JP2008241210A - 熱源機制御装置及び熱源機の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱源システム全体の熱負荷と熱源機ごとの冷温熱製造能力とに基づいて、適切な熱源機を選択して効率的に運転させる熱源機制御装置及び熱源機の制御方法を実現する。
【解決手段】冷凍機に通水する冷却水温度を冷凍機ごとに測定する。冷却水温度（Ｘ）と、定格冷凍能力に対する冷凍能力の比（Ｙ）との関係式から、測定した冷却水温度に対応する冷凍能力を冷凍機ごとに取得する。取得された冷凍能力の総和が冷却負荷と概ね同等となる冷凍機の組み合わせを選択して運転させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、熱負荷に応じて運転させる熱源機を選択して運転させる熱源機制御装置及び熱源機の制御方法に関する。

規模の大きな工場や事務所などの施設では、空気調和や製品の生産などに供する熱源機を複数台設置していることが多い。熱源機とは、冷熱又は温熱を製造する装置であり、ボイラー、冷凍機、ヒートポンプなどがある。この熱源機の製造した冷熱又は温熱は、熱媒体（例えば水）を介して空調機や生産装置に供給され、冷房や暖房や生産のための熱源として利用される。そして、これらの施設では、制御装置が、施設の熱負荷に応じて、複数の熱源機のうち、いくつかを選択して運転させている。例えば、各熱源機の定格での、冷温熱を製造する能力である冷温熱製造能力と熱負荷とを比較した結果に基づいて、熱源機を選択して運転させている。

ここで、例えば熱源機が水冷式である場合、その冷温熱製造能力は熱源機を冷却する冷却水の水温の変化により定格値と異なる値となる。このため、定格値と異なる値となっているにもかかわらず、定格の冷温熱製造能力と熱負荷とを比較して熱源機を選択すると、熱負荷に対して冷温熱製造能力が不足したり、熱負荷に対して過大な運転台数を選択することがあった。そこで、特許文献１の図３に開示された制御装置は、空調用熱源機に供給する冷却水の温度の変化に応じて各熱源機の冷温熱製造能力を修正することで、必要最小限の熱源機を選択して運転させることを可能にしている。
特開２００６−１７７５６８号公報

しかし、従来の制御装置は、同一種類、且つ同一容量の複数の熱源機からなる熱源システムを想定している。このため、熱負荷の増大又は減少に伴って、運転台数を単純に１台ずつ増減するきわめて単純な制御しか行っていない。従って、微妙な負荷の変動に対して、熱源機を効率的に制御することができず、運転効率が低い。また、実際の熱源機は、互いにその特性が異なるのが通常である。例えば、経年劣化等により、定格値が同一でも、個々の熱源機の実際の能力は異なってしまう。しかし、従来の制御装置は、このような点を考慮しておらず、適切に対応することができない。従って、熱負荷に対して冷温熱製造能力が不足したり、或いは過大な数量の熱源機を運転させることによりエネルギーの浪費を招くことがあり、運転効率が低い。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、熱源システム全体の熱負荷と熱源機ごとの冷温熱製造能力とに基づいて、適切な熱源機を選択して運転させる熱源機制御装置及び熱源機制御方法を実現することを目的とする。
また、本発明は、熱負荷に対して適切な冷温熱製造能力を提供できると共に熱源機を効率的に運転させる熱源機制御装置及び熱源機制御方法を実現することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる熱源機制御装置は、
複数の熱源機に流通する熱媒体の熱媒体温度を測定する測定手段と、
各前記複数の熱源機の熱媒体温度と冷温熱製造能力との関係をそれぞれ記憶する記憶手段と、
測定した前記熱媒体温度と、前記記憶手段に記憶されている各前記複数の熱源機の熱媒体温度と冷温熱製造能力との関係と、から、前記熱源機の冷温熱製造能力を熱源機ごとに求める冷温熱製造能力取得手段と、
前記複数の熱源機全体に対する熱負荷を求める熱負荷取得手段と、
前記冷温熱製造能力取得手段により求められた各熱源機の冷温熱製造能力と前記熱負荷取得手段により求められた前記熱負荷とに基づいて前記熱源機を選択して運転させる熱源機制御手段と、
を備えることを特徴とする。

前記熱源機制御手段は、前記冷温熱製造能力取得手段により求められた各熱源機の冷温熱製造能力と前記熱負荷取得手段により求められた前記熱負荷とに基づいて、前記熱源機の組み合わせとその組み合わせにおける冷温熱製造能力を求め、各組み合わせの冷温熱製造能力と前記熱源機全体に対する熱負荷とに基づいて、前記熱源機の組み合わせを選択して運転させることもできる。

前記熱源機選択手段は、前記冷温熱製造能力取得手段により求められた各熱源機の冷温熱製造能力の和が前記熱負荷取得手段により求められた前記熱負荷と概ね同等となるように熱源機を選択して運転させてもよい。

前記熱源機制御手段は、前記冷温熱製造能力取得手段により求められた各熱源機の冷温熱製造能力と前記熱負荷取得手段により求められた前記熱負荷と前記各熱源機の運転負荷とから、前記熱発生取得手段により求められた各熱源機の冷温熱製造能力の和が前記熱負荷取得手段により求められた前記熱負荷と概ね同等となり、且つ前記熱源システム全体の運転負荷が最小値をとるように、熱源機を選択して運転させてもよい。

本発明の第２の観点にかかる熱源機の制御方法は、
複数の熱源機に流通する熱媒体の熱媒体温度を測定する測定ステップと、
測定した前記熱媒体温度と、前記複数の熱源機それぞれの冷温熱製造能力特性とから、前記熱源機の冷温熱製造能力を熱源機ごとに求める冷温熱製造能力取得ステップと、
前記複数の熱源機全体に対する熱負荷を求める熱負荷取得ステップと、
前記冷温熱製造能力取得ステップで求められた冷温熱製造能力と前記熱負荷取得ステップで求められた前記熱負荷とに基づいて熱源機を選択して運転させる熱源機制御ステップと、
を備えることを特徴とする。

本発明の第３の観点にかかるコンピュータプログラムは、
コンピュータに、
複数の熱源機に流通する熱媒体の温度と、各熱源機に固有の冷温熱製造能力特性とから、前記熱源機の冷温熱製造能力を熱源機ごとに求める冷温熱製造能力取得ステップと、
前記冷温熱製造能力取得ステップで求められた各熱源機の冷温熱製造能力と、要求されている熱負荷とに基づいて熱源機を選択して運転させる熱源機制御ステップと、
を実行させる、
ことを特徴とする。

本発明によれば、熱源システム全体の熱負荷と熱源機ごとの冷温熱製造能力とに基づいて、適切な熱源機を選択して効率的に運転させる熱源機制御装置及び熱源機の制御方法を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る熱源システムとして、冷却システムを挙げ、その構成について説明する。本実施形態では、例えば、熱源機として水冷式の冷凍機を使用する。

本実施形態に係る冷却システム１は、図１に示すように、冷凍機制御装置４０と、この冷却システム１の冷却対象である冷却負荷５０と、出口側冷水ヘッダ６０と、入口側冷水ヘッダ７０と、管路８１、８３、８５、８７、８９と、冷水流量計Ｆ１と、冷水ポンプＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３と、冷却水ポンプＰ１４、Ｐ１５、Ｐ１６と、冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３と、冷却水温度計Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３と、冷却負荷入口冷水温度計Ｔ４と、冷却負荷出口冷水温度計Ｔ５と、冷却塔ＣＴから構成されている。

図２は、冷却システム１での冷水及び冷却水の流れを説明するための図である。本実施形態で冷水とは、冷却負荷５０から送出されて冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に通水される熱媒体である水であって、これらの冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が冷却対象とする水のことを意味する。冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が冷却した冷水は、冷水ポンプＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３により冷却負荷５０に供給される。

そして、冷却水とは、冷水とは別に設けられた配管系統を通じて冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に通水され、冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を冷却する水のことを意味する。冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、通水される冷水から吸収した熱量や冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３自体の発生する熱量を放熱する必要がある。そこで、本実施形態では、冷却塔ＣＴから送出される冷却水で冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を冷却することにより放熱を促進する。この冷却水の水温の変化により放熱効率が増減し、その結果冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の冷凍能力が変動する。

図１に示すように、冷凍機制御装置４０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１０とＲＡＭ(Random Access Memory)２０とＲＯＭ(Read Only Memory)３０とを備える。そして、冷凍機制御装置４０は冷水流量計Ｆ１と冷却水温度計Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３と冷却負荷入口冷水温度計Ｔ４と冷却負荷出口冷水温度計Ｔ５とから測定値を受信し、冷却負荷に応じて冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を選択して運転又は停止させる。

ＣＰＵ１０は、ＲＯＭ３０に格納されたプログラムを読み出して実行する。ＲＡＭ２０は、ＣＰＵ１０のワークエリアとして機能する。ＲＯＭ３０は図３〜図６を参照して後述する冷凍機制御処理を含む、冷却システム１全体の制御を行うプログラム及び各種設定値を格納する。

ＲＯＭ３０に格納される設定値は、定格冷凍能力Ｑｆｃ１、Ｑｆｃ２、Ｑｆｃ３（ｋＷ）とディファレンシャルＤ（ｋＷ）と冷凍能力関係式ＦＲ１、ＦＲ２と、ρｗ（ｋｇ／ｍ^３）、ｃｐｗ（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）とを示す情報である。定格冷凍能力Ｑｆｃ１、Ｑｆｃ２、Ｑｆｃ３（ｋＷ）は、冷凍機を冷却する冷却水の温度が所定の値、例えば３２℃の場合における、冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の定格の冷凍能力（ｋＷ）である。ディファレンシャルＤ（ｋＷ）は、冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の運転対象を選択する処理において、冷却負荷５０が冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の冷凍能力付近で増減する際に冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が運転、停止を煩雑に繰り返すことを防ぐために冷却負荷５０に加える補正値である。このディファレンシャルＤ（ｋＷ）は冷却負荷５０の減少時に冷却負荷５０に加算する。冷凍能力関係式ＦＲ１は冷凍機Ｒ１の定格冷凍能力に対する冷凍能力比と、冷凍機Ｒ１を冷却する冷却水の温度と、の関係式である。冷凍能力関係式ＦＲ２は冷凍機Ｒ２、Ｒ３の定格冷凍能力に対する冷凍能力比と、これらの冷凍機Ｒ２、Ｒ３を冷却する冷却水の温度と、の関係式である。なお、冷凍機Ｒ２とＲ３は同一の性能及び特性を有する装置である。また、ρｗ（ｋｇ／ｍ^３）は、冷水の密度、ｃｐｗ（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）は冷水の比熱である。

冷却負荷５０は、冷却システム１が冷却する対象である。冷却負荷５０は、この負荷から冷水を送出するための管路８１と、この負荷に冷水を通水するための管路８９とに接続される。

出口側冷水ヘッダ６０は管路８１に接続され、管路８１を冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に冷水を通水するための３つの管路８３、８５、８７に分岐する。

入口側冷水ヘッダ７０は、出口側冷水ヘッダ６０により分岐された３つの管路８３、８５、８７を管路８９に接続する。

冷水流量計Ｆ１は管路８９に設置され、管路８９を流れる冷水の流量Ｖｗ（ｍ^３／ｓ）を測定して、測定値を示す情報を冷凍機制御装置４０に送信する。

冷水ポンプＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３は管路８３、８５、８７に設置され、冷却負荷５０に冷水を供給する。また、冷却水ポンプＰ１４、Ｐ１５、Ｐ１６は冷却塔ＣＴから冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３へ冷却水を供給するために設けられた管路上にそれぞれ設置され、冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に冷却水を供給する。

冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、冷却負荷５０に通水する冷水を冷却するための冷凍機であり、管路８３、８５、８７に設置される。冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、冷凍機制御装置４０からの運転又は停止を指示するための運転信号又は停止信号を受信し、これらの信号に従って運転を開始し、又は停止する。

冷却塔ＣＴは、冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に、これらを冷却する冷却水を送出し、また、冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３内の熱を吸収して、冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３から送出された冷却水を冷却する設備である。

冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の種類について、例えば、冷凍機Ｒ１は水冷式のターボ冷凍機であり、Ｒ２、Ｒ３は、水冷式の吸収式冷凍機である。そして、冷凍機Ｒ１の定格冷凍能力は、例えば、冷却水温度３２℃で１０００（ｋＷ）であり、Ｒ２、Ｒ３の定格冷凍能力は、冷却水温度３２℃で５００（ｋＷ）である。上述したように、冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の冷凍能力は、冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を冷却する冷却水の温度の変化により変動する。但し、冷凍機Ｒ１と、Ｒ２及びＲ３との種類が異なるので、図５を参照して後述するように、冷凍機Ｒ１と冷凍機Ｒ２及びＲ３との冷却水温度に対する冷凍能力の特性は異なるものとなる。

冷却水温度計Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は冷却塔ＣＴから冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３へ冷却水を供給するための管路に設置され、冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３へ通水される冷却水の温度ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３をそれぞれ測定する。そして、冷却水温度計Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は測定した値を冷凍機制御装置４０へ送信する。

冷却負荷入口冷水温度計Ｔ４は、冷却負荷５０に通水される冷却負荷入口の冷水の温度を測定するための温度計であり、管路８１に設置される。そして、冷却負荷入口冷水温度計Ｔ４は、管路８１を流れる冷水の温度を測定し、冷却負荷入口冷水温度Ｔｗｉとして、この測定値を示す情報を冷凍機制御装置４０へ送信する。冷却負荷出口冷水温度計Ｔ５は、冷却負荷５０から送出される冷却負荷出口の冷水の温度を測定するための温度計であり管路８９に設置される。そして、冷却負荷出口冷水温度計Ｔ５は、管路８９を流れる冷水の温度を測定し、冷却負荷出口冷水温度Ｔｗｏとして、この測定値を示す情報を、冷凍機制御装置４０へ送信する。

上記の構成により、冷却負荷５０から送出された冷水を冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が冷却し、冷却された冷水を冷水ポンプＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３は冷却負荷５０に送出する。一方、冷凍機制御装置４０は冷却負荷５０に応じて冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を選択して運転させる。

次に、図３〜図６を参照して、冷凍機制御装置４０の動作について詳細に説明する。

ＣＰＵ１０は、冷凍機制御装置４０が稼働すると、ＲＯＭ３０に格納された冷却システム１全体を制御するプログラムを読み出し、一定時間毎に実行することで冷却システム１全体を制御する。そして、ＣＰＵ１０は冷却システム１全体の制御のメインフローの中で、図３に示す冷凍機制御処理を、タイマ割り込みなどにより周期的に実行する。この冷凍機制御処理において、ＣＰＵ１０は最初に冷凍能力取得処理を行い（ステップＳ１０）、次に冷凍機選択処理を行う（ステップＳ２０）。

図４を参照して、冷凍能力取得処理（ステップＳ１０）について詳細に説明する。ＣＰＵ１０は、冷却水温度計Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３より冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を冷却する冷却水の温度ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３（℃）を示す情報を取り込み、ＲＡＭ２０に格納する（ステップＳ１０１）。

次にＣＰＵ１０は、ＲＯＭ３０から、各冷凍機の冷凍能力関係式ＦＲ１、ＦＲ２を示す情報を読み出す。図５はＲＯＭ３０から読み出された冷凍能力関係式を、冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に通水する冷却水の温度（℃）をＸ軸、定格冷凍能力に対する冷凍能力の比（倍）をＹ軸として図示したものである。冷凍機の冷凍能力関係式の一例として、冷凍機Ｒ１については、（数１）の関係式が成立する。
Ｙ＝−ＫａＸ＋Ｓａ……（数１）

一方、冷凍機Ｒ２、Ｒ３については、冷凍機Ｒ１と冷凍機の種類が異なるため、冷凍能力関係式は異なる。例えば、冷凍機Ｒ２、Ｒ３については、（数２）の関係式が成立する。
Ｙ＝−ＫｂＸ＋Ｓｂ……（数２）

ここで、上記のＫａ、Ｋｂ、Ｓａ、Ｓｂは正の定数からなる係数である。一例として、Ｋａ＝０．０４３、Ｋｂ＝０．０２１、Ｓａ＝２．３７６、Ｓｂ＝１．６７２の場合の関係を図５に示す。

上記の（数１）、（数２）は実際の冷凍能力関係式を１次式で近似したものであるが、１次式に限らず、多次式や他の関数で表現された式など、で近似することもできる。

ＣＰＵ１０は、さらにＲＡＭ２０から冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に通水する冷却水の冷却水温度ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３を読み出す。ＣＰＵ１
０は、読み出した冷却水温度ＴＲ１を（数１）のＸに、ＴＲ２とＴＲ３とを（数２）のＸに、それぞれ代入してＹの値を取得する。そして、ＣＰＵ１０は、求めたＹの値を冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３それぞれの冷凍能力比Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｃ３としてＲＡＭ２０に格納する（ステップＳ１０３）。

ＣＰＵ１０は、ＲＯＭ３０から定格冷凍能力Ｑｆｃ１、Ｑｆｃ２、Ｑｆｃ３（ｋＷ）を示す情報を読み出し、ＲＡＭ２０から冷凍能力比Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｃ３（倍）を示す情報を読み出す。ＣＰＵ１０は、定格冷凍能力に冷凍能力比を乗算することで、冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の冷凍能力Ｑｆ１、Ｑｆ２、Ｑｆ３（ｋＷ）を取得する。ＣＰＵ１０は、取得した冷凍能力Ｑｆ１、Ｑｆ２、Ｑｆ３をＲＡＭ２０に格納し（ステップＳ１０５）、冷凍機選択処理（ステップＳ２０）に移行する。

次に、図３の冷凍機選択処理（ステップＳ２０）について、図６を参照して詳細に説明する。ＣＰＵ１０は、まず、冷却負荷入口冷水温度計Ｔ４から冷却負荷入口冷水温度Ｔｗｉ（Ｋ）を取得し、冷却負荷出口冷水温度計Ｔ５から冷却負荷出口冷水温度Ｔｗｏ（Ｋ）を取得し、冷水流量計Ｆ１から冷水流量Ｖｗ（ｍ^３／ｓ）を取得して、取得した測定値をＲＡＭ２０に格納する（ステップＳ２０１）。

ＣＰＵ１０は、ＲＡＭ２０から冷却負荷入口冷水温度Ｔｗｉ（Ｋ）と冷却負荷出口冷水温度Ｔｗｏ（Ｋ）と冷水流量Ｖｗ（ｍ^３／ｓ）と、ρｗ（ｋｇ／ｍ^３）と、ｃｐｗ（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）とを示す情報を読み出す。ＣＰＵ１０は、これらの情報に基づいて、冷却対象を冷却するため、冷却負荷５０に供給すべき冷熱の供給量である冷却負荷Ｑｃ（ｋＷ）を、例えば、下記の（数３）から取得し、ＲＡＭ２０に格納する。（ステップＳ２０３）。
Ｑｃ＝Ｖｗ×ρｗ×ｃｐｗ×（Ｔｗｏ−Ｔｗｉ）……（数３）

ＣＰＵ１０は、ＲＡＭ２０から前回求めた冷却負荷である冷却負荷前回値Ｑｂと今回の冷却負荷Ｑｃとを示す情報を読み出す。ＣＰＵ１０は、冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を起動してから最初に冷凍機制御処理を実行する（以下、「起動時」という。）場合であるか、又は冷却負荷Ｑｃが冷却負荷前回値Ｑｂより大きいか否かを判別する（ステップＳ２０５）。判別の後、ＣＰＵ１０は冷却負荷Ｑｃを冷却負荷前回値ＱｂとしてＲＡＭ２０に格納する。

起動時である場合又は冷却負荷Ｑｃが冷却負荷前回値Ｑｂより大きい場合（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１０はＲＡＭ２０から冷却負荷Ｑｃ（ｋＷ）と冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の各冷凍能力Ｑｆ１、Ｑｆ２、Ｑｆ３（ｋＷ）とを示す情報を読み出す。そして、ＣＰＵ１０は、冷凍能力Ｑｆ１、Ｑｆ２、Ｑｆ３の１又は複数の組み合わせ（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ１＋Ｒ２、Ｒ２＋Ｒ３、Ｒ３＋Ｒ１、Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）のうち、その和（Ｑｆ１；Ｑｆ２；Ｑｆ３；Ｑｆ１＋Ｑｆ２；Ｑｆ２＋Ｑｆ３；Ｑｆ３＋Ｑｆ１；Ｑｆ１＋Ｑｆ２＋Ｑｆ３）が冷却負荷Ｑｃと概ね同等となる組み合わせを求める。

該当する組み合わせが複数ある場合は、ＣＰＵ１０は、冷凍能力の総和が最小となる組み合わせを選択する。同じ冷凍能力となる組み合わせが複数有る場合は、Ｑｆ１、Ｑｆ２、Ｑｆ３の順で優先して選択する。ＣＰＵ１０は、選択した組み合わせに対応する冷凍機に運転信号を送信し、選択した組み合わせに対応しない冷凍機に停止信号を送信する（ステップＳ２０７）。

例えば、冷却負荷Ｑｃが１５００（ｋＷ）、冷凍能力Ｑｆ１が１０００（ｋＷ）、Ｑｆ２、Ｑｆ３が５００（ｋＷ）ならば、Ｑｃと概ね同等の冷凍能力となる組み合わせには、Ｑｆ１＋Ｑｆ２、Ｑｆ１＋Ｑｆ３、Ｑｆ１＋Ｑｆ２＋Ｑｆ３がある。これらのうち冷凍能力の総和が最小となるのはＱｆ１＋Ｑｆ２、Ｑｆ１＋Ｑｆ３である。そして、Ｑｆ１、Ｑｆ２、Ｑｆ３の順で優先されるから、ＣＰＵ１０はＱｆ１＋Ｑｆ２の組み合わせを選択する。

起動時でなく、且つ冷却負荷Ｑｃが冷却負荷前回値Ｑｂ以下である場合（ステップＳ２０５：ＮＯ）、ＣＰＵ１０は、ＲＡＭ２０から冷却負荷Ｑｃ（ｋＷ）と冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の各冷凍能力Ｑｆ１、Ｑｆ２、Ｑｆ３（ｋＷ）とディファレンシャルＤ（ｋＷ）とを示す情報を読み出す。そして、ＣＰＵ１０は、冷凍能力Ｑｆ１、Ｑｆ２、Ｑｆ３の組み合わせのうち、その和が冷却負荷ＱｃとディファレンシャルＤとの和と概ね同等となる組み合わせを求める。組み合わせが複数ある場合は、冷凍能力の総和が最小となる組み合わせを選択する。総和が最小となる冷凍能力となる組み合わせが複数有る場合は、Ｑｆ１、Ｑｆ２、Ｑｆ３の順で優先して選択する（ステップＳ２０９）。例えば、冷却負荷Ｑｃが１３００（ｋＷ）、ディファレンシャルＤが２００（ｋＷ）、冷凍能力Ｑｆ１が１０００（ｋＷ）、Ｑｆ２、Ｑｆ３が５００（ｋＷ）ならば、ＱｃとＤの和は１５００（ｋＷ）である。ＣＰＵ１０は、このＱｃとＤの和を満たす冷凍能力の組み合わせとしてＱｆ１＋Ｑｆ２を選択する。ＣＰＵ１０は運転信号を、この組み合わせに対応する冷凍機Ｒ１、Ｒ２に送信し、停止信号を冷凍機Ｒ３に送信する。

ステップＳ２０５又はステップＳ２０７の後、ＣＰＵ１０はメインフローに戻る。

上記の処理を繰り返すことにより、冷凍機制御装置４０は、冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に通水する冷却水温度ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３を取得し（ステップＳ１０１）、これらの測定値に基づいて、冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の各冷凍能力Ｑｆ１、Ｑｆ２、Ｑｆ３を求める（ステップＳ１０５）。冷凍機ごとの冷凍能力Ｑｆ１、Ｑｆ２、Ｑｆ３と冷却負荷Ｑｃとから、冷却負荷Ｑｃを満たす冷凍機の組み合わせを求める（ステップＳ２０７、Ｓ２０９）。この構成により、冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の各冷凍能力が冷却水温度の変化に伴い、冷凍機ごとに変動した場合であっても、冷凍機ごとに冷凍能力を求めて冷却負荷Ｑｃと比較することで、必要最小限の冷凍機を選択することができる（ステップＳ２０）。

図５，図７、図８を参照して、冷凍機制御装置４０の冷凍機制御方法の具体例について説明する。

図５示すように、冷凍能力比と冷却水温度との関係式では、通水する冷却水温度が標準温度（３２℃）のときの冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の冷凍能力を基準としている。そこで、定格冷凍能力が得られる冷却水温度（３２℃）の場合とそうでない場合の冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の制御方法とを比較して説明する。

冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に通水する冷却水温度ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３が標準温度（３２℃）の場合、（数１）、（数２）より取得される冷凍能力比Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｃ３は全て１．０（倍）である（ステップＳ１０３）。そして、冷凍機Ｒ１の定格冷凍能力は１０００（ｋＷ）であり、Ｒ２，Ｒ３の定格冷凍能力は５００（ｋＷ）である。このため、冷凍能力Ｑｆ１、Ｑｆ２、Ｑｆ３はいずれも定格冷凍能力と等しい（ステップＳ１０５）。冷凍機選択処理（ステップＳ２０）では、これらの値に基づいて運転させる冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を選択する。

図７（ａ）に示すように、冷却システム１の起動時（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、（数３）で取得した冷却負荷Ｑｃ（ｋＷ）が冷凍機Ｒ２の定格冷凍能力Ｑｆｃ２（５００ｋＷ）以下である場合、冷凍能力が最小で、優先順位の高い冷凍機Ｒ２が選択される（ステップＳ２０７）。その後、冷却負荷Ｑｃ（ｋＷ）が増大し（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、定格冷凍能力Ｑｆｃ２（５００ｋＷ）より大きくなった場合は、Ｑｆ１（１０００ｋＷ）が、冷凍能力の総和がＱｆｃ２（５００ｋＷ）と概ね同等の組み合わせのうち最小の組み合わせになる。そのため、冷凍機Ｒ２に代えてＱｆ１に対応する冷凍機Ｒ１が選択される（ステップＳ２０７）。更に、冷却負荷Ｑｃ（ｋＷ）が増大し（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、定格冷凍能力Ｑｆｃ１（１０００ｋＷ）より大きくなった場合は、Ｑｆ１＋Ｑｆ２（１５００ｋＷ）及びＱｆ１＋Ｑｆ３（１５００ｋＷ）が、冷凍能力の総和がＱｆｃ１（１０００ｋＷ）と概ね同等の組み合わせのうち最小の組み合わせになる。Ｑｆ２の方が、優先順位が高いので、冷凍機Ｒ１に加えてＱｆ２に対応する冷凍機Ｒ２が選択される（ステップＳ２０７）。冷却負荷Ｑｃ（ｋＷ）が定格冷凍能力Ｑｆｃ１とＱｆｃ２との和（１５００ｋＷ）より大きくなった場合は、Ｑｆ１＋Ｑｆ２＋Ｑｆ３（２０００ｋＷ）が、冷凍能力の総和がＱｃ（１５００ｋＷ）と概ね同等の組み合わせのうち最小の組み合わせになる。そのため、冷凍機Ｒ１とＲ２とに加えてＱｆ３に対応する冷凍機Ｒ３が選択される（ステップＳ２０７）。

一方、冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が全て運転中に冷却負荷Ｑｃ（ｋＷ）が減少した場合を考える（ステップＳ２０５：ＮＯ）。冷却負荷Ｑｃ（ｋＷ）とディファレンシャルＤ（ｋＷ）との和が、定格冷凍能力Ｑｆｃ１とＱｆｃ２との和（１５００ｋＷ）以下となった場合、冷凍機Ｒ１とＲ２とが選択され、冷凍機Ｒ３は停止する。その後、冷却負荷Ｑｃ（ｋＷ）とディファレンシャルＤ（ｋＷ）との和が、定格冷凍能力Ｑｆｃ１（１０００ｋＷ）以下となった場合、冷凍機Ｒ１のみが選択され、冷凍機Ｒ２、Ｒ３は停止する。そして、冷却負荷Ｑｃ（ｋＷ）とディファレンシャルＤ（ｋＷ）との和が、定格冷凍能力Ｑｆｃ２（５００ｋＷ）以下となった場合、冷凍機Ｒ２のみが選択され、冷凍機Ｒ１、Ｒ３は停止する。

上記のように、定格冷凍能力が得られる冷却水温度（３２℃）の場合、冷凍機制御装置４０は冷却負荷Ｑｃが増加するに従い、冷凍機Ｒ２、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の順で運転させる冷凍機を選択し、運転台数を増加させる。冷却負荷Ｑｃが減少する場合、冷凍機Ｒ３、Ｒ２、Ｒ１の順で停止させる冷凍機を選択し、運転台数を減少させる。

次に、冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を冷却する冷却水の温度ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３全てが標準温度（３２℃）より低く、２７．３℃である場合を考える。冷凍機制御装置４０は（数１）より、冷凍機Ｒ１の冷凍能力比Ｒｃ１として１．２（倍）を取得する（ステップＳ１０３）。そして、冷凍機制御装置４０は、（数２）より冷凍機Ｒ２、Ｒ３の冷凍能力比Ｒｃ２、Ｒｃ３として１．１（倍）を取得する（ステップＳ１０３）。ここで、冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の定格冷凍能力は、Ｒ１が１０００（ｋＷ）、Ｒ２，Ｒ３が５００（ｋＷ）である。このため、冷凍能力Ｑｆ１は１２００（ｋＷ）であり、Ｑｆ２、Ｑｆ３は５５０（ｋＷ）である（ステップＳ１０５）。冷凍機選択処理（ステップＳ２０）で、冷凍機制御装置４０はこれらの値に基づいて、冷凍能力の総和が最小となる組み合わせを選択する。

図８（ａ）に示すように、冷却システム１の起動時（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、（数３）で取得した冷却負荷Ｑｃ（ｋＷ）が定格冷凍能力Ｑｆ２（５５０ｋＷ）以下である場合、冷凍能力が最小となるのはＱｆ２、Ｑｆ３（５５０ｋＷ）である。そして、Ｑｆ２、Ｑｆ３のうち、Ｑｆ２の優先順位が高いので、冷凍機制御装置４０はＱｆ２に対応する冷凍機Ｒ２を選択して運転させる（ステップＳ２０７）。その後冷却負荷Ｑｃ（ｋＷ）が増大していき、Ｑｆ２（５５０ｋＷ）より大きくなると、Ｑｆ２＋Ｑｆ３（１１００ｋＷ）が、冷凍能力の総和が５５０ｋＷと概ね同等の組み合わせのうち最小の組み合わせとなる。そこで、冷凍機制御装置４０は、Ｑｆ２、Ｑｆ３に対応する冷凍機Ｒ２、Ｒ３を選択して運転させる（ステップＳ２０７）。冷却負荷Ｑｃが更に増大し、Ｑｆ２＋Ｑｆ３（１１００ｋＷ）以上となったとき、Ｑｆ１（１２００ｋＷ）が、冷凍能力の総和が１１００ｋＷと概ね同等の組み合わせのうち最小の組み合わせとなる。そこで、冷凍機制御装置４０は、Ｑｆ１に対応する冷凍機Ｒ１を選択して運転させる（ステップＳ２０７）。さらに、冷却負荷ＱｃがＱｆ２（１２００ｋＷ）より大きくなると、Ｑｆ１＋Ｑｆ２（１７５０ｋＷ）及びＱｆ１＋Ｑｆ３（１７５０ｋＷ）が、冷凍能力の総和が１２００ｋＷと概ね同等の組み合わせのうち最小の組み合わせとなる。そして、冷凍機制御装置４０は、Ｑｆ２の優先順位が高いので、Ｑｆ１、Ｑｆ２に対応する冷凍機Ｒ１、Ｒ２を選択して運転させる（ステップＳ２０７）。冷却負荷ＱｃがＱｆ１＋Ｑｆ２（１７５０ｋＷ）より大きくなると、Ｑｆ１＋Ｑｆ２＋Ｑｆ３（２３００ｋＷ）が、冷凍能力の総和が１７５０ｋＷと概ね同等の組み合わせのうち最小の組み合わせとなる。そこで、冷凍機制御装置４０は、Ｑｆ１、Ｑｆ２、Ｑｆ３に対応する冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を選択して運転させる（ステップＳ２０７）。

一方、冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が全て運転中に冷却負荷Ｑｃ（ｋＷ）が減少した場合を考える（ステップＳ２０５：ＮＯ）。冷却負荷Ｑｃ（ｋＷ）とディファレンシャルＤ（２００ｋＷ）との和が、冷凍能力Ｑｆ１とＱｆ２との和（１７５０ｋＷ）以下となった場合、冷凍機制御装置４０は冷凍機Ｒ１とＲ２とを選択し、冷却負荷Ｑｃが１２００ｋＷ以下となった場合、冷凍機Ｒ１のみを選択する。そして、冷凍機制御装置４０は、冷却負荷Ｑｃ（ｋＷ）とディファレンシャルＤ（２００ｋＷ）との和が冷凍能力Ｑｆ２とＱｆ３との和（１１００ｋＷ）以下となった場合、冷凍機Ｒ２とＲ３とを選択して運転させる（ステップＳ２０９）。その後、冷却負荷Ｑｃ（ｋＷ）とディファレンシャルＤ（２００ｋＷ）との和が、Ｑｆ２（５５０ｋＷ）以下となった場合、冷凍機制御装置４０は冷凍機Ｒ２のみを選択して運転させる（ステップＳ２０９）。

標準条件（３２℃）より冷却水温度が低く、冷却負荷Ｑｃ（ｋＷ）が増加する際において、従来のように定格冷凍能力のみに基づいて、冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の選択を行った場合を考える。例えば、図８（ａ）に示すように、冷却負荷Ｑｃが１０００（ｋＷ）以上で１１００（ｋＷ）未満の範囲では、実際には、冷凍機Ｒ１の冷凍能力の増加のため、冷凍機Ｒ１のみで足りるところ、従来の冷凍機制御装置はＲ１とＲ２との２台を選択して運転させる。これに対して、本発明にかかる冷凍機制御装置４０は、冷凍機ごとに増加後の冷凍能力を取得して（ステップＳ１０）、増加後の冷凍能力の総和が冷却負荷Ｑｃと概ね同等となるように冷凍機Ｒ１のみを選択して運転させる（ステップＳ２０７）。このように、必要最小限の冷凍機が選択される。

一方、冷却水温度が上昇して、冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の冷凍能力が低下した場合、本発明に係る冷凍機制御装置４０は、冷凍機ごとに低下後の冷凍能力を取得して（ステップＳ１０）、低下後の冷凍能力の総和が冷却負荷Ｑｃと概ね同等になるように冷凍機を選択して運転させる（ステップＳ２０７）。低下後の冷凍能力に基づいて冷凍機を選択するので、冷凍能力の不足を防止できる。

以上で説明したように、本実施形態では冷却水温度に対する冷凍能力の変動が、冷凍機ごとにそれぞれ異なる場合であっても、冷凍機ごとに冷凍能力を求めて冷却負荷と比較することで、必要最小限の冷凍機を選択して運転させることができる。このため、システム全体として省エネルギー運転が可能となる。また、冷凍能力の不足を防止するため、安定して冷凍機を運転させることができ、冷凍能力不足により冷却負荷に通水される冷却水温度が上昇することを防止できる。

さらに、本発明は冷凍機の種類、容量が異なる場合であっても適用できるため、柔軟なシステム構成を可能とする。また、経年変化等により冷凍機の冷凍能力が劣化した場合にも、その冷凍機の冷凍能力関係式（具体的には、係数Ｋａ、Ｋｂ，Ｓａ，Ｓｂ等）をその時点での実際の関係を表すように修正するだけで、対応することができる。

なお、本実施形態では運転させる冷凍機の台数は３台であるが、本発明に係る装置が運転対象にできるのは３台に限らないのは勿論である。そして、本実施形態では冷凍機の選択に本発明を適用しているが、ボイラーやヒートポンプなど他の熱源機の選択にも適用できる。また、水冷式の熱源機のみならず、空冷式の熱源機についても本発明を実施できる。空冷式の熱源機の場合、関係式として熱源機に通気する空気温度と冷温熱製造能力比との関係式を用いればよい。

さらに冷温熱製造能力比を取得するための関係式は冷却水の温度や空気温度に限らず冷温熱製造能力に関連する別の物理量であってもよい。また、冷温熱製造能力は数式で算出して求めるのでなく、冷却水の温度毎に予め算出した冷温熱製造能力をテーブルに格納しておき、これにアクセスすることで冷温熱製造能力を求めるなど、熱源機ごとに求めることができるのであれば他の方法で求めても良い。

また、ステップＳ２０７、Ｓ２０９において冷凍機を選択する際、冷凍能力の総和が冷却負荷Ｑｃと概ね同等となる冷凍機の組み合わせが複数ある場合の冷凍機の選択方法は、上述した方法に限られない。例えば、ＣＰＵ１０は、それらの組み合わせそれぞれについて、冷却システム１全体の運転・稼働に伴う運転負荷（広い意味での負荷：消費エネルギー量、運転コスト、環境コスト（二酸化炭素排出量等））を比較し、これらの冷凍機の組み合わせのうち、運転負荷（消費エネルギー量、運転コスト、環境コスト（二酸化炭素排出量等））の値が最小となる冷凍機の組み合わせを選択してもよい。例えば、ＲＯＭ３０に冷凍機Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の各冷凍機を運転させた場合に要する冷却システム１全体の運転（経済）コスト、消費エネルギー量及び環境コストを取得又は計算できるだけのデータを予め格納しておき、ステップＳ２０７、Ｓ２０９でこれらを読み出して、コストを求めるようにしてもよい。

なお、この発明は、冷却システム１全体の構成として実現される必要はない。例えば、コンピュータを上述の冷凍機制御装置４０として機能させ、或いは、コンピュータに上述の制御ステップを実行させるコンピュータプログラムを任意の媒体・通信などにより配布・提供し、これをコンピュータに実行させる構成をとることも可能である。

本発明の実施形態にかかる熱源システム（冷却システム）の構成図である。 本発明の実施形態にかかる冷水及び冷却水の流れを説明するための図である。 本発明の実施形態にかかる冷凍機制御処理のフローチャートである。 本発明の実施形態にかかる冷凍能力取得処理のフローチャートである。 本発明の実施形態にかかる冷凍能力関係式を表す図である。 本発明の実施形態にかかる冷凍機選択処理のフローチャートである。 （ａ）標準温度（３２℃）で冷却負荷が増加した場合における運転対象の冷凍機の制御方法を説明するための図である。（ｂ）標準温度（３２℃）で冷却負荷が減少した場合における運転対象の冷凍機の制御方法を説明するための図である。 （ａ）冷却水温度が２７．３℃で冷却負荷が増加した場合における運転対象の冷凍機の制御方法を説明するための図である。（ｂ）冷却水温度が２７．３℃で冷却負荷が減少した場合における運転対象の冷凍機の制御方法を説明するための図である。

符号の説明

１ 冷却システム
１０ ＣＰＵ
２０ ＲＡＭ
３０ ＲＯＭ
４０ 冷凍機制御装置
５０ 冷却負荷
６０ 出口側冷水ヘッダ
７０ 入口側冷水ヘッダ
８１、８３、８５、８７、８９ 管路
Ｆ１ 冷水流量計
Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３ 冷水ポンプ
Ｐ１４、Ｐ１５、Ｐ１６ 冷却水ポンプ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ 冷凍機
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３ 冷却水温度計
Ｔ４ 冷却負荷入口冷水温度計
Ｔ５ 冷却負荷出口冷水温度計

Claims (6)

1. 複数の熱源機に流通する熱媒体の熱媒体温度を測定する測定手段と、
   各前記複数の熱源機の熱媒体温度と冷温熱製造能力との関係をそれぞれ記憶する記憶手段と、
   測定した前記熱媒体温度と、前記記憶手段に記憶されている各前記複数の熱源機の熱媒体温度と冷温熱製造能力との関係と、から、前記熱源機の冷温熱製造能力を熱源機ごとに求める冷温熱製造能力取得手段と、
   前記複数の熱源機全体に対する熱負荷を求める熱負荷取得手段と、
   前記冷温熱製造能力取得手段により求められた各熱源機の冷温熱製造能力と前記熱負荷取得手段により求められた前記熱負荷とに基づいて前記熱源機を選択して運転させる熱源機制御手段と、
   を備えることを特徴とする熱源機制御装置。
2. 前記熱源機制御手段は、前記冷温熱製造能力取得手段により求められた各熱源機の冷温熱製造能力と前記熱負荷取得手段により求められた前記熱負荷とに基づいて、前記熱源機の組み合わせとその組み合わせにおける冷温熱製造能力を求め、各組み合わせの冷温熱製造能力と前記熱源機全体に対する熱負荷とに基づいて、前記複数の熱源機の組み合わせを選択して運転させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱源機制御装置。
3. 前記熱源機選択手段は、前記冷温熱製造能力取得手段により求められた各熱源機の冷温熱製造能力の和が前記熱負荷取得手段により求められた前記熱負荷と概ね同等となるように熱源機を選択して運転させる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱源機制御装置。
4. 前記熱源機制御手段は、前記冷温熱製造能力取得手段により求められた各熱源機の冷温熱製造能力と前記熱負荷取得手段により求められた前記熱負荷と前記各熱源機を運転するための運転負荷とから、前記熱発生取得手段により求められた各熱源機の冷温熱製造能力の和が前記熱負荷取得手段により求められた前記熱負荷と概ね同等となり、且つ前記複数の熱源機全体の運転負荷の和が最小値をとるように、熱源機を選択して運転させる、
   ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の熱源機制御装置。
5. 複数の熱源機に流通する熱媒体の熱媒体温度を測定する測定ステップと、
   測定した前記熱媒体温度と、前記複数の熱源機それぞれの冷温熱製造能力特性とから、前記熱源機の冷温熱製造能力を熱源機ごとに求める冷温熱製造能力取得ステップと、
   前記複数の熱源機全体に対する熱負荷を求める熱負荷取得ステップと、
   前記冷温熱製造能力取得ステップで求められた各熱源機の冷温熱製造能力と前記熱負荷取得ステップで求められた前記熱負荷とに基づいて熱源機を選択して運転させる熱源機制御ステップと、
   を備えることを特徴とする熱源機の制御方法。
6. コンピュータに、
   複数の熱源機に流通する熱媒体の温度と、各熱源機に固有の冷温熱製造能力特性とから、前記熱源機の冷温熱製造能力を熱源機ごとに求める冷温熱製造能力取得ステップと、
   前記冷温熱製造能力取得ステップで求められた各熱源機の冷温熱製造能力と、要求されている熱負荷とに基づいて熱源機を選択して運転させる熱源機制御ステップと、
   を実行させる、
   ことを特徴とするコンピュータプログラム。

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