(57)【要約】【課題】採熱源として下水などの未利用熱を利用する熱源機を含む熱源システムにおいて、可能な限り未利用熱を採熱源として利用しながら、安定した出力を実現することを目的とする。【解決手段】熱源システムは、下水などの未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機と、未利用熱とは異なる採熱源を利用する第２熱源機と、制御装置１０とを備える。制御装置１０は、各熱源機についての増減段順位及び増減段負荷率閾値が格納されている記憶部１１と、第１熱源機の最大出力可能熱量を算出する第１演算部１２と、第１熱源機の最大出力可能負荷率を算出する第２演算部１３と、第１演算部１２及び第２演算部１３の演算結果を用いて、記憶部１１に格納されている各熱源機の増減段順位及び増減段負荷率閾値を変更する変更部１４と、記憶部１１に格納されている増減段順位及び増減段負荷率閾値に基づいて、各熱源機の増減段を制御する増減段制御部１５とを備える。【選択図】図３
2014190619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水などの未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機と、未利用熱とは異なる採熱源を利用する第２熱源機とを備える熱源システムの制御装置であって、
各前記熱源機についての増段順位及び増段負荷率閾値が格納されている記憶手段と、
前記第１熱源機の最大出力可能熱量を算出する第１演算手段と、
前記第１熱源機の最大出力可能負荷率を算出する第２演算手段と、
前記第１演算手段及び前記第２演算手段の演算結果を用いて、前記記憶手段に格納されている各前記熱源機の増段順位及び増段負荷率閾値を変更する変更手段と、
前記記憶手段に格納されている増段順位及び増段負荷率閾値に基づいて、各前記熱源機の増段を制御する増段制御手段と
を具備する熱源システムの制御装置。
【請求項２】
前記変更手段は、所定の要求熱量、所定の第１負荷率、及び該第１負荷率よりも小さな値に設定された所定の第２負荷率の情報を保有しており、前記要求熱量と前記最大出力可能熱量との比較結果及び前記最大出力可能負荷率と前記第１負荷率又は前記第２負荷率との比較結果に応じて、前記記憶手段に格納されている各前記熱源機の増段順位及び増段負荷率閾値を変更する請求項１に記載の熱源システムの制御装置。
【請求項３】
前記変更手段は、前記第１熱源機の最大出力可能熱量が前記要求熱量以上であり、かつ、前記最大出力可能負荷率が前記第１負荷率以上である場合に、前記第１熱源機の増段負荷率閾値を増加させる請求項２に記載の熱源システムの制御装置。
【請求項４】
前記変更手段は、前記第１熱源機の最大出力可能熱量が前記要求熱量未満であり、かつ、前記最大出力可能負荷率が前記第２負荷率以上である場合に、前記第１熱源機の増段負荷率閾値を低下させる請求項２または請求項３に記載の熱源システムの制御装置。
【請求項５】
前記変更手段は、前記第１熱源機の最大出力可能熱量が前記要求熱量未満であり、かつ、前記最大出力可能負荷率が前記第２負荷率未満である場合に、前記第１熱源機の増段順位を低くし、かつ、前記第２熱源機の増段負荷率閾値を増加させる請求項２から請求項４のいずれかに記載の熱源システムの制御装置。
【請求項６】
下水などの未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機と、未利用熱とは異なる採熱源を利用する第２熱源機とを備える熱源システムの制御装置であって、
各前記熱源機についての減段順位及び減段負荷率閾値が格納されている記憶手段と、
前記第１熱源機の最大出力可能熱量を算出する第１演算手段と、
前記第１熱源機の最大出力可能負荷率を算出する第２演算手段と、
前記第１演算手段及び前記第２演算手段の演算結果を用いて、前記記憶手段に格納されている各前記熱源機の減段順位及び減段負荷率閾値を変更する変更手段と、
前記記憶手段に格納されている減段順位及び減段負荷率閾値に基づいて、各前記熱源機の減段を制御する減段制御手段と
を具備する熱源システムの制御装置。
【請求項７】
前記変更手段は、所定の要求熱量、所定の第３負荷率、及び該第３負荷率よりも小さな値に設定された所定の第４負荷率の情報を保有しており、前記要求熱量と前記最大出力可能熱量との比較結果及び前記最大出力可能負荷率と前記第３負荷率又は前記第４負荷率との比較結果に応じて、前記記憶部に格納されている各前記熱源機の減段順位及び減段負荷率閾値を変更する請求項６に記載の熱源システムの制御装置。
【請求項８】
前記変更手段は、前記第１熱源機の最大出力可能熱量が前記要求熱量よりも大きく、かつ、前記最大出力可能負荷率が前記第３負荷率以上である場合に、前記第２熱源機の減段負荷率閾値を増加させる請求項７に記載の熱源システムの制御装置。
【請求項９】
前記変更手段は、前記第１熱源機の最大出力可能熱量が前記要求熱量未満であり、かつ、前記最大出力可能負荷率が前記第４負荷率以上である場合に、前記第２熱源機の減段負荷率閾値を低下させる請求項７または請求項８に記載の熱源システムの制御装置。
【請求項１０】
前記変更手段は、前記第１熱源機の最大出力可能熱量が前記要求熱量未満であり、かつ、前記最大出力可能負荷率が前記第４負荷率未満である場合に、前記第１熱源機の減段順位を前記第２熱源機の減段順位よりも高くし、かつ、前記第１熱源機の減段負荷率閾値を増加させる請求項７から請求項９のいずれかに記載の熱源システムの制御装置。
【請求項１１】
前記第１演算手段は、未利用熱の採熱に用いられる熱交換器の熱交換性能に関するパラメータを用いて、前記第１熱源機の最大出力可能熱量を算出する請求項１から請求項１０のいずれかに記載の熱源システムの制御装置。
【請求項１２】
下水などの未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機と、
未利用熱とは異なる採熱源を利用する第２熱源機と、
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の熱源システムの制御装置と
を備える熱源システム。
【請求項１３】
下水などの未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機と、未利用熱とは異なる採熱源を利用する第２熱源機とを備える熱源システムの制御方法であって、
各前記熱源機についての増段順位及び増段負荷率閾値を登録する過程と、
前記第１熱源機の最大出力可能熱量を算出する過程と、
前記第１熱源機の最大出力可能負荷率を算出する過程と、
前記第１熱源機の最大出力可能熱量及び最大出力可能負荷率を用いて、登録されている各前記熱源機の増段順位及び増段負荷率閾値を変更する過程と、
登録されている最新の増段順位及び増段負荷率閾値に基づいて、各前記熱源機の増段を制御する過程と
を含む熱源システムの制御方法。
【請求項１４】
下水などの未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機と、未利用熱とは異なる採熱源を利用する第２熱源機とを備える熱源システムの制御方法であって、
各前記熱源機についての減段順位及び減段負荷率閾値を登録する過程と、
前記第１熱源機の最大出力可能熱量を算出する過程と、
前記第１熱源機の最大出力可能負荷率を算出する過程と、
前記第１熱源機の最大出力可能熱量及び最大出力可能負荷率を用いて、登録されている各前記熱源機の減段順位及び減段負荷率閾値を変更する過程と、
登録されている最新の減段順位及び減段負荷率閾値に基づいて、各前記熱源機の減段を制御する過程と
を含む熱源システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、未利用熱を採熱源として利用する熱源機を備える熱源システム及びその制御装置並びにその制御方法に係り、特に、未利用熱が有する熱量に応じて熱源システムの増減段を制御する熱源システム及びその制御装置並びにその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば、温熱ヒートポンプなどの熱源機の熱源として、下水などの未利用熱を利用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−４２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、熱源に未利用熱、特に、下水などを用いた場合、下水の流量や温度は大きく変動するため、下水の採熱量が大きく変動する。更に、下水から採熱する場合、下水との熱交換に用いられる熱交換器の性能が、下水中の汚れにより短時間で著しく低下することがあり、この熱交換器の性能によっても下水からの採熱量が大きく変動することとなる。このように、未利用熱を利用した熱源機では、安定した出力が望めない。従って、未利用熱を採熱源として利用する熱源機を有する熱源システムでは、未利用熱が有する熱量を考慮して運転制御を行う必要がある。
また、未利用熱は、従来の空気冷却器などを用いた熱源機に比べて熱源機を高効率に運用できランニングコストを低減できることから、可能な限りこれらの未利用熱を利用して熱源機を運転することが好ましい。
【０００５】
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、熱源として下水などの未利用熱を利用する熱源機を含む熱源システムにおいて、可能な限り未利用熱を熱源として利用しながら、安定した出力を実現することのできる熱源システム及びその制御装置並びにその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、下水などの未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機と、未利用熱とは異なる採熱源を利用する第２熱源機とを備える熱源システムの制御装置であって、各前記熱源機についての増段順位及び増段負荷率閾値が格納されている記憶手段と、前記第１熱源機の最大出力可能熱量を算出する第１演算手段と、前記第１熱源機の最大出力可能負荷率を算出する第２演算手段と、前記第１演算手段及び前記第２演算手段の演算結果を用いて、前記記憶手段に格納されている各前記熱源機の増段順位及び増段負荷率閾値を変更する変更手段と、前記記憶手段に格納されている増段順位及び増段負荷率閾値に基づいて、各前記熱源機の増段を制御する増段制御手段とを具備する熱源システムの制御装置を提供する。
【０００７】
本発明によれば、未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機の最大出力可能熱量及び最大出力可能負荷率とに基づいて増段順位及び増段負荷率閾値を変更するので、未利用熱源から採取可能な熱量に応じた適切な増段順位及び増段負荷率閾値を設定することができる。これにより、未利用熱を可能な限り有効活用した熱源機の運転を実現することができる。
【０００８】
上記熱源システムの制御装置において、前記変更手段は、所定の要求熱量、所定の第１負荷率、及び該第１負荷率よりも小さな値に設定された所定の第２負荷率の情報を保有しており、前記要求熱量と前記最大出力可能熱量との比較結果及び前記最大出力可能負荷率と前記第１負荷率又は前記第２負荷率との比較結果に応じて、前記記憶部に格納されている各前記熱源機の増段順位及び増段負荷率閾値を変更することとしてもよい。
【０００９】
上記熱源システムの制御装置において、前記変更手段は、前記第１熱源機の最大出力可能熱量が前記要求熱量以上であり、かつ、前記最大出力可能負荷率が前記第１負荷率以上である場合に、前記第１熱源機の増段負荷率閾値を増加させることとしてもよい。
【００１０】
第１熱源機の最大出力可能熱量が要求熱量以上であり、かつ、最大出力可能負荷率が第１負荷率以上である場合には、未利用熱源からの採熱量が多く、未利用熱源を更に積極的に利用することが可能である。従って、第１熱源機の増段負荷率閾値を増加させることにより、第２熱源機の増段タイミングを遅らせ、可能な限り第１熱源機のみを用いた運転を維持することとしている。
【００１１】
上記熱源システムの制御装置において、前記変更手段は、前記第１熱源機の最大出力可能熱量が前記要求熱量未満であり、かつ、前記最大出力可能負荷率が前記第２負荷率以上である場合に、前記第１熱源機の増段負荷率閾値を低下させることとしてもよい。
【００１２】
第１熱源機の最大出力可能熱量が要求熱量未満であり、かつ、最大出力可能負荷率が第２負荷率以上である場合は、未利用熱源からの採熱量が小さく、未利用熱源をあまり積極的に利用することができない。従って、このような場合には、第１熱源機の増段負荷率閾値を低下させることにより、早めに第２熱源機が起動されるように調整することとしている。
【００１３】
上記熱源システムの制御装置において、前記変更手段は、前記第１熱源機の最大出力可能熱量が前記要求熱量未満であり、かつ、前記最大出力可能負荷率が前記第２負荷率未満である場合に、前記第１熱源機の増段順位を低くし、かつ、前記第２熱源機の増段負荷率閾値を増加させることとしてもよい。
【００１４】
第１熱源機の最大出力可能熱量が要求熱量未満であり、かつ、最大出力可能負荷率が第２負荷率未満である場合は、未利用熱源から採取できる熱量が著しく小さく、未利用熱源を用いるメリットがあまり得られない。従って、このような場合には、第１熱源機の増段順位を第２熱源機よりも低くするとともに、第２熱源機の増段負荷率閾値を増加させる。これにより、第２熱源機を優先的に利用させることができるとともに、第１熱源機の増段タイミングも遅らせることができる。
【００１５】
本発明は、下水などの未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機と、未利用熱とは異なる採熱源を利用する第２熱源機とを備える熱源システムの制御装置であって、各前記熱源機についての減段順位及び減段負荷率閾値が格納されている記憶手段と、前記第１熱源機の最大出力可能熱量を算出する第１演算手段と、前記第１熱源機の最大出力可能負荷率を算出する第２演算手段と、前記第１演算手段及び前記第２演算手段の演算結果を用いて、前記記憶手段に格納されている各前記熱源機の減段順位及び減段負荷率閾値を変更する変更手段と、前記記憶手段に格納されている減段順位及び減段負荷率閾値に基づいて、各前記熱源機の減段を制御する減段制御手段とを具備する熱源システムの制御装置を提供する。
【００１６】
本発明によれば、未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機の最大出力可能熱量及び最大出力可能負荷率とに基づいて減段順位及び減段負荷率閾値を変更するので、未利用熱源から採取可能な熱量に応じた適切な減段順位及び減段負荷率閾値を設定することができる。これにより、未利用熱を可能な限り有効活用した熱源機の運転を実現することができる。
【００１７】
上記熱源システムの制御装置において、前記変更手段は、所定の要求熱量、所定の第３負荷率、及び該第３負荷率よりも小さな値に設定された所定の第４負荷率の情報を保有しており、前記要求熱量と前記最大出力可能熱量との比較結果及び前記最大出力可能負荷率と前記第３負荷率又は前記第４負荷率との比較結果に応じて、前記記憶部に格納されている各前記熱源機の減段順位及び減段負荷率閾値を変更することとしてもよい。
【００１８】
上記熱源システムの制御装置において、前記変更手段は、前記第１熱源機の最大出力可能熱量が前記要求熱量よりも大きく、かつ、前記最大出力可能負荷率が前記第３負荷率以上である場合に、前記第２熱源機の減段負荷率閾値を増加させることとしてもよい。
【００１９】
第１熱源機の最大出力可能熱量が要求熱量よりも大きく、かつ、最大出力可能負荷率が第３負荷率以上である場合は、未利用熱源からの採熱量が多く、未利用熱源を積極的に利用することができる。従って、第２熱源機の減段負荷率閾値を増加させることにより、第２熱源機の減段タイミングを早めることとしている。これにより、可能な限り第１熱源機を積極的に利用することが可能となる。
【００２０】
上記熱源システムの制御装置において、前記変更手段は、前記第１熱源機の最大出力可能熱量が前記要求熱量未満であり、かつ、前記最大出力可能負荷率が前記第４負荷率以上である場合に、前記第２熱源機の減段負荷率閾値を低下させることとしてもよい。
【００２１】
第１熱源機の最大出力可能熱量が要求熱量未満であり、かつ、最大出力可能負荷率が第４負荷率以上である場合は、未利用熱源からの採熱量が小さく、未利用熱源をあまり積極的に利用することができない。従って、このような場合には、第２熱源機の減段負荷率閾値を低下させ、できるだけ第２熱源機の起動時間を長く保つこととする。これにより、第２熱源機の減段タイミングを遅らせることができ、可能な限り第２熱源機と第１熱源機とを併用させて、安定した出力を実現させることができる。
【００２２】
上記熱源システムの制御装置において、前記変更手段は、前記第１熱源機の最大出力可能熱量が前記要求熱量未満であり、かつ、前記最大出力可能負荷率が前記第４負荷率未満である場合に、前記第１熱源機の減段順位を前記第２熱源機の減段順位よりも高くし、かつ、前記第１熱源機の減段負荷率閾値を増加させることとしてもよい。
【００２３】
第１熱源機の最大出力可能熱量が要求熱量未満であり、かつ、最大出力可能負荷率が第４負荷率未満である場合は、未利用熱源から採取できる熱量が著しく小さく、未利用熱源を用いるメリットがあまり得られない。従って、このような場合には、第１熱源機の減段順位を第２熱源機よりも高くするとともに、第１熱源機の減段負荷率閾値を増加させる。これにより、第２熱源機を優先的に利用することができるとともに、第１熱源機の減段タイミングも早めることができる。
【００２４】
上記熱源システムの制御装置において、前記第１演算手段は、未利用熱の採熱に用いられる熱交換器の熱交換性能に関するパラメータを用いて、前記第１熱源機の最大出力可能熱量を算出することとしてもよい。
【００２５】
未利用熱源から採取できる熱量は、未利用熱源の熱交換に利用される熱交換器の熱交換性能に依存する。従って、未利用熱の採熱に用いられる熱交換器の熱交換性能に関するパラメータを用いて、第１熱源機の最大出力可能熱量を算出することにより、第１熱源機の最大出力可能熱量の算出精度を高めることが可能となる。
【００２６】
本発明は、下水などの未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機と、未利用熱とは異なる採熱源を利用する第２熱源機と、上記の熱源システムの制御装置とを備える熱源システムを提供する。
【００２７】
本発明は、下水などの未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機と、未利用熱とは異なる採熱源を利用する第２熱源機とを備える熱源システムの制御方法であって、各前記熱源機についての増段順位及び増段負荷率閾値を登録する過程と、前記第１熱源機の最大出力可能熱量を算出する過程と、前記第１熱源機の最大出力可能負荷率を算出する過程と、前記第１熱源機の最大出力可能熱量及び最大出力可能負荷率を用いて、登録されている各前記熱源機の増段順位及び増段負荷率閾値を変更する過程と、登録されている最新の増段順位及び増段負荷率閾値に基づいて、各前記熱源機の増段を制御する過程とを含む熱源システムの制御方法を提供する。
【００２８】
本発明は、下水などの未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機と、未利用熱とは異なる採熱源を利用する第２熱源機とを備える熱源システムの制御方法であって、各前記熱源機についての減段順位及び減段負荷率閾値を登録する過程と、前記第１熱源機の最大出力可能熱量を算出する過程と、前記第１熱源機の最大出力可能負荷率を算出する過程と、前記第１熱源機の最大出力可能熱量及び最大出力可能負荷率を用いて、登録されている各前記熱源機の減段順位及び減段負荷率閾値を変更する過程と、登録されている最新の減段順位及び減段負荷率閾値に基づいて、各前記熱源機の減段を制御する過程とを含む熱源システムの制御方法を提供する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、可能な限り未利用熱を採熱源として利用しながら、安定した出力を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱源システムの概略構成図である。
【図２】図１に示した第１熱源機及びその周辺における概略構成を示した図である。
【図３】制御装置が備える各種機能のうち、熱源機の増減段制御に関する主な要素について示した機能ブロック図である。
【図４】図３に示した記憶部に格納されている増段順位、増段負荷率閾値、減段順位、減段負荷率閾値の一例を示した図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る増段順位及び増段負荷率閾値の設定処理のフローを示した図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る減段順位及び減段負荷率閾値の設定処理のフローを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に、本発明の一実施形態に係る熱源システム及びその制御装置並びにその制御方法について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る熱源システムの概略構成図である。本実施形態に係る熱源システムは、外部負荷で利用されて温度が低下した熱媒を所定温度まで加熱して外部負荷へ供給する、いわゆる加熱用途の熱源システム１である。
【００３２】
図１に示すように、熱源システム１は、４台の熱源機２ａ〜２ｄを備えている。このうち２台の熱源機２ａ、２ｂは、例えば、下水、河川水、地下水、井水、海水、又は湖水等の未利用熱を採熱源として用い、出力可能熱量が未利用熱の状態に応じて変動する熱源機である。例えば、未利用熱の出力可能熱量は、温度や流量に応じて変動し、また、下水などのように汚れを含む場合には、熱交換器の熱交換性能などによっても変動する。なお、図１では、未利用熱として下水を用いる場合を例示している。
【００３３】
熱源機２ｃ、２ｄは、例えば、大気等の未利用熱とは異なる熱源を採熱源として用いる熱源機であり、比較的安定した出力が可能な熱源機である。図１では、大気を採熱源として利用する場合を例示している。
このように、本実施形態に係る熱源システム１は、未利用熱を採熱源として利用する少なくとも１台の熱源機２ａ、２ｂと、未利用熱以外を採熱源として用い、比較的安定した出力が補償される少なくとも１台の熱源機２ｃ、２ｄとを備えている。以下、採熱源の違いによって熱源機を区別する場合には、熱源機２ａ、２ｂを第１熱源機２ａ、２ｂとよび、熱源機２ｃ、２ｄを第２熱源機２ｃ、２ｄとよぶ。また、図１では、２台の第１熱源機２ａ、２ｂと２台の第２熱源機２ｃ、２ｄとを備える場合を例示しているが、台数についてはこれに限定されない。
【００３４】
熱源機２ａ、２ｂは、冷媒と熱源水との間で熱交換を行う蒸発器４、冷媒を圧縮する圧縮機５、冷媒と外部負荷９から供給される熱媒（例えば、温水）との間で熱交換を行う凝縮器６、及び膨張弁７が主な構成として設けられた冷媒回路３をそれぞれ備えている。
【００３５】
このような熱源機２ａ、２ｂにおいては、下水の熱で暖められた熱源水は、蒸発器４において冷媒と熱交換を行うことにより、冷媒を加熱する。蒸発器４において加熱された低圧高温のガス冷媒は、圧縮機５に導かれ、高圧高温のガス冷媒とされて凝縮器６へ送られる。凝縮器６では、高圧高温のガス冷媒とされた冷媒と熱媒（温水）との間で熱交換が行われることにより熱媒が加熱され、昇温された熱媒が外部負荷９へ供給される。熱媒と熱交換されることにより、略等圧的に冷却された高圧低温の液状冷媒は、膨張弁７によって等エンタルピ的に膨張させられた後に、蒸発器４へ導かれ、熱源水との間で再び熱交換されることにより蒸発し、低圧高温のガス冷媒となり、圧縮機４へと導かれる。
【００３６】
また、蒸発器４において、冷媒と熱交換されることにより温度が低下した熱源水は、熱交換器８に送られ、下水との熱交換によって暖められる。加熱された熱源水は、再び蒸発器４へ送られる。また、熱源である下水は、熱交換器８において熱交換を行うことにより放熱し、冷却された下水が下水管路へ戻されることとなる。下水管路に戻された下水は、例えば、他のシステムに送られて熱源として再利用される。
【００３７】
また、熱源機２ｃ、２ｄにおいては、蒸発器４に代えて、冷媒と大気との間で熱交換を行う空気熱交換器４´が設けられている。このように、熱源機２ｃ、２ｄにおいては、冷媒と大気との間で熱交換が行われることにより加熱された低圧高温のガス冷媒が、圧縮機５に導かれる。なお、空気熱交換器４´以外の構成は上記熱源機２ａ、２ｂと同様のため、詳細な説明は省略する。
【００３８】
図２は、上記第１熱源機２ａ及びその周辺における概略構成を示した図である。図２に示すように、熱交換器８において下水と熱交換することによって加熱された熱源水は、熱媒配管２０を通じて蒸発器４に導かれる。熱源水配管２０において、蒸発器４の入口付近には、熱源水入口温度TLIを測定する温度センサ３１が設けられている。蒸発器４において冷媒と熱交換することにより冷却された熱源水は、熱源水配管２０を通じて熱交換器８に導かれる。熱源水配管２０において、蒸発器４の出口付近には、熱源水出口温度TLOを測定する温度センサ３２及び熱源水流量FLを測定する流量センサ３３が設けられている。
【００３９】
また、外部負荷９（図１参照）において使用されることにより降温した熱媒は、熱媒配管２１を通じて凝縮器６に導かれる。凝縮器６において冷媒と熱交換することにより加熱された熱媒は、熱媒配管２１を通じて外部負荷９に供給される。熱媒配管２１において、凝縮器６の出口付近には、熱媒出口温度THOを測定する温度センサ３６が設けられている。
上記各センサの測定値は、制御装置１０（図１参照）に送信される。制御装置１０は、センサ測定値を用いて第１熱源機２ａ、２ｂが出力可能な最大熱量及び最大負荷率を演算し、これらの演算結果に基づいて、未利用熱を可能な限り有効利用するように、熱源機２ａ〜２ｄの増減段順位及び増減段負荷率閾値を調整し、これら順位や閾値に基づく熱源機２ａ〜２ｄの増減段制御を行う。
【００４０】
制御装置１０は、例えば、コンピュータであり、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）等の主記憶装置、補助記憶装置、外部の機器と通信を行うことにより情報の授受を行う通信装置などを備えている。
補助記憶装置は、コンピュータ読取可能な記録媒体であり、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。この補助記憶装置には、各種プログラムが格納されており、ＣＰＵが補助記憶装置から主記憶装置にプログラムを読み出し、実行することにより種々の処理を実現させる。
【００４１】
図３は、制御装置１０が備える各種機能のうち、熱源機２ａ〜２ｄの増減段制御に関する主な要素について示した機能ブロック図である。
図３に示されるように、制御装置１０は、記憶部１１、第１演算部１２、第２演算部１３、変更部１４、及び増減段制御部１５を主な構成として備えている。
【００４２】
記憶部１１には、各熱源機２ａ〜２ｄについて、増段順位（起動順位）、減段順位（停止順位）、増段負荷率閾値、及び減段負荷率閾値がそれぞれ格納されている。ここで、増段負荷率閾値は、既運転状態にある熱源機において、負荷率がその熱源機の増段負荷率閾値を超えた場合に、次の増段順位にある熱源機が起動される。従って、増段負荷率閾値が高い程、次の増段順位にある熱源機の起動を遅らせることができる。また、減段負荷率閾値は、既運転状態にある熱源機において、負荷率が当該熱源機の減段負荷率閾値以下となった場合に、当該熱源機を停止させる。従って、減段負荷率閾値が低い程、その熱源機を長く運転させることができる。
【００４３】
図４に、増段順位（起動順位）、減段順位（停止順位）、増段負荷率閾値、及び減段負荷率閾値の初期値（デフォルト）の一例を示す。図４に示すように、増段順位は、順位が高い順に、第１熱源機２ａ、第１熱源機２ｂ、第２熱源機２ｃ、第２熱源機２ｄと設定されており、増段負荷率閾値は、第１熱源機２ａ、２ｂ、及び第２熱源機２ｃのいずれも８５％に設定されている。なお、第２熱源機２ｄについては、最後に増段されるため、特に、増段負荷率閾値は設定されていない。
【００４４】
また、減段順位は、減段順位が高い順に、第２熱源機２ｄ、第２熱源機２ｃ、第１熱源機２ｂ、第１熱源機２ａと設定され、減段負荷率閾値は、第２熱源機２ｄ、第２熱源機２ｃ、及び第１熱源機２ｂのいずれも４０％に設定されている。なお、第１熱源機２ａについては、最後に減段されるため、特に、減段負荷率閾値は設定されていない。
このように、初期値として、第１熱源機２ａ、２ｂを優先的に使用するような増減段順位及び増減段負荷率閾値が設定されている。
【００４５】
ここで、図４に示される増段順位（起動順位）、減段順位（停止順位）、増段負荷率閾値、及び減段負荷率閾値の初期値は、例えば、図示しない不揮発性メモリに記憶されており、起動時において、不揮発性メモリから上記デフォルト情報が読みだされて記憶部１１に格納される。そして、後述する変更部１４によって、その時々の下水の状態に応じて、記憶部１１に格納された増段順位（起動順位）、減段順位（停止順位）、増段負荷率閾値、及び減段負荷率閾値が変更され、最新の増減段順位及び増減段負荷率閾値に基づいて増減段制御が行われる。
【００４６】
第１演算部１２は、第１熱源機２ａが出力可能な最大熱量である最大出力可能熱量QHを算出する。ここで、図２に示すように、第１熱源機２ａと第１熱源機２ｂとは、採熱源を共にすることから、最大出力可能熱量は同じ値を取る。従って、いずれかの第１熱源機（本実施形態では、第１熱源機２ａ）の最大出力可能熱量QHを演算すれば足りる。なお、当然ながら、第１熱源機２ａに代えて、第１熱源機２ｂの最大出力可能熱量QHを算出することとしてもよい。
【００４７】
第１熱源機２ａの最大出力可能熱量QH(kW)は、例えば、QH=QL+QH/COPより、以下の(1)式で与えられる。
【００４８】
QH=QL×COP/(COP-1)      (1)
【００４９】
(1)式において、QL(kW)は、熱源水の採熱量であり、以下の(2)式で与えられる。
【００５０】
QL=(TLI-TLO)×FL×ρL×CL/3600      (2)
【００５１】
上記(2)式において、TLIは熱源水入口温度(oC)であり、温度センサ３１の測定値が用いられる。TLOは熱源水出口温度(oC)であり、温度センサ３２の測定値が用いられる。FLは熱源水流量(m3/h)であり、流量センサ３３の測定値が用いられる。ρLは熱源水の密度(kg/m3)、CLは熱源水の比熱(kJ/kg・K)であり、それぞれ予め設定されている定数が用いられる。
【００５２】
また、COP(-)は、温度センサ３６の測定値である熱媒出口温度THO(oC)と温度センサ３２の測定値である熱源水出口温度TLO(oC)とを所定の演算式に代入することで算出される公知の値である。
【００５３】
第１演算部１２は、上述した第１熱源機２ａの最大出力可能熱量QHを算出するために必要となる各種演算式を保有しており、これらの演算式に各センサからの測定値を代入することにより、第１熱源機２ａの最大出力可能熱量QHを算出する。
【００５４】
第２演算部１３は、第１熱源機２ａの最大出力可能負荷率PLHを算出する。最大出力可能負荷率PL Hは、以下の(3)式を用いて算出される。なお、最大出力可能負荷率PLHも最大出力可能熱量QHと同様、第１熱源機２ｂの値も同値として取り扱うことができる。
【００５５】
PLH=QH/定格熱量      (3)
【００５６】
(3)式において、QHは第１演算部１２において算出された第１熱源機２ａの最大出力可能熱量である。定格熱量は、予め設定された所定の値(kW)が用いられる。ここで、定格熱量は、熱源機の運転状態、例えば、温水出口温度THO、熱源水出口温度TLOに応じて設定される。
このように、第１熱源機２ａの最大出力可能負荷率PLHは、上記第１演算部１２の演算結果である第１熱源機２ａの最大出力可能熱量QHを定格熱量で除算することにより算出される。
【００５７】
変更部１４は、第１演算部１２によって算出された第１熱源機２ａの最大出力可能熱量QH及び第２演算部１３によって算出された第１熱源機２ａの最大出力可能負荷率PLHを用いて、記憶部１１に格納されている各熱源機の増減段順位及び増減段負荷率閾値を変更する。
例えば、変更部１４は、外部負荷９の要求熱量Qreq、未利用熱積極利用負荷率（第１負荷率、第３負荷率）PLmax、未利用熱消極利用負荷率（第２負荷率、第４負荷率）PLminの情報を保有しており、要求熱量Qreqと最大出力可能熱量QHとの比較結果及び最大出力可能負荷率PLHと未利用熱積極利用負荷率PLmax及び未利用熱消極利用負荷率PLminとの比較結果に応じて、記憶部１１に格納されている各熱源機の増減段順位及び増減段負荷率閾値を変更する。
ここで、未利用熱積極利用負荷率PLmax及び未利用熱消極利用負荷率PLminは、任意に設定可能な値であり、また、未利用熱消極利用負荷率PLminは、未利用熱積極利用負荷率PLmaxよりも小さな値に設定される。
増減段制御部１５は、記憶部１１に格納されている増減段順位及び増減段負荷率閾値に基づいて、熱源機２ａ〜２ｄの増減段を制御する。なお、変更部１４によって増減段順位や増減段負荷率閾値が変更された場合には、記憶部１１に格納されている情報が更新されることから、更新後の情報に基づいて増減段の制御が行われることとなる。
【００５８】
次に、上述した制御装置１０が備える第１演算部１２〜変更部１４によって主に実行される増減段順位及び増減段負荷率閾値の設定処理について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、増段に関する処理フロー、図６は減段に関する処理フローである。以下、それぞれのフローについて説明する。
【００５９】
まず、増段時においては、温度センサ３１、３２、３５及び流量センサ３３によって測定された測定値を取得する（ステップＳＡ１）。
次に、取得した各測定値と上記(1)式、(2)式とを用いて、第１熱源機２ａの最大出力可能熱量QHを算出する（ステップＳＡ２）。
続いて、ステップＳＡ２で得た最大出力可能熱量QHを定格熱量で除算することにより、最大出力可能負荷率PL Hを算出する（ステップＳＡ３）。
【００６０】
次に、ステップＳＡ２において算出した最大出力可能熱量QHと要求熱量Qreqとを比較する（ステップＳＡ４）。この結果、最大出力可能熱量QHが要求熱量Qreq以上である場合には、ステップＳＡ３において算出した最大出力可能負荷率PLHが、未利用熱積極利用負荷率PLmax以上であるかを判定する（ステップＳＡ５）。
【００６１】
この結果、最大出力可能負荷率PLHが、未利用熱積極利用負荷率PLmax以上である場合には、記憶部１１に格納されている第１熱源機２ａ、２ｂの増段負荷率閾値を増加させる（ステップＳＡ６）。例えば、このような場合には、下水からの採熱量が多く、下水を更に積極的に利用することができることから、増段負荷率閾値を８５％よりも大きい値（例えば、ステップＳＡ３において算出した最大出力可能負荷率PLH）に変更する。これにより、第２熱源機２ｃ、２ｄの増段タイミングを遅らせることができ、可能な限り第１熱源機２ａ、２ｂのみによる運転を実現することが可能となる。
また、ステップＳＡ５において、最大出力可能負荷率PLHが、未利用熱積極利用負荷率PLmax未満であった場合には、記憶部１１に格納されているデフォルトを維持する（ステップＳＡ７）。
【００６２】
他方、ステップＳＡ４において、最大出力可能熱量QHが要求熱量Qreq未満である場合には、ステップＳＡ３において算出した最大出力可能負荷率PL Hが、未利用熱消極利用負荷率PLmin以上であるかを判定する（ステップＳＡ８）。
この結果、最大出力可能負荷率PLHが未利用熱消極利用負荷率PLmin以上であった場合には、第１熱源機２ａ、２ｂの増段負荷率閾値を低下させる（ステップＳＡ９）。例えば、このような場合には、下水からの採熱量が小さく、下水をあまり積極的に利用することができない。従って、増段負荷率閾値を８５％よりも小さい値（例えば、第２演算部１３によって算出された最大出力可能負荷率PLH）に変更し、早めに第２熱源機２ｃ、２ｄが起動されるように調整する。
【００６３】
また、ステップＳＡ８において、最大出力可能負荷率PL Hが、未利用熱消極利用負荷率PLmin未満であった場合には、下水から採取できる熱量が著しく小さく、下水を用いるメリットがあまり得られない。従って、第１熱源機２ａ、２ｂの増段順位を第２熱源機２ｃ、２ｄよりも低くして、第２熱源機２ｃ、２ｄが優先的に利用されるように順位を変更するとともに、第２熱源機２ｃ、２ｄの増段負荷率閾値を増加させる（ステップＳＡ１０）。これにより、第２熱源機２ｃ、２ｄを優先的に利用することができるとともに、第１熱源機２ａ、２ｂの増段タイミングを遅らせることができる。
【００６４】
そして、上述した処理が、所定の時間間隔で繰り返し実行されることにより、その時々における下水からの採熱量に応じた好適な増段タイミング及び増段順位を設定することが可能となる。そして、このようにして変更された増段タイミング及び増段順位に基づいて熱源機２ａ〜２ｄの増段制御が行われることにより、下水の採熱を可能な限り有効活用した熱源機２ａ〜２ｄの運転を実現することができる。
【００６５】
次に、減段時においては、図６のステップＳＢ１〜ＳＢ４において、上述した増段時のフローのステップＳＡ１〜ＳＡ４の処理が同様に行われる。次に、ステップＳＢ４において、最大出力可能熱量QHが要求熱量Qreq以上である場合には、ステップＳＢ３において算出した最大出力可能負荷率PL Hが、未利用熱積極利用負荷率PLmax以上であるかを判定する（ステップＳＢ５）。
【００６６】
この結果、最大出力可能負荷率PLHが、未利用熱積極利用負荷率PLmax以上である場合には、記憶部１１に格納されている第２熱源機２ｃ、２ｄの減段負荷率閾値を増加させる（ステップＳＢ６）。例えば、このような場合には、下水からの採熱量が多く、下水を積極的に利用することができる。従って、第２熱源機２ｃ、２ｄの減段負荷率閾値を４０％よりも大きな値（例えば、５０％など）に変更し、第２熱源機２ｃ、２ｄの減段タイミングを早めることとする。これにより、可能な限り第１熱源機２ａ、２ｂを積極的に利用することが可能となる。
また、ステップＳＢ５において、最大出力可能負荷率PL Hが、未利用熱積極利用負荷率PLmax未満であった場合には、記憶部１１に格納されているデフォルトを維持する（ステップＳＢ７）。
【００６７】
他方、ステップＳＢ４において、最大出力可能熱量QHが要求熱量Qreq未満である場合には、ステップＳＢ３において算出した最大出力可能負荷率PL Hが、未利用熱消極利用負荷率PLmin以上であるかを判定する（ステップＳＢ８）。
この結果、最大出力可能負荷率PLHが未利用熱消極利用負荷率PLmin以上であった場合には、第２熱源機２ｃ、２ｄの減段負荷率閾値を低下させる（ステップＳＢ９）。例えば、このような場合には、下水からの採熱量が小さく、下水をあまり積極的に利用することができない。従って、第２熱源機２ｃ、２ｄの減段負荷率閾値を４０％よりも小さい値（例えば、３５％など）に変更し、できるだけ第２熱源機２ｃ、２ｄの起動時間を長く保つこととする。これにより、第２熱源機２ｃ、２ｄの減段タイミングを遅らせることができ、可能な限り第２熱源機２ｃ、２ｄと第１熱源機２ａ、２ｂとを併用させ、安定した出力を実現させることができる。
【００６８】
また、ステップＳＢ８において、最大出力可能負荷率PL Hが、未利用熱消極利用負荷率PLmin未満であった場合には、下水から採取できる熱量が著しく小さく、下水を用いるメリットがあまり得られない。従って、このような場合には、第１熱源機２ａ、２ｂの減段順位を第２熱源機２ｃ、２ｄよりも高くするとともに、第１熱源機２ａ、２ｂの減段負荷率閾値を増加させる（ステップＳＢ１０）。これにより、第２熱源機２ｃ、２ｄを優先的に利用することができるとともに、第１熱源機２ａ、２ｂの減段タイミングを早めることができる。
【００６９】
そして、上述した処理が、所定の時間間隔で繰り返し実行されることにより、その時々における下水からの採熱量に応じた好適な減段タイミング及び減段順位を設定することが可能となる。そして、このようにして変更された減段タイミング及び減段順位に基づいて熱源機２ａ〜２ｄの減段制御が行われることにより、下水の採熱を可能な限り有効活用した熱源機２ａ〜２ｄの運転を実現することができる。
【００７０】
以上、本実施形態に係る熱源システム１及びその制御装置１０並びにその制御方法によれば、未利用熱を採熱源として用いる第１熱源機２ａ、２ｂが出力可能な最大熱量QHと最大負荷率PLHとを算出し、この最大出力可能熱量QH及び最大出力可能負荷率PLHとに基づいて増減段順位及び増減段負荷率閾値を変更するので、未利用熱源から採取可能な熱量に応じた適切な増減段順位及び増減段負荷率閾値を設定することができる。これにより、下水の採熱を可能な限り有効活用した熱源機２ａ〜２ｄの運転を実現することができる。
【００７１】
なお、本実施形態では、増段時と減段時とにおいて、共通の未利用熱積極利用負荷率PLmax及び未利用熱消極利用負荷率PLminを用いることとしたが、未利用熱積極利用負荷率PLmax及び未利用熱消極利用負荷率PLminは、増段時と減段時とで値を異ならせることとしても良い。
【００７２】
また、本実施形態では、第１熱源機２ａ、２ｂの熱源水の採熱量QLを熱源水入口温度TLI、熱源水出口温度TLO、及び熱源水流量FLを用いて算出し、算出した熱源水の採熱量QLを用いて、第１熱源機２ａ、２ｂの最大出力可能熱量QHを演算したが、例えば、第１熱源機２ａ、２ｂが長時間停止している場合などには、熱源水と下水との熱交換が停止され、熱源水の温度に下水の採熱量が反映されなくなる場合がある。従って、このような場合、例えば、停止時間が予め設定されている所定の期間を超えた場合には、増減段順位及び増減段負荷率閾値の初期値を記憶部１１に読み出し、この初期値を用いて増減段制御を行うこととしてもよい。
【００７３】
また、本実施形態では、熱源水の採熱量QLを(2)式を用いて演算したが、これに代えて、未利用熱の温度及び流量並びに熱交換器８の熱交換性能に関するパラメータを含む演算式を用いて、熱源水の採熱量QLを算出することとしてもよい。
熱交換器８の熱交換性能に関するパラメータとしては、例えば、熱交換器８の洗浄作業からの経過日数（経過時間）に関するパラメータ、雨天増水からの経過日数（経過時間）に関するパラメータなどが挙げられる。熱交換器８の洗浄作業からの経過日数が多いほど、汚れがたまり熱交換性能が低下することとなる。また、雨が降るなどして下水が増水すると、この効果によって熱交換器８が洗浄され、熱交換性能が向上することから、雨天増水も熱交換器８の洗浄作業と同様の効果を得ることができる。このように、熱源水の温度及び流量並びに熱交換器８の熱交換性能に関するパラメータを用いて熱源水の採熱量QLを算出することにより、上述した流量センサや温度センサなどによる測定を省略することができ、システム構成を簡素化することが可能となる。
【００７４】
以上、本発明の一実施形態について説明してきたが、本発明の範囲は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１  熱源システム
２ａ、２ｂ  第１熱源機
２ｃ、２ｄ  第２熱源機
４  蒸発器
５  圧縮機
６  凝縮器
７  膨張弁
８  熱交換器
９  外部負荷
１０  制御装置
１１  記憶部
１２  第１演算部
１３  第２演算部
１４  変更部
１５  増減段制御部
【図１】
2014190619.tif 000003
【図２】
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【図３】
2014190619.tif 000005
【図４】
2014190619.tif 000006
【図５】
2014190619.tif 000007
【図６】
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