(57)【要約】【課題】負荷変動追従性を損なうことなく、設備の小型化及び低消費電力化が達成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】熱源システム１は、０℃以上３℃未満の温度範囲に制御された冷水を負荷設備８へ供給する複数のターボ冷凍機２と、熱源システム１の制御を行う制御装置７とを備え、制御装置７は、負荷設備８より、将来の負荷に関する予測負荷情報を取得する取得部と、複数のターボ冷凍機２における台数制御の増段条件に関する情報を格納する記憶部と、取得部が取得した予測負荷情報と、記憶部に格納されている情報とに基づいて、負荷設備８の負荷変動に先行して複数のターボ冷凍機２の運転台数を制御する台数制御部とを有する。【選択図】図１
2019074270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
０℃以上３℃未満の温度範囲に制御された冷水を負荷設備へ供給する複数のターボ冷凍機と、
熱源システムの制御を行う制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記負荷設備より、将来の負荷に関する予測負荷情報を取得する取得部と、
前記複数のターボ冷凍機における台数制御の増段条件に関する情報を格納する記憶部と、
前記取得部が取得した前記予測負荷情報と、前記記憶部に格納されている情報とに基づいて、前記負荷設備の負荷変動に先行して前記複数のターボ冷凍機の運転台数を制御する台数制御部と、
を有する熱源システム。
【請求項２】
前記台数制御部は、前記予測負荷情報における現在から所定時間経過後の予測負荷状態が、現在運転しているターボ冷凍機の容量制御上限値の和以上である場合に、前記負荷設備の負荷変動に先行して停止中のターボ冷凍機を起動する請求項１に記載の熱源システム。
【請求項３】
前記予測負荷情報は、前記負荷設備において、必要な熱量が予めスケジューリングされたスケジューリング情報である請求項１または２に記載の熱源システム。
【請求項４】
前記予測負荷情報は、前記複数のターボ冷凍機と前記負荷設備とを接続し、前記冷水を前記負荷設備へ供給する配管上に設けられた開閉弁の開度状態である請求項１または２に記載の熱源システム。
【請求項５】
前記複数のターボ冷凍機と前記負荷設備とを接続し、前記冷水を前記負荷設備へ供給する配管上に設けられ、前記冷水の温度を測定する温度測定部と、
前記配管上に設けられ、前記冷水の流量を制御する流量制御部と、
を備え、
前記制御装置は、
前記温度測定部によって測定された前記冷水の温度が、閾値以下となった場合に、前記複数のターボ冷凍機の出力を固定し、かつ、前記冷水の温度が凍結限界温度と供給上限温度との間の範囲を超過しないように前記流量制御部を制御する凍結防止制御部を備え、
前記閾値は、０℃に所定のマージンを加えた温度に設定されている請求項１から４のいずれか１項に記載の熱源システム。
【請求項６】
前記複数のターボ冷凍機と前記負荷設備とを接続し、前記冷水を前記負荷設備へ供給する配管上に設けられ、前記冷水の温度を測定する温度測定部と、
前記配管上に設けられ、前記冷水の流量を制御する流量制御部と
を備え、
前記制御装置は、
前記予測負荷情報により、現在から所定時間経過後において、負荷が、所定期間の間に予め設定された許容量以上低下することが予測される場合には、前記複数のターボ冷凍機の出力を固定し、かつ、前記温度測定部によって測定された前記冷水の温度が凍結限界温度と供給上限温度との間の範囲を超過しないように前記流量制御部を制御する凍結防止制御部を備える請求項１から４のいずれか１項に記載の熱源システム。
【請求項７】
前記負荷設備では、食品の冷却が行われる請求項１から５のいずれか１項に記載の熱源システム。
【請求項８】
０℃以上３℃未満の温度範囲に制御された冷水を負荷設備へ供給する複数のターボ冷凍機を備える熱源システムの制御方法であって、
前記負荷設備より、将来の負荷に関する予測負荷情報を取得する取得工程と、
前記取得工程により取得した前記予測負荷情報と、前記複数のターボ冷凍機における台数制御の増段条件に関する情報とに基づいて、前記負荷設備の負荷変動に先行して前記複数のターボ冷凍機の運転台数を制御する台数制御工程と、
を有する熱源システムの制御方法。
【請求項９】
０℃以上３℃未満の温度範囲に制御された冷水を負荷設備へ供給する複数のターボ冷凍機を備える熱源システムを制御するための熱源システム制御プログラムであって、
前記負荷設備より、将来の負荷に関する予測負荷情報を取得する取得処理と、
前記取得処理により取得した前記予測負荷情報と、前記複数のターボ冷凍機における台数制御の増段条件に関する情報とに基づいて、前記負荷設備の負荷変動に先行して前記複数のターボ冷凍機の運転台数を制御する台数制御処理と、
をコンピュータに実行させるための熱源システムの制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱源システム及びその制御方法並びに制御プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、牛乳やチーズ等を製造する食品工場等の設備（以下「負荷設備」という。）では、食品を冷却するために、冷水（例えば０℃から３℃）を供給するための装置が必要である。また、食品工場等では、食品を冷却する工程と食品を冷却しない工程とで負荷が急激に変化するため、冷水を供給するための装置には、負荷変動追従性が求められる。
【０００３】
このような理由から、一般的には、食品工場等に設置される冷水を供給するための設備として、アイスバンクが採用されている。
【０００４】
なお、アイスバンクシステムの構成は、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１６１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、アイスバンクでは、氷を作り出すための製氷用熱源器と、この氷によって水を冷やし、また、貯めておくためのタンクが必要となるため、装置が大型化し、広大な設置スペースを必要とする。
【０００７】
また、アイスバンクでは、製氷を行うために−５℃から−１０℃程度の冷却媒体を必要とするため、エネルギー消費が大きいという問題がある。
【０００８】
また、従来ではアイスバンクは深夜電力を使用して運転が行われていたため、夜間の運転確認等、管理面での負担がかかっていた。
【０００９】
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、負荷変動追従性を損なうことなく、設備の小型化及び低消費電力化が達成できる熱源システム、制御方法、及び制御プログラム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】
【００１０】
本発明の第１態様は、０℃以上３℃未満の温度範囲に制御された冷水を負荷設備へ供給する複数のターボ冷凍機と、熱源システムの制御を行う制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記負荷設備より、将来の負荷に関する予測負荷情報を取得する取得部と、前記複数のターボ冷凍機における台数制御の増段条件に関する情報を格納する記憶部と、前記取得部が取得した前記予測負荷情報と、前記記憶部に格納されている情報とに基づいて、前記負荷設備の負荷変動に先行して前記複数のターボ冷凍機の運転台数を制御する台数制御部と、を有する熱源システムである。
【００１１】
上記のような構成によれば、冷水を負荷設備へ供給するために、ターボ冷凍機を採用しているため、アイスバンクを用いる場合と比較して、負荷変動追従性を損なうことなく、設置スペースを小さくすることができる。また、従来のアイスバンクでは、製氷を行うために−５℃から−１０℃程度の冷却媒体を必要としていたが、本態様では、ターボ冷凍機を用いて冷水を０℃以上３℃未満の温度範囲に制御することとしたため、消費電力を効果的に低減することができる。また、本態様におけるターボ冷凍機は、負荷設備の稼働中に運転を行うため、従来のアイスバンクのように、深夜帯に運転を行う必要がなく、管理面でも負担が軽減される。また、負荷設備へ供給される冷水の温度範囲は、０℃以上３℃未満としたため、不凍性の液体ではなく、水が使用できる。このため、環境を汚染することがない。また、ターボ冷凍機の台数制御を、負荷設備より取得した将来の負荷に関する予測負荷情報を考慮して行うため、負荷設備の負荷変動に先行してターボ冷凍機を起動することが可能であり、より確実に負荷設備の負荷変動に対応することができる。
【００１２】
上記熱源システムにおいて、前記台数制御部は、前記予測負荷情報における現在から所定時間経過後の予測負荷状態が、現在運転しているターボ冷凍機の容量制御上限値の和以上である場合に、前記負荷設備の負荷変動に先行して停止中のターボ冷凍機を起動することとしてもよい。
【００１３】
上記のような構成によれば、予測負荷情報における現在から所定時間経過後の予測負荷状態を考慮して、ターボ冷凍機に対して台数制御を行うため、負荷設備の負荷変動に対してより安定して運転を行うことができる。
【００１４】
上記熱源システムにおいて、前記予測負荷情報は、前記負荷設備において、必要な熱量が予めスケジューリングされたスケジューリング情報であることとしてもよい。
【００１５】
上記のような構成によれば、負荷設備における必要な熱量がスケジューリングされた情報をターボ冷凍機の台数制御に用いるため、負荷設備の将来の負荷変動を煩雑な処理を必要とせずに予測することができる。
【００１６】
上記熱源システムにおいて、前記予測負荷情報は、前記複数のターボ冷凍機と前記負荷設備とを接続し、前記冷水を前記負荷設備へ供給する配管上に設けられた開閉弁の開度状態であることとしてもよい。
【００１７】
上記のような構成によれば、冷水を負荷設備へ供給する配管上に設けられた開閉弁の開度状態よりターボ冷凍機の台数制御を行うため、負荷設備の将来の負荷変動を予測することができる。負荷設備とターボ冷凍機をつなぐ配管が長くなると、負荷設備における負荷変動がターボ冷凍機側に現れるには時間遅れが生じる。このため、配管上に設けられた開閉弁の開度状態によっても、ターボ冷凍機側にとっては、負荷設備の将来の負荷変動を予測することとなる。
【００１８】
上記熱源システムにおいて、前記複数のターボ冷凍機と前記負荷設備とを接続し、前記冷水を前記負荷設備へ供給する配管上に設けられ、前記冷水の温度を測定する温度測定部と、前記配管上に設けられ、前記冷水の流量を制御する流量制御部と、を備え、前記制御装置は、前記温度測定部によって測定された前記冷水の温度が、閾値以下となった場合に、前記複数のターボ冷凍機の出力を固定し、かつ、前記冷水の温度が凍結限界温度と供給上限温度との間の範囲を超過しないように前記流量制御部を制御する凍結防止制御部を備え、前記閾値は、０℃に所定のマージンを加えた温度に設定されていることとしてもよい。
【００１９】
上記のような構成によれば、冷水の温度が、０℃に所定のマージンを加えた温度（閾値）以下となったときには、ターボ冷凍機の出力を固定にするため、冷水の温度のさらなる低下及び凍結を抑制することができる。また、冷水の温度が凍結限界温度と供給上限温度との間の範囲を超過しないように流量制御部を制御することとすることで、より安定的に、適切な温度の冷水を負荷設備へ供給することができる。
【００２０】
上記熱源システムにおいて、前記複数のターボ冷凍機と前記負荷設備とを接続し、前記冷水を前記負荷設備へ供給する配管上に設けられ、前記冷水の温度を測定する温度測定部と、前記配管上に設けられ、前記冷水の流量を制御する流量制御部とを備え、前記制御装置は、前記予測負荷情報により、現在から所定時間経過後において、負荷が、所定期間の間に予め設定された許容量以上低下することが予測される場合には、前記複数のターボ冷凍機の出力を固定し、かつ、前記温度測定部によって測定された前記冷水の温度が凍結限界温度と供給上限温度との間の範囲を超過しないように前記流量制御部を制御する凍結防止制御部を備えることとしてもよい。
【００２１】
上記のような構成によれば、現在から所定時間経過後において、負荷が、所定期間の間に予め設定された許容量以上低下する（急減）ことが予測される場合には、ターボ冷凍機の出力を固定にするため、冷水の温度のさらなる低下及び凍結を抑制することができる。また、冷水の温度が凍結限界温度と供給上限温度との間の範囲を超過しないように流量制御部を制御することとすることで、より安定的に、適切な温度の冷水を負荷設備へ供給することができる。
【００２２】
上記熱源システムにおいて、前記負荷設備では、食品の冷却が行われることとしてもよい。
【００２３】
上記のような構成によれば、食品工場では一般的にアイスバンクが採用されていたが、本態様のようにターボ冷凍機を用い、かつ、予測負荷情報に基づいてターボ冷凍機の台数制御を行うことで、負荷変動追従性を損なうことなく、省スペース化、低消費電力化、及び管理負担軽減等の効果を奏する。
【００２４】
本発明の第２態様は、０℃以上３℃未満の温度範囲に制御された冷水を負荷設備へ供給する複数のターボ冷凍機を備える熱源システムの制御方法であって、前記負荷設備より、将来の負荷に関する予測負荷情報を取得する取得工程と、前記取得工程により取得した前記予測負荷情報と、前記複数のターボ冷凍機における台数制御の増段条件に関する情報とに基づいて、前記負荷設備の負荷変動に先行して前記複数のターボ冷凍機の運転台数を制御する台数制御工程と、を有する熱源システムの制御方法である。
【００２５】
本発明の第３態様は、０℃以上３℃未満の温度範囲に制御された冷水を負荷設備へ供給する複数のターボ冷凍機を備える熱源システムを制御するための熱源システム制御プログラムであって、前記負荷設備より、将来の負荷に関する予測負荷情報を取得する取得処理と、前記取得処理により取得した前記予測負荷情報と、前記複数のターボ冷凍機における台数制御の増段条件に関する情報とに基づいて、前記負荷設備の負荷変動に先行して前記複数のターボ冷凍機の運転台数を制御する台数制御処理と、をコンピュータに実行させるための熱源システムの制御プログラムである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、負荷変動追従性を損なうことなく、設備の小型化及び低消費電力化が達成できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱源システムの概略構成図を示した図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る熱源システムのターボ冷凍機の構成を示した図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る熱源システムの上位制御装置における機能ブロックを示した図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る熱源システムの記憶部に格納されている情報を示した図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る熱源システムの増段要否判定のフローチャートを示した図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る熱源システムの台数制御のフローチャートを示した図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る熱源システムの台数制御の動作を示した図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る熱源システムにおける変形例の概略構成図を示した図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る熱源システムにおける変形例の概略構成図を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に、本発明に係る熱源システム、制御方法、及び制御プログラムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る熱源システム、制御方法、及び制御プログラムの概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る熱源システム１は、複数のターボ冷凍機２（２Ａ−２Ｃ）と、配管３−４と、温度測定部５と、流量制御部６と、上位制御装置７とを主な構成として備えている。なお、本実施形態では、ターボ冷凍機２を３台用いて、冷水を負荷設備８に供給する場合について説明する。なお、以下の説明では、各ターボ冷凍機２を区別して説明する場合には、ターボ冷凍機２Ａ、２Ｂ、２Ｃとし、各ターボ冷凍機２を区別しない場合には単に符号２を付す。また、負荷設備８としては、食品工場を例示して説明する。なお、ターボ冷凍機２の台数は負荷設備８の最大負荷等に基づいて適宜設計することが可能である。また、負荷設備８についても、０℃から３℃の範囲に制御された冷水が供給される設備であれば、食品工場に限られない。本実施形態においては、ターボ冷凍機２から負荷設備８へ供給される冷水は、０℃から３℃の範囲に制御されているため、不凍性の液体（ブライン）ではなく、水を用いることが可能である。
【００２９】
また、負荷設備８においては、例えば、食品を冷却するといった負荷変動の時間帯が予めスケジューリングされているとする。そして、負荷設備８は、将来の負荷に関する予測負荷情報として、必要な熱量が予めスケジューリングされたスケジューリング情報を上位制御装置７へ出力するものとする。
【００３０】
ターボ冷凍機２から出力された冷水はサプライヘッダ９へ入り、まとめられて負荷設備８へ供給される。負荷設備８にて仕事を終えた冷水はリターンヘッダ１０へ入り、各ターボ冷凍機２に分配される。また、サプライヘッダ９とリターンヘッダ１０との間にはバイパス配管が設けられている。バイパス配管に設けられたバイパス弁１１の開度を調整することにより、負荷設備８へ供給する冷水量を調整することができる。
【００３１】
ターボ冷凍機２は、０℃以上３℃未満の温度範囲に制御した冷水を負荷設備８へ供給する。具体的には、各ターボ冷凍機２は、図２に示すように、圧縮機２１と、凝縮器２２と、高圧膨張弁２３と、中間冷却器２４と、低圧膨張弁２５と、蒸発器２６とを備えており、この順に接続されることで冷凍サイクルを形成している。冷凍サイクルを流れる冷媒は、まず、圧縮機２１によって圧縮されることで高温・高圧の冷媒となり、凝縮器２２に供給される。そして、凝縮器２２に供給された冷媒は、例えば冷却塔等から供給される冷却水との間で熱交換を行うことによって、凝縮する。凝縮した冷媒は高圧膨張弁２３によって膨張し、中間冷却器２４に供給される。そして、冷媒は、低圧膨張弁２５にてさらに膨張し、蒸発器２６に供給される。冷媒は、蒸発器２６において、負荷設備８へ供給される冷水と熱交換することによって蒸発し、圧縮機２１に供給される。ターボ冷凍機２では、このような冷凍サイクルを用いて、冷水の熱エネルギーを、例えば冷却塔からターボ冷凍機２に供給された冷却水へ移動させることによって、冷水を冷却する。
また、各ターボ冷凍機２は、圧縮機２１等を制御する冷凍機制御部１３Ａ−１３Ｃを備えている。各冷凍機制御部１３Ａ−１３Ｃは後述する上位制御装置７と情報の授受を行うことにより、自身に割り当てられた負荷に応じた圧縮機２１の回転数制御や、起動・停止の制御を行う。
なお、ターボ冷凍機２の構造としては、上記の構成に限定されず、様々な構成のターボ冷凍機を使用することができる。また、負荷変動追随性の高い冷凍機であれば、ターボ冷凍機に代えて用いることも可能である。
【００３２】
配管３−４は、ターボ冷凍機２と負荷設備８を接続している。具体的には、配管３−４は、ターボ冷凍機２によって０℃以上３℃未満の温度範囲に制御された冷水を負荷設備８に供給するための送り配管３と、負荷設備８にて熱エネルギーを吸収した（温められた）冷水がターボ冷凍機２へ戻るための戻り配管４とからなる。配管としては、内部を流通する冷水の温度が変化しないように、断熱性能を有するものが採用される。
【００３３】
温度測定部５は、送り配管３に設けられ、ターボ冷凍機２から負荷設備８へ供給される冷水の温度を測定する。測定された温度は、上位制御装置７へ出力され、後述する凍結防止制御に用いられる。
【００３４】
流量制御部６は、送り配管３に設けられ、ターボ冷凍機２から負荷設備８へ供給される冷水の流量を制御する。本実施形態では、流量制御部６は、後述する凍結防止制御を行う場合に可変制御され、負荷設備８へ供給される冷水の温度変化を抑制するために用いられる。なお、流量制御部６は、戻り配管４上に設けられてもよい。
【００３５】
上位制御装置７は、負荷設備８における将来の負荷に関する予測負荷情報に基づいて、ターボ冷凍機２の台数制御を行う。また、上位制御装置７は、負荷の急激な低下による冷水の凍結を防止するための制御（凍結防止制御）についても行う。
【００３６】
各冷凍機制御部１３Ａ−１３Ｃ及び上位制御装置７は、例えば、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリ、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等かを備えている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。
【００３７】
図３は、上位制御装置７が備える機能を示した機能ブロック図である。図３に示されるように、上位制御装置７は、取得部３１と、記憶部３２と、台数制御部３３と、凍結防止制御部３４とを備えている。
【００３８】
取得部３１は、負荷設備８より、将来の負荷に関する予測負荷情報を取得する。本実施形態では、予測負荷情報とは、負荷設備８において必要な熱量が予めスケジューリングされたスケジューリング情報である場合について説明する。取得部３１は、負荷設備８より予測負荷情報を取得し、取得した予測負荷情報を所定時間だけ遅らせる処理を行ってから台数制御部３３へ出力する。負荷設備８における負荷変動は、負荷設備８とターボ冷凍機２を接続する配管の長さに基づく時間分遅れて、ターボ冷凍機２側にあらわれる。このため、この遅れ時間の分だけ遅らせることによって、負荷設備８より取得した予測負荷情報を、実際にターボ冷凍機２側に現れる負荷変動の予測情報として用いることができる。
【００３９】
なお、将来の負荷に関する予測負荷情報は、上述のようなスケジューリング情報に限らず、負荷設備８における将来の負荷変動を予測し得る情報であれば用いることが可能である。例えば、ターボ冷凍機２と負荷設備８とを接続している配管に設けられた開閉弁の開度状態を、将来の負荷に関する予測負荷情報として用いることが可能である。開閉弁の開度状態を用いる場合は、変形例として後述する。
【００４０】
記憶部３２は、複数のターボ冷凍機２における台数制御の増段条件に関する情報を格納している。具体的には、各ターボ冷凍機２における容量制御下限値及び容量制御上限値、そして、台数制御における起動優先順位が記憶されている。記憶部３２に記憶されている各情報は、台数制御部３３によって適宜読み出され、ターボ冷凍機２の台数制御に使用される。なお、容量制御下限値及び上限値とは、それぞれのターボ冷凍機２を、負荷に応じて制御した時の、出力（容量）の下限値及び上限値であり、各ターボ冷凍機２において性能や消費電力が考慮されて予め設定されているものとする。
【００４１】
記憶部３２に記憶される情報は、例えば、図４のようなテーブルである。本実施形態では、ターボ冷凍機２を３台備えている。そして、それぞれのターボ冷凍機２Ａ−２Ｃにおいて、容量制御下限値を２０％とし、容量制御上限値を１００％としている。なお、図４にける容量制御下限値及び容量制御上限値は一例であり、使用するターボ冷凍機２によって適宜設定されうる。また、各ターボ冷凍機２の容量制御下限値及び容量制御上限値はそれぞれ別々の値に設定されてもよい。また、本実施形態では、容量制御下限値及び容量制御上限値を％で表しているが、ｋＷ等で表すこととしてもよい。ターボ冷凍機２の最大出力を１００％、停止状態を０％として表している。
【００４２】
台数制御部３３は、取得部３１が取得した予測負荷情報と、運転中のターボ冷凍機２における情報と、記憶部３２に格納されている情報とに基づいて、負荷設備８の負荷変動に先行してターボ冷凍機２の運転台数を制御する。このため、台数制御部３３は、増段要否判定部３５と、運転台数変更部３６とを備えている。
【００４３】
増段要否判定部３５は、取得部３１が取得した予測負荷情報と、運転中のターボ冷凍機２における情報と、記憶部３２に格納されている情報とに基づいて、ターボ冷凍機２の運転台数の増段の要否を判定する。
【００４４】
増段要否判定部３５における増段判定の概要を説明する。なお、以下の増段判定に係る説明では、図に示すテーブルにおいて、ターボ冷凍機２Ａ、２Ｂが運転中であり、予測負荷情報における所定時間経過後の予測負荷状態が２５０％である場合を例として説明する。まず、増段要否判定部３５は、予測負荷情報から、所定時間経過後における予測負荷状態（２５０％）を取得し、また、現在運転中の各ターボ冷凍機２Ａ、２Ｂに対応する容量制御上限値（それぞれ１００％）と容量制御下限値（それぞれ２０％）を記憶部３２から取得する。そして、所定時間経過後の予測負荷状態が、運転中の各ターボ冷凍機２Ａ、２Ｂの容量制御上限値の和（１００％＋１００％＝２００％）を超過しているか否かを判定する。所定時間経過後の予測負荷状態が、運転中の各ターボ冷凍機２Ａ、２Ｂの容量制御上限値の和を超過している場合とは、所定時間経過後に、現在運転しているターボ冷凍機２Ａ、２Ｂの出力可能な能力を超える負荷に対応しなければならないこと、すなわち、ターボ冷凍機２の運転台数の増段の必要があることを示している。
【００４５】
そして、次に、記憶部３２から、起動優先順位に基づいて次に起動するターボ冷凍機２Ｃの容量制御上限値（１００％）と容量制御下限値（２０％）を取得する。そして、所定時間経過後の負荷状態（２５０％）が、増段後の各ターボ冷凍機２Ａ−２Ｃの容量制御下限値の和（２０％＋２０％＋２０％＝６０％）以上であり、かつ、増段後の各ターボ冷凍機２Ａ−２Ｃの容量制御上限値の和（１００％＋１００％＋１００％＝３００％）以下であるか否かを判定する。そして、該判定が肯判定の場合には、所定時間経過後の予測負荷状態は、増段後のターボ冷凍機２Ａ−２Ｃの能力で対応可能であるということを示している。このため、増段要否判定部３５は、ターボ冷凍機２Ｃの増段指示を運転台数変更部３６へ出力する。
【００４６】
なお、減段処理についても、予測負荷情報を用いてもよい。しかしながら、予測負荷を用いる場合には、負荷の減少に先行して運転中のターボ冷凍機２の減段を行うということであるため、減段直後等にターボ冷凍機２全体として能力不足となる可能性がある。このため、減段処理については、一般的なターボ冷凍機２の台数制御通り、現在の負荷の状況を見て実行することの方がよい。
【００４７】
運転台数変更部３６は、増段要否判定部３５から増段指示があった場合に、増段対象のターボ冷凍機２を、負荷設備８の負荷変動に先行して、起動させる（フィードフォワード制御）。なお、増段要否判定部３５から増段指示がない場合には、現在運転しているターボ冷凍機２の状態（運転台数）を維持する。
【００４８】
凍結防止制御部３４は、温度測定部５によって測定された冷水の温度が、閾値以下となった場合に、ターボ冷凍機２の出力を固定し、かつ、冷水の温度が凍結限界温度と供給上限温度との間の範囲を超過しないように流量制御部６を制御する。負荷が急激に低下した時に、ターボ冷凍機２の出力が高くなる制御が行われた場合には、ターボ冷凍機２の蒸発器２６を通過する冷水が冷却されすぎて凍結する可能性がある。凍結防止制御部３４では、冷水の温度が予め設定した閾値以下となり、凍結の恐れがあることが検知された場合には、ターボ冷凍機２の出力を固定することで、冷水の凍結を防止している。なお、閾値は、例えば０．５℃といった、０℃に所定のマージンを加えた温度に設定される。ターボ冷凍機２の出力を固定する方法としては、圧縮機２１の回転数を制御する方法や、圧縮機ベーン開度を制御する方法等、様々な方法が使用可能である。また、本実施形態では、冷水の温度が閾値以下となった場合に、ターボ冷凍機２の出力を固定としているが、これに代えて、ターボ冷凍機２の出力を予め設定された出力まで下げることとしてもよい。この場合には、予め設定された出力は、事前に実験等により、負荷が急減しても冷水の凍結を防止でき、かつ、負荷に供給する冷水温度が過度に上昇しすぎないような出力として設定すればよい。
【００４９】
また、冷凍機の出力が固定とされている間には、負荷設備８の負荷変動によって冷水の温度に影響が出てしまう可能性があるため、凍結防止制御部３４は、流量制御部６も制御して冷水の流量を調節することで、冷水の温度を制御する。具体的には、冷水の温度を温度検出部によって検出し、検出した温度が、冷水の凍結限界温度（例えば、０．２℃）と供給上限温度（例えば、３℃）の間を超過しないように、冷水の流量を増減する（フィードバク制御）。
【００５０】
次に、ターボ冷凍機２の台数制御における増段要否判定について図５を参照して説明する。なお、図５に示すフローチャートは、ターボ冷凍機２の稼働中には、予め設定された制御周期で繰り返し制御が行われているものとする。
【００５１】
まず、取得部３１によって取得した予測負荷情報から、所定時間経過後の予測負荷状態を取得する（Ｓ１０１）。そして、運転中の各ターボ冷凍機２の容量制御上限値と容量制御下限値を取得する（Ｓ１０２）。
【００５２】
そして、予測負荷状態が運転中の各ターボ冷凍機２の容量制御上限値の和以上であるか否かを判定する（Ｓ１０３）。予測負荷状態が運転中の各ターボ冷凍機２の容量制御上限値の和よりも小さい場合（Ｓ１０３のＮＯ判定）には、所定時間経過後においても運転台数の増段を行う必要がないため、運転台数を維持する（Ｓ１０４）。
【００５３】
予測負荷状態が運転中の各ターボ冷凍機２の容量制御上限値の和以上である場合（Ｓ１０３のＹＥＳ判定）には、記憶部３２に記憶されている起動優先順位に基づいて、増段対象のターボ冷凍機２の容量制御上限値と容量制御下限値を取得する（Ｓ１０５）。なお、Ｓ１０５では、起動優先順位に基づいて、現在運転中のターボ冷凍機２における最も低い起動優先順位より一つ低い起動優先順位が設定されているターボ冷凍機２を増段対象とする。
【００５４】
そして、予測負荷状態が、増段後の各ターボ冷凍機２の容量制御下限値の和以上であって、かつ、増段後の各ターボ冷凍機２の容量制御上限値の和以下であるかを判定する（Ｓ１０６）。なお、通常は、いかなる負荷にも対応するために、運転中のターボ冷凍機２の容量制御上限値の和よりも、増段後のターボ冷凍機２の容量制御下限値の和は低い値となるように設定されているため、Ｓ１０３において、予測負荷状態が運転中の各ターボ冷凍機２の容量制御上限値の和以上である場合には、必然的に、Ｓ１０６において、予測負荷状態が増段後の各ターボ冷凍機２の容量制御下限値の和以上であることは満たされる。
【００５５】
予測負荷状態が、増段後の各ターボ冷凍機２の容量制御下限値の和以上であって、かつ、増段後の各ターボ冷凍機２の容量制御上限値の和以下である場合（Ｓ１０６のＹＥＳ判定）には、増段対象としたターボ冷凍機２を起動すれば、所定時間経過後の予測負荷状態に対応することができるということであるため、増段対象のターボ冷凍機２の増段指示を運転台数変更部３６に出力する（Ｓ１０７）。
【００５６】
予測負荷状態が、増段後の各ターボ冷凍機２の容量制御上限値の和よりも大きい場合（Ｓ１０６のＮＯ判定）には、Ｓ１０５において増段対象としたターボ冷凍機２を増段しただけでは所定時間経過後の予測負荷状態には対応できないということであるため、既に増段対象となっているターボ冷凍機２に加え、起動優先順位がさらに低いターボ冷凍機２についても増段対象として、Ｓ１０５の処理を再度実行する。予測負荷状態が、増段後の各ターボ冷凍機２の容量制御上限値の和以下となる（Ｓ１０６のＹＥＳ判定）まで上記の処理が繰り返し実行される。そして、最終的に増段対象となったすべてのターボ冷凍機２について、増段の指示を運転台数変更部３６へ出力する（Ｓ１０７）。
【００５７】
なお、上記のように、通常は、いかなる負荷にも対応するために、運転中のターボ冷凍機２の容量制御上限値の和よりも、増段後のターボ冷凍機２の容量制御下限値の和は低い値となるように設定されているため、Ｓ１０６においては、予測負荷状態が増段後の各ターボ冷凍機２の容量制御上限値の和以下であるか否かのみを判定することとしても良い。また、Ｓ１０６において、予測負荷状態が増段後の各ターボ冷凍機２の容量制御下限値の和以上であるか否かを判定し、否判定の場合には、記憶部３２に記憶されている各ターボ冷凍機２では対応できない負荷状態が発生してしまうということであるため、記憶部３２に記憶された各ターボ冷凍機２の容量制御下限値の設定が誤っていることを管理者等へ通知することとしても良い。
【００５８】
次に、ターボ冷凍機２の台数制御方法について図６を参照して説明する。図６に示すフローチャートは、負荷設備８及びターボ冷凍機２が稼働されると開始される。なお、例えば、運転者によって、ターボ冷凍機２の自動制御モード（運転台数制御モード）が選択されている場合のみ動作することとしてもよい。
【００５９】
まず、優先順位が最も高いターボ冷凍機２を起動する（Ｓ２０１）。これは、起動直後の負荷に対応するためである。なお、Ｓ２０１では、起動するターボ冷凍機２を１台に限らず、起動直後の負荷に応じて適宜設計可能である。
【００６０】
次に、図５に示すような負荷設備８の予測負荷情報を用いた増段要否判定を行う（Ｓ２０２）。増段判定により増段否と判定された場合（Ｓ２０２のＮＯ判定）には、Ｓ２０４へ移行する。
【００６１】
増段判定により増段要と判定された場合（Ｓ２０２のＹＥＳ判定）には、増段要否判定により増段対象となっているターボ冷凍機２を起動する（Ｓ２０３）。具体的には、増段対象となっているターボ冷凍機２の冷凍機制御部１３Ａ−１３Ｃに対して起動指令を送信する。そして、Ｓ２０４へ移行する。
【００６２】
Ｓ２０４では、ターボ冷凍機２の運転停止が指示されたか否かを判定する。なお、運転停止の指示は、運転者から直接指示されることとしてもよいし、負荷設備８の停止と連動して停止することとしてもよい。ターボ冷凍機２の運転停止が指示されていなければ（Ｓ２０４のＮＯ判定）、Ｓ２０２へ戻り、ターボ冷凍機２の運転停止指示があるまで上記処理を繰り返す。
【００６３】
ターボ冷凍機２の運転停止が指示された場合（Ｓ２０４のＹＥＳ判定）には、ターボ冷凍機２を全て停止状態とする（Ｓ２０５）。
【００６４】
次に、ターボ冷凍機２の台数制御の動作について図７を参照して説明する。図７は、負荷設備８の予測負荷情報と、ターボ冷凍機２における負荷変動と、対応する運転台数について示している。ターボ冷凍機２における負荷変動とは、負荷設備８において実際に発生した負荷変動がターボ冷凍機２においてあらわれたものであり、ターボ冷凍機２と負荷設備８とを接続する配管の物理的な長さに起因して、時間遅れが発生する。そして、配管が長くなるに従って、時間遅れもより大きくなる。
【００６５】
負荷設備８では、負荷は時刻Ａにおいて１００％を超過し、この影響は時刻Ｂにおいてターボ冷凍機２にあらわれている。しかしながら、上位制御装置７では、予め負荷設備８から予測負荷情報を取得しているため、実際に時刻Ｂとなり負荷変動の影響がターボ冷凍機２に現れる前に、ターボ冷凍機２の運転台数を１台から２台へ増段することが可能である。
【００６６】
また、時刻Ｃにおいては、負荷が２００％を超過し、時刻Ｄにおいて負荷変動の影響がターボ冷凍機２へあらわれている。この場合においても、上位制御装置７では予め予測負荷情報を取得しているため、時刻Ｄとなる前に、ターボ冷凍機２の運転台数を２台から３台へ増段することが可能である。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態に係る熱源システム、制御方法、及び制御プログラムによれば、冷水を負荷設備８へ供給するために、ターボ冷凍機２を採用しているため、アイスバンクを用いる場合と比較して、負荷変動追従性を損なうことなく、設置スペースを小さくすることができる。また、従来のアイスバンクでは、製氷を行うために−５℃から−１０℃程度の冷却媒体を必要としていたが、本実施形態では、ターボ冷凍機２を用いて冷水を０℃以上３℃未満の温度範囲に制御することとしたため、消費電力を効果的に低減することができる。
【００６８】
また、本実施形態におけるターボ冷凍機２は、負荷設備８の稼働中に運転を行うため、従来のアイスバンクのように、深夜帯に運転を行う必要がなく、管理面でも負担が軽減される。また、負荷設備８へ供給される冷水の温度範囲は、０℃以上３℃未満としたため、不凍性の液体ではなく、水が使用できる。このため、環境を汚染することがない。
【００６９】
また、ターボ冷凍機２の台数制御を、負荷設備８より取得した将来の負荷に関する予測負荷情報を考慮して行うため、負荷設備８の負荷変動に先行してターボ冷凍機２を起動することが可能であり、より確実に負荷設備８の負荷変動に対応することができる。
【００７０】
次に、本実施形態に係る予測負荷情報の変形例について説明する。上記の一実施形態では、将来の負荷に関する予測負荷情報は、スケジューリング情報を用いていたが、これに代えて、ターボ冷凍機２と負荷設備８とを接続している送り配管３に設けられた開閉弁１５（例えば、流量調整バルブ１５）の開度状態を予測負荷情報として用いる。
【００７１】
具体的には、図８のような冷水流れにおける負荷設備８の上流側に流量調整バルブ１５が設けられ、必要な冷水を得るために負荷設備８側の操作によって流量調整バルブ１５の開度が制御されている場合を想定する。この場合には、負荷設備８における負荷変動に対応して負荷設備８側で流量調整バルブ１５を調整しているため、この流量調整バルブ１５の開度を検知することによって、負荷側の要求負荷（負荷変動）を検知することができる。
【００７２】
また、ターボ冷凍機２と負荷設備８を接続する配管は、一般的に長い。これに起因して、負荷設備８における負荷変動は、ターボ冷凍機２側には遅れて現れる。つまり、負荷設備８側で負荷変動に対応するために流量調整バルブ１５を調整し、一定時間が経過した後に、ターボ冷凍機２側に負荷変動の影響があらわれるということとなる。このため、ターボ冷凍機２側から見ると、流量調整バルブ１５の制御情報は、将来の負荷に関する予測負荷情報となる。
【００７３】
このため、負荷設備８の上流側に設けられた流量調整バルブ１５の開度状態によっても、将来の負荷に関する予測負荷情報を得ることができ、これを用いてターボ冷凍機２の台数制御を行うことで、負荷変動に先行してターボ冷凍機２を起動することが可能であり、より確実に負荷変動に対応することができる。
【００７４】
なお、図９のように負荷設備８が複数設けられ、それぞれの負荷設備８の上流側に開閉弁１５（例えば、流量調整バルブ１５）が設けられている場合には、それぞれの開閉弁１５の開度状態を用いることとしてもよい。
【００７５】
次に、本実施形態に係る凍結防止制御部３４の変形例について説明する。上記の一実施形態では、温度測定部５によって測定された冷水の温度が、閾値以下となった場合に、ターボ冷凍機２の出力を固定していたが、これに代えて、予測負荷情報により、現在から所定時間経過後において、負荷が、所定期間の間に予め設定された許容量以上低下することが予測される場合には、ターボ冷凍機２の出力を固定する。
【００７６】
負荷が急激にしたときに、ターボ冷凍機２の出力が高くなる制御が行われた場合には、ターボ冷凍機２の蒸発器２６を通過する冷水が冷却されすぎて凍結する可能性がある。このため、本変形例では、負荷が所定期間の間に予め設定された許容量以上低下することを検知して、負荷の急激な低下を検知している。
【００７７】
このため、予め実験的に、どれくらいの期間にどれくらいの負荷低下があった場合に凍結する恐れがあるかを取得しておき、所定期間及び許容量を設定すればよい。
【符号の説明】
【００７８】
１              ：熱源システム
２（２Ａ−２Ｃ）：ターボ冷凍機
３              ：送り配管
４              ：戻り配管
５              ：温度測定部
６              ：流量制御部
７              ：上位制御装置
８              ：負荷設備
９              ：サプライヘッダ
１０            ：リターンヘッダ
１１            ：バイパス弁
１３Ａ−１３Ｃ  ：冷凍機制御部
１５            ：開閉弁（流量調整バルブ）
２１            ：圧縮機
２２            ：凝縮器
２３            ：高圧膨張弁
２４            ：中間冷却器
２５            ：低圧膨張弁
２６            ：蒸発器
３１            ：取得部
３２            ：記憶部
３３            ：台数制御部
３４            ：凍結防止制御部
３５            ：増段要否判定部
３６            ：運転台数変更部
【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】
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【図８】
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【図９】
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