JP4301238B2 - 冷水循環システム - Google Patents

Description

本発明は、省エネルギー化が可能な冷水循環システム（空調用や生産冷却水用に冷熱を連続供給する目的の冷水循環設備を含む）に関し、特に、冷水蓄熱槽を含む設備システムにおいて、冷水二次ポンプと冷凍機の最適な運転制御を行うことによりエネルギー効率向上が可能となる冷水循環システムに関する。

図３は、従来一般に使用されている既存の冷水循環システムにおける主要部の構成概略図である。

冷水一次ポンプ１は、冷水蓄熱槽（以下、蓄熱槽ということがある。）２の高温部２ａから冷水（戻り冷水）を吸い上げ、冷凍機３に送り、目的とする温度まで冷やす。冷やされた冷水（送り冷水）は、一旦、蓄熱槽２の低温部２ｂに入り、そこから必要な量だけが冷水二次ポンプ５に汲み上げられ、送りヘッダー６を経由して、１又は２以上の負荷設備８に送られる。送られた冷水は、負荷設備８を冷却するために用いられ、その負荷の大きさに比例して冷水の温度が上昇する。その後、冷水は、戻りヘッダー９、集合管１０を通って、蓄熱槽２の高温部２ａに戻る。冷凍機３には、クーリングタワー３１と冷却水ポンプ３２が補機として付随しており、これら補機と冷水一次ポンプ１は冷凍機３と連動して動作する。（以下、冷水一次ポンプ１と補機、及びこれと常時連動して運転する冷凍機３の補助設備が存する場合、それらすべてを含めて冷凍機３ということがある。）

冷水二次ポンプ５の送水量を制御する方法としては、送りヘッダー６の水圧を送りの圧力検出器１２で測定し、その圧力をあらかじめ一定に設定した値、またはその設定値を流量計１１で検出した冷水量に応じて修正した値になる様にポンプ運転制御器１３によって圧力を調整して冷水を送る仕組みとなっている。

ここでは、制御二方弁１６（温度検出器２３に付随する制御信号変換器２４からの信号により開閉制御）により段階なく増減調整される負荷設備８の必要水量を、流量計１１で計測し、ポンプ運転制御器１３が必要な台数を冷水二次ポンプ５の標準能力から判断して段階的に選定するシステムとなっている。この際、冷水二次ポンプ５には、運転電力の周波数を自動に変化させて送水量を調整する動力インバーターは備わっていない事が標準的な方法であり、その必要な流量を確保すべく、冷水二次ポンプ５の運転台数は余裕をもって決定される。この為、通常は過剰な送水が発生し、これを過剰水の返り管７により蓄熱槽２の低温部２ｂに戻しながら運転する事を標準の形態としている。

この際、冷水一次ポンプ１と冷水二次ポンプ５の送水量は必ずしも同一ではなく、たとえば、冷水一次ポンプ１からの送水量が多い場合、その差の冷水は蓄熱槽２の高温部２ａとは温度差を持った蓄熱槽２の蓄熱部２ｃに低温度の冷水が冷熱として貯められる。その差がついた冷水の温度の境目は、冷水一次ポンプ１と冷水二次ポンプ５の送水量のバランスにより蓄熱槽２の蓄熱部２ｃにおいて移動する。蓄熱槽２の蓄熱部２ｃ中に図示される点線（図３では６本）は、蓄熱槽２で水温の境目となる小割りの仕切りを表している。

この原理により、負荷設備８から戻る冷水の設計温度と蓄熱槽２の蓄熱部２ｃ内部の冷水温度との差をその容積に掛け合わせた値をもとに蓄熱された冷熱の量を計算して、この値を一日の時間帯ごとに定めた目標値以上に保つ管理を行なう冷凍機台数制御器１５により、冷凍機３の運転を制御することが一般に行われている。そのため、蓄熱槽２の蓄熱部２ｃには小割りの仕切りごとに温度検出器２０が設置されている。

先に記述の冷水二次ポンプ５の台数制御を行なう場合は、常に必要な流量以上の冷水二次ポンプ５の送水を適切に減らして送水圧力を目標の値に調整するためにも過剰水の返り管７を通過する冷水があり、その水量分の動力は常に無駄となっている。

また、ポンプ運転制御器１３においては、一般的に、必要送水圧力の不足を恐れて、送りヘッダー６での送水圧力は高めに設定され、また、冷水二次ポンプ５の標準能力は少なめに設定されるため、実際に運転される台数は多めになりがちで、過剰な冷水の送水を助長していることが多い。

また、制御二方弁１６の開度が冷却対象物１７の要求による自動制御で小さくなり必要な冷水量が少なくなると、その量の送水により生じる配管抵抗に対抗するための圧力（送りヘッダー６における送水圧力）は、送水量の２乗に比例して減少することが物理現象として知られている。

この現象を活用し、冷水二次ポンプ５の無駄な送水量を減らすことでの省エネルギーを目的とした制御として、送りヘッダー６と戻りヘッダー９との冷水の差圧を測定する差圧センサからの測定信号に基づいて動力インバーターの回転周波数を変化させて冷水二次ポンプ５の送水圧力を調整することで、冷水送水量を必要最低限に減らすという制御手法が知られている（特許文献１参照）。
特許第３５３０８２４号公報

前記述の冷水二次ポンプ５により過剰な圧力で、過剰な冷水が送水されている場合には、冷水が負荷設備８を通過する時に冷熱が移動したこと（熱交換）を示す、負荷設備８への入り水温と出の水温の差は、特に負荷設備８の稼動負荷率が小さめの時に顕著に、その定格設計温度差よりも小さくなることが一般に知られている。この際、冷凍機３の冷水吸い込み温度はその設計定格値よりも低くなり、この結果、冷水二次ポンプ５の運転動力の無駄のみならず、冷凍機３の運転効率（成績係数）が高くない運転傾向をもたらす。

また、特許文献１記載の手法では、過剰な冷水の送水動力を削減できる一方で、負荷設備８を通過する冷水の流量が減る結果、負荷設備８での熱交換により蓄熱槽の高温部２ａに戻る冷水の温度が過剰に高まり、冷凍機３の吸い込み冷水の設計定格値を超え、許容できる温度を超えてしまう場合でも、それを自動的に予知して冷凍機３を保護する事ができない。その為に、冷凍機３の故障や冷凍機３で作る送り冷水の温度保証の不能などの問題を発生し得る。

また、冷水二次ポンプ５の運転周波数を下げる方法のみで送水量を低減する場合、冷水二次ポンプ５の送水量と送水圧力を同時に減らす手法であるために、冷水送水配管の末端にある負荷設備８においてその管路の圧力損失が、同じ系内部の他部分より特に大きい場合には、要求される必要充分な水量が確保出来ない問題が発生し得る。

また、この方法では、たとえば、蓄熱槽が地中にある場合に、建物最上階などの高い位置にある負荷設備８に冷水を送水するときには、最低必要な圧力を確保出来ないため、送水が困難な場合がある。

さらに、冷凍機３の運転台数を決定するために、従来は蓄熱槽２への蓄熱量を管理して、その管理された蓄熱量に基づき、運転台数を制御する設備が一般に導入されていた。これは、一日の各時点で常に目標とする蓄熱量に届くまで、過剰台数か否かを問わずに冷凍機３を運転する台数制御手法である。その結果、低い運転負荷率の冷凍機３を多めの台数で運転して、省エネルギー的ではない運転がされている場合も見られる。

また、その運転台数を制御する設備の構築には、多くの水温計測点とその計測器具や専用コントローラーを必要とし、新築時からこの設備を持たない場所では、冷凍機台数を制御する仕組みの導入が困難であった。

従って、本発明の目的は、冷水二次ポンプによる送水量が過剰および不足状態とならないよう最適な量に制御してシステム全体の運転動力（消費エネルギー）を削減できる冷水循環システムを提供することにある。また、本発明の別の目的は、冷水二次ポンプによる送水量が過剰および不足状態とならないよう最適な量に制御する、並びに、重要な冷却の機能を最も優先してシステム本来の目的を満足させる、及び／又は、冷凍機の最適な運転台数制御を可能とする、ことにより、システム全体の運転動力（消費エネルギー）を削減できる冷水循環システムを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、送り冷水を貯える低温部と戻り冷水を貯える高温部とを有する冷水蓄熱槽と、前記戻り冷水を前記冷水蓄熱槽の前記高温部から冷凍機を介して前記冷水蓄熱槽の前記低温部へ送り、前記冷凍機と連動する冷水一次ポンプと、動力インバーターを備え、当該動力インバーターの運転周波数に応じた送水量の前記送り冷水を前記冷水蓄熱槽の前記低温部から必要水量が段階なく増減調整される複数の負荷設備へ送る冷水二次ポンプと、前記動力インバーターの前記運転周波数を制御して、前記冷水二次ポンプの前記送り冷水の前記送水量を調整するポンプ運転制御器とを備えた冷水循環システムであって、前記ポンプ運転制御器は、送り主管または送りヘッダー等の第１の集合管部分に設けた温度検出器により計測される前記送り冷水の温度と、戻り主管または戻りヘッダー等の第２の集合管部分に設けた温度検出器により計測される前記戻り冷水の温度との検出温度差と前記負荷設備の定格設計温度差との差の絶対値が減少する方向へ、前記検出温度差に基づいて前記動力インバーターの運転周波数を制御して前記送り冷水の前記負荷設備への前記送水量を調整することを特徴とする冷水循環システムを提供する。本発明における冷水循環システムには、空調用や生産冷却水用に冷熱を連続供給する目的の冷水循環設備（例えば、空調システム）が含まれる。

上記の本発明は、前記冷水二次ポンプを２台以上備えた冷水循環システムであって、前記ポンプ運転制御器は、前記送り冷水の温度と前記戻り冷水の温度との検出温度差を前記負荷設備の定格設計温度差に近づけるように、前記動力インバーターの運転周波数と前記冷水二次ポンプの運転台数とを制御することを特徴とする発明を含む。

本発明によれば、冷水二次ポンプによる送水量が過剰および不足状態とならないよう最適な量に制御してシステム全体の運転動力（消費エネルギー）を削減できる冷水循環システムを提供できる。またさらに、冷水二次ポンプによる送水量が過剰および不足状態とならないよう最適な量に制御する、並びに、重要な冷却の機能を最も優先してシステム本来の目的を満足させる、及び／又は、冷凍機の最適な運転台数制御を可能とする、ことにより、システム全体の運転動力（消費エネルギー）を削減できる冷水循環システムを提供できる。

〔本発明の実施の形態に係る冷水循環システムの構成〕
図１は、本発明の実施の形態に係る冷水循環システムにおける主要部の構成概略図である。図２は、図１に示す冷水循環システムの動作例を示すフローチャートである。図１において図３と同一の構成については同一の符号を付す。図３と同一部分についての説明は省略（又は簡略化）し、図３と異なる部分について中心に説明する。

本実施の形態における冷水循環システムは、戻り冷水と送り冷水を貯える蓄熱槽（冷水蓄熱槽）２と、戻り冷水を蓄熱槽２の高温部２ａから冷凍機３を介して蓄熱槽２の低温部２ｂへ送る冷水一次ポンプ１と、動力インバーター５１を備え、送り冷水を蓄熱槽２の低温部２ｂから負荷設備８１Ａ，８１Ｂへ送る冷水二次ポンプ５と、冷水二次ポンプ５の動作を制御するポンプ運転制御器１３１とを備える。冷水二次ポンプ５は、１台又は２台以上である場合がある。

＜冷水二次ポンプ運転制御器＞
ポンプ運転制御器１３１は、送り水の温度と戻り水の温度の検出温度差を負荷設備８１Ａ，８１Ｂの定格設計温度差に近づけるように、すなわち、負荷設備８１Ａ，８１Ｂの熱交換設計上の最大温度差を確保するように、冷水二次ポンプ５の運転台数と動力インバーター５１の運転周波数とを制御する。ここで、負荷設備の定格設計温度差とは、その設備の設計仕様書に記載された定格能力を発揮する際の冷水流量が配管で当該設備に入り、熱交換後に出て来るときの前後の温度差であり、１つの冷水循環システムにおいて一般に統一して設定される値である。また、本実施の形態における定格設計温度差には、その設計仕様書に基く温度差（上記の熱交換後に出て来るときの前後の温度差）をもとに一定の修正を加えた値を定格設計温度差に設定する場合（例えば、当該温度差から０．５℃を差し引いた値を当制御器における定格設計温度差として採用する、など）も含まれる。

本実施の形態においては、運転周波数での制御を優先し、運転周波数では制御しきれなくなったときに、運転台数での制御（運転台数の増減）を起動させることが望ましい。

負荷設備としては、例えば、空調機の除湿コイル或いは冷却コイル、生産冷却水用熱交換器、ドライコイル等が挙げられる。

温度計測の為には、送り水の温度では送り主管または送りヘッダー６に、また戻り水の温度では戻りヘッダー９、集合管１０等にと、それぞれ送水配管の集合部分に設けた温度検出器により、例えば、図１に示したように、送りヘッダー６に設けた送りの温度検出器１８、集合管１０に設けた戻りの温度検出器１９により温度検出（計測）される。

（動力インバーター周波数制御機構）
ポンプ運転制御器１３１は、送り水の温度と戻り水の温度の検出温度差と負荷設備８１Ａ，８１Ｂの定格設計温度差との差があらかじめ設定した許容値を外れた時間が、あらかじめ設定した一定の時間を連続して、または、あらかじめ設定した時間内に累積して過ぎた場合に、動力インバーター５１の運転周波数を上記検出温度差と上記定格設計温度差との差の絶対値が小さくなる方向へ変化させる周波数制御機構を有することができる。これにより、戻り冷水の温度を冷凍機３における熱交換設計上の最適な温度差（定格設計温度差）となるように維持することができ、冷水二次ポンプ５と冷凍機３との全体運転効率を最も良くするように送り冷水の量を制御できる。

あらかじめ設定する許容値は、例えば、±０．５〜１．０℃程度に設定する。また、「あらかじめ設定する許容値」、「あらかじめ設定する一定の時間」、「あらかじめ設定する時間内」は、運転後、冷水循環システムの効率が最適となるように、適宜調整することが望ましい。

（冷水二次ポンプ運転台数制御機構）
ポンプ運転制御器１３１は、動力インバーター５１の運転周波数が、あらかじめ設定した最高周波数に到達し、あらかじめ設定した一定時間を継続した場合に冷水二次ポンプ５の運転台数を増加し、また、あらかじめ設定した最低周波数に到達し、あらかじめ設定した一定時間を継続した場合に冷水二次ポンプ５の運転台数を減ずる台数制御機構を有することができる。これにより、動力インバーター５１の運転周波数の調整のみでは行なえない範囲までの送水量の増減を行い、戻り冷水の温度を冷凍機３での高い運転効率（成績係数）確保の為に最適な状態に維持することができる。

最高周波数は、その地域の商用運転周波数（５０ヘルツ又は６０ヘルツ）に設定することが望ましく、最低周波数は、予測される最少冷水量を送るためにその配管系の形状を考慮して最低限必要とされる圧力を発生できる周波数（例えば、３０〜３５ヘルツ）に設定することが望ましい。また、運転が最適となるように、適宜調整することが望ましい。

（優先制御機構）
ポンプ運転制御器１３１は、１又は複数の負荷設備から選択して設定された１つ以上の特定負荷設備、例えば、負荷設備８１Ａ，８１Ｂのうち、あらかじめ選択された特定負荷設備８１Ａにおいて、特定負荷設備８１Ａに要求される必須の機能を満たすことを送り冷水の温度と戻り冷水の温度との検出温度差を負荷設備の定格設計温度差に近づける事よりも優先（最優先する場合を含む）するように、動力インバーター５１の運転周波数を、或いは動力インバーター５１の運転周波数と冷水二次ポンプ５の運転台数を制御する優先制御機構を有することができる。

特定負荷設備の選択基準は、特に限定されるものではないが、例えば、必要な冷水量が最も送られにくい条件の下にある事を判断基準にして、冷水二次ポンプ５から一番遠隔地に設置された負荷設備や、一番高所に設置された負荷設備等を選択することができ、その数は１つ以上であればよく、すべてを選択して設定しておいてもよい。

特定負荷設備８１Ａに要求される必須の機能とは、その特定負荷設備が対応する建物施設の空調環境の維持や、対応する設備部分での生産条件の維持であり、例えば、室内乾球温度の一定化や室内露点温度の一定化、あるいは生産冷却水温度の一定化などが挙げられる。要求される必須の機能のうち、１つ以上をあらかじめ選択して設定しておく。

＜冷凍機台数制御器＞
本実施の形態においては、冷凍機３の運転台数を制御する冷凍機台数制御器１５１を備えることができる。冷凍機３は、１台であっても複数台であってもよい。

冷凍機台数制御器１５１は、蓄熱槽２の高温部２ａと低温部２ｂの中間部に位置する蓄熱部２ｃに設けられた起動温度検出器２１および停止温度検出器２２を用いて、起動温度検出器２１による検出温度があらかじめ設定した上限温度以上となった時に即時、または当該上限温度以上となった後、あらかじめ設定した時間を経過した時に冷凍機３の運転台数を増加し、停止温度検出器２２による検出温度があらかじめ設定した下限温度以下となった時に即時、または当該下限温度以下となった後、あらかじめ設定した時間を経過した時に冷凍機３の運転台数を減ずる制御を行なう。

起動温度検出器２１は、蓄熱量の最少限度を判定するために、蓄熱槽２の蓄熱部２ｃのうち低温部２ｂの至近（低温部２ｂに近い部分）、例えば低温部２ｂ側の端部に設置され、停止温度検出器２２は、蓄熱量の最大限度を判定するために、蓄熱槽２の蓄熱部２ｃのうち高温部２ａの至近（高温部２ａに近い部分）、例えば高温部２ａ側の端部に設置される。

なお、本実施の形態において、過剰水の返り管７は、設置しなくてもよい。図１においても過剰水の返り管７を図示しているのは、既存設備にある過剰水の返り管７をあえて撤去する必要はないとの意味である。また、この返り管７には、万一、制御二方弁１６が全閉止の際に誤って運転された冷水二次ポンプ５の圧力開放手段として圧力開放弁を取りつける事もあり得る。

＜本発明の実施の形態に係る冷水循環システムの動作＞
冷水二次ポンプ５は、ポンプ運転制御器１３１においてあらかじめ設定された動力インバーター５１の初期周波数ＨＺＩＮ、冷水二次ポンプ５の初期台数ＰＮにて運転が開始される。その後、送りの温度検出器１８が測定する温度ＴＨ１と戻りの温度検出器１９が測定する温度ＴＨ２との検出温度差の値ＤＴ（＝ＴＨ２−ＴＨ１）を、負荷設備８１Ａ，８１Ｂの定格設計温度差ＤＴＳに近づけるように、ポンプ運転制御器１３１における動力インバーター５１の周波数と冷水二次ポンプ５の運転台数に修正が加えられて運転が継続される。

その際、動力インバーター５１の最高周波数ＨＺＭａｘは、その地域の商用運転周波数（５０ヘルツ又は６０ヘルツ）に設定する。また、最低周波数ＨＺＭｉｎは、最低限必要な冷水量を送るために必要と予測される圧力を発生できる周波数に設定し、運転を継続しながら省エネルギー性を高める数字への調整を手動、または自動で行なうものとする。

一定時間ＷＴの運転後に、ＤＴＳとＤＴの比較を行ない、その差が許容される大きさＤＴＰを超えた時間があらかじめ定める時間ＴＬに到達した時のみ、現在の動力インバーター５１の運転設定周波数をその（ＤＴ−ＤＴＳ）の絶対値が小さくなる方に修正を加える。これにより、常に定格設計温度差に近いＤＴを得る動きを継続して行うことができる。

その制御動作を継続する中で、運転中の冷水二次ポンプ５が複数台ある場合は、それらの吐出圧力が同一となるように動力インバーター５１の設定周波数に修正を加えるものとする。

その制御動作により動力インバーター５１の運転周波数が、最高周波数ＨＺｍａｘに到達した場合は、運転する冷水二次ポンプ５の台数を１台加えるものとする。また、最低周波数ＨＺＭｉｎに到達した場合は、運転する冷水二次ポンプ５の台数を１台減ずるものとする。冷水二次ポンプ５の台数が増減されたときは、運転中の冷水二次ポンプ５の総吐出圧力が急変しないように、運転周波数で調整制御がなされる。

以上の制御動作を行なう中で、例えば、圧力水頭を負荷設備８１Ａが負荷設備８１Ｂより高く要求することがわかっている場合には、あらかじめその温度検出器２３Ａおよび付属する制御信号変換器２４Ａより、ポンプ運転制御器１３１へ温度の異常を示す警報信号を送る仕組みを設け、その信号をもとに異常信号が消えるまで、冷水量を増やす制御動作が行われる。

一方、冷凍機３は、当初あらかじめ設定した初期台数ＲＮで運転が開始される。その後、蓄熱槽２の蓄熱部２ｃの低温部寄りに設けた起動温度検出器２１が、あらかじめ定めた温度以上を検知した場合はＲＮに１台を加える。また、蓄熱槽２の蓄熱部２ｃの高温部寄りに設けた停止温度検出器２２が、あらかじめ定めた温度以下を検知した場合はＲＮから１台を減ずる。

この制御の動作を行なうことで冷凍機３の台数は最低限となり、冷凍機３に連動するクーリングタワー３１、冷却水ポンプ３２の台数も最低限となる。また、運転中の冷凍機３は吸い込み温度が低くなりすぎる従来の一般的な状態が解消され、成績係数が高い運転が出来る。したがって、冷凍機３についても大きな省エネとなり、システムとしての運転効率は高い値を維持する。

次に、図２を参照して、より具体的に本発明の実施の形態に係る冷水循環システムの動作（制御）を説明する。

（ステップＳ１）
ステップＳ１では、システムの起動により、あらかじめ設定した初期の冷水二次ポンプ５の台数ＰＮを初期設定周波数ＨＺＩＮで運転開始する。

（ステップＳ２）
ステップＳ２では、あらかじめ選択（設定）した特定負荷設備８１Ａからの警報がないことを確認して、ステップＳ３に進む。警報がある時はＣａｓｅ３として、ステップＳ１９に進む。

（ステップＳ３）
ステップＳ３では、運転状態において計測される温度差ＤＴ（＝ＴＨ２−ＴＨ１）と負荷設備８１Ａ，８１Ｂの設計温度差ＤＴＳとの比較をおこなう。この温度ＤＴがＤＴＳ以下である時（ＤＴ≦ＤＴＳ）はステップＳ４に進み（Ｃａｓｅ１）、大きい時（ＤＴ＞ＤＴＳ）はステップＳ１２に進む（Ｃａｓｅ２）。

（ステップＳ４）（Ｃａｓｅ１）
ステップＳ４では、ＤＴがＤＴＳよりも下側許容幅ＤＴＰＬ以上小さい値（ＤＴ≦ＤＴＳ−ＤＴＰＬ）であればステップＳ５に進み、大きければ（ＤＴ＞ＤＴＳ−ＤＴＰＬ）ステップＳ２の手前に戻る。

（ステップＳ５）（Ｃａｓｅ１）
ステップＳ５では、その維持時間を計測し、設定時間ＴＬ継続した場合のみにステップＳ６に進み、そうでなければステップＳ２の手前に戻る。

（ステップＳ６）（Ｃａｓｅ１）
ステップＳ６では、あらかじめ設定した周波数ＨＺＬ分を下げ、ステップＳ７に進む。

（ステップＳ７，Ｓ８）（Ｃａｓｅ１）
ステップＳ７では、運転周波数ＨＺが最低周波数ＨＺＭｉｎ以上であれば（ＨＺ≧ＨＺＭｉｎ）、一定時間ＷＴ１をステップＳ８でとった後にステップＳ２の手前に戻る。ステップＳ７で、運転周波数ＨＺが最低周波数ＨＺＭｉｎを下回る値になった場合（ＨＺ＜ＨＺＭｉｎ）はステップＳ９に進む。

（ステップＳ９，Ｓ１０）（Ｃａｓｅ１）
ステップＳ９では、冷水二次ポンプ５の運転台数ＰＮを１台減らしてステップＳ１０に進み、運転中の同ポンプの送水圧力を揃え、かつ、減台以前と等しい送水圧力となる様に、各インバーターを設定周波数ＨＺＮＬに調整してステップＳ１１に進む。（各ポンプの特性から各々のＨＺＮＬの数字は異なる場合がある。）

（ステップＳ１１）（Ｃａｓｅ１〜３）
ステップＳ１１では、設定変更後の効果を安定させるため一定時間ＷＴ３経たあとにステップＳ２の手前に戻る。

（ステップＳ１２）（Ｃａｓｅ２）
ステップＳ３の判断で、Ｃａｓｅ２となった場合は、ステップＳ１２に進み、ＤＴがＤＴＳよりも上側許容幅ＤＴＰＵ以上大きい値であれば（ＤＴ≧ＤＴＳ＋ＤＴＰＵ）ステップＳ１３に進み、小さければ（ＤＴ＜ＤＴＳ＋ＤＴＰＵ）ステップＳ２の手前に戻る。

（ステップＳ１３）（Ｃａｓｅ２）
ステップＳ１３では、その維持時間を計測し、設定時間ＴＵ継続した場合のみにステップＳ１４に進み、そうでなければステップＳ２の手前に戻る。

（ステップＳ１４）（Ｃａｓｅ２）
ステップＳ１４では、あらかじめ設定した周波数ＨＺＵ分を上げステップＳ１５に進む。

（ステップＳ１５，Ｓ１６）（Ｃａｓｅ２〜３）
ステップＳ１５では、運転周波数ＨＺが最高周波数ＨＺＭａｘ以下ならば（ＨＺ≦ＨＺＭａｘ）、一定時間ＷＴ２をＳ１６でとった後にステップＳ２の手前に戻る。ステップＳ１５で、運転周波数ＨＺが最高周波数ＨＺＭａｘを超えた値（ＨＺ＞ＨＺＭａｘ）になった場合はステップＳ１７に進む。

（ステップＳ１７，Ｓ１８）（Ｃａｓｅ２〜３）
ステップＳ１７では、冷水二次ポンプ５の運転台数ＰＮを１台増やしてステップＳ１８に進み、運転中の同ポンプの送水圧力を揃え、かつ、増台以前と等しい送水圧力となる様に各インバーターを設定周波数ＨＺＮＵに調整してステップＳ１１に進んで、一定時間ＷＴ３経たあとにステップＳ２の手前に戻る。（各ポンプの特性から各々のＨＺＮＵの値は異なる場合がある。）

（ステップＳ１９）（Ｃａｓｅ３）
ステップＳ２の判断で、Ｃａｓｅ３となった場合は、ステップＳ１９に進み、冷水二次ポンプ５のインバーターをあらかじめ設定した周波数ＨＺＥだけ上げてステップＳ１５に進む。以降は、Ｃａｓｅ２と同じ動きをたどる。

以上説明した本実施の形態は、本発明の概念の説明と例示を目的としたものであり、実際にはこの思想に基づく制御の構成は更に高度な付加機能を設け、修正を経た他の手法によっても可能である。上記実施の形態は、その同一思想に基いて修正された構成を含む基本原理を示すに過ぎず、基本概念下での将来の修正を含む。

〔実施の形態の効果〕
上記の本発明の実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
（１）冷水循環システムの運転中に常時変化しつづける、負荷設備が必要とする冷熱量に対応して、送り水と戻り水の温度差を一定としながら水量を可変とする制御を行なうことで、各負荷設備が設計通りの熱交換部分の温度差で充分に機能を発揮することを確認でき、過剰でも過少でもない、適当な流量を判断し確保できることとなる。これにより、送り圧力を一定としていた従来の方式（水量が過剰の傾向）に比べ、その動力が削減できる効果が現れる。その際、従来比較で戻り水の温度は高くなり、冷凍機の定格の吸込み温度に近づく。この結果として冷凍機の成績係数が最も高い運転が可能となる。したがって、ポンプの動力を削減しながら、かつ、冷凍機の動力も削減できることとなり、大きな省エネルギーの成果が現れる。

（２）負荷設備で必要とする冷水の過不足が僅かの時に直ちに動作せずに、一定時間にわたり限界量を超えた時にのみ冷水二次ポンプの運転周波数と運転台数を変化させる仕組みとしたため、緩やかに、かつ確実に、適当な二次冷水ポンプの運転周波数と運転台数を決定できる仕組みとなる。これにより、冷水循環システムを熟練した調整員の判断規準に近い方法で制御でき、自動的に施設の運転管理を行うことができる。

（３）配管の抵抗を予測して圧力損失による差のみを監視する従来の方法では、必ずしも必要な冷水の量が確保されたとはいえず、重要な管理点での冷却機能が確保できる保証がなかったが、冷水二次ポンプの動力を削減することに優先して、生産現場などの重要な冷却対象設備の必須な機能を確保できる制御システムとしたため、システム全体の機能保証をしつつ、かつ、省エネルギーの調整も行なうことができる。

（４）冷凍機の運転台数制御を蓄熱槽により行なう場合、従来の制御方法は必ずしも最低台数かつ最高効率の運転を志向していなかったが、本実施の形態によれば、省エネルギー性を重視し、最低台数かつ最高効率の冷凍機の運転を自動的に志向できる。さらに、設備面でも起動側と停止側の２点の電極設備で対応でき、その制御動作も単純であることから、既存設備での新規導入が必要な状況にあっても冷凍機の運転台数調整機構を安価な方法で提供できる。

本発明の実施の形態に係る冷水循環システムにおける主要部の構成概略図である。 図１に示す冷水循環システムの動作例を示すフローチャートである。 既存の冷水循環システムにおける主要部の構成概略図である。

符号の説明

１ 冷水一次ポンプ
２ 蓄熱槽
２ａ 蓄熱槽の高温部
２ｂ 蓄熱槽の低温部
２ｃ 蓄熱槽の蓄熱部
３ 冷凍機
５ 冷水二次ポンプ
６ 送りヘッダー
７ 過剰水の返り管
８ 負荷設備
９ 戻りヘッダー
１０ 集合管
１１ 流量計
１２ 送りの圧力検出器
１３ ポンプ運転制御器
１５ 冷凍機台数制御器
１６ 制御二方弁
１７，１７Ａ，１７Ｂ 冷却対象物
１８ 送りの温度検出器
１９ 戻りの温度検出器
２０ 温度検出器
２１ 起動温度検出器
２２ 停止温度検出器
２３，２３Ａ，２３Ｂ 温度検出器
２４，２４Ａ，２４Ｂ 制御信号変換器
３１ クーリングタワー
３２ 冷却水ポンプ
５１ 動力インバーター
８１Ａ，８１Ｂ 負荷設備
１３１ポンプ運転制御器
１５１冷凍機台数制御器

Claims (4)

1. 送り冷水を貯える低温部と戻り冷水を貯える高温部とを有する冷水蓄熱槽と、
   前記戻り冷水を前記冷水蓄熱槽の前記高温部から冷凍機を介して前記冷水蓄熱槽の前記低温部へ送り、前記冷凍機と連動する冷水一次ポンプと、
   動力インバーターを備え、当該動力インバーターの運転周波数に応じた送水量の前記送り冷水を前記冷水蓄熱槽の前記低温部から必要水量が段階なく増減調整される複数の負荷設備へ送る冷水二次ポンプと、
   前記動力インバーターの前記運転周波数を制御して、前記冷水二次ポンプの前記送り冷水の前記送水量を調整するポンプ運転制御器と
   を備えた冷水循環システムであって、
   前記ポンプ運転制御器は、送り主管または送りヘッダー等の第１の集合管部分に設けた温度検出器により計測される前記送り冷水の温度と、戻り主管または戻りヘッダー等の第２の集合管部分に設けた温度検出器により計測される前記戻り冷水の温度との検出温度差と前記負荷設備の定格設計温度差との差の絶対値が減少する方向へ、前記検出温度差に基づいて前記動力インバーターの運転周波数を制御して前記送り冷水の前記負荷設備への前記送水量を調整することを特徴とする冷水循環システム。
2. 前記冷水二次ポンプを２台以上備えた冷水循環システムであって、
   前記ポンプ運転制御器は、前記送り冷水の温度と前記戻り冷水の温度との検出温度差を前記負荷設備の定格設計温度差に近づけるように、前記動力インバーターの運転周波数と前記冷水二次ポンプの運転台数とを制御することを特徴とする請求項１記載の冷水循環システム。
3. 前記ポンプ運転制御器は、前記検出温度差と前記定格設計温度差との差があらかじめ設定した許容値を外れた時間が、あらかじめ設定した一定の時間を連続して、または、あらかじめ設定した時間内に累積して過ぎた場合に、前記動力インバーターの運転周波数を前記検出温度差と前記定格設計温度差との差の絶対値が小さくなる方向へ変化させる周波数制御機構を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷水循環システム。
4. 前記ポンプ運転制御器は、前記動力インバーターの運転周波数が、あらかじめ設定した最高周波数に到達した場合に前記冷水二次ポンプの運転台数を増加し、あらかじめ設定した最低周波数に到達した場合に前記冷水二次ポンプの運転台数を減ずる台数制御機構を有することを特徴とする請求項２記載の冷水循環システム。

Images