JP2015117888A - 冷凍システム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流量増大に起因する冷凍機の不要な増段を回避し、消費電力の抑制を図ることを目的とする。
【解決手段】システム制御装置は、外部負荷２からリターンヘッダ４へ戻される主管流量Ｆ及び還温度Ｔｒ並びにリターンヘッダ４から冷凍機１０ａ〜１０ｃに供給される冷凍機熱媒流量Ｆｃを変数として含み、２次サプライヘッダ６から外部負荷２へ出力される熱媒温度である往温度Ｔｓを要求熱媒温度に一致させるための冷凍機の熱媒出口設定温度を演算する演算式を記憶しており、この演算式に含まれる変数に各計測値を代入することで、冷凍機の熱媒出口設定温度を算出する。そして、演算した冷凍機の熱媒出口設定温度に基づいて、冷凍機の熱媒出口設定温度を変更することで、流量増大に伴う不要な冷凍機の増段処理を回避する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍システム及びその制御方法に関するものである。

従来、例えば、図６に示すように、複数台の冷凍機を並列に接続してなる冷凍システム５０が知られている。図６に示すように、外部負荷５１において使用されることにより昇温された冷水（例えば、約１２℃）は、リターンヘッダ５２を介して各冷凍機５３に送られ、冷凍機５３において所定の目標温度（例えば、約７℃）に冷却された冷水がサプライヘッダ５４を介して外部負荷５１に送られる。

図６に示す従来の冷凍システムでは、一般的に、外部負荷５１における入口冷水温度と出口冷水温度との温度差が設計値で想定される温度差（上記の場合は、５℃）よりも小さくなった場合、所定の熱量を確保するために、外部負荷側の系統に設けられた流量調節弁５５等を開く方向に調節することにより、冷水流量を増加させる制御が行われる。このとき、冷水流量の増加幅によっては、冷凍機の冷水流量が定格流量を超えることがある。この場合、例えば、流量ベースの制御、すなわち、冷水流量が定格流量を超えた場合に冷凍機の増段を行うような台数制御方法が採用されていた場合には、冷凍機の負荷が定格負荷に達する前に増段処理が行われることとなり、冷凍機の冷凍能力を有効に利用することができなかった。

また、上記のような問題に対し、例えば、特許文献１には、冷凍機が出力可能な冷凍能力を演算し、該冷凍能力が定格冷凍能力を超えた増大冷凍能力に基づいて定格冷水流量を超える過流量にて冷水流量を制御する冷凍システムが開示されている。この冷凍システムによれば、定格流量を超える冷水流量（過流量）が許容されることから、流量ベースの制御に比べて、冷凍機の冷凍能力を更に発揮させることが可能となる。

特開２００５−２３３５５７号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている冷凍システムでは、冷凍機及び冷水ポンプを過流量に対応できるように予め設計しておく必要があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、流量増大に起因する冷凍機の不要な増段を抑制し、消費電力の低減を図ることの可能な冷凍システム及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明の第１態様は、外部負荷に対して並列に接続される複数の冷凍機と、各前記冷凍機に対応して設けられ、該冷凍機に供給される熱媒流量を調整する複数の１次ポンプと、前記冷凍機により温度調節された熱媒が集められる１次サプライヘッダと、前記１次サプライヘッダと前記外部負荷との間に設けられた２次サプライヘッダと、前記１次サプライヘッダと前記２次サプライヘッダとの間に設けられ、前記１次サプライヘッダから前記２次サプライヘッダへの流量を調整するための２次ポンプと、前記外部負荷からの熱媒を各前記冷凍機に供給するリターンヘッダと、前記リターンヘッダと前記１次サプライヘッダとを接続するバイパス配管と、制御手段とを備え、前記制御手段は、前記外部負荷から前記リターンヘッダへ戻される熱媒流量及び熱媒温度と、前記リターンヘッダから前記冷凍機に出力される熱媒流量とを変数として含み、前記２次サプライヘッダから前記外部負荷へ出力される熱媒温度を要求熱媒温度に一致させるための前記冷凍機の熱媒出口設定温度を演算する演算式を記憶する記憶手段と、前記演算式に含まれる変数に計測値を代入することで、前記冷凍機の熱媒出口設定温度を演算する演算手段と、前記演算手段によって演算された前記冷凍機の熱媒出口設定温度に基づいて、前記冷凍機の熱媒出口設定温度を変更する設定手段とを備える冷凍システムである。

本態様によれば、外部負荷からの熱媒は、リターンヘッダを介して冷凍機に送水され、冷凍機において所定の熱媒出口設定温度に調整された熱媒が、１次サプライヘッダ、２次サプライヘッダを介して外部負荷へ送水される。１次サプライヘッダとリターンヘッダとの間にはバイパス配管が設けられ、圧力バランスが保たれている。リターンヘッダから冷凍機に送水される熱媒流量は、各冷凍機に対応してそれぞれ設けられた１次ポンプによって調整され、２次サプライヘッダから外部負荷に供給される熱媒流量は、主に、２次ポンプによって外部負荷側の要求流量に調整される。
このような構成において、冷凍機の熱媒出口設定温度は可変とされ、制御手段によって設定・変更される。具体的には、制御手段は、外部負荷からリターンヘッダへ戻される熱媒流量及び熱媒温度と、リターンヘッダから冷凍機に出力される熱媒流量とを変数として含み、２次サプライヘッダから外部負荷へ出力される熱媒温度を要求熱媒温度に一致させるための冷凍機の熱媒出口設定温度を演算する演算式を記憶している。そして、この演算式に各計測値を代入することで、外部負荷へ供給する熱媒温度を要求熱媒温度に一致させるための冷凍機の熱媒出口設定温度を演算し、この熱媒出口設定温度に基づいて冷凍機の熱媒出口設定温度を設定・変更する。
したがって、外部負荷側において熱媒流量が増大された場合であっても、冷凍機の熱媒出口設定温度を変更することにより、熱媒流量の増加分を冷凍機の負荷を増加させることで吸収させることが可能となる。これにより、例えば、負荷が定格負荷に達する前に、熱媒流量の増加に起因して冷凍機が無駄に増段されることを抑制することができ、消費電力を低減させることが可能となる。

上記冷凍システムにおいて、前記冷凍機が定格流量で運用されている場合は、前記リターンヘッダから前記冷凍機に出力される熱媒流量として該定格流量を用いることとしてもよい。

これにより、定格流量で運用されている場合には、流量センサによる冷凍機への熱媒流量の計測を不要とすることが可能となる。

上記冷凍システムの前記冷凍機が熱媒を冷却して出力する場合には、前記演算手段によって演算された前記冷凍機の熱媒出口設定温度が、前記冷凍機の特性によって決定される所定の設定可能最低温度以上である場合に、前記設定手段は、前記冷凍機の熱媒出口設定温度に、演算された前記熱媒出口設定温度を設定することとしてもよい。

上記冷凍システムにおいて、前記制御手段は、前記冷凍機の台数制御を行う台数制御装置に設けられ、前記台数制御装置は、前記演算手段によって演算された前記冷凍機の熱媒出口設定温度が、前記設定可能最低温度未満である場合に、増段処理を行うこととしてもよい。

上記構成によれば、演算手段によって算出された熱媒出口設定温度が冷凍機の特性によって決定される設定可能最低温度未満であった場合に限って増段処理を行わせることができる。これにより、例えば、個々の冷凍機の冷凍能力が限界に達した場合に、増段処理を行わせることが可能となる。
上記設定可能最低温度は、例えば、冷水の凍結を防止するための最低温度により設定される。

上記冷凍システムの前記冷凍機が熱媒を加熱して出力する場合において、前記演算手段によって演算された前記冷凍機の熱媒出口設定温度が前記冷凍機の特性によって決定される所定の設定可能最高温度以下である場合に、前記設定手段は、前記冷凍機の熱媒出口設定温度に、演算された前記熱媒出口設定温度を設定することとしてもよい。

上記冷凍システムにおいて、前記制御手段は、前記冷凍機の台数制御を行う台数制御装置に設けられ、前記台数制御装置は、前記演算手段によって演算された前記冷凍機の熱媒出口設定温度が、前記設定可能最高温度を超えている場合に、増段処理を行うこととしてもよい。

上記構成によれば、演算手段によって算出された熱媒出口設定温度が冷凍機の特性によって決定される設定可能最高温度を超えている場合に限って増段処理を行わせることができる。これにより、例えば、個々の冷凍機の冷凍能力が限界に達した場合に、増段処理を行わせることが可能となる。
上記設定可能最高温度は、例えば、機内圧力差を確保するための冷水と冷却水との必要温度差により設定される。

本発明の第２態様は、外部負荷に対して並列に接続される複数の冷凍機と、各前記冷凍機に対応して設けられ、該冷凍機に供給される熱媒流量を調整する複数の１次ポンプと、前記冷凍機から出力された熱媒が集められる１次サプライヘッダと、前記１次サプライヘッダと前記外部負荷との間に設けられた２次サプライヘッダと、前記１次サプライヘッダと前記２次サプライヘッダとの間に設けられ、前記１次サプライヘッダから前記２次サプライヘッダへの流量を調整するための２次ポンプと、前記外部負荷からの熱媒を各前記冷凍機に供給するリターンヘッダと、前記リターンヘッダと前記１次サプライヘッダとを接続するバイパス配管とを備える冷凍システムの制御方法であって、前記外部負荷から前記リターンヘッダへ戻される熱媒流量及び熱媒温度と、前記リターンヘッダから前記冷凍機に出力される熱媒流量とを変数として含み、前記２次リターンヘッダから前記外部負荷へ出力される熱媒の温度を要求熱媒温度に一致させるための前記冷凍機の熱媒出口設定温度を演算する演算式に、該変数の計測値を代入することで前記冷凍機の熱媒出口設定温度を演算し、演算した前記熱媒出口設定温度に基づいて、前記冷凍機を制御する冷凍システムの制御方法である。

本発明によれば、流量増大に起因する冷凍機の不要な増段を回避し、消費電力の抑制を図ることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る冷凍システムの構成を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態に係る冷凍システムの制御系の構成を概略的に示した図である。 システム制御装置が備える各種制御機能のうち、温度設定制御に関する機能を展開して示した機能ブロック図である。 システム制御装置によって実行される台数制御及び温度設定制御について示したフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る冷凍システム及びその制御方法の効果を説明するための図である。 従来の冷凍システムの概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態に係る冷凍システム及びその制御方法について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る冷凍システムの構成を概略的に示した図である。冷凍システム１は、空調機や給湯機、工場設備等の外部負荷２で利用されて昇温または降温した熱媒（例えば、冷水）を冷却または加熱して再び外部負荷２に供給するものであり、外部負荷２に対して並列に接続される複数の冷凍機１０ａ、１０ｂ、１０ｃを備えている。図１では、３台の冷凍機１０ａ、１０ｂ、１０ｃが設置されている場合について例示しているが、冷凍機の設置台数については任意に決定できる。以下、説明の便宜上、冷凍システム１が熱媒を冷却して外部負荷２に供給する場合について説明するが、本発明は熱媒を加熱して外部負荷２に供給する場合にも同様に適用される。

熱媒流れからみた各冷凍機１０ａ、１０ｂ、１０ｃの上流側には、それぞれ熱媒を圧送する１次ポンプ３ａ、３ｂ、３ｃが設置されている。これら１次ポンプ３ａ、３ｂ、３ｃによって、リターンヘッダ４からの熱媒が各冷凍機１０ａ、１０ｂ、１０ｃへと送られる。各１次ポンプ３ａ、３ｂ、３ｃは、インバータモータ（図示略）によって駆動されるようになっており、これにより、回転数を可変とすることで可変流量制御される。

１次サプライヘッダ５には、各冷凍機１０ａ、１０ｂ、１０ｃにおいて冷却された熱媒が集められるようになっている。サプライヘッダ５に集められた熱媒は、２次サプライヘッダ６に送られ、この２次サプライヘッダ６から外部負荷２へと送られる。１次サプライヘッダ５と２次サプライヘッダ６とは、例えば、３本の配管により接続されている。このうち２本の配管には、流量制御のための２次ポンプ７ａ、７ｂがそれぞれ設けられ、１本の配管には流量調節弁８が設けられている。２次ポンプ７ａ、７ｂは、インバータモータ（図示略）によって駆動されるようになっており、これにより、回転数を可変とすることで可変流量制御される。流量調節弁８は、弁開度が調節されることにより、可変流量制御される。
このように、本実施形態に係る冷凍システム１は、複式ポンプシステム（２次ポンプシステム）であり、主に、２次ポンプ７ａ，７ｂの台数制御及び回転数制御により、外部負荷２に供給する熱媒流量が調整される。

１次サプライヘッダ５とリターンヘッダ４との間にはバイパス配管９が設けられている。バイパス配管９は、熱媒が自由に流通できるフリー配管とされており、このバイパス配管９により１次サプライヘッダ５における熱媒圧力とリターンヘッダ４における熱媒圧力との均整が保たれるようになっている。

リターンヘッダ４よりも外部負荷側の配管には、負荷へ供給する熱媒の流量を調節するための負荷側流量調節弁１２が設けられているとともに、熱媒流量（以下「主管流量」という）Ｆ及び熱媒温度（以下「還温度」という）Ｔｒを計測するための流量センサ１３及び温度センサ１４が設けられている。
リターンヘッダ４と各１次ポンプ３ａ、３ｂ、３ｃとの間には、各１次ポンプ３ａ、３ｂ、３ｃに送られる熱媒流量Ｆｃ＿ａ、Ｆｃ＿ｂ、Ｆｃ＿ｃを計測するための流量センサ１６、１７、１８が設けられている。
流量センサ１３、１６〜１８及び温度センサ１４の計測値は、システム制御装置（制御手段）２０（図２参照）へ送信される。

図２は、本実施形態に係る冷凍システム１の制御系の構成を概略的に示した図である。図２に示すように、システム制御装置２０は、各ターボ冷凍機１０ａ、１０ｂ、１０ｃの制御装置である冷凍機制御装置３０ａ、３０ｂ、３０ｃと通信媒体２２を介して接続されており、双方向の通信が可能な構成とされている。システム制御装置２０は、冷凍システム１全体を制御する制御装置であり、冷凍機制御装置３０ａ、３０ｂ、３０ｃの上位装置として機能する。

システム制御装置２０は、例えば、コンピュータであり、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の主記憶装置、補助記憶装置、外部の機器と通信を行うことにより情報の授受を行う通信装置などを備えている。
補助記憶装置は、コンピュータ読取可能な記録媒体であり、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。この補助記憶装置には、後述する温度設定制御及び運転台数制御の他、１次ポンプ３ａ、３ｂ、３ｃ及び２次ポンプ７ａ、７ｂの台数制御及び回転数制御、流量調節弁８の弁開度制御等を行うための各種プログラムが格納されており、ＣＰＵが補助記憶装置から主記憶装置にプログラムを読み出し、実行することにより種々の処理を実現させる。

図３は、システム制御装置２０が備える各種制御機能のうち、温度設定制御に関する機能を展開して示した機能ブロック図である。温度設定制御は、外部負荷２へ供給される熱媒温度Ｔｓを、外部負荷２の要求によって決定される要求熱媒温度Ｔｒｅｑに一致させるための冷凍機１０ａ、１０ｂ，１０ｃの熱媒出口設定温度を設定・変更するものである。具体的には、システム制御装置２０は、情報取得部２５と、記憶部２６と、演算部２７と、設定部２８とを備えている。

情報取得部２５は、後述する演算部２７において必要とされる計測値等のデータを取得し、演算部２７に出力する。具体的には、上記流量センサ１３の計測値である主管流量Ｆ、温度センサ１４の計測値である還温度Ｔｒを取得し、これらを演算部２７に出力する。また、情報取得部２５は、流量センサ１６〜１８の計測値Ｆｃ＿ａ〜Ｆｃ＿ｃを取得し、これらを加算することで冷凍機熱媒流量Ｆｃ（＝Ｆｃ＿ａ＋Ｆｃ＿ｂ＋Ｆｃ＿ｃ）を演算し、演算した冷凍機熱媒流量Ｆｃを演算部２７に出力する。

記憶部２６は、２次サプライヘッダ６から外部負荷２へ出力される熱媒温度（以下「往温度」という）Ｔｓを要求熱媒温度Ｔｒｅｑに一致させるための冷凍機の熱媒出口設定温度Ｔｓｅｔ´を演算する演算式を格納している。以下、この演算式について説明する。

例えば、主管流量Ｆの一部が冷凍機側流量Ｆｃとして冷凍機１０ａ、１０ｂ、１０ｃに供給され、熱媒出口設定温度Ｔｓｅｔ´に調整された熱媒が１次サプライヘッダ５に供給されるとともに、残りの流量（Ｆ−Ｆｃ）がバイパス管９を経由して還温度Ｔｒのまま１次サプライヘッダ５に供給されるとすると、２次サプライヘッダ６から外部負荷２に供給される熱媒の温度である往温度Ｔｓは、以下の（１）式で表される。なお、冷凍機の増段処理が早期に行われる場合は、主管流量Ｆが冷凍機熱媒流量Ｆｃよりも大きい場合であることから、以下の（１）式は、リターンヘッダ４から１次サプライヘッダ５に向けて熱媒が移動する場合のみを想定している。

往温度Ｔｓを要求熱媒温度Ｔｒｅｑと一致させる場合、以下の（２）式が成立し、（２）式から熱媒出口設定温度Ｔｓｅｔ´は、以下の（３）式で与えられる。

すなわち、冷凍機１０ａ〜１０ｃから出力される熱媒温度をＴｓｅｔ´にすれば、往温度Ｔｓを要求熱媒温度Ｔｒｅｑに一致させることができる。
以上から、記憶部２６には、上記（３）式が演算式として格納される。

演算部２７は、情報取得部２５から入力された冷凍機熱媒流量Ｆｃ、主管流量Ｆ、及び還温度Ｔｒを記憶部２６から読み出した（３）式に代入することで、熱媒出口設定温度Ｔｓｅｔ´を算出する。
設定部２８は、演算部２７によって演算された熱媒出口設定温度Ｔｓｅｔ´に基づいて、各冷凍機の熱媒出口設定温度Ｔｓｅｔを設定・変更する。

次に、上記システム制御装置２０によって実行される台数制御及び温度設定制御について図４に示したフローチャートを参照して説明する。図４に示すように、例えば、台数制御と温度設定制御とは一連の処理として実行される。システム制御装置２０は、図４に示した一連の手順を所定のサンプリング周期で繰り返し実行することで、要求負荷等に応じた適切な台数制御及び熱媒出口温度設定を実現する。

まず、負荷側熱媒流量Ｆ、還温度Ｔｒ、冷凍機熱媒流量Ｆｃを取得する（情報取得部：ステップＳＡ１）。ここで、冷凍機熱媒流量Ｆｃについては、上述の通り、流量センサ１６〜１８の計測値Ｆｃ＿ａ〜Ｆｃ＿ｃを加算することで算出される。
次に、流量Ｆ及び還温度Ｔｒを用いて、現在の要求熱負荷Ｑを算出する（ステップＳＡ２）。要求熱負荷Ｑは以下の（４）式で表される。

Ｑ＝Ｆ×（Ｔｒｅｑ−Ｔｒ）×比熱×比重 （４）

（４）式において、Ｆ、Ｔｒｅｑ、Ｔｒは上述の通りである。比熱、比重は、熱媒固有の値であり、固定パラメータである。
次に、要求熱負荷Ｑが減段負荷閾値Ｑｄ以上であるか否かを判定する。減段負荷閾値Ｑｄの設定手法についてはさまざまな手法が公知の技術として知られており、これらのいずれかを採用すればよく、ここでの詳細な説明は省略する。例えば、減段負荷閾値Ｑｄは、冷凍機の定格負荷によって決定されてもよいし、ＣＯＰ（成績係数）が所定値以上となる最適負荷範囲に応じて決定されてもよい。最適負荷範囲に応じて決定された減段負荷閾値Ｑｄを用いることにより、各冷凍機を高効率な負荷率で運転することが可能となり、更なる消費電力の抑制を図ることが可能となる。

ステップＳＡ３において、要求熱負荷Ｑが減段負荷閾値Ｑｄ未満であった場合には（ステップＳＡ３において「ＮＯ」）、減段処理が行われ（ステップＳＡ４）、運転中の冷凍機に対して要求熱媒温度Ｔｒｅｑを熱媒出口設定温度Ｔｓｅｔとして設定するように指示し（ステップＳＡ５）、処理を終了する。

一方、ステップＳＡ３において、要求熱負荷Ｑが減段負荷閾値Ｑｄ以上であった場合には（ステップＳＡ３において「ＹＥＳ」）、要求熱負荷Ｑが増段負荷閾値Ｑｕ以上であるか否かを判定する（ステップＳＡ６）。増段閾値負荷の設定手法についてはさまざまな手法が公知の技術として知られており、これらのいずれかを採用すればよく、ここでの詳細な説明は省略する。例えば、増段負荷閾値Ｑｕは、冷凍機の定格能力に応じて設定されてもよいし、ＣＯＰ（成績係数）が所定値以上となる最適負荷範囲に応じて決定されてもよい。最適負荷範囲に応じて決定された増段負荷閾値Ｑｕを用いることにより、各冷凍機を高効率な負荷率で運転することが可能となり、更なる消費電力の抑制を図ることが可能となる。

ステップＳＡ６において、要求熱負荷Ｑが増段負荷閾値Ｑｕ以上である場合には（ステップＳＡ６において「ＹＥＳ」）、増段処理が行われ（ステップＳＡ７）、運転中の冷凍機及びこれから起動する冷凍機に対して要求熱媒温度Ｔｒｅｑを熱媒出口設定温度Ｔｓｅｔとして設定するように指示し（ステップＳＡ５）、処理を終了する。

一方、ステップＳＡ６において、要求熱負荷Ｑが増段負荷閾値Ｑｕ未満である場合には（ステップＳＡ６において「ＮＯ」）、上記（３）式に、主管流量Ｆ、還温度Ｔｒ、及び冷凍機熱媒流量Ｆｃを代入することにより、往温度Ｔｓを要求冷媒温度Ｔｒｅｑに一致させるための冷凍機の熱媒出口設定温度Ｔｓｅｔ´を算出する（演算部：ステップＳＡ８）。
次に、ステップＳＡ８で算出した熱媒出口設定温度Ｔｓｅｔ´が要求冷媒温度Ｔｒｅｑ未満か否かを判定し（ステップＳＡ９）、要求冷媒温度Ｔｒｅｑ以上であると判定した場合は（ステップＳＡ９において「ＮＯ」）、運転中の冷凍機に対して要求熱媒温度Ｔｒｅｑを熱媒出口設定温度Ｔｓｅｔとして設定するように指示し（設定部：ステップＳＡ５）、本処理を終了する。

一方、ステップＳＡ９において、熱媒出口設定温度Ｔｓｅｔ´が要求冷媒温度Ｔｒｅｑ未満であると判定した場合は（ステップＳＡ９において「ＹＥＳ」）、ステップＳＡ８で算出した熱媒出口設定温度Ｔｓｅｔ´が冷凍機の設定可能最低温度Ｔｍｉｎ以上であるか否かを判定する（ステップＳＡ１０）。ここで、設定可能最低温度Ｔｍｉｎは、例えば、冷水の凍結を防止するための最低温度により設定される。
ステップＳＡ１０において、熱媒出口設定温度Ｔｓｅｔ´が設定可能最低温度Ｔｍｉｎ未満であった場合には（ステップＳＡ１０において「ＮＯ」）、増段処理を行い（ステップＳＡ７）、運転中の冷凍機及びこれから起動する冷凍機に対して要求熱媒温度Ｔｒｅｑを熱媒出口設定温度Ｔｓｅｔとして設定するように指示し（ステップＳＡ５）、本処理を終了する。
一方、ステップＳＡ１０において、熱媒出口設定温度Ｔｓｅｔ´が設定可能最低温度Ｔｍｉｎ以上であった場合には（ステップＳＡ１０において「ＹＥＳ」）、運転中の冷凍機に対して、ステップＳＡ８で演算した熱媒出口設定温度Ｔｓｅｔ´を熱媒出口設定温度Ｔｓｅｔとして設定するように指示し（設定部：ステップＳＡ１１）、本処理を終了する。

以上説明してきたように、本実施形態に係る冷凍システム及びその制御方法によれば、冷凍機の熱媒出口設定温度を可変としておき、主管流量Ｆ及び還温度Ｔｒ並びに冷凍機熱媒流量Ｆｃを変数として含み、往温度Ｔｓを要求熱媒温度Ｔｒｅｑに一致させるための冷凍機の熱媒出口設定温度Ｔｓｅｔ´を演算する演算式（一例として上記（３）式）を用いて演算された熱媒出口設定温度Ｔｓｅｔ´に基づいて、冷凍機の熱媒出口設定温度Ｔｓｅｔを設定・変更する。これにより、外部負荷２側において熱媒流量が増大された場合であっても、冷凍機１０ａ〜１０ｃの熱媒出口設定温度Ｔｓｅｔを変更することにより、熱媒流量の増加分を冷凍機１０ａ〜１０ｃの負荷率を増加させることで吸収させることが可能となる。これにより、冷凍機１０ａ〜１０ｃが例えば、定格負荷に達するまえに増段が行われることを抑制することが可能となる。この結果、熱媒流量の増加に起因して冷凍機１０ａ〜１０ｃが無駄に増段されることを回避することができ、消費電力を低減させることが可能となる。

図５は、本実施形態に係る冷凍システムの制御方法による増段タイミング及び消費電力と、従来の制御方法による増段タイミング及び消費電力とを比較して示した図である。ここでは、以下の表１に示す冷凍機を２台有する冷凍システムにおいて、それぞれの制御方法を採用したときの消費電力と増段タイミングとをシミュレーションし、その結果を図５に示している。

図５（ａ）は本実施形態に係る冷凍システムの制御方法による増段タイミング等を示しており、（ｂ）は要求熱量が冷凍機の定格熱量を超えた場合に増段を行う制御方法を採用した場合の増段タイミング等を示しており、（ｃ）は流量が冷凍機の定格流量を超えた場合に増段を行う制御方法を採用した場合の増段タイミング等を示している。

図５（ｂ）の場合は、図５（ａ）に比べて、消費電力は抑えられているものの往温度Ｔｓが要求熱媒温度７℃を超過している部分が生じている（図５（ｂ）のケースＤ、Ｅ参照）。また、図５（ｃ）の場合は、要求熱媒温度７℃を満足することは可能であるが、図５（ａ）に比べて増段のタイミングが早く、消費電力が増加している。

このように、図５（ａ）に示した本実施形態に係る冷凍システム及びその制御方法によれば、冷凍機の熱媒出口設定温度を変更することにより（例えば、図５（ａ）のケースＤ、Ｅ参照）、往温度Ｔｓを要求熱媒温度Ｔｒｅｑに維持しながら、増段タイミングを遅らせて、消費電力を抑制することが可能となる。

なお、本実施形態においては、各１次ポンプ３ａ〜３ｃに供給される熱媒流量Ｆｃ＿ａ〜Ｆｃ＿ｃを流量センサ１６〜１８によって計測し、この計測値を加算することで、冷凍機熱媒流量Ｆｃを取得していたが、冷凍機熱媒流量Ｆｃの取得方法については、この手法に限られず、他の方法によって直接計測するようにしてもよいし、演算により求めることとしてもよい。

また、冷凍機の冷媒出口設定温度の設定を行う温度設定制御を行うための機能（図３参照）をシステム制御装置２０に持たせることとしたが、これに代えて、図３に示した構成を各冷凍機１０ａ〜１０ｃに設けられた冷凍機制御装置３０ａ〜３０ｃにそれぞれ持たせることとし、各冷凍機制御装置３０ａ〜３０ｃが自身の熱媒出口設定温度を設定・変更することとしてもよい。

また、本実施形態では、冷凍システム１が熱媒を冷却する場合について説明したが、熱媒を加熱する場合についても、本発明は同様に適用することが可能である。
この場合、設定部２８は、演算部２７によって演算された熱媒出口設定温度Ｔｓｅｔ´が、冷凍機１０ａ〜１０ｃの特性によって決定される所定の設定可能最高温度以下である場合に、冷凍機の熱媒出口設定温度に、演算された熱媒出口設定温度を設定すればよい。
また例えば、システム制御装置２０は、演算部２７によって演算された冷凍機の熱媒出口設定温度Ｔｓｅｔ´が設定可能最高温度を超えている場合に、増段処理を行うこととすればよい。

以上、本発明の各実施形態について述べてきたが、本発明は、上記の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において上述した各実施形態を部分的または全体的に組み合わせる等して、種々変形実施が可能である。

１ 冷凍システム
２ 外部負荷
３ａ、３ｂ、３ｃ １次ポンプ
４ リターンヘッダ
５ １次サプライヘッダ
６ ２次サプライヘッダ
７ａ、７ｂ ２次ポンプ
８ 流量調節弁
９ バイパス配管
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 冷凍機
１２ 負荷側流量調節弁
１３、１６〜１８ 流量センサ
１４ 温度センサ
２０ システム制御装置
２５ 情報取得部
２６ 記憶部
２７ 演算部
２８ 設定部
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ 冷凍機制御装置

Claims (7)

1. 外部負荷に対して並列に接続される複数の冷凍機と、
   各前記冷凍機に対応して設けられ、該冷凍機に供給される熱媒流量を調整する複数の１次ポンプと、
   前記冷凍機により温度調節された熱媒が集められる１次サプライヘッダと、
   前記１次サプライヘッダと前記外部負荷との間に設けられた２次サプライヘッダと、
   前記１次サプライヘッダと前記２次サプライヘッダとの間に設けられ、前記１次サプライヘッダから前記２次サプライヘッダへの流量を調整するための２次ポンプと、
   前記外部負荷からの熱媒を各前記冷凍機に供給するリターンヘッダと、
   前記リターンヘッダと前記１次サプライヘッダとを接続するバイパス配管と、
   制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記外部負荷から前記リターンヘッダへ戻される熱媒流量及び熱媒温度と、前記リターンヘッダから前記冷凍機に出力される熱媒流量とを変数として含み、前記２次サプライヘッダから前記外部負荷へ出力される熱媒温度を要求熱媒温度に一致させるための前記冷凍機の熱媒出口設定温度を演算する演算式を記憶する記憶手段と、
   前記演算式に含まれる変数に計測値を代入することで、前記冷凍機の熱媒出口設定温度を演算する演算手段と、
   前記演算手段によって演算された前記冷凍機の熱媒出口設定温度に基づいて、前記冷凍機の熱媒出口設定温度を変更する設定手段と
   を備える冷凍システム。
2. 前記冷凍機が定格流量で運用されている場合は、前記リターンヘッダから前記冷凍機に出力される熱媒流量として該定格流量を用いる請求項１に記載の冷凍システム。
3. 前記冷凍機が、熱媒を冷却して出力する場合において、
   前記設定手段は、前記演算手段によって演算された前記冷凍機の熱媒出口設定温度が、前記冷凍機の特性によって決定される所定の設定可能最低温度以上である場合に、前記冷凍機の熱媒出口設定温度に、演算された前記熱媒出口設定温度を設定する請求項１または請求項２に記載の冷凍システム。
4. 前記制御手段は、前記冷凍機の台数制御を行う台数制御装置に設けられ、
   前記台数制御装置は、前記演算手段によって演算された前記冷凍機の熱媒出口設定温度が、前記設定可能最低温度未満である場合に、増段処理を行う請求項３に記載の冷凍システム。
5. 前記冷凍機が、熱媒を加熱して出力する場合において、
   前記設定手段は、前記演算手段によって演算された前記冷凍機の熱媒出口設定温度が、前記冷凍機の特性によって決定される所定の設定可能最高温度以下である場合に、前記冷凍機の熱媒出口設定温度に、演算された前記熱媒出口設定温度を設定する請求項１または請求項２に記載の冷凍システム。
6. 前記制御手段は、前記冷凍機の台数制御を行う台数制御装置に設けられ、
   前記台数制御装置は、前記演算手段によって演算された前記冷凍機の熱媒出口設定温度が、前記設定可能最高温度を超えている場合に、増段処理を行う請求項５に記載の冷凍システム。
7. 外部負荷に対して並列に接続される複数の冷凍機と、各前記冷凍機に対応して設けられ、該冷凍機に供給される熱媒流量を調整する複数の１次ポンプと、前記冷凍機から出力された熱媒が集められる１次サプライヘッダと、前記１次サプライヘッダと前記外部負荷との間に設けられた２次サプライヘッダと、前記１次サプライヘッダと前記２次サプライヘッダとの間に設けられ、前記１次サプライヘッダから前記２次サプライヘッダへの流量を調整するための２次ポンプと、前記外部負荷からの熱媒を各前記冷凍機に供給するリターンヘッダと、前記リターンヘッダと前記１次サプライヘッダとを接続するバイパス配管とを備える冷凍システムの制御方法であって、
   前記外部負荷から前記リターンヘッダへ戻される熱媒流量及び熱媒温度と、前記リターンヘッダから前記冷凍機に出力される熱媒流量とを変数として含み、前記２次リターンヘッダから前記外部負荷へ出力される熱媒の温度を要求熱媒温度に一致させるための前記冷凍機の熱媒出口設定温度を演算する演算式に、該変数の計測値を代入することで前記冷凍機の熱媒出口設定温度を演算し、演算した前記熱媒出口設定温度に基づいて、前記冷凍機を制御する冷凍システムの制御方法。
   

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