JP2003121024A - 統合型熱源システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 種々の冷熱源構成要素を積極的に統合して全
体的に省エネルギー運転を実現する熱源システムを提供
する。 【解決手段】 冷却塔１を共有する熱交換器３、４、ブ
ラインスクリュー冷凍機５、ターボ冷凍機６を冷却水循
環系２で接続し、冷却水循環系２には冷熱源機器に対応
して還水を往水に混合する通水路及び自動弁やポンプを
設け、ターボ冷凍機６と空調冷熱負荷とを第一の冷水循
環系７で接続し、ブラインスクリュー冷凍機５と氷蓄熱
槽９とを第二の冷水循環系８で接続し、第二の冷水循環
系８には追い掛け運転用の熱交換器１０と氷放熱用の熱
交換器１１を接続した熱源システムであって、第一の冷
水循環系７の冷水温度及び流量の設定値から、冷水温度
が所望の範囲内に収まるようにターボ冷凍機６の冷凍能
力を調整し、さらにターボ冷凍機から空調冷熱負荷への
冷水流量を調整すべく、システムを構成する各機器の運
転を制御する運転制御手段によって制御される統合型熱
源システム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は統合型熱源システム
に関し、より詳しくは、種々の冷熱源構成要素を積極的
に統合して全体的に省エネルギーを図る統合型熱源シス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、社会が地球環境との調和のとれた
設備とその運転を要求する趨勢にあり、例えば工場のよ
うにエネルギーを大量に消費する施設では、省エネルギ
ーと環境負荷低減について、所轄官庁から指導されある
いは自ら取り組んでいる。

【０００３】空調設備、特に熱源システムにおいて省エ
ネルギーを図る技術については種々のものがある。例え
ば特開平６−２４９４７１号公報に示される「フリーク
ーリング」と称される方法がある。これは冬期などに冷
凍機を稼動せず、冷却塔の運転による冷熱を空調に利用
しようというものである。

【０００４】また、電力料金の割安な夜間に冷凍機その
他の熱源機器を運転して温熱や冷熱を生成し、これを蓄
熱槽に蓄えて昼に消費する技術、さらに氷や潜熱蓄熱剤
を蓄熱媒体として潜熱を利用して熱源システムの運転効
率を上げようとする技術も周知である。それらの運転方
法としては特許第２５１０８８８号を挙げることがで
き、空調機等による熱負荷に対し氷蓄熱槽からの冷熱だ
けでは賄えない場合に冷凍機を運転する、いわゆる追い
掛け運転の発停制御法が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように熱源システ
ムを高効率に運用しようという技術については種々の技
術が知られているが、いずれも個々の要素技術の開発に
とどまっている観があり、熱源システムの構成要素を積
極的に統合して全体的に省エネルギーを図ろうという提
案は知られていない。これは、熱源システム全体を分散
させることなく一つのシステムとして構成することにつ
いて、熱利用側で刻々と変化する負荷の変動への追従
性、熱バランスの安定、省運転費の維持などの面から検
討が十分にしきれないことが要因として挙げられる。

【０００６】本発明は前記事項に鑑みなされたものであ
り、種々の冷熱源構成要素を積極的に統合して全体的に
省エネルギー運転を実現する熱源システムを提供するこ
とを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、フリークーリ
ング、冷熱蓄熱、蓄積された冷熱の放出、及び追い掛け
運転を実施する各構成要素を採用し、冷却手段や冷熱源
機器を統合して制御し、熱負荷の冷熱需要の変動に応じ
て冷水用冷凍機の冷凍能力を調整し、次いで冷水用冷凍
機から熱負荷への冷水流量を調整することにより、前記
各構成要素による冷熱生成を冷水用冷凍機の冷凍能力の
ベースアップと見なし、種々の冷熱源機器を有しながら
一台の冷凍機を制御するかのように制御することが可能
な統合型熱源システムを提供する。

【０００８】すなわち本発明の統合型熱源システムは、
冷却水の冷熱を生成する冷却手段と、熱負荷の冷熱需要
を賄う冷熱源機器と、冷却手段及び前記冷熱源機器の間
で冷却水を往還させる冷却水循環系と、冷却水循環系の
還水を冷却水循環系の往水に混合する冷却水混合手段
と、を有する熱源システムであって、冷熱源機器は、熱
負荷に供給される冷熱を生成する冷水用冷凍機と、蓄積
用の冷熱を生成する蓄熱用冷凍機とを含み、熱負荷と冷
水用冷凍機との間で冷水を往還させる第一の冷水循環系
と、冷却水循環系の往水と第一の冷水循環系の還水との
間で熱交換を行うフリークール熱交換器と、冷熱を蓄え
る冷熱蓄熱槽と、蓄熱用冷凍機と冷熱蓄熱槽との間で冷
水又はブラインを往還させる第二の冷水循環系と、蓄熱
用冷凍機が生成した冷熱を第一の冷水循環系の往水に供
給する第一の冷熱供給手段と、冷熱蓄熱槽が蓄えた冷熱
を第一の冷水循環系の往水に供給する第二の冷熱供給手
段と、少なくとも第一の冷水循環系における冷水の温度
を検出する温度検出手段と、第一の冷水循環系における
冷水の温度及び流量の設定値を有し、冷水の温度が所望
の範囲内に収まるように、冷水用冷凍機の冷凍能力を調
整し、さらに冷水用冷凍機から熱負荷への単位時間当た
りの冷水の流量を調整すべく各機器の運転を制御する運
転制御手段と、を有する。

【０００９】前記構成によれば、冷却手段及び冷熱源機
器で生成した冷熱を有効に活用することが可能であり、
刻々と変化する熱負荷の冷熱需要に対応した冷熱の供給
が可能であり、また各機器が熱負荷に供給する冷熱をバ
ランス良く、かつ安定して供給することが可能となる。

【００１０】前記冷却手段は、冷却水の冷熱を生成する
ものであれば特に限定されず、単数でも良いし複数でも
良く、一般に冷却塔等の空冷式冷却手段が好ましい。前
記冷却手段には、井戸や河川等のように、温度が比較的
安定している水を供給できるものを利用することもで
き、このような場合では冷却塔と併用することが好まし
い。また井戸水や河川水を冷却水として用いることも可
能であるが、井戸水や河川水と冷却水との間で熱交換器
による熱交換を行うことが、冷却水循環系における水質
を保全する上で好ましい。

【００１１】前記冷熱源機器は、熱負荷の冷熱需要を賄
う冷熱を生成する機器をいう。このような冷熱源機器と
しては冷凍機を用いることができる。

【００１２】前記冷却水循環系は、冷却手段及び冷熱源
機器の間で冷却水を往還させるものであり、そのための
適当な手段、すなわち送水手段や自動制御の二方弁等の
弁などを含む。なおこのような循環系中の送水手段は、
後述する運転制御手段によって適宜制御される。

【００１３】前記冷却水混合手段は、冷却水循環系の還
水を冷却水循環系の往水に混合する手段であり、主に冷
却水循環系の往水の温度を制御するための手段である。
冷却水混合手段は、冷却水循環系中の任意の位置に単数
又は複数が設けられるが、個々の冷熱源機器の直前直後
の冷却水循環系を接続し還水を往水に混合する手段であ
ることが好ましく、冷却水循環系に接続されている各機
器に対応して設けられていることがより好ましい。冷却
水混合手段には、還水を往水に混合するための適当な手
段、すなわち、冷却水循環系還水管と冷却水循環系往水
管とを接続する混合用通水路、送水手段、自動制御の二
方弁や逆止弁等の弁などの手段を含み、これらの手段は
後述する運転制御手段によって適宜制御される。

【００１４】前記冷水用冷凍機は、熱負荷に供給される
冷熱を生成する冷凍機であり、第一の冷水循環系によっ
て熱負荷と接続される。冷水用冷凍機の設置数は単数で
も複数でも良く、冷水用冷凍機には、冷凍能力や用途等
に応じて公知の冷凍機の中から適当な冷凍機を用いるこ
とができる。

【００１５】前記蓄熱用冷凍機は、蓄熱用の冷熱を生成
する冷凍機であり、第二の冷水循環系によって冷熱蓄熱
槽と接続される。蓄熱用冷凍機の設置数は単数でも複数
でも良く、また蓄熱用冷凍機には、冷水用冷凍機と同様
に公知の冷凍機の中から適当な冷凍機を用いることがで
きる。また冷熱蓄熱槽は、冷熱を蓄熱するものであれば
その種類や設置数は特に限定されないが、本発明では公
知の氷蓄熱槽を用いることができる。

【００１６】前記フリークール熱交換器は、冷却水循環
系の往水と第一の冷水循環系の還水との間で熱交換を行
うものであり、冷水用冷凍機の負荷を低減させ、あるい
は冷水用冷凍機の運転を安定させる。

【００１７】本発明では冷却水循環系は、少なくとも冷
水用冷凍機、蓄熱用冷凍機及びフリークール熱交換器を
接続するが、この接続形態は冷却手段に対して直列でも
良いし、並列でも良いが、冷却手段から各機器へ供給さ
れる冷却水の温度をほぼ均等にし、冷却手段の運転制御
を統合する上で好ましい。

【００１８】これらの機器を直列に接続する場合では、
各機器に対しそれらの還水温度が低い順に冷却水循環系
の往水を供給するように各機器を接続することが、冷熱
源機器間の熱バランスを調整し、かつ冷却水の冷熱を有
効に活用する上で好ましい。また冷却手段として冷却塔
と前述した井戸等の冷却手段とを併用する場合では、直
列及び並列のいずれの場合でも、併用する冷却手段を前
記各機器間の任意の位置に接続することができる。

【００１９】前記第一の冷熱供給手段は、蓄熱用冷凍機
が生成した冷熱を第一の冷水循環系の往水に供給する手
段であり、蓄熱用冷凍機による追い掛け運転を実現する
ための手段である。また前記第二の冷熱供給手段は、冷
熱蓄熱槽が蓄えた冷熱を第一の冷水循環系の往水に供給
する手段であり、蓄熱された冷熱を熱負荷に供給するた
めの手段である。

【００２０】これらの冷熱供給手段は、例えば第一の冷
水循環系の往水に第二の冷水循環系の冷水を直接供給す
るものであっても良いが、第一の冷水循環系の往水と第
二の冷水循環系の冷水又はブラインとの間で熱交換を行
う熱交換器であることが熱源システム及び前記両冷凍機
の安定運転を実現する上で好ましい。なおここでいう第
一の冷水循環系の往水とは、第一の冷水循環系において
熱負荷への往水となるものであれば良く、例えば第一の
冷水循環系の還水を第一の冷水循環系の往水に混合する
通水路を設け、この通水路中の冷水に前記冷熱供給手段
から冷熱が供給される構成を例示することができ、この
ような構成によれば、冷水用冷凍機の負荷を軽減し、か
つ蓄熱用冷凍機で生成した冷熱を熱負荷に効率良く供給
する上で好ましい。

【００２１】前記温度検出手段は、少なくとも第一の冷
水循環系の冷水の温度を検出する手段であれば良く、温
度センサを用いることができる。温度検出手段は、第一
の冷水循環系に限定されず、第二の冷水循環系や冷却水
循環系等の適所に設けることが、熱源システムの運転に
おいて各機器を統合して制御する上で好ましい。

【００２２】前記運転制御手段は、第一の冷水循環系に
おける冷水について予め設定されている設定値に基づ
き、冷水の温度が所望の範囲内に収まるように、冷水用
冷凍機の運転を調整し、さらに冷水用冷凍機から熱負荷
への単位時間当たりの冷水の流量を調整すべく前記各機
器を制御する手段である。このような運転制御手段とし
ては、例えば設定値と検出値との比較や設定値の補正の
ための演算等を行う処理機構と、設定値や補正式を記憶
する内部記憶装置とを有する処理装置（ＣＰＵ）を例示
することができる。

【００２３】前記運転制御手段は、統合型熱源システム
を構成する各機器を制御するが、統合型熱源システムの
構成によって種々の制御を行うことが可能である。

【００２４】例えば、本発明の統合型熱源システムが複
数の冷水用冷凍機を有する場合では、運転制御手段は、
冷水の温度で表される設定値と冷水の検出温度とを比較
し、冷水の検出温度が前記設定値を上回る又は下回る場
合では、稼動する冷水用冷凍機の台数を増加又は減少さ
せ、さらに冷水用冷凍機から熱負荷への単位時間当たり
の冷水の流量を増加又は減少させる制御を行う。このよ
うな制御によれば、熱負荷の急激な増減にも対応でき、
刻々と変化する熱負荷への追従性を高める上で好まし
い。

【００２５】また、本発明の統合型熱源システムが複数
の冷水用冷凍機を有する場合では、運転制御手段は、各
冷水用冷凍機について予め設定されている熱負荷への冷
水の流量の設定値に基づいて、冷水の流量が設定値から
逸脱した場合に冷水用冷凍機の稼動台数を変更する制御
を行う。このような制御によれば、冷水の流量から冷水
用冷凍機の稼動台数が制御され、適正なシステム運転を
行う上でより好ましい。

【００２６】また、温度検出手段が第一の冷水循環系に
おける還水の温度を検出するものであり、本発明の統合
型熱源システムが複数の冷水用冷凍機を有し、冷凍機の
稼動台数によって冷水の往水と還水との混合比率が変化
する場合では、運転制御手段は、稼動する冷水用冷凍機
の台数を変更させた場合には、変更後の冷水用冷凍機の
台数と、第一の冷水循環系における還水の検出温度とに
応じて、冷水用冷凍機の停止基準となる設定値を補正す
る制御を行う。このような制御によれば、システム運転
の省力化を実現する上でより好ましい。

【００２７】また、本発明の統合型熱源システムが複数
の冷水用冷凍機を有する場合では、例えばタイマーを利
用し、運転制御手段は、稼動する冷水用冷凍機の台数を
変更した後の一定時間内ではさらなる台数の変更を行わ
ない制御を行う。このような制御によれば、冷凍機の台
数変更後の効果を確かめることができ、熱負荷への追従
性を高めつつも冷熱源機器間における熱バランスを安定
させる上で好ましい。またタイマーを用いるこのような
制御は他の場合に適用しても良く、このような場合とし
ては、例えば冷凍機等の運転条件の変更後における効果
待ちや、冷凍機等の運転条件の変更前における保留等が
挙げられる。

【００２８】また、フリークール熱交換器によるフリー
クーリングについては、運転制御手段は、フリークール
熱交換器を通過した冷水の温度に基づいて、例えば前述
した冷却水循環系や冷却水混合手段を制御することによ
り、フリークール熱交換器を通る冷却水の流量を比例制
御する。このような制御によれば、システム運転の省力
化及び冷熱源機器間における熱バランスの安定化を実現
する上で好ましい。

【００２９】また、本発明の統合型熱源システムが冷却
手段として複数の冷却塔からなる場合では、運転制御手
段は、予め設定されている、単位時間当たりの冷却水の
流量の設定値に基づいて、冷却水の流量が設定値から逸
脱した場合に冷却塔の稼動台数を変更する制御を行う。
このような制御によれば、システム運転の省力化及び冷
熱源機器間における熱バランスの安定化を実現する上で
より好ましい。

【００３０】また、前述した場合では、冷水用冷凍機を
複数有する場合と同様に、運転制御手段は、例えばタイ
マーを用いることにより、稼動する冷却塔の台数を変更
した後の一定時間ではさらなる台数の変更を行わない制
御を行う。このような制御によれば、システム運転の省
力化及び冷熱源機器間における熱バランスの安定化を実
現する上でより一層好ましい。

【００３１】また、本発明の統合型熱源システムは蓄熱
用冷凍機、第一及び第二の冷熱供給手段を有することか
ら、冷熱の蓄熱、冷熱蓄熱槽からの冷熱の放出、及び蓄
熱用冷凍機の追い掛け運転が可能である。冷熱の蓄熱に
ついては、従来より知られているように、夜間に行う等
電力料金事情に応じて行うことが好ましく、この他にも
平日前休日では通常の冷熱蓄熱運転に比べてより冷熱を
蓄える過蓄熱運転を行うことが好ましい。

【００３２】温度検出手段が第一の冷水循環系における
還水の温度を検出するものである場合、追い掛け運転に
ついては、運転制御手段は、第一の冷水循環系における
還水の検出温度に応じて蓄熱用冷凍機を稼動して、第一
の冷熱供給手段に冷水を供給する制御を行う。このよう
な制御によれば、熱負荷の冷熱需要が急激に増大した場
合などにおいて追い掛け運転が可能であり、熱負荷への
追従性を高める上で好ましい。

【００３３】また、本発明の統合型熱源システムが冷熱
源機器として第二の冷水循環系によって冷熱蓄熱槽に接
続される二台の蓄熱用冷凍機を含む場合では、運転制御
手段は、蓄熱用冷凍機を稼動させ、第一の冷熱供給手段
から熱負荷への冷熱の供給、第二の冷熱供給手段から熱
負荷への冷熱の供給、及び冷熱蓄熱槽への冷熱の蓄積、
の中から選ばれる一つ以上の運転を制御する。このよう
な制御によれば、追い掛け運転、冷熱蓄熱槽からの冷熱
の放出、及び冷熱の蓄熱、のいずれか一つ乃至全部を行
うことができ、多様な運転モードを実現し、熱負荷への
追従性を高めたり、またシステム運転の省力化を実現す
る上でより一層好ましい。

【００３４】前述した制御を可能とする統合型熱源シス
テムの構成としては、個々の蓄熱用冷凍機と第一の冷熱
供給手段又は冷熱蓄熱槽との間で冷水の循環系が形成さ
れていれば良く、例えば、第二の冷水循環系によって冷
熱蓄熱槽に接続される二台の蓄熱用冷凍機を含み、一方
の蓄熱用冷凍機には少なくとも第一の冷熱供給手段が接
続されており、他方の蓄熱用冷凍機には少なくとも第二
の冷熱供給手段が接続されている構成が挙げられる。

【００３５】このような構成では、二台の蓄熱用冷凍機
のそれぞれが独立して第二の冷水循環系及び冷熱蓄熱槽
と接続されている構成であっても良いし、二台の蓄熱用
冷凍機が第二の冷水循環系と冷熱蓄熱槽とを共有する構
成であっても良い。また、二台の蓄熱用冷凍機が第二の
冷水循環系と冷熱蓄熱槽とを共有する場合では、第二の
冷水循環系に切り替え弁等を適宜設けることによって前
述した循環系を形成することが可能である。

【００３６】なお、本発明の統合型熱源システムでは、
熱負荷の冷熱需要を賄うにあたり、冷水用冷凍機による
冷熱の供給を主とし、蓄熱用冷凍機から第一及び第二の
冷熱供給手段を介する冷熱の供給を副として熱負荷に冷
熱を供給することが可能であり、また、冷水用冷凍機を
停止し、蓄熱用冷凍機の運転及び冷熱蓄熱槽からの冷熱
の放出によって熱負荷に冷熱を供給することも可能であ
る。このような冷熱の供給形態は、季節や熱負荷におけ
る冷熱需要の変動によって選択することが可能である。

【００３７】また、本発明の統合型熱源システムでは、
本システムで生成する冷熱を、冷熱源機器によって冷熱
が賄われる熱負荷以外の他の熱負荷に利用することも可
能であり、このような構成としては、例えば、冷却水循
環系の往水と、工場の生産機器との間で熱交換を行う他
の熱交換器を冷却水循環系に設ける構成が挙げられる。

【００３８】本発明の統合型熱源システムは、冷却手段
側においては冷却水混合手段を有することから、混合手
段によって各機器へ適温の冷却水を供給すれば良く、複
数種類の機器が冷却手段を共有していても、そのいずれ
か一つ（例えば要求冷却水温度が最も低い機器）に温度
を合わせた冷却水を冷却手段が供給すれば良く、あたか
も一台の機器（例えば冷凍機）の冷却手段のように制御
することが可能である。

【００３９】また本発明の統合型熱源システムは、熱負
荷側においては冷水用冷凍機による冷熱生成、蓄熱用冷
凍機による追い掛け運転、冷熱蓄熱槽からの冷熱放出運
転、及びフリークーリングが可能であることから、これ
らのうちのいずれか一つの運転をメインとし、その他の
運転をメインの運転のベースアップ（例えばメインの運
転機器における台数増加や冷水流量の増加）と捉えて運
転を制御することが可能であり、あたかも一つの機器
（例えば冷水用冷凍機）の運転を制御するように、シス
テム全体の運転制御を行うことが可能である。

【００４０】これらのことから、本発明の統合型熱源シ
ステムは、熱負荷への冷熱生成、フリークーリング、冷
熱蓄熱、及び冷熱放出の運転を実現する種々の機器を有
しながらも、システム全体のバランスのとれた制御が可
能であり、またシステム運転の省力化が可能であり、か
つ熱負荷への追従性に優れていると言える。

【００４１】

【発明の実施の形態】本発明の統合型熱源システムにつ
いて、具体的な実施の形態を以下に示す。

【００４２】＜第一の実施の形態＞本実施の形態におけ
る統合型熱源システムの装置構成図を図１に示す。本実
施の形態における統合型熱源システムは、冷却塔１と、
冷却水循環系２と、冷却水循環系２から往水が供給され
る熱交換器３、４と、ブラインスクリュー冷凍機５と、
ターボ冷凍機６と、図示しない運転制御手段とを有す
る。熱交換器３、４、ブラインスクリュー冷凍機５、及
びターボ冷凍機６は、この順に冷却水の往水が供給され
るように、冷却水循環系２に並列に接続されている。タ
ーボ冷凍機６は、第一の冷水循環系７によって空調冷熱
負荷（エアハンドリングユニット、ファンコイルユニッ
ト、あるいはこれらと冷凍機との間に介装される熱交換
器等）と接続されている。

【００４３】熱交換器３は、冷却水循環系２の往水管と
還水管とを接続する通水路に設けられ、この通水路には
冷却水循環系２の往水を熱交換器３に導入するためのポ
ンプｐ１が設けられている。一方で熱交換器３は、生産
機器を冷却するための生産冷却水を往還させる通水路に
接続されており、この通水路中の高温冷水と冷却水循環
系２の往水との間で熱交換を行う。

【００４４】熱交換器４は、冷却水循環系２の往水管と
還水管とを接続する通水路に設けられ、この通水路には
冷却水循環系２の往水を熱交換器４に導入するためのポ
ンプｐ２が設けられている。一方で熱交換器４は、第一
の冷水循環系７の還水管に接続され第一の冷水循環系７
から還水を導入するためのポンプｐ３が設けられた通水
路に接続されており、この通水路中の第一の冷水循環系
７からの還水と冷却水循環系２の往水との間で熱交換を
行う。

【００４５】ブラインスクリュー冷凍機５は、冷却水循
環系２の往水管と冷凍機の凝縮器とを接続し冷却水循環
系２から往水を導入するためのポンプｐ４が設けられた
通水路、及び冷凍機の凝縮器と冷却水循環系２の還水管
とを接続する通水路によって冷却水循環系２に接続され
ている。またこれらの通水路は、自動弁ｖ１を有する通
水路によってポンプｐ４よりも冷却塔１側で接続されて
いる。

【００４６】ターボ冷凍機６は、冷却水循環系２の往水
管と冷凍機の凝縮器とを接続し往水を導入するためのポ
ンプｐ５が設けられた通水路、及び冷凍機の凝縮器と冷
却水循環系２の還水管とを接続する通水路によって冷却
水循環系２に接続されている。またこれらの通水路は、
自動弁ｖ２を有する通水路によってポンプｐ５よりも冷
却塔１側で接続されている。

【００４７】ブラインスクリュー冷凍機５には、第二の
冷水循環系８を介して氷蓄熱槽９が接続されている。第
二の冷水循環系８の往液管には自動弁ｖ３が設けられて
おり、第二の冷水循環系８の還液管には自動弁ｖ４及び
ポンプｐ６が設けられている。ポンプｐ６は自動弁ｖ４
よりもブラインスクリュー冷凍機５寄りにあり、自動弁
ｖ３、ｖ４よりもブラインスクリュー冷凍機５寄りの第
二の冷水循環系８には、追い掛け運転用の熱交換器１０
が接続されており、自動弁ｖ３、ｖ４よりも氷蓄熱槽９
寄りの第二の冷水循環系８には、氷蓄熱槽９で蓄えた冷
熱を放出するための熱交換器１１が接続されている。

【００４８】熱交換器１０は、第二の冷水循環系８の往
液管と還液管とを接続する通水路に設けられている。第
二の冷水循環系８の往液管と熱交換器１０との間の通水
路には自動弁ｖ５が設けられている。また前記往液管及
び熱交換器を接続する通水路と熱交換器及び前記還液管
を接続する通水路とは、自動弁ｖ６が設けられている通
水路によって自動弁ｖ５よりも熱交換器側で接続されて
いる。一方で熱交換器１０は、第一の冷水循環系７の還
水管と第一の冷水循環系７の往水管とを接続する通水路
に接続されており、この通水路には第一の冷水循環系７
の還水を第一の冷水循環系７の往水管に供給するポンプ
ｐ７が設けられている。

【００４９】熱交換器１１は、第二の冷水循環系８の往
液管と還液管とを接続する通水路に設けられている。第
二の冷水循環系８の往液管と熱交換器１１との間の通水
路中には自動弁ｖ７及びポンプｐ８が設けられている。
また前記往液管及び熱交換器を接続する通水路と熱交換
器及び前記還液管を接続する通水路とは、自動弁ｖ８が
設けられている通水路によって、自動弁ｖ７とポンプｐ
８との間で接続されている。一方で熱交換器１１は、第
一の冷水循環系７の還水管と第一の冷水循環系７の往水
管とを接続する通水路に接続されており、この通水路に
は第一の冷水循環系７の還水を第一の冷水循環系７の往
水管に供給するポンプｐ９が設けられている。

【００５０】また冷却水循環系２の還水管には、各冷却
塔１への還水量を調整するための自動弁ｖ９〜ｖ１１が
設けられている。また図示しないが、冷却水循環系２、
第一の冷水循環系７、及び第二の冷水循環系８には適所
に温度センサが配置されており、検出結果を前記運転制
御手段に送信するように構成されている。また図示しな
いが、第一の冷水循環系７の往水管及び還水管には、タ
ーボ冷凍機６からの又は冷凍機への冷水を集合又は分配
する冷水ヘッダが設けられており、保守が容易な構造と
されている。

【００５１】以下、本実施の形態における統合型熱源シ
ステムについて、前述した各構成要素ごとにさらに詳し
く説明する。

【００５２】＜冷却手段＞本実施の形態では、大規模な
システムが必要とする冷熱を賄うため複数基（（１）１
２セル×２、（２）２１セル×１、（３）３セル×１、
の４８基）の冷却塔を設置している。なお（２）と
（３）は連設されている。冷却塔軸流ファンの動力は、
三基分を一系統としている。また冷却水の温度は、冷却
水循環系２の往水管に設けた温度センサによって、各系
統ごとにそれぞれ計測する。

【００５３】制御は、冷却水流量に応じた台数制御と
し、前記ファン系統に合わせ、前記（１）は四段、
（２）は三段、（３）は一段とし、予め制御盤に登録し
たマスターテーブルにしたがって起動順位を決め、それ
ぞれの冷却塔を稼動させるものとする。なお冷却塔の稼
動については、スケジュールを決め、これにしたがう交
互運転としても良い。冷却水の流量は、後述するが冷凍
機やフリークール用の熱交換器３、４の要求によって決
定する。

【００５４】また外気条件によっては同じ運転をしても
往水の温度は異なるが、水温によるファン制御は、前記
の段の中で、フリークーリングを行うか否かにより設定
値を決め（例えば実施するときは２℃、実施しないとき
は１３℃）、それにあわせて運転するファンの台数を制
御する。もちろん休止している冷却塔（冷却水が流れて
いない）ではファンを停止する。なお、流量、温度によ
る台数制御は、その計測値に基づき一基ずつを増減させ
る。

【００５５】＜蓄熱用冷凍機＞本実施の形態では蓄熱用
冷凍機としてスクリューチラーを二基採用している。こ
の冷凍機はターボ冷凍機よりも冷凍機成績係数（Ｃ．
Ｏ．Ｐ．）が高く、通常時では−５℃のブラインを氷蓄
熱槽９内の蓄熱カプセルや伝熱コイルに送り、−２℃の
還液を受ける。一方で凝縮器には１３度以上の冷却水が
供給され、１８℃の還水を冷却塔に戻す。夜間に運転
（例えば１０時間）し、平日前休日には過蓄熱運転（例
えば冷水の供給温度を−８℃とし、例えば１２時間）を
行う。昼間は原則として休止するが、後述する氷蓄熱槽
において氷の融解度合いが高いときや、時期により第一
の冷水循環系の往水温度が高いときには稼動する。

【００５６】＜冷熱蓄熱槽＞本実施の形態では、夜間の
冷熱蓄熱及び昼間の冷熱放出のため、氷蓄熱の一方式で
ある、蓄熱槽内を冷ブラインが流れ槽内の潜熱カプセル
を冷却しその球体内に氷を形成する潜熱蓄熱方式を採用
している。例えば朝の８時になると夜間に蓄えた冷熱の
空調負荷への放出を開始する。なお放熱は、熱交換器１
１の入口温度が設定値（例えば４℃）より１℃上昇し例
えば５分間経過したときに完了させる。休日前平日に
は、上記値を超えてもブラインスクリュー冷凍機５の運
転を抑制して氷蓄熱槽９からの冷熱の供給を優先する。

【００５７】＜冷水循環系間の配管＞ブラインスクリュ
ー冷凍機５と氷蓄熱槽９、及び空調冷熱負荷は、それぞ
れ熱交換器を介してそれぞれ別系統の配管で接続されて
いる。両系統における空調冷熱負荷側の配管は、空調冷
熱負荷への入り（すなわち第一の冷水循環系７における
往水管）で合流している。なお第二の冷水循環系８から
第一の冷水循環系７へ冷水を直接導入する開放系配管シ
ステムとしても良く、この場合では熱交換器１０、１１
は必要とされない。

【００５８】＜冷水用冷凍機＞本実施の形態では、冷水
用冷凍機としてターボ冷凍機を八基設置し、変動する負
荷に対し、空調負荷の求める温度から第一の冷水循環系
７における冷水の流量に基づき供給すべき冷水の温度を
演算し、冷凍機のオンオフを制御する台数制御を行う。
ターボ冷凍機は例えば７℃の冷水を空調冷熱負荷に送
り、１５℃の還水を受ける。ターボ冷凍機の凝縮器では
２０〜３２℃の冷却水が導かれ、冷水が７℃で送り出さ
れる。凝縮器へ導かれる冷却水の温度を適正に維持する
ため、冷却水の還水管から冷却水還水を一部取り出し
て、自動弁ｖ２を介して凝縮器入口側の冷却水往水に混
合している。なお上記設定値７℃は、季節別に、例えば
冬期９℃、中間期８℃のように変更される。台数制御は
中央監視盤又は操作パネル等の外部入力手段からの群発
停指令で開始され、また停止される。

【００５９】＜空調冷熱負荷に対するフリークーリング
用熱交換器＞本実施の形態における熱交換器４は、冷却
水の冷熱を第一の冷水循環系における還水に伝えてター
ボ冷凍機６の負荷を低下させあるいは運転を安定させ
る。熱交換器４によるフリークーリングは二台のポンプ
ｐ２及びｐ３の稼動により行われ、例えば冷却水温度が
１１℃でポンプを稼動させ、１３℃でポンプを停止する
ことで行うことができる。第一の冷水循環系７における
還水は、冷水還水の一部又は全部が枝管によって熱交換
器に導入され、その後還水管に戻される。

【００６０】＜生産冷却水槽（図７参照）＞本実施の形
態では、空調冷熱負荷以外の熱負荷として、例えば工場
で使用される種々の生産装置の装置発熱部を冷却するた
めに、冷却水の冷熱が利用されている。前記生産装置の
冷却に関する運転は、例えば冷却塔からの冷却水が２１
℃でオンし２３℃でオフとなる態様を示すことができ
る。この場合、生産装置への高温冷水の往水温度は約２
５℃になる。前記の運転は高温冷水の往水又は還水の温
度によって発停を制御するものであっても良い。なお冷
却塔からの冷却水温度が低すぎる場合では、前述したよ
うな通水路及び自動弁を設けることにより冷却水往水に
冷却水還水を混合し、冷却水の往水温度を所定値に制御
することができる。なお前述した装置発熱部としては、
例えば半導体製造装置その他生産装置の発熱部のほか、
冷蔵ショーケースの凝縮器やＣＶＣＳ等の電気設備等が
挙げられる。

【００６１】以下に本実施の形態における統合型熱源シ
ステムの運転について説明する。一般に、冷凍機を安定
して運転するためには、冷凍機の凝縮器に導入される冷
却水の温度を一定にすることが好ましい。本実施の形態
では、自動弁ｖ１、ｖ２の開度を運転制御手段によって
制御し、各冷凍機へ導入される冷却水往水に還水を混合
して、冷凍機に導入される冷却水の温度を一定に制御す
る。この際、冷却水循環系２に接続されている各機器に
ついては、適切な冷却水温度が必ずしも一様ではなく、
導入される冷却水の温度をそれぞれの機器に応じて制御
することが好ましい。そこで冷却塔１では、最も低温の
熱を使用する機器（図１に示す場合では一般にはブライ
ンスクリュー冷凍機であるが、負荷変動によっては熱交
換器４）に合わせた冷熱を生成し、後は前述した還水の
混合で冷却水往水温度を適宜調整する。なお冷却塔１の
運転制御については後に詳述する。

【００６２】本実施の形態では複数のターボ冷凍機６が
用いられており、これらは前記運転制御手段によって制
御される。運転制御手段によるターボ冷凍機６の制御フ
ローを図２及び図３に示す。

【００６３】運転制御手段は、例えば設定値と検出値と
の比較や設定値の補正のための演算等を行う処理機構
と、設定値や補正式を記憶する内部記憶装置とを有す
る。また運転制御手段は、タイマーと接続されており、
所定のステップに到達した時間を測定可能に構成されて
いる。前記内部記憶装置には種々の設定値が記憶されて
おり、ターボ冷凍機６の運転制御における設定値とし
て、強制増台回数カウント値、強制減台回数カウント値
（本統合型熱源システムは所定条件のときに、運転する
冷凍機の台数を一台ずつ増減するが、前記二つのカウン
ト値はその操作を行うための信号のカウント値であ
る）、第一の冷水循環系における往水温度、往水温度の
比例帯（例えば２℃）、冷凍機停止基準温度（ＴＩ
Ｄ）、減台乗率（ＤＦ、例えば１０％）、段階的に設定
された空調冷熱負荷への送水率（例えば１００％、５０
％、０％）、冷凍機の稼動台数を変更した際の効果待ち
時間（例えば５分間）、冷水の流量を変更した際の効果
待ち時間（例えば３０分間）、及び冷凍機の稼動台数及
び冷水の流量を変動する前の保留時間、が記憶されてい
る。なお往水の設定値は、ターボ冷凍機６の運転順序に
より、各ターボ冷凍機６の個々の流量設定値の総和とし
て求められる。

【００６４】この他にもハンチング防止の隙間温度（例
えば０．５℃）が設定されており、このような設定では
前述した設定値よりもさらに０．５℃変動した後に次の
ステップに移動するが、以下の説明ではこの隙間温度設
定による制御の説明を省略する。

【００６５】運転制御手段は、複数のターボ冷凍機６の
台数制御をシーケンス制御にて制御する。まず運転制御
手段は、中央監視装置や操作パネル等の外部入力手段か
ら群発停の指令を受ける（ステップ２０１）。運転制御
手段は、群発停オンの指示であれば群起動時の運転制御
を開始（ステップ２０２）する。このとき運転制御手段
は、所定の負荷流量を達成する台数までターボ冷凍機を
順次起動させる。この冷凍機の起動については、予め決
められた優先順位にしたがい起動する。また運転モード
が予め設定されている場合では、各モードにおける最大
運転台数を上限として冷凍機を起動させる。

【００６６】運転制御手段は、ターボ冷凍機を起動した
ら強制増台回数カウント値及び強制減台回数カウント値
を設定値にリセット（ステップ２０３）し、タイマーに
よって群起動運転制御時間を測定（ステップ２０４）す
る。ここで制御時間は、群起動した冷凍機の運転を安定
させるための時間であり、例えば台数変更効果待ち時間
などでも良い。運転制御手段は、所定の群起動運転制御
時間が経過したら群起動運転制御を停止（ステップ２０
５）する。

【００６７】運転制御手段は、ステップ２０１にて停止
の指令を受けた場合では、ターボ冷凍機の運転を前述し
た優先順位にしたがい優先順位の低い順に順次停止（ス
テップ２０６）させ、自動運転中のターボ冷凍機の台数
をカウント（ステップ２０７）し、全台の停止によりタ
ーボ冷凍機の運転制御を終了（ステップ２０８）する。
なおターボ冷凍機６は、第一の冷水循環系７の往水管へ
の往水流量を制御する電動バタフライ弁を個々に備えて
おり、電動バタフライ弁の開度を５０％とする状態で起
動する。

【００６８】ターボ冷凍機を起動させたら、運転制御手
段は、図３に示すように第一の冷水循環系７における往
水温度の検出結果と設定値とを比較（ステップ３０１）
し、往水温度が上限値（往水温度＋比例帯）を超えてい
なければ第一の冷水循環系７における還水温度の検出結
果と設定値とを比較（ステップ３０２）し、還水温度が
下限値（ＴＩＤ）以下でなければ（例えばＴＩＤ＋ＤＦ
超）空調冷熱負荷への単位時間当たりの往水流量（段階
的に設定された空調冷熱負荷への送水率）を比較（ステ
ップ３０３）する。温度制御手段は、ステップ３０３に
おいて往水流量の増又は減をすべき流量ではない場合で
はステップ３０１に戻る。

【００６９】ステップ３０１において往水温度が上限値
を上回る場合では、運転制御手段は、ターボ冷凍機６の
稼動台数を強制的に一台増やし、タイマーによってその
効果待ち時間を測定（ステップ３０４）し、効果待ち時
間の設定値以上の時間が経過したらステップ３０５に進
む。運転制御手段は、ステップ３０５において、それま
での強制増台回数をカウントし、カウントした強制増台
回数が強制増台回数カウント値（設定値）を上回る場合
では設定値に１を足して補正（ステップ３０６）し、ス
テップ３０７に進む。運転制御手段は、ステップ３０５
において、カウントした強制増台回数が設定値を下回る
場合ではステップ３０７に進む。

【００７０】運転制御手段は、ステップ３０７において
ターボ冷凍機６の電動バタフライ弁の開度が５０％であ
る冷凍機があるか否かを検出し、５０％である冷凍機が
ある場合では電動バタフライ弁の１００％とし（ステッ
プ３０８）、空調冷熱負荷への往水流量を増量した効果
の待ち時間をタイマーによって測定（ステップ３０９）
し、効果待ち時間が設定値を超えた場合にはステップ３
０１に戻る。

【００７１】運転制御手段は、ステップ３０７において
開度が５０％である冷凍機がない場合では第一の冷水循
環系における往水の温度を検出し、往水温度が所定値を
超えているか否かを判断（ステップ３１０）する。ここ
で前記所定値は、往水の設定値にある値を足したもので
あるが、このある値とは前記比例帯よりも小さな数値
（例えば１℃）とされている。

【００７２】運転制御手段は、検出された往水温度が所
定値を下回る場合では往水の検出温度と所定値との比較
を繰り返す。運転制御手段は、検出された往水温度が所
定値を上回る場合ではタイマーによって増台前の保留時
間を測定（ステップ３１１）し、増台前の保留時間が経
過した後にターボ冷凍機を一台増台（ステップ３１２）
する。このとき増台するターボ冷凍機６は前記電動バタ
フライ弁の開度を５０％として起動する。ステップ３１
２において冷凍機を一台増台したら、運転制御手段は、
タイマーによって時間を測定（ステップ３１３）し、増
台の効果待ち時間を経過したらステップ３０１に戻る。

【００７３】ステップ３０２において、還水温度が設定
値を下回る場合では、運転制御手段は、ターボ冷凍機６
の稼動台数を強制的に一台減らし、タイマーによってそ
の効果待ち時間を測定（ステップ３１４）し、効果待ち
時間の設定値以上の時間が経過したらステップ３１５に
進む。運転制御手段は、ステップ３１５において、それ
までの強制減台回数をカウントし、カウントした強制減
台回数が強制減台回数カウント値（設定値）を上回る場
合では設定値に１を足して補正（ステップ３１６）し、
ステップ３１７に進む。運転制御手段は、ステップ３１
５において、カウントした強制減台回数が設定値を下回
る場合ではステップ３１７に進む。

【００７４】運転制御手段は、ステップ３１７において
稼動しているターボ冷凍機６の中に前記５０％冷凍機が
あるか否かを検出し、５０％冷凍機がある場合ではター
ボ冷凍機を一台減台（ステップ３１８）し、タイマーに
よって減台効果待ち時間を測定（ステップ３１９）し、
減台の効果待ち時間を経過したらステップ３０１に戻
る。

【００７５】運転制御手段は、ステップ３１７において
５０％冷凍機がない場合では電動バタフライ弁の開度を
１００％から５０％とし（ステップ３２０）、タイマー
によって空調冷熱負荷への往水流量を変更した効果の待
ち時間を測定（ステップ３２１）し、効果待ち時間が設
定値を超えた場合にはステップ３０１に戻る。

【００７６】ステップ３０３において、冷凍機において
段階的に設定されている流量のいずれか一つを超えた場
合では、運転制御手段は、ステップ３２２において増台
又は流量の増量を行う前の保留時間をタイマーによって
測定する。ここで台数の変動が条件とされているのは、
前述した設定値（例えば１００％、５０％、０％）にお
いて実際の往水流量が設定値である１００％以上となる
場合があるためである。一定の保留時間が経過したら、
運転制御手段はステップ３０７に進む。

【００７７】ステップ３０３において、冷凍機において
段階的に設定されている流量のいずれか一つを下回った
場合では、運転制御手段は、ステップ３２３において減
台又は流量の減量を行う前の保留時間をタイマーによっ
て測定する。台数の減台と流量の減量との両方の条件を
設けた理由については前述の増台、増量の場合と同様で
ある。一定の保留時間が経過したら、運転制御手段はス
テップ３１７に進む。

【００７８】なお、冷水用冷凍機に、機器自身でベーン
開度を調整し、若干の容量制御をする機能を有する冷凍
機を用いる場合では、冷凍機による自己調整を考慮し、
比例帯を小さくし（例えば２℃→１℃）、設定値を調整
（例えば７℃→８℃）すれば良い。また季節等の環境に
応じて設定値を変更しても良い。

【００７９】本実施の形態では、第一の冷水循環系７に
おける空調冷熱負荷からの還水を熱交換器４によるフリ
ークーリングで冷却可能な構成とされている。このフリ
ークーリングは、熱交換器４に供給する冷却水の水温が
急激に変動しないように、冷却塔１で散水される水量を
二方弁の比例制御により行われる。本実施の形態では、
３グループの冷却塔１群が形成されており、優先順位を
つけてある冷却塔群（セット）についてフル運転（全流
量運転）をし、他の２セットについては流量を絞るかあ
るいは運転を停止（弁は全閉、散水量はゼロ）する。

【００８０】また、フリークーリングが有効か無効かは
外気温の変動等によって影響されるが、これを判断する
ために、冷却塔１の運転では有効温度を予め設定してお
く。そして冷却塔１の運転制御に際しては、設定された
温度及び隙間温度（例えば２℃）をとり、前述したター
ボ冷凍機の運転制御のごとく、効果待ち時間を計測する
制御を行う。例えばフリークーリングをやめた後冷却水
温度が下がり、冷却水の温度が前記設定温度に達しても
すぐにはフリークーリングを再開せず、前記設定温度か
ら２℃降下したときにフリークーリングを再開するよう
に制御する。このような制御は運転制御手段によって行
われ、温度の検出は冷却水循環系２に適宜配置された温
度センサによって行われる。

【００８１】冷却塔１の運転制御では、温度調整手段
は、例えば図４に示す台数制御フローにしたがい冷却塔
１の運転を制御する。冷却塔１の台数制御では、冷却塔
１での冷却能力は冷却水の流量で判断することができ、
個々の冷却塔セットにおける、増台又は減台すべき冷却
水の流量（例えば増台乗率１００％や減台乗率１０％）
が設定値として設定される。なお冷却水流量の設定値
は、冷却塔の運転順序により個々の冷却塔セットにおけ
る冷却水流量の総和として求められる。

【００８２】冷却塔の台数制御において、運転制御手段
は、冷却水循環系２における冷却水流量と設定値とを比
較（ステップ４０１）し、冷却水循環系２における冷却
水流量が増台流量以上である場合ではタイマーによって
比較後の時間を測定（ステップ４０２）し、増台保留時
間を経過したら冷却塔を一台（又は１セット）増台（ス
テップ４０３）し、タイマーによって増台後の時間を測
定（ステップ４０４）し、増台効果待ち時間を経過した
後にステップ４０１に戻る。

【００８３】また運転制御手段は、ステップ４０１にお
いて循環系２の冷却水流量が減台流量以下である場合で
はタイマーによって比較後の時間を測定（ステップ４０
５）し、減台保留時間を経過したら冷却塔を一台（又は
１セット）減台（ステップ４０６）し、タイマーによっ
て減台後の時間を測定（ステップ４０７）し、減台効果
待ち時間を経過した後にステップ４０１に戻る。

【００８４】なおステップ４０１において循環系２の冷
却水流量が前記いずれの条件に当てはまらない場合で
は、運転制御手段はステップ４０１にて冷却水流量の比
較を繰り返す。

【００８５】本実施の形態では、ブラインスクリュー冷
凍機５による冷熱蓄熱運転、追い掛け運転、及び氷蓄熱
槽からの冷熱放出が行われる。冷熱蓄熱運転では通常の
冷熱蓄熱運転と過蓄熱運転とを行うことができる。

【００８６】冷熱蓄熱運転では、運転制御手段は、自動
弁ｖ３、ｖ４を開き、自動弁ｖ５、ｖ６、ｖ７、ｖ８を
閉じ、ポンプｐ６を稼動させる。これによりブラインス
クリュー冷凍機５と氷蓄熱槽９との間にブラインの循環
系が形成され、冷熱蓄熱が行われる。

【００８７】運転制御手段は、通常は日単位及び週単位
の条件によって冷熱蓄熱運転を開始する。ここで前記条
件とは、夜間、平日前休日等の条件である。運転制御手
段は、ブラインスクリュー冷凍機５への還液の温度が一
定温度以下が一定時間以上継続した場合に蓄熱完了と判
断し冷熱蓄熱運転を終了する。通常の冷熱蓄熱運転であ
れば、例えば、第二の冷水循環系８において、ブライン
スクリュー冷凍機５の出口温度（すなわち往液温度）が
−３．５℃を達成するブラインスクリュー冷凍機５の入
口温度を基準設定値とし、隙間温度を１℃、待機時間を
５分間とする条件が挙げられる。過蓄熱運転であれば、
例えば冷凍機出口温度が−８．０℃を達成するブライン
スクリュー冷凍機５の入口温度を基準設定値とし、後は
通常蓄熱時と同様とする条件が挙げられる。

【００８８】追い掛け運転では、運転制御手段は、自動
弁ｖ３、ｖ４を閉じ、自動弁ｖ５、ｖ６を開きポンプｐ
６を稼動させる。これによりブラインスクリュー冷凍機
５と熱交換器１０との間にブラインの循環系が形成さ
れ、空調冷熱負荷に供給される冷水が冷却される。なお
追い掛け運転に際しては、運転制御手段は、第一の冷水
循環系７に設けられたポンプｐ７を稼動させ、熱交換器
１０を介して第一の冷水循環系７の還水を第一の冷水循
環系７の往水管に導入させる。

【００８９】追い掛け運転は、ターボ冷凍機６への還水
を冷却して往水に合流させることから、ターボ冷凍機６
による冷熱生成を助け、あたかもターボ冷凍機が増台し
たかのように制御することができる。追い掛け運転は、
運転制御手段が所定の設定に応じて行うことができ、ま
たシステムオペレータによる外部入力指令によって実行
させることもできる。

【００９０】氷蓄熱槽９からの冷熱放出では、運転制御
手段は、自動弁ｖ３、ｖ４を閉じ、自動弁ｖ７、ｖ８を
開きポンプｐ６を稼動させる。これによりブラインスク
リュー冷凍機５と熱交換器１１との間にブラインの循環
系が形成され、空調冷熱負荷に供給される冷水が冷却さ
れる。なお冷熱放出に際しては、運転制御手段は、第一
の冷水循環系７に設けられたポンプｐ９を稼動させ、熱
交換器１１を介して第一の冷水循環系７の還水を第一の
冷水循環系７の往水管に導入させる。

【００９１】冷熱放出は、追い掛け運転と同様に、運転
制御手段による判断又はシステムオペレータからの指令
によって実行される。冷熱放出も、ターボ冷凍機６への
還水を冷却して往水に合流させることから、ターボ冷凍
機６による冷熱生成を助け、あたかもターボ冷凍機が増
台したかのように制御することができる。

【００９２】なお冷熱放出は、日単位や週単位の条件を
加味して行われても良く、例えば休日前平日である場合
などでは氷蓄熱槽９に蓄えた冷熱の全てを使用すべく冷
熱放出運転を優先して行うことができる。また冷熱放出
と追い掛け運転は同時に行うことができ、季節にもよる
が、例えば午後２時などのピーク時間帯などでは冷熱放
出と追い掛け運転とを同時に行うと良い。

【００９３】本実施の形態における統合型熱源システム
は、ターボ冷凍機６、ブラインスクリュー冷凍機５、熱
交換器１０、１１、及び、熱交換器１０及び１１を介し
て第二の冷水循環系８から第一の冷水循環系７に冷熱を
供給できる構成を有することから、追い掛け運転と冷熱
放出運転が可能となり、またこれらの運転は、ターボ冷
凍機６の冷熱生成容量のベースアップとして制御するこ
とが可能であるので、これらの運転を統合して制御する
ことができ、種々の冷熱源を有しつつも空調冷熱負荷の
変動に対する追従性、熱バランスの安定及びシステム運
転のさらなる省力化を実現することができる。

【００９４】また本実施の形態における統合型熱源シス
テムは、冷却塔１、冷却水循環系２、及び各冷凍機から
の還水を各冷凍機への往水に自在に混合できる構成を有
することから、一系統の冷却手段から各冷熱源機器に適
した温度の冷却水を各冷熱源機器に供給することが可能
であり、種々の冷熱源を有しつつも空調冷熱負荷の変動
に対する追従性、熱バランスの安定及びシステム運転の
さらなる省力化を実現することができる。

【００９５】また本実施の形態における統合型熱源シス
テムは、熱交換器４を有することから、空調冷熱負荷か
らの還水を冷却することができ、ターボ冷凍機６の負担
を軽減し、さらには冷却塔１で生成した冷熱を有効に活
用することができ、空調冷熱負荷の変動に対する追従
性、熱バランスの安定及びシステム運転のさらなる省力
化を実現することができる。

【００９６】また本実施の形態における統合型熱源シス
テムは、熱交換器３を有することから、工場における生
産機器等、他の熱負荷に対して冷却塔１で生成した冷熱
を利用することができ、冷却塔１において生成した冷熱
をさらに有効に活用することができる。

【００９７】また本実施の形態における統合型熱源シス
テムは、台数制御において、稼動台数又は冷水流量又は
冷却水流量を変更した場合に、効果待ち時間をおいて次
の制御工程に進むことから、熱バランスの安定性を確保
しつつ種々の機器を好適に制御することができる。

【００９８】＜第二の実施の形態＞本実施の形態におけ
る統合型熱源システムは、図５に示すように、ブライン
スクリュー冷凍機を二機有している。そして各々を別の
運転モードで独立運転することを可能にしている。より
詳しくは、本実施の形態における統合型熱源システム
は、自動弁ｖ３及びｖ４よりも氷蓄熱槽９寄りで、かつ
熱交換器１１への通水管と第二の冷水循環系８との接続
部よりもブラインスクリュー冷凍機５寄りの第二の冷水
循環系８にブラインスクリュー冷凍機１５をさらに接続
し、自動弁ｖ３、ｖ４に対応する自動弁ｖ１２、ｖ１３
を設け、ブラインスクリュー冷凍機５と冷却水循環系２
を共有する通水管及びポンプｐ１１を設けた以外は第一
の実施の形態と同様の構成とされている。

【００９９】本実施の形態における統合型熱源システム
は、自動弁ｖ３、ｖ４を閉じることによって、ブライン
スクリュー冷凍機５による追い掛け運転と、ブラインス
クリュー冷凍機１５の冷熱蓄熱運転とを同時に行うこと
が可能であり、また冬期などの低負荷時ではターボ冷凍
機６を使用せずにブラインスクリュー冷凍機５及び１５
によって空調冷熱負荷の冷熱需要を賄うことが可能とな
り、さらに自動弁ｖ３、ｖ４、ｖ１２、ｖ１３を開くこ
とにより、二機のブラインスクリュー冷凍機による追い
掛け運転や冷熱蓄熱運転を行うことが可能である。また
二機のブラインスクリュー冷凍機５を自動弁の切替によ
って、冷熱蓄熱、追い掛け運転に同時に共働させること
もできる。このように本実施の形態における統合型熱源
システムは、よりバリエーションの多いシステム運転を
可能としている。

【０１００】なお本実施の形態では二機のブラインスク
リュー冷凍機を用いているが、空調冷熱負荷の冷熱需要
を賄うのに十分な容量の冷凍機を用い、この冷凍機に、
氷蓄熱槽９と接続される冷水循環系、及び熱交換器１０
と接続される冷水循環系をそれぞれ接続し、ヘッダによ
って蓄熱系統と追い掛け運転系統とに冷水を分配する構
成とすることにより、本実施の形態における統合型熱源
システムと同様の効果を奏する統合型熱源システムを構
築することが可能である。

【０１０１】＜第三の実施の形態＞本実施の形態におけ
る統合型熱源システムは、図６に示すように、冷却水循
環系２に接続される各機器を冷却水の流れ方向に沿って
冷却塔１側から、熱交換器４、ブラインスクリュー冷凍
機５、熱交換器３、ターボ冷凍機６の順に配置し、かつ
これらの機器を冷却水循環系２の往水管で直列に接続し
た以外は第一の実施の形態と同様の構成とされている。

【０１０２】本実施の形態における統合型熱源システム
は、冷却塔１側から順に冷却水の冷熱が利用される。ま
た前述した実施の形態では、冷却水の還水を往水に混合
することで各機器に適した水温の冷却水を供給すること
が可能であったが、本実施の形態ではこのような冷却水
の水温調整も可能であり、かつ上流側の機器における冷
熱利用によって下流側の機器における冷却水温度の調整
が可能であることから、本実施の形態における統合型熱
源システムは、冷却塔１で生成した冷熱を有効に利用す
る上で効果的な一形態であると言える。

【０１０３】＜第四の実施の形態＞本実施の形態におけ
る統合型熱源システムは、図７に示すように、冷却水循
環系２における冷却水の流れ方向に沿って冷却塔１側か
らブラインスクリュー冷凍機５、熱交換器３、熱交換器
４、ターボ冷凍機６を接続し、さらに冷却水循環系２か
らブラインスクリュー冷凍機５に冷却水を導入する通水
路に井戸水を混合できるように構成され、かつブライン
スクリュー冷凍機５に対応する冷却水混合手段が設けら
れていない以外は、第一の実施の形態と同様に構成され
ている。

【０１０４】より詳しくは、本実施の形態における統合
型熱源システムでは、ブラインスクリュー冷凍機と冷却
水循環系２の往水管とを接続する通水路に自動弁ｖ１
４、ポンプｐ４を設け、ポンプｐ４とブラインスクリュ
ー冷凍機５との間の前記通水路に井戸水を供給する通水
路が接続されている。またブラインスクリュー冷凍機５
と冷却水循環系２の還水管とを接続する通水路には井戸
２０への冷却水戻り通水路が接続されている。井戸から
の通水路にはポンプｐ１３と自動弁ｖ１５とが設けられ
ており、井戸への戻り通水路には自動弁ｖ１６が設けら
れている。

【０１０５】本実施の形態における統合型熱源システム
は、冷却水として井戸水が単独で、又は冷却塔１の冷却
水と併用して利用できることから、例えば冷却塔１の冷
却能力が低下する夏季にも、各機器に冷熱を安定して供
給することが可能となる。なお本実施の形態では、冷却
水循環系２に井戸水を直接導入する構成としているが、
井戸水の冷熱と冷却水循環系２の冷却水とを、熱交換器
を介して熱交換させる構成としても良い。また本実施の
形態では、冷却塔１以外の冷却手段で冷却水の冷熱が生
成される構成として井戸を利用しているが、井戸水に代
えて河川水を用いても良い。

【０１０６】

【発明の効果】本発明の統合型熱源システムは、冷却水
の冷熱を生成する冷却手段と、熱負荷の冷熱需要を賄う
冷熱源機器と、冷却手段及び冷熱源機器の間で冷却水を
往還させる冷却水循環系と、冷却水循環系の還水を冷却
水循環系の往水に混合する冷却水混合手段と、を有する
熱源システムであって、冷熱源機器は、熱負荷に供給さ
れる冷熱を生成する冷水用冷凍機と、蓄積用の冷熱を生
成する蓄熱用冷凍機とを含み、熱負荷と冷水用冷凍機と
の間で冷水を往還させる第一の冷水循環系と、冷却水循
環系の往水と第一の冷水循環系の還水との間で熱交換を
行うフリークール熱交換器と、冷熱を蓄える冷熱蓄熱槽
と、蓄熱用冷凍機と冷熱蓄熱槽との間で冷水又はブライ
ンを往還させる第二の冷水循環系と、蓄熱用冷凍機が生
成した冷熱を第一の冷水循環系の往水に供給する第一の
冷熱供給手段と、冷熱蓄熱槽が蓄えた冷熱を第一の冷水
循環系の往水に供給する第二の冷熱供給手段と、少なく
とも第一の冷水循環系における冷水の温度を検出する温
度検出手段と、第一の冷水循環系における冷水の温度及
び流量の設定値を有し、冷水の温度が所望の範囲内に収
まるように、冷水用冷凍機の冷凍能力を調整し、さらに
冷水用冷凍機から熱負荷への単位時間当たりの冷水の流
量を調整すべく各機器の運転を制御する運転制御手段
と、を有することから、冷水用冷凍機の冷凍能力容量を
各冷熱源機器が補う形で各機器を制御することができ、
かつ任意の機器に条件を合わせて冷却手段を制御しても
各機器に好適な水温の冷却水を供給することができ、種
々の冷熱源構成要素を積極的に統合して全体的に省エネ
ルギー運転を実現することができる。

【０１０７】また本発明の統合型熱源システムでは、冷
熱源機器は複数の冷水用冷凍機を含み、運転制御手段
は、冷水の温度で表される設定値と冷水の検出温度とを
比較し、冷水の検出温度が設定値を上回る場合又は下回
る場合では、稼動する冷水用冷凍機の台数を増加又は減
少させ、さらに冷水用冷凍機から熱負荷への単位時間当
たりの冷水の流量を増加又は減少させる構成であると、
熱負荷の急激な増減にも対応し、刻々と変化する熱負荷
への追従性を高める上でより一層効果的である。

【０１０８】また本発明の統合型熱源システムでは、運
転制御手段は、各冷水用冷凍機について予め設定されて
いる熱負荷への冷水の流量の設定値に基づいて、冷水の
流量が設定値から逸脱した場合に冷水用冷凍機の稼働台
数を変更する構成であると、冷水の流量から冷水用冷凍
機の稼動台数が制御され、適正なシステム運転を行う上
でより一層効果的である。

【０１０９】また本発明の統合型熱源システムでは、温
度検出手段は第一の冷水循環系における還水の温度を検
出するものであり、運転制御手段は、稼動する冷水用冷
凍機の台数を変更させた場合には、変更後の冷水用冷凍
機の台数と、第一の冷水循環系における還水の検出温度
とに応じて、冷水用冷凍機の停止基準となる設定値を補
正する構成であると、システム運転の省力化及び適正な
システム運転を実現する上でより一層効果的である。

【０１１０】また本発明の統合型熱源システムでは、運
転制御手段は、稼動する冷水用冷凍機の台数を変更した
後の一定時間内ではさらなる台数の変更を行わない構成
とすると、熱負荷への追従性を高めつつも冷熱源機器間
における熱バランスを安定させる上でより一層効果的で
ある。

【０１１１】また本発明の統合型熱源システムでは、運
転制御手段は、フリークール熱交換器を通過した冷水の
温度に基づいて、フリークール熱交換器を通る冷却水の
流量を比例制御する構成であると、システム運転の省力
化及び冷熱源機器間における熱バランスの安定化を実現
する上でより一層効果的である。

【０１１２】また本発明の統合型熱源システムでは、冷
却手段は複数の冷却塔からなり、運転制御手段は、予め
設定されている、単位時間当たりの冷却水の流量の設定
値に基づいて、冷却水の流量が設定値から逸脱した場合
に冷却塔の稼動台数を変更する構成であると、システム
運転の省力化及び冷熱源機器間における熱バランスの安
定化を実現する上でより一層効果的である。

【０１１３】また本発明の統合型熱源システムでは、運
転制御手段は、稼動する冷却塔の台数を変更した後の一
定時間内ではさらなる台数の変更を行わない構成である
と、システム運転の省力化及び冷熱源機器間における熱
バランスの安定化を実現する上でより一層効果的であ
る。

【０１１４】また本発明の統合型熱源システムでは、温
度検出手段は第一の冷水循環系における還水の温度を検
出するものであり、運転制御手段は、第一の冷水循環系
における還水の検出温度に応じて蓄熱用冷凍機を稼動し
て、第一の冷熱供給手段に冷水を供給する構成である
と、熱負荷の冷熱需要が急激に増大した場合などにおい
て追い掛け運転が可能であり、熱負荷への追従性を高め
る上でより一層効果的である。

【０１１５】また本発明の統合型熱源システムでは、冷
熱源機器は、第二の冷水循環系によって冷熱蓄熱槽に接
続される二台の蓄熱用冷凍機を含み、一方の蓄熱用冷凍
機には少なくとも第一の冷熱供給手段が接続されてお
り、他方の蓄熱用冷凍機には少なくとも第二の冷熱供給
手段が接続されている構成であり、運転制御手段は、蓄
熱用冷凍機を稼動させ、第一の冷熱供給手段から熱負荷
への冷熱の供給、第二の冷熱供給手段から熱負荷への冷
熱の供給、及び冷熱蓄熱槽への冷熱の蓄積、の中から選
ばれる一つ以上の運転を制御する構成であると、多様な
運転モードを実現し、熱負荷への追従性を高めたり、ま
たシステム運転の省力化を実現する上でより一層効果的
である。

【０１１６】また本発明の統合型熱源システムでは、第
一の冷水循環系の還水を第一の冷水循環系の往水に混合
する通水路を有し、第一の冷熱供給手段は通水路の冷水
と第二の冷水循環系の往液との間で熱交換を行う熱交換
器であり、第二の冷熱供給手段は通水路の冷水と第二の
冷水循環系の還液との間で熱交換を行う熱交換器である
と、熱源システム及び前記両冷凍機の安定運転を実現す
る上でより一層効果的である。

【０１１７】また本発明の統合型熱源システムでは、冷
却水循環系は、各機器に対しそれらの還水温度の低い順
に冷却水循環系の往水を供給するように各機器を直列に
接続する構成であると、生成した冷熱の有効活用を実現
する上でより一層効果的である。

【０１１８】また本発明の統合型熱源システムでは、冷
却手段は井戸を含む構成であると、熱バランスの安定化
を実現する上でより一層効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の統合型熱源システムにおける第一の実
施の形態を示す全体構成図である。

【図２】本発明に用いられる運転制御手段の台数制御に
おける群発停起動の一例を示す制御フローである。

【図３】本発明に用いられる運転制御手段によるターボ
冷凍機の台数制御の一例を示す制御フローである。

【図４】本発明に用いられる運転制御手段による冷却塔
の台数制御の一例を示す制御フローである。

【図５】本発明の統合型熱源システムにおける第二の実
施の形態を示す全体構成図である。

【図６】本発明の統合型熱源システムにおける第三の実
施の形態を示す全体構成図である。

【図７】本発明の統合型熱源システムにおける第四の実
施の形態を示す全体構成図である。

【符号の説明】

１ 冷却塔 ２ 冷却水循環系 ３、４、１０、１１ 熱交換器 ５、１５ ブラインスクリュー冷凍機 ６ ターボ冷凍機 ７ 第一の冷水循環系 ８ 第二の冷水循環系 ９ 氷蓄熱槽 ２０ 井戸 ｐ１〜ｐ１３ ポンプ ｖ１〜ｖ１７ 自動弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２５Ｂ 1/00 ３７１ Ｆ２５Ｂ 1/00 ３７１Ｅ 1/047 1/047 Ｐ 1/053 1/053 Ａ 27/00 27/00 Ｐ (72)発明者 杉山 浩美 埼玉県さいたま市西堀４−11−７−920 (72)発明者 桑原 康浩 神奈川県平塚市平塚４−16−３ Ｆターム(参考） 3L060 AA03 CC05 CC15 DD03 EE31 EE41

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却水の冷熱を生成する冷却手段と、熱
   負荷の冷熱需要を賄う冷熱源機器と、前記冷却手段及び
   前記冷熱源機器の間で冷却水を往還させる冷却水循環系
   と、前記冷却水循環系の還水を前記冷却水循環系の往水
   に混合する冷却水混合手段と、を有する熱源システムで
   あって、 前記冷熱源機器は、熱負荷に供給される冷熱を生成する
   冷水用冷凍機と、蓄積用の冷熱を生成する蓄熱用冷凍機
   とを含み、 前記熱負荷と前記冷水用冷凍機との間で冷水を往還させ
   る第一の冷水循環系と、 前記冷却水循環系の往水と前記第一の冷水循環系の還水
   との間で熱交換を行うフリークール熱交換器と、 冷熱を蓄える冷熱蓄熱槽と、 前記蓄熱用冷凍機と前記冷熱蓄熱槽との間で冷水又はブ
   ラインを往還させる第二の冷水循環系と、 前記蓄熱用冷凍機が生成した冷熱を前記第一の冷水循環
   系の往水に供給する第一の冷熱供給手段と、 前記冷熱蓄熱槽が蓄えた冷熱を前記第一の冷水循環系の
   往水に供給する第二の冷熱供給手段と、 少なくとも前記第一の冷水循環系における冷水の温度を
   検出する温度検出手段と、 前記第一の冷水循環系における冷水の温度及び流量の設
   定値を有し、冷水の温度が所望の範囲内に収まるよう
   に、前記冷水用冷凍機の冷凍能力を調整し、さらに冷水
   用冷凍機から熱負荷への単位時間当たりの冷水の流量を
   調整すべく前記各機器の運転を制御する運転制御手段
   と、を有する統合型熱源システム。
2. 【請求項２】 前記冷熱源機器は複数の前記冷水用冷凍
   機を含み、前記運転制御手段は、前記冷水の温度で表さ
   れる設定値と冷水の検出温度とを比較し、冷水の検出温
   度が前記設定値を上回る場合又は下回る場合では、稼動
   する冷水用冷凍機の台数を増加又は減少させ、さらに冷
   水用冷凍機から熱負荷への単位時間当たりの冷水の流量
   を増加又は減少させることを特徴とする請求項１記載の
   統合型熱源システム。
3. 【請求項３】 前記運転制御手段は、前記各冷水用冷凍
   機について予め設定されている熱負荷への冷水の流量の
   設定値に基づいて、前記冷水の流量が前記設定値から逸
   脱した場合に冷水用冷凍機の稼働台数を変更することを
   特徴とする請求項２記載の統合型熱源システム。
4. 【請求項４】 前記温度検出手段は、前記第一の冷水循
   環系における還水の温度を検出するものであり、前記運
   転制御手段は、稼動する前記冷水用冷凍機の台数を変更
   させた場合には、変更後の冷水用冷凍機の台数と、前記
   還水の温度とに応じて、冷水用冷凍機の停止基準となる
   設定値を補正することを特徴とする請求項２又は３に記
   載の統合型熱源システム。
5. 【請求項５】 前記運転制御手段は、稼動する前記冷水
   用冷凍機の台数を変更した後の一定時間内ではさらなる
   台数の変更を行わないことを特徴とする請求項２〜４の
   いずれか一項に記載の統合型熱源システム。
6. 【請求項６】 前記運転制御手段は、前記フリークール
   熱交換器を通過した冷水の温度に基づいて、フリークー
   ル熱交換器を通る前記冷却水の流量を比例制御すること
   を特徴とする請求項１記載の統合型熱源システム。
7. 【請求項７】 前記冷却手段は複数の冷却塔からなり、
   前記運転制御手段は、予め設定されている、単位時間当
   たりの冷却水の流量の設定値に基づいて、前記冷却水の
   流量が前記設定値から逸脱した場合に冷却塔の稼動台数
   を変更することを特徴とする請求項１記載の統合型熱源
   システム。
8. 【請求項８】 前記運転制御手段は、稼動する冷却塔の
   台数を変更した後の一定時間内ではさらなる台数の変更
   を行わないことを特徴とする請求項７記載の統合型熱源
   システム。
9. 【請求項９】 前記温度検出手段は、前記第一の冷水循
   環系における還水の温度を検出するものであり、前記運
   転制御手段は、前記第一の冷水循環系における還水の検
   出温度に応じて前記蓄熱用冷凍機を稼動して、前記第一
   の冷熱供給手段に冷水を供給することを特徴とする請求
   項１記載の統合型熱源システム。
10. 【請求項１０】 前記冷熱源機器は、前記第二の冷水循
    環系によって前記冷熱蓄熱槽に接続される二台の蓄熱用
    冷凍機を含み、一方の蓄熱用冷凍機には少なくとも前記
    第一の冷熱供給手段が接続されており、他方の蓄熱用冷
    凍機には少なくとも前記第二の冷熱供給手段が接続され
    ていることを特徴とする請求項１記載の統合型熱源シス
    テム。
11. 【請求項１１】 前記運転制御手段は、前記蓄熱用冷凍
    機を稼動させ、第一の冷熱供給手段から前記熱負荷への
    冷熱の供給、第二の冷熱供給手段から前記熱負荷への冷
    熱の供給、及び前記冷熱蓄熱槽への冷熱の蓄積、の中か
    ら選ばれる一つ以上の運転を制御することを特徴とする
    請求項１０記載の統合型熱源システム。
12. 【請求項１２】 前記第一の冷水循環系の還水を第一の
    冷水循環系の往水に混合する通水路を有し、前記第一の
    冷熱供給手段は前記通水路の冷水と前記第二の冷水循環
    系の往液との間で熱交換を行う熱交換器であり、前記第
    二の冷熱供給手段は前記通水路の冷水と前記第二の冷水
    循環系の還液との間で熱交換を行う熱交換器であること
    を特徴とする請求項１記載の統合型熱源システム。
13. 【請求項１３】 前記冷却水循環系は、各機器に対しそ
    れらの還水温度の低い順に冷却水循環系の往水を供給す
    るように各機器を直列に接続することを特徴とする請求
    項１記載の統合型熱源システム。
14. 【請求項１４】 前記冷却手段は井戸を含むことを特徴
    とする請求項１記載の統合型熱源システム。