JP2014134361A - 冷凍システムおよび熱源システム - Google Patents

Abstract

【課題】効率がよい運転が可能な冷凍システムおよび熱源システムを提供する。
【解決手段】負荷入口温度検出手段１３で検出された温度Ｔｊと、負荷出口温度検出手段１４で検出された温度Ｔｋと、動作中の冷凍装置の台数Ｎと、１次側Ａの流量の過剰分である減段バイパス量Ｘと、により算出される冷凍装置減段温度Ｔｘに対して、入口側温度検出手段３により検出される温度Ｔｉが低くなった場合、冷凍装置１の運転台数を現運転台数より１台停止させる制御をする。負荷入口温度検出手段１３で検出された温度Ｔｊと、負荷出口温度検出手段１４で検出された温度Ｔｋと、動作中の熱源装置の台数Ｎと、１次側Ａの流量の過剰分である減段バイパス量Ｘと、により算出される熱源装置減段温度Ｔｘに対して、入口側温度検出手段３により検出される温度Ｔｉが高くなった場合、熱源装置１の運転台数を現運転台数より１台停止させる制御をする。
【選択図】図３

Description

本発明は、１次側に並列に複数台設けられた冷凍装置により熱媒体を冷却して、２次側に設けられた負荷に冷却された熱媒体を供給する冷凍システム、および、１次側に並列に複数台設けられた熱源装置により熱媒体を加熱して、２次側に設けられた負荷に加熱された熱媒体を供給する熱源システムに関する。

１次側に並列に複数台設けられた冷凍装置（または、熱源装置）により熱媒体（例えば、水、ブラインあるいは空気など）を冷却（または、加熱）して、２次側に設けられた負荷に冷却（または、加熱）された２次冷媒を供給する冷凍システム（または、熱源システム）が知られている。

冷凍システムについて、例えば、特許文献１（特開２０１１−２３１９５５号公報）には、１次側に並列に複数台設けられた冷凍装置からの２次冷媒が流入すると共に負荷の上流側に設けられた上流側ヘッダと、前記負荷の下流側に設けられ負荷からの前記２次冷媒を前記複数台の冷凍装置に分配するための下流側ヘッダと、この下流側ヘッダの前記２次冷媒を前記各冷凍装置に個々に供給するための１次側ポンプと、前記上流側ヘッダの前記２次冷媒を前記負荷に供給するための２次側ポンプと、前記上流側ヘッダと下流側ヘッダを接続するバイパス配管とを備えた冷凍システムにおいて、前記各冷凍装置を流れる前記２次冷媒の流量を検出するための流量検出手段と、前記各冷凍装置に流入する前記２次冷媒の温度を検出するための入口側温度検出手段と、前記各冷凍装置から流出した前記２次冷媒の温度を検出するための出口側温度検出手段と、前記上流側ヘッダと前記負荷との間の前記２次冷媒の温度を検出する負荷上流側温度検出手段と、前記負荷上流側温度検出手段で検出された温度が、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記出口側温度検出手段で検出された温度よりも高い場合、前記１次側を流れる前記２次冷媒全体の流量が増大するように制御し、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記入口側温度検出手段で検出された温度が所定温度よりも低い場合、前記１次側を流れる前記２次冷媒の流量全体の流量が減少するように制御する制御手段とを備えていることを特徴とする冷凍システムが記載されている（請求項１参照）。

また、特許文献１の冷凍システムは、前記制御手段は、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記入口側温度検出手段で検出された温度が所定温度よりも低い場合で、動作中の冷凍装置における流量がその最小流量よりも多い状態であれば、流量を減少させ、動作中の冷凍装置における流量が最小流量の状態であれば、動作中の冷凍装置を停止させるように制御することが記載されている（請求項３参照）。また、このような冷凍システムによれば、バイパス配管を流れる２次冷媒流量を低減することができるから、１次側ポンプや２次側ポンプの動力を低減することができ、冷凍システムの省エネ化を図ることができることが記載されている（段落００１７参照）。

特開２０１１−２３１９５５号公報

しかしながら、特許文献１の冷凍システムでは、バイパス配管を流れる２次冷媒（熱媒体）の流量を低減することにより、１次側ポンプや２次側ポンプの動力を低減することが考慮されているものの、冷凍装置として効率のよい領域で運転するようには考慮されていない。このため、１次側ポンプや２次側ポンプだけでなく冷凍装置（熱源装置）の動力も考慮した冷凍システム（熱源システム）全体として、より省エネ化を図ることができる冷凍システム（熱源システム）が求められている。

また、特許文献１の冷凍システムでは、１次側ポンプおよび２次側ポンプは流量が制御可能な可変ポンプで構成されている。これについて、負荷の増減に応じて流量を変動する２次側ポンプを可変ポンプとするとともに、１次側ポンプは安価な定速ポンプとして構成する冷凍システム（熱源システム）が求められている。

そこで、本発明は、効率がよい運転が可能な冷凍システムおよび熱源システムを提供することを課題とする。

このような課題を解決するために、本発明は、１次側に並列に複数台設けられた冷凍装置から流出された熱媒体が合流して、負荷へと供給する前記負荷の上流側に設けられた上流側ヘッダと、前記負荷の下流側に設けられ、前記負荷からの前記熱媒体を前記複数台の冷凍装置に分配するための下流側ヘッダと、前記下流側ヘッダで分配された前記熱媒体を前記各冷凍装置に個々に供給するための複数台設けられた１次側ポンプと、前記上流側ヘッダの前記熱媒体を前記負荷に供給するための２次側ポンプと、前記上流側ヘッダと下流側ヘッダを接続するバイパス配管と、前記冷凍装置に流入する前記熱媒体の温度を検出する入口温度検出手段と、前記冷凍装置から流出した前記熱媒体の温度を検出する出口温度検出手段と、前記負荷へと流入する前記熱媒体の温度を検出する負荷入口温度検出手段と、前記負荷から流出する前記熱媒体の温度を検出する負荷出口温度検出手段と、前記負荷入口温度検出手段で検出された温度と、前記負荷出口温度検出手段で検出された温度と、運転中の前記冷凍装置の台数と、前記１次側の流量の過剰分である減段バイパス量と、により算出される冷凍装置減段温度に対して、前記入口側温度検出手段により検出される温度が低くなった場合、前記冷凍装置の運転台数を現運転台数より１台停止させる制御をする制御手段と、を備えることを特徴とする冷凍システムである。

また、本発明は、１次側に並列に複数台設けられた熱源装置から流出された熱媒体が合流して、負荷へと供給する前記負荷の上流側に設けられた上流側ヘッダと、前記負荷の下流側に設けられ、前記負荷からの前記熱媒体を前記複数台の熱源装置に分配するための下流側ヘッダと、前記下流側ヘッダで分配された前記熱媒体を前記各熱源装置に個々に供給するための複数台設けられた１次側ポンプと、前記上流側ヘッダの前記熱媒体を前記負荷に供給するための２次側ポンプと、前記上流側ヘッダと下流側ヘッダを接続するバイパス配管と、前記熱源装置に流入する前記熱媒体の温度を検出する入口温度検出手段と、前記熱源装置から流出した前記熱媒体の温度を検出する出口温度検出手段と、前記負荷へと流入する前記熱媒体の温度を検出する負荷入口温度検出手段と、前記負荷から流出する前記熱媒体の温度を検出する負荷出口温度検出手段と、前記負荷入口温度検出手段で検出された温度と、前記負荷出口温度検出手段で検出された温度と、運転中の前記熱源装置の台数と、前記１次側の流量の過剰分である減段バイパス量と、により算出される熱源装置減段温度に対して、前記入口側温度検出手段により検出される温度が低くなった場合、前記熱源装置の運転台数を現運転台数より１台停止させる制御をする制御手段と、を備えることを特徴とする熱源システムである。

本発明によれば、効率がよい運転が可能な冷凍システムおよび熱源システムを提供することができる。

本実施形態に係る冷凍システムの系統図である。 １次側制御手段の機能ブロック図である。 本実施形態に係る冷凍システムの１次側制御を示すフローチャートである。 本実施形態に係る冷凍システムにおいて、ハンチングを判定して減段バイパス量を再設定するフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。

≪冷凍システム≫
本実施形態に係る冷凍システムについて、図１を用いて説明する。図１は、本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、冷凍システムは、冷凍装置１ａ〜１ｄと、１次側ポンプ５ａ〜５ｄと、２次側ポンプ６ａ〜６ｄと、上流側ヘッダ７と、下流側ヘッダ８と、中間ヘッダ９と、負荷上流側温度検出手段１０と、バイパス配管１１と、１次側制御手段１２と、負荷入口温度検出手段１３と、負荷出口温度検出手段１４と、流量制御弁１５と、逃し弁１６と、負荷２０と、を備えている。

図１において、熱媒体は時計回りに回っており、上流側ヘッダ７および下流側ヘッダ８の上流・下流とは、負荷２０を基準としたものである。また、上流側ヘッダ７および下流側ヘッダ８から見て冷凍装置１ａ〜１ｄの側を冷凍システムの１次側Ａと称し、上流側ヘッダ７および下流側ヘッダ８から見て負荷２０の側を冷凍システムの２次側Ｂと称する。

冷凍装置１ａ〜１ｄ（以下、総称する際は、冷凍装置１と称する。）は、１次側Ａに並列に複数台設けられている。なお、図１では、並列に４台の冷凍装置１ａ〜１ｄが設けられている例を示す。冷凍装置１の運転・停止（台数制御）は、１次側制御手段１２により制御される。

冷凍装置１ａは、連続的に運転容量の変化が可能な圧縮機（図示せず）と、圧縮機からの高温高圧冷媒と空気とで熱交換可能な冷媒空気熱交換器（図示せず）と、減圧弁（図示せず）と、減圧弁からの低温低圧の冷媒と熱媒体とで熱交換可能な熱交換器２ａと、圧縮機や減圧弁を制御する冷凍装置制御手段（図示せず）を備え、圧縮機（図示せず）を動作させることにより、１次側ポンプ５ａから供給された熱媒体を冷却することができるようになっている。冷凍装置１ａから流出した冷却された熱媒体は、上流側ヘッダ７に流入する。

冷凍装置１ａの流入側（入口側）には、冷凍装置１ａに流入する熱媒体の温度を検出する入口温度検出手段３ａが設けられており、冷凍装置１ａの流出側（出口側）には、冷凍装置１ａから流出する熱媒体の温度を検出する出口温度検出手段４ａが設けられている。温度検出手段３ａ，４ａの検出信号は、１次側制御手段１２および冷凍装置制御手段（図示せず）に入力されるようになっている。冷凍装置１ａの運転時において、冷凍装置１ａの冷凍装置制御手段（図示せず）は、熱交換器２ａの出口温度（出口温度検出手段４ａの検出温度）が所定の温度（設定温度）となるように、圧縮機（図示せず）や減圧弁（図示せず）を制御するようになっている。

冷凍装置１ｂ〜１ｄについても、冷凍装置１ａと同様であり、説明を省略する。なお、冷凍装置１ａ〜１ｄは、同能力の冷凍装置である。

１次側ポンプ５ａ〜５ｄ（以下、総称する際は、１次側ポンプ５と称する。）は、定速ポンプであり、下流側ヘッダ８の熱媒体を各冷凍装置１ａ〜１ｄに供給することができるようになっている。各１次側ポンプ５ａ〜５ｄの運転・停止（台数制御）は、対応する冷凍装置１ａ〜１ｄと連動して、１次側制御手段１２により制御される。

１次側ポンプ５ａは、吸込側が下流側ヘッダ８と接続され、吐出側が冷凍装置１ａの流入側（入口側）に接続されている。１次側ポンプ５ａの運転・停止は、冷凍装置１ａと連動して、１次側制御手段１２により制御される。

１次側ポンプ５ｂ〜５ｄについても、１次側ポンプ５ａと同様であり、説明を省略する。なお、１次側ポンプ５ａ〜５ｄは、同容量の１次側ポンプである。

２次側ポンプ６ａ〜６ｄ（以下、総称する際は、２次側ポンプ６と称する。）は、流量が可変な変速ポンプであり、上流側ヘッダ７の熱媒体を、中間ヘッダ９を介して、負荷２０に供給することができるようになっている。負荷２０から流出した熱媒体は、流量制御弁１５を介して、下流側ヘッダ８に流入するようになっている。また、中間ヘッダ９と上流側ヘッダ７との間には、２次側ポンプ６と並列に逃し弁１６が配置され、中間ヘッダ９の圧力が上昇した際に上流側ヘッダ７に熱媒体を逃がすことができるようになっている。

上流側ヘッダ７には、上流側ヘッダ７の内部の熱媒体の温度を検出する負荷上流側温度検出手段１０が設けられている。また、負荷２０の流入側（入口側）には、負荷２０に流入する熱媒体の温度を検出する負荷入口温度検出手段１３が設けられている。また、負荷２０の流出側（出口側）には、負荷２０から流出する熱媒体の温度を検出する負荷出口温度検出手段１４が設けられている。負荷上流側温度検出手段１０、負荷入口温度検出手段１３および負荷出口温度検出手段１４の検出信号は、１次側制御手段１２および２次側制御手段（図示せず）に入力されるようになっている。なお、負荷上流側温度検出手段１０で検出される温度は、負荷入口温度検出手段１３で検出される温度と略同一であり、いずれか一方のみであってもよい。

２次側制御手段（図示せず）は、２次側ポンプ６の台数制御および各ポンプの回転速度制御（流量制御）と、流量制御弁１５の開度を制御することにより、負荷２０を流れる熱媒体の流量を制御することができるようになっている。また、２次側制御手段（図示せず）は、負荷２０に供給される熱媒体の出入口温度差〔即ち、負荷入口温度検出手段１３の検出温度（負荷上流側温度検出手段１０の検出温度）と、負荷出口温度検出手段１４の検出温度との差〕が設定値（所定の温度差）より大きければ、負荷２０を流れる熱媒体の流量を増加させ、負荷出口温度検出手段１４の温度差が設定値（所定の温度差）より小さければ、負荷２０を流れる熱媒体の流量を減少させるように制御することにより、負荷入口温度検出手段１３（負荷上流側温度検出手段１０）および負荷出口温度検出手段１４の温度差が設定値（所定の温度差）に近づくように制御するようになっている。

負荷２０の上流側に設けられた上流側ヘッダ７は、冷凍装置１から流出した熱媒体が流入するようになっている。負荷２０の下流側に設けられた下流側ヘッダ８は、負荷２０からの熱媒体を各冷凍装置１に分配することができるようになっている。

また、上流側ヘッダ７と下流側ヘッダ８とを接続するバイパス配管１１が設けられている。バイパス配管１１は、１次側Ａを流れる熱媒体の流量（動作する１次側ポンプ５の流量の合計）と、２次側Ｂを流れる熱媒体の流量（動作する２次側ポンプ６の流量の合計）との差により熱媒体が流れるようになっている。１次側Ａを流れる熱媒体の流量が２次側Ｂを流れる熱媒体の流量よりも大きい場合、上流側ヘッダ７の熱媒体の一部がバイパス配管１１を介して下流側ヘッダ８に流れるようになっている。また、１次側Ａを流れる熱媒体の流量が２次側Ｂを流れる熱媒体の流量よりも小さい場合、下流側ヘッダ８の熱媒体の一部がバイパス配管１１を介して上流側ヘッダ７に流れるようになっている。

図２は、１次側制御手段１２の機能ブロック図である。
１次側制御手段１２は、運転台数決定部３１を有し、入口温度検出手段３ａ〜３ｄ（以下、総称する際は、入口温度検出手段３と称する。）、出口温度検出手段４ａ〜４ｄ（以下、総称する際は、出口温度検出手段４と称する。）、負荷上流側温度検出手段１０（負荷入口温度検出手段１３）、負荷出口温度検出手段１４の検出温度が入力され、冷凍装置１および１次側ポンプ５の運転台数を制御することができるようになっている。また、１次側制御手段１２は、後述する減段バイパス量Ｘを設定する減段バイパス量設定部３２を有している。

ここで、バイパス配管１１から上流側ヘッダ７に流れる熱媒体がない場合、負荷上流側温度検出手段１０（負荷入口温度検出手段１３）の検出温度は、複数の冷凍装置１のうち、運転中の冷凍装置１の出口温度検出手段４の検出温度の平均値と、略等しくなる。即ち、本実施形態では、動作中の１次側ポンプ５の流量は同じであるため、動作中の冷凍装置１の出口温度検出手段４の検出温度の平均値は、冷凍装置１から流出した熱媒体を混合した温度と等しくなる。

一方、バイパス配管１１から上流側ヘッダ７に流れる熱媒体がある場合、負荷上流側温度検出手段１０（負荷入口温度検出手段１３）の検出温度は、前記平均値よりも高くなる。その理由は、冷凍装置１で冷却される前の下流側ヘッダ８の熱媒体の一部が、バイパス配管１１を介して上流側ヘッダ７に流入し、冷凍装置１から流出した熱媒体と混合されるためである。

次に、バイパス配管１１から下流側ヘッダ８に流れる熱媒体がない場合、複数の冷凍装置１のうち、運転中の冷凍装置１の入口温度検出手段３の検出温度は、負荷出口温度検出手段１４の検出温度と略等しくなる。また、負荷２０の出口温度は（負荷出口温度検出手段１４の検出温度）は、所定の温度（設定温度）になるように制御されるため、運転中の冷凍装置１の入口温度検出手段３の検出温度は、所定の温度（設定温度）とも略等しくなる。

一方、バイパス配管１１から下流側ヘッダ８に流れる熱媒体がある場合、複数の冷凍装置１のうち、運転中の冷凍装置１の入口温度検出手段３の検出温度は、負荷出口温度検出手段１４の検出温度（設定温度）よりも低くなる。その理由は、冷凍装置１で冷却された上流側ヘッダ７の熱媒体の一部が、バイパス配管１１を介して下流側ヘッダ８に流入し、負荷２０から流出した熱媒体と混合されるためである。

このように、１次側制御手段１２は、入口温度検出手段３、出口温度検出手段４、負荷上流側温度検出手段１０（負荷入口温度検出手段１３）、負荷出口温度検出手段１４の検出温度に基づいて、バイパス配管１１に熱媒体が流れているか否かを検知することができる。

なお、運転中の冷凍装置１の出口温度検出手段４の検出温度の平均値を用いるものとして説明したが、下流側ヘッダ８にて分配され冷凍装置１に流入する熱媒体の温度は略等しく、冷凍装置１は同能力の冷凍装置であるため、運転中の冷凍装置１の出口温度検出手段４の検出温度同士は略等しくなる。このため、平均値を求めるのにかえて、運転中の冷凍装置１の出口温度検出手段４の検出温度のいずれかを用いてもよい。

＜１次側制御手段による台数制御＞
１次側制御手段１２（運転台数決定部３１）による冷凍装置１および１次側ポンプ５の台数制御について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態に係る冷凍システムの１次側制御を示すフローチャートである。なお、２次側Ｂに設けられている２次側ポンプ６や流量制御弁１５などは、前述したように、２次側制御手段（図示せず）で制御される。

ステップＳ１０１において、１次側制御手段１２は、各冷凍装置１へ入口温度Ｔａおよび出口温度Ｔｂを設定する。
なお、出口温度Ｔｂは、冷凍装置１の冷凍装置制御手段（図示せず）が、圧縮機（図示せず）や減圧弁（図示せず）を制御して、冷凍装置１の出口温度（出口温度検出手段４の検出温度）が所定の温度となるように制御する際の設定温度である。また、入口温度Ｔａは、２次側制御手段（図示せず）が、２次側ポンプ６や流量制御弁１５を制御して、負荷２０の出口温度（負荷出口温度検出手段１４の検出温度）が所定の温度となるように制御する際の設定温度である。

ステップＳ１０２において、１次側制御手段１２の運転台数決定部３１は、運転中の冷凍装置１の入口水温Ｔｉ、運転中の冷凍装置１の出口水温Ｔｏ、負荷２０の負荷入口温度Ｔｊ、負荷２０の負荷出口温度Ｔｋを取得する。
なお、入口水温Ｔｉは、運転中の冷凍装置１の入口温度検出手段３の検出温度（平均値、または、いずれかの値）から取得する。出口水温Ｔｏは、運転中の冷凍装置１の出口温度検出手段４の検出温度（平均値、または、いずれかの値）から取得する。負荷入口温度Ｔｊは、負荷上流側温度検出手段１０または負荷入口温度検出手段１３の検出温度から取得する。負荷出口温度Ｔｋは、負荷出口温度検出手段１４の検出温度から取得する。

ステップＳ１０３において、運転台数決定部３１は、増段判定式が成立するか否かを判定する。ここで、増段判定式は、以下の式（１）である。なお、ＴＡは所定の閾値である。
Ｔｊ−Ｔｏ＞ＴＡ ・・・（１）
増段判定式が成立する場合（Ｓ１０３・Ｙｅｓ）、運転台数決定部３１の処理はステップＳ１０４に進む。増段判定式が成立しない場合（Ｓ１０３・Ｎｏ）、運転台数決定部３１の処理はステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０４において、運転台数決定部３１は、運転中の冷凍装置１の台数が最大であるか否かを判定する。運転中の冷凍装置１の台数が最大である場合（Ｓ１０４・Ｙｅｓ）、運転台数決定部３１の処理はステップＳ１０２に戻る。運転中の冷凍装置１の台数が最大でない場合（Ｓ１０４・Ｎｏ）、運転台数決定部３１の処理はステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５において、運転台数決定部３１は、冷凍装置１の運転台数を増段し、対応する冷凍装置１および１次側ポンプ５を運転させる。

ステップＳ１０６において、運転台数決定部３１は、所定の効果待ち時間が経過するまでステップＳ１０６を繰り返し（Ｓ１０６・Ｎｏ）、効果待ち時間が経過すると（Ｓ１０６・Ｙｅｓ）、運転台数決定部３１の処理はステップＳ１０２に戻る。

ステップＳ１０７において、運転台数決定部３１は、減段判定式が成立するか否かを判定する。ここで、減段判定式は、以下の式（２）である。また、式（２）中の冷凍装置減段温度Ｔｘは、式（３）で表される。なお、Ｘは、減段バイパス量設定部３２で設定される減段バイパス量であり、初期値として、例えば１が設定されている。また、Ｎは、現在の運転中の冷凍装置１の台数である。
Ｔｉ＜Ｔｘ ・・・（２）

減段判定式が成立する場合（Ｓ１０７・Ｙｅｓ）、運転台数決定部３１の処理はステップＳ１０８に進む。増段判定式が成立しない場合（Ｓ１０７・Ｎｏ）、運転台数決定部３１の処理はステップＳ１０２に戻る。

ステップＳ１０８において、運転台数決定部３１は、運転中の冷凍装置１の台数が最小であるか否かを判定する。運転中の冷凍装置１の台数が最小である場合（Ｓ１０８・Ｙｅｓ）、運転台数決定部３１の処理はステップＳ１０２に戻る。運転中の冷凍装置１の台数が最小でない場合（Ｓ１０８・Ｎｏ）、運転台数決定部３１の処理はステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０９において、運転台数決定部３１は、冷凍装置１の運転台数を減段し、対応する冷凍装置１および１次側ポンプ５を停止させる。

ステップＳ１１０において、運転台数決定部３１は、所定の効果待ち時間が経過するまでステップＳ１１０を繰り返し（Ｓ１１０・Ｎｏ）、効果待ち時間が経過すると（Ｓ１１０・Ｙｅｓ）、運転台数決定部３１の処理はステップＳ１０２に戻る。

ステップＳ１０３において、増段判定式（１）が成立する状態とは、下流側ヘッダ８からバイパス配管１１を介して上流側ヘッダ７に熱媒体が流入し、上流側ヘッダ７の熱媒体の温度が冷凍装置１の出口温度よりもＴＡ以上高くなっている状態である。換言すれば、負荷２０の容量が、現在の冷凍装置１の運転台数の容量に対して、大きくなっている状態である。このため、冷凍装置１の運転台数を増段する（Ｓ１０５）。

つぎに、減段判定式（２）が成立する状態について説明する。
式（３）に示す冷凍装置減段温度Ｔｘは、運転台数Ｎ台の冷凍装置１および一次ポンプ５のうち、（Ｎ−Ｘ）台分の熱媒体が負荷２０に供給され、Ｘ台分の熱媒体がバイパス配管１１を介して上流側ヘッダ７から下流側ヘッダ８に流れる状態における下流側ヘッダ８の熱媒体の温度である。
即ち、ステップＳ１０７において、減段判定式（２）が成立する状態とは、とは、冷凍装置Ｘ台分より多い熱媒体が上流側ヘッダ７からバイパス配管１１を介して下流側ヘッダ８に熱媒体が流入している状態である。換言すれば、負荷２０の容量が、現在の冷凍装置１の運転台数の容量に対して、小さくなっている状態である。このため、冷凍装置１の運転台数を減段する（Ｓ１０９）。

なお、ステップＳ１０３の増段判定およびステップＳ１０７の減段判定において、両条件を満足しない場合（Ｓ１０３・ＮｏかつＳ１０７・Ｎｏ）は、負荷２０に対する現運転台数（合計運転容量）が安定していることになる（バイパス配管１１を熱媒体が流れていないか、微少量である）。この場合には、現運転台数を維持する。

＜減段バイパス量Ｘの設定処理＞
次に、１次側制御手段１２（減段バイパス量設定部３２）による減段バイパス量Ｘの設定について、図４を用いて説明する。図４は、本実施形態に係る冷凍システムにおいて、ハンチングを判定して減段バイパス量Ｘを再設定するフローチャートである。

ステップＳ２０１において、減段バイパス量設定部３２は、減段バイパス量Ｘの初期値（例えば、Ｘ＝１）を設定する。

ステップＳ２０２において、減段バイパス量設定部３２は、ハンチングが発生しているか否かを判定する。ここで、ハンチングとは、所定のサンプリング期間中に冷凍装置１の運転台数の増段および減段と繰り返す状態をいう。ハンチングが発生している場合（Ｓ２０３・Ｙｅｓ）、減段バイパス量設定部３２の処理はステップＳ２０３に進む。ハンチングが発生していない場合（Ｓ２０３・Ｎｏ）、減段バイパス量設定部３２の処理はステップＳ２０２を繰り返す。

ステップＳ２０３において、減段バイパス量設定部３２は、減段バイパス量Ｘを補正する。具体的には、減段バイパス量Ｘを増加させるように補正する。例えば、現在の減段バイパス量Ｘに０．１を加えたものを新たな減段バイパス量Ｘとして設定する。そして、減段バイパス量設定部３２の処理はステップＳ２０２に戻る。

ここで、冷凍装置１は、再起動時に消費電力が増大するため、停止と再起動を繰り返すと冷凍システム全体としての効率が低下するおそれがある。本実施形態に係る冷凍システムは、減段バイパス量設定部３２により、減段バイパス量Ｘを再設定することができるので、冷凍システムの状態に応じた減段バイパス量Ｘとすることができ、ハンチングを低減して、安定したシステムとすることができる。

＜減段バイパス量の重み付け制御＞
冷凍装置１の現運転台数から１台増段または減段場合、現在の運転中の冷凍装置１の台数Ｎによって、冷凍システム全体の変化率が異なる。例えば、４台運転中の状態から１台減段する場合、変化量は３／４（７５％）であるのに対し、３台運転中の状態から１台減段する場合、変化量は２／３（約６７％）となる。

このため、現在の運転中の冷凍装置１の台数Ｎに基づいて、減段バイパス量Ｘに重み付けをするようにしてもよい。なお、現在の運転中の冷凍装置１の台数Ｎが小さくなるほど、重み付けの係数を小さくするようにする構成が望ましい。

例えば、運転台数が１台減段するごとに、重み係数Ｙ（例えば、Ｙ＝０．９５）を乗ずる。つまり、冷凍システムとして並列接続台数Ｍ台中の運転台数がＮ台の場合、減段バイパス量Ｘ=Ｘ_０ ×Ｙ^(M-N-1) とする。なお、図４（特にステップＳ２０２、Ｓ２０３参照）に示す処理と組み合せて、よりハンチングを防止するようにしてもよい。

即ち、減段バイパス量設定部３２により設定された基本の減段バイパス量Ｘ_０ とし、重み付け係数をｋ_Ｎ とし、減段判定式（３）の冷凍装置減段温度Ｔｘ中に用いる減段バイパス量Ｘとすると、以下の式（４）および式（５）となる。
Ｘ＝ｋ_Ｎ ×Ｘ_０ ・・・（４）
ｋ_Ｎ ＝Ｙ^(M-N-1) ・・・（５）

ｋ_Ｎは、現在の運転中の冷凍装置１の台数Ｎの場合の重み付け係数であり、式（６）の関係が成立する。
ｋ_Ｎ＞ｋ_Ｎ−１ ・・・（６）

＜まとめ＞
以上、本実施形態に係る冷凍システムによれば、冷凍装置１の入口温度検出手段３、出口温度検出手段４、負荷上流側温度検出手段１０（負荷入口温度検出手段１３）、負荷出口温度検出手段１４に基づいて、１次側Ａに設けられた冷凍装置１および１次側ポンプ５の運転台数を制御し、２次側Ｂ（負荷２０側）の負荷変動に対して、効果的にシステムの安定化が図れ、システムがハンチングすることを低減する制御を行うことができる。これにより、１次側ポンプ５が定速ポンプであってもシステムの安定化を図り、システム全体の省エネ化が図れる冷凍システムを構築することができる。

また、１次側制御手段１２は、２次側Ｂを制御する２次側制御手段（図示せず）とは独立した制御とすることができるので、既存の冷凍システムから冷凍システムの一次側Ａ（冷凍装置１、１次側ポンプ５、１次側制御手段１２）だけを交換することができ、省エネ性の高い最適な冷凍装置１を選択できるという効果もある。

≪熱源システム≫
以上、負荷２０に冷凍装置１で冷却した熱媒体を供給する冷凍システムについて冷凍装置１および１次側ポンプ５の台数制御について説明したが、これに限られるものではない。負荷に熱源装置で加熱した熱媒体を供給する熱源システムにについて熱源装置および１次側ポンプの台数制御に適用してもよい。

この場合、前記した冷凍システムについて、冷凍システムを熱源システムと読み替え、冷凍装置１を熱源装置１と読み替えれば、熱源システムの構成は図１の構成と同様であり、説明を省略する。また、台数制御の制御フロー（図３参照）について、増段判定式（１）を以下の式（１Ａ）と読み替えればよく、減段判定式（２）を以下の式（２Ａ）と読み替えればよく、説明を省略する。

Ｔｏ−Ｔｊ＞ＴＡ ・・・（１Ａ）
Ｔｉ＞Ｔｘ ・・・（２Ａ）

≪変形例≫
なお、本実施形態に係る冷凍システム（熱源システム）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。

１次側制御手段１２が冷凍装置１の外部に設置されている構成として説明したが、これに限られるものではなく、冷凍装置１の冷凍装置制御手段（図示せず）が１次側制御手段１２と同等の機能を備える構成であってもよい。

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 冷凍装置
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 熱交換器
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 入口温度検出手段
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 出口温度検出手段
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ １次側ポンプ
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ ２次側ポンプ
７ 上流側ヘッダ
８ 下流側ヘッダ
９ 中間ヘッダ
１０ 負荷上流側温度検出手段（負荷入口温度検出手段）
１１ バイパス配管
１２ １次側制御手段
１３ 負荷入口温度検出手段
１４ 負荷出口温度検出手段
１５ 流量制御弁
１６ 逃し弁
２０ 負荷
３１ 運転台数決定部
３２ 減段バイパス量設定部
Ａ １次側
Ｂ ２次側
Ｘ 減段バイパス量

Claims (5)

1. １次側に並列に複数台設けられた冷凍装置から流出された熱媒体が合流して、負荷へと供給する前記負荷の上流側に設けられた上流側ヘッダと、
   前記負荷の下流側に設けられ、前記負荷からの前記熱媒体を前記複数台の冷凍装置に分配するための下流側ヘッダと、
   前記下流側ヘッダで分配された前記熱媒体を前記各冷凍装置に個々に供給するための複数台設けられた１次側ポンプと、
   前記上流側ヘッダの前記熱媒体を前記負荷に供給するための２次側ポンプと、
   前記上流側ヘッダと下流側ヘッダを接続するバイパス配管と、
   前記冷凍装置に流入する前記熱媒体の温度を検出する入口温度検出手段と、
   前記冷凍装置から流出した前記熱媒体の温度を検出する出口温度検出手段と、
   前記負荷へと流入する前記熱媒体の温度を検出する負荷入口温度検出手段と、
   前記負荷から流出する前記熱媒体の温度を検出する負荷出口温度検出手段と、
   前記負荷入口温度検出手段で検出された温度と、前記負荷出口温度検出手段で検出された温度と、運転中の前記冷凍装置の台数と、前記１次側の流量の過剰分である減段バイパス量と、により算出される冷凍装置減段温度に対して、前記入口側温度検出手段により検出される温度が低くなった場合、前記冷凍装置の運転台数を現運転台数より１台停止させる制御をする制御手段と、を備える
   ことを特徴とする冷凍システム。
2. 前記負荷入口温度検出手段で検出された温度をＴｊ、前記負荷出口温度検出手段で検出された温度をＴｋと、運転中の前記冷凍装置の台数をＮ、前記減段バイパス量をＸ、前記冷凍装置減段温度をＴｘとして、
   前記冷凍装置減段温度は、
   

   

   により算出される
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍システム。
3. 前記制御手段は、
   前記減段バイパス量に対して、前記冷凍装置の増段と減段を繰り返す場合、前記減段バイパス量を補正する
   ことを特徴とする請求項１記載の冷凍システム。
4. 前記減段バイパス量は、重み付け係数により重み付けされ、
   前記冷凍装置の運転台数が少なくなるほど、前記重み付け係数は小さくなる
   ことを特徴とする請求項１記載の冷凍システム。
5. １次側に並列に複数台設けられた熱源装置から流出された熱媒体が合流して、負荷へと供給する前記負荷の上流側に設けられた上流側ヘッダと、
   前記負荷の下流側に設けられ、前記負荷からの前記熱媒体を前記複数台の熱源装置に分配するための下流側ヘッダと、
   前記下流側ヘッダで分配された前記熱媒体を前記各熱源装置に個々に供給するための複数台設けられた１次側ポンプと、
   前記上流側ヘッダの前記熱媒体を前記負荷に供給するための２次側ポンプと、
   前記上流側ヘッダと下流側ヘッダを接続するバイパス配管と、
   前記熱源装置に流入する前記熱媒体の温度を検出する入口温度検出手段と、
   前記熱源装置から流出した前記熱媒体の温度を検出する出口温度検出手段と、
   前記負荷へと流入する前記熱媒体の温度を検出する負荷入口温度検出手段と、
   前記負荷から流出する前記熱媒体の温度を検出する負荷出口温度検出手段と、
   前記負荷入口温度検出手段で検出された温度と、前記負荷出口温度検出手段で検出された温度と、運転中の前記熱源装置の台数と、前記１次側の流量の過剰分である減段バイパス量と、により算出される熱源装置減段温度に対して、前記入口側温度検出手段により検出される温度が高くなった場合、前記熱源装置の運転台数を現運転台数より１台停止させる制御をする制御手段と、を備える
   ことを特徴とする熱源システム。

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