(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機によって圧縮された冷媒から冷却水によって凝縮熱を奪い該冷媒を凝縮させる凝縮器と、を有する熱源機と、
外気との間で熱交換させて前記冷却水を冷却する冷却塔と、
該冷却塔から前記凝縮器へと前記冷却水を流す冷却水往管路と、
前記凝縮器から前記冷却塔へと前記冷却水を流す冷却水還管路と、
前記冷却塔を通過させずに前記冷却水還管路から前記冷却水往管路へと冷却水をバイパスさせる冷却水バイパス管路と、
該冷却水バイパス管路を流れる冷却水の流量を調整する冷却水バイパス流量調整手段と、
前記凝縮器から流出する冷却水の設定冷却水出口温度と凝縮器の排熱量および冷却水流量とから目標冷却水入口温度を算出し、該目標冷却水入口温度となるように、前記冷却水バイパス流量調整手段を制御する制御部と、
を備えていることを特徴とする熱源システム。
【請求項２】
前記凝縮器の排熱量は、現在の冷凍能力と、冷水出口設定温度と冷水流量から算定される目標冷凍能力とに基づいて修正された修正凝縮器排熱量とされていることを特徴とする請求項１に記載の熱源システム。
【請求項３】
前記目標冷却水入口温度の下限値は、凝縮圧力、蒸発圧力、潤滑油温度およびベーン開度の少なくともいずれか一つに基づいて決定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱源システム。
【請求項４】
前記冷却水往管路には、可変吐出流量とされた冷却水ポンプが設けられ、
前記制御部は、前記冷却水ポンプの吐出流量を変更することにより、冷却水温度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】
前記熱源機は、複数台とされ、
前記制御部は、各熱源機に設けられてい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】
前記熱源機は、複数台とされ、
前記制御部は、各前記熱源機を統括制御するシステム制御部とされ、
各前記熱源機には、前記目標冷却水入口温度および該目標冷却水入口温度の下限値を演算する熱源機側制御部が設けられ、
該熱源機側制御部によって演算された前記目標冷却水入口温度および該目標冷却水入口温度の下限値は、通信によって前記システム制御部へと受け渡されることを特徴とする請求項３に記載の熱源システム。
【請求項７】
冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機によって圧縮された冷媒から冷却水によって凝縮熱を奪い該冷媒を凝縮させる凝縮器と、を有する熱源機と、
外気との間で熱交換させて前記冷却水を冷却する冷却塔と、
該冷却塔から前記凝縮器へと前記冷却水を流す冷却水往管路と、
前記凝縮器から前記冷却塔へと前記冷却水を流す冷却水還管路と、
前記冷却塔を通過させずに前記冷却水還管路から前記冷却水往管路へと冷却水をバイパスさせる冷却水バイパス管路と、
を備えた熱源システムの制御方法であって、
前記凝縮器から流出する冷却水の設定冷却水出口温度と凝縮器の排熱量および冷却水流量とから目標冷却水入口温度を算出し、該目標冷却水入口温度となるように、前記冷却水バイパス管路を流れる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制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機を備えた熱源システムおよびその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、セントラル空調等に用いられる熱源機には、凝縮器内の冷媒から凝縮熱を除去するために冷却水が用いられる。この冷却水は、例えばビルの屋上といった屋外に設置された冷却塔によって冷却される。冷却塔では、冷却水は外気と熱交換することによって冷却され、再び凝縮器へと供給される。このため、冷却水の温度は外気温に依存することになる。したがって、冬季のように外気温が低下した場合には、冷却水の温度が過剰に低下し、これに応じて凝縮圧力が低くなる。凝縮圧力が低くなると、蒸発器内の蒸発圧力との間の差圧が小さくなり、熱源機内を循環する冷媒が流れ難くなるおそれがある。
また、冷却水温度の低下によって凝縮温度も低下すると、系内の最高温度が低くなり、圧縮機の摺動部を潤滑する潤滑油が過剰に冷却され、冷媒の過剰な溶け込みにより潤滑性能の低下が生じる。
【０００３】
一方、冷媒を圧縮する圧縮機としてターボ圧縮機を用いたターボ冷凍機（熱源機）では、電動式ターボ圧縮機をインバータ制御とし、インレットガイドベーンやホットガスバイパス弁等の各種機器をマイコン制御することによって、外気温が低下した場合であっても高効率にて運転できるものが実用化されている。しかし、外気温が過剰に低下すると、上述のように冷媒流量の低下や潤滑性能の低下といった問題が発生するので、冷却水温度に下限値を設けているのが現状である。この場合、冷却水は、熱源機とは別の設備側の機器である冷却塔から供給されるものであるため、冷却塔から熱源機へ与える冷却水温度、すなわち凝縮器へ流入する冷却水入口温度を管理するのが一般的である。
【０００４】
また、特許文献１には、吸収冷凍機について、冷却水出口温度に基づいて冷却水温度を制御する技術が開示されている。これは、負荷の変動が生じても一定の冷却水出口温度となるように、冷却水流量等を制御するものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１０１１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１は、吸収冷凍機に関するものであり、臭化リチウム水溶液の濃度を適切に制御する必要があるため、冷却水温度を所定値以上で一定に制御する必要がある。そのため、吸収冷凍機の場合、冷却水温度の下限値は２０℃程度となっている。したがって、特許文献１には、低外気温によって冷却水温度が２０℃以下に低下した場合に、低下した冷却水温度に応じて冷凍機の運転を制御するという考え方が存在しない。
一方、ターボ冷凍機のような冷媒を圧縮する圧縮機を備えた熱源機は、凝縮圧力が低いほど即ち冷却水温度が低いほど、理論上、効率は上昇する。したがって、外気温が低くなった場合であっても、上述のような冷媒流量の低下や潤滑性能の低下といった問題を回避しつつ冷却水温度を制御する技術が求められている。
【０００７】
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、低外気温によって冷却水温度が低下した場合であっても、適切に冷却水温度を設定することができる熱源システムおよび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】
【０００８】
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、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機によって圧縮された冷媒から冷却水によって凝縮熱を奪い該冷媒を凝縮させる凝縮器と、を有する熱源機と、外気との間で熱交換させて前記冷却水を冷却する冷却塔と、該冷却塔から前記凝縮器へと前記冷却水を流す冷却水往管路と、前記凝縮器から前記冷却塔へと前記冷却水を流す冷却水還管路と、前記冷却塔を通過させずに前記冷却水還管路から前記冷却水往管路へと冷却水をバイパスさせる冷却水バイパス管路と、該冷却水バイパス管路を流れる冷却水の流量を調整する冷却水バイパス流量調整手段と、前記凝縮器から流出する冷却水の設定冷却水出口温度と凝縮器の排熱量および冷却水流量とから目標冷却水入口温度を算出し、該目標冷却水入口温度となるように、前記冷却水バイパス流量調整手段を制御する制御部と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
冷却水は、凝縮器において冷媒から凝縮熱を奪い、所定温度上昇した後に、冷却水還管路を通り、冷却塔へと導かれる。冷却塔では、例えば冷却水を外気中に飛散させることによって外気と熱交換させることにより、冷却水を冷却する。冷却塔にて冷却された冷却水は、冷却水往管路を通り、再び凝縮器へと導かれる。このように冷却塔では外気との間で熱交換を行うので、冷却水の温度は外気温度に依存することになる。冬季のように外気温度が低下してくると、熱源機内を循環する冷媒流量の低下や熱源機の摺動部を潤滑する潤滑油の潤滑性能の低下といった問題が生じるので、冷却水温度が過剰に低下しないように調整される。これは、冷却水バイパス管路を用いて冷却塔に流れ込む冷却水量を低減させ、冷却塔にて冷却水が過剰に冷却されないようにすることによって達成される。つまり、冷却水バイパス流量調整手段を制御することにより、バイパスする冷却水流量を調整して、凝縮器へと流れ込む冷却水温度を所定値以上に保つようになっている。
本発明では、冷却水バイパス流量調整手段を制御する際に、凝縮器から流出する冷却水の設定冷却水出口温度と凝縮器の排熱量および冷却水流量とから目標冷却水入口温度を算出し、該目標冷却水入口温度となるように制御することとした。冷却水出口温度は、凝縮器における凝縮温度すなわち凝縮圧力を反映しているので、凝縮圧力を正確に把握することができる。したがって、凝縮圧力の下限を下回らないように冷却水温度を管理することができるので、冷媒流量の低下や潤滑性能の低下を来すことなく、熱源機を高効率で運転させることができる。
【００１０】
一方、冷却水出口温度に基づいて制御する場合には、冷却水の温度調節が行われる冷却水バイパス管路出口から、冷却水出口温度計測点までの距離が離れていることにより、この距離に応じた保有水量によって制御上の時間遅れが生じてしまうおそれがある。
本発明では、設定した冷却水出口温度と凝縮器の排熱量および冷却水流量とを用いて、目標となる冷却水入口温度を算出し、この冷却水温度を制御することとした。つまり、凝縮器の排熱量および冷却水流量を用いることにより、現在の凝縮圧力を反映させた目標冷却水入口温度を得ることができる。したがって、冷却水出口温度を用いた場合に比べて、時間遅れを少なくすることができる。
【００１１】
さらに、本発明の熱源システムでは、前記凝縮器の排熱量は、現在の冷凍能力と、冷水出口設定温度と冷水流量から算定される目標冷凍能力とに基づいて修正された修正凝縮器排熱量とされていることを特徴とする。
【００１２】
現在の冷凍能力と、目標冷凍能力とにより、次時刻において要求される凝縮器の排熱量が予測できる。したがって、現在の冷凍能力および目標冷凍能力に基づいて凝縮器排熱量を修正することとしたので、時間遅れを可及的に小さくすることができる。
【００１３】
さらに、本発明の熱源システムでは、前記目標冷却水入口温度の下限値は、凝縮圧力、蒸発圧力、潤滑油温度およびベーン開度の少なくともいずれか一つに基づいて決定されることを特徴とする。
【００１４】
これにより、目標冷却水入口温度の下限値が過剰に低下することによって、熱源システムが停止してしまうことを防止することができる。
【００１５】
さらに、本発明の熱源システムでは、前記冷却水往管路には、可変吐出流量とされた冷却水ポンプが設けられ、前記制御部は、前記冷却水ポンプの吐出流量を変更することにより、冷却水温度を制御することを特徴とする。
【００１６】
冷却水パイパス流量調整手段によって冷却水温度を制御できない場合であっても、冷却水ポンプの吐出流量を変更することにより、冷却水温度を制御することができる。特に、バイパス流量を最大流量としても冷却水温度が低下する場合には、冷却水ポンプの吐出流量を減少させることにより、冷却水温度を上昇させることができる。
【００１７】
さらに、本発明の熱源システムでは、前記熱源機は、複数台とされ、前記制御部は、各熱源機に設けられていることを特徴とする。
【００１８】
各熱源機に制御部を設け、この制御部によって冷却水温度を制御することとした。これにより、熱源機側から適切な冷却水温度を要求できるので、各熱源機の運転において最適な冷却水温度を実現することができる。
また、目標冷却水入口温度や該目標冷却水入口温度の下限値は、熱源機に設けた制御部によって演算することが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明の熱源システムでは、前記熱源機は、複数台とされ、前記制御部は、各前記熱源機を統括制御するシステム制御部とされ、各前記熱源機には、前記目標冷却水入口温度および該目標冷却水入口温度の下限値を演算する熱源機側制御部が設けられ、該熱源機側制御部によって演算された前記目標冷却水入口温度および該目標冷却水入口温度の下限値は、通信によって前記システム制御部へと受け渡されることを特徴とする。
【００２０】
システム制御部によってバイパス流量調整手段を制御する場合には、熱源機側制御部によって演算した目標冷却水入口温度および該目標冷却水入口温度の下限値をシステム制御部に受け渡すこととした。これにより、システム制御部では制御に必要な最終的なデータのみを有していれば良く、最適制御が可能となる。
【００２１】
また、本発明の熱源システムの制御方法は、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機によって圧縮された冷媒から冷却水によって凝縮熱を奪い該冷媒を凝縮させる凝縮器と、を有する熱源機と、外気との間で熱交換させて前記冷却水を冷却する冷却塔と、該冷却塔から前記凝縮器へと前記冷却水を流す冷却水往管路と、前記凝縮器から前記冷却塔へと前記冷却水を流す冷却水還管路と、前記冷却塔を通過させずに前記冷却水還管路から前記冷却水往管路へと冷却水をバイパスさせる冷却水バイパス管路と、を備えた熱源システムの制御方法であって、前記凝縮器から流出する冷却水の設定冷却水出口温度と凝縮器の排熱量および冷却水流量とから目標冷却水入口温度を算出し、該目標冷却水入口温度となるように、前記冷却水バイパス管路を流れる冷却水の流量を制御することを特徴とする。
【００２２】
冷却水は、凝縮器において冷媒から凝縮熱を奪い、所定温度上昇した後に、冷却水還管路を通り、冷却塔へと導かれる。冷却塔では、例えば冷却水を外気中に飛散させることによって外気と熱交換させることにより、冷却水を冷却する。冷却塔にて冷却された冷却水は、冷却水往管路を通り、再び凝縮器へと導かれる。このように冷却塔では外気との間で熱交換を行うので、冷却水の温度は外気温度に依存することになる。冬季のように外気温度が低下してくると、熱源機内を循環する冷媒流量の低下や熱源機の摺動部を潤滑する潤滑油の潤滑性能の低下といった問題が生じるので、冷却水温度が過剰に低下しないように調整される。これは、冷却水バイパス管路を用いて冷却塔に流れ込む冷却水量を低減させ、冷却塔にて冷却水が過剰に冷却されないようにすることによって達成される。つまり、冷却水バイパス流量調整手段を制御することにより、バイパスする冷却水流量を調整して、凝縮器へと流れ込む冷却水温度を所定値以上に保つようになっている。
本発明では、冷却水バイパス流量調整手段を制御する際に、凝縮器から流出する冷却水の設定冷却水出口温度と凝縮器の排熱量および冷却水流量とから目標冷却水入口温度を算出し、該目標冷却水入口温度となるように制御することとした。冷却水出口温度は、凝縮器における凝縮温度すなわち凝縮圧力を反映しているので、凝縮圧力を正確に把握することができる。したがって、凝縮圧力の下限を下回らないように冷却水温度を管理することができるので、冷媒流量の低下や潤滑性能の低下を来すことなく、熱源機を高効率で運転させることができる。また、凝縮器の排熱量および冷却水流量を用いることにより、現在の凝縮圧力を反映させた目標冷却水入口温度を得ることができる。したがって、冷却水出口温度を用いた場合に比べて、時間遅れを少なくすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
凝縮器から流出する冷却水の設定冷却水出口温度と凝縮器の排熱量および冷却水流量とから目標冷却水入口温度を算出し、該目標冷却水入口温度となるように、冷却水のバイパス流量を制御することとしたので、凝縮圧力および凝縮温度の下限を正確に制御でき、冷媒流量の低下や潤滑性能の低下を来すことなく、熱源機を高効率で運転させることができる。また、現在の凝縮圧力を反映させた目標冷却水入口温度を得ることができるので、冷却水出口温度を用いた場合に比べて、制御上の時間遅れを少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
［参考例］
以下、本発明の参考例について、図１を用いて説明する。
同図には、熱源システム（制御部）１の概略が示されている。
熱源システム１は、３台のターボ冷凍機（熱源機）３と、各ターボ冷凍機３のそれぞれに対応して設けられた冷却塔５と、水冷空調負荷（外部負荷）へ供給される冷水を集合する往用冷水ヘッダ８ａと、水冷空調負荷から返送されてきた冷水を集合する還用冷水ヘッダ８ｂと、熱源システム１の全体を制御するシステム制御盤（制御部）７とを主として備えている。
【００２５】
ターボ冷凍機３は、周波数可変とされたインバータ付き電動ターボ圧縮機（図示せず）と、ターボ圧縮機にて圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器１０と、凝縮器１０にて液化した冷媒を膨張させる膨張弁（図示せず）と、膨張弁にて膨張した液冷媒を蒸発させる蒸発器１２とを備えている。ターボ圧縮機の回転数、膨張弁の開度等は、各ターボ冷凍機３に設けられたマイコン制御盤１４によって制御される。ターボ圧縮機には、流入冷媒の流量を調整するベーン（図示せず）が設けられている。
【００２６】
蒸発器１２には、冷水配管２０が接続されており、蒸発器１２内で蒸発する冷媒から蒸発潜熱が奪われることによって冷水が得られるようになっている。冷水配管２０には、冷水ポンプ２２が設けられており、この冷水ポンプ２２によって、水冷空調負荷との間で冷水が循環させられるようになっている。
【００２７】
凝縮器１０には、冷媒が凝縮する際に放出する凝縮熱を除去するために冷却水が供給されるようになっている。
凝縮器１０と冷却塔５との間には、冷却水往管路１６と、冷却水還管路１８とが設けられている。冷却水は、冷却水往管路１６を通って、冷却塔５から凝縮器１０へと導かれ、冷却水還管路１８を通って、凝縮器１０から冷却塔５へと導かれる。冷却水往管路１６には、冷却水ポンプ２６が設けられており、これにより、冷却水が循環するようになっている。
【００２８】
冷却水往管路１６と冷却水還管路１８との間には、バイパス管路（冷却水バイパス管路）２８が設けられている。このバイパス管路２８によって、冷却水還管路１８を流れてきた冷却水の一部または全部が冷却塔５へと導かれずに、冷却水往管路１６へとバイパスされるようになっている。
【００２９】
バイパス管路２８には、２方弁である第１流量調整弁（バイパス流量調整手段）３０が設けられている。また、冷却水還管路１８のバイパス管路２８よりも下流側には、２方弁である第２流量調整弁（バイパス流量調整手段）３２が設けられている。これら第１流量調整弁３０及び第２流量調整弁３２によって、バイパス管路２８を流れる冷却水の流量（バイパス流量）が調整される。各流量調整弁３０，３２は、システム制御盤７によって制御される。なお、２つの２方弁に代えて、１つの３方弁としても良い
【００３０】
冷却塔５の上部には、複数のファン３５（図１では、１つのファンしか示されていないが、実際には複数のファンが設けられている。）が設けられている。これらファン３５の回転数や運転台数をシステム制御盤７によって制御することにより、冷却水の冷却量が調整される。冷却塔５では、冷却水は上方から外気中に散布され、散布中に外気との間で熱交換することによって冷却される。つまり、外気中を飛散している間に冷却水の一部が蒸発し、この蒸発潜熱によって冷却水自身が冷却されるようになっている。
【００３１】
冷却水往管路１６には、冷却塔５にて冷却されて流出する冷却水の温度（以下「冷却塔出口温度」という。）Ｔ１を測定する第１温度センサ３７が設けられている。この第１温度センサ３７は、冷却塔５の冷却水出口５ａとバイパス管路２８との間に設置されている。
【００３２】
冷却水還管路１８には、凝縮器１０にて冷媒から凝縮熱を奪い昇温した後の冷却水温度（以下「冷却水出口温度」という。）Ｔ２を測定する第２温度センサ３９が設けられている。この第２温度センサ３９は、なるべく凝縮器１０の近傍に設けることが好ましい。
第１温度センサ３７および第２温度センサ３９の出力（すなわち冷却塔出口温度Ｔ１及び冷却水出口温度Ｔ２）は、システム制御盤７へと送信される。
【００３３】
上記構成の熱源システム１は、以下のように運転される。
ターボ冷凍機３のターボ圧縮機（図示せず）にて圧縮された冷媒は、凝縮器１０へと送られ、凝縮する。この際に放出する凝縮熱は、冷却水によって除去される。したがって、冷却水は、凝縮器１０を通過することによって所定温度だけ上昇する。
凝縮器１０にて凝縮した高温高圧の液冷媒は、膨張弁（図示せず）によって等エンタルピー的に絞られた後、蒸発器１２へと送られる。蒸発器１２では、液冷媒が蒸発する。この際に吸収する蒸発潜熱によって、蒸発器に供給された冷水が冷やされる。蒸発器１２にて冷却された冷水は、冷水配管２０を通り、往用冷水ヘッダ８ａを介して、各水冷空調負荷へと送られる。
【００３４】
次に、冷却水の温度制御について説明する。
夏季のように外気温が高い場合は、冷却塔５にて冷却水を十分に冷却する必要があるので、バイパス管路２８には冷却水を流さないようにする。すなわち、第１流量調整弁３０は全閉とされ、第２流量調整弁３２は全開とされる。この場合、冷却水温度は第１温度センサ３７による冷却塔出口温度Ｔ１に基づいて制御される。
【００３５】
冬季のように外気温が低い場合は、外気温とともに冷却水温度が低下する。冷却水温度が低下すると、凝縮器１０における平衡温度も低下して凝縮圧力が低下する。凝縮圧力が低下すると、蒸発圧力との差圧が小さくなり、膨張弁を流れる冷媒流量が低下する。また、冷却水温度が低下すると、凝縮温度も低下するので、熱源機内を循環する冷媒の最高温度が低下し、ターボ圧縮機等の摺動部を潤滑する潤滑油が過剰に冷却されて潤滑不良を起こす。
そこで、第１温度センサ３７にて計測している冷却塔出口温度Ｔ１が所定値を下回ると、先ず、システム制御盤７の指示により、冷却塔５のファン３５の台数が減らされ、及び／又は、ファン３５の回転数が低下させられる。
さらに冷却塔出口温度Ｔ１が低下した場合には、第２温度センサによる冷却水出口温度Ｔ２に基づく制御に切り替えられる。この場合、冷却水出口温度Ｔ２に基づいて、第１流量調整弁３０を開け、第２流量調整弁３２を所定量絞る。これにより、凝縮器１０から流出して冷却水還管路１８を流れる冷却水の一部をバイパス管路２８へと流し、冷却塔５をバイパスさせる。これにより、バイパスさせられた一部の冷却水は、冷却塔５にて冷却されずに冷却水往管路１６へと戻されるので、凝縮器１０へと送られる冷却水は過剰に冷却されることがない。冷却水出口温度Ｔ２が低下する程度に応じて、バイパス管路２８を流れる冷却水流量が増加するように第１流量調整弁３０の開度を増大させるとともに、第２流量調整弁３２を絞る。
【００３６】
この参考例によれば、以下の作用効果を奏する。
バイパス管路２８を流れる冷却水量を制御する際に、凝縮器１０からの冷却水出口温度Ｔ２に基づいて行うこととした。この冷却水出口温度Ｔ２は、凝縮器１０における凝縮温度すなわち凝縮圧力を最も良く反映しているので、凝縮圧力を正確に把握することができる。したがって、凝縮圧力の下限を下回らないように冷却水温度を管理することができるので、ターボ冷凍機内を循環する冷媒流量の低下や潤滑性能の低下を来すことなく、ターボ冷凍機を高効率で運転することができる。
例えば、図２に示す比較例のように、凝縮器１０へと流入する冷却水入口温度Ｔ３によって冷却水温度を制御する場合と比較すれば、本実施形態の効果は更に明らかとなる。すなわち、図２に示した比較例では、第３温度センサ４０によって、バイパス管路２８から流れ込む冷却水と合流した後の冷却水温度を計測するようになっている。これは、凝縮器１０へと送り込む冷却水の温度を制御するという点では、冷却塔５を管理する設備側の設計思想としては十分に取り得る手段である。しかし、温度センサ４０による冷却水温度は、凝縮器１０へと流入する冷却水入口温度なので、凝縮器１０における冷媒平衡圧力ないし平衡温度を反映していない。特に、冬季のような低外気温の場合には、冷媒流量の低下防止等の観点から凝縮圧力を正確に把握する必要がある。したがって、比較例として示した図２のように冷却水入口温度Ｔ３に基づいて冷却水温度を制御するのは適切ではない。
【００３７】
［第１実施形態］
次に、本発明の第１実施形態について、図３を用いて説明する。なお、上記参考例と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態は、参考例に加えて、以下の構成を備えている。
【００３８】
冷却水ポンプ２６は、インバータ２６ａによって周波数可変とされている。これにより、各ターボ冷凍機３に設置されたマイコン制御盤（制御部）１４からの指令により冷却水流量を変更できるようになっている。
【００３９】
冷却水ポンプ２６と凝縮器１０との間には、流量計４２が設けられている。この流量計によって計測された冷却水流量Ｆは、各ターボ冷凍機３に設置されたマイコン制御盤１４に与えられる。
【００４０】
冷却水ポンプ２６の上流側には、第３温度センサ４４が設けられている。この第３温度センサ４４によって、バイパス管路２８から流入する冷却水と合流した後の冷却水温度であって凝縮器１０に流入する前の冷却水入口温度Ｔ３が計測される。第３温度センサ４４の出力は、マイコン制御盤１４に与えられる。
【００４１】
また、第１流量調整弁３０及び第２流量調整弁３２の制御は、参考例と異なり、マイコン制御盤１４から行われる。なお、本実施形態のように、外気温が冬季のように低下しない通常の外気温であってもマイコン制御盤１４から各流量調整弁３０，３２を制御することとしてもよいが、冷却水温度が所定値以下とならない通常の外気温の場合は参考例のようにシステム制御盤７によって制御を行い、低外気温のときのみ、マイコン制御盤１４によって制御することとしてもよい。
また、マイコン制御盤（熱源機側制御部）１４で演算を行い、目標冷却水入口温度と冷却水入口温度Ｔ３および冷却水出口温度Ｔ２を得て、これらを通信によりシステム制御盤７に伝達することとし、第１流量調整弁３０と第２流量調整弁３２をシステム制御盤７により制御してもよい。
【００４２】
マイコン制御盤１４では、凝縮器１０における熱交換量、すなわち冷媒が冷却水に与える排熱量Ｑを算出する。この排熱量Ｑは、以下のように表すことができる。
Ｑ＝Ｆ・ρ・γ・（Ｔ２−Ｔ３）・・・・・・（１）
ここで、Ｆは冷却水流量、ρは冷却水の密度、γは冷却水の比熱である。
（１）式を変形すると、下式となる。
Ｔ３＝Ｔ２−Ｑ／（Ｆ・ρ・γ）・・・・・・（２）
本実施形態では、上式（２）を用いて冷却水温度を制御する点が特徴となる。
【００４３】
さらにＴ３の時間遅れを考慮した値としてＴ３’とすると、以下のように算出することができる。
Ｔ３’＝Ｔ２−（Ｑ／（Ｆ・ρ・γ））・ｑ／ｑｓ・・・・・・（２）’
ここで、ｑは現在の冷凍能力を示し、
ｑ＝ｆ・ρ１・γ１・（ｔｉ−ｔｏ）
で与えられる。上式において、ｔｉは冷水入口温度、ｔｏは冷水出口温度、ｆは冷水流量、ρ１は冷水の密度、γ１は冷水の比熱を示す。
ｑｓは制御目標としての冷凍能力を示し、
ｑｓ＝ｆ・ρ１・γ１・（ｔｉ−ｔｓ）
で与えられる。上式において、ｔｓは目標冷水出口温度を示す。
上式（２）’を用いることにより、冷凍出力に基づく時間遅れを考慮した修正凝縮器排熱量（Ｑ・ｑ／ｑｓ）を用いて、さらに時間遅れを少なくすることができる。
【００４４】
以下に、冷却水温度の制御方法について説明する。
夏季のように外気温が低下しない場合は、参考例と同様に、冷却塔５のファン３５の運転台数やファン回転数を制御することによって、冷却水温度を調整する。
冬季のように外気温が所定値以下に低下し、冷却水温度が低下した場合は、上式（２）に基づき、次のように冷却水温度を制御する。
【００４５】
冷却水出口温度Ｔ２を設定値Ｔ２ｓｅｔに設定する。この設定値Ｔ２ｓｅｔは、典型的には、冷媒流量の低下や潤滑性能の低下を来さない程度に、ターボ冷凍機３の仕様によって下限値として決定される。もちろん、設定値Ｔ２ｓｅｔは、ユーザが任意に決定することができるようにもなっている。
そして、この設定値Ｔ２ｓｅｔとなるように、上式（２）に基づいて冷却水温度が制御される。すなわち、上式（２）は、下式のように変形される。
Ｔ３＊＝Ｔ２ｓｅｔ−Ｑ／（Ｆ・ρ・γ）・・・・・・（３）
ここで、Ｔ３＊は制御目標となる目標冷却水入口温度Ｔ３＊である。なお、この目標冷却水入口温度Ｔ３＊の下限値は、凝縮圧力、蒸発圧力、潤滑油温度およびベーン開度の少なくともいずれか一つに基づいて決定されている。これにより、目標冷却水入口温度の下限値が過剰に低下することによって、熱源システムが停止してしまうことを防止するようになっている。
【００４６】
上式（３）において、冷却水流量Ｆ及び排熱量Ｑは、マイコン制御盤１４にて得られているので、冷却出口温度の設定値Ｔ２ｓｅｔに対応する目標冷却水入口温度Ｔ３＊が各時刻において計算される。この目標冷却水入口温度Ｔ３＊と、第３温度センサ４４によって計測される現在の冷却水入口温度Ｔ３とを比較し、この差分量に応じて各流量調整弁３０，３２を制御することによって冷却水のバイパス流量を調整し、冷却水温度を目標値に収束するように制御する。
【００４７】
流量調整弁３０，３２による制御によっても目標冷却水入口温度Ｔ３＊に達しない場合には、冷却水流量Ｆを制御する。すなわち、冷却水流量Ｆを小さくすることにより、冷却水出口温度Ｔ２を大きくする。これは、上式（２）を変形した下式から明らかである。
Ｔ２＝Ｔ３＋Ｑ／（Ｆ・ρ・γ）・・・・・・（４）
なお、冷却水流量Ｆは、冷却水ポンプ２６のポンプ特性等から与えられる最小流量が存在するので、この最小流量を下回らないように制御する。
【００４８】
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
上記した参考例のように、冷却水出口温度Ｔ２に基づいて制御する場合には、冷却水温度制御が行われるバイパス管路２８出口と、凝縮器１０出口の第２温度センサ３９との間に対応した保有水量が無視できないものとなる。この保有水量が大きいほど制御遅れが存在する。本実施形態では、設定冷却水出口温度Ｔ２ｓｅｔと凝縮器１０の排熱量Ｑを用いて、目標冷却水入口温度Ｔ３＊を算出し、現在の冷却水入口温度を制御することとした。つまり、凝縮器１０の排熱量Ｑを用いることにより、現在の凝縮圧力を反映させた目標冷却水入口温度Ｔ３＊を得ることができる。したがって、参考例のように冷却水出口温度Ｔ３のみを用いた場合に比べて、制御上の時間遅れを少なくすることができる。
【００４９】
また、冷却水流量Ｆを変更することによって冷却水温度を制御することとしたので、冷却水温度の制御代を大きく取ることができる。特に、バイパス流量を最大流量とした場合（第１流量調整弁３０を全開、第２流量調整弁３２を全閉とした場合に相当）であっても、冷却水流量Ｆを減少させることにより冷却水温度を上昇させることができる。
【００５０】
また、各ターボ冷凍機３に設けたマイコン制御盤１４によって冷却水温度を制御することとしたので、ターボ冷凍機３側から適切な冷却水温度を要求できる。したがって、各ターボ冷凍機３の運転において最適な冷却水温度を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の参考例にかかる熱源システムを示した概略構成図である。
【図２】参考例に対する比較例を示した概略構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかる熱源システムを示した概略構成図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  熱源システム
３  ターボ冷凍機（熱源機）
５  冷却塔
７  システム制御盤（制御部）
１０  凝縮器
１４  マイコン制御盤（制御部）
１６  冷却水往管路
１８  冷却水還管路
２６  冷却水ポンプ
２８  バイパス管路
３０  第１流量調整弁（冷却水バイパス流量調整手段）
３２  第２流量調整弁（冷却水バイパス流量調整手段）
Ｔ２  冷却水出口温度
Ｔ３  冷却水入口温度
【図１】
0004690935.tif 000002
【図２】
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【図３】
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