JP6257993B2 - 冷凍システムおよび冷凍システムの台数制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍システムおよび冷凍システムの台数制御方法に関する。

従来、並列に複数台設けられた冷凍装置群（以下、「１次側」と表す）によって、熱媒体である、例えば水、ブラインなどを冷却または加熱して、熱の需要側（以下、「２次側」と表す）の負荷に、かかる冷却または加熱された２次冷媒（熱媒）を供給する冷凍システムが知られている。

このシステムでは、１次側に複数台設けられた冷凍装置は、２次側の冷却または加熱の負荷変動に対し、負荷変動に追従した運転を行う。すなわち、複数台設けられている１次側の冷凍装置の運転台数を増減させる制御を行うとともに、２次側に搬送する熱媒体の流量を増減させる制御を行っている。この制御は台数制御システムとも呼ばれている。

ここで、熱媒体の流量の増減に関しては一般に、インバータによるポンプ周波数の制御、もしくは流量調整弁の開閉によって行われる。

また、冷凍装置は、一般的に空冷式の冷凍装置（以下、「空冷機」と表す）と、水冷式の冷凍装置（以下、「水冷機」と表す）と、に分類される。ここで、空冷機とは、ファンで熱源である空気を循環させて、熱媒体を冷却または加熱する方式の冷凍装置のことである。一方水冷機とは、ポンプで熱源である水などを循環させて、熱媒体を冷却または加熱する方式の冷凍装置である。

ところで、例えば冷却負荷と加熱負荷を同時に必要とするような場所においては、一般には図８および図９に示すような、冷却と加熱で分かれた冷凍システムを構築して、運用している。

また、一般に、冷凍装置の熱交換サイクルは、圧縮機（コンプレッサ）、凝縮器、例えばキャピラリチューブのような減圧手段、冷却器（蒸発器）の順に配管で接続されている。この熱交換サイクル（冷凍サイクル）中、凝縮器は熱媒体で発熱するため放熱を必要とする。

ところで、図９に示す水冷機３１は一般には冷却を主体として使用されている。この場合、加熱された熱媒体は冷却塔によって、空気により冷却する。しかし空気に排熱しているため効率がよくない。このため、水冷機３１を利用して同時に冷水と温水を取り出すような廃熱回収システムを構築することがある。

しかし、水冷機３１は冷却能力と加熱能力がほぼ同じであるため、例えば冷却を主体として運転している場合は、加熱負荷５０側への熱媒の供給は、冷却負荷４０側の負荷が徐々に小さくなるにつれて、これに連動して、出せる能力が小さくなっていき、変動することになる。このため、加熱側の水温を一定にすることができない。

また、台数制御システムは熱媒体（２次冷媒）の温度や流量により負荷変動を検知しているため、熱媒体の温度の変動が、現在の水温制御の制御対象系統（以下、「制御系統」と表す）である冷却負荷系統（冷水系統）または加熱負荷系統（温水系統）の負荷の変動によるものか、制御対象でない系統（以下、「非制御系統」と表す）の負荷変動によるものか、の判断ができない。このため、水冷機３１を、廃熱回収運転を目的として前記台数制御システムに組み込むことは難しい、という問題がある。

ここで、非制御系統の温度を制御するための装置としては、特許文献１に示すような冷却加熱装置が考案されている。

特開２０１２−０７３０１３号公報

しかし、特許文献１によれば冷却負荷と加熱負荷がどちらもある場合でなければならず、例えば加熱負荷が０となったときは、負荷のつり合いを取るために、温水の温度を下げなければならない。このために、例えば別途温水冷却用として、他の冷凍装置が必要となり、余分な動力が必要となってしまう。

そのため、１次側である熱源側の制御対象台数が増えることで、システムが複雑となってしまう。このため、水冷機を台数制御システムに組み込むことは、より一層困難となる。

そこで、本発明は、水冷機を台数制御システムに組み込み、効率のよい運転が可能な冷凍システムおよび冷凍システムの台数制御方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、入口温度検出手段および出口温度検出手段を有してなる１または複数台で構成された水冷式の冷凍装置と、入口温度検出手段および出口温度検出手段を有してなる１または複数台で構成された空冷式の冷却専用の冷凍装置と、入口温度検出手段および出口温度検出手段を有してなる１または複数台で構成された空冷式の冷却加熱兼用の冷凍装置と、前記入口温度検出手段および出口温度検出手段が検知した温度情報に基づいて、運転させる冷凍装置の種類および運転台数を増加減少させる制御を行う制御装置と、を備える。また、本発明は、前記制御装置が、前記水冷式の冷凍装置の水温制御の対象でない、非制御対象系統の２次熱媒の出口温度を、同じ系統に配置された空冷式の前記冷却専用の冷凍装置もしくは前記冷却加熱兼用の冷凍装置の出口温度を可変とすることにより調整することを特徴とする。あるいは、本発明は、前記制御装置が、前記水冷式の冷凍装置の水温制御の対象でない、非制御対象系統の２次熱媒の出口温度を、同じ系統に配置された空冷式の前記冷却専用の冷凍装置もしくは前記冷却加熱兼用の冷凍装置の各入口側に備えられたポンプの流量を可変とすることにより調整することを特徴とする。

本発明によれば、空冷機と水冷機とによって編成され、複雑なシステムを構築することなく、効率の良い運転制御が可能な冷凍システムおよび冷凍システムの台数制御方法を提供できる。

第１実施形態に係る冷凍システムの系統図である。 第１実施形態に係る冷凍システムの構成説明図である。 第１実施形態に係る冷凍システムの増段時の制御を説明するフローチャートである。 第１実施形態に係る冷凍システムの減段時の制御を説明するフローチャートである。 第２実施形態に係る冷凍システムの構成説明図である。 第３実施形態に係る冷凍システムの構成説明図である。 第３実施形態に係る冷凍システムの系統図である。 従来の空冷機および空冷ヒート機からなる冷凍システムの構成例である。 従来の水冷機からなる冷凍システムの構成例である。

以下、本発明の実施形態に係る冷凍システムについて詳細に説明する。以下では、冷凍システムが水の冷却／加熱設備として利用される場合を一例として説明するが、２次冷媒（熱媒）はこれに限定するものではなく、例えばブラインや空気など、水以外を冷却／加熱するものであってもよい。また、以下で特に断りなく冷凍装置と言った場合、冷却専用の空冷機、冷却／加熱兼用の空冷機、水冷機の種類によらず、それぞれが冷却能力または加熱能力、または両方の能力を有する冷凍装置を指すものとする。
また、説明の便宜上、各図面で共通する部材には同一の符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。前後上下左右の方向軸については、各図の記載によるものとする。

（第１実施形態）

図１は本発明の第１実施形態に係る冷凍システムの系統図である。
図１に示すように、冷凍システム１は、例えば冷却専用の空冷機１１、水冷機３１が同じ冷水系統（冷却負荷系統）に配置されており、冷却／加熱兼用の空冷機２１（以下、「空冷ヒート機２１」と表す）、水冷機３１が同じ温水系統（加熱負荷系統）に接続されている。

具体的には、例えば図１では、冷水系統（冷却負荷系統）は太い破線および実線で、温水系統（加熱負荷系統）は細い破線および実線で、それぞれ描かれている。

なお、図１では空冷機１１、水冷機３１、空冷ヒート機２１がそれぞれ２台ずつ配置される構成となっているが、台数については特に問うものではない。つまり、それぞれが１または複数台から構成されていてもよい。

つまり、冷水系統と温水系統それぞれが、空冷機１１と水冷機３１とからなる混成機種によって編成されている。また、空冷ヒート機２１は、例えば四方弁などのバルブ（不図示）の切替えにより、冷却運転、加熱運転を切替えて運転することができる。

加熱負荷５０系統の空冷ヒート機２１は、基本的には加熱運転で使用する。しかし、加熱負荷が小さく冷却負荷が足りない場合は、応急的に前記の四方弁などのバルブ（不図示）を操作し、冷却運転に切替えるとともに、２次冷媒供給側の配管に備えられた例えば３方弁２９を操作して、供給配管を温水系統から冷水系統に切り替えて運転できるものである。

本実施形態では、冷水系および温水系の各系統に接続された冷却負荷４０、または加熱負荷５０に対して、所定の水温および所定の流量の熱媒を供給するために、冷凍システム１を構成する各冷凍装置１１，２１，３１の運転台数を、最適な数になるように増減させる切替えを行う。つまり、２次側の要求負荷である流量、温度が、所定の値に固定されている場合を考える。

ここで、運転台数を増加させるべき、もしくは運転台数を減少させるべき、などの台数切替えの要否自体の判断については、例えば各冷凍装置の入口温度検出手段、出口温度検出手段などを用いて判断する公知の発明（例えば、特開２０１１−２３１９５５の図２ステップＳ１０５、ステップＳ１０９など）を参考にすればよい。本実施形態においては、増段・減段条件成否情報１１４（図２で後記）によって、外部から、運転台数を増加させる増段条件、もしくは運転台数を減らす減段条件が、成立したか否かの情報（増段・減段条件成否情報１１４）が入力されるものとする。

図２は本発明の第１実施形態に係る冷凍システムの構成説明図である。
制御部１００には台数制御部１０１、温度制御部１０２が備えられ、温度情報１１０や、１次側の冷凍装置１４０の電源情報１１２、増段・減段条件成否情報１１４が入力される。ここで、電源情報１１２とは、１次側の冷凍装置１４０の電源がＯＮ／ＯＦＦいずれの状態にあるかに係る情報である。

また、冷凍装置１４０は、空冷機１１、空冷ヒート機２１、水冷機３１の総称である。また、温度情報１１０は、図１の各冷凍装置１４０の入口温度検出手段１２ａ、１２ｂ
、３２１ａ、３２２ａ、３２１ｂ、３２２ｂ、２２ａ、２２ｂ、出口温度検出手段１３ａ、１３ｂ、３３１ａ、３３２ａ、３３１ｂ、３３２ｂ、２３ａ、２３ｂ、２次側近傍温度検出手段２５〜２８によって計測された情報である。

また、出力側には、ポンプ１３０、冷凍装置１４０が接続される。なお、ポンプ１３０とは、ポンプ１４ａ、１４ｂ、３４１ａ、３４２ｂ、３４１ｂ、３４２ｂ、２４ａ、２４ｂを総称する。

ポンプ１３０は、各冷凍装置１４０の、冷却負荷４０系統もしくは加熱負荷５０系統からの分岐点Ｔから、前記入口側温度検出手段までの間に、冷凍装置１４０と１対１となるように設置されている。但し、冷凍装置１４０と入口側温度検出手段との間に設置されていてもよい。ポンプ１３０は、各冷凍装置１４０の、入口側の２次冷媒（熱媒）流量を調節するものである。なお、ポンプ１３０および入口側および出口側の各温度検出手段は、それぞれ、対応する冷凍装置１４０の内部に有する様に構成されるものであってもよい。

ポンプ１３０の制御部は、電源部１３１、インバータ周波数設定部１３２を含んでなる。ポンプの電源部１３１は、台数制御部１０１からの指令により、ポンプ１３０の電源をＯＮ／ＯＦＦする。インバータ周波数設定部１３２は、台数制御部１０１からの指令により、ポンプ１３０のインバータ周波数を設定し、その設定水量でポンプ１３０を駆動させる。なお、本実施形態においては、インバータ周波数設定部１３２に指示されるポンプの流量は、２次側の要求流量を満たす過不足のない、所定の値に固定されている。

冷凍装置１４０の制御部は、電源部１４１、２次冷媒の供給温度設定部１４２を含んでなる。冷凍装置１４０の電源部１４１は、台数制御部１０１からの指令により、各冷凍装置１４０の電源をＯＮ／ＯＦＦする。供給温度設定部１４２は、温度制御部１０２からの指令を受けて、当該冷凍装置１４０の２次冷媒（熱媒）の供給温度を設定する。冷凍装置１４０は、２次側が要求する２次冷媒（熱媒）を、自身の熱媒（１次冷媒）と熱交換させることで供給する装置である。

以下では、まず台数制御部１０１について、例えば冷却運転、すなわち、制御系統が冷水側の場合で、冷却負荷が増加傾向にあり、前記の公知発明を用いるなどして、増段・減段条件成否情報１１４として、冷却運転を行う冷凍装置の運転台数を増加させる増段条件が成立した場合の制御について、説明する。

ここで、台数制御部１０１は、電源情報１１２、増段・減段条件成否情報１１４を受け取り、ポンプ１４０の電源部１３１やインバータ周波数設定部１３２、冷凍装置１４０の電源部１４１に指令を出す制御装置である。
図３は、台数制御部１０１の制御フローを説明するフローチャートである。

ステップＳ１０１において、台数制御部１０１は、増段・減段条件成否情報１１４の情報が、増段条件成立となっているか否かを判定する。
ここで増段条件成立となっていなかった場合（ステップＳ１０１でＮｏ）、増段要求が生じていない場合であると判断し、本制御を終了する。

次に、ステップＳ１０１で増段条件が成立していた場合（ステップＳ１０１でＹｅｓ）、ステップＳ１０２において台数制御部１０１は、電源情報１１２を集計し、停止中の水冷機３１の台数を把握する。これは、水冷機３１が全台運転中かどうかを判定するステップである。全台運転中であった場合（ステップＳ１０２でＹｅｓ）、すなわち、停止中の水冷機３１の運転台数が０台であった場合は、ステップＳ１０４に進む。

なお、ステップＳ１０２は、起動可能な水冷機３１があれば、まずはその水冷機３１を起動したいため、そのような水冷機３１が存在するかを最初に確認するためのステップである。

ステップＳ１０４では、台数制御部１０１は、電源情報１１２を集計し、停止中の空冷機１１の運転台数を把握する。これは、空冷機１１が全台運転中か否かを判定するステップ、もしくは、起動可能な空冷機１１が存在するか否かを判定するステップと同じである。

ステップＳ１０４において、空冷機１１が全台運転中でなく（ステップＳ１０４でＮｏ）、起動可能な空冷機１１がある場合、すなわち、停止中の冷却専用の空冷機１１が１台以上ある場合は、ステップＳ１０５において、不足分の冷却能力を補うために、空冷機１１を１台分増段（起動）させる。

ステップＳ１０４において、停止中の空冷機１１が１台もなかった場合、すなわち、１次側の全空冷機が稼働中であった場合は（ステップＳ１０４でＹｅｓ）、増段要求に対する対応ができないため、本制御を終了する。

続いて、ステップＳ１０２の説明に戻る。ステップＳ１０２において、水冷機３１が全台運転中ではない（ステップＳ１０２でＮｏ）、すなわち、停止中の水冷機の台数が１台以上ある場合は、ステップＳ１０３へ進み、台数制御部１０１は、電源情報１１２を参照し、運転中の空冷ヒート機２１の台数を把握する。

なお、ステップＳ１０３は、停止中の水冷機３１を１台分増段した場合に、加熱負荷５０側への熱媒供給能力が冷凍装置１台分過剰となるが、現在加熱運転している空冷ヒート機２１が存在すれば、それを停止させることで調整可能となるため、それを探すためのステップである。

ステップＳ１０３において、空冷ヒート機２１が全台停止中である場合（ステップＳ１０３でＹｅｓ）、すなわち、運転中の空冷ヒート機２１が１台も存在しない場合（０台の場合）は、前記のステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０３において、空冷ヒート機２１が全台停止中でない（ステップＳ１０３でＮｏ）、すなわち、加熱運転している空冷ヒート機が１台以上存在する場合は、ステップＳ１０６に進み、水冷機３１を１台増段（起動）するとともに、ステップＳ１０７において、当該加熱運転中の空冷ヒート機２１を減段（停止）させて、本フローを終了する。

（作用・効果）
本実施形態における作用・効果を、具体例を挙げて説明する。
例えば、空冷機、空冷ヒート機がそれぞれ１台、水冷機が２台で構成される冷凍システムがあるとする。

このとき、水冷機が１台で冷却／加熱運転を行い、空冷ヒート機１台が加熱運転を行っているとすると、冷水系統（冷却負荷系統）において増段条件が成立した場合には、加熱運転中の空冷ヒート機を停止させ、水冷機が１台起動することで、最終的には水冷機が２台の運転体制となる。

つまり、冷却能力の増段前は、冷水系統（冷却負荷系統）では１台分、温水系統（加熱負荷系統）では２台分の冷却／加熱能力の需要に対し、２台の冷凍装置が運転することで対応していた。しかし、冷却能力の増段条件成立後は、冷水系統（冷却負荷系統）での能力需要が１台分増えるため、冷水系統（冷却負荷系統）で２台分、温水系統（加熱負荷系統）で２台分の冷却／加熱能力を提供しなければならなくなる。

このとき、従来であれば、要求負荷の増減に対応して、冷却需要であれば空冷機１１、加熱需要であれば空冷ヒート機２１を独立に増減させる方法で対応していたために、例えば停止中の空冷機１１を１台起動させ、水冷機３１が１台、空冷ヒート機２１が１台、空冷機１１が１台の３台体制などとしていた。

しかし、本発明の制御方法によれば、水冷機３１を台数制御システムの制御対象に組み込むことで、冷凍装置１４０の運転台数は増段前の運転台数と同じく、２台体制（但し、内訳は水冷機３１が２台）のままで、需要増を乗り切ることができる。
このように、より少ない運転台数で冷却／加熱負荷の各需要に対応することができる。その結果、消費電力を低減することができるという効果を奏する。

次に制御系統が冷水側で、冷却負荷４０が減少傾向にあり、冷凍装置１４０の運転台数を減段させる（減らす）必要性が生じた場合の制御について、図４のフローチャートを用いて説明する。この場合も、運転台数の切替え要否自体の判断については、例えば各冷凍装置の入口温度検出手段、出口温度検出手段、などを用いて判断する公知の発明（例えば、特開２０１１−２３１９５５の図２ステップＳ１０９など）を参考にすればよい。

まず、ステップＳ２０１で減段条件が成立していない場合（ステップＳ２０１でＮｏ）、減段要求が生じていない場合であると判断し、本制御を終了する。

次に、ステップＳ２０１において、増段・減段条件成否情報１１４が減段条件成立となっていた場合は（ステップＳ２０１でＹｅｓ）、ステップＳ２０２において台数制御部１０１は、空冷機１１が全台停止中か否か、すなわち、運転中の空冷機１１が存在するか判定する。これは、減段可能な空冷機１１、すなわち稼働中の空冷機１１が存在する場合は、まずは最初にその空冷機１１を減段させたいので、それを探すためのステップである。

空冷機１１が全台停止中でない（ステップＳ２０２でＮｏ）、すなわち、運転中の空冷機が１台以上存在する場合はステップＳ２０３に進み、当該運転中の空冷機１１を１台停止させる。ステップＳ２０２において、空冷機１１が全台停止中（ステップＳ２０２でＹｅｓ）、すなわち、運転中の空冷機が０台で存在しない場合は、ステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０４において台数制御部１０１は、電源情報１１２を集計し、運転中の水冷機３１の台数を把握する。なお、これは、ステップＳ２０２の次は水冷機３１を優先的に減段させたいので、それを探すためのステップである。

水冷機３１が全台停止中（ステップＳ２０４でＹｅｓ）、すなわち、運転中の水冷機３１の台数が０台で、１次側の冷凍装置１４０全台が停止中である場合は、冷却運転中の冷凍装置１４０が存在しない状態のため、減段要求には対応できないので、何もせずに本制御を終了する。

ステップＳ２０４において、水冷機３１が全台停止中でない（ステップＳ２０４でＮｏ）、すなわち、運転中の水冷機が１台以上ある場合は、ステップＳ２０５において台数制御部１０１は、空冷ヒート機２１が全台運転中か否かを判断する。すなわち、電源情報１１２を集計し、停止中の空冷ヒート機２１の台数を把握する。これは、起動可能な空冷ヒート機２１が存在するかどうかを把握するためのフローである。

ステップＳ２０５において、空冷ヒート機２１が全台運転中でない（ステップＳ２０５でＮｏ）、すなわち、停止中の空冷ヒート機２１が１台以上存在する場合は、起動可能な空冷ヒート機２１が存在する場合であるため、ステップＳ２０６で空冷ヒート機２１を１台増段（起動）させるとともに、ステップＳ２０７で水冷機３１を１台減段（停止）させる。ここで、ステップＳ２０６で空冷ヒート機２１を増段させるのは、ステップＳ２０７で水冷機３１を減段させることによる加熱能力の低下を防ぐためである。

また、ステップＳ２０５で空冷ヒート機２１が全台運転中（ステップＳ２０５でＹｅｓ）、すなわち、停止中の空冷ヒート機２１の台数が０台の場合は、ステップＳ２０７に進み、水冷機３１を１台減段（停止）させて本制御を終了する。この際、水冷機３１を１台減段することによる加熱能力の補填はできないが、冷却能力の減段要求に応じることを優先させる。

（作用・効果）
本実施形態における作用・効果を、具体例を挙げて説明する。
例えば、水冷機３１が２台、空冷ヒート機２１が１台で構成される冷凍システムがあるとする。

このとき、水冷機３１が２台で冷却／加熱運転を行い、空冷ヒート機２１が停止中であるとすると、冷水系統（冷却負荷系統）において減段条件が成立した場合は、加熱運転が可能である空冷ヒート機を起動し、水冷機３１を１台停止させることで、最終的には水冷機３１が１台と空冷ヒート機２１が１台の合計２台体制で運転することとなる。

つまり、冷却能力の減段前は、冷水系統（冷却負荷系統）では２台分、温水系統（加熱負荷系統）では２台分の冷却／加熱能力の需要に対し、２台の冷凍装置（内訳は水冷機が２台）が運転することで対応していた。しかし、冷却能力の減段条件成立後は、冷水系統（冷却負荷系統）での能力需要が１台分減り、少なくなるため、冷水系統（冷却負荷系統）で１台分、温水系統（加熱負荷系統）で２台分の冷却／加熱能力を提供することで足りる。

このとき、従来であれば、減った冷却能力需要に対応するために、例えば停止中の空冷ヒート機を１台起動させ、水冷機２台、空冷ヒート機１台、の３台体制で対応することになる。つまり、供給過剰な冷却能力を空冷ヒート機１台を稼動させることで相殺する。しかし、本発明の制御方法によれば、冷凍装置の運転台数は減段前の運転台数と同じく、２台体制（但し、内訳は水冷機が１台、空冷ヒート機が１台）のままで、需要減を乗り切ることができる。

このように、水冷機３１を台数制御システムの制御対象に組み込むことで、需要能力と供給能力との間に過不足のアンバランスを生じることなく、より少ない運転台数で、冷却／加熱負荷の各需要変動に適切に対応することができる。その結果、消費電力を低減することができるという効果を奏する。

次に、図２の温度制御部１０２について説明する。
第１実施形態の冷凍システム１においては、各冷凍装置１４０は、連続的な温度制御を行い、冷却／加熱の負荷変動に連動して、熱媒（２次冷媒）供給能力の調整を行う。温度制御部１０２は、温度情報１１０を受信して、冷凍装置１４０の供給温度設定部１４２に指令を出す。

一般に、水冷機３１は、冷却・加熱能力がほぼ同じであるため、例えば冷水側（冷却負荷系統）で温度制御を行っている場合、すなわち、水温制御を冷水側で行っている場合、温水側（加熱負荷系統）の負荷変動がなくても冷水側（冷却負荷系統）の負荷変動に連動した加熱能力となってしまう。そのため、温水側の出口温度は出来合わせの温度となってしまう。

その問題を解決するため、本実施形態の空冷機１１もしくは空冷ヒート機２１は、水冷機３１の制御状態に連動して、自身のそれぞれ冷水もしくは温水出口水温の設定温度を補正する機能を有するものである。

例えば、水冷機が冷水側（冷却負荷系統）で温度制御を行っている場合、すなわち、制御系統が冷水側で、温度情報１１０により、非制御系統である温水側（加熱負荷系統）が能力過剰、すなわち、高い温度で送りすぎていることが分かった場合は、温度制御部１０２は、同じく非制御系統側にある、加熱運転中の空冷ヒート機２１の供給温度設定部１４２に指令を出し、温度設定値を引き下げさせ、合流後の温水温度である、例えば２次側近傍温度検出手段２８（図１参照）で計測する温度が設定した温度となるよう補正を実施する。
（作用・効果）

このようにすることで、水冷機３１の制御系統側の温度を２次側の要求温度となるように制御することのみならず、水温制御の制御対象系統でない側、すなわち非制御系統側の温度についても、出来合わせの温度とならないようにすることができる。

また、流量に関しては、本実施形態の場合はポンプ１３０のインバータ周波数設定部１３２には、予め２次側の要求流量に応えられるだけの所定の値に固定されているため、不足することはない。以上により、水冷機３１を台数制御システムの制御対象に組み込んでも、２次側に安定した２次冷媒の熱媒供給を実行することができる。

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係る冷凍システムの構成説明図である。
なお、第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

第１実施形態では、水冷機３１の非制御系統側の水温を、２次側が要求する水温となるよう制御する方法として、温度制御部１０２が、同じく非制御系統側に存在する空冷機１１もしくは空冷ヒート機２１に対して、設定温度を変更するよう指令を出し、温度補正を行っていた。

それに対し、本実施形態に係る制御部２００は、温度制御部１０３は有さず、代わりに流量制御部１０３を有している。流量制御部１０３は、温度情報１１０を受信し、冷水または温水の流量を、ポンプ１３０のインバータ周波数を変更することや、配管に備えられたバルブ（不図示）の開度を変更することによって、２次側の要求する水温となるように温度調整するものである。なお、冷凍装置１４０の供給温度設定部１４２は所定値に固定されているものとする。それ以外の点については、台数制御部１０１の動作などを含めて、第１実施形態と同様である。

例えば、水冷機が冷水側（冷却負荷系統）で温度制御を行っている場合、すなわち、制御系統が冷水側で、温度情報１１０により、非制御系統である温水側（加熱負荷系統）が能力過剰、すなわち、高い温度で送りすぎていることが分かった場合を考える。

このとき、流量制御部１０３は、例えば当該水冷機３１に対応した非制御系統側のポンプ１３０に指令を出し、ポンプ１３０の回転数を上昇させて、流量を増加させることにより、出口水温を引き下げさせるとともに、同じく非制御系統側にある空冷ヒート機２１に対応したポンプ１３０のインバータ周波数設定部１３２に対して、ポンプ１３０の回転数を減少させて、合流後の温水温度が、設定した温度となるように補正を実施するようにしてもよい。このとき、例えば２次側近傍温度検出手段２８（図１参照）が計測する水温を、設定温度に誘導するように制御を行ってもよい。

このとき、水冷機３１のポンプ動力は増加するが、システム全体で必要な水量については、２次側の需要量が変動しない本実施形態の状況下では、常時所定量を供給するようにするため、空冷ヒート機２１に流す水量は、水冷機３１へ増送した分だけ減少させることになる。そのため、システム全体としてポンプ１３０の消費電力は変わらない。ゆえに、冷凍システム１は効率の良い運転ができる。

（第３実施形態）
図６は、第３実施形態に係る冷凍システムの構成説明図である。
なお、第２実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

ここで、第２実施形態では、水冷機３１の非制御系統側の水温を、２次側が要求する水温となるよう制御する方法として、流量制御部１０３が、温度情報１１０を受信し、冷水または温水の流量を、ポンプ１３０のインバータ周波数を変更することや、配管に備えられたバルブ（不図示）の開度を変更することによって、２次側の要求する水温となるように温度調整していた。なお、冷凍装置１４０の供給温度設定部１４２は所定値に固定されていた。

また、第２実施形態の２次側の負荷は、流量は所定値で固定され、水温も所定値で固定された状況を想定したものである。すなわち、水量・水温ともに、変動負荷ではなく、負荷が変動しない、安定負荷を前提にしたものであった。

ところが、現実には２次側の負荷にもポンプ１３０を備えたものがあり、２次側と１次側でポンプ１３０の流量が違う場合、水量のアンバランスを解消するために、余剰分をバイパス管路に流す仕組みを持つものがある（例えば、前出の文献：特開２０１１−２３１９５５号公報）。

この場合、２次側の要求温度は所定値で固定されたままであるが、水量については変動負荷となる。また、バイパス管路を流れる余剰分の水が出ないように、制御系統側の空冷機１１および空冷ヒート機２１のポンプ１３０を変流量制御させている。

そこで本実施形態では、このような２次側の負荷、すなわち温度固定、流量変動型の負荷に対しても、第２実施形態の制御部２００を改修した制御部３００とすることにより、対応しようとするものである。

図７は、第３実施形態に係る冷凍システムの系統図である。
ここで、特許文献１の請求項１に記載の、「冷水側が所定温度未満になると加熱追従から冷却追従へ、温水側が所定温度を超えると冷却追従から加熱追従へ」自動で制御系統を切替える機能を備える水冷機３２を組み込むことを考える。

なぜならば、例えば冷水機３１の制御系統が冷水側で、温度情報１１０により、非制御系統側が能力過剰となっていることが分かった場合、出口温度を調整するために、第２実施形態では非制御系統側の空冷ヒート機２１のポンプ１３０の水量を増やしすぎるといったことがありうる。

このとき、空冷機１１、もしくは空冷ヒート機２１について考えると、前記のバイパス管路を流れる余剰分をなくすための変流量と、第２実施形態の水冷機の非制御対象側の出口温度を合わせるための流量の補正とを実施しなければならないため、水冷機３１とのばらつきが大きいと、調整しろ（マージン）がなくなり、安定した制御とならなくなってしまう。

しかし、水冷機３１が水冷機３２の様に、前記の自動で制御系統を切り替える機能を有していれば、非制御系統側が能力過剰となっていることが判明した時点で、「温水側が所定温度を超えると冷却追従から加熱追従へ」、すなわち、制御系統を冷却負荷系統から加熱負荷系統に切り替えて制御を行う。

このため、空冷機１１もしくは空冷ヒート機２１の非制御系統側のポンプ１３０の流量調節の機会が減り、水冷機３２と空冷機１１もしくは空冷ヒート機２１との水量のばらつきを小さくすることができるからである。

このような水冷機３２を有する構成において、本実施形態の制御部３００（図６参照）は、第２実施形態（図５参照）と比較して、負荷状態算出部１０４を有し、ポンプ１３０の周波数情報１１１や、電源情報１１２、各冷凍装置１４０の運転状態の残余力情報１１３から、システム全体にかかる運転負荷状態を算出する機能を有する点を特徴とする。

負荷状態算出部１０４で算出された負荷情報は、例えば、運転負荷が供給能力に対してどのくらいあるかを表すものであるが、流量情報と、温度情報からなる。この値は、現状の２次側の負荷と等しいと考えられる。

ここで、２次側の負荷が、例えば前記の特開２０１１−２３１９５５のような、温度情報が変動しない負荷を考えるならば、台数制御部１０１、流量制御部１０３は、負荷状態算出部１０４で算出された流量負荷情報の値を２次側に送る流量の目標値として、第２実施形態と同様の制御を行えばよい。

このように、本実施形態に係る冷凍システム１は、２次側の流量負荷の変動に応じて、制御系統の空冷機１１もしくは空冷ヒート機２１のポンプ１３０の変流量制御を実施する。

また、制御系統が自動的に切替わる水冷機３２を用い、例えば水冷機３２などのポンプ周波数情報１１１や電源情報１１２に基づく運転台数、運転の残余力情報１１３によって、２次側のリアルタイムの冷却／加熱負荷状態を推定・検知しながら運転する。

ここで、本実施形態では水冷機３２によって制御系統が自動的に切替わるため、変流量制御は、非制御系統側の空冷機１１もしくは空冷ヒート機２１のポンプ１３０に対して行うことと事実上、同義となる。このため、始めから非制御系統側を変流量させてもよい。

なお、本実施形態に係る冷凍システムは、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、図３や図４は制御系統が冷水系統で、それぞれ増段・減段する場合の台数制御部１０１の動作フローを示しているが、例えば、冷却を加熱に、空冷ヒート機を空冷機に、空冷機を空冷ヒート機に機械的に読み替えれば、制御系統が温水系統の場合の、それぞれ増段・減段フローとなることは論を待たず自明である。

また、第３実施形態で用いた制御系統が自動的に切替わる水冷機３２を、第１実施形態や第２実施形態で用いてもよい。この場合は、空冷機１１もしくは空冷ヒート機２１の非制御系統側のポンプ１３０の流量調節の機会が減り、水冷機３２と空冷機１１もしくは空冷ヒート機２１との水量のばらつきを小さくすることができるようになり好適である。

上記した実施形態は本発明を分かりやすくするために詳細に説明したものであり、必ずしも、説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

例えば、図２では、制御部１００の中に台数制御部１０１、温度制御部１０２を備える構成で説明したが、これらは別体で構成され、図示しない通信線によって相互に接続された構成であってもよい。

つまり、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に、他の実施形態の構成の一部もしくは全てを加えることも可能である。

また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ、３１ａ、３１ｂ、１４０ 冷凍装置
１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂ、３２１ａ、３２１ｂ、３２２ａ、３２２ｂ 入口温度検出手段
１３ａ、１３ｂ、２３ａ、２３ｂ、３３１ａ、３３１ｂ、３３２ａ、３３２ｂ 出口温度検出手段
２５，２６，２７，２８ ２次側近傍温度検出手段
１４ａ、１４ｂ、２４ａ、２４ｂ、３４１ａ、３４１ｂ、３４２ａ、３４２ｂ、１３０ ポンプ
１ 冷凍システム
１１ 空冷機、空冷式の冷却専用の冷凍装置
２１ 空冷ヒート機、空冷式の冷却加熱兼用の冷凍装置
２９ ３方弁
３１、３２ 水冷機、水冷式の冷凍装置
４０ 冷却負荷
５０ 加熱負荷
１００、２００、３００ 制御部
１１０ 温度情報
１０１ 台数制御部、制御装置
１０２ 温度制御部、制御装置
１０３ 流量制御部、制御装置
１０４ 負荷状態算出部、制御装置
１１１ ポンプ周波数情報
１１２ 電源情報
１１３ 残余力情報
１１４ 増段・減段条件成否情報
１３１、１４１ 電源部
１３２ インバータ周波数設定部
１４２ 供給温度設定部
Ｔ 分岐点

Claims (5)

1. 入口温度検出手段および出口温度検出手段を有してなる１または複数台で構成された水冷式の冷凍装置と、
   入口温度検出手段および出口温度検出手段を有してなる１または複数台で構成された空冷式の冷却専用の冷凍装置と、
   入口温度検出手段および出口温度検出手段を有してなる１または複数台で構成された空冷式の冷却加熱兼用の冷凍装置と、
   前記入口温度検出手段および出口温度検出手段が検知した温度情報に基づいて、運転させる前記冷凍装置の種類および運転台数を増加減少させる制御を行う制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記水冷式の冷凍装置の水温制御の対象でない、非制御対象系統の２次熱媒の出口温度を、同じ系統に配置された空冷式の前記冷却専用の冷凍装置もしくは前記冷却加熱兼用の冷凍装置の出口温度を可変とすることにより調整することを特徴とする、冷凍システム。
2. 入口温度検出手段および出口温度検出手段を有してなる１または複数台で構成された水冷式の冷凍装置と、
   入口温度検出手段および出口温度検出手段を有してなる１または複数台で構成された空冷式の冷却専用の冷凍装置と、
   入口温度検出手段および出口温度検出手段を有してなる１または複数台で構成された空冷式の冷却加熱兼用の冷凍装置と、
   前記入口温度検出手段および出口温度検出手段が検知した温度情報に基づいて、運転させる前記冷凍装置の種類および運転台数を増加減少させる制御を行う制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記水冷式の冷凍装置の水温制御の対象でない、非制御対象系統の２次熱媒の出口温度を、同じ系統に配置された空冷式の前記冷却専用の冷凍装置もしくは前記冷却加熱兼用の冷凍装置の各入口側に備えられたポンプの流量を可変とすることにより調整することを特徴とする、冷凍システム。
3. 前記水冷式の冷凍装置は制御対象系統を自動的に切替える
   ことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の冷凍システム。
4. 入口温度検出手段および出口温度検出手段を有してなる１または複数台で構成された水冷式の冷凍装置と、
   入口温度検出手段および出口温度検出手段を有してなる１または複数台で構成された空冷式の冷却専用の冷凍装置と、
   入口温度検出手段および出口温度検出手段を有してなる１または複数台で構成された空冷式の冷却加熱兼用の冷凍装置と、を備える冷凍システムの台数制御方法であって、
   台数制御部が、冷却能力増段時には、
   前記入口温度検出手段および前記出口温度検出手段が検知した温度情報に基づいて、
   水冷式の冷凍装置が全台運転中か否かを判断するステップと、
   空冷式の冷却加熱兼用の冷凍装置が全台停止中か否かを判断するステップと、
   空冷式の冷却専用の冷凍装置が全台運転中か否かを判断するステップと、
   を順次実行することにより、運転させる冷凍装置の種類および運転台数を増加減少させる制御を行うことを特徴とする、前記冷凍システムの台数制御方法。
5. 入口温度検出手段および出口温度検出手段を有してなる１または複数台で構成された水冷式の冷凍装置と、
   入口温度検出手段および出口温度検出手段を有してなる１または複数台で構成された空冷式の冷却専用の冷凍装置と、
   入口温度検出手段および出口温度検出手段を有してなる１または複数台で構成された空冷式の冷却加熱兼用の冷凍装置と、を備える冷凍システム台数制御方法であって、
   台数制御部が、冷却能力減段時には、
   前記入口温度検出手段および前記出口温度検出手段が検知した温度情報に基づいて、
   空冷式の冷却専用の冷凍装置が全台停止中か否かを判断するステップと、
   水冷式の冷凍装置が全台停止中か否かを判断するステップと、
   空冷式の冷却加熱兼用の冷凍装置が全台運転中か否かを判断するステップと、を順次実行することにより、運転させる冷凍装置の種類および運転台数を増加減少させる制御を行うことを特徴とする、前記冷凍システムの台数制御方法。

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