JP2017155950A - 熱源システム - Google Patents

Abstract

【課題】省エネルギー且つ安定して運転可能な熱源システムを提供する。【解決手段】複数の冷凍機の発停を制御する冷凍機制御部は、外部負荷の負荷熱量を供給可能なターボ冷凍機の組み合わせを選択する。冷水ポンプ制御部は、可変速ターボ冷凍機２Ｂの要求熱量を供給するように可変速冷水ポンプの吐出流量を制御する。可変速冷却水ポンプ制御部１５は、固定速ターボ冷凍機又は可変速ターボ冷凍機２Ｂの要求熱量、冷却水の入口温度１６ａ及び可変速冷水ポンプの吐出流量に基づいて定まる固定速ターボ冷凍機及び可変速ターボ冷凍機２Ｂの部分負荷率、並びに固定速冷水ポンプ、可変速冷水ポンプ及び可変速冷却水ポンプ１４の総エネルギー消費効率が最大の組み合わせとなるように、冷却水ポンプ１４の吐出流量を制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、熱源システムに関し、特に、固定速ターボ冷凍機及び可変速ターボ冷凍機を個別に又は複数台併用して運転可能な冷水１次ポンプ式熱源システムに関する。

従来より、複数のターボ冷凍機を用いた熱源システムが知られている。熱源システムは、外部負荷が要求する要求熱量に応じて、各ターボ冷凍機の発停を制御する。また、ターボ冷凍機として、一定の冷水流量を供給可能な固定速ターボ冷凍機、及び、インバータ制御により冷水流量を調整可能な可変速ターボ冷凍機が知られている。

特許文献１には、固定速ターボ冷凍機と可変速ターボ冷凍機とを備え、固定速ターボ冷凍機が定格運転となるように、固定速用冷水ポンプを流量制御する熱源システムが開示されている。また、この熱源システムでは、冷水往ヘッダから冷水環ヘッダへと冷水を流して外部負荷をバイパスする冷水バイパス配管の両端の差圧が一定に制御されている。

特開２０１１−１６９５３３号公報

しかしながら、引用文献１記載の熱源システムにおいては、例えば、低負荷の冷凍能力４０％運転時には、可変速ターボ冷凍機が固定速ターボ冷凍機よりＣＯＰが高くなり、可変速ターボ冷凍機に優先して固定速ターボ冷凍機を定格運転することが必ずしも省エネルギーにならないという問題があった。

また、ターボ冷凍機が供給する冷水の流量制御は、ターボ冷凍機の冷凍能力及びバイパス配管に設けられたバイパス弁の開度の２つのパラメータによって行われており、熱源システムの運転が安定し難いという問題があった。

また、固定速冷水ポンプと可変速冷水ポンプとが同系統の配管内で運用されることにより、固定速冷水ポンプと可変速冷水ポンプとを併用運転すると、可変速冷水ポンプの吐出圧力が不足して要求流量を確保できないという問題があった。また、可変速冷水ポンプの吐出圧力を確保するために可変速冷水ポンプの出力を上げると、可変速冷水ポンプの可変速機能を十分に活かしきれないという問題があった。

そこで、省エネルギー且つ安定して運転可能な熱源システムを提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は、この課題を解決することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために提案するものであり、請求項１記載の発明は、固定速ターボ冷凍機及び可変速ターボ冷凍機を個別に又は前記固定速ターボ冷凍機及び前記可変速ターボ冷凍機を複数台併用して運転可能な熱源システムであって、前記固定速ターボ冷凍機から外部に冷水を供給する固定速冷水ポンプと、前記可変速ターボ冷凍機から外部負荷に冷水を供給する可変速冷水ポンプと、前記固定速ターボ冷凍機及び前記可変速ターボ冷凍機の発停を制御する冷凍機制御部と、前記固定速冷水ポンプを制御する固定速冷水ポンプ制御部と、前記可変速ターボ冷凍機の要求熱量を供給するように前記可変速冷水ポンプの吐出流量を制御する可変速冷水ポンプ制御部と、前記固定速ターボ冷凍機又は前記可変速ターボ冷凍機に冷却水を供給する可変速冷却水ポンプと、該可変速冷却水ポンプを制御する可変速冷却水ポンプ制御部と、前記固定速ターボ冷凍機及び前記可変速ターボ冷凍機に供給される冷却水の冷凍機入口温度を測定する冷却水温度測定部と、を備え、前記可変速冷却水ポンプ制御部は、前記固定速ターボ冷凍機又は前記可変速ターボ冷凍機の要求熱量、前記冷却水の冷凍機入口温度及び前記可変速冷却水ポンプの吐出流量に基づいて定まる前記固定速ターボ冷凍機及び前記可変速ターボ冷凍機の部分負荷率並びに前記固定速冷水ポンプ、前記可変速冷水ポンプ及び前記可変速冷却水ポンプの総エネルギー消費効率が最大の組み合わせとなるように、前記可変速冷却水ポンプを制御する熱源システムを提供する。

この構成によれば、各ターボ冷凍機に要求される要求熱量、いわゆる部分負荷率のみに基づいてターボ冷凍機及び可変速冷水ポンプを制御するため、ターボ冷凍機及び可変速冷水ポンプを安定して運転させることができる。

また、冷却水ポンプの吐出流量は、固定速ターボ冷凍機又は可変速ターボ冷凍機の要求熱量、冷却水の冷凍機入口温度及び可変速冷却水ポンプの吐出流量に基づいて定まる固定速ターボ冷凍機及び可変速ターボ冷凍機の部分負荷率、並びに固定速冷水ポンプ、可変速冷水ポンプ及び可変速冷却水ポンプの総エネルギー消費効率が最大の組み合わせとなるように制御されることにより、熱源システムを省エネルギーで運転させることができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に加えて、前記冷凍機制御部は、前記固定速ターボ冷凍機の定格熱量及び前記可変速ターボ冷凍機の可変熱量範囲に応じて分類した複数のグループと、各グループの組み合わせに応じて供給可能な総定格熱量を示す台数制御テーブルと、を記憶し、前記台数制御テーブルに基づき、前記固定速ターボ冷凍機及び前記可変速ターボ冷凍機の発停を制御する熱源システムを提供する。

この構成によれば、外部負荷の負荷熱量の推移に応じて、外部負荷を供給可能なグループの組み合わせを台数制御テーブルから導出することにより、外部負荷の負荷熱量の増減に応じてターボ冷凍機の発停を円滑に制御することができる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明の構成に加えて、前記冷凍機制御部は、同一グループ内において累積稼働時間が少ないターボ冷凍機を優先して運転させる熱源システムを提供する。

この構成によれば、特定のターボ冷凍機に負荷が集中することを抑制することができる。

請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の発明の構成に加えて、前記複数の台数制御テーブルは、少なくとも昼間用及び夜間用の２つが記憶されている熱源システムを提供する。

この構成によれば、外部負荷の負荷熱量の変動傾向が異なる時間帯に対応する複数の台数制御テーブルを用意することにより、負荷熱量の変動傾向の変化に応じてターボ冷凍機の発停を制御することができる。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れか１項記載の発明の構成に加えて、前記冷却水を生成する冷却塔は、前記固定速ターボ冷凍機及び前記可変速ターボ冷凍機に供給される冷却水の温度が外気の外部湿球温度に所定値を足した目標温度になるように制御されている熱源システムを提供する。

この構成によれば、自然風の影響で冷却水が過冷却されることを抑制し、冷却水の温度を精度良く制御することができる。

請求項６記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に加えて、前記可変速冷却水ポンプ制御部は、前記固定速ターボ冷凍機又は前記可変速ターボ冷凍機の要求熱量、前記冷却水の冷凍機入口温度及び前記可変速冷却水ポンプの吐出流量に応じた前記固定速ターボ冷凍機及び前記可変速ターボ冷凍機の部分負荷率、並びに前記固定速冷水ポンプ、前記可変速冷水ポンプ及び前記可変速冷却水ポンプの総エネルギー消費効率に関する複数のＣＯＰテーブルを記憶し、前記ＣＯＰテーブルに基づき、前記固定速ターボ冷凍機及び前記可変速ターボ冷凍機の部分負荷率並びに前記固定速冷水ポンプ、前記可変速冷水ポンプ及び前記可変速冷却水ポンプの総エネルギー消費効率が最大の組み合わせとなるように、前記可変速冷却水ポンプを制御する熱源システムを提供する。

この構成によれば、可変速冷却水ポンプ制御部は、複数のＣＯＰテーブルにおいて、冷凍機制御部が定めた可変速ターボ冷凍機の要求熱量及び冷却水温度測定部が測定した冷却水の入口温度を定数とし、可変速冷却水ポンプの吐出量のみを変数として、固定速ターボ冷凍機及び可変速ターボ冷凍機の部分負荷率並びに固定速冷水ポンプ、可変速冷水ポンプ及び可変速冷却水ポンプの総エネルギー消費効率を比較し、部分負荷率及び総エネルギー消費効率が最大となる可変速冷却水ポンプの吐出量を導出することにより、可変速冷却水ポンプを簡便に制御することができる。

本発明に係る熱源システムは、可変速ターボ冷凍機の部分負荷率のみに基づいて可変速ターボ冷凍機及び可変速冷水ポンプを制御することにより、ターボ冷凍機及び冷水ポンプを安定して運転させることができる。また、固定速ターボ冷凍機又は可変速ターボ冷凍機の要求熱量、冷却水の冷凍機入口温度及び可変速冷却水ポンプの吐出流量に基づいて定まる固定速ターボ冷凍機及び可変速ターボ冷凍機の部分負荷率、並びに固定速冷水ポンプ、可変速冷水ポンプ及び可変速冷却水ポンプの総エネルギー消費効率が最大の組み合わせとなるように冷却水ポンプの吐出流量が制御されることにより、熱源システムを省エネルギーで運転させることができる。

本発明の一実施例に係る熱源システムの一部を示す構成図であり、主に、ターボ冷凍機、往ヘッダ及び環ヘッダを示す構成図。 熱源システムの一部を示す構成図であり、主に、冷却塔及び冷却水ポンプを示す構成図。 熱源システムの制御手順を示すフローチャート。 運転させるターボ冷凍機を決定する際に用いる台数制御フローグラフ。 可変速ターボ冷凍機を運転させる場合の冷水総流量の推移を示す流量線図。 冷却水流量毎のＣＯＰテーブル。

本発明は、省エネルギー且つ安定して運転可能な熱源システムを提供するために、固定速ターボ冷凍機及び可変速ターボ冷凍機を個別に又は固定速ターボ冷凍機及び可変速ターボ冷凍機を複数台併用して運転可能な熱源システムであって、固定速ターボ冷凍機から外部に冷水を供給する固定速冷水ポンプと、可変速ターボ冷凍機から外部負荷に冷水を供給する可変速冷水ポンプと、固定速ターボ冷凍機及び可変速ターボ冷凍機の発停を制御する冷凍機制御部と、固定速冷水ポンプを制御する固定速冷水ポンプ制御部と、可変速ターボ冷凍機の要求熱量を供給するように可変速冷水ポンプの吐出流量を制御する可変速冷水ポンプ制御部と、固定速ターボ冷凍機又は可変速ターボ冷凍機に冷却水を供給する可変速冷却水ポンプと、可変速冷却水ポンプを制御する可変速冷却水ポンプ制御部と、固定速ターボ冷凍機及び可変速ターボ冷凍機に供給される冷却水の冷凍機入口温度を測定する冷却水温度測定部と、を備え、可変速冷却水ポンプ制御部は、固定速ターボ冷凍機又は可変速ターボ冷凍機の要求熱量、冷却水の冷凍機入口温度及び可変速冷却水ポンプの吐出流量に基づいて定まる固定速ターボ冷凍機及び可変速ターボ冷凍機の部分負荷率、並びに固定速冷水ポンプ、可変速冷水ポンプ及び可変速冷却水ポンプの総エネルギー消費効率が最大の組み合わせとなるように、可変速冷却水ポンプを制御することにより実現した。

以下、本発明の一実施例に係る熱源システムについて、図面に基づいて説明する。なお、以下の実施例において、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わない。

また、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含む。

また、図面は、特徴を分かり易くするために特徴的な部分を拡大する等して誇張する場合があり、構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。

まず、熱源システム１の冷熱源周辺の構造について、図１に基づいて説明する。図１は、熱源システム１の一部を示し、主に、ターボ冷凍機２、往ヘッダ３及び環ヘッダ４を示す構成図である。

熱源システム１は、ビルや工場等に設置される。熱源システム１は、ターボ冷凍機２で生成された冷水を冷水ポンプ３で往ヘッダ４、外部負荷（不図示）、環ヘッダ５Ａ、５Ｂの順に循環させることにより、外部負荷に継続して熱量を供給する。ターボ冷凍機２は、３台の固定速ターボ冷凍機２Ａと、１台の可変速ターボ冷凍機２Ｂと、である。固定速ターボ冷凍機２Ａ及び可変速ターボ冷凍機２Ｂは、並列に配置されている。以下、固定速ターボ冷凍機２Ａと可変速ターボ冷凍機２Ｂとを区別しない場合には、これらを総称して「ターボ冷凍機２」と称す。

固定速ターボ冷凍機２Ａは、公知の構成であって、固定速のターボ圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、を備えている。固定速ターボ冷凍機２Ａの出口側には、固定速ターボ冷凍機２Ａからの熱出力を受け取る冷水を往ヘッダ４に送水する２台の固定速冷水ポンプ３Ａが設けられている。

固定速ターボ冷凍機２Ａには、固定速ターボ冷凍機２Ａに戻る冷水の入口温度を計測する温度センサ６ａと、冷水の処理流量を計測する流量センサ７ａと、が設けられている。また、固定速ターボ冷凍機２Ａには、固定速ターボ冷凍機２Ａから供給される冷水の出口温度を計測する温度センサ６ｂが設けられている。

可変速ターボ冷凍機２Ｂは、公知の構成であって、可変速のターボ圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、を備えている。可変速ターボ冷凍機２Ｂの出口側には、可変速ターボ冷凍機２Ｂからの熱出力を受け取る冷水を往ヘッダ４に送水する２台の可変速冷水ポンプ３Ｂが設けられている。

可変速冷水ポンプ３Ｂは、インバータモータで駆動し、インバータモータの回転数を変更することにより、可変速冷水ポンプ３Ｂの吐出流量を制御することができる。可変速冷水ポンプ３Ｂの流量は、定格流量に対して５０〜１００％の範囲内で制御され、インバータモータの回転数変化率は、１０％／ｍｉｎ以内とするのが好ましい。また、固定速ターボ冷凍機２Ａと可変速ターボ冷凍機２Ｂとを併用運転する場合、往ヘッダ４から可変速冷水ポンプ３Ｂに冷水が逆流する虞があるため、可変速ターボ冷凍機２Ｂを単独運転する場合と比べて、インバータモータの回転数を高く設定するのが好ましい。

可変速ターボ冷凍機２Ｂには、可変速ターボ冷凍機２Ｂに戻る冷水の入口温度を計測する温度センサ６ｃと、冷水の処理流量を計測する流量センサ７ｂと、が設けられている。また、可変速ターボ冷凍機２Ｂには、可変速ターボ冷凍機２Ｂから供給される冷水の出口温度を計測する温度センサ６ｄが設けられている。

往ヘッダ４と環ヘッダ５Ｂとの間には、バイパス管８が設けられている。往ヘッダ４と環ヘッダ５Ｂとの差圧が設定値になるように、バイパス管８に設けられたバイパス弁８ａが比例制御される。バイパス弁８ａは、圧力が異常上昇した際に開き、冷水の一部を逃がすものであり、必須の構成ではない。往ヘッダ４と環ヘッダ５Ｂとの差圧は、差圧発信器９で計測される。なお、図１中の符号８ｂは、ポンプインターロック機構である。

往ヘッダ４には、往ヘッダ４に供給される冷水の温度（冷水往温度）を計測する温度センサ６ｅと、冷水の圧力を計測する圧力センサ１０ａと、が設けられている。

環ヘッダ５Ａ、５Ｂの間には、外部負荷から環ヘッダ５Ｂに戻る冷水の流量（冷水総流量）を計測する流量計７ｃと、冷水の温度（冷水環温度）を計測する温度センサ６ｆと、が設けられている。また、環ヘッダ５Ｂには、冷水の圧力を計測する圧力センサ１０ｂが設けられている。

熱源システム１は、図示しないシステム制御部によって制御されており、システム制御部は、各種センサの計測値に基づいて熱源システム１を最適に運転する。固定速ターボ冷凍機２Ａと可変速ターボ冷凍機２Ｂとは、冷凍機制御部１１によって制御されている。また、固定速冷水ポンプ３Ａと可変速ターボ冷凍機３Ｂとは、冷水ポンプ制御部１２によって制御されている。冷凍機制御部１１及び冷水ポンプ制御部１２の詳しい作用については、後述する。

次に、ターボ冷凍機２に供給される冷却水を生成する冷却塔１３の構造について、図２に基づいて説明する。図２は、熱源システム１の一部を示し、主に、冷却塔１３及び可変速冷却水ポンプ１４を示す構成図である。なお、冷却塔１３は、固定速ターボ冷凍機２Ａ及び可変速ターボ冷凍機２Ｂにそれぞれ冷却水を供給するが、以下では、冷却塔１３から可変速ターボ冷凍機２Ｂに冷却水を供給するものについてのみ説明し、冷却塔１３から固定速ターボ冷凍機２Ａに冷却水を供給するものについてはその説明を省略する。

冷却塔１３は、冷却塔ファン１３ａが外気を水槽１３ｂ内に導き、外気で冷却水を冷却する。冷却塔ファン１３ａは、インバータモータで駆動する。冷却塔１３で生成された冷却水は、可変速冷却水ポンプ１４を介して可変速ターボ冷凍機２Ｂの凝縮器に送られた後に、水槽１３ｂに戻る。冷却塔１３は、図示しない冷却塔制御部によって制御されている。可変速冷却水ポンプ１４は、可変速冷却水ポンプ制御部１５によって制御されている。可変速冷却水ポンプ制御部１５の詳しい作用については、後述する。

冷却塔１３には、冷却水の温度（冷凍機入口温度）を計測する温度測定手段１６ａが設けられている。冷却塔制御部は、冷凍機入口温度が目標温度と一致するように、冷却塔ファン１３ｂの発停及びインバータ制御を行う。冷却水入口温度の目標温度は、外部湿球温度センサ１７が計測する外気の外部湿球温度を基準に設定され、外部湿球温度に所定値（例えば、５℃）を足したものである。

冷却塔１３の水槽１３ｂには、水槽１３ｂ下部の冷却水の温度を計測する温度センサ１６ｂと、水槽１３ｂ内の冷却水を加熱する電気ヒータ１８と、が設けられている。電気ヒータ１８は、水槽１３ｂ下部の冷却水の温度が設定値まで下がった場合に、起動し、水槽１３ｂ下部の冷却水の温度が設定値に達した場合に、停止する。これにより、水槽１３ｂ下部の冷却水が凍結することを抑制する。

冷却塔１３には、水質を維持する水質維持装置が設けられている。水質維持装置は、水槽１３ｂ内の冷却水の導電率を計測する導電率センサ１９ａと、補給水供給手段１９ｂと、を備えている。水質維持装置は、冷却水の導電率が設定値に達すると、補給水供給手段１９ｂから補給水を水槽１３ｂに給水し、冷却水の導電率が設定値未満に低下すると、補給水の給水を停止する。

可変速冷却水ポンプ１４の出口側には、可変速ターボ冷凍機２Ｂに供給される冷却水の流量を計測する流量センサ２０が設けられている。

次に、熱源システム１の作用について、図１乃至６に基づいて説明する。図３は、熱源システムの制御手順を示すフローチャートである。図４は、運転させるターボ冷凍機２を決定する際に用いる台数制御フローグラフである。図５は、可変速ターボ冷凍機２Ｂを運転させる場合の冷水総流量の推移を示す流量線図である。図６は、冷却水流量毎の固定速ターボ冷凍機２Ａ及び可変速ターボ冷凍機２Ｂのエネルギー並びに固定速冷水ポンプ３Ａ、可変速冷水ポンプ３Ｂ及び可変速冷却水ポンプ１４の総エネルギー消費効率の値を示すＣＯＰテーブルである。

まず、冷凍機制御部１１は、外部負荷の負荷熱量を算出する（Ｓ１）。外部負荷の負荷熱量は、冷水往温度及び冷水環温度の差に冷水総流量を積算して算出される。

次に、冷凍機制御部１１は、各ターボ冷凍機２の発停を決定する（Ｓ２）。冷凍機制御部１１は、外部負荷に対して冷凍機２の冷凍能力に応じて運転順序を一律に設定したシーケンシャル方式やローティト方式とは異なり、プログラム方式で冷凍機台数制御を行う。具体的には、まず、冷凍機制御部１１には、同じ能力のターボ冷凍機２を一括りにしたグループに分類された状態で予め登録されている。本実施例では、可変速ターボ冷凍機２Ｂ及び１台の固定速ターボ冷凍機２Ａは、定格熱量４．４３ＧＪ／ｈ、冷凍能力３５０ＲＴに設定され、２台の固定速ターボ冷凍機２Ａは、定格熱量６．３３ＧＪ／ｈ、冷凍能力５００ＲＴに設定されており、前者の２つが「グループ１」に登録され、後者の２つが「グループ２」に登録されている。

次に、冷凍機制御部１１は、外部負荷の負荷熱量を供給可能なグループの組み合わせを決定する。具体的には、冷凍機制御部１１には、図４に示すような台数制御テーブルが記憶されている。図４の台数制御テーブルでは、外部負荷の負荷熱量を６つのレベルに分け、各レベルの熱量を満足するグループの組み合わせが割り振られている。各レベルに対応するグループは、表１の通りである。なお、表１中の各グル―プの数字は、ターボ冷凍機２の運転台数を示す

なお、図４に示す台数制御テーブルでは、外部負荷の負荷熱量が、運転中のターボ冷凍機２の冷凍能力の１２０％を超えた際に、一つ上のレベル（図４の右方向）に移行するように設定されている。また、外部負荷の負荷熱量が、運転中のターボ冷凍機２の冷凍能力の６０％を下回った際に、一つ下のレベル（図４の左方向）に移行するように設定されている。

そして、同一グループ内の一部のターボ冷凍機２のみを動かす場合には、冷凍機制御部１１は、グループ内で運転させるターボ冷凍機２を決定する。同一グループ内の複数のターボ冷凍機２のそれぞれ発停を決定する際には、累積運転時間が少ないターボ冷凍機２を選択する。これにより、同一グループ内のターボ冷凍機２の負荷が平準化される。なお、ターボ冷凍機２の運転台数を示す台数制御テーブルは、複数用意されていても構わず、例えば、昼夜用の２つの台数制御テーブルを用意するものであっても構わない。昼間用の台数制御テーブルは、例えば、冷凍能力の高いグループ２を優先的に運転させるように設定することが考えられる。夜間用の台数制御テーブルは、例えば、可変速ターボ冷凍機２Ｂを優先的に運転させるように設定することが考えられる。

冷凍機制御部１１が、可変速ターボ冷凍機２Ｂを運転させない場合には（Ｓ３のＮｏ）、固定速ターボ冷凍機２Ａを定格運転する。冷凍機制御部１１が、可変速ターボ冷凍機２Ｂを運転させる場合には（Ｓ３のＹｅｓ）、冷水ポンプ制御部１２は、可変速ターボ冷凍機２Ｂが供給する冷水流量（理想処理流量）を算出する（Ｓ４）。

工程Ｓ４について具体的に説明すると、まず、冷水ポンプ制御部１２は、外部負荷の負荷熱量を定格温度差で除した理想冷水全体流量Ｖｐを計算すると共に、数式１に基づいて、可変速ターボ冷凍機２Ｂの理想処理流量Ｖａを計算する。なお、補正係数ｋは、任意に設定される。

次に、冷水ポンプ制御部１２は、可変速ターボ冷凍機２Ｂの冷水処理流量が可変速ターボ冷凍機２Ｂの理想処理流量Ｖａと一致するように可変速冷水ポンプ３Ｂのインバータモータの周波数を決定し（Ｓ５）、ＰＩＤ制御しながら冷水ポンプ３Ｂを運転する。可変速ターボ冷凍機２Ｂを運転させる場合の冷水全体流量の推移を図５に示す。このようにして、可変速ターボ冷凍機２Ｂ及び可変速冷水ポンプ３Ｂの制御は、可変速ターボ冷凍機２Ｂの定格熱量に対する要求熱量の比である部分負荷率のみに基づいて行われる。

次に、可変速冷却水ポンプ制御部１５が、可変速ターボ冷凍機２Ｂの部分負荷率及び冷却水入口温度に基づいて、可変速冷却水ポンプ１４の運転条件を決定し（Ｓ６）、この運転条件で可変速冷却水ポンプ１４を運転する。

具体的には、図６に示すような、可変速ターボ冷凍機２Ｂに供給される冷却水の流量毎に、可変速ターボ冷凍機２Ｂの冷凍能力及び可変速ターボ冷凍機２Ｂに供給される冷却水の冷却水入口温度との関係で定まる、可変速ターボ冷凍機２Ｂの部分負荷率並びに可変速冷水ポンプ３Ｂ及び可変速冷却水ポンプ１４の各エネルギー消費効率を合算した総エネルギー消費効率の値が記載されたＣＯＰテーブルが可変速冷却水ポンプ制御部１５には記憶されている。なお、図６中の「冷凍能力」とは、上述した部分負荷率に対応する。

可変速冷却水ポンプ制御部１５は、このＣＯＰテーブルに従って、可変速ターボ冷凍機２Ｂの部分負荷率及び可変速冷却水ポンプ１４のエネルギー消費効率が最大となる組み合わせの冷却水の流量を選択し、その流量に一致するような可変速冷却水ポンプ１４のインバータモータの周波数を決定し、可変速冷却水ポンプ１４の吐出流量を制御する。なお、固定速ターボ冷凍機２Ａについても、可変速ターボ冷凍機２ＢのＣＯＰテーブルとは別に、固定速ターボ冷凍機２Ａの部分負荷率及び固定速冷水ポンプ３Ａ及び可変速冷却水ポンプ１４の各エネルギー消費効率を合算した総エネルギー消費効率の値が記載されたＣＯＰテーブルを独立して用意する。また、固定速ターボ冷凍機２Ａ及び可変速ターボ冷凍機２Ｂの総エネルギー、並びに固定速冷水ポンプ３Ａ、可変速冷水ポンプ３Ｂ及び可変速冷却水ポンプ１４の総エネルギー消費効率の値が記載されたＣＯＰテーブルを用意しても構わない。これにより、ターボ冷凍機２、冷水ポンプ３Ａ、３Ｂ及び可変速冷却水ポンプ１４を最適な条件で運転させることができる。

工程Ｓ１〜６を所定時間（例えば、５分）毎に繰り返すことにより、熱源システム１を長期に亘って省エネルギーで運転させることができる。

このようにして、本発明は、可変速ターボ冷凍機２Ｂの部分負荷率のみに基づいて可変速ターボ冷凍機２Ｂ及び可変速冷水ポンプ３Ｂを制御することにより、ターボ冷凍機２及び冷水ポンプ３を安定して運転させることができる。また、固定速ターボ冷凍機２Ａ又は可変速ターボ冷凍機２Ｂの要求熱量、冷却水の入口温度及び可変速冷水ポンプ３Ｂの吐出流量に基づいて定まる固定速ターボ冷凍機２Ａ及び可変速ターボ冷凍機２Ｂの部分負荷率、並びに固定速冷水ポンプ３Ａ、可変速冷水ポンプ３Ｂお及び可変速冷却水ポンプ１４の総エネルギー消費効率が最大の組み合わせとなるように可変速冷却水ポンプ１４の吐出流量が制御されることにより、熱源システム１を省エネルギーで運転させることができる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。

１ ・・・ 熱源システム
２ ・・・ ターボ冷凍機
２Ａ・・・ 固定速ターボ冷凍機
２Ｂ・・・ 可変速ターボ冷凍機
３Ａ・・・ 固定速冷水ポンプ
３Ｂ・・・ 可変速冷水ポンプ
４ ・・・ 往ヘッダ
５Ａ、５Ｂ・・・往ヘッダ
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ・・・温度センサ
７ａ、７ｂ・・・流量センサ
８ ・・・ バイパス管
８ａ・・・ バイパス弁
８ｂ・・・ ポンプインターロック機構
９ ・・・ 差圧発信器
１０ａ、１０ｂ・・・圧力センサ
１１・・・ 冷凍機制御部
１２・・・ 冷水ポンプ制御部
１３・・・ 冷却塔
１３ａ・・・冷却塔ファン
１３ｂ・・・水槽
１４・・・ 可変速冷却水ポンプ
１５・・・ 可変速冷却水ポンプ制御部
１６ａ、１６ｂ・・・温度センサ
１７・・・ 外部湿球温度センサ
１８・・・ 電気ヒータ
１９ａ・・・導電率センサ
１９ｂ・・・補給水供給手段
２０・・・ 流量センサ

Claims (6)

1. 固定速ターボ冷凍機及び可変速ターボ冷凍機を個別に又は前記固定速ターボ冷凍機及び前記可変速ターボ冷凍機を複数台併用して運転可能な熱源システムであって、
   前記固定速ターボ冷凍機から外部に冷水を供給する固定速冷水ポンプと、
   前記可変速ターボ冷凍機から外部負荷に冷水を供給する可変速冷水ポンプと、
   前記固定速ターボ冷凍機及び前記可変速ターボ冷凍機の発停を制御する冷凍機制御部と、
   前記固定速冷水ポンプを制御する固定速冷水ポンプ制御部と、
   前記可変速ターボ冷凍機の要求熱量を供給するように前記可変速冷水ポンプの吐出流量を制御する可変速冷水ポンプ制御部と、
   前記固定速ターボ冷凍機又は前記可変速ターボ冷凍機に冷却水を供給する可変速冷却水ポンプと、
   該可変速冷却水ポンプを制御する可変速冷却水ポンプ制御部と、
   前記固定速ターボ冷凍機及び前記可変速ターボ冷凍機に供給される冷却水の入口温度を測定する冷却水温度測定部と、
   を備え、
   前記可変速冷却水ポンプ制御部は、前記固定速ターボ冷凍機又は前記可変速ターボ冷凍機の要求熱量、前記冷却水の冷凍機入口温度及び前記可変速冷却水ポンプの吐出流量に基づいて定まる前記固定速ターボ冷凍機及び前記可変速ターボ冷凍機の部分負荷率、並びに前記固定速冷水ポンプ、前記可変速冷水ポンプ及び前記可変速冷却水ポンプの総エネルギー消費効率が最大の組み合わせとなるように、前記可変速冷却水ポンプを制御することを特徴とする熱源システム。
2. 前記冷凍機制御部は、
   前記固定速ターボ冷凍機の定格熱量及び前記可変速ターボ冷凍機の可変熱量範囲に応じて分類した複数のグループと、各グループの組み合わせに応じて供給可能な総定格熱量を示す台数制御テーブルと、を記憶し、
   前記台数制御テーブルに基づき、前記固定速ターボ冷凍機及び前記可変速ターボ冷凍機の発停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。
3. 前記冷凍機制御部は、同一グループ内において累積稼働時間が少ないターボ冷凍機を優先して運転させることを特徴とする請求項２記載の熱源システム。
4. 前記複数の台数制御テーブルは、少なくとも昼間用及び夜間用の２つが記憶されていることを特徴とする請求項２又は３記載の熱源システム。
5. 前記冷却水を生成する冷却塔は、前記固定速ターボ冷凍機又は前記可変速ターボ冷凍機に供給される冷却水の温度が外気の外部湿球温度に所定値を足した目標温度になるように制御されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の熱源システム。
6. 前記可変速冷却水ポンプ制御部は、
   前記固定速ターボ冷凍機又は前記可変速ターボ冷凍機の要求熱量、前記冷却水の冷凍機入口温度及び前記可変速冷却水ポンプの吐出流量に応じた前記固定速ターボ冷凍機及び前記可変速ターボ冷凍機の部分負荷率、並びに前記固定速冷水ポンプ、前記可変速冷水ポンプ及び前記可変速冷却水ポンプの総エネルギー消費効率に関する複数のＣＯＰテーブルを記憶し、
   前記ＣＯＰテーブルに基づき、前記固定速ターボ冷凍機及び前記可変速ターボ冷凍機の部分負荷率並びに前記固定速冷水ポンプ、前記可変速冷水ポンプ及び前記可変速冷却水ポンプの総エネルギー消費効率が最大の組み合わせとなるように、前記可変速冷却水ポンプ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。