JP2005114295A - 熱源システム及び制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数台のインバータ駆動ターボ冷凍機を有する熱源システムにおいて、インバータ駆動ターボ冷凍機を高効率で運転させ、さらにはインバータ駆動ターボの台数制御をする場合に、種々の運転態様に応じて最適な容量制御を行う。
【解決手段】 複数のインバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅが賄うべき要求熱量に応じて、運転するインバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅの台数を制御装置９によって制御するにあたり、制御装置９は、温度計ｔにより検出される冷却水の温度によって決まるインバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅの成績係数と負荷率との関係において、成績係数が所定値以上となる負荷率範囲を決定し、個々のインバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ、１ｄ及び１ｅの負荷率が決定した負荷率範囲に収まるように、インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅのインバータを制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数台のインバータ駆動ターボ冷凍機と冷却塔を有する熱源システムに関する。

近年では、工場やオフィスビル等の種々の設備で、生産機器や空調設備等の熱負荷のための熱源システムが用いられている。このような熱源システムでは、熱負荷の多様化やさらなる省エネルギー運転が求められる傾向にある。このような熱源システムとしては、例えば、フリークーリング、冷熱蓄熱、蓄熱された冷熱の放出、及び追い掛け運転を実施する各種構成要素を採用し、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、各種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１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が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、このような熱源システムに利用し得る技術には、例えば冷凍機の凝縮器に供給される冷却水の制御に関する技術がある。このような技術としては、例えば、冷媒水の出口温度と外気の湿球温度の両因子の積から、熱交換コイルに散水する散水装置の散水量又は熱交換コイルに送風する送風装置の送風量が制御される密閉型冷却塔が知られている（例えば、特許文献２参照。）。この密閉型冷却塔では、両因子の計測値をランク付けし、これに相当する値をテーブルとして持ち、ポンプ又はファンの制御に利用している。

また、前述した技術としては、例えば、冷却塔からの往水の変化温度を含む複数のパラメータの組み合わせと、複数段に設定された冷却塔の冷却能力とを対応させ、検出したパラメータに対応して冷却塔の冷却能力を制御する方法が知られている（例えば、特許文献３参照。）。この制御方法では、冷凍機の蒸発器への冷水の温度と凝縮器への冷却水の温度を計測し、それらの変動状況に対応したマトリクスを用意し、これに対応して冷却塔の冷却能力を制御する方法が用いられる。

また、前述した技術としては、これらの他にも例えば、冷却塔における所定のファンを、冷却用の空気の温度や冷却される冷却水の温度範囲によって発停させる冷却塔が知られている（例えば、特許文献４参照。）。

前述したような熱源システムでは、一般に、インバータ駆動される電動機により、主機である圧縮機が可変速制御されるインバータ駆動ターボ冷凍機が用いられる。このインバータ駆動ターボ冷凍機は、建物の熱負荷を予測し、最高負荷に合わせて選定される。前述したような熱源システムで用いられる通常のインバータ駆動ターボ冷凍機の能力線図を図４に示す。この能力線図は、横軸に負荷率（フル運転を１００％とし、そのときの熱量と冷凍機を絞って運転したときの仕事、より具体的には熱量の比率。冷水還り温度や冷水流量等の計測値から算出する。）、縦軸にＣＯＰ（冷凍機成績係数）を冷却水の温度ごとに示している。

図４の能力線図に示されるように、通常のインバータ駆動ターボ冷凍機は、フル運転（能力の１００%を出力する運転）時に最高の効率を示し、一方、部分負荷時はＣＯＰが低く、効率が悪い運転をする。

しかしながら、前述したような熱源システムにおいては、熱源システムの冷凍機が最高負荷で運転することは年に数時間、負荷が比較的安定した産業用の空調においても、せいぜい全体の運転時間の数％しかない。このように、前述したような熱源システムでは、少なくとも冷凍機の性能の特徴を考慮した熱源システムの省エネルギー化という観点において検討の余地が残されている。
特開２００３−１２１０２４号公報 特開平７−２１８１８４号公報 特開平１０−９７９６号公報 特開平８−２１９６８６号公報

これまでの知見では、インバータ駆動ターボ冷凍機の性能特性まで考慮し、冷却塔の運転、冷水の流量の制御、冷却水の制御、冷凍機の台数の増減の制御がされておらず、このため、熱源システムの省エネルギーが十分図られていないという問題があった。

本発明は、複数台のインバータ駆動ターボ冷凍機と冷却塔を有する熱源システムにおいて、前記インバータ駆動ターボ冷凍機を高効率で稼動すること、さらにインバータ駆動ターボの台数制御をする場合に、種々の運転態様に応じて最適な容量制御をすることを課題とする。

本発明は、複数台のインバータ駆動ターボ冷凍機を運転するにあたって、インバータ駆動ターボ冷凍機の特性を発揮させて省エネルギーを達成させるための熱源システムの制御を開示するものであり、さらにインバータ駆動ターボ冷凍機を最も効率のよい状態で運転するために、周辺機器である冷水ポンプ等の制御方法を開示するものである。

さらに、複数台のインバータ駆動ターボ冷凍機は、外気状態による冷凍能力の変動や熱負荷の熱利用状況の変動により運転台数が増減するが、本発明では、増台又は減台の際の運転開始や運転停止時での前記周辺機器の最適な運転状態を開示して、最大の省エネルギー性を発揮しながら熱負荷の熱需要を満たそうとするものである。

すなわち本発明は、凝縮器、蒸発器、圧縮機、及び前記圧縮機の回転数を可変とし出力を変化させるインバータを少なくとも有する複数のインバータ駆動ターボ冷凍機と、それぞれの前記インバータ駆動ターボ冷凍機の前記凝縮器に冷却水を供給する冷却水供給手段と、前記インバータ駆動ターボ冷凍機が賄うべき要求熱量に応じて、少なくとも運転するインバータ駆動ターボ冷凍機の台数を制御する制御装置と、前記凝縮器に供給される冷却水の温度を検出し前記制御装置に送信する冷却水温度検出手段と、を有する熱源システムであって、前記インバータ駆動ターボ冷凍機が定格運転時に生成する熱量に対する、前記圧縮機の出力を変えたときに前記インバータ駆動ターボ冷凍機が生成する熱量の比率を負荷率としたときに、前記制御装置は、前記冷却水温度検出手段により検出される冷却水の温度によって決まる前記インバータ駆動ターボ冷凍機の成績係数と前記負荷率との関係において、前記成績係数が所定値以上となる負荷率範囲を決定し、個々のインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率が前記負荷率範囲に収まるように前記インバータを制御するモードを有する熱源システムである。

前記構成によれば、成績係数の高い範囲で前記インバータ駆動ターボ冷凍機を運転させることが可能となる。したがって、前記構成によれば、運転時間の大部分を占める低負荷運転時において、前記インバータ駆動ターボ冷凍機を高効率で稼動することが可能となり、最大の省エネルギー性を発揮しながら熱負荷の熱需要を満たすことが可能となる。

本発明では、前記制御装置は、運転する前記インバータ駆動ターボ冷凍機の台数の増減に伴い前記インバータ駆動ターボ冷凍機が生成する熱量を直線的に変化させる場合、又は、前記負荷率範囲の上限値が１００％未満であり、かつ全てのインバータ駆動ターボ冷凍機が前記上限値から１００％までの負荷率で運転する必要がある場合に、負荷率範囲外でのインバータ制御を許容する範囲制御解除モードを有することが好ましい。この構成によれば、台数変動の過渡期やフル運転時等の、インバータ駆動ターボ冷凍機の高出力を優先したい場合において、前記インバータ駆動ターボ冷凍機のより一層適切な制御によって熱負荷の熱需要を満たすことが可能である。

本発明では、前記制御装置は、前記要求熱量が、前記負荷率範囲に設定されるｎ台及びｎ＋１台のいずれのインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率によっても賄われる場合では、前記インバータ駆動ターボ冷凍機の台数をｎ＋１台に制御することが好ましい。この構成によれば、前記負荷率範囲において低い負荷率で高い成績係数を示す場合に、複数のインバータ駆動ターボ冷凍機のそれぞれをより一層高い効率で運転させることが可能となる。

また、本発明では、外気温度計と外気湿度計とをさらに有し、前記冷却水供給手段は、冷却塔と、前記冷却塔と前記凝縮器との間で冷却水を循環させるための冷却水循環流路と、前記冷却水循環流路に設けられる冷却水ポンプと、前記冷却水循環流路における前記凝縮器への往路と前記凝縮器からの還路とを接続するバイパス流路と、前記バイパス流路における冷却水の流量を制御するバイパス弁とから構成され、前記制御装置は、前記外気温度計と前記外気湿度計との検出値から求められる外気湿球温度に基づいて冷却水の設定温度を求め、この設定温度に基づいて前記バイパス弁の開度を制御することが好ましい。この構成によれば、冷却が不要な冷却水の再利用が可能となり、また冷却水の過剰な冷却の防止や冷却水の搬送動力の削減が可能となり、熱源システムのより一層の省エネルギー化を実現することが可能となる。

また、本発明では、前記蒸発器と熱負荷との間で冷水を循環させるための冷水循環流路と、前記冷水循環流路に設けられ、かつインバータを有する冷水ポンプとをさらに有し、前記制御装置は、前記インバータ駆動ターボ冷凍機の増台時には、下記式（１）から求められる冷水ポンプのインバータの出力に基づき前記冷水ポンプの出力を制御し、前記インバータ駆動ターボ冷凍機の減台時には、下記式（２）から求められる冷水ポンプのインバータの出力に基づき冷水ポンプの出力を制御することが好ましい。この構成によれば、増台又は減台の際の前記インバータ駆動ターボ冷凍機の種々の運転態様に対応して冷水の流量を適切に制御し、省エネルギー化を実現しながら熱負荷の熱需要を満たす上で好ましい。

なお、前記式（１）及び（２）中、Hi(COP)は検出された冷却水の温度におけるインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率範囲の最大値（％）を表し、Max(n)はｎ台からｎ＋１台への増台時に設定されている冷水ポンプの最大運転率（％）を表し、LLoは冷水ポンプのインバータの出力最低値（％）を表し、Lo(COP)は検出された冷却水の温度におけるインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率範囲の最小値（％）を表し、Min(n)はｎ台からｎ−１台への減台時に設定されている冷水ポンプの最小運転率（％）を表し、ｎは１以上の整数を表す。

また、本発明では、前記制御装置は、増台後に運転しているインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率の合計が要求熱量を満たすようにする増台戻し運転時には、下記式（３）から求められる冷水ポンプのインバータの出力に基づき前記冷水ポンプの出力を制御し、減台後に運転しているインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率の合計が要求熱量を満たすようにする減台戻し運転時には、下記式（４）から求められる冷水ポンプのインバータの出力に基づき冷水ポンプの出力を制御することが好ましい。この構成によれば、増台又は減台の際の運転開始や運転停止時での前記インバータ駆動ターボ冷凍機の種々の運転態様に対応して冷水の流量を適切に制御し、省エネルギー化を実現しながら前記周辺機器の最適な運転状態を開示して、最大の省エネルギーを発揮しながら熱負荷の熱需要を満たす上で好ましい。なお、式中の文字の意味は、前記式（１）及び（２）と同じである。

また、本発明では、前記制御装置は、前記要求熱量の予測を行い、予測した要求熱量に応じて前記冷水ポンプの最大運転率及び前記冷水ポンプの最小運転率を補正することが好ましい。この構成によれば、季節や曜日等によって事前に予測される変化や前日までの実績等を反映した熱源システムのより一層適切な制御を行うことが可能となる。

また、本発明では、前記制御装置には、冷却水の温度に対応する、前記負荷率範囲と、前記増台時における前記インバータ駆動ターボ冷凍機一台当たりの冷水の流量及び冷水ポ
ンプのインバータの出力と、前記増台戻し運転時における冷水ポンプのインバータの出力と、前記減台時における前記インバータ駆動ターボ冷凍機一台当たりの冷水の流量及び冷水ポンプのインバータの出力と、前記減台戻し運転時における冷水ポンプのインバータの出力とが記録されていることが好ましい。この構成によれば、制御速度をより一層高めることが可能となる。

また、本発明では、前記制御装置は、前記冷水循環流路における往水の温度と還水の温度との温度差が所望の範囲に収まらない場合に、その温度差を学習して前記冷水の流量を補正することが好ましい。この構成によれば、実際の冷水の温度が所望の値から外れた場合でも、これに対応してインバータ駆動ターボ冷凍機の高効率での運転のための制御を行うことが可能である。

また、本発明は、前記熱源システムに用いられる前述した制御装置であって、前記冷却水の温度に対応する、前記負荷率範囲と、前記増台時における前記インバータ駆動ターボ冷凍機一台当たりの冷水の流量及び冷水ポンプのインバータの出力と、前記増台戻し運転時における冷水ポンプのインバータの出力と、前記減台時における前記インバータ駆動ターボ冷凍機一台当たりの冷水の流量及び冷水ポンプのインバータの出力と、前記減台戻し運転時における冷水ポンプのインバータの出力とが記録され、これらに基づいて、運転する前記インバータ駆動ターボ冷凍機の台数、前記インバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率、前記バイパス弁の開度、及び前記冷水ポンプの出力の少なくとも何れかを制御する制御装置を提供する。この構成によれば、前記熱源システムにおいて、フィードフォワード制御によって、前記インバータ駆動ターボ冷凍機の高い効率での運転や、これに対応して前記冷凍機の周辺機器の最適な運転を迅速かつ適切に行うことが可能となる。

前記インバータ駆動ターボ冷凍機は、凝縮器、蒸発器、圧縮機、及び前記圧縮機の回転数を可変とし出力を変化させるインバータを少なくとも有する。前記インバータ駆動ターボ冷凍機は、冷却水の温度によって決まる成績係数と前記負荷率との関係においてピークを有する運転特性を有するものが好ましく、このピークが顕著であるものがより好ましい。このようなインバータ駆動ターボ冷凍機としては、例えば三菱重工業株式会社製の商品名ＮＡＲＴ−Ｉが挙げられる。

前記冷却水供給手段は、前記インバータ駆動ターボ冷凍機の凝縮器に冷却水を供給する手段であれば特に限定されない。冷却水供給手段は、河川や海の水や地下水を供給する手段であっても良いが、冷却塔を利用する手段であることが好ましい。特に本発明では、前記冷却水供給手段は、冷却塔と、前記冷却塔と前記凝縮器との間で冷却水を循環させるための冷却水循環流路と、前記冷却水循環流路に設けられる冷却水ポンプと、前記冷却水循環流路における前記凝縮器への往路と前記凝縮器からの還路とを接続するバイパス流路と、前記バイパス流路における冷却水の流量を制御するバイパス弁とから構成されることが好ましい。このような冷却水供給手段は、公知の部材や機器によって構成することができる。

また、冷却水供給手段が前述した冷却塔を利用する手段である場合は、本発明の熱源システムは、外気温度計と外気湿度計とをさらに有することが好ましい。外気温度計は外気の温度を検出することができるものであれば特に限定されず、外気湿度計は外気の湿度を検出することができるものであれば特に限定されない。

前記冷却水温度検出手段は、前記凝縮器に供給される冷却水の温度を検出し前記制御装置に送信することができるものであれば特に限定されない。前記外気温度計や前記冷却水温度検出手段には、公知の温度センサを用いることができ、前記外気湿度計には、公知の湿度センサを用いることができる。

前記冷水循環流路は、前記蒸発器と熱負荷との間で冷水を循環させるためのものであれば特に限定されない。この冷水循環流路には、冷水を循環させるための、インバータを有する冷水ポンプが設けられる。前記冷水循環流路は、管等の公知の部材や機器によって構成することができ、前記冷水ポンプには、インバータによる出力の制御が可能な公知のポンプを用いることができる。

前記制御装置は、前記インバータ駆動ターボ冷凍機が賄うべき要求熱量に応じて、少なくとも運転するインバータ駆動ターボ冷凍機の台数を制御する。前記制御装置は、このような制御、及び後述する制御が可能な手段であれば特に限定されない。前記制御装置としては、算術、論理計算を行う演算部、プログラムやデータを記憶する記憶部、外部から情報を取り込む入力部、外部へ情報を伝える出力部、及びこれらの装置間の信号の交通整理を行う制御部を少なくとも有する公知のコンピュータを用いることができる。以下に、本発明において、前記制御装置が行う制御について説明する。

本発明において、前記制御装置は、前記インバータ駆動ターボ冷凍機が定格運転時に生成する熱量に対する、前記圧縮機の出力を変えたときに前記インバータ駆動ターボ冷凍機が生成する熱量の比率を負荷率としたときに、前記冷却水温度検出手段により検出される冷却水の温度によって決まる前記インバータ駆動ターボ冷凍機の成績係数と前記負荷率との関係において、前記成績係数が所定値以上となる負荷率範囲を決定し、個々のインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率が前記負荷率範囲に収まるように前記インバータを制御するモードを有する。

前記負荷率は、前記インバータ駆動ターボ冷凍機における熱量の生成率を表す。前記負荷率は、インバータ駆動ターボ冷凍機の蒸発器で生成する冷水の温度と流量とから求めることができる。前記負荷率は、実測値であっても良いし、シミュレーションによって求められる値であっても良い。

前記成績係数は、一台のインバータ駆動ターボ冷凍機の圧縮機に要する電力量に対する一台のインバータ駆動ターボ冷凍機が生成する熱量の比である。前記圧縮機に要する電力量は、一台のインバータ駆動ターボ冷凍機の運転に係る補機であって、電力の消費量が一定である補機（例えば冷水の流量計等）の消費電力量がさらに加えられた値であっても良い。

前記負荷率範囲は、制御装置に予め記憶されているデータから、検出された冷却水の温度に応じて適切なデータを選択することによって決定することができる。この場合、前記データとしては、所定値以上の前記成績係数とこれに対応する前記負荷率とを、種々の冷却水の温度ごとにプロットしたデータが用いられる。このようなデータは、インバータ駆動ターボ冷凍機の性能試験の結果や、冷却水の温度を変数とするシミュレーション等によって得ることができる。

前記負荷率範囲は、前記成績係数において設定される前記所定値に応じて決定される。前記所定値は、任意に決定することができ、インバータ駆動ターボ冷凍機の効率の良い運転が行われる値（例えば１００％）であっても良いが、制御や熱源システムの安定性が考慮された値（例えば８０％）以上の範囲であることが好ましい。

前記制御装置は、個々のインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率が前記負荷率範囲に収まるように前記インバータを制御するが、下記（ｉ）又は（ｉｉ）の場合では、負荷率範囲外でのインバータ制御を許容する範囲制限解除モードを有していても良い。このような範囲制限解除モードを設けると、下記（ｉ）の場合では、増減台に伴う過渡期において前記
負荷率範囲で制御すると、過渡期での制御の精度と過渡期以外の制御の精度との差が大きくなり、制御においてさらなる場合分けを要することがあり、このような個々のインバータ駆動ターボ冷凍機の運転の制御条件の複雑化を避ける上で好ましい。また、下記（ｉｉ）の場合では、熱負荷での熱需要を満たす上で好ましい。

（ｉ） 運転する前記インバータ駆動ターボ冷凍機の台数の増減に伴い前記インバータ駆動ターボ冷凍機が生成する熱量を直線的に変化させる場合。
（ｉｉ） 前記負荷率範囲の上限値が１００％未満であり、かつ全てのインバータ駆動ターボ冷凍機が前記上限値から１００％までの負荷率で運転する必要がある場合。

前記範囲制限解除モードとしては、例えば所望の負荷率に応じた制御、又は所望の負荷率と時間設定とを組み合わせた制御等の適当な制御によって、前記インバータ駆動ターボ冷凍機のインバータの出力を制御するモードが挙げられる。

本発明において、前記制御装置は、前記要求熱量が、前記負荷率範囲に設定されるｎ台及びｎ＋１台のいずれのインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率によっても賄われる場合では、前記インバータ駆動ターボ冷凍機の台数をｎ＋１台に制御しても良い。前記インバータ駆動ターボ冷凍機の台数の変更は、前記の場合を除いて前記負荷率範囲で行われるが、起動又は停止時における前記インバータ駆動ターボ冷凍機全体による熱量の変動を直線的に制御するために、台数変更前後のインバータ駆動ターボ冷凍機の出力が前記負荷率範囲に入るように、適当な余裕を持って行うことが好ましい。この適当な余裕は、経験やシミュレーション等によって求めることができ、時間や負荷率に換算することができる。

本発明において、前記制御装置は、前記外気温度計と前記外気湿度計との検出値から求められる外気湿球温度に基づいて冷却水の設定温度を求め、この設定温度に基づいて前記バイパス弁の開度を制御しても良い。冷却水の設定温度は、外気湿球温度と冷却水の設定温度との関係がプロットされ、制御装置に予め記録されているデータから、前記検出値による外気湿球温度に対応する値を読み出すことによって求めることができる。前記バイパス弁の開度も、同様に、冷却水の設定温度とバイパス弁の開度との関係がプロットされ、制御装置に予め記録されているデータから、前記設定値に対応するバイパス弁の開度を読み出すことによって求めることができる。前記冷却水の設定温度及び前記バイパス弁の開度は、経験やシミュレーション等から導き出される適当な関係式からその都度計算により求めても良い。

本発明において、前記制御装置は、前記インバータ駆動ターボ冷凍機の増台時には、前記式（１）から求められる冷水ポンプのインバータの出力に基づき前記冷水ポンプの出力を制御し、前記インバータ駆動ターボ冷凍機の減台時には、前記式（２）から求められる冷水ポンプのインバータの出力に基づき冷水ポンプの出力を制御しても良い。また、前記制御装置は、増台後に運転しているインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率の合計が要求熱量を満たすようにする増台戻し運転時には、前記式（３）から求められる冷水ポンプのインバータの出力に基づき前記冷水ポンプの出力を制御し、減台後に運転しているインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率の合計が要求熱量を満たすようにする減台戻し運転時には、前記式（４）から求められる冷水ポンプのインバータの出力に基づき冷水ポンプの出力を制御しても良い。

前記式（１）、（３）中における冷水ポンプの最大運転率（％）は、インバータ駆動ターボ冷凍機の増台時に設定されている冷水の流量の最大値に対応する冷水ポンプの出力の設定値である。また、前記式（２）、（４）中における冷水ポンプの最小運転率（％）は、インバータ駆動ターボ冷凍機の減台時に設定されている冷水の流量の最小値に対応する冷水ポンプの出力の設定値である。これらの運転率は、前記負荷率範囲におけるインバー
タ駆動ターボ冷凍機の成績係数と前記要求熱量との兼ね合い（例えば要求熱量を実現することができる範囲で最も成績係数が高い等）や、熱源システム全体の省エネルギー化等を考慮して設定することができる。また、これらの運転率は、熱源システムの試運転やシミュレーション等の結果に基づいて設定することができ、運転実績等に応じて適宜調整することができる。

前記冷水ポンプのインバータの出力も、冷水の流量の変動を直線的に制御する観点から、例えばインバータの出力を少量ずつ変化させ、適当な時間をかけてインバータの出力を制御する等の、適当な余裕を持って行うことが好ましい。

本発明において、前記制御装置は、前記要求熱量の予測を行い、予測した要求熱量に応じて前記冷水ポンプの最大運転率及び前記冷水ポンプの最小運転率を補正しても良い。前記要求熱量は、熱負荷の熱需要が季節や曜日で異なる場合は日付や曜日、生産機器の操業のように熱負荷の熱需要が熱負荷の運転態様によって異なる場合は熱負荷の運転態様等、熱負荷の形態やこれに伴う諸条件に応じて予測することができる。前記要求熱量の予測値には、実績のある値を用いても良いし、実績のある値や適当な係数等から算出して得られる値を用いても良い。

本発明において、前記制御装置には、冷却水の温度に対応する、前記負荷率範囲と、前記増台時における前記インバータ駆動ターボ冷凍機一台当たりの冷水の流量及び冷水ポンプのインバータの出力と、前記増台戻し運転時における冷水ポンプのインバータの出力と、前記減台時における前記インバータ駆動ターボ冷凍機一台当たりの冷水の流量及び冷水ポンプのインバータの出力と、前記減台戻し運転時における冷水ポンプのインバータの出力とが記録されていても良い。前記制御装置に記録されるデータ等はこれらに限定されず、前記制御装置は、各種計算式や各種パラメータ等が記録されていても良い。

本発明において、前記制御装置は、前記冷水循環流路における往水の温度と還水の温度との温度差が所望の範囲に収まらない場合に、その温度差を学習して前記冷水の流量を補正しても良い。前記温度差の所望の範囲は、インバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率と前記蒸発器で生成する冷水の流量とが比例関係、より好ましくは等価となる前記温度差を含む範囲であることが好ましい。

また、前記温度差の学習は、それ以前の温度差の挙動を考慮してそれ以降の温度差を決定することにより行われる。このような前記温度差の学習としては、例えば、適当な周期で前記温度差を検出し、今回の検出値とそれより前の検出値とを適当な割合で反映させて前記温度差を決定する方法が挙げられる。前記温度差の学習には、前記温度差の履歴を適切に反映することができる前記温度差の他の求め方を利用しても良い。

また、前記冷水の流量の補正は、学習して得られた温度差の値に対する前記温度差の設定値の比を、冷水の流量で表されるか又は換算できる各種パラメータに乗じることにより行うことができる。前記冷水の流量の補正は、学習して得られた温度差の値から、前記各種パラメータを直接算出することによって行っても良い。

本発明において、前記制御装置は、複数台ある機器の運転を、運転順位及び出力の設定値に応じて個々に又は群で制御しても良い。このような機器としては、例えば、冷却塔に設けられるファン、冷却水ポンプ、冷水ポンプ等が挙げられる。

また、前記制御装置は、前述した制御のほかにも、前記熱源システムの好適な制御を実現するための他の制御を行っても良い。このような他の制御としては、例えば、複数台ある対象機器のうち、故障した機器を停止させ、次の順序の機器を運転させ、前記故障した
危機については、故障の解消後に台数制御に用いる故障スキップ制御や、増減台後から所定の時間を経過するまでは次の増減台を行わない効果待ち制御や、負荷率（負荷熱量）を設定すると設定された熱量になるように冷水の流量を制御することにより、設定された熱量における冷凍機の成績係数を計測することができる成績係数計測制御等が挙げられる。

本発明において、前記熱源システムは、前述した種々の機器の他にも、熱源システムの制御に好適な他の機器を有していても良い。このような他の機器としては、例えば差圧計や流量計等の各種センサ、各流路における冷水や冷却水の流量を調整するための自動弁、他の冷凍機、冷水や冷却水を用いて、又はこれらの間で熱交換を行うための熱交換器等が挙げられる。

本発明は、前記複数のインバータ駆動ターボ冷凍機の台数制御を行う種々の熱源システムに適用することができる。また本発明は、前記複数のインバータ駆動ターボ冷凍機を用い、複数種の熱負荷に異なる冷熱を供給する多目的の種々の熱源システムに適用することができる。

本発明の効果は、複数台のインバータ駆動ターボ冷凍機と冷却塔を有する熱源設備において、前記冷凍機を高効率で稼動すること、冷却水と冷水を変流量にして搬送動力の低減を図れること、さらに台数制御をする場合に種々の運転態様に応じて最適な容量制御ができること、である。

すなわち、本発明の熱源システムは、複数のインバータ駆動ターボ冷凍機に対し、検出される冷却水の温度によって決まる前記インバータ駆動ターボ冷凍機の成績係数と負荷率との関係において、成績係数が所定値以上となる負荷率範囲を決定し、個々のインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率が負荷率範囲に収まるように冷凍機の前記インバータを制御することから、前記インバータ駆動ターボ冷凍機を高効率で稼動することができ、インバータ駆動ターボ冷凍機の特性を十分に発揮させ、熱源システムのより一層の省エネルギー化を実現することができる。

また、本発明では、前記制御装置は、運転する前記インバータ駆動ターボ冷凍機の台数の増減に伴い前記インバータ駆動ターボ冷凍機が生成する熱量を直線的に変化させる場合、又は、前記負荷率範囲の上限値が１００％未満であり、かつ全てのインバータ駆動ターボ冷凍機が前記上限値から１００％までの負荷率で運転する必要がある場合に、負荷率範囲外でのインバータ制御を許容する範囲制御解除モードを有すると、インバータ駆動ターボ冷凍機の特性を十分に活用して熱負荷の熱需要に適切に対応する上で、より一層効果的である、

また、本発明では、前記制御装置は、要求熱量が負荷率範囲に設定されるｎ台及びｎ＋１台のいずれのインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率によっても賄われる場合では、インバータ駆動ターボ冷凍機の台数をｎ＋１台に制御すると、インバータ駆動ターボ冷凍機を高効率で運転させる上でより一層効果的である。

また、本発明では、前記制御装置は、前記外気温度計と前記外気湿度計との検出値から求められる外気湿球温度に基づいて冷却水供給手段から供給される冷却水の設定温度を求め、この設定温度に基づいて前記冷却水供給手段のバイパス弁の開度を制御すると、熱源システムのさらなる省エネルギー化を実現する上でより一層効果的である。

また、本発明では、前記蒸発器と熱負荷との間で冷水を循環させるための冷水循環流路に設けられ、かつインバータを有する冷水ポンプに対し、前記制御装置は、インバータ駆
動ターボ冷凍機の増台時には、前記式（１）から求められる冷水ポンプのインバータの出力に基づき前記冷水ポンプの出力を制御し、インバータ駆動ターボ冷凍機の減台時には、前記式（２）から求められる冷水ポンプのインバータの出力に基づき冷水ポンプの出力を制御すると、インバータ駆動ターボ冷凍機の増減台の運転開始や運転停止時における、前記インバータ駆動ターボ冷凍機の周辺機器を最適な状態に運転させ、インバータ駆動ターボ冷凍機の高効率の運転と、熱源システムのさらなる省エネルギー化とを適切に実現する上でより一層効果的である。

また、本発明では、前記冷水ポンプに対し、前記制御装置は、増台後に運転しているインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率の合計が要求熱量を満たすようにする増台戻し運転時には、前記式（３）から求められる冷水ポンプのインバータの出力に基づき前記冷水ポンプの出力を制御し、減台後に運転しているインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率の合計が要求熱量を満たすようにする減台戻し運転時には、前記式（４）から求められる冷水ポンプのインバータの出力に基づき冷水ポンプの出力を制御すると、インバータ駆動ターボ冷凍機の増減台の運転開始や運転停止時における、前記インバータ駆動ターボ冷凍機の周辺機器を最適な状態に運転させ、インバータ駆動ターボ冷凍機の高効率の運転と、熱源システムのさらなる省エネルギー化とを適切に実現する上でより一層効果的である。

また、本発明では、前記制御装置は、要求熱量の予測を行い、予測した要求熱量に応じて前記式（１）及び（３）中の冷水ポンプの最大運転率、及び前記式（２）及び（４）中の冷水ポンプの最小運転率を補正すると、前記増減台時における前記周辺機器を最適な状態に運転させ、インバータ駆動ターボ冷凍機の高効率の運転と、熱源システムのさらなる省エネルギー化とを適切に実現する上でより一層効果的である。

また、本発明では、前記制御装置には、冷却水の温度に対応する、前記負荷率範囲と、前記増台時における前記インバータ駆動ターボ冷凍機一台当たりの冷水の流量及び冷水ポンプのインバータの出力と、前記増台戻し運転時における冷水ポンプのインバータの出力と、前記減台時における前記インバータ駆動ターボ冷凍機一台当たりの冷水の流量及び冷水ポンプのインバータの出力と、前記減台戻し運転時における冷水ポンプのインバータの出力とが記録されていると、インバータ駆動ターボ冷凍機の高効率の運転と、熱源システムのさらなる省エネルギー化とを迅速に実現する上でより一層効果的である。

また、本発明では、前記制御装置は、冷水循環流路における往水の温度と還水の温度との温度差が所望の範囲に収まらない場合に、その温度差を学習して冷水の流量を補正すると、前記増減台時における前記周辺機器を最適な状態に運転させ、インバータ駆動ターボ冷凍機の高効率の運転と、熱源システムのさらなる省エネルギー化とを適切に実現する上でより一層効果的である。

図１は本発明の熱源システムの一実施の形態を示す全体図である。本実施の形態の熱源システムは、インバータ駆動ターボ冷凍機１ａ〜１ｅと、ターボ冷凍機２ａ、２ｂと、四つのセルを一体とした三基の冷却塔３ａ〜３ｃと、三つのセルを一体とした三基の冷却塔４ａ〜４ｃと、これらの冷却塔で生成した冷却水を前述した冷凍機に向けて送るための冷却水往路５ａと、冷却水を各冷凍機に分配する分配手段６と、分配手段６からインバータ駆動ターボ冷凍機１ａ〜１ｅに冷却水を供給する冷却水往路５ｂと、分配手段６からターボ冷凍機２ａ、２ｂに冷却水を供給する冷却水往路５ｃと、インバータ駆動ターボ冷凍機１ａ〜１ｅから冷却塔に冷却水を戻す冷却水還路７ａと、ターボ冷凍機２ａ、２ｂから冷却水還路７ａに冷却水を戻す冷却水還路７ｂと、インバータ駆動ターボ冷凍機１ａ、１ｂと図示しない熱負荷との間で水を循環させる冷水循環流路８ａと、インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅ及びターボ冷凍機２ａ、２ｂと図示しない熱負荷との間で水を循環させ
る冷水循環流路８ｂと、制御装置９と、外気温度を検出する外気温度計１０と、外気湿度を検出する外気湿度計１１とを有する。

冷却水往路５ａと冷却水還路７ａとは、生産機器の冷却水が供給される２台のフリークール用熱交換器１２ａ、１２ｂを並列に接続するフリークール用流路１３によって接続されている。また、冷却水往路５ａと冷却水還路７ａとは、冷水循環流路８ｂにおける熱負荷からの還水が供給される熱交換器１４が接続される温度調節用流路１５によって接続されている。また、分配手段６の冷却水入り口側と冷却水還路７ａとは、自動弁ｖ１を有するバイパス流路１６ａによって接続されている。また、冷却水往路５ｃと冷却水還路７ｂとは、自動弁ｖ２を有するバイパス流路１６ｂによって接続されている。なお、バイパス流路１６ａは、冷却水還路７ａの冷却水をインバータ駆動ターボ冷凍機１ａ〜１ｅに戻すための流路であり、同様にバイパス流路１６ｂは、冷却水還路７ｂの冷却水をターボ冷凍機２ａ、２ｂに戻すための流路である。

インバータ駆動ターボ冷凍機１ａ〜１ｅは、冷却水往路５ｂから供給される冷却水によって冷媒を凝縮させる凝縮器、凝縮した冷媒を断熱膨張させる膨張弁等の減圧手段、冷媒を蒸発させて冷熱を生成する蒸発器、冷媒蒸気を圧縮する圧縮機、及び圧縮機の回転数を可変とし出力を変化させるインバータとを有する。ターボ冷凍機２ａ、２ｂはインバータを有さない以外は、インバータ駆動ターボ冷凍機１ａ〜１ｅと同様に構成されている。

インバータ駆動ターボ冷凍機１ａ、１ｂは、蒸発器が冷水循環流路８ａによって並列に接続されており、ともに５℃の冷水を不図示の熱負荷に送る冷凍機であり、主として外調機等の潜熱処理をする用途に用いられる。インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅ、及びターボ冷凍機２ａ、２ｂは、蒸発器が冷水循環流路８ｂによって並列に接続されており、ともに９℃の冷水を不図示の熱負荷に送る冷凍機であり、主としてクリーンルーム循環空気を冷却する顕熱交換器等の顕熱処理をする用途に用いられる。

ターボ冷凍機２ａ、２ｂは、圧縮機の回転数が定速のターボ冷凍機である。本実施の形態では、ターボ冷凍機２ａ、２ｂが運転されるときは、ターボ冷凍機２ａ、２ｂをベース機とする。すなわち、冷水循環流路８ｂにおける熱負荷からの還水の温度が設計値どおりであれば常に１００％で稼動させ、インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅは、熱負荷に応じて台数制御に付すものとする。また、熱負荷で要する負荷がターボ冷凍機２ａ、２ｂのフル運転時の熱量を必要としない程度に低いであるときにも、インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅは熱負荷に応じて台数制御に付すものとする。なお、インバータ駆動ターボ冷凍機１ａ、１ｂは、熱負荷に応じて台数制御に付すものとするが、その制御方法はインバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅと同様である。

冷却塔３ａ〜３ｃ、４ａ〜４ｃは、前述した各セルにおいて、冷却水還路７ａに接続されている散水管と、散水管から散水される冷却水を受ける水槽と、散水管から散水される冷却水に外気を送風するファンとを有する。前記散水管と前記水槽の下部には自動弁ｖａ、ｖｂが各冷却塔ごとに設けられている。自動弁ｖａ、ｖｂは、前記ファンの発停と連動して開閉するオンオフ弁である。

分配手段６は、冷却水往路５ａ、バイパス流路１６ａ、及び冷却水往路５ｃが接続されているヘッダ管６ａと、ヘッダ管６ａ及び七本の枝管のそれぞれが接続されているヘッダ管６ｂと、前記七本の枝管及び冷却水往路７ｂが接続されているヘッダ管６ｃとを有する。前記七本の枝管のそれぞれには、インバータ付きのポンプが設けられている。またヘッダ管６ｂとヘッダ管６ｃとの差圧を検出する差圧計６ｄが設けられている。

制御装置９は、コントローラ９ａと、コントローラ９ａに接続され、各種検出信号が入
力され又は各種機器に指令を出力する入出力装置９ｂ、９ｃとを有する。コントローラ９ａは、各種パラメータが記録されている記憶部、各種パラメータや検出信号に応じて演算（例えば外気湿球温度を求める演算等）を行う演算部、コントローラ９ａ内及びコントローラ９ａと入出力装置９ｂ、９ｃとの間での通信を制御する制御部等を有する。

なお、冷却水往路、冷却水還路、冷水循環流路、フリークール用流路、及び温度調節用流路等の冷却水又は冷水の流路には、流量計（ｆ）、温度計（ｔ）、ポンプ（ｐ）、及び自動弁（ｖ）が適宜設けられている。冷水循環流路に設けられているポンプにはインバータが設けられている。これらの流量計、温度計、ポンプ（インバータが設けられているものはインバータ）、自動弁、及び差圧計６ｄ、外気温度計１０、外気湿度計１１、前記冷却塔のファンは、入出力装置９ａ又は９ｂに接続されており、コントローラ９ａによって制御されるように構成されている。また、インバータ駆動ターボ冷凍機１ａ〜１ｅ及びターボ冷凍機２ａ、２ｂは、それぞれコントローラ９ａに接続されており、コントローラ９ａによって制御されるように構成されている。

凝縮器に供給する冷却水は、冷却塔の下部の水槽から取り出されて合流し、冷却水往路５ａを通る。この冷却水の一部は、フリークール用流路１３や温度調節用流路１５に送られて、生産機器からの冷却水や冷水の還水と熱交換を行い、冷却水還路７ａに送られる。その他の冷却水は、分配手段６に送られる。分配手段６では、冷却水は、ヘッダ管６ａにおいて、冷却水往路５ｃに送られる冷却水とヘッダ管６ｂに送られる冷却水とに分配される。

冷却水往路５ｃに送られた冷却水は、ターボ冷凍機２ａ、２ｂの凝縮器へ送られ、冷却水還路７ｂを通り、一部は、自動弁ｖ２の開度に応じて冷却水往路５ｃに戻され、その他は冷却水還路７ａを通って冷却塔に戻る。

ヘッダ管６ｂに送られた冷却水は、前記七本の枝管を通り、前記枝管に設けられているインバータ付きのポンプによってヘッダ管６ｃに圧送され、さらに冷却水往路５ｂを介してインバータ駆動ターボ冷凍機１ａ〜１ｅの凝縮器へ送られる。その後、冷却水は、冷却水還路７ａを通り、一部は、自動弁ｖ１の開度に応じてヘッダ管６ａに戻され、その他は冷却塔に戻る。凝縮器で冷媒を冷却して温度が上昇した状態で冷却塔に戻った冷却水は、再度散水に供され、冷却され、冷却水として繰りかえり用いられる。

なお、分配手段６において、ポンプは冷凍機に１対１で対応して設けられても良いが、このようにヘッダ管６ｃの上流にポンプ群を集合させて設置すると、ポンプを高効率に運転して省エネルギーを図りながら、それぞれの冷凍機に対して過不足のない冷却水を供給するように、冷却水の流量を制御する上で好ましい。

また、自動弁ｖ１、ｖ２の下流側であって各冷凍機の凝縮器よりも上流側にポンプ（インバータ駆動ターボ冷凍機１ａ〜１ｅに対してはインバータ付き）をそれぞれ設けると、例えば外気湿球温度が低い場合に、自動弁ｖ１、ｖ２の開度の増大により各パイパス流路を流れる冷却水を、インバータ駆動ターボ冷凍機１ａ〜１ｅへ、又はターボ冷凍機２ａ、２ｂへそれぞれ強制的に送り、的確に分配する上で好ましい。

次に、前記インバータ駆動ターボ冷凍機の運転制御について説明する。インバータ駆動ターボ冷凍機１ａ、１ｂとインバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅとは、生成する冷水の温度が異なる以外は同様に制御されるので、インバータ駆動ターボ冷凍機の運転制御については、インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅの場合を例に説明する。

なお、以下の説明において、インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅには、三菱重工業
株式会社製の商品名ＮＡＲＴ−Ｉを用いるものとする。このインバータ駆動ターボ冷凍機は、１００％運転（定格運転）時ではなく、出力が８０％〜４０％の運転の時に成績係数のピークを有し、かつピーク時の成績係数の値が非常に高いという特性を有する。すなわちこのインバータ駆動ターボ冷凍機は、冷却水の温度によってはインバータ駆動ターボ冷凍機の出力を絞って運転した方が効率がよいということになる。

そもそも、ターボ冷凍機の圧縮機は、遠心式の羽根車を使用した空力機械であり、最適作動点に内部を流れる冷媒ガスの風量を最適化し設計されている。この最適作動点から大風量側では、冷媒ガスの流動抵抗が大きくなり若干性能が低下し、低風量側では冷媒ガス流れがよどみ若干性能が低下する傾向がある。ターボ冷凍機が冷凍能力の負荷率に最適に制御される場合では、圧縮機の最適作動点が冷凍機の成績係数（ＣＯＰ）のピークとして現れる。このようにＣＯＰのピークは、圧縮機の最適作動点を中心とする冷凍機の性能の特性として見ることができるため、他社製の旧来のインバータ機でも同様の傾向があると考えられる。

しかし、三菱重工株式会社が今回開発したインバータ駆動ターボ冷凍機は、精緻な制御により、これまでにないほどに冷却水温度に追従する制御、及び負荷に追従する制御を可能としたため、前記最適作動点がより顕著に現れる傾向がある。これに対して従来機では、ＣＯＰのピークの山が小さいか、又は右肩上がりであり、わざわざ冷凍機を増台しても、省エネルギーが図れない程であった。

前記インバータ駆動ターボ冷凍機の能力線図を図２に示す。この能力線図は、縦軸にＣＯＰ、横軸に負荷率をとり、凝縮器に導かれる冷却水の温度ごとにそれらの関係をプロットしたものである。図２から明らかなように、冷却水の温度が１３℃の場合において、負荷率が１００％の時にＣＯＰが１２．２であるのに対して、負荷率が４０％の時にＣＯＰが１７．８である。このように、１００％負荷時に比べ、冷凍機の出力を絞ったときの方が、ピークの値が大きくなる特徴が見られる。

この特徴は低機械損失の圧縮機である本機でさらに顕著となる。また、この現象は、とりわけ低負荷時、すなわち熱需要が少ない場合や、冷却水が低温で供給される場合に有利である。

本発明では、極力ＣＯＰのピークのある状態でインバータ駆動ターボ冷凍機を運転することを志向している。そこで常にインバータ駆動ターボ冷凍機を前記能力線図の最も高い位置の状態で運転したいが、ハンチングや機器・バルブ等の保護を考慮すると、ピンポイントで制御することは困難である。そのため本実施の形態では、ピーク値の８０％を許容範囲とし、その範囲で運転することとする。

この許容範囲の一部の数値を具体的に示すと、冷却水の温度が３２℃のときでは、ＣＯＰのピーク値は５．９２であり、これに許容範囲である０．８を乗じた値は４．７４である。このときの負荷熱量（負荷率）の値は４８％であるので、前記許容範囲（負荷率範囲）は４８〜１００％となる。

以下、同様に冷却水の温度が２９℃のときでは、ＣＯＰのピーク値は６．６３であり、これに０．８を乗じた値は５．３０であり、このときの負荷熱量の値は４５％であり、前記許容範囲は４５〜１００％である。また、冷却水の温度が２５℃のときでは、ＣＯＰのピーク値は７．８６であり、これに０．８を乗じた値は６．２９であり、このときの負荷熱量の値は３７％であり、前記許容範囲は３７〜１００％である。また、冷却水の温度が２０℃のときでは、ＣＯＰのピーク値は１０．３５であり、これに０．８を乗じた値は８．２８であり、このときの負荷熱量の値は３２％であり、前記許容範囲は３２〜１００％
である。また、冷却水の温度が１５℃のときでは、ＣＯＰのピーク値は１４．６５であり、これに０．８を乗じた値は１１．７２であり、このときの負荷熱量の値は３０及び９４％であり、前記許容範囲は３０〜９４％である。また、冷却水の温度が１３℃のときでは、ＣＯＰのピーク値は１７．８５であり、これに０．８を乗じた値は１４．２８であり、このときの負荷熱量の値は３０及び８５％であり、前記許容範囲は３０〜８５％である。

これらＣＯＰにおいてピーク値１００％から８０％に相当する線をプロットし、これを制御範囲として決めておく。なお、冷水循環流路における冷水の往還温度差が定格値８℃（９℃→１７℃）差の場合、負荷熱量が冷水の流量と等しいと見なすことができるので、この範囲を能力維持流量とする。

まず、インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅの運転する台数の制御について説明する。
制御装置９は、図示しない熱負荷の要求負荷に応じて、運転するインバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅの台数を演算して制御する。制御装置９は、負荷流量が増台流量設定値以上で冷水の送水温度が増台設定温度を越え、増台保留時間を経過するとインバータ駆動ターボ冷凍機を増台する。制御装置９は、負荷流量が減台流量設定値となり、減台保留時間が経過すると、インバータ駆動ターボ冷凍機を減台する。インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅの運転順序は、シーケンシャル方式とし、優先順位の高い冷凍機が最も早く起動し、最も遅く停止する。この運転順序は、制御装置９の前記記憶部に、パラメータとして記録されている。また、運転時間の平均化を図るために、複数種の前記運転順序（以下、ベースモードとも言う）が前記記憶部に記録されており、設定された期日に基づきベースモードのローテーションが行われる。

次に、インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅの能力制御をする方法を以下に説明する。
図３は、インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅの制御フローである。この図における（ａ）〜（ｄ）は、横軸に時間をとり、縦軸にはその時点での冷凍機の台数又は負荷流量、すなわち負荷が必要とする冷水量を示している。（ａ）はインバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅ全体で賄うべき要求熱量に対応する予想負荷流量を示しており、（ｂ）〜(ｄ)は各インバータ駆動ターボ冷凍機ごとの負荷流量を示しており、（ｅ）は各インバータ駆動ターボ冷凍機から送水されるべき冷水の温度（下段）を示している。

ここでは、例えば予想負荷流量は、インバータ駆動ターボ冷凍機の起動時に横軸の左端に位置し、ピーク時に必要な流量（空調熱負荷への冷水の供給量）は、横軸の中央部分のようにインバータ駆動ターボ冷凍機３台分の負荷の合計になるとして説明する（なおこの図は負荷の想定図であり、建物や設備の用途等により種々の状態があり得る）。

インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅの能力制御では、基本的にはインバータ駆動ターボ冷凍機１台をフル運転させるのでなく、前述した制御範囲内において複数台を運転するように制御する。１台運転時は制御範囲内フルで運転し、２台運転時は、上限値を少し下げて早めに３台になるようにし、３台運転で冷凍機１．５台〜３台分の流量範囲を制御する。増／減台時は、制御流量をリニアにするため、ＩＮＶ出力を上げ／下げする。また、増／減台時には、インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅからの冷水の設定温度をそれまでの設定値よりも下げ、冷水の往水の温度の上昇を抑える。

冷却水の温度が１３℃であり、運転順序を１ｃ、１ｄ、１ｅの順とする場合を例に具体的に説明すると、インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅの起動時では、空調熱負荷が小さいので、インバータ駆動ターボ冷凍機１台が３０％の出力で運転している。そののち熱負荷の増大に伴い、コントローラ９ａは、外気湿球温度を演算結果として求めて冷凍機の
インバータに信号を送る。

ここで、インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃのフル運転になる場合には、いったんインバータ駆動ターボ冷凍機１ｃの周波数を１００％（１８００ＲＴ）まで上昇させるとともに、２台目の冷凍機であるインバータ駆動ターボ冷凍機１ｄを５０％（９００ＲＴ）運転するようにする。そして直後に、インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃとインバータ駆動ターボ冷凍機１ｄが冷凍能力の５０％（９００ＲＴ）運転、合わせて１００％（１８００ＲＴ）出力となるように運転する。

予想負荷流量が１台分になろうとするときに１５０％運転をする理由は、インバータ駆動ターボ冷凍機は起動時に、所定の圧縮機回転数まで到達し、かつ冷水出口温度が安定するまでには、圧縮機が定速機であるターボ冷凍機に比べ、若干の時間を要する。そのため例えば１０分、を増減台対応運転時間とし、この時間においては予定される流量より多くの熱量（冷水量×冷水温度）を流し、結果として所定温度の冷水を熱負荷に供給しようとするためである。

上記の冷水ポンプの運転に対応した冷凍機の蒸発器の出口温度が図３の（ｄ）に示されている。前記の増減台対応運転の際には、出口温度の目標を８℃とし、それに合わせた冷水を熱負荷に供給するという考え方である。なお、このアイドリング運転は、経験値やシミュレーションで得た値を設定して、例えばタイマー運転で行う。

以降、時刻とともに外気湿球温度が上昇し、予想負荷流量が１．５台相当（１台の冷凍能力の１５０％）にさしかかろうとする際には、稼動する２台のインバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ、１ｄの出力を各７５％（各１３５０ＲＴ）にアップさせ、起動させる３台目のインバータ駆動ターボ冷凍機１ｅは、５０％（９００ＲＴ）で起動する。その後直ちに３台とも５０％運転（各９００ＲＴ、計２７００ＲＴ）にし、以降は外気湿球温度に比例的に運転し、ピーク時には三台とも１００％運転を行う。

ピーク後は、例えば熱負荷の減少に伴い、前記と逆の運転として減台運転をする。すなわち予想負荷流量が１台相当となったときに３台の冷凍機の出力を（３０％、各６００ＲＴ）まで落とす。そしてインバータ駆動ターボ冷凍機１ｅの停止後に稼動するインバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ、１ｄを各５０％（各９００ＲＴ）運転に上昇させる。予想負荷流量が０．８台相当になったら、インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ、１ｄのそれぞれの出力を３０％（各５４０ＲＴ）に落とし、インバータ駆動ターボ冷凍機１ｄの停止直後にインバータ駆動ターボ冷凍機１ｃを８５％（１５３０ＲＴ）の出力で運転する。以降は外気湿球温度に比例的に運転する。

なお、前述した説明では、二台目の増台時に、インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃの出力を１００％まで上げる制御を説明したが、二台目の増台時に、インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃの出力を８５％まで上げてから７０％に下げ、起動するインバータ駆動ターボ冷凍機１ｄの出力を３０％としても良い。

次に、運転するインバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅに対応する冷水ポンプの流量及びインバータ制御について説明する。冷水ポンプの流量及び出力は、例えば下記表１に示すパラメータによりフィードフォワード制御によってコントローラ９ａが決定する。

表１はコントローラ９ａが冷水ポンプの流量を決定するためのパラメータ表である。冷却水の温度ごとに冷水ポンプ（各冷凍機１ｃ〜１ｅに対応して冷水循環流路８ｂに設けられているポンプ）の流量の上限と下限、冷凍機の運転状態（図３における増台・減台及びその直後の戻し運転）ごとの周波数を定めている。このパラメータ表の見方は次のとおり
である。

まず、表１のうちの「冷凍機台数制御パラメータ」中の「１２Ｕ」は、冷凍機を１台から２台に増台させる際の流量と冷水ポンプのインバータ周波数、「１２ＵＤ」は１台から２台に増大した直後に運転される２台の冷凍機を合わせて１００％になるよう均等に運転しようとする際の戻し運転のインバータ周波数である。以下、図３に対応し、最初の数字が元の運転台数、次の数字が運転台数を変えた後の運転台数である。その次のアルファベットについては次のとおりである。ＵとＤはそれぞれ運転台数を増、減とする台数変動に向けて周波数を変える時の目標周波数である。ＵＤとＤＵは、それぞれ運転台数を増、減として台数変動をした直後に、台数変更後の冷凍機の出力の合計が１００％となるように行われる戻し運転を示す。

冷水ポンプの流量は、冷却水の温度に応じて決まる前記制御範囲の上限値（増台時）又は下限値（減台時）と増台割合又は減台割合との積で求めることができる。冷水ポンプの出力は、前述した式（１）〜（４）から求めることができる。このときに用いられるパラメータは、検出された冷却水の温度におけるインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率範囲の最大値（％）としての、前記した能力線図の制御範囲の上限値（Ｈｉ（ＣＯＰ））、検出された冷却水の温度におけるインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率範囲の最小値（％）としての前記制御範囲の下限値（Ｌｏ（ＣＯＰ））、インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅの増台時に設定されている冷水ポンプの最大運転率として定める値（一台から二台への増台時における最大運転率Ｍａｘ（１）＝１００％、二台から三台への増台時における最大運転率Ｍａｘ（２）＝７５％）、インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅの減台時に設定されている冷水ポンプの最小運転率として定める値（三台から二台への減台時における最小運転率Ｍｉｎ（３）＝１００％、二台から一台への減台時における最小運転率Ｍｉｎ
（２）＝１００％）、冷水ポンプのインバータの出力最低値としての最低周波数（ＬＬｏ、本実施の形態では４０）である。なお、Ｍａｘ（２）は７５としているが、これは最低周波数の一般的な数値である４０％を超えて１００％未満の値の中から経験値として採用している。

本実施の形態において、最大運転率は、前記能力線図（図２）の所定の冷却水温度における制御範囲の負荷熱量の限界値のうち、下限の負荷熱量を０％とし、上限の負荷熱量を１００％としたときの、前記制御範囲中の任意の負荷熱量（％）として表されている。最小運転率は、前記限界値のうち、上限の負荷熱量を０％とし、下限の負荷熱量を１００％としたときの、前記制御範囲中の任意の負荷熱量（％）として表されている。これらの運転率は、本実施の形態の熱源システムの試運転の結果に基づいて設定されている。

前記上限の負荷熱量では、前記制御範囲において、冷水の流量は最大となるが前記成績係数は最小となってしまう。インバータ駆動ターボ冷凍機の増台時では、増台前に運転しているインバータ駆動ターボ冷凍機に対応する冷水ポンプにおいて冷水の流量を最大にした後に増台することも可能であるが、比較的高い成績係数が得られる適当な値の冷水の流量を最大運転率として設定することにより、成績係数が比較的高い状態で増台が行われるので、比較的高い運転効率を維持した状態でインバータ駆動ターボ冷凍機の増台が行われる。

一方で前記下限の負荷熱量では、前記制御範囲において冷水の流量は最小であり、かつ成績係数も比較的低い。熱源システム全体では、冷水の流量が小さいと冷水の搬送能力が小さくなることから、冷水の流量を最小とすることによって熱源システム全体の省エネルギー化が図られる。このように減台時においては、最小の流量を最小運転率として設定することにより、熱源システム全体の省エネルギー化が図られる。

なお、減台時では、増台時と同様に、インバータ駆動ターボ冷凍機の成績係数が比較的高い値となるように最小運転率を設定（例えば最小運転率を９０％に設定等）しても良い。このように最小運転率を設定すると、最大運転率で説明したように、成績係数が比較的高い状態で減台が行われので、比較的高い運転効率を維持した状態でインバータ駆動ターボ冷凍機の減台が行われる。

冷水ポンプの流量及び出力の求め方を、冷却水の温度が１３℃の場合を例にとって説明する。まず、能力線図における制御範囲の上限（図２の８０％を示す２つの線の右側において１３℃の曲線の交わる位置について、横軸の「負荷熱量」を求める。すなわち８５％）を求める。一台運転時では、最大運転率１００％で運転するため（１台運転であるため）、冷水ポンプの流量には「８５」をそのまま採用する。この値に、１００を分母とし１００からインバータの最低周波数を除した差を分子とする値（インバータ周波数の制御値）を乗ずる。この積に前記最低周波数を加えて算出する。すなわち８５×０．６＋４０＝９１（％）が冷水ポンプのインバータに指示すべき周波数である。

次に１２ＵＤの場合、すなわち増台後の戻し運転のときは、その直前に算出した能力値（８５％、増台する時の、定格に対する流量値）を１／２する（１／２は１台が２台になったため（増台割合）である）。すると４３（％）となり、これに、前記と同様にインバータ周波数の制御値を乗じ、さらに前記最低周波数を加えて算出する。結果として６６（％）がインバータへの指示値として算出される。

一方３台から２台に減台する際は、制御範囲の下限（図２の８０％を示す２つの線の左側において１３℃の曲線の交わる位置について、横軸の「負荷熱量」を求める。すなわち３０％）を求め、最大運転率が１００％であるから、冷水ポンプの流量には「３０」を採
用する。これにインバータ周波数の制御値を乗じ、さらに前記最低周波数を加えて算出するのは前記したところと同様である。また３台から２台とした直後の戻し運転についても、直前の能力値に減台前の台数と減台後の台数の比（減台割合）を乗じその値を基に前記と同様に算出する。冷却水の温度が１３℃の場合のこれらの計算を以下の表２に示す。

すなわち増台の際は、能力範囲の負荷熱量の上限に最大運転率を乗じたもの、直後の戻し運転の際は直前の能力値及び減台前の台数と減台後の台数の比、という２つが、インバータ周波数決定のための、前記した増台する時の定格に対する流量値のパラメータとなる。

冷水ポンプは、インバータにより定格流量の３０〜１００％においてリニア制御を行う。冷水の流量を増量／減量する場合には、インバータ駆動ターボ冷凍機の保護のために、出力制限をかける。この出力制限は、本実施の形態では６秒につき１％とする。これにインバータ制御範囲（ポンプの特性によって決定する。この実施の形態では６０％／１００％）を乗じると１％／１０秒となる。

なお、本実施の形態では、予測負荷流量と冷凍機（蒸発器。以下同じ）の出口流量とを比較してその大小により冷水ポンプを制御する。より詳しくは、定常時すなわち増減台時以外には、負荷流量と運転されているすべての冷凍機の合計流量（出口で計測した流量）とを比較し、一致しないときに冷水合計流量が負荷流量と一致するように制御する。この制御は、前述した理由から１０秒に１％つまり１秒で０．１％ずつインバータモータを駆動するようにする。こうすることにより、負荷側のポンプと冷水ポンプとでポンプの仕様が異なるときでも、流量が異なった場合に自動調整できることになる。

なお、冷水循環流路における冷水の往還温度差が定格値差（８℃）ではない場合は、制御装置９は、冷凍機の流量の定格値を補正する。この場合は、増台する流量、及び減台する流量を、以下の式から求める。

［数］
増台流量＝定格流量×ｎ×増台割合
減台流量＝定格流量×（ｎ−１）×減台割合
（ｎは運転台数を表す。）

ところで、冷水の往還の温度差が変化した場合、インバータ駆動ターボ冷凍機が製造する熱量は同じであるため、冷凍機の冷水運用流量が変化する。冷水の温度は、熱交換器１４への冷水及び冷却水の流量によって調整することが可能であるが、冷水の温度差や流量が、熱交換器１４による調整能力を上回る場合もあり得る。そこで、本実施の形態では、この温度差を学習し、冷凍機の冷水流量の補正値として利用する。その計算式と往還温度差の学習式は次のとおりである。まず、前記補正機能を以下に示す。

〔演算式〕
冷水運用流量（Ｆ１）＝冷水定格流量（Ｆ０）×流量補正係数（Ｋ１）
流量補正係数（Ｋ１）＝温度差設計値（△ｔ０）／往還温度差学習値（△ｔ）
（△ｔ０＝８℃、但し、０．８０≦Ｋ１≦１．３３）

そして、前記の往還温度差学習値△ｔは、次のようにして求める。

〔往還温度差学習式〕…使用／未使用ＳＷを持つ
△ｔＰ＝ＴＲ−ＴＳ
（△ｔＰ：今回温度差、ＴＲ：還水温度、ＴＳ：送水温度 ）
△ｔ＝△ｔＰ×α＋△ｔ１×（１−α）
（△ｔ：学習値、△ｔ１：前回学習値、α：学習係数。但し、(1)使用／未使用ＳＷが未使用の場合、△ｔ＝△ｔ０（学習値＝設計値８℃）とする。(2)使用ＳＷがＯＮになった時から、１０分周期で△ｔを学習する。(3)補正係数への反映は、１時間周期とする。(4)演算立ち上がり時の△ｔ１の初期値は△ｔ０とする。(5)学習値は、６．０≦△ｔ≦１０．０とし、学習係数αの初期値は０．５とする。）

前述の演算式によって補正値Ｋ１を得たら、表１の維持流量（Ｈｉ設定値）を補正してポンプのインバータを制御するが、その補正方法は具体的には次のとおりである。

［数］
運用能力維持流量シキイ値（％）＝Ｈｉ設定値（％）×流量補正係数（Ｋ１）

さらに、台数制御の増／減台への反映として、現在の台数制御の増減台流量シキイ値に使用している定格流量値（Ｆ０）を運用流量値（Ｆ１）に変更する。

［数］
増台流量シキイ値（１２Ｕ・２３Ｕ）：＊＊Ｕ＝Ｆ１×ｎ×増台割合
減台流量シキイ値（３２Ｄ・２１Ｄ）：＊＊Ｄ＝Ｆ１×（ｎ−１）×減台割合
（但し、ｎ＝現在の演算（運転）台数）

このようにして定格流量Ｆ１が決まったら、流量維持設定値を再計算する。すなわち図３の１００％流量に相当する流量としてＦ１を当てはめて掛け算し、当該流量を満たす冷水ポンプのインバータ周波数を決定する。

インバータ駆動ターボ冷凍機を循環する冷媒は、凝縮器において、冷却塔から供給される冷却水によって冷却されるが、例えば低負荷時に凝縮器を出た冷却水を全量冷却塔に戻すのでは冷却過多となり、冷却水の搬送動力が無駄である。そこで、本実施の形態では、冷却水の一部を冷却塔に送らず凝縮器に戻る冷却水往路に合流させるバイパス制御を行う。本実施の形態では、前述した外気温度計１０と外気湿度計１１とからの検出結果に基づきコントローラ９ａが外気湿球温度を演算し、これを冷却塔の出口温度設定と冷却塔バイパス制御のためのバイパス弁の開度調整に用いる。なお、検出結果の校正が伴うが、外気温度計１０と外気湿度計１１に替えて露点センサを使うことも可能である。

コントローラ９ａは、外気温度計１０と外気湿度計１１との検出結果から外気湿球温度を演算する。この演算結果を加工して自動弁ｖ１、ｖ２の制御に用い、結果としてインバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅの凝縮器に供給する冷却水の最低温度を保証するのであるが、その詳細は次のとおりである。

まず、演算値にバイアス値（例えば２℃）を加算する。演算値は理想値であり、これをそのまま採用すると、例えば冷却塔においてファンが常時フル運転する結果となるためである。なお、このバイアス値はプラスの値であれば良い。

こうして算出された出口温度設定値（冷却塔の出口温度の設定値）にさらに補正値を加算する。この補正値は、自動弁ｖ１、ｖ２が早く開きすぎて、凝縮器を冷やすのに不十分な温度の冷却水が凝縮器に戻るのを防止するためのものである。初期値は０℃であり、以後、試運転時の結果等から適当な値をコントローラ９ａに適宜入力し、調整する。

この計算結果であるバイパス弁設定値は、値が大きいほど自動弁ｖ１、ｖ２の開度を大きくする。しかし、インバータ駆動ターボ冷凍機（蒸発器）の出口温度とインバータ駆動ターボ冷凍機（凝縮器）の入り口温度の差が、任意に設定される保護温度以下になると、凍結等の危険性がある。そこで、前記の出口温度設定値は、冷凍機（蒸発器）の出口温度に冷凍機保護温度（この場合は６℃、冷凍機の仕様により異なる）を加えた値を超えた値とする。

自動弁ｖ１は、ヘッダ管６ａと、インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅからの戻りの冷却水が通る冷却水還路７ａとを接続するバイパス流路１６ａに設けられる。つまり演算結果の値が大きく、弁開度が大きいとき、冷却水の還水はヘッダ管６ａに流れようとするが、ヘッダ管６ａの流量が少ないとき、換言すればインバータ駆動のターボ冷凍機の凝縮器が流量の増加を要求していないときには、それら凝縮器で昇温した冷却水の還水とヘッダ管６ａを流れる冷却水の往水とが合流する。合流した冷却水の還水は再び凝縮器での冷媒の冷却に用いられ、十分に温められた冷却水が冷却塔に戻され、冷却塔における冷却過多が防止される。

もう１つのバイパス弁である自動弁ｖ２は、ヘッダ管６ａと、ターボ冷凍機２ａ、２ｂの凝縮器から戻る管路である冷却水還路７ｂとを接続するバイパス流路１６ｂに設けられる。動作については前記と同様である。

このバイバス弁制御には、前述した冷却水フリークール運転を年間で効率よく運転するために、変動する湿球温度に対し、適切に冷却塔の出口温度設定ができるという効果がある。

さらに本実施の形態では、冷却水ポンプ（ヘッダ管６ｂ及び６ｃの間に設けられている七つのインバータ付きポンプ）の流量を、以下に示すように制御して、さらなる省エネルギー化を図る。

冷却水ポンプは、冷却水の水量に応じて冷却水ポンプの台数を演算し、シーケンシャル方式により発停する。このような台数制御の設定値としては、インバータ駆動ターボ冷凍機１ａ〜１ｅの運転台数の組み合わせによる必要定格冷却水量値と、冷却水ポンプのインバータ出力が５０％以下となる冷却水ポンプの運転台数になる値とを採用する。減台時における必要定格冷却水流量値は、増台時のそれの９０％の値とする。

コントローラ９ａは、インバータ駆動ターボ冷凍機を起動したとき、必要定格冷却水量
値から、及び冷却水ポンプのインバータ出力が５０％以下となり省エネ運転となるように、冷却水ポンプの起動必要台数を演算する。このような設定値は、運転されるインバータ駆動ターボ冷凍機１ａ〜１ｅの組み合わせと冷却水ポンプの運転台数との関係として、予め冷凍機のテーブルとしてコントローラ９ａの記憶部に記憶させておく。また、試運転のあと適宜補正する。さらに、記憶部には、冷却水ポンプの運転順位とベースモードとを記録しておくことにより、これらの冷却水ポンプの運転時間の平均化が図られる。

さらに本実施の形態では、冷却塔のファンの回転数を、以下に示すように制御して、さらなる省エネルギー化を図る。

まず、前記した要領で冷却水ポンプを制御した場合に、冷却水の流量により、運転する冷却塔の群台数を演算し、冷却水出口温度による補正に従い、シーケンシャル方式により冷却塔群の切り換え弁（前記したオンオフ弁である散水弁と排水弁）を切り換える群制御を行う。このとき運転時間の平均化を図るため、ベースモードのローテーションを行うこともできる。これも予めテーブルをコントローラ９ａの記憶部に記憶させておく。このテーブルは運転パターン（冷却塔群１基から２基に増台〜５基から６基に増台）と流量設定値である。なお、減台時には、このテーブル始点の台数に示される値の９０％に相当する値を参照値とする。各群の冷却塔ファンの制御はセル毎に行う。

具体的には、制御盤に設置した温度調節計で、冷却水（往）温度により、前記した冷却水バイパス弁（自動弁ｖ１、ｖ２）の制御を行うとともに、内部調節計で、冷却塔の冷却水出口温度により、冷却塔のファンの台数制御を行う。すなわち温度調節計からの弁制御補助出力をシーケンサに入力し、冷却水のパイパス弁（自動弁ｖ１、ｖ２）を全閉にする前にファン１台を運転する。また、内部調節計から制御出力をシーケンサに入力し、シーケンサより冷却塔ファンの台数制御を行う。

なお、冷却塔のファンは、２段の増減台制御を各セルで行う。予め各セルの運転順序をテーブルとしてコントローラーに記憶させておく。さらにベースモードのローテーションを週１回行うことで運転時間の平均化を図る。

なお、前記予想負荷流量パターンは、朝、昼、夜の時間で変動するパターンであり、これに基づいてインバータ駆動ターボ冷凍機の能力制御を説明したが、例えば２４時間稼動の工場等では製品生産の繁閑等によって負荷パターンが異なる。このように外気湿球温度との関連が小さいような負荷パターンが予測される設備に対しては、適切な負荷パターンを予測することにより本発明を適用することができる。

このような負荷パターンの予測の実施の形態の一例を以下に示す。コントローラ９ａは、当日の２３：５０に翌日の負荷予測を行い、予測負荷の最大値（ＭＡＸ）、最小値（ＭＩＮ）、平均値（ＡＶＥ）を算出して、能力制御パラメータ（ＭＡＸ１、…、ＭＩＮ３、…）を補正する、最適フィードフォワード制御を行う。翌日の負荷予測値Ｑ’（ｎ）は、下記式から求められる。

［翌日の負荷予測式］
Ｑ’（ｎ）＝｛ａ×Ｑ１（ｎ）＋ｂ×Ｑ２（ｎ）＋ｃ×Ｑ３（ｎ）｝×ｋ’
（式中、ｎは、時刻設定＝００：００時、００：００〜２３：５０の１０分周期の周期数（１〜１４４）であり、Ｑ１（ｎ）は、当日の負荷実績値（翌日＝月曜の時、金曜日の負荷実績値）であり、Ｑ２（ｎ）は、前週の同曜日（翌日）の負荷実績値 （設定により、前日の実績値）であり、Ｑ３（ｎ）は、前々週の同曜日（翌日）の負荷実績値 （設定により、前々日の実績値）であり、ａ、ｂ、ｃ：重み係数（初期値：ａ＝０．４、ｂ＝０．３、ｃ＝０．３）であり、ｋ’は、曜日毎の補正係数（初期値：日＝０．８月＝１．２火
＝１．２水＝１．０木＝１．０金＝１．０土＝０．９）を表す。）

より具体的には、コントローラ９ａは、まず１０分周期（ｎ＝１〜１４４）で、当日の負荷実績値を、前記記憶部に記録されている当日テーブルに書き込む。次にコントローラ９ａは、２３：５０分になると、当日実績値のＱＭＡＸ値、ＱＭＩＮ値、ＱＡＶＥ値を演算し、当日テーブルに書き込む。次に、コントローラ９ａは、曜日補正係数（Ｋ：予測値と実績値の誤差比率）を演算し、当日テーブルに書き込む。曜日補正係数は、下記式より求められる。

［数］
Ｋ＝｛１−（Σ（Ｑ’（ｎ）−Ｑ（ｎ））／ＱＭＡＸ）／１４４｝
（但し、０．８０≦Ｋ≦１．２０）

次にコントローラ９ａは、予測曜日補正係数（Ｋ’：過去の予実誤差比率傾向）を演算し、前記記憶部に記録されている翌日予測テーブルに書き込む。予測曜日補正係数は、下記式より求められる。

［数］
Ｋ’＝（Ｋ１＋Ｋ２）／２
（但し、０．８０≦Ｋ’≦１．２０であり、Ｋ１は前週補正係数であり、Ｋ２は前々週補正係数である。）

次にコントローラ９ａは、翌日の負荷予測値を演算（全周期）し、翌日予測テーブルに書き込む。そして、コントローラ９ａは、翌日予測値のＱＭＡＸ値・ＱＭＩＮ値・ＱＡＶＥ値を演算し、翌日予測テーブルに書き込み、当日（該当曜日）テーブルをシフトする。このとき前週テーブルは前々週テーブルへシフトし、当日テーブルは前週テーブルへシフトする。

次にコントローラ９ａは、能力制御パラメータへ反映（フィードフォワード制御）する。これにより、例えば、増台時において早めに各運転台数に増台するが、減台パラメータは変更しない等の、台数制御が行われる。なお、このような負荷の予測を行う場合では、補正パラメータの使用／未使用ＳＷを有するものとする。

本実施の形態によれば、複数台のインバータ駆動ターボ冷凍機を、冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段である温度計ｔと、少なくともインバータ駆動ターボ冷凍機が賄うべき要求熱量に応じてインバータ駆動ターボ冷凍機の台数を制御する制御装置９とを有し、かつこの制御装置９が、温度計ｔにより検出される冷却水の温度（例えば１３℃等）によって決まるインバータ駆動ターボ冷凍機の成績係数と負荷率（負荷熱量）との関係において、成績係数がピーク値の８０％以上となる負荷率範囲を決定し、個々のインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率が負荷率範囲に収まるように冷凍機のインバータを制御する（２台目の起動時及び３台フル運転時の前後を除く）ことから、インバータ駆動ターボ冷凍機の台数制御を伴う熱源システムにおいて、高い効率でインバータ駆動ターボ冷凍機の運転を実現し、さらなる省エネルギー化を実現することができる。

また、本実施の形態によれば、１台又は２台のインバータ駆動ターボ冷凍機の運転、或いは２台又は３台のインバータ駆動ターボ冷凍機の運転、のいずれの場合でも予想負荷熱量が賄われる場合において、２台又は３台のインバータ駆動ターボ冷凍機の運転を選択すると、より高い成績係数でのインバータ駆動ターボ冷凍機の運転を実現することが可能となり、インバータ駆動ターボ冷凍機の高い効率での運転、及び熱源システムのさらなる省エネルギー化を実現する上で、より一層効果的である。

また、本実施の形態によれば、制御装置９が外気湿球温度に基づいて自動弁ｖ１、ｖ２の開度を制御すると、冷却水の冷却過多や余計な冷却水の搬送動力の消費を防止することができ、熱源システムのさらなる省エネルギー化を実現する上で、より一層効果的である。

また、本実施の形態によれば、制御装置９が、検出された冷却水の温度におけるインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷熱量の最大値や最小値、予め設定されている最大運転率や最小運転率、及び予め設定されている冷水ポンプのインバータ出力最低値を用いて、増／減台時や増／減台戻し運転時における冷水ポンプの出力を制御すると、インバータ駆動ターボ冷凍機の種々の運転形態に応じた、空調熱負荷や熱源システムにおける冷凍機の周辺機器の制御の最適化を実現し、インバータ駆動ターボ冷凍機の高い効率での運転による熱源システムのさらなる省エネルギー化を実現する上で、より一層効果的である。

また、本実施の形態によれば、制御装置９が、予想負荷熱量を予測し、これに基づいて前記記憶部に記録されている各種パラメータを適宜補正すると、季節の変化や、熱負荷の運転の傾向を反映し、インバータ駆動ターボ冷凍機の高い効率での運転、及び熱源システムのさらなる省エネルギー化を実現する上で、より一層効果的である。

また、本実施の形態によれば、制御装置９には、インバータ駆動ターボ冷凍機やその周辺機器を制御するための各種パラメータが前記記憶部に記録されていることから、フィードフォワード制御による熱源システムの制御が可能であり、かつフィードフォワード制御において制御速度を高める上でより一層効果的である。

また、本実施の形態によれば、冷水循環流路における往水の温度と還水の温度との温度差が所望の範囲（例えば８℃）を超える場合に、制御装置９がこの温度差を学習して冷水の流量を制御するためのパラメータを補正すると、インバータ駆動ターボ冷凍機の種々の運転形態に応じた、空調熱負荷や熱源システムにおける冷凍機の周辺機器の制御の最適化を実現し、インバータ駆動ターボ冷凍機の高い効率での運転による熱源システムのさらなる省エネルギー化を実現する上で、より一層効果的である。

本発明の熱源システムの一実施の形態の全体構成を示す図である。 図１に示すインバータ駆動ターボ冷凍機１ａ〜１ｅの、所定の冷却水温度における負荷熱量とＣＯＰ（成績係数）との関係を示す図である。 図１に示すインバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅの運転について、（ａ）インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅが賄うべき要求熱量を示す図、（ｂ）〜（ｄ）インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅのそれぞれの運転フロー、及び（ｅ）インバータ駆動ターボ冷凍機１ｃ〜１ｅのそれぞれの出口温度（冷水の往水の温度の設定値）を示す図、である。 従来のインバータ駆動ターボ冷凍機の、所定の冷却水温度における負荷熱量とＣＯＰとの関係の一例を示す図である。

符号の説明

１ａ〜１ｅ インバータ駆動ターボ冷凍機
２ａ、２ｂ ターボ冷凍機
３ａ〜３ｃ、４ａ〜４ｃ 冷却塔
５ａ〜５ｃ 冷却水往路
６ 分配手段
６ａ〜６ｃ ヘッダ管
６ｄ 差圧計
７ａ、７ｂ 冷却水還路
８ａ、８ｂ 冷水循環流路
９ 制御装置
９ａ コントローラ
９ｂ、９ｃ 入出力装置
１０ 外気温度計
１１ 外気湿度計
１２ａ、１２ｂ フリークール用熱交換器
１３ フリークール用流路
１４ 熱交換器
１５ 温度調節用流路
１６ａ、１６ｂ バイパス流路
ｆ 流量計
ｐ ポンプ
ｔ 温度計
ｖ、ｖ１、ｖ２、ｖａ、ｖｂ 自動弁

Claims (10)

1. 凝縮器、蒸発器、圧縮機、及び前記圧縮機の回転数を可変とし出力を変化させるインバータを少なくとも有する複数のインバータ駆動ターボ冷凍機と、
   それぞれの前記インバータ駆動ターボ冷凍機の前記凝縮器に冷却水を供給する冷却水供給手段と、
   前記インバータ駆動ターボ冷凍機が賄うべき要求熱量に応じて、少なくとも運転するインバータ駆動ターボ冷凍機の台数を制御する制御装置と、
   前記凝縮器に供給される冷却水の温度を検出し前記制御装置に送信する冷却水温度検出手段と、を有する熱源システムであって、
   前記インバータ駆動ターボ冷凍機が定格運転時に生成する熱量に対する、前記圧縮機の出力を変えたときに前記インバータ駆動ターボ冷凍機が生成する熱量の比率を負荷率としたときに、
   前記制御装置は、前記冷却水温度検出手段により検出される冷却水の温度によって決まる前記インバータ駆動ターボ冷凍機の成績係数と前記負荷率との関係において、前記成績係数が所定値以上となる負荷率範囲を決定し、個々のインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率が前記負荷率範囲に収まるように前記インバータを制御するモードを有することを特徴とする熱源システム。
2. 前記制御装置は、運転する前記インバータ駆動ターボ冷凍機の台数の増減に伴い前記インバータ駆動ターボ冷凍機が生成する熱量を直線的に変化させる場合、又は、前記負荷率範囲の上限値が１００％未満であり、かつ全てのインバータ駆動ターボ冷凍機が前記上限値から１００％までの負荷率で運転する必要がある場合に、負荷率範囲外でのインバータ制御を許容する範囲制限解除モードを有することを特徴とする請求項１記載の熱源システム。
3. 前記制御装置は、前記要求熱量が、前記負荷率範囲に設定されるｎ台及びｎ＋１台のいずれのインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率によっても賄われる場合では、前記インバータ駆動ターボ冷凍機の台数をｎ＋１台に制御することを特徴とする請求項１記載の熱源システム。
4. 外気温度計と外気湿度計とをさらに有し、
   前記冷却水供給手段は、冷却塔と、前記冷却塔と前記凝縮器との間で冷却水を循環させるための冷却水循環流路と、前記冷却水循環流路に設けられる冷却水ポンプと、前記冷却水循環流路における前記凝縮器への往路と前記凝縮器からの還路とを接続するバイパス流路と、前記バイパス流路における冷却水の流量を制御するバイパス弁とから構成され、
   前記制御装置は、前記外気温度計と前記外気湿度計との検出値から求められる外気湿球温度に基づいて冷却水の設定温度を求め、この設定温度に基づいて前記バイパス弁の開度を制御することを特徴とする請求項１記載の熱源システム。
5. 前記蒸発器と熱負荷との間で冷水を循環させるための冷水循環流路と、前記冷水循環流路に設けられ、かつインバータを有する冷水ポンプとをさらに有し、
   前記制御装置は、前記インバータ駆動ターボ冷凍機の増台時には、下記式（１）から求められる冷水ポンプのインバータの出力に基づき前記冷水ポンプの出力を制御し、前記インバータ駆動ターボ冷凍機の減台時には、下記式（２）から求められる冷水ポンプのインバータの出力に基づき冷水ポンプの出力を制御する請求項１記載の熱源システム。
   

   

   

   （式中、Hi(COP)は検出された冷却水の温度におけるインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率範囲の最大値（％）を表し、Max(n)はｎ台からｎ＋１台への増台時に設定されている冷水ポンプの最大運転率（％）を表し、LLoは冷水ポンプのインバータの出力最低値（％）を表し、Lo(COP)は検出された冷却水の温度におけるインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率範囲の最小値（％）を表し、Min(n)はｎ台からｎ−１台への減台時に設定されている冷水ポンプの最小運転率（％）を表し、ｎは１以上の整数を表す。）
6. 前記制御装置は、増台後に運転しているインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率の合計が要求熱量を満たすようにする増台戻し運転時には、下記式（３）から求められる冷水ポンプのインバータの出力に基づき前記冷水ポンプの出力を制御し、減台後に運転しているインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率の合計が要求熱量を満たすようにする減台戻し運転時には、下記式（４）から求められる冷水ポンプのインバータの出力に基づき冷水ポンプの出力を制御することを特徴とする請求項５に記載の熱源システム。
   

   

   

   （式中、Hi(COP)は検出された冷却水の温度におけるインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率範囲の最大値（％）を表し、Max(n)はｎ台からｎ＋１台への増台時に設定されている冷水ポンプの最大運転率（％）を表し、LLoは冷水ポンプのインバータの出力最低値（％）を表し、Lo(COP)は検出された冷却水の温度におけるインバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率範囲の最小値（％）を表し、Min(n)はｎ台からｎ−１台への減台時に設定されている冷水ポンプの最小運転率（％）を表し、ｎは１以上の整数を表す。）
7. 前記制御装置は、前記要求熱量の予測を行い、予測した要求熱量に応じて前記冷水ポンプの最大運転率及び前記冷水ポンプの最小運転率を補正することを特徴とする請求項５又は６に記載の熱源システム。
8. 前記制御装置には、冷却水の温度に対応する、前記負荷率範囲と、前記増台時における
   前記インバータ駆動ターボ冷凍機一台当たりの冷水の流量及び冷水ポンプのインバータの出力と、前記増台戻し運転時における冷水ポンプのインバータの出力と、前記減台時における前記インバータ駆動ターボ冷凍機一台当たりの冷水の流量及び冷水ポンプのインバータの出力と、前記減台戻し運転時における冷水ポンプのインバータの出力とが記録されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の熱源システム。
9. 前記制御装置は、前記冷水循環流路における往水の温度と還水の温度との温度差が所望の範囲に収まらない場合に、その温度差を学習して前記冷水の流量を補正することを特徴とする請求項８に記載の熱源システム。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の熱源システムに用いられる制御装置であって、
    前記冷却水の温度に対応する、前記負荷率範囲と、前記増台時における前記インバータ駆動ターボ冷凍機一台当たりの冷水の流量及び冷水ポンプのインバータの出力と、前記増台戻し運転時における冷水ポンプのインバータの出力と、前記減台時における前記インバータ駆動ターボ冷凍機一台当たりの冷水の流量及び冷水ポンプのインバータの出力と、前記減台戻し運転時における冷水ポンプのインバータの出力とが記録され、これらに基づいて、運転する前記インバータ駆動ターボ冷凍機の台数、前記インバータ駆動ターボ冷凍機の負荷率、前記バイパス弁の開度、及び前記冷水ポンプの出力の少なくとも何れかを制御することを特徴とする制御装置。

Images