JP7038836B2 - 冷水供給システム - Google Patents

Description

本発明は、工場等で用いられる冷水を供給する冷水供給システムに関するものである。

従来、工場における冷却プロセスあるいは、データセンタの冷却等、冬季でも冷却負荷があるような場所では、フリークーリングシステムが用いられている。例えば、特許文献１には、１台のフリークーリングユニットに冷媒回路とフリークーリング回路とを搭載したフリークーリングシステムが開示されている。

このフリークーリングシステムでは、冷媒回路用の空気熱交換器と、フリークーリング回路用の空気熱交換器とが並んで一体的に配置されている。そして、ユニットには、２つの回路に対して共用される送風ファンが設けられ、この送風ファンが駆動することにより、それぞれの空気熱交換器に対して室外空気が供給される。

特開２０１３－１１９９８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のフリークーリングユニットでは、冷媒回路用の空気熱交換器と、フリークーリング回路用の空気熱交換器とが一体的に配置されているため、それぞれの回路で独立した負荷制御を行うことが困難である。特に、それぞれの空気熱交換器に対して送風ファンが共用されているため、冷媒回路とフリークーリング回路とを同時に運転させる際に、それぞれの回路の運転状態に応じて適切に制御を行うことが困難である。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、冷媒回路とフリークーリング回路とを同時に運転させる場合であっても、それぞれの回路を適切に制御することができる冷水供給システムを提供することを目的とする。

本発明の冷水供給システムは、水配管を流れる水を冷却し、冷却された前記水を冷却負荷に供給する冷水供給システムであって、第１の圧縮機と、冷媒と熱交換して前記水配管を流れる前記水を冷却する第１の水熱交換器とを備える１または複数の独立冷媒回路ユニットと、前記水配管を流れる前記水を冷却する１または複数の複合ユニットと、前記独立冷媒回路ユニットおよび前記複合ユニットの運転を制御する制御装置とで構成され、前記複合ユニットは、ポンプと、熱媒体と熱交換して前記水を冷却する第２の水熱交換器とを有するフリークーリングユニットと、前記フリークーリングユニットに対して直列に接続され、第２の圧縮機と、冷媒と熱交換して前記水を冷却する第３の水熱交換器とを有する連結冷媒回路ユニットとを備え、前記制御装置は、前記水配管から流出する前記水の温度に基づき、前記第１の圧縮機、前記第２の圧縮機および前記ポンプの運転周波数を制御するものである。

以上のように、本発明によれば、独立冷媒回路ユニット、フリークーリングユニットおよび連結冷媒回路ユニットにおける圧縮機およびポンプの運転周波数がそれぞれ独立して制御される。これにより、冷媒回路とフリークーリング回路とを同時に運転させる場合であっても、それぞれの回路を適切に制御することができる。

実施の形態１に係る冷水供給システムの構成の一例を示す概略図である。 図１の独立冷媒回路ユニットの構成の一例を示す概略図である。 図１の複合ユニットの構成の一例を示す概略図である。 図１の制御装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。 図４の制御装置の構成の一例を示すハードウェア構成図である。 図４の制御装置の構成の他の例を示すハードウェア構成図である。 フリークーリングユニット優先台数制御が行われた場合のユニットの運転台数とＣＯＰとの関係について説明するための概略図である。 冷媒回路ユニット優先台数制御が行われた場合のユニットの運転台数とＣＯＰとの関係について説明するための概略図である。 図１の冷水供給システムによる台数制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る冷水供給システムについて説明する。本実施の形態１に係る冷水供給システムは、工場における冷却プロセス、あるいは、データセンタの冷却等に用いられる冷水を生成し、外部の冷却負荷に対して供給するものである。

［冷水供給システム１の構成］
図１は、本実施の形態１に係る冷水供給システム１の構成の一例を示す概略図である。図１に示すように、冷水供給システム１は、１または複数の独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍと、１または複数の複合ユニット２_１、２_２、・・・、２_Ｎと、制御装置３０とで構成されている。独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍおよび複合ユニット２_１、２_２、・・・、２_Ｎは、水配管３ａおよび３ｂにより並列に接続されている。

複合ユニット２_１、２_２、・・・、２_Ｎは、フリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎと連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎとが水配管３ａおよび３ｂにより接続されて構成されている。フリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎは、水配管３ａおよび３ｂ内の水の流れの上流側に設けられ、連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎは下流側に設けられている。

（独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍ）
独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍの構成について説明する。なお、独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍのそれぞれは、同一の構成を有しているため、以下では、独立冷媒回路ユニット１０_１を例にとって説明する。図２は、図１の独立冷媒回路ユニット１０_１の構成の一例を示す概略図である。図２に示すように、独立冷媒回路ユニット１０_１は、圧縮機１１、空気熱交換器１２、膨張弁１３、水熱交換器１４、アキュムレータ１５および送水ポンプ１６を備えている。そして、圧縮機１１、空気熱交換器１２、膨張弁１３、水熱交換器１４およびアキュムレータ１５が冷媒配管で順次接続されることにより、冷媒回路が形成される。

圧縮機１１は、低温低圧の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機１１は、例えば、運転周波数を変化させることにより、単位時間あたりの送出量である容量が制御されるインバータ圧縮機等からなる。圧縮機１１の運転周波数は、制御装置３０によって制御される。

空気熱交換器１２は、送風機等によって供給される室外空気と冷媒との間で熱交換を行う。空気熱交換器１２は、冷媒の熱を室外空気に放熱して冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。膨張弁１３は、空気熱交換器１２から流出した冷媒を膨張させる。膨張弁１３は、例えば、電子式膨張弁等の開度の制御が可能な弁で構成される。膨張弁１３の開度は、制御装置３０によって制御される。

水熱交換器１４は、冷媒側流路を流れる冷媒と、水側流路を流れる水との間で熱交換を行う。水熱交換器１４は、冷媒を蒸発させ、その際の気化熱により水側流路を流れる水を冷却する蒸発器として機能する。図２に示す例において、水熱交換器１４の冷媒側流路を流れる冷媒は、水側流路を流れる水に対して対向する方向に流れる。なお、冷媒側流路を流れる冷媒は、この例に限られず、例えば水側流路を流れる水に対して並行する方向に流れるようにしてもよい。

アキュムレータ１５は、圧縮機１１の吸入側である低圧側に設けられる。アキュムレータ１５は、運転状態の違いによって生じる余剰冷媒、および過渡的な運転の変化に対する余剰冷媒等を貯留する。送水ポンプ１６は、図示しないモータによって駆動され、水配管３ａを流れる水を送出し、水熱交換器１４の水側流路に供給する。送水ポンプ１６の回転数は、制御装置３０によって制御される。

（複合ユニット２_１、２_２、・・・、２_Ｎ）
複合ユニット２_１、２_２、・・・、２_Ｎの構成について説明する。なお、複合ユニット２_１、２_２、・・・、２_Ｎのそれぞれは、同一の構成を有しているため、以下では、複合ユニット２_１を例にとって説明する。図３は、図１の複合ユニット２_１の構成の一例を示す概略図である。図３に示すように、複合ユニット２_１は、フリークーリングユニット２０_１および連結冷媒回路ユニット１０_２１で構成されている。なお、連結冷媒回路ユニット１０_２１の構成については、上述した独立冷媒回路ユニット１０_１と同様であるため、ここでは説明を省略する。

フリークーリングユニット２０_１は、ブラインポンプ２１、空気熱交換器２２、水熱交換器２３および送水ポンプ２４を備えている。そして、ブラインポンプ２１、空気熱交換器２２および水熱交換器２３が配管で順次接続されることにより、水またはブライン等の熱媒体が循環するフリークーリング回路が形成される。

ブラインポンプ２１は、図示しないモータによって駆動され、フリークーリング回路を流れる熱媒体を送出する。ブラインポンプ２１の回転数は、制御装置３０によって制御される。空気熱交換器２２は、送風機等によって供給される室外空気と熱媒体との間で熱交換を行う。空気熱交換器２２は、熱媒体の熱を室外空気に放熱する。

水熱交換器２３は、熱媒体側流路を流れる熱媒体と、水側流路を流れる水との間で熱交換を行い、水側流路を流れる水を冷却する。図３に示す例において、水熱交換器２３の熱媒体側流路を流れる熱媒体は、水側流路を流れる水に対して対向する方向に流れる。これは、熱媒体と水との間で熱交換が行われる際に両者の温度差が確保され、熱交換率が高くなるためである。送水ポンプ２４は、図示しないモータによって駆動され、水配管３ａを流れる水を送出し、水熱交換器２３の水側流路に供給する。送水ポンプ２４の回転数は、制御装置３０によって制御される。

（センサ）
また、図１の冷水供給システム１は、外気温度センサ４および水温センサ５を備えている。外気温度センサ４は、各ユニットの空気熱交換器１２および２２で取り込まれる室外空気の温度を検出する。水温センサ５は、水配管３ｂから流出する、外部の冷却負荷に対して供給される水の温度を検出する。

（制御装置３０）
図１の制御装置３０は、冷水供給システム１の各部を制御する。特に、本実施の形態１において、制御装置３０は、独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍおよび複合ユニット２_１、２_２、・・・、２_Ｎにおける圧縮機１１およびブラインポンプ２１の運転周波数に基づき、各ユニットの運転台数を決定する。

図４は、図１の制御装置３０の構成の一例を示す機能ブロック図である。図４に示すように、制御装置３０は、情報取得部３１、比較部３２、演算部３３、機器制御部３４および記憶部３５を備えている。制御装置３０は、マイクロコンピュータなどの演算装置上でソフトウェアを実行することにより各種機能が実現され、もしくは各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。

情報取得部３１は、外気温度センサ４で検出された外気温度を取得する。また、情報取得部３１は、各ユニットの運転状態を示す運転情報を取得する。運転情報は、例えば、ユニットの運転状態および積算運転時間を含む。比較部３２は、情報取得部３１で取得された外気温度と、記憶部３５に記憶された目標水温とを比較し、比較結果に基づいて優先的に運転するユニットを決定する。目標水温は、外部の冷却負荷に供給する水に対する目標値を示す。

演算部３３は、情報取得部３１で取得された運転情報と、比較部３２による比較結果とに基づき、各ユニットの運転台数を決定する。また、演算部３３は、各ユニットの運転台数を確認し、確認結果に応じて次に運転するユニットを決定する。機器制御部３４は、演算部３３での処理結果に応じて、圧縮機１１ならびにブラインポンプ２１の運転周波数を制御する。

記憶部３５は、制御装置３０の各部で用いられる各種の値を記憶する。具体的には、記憶部３５は、比較部３２で用いられる目標水温および目標水温に対する閾値を予め記憶している。また、記憶部３５は、演算部３３で用いられる閾値を予め記憶している。

図５は、図４の制御装置３０の構成の一例を示すハードウェア構成図である。制御装置３０の各種機能がハードウェアで実行される場合、図４の制御装置３０は、図５に示すように、通信装置５１および処理回路５２で構成される。図４の情報取得部３１は、図５の通信装置５１である。また、比較部３２、演算部３３、機器制御部３４および記憶部３５の各機能は、処理回路５２により実現される。

各機能がハードウェアで実行される場合、処理回路５２は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。比較部３２、演算部３３、機器制御部３４および記憶部３５の各部の機能それぞれを処理回路５２で実現してもよいし、各部の機能を処理回路５２で実現してもよい。

図６は、図４の制御装置３０の構成の他の例を示すハードウェア構成図である。制御装置３０の各種機能がソフトウェアで実行される場合、図４の制御装置３０は、図６に示すように、通信装置６１、プロセッサ６２およびメモリ６３で構成される。図４の情報取得部３１は、図６の通信装置６１である。また、比較部３２、演算部３３、機器制御部３４および記憶部３５の各機能は、プロセッサ６２およびメモリ６３により実現される。

各機能がソフトウェアで実行される場合、比較部３２、演算部３３および機器制御部３４の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ６３に格納される。図４の記憶部３５は、図６のメモリ６３である。プロセッサ６２は、メモリ６３に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。

メモリ６３として、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）およびＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ等が用いられる。また、メモリ６３として、例えば、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＭＤ（Ｍｉｎｉ Ｄｉｓｃ）およびＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等の着脱可能な記録媒体が用いられてもよい。

［冷水供給システム１の動作］
上記の構成を有する冷水供給システム１の動作について説明する。本実施の形態１に係る冷水供給システム１は、外部の冷却負荷に供給する水の温度が目標水温となるように、運転するユニットの台数を決定する台数制御を行う。

また、冷水供給システム１は、目標水温と外気温度との関係に応じて、独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍおよび複合ユニット２_１、２_２、・・・、２_Ｎの運転ならびにそのときの運転台数を制御する。具体的には、冷水供給システム１は、目標水温と外気温度との関係に応じて、フリークーリングユニット優先台数制御および冷媒回路ユニット優先台数制御を行う。

（ユニットの台数制御）
まず、独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍおよび複合ユニット２_１、２_２、・・・、２_Ｎの台数制御について、概略的に説明する。各ユニットをそれぞれ運転させる場合、圧縮機１１またはブラインポンプ２１の運転周波数が最大値よりも低い運転周波数において、ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）が最大となる運転周波数が存在する。そのため、例えば、ある台数のユニットを運転させたときの合計運転周波数と、ある台数に１台増えた台数のユニットを運転させたときの合計運転周波数とが同じである場合、１台増えた場合の方が、ＣＯＰが高くなることがある。

そこで、本実施の形態１では、システム全体の効率が最もよくなるように、圧縮機１１またはブラインポンプ２１の運転周波数に基づき、運転するユニットの台数が制御される。

（フリークーリングユニット優先台数制御）
フリークーリングユニット優先台数制御（以下、「ＦＣ優先台数制御」と称する）について説明する。ＦＣ優先台数制御は、上述した台数制御を行う際に、複合ユニット２_１、２_２、・・・、２_Ｎにおけるフリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎを優先的に運転させる制御である。ＦＣ優先台数制御は、外気温度が目標水温よりも低い場合に行われる。これは、外気の熱を有効利用して、水配管３ａを流れる水を効率的に冷却することができるためである。

ＦＣ優先台数制御において、制御装置３０の機器制御部３４は、まず、複合ユニット２_１、２_２、・・・、２_Ｎにおけるフリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎを運転させる。このとき、演算部３３は、運転するフリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎの合計負荷を算出し、算出した合計負荷に基づき、フリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎ全体の効率が最もよくなるように、運転台数を決定する。フリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎの合計負荷は、ブラインポンプ２１の運転周波数から算出される１ユニットあたりの負荷に、運転台数を乗じることによって得られる。

なお、フリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎの運転台数は、この例に限られず、例えば、ブラインポンプ２１の運転周波数に基づいて決定してもよい。具体的には、運転しているフリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎの運転周波数が予め設定された閾値以上となった場合に、演算部３３は、運転台数を１台増加させるようにしてもよい。このときの閾値は、例えば、ブラインポンプ２１の最大運転周波数に近く、かつ最大運転周波数よりも小さい値に設定される。より具体的には、ブラインポンプ２１の最大運転周波数が６０Ｈｚである場合、閾値は、５０Ｈｚ～５５Ｈｚ程度に設定される。

次に、すべてのフリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎが運転している状態で、水配管３ｂを流れる水の温度が目標水温に達しない場合、機器制御部３４は、フリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎに連結された、複合ユニット２_１、２_２、・・・、２_Ｎにおける連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎを運転させる。これは、運転しているフリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎにおける送水ポンプ２４が既に駆動しており、独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍにおける送水ポンプ１６を新たに駆動するよりも効率的であるからである。

このときの連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎの運転台数は、例えば各ユニットにおける圧縮機１１の運転周波数に基づき決定される。具体的には、情報取得部３１は、連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎのそれぞれから、圧縮機１１の運転周波数を示す運転情報を取得する。演算部３３は、取得した各ユニットの運転周波数を加算し、得られる合計運転周波数が予め設定された境界周波数を超えた場合に、運転するユニットを増加させる。なお、運転するユニットは、連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎのうち、積算運転時間が短いものから順に決定される。

次に、すべてのフリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎおよび連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎが運転している状態で、水配管３ｂを流れる水の温度が目標水温に達しない場合、機器制御部３４は、独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍを運転させる。このときの独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍの運転台数は、連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎの運転台数を決定する場合と同様にして決定される。また、運転するユニットは、独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍのうち、積算運転時間が短いものから順に決定される。

図７は、フリークーリングユニット優先台数制御が行われた場合のユニットの運転台数とＣＯＰとの関係について説明するための概略図である。図７において、横軸は運転するユニットの台数を示し、縦軸はＣＯＰを示す。

図７に示すように、制御装置３０は、フリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎ、連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎおよび独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍの順に各ユニットを運転させる。これにより、フリークーリングユニット優先台数制御の際に、ＣＯＰが高い状態を維持しながら、水を冷却することができる。

（冷媒回路ユニット優先台数制御）
冷媒回路ユニット優先台数制御（以下、「Ｒ優先台数制御」と称する）について説明する。Ｒ優先台数制御は、上述した台数制御を行う際に、独立して設けられた独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍを優先的に運転させる制御である。Ｒ優先台数制御は、外気温度が目標水温以上である場合に行われる。これは、外気温度が目標水温以上であるために、複合ユニット２_１、２_２、・・・、２_Ｎにおけるフリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎによって水を冷却することができないためである。したがって、Ｒ優先台数制御では、フリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎは運転が停止される。

Ｒ優先台数制御において、機器制御部３４は、まず、独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍを運転させる。このときの独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍの運転台数は、例えば各ユニットにおける圧縮機１１の運転周波数に基づき決定される。具体的には、情報取得部３１は、独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍのそれぞれから、圧縮機１１の運転周波数を示す運転情報を取得する。演算部３３は、取得した各ユニットの運転周波数を加算し、得られる合計運転周波数が予め設定された境界周波数を超えた場合に、運転するユニットを増加させる。なお、運転するユニットは、独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍのうち、積算運転時間が短いものから順に決定される。

次に、すべての独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍが運転している状態で、水配管３ｂを流れる水の温度が目標水温に達しない場合、機器制御部３４は、フリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎに連結された連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎを運転させる。このときの連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎの運転台数は、独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍの運転台数を決定する場合と同様にして決定される。また、運転するユニットは、連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎのうち、積算運転時間が短いものから順に決定される。

図８は、冷媒回路ユニット優先台数制御が行われた場合のユニットの運転台数とＣＯＰとの関係について説明するための概略図である。図８において、横軸は運転するユニットの台数を示し、縦軸はＣＯＰを示す。

図８に示すように、制御装置３０は、独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍおよび連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎの順に各ユニットを運転させる。これにより、冷媒回路ユニット優先台数制御の際に、ＣＯＰが高い状態を維持しながら、水を冷却することができる。

（台数制御処理）
図９は、図１の冷水供給システム１による台数制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。ステップＳ１において、比較部３２は、外気温度センサ４で検出された外気温度と、記憶部３５に記憶された閾値とを比較し、外気温度が閾値よりも低いか否かを判断する。この閾値は、目標水温に基づき予め設定されたものであり、例えば、目標水温そのものとしてもよいし、目標水温よりも低い値としてもよい。

外気温度が閾値よりも低い場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）には、処理がステップＳ２に移行し、フリークーリングユニット優先台数制御が行われる。ステップＳ２において、機器制御部３４は、フリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎを運転させる。このとき、演算部３３は、運転するフリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎの合計負荷に基づき、フリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎ全体の効率が最もよくなるように運転台数を決定する。

ステップＳ３において、演算部３３は、すべてのフリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎを運転させたか否かを判断する。すべてのフリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎが運転している場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）には、処理がステップＳ４に移行する。また、すべてのフリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎが運転していない場合（ステップＳ３；Ｎｏ）には、処理がステップＳ２に戻る。

ステップＳ４において、機器制御部３４は、連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎを運転させる。このとき、制御装置３０は、各ユニットにおける圧縮機１１の運転周波数に基づき、運転台数を決定する。

ステップＳ５において、演算部３３は、すべての連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎを運転させたか否かを判断する。すべての連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎが運転している場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）には、処理がステップＳ６に移行する。また、すべての連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎが運転していない場合（ステップＳ５；Ｎｏ）には、処理がステップＳ４に戻る。

ステップＳ６において、機器制御部３４は、独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍを運転させる。このとき、制御装置３０は、各ユニットにおける圧縮機１１の運転周波数に基づき、運転台数を決定する。

ステップＳ７において、演算部３３は、すべての独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍを運転させたか否かを判断する。すべての独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍが運転している場合（ステップＳ７；Ｙｅｓ）には、一連の処理が終了し、現時点での各ユニットの運転状態が維持される。また、すべての独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍが運転していない場合（ステップＳ７；Ｎｏ）には、処理がステップＳ６に戻る。

一方、ステップＳ１において、外気温度が閾値以上である場合（ステップＳ１；Ｎｏ）には、処理がステップＳ８に移行し、冷媒回路ユニット優先台数制御が行われる。ステップＳ８において、機器制御部３４は、独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍを運転させる。このとき、制御装置３０は、ステップＳ６と同様に、各ユニットにおける圧縮機１１の運転周波数に基づき、運転台数を決定する。

ステップＳ９において、演算部３３は、すべての独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍを運転させたか否かを判断する。すべての独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍが運転している場合（ステップＳ９；Ｙｅｓ）には、処理がステップＳ１０に移行する。また、すべての独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍが運転していない場合（ステップＳ９；Ｎｏ）には、処理がステップＳ８に戻る。

ステップＳ１０において、機器制御部３４は、連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎを運転させる。このとき、制御装置３０は、ステップＳ４と同様に、各ユニットにおける圧縮機１１の運転周波数に基づき、運転台数を決定する。

ステップＳ１１において、演算部３３は、すべての連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎを運転させたか否かを判断する。すべての連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎが運転している場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）には、一連の処理が終了し、現時点での各ユニットの運転状態が維持される。また、すべての連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎが運転していない場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）には、処理がステップＳ１０に戻る。

以上のように、本実施の形態１に係る冷水供給システム１では、独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍ、フリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎ、および連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎにおける圧縮機１１およびブラインポンプ２１の運転周波数が制御される。これにより、各ユニットが独立して制御されるため、冷媒回路とフリークーリング回路とを同時に運転させる場合であっても、それぞれの回路を適切に制御することができる。

冷水供給システム１において、フリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎは、連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎに対して、水配管３ａを流れる水の流れ方向の上流側に設けられる。フリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎは、ブラインポンプ２１を駆動するだけで、水配管３ａを流れる水を冷却することができる。すなわち、水を冷却する際の効率が非常に高い。そのため、フリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎを上流側に設けることで、水配管３ａを流れる水を効率的に冷却することができる。

冷水供給システム１において、外気温度が目標水温に基づく閾値よりも低い場合には、フリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎが優先的に運転される。これにより、水配管３ａを流れる水を効率的に冷却することができる。

なお、このときのフリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎの運転台数は、運転しているユニットの合計負荷に基づいて決定される。なお、これに限られず、運転しているユニットにおけるブラインポンプ２１の運転周波数に基づいて決定されてもよい。

冷水供給システム１において、すべてのフリークーリングユニット２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎが運転した状態で、水温が目標水温に達していない場合には、連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎが運転される。さらに、すべての連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎが運転した状態で、水温が目標水温に達していない場合には、独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍが運転される。これにより、水配管３ａを流れる水を効率的に冷却することができる。

なお、このときの連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎおよび独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍの運転台数は、運転しているユニットにおける圧縮機の運転周波数に基づき決定される。

冷水供給システム１において、運転させるユニットの運転台数を増加させる場合には、各ユニットのうち積算運転時間が短いユニットから運転させる。これにより、各ユニットの運転時間を均一化することができる。

冷水供給システム１において、外気温度が目標水温に基づく閾値以上である場合には、独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍが優先的に運転される。これにより、水配管３ａを流れる水を効率的に冷却することができる。なお、このときの独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍの運転台数は、運転している独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍにおける圧縮機１１の運転周波数に基づいて決定される。

冷水供給システム１において、すべての独立冷媒回路ユニット１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍが運転した状態で、水温度が目標水温に達していない場合には、連結冷媒回路ユニット１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎが運転される。これにより、水配管３ａを流れる水を効率的に冷却することができる。

１ 冷水供給システム、２_１、２_２、・・・、２_Ｎ 複合ユニット、３ａ、３ｂ 水配管、４ 外気温度センサ、５ 水温センサ、１０_１、１０_２、・・・、１０_Ｍ 独立冷媒回路ユニット、１０_２１、１０_２２、・・・、１０_２Ｎ 連結冷媒回路ユニット、１１ 圧縮機、１２ 空気熱交換器、１３ 膨張弁、１４ 水熱交換器、１５ アキュムレータ、１６ 送水ポンプ、２０_１、２０_２、・・・、２０_Ｎ フリークーリングユニット、２１ ブラインポンプ、２２ 空気熱交換器、２３ 水熱交換器、２４ 送水ポンプ、３０ 制御装置、３１ 情報取得部、３２ 比較部、３３ 演算部、３４ 機器制御部、３５ 記憶部、５１ 通信装置、５２ 処理回路、６１ 通信装置、６２ プロセッサ、６３ メモリ。

Claims (13)

1. 水配管を流れる水を冷却し、冷却された前記水を冷却負荷に供給する冷水供給システムであって、
   第１の圧縮機と、冷媒と熱交換して前記水配管を流れる前記水を冷却する第１の水熱交換器とを備える１または複数の独立冷媒回路ユニットと、
   前記水配管を流れる前記水を冷却する１または複数の複合ユニットと、
   前記独立冷媒回路ユニットおよび前記複合ユニットの運転を制御する制御装置と
   で構成され、
   前記複合ユニットは、
   ポンプと、熱媒体と熱交換して前記水を冷却する第２の水熱交換器とを有するフリークーリングユニットと、
   前記フリークーリングユニットに対して直列に接続され、第２の圧縮機と、冷媒と熱交換して前記水を冷却する第３の水熱交換器とを有する連結冷媒回路ユニットと
   を備え、
   前記制御装置は、前記水配管から流出する前記水の温度に基づき、前記第１の圧縮機、前記第２の圧縮機および前記ポンプの運転周波数を制御する冷水供給システム。
2. 前記フリークーリングユニットは、
   前記連結冷媒回路ユニットに対して、前記水配管を流れる前記水の流れ方向の上流側に設けられる請求項１に記載の冷水供給システム。
3. 外気温度を検出する外気温度センサをさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記水配管から流出する前記水の目標水温と、前記目標水温に基づき設定された閾値とを記憶する記憶部と、
   前記外気温度と前記閾値とを比較し、比較結果に基づき、前記独立冷媒回路ユニット、前記フリークーリングユニットおよび前記連結冷媒回路ユニットのうち、運転させるユニットを決定する比較部と、
   運転が決定された前記ユニットの運転台数を演算する演算部と
   を有する請求項１または２に記載の冷水供給システム。
4. 前記比較部は、
   前記外気温度が前記閾値よりも低い場合に、前記フリークーリングユニットを優先的に運転させるように決定する請求項３に記載の冷水供給システム。
5. 前記演算部は、
   運転している前記フリークーリングユニットの合計負荷に基づき、前記フリークーリングユニットの運転台数を決定する請求項４に記載の冷水供給システム。
6. 前記演算部は、
   運転している前記フリークーリングユニットにおける前記ポンプの運転周波数に基づき、前記フリークーリングユニットの運転台数を決定する請求項４に記載の冷水供給システム。
7. 前記制御装置は、
   すべての前記フリークーリングユニットが運転した状態で、前記水配管から流出する前記水の温度が前記目標水温に達していない場合に、前記連結冷媒回路ユニットを運転させ、
   すべての前記フリークーリングユニットおよび前記連結冷媒回路ユニットが運転した状態で、前記水配管から流出する前記水の温度が前記目標水温に達していない場合に、前記独立冷媒回路ユニットを運転させる請求項４～６のいずれか一項に記載の冷水供給システム。
8. 前記演算部は、
   運転している前記連結冷媒回路ユニットおよび前記独立冷媒回路ユニットにおける前記第１の圧縮機および前記第２の圧縮機の運転周波数に基づき、前記連結冷媒回路ユニットおよび前記独立冷媒回路ユニットの運転台数を決定する請求項７に記載の冷水供給システム。
9. 前記演算部は、
   前記連結冷媒回路ユニットまたは前記独立冷媒回路ユニットの運転台数を増加させる際に、前記連結冷媒回路ユニットまたは前記独立冷媒回路ユニットの積算運転時間が短いものから運転させる請求項８に記載の冷水供給システム。
10. 前記比較部は、
    前記外気温度が前記閾値以上である場合に、前記独立冷媒回路ユニットを優先的に運転させるように決定する請求項３～９のいずれか一項に記載の冷水供給システム。
11. 前記演算部は、
    運転している前記独立冷媒回路ユニットにおける前記第１の圧縮機の運転周波数に基づき、前記独立冷媒回路ユニットの運転台数を決定する請求項１０に記載の冷水供給システム。
12. 前記制御装置は、
    すべての前記独立冷媒回路ユニットが運転した状態で、前記水配管から流出する前記水の温度が前記目標水温に達していない場合に、前記連結冷媒回路ユニットを運転させる請求項１０または１１に記載の冷水供給システム。
13. 前記演算部は、
    前記独立冷媒回路ユニットまたは前記連結冷媒回路ユニットの運転台数を増加させる際に、前記独立冷媒回路ユニットまたは前記連結冷媒回路ユニットの積算運転時間が短いものから運転させる請求項１０～１２のいずれか一項に記載の冷水供給システム。

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