(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側設備としての冷凍機が複数台並列に配置され、前記複数台の冷凍機に対して二次側設備としての熱負荷源が接続されて、前記複数台の冷凍機と前記熱負荷源との間で冷水が循環可能になっている空調システムの、前記複数の冷凍機を増段又は減段して台数制御する冷凍機の台数制御方法において、
前記熱負荷源から前記冷凍機側に戻される冷水が有する熱量である負荷側合計熱量に基づいて設定される前記冷凍機の増段条件及び減段条件を、それぞれ対熱量増段条件及び対熱量減段条件とし、
前記熱負荷源から前記冷凍機側に戻される冷水の流量である負荷側合計流量に基づいて設定される前記冷凍機の増段条件及び減段条件を、それぞれ対流量増段条件及び対流量減段条件とし、
前記対熱量増段条件及び前記対流量増段条件の何れかを満たす場合、前記冷凍機を１台増段し、前記対熱量減段条件及び前記対流量減段条件の全条件を満たす場合、前記冷凍機を１台減段し、
前記対熱量減段条件は、前記対熱量増段条件に対してヒステリシスを有し、
前記対流量減段条件は、前記対流量増段条件に対してヒステリシスを有し、
前記ヒステリシスを実現するものとして予め設定した値を、それぞれ冷凍機減段用ディファレンシャル熱量及び冷凍機減段用ディファレンシャル流量とし、そして、
前記対熱量増段条件としての第１増段条件を、
負荷側合計熱量＞現在運転している冷凍機それぞれに設定されている定格熱量の総和
とし、
前記対流量増段条件としての第２増段条件を、
負荷側合計流量＞現在運転している冷凍機それぞれに設定されている冷水最大流量の総和
とし、
前記対熱量減段条件としての第１減段条件を、
負荷側合計熱量≦（現在運転している冷凍機それぞれに設定されている定格熱量の総和）−（現在運転している冷凍機のうち、次に減段すると決めてある冷凍機の定格熱量）−（冷凍機減段用ディファレンシャル熱量）
とし、
前記対流量減段条件としての第２減段条件を、
負荷側合計流量≦（現在運転している冷凍機それぞれに設定されている冷水最大流量の総和）−（現在運転している冷凍機のうち、次に減段すると決めてある冷凍機の冷水最大流量）−（冷凍機減段用ディファレンシャル流量）
とし、
複数の前記対熱量増段条件及び複数の前記対熱量減段条件を基に、冷凍機の台数制御をするものであり、
前記空調システムでは、各冷凍機が冷却塔との間で冷却水を循環させており、
前記冷凍機系統のＣＯＰ（Coefficient  Of  Performance）の最大値を得る冷凍機の冷却負荷率を示す値であって、前記冷凍機の冷却水出口温度と冷水出口温度との差分（以下、温度偏差という。）が小さいほど小さくなる値を冷凍機最適負荷率とし、
前記冷凍機最適負荷率と、前記冷凍機の温度偏差との関係から、前記冷凍機の現在の温度偏差に対応する前記冷凍機最適負荷率の現在値を求め、そして、
前記複数の対熱量増段条件のうちのもう一つの対熱量増段条件としての第３増段条件を、
負荷側合計熱量＞（（現在運転している冷凍機それぞれに設定されている定格熱量の総和）＋（次に増段すると決めてある冷凍機の定格熱量））×（冷凍機最適負荷率の現在値）
とし、
前記複数の対熱量減段条件のうちのもう一つの対熱量減段条件としての第３減段条件を、
負荷側合計熱量≦（現在運転している冷凍機それぞれに設定されている定格熱量の総和）×（冷凍機最適負荷率の現在値）−（冷凍機減段用ディファレンシャル熱量）
とし、
前記第１増段条件、前記第２増段条件、及び前記第３増段条件の何れかを満たす場合、前記冷凍機を１台増段し、前記第１減段条件、前記第２減段条件、及び前記第３減段条件の全条件を満たす場合、前記冷凍機を１台減段することを特徴とする冷凍機の台数制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調システムにおいて複数の冷凍機を増段又は減段して冷凍機を台数制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、冷凍機の定格流量を基に、増段する制御を行っている。具体的には、二次側設備の二次側流量が、冷凍機の定格流量の合計値である一次側流量よりも大きい場合、熱源機の運転台数を増段している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１５３３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１では、流量のみを基準に増段する制御を行っているため、冷凍機を増段したときに既に、熱源機から二次側設備への冷水の送水温度が高くなり過ぎてしまう場合がある。
本発明の課題は、冷凍機の運転台数を、二次側設備からの冷水を的確に冷却できる台数にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明の一態様に係る冷凍機の台数制御方法は、熱負荷源から冷凍機側に戻される冷水が有する熱量である負荷側合計熱量に基づいて設定される冷凍機の増段条件及び減段条件を、それぞれ対熱量増段条件及び対熱量減段条件とし、熱負荷源から冷凍機側に戻される冷水の流量である負荷側合計流量に基づいて設定される冷凍機の増段条件及び減段条件を、それぞれ対流量増段条件及び対流量減段条件とし、対熱量増段条件及び対流量増段条件の何れかを満たす場合、冷凍機を１台増段し、対熱量減段条件及び対流量減段条件の全条件を満たす場合、冷凍機を１台減段する。
【０００６】
また、本発明の一態様に係る冷凍機の台数制御方法では、対熱量減段条件は、対熱量増段条件に対してヒステリシスを有し、対流量減段条件は、対流量増段条件に対してヒステリシスを有し、
ヒステリシスを実現するものとして予め設定した値を、それぞれ冷凍機減段用ディファレンシャル熱量及び冷凍機減段用ディファレンシャル流量とし、そして、
対熱量増段条件としての第１増段条件を、
負荷側合計熱量＞現在運転している冷凍機それぞれに設定されている定格熱量の総和
とし、
対流量増段条件としての第２増段条件を、
負荷側合計流量＞現在運転している冷凍機それぞれに設定されている冷水最大流量の総和
とし、
対熱量減段条件としての第１減段条件を、
負荷側合計熱量≦（現在運転している冷凍機それぞれに設定されている定格熱量の総和）−（現在運転している冷凍機のうち、次に減段すると決めてある冷凍機の定格熱量）−（冷凍機減段用ディファレンシャル熱量）
とし、
対流量減段条件としての第２減段条件を、
負荷側合計流量≦（現在運転している冷凍機それぞれに設定されている冷水最大流量の総和）−（現在運転している冷凍機のうち、次に減段すると決めてある冷凍機の冷水最大流量）−（冷凍機減段用ディファレンシャル流量）
とする。
【０００７】
また、本発明の一態様に係る冷凍機の台数制御方法では、
複数の前記対熱量増段条件及び複数の前記対熱量減段条件を基に、冷凍機の台数制御をするものであり、
前記空調システムでは、各冷凍機が冷却塔との間で冷却水を循環させており、
前記冷凍機系統のＣＯＰ（Coefficient  Of  Performance）の最大値を得る冷凍機の冷却負荷率を示す値であって、前記冷凍機の温度偏差（冷却水出口温度と冷水出口温度との差分）が小さいほど小さくなる値を冷凍機最適負荷率とし、
前記冷凍機最適負荷率と、前記冷凍機の温度偏差との関係から、前記冷凍機の現在の温度偏差に対応する前記冷凍機最適負荷率の現在値を求め、そして、
前記複数の対熱量増段条件のうちのもう一つの対熱量増段条件としての第３増段条件を、
負荷側合計熱量＞（（現在運転している冷凍機それぞれに設定されている定格熱量の総和）＋（次に増段すると決めてある冷凍機の定格熱量））×（冷凍機最適負荷率の現在値）
とし、
前記複数の対熱量減段条件のうちのもう一つの対熱量減段条件としての第３減段条件を、
負荷側合計熱量≦（現在運転している冷凍機それぞれに設定されている定格熱量の総和）×（冷凍機最適負荷率の現在値）−（冷凍機減段用ディファレンシャル熱量）
とし、
前記第１増段条件、前記第２増段条件、及び前記第３増段条件の何れかを満たす場合、前記冷凍機を１台増段し、前記第１減段条件、前記第２減段条件、及び前記第３減段条件の全条件を満たす場合、前記冷凍機を１台減段する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様に係る冷凍機の台数制御方法によれば、二次側設備から戻ってくる冷水に関し、流量及び熱量の両条件を基に一次側の冷凍機で冷却でき、二次側設備から戻ってくる冷水を的確に冷却できる。また、ヒステリシスを有することで、冷凍機２の台数制御のハンチング等を防止できる。
また、二次側設備から戻ってくる冷水に関し、流量及び熱量の両条件を基に一次側の冷凍機で冷却でき、二次側設備から戻ってくる冷水を的確に冷却できる。
また、第３増段条件により冷凍機が増段された場合、そのときの冷凍機系統は、ＣＯＰの最大値を得る冷却負荷率で運転されるようになる。これにより、一次側全体では、冷凍機を増段してもなお、高効率で冷水を冷却できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態の空調システムの構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態における台数制御部による冷凍機の台数制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】第２の実施形態における台数制御部による冷凍機の台数制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】インバータ冷凍機である冷凍機の冷却負荷率と本体ＣＯＰとの関係を示す特性図である。
【図５】固定速ターボ冷凍機の冷却負荷率と本体ＣＯＰとの関係を示す特性図である。
【図６】冷凍機の温度偏差に対応させて冷凍機最適増段負荷率を得るためのマップの一例を示す図である。
【図７】第３の実施形態における台数制御部による冷凍機の台数制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】冷水生産能力と本体消費電力（本体消費電流）との関係を示す特性図である。
【図９】温度偏差と冷凍機冷凍余裕率との関係の一例を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
（構成）
図１は、第１の実施形態の空調システム１の構成図である。
図１に示すように、空調システム１は、並列配置した複数台の熱源機である冷凍機２と、各冷凍機２に備わる一次冷水ポンプ３と、各冷凍機２の出口側の往水管路４にヘッダ（往ヘッダ）５を介して接続された複数台の二次冷水ポンプ６と、二次冷水ポンプ６にヘッダ（往ヘッダ）７及び往水管路８を介して接続され、互いに並列配置された複数台の空調機（二次側熱負荷源）９と、各空調機９と還水管路１０を介して接続されるヘッダ（還ヘッダ）１１と、還水管路１０に備わる絞り弁（二方弁）１２と、ヘッダ５，１１間を接続するバイパス管１３と、バイパス管１３に備わる絞り弁（二方弁）１４と、空調システム１を制御する制御装置２０と、を備える。
【００１３】
各冷凍機２は、還水管路１５を介してヘッダ１１と接続されており、各冷凍機２に対応して還水管路１５に一次冷水ポンプ３を備える。各冷凍機２は、圧縮機の回転数等をインバータ制御可能なインバータ駆動冷凍機である。各冷凍機２に対応して往水管路４に冷水出口温度センサ３１を備える。また、各冷凍機２には、冷却水配管３２が接続されている。各冷却水配管３２には、冷却塔３３、冷却水ポンプ３４及び冷却水出口温度センサ３５を備える。この各冷却水配管３２により冷却水が循環し、各冷却塔３３からの冷却水が各冷凍機２に送られる。
制御装置２０は、冷凍機２のインバータ制御をするインバータ制御部２１と、冷凍機２を増段及び減段する台数制御をする台数制御部２２とを備える。制御装置２０には、冷水出口温度センサ３１及び冷却水出口温度センサ３５の検出値が入力される。
図２は、台数制御部２２による冷凍機２の台数制御の処理手順を示す。
【００１４】
（ステップＳ１１）
ステップＳ１１では、台数制御部２２は、第１増段条件又は第２増段条件を満たすか否かを判定する。
ここで、第１増段条件とは、冷凍機２の定格熱量に基づいて設定された冷凍機２を増段するための条件である。具体的には、第１増段条件とは、負荷側合計熱量がしきい値となる増段熱量を超えているときに満たしていると判定される条件である。ここで、負荷側合計熱量とは、二次側熱量、すなわち、各空調機９について供給する往水とその還水との温度差に対して流量を乗算して熱量（負荷熱量）を算出し、それら各空調機９について得た熱量を合計した値である。増段熱量は、現在運転している冷凍機それぞれに設定されている冷凍機定格冷凍能力（定格熱量）の総和である。
すなわち、第１増段条件は、
負荷側合計熱量＞現在運転している冷凍機それぞれに設定されている冷凍機定格冷凍能力の総和  ・・・（１）
となる。
【００１５】
また、第２増段条件とは、冷凍機２の冷水最大流量（冷凍機冷水最大流量）を基に冷凍機２を増段するための条件である。具体的には、第２増段条件とは、負荷側合計流量がしきい値となる増段流量を超えているときに満たしていると判定される条件である。ここで、冷凍機２の冷水最大流量とは、冷凍機２で処理可能な冷水の最大流量である。例えば、冷凍機２からみて余裕をもって選定している一次冷水ポンプ３の定格流量を基に決定される。負荷側合計流量とは、二次側流量、すなわち、各空調機９からの冷水の流量を合計した値である。増段流量は、現在運転している冷凍機それぞれに設定されている冷凍機の冷水最大流量の総和である。
【００１６】
すなわち、第２増段条件は、
負荷側合計流量＞現在運転している冷凍機それぞれに設定されている冷凍機冷水最大流量の総和  ・・・（２）
となる。
このステップＳ１１では、台数制御部２２は、第１増段条件又は第２増段条件の少なくとも何れかを満たした場合、ステップＳ１２に進む。台数制御部２２は、そうでない場合、すなわち、第１増段条件及び第２増段条件の何れも満たさない場合、ステップＳ１３に進む。
【００１７】
（ステップＳ１２）
ステップＳ１２では、台数制御部２２は、増段要求をする。具体的には、台数制御部２２は、予め決めてある冷凍機２の運転を開始させる。さらに、台数制御部２２は、その冷凍機２の補機となる一次冷水ポンプ３の運転も同時に開始させる。そして、台数制御部２２は、該図２に示す処理を終了する（前記ステップＳ１１からの処理を再び開始する）。
【００１８】
（ステップＳ１３）
ステップＳ１３では、台数制御部２２は、第１減段条件及び第２減段条件を満たすか否かを判定する。
ここで、第１減段条件とは、冷凍機２の定格熱量を基に冷凍機２を減段するための条件である。具体的には、第１減段条件とは、負荷側合計熱量がしきい値となる減段熱量以下であるときに満たされていると判定される条件である。ここで、減段熱量とは、現在運転している冷凍機それぞれに設定されている冷凍機定格冷凍能力の総和から、現在運転している冷凍機のうち減段要求があったならば次に減段すると決めてある冷凍機の冷凍機定格冷凍能力及び冷凍機減段用ディファレンシャル熱量を減算した値である。冷凍機減段用ディファレンシャル熱量を用いることで、第１減段条件は、第１増段条件に対してヒステリシスを有するものとなる。
【００１９】
すなわち、第１減段条件は、
負荷側合計熱量≦（現在運転している冷凍機それぞれに設定されている冷凍機定格冷凍能力の総和）−（現在運転している冷凍機のうち、減段要求があったならば次に減段すると決めてある冷凍機の冷凍機定格冷凍能力）−（冷凍機減段用ディファレンシャル熱量）  ・・・（３）
となる。
【００２０】
また、第２減段条件とは、冷凍機２の冷水最大流量に基づいて設定された冷凍機２を減段するための条件である。具体的には、第２減段条件とは、負荷側合計流量がしきい値となる減段流量以下であるときに満たされていると判定される条件である。ここで、減段流量とは、現在運転している冷凍機それぞれに設定されている冷凍機冷水最大流量の総和から、現在運転している冷凍機のうち減段要求があったならば次に減段すると決めてある冷凍機の冷凍機冷水最大流量、及び冷凍機減段用ディファレンシャル流量を減算した値である。冷凍機減段用ディファレンシャル流量を用いることで、第２減段条件は、第２増段条件に対してヒステリシスを有するものとなる。
【００２１】
すなわち、第２減段条件は、
負荷側合計流量≦（現在運転している冷凍機それぞれに設定されている冷凍機冷水最大流量の総和）−（現在運転している冷凍機のうち、減段要求があったならば次に減段すると決めてある冷凍機の冷凍機冷水最大流量）−（冷凍機減段用ディファレンシャル流量）  ・・・（４）
となる。
このステップＳ１３では、台数制御部２２は、第１減段条件及び第２減段条件の両方を満たした場合、ステップＳ１４に進む。台数制御部２２は、そうでない場合、すなわち、第１減段条件及び第２減段条件の一方でも満たさない場合、ステップＳ１５に進む。
【００２２】
（ステップＳ１４）
ステップＳ１４では、台数制御部２２は、減段要求をする。具体的には、台数制御部２２は、予め決めてある冷凍機２の運転を停止させる。さらに、台数制御部２２は、その冷凍機２の補機となる一次冷水ポンプ３の運転も同時に停止させる。そして、台数制御部２２は、該図２に示す処理を終了する（前記ステップＳ１１からの処理を再び開始する）。
【００２３】
（ステップＳ１５）
ステップＳ１５では、台数制御部２２は、増減段要求をしない。すなわち、冷凍機２の現状の運転台数を維持する。そして、台数制御部２２は、該図２に示す処理を終了する（前記ステップＳ１１からの処理を再び開始する）。
なお、この第１の実施形態では、第１増段条件が対熱量増段条件に対応し、第２増段条件が対流量増段条件に対応し、第１減段条件が対熱量減段条件に対応し、第２減段条件が対流量減段条件に対応する。
【００２４】
（動作、作用及び効果）
空調システム１では、第１増段条件（前記（１）式）又は第２増段条件（前記（２）式）の少なくとも何れかを満たすと、増段要求により、予め決めてある冷凍機２と共にその補機となる一次冷水ポンプ３の運転を開始させる（前記ステップＳ１１→ステップＳ１２）。
一方、空調システム１では、第１減段条件（前記（３）式）及び第２減段条件（前記（４）式）の両方を満たすと、減段要求により、予め決めてある冷凍機２と共にその補機となる一次冷水ポンプ３の運転を停止させる（前記ステップＳ１３→ステップＳ１４）。
【００２５】
また、空調システム１では、前記ステップＳ１１の判定、及び前記ステップＳ１３の判定の何れでも判定条件を満たす結果が得られない場合、増減段しない、すなわち、現状の運転台数を維持する（前記ステップＳ１１→ステップＳ１３→ステップＳ１５）。
このように、第１増段条件（前記（１）式）又は第２増段条件（前記（２）式）の少なくとも何れかを満たす場合に、増段し、第１減段条件（前記（３）式）及び第２減段条件（前記（４）式）の両条件を満たす場合に、減段することで、二次側熱量が一次側熱量（冷却能力）を超えることもなく、かつ二次側流量が一次側流量を超えることもなく、冷凍機２の台数制御ができるようになる。これにより、二次側設備から戻ってくる冷水を的確に一次側で冷却できる。
また、第１増段条件と第１減段条件との間、及び第２増段条件と第２減段条件との間それぞれに、ヒステリシスを設けることで、冷凍機２の台数制御のハンチング等を防止できる。
【００２６】
（第２の実施形態）
（構成）
第２の実施形態の空調システムの基本的構成は、前記図１に示した第１の実施形態の空調システムの構成と同一である。
図３は、台数制御部２２による冷凍機２の台数制御の処理手順を示す。
【００２７】
（ステップＳ２１）
ステップＳ２１では、台数制御部２２は、第１増段条件、第２増段条件又は第３増段条件の何れかを満たすか否かを判定する。
ここで、第１増段条件及び第２増段条件は、前記第１の実施形態で説明した通りである。第３増段条件とは、冷凍機２の定格熱量に基づいて設定された冷凍機２を増段するための条件である。具体的には、第３増段条件とは、負荷側合計熱量がしきい値となる増段熱量を超えているときに満たしていると判定される条件である。ここで、負荷側合計熱量は、前記第１の実施形態で説明した通りである。また、ここでいう増段熱量は、現在運転している冷凍機それぞれに設定されている冷凍機定格冷凍能力の総和に、増段要求があったならば次に増段すると決めてある冷凍機の冷凍機定格冷凍能力を加算し、その加算値に冷凍機最適増段負荷率を乗算した値である。
【００２８】
ここで、図４は、インバータ冷凍機固有の特性図の一例であり、インバータ冷凍機である冷凍機２の冷却負荷率と本体（単体）ＣＯＰ（Coefficient Of Performance、成績係数）との関係を示す。この図４は、冷凍機２の冷却水出口温度（具体的には、冷水出口温度（７℃）との差分）をパラメータとして、冷却負荷率と本体ＣＯＰとの関係を示す。
図４に示すように、冷凍機２の冷却水出口温度が低いほど（もしくは温度偏差が小さいほど）、本体ＣＯＰ全体が大きくなる。そして、冷凍機２の冷却水出口温度が低くなると（もしくは温度偏差が小さくなると）、冷却負荷率が１００（％）未満で本体ＣＯＰの最大点（最大ＣＯＰ）が得られるようになる。さらに、冷凍機２の温度偏差が小さくなるほど、その本体ＣＯＰの最大点は、冷却負荷率がより低くなる方向に移動するようになる。すなわち、冷凍機２の温度偏差が小さくなるほど、高効率で冷凍機２を運転させることができるようになる。例えば、圧縮機の回転数を抑えて、冷凍機２を運転させることができるようになる。
【００２９】
図５は、前記図４と対比するために示す固定速ターボ冷凍機（定速機）固有の特性図の一例であり、固定速ターボ冷凍機の冷却負荷率と本体ＣＯＰとの関係を示す。
図５に示すように、インバータ冷凍機同様に、固定速ターボ冷凍機の温度偏差が小さいほど、本体ＣＯＰ全体が大きくなる。しかし、インバータ冷凍機（前記図４の特性）と比較して、温度偏差の減少に対する本体ＣＯＰ全体の増加割合は小さい。さらに、固定速ターボ冷凍機の温度偏差が小さくなっても、インバータ冷凍機で得られたような本体ＣＯＰの最大点（前記図４の特性）が顕著に現れない。すなわち、固定速ターボ冷凍機では、温度偏差が小さくなっても、インバータ冷凍機の場合のように、低い負荷率の場合には高効率で運転できるわけでもない。
【００３０】
本実施形態において、冷凍機最適増段負荷率とは、前記図４に示す本体ＣＯＰの最大値（図４中の黒丸印）が得られるときの冷却負荷率のことである。そして、前記図４に示したように、本体ＣＯＰの最大値が冷凍機２の温度偏差に応じて変化する特性があることから、この特性を予め実験等により求めておく。
図６は、温度偏差から冷凍機最適増段負荷率を得るためのマップの一例を示す。図６は、温度偏差と、冷凍機最適増段負荷率との関係を示す。図６に示すように、温度偏差が小さくなるほど、冷凍機最適増段負荷率が小さくなる（本例では、０．３〜１．０の間で変化）。
【００３１】
例えば、実験値、経験値又は理論値として、温度偏差と冷凍機最適増段負荷率との関係からなるマップを得る。例えば、複数の温度偏差について冷凍機最適増段負荷率を得る実験を行い、その実験結果よりマップを得る。このとき、実験を行わない温度偏差に対応する冷凍機最適増段負荷率については、他のデータを補間して得るようにする。
また、下記（５）式のように、冷凍機最適増段負荷率ｆ１（ｘ）を得ることもできる。
ｆ１（ｘ）＝ａ・ｘ３＋ｂ・ｘ２＋ｃ・ｘ＋ｄ  ・・・（５）
ここで、ｘは温度偏差である。ａ，ｂ，ｃ，ｄは定数である。
【００３２】
以上のような冷凍機最適増段負荷率の取得については、具体的には、台数制御部２２は、冷却水出口温度センサ３５と冷水出口温度センサ３１から得た、温度偏差を算出し、算出した温度偏差に対応する冷凍機最適増段負荷率を算出した温度偏差に対応する冷凍機最適増段負荷率を、前記マップや数式により算出している。
ここで、冷却水出口温度や冷水出口温度は、センサで計測された値を用いる代わりに冷凍機２を最適運転させるために演算した仮想的な温度として温度偏差を求め、冷凍機最適増段負荷率を算出することもできる。
【００３３】
また、冷凍機最適増段負荷率を算出するための本体ＣＯＰは、冷凍機本体だけでなく、冷水ポンプ、冷却水ポンプ、冷却塔ファンまで含めた、冷凍機系統の総合ＣＯＰとすることもできる。総合ＣＯＰの算出にあたっては、外気条件と冷却負荷をもとに運転シミュレーションを作成し、その結果をもとに、図６のかわりに外気湿球温度と冷凍機最適増段負荷率の関係式を作成してもよい。この場合は（５）式のｘは外気湿球温度となる。
【００３４】
このようして得られる冷凍機最適増段負荷率を用いて、第３増段条件は、
負荷側合計熱量＞（（現在運転している冷凍機それぞれに設定されている冷凍機定格冷凍能力の総和）＋（増段要求があったならば次に増段すると決めてある冷凍機の冷凍機定格冷凍能力））×（冷凍機最適増段負荷率）  ・・・（６）
となる。
このステップＳ２１では、台数制御部２２は、第１増段条件、第２増段条件又は第３増段条件の少なくとも何れかを満たした場合、ステップＳ２２に進む。台数制御部２２は、そうでない場合、すなわち、第１増段条件、第２増段条件及び第３増段条件の何れも満たさない場合、ステップＳ２３に進む。
【００３５】
（ステップＳ２２）
ステップＳ２２では、台数制御部２２は、増段要求をする。具体的には、台数制御部２２は、予め決めてある冷凍機２の運転を開始させる。さらに、台数制御部２２は、その冷凍機２の補機となる一次冷水ポンプ３の運転も同時に開始させる。そして、台数制御部２２は、該図３に示す処理を終了する（前記ステップＳ２１からの処理を再び開始する）。
【００３６】
（ステップＳ２３）
ステップＳ２３では、台数制御部２２は、第１減段条件、第２減段条件及び第３減段条件を満たすか否かを判定する。
ここで、第１減段条件及び第２減段条件は、前記第１の実施形態で説明した通りである。第３減段条件とは、冷凍機２の定格熱量に基づいて設定された冷凍機２を減段するための条件である。具体的には、第３減段条件とは、負荷側合計熱量がしきい値となる減段熱量以下であるときに満たされていると判定される条件である。ここで、負荷側合計熱量は、前記第１の実施形態で説明した通りである。また、ここでいう減段熱量とは、現在運転している冷凍機それぞれに設定されている冷凍機定格冷凍能力の総和に冷凍機最適減段負荷率を乗算し、その乗算値から冷凍機減段用ディファレンシャル熱量を減算した値である。ここで、冷凍機最適減段負荷率は、前記冷凍機最適増段負荷率（冷凍機最適負荷率）と同等な値である（冷凍機最適負荷率＝冷凍機最適増段負荷率＝冷凍機最適減段負荷率）。また、冷凍機減段用ディファレンシャル熱量を用いることで、第３減段条件は、第３増段条件に対してヒステリシスを有するものとなる。
【００３７】
すなわち、第３減段条件は、
負荷側合計熱量≦（現在運転している冷凍機それぞれに設定されている冷凍機定格冷凍能力の総和）×（冷凍機最適減段負荷率）−（冷凍機減段用ディファレンシャル熱量）  ・・・（７）
となる。
このステップＳ２３では、台数制御部２２は、第１減段条件、第２減段条件及び第３減段条件の全てを満たした場合、ステップＳ２４に進む。台数制御部２２は、そうでない場合、すなわち、第１減段条件、第２減段条件及び第３減段条件の何れかを満たさない場合、ステップＳ２５に進む。
【００３８】
（ステップＳ２４）
ステップＳ２４では、台数制御部２２は、減段要求をする。具体的には、台数制御部２２は、予め決めてある冷凍機２の運転を停止させる。さらに、台数制御部２２は、その冷凍機２の補機となる一次冷水ポンプ３の運転も同時に停止させる。そして、台数制御部２２は、該図３に示す処理を終了する（前記ステップＳ２１からの処理を再び開始する）。
【００３９】
（ステップＳ２５）
ステップＳ２５では、台数制御部２２は、増減段要求をしない。そして、台数制御部２２は、該図３に示す処理を終了する（前記ステップＳ２１からの処理を再び開始する）。
なお、この第２の実施形態では、第１増段条件及び第３増段条件が複数の対熱量増段条件に対応し、第２増段条件が対流量増段条件に対応し、第１減段条件及び第３減段条件が複数の対熱量減段条件に対応し、第２減段条件が対流量減段条件に対応する。
【００４０】
（動作、作用及び効果）
空調システム１では、第１増段条件（前記（１）式）、第２増段条件（前記（２）式）又は第３増段条件（前記（６）式）の少なくとも何れかを満たすと、増段要求により、予め決めてある冷凍機２と共にその補機となる一次冷水ポンプ３の運転を開始させる（前記ステップＳ２１→ステップＳ２２）。
【００４１】
一方、空調システム１では、第１減段条件（前記（３）式）、第２減段条件（前記（４）式）、及び第３減段条件（前記（７）式）の全てを満たすと、減段要求により、予め決めてある冷凍機２と共にその補機となる一次冷水ポンプ３の運転を停止させる（前記ステップＳ２３→ステップＳ２４）。
また、空調システム１では、前記ステップＳ２１の判定、及び前記ステップＳ２３の判定の何れでも判定条件を満たす結果が得られない場合、増減段しない、すなわち、現状の運転台数を維持する（前記ステップＳ２１→ステップＳ２３→ステップＳ２５）。
【００４２】
このように、第１増段条件（前記（１）式）、第２増段条件（前記（２）式）、又は第３増段条件（前記（６）式）の少なくとも何れかを満たす場合に、増段し、第１減段条件（前記（３）式）、第２減段条件（前記（４）式）、及び第３減段条件（前記（７）式）の全条件を満たす場合に、減段することで、前記第１の実施形態と同様に、二次側熱量が一次側熱量（冷却能力）を超えることもなく、かつ二次側流量が一次側流量を超えることもなく、冷凍機２の台数制御ができるようになる。これにより、二次側設備から戻ってくる冷水を的確に一次側で冷却できる。
【００４３】
また、第１増段条件と第１減段条件との間、第２増段条件と第２減段条件との間、及び第３増段条件と第３減段条件との間それぞれに、ヒステリシスを設けることで、前記第１の実施形態と同様に、冷凍機２の台数制御のハンチング等を防止できる。
さらに、第２の実施形態では、第３増段条件により冷凍機２が増段された場合、そのときの（複数台の）冷凍機２は、本体ＣＯＰの最大値を得る冷却負荷率で運転されるようになる。
【００４４】
例えば、現在の温度偏差に対応して冷凍機最適増段負荷率が０．３であるときに、第３増段条件により冷凍機２が増段されると、各冷凍機２は、３０％相当の冷却負荷率にあり、かつ本体ＣＯＰが最大点となっている動作点で、運転されるようになる。
より具体的な例を示すと、４５％相当の冷却負荷率で２台の冷凍機２を運転しているときに、第３増段条件を満たした場合、１台増段されて、３台の冷凍機２が稼動するようになる。このとき、冷凍機最適増段負荷率が０．３であった場合、３台の冷凍機２は、３０％相当の冷却負荷率にあり、かつ本体ＣＯＰが最大点となっている動作点で、運転されるようになる。すなわち、運転を継続する２台の冷凍機２に加えて、新たに運転を開始した冷凍機２が、本体ＣＯＰが最大点となっている動作点で運転されるようになる。
【００４５】
これにより、運転される冷凍機２それぞれの冷却負荷率が４５％相当から３０％相当に低下するため、一次側全体では、冷凍機２を増段してもなお、高効率で冷水を冷却できるようになる。
例えば、前記第１の実施形態では、現在運転している冷凍機の運転状態が定格熱量や冷水最大流量になったときに、冷凍機を増段している。これに対して、第２の実施形態では、現在運転している冷凍機の運転状態が定格熱量や定格熱量に達してなく、運転状態に余裕があるときでも、増段するようになる。しかし、第２の実施形態では、本体ＣＯＰが最大点となっている動作点で、各冷凍機２を運転することができる。
これにより、前記第１の実施形態との比較では、冷凍機２が増段され易くなるものの（運転台数が増えるものの）、一次側全体として、高効率で冷水を冷却できるようになる。
【００４６】
（第３の実施形態）
（構成）
第３の実施形態の空調システムの基本的構成は、前記図１に示した第１の実施形態の空調システムの構成と同一である。
図７は、台数制御部２２による冷凍機２の台数制御の処理手順を示す。
【００４７】
（ステップＳ３１）
ステップＳ３１では、台数制御部２２は、第２増段条件、第３増段条件又は第４増段条件の何れかを満たすか否かを判定する。
ここで、第２増段条件及び第３増段条件は、前記第１及び第２の実施形態で説明した通りである。第４増段条件とは、冷凍機２の定格熱量に基づいて設定された冷凍機２を増段するための条件である。具体的には、第４増段条件とは、負荷側合計熱量がしきい値となる増段熱量を超えているときに満たしていると判定される条件である。ここで、負荷側合計熱量は、前記第１の実施形態で説明した通りである。また、ここでいう増段熱量は、現在運転している冷凍機それぞれに設定されている冷凍機定格冷凍能力の総和に冷凍機冷凍余裕率の現在値を乗算した値である。
【００４８】
ここで、冷凍機冷凍余裕率を説明する。
前記図４を用いて説明したように、温度偏差がその定格値（本例では、３７℃（冷却水出口温度）−７℃（冷水出口温度）＝３０℃）から低下すると、高効率で冷水を冷却できるようになる。言い換えれば、このことは、冷凍機２の消費電力（消費電流）を抑えて冷水を冷却できるということである。すなわち、冷凍機２の定格能力以上の冷水負荷を生産しても、冷凍機２の上限電力（上限電流）に上昇させることなく、消費電力に余裕をもって冷凍機２の運転継続が可能になることである。
【００４９】
図８は、このような関係を、冷水生産能力と本体消費電力（本体消費電流）との関係として表した例である。ここで、冷水生産能力は、冷凍機２の冷水の生産能力である。また、本体消費電力は、冷凍機２の消費電力である。冷水生産能力と本体消費電力との関係は、温度偏差が定格温度である３０℃のときに、冷水生産能力が１００％となり、本体消費電力が１００％（本体消費電力の上限電力）となる。
【００５０】
この例では、温度偏差が８℃程度まで低下すると、冷却負荷率の低下に起因して、冷水生産能力が１２０％まで上昇してようやく本体消費電力の上限電力（１００％）になる。すなわち、温度偏差が８℃程度まで低下すると、冷凍機２は最大１２０％の冷水生産能力で運転させることが可能になる。
冷凍機冷凍余裕率を、温度偏差（冷却水出口温度−冷水出口温度）を用いて、
冷凍機冷凍余裕率＝ｆ２（冷却水出口温度−冷水出口温度）  ・・・（８）
と定義する。
【００５１】
この（８）式に示すように、温度偏差から冷凍機冷凍余裕率を定義する。この冷凍機冷凍余裕率は、冷凍機２の定格熱量に対する該冷凍機２の現在の運転状態の余裕の度合いを示す値となる。より具体的には、冷凍機冷凍余裕率は、冷凍機２の本体消費電力の上限電力となる動作点に対する冷凍機２の運転状態（現在の本体消費電力）の余裕の度合いを示す値となる。この冷凍機冷凍余裕率は、１．０〜１．５の間で変化する。例えば、冷凍機冷凍余裕率が１．０の場合とは、冷凍機２の本体消費電力が上限電力（１００％）に達している場合を言う。
【００５２】
図９は、前記（８）式により得られる、温度偏差と冷凍機冷凍余裕率との関係の一例を示す。図９に示すように、温度偏差が小さくなると、冷凍機冷凍余裕率が１．０から１．５に増加していく。これは、温度偏差が小さいほど、冷凍機２の本体消費電力に余裕があり、冷凍機２の冷水生産能力に余裕があることを示す。
このような冷凍機最適増段負荷率の取得については、具体的には台数制御部２２は冷却水出口温度センサ３５と冷水出口温度センサ３１から得た、温度偏差に対応する冷凍機冷凍余裕率を算出する。
【００５３】
ここで、冷却水出口温度や冷水出口温度は、センサで計測された値を用いる代わりに冷凍機２を最適運転させるために演算した仮想的な温度として温度偏差を求め、冷凍機最適増段負荷率を算出することもできる。
このようにして得られる冷凍機冷凍余裕率を用いて、第４増段条件は、
負荷側合計熱量＞（現在運転している冷凍機それぞれに設定されている冷凍機定格冷凍能力の総和）×（冷凍機冷凍余裕率の現在値）  ・・・（９）
となる。
【００５４】
この第４増段条件は、前記第１の実施形態の第１増段条件（前記（１）式）を変形した条件である。
このステップＳ３１では、台数制御部２２は、第２増段条件、第３増段条件又は第４増段条件の少なくとも何れかを満たした場合、ステップＳ３２に進む。台数制御部２２は、そうでない場合、すなわち、第２増段条件、第３増段条件及び第４増段条件の何れも満たさない場合、ステップＳ３３に進む。
【００５５】
（ステップＳ３２）
ステップＳ３２では、台数制御部２２は、増段要求をする。具体的には、台数制御部２２は、予め決めてある冷凍機２の運転を開始させる。さらに、台数制御部２２は、その冷凍機２の補機となる一次冷水ポンプ３の運転も同時に開始させる。そして、台数制御部２２は、該図７に示す処理を終了する（前記ステップＳ３１からの処理を再び開始する）。
【００５６】
（ステップＳ３３）
ステップＳ３３では、台数制御部２２は、第２減段条件、第３減段条件及び第４減段条件を満たすか否かを判定する。
ここで、第２減段条件及び第３減段条件は、前記第１及び第２の実施形態で説明した通りである。第４減段条件とは、冷凍機２の定格熱量に基づいて設定された冷凍機２を減段するための条件である。具体的には、第４減段条件とは、負荷側合計熱量がしきい値となる減段熱量以下であるときに満たされていると判定される条件である。ここで、負荷側合計熱量は、前記第１の実施形態で説明した通りである。
【００５７】
また、ここでいう減段熱量は、次のように求められる。
先ず、現在運転している冷凍機２それぞれに設定されている冷凍機定格冷凍能力の総和から、現在運転している冷凍機のうち減段要求があったならば次に減段すると決めてある冷凍機の冷凍機定格冷凍能力を減算する。そして、その減算値に冷凍機冷凍余裕率の現在値を乗算する。さらに、その乗算値から冷凍機減段用ディファレンシャル熱量を減算する。冷凍機減段用ディファレンシャル熱量を用いることで、第４減段条件は、第４増段条件に対してヒステリシスを有するものとなる。
【００５８】
以上より、第４減段条件は、
負荷側合計熱量≦（（現在運転している冷凍機それぞれに設定されている冷凍機定格冷凍能力の総和）−（現在運転している冷凍機のうち、減段要求があったならば次に減段すると決めてある冷凍機の冷凍機定格冷凍能力））×（冷凍機冷凍余裕率の現在値）−（冷凍機減段用ディファレンシャル熱量）  ・・・（１０）
となる。
【００５９】
この第４減段条件は、前記第１の実施形態の第１減段条件（前記（３）式）を変形した条件である。
このステップＳ３３では、台数制御部２２は、第２減段条件、第３減段条件及び第４減段条件の全てを満たした場合、ステップＳ３４に進む。台数制御部２２は、そうでない場合、すなわち、第２減段条件、第３減段条件及び第４減段条件の何れかを満たさない場合、ステップＳ３５に進む。
【００６０】
（ステップＳ３４）
ステップＳ３４では、台数制御部２２は、減段要求をする。具体的には、台数制御部２２は、予め決めてある冷凍機２の運転を停止させる。さらに、台数制御部２２は、その冷凍機２の補機となる一次冷水ポンプ３の運転も同時に停止させる。そして、台数制御部２２は、該図７に示す処理を終了する（前記ステップＳ３１からの処理を再び開始する）。
【００６１】
（ステップＳ３５）
ステップＳ３５では、台数制御部２２は、増減段要求をしない。そして、台数制御部２２は、該図７に示す処理を終了する（前記ステップＳ３１からの処理を再び開始する）。
なお、この第２の実施形態では、第３増段条件及び第４増段条件が複数の対熱量増段条件に対応し、第２増段条件が対流量増段条件に対応し、第３減段条件及び第４減段条件が複数の対熱量減段条件に対応し、第２減段条件が対流量減段条件に対応する。
【００６２】
（動作、作用及び効果）
空調システム１では、第２増段条件（前記（２）式）、第３増段条件（前記（６）式）又は第４増段条件（前記（９）式）の少なくとも何れかを満たすと、増段要求により、予め決めてある冷凍機２と共にその補機となる一次冷水ポンプ３の運転を開始させる（前記ステップＳ３１→ステップＳ３２）。
【００６３】
一方、空調システム１では、第２減段条件（前記（４）式）、第３減段条件（前記（７）式）、及び第４減段条件（前記（１０）式）の全てを満たすと、減段要求により、予め決めてある冷凍機２と共にその補機となる一次冷水ポンプ３の運転を停止させる（前記ステップＳ３３→ステップＳ３４）。
また、空調システム１では、前記ステップＳ３１の判定、及び前記ステップＳ３３の判定の何れでも判定条件を満たす結果が得られない場合、増減段しない、すなわち、現状の運転台数を維持する（前記ステップＳ３１→ステップＳ３３→ステップＳ３５）。
【００６４】
これにより、第２増段条件と第２減段条件との間、第３増段条件と第３減段条件との間、及び第４増段条件と第４減段条件との間それぞれに、ヒステリシスを設けることで、前記第１及び第２の実施形態と同様に、冷凍機２の台数制御のハンチング等を防止できる。
また、第３の実施形態では、第４増段条件により冷凍機２が増段された場合（増段直前では）、そのときの（複数台の）冷凍機２は、その冷凍機２の定格熱量付近で運転されている。この増段時に温度偏差が小さい（冷却水出口温度が低い）ようなときには、運転効率（本体ＣＯＰ、又はその本体ＣＯＰの最大値）が上昇する特性に起因して、冷凍機２は、消費電力を上限電力以下として、冷凍機の定格熱量（定格能力）以上の冷水負荷を生産できる。
【００６５】
より具体的な例を示すと、２台の冷凍機２を運転しているときに、第４増段条件を満たした場合、１台増段されて、３台の冷凍機２が稼動するようになる。このとき、前記（８）式より冷凍機冷凍余裕率の現在値が１．５として算出されている場合には、増段前の２台の冷凍機２が冷水生産能力を１５０％程度に発揮して運転されている。このとき、２台の冷凍機２の定格能力以上の冷水負荷を生産しても、上限電力以下の本体消費電力で冷凍機２が運転されている。
【００６６】
そして、２台の冷凍機２がそのような１５０％程度の冷水生産能力を超えると、増段されて、３台の冷凍機２が稼動するようになる。
例えば、前記第１の実施形態では、現在運転している冷凍機の運転状態が定格熱量や冷水最大流量になったときに、冷凍機を増段している。これに対して、第３の実施形態では、現在運転している冷凍機の運転状態が定格熱量を超えても、本体消費電力を指標とした冷凍機の運転状態に余裕がある限り、増段せずに、運転台数を維持することが可能になる。
これにより、前記第１の実施形態との比較では、冷凍機２の冷水生産能力を最大限に発揮させて冷凍機の台数制御ができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、インバータ冷凍機を備えた空調システムに利用できる。
【符号の説明】
【００６８】
１  空調システム、２  冷凍機、３  一次冷水ポンプ、９  空調機（熱負荷源）  制御装置、２１  インバータ制御部、２２  台数制御部、３１  冷水出口温度センサ、３３  冷却塔、３５  冷却水出口温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005398395.tif 000008
【図８】
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【図９】
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