(57)【要約】【課題】  従来の熱源システムに対して、容易に適用することが可能であり、熱源システムの熱源機を含む一次側設備での省エネルギーに向けられている制御装置を提供する。【解決手段】  本発明に係る制御装置１０は、（熱源システムである）空調システム１２に適用され、熱源機１４に入る冷温水の温度に相当する入口温度とそこから出る冷温水の温度に相当する出口温度とを取得し、取得した入口温度と取得した出口温度との間に基準温度が位置するように熱源機１４で生成される冷温水に対する制御上の目標温度を設定し、設定した該目標温度に基づいて熱源機で生成される冷温水の温度制御を実行するように制御信号を出力する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源機を含む一次側設備から二次側設備に媒体を循環供給するように構成した熱源システムに適用される制御装置であって、
前記熱源機に入る前記媒体の温度に相当する入口温度を取得する入口温度取得部と、
前記熱源機から出る前記媒体の温度に相当する出口温度を取得する出口温度取得部と、
取得した前記入口温度と取得した前記出口温度との間に基準温度が位置するように前記熱源機で生成される前記媒体に対する制御上の目標温度を設定する目標温度設定部と、
設定された該目標温度に基づいて前記熱源機で生成される前記媒体の温度制御を実行するように制御信号を出力する出力部と
を備える、
制御装置。
【請求項２】
前記目標温度設定部は、取得した前記入口温度および取得した前記出口温度の略中間に前記基準温度が位置するように、前記目標温度を設定する、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記目標温度設定部は、所定温度差と、取得した前記入口温度および取得した前記出口温度の差の絶対値との差の半分の値分、前記所定温度差と前記基準温度とに基づいて定まる初期設定目標温度をズラした値を求め、該値を前記目標温度として設定する、請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記一次側設備の一次ポンプに流量制御用にインバータが設けられていて、
前記制御装置は、
取得した前記入口温度および取得した前記出口温度の差が第２所定温度差になるように前記インバータに対する制御値を設定する制御値設定部と、
設定された制御値に基づく制御信号を前記インバータに出力する第２出力部と
を更に備える、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項５】
熱源機および一次ポンプを含む一次側設備から二次側設備に媒体を循環供給するように構成した熱源システムの制御方法であって、
前記熱源機に入る前記媒体の温度に相当する入口温度と該熱源機から出る前記媒体の温度に相当する出口温度とをそれぞれ取得するステップと、
取得した前記入口温度と取得した前記出口温度との間に基準温度が位置するように前記熱源機で生成される前記媒体に対する制御上の目標温度を設定するステップと、
設定された該目標温度に基づいて前記熱源機で生成される前記媒体の温度制御を実行するステップと
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、熱源機を含む一次側設備から空調機を含む二次側設備に冷温水のような媒体を循環供給するように構成した熱源システムの制御装置、および、その制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、熱源システムは、熱源機と、当該熱源機で生成される熱媒体を圧送する一次ポンプとを備える構成を有し、例えばビル等の建物での空調、工場等での機械等の冷却や加熱に適用されている。空調用熱源システムとしては、熱源機および一次ポンプを含む一次側設備と、空調機などを含む二次側設備とを備える空調システムが従来知られ、用いられている。一般的な空調システムは、一次ポンプにより熱源機から水（冷水又は温水）を並列に設けた複数台の空調機に供給して複数の空調エリアを空調するように構成されている。
【０００３】
このような空調システムにおいて省エネルギー効果を高めるための提案が数多くなされ、その一例が特許文献１に開示されている。特許文献１の空調システムでは、（二次側設備である）複数の空調機の各々に対し、それぞれ一般的な制御弁に代えてローカルポンプを設け、それによりそれら制御弁の絞りによる無駄な消費電力を削減しようとする。更に、その空調システムは、熱源機およびポンプの消費電力を含むシステム全体の消費電力を算出し、システム全体の消費電力に対する二次側設備で消費される二次側熱量からシステムの成績係数（ＣＯＰ；Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を求め、この成績係数が最大となるように熱源機の設定温度を制御するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２７５３９７号公報
【特許文献２】特開２００６−３８３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば特許文献１に記載の空調システムの構成を、従来の一般的な空調システムに対して後から適用するためには、並列に設けた複数台の空調機の各々に対してローカルポンプを設けるとともに、それらの空調機とは異なる場所にある熱源機に対する制御装置の更なる追加を必要とする。したがって、大規模なシステム改修を必要とし、導入のために多大なコストを要する。
【０００６】
一方で、空調システムが例えば冷房として用いられる場合には、熱源機で生成される冷水の設定温度（制御上の目標温度）が高い方が、低い場合に比べて、省エネルギー効果が高いことが知られている（例えば特許文献２参照）。また、負荷変動（流動変動）に応じて最適な吐出流量で送水することで、無駄なエネルギーを省くことができることが知られている（例えば特許文献２参照）。しかし、従来の空調システムは、熱源機の設定温度や一次ポンプの吐出流量は一定値での制御が一般的であるので、省エネルギーの点で改善の余地がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、従来の熱源システムに対して、容易に適用することが可能であり、熱源機を含む一次側設備での省エネルギーに向けられている制御装置および制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、
熱源機を含む一次側設備から二次側設備に媒体を循環供給するように構成した熱源システムに適用される制御装置であって、
前記熱源機に入る前記媒体の温度に相当する入口温度を取得する入口温度取得部と、
前記熱源機から出る前記媒体の温度に相当する出口温度を取得する出口温度取得部と、
取得した前記入口温度と取得した前記出口温度との間に基準温度が位置するように前記熱源機で生成される前記媒体に対する制御上の目標温度を設定する目標温度設定部と、
設定された該目標温度に基づいて前記熱源機で生成される前記媒体の温度制御を実行するように制御信号を出力する出力部と
を備える、
制御装置
が提供される。
【０００９】
前記目標温度設定部は、取得した前記入口温度および取得した前記出口温度の略中間に前記基準温度が位置するように、前記目標温度を設定するとよい。
【００１０】
具体的には、前記目標温度設定部は、所定温度差と、取得した前記入口温度および取得した前記出口温度の差の絶対値との差の半分の値分、前記所定温度差と前記基準温度とに基づいて定まる初期設定目標温度をズラした値を求め、該値を前記目標温度として設定することができる。
【００１１】
前記一次側設備の一次ポンプに流量制御用にインバータが設けられている場合、上記制御装置は、取得した前記入口温度および取得した前記出口温度の差が第２所定温度差になるように前記インバータに対する制御値を設定する制御値設定部と、設定された制御値に基づく制御信号を前記インバータに出力する第２出力部とを更に備えることができる。
【００１２】
更に、本発明の別の一態様によれば、
熱源機および一次ポンプを含む一次側設備から二次側設備に媒体を循環供給するように構成した熱源システムの制御方法であって、
前記熱源機に入る前記媒体の温度に相当する入口温度と該熱源機から出る前記媒体の温度に相当する出口温度とをそれぞれ取得するステップと、
取得した前記入口温度と取得した前記出口温度との間に基準温度が位置するように前記熱源機で生成される前記媒体に対する制御上の目標温度を設定するステップと、
設定された該目標温度に基づいて前記熱源機で生成される前記媒体の温度制御を実行するステップと
を含む、
熱源システムの制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の上記一態様によれば、熱源システムにおいて、媒体の温度（入口温度および出口温度）を取得して演算するだけで熱源機の制御上の目標温度を好適に設定することができ、一次側設備で省エネルギーを好適に達成することができる。この態様の制御装置は、従来の熱源システムに容易に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る制御装置が適用された熱源システムの構成図である。
【図２】図１の熱源システムに搭載された、その制御装置のブロック図である。
【図３】図２の制御装置による制御の流れを示すフローチャートである。
【図４】図２の制御装置における温度設定を説明するためのグラフである。
【図５】図２の制御装置による制御のベースとなる考えを説明するための図である。
【図６】図２の制御装置による温度設定制御例を説明するための図である。
【図７】参考実施形態に係る制御装置が適用された熱源システムの構成図である。
【図８】図７の熱源システムに搭載された、その制御装置のブロック図である。
【図９】図７の制御装置による制御の流れを示すフローチャートである。
【図１０】図７の制御装置によるインバータ制御例を説明するための図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る制御装置が適用された熱源システムの構成図である。
【図１２】図１１の熱源システムに搭載された、その制御装置のブロック図である。
【図１３】図１１の制御装置による制御例を説明するための図である。
【図１４】図１１の制御装置による別の制御例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。まず、本発明の第１実施形態について説明する。
【００１６】
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る制御装置１０が適用された熱源システム１２は、一次側設備１２Ａと二次側設備１２Ｂとを備えている。熱源システム１２は、ここでは空調用熱源システムとして構成されていて、より詳しくは所謂セントラル空調システムとして構成されている。制御装置１０は、熱源システム１２のうち、特にそれの一次側設備１２Ａに対して適用されている。以下では、熱源システムを空調システムと単に称し得る。
【００１７】
一次側設備１２Ａは、熱源機１４と、一次ポンプ１６とを備えている。ここでは、一次ポンプ１６により熱源機１４から圧送されて、空調システム１２の配管系を循環する媒体つまり熱媒体は、水（冷温水）であるが、本発明は媒体が冷温水以外であることを許容する。ここでは、熱源機１４は、冷水および温水を生成する吸収冷温水機であり、一次ポンプ１６を備える冷温水配管系１２Ｓが接続されている。熱源機１４はガスを燃料に用いるものであり、図示しない燃料制御弁の開度制御により冷温水の温度を制御可能に構成されている。具体的には、図示しない熱源機制御装置は、温度センサ（より具体的には、後述する温度センサ４２）の出力に基づいて取得（検出）される冷温水の温度（具体的には熱源機で生成された冷温水の出口温度）を、設定された目標温度に制御するべく燃料制御弁の開度を制御するように構成されている。なお、熱源機は、このような構成を有することに限定されず、重油や軽油などの他の燃料を燃料に用いるものであってもよく、例えばヒートポンプ式熱源機であってもよい。あるいは、熱源機は、送風ファンを備えた冷却塔および冷却水ポンプを備えた冷却水配管系が接続するように構成されたものでもよく、または、冷水を生成する冷凍機、温水を生成するボイラなどであってもよく、種々の構成を有することができる。
【００１８】
冷温水配管系１２Ｓには、一次ポンプ１６のほか、（二次側設備１２Ｂに備わる）複数の空調機１８が備わっている。なお、図１では、２つの空調機１８を表すが、空調機の数は、１つであってもよいが、好ましくは複数であり、３つ以上であってもよい。複数の空調機１８は並列配置されている。空調機１８のそれぞれには、供給される冷温水の流量を調整するための二方弁からなる流量調整弁２０が備わっている。さらに、冷温水配管系１２Ｓには、空調機１８をバイパスするバイパス通路２２が設けられている。
【００１９】
冷温水は熱源機１４で生成される。冷温水は一次ポンプ１６で熱源機１４から一次往ヘッダ２６に送られ、ここから二次ポンプ２８により二次往ヘッダ３０を介して各空調機１８に供給される。なお、二次往ヘッダ３０と一次往ヘッダ２６との間には、流量を調整するためのリターンバルブ３１が設けられている。１つ又は複数の空調機１８を流れた冷温水は二次還ヘッダ３２、一次還ヘッダ３４を順に介して熱源機１４に還流される。なお、前述のバイパス通路２２は、一次往ヘッダ２６と一次還ヘッダ３４とをつなぐように設けられ、これにより空調負荷によらずに一定流量の冷温水が冷温水配管系１２Ｓを流れることを保障している。
【００２０】
空調システム１２は、ビル等の建物に適用されている。図示しないが、空調システム１２において、一次側設備に備わる熱源機１４および一次ポンプ１６は一次往ヘッダ２６と一次還ヘッダ３４も一緒に建物の地下に設置され、二次側設備に備わる複数の空調機１８はフロアごとに設置されている。各空調機１８は、図示しないが、吸気ファンを備え、空調エリアごとの系統別の吸気ダクトが接続される。しかし、これらは、熱源機１４、一次ポンプ１６、空調機１８のそれぞれの配置、構成を限定するものではない。
【００２１】
上記構成を備える空調システム１２には、複数のセンサ（検出器）が設けられている。二次往ヘッダ３０には圧力センサＰが設けられ、図示しない制御機構により、この圧力センサＰからの出力に応じてリターンバルブ３１の開度が制御される。また、空調システム１２では、二次還ヘッダ３２と一次還ヘッダ３４との間に流量センサＦが設けられ、図示しない制御機構により、この流量センサからの出力に応じて二次ポンプ２８の作動が制御される。なお、二次ポンプ２８の各々に、インバータが設けられ、このインバータを制御することで二次ポンプ２８の回転数を制御し、それにより吐出流量（送水量）を制御してもよい。また、流量調整弁２０の制御は、空調エリアごとの制御盤からのユーザ入力により設定される設定空調温度に基づいて実行される。なお、リターンバルブ３１、二次ポンプ２８および流量調整弁２０の各制御機構または制御盤の図示、および、それらの詳細な説明は省略する。
【００２２】
さて、空調システム１２の省エネルギーを簡易に且つ費用対効果よく達成するために、本第１実施形態の空調システム１２には、熱源機１４の設定温度を制御するように構成された制御装置１０が取り付けられている。ここでは、制御装置１０は、熱源機１４および一次ポンプ１６と同様に、建物の地下に設置されている。
【００２３】
一般に、熱源機について考えると、冷水の場合には制御上目標とされる水温つまり目標温度が高い方が低い場合に比べてエネルギー効率がよく、温水の場合にはその水温が低い方がエネルギー効率がよい。効率がよいほど消費エネルギーが小さくなる。したがって、熱源機で生成する冷温水の温度（出口温度）の設定値を好適に制御することにより、消費エネルギーを低減することができる。しかし、従来、そのような冷温水温度の制御は、熱源機の管理担当者等の経験に基づいて、手動で行われることが一般的であった。それ故、例えば、リアルタイムに温度制御を実行して、省エネルギーの効果を高めるのには限界があった。
【００２４】
これに対して、制御装置１０は、冷温水温度の制御を簡易な構成で、自動で行うことを可能にする。以下では、まず制御装置１０の構成を説明する。
【００２５】
制御装置１０は、演算部（処理制御部）と、記憶部と、入出力インターフェース等を備え、所謂コンピュータとしての構成を備える。具体的には、記憶部に記憶したプログラムに従って、制御装置１０は、温度取得部５０と、目標温度設定部５２と、出力部５４との各部（手段）の機能を発揮することができる（図２参照）。温度取得部５０は、入口温度取得部５０ａと、出口温度取得部５０ｂとを含む。また、目標温度設定部５２は、減算部５２ａと、温度算出部５２ｂとを含む。これら機能部（手段）以外の機能部を制御装置１０は有し得る。
【００２６】
制御装置１０には、熱源機１４に入る（戻る）冷温水の温度（入口温度）を検出するための温度センサ（以下、入口温度センサ）４０と、熱源機１４から出る冷温水の温度（出口温度）を検出するための温度センサ（以下、出口温度センサ）４２とがそれぞれ電気的につながれている。空調システム１２では、熱源機１４等と共に、一次往ヘッダ２６および一次還ヘッダ３４は、建物の地下に設置されている。このうち一次還ヘッダ３４に入口温度センサ４０が設けられ、一次往ヘッダ２６に出口温度センサ４２が設けられている。なお、図１に示すように、熱源機１４の上流側かつ一次還ヘッダ３４の下流側に一次ポンプ１６が配置されているが、入口温度センサ４０は熱源機１４の上流側かつ一次還ヘッダ３４の下流側の任意の箇所に設けられることができ、例えば一次ポンプ１６と熱源機１４との間に設けられることができ、また、一次還ヘッダ３４と一次ポンプ１６との間に設けられることができる。同様に、出口温度センサ４２は、熱源機１４と一次往ヘッダ２６との間に設けられてもよい。また、入口温度センサ４０および出口温度センサ４２の両方およびいずれか一方は、対象となる冷温水の温度を好適に検出するように、熱源機１４に一体的に取り付けられてもよい。
【００２７】
入口温度センサ４０からの出力（出力信号）は、制御装置１０に入力される。これにより、温度取得部５０の入口温度取得部５０ａは、熱源機１４に入る冷温水の温度に相当する入口温度を取得する。また、出口温度センサ４２からの出力は、制御装置１０に入力される。これにより、温度取得部５０の出口温度取得部５０ｂは、熱源機１４から出る冷温水の温度に相当する出口温度を取得する。なお、入口温度取得部５０ａと出口温度取得部５０ｂとは温度取得部５０として一体になっているが、別々とされていてもよい。つまり、入口温度と出口温度とを取得する温度取得部は１つの温度取得部５０として構成されているが、独立した２つの温度取得部として構成されてもよい。
【００２８】
入口温度取得部５０ａが取得した入口温度および出口温度取得部５０ｂが取得した出口温度は、目標温度設定部５２に送られる。そして、目標温度設定部５２において、減算部５２ａ、温度算出部５２ｂを経ることで、熱源機１４の制御上目標とされる目標温度が算出されて設定される。なお、減算部５２ａおよび温度算出部５２ｂは予め一体とされてもよい。
【００２９】
制御装置１０は、更に、目標温度設定部５２で設定した目標温度に基づいて熱源機１４で生成される冷温水の温度制御を実行するように、制御装置１０に電気的につながれている熱源機１４に、その設定した目標温度に基づく制御信号を出力する。この出力は、制御装置１０の出力部５４により行われる。出力部５４からの制御信号が熱源機１４の（図示しない）熱源機制御装置に入力されることで、当該熱源機制御装置はそこで生成される冷温水の温度をその目標温度に制御することができる。
【００３０】
次に、図３、図４に基づいて制御装置１０による演算、制御を説明する。なお、制御装置１０の以下に説明される制御は、空調システム１２の状態が始動後の所定状態に至った後（つまり始動状態を経過して後）、実行されるとよい。
【００３１】
図３のステップＳ３０１では、上述の如く、温度取得部５０により入口温度および出口温度が取得される。次に、ステップＳ３０３で、上記目標温度が設定される。そして、ステップＳ３０５で、設定された目標温度に基づく制御信号が熱源機１４に出力される。ここで、ステップＳ３０３での、目標温度の設定を説明する。
【００３２】
空調システム１２は、入口温度と出口温度の温度差が、その空調負荷が１００％であるとき、所定温度差になるように、構成されている。ここでは、具体的に、熱源機１４で生成される冷温水が冷水である場合について説明し、それが温水である場合についての詳細な説明を省略する。
【００３３】
冷温水が冷水である場合、つまり、空調システムが冷房に用いられるとき、空調負荷が１００％であるときの入口温度と出口温度との所定温度差は５℃に設定されている。この所定温度差は、５℃に限定されるものではなく、空調システム１２の熱源機１４の性能、それが設置された建物の大きさ、空調スペース等に応じて、定められるとよい。
【００３４】
そして、空調システム１２では、空調負荷に応じて変化する入口温度に基づいて、その所定温度差を補正するように、熱源機１４において生成される冷温水の目標温度、つまり、出口温度の目標温度を設定する。このとき、取得した入口温度と取得した出口温度との間に（予め定めた温度である）基準温度が位置するように、目標温度が定められる。ここでは、熱源機１４で最大に冷却した場合の冷水の温度は７℃であるので、５℃という所定温度差によると、入口温度の最大値は１２℃になる。このとき、基準温度は、入口温度と出口温度との間に、特にそれらの略中間（好ましくは中間）に位置するように定められていて、具体的には９．５℃に設定されている。ここでは、この基準温度は一定値として定められている。したがって、ここでは熱源機で生成されるのは冷水であり、所定温度差が５℃に定められていて、基準温度が９．５℃に定められているので、それらに基づいて定まる出口温度の初期設定の目標温度つまり初期設定目標温度は、ここでは、７℃である。
【００３５】
そして、出口温度の目標温度は次式（１）に基づいて定められる。
ｙ１＝０．５（Δｔｓｃ−ｘ１）      （１）
但し、ｙ１は予め定められた上記所定温度差および上記基準温度により定まる出口温度の初期設定の温度（初期設定目標温度）からのズレ量（オフセット温度）であり、ｘ１は（取得した入口温度（検出値））と（取得した出口温度（検出値））との差、つまり（入口温度−出口温度）であり、Δｔｓｃは所定温度差そのものであり、ここでは５℃である。なお、式（１）の係数「０．５」は、基準温度を一定値とするように定められている。
【００３６】
例えば、空調負荷が１００％であり、入口温度が１２℃であり、出口温度が７℃である場合、ｙ１は、０（℃）になる。したがって、この場合には、出口温度の目標温度は、基準温度と所定温度差とに基づいて定まる初期設定目標温度そのものに設定され、７℃である。
【００３７】
例えば、空調負荷が１００％でなく、入口温度が１０℃であり、出口温度が７℃である場合、ｙ１は、１（℃）になる。したがって、出口温度の目標温度は、初期設定目標温度から１℃ズラされる。初期設定目標温度は、熱源機１４の性能等に応じて定められていて、ここでは空調システムは冷房用であるので、目標温度が初期設定目標温度からズラされる向きは、加算側であり、出口温度の目標温度ＴＴは演算式（ＴＴ＝「初期設定目標温度」＋ｙ１）により８℃になる。
【００３８】
この関係を図４（ａ）のグラフに示す。図４（ａ）のグラフは、横軸に実測の温度差ｘ１（入口温度−出口温度）を取り、縦軸にオフセット温度であるズレ量ｙ１を取り、上記式（１）の関係が示されている。このように、ここでは、出口温度の目標温度のズレ量を、１次関数で設定する。
【００３９】
他方、熱源機１４で生成される冷温水が温水である場合、つまり、空調システム１２が暖房に用いられる場合について簡単に説明する。ここでは、冷水の場合と同様に、所定温度差は５℃であるが、基準温度は５２．５℃である。なお、この所定温度差および基準温度は、冷水の場合と同様に、一例に過ぎない。例えば、冷水の場合と温水の場合とで、所定温度差は異なってもよい。
【００４０】
この場合、空調負荷が１００％であるとき、出口温度の目標温度は初期設定目標温度である５５℃に設定され、入口温度は５０℃である。一方、例えば空調負荷が１００％でなく、入口温度が５２℃になったとき、出口温度の目標温度ＴＴ（ＴＴ＝「初期設定目標温度」＋ｙ２）は５４℃に設定される。このときの、−１℃というズレ量ｙ２は、次式（２）に基づいて定められる。
ｙ２＝−０．５（Δｔｓｈ−ｘ２）      （２）
但し、ｙ２は式（１）のｙ１と同じくズレ量（オフセット温度）であり、ｘ２は取得した入口温度と取得した出口温度との差の絶対値（換言すると、出口温度−入口温度）であり、Δｔｓｈは所定温度差そのものであり、ここでは５℃である。なお、式（２）の係数「０．５」も、式（１）の係数「０．５」と同じく、基準温度を一定値とするように定められている。
【００４１】
この関係を図４（ｂ）のグラフに示す。図４（ｂ）のグラフは、横軸に実測の温度差ｘ２を取り、縦軸にズレ量ｙ２を取り、上記式（２）の関係が示されている。このように、ここでは、出口温度の目標温度のズレ量を、１次関数で設定する。
【００４２】
このように、制御装置１０は、出口温度の目標温度を、所定温度差と、取得した入口温度および取得した出口温度の差の絶対値（｜入口温度−出口温度｜）との差の半分の値分、当該所定温度差と基準温度とに基づいて定まる初期設定目標温度をズラした値に設定する。
【００４３】
ここで、上記制御による効果を図５および図６に基づいて説明する。図５は、上記制御のベースとなる考えを説明するための図であり、図６は、上記第１実施形態における制御を説明するための図である。図５および図６では、横軸に一次ポンプ１６の吐出流量をとり、縦軸に冷温水の温度（具体的には出口温度Ｔｏ、入口温度Ｔｉ）をとり、冷温水の熱量をハッチングで表している。なお、後述する図１０、図１３、図１４でも、同様である。ここでは、冷温水の熱量とは、例えば、熱源機においてその冷温水にまたはその冷温水から移動した（する）熱の熱量、二次側設備を含めて冷温水配管系１２Ｓを循環することで冷温水にまたは冷温水から移動した（する）熱の熱量を意味する。
【００４４】
まず、図５に基づいて説明する。図５は、冷水時において、一次ポンプ１６の吐出流量を一定（５，０００Ｌ／ｈ）としたときの、出口温度Ｔｏと入口温度Ｔｉとの関係を示す。図５（ａ）は、空調負荷が１００％の場合に、出口温度Ｔｏが最大冷却温度である７℃であり、入口温度Ｔｉが１２℃であり、それらの間の温度差が５℃である場合を示す。このときの冷温水の熱量は、水の比熱が１（ｋｃａｌ／（Ｌ×℃））であるので、２５，０００ｋｃａｌ／ｈである。この状態で、出口温度の目標温度を一定として、空調負荷の低下により、入口温度Ｔｉが８℃に下がった場合を図５（ｂ）に示す。このように部分負荷になっても出口温度の目標温度をそのままにすることは、熱源機の冷却性能を最大に維持していることであり、当業者には、エネルギーが無駄に消費されていることが理解できるであろう。そこで、入口温度と出口温度との差が僅かである場合には、空調機１８での冷却性能を下げることができるので、出口温度の目標温度を最大レベル相当値から高めることが好ましい。この場合を、図５（ｃ）に示す。図５（ｃ）では、出口温度の目標温度を７℃から９℃に高めたところを概念的に示す。この場合、空調負荷が図５（ｂ）の場合と同じとすれば、出口温度が７℃の場合と、出口温度が９℃の場合とで若干のズレの可能性があるが、概ね、入口温度は出口温度よりも１℃高い温度つまり約１０℃になる。このように、目標温度を高めることで、省エネルギーを図ることができる。なお、図５（ｂ）の場合と図５（ｃ）の場合とで概ね同じ空調性能（ここでは冷却性能）を得ることができるのは、冷温水の熱量が冷温水の温度差（入口温度と出口温度の差）と比例関係にあることに基づく（参照：「冷温水の熱量（ｋｃａｌ／ｈ）＝冷温水の温度差（℃）×冷温水の流量（Ｌ／ｈ）×比熱（ｋｃａｌ／（Ｌ×℃））」）。
【００４５】
しかし、その一方で、目標温度を例えば１１℃にまで高めると、空調機１８での冷却性能が大きく変化する可能性があり、その目標温度の制御により、空調エリアの環境が大きく変動する可能性がある。
【００４６】
そこで、本発明の第１実施形態に係る制御装置１０では、省エネルギーを図りつつも室内環境（空調エリアの環境）を良好に保つように、（空調システム１２の一次側設備１２Ａの）熱源機１４の制御が実行される。上で述べたように、ここでは、温度制御上の基準値である基準温度Ｔｒが、実際に測定される入口温度と出口温度との間に位置するように、熱源機で生成される冷温水に対する制御上の目標温度が設定される。より具体的には、ここでは、図６に示すように、基準温度Ｔｒを中心にして当該基準温度Ｔｒの上下に入口温度Ｔｉと出口温度Ｔｏが位置するように（つまり、入口温度Ｔｉと出口温度Ｔｏとの中間に基準温度Ｔｒが位置するように）、熱源機の出口温度の目標温度が設定される。
【００４７】
更に、図６に基づいて説明する。図６（ａ）は、図５（ａ）の場合と同じ状態を示す。その状態での空調負荷を１００％として、空調負荷が６０％の場合を考える。この場合を図６（ｂ）に示す。この場合、空調負荷の低下により、出口温度が７℃のままであれば、入口温度は約１０℃になるであろう。しかし、上記式（１）に基づいて演算して出口温度を８℃に設定しても、入口温度が約１１℃になるだけであり、十分な冷却性能を確保することができる。更に、空調負荷が２０％の場合を図６（ｃ）に示す。この場合、上記式（１）に基づいて演算して出口温度を９℃に設定しても、入口温度が約１０℃になるだけであり、空調負荷にみあった十分な冷却性能を得ることができ、目標温度を高めることにより省エネルギーを達成することができる。
【００４８】
このように、第１実施形態の制御装置１０を熱源機１４の制御用に設けるだけで、省エネルギーを、効果的に達成することができる。そして、制御装置１０は、既存のまたは新規に設けた温度センサ４０、４２の出力を用いるだけで、熱源機１４の制御に対してのみ適用されるので、空調システム１２の二次側設備１２Ｂに対する設備変更を必要としない。したがって、制御装置１０の空調システム１２の一次側設備に対する適用は、容易であり、費用対効果に優れる。当該適用は、ビル等の建物に既に設置してある空調システムの一次側設備に対して、その設置後に、制御装置１０を後付で適用する場合も含む。
【００４９】
次に、本発明に係る第２実施形態について説明する。上記第１実施形態の制御装置１０は熱源機１４の制御用に設けられ、熱源機の制御装置として構成されていたが、本第２実施形態に係る制御装置は、熱源機１４を制御することに加えて、一次ポンプ１６も制御する制御装置である。理解を容易にするべく、本第２実施形態に係る制御装置２１０を説明する前に、まず、熱源機１４を制御せずに、一次ポンプ１６のみを制御する制御装置１１０について説明する。制御装置１１０は（熱源システムである）空調システム１１２の一次側設備１２Ａに対して適用されている。以下では、既に説明した構成要素に相当する構成要素には、上で付した符号を同様に付して、重複説明を省略または簡略化する。
【００５０】
一次ポンプ１６には、インバータ１６ａが設けられている。インバータ１６ａに対する制御により、一次ポンプ１６の吐出流量（送水量）を変えることができる。つまり、冷温水配管系１２Ｓに熱源機１４から供給される冷温水の流量を、インバータ１６ａへの制御で変えることができる。
【００５１】
インバータ１６ａを制御するために、インバータ１６ａに制御装置１１０が電気的につながれている。さらに、制御装置１１０には、入口温度センサ４０と、出口温度センサ４２とが電気的につながれている。
【００５２】
制御装置１１０は、演算部（処理制御部）と、記憶部と、入出力インターフェース等を備え、上記制御装置１０と同様に、所謂コンピュータとしての構成を備える。具体的には、図８に示すように、記憶部に記憶したプログラムに従って、制御装置１１０は、温度取得部５０と、制御値設定部１１２と、第２出力部１１４との各部（手段）の機能を発揮することができる。制御値設定部１１２は、上記減算部５２ａと、制御値算出部１１２ａとを備える。また、制御装置１１０の第２出力部１１４は、制御値設定部１１２により設定された（目標流量に対応する）制御値に基づく制御信号をインバータ１６ａの制御装置（不図示）に出力する。
【００５３】
次に、制御装置１１０による演算、制御を図９に基づいて説明する。ステップＳ９０１では、上述のステップＳ３０１の如く、温度取得部５０により入口温度および出口温度が取得される。次に、ステップＳ９０３で、インバータ１６ａに対する上記制御値が設定される。そして、ステップＳ９０５で、設定された制御値に基づく制御信号がインバータ１６ａに出力される。
【００５４】
制御値は、入口温度と出口温度との差が所定温度差になるように、一次ポンプの吐出流量を変えるように、フィードバック制御における伝達関数より算出されて設定される。具体的には、ＰＩＤ制御の伝達関数で、制御値は算出されて設定される。そして、その設定された制御値に基づく制御信号が一次ポンプ１６のインバータ１６ａに対して出力されて、インバータ制御が実行される。
【００５５】
参考実施形態の制御装置１１０における上記制御による効果を図１０に基づいて説明する。なお、図１０は、冷温水が冷水である場合に関する。
【００５６】
図１０（ａ）は、図５（ａ）の場合と同じ状態を示す。その状態での空調負荷を１００％として、空調負荷が８０％の場合を考える。この場合を図１０（ｂ）に示す。この場合、空調負荷の低下によっても、出口温度を７℃のまま、かつ、入口温度を１２℃のままに保つためには、流量をつまり、一次ポンプ１６の吐出流量を低下させることが必要になる。このときの目標流量Ｆｒに対応する制御値は、上で述べたように定められた所定の演算式に入口温度と出口温度との差を代入して演算することで、設定される。一次ポンプ１６の最大の吐出流量は５０００Ｌ／ｈであるので（図１０（ａ）参照）、図１０（ｂ）の場合、結果として４０００Ｌ／ｈ（＝５０００Ｌ／ｈ×０．８０）という目標流量Ｆｒに対応する制御値が設定される。そして、この目標流量になるように、その制御値に基づいてインバータ１６ａが制御される。図１０（ｃ）は空調負荷が６０％の場合を示す。この場合、結果として３０００Ｌ／ｈという目標流量Ｆｒに対応する制御値が設定される。このように、入口温度と出口温度とに基づいてインバータ１６ａを制御することだけで、空調システム１１２においては空調負荷にみあった十分な冷却性能を得ることができ、一次ポンプ１６での消費電力を抑えることによる省エネルギーを達成することができる。なお、このように、一次ポンプのインバータを制御するだけで空調負荷にみあった十分な冷却性能を得ることができるのは、冷温水の熱量が冷温水の流量と比例関係にあることに基づく（参照：「冷温水の熱量（ｋｃａｌ／ｈ）＝冷温水の温度差（℃）×冷温水の流量（Ｌ／ｈ）×比熱（ｋｃａｌ／（Ｌ×℃））」）。
【００５７】
さて、本発明に係る第２実施形態の説明に戻る。本第２実施形態に係る制御装置２１０は、図１１に示すように、熱源機１４と一次ポンプ１６との両方を制御する制御装置２１０であり、（熱源システムである）空調システム２１２の一次側設備１２Ａに対して適用されている。つまり、本第２実施形態に係る制御装置２１０の制御は、第１実施形態の制御装置１０における一次側設備への制御と、参考実施形態の制御装置１１０における一次側設備への制御との組み合わせに相当する。そこで、それら制御の詳細な説明は省略し、更に以下では、既に説明した構成要素に相当する構成要素には、上で付した符号を同様に付して、重複説明を省略または簡略化する。
【００５８】
制御装置２１０は、熱源機１４と一次ポンプ１６のインバータ１６ａとに電気的につながれている。また、制御装置２１０には、入口温度センサ４０と、出口温度センサ４２とが電気的につながれている。
【００５９】
制御装置２１０は、上記制御装置１０、１１０と同様に、所謂コンピュータとしての構成を備える。具体的には、図１２に示すように、記憶部に記憶したプログラムに従って、制御装置２１０は、温度取得部５０と、目標温度設定部５２と、出力部５４と、制御値設定部１１２と、第２出力部１１４との各部（手段）の機能を発揮することができる。ここでは、制御値設定部１１２は、上記減算部５２ａを含まずに、上述の制御値算出部１１２ａのみを備える。しかし、制御値設定部１１２は、減算部５２ａと、制御値算出部１１２ａを備えてもよく、この場合には目標温度設定部５２は減算部５２ａを備えないで制御値設定部１１２の減算部５２ａにつながれてもよい。また、出力部５４と、第２出力部１１４とは統合されてもよい。
【００６０】
制御装置２１０は、第１実施形態における熱源機１４の制御と、参考実施形態における一次ポンプ１６の制御つまりインバータ１６ａの制御との両方を行うことができるように構成されている。ただし、ここでは、制御装置２１０は、そのときどきの空調負荷（例えば入口温度）に応じて、熱源機１４とインバータ１６ａとのいずれか一方のみを空調性能を調整するように制御する。以下では、空調負荷に応じた熱源機１４の制御とインバータ１６ａの制御とを図１３に基づいて説明する。なお、図１３は、冷温水が冷水である場合に関し、温水の場合についての説明は省略する。
【００６１】
図１３（ａ）は、図５（ａ）の場合と同じ状態を示す。その状態での空調負荷を１００％、かつ、入口温度Ｔｉと出口温度Ｔｏとの差である温度差を５℃（所定温度差）として、空調負荷が８０％に変化した場合を考える。この場合を図１３（ｂ）に示す。この場合、図６（ｂ）の場合と同様に一次ポンプ１６の流量は最大値で一定とし、熱源機１４の出口温度の設定を変える。具体的には出口温度の目標温度は７℃から７．５℃に変更設定される。そして、更に空調負荷が低くなるときには、まず、入口温度と出口温度との差である所定温度差（第２所定温度差）を一定値ここでは４℃に固定して、インバータ１６ａが制御される。具体的には、空調負荷が８０％よりも更に低い６４％に変化する場合、図１３（ｃ）に示すように、図１３（ｂ）の場合に設定されたのと同じく出口温度の目標温度は７．５℃の設定のままであり、参考実施形態の制御装置１１０における制御について説明したように目標流量Ｆｒが少なくなるようにインバータ制御がなされる。これは、図１３（ｄ）の空調負荷が４８％の場合まで継続される。図１３（ｄ）の空調負荷が４８％の場合での、インバータ制御の制御値は一次ポンプ１６の流量６０％に対応する。そして、４８％よりも空調負荷が低くなる場合（例えば図１３（ｅ）、（ｆ）の負荷にまで空調負荷が低下する場合）には、一次ポンプ１６の目標流量Ｆｒは６０％に維持され、第１実施形態において説明したように熱源機１４の出口温度の目標温度（つまり目標温度差）が可変される。空調負荷が増加する場合は、図１３の場合（図１３の矢印参照）と逆向きの制御が実行される。なお、図１３の場合も、図６の場合と同じく、基準温度Ｔｒは９．５℃で一定である。
【００６２】
このように、第２実施形態では、空調負荷が１００％以下８０％以上（高負荷域）では熱源機に対する制御で空調性能が可変とされ、空調負荷が８０％未満４８％以上（中負荷域）ではインバータに対する制御で空調性能が可変とされ、空調負荷が４８未満０％以上（低負荷域）では熱源機に対する制御で空調性能が可変とされる。これは、図１３（ｂ）〜図１３（ｄ）から理解できるように、一次ポンプの最低流量は、最大流量の６０％であり、一次ポンプ１６の使用可能なその流量範囲内で空調負荷が中負荷域のときの消費電力の効果的な低減を図るためである。
【００６３】
以上述べたように、第２実施形態の制御装置２１０を熱源機１４の制御用にかつ一次ポンプ１６の制御用に設けるだけで、省エネルギーを、効果的に達成することができる。そして、制御装置２１０は、既存のまたは新規に設けた温度センサ４０、４２の出力を用いるだけで、一次側設備１２Ａの熱源機１４と一次ポンプ１６の制御に対してのみ適用されるので、空調システム１２の二次側設備１２Ｂに対する設備変更を必要としない。したがって、制御装置２１０の空調システム２１２の一次側設備に対する適用は、容易であり、費用対効果に優れる。
【００６４】
なお、一次ポンプ１６のインバータ制御と、熱源機１４の設定温度を変える制御との切り替えは、図１３の例に限定されない。一次ポンプ１６の流量可変制御つまりインバータ制御は空調負荷が中負荷域であるときに実行されることに限定されず、空調負荷が高負荷域または低負荷域のときに行われてもよい。一次ポンプには最低流量という下限があるので、低負荷側の調整は、熱源機１４の設定温度を変える制御で行われるとよい。具体例を図１４に基づいて説明する。なお、図１４も、冷温水が冷水である場合に関する。
【００６５】
図１４（ａ）は、図５（ａ）、図１３（ａ）の場合と同じ状態を示す。その状態での空調負荷を１００％、かつ、入口温度Ｔｉと出口温度Ｔｏとの差である温度差を５℃として、空調負荷が６０％に変化した場合を考える。この場合を図１４（ｂ）に示す。この場合、入口温度と出口温度との差である所定温度差（第２所定温度差）を一定値に、ここでは５℃に固定したまま、インバータ制御が実行される。具体的には、図１４（ｂ）に示すように、出口温度Ｔｏの目標温度は７．０℃の設定のままであり、上で説明したようにインバータ制御がなされる。ここでは、このインバータ制御は空調負荷が１００％以下６０％以上で行われる。これは、一次ポンプの最低流量が最大流量の６０％であるからである。つまり、インバータ制御の下限は一次ポンプの最低流量に対応付けられている。そして、６０％よりも空調負荷が低い場合には、一次ポンプ１６の流量Ｆｒ（インバータ１６ａの周波数）は最低流量（またはその相当値）に維持され、第１実施形態において説明したように（所定温度差を第２所定温度差と同じく５℃のままとして）熱源機１４の出口温度Ｔｏの目標温度（つまり目標温度差）が可変される。なお、図１４の場合も、基準温度Ｔｒは９．５℃で一定である。
【００６６】
なお、熱源機１４の制御における所定温度差と、一次ポンプ１６のインバータ制御における第２所定温度差とは、図１３の場合のように異なる場合があってもよいが、図１４の例のように同じであってもよい。これは、一次ポンプ１６のインバータ制御と、熱源機１４の設定温度を変える制御との切り替えの設定に応じて定められることができる。
【００６７】
以上、本発明に係る第１および第２実施形態およびそれらの変形例を説明したが、本発明はそれらに限定されない。本発明は、特許請求の範囲で規定されている思想の範囲内で種々の変更が可能である。
【００６８】
上記第１および第２実施形態の各々では、本発明の実施形態に係る制御装置を、空調システムの一次側設備に対して適用した。しかし、本発明は空調システムへの適用に限定されるものではなく、空調以外の他の用途の熱源システムにも適用することができる。例えば、工場等での冷却や加熱、より具体的には製品の製造工程での冷却や加熱用に設けられた熱源システムに、あるいは、機械や薬品等の冷却や加熱用に構成された熱源システムの、特に一次側設備に対して、本発明は適用可能である。このように、本発明は様々な熱源システムに適用可能である。これは、熱源機に入る媒体の温度に相当する入口温度、および、熱源機を出る媒体の温度に相当する出口温度を取得して（検出して）、演算するだけで、熱源機や一次ポンプへの制御を好適に行うことを、本発明は可能にするからである。なお、一次側設備は上述の如く熱源機とそこで生成される媒体（例えば冷温水）を供給するためのポンプとを備えて構成されるとよく、二次側設備はその媒体の熱により冷却作用や加熱作用がもたらされるような構成（または機構）を有するとよい。
【００６９】
例えば、上記実施形態の各空調システムでは、熱源機や一次ポンプの数はそれぞれ１つであったが、複数でもよい。また、上記第１、２実施形態では、基準温度は取得した入り口温度と出口温度の中間に位置したが、それらの間に、入口温度側または出口温度側に偏って位置してもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１０、１１０、２１０  制御装置
１２、１１２、２１２  空調システム（熱源システム）
１２Ａ  一次側設備
１２Ｂ  二次側設備
１４  熱源機
１６  一次ポンプ
１８  空調機
【図１】
2018119764.tif 000003
【図２】
2018119764.tif 000004
【図３】
2018119764.tif 000005
【図４】
2018119764.tif 000006
【図５】
2018119764.tif 000007
【図６】
2018119764.tif 000008
【図７】
2018119764.tif 000009
【図８】
2018119764.tif 000010
【図９】
2018119764.tif 000011
【図１０】
2018119764.tif 000012
【図１１】
2018119764.tif 000013
【図１２】
2018119764.tif 000014
【図１３】
2018119764.tif 000015
【図１４】
2018119764.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成29年9月5日(2017.9.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源機を含む一次側設備から二次側設備に媒体を循環供給するように構成した熱源システムに適用される制御装置であって、
前記熱源機に入る前記媒体の温度に相当する入口温度を取得する入口温度取得部と、
前記熱源機から出る前記媒体の温度に相当する出口温度を取得する出口温度取得部と、
所定温度差と、取得した前記入口温度および取得した前記出口温度の差の絶対値との差の半分の値分、前記所定温度差と前記基準温度とに基づいて定まる初期設定目標温度をズラした値を求め、該値を前記目標温度として設定する、目標温度設定部と、
設定された該目標温度に基づいて前記熱源機で生成される前記媒体の温度制御を実行するように制御信号を出力する出力部とを備える、制御装置。
【請求項２】
前記一次側設備の一次ポンプに流量制御用にインバータが設けられていて、
前記制御装置は、
取得した前記入口温度および取得した前記出口温度の差が第２所定温度差になるように前記インバータに対する制御値を設定する制御値設定部と、
設定された制御値に基づく制御信号を前記インバータに出力する第２出力部と
を更に備える請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
熱源機および一次ポンプを含む一次側設備から二次側設備に媒体を循環供給するように構成した熱源システムの制御方法であって、
前記熱源機に入る前記媒体の温度に相当する入口温度と該熱源機から出る前記媒体の温度に相当する出口温度とをそれぞれ取得するステップと、
所定温度差と、取得した前記入口温度および取得した前記出口温度の差の絶対値との差の半分の値分、前記所定温度差と前記基準温度とに基づいて定まる初期設定目標温度をズラした値を求め、該値を前記目標温度として設定するステップと、
設定された該目標温度に基づいて前記熱源機で生成される前記媒体の温度制御を実行するステップと
を含む、熱源システムの制御方法。
【請求項４】
前記一次側設備の一次ポンプに流量制御用にインバータが設けられていて、
前記制御方法は、
取得した前記入口温度および取得した前記出口温度の差が第２所定温度差になるように前記インバータに対する制御値を設定するステップと、
設定された制御値に基づく制御信号を前記インバータに出力する第２の出力ステップと
を更に備える請求項３に記載の制御方法。
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月17日(2018.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源機を含む一次側設備から二次側設備に媒体を循環供給するように構成した熱源システムに適用される制御装置であって、
前記熱源機に入る前記媒体の温度に相当する入口温度を取得する入口温度取得部と、
前記熱源機から出る前記媒体の温度に相当する出口温度を取得する出口温度取得部と、
取得した前記入口温度および取得した前記出口温度の略中間に、予め定めた温度であり一定値である基準温度が位置するように、目標温度を設定する目標温度設定部であって、
空調負荷が１００％であるときの前記入口温度と前記出口温度との所定温度差と、取得した前記入口温度および取得した前記出口温度の差の絶対値との差の半分の値分、前記所定温度差と前記基準温度とに基づいて定まる初期設定目標温度をズラした値を求め、前記値を前記目標温度として設定する目標温度設定部と、
設定された前記目標温度に基づいて前記熱源機で生成される前記媒体の温度制御を実行するように制御信号を出力する出力部とを備える、制御装置。
【請求項２】
前記一次側設備の一次ポンプに流量制御用にインバータが設けられていて、
前記制御装置は、
取得した前記入口温度および取得した前記出口温度の差が第２所定温度差になるように前記インバータに対する制御値を設定する制御値設定部と、
設定された制御値に基づく制御信号を前記インバータに出力する第２出力部と
を更に備える請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
熱源機および一次ポンプを含む一次側設備から二次側設備に媒体を循環供給するように構成した熱源システムの制御方法であって、
前記熱源機に入る前記媒体の温度に相当する入口温度と前記熱源機から出る前記媒体の温度に相当する出口温度とをそれぞれ取得するステップと、
取得した前記入口温度および取得した前記出口温度の略中間に、予め定めた温度であり一定値である基準温度が位置するように、目標温度を設定するステップであって、
空調負荷が１００％であるときの前記入口温度と前記出口温度との所定温度差と、取得した前記入口温度および取得した前記出口温度の差の絶対値との差の半分の値分、前記所定温度差と前記基準温度とに基づいて定まる初期設定目標温度をズラした値を求め、前記値を前記目標温度として設定するステップと、
設定された前記目標温度に基づいて前記熱源機で生成される前記媒体の温度制御を実行するステップと
を含む、熱源システムの制御方法。
【請求項４】
前記一次側設備の一次ポンプに流量制御用にインバータが設けられていて、
前記制御方法は、
取得した前記入口温度および取得した前記出口温度の差が第２所定温度差になるように前記インバータに対する制御値を設定するステップと、
設定された制御値に基づく制御信号を前記インバータに出力する第２の出力ステップと
を更に備える請求項３に記載の制御方法。