JP2020041787A - 制御装置、熱源システム、冷却水入口温度下限値の算出方法、制御方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍機の運転状況に応じた冷却水入口温度下限値を算出する制御装置を提供する。【解決手段】制御装置は、冷凍機における冷水出口温度に所定の必要温度差を加えた冷却水出口温度下限値と、冷凍機における冷却水出口温度と冷却水入口温度の冷凍機の運転状況に応じて発生する温度である出入口必要温度差とを算出し、冷却水出口温度下限値から出入口必要温度差を減算して、冷凍機の冷却水入口温度下限算出値を算出する下限値算出部と、冷却水入口温度下限算出値を冷却水入口温度下限値として決定する下限値決定部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、制御装置、熱源システム、冷却水入口温度下限値の算出方法、制御方法およびプログラムに関するものである。

冷却塔を制御する制御装置では、冷凍機ごとに定められた所定の冷却水入口温度下限値に補正値を加えた温度を目標値として、冷却水入口温度がその目標値以上に保たれるよう制御を行う（特許文献１）。しかし、実際には冷凍機の冷却水出口温度を規定値以上に確保することができれば、冷凍機の運転状況によっては、冷却水入口温度下限値を所定の下限値より下げられる可能性がある。冷却水入口温度を可能な範囲まで下げることができれば、冷凍機のＣＯＰ（Coefficient Of Performance）向上にもつながる。

特許第６３３４２３０号公報

効率の良い冷凍機の運転の為に、冷凍機の運転状況に応じた適切な冷却水入口温度を算出する方法が求められている。

そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる制御装置、熱源システム、冷却水入口温度下限値の算出方法、制御方法およびプログラムを提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、冷却水温度の下限値を算出する制御装置であって、制御装置は、冷凍機における冷水出口温度の設定値に所定の必要温度差を加えた冷却水出口温度下限値と、前記冷凍機における冷却水出口温度と冷却水入口温度の間の前記冷凍機の運転状況に応じて発生する温度である出入口必要温度差とを算出し、前記冷却水出口温度下限値から前記出入口必要温度差を減算して、前記冷凍機の冷却水入口温度下限算出値を算出する下限値算出部と、前記冷却水入口温度下限算出値を冷却水入口温度下限値として決定する下限値決定部と、を備える。

本発明の一態様によれば、前記制御装置において、前記下限値算出部は、運転中の前記冷凍機の負荷率に基づいて、前記出入口必要温度差を算出する。

本発明の一態様によれば、前記制御装置において、前記下限値算出部は、運転中の前記冷凍機の排熱量に基づいて、前記出入口必要温度差を算出する。

本発明の一態様によれば、前記制御装置において、前記下限値算出部は、さらに運転中の前記冷凍機の負荷率から所定の安全率を減算した値に基づいて前記出入口必要温度差を算出する。

本発明の一態様によれば、前記制御装置は、前記下限値決定部が決定した前記冷却水入口温度下限値を、前記冷却水の入口温度の下限値に設定するよう、該冷却水を供給する冷却塔に指令する下限値指令部、をさらに備える。

本発明の一態様によれば、前記制御装置において、所定の制御周期で前記下限値算出部が前記冷却水入口温度下限算出値を算出し、前記下限値指令部が当該冷却水入口温度下限値を指令する。

本発明の一態様によれば、熱源システムは、冷凍機と、前記冷凍機を制御する上記の制御装置と、前記冷凍機に冷却水を供給する冷却塔と、前記冷却塔の制御装置と、を備え、前記冷却塔の制御装置は、前記下限値指令部の指令する前記冷却水入口温度下限値に基づいて、前記冷凍機の入口における前記冷却水の目標温度を更新する。

本発明の一態様によれば、冷却水入口温度下限値の算出方法は、冷凍機における冷水出口温度に所定の必要温度差を加えた冷却水出口温度下限値を算出するステップと、前記冷凍機における冷却水出口温度と冷却水入口温度の間の前記冷凍機の運転状況に応じて発生する温度である出入口必要温度差を算出するステップと、前記冷却水出口温度下限値から前記出入口必要温度差を減算して、前記冷凍機の冷却水入口温度下限算出値を算出するステップと、前記冷却水入口温度下限算出値を冷却水入口温度下限値として決定するステップと、を有する。

本発明の一態様によれば、制御方法は、冷却塔と冷凍機を備える熱源システムにおいて、上記の冷却水入口温度下限値の算出方法によって、前記冷凍機の入口における冷却水の温度の下限値を算出し、算出した前記下限値に基づいて前記冷却塔が供給する冷却水の前記冷凍機の入口における目標温度を更新する。

本発明の一態様によれば、プログラムは、コンピュータを、冷凍機における冷水出口温度に所定の必要温度差を加えた冷却水出口温度下限値を算出する手段、前記冷凍機における冷却水出口温度と冷却水入口温度の間の前記冷凍機の運転状況に応じて発生する温度である出入口必要温度差を算出する手段、前記冷却水出口温度下限値から前記出入口必要温度差を減算して、前記冷凍機の冷却水入口温度下限算出値を算出する手段、前記冷却水入口温度下限算出値を冷却水入口温度下限値として決定する手段、として機能させる。

上記の制御装置、熱源システム、冷却水入口温度下限値の算出方法、制御方法およびプログラムによれば、冷凍機のＣＯＰを改善する冷凍機入口温度下限値を算出することができる。

一実施形態に係る熱源システムの構成例を示す図である。 一実施形態における冷凍機および冷却塔の制御装置の一例を示すブロック図である。 一実施形態における冷却水入口温度下限値の算出方法の一例を示す第１のフローチャートである。 一実施形態における冷却水入口温度下限値の算出方法の一例を示す第２のフローチャートである。 一実施形態における冷却水入口温度下限値の算出方法の一例を示す第３のフローチャートである。 一実施形態における熱源システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。 一実施形態における制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

＜実施形態＞
以下、本発明の一実施形態による冷却水入口温度下限値の算出方法について、図１〜図７を参照して説明する。
図１は一実施形態に係る熱源システムの構成例を示す図である。
熱源システム３は、冷凍機１と、冷凍機１を制御する制御装置１０と、冷却塔２と、冷却塔２を制御する制御装置２０とを含む。
冷凍機１は、ターボ圧縮機１０１と、凝縮器１０２と、サブクーラー１０３と、高圧膨張弁１０４と、中間冷却器１０５と、低圧膨張弁１０６と、蒸発器１０７と、油タンク１０８と、油冷却器１０９と、ホットガスバイパス（Hot Gas Bypass；ＨＧＢＰ）弁１１０と、冷却伝熱管１１１と、冷水伝熱管１１２と、ホットガスバイパス管１１３等を備える。ターボ圧縮機１０１は、電動モータ１２０と、１段目の第一段圧縮部１２１と、２段目の第二段圧縮部１２２と、を備えている。

ターボ圧縮機１０１は２段圧縮機であり、冷媒ガスを圧縮する。凝縮器１０２は、ターボ圧縮機１０１によって圧縮された高温高圧の冷媒ガスを凝縮して液化させる。サブクーラー１０３は、凝縮器１０２の冷媒流れ下流側に設けられ、凝縮器１０２にて凝縮された液冷媒に対して過冷却を与える。冷却伝熱管１１１は、凝縮器１０２及びサブクーラー１０３に挿通され、管内を流れる冷却水により冷媒を冷却する。冷却伝熱管１１１を流れる冷却水は、冷却塔２から供給される。冷却水は、冷媒を冷却した後、冷却塔２に戻され冷却塔２にて放熱する。放熱後の冷却水は、再び冷凍機１へ供給され、冷却伝熱管１１１を流れる。

高圧膨張弁１０４および低圧膨張弁１０６は、サブクーラー１０３からの液冷媒を減圧する。中間冷却器１０５は、高圧膨張弁１０４によって減圧した中間圧力の冷媒を冷却する。冷媒は、中間冷却器１０５にて気相と液相に分離し、気相の冷媒は、ターボ圧縮機１０１の中圧部（第二段圧縮部１２２の吸入側）に供給される。液相の冷媒は、中間冷却器１０５から流出すると、低圧膨張弁１０６によってさらに減圧される。蒸発器１０７は、低圧膨張弁１０６によって減圧された液冷媒を蒸発させる。冷水伝熱管１１２は、蒸発器１０７に挿通される。冷水伝熱管１１２を流れる冷水は、冷媒が蒸発する際に気化熱を吸熱することにより冷却される。冷凍機１は冷却された冷水を図示しない外部負荷に供給する。

油タンク１０８は、圧縮機１０１から冷媒と共に冷媒回路へ吐出された冷凍機油を回収して保存する容器である。油タンク１０８は配管１１４により蒸発器１０７と連通する。油タンク１０８内の圧力は、圧縮機１０１の吸入側と連通しており、圧縮機１０１吸入側と同じ低圧に保たれる。配管１１４には、凝縮器１０２から流れる高圧の冷媒ガスにより駆動するエダクタ（図示せず）が設けられており、凝縮器１０２と油タンク１０８の圧力差により、蒸発器１０７に集められた冷凍機油が油タンク１０８へと回収される。油タンク１０８は、油ポンプを内蔵していて、蒸発器１０７から回収した冷凍機油を吐出する。油ポンプが送り出した冷凍機油は、油冷却器１０９で冷却されて圧縮機１０１へ供給される。油冷却器１０９には、凝縮器１０２で冷却された冷媒の一部が供給され、冷凍機油の冷却に用いられた冷媒は、蒸発器１０７へ供給される。

ホットガスバイパス管１１３は、凝縮器１０２の気相部と蒸発器１０７の気相部との間に設けられ、冷媒ガスをバイパスする。ホットガスバイパス弁１１０は、ホットガスバイパス管１１３内を流れる冷媒の流量を制御する。ホットガスバイパス流量を調整することにより、圧縮機１０１が吸入する冷媒流量を負荷に応じて調整する。

制御装置１０は、各部の制御を行う。例えば、制御装置１０は、上位の制御装置から入力される制御信号に基づいて、停止中の冷凍機１を起動し、または、運転中の冷凍機１を停止する。また、制御装置１０は、上位の制御装置から入力される制御信号に基づいて、電動モータ１２０やホットガスバイパス弁１１０を制御することにより、冷凍機１の負荷制御を行う。制御装置１０の行う負荷制御により、冷凍機１は、目標温度に制御された冷水を外部負荷に供給する。

冷却水流量は流量計Ｆ２により、冷却水出口温度は温度センサＴｈｏｕｔにより、冷却水入口温度は温度センサＴｈｉｎにより測定される。冷水流量は流量計Ｆ１により、冷水出口温度は温度センサＴｏｕｔにより、冷水入口温度はＴｉｎにより測定される。電動モータ１２０への入力電力は電力計Ｐｉｎにより測定される。これらの測定値は、制御装置１０が各部の制御を行う際に用いられ、また、制御装置１０による冷却水入口温度下限値の算出に用いられる。

冷却塔２は、凝縮器１０２にて冷媒の冷却に用いられる冷却水を冷却する。制御装置２０は、例えば、冷凍機１の入口における冷却水温度が所定の目標温度となるよう、ファン２０１の回転数、バイパス弁２０２の開閉、ポンプ２０３の回転数制御などを行う。冷凍機１では正常な運転のために冷却水の入口温度に対して所定の下限値（冷却水入口温度下限設定値Ｔｈｉ０）を設けている。この値は、冷凍機１ごとに設定される。制御装置２０は、凝縮器１０２に供給する冷却水の温度が、冷却水入口温度下限設定値Ｔｈｉ０より低下することがないように冷却塔２等の動作を制御する。以下、冷却水入口温度下限設定値Ｔｈｉ０を下限設定値Ｔｈｉ０と記載することがある。

図２は、一実施形態における冷凍機および冷却塔の制御装置の一例を示すブロック図である。
冷凍機１の制御装置１０は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）やマイコン等のコンピュータで構成される。図示するように制御装置１０は、センサ情報取得部１１と、制御部１２と、下限値算出部１３と、下限値指令部１４と、記憶部１５と、通信部１６と、を備える。
センサ情報取得部１１は、流量計Ｆ１，Ｆ２が測定した流量、温度センサＴｈｉｎ，Ｔｈｏｕｔ，Ｔｉｎ，Ｔｏｕｔが測定した温度、電力計Ｐｉｎが測定した電力などを取得する。
制御部１２は、上記のように冷凍機１の起動停止の他、圧縮機１０１の回転数制御やホットガスバイパス弁１１０の開度制御など冷凍サイクルの制御を行う。

下限値算出部１３は、冷凍機１の運転状況に応じた冷却水入口温度下限算出値Ｔｈｉ１を算出する。制御部１２が冷凍機１の冷凍サイクルを制御するうえで、凝縮器１０２に流れる冷却水温度を低下させることができれば、ＣＯＰを向上させることができる。但し、冷却水温度の過度な低下は、冷却能力の低下につながるため冷凍機１では下限設定値Ｔｈｉ０が設定されている。しかし、冷凍機１の運転状況によっては、冷却水入口温度下限値を、所定の下限設定値Ｔｈｉ０より下げられる可能性がある。下限値算出部１３は、冷凍機１の運転状況に応じた冷却水入口温度下限算出値Ｔｈｉ１を算出する。以下、冷却水入口温度下限算出値Ｔｈｉ１を下限算出値Ｔｈｉ１と記載することがある。
下限値指令部１４は、下限算出値Ｔｈｉ１を冷却水入口温度下限指令値Ｔｈｉ２として決定する。以下、冷却水入口温度下限指令値Ｔｈｉ２を下限指令値Ｔｈｉ２と記載することがある。下限値指令部１４は、冷却水入口温度の下限値を、下限指令値Ｔｈｉ２に設定するよう冷却塔２の制御装置２０に指令する。

記憶部１５は、下限算出値Ｔｈｉ１の算出に必要な種々のデータを記憶する。例えば、記憶部１５は、下限設定値Ｔｈｉ０、冷水出口温度設定値Ｔｓｅｔ、冷却水必要出口温度α、冷水出口温度と冷却水出口温度の必要温度差β、冷却水定格温度差ΔＴｈｉ、冷却水定格流量Ｆｓｅｔなどを記憶する。
通信部１６は、冷却塔２の制御装置２０と通信を行う。

冷却塔２の制御装置２０は、ＰＬＣやマイコン等のコンピュータで構成される。図示するように制御装置２０は、下限値指令取得部２１と、制御部２２と、通信部２３と、を備える。
下限値指令取得部２１は、制御装置１０から下限指令値Ｔｈｉ２を取得する。
制御部２２は、冷却塔２の動作を制御する。本実施形態では制御部２２は、冷却水の温度が、制御装置１０から取得した最新の下限指令値Ｔｈｉ２より低くならないよう冷却水の温度制御を行う。例えば、制御部２２は、下限指令値Ｔｈｉ２に所定の補正値を加えた値を目標温度として、冷却水がこの目標温度となるよう制御する。
通信部２３は、冷凍機１の制御装置１０と通信を行う。

次に下限値算出部１３が下限算出値Ｔｈｉ１を算出する処理について、図３〜図５を用いて説明する。
（実施例１）
図３は、一実施形態における冷却水入口温度下限値の算出方法の一例を示す第１のフローチャートである。
まず、下限値算出部１３が、冷却水出口温度下限値Ｔｈｏｍｉｎを算出する（ステップＳ１１０）。下限値算出部１３は、冷水出口温度設定値Ｔｓｅｔと、冷水出口温度と冷却水出口温度の必要温度差βとを記憶部１５から読み出して以下の計算を行う。
冷却水出口温度下限値Ｔｈｏｍｉｎ
＝ 冷水出口温度設定値Ｔｓｅｔ ＋ 必要温度差β ・・・（１）

ここで、冷水出口温度設定値Ｔｓｅｔは外部負荷が要求する冷水の温度により決まる値である。必要温度差βは、高圧膨張弁１０４および低圧膨張弁１０６の前後での差圧（凝縮器１０２と蒸発器１０７の差圧）を確保するために必要な温度差である。高圧膨張弁１０４および低圧膨張弁１０６の前後での差圧は、中間冷却器１０５でのキャリオーバを防ぐために必要とされる。必要温度差βは、冷凍機１ごとに設定されているパラメータである。

また、下限値算出部１３は、記憶部１５から冷却水必要出口温度αを読み出して、冷却水出口温度下限値Ｔｈｏｍｉｎが、以下の関係を満たすように設定する。
冷却水出口温度下限値Ｔｈｏｍｉｎ ≧ 冷却水必要出口温度α ・・・（２）
油タンク１０８が低温になると、油タンク１０８に回収された冷凍機油が冷媒に溜り込み、必要な量の冷凍機油を圧縮機１０１に戻すことができなくなる。油タンク１０８に必要な温度は、冷却水出口温度を基準として設計されている。冷却水必要出口温度αは、油タンク１０８にて冷凍機油が冷媒に溜り込むことを防ぐために必要となる温度である。冷却水必要出口温度αは、冷凍機１ごとに設定されるパラメータである。式（１）によって算出した冷却水出口温度下限値Ｔｈｏｍｉｎが冷却水必要出口温度α未満であれば、下限値算出部１３は、冷却水出口温度下限値Ｔｈｏｍｉｎに冷却水必要出口温度αを設定する。

次に下限値算出部１３は、冷凍機の負荷率から冷却水必要温度差を算出する（ステップＳ１２０）。下限値算出部１３は、冷却水定格温度差ΔＴｈｉを記憶部１５から読み出す。また、下限値算出部１３は、運転中の冷凍機１の負荷率Ｋｍｉｎを計算する。そして、下限値算出部１３は、以下の式により、冷却水必要温度差ΔＴｈｍｉｎを算出する。
冷却水必要温度差ΔＴｈｍｉｎ
＝ 冷却水定格温度差ΔＴｈｉ × 負荷率Ｋｍｉｎ ・・・（３）

負荷率Ｋｍｉｎは、以下によって算出する。
負荷率Ｋｍｉｎ ＝ 冷水の出入口温度の温度差×冷水の流量×比熱×比重
＝｛（温度センサＴｉｎの測定した温度−温度センサＴｏｕｔの測定した温度）×流量計Ｆ１の測定した流量×比熱×比重｝÷定格負荷・・・（４）
なお、冷却水定格温度差ΔＴｈｉ、定格負荷は予め記憶部１５に記録されている。

次に下限値算出部１３は、冷却水入口温度下限算出値を算出する（ステップＳ１３０）。下限値算出部１３は、冷却水定格流量Ｆｓｅｔを記憶部１５から読み出す。そして、下限値算出部１３は、以下の式により、下限算出値Ｔｈｉ１を算出する。
冷却水入口温度下限算出値Ｔｈｉ１＝冷却水出口温度下限値Ｔｈｏｍｉｎ−（冷却水必要温度差ΔＴｈｍｉｎ×冷却水定格流量Ｆｓｅｔ÷流量計Ｆ２が測定した冷却水流量）
・・・（５）

このように、外部負荷が要求する冷水出口温度設定値Ｔｓｅｔと必要温度差βに基づく冷却水出口温度下限値から、運転中の冷凍機１の負荷状況に応じて発生する冷却水出口温度と冷却水入口温度の間の温度である冷却水出入口温度差を減算することで、運転中の冷凍機１の負荷状況に応じた冷却水入口温度下限算出値Ｔｈｉ１を算出することができる。

（実施例２）
さらに下限値算出部１３が次のようにして、下限算出値Ｔｈｉ１を算出してもよい。
図４は、一実施形態における冷却水入口温度下限値の算出方法の一例を示す第２のフローチャートである。
図３と同様の処理については同じ符号を付し、簡単に説明する。
まず、下限値算出部１３が、冷却水出口温度下限値Ｔｈｏｍｉｎを算出する（ステップＳ１１０）。下限値算出部１３は、上記の式（１）により、冷却水出口温度下限値Ｔｈｏｍｉｎを算出する。但し、冷却水出口温度下限値Ｔｈｏｍｉｎは、冷却水必要出口温度α以上でなければならない。

次に下限値算出部１３は、冷凍機の負荷率から冷却水必要温度差を算出する（ステップＳ１２０）。下限値算出部１３は、上記の式（３）、（４）により、冷却水必要温度差ΔＴｈｍｉｎを算出する。

次に下限値算出部１３は、ステップＳ１２０で算出した冷却水必要温度差ΔＴｈｍｉｎから所定の安全率に基づく値を減算する（ステップＳ１２５）。
冷却水必要温度差ΔＴｈｍｉｎ´
＝冷却水必要温度差ΔＴｈｍｉｎ−安全率Ｄに基づく値・・・（６）
安全率Ｄに基づく値は、冷凍機１の負荷が急減する場合を考慮して設定された値である。安全率Ｄは、冷凍機１の負荷率に対して設定され、上記の冷却水必要温度差ΔＴｈｍｉｎ´は、より詳細には以下の式（６´）によって算出される。
冷却水必要温度差ΔＴｈｍｉｎ´
＝冷却水定格温度差ΔＴｈｉ×（負荷率Ｋｍｉｎ−安全率Ｄ）・・・（６´）
安全率Ｄや安全率Ｄに基づく値は、予め記憶部１５に記録されている。

次に下限値算出部１３は、冷却水入口温度下限算出値を算出する（ステップＳ１３０）。下限値算出部１３は、上記の式（５）にて、冷却水必要温度差ΔＴｈｍｉｎの代わりに冷却水必要温度差ΔＴｈｍｉｎ´を用いて下限算出値Ｔｈｉ１を算出する。
冷却水入口温度下限算出値Ｔｈｉ１＝冷却水出口温度下限値Ｔｈｏｍｉｎ−
（冷却水必要温度差ΔＴｈｍｉｎ´×冷却水定格流量Ｆｓｅｔ÷流量計Ｆ２が測定した冷却水流量）・・・（５´）

実施例２では、冷却水必要温度差ΔＴｈｍｉｎから安全率Ｄに基づく値を減算する。つまり、下限算出値Ｔｈｉ１の値は、実施例１の方法に比べ高い温度になる。式（３）、式（５）からわかるように冷凍機１の負荷率が高い程、下限算出値Ｔｈｉ１の値は小さくなる。冷凍機１の負荷率が高い状態から急激に低下すると、低下後に許される下限算出値Ｔｈｉ１は低下前の下限算出値Ｔｈｉ１に比べ高温となる。つまり、負荷の急低下後において、低下後の負荷率に応じた下限算出値Ｔｈｉ１（正確には下限指令値Ｔｈｉ２）に基づく冷却水の温度制御が間に合わず、正しい下限算出値Ｔｈｉ１を下回る冷却水が供給される可能性がある。すると、凝縮器１０２、サブクーラー１０３にて冷媒圧力が過度に低下し、高圧膨張弁１０４および低圧膨張弁１０６の前後で必要な圧力差が得られなくなり、冷凍機１の冷凍サイクルが正常に機能しなくなる可能性がある。そこで、実施例２では、負荷の急激な低下にも対応できるようにバッファを設ける目的で、冷却水必要温度差ΔＴｈｍｉｎから安全率Ｄに基づく値を減算する。実施例２の冷凍機入口温度下限値の算出方法によれば、冷凍機１のＣＯＰを改善するより安全な下限算出値Ｔｈｉ１を算出することができる。

なお、図４のフローチャートでは、冷凍機１の急激な負荷低下について設定された所定の安全率Ｄに基づく値を、冷却水必要温度差ΔＴｈｍｉｎから減算する例を説明したが、安全率Ｄに基づく値を１より小さな割合として設定して、冷却水必要温度差ΔＴｈｍｉｎに乗じるようにしてもよい。

（実施例３）
さらに下限値算出部１３は、冷凍機１の負荷率の代わりに冷凍機１からの排熱量に基づいて下限算出値Ｔｈｉ１を算出してもよい。
図５は、一実施形態における冷却水入口温度下限値の算出方法の一例を示す第３のフローチャートである。
図３、図４のフローチャートで説明した処理と同様の処理については同じ符号を付し、詳しい説明を省略する。
まず、下限値算出部１３が、図３で説明した処理と同様にして冷却水出口温度下限値Ｔｈｏｍｉｎを算出する（ステップＳ１１０）。

次に下限値算出部１３は、冷凍機の排熱量から冷却水必要温度差を算出する（ステップＳ１２０Ａ）。
下限値算出部１３は、運転中の冷凍機１の排熱量に基づく、冷却水必要温度差ΔＴｈｍｉｎを以下の式（７）により計算する。
冷却水必要温度差ΔＴｈｍｉｎ´´
＝ （（熱負荷Ｑ ＋ 電動モータ１２０の入力電力）÷流量計Ｆ２が測定した冷却水流量）×比熱×比重）・・・（７）

電動モータ１２０の入力電力は、電力計Ｐｉｎの測定値を用いる。
熱負荷Ｑは、以下によって算出する。
熱負荷Ｑ ＝ 冷却水の出入口温度の温度差×冷却水の流量×比熱×比重
＝（温度センサＴｈｏｕｔの測定した温度−温度センサＴｈｉｎの測定した温度）×流量計Ｆ２の測定した流量×比熱×比重・・・（８）

次に下限値算出部１３は、冷却水入口温度下限算出値を算出する（ステップＳ１３０Ａ）。下限値算出部１３は、以下の式により、下限算出値Ｔｈｉ１を算出する。
冷却水入口温度下限算出値Ｔｈｉ１＝冷却水出口温度下限値Ｔｈｏｍｉｎ−冷却水必要温度差ΔＴｈｍｉｎ´´・・・（９）

このように、運転中の冷凍機１の排熱量から算出した冷凍機１の運転状況に応じた冷却水出入口温度差を用いて、運転中の冷凍機１の運転状況に応じた冷却水入口温度下限算出値Ｔｈｉ１を算出することができる。なお、図５に示す実施例３の方法においても、実施例２と同様にして式（７）で算出した冷却水必要温度差ΔＴｈｍｉｎ´´よりも安全率Ｄに基づく温度だけ小さな値を、冷却水必要温度差ΔＴｈｍｉｎ´´´とし、以下の式（９´）によって冷却水入口温度下限算出値Ｔｈｉ１を算出してもよい。
冷却水入口温度下限算出値Ｔｈｉ１＝冷却水出口温度下限値Ｔｈｏｍｉｎ−冷却水必要温度差ΔＴｈｍｉｎ´´´・・・（９´）

下限値算出部１３が実施例１〜実施例３の何れかの方法で冷却水入口温度下限算出値を算出すると、下限値指令部１４は、この値を冷却水入口温度下限値の指令値（下限指令値Ｔｈｉ２）として決定する。

次に下限指令値Ｔｈｉ２を用いた熱源システム３の制御方法について説明する。
図６は、一実施形態における熱源システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。
まず、制御装置１０（下限値算出部１３、下限値指令部１４）は、上で説明した処理により、冷却水入口温度下限値の指令値（下限指令値Ｔｈｉ２）を決定する（ステップS３０１）。
次に制御装置１０の通信部１６が、下限指令値Ｔｈｉ２を制御装置２０に送信する（ステップＳ３０２）。
制御装置２０では通信部２３が下限指令値Ｔｈｉ２を受信し、制御部２２が冷却水入口温度下限値の設定値を受信した下限指令値Ｔｈｉ２で更新する（ステップＳ３０３）。
制御部２２は、更新した冷却水入口温度下限値の設定値に応じて、冷却水の目標温度を更新する（ステップＳ３０４）。例えば、制御部２２は、更新した冷却水入口温度下限値の設定値（下限指令値Ｔｈｉ２）に補正値を加えた温度を目標温度として設定する。つまり、冷却水入口温度下限値の設定値が下がった場合、冷却水の目標温度はそれまでより低下する。

制御部２２は、冷凍機１に供給する冷却水の温度が、更新した冷却水の目標温度となるよう冷却塔２の動作を制御する（ステップＳ３０５）。例えば、制御部２２は、温度センサＴｈｉｎが測定する温度が冷却水の目標値となるよう、冷却塔２が備えるファン２０１、バイパス弁２０２、ポンプ２０３等を制御する。制御装置１０が決定した下限指令値Ｔｈｉ２が所定の下限設定値Ｔｈｉ０より低い場合、冷凍機１に供給される冷却水の温度は、従来の制御による冷却水の温度より低温になる。これにより冷凍機１のＣＯＰを向上することができる。また、冷凍機１の運転状況によっては、下限指令値Ｔｈｉ２が下限設定値Ｔｈｉ０を上回ることがある。この場合には、冷凍機１には過度に冷却された冷却水が供給されることが無く、正常に冷凍機１を運転することができる。

図６のフローチャートに示す処理は所定の制御周期で繰り返され、冷凍機１のリアルタイムな運転状況を反映した、できる限り低温に制御された冷却水が冷凍機１に供給される。これにより、冷凍機１の運転状態に悪影響を及ぼすことなく、可能な限り冷凍機１のＣＯＰを向上させることができる。

図７は、一実施形態における制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
コンピュータ９００は、ＣＰＵ９０１、主記憶装置９０２、補助記憶装置９０３、入出力インタフェース９０４、通信インタフェース９０５を備える。
上述の制御装置１０、制御装置２０は、コンピュータ９００に実装される。そして、上述した各機能は、プログラムの形式で補助記憶装置９０３に記憶されている。ＣＰＵ９０１は、プログラムを補助記憶装置９０３から読み出して主記憶装置９０２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵ９０１は、プログラムに従って、記憶領域を主記憶装置９０２に確保する。また、ＣＰＵ９０１は、プログラムに従って、処理中のデータを記憶する記憶領域を補助記憶装置９０３に確保する。

なお、制御装置１０、制御装置２０の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各機能部による処理を行ってもよい。ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、ＣＤ、ＤＶＤ、ＵＳＢ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ９００に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９００が当該プログラムを主記憶装置９０２に展開し、上記処理を実行しても良い。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。なお、制御装置１０、制御装置２０は、複数のコンピュータ９００によって構成されていても良い。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、冷却水入口温度下限算出値Ｔｈｉ１の算出方法は、図１に例示した冷媒回路以外の冷媒回路を備える冷凍機にも適用することができる。例えば、磁気軸受を用いた圧縮機を備えている冷媒回路であって、油タンクを含まない場合には、油タンク温度の低下を防ぐための条件（式（２））を除外して下限算出値Ｔｈｉ１を算出してもよい。また、上記の実施形態では、冷凍機１の制御装置１０が下限指令値Ｔｈｉ２を決定することとしたが、冷却塔２の制御装置２０に、下限値算出部１３、下限値指令部１４の機能の一部または全部を実装してもよい。その場合、下限算出値Ｔｈｉ１の算出に必要な情報を制御装置１０から制御装置２０へ送信し、制御装置２０が、下限算出値Ｔｈｉ１の算出や、下限指令値Ｔｈｉ２の決定を行ってもよい。

下限値指令部１４は下限値決定部の一例である。冷却水必要温度差ΔＴｈｍｉｎ、冷却水必要温度差ΔＴｈｍｉｎ´は出入口必要温度差の一例である。下限設定値Ｔｈｉ０は冷却水出口温度下限設定値の一例、下限算出値Ｔｈｉ１は冷却水入口温度下限算出値の一例、下限指令値Ｔｈｉ２は冷却水入口温度下限値の一例である。冷水出口温度設定値Ｔｓｅｔは冷水出口温度の設定値の一例である。負荷率や排熱量は運転状況の一例である。

１・・・冷凍機
２・・・冷却塔
３・・・熱源システム
１０１・・・ターボ圧縮機
１０２・・・凝縮器
１０３・・・サブクーラー
１０４・・・高圧膨張弁
１０５・・・中間冷却器
１０６・・・低圧膨張弁
１０７・・・蒸発器
１０８・・・油タンク
１０９・・・油冷却器
１１０・・・ホットガスバイパス弁
１１１・・・冷却伝熱管
１１２・・・冷水伝熱管
１１３・・・ホットガスバイパス管
１２０・・・電動モータ
１２１・・・第一段圧縮部
１２２・・・第二段圧縮部
２０１・・・ファン
２０２・・・バイパス弁
２０３・・・ポンプ
１０・・・制御装置
１１・・・センサ情報取得部
１２・・・制御部
１３・・・下限値算出部
１４・・・下限値指令部
１５・・・記憶部
１６・・・通信部
２０・・・制御装置
２１・・・下限値指令取得部
２２・・・制御部
２３・・・通信部

Claims (10)

1. 冷却水温度の下限値を算出する制御装置であって、
   冷凍機における冷水出口温度の設定値に所定の必要温度差を加えた冷却水出口温度下限値と、前記冷凍機における冷却水出口温度と冷却水入口温度の間の前記冷凍機の運転状況に応じて発生する温度である出入口必要温度差とを算出し、前記冷却水出口温度下限値から前記出入口必要温度差を減算して、前記冷凍機の冷却水入口温度下限算出値を算出する下限値算出部と、
   前記冷却水入口温度下限算出値を冷却水入口温度下限値として決定する下限値決定部と、
   を備える制御装置。
2. 前記下限値算出部は、運転中の前記冷凍機の負荷率に基づいて、前記出入口必要温度差を算出する、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記下限値算出部は、運転中の前記冷凍機の排熱量に基づいて、前記出入口必要温度差を算出する、
   請求項１に記載の制御装置。
4. 前記下限値算出部は、さらに運転中の前記冷凍機の負荷率から所定の安全率を減算した値に基づいて前記出入口必要温度差を算出する、
   請求項２または請求項３に記載の制御装置。
5. 前記下限値決定部が決定した前記冷却水入口温度下限値を、前記冷却水の入口温度の下限値に設定するよう、該冷却水を供給する冷却塔に指令する下限値指令部、
   をさらに備える請求項１から請求項４の何れか１項に記載の制御装置。
6. 所定の制御周期で前記下限値算出部が前記冷却水入口温度下限算出値を算出し、
   前記下限値指令部が当該冷却水入口温度下限値を指令する、
   請求項５に記載の制御装置。
7. 冷凍機と、前記冷凍機を制御する請求項５又は請求項６に記載の制御装置と、
   前記冷凍機に冷却水を供給する冷却塔と、前記冷却塔の制御装置と、
   を備え、前記冷却塔の制御装置は、前記下限値指令部の指令する前記冷却水入口温度下限値に基づいて、前記冷凍機の入口における前記冷却水の目標温度を更新する、
   熱源システム。
8. 冷凍機における冷水出口温度に所定の必要温度差を加えた冷却水出口温度下限値を算出するステップと、前記冷凍機における冷却水出口温度と冷却水入口温度の間の前記冷凍機の運転状況に応じて発生する温度である出入口必要温度差を算出するステップと、前記冷却水出口温度下限値から前記出入口必要温度差を減算して、前記冷凍機の冷却水入口温度下限算出値を算出するステップと、
   前記冷却水入口温度下限算出値を冷却水入口温度下限値として決定するステップと、
   を備える冷却水入口温度下限値の算出方法。
9. 冷却塔と冷凍機を備える熱源システムにおいて、
   請求項８に記載の冷却水入口温度下限値の算出方法によって、前記冷凍機の入口における冷却水の温度の下限値を算出し、算出した前記下限値に基づいて前記冷却塔が供給する冷却水の前記冷凍機の入口における目標温度を更新する、
   制御方法。
10. コンピュータを、
    冷凍機における冷水出口温度に所定の必要温度差を加えた冷却水出口温度下限値を算出する手段、前記冷凍機における冷却水出口温度と冷却水入口温度の間の前記冷凍機の運転状況に応じて発生する温度である出入口必要温度差を算出する手段、前記冷却水出口温度下限値から前記出入口必要温度差を減算して、前記冷凍機の冷却水入口温度下限算出値を算出する手段、
    前記冷却水入口温度下限算出値を冷却水入口温度下限値として決定する手段、
    として機能させるためのプログラム。

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