(57)【要約】【課題】  複数の冷凍装置を統括的に制御して熱負荷に供給される２次冷媒の温度の調整精度を向上させる。【解決手段】  冷凍システムは、段階的に複数のステップ容量で容量制御される冷媒の圧縮機を有し、２次冷媒を冷却又は加熱する熱交換器１２ａを有する冷凍装置１０ａを複数備え、各熱交換器１０ａ〜１０ｄの２次冷媒流路１４ａ〜１４ｄを並列に接続して冷熱又は温熱を熱負荷２０に供給し、熱負荷量に応じて、各冷凍装置１０ａ〜１０ｄを予め定められた順序に従って起動及び停止するとともに、運転中の冷凍装置１０ａ〜１０ｄのうち予め定められた順序に従って一の冷凍装置を容量制御する制御装置２７を設けて構成する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
段階的に複数のステップ容量で容量制御される冷媒の圧縮機と、該圧縮機から吐出される冷媒の凝縮熱又は蒸発熱により２次冷媒を冷却又は加熱する熱交換器とを有する冷凍装置を複数備え、前記各熱交換器の２次冷媒流路を並列に接続して冷熱又は温熱を熱負荷に供給する冷凍システムにおいて、
熱負荷量に応じて、前記各冷凍装置を予め定められた順序に従って起動及び停止するとともに、運転中の冷凍装置のうち予め定められた順序に従って一の冷凍装置を容量制御する制御装置を設けたことを特徴とする冷凍システム。
【請求項２】
前記熱負荷に供給される２次冷媒の温度を検出するセンサを設け、前記制御装置は、前記センサの検出値が、設定値から１ステップ容量あたりの温度差設定値ずつ低下するごとに、前記一の冷凍装置の１ステップ容量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の冷凍システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記一の冷凍装置が停止したとき、前記運転中の冷凍装置のうち他の冷凍装置の１ステップ容量を減少させることを特徴とする請求項２に記載の冷凍システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
２次冷媒を冷却又は加熱する冷凍システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
空調設備や冷却又は加熱設備などに利用される冷凍システムは、冷媒の圧縮機と、圧縮機から吐出される冷媒の凝縮熱又は蒸発熱により２次冷媒（例えば、空気や水）を冷却又は加熱する熱交換器とを有する冷凍装置を備えて構成されている。一般に、大型の冷凍システムは、冷凍装置を複数備え、各熱交換器の２次冷媒流路を並列に接続して冷熱又は温熱を熱負荷（例えば、室内、被冷却部や被加熱部）に供給する。
【０００３】
このような冷凍システムにおいては、各冷凍装置の冷媒の圧縮容量（例えば、圧縮室の大きさ、又は圧縮機の回転数）を、段階的に複数のステップ容量で容量制御することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１８５２４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の特許文献１では、各冷凍装置の２次冷媒流路に設けられた温度センサの検出値に基づき、各冷凍装置が独自に容量制御され、各冷凍装置の起動及び停止については、各冷凍装置の圧縮機の起動・停止回数をカウントし、カウントされた回数に基づいて行われる。したがって、熱負荷に供給される２次冷媒の温度の調整幅については、１台の冷凍装置のステップ容量の段階数に制限されることになる。
【０００６】
本発明の課題は、複数の冷凍装置を統括的に制御して熱負荷に供給される２次冷媒の温度の調整精度を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の冷凍システムは、段階的に複数のステップ容量で容量制御される冷媒の圧縮機と、圧縮機から吐出される冷媒の凝縮熱又は蒸発熱により２次冷媒を冷却又は加熱する熱交換器とを有する冷凍装置を複数備え、各熱交換器の２次冷媒流路を並列に接続して冷熱又は温熱を熱負荷に供給し、熱負荷量に応じて、各冷凍装置を予め定められた順序に従って起動及び停止するとともに、運転中の冷凍装置のうち予め定められた順序に従って一の冷凍装置を容量制御する制御装置を設けたことを特徴とする。
【０００８】
このようにすれば、各冷凍装置の運転台数と容量制御が、制御装置により統括的に制御されることになるから、熱負荷量に応じ冷凍装置の運転台数を制御するとともに、熱負荷量の変化が１台の冷凍装置の容量制御により調整可能な範囲内であるとき、１台の冷凍装置のステップ容量を制御することができるため、２次冷媒の熱負荷量を精度よく調整することができる。特に、熱負荷量の変動が大きい場合は、順次各々の冷凍装置の容量制御によって対応できる。
【０００９】
この場合において、熱負荷量は、２次冷媒の温度センサを設けることによって検出できる。そして、温度センサの検出値に基づいて、各冷凍装置の運転台数と容量制御を行うことにより、熱負荷に供給される２次冷媒の温度の調整精度が向上する。
【００１０】
例えば、２次冷媒を設定値まで冷却する場合において、２次冷媒が設定値を超えて冷却されたとき、温度センサの検出値が、設定値から１ステップ容量あたりの温度差設定値ずつ低下するごとに、一の冷凍装置の１ステップ容量を減少させる。また、一の冷凍装置が容量制御の下限に達して停止されたとき、運転中の他の冷凍装置の容量制御を開始する。これにより、２次冷媒の温度を、各冷凍装置の台数とステップ容量単位で調整可能になるから、設定値に精度よく合わせることができる。
【００１１】
なお、１ステップ容量あたりの温度差設定値は、１台の冷凍装置の１ステップ容量を減少又は増加させたとき、熱負荷に供給される２次冷媒の温度が変動する値であり、メモリなどに格納しておけばよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数の冷凍装置を統括的に制御して熱負荷に供給される２次冷媒の温度の調整精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を適用した冷凍システムの実施形態について図１ないし図３を用いて説明する。図１は、本実施形態の冷凍システムの系統図、図２は、冷凍システムの制御を示すフローチャート、図３は、冷凍システムにおける各冷凍装置の容量制御の状態図である。なお、本実施形態では、冷凍システムが水冷却設備として利用された場合を一例として説明する。
【００１４】
図１に示すように、冷凍システムは、例えば４つの冷凍装置１０ａ〜１０ｄが配設して構成されている。冷凍装置１０ａは、段階的に例えば３つのステップ容量（例えば、１００％、７５％、５０％、０％）で容量制御される冷媒の圧縮機と、圧縮機から吐出される冷媒の蒸発熱により２次冷媒（例えば、水）を冷却する熱交換器１２ａを有して構成されている。また、熱交換器１２ａに２次冷媒の流出配管１４ａと、流入配管１６ａが接続されている。冷凍装置１０ｂ〜１０ｄについても同様である。
【００１５】
流出配管１４ａ〜１４ｄの下流側は、冷却水供給配管１８に並列に接続されている。また、冷却水供給配管１８の下流側は、冷却対象の負荷２０に接続されている。冷却水供給配管１８に温度センサ２５が配設されている。負荷２０から流出する冷却水は、冷却水戻り配管２２及びポンプ２３を介して流入配管１６ａ〜１６ｄに流入されるようになっている。
【００１６】
温度センサ２５は、信号線を介して制御装置２７（以下、コントローラ２７）に接続されている。コントローラ２７は、制御データを演算する演算手段２７ａと、演算手段２７ａからの出力データを記憶するメモリ２７ｂを有して構成されている。このコントローラ２７は、単一の信号線（例えば、データ伝送ケーブル）を介して各冷凍装置１０ａ〜１０ｄに接続されており、各冷凍装置１０ａ〜１０ｄの起動・停止制御や、容量制御などを統括的にコントロールするようになっている。すなわち、コントローラ２７は、各冷凍装置１０ａ〜１０ｄを予め定められた順序に従って起動及び停止するとともに、運転中の冷凍装置のうち予め定められた順序に従って１台の冷凍装置を容量制御する。
【００１７】
このように構成される冷凍システムの基本動作について説明する。各冷凍装置１０ａ〜１０ｄにより２次冷媒の水が冷却される。冷却された水は、流出配管１４ａ〜１４ｄ、冷却水供給配管１８を介して負荷２０に供給される。負荷２０を冷却することにより昇温した冷却水は、被冷却水として冷却水戻り配管２２、流入配管１６ａ〜１６ｄを介して各冷凍装置１０ａ〜１０ｄに戻される。
【００１８】
ここで、本発明の特徴である冷凍システムの制御について図２のフローチャートを参照して説明する。図２に示す制御フローは、水を設定水温まで冷却する場合の流れである。まず、設定パラメータが、入力手段から入力される。例えば、冷凍装置１０ａ〜１０ｄの台数（例えば、「４」）や、冷凍装置１０ａ〜１０ｄの１台あたりのステップ容量のステップ数（ｎ：例えば、「３」）や、負荷２０に供給する水の設定水温（Ｔ０）や、各冷凍装置１０ａ〜１０ｄの１台あたりの温度差設定値（ａ）などが、入力設定される。なお、入力された設定パラメータは、メモリ２７ｂに記憶される。ここで、１台あたりの温度差設定値（ａ）とは、１台の冷凍装置の容量を０％から１００％に切替えて運転したとき、温度センサ２５の検出値が変化する値であり、予めシミュレーションなどにより求められている。なお、設定パラメータについては、適宜変更することができる。
【００１９】
次いで、設定パラメータに基づき、制御パラメータが演算手段２７ａにより演算される。例えば、各冷凍装置１０ａ〜１０ｄの１ステップ容量あたりの温度差設定値（ａ／ｎ）が、演算手段２７ａにより演算される。なお、演算された値は、メモリ２７ｂに記憶される。ここで、１ステップ容量あたりの温度差設定値（ａ／ｎ）とは、１台あたりの温度差設定値（ａ）をその冷凍装置のステップ容量の数（ｎ）で除したものであり、１つの冷凍装置の１ステップ容量を減少又は増加させたとき、温度センサ２５の検出値が変化する値である。
【００２０】
図２に示すように、まず、制御番号（Ｎ）に初期値「１」が代入される（Ｓ１００）。制御番号（Ｎ）は、コントローラ２７の制御対象となる冷凍装置を特定する番号であり、各冷凍装置１０ａ〜１０ｄの識別番号に対応している。また、カウンタ（Ｃ）に初期値「０」が代入される（Ｓ１０２）。カウンタ（Ｃ）は、制御対象として特定された冷凍装置のステップ容量の段数を管理する番号である。
【００２１】
次いで、温度センサ２５により検出された検出温度（Ｔ）をコントローラ２７に取り込む（Ｓ１０４）。なお、検出温度（Ｔ）は、予め設定された制御周期でコントローラ２７により取り込まれるようになっている。検出温度（Ｔ）と設定水温（Ｔ０）が比較され（Ｓ１０５）、検出温度（Ｔ）が設定水温（Ｔ０）より高いとき、水を冷却する必要があると判断される。したがって、Ｎ番目の冷凍装置（例えば、冷凍装置１０ａ）が起動される（Ｓ１０７）。次に、制御番号（Ｎ）に「１」が加えられた後（Ｓ１０９）、Ｓ１０２の処理に戻される。これによって、制御対象の冷凍装置が、例えば冷凍装置１０ａから冷凍装置１０ｂに切り替えられる。このようなＳ１０５、Ｓ１０７、Ｓ１０９の処理が実行されることにより、検出温度（Ｔ）が設定水温（Ｔ０）以下になるまで、複数台の冷凍装置（例えば、冷凍装置１０ａ、１０ｂ）が順次起動される。
【００２２】
Ｓ１０５の処理において、検出温度（Ｔ）が設定水温（Ｔ０）以下であるとき、Ｓ１０６の処理が実行される。Ｓ１０６の処理では、検出温度（Ｔ）が、（設定水温（Ｔ０）−カウンタの値（Ｃ）×温度差設定値（ａ／ｎ））の値と比較判定される。検出温度（Ｔ）がその比較値より高い場合、Ｎ番目の冷凍装置を１ステップ容量ダウンさせると、水の温度が上昇して設定水温（Ｔ０）を超えるおそれがあるから、Ｓ１０４の処理に戻される。
【００２３】
一方、Ｓ１０６の処理において、検出温度（Ｔ）が比較値以下のとき、Ｓ１１０の処理が実行される。Ｓ１１０の処理では、カウンタ値（Ｃ）と１台あたりのステップ容量の数（ｎ：本実施形態では「３」）が比較される（Ｓ１１０）。この比較によって、Ｎ番目の冷凍装置（例えば、冷凍装置１０ｂ）を１ステップ容量減少（ダウン）させることが可能か否かについて判断することができる。本実施形態では、カウンタ値（Ｃ）が、「０」乃至「２」であるとき、冷凍装置１０ｂは運転状態にあると認められることによって「１ステップ容量ダウン可能」と判断される。その場合、Ｎ番目の冷凍装置（例えば、冷凍装置１０ｂ）が１ステップ容量ダウンされる（Ｓ１１２）。そして、カウンタ値（Ｃ）に「１」が加えられた後（Ｓ１１４）、Ｓ１０４の処理に戻される。
【００２４】
また、Ｓ１１０の処理において、カウンタ値（Ｃ）が「３」であるとき、冷凍装置１０ｂは停止状態にあると認められ、「１ステップ容量ダウン不可」と判断される。その場合、制御番号（Ｎ）から「１」が引かれた後（Ｓ１１１）、Ｓ１０２の処理に戻される。これによって、制御対象が、冷凍装置（例えば、冷凍装置１０ｂ）から、運転中の他の冷凍装置（例えば、冷凍装置１０ａ）に切り替えられる。
【００２５】
このような制御が設定された制御周期で繰り返し行われることによって、例えば図３に示すように、検出温度（Ｔ）が、設定水温（Ｔ０）から１ステップ容量あたりの温度差設定値（ａ／ｎ）ずつ低下するごとに、運転中の冷凍装置のうち制御対象として特定された冷凍装置の１ステップ容量が順番に減少される。さらに、制御対象として特定された冷凍装置が容量制御の下限に達して停止されたとき、運転中の他の冷凍装置を制御対象として特定し、特定した冷凍装置の容量制御が順次開始される。
【００２６】
本実施形態によれば、各冷凍装置１０ａ〜１０ｄの運転台数と容量制御が、コントローラ２７により統括的に制御されることになる。したがって、温度センサ２５の検出温度（Ｔ）に応じ冷凍装置の運転台数を制御するとともに、温度センサ２５の検出温度（Ｔ）と設定水温（Ｔ０）との偏差が、１台の冷凍装置の容量制御により調整可能な範囲内であるとき、冷凍装置のステップ容量を制御することができる。したがって、負荷２０に供給する水の温度は、各冷凍装置１０ａ〜１０ｄの台数とステップ容量単位で調整可能になるから、設定水温（Ｔ０）に精度よく合わせられる。
【００２７】
すなわち、複数の冷凍装置１０ａ〜１０ｄの容量制御が、１台あたりの温度差設定値（ａ）をその冷凍装置のステップ容量の数（ｎ）で除した値で切り替えられることから、きめ細かい容量制御が可能になる。したがって、負荷変動に対し精度の高い水温制御が可能になる。特に、温度センサ２５の検出温度（Ｔ）と設定水温（Ｔ０）との偏差が大きいときでも、順次各々の冷凍装置の容量制御によって対応することができる。
【００２８】
また、本実施形態では、平準化を目的として各冷凍装置で容量制御を行う場合に比べ、１台あたりの運転時間が減ることになる。例えば、システム全体の運転容量が２００％のとき、従来の方式では、冷凍装置１台あたり５０％容量で４台運転するのに対し、本発明の方式では、図３に示すように、冷凍装置の運転台数は２台となる。
【００２９】
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、これに限られるものではない。例えば、検出温度（Ｔ）が設定水温（Ｔ０）より高いと判断されたとき、Ｓ１０７の処理によりＮ番目の冷凍装置（例えば、冷凍装置１０ａ）を起動するようにしたが、Ｓ１０７の処理に加えて、Ｎ番目の冷凍装置をステップ容量単位で増大（アップ）させることもできる。この場合、検出温度（Ｔ）が、設定水温（Ｔ０）から温度差設定値（ａ／ｎ）ずつ上昇するごとに１ステップ容量アップするようにすればよい。
【００３０】
また、本発明の冷凍システムは、水を冷却する場合のほか、水を加熱する場合にも適用することができる。その場合、図２のＳ１０５、Ｓ１０６の処理における不等号の向きを逆向きにし、Ｓ１１２の処理においては、Ｎ番目の冷凍装置を１ステップ容量アップするようにするとともに、各パラメータを適宜変更すればよい。
【００３１】
また、本発明の冷凍システムは、金型冷却又は食品冷却に使用される水冷却設備や、空調設備などに適用することができる。要するに、２次冷媒の温度の調整精度が求められるものに本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明を適用した本実施形態の冷凍システムの系統図である。
【図２】水を設定水温まで冷却する場合の冷凍システムの制御を示すフローチャートである。
【図３】本発明を適用した本実施形態の冷凍システムの容量制御の状態図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０ａ〜１０ｄ  冷凍装置
１４ａ〜１４ｄ  流出配管
１８  冷却水供給配管
２０  負荷
２５  温度センサ
２７  コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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