JP6470345B2 - 熱源機制御装置、および熱源機システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の熱源機を選択的に運転制御する熱源機制御装置、そのような熱源機制御装置によって運転制御される複数の熱源機を有する熱源機装置、および上記熱源機制御装置と熱源機装置とを備えた熱源機システムに関するものである。より詳しくは、例えば、熱源機制御装置による最適負荷分担制御手法や、熱源機システム、負荷需要予測に基づく熱源制御装置による最適負荷分担制御手法などに関するものである。

複数台の吸収式冷凍機やヒートポンプ式冷凍機を有する熱源システムでは、各冷凍機を選択的に運転させる制御が行われる。具体的には、例えば負荷に送られる冷水の温度や、負荷から戻ってくる冷水の温度、およびこれらの冷水の流量を監視して、負荷における要求熱量を算出し、これに応じて、あらかじめ負荷状態に対応して設定された優先順位で冷凍機が運転されるように制御するシステムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１６−４４９５２号公報

しかしながら、上記のようにあらかじめ負荷状態に対応して設定された優先順位で冷凍機が運転される構成では、負荷状態以外の運転条件の変動等に応じた運転状態制御の自由度を高めることは困難である。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、複数の熱源機を選択的に運転制御する場合の運転状態制御の自由度を容易に高められるようにすることを目的としている。

上記の目的を達成するために、
本発明は、
複数の熱源機を運転制御する熱源機装置であって、
負荷状態を検出する負荷状態検出部と、
各熱源機の運転優先順位設定値、および各熱源機を運転させるか停止させるかを判断するための負荷状態閾値を保持するとともに、上記運転優先順位設定値、負荷状態閾値、および上記負荷状態検出部によって検出された負荷状態に基づいて、各熱源機を制御する制御部と、
ネットワークを介して送られる指示に応じて、上記運転優先順位設定値、および負荷状態閾値を設定する設定部と、
を有することを特徴とする。

これにより、ネットワークを介して送られる指示に応じて、上記運転優先順位設定値、および負荷状態閾値が設定されるので、例えば排熱投入量の変動や燃料単価（電気、ガス、その他エネルギ源の購入単価）の変動などによって最適負荷分担に変動要素がある場合でも、熱源機の運転状態制御の自由度を高め、適切な熱源機の運転状態にすることなどが容易にできる。

本発明では、複数の熱源機を選択的に運転制御する場合の運転状態制御の自由度を容易に高めることができる。

熱源機システムの概略構成を示すブロック図である。 吸収式冷凍機のＣＯＰ特性の例を示すグラフである。 電動式冷凍機のＣＯＰ特性の例を示すグラフである。 運転優先順位設定・増段閾値設定動作を示すフローチャートである。 運転優先順位設定・増段閾値による運転制御動作を示すフローチャートである。 負荷熱量に応じた制御動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（熱源機システム１００の概略構成）
熱源機システム１００は、図１に示すように、熱源機装置２００とサーバ装置３００とが、例えばインターネット等を用いたＶＰＮ４１０（仮想プライベートネットワーク）などのネットワークを介して接続されて構成されている。

上記熱源機装置２００は、例えば、それぞれ１台以上の吸収式冷凍機２１０と、電動式冷凍機２２０とを備えている。これらの冷凍機２１０・２２０は、熱源機制御ＰＬＣ２３１（熱源機制御プログラマブルロジックコントローラ、負荷状態検出部、制御部）を有する熱源機制御盤２３０に接続されている。熱源機制御盤２３０には、ＥＭＳ制御盤２４０（エネルギ管理システム制御盤、管理制御盤）が接続されている。

上記熱源機制御盤２３０は、冷凍機２１０・２２０の負荷状態を検出するようになっている。熱源機制御盤２３０は、また、各冷凍機２１０・２２０の運転優先順位設定値、および各冷凍機２１０・２２０を運転させるか停止させるかを判断するための、負荷熱量および冷温水流量についての負荷状態閾値を図示しないレジスタに保持するとともに、上記運転優先順位設定値、負荷状態閾値（増段閾値）、および冷凍機２１０・２２０の負荷状態に基づいて、各冷凍機２１０・２２０を個別に運転制御するようになっている。より詳しくは、例えば、まず、運転優先順位設定値に基づいて吸収式冷凍機２１０を運転状態にさせ、負荷熱量または冷温水流量が増大して上記負荷熱量または冷温水流量の一方が負荷状態閾値を超えると、電動式冷凍機２２０を運転状態にするようになっている。具体的には、例えば、図２に示すように吸収式冷凍機２１０のＣＯＰ（成績係数）が比較的高く保たれる５０〜７０％程度の負荷率のときに電動式冷凍機２２０を運転状態にさせるようになっている。また、例えば、図３に示すように、電動式冷凍機２２０をＣＯＰが比較的高く保たれる４０〜７０％の範囲の負荷率で運転されるように制御することによって、冷凍機２１０・２２０を共に高いＣＯＰを保った状態で運転させることができる。

なお、負荷熱量や冷温水流量などの負荷状態の検出は、冷凍機ごとに検出されるようにしてもよいし、熱源機装置全体（複数の熱源機の合計）として検出されるようにしてもよいし、また、負荷熱量は冷凍機ごとに検出され、冷温水流量は図示しないヘッダ部分で全体の負荷流量として検出されるようにしたりしてもよい。ここで、複数の熱源機の合計の負荷状態が検出される場合には、これに対応する運転優先順位設定値と負荷状態閾値とが兼用されるようにしてもよい。すなわち、例えば各熱源機の負荷状態閾値が全体の負荷状態に対応して設定されている場合、負荷状態閾値の大小関係によって各熱源機が運転状態にされるかどうかが定まるので、運転優先順位設定値を兼ねるようにすることもできる。

ＥＭＳ制御盤２４０は、ＥＭＳＰＬＣ２４１（エネルギマネジメントシステムプログラマブルロジックコントローラ、設定部）、およびＶＰＮルータ２４２（仮想プライベートネットワークルータ）を有し、ＶＰＮ４１０を介して送られる指示に応じて、上記熱源機制御盤２３０の熱源機制御ＰＬＣ２３１に、運転優先順位設定値、および負荷状態閾値を設定するようになっている。なお、熱源機制御盤２３０を直接ＶＰＮ４１０に接続するようにしたりしてもよいが、ＥＭＳ制御盤２４０を介して接続することによって、熱源機制御盤２３０として既存の装置をそのまま、または少ない変更で用いることが容易になる。

サーバ装置３００（熱源機制御装置）は、例えば、熱源機装置２００とは異なる（離れた）敷地に設置され、上記ＶＰＮ４１０に接続されるＶＰＮルータ３１０と、インターネット４２０に接続されるインターネットルータ３２０と、処理装置３３０（設定値処理部）とを備えて構成されている。なお、ＶＰＮ４１０は、実際には、例えばインターネットを用いて構成されるが、ここでは便宜上、インターネット４２０と区別して説明している。

上記処理装置３３０は、各冷凍機２１０・２２０の運転優先順位設定値、および負荷状態閾値を決定し、熱源機装置２００への設定指示を送るようになっている。具体的には、例えば、インターネット４２０を介して外気温度や天候などの気象情報を取得し、これに基づいて需要熱量を予測し、その予測結果に基づいて、最適負荷分担がなされるように、すなわち、例えば需要熱量に対する熱量供給のタイムラグが小さくなるようにして熱源機の起動時間差に依存する負荷追従性の低下を抑制または低減できるように、運転優先順位設定値、および負荷状態閾値を決定することによって、最適負荷分担によるフィードフォワード制御をすることができる。また、ガス料金や電気料金などの燃料単価の変動や、排熱の利用が可能な熱源機装置が用いられる場合における排熱投入量の変動などに応じて、運転コストを低減できるように、運転優先順位設定値、および負荷状態閾値を決定することができる。より具体的には、例えば、燃料単価が変動する場合、負荷分担を下記（表１）のように設定することによって運転コストを低減することができる。

（熱源機システム１００の動作）
上記のように構成された熱源機システム１００では、以下のような動作が行われることによって、各冷凍機２１０・２２０の運転制御が行われる。

（運転優先順位設定値、および負荷状態閾値の決定）
サーバ装置３００では、例えば図４および以下で説明するように、需要熱量の予測や排熱投入量、燃料単価などに基づいて各冷凍機２１０・２２０についての運転優先順位・負荷状態閾値が決定され、熱源機装置２００への設定が行われる。

（Ｓ１０１） インターネット４２０等を介して、気象情報や燃料単価、排熱投入量、燃料単価などの基礎情報が取得される。

（Ｓ１０２） 上記基礎情報に基づいて、所定の時間経過後の需要熱量の予測がなされる。予測の手法は特に限定されず、例えば、特開２０１５−９０６３９号公報に記載されている手法を用いることなどができる。

（Ｓ１０３） 上記予測、および必要に応じて、排熱投入量や燃料単価などの変動要素に基づいて、上記運転優先順位設定値、および負荷状態閾値が決定される。

（Ｓ１０４） 決定された運転優先順位設定値、および負荷状態閾値が、ＶＰＮ４１０を介して熱源機装置２００のＥＭＳ制御盤２４０に送られる。ＥＭＳ制御盤２４０では、ＥＭＳＰＬＣ２４１が熱源機制御盤２３０の熱源機制御ＰＬＣ２３１に所定の制御信号を送り、上記運転優先順位設定値、および負荷状態閾値を保持させる。

（Ｓ１０５） 所定時間が経過するまでループ処理を繰り返し、所定時間が経過したら処理は（Ｓ１０１）に戻り、上記処理が所定の時間間隔で繰り返される。

（冷凍機２１０・２２０の運転開始、停止制御）
熱源機制御盤２３０の熱源機制御ＰＬＣ２３１では、吸収式冷凍機２１０について、上記負荷状態閾値に基づいて、図５および以下で説明するような制御が行われる。

（Ｓ２０１） 吸収式冷凍機２１０の負荷熱量、および冷温水流量が検出される。

（Ｓ２０２） 検出された負荷熱量、または冷温水流量の少なくとも一方が負荷状態閾値を超えたかどうかが判定され、超えていれば、処理は（Ｓ２０３）に移行し、超えていなければ（Ｓ２０４）に移行する。

（Ｓ２０３、Ｓ２０４） 検出された負荷熱量、または冷温水流量の少なくとも一方が負荷状態閾値を超えていれば、電動式冷凍機２２０の運転が開始される一方、双方とも負荷状態閾値以下であれば、電動式冷凍機２２０の運転が停止される。

なお、例えば、さらに他の冷凍機がある場合には、電動式冷凍機２２０でも同様の処理が行われて、上記他の冷凍機の運転が制御される。

また、上記のような制御は熱量、または流量の一方だけについて行われるようにしてもよい。また、運転開始、停止にヒステリシスが持たされるようにしてもよい。

（冷凍機２１０・２２０の運転状態制御）
熱源機装置２００、およびサーバ装置３００では、また、各冷凍機２１０・２２０の負荷熱量に基づいて、それぞれ負荷率が最適になるように、すなわちＣＯＰが比較的高く保たれるように、図６および以下で説明するような制御が行われる。

（Ｓ３０１） 熱源機装置２００の熱源機制御ＰＬＣ２３１で、各冷凍機２１０・２２０の負荷熱量が検出され、ＶＰＮ４１０を介してサーバ装置３００に伝達される。

（Ｓ３０２） サーバ装置３００の処理装置３３０では、検出された負荷熱量が最適負荷熱量の±所定％以内かどうかが判定され、負荷熱量が最適範囲内であれば、処理はそのまま（Ｓ３０１）に戻る。

（Ｓ３０３） 一方、負荷熱量が最適範囲内になければ、サーバ装置３００が熱源機装置２００に対して、実負荷熱量を最適負荷熱量範囲に追従させ得るように、両者の差分に応じて、熱源機装置２００の冷水１次ポンプが定流量のものであれば冷温水出口温度を設定する一方、冷水１次ポンプが可変流量（インバータ制御）のものであれば、冷温水流量を設定する。これによって、冷凍機２１０・２２０では、実負荷熱量が最適負荷熱量範囲に追従するようにフィードバック制御が行われる。

上記のように、サーバ装置３００からＶＰＮ４１０を介して優先順位設定値、および負荷状態閾値を熱源機装置２００に設定可能にされることによって、排熱投入量の変動や燃料単価の変動、需要熱量予測などによって最適負荷分担に変動要素がある場合でも、熱源機の運転状態制御の自由度を高め、適切な熱源機の運転状態にすることなどが容易にできる。

また、遠隔制御によって冷凍機２１０・２２０の運転開始や停止を直接制御するのではなく、優先順位設定値や負荷状態閾値を設定して冷凍機２１０・２２０を制御するという受動的な制御を適用することによって、熱源機制御盤２３０による能動的なフィードバック制御との不一致を回避し、協調性を保つことが容易にできる。

（その他の事項）
なお、上記の例では、吸収式冷凍機２１０と電動式冷凍機２２０とが用いられる例を示したが、熱源機の種類はこれらに限るものではなく、種々の形式のものが用いられてもよい。また、台数についても同種のものが複数台用いられてもよい。

１００ 熱源機システム
２００ 熱源機装置
２１０ 吸収式冷凍機
２２０ 電動式冷凍機
２３０ 熱源機制御盤
２３１ 熱源機制御ＰＬＣ
２４０ ＥＭＳ制御盤
２４１ ＥＭＳＰＬＣ
２４２ ＶＰＮルータ
３００ サーバ装置
３１０ ＶＰＮルータ
３２０ インターネットルータ
３３０ 処理装置
４１０ ＶＰＮ
４２０ インターネット

Claims (4)

1. 複数の熱源機を運転制御する熱源機装置にネットワークを介して接続される熱源機制御装置であって、
   上記熱源機装置は、
   負荷状態を検出する負荷状態検出部と、
   各熱源機の運転優先順位設定値、および各熱源機を運転させるか停止させるかを判断するための負荷状態閾値を保持するとともに、上記運転優先順位設定値、負荷状態閾値、および上記負荷状態検出部によって検出された負荷状態に基づいて、各熱源機を制御する制御部と、
   ネットワークを介して送られる指示に応じて、上記運転優先順位設定値、および負荷状態閾値を設定する設定部と、
   を有し、
   上記熱源機制御装置は、
   上記運転優先順位設定値、および負荷状態閾値を決定し、上記熱源機装置への設定指示を上記ネットワークを介して送る設定値処理部を有し、
   上記設定値処理部は、上記熱源機装置における所定の時間経過後の需要熱量を予測し、上記予測に基づいて、上記運転優先順位設定値、および負荷状態閾値を決定するように構成されていることを特徴とする熱源機制御装置。
2. 請求項１の熱源機制御装置であって、
   上記設定値処理部は、各熱源機における、負荷率に対する成績係数特性に基づいて、上記運転優先順位設定値、および負荷状態閾値を決定するように構成されていることを特徴とする熱源機制御装置。
3. 請求項１および請求項２のうち何れか１項の熱源機制御装置であって、
   上記設定値処理部は、各熱源機における、燃料単価、および使用される排熱投入量のうち少なくとも一方に基づいて、上記運転優先順位設定値、および負荷状態閾値を決定するように構成されていることを特徴とする熱源機制御装置。
4. 複数の熱源機を運転制御する熱源機システムであって、
   負荷状態を検出する負荷状態検出部と、
   各熱源機の運転優先順位設定値、および各熱源機を運転させるか停止させるかを判断するための負荷状態閾値を保持するとともに、上記運転優先順位設定値、負荷状態閾値、および上記負荷状態検出部によって検出された負荷状態に基づいて、各熱源機を制御する制御部と、
   ネットワークを介して送られる指示に応じて、上記運転優先順位設定値、および負荷状態閾値を設定する設定部と、
   を有する熱源機装置と、
   上記熱源機装置に上記ネットワークを介して接続される熱源機制御装置であって、
   上記運転優先順位設定値、および負荷状態閾値を決定し、上記熱源機装置への設定指示を上記ネットワークを介して送る設定値処理部を有し、
   上記設定値処理部は、上記熱源機装置における所定の時間経過後の需要熱量を予測し、上記予測に基づいて、上記運転優先順位設定値、および負荷状態閾値を決定するように構成されている熱源機制御装置と、
   を備えたことを特徴とする熱源機システム。

Images