(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水の冷熱を生成する冷却手段と、熱負荷の冷熱需要を賄う冷熱源機器と、前記冷却手段及び前記冷熱源機器の間で冷却水を往還させる冷却水循環系と、前記冷却水循環系の還水を前記冷却水循環系の往水に混合する冷却水混合手段と、を有する熱源システムであって、
前記冷熱源機器は、熱負荷に供給される冷熱を生成する冷水用冷凍機と、蓄積用の冷熱を生成する蓄熱用冷凍機とを含み、
前記熱負荷と前記冷水用冷凍機との間で冷水を往還させる第一の冷水循環系と、
前記冷却水循環系の往水と前記第一の冷水循環系の還水との間で熱交換を行うフリークール熱交換器と、
冷熱を蓄える冷熱蓄熱槽と、
前記蓄熱用冷凍機と前記冷熱蓄熱槽との間で冷水又はブラインを往還させる第二の冷水循環系と、
前記蓄熱用冷凍機が生成した冷熱を前記第一の冷水循環系の往水に供給する第一の冷熱供給手段と、
前記冷熱蓄熱槽が蓄えた冷熱を前記第一の冷水循環系の往水に供給する第二の冷熱供給手段と、
少なくとも前記第一の冷水循環系における冷水の温度を検出する温度検出手段と、
前記第一の冷水循環系における冷水の温度及び流量の設定値を有し、冷水の温度が所望の範囲内に収まるように、前記冷水用冷凍機の冷凍能力を調整し、さらに冷水用冷凍機から熱負荷への単位時間当たりの冷水の流量を調整すべく前記各機器の運転を制御する運転制御手段と、を有する統合型熱源システム。
【請求項２】
前記冷熱源機器は複数の前記冷水用冷凍機を含み、前記運転制御手段は、前記冷水の温度で表される設定値と冷水の検出温度とを比較し、冷水の検出温度が前記設定値を上回る場合又は下回る場合では、稼動する冷水用冷凍機の台数を増加又は減少させ、さらに冷水用冷凍機から熱負荷への単位時間当たりの冷水の流量を増加又は減少させることを特徴とする請求項１記載の統合型熱源システム。
【請求項３】
前記運転制御手段は、前記各冷水用冷凍機について予め設定されている熱負荷への冷水の流量の設定値に基づいて、前記冷水の流量が前記設定値から逸脱した場合に冷水用冷凍機の稼働台数を変更することを特徴とする請求項２記載の統合型熱源システム。
【請求項４】
前記温度検出手段は、前記第一の冷水循環系における還水の温度を検出するものであり、前記運転制御手段は、稼動する前記冷水用冷凍機の台数を変更させた場合には、変更後の冷水用冷凍機の台数と、前記還水の温度とに応じて、冷水用冷凍機の停止基準となる設定値を補正することを特徴とする請求項２又は３に記載の統合型熱源システム。
【請求項５】
前記運転制御手段は、稼動する前記冷水用冷凍機の台数を変更した後の一定時間内ではさらなる台数の変更を行わないことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の統合型熱源システム。
【請求項６】
前記運転制御手段は、前記フリークール熱交換器を通過した冷水の温度に基づいて、フリークール熱交換器を通る前記冷却水の流量を比例制御することを特徴とする請求項１記載の統合型熱源システム。
【請求項７】
前記冷却手段は複数の冷却塔からなり、前記運転制御手段は、予め設定されている、単位時間当たりの冷却水の流量の設定値に基づいて、前記冷却水の流量が前記設定値から逸脱した場合に冷却塔の稼動台数を変更することを特徴とする請求項１記載の統合型熱源システム。
【請求項８】
前記運転制御手段は、稼動する冷却塔の台数を変更した後の一定時間内ではさらなる台数の変更を行わないことを特徴とする請求項７記載の統合型熱源システム。
【請求項９】
前記温度検出手段は、前記第一の冷水循環系における還水の温度を検出するものであり、前記運転制御手段は、前記第一の冷水循環系における還水の検出温度に応じて前記蓄熱用冷凍機を稼動して、前記第一の冷熱供給手段に冷水を供給することを特徴とする請求項１記載の統合型熱源システム。
【請求項１０】
前記冷熱源機器は、前記第二の冷水循環系によって前記冷熱蓄熱槽に接続される二台の蓄熱用冷凍機を含み、一方の蓄熱用冷凍機には少なくとも前記第一の冷熱供給手段が接続されており、他方の蓄熱用冷凍機には少なくとも前記第二の冷熱供給手段が接続されていることを特徴とする請求項１記載の統合型熱源システム。
【請求項１１】
前記運転制御手段は、前記蓄熱用冷凍機を稼動させ、第一の冷熱供給手段から前記熱負荷への冷熱の供給、第二の冷熱供給手段から前記熱負荷への冷熱の供給、及び前記冷熱蓄熱槽への冷熱の蓄積、の中から選ばれる一つ以上の運転を制御することを特徴とする請求項１０記載の統合型熱源システム。
【請求項１２】
前記第一の冷水循環系の還水を第一の冷水循環系の往水に混合する通水路を有し、前記第一の冷熱供給手段は前記通水路の冷水と前記第二の冷水循環系の往液との間で熱交換を行う熱交換器であり、前記第二の冷熱供給手段は前記通水路の冷水と前記第二の冷水循環系の還液との間で熱交換を行う熱交換器であることを特徴とする請求項１記載の統合型熱源システム。
【請求項１３】
前記冷却水循環系は、各機器に対しそれらの還水温度の低い順に冷却水循環系の往水を供給するように各機器を直列に接続することを特徴とする請求項１記載の統合型熱源システム。
【請求項１４】
前記冷却手段は井戸を含むことを特徴とする請求項１記載の統合型熱源システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は統合型熱源システムに関し、より詳しくは、種々の冷熱源構成要素を積極的に統合して全体的に省エネルギーを図る統合型熱源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、社会が地球環境との調和のとれた設備とその運転を要求する趨勢にあり、例えば工場のようにエネルギーを大量に消費する施設では、省エネルギーと環境負荷低減について、所轄官庁から指導されあるいは自ら取り組んでいる。
【０００３】
空調設備、特に熱源システムにおいて省エネルギーを図る技術については種々のものがある。例えば特開平６−２４９４７１号公報に示される「フリークーリング」と称される方法がある。これは冬期などに冷凍機を稼動せず、冷却塔の運転による冷熱を空調に利用しようというものである。
【０００４】
また、電力料金の割安な夜間に冷凍機その他の熱源機器を運転して温熱や冷熱を生成し、これを蓄熱槽に蓄えて昼に消費する技術、さらに氷や潜熱蓄熱剤を蓄熱媒体として潜熱を利用して熱源システムの運転効率を上げようとする技術も周知である。それらの運転方法としては特許第２５１０８８８号を挙げることができ、空調機等による熱負荷に対し氷蓄熱槽からの冷熱だけでは賄えない場合に冷凍機を運転する、いわゆる追い掛け運転の発停制御法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように熱源システムを高効率に運用しようという技術については種々の技術が知られているが、いずれも個々の要素技術の開発にとどまっている観があり、熱源システムの構成要素を積極的に統合して全体的に省エネルギーを図ろうという提案は知られていない。これは、熱源システム全体を分散させることなく一つのシステムとして構成することについて、熱利用側で刻々と変化する負荷の変動への追従性、熱バランスの安定、省運転費の維持などの面から検討が十分にしきれないことが要因として挙げられる。
【０００６】
本発明は前記事項に鑑みなされたものであり、種々の冷熱源構成要素を積極的に統合して全体的に省エネルギー運転を実現する熱源システムを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フリークーリング、冷熱蓄熱、蓄積された冷熱の放出、及び追い掛け運転を実施する各構成要素を採用し、冷却手段や冷熱源機器を統合して制御し、熱負荷の冷熱需要の変動に応じて冷水用冷凍機の冷凍能力を調整し、次いで冷水用冷凍機から熱負荷への冷水流量を調整することにより、前記各構成要素による冷熱生成を冷水用冷凍機の冷凍能力のベースアップと見なし、種々の冷熱源機器を有しながら一台の冷凍機を制御するかのように制御することが可能な統合型熱源システムを提供する。
【０００８】
すなわち本発明の統合型熱源システムは、冷却水の冷熱を生成する冷却手段と、熱負荷の冷熱需要を賄う冷熱源機器と、冷却手段及び前記冷熱源機器の間で冷却水を往還させる冷却水循環系と、冷却水循環系の還水を冷却水循環系の往水に混合する冷却水混合手段と、を有する熱源システムであって、冷熱源機器は、熱負荷に供給される冷熱を生成する冷水用冷凍機と、蓄積用の冷熱を生成する蓄熱用冷凍機とを含み、熱負荷と冷水用冷凍機との間で冷水を往還させる第一の冷水循環系と、冷却水循環系の往水と第一の冷水循環系の還水との間で熱交換を行うフリークール熱交換器と、冷熱を蓄える冷熱蓄熱槽と、蓄熱用冷凍機と冷熱蓄熱槽との間で冷水又はブラインを往還させる第二の冷水循環系と、蓄熱用冷凍機が生成した冷熱を第一の冷水循環系の往水に供給する第一の冷熱供給手段と、冷熱蓄熱槽が蓄えた冷熱を第一の冷水循環系の往水に供給する第二の冷熱供給手段と、少なくとも第一の冷水循環系における冷水の温度を検出する温度検出手段と、第一の冷水循環系における冷水の温度及び流量の設定値を有し、冷水の温度が所望の範囲内に収まるように、冷水用冷凍機の冷凍能力を調整し、さらに冷水用冷凍機から熱負荷への単位時間当たりの冷水の流量を調整すべく各機器の運転を制御する運転制御手段と、を有する。
【０００９】
前記構成によれば、冷却手段及び冷熱源機器で生成した冷熱を有効に活用することが可能であり、刻々と変化する熱負荷の冷熱需要に対応した冷熱の供給が可能であり、また各機器が熱負荷に供給する冷熱をバランス良く、かつ安定して供給することが可能となる。
【００１０】
前記冷却手段は、冷却水の冷熱を生成するものであれば特に限定されず、単数でも良いし複数でも良く、一般に冷却塔等の空冷式冷却手段が好ましい。前記冷却手段には、井戸や河川等のように、温度が比較的安定している水を供給できるものを利用することもでき、このような場合では冷却塔と併用することが好ましい。また井戸水や河川水を冷却水として用いることも可能であるが、井戸水や河川水と冷却水との間で熱交換器による熱交換を行うことが、冷却水循環系における水質を保全する上で好ましい。
【００１１】
前記冷熱源機器は、熱負荷の冷熱需要を賄う冷熱を生成する機器をいう。このような冷熱源機器としては冷凍機を用いることができる。
【００１２】
前記冷却水循環系は、冷却手段及び冷熱源機器の間で冷却水を往還させるものであり、そのための適当な手段、すなわち送水手段や自動制御の二方弁等の弁などを含む。なおこのような循環系中の送水手段は、後述する運転制御手段によって適宜制御される。
【００１３】
前記冷却水混合手段は、冷却水循環系の還水を冷却水循環系の往水に混合する手段であり、主に冷却水循環系の往水の温度を制御するための手段である。冷却水混合手段は、冷却水循環系中の任意の位置に単数又は複数が設けられるが、個々の冷熱源機器の直前直後の冷却水循環系を接続し還水を往水に混合する手段であることが好ましく、冷却水循環系に接続されている各機器に対応して設けられていることがより好ましい。冷却水混合手段には、還水を往水に混合するための適当な手段、すなわち、冷却水循環系還水管と冷却水循環系往水管とを接続する混合用通水路、送水手段、自動制御の二方弁や逆止弁等の弁などの手段を含み、これらの手段は後述する運転制御手段によって適宜制御される。
【００１４】
前記冷水用冷凍機は、熱負荷に供給される冷熱を生成する冷凍機であり、第一の冷水循環系によって熱負荷と接続される。冷水用冷凍機の設置数は単数でも複数でも良く、冷水用冷凍機には、冷凍能力や用途等に応じて公知の冷凍機の中から適当な冷凍機を用いることができる。
【００１５】
前記蓄熱用冷凍機は、蓄熱用の冷熱を生成する冷凍機であり、第二の冷水循環系によって冷熱蓄熱槽と接続される。蓄熱用冷凍機の設置数は単数でも複数でも良く、また蓄熱用冷凍機には、冷水用冷凍機と同様に公知の冷凍機の中から適当な冷凍機を用いることができる。また冷熱蓄熱槽は、冷熱を蓄熱するものであればその種類や設置数は特に限定されないが、本発明では公知の氷蓄熱槽を用いることができる。
【００１６】
前記フリークール熱交換器は、冷却水循環系の往水と第一の冷水循環系の還水との間で熱交換を行うものであり、冷水用冷凍機の負荷を低減させ、あるいは冷水用冷凍機の運転を安定させる。
【００１７】
本発明では冷却水循環系は、少なくとも冷水用冷凍機、蓄熱用冷凍機及びフリークール熱交換器を接続するが、この接続形態は冷却手段に対して直列でも良いし、並列でも良いが、冷却手段から各機器へ供給される冷却水の温度をほぼ均等にし、冷却手段の運転制御を統合する上で好ましい。
【００１８】
これらの機器を直列に接続する場合では、各機器に対しそれらの還水温度が低い順に冷却水循環系の往水を供給するように各機器を接続することが、冷熱源機器間の熱バランスを調整し、かつ冷却水の冷熱を有効に活用する上で好ましい。また冷却手段として冷却塔と前述した井戸等の冷却手段とを併用する場合では、直列及び並列のいずれの場合でも、併用する冷却手段を前記各機器間の任意の位置に接続することができる。
【００１９】
前記第一の冷熱供給手段は、蓄熱用冷凍機が生成した冷熱を第一の冷水循環系の往水に供給する手段であり、蓄熱用冷凍機による追い掛け運転を実現するための手段である。また前記第二の冷熱供給手段は、冷熱蓄熱槽が蓄えた冷熱を第一の冷水循環系の往水に供給する手段であり、蓄熱された冷熱を熱負荷に供給するための手段である。
【００２０】
これらの冷熱供給手段は、例えば第一の冷水循環系の往水に第二の冷水循環系の冷水を直接供給するものであっても良いが、第一の冷水循環系の往水と第二の冷水循環系の冷水又はブラインとの間で熱交換を行う熱交換器であることが熱源システム及び前記両冷凍機の安定運転を実現する上で好ましい。なおここでいう第一の冷水循環系の往水とは、第一の冷水循環系において熱負荷への往水となるものであれば良く、例えば第一の冷水循環系の還水を第一の冷水循環系の往水に混合する通水路を設け、この通水路中の冷水に前記冷熱供給手段から冷熱が供給される構成を例示することができ、このような構成によれば、冷水用冷凍機の負荷を軽減し、かつ蓄熱用冷凍機で生成した冷熱を熱負荷に効率良く供給する上で好ましい。
【００２１】
前記温度検出手段は、少なくとも第一の冷水循環系の冷水の温度を検出する手段であれば良く、温度センサを用いることができる。温度検出手段は、第一の冷水循環系に限定されず、第二の冷水循環系や冷却水循環系等の適所に設けることが、熱源システムの運転において各機器を統合して制御する上で好ましい。
【００２２】
前記運転制御手段は、第一の冷水循環系における冷水について予め設定されている設定値に基づき、冷水の温度が所望の範囲内に収まるように、冷水用冷凍機の運転を調整し、さらに冷水用冷凍機から熱負荷への単位時間当たりの冷水の流量を調整すべく前記各機器を制御する手段である。このような運転制御手段としては、例えば設定値と検出値との比較や設定値の補正のための演算等を行う処理機構と、設定値や補正式を記憶する内部記憶装置とを有する処理装置（ＣＰＵ）を例示することができる。
【００２３】
前記運転制御手段は、統合型熱源システムを構成する各機器を制御するが、統合型熱源システムの構成によって種々の制御を行うことが可能である。
【００２４】
例えば、本発明の統合型熱源システムが複数の冷水用冷凍機を有する場合では、運転制御手段は、冷水の温度で表される設定値と冷水の検出温度とを比較し、冷水の検出温度が前記設定値を上回る又は下回る場合では、稼動する冷水用冷凍機の台数を増加又は減少させ、さらに冷水用冷凍機から熱負荷への単位時間当たりの冷水の流量を増加又は減少させる制御を行う。このような制御によれば、熱負荷の急激な増減にも対応でき、刻々と変化する熱負荷への追従性を高める上で好ましい。
【００２５】
また、本発明の統合型熱源システムが複数の冷水用冷凍機を有する場合では、運転制御手段は、各冷水用冷凍機について予め設定されている熱負荷への冷水の流量の設定値に基づいて、冷水の流量が設定値から逸脱した場合に冷水用冷凍機の稼動台数を変更する制御を行う。このような制御によれば、冷水の流量から冷水用冷凍機の稼動台数が制御され、適正なシステム運転を行う上でより好ましい。
【００２６】
また、温度検出手段が第一の冷水循環系における還水の温度を検出するものであり、本発明の統合型熱源システムが複数の冷水用冷凍機を有し、冷凍機の稼動台数によって冷水の往水と還水との混合比率が変化する場合では、運転制御手段は、稼動する冷水用冷凍機の台数を変更させた場合には、変更後の冷水用冷凍機の台数と、第一の冷水循環系における還水の検出温度とに応じて、冷水用冷凍機の停止基準となる設定値を補正する制御を行う。このような制御によれば、システム運転の省力化を実現する上でより好ましい。
【００２７】
また、本発明の統合型熱源システムが複数の冷水用冷凍機を有する場合では、例えばタイマーを利用し、運転制御手段は、稼動する冷水用冷凍機の台数を変更した後の一定時間内ではさらなる台数の変更を行わない制御を行う。このような制御によれば、冷凍機の台数変更後の効果を確かめることができ、熱負荷への追従性を高めつつも冷熱源機器間における熱バランスを安定させる上で好ましい。またタイマーを用いるこのような制御は他の場合に適用しても良く、このような場合としては、例えば冷凍機等の運転条件の変更後における効果待ちや、冷凍機等の運転条件の変更前における保留等が挙げられる。
【００２８】
また、フリークール熱交換器によるフリークーリングについては、運転制御手段は、フリークール熱交換器を通過した冷水の温度に基づいて、例えば前述した冷却水循環系や冷却水混合手段を制御することにより、フリークール熱交換器を通る冷却水の流量を比例制御する。このような制御によれば、システム運転の省力化及び冷熱源機器間における熱バランスの安定化を実現する上で好ましい。
【００２９】
また、本発明の統合型熱源システムが冷却手段として複数の冷却塔からなる場合では、運転制御手段は、予め設定されている、単位時間当たりの冷却水の流量の設定値に基づいて、冷却水の流量が設定値から逸脱した場合に冷却塔の稼動台数を変更する制御を行う。このような制御によれば、システム運転の省力化及び冷熱源機器間における熱バランスの安定化を実現する上でより好ましい。
【００３０】
また、前述した場合では、冷水用冷凍機を複数有する場合と同様に、運転制御手段は、例えばタイマーを用いることにより、稼動する冷却塔の台数を変更した後の一定時間ではさらなる台数の変更を行わない制御を行う。このような制御によれば、システム運転の省力化及び冷熱源機器間における熱バランスの安定化を実現する上でより一層好ましい。
【００３１】
また、本発明の統合型熱源システムは蓄熱用冷凍機、第一及び第二の冷熱供給手段を有することから、冷熱の蓄熱、冷熱蓄熱槽からの冷熱の放出、及び蓄熱用冷凍機の追い掛け運転が可能である。冷熱の蓄熱については、従来より知られているように、夜間に行う等電力料金事情に応じて行うことが好ましく、この他にも平日前休日では通常の冷熱蓄熱運転に比べてより冷熱を蓄える過蓄熱運転を行うことが好ましい。
【００３２】
温度検出手段が第一の冷水循環系における還水の温度を検出するものである場合、追い掛け運転については、運転制御手段は、第一の冷水循環系における還水の検出温度に応じて蓄熱用冷凍機を稼動して、第一の冷熱供給手段に冷水を供給する制御を行う。このような制御によれば、熱負荷の冷熱需要が急激に増大した場合などにおいて追い掛け運転が可能であり、熱負荷への追従性を高める上で好ましい。
【００３３】
また、本発明の統合型熱源システムが冷熱源機器として第二の冷水循環系によって冷熱蓄熱槽に接続される二台の蓄熱用冷凍機を含む場合では、運転制御手段は、蓄熱用冷凍機を稼動させ、第一の冷熱供給手段から熱負荷への冷熱の供給、第二の冷熱供給手段から熱負荷への冷熱の供給、及び冷熱蓄熱槽への冷熱の蓄積、の中から選ばれる一つ以上の運転を制御する。このような制御によれば、追い掛け運転、冷熱蓄熱槽からの冷熱の放出、及び冷熱の蓄熱、のいずれか一つ乃至全部を行うことができ、多様な運転モードを実現し、熱負荷への追従性を高めたり、またシステム運転の省力化を実現する上でより一層好ましい。
【００３４】
前述した制御を可能とする統合型熱源システムの構成としては、個々の蓄熱用冷凍機と第一の冷熱供給手段又は冷熱蓄熱槽との間で冷水の循環系が形成されていれば良く、例えば、第二の冷水循環系によって冷熱蓄熱槽に接続される二台の蓄熱用冷凍機を含み、一方の蓄熱用冷凍機には少なくとも第一の冷熱供給手段が接続されており、他方の蓄熱用冷凍機には少なくとも第二の冷熱供給手段が接続されている構成が挙げられる。
【００３５】
このような構成では、二台の蓄熱用冷凍機のそれぞれが独立して第二の冷水循環系及び冷熱蓄熱槽と接続されている構成であっても良いし、二台の蓄熱用冷凍機が第二の冷水循環系と冷熱蓄熱槽とを共有する構成であっても良い。また、二台の蓄熱用冷凍機が第二の冷水循環系と冷熱蓄熱槽とを共有する場合では、第二の冷水循環系に切り替え弁等を適宜設けることによって前述した循環系を形成することが可能である。
【００３６】
なお、本発明の統合型熱源システムでは、熱負荷の冷熱需要を賄うにあたり、冷水用冷凍機による冷熱の供給を主とし、蓄熱用冷凍機から第一及び第二の冷熱供給手段を介する冷熱の供給を副として熱負荷に冷熱を供給することが可能であり、また、冷水用冷凍機を停止し、蓄熱用冷凍機の運転及び冷熱蓄熱槽からの冷熱の放出によって熱負荷に冷熱を供給することも可能である。このような冷熱の供給形態は、季節や熱負荷における冷熱需要の変動によって選択することが可能である。
【００３７】
また、本発明の統合型熱源システムでは、本システムで生成する冷熱を、冷熱源機器によって冷熱が賄われる熱負荷以外の他の熱負荷に利用することも可能であり、このような構成としては、例えば、冷却水循環系の往水と、工場の生産機器との間で熱交換を行う他の熱交換器を冷却水循環系に設ける構成が挙げられる。
【００３８】
本発明の統合型熱源システムは、冷却手段側においては冷却水混合手段を有することから、混合手段によって各機器へ適温の冷却水を供給すれば良く、複数種類の機器が冷却手段を共有していても、そのいずれか一つ（例えば要求冷却水温度が最も低い機器）に温度を合わせた冷却水を冷却手段が供給すれば良く、あたかも一台の機器（例えば冷凍機）の冷却手段のように制御することが可能である。
【００３９】
また本発明の統合型熱源システムは、熱負荷側においては冷水用冷凍機による冷熱生成、蓄熱用冷凍機による追い掛け運転、冷熱蓄熱槽からの冷熱放出運転、及びフリークーリングが可能であることから、これらのうちのいずれか一つの運転をメインとし、その他の運転をメインの運転のベースアップ（例えばメインの運転機器における台数増加や冷水流量の増加）と捉えて運転を制御することが可能であり、あたかも一つの機器（例えば冷水用冷凍機）の運転を制御するように、システム全体の運転制御を行うことが可能である。
【００４０】
これらのことから、本発明の統合型熱源システムは、熱負荷への冷熱生成、フリークーリング、冷熱蓄熱、及び冷熱放出の運転を実現する種々の機器を有しながらも、システム全体のバランスのとれた制御が可能であり、またシステム運転の省力化が可能であり、かつ熱負荷への追従性に優れていると言える。
【００４１】
【発明の実施の形態】
本発明の統合型熱源システムについて、具体的な実施の形態を以下に示す。
【００４２】
＜第一の実施の形態＞
本実施の形態における統合型熱源システムの装置構成図を図１に示す。本実施の形態における統合型熱源システムは、冷却塔１と、冷却水循環系２と、冷却水循環系２から往水が供給される熱交換器３、４と、ブラインスクリュー冷凍機５と、ターボ冷凍機６と、図示しない運転制御手段とを有する。熱交換器３、４、ブラインスクリュー冷凍機５、及びターボ冷凍機６は、この順に冷却水の往水が供給されるように、冷却水循環系２に並列に接続されている。ターボ冷凍機６は、第一の冷水循環系７によって空調冷熱負荷（エアハンドリングユニット、ファンコイルユニット、あるいはこれらと冷凍機との間に介装される熱交換器等）と接続されている。
【００４３】
熱交換器３は、冷却水循環系２の往水管と還水管とを接続する通水路に設けられ、この通水路には冷却水循環系２の往水を熱交換器３に導入するためのポンプｐ１が設けられている。一方で熱交換器３は、生産機器を冷却するための生産冷却水を往還させる通水路に接続されており、この通水路中の高温冷水と冷却水循環系２の往水との間で熱交換を行う。
【００４４】
熱交換器４は、冷却水循環系２の往水管と還水管とを接続する通水路に設けられ、この通水路には冷却水循環系２の往水を熱交換器４に導入するためのポンプｐ２が設けられている。一方で熱交換器４は、第一の冷水循環系７の還水管に接続され第一の冷水循環系７から還水を導入するためのポンプｐ３が設けられた通水路に接続されており、この通水路中の第一の冷水循環系７からの還水と冷却水循環系２の往水との間で熱交換を行う。
【００４５】
ブラインスクリュー冷凍機５は、冷却水循環系２の往水管と冷凍機の凝縮器とを接続し冷却水循環系２から往水を導入するためのポンプｐ４が設けられた通水路、及び冷凍機の凝縮器と冷却水循環系２の還水管とを接続する通水路によって冷却水循環系２に接続されている。またこれらの通水路は、自動弁ｖ１を有する通水路によってポンプｐ４よりも冷却塔１側で接続されている。
【００４６】
ターボ冷凍機６は、冷却水循環系２の往水管と冷凍機の凝縮器とを接続し往水を導入するためのポンプｐ５が設けられた通水路、及び冷凍機の凝縮器と冷却水循環系２の還水管とを接続する通水路によって冷却水循環系２に接続されている。またこれらの通水路は、自動弁ｖ２を有する通水路によってポンプｐ５よりも冷却塔１側で接続されている。
【００４７】
ブラインスクリュー冷凍機５には、第二の冷水循環系８を介して氷蓄熱槽９が接続されている。第二の冷水循環系８の往液管には自動弁ｖ３が設けられており、第二の冷水循環系８の還液管には自動弁ｖ４及びポンプｐ６が設けられている。ポンプｐ６は自動弁ｖ４よりもブラインスクリュー冷凍機５寄りにあり、自動弁ｖ３、ｖ４よりもブラインスクリュー冷凍機５寄りの第二の冷水循環系８には、追い掛け運転用の熱交換器１０が接続されており、自動弁ｖ３、ｖ４よりも氷蓄熱槽９寄りの第二の冷水循環系８には、氷蓄熱槽９で蓄えた冷熱を放出するための熱交換器１１が接続されている。
【００４８】
熱交換器１０は、第二の冷水循環系８の往液管と還液管とを接続する通水路に設けられている。第二の冷水循環系８の往液管と熱交換器１０との間の通水路には自動弁ｖ５が設けられている。また前記往液管及び熱交換器を接続する通水路と熱交換器及び前記還液管を接続する通水路とは、自動弁ｖ６が設けられている通水路によって自動弁ｖ５よりも熱交換器側で接続されている。一方で熱交換器１０は、第一の冷水循環系７の還水管と第一の冷水循環系７の往水管とを接続する通水路に接続されており、この通水路には第一の冷水循環系７の還水を第一の冷水循環系７の往水管に供給するポンプｐ７が設けられている。
【００４９】
熱交換器１１は、第二の冷水循環系８の往液管と還液管とを接続する通水路に設けられている。第二の冷水循環系８の往液管と熱交換器１１との間の通水路中には自動弁ｖ７及びポンプｐ８が設けられている。また前記往液管及び熱交換器を接続する通水路と熱交換器及び前記還液管を接続する通水路とは、自動弁ｖ８が設けられている通水路によって、自動弁ｖ７とポンプｐ８との間で接続されている。一方で熱交換器１１は、第一の冷水循環系７の還水管と第一の冷水循環系７の往水管とを接続する通水路に接続されており、この通水路には第一の冷水循環系７の還水を第一の冷水循環系７の往水管に供給するポンプｐ９が設けられている。
【００５０】
また冷却水循環系２の還水管には、各冷却塔１への還水量を調整するための自動弁ｖ９〜ｖ１１が設けられている。また図示しないが、冷却水循環系２、第一の冷水循環系７、及び第二の冷水循環系８には適所に温度センサが配置されており、検出結果を前記運転制御手段に送信するように構成されている。また図示しないが、第一の冷水循環系７の往水管及び還水管には、ターボ冷凍機６からの又は冷凍機への冷水を集合又は分配する冷水ヘッダが設けられており、保守が容易な構造とされている。
【００５１】
以下、本実施の形態における統合型熱源システムについて、前述した各構成要素ごとにさらに詳しく説明する。
【００５２】
＜冷却手段＞
本実施の形態では、大規模なシステムが必要とする冷熱を賄うため複数基（（１）１２セル×２、（２）２１セル×１、（３）３セル×１、の４８基）の冷却塔を設置している。なお（２）と（３）は連設されている。冷却塔軸流ファンの動力は、三基分を一系統としている。また冷却水の温度は、冷却水循環系２の往水管に設けた温度センサによって、各系統ごとにそれぞれ計測する。
【００５３】
制御は、冷却水流量に応じた台数制御とし、前記ファン系統に合わせ、前記（１）は四段、（２）は三段、（３）は一段とし、予め制御盤に登録したマスターテーブルにしたがって起動順位を決め、それぞれの冷却塔を稼動させるものとする。なお冷却塔の稼動については、スケジュールを決め、これにしたがう交互運転としても良い。冷却水の流量は、後述するが冷凍機やフリークール用の熱交換器３、４の要求によって決定する。
【００５４】
また外気条件によっては同じ運転をしても往水の温度は異なるが、水温によるファン制御は、前記の段の中で、フリークーリングを行うか否かにより設定値を決め（例えば実施するときは２℃、実施しないときは１３℃）、それにあわせて運転するファンの台数を制御する。もちろん休止している冷却塔（冷却水が流れていない）ではファンを停止する。なお、流量、温度による台数制御は、その計測値に基づき一基ずつを増減させる。
【００５５】
＜蓄熱用冷凍機＞
本実施の形態では蓄熱用冷凍機としてスクリューチラーを二基採用している。この冷凍機はターボ冷凍機よりも冷凍機成績係数（Ｃ．Ｏ．Ｐ．）が高く、通常時では−５℃のブラインを氷蓄熱槽９内の蓄熱カプセルや伝熱コイルに送り、−２℃の還液を受ける。一方で凝縮器には１３度以上の冷却水が供給され、１８℃の還水を冷却塔に戻す。夜間に運転（例えば１０時間）し、平日前休日には過蓄熱運転（例えば冷水の供給温度を−８℃とし、例えば１２時間）を行う。昼間は原則として休止するが、後述する氷蓄熱槽において氷の融解度合いが高いときや、時期により第一の冷水循環系の往水温度が高いときには稼動する。
【００５６】
＜冷熱蓄熱槽＞
本実施の形態では、夜間の冷熱蓄熱及び昼間の冷熱放出のため、氷蓄熱の一方式である、蓄熱槽内を冷ブラインが流れ槽内の潜熱カプセルを冷却しその球体内に氷を形成する潜熱蓄熱方式を採用している。例えば朝の８時になると夜間に蓄えた冷熱の空調負荷への放出を開始する。なお放熱は、熱交換器１１の入口温度が設定値（例えば４℃）より１℃上昇し例えば５分間経過したときに完了させる。休日前平日には、上記値を超えてもブラインスクリュー冷凍機５の運転を抑制して氷蓄熱槽９からの冷熱の供給を優先する。
【００５７】
＜冷水循環系間の配管＞
ブラインスクリュー冷凍機５と氷蓄熱槽９、及び空調冷熱負荷は、それぞれ熱交換器を介してそれぞれ別系統の配管で接続されている。両系統における空調冷熱負荷側の配管は、空調冷熱負荷への入り（すなわち第一の冷水循環系７における往水管）で合流している。なお第二の冷水循環系８から第一の冷水循環系７へ冷水を直接導入する開放系配管システムとしても良く、この場合では熱交換器１０、１１は必要とされない。
【００５８】
＜冷水用冷凍機＞
本実施の形態では、冷水用冷凍機としてターボ冷凍機を八基設置し、変動する負荷に対し、空調負荷の求める温度から第一の冷水循環系７における冷水の流量に基づき供給すべき冷水の温度を演算し、冷凍機のオンオフを制御する台数制御を行う。ターボ冷凍機は例えば７℃の冷水を空調冷熱負荷に送り、１５℃の還水を受ける。ターボ冷凍機の凝縮器では２０〜３２℃の冷却水が導かれ、冷水が７℃で送り出される。凝縮器へ導かれる冷却水の温度を適正に維持するため、冷却水の還水管から冷却水還水を一部取り出して、自動弁ｖ２を介して凝縮器入口側の冷却水往水に混合している。なお上記設定値７℃は、季節別に、例えば冬期９℃、中間期８℃のように変更される。台数制御は中央監視盤又は操作パネル等の外部入力手段からの群発停指令で開始され、また停止される。
【００５９】
＜空調冷熱負荷に対するフリークーリング用熱交換器＞
本実施の形態における熱交換器４は、冷却水の冷熱を第一の冷水循環系における還水に伝えてターボ冷凍機６の負荷を低下させあるいは運転を安定させる。熱交換器４によるフリークーリングは二台のポンプｐ２及びｐ３の稼動により行われ、例えば冷却水温度が１１℃でポンプを稼動させ、１３℃でポンプを停止することで行うことができる。第一の冷水循環系７における還水は、冷水還水の一部又は全部が枝管によって熱交換器に導入され、その後還水管に戻される。
【００６０】
＜生産冷却水槽（図７参照）＞
本実施の形態では、空調冷熱負荷以外の熱負荷として、例えば工場で使用される種々の生産装置の装置発熱部を冷却するために、冷却水の冷熱が利用されている。前記生産装置の冷却に関する運転は、例えば冷却塔からの冷却水が２１℃でオンし２３℃でオフとなる態様を示すことができる。この場合、生産装置への高温冷水の往水温度は約２５℃になる。前記の運転は高温冷水の往水又は還水の温度によって発停を制御するものであっても良い。なお冷却塔からの冷却水温度が低すぎる場合では、前述したような通水路及び自動弁を設けることにより冷却水往水に冷却水還水を混合し、冷却水の往水温度を所定値に制御することができる。なお前述した装置発熱部としては、例えば半導体製造装置その他生産装置の発熱部のほか、冷蔵ショーケースの凝縮器やＣＶＣＳ等の電気設備等が挙げられる。
【００６１】
以下に本実施の形態における統合型熱源システムの運転について説明する。
一般に、冷凍機を安定して運転するためには、冷凍機の凝縮器に導入される冷却水の温度を一定にすることが好ましい。本実施の形態では、自動弁ｖ１、ｖ２の開度を運転制御手段によって制御し、各冷凍機へ導入される冷却水往水に還水を混合して、冷凍機に導入される冷却水の温度を一定に制御する。この際、冷却水循環系２に接続されている各機器については、適切な冷却水温度が必ずしも一様ではなく、導入される冷却水の温度をそれぞれの機器に応じて制御することが好ましい。そこで冷却塔１では、最も低温の熱を使用する機器（図１に示す場合では一般にはブラインスクリュー冷凍機であるが、負荷変動によっては熱交換器４）に合わせた冷熱を生成し、後は前述した還水の混合で冷却水往水温度を適宜調整する。なお冷却塔１の運転制御については後に詳述する。
【００６２】
本実施の形態では複数のターボ冷凍機６が用いられており、これらは前記運転制御手段によって制御される。運転制御手段によるターボ冷凍機６の制御フローを図２及び図３に示す。
【００６３】
運転制御手段は、例えば設定値と検出値との比較や設定値の補正のための演算等を行う処理機構と、設定値や補正式を記憶する内部記憶装置とを有する。また運転制御手段は、タイマーと接続されており、所定のステップに到達した時間を測定可能に構成されている。前記内部記憶装置には種々の設定値が記憶されており、ターボ冷凍機６の運転制御における設定値として、強制増台回数カウント値、強制減台回数カウント値（本統合型熱源システムは所定条件のときに、運転する冷凍機の台数を一台ずつ増減するが、前記二つのカウント値はその操作を行うための信号のカウント値である）、第一の冷水循環系における往水温度、往水温度の比例帯（例えば２℃）、冷凍機停止基準温度（ＴＩＤ）、減台乗率（ＤＦ、例えば１０％）、段階的に設定された空調冷熱負荷への送水率（例えば１００％、５０％、０％）、冷凍機の稼動台数を変更した際の効果待ち時間（例えば５分間）、冷水の流量を変更した際の効果待ち時間（例えば３０分間）、及び冷凍機の稼動台数及び冷水の流量を変動する前の保留時間、が記憶されている。なお往水の設定値は、ターボ冷凍機６の運転順序により、各ターボ冷凍機６の個々の流量設定値の総和として求められる。
【００６４】
この他にもハンチング防止の隙間温度（例えば０．５℃）が設定されており、このような設定では前述した設定値よりもさらに０．５℃変動した後に次のステップに移動するが、以下の説明ではこの隙間温度設定による制御の説明を省略する。
【００６５】
運転制御手段は、複数のターボ冷凍機６の台数制御をシーケンス制御にて制御する。まず運転制御手段は、中央監視装置や操作パネル等の外部入力手段から群発停の指令を受ける（ステップ２０１）。運転制御手段は、群発停オンの指示であれば群起動時の運転制御を開始（ステップ２０２）する。このとき運転制御手段は、所定の負荷流量を達成する台数までターボ冷凍機を順次起動させる。この冷凍機の起動については、予め決められた優先順位にしたがい起動する。また運転モードが予め設定されている場合では、各モードにおける最大運転台数を上限として冷凍機を起動させる。
【００６６】
運転制御手段は、ターボ冷凍機を起動したら強制増台回数カウント値及び強制減台回数カウント値を設定値にリセット（ステップ２０３）し、タイマーによって群起動運転制御時間を測定（ステップ２０４）する。ここで制御時間は、群起動した冷凍機の運転を安定させるための時間であり、例えば台数変更効果待ち時間などでも良い。運転制御手段は、所定の群起動運転制御時間が経過したら群起動運転制御を停止（ステップ２０５）する。
【００６７】
運転制御手段は、ステップ２０１にて停止の指令を受けた場合では、ターボ冷凍機の運転を前述した優先順位にしたがい優先順位の低い順に順次停止（ステップ２０６）させ、自動運転中のターボ冷凍機の台数をカウント（ステップ２０７）し、全台の停止によりターボ冷凍機の運転制御を終了（ステップ２０８）する。なおターボ冷凍機６は、第一の冷水循環系７の往水管への往水流量を制御する電動バタフライ弁を個々に備えており、電動バタフライ弁の開度を５０％とする状態で起動する。
【００６８】
ターボ冷凍機を起動させたら、運転制御手段は、図３に示すように第一の冷水循環系７における往水温度の検出結果と設定値とを比較（ステップ３０１）し、往水温度が上限値（往水温度＋比例帯）を超えていなければ第一の冷水循環系７における還水温度の検出結果と設定値とを比較（ステップ３０２）し、還水温度が下限値（ＴＩＤ）以下でなければ（例えばＴＩＤ＋ＤＦ超）空調冷熱負荷への単位時間当たりの往水流量（段階的に設定された空調冷熱負荷への送水率）を比較（ステップ３０３）する。温度制御手段は、ステップ３０３において往水流量の増又は減をすべき流量ではない場合ではステップ３０１に戻る。
【００６９】
ステップ３０１において往水温度が上限値を上回る場合では、運転制御手段は、ターボ冷凍機６の稼動台数を強制的に一台増やし、タイマーによってその効果待ち時間を測定（ステップ３０４）し、効果待ち時間の設定値以上の時間が経過したらステップ３０５に進む。運転制御手段は、ステップ３０５において、それまでの強制増台回数をカウントし、カウントした強制増台回数が強制増台回数カウント値（設定値）を上回る場合では設定値に１を足して補正（ステップ３０６）し、ステップ３０７に進む。運転制御手段は、ステップ３０５において、カウントした強制増台回数が設定値を下回る場合ではステップ３０７に進む。
【００７０】
運転制御手段は、ステップ３０７においてターボ冷凍機６の電動バタフライ弁の開度が５０％である冷凍機があるか否かを検出し、５０％である冷凍機がある場合では電動バタフライ弁の１００％とし（ステップ３０８）、空調冷熱負荷への往水流量を増量した効果の待ち時間をタイマーによって測定（ステップ３０９）し、効果待ち時間が設定値を超えた場合にはステップ３０１に戻る。
【００７１】
運転制御手段は、ステップ３０７において開度が５０％である冷凍機がない場合では第一の冷水循環系における往水の温度を検出し、往水温度が所定値を超えているか否かを判断（ステップ３１０）する。ここで前記所定値は、往水の設定値にある値を足したものであるが、このある値とは前記比例帯よりも小さな数値（例えば１℃）とされている。
【００７２】
運転制御手段は、検出された往水温度が所定値を下回る場合では往水の検出温度と所定値との比較を繰り返す。運転制御手段は、検出された往水温度が所定値を上回る場合ではタイマーによって増台前の保留時間を測定（ステップ３１１）し、増台前の保留時間が経過した後にターボ冷凍機を一台増台（ステップ３１２）する。このとき増台するターボ冷凍機６は前記電動バタフライ弁の開度を５０％として起動する。ステップ３１２において冷凍機を一台増台したら、運転制御手段は、タイマーによって時間を測定（ステップ３１３）し、増台の効果待ち時間を経過したらステップ３０１に戻る。
【００７３】
ステップ３０２において、還水温度が設定値を下回る場合では、運転制御手段は、ターボ冷凍機６の稼動台数を強制的に一台減らし、タイマーによってその効果待ち時間を測定（ステップ３１４）し、効果待ち時間の設定値以上の時間が経過したらステップ３１５に進む。運転制御手段は、ステップ３１５において、それまでの強制減台回数をカウントし、カウントした強制減台回数が強制減台回数カウント値（設定値）を上回る場合では設定値に１を足して補正（ステップ３１６）し、ステップ３１７に進む。運転制御手段は、ステップ３１５において、カウントした強制減台回数が設定値を下回る場合ではステップ３１７に進む。
【００７４】
運転制御手段は、ステップ３１７において稼動しているターボ冷凍機６の中に前記５０％冷凍機があるか否かを検出し、５０％冷凍機がある場合ではターボ冷凍機を一台減台（ステップ３１８）し、タイマーによって減台効果待ち時間を測定（ステップ３１９）し、減台の効果待ち時間を経過したらステップ３０１に戻る。
【００７５】
運転制御手段は、ステップ３１７において５０％冷凍機がない場合では電動バタフライ弁の開度を１００％から５０％とし（ステップ３２０）、タイマーによって空調冷熱負荷への往水流量を変更した効果の待ち時間を測定（ステップ３２１）し、効果待ち時間が設定値を超えた場合にはステップ３０１に戻る。
【００７６】
ステップ３０３において、冷凍機において段階的に設定されている流量のいずれか一つを超えた場合では、運転制御手段は、ステップ３２２において増台又は流量の増量を行う前の保留時間をタイマーによって測定する。ここで台数の変動が条件とされているのは、前述した設定値（例えば１００％、５０％、０％）において実際の往水流量が設定値である１００％以上となる場合があるためである。一定の保留時間が経過したら、運転制御手段はステップ３０７に進む。
【００７７】
ステップ３０３において、冷凍機において段階的に設定されている流量のいずれか一つを下回った場合では、運転制御手段は、ステップ３２３において減台又は流量の減量を行う前の保留時間をタイマーによって測定する。台数の減台と流量の減量との両方の条件を設けた理由については前述の増台、増量の場合と同様である。一定の保留時間が経過したら、運転制御手段はステップ３１７に進む。
【００７８】
なお、冷水用冷凍機に、機器自身でベーン開度を調整し、若干の容量制御をする機能を有する冷凍機を用いる場合では、冷凍機による自己調整を考慮し、比例帯を小さくし（例えば２℃→１℃）、設定値を調整（例えば７℃→８℃）すれば良い。また季節等の環境に応じて設定値を変更しても良い。
【００７９】
本実施の形態では、第一の冷水循環系７における空調冷熱負荷からの還水を熱交換器４によるフリークーリングで冷却可能な構成とされている。このフリークーリングは、熱交換器４に供給する冷却水の水温が急激に変動しないように、冷却塔１で散水される水量を二方弁の比例制御により行われる。本実施の形態では、３グループの冷却塔１群が形成されており、優先順位をつけてある冷却塔群（セット）についてフル運転（全流量運転）をし、他の２セットについては流量を絞るかあるいは運転を停止（弁は全閉、散水量はゼロ）する。
【００８０】
また、フリークーリングが有効か無効かは外気温の変動等によって影響されるが、これを判断するために、冷却塔１の運転では有効温度を予め設定しておく。そして冷却塔１の運転制御に際しては、設定された温度及び隙間温度（例えば２℃）をとり、前述したターボ冷凍機の運転制御のごとく、効果待ち時間を計測する制御を行う。例えばフリークーリングをやめた後冷却水温度が下がり、冷却水の温度が前記設定温度に達してもすぐにはフリークーリングを再開せず、前記設定温度から２℃降下したときにフリークーリングを再開するように制御する。このような制御は運転制御手段によって行われ、温度の検出は冷却水循環系２に適宜配置された温度センサによって行われる。
【００８１】
冷却塔１の運転制御では、温度調整手段は、例えば図４に示す台数制御フローにしたがい冷却塔１の運転を制御する。冷却塔１の台数制御では、冷却塔１での冷却能力は冷却水の流量で判断することができ、個々の冷却塔セットにおける、増台又は減台すべき冷却水の流量（例えば増台乗率１００％や減台乗率１０％）が設定値として設定される。なお冷却水流量の設定値は、冷却塔の運転順序により個々の冷却塔セットにおける冷却水流量の総和として求められる。
【００８２】
冷却塔の台数制御において、運転制御手段は、冷却水循環系２における冷却水流量と設定値とを比較（ステップ４０１）し、冷却水循環系２における冷却水流量が増台流量以上である場合ではタイマーによって比較後の時間を測定（ステップ４０２）し、増台保留時間を経過したら冷却塔を一台（又は１セット）増台（ステップ４０３）し、タイマーによって増台後の時間を測定（ステップ４０４）し、増台効果待ち時間を経過した後にステップ４０１に戻る。
【００８３】
また運転制御手段は、ステップ４０１において循環系２の冷却水流量が減台流量以下である場合ではタイマーによって比較後の時間を測定（ステップ４０５）し、減台保留時間を経過したら冷却塔を一台（又は１セット）減台（ステップ４０６）し、タイマーによって減台後の時間を測定（ステップ４０７）し、減台効果待ち時間を経過した後にステップ４０１に戻る。
【００８４】
なおステップ４０１において循環系２の冷却水流量が前記いずれの条件に当てはまらない場合では、運転制御手段はステップ４０１にて冷却水流量の比較を繰り返す。
【００８５】
本実施の形態では、ブラインスクリュー冷凍機５による冷熱蓄熱運転、追い掛け運転、及び氷蓄熱槽からの冷熱放出が行われる。冷熱蓄熱運転では通常の冷熱蓄熱運転と過蓄熱運転とを行うことができる。
【００８６】
冷熱蓄熱運転では、運転制御手段は、自動弁ｖ３、ｖ４を開き、自動弁ｖ５、ｖ６、ｖ７、ｖ８を閉じ、ポンプｐ６を稼動させる。これによりブラインスクリュー冷凍機５と氷蓄熱槽９との間にブラインの循環系が形成され、冷熱蓄熱が行われる。
【００８７】
運転制御手段は、通常は日単位及び週単位の条件によって冷熱蓄熱運転を開始する。ここで前記条件とは、夜間、平日前休日等の条件である。運転制御手段は、ブラインスクリュー冷凍機５への還液の温度が一定温度以下が一定時間以上継続した場合に蓄熱完了と判断し冷熱蓄熱運転を終了する。通常の冷熱蓄熱運転であれば、例えば、第二の冷水循環系８において、ブラインスクリュー冷凍機５の出口温度（すなわち往液温度）が−３．５℃を達成するブラインスクリュー冷凍機５の入口温度を基準設定値とし、隙間温度を１℃、待機時間を５分間とする条件が挙げられる。過蓄熱運転であれば、例えば冷凍機出口温度が−８．０℃を達成するブラインスクリュー冷凍機５の入口温度を基準設定値とし、後は通常蓄熱時と同様とする条件が挙げられる。
【００８８】
追い掛け運転では、運転制御手段は、自動弁ｖ３、ｖ４を閉じ、自動弁ｖ５、ｖ６を開きポンプｐ６を稼動させる。これによりブラインスクリュー冷凍機５と熱交換器１０との間にブラインの循環系が形成され、空調冷熱負荷に供給される冷水が冷却される。なお追い掛け運転に際しては、運転制御手段は、第一の冷水循環系７に設けられたポンプｐ７を稼動させ、熱交換器１０を介して第一の冷水循環系７の還水を第一の冷水循環系７の往水管に導入させる。
【００８９】
追い掛け運転は、ターボ冷凍機６への還水を冷却して往水に合流させることから、ターボ冷凍機６による冷熱生成を助け、あたかもターボ冷凍機が増台したかのように制御することができる。追い掛け運転は、運転制御手段が所定の設定に応じて行うことができ、またシステムオペレータによる外部入力指令によって実行させることもできる。
【００９０】
氷蓄熱槽９からの冷熱放出では、運転制御手段は、自動弁ｖ３、ｖ４を閉じ、自動弁ｖ７、ｖ８を開きポンプｐ６を稼動させる。これによりブラインスクリュー冷凍機５と熱交換器１１との間にブラインの循環系が形成され、空調冷熱負荷に供給される冷水が冷却される。なお冷熱放出に際しては、運転制御手段は、第一の冷水循環系７に設けられたポンプｐ９を稼動させ、熱交換器１１を介して第一の冷水循環系７の還水を第一の冷水循環系７の往水管に導入させる。
【００９１】
冷熱放出は、追い掛け運転と同様に、運転制御手段による判断又はシステムオペレータからの指令によって実行される。冷熱放出も、ターボ冷凍機６への還水を冷却して往水に合流させることから、ターボ冷凍機６による冷熱生成を助け、あたかもターボ冷凍機が増台したかのように制御することができる。
【００９２】
なお冷熱放出は、日単位や週単位の条件を加味して行われても良く、例えば休日前平日である場合などでは氷蓄熱槽９に蓄えた冷熱の全てを使用すべく冷熱放出運転を優先して行うことができる。また冷熱放出と追い掛け運転は同時に行うことができ、季節にもよるが、例えば午後２時などのピーク時間帯などでは冷熱放出と追い掛け運転とを同時に行うと良い。
【００９３】
本実施の形態における統合型熱源システムは、ターボ冷凍機６、ブラインスクリュー冷凍機５、熱交換器１０、１１、及び、熱交換器１０及び１１を介して第二の冷水循環系８から第一の冷水循環系７に冷熱を供給できる構成を有することから、追い掛け運転と冷熱放出運転が可能となり、またこれらの運転は、ターボ冷凍機６の冷熱生成容量のベースアップとして制御することが可能であるので、これらの運転を統合して制御することができ、種々の冷熱源を有しつつも空調冷熱負荷の変動に対する追従性、熱バランスの安定及びシステム運転のさらなる省力化を実現することができる。
【００９４】
また本実施の形態における統合型熱源システムは、冷却塔１、冷却水循環系２、及び各冷凍機からの還水を各冷凍機への往水に自在に混合できる構成を有することから、一系統の冷却手段から各冷熱源機器に適した温度の冷却水を各冷熱源機器に供給することが可能であり、種々の冷熱源を有しつつも空調冷熱負荷の変動に対する追従性、熱バランスの安定及びシステム運転のさらなる省力化を実現することができる。
【００９５】
また本実施の形態における統合型熱源システムは、熱交換器４を有することから、空調冷熱負荷からの還水を冷却することができ、ターボ冷凍機６の負担を軽減し、さらには冷却塔１で生成した冷熱を有効に活用することができ、空調冷熱負荷の変動に対する追従性、熱バランスの安定及びシステム運転のさらなる省力化を実現することができる。
【００９６】
また本実施の形態における統合型熱源システムは、熱交換器３を有することから、工場における生産機器等、他の熱負荷に対して冷却塔１で生成した冷熱を利用することができ、冷却塔１において生成した冷熱をさらに有効に活用することができる。
【００９７】
また本実施の形態における統合型熱源システムは、台数制御において、稼動台数又は冷水流量又は冷却水流量を変更した場合に、効果待ち時間をおいて次の制御工程に進むことから、熱バランスの安定性を確保しつつ種々の機器を好適に制御することができる。
【００９８】
＜第二の実施の形態＞
本実施の形態における統合型熱源システムは、図５に示すように、ブラインスクリュー冷凍機を二機有している。そして各々を別の運転モードで独立運転することを可能にしている。より詳しくは、本実施の形態における統合型熱源システムは、自動弁ｖ３及びｖ４よりも氷蓄熱槽９寄りで、かつ熱交換器１１への通水管と第二の冷水循環系８との接続部よりもブラインスクリュー冷凍機５寄りの第二の冷水循環系８にブラインスクリュー冷凍機１５をさらに接続し、自動弁ｖ３、ｖ４に対応する自動弁ｖ１２、ｖ１３を設け、ブラインスクリュー冷凍機５と冷却水循環系２を共有する通水管及びポンプｐ１１を設けた以外は第一の実施の形態と同様の構成とされている。
【００９９】
本実施の形態における統合型熱源システムは、自動弁ｖ３、ｖ４を閉じることによって、ブラインスクリュー冷凍機５による追い掛け運転と、ブラインスクリュー冷凍機１５の冷熱蓄熱運転とを同時に行うことが可能であり、また冬期などの低負荷時ではターボ冷凍機６を使用せずにブラインスクリュー冷凍機５及び１５によって空調冷熱負荷の冷熱需要を賄うことが可能となり、さらに自動弁ｖ３、ｖ４、ｖ１２、ｖ１３を開くことにより、二機のブラインスクリュー冷凍機による追い掛け運転や冷熱蓄熱運転を行うことが可能である。また二機のブラインスクリュー冷凍機５を自動弁の切替によって、冷熱蓄熱、追い掛け運転に同時に共働させることもできる。このように本実施の形態における統合型熱源システムは、よりバリエーションの多いシステム運転を可能としている。
【０１００】
なお本実施の形態では二機のブラインスクリュー冷凍機を用いているが、空調冷熱負荷の冷熱需要を賄うのに十分な容量の冷凍機を用い、この冷凍機に、氷蓄熱槽９と接続される冷水循環系、及び熱交換器１０と接続される冷水循環系をそれぞれ接続し、ヘッダによって蓄熱系統と追い掛け運転系統とに冷水を分配する構成とすることにより、本実施の形態における統合型熱源システムと同様の効果を奏する統合型熱源システムを構築することが可能である。
【０１０１】
＜第三の実施の形態＞
本実施の形態における統合型熱源システムは、図６に示すように、冷却水循環系２に接続される各機器を冷却水の流れ方向に沿って冷却塔１側から、熱交換器４、ブラインスクリュー冷凍機５、熱交換器３、ターボ冷凍機６の順に配置し、かつこれらの機器を冷却水循環系２の往水管で直列に接続した以外は第一の実施の形態と同様の構成とされている。
【０１０２】
本実施の形態における統合型熱源システムは、冷却塔１側から順に冷却水の冷熱が利用される。また前述した実施の形態では、冷却水の還水を往水に混合することで各機器に適した水温の冷却水を供給することが可能であったが、本実施の形態ではこのような冷却水の水温調整も可能であり、かつ上流側の機器における冷熱利用によって下流側の機器における冷却水温度の調整が可能であることから、本実施の形態における統合型熱源システムは、冷却塔１で生成した冷熱を有効に利用する上で効果的な一形態であると言える。
【０１０３】
＜第四の実施の形態＞
本実施の形態における統合型熱源システムは、図７に示すように、冷却水循環系２における冷却水の流れ方向に沿って冷却塔１側からブラインスクリュー冷凍機５、熱交換器３、熱交換器４、ターボ冷凍機６を接続し、さらに冷却水循環系２からブラインスクリュー冷凍機５に冷却水を導入する通水路に井戸水を混合できるように構成され、かつブラインスクリュー冷凍機５に対応する冷却水混合手段が設けられていない以外は、第一の実施の形態と同様に構成されている。
【０１０４】
より詳しくは、本実施の形態における統合型熱源システムでは、ブラインスクリュー冷凍機と冷却水循環系２の往水管とを接続する通水路に自動弁ｖ１４、ポンプｐ４を設け、ポンプｐ４とブラインスクリュー冷凍機５との間の前記通水路に井戸水を供給する通水路が接続されている。またブラインスクリュー冷凍機５と冷却水循環系２の還水管とを接続する通水路には井戸２０への冷却水戻り通水路が接続されている。井戸からの通水路にはポンプｐ１３と自動弁ｖ１５とが設けられており、井戸への戻り通水路には自動弁ｖ１６が設けられている。
【０１０５】
本実施の形態における統合型熱源システムは、冷却水として井戸水が単独で、又は冷却塔１の冷却水と併用して利用できることから、例えば冷却塔１の冷却能力が低下する夏季にも、各機器に冷熱を安定して供給することが可能となる。なお本実施の形態では、冷却水循環系２に井戸水を直接導入する構成としているが、井戸水の冷熱と冷却水循環系２の冷却水とを、熱交換器を介して熱交換させる構成としても良い。また本実施の形態では、冷却塔１以外の冷却手段で冷却水の冷熱が生成される構成として井戸を利用しているが、井戸水に代えて河川水を用いても良い。
【０１０６】
【発明の効果】
本発明の統合型熱源システムは、冷却水の冷熱を生成する冷却手段と、熱負荷の冷熱需要を賄う冷熱源機器と、冷却手段及び冷熱源機器の間で冷却水を往還させる冷却水循環系と、冷却水循環系の還水を冷却水循環系の往水に混合する冷却水混合手段と、を有する熱源システムであって、冷熱源機器は、熱負荷に供給される冷熱を生成する冷水用冷凍機と、蓄積用の冷熱を生成する蓄熱用冷凍機とを含み、熱負荷と冷水用冷凍機との間で冷水を往還させる第一の冷水循環系と、冷却水循環系の往水と第一の冷水循環系の還水との間で熱交換を行うフリークール熱交換器と、冷熱を蓄える冷熱蓄熱槽と、蓄熱用冷凍機と冷熱蓄熱槽との間で冷水又はブラインを往還させる第二の冷水循環系と、蓄熱用冷凍機が生成した冷熱を第一の冷水循環系の往水に供給する第一の冷熱供給手段と、冷熱蓄熱槽が蓄えた冷熱を第一の冷水循環系の往水に供給する第二の冷熱供給手段と、少なくとも第一の冷水循環系における冷水の温度を検出する温度検出手段と、第一の冷水循環系における冷水の温度及び流量の設定値を有し、冷水の温度が所望の範囲内に収まるように、冷水用冷凍機の冷凍能力を調整し、さらに冷水用冷凍機から熱負荷への単位時間当たりの冷水の流量を調整すべく各機器の運転を制御する運転制御手段と、を有することから、冷水用冷凍機の冷凍能力容量を各冷熱源機器が補う形で各機器を制御することができ、かつ任意の機器に条件を合わせて冷却手段を制御しても各機器に好適な水温の冷却水を供給することができ、種々の冷熱源構成要素を積極的に統合して全体的に省エネルギー運転を実現することができる。
【０１０７】
また本発明の統合型熱源システムでは、冷熱源機器は複数の冷水用冷凍機を含み、運転制御手段は、冷水の温度で表される設定値と冷水の検出温度とを比較し、冷水の検出温度が設定値を上回る場合又は下回る場合では、稼動する冷水用冷凍機の台数を増加又は減少させ、さらに冷水用冷凍機から熱負荷への単位時間当たりの冷水の流量を増加又は減少させる構成であると、熱負荷の急激な増減にも対応し、刻々と変化する熱負荷への追従性を高める上でより一層効果的である。
【０１０８】
また本発明の統合型熱源システムでは、運転制御手段は、各冷水用冷凍機について予め設定されている熱負荷への冷水の流量の設定値に基づいて、冷水の流量が設定値から逸脱した場合に冷水用冷凍機の稼働台数を変更する構成であると、冷水の流量から冷水用冷凍機の稼動台数が制御され、適正なシステム運転を行う上でより一層効果的である。
【０１０９】
また本発明の統合型熱源システムでは、温度検出手段は第一の冷水循環系における還水の温度を検出するものであり、運転制御手段は、稼動する冷水用冷凍機の台数を変更させた場合には、変更後の冷水用冷凍機の台数と、第一の冷水循環系における還水の検出温度とに応じて、冷水用冷凍機の停止基準となる設定値を補正する構成であると、システム運転の省力化及び適正なシステム運転を実現する上でより一層効果的である。
【０１１０】
また本発明の統合型熱源システムでは、運転制御手段は、稼動する冷水用冷凍機の台数を変更した後の一定時間内ではさらなる台数の変更を行わない構成とすると、熱負荷への追従性を高めつつも冷熱源機器間における熱バランスを安定させる上でより一層効果的である。
【０１１１】
また本発明の統合型熱源システムでは、運転制御手段は、フリークール熱交換器を通過した冷水の温度に基づいて、フリークール熱交換器を通る冷却水の流量を比例制御する構成であると、システム運転の省力化及び冷熱源機器間における熱バランスの安定化を実現する上でより一層効果的である。
【０１１２】
また本発明の統合型熱源システムでは、冷却手段は複数の冷却塔からなり、運転制御手段は、予め設定されている、単位時間当たりの冷却水の流量の設定値に基づいて、冷却水の流量が設定値から逸脱した場合に冷却塔の稼動台数を変更する構成であると、システム運転の省力化及び冷熱源機器間における熱バランスの安定化を実現する上でより一層効果的である。
【０１１３】
また本発明の統合型熱源システムでは、運転制御手段は、稼動する冷却塔の台数を変更した後の一定時間内ではさらなる台数の変更を行わない構成であると、システム運転の省力化及び冷熱源機器間における熱バランスの安定化を実現する上でより一層効果的である。
【０１１４】
また本発明の統合型熱源システムでは、温度検出手段は第一の冷水循環系における還水の温度を検出するものであり、運転制御手段は、第一の冷水循環系における還水の検出温度に応じて蓄熱用冷凍機を稼動して、第一の冷熱供給手段に冷水を供給する構成であると、熱負荷の冷熱需要が急激に増大した場合などにおいて追い掛け運転が可能であり、熱負荷への追従性を高める上でより一層効果的である。
【０１１５】
また本発明の統合型熱源システムでは、冷熱源機器は、第二の冷水循環系によって冷熱蓄熱槽に接続される二台の蓄熱用冷凍機を含み、一方の蓄熱用冷凍機には少なくとも第一の冷熱供給手段が接続されており、他方の蓄熱用冷凍機には少なくとも第二の冷熱供給手段が接続されている構成であり、運転制御手段は、蓄熱用冷凍機を稼動させ、第一の冷熱供給手段から熱負荷への冷熱の供給、第二の冷熱供給手段から熱負荷への冷熱の供給、及び冷熱蓄熱槽への冷熱の蓄積、の中から選ばれる一つ以上の運転を制御する構成であると、多様な運転モードを実現し、熱負荷への追従性を高めたり、またシステム運転の省力化を実現する上でより一層効果的である。
【０１１６】
また本発明の統合型熱源システムでは、第一の冷水循環系の還水を第一の冷水循環系の往水に混合する通水路を有し、第一の冷熱供給手段は通水路の冷水と第二の冷水循環系の往液との間で熱交換を行う熱交換器であり、第二の冷熱供給手段は通水路の冷水と第二の冷水循環系の還液との間で熱交換を行う熱交換器であると、熱源システム及び前記両冷凍機の安定運転を実現する上でより一層効果的である。
【０１１７】
また本発明の統合型熱源システムでは、冷却水循環系は、各機器に対しそれらの還水温度の低い順に冷却水循環系の往水を供給するように各機器を直列に接続する構成であると、生成した冷熱の有効活用を実現する上でより一層効果的である。
【０１１８】
また本発明の統合型熱源システムでは、冷却手段は井戸を含む構成であると、熱バランスの安定化を実現する上でより一層効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の統合型熱源システムにおける第一の実施の形態を示す全体構成図である。
【図２】本発明に用いられる運転制御手段の台数制御における群発停起動の一例を示す制御フローである。
【図３】本発明に用いられる運転制御手段によるターボ冷凍機の台数制御の一例を示す制御フローである。
【図４】本発明に用いられる運転制御手段による冷却塔の台数制御の一例を示す制御フローである。
【図５】本発明の統合型熱源システムにおける第二の実施の形態を示す全体構成図である。
【図６】本発明の統合型熱源システムにおける第三の実施の形態を示す全体構成図である。
【図７】本発明の統合型熱源システムにおける第四の実施の形態を示す全体構成図である。
【符号の説明】
１  冷却塔
２  冷却水循環系
３、４、１０、１１  熱交換器
５、１５  ブラインスクリュー冷凍機
６  ターボ冷凍機
７  第一の冷水循環系
８  第二の冷水循環系
９  氷蓄熱槽
２０  井戸
ｐ１〜ｐ１３  ポンプ
ｖ１〜ｖ１７  自動弁
【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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