JP7205916B2 - フリークーリングチラー及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、被冷却部で使用する冷却液を冷却するチラー冷却系及びフリークーリング系の双方を備えるフリークーリングチラー及びその運転方法に関する。

従来、冷却装置、特に、運転状況や天候状況等に応じて外気の低温環境を直接利用するフリークーリング機能により、省エネルギ性を高めたフリークーリングチラーは知られており、既に、本出願人も冷却性能及び熱交換効率を高めたフリークーリングチラーを特許文献１により提案した。

同文献１のフリークーリングチラーは、基本構成として、冷却液タンクの冷却液（冷却水）を冷凍サイクルの冷却部により冷却する第一冷却系と、冷却液タンクの冷却液を空冷式の外気熱交換器により熱交換して冷却するフリークーリング機能を有する第二冷却系と、第一冷却系及び第二冷却系を用いて冷却液を冷却する際の制御を行う制御系とを備えて構成したものであり、第一冷却系及び第二冷却系により冷却された冷却液は、外部の被冷却部に供給されることにより当該被冷却部の冷却を行うとともに、被冷却部側からの使用後の冷却液は、戻り口から取込まれることにより冷却液タンクに戻される。

特開２０１３－１１９９９０号公報

しかし、上述した従来におけるフリークーリングチラーは、次のような更なる解決すべき課題も存在した。

現在、地球温暖化防止等の観点からエネルギ消費の大きい電気機械等には、より省エネルギ化が求められているとともに、ユーザーサイドからは、ランニングコスト削減の観点からより省電力性の高い機器が要請されている。このため、上述した従来におけるフリークーリングチラーでは、被冷却部で使用する冷却液に対して、チラー冷却系を用いる第一冷却系とフリークーリング系を用いる第二冷却系の双方により冷却を行っているが、第一冷却系と第二冷却系を組み合わせて制御を行う際における最適化を図る観点からは必ずしも十分に考慮されたとは言えない側面も存在した。

即ち、より省エネルギ性を高める観点からは、季節や設置場所の環境等に基づく外的要素を十分に考慮するとともに、第一冷却系と第二冷却系を組み合わせた冷却を行う際には、合理的かつ効率的な制御を行うことが望ましいが、これらを実現する観点からは必ずしも十分とは言えず、更なる改善の余地も存在した。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決したフリークーリングチラー及びその運転方法の提供を目的とするものである。

本発明に係るフリークーリングチラーＣ、上述した課題を解決するため、冷却液タンク２に収容した冷却液Ｌを吐出口３ｓから吐出して被冷却部Ｍ側に供給するとともに、被冷却部Ｍ側から戻された使用後の冷却液Ｌを戻り口３ｒから取込んで冷却液タンク２に収容する冷却液循環系Ｋｃを内蔵するフリークーリングチラーＣを構成するに際して、冷凍サイクル４により冷却液Ｌを冷却可能なチラー冷却系Ａｃと、送風ファン６の送風により外気熱交換器５ｐ，５ｑを空冷することにより冷却液Ｌを冷却可能なフリークーリング系Ａｆと、チラー冷却系Ａｃにより液温Ｔｏを制御する第１モード，及びフリークーリング系Ａｆにおける送風ファン６を最大駆動周波数ｆｗｍに設定し、かつチラー冷却系Ａｃを補助的に用いて液温Ｔｏを制御する第２Ａモード，又はチラー冷却系Ａｃを停止し、送風ファン６により液温Ｔｏを制御する第２Ｂモードを行う第２モードとを選択可能にするとともに、外気温度Ｔａと液温Ｔｏを監視し、少なくとも、外気温度Ｔａが液温Ｔｏよりも高いときは第１モードを実行し、外気温度Ｔａが液温Ｔｏよりも低いときは第２モードを実行するとともに、第２Ａモードにおいて、負荷が減少し、圧縮機９の駆動回転数ｆｃが、当該圧縮機９における最低駆動回転数ｆｃｓに達したなら、当該最低駆動回転数ｆｃｓを維持する制御を行い、かつ送風ファン６の駆動周波数ｆｗに対するインバータ制御により液温Ｔｏを制御するチラーコントローラ１００とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係るフリークーリングチラーの運転方法は、上述した課題を解決するため、冷却液タンク２に収容した冷却液Ｌを吐出口３ｓから吐出して被冷却部Ｍ側に供給するとともに、被冷却部Ｍ側から戻された使用後の冷却液Ｌを戻り口３ｒから取込んで冷却液タンク２に収容する冷却液循環系Ｋｃを内蔵するフリークーリングチラーＣを運転するに際し、冷凍サイクル４を用いたチラー冷却系Ａｃにより冷却液Ｌの液温Ｔｏを制御する第１モードと、送風ファン６の送風により外気熱交換器５ｐ，５ｑを空冷するフリークーリング系Ａｆにおける当該送風ファン６を最大駆動周波数ｆｗｍに設定し、かつチラー冷却系Ａｃを補助的に用いて液温Ｔｏを制御する第２Ａモード，又はチラー冷却系Ａｃを停止し、送風ファン６により液温Ｌを制御する第２Ｂモードを行う第２モードとを選択可能にし、外気温度Ｔａと液温Ｔｏを監視することにより、少なくとも、外気温度Ｔａが液温Ｔｏよりも高いときは第１モードを実行し、外気温度Ｔａが液温Ｔｏよりも低いときは第２モードを実行するとともに、第２Ａモードにおいて、負荷が減少し、圧縮機９の駆動回転数ｆｃが、当該圧縮機９における最低駆動回転数ｆｃｓに達したなら、当該最低駆動回転数ｆｃｓを維持する制御を行い、かつ送風ファン６の駆動周波数ｆｗに対するインバータ制御により液温Ｔｏを制御するようにしたことを特徴とする。

一方、本発明は、好適な実施の態様により、フリークーリング系Ａｆを構成するに際しては、外気熱交換器５ｐ，５ｑにより空冷された冷却媒体が循環する冷却媒体循環回路Ｋｆに一次側７ｆを直列接続した間接熱交換器７を設け、この間接熱交換器７の二次側７ｓを冷却液循環系Ｋｃに直列接続して構成することができる。他方、フリークーリングチラーＣを運転するに際し、第１モードでは、送風ファン６の送風により空冷されるチラー冷却系Ａｃにおける凝縮器８ｐ，８ｑの凝縮圧力ｐｃが一定になるように、当該送風ファン６の駆動周波数ｆｗを制御することができるとともに、第１モードでは、チラー冷却系Ａｃにおける圧縮機９をインバータ制御することにより液温Ｔｏを制御することができる。他方、第２Ａモードでは、負荷が減少し、送風ファン６の駆動周波数ｆｗが当該送風ファン６における最小駆動周波数ｆｗｓに達したなら、圧縮機９を停止し、第２Ｂモードに移行させることができる。また、第２Ｂモードでは、送風ファン６が最小駆動周波数ｆｗｓに達したなら、当該最小駆動周波数ｆｗｓを維持する制御，又は停止する制御を行うことができるとともに、負荷が増加し、送風ファン６の駆動周波数ｆｗが最大駆動周波数ｆｗｍに達したなら、圧縮機９を作動させ、当該圧縮機９をインバータ制御することにより液温Ｔｏを制御することができる。

このような本発明に係るフリークーリングチラーＣ及びその運転方法によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） 冷凍サイクル４を用いたチラー冷却系Ａｃにより冷却液Ｌの液温Ｔｏを制御する第１モードと、送風ファン６の送風により外気熱交換器５ｐ，５ｑを空冷するフリークーリング系Ａｆにおける当該送風ファン６を最大駆動周波数ｆｗｍに設定し、かつチラー冷却系Ａｃを補助的に用いて液温Ｔｏを制御する第２Ａモード，又はチラー冷却系Ａｃを停止し、送風ファン６により液温Ｌを制御する第２Ｂモードを行う第２モードとを選択可能にし、外気温度Ｔａと液温Ｔｏを監視することにより、少なくとも、外気温度Ｔａが液温Ｔｏよりも高いときは第１モードを実行し、外気温度Ｔａが液温Ｔｏよりも低いときは第２モードを実行するようにしたため、チラー冷却系Ａｃとフリークーリング系Ａｆを組み合わせて冷却を行う際における省エネルギー化制御の観点からの最適化を図ることができる。これにより、特に、季節の変化に伴う外気温度Ｔａの変動などを考慮した合理的かつ効率的な制御処理を行なうことが可能となり、自然エネルギーを活用した効果的かつ有効性の高い大幅な省エネルギー化を実現したフリークーリングチラーＣを提供できる。

（２） 第２Ａモードにおいて、負荷が減少し、圧縮機９の駆動回転数ｆｃが、当該圧縮機９における最低駆動回転数ｆｃｓに達したなら、当該最低駆動回転数ｆｃｓを維持する制御を行うとともに、送風ファン６の駆動周波数ｆｗに対するインバータ制御により液温Ｔｏを制御するようにしたため、エネルギー消費の大きいチラー冷却系Ａｃによる冷却比率を抑えつつ、フリークーリング系Ａｆにより主たる冷却処理及び液温制御処理が実行可能になる。これにより、省エネルギー性を高める観点から、フリークーリング系Ａｆ及びチラー冷却系Ａｃを組合わせた際における最適な制御処理を実現することができる。

（３） 好適な態様により、外気熱交換器５ｐ，５ｑにより空冷された冷却媒体が循環する冷却媒体循環回路Ｋｆに一次側７ｆを直列接続した間接熱交換器７を設け、この間接熱交換器７の二次側９ｓを冷却液循環系Ｋｃに直列接続することにより、フリークーリング系Ａｆを構成すれば、冷却液循環系Ｋｃの回路に直接接続（直列接続）した間接熱交換器７により冷却処理が可能になるため、フリークーリング系Ａｆによる冷却液Ｌに対する効率的な冷却処理，及び液温Ｔｏに対する応答性及び液温精度の高い制御処理を実現することができる。

（４） 好適な態様により、第１モードにおいて、送風ファン６の送風により空冷されるチラー冷却系Ａｃにおける凝縮器８ｐ，８ｑの凝縮圧力ｐｃが一定になるように、当該送風ファン６の駆動周波数ｆｗを制御するようにすれば、チラー冷却系Ａｃの運転に対して送風ファン６の作動を最適化できるため、安定性の高い効率的なチラー冷却系Ａｃの運転、即ち、第１モードを実行することができる。

（５） 好適な態様により、第１モードにおいて、チラー冷却系Ａｃにおける圧縮機９をインバータ制御することにより液温Ｔｏを制御するようにすれば、チラー冷却系Ａｃのみを使用した際におけるエネルギーロスの少ない冷却処理を行うことができる。

（６） 好適な態様により、第２Ａモードにおいて、負荷が減少し、送風ファン６の駆動周波数ｆｗが当該送風ファン６における最小駆動周波数ｆｗｓに達したなら、圧縮機９を停止し、第２Ｂモードに移行させるようにすれば、負荷が減少した際におけるチラー冷却系Ａｃのエネルギーロスを排除し、フリークーリング系Ａｆのみによる合理的な省エネルギー化を図ることができる。

（７） 好適な態様により、第２Ｂモードにおいて、送風ファン６が最小駆動周波数ｆｗｓに達したなら、当該最小駆動周波数ｆｗｓを維持する制御，又は停止する制御を行うようにすれば、フリークーリングチラーＣにおける実質的な最小運転状態又は停止状態にすることができるため、無駄なエネルギーロスを排除する観点から、より望ましい冷却制御を行うことができる。

（８） 好適な態様により、第２Ｂモードにおいて、負荷が増加し、送風ファン６の駆動周波数ｆｗが最大駆動周波数ｆｗｍに達したなら、圧縮機９を作動させ、当該圧縮機９をインバータ制御することにより液温Ｔｏを制御するようにすれば、負荷が増加した際におけるフリークーリング系Ａｆによる制御からチラー冷却系Ａｃによる制御への移行が途切れることのない連続制御が可能になるため、第２Ｂモードから第２Ａモードへの移行をスムースに行うことができる。

本発明の好適実施形態に係るフリークーリングチラーの運転方法における第２モードの処理行程を説明するためのフローチャート、 同フローチャートにおける一部の処理行程をより具体的に示したフローチャート、 同フリークーリングチラーの各部の動作を示すタイムチャート、 同フリークーリングチラーの全体構成図、 同フリークーリングチラーの制御系（電気系）のブロック構成図、 同フリークーリングチラーの外観図、 同フリークーリングチラーの各モードに対する外気温度及び液温の関係を説明するためのイメージ図、 同フリークーリングチラー動作原理を説明するための模式的構成図、 同フリークーリングチラーを複数台連結して使用する場合の連結運転システムの全体構成図、 同連結運転システムにおける連結運転方法を含むフリークーリングチラーの第１モードの処理行程を説明するためのフローチャート、 同運転方法（連結運転方法）を用いた場合の年間の外気温度と各モードの使用期間を示すグラフ、 同運転方法（連結運転方法）を用いた場合の年間の月毎の外気温度及び消費電力量の関係を示すグラフ、

次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係るフリークーリングチラーＣの構成について、図４－図８を参照して説明する。

フリークーリングチラーＣは、図６に示すように、全体を直方体状に形成したキャビネット１１を備え、このキャビネット１１の上部内部を外気熱交換室Ｒｃとして構成するとともに、下部内部を収納室Ｒｉとして構成する。また、キャビネット１１の上端には送風ファン６を配設する。外気熱交換室Ｒｃの内部には、並列接続した一対の凝縮器８ｐ，８ｑを配設するとともに、並列接続した一対の外気熱交換器５ｐ，５ｑを配設する。この場合、凝縮器８ｐ，８ｑは、図４及び図８（ａ）に示すように、冷媒が循環する冷凍サイクル４を用いて冷却液（例示は冷却水）Ｌを冷却するチラー冷却系Ａｃを構成するとともに、外気熱交換器５ｐ，５ｑは、空冷用空気（外気）Ｗとブラインを用いた冷却媒体の熱交換を行うフリークーリング系Ａｆを構成する。

外気熱交換器５ｐ，５ｑは、図６に示すように、外気熱交換室Ｒｃの内部に側面から見てＶ形となるように並べて配設する。これにより、送風ファン６は、二つの外気熱交換器５ｐ，５ｑの内面により挟まれる内部空間の上方に配設されるとともに、送風方向Ｆｗの下流側位置に配設される。二つの外気熱交換器５ｐ，５ｑに対向するキャビネット１１の側面（正面，背面）には吸気口１１ｉ，１１ｉを設けるとともに、送風ファン６の上方に位置するキャビネット１１の上端には排気口１１ｅを設ける。

一つの外気熱交換器５ｐは、ブライン（冷却媒体）を通すブライン管をジグザグ形状に湾曲形成し、外周面に多数の放熱用フィンを付設した一般的な熱交換器の形態により実施可能である。そして、この外気熱交換器５ｐは、鉛直線に対して所定の傾倒角度（例えば、１５〔゜〕前後）で起立（傾斜）させて配設する。他の外気熱交換器５ｑも外気熱交換器５ｐと同様に構成するとともに、鉛直線に対して所定の傾倒角度（例えば、１５〔゜〕前後）で起立（傾斜）させて配設する。これにより、並べて配した一対の外気熱交換器５ｐ，５ｑは側面視がＶ形になる。

また、一つの凝縮器８ｐは、一般的な凝縮器構造、即ち、冷媒を通す冷媒管をジグザグ形状に湾曲形成した冷媒管ユニットの外周面に多数の放熱用フィンを付設した構造を有している。他の凝縮器８ｑも凝縮器８ｐと同様に構成する。そして、各凝縮器８ｐ，８ｑは、図６及び図８（ａ）に示すように、送風ファン６の送風方向Ｆｗの下流側から、各外気熱交換器５ｐ，５ｑに対してそれぞれ重なり合うように配設する。

他方、収納室Ｒｉには、図８（ａ）に示すように、凝縮器８ｐ，８ｑを除く圧縮機９等のチラー冷却系Ａｃにおける冷凍サイクル４の構成部品類，及び外気熱交換器５ｐ，５ｑを除く循環ポンプ１８等のフリークーリング系Ａｆにおける構成部品類を配設する。また、冷却液Ｌを収容する冷却液タンク２，冷却液タンク２の冷却液Ｌを、フリークーリング系Ａｆにおける間接熱交換器７及び冷凍サイクル４における熱交換器（冷却部）１９（図４）を介して外部に送出する送液ポンプ２０，及びインバータ等の電装部品が実装される制御盤をそれぞれ配設する。

図４は、フリークーリングチラーＣの構成（全体系統）を示す。同図中、Ａｃ及びＡｆは、前述したチラー冷却系及びフリークーリング系をそれぞれ示す。チラー冷却系Ａｃにおいて、４は冷凍サイクルであり、前述した凝縮器８ｐ，８ｑの冷媒入口は、圧縮機９を介して熱交換器（冷却部）１９の一次側１９ｆの流出口に接続するとともに、一次側１９ｆの流入口は電子膨張弁２１及びドライヤ２２を介して凝縮器８ｐ，８ｑの冷媒出口に接続する。これにより、冷媒が循環する公知の冷凍サイクルが構成され、後述する供給口３ｓから外部に供給する冷却液Ｌを冷却することができる。この場合、圧縮機９には圧縮機インバータ９ｉが接続され、圧縮機９における圧縮機モータの駆動回転数が可変制御される。なお、２３は凝縮器８ｐ，８ｑの流入側における凝縮圧力ｐｃを検出する凝縮圧力センサ、２４は圧縮機９の吸入側における冷媒圧力センサ、２５は圧縮機９の吐出側と熱交換器１９の一次側１９ｆの流入口側間に接続した電子膨張弁を示す。

一方、フリークーリング系Ａｆにおいて、Ｋｆは、ブラインが循環するブライン循環回路（冷却媒体循環回路）であり、前述した外気熱交換器５ｐ，５ｑのブライン入口は、間接熱交換器７の一次側７ｆの流出口に接続するとともに、この一次側７ｆの流入口は、循環ポンプ１８を介して外気熱交換器５ｐ，５ｑのブライン出口に接続する。この場合、循環ポンプ１８には循環ポンプインバータ１８ｉが接続され、循環ポンプ１８におけるポンプモータの駆動回転数が可変制御される。この間接熱交換器７には、積層（プレート）式熱交換器等の各種熱交換器を用いることができる。なお、２８はブライン圧力スイッチ、２９はブライン注入用バルブをそれぞれ示す。このように、外気熱交換器５ｐ，５ｑにより空冷されたブライン（冷却媒体）が循環するブライン循環回路Ｋｆに一次側７ｆを直列接続した間接熱交換器７を設け、この間接熱交換器７の二次側９ｓを冷却液循環系Ｋｃに直列接続することにより、フリークーリング系Ａｆを構成すれば、冷却液循環系Ｋｃの回路に直接接続（直列接続）した間接熱交換器７により冷却処理が可能になるため、フリークーリング系Ａｆによる冷却液Ｌに対する効率的な冷却処理，及び液温Ｔｏに対する応答性及び液温精度の高い制御処理を実現できる。

また、Ｋｃは、冷却液Ｌを循環させる冷却液循環系を示す。冷却液循環系Ｋｃは、熱交換器１９の二次側１９ｓの冷却液入口を、間接熱交換器７の二次側７ｓの流出口に接続するとともに、この二次側７ｓの流入口を送液ポンプ２０を介して冷却液タンク２のタンク供給口２ｉに接続する。この場合、送液ポンプ２０の吸込口はタンク供給口２ｉを兼用する。そして、フリークーリングチラーＣを使用するときは、熱交換器１９の二次側１９ｓの冷却液出口を、キャビネット１１に設けた供給口３ｓを介して、産業機械等の被冷却部Ｍの給入口に接続し、かつ冷却液タンク２のタンク戻り口２ｒを、キャビネット１１に設けた戻り口３ｒを介して当該被冷却部Ｍの排出口に接続する。

これにより、冷却液タンク２に収容した冷却液Ｌを供給口３ｓから外部の被冷却部Ｍに供給するとともに、被冷却部Ｍから戻り口３ｒに戻される熱交換後の冷却液Ｌを冷却液タンク２に収容する冷却液循環系Ｋｃが構成される。また、チラー冷却系Ａｃでは、熱交換器１９を用いて冷媒と冷却液Ｌの熱交換を行なうことができるとともに、フリークーリング系Ａｆでは、間接熱交換器７を用いてブラインと冷却液Ｌの熱交換を行なうことができる。なお、複数のフリークーリングチラーＣ…を連結運転するときは、供給口３ｓを、仮想線で示す外部の供給合流管Ｐｓに接続するとともに、戻り口３ｒを、仮想線で示す外部の戻り合流管Ｐｒに接続すればよい。その他、３０はバイパスバルブ、３１はタンクドレンバルブ、３２はフロートスイッチ、３３はボールタップ、３４は冷却液圧力センサをそれぞれ示すとともに、２ｐは冷却液タンク２の下部寄りに設けた後述する均圧管６２に対する接続ポートを示す。

さらに、図４及び図６に示すように、吸気口１１ｉ，１１ｉの近傍には、噴霧機構３５を構成する噴霧ノズル３６…を配設する。各噴霧ノズル３６…は、それぞれ下方に噴霧できるように配設し、より広い範囲に拡散できるように最適位置及び角度を選定する。各噴霧ノズル３６…は、図４に示すように、給水制御弁３７を介して水Ｌｗが供給される給水口３８に接続する。この給水口３８には、外部の水道管等の給水源を接続する。また、噴霧ノズル３６…は吸気口３９に接続される。これにより、給水制御弁３７は、バルブドライバ３７ｄを介して開量制御されることにより噴霧量が可変制御される。

他方、フリークーリングチラーＣは、チラー全体の制御を司るチラーコントローラ１００を内蔵する。このチラーコントローラ１００は、図５に示すように、コンピュータ処理機能を有するチラーコントローラ本体５１を備える。チラーコントローラ本体５１は、ＣＰＵ及び各種ドライブユニット等のハードウェアを含むとともに、内部メモリ５２が付属する。この内部メモリ５２には、フリークーリングチラーＣにおける冷却液Ｌの温度制御及び一連の動作を実行するシーケンス制御プログラムによるチラー制御プログラム５２ｐ等を格納するプログラムエリア５２ｍｐを有するとともに、設定データを含む各種データを書込むデータエリア５２ｍｄを有する。また、コントローラ本体５１にはディスプレイ５３を接続する。例示のディスプレイ５３はタッチパネル５３ｔが付属し、操作部（入力部）を兼ねている。さらに、コントローラ本体５１のセンサポートには、図４に示す、
外気温度Ｔａを検出してチラーコントローラ１００に付与する周囲温度センサ４１、圧縮機９の吐出側における冷媒温度センサ４２、圧縮機９の吸入側における冷媒温度センサ４３、冷却液Ｌの温度（液温）Ｔｏを検出してチラーコントローラ１００に付与する冷却液温度センサ４４等の各種温度センサをはじめ、前述した各種圧力センサ２３，２４，３４及び圧力スイッチ２８等の各種センサ類を含むセンサ群５４を接続するとともに、出力ポートには、前述した、圧縮機インバータ９ｉ，ファンインバータ６ｉ，循環ポンプインバータ１８ｉ，送液ポンプインバータ２０ｉ，及び給水制御弁３７のバルブドライバ３７ｄをはじめ、制御対象となる電子膨張弁２１，２５等の各種アクチュエータを接続する。

なお、複数のフリークーリングチラーＣ…を連結運転する場合には、図５に示すように、各チラーコントローラ１００…を、集中コントローラ２００に接続して使用することができる。

したがって、このように構成されるフリークーリングチラーＣは、運転時に、送液ポンプ２０が作動し、冷却液タンク２内の冷却液Ｌが、間接熱交換器７，熱交換器（冷却部）１９及び供給口３ｓを介して外部に供給され、被冷却部Ｍを冷却できるとともに、被冷却部Ｍにより熱交換された使用後の冷却液Ｌは、戻り口３ｒを介して再び冷却液タンク２に戻される。この際、供給口３ｓから供給される冷却液Ｌの温度は、供給口３ｓ付近に配した冷却液温度センサ４４により検出されるとともに、チラーコントローラ１００により、圧縮機９に接続した圧縮機インバータ９ｉ及び電子膨張弁２１等を含むチラー冷却系Ａｃが制御され、冷却液Ｌの温度が予め設定した目標温度となるように温度制御される。

また、送風ファン６の回転により、外気熱交換室Ｒｃ内が吸引されることにより、キャビネット１１の側面（正面，背面）に設けた吸気口１１ｉ，１１ｉから外気Ｗが吸気され、外気熱交換器５ｐ，５ｑ及び凝縮器８ｐ，８ｑを通過してキャビネット１１の上端に設けた排気口１１ｅから排気される。一方、所定の温度条件及び湿度条件下で、噴霧ノズル３６…から水Ｌｗが噴霧され、蒸発時の潜熱の利用により外気Ｗが冷却されるとともに、循環ポンプ１８が作動し、ブライン循環回路Ｋｆをブラインが循環することにより、外気熱交換器５ｐ，５ｑ及び間接熱交換器７を含むフリークーリング系Ａｆによる冷却液Ｌの冷却が行われる。

さらに、フリークーリングチラーＣは、チラーコントローラ１００の制御機能により、第１モードによる冷却制御と第２モードによる冷却制御を選択可能にする。この場合、第１モードは、図８（ａ）に示すように、冷凍サイクル４を用いたチラー冷却系Ａｃ、特に、チラー冷却系Ａｃのみを制御して冷却液Ｌの冷却を行うモードであり、第１モードで使用するチラー冷却系Ａｃを実線で示す。したがって、フリークーリング系Ａｆは、循環ポンプ１８を停止した状態にするとともに、送風ファン６は凝縮器８ｐ，８ｑの放冷用として定速回転により作動させることができる。使用しないフリークーリング系Ａｆを仮想線で示す。

第２モードは、当該チラー冷却系Ａｃを停止又は補助的に使用し、外気熱交換器５ｐ，５ｑを外気Ｗにより空冷する送風ファン６を用いたフリークーリング系Ａｆを制御して冷却液Ｌの冷却を行うモードであり、チラー冷却系Ａｃを補助的に使用する第２Ａモードとチラー冷却系Ａｃを停止する第２Ｂモードが含まれる。第２Ａモードの動作状態を図８（ｂ）に示すとともに、第２Ｂモードの動作状態を図８（ｃ）に示す。第２モードは、基本的にフリークーリング系Ａｆを使用して冷却を行うが、負荷が大きくなり、フリークーリング系Ａｆのみでは冷却能力が不足する場合に、チラー冷却系Ａｃを補助的に使用するものである。第２Ａモードとなる図８（ｂ）においては、使用するチラー冷却系Ａｃとフリークーリング系Ａｆを共に実線で示す。また、第２Ｂモードとなる図８（ｃ）においては、使用するフリークーリング系Ａｆを実線で示すとともに、使用しないチラー冷却系Ａｃを仮想線で示す。

次に、本実施形態に係るフリークーリングチラーＣの運転方法について、図４－図８を参照しつつ、図１－図３を参照して説明する。

運転開始により、チラーコントローラ１００は送液ポンプ２０を制御して冷却液循環系Ｋｃを循環状態に制御する。これにより、冷却液Ｌの全体における温度（液温）Ｌの平均化を図ることができる。

この後、チラーコントローラ１００は、外気温度Ｔａと液温Ｔｏの検出データを取込み、外気温度Ｔａと液温Ｔｏの比較処理を行うとともに、Ｔａ＞Ｔｏの状態にあるか、Ｔａ≦Ｔｏの状態にあるかの判定処理を行う。そして、Ｔａ＞Ｔｏの状態にあれば、第１モードを選択し、Ｔａ≦Ｔｏの状態にあれば、第２モードを選択する。例えば、図７において、外気温度Ｔａが３０℃，液温Ｔｏが２４℃の場合、Ｔａ＞Ｔｏの条件を満たす状態になるため、外気温度Ｔａはかなり高い夏季の季節にあるものと想定され、第１モードが選択される。これに対し、図７において、外気温度Ｔａが８℃、出口液温Ｔｏが２０℃の場合、Ｔａ≦Ｔｏの条件を満たす状態になるため、外気温度Ｔａはかなり低い冬季の季節にあるものと想定され、第２モードが選択される。

以下、図１及び図２に示すフローチャート及び図３に示すタイミングチャートを参照して具体的な処理手順について説明する。

今、運転開始前における外気温度Ｔａと液温Ｔｏの関係の判定処理において、Ｔａ＞Ｔｏにあると判定された場合を想定する。これにより、第１モードが選択される（ステップＳ１，Ｓ２）。図３中、ｔ１ｓ時点が、第１モードによる運転開始時点を示し、Ｔａ＞Ｔｏの条件を満たしている。

第１モードでは、チラー冷却系Ａｃの圧縮機９をインバータ制御することにより液温Ｔｏに対する制御を行う。即ち、液温Ｔｏがチラー目標温度となるように、圧縮機９の駆動回転数を減少又は増加させるインバータ制御により温度に対するＰＩＤ制御（フィードバック制御）を行なう。このようなインバータ制御を行うことにより、チラー冷却系Ａｃのみを使用した際におけるエネルギーロスの少ない冷却処理を行うことができる。

この場合、フリークーリング系Ａｆは停止状態になるが、送風ファン６を作動させることにより凝縮器８ｐ，８ｑに対する放熱（空冷）処理を行うとともに、送風ファン６におけるファンモータの駆動周波数ｆｗをインバータ制御し、この送風ファン６の送風により空冷される凝縮器８ｐ，８ｑの凝縮圧力ｐｃが一定になるようにフィードバック制御を行う。この凝縮圧力ｐｃは、凝縮圧力センサ２３により検出される。したがって、このときの送風ファン６の駆動周波数ｆｗは、制御可能な最小駆動周波数ｆｗｓから最大駆動周波数ｆｗｍの間で可変制御される。このような制御を行えば、チラー冷却系Ａｃの運転に対して、送風ファン６の作動を最適化できるため、安定性の高い効率的なチラー冷却系Ａｃの運転、即ち、第１モードを実行することができる。

以上の動作は、外気温度Ｔａと液温Ｔｏの関係が、Ｔａ＞Ｔｏの状態にあるときに行われる。したがって、第１モードの途中において、Ｔａ≦Ｔｏの状態になったとき，又は運転開始前の判定処理において、Ｔａ≦Ｔｏの状態のときは、第２モードに移行又は選択される（ステップＳ１，Ｓ３）。図３において、Ｃ２時点が、第１モードの途中でＴａ≦Ｔｏの状態になり、第２モードに移行した時点を示すとともに、ｔ２ｓ時点は、運転開始前の判定処理でＴａ≦Ｔｏの状態と判定された場合の運転開始時点を示している。いずれの時点もＴａ≦Ｔｏの条件を満たしている。

第２モードは第２Ａモードから開始する。開始により、フリークーリング系Ａｆにおける送風ファン６は最大駆動周波数ｆｗｍとなるようにフィードバック制御されるとともに、チラー冷却系Ａｃは補助的に使用される（ステップＳ４，Ｓ５）。なお、第２Ａモードの開始により、稼働が終了しないこと（ステップＳ６），及びＴａ≦Ｔｏの状態を維持していること（ステップＳ７），を条件に、第２モードを継続する。したがって、稼働が終了した場合、運転は停止状態となる（ステップＳ８）。さらに、Ｔａ≦Ｔｏの条件を満たさない状態になったとき、即ち、Ｔａ＞Ｔｏの状態になったときは、第１モードに移行する（ステップＳ７，Ｓ２）。

また、第２モードによる運転中は、負荷の状態に応じた液温Ｔｏに対する制御が行われる。この場合、負荷が増加すれば、第２Ａモードによる負荷増加時の制御、具体的には、送風ファン６を最大駆動周波数ｆｗｍに維持する制御を行いつつ、チラー制御系Ａｃの圧縮機９をインバータ制御することにより液温Ｔｏに対する制御を行う。即ち、液温Ｔｏがチラー目標温度となるように、圧縮機９の駆動回転数を増加（又は減少）させるインバータ制御により温度に対するＰＩＤ制御（フィードバック制御）を行なう（ステップＳ９，Ｓ１０，Ｓ１１）。

一方、負荷が減少すれば、第２Ａモードによる負荷減少時の制御、即ち、チラー冷却系Ａｃの圧縮機９及びフリークーリング系Ａｆの送風ファン６に対するインバータ制御を行なう（ステップＳ９，Ｓ１２）。負荷減少時における具体的な制御に係わる処理手順を図２にフローチャートで示す。負荷減少時には、液温Ｔｏがチラー目標温度となるように、圧縮機９の駆動回転数を減少（又は増加）させるインバータ制御により温度に対するＰＩＤ制御（フィードバック制御）を行なう（ステップＳ９，Ｓ１２１）。

この後、更に負荷が減少し、圧縮機９の駆動回転数ｆｃが最低駆動回転数ｆｃｓ（例示の場合、最大駆動回転数の３０％）以下になったなら、圧縮機９の駆動回転数ｆｃを最低駆動回転数ｆｃｓに固定して維持する（ステップＳ１２２，Ｓ１２３）。図３中、ｔｃｓ時点が最低駆動回転数ｆｃｓに達した時点を示す。そして、フリークーリング系Ａｆの送風ファン６の送風により外気熱交換器５ｐ，５ｑの冷却（空冷）処理を行うとともに、液温Ｔｏがチラー目標温度となるように、送風ファン６におけるファンモータに対するインバータ制御により駆動周波数ｆｗに対するＰＩＤ制御（フィードバック制御）を行なう（ステップＳ１２４）。

このように、第２Ａモードにおいて、負荷が減少し、圧縮機９の駆動回転数ｆｃが、当該圧縮機９における最低駆動回転数ｆｃｓに達したなら、当該最低駆動回転数ｆｃｓを維持する制御を行うとともに、送風ファン６の駆動周波数ｆｗに対するインバータ制御により液温Ｔｏを制御するようにすれば、エネルギー消費の大きいチラー冷却系Ａｃによる冷却比率を抑えつつ、フリークーリング系Ａｆにより主たる冷却処理及び液温制御処理が実行可能になるため、省エネルギー性を高める観点から、フリークーリング系Ａｆ及びチラー冷却系Ａｃを組合わせた際における最適な制御処理を実現することができる。

さらに、負荷がさらに減少し、送風ファン６の駆動周波数ｆｗが制御できる最低駆動周波数ｆｗｓに達したなら圧縮機９の回転を停止、即ち、チラー冷却系Ａｃの運転を停止する（ステップＳ１２５，Ｓ１２６）。図３中、ｔｓｅ時点が最低駆動周波数ｆｗｓに達した時点を示す。このように、第２Ａモードにおいて、負荷が減少し、送風ファン６の駆動周波数ｆｗが当該送風ファン６における最小駆動周波数ｆｗｓに達したなら、圧縮機９を停止し、第２Ｂモードに移行させるようにすれば、負荷が減少した際におけるチラー冷却系Ａｃのエネルギーロスを排除し、フリークーリング系Ａｆのみによる合理的な省エネルギー化を図ることができる。

そして、このｔｓｅ時点から、フリークーリング系Ａｆのみを使用する第２Ｂモードに移行する。なお、ｔｓｅ時点において、チラー冷却系Ａｃの運転を停止することにより、送風ファン６の駆動周波数ｆｗは一次的に増加するが、送風ファン６にに対する駆動周波数ｆｗのＰＩＤ制御（フィードバック制御）は継続する。そして、この状態において、送風ファン６の駆動周波数ｆｗが制御できる最低駆動周波数ｆｗｓに達したなら送風ファン６の回転を停止又は必要により最低駆動周波数ｆｗｓを維持する制御を行う（ステップＳ１２７）。図３中、ｔｗｅ時点が最低駆動周波数ｆｗｓに達した時点を示している。

このように、第２Ｂモードにおいて、送風ファン６が最小駆動周波数ｆｗｓに達したなら、当該最小駆動周波数ｆｗｓを維持する制御，又は停止する制御を行うようにすれば、フリークーリングチラーＣにおける実質的な最小運転状態又は停止状態にすることができるため、無駄なエネルギーロスを排除する観点から、より望ましい冷却制御を行うことができる。この後、負荷がさらに減少し、制御が不能となる領域になった場合には、必要なエラー処理（例えば、過少負荷停止処理）を行う。

他方、第２Ｂモードにおいて、負荷が増加した場合には、液温Ｔｏがチラー目標温度となるように、送風ファン６におけるファンモータに対するインバータ制御により駆動周波数ｆｗに対するＰＩＤ制御（フィードバック制御）を行なう（ステップＳ１２８，Ｓ１２９）。図３中、ｔｗｓ時点が負荷が増加し、駆動周波数ｆｗが増加を開始した時点を示している。そして、送風ファン６の駆動周波数ｆｗが最大駆動周波数ｆｗｍに達したなら、最大駆動周波数ｆｗｍに維持した状態で、圧縮機９を作動させるとともに、圧縮機９の駆動回転数を可変制御するチラー冷却系Ａｃにおける温度制御を行う。即ち、第２Ａモードに移行する（ステップＳ１３０，Ｓ６，Ｓ９，Ｓ１０）。図３中、ｔｓｓ時点が最大駆動周波数ｆｗもに達した時点、即ち、圧縮機９の作動開始時点を示している。

このように、第２Ａモードと第２Ｂモードの切換は、積極的な切換制御を行うものではなく、負荷の増減状態により自動で行われることになる。なお、負荷が減少したか否かの判断は、出口液温Ｔｅと入口液温Ｔｉの温度差Ｒｔを監視し、この温度差Ｒｔが小さくなったなら負荷が減少したと判断することができる。第２Ｂモードにおいて、負荷が増加し、送風ファン６の駆動周波数ｆｗが最大駆動周波数ｆｗｍに達したなら、圧縮機９を作動させ、当該圧縮機９をインバータ制御することにより液温Ｔｏを制御するようにすれば、負荷が増加した際におけるフリークーリング系Ａｆによる制御からチラー冷却系Ａｃによる制御への移行が途切れることのない連続制御が可能になるため、第２Ｂモードから第２Ａモードへの移行をスムースに行うことができる。

この後、負荷が更に増加し、圧縮機９が最大駆動回転数に達した場合には、必要なエラー処理を行うことができるとともに、後述する複数台のフリークーリングチラーＣ…を用いた連結運転を行うことができる。また、図３中、Ｃ１時点は、第２Ａモードの途中において、外気温度Ｔａと液温Ｔｏの関係が、Ｔａ＞Ｔｏの状態になり、第２Ａモードから第１モードに移行した切換点を示している。

よって、このような本実施形態に係るフリークーリングチラーＣ及びその運転方法によれば、基本的に、冷凍サイクル４を用いたチラー冷却系Ａｃにより冷却液Ｌの液温Ｔｏを制御する第１モードと、送風ファン６の送風により外気熱交換器５ｐ，５ｑを空冷するフリークーリング系Ａｆにおける当該送風ファン６を最大駆動周波数ｆｗｍに設定し、かつチラー冷却系Ａｃを補助的に用いて液温Ｔｏを制御する第２Ａモード，又はチラー冷却系Ａｃを停止し、送風ファン６により液温Ｌを制御する第２Ｂモードを行う第２モードとを選択可能にし、外気温度Ｔａと液温Ｔｏを監視することにより、少なくとも、外気温度Ｔａが液温Ｔｏよりも高いときは第１モードを実行し、外気温度Ｔａが液温Ｔｏよりも低いときは第２モードを実行するようにしたため、チラー冷却系Ａｃとフリークーリング系Ａｆを組み合わせて冷却を行う際における省エネルギー化制御の観点からの最適化を図ることができる。これにより、特に、季節の変化に伴う外気温度Ｔａの変動などを考慮した合理的かつ効率的な制御処理を行なうことが可能となり、自然エネルギーを活用した効果的かつ有効性の高い大幅な省エネルギー化を実現したフリークーリングチラーＣを提供できる。

次に、このようなフリークーリングチラーＣを用いた使用例に係わる変更実施形態、即ち、フリークーリングチラーＣ…を複数台連結して使用する連結運転方法について、図９－図１２を参照して説明する。

変更実施形態として示す連結運転システムは、六台のフリークーリングチラーＣ…を連結した例であり、図９に示すように、三台を並べたフリークーリングチラーＣ…の列を二列に配して設置できる。この連結運転システムは、各フリークーリングチラーＣ…と被冷却部Ｍを、供給合流管Ｐｓ及び戻り合流管Ｐｒにより接続する。この場合、供給合流管Ｐｓの一端口（流出口）は被冷却部Ｍの給入口Ｍｉに接続するとともに、他端口側は閉塞する。一方、戻り合流管Ｐｒの一端口（流入口）は被冷却部Ｍの排出口Ｍｅに接続するとともに、他端口側は閉塞する。また、各フリークーリングチラーＣ…における供給口３ｓは接続管Ｐｓｍ…を介して供給合流管Ｐｓの中途に合流接続するとともに、各フリークーリングチラーＣ…における戻り口３ｒは接続管Ｐｒｍを介して戻り合流管Ｐｒの中途に分岐接続する。なお、接続管Ｐｓｍ，Ｐｒｍの中途には、供給開閉弁及び流量を一定に維持する定流量弁及び戻り開閉弁等を含むバルブユニット６１を接続する。これにより、各フリークーリングチラーＣ…における冷却液Ｌの循環経路は、供給合流管Ｐｓ及び戻り合流管Ｐｒを介して並列接続される。

その他、図９中、６２は、各フリークーリングチラーＣ…間に共通接続した均圧管を示し、この均圧管６２は、各冷却液タンク２…の接続ポート２ｐ…（図４）に接続する。また、６３は、供給合流管Ｐｓ及び戻り合流管Ｐｒの中途に接続した供給開閉弁及び戻り開閉弁等を含むバルブユニットを示す。さらに、供給合流管Ｐｓには、この供給合流管Ｐｓの出口液温Ｔｅを検出する出口液温センサ６５を付設するとともに、戻り合流管Ｐｒには、この戻り合流管Ｐｒの入口液温Ｔｉを検出する入口液温センサ６６を付設する。

他方、連結運転システム１には、別途、集中コントローラ２００を配置し、この集中コントローラ２００に、各液温センサ６５，６６，更には外気温度Ｔａを検出する外気温度センサ６４を接続するとともに、ケーブルライン６７を介して、各フリークーリングチラーＣ…におけるチラーコントローラ１００…（チラーコントローラ本体５１…）を遠隔制御可能に接続する。

この集中コントローラ２００は、複数台のチラーコントローラ１００…を集中的に制御するものであり、図５に示すように、コンピュータ処理機能を有する集中コントローラ本体７１を備える。集中コントローラ本体７１は、ＣＰＵ等のハードウェアを含むとともに、内部メモリ７２が付属する。この内部メモリ７２には、少なくとも本実施形態に係る連結運転方法を実行するための各種演算処理及び制御処理等を行う集中制御プログラム７２ｐをはじめ、各種プログラムを格納するプログラムエリア７２ｍｐを有するとともに、設定データを含む各種データを書込むデータエリア７２ｍｄを有する。この集中制御プログラム７２ｐに基づいて、少なくとも、比較処理機能７２ｐｃによる比較処理，判断処理機能７２ｐｊによる判断処理，負荷演算機能７２ｐａによる負荷の大きさを求める演算処理等を行うことができる。また、集中コントローラ本体７１には、ディスプレイ７３を接続する。例示のディスプレイ７３はタッチパネル７３ｔが付属し、操作部（入力部）を兼ねている。そして、集中コントローラ本体７１には、少なくとも、外気温度センサ６４からの外気温度Ｔａ，出口液温センサ６５からの出口液温Ｔｅ，入口液温センサ６６からの入口液温Ｔｉが付与される。

これにより、集中コントローラ２００は、次のような基本的処理を行うことができる。即ち、集中コントローラ２００は、外気温度Ｔａと供給合流管Ｐｓの出口液温Ｔｅを監視し、少なくとも、外気温度Ｔａが当該出口液温Ｔｅよりも高いとき、具体的には、Ｔａ＞Ｔｅのときは第１モードを実行し、外気温度Ｔａが当該出口液温Ｔｅよりも低いとき、具体的には、Ｔａ≦Ｔｅのときは第２モードを実行する。そして、特に、第１モードでは、チラー冷却系Ａｃ…の運転開始前に、負荷の大きさに基づくチラー冷却系Ａｃ…の台数Ｎを所定の演算式Ｆにより求め、運転を開始する際は、求めたチラー冷却系Ａｃ…の台数Ｎにより運転を開始するとともに、被冷却部Ｍの負荷の大きさを監視し、予め設定した低負荷判定値Ｒｄ以下になったなら運転中のチラー冷却系Ａｃ…の少なくとも一台のチラー冷却系Ａｃを停止させ、かつ予め設定した高負荷判定値Ｒｕ以上になったなら停止中のチラー冷却系Ａｃ…の少なくとも一台のチラー冷却系Ａｃを追加して運転する台数制御を行うことができる。

次に、変更実施形態に係るフリークーリングチラーＣ…の連結運転方法の具体的な動作について、図９－図１２に基づいて説明する。

この連結運転システムの場合、各フリークーリングチラーＣ…は、前述した第１モード又は第２モードを選択して冷却液Ｌに対する冷却制御を行なうが、いずれのモードにおいても、集中コントローラ２００は、全台の冷却液循環系Ｋｃ…を循環状態に制御する。即ち、連結運転システムの稼働開始により、集中コントローラ２００は、送液ポンプ２０を制御して全台の冷却液循環系Ｋｃ…を循環状態にする。これにより、各フリークーリングチラーＣ…における冷却液タンク２の液位が変動したりバランスが崩れるなどの現象を防止できるため、ハンチングや制御の不安定化が発生する不具合を回避できる。

また、集中コントローラ２００は、運転開始前に、外気温度Ｔａと出口液温Ｔｅを取込み、外気温度Ｔａと出口液温Ｔｅの比較処理を行うとともに、Ｔａ＞Ｔｅの状態にあるか、Ｔａ≦Ｔｅの状態にあるかの判定処理を行う。そして、Ｔａ＞Ｔｅの状態にあれば、第１モードを選択し、Ｔａ≦Ｔｅの状態にあれば、第２モードを選択する。

以下、図１０のフローチャートを参照して具体的な処理手順について説明する。今、運転開始前における外気温度Ｔａと出口液温Ｔｅの関係の判定処理において、Ｔａ＞Ｔｅにあると判定された場合を想定する。これにより、第１モードが選択され、図１０に示すフローチャートに従った処理が行われる（ステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３）。

第１モードが選択された場合、集中コントローラ２００は、チラー冷却系Ａｃ…の運転開始前に、負荷の大きさに基づくチラー冷却系Ａｃ…の必要となる台数Ｎを所定の演算式Ｆにより求め、運転を開始する台数Ｎを決定する（ステップＳ２４）。負荷の大きさは、供給合流管Ｐｓの出口液温Ｔｅと戻り合流管の入口液温Ｔｉの温度差（Ｔｅ－Ｔｉ）に基づいて求めることができる。このような温度差（Ｔｅ－Ｔｉ）を用いれば、負荷の大きさが的確に現れる供給合流管Ｐｓの出口液温Ｔｅと戻り合流管の入口液温Ｔｉの温度差（Ｔｅ－Ｔｉ）を変数として利用できるため、的確な負荷の大きさを容易かつ確実に求めることができる。なお、この演算式Ｆには、負荷の大きさに基づいて運転を開始する台数を決定可能な各種の演算式を利用することができる。したがって、演算式に用いる変数には、フリークーリングチラーＣ…の全台数，各チラー冷却系Ａｃ…の定格冷却能力，冷却液Ｌの密度，冷却液Ｌの比熱，冷却液Ｌの流量，送液ポンプ２０の駆動回転数，冷却液出口の圧力等を含ませることができる。

運転を開始する台数Ｎが決定され、冷却液循環系Ｋｃ…の循環動作に基づく出口液温Ｔｅが安定化したなら、決定された台数Ｎに基づくチラー冷却系Ａｃ…の運転を開始する（ステップＳ２５）。なお、安定化に要する時間は、監視サイクルの周期（例示は、５分程度）と同程度の時間を考慮することができる。

一方、運転開始後は、被冷却部Ｍの負荷を監視する。そして、稼働が終了しないこと（ステップＳ２６），及びＴａ＞Ｔｅの状態を維持していること（ステップＳ２７），を条件に、監視サイクルに従って負荷の増減状態を判定する（ステップＳ２８，Ｓ２９）。なお、稼働が終了した場合、運転は停止状態となる（ステップＳ３０）。さらに、Ｔａ＞Ｔｅの条件を満たさない状態になった場合、即ち、Ｔａ≦Ｔｅの状態になった場合には、第２モードに移行する（ステップＳ２７，Ｓ２３）。

また、チラー冷却系Ａｃ…の制御では、各チラー冷却系Ａｃ…において、それぞれ独立した制御が行われる。即ち、各フリークーリングチラーＣ…における供給口３ｓ…から外部に供給する冷却液Ｌ…の温度（チラー吐出温度Ｔｃ）がチラー目標温度となるように、温度に対するＰＩＤ制御（フィードバック制御）が行われる。例示の場合、冷却液Ｌの目標温度（設定温度）は、２０〔℃〕（図１１）に設定されており、チラー冷却系Ａｃ…に対する液温制御は、冷凍サイクル４の一部を構成する圧縮機９をインバータ制御することにより行う。このような制御を行えば、冷凍サイクル４に対する通常の温度制御を行うことができるため、温度制御の容易化かつ確実化を確保できるとともに、実施の容易化に寄与できる。

そして、負荷が増加した場合を想定する。負荷が一定の条件で増加した場合、停止中のチラー冷却系Ａｃ…から一台のチラー冷却系Ａｃの運転を追加する（ステップＳ２８，Ｓ３１）。負荷が増加したか否かの判定は、予め設定した負荷判定値を用いることができる。具体的には、被冷却部Ｍの負荷の大きさとして、出口液温Ｔｅと入口液温Ｔｉの温度差Ｒｔを監視し、この温度差Ｒｔが、高負荷判定値Ｒｕ以上になったなら停止中のチラー冷却系Ａｃ…から一台のチラー冷却系Ａｃを追加して運転する。高負荷判定値Ｒｕとしては、例えば、＋１℃の変化量を用いることができる。

これに対して、負荷が減少した場合を想定する。負荷が一定の条件で減少した場合、運転中のチラー冷却系Ａｃ…から一台のチラー冷却系Ａｃの運転を停止する（ステップＳ２９，Ｓ３２）。負荷が減少したか否かの判定は、負荷が増加した場合と同様に、予め設定した負荷判定値を用いることができる。即ち、負荷の大きさとして、出口液温Ｔｅと入口液温Ｔｉの温度差Ｒｔを監視し、この温度差Ｒｔが、低負荷判定値Ｒｄ以下になったなら運転中のチラー冷却系Ａｃ…から一台のチラー冷却系Ａｃの運転を停止する。低負荷判定値Ｒｄとしては、例えば、－１℃の変化量を用いることができる。

他方、負荷が増加することにより、チラー冷却系Ａｃ…の運転台数が最大台数（例示は六台）に達し（ステップＳ３３）、負荷の大きさが高負荷判定値Ｒｕ以上になった場合（ステップＳ３４）には、集中コントローラ２００により所定のエラー処理、例えば、警報ブザーの作動や通信処理等により、この状態をオペレータに知らせるエラー処理を行うことができる（ステップＳ３５）。

一方、負荷が減少することにより、運転するチラー冷却系Ａｃが一台になり（ステップＳ３６）、更に、そのチラー冷却系Ａｃの運転中に、負荷の大きさが低負荷判定値Ｒｄ以下になった場合（ステップＳ３７）には、運転中のチラー冷却系Ａｃを、過少負荷状態になったとして運転を停止させることができる（ステップＳ３８）。これにより、六台の全てのチラー冷却系Ａｃ…は停止状態になるが、負荷は次第に増加し、このまま第１モードの継続が可能となる。

次に、運転開始前における外気温度Ｔａと出口液温Ｔｅの関係の判定処理において、Ｔａ≦Ｔｅにあると判定された場合を想定する。この場合、第２モードが選択される（ステップＳ２１，Ｓ２３）。第２モードが選択された場合、前述した図１及び図２に従った処理が全台のフリークーリングチラーＣ…において行われる。

図１１は、年間の外気温度Ｔａと各モード１，２Ａ，２Ｂの使用期間の関係をグラフで示したものである。出口液温Ｔｅは、設定温度（目標温度）に対応するものであり、例示の場合、２０℃である。図１１から明らかなように、外気温度Ｔａが出口液温Ｔｅを上回る６月－９月の夏季の期間では、第１モードが実行されるとともに、６月－９月以外の時期では、第２モードが実行される。特に、外気温度Ｔａが８℃付近を下回る冬季の期間では第２Ｂモードが実行され、春秋季の中間期には、第２Ａモードが実行されることを確認できる。もちろん、これらは一例であり、例えば、６月－９月の夏季の期間であっても夜間等の外気温度Ｔａが低くなるときは第２モードが実行される。

一方、図１２は、この連結運転方法に使用するフリークーリングチラーＣの年間における月毎の外気温度Ｔａ及び消費電力量Ｘｒの関係をグラフで示したものであり、チラー冷却系Ａｃにおける圧縮機９を一定速制御により運転するフリークーリングチラーと、本実施形態に係るフリークーリングチラーＣを対比して示す。いずれの月であっても、消費電力量Ｘｒの大幅な削減を図ることができる。特に、日本の四季における、外気温度Ｔａが低い冬季及び中間期には、フリークーリング系Ａｆ…を主として使用する第２モードが実行されるため、一定速制御による従来のチラーに対して年間概ね７２％の節電率を実現することができる。

以上、好適実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，制御手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

例えば、フリークーリング系Ａｆを構成するに際し、外気熱交換器５ｐ，５ｑにより空冷された冷却媒体が循環する冷却媒体循環回路Ｋｆに一次側７ｆを直列接続した間接熱交換器７を設け、この間接熱交換器７の二次側７ｓを冷却液循環系Ｋｃに直列接続して構成する例を示したが、同様の機能を有するフリークーリング系を構成するものであれば、例示するフリークーリング系Ａｆの構成例に限定されるものではない。また、並列接続した一対の外気熱交換器５ｐ，５ｑ及び並列接続した一対の凝縮器８ｐ，８ｑを配設した場合を例示したが、それぞれ単一の外気熱交換器及び凝縮器を配してもよいし、三つ以上の外気熱交換器及び凝縮器を配してもよい。同様に、単一の送風ファン６を例示したが、二つ以上の送風ファンを用いる場合を排除するものではない。なお、冷却液Ｌとして、例示は冷却水を示したが、不凍液等の各種溶液を利用できるとともに、本発明における制御上の冷却とは加熱も含まれる概念である。

本発明に係るフリークーリングチラー及びその運転方法は、冷却液を循環させて冷却する産業機械等の被冷却部に接続して使用する各種フリークーリングチラーに利用することができる。

Ｃ：フリークーリングチラー，２：冷却液タンク，３ｓ：吐出口，３ｒ：戻り口，４：冷凍サイクル，５ｐ：外気熱交換器，５ｑ：外気熱交換器，６：送風ファン，７：間接熱交換器，７ｆ：間接熱交換器の一次側，７ｓ：間接熱交換器の二次側，８ｐ：凝縮器，８ｑ：凝縮器，９：圧縮機，１００：チラーコントローラ，Ａｃ：チラー冷却系，Ａｆ：フリークーリング系，Ｋｆ：冷却媒体循環回路，Ｋｃ：冷却液循環系，ｆｗ：駆動周波数，ｆｗｍ：最大駆動周波数，ｆｗｓ：最小駆動周波数，ｆｃ：駆動回転数，ｆｃｓ：最低駆動回転数，Ｔａ：外気温度，Ｔｏ：液温，Ｌ：冷却液，Ｍ：被冷却部

Claims (8)

1. 冷却液タンクに収容した冷却液を吐出口から吐出して被冷却部側に供給するとともに、被冷却部側から戻された使用後の冷却液を戻り口から取込んで前記冷却液タンクに収容する冷却液循環系を内蔵するフリークーリングチラーであって、冷凍サイクルにより前記冷却液を冷却可能なチラー冷却系と、送風ファンの送風により外気熱交換器を空冷することにより前記冷却液を冷却可能なフリークーリング系と、前記チラー冷却系により前記冷却液の温度（以下、液温）を制御する第１モード，及び前記フリークーリング系における前記送風ファンを最大駆動周波数に設定し、かつ前記チラー冷却系を補助的に用いて前記液温を制御する第２Ａモード，又は前記チラー冷却系を停止し、前記送風ファンにより前記液温を制御する第２Ｂモードを行う第２モードとを選択可能にするとともに、外気温度と前記液温を監視し、少なくとも、前記外気温度が前記液温よりも高いときは前記第１モードを実行し、前記外気温度が前記液温よりも低いときは前記第２モードを実行するとともに、前記第２Ａモードにおいて、負荷が減少し、前記圧縮機の駆動回転数が、当該圧縮機における最低駆動回転数に達したなら、当該最低駆動回転数を維持する制御を行い、かつ前記送風ファンの駆動周波数に対するインバータ制御により前記液温を制御するチラーコントローラとを備えることを特徴とするフリークーリングチラー。
2. 前記フリークーリング系は、前記外気熱交換器により空冷された冷却媒体が循環する冷却媒体循環回路に一次側を直列接続した間接熱交換器を備え、この間接熱交換器の二次側を前記冷却液循環系に直列接続して構成することを特徴とする請求項１記載のフリークーリングチラー。
3. 冷却液タンクに収容した冷却液を吐出口から吐出して被冷却部側に供給するとともに、被冷却部側から戻された使用後の冷却液を戻り口から取込んで前記冷却液タンクに収容する冷却液循環系を内蔵するフリークーリングチラーの運転方法であって、冷凍サイクルを用いたチラー冷却系により前記冷却液の液温を制御する第１モードと、送風ファンの送風により外気熱交換器を空冷するフリークーリング系における当該送風ファンを最大駆動周波数に設定し、かつ前記チラー冷却系を補助的に用いて前記液温を制御する第２Ａモード，又は前記チラー冷却系を停止し、前記送風ファンにより前記液温を制御する第２Ｂモードを行う第２モードとを選択可能にし、外気温度と前記液温を監視することにより、少なくとも、前記外気温度が前記液温よりも高いときは前記第１モードを実行し、前記外気温度が前記液温よりも低いときは前記第２モードを実行するとともに、前記第２Ａモードにおいて、負荷が減少し、前記圧縮機の駆動回転数が、当該圧縮機における最低駆動回転数に達したなら、当該最低駆動回転数を維持する制御を行い、かつ前記送風ファンの駆動周波数に対するインバータ制御により前記液温を制御することを特徴とするフリークーリングチラーの運転方法。
4. 前記第１モードは、前記送風ファンの送風により空冷される前記チラー冷却系における凝縮器の凝縮圧力が一定になるように、前記送風ファンの駆動周波数を制御することを特徴とする請求項３記載のフリークーリングチラーの運転方法。
5. 前記第１モードは、前記チラー冷却系における圧縮機をインバータ制御することにより前記液温を制御することを特徴とする請求項３又は４記載のフリークーリングチラーの運転方法。
6. 前記第２Ａモードにおいて、負荷が減少し、前記送風ファンの駆動周波数が当該送風ファンにおける最小駆動周波数に達したなら、前記圧縮機を停止し、前記第２Ｂモードに移行させることを特徴とする請求項３記載のフリークーリングチラーの運転方法。
7. 前記第２Ｂモードにおいて、前記送風ファンが最小駆動周波数に達したなら、当該最小駆動周波数を維持する制御，又は停止する制御を行うことを特徴とする請求項６記載のフリークーリングチラーの運転方法。
8. 前記第２Ｂモードにおいて、負荷が増加し、前記送風ファンの駆動周波数が最大駆動周波数に達したなら、前記圧縮機を作動させ、当該圧縮機をインバータ制御することにより前記液温を制御することを特徴とする請求項６又は７記載のフリークーリングチラーの運転方法。

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