JP5195696B2 - 冷水循環システム - Google Patents

Description

本発明は、蓄熱水槽のない密閉系配管（以下、単に、「密閉系」という場合がある）の冷水循環システムに係り、特に、熱源機の冷却能力を限界近くにまで使用することが可能な技術であって、効率的な省エネルギーを実現可能な冷水循環システムに関するものである。

密閉系の冷水循環システムの従来技術として、例えば、特許文献１に記載された技術がある。

特許文献１では、熱源機としての冷凍機を運転させる運転台数を決める台数制御は、冷凍機から負荷機である空調機へ送られる送り冷水の温度（空調機に供給される冷水の温度）と空調機から冷凍機へ還る還り冷水の温度（空調機から排出される冷水の温度）との差である負荷側温度差と、還り冷水の流量と、前記負荷側温度差と前記流量により算出する負荷側の熱量の３つのファクターに基づいて、冷凍機の運転台数を決定している。

より具体的には、負荷側温度差が所定値より小さい場合は、還り冷水の流量に基づいて冷凍機の運転台数を決定し、一方、負荷側温度差が所定値より大きい場合は、負荷側の熱量に基づいて冷凍機の運転台数を決定している。

一方、近年とりわけ既設設備において、より省エネルギー性の高い設備が要求されると同時に、改造工事を前提にした設備コストの削減が望まれる中、本発明者は、コストの高い流量計を用いずに、省エネルギー性を向上しうる冷水循環システムの構築に鋭意努力を積み重ねた。

このような流量計を用いない密閉系の冷水循環システムにおける従来の制御技術としては、例えば、特許文献２に記載された技術がある。

特許文献２では、冷凍機等の熱源機を運転させる運転台数を決める台数制御は、熱源機の出口側に設けられた冷温水温度を検出する各温度センサからの温度データが所定の値より、冷房時には高く、暖房時には低い状態が所定の時間以上続いた場合は、運転する熱源機の運転台数を増し、逆に冷房時には低く暖房時には高い状態が所定の時間以上続いた場合は、運転している熱源機の運転台数を減じるように、各温度センサからの各温度データのみに基づいて台数制御されている。

特開２００３−２９４２９０号公報 特開平０７−３５３８６号公報

しかしながら、特許文献２に記載された技術には、以下の問題点があった。

例えば、熱源機（ここでは熱源機が冷凍機の場合を説明する）の設計定格値よりも大きい流量が出せるポンプを施工し運転されている場合や、本来適正な流量であっても、長年使用された冷凍機内部へのスケール付着などで熱交換性能が劣化して、相対的に流量が過剰ぎみとなる場合がある。このような状況において冷凍機の冷却水水温が高くなる夏場などに冷凍機にて還り冷水を充分に冷やしきれず、本来の冷却能力を発揮できないまま冷凍機から排出される送り冷水の温度が設計値より高めになってしまう場合がある。

このような場合、流量計を用いず冷凍機からの出口側の温度（送り冷水の温度）のみに基づいて台数制御を行う特許文献２では、実際にその冷凍機が可能な冷却能力の最大値を発揮していないにも関わらず、冷凍機の運転台数を増やしてしまう。これに伴い、熱源機に連動する冷却塔、冷却水ポンプ、冷水一次ポンプなど（補機類）の運転台数も増えることから、システム全体の省エネルギーの観点において効率的でない。この補機類を含めた省エネルギーの観点でいえば、できるだけ冷凍機の運転台数は減らした状態としたい。なお、ポンプの流量を適切に調整することも考えられるが、そのためには冷凍機一台ごとに流量計が必要となり、結局設備コストが高くなってしまう。

また、例えば、仮に冷凍機の出口側の温度（送り冷水の温度）が高めとなっている場合でも、空調機等の負荷機において必要な冷風を充分に出せる場合も多くある。その負荷側の実態を冷凍機の運転台数の制御に反映しない限り、冷凍機に余裕がありすぎるうちに運転台数を増やすことになり、効率的ではない。

さらに、例えば、冷凍機の冷却能力に過剰の余裕が発生している場合を考えると、この状態では冷凍機の出口側の温度（送り冷水の温度）は冷凍機本体の自動制御機能により一定となるため、送り冷水の温度を測定するだけでは、冷凍機の余裕の度合いを知ることは困難である。したがって、冷凍機の運転台数を減らした際の余裕の目安も知ることができず、冷凍機の運転台数を実際に減らしていいのかどうか判断することは困難である。そのため、特許文献２では、実質的になかなか冷凍機の運転台数を削減できない、あるいは、冷凍機に余裕が無いときに運転台数を削減してしまうなどの問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、特に流量計を用いずに低コストで、熱源側に設けられる複数の熱源側温度センサを用いて複数の冷凍機の運転を制御する運転制御処理部を有する制御装置を設けた冷水循環システムにおいて、熱源機の冷却能力の最大値を発揮させて使用可能とすることで、又は／及び、熱源側の冷却能力に過剰の余裕が発生しないようにすることで、効率的な省エネルギーを実現可能な冷水循環システムを提供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創案されたものであり、少なくとも、負荷側に設けられ、送り冷水の供給を受け、還り冷水を排出する１つ以上の負荷機と、熱源側に設けられ、前記還り冷水の供給を受け、該還り冷水を冷却して前記送り冷水として排出する複数の冷水を発生しうる熱源機と、熱源側の前記熱源機の前段部分において前記熱源機ごとに設けられ、前記還り冷水を前記熱源機へ供給する複数のポンプと、を備えた密閉系の冷水循環システムにおいて、熱源側の前記複数の熱源機の前段部分及び後段部分において各熱源機を挟むように設けられ、各熱源機に係る前記送り冷水および前記還り冷水の温度を検出する複数の熱源側温度センサと、前記複数の熱源側温度センサを用いて前記複数の熱源機の運転（動作・停止）を制御する運転制御処理部を有する制御装置とを備え、前記運転制御処理部は、動作中の所定の熱源機において、当該所定の熱源機の状態を監視し、前記送り冷水の温度が所定温度以上であり、かつ、前記還り冷水の温度から前記送り冷水の温度を減じた熱源側温度差が所定温度以上であるという増段条件を所定期間満たすとき、熱源側の総冷却能力が増加すると同時に前記負荷機に送られる冷水量が増加する方向に前記複数の熱源機の運転を制御する、増段制御処理部を有する冷水循環システムである。

前記運転制御処理部の前記増段制御処理部は、熱源側の総冷却能力が増加すると同時に前記負荷機に送られる冷水量が増加する方向に前記複数の熱源機の運転を制御するとき、前記熱源機の運転台数を増加させてもよい。

前記運転制御処理部の前記増段制御処理部は、運転中の前記熱源機が複数台数あるときは、前記運転中の熱源機のうち１台でも前記増段条件を所定期間満たしていれば、熱源側の総冷却能力が増加すると同時に前記負荷機に送られる冷水量が増加する方向に前記複数の熱源機の運転を制御するとよい。

前記運転制御処理部の前記増段制御処理部は、熱源側の総冷却能力が増加すると同時に前記負荷機に送られる冷水量が増加する方向に前記複数の熱源機の運転を制御した後、当該制御による効果を反映させるための時間である効果待ち時間を経るまでは、次回の増段制御処理を実行しないとよい。

前記負荷機は、前記送り冷水を該送り冷水からの伝熱による冷却を必要とする媒体と熱交換させる熱交換器を有し、予め、１つ以上の前記負荷機を重要管理点として設定したものであって、前記運転制御処理部の前記増段制御処理部は、前記重要管理点として設定した負荷機において前記媒体が冷却されて排出された後、予め定めた評価地点において前記媒体によって行なわれる冷却の効果または前記媒体の冷却能力を示す温度が、所定期間、予め設定した目標値よりも所定温度以上高いときに、前記増段条件に関わらず、熱源側の総冷却能力が増加すると同時に前記負荷機に送られる冷水量が増加する方向に前記複数の熱源機の運転を制御するようにされるとよい。

前記複数の熱源機は、全て同じ設計定格温度差ΔＴ_dであり、前記運転制御処理部は、動作中の所定の熱源機（第１熱源機、・・・、第ｎ熱源機）の状態を監視し、［数１］に示す式（１）

により熱源側平均温度差ΔＴ_hを算出し、下式（２）
ΔＴ_h×（現在の熱源側の総冷却能力÷減段後の熱源側の総冷却能力）≦ΔＴ_d×α ・・・（２）
但し、ΔＴ_d：設計定格温度差
α：余裕率（％）
で表される減段条件を満たすとき、熱源側の総冷却能力が減少すると同時に前記負荷機に送られる冷水量が減少する方向に前記複数の熱源機の運転を制御する減段制御処理部をさらに備えてもよい。

前記複数のポンプは、自動的に前記負荷機の負荷に基いて回転周波数を変化させることがない運転方式のポンプ（動力インバーター制御機を有しないポンプを含む）であるとよい。

前記複数の熱源機は、互いに異なる冷却能力であり、前記複数のポンプは、前記複数の熱源機の冷却能力の大きさに比例した流量を送る回転周波数が固定型のポンプであるとよい。

前記送り冷水を前記負荷機に供給しないで、直接、前記還り冷水として前記冷凍機に返す経路であるバイパス経路を設けてもよい。

本発明によれば、最も小さな冷却能力の熱源機の選定使用を可能としつつ、選ばれた熱源機の冷却能力の最大値あるいは最大効率を発揮させ、又は／及び、熱源側の冷却能力に過剰の余裕が発生しないようにすることで、効率的な省エネルギーを実現できる。

本発明の一実施の形態に係る冷水循環システムのシステム図である。 図１の冷水循環システムにおける制御装置の入出力構成を示すブロック図である。 図１の冷水循環システムにおいて設定したステップを説明する図である。 図１の冷水循環システムの制御フローを示すフローチャートである。 図４のフローチャートにおける増段制御処理の制御フローを示すフローチャートである。 図４のフローチャートにおける減段制御処理の制御フローを示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態に係る冷水循環システムのシステム図である。 図７の冷水循環システムにおける制御装置の入出力構成を示すブロック図である。 図７の冷水循環システムにおいて設定したステップを説明する図である。 図７の冷水循環システムの制御フローを示すフローチャートである。 図１０のフローチャートにおける増段制御処理の制御フローを示すフローチャートである。 図１０のフローチャートにおける減段制御処理の制御フローを示すフローチャートである。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。なお以下の記載における「冷凍」とは「冷却すること」を意味している。

図１は、本実施の形態に係る冷水循環システムのシステム図である。

図１に示すように、冷水循環システム１は、負荷側に設けられ、送り冷水の供給を受け、還り冷水を排出する負荷機としての第１空調機２ａ、第２空調機２ｂと、熱源側に設けられ、空調機２ａ，２ｂからの還り冷水の供給を受け、その還り冷水を冷却して送り冷水として排出する熱源機（冷水を発生しうる熱源機）としての第１冷凍機３ａ，第２冷凍機３ｂとを備えている。冷水循環システム１は、蓄熱水槽のない密閉系の冷水循環システムである。

空調機２ａ，２ｂは、室内の発熱処理空調機であるが、外気処理空調機であってもよい。本実施の形態では、負荷機として空調機２ａ，２ｂを用いる場合を説明するが、これに限らず、例えば、生産用の冷却水を冷やす熱交換器などであってもよい。なお、負荷機は、送り冷水を送り冷水からの伝熱による冷却を必要とする媒体と熱交換させる熱交換器を有しており、送り冷水からの伝熱による冷却を必要とする媒体は、例えば、水や空気など（空調機の場合は空気）である。

両冷凍機３ａ，３ｂの出口側と両空調機２ａ，２ｂの入口側との間は、送り冷水供給ライン１０により接続されており、両空調機２ａ，２ｂの出口側と両冷凍機３ａ，３ｂの入口側とは、還り冷水排出ライン１１により接続されている。

送り冷水供給ライン１０は、供給側メイン管１０ａと、供給側メイン管１０ａと第１冷凍機３ａの出口側とを接続する第１熱源側分岐管１０ｂと、供給側メイン管１０ａと第２冷凍機３ｂの出口側とを接続する第２熱源側分岐管１０ｃと、供給側メイン管１０ａと第１空調機２ａの入口側とを接続する第１負荷側分岐管１０ｄと、供給側メイン管１０ａと第２空調機２ｂの入口側とを接続する第２負荷側分岐管１０ｅとからなる。冷凍機３ａ，３ｂからの送り冷水は、送り冷水供給ライン１０の熱源側分岐管１０ｂ，１０ｃ、供給側メイン配管１０ａ、負荷側分岐管１０ｄ，１０ｅを介して空調機２ａ，２ｂに供給される。

また、還り冷水排出ライン１１は、排出側メイン管１１ａと、排出側メイン管１１ａと第１冷凍機３ａの入口側とを接続する第１熱源側分岐管１１ｂと、排出側メイン管１１ａと第２冷凍機３ｂの入口側とを接続する第２熱源側分岐管１１ｃと、排出側メイン管１１ａと第１空調機２ａの出口側とを接続する第１負荷側分岐管１１ｄと、排出側メイン管１１ａと第２空調機２ｂの出口側とを接続する第２負荷側分岐管１１ｅとからなる。空調機２ａ，２ｂから排出された還り冷水は、還り冷水排出ライン１１の負荷側分岐管１１ｄ，１１ｅ、排出側メイン管１１ａ、熱源側分岐管１１ｂ，１１ｃを介して冷凍機３ａ，３ｂに供給される。

また、両メイン管１０ａ，１１ａ間には、送り冷水を空調機２ａ，２ｂに供給しないで、直接、還り冷水として冷凍機３ａ，３ｂに返す経路であるバイパス経路を構成するバイパス管１４が設けられる。バイパス管１４の途中には、二方弁１５が設けられており、この二方弁１５はわずかに開かれ、バイパス管１４にごく少ない流量Ｖ₃の冷水が通るようにされている。なお本実施の形態では、バイパス管１４に手動の二方弁１５を設けたが、これに限らず、例えば、所定の圧力になったら開となるような弁（安全弁；リリーフ弁）を用いるようにしてもよい（この場合、Ｖ₃＝０となる）。

なお、本明細書では、両メイン管１０ａ，１１ａのバイパス管１４、負荷側分岐管１０ｄ，１０ｅ，１１ｄ，１１ｅを設けた側（空調機２ａ，２ｂ側）を負荷側、熱源側分岐管１０ｂ，１０ｃ，１１ｂ，１１ｃを設けた側（冷凍機３ａ，３ｂ側）を熱源側と呼称している。

空調機２ａ，２ｂには、第１負荷側温度センサ５ａ、第２負荷側温度センサ５ｂがそれぞれ設けられている。本実施の形態では、両負荷側温度センサ５ａ，５ｂを空調機２ａ，２ｂの空調空気の吹出口にそれぞれ設け、両負荷側温度センサ５ａ，５ｂにて吹出口から吹き出される空調空気の温度（以下、吹出温度という）ｔ_c1，ｔ_c2を測定するようにしている。ここでは、両負荷側温度センサ５ａ，５ｂにて空調機２ａ，２ｂの吹出温度を測定するようにしたが、これに限らず、両負荷側温度センサ５ａ，５ｂにて空調機２ａ，２ｂが設けられた空調室内の温度を測定するようにしてもよい。

空調機２ａ，２ｂの後段部分（下流側）である還り冷水排出ライン１１の負荷側分岐管１１ｄ，１１ｅには、空調機２ａ，２ｂに供給される冷水の流量Ｖ₁，Ｖ₂を調節するための第１制御二方弁６ａ，第２制御二方弁６ｂがそれぞれ設けられている。両制御二方弁６ａ，６ｂは、二方弁７ａ，７ｂと、その二方弁７ａ，７ｂの開度を制御する第１モータ８ａ、第２モータ８ｂとからなる。

冷凍機３ａ，３ｂの前段部分（上流側）である還り冷水排出ライン１１の熱源側分岐管１１ｂ，１１ｃには、冷凍機３ａ，３ｂごとに、還り冷水を冷凍機３ａ，３ｂへ供給する第１ポンプ４ａ，第２ポンプ４ｂがそれぞれ設けられている。ポンプ４ａ，４ｂとしては、空調機２ａ，２ｂの負荷に基いて自動的に流量を変化させない運転方式の固定流量型ポンプ（供給動力の周波数（回転周波数）が一定のポンプ；動力インバーター制御機を有しないポンプを含む）を用いる。

本実施の形態では、第１冷凍機３ａの冷却能力（冷凍能力）Ｃ₁を３００ＲＴ（冷凍トン）、第２冷凍機３ｂの冷却能力Ｃ₂を４００ＲＴ（冷凍トン）とした場合を説明する。冷凍機３ａ，３ｂの冷却能力Ｃ₁，Ｃ₂についてはこれに限定されない。両ポンプ４ａ，４ｂの流量ｖ₁，ｖ₂は、対応する冷凍機３ａ，３ｂの冷却能力Ｃ₁，Ｃ₂の大きさに比例した流量とされる。ポンプ４ａ，４ｂの流量は、例えば、３,０２４Ｌ／分、４,０３２Ｌ／分である。

両メイン管１０ａ，１１ａを通過する冷水の総流量Ｖは、両ポンプ４ａ，４ｂの流量ｖ₁，ｖ₂の合計値と等しく、また、空調機２ａ，２ｂに供給される冷水の流量Ｖ₁，Ｖ₂とバイパス管１４を通過する冷水の流量Ｖ₃との合計値と等しくなる。つまり、Ｖ＝ｖ₁＋ｖ₂＝Ｖ₁＋Ｖ₂＋Ｖ₃となる。

両冷凍機３ａ，３ｂの設計定格温度差Ｔ₁，Ｔ₂は、同じ設計定格温度差ΔＴ_dとされる。ここでは、ΔＴ_d＝Ｔ₁＝Ｔ₂＝５℃とした場合を説明するが、設計定格温度差ΔＴ_dは空調機２ａ，２ｂにおける設計定格温度差を考慮して適宜設定すればよく、例えば、ΔＴ_d＝Ｔ₁＝Ｔ₂＝８℃であってもよい。また、本実施の形態では冷凍機３ａ，３ｂの設計定格温度差Ｔ₁，Ｔ₂を同じ設計定格温度差ΔＴ_dとしているが、冷凍機３ａ，３ｂの設計定格温度差Ｔ₁，Ｔ₂はほぼ同じであればよい。

冷凍機３ａ，３ｂの後段部分（下流側）である送り冷水供給ライン１０の熱源側分岐管１０ｂ，１０ｃには、冷凍機３ａ，３ｂが排出する送り冷水の温度ｔ_s1，ｔ_s2を検出するための第１熱源側出口温度センサ１２ａ，第２熱源側出口温度センサ１２ｂがそれぞれ設けられる。

また、冷凍機３ａ，３ｂの前段部分（上流側）である還り冷水排出ライン１１の熱源側分岐管１１ｂ，１１ｃには、冷凍機３ａ，３ｂに供給される還り冷水の温度ｔ_r1，ｔ_r2を検出するための第１熱源側入口温度センサ１３ａ、第２熱源側入口温度センサ１３ｂがそれぞれ設けられる。熱源側入口温度センサ１３ａ，１３ｂは、還り冷水排出ライン１１の熱源側分岐管１１ｂ，１１ｃのポンプ４ａ，４ｂの上流側にそれぞれ設けられる。

つまり、第１熱源側出口温度センサ１２ａと第１熱源側入口温度センサ１３ａは、第１冷凍機３ａを挟むように設けられ、第２熱源側出口温度センサ１２ｂと第２熱源側入口温度センサ１３ｂは、第２冷凍機３ｂを挟むように設けられる。

さて、本実施の形態に係る冷水循環システム１は、各熱源側温度センサ１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂを用いて、冷凍機３ａ，３ｂの運転（動作・停止）を制御する運転制御処理部１７を有する制御装置１６を備えている。制御装置１６は、制御ライン２１を介して、各熱源側温度センサ１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ、負荷側温度センサ５ａ，５ｂ、制御二方弁６ａ，６ｂのモータ８ａ，８ｂ、および冷凍機３ａ，３ｂにそれぞれ接続されている。

図２に示すように、制御装置１６には、負荷側温度センサ５ａ，５ｂで検出した吹出温度ｔ_c1，ｔ_c2、熱源側出口温度センサ１２ａ，１２ｂで検出した送り冷水の温度ｔ_s1，ｔ_s2、および熱源側入口温度センサ１３ａ，１３ｂで検出した還り冷水の温度ｔ_r1，ｔ_r2が入力される。

制御装置１６の運転制御処理部１７は、動作中の所定の冷凍機（３ａ又は／及び３ｂ）において、当該所定の冷凍機の状態を監視し、以下の２つの増段条件のいずれか１つでも成立したとき、熱源側の総冷却能力が増加すると同時に負荷機である空調機２ａ，２ｂに送られる冷水量（送り冷水の総量）が増加する方向に冷凍機３ａ、３ｂの運転を制御する増段制御処理部１８を備えている。

［増段条件（１）］
動作中の所定の冷凍機において、所定期間、送り冷水の温度ｔ_s1（またはｔ_s2）が所定温度ｔ_smax以上であり、かつ、還り冷水の温度ｔ_r1（またはｔ_r2）から送り冷水の温度ｔ_s1（またはｔ_s2）を減じた熱源側温度差ΔＴ₁（またはΔＴ₂）が所定温度ΔＴ_max以上であるとき。

［増段条件（２）］
所定期間、重要管理点に設定した空調機（２ａ又は／及び２ｂ）において、吹出温度（ｔ_c1又は／及びｔ_c2）が、予め設定した目標温度よりも所定温度以上高いとき。

例えば、第１冷凍機３ａのみが動作している場合、増段条件（１）は、「ｔ_s1≧ｔ_smax」かつ「ΔＴ₁＝ｔ_r1−ｔ_s1≧ΔＴ_max」の状態が所定期間満たされた場合に成立する。同様に、第２冷凍機３ｂのみが動作している場合は、増段条件（１）は、「ｔ_s2≧ｔ_smax」かつ「ΔＴ₂＝ｔ_r2−ｔ_s2≧ΔＴ_max」の状態が所定期間満たされた場合に成立する。ここでは、ｔ_smax＝８℃とし、ΔＴ_maxを設計定格温度差ΔＴ_dと等しく、すなわちΔＴ_max＝ΔＴ_d＝５℃とする場合を説明するが、ｔ_smax，ΔＴ_maxは適宜設定可能である。

第１冷凍機３ａと第２冷凍機３ｂの両方が動作している場合は、両冷凍機３ａ，３ｂのうちいずれか一方が増段条件（１）を満たす場合に、増段条件（１）が成立したとする。本実施の形態では、冷凍機３ａ，３ｂの両方が動作している場合については、第２冷凍機３ｂが増段条件（１）を満たすか否かを判断することとした。

増段条件（２）における重要管理点とは、例えば、空調機が冷やしている室内の目標温度と実際温度の誤差をプラスマイナス１℃以内に維持しなければいけないなど、特に重点を置いて管理を行うべき空調機などの負荷側の機器を指す。重要管理点とする空調機は予め設定し、制御装置１６内の記憶部２２に記憶しておく。重要管理点とする空調機としては、上述のような制御要求条件の厳しい空調機の他、例えば、最も冷水が届きにくい（配管距離が長いあるいは冷水必要量のわりに配管の内径が小さすぎる）空調機などを設定してもよい。本実施の形態では、両空調機２ａ，２ｂを重要管理点に設定する場合を説明する。

運転制御処理部１７の増段制御処理部１８は、重要管理点として設定した負荷機（ここでは空調機２ａ，２ｂ）において送り冷水と熱交換される媒体（ここでは空気）が冷却されて排出された後、予め定めた評価地点（ここでは空調空気の吹出口）において媒体によって行なわれる冷却の効果または媒体の冷却能力を示す温度（ここでは吹出温度ｔ_c1，ｔ_c2）が、所定期間、予め設定した目標値よりも所定温度以上高いときに、増段条件（１）に関わらず、熱源側の総冷却能力が増加すると同時に空調機２ａ，２ｂに送られる冷水量が増加する方向に冷凍機３ａ，３ｂの運転を制御するようにされている。

本実施の形態では、予め定めた評価地点において媒体によって行なわれる冷却の効果または冷却の能力を示す温度として、空調機２ａ，２ｂの吹出温度ｔ_c1，ｔ_c2を用いているが、これに限らず、例えば、空調機２ａ，２ｂが設置された室内の重要地点の乾球温度を用いてもよいし、負荷機が外気処理空調機の場合では吹き出し空気の露点温度、負荷機が生産用の冷却水を冷やす熱交換器の場合では冷やされた生産用の冷却水の送り温度を用いるようにしてもよい。

重要管理点として設定する負荷機としては、上述のように、冷水循環システム１の負荷機（ここでは空調機２ａ，２ｂ）の全てを指定してもよいし、特に冷水が届き難いと予想される、または冷水が届き難かった実績がある負荷機、あるいは、媒体によって行なわれる冷却効果または冷却能力を示す温度の変動を許容できる範囲が特に狭い負荷機を指定してもよい。

増段条件（１），（２）を判断する期間（上述の所定期間）については、ここでは共に５分としたが、これに限定されず、適宜設定可能である。

また、運転制御処理部１７は、動作中の所定の冷凍機（３ａ又は／及び３ｂ）の状態を監視し、下式（３）
ΔＴ_h＝（ΔＴ₁×Ｃ₁＋ΔＴ₂×Ｃ₂）／（Ｃ₁＋Ｃ₂） ・・・（３）
但し、ΔＴ₁：第１冷凍機３ａの熱源側温度差
ΔＴ₂：第２冷凍機３ｂの熱源側温度差
Ｃ₁：第１冷凍機３ａの冷却能力３００ＲＴ（停止中は０とする）
Ｃ₂：第２冷凍機３ｂの冷却能力４００ＲＴ（停止中は０とする）
により熱源側平均温度差ΔＴ_hを算出し、下式（４）
ΔＴ_h×（現在の熱源側の総冷却能力÷減段後の熱源側の総冷却能力）≦ΔＴ_d×α ・・・（４）
但し、ΔＴ_d：設計定格温度差
α：余裕率（％）
で表される減段条件を満たすとき、熱源側の総冷却能力が減少すると同時に空調機２ａ，２ｂに送られる冷水量が減少する方向に冷凍機３ａ，３ｂの運転を制御する減段制御処理部１９をさらに備えている。

式（３）で得られる熱源側平均温度差ΔＴ_hは、各冷凍機３ａ，３ｂの熱源側温度差ΔＴ₁，ΔＴ₂を、冷却能力の比率（つまり冷凍機の設計定格流量の比率）で加重平均したものであり、熱源側全体における送り冷水の温度と還り冷水の温度との差を表すものである。

また、式（４）における左辺は、減段後の熱源側平均温度差を表している。つまり、減段制御処理部１９は、現在の熱源側平均温度差ΔＴ_hから減段後の熱源側平均温度差を予測し、これが設計定格温度差ΔＴ_dよりも小さければ、減段条件を満たしたと判断する。式（４）の右辺において、設計定格温度差ΔＴ_dに余裕率αを乗じているのは、減段した際に全く余力がない場合、減段したあとわずかに冷却負荷が増える変動が起きた途端に熱源側平均温度差ΔＴ_hが設計定格温度差ΔＴ_dよりも大きくなってしまうことを抑制するためである。つまり、余裕率αを適宜設定することで、減段後すぐに冷凍機の能力の限界に達して再度増段されてしまう現象が繰り返されることを抑制できる。

本実施の形態では、制御装置１６にて所定時間（例えば３０秒あるいは１分）毎に熱源側平均温度差ΔＴ_hを算出して、これを記憶部２２に記憶させておき、減段制御処理部１９が、記憶部２２に記憶された熱源側平均温度差ΔＴ_hに基づき、減段制御処理が実行される直前の所定期間（例えば３０分）の熱源側平均温度差ΔＴ_hの平均値である平均熱源側平均温度差ΔＴ_aveを算出し、得られた平均熱源側平均温度差ΔＴ_aveに基づいて、熱源側の総冷却能力が減少すると同時に空調機２ａ，２ｂに送られる冷水量が減少する方向に冷凍機３ａ，３ｂの運転を制御するか否か（減段するか否か）を判断するようにしている。

つまり、本実施の形態では、減段制御処理部１９における減段条件は、下式（５）
ΔＴ_ave×（現在の熱源側の総冷却能力÷減段後の熱源側の総冷却能力）≦ΔＴ_d×α ・・・（５）
但し、ΔＴ_d：設計定格温度差
α：余裕率（％）
で表される。

増段制御処理部１８、減段制御処理部１９において、熱源側の総冷却能力が増加あるいは減少する方向（空調機２ａ，２ｂに送られる冷水量が増加あるいは減少する方向）に冷凍機３ａ、３ｂの運転を制御する際には、単純に冷凍機３ａ，３ｂの運転台数を増加あるいは減少するようにしてもよいし、あるいは、冷却能力の高いあるいは低い冷凍機３ａ，３ｂに運転を切り替えるようにしてもよい。

本実施の形態では、予め複数のステップを設定し、ステップ毎に総冷却能力が互いに異なるように、動作させる冷凍機３ａ，３ｂを割り付けて制御装置１６の記憶部２２に記憶させておき、増段制御処理部１８、減段制御処理部１９が、設定した複数のステップのうち現状のステップから所定のステップに移行するよう制御を行うことで、熱源側の総冷却能力が増加あるいは減少する方向に冷凍機３ａ、３ｂの運転を制御するようにしている。

図３に示すように、本実施の形態では、ステップ１〜３の３つのステップを設定した場合を説明する。なお、設定するステップの数については任意に設定可能である。

ステップ１では、第１冷凍機３ａのみを動作させ、第２冷凍機３ｂを停止することとする。つまり、ステップ１では、総流量Ｖ＝ｖ₁となり、熱源側の総冷却能力は第１冷凍機３ａの冷却能力Ｃ₁（３００ＲＴ）と等しくなる。

ステップ２では、第１冷凍機３ａを停止し、第２冷凍機３ｂのみを動作させることとする。つまり、ステップ２では、総流量Ｖ＝ｖ₂となり、熱源側の総冷却能力は第２冷凍機３ｂの冷却能力Ｃ₂（４００ＲＴ）と等しくなる。

ステップ３では、第１冷凍機３ａ、第２冷凍機３ｂの両者を動作させることとする。つまり、ステップ３では、総流量Ｖ＝ｖ₁＋ｖ₂となり、熱源側の総冷却能力は第１冷凍機３ａの冷却能力Ｃ₁（３００ＲＴ）と第２冷凍機３ｂの冷却能力Ｃ₂（４００ＲＴ）との和、すなわちＣ₁＋Ｃ₂＝７００ＲＴとなる。

つまり、本実施の形態では、ステップ１、ステップ２、ステップ３の順に熱源側の総冷却能力が増加するように各ステップ１〜３を設定している。

また、本実施の形態では、増段制御処理部１８あるいは減段制御処理部１９におけるステップの移行は、その移行順序を一定とした。

より具体的には、増段制御処理部１８は、現状のステップがステップ１であるときは、上述の増段条件が満たされた時にステップ２に、現状のステップがステップ２であるときは、増段条件が満たされた時にステップ３に移行するように制御を行う。以下、ステップを増加させる移行を増段という。

同様に、減段制御処理部１９は、現状のステップがステップ３であるときは、上述の減段条件が満たされた時にステップ２に、現状のステップがステップ２であるときは、減段条件が満たされた時にステップ１に移行するように制御を行う。以下、ステップを減少させる移行を減段という。

増段制御処理部１８および減段制御処理部１９は、冷凍機３ａ（または３ｂ）を動作させるときは、冷凍機３ａ（または３ｂ）に対して始動信号を送信する。始動信号を受信した冷凍機３ａ（または３ｂ）は、さらにポンプ４ａ（または４ｂ）に対してポンプ始動信号を送信し、ポンプ４ａ（または４ｂ）が始動してから所定時間経過後に、動作を開始する。

また、増段制御処理部１８および減段制御処理部１９は、冷凍機３ａ（または３ｂ）を停止させるときは、冷凍機３ａ（または３ｂ）に対して停止信号を送信する。停止信号を受信した冷凍機３ａ（または３ｂ）は、動作を停止してから所定時間経過後に、ポンプ４ａ（または４ｂ）に対してポンプ停止信号を送信し、ポンプ４ａ（または４ｂ）を停止させる。

増段制御処理部１８および減段制御処理部１９は、増段あるいは減段の制御を行った場合には、当該制御による効果を反映するための時間である効果待ち時間を経るまでは、次回の増段あるいは減段の制御を実行しないようにされている。これは増段あるいは減段の効果が冷水循環システム１全体に反映されていない段階で、各温度センサの値に基いてさらに増段あるいは減段がなされた場合、連続して過剰な増段や減段が行なわれ、省エネルギーの観点から問題となる場合があるためである。

また、本実施の形態では、１日の減段の回数の上限値である減段回数上限値を予め設定して、これを制御装置１６の記憶部２２に記憶させておき、減段制御処理部１９が、１日に、記憶部２２に記憶された減段回数上限値よりも多く減段を行わないようにしている。これは、１日に何度も冷凍機３ａ，３ｂの動作・停止を繰り返す動作を続けると、冷凍機３ａ，３ｂが傷んで故障の原因となってしまう場合があり、これを防止するためである。ここでは、減段回数上限値を１日最大６回としたが、減段回数上限値は任意に設定可能である。

なお、本実施の形態では、減段の回数（すなわちステップを減少させた回数）について１日の上限値を設定しているが、これに限らず、冷凍機３ａ，３ｂそれぞれの停止回数の上限値を設定するようにしてもよい。この場合、減段制御処理部１９は、設定された各冷凍機３ａ，３ｂの停止回数の上限値よりも多く各冷凍機３ａ，３ｂを停止しないようにされる。

また、制御装置１６は、負荷側温度センサ５ａ，５ｂで検出した吹出温度ｔ_c1，ｔ_c2に基づきモータ８ａ，８ｂを制御して二方弁７ａ，７ｂの開度を調整することで、空調機２ａ，２ｂに供給される冷水の流量Ｖ₁，Ｖ₂を調整し、吹出温度ｔ_c1，ｔ_c2を予め設定された目標温度に近づけるように制御する負荷側制御処理部２０を備えているものであっても良い。

なお、この負荷側制御処理部２０は必ずしも一体の制御装置１６に組み込まれている必要はなく、吹出温度ｔ_c1，ｔ_c2を目標とする温度に近づけるべくＰＩＤ制御等を成しうる制御装置１６とは別の制御装置に備えられていても良い。

次に、冷水循環システム１の制御フローを図４〜６を用いて説明する。

まず、メインルーチンについて図４により説明する。

図４に示すように、冷水循環システム１では、まず、制御装置１６が、電源投入時であるかを判断する（Ｓ１）。このとき、制御装置１６は、所定時間電源が投入されていないかどうかを判断することで、電源投入時であるかを判断する。つまり、瞬間停電後の復電時は電源投入時に含まれない。Ｓ１において電源投入時でないと判断された場合、Ｓ４に進む。

Ｓ１において電源投入時であると判断された場合、制御装置１６は、減段回数をリセットし（Ｓ２）、ステップ２をセットする（Ｓ３）。このとき、制御装置１６は、第１冷凍機３ａに停止信号を送信し、第２冷凍機３ｂに始動信号を送信する。なお、電源投入時には第１冷凍機３ａは停止しているので、制御装置１６は、第１冷凍機３ａに停止信号を送信しないようにしてもよい。本実施の形態では、電源投入時にステップ２をセットするが、これに限らず、ステップ１やステップ３をセットするようにしてもよい。

その後、制御装置１６は、タイマ１をリセットし、スタートする（Ｓ４）。タイマ１をスタートした後、制御装置１６は、タイマ１が１０分以上であるかどうか判断する（Ｓ５）。

Ｓ５において、タイマ１が１０分以上でないと判断された場合、制御装置１６は、現在のステップがステップ３であるかどうか判断する（Ｓ６）。Ｓ６において、現在のステップがステップ３でないと判断された場合、増段制御処理部１８が、増段制御処理（詳細は後述する）を実行し（Ｓ７）、増段制御処理が終了したらＳ８に進む。また、Ｓ６において現在のステップがステップ３であると判断された場合、ステップ３からさらに増段することはできないため、Ｓ７の増段制御処理を行わずにＳ８に進む。Ｓ８では、制御装置１６は、動作中の冷凍機３ａ，３ｂの各熱源側温度センサ１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂにて送り冷水の温度ｔ_s1，ｔ_s2と還り冷水の温度ｔ_r1，ｔ_r2を検出する。その後、制御装置１６は、検出した送り冷水の温度ｔ_s1，ｔ_s2と還り冷水の温度ｔ_r1，ｔ_r2を基に、上述の式（３）により熱源側平均温度差ΔＴ_hを算出し、得られた熱源側平均温度差ΔＴ_hを記憶部（ＲＡＭ）２２に記憶し（Ｓ９）、Ｓ１に戻る。

Ｓ５において、タイマ１が１０分以上であると判断された場合、制御装置１６は、現在のステップがステップ１であるかどうか判断する（Ｓ１０）。Ｓ１０において、現在のステップがステップ１でないと判断された場合、減段制御処理部１９が、減段制御処理（詳細は後述する）を実行し（Ｓ１１）、減段制御処理が終了したらＳ４に戻り、タイマ１をリセットする。また、Ｓ１０において現在のステップがステップ１であると判断された場合、ステップ１からさらに減段することはできないため、Ｓ１１の減段制御処理を行わずにＳ４に戻り、タイマ１をリセットする。つまり、本実施の形態では、タイマ１を用いて、１０分ごとに減段制御処理を実行して、減段を行うか否かを判断するようにしている（ただし、ステップ１でない場合）。減段制御処理を実行する時間間隔は１０分に限定されず、適宜設定可能である。

次に、Ｓ７の増段制御処理について詳細に説明する。

図５に示すように、増段制御処理では、まず、増段制御処理部１８は、現在のステップがステップ１であるかを判断する（Ｓ２１）。

Ｓ２１でステップ１であると判断された場合、増段制御処理部１８は、タイマ２をリセット・スタート（Ｓ２２）した後、第１冷凍機３ａの送り冷水の温度ｔ_s1が所定温度ｔ_smax（ここでは８℃）以上であるか（Ｓ２３）、第１冷凍機３ａにおける送り冷水の温度ｔ_s1と還り冷水の温度ｔ_r1との温度差ΔＴ₁が所定温度ΔＴ_max（ここでは５℃）以上であるかを判断する（Ｓ２４）。Ｓ２３，Ｓ２４で共にＹＥＳと判断された場合、タイマ２が５分以上であるか判断し（Ｓ２５）、５分未満であればＳ２３に戻り、５分以上であればＳ３０に進む。つまり、５分以上「ｔ_s1≧８℃」、「ΔＴ₁≧５℃」の状態が持続したときに、増段条件（１）を満たしたとしてＳ３０に進む。

Ｓ２３あるいはＳ２４でＮＯと判断された場合、すなわち、増段条件（１）を満たさないと判断された場合、増段制御処理部１８は、タイマ４をリセット・スタート（Ｓ２６）した後、重要管理点に設定された第１空調機２ａの吹出温度ｔ_c1とその目標温度との差が３℃以上であるか（Ｓ２７）、また重要管理点に設定された第２空調機２ｂの吹出温度ｔ_c2とその目標温度との差が３℃以上であるかを判断する（Ｓ２８）。Ｓ２７，Ｓ２８のいずれか一方でＹＥＳと判断された場合、タイマ４が５分以上であるか判断し（Ｓ２９）、５分未満であればＳ２７に戻り、５分以上であればＳ３０に進む。つまり、５分以上「ｔ_c1−第１空調機２ａの目標温度≧３℃」あるいは「ｔ_c2−第２空調機２ｂの目標温度≧３℃」の状態が持続したときに、増段条件（２）を満たしたとしてＳ３０に進む。Ｓ２７，Ｓ２８で共にＮＯと判断された場合、増段制御処理を終了する。なお、ここでは空調機２ａ，２ｂの吹出温度ｔ_c1、ｔ_c2と目標温度との差が３℃以上であるときに、増段条件（２）を満足するとしたが、空調機２ａ，２ｂの吹出温度ｔ_c1、ｔ_c2と目標温度との差については、適宜設定可能である。

Ｓ３０では、増段制御処理部１８は、タイマ６をリセット・スタートし、その後、ステップ２をセットする（Ｓ３１）。つまり、ステップ１からステップ２に増段する。このとき、増段制御処理部１８は、第１冷凍機３ａに停止信号を送信し、第２冷凍機３ｂに始動信号を送信する。ステップ２をセットした後、増段による効果を反映させるため、タイマ６が２０分となるまで待ち（Ｓ３２）、増段制御処理を終了する。

Ｓ２１でステップ１でない（つまりステップ２）と判断された場合、増段制御処理部１８は、タイマ３をリセット・スタート（Ｓ３３）した後、第２冷凍機３ｂの送り冷水の温度ｔ_s2が所定温度ｔ_smax（ここでは８℃）以上であるか（Ｓ３４）、第２冷凍機３ｂにおける送り冷水の温度ｔ_s2と還り冷水の温度ｔ_r2との温度差ΔＴ₂が所定温度ΔＴ_max（ここでは５℃）以上であるかを判断する（Ｓ３５）。Ｓ３４，Ｓ３５で共にＹＥＳと判断された場合、タイマ３が５分以上であるか判断し（Ｓ３６）、５分未満であればＳ３４に戻り、５分以上であればＳ４１に進む。つまり、５分以上「ｔ_s2≧８℃」、「ΔＴ₂≧５℃」の状態が持続したときに、増段条件（１）を満たしたとしてＳ４１に進む。

Ｓ３４あるいはＳ３５でＮＯと判断された場合、増段制御処理部１８は、タイマ５をリセット・スタート（Ｓ３７）した後、重要管理点に設定された第１空調機２ａの吹出温度ｔ_c1とその目標温度との差が３℃以上であるか（Ｓ３８）、また重要管理点に設定された第２空調機２ｂの吹出温度ｔ_c2とその目標温度との差が３℃以上であるかを判断する（Ｓ３９）。Ｓ３８，Ｓ３９のいずれか一方でＹＥＳと判断された場合、タイマ５が５分以上であるか判断し（Ｓ４０）、５分未満であればＳ３８に戻り、５分以上であればＳ４１に進む。つまり、５分以上「ｔ_c1−第１空調機２ａの目標温度≧３℃」あるいは「ｔ_c2−第２空調機２ｂの目標温度≧３℃」の状態が持続したときに、増段条件（２）を満たしたとしてＳ４１に進む。Ｓ３８，Ｓ３９で共にＮＯと判断された場合、増段制御処理を終了する。

Ｓ４１では、増段制御処理部１８は、タイマ７をリセット・スタートし、その後、ステップ３をセットする（Ｓ４２）。つまり、ステップ２からステップ３に増段する。このとき、増段制御処理部１８は、第１冷凍機３ａに始動信号を送信し、第２冷凍機３ｂに始動信号を送信する。なお、ステップ２で第２冷凍機３ｂは動作しているので、増段制御処理部１８は、第２冷凍機３ｂに始動信号を送信しないようにしてもよい。ステップ３をセットした後、増段による効果を反映させるため、タイマ７が２０分となるまで待ち（Ｓ４３）、増段制御処理を終了する。

次に、Ｓ１１の減段制御処理について詳細に説明する。

図６に示すように、減段制御処理では、まず、減段制御処理部１９は、記憶部（ＲＡＭ）２２に記憶されている直前３０分における熱源側平均温度差ΔＴ_hの平均値、すなわち平均熱源側平均温度差ΔＴ_aveを算出する（Ｓ５１）。その後、減段制御処理部１９は、現在のステップがステップ３であるかを判断する（Ｓ５２）。

Ｓ５２でステップ３であると判断された場合、減段制御処理部１９は、減段条件を満たすか否かを判断する（Ｓ５３）。「現在の熱源側の総冷却能力」はステップ３の総冷却能力７００ＲＴ、「減段後の熱源側の総冷却能力」はステップ２の総冷却能力４００ＲＴであるから、減段条件は下式（６）
ΔＴ_ave×（７００ＲＴ÷４００ＲＴ）≦ΔＴ_d×α ・・・（６）
但し、ΔＴ_d：設計定格温度差（５℃）
α：余裕率（８０％）
で表される。ここでは、余裕率αを８０％としたが、余裕率は適宜設定可能である。Ｓ５３にて減段条件を満たさないと判断された場合、減段制御処理を終了する。

Ｓ５３にて減段条件を満たすと判断された場合、減段制御処理部１９は、減段回数が減段回数上限値（ここでは６回）以上かどうかを判断する（Ｓ５４）。Ｓ５４にて減段回数が減段回数上限値（６回）以上と判断された場合、減段制御処理を終了する。

なお、本実施の形態では、減段回数は、電源投入時にリセットされるため、電源投入後に減段が行われた回数となっている。つまり、本実施の形態では、冷水循環システム１の電源が１日に１回投入される（例えば、朝に電源を投入して、夜に電源を落とす）ことを前提としているが、例えば、冷水循環システム１が２４時間稼働する場合などについては、減段回数をリセットする時間（例えば午前０時）を設定しておき、２４時間ごとに減段回数がリセットされるようにしてもよい。

Ｓ５４にて減段回数が減段回数上限値（６回）以上でないと判断された場合、減段制御処理部１９は、タイマ８をリセット・スタート（Ｓ５５）した後、ステップ２をセットする（Ｓ５６）。つまり、ステップ３からステップ２に減段する。このとき、減段制御処理部１９は、第１冷凍機３ａに停止信号を送信し、第２冷凍機３ｂに始動信号を送信する。なお、ステップ３で第２冷凍機３ｂは動作しているので、減段制御処理部１９は、第２冷凍機３ｂに始動信号を送信しないようにしてもよい。

ステップ２をセットした後、減段制御処理部１９は、減段回数をインクリメントし（Ｓ５７）、その後、減段による効果を反映させるため、タイマ８が２０分となるまで待ち（Ｓ５８）、減段制御処理を終了する。

Ｓ５２でステップ３でない（つまりステップ２）と判断された場合、減段制御処理部１９は、減段条件を満たすか否かを判断する（Ｓ５９）。「現在の熱源側の総冷却能力」はステップ２の総冷却能力４００ＲＴ、「減段後の熱源側の総冷却能力」はステップ１の総冷却能力３００ＲＴであるから、減段条件は下式（７）
ΔＴ_ave×（４００ＲＴ÷３００ＲＴ）≦ΔＴ_d×α ・・・（７）
但し、ΔＴ_d：設計定格温度差（５℃）
α：余裕率（８０％）
で表される。Ｓ５９にて減段条件を満たさないと判断された場合、減段制御処理を終了する。

Ｓ５９にて減段条件を満たすと判断された場合、減段制御処理部１９は、減段回数が減段回数上限値（６回）以上かどうかを判断する（Ｓ６０）。Ｓ６０にて減段回数が減段回数上限値（６回）以上と判断された場合、減段制御処理を終了する。

Ｓ６０にて減段回数が減段回数上限値（６回）以上でないと判断された場合、減段制御処理部１９は、タイマ９をリセット・スタート（Ｓ６１）した後、ステップ１をセットする（Ｓ６２）。つまり、ステップ２からステップ１に減段する。このとき、減段制御処理部１９は、第１冷凍機３ａに始動信号を送信し、第２冷凍機３ｂに停止信号を送信する。

ステップ１をセットした後、減段制御処理部１９は、減段回数をインクリメントし（Ｓ６３）、その後、減段による効果を反映させるため、タイマ９が２０分となるまで待ち（Ｓ６４）、減段制御処理を終了する。

本実施の形態の作用を説明する。

本実施の形態に係る冷水循環システム１では、冷凍機３ａ，３ｂの前段部分及び後段部分において冷凍機３ａ，３ｂを挟むように熱源側温度センサ１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂをそれぞれ設け、冷凍機３ａ，３ｂの送り冷水の温度ｔ_s1，ｔ_s2および還り冷水の温度ｔ_r1，ｔ_r2を検出し、運転制御処理部１７の増段制御処理部１８にて、動作中の所定の冷凍機３ａ（又は／及び３ｂ）の状態を監視し、送り冷水ｔ_s1（またはｔ_s2）の温度が所定温度ｔ_smax以上であり、かつ、還り冷水の温度ｔ_r1（またはｔ_r2）から送り冷水の温度ｔ_s1（またはｔ_s2）を減じた熱源側温度差ΔＴ₁（またはΔＴ₂）が所定温度ΔＴ_max以上であるという増段条件を所定期間満たすとき、熱源側の総冷却能力が増加すると同時に空調機２ａ，２ｂに送られる冷水量が増加する方向に冷凍機３ａ，３ｂの運転を制御するようにしている。

冷凍機３ａ，３ｂの出口側の温度（送り冷水の温度ｔ_s1（またはｔ_s2））だけでなく、還り冷水の温度ｔ_r1（またはｔ_r2）と送り冷水の温度ｔ_s1（またはｔ_s2）との差である熱源側温度差ΔＴ₁（またはΔＴ₂）を監視することにより、各冷凍機３ａ，３ｂが本当に現在発揮可能な冷却能力の上限近くに達しているか（つまり熱源側温度差ΔＴ₁（またはΔＴ₂）が定格設計温度差ΔＴ_dにどれくらい近く（高く）なっているか）を判断することが可能となる。よって、流量計を用いることなく、当該冷凍機の冷却能力を発揮可能な上限の能力近くまで使用することが可能となる。この結果、熱源機の補機類も最少台数とすることができ、システム全体として効率的な省エネルギーを実現することが可能となる。

また、冷水循環システム１では、増段あるいは減段の制御を行った後、当該制御による効果を反映させるための時間である効果待ち時間を経るまでは、次回の増段あるいは減段の制御を実行しないようにしている。これにより、増段あるいは減段の効果が反映される前に次の増段や減段がなされてしまうことを防止できる。

またさらに、冷水循環システム１では、冷凍機の出口側の温度（送り冷水の温度）が高めとなっている場合でも、空調機等の負荷機において必要な冷却の効果を充分に出せる場合も多くある事実を重視して、重要管理点に設定した空調機（２ａ又は／及び２ｂ）において、所定期間、吹出温度（ｔ_c1又は／及びｔ_c2）が、予め設定した目標温度よりも所定温度以上高いときに、増段条件（２）を満たすとして、熱源側の総冷却能力が増加すると同時に空調機２ａ，２ｂに送られる冷水量が増加する方向に冷凍機３ａ，３ｂの運転を制御するようにしている。これにより、負荷側の実態を冷凍機の運転台数の制御に反映しないで余裕があるうちに運転台数を増やす結果、エネルギー効率が悪化する従来の制御方法の問題点が解決できる。すなわち、設定した重要管理点の空調機において、（実際は、冷却上、とりわけ厳しい条件の下にあるとして定められた重要管理点が冷却される限り、重要管理点として指定されないものも含む全ての負荷機においての）冷却を確実に必要かつ充分に維持することが可能となる。

さらにまた、冷水循環システム１では、下式（８）
ΔＴ_h×（現在の熱源側の総冷却能力÷減段後の熱源側の総冷却能力）≦ΔＴ_d×α ・・・（８）
但し、ΔＴ_d：設計定格温度差
α：余裕率（％）
で表される減段条件を満たすとき、熱源側の総冷却能力が減少すると同時に空調機２ａ，２ｂに送られる冷水量が減少する方向に冷凍機３ａ，３ｂの運転を制御する減段制御処理部１９を備えているため、流量計を用いることなく、当該冷凍機の発揮可能な上限の冷却能力近くまで使用することを可能とし、かつ、減段時に熱源側の冷却能力に過剰の余裕が発生しないで、あらかじめ意図した適切な余裕があるように制御することが可能となる。よって、効率的な省エネルギーを実現することができる。

本発明の他の実施の形態を説明する。

図７に示す冷水循環システム７１は、基本的に図１の冷水循環システム１と同じ構成であり、３台の冷凍機３ａ〜３ｃを備える点、およびステップ１〜３の設定（冷凍機３ａ〜３ｃの割り付けの設定）が異なる。

各冷凍機３ａ〜３ｃの前段部分には、冷凍機３ａ〜３ｃの冷却能力Ｃ₁〜Ｃ₃に比例した流量ｖ₁〜ｖ₃の固定流量型のポンプ４ａ〜４ｃがそれぞれ設けられている。また、各冷凍機３ａ〜３ｃには、各冷凍機３ａ〜３ｃを挟むように、熱源側出口センサ１２ａ〜１２ｃと熱源側入口温度センサ１３ａ〜１３ｃが設けられている。各冷凍機３ａ〜３ｃの設計定格温度差Ｔ₁〜Ｔ₃は、全て同じ設計定格温度差ΔＴ_d＝５℃である。

この冷水循環システム７１では、図８に示すように、制御装置１６には、負荷側温度センサ５ａ，５ｂで検出した吹出温度ｔ_c1，ｔ_c2、熱源側出口温度センサ１２ａ〜１２ｃで検出した送り冷水の温度ｔ_s1〜ｔ_s3、および熱源側入口温度センサ１３ａ〜１３ｃで検出した還り冷水の温度ｔ_r1〜ｔ_r3が入力される。

図９に示すように、ステップ１では、第１冷凍機３ａのみを動作させ、第２冷凍機３ｂ、第３冷凍機３ｃを停止することとする。つまり、ステップ１では、総流量Ｖ＝ｖ₁となり、熱源側の総冷却能力は第１冷凍機３ａの冷却能力Ｃ₁（３００ＲＴ）と等しくなる。

ステップ２では、第１冷凍機３ａと第２冷凍機３ｂを動作させることとする。つまり、ステップ２では、総流量Ｖ＝ｖ₁＋ｖ₂となり、熱源側の総冷却能力は第１冷凍機３ａの冷却能力Ｃ₁（３００ＲＴ）と第２冷凍機３ｂの冷却能力Ｃ₂（４００ＲＴ）との和、すなわちＣ₁＋Ｃ₂＝７００ＲＴとなる。

同様に、ステップ３では、第１冷凍機３ａ〜第３冷凍機３ｃを全て動作させることとする。つまり、ステップ３では、総流量Ｖ＝ｖ₁＋ｖ₂＋ｖ₃となり、熱源側の総冷却能力は第１冷凍機３ａの冷却能力Ｃ₁（３００ＲＴ）と第２冷凍機３ｂの冷却能力Ｃ₂（４００ＲＴ）と第３冷凍機３ｃの冷却能力Ｃ₃（５００ＲＴ）との和、すなわちＣ₁＋Ｃ₂＋Ｃ₃＝１２００ＲＴとなる。

つまり、本実施の形態では、ステップ１、ステップ２、ステップ３の順に冷凍機の運転台数を増加させ、熱源側の総冷却能力が増加するように各ステップ１〜３を設定している。

次に、冷水循環システム７１における制御フローを図１０〜１２を用いて説明する。

図１０に示すように、冷水循環システム７１におけるメインルーチンは、基本的に図４で説明した冷水循環システム１のメインルーチンと同じである。なお、冷水循環システム７１では、３台の冷凍機３ａ〜３ｃを備えているため、Ｓ９で算出する熱源側平均温度差ΔＴ_hは、［数２］に示す式（９）で与えられる。ここでは、冷凍機の台数が３台であるため、式（９）におけるｎは３となる。

図１１に示すように、冷水循環システム７１における増段制御処理は、基本的に図５で説明した冷水循環システム１の増段制御処理と同じであるが、図中破線で示した部分、すなわちステップ２からステップ３に増段するときの制御フロー（ステップ２からステップ３に増段するときの増段条件（１）に相当する部分の制御フロー）が異なる。なお、図１１では、図の簡略化のため、増段条件（２）に相当する部分の制御フローと、増段制御処理部１８が冷凍機３ａ〜３ｃに始動信号および停止信号を送信する部分の制御フローを省略している。

冷水循環システム７１では、Ｓ２１でステップ１でない（つまりステップ２）と判断された場合、増段制御処理部１８は、タイマ３をリセット・スタート（Ｓ３３）した後、第１冷凍機３ａの送り冷水の温度ｔ_s1が所定温度ｔ_smax（ここでは８℃）以上であるか（Ｓ４４）、第１冷凍機３ａにおける送り冷水の温度ｔ_s1と還り冷水の温度ｔ_r1との温度差ΔＴ₁が所定温度ΔＴ_max（ここでは５℃）以上であるかを判断する（Ｓ４５）。Ｓ４４，Ｓ４５で共にＹＥＳと判断された場合、Ｓ３６に進む。

Ｓ４４あるいはＳ４５でＮＯと判断された場合、増段制御処理部１８は、第２冷凍機３ｂの送り冷水の温度ｔ_s2が所定温度ｔ_smax（ここでは８℃）以上であるか（Ｓ４６）、第２冷凍機３ｂにおける送り冷水の温度ｔ_s2と還り冷水の温度ｔ_r2との温度差ΔＴ₂が所定温度ΔＴ_max（ここでは５℃）以上であるかを判断する（Ｓ４７）。Ｓ４６，Ｓ４７で共にＹＥＳと判断された場合、Ｓ３６に進む。Ｓ４６あるいはＳ４７でＮＯと判断された場合、増段制御処理を終了する（重要管理点が設定してある場合、図５のＳ３７に進む）。

Ｓ３６では、タイマ３が５分以上であるか判断し（Ｓ３６）、５分未満であればＳ４４に戻り、５分以上であれば、タイマ７をリセット・スタート（Ｓ４１）した後、ステップ２からステップ３に増段する（Ｓ４２）。

つまり、冷水循環システム７１では、「ｔ_s1≧８℃」かつ「ΔＴ₁≧５℃」の状態、あるいは、「ｔ_s2≧８℃」かつ「ΔＴ₂≧５℃」の状態が５分以上持続されたときに、増段条件（１）を満たしたとして増段する。このように、動作中の冷凍機が複数あるときは、増段制御処理部１８は、動作中の冷凍機（ここでは冷凍機３ａ、３ｂ）のうち１台でも増段条件（１）を所定期間満たしていれば、増段を実行するようにしてもよい。

図１２に示すように、冷水循環システム７１における減段制御処理は、Ｓ５３，Ｓ５９の減段条件においてステップ１〜３の総冷却能力が異なるのみで、基本的に図６で説明した冷水循環システム１の減段制御処理と同じである。なお、図１２では、図の簡略化のため、減段制御処理部１９が冷凍機３ａ〜３ｃに始動信号および停止信号を送信する部分の制御フローを省略している。

上記実施の形態では、冷凍機の台数が２台、あるいは３台である場合を説明したが、これに限らず、冷凍機の台数は４台以上であってもよい。なお、動作中の冷凍機が３台以上ある場合、図１１の増段制御処理の制御フローにおいて破線で示した部分を動作中の冷凍機の台数に応じた段数（図１１の制御フローでは、動作中の冷凍機が２台であるため、Ｓ４４，Ｓ４５で１段、Ｓ４６，Ｓ４７で１段と合計２段になっている）に変更することにより、動作中の冷凍機のうち１台でも増段条件（１）を所定期間満たしていれば増段を実行することが可能となる。

また、上記実施の形態では、ステップの数を３とした場合を説明したが、これに限らず、ステップの数は任意に設定する事が可能である。

上記実施の形態では、運転制御処理部１７と負荷側制御処理部２０とを１つの制御装置１６に設けた場合を説明したが、運転制御処理部１７と負荷側制御処理部２０とをそれぞれ別個の制御装置に設けるようにしてもよい。この場合、負荷側温度センサ５ａ，５ｂからの制御ライン２１を分岐して、各制御装置に接続するようにすればよい。

また、上記実施の形態では、停電時処理について説明しなかったが、停電時に減段回数と現在のステップとを記憶部２２に記憶させ、復電時に停電前の状況を再現する停電時処理部を制御装置１６に備えるようにしてもよい。

さらに、上記実施の形態では、最も総冷却能力が高いステップ（ステップ３）では増段制御処理を行わず、増段条件（１），（２）を満たすか否かを判断しなかったが、最も総冷却能力が高いステップ（ステップ３）においても増段制御処理部１８にて増段条件（１），（２）を満たすか判断し、増段条件（１），（２）を満たす場合、管理者にメールなどで通知するようにしてもよい。これにより、冷凍機に負荷がかかり過ぎていることを管理者に通知し、負荷側の熱の発生量を減らす対応を取ることなどで冷凍機の故障を未然に防止することが可能となる。

また、上記実施の形態では、増段制御処理部１８あるいは減段制御処理部１９におけるステップの移行順序を一定としたが、これに限定されない。つまり、ステップ１からステップ３に移行するようにしてもよい（これはステップ２に必須の冷凍機がメンテナンスで停止中であるときなどに起き得る）。なお、増段・減段は増台数・減台数を意味するのではなく、冷凍機の冷却能力の組合せによっては、増段であっても運転台数が減る場合もある。

さらに、上記実施の形態では、冷凍機として異なる冷却能力のものを用いたが、冷却能力が同じ冷凍機を複数用いるようにしてもよい。この場合、各冷凍機の動作・停止回数の偏りをなるべく少なくするために、使用する冷凍機をローテーションすることが望ましい。この場合、各ステップには冷凍機の運転台数のみを設定し、使用する冷凍機はローテーションで選択されるようにすればよい。

また、ここでは冷水循環システム１の熱源機を冷凍機に限って説明したが、実際に利用できる設備としては、１台で冷水と温水の両方を発生させうる機器（冷温水発生機）の冷却機能を使っている場合や、冷水の利用温度域が高い設備の場合（たとえば、３０℃以上）などには冷水の製造に、いわゆる冷凍機を使用せず、冷却塔（クーリングタワー）などの、よりエネルギー消費が少ない冷水製造機器のみを使用する場合がある。このような冷水循環システムに関しても同様の制御手法が当てはまるものであり、そのような形態の変更は全て含むものとする。

このように、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

１ 冷水循環システム
２ａ，２ｂ 空調機（負荷機）
３ａ，３ｂ 冷凍機（熱源機）
４ａ，４ｂ ポンプ
５ａ，５ｂ 負荷側温度センサ
６ａ，６ｂ 制御二方弁
１０ 送り冷水供給ライン
１１ 還り冷水排出ライン
１２ａ，１２ｂ 熱源側出口温度センサ
１３ａ，１３ｂ 熱源側入口温度センサ
１６ 制御装置
１７ 運転制御処理部
１８ 増段制御処理部
１９ 減段制御処理部
２０ 負荷側制御処理部

Claims (9)

1. 少なくとも、
   負荷側に設けられ、送り冷水の供給を受け、還り冷水を排出する１つ以上の負荷機と、 熱源側に設けられ、前記還り冷水の供給を受け、該還り冷水を冷却して前記送り冷水として排出する複数の冷水を発生しうる熱源機と、
   熱源側の前記熱源機の前段部分において前記熱源機ごとに設けられ、前記還り冷水を前記熱源機へ供給する複数のポンプと、
   を備えた密閉系の冷水循環システムにおいて、
   熱源側の前記複数の熱源機の前段部分及び後段部分において各熱源機を挟むように設けられ、各熱源機に係る前記送り冷水および前記還り冷水の温度を検出する複数の熱源側温度センサと、
   前記複数の熱源側温度センサを用いて前記複数の熱源機の運転（動作・停止）を制御する運転制御処理部を有する制御装置とを備え、
   前記運転制御処理部は、
   動作中の所定の熱源機において、当該所定の熱源機の状態を監視し、
   前記送り冷水の温度が所定温度以上であり、かつ、前記還り冷水の温度から前記送り冷水の温度を減じた熱源側温度差が所定温度以上であるという増段条件を所定期間満たすとき、
   熱源側の総冷却能力が増加すると同時に前記負荷機に送られる冷水量が増加する方向に前記複数の熱源機の運転を制御する増段制御処理部を有することを特徴とする冷水循環システム。
2. 前記運転制御処理部の前記増段制御処理部は、
   熱源側の総冷却能力が増加すると同時に前記熱源機に送られる冷水量が増加する方向に前記複数の熱源機の運転を制御するとき、前記熱源機の運転台数を増加させる請求項１記載の冷水循環システム。
3. 前記運転制御処理部の前記増段制御処理部は、
   運転中の前記熱源機が複数台数あるときは、前記運転中の熱源機のうち１台でも前記増段条件を所定期間満たしていれば、熱源側の総冷却能力が増加すると同時に前記負荷機に送られる冷水量が増加する方向に前記複数の熱源機の運転を制御する請求項１または２記載の冷水循環システム。
4. 前記運転制御処理部の前記増段制御処理部は、
   熱源側の総冷却能力が増加すると同時に前記負荷機に送られる冷水量が増加する方向に前記複数の熱源機の運転を制御した後、当該制御による効果を反映させるための時間である効果待ち時間を経るまでは、次回の増段制御処理を実行しない請求項１〜３いずれかに記載の冷水循環システム。
5. 前記負荷機は、前記送り冷水を該送り冷水からの伝熱による冷却を必要とする媒体と熱交換させる熱交換器を有し、予め、１つ以上の前記負荷機を重要管理点として設定したものであって、
   前記運転制御処理部の前記増段制御処理部は、前記重要管理点として設定した負荷機において前記媒体が冷却されて排出された後、予め定めた評価地点において前記媒体によって行なわれる冷却の効果または前記媒体の冷却能力を示す温度が、所定期間、予め設定した目標値よりも所定温度以上高いときに、前記増段条件に関わらず、熱源側の総冷却能力が増加すると同時に前記負荷機に送られる冷水量が増加する方向に前記複数の熱源機の運転を制御するようにされる請求項１〜４いずれかに記載の冷水循環システム。
6. 前記複数の熱源機は、全て同じ設計定格温度差ΔＴ_dであり、
   前記運転制御処理部は、動作中の所定の熱源機（第１熱源機、・・・、第ｎ熱源機）の状態を監視し、［数１］に示す式（１）
   

   

   により熱源側平均温度差ΔＴ_hを算出し、下式（２）
   ΔＴ_h×（現在の熱源側の総冷却能力÷減段後の熱源側の総冷却能力）≦ΔＴ_d×α ・・・（２）
   但し、ΔＴ_d：設計定格温度差
   α：余裕率（％）
   で表される減段条件を満たすとき、
   熱源側の総冷却能力が減少すると同時に前記負荷機に送られる冷水量が減少する方向に前記複数の熱源機の運転を制御する減段制御処理部をさらに備えた請求項１〜５いずれかに記載の冷水循環システム。
7. 前記複数のポンプは、自動的に前記負荷機の負荷に基いて回転周波数を変化させることがない運転方式のポンプ(動力インバーター制御機を有しないポンプを含む)である請求項１〜６いずれかに記載の冷水循環システム。
8. 前記複数の熱源機は、互いに異なる冷却能力であり、
   前記複数のポンプは、前記複数の熱源機の冷却能力の大きさに比例させた流量を送る、回転周波数が固定型のポンプである請求項１〜６いずれかに記載の冷水循環システム。
9. 前記送り冷水を前記負荷機に供給しないで、直接、前記還り冷水として前記冷凍機に返す経路であるバイパス経路を設けた請求項１〜８いずれかに記載の冷水循環システム。

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