JP2017009154A - 冷凍機制御装置、冷凍機システムおよびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍機システムを制御する冷凍機制御装置（２０）において、要求負荷に対して適切に冷凍機（３）を選択できるようにする。【解決手段】未来の熱負荷の推移を予測した予測熱負荷を記憶する記憶部（２４）と、予測熱負荷に基づいて、複数の冷凍機（３）の運転順位予測情報を求める運転順位予測部（２１）と、気象予報に基づいて予測熱負荷を算出し、記憶部（２４）に記憶される熱負荷予測部（２１）とを設けた。ここで、運転順位予測情報は、予測熱負荷が増加または減少して所定の境界値に至った際、第１の冷凍機をＯＦＦ状態からＯＮ状態に変更するとともに、第２の冷凍機をＯＮ状態からＯＦＦ状態に変更する情報を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍機制御装置、冷凍機システムおよびプログラムに関する。

ビルや工場等における冷凍機システムは、複数の冷凍機を備えており、要求負荷に応じて、運転すべき冷凍機が選択される。要求負荷が変動した際に、冷凍機を増段または減段する方法として、下記特許文献１の要約書には、「増段を行う際は、不足負荷値演算部１２２が、要求負荷に対する負荷の不足分を算出する。そして、運転冷凍機選択部１２３は、冷凍機の運転環境に応じて求められるＣＯＰを用いて、停止中の冷凍機のうち、不足分の負荷にて運転した場合にＣＯＰの最も高い冷凍機を、増段する冷凍機として選択する。また、減段を行う際は、運転パターン抽出部１５１が、要求負荷に対応して運転する冷凍機の組み合わせである運転パターンを抽出。そして、停止冷凍機選択部１３３は、冷凍機の運転環境に応じて求められるＣＯＰを用いて、各運転パターンにおける冷凍機システム全体のＣＯＰを求め、ＣＯＰの最も高い運転パターンに基づいて、減段する冷凍機を選択する。」と記載されている。

特開２０１２−３７１４１号公報

しかし、上述の技術において冷凍機を増段する場合は、現在運転中の冷凍機を運転したまま、追加で運転する冷凍機をＣＯＰ（Coefficient Of Performance、成績係数）に基づいて決定するため、現在の要求負荷に対して冷房能力が過剰になる等、適切に冷凍機を選択できない場合があった。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、要求負荷に対して適切に冷凍機を選択できる冷凍機制御装置、冷凍機システムおよびプログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の冷凍機制御装置は、未来の熱負荷の推移を予測した予測熱負荷を記憶する記憶部と、
前記予測熱負荷に基づいて、複数の冷凍機の運転順位予測情報を求める運転順位予測部と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、要求負荷に対して適切に冷凍機を選択できる。

本発明の第１実施形態による冷凍機システムのブロック図である。 第１実施形態における冷凍機の原則的なＯＮ／ＯＦＦ状態を示す図である。 比較例における冷凍機のＯＮ／ＯＦＦ状態を示す図である。 第１実施形態における予測ルーチンのフローチャートである。 １日における熱負荷の予測結果の一例を示す図である。 第２実施形態における運転制御ルーチンのフローチャートである。 本発明の第４実施形態による空気調和遠隔制御システムのブロック図である。 第４実施形態における予測ルーチンのフローチャートである。 第５実施形態における予測ルーチンのフローチャートである。

［第１実施形態］
＜第１実施形態の構成＞
まず、図１に示すブロック図を参照し、本発明の第１実施形態による冷凍機システム１００の詳細を説明する。
図１において、複数の冷却塔１と、対応する複数の冷凍機３とは、冷却水還配管９と冷却水往配管１２とを介して接続されており、各冷却水往配管１２には、冷却水ポンプ２が挿入されている。冷凍機３において昇温した冷却水は、冷却水還配管９を介して対応する冷却塔１に還流される。冷却塔１は、例えば開放式の冷却塔であり、その内部に担持された充填材（図示せず）に冷却水を流し込み、冷却水を送風機によって冷却するように構成されている。冷却水ポンプ２は、冷却塔１にて冷却された冷却水を、冷却水往配管１２を介して冷凍機３に向かって圧送する。なお、図示の例においては、各冷却塔１と各冷凍機３とは一対一に対応しているが、一の冷却塔１に複数の冷凍機３を接続してもよく、複数の冷却塔１に一の冷凍機３を接続するようにしてもよい。

また、各冷凍機３は、冷水一次還配管１３および冷水一次ポンプ４を介して還ヘッダ５に接続されている。冷水一次ポンプ４は、昇温した冷水を、冷水一次還配管１３を介して冷凍機３に向かって圧送する。冷凍機３は、例えば、周知の冷凍サイクルを利用した冷凍機であり、昇温した冷水を冷却するとともに、冷却水を昇温させる。冷却された冷水は、冷水一次往配管１４を介して往ヘッダ６に供給される。還ヘッダ５と往ヘッダ６とは、バイパス配管１８と、圧力調整用のバルブ１９とを介して接続されている。

また、往ヘッダ６は、冷水二次往配管１５および冷水二次ポンプ１７を介して、複数の空調機７および熱交換器８に接続されている。冷水二次ポンプ１７は、往ヘッダ６内の冷水を、空調機７および熱交換器８に圧送する。空調機７は、例えば建物内の部屋毎に接地されている。空調機７は、冷水を通す冷却コイル１０と、冷却コイル１０に送風する空調用ファン１１とを有している。空調機７および熱交換器８を介して昇温された冷水は、冷水二次還配管１６を介して還ヘッダ５に還流する。

センサ部３０は、以下のセンサを有している。
・各冷水一次往配管１４、各冷水一次還配管１３における水温を測定する温度センサ、
・各冷水一次往配管１４または各冷水一次還配管１３に設けられ、冷水の流量を測定する流量センサ、
・冷凍機システム１００が設置されている建物の外部の温度や湿度等を測定するセンサ、
・冷凍機システム１００が設置されている建物内の各部屋の温度や湿度等を測定するセンサ。
センサ部３０に設けられた複数のセンサの計測データは、制御装置２０に供給される。

制御装置２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１、ＲＡＭ（Random Access Memory）２２、ＲＯＭ（Read Only Memory）２３、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）２４、各種情報を表示するディスプレイ２５、マウスやキーボードを有する入力装置２６、センサ部３０や各冷凍機３等との間で信号を入出力する入出力インタフェース２７等、一般的なコンピュータとしてのハードウエアを備えている。

そして、ＨＤＤ２４には、ＯＳ（Operating System）、アプリケーションプログラム、各種データ等が格納されている。ＯＳおよびアプリケーションプログラムは、ＲＡＭ２２に展開され、ＣＰＵ２１によって実行される。制御装置２０は、このアプリケーションプログラム（詳細は後述する）によって熱負荷を計算し、各冷凍機３をＯＮ／ＯＦＦ制御する等、冷凍機システム１００全体を制御する。なお、何れかの冷凍機３を起動させることをＯＮ制御と呼び、停止させることをＯＦＦ制御と呼び、起動または停止させることをＯＮ／ＯＦＦ制御と呼ぶ。

ここで、冷凍機システム１００全体の熱負荷ｑ[ｋＷ]は、センサ部３０の計測データに基づいて、例えば下式（１）によって計算することができる。
ｑ＝Σ（Ｑ×ρ×ｃ×（Ｔ_H−Ｔ_L）） …式（１）
式（１）において、Ｑは冷水の流量[ｍ³／ｓ]、ρは冷水の密度[ｋｇ／ｍ³]、ｃは冷水の比熱[ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）]、Ｔ_Hは冷水還温度[℃]、Ｔ_Lは冷水往温度[℃]である。

＜第１実施形態の動作＞
（冷凍機の原則的なＯＮ／ＯＦＦ状態）
本実施形態においては、要求負荷（実現しようとする熱負荷）に応じて、各冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦ状態が決定される。その際、各冷凍機３の処理能力やＣＯＰ等に鑑みて、冷凍機システム１００全体として最もＣＯＰの高いＯＮ／ＯＦＦ状態が原則として適用される。

要求負荷に対して原則的に採用されるＯＮ／ＯＦＦ状態の一例を図２に示す。図２において縦軸は、複数の（図示の例においては３台の）冷凍機３に対応する。各冷凍機３には、定格出力時のＣＯＰ（Coefficient Of Performance、成績係数）の高い順に、「Ｎｏ１」，「Ｎｏ２」，「Ｎｏ３」の番号が付与されている。

また、「Ｎｏ１」，「Ｎｏ２」，「Ｎｏ３」の定格出力時における冷房能力は、それぞれ「２０００ｋＷ」，「１０００ｋＷ」，「２０００ｋＷ」である。周知のように、定格出力時のＣＯＰは、冷房については「冷房能力÷冷房消費電力」によって表されるが、ここで「冷房消費電力」とは、冷凍機３の消費電力のみならず、当該冷凍機３に付随する冷却塔１、冷却水ポンプ２、冷水一次ポンプ４等の消費電力も含む値である。そして、何れかの冷凍機３がＯＮ／ＯＦＦ制御される場合は、当該冷凍機３に付随する冷却塔１、冷却水ポンプ２、冷水一次ポンプ４等も共にＯＮ／ＯＦＦ制御される。

また、図２の横軸は、冷凍機システム１００に求められる要求負荷であり、図中においてバー５０１を付した範囲は、対応する冷凍機３が原則としてＯＮ状態にされる範囲であり、バー５０１を付していない範囲は、対応する冷凍機３が原則としてＯＦＦ状態にされる範囲である。図２によれば、要求負荷が１０００ｋＷ未満である場合は、「Ｎｏ１」，「Ｎｏ２」，「Ｎｏ３」の冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦパターンは、「ＯＦＦ，ＯＮ，ＯＦＦ」になる。

一般的に、冷凍機は、定格出力付近で運転した場合にＣＯＰが最も高くなる。本実施形態においても、その種の冷凍機３を適用することを想定している。より具体的には、要求負荷が１０００ｋＷ未満である場合は、「Ｎｏ２」の冷凍機３のＣＯＰが「Ｎｏ１」のものよりも高くなることを想定しており、この想定により、要求負荷が１０００ｋＷ未満である場合は、「Ｎｏ２」の冷凍機３がＯＮ状態にされる。特に、冷房能力の小さい冷凍機３については、付随する補機（冷却塔１、冷却水ポンプ２、冷水一次ポンプ４等）の消費電力も低いため、冷凍機システム１００全体として消費電力を抑制することができる。

また、図２において要求負荷が１０００ｋＷ以上になると、「Ｎｏ１」の冷凍機３は、定格出力時のＣＯＰが最高であるため、原則的には常にＯＮ状態になる。このような、「Ｎｏ１」の冷凍機３を「ベース運転機」と呼ぶ場合がある。要求負荷が２０００ｋＷ〜３０００ｋＷの区間では、「Ｎｏ１」の冷凍機３のみでは冷房能力が不足するため、「Ｎｏ１」，「Ｎｏ２」，「Ｎｏ３」の冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦパターンは、原則として、「ＯＮ，ＯＮ，ＯＦＦ」になる。また、要求負荷が３０００ｋＷ〜４０００ｋＷの区間では、ＯＮ／ＯＦＦパターンは、原則として、「ＯＮ，ＯＦＦ，ＯＮ」になる。

ここで、比較例におけるＯＮ／ＯＦＦ状態を図３に示す。
図３において、各冷凍機３の仕様は、第１実施形態のもの（図２）と同様である。この比較例においては、要求負荷の増減に対応して、「定格出力時のＣＯＰが高い順にＯＮ状態にしてゆく」「定格出力時のＣＯＰが低い順にＯＦＦ状態にしてゆく」というルールで運転する冷凍機３を決定するものである。例えば、要求負荷を０ｋＷから５０００ｋＷに徐々に上昇させてゆくと、各冷凍機３は「Ｎｏ１」，「Ｎｏ２」，「Ｎｏ３」の順にＯＮ状態にされてゆき、逆に要求負荷を５０００ｋＷから０ｋＷに徐々に下降させてゆくと、各冷凍機３は「Ｎｏ３」，「Ｎｏ２」，「Ｎｏ１」の順にＯＦＦ状態にされてゆく。

図２と図３を比較すると、要求負荷が０ｋＷ〜１０００ｋＷおよび３０００ｋＷ〜４０００ｋＷの区間にて、ＯＮ状態にされる冷凍機３が異なっていることが解る。まず、要求負荷が０ｋＷ〜１０００ｋＷの区間において図３の比較例では「Ｎｏ１」の冷凍機３がＯＮ状態にされている。これは、「Ｎｏ１」の冷凍機３は、定格出力時のＣＯＰが最も高いためである。しかし、要求負荷が０ｋＷ〜１０００ｋＷの区間においては、上述したように、定格出力が１０００ｋＷである「Ｎｏ２」の冷凍機３をＯＮ状態にするほうが高いＣＯＰを実現できる。

また、要求負荷が３０００ｋＷ〜４０００ｋＷの区間において図３の比較例では「Ｎｏ１」，「Ｎｏ２」，「Ｎｏ３」の全ての冷凍機３がＯＮ状態になっている。これは、「定格出力時のＣＯＰが高い順にＯＮ状態にしてゆく」「定格出力時のＣＯＰが低い順にＯＦＦ状態にしてゆく」というルールを貫いたためである。しかし、「Ｎｏ１」および「Ｎｏ３」の冷凍機３がＯＮ状態であれば、これらによって４０００ｋＷの要求負荷に対応できるため、図２に示したように、「Ｎｏ２」の冷凍機３をＯＦＦ状態にするほうが高いＣＯＰを実現できるものと考えらえる。

上述したように、本実施形態においては、要求負荷に応じて、各冷凍機３の処理能力やＣＯＰ等に鑑みて、冷凍機システム１００全体として最もＣＯＰの高いＯＮ／ＯＦＦ状態が原則として適用される。これは、図２に示したように、要求負荷が徐々に上昇したとき（または下降したとき）何れかの冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦ状態が切り替わる境界の要求負荷において、ＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えるべき一の冷凍機３と、ＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えるべき他の冷凍機３とが共に存在する場合がある、ということである。

（予測ルーチン）
本実施形態においては、将来の熱負荷を予測するため、制御装置２０においては、所定の予測周期毎に図４に示す予測ルーチンが起動される。
図４において処理がステップＳ２０２に進むと、制御装置２０は、将来の熱負荷を予測するための各種パラメータを取得する。

ここで、取得されるパラメータとは、例えば以下のものである。
（１）気象予報：今後数時間内における、建物周辺の気温および湿度の推移の予測等。なお、これらはインターネット上の気象情報配信サイトから取得することができる。
（２）建物内の発熱源の予測：例えば建物内の人口の推移の予測、建物内の機器（工場設備等）の稼働スケジュール等。

次に、処理がステップＳ２０４に進むと、制御装置２０は、取得したパラメータに基づいて、将来の（例えば、現在時刻から数時間程度の）熱負荷を予測する。予測した熱負荷は、例えば図５に示すグラフのように表すことができる。図５は１日における熱負荷の予測結果（予測熱負荷）の一例であり、横軸は時刻、縦軸は熱負荷である。

図４において、次に処理がステップＳ２０６に進むと、制御装置２０は、各冷凍機３の処理能力やＣＯＰと、予測熱負荷との関係から、各時点における冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦ予測情報を決定する。より具体的には、図５における各時点の予測熱負荷と、各冷凍機３の処理能力やＣＯＰ等とに基づいて、冷凍機システム１００全体として各時点のＣＯＰが最も高くなるようにＯＮ／ＯＦＦ予測情報を決定する。そして、各時点のＯＮ／ＯＦＦ予測情報を時系列で結合することにより、運転順位予測情報が作成される。

例えば、図５において時刻ｔ1，ｔ3付近の予測熱負荷は約３５００ｋＷであるので、図２によれば、「Ｎｏ１」，「Ｎｏ２」，「Ｎｏ３」の冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦパターンは、「ＯＮ，ＯＦＦ，ＯＮ」になる。また、時刻ｔ2付近では、予測熱負荷は約２５００ｋＷであるので、図２によれば、ＯＮ／ＯＦＦパターンは、「ＯＮ，ＯＮ，ＯＦＦ」になる。運転順位予測情報は、このようなＯＮ／ＯＦＦパターンを結合して作成される。次に、処理がステップＳ２０８に進むと、作成された運転順位予測情報がＨＤＤ２４内に記録されるとともに、ディスプレイ２５に表示される。以上により、図４に示す予測ルーチンの処理が終了する。

（運転制御）
本実施形態において、実際に冷凍機システム１００を運転する場合は、運転員がディスプレイ２５に表示された運転順位予測情報を見ながら、入力装置２６を操作して、各冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦ状態をマニュアル操作によって指定する。このように、冷凍機３をマニュアル操作する場合は、自動操作する場合と比較して、初期導入コストを低減できる。本実施形態においては、ディスプレイ２５に表示された運転順位予測情報を参考にして運転員が入力装置２６を操作できるため、運転員が未熟練者である場合であっても、効率的な運用を実現することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態の冷凍機システム１００について説明する。
本実施形態のハードウエア構成は、第１実施形態のもの（図１）と同様である。但し、本実施形態において、制御装置２０は、運転順位予測情報を予め求めることはなく、冷凍機システム１００の運転時にセンサ部３０の計測データに基づいて、冷凍機３等を自動的にＯＮ／ＯＦＦ制御する。そのため、制御装置２０においては、図６に示す運転制御ルーチンが起動される。

図６において処理がステップＳ３０２に進むと、制御装置２０は、センサ部３０から、各センサの計測データ（水温、流量、建物の内外の温度や湿度等）を収集する。次に、処理がステップＳ３０４に進むと、制御装置２０は、収集したデータと、上述した式（１）とに基づいて、その時点における実際の熱負荷ｑを計算する。次に、処理がステップＳ３０６に進むと、制御装置２０は、その時点における各冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦ情報を決定する。すなわち、各冷凍機３の処理能力やＣＯＰと、その時点における実際の熱負荷ｑとに基づいて、冷凍機システム１００全体としてのＣＯＰが最も高くなるようにＯＮ／ＯＦＦ情報が決定される。

次に、処理がステップＳ３０８に進むと、制御装置２０は、決定されたＯＮ／ＯＦＦ情報をディスプレイ２５に表示させるとともに、ＨＤＤ２４に記憶させる。次に、処理がステップＳ３１０に進むと、制御装置２０は、決定されたＯＮ／ＯＦＦ情報に基づいて、必要に応じて冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。なお、ある冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う場合は、当該冷凍機３に付随する冷却塔１、冷却水ポンプ２、冷水一次ポンプ４等も共にＯＮ／ＯＦＦ制御される。ステップＳ３１０の処理が終了すると、処理はステップＳ３０２に戻り、上述したステップＳ３０２〜Ｓ３１０の動作が繰り返される。

以上のように、本実施形態においては、センサ部３０の計測データに基づいて、制御装置２０が冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦ状態を自動制御することができる。特に、本実施形態における自動制御は、図２において説明したように、「要求負荷が徐々に上昇したとき（または下降したとき）何れかの冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦ状態が切り替わる境界の要求負荷において、ＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えるべき一の冷凍機３と、ＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えるべき他の冷凍機３とが共に存在する場合がある」という特徴を有している。かかる特徴を有することにより、冷凍機システム１００全体としてのＣＯＰが最も高くなるようにＯＮ／ＯＦＦ情報を決定することができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態の冷凍機システム１００について説明する。
本実施形態のハードウエア構成は、第１実施形態のもの（図１）と同様である。
本実施形態の制御装置２０においては、第１実施形態と同様に、所定の予測周期毎に予測ルーチン（図４）が起動され、運転順位予測情報がディスプレイ２５に表示される。また、冷凍機システム１００の運転中は、第２実施形態と同様に、制御装置２０にて運転制御ルーチン（図６）が起動され、各冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦ状態が自動的に設定される。このように、予測ルーチン（図４）による予測と、運転制御ルーチン（図６）による自動制御とを併用した点に本実施形態の特徴がある。

本実施形態において、各冷凍機３に設定されるＯＮ／ＯＦＦ状態は、運転制御ルーチン（図６）にて自動制御されている限り、第２実施形態のものと同様になる。但し、運転員は、必要に応じて運転制御ルーチン（図６）を停止し、各冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦ状態をマニュアル操作によって指定することができる。その場合、如何なるタイミングでマニュアル操作に切り替えるのか、また、マニュアル操作によって如何なるＯＮ／ＯＦＦ状態を設定するのかは運転員が判断することになる。その判断に際して、運転員は、予測ルーチン（図４）によって表示された運転順位予測情報を参照することができるため、運転員が未熟練者である場合であっても、適切な判断を行うことができる。

［第４実施形態］
次に、図７に示すブロック図を参照し、本発明の第４実施形態による空気調和遠隔制御システム１２０の詳細を説明する。
図７において、複数の拠点（建物）にそれぞれ冷凍機システム１００が設置されている。なお、一の冷凍機システム１００のハードウエア構成は、第１実施形態のもの（図１）と同様である。各冷凍機システム１００に含まれる制御装置２０は、通信回線５２およびネットワーク５４を介して、サーバ機５０と接続されている。なお、サーバ機５０のハードウエア構成は、制御装置２０のものと同様である。

次に、図８を参照し、本実施形態の動作を説明する。
なお、図８は、本実施形態における予測ルーチンのフローチャートであり、図中のステップＳ４０２〜Ｓ４０８はサーバ機５０によって実行され、ステップＳ４２０，Ｓ４２２は各拠点の制御装置２０によって実行される。
図８において処理がステップＳ４０２に進むと、サーバ機５０は、各拠点の所在地における気象予報を取得するとともに、各拠点の制御装置２０から、建物内の発熱源の予測や建物内の機器（工場設備等）の稼働スケジュール等のパラメータを受信する。なお、受信するパラメータの内容は、第１実施形態の予測ルーチン（図４）のステップＳ２０２のものと同様である。

次に、処理がステップＳ４０４に進むと、サーバ機５０は、取得されたパラメータに基づいて、拠点毎に、将来の熱負荷を予測する。次に、処理がステップＳ４０６に進むと、サーバ機５０は、各拠点における冷凍機３の処理能力やＣＯＰと、予測熱負荷との関係に基づいて、拠点毎に、冷凍機３の運転順位予測情報を決定する。

なお、ステップＳ４０４、Ｓ４０６の内容は、第１実施形態の予測ルーチン（図４）におけるステップＳ２０４、Ｓ２０６のものと同様である。次に、処理がステップＳ４０８に進むと、サーバ機５０は、拠点毎に、運転順位予測情報を表示する表示データ（例えば、ｈｔｍｌファイル）を作成し、ネットワーク５４を介して、拠点毎の表示データを、対応する拠点に対して公開する。

表示データが公開された後、各拠点の制御装置２０においては、ステップＳ４２０の処理が実行され、公開された表示データがＷｅｂブラウザ等によって、各拠点のディスプレイ２５に表示される。次に、処理がステップＳ４２２に進むと、各拠点の運転員によって、当該拠点の運転順位予測情報が目視により確認される。そして、拠点毎に、冷凍機システム１００の運転条件が決定される。

例えば、第１実施形態と同様に、運転順位予測情報を参考にして、運転員のマニュアル操作によって、各冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦ状態を設定してもよく、第２，３実施形態と同様に、各拠点の制御装置２０において運転制御ルーチン（図６）を実行することにより、各冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦ状態を自動制御してもよい。以上により、本実施形態における予測ルーチン（図８）の処理が終了する。

本実施形態によれば、第１〜第３実施形態と同様に、冷凍機システム１００を効率的に運転することができる。また、気象予報の取得や、運転順位予測情報の作成はサーバ機５０において実行されるため、各拠点の制御装置２０としては、処理能力が低いものを採用することができ、コストダウンを図ることができる。

［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について説明するが、本実施形態の具体的な内容を説明する前に、再び図５を参照し本実施形態の概要を説明する。
１日における熱負荷の予測結果が図５の通りであったとすると、第１実施形態等に適用される予測ルーチン（図４）によれば、各時点の予測熱負荷に基づいて、冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦ予測情報を決定し、これらを時系列で結合することにより、運転順位予測情報が作成されていた。

具体的には、第１実施形態等で得られる運転順位予測情報によれば、「Ｎｏ１」，「Ｎｏ２」，「Ｎｏ３」の冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦパターンは、前述した通り、時刻ｔ1，ｔ3付近において「ＯＮ，ＯＦＦ，ＯＮ」になり、時刻ｔ2付近では、「ＯＮ，ＯＮ，ＯＦＦ」になる。すると、時刻ｔ1〜ｔ3の期間において、全冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦ状態は、合計４回（「Ｎｏ２」が２回、「Ｎｏ３」が２回）切り替えられることになる。

しかし、このように、冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すと、冷凍機システム１００全体の効率が悪化するという問題が発生する。それは、一旦ＯＦＦ状態にした冷凍機３およびこれに接続される配管等は昇温してしまうため、再びＯＮ状態にした際、これらを冷却するために一時的に消費電力が大きくなるためである。また、運転員の手動でＯＮ／ＯＦＦ状態を切り替える場合には、運転員の負担が大きくなる。このような場合には、時刻ｔ1〜ｔ3の全期間において、ＯＮ／ＯＦＦパターンを「ＯＮ，ＯＦＦ，ＯＮ」に統一しておくことが、効率を高め、また運転員の負担を減らすために望ましいと考えられる。

また、時刻ｔ4〜ｔ6の期間についても同様である。時刻ｔ4，ｔ6における予測熱負荷は４２００〜４８００ｋＷ程度であるので、図２によれば、「Ｎｏ１」，「Ｎｏ２」，「Ｎｏ３」の冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦパターンは、「ＯＮ，ＯＮ，ＯＮ」になる。一方、時刻ｔ5における予測熱負荷は３５００ｋＷ程度であるので、図２によれば、ＯＮ／ＯＦＦパターンは、「ＯＮ，ＯＦＦ，ＯＮ」になる。図５において、時刻ｔ5の前後で予測熱負荷が４０００ｋＷ未満に下がる期間は比較的短いため、時刻ｔ4〜ｔ6の全期間において、ＯＮ／ＯＦＦパターンを「ＯＮ，ＯＮ，ＯＮ」に統一しておくことが、効率を高め、また運転員の負担を減らすために望ましいと考えられる。

そこで、本実施形態（第５実施形態）は、予測熱負荷が一時的に下がるために原則的なＯＮ／ＯＦＦ状態（図２）が一時的に（所定時間Ｔ_th以下の期間だけ）変更される場合は、その前後におけるＯＮ／ＯＦＦ状態を維持した運転順位予測情報を出力しようとするものである。

以下、本実施形態の具体的内容を説明する。
まず、本実施形態のハードウエア構成は、第１実施形態のもの（図１）と同様である。また、本実施形態の制御装置２０においては、第１実施形態の予測ルーチン（図４）に代えて、所定の予測周期毎に図９に示す予測ルーチンが起動される。

図９において、ステップＳ５０２〜Ｓ５０６の処理は、第１実施形態の予測ルーチン（図４）のステップＳ２０２〜Ｓ２０６と同様である。すなわち、制御装置２０は、将来の熱負荷を予測するための各種パラメータを取得し（Ｓ５０２）、例えば図５に示すグラフのように将来の熱負荷を予測し（Ｓ５０４）、各時点のＣＯＰが最も高くなるように運転順位予測情報を計算する（Ｓ５０６）。

次に、処理がステップＳ５０８に進むと、制御装置２０は、計算された運転順位予測情報において、冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦパターンが、所定時間Ｔ_th以内に「パターンＡ→パターンＢ→パターンＡ」の順に変化する（但し、パターンＢの冷房能力は、パターンＡの冷房能力よりも低いものとする）期間が存在するか否かを判定する。ここで「Ｙｅｓ」と判定されると処理はステップＳ５１０に進み、当該期間におけるＯＮ／ＯＦＦパターンがパターンＡに統一される。

上述した図５について具体例を挙げると、時刻ｔ1，ｔ3において、「Ｎｏ１，Ｎｏ２，Ｎｏ３」の冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦパターンは「ＯＮ，ＯＦＦ，ＯＮ」であり、これが「パターンＡ」とすると、時刻ｔ2におけるＯＮ／ＯＦＦパターンは「ＯＮ，ＯＮ，ＯＦＦ」であり、これが「パターンＢ」になる。ＯＮ／ＯＦＦパターンがパターンＡからパターンＢに切り替わり、さらにパターンＡに戻るまでの時間が所定時間Ｔ_th以下であれば、当該期間のＯＮ／ＯＦＦパターンは、パターンＡ（ＯＮ，ＯＦＦ，ＯＮ）に統一される。

同様に、時刻ｔ4，ｔ6において、「Ｎｏ１，Ｎｏ２，Ｎｏ３」の冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦパターンは「ＯＮ，ＯＮ，ＯＮ」であり、これが「パターンＡ」とすると、時刻ｔ5におけるＯＮ／ＯＦＦパターンは「ＯＮ，ＯＦＦ，ＯＮ」であり、これが「パターンＢ」になる。この場合も、ＯＮ／ＯＦＦパターンがパターンＡからパターンＢに切り替わり、さらにパターンＡに戻るまでの時間が所定時間Ｔ_th以下であれば、当該期間のＯＮ／ＯＦＦパターンは、パターンＡ（ＯＮ，ＯＮ，ＯＮ）に統一される。
このように、ステップＳ５１０の処理によってＯＮ／ＯＦＦパターンが統一された期間を「パターン統一期間」と呼び、図５において「Ｔ₁，Ｔ₂」として示す。

図９に戻り、ステップＳ５０８において「Ｎｏ」と判定された場合は、処理はステップＳ５１２に進む。ここでは、先にステップＳ５０６において計算された運転順位予測情報が、最終的な運転順位予測情報として確定される。次に、処理がステップＳ５１４に進むと、確定された運転順位予測情報がＨＤＤ２４内に記録されるとともに、ディスプレイ２５に表示される。また、パターン統一期間が存在する場合には、パターン統一期間を示す情報もＨＤＤ２４内に記録されるとともに、ディスプレイ２５に表示される。以上により、図８に示す予測ルーチンの処理が終了する。

本実施形態において、実際に冷凍機システム１００を運転する場合の動作は、第１実施形態と同様である。すなわち、運転員がディスプレイ２５に表示された運転順位予測情報を見ながら、入力装置２６を操作して、各冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦ状態をマニュアル操作によって指定する。本実施形態においてディスプレイ２５に表示される運転順位予測情報は、なるべく冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦ状態が変化しないように設定されているため、運転員が未熟練者である場合であっても、効率的な運用を実現することができる。

［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態の冷凍機システム１００について説明する。
本実施形態のハードウエア構成は、第１実施形態のもの（図１）と同様である。
本実施形態の制御装置２０においては、第５実施形態と同様に、所定の予測周期毎に図８に示す予測ルーチンが起動され、運転順位予測情報（および存在する場合には、パターン統一期間を示す情報）がディスプレイ２５に表示される。また、冷凍機システム１００の運転中は、第２実施形態と同様に、制御装置２０にて図６に示したものと同様の運転制御ルーチンが起動され、各冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦ状態が自動的に設定される。

但し、本実施形態における運転制御ルーチンは、第２実施形態のもの（図６）と比較して、ステップＳ３０６の処理が若干異なる。すなわち、本実施形態においては、パターン統一期間内においては、現時点でＯＮ状態になっている冷凍機３の冷房能力が過剰であったとしても、冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦ状態は変更しない。これにより、冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦ状態が短時間内に変更され続けることを防止でき、冷凍機システム１００の効率的な運用を実現することができる。但し、パターン統一期間内においても、冷凍機３の冷房能力が要求負荷に対して不足する場合には、要求負荷を充足するようにＯＮ／ＯＦＦ状態が切り替えられる。

［変形例］
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、若しくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。

（１）上記各実施形態において「予測熱負荷」とは、気象予報や、建物内の発熱源の予測等に基づいて制御装置２０が予測した負荷であった。しかし、「予測熱負荷」は、これに限定されるものではなく、「人間（運転員）が計画した負荷」のようなものも含まれる。また、気象予報に基づいて予測熱負荷を求める場合においても、例えば、過去の計測データから気象予報値を修正した値や、過去の履歴から推測した気象予報値を用いてもよい。

（２）上記各実施形態において冷凍機３のＯＮ／ＯＦＦ情報または運転順位予測情報を求める処理（ステップＳ２０６，Ｓ３０６，Ｓ４０６，Ｓ５０６）においては、各時点のＣＯＰが最も高くなるＯＮ／ＯＦＦ状態を計算によって求めていた。しかし、要求負荷に対応したＯＮ／ＯＦＦパターン（例えば、図２に示すＯＮ／ＯＦＦパターン）をテーブルとしてＨＤＤ２４に事前に記憶しておき、このテーブルを参照することによってＯＮ／ＯＦＦ情報または運転順位予測情報を求めるようにしてもよい。

（３）上記各実施形態においては、冷凍機３のＣＯＰは、定格出力付近で運転した場合に最も高くなることを前提としていた。しかし、冷凍機３の種類によっては、この前提が当てはまらない場合もある。例えば、インバータ・ターボ冷凍機は、一般的に定格負荷よりも部分負荷のほうが、高いＣＯＰが得られる傾向がある。そのため、運転順位を決定する際には、要求負荷に応じて、冷凍機の運転機種と、そのときの各冷凍機の部分負荷特性に基づいて、冷凍機システム１００全体のＣＯＰが最も高くなる組み合わせを選択し、運転するとよい。

（４）また、冷凍機の冷房能力やＣＯＰは、経年変化によって徐々に低下する。従って、同一の機種、（カタログスペック上で）同一の冷房能力の冷凍機を使用する場合、経年変化に鑑みてＣＯＰの高い冷凍機を優先的にＯＮ状態にするように、冷凍機のＯＮ／ＯＦＦ状態を決定するようにしてもよい。

（５）上記各実施形態においては、各冷水一次往配管１４、各冷水一次還配管１３における水温を測定する温度センサと、各冷水一次往配管１４または各冷水一次還配管１３に設けられ、冷水の流量を測定する流量センサとを設け、これらセンサの計測データに基づいて熱負荷ｑを計算した。しかし、冷水二次往配管１５および冷水二次還配管１６に水温を測定する温度センサを設け、冷水二次往配管１５または冷水二次還配管１６に流量センサを設け、これらの計測データに基づいて熱負荷ｑを算出してもよい。

（６）上記各実施形態における制御装置２０およびサーバ機５０のハードウエアは一般的なコンピュータによって実現できるため、図４、図６、図８、図９に示したプログラム等を記憶媒体に格納し、または伝送路を介して頒布してもよい。

（７）図４、図６、図８、図９に示した処理は、上記各実施形態ではプログラムを用いたソフトウエア的な処理として説明したが、その一部または全部をＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit；特定用途向けＩＣ)、あるいはＦＰＧＡ(field-programmable gate array)等を用いたハードウエア的な処理に置き換えてもよい。

［構成・効果の総括］
以上のように、第１，第３〜６実施形態は、未来の熱負荷の推移を予測した予測熱負荷を記憶する記憶部（２４，Ｓ２０４，Ｓ４０４，Ｓ５０４）と、前記予測熱負荷に基づいて、性能の異なる複数の冷凍機（３）の運転順位予測情報を求める運転順位予測部（２１，Ｓ２０６，Ｓ４０６，Ｓ５０６）と、を有することを特徴とする。
この運転順位予測情報を参考にして冷凍機（３）のＯＮ／ＯＦＦ状態を設定することにより、運転員が未熟練者である場合であっても、冷凍機（３）の効率的な運用を実現することができる。

また、第１，第３〜６実施形態は、気象予報に基づいて前記予測熱負荷を算出し、前記記憶部（２４，Ｓ２０４，Ｓ４０４，Ｓ５０４）に記憶される熱負荷予測部（２１，Ｓ２０４，Ｓ４０４，Ｓ５０４）をさらに有することを特徴とする。
これにより、気象予報に基づいて、予測熱負荷を適切に算出することができる。

さらに、前記運転順位予測情報は、前記予測熱負荷が増加または減少して所定の境界値（例えば図２の１０００ｋＷ）に至った際、第１の冷凍機（Ｎｏ１の冷凍機）をＯＦＦ状態からＯＮ状態に変更するとともに、第２の冷凍機（Ｎｏ２の冷凍機）をＯＮ状態からＯＦＦ状態に変更する情報を含むことを特徴とする。
これにより、予測熱負荷に対して適切な冷凍機（３）を選択することができる。

さらに、第３，第６実施形態においては、熱負荷を実測するセンサ部（３０）と、実測した前記熱負荷に基づいて、複数の前記冷凍機（３）のそれぞれのＯＮ／ＯＦＦ状態を決定する冷凍機決定部（２１，Ｓ３０６）と、前記冷凍機決定部（２１，Ｓ３０６）にて決定されたＯＮ／ＯＦＦ状態に基づいて、複数の前記冷凍機（３）のＯＮ／ＯＦＦ状態を設定する設定部（２１，Ｓ３１０）と、をさらに有することを特徴とする。
これにより、実際の熱負荷に対応して、冷凍機（３）を自動制御することができる。

また、第４実施形態において前記記憶部（２４，Ｓ４０４）は、異なる拠点に設けられ各々が複数の冷凍機（３）を有する複数の冷凍機システム（１００）について、前記予測熱負荷を記憶するものであり、前記運転順位予測部（２１，Ｓ４０６）は、各々の前記冷凍機システム（１００）について、前記運転順位予測情報を求めるものであり、各々の前記運転順位予測情報を、ネットワーク（５４）を介して、対応する前記拠点に送信することを特徴とする。
これにより、一台の冷凍機制御装置（５０）によって、複数の拠点に対する運転順位予測情報を算出し、各拠点に配信することができる。

また、第５，第６実施形態は、前記運転順位予測情報において、前記複数の冷凍機（３）のＯＮ／ＯＦＦパターンが、所定時間（Ｔ_th）内に第１のパターン（パターンＡ：ＯＮ，ＯＦＦ，ＯＮ）から、より冷房能力の低い第２のパターン（パターンＢ：ＯＮ，ＯＮ，ＯＦＦ）に変化し、しかる後に前記第１のパターン（パターンＡ：ＯＮ，ＯＦＦ，ＯＮ）に変化する場合に、前記所定時間（Ｔ_th）内のＯＮ／ＯＦＦパターンを前記第１のパターン（パターンＡ：ＯＮ，ＯＦＦ，ＯＮ）に統一するように前記運転順位予測情報を変更する運転順位予測情報変更部（２１，Ｓ５１０）をさらに有することを特徴とする。
これにより、冷凍機（３）のＯＮ／ＯＦＦ状態の切り替え頻度を抑制し、運転効率を一層高めることができる。

また、第２実施形態は、熱負荷を実測するセンサ部（３０）と、実測した前記熱負荷に基づいて、複数の冷凍機（３）のそれぞれのＯＮ／ＯＦＦ状態を決定する冷凍機決定部（２１，Ｓ３０６）と、前記冷凍機決定部（２１，Ｓ３０６）にてＯＮ／ＯＦＦ状態に基づいて、複数の前記冷凍機（３）のＯＮ／ＯＦＦ状態を設定する設定部（２１，Ｓ３１０）と、を有し、前記設定部（２１，Ｓ３１０）は、前記熱負荷が増加または減少して所定の境界値（例えば図２の１０００ｋＷ）に至った際、第１の冷凍機（Ｎｏ１の冷凍機）をＯＦＦ状態からＯＮ状態に変更するとともに、第２の冷凍機（Ｎｏ２の冷凍機）をＯＮ状態からＯＦＦ状態に変更することを特徴とする。
これにより、実際の熱負荷に対して適切な冷凍機（３）を選択することができる。

１ 冷却塔
２ 冷却水ポンプ（ポンプ）
３ 冷凍機
４ 冷水一次ポンプ（ポンプ）
２０ 制御装置（冷凍機制御装置）
２１ ＣＰＵ（冷凍機決定部，設定部，運転順位予測部，熱負荷予測部）
２４ ＨＤＤ（記憶部）
２５ ディスプレイ
５０ サーバ機（冷凍機制御装置）
５２ 通信回線
５４ ネットワーク
１００ 冷凍機システム

Claims (9)

1. 未来の熱負荷の推移を予測した予測熱負荷を記憶する記憶部と、
   前記予測熱負荷に基づいて、性能の異なる複数の冷凍機の運転順位予測情報を求める運転順位予測部と、
   を有することを特徴とする冷凍機制御装置。
2. 気象予報に基づいて前記予測熱負荷を算出し、前記記憶部に記憶される熱負荷予測部、
   をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の冷凍機制御装置。
3. 前記運転順位予測情報は、前記予測熱負荷が増加または減少して所定の境界値に至った際、第１の冷凍機をＯＦＦ状態からＯＮ状態に変更するとともに、第２の冷凍機をＯＮ状態からＯＦＦ状態に変更する情報を含む
   ことを特徴とする請求項２に記載の冷凍機制御装置。
4. 熱負荷を実測するセンサ部と、
   実測した前記熱負荷に基づいて、複数の前記冷凍機のそれぞれのＯＮ／ＯＦＦ状態を決定する冷凍機決定部と、
   前記冷凍機決定部にて決定されたＯＮ／ＯＦＦ状態に基づいて、複数の前記冷凍機のＯＮ／ＯＦＦ状態を設定する設定部と、
   をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の冷凍機制御装置。
5. 前記記憶部は、異なる拠点に設けられ各々が複数の冷凍機を有する複数の冷凍機システムについて、前記予測熱負荷を記憶するものであり、
   前記運転順位予測部は、各々の前記冷凍機システムについて、前記運転順位予測情報を求めるものであり、
   各々の前記運転順位予測情報を、ネットワークを介して、対応する前記拠点に送信する
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍機制御装置。
6. 前記運転順位予測情報において、前記複数の冷凍機のＯＮ／ＯＦＦパターンが、所定時間内に第１のパターンから、より冷房能力の低い第２のパターンに変化し、しかる後に前記第１のパターンに変化する場合に、前記所定時間内のＯＮ／ＯＦＦパターンを前記第１のパターンに統一するように前記運転順位予測情報を変更する運転順位予測情報変更部
   をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の冷凍機制御装置。
7. 熱負荷を実測するセンサ部と、
   実測した前記熱負荷に基づいて、複数の冷凍機のそれぞれのＯＮ／ＯＦＦ状態を決定する冷凍機決定部と、
   前記冷凍機決定部にてＯＮ／ＯＦＦ状態に基づいて、複数の前記冷凍機のＯＮ／ＯＦＦ状態を設定する設定部と、
   を有し、
   前記設定部は、前記熱負荷が増加または減少して所定の境界値に至った際、第１の冷凍機をＯＦＦ状態からＯＮ状態に変更するとともに、第２の冷凍機をＯＮ状態からＯＦＦ状態に変更する
   ことを特徴とする冷凍機制御装置。
8. 請求項１に記載の冷凍機制御装置と、
   前記冷凍機制御装置によってＯＮ／ＯＦＦ状態が制御される、性能の異なる複数の冷凍機と、
   前記複数の冷凍機に対応して設けられ、対応する前記冷凍機とともにＯＮ／ＯＦＦ状態が制御される複数のポンプと、
   を有することを特徴とする冷凍機システム。
9. コンピュータを、
   熱負荷の推移を予測した予測熱負荷を記憶する記憶手段、
   前記予測熱負荷に基づいて、性能の異なる複数の冷凍機の運転順位予測情報を求める運転順位予測手段、
   として機能させるためのプログラム。

Images