JP5200497B2 - 冷水供給方法、冷水供給装置、及び冷水供給装置の制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、冷却できる冷水の流量が所定範囲に制限された冷凍機を用いた冷水供給方法、冷水供給装置、及び冷水供給装置の制御方法に関するものである。

工場、病院、ビルにおける空調や装置冷却などの幅広い分野において、冷水供給装置が使用されている。冷水供給装置は、冷水を冷凍機で冷却して負荷に供給する装置である。ここで、１つの冷凍機が冷却できる冷水の流量は所定の範囲内に制限される。例えば、１つの冷凍機が冷却できる冷水の流量は、その冷凍機の定格流量の５０％〜１１０％に制限される。このため、冷水供給装置は複数の冷凍機を備えている場合が多い。そして、冷水負荷が要求する冷水の量に応じて、運転させる冷凍機の台数が決定される。しかし、冷凍機の運転台数が多いほど電力効率が低下してしまう。そこで、各冷凍機で冷却する冷水の流量を調整して各冷凍機の負荷率を決め、冷凍機の運転台数を減らす技術が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

図９は、冷水供給装置の従来の制御方法の第１の例を説明するための図である。図中において縦軸は温度（℃）を表し、横軸は冷水の流量（ｍ^３／ｈ）を表す。流量２７００ｍ^３／ｈの冷水を１０．５℃から７℃に冷却して冷水負荷に供給する場合について考える。
まず、流量２７００ｍ^３／ｈの冷水を得るために、１号機〜３号機の冷凍機にそれぞれ流量９００ｍ^３／ｈの冷水を均等分配する。そして、従来は、冷水負荷に供給する冷水の温度７℃と同じ温度に冷水を冷却するように各冷凍機を制御していた。この場合、冷却されていない冷水の温度１０．５℃と目標温度７℃との差と目標流量２７００ｍ^３／ｈの積で表される総冷却熱量は２７００×（１０．５−７）＝９４５０Ｍｃａｌである。また、各冷凍機の冷却前後の冷水の温度差と冷水の流量の積で表される冷却熱量は、それぞれ３１５０Ｍｃａｌである。

図１０は、冷水供給装置の従来の制御方法の第２の例を説明するための図である。流量２１５０ｍ^３／ｈの冷水を９．５℃から７℃に冷却して冷水負荷に供給する場合について考える。ここで、１号機は、冷水と同時に温水も出力できる冷凍機である。
まず、流量２１５０ｍ^３／ｈの冷水を得るために、１号機〜３号機にそれぞれ流量７１７ｍ^３／ｈの冷水を均等分配する。そして、各冷凍機は、冷水負荷に供給する冷水の温度７℃と同じ温度に冷水を冷却する。この場合、総冷却熱量は２１５０×（９．５−７）＝５２５０Ｍｃａｌであり、各冷凍機の冷却熱量はそれぞれ１７５０Ｍｃａｌである。

図１１は、冷水供給装置の従来の制御方法の第３の例を説明するための図である。流量２２００ｍ^３／ｈの冷水を１０℃から７℃に冷却して冷水負荷に供給する場合について考える。ここで、１号機は、流量が所定流量１０００ｍ^３／ｈから変更できない冷凍機である。
まず、流量２２００ｍ^３／ｈの冷水を得るために、１号機に流量１０００ｍ^３／ｈの冷水を供給し、２，３号機の冷凍機にそれぞれ流量６００ｍ^３／ｈの冷水を供給する。そして、各冷凍機は、冷水負荷に供給する冷水の温度７℃と同じ温度に冷水を冷却する。この場合、総冷却熱量は２２００×（１０−７）＝６６００Ｍｃａｌであり、１号機の冷却熱量は３０００Ｍｃａｌ、２，３号機の冷却熱量はそれぞれ１８００Ｍｃａｌである。

特開２００６−２９２３２９号公報 特開２００７−１２７３２１号公報

流量１０００ｍ^３／ｈの冷水を１２℃から７℃に冷却することができる冷凍機において、流量が定格流量１０００ｍ^３／ｈの５０％〜１１０％に制限される場合について考える。この冷凍機は、（１２℃−７℃）×（１０００／１１００）＋７℃＝１１．５５℃より、最大流量１１００ｍ^３／ｈの冷水を１１．５５℃から７℃に冷却することができる冷却熱量を上限として持っている。従って、中間期や冬期などにおいて冷却前の冷水の温度が１１．５５℃より低い場合は、冷凍機の冷却熱量の上限まで余裕がある。しかし、この場合でも、冷凍機の流量を最大流量１１００ｍ^３／ｈより大きくすることはできない。従って、各冷凍機の冷却熱量の上限まで余裕があっても、必要な冷水の量を確保するために冷凍機の運転台数を増やさなければならず、電力効率が低かった。例えば、第１の例では総冷却熱量９４５０Ｍｃａｌが要求されるが、この総冷却熱量であれば二台の冷凍機で確保することができる。しかし、冷凍機の流量を最大流量１１００ｍ^３／ｈより大きくすることができないため、３台の冷凍機を運転させなければならなかった。

また、第２の例のように温水出力可能な冷凍機を用いる場合、冬期などは、温水出力可能な冷凍機の冷却熱量を大きくして温水の出力量を増やすことが求められる。しかし、従来の冷凍機は、冷却後の冷水の温度は負荷に供給する冷水の温度と同じ温度に固定され、冷水の流量も制限されていたため、各冷凍機の冷却熱量の設定自由度が低く、温水出力可能な冷凍機の冷却熱量を大きくすることができなかった。従って、温水出力可能な冷凍機だけでは十分な温水を確保できず、ボイラー等の他の加熱手段を動作するエネルギーが余分に必要であった。また、性能の高い冷凍機や性能の低い冷凍機が混在する冷水供給装置では、性能の低い冷凍機の冷却熱量を小さくして運転することが求められる。しかし、従来の冷凍機は、上述したように、各冷凍機の冷却熱量の設定自由度が低く、性能の低い冷凍機の冷却熱量を小さくすることができなかった。

また、流量が定格流量１０００ｍ^３／ｈの５０％〜１１０％に制限される冷凍機を用いて流量２２００ｍ^３／ｈの冷水を負荷に供給する場合は、２台の冷凍機を流量１１００ｍ^３／ｈで運転させればよい。しかし、第３の例のように流量が所定流量１０００ｍ^３／ｈから変更できない冷凍機を用いる場合は、上記のように３台の冷凍機を運転させなければならず、電力効率が低かった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、第一の目的は、冷凍機の運転台数を減らして電力効率を上げることができる冷水供給方法、冷水供給装置及び冷水供給装置の制御方法を提供することである。また、この発明の第二の目的は、冷凍機の冷却熱量の設定自由度を向上させることができる冷水供給方法、冷水供給装置及び冷水供給装置の制御方法を提供することである。

この発明に係る冷水供給方法は、少なくとも１つの冷凍機用ポンプとバイパス用ポンプを用いて、冷却されていない冷水をそれぞれ設定された流量だけ供給する工程と、冷却できる前記冷水の流量が所定範囲に制限された少なくとも１つの冷凍機を用いて、前記少なくとも１つの冷凍機用ポンプからそれぞれ供給された前記冷水を設定された冷却温度まで冷却する工程と、前記少なくとも１つの冷凍機により冷却された前記冷水と前記バイパス用ポンプから供給された冷却されていない前記冷水を混合する工程と、冷却されていない前記冷水の温度と目標温度との差と目標流量の積で表される総冷却熱量を求める工程と、前記少なくとも１つの冷凍機の冷却前後の前記冷水の温度差と流量の積で表される冷却熱量の和が前記総冷却熱量に等しくなるように、前記少なくとも１つの冷凍機の冷却温度と前記少なくとも１つの冷凍機用ポンプの流量を設定する工程と、前記少なくとも１つの冷凍機用ポンプと前記バイパス用ポンプの流量の合計が前記目標流量になるように、前記バイパス用ポンプの流量を設定する工程とを備える。

また、この発明に係る冷水供給装置は、冷却されていない前記冷水をそれぞれ設定された流量だけ供給する少なくとも一つの冷凍機用ポンプ及びバイパス用ポンプと、前記少なくとも一つの冷凍機用ポンプから供給された前記冷水をそれぞれ設定された冷却温度まで冷却し、冷却できる前記冷水の流量が所定範囲に制限された少なくとも一つの冷凍機と、前記少なくとも一つの冷凍機により冷却された前記冷水と前記バイパス用ポンプから供給された冷却されていない前記冷水を混合する混合部と、冷却されていない前記冷水の温度と目標温度との差と目標流量の積で表される総冷却熱量を求め、前記少なくとも１つの冷凍機の冷却前後の前記冷水の温度差と流量の積で表される冷却熱量の和が前記総冷却熱量に等しくなるように、前記少なくとも１つの冷凍機の冷却温度と前記少なくとも１つの冷凍機用ポンプの流量を設定し、前記少なくとも１つの冷凍機用ポンプと前記バイパス用ポンプの流量の合計が前記目標流量になるように、前記バイパス用ポンプの流量を設定する制御装置と、を備える。

また、この発明に係る冷水供給装置の制御方法は、冷却されていない冷水をそれぞれ設定された流量だけ供給する複数のポンプと、前記複数のポンプから供給された前記冷水をそれぞれ設定された冷却温度まで冷却し、冷却できる前記冷水の流量が所定範囲に制限された複数の冷凍機と、前記複数の冷凍機から供給された前記冷水を混合する混合部とを備えた冷水供給装置を制御する方法であって、前記複数の冷凍機のうち一台を稼動させず、前記冷水を冷却せずに通過させるように制御し、冷却されていない前記冷水の温度と目標温度との差と目標流量の積で表される総冷却熱量を求め、前記複数の冷凍機のうち稼働している冷凍機の冷却前後の前記冷水の温度差と流量の積で表される冷却熱量の和が前記総冷却熱量に等しくなるように、前記稼働している冷凍機の冷却温度を設定し、前記稼働している冷凍機に前記冷水を供給するポンプの流量を設定し、前記複数のポンプの流量の合計が前記目標流量になるように、前記稼動していない冷凍機に前記冷水を供給するポンプの流量を設定する。

この発明により、冷凍機の運転台数を減らして電力効率を上げることができる。また、冷凍機の冷却熱量の設定自由度を向上させることができる。

この発明を実施するための最良の形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における冷水供給装置のシステム構成図である。

図１において、１は冷水負荷である。この冷水負荷１は、空調機、熱交換器等からなり、冷水供給装置から供給された冷水と熱交換を行うものである。２は冷水槽である。この冷水槽２は、冷水供給装置で用いる冷水が貯蔵されるものである。この冷水層２は、高温槽２ａと低温槽２ｂの二層構造であり、冷水による蓄熱機能を備えている。ここで、高温槽２ａには、冷水供給装置で冷却される前の冷水が貯蔵される。一方、低温槽２ｂには、冷水供給装置で冷却された後の冷水が貯蔵される。かかる構成の冷水槽２により、以下で説明する冷水の供給系統と負荷系統が互いに独立した構成となる。

３ａ〜３ｃは複数の冷凍機用ポンプである。実施の形態１では、三台の冷凍機用ポンプ３ａ〜３ｃが設けられる。これらの冷凍機用ポンプ３ａ〜３ｃは、高温槽２ａに貯蔵された冷却されていない冷水をそれぞれ設定された流量だけ供給するものである。

４ａ〜４ｃは冷水出力専用の複数の冷凍機である。実施の形態１では、１号機４ａ〜３号機４ｃの三台の冷凍機が設けられる。１号機４ａ〜３号機４ｃは、それぞれ冷凍機本体５ａ〜５ｃ、冷却塔６ａ〜６ｃ、冷却水ポンプ７ａ〜７ｃからなる。各冷凍機本体５ａ〜５ｃには、各冷凍機用ポンプ３ａ〜３ｃから冷水がそれぞれ供給される。そして、各冷凍機本体５ａ〜５ｃは、冷水をそれぞれ各冷却塔６ａ〜６ｃに出力する。各冷却塔６ａ〜６ｃは、各冷凍機本体５ａ〜５ｃから入力された冷水をそれぞれ設定された冷却温度まで冷却する。各冷却塔６ａ〜６ｃは、各冷却水ポンプ７ａ〜７ｃを介して、冷却した冷水をそれぞれ冷凍機本体５ａ〜５ｃに戻す。

かかる構成の１号機４ａ〜３号機４ｃは、流量１０００ｍ^３／ｈの冷水を１２℃から７℃に冷却する能力をそれぞれ備えている。即ち、１号機４ａ〜３号機４ｃは、冷却前後の冷水の温度差と冷水の流量の積で表される冷却熱量の定格値をそれぞれ１０００×（１２−７）＝５０００Ｍｃａｌとする。また、１号機４ａ〜３号機４ｃで冷却できる冷水の流量は、定格流量１０００ｍ^３／ｈに対して５０％〜１１０％の範囲にそれぞれ制限される。さらに、１号機４ａ〜３号機４ｃの冷凍機本体５ａ〜５ｃは、１号機４ａ〜３号機４ｃ自体が稼動していないときでも、各冷凍機用ポンプ３ａ〜３ｃからそれぞれ出力された冷却されていない冷水を各冷却塔６ａ〜６ｃで冷却せずに通過させることもできるようになっている。そして、各冷凍機本体５ａ〜５ｃから出力された冷水は、冷水槽２の低温槽２ｂに入力される。即ち、冷水槽２の低温槽２ｂは、各冷凍機本体５ａ〜５ｃから入力された冷水を混合する混合部として機能する。

８ａ〜８ｃは温度計である。この温度計８ａ〜８ｃは、１号機４ａ〜３号機４ｃ内の冷水入力側にそれぞれ設けられ、各冷凍機用ポンプ３ａ〜３ｃからそれぞれ供給された冷却されていない冷水の温度を測定するものである。９は二次冷水ポンプである。この二次冷水ポンプ９は、冷水槽２の低温槽２ｂからなる混合部で混合された冷水を冷水負荷１に供給するものである。

そして、二次冷水ポンプ９により冷水負荷１へ供給された冷水は、冷水負荷１との間で熱交換が行われる。この熱交換により、冷水の温度が上昇する。熱交換により温度が上昇した冷水は、冷水槽２の高温槽２ａに戻される。そして、高温槽２ａに戻された冷水は、再び、冷却されていない冷水として利用される。

ここで、１０は制御装置である。この制御装置１０には、温度計８ａ〜８ｃにより測定された冷却されていない冷水の温度の値が入力される。また、制御装置１０には、冷水負荷１が要求する冷水の目標温度及び目標流量がパラメータとして入力されている。そして、制御装置１０は、温度計８ａ〜８ｃから入力された冷却されていない冷水の温度、冷水負荷１が要求する冷水の目標温度及び目標流量に基づいて、１号機４ａ〜３号機４ｃの冷却温度及び各冷凍機用ポンプ３ａ〜３ｃの流量を設定する。

この制御装置１０により、冷水槽２の低温槽２ｂからなる混合部で混合された冷水が、冷水負荷１が要求する目標温度及び目標流量となるように制御される。以下、図２及び図３を用いて、制御装置１０による冷水供給装置の制御方法を説明する。

図２は、この発明の実施の形態１における冷水負荷が要求する総冷却熱量を説明するための図である。図３は、この発明の実施の形態１における冷水供給装置の制御方法の具体例を説明するための図である。図中において縦軸は温度（℃）を表し、横軸は冷水の流量（ｍ^３／ｈ）を表す。流量２７００ｍ^３／ｈの冷水を１０．５℃から７℃に冷却して冷水負荷１に供給する場合について考える。即ち、冷水負荷１が要求する冷水の目標温度及び目標流量は、２７００ｍ^３／ｈ、７℃である。

まず、冷水負荷１が要求する総冷却熱量を求める。ここで、冷水負荷１が要求する総冷却熱量は、冷却されていない冷水の温度１０．５℃と目標温度７℃との差と目標流量２７００ｍ^３／ｈの積で表される。従って、図２に示すように、総冷却熱量は２７００＊（１０．５―７）＝９４５０Ｍｃａｌと求まる。

この総冷却熱量は、１台の冷凍機の冷却熱量の定格値５０００Ｍｃａｌよりも大きく、２台の冷凍機の冷却熱量の定格値の合計１００００Ｍｃａｌよりも小さい。この場合、稼動する冷凍機を２台と決定する。図３では、１号機４ａ〜３号機４ｃのうち１号機４ａ及び２号機４ｂの２台を稼動し、３号機４ｃを稼動しないように制御している。

そして、１号機４ａ〜３号機４ｃのうち稼動している１号機４ａ及び２号機４ｂの冷却熱量の和が総冷却熱量に等しくなるように、稼動している１号機４ａ及び２号機４ｂの冷却温度を設定し、また、稼動している１号機４ａ及び２号機４ｂに冷水をそれぞれ供給する冷凍機用ポンプ３ａ、３ｂの流量を設定する。このとき、稼動している１号機４ａ及び２号機４ｂの冷却熱量が、総冷却熱量を稼動している冷凍機の台数で割った熱量に等しくなるように制御される。図３では、１号機４ａ及び２号機４ｂの冷却温度をそれぞれ５．７７５℃に設定し、また、１号機４ａ及び２号機４ｂに冷水をそれぞれ供給する冷凍機用ポンプ３ａ、３ｂの流量をそれぞれ１０００ｍ^３／ｈに設定し、均等分配する。このとき、１号機及び２号機の冷却熱量は、それぞれ４７２５Ｍｃａｌになるように制御される。

ここで、１号機４ａ及び２号機４ｂでそれぞれ冷却された冷水の流量の合計は、２０００ｍ^３／ｈであり、目標流量２７００ｍ^３／ｈに満たない。この場合、各冷凍機用ポンプ３ａ〜３ｃの流量の合計が目標流量になるように、稼動しない３号機４ｃに冷水を供給する冷凍機用ポンプ３ｃの流量を設定する。図３では、稼動しない３号機４ｃに冷水を供給する冷凍機用ポンプ３ｃの流量を２７００−１０００−１０００＝７００ｍ^３／ｈに設定する。このとき、冷凍機用ポンプ３ｃから供給された冷水は、３号機４ｃで冷却されずに通過する。即ち、冷凍機用ポンプ３ｃは、冷却されていない冷水を供給するバイパス用ポンプとして機能する。

そして、かかる制御により、１号機４ａ及び２号機４ｂでそれぞれ冷却された冷水と３号機４ｃを通過した冷却されていない冷水が、冷水槽２の低温槽２ｂからなる混合部で混合される。これにより、冷水負荷１が要求する目標温度及び目標流量の冷水が得られる。

以上で説明した実施の形態１によれば、総冷却熱量が、一台の冷凍機の冷却熱量の定格値よりも大きく、二台の冷凍機の冷却熱量の定格値の合計よりも小さい場合、複数の１号機４ａ〜３号機４ｃのうち一台を稼動させず、冷却されていない冷水を冷却せずに通過させることができる。従って、従来の制御方法の第１の例に比べ、１号機４ａ及び２号機４ｂの電力使用量は増えるものの、冷凍機の運転台数を減らすことができ、電力効率が高くなる。また、稼動している複数の１号機４ａ及び２号機４ｂ、の冷却熱量が、総冷却熱量を稼動している冷凍機の台数で割った熱量に等しくなるように制御される。従って、特別な冷凍機を用いずに複数の同種の冷凍機を用いた冷水供給装置でも、冷凍機の運転台数を減らすことができる。このため、安価な冷水供給装置が実現される。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２における冷水供給装置のシステム構成図である。なお、実施の形態１と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態１においては、冷水負荷１は、冷水だけを要求するものであった。このため、１号機４ａ〜３号機４ｃの全てが冷水出力専用であった。一方、実施の形態２においては、負荷１１は、冷水だけでなく温水も要求する場合もあるものである。このため、１号機４ａは冷水だけでなく温水も出力可能な冷凍機で構成されている。即ち、１号機４ａは、温水ポンプ１２を備えている。この温水ポンプ１２は、温水槽（図示せず）から温水を供給するものである。これにより、１号機４ａは、温水も出力可能になっている。なお、２号機４ｂ及び３号機４ｃは、実施の形態１と同様である。

次に、図５及び図６を用いて、実施の形態２における冷水供給装置の制御方法を説明する。図５は、この発明の実施の形態２における負荷が要求する総冷却熱量を説明するための図である。図６は、この発明の実施の形態２における冷水供給装置の制御方法の具体例を説明するための図である。図中において縦軸は温度（℃）を表し、横軸は冷水の流量（ｍ^３／ｈ）を表す。流量２１５０ｍ^３／ｈの冷水を９．５℃から７℃に冷却して負荷１１に供給する場合について考える。即ち、負荷１１が要求する冷水の目標温度及び目標流量は、２１５０ｍ^３／ｈ、７℃である。

まず、負荷１１が要求する総冷却熱量を求める。ここで、負荷１１が要求する総冷却熱量は、冷却されていない冷水の温度９．５℃と目標温度７℃との差と目標流量２１５０ｍ^３／ｈの積で表される。従って、総冷却熱量は２１５０＊（９．５―７）＝５２５０Ｍｃａｌと求まる。

この総冷却熱量は、一台の冷凍機の冷却熱量の定格値５０００Ｍｃａｌよりも大きく、二台の冷凍機の冷却熱量の定格値の合計１００００Ｍｃａｌよりも小さい。この場合、稼動する冷凍機を二台と決定する。図６では、１号機４ａ〜３号機４ｃのうち１号機４ａ及び２号機４ｂの二台を稼動し、３号機４ｃを稼動しないように制御している。

そして、１号機４ａ〜３号機４ｃのうち稼動している１号機４ａ及び２号機４ｂの冷却熱量の和が総冷却熱量に等しくなるように、稼動している１号機４ａ及び２号機４ｂの冷却温度を設定し、また、稼動している稼動している１号機４ａ及び２号機４ｂに冷水をそれぞれ供給する冷凍機用ポンプ３ａ、３ｂの流量を設定する。また、実施の形態２では、稼動している１号機及び２号機のうち任意の冷却熱量が所定熱量になるように、制御される。ここで、実施の形態２においては、温水出力可能な１号機４ａの負荷率を上げることが望まれる。冷凍機の負荷率とは、定格冷却熱量に対する冷凍機に設定した冷却熱量の百分率で示されるものである。従って、図６では、１号機４ａ及び２号機４ｂの冷却温度をそれぞれ５．５℃、７℃に設定し、また、１号機４ａ及び２号機４ｂに冷水をそれぞれ供給する冷凍機用ポンプ３ａ、３ｂの流量をそれぞれ１０００ｍ^３／ｈ、５００ｍ^３／ｈに設定する。このとき、１号機４ａの冷却熱量は、４０００Ｍｃａｌとなる。一方、２号機４ｂの冷却熱量は、総冷却熱量から１号機４ａの冷却熱量を減じた値１２５０Ｍｃａｌになる。即ち、１号機４ａの負荷率が８０％と高くなる一方、２号機４ｂの負荷率２５％と低くなる。

ここで、１号機４ａ及び２号機４ｂでそれぞれ冷却された冷水の流量の合計は、１５００ｍ^３／ｈであり、目標流量２１５０ｍ^３／ｈに満たない。この場合、各冷凍機用ポンプ３ａ〜３ｃの流量の合計が目標流量になるように、稼動しない３号機４ｃに冷水を供給する冷凍機用ポンプ３ｃの流量を設定する。図６では、稼動しない３号機４ｃに冷水を供給する冷凍機用ポンプ３ｃの流量を２１５０−１０００−５００＝６５０ｍ^３／ｈに設定する。このとき、冷凍機用ポンプ３ｃから供給された冷水は、３号機４ｃで冷却されずに通過する。即ち、冷凍機用ポンプ３ｃは、冷却されていない冷水を供給するバイパス用ポンプとして機能する。

そして、かかる制御により、１号機４ａ及び２号機４ｂでそれぞれ冷却された冷水と３号機４ｃを通過した冷却されていない冷水が、冷水槽２の低温槽２ｂからなる混合部で混合される。これにより、負荷１１が要求する目標温度及び目標流量の冷水が得られる。

以上で説明した実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に電力効率が高くなる。また、従来の制御方法の第２の例に比べ、温水出力可能な１号機４ａの負荷率を大きくすることができる。従って、ボイラー等の他の加熱手段を動作するエネルギーが不要となる。また、上記制御を行えば、性能の高い冷凍機と性能の低い冷凍機が混在する場合でも、性能の低い冷凍機の負荷率を小さくすることができる。即ち、従来に比べ、各冷凍機の冷却熱量の設定自由度が向上される。

実施の形態３．
以下、実施の形態３における冷水供給装置について説明する。なお、実施の形態１と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態１においては、１号機４ａ〜３号機４ｃは、冷却できる冷水の流量を定格流量１０００ｍ^３／ｈに対して５０％〜１１０％の範囲にそれぞれ制限されていた。一方、実施の形態３においては、１号機４ａは、冷却できる冷水の流量を所定流量１０００ｍ^３／ｈから変更できないようになっている。なお、２号機４ｂ及び３号機４ｃは、実施の形態１と同様である。即ち、実施の形態２の冷水供給装置は、冷却できる冷水の流量を所定流量から変更できない１号機４ａが混在している。

次に、図７及び図８を用いて、実施の形態３における冷水供給装置の制御方法を説明する。図７は、この発明の実施の形態３における冷水負荷が要求する総冷却熱量を説明するための図である。図８は、この発明の実施の形態３における冷水供給装置の制御方法の具体例を説明するための図である。図中において縦軸は温度（℃）を表し、横軸は冷水の流量（ｍ^３／ｈ）を表す。流量２２００ｍ^３／ｈの冷水を１０℃から７℃に冷却して冷水負荷１に供給する場合について考える。即ち、冷水負荷１が要求する冷水の目標温度及び目標流量は、２２００ｍ^３／ｈ、７℃である。

まず、冷水負荷１が要求する総冷却熱量を求める。ここで、冷水負荷１が要求する総冷却熱量は、冷却されていない冷水の温度１０℃と目標温度７℃との差と目標流量２２００ｍ^３／ｈの積で表される。従って、総冷却熱量は、２２００＊（１０―７）＝６６００Ｍｃａｌと求まる。

この総冷却熱量は、一台の冷凍機の冷却熱量の定格値５０００Ｍｃａｌよりも大きく、二台の冷凍機の冷却熱量の定格値の合計１００００Ｍｃａｌよりも小さい。この場合、稼動する冷凍機を二台と決定する。図８では、１号機４ａ〜３号機４ｃのうち１号機４ａ及び２号機４ｂの二台を稼動し、３号機４ｃを稼動しないように制御している。

そして、１号機４ａ〜３号機４ｃのうち稼動している１号機４ａ及び２号機４ｂの冷却熱量の和が総冷却熱量に等しくなるように、稼動している１号機４ａ及び２号機４ｂの冷却温度を設定し、また、稼動している稼動している１号機４ａ及び２号機４ｂに冷水をそれぞれ供給する冷凍機用ポンプ３ａ、３ｂの流量を設定する。このとき、１号機４ａに冷水を供給する冷凍機用ポンプ３ａの流量を１号機４ａで冷却できる所定流量に設定する。図８では、１号機４ａ及び２号機４ｂの冷却温度をそれぞれ６．７℃、５℃に設定し、また、１号機４ａ及び２号機４ｂに冷水をそれぞれ供給する冷凍機用ポンプ３ａ、３ｂの流量をそれぞれ１０００ｍ^３／ｈ、６６０ｍ^３／ｈに設定する。なお、図８では、稼動している１号機４ａ及び２号機４ｂの冷却熱量が、総冷却熱量を稼動している冷凍機の台数で割った熱量３３００Ｍｃａｌに等しくなるように制御されている。

ここで、１号機４ａ及び２号機４ｂでそれぞれ冷却された冷水の流量の合計は、１６６０ｍ^３／ｈであり、目標流量２２００ｍ^３／ｈに満たない。この場合、各冷凍機用ポンプ３ａ〜３ｃの流量の合計が目標流量になるように、稼動しない３号機４ｃに冷水を供給する冷凍機用ポンプ３ｃの流量を設定する。図８では、稼動しない３号機４ｃに冷水を供給する冷凍機用ポンプ３ｃの流量を２２００−１０００−６６０＝５４０ｍ^３／ｈに設定する。このとき、冷凍機用ポンプ３ｃから供給された冷水は、３号機４ｃで冷却されずに通過する。即ち、冷凍機用ポンプ３ｃは、冷却されていない冷水を供給するバイパス用ポンプとして機能する。

そして、かかる制御により、１号機４ａ及び２号機４ｂでそれぞれ冷却された冷水と３号機４ｃを通過した冷却されていない冷水が、冷水槽２の低温槽２ｂからなる混合部で混合される。これにより、冷水負荷１が要求する目標温度及び目標流量の冷水が得られる。

以上で説明した実施の形態３によれば、冷却できる冷水の流量を所定流量から変更できない１号機４ａが混在している冷水供給装置においても、従来の制御方法の第３の例に比べ、運転台数を減らすことができ、電力効率を高くすることができる。

なお、実施の形態１〜実施の形態３では、１号機４ａ及び２号機４ｂを稼動させ、３号機４ｃを稼動させない場合で説明した。しかし、冷凍機用ポンプ及び冷凍機は少なくとも一つあり、冷凍機用ポンプとは別のバイパス用ポンプがあれば、実施の形態１〜実施の形態３と同様の効果を得ることができる冷水供給方法、冷水供給装置、及び冷水供給装置の制御方法が実現されるのはいうまでもない。

この発明の実施の形態１における冷水供給装置のシステム構成図である。 この発明の実施の形態１における冷水負荷が要求する総冷却熱量を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における冷水供給装置の制御方法の具体例を説明するための図である。 この発明の実施の形態２における冷水供給装置のシステム構成図である。 この発明の実施の形態２における負荷が要求する総冷却熱量を説明するための図である。 この発明の実施の形態２における冷水供給装置の制御方法の具体例を説明するための図である。 この発明の実施の形態３における冷水負荷が要求する総冷却熱量を説明するための図である。 この発明の実施の形態３における冷水供給装置の制御方法の具体例を説明するための図である。 冷水供給装置の従来の制御方法の第１の例を説明するための図である。 冷水供給装置の従来の制御方法の第２の例を説明するための図である。 冷水供給装置の従来の制御方法の第３の例を説明するための図である。

符号の説明

１ 冷水負荷
２ 冷水槽
２ａ 高温槽
２ｂ 低温槽
３ａ、３ｂ 冷凍機用ポンプ
３ｃ 冷凍機用ポンプ（バイパス用ポンプ）
４ａ〜４ｃ １号機〜３号機（冷凍機）
５ａ〜５ｃ 冷凍機本体
６ａ〜６ｃ 冷却塔
７ａ〜７ｃ 冷却水ポンプ
８ａ〜８ｃ 温度計
９二次冷水ポンプ
１０ 制御装置
１１ 負荷
１２ 温水ポンプ

Claims (12)

1. 少なくとも１つの冷凍機用ポンプとバイパス用ポンプを用いて、冷却されていない冷水をそれぞれ設定された流量だけ供給する工程と、
   冷却できる前記冷水の流量が所定範囲に制限された少なくとも１つの冷凍機を用いて、前記少なくとも１つの冷凍機用ポンプからそれぞれ供給された前記冷水を設定された冷却温度まで冷却する工程と、
   前記少なくとも１つの冷凍機により冷却された前記冷水と前記バイパス用ポンプから供給された冷却されていない前記冷水を混合する工程と、
   冷却されていない前記冷水の温度と目標温度との差と目標流量の積で表される総冷却熱量を求める工程と、
   前記少なくとも１つの冷凍機の冷却前後の前記冷水の温度差と流量の積で表される冷却熱量の和が前記総冷却熱量に等しくなるように、前記少なくとも１つの冷凍機の冷却温度と前記少なくとも１つの冷凍機用ポンプの流量を設定する工程と、
   前記少なくとも１つの冷凍機用ポンプと前記バイパス用ポンプの流量の合計が前記目標流量になるように、前記バイパス用ポンプの流量を設定する工程と、
   を備えることを特徴とする冷水供給方法。
2. 各冷凍機の冷却熱量が、前記総冷却熱量を前記少なくとも１つの冷凍機の台数で割った熱量に等しくなるように、前記複数の冷凍機の冷却温度と前記複数の冷凍機用ポンプの流量を設定することを特徴とする請求項１に記載の冷水供給方法。
3. 前記少なくとも１つの冷凍機のうち任意の冷凍機の冷却熱量が所定熱量になるように、前記複数の冷凍機の冷却温度と前記複数の冷凍機用ポンプの流量を設定することを特徴とする請求項１に記載の冷水供給方法。
4. 前記少なくとも１つの冷凍機のうち１つの冷凍機として、冷却できる前記冷水の流量を所定流量から変更できないものを用い、
   この冷凍機に前記冷水を供給する前記冷凍機用ポンプの流量を前記所定流量に設定することを特徴とする請求項１に記載の冷水供給方法。
5. 冷却されていない前記冷水をそれぞれ設定された流量だけ供給する少なくとも一つの冷凍機用ポンプ及びバイパス用ポンプと、
   前記少なくとも一つの冷凍機用ポンプから供給された前記冷水をそれぞれ設定された冷却温度まで冷却し、冷却できる前記冷水の流量が所定範囲に制限された少なくとも一つの冷凍機と、
   前記少なくとも一つの冷凍機により冷却された前記冷水と前記バイパス用ポンプから供給された冷却されていない前記冷水を混合する混合部と、
   冷却されていない前記冷水の温度と目標温度との差と目標流量の積で表される総冷却熱量を求め、
   前記少なくとも１つの冷凍機の冷却前後の前記冷水の温度差と流量の積で表される冷却熱量の和が前記総冷却熱量に等しくなるように、前記少なくとも１つの冷凍機の冷却温度と前記少なくとも１つの冷凍機用ポンプの流量を設定し、
   前記少なくとも１つの冷凍機用ポンプと前記バイパス用ポンプの流量の合計が前記目標流量になるように、前記バイパス用ポンプの流量を設定する制御装置と、
   を備えることを特徴とする冷水供給装置。
6. 前記制御装置は、各冷凍機の冷却熱量が、前記総冷却熱量を前記少なくとも１つの冷凍機の台数で割った熱量に等しくなるように、前記複数の冷凍機の冷却温度と前記複数の冷凍機用ポンプの流量を設定することを特徴とする請求項５に記載の冷水供給装置。
7. 前記制御装置は、前記少なくとも１つの冷凍機のうち任意の冷凍機の冷却熱量が所定熱量になるように、前記複数の冷凍機の冷却温度と前記複数の冷凍機用ポンプの流量を設定することを特徴とする請求項５に記載の冷水供給装置。
8. 前記少なくとも１つの冷凍機のうち１つの冷凍機は、冷却できる前記冷水の流量を所定流量から変更できず、
   前記制御装置は、この冷凍機に前記冷水を供給する前記冷凍機用ポンプの流量を前記所定流量に設定することを特徴とする請求項５に記載の冷水供給装置。
9. 冷却されていない冷水をそれぞれ設定された流量だけ供給する複数のポンプと、
   前記複数のポンプから供給された前記冷水をそれぞれ設定された冷却温度まで冷却し、冷却できる前記冷水の流量が所定範囲に制限された複数の冷凍機と、
   前記複数の冷凍機から供給された前記冷水を混合する混合部とを備えた冷水供給装置を制御する方法であって、
   前記複数の冷凍機のうち一台を稼動させず、前記冷水を冷却せずに通過させるように制御し、
   冷却されていない前記冷水の温度と目標温度との差と目標流量の積で表される総冷却熱量を求め、
   前記複数の冷凍機のうち稼働している冷凍機の冷却前後の前記冷水の温度差と流量の積で表される冷却熱量の和が前記総冷却熱量に等しくなるように、前記稼働している冷凍機の冷却温度を設定し、前記稼働している冷凍機に前記冷水を供給するポンプの流量を設定し、
   前記複数のポンプの流量の合計が前記目標流量になるように、前記稼動していない冷凍機に前記冷水を供給するポンプの流量を設定することを特徴とする冷水供給装置の制御方法。
10. 稼働している各冷凍機の冷却熱量が、前記総冷却熱量を前記稼働している冷凍機の台数で割った熱量に等しくなるように、前記稼働している冷凍機の冷却温度を設定し、前記稼働している冷凍機に前記冷水を供給するポンプの流量を設定することを特徴とする請求項９に記載の冷水供給装置の制御方法。
11. 前記稼動している複数の冷凍機のうち任意の冷凍機の冷却熱量が所定熱量になるように、前記稼働している冷凍機の冷却温度を設定し、前記稼働している冷凍機に前記冷水を供給するポンプの流量を設定することを特徴とする請求項９に記載の冷水供給装置の制御方法。
12. 前記複数の冷凍機のうち１つの冷凍機は、冷却できる前記冷水の流量を所定流量から変更できず、
    この冷凍機に前記冷水を供給する前記冷凍機用ポンプの流量を前記所定流量に設定することを特徴とする請求項９に記載の冷水供給装置の制御方法。

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