JP2019168177A - 冷凍システム - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気圧縮式の冷凍機の過冷却器において冷媒を効率良く過冷却でき、しかも短期間での設備費償却が期待できる経済性に優れる冷凍システムを提供すること。【解決手段】本発明の冷凍システム１は、圧縮機２１、凝縮器２２、過冷却器２３、膨張弁２４及び蒸発器２５が環状に接続されて冷媒が循環され、蒸発器２５で冷熱を取り出す冷凍機２と、冷却水の冷却塔３Ａ，３Ｂと、冷却塔３Ａ，３Ｂ及び過冷却器２３が環状に接続されて冷却水Ｗ１，Ｗ２が循環される冷却回路４を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気圧縮式の冷凍機を備えた冷凍システムに関する。

コンビニエンスストアやスーパーマーケット等の店舗には、ショーケース用の冷凍システムが設置されている。例えば、特許文献１に記載の冷凍システムは、第１及び第２の冷凍サイクル回路（蒸気圧縮式冷凍機）を備え、第１の冷凍サイクル回路に設けた過冷却器を第２の冷凍サイクル回路の蒸発器として用いる構成としている。この冷凍システムは、第１の冷凍サイクル回路に設けた蒸発器でショーケース内を冷却する一方で、第２の冷凍サイクル回路に設けた凝縮器で温水を製造する。

特許文献１に記載の冷凍システムは、２段の冷凍サイクル回路を備えているために設備費が高額であり、常時２台の圧縮機を駆動させることから電力費も高くなりがちである。２段の冷凍サイクル回路は、１段の冷凍サイクル回路よりも高い効率（成績係数：ＣＯＰ）が得られるが、それでも高額な設備費を短期間で償却するのは容易でない。

また近年では、店舗用の発電設備として燃料電池システムの利用が検討されている。燃料電池システムは、特許文献２に記載されているように、燃料電池の発電時に発生するオフガスの廃熱を回収して温水を製造することが可能である。

特開２０１３−１１４２３号公報 特開２０１８−１４２３３号公報

ショーケース設置の店舗において、冷凍システムと燃料電池システムの併設を検討した場合、次に示すような問題点が指摘されている。

〔ａ〕都市ガスを原燃料とする燃料電池システムでは、オフガスに含まれる水蒸気を凝縮させて回収し、原燃料の水蒸気改質に利用する水自立運転を行っている。また、燃料電池システムの総合効率（発電効率と熱回収効率の合計）を最大限に高めるには、オフガスの熱回収は欠かせない。そのため、特許文献１に記載の冷凍システムと特許文献２に記載の燃料電池システムを併設する場合には、燃料電池システム側で製造した温水の利用を優先することになるが、温水需要の大きくない店舗では、冷凍システム側で製造した温水が余剰となってしまう。これにより、冷凍システム側では冷媒の過冷却のために圧縮機に投入した電力の大半が無駄になり、設備費償却が困難になる。

〔ｂ〕燃料電池システムの熱回収技術の一つとして、オフガス廃熱を吸収式／吸着式冷凍機の冷媒再生の加熱源として利用することが提案されている（例えば、特開２００６−７３４１６号公報，特開２０１１−１５３７５８号公報）。これを応用し、特許文献１に記載の冷凍システムにおいて、第２の冷凍サイクル回路を吸収式／吸着式冷凍機に置き換えると、吸収式／吸着式冷凍機で製造した冷水で第１の冷凍サイクル回路の冷媒を過冷却しつつ、燃料電池システムの熱回収を行うことができる。なお、熱回収後のオフガスは比較的温度が高いので、この余熱を利用して温水を製造しつつオフガスを冷却すれば、燃料電池システムの水自立運転も可能になる。しかしながら、この設備構成は、冷凍システムが蒸気圧縮式冷凍機と吸収式／吸着式冷凍機の２台を必要とするため、高額な設備費を短期間で償却するのは容易でない。

このような問題点の存在を考慮すると、蒸気圧縮機式の冷凍機に対しては、効率をなるべく下げずに構成を簡略化することが望まれている。具体的には、冷凍機の構成を簡略化してショーケースの冷却専用にすれば必然的に冷凍システムの設備費が下がるので、設備費を短期間で償却することが可能になる。

そこで、本発明は、蒸気圧縮式の冷凍機の過冷却器において冷媒を効率良く過冷却でき、しかも短期間での設備費償却が期待できる経済性に優れる冷凍システムを提供することを目的とする。

（１） 本発明に係る冷凍システムは、圧縮機、凝縮器、過冷却器、膨張弁、及び蒸発器が順次環状に接続されて冷媒が循環され、前記蒸発器で冷熱を取り出す蒸気圧縮式の冷凍機と、冷却水を冷却する冷却塔と、前記冷却塔及び前記過冷却器が環状に接続されて冷却水が循環される冷却回路と、を備える。

（２） （１）に記載の冷凍システムにおいて、前記過冷却器に供給する冷却水の流量を調節する流量調節手段と、前記過冷却器から流出する冷媒の温度を検出する第１温度検出手段と、前記過冷却器に流入する冷却水の温度を検出する第２温度検出手段と、前記流量調節手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第１温度検出手段の検出値と前記第２温度検出手段の検出値との差分値が予め設定された目標値となるように、前記流量調節手段を制御することが好ましい。

（３） （２）に記載の冷凍システムにおいて、前記流量調節手段は、前記冷却塔の冷却水取出側に設けられ、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動される冷却水ポンプと、入力された周波数指定信号に対応する駆動周波数を前記冷却水ポンプに出力するインバータと、を備え、前記制御手段は、前記差分値が前記目標値となるように、前記冷却水ポンプの駆動周波数を演算し、当該駆動周波数の演算値に対応する周波数指定信号を前記インバータに出力することが好ましい。

（４） （２）に記載の冷凍システムにおいて、前記流量調節手段は、前記冷却塔の冷却水取出側に設けられ、予め設定された駆動周波数に応じた回転速度で駆動される冷却水ポンプと、前記冷却水ポンプの吐出側又は吸込側に設けられ、入力された開度指定信号に対応する開度で作動される弁機構と、を備え、前記制御手段は、前記差分値が前記目標値となるように、前記弁機構の開度を演算し、当該開度の演算値に対応する開度指定信号を前記弁機構に出力することが好ましい。

（５） （２）に記載の冷凍システムにおいて、前記流量調節手段は、前記冷却塔の冷却水取出側に設けられ、予め設定された駆動周波数に応じた回転速度で駆動される冷却水ポンプと、前記冷却水ポンプの吐出側の流路と、前記冷却塔の冷却水入口側の流路と、を接続するバイパス路と、前記過冷却器に向かう冷却水の分流と、前記バイパス路に向かう冷却水の分流との流量比を調整可能に設けられ、入力された開度指定信号に対応する開度で作動される弁機構と、を備え、前記制御手段は、前記差分値が前記目標値となるように、前記弁機構の開度を演算し、当該開度の演算値に対応する開度指定信号を前記弁機構に出力することが好ましい。

（６） （２）〜（５）のいずれかに記載の冷凍システムにおいて、前記冷却回路は、並列接続された複数台の冷却塔を有し、前記制御手段は、（ｉ）１台以上の前記冷却塔の稼働中に、前記差分値が前記目標値を上回る状態が所定時間継続した場合、停止中の前記冷却塔があれば１台稼働させ、（ｉｉ）２台以上の前記冷却塔の稼働中に、前記差分値が前記目標値を下回る状態が所定時間継続した場合、稼働中の前記冷却塔を１台停止させることが好ましい。

（７） （２）〜（６）のいずれかに記載の冷凍システムにおいて、前記制御手段は、前記第１温度検出手段の検出値が予め設定された下限温度以下である場合、冷却水の流量を変化させないように、前記流量調節手段を制御することが好ましい。

本発明によれば、蒸気圧縮式の冷凍機の過冷却器において冷媒を効率良く過冷却でき、しかも短期間での設備費償却が期待できる経済性に優れる冷凍システムを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る冷凍システムの全体構成図である。 本発明の第１実施形態に係る冷凍システムの制御フロー図である。 本発明の第１実施形態に係る流量調節手段の制御フロー図である。 本発明の第２実施形態に係る冷凍システムの全体構成図である。 本発明の第２実施形態及び第３実施形態に係る冷凍システムの制御フロー図である。 本発明の第２実施形態及び第３実施形態に係る流量調節手段の制御フロー図である。 本発明の第３実施形態に係る冷凍システムの全体構成図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳しく説明する。
［第１実施形態］
（冷凍システム１の全体構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る冷凍システムの全体構成図である。図１に示すように、本実施形態の冷凍システム１は、蒸気圧縮式の冷凍機２と、複数台（本実施形態では２台）の冷却塔３Ａ，３Ｂと、冷却塔３Ａ，３Ｂと冷凍機２とを環状に接続する冷却回路４と、冷却回路４を循環する冷却水の流量調節手段５と、冷凍システム１の全体制御を行う制御部６と、を備える。冷凍システム１は、コンビニエンスストアやスーパーマーケット等の店舗に設置され、冷凍機２によってショーケース内を冷却する。なお、制御部６とシステム内の各制御対象機器とを電気的に接続する信号線の図示は省略した。この制御部６は、本発明の制御手段に対応する。

（冷凍機）
冷凍機２は、圧縮機２１と、凝縮器２２と、過冷却器２３と、膨張弁２４と、蒸発器２５と、を備える。これら圧縮機２１、凝縮器２２、過冷却器２３、膨張弁２４及び蒸発器２５は、内部を冷媒が流通可能な冷媒循環ラインＬ２１〜Ｌ２５により環状に接続されている。なお、以下の冷媒温度に関する記述は相対的なものであって、高温＞準高温＞準低温＞低温の関係である。

圧縮機２１は、低圧・低温の冷媒蒸気を加圧圧縮し、高圧・高温の冷媒蒸気を得る。圧縮機２１で生成した高圧・高温の冷媒蒸気は、冷媒循環ラインＬ２１を介して凝縮器２２に送られる。

凝縮器２２は、冷媒循環ラインＬ２１を介して送られる高圧・高温の冷媒蒸気から放熱させ、高圧・準高温の冷媒液に相変化させる。凝縮器２２で生成した高圧・準高温の冷媒液は、冷媒循環ラインＬ２２を介して過冷却器２３に送られる。なお、凝縮器２２は、空冷式及び水冷式のいずれでもよいが、本実施形態の凝縮器２２は、冷媒液を空冷するためのファン２６が設けられた空冷式の凝縮器を例示している。ファン２６は、ファンモータ２６１により回転する。ファンモータ２６１の駆動は制御部６により制御される。

過冷却器２３は、冷媒循環ラインＬ２２を介して送られる高圧・準高温の冷媒液を相変化させずに更に冷却し、高圧・準低温の冷媒液を得る。過冷却器２３の冷媒冷却には、冷却回路４を循環する冷却水を用いる。過冷却器２３で生成した高圧・準低温の冷媒液は、冷媒循環ラインＬ２３を介して膨張弁２４に送られる。

膨張弁２４は、冷媒循環ラインＬ２３を介して送られる高圧・準低温の冷媒液を減圧膨張させ、低圧・低温の冷媒液（及び冷媒蒸気）を得る。膨張弁２４で生成した低圧・低温の冷媒液は、冷媒循環ラインＬ２４を介して蒸発器２５に送られる。

蒸発器２５は、冷媒循環ラインＬ２４を介して送られる低圧・低温の冷媒液に吸熱させ、低圧・低温の冷媒蒸気に相変化させる。このとき、周囲の熱が奪われることにより冷熱が取り出される。蒸発器２５で生成した低圧・低温の冷媒蒸気は、冷媒循環ラインＬ２５を介して圧縮機２１に送られる。

圧縮機２１の駆動により、冷凍機２の各機器において上記の動作が繰り返される。これにより、蒸発器２５において冷熱の取り出しが継続的に行われる。なお、蒸発器２５には、ショーケース内に冷熱を送風するためのファン２７が設けられている。ファン２７は、ファンモータ２７１により回転する。ファンモータ２７１の駆動は制御部６により制御される。

以上説明したように、本実施形態の冷凍機２は過冷却器２３を備えており、冷媒の過冷却度を大きくすることができる。その結果、冷凍機２は冷媒の過冷却をしない場合に比べて高い冷凍効果を得ることができ、省エネルギー性が高く、経済性に優れたものとなる。

（冷却塔）
冷却塔３Ａ，３Ｂは、いわゆる開放式冷却塔であり、それぞれ塔本体３１と、散水管３２と、充填材３３と、貯留部３４と、ファン３５と、を備える。

塔本体３１は、各冷却塔３Ａ，３Ｂのケーシングを形成するものである。塔本体３１の上部は開口部３１１を有する。塔本体３１の内部は、開口部３１１を介して大気と連通している。ファン３５は、開口部３１１に配置される。

散水管３２は、塔本体３１内の上部において、ファン３５よりも下方に配置されている。散水管３２は、複数のノズルを備え、各ノズルから塔本体３１の内部に冷却水を散布する。冷却塔３１Ａの散水管３２には、後述する冷却回路４の個別返送ラインＬ４１ａの一端側（冷却水の流出側）が接続されている。また、冷却塔３１Ｂの散水管３２には、後述する冷却回路４の個別返送ラインＬ４１ｂの一端側（冷却水の流出側）が接続されている。各個別返送ラインＬ４１ａ，Ｌ４１ｂの他端側（冷却水の流入側）は、後述する冷却回路４の分岐部Ｌｂにおいて、共通の冷却水返送ラインＬ４１から分岐されている。

充填材３３は、塔本体３１の内部において、散水管３２の下方に配置されている。散水管３２から散布された冷却水は、この充填材３３と接触しながら塔本体３１内を流下する。充填材３３は、散水管３２から散布された冷却水を液滴状及び／又は液膜状にして冷却水と外気との接触面積及び接触時間を長くし、冷却水を効率的に冷却する。

貯留部３４は、塔本体３１の下部に設けられる。貯留部３４は、散水管３２から散布されて充填材３３と接触しながら流下した冷却水を貯留する。冷却塔３１Ａの貯留部３４の底部には、後述する冷却回路４の個別取出しラインＬ４２１ａの一端側（冷却水の流入側）が接続されている。また、冷却塔３１Ｂの貯留部３４の底部には、後述する冷却回路４の個別取出しラインＬ４２１ｂの一端側（冷却水の流入側）が接続されている。各個別取出しラインＬ４２１ａ，Ｌ４２１ｂの他端側（冷却水の流出側）は、後述する冷却回路４の合流部Ｌｃにおいて、共通の冷却水供給ラインＬ４２に合流している。

ファン３５は、塔本体３１の開口部３１１に配置されている。ファン３５は、上方に配置されるファンモータ３５１により予め設定された速度で回転し、塔本体３１内の空気を開口部３１１から外部に排出させるように気流を発生させる。塔本体３１の下方側部には、図示しないルーバが形成されており、このルーバから塔本体３１内に外気を流入させるようになっている。ファン３５の回転によりルーバから塔本体３１内の下部に流入した空気は、塔本体３１内を上昇する過程で、充填材３３と接触しながら流下する冷却水から蒸発潜熱を奪って冷却する。各冷却塔３１Ａ，３１Ｂは、ファンモータ３５１の駆動により稼働状態となり、ファンモータ３５１の停止により停止状態となる。ファンモータ３５１の駆動及び停止は、制御部６により制御される。

（冷却回路）
冷却回路４は、冷却水返送ラインＬ４１と、冷却水供給ラインＬ４２と、を備える。冷却回路４は、これら冷却水返送ラインＬ４１及び冷却水供給ラインＬ４２により、冷却塔３Ａ，３Ｂと冷凍機２の過冷却器２３とを環状に接続し、冷却塔３Ａ，３Ｂと過冷却器２３との間で冷却水を循環させる。以下、冷却塔３Ａ，３Ｂで冷却された後の過冷却器２３へ供給される冷却水を「冷却水Ｗ１」とし、過冷却器２３で熱交換された後の冷却塔３Ａ，３Ｂに返送される冷却水を「冷却水Ｗ２」とする。

冷却水返送ラインＬ４１は、過冷却器２３の冷却水出口と冷却塔３Ａ，３Ｂの冷却水入口とを接続する。冷却水返送ラインＬ４１の下流側は、分岐部Ｌｂにおいて２つの個別返送ラインＬ４１ａ，Ｌ４１ｂに分岐され、それぞれ冷却塔３Ａ，３Ｂの散水管３２に接続される。

冷却水供給ラインＬ４２は、冷却塔３Ａ，３Ｂの冷却水出口と過冷却器２３の冷却水入口とを接続する。冷却水供給ラインＬ４２の上流側は、冷却塔３Ａ，３Ｂの各貯留部３４，３４にそれぞれ接続される個別取出しラインＬ４２１ａ，Ｌ４２１ｂに分岐している。各貯留部３４，３４からそれぞれ個別取出しラインＬ４２１ａ，Ｌ４２１ｂに流入した冷却水Ｗ１は、合流部Ｌｃにおいて合流する。従って、冷却水供給ラインＬ４２を通って過冷却器２３に供給される冷却水Ｗ１は、冷却塔３Ａ，３Ｂからそれぞれ取り出される冷却水が混合された後のものである。

（流量調節手段）
流量調節手段５は、過冷却器２３に供給する冷却水Ｗ１の流量を調節する。流量調節手段５は、冷却水ポンプ５１と、インバータ５２と、を備える。

冷却水ポンプ５１は、冷却塔３Ａ，３Ｂの冷却水取出側に設けられる。具体的には、冷却水ポンプ５１は、冷却水供給ラインＬ４２の合流部Ｌｃよりも下流側に設けられる。冷却水ポンプ５１は、後述するインバータ５２から入力される駆動周波数に応じた回転速度で駆動される。冷却水ポンプ５１の回転速度を増減させると、過冷却器２３に供給される冷却水Ｗ１の流量が増減する。

冷却水ポンプ５１の吸入側の冷却水供給ラインＬ４２は、吸入側ラインＬ４２１とされ、合流部Ｌｃと接続される。また、冷却水ポンプ５１の吐出側の冷却水供給ラインＬ４２は、吐出側ラインＬ４２２とされ、過冷却器２３と接続される。吐出側ラインＬ４２２には、逆止弁５３が設けられる。

インバータ５２は、冷却水ポンプ５１及び制御部６と電気的に接続される。インバータ５２は、制御部６から入力される周波数指定信号に対応する駆動周波数を冷却水ポンプ５１に出力し、冷却水ポンプ５１を駆動周波数に応じた回転速度で駆動させる。

なお、冷凍機２の過冷却器２３の位置が冷却塔３Ａ，３Ｂよりも高い場合、冷却水ポンプ５１の停止時に冷却水返送ラインＬ４１内の冷却水Ｗ２が各冷却塔３Ａ、３Ｂ内に抜け落ち、各冷却塔３Ａ，３Ｂ内からのオーバーフローで消費されるおそれがある。従って、このような場合には、冷却水返送ラインＬ４１（個別返送ラインＬ４１ａ，Ｌ４１ｂ）に、制御部６により開閉制御される電磁弁（図示せず）を設けておき、冷却水ポンプ５１の停止時に電磁弁を閉弁するように構成されることが望ましい。

以上のように構成される冷凍システム１では、インバータ５２から入力された駆動周波数に応じた回転速度で冷却水ポンプ５１が駆動されることにより、その回転速度に応じた流量の冷却水Ｗ１が、冷却塔３Ａ，３Ｂから過冷却器２３に向けて供給される。これにより、凝縮器２２で得られた高圧で準高温の冷媒液は、後段の過冷却器２３において過冷却される。過冷却器２３で冷媒液と熱交換された後の冷却水Ｗ２は、冷却水返送ラインＬ４１から各個別返送ラインＬ４１ａ，Ｌ４１ｂを通って冷却塔３Ａ，３Ｂにそれぞれ返送されて冷却される。各冷却塔３Ａ，３Ｂで冷却された後の冷却水Ｗ１は、個別取出しラインＬ４２１ａ，Ｌ４２１ｂから合流部Ｌｃにおいて合流し、冷却水供給ラインＬ４２を通って過冷却器２３に供給される。

このように冷却塔３Ａ，３Ｂと過冷却器２３との間で冷却水を循環させる冷凍システム１は、追加の冷凍サイクル回路によって冷媒の過冷却を行う場合に比べて、低コストで効率の良い冷媒の過冷却が可能である。特に、店舗が入居する建築物に空調システム用の冷却塔が設置されている場合には、この冷却塔で製造した冷却水を利用できることから、設備費が格段に安くなる。従って、この冷凍システム１によれば、過冷却器２３において冷媒を効率良く過冷却できるうえ、経済性にも優れることから、短期間での設備費償却が期待できる。

また、この冷凍システム１では、冷凍機２をシンプルな単段の冷凍サイクル回路で構成し、ショーケースの冷却専用にしている。冷凍システム１では温水製造を行わないので、温水需要のある店舗に燃料電池システムを併設する場合には、オフガスの熱回収により製造した温水を優先的に利用し、燃料電池システムの水自立運転を図ることができる。

（冷凍システム１における冷却水の流量制御）
次に、冷凍システム１における冷却水の流量制御について説明する。
コンビニエンスストアやスーパーマーケット等の店舗に設置されるショーケース用の冷凍機２は、冬季には冷凍負荷が小さくなる。冷却塔の容量は、外気湿球温度が高い夏季において、冷凍機２の標準的な冷凍負荷に対して、１台で冷媒液の過冷却に必要な冷却能力を発揮するように選定される。そのため、冬季には、冷凍機２の冷凍負荷が小さくなることに加えて外気湿球温度が低くなることで、冷却塔の冷却能力が過大になりやすい。一方、夏季であっても、標準的な冷凍負荷を超えるような場合には、冷却塔は冷媒液の過冷却に必要な冷却能力を発揮できなくなることがある。

そこで、本実施形態の冷凍システム１は、冷凍機２の冷凍負荷に対して過冷却器２３への冷熱入力を追従させる。具体的には、冷凍負荷に対して冷熱入力の過不足が生じないように、冷却水Ｗ１の流量をフィードバック制御によって調節すると共に、冷却塔３Ａ，３Ｂの稼働台数を増減する。

冷凍機２の冷凍負荷に対する過冷却器２３への冷熱入力の過不足の程度は、過冷却器２３の熱交換率によって監視することが可能である。過冷却器２３の熱交換率は、過冷却器２３の「冷媒出口温度−冷却水入口温度」で測定することができる。冷媒出口温度と冷却水入口温度の差は、近寄り温度差（Approach Temperature Difference：ＡＴＤ）と呼ばれる。冷凍機２は、ＡＴＤの測定のため、図１に示すように、過冷却器２３から流出する冷媒液の温度を検出する第１温度センサＳ１と、過冷却器２３に流入する冷却水Ｗ１の温度を検出する第２温度センサＳ２と、を備える。

第１温度センサＳ１は、冷媒循環ラインＬ２３に設けられる。第１温度センサＳ１の検出値は、制御部６に出力される。この第１温度センサＳ１は、本発明の第１温度検出手段に対応する。

第２温度センサＳ２は、冷却水供給ラインＬ４２の冷凍機２内の配設部分に設けられる。第２温度センサＳ２の検出値は、制御部６に出力される。この第２温度センサＳ２は、本発明の第２温度検出手段に対応する。

制御部６は、それぞれ入力された第１温度センサＳ１の検出値（第１温度値Ｔ１）と第２温度センサＳ２の検出値（第２温度値Ｔ２）との差分値（ＡＴＤ実測値ΔＴ）を求める。制御部６のメモリ（図示せず）には、この差分値の目標値（ＡＴＤ目標値ΔＴ０）が予め設定されている。目標値は、冷凍機２の冷凍負荷に対して過冷却器２３への冷熱入力が良好に追従しているときの差分値の理想値である。制御部６は、差分値が目標値に収束するように、流量調節手段５を制御して過冷却器２３に供給される冷却水Ｗ１の流量を調節する。

図２は、本発明の第１実施形態に係る冷凍システム１の制御フロー図である。図２を用いて具体的な冷却水の流量制御について説明する。以下の制御フローの処理は、制御部６により所定の制御周期（例えば、１００ｍｓ）で実行される。

冷凍機２が稼働開始すると、先ず、ステップＳＴ１において、制御部６は、メモリに記憶された設定値であるＬＴＤ目標値ΔＴ０を読み出す。本実施形態では、このＬＴＤ目標値ΔＴ０は５℃に設定されているものとする。また、制御部６は、第１温度センサＳ１の検出値である第１温度値Ｔ１と、第２温度センサＳ２の検出値である第２温度値Ｔ２と、を取得する。更に、制御部６は、メモリに記憶された設定値である第１下限温度Ｔ１´を読み出す。第１下限温度Ｔ１´は、ショーケースを冷やし過ぎから保護するための冷媒出口温度の制限値である。

また、制御部６は、冷却塔の設置台数Ｎ０を読み出すと共に、冷却塔の稼働台数Ｎを読み出す。冷却塔の設置台数Ｎ０は、予め制御部６のメモリに記憶された設定値である。本実施形態では、設置台数は冷却塔３Ａ，３Ｂの２台（Ｎ０＝２）である。冷却塔の稼働台数Ｎは、複数の冷却塔３Ａ，３Ｂのうちの稼働している冷却塔の台数であり、制御部６により制御されるファンモータ３５１の駆動の有無の情報により取得される。ここでは、いずれの冷却塔３Ａ，３Ｂも稼働しておらず、稼働台数は０台（Ｎ＝０）であるものとする。

制御部６は、第１温度値Ｔ１と第２温度値Ｔ２とを取得した後、第１温度値Ｔ１と第２温度値Ｔ２の差分値（Ｔ１−Ｔ２）であるＡＴＤ実測値ΔＴを算出する。また、制御部６は、ＡＴＤ目標値ΔＴ０とＡＴＤ実測値ΔＴとの差分値（ΔＴ０−ΔＴ）であるＡＴＤ偏差Ｅを算出する。このＡＴＤ偏差Ｅは、後述するステップＳＴ６１の演算で使用される。

次に、処理はステップＳＴ２に移行する。ステップＳＴ２において、制御部６は、冷却塔３Ａ，３Ｂの稼働台数Ｎについて、Ｎ＝０であるか否かを判断する。ここではＮ＝０である（ステップＳＴ２：ＹＥＳ）ため、処理はステップＳＴ３に移行する。

ステップＳＴ３において、制御部６は、１台目の冷却塔を稼働させる。本実施形態では、２台の冷却塔３Ａ，３Ｂについて、冷却塔３Ａを第１冷却塔とし、冷却塔３Ｂを第２冷却塔としている。制御部６は、冷却塔を稼働させるときには、第１冷却塔、第２冷却塔の順で稼働させ、冷却塔を停止させるときには、第２冷却塔、第１冷却塔の順で停止させる。従って、ここでは、制御部６は、冷却塔３Ａのみを稼働させる。即ち、制御部６は、冷却塔３Ａのファンモータ３５１を駆動させることにより、冷却塔３Ａを稼働状態とする。

また、これと同時に、制御部６は、インバータ５２に周波数指定信号を出力し、その周波数指定信号に対応する駆動周波数で冷却水ポンプ５１を起動させる。これにより、過冷却器２３に向けた冷却水Ｗ１の供給が開始される。冷却水ポンプ５１の起動時の冷却水ポンプ５１の駆動周波数は、例えば定格駆動周波数の５０％（定格６０Ｈｚであれば３０Ｈｚ）とし、制御部６は、この駆動周波数に対応する周波数指定信号をインバータ５２に出力する。

冷却水ポンプ５１を起動させた後、処理はステップＳＴ４に移行する。ステップＳＴ４において、制御部６は、第１温度値Ｔ１が第１下限温度Ｔ１´以下であるか否かを判断する。第１温度値Ｔ１が第１下限温度Ｔ１´以下である（即ち、液冷媒が冷え過ぎである）と判断された場合（ステップＳＴ４：ＹＥＳ）には、処理はステップＳＴ５の流量調節制御をスキップして、ステップＳＴ１にリターンする。これにより、膨張弁２４に送られる液冷媒が冷え過ぎであるときには、冷却水Ｗ１の流量を増やさないようにする。一方、第１温度値Ｔ１が第１下限温度Ｔ１´以下でないと判断された場合（ステップＳＴ４：ＮＯ）には、処理はステップＳＴ５に移行する。

ステップＳＴ５において、制御部６は、図３に示す流量調節制御を実行する。この流量調節制御には、フィードバック制御が採用されている。
ステップＳＴ５１において、制御部６は、ＡＴＤ実測値ΔＴをＡＴＤ目標値ΔＴ０に収束させるため、即ち、ＡＴＤ偏差Ｅ＝０にするため、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムを用いて、操作量ＭＶ_ｎ（冷却水ポンプ５１の出力％）を演算する。速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムでは、制御周期毎に、ステップＳＴ１で算出したＡＴＤ偏差Ｅの比例要素、積分要素及び微分要素の３つを組み合わせて、操作量の変化分ΔＭＶ_ｎを演算する。制御部６は、演算された操作量の変化分ΔＭＶ_ｎを、前回の制御周期時点の操作量ＭＶ_ｎ−１に加算することで、今回の制御周期時点の操作量ＭＶ_ｎを決定する。

ステップＳＴ５２において、制御部６は、ステップＳＴ５１で演算された操作量ＭＶ_ｎ（０〜１００％出力）に対応する冷却水ポンプ５１の駆動周波数を演算する。冷却水ポンプ５１の駆動周波数は、例えばＬＴＤ偏差Ｅ＝０のときに５０％出力相当となり、且つＡＴＤ偏差Ｅに比例するように決定される。具体的に例示すると次の通りである。
Ｅ≧−５℃（ΔＴ≧１０℃）のとき、操作量ＭＶ_ｎは９５％出力（上限駆動周波数５７Ｈｚ）
Ｅ＝０℃（ΔＴ＝５℃）のとき、操作量ＭＶ_ｎは５０％出力（中央駆動周波数３０Ｈｚ）
Ｅ＝５℃（ΔＴ＝０℃）のとき、操作量ＭＶ_ｎは５％出力（下限駆動周波数３Ｈｚ）

ステップＳＴ５３において、制御部６は、駆動周波数の演算値を周波数指定信号に変換し、インバータ５２に出力する。これにより、冷却水ポンプ５１は、周波数指定信号で指定された駆動周波数に応じた回転速度で駆動される。周波数指定信号が、例えば４〜２０ｍＡの電流値信号とされる場合、下限駆動周波数３Ｈｚのときに４ｍＡ出力、上限駆動周波数５７Ｈｚのときに２０ｍＡ出力となるように、指定する周波数と出力する電流値とは比例関係とされる。周波数指定信号が、例えば１〜５Ｖの電圧値信号とされる場合、下限駆動周波数３Ｈｚのときに１Ｖ出力、上限駆動周波数５７Ｈｚのときに５Ｖ出力となるように、指定する周波数と出力する電流値とは比例関係とされる。

冷却水ポンプ５１の駆動周波数を調整した後は、処理はリターンし、ステップＳＴ１からの処理が繰り返される。以上のステップＳＴ５１〜ステップＳＴ５３の処理では、ＡＴＤ実測値ΔＴがＡＴＤ目標値ΔＴ０に収束するように冷却水ポンプ５１の駆動周波数が調整される。これにより、冷凍機２の冷凍負荷に追従して過冷却器２３へ供給される冷却水Ｗ１の流量が調節される。

即ち、例えば夏季のように、冷凍機２の冷凍負荷が大きく、ΔＴ＞ΔＴ０（Ｅ＞０）となる状態では、過冷却器２３における冷媒液の冷却不足であると検出される。このため、制御部６は、冷却水ポンプ５１の出力％を上げ、冷却水Ｗ１，Ｗ２の循環流量を増加させる操作を行う。これにより、過冷却器７３の冷熱入力が増え、冷媒液の過冷却度が増加する。一方、例えば冬季のように、冷凍機２の冷凍負荷が小さく、ΔＴ＜ΔＴ０（Ｅ＜０）となる状態では、過冷却器２３における冷媒液の冷却過剰であると検出される。このため、制御部６は、冷却水ポンプ５１の出力％を下げ、冷却水Ｗ１，Ｗ２の循環流量を減少させる操作を行う。これにより、過冷却器７３の冷熱入力が減り、冷媒液の過冷却度が減少する。従って、この冷凍システム１は、冷凍機２の冷凍負荷に相応する冷熱入力を過冷却器２３に対して行うので、効率的な冷媒液の過冷却を行うことができる。また、冷却水ポンプ５１をインバータ５２により制御して冷却水Ｗ１の流量を調節するため、ポンプ動力の省エネルギー化を図ることもできる。

次に、リターン後の処理について説明する。リターン後のステップＳＴ２において、１台の冷却塔３Ａが稼働されたことにより、稼働台数Ｎについて、Ｎ＝０ではない（ステップＳＴ２：ＮＯ）となるため、処理はステップＳＴ６に移行する。ステップＳＴ６において、稼働台数ＮはＮ＝１であるかどうかが判断される。ここでは、Ｎ＝１である（ステップＳＴ６：ＹＥＳ）ため、処理はステップＳＴ７に移行する。

ステップＳＴ７では、冷却塔の増台判断が行われる。即ち、制御部６は、ＡＴＤ実測値ΔＴについて、ＡＴＤ目標値ΔＴ０（５℃）に所定温度αを加算した値以上（ΔＴ≧ΔＴ０＋α）の状態が所定時間継続したかどうかを判断する。ΔＴ≧ΔＴ０＋αの状態が所定時間継続したと判断された場合（ステップＳＴ７：ＹＥＳ）には、処理は、ステップＳＴ８に移行する。例えば、ＡＴＤ実測値ΔＴが６℃（α＝１℃）以上となるプラス側の離散状態が５分間継続した場合、制御部６は、過冷却器２３の冷却不足であると判断して処理をステップＳＴ８に移行させる。

ステップＳＴ８において、制御部６は、冷却塔を増台させて過冷却器２３の冷却不足を補うため、停止状態にある冷却塔３Ｂ（第２冷却塔）を稼働させる。即ち、制御部６は、冷却塔３Ｂのファンモータ３５１を駆動させることにより、冷却塔３Ｂを稼働状態とする。冷却塔３Ｂが稼働して冷却水が冷却塔３Ｂにおいても冷却されることにより、冷却塔３Ｂの冷却水出口温度が下降する。このため、冷却塔３Ａからの冷却水と冷却塔３Ｂからの冷却水との混合後の冷却水Ｗ１の温度も下降する。この混合後の冷却水Ｗ１が冷却水供給ラインＬ４２を通って過冷却器２３に供給されることにより、過冷却器２３の冷却水入口温度は一気に下降し、冷媒液の冷却不足は解消される。

ステップＳＴ８において冷却塔３Ｂが稼働したら、処理はステップＳＴ４に移行し、ステップＳＴ４からの処理が繰り返される。ここで、２台の冷却塔３Ａ，３Ｂが稼働状態とされ、冷却能力がアップしたことにより冷却過剰となってしまい、ＡＴＤ実測値ΔＴがＡＴＤ目標値ΔＴ０を下回った場合には、制御部６は、上述したステップＳＴ５の流量調節制御によって冷却水ポンプ５１の駆動周波数を下げるように調整し、冷却水の流量を減らす操作を行う。

一方、ステップＳＴ７において、ΔＴ≧ΔＴ０＋αの状態が所定時間継続していないと判断された場合（ステップＳＴ７：ＮＯ）には、処理は、ステップＳＴ４に移行する。つまり、プラス側の離散状態が５分間継続しない場合、即ち、５分間が経過する前にＡＴＤ実測値ΔＴがＡＴＤ目標値ΔＴ０に収束する場合、制御部６は、過冷却器２３における冷媒液の冷却が良好であると判断する。従って、冷却塔は増台されずに１台の冷却塔３Ａのみが稼働した状態で、ステップＳＴ５の流量調節制御が継続される。

２台の冷却塔３Ａ，３Ｂが稼働状態とされた後は、ステップＳＴ６において、稼働台数ＮはＮ＝１ではない（ステップＳＴ６：ＮＯ）と判断されるため（Ｎ＞１の場合）、処理はステップＳＴ９に移行する。ステップＳＴ９では、制御部６は、冷却塔の稼働台数Ｎについて、２台以上且つ設置台数Ｎ０未満（２≦Ｎ＜Ｎ０）であるかどうかを判断する。ここで、２台以上且つ設置台数Ｎ０未満であると判断された場合（ステップＳＴ９：ＹＥＳ）には、処理はステップＳＴ１０に移行する。一方、ステップＳＴ９において、２台以上且つ設置台数Ｎ０未満（２≦Ｎ＜Ｎ０）ではないと判断された場合（ステップＳＴ９：ＮＯ）には、処理はステップＳＴ１１に移行する。

ステップＳＴ１０では、ステップＳＴ７と同じく、冷却塔の増台判断が行われる。即ち、制御部６は、ＡＴＤ実測値ΔＴについて、ＡＴＤ目標値ΔＴ０（５℃）に所定温度αを加算した値以上（ΔＴ≧ΔＴ０＋α）の状態が所定時間継続したかどうかを判断する。ΔＴ≧ΔＴ０＋αの状態が所定時間継続したと判断された場合（ステップＳＴ１０：ＹＥＳ）には、処理は、ステップＳＴ８に移行する。例えば、ＡＴＤ実測値ΔＴが６℃（α＝１℃）以上となるプラス側の離散状態が５分間継続した場合、制御部６は、過冷却器２３の冷却不足であると判断して処理をステップＳＴ８に移行させて、冷却塔を更に１台稼働させる。

一方、ステップＳＴ１０において、ΔＴ≧ΔＴ０＋αの状態が所定時間継続していないと判断された場合（ステップＳＴ１０：ＮＯ）には、処理は、ステップＳＴ１１に移行する。つまり、プラス側の離散状態が５分間継続しない場合、即ち、５分間が経過する前にＡＴＤ実測値ΔＴがＡＴＤ目標値ΔＴ０に収束する場合、制御部６は、処理をステップＳＴ１１に移行させて、マイナス側の離散状態の発生の有無を判断する。

ステップＳＴ１１では、冷却塔の減台判断が行われる。本実施形態では、冷却塔の設置台数Ｎ０は、冷却塔３Ａ，３Ｂの２台（Ｎ０＝２）であるため、ステップＳＴ９では必ずＮＯとなる。従って、処理は、ステップＳＴ９から直接ステップＳＴ１１に移行する。即ち、ステップＳＴ１１において、制御部６は、ＡＴＤ実測値ΔＴについて、ＡＴＤ目標値ΔＴ０（５℃）から所定温度βを減算した値以下（ΔＴ≦ΔＴ０−β）の状態が所定時間継続したかどうかを判断する。ΔＴ≦ΔＴ０−βの状態が所定時間継続したと判断された場合（ステップＳＴ１１：ＹＥＳ）には、処理は、ステップＳＴ１３に移行する。例えば、ＡＴＤ実測値ΔＴが４℃（β＝１℃）以上となるマイナス側の離散状態が５分間継続した場合、制御部６は、過冷却器２３の冷却過剰であると判断して、処理をステップＳＴ１２に移行させる。

ステップＳＴ１２において、制御部６は、冷却塔を減台させて過冷却器２３の冷却過剰を解消するため、稼働中の冷却塔３Ｂ（第２冷却塔）を停止させる。即ち、制御部６は、冷却塔３Ｂのファンモータ３５１を停止させることにより、冷却塔３Ｂを停止状態とする。冷却塔３Ｂが停止することにより、冷却塔３Ｂの冷却水出口温度が上昇する。このため、冷却塔３Ａからの冷却水と冷却塔３Ｂからの冷却水との混合後の冷却水Ｗ１の温度も上昇する。この混合後の冷却水Ｗ１が冷却水供給ラインＬ４２を通って過冷却器２３に供給されることにより、過冷却器２３の冷却水入口温度は一気に上昇し、冷却過剰状態は解消される。

ステップＳＴ１２において冷却塔３Ｂが停止したら、処理はステップＳＴ４に移行し、ステップＳＴ４からの処理が繰り返される。ここで、稼働状態の冷却塔が冷却塔３Ａのみとなり、冷却能力がダウンしたことにより冷却不足となってしまい、ＬＴＤ実測値ΔＴがＬＴＤ目標値ΔＴ０を上回った場合には、制御部６は、上述したステップＳＴ５の流量調節制御によって冷却水ポンプ５１の駆動周波数を上げるように調整し、冷却水Ｗ１の流量を増加させる操作を行う。

一方、ステップＳＴ１１において、ΔＴ≦ΔＴ０−βの状態が所定時間継続していないと判断された場合（ステップＳＴ１１：ＮＯ）には、処理は、ステップＳＴ４に移行する。つまり、マイナス側の離散状態が５分間継続しない場合、即ち、５分間が経過する前にＬＴＤ実測値ΔＴがＬＴＤ目標値ΔＴ０に収束する場合、制御部６は、過冷却器２３による冷却が良好であると判断する。従って、冷却塔は減台されずに２台の冷却塔３Ａ、３Ｂが稼働した状態で、ステップＳＴ５の流量調節制御が継続される。

以上のように、この冷凍システム１は、冷凍機２の冷凍負荷に応じて冷却塔３Ａ，３Ｂの稼働台数を増減させることができるため、幅広い冷凍負荷に対応して過冷却器２３における冷媒液の過冷却を行うことが可能となり、冷凍機２による冷凍能力の更なる向上を図ることができる。また、冷却過剰となる場合には、冷却塔３Ａ，３Ｂの稼働台数を減少させるので、空冷のためのファン動力の省エネルギー化を図ることもできる。

なお、冷凍システム１に設置される全ての冷却塔３Ａ，３Ｂが稼働状態である場合には、増台判断は行われない。このため、冷凍機２の冷凍負荷の増大に伴って、冷却水ポンプ５１の駆動周波数を最大にして冷却水Ｗ１の流量を最大まで調節しても、過冷却器２３の冷却不足が解消しない場合には、冷却不足を許容して冷媒液の過冷却を継続させることとなる。一方、冷凍システム１に設置される複数の冷却塔３Ａ，３Ｂのうちの１台のみが稼働状態である場合には、減台判断は行われない。このため、冷凍機２の冷凍負荷の減少に伴って、冷却水ポンプ５１の駆動周波数を最小にして冷却水Ｗ１の流量を最小まで調節しても、過冷却器２３の冷却過剰が解消しない場合には、冷却過剰を許容して冷媒液の過冷却を継続させることとなる。冷却塔全台稼働時の冷却不足や１台のみ稼働時の冷却過剰が頻発する場合には、冷却塔の増設や冷却塔の風量調整等が必要となるため、例えばランプの点灯や画面表示等による警告を行い、設備管理者に注意を促すようにしてもよい。

［第２実施形態］
（冷凍システム１Ａの全体構成）
図４は、本発明の第２実施形態に係る冷凍システムの全体構成図である。図１と同一符号の部位は同一構成の部位であるため、それらの詳細な説明については第１実施形態における説明を援用し、ここでは省略する。
第２実施形態の冷凍システム１Ａでは、流量調節手段５Ａが比例制御弁５４を備える点で、第１実施形態の冷凍システム１の流量調節手段５と相違し、その他の構成は第１実施形態の冷凍システム１と同一である。従って、この冷凍システム１Ａも、冷凍システム１と同様に、追加の冷凍サイクル回路によって冷媒の過冷却を行う場合に比べて、低コストで効率の良い冷媒の過冷却が可能であり、経済性にも優れることから、短期間での設備費償却が期待できる。

比例制御弁５４は、冷却水供給ラインＬ４２上に設けられる。本実施形態の比例制御弁５４は、吐出側ラインＬ４２２において、逆止弁５３の下流側に設けられている。なお、比例制御弁５４は、逆止弁５３の上流側に設けられてもよく、また、吸入側ラインＬ４２１に設けられてもよい。この比例制御弁５４は、制御部６から入力される開度指定信号に対応する開度で作動される弁機構である。即ち、比例制御弁５４は、開度を調整するアクチュエータ回路（図示せず）を備え、このアクチュエータ回路に０〜１００％の開度指定信号が入力されることにより、開度指定信号に対応して開度が調節される。これにより、比例制御弁５４は、過冷却器２３に供給する冷却水Ｗ１の流量を調節する。

本実施形態の冷却水ポンプ５１は、インバータを使用しない商用電源駆動とされ、予め設定された駆動周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの定格駆動周波数）に応じた一定の回転速度で駆動される。

（冷凍システム１Ａにおける冷却水の流量制御）
次に、冷凍システム１Ａにおける冷却水の流量制御について説明する。
冷凍システム１Ａにおいても、冷凍システム１と同様に、冷凍負荷に対して冷熱入力の過不足が生じないように、冷却水Ｗ１の流量をフィードバック制御によって調節すると共に、冷却塔３Ａ，３Ｂの稼働台数を増減する。

図５及び図６は、本発明の第２実施形態に係る冷凍システム１Ａの制御フロー図である。図５及び図６に示す制御フローにおいて、図２及び図３に示す制御フローのステップＳＴ３及びステップＳＴ５（ステップＳＴ５１〜ＳＴ５３）以外の処理（冷却塔の増台処理、減台処理）は同じである。図５及び図６では、図２及び図３と相違する処理を、ステップＳＴ３′及びステップＳＴ５′（ステップＳＴ５１´〜ＳＴ５３´）としている。以下、図５及び図６において、図２及び図３に示す制御フローと相違する処理について説明する。

先ず、冷凍システム１Ａにおける冷却塔の稼働台数Ｎは０台（Ｎ＝０）とされている。ステップＳＴ３′において、制御部６は、１台目の冷却塔３Ａ（第１冷却塔）を稼働させる。即ち、制御部６は、冷却塔３Ａのファンモータ３５１を駆動させることにより、冷却塔３Ａを稼働状態とする。

これと同時に、制御部６は、比例制御弁５４を作動させ、初期開度に移行させる。初期開度は、例えば０〜１００％の開度制御範囲に対応して５０％とし、制御部６は、この初期開度５０％に対応する開度指定信号を比例制御弁５４のアクチュエータ回路に出力する。また、制御部６は、冷却水ポンプ５１を駆動させる。

比例制御弁５４が初期開度に移行した後、ステップＳＴ４を経て、処理はステップＳＴ５′の流量調節制御に移行する。ステップＳＴ５１′において、制御部６は、ＡＴＤ実測値ΔＴをＡＴＤ目標値ΔＴ０に収束させるため、即ち、ＡＴＤ偏差Ｅ＝０にするため、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムを用いて、操作量ＭＶ_ｎ（比例制御弁５４の出力％）を演算する。速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムでは、制御周期毎に、ステップＳＴ１で算出したＡＴＤ偏差Ｅの比例要素、積分要素及び微分要素の３つを組み合わせて、操作量の変化分ΔＭＶ_ｎを演算する。制御部６は、演算された操作量の変化分ΔＭＶ_ｎを、前回の制御周期時点の操作量ＭＶ_ｎ−１に加算することで、今回の制御周期時点の操作量ＭＶ_ｎを決定する。

ステップＳＴ５２′において、制御部６は、ステップＳＴ５１′で演算された操作量ＭＶ_ｎ（０〜１００％出力）に対応する比例制御弁５４の開度を演算する。比例制御弁５４の開度は、例えばＡＴＤ偏差Ｅ＝０のときに５０％出力相当となり、且つＡＴＤ偏差Ｅに比例するように決定される。具体的に例示すると次の通りである。
Ｅ≧−５℃（ΔＴ≧１０℃）のとき、操作量ＭＶ_ｎは９５％出力（上限開度９５％）
Ｅ＝０℃（ΔＴ＝５℃）のとき、操作量ＭＶ_ｎは５０％出力（中央開度５０％）
Ｅ＝５℃（ΔＴ＝０℃）のとき、操作量ＭＶ_ｎは５％出力（下限開度５％）

ステップＳＴ５３′において、制御部６は、開度の演算値を開度指定信号に変換し、比例制御弁５４のアクチュエータ回路に出力する。これにより、比例制御弁５４は、開度指定信号で指定された開度に移行する。開度指定信号が、例えば４〜２０ｍＡの電流値信号とされる場合、下限開度５％のときに４ｍＡ出力、上限開度９５％のときに２０ｍＡ出力となるように、指定する開度と出力する電流値とは比例関係とされる。開度指定信号が、例えば１〜５Ｖの電圧値信号とされる場合、下限開度５％のときに１Ｖ出力、上限開度９５％のときに５Ｖ出力となるように、指定する開度と出力する電流値とは比例関係とされる。

比例制御弁５４の開度を調整した後は、処理はリターンし、ステップＳＴ１からの処理が繰り返される。以上のステップＳＴ５１′〜ステップＳＴ５３′の処理では、ＡＴＤ実測値（差分値）ΔＴがＡＴＤ目標値（設定値）ΔＴ０に収束するように比例制御弁５４の開度が調整される。これにより、冷凍機２の冷凍負荷に追従して過冷却器２３へ供給される冷却水Ｗ１の流量が調節される。

即ち、例えば夏季のように、冷凍機２の冷凍負荷が大きく、ΔＴ＞ΔＴ０（Ｅ＞０）となる状態では、過冷却器２３における冷媒液の冷却不足であると検出される。このため、制御部６は、比例制御弁５４の開度％を上げ、冷却水Ｗ１，Ｗ２の循環流量を増加させる操作を行う。これにより、過冷却器７３の冷熱入力が増え、冷媒液の過冷却度が増加する。一方、例えば冬季のように、冷凍機２の冷凍負荷が小さく、ΔＴ＜ΔＴ０（Ｅ＜０）となる状態では、過冷却器２３における冷媒液の冷却過剰であると検出される。このため、制御部６は、比例制御弁５４の開度％を下げ、冷却水Ｗ１，Ｗ２の循環流量を減少させる操作を行う。これにより、過冷却器７３の冷熱入力が減り、冷媒液の過冷却度が減少する。従って、この冷凍システム１Ａにおいても、冷凍機２の冷凍負荷に相応する冷熱入力を過冷却器２３に対して行うので、効率的な冷媒液の過冷却を行うことができる。

また、この冷凍システム１Ａも、冷凍機２の冷凍負荷に応じて冷却塔３Ａ，３Ｂの稼働台数を増減させることができるため、幅広い冷凍負荷に対応して過冷却器２３における冷媒液の過冷却を行うことが可能となり、冷凍機２による冷凍能力の更なる向上を図ることができる。しかも、冷却過剰となる場合には、冷却塔３Ａ，３Ｂの稼働台数を減少させるので、空冷のためのファン動力の省エネルギー化を図ることもできる。

［第３実施形態］
（冷凍システム１Ｂの全体構成）
図７は、本発明の第３実施形態に係る冷凍システムの全体構成図である。図１と同一符号の部位は同一構成の部位であるため、それらの詳細な説明については第１実施形態における説明を援用し、ここでは省略する。
第３実施形態の冷凍システム１Ｂでは、流量調節手段５Ｂが、バイパスラインＬ４３と、三方弁５５と、を備える点で、第１実施形態の冷凍システム１の流量調節手段５と相違し、その他の構成は第１実施形態の冷凍システム１と同一である。従って、この冷凍システム１Ｂも、冷凍システム１と同様に、追加の冷凍サイクル回路によって冷媒の過冷却を行う場合に比べて、低コストで効率の良い冷媒の過冷却が可能であり、経済性にも優れることから、短期間での設備費償却が期待できる。

バイパスラインＬ４３は、吐出側ラインＬ４２２と冷却水返送ラインＬ４１とを接続するバイパス路を構成する。即ち、バイパスラインＬ４３の一端側（冷却水の流入側）は、後述する三方弁５５を介して、吐出側ラインＬ４２２の途中に接続される。また、バイパスラインＬ４３の他端側（冷却水の流出側）は、冷却水返送ラインＬ４１の分岐部Ｌｂよりも冷却水の流通方向の上流側（過冷却器２３側）の途中に接続される。

三方弁５５は、吐出側ラインＬ４２２上において、逆止弁５３の下流側に配置され、吐出側ラインＬ４２２とバイパスラインＬ４３との分岐部位に設けられる。これにより、吐出側ラインＬ４２２は、三方弁５５を境にして上流側（冷却水ポンプ５１側）の第１吐出側ラインＬ４２２ａと、下流側（過冷却器２３側）の第２吐出側ラインＬ４２２ｂと、に分けられる。なお、三方弁５５の３つのポートのうち、第１吐出側ラインＬ４２２ａの接続ポートを入口ポート、第２吐出側ラインＬ４２２ｂの接続ポートを第１出口ポート、バイパスラインＬ４３の接続ポートを第２出口ポートとする。

三方弁５５は、制御部６から入力される開度指定信号に対応する開度で作動される弁機構（三方型比例制御弁）である。この三方弁５５は、第１出口ポートを出て過冷却器２３に向かう冷却水Ｗ１の分流と、第２出口ポートを出てバイパス路に向かう冷却水Ｗ１の分流との流量比を調整可能である。即ち、三方弁５５は、開度を調整するアクチュエータ回路（図示せず）を備え、このアクチュエータ回路に０〜１００％の開度指定信号が入力されることにより、第１出口ポート側の開度と第２出口ポート側の開度とが調節される。但し、第１出口ポート側及び第２出口ポート側の流量比の合計は常に１００％である。これにより、冷却水ポンプ５１から吐出される冷却水Ｗ１の一部又は全部を冷却塔３Ａ，３Ｂに返送可能となる。冷却塔３Ａ，３Ｂに返送される冷却水Ｗ１の流量を調節すると、過冷却器２３に供給される冷却水Ｗ１の流量が調節される。

本実施形態の冷却水ポンプ５１も、インバータを使用しない商用電源駆動とされ、予め設定された駆動周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの定格駆動周波数）に応じた一定の回転速度で駆動される。

（冷凍システム１Ｂにおける冷却水の流量制御）
次に、冷凍システム１Ｂにおける冷却水の流量制御について説明する。
冷凍システム１Ｂにおいても、冷凍システム１と同様、冷凍負荷に対して冷熱入力の過不足が生じないように、冷却水Ｗ１の流量をフィードバック制御によって調節すると共に、冷却塔３Ａ，３Ｂの稼働台数を増減する。

また、冷凍システム１Ｂの制御フローは、図５及び図６に示した制御フローと同一である。従って、図５及び図６を用いて、冷凍システム１ＢにおけるステップＳＴ３′及びステップＳＴ５′の処理について説明する。

先ず、冷凍システム１Ｂにおける冷却塔の稼働台数Ｎは０台（Ｎ＝０）とされている。ステップＳＴ３′において、制御部６は、１台目の冷却塔３Ａ（第１冷却塔）を稼働させる。制御部６は、冷却塔３Ａのファンモータ３５１を駆動させ、ファン３５を所定の速度で回転させることにより、冷却塔３Ａを稼働状態とする。

これと同時に、制御部６は、三方弁５５を作動させ、初期開度に移行させる。三方弁５５の開度は、第１出口ポート側の開度を基準とする。即ち、第１出口ポート側の開度が、０％→２５％→５０％→７５％→１００％となる場合、第２出口ポート側の開度は、１００％→７５％→５０％→２５％→０％となる。初期開度は、例えば開度制御範囲の中央値である５０％とし、制御部６は、この初期開度５０％に対応する開度指定信号を三方弁５５のアクチュエータ回路に出力する。また、制御部６は、冷却水ポンプ５１を駆動させる。

三方弁５５が初期開度に移行した後、ステップＳＴ４を経て、処理はステップＳＴ５′の流量調節制御に移行する。ステップＳＴ５１′において、制御部６は、ＡＴＤ実測値ΔＴをＡＴＤ目標値ΔＴ０に収束させるため、即ち、ＡＴＤ偏差Ｅ＝０にするため、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムを用いて、操作量ＭＶ_ｎ（三方弁５５の出力％）を演算する。速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムでは、制御周期毎に、ステップＳＴ１で算出したＡＴＤ偏差Ｅの比例要素、積分要素及び微分要素の３つを組み合わせて、操作量の変化分ΔＭＶ_ｎを演算する。制御部６は、演算された操作量の変化分ΔＭＶ_ｎを、前回の制御周期時点の操作量ＭＶ_ｎ−１に加算することで、今回の制御周期時点の操作量ＭＶ_ｎを決定する。

ステップＳＴ５２′において、制御部６は、ステップＳＴ６１′で演算された操作量ＭＶ_ｎ（０〜１００％出力）に対応する三方弁５５の開度を演算する。三方弁５５の開度は、例えばＡＴＤ偏差Ｅ＝０のときに５０％出力相当となり、且つＡＴＤ偏差Ｅに比例するように決定される。具体的に例示すると次の通りである。
Ｅ≧−５℃（ΔＴ≧１０℃）のとき、操作量ＭＶ_ｎは９５％出力（第１出口ポート側は上限開度９５％）
Ｅ＝０℃（ΔＴ＝５℃）のとき、操作量ＭＶ_ｎは５０％出力（第１出口ポート側は中央開度５０％）
Ｅ＝５℃（ΔＴ＝０℃）のとき、操作量ＭＶ_ｎは５％出力（第１出口ポート側は下限開度５％）

ステップＳＴ５３′において、制御部６は、開度の演算値を開度指定信号に変換し、三方弁５５のアクチュエータ回路に出力する。これにより、三方弁５５は、開度指定信号で指定された開度に移行する。開度指定信号が、例えば４〜２０ｍＡの電流値信号とされる場合、下限開度５％のときに４ｍＡ出力、上限開度９５％のときに２０ｍＡ出力となるように、指定する開度と出力する電流値とは比例関係とされる。開度指定信号が、例えば１〜５Ｖの電圧値信号とされる場合、下限開度５％のときに１Ｖ出力、上限開度９５％のときに５Ｖ出力となるように、指定する開度と出力する電流値とは比例関係とされる。

ステップＳＴ５３′において三方弁５５の開度を調整した後は、処理はリターンし、ステップＳＴ１からの処理が繰り返される。以上のステップＳＴ５１′〜ステップＳＴ５３′の処理では、ＡＴＤ実測値（差分値）ΔＴがＡＴＤ目標値（設定値）ΔＴ０に収束するように三方弁５５の開度が調整され、第２吐出側ラインＬ４２２ｂを通って過冷却器２３に向かう冷却水Ｗ１の分流と、バイパスラインＬ４３を通って冷却塔３Ａ，３Ｂに向かう冷却水Ｗ１の分流との流量比が調整される。これにより、冷凍機２の冷凍負荷に追従して過冷却器２３へ供給される冷却水Ｗ１の流量が調節される。

即ち、例えば夏季のように、冷凍機２の冷凍負荷が大きく、ΔＴ＞ΔＴ０（Ｅ＞０）となる状態では、過冷却器２３における冷媒液の冷却不足であると検出される。このため、制御部６は、三方弁５５の開度％を上げ、冷却水Ｗ１，Ｗ２の循環流量を増加させる操作を行う。これにより、過冷却器７３の冷熱入力が増え、冷媒液の過冷却度が増加する。一方、例えば冬季のように、冷凍機２の冷凍負荷が小さく、ΔＴ＜ΔＴ０（Ｅ＜０）となる状態では、過冷却器２３における冷媒液の冷却過剰であると検出される。このため、制御部６は、三方弁５５の開度％を下げ、冷却水Ｗ１，Ｗ２の循環流量を減少させる操作を行う。これにより、過冷却器７３の冷熱入力が減り、冷媒液の過冷却度が減少する。従って、この冷凍システム１Ｂにおいても、冷凍機２の冷凍負荷に相応する冷熱入力を過冷却器２３に対して行うので、効率的な冷媒液の過冷却を行うことができる。

また、この冷凍システム１Ｂも、冷凍機２の冷凍負荷に応じて冷却塔３Ａ，３Ｂの稼働台数を増減させることができるため、幅広い冷凍負荷に対応して過冷却器２３における冷媒液の過冷却を行うことが可能となり、冷凍機２による冷凍能力の更なる向上を図ることができる。しかも、冷却過剰となる場合には、冷却塔３Ａ，３Ｂの稼働台数を減少させるので、空冷のためのファン動力の省エネルギー化を図ることもできる。

［その他の実施形態］
冷却塔の設置台数は、前記の各実施形態では冷却塔３Ａ，３Ｂの２台であるが、これに制限されず、３台以上であってもよい。また、１台の冷却塔の容量が、冷凍機２の冷凍負荷に対して十分な冷却能力を有するように選定されたものである場合には、冷却塔の設置台数は１台のみであってもよい。冷却塔の設置台数が１台のみである場合には、各冷凍システム１，１Ａ，１Ｂにおいて、流量調節手段５，５Ａ，５Ｂによる冷却水Ｗ１の流量調節のみが行われる。

冷却塔は、開放式に制限されず、密閉式でもよい。密閉式の冷却塔とする場合、冷却水ポンプ５１は、冷却回路４において、冷凍機２から冷却塔に冷却水Ｗ２が返送される冷却水返送ラインＬ４１に設けられてもよい。

また、以上の各実施形態では、ＰＩＤアルゴリズムを用いてフィードバック制御を行うように構成されているが、これに制限されず、ＰＩアルゴリズム又はＰアルゴリズムを用いるように構成されてもよい。

１ 冷凍システム
２ 冷凍機
２１ 圧縮機
２２ 凝縮器
２３ 過冷却器
２４ 膨張弁
２５ 蒸発器
３Ａ，３Ｂ 冷却塔
４ 冷却回路
５ 流量調節手段
５１ 冷却水ポンプ
５２ インバータ
５４ 比例制御弁
５５ 三方弁
６ 制御部（制御手段）
Ｌ４１ 冷却水返送ライン（冷却塔の冷却水入口側の流路）
Ｌ４２２，Ｌ４２３ 吐出側ライン（冷却水ポンプの吐出側の流路）
Ｌ４３ バイパスライン（バイパス路）
Ｓ１ 第１温度センサ（第１温度検出手段）
Ｓ２ 第２温度センサ（第２温度検出手段）

Claims (7)

1. 圧縮機、凝縮器、過冷却器、膨張弁、及び蒸発器が順次環状に接続されて冷媒が循環され、前記蒸発器で冷熱を取り出す蒸気圧縮式の冷凍機と、
   冷却水を冷却する冷却塔と、
   前記冷却塔及び前記過冷却器が環状に接続されて冷却水が循環される冷却回路と、
   を備える冷凍システム。
2. 前記過冷却器に供給する冷却水の流量を調節する流量調節手段と、
   前記過冷却器から流出する冷媒の温度を検出する第１温度検出手段と、
   前記過冷却器に流入する冷却水の温度を検出する第２温度検出手段と、
   前記流量調節手段を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記第１温度検出手段の検出値と前記第２温度検出手段の検出値との差分値が予め設定された目標値となるように、前記流量調節手段を制御する、請求項１に記載の冷凍システム。
3. 前記流量調節手段は、
   前記冷却塔の冷却水取出側に設けられ、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動される冷却水ポンプと、
   入力された周波数指定信号に対応する駆動周波数を前記冷却水ポンプに出力するインバータと、を備え、
   前記制御手段は、前記差分値が前記目標値となるように、前記冷却水ポンプの駆動周波数を演算し、当該駆動周波数の演算値に対応する周波数指定信号を前記インバータに出力する、請求項２に記載の冷凍システム。
4. 前記流量調節手段は、
   前記冷却塔の冷却水取出側に設けられ、予め設定された駆動周波数に応じた回転速度で駆動される冷却水ポンプと、
   前記冷却水ポンプの吐出側又は吸込側に設けられ、入力された開度指定信号に対応する開度で作動される弁機構と、を備え、
   前記制御手段は、前記差分値が前記目標値となるように、前記弁機構の開度を演算し、当該開度の演算値に対応する開度指定信号を前記弁機構に出力する、請求項２に記載の冷凍システム。
5. 前記流量調節手段は、
   前記冷却塔の冷却水取出側に設けられ、予め設定された駆動周波数に応じた回転速度で駆動される冷却水ポンプと、
   前記冷却水ポンプの吐出側の流路と、前記冷却塔の冷却水入口側の流路と、を接続するバイパス路と、
   前記過冷却器に向かう冷却水の分流と、前記バイパス路に向かう冷却水の分流との流量比を調整可能に設けられ、入力された開度指定信号に対応する開度で作動される弁機構と、を備え、
   前記制御手段は、前記差分値が前記目標値となるように、前記弁機構の開度を演算し、当該開度の演算値に対応する開度指定信号を前記弁機構に出力する、請求項２に記載の冷凍システム。
6. 前記冷却回路は、並列接続された複数台の冷却塔を有し、
   前記制御手段は、
   （ｉ）１台以上の前記冷却塔の稼働中に、前記差分値が前記目標値を上回る状態が所定時間継続した場合、停止中の前記冷却塔があれば１台稼働させ、
   （ｉｉ）２台以上の前記冷却塔の稼働中に、前記差分値が前記目標値を下回る状態が所定時間継続した場合、稼働中の前記冷却塔を１台停止させる、
   請求項２〜５のいずれか１項に記載の冷凍システム。
7. 前記制御手段は、前記第１温度検出手段の検出値が予め設定された下限温度以下である場合、冷却水の流量を変化させないように、前記流量調節手段を制御する、
   請求項２〜６のいずれか１項に記載の冷凍システム。

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