(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁と、膨張された冷媒を蒸発させ、冷水を冷却する蒸発器と、該蒸発器にて冷却された前記冷水の温度である冷水出口温度を所望値となるように運転を制御する冷凍機側制御部とを備えたターボ冷凍機において、
前記冷凍機側制御部には、前記冷水の出力先から目標熱負荷が与えられ、
前記冷凍機側制御部は、前記目標熱負荷が定格の２０％以下でかつ外部負荷に供給される前記冷水の温度に影響を与えない程度の小さな熱負荷を出力する待機運転を行う場合に、前記蒸発器に流入する前記冷水の現在の温度である現在値冷水入口温度と、目標の冷水出口温度である目標冷水出口温度とに基づいて、該目標冷水出口温度および前記目標熱負荷を満足する前記冷水の目標冷水流量を出力することを特徴とするターボ冷凍機。
【請求項２】
前記冷凍機側制御部は、現在の冷水流量である現在値冷水流量を得て、該現在値冷水流量が前記目標冷水流量を下回る所定値以下となった場合には、当該ターボ冷凍機の運転を停止させる動作を行うことを特徴とする請求項１に記載のターボ冷凍機。
【請求項３】
前記冷凍機側制御部は、前記蒸発器内の蒸発圧力を得て、該蒸発圧力が所定値以下となった場合には、当該ターボ冷凍機の運転を停止させる動作を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のターボ冷凍機。
【請求項４】
前記冷水の温度を制御する温度調節手段に対して与えるフィードバック制御出力の感度を、現在値冷水流量の低下に応じて落とすことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のターボ冷凍機。
【請求項５】
複数のターボ冷凍機と、
これらターボ冷凍機から供給される冷水を外部負荷へ供給する冷水供給手段と、
前記冷水の流量および温度を制御する設備側制御部を備えた冷凍システムにおいて、
前記複数のターボ冷凍機の少なくとも１つが請求項１から４のいずれかに記載されたターボ冷凍機とされ、
該ターボ冷凍機の前記冷凍機側制御部は、前記設備側制御部から前記目標冷水出口温度および前記目標熱負荷を得るとともに、前記設備側制御部に対して前記目標冷水流量を出力することを特徴とする冷凍システム。
【請求項６】
冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁と、膨張された冷媒を蒸発させ、冷水を冷却する蒸発器と、該蒸発器にて冷却された前記冷水の温度である冷水出口温度を所望値となるように運転を制御する冷凍機側制御部とを備えたターボ冷凍機の制御方法において、
前記冷凍機側制御部には、前記冷水の出力先から得られる目標熱負荷が与えられ、
前記冷凍機側制御部は、前記目標熱負荷が定格の２０％以下でかつ外部負荷に供給される前記冷水の温度に影響を与えない程度の小さな熱負荷を出力する待機運転を行う場合に、前記蒸発器に流入する前記冷水の現在の温度である現在値冷水入口温度と、目標の冷水出口温度である目標冷水出口温度とに基づいて、該目標冷水出口温度および前記目標熱負荷を満足する前記冷水の目標冷水流量を出力することを特徴とするターボ冷凍機の制御方法。
【請求項７】
複数のターボ冷凍機と、
これらターボ冷凍機から供給される冷水を外部負荷へ供給する冷水供給手段と、
前記冷水の流量および温度を制御する設備側制御部を備えた冷凍システムの制御方法において、
前記複数のターボ冷凍機の少なくとも１つが請求項１から４のいずれかに記載されたターボ冷凍機とされ、
該ターボ冷凍機の前記冷凍機側制御部は、前記設備側制御部から前記目標冷水出口温度および前記目標熱負荷を得るとともに、前記設備側制御部に対して前記目標冷水流量を出力することを特徴とする冷凍システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ冷凍機および冷凍システムならびにこれらの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数のターボ冷凍機を並列に有し、これら冷凍機から冷熱を得て冷水を製造する冷凍システムがある。冷凍システムによって得られた冷水は、工場設備やビルに設置された空調機やファンコイル等の外部負荷に供給される。
このような冷凍システムでは、外部負荷から要求される熱負荷が小さい低熱負荷時であっても運転を継続したいという要求がある。低熱負荷であっても運転を継続する方法としては、特許文献１及び２に記載された技術が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−３５４２６号公報
【特許文献２】特開平７−３５４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、低熱負荷にて運転が継続可能であっても、外部負荷側に必要な温度に制御をした上で、低熱負荷で運転を行う要求がある。例えば、要求される目標熱負荷が増加してターボ冷凍機の運転台数を増大させる増段の場合には、運転開始前の併入しようとするターボ冷凍機に対して、外部負荷が要求する冷水温度を維持したままで、即ち要求冷水温度を満足するように低負荷で運転させながら待機しておくことが好ましい。また、このような運転は、目標熱負荷が下がりターボ冷凍機の運転台数を減じる減段の際に、これから運転を停止しようとするターボ冷凍機に対しても求められる。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、目標熱負荷が低い場合であっても、温度調節を可能とするターボ冷凍機および冷凍システムならびにこれらの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のターボ冷凍機および冷凍システムならびにこれらの制御方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるターボ冷凍機は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁と、膨張された冷媒を蒸発させ、冷水を冷却する蒸発器と、該蒸発器にて冷却された前記冷水の温度である冷水出口温度を所望値となるように運転を制御する冷凍機側制御部とを備えたターボ冷凍機において、前記冷凍機側制御部には、前記冷水の出力先から目標熱負荷が与えられ、前記冷凍機側制御部は、前記目標熱負荷が定格の２０％以下でかつ外部負荷に供給される前記冷水の温度に影響を与えない程度の小さな熱負荷を出力する待機運転を行う場合に、前記蒸発器に流入する前記冷水の現在の温度である現在値冷水入口温度と、目標の冷水出口温度である目標冷水出口温度とに基づいて、該目標冷水出口温度および前記目標熱負荷を満足する前記冷水の目標冷水流量を出力することを特徴とする。
【０００７】
ターボ冷凍機の負荷（出力）は、冷水入口温度と冷水出口温度の温度差、及び冷水流量に比例する。したがって、目標熱負荷が所定値以下（例えば２０％以下、好ましくは１０％以下）となると、冷水流量が定格流量とされている限り、ターボ冷凍機の熱負荷を下げるには限界がある。なお、目標冷水出口温度が特に設定されず単に熱負荷を出さない運転であれば、本発明者等が先に出願した特願２００７−１６６８４３に記載された発明に基づいて運転を行えばよい。これに対して、目標冷水出口温度が設定され、与えられる目標熱負荷が小さいときに問題となる。
そこで、本発明は、冷凍機側制御部が、現在値冷水入口温度と目標冷水出口温度に基づいて、目標熱負荷を満足する目標冷水流量を出力することとした。この目標冷水流量に基づいて冷水がターボ冷凍機に供給されれば、目標熱負荷が低い場合であっても目標冷水出口温度に温度制御できる温度調節運転が実現される。
【０００８】
さらに、本発明のターボ冷凍機では、前記冷凍機側制御部は、現在の冷水流量である現在値冷水流量を得て、該現在値冷水流量が前記目標冷水流量を下回る所定値以下となった場合には、当該ターボ冷凍機の運転を停止させる動作を行うことを特徴とする。
【０００９】
冷水流量が小さい場合であってもターボ冷凍機は冷凍負荷を出力し続けているので、何らかの理由で冷水の流れが停止すると、蒸発器の伝熱管内の冷水が凍結に至るおそれがある。そこで、本発明は、現在値冷水流量が目標冷水流量を下回る所定値以下の場合にはターボ冷凍機の運転を停止することとした。
なお、ターボ冷凍機の停止動作を行う現在値冷水流量の閾値については、目標冷水流量に応じて変化させることが好ましい。例えば、目標冷水流量の６０％といったように所定割合の流量を下回った場合に停止動作を行うこととする。これにより、目標冷水流量に応じ適切に閾値を設定することができる。ただし、定格流量の２％といったように極低流量となった場合には必ず停止動作を行うこととして機器の保護を図る。
【００１０】
さらに、本発明のターボ冷凍機では、前記冷凍機側制御部は、前記蒸発器内の蒸発圧力を得て、該蒸発圧力が所定値以下となった場合には、当該ターボ冷凍機の運転を停止させる動作を行うことを特徴とする。
【００１１】
冷水流量が小さい場合であってもターボ冷凍機は冷凍負荷を出力し続けているので、何らかの理由で冷水の流れが停止すると、蒸発器の伝熱管内の冷水が凍結に至るおそれがある。そこで、本発明は、蒸発器内の蒸発圧力を得て、伝熱管内を流れる冷水の状態を把握することにより、蒸発圧力が所定値以下の場合には冷水が凍結するおそれがあると判断してターボ冷凍機の運転を停止することとした。この蒸発圧力を用いた制御は、上述の現在値冷水流量と組み合わせても良く、また、単独で用いても良い。
さらに、バックアップとして、蒸発器の液冷媒温度や、現在の冷水出口温度を用いることとしても良い。
【００１２】
さらに、本発明のターボ冷凍機では、前記冷水の温度を制御する温度調節手段に対して与えるフィードバック制御出力の感度を、現在値冷水流量の低下に応じて落とすことを特徴とする。
【００１３】
温度調節手段に対して与えるフィードバック制御（例えばPID制御やPI制御）の制御ゲインは、通常、冷水流量が定格の場合を基準として決定される。冷水流量が定格よりも小さくなった場合には、定格時の制御ゲインを用いると感度が過剰となりすぎて冷水温度がオーバーシュートしてしまうおそれがある。そこで、本発明では、現在値冷水流量の低下に応じてフィードバック制御出力の感度を落とすこととして、制御性を確保する。具体的には、例えば、比例ゲインを冷水流量に反比例させることとする。あるいは、積分ゲインの積分時間を冷水流量に反比例させても良い。
「温度調節手段」としては、ターボ圧縮機の冷媒ガス吸込口に設けられた吸込冷媒ガス量の調整を行う入口ベーン（容量制御用のインレットガイドベーン）が挙げられる。
【００１４】
また、本発明の冷凍システムは、複数のターボ冷凍機と、これらターボ冷凍機から供給される冷水を外部負荷へ供給する冷水供給手段と、前記冷水の流量および温度を制御する設備側制御部を備えた冷凍システムにおいて、前記複数のターボ冷凍機の少なくとも１つが上記のいずれかに記載されたターボ冷凍機とされ、該ターボ冷凍機の前記冷凍機側制御部は、前記設備側制御部から前記目標冷水出口温度および前記目標熱負荷を得るとともに、前記設備側制御部に対して前記目標冷水流量を出力することを特徴とする。
【００１５】
一般の冷凍システムでは、冷凍システムの全体の運転を統括する設備側制御部で冷水温度および冷水流量を制御する。さらに、設備側制御部では、低負荷であっても許容できる目標熱負荷を把握することができる。そこで、本発明では、設備側制御部から目標冷水出口温度および目標熱負荷を冷凍機側制御部に渡すこととした。そして、設備側制御部では、ターボ冷凍機の冷凍機側制御部から出力された目標冷水流量を得ることができる。これにより、低い目標熱負荷であっても温度調節運転が可能とされた冷凍システムが実現される。
【００１６】
また、本発明のターボ冷凍機の制御方法は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁と、膨張された冷媒を蒸発させ、冷水を冷却する蒸発器と、該蒸発器にて冷却された前記冷水の温度である冷水出口温度を所望値となるように運転を制御する冷凍機側制御部とを備えたターボ冷凍機の制御方法において、前記冷凍機側制御部には、前記冷水の出力先から得られる目標熱負荷が与えられ、前記冷凍機側制御部は、前記目標熱負荷が定格の２０％以下でかつ外部負荷に供給される前記冷水の温度に影響を与えない程度の小さな熱負荷を出力する待機運転を行う場合に、前記蒸発器に流入する前記冷水の現在の温度である現在値冷水入口温度と、目標の冷水出口温度である目標冷水出口温度とに基づいて、該目標冷水出口温度および前記目標熱負荷を満足する前記冷水の目標冷水流量を出力することを特徴とする。
【００１７】
ターボ冷凍機の負荷（出力）は、冷水入口温度と冷水出口温度の温度差、及び冷水流量に比例する。したがって、目標熱負荷が所定値以下（例えば２０％以下、好ましくは１０％以下）となると、冷水流量が定格流量とされている限り、ターボ冷凍機の熱負荷を下げるには限界がある。なお、目標冷水出口温度が特に設定されず単に熱負荷を出さない運転であれば、本発明者等が先に出願した特願２００７−１６６８４３に記載された発明に基づいて運転を行えばよい。これに対して、目標冷水出口温度が設定され、与えられる目標熱負荷が小さいときに問題となる。
そこで、本発明は、冷凍機側制御部が、現在値冷水入口温度と目標冷水出口温度に基づいて、目標熱負荷を満足する目標冷水流量を出力することとした。この目標冷水流量に基づいて冷水がターボ冷凍機に供給されれば、目標熱負荷が低い場合であっても目標冷水出口温度に温度制御できる温度調節運転が実現される。
【００１８】
また、本発明の冷凍システムの制御方法は、複数のターボ冷凍機と、これらターボ冷凍機から供給される冷水を外部負荷へ供給する冷水供給手段と、前記冷水の流量および温度を制御する設備側制御部を備えた冷凍システムの制御方法において、前記複数のターボ冷凍機の少なくとも１つが上記のいずれかに記載されたターボ冷凍機とされ、該ターボ冷凍機の前記冷凍機側制御部は、前記設備側制御部から前記目標冷水出口温度および前記目標熱負荷を得るとともに、前記設備側制御部に対して前記目標冷水流量を出力することを特徴とする。
【００１９】
一般の冷凍システムでは、冷凍システムの全体の運転を統括する設備側制御部で冷水温度および冷水流量を制御する。さらに、設備側制御部では、低負荷であっても許容できる目標熱負荷を把握することができる。そこで、本発明では、設備側制御部から目標冷水出口温度および目標熱負荷を冷凍機側制御部に渡すこととした。そして、設備側制御部では、ターボ冷凍機の冷凍機側制御部から出力された目標冷水流量を得ることができる。これにより、低い目標熱負荷であっても温度調節運転が可能とされた冷凍システムが実現される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、冷凍機側制御部が、現在値冷水入口温度と目標冷水出口温度に基づいて、目標熱負荷を満足する目標冷水流量を出力することとし、この目標冷水流量に基づいてターボ冷凍機の冷水出口温度調整運転が行われるので、目標熱負荷が特に低い場合であっても、温度調節を可能とするターボ冷凍機および冷凍システムならびにこれらの制御方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、一実施形態にかかる冷凍システムの全体構成が示されている。
冷凍システム１は、ビルや工場設備に設置される。この冷凍システム１は、空調機やファンコイル等の外部負荷３に供給する冷水に対して冷熱を与える第１乃至第３のターボ冷凍機１１，１２，１３を３台備えている。これら第１乃至第３ターボ冷凍機１１，１２，１３は、外部負荷３に対して並列に設置されている。
【００２２】
ターボ冷凍機１１，１２，１３は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、ターボ圧縮機によって圧縮された高温高圧のガス冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮器によって凝縮された高温高圧の液冷媒を膨張させる膨張弁と、膨張弁によって膨張させられた液冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えている。
【００２３】
ターボ圧縮機は、遠心式の圧縮機であり、インバータ駆動モータによって回転数制御の下で駆動されている。ターボ圧縮機の冷媒吸入口には、吸入冷媒流量を制御するインレットガイドベーン（入口ベーン，以下「ＩＧＶ」という。）が設けられている。このＩＧＶの開度調整によって、冷水温度が調節される。ＩＧＶ開度やターボ圧縮機の回転数は、冷凍機側制御部によって制御される。
【００２４】
蒸発器において吸熱されることによって定格温度（例えば７℃）の冷水が得られる。すなわち、蒸発器内に挿通された伝熱管内を流れる冷水は、冷媒に熱が奪われることにより、冷却される。この冷水流量は、後述の冷水ポンプ２１，２２，２３によって制御される。
【００２５】
冷水流れからみた各ターボ冷凍機１１，１２，１３の上流側には、それぞれ、冷水を圧送する第１乃至第３の冷水ポンプ２１，２２，２３が設置されている。これら冷水ポンプ２１，２２，２３によって、リターンヘッダ３２からの冷水が各ターボ冷凍機１１，１２，１３へと送られる。各冷水ポンプ２１，２２，２３は、インバータモータによって駆動されるようになっており、これにより、回転数を可変とすることで可変流量制御される。
なお、冷水ポンプについては、各冷凍機に対して複数台設けた構成とし、回転数可変だけでなく台数制御により可変流量制御を行うようにしても良い。
冷水ポンプ２１，２２，２３の制御は、冷凍システム１全体の制御を統括する設備側制御部によって行われる。
【００２６】
サプライヘッダ３１には、各ターボ冷凍機１１，１２，１３において得られた冷水が集められるようになっている。
サプライヘッダ３１に集められた冷水は、外部負荷３に供給される。
外部負荷３にて空調等に供されて昇温した冷水は、リターンヘッダ３２に送られる。冷水は、リターンヘッダ３２において分岐され、各ターボ冷凍機１１，１２，１３に送られる。
【００２７】
サプライヘッダ３１とリターンヘッダ３２との間には、バイパス回路３３が設けられている。このバイパス回路３３には、開閉バルブ３４が設けられている。この開閉バルブ３４を調整することにより、サプライヘッダ３１からリターンヘッダ３２へと流れる冷水流量を調整して、サプライヘッダ３１から外部負荷３へ流れる冷水の供給圧力を調整するようになっている。この開閉バルブ３４の制御は、設備側制御部によって行われる。
【００２８】
第１冷水ポンプ２１の下流側には、第１冷水ポンプ２１から流出する流量を計測する第１冷水流量計２４が設けられている。この第１冷水流量計２４の出力は、設備側制御部へと送られる。
第１冷水ポンプ２１と第１ターボ冷凍機１１との間から分岐して、バイパス回路３３へと接続される第１バイパス流路２５が設けられている。第１バイパス流路２５には、冷水流量を計測する第１バイパス流量計２６、及び、第１バイパス弁２７が設けられている。第１バイパス流量計の出力は、設備側制御部４０（図２参照）へと送られる。第１バイパス弁２７は、設備側制御部によってその開度が制御される。
第１ターボ冷凍機１１の上流側の冷水配管には、第１ターボ冷凍機１１へと流入する冷水温度を計測するための第１冷水入口温度センサ２９が設けられている。この第１冷水入口温度センサ２９の出力は、設備側制御部４０へと送られる。
リターンヘッダ３２の上流側の冷水配管には、外部負荷３から戻される冷水の温度を検出するための温度センサ２９ｂが設けられている。
【００２９】
第２ターボ冷凍機１２及び第３ターボ冷凍機１３についても、第１ターボ冷凍機１１と同様に、バイパス流路、バイパス流量計、バイパス弁および冷水入口温度センサが設けられている。ただし、図１では、理解の容易のために第１ターボ冷凍機１１に対してのみこれらの構成が示されている。もちろん、用途に応じて、第２ターボ冷凍機１２や第３ターボ冷凍機１３にこれらの機器を設けない構成としても良い。
【００３０】
図２には、設備側制御部４０と冷凍機側制御部４２との間のデータの受け渡しが示されている。
設備側制御部４０からは、目標熱負荷、目標冷水出口温度、現在値冷水入口温度が冷凍機側制御部４２へと送られる。
目標熱負荷は、サプライヘッダ３１にて合流する冷水温度に影響を与えない程度に許容できる熱負荷を意味する。すなわち、増段する際に併入しようとするターボ冷凍機が要求される冷水出口温度（目標冷水出口温度）を満足しつつ、他のターボ冷凍機から供給された冷水が合流するサプライヘッダ３１の冷水温度に影響を与えない程度の熱負荷を意味する。
目標冷水出口温度は、外部負荷３が要求する冷水温度に依存し、設備側制御部において決定される。
現在値冷水入口温度は、現在における冷水入口温度を意味し、第１冷水入口温度センサ２９から設備側制御部４０が所定周期にて得ている。
【００３１】
冷凍機側制御部４２は、目標冷水出口温度と、現在値冷水入口温度とに基づいて、目標熱負荷を満足する冷水の目標冷水流量を演算し、設備側制御部４２へと出力する。すなわち、下式に示すように、冷凍機が出力する熱負荷Qは、冷水出口温度Ｔｏと冷水入口温度Ｔｉとの温度差、冷水流量Ｇに比例するという熱バランスの関係を用いて目標冷水流量を演算する。
Ｑ＝（Ｔｉ−Ｔｏ）×Ｇ×γ×λ    ・・・・・（１）
ここで、γは、冷水出入口の平均温度における冷水の比重、λは、冷水出入口の平均温度における冷水の比熱を意味する。
【００３２】
設備側制御部４０は、冷凍機側制御部４２から得られた目標冷水流量となるように、第１冷水ポンプ２１及び第１バイパス弁２７を制御する。この制御の際には、第１冷水流量計２４及び第１バイパス流量計２６の出力値をフィードバックして行う。特に、上述したような定格の３．３％といったような極めて低い低流量の場合には、冷水ポンプ２１の回転数制御だけでは流量制御は困難なので、第１バイパス弁２７の開度を調節することによって所望の流量を得る。なお、第１ターボ冷凍機１１へ供給される冷水流量は、第１冷水流量計２４の出力値と第１バイパス流量計２６の出力値との差分から得ることができる。
【００３３】
次に、上記構成の冷凍システム１の制御方法について説明する。
ターボ冷凍機の増段時を例として説明する。具体的には、第２ターボ冷凍機１２及び第３ターボ冷凍機１３が起動しており、第１ターボ冷凍機１１が併入前となっている状態を想定して説明する。
第２ターボ冷凍機１２及び第３ターボ冷凍機１３によって例えば８℃とされた目標冷水出口温度が維持されている。例えば通り雨が近づき急激な湿度上昇が予想されるといったように、近い将来に導入外気の湿度上昇により除湿のための熱負荷が急激に増大することが予測される場合には、設備側制御部４０からの指令により、起動指令があれば即座に熱負荷を出力できるように第１ターボ冷凍機１１は早期起動用待機モードに入る。この早期起動用待機モードは、目標冷水出口温度の冷水を供給する一方で、外部負荷へ影響を与えない程度の小さな熱負荷を出力しながら待機運転を行うものである。このときの熱負荷は、例えば定格の２０％以下、好ましくは定格の１０％以下といった超低負荷とされる。
【００３４】
早期起動用待機モードでは、設備側制御部４０から目標冷水出口温度、現在値冷水入口温度および目標熱負荷を冷凍機側制御部４２が得る。そして、冷凍機側制御部４２では、これら目標冷水出口温度と現在値冷水入口温度とに基づいて、目標熱負荷を満足する冷水の目標冷水流量を演算する。即ち、目標冷水出口温度と現在値冷水入口温度の温度差に基づいて定格時の冷水出入口温度差に対する割合を得る。この割合が定格冷水流量時の冷凍機熱負荷となる。そして、この冷凍機熱負荷と目標熱負荷との比に等しくなるように、定格冷水流量に対する目標冷水流量の比を決定する。
例えば、冷水出入口の定格温度差が５℃で、現在値冷水入口温度が８℃、目標冷水出口温度が５℃、目標熱負荷が２％の場合には、次のようになる。定格温度差５℃に対して現在の温度差が８℃−５℃＝３℃となるので、冷水流量が定格の場合には、３／５×１００％＝６０％の出力でターボ冷凍機は運転されることとなる。一方、要求される目標熱負荷が２％なので、熱出力を２／６０×１００％＝３．３％に絞る必要があるので、目標冷水流量は定格流量の３．３％ということになる。
このように得られた目標冷水流量は、冷凍機側制御部４２から設備側制御部４２へと出力される。
設備側制御部４２は、この目標冷水流量を実現するように、第１冷水ポンプ２１および第１バイパス弁２７をフィードバック制御する。
この状態で第１ターボ冷凍機１１は運転され、将来の急激な負荷上昇に備える。
例えば通り雨が到来し、除湿のために急激な負荷上昇が設備側制御部４０から要求されると、第１ターボ冷凍機１１は、既に目標冷水出口温度に調整されているので、速やかに負荷を上げることができる。
【００３５】
早期起動用待機モードでは、冷水流量が極めて少なく（例えば上述の例では定格の３．３％）、しかもターボ冷凍機は目標熱負荷に応じた冷凍出力を出力しているので、蒸発器の伝熱管内で冷水が凍結するおそれがある。そこで、以下のように制御することが好ましい。
冷凍機側制御部４２は、設備側制御部４０から現在の冷水流量（現在値冷水流量）を得ることとする。そして、現在値冷水流量が目標冷水流量から求められる閾値を下回った場合には、冷水が伝熱管内で止まって凍結するおそれがあると判断して、ターボ冷凍機の停止動作を開始する。
閾値の設定は、具体的には、図３のように行う。同図において、横軸は、目標冷水流量であり、定格時の冷水流量に対する百分率で示してある。縦軸は、ターボ冷凍機の停止動作を開始する冷水流量の閾値である。
同図に示されているように、定格の３０％以下の目標冷水流量となると、目標冷水流量の６０％を閾値とする。したがって、定格３０％流量のときは、その６０％の１８％が閾値となる。このように、目標冷水流量に応じて閾値を変化させることができるので、運転状態に応じた適切な閾値を設定することができる。
しかし、目標冷水流量がさらに低下していっても、閾値が２％を下回らないようにする。このようにして、絶対的な下限となる閾値を設けることにより機器の保護を図る。
【００３６】
また、冷凍機制御部４２が蒸発器内の蒸発圧力を得て、この蒸発圧力が所定値以下となった場合に、ターボ冷凍機の停止動作を開始することとしても良い。これにより、蒸発圧力が所定値以下となった場合には、蒸発温度が所定値以下に下がったことを意味するので、伝熱管内の冷水の凍結を正確に予測することができる。この蒸発圧力による制御は、上述の冷水流量による制御と併せて用いるのが好ましい。具体的には、冷水流量または蒸発圧力のいずれかが所定値を下回った場合にはターボ冷凍機の停止動作を行う。このように、冷水流量および蒸発圧力を用いることにより、いずれかのセンサが故障したとしても停止動作を確実に行うことができる。また、一般に流量計からの出力は設備側制御部４０から冷凍機側制御部４２が得ることになるが、蒸発圧力を用いることとすれば、設備側制御部４０にかかわらず冷凍機制御部４２により処理を完結することができるという利点がある。また、設備側制御部４０から冷水流量を得ることができない環境の場合には、蒸発圧力のみで停止動作に関する制御を行うことも可能である。
さらに、センサの故障等のバックアップのために、蒸発器の液冷媒温度や、現在の冷水出口温度を用いることとしても良い。
【００３７】
早期起動用待機モードでは、上述のように冷水流量が極めて少なくなるので、ターボ冷凍機の温度調節制御についても以下のようにすることが好ましい。
冷水の温度制御は、IGVの開度を変化させることによって行う。このIGV開度は、現在値冷水出口温度をフィードバック制御（例えばPID制御やPI制御）することによって与えられる。このフィードバック制御の際の制御出力の感度を、現在値冷水流量の低下に応じて落とすこととする。
通常の定格運転では、IGV開度を得る際の制御ゲインは、冷水流量が定格の場合を基準として設定されたものが用いられる。しかし、早期起動用待機モードでは、冷水流量が定格よりも大幅に小さくなるので、定格時の制御ゲインを用いると感度が過剰となりすぎてオーバーシュートしてしまうおそれがある。そこで、現在値冷水流量の低下に応じて、IGV開度を得る際のフィードバック制御出力の感度を落とすこととして、制御性を確保するようになっている。例えば、比例ゲインを冷水流量に反比例させることとする。あるいは、積分ゲインの積分時間を冷水流量に反比例させても良い。
【００３８】
なお、本実施形態では、ターボ冷凍機を増段する際の動作について説明したが、本発明はターボ冷凍機の台数を減じる減段時にも用いることができる。すなわち、外部負荷３から要求される熱負荷が減少していき１台のターボ冷凍機を減段させる際には、このターボ冷凍機を停止させるのではなく、上述した早期起動用待機モードで運転を継続させておく。これにより、再び負荷が上昇したときには即座に対応することができる。
また、ターボ冷凍機の段数については、本実施形態の３段に限定されるものではなく、２段あるいは４段以上であっても良い。
また、上述の早期起動用待機モードが可能なターボ冷凍機は１台のみであってもよく、また一部の複数台のターボ冷凍機でもあってもよく、さらには全台のターボ冷凍機であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態にかかる冷凍システムを示しが概略構成図である。
【図２】設備側制御部と冷凍機側制御部とのデータの授受を示した図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるターボ冷凍機を停止する際に用いる冷水流量の閾値を示したグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１  冷凍システム
１１  第１ターボ冷凍機
１２  第２ターボ冷凍機
１３  第３ターボ冷凍機
２１  第１冷水ポンプ
２２  第２冷水ポンプ
２３  第３冷水ポンプ
２４  第１冷水流量計
２５  第１バイパス流路
２６  第１バイパス流量計
２７  第１バイパス弁
２９  第１冷水入口温度センサ
３３  バイパス回路
４０  設備側制御部
４２  冷凍機側制御部
【図１】
0005495499.tif 000002
【図２】
0005495499.tif 000003
【図３】
0005495499.tif 000004