(57)【要約】【課題】  外部負荷の要求熱量が変化した場合に、成績係数が良い状態で各熱源機を運転させることができる熱源システムを提供することを目的とする。【解決手段】  外部負荷から流入する冷水を冷却する蒸発器、及び、冷却水と熱交換を行う凝縮器を備えた複数のターボ冷凍機と、これらターボ冷凍機を制御する冷凍機制御装置および台数制御装置とを備えた熱源システムにおいて、制御装置は、冷房運転中に、外部負荷の要求熱量が増加し、冷却水温度が所定温度よりも高い場合には、ターボ冷凍機の運転台数を増加させずに冷水流量を増加させる（Ｓ１２）ことを特徴とする。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する第１熱交換器、及び、外気または冷却水と熱交換を行う第２熱交換器とを備えた複数の熱源機と、
これら熱源機を制御する制御装置と、を備えた熱源システムにおいて、
前記制御装置は、前記外部負荷の要求熱量が変化した場合に、外気温度または冷却水温度と、運転中の前記熱源機の現在負荷とに基づいて該熱源機の現在成績係数を得て、
該現在成績係数に基づいて、前記熱源機の運転台数の増減または前記第１熱交換器を流れる熱媒流量の増減を判断することを特徴とする熱源システム。
【請求項２】
外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する第１熱交換器、及び、外気または冷却水と熱交換を行う第２熱交換器を備えた複数の熱源機と、
これら熱源機を制御する制御装置と、を備えた熱源システムにおいて、
前記制御装置は、冷房運転中に、前記外部負荷の要求熱量が増加し、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも高い場合には、前記熱源機の運転台数を増加させずに熱媒流量を増加させることを特徴とする熱源システム。
【請求項３】
外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する第１熱交換器、及び、外気または冷却水と熱交換を行う第２熱交換器を備えた複数の熱源機と、
これら熱源機を制御する制御装置と、を備えた熱源システムにおいて、
暖房運転中に、前記外部負荷の要求熱量が増加し、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも低い場合には、前記熱源機の運転台数を増加させずに熱媒流量を増加させることを特徴とする熱源システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記熱媒流量を変更する際に、運転中の前記熱源機の現在制御値と、前記熱媒流量を変更した後の目標となる目標制御値との間の値とされた指示制御値によって、前記熱源機を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の熱源システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記熱源機の運転台数を増加させる際に、運転中の熱源機に加わる負荷を増大させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の熱源システム。
【請求項６】
外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する第１熱交換器と、外気または冷却水と熱交換を行う第２熱交換器とを備えた複数の熱源機を制御する熱源システムの制御装置において、
前記外部負荷の要求熱量が変化した場合に、外気温度または冷却水温度と、運転中の前記熱源機の現在負荷とに基づいて該熱源機の現在成績係数を得て、
該現在成績係数に基づいて、前記熱源機の運転台数の増減または前記第１熱交換器を流れる熱媒流量の増減を判断することを特徴とする熱源システムの制御装置。
【請求項７】
外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する第１熱交換器と、外気または冷却水と熱交換を行う第２熱交換器とを備えた複数の熱源機を制御する熱源システムの制御装置において、
冷房運転中に、前記外部負荷の要求熱量が増加し、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも高い場合には、前記熱源機の運転台数を増加させずに熱媒流量を増加させることを特徴とする熱源システムの制御装置。
【請求項８】
外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する第１熱交換器と、外気または冷却水と熱交換を行う第２熱交換器とを備えた複数の熱源機を制御する熱源システムの制御装置において、
暖房運転中に、前記外部負荷の要求熱量が増加し、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも低い場合には、前記熱源機の運転台数を増加させずに熱媒流量を増加させることを特徴とする熱源システムの制御装置。
【請求項９】
外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する第１熱交換器と、外気または冷却水と熱交換を行う第２熱交換器とを備えた複数の熱源機を制御する熱源システムの制御方法において、
前記外部負荷の要求熱量が変化した場合に、外気温度または冷却水温度と、運転中の前記熱源機の現在負荷とに基づいて該熱源機の現在成績係数を得て、
該現在成績係数に基づいて、前記熱源機の運転台数の増減または前記第１熱交換器を流れる熱媒流量の増減を判断することを特徴とする熱源システムの制御方法。
【請求項１０】
外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する第１熱交換器と、外気または冷却水と熱交換を行う第２熱交換器とを備えた複数の熱源機を制御する熱源システムの制御方法において、
冷房運転中に、前記外部負荷の要求熱量が増加し、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも高い場合には、前記熱源機の運転台数を増加させずに熱媒流量を増加させることを特徴とする熱源システムの制御方法。
【請求項１１】
外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する第１熱交換器と、外気または冷却水と熱交換を行う第２熱交換器とを備えた複数の熱源機を制御する熱源システムの制御方法において、
暖房運転中に、前記外部負荷の要求熱量が増加し、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも低い場合には、前記熱源機の運転台数を増加させずに熱媒流量を増加させることを特徴とする熱源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、例えばターボ冷凍機等の熱源機を複数台備えた熱源システムおよびその制御装置ならびにその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地域冷暖房を実現するものとして、ターボ冷凍機等の熱源機を複数台備えた熱源システムが多用されている。このような熱源システムは、ビル等の外部負荷から要求される熱量に応じて熱源機の運転台数を増減させる。
このような運転台数の増減に対して、効率的な運転を実現するために、外部条件によって変化する熱源機の能力を推定し、熱源機の運転台数の切り替えポイントを自動的に変更する技術が知られている（特許文献１）。
また、各熱源機を効率の最も良い状態で運転させるために、熱源機の運転台数を増加させる前に、熱媒流量を定格流量よりも多く供給して全負荷に近づける技術が知られている（特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３００１６３号公報
【特許文献２】特開２００４−２４５５６０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、特許文献１記載の技術は、熱源機の運転台数の切り替えポイントを成績係数の良いタイミングとすることができても、その後に、各熱源機を成績係数の良い状態に保ち続けることは困難である。
また、特許文献２記載の技術は、各熱源機を全負荷に近づけて成績係数が良い状態で運転させることはできるが、外気温度や冷却水温度によっては全負荷に近づけると却って成績係数が低下する場合がある。
【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、外部負荷の要求熱量が変化した場合に、成績係数が良い状態で各熱源機を運転させることができる熱源システムおよびその制御装置ならびにそ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、本発明の熱源システムおよびその制御装置ならびにその制御方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる熱源システムは、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する第１熱交換器、及び、外気または冷却水と熱交換を行う第２熱交換器とを備えた複数の熱源機と、これら熱源機を制御する制御装置と、を備えた熱源システムにおいて、前記制御装置は、前記外部負荷の要求熱量が変化した場合に、外気温度または冷却水温度と、運転中の前記熱源機の現在負荷とに基づいて該熱源機の現在成績係数を得て、該現在成績係数に基づいて、前記熱源機の運転台数の増減または前記第１熱交換器を流れる熱媒流量の増減を判断することを特徴とする。
【０００７】
熱源機の成績係数は、環境温度である外気温度または冷却水温度によって異なる。例えば、熱源機が冷房運転を行う場合、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも高い条件では、熱源機の成績係数は該熱源機の負荷の増加に応じて全負荷まで増加し、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも低い条件では、熱源機の成績係数は極大値を有し、極大値から負荷を増加させると全負荷に至るまで所定量だけ減少する。また、熱源機が暖房運転を行う場合、外気温度が所定温度よりも低い条件では、熱源機の成績係数は該熱源機の負荷の増加に応じて全負荷まで増加し、外気温度が所定温度よりも高い条件では、熱源機の成績係数は極大値を有し、極大値から負荷を増加させると全負荷に至るまで所定量だけ減少する。
したがって、現在の外気温度または冷却水温度と、運転中の熱源機の現在負荷とによって、外部負荷の要求熱量に追随する際に熱源機の負荷を増加（熱媒流量を増加）させた方が成績係数が増加するのか、熱源機の負荷を減少（熱媒流量を減少）させた方が成績係数が増加するのかを判断することとした。
【０００８】
また、本発明の熱源システムは、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する第１熱交換器、及び、外気または冷却水と熱交換を行う第２熱交換器を備えた複数の熱源機と、これら熱源機を制御する制御装置と、を備えた熱源システムにおいて、前記制御装置は、冷房運転中に、前記外部負荷の要求熱量が増加し、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも高い場合には、前記熱源機の運転台数を増加させずに熱媒流量を増加させることを特徴とする。
【０００９】
熱源機の成績係数は、環境温度である外気温度または冷却水温度によって異なる。熱源機が冷房運転を行う場合、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも高い条件では、熱源機の成績係数は該熱源機の負荷の増加に応じて全負荷まで増加し、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも低い条件では、熱源機の成績係数は極大値を有し、極大値から負荷を増加させると全負荷に至るまで所定量だけ減少する。
したがって、冷房運転中に外部負荷の要求熱量が増加した場合に、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも高い条件で、要求熱量に応じて熱源機を増加させると、熱源機一台あたりの負荷が減少して成績係数が下がる。そこで、このような場合には熱源機の台数を増加させずに熱媒流量（冷水流量）を増加させることとし、成績係数の増大を図ることとした。
なお、「所定温度」とは、熱源機の成績係数が負荷割合の増加に対して単調に増加する曲線を描くのか、極大値を有する曲線を描くのかが分かれる外気温度または冷却水温度を意味し、例えば２５℃程度である。
【００１０】
また、本発明の熱源システムは、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する第１熱交換器、及び、外気または冷却水と熱交換を行う第２熱交換器を備えた複数の熱源機と、これら熱源機を制御する制御装置と、を備えた熱源システムにおいて、暖房運転中に、前記外部負荷の要求熱量が増加し、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも低い場合には、前記熱源機の運転台数を増加させずに熱媒流量を増加させることを特徴とする。
【００１１】
熱源機の成績係数は、環境温度である外気温度または冷却水温度によって異なる。熱源機が暖房運転を行う場合、外気温度が所定温度よりも低い条件では、熱源機の成績係数は該熱源機の負荷の増加に応じて全負荷まで増加し、外気温度が所定温度よりも高い条件では、熱源機の成績係数は極大値を有し、極大値から負荷を増加させると全負荷に至るまで所定量だけ減少する。
したがって、暖房運転中に外部負荷の要求熱量が増加した場合に、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも低い条件で、要求熱量に応じて熱源機を増加させると、熱源機一台あたりの負荷が減少して成績係数が下がる。そこで、このような場合には熱源機の台数を増加させずに熱媒流量（温水流量）を増加させることとし、成績係数の増大を図ることとした。
なお、「所定温度」とは、熱源機の成績係数が負荷割合の増加に対して単調に増加する曲線を描くのか、極大値を有する曲線を描くのかが分かれる外気温度または冷却水温度を意味し、例えば５℃程度である。
【００１２】
さらに、前記制御装置は、前記熱媒流量を変更する際に、運転中の前記熱源機の現在制御値と、前記熱媒流量を変更した後の目標となる目標制御値との間の値とされた指示制御値によって、前記熱源機を制御することを特徴とする。
【００１３】
現在制御値と目標制御値との間の値を有する指示制御値によって熱源機を制御することとしたので、熱媒流量変更後の熱源機の運転状態が目標制御値にオーバーシュートすることなく現在状態に先行して漸近することとなる。これにより、外部負荷の変化に対する追従性を上げることができる。
制御値としては、例えば、圧縮機の回転数、膨張弁開度等が挙げられる。
【００１４】
さらに、前記制御装置は、前記熱源機の運転台数を増加させる際に、運転中の熱源機に加わる負荷を増大させることを特徴とする。
【００１５】
熱源機の運転台数を増加させる場合、新たに起動する熱源機の立ち上がりには所定時間を要するため、負荷側が要求する熱量を出力できないおそれがある。
そこで、熱源機の運転台数を増加させる際には、運転中の熱源機に加わる負荷を増大させて、新たに起動する熱源機の立ち上がりに要する間の負荷を補うこととした。したがって、運転中の熱源機に付加される負荷は、新たに起動する熱源機の立ち上がり遅れを補う程度でよい。
運転中の熱源機に加わる負荷を増大させるには、例えば、熱媒の設定冷水温度を下げるか、熱媒の設定温水温度を上げるか、または、熱媒流量を増加させる。
【００１６】
また、本発明の熱源システムの制御装置は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する第１熱交換器と、外気または冷却水と熱交換を行う第２熱交換器とを備えた複数の熱源機を制御する熱源システムの制御装置において、前記外部負荷の要求熱量が変化した場合に、外気温度または冷却水温度と、運転中の前記熱源機の現在負荷とに基づいて該熱源機の現在成績係数を得て、該現在成績係数に基づいて、前記熱源機の運転台数の増減または前記第１熱交換器を流れる熱媒流量の増減を判断することを特徴とする。
【００１７】
熱源機の成績係数は、環境温度である外気温度または冷却水温度によって異なる。例えば、熱源機が冷房運転を行う場合、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも高い条件では、熱源機の成績係数は該熱源機の負荷の増加に応じて全負荷まで増加し、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも低い条件では、熱源機の成績係数は極大値を有し、極大値から負荷を増加させると全負荷に至るまで所定量だけ減少する。また、熱源機が暖房運転を行う場合、外気温度が所定温度よりも低い条件では、熱源機の成績係数は該熱源機の負荷の増加に応じて全負荷まで増加し、外気温度が所定温度よりも高い条件では、熱源機の成績係数は極大値を有し、極大値から負荷を増加させると全負荷に至るまで所定量だけ減少する。
したがって、現在の外気温度または冷却水温度と、運転中の熱源機の現在負荷とによって、外部負荷の要求熱量に追随する際に熱源機の負荷を増加（熱媒流量を増加）させた方が成績係数が増加するのか、熱源機の負荷を減少（熱媒流量を減少）させた方が成績係数が増加するのかを判断することとした。
【００１８】
また、本発明の熱源システムの制御装置は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する第１熱交換器と、外気または冷却水と熱交換を行う第２熱交換器とを備えた複数の熱源機を制御する熱源システムの制御装置において、冷房運転中に、前記外部負荷の要求熱量が増加し、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも高い場合には、前記熱源機の運転台数を増加させずに熱媒流量を増加させることを特徴とする。
【００１９】
熱源機の成績係数は、環境温度である外気温度または冷却水温度によって異なる。熱源機が冷房運転を行う場合、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも高い条件では、熱源機の成績係数は該熱源機の負荷の増加に応じて全負荷まで増加し、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも低い条件では、熱源機の成績係数は極大値を有し、極大値から負荷を増加させると全負荷に至るまで所定量だけ減少する。
したがって、冷房運転中に外部負荷の要求熱量が増加した場合に、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも高い条件で、要求熱量に応じて熱源機を増加させると、熱源機一台あたりの負荷が減少して成績係数が下がる。そこで、このような場合には熱源機の台数を増加させずに熱媒流量（冷水流量）を増加させることとし、成績係数の増大を図ることとした。
なお、「所定温度」とは、熱源機の成績係数が負荷割合の増加に対して単調に増加する曲線を描くのか、極大値を有する曲線を描くのかが分かれる外気温度または冷却水温度を意味し、例えば２５℃程度である。
【００２０】
また、本発明の熱源システムの制御装置は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する第１熱交換器と、外気または冷却水と熱交換を行う第２熱交換器とを備えた複数の熱源機を制御する熱源システムの制御装置において、暖房運転中に、前記外部負荷の要求熱量が増加し、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも低い場合には、前記熱源機の運転台数を増加させずに熱媒流量を増加させることを特徴とする。
【００２１】
熱源機の成績係数は、環境温度である外気温度または冷却水温度によって異なる。熱源機が暖房運転を行う場合、外気温度が所定温度よりも低い条件では、熱源機の成績係数は該熱源機の負荷の増加に応じて全負荷まで増加し、外気温度が所定温度よりも高い条件では、熱源機の成績係数は極大値を有し、極大値から負荷を増加させると全負荷に至るまで所定量だけ減少する。
したがって、暖房運転中に外部負荷の要求熱量が増加した場合に、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも低い条件で、要求熱量に応じて熱源機を増加させると、熱源機一台あたりの負荷が減少して成績係数が下がる。そこで、このような場合には熱源機の台数を増加させずに熱媒流量（温水流量）を増加させることとし、成績係数の増大を図ることとした。
なお、「所定温度」とは、熱源機の成績係数が負荷割合の増加に対して単調に増加する曲線を描くのか、極大値を有する曲線を描くのかが分かれる外気温度または冷却水温度を意味し、例えば５℃程度である。
【００２２】
また、本発明の熱源システムの制御方法は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する第１熱交換器と、外気または冷却水と熱交換を行う第２熱交換器とを備えた複数の熱源機を制御する熱源システムの制御方法において、前記外部負荷の要求熱量が変化した場合に、外気温度または冷却水温度と、運転中の前記熱源機の現在負荷とに基づいて該熱源機の現在成績係数を得て、該現在成績係数に基づいて、前記熱源機の運転台数の増減または前記第１熱交換器を流れる熱媒流量の増減を判断することを特徴とする。
【００２３】
熱源機の成績係数は、環境温度である外気温度または冷却水温度によって異なる。例えば、熱源機が冷房運転を行う場合、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも高い条件では、熱源機の成績係数は該熱源機の負荷の増加に応じて全負荷まで増加し、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも低い条件では、熱源機の成績係数は極大値を有し、極大値から負荷を増加させると全負荷に至るまで所定量だけ減少する。また、熱源機が暖房運転を行う場合、外気温度が所定温度よりも低い条件では、熱源機の成績係数は該熱源機の負荷の増加に応じて全負荷まで増加し、外気温度が所定温度よりも高い条件では、熱源機の成績係数は極大値を有し、極大値から負荷を増加させると全負荷に至るまで所定量だけ減少する。
したがって、現在の外気温度または冷却水温度と、運転中の熱源機の現在負荷とによって、外部負荷の要求熱量に追随する際に熱源機の負荷を増加（熱媒流量を増加）させた方が成績係数が増加するのか、熱源機の負荷を減少（熱媒流量を減少）させた方が成績係数が増加するのかを判断することとした。
【００２４】
また、本発明の熱源システムの制御方法は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する第１熱交換器と、外気または冷却水と熱交換を行う第２熱交換器とを備えた複数の熱源機を制御する熱源システムの制御方法において、冷房運転中に、前記外部負荷の要求熱量が増加し、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも高い場合には、前記熱源機の運転台数を増加させずに熱媒流量を増加させることを特徴とする。
【００２５】
熱源機の成績係数は、環境温度である外気温度または冷却水温度によって異なる。熱源機が冷房運転を行う場合、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも高い条件では、熱源機の成績係数は該熱源機の負荷の増加に応じて全負荷まで増加し、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも低い条件では、熱源機の成績係数は極大値を有し、極大値から負荷を増加させると全負荷に至るまで所定量だけ減少する。
したがって、冷房運転中に外部負荷の要求熱量が増加した場合に、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも高い条件で、要求熱量に応じて熱源機を増加させると、熱源機一台あたりの負荷が減少して成績係数が下がる。そこで、このような場合には熱源機の台数を増加させずに熱媒流量（冷水流量）を増加させることとし、成績係数の増大を図ることとした。
なお、「所定温度」とは、熱源機の成績係数が負荷割合の増加に対して単調に増加する曲線を描くのか、極大値を有する曲線を描くのかが分かれる外気温度または冷却水温度を意味し、例えば２５℃程度である。
【００２６】
また、本発明の熱源システムの制御方法は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する第１熱交換器と、外気または冷却水と熱交換を行う第２熱交換器とを備えた複数の熱源機を制御する熱源システムの制御方法において、暖房運転中に、前記外部負荷の要求熱量が増加し、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも低い場合には、前記熱源機の運転台数を増加させずに熱媒流量を増加させることを特徴とする。
【００２７】
熱源機の成績係数は、環境温度である外気温度または冷却水温度によって異なる。熱源機が暖房運転を行う場合、外気温度が所定温度よりも低い条件では、熱源機の成績係数は該熱源機の負荷の増加に応じて全負荷まで増加し、外気温度が所定温度よりも高い条件では、熱源機の成績係数は極大値を有し、極大値から負荷を増加させると全負荷に至るまで所定量だけ減少する。
したがって、暖房運転中に外部負荷の要求熱量が増加した場合に、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも低い条件で、要求熱量に応じて熱源機を増加させると、熱源機一台あたりの負荷が減少して成績係数が下がる。そこで、このような場合には熱源機の台数を増加させずに熱媒流量（温水流量）を増加させることとし、成績係数の増大を図ることとした。
なお、「所定温度」とは、熱源機の成績係数が負荷割合の増加に対して単調に増加する曲線を描くのか、極大値を有する曲線を描くのかが分かれる外気温度または冷却水温度を意味し、例えば５℃程度である。
【発明の効果】
【００２８】
外気温度または冷却水温度と、運転中の熱源機の現在負荷とに基づいて熱源機の現在成績係数を得て、この現在成績係数に基づいて、熱源機の運転台数の増減または熱媒流量の増減を判断することとしたので、外部負荷の要求熱量が変化した場合であっても、成績係数が良い状態で各熱源機を運転させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
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、熱源システムの概略が示されている。
熱源システムは、複数のターボ冷凍機（熱源機）１Ａ，１Ｂ，１Ｃを備えている。
図示しないが、各ターボ冷凍機１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、外部負荷から流入する熱媒（冷温水）を冷却または加熱する第１熱交換器と、冷却塔３Ａ，３Ｂ，３Ｃからの冷却水と熱交換する第２熱交換器と、高圧冷媒を膨張させる膨張弁とを備えている。
ターボ圧縮機は、回転数制御が可能とされたインバータ式とされている。
第１熱交換器は、冷房時には蒸発器として動作し、暖房時には凝縮器として動作する。
第２熱交換器は、冷房時には凝縮器として動作し、暖房時には蒸発器として動作する。
膨張弁は、冷房時に、第２熱交換器（凝縮器）からの高圧液冷媒を膨張させて低圧液冷媒とし、第１熱交換器（蒸発器）へと導く。
【００３０】
各ターボ冷凍機１Ａ，１Ｂ，１Ｃには、それぞれ、冷凍機制御装置（制御装置）１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが設けられている。冷凍機制御装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、各状態量に基づいて、ターボ冷凍機１Ａ，１Ｂ，１Ｃの圧縮機の回転数や膨張弁の開度、後述する冷却水ポンプ８Ａ，８Ｂ，８Ｃの回転数、冷却水バイパス弁１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの開度、熱媒ポンプ１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの回転数等を制御する。
【００３１】
各冷凍機制御装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、台数制御装置（制御装置）２０と通信線２１によって接続されている。台数制御装置２０は、各冷凍機制御装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの動作状態と外部負荷３０の要求熱量等に基づいて、ターボ冷凍機１Ａ，１Ｂ，１Ｃの運転・停止を制御し、運転台数を決定する。
また、台数制御装置２０は、後述するヘッダバイパス弁２２の開度も制御する。
【００３２】
各ターボ冷凍機１Ａ，１Ｂ，１Ｃには、それぞれ、冷却塔３Ａ，３Ｂ，３Ｃが設けられている。冷却塔３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、冷却水配管５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，６Ａ，６Ｂ，６Ｃによって第２熱交換器と接続されている。冷却水配管５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，６Ａ，６Ｂ，６Ｃは、第２熱交換器から冷却塔３Ａ，３Ｂ，３Ｃへと冷却水を導く復冷却水配管５Ａ，５Ｂ，５Ｃと、冷却塔３Ａ，３Ｂ，３Ｃから第２熱交換器へと冷却水を導く往冷却水配管６Ａ，６Ｂ，６Ｃとからなっている。
【００３３】
復冷却水配管５Ａ，５Ｂ，５Ｃには、復冷却水温度Ｔｃｏを検出する温度センサ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃが、往冷却水配管６Ａ，６Ｂ，６Ｃには、往冷却水温度Ｔｃｉを検出する温度センサ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが、それぞれ設けられている。これら温度センサ１１，１２の出力は、冷凍機制御装置１０Ａ，１０Ｂ，１Ｃへと送られる。
【００３４】
復冷却水配管５Ａ，５Ｂ，５Ｃには、冷却水ポンプ８Ａ，８Ｂ，８Ｃが設けられており、冷却塔３Ａ，３Ｂ，３Ｃと第２熱交換器との間を循環する冷却水の流量を決定している。冷却水ポンプ８Ａ，８Ｂ，８Ｃの回転数は、冷凍機制御装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃによって制御される。冷却水の流量Ｑｃは、冷却水ポンプ８Ａ，８Ｂ，８Ｃの下流側に設けられた流量計１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃによって測定される。流量計１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの出力は、冷凍機制御装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃへと送られる。
【００３５】
復冷却水配管５Ａ，５Ｂ，５Ｃと往冷却水配管６Ａ，６Ｂ，６Ｃとの間には、冷却水が冷却塔５Ａ，５Ｂ，５Ｃを迂回するように配置された冷却水バイパス管９Ａ，９Ｂ，９Ｃが設けられている。各冷却水バイパス管９Ａ，９Ｂ，９Ｃには、それぞれ、冷却水バイパス弁１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃが設けられており、これにより、冷却塔３Ａ，３Ｂ，３Ｃへと流れ込む冷却水流量を調整して、冷却水温度を調整できるようになっている。バイパス弁１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの開度は、冷凍機制御装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃによって制御される。
【００３６】
各ターボ冷凍機１Ａ，１Ｂ，１Ｃの第１熱交換器は、冷温水（熱媒）が流れる冷温水配管１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃと接続されている。これにより、第１熱交換器は、冷温水配管１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃによって供給される冷温水を冷却または加熱する。
冷温水配管１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃは、第１熱交換器によって熱交換された冷温水を外部負荷３０側の往ヘッダ２４へと供給する往冷温水配管１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃと、外部負荷３０側の復ヘッダ２６からの冷温水を第１熱交換器へと導く復冷温水配管１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃとからなっている。
往冷温水配管１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃには、それぞれ、冷温水を流通させるための冷温水ポンプ（熱媒ポンプ）１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃが設けられている。冷温水ポンプ１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの回転数は、冷凍機制御装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃによって制御される。また、往冷温水配管１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃには、それぞれ、各第１熱交換器から流出する冷温水流量Ｑ１，１２，Ｑ３を計測する流量計１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃおよび第１熱交換器から流出する流出温度Ｔｏを計測する温度センサ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃが設けられている。流量計１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ及び温度センサ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの出力は、各冷凍機制御装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃへと送られる。
復冷温水配管１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃには、それぞれ、第１熱交換器への流入温度Ｔｉを測定する温度センサ３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃが設けられている。温度センサ３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃの出力は、各冷凍機制御装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃへと送られる。
各往冷温水配管１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃからの冷温水は往ヘッダ２５に集められ、復ヘッダ２６からの冷温水は各復冷温水配管１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃへと分配される。
【００３７】
往ヘッダ２４に集められた冷温水は、外部負荷３０へと送られ、外部負荷３０において熱媒である冷水または温水の熱を用いた室内の空気調和が行われる。外部負荷３０において用いられた冷温水は、復ヘッダ２６へと返送される。
往ヘッダ２４には、送水温度Ｔｓを計測する温度センサ３４が設けられており、復ヘッダ２６には、還水温度Ｔｒを計測する温度センサ３５が設けられている。また、往ヘッダ２４の下流側には、外部負荷３０との間の冷温水循環流量Ｑを計測する流量計３６が設けられている。
往ヘッダ２４と復ヘッダ２６との間には、ヘッダバイパス管２８が設けられており、このヘッダバイパス管２８にはヘッダバイパス弁２２が設けられている。ヘッダバイパス弁２２の開度は、台数制御装置２０によって制御される。
【００３８】
次に、冷房運転時における各ターボ冷凍機１Ａ，１Ｂ，１Ｃの成績係数（ＣＯＰ）について、図２を用いて説明する。一般に、ターボ冷凍機等の冷凍機の成績係数は、環境温度である外気温度または冷却水温度によって異なる。冷凍機が冷房運転を行う場合、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも高い条件では、熱源機の成績係数は該熱源機の負荷の増加に応じて全負荷まで増加し、外気温度または冷却水温度が所定温度よりも低い条件では、熱源機の成績係数は極大値（最大値）を有し、極大値から負荷を増加させると全負荷に至るまで所定量だけ減少する。
図１に示した本実施形態に即して説明すると、図２に示すように、冷却水温度（例えば冷却水入口温度Ｔｃｉ）に応じて、ターボ冷凍機１の成績係数は変化する。同図において、横軸は冷却水温度を示し、縦軸は成績係数を示す。また、各成績係数曲線の左端がターボ冷凍機１の最小負荷を示し、右端がターボ冷凍機１の最大負荷（全負荷）を示す。
冷却水温度が低いほど高い成績係数を示し、冷却水入口温度が高いほど低い成績係数を示す。また、冷却水入口温度が２５℃（所定温度）以下のように冷却水温度が低い場合には、成績係数は極大値を有し、冷却水入口温度が２５℃（所定温度）以上のように冷却水温度が高い場合には、極大値を有さず、最小負荷から最大負荷に至るにつれて、成績係数は増加する。
本発明は、このような傾向を利用して成績係数の良い状態で各ターボ冷凍機１Ａ，１Ｂ，１Ｃを運転するものである。
【００３９】
冷凍機制御装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、それぞれ、図２に示したような冷凍機単体の成績係数のデータをメモリに備えている。
そして、温度センサ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃで測定した冷却水入口温度Ｔｃｉと、温度センサ３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ及び温度センサ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃから得られる冷水（熱媒）の温度差（Ｔｉ−Ｔｏ）と流量計１９から得られる冷水流量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３とに基づいて算出される負荷（冷凍出力）とに基づいて、運転中のターボ冷凍機１の現在成績係数を演算する。具体的には、現在の冷凍出力から全負荷に対する負荷割合が算出され、この負荷割合を、現在の冷却水温度における成績係数曲線に当てはめることにより成績係数を演算する。そして、この成績係数曲線上のどの位置に現在成績係数が位置するかを考慮して、冷凍機の運転台数を増減するか、冷水流量を増減するかを決定する。
【００４０】
外部負荷３０の要求熱量が増加したときを考える。この場合に、ターボ冷凍機１Ａのみが運転され、他のターボ冷凍機１Ｂ，１Ｃが停止されていたとする。
常時、運転中のターボ冷凍機１Ａの運転状態が把握されている。例えば、冷却水入口温度Ｔｃｉが２５℃以上のときには成績係数曲線として曲線Ｌ１が選定され、負荷割合が８０％の場合には、成績係数曲線Ｌ１上のＡ点でターボ冷凍機１Ａは運転されていると把握される。このＡ点の縦軸値を演算することにより、現在成績係数が得られる。成績係数曲線Ｌ１のＡ点で運転されている場合には、成績係数曲線Ｌ１の形状から明らかなように、さらに冷温水流量Ｑ１を増加して負荷を上げれば、図において右方に運転点が移動することになり、成績係数が増大する。したがって、このような場合には、外部負荷３０の要求熱量が増えても即座に停止中のターボ冷凍機１Ｂを起動させることはせずに、現在運転しているターボ冷凍機１Ａの冷温水流量Ｑ１を増加させて、要求熱量に対応することとする。
ターボ冷凍機１Ａの負荷割合が１００％（全負荷）の場合には、Ｂ点で運転されていることになる。この場合には、要求熱量に対応させるために、停止中のターボ冷凍機１Ｂを起動する。
【００４１】
一方、冷却水入口温度Ｔｃｉが２５℃以下のときは、例えば成績係数曲線Ｌ２が選定される。負荷割合が８０％の場合には極大値であるＣ点で運転されていることになる。この場合には、要求負荷の増大に応じて冷温水流量Ｑ１を増加させたとしても、極大値であるＣ点から運転点がずれることになるので、成績係数は低下してしまう。したがって、このような場合には停止中のターボ冷凍機１Ｂを起動する。
負荷割合が８０％を越えている場合には、例えばＤ点に位置することになる。この場合には、要求負荷の増大に応じて、停止中のターボ冷凍機１Ｂを起動すると、運転中のターボ冷凍機１Ａの負荷が減るので、成績係数が増大することになる。したがって、このような場合には積極的に冷凍機の増台運転を行う。
負荷割合が８０％を下回っている場合には、例えばＥ点に位置することになる。この場合には、要求負荷の増大に応じて停止中のターボ冷凍機１Ｂを起動させることはせずに、現在運転しているターボ冷凍機１Ａの冷温水流量Ｑ１を増加させて、要求熱量に対応することとする。これにより、成績係数が良い状態で運転を継続させることができる。
【００４２】
次に、外部負荷３０の要求熱量が減少したときを考える。この場合に、ターボ冷凍機１Ａ及び１Ｂの２台が運転され、他のターボ冷凍機１Ｃのみが停止されていたとする。
常時、運転中のターボ冷凍機１Ａ，１Ｂの運転状態が把握されている。例えば、冷却水入口温度Ｔｃｉが２５℃以上のときには成績係数曲線として曲線Ｌ１が選定され、負荷割合が８０％の場合には、成績係数曲線Ｌ１上のＡ点でターボ冷凍機１Ａ，１Ｂは運転されていると把握される。このＡ点の縦軸値を演算することにより、現在成績係数が得られる。成績係数曲線Ｌ１のＡ点で運転されている場合には、成績係数曲線Ｌ１の形状から明らかなように、さらに冷温水流量Ｑ１，Ｑ２を減少させて負荷を下げてしまうと、成績係数が低下する。したがって、このような場合には、外部負荷３０の要求熱量が減少した場合には一方のターボ冷凍機１Ｂを停止させて、他方の現在運転しているターボ冷凍機１Ａの負荷割合を増加させる。これにより、ターボ冷凍機１Ａの成績係数を増大させることができる。
運転中のターボ冷凍機１Ａ，１Ｂがともに全負荷の場合にはＢ点に位置し、この場合にはＡ点と同様の考え方で、一方のターボ冷凍機１Ｂを停止させて他方のターボ冷凍機１Ａの成績係数向上を図る。
【００４３】
一方、冷却水入口温度Ｔｃｉが２５℃以下のときは、例えば成績係数曲線Ｌ２が選定される。負荷割合が８０％の場合には極大値であるＣ点で運転されていることになる。この場合には、要求負荷の減少に応じて冷温水流量Ｑ１，Ｑ２を減少させても、一方のターボ冷凍機１Ｂを停止させても、極大値であるＣ点から外れるので成績係数は低下する。このような場合には、それぞれの場合の成績係数の低下量を計算し、この成績係数の低下量が少ない方を選定し、冷温水流量Ｑ１，Ｑ２の減少またはターボ冷凍機１Ｂの停止を行う。
負荷割合が８０％を越えている場合には、例えばＤ点に位置することになる。この場合には、要求負荷の減少に応じて、冷温水流量Ｑ１，Ｑ２を減少させると、図において左方に移動するので、成績係数は上昇する。一方、ターボ冷凍機１Ｂを停止させると、運転継続中のターボ冷凍機１Ａの負荷が上がることになるので成績係数は減少する。したがって、このような場合には、冷温水流量Ｑ１，Ｑ２の減少を行う。
負荷割合が８０％を下回っている場合には、例えばＥ点に位置することになる。この場合には、要求負荷の減少に応じて冷温水流量Ｑ１，Ｑ２を減少させると、図において左に移動するので、成績係数は減少する。一方、ターボ冷凍機１Ｂを停止させると、運転継続中のターボ冷凍機１Ａの負荷は増大するので、成績係数は増大する。したがって、このような場合には、ターボ冷凍機１Ｂの停止を行う。
【００４４】
図３には、上述の台数制御よりもさらに簡便な制御方法が示されている。つまり、成績係数の演算を経ずに、冷却水入口温度Ｔｃｉを判断基準としてターボ冷凍機１Ａ，１Ｂ，１Ｃの増減や冷温水流量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の増減を行う。
先ず、台数制御装置２０において、温度センサ３４によって得られる送水温度Ｔｓ、温度センサ３５によって得られる還水温度Ｔｒ、流量計３６によって得られる送水流量Ｑから、外部負荷３０の要求負荷ｑを演算する（ステップＳ１）。
ｑ＝（Ｔｒ−Ｔｓ）×γ×λ×Ｑ    ［ｋｗ］  ・・・（１）
ここで、γ［ｋｇ／ｍ３］は比重であり、冷水の平均温度に基づいて算出される。
λ［ｋＪ／ｋｇ］は比熱であり、冷水の平均温度に基づいて算出される。
【００４５】
次に、運転中の各ターボ冷凍機１Ａ（又は１Ｂ，１Ｃ）の冷水入口温度Ｔｉおよび冷水出口温度Ｔｏ、冷温水流量Ｑ１（又はＱ２，Ｑ３）から、冷凍機出力（負荷）ｑ１を演算する（ステップＳ２）。
ｑ１＝（Ｔｉ−Ｔｏ）×γ×λ×Ｑ１    ［ｋｗ］  ・・・（１）
ここで、γ［ｋｇ／ｍ３］は比重であり、冷水の平均温度に基づいて算出される。
λ［ｋＪ／ｋｇ］は比熱であり、冷水の平均温度に基づいて算出される。
【００４６】
次に、運転中の各ターボ冷凍機１Ａ（又は１Ｂ，１Ｃ）で対応可能な最大冷凍機出力、及び最小冷凍機出力を演算する（ステップＳ３）。最大冷凍機出力は、冷凍機制御装置１０Ａ（又は１０Ｂ，１０Ｃ）のメモリに格納された定格冷凍出力が用いられる。最小冷凍機出力は、定格冷凍出力に対して３０〜４０％の値が用いられる。これば、ターボ圧縮機のストール等を考慮して決定される。
なお、上記ステップＳ１〜Ｓ３は、この順番で行う必要はなく、その順番は任意であり、並行して行っても良い。
【００４７】
次に、ステップＳ１において得られた要求負荷ｑと、ステップＳ３において得られた冷凍機最大出力とを比較する（ステップＳ４）。
要求負荷ｑが最大冷凍機出力よりも大きい場合には、ステップＳ５へと進み、冷凍機運転台数を１台増加させる（例えば、停止中のターボ冷凍機１Ｂ又は１Ｃを起動させる）。
要求負荷ｑが最大冷凍機出力よりも小さい場合には、ステップＳ６へと進む。
【００４８】
ステップＳ６では、ステップＳ１において得られた要求負荷ｑと、ステップＳ３において得られた最小冷凍機出力とを比較する。
要求負荷ｑが最小冷凍機出力よりも低い場合には、ステップＳ７へと進み、冷凍機運転台数を１台減らす（例えば、ターボ冷凍機１Ａ，１Ｂが運転中の場合にはターボ冷凍機１Ｂを停止させる）。
要求負荷ｑが最小冷凍機出力よりも大きい場合にＡＨ、ステップＳ８へと進む。
【００４９】
ステップＳ８では、要求負荷ｑと運転中のターボ冷凍機１Ａ（又は１Ｂ，１Ｃ）の冷凍機出力合計とがほぼ等しいか否かを比較する。具体的には、運転台数の変更や冷温水流量の変更によって追従させる必要がない程度に、冷凍機出力合計が要求負荷ｑにほぼ等しい場合には、ステップＳ９へと進み、冷凍機運転台数および運転状態を変更しない。
運転台数の変更や冷温水流量の変更によって追従させることが必要となる程度に、冷凍機出力合計が要求負荷ｑと異なる場合には、ステップＳ１０へと進む。
【００５０】
ステップＳ１０では、要求負荷ｑが冷凍機出力合計よりも大きいか否かを判断する。
要求負荷ｑが冷凍機出力合計よりも大きい場合には、ステップＳ１１へと進む。ステップＳ１１では、冷却水入口温度Ｔｃｉが所定値（例えば２５℃）よりも大きいか否かを判断する。冷却水入口温度Ｔｃｉが所定値よりも大きい場合には、ステップＳ１２へ進み、冷水流量（熱媒流量）Ｑ１（又はＱ２，Ｑ３）を増加させる。これは、図２を用いて説明したように、冷却水入口温度Ｔｃｉが所定値よりも大きい場合には、成績係数曲線は、最小負荷から最大負荷に至るまで成績係数が増加する曲線を描く。したがって、冷水流量を増加させてターボ冷凍機１の負荷を増加させることで、要求負荷３０の増大に対応させつつ、ターボ冷凍機１の成績係数が高い運転を実現することができる。
【００５１】
冷水流量を変更する際には、冷凍機制御装置１０は、運転中のターボ冷凍機１の現在制御値（例えばターボ圧縮機の回転数、膨張弁の開度）と、冷水流量を変更した後の目標となる目標制御値との間の値とされた指示制御値によって、ターボ冷凍機１を制御する。これにより、冷水流量変更後のターボ冷凍機１の運転状態が目標制御値に対してオーバーシュートすることなく現在状態に先行して漸近することとなる。したがって、外部負荷の変化に対する追従性を上げることができる。
【００５２】
ステップＳ１１において、冷却水入口温度Ｔｃｉが所定値以下と判断されると、ステップＳ１３へと進み、運転台数を増やす制御が行われる。これは、図２を用いて説明したように、冷却水入口温度Ｔｃｉが所定値以下の場合には、成績係数曲線は極大値であるＣ点を有し、Ｃ点よりも負荷が大きい場合には冷水流量を上げても成績係数が下がってしまう。そこで、運転台数を増加させて冷凍機１台あたりの負荷を減少させることにより成績係数を増加させることとした。一方、Ｃ点よりも負荷が小さい場合には、冷水流量を増加させた方が好ましいが、図３に示した本制御では、制御の簡便性をねらい、運転台数を増加させる制御のみとした。
【００５３】
冷凍機制御装置１０は、ターボ冷凍機１の運転台数を増加させる際に、運転中のターボ冷凍機１に加わる冷水流量を所定時間だけ増大させるように制御する。これは新たに起動するターボ冷凍機１の立ち上がりには所定時間を要するため、要求熱量ｑを出力できない時間帯を回避するためである。このように、運転中のターボ冷凍機１に加わる冷水流量を増大させて、新たに起動するターボ冷凍機１の立ち上がりに要する間の熱量不足を補うこととした。なお、運転中のターボ冷凍機１に供給される冷水流量の増量は、新たに起動するターボ冷凍機１の立ち上がり遅れによる熱量不足を補う程度でよい。また、冷水流量を変えずに運転中のターボ冷凍機１の設定冷水温度を下げるようにして、ターボ冷凍機１の負荷を増大させるようにしても良い。
【００５４】
ステップＳ１０において、要求負荷ｑが冷凍機出力合計よりも小さい場合には、ステップＳ１４へと進む。ステップＳ１４では、冷却水入口温度Ｔｃｉが所定値（例えば２５℃）よりも大きいか否かを判断する。冷却水入口温度Ｔｃｉが所定値よりも大きい場合には、ステップＳ１５へと進み、冷水流量のみを変更するか、運転台数を減らし、１台あたりの冷水流量を増やす。ただし、図２で説明したように、冷水流量を減少させて負荷を下げてしまうと、成績係数が低下するので、運転台数を減らして１台あたりの冷水流量を増やして負荷を増加させる方が好ましい。
【００５５】
ステップＳ１４において、冷却水入口温度Ｔｃｉが所定温度よりも小さい場合には、ステップＳ１６へと進み、現状維持運転を行うか、運転台数を減らす制御を行う。この場合には、図２において説明したように、成績係数曲線は極大値を有する。したがって、極大値であるＣ点で運転されている場合には、要求負荷の減少に応じて冷水流量を減少させても、１台のターボ冷凍機を停止させても、成績係数は低下する。このような場合には、各ターボ冷凍機１の制御の余裕度を得るために、運転台数を減らす。
図２のＤ点に位置している場合には、要求負荷の減少に応じて、冷水流量を減少させると成績係数が増大する。一方、１台のターボ冷凍機を停止させると、運転継続中のターボ冷凍機の負荷が増大して成績係数が低下する。したがって、このような場合には、現状維持とするか、温水流量を減少させた方が好ましい。
図２のＥ点に位置している場合には、要求負荷の減少に応じて冷水流量を減少させると成績係数が低下する。一方、１台のターボ冷凍機を停止させると、運転継続中のターボ冷凍機の負荷が増大するので成績係数は増加する。このような場合には、現状維持運転よりも運転台数を減らした方が好ましい。
【００５６】
次に、暖房運転時における各ターボ冷凍機１Ａ，１Ｂ，１Ｃの成績係数（ＣＯＰ）について、図４を用いて説明する。冷房運転時と同様に、一般に、ターボ冷凍機等の冷凍機の成績係数は、環境温度である外気温度によって異なる。暖房運転を行う場合、外気温度が所定温度よりも低い条件では、冷凍機の成績係数は冷凍機の負荷の増加に応じて全負荷まで増加し、外気温度が所定温度よりも高い条件では、冷凍機の成績係数は極大値を有し、極大値から負荷を増加させると全負荷に至るまで所定量だけ減少する。
図１に示した本実施形態に即して説明すると、図４に示すように、外気温度に応じて、ターボ冷凍機１の成績係数は変化する。同図において、横軸は外気温度を示し、縦軸は成績係数を示す。また、各成績係数曲線の左端がターボ冷凍機１の最小負荷を示し、右端がターボ冷凍機１の最大負荷を示す。
冷却水温度が低いほど低い成績係数を示し、冷却水入口温度が高いほど高い成績係数を示す。また、外気温度が５℃（所定温度）以上のように外気温度が高い場合には、成績係数は極大値を有し、外気温度が５℃（所定温度）以下のように外気温度が低い場合には、極大値を有さず、最小負荷から最大負荷に至るにつれて、成績係数は増加する。
本発明は、このような傾向を利用して成績係数の良い状態で各ターボ冷凍機１Ａ，１Ｂ，１Ｃを運転するものである。
【００５７】
冷凍機制御装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、それぞれ、図４に示したような冷凍機単体の成績係数のデータをメモリに備えている。
そして、外気温度センサ（図示せず）で測定した外気温度と、温度センサ３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ及び温度センサ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃから得られる温水（熱媒）の温度差（Ｔｏ−Ｔｉ）と流量計１９から得られる温水流量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３とに基づいて算出される負荷（冷凍出力）とに基づいて、運転中のターボ冷凍機１の現在成績係数を演算する。具体的には、現在の暖房出力から全負荷に対する負荷割合が算出され、この負荷割合を、現在の外気温度における成績係数曲線に当てはめることにより成績係数を演算する。そして、この成績係数曲線上のどの位置に現在成績係数が位置するかを考慮して、冷凍機の運転台数を増減するか、温水流量を増減するかを決定する。
【００５８】
外部負荷３０の要求熱量が増加したときを考える。この場合に、ターボ冷凍機１Ａのみが運転され、他のターボ冷凍機１Ｂ，１Ｃが停止されていたとする。
常時、運転中のターボ冷凍機１Ａの運転状態が把握されている。例えば、外気温度が５℃以下のときには成績係数曲線として曲線Ｌ３が選定され、負荷割合が８０％の場合には、成績係数曲線Ｌ３上のＧ点でターボ冷凍機１Ａは運転されていると把握される。このＧ点の縦軸値を演算することにより、現在成績係数が得られる。成績係数曲線Ｌ３のＧ点で運転されている場合には、成績係数曲線Ｌ３の形状から明らかなように、さらに冷温水流量Ｑ１を増加して負荷を上げれば、成績係数が増大する。したがって、このような場合には、外部負荷３０の要求熱量が増えても即座に停止中のターボ冷凍機１Ｂを起動させることはせずに、現在運転しているターボ冷凍機１Ａの冷温水流量Ｑ１を増加させて、要求熱量に対応することとする。
【００５９】
ターボ冷凍機１Ａの負荷割合が１００％（全負荷）の場合には、Ｈ点で運転されていることになる。この場合には、増加した要求熱量に対応させるために、停止中のターボ冷凍機１Ｂを起動する。
【００６０】
一方、外気温度が５℃以上のときは、例えば成績係数曲線Ｌ４が選定される。負荷割合が８０％の場合には極大値であるＪ点で運転されていることになる。この場合には、要求負荷の増大に応じて冷温水流量Ｑ１を増加させたとしても、極大値であるＪ点から運転点がずれることになるので、成績係数は低下する。したがって、制御の余裕度が大きくなるように、停止中のターボ冷凍機１Ｂを起動して増台制御を行う。
【００６１】
負荷割合が８０％を越えている場合には、例えばＫ点に位置することになる。この場合には、要求負荷の増大に応じて、停止中のターボ冷凍機１Ｂを起動すると、運転中のターボ冷凍機１Ａの負荷が減るので、右方向に運転点がずれることになり、成績係数が増大する。したがって、このような場合には積極的に冷凍機の増台運転を行う。
【００６２】
負荷割合が８０％を下回っている場合には、例えばＭ点に位置することになる。この場合には、要求負荷の増大に応じて停止中のターボ冷凍機１Ｂを起動させることはせずに、現在運転しているターボ冷凍機１Ａの冷温水流量Ｑ１を増加させて、運転点を右方向にずらして成績係数を上げて要求熱量に対応することとする。これにより、成績係数が良い状態で運転を継続させることができる。
【００６３】
次に、外部負荷３０の要求熱量が減少したときを考える。この場合に、ターボ冷凍機１Ａ及び１Ｂの２台が運転され、他のターボ冷凍機１Ｃのみが停止されていたとする。
常時、運転中のターボ冷凍機１Ａ，１Ｂの運転状態が把握されている。例えば、外気温度が５℃以下のときには成績係数曲線として曲線Ｌ３が選定され、負荷割合が８０％の場合には、成績係数曲線Ｌ３上のＧ点でターボ冷凍機１Ａ，１Ｂは運転されていると把握される。このＧ点の縦軸値を演算することにより、現在成績係数が得られる。成績係数曲線Ｌ３のＧ点で運転されている場合には、成績係数曲線Ｌ３の形状から明らかなように、さらに冷温水流量Ｑ１，Ｑ２を減少させて負荷を下げてしまうと、成績係数が低下する。したがって、このような場合には、外部負荷３０の要求熱量が減少した場合には一方のターボ冷凍機１Ｂを停止させて、他方の現在運転しているターボ冷凍機１Ａの負荷割合を増加させる。これにより、運転点を右方にずらすことにより、ターボ冷凍機１Ａの成績係数を増大させることができる。
運転中のターボ冷凍機１Ａ，１Ｂがともに全負荷の場合にはＨ点に位置し、この場合には、一方のターボ冷凍機１Ｂを停止させて、他方のターボ冷凍機１Ａの負荷を上げることにより成績係数向上を図る。
【００６４】
一方、外気温度が５℃以上のときは、例えば成績係数曲線Ｌ４が選定される。負荷割合が８０％の場合には極大値であるＪ点で運転されていることになる。この場合には、要求負荷の減少に応じて冷温水流量Ｑ１，Ｑ２を減少させても、一方のターボ冷凍機１Ｂを停止させても、運転点が極大値であるＪ点からずれることになるので、成績係数は低下する。このような場合には、それぞれの場合の成績係数の低下量を計算し、この成績係数の低下量が少ない方を選定し、冷温水流量Ｑ１，Ｑ２の減少またはターボ冷凍機１Ｂの停止を行う。
【００６５】
負荷割合が８０％を越えている場合には、例えばＫ点に位置することになる。この場合には、要求負荷の減少に応じて、冷温水流量Ｑ１，Ｑ２を減少させると、左方に運転点がずれることになり、成績係数が上昇する。一方、ターボ冷凍機１Ｂを停止させると、運転継続中のターボ冷凍機１Ａの負荷が増加することになり、成績係数が低下することになる。したがって、このような場合には、冷温水流量Ｑ１，Ｑ２の減少を行う。
【００６６】
負荷割合が８０％を下回っている場合には、例えばＭ点に位置することになる。この場合には、要求負荷の減少に応じて冷温水流量Ｑ１，Ｑ２を減少させると、成績係数が低下する。したがって、一方のターボ冷凍機１Ｂを停止させて、運転継続中のターボ冷凍機１Ａの負荷を上げ、成績係数を上昇させる。したがって、このような場合には、ターボ冷凍機１Ｂの停止を行う。
【００６７】
図５には、上述の台数制御よりもさらに簡便な制御方法が示されている。つまり、成績係数の演算を経ずに、外気温度を判断基準としてターボ冷凍機１Ａ，１Ｂ，１Ｃの増減や冷温水流量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の増減を行う。
先ず、台数制御装置２０において、温度センサ３４によって得られる送水温度Ｔｓ、温度センサ３５によって得られる還水温度Ｔｒ、流量計３６によって得られる送水流量Ｑから、外部負荷３０の要求負荷ｑを演算する（ステップＳ２１）。
ｑ＝（Ｔｓ−Ｔｒ）×γ×λ×Ｑ    ［ｋｗ］  ・・・（１）
ここで、γ［ｋｇ／ｍ３］は比重であり、温水の平均温度に基づいて算出される。
λ［ｋＪ／ｋｇ］は比熱であり、温水の平均温度に基づいて算出される。
【００６８】
次に、運転中の各ターボ冷凍機１Ａ（又は１Ｂ，１Ｃ）の温水入口温度Ｔｉおよび温水出口温度Ｔｏ、冷温水流量Ｑ１（又はＱ２，Ｑ３）から、冷凍機出力（負荷）ｑ１を演算する（ステップＳ２２）。
ｑ１＝（Ｔｉ−Ｔｏ）×γ×λ×Ｑ１    ［ｋｗ］  ・・・（１）
ここで、γ［ｋｇ／ｍ３］は比重であり、温水の平均温度に基づいて算出される。
λ［ｋＪ／ｋｇ］は比熱であり、温水の平均温度に基づいて算出される。
【００６９】
次に、運転中の各ターボ冷凍機１Ａ（又は１Ｂ，１Ｃ）で対応可能な最大冷凍機出力、及び最小冷凍機出力を演算する（ステップＳ２３）。最大冷凍機出力は、冷凍機制御装置１０Ａ（又は１０Ｂ，１０Ｃ）のメモリに格納された定格暖房出力が用いられる。最小冷凍機出力は、定格暖房出力に対して３０〜４０％の値が用いられる。これば、ターボ圧縮機のストール等を考慮して決定される。
なお、上記ステップＳ２１〜Ｓ２３は、この順番で行う必要はなく、その順番は任意であり、並行して行っても良い。
【００７０】
次に、ステップＳ２１において得られた要求負荷ｑと、ステップＳ２３において得られた冷凍機最大出力とを比較する（ステップＳ２４）。
要求負荷ｑが最大冷凍機出力よりも大きい場合には、ステップＳ２５へと進み、冷凍機運転台数を１台増加させる（例えば、停止中のターボ冷凍機１Ｂ又は１Ｃを起動させる）。
要求負荷ｑが最大冷凍機出力よりも小さい場合には、ステップＳ２６へと進む。
【００７１】
ステップＳ２６では、ステップＳ２１において得られた要求負荷ｑと、ステップＳ２３において得られた最小冷凍機出力とを比較する。
要求負荷ｑが最小冷凍機出力よりも低い場合には、ステップＳ２７へと進み、冷凍機運転台数を１台減らす（例えば、ターボ冷凍機１Ａ，１Ｂが運転中の場合にはターボ冷凍機１Ｂを停止させる）。
要求負荷ｑが最小冷凍機出力よりも大きい場合にＡＨ、ステップＳ２８へと進む。
【００７２】
ステップＳ２８では、要求負荷ｑと運転中のターボ冷凍機１Ａ（又は１Ｂ，１Ｃ）の冷凍機出力合計とがほぼ等しいか否かを比較する。具体的には、運転台数の変更や冷温水流量の変更によって要求負荷ｑに追従させる必要がない程度に、冷凍機出力合計が要求負荷ｑにほぼ等しい場合には、ステップＳ２９へと進み、冷凍機運転台数および運転状態を変更しない。
運転台数の変更や冷温水流量の変更によって要求負荷ｑに追従させることが必要となる程度に、冷凍機出力合計が要求負荷ｑと異なる場合には、ステップＳ３０へと進む。
【００７３】
ステップＳ３０では、要求負荷ｑが冷凍機出力合計よりも大きいか否かを判断する。
要求負荷ｑが冷凍機出力合計よりも大きい場合には、ステップＳ３１へと進む。ステップＳ３１では、外気温度が所定値（例えば２５℃）よりも小さいか否かを判断する。外気温度が所定値よりも小さい場合には、ステップＳ３２へ進み、温水流量（熱媒流量）Ｑ１（又はＱ２，Ｑ３）を増加させる。これは、図４を用いて説明したように、外気温度Ｔｃｉが所定値よりも小さい場合には、成績係数曲線は、最小負荷から最大負荷に至るまで成績係数が増加する曲線を描く。したがって、温水流量を増加させてターボ冷凍機１の負荷を増加させることで、要求負荷ｑの増大に対応させつつ、ターボ冷凍機１の成績係数が高い運転を実現することができる。
【００７４】
温水流量を変更する際には、冷凍機制御装置１０は、運転中のターボ冷凍機１の現在制御値（例えばターボ圧縮機の回転数、膨張弁の開度）と、温水流量を変更した後の目標となる目標制御値との間の値とされた指示制御値によって、ターボ冷凍機１を制御する。これにより、温水流量変更後のターボ冷凍機１の運転状態が目標制御値に対してオーバーシュートすることなく現在状態に先行して漸近することとなる。したがって、外部負荷３０の変化に対する追従性を上げることができる。
【００７５】
ステップＳ３１において、外気温度が所定値以上と判断されると、ステップＳ３３へと進み、運転台数を増やす制御が行われる。これは、図４を用いて説明したように、外気温度が所定値以上の場合には、成績係数曲線は極大値であるＪ点を有し、Ｊ点よりも負荷が大きい場合には温水流量を上げても負荷を挙げても図４の右方に運転点がずれるので成績係数が下がってしまう。そこで、運転台数を増加させて冷凍機１台あたりの負荷を減少させることにより、図４において左方に運転点をずらすことにより成績係数を増加させることとした。一方、極大値であるＪ点よりも負荷が小さい場合には、温水流量を増加させた方が好ましいが、図５に示した本制御では、制御の簡便性をねらい、運転台数を増加させる制御のみとした。
【００７６】
冷凍機制御装置１０は、ターボ冷凍機１の運転台数を増加させる際に、運転中のターボ冷凍機１に加わる温水流量を所定時間だけ増大させるように制御する。これは新たに起動するターボ冷凍機１の立ち上がりには所定時間を要するため、要求熱量ｑを出力できない時間帯を回避するためである。このように、運転中のターボ冷凍機１に加わる温水流量を増大させて、新たに起動するターボ冷凍機１の立ち上がりに要する間の熱量不足を補うこととした。なお、運転中のターボ冷凍機１に供給される温水流量の増量は、新たに起動するターボ冷凍機１の立ち上がり遅れによる熱量不足を補う程度でよい。また、温水流量を変えずに運転中のターボ冷凍機１の設定温水温度を上げるようにして、ターボ冷凍機１の負荷を増大させるようにしても良い。
【００７７】
ステップＳ３０において、要求負荷ｑが冷凍機出力合計よりも小さい場合には、ステップＳ３４へと進む。ステップＳ３４では、外気温度が所定値（例えば２５℃）よりも小さいか否かを判断する。外気温度が所定値よりも小さい場合には、ステップＳ３５へと進み、温水流量のみを変更するか、運転台数を減らし、１台あたりの温水流量を増やす。ただし、図４で説明したように、温水流量を減少させて負荷を下げてしまうと、成績係数が低下するので、運転台数を減らして１台あたりの冷水流量を増やして負荷を増加させる方が好ましい。
【００７８】
ステップＳ３４において、外気温度が所定温度よりも大きい場合には、ステップＳ３６へと進み、現状維持運転を行うか、運転台数を減らす制御を行う。この場合には、図４において説明したように、成績係数曲線は極大値を有する。したがって、極大値であるＪ点で運転されている場合には、要求負荷の減少に応じて冷水流量を減少させても、１台のターボ冷凍機を停止させても、成績係数は低下する。このような場合には、各ターボ冷凍機１の制御の余裕度を得るために、運転台数を減らすこととする。
図４のＫ点に位置している場合には、要求負荷の減少に応じて、温水流量を減少させると成績係数が増大する。一方、１台のターボ冷凍機を停止させると、運転継続中のターボ冷凍機の負荷が増大して成績係数が低下する。したがって、このような場合には、現状維持とするか、温水流量を減少させた方が好ましい。
図４のＭ点に位置している場合には、要求負荷ｑの減少に応じて温水流量を減少させると、成績係数は低下する。一方、１台のターボ冷凍機を停止させると、運転継続中のターボ冷凍機の負荷が増大するので成績係数は増加する。このような場合には、運転台数を減らした方が好ましい。
【００７９】
以上説明したように、本実施形態にかかる熱源システムおよびその制御方法によれば、以下の作用効果を奏する。
冷房運転時には冷却水温度ごとに、暖房運転時には外気温度ごとに、成績係数を示す曲線を予め得ておき、運転中の冷却水温度または外気温度から、運転中のターボ冷凍機１の現在の負荷割合に応じた成績係数を得ることとした。そして、外部負荷３０の要求熱量ｑに追随する際に、成績係数曲線上の位置から、ターボ冷凍機１の冷温水流量を増加させた方が成績係数が増加するのか、ターボ冷凍機１の運転台数を増減させた方が成績係数が増加するのかを判断することとした。これにより、外部負荷３０の要求熱量ｑの変化に対応しつつ、成績係数が高い状態でターボ冷凍機を運転させることができる。
【００８０】
また、冷房運転時には冷却水温度ごとに、暖房運転時には外気温度ごとに、成績係数を示す曲線を予め把握しておき、成績係数曲線がターボ冷凍機１の負荷割合の増加に対して単調に増加する曲線（図２のＬ１，図４のＬ３）を描くのか、極大値を有する曲線を描くのか（図２のＬ２，図４のＬ４）が分かれる冷却水温度または外気温度（例えば２５℃または５℃）を閾値として、冷温水流量の増減や運転台数の増減を判断することとした。これにより、簡便な制御プログラムにより、外部負荷３０の要求熱量ｑの変化に対応しつつ、成績係数が高い状態でターボ冷凍機を運転させることができる。
【００８１】
なお、本実施形態では、熱源装置としてターボ冷凍機を一例として説明したが、他の形式の冷凍機や空気調和装置であっても良い。
また、ターボ冷凍機を３台備えた熱源システムを例として説明したが、冷凍機の数はこれに限定されず、２台であっても、４台以上であっても良い。
また、図３のステップＳ１１及びＳ１４において、冷却水入口温度Ｔｃｉを用いて制御の判断を行うこととしたが、これに代えて冷却水出口温度Ｔｃｏを用いても良く、あるいは、冷却塔３を備えない熱源システムであれば外気温度を用いることとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の熱源システムを示した概略図である。
【図２】冷房運転時の冷凍機の成績係数を冷却水温度に対して示したグラフである。
【図３】冷房運転時の台数変更の方法を示したフローチャートである。
【図４】暖房運転時の冷凍機の成績係数を外気温度に対して示したグラフである。
【図５】暖房運転時の台数変更の方法を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００８３】
１Ａ，１Ｂ，Ｃ  ターボ冷凍機（熱源機）
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ  冷却塔
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ  冷凍機制御装置（制御装置）
２０  台数制御装置（制御装置）
２０  外部負荷
Ｔｃｉ  冷却水入口温度（冷却水温度）
【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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