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公開番号2025093575
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-24
出願番号2023209315
出願日2023-12-12
発明の名称熱源システム
出願人株式会社荏原製作所
代理人個人,個人,個人,個人
主分類F25B 1/053 20060101AFI20250617BHJP(冷凍または冷却;加熱と冷凍との組み合わせシステム;ヒートポンプシステム;氷の製造または貯蔵;気体の液化または固体化)
要約【課題】可変速ターボ冷凍機などの可変速ターボ熱源機の負荷を示す新規な指標を用いて、運転台数制御を適切に実行することができる熱源システムを提供する。
【解決手段】熱源システムは、可変速ターボ熱源機1を含む複数の熱源機1,2と、複数の熱源機1,2の運転台数を制御する運転台数制御装置3を備える。運転台数制御装置3は、可変速ターボ熱源機1の吸込みガイドベーン16の開度の相対値に、可変速ターボ熱源機1の圧縮機11の回転速度の相対値を乗じることで、可変速ターボ熱源機1の負荷指標値を算定し、負荷指標値が第1基準値を上回ったときに、熱源機の運転台数を増やし、負荷指標値が第2基準値を下回ったときに、熱源機の運転台数を減らすように構成されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
温度調節のための熱源システムであって、
可変速ターボ熱源機を含む複数の熱源機と、
前記複数の熱源機の運転台数を制御する運転台数制御装置を備え、
前記可変速ターボ熱源機は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、前記圧縮機の回転速度を可変するインバータを備えており、
前記圧縮機は、冷媒ガスの前記圧縮機への吸込流量を調節する吸込みガイドベーンを備えており、
前記運転台数制御装置は、
前記吸込みガイドベーンの開度の相対値に、前記圧縮機の回転速度の相対値を乗じることで、前記可変速ターボ熱源機の負荷指標値を算定し、
前記負荷指標値が第１基準値を上回ったときに、前記熱源機の運転台数を増やし、
前記負荷指標値が第２基準値を下回ったときに、前記熱源機の運転台数を減らすように構成されている、熱源システム。
続きを表示（約 560 文字）【請求項２】
前記運転台数制御装置は、
前記負荷指標値の平均値が第１基準値を上回ったときに、前記熱源機の運転台数を増やし、
前記負荷指標値の前記平均値が第２基準値を下回ったときに、前記熱源機の運転台数を減らすように構成されている、請求項１に記載の熱源システム。
【請求項３】
前記運転台数制御装置は、
前記負荷指標値の最大値が第１基準値を上回ったときに、前記熱源機の運転台数を増やし、
前記負荷指標値の最小値が第２基準値を下回ったときに、前記熱源機の運転台数を減らすように構成されている、請求項１に記載の熱源システム。
【請求項４】
前記吸込みガイドベーンの開度の相対値は、以下の式
吸込みガイドベーンの開度の相対値＝
（吸込みガイドベーンの現在の開度－吸込みガイドベーンの最小開度）
／（吸込みガイドベーンの最大開度－吸込みガイドベーンの最小開度）によって算定され、
前記圧縮機の回転速度の相対値は、以下の式
圧縮機の回転速度の相対値＝
（圧縮機の現在の回転速度－圧縮機の最小回転速度）
／（圧縮機の最大回転速度－圧縮機の最小回転速度）
によって算定される、請求項１に記載の熱源システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調や温調のための複数の熱源機を備えた熱源システムに関し、特に可変速ターボ冷凍機や可変速ターボヒートポンプなどの可変速ターボ熱源機を含む複数の熱源機の運転台数制御に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
通常、熱源機にはその出力を調整する機能が備わっており、負荷の増減に合わせて出力を増減させて冷水等の熱搬送媒体の温度が既定の範囲に入るよう制御している。しかし、一般に、熱源機には適正な負荷があり、複数の熱源機が存在する場合は総負荷に合わせて熱源機の運転台数を制御することで、熱源機ごとの負荷を適正な範囲に維持する必要がある。また、仮に常時すべての熱源機を運転していると、各熱源機の運転時間が不必要に長くなり、メンテナンスも増えてしまい、補機（ポンプ・ファン）等の動力も無駄になるため省エネルギーの観点からも好ましくない。
【０００３】
したがって、複数の熱源機が存在する熱源システムにおいては、熱源機ごとの出力制御に加えて、負荷の増減に応じて熱源機の運転台数を適切に切り替える必要がある。熱源機の運転台数の切り替えは手動操作で行うことも少なくないが、これを自動で行う装置が広く普及しており、運転台数制御装置等と呼ばれる。
【０００４】
運転台数制御には、きわめて多様な方法が提案されており、使用されている。代表的な運転台数制御の方法としては下記のようなものがある。なお、下記の説明では便宜上冷水（冷却用）システムを例としているが、暖房（加熱用）システム、ブライン（不凍液による零下の冷熱源）のシステム等でも基本的に同様である。また、それぞれの制御方法の名称は説明のために便宜的に付けたもので、普遍的な名称ではない。
【０００５】
（最適制御方式）
最適制御方式は、各熱源機の運転条件や負荷状態から、運転台数に応じた消費電力やＣＯ
２
排出量など様々な評価指標を算定し、評価指標を用いて運転台数が最適か否かを推定する方法である。運転台数だけでなく、冷水および冷却水の流量など様々なパラメータを最適化できるため省エネ等の効果が高い。その一方で、最適制御方式は、熱源機や補機（ポンプ・ファン）、設備配管（圧力損失）の特性に関する多量の情報が必要であり、これらのデータの収集や設定に時間やコストがかかる。加えて、計算負荷も高く機器等のコストがかかること、熱源機の汚れなど外的な要因で熱源機等の特性が変化すると最適な運転台数にならないことがあり、特に小規模の現場には最適制御方式の採用は難しい。
【０００６】
（温度基準方式）
温度基準方式は、各熱源機からの冷水の出口温度、または複数の熱源機からの冷水の合流後の温度を監視し、この温度が上限基準値を上回った場合に運転台数を増やし、下限基準値を下回った場合に運転台数を減らすというものである。一般に、熱源機は、冷水の出口温度が設定された目標温度となるよう、熱源機の冷却能力を調整する。熱源機の最大の冷却能力を負荷が上回ると、冷水を目標温度まで冷却することができないために冷水の出口温度が目標温度を上回る。一方、熱源機の最小の冷却能力を負荷が下回ると、冷却が過度となり冷水の温度は目標温度を下回る。そこで、この温度基準方式は、冷水の出口温度の変動を検出し、冷却能力の総計を適正化するために運転台数を増減する。
【０００７】
この温度基準方式はもっとも簡便な方法であるが、本方式によると、冷水温度が目標温度から逸脱するまで運転台数の過不足を判断できないため、冷水温度の逸脱がある程度許容されている現場でないと使用できない。また、冷水温度は負荷の急増や急減により変動しやすいため、誤検出により運転台数の不要な増減が行われ、また、運転台数の増減時の冷水温度の変動自体が影響して、運転台数の増加と減少を繰り返す不安定さを生じる場合もある。
【０００８】
（出力基準方式）
出力基準方式は、各熱源機の冷凍出力を演算し、これが上限基準値を上回った場合に運転台数を増やし、下限基準値を下回った場合に運転台数を減らすというものである。個々の熱源機の冷凍出力を基に運転台数を制御するため、冷水出口温度が逸脱する前に運転台数の増減を行うことができ、冷水温度の変動も小さい。
【０００９】
しかしながら、熱源機の運転条件により、運転台数制御が適正に行われない場合がある。すなわち、一般に熱源機は、冷却媒体の温度（水冷機であれば冷却水、空冷機であれば外気温度）や、熱交換器の汚れ状態等により、冷却能力が変化する。このため、熱源機は、定格の冷却能力以上の冷却能力を発揮する（冷却能力が増進する）場合があったり、逆に、熱交換器に汚れ等が蓄積したり、軽微な不具合等があったりすると、最大の冷却能力が定格の能力に満たない（冷却能力が減退する）ことがあったりする。この場合、冷却能力が増進しているために実際には運転台数を増やす必要がない場合でも、運転台数を増やしてしまうことがある。その一方で、冷却能力が減退しているために冷凍出力が上限基準値に至らず、運転台数を増やすべきであるにもかかわらず、運転台数を増やせない状態に陥ることがある。また、冷凍出力は冷水流量を測定することで算出するため、設備費も高額になりやすい。
【００１０】
（調量弁開度方式）
ガス制御弁を有する吸収式冷温水機のように、調量弁を有する熱源機において、調量弁の開度が上限基準値を上回った場合に運転台数を増やし、下限基準値を下回った場合に運転台数を減らす。吸収式冷温水機、あるいは吸収式冷凍機のように燃料または蒸気等により駆動される熱源機では、燃料（ガス制御弁）または蒸気量（蒸気弁）を調整して熱源出力が制御される。調量弁の開度が最大の時、その熱源機は運転条件における最大の冷却能力を発揮し、調量弁の開度が最小の時、最小の冷却能力を発揮する。したがって、調量弁の開度を用いて運転台数制御を行うことができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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