(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、前記ターボ圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮液化させる凝縮器と、凝縮器によって凝縮液化された冷媒を膨張させる膨張弁、及び、前記膨張弁によって膨張された冷媒を外部負荷から送給される冷水と熱交換させることで蒸発させる蒸発器を備えたターボ冷凍機と、
前記凝縮器にて熱交換を行うことによって冷媒を冷却する冷却水を、外気と接触させることにより熱交換させて冷却する冷却塔と、
を備える熱源システムにおける、前記凝縮器に前記冷却水を供給する流量を制御する冷却水流量制御方法であって、
前記ターボ冷凍機が起動してから所定時間内は、
外気温度に応じて設定される冷却水量下限値に基づいて、前記凝縮器に供給される前記冷却水の流量を制御する、
ことを特徴とする熱源システムの冷却水流量制御方法。
【請求項２】
前記外気温度と、前記ターボ冷凍機の熱負荷率と、に応じて設定される前記冷却水流量下限値に基づいて、前記凝縮器に前記冷却水を供給する流量を制御する、
請求項１に記載の熱源システムの冷却水流量制御方法。
【請求項３】
前記熱負荷率は、
前記蒸発器に流入する前記冷水の計測温度及び前記蒸発器から流出する前記冷水の計測温度に基づいて求められる、
請求項２に記載の熱源システムの冷却水流量制御方法。
【請求項４】
前記熱負荷率として、設定された前記熱負荷率が用いられる、
請求項２に記載の熱源システムの冷却水流量制御方法。
【請求項５】
前記設定された前記熱負荷率は、
複数の前記ターボ冷凍機を備える前記熱源システムにおいて、各々の前記ターボ冷凍機に割り当てられる熱負荷率である、
請求項４に記載の熱源システムの冷却水流量制御方法。
【請求項６】
冷媒を圧縮するターボ圧縮機、前記ターボ圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮液化させる凝縮器と、凝縮器によって凝縮液化された冷媒を膨張させる膨張弁、及び、前記膨張弁によって膨張された冷媒を外部負荷から送給される冷水と熱交換させることで蒸発させる蒸発器を備えたターボ冷凍機と、
前記凝縮器にて熱交換を行うことによって冷媒を冷却する冷却水を、外気と接触させることにより熱交換させて冷却する冷却塔と、
を備える熱源システムにおける、前記凝縮器に前記冷却水を供給する流量を制御する冷却水流量制御方法であって、
前記ターボ冷凍機が起動してから所定時間内は、
前記凝縮器における凝縮能力と前記冷却塔における許容冷却水温度差に応じて設定される冷却水流量下限値に基づいて、前記凝縮器に供給する前記冷却水の流量を制御する、
ことを特徴とする熱源システムの冷却水流量制御方法。
【請求項７】
前記凝縮能力は、
計測に基づく前記蒸発器の蒸発能力と、前記ターボ圧縮機を駆動する電動機の計測に基づく駆動電力と、に基づいて求められる、
請求項６に記載の熱源システムの冷却水流量制御方法。
【請求項８】
前記凝縮能力は、
計測に基づく前記蒸発器の蒸発能力と、前記冷却水の温度における熱負荷量とＣＯＰ（成績係数）との既知である関係情報と、に基づいて求められる、
請求項６に記載の熱源システムの冷却水流量制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ冷凍機と冷却塔とを備える熱源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ冷凍機においては、冷媒が、蒸発器側で冷水の熱を奪い、凝縮器側で冷却水へ排熱する構造となっている。このターボ冷凍機を備えた熱源システムについても省エネルギが求められており、例えば、特許文献１には、凝縮器に供給される冷却水温度によって決まるインバータ駆動ターボ冷凍機の成績係数と負荷率との関係を得ておき、成績係数が所定値以上となるようにインバータを制御する技術が開示されている。
【０００３】
冷却水への排熱を調整する方法として、冷却水変流量制御が一般的に行われる。冷却水変流量制御は、ターボ冷凍機の負荷状態に応じて冷却水流量を調整することを要旨とするものであり、具体的な制御方法としては、例えば特許文献２、特許文献３に開示されている。そして、この冷却水変流量制御は、以下の二つの方式に区分される。
第一方式：冷凍機の起動時の当初から変流量制御を適用
第二方式：冷凍機の起動から一定時間（例えば、１０〜３０分程度）が経過するまでは定格流量とするが、一定時間経過後に、冷却水変流量制御へ移行
しかし、第一方式においては、冷凍機起動時の能力上昇に冷却水流量の増加が追いつかず、排熱できずに冷却水温度、ひいては冷媒の温度が急騰することによって凝縮圧力高による故障のおそれがある。第二方式は第一方式のこの問題を回避するために、一定時間は必ず定格流量で冷却水を流すが、定格流量が必要でない条件下（例えば冬場などの低負荷時）では過剰な冷却水を冷却水ポンプが流してしまうので搬送動力にロスが生じ、システム効率を低下させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１４２９５号公報
【特許文献２】特開２０００−２８３５２７号公報
【特許文献３】特開２０１０−２３６７２８号公報（図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、ターボ冷凍機を起動してから所定時間において、システム効率の低下を防止しつつ、冷媒温度の増大に伴う凝縮圧力高による故障を防止できる冷却水変流量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】
外気条件である温度、特に湿球温度が高い場合、一般的には熱負荷が上昇する。例えば、冷凍機から出力される冷水で室内を冷やす場合、夏場（湿球温度が高い）と冬場（湿球温度が低い）では、必要とされる冷凍能力が異なる。また、湿球温度が高い場合、冷却水温度も上昇する。これは、冷却塔の性能が湿球温度に依存するためである。一方、外気条件である湿球温度が低い場合、上と逆の理由により、熱負荷が低下し、冷却水温度も低下する。
つまり、外気条件である湿球温度が高い場合、必要とされる冷却水流量が増加し、仮に冷却水流量を増加させない場合、熱負荷が高くかつ冷却水温度が高くなるため、凝縮圧力高故障が発生するおそれがある。また湿球温度が低い場合、必要とされる冷却水流量は減少するが、仮に冷却水流量を減少させない場合、熱負荷が低くかつ冷却水温度が低いため、過剰に冷却水を流してしまい、システム効率の低下を招く（図１３（ａ）参照）。
以上の理由より、起動後の所定時間内において、外気条件である湿球温度に対応した冷却水流量下限値を用いることにより、湿球温度に対応した適切な冷却水流量範囲を得ることができ、実際の流量をその範囲内に制御することで、凝縮圧力高故障や、ポンプ動力過剰による効率低下を防止可能となる。
すなわち本願の第１発明は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機、ターボ圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮液化させる凝縮器、凝縮器によって凝縮液化された冷媒を膨張させる膨張弁、及び、膨張弁によって膨張された冷媒を外部負荷から送給される冷水と熱交換させることで蒸発させる蒸発器、を備えたターボ冷凍機と、凝縮器にて熱交換を行うことによって冷媒を冷却する冷却水を、外気と接触させることにより熱交換させて冷却する冷却塔と、を備える熱源システムにおける、凝縮器に冷却水を供給する流量を制御する冷却水流量制御方法であって、ターボ冷凍機が起動してから所定時間内は、外気温度に応じて設定される冷却水流量下限値に基づいて、凝縮器に冷却水を供給する流量を制御する、ことを特徴とする。
【０００７】
以上の第1発明では、冬場では熱負荷が低いものと仮定しているが、冬場でも熱負荷が高い環境も存在する。このような環境下においては必要な冷却水流量が多いため、冷却水流量を低く設定すると、高圧トリップが発生するおそれがある。
そこで、このような環境に対応するために本発明は、外気温度に加えて、ターボ冷凍機の熱負荷率をも考慮して設定される冷却水流量下限値に基づいて、凝縮器に冷却水を供給する流量を制御することが好ましい。そうすることで、外気温度と熱負荷に相関が見られない環境においてもシステム効率の低下を防止しつつ、冷媒温度増による凝縮圧力高故障を防止できる。
【０００８】
熱負荷率は、計測に基づいて求めることができるし、設定された値を用いることができる。
計測に基づく場合には、蒸発器に流入する冷水の計測温度及び蒸発器から流出する冷水の計測温度が用いられる。
設定された熱負荷率として、熱源システムが複数のターボ冷凍機を備える場合に、各々のターボ冷凍機に割り当てられる熱負荷率を用いることができる。
【０００９】
次に、熱負荷率が高くても、圧縮機の性能が高い場合と低い場合とでは、必要とされる凝縮能力が異なる。つまり、同じ熱負荷率・同じ湿球温度であっても、圧縮機の性能により、必要とされる凝縮能力が異なり、必要とされる冷却水流量も異なってくる。そこで本発明は、圧縮機の性能をも考慮して冷却水流量を設定することをも提供する。つまり本願は、ターボ冷凍機が起動してから所定時間内は、凝縮器における凝縮能力と冷却塔における許容冷却水温度差に応じて設定される冷却水流量下限値に基づいて、凝縮器に冷却水を供給する流量を制御する、第２発明を提供する。
【００１０】
第２発明において、凝縮能力は、計測に基づいて求めることができるし、計測値と既知の情報に基づいて求めることができる。
前者は、計測に基づく蒸発器の蒸発能力と、ターボ圧縮機を駆動する電動機の計測に基づく駆動電力と、に基づいて求める、というものである。
後者は、計測に基づく蒸発器の蒸発能力と、既知である熱負荷量とＣＯＰ（成績係数）の関係情報と、に基づいて求める、というものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の冷却水変流量制御方法によれば、ターボ冷凍機を起動してから所定時間において、システム効率の低下を防止しつつ、冷媒温度の増大に伴う凝縮圧力高による故障を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態における熱源システムの概略構成を示す図である。
【図２】第１実施形態における冷却水変流量制御の制御ロジックを示す図である。
【図３】第１実施形態における冷却水流量下限値の設定例を示すグラフである。
【図４】第２実施形態における冷却水変流量制御の制御ロジックを示す図である。
【図５】第２実施形態における冷却水流量下限値の設定例を示すグラフである。
【図６】第３実施形態における冷却水変流量制御の制御ロジックを示す図である。
【図７】第３実施形態における冷却水流量下限値の設定ロジックを示す図である。
【図８】熱負荷量とＣＯＰの関係を示すマップの一例である。
【図９】第４実施形態における冷却水変流量制御の手順を示すフローチャートである。
【図１０】第４実施形態における冷却水流量下限値の設定ロジックを示す図である。
【図１１】第５実施形態における冷却水変流量制御の手順を示すフローチャートである。
【図１２】第５実施形態において、複数台のターボ冷凍機を一台のコントローラで制御する熱源システムの概略構成を示す図である。
【図１３】冷却水変流量制御における変動要素を対比して示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。
はじめに、本実施の形態に係る熱源システム１について説明する。この熱源システム１は、追って説明する。第１実施形態〜第５実施形態に共通な基本的な構成を備えている
熱源システム１は、可変速機型のターボ冷凍機１０を備えたものであり、ターボ冷凍機１０は、ターボ圧縮機１１と、凝縮器１２と、電子膨張弁１３と、蒸発器１４と、ターボ圧縮機１１を回転駆動する電動モータ（交流モータ）１５と、冷媒流通路１６と、コントローラ１７と、を備えている。
ターボ圧縮機１１は、インバータ２２によって回転数が制御される電動モータ１５によって駆動される。インバータ２２は、コントローラ１７によってその出力が制御されている。ターボ圧縮機１１はその冷媒吸入口に、吸入冷媒流量を制御するインレットガイドベーンを設けることで容量制御が可能となっている。なお、本発明が適用されるターボ冷凍機は可変速機型に限るものでなく、固定速機型のターボ冷凍機にも本発明を適用できることはいうまでもない。
【００１４】
凝縮器１２には冷却水配管１２ａが配置されており、冷却塔２１により冷却された冷却水Ｗ１が冷却水配管１２ａを通して送給される。冷却水配管１２ａ上には冷却水ポンプ１２ｂが設けられており、冷却水配管１２ａを介して凝縮器１２と冷却塔２１の間で冷却水Ｗ１を循環させる。
蒸発器１４には冷水配管１４ａが配置されており、冷水配管１４ａを通して、外部負荷５０から冷水Ｗ２が送給され、蒸発器１４にて冷却された冷水Ｗ２が外部負荷５０に供給される。
インバータ２２は、商用電源（図示省略）から電力を受け、周波数制御した電流を電動モータ１５に供給して電動モータ１５を駆動し、これによりターボ圧縮機１１を回転駆動する。
【００１５】
コントローラ１７は、ターボ冷凍機１０を構成する要素の動作を以下のように制御する。
コントローラ１７は、インバータ２２を介して、電動モータ１５の回転数を制御する。つまり、コントローラ１７はターボ圧縮機１１の駆動を制御する。
コントローラ１７は、冷却水ポンプ１２ｂの出力を調整することで、冷却塔２１から凝縮器１２に供給される冷却水量を制御する。
【００１６】
熱源システム１は、冷却水量を制御するために、湿球温度計２３が冷却塔２１に付随して備えている。コントローラ１７は湿球温度計２３で計測された外気の湿球温度ＷＢを取得する。湿球温度ＷＢは、後述する第１実施形態及び第２実施形態で用いられる。なお、外気温度として湿球温度を用いるのが好ましいが、乾球温度を用いることもできる。
【００１７】
熱源システム１は、同様の目的のために、外部負荷５０から蒸発器１４に流入する冷水Ｗ２の温度（流入冷水温度Ｔ１）を計測する第１温度計２４と、蒸発器１４から外部負荷５０に流出する冷水Ｗ２の温度（流出冷水温度Ｔ２）を計測する第２温度計２５と、を備えている。コントローラ１７は第１温度計２４で計測されたと流入冷水温度Ｔ１、第２温度計２５で計測された流出冷水温度Ｔ２を取得する。流入冷水温度Ｔ１、流出冷水温度Ｔ２は、後述する第２実施形態において熱負荷率を求めるのに用いられる。
【００１８】
熱源システム１は、同様の目的のために、冷却塔２１から凝縮器１２の入口に流入する冷却水Ｗ１の温度（冷却水入口温度Ｔ３）を計測する第３温度計２６を備えている。コントローラ１７は、第３温度計２６で計測された冷却水入口温度Ｔ３を取得する。冷却水入口温度Ｔ３は、後述する第３実施形態、第４実施形態において、許容冷却水出口温度とともに許容冷却水温度差Δｔを特定するのに用いられる。
コントローラ１７に関しては、上記以外にも冷却水量を制御するのに必要なデータ類を保持しているが、それらについては各実施形態において説明する。
【００１９】
ターボ冷凍機１０では、蒸発器１４において冷媒液を蒸発させ冷媒ガスに変えることにより冷水Ｗ２から熱を奪い、凝縮器１２において冷媒ガスを冷媒液に凝縮させることで冷却水Ｗ１に熱を捨てることにより冷熱を実現している。
そのためには、蒸発器１４の飽和温度は冷水Ｗ２の温度よりも低いことが必要であり、凝縮器１２の飽和温度は冷却水Ｗ１の温度よりも高いことが必要である。
飽和温度は圧力で決まるので、蒸発器１４と凝縮器１２の間にターボ圧縮機１１を設けて、蒸発器１４からは冷媒ガスを吸引して蒸発器１４内の圧力を減圧し、その冷媒ガスを凝縮器１２に吐出して凝縮器１２内の圧力を加圧するようにしたものがターボ冷凍機１０である。
【００２０】
蒸発器１４から外部負荷５０に供給する冷水Ｗ２の温度は年間を通じて一定（例えば７°Ｃ）であるのに対し、冷却水Ｗ１の温度は外気条件に依存する。
このため、外気温が高く冷却水Ｗ１の温度が高い夏場にはターボ圧縮機１１の回転数を上げて吐出圧力（ヘッド）を高くし、その一方で、外気温が低く冷却水Ｗ１の温度が低い冬場にはターボ圧縮機１１の回転数を下げて吐出圧力（ヘッド）を低くするのが理想的な運転方法である。可変速機型のターボ冷凍機１０は、このような運転を実現することにより高効率を達成している。
【００２１】
［第１実施形態］
第１実施形態は、起動後所定時間内において、外気条件の一つである湿球温度（ＷＢ）に応じて設定される冷却水流量下限値を下回らないよう、図２に示すロジックで冷却水変流量制御を行う。
図２のロジックは、冷却水ポンプ１２ｂ、つまりターボ冷凍機１０が起動（図２  Ｓ１０１）してから開始される。コントローラ１７は、冷却水ポンプ１２ｂが起動してから所定時間が経過するまでは（図２  Ｓ１０３  ＮＯ）、湿球温度計２３で計測された湿球温度ＷＢに基づいて冷却水流量下限値を演算により求める（図２  Ｓ１１０）。以下、この点について詳述する。
【００２２】
夏場のように外気条件である湿球温度が高い場合、必要とされる冷却水流量が増加し、仮に冷却水流量を増加させないと、熱負荷が高くかつ冷却水温度が高いために、凝縮圧力高故障発生のリスクが発生する。また湿球温度が低い場合、必要とされる冷却水流量は減少し、仮に冷却水流量を減少させないと、熱負荷が低くかつ冷却水温度が低いため、過剰の冷却水流量を流してしまい、効率低下を招く。
そこで、計測された湿球温度に対応して冷却水流量下限値を設定し、外気条件に添った適切な冷却水流量範囲を得ることにより、実際の流量をその範囲内にコントロールすることで、凝縮圧力高故障や、ポンプ動力過剰による効率低下を防止できる。なお、この冷却水流量下限値の設定は、冷却水ポンプ１２ｂが起動してから所定時間が経過するまでの範囲で行われる。
【００２３】
図３は、湿球温度に対応して設定される冷却水流量下限値の一例を示している。この例では、上限湿球温度と下限湿球温度とを設定する。図３において、湿球温度が上限湿球温度以上の場合には冷却水流量下限値を１００％とし、湿球温度が下限湿球温度以下の場合には冷却水流量下限値を５０％に設定する。湿球温度が上限湿球温度と下限湿球温度の間であれば、５０％〜１００％の範囲から冷却水流量下限値が設定される。図３の例では、５０％〜１００％を比例配分しているが、これに限るものではない。
このように冷却水ポンプ１２ｂが起動してから所定時間が経過するまでは、湿球温度が低ければ冷却水流量下限値を下げ、逆に、湿球温度が高ければ冷却水流量下限値を上げる。
次いで、コントローラ１７は、冷却水流量目標値を設定する（図２  Ｓ１０７）。この目標値は、コントローラ１７が最適として演算により求められた冷却水流量制御値と冷却水流量下限値により得られる。つまり、冷却水流量制御値が冷却水流量下限値を上回った場合、目標値として冷却水流量制御値を用い、下回った場合、目標値として冷却水流量下限値を用いる。起動時にはこの冷却水流量制御値を用いると、負荷の上昇により冷却水流量が不足する恐れがあるためである。
冷却水流量目標値が設定されたならば、コントローラ１７は、この目標値に基づいて、冷却水ポンプ１２ｂの周波数を制御することで、冷却水流量を制御する（図２  Ｓ１０９）。この制御は、所定時間が経過するまで行われる。
【００２４】
ここで、冷却水流量制御値は、ターボ冷凍機１０の負荷状態に応じて設定されるものであり、例えば、以下に概要を示す公知の手法で求めることができる。
ターボ冷凍機１０の負荷状態を示す指標として、ターボ冷凍機１０の冷却水出口温度（例えば、特許文献２）、あるいは、冷却水出口温度と冷却水入口温度との差（冷却水出入口温度差）を用いることができる。前者の場合には冷却水出口温度を所定値に保つように冷却水流量制御値が定められ、後者の場合には冷却水出入口温度差を所定値に保つように冷却水流量制御値が定められる。
また、ターボ冷凍機１０の負荷状態を示す指標として、ターボ冷凍機１０の部分負荷率を用いることができる（例えば、特許文献３）。この場合、冷却水流量制御値（冷却水ポンプ流量）とターボ冷凍機部分負荷率とを線形関係の一次式として表しておけば、部分負荷率の増減に応じて冷却水流量の増減を行う制御が極めて簡便なものにできる。
上記以外にも、ターボ冷凍機１０の負荷状態に応じて冷却水流量制御値を設定することを、本発明は許容する。
【００２５】
一方、冷却水ポンプ１２ｂが起動してから所定時間を経過したならば（図２  Ｓ１０３  ＹＥＳ）、コントローラ１７は、冷却水流量下限値としてターボ冷凍機１０における冷却水流量の下限値を設定する（図２  Ｓ１０５）。ここで、ターボ冷凍機１０における冷却水流量の下限値とは、冷却水流量がその値を下回らないようにするための値であり、冷却水流量が少ないために、凝縮圧力高故障を発生させないための安全ラインである。
次いで、コントローラ１７は、冷却水流量目標値を設定する（図２  Ｓ１０７）。この目標値は所定時間が経過するまでと同様に、冷却水流量制御値が冷却水流量下限値を上回った場合、目標値として冷却水流量制御値を用い、下回った場合、目標値として冷却水流量下限値を用いる。ただし、ここで用いられる冷却水流量下限値がターボ冷凍機１０における冷却水流量の下限値である点で、所定時間が経過するまでと相違する。
冷却水流量目標値が設定されたならば、この目標値に基づいて、コントローラ１７は、冷却水ポンプ１２ｂの周波数を制御することで、冷却水流量を制御する（図２  Ｓ１０９）。
【００２６】
以上説明したように、湿球温度を用いることで、冷却水ポンプ１２ｂ（冷凍機）が起動してから所定時間が経過するまで、システム効率の低下を防止しつつ、冷媒温度増による凝縮圧力高故障を防止することができる。
【００２７】
［第２実施形態］
第１実施形態では、湿球温度に応じて冷却水流量下限値を設定することで、適正な冷却水流量を実現しようとした。ところが、第１実施形態では湿球温度の大小に対して、冷却塔２１の性能の大小及び熱負荷の大小の相関があるということが前提とされている。そのため湿球温度が低下しても熱負荷が低下しないような環境においては、第１実施形態をそのまま適用するのは困難である。例えば、冷却塔２１の性能を無視した場合、湿球温度が低下しても熱負荷が変わらないとすれば、湿球温度が低下しても必要な冷却水流量は変わらないことを意味する。つまり、冬場は熱負荷が「低い」と仮定しているが、冬場でも熱負荷が「高い」環境では、必要な冷却水流量が多いため、第１実施形態のように冷却水流量下限値を低く設定すると、高圧トリップを発生させるリスクが存在する。ここで、冬場でも熱負荷が「高い」環境とは、工場内で機械・設備を冷却する場合が例示される。
【００２８】
第２実施形態では、湿球温度に加えて熱負荷率を用いて冷却水流量下限値を設定することで、上記問題点を解消する。つまり、湿球温度が高く、かつ熱負荷率が高い場合は、冷却水流量下限値を高く設定する。また、湿球温度が高く、かつ熱負荷率が低い場合は、冷却水流量下限値を中程度に設定する。さらに、湿球温度が低く、かつ熱負荷率が低い場合は、冷却水流量下限値を低く設定する。なお、ここでいう熱負荷率とは、ターボ冷凍機１０の定格能力（負荷）に対する、外部負荷５０におけるロジック熱負荷の比率をいう。
【００２９】
図４に第２実施形態の制御ロジックが示されている。このロジックにおいて、第１実施形態と相違するところは、冷却水ポンプ１２ｂ（冷凍機）が起動してから所定時間が経過するまでの冷却水流量下限値を求めるのに、熱負荷率を考慮するところである（図４  Ｓ１２３）。なお、図４において図２と同様のステップには図２と同じ符号を付することでその説明を省略する。
コントローラ１７は、熱負荷率を求めるために、第１温度計２４で計測される流入冷水温度Ｔ１、第２温度計２５で計測される流出冷水温度Ｔ２を取得する。コントローラ１７は、取得した流入冷水温度Ｔ１及び流出冷水温度Ｔ２と、冷水Ｗ２の流量と、からターボ冷凍機１０の熱負荷を算出する。既知であるターボ冷凍機１０の冷凍定格能力に対する求めた熱負荷の比率を熱負荷率として求める。
【００３０】
図５に湿球温度に対応して設定される冷却水流量下限値の一例を示している。この例では、冷却水流量下限値を変動させる要素として、湿球温度に加えて熱負荷率が掲げられている。つまり、図５において、湿球温度が上限湿球温度以上の場合、冷却水流量下限値が熱負荷率によって相違する。熱負荷率が１００％の場合には、冷却水流量下限値は１００％とされる。また、熱負荷率が８０％の場合には冷却水流量下限値が例えば８０％とされ、熱負荷率が６０％の場合には冷却水流量下限値が例えば６０％とされる。一方、湿球温度が下限湿球温度以下の場合には、熱負荷率の如何にかかわらず、冷却水流量下限値は５０％とされる。ただし、湿球温度が下限湿球温度以下の場合にも、冷却水流量下限値を熱負荷率に応じて設定することができる。例えば、冷却水流量下限値を、熱負荷率が１００％の場合には６０％、熱負荷率が８０％の場合には５５％、熱負荷率が６０％の場合には５０％、とすることができる。
湿球温度が上限湿球温度と下限湿球温度の間であれば、熱負荷率に応じて、５０％〜１００％の範囲から冷却水流量下限値が設定される。図５の例では、５０％〜１００％を比例配分しているが、これに限るものではないことは第１実施形態と同じである。
【００３１】
以上説明したように、湿球温度に加えて熱負荷率をも考慮することで、湿球温度と熱負荷に相関が見られないような環境においても、システム効率の低下を防止しつつ、冷媒温度増による凝縮圧力高故障を防止することができる。
【００３２】
〔第３実施形態〕
第２実施形態では熱負荷率を考慮して冷却水流量下限値を設定した。これは、熱負荷に応じて、必要とされる冷却水側での凝縮能力が異なっているためであった。しかるに、熱負荷が高くても、圧縮機の性能が高い場合と低い場合とでは、必要とされる凝縮能力は異なる。圧縮機性能が高い場合、圧縮機を駆動する電動モータ１５で費やされる電力も少なくなるため、これに応じて必要とされる凝縮能力も少なくて済む。一方、圧縮機性能が低い場合、必要とされる圧縮機の電動機電力も多くなるため、これに応じて必要とされる凝縮能力も高くなる（図１３（ｂ）参照）。そこで、第３実施形態では、ターボ圧縮機１１の性能、換言すると電動モータ１５で費やされる電力（電動機電力）をも考慮して冷却水流量下限値を設定する。
【００３３】
図６に第３実施形態の制御ロジックが示されている。この制御ロジックにおいて、第１、第２実施形態と相違するところは、冷却水ポンプ１２ｂ（冷凍機）が起動してから所定時間が経過するまでの冷却水量下限値を求めるステップ（図６  Ｓ１３０）である。なお、図６において図２（第１実施形態）と同様のステップには図２と同じ符号を付することでその説明を省略する。
【００３４】
コントローラ１７は、冷却水流量が凝縮能力Ｑｃ（熱負荷量）と許容冷却水温度差Δｔｃの積により求められることに基づいて、冷却水流量下限値を設定する（図７（Ｑｃ÷Δｔｃ）参照）。
そして、図７に示すように、凝縮能力Ｑｃは蒸発能力と電動機電力の和として与えられる。一方、許容冷却水温度差Δｔｃは、冷却水入口温度Ｔ３と許容冷却水出口温度Ｔ４の差として与えられる。コントローラ１７は、凝縮能力、電動機電力、冷却水入口温度Ｔ３及び許容冷却水出口温度Ｔ４を取得して、これらの演算を実行する。ここで、許容冷却水出口温度Ｔ４は、冷凍機凝縮器高圧トリップ設定を考慮して設定される値である。凝縮器１２の高圧トリップ設定値が高ければ、許容冷却水出口温度Ｔ４も高くなり、冷却水流量下限値も低くなる。この関係を、図１３（ｃ）に示しておく。
コントローラ１７は、凝縮能力Ｑｃ（熱負荷量）は第２実施形態で示したのと同様に計測、演算により取得し、電動機電力はインバータ２２から取得し、冷却水入口温度は第３温度計２６より取得する。得られた凝縮能力Ｑｃと許容冷却水温度差Δｔｃから、冷却水流量下限値を求め、それに基づいて冷却水ポンプ１２ｂを動作させて冷却水流量を制御する。
【００３５】
以上のように、第３実施形態では、システム効率の低下を防止しつつ、冷媒温度増による凝縮圧力高故障を防止することが、圧縮機性能をも考慮して緻密に制御することができる。
【００３６】
〔第４実施形態〕
第３実施形態では、凝縮能力Ｑｃを蒸発能力及び電動機電力を用いて算出するために、電動機電力を計測する必要があった。しかし、通常、冷凍機の性能は、運転中にリアルタイムに導出しなくても、予め把握できている。例えば、図８（特許文献１より）に示すように、各冷却水温度（ＣＤ）に応じて、熱負荷量とＣＯＰ（成績係数）の関係が既知である。つまり、冷却水温度と熱負荷量を用いることで、その冷凍機のＣＯＰ、つまり冷凍機の性能を把握できるので、電動機電力の計算が不要となる。
そこで第４実施形態では、熱負荷量とＣＯＰの関係マップを用いて、冷却水温度と熱負荷量から凝縮能力を算出（推定）し、第３実施形態と同様に冷却水流量下限設定値を算出する（図９  Ｓ１４０）。
【００３７】
冷却水温度と熱負荷量から凝縮能力を算出（推定）するには、図１０に示すロジックに従えばよい。
すなわち、蒸発能力（熱負荷量）及び冷却水入口温度がわかれば、熱負荷量とＣＯＰの関係マップ（例えば、図８）よりＣＯＰが求められる。さらに、ＣＯＰ及び蒸発能力から凝縮能力を算出して推定することができる。なお、よく知られているように、凝縮能力＝（１＋ＣＯＰ）×蒸発能力÷ＣＯＰ、が成り立ち、これにより凝縮能力Ｑｃが求められる。そうすれば、第３実施形態と同様に、冷却水流量下限値を設定することができる。
【００３８】
以上のように、電動機電力の計測を行なうことなく、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
〔第５実施形態〕
第２実施形態〜第４実施形態においては、熱負荷率又は熱負荷量を計測して、それを用いて冷却水流量下限値を設定していた。しかし、起動後所定時間における制御手法であり、同時間内においては、負荷が変動する。例えば、起動直後は負荷がゼロであり、その後に負荷が上昇していく。そのため、刻々と変動する熱負荷を用いて冷却水流量下限値を設定する場合、負荷の急な上昇に対して、冷却水流量の上昇が追いつかず、高圧トリップ発生のリスクが未だ存在する。
そこで第５実施形態では、複数の冷凍機を制御する制御装置内に格納された「各冷凍機に対して設定された熱負荷率」情報を用い、第２実施形態〜第４実施形態を実行する。なお、本実施形態は、第２実施形態〜第４実施形態における「負荷率（負荷量）」の計算方法に関するものであって、本実施形態が適用されるのは複数台のターボ冷凍機１０が存在し、かつ１台目のターボ冷凍機１０が起動してからである。１台目の起動時には全体負荷が把握できていないため、上記情報が未だ特定できていないためである。ここで言う「各冷凍機に対して設定された熱負荷率」情報は、上記制御装置により各冷凍機に割り当てられる熱負荷率であり、各冷凍機が達成する蒸発能力目標値となる。複数台のターボ冷凍機１０がある場合には、一般的に図８の冷凍機性能特性に基づき、システム全体効率が最適となるよう、各冷凍機へ負荷を分配する。
【００４０】
「各冷凍機に対して設定された熱負荷量」情報を用いて、熱負荷量（蒸発能力）を導出し、それを用いて第２実施形態〜第４実施形態を実行することにより、冷却水流量下限値を設定する。
その場合の制御ロジックを図１１の特にＳ１５０に示す。なお、この制御ロジックは第２実施形態に適用したものである。例えば、図１２に示すように４台のターボ冷凍機１０ａ〜１０ｄを一台のコントローラ２７で制御する場合を想定する。通常、ターボ冷凍機１０ａ〜１０ｄは、要求される冷凍能力に応じて順に起動される。例えば、はじめにターボ冷凍機１０ａが起動された後に、ターボ冷凍機１０ａだけでは必要な冷凍能力が得られないと、次にターボ冷凍機１０ｂが起動され、さらに、ターボ冷凍機１０ａとターボ冷凍機１０ｂでは必要な冷凍能力が得られないと、次にターボ冷凍機１０ｃが起動される、という具合である。この例の場合、コントローラ２７は、ターボ冷凍機１０ａ、ターボ冷凍機１０ｂ、ターボ冷凍機１０ｃの各々に熱負荷（熱負荷率）を割り当てる。例えば、ターボ冷凍機１０ａ及びターボ冷凍機１０ｂが４０％、ターボ冷凍機１０ｃが２０％、と割り当てられる。そうすると、各ターボ冷凍機１０ａ〜１０ｄに設けられるコントローラ１７ａ〜１７ｄは、割り当てられた熱負荷率を当該ターボ冷凍機１０ａ〜１０ｄの熱負荷率として設定する。第５実施形態では、この熱負荷率と湿球温度ＷＢとから冷却水流量下限値を第２実施形態と同様に求める。なお、始めに起動されたターボ冷凍機１０ａについては、冷却水流量下限値を第２実施形態と同様に求める。
【００４１】
以上のように、複数のターボ冷凍機１０ａ〜１０ｄを制御するコントローラ２７により割り当てられる熱負荷率を用いて、冷却水流量下限値を設定することにより、起動後所定時間内における急激な負荷上昇による高圧トリップ発生を防止できる。
【００４２】
以上の第１〜第５実施の形態以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１      熱源システム
１０，１０ａ〜１０ｄ    ターボ冷凍機
１１    ターボ圧縮機
１２    凝縮器
１２ａ  冷却水配管
１２ｂ  冷却水ポンプ
１３    電子膨張弁
１４    蒸発器
１４ａ  冷水配管
１５    電動モータ
１６    冷媒流通路
１７，１７ａ〜１７ｄ，２７    コントローラ
２１    冷却塔
２２    インバータ
２３    湿球温度計
２４    第１温度計
２５    第２温度計
２６    第３温度計
５０    外部負荷
Ｑｃ    凝縮能力
Ｗ１    冷却水
Ｗ２    冷水
【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】
0005755013.tif 000006
【図６】
0005755013.tif 000007
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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