前準備手順》で得た外気または冷却水温度及び熱源機器出口温度別の負荷率qと、COP比率、負荷率q時にCOP比率が最大となる運転台数との関係から得る。

蓄放熱をワンサイクル行ったときの消費エネルギーが少ない時の蓄熱優先機の蓄熱時熱源機器出口温度を最適値とする。

図１１は蓄熱時２台運転、放熱時１台運転で、蓄熱優先機の蓄熱時熱源機器出口温度を７℃とした場合の蓄放熱ワンサイクルを示したものである。図１２は蓄熱時２台運転、放熱時１台運転で、蓄熱優先機の蓄熱時熱源機器出口温度を５℃とした場合の蓄放熱ワンサイクルを示したものである。図１３は蓄放熱運転をワンサイクル行ったときの消費エネルギーを、蓄熱優先機の蓄熱時熱源機器出口温度を７℃時の消費エネルギーを１として表した場合で有り、このケースでは蓄熱優先機の蓄熱時熱源機器出口温度は６℃が最適値となる。

蓄熱時には図１０に示すように、放熱時の熱源機器出口温度設定７℃の熱源機器２_２と蓄熱優先機で蓄熱時熱源機器出口温度設定５℃の熱源機器２_１が混在して運転することになる。このとき、蓄熱タンク１４への冷水が蓄熱優先機の蓄熱時の熱源機器出口温度５℃となるように、送りヘッダ４は同図１０に示すように、外部負荷機器７（空調機）へ繋がる配管と蓄熱タンク１４へ繋がる配管がヘッダの両端に配置され、運転している熱源機器２_１〜２_３のうち、蓄熱タンク１４へ繋がる配管に一番近い熱源機器２_１を蓄熱優先機として運転する。

＜負荷率一定制御＞
蓄熱及び放熱時の熱源システムをCOP比率が極大となる負荷率ｑＮで運転するためには、図１４に示すように一次ポンプ３_１〜３_３の運転周波数を変えることにより熱源機器２_１〜２_３に通水する流量を変化させ、それでも負荷率ｑＮが維持できない場合には第２三方制御弁１８のバイパス側を開くことにより、流量の一部を熱源機器２_１〜２_３の入口側に戻し、負荷率を下げる。

なお、熱源機器２_１〜２_３の特性上、一次ポンプ３_１〜３_３の運転周波数の可変だけで負荷率ｑＮが維持できる場合には前記第２三方制御弁１８を省略することも可能である。

＜蓄熱タンク１４の直列・並列切替制御＞
前述したように、本熱源設備１では前記蓄熱タンク１４の流量を蓄熱または放熱切替時に予測し、蓄熱タンク１４の流量に合わせて、直列または並列接続する機構を持たせている。

前記運転制御において、蓄熱または放熱切替時に、蓄熱タンク１４の流量が、直列接続時の断面積で温度成層が形成できる流速以下であると予測される場合、図１６に示されるように、２基のタンク２０Ａ、２０Ｂの間に設置された流路方向制御弁２１を切り替えることにより２基のタンクを直列接続とする。

蓄熱または放熱切替時に、蓄熱タンク１４の流量が、直列接続時の断面積で温度成層が形成できる流速以上であると予測される場合、図１７に示されるように、２基のタンク２０Ａ、２０Ｂの間に設置された流路方向制御弁２１を切り替えることにより２基のタンクを並列接続とする。

〔省エネルギー性の検証〕
図２１のCOP比率−負荷率特性を持つ熱源機器２台構成、年間冷房の条件で、従来の熱源設備５０で運用した場合と本特許発明の熱源設備１で運用した場合の消費電力・年間積算消費電力の試算結果を図１８に示す。図１８に示すように年間積算消費電力が143Mwh、23%減少する。

１…熱源設備、２_１〜２_３…熱源機器、３_１〜３_３…一次ポンプ、４…送りヘッダ、５…二次ポンプ、６…二次ヘッダ、７…外部負荷機器（空調機）、８…還りヘッダ、９…温度計（送り温度）、１０…温度計（還り温度）、１１…三次ヘッダ、１２…流量計、１３…第１バイパス、１４…蓄熱タンク、１５…第１三方制御弁、１６…第２バイパス、１７…温度計（バイパス温度）、１８…第２三方制御弁、１９…第３バイパス、２０Ａ・２０Ｂ…タンク（蓄放熱槽）、２１…流路方向制御弁、２２・２３…温度センサ

Claims (5)

1. 熱媒を冷却又は加熱する複数の熱源機器と、各熱源機器に応じて設けられるとともに、冷却又は加熱された熱媒を圧送する一次ポンプと、前記熱源機器からの熱媒を集約する送りヘッダと、送りヘッダから熱媒を送る二次ポンプと、該二次ポンプからの熱媒を集約する二次ヘッダと、二次ヘッダから熱媒が供給される外部負荷機器と、外部負荷機器で熱交換された熱媒が戻されるとともに、各熱源機器に分配する還りヘッダと、熱媒の往き温度を計測する温度計と、熱媒の還り温度を計測する温度計と、熱媒の還り流量を計測する流量計と、前記送りヘッダと前記還りヘッダとを繋ぐ第１バイパスと、前記熱源機器の運転台数制御及び一次ポンプの運転制御を行う制御装置とを備えた熱源設備において、
   前記第１バイパスの中間に蓄熱タンクを設け、蓄熱タンクの上流側に第１三方制御弁を設けるとともに、この第１三方制御弁と蓄熱タンクの下流側とを繋ぐ第２バイパスを設け、かつ前記蓄熱タンクに流入する熱媒の温度を計測するための温度計を設け、前記蓄熱タンクは、２槽の蓄熱タンクを備え、これら２槽のタンク間に流路方向制御弁を備えることにより前記２槽のタンクを直列接続とする場合と並列接続とする場合とに切替え可能としてあることを特徴とする蓄熱タンクを備えた熱源設備。
2. 前記熱源機器の下流側に第２三方制御弁を設けるとともに、この第２三方制御弁と熱源機器の上流側とを繋ぐ第３バイパスを設けてある請求項１記載の蓄熱タンクを備えた熱源設備。
3. 熱媒を冷却又は加熱する複数の熱源機器と、各熱源機器に応じて設けられるとともに、冷却又は加熱された熱媒を圧送する一次ポンプと、前記熱源機器からの熱媒を集約する送りヘッダと、送りヘッダから熱媒を送る二次ポンプと、該二次ポンプからの熱媒を集約する二次ヘッダと、二次ヘッダから熱媒が供給される外部負荷機器と、外部負荷機器で熱交換された熱媒が戻されるとともに、各熱源機器に分配する還りヘッダと、熱媒の往き温度を計測する温度計と、熱媒の還り温度を計測する温度計と、熱媒の還り流量を計測する流量計と、前記送りヘッダと前記還りヘッダとを繋ぐ第１バイパスと、前記熱源機器の運転台数制御及び一次ポンプの運転制御を行う制御装置とを備え、前記第１バイパスの中間に蓄熱タンクを設け、蓄熱タンクの上流側に第１三方制御弁を設けるとともに、この第１三方制御弁と蓄熱タンクの下流側とを繋ぐ第２バイパスを設け、かつ前記蓄熱タンクに流入する熱媒の温度を計測するための温度計を設けた蓄熱タンクを備えた熱源設備の運転制御方法であって、
   前記熱源設備を構成する熱源機器やポンプなどの補機類の特性を予め得ておき、外気または冷却水温度及び熱源機器出口温度別の負荷率ｑとＣＯＰ比率、負荷率ｑ時にＣＯＰ比率が最大となる運転台数との関係を外気又は冷却水温度及び熱源機器出口温度別に近似式又は表として得ておく事前準備手順と、
   通常運転時に下記条件１又は条件２が成立するかどうかを一定時間毎に判定を行う蓄放熱条件判定手順と、
   条件１：熱源機器から前記第１バイパスを巡る一次側流量Ｑ１が前記外部負荷機器を巡る二次側流量Ｑ２よりも大きい。
   条件２：事前準備手順で得た近似式又は表に基づいて、外部負荷機器が要求する負荷率ｑよりも高い負荷率でＣＯＰ比率が極大となる負荷率ｑＮが存在する。
   前記条件１が成立している場合は下記蓄熱運転ケース１を行い、前記条件２が成立している場合は下記蓄熱運転ケース２を行う蓄熱運転手順と、
   蓄熱運転ケース１：前記熱源機器を予め設定した蓄熱時出口温度設定温度で運転するとともに、前記第１三方制御弁によりバイパス流量の全量が蓄熱タンクに流れ込むようにし、第１バイパスを流れる熱媒の熱を前記蓄熱タンクに蓄熱する蓄熱運転。
   蓄熱運転ケース２：前記熱源機器を予め設定した蓄熱時出口温度設定温度で運転するとともに、前記第１三方制御弁によりバイパス流量の全量が蓄熱タンクに流れ込むようにし、かつ外部負荷機器が要求する負荷率ｑよりも高い負荷率でＣＯＰ比率が極大となる負荷率ｑＮを運転ポイントとするとともに、前記事前準備手順で得た近似式又は表を使って求めた負荷率ｑＮ時にＣＯＰ比率が最大となる運転台数で運転し、第１バイパスを流れる熱媒の熱を前記蓄熱タンクに蓄熱する蓄熱運転。
   前記蓄熱運転手順により蓄熱タンクに熱媒の熱が満蓄されたならば、前記事前準備手順で得た近似式又は表を使って、蓄熱時の運転台数よりも少なく、外部負荷機側が要求する負荷率ｑよりも低い負荷率でＣＯＰ比率が極大となる負荷率ｑＮが存在するかどうかを探索し、この負荷率ｑＮがない場合は、熱源機器を全台数停止し、還りヘッダから送りヘッダへ向かうバイパス流を発生させることにより前記蓄熱タンクからの放熱を行い、前記負荷率ｑＮがある場合は、該負荷率ｑＮで、前記事前準備手順で得た近似式又は表を使って、負荷率ｑＮ時にＣＯＰ比率が最大となる運転台数とし、かつ熱源機器は予め設定した放熱時熱源機器出口設定温度で運転を行い、還りヘッダから送りヘッダへ向かうバイパス流を発生させることにより前記蓄熱タンクからの放熱を行う放熱運転手順とを有し、
   以降は、前記蓄放熱条件判定手順の判定結果に従い、前記蓄熱運転手順と、前記放熱運転手順とを繰り返し行うことを特徴とする蓄熱タンクを備えた熱源設備の運転制御方法。
4. 前記蓄熱タンクを備えた熱源設備において、前記蓄熱タンクは、２槽の蓄熱タンクを備え、これら２槽のタンク間に流路方向制御弁を備えることにより前記２槽のタンクを直列接続とする場合と並列接続とする場合とに切替え可能としてあり、蓄熱タンクの流量が直列接続時の断面積で温度成層が形成できる流速以下である場合には前記流路方向制御弁により２槽のタンクを直列接続とし、蓄熱タンクの流量が直列接続時の断面積で温度成層が形成できる流速以上である場合には前記流路方向制御弁により２槽のタンクを並列接続とする請求項３記載の蓄熱タンクを備えた熱源設備の運転制御方法。
5. 前記蓄熱タンクを備えた熱源設備において、前記熱源機器の下流側に第２三方制御弁を設けるとともに、この第２三方制御弁と熱源機器の上流側とを繋ぐ第３バイパスを設けてあり、
   前記蓄熱運転及び放熱運転時の熱源機器をＣＯＰ比率が極大点となる負荷率ｑＮで運転するためには、一次ポンプの運転周波数を変えることにより熱源機器に通水する流量を変化させ、それでも負荷率が維持できない場合には前記第２三方制御弁の第３バイパスを開く制御を行う請求項３、４いずれかに記載の蓄熱タンクを備えた熱源設備の運転制御方法。

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