JP5274222B2

JP5274222B2 - 空調設備用の熱源制御システム

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Publication number: JP5274222B2
Application number: JP2008303884A
Authority: JP
Inventors: 昭之川嶋; 直樹濱松
Original assignee: Sanki Engineering Co Ltd
Current assignee: Sanki Engineering Co Ltd
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2028-11-28
Also published as: JP2010127559A

Description

本発明は、空調設備に係り、複数の冷凍機を並設した熱源制御システムに関する。

従来、ビル施設などに用いられる大規模な空調設備に係る熱源制御システムでは、冷凍機の蒸発器で冷凍サイクルを形成する冷媒と熱交換して冷却される冷水又はブライン（不凍液）、もしくは、冷温水機の凝縮器（吸収器）の熱媒と熱交換する温水が、冷凍機へ熱媒体を押し込む少なくとも１台のポンプにより往ヘッダを経て、空調機等の熱交換器に供給され、その後、２次側還水管路を介し還ヘッダを経て、１次側管路を介して再び冷凍機に戻るといったように循環する。

このような熱源制御システムでは、一般的に複数の冷凍機が並設され、これらの運転台数を制御する等して、夏期や冬期の外気状況による負荷変動に対応している。このため、一般的には、冷房専用のターボ冷凍機と冷暖房兼用の吸収式冷凍機とを組み合わせ設置することが多い。

以下に、従来の空調設備用の熱源制御システムの一例を示す。図３に示す熱源制御システム６０では、１台のターボ冷凍機６１と、１台の吸収式冷凍機６２が並設されている。各冷凍機６１，６２は、それぞれ１次側往水管路６３，６４を介して往ヘッダ６５に接続されている。往ヘッダ６５は、２次側往水管路６６を介して空調機（熱交換器）６７に接続されている。空調機６７は、２次側還水管路６８を介して還ヘッダ６９に接続されている。還ヘッダ６９は、１次側還水管路７１，７２を介して、各冷凍機６１，６２とそれぞれ接続されている。

各１次側還水管路７１，７２には、それぞれ熱媒体を各冷凍機６１，６２へ圧送するための１次ポンプ７３，７４が設けられている。

往ヘッダ６５は、１次側往水管路６３，６４に接続される第１ヘッダ６５ａと、２次側往水管路６６に接続される第２ヘッダ６５ｂとから構成されている。両ヘッダ６５ａ，６５ｂ間には、熱媒体を第１ヘッダ６５ａから空調機６７へ圧送するための２次ポンプ７５ａ，７５ｂ，７５ｃが配管を介して設けられている。

上記構成の下、各冷凍機６１，６２によって生成された熱媒体は、往ヘッダ６５において混合され、空調機６７へ送られる。そして、空調機６７で熱交換された後、還ヘッダ６９を経て、再び各冷凍機６１，６２へ送られる。

加えて、上記熱源制御システム６０には、２次側往水管路６６において、往ヘッダ６５から空調機６７へ供給される熱媒体の温度（往水温度）を計測する往水温度センサ７７が設けられている。同様に、２次側還水管路６８には、還ヘッダ６９へ戻される熱媒体の温度（還水温度）を計測する還水温度センサ７８が設けられている。

還ヘッダ６９は、２次側還水管路６８に接続される第１ヘッダ６９ａと、１次側還水管路７１，７２に接続される第２ヘッダ６９ｂとから構成されている。両ヘッダ６９ａ，６９ｂ間には、還ヘッダ６９に戻される熱媒体の流量、すなわち空調機６７へ供給される熱媒体の流量を計測する負荷側流量計７９が設けられている。

さらに、熱源制御システム６０には、往水温度センサ７７、還水温度センサ７８及び負荷側流量計７９から得られる情報に基づいて熱量を算出する熱量計８０が設けられている。

２次側還水管路６８には、空調機６７へ供給される熱媒体の流量をその負荷状態に応じて調整するためのバルブ８１が設けられている。

さらに、往ヘッダ６５（第１ヘッダ６５ａ）と還ヘッダ６９（第２ヘッダ６９ｂ）との間には、当該両者を連通させる往還ヘッダ間バイパス管路８５が設けられている。

上記構成の下、空調機６７における負荷が少ない場合には、バルブ８１を絞って熱媒体の流量を少なくする。この際、熱源制御システム６０では、１次ポンプ７３，７４によって各冷凍機６１，６２へ送られる熱媒体の流量が一定量に維持されているのに対し、空調機６７へ送られる熱媒体の流量が減少する。このため、余剰となった熱媒体（往水）については、空調機６７を通過することなく、往還ヘッダ間バイパス管路８５を介して直接、還ヘッダ６９へ戻され、ここで空調機６７からの還水と合流した後、再び各冷凍機６１，６２に送られる。

上記熱源制御システム６０では、各冷凍機６１，６２へ送られる熱媒体の流量を個別に調整することができなかった。そのため、熱源制御システム６０が全体として部分負荷での運転となった場合には、両冷凍機６１，６２とも同等の割合で部分負荷での運転となる。

例えば、空調機６７の定格冷却能力（最大冷却能力）を１０００ＲＴ（冷凍トン：１ＲＴ＝３０２４［ｋｃａｌ／ｈ］、１［ｃａｌ］＝４．１８６［Ｊ］）とし、ターボ冷凍機６１及び吸収式冷凍機６２の定格冷却能力をそれぞれ５００ＲＴとして設計されたシステムにおいて、空調機６７での負荷が部分負荷、例えば６００ＲＴとなった場合には、２台の冷凍機６１，６２に対しほぼ均等に負荷が分散され、両冷凍機６１，６２とも約６０％の部分負荷での運転となる。

かかるシステムにおいて、例えば各冷凍機６１，６２にて生成され、往ヘッダ６５から空調機６７へ送られる熱媒体の温度を７℃とし、空調機６７にて熱交換されて還ヘッダ６９へ戻される熱媒体の温度を１２℃として運転する場合には、ピーク時（定格負荷時）において、空調機６７へ定格流量である１００８０（ｌ／ｍｉｎ）の熱媒体が供給されるとともに、各冷凍機６１，６２へそれぞれ定格流量である５０４０（ｌ／ｍｉｎ）の熱媒体が供給される。

そして、６０％の部分負荷運転となった場合には、空調機６７へ流れる熱媒体の流量が６０４８（ｌ／ｍｉｎ）に減少するのに対し、各冷凍機６１，６２へ流れる流量はそれぞれ５０４０（ｌ／ｍｉｎ）の流量が維持される。ここで余剰となった４０３２（ｌ／ｍｉｎ）の熱媒体は往還ヘッダ間バイパス管路８５を介して直接、還ヘッダ６９へ流れる。これにより、還ヘッダ６９では、空調機６７からの１２℃の還水が、往還ヘッダ間バイパス管路８５を通った７℃の冷水と混合されることで、水温がピーク時の１２℃よりも低い約１０℃程度まで下がる。この熱媒体が再び１次ポンプ７３，７４によって各冷凍機６１，６２へ送られる。これにより、各冷凍機６１，６２で処理される負荷熱量は一律に低下する。

１０℃の還冷水を７℃の冷凍機出口冷水温になるよう各冷凍機を運転するので、冷水の温度差として定格時１２℃−７℃＝５℃のところ、１０℃−７℃＝３℃温度差の冷凍運転となり、３℃差／５℃差＝６０％の部分負荷運転となる。

しかしながら、ターボ冷凍機６１と吸収式冷凍機６２とでは運転効率が異なる。ターボ冷凍機６１の運転効率の一例を示す成績係数（ＣＯＰ）は、吸収式冷凍機６２のＣＯＰよりも大きく、ターボ冷凍機６１の方が吸収式冷凍機６２よりも定格時においては格段に運転効率が良い。このため、できる限り、ターボ冷凍機６１を優先的に用いることが好ましいが、上記熱源制御システム６０では、運転効率の良し悪しに拘わらず、両冷凍機６１，６２に均等に負荷が配分される。結果として、定格時において運転効率が悪い吸収式冷凍機６２で処理される負荷熱量の割合が減らないこととなり、システム全体でのエネルギー効率が悪化し、ひいては運転コストが増大する。また、別な角度から見ると、ターボ冷凍機６１は、部分負荷時には成績係数の低下度合いが吸収式冷凍機６２の成績係数の低下度合いよりも大きいという特性がある。さらにターボ冷凍機６１は、あまり小さな部分負荷には対応が困難であるという特性もある。ターボ冷凍機６１の成績係数の入力エネルギーは電力であり、発電効率及び送電効率をも考慮する総合効率（もう一例の運転効率でもある）では、ガス燃料で運転する吸収式冷凍機６２の総合効率に近づくこととなる。対して吸収式冷凍機６２は部分負荷になっても総合効率は殆ど低下しない。定格時成績係数の良好なターボ冷凍機６１は、部分負荷時には総合効率が低下し、部分負荷の度合いによっては総合効率でターボ冷凍機６１より吸収式冷凍機６２が上回ることがある。よって、部分負荷時にターボ冷凍機６１を部分負荷運転させると、システム全体でのエネルギー効率が悪化し、ひいては運転コストが増大する。

このように、運転効率の異なる冷凍機を組み合わせて使用する場合には、状況に応じて冷凍機の負荷分担率を変化させることが必要となる。各冷凍機への負荷は熱媒体の流量に比例する。そのため、各冷凍機への負荷分担率を変えるのに、各１次側還水管路に備わるポンプの回転数をインバータ制御することより各冷凍機へ供給される熱媒体の流量を調整することでこれに対応した従来技術もある（例えば、特許文献１参照。）。

例えば、上記図３の構成に加えて、図４に示す熱源制御システム６０では、各１次側還水管路７１，７２の流量を計測する流量計９１，９２と、１次ポンプ７３，７４に付設されたインバータ９３，９４と、当該インバータ９３，９４を制御する流量コントローラ９５，９６と、当該流量コントローラ９５，９６を制御する流量分配コントローラ９７とを備えている。

流量分配コントローラ９７は、熱量計８０により計測された熱量に基づき、各冷凍機６１，６２の負荷分担率を割り出し、これに対応する設定値を流量コントローラ９５，９６へ送信する。これに基づき、流量コントローラ９５，９６は、流量計９１，９２の値を参酌しながら、インバータ９３，９４にインバータ入力（周波数の指示値）を与え、１次ポンプ７３，７４の回転数を制御する。

上記構成の下、システム全体の負荷が６０％の運転（６００ＲＴ）となった場合、理想的には、定格時に運転効率のよい良いターボ冷凍機６１を優先して定格に近い運転になるように、ターボ冷凍機６１に対し定格流量の５０４０（ｌ／ｍｉｎ）の熱媒体を送り、ターボ冷凍機６１を定格負荷の５００ＲＴで運転するとともに、吸収式冷凍機６２に対し残りの１００８（ｌ／ｍｉｎ）の熱媒体を送り、吸収式冷凍機６２を１００ＲＴの部分負荷運転とすることが好ましい。これが可能となれば、ターボ冷凍機６１と吸収式冷凍機６２の負荷分担率を５：１まで下げることができる。
特開２００７−２９２３７４号公報

しかしながら、各冷凍機６１，６２には、凍結などによる異常停止を防ぎ、安定して運転するために最低限必要な下限流量（一般的には５０％）が定められている。このため、空調機６７へ供給される流量に関係なく、各冷凍機６１，６２や各１次ポンプ７３，７４に対しては、常に下限流量を上回る熱媒体の供給を必要とする。

例えば、図４に示す熱源制御システム６０において、各冷凍機６１，６２の下限流量が定格流量の５０％に設定されている場合、ターボ冷凍機６１を優先して用い、吸収式冷凍機６２の流量を制御したとしても、吸収式冷凍機６２への供給を少なくとも下限流量２５２０（ｌ／ｍｉｎ）を下回らないように維持しなければならない。このため、ターボ冷凍機６１に対して定格流量の５０４０（ｌ／ｍｉｎ）を流したとしても、両者の負荷分担率は２：１までしか下げることができない。結果として、システム全体での運転コストが増大する。

なお、上記課題は、ターボ冷凍機と吸収式冷凍機とを並設した構成に限らず、同種の冷凍機（例えばターボ冷凍機）であっても特性（運転効率）が異なるものが並設された構成においても同様に生じ得る。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、空調機にかかる負荷の状況に応じて、各冷凍機に対し最適に負荷を分配し、最適な運転効率でシステムを運転することのできる空調設備用の熱源制御システムを提供することにある。

以下、上記課題等を解決するのに適した各手段につき項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する手段に特有の作用効果等を付記する。

手段１．少なくとも１台は特性の異なる複数の冷凍機が並列に配置された空調設備用の熱源制御システムであって、
前記複数の冷凍機の蒸発器で冷却され供給される熱媒体を混合する往ヘッダと、
前記往ヘッダから熱媒体の供給を受ける少なくとも１つの空調機と、
前記空調機において熱交換された熱媒体が還流する還ヘッダと、
前記各冷凍機と前記往ヘッダとをそれぞれ繋ぐ複数の１次側往水管路と、
前記還ヘッダと前記各冷凍機とをそれぞれ繋ぐ複数の１次側還水管路と、
前記往ヘッダと前記空調機とをそれぞれ繋ぐ少なくとも１本の２次側往水管路と、
該２次側往水管路の途中に設置され、前記空調機に熱媒体を送る２次側熱媒体ポンプと、
前記空調機と前記還ヘッダとをそれぞれ繋ぐ少なくとも１本の２次側還水管路と、
前記各１次側還水管路にそれぞれ設けられ、前記冷凍機へ供給する熱媒体の流量を調整可能な複数の１次ポンプと、
前記各１次側往水管路にそれぞれ設けられ、前記往ヘッダへ供給する熱媒体の流量を調整可能な複数の流量調整弁と、
前記各冷凍機に係る前記１次側往水管路における前記流量調整弁よりも上流位置と前記１次側還水管路の前記１次ポンプよりも上流位置とをそれぞれバイパス接続する複数のバイパス管路と、
前記２次側往水管路に設けられた往水温度センサと、
前記２次側還水管路に設けられた還水温度センサ及び２次側負荷流量計と、
前記各温度センサの計測信号と前記２次側負荷流量計の出力信号とから冷房負荷を演算する熱量計と、
前記各１次側還水管路においてそれぞれ設けられ、前記還ヘッダから前記各１次側還水管路へ戻される熱媒体の流量を計測する複数の流量計と、
前記各冷凍機に係る前記１次ポンプ及び前記流量調整弁に対応してそれぞれ設けられ、前記各１次側還水管路へ戻される熱媒体の流量を計測する前記流量計の計測値と、後記設定値との偏差に基づいて、前記各冷凍機に係る前記１次側往水管路、前記１次側還水管路及び前記バイパス管路における熱媒体の流量を制御する複数の流量制御手段と、
前記熱量計からの熱量信号に基づいて前記還ヘッダから前記各１次側還水管路へ分配される熱媒体の各分配流量を算出し、前記複数の流量制御手段に対してそれぞれの前記設定値を出力することで、前記還ヘッダから前記各１次側還水管路へ分配される熱媒体の流量を制御する流量分配制御手段と
を備え、
前記流量分配制御手段は、前記複数の冷凍機のうち、定格時に運転効率が良い冷凍機に対し優先して多くの分配流量を配し、
部分負荷時に総合効率が低下しない冷凍機に対しては分配流量を少なくすること
を特徴とする空調設備用の熱源制御システム。

上記手段１によれば、各冷凍機に対応する配管系統毎に、冷凍機の蒸発器で冷却され往ヘッダへ供給される前の熱媒体の一部を、バイパス管路を通して１次側往水管路から１次側還水管路へ還流可能な構成となっている。これにより、所定の冷凍機へ供給する熱媒体の下限流量を確保しつつも、当該冷凍機（１次側還水管路）に対して還ヘッダから還流される熱媒体の流量を前記下限流量よりも減少させることが可能となる。結果として、複数の冷凍機に対し負荷分担するに際し、所定の冷凍機に対する負荷分担率を、当該冷凍機の下限流量を考慮することなく、極端に小さくすることも可能となる。

例えば、運転効率の異なる２台の冷凍機（定格冷却能力５００ＲＴ）が同時に運転され、空調機における負荷がピーク時（１０００ＲＴ）の６０％となった場合（６００ＲＴ）には、運転効率が良い一方の冷凍機を最大負荷（５００ＲＴ）で優先的に運転し、不足分（１００ＲＴ）を他方の冷凍機で補うといったように、定格時成績係数が比較的悪いが、部分負荷時の総合効率があまり低下しない冷凍機に係る負荷を極端に減らす制御が可能となる。

結果として、空調機にかかる負荷の状況に応じて、各冷凍機に対し最適に負荷を分配し、最適な運転効率でシステムを運転することができ、システム全体の運転効率を高めることができる。ひいては、運転コストの増加を抑制することができる。

尚、上記手段における「特性の異なる」冷凍機には、ターボ式冷凍機や吸収式冷凍機といった機種が異なる冷凍機は勿論のこと、機種が同じでも運転効率等の異なる冷凍機などが含まれる。

また、手段１によれば、各管路における流量をより的確に調整することができ、上記作用効果がより確実に奏される。

手段２．前記各流量制御手段は、前記還ヘッダから前記各１次側還水管路へ戻される熱媒体の流量と、前記各バイパス管路から戻される熱媒体の流量との合計流量が、前記ポンプから前記冷凍機へ送られる流量の下限を下回らないように、前記流量の下限以上を流すよう前記１次ポンプの回転数制御をし、且つ、前記流量調整弁を制御することを特徴とする手段１に記載の空調設備用の熱源制御システム。

上記手段２によれば、各管路における流量をより的確に調整することができ、上記手段１の作用効果がより確実に奏される。

手段３．前記各バイパス管路においてそれぞれ第２の流量調整弁を備え、
前記流量制御手段は、前記流量調整弁と前記第２の流量調整弁とを比例制御し、且つ前記流量調整弁と前記第２の流量調整弁の弁開閉動作が逆動作になるよう制御することを特徴とする手段１又は２に記載の空調設備用の熱源制御システム。

上記手段３によれば、各管路における流量をより的確に調整することができ、上記手段１の作用効果がより確実に奏される。

手段４．前記複数の冷凍機のうち、少なくとも１つはターボ冷凍機であることを特徴とする手段１乃至３のいずれかに記載の空調設備用の熱源制御システム。

ターボ冷凍機は、最大負荷時の運転効率が高い特性を有する。

手段５．前記複数の冷凍機のうち、少なくとも１つは吸収式冷凍機であることを特徴とする手段１乃至４のいずれかに記載の空調設備用の熱源制御システム。

吸収式冷凍機は、定格時の成績係数ＣＯＰでは比較的悪いが部分負荷時の総合効率が下がらないという特性を有し、つまり部分負荷時の運転効率が高い特性を有する。

以下、本実施形態における空調設備用の熱源制御システムについて図面を参照して説明する。図１は、熱源制御システムの全体構成を示している。

図１に示すように、熱源制御システム１０においては、１台のターボ冷凍機１１と、１台の吸収式冷凍機１２が並列に配置されている。ターボ冷凍機１１は電動式で冷房専用のものであり、吸収式冷凍機１２は、冷温水を製造するガス焚き式で冷暖房兼用のものである。両冷凍機１１，１２は、共に定格冷却能力が５００ＲＴで、定格流量が５０４０（ｌ／ｍｉｎ）のものであるが、互いに成績係数（ＣＯＰ）や部分負荷特性などが異なる。また、両冷凍機１１，１２に対しては、凍結などによる異常停止を防ぎ、安定して運転するために最低限必要な下限流量が定められている。本実施形態では、両冷凍機１１，１２ともに定格流量５０４０（ｌ／ｍｉｎ）の５０％の２５２０（ｌ／ｍｉｎ）が下限流量として設定されている。尚、１ＲＴ＝３０２４［ｋｃａｌ／ｈ］、１［ｃａｌ］＝４．１８６［Ｊ］である。

各冷凍機１１，１２は、それぞれ１次側往水管路１３，１４を介して往ヘッダ１５に接続されている。往ヘッダ１５は、２次側往水管路１６を介して空調機（熱交換器）１７に接続されている。空調機１７は、２次側還水管路１８を介して還ヘッダ１９に接続されている。還ヘッダ１９は、１次側還水管路２１，２２を介して、各冷凍機１１，１２とそれぞれ接続されている。

各１次側還水管路２１，２２には、それぞれ熱媒体を各冷凍機１１，１２へ圧送するための１次ポンプ２３，２４が設けられている。各１次ポンプ２３，２４には、それぞれインバータ２３ａ，２４ａが付設されており、各冷凍機１１，１２へ流れる熱媒体の流量を任意に調整可能となっている。

往ヘッダ１５は、１次側往水管路１３，１４に接続される第１ヘッダ１５ａと、２次側往水管路１６に接続される第２ヘッダ１５ｂとから構成されている。両ヘッダ１５ａ，１５ｂ間には、熱媒体を第１ヘッダ１５ａから空調機１７へ圧送するための２次側熱媒体ポンプ２５ａ，２５ｂ，２５ｃが設けられている。

２次側往水管路１６においては、往ヘッダ１５から空調機１７へ供給される熱媒体の温度（往水温度）を計測する往水温度センサ２７が設けられている。同様に、２次側還水管路１８には、還ヘッダ１９へ戻される熱媒体の温度（還水温度）を計測する還水温度センサ２８が設けられている。

還ヘッダ１９は、２次側還水管路１８に接続される第１ヘッダ１９ａと、１次側還水管路２１，２２に接続される第２ヘッダ１９ｂとから構成されている。両ヘッダ１９ａ，１９ｂ間には、還ヘッダ１９に戻される熱媒体の流量、すなわち空調機１７へ供給される熱媒体の流量を計測する２次側負荷流量計２９が設けられている。

そして、往水温度センサ２７、還水温度センサ２８及び２次側負荷流量計２９から得られる情報に基づいて熱量を算出する熱量計３０が設けられている。

２次側還水管路１８には、空調機１７へ供給される熱媒体の流量をその負荷状態に応じて調整するための２次側バルブ（流量調整弁）３１が設けられている。

さらに、ターボ冷凍機１１に繋がる１次側往水管路１３と１次側還水管路２１との間には、当該両者を連通させるバイパス管路３５が当該ターボ冷凍機１１と並列に設けられている。同様に、吸収式冷凍機１２に繋がる１次側往水管路１４と１次側還水管路２２との間には、当該両者を連通させるバイパス管路３６が当該吸収式冷凍機１２と並列に設けられている。各バイパス管路３５，３６は、各１次側還水管路２１，２２に対し、１次ポンプ２３，２４よりも上流側（還ヘッダ１９側）に接続されている。

各１次側還水管路２１，２２には、各バイパス管路３５，３６の接続位置よりも上流側において当該部位における流量を計測するための１次側流量計４１，４２が設けられている。

各１次側往水管路１３，１４には、各バイパス管路３５，３６の接続位置よりも下流側（往ヘッダ１５側）において当該部位における流量を調整するための第１バルブ（流量調整弁）４５，４６が設けられている。これに対応して、各バイパス管路３５，３６には、当該部位における流量を調整するための第２バルブ（流量調整弁）４７，４８が設けられている。ターボ側の第１バルブ４５及び第２バルブ４７、及び、吸収式側の第１バルブ４６及び第２バルブ４８は、それぞれ比例制御され、且つ弁開閉動作が逆動作させられるものである。例えば、第１バルブ４５が全開となると、第２バルブ４７が全閉となるように制御される。

そして、これら第１バルブ４５、第２バルブ４７及び１次ポンプ２３（インバータ２３ａ）を制御するための流量コントローラ５５が設けられるとともに、第１バルブ４６、第２バルブ４８及び１次ポンプ２４（インバータ２４ａ）を制御するための流量コントローラ５６が設けられている。さらに、当該流量コントローラ５５，５６等を制御する流量分配コントローラ５９が設けられている。流量コントローラ５５，５６が本実施形態における流量制御手段を構成し、流量分配コントローラ５９が流量分配制御手段を構成する。

上記構成の下、各冷凍機１１，１２によって生成された熱媒体は、往ヘッダ１５において混合され、空調機１７へ送られる。そして、空調機１７で熱交換された後、還ヘッダ１９を経て、再び各冷凍機１１，１２へ送られる。

空調機１７が定格負荷１０００ＲＴで運転されている場合には、各冷凍機１１，１２も定格負荷５００ＲＴで運転される。これに対し、空調機１７における負荷が少ない場合には、２次側バルブ３１を絞って熱媒体の流量を少なくする。かかる場合、熱源制御システム１０では、各冷凍機１１，１２に対して負荷を分配する制御が行われる。

以下、熱源制御システム１０にて行われる負荷分配の制御手順について図２のフローチャートを参照して説明する。なお、このフローチャートの処理は、定期的に繰り返し実行される。

先ずステップＳ１０１にて、熱量計３０は、往水温度センサ２７により得られる往水温度をＴ１、還水温度センサ２８により得られる還水温度をＴ２、及び、２次側負荷流量計２９から得られる負荷流量Ｆｘを基に、以下の演算式（１）から現在の２次側（空調機１７）の負荷熱量Ｑｘを算出する。

Ｑｘ＝Ｆｘ×（Ｔ２−Ｔ１）…（１）
次に、ステップＳ１０２において、流量分配コントローラ５９は、負荷熱量Ｑｘがターボ冷凍機１１の定格冷却能力Ｑ１（５００ＲＴ）を下回っているか否かを判定する。

ここで、負荷熱量Ｑｘが５００ＲＴ以上であると判定された場合には、ステップＳ１０３にて両冷凍機１１，１２を運転状態とする。

続くステップＳ１０４において、流量分配コントローラ５９は、吸収式冷凍機１２の分担割合、すなわち吸収式冷凍機１２が処理する負荷熱量Ｑ２を以下の演算式（２）を基に算出する。

Ｑ２＝Ｑｘ−Ｑ１…（２）
ステップＳ１０５では、流量分配コントローラ５９が、各冷凍機１１，１２の分担する負荷熱量Ｑ１，Ｑ２を基に、負荷流量Ｆｘの分配割合、すなわち１次側流量計４１，４２の位置において流すべき流量Ｆ１，Ｆ２を算出する。かかる場合、流量Ｆ１は定格流量である５０４０（ｌ／ｍｉｎ）となり、流量Ｆ２に関しては、以下の演算式（３）に基づき算出される。

Ｆ２＝Ｆｘ−Ｆ１…（３）
これに基づき、流量分配コントローラ５９は、算出された流量Ｆ１，Ｆ２に対応する設定値を、それぞれステップＳ１０６，Ｓ１０７にて各系統の流量コントローラ５５，５６に対し出力し、これを受けた各流量コントローラ５５，５６がこれに関する設定処理を行う。

そして、ターボ側系統の流量コントローラ５５は、ステップＳ１０８にて１次ポンプ２３をインバータ制御して、ターボ冷凍機１１に対し５０４０（ｌ／ｍｉｎ）の熱媒体を流す。

一方、吸収式側系統の流量コントローラ５６は、ステップＳ１０９にて、１次側流量計４２のある位置において流すべき流量Ｆ２が下限流量である２５２０（ｌ／ｍｉｎ）を下回っているか否かを判定する。

ここで、流量Ｆ２が２５２０（ｌ／ｍｉｎ）以上であると判定された場合、流量コントローラ５６は、ステップＳ１１０にて、吸収式側系統の１次ポンプ２４をインバータ制御して、当該１次ポンプ２４により流すべき熱媒体の流量Ｆ４を、１次側流量計４２のある位置において流すべき流量Ｆ２とを一致させるとともに、ステップＳ１１１にて、吸収式側系統の第１バルブ４６を全開とし、第２バルブ４８を全閉とする制御を行う。

ステップＳ１０９にて、流量Ｆ２が下限流量２５２０（ｌ／ｍｉｎ）を下回っていると判定された場合には、流量コントローラ５６は、ステップＳ１１２にて、吸収式側系統の１次ポンプ２４をインバータ制御して、当該１次ポンプ２４により流すべき熱媒体の流量Ｆ４が下限流量２５２０（ｌ／ｍｉｎ）を維持するように制御するとともに、ステップＳ１１３にて、１次側流量計４２の流量が流量Ｆ２となるよう吸収式側系統の第１バルブ４６を絞り、これに反比例するように第２バルブ４８を連動して開き、バイパス管路３６における所定の流量を確保する。

さて、上記ステップＳ１０２にて、負荷熱量Ｑｘがターボ冷凍機１１の定格冷却能力Ｑ１（５００ＲＴ）未満であると判定された場合には、ターボ冷凍機１１を優先して用いるため、ステップＳ１１４にて、当該ターボ冷凍機１１のみを運転状態とする。

ステップＳ１１５では、流量分配コントローラ５９が、１次側還水管路２１の１次側流量計４１のある位置において流すべき流量Ｆ１を算出する。ここでは、当該流量Ｆ１を負荷流量Ｆｘに一致させる。

これに基づき、流量分配コントローラ５９は、算出された流量Ｆ１に対応する設定値を、ステップＳ１１６にてターボ側系統の流量コントローラ５５に対し出力し、これを受けた流量コントローラ５５がこれに関する設定処理を行う。

そして、ターボ側系統の流量コントローラ５５は、ステップＳ１１７にて、１次側流量計４１のある位置において流すべき流量Ｆ１が下限流量である２５２０（ｌ／ｍｉｎ）を下回っているか否かを判定する。

ここで、流量Ｆ１が２５２０（ｌ／ｍｉｎ）以上であると判定された場合、流量コントローラ５５は、ステップＳ１１８にて、ターボ側系統の１次ポンプ２３をインバータ制御して、当該１次ポンプ２３により流すべき熱媒体の流量Ｆ３を、１次側流量計４１のある位置において流すべき流量Ｆ１とを一致させるとともに、ステップＳ１１９にて、ターボ側系統の第１バルブ４５を全開とし、第２バルブ４７を全閉とする制御を行う。

ステップＳ１１７にて、流量Ｆ１が下限流量２５２０（ｌ／ｍｉｎ）を下回っていると判定された場合には、流量コントローラ５５は、ステップＳ１２０にて、ターボ側系統の１次ポンプ２３をインバータ制御して、当該１次ポンプ２３により流す熱媒体の流量Ｆ３が下限流量２５２０（ｌ／ｍｉｎ）を維持するように制御するとともに、ステップＳ１２１にて、１次側流量計４１の流量が流量Ｆ１となるようターボ側系統の第１バルブ４５を絞り、これに反比例するように第２バルブ４７を連動して開き、バイパス管路３５における所定の流量を確保する。

上記構成の下、システム全体の負荷が例えば６０％の運転（６００ＲＴ）となった場合、運転効率のよい良いターボ冷凍機１１を優先して用いて、ターボ冷凍機１１に対し定格流量の５０４０（ｌ／ｍｉｎ）の熱媒体を送り、ターボ冷凍機１１を定格負荷の５００ＲＴで１００％運転とする。これに対し、吸収式冷凍機１２に対しては、還ヘッダ１９から残りの１００８（ｌ／ｍｉｎ）の熱媒体と、バイパス管路３６を介して１５１２（ｌ／ｍｉｎ）の熱媒体を１次側還水管路２２へ供給して、吸収式冷凍機１２へ供給される熱媒体の流量を下限流量２５２０（ｌ／ｍｉｎ）に維持しつつ、当該吸収式冷凍機１２を１００ＲＴの部分負荷運転とする。

また、システム全体の負荷がさらに下がり、例えば２０％の運転（２００ＲＴ）となった場合には、運転効率のよい良いターボ冷凍機１１のみを運転状態とする。かかる場合、当該ターボ冷凍機１１に対し、還ヘッダ１９から２０１６（ｌ／ｍｉｎ）の熱媒体と、バイパス管路３６を介して５０４（ｌ／ｍｉｎ）の熱媒体を１次側還水管路２１へ供給して、ターボ冷凍機１１へ供給される熱媒体の流量を下限流量２５２０（ｌ／ｍｉｎ）に維持しつつ、当該ターボ冷凍機１１を２００ＲＴの部分負荷運転とする。

以上詳述したように、本実施形態では、各冷凍機１１，１２に対応する配管系統毎に、各冷凍機１１，１２で生成され往ヘッダ１５へ供給される前の熱媒体の一部を、バイパス管路３５，３６を通して１次側往水管路１３，１４から１次側還水管路２１，２２へ還流可能な構成となっている。これにより、各冷凍機１１，１２へ供給する熱媒体の下限流量２５２０（ｌ／ｍｉｎ）を確保しつつも、当該冷凍機１１，１２（１次側還水管路２１，２２）に対して還ヘッダ１９から還流される熱媒体の流量を前記下限流量よりも減少させることが可能となる。結果として、両冷凍機１１，１２に対し負荷分担するに際し、所定の冷凍機１１，１２に対する負荷分担率を、当該冷凍機１１，１２の下限流量を考慮することなく、極端に小さくすることが可能となる。

結果として、空調機１７にかかる負荷の状況に応じて、各冷凍機１１，１２に対し最適に負荷を分配し、最適な運転効率でシステム１０を運転することができ、システム１０全体の運転効率を高めることができる。ひいては、運転コストの増加を抑制することができる。

なお、上述した実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。

（ａ）上記実施形態では、１台のターボ冷凍機１１と、１台の吸収式冷凍機１２が並列に配置された熱源制御システム１０が記載されている。これに限らず、３台以上の冷凍機が並列に配置された熱源制御システムに適用してもよい。また、空調機１７の数も１台に限定されるものではなく、２台以上備えた構成としてもよい。

（ｂ）冷凍機の機種もターボ冷凍機１１や吸収式冷凍機１２に限定されるものではなく、これに代えて又は加えて、例えばインバータ式ターボ冷凍機など他の機種を採用してもよい。

（ｃ）上記実施形態では、運転効率のよいターボ冷凍機１１を優先して用いる構成が示されているが、これに限らず、例えば廃熱を利用して運転する吸収式冷凍機が設置される構成においては、廃熱の有効利用を図るため、当該吸収式冷凍機を優先的に利用する方が、運転コストを低減させることができる。

また、運転効率の良い方を優先して用いるのではなく、電力・燃料コストを考慮して、より経済的な方を優先して用いる構成としてもよい。

（ｄ）上記実施形態では、第１バルブ４５，４６及び第２バルブ４７，４８を比例制御して、各バイパス管路３５，３６を通る流量を調整している。これに限らず、例えば、各１次側往水管路１３，１４と各バイパス管路３５，３６の接続位置において三方弁を配置し、これにより各バイパス管路３５，３６を通る流量を調整する構成としてもよい。

（ｅ）上記実施形態では、熱量計３０から得られる負荷熱量Ｑｘを基に各冷凍機１１，１２の負荷分担を決定しているが、これに限らず、例えば２次側負荷流量計２９から得られる負荷流量Ｆｘを基に算出してもよい。

熱源制御システムの構成図である。負荷分配の制御手順を示すフローチャートである。従来技術に係る熱源制御システムの構成図である。従来技術に係る熱源制御システムの構成図である。

１０…熱源制御システム、１１…ターボ冷凍機、１２…吸収式冷凍機、１３，１４…１次側往水管路、１５…往ヘッダ、１６…２次側往水管路、１７…空調機、１８…２次側還水管路、１９…還ヘッダ、２１，２２…１次側還水管路、２３，２４…１次ポンプ、３５，３６…バイパス管路、４１，４２…１次側流量計、４５，４６…第１バルブ、４７，４８…第２バルブ、５５，５６…流量コントローラ、５９…流量分配コントローラ。

Claims

少なくとも１台は特性の異なる複数の冷凍機が並列に配置された空調設備用の熱源制御システムであって、
前記複数の冷凍機の蒸発器で冷却され供給される熱媒体を混合する往ヘッダと、
前記往ヘッダから熱媒体の供給を受ける少なくとも１つの空調機と、
前記空調機において熱交換された熱媒体が還流する還ヘッダと、
前記各冷凍機と前記往ヘッダとをそれぞれ繋ぐ複数の１次側往水管路と、
前記還ヘッダと前記各冷凍機とをそれぞれ繋ぐ複数の１次側還水管路と、
前記往ヘッダと前記空調機とをそれぞれ繋ぐ少なくとも１本の２次側往水管路と、
該２次側往水管路の途中に設置され、前記空調機に熱媒体を送る２次側熱媒体ポンプと、
前記空調機と前記還ヘッダとをそれぞれ繋ぐ少なくとも１本の２次側還水管路と、
前記各１次側還水管路にそれぞれ設けられ、前記冷凍機へ供給する熱媒体の流量を調整可能な複数の１次ポンプと、
前記各１次側往水管路にそれぞれ設けられ、前記往ヘッダへ供給する熱媒体の流量を調整可能な複数の流量調整弁と、
前記各冷凍機に係る前記１次側往水管路における前記流量調整弁よりも上流位置と前記１次側還水管路の前記１次ポンプよりも上流位置とをそれぞれバイパス接続する複数のバイパス管路と、
前記２次側往水管路に設けられた往水温度センサと、
前記２次側還水管路に設けられた還水温度センサ及び２次側負荷流量計と、
前記各温度センサの計測信号と前記２次側負荷流量計の出力信号とから冷房負荷を演算する熱量計と、
前記各１次側還水管路においてそれぞれ設けられ、前記還ヘッダから前記各１次側還水管路へ戻される熱媒体の流量を計測する複数の流量計と、
前記各冷凍機に係る前記１次ポンプ及び前記流量調整弁に対応してそれぞれ設けられ、前記各１次側還水管路へ戻される熱媒体の流量を計測する前記流量計の計測値と、後記設定値との偏差に基づいて、前記各冷凍機に係る前記１次側往水管路、前記１次側還水管路及び前記バイパス管路における熱媒体の流量を制御する複数の流量制御手段と、
前記熱量計からの熱量信号に基づいて前記還ヘッダから前記各１次側還水管路へ分配される熱媒体の各分配流量を算出し、前記複数の流量制御手段に対してそれぞれの前記設定値を出力することで、前記還ヘッダから前記各１次側還水管路へ分配される熱媒体の流量を制御する流量分配制御手段と
を備え、
前記流量分配制御手段は、前記複数の冷凍機のうち、定格時に運転効率が良い冷凍機に対し優先して多くの分配流量を配し、
部分負荷時に総合効率が低下しない冷凍機に対しては分配流量を少なくすること
を特徴とする空調設備用の熱源制御システム。
前記各流量制御手段は、前記還ヘッダから前記各１次側還水管路へ戻される熱媒体の流量と、前記各バイパス管路から戻される熱媒体の流量との合計流量が、前記ポンプから前記冷凍機へ送られる流量の下限を下回らないように、前記流量の下限以上を流すよう前記１次ポンプの回転数制御をし、且つ、前記流量調整弁を制御することを特徴とする請求項１に記載の空調設備用の熱源制御システム。
前記各バイパス管路においてそれぞれ第２の流量調整弁を備え、
前記流量制御手段は、前記流量調整弁と前記第２の流量調整弁とを比例制御し、且つ前記流量調整弁と前記第２の流量調整弁の弁開閉動作が逆動作になるよう制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の空調設備用の熱源制御システム。
前記複数の冷凍機のうち、少なくとも１つはターボ冷凍機であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の空調設備用の熱源制御システム。
前記複数の冷凍機のうち、少なくとも１つは吸収式冷凍機であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の空調設備用の熱源制御システム。