(57)【要約】【課題】コスト増加を抑え、かつ各熱源機に対して負荷の配分を適切に設定することのできる負荷分配システムの提供。【解決手段】負荷分配システムは、第１冷凍機５１と、第１冷凍機５１と並列に配置される第２冷凍機５２と、熱媒体の吐出容量を変更することができる第１ポンプ６１と、単位時間当たりの熱媒体の吐出容量が一定の第２ポンプ６２と、二次側設備２０と、冷凍機台数決定部１８２とを備える。冷凍機台数決定部１８２は、二次側設備２０から要求される負荷が徐々に増加して可変速圧縮機を有する熱源機である第１冷凍機５１で対応可能な負荷以上の負荷が要求された場合には、定速圧縮機を有する熱源機又は吸熱式熱源機である第２冷凍機５２へと熱媒体が流れるように第２ポンプ６２の駆動を開始させ、かつ、第１冷凍機５１に対する熱媒体の流量が第２冷凍機５２に対する熱媒体の流量よりも少なくなるように第１ポンプ６１の駆動を制御する。【選択図】図１
2016038189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体を加熱又は冷却する第１熱源機（５１）と、
熱媒体を加熱又は冷却し、前記第１熱源機と並列に配置されている第２熱源機（５２）と、
熱媒体の吐出容量を変更することができ、前記第１熱源機へと熱媒体を流す第１ポンプ（６１）と、
単位時間当たりの熱媒体の吐出容量が一定であり、前記第２熱源機へと熱媒体を流す第２ポンプ（６２）と、
前記第１熱源機及び前記第２熱源機から熱媒体が供給される利用側設備（２０）と、
前記利用側設備から要求される負荷に応じて、前記第１熱源機及び前記第２熱源機の駆動台数を制御する制御部（１８２）と、
を備え、
前記第１熱源機は、可変速圧縮機を有する熱源機であり、
前記第２熱源機は、定速圧縮機を有する熱源機、又は、吸収式熱源機であり、
前記制御部は、前記利用側設備から要求される負荷が徐々に増加して前記第１熱源機で対応可能な負荷以上の負荷が要求された場合には、前記第２熱源機へと熱媒体が流れるように前記第２ポンプの駆動を開始させ、かつ、前記第１熱源機に対する熱媒体の流量が前記第２熱源機に対する熱媒体の流量よりも少なくなるように前記第１ポンプの駆動を制御する、
負荷分配システム。
【請求項２】
前記第１熱源機は、２台以上あり、
前記第１熱源機の最小能力を合計した能力は、前記第２熱源機の定格能力以下である、
請求項１に記載の負荷分配システム。
【請求項３】
前記第１熱源機及び前記第２熱源機から流出した熱媒体を混合する往ヘッダ（１１）と、
前記利用側設備において熱交換された熱媒体が還流する還ヘッダ（１２）と、
前記還ヘッダの熱媒体を前記第１ポンプ及び前記第１熱源機を介して前記往ヘッダへと流す第１経路と、
前記第１経路に設けられており、前記第１熱源機を通過した後の熱媒体を前記第１ポンプの上流側へと戻すバイパス経路と、
を含む、熱媒体循環回路を備える、
請求項１又は２に記載の負荷分配システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷分配システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、可変速圧縮機を有する熱源機と定速圧縮機を有する熱源機又は吸収式熱源機とが並列に配置されており、利用側設備から要求される負荷に応じて各熱源機の駆動を制御するシステムがある。ここで、定速圧縮機を有する熱源機又は吸収式熱源機は、可変速圧縮機を有する熱源機よりも定格能力で駆動される際の運転効率が格段によいことが知られている。一方、部分負荷時には、定速圧縮機を有する熱源機又は吸収式熱源機は、運転効率が低下するため、可変速圧縮機を有する熱源機よりも運転効率が下回ることがある。このため、各熱源機を組み合わせて使用する場合には、利用側設備から要求される負荷に応じて各熱源機の負荷の配分を変化させることで、システム全体のエネルギー効率を向上させるという従来技術がある。
【０００３】
ところで、各熱源機の負荷は、各熱源機に対する熱媒体の供給量に比例するという性質がある。また、熱源機には、凍結等による異常停止を防ぐために運転時に最低限必要な熱媒体の流量である下限流量が設定されている。このため、各熱源機に対する熱媒体の供給量を調整して各熱源機の負荷の配分を変化させる場合であっても、各熱源機に対して下限流量を下回らないように熱媒体を供給しなければならないという課題がある。
【０００４】
この課題を解決するために、特許文献１（特開２０１０−１２７５５９号公報）記載のシステムでは、複数のポンプと複数の熱源機と利用側設備とが順次接続されて構成された熱媒体回路において、熱源機を通過した後の熱媒体をポンプの上流側に戻すためのバイパス管が設けられている。このシステムでは、バイパス管を流れる熱媒体の流量を変更することで、熱源機の下限流量を考慮することなく、各熱源機に対する負荷の配分を設定することができるようになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載のシステムでは、熱媒体の吐出容量を変更することのできるインバータポンプを必須の構成要件と捉えている。このような先行技術を見た当業者であれば、各熱源機に熱媒体を流すポンプの全てをインバータポンプにする必要があると考えてしまい、コスト的な制約により最適効率の実現を諦めてしまうことがある。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、コスト増加を抑え、かつ各熱源機に対して負荷の配分を適切に設定することのできる負荷分配システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１観点に係る負荷分配システムは、第１熱源機と、第２熱源機と、第１ポンプと、第２ポンプと、利用側設備と、制御部と、を備える。第１熱源機は、熱媒体を加熱又は冷却する。第２熱源機は、熱媒体を加熱又は冷却する。第２熱源機は、第１熱源機と並列に配置されている。第１ポンプは、第１熱源機へと熱媒体を流す。第１ポンプは、熱媒体の吐出容量を変更することができる。第２ポンプは、第２熱源機へと熱媒体を流す。第２ポンプは、単位時間当たりの熱媒体の吐出容量が一定である。利用側設備は、第１熱源機及び第２熱源機から熱媒体が供給される。制御部は、利用側設備から要求される負荷に応じて、第１熱源機及び第２熱源機の駆動台数を制御する。第１熱源機は、可変速圧縮機を有する熱源機である。第２熱源機は、定速圧縮機を有する熱源機又は吸熱式熱源機である。制御部は、利用側設備から要求される負荷が徐々に増加して第１熱源機で対応可能な負荷以上の負荷が要求された場合には、第２熱源機へと熱媒体が流れるように第２ポンプの駆動を開始させ、かつ、第１熱源機に対する熱媒体の流量が第２熱源機に対する熱媒体の流量よりも少なくなるように第１ポンプの駆動を制御する。
【０００８】
ここで、本発明者らは、鋭意検討した結果、可変速圧縮機を有する熱源機と定速圧縮機を有する熱源機又は吸熱式熱源機とが並列に配置されているシステムにおいて、各熱源機を組み合わせて使用する場合に、定速圧縮機を有する熱源機又は吸熱式熱源機に対して、吐出容量を変更することのできるポンプにより熱媒体を流しても、単位時間当たりの吐出容量が一定のポンプにより熱媒体を流しても、他のポンプとの圧力の関係上、定速圧縮機を有する熱源機又は吸熱式熱源機に流れる熱媒体の流量にほとんど差がないことを見いだした。
【０００９】
本発明の第１観点に係る負荷分配システムでは、定速圧縮機を有する熱源機又は吸熱式熱源機である第２熱源機には、単位時間当たりの吐出容量が一定のポンプによって熱媒体が流れる構成である。このため、吐出容量を変更することのできるポンプによって第２熱源機に熱媒体が流れる構成である場合と同等程度の量の熱媒体を第２熱源機に流すことができる。さらに、単位時間当たりの吐出容量が一定のポンプは、吐出容量を変更することのできるポンプよりも一般的に安価であるため、吐出容量を変更することのできるポンプによって第２熱源機に熱媒体が流れる構成である場合と比較して、コストを抑えることができる。
【００１０】
これにより、コスト増加を抑え、かつ各熱源機に対して負荷の配分を適切に設定することができる。
【００１１】
本発明の第２観点に係る負荷分配システムは、第１観点の負荷分配システムにおいて、第１熱源機は、２台以上ある。第１熱源機の最小能力を合計した能力は、第２熱源機の定格能力以下である。このため、第１熱源機に加えて第２熱源機を駆動させる状況になった場合に、各第１熱源機に対する熱媒体の流量を調整することで、システム全体のエネルギー損失を抑えることができる。
【００１２】
本発明の第３観点に係る負荷分配システムは、第１観点又は第２観点のいずれかの負荷分配システムにおいて、熱媒体循環回路を備える。熱媒体循環回路は、往ヘッダと、還ヘッダと、第１経路と、バイパス経路と、を含む。往ヘッダは、第１熱源機及び第２熱源機から流出した熱媒体を混合する。還ヘッダは、利用側設備において熱交換された熱媒体が還流する。第１経路は、還ヘッダの熱媒体を第１ポンプ及び第１熱源機を介して往ヘッダへと流す経路である。バイパス経路は、第１経路に設けられている。バイパス経路は、第１熱源機を通過した後の熱媒体を第１ポンプの上流側へと戻す。この負荷分配システムでは、バイパス経路により第１熱源機を通過した後の熱媒体を第１ポンプの上流側に戻すことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の第１観点に係る負荷分配システムでは、コスト増加を抑え、かつ各熱源機に対して負荷の配分を適切に設定することができる。
【００１４】
本発明の第２観点に係る負荷分配システムでは、システム全体のエネルギー損失を抑えることができる。
【００１５】
本発明の第３観点に係る負荷分配システムでは、第１熱源機を通過した後の熱媒体を第１ポンプの上流側に戻すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る負荷分配システムの概略構成図。
【図２】負荷分配システムの備える制御装置の制御ブロック図。
【図３】チラーシステムコントローラによる冷凍機台数制御のフローを示す図。
【図４】従来技術としての負荷分配システムの備える一次側設備の概略構成図。
【図５】本実施形態に係る負荷分配システム及び従来技術としての負荷分配システムそれぞれのエネルギー損失を説明するための図。
【図６】変形例Ａに係る負荷分配システムの備える一次側設備の概略構成図。
【図７】変形例Ａに係る負荷分配システム及び従来技術としての負荷分配システムそれぞれのエネルギー損失を説明するための図。
【図８】変形例Ｂに係る負荷分配システムの備える一次側設備の概略構成図。
【図９】変形例Ｂに係る負荷分配システム及び従来技術としての負荷分配システムそれぞれのエネルギー損失を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係る負荷分配システムについて、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術範囲を限定するものではない。
【００１８】
（１）負荷分配システムの全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る負荷分配システムの概略構成図である。本実施形態に係る負荷分配システムは、システム全体のエネルギー効率の悪化を抑制することのできるものである。負荷分配システムは、主に、ビルや工場、病院及びホテル等の、比較的大きい建物内に設置されている。
【００１９】
この負荷分配システムは、図１に示すように、熱源側設備としての一次側設備１０と利用側設備としての二次側設備２０との間で、両者１０，２０を結ぶ配管を介して熱媒体としての水を循環させるシステムである。
【００２０】
一次側設備１０は、主として、熱媒体を加熱又は冷却する熱源機としての第１〜第３冷凍機５１〜５３と、第１〜第３冷凍機５１〜５３に対応して設けられる第１〜第３ポンプ６１〜６３と、を含む。
【００２１】
なお、本実施形態の第１冷凍機５１は、可変速圧縮機を有する熱源機である。可変速圧縮機とは、回転速度を変更することのできる圧縮機である。第１冷凍機５１は、圧縮機の回転速度を切り替えることで能力（冷凍能力）を調整して運転できる、能力可変型の熱源機である。第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３は、定速圧縮機を有する熱源機である。定速圧縮機とは、圧縮機の回転速度が一定の圧縮機である。ところで、本実施形態では、第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３は、定速圧縮機を有する熱源機であるが、第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３が吸収式熱源機であってもよい。吸収式熱源機とは、圧縮機を備えていない熱源機であって、能力が一定の熱源機である。すなわち、第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３は、能力一定型の熱源機である。
【００２２】
また、本実施形態では、能力可変型の熱源機には、吐出容量を変更することのできるポンプから水が供給され、能力一定型の熱源機には単位時間当たりの吐出容量が一定のポンプから水が供給されるものとする。
【００２３】
二次側設備２０は、主として、建物内の各空調対象空間（以下、室内空間という）に設置される熱利用機器である第１〜第９空調機２１〜２９から成る。そして、冷房時には冷水が、暖房時には温水が一次側設備１０から二次側設備２０へと流れ、水の冷熱あるいは温熱が二次側設備２０の運転中の第１〜第９空調機２１〜２９において空調に利用される。
【００２４】
一次側設備１０はチラーシステムコントローラ１１０によって、二次側設備２０は空調機コントローラ１２０によって、それぞれコントロールされる。
【００２５】
（２）負荷分配システムの詳細構成
（２−１）熱媒体循環回路７０
熱媒体循環回路７０は、水が充填された閉回路であり、第１〜第３冷凍機５１〜５３と第１〜第９空調機２１〜２９との間で水が循環するように構成されている。熱媒体循環回路７０には、第１〜第３ポンプ６１〜６３と、第１〜第３冷凍機５１〜５３と、往ヘッダ１１と、第１〜第９空調機２１〜２９と、還ヘッダ１２と、が接続されている。
【００２６】
熱媒体循環回路７０は、図１に示すように、二次側配管７１と、第１共通配管７２と、第２共通配管７３と、第１〜第３配管７４〜７６と、バイパス管７７と、を有する。二次側配管７１は、第１〜第９空調機２１〜２９それぞれに水が流れるように往ヘッダ１１と還ヘッダ１２との間を結んでいる。第１共通配管７２は還ヘッダ１２に接続されている。第２共通配管７３は往ヘッダ１１に接続されている。第１〜第３配管７４〜７６は、第１共通配管７２と第２共通配管７３とを結ぶ配管である。より詳しくは、第１〜第３配管７４〜７６は、第１共通配管７２の端部に位置する分岐点Ｐ１と第２共通配管７３の端部に位置する分岐点Ｐ２とを結ぶように並列に設けられた配管である。バイパス管７７は、還ヘッダ１２と往ヘッダ１１とを結んでいる。
【００２７】
（２−２）一次側設備１０
一次側設備１０では、３台の第１〜第３冷凍機５１〜５３が負荷分配システムにおける熱源として働く。第１〜第３冷凍機５１〜５３それぞれには、第１〜第３ポンプ６１〜６３が１つずつ配設されている。第１〜第３冷凍機５１〜５３は、図１に示すように互いに並列に接続されている。具体的には、第１配管７４には第１ポンプ６１及び第１冷凍機５１が設けられ、第２配管７５には第２ポンプ６２及び第２冷凍機５２が設けられ、第３配管７６には第３ポンプ６３及び第３冷凍機５３が設けられている。
【００２８】
第１〜第３冷凍機５１〜５３は、空冷式のヒートポンプチラーであり、圧縮機、空気側熱交換器、膨張弁、水側熱交換器が順次接続されて冷媒回路を構成し、冷媒回路の内部には、冷媒が充填されている。第１冷凍機５１は、上記のように可変速圧縮機を１又は複数台搭載しており、本実施形態では、可変速圧縮機が容量調整の可能なインバータ圧縮機であるものとする。第２及び第３冷凍機５３は、上記のように定速圧縮機を１又は複数台搭載しており、本実施形態では、定速圧縮機が容量調整のできない圧縮機であるものとする。なお、本実施形態の定速圧縮機に代えて、ホットガスバイパスによって容量調整のできる圧縮機であってもよい。
【００２９】
第１〜第３ポンプ６１〜６３は、第１〜第３冷凍機５１〜５３それぞれに水を流すためのものであって、熱媒体循環回路７０に水を循環させる役割を果たす。第１ポンプ６１は、第１冷凍機５１へと水を流す。第１ポンプ６１は、吐出容量を変更することのできるポンプ、すなわち容量可変型のポンプであって、チラーシステムコントローラ１１０によりインバータ駆動される。このため、第１ポンプ６１は、第１冷凍機５１へと水を流す際に、第１冷凍機５１へと流れる水の量を調整することができる。第２ポンプ６２は、第２冷凍機５２へと水を流す。第２ポンプ６２は、単位時間当たりの水の吐出量が一定である定速ポンプであって、チラーシステムコントローラ１１０により発停が制御される。このため、第２ポンプ６２は、第２冷凍機５２へと水を流す際に、第２冷凍機５２へと流れる水の量を調整することができない。第３ポンプ６３は、第３冷凍機５３へと水を流す。第３ポンプ６３は、単位時間当たりの水の吐出量が一定である定速ポンプであって、チラーシステムコントローラ１１０により発停が制御される。このため、第３ポンプ６３は、第３冷凍機５３へと水を流す際に、第３冷凍機５３へと流れる水の量を調整することができない。
【００３０】
一次側設備１０では、第１〜第３ポンプ６１〜６３が駆動することにより、第１〜第３冷凍機５１〜５３から送り出された水（冷水あるいは温水）が、第２共通配管７３及び往ヘッダ１１を介して二次側配管７１へと流れる。また、二次側設備２０から二次側配管７１を介して戻ってきた水が、還ヘッダ１２に一旦流入し、第１共通配管７２を介して第１〜第３冷凍機５１〜５３へと流れる。
【００３１】
また、往ヘッダ１１と還ヘッダ１２とを結ぶバイパス配管１３には、バイパス流量調節弁７７ａが配設されている。バイパス流量調節弁７７ａの開度を変更し、バイパス配管１３を通って往ヘッダ１１から還ヘッダ１２に直接戻る水の流量を調節することで、二次側設備２０に流れる水の流量を抑制することができる。
【００３２】
（２−３）二次側設備２０
二次側設備２０は、熱利用機器としての９台の第１〜第９空調機２１〜２９を有している。第１〜第９空調機２１〜２９は、それぞれ、熱源機である一次側設備１０の第１〜第３冷凍機５１〜５３が生成する冷水の冷熱あるいは温水の温熱を使って、室内空間の負荷を処理する。すなわち、第１〜第９空調機２１〜２９は、一次側設備１０から流れてくる冷水あるいは温水を用いて、室内空間の空調（冷房や暖房）を行う。
【００３３】
第１〜第９空調機２１〜２９は、それぞれ同一あるいは異なる室内空間に設置されている。そして、第１〜第９空調機２１〜２９それぞれは、往ヘッダ１１から延びる二次側配管７１と、還ヘッダ１２につながる二次側配管７１との間に、並列に配置されている。第１〜第９空調機２１〜２９は、往ヘッダ１１側の二次側配管７１から水を取り入れ、還ヘッダ１２側の二次側配管７１へと水を戻す。
【００３４】
第１〜第９空調機２１〜２９の各ケーシングの内部には、空気が流通する空気通路が形成されている。空気通路の流入端には、吸い込みダクト（図示せず）の一端が接続され、空気通路の流出端には、給気ダクト（図示せず）の一端が接続されている。吸い込みダクト及び給気ダクトの他端は、それぞれ室内空間に接続されている。
【００３５】
第１〜第９空調機２１〜２９の各ケーシングの内部には、送風ファン、熱交換器、流量調整弁などが配備されている。熱交換器は、水と空気との間で熱交換を行わせて、空気を冷却または加熱させる。熱交換器は、例えば、複数の伝熱フィンと、それらの伝熱フィンを貫通する伝熱管とを有する、フィンアンドチューブ式の熱交換器等が採用される。熱交換器の伝熱管には、一次側設備１０と二次側設備２０との間を循環する水が流れ、伝熱管及び伝熱フィンを介して水の熱が空気に供給されることで、空気が冷却または加熱されるようになっている。送風ファンは、インバータ制御によって回転数を段階的に変化させることが可能であって、加熱または冷却された空気の送風量を調節できる。流量調整弁は、その空調機に流れる水の量を調節する役割を果たす。つまり、第１〜第９空調機２１〜２９それぞれに流れる水の流量は、各流量調整弁の開度によって決まる。各送風ファン及び各流量調整弁は、空調機コントローラ１２０によりコントロールされる。
【００３６】
（２−４）制御装置
図２は、負荷分配システムの備える制御装置の制御ブロック図である。制御装置は、主として、チラーシステムコントローラ１１０及び空調機コントローラ１２０から成る。上述のように、チラーシステムコントローラ１１０は第１〜第３冷凍機５１〜５３、第１〜第３ポンプ６１〜６３をコントロールし、空調機コントローラ１２０は第１〜第９空調機２１〜２９をコントロールする。
【００３７】
なお、チラーシステムコントローラ１１０の起動制御に関する詳細構成については、以下で詳述する。
【００３８】
（３）負荷分配システムの動作
（３−１）全体概略動作
第１〜第９空調機２１〜２９それぞれでは、吸込ダクト（図示せず）によって室内空間から取り込まれた室内空気が、ケーシング内の空気通路を流れる。この空気は、各熱交換器等において一次側設備１０から流れてきた冷水／温水によって冷却／加熱される。その冷却／加熱された空気が給気ダクト（図示せず）を介して室内空間へ供給されることで、室内空間の冷房／暖房が行われる。
【００３９】
（３−２）チラーシステムコントローラ１１０による起動制御
チラーシステムコントローラ１１０は、主として、ＣＰＵ１８０及びメモリ１９０から構成されている。メモリ１９０は、ＲＯＭとＲＡＭとで構成されており、ＲＯＭには、ＣＰＵ１８０が読み出して実行する各種プログラム等が格納されている。ＲＡＭは、ＣＰＵ１８０のワークメモリとして機能する他、ＣＰＵ１８０によって書き換え可能な情報が格納されている。
【００４０】
チラーシステムコントローラ１１０は、二次側設備２０の負荷（具体的には、第１〜第９空調機２１〜２９が処理すべき各室内空間の熱負荷）に応じて冷凍機の運転台数を可変させる冷凍機台数制御を、第１〜第３冷凍機５１〜５３に関する制御として行う。
【００４１】
（３−３）冷凍機台数制御
次に、チラーシステムコントローラ１１０の冷凍機台数制御に関係する機能について詳述する。
【００４２】
ＲＯＭから読み出したプログラムを実行するＣＰＵ１８０には、図２に示すように、起動制御に関係するソフトウェア上の機能部として、二次側負荷量演算部１８１と、冷凍機台数決定部１８２と、が備わることになる。また、メモリ１９０には、冷凍機特性テーブル１９１が記憶されている。冷凍機特性テーブル１９１には、第１〜第３冷凍機５１〜５３の種類（能力可変型や能力一定型等）、圧縮機容量及び運転効率等に関する情報が事前に作成・入力されている。
【００４３】
二次側負荷量演算部１８１は、二次側設備２０によって要求される負荷を演算する。例えば、二次側負荷量演算部１８１は、所定時間毎に、一次側設備１０から二次側設備２０へと流れる水の温度を計測する往水温度センサ１１１の計測値、二次側設備２０から一次側設備１０へと流れる水の温度を計測する還水温度センサ１１２の計測値、及び水量センサ１１３の計測した循環している水量を基に、二次側設備２０の運転している空調機の負荷、すなわち二次側設備２０の要求する負荷（以下、要求負荷量という）を演算する。
【００４４】
冷凍機台数決定部１８２は、二次側負荷量演算部１８１が演算した要求負荷量が処理されるように、運転させる冷凍機の台数及び能力を決定する。そして、冷凍機台数決定部１８２は、決定した冷凍機の台数及び能力に応じて、第１〜第３ポンプ６１〜６３及び第１〜第３冷凍機５１〜５３を制御する。すなわち、冷凍機台数決定部１８２は、起動制御が開始されてから起動制御が終了するまでの間、運転させる冷凍機を見直すための機能部としての役割を有する。具体的には、冷凍機台数決定部１８２は、所定時間毎に、既に運転されている１又は複数の冷凍機を見直す。より具体的には、冷凍機台数決定部１８２は、起動制御が実行されている間、計測・推定された二次側設備２０の負荷を基に、所定時間の経過時に前回に決めた一次側設備１０の冷凍機の運転台数及び能力を補正する。
【００４５】
ここでは、メモリ１９０に記憶されている冷凍機特性テーブル１９１を用いて、冷凍機台数決定部１８２は運転させる冷凍機の台数及び能力を決定する。冷凍機台数決定部１８２は、要求負荷量に応じて、第１〜第３冷凍機５１〜５３の運転組合せの中から適切な組合せを選ぶことで、冷凍機の台数及び能力（負荷）を決定する。
【００４６】
例えば、冷凍機台数決定部１８２は、二次側設備２０から要求される負荷が小さい場合、すなわち第１冷凍機５１だけ運転させることで要求負荷量を処理することができる場合には、第１冷凍機５１のみを運転させるという決定を行う。そして、二次側設備２０から要求される負荷が徐々に増加して第１冷凍機５１で対応可能な負荷以上の負荷が要求された場合、すなわち第１冷凍機５１だけ運転させても要求負荷量を処理できず、第１冷凍機５１に加えて第２冷凍機５２を運転させる必要がある場合には、第１冷凍機５１に加えて第２冷凍機５２を運転させるという決定を行う。なお、第２冷凍機５２の運転（駆動）を開始させるときは、冷凍機台数決定部１８２は、第１冷凍機５１に対する水の流量が第２冷凍機５２に対する水の流量よりも少なくなるように、第１ポンプ６１及び第２ポンプ６２を制御する。そして、第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２に流れる水量に応じて、第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２の能力を決定する。その後、二次側設備２０から要求される負荷が徐々に増加して第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２で対応可能な負荷以上の負荷が要求された場合、すなわち第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２を運転させても要求負荷量を処理できず、第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２に加えて第３冷凍機５３を運転させる必要がある場合には、第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２に加えて第３冷凍機５３を運転させるという決定を行う。なお、第３冷凍機５３の運転（駆動）を開始させるときは、冷凍機台数決定部１８２は、第１冷凍機５１に対する水の流量が第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３のそれぞれに対する水の流量よりも少なくなるように、第１ポンプ〜第３ポンプ６１〜６３を制御する。そして、第１〜第３冷凍機５１〜５３に流れる水量に応じて、第１〜第３冷凍機５１〜５３の能力を決定する。一方、第１〜第３冷凍機５１〜５３が運転しているときに、二次側設備２０から要求される負荷が徐々に減少して第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２を運転させることで要求負荷量を処理することができる場合には、冷凍機台数決定部１８２は、第３冷凍機５３の運転を停止させ、第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２を運転させるという決定を行う。また、第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２が運転しているときに、二次側設備２０から要求される負荷が徐々に減少して第１冷凍機５１のみを運転させることで要求負荷量を処理することができる場合には、冷凍機台数決定部１８２は、第２冷凍機５２の運転を停止させ、第１冷凍機５１のみ運転させるという決定を行う。
【００４７】
なお、本実施形態では、運転させる冷凍機を決定した場合、冷凍機台数決定部１８２は、運転させる冷凍機に水を流すポンプを所定の能力で運転させるとともに、運転させない冷凍機に水を流すポンプの運転を停止させる。
【００４８】
（３−４）冷凍機台数制御のフロー
図３を参照して、チラーシステムコントローラ１１０による冷凍機台数制御の各ステップについて説明する。なお、以下の説明では、各冷凍機の１００％の能力とは各冷凍機の定格能力を意味している。
【００４９】
冷凍機台数制御では、上述のように、二次側負荷量演算部１８１が、往水の温度、環水の温度及び水量を基に、二次側設備２０の負荷を演算し、それに基づいて、冷凍機台数決定部１８２が運転させる冷凍機の台数及び能力を決定する。
【００５０】
まずステップＳ１１では、第１冷凍機５１を運転させることを決定し、第１冷凍機５１のみを運転させる。具体的には、第１冷凍機５１の出口側の水温が設定温度となるように第１ポンプ６１を制御するとともに、可変速圧縮機を所定の能力（インバータ出力）で駆動させる。そして、ステップＳ１２に移行する。
【００５１】
ステップＳ１２では、二次側負荷量演算部１８１及び冷凍機台数決定部１８２が第１冷凍機５１の能力が１００％に到達したか否かを判断する。そして、ステップＳ１２において第１冷凍機５１の能力が１００％に到達したと判断されると、ステップＳ１３に移行する。一方、ステップＳ１２において第１冷凍機５１の能力が１００％に到達していないと判断されると、ステップＳ１２に戻る。
【００５２】
ステップＳ１３では、冷凍機台数決定部１８２が第１冷凍機５１に加えて第２冷凍機５２の運転開始を決定し、ステップＳ１４へと移行する。ステップＳ１４では、第１ポンプ６１の能力が最小能力（ここでは、ポンプ特性に基づき発揮することのできる最小の能力）で固定されていない場合には、第１ポンプ６１の能力を最小能力で固定するとともに、第１冷凍機５１の能力を流量に応じた能力に決定する。さらに、第２冷凍機５２の運転が開始されていない場合には、第２冷凍機５２の運転を開始させるために、第２ポンプ６２の駆動を開始させるとともに、第２冷凍機５２の備える圧縮機の駆動を開始させる。これにより、第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２が運転された状態となり、かつ第１冷凍機５１には第１ポンプ６１の最小能力で流れる量の水が流れ、残りの水が第２冷凍機５２に流れることになる。そして、ステップＳ１５に移行する。
【００５３】
ステップＳ１５では、二次側負荷量演算部１８１及び冷凍機台数決定部１８２が第２冷凍機５２の能力が１００％に到達したか否かを判断する。そして、ステップＳ１５において第２冷凍機５２の能力が１００％に到達したと判断されると、第１ポンプ６１の能力固定が解除されていない場合には、ステップＳ１６で、第１ポンプ６１の能力固定を解除するとともに、第２冷凍機５２の能力が１００％を維持するように第１ポンプ６１を制御する。その後、ステップＳ１９に移行する。一方、ステップＳ１５において第２冷凍機５２の能力が１００％に到達していないと判断されると、ステップＳ１７において、第２冷凍機５２の能力が一定時間以上継続して８５％未満であるか否かを判断する。そして、ステップＳ１７において、第２冷凍機５２の能力が一定時間以上継続して８５％未満であると判断されると、ステップＳ１８で、冷凍機台数決定部１８２が運転される冷凍機を第１冷凍機５１に決定し、すなわち第２冷凍機５２を削減することを決定し、第２冷凍機５２及び第２ポンプ６２の駆動を停止させる。これにより、第１冷凍機５１のみが運転されることになる。その後、ステップＳ１２へと戻る。これに対して、ステップＳ１７において、第２冷凍機５２の能力が一定時間以上継続して８５％未満でないと判断されると、ステップＳ１４へと戻る。
【００５４】
ステップＳ１９では、二次側負荷量演算部１８１及び冷凍機台数決定部１８２が第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２のそれぞれの能力が１００％に到達したか否かを判断する。そして、ステップＳ１９において第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２の能力が１００％に到達したと判断されると、ステップＳ２０へと移行する。一方で、ステップＳ１９において第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２の能力が１００％に到達していないと判断されると、ステップＳ１７に戻る。
【００５５】
ステップＳ２０では、冷凍機台数決定部１８２が第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２に加えて第３冷凍機５３の運転開始を決定し、第１ポンプ６１の能力が最小能力で固定されていない場合には、ステップＳ２１で、第１ポンプ６１の能力を最小能力に固定するとともに、第１冷凍機５１の能力を流量に応じた能力に決定する。さらに、第３冷凍機５３の運転が開始されていない場合には、第３冷凍機５３の運転を開始させるために、第３ポンプ６３の駆動を開始させるとともに、第３冷凍機５３の備える圧縮機の駆動を開始させる。これにより、第１〜第３冷凍機５１〜５３が運転された状態となり、かつ第１冷凍機５１には第１ポンプ６１の最小能力で流れる量の水が流れ、残りの水が第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３に等しく流れることになる。そして、ステップＳ２２に移行する。
【００５６】
ステップＳ２２では、二次側負荷量演算部１８１及び冷凍機台数決定部１８２が第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３のそれぞれの能力が１００％に到達したか否かを判断する。そして、ステップＳ２２において第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３の能力が１００％に到達したと判断されると、第１ポンプ６１の能力固定が解除されていない場合には、ステップＳ２３で、第１ポンプ６１の能力固定を解除するとともに、第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３の能力が１００％を維持するように第１ポンプ６１が制御され、ステップＳ２２に戻る。一方で、ステップＳ２２において第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３の能力が１００％に到達していないと判断されると、ステップＳ２４において、第３冷凍機５３の能力が一定時間以上継続して９２．５％未満であるか否かを判断する。そして、ステップＳ２４において、第３冷凍機５３の能力が一定時間以上継続して９２．５％未満であると判断されると、ステップＳ２５において、冷凍機台数決定部１８２が運転される冷凍機を第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２に決定し、すなわち第３冷凍機５３を削減することを決定し、ステップＳ１６へと戻る。これにより、第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２が運転され、第３冷凍機５３の運転が停止される。一方で、ステップＳ２４において、第３冷凍機５３の能力が一定時間以上継続して９２．５％未満でないと判断されると、ステップＳ２１に戻る。
【００５７】
（４）特徴
（４−１）
ここで、本発明者らは、鋭意検討した結果、可変速圧縮機を有する熱源機と定速圧縮機を有する熱源機又は吸熱式熱源機とが並列に配置されているシステムにおいて、各熱源機を組み合わせて使用する場合に、定速圧縮機を有する熱源機又は吸熱式熱源機に対して容量可変型のポンプにより熱媒体を流しても、定速ポンプにより熱媒体を流しても、他のポンプとの圧力の関係上、定速圧縮機を有する熱源機又は吸熱式熱源機に流れる熱媒体の流量にはほとんど差がないことを見いだした。
【００５８】
本実施形態では、能力可変型の熱源機である第１冷凍機５１には容量可変型のポンプである第１ポンプ６１から水が供給され、能力一定型の熱源機である第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３には定速ポンプである第２ポンプ６２及び第３ポンプ６３から水が供給される。能力一定型の熱源機に対して容量可変型のポンプにより熱媒体を流しても、定速ポンプにより熱媒体を流しても、他のポンプとの圧力の関係上、能力一定型の熱源機に流れる熱媒体の流量にはほとんど差がないため、第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３それぞれに対して容量可変型のポンプから水が流れる場合と同等程度の水を第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３に流すことができる。さらに、定速ポンプは、容量可変型のポンプよりも一般的に安価であるため、容量可変型のポンプによって第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３に水が流れる構成である場合と比較して、コストを抑えることができる。
【００５９】
これにより、コスト増加を抑え、かつ各冷凍機に対して負荷の配分を適切に設定することができている。
【００６０】
（４−２）
図４は、従来技術としての負荷分配システムの備える一次側設備の概略構成図である。図５は、本実施形態に係る負荷分配システム及び従来技術としての負荷分配システムそれぞれのエネルギー損失を説明するための図である。なお、図５では、本実施形態に係る負荷分配システム及び従来技術としての負荷分配システムそれぞれにおけるエネルギー損失範囲を、ハッチングによって模式的に示している。また、図５において、本実施形態に関しては、ポンプの特性により、定速ポンプ（第２ポンプ６２及び第３ポンプ６３）と、容量可変型のポンプ（第１ポンプ６１）との能力比が最大で２：１となるために、能力一定型の熱源機起動時における容量可変型のポンプの最小能力を５０％とした場合のエネルギー損失範囲について示している。
【００６１】
従来技術としての負荷分配システムは、本実施形態に係る負荷分配システムの備える熱媒体循環回路７０において、第１ポンプ６１’として定速ポンプが採用されていること以外は、本実施形態と同様の構成であるものとする。そして、二次側設備からの要求負荷量が処理されるように、運転させる冷凍機が第１冷凍機５１’、第２冷凍機５２’、第３冷凍機５３’の順に決定されるものとする。
【００６２】
ここで、能力可変型の熱源機が運転されると、その能力に応じて消費電力が増減するが、能力一定型の熱源機が運転されると、その能力に拘わらず消費電力が同じになる。このため、能力一定型の熱源機の能力が最大限発揮できるように能力一定型の熱源機に流れる熱媒体の量を調整することで、無駄な電力消費を抑えることができる。
【００６３】
従来技術としての負荷分配システムでは、第１冷凍機５１’〜第３冷凍機５３'に流れる水量を調整することができないため、第１冷凍機５１’に加えて第２冷凍機５２’の運転が開始されると第１冷凍機５１’及び第２冷凍機５２’のそれぞれには等量の水が流れる。そうすると、図５に示すように、能力一定型の熱源機（第２冷凍機５２’）の能力を最大で５０％損失することになる。さらに、第１冷凍機５１’及び第２冷凍機５２’に加えて第３冷凍機５３’の運転が開始されると第１〜第３冷凍機５１’〜５３’のそれぞれには等量の水が流れる。そうすると、図５に示すように、能力一定型の熱源機（第２冷凍機５２’及び第３冷凍機５３'）の能力を最大で約６７％損失することになる。
【００６４】
本実施形態では、能力可変型の熱源機である第１冷凍機６１に水を供給するポンプは、容量可変型のポンプである。そして、第１〜第３ポンプ６１〜６３のポンプ特性を基に、第１ポンプ６１の最小能力を決定することができる。このため、第１冷凍機５１に加えて第２冷凍機５２の運転を開始させる場合には、第１ポンプ６１の最小能力で流れる量の水を第１冷凍機５１へと流し、残りの水を第２冷凍機５２へと流すことができる。これにより、第１冷凍機５１に加えて第２冷凍機５２の運転を開始させる場合には、図５に示すように、能力一定型の熱源機（第２冷凍機５２）の能力の損失が最大で３３％となる。さらに、第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２に加えて第３冷凍機５３の運転を開始させる場合には、第１ポンプ６１の最小能力で流れる量の水を第１冷凍機５１へと流し、残りの水を第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３へと流すことができる。これにより、第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２に加えて第３冷凍機５３の運転を開始させる場合には、図５に示すように、能力一定型の熱源機（第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３）の能力の損失が最大で４０％となる。このように、本実施形態では、ポンプ特性により第１冷凍機５１に流れてしまう水の量を最小限にとどめ、残りの水を第２冷凍機５２や第３冷凍機５３に流すことで第２冷凍機５２や第３冷凍機５３の能力を最大限発揮させることができるため、従来技術としての負荷分配システムと比較して、システム全体のエネルギーの損失（ロス）を抑えることができている。
【００６５】
（４−３）
本実施形態では、第２冷凍機５２の運転を開始させるときに第１冷凍機５１の運転を停止させないため、第１冷凍機５１においてサーモオフによる圧縮機の停止を防止することができる。これにより、二次側設備２０からの要求負荷量に対して素早く対応することができるとともに、圧縮機の発停回数の増加による機器寿命の短縮を防止することができる。
【００６６】
（５）変形例
（５−１）変形例Ａ
図６は、変形例Ａに係る負荷分配システムの備える一次側設備の概略構成図である。図７は、変形例Ａに係る負荷分配システム及び従来技術としての負荷分配システムそれぞれのエネルギー損失を説明するための図である。なお、図７では、従来技術としての負荷分配システムにおけるエネルギー損失範囲を、ハッチングによって模式的に示している。また、図７おいて、本変形例に関しては、ポンプの特性により、定速ポンプ（第２ポンプ６２及び第３ポンプ６３）と容量可変型のポンプ（第１ポンプ６１）との能力比が最大で２：１となるために、能力一定型の熱源機起動時における容量可変型のポンプの最小能力を５０％とした場合のエネルギー損失範囲について示している。
【００６７】
上記実施形態では、複数台の熱源機のうち能力可変型の熱源機（第１冷凍機５１）が１台だけ設けられている。これに代えて、能力可変型の熱源機が２台以上設けられていてもよい。
【００６８】
例えば、本変形例Ａに係る負荷分配システムでは、図６に示すように、第１冷凍機２５１及び第２冷凍機２５２が能力可変型の熱源機であって、第３冷凍機２５３が能力一定型の熱源機である。また、第１ポンプ２６１及び第２ポンプ２６２には容量可変型のポンプが、第３ポンプ２６３には定速ポンプが、それぞれ採用されている。そして、二次側設備からの要求負荷量が処理されるように、運転させる冷凍機として第１冷凍機２５１、第２冷凍機２５２、第３冷凍機２５３の順に決定される。なお、能力可変型の熱源機である第１冷凍機２５１及び第２冷凍機２５２の最小能力は、それぞれ１５％であるものとする。すなわち、本変形例では、第１冷凍機２５１及び第２冷凍機２５２の最小能力を合計した能力が、第３冷凍機２５３の定格能力以下となる。
【００６９】
一方、図７に示す従来技術としての負荷分配システムは、本変形例に係る負荷分配システムの備える熱媒体循環回路において、第１ポンプ及び第２ポンプとして定速ポンプが採用されていること以外は、本変形例と同様の構成であるものとする。そして、二次側設備からの要求負荷量が処理されるように、運転させる冷凍機として第１冷凍機、第２冷凍機、第３冷凍機の順に決定されるものとする。
【００７０】
従来技術としての負荷分配システムでは、最小能力１５％の能力可変型の熱源機として第１冷凍機及び第２冷凍機を備えているが、第１〜第３冷凍機に流れる水量を調整することができないため、第１冷凍機及び第２冷凍機に加えて第３冷凍機の運転が開始されると第１〜第３冷凍機のそれぞれには等量の水が流れる。そうすると、図７に示すように、第３冷凍機の能力を最大で約３３％損失することになる。
【００７１】
これに対して本変形例では、能力可変型の熱源機である第１冷凍機２６１及び第２冷凍機２６２に水を供給するポンプは、容量可変型のポンプである。そして、第１〜第３ポンプ２６１〜２６３のポンプ特性を基に、第１ポンプ２６１及び第２ポンプ２６２の最小能力を決定することができる。このため、第１冷凍機２５１及び第２冷凍機２５２に加えて第３冷凍機２５３の運転を開始させる場合には、第１ポンプ２６１及び第２ポンプ２６２の最小能力で流れる量の水を第１冷凍機２５１及び第２冷凍機２５２へと流し、残りの水を第３冷凍機２５３へと流すことができる。これにより、第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２に加えて第３冷凍機５３の運転を開始させる場合には、第３冷凍機２５３の能力を最大限発揮させることができるため、図７に示すように、第３冷凍機２５３の損失をなくすことができる。
【００７２】
このように、負荷分配システムの備える複数台の熱源機において、能力可変型の熱源機の最小能力を合計した能力が能力一定型の熱源機の定格能力以下の能力であることで、能力可変型の熱源機に加えて能力一定型の熱源機の運転を開始させるときに、能力可変型の熱源機に対する熱媒体の流量を調整することで、システム全体のエネルギーの損失を抑えることができる。
【００７３】
また、上記実施形態では、熱媒体を加熱又は冷却する熱源機として３台の冷凍機が設けられている例を示しているが、熱源機の台数はこれに限定されず、１又は複数台の能力可変型の熱源機と１又は複数台の能力一定型の熱源機とが並列に設けられていればよい。さらに、熱利用機器である空調機に関してもその台数は上記実施形態に限定されない。
【００７４】
（５−２）変形例Ｂ
図８は、変形例Ｂに係る負荷分配システムの備える一次側設備の概略構成図である。図９は、変形例Ｂに係る負荷分配システム及び従来技術としての負荷分配システムそれぞれのエネルギー損失を説明するための図である。なお、図９では、本変形例に係る負荷分配システム及び従来技術としての負荷分配システムにおけるエネルギー損失範囲を、ハッチングによって模式的に示している。また、能力可変型の熱源機である第１冷凍機５１の最小能力は、１５％であるものとする。従来技術としての負荷分配システムは、図４に示す一次側設備を備えるシステムと同様の構成であるものとする。
【００７５】
上記実施形態に加えて、能力可変型の熱源機を通過した後の熱媒体を、能力可変型の熱源機に熱媒体を供給するポンプの上流側へと戻すバイパス経路が設けられていてもよい。
【００７６】
例えば、図８に示すように、第１冷凍機５１の下流側（出口側）と第１ポンプ６１の上流側（入口側）とを結ぶバイパス経路としてのバイパス管１７４が、還ヘッダ１２の水を第１ポンプ６１及び第１冷凍機５１を介して往ヘッダ１１へと流す経路としての第１配管７４に接続されている場合について説明する。バイパス管１７４には、流量調整弁１７４ａが設けられている。流量調節弁１７４ａは、その開度を変更することで第１冷凍機５１を通過し第１ポンプ６１の上流側に戻す水の流量を調整することができる。このため、流量調整弁１７４ａを調整することで、熱媒体循環回路を循環する水の全体量のうち能力一定型の熱源機（第２冷凍機５２や第３冷凍機５３）へと流れる水量を増やすことができる。そして、第１冷凍機５１の能力を最小能力まで下げることができるため、図９に示すように、第１冷凍機５１に加えて第２冷凍機５２の運転を開始させる場合、及び第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２に加えて第３冷凍機５３の運転を開始させる場合には、能力一定型の熱源機（第２冷凍機５２や第３冷凍機５３）の能力の損失が最大で１５％となる。
【００７７】
このように、本変形例では、能力可変型の熱源機を通過した後の熱媒体を能力可変型の熱源機に熱媒体を供給するポンプの上流側へと戻すバイパス経路が設けられていることで、能力可変型の熱源機の能力を最小能力に固定することができるため、能力一定型の熱源機の能力を最大限発揮させることができる。これにより、従来技術としての負荷分配システムと比較して、システム全体のエネルギーの損失（ロス）を抑えることができる。
【００７８】
また、能力可変型の熱源機を通過した後の熱媒体を能力可変型の熱源機に熱媒体を供給するポンプの上流側へと戻すバイパス経路が設けられているだけでなく、能力一定型の熱源機を通過した後の熱媒体を能力一定型の熱源機に熱媒体を供給するポンプの上流側へと戻すバイパス経路が設けられており、かつ、能力一定型の熱源機に熱媒体を供給するポンプとして容量可変型のポンプが採用されている一次側設備を備えるシステムにおいて、各熱源機に対して適切な負荷配分を行うために能力一定型の熱源機により熱交換された熱媒体を二次側設備へと送らずにバイパスさせる制御が行われる場合、能力一定型の熱源機に熱媒体を供給するポンプの動力が無駄になる。さらに、このような一次側設備の構成を、能力一定型の熱源機に熱媒体を供給するポンプとして定速ポンプが採用されている構成の一次側設備の更新時（冷凍機の置き換えや追加時）に採用しようとすると、能力一定型の熱源機に熱媒体を供給するポンプを定速ポンプから容量可変型のポンプへと変更しなければならず、コストアップとなる。
【００７９】
これに対して、能力一定型の熱源機に熱媒体を供給するポンプとして定速ポンプが採用されている構成の一次側設備の更新時（冷凍機の置き換えや追加時）に、本変形例に係るシステムの備える一次側設備の構成が採用されることで、能力一定型の熱源機に熱媒体を供給するポンプを変更する必要はなく、かつ能力一定型の熱源機により熱交換されたすべての熱媒体が二次側設備へと送られるため、更新時のコストアップを抑えることができるとともに、運転時のポンプ動力の無駄を抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、コスト増加を抑えかつ各熱源機に対して負荷の配分を適切に設定することのできるものであり、複数の熱源機として可変速圧縮機を有する熱源機及び定速圧縮機を有する熱源機又は吸収式熱源機を備えるシステムへの適用が有効である。
【符号の説明】
【００８１】
１１      往ヘッダ
１２      還ヘッダ
２０      二次側設備（利用側設備）
５１      第１冷凍機（第１熱源機）
５２      第２冷凍機（第２熱源機）
６１      第１ポンプ
６２      第２ポンプ
１８２      冷凍機台数決定部（制御部）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８２】
【特許文献１】特開２０１０−１２７５５９号公報
【図１】
2016038189.tif 000003
【図２】
2016038189.tif 000004
【図３】
2016038189.tif 000005
【図４】
2016038189.tif 000006
【図５】
2016038189.tif 000007
【図６】
2016038189.tif 000008
【図７】
2016038189.tif 000009
【図８】
2016038189.tif 000010
【図９】
2016038189.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成27年12月7日(2015.12.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷分配システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、可変速圧縮機を有する熱源機と定速圧縮機を有する熱源機又は吸収式熱源機とが並列に配置されており、利用側設備から要求される負荷に応じて各熱源機の駆動を制御するシステムがある。ここで、定速圧縮機を有する熱源機又は吸収式熱源機は、可変速圧縮機を有する熱源機よりも定格能力で駆動される際の運転効率が格段によいことが知られている。一方、部分負荷時には、定速圧縮機を有する熱源機又は吸収式熱源機は、運転効率が低下するため、可変速圧縮機を有する熱源機よりも運転効率が下回ることがある。このため、各熱源機を組み合わせて使用する場合には、利用側設備から要求される負荷に応じて各熱源機の負荷の配分を変化させることで、システム全体のエネルギー効率を向上させるという従来技術がある。
【０００３】
ところで、各熱源機の負荷は、各熱源機に対する熱媒体の供給量に比例するという性質がある。また、熱源機には、凍結等による異常停止を防ぐために運転時に最低限必要な熱媒体の流量である下限流量が設定されている。このため、各熱源機に対する熱媒体の供給量を調整して各熱源機の負荷の配分を変化させる場合であっても、各熱源機に対して下限流量を下回らないように熱媒体を供給しなければならないという課題がある。
【０００４】
この課題を解決するために、特許文献１（特開２０１０−１２７５５９号公報）記載のシステムでは、複数のポンプと複数の熱源機と利用側設備とが順次接続されて構成された熱媒体回路において、熱源機を通過した後の熱媒体をポンプの上流側に戻すためのバイパス管が設けられている。このシステムでは、バイパス管を流れる熱媒体の流量を変更することで、熱源機の下限流量を考慮することなく、各熱源機に対する負荷の配分を設定することができるようになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載のシステムでは、熱媒体の吐出容量を変更することのできるインバータポンプを必須の構成要件と捉えている。このような先行技術を見た当業者であれば、各熱源機に熱媒体を流すポンプの全てをインバータポンプにする必要があると考えてしまい、コスト的な制約により最適効率の実現を諦めてしまうことがある。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、コスト増加を抑え、かつ各熱源機に対して負荷の配分を適切に設定することのできる負荷分配システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１観点に係る負荷分配システムは、第１熱源機と、第２熱源機と、第１ポンプと、第２ポンプと、利用側設備と、制御部と、を備える。第１熱源機は、熱媒体を加熱又は冷却する。第２熱源機は、熱媒体を加熱又は冷却する。第２熱源機は、第１熱源機と並列に配置されている。第１ポンプは、第１熱源機へと熱媒体を流す。第１ポンプは、熱媒体の吐出容量を変更することができる。第２ポンプは、第２熱源機へと熱媒体を流す。第２ポンプは、単位時間当たりの熱媒体の吐出容量が一定である。利用側設備は、第１熱源機及び第２熱源機から熱媒体が供給される。制御部は、利用側設備から要求される負荷に応じて、第１熱源機及び第２熱源機の駆動台数を制御する。第１熱源機は、可変速圧縮機を有する熱源機である。第２熱源機は、定速圧縮機を有する熱源機又は吸熱式熱源機である。制御部は、利用側設備から要求される負荷が徐々に増加して第１熱源機で対応可能な負荷以上の負荷が要求された場合には、第２熱源機へと熱媒体が流れるように第２ポンプの駆動を開始させ、かつ、第１熱源機に対する熱媒体の流量が第２熱源機に対する熱媒体の流量よりも少なくなるように第１ポンプの駆動を制御する。
【０００８】
ここで、本発明者らは、鋭意検討した結果、可変速圧縮機を有する熱源機と定速圧縮機を有する熱源機又は吸熱式熱源機とが並列に配置されているシステムにおいて、各熱源機を組み合わせて使用する場合に、定速圧縮機を有する熱源機又は吸熱式熱源機に対して、吐出容量を変更することのできるポンプにより熱媒体を流しても、単位時間当たりの吐出容量が一定のポンプにより熱媒体を流しても、他のポンプとの圧力の関係上、定速圧縮機を有する熱源機又は吸熱式熱源機に流れる熱媒体の流量にほとんど差がないことを見いだした。
【０００９】
本発明の第１観点に係る負荷分配システムでは、定速圧縮機を有する熱源機又は吸熱式熱源機である第２熱源機には、単位時間当たりの吐出容量が一定のポンプによって熱媒体が流れる構成である。このため、吐出容量を変更することのできるポンプによって第２熱源機に熱媒体が流れる構成である場合と同等程度の量の熱媒体を第２熱源機に流すことができる。さらに、単位時間当たりの吐出容量が一定のポンプは、吐出容量を変更することのできるポンプよりも一般的に安価であるため、吐出容量を変更することのできるポンプによって第２熱源機に熱媒体が流れる構成である場合と比較して、コストを抑えることができる。
【００１０】
これにより、コスト増加を抑え、かつ各熱源機に対して負荷の配分を適切に設定することができる。
【００１１】
本発明の第２観点に係る負荷分配システムは、第１観点の負荷分配システムにおいて、第１熱源機は、２台以上ある。第１熱源機の最小能力を合計した能力は、第２熱源機の定格能力以下である。このため、第１熱源機に加えて第２熱源機を駆動させる状況になった場合に、各第１熱源機に対する熱媒体の流量を調整することで、システム全体のエネルギー損失を抑えることができる。
【００１２】
本発明の第３観点に係る負荷分配システムは、第１観点又は第２観点のいずれかの負荷分配システムにおいて、熱媒体循環回路を備える。熱媒体循環回路は、往ヘッダと、還ヘッダと、第１経路と、バイパス経路と、を含む。往ヘッダは、第１熱源機及び第２熱源機から流出した熱媒体を混合する。還ヘッダは、利用側設備において熱交換された熱媒体が還流する。第１経路は、還ヘッダの熱媒体を第１ポンプ及び第１熱源機を介して往ヘッダへと流す経路である。バイパス経路は、第１経路に設けられている。バイパス経路は、第１熱源機を通過した後の熱媒体を第１ポンプの上流側へと戻す。この負荷分配システムでは、バイパス経路により第１熱源機を通過した後の熱媒体を第１ポンプの上流側に戻すことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の第１観点に係る負荷分配システムでは、コスト増加を抑え、かつ各熱源機に対して負荷の配分を適切に設定することができる。
【００１４】
本発明の第２観点に係る負荷分配システムでは、システム全体のエネルギー損失を抑えることができる。
【００１５】
本発明の第３観点に係る負荷分配システムでは、第１熱源機を通過した後の熱媒体を第１ポンプの上流側に戻すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る負荷分配システムの概略構成図。
【図２】負荷分配システムの備える制御装置の制御ブロック図。
【図３】チラーシステムコントローラによる冷凍機台数制御のフローを示す図。
【図４】従来技術としての負荷分配システムの備える一次側設備の概略構成図。
【図５】本実施形態に係る負荷分配システム及び従来技術としての負荷分配システムそれぞれのエネルギー損失を説明するための図。
【図６】変形例Ａに係る負荷分配システムの備える一次側設備の概略構成図。
【図７】変形例Ａに係る負荷分配システム及び従来技術としての負荷分配システムそれぞれのエネルギー損失を説明するための図。
【図８】変形例Ｂに係る負荷分配システムの備える一次側設備の概略構成図。
【図９】変形例Ｂに係る負荷分配システム及び従来技術としての負荷分配システムそれぞれのエネルギー損失を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係る負荷分配システムについて、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術範囲を限定するものではない。
【００１８】
（１）負荷分配システムの全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る負荷分配システムの概略構成図である。本実施形態に係る負荷分配システムは、システム全体のエネルギー効率の悪化を抑制することのできるものである。負荷分配システムは、主に、ビルや工場、病院及びホテル等の、比較的大きい建物内に設置されている。
【００１９】
この負荷分配システムは、図１に示すように、熱源側設備としての一次側設備１０と利用側設備としての二次側設備２０との間で、両者１０，２０を結ぶ配管を介して熱媒体としての水を循環させるシステムである。
【００２０】
一次側設備１０は、主として、熱媒体を加熱又は冷却する熱源機としての第１〜第３冷凍機５１〜５３と、第１〜第３冷凍機５１〜５３に対応して設けられる第１〜第３ポンプ６１〜６３と、を含む。
【００２１】
なお、本実施形態の第１冷凍機５１は、可変速圧縮機を有する熱源機である。可変速圧縮機とは、回転速度を変更することのできる圧縮機である。第１冷凍機５１は、圧縮機の回転速度を切り替えることで能力（冷凍能力）を調整して運転できる、能力可変型の熱源機である。第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３は、定速圧縮機を有する熱源機である。定速圧縮機とは、圧縮機の回転速度が一定の圧縮機である。ところで、本実施形態では、第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３は、定速圧縮機を有する熱源機であるが、第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３が吸収式熱源機であってもよい。吸収式熱源機とは、圧縮機を備えていない熱源機であって、能力が一定の熱源機である。すなわち、第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３は、能力一定型の熱源機である。
【００２２】
また、本実施形態では、能力可変型の熱源機には、吐出容量を変更することのできるポンプから水が供給され、能力一定型の熱源機には単位時間当たりの吐出容量が一定のポンプから水が供給されるものとする。
【００２３】
二次側設備２０は、主として、建物内の各空調対象空間（以下、室内空間という）に設置される熱利用機器である第１〜第９空調機２１〜２９から成る。そして、冷房時には冷水が、暖房時には温水が一次側設備１０から二次側設備２０へと流れ、水の冷熱あるいは温熱が二次側設備２０の運転中の第１〜第９空調機２１〜２９において空調に利用される。
【００２４】
一次側設備１０はチラーシステムコントローラ１１０によって、二次側設備２０は空調機コントローラ１２０によって、それぞれコントロールされる。
【００２５】
（２）負荷分配システムの詳細構成
（２−１）熱媒体循環回路７０
熱媒体循環回路７０は、水が充填された閉回路であり、第１〜第３冷凍機５１〜５３と第１〜第９空調機２１〜２９との間で水が循環するように構成されている。熱媒体循環回路７０には、第１〜第３ポンプ６１〜６３と、第１〜第３冷凍機５１〜５３と、往ヘッダ１１と、第１〜第９空調機２１〜２９と、還ヘッダ１２と、が接続されている。
【００２６】
熱媒体循環回路７０は、図１に示すように、二次側配管７１と、第１共通配管７２と、第２共通配管７３と、第１〜第３配管７４〜７６と、バイパス管７７と、を有する。二次側配管７１は、第１〜第９空調機２１〜２９それぞれに水が流れるように往ヘッダ１１と還ヘッダ１２との間を結んでいる。第１共通配管７２は還ヘッダ１２に接続されている。第２共通配管７３は往ヘッダ１１に接続されている。第１〜第３配管７４〜７６は、第１共通配管７２と第２共通配管７３とを結ぶ配管である。より詳しくは、第１〜第３配管７４〜７６は、第１共通配管７２の端部に位置する分岐点Ｐ１と第２共通配管７３の端部に位置する分岐点Ｐ２とを結ぶように並列に設けられた配管である。バイパス管７７は、還ヘッダ１２と往ヘッダ１１とを結んでいる。
【００２７】
（２−２）一次側設備１０
一次側設備１０では、３台の第１〜第３冷凍機５１〜５３が負荷分配システムにおける熱源として働く。第１〜第３冷凍機５１〜５３それぞれには、第１〜第３ポンプ６１〜６３が１つずつ配設されている。第１〜第３冷凍機５１〜５３は、図１に示すように互いに並列に接続されている。具体的には、第１配管７４には第１ポンプ６１及び第１冷凍機５１が設けられ、第２配管７５には第２ポンプ６２及び第２冷凍機５２が設けられ、第３配管７６には第３ポンプ６３及び第３冷凍機５３が設けられている。
【００２８】
第１〜第３冷凍機５１〜５３は、空冷式のヒートポンプチラーであり、圧縮機、空気側熱交換器、膨張弁、水側熱交換器が順次接続されて冷媒回路を構成し、冷媒回路の内部には、冷媒が充填されている。第１冷凍機５１は、上記のように可変速圧縮機を１又は複数台搭載しており、本実施形態では、可変速圧縮機が容量調整の可能なインバータ圧縮機であるものとする。第２及び第３冷凍機５３は、上記のように定速圧縮機を１又は複数台搭載しており、本実施形態では、定速圧縮機が容量調整のできない圧縮機であるものとする。なお、本実施形態の定速圧縮機に代えて、ホットガスバイパスによって容量調整のできる圧縮機であってもよい。
【００２９】
第１〜第３ポンプ６１〜６３は、第１〜第３冷凍機５１〜５３それぞれに水を流すためのものであって、熱媒体循環回路７０に水を循環させる役割を果たす。第１ポンプ６１は、第１冷凍機５１へと水を流す。第１ポンプ６１は、吐出容量を変更することのできるポンプ、すなわち容量可変型のポンプであって、チラーシステムコントローラ１１０によりインバータ駆動される。このため、第１ポンプ６１は、第１冷凍機５１へと水を流す際に、第１冷凍機５１へと流れる水の量を調整することができる。第２ポンプ６２は、第２冷凍機５２へと水を流す。第２ポンプ６２は、単位時間当たりの水の吐出量が一定である定速ポンプであって、チラーシステムコントローラ１１０により発停が制御される。このため、第２ポンプ６２は、第２冷凍機５２へと水を流す際に、第２冷凍機５２へと流れる水の量を調整することができない。第３ポンプ６３は、第３冷凍機５３へと水を流す。第３ポンプ６３は、単位時間当たりの水の吐出量が一定である定速ポンプであって、チラーシステムコントローラ１１０により発停が制御される。このため、第３ポンプ６３は、第３冷凍機５３へと水を流す際に、第３冷凍機５３へと流れる水の量を調整することができない。
【００３０】
一次側設備１０では、第１〜第３ポンプ６１〜６３が駆動することにより、第１〜第３冷凍機５１〜５３から送り出された水（冷水あるいは温水）が、第２共通配管７３及び往ヘッダ１１を介して二次側配管７１へと流れる。また、二次側設備２０から二次側配管７１を介して戻ってきた水が、還ヘッダ１２に一旦流入し、第１共通配管７２を介して第１〜第３冷凍機５１〜５３へと流れる。
【００３１】
また、往ヘッダ１１と還ヘッダ１２とを結ぶバイパス配管１３には、バイパス流量調節弁７７ａが配設されている。バイパス流量調節弁７７ａの開度を変更し、バイパス配管１３を通って往ヘッダ１１から還ヘッダ１２に直接戻る水の流量を調節することで、二次側設備２０に流れる水の流量を抑制することができる。
【００３２】
（２−３）二次側設備２０
二次側設備２０は、熱利用機器としての９台の第１〜第９空調機２１〜２９を有している。第１〜第９空調機２１〜２９は、それぞれ、熱源機である一次側設備１０の第１〜第３冷凍機５１〜５３が生成する冷水の冷熱あるいは温水の温熱を使って、室内空間の負荷を処理する。すなわち、第１〜第９空調機２１〜２９は、一次側設備１０から流れてくる冷水あるいは温水を用いて、室内空間の空調（冷房や暖房）を行う。
【００３３】
第１〜第９空調機２１〜２９は、それぞれ同一あるいは異なる室内空間に設置されている。そして、第１〜第９空調機２１〜２９それぞれは、往ヘッダ１１から延びる二次側配管７１と、還ヘッダ１２につながる二次側配管７１との間に、並列に配置されている。第１〜第９空調機２１〜２９は、往ヘッダ１１側の二次側配管７１から水を取り入れ、還ヘッダ１２側の二次側配管７１へと水を戻す。
【００３４】
第１〜第９空調機２１〜２９の各ケーシングの内部には、空気が流通する空気通路が形成されている。空気通路の流入端には、吸い込みダクト（図示せず）の一端が接続され、空気通路の流出端には、給気ダクト（図示せず）の一端が接続されている。吸い込みダクト及び給気ダクトの他端は、それぞれ室内空間に接続されている。
【００３５】
第１〜第９空調機２１〜２９の各ケーシングの内部には、送風ファン、熱交換器、流量調整弁などが配備されている。熱交換器は、水と空気との間で熱交換を行わせて、空気を冷却または加熱させる。熱交換器は、例えば、複数の伝熱フィンと、それらの伝熱フィンを貫通する伝熱管とを有する、フィンアンドチューブ式の熱交換器等が採用される。熱交換器の伝熱管には、一次側設備１０と二次側設備２０との間を循環する水が流れ、伝熱管及び伝熱フィンを介して水の熱が空気に供給されることで、空気が冷却または加熱されるようになっている。送風ファンは、インバータ制御によって回転数を段階的に変化させることが可能であって、加熱または冷却された空気の送風量を調節できる。流量調整弁は、その空調機に流れる水の量を調節する役割を果たす。つまり、第１〜第９空調機２１〜２９それぞれに流れる水の流量は、各流量調整弁の開度によって決まる。各送風ファン及び各流量調整弁は、空調機コントローラ１２０によりコントロールされる。
【００３６】
（２−４）制御装置
図２は、負荷分配システムの備える制御装置の制御ブロック図である。制御装置は、主として、チラーシステムコントローラ１１０及び空調機コントローラ１２０から成る。上述のように、チラーシステムコントローラ１１０は第１〜第３冷凍機５１〜５３、第１〜第３ポンプ６１〜６３をコントロールし、空調機コントローラ１２０は第１〜第９空調機２１〜２９をコントロールする。
【００３７】
なお、チラーシステムコントローラ１１０の起動制御に関する詳細構成については、以下で詳述する。
【００３８】
（３）負荷分配システムの動作
（３−１）全体概略動作
第１〜第９空調機２１〜２９それぞれでは、吸込ダクト（図示せず）によって室内空間から取り込まれた室内空気が、ケーシング内の空気通路を流れる。この空気は、各熱交換器等において一次側設備１０から流れてきた冷水／温水によって冷却／加熱される。その冷却／加熱された空気が給気ダクト（図示せず）を介して室内空間へ供給されることで、室内空間の冷房／暖房が行われる。
【００３９】
（３−２）チラーシステムコントローラ１１０による起動制御
チラーシステムコントローラ１１０は、主として、ＣＰＵ１８０及びメモリ１９０から構成されている。メモリ１９０は、ＲＯＭとＲＡＭとで構成されており、ＲＯＭには、ＣＰＵ１８０が読み出して実行する各種プログラム等が格納されている。ＲＡＭは、ＣＰＵ１８０のワークメモリとして機能する他、ＣＰＵ１８０によって書き換え可能な情報が格納されている。
【００４０】
チラーシステムコントローラ１１０は、二次側設備２０の負荷（具体的には、第１〜第９空調機２１〜２９が処理すべき各室内空間の熱負荷）に応じて冷凍機の運転台数を可変させる冷凍機台数制御を、第１〜第３冷凍機５１〜５３に関する制御として行う。
【００４１】
（３−３）冷凍機台数制御
次に、チラーシステムコントローラ１１０の冷凍機台数制御に関係する機能について詳述する。
【００４２】
ＲＯＭから読み出したプログラムを実行するＣＰＵ１８０には、図２に示すように、起動制御に関係するソフトウェア上の機能部として、二次側負荷量演算部１８１と、冷凍機台数決定部１８２と、が備わることになる。また、メモリ１９０には、冷凍機特性テーブル１９１が記憶されている。冷凍機特性テーブル１９１には、第１〜第３冷凍機５１〜５３の種類（能力可変型や能力一定型等）、圧縮機容量及び運転効率等に関する情報が事前に作成・入力されている。
【００４３】
二次側負荷量演算部１８１は、二次側設備２０によって要求される負荷を演算する。例えば、二次側負荷量演算部１８１は、所定時間毎に、一次側設備１０から二次側設備２０へと流れる水の温度を計測する往水温度センサ１１１の計測値、二次側設備２０から一次側設備１０へと流れる水の温度を計測する還水温度センサ１１２の計測値、及び水量センサ１１３の計測した循環している水量を基に、二次側設備２０の運転している空調機の負荷、すなわち二次側設備２０の要求する負荷（以下、要求負荷量という）を演算する。
【００４４】
冷凍機台数決定部１８２は、二次側負荷量演算部１８１が演算した要求負荷量が処理されるように、運転させる冷凍機の台数及び能力を決定する。そして、冷凍機台数決定部１８２は、決定した冷凍機の台数及び能力に応じて、第１〜第３ポンプ６１〜６３及び第１〜第３冷凍機５１〜５３を制御する。すなわち、冷凍機台数決定部１８２は、起動制御が開始されてから起動制御が終了するまでの間、運転させる冷凍機を見直すための機能部としての役割を有する。具体的には、冷凍機台数決定部１８２は、所定時間毎に、既に運転されている１又は複数の冷凍機を見直す。より具体的には、冷凍機台数決定部１８２は、起動制御が実行されている間、計測・推定された二次側設備２０の負荷を基に、所定時間の経過時に前回に決めた一次側設備１０の冷凍機の運転台数及び能力を補正する。
【００４５】
ここでは、メモリ１９０に記憶されている冷凍機特性テーブル１９１を用いて、冷凍機台数決定部１８２は運転させる冷凍機の台数及び能力を決定する。冷凍機台数決定部１８２は、要求負荷量に応じて、第１〜第３冷凍機５１〜５３の運転組合せの中から適切な組合せを選ぶことで、冷凍機の台数及び能力（負荷）を決定する。
【００４６】
例えば、冷凍機台数決定部１８２は、二次側設備２０から要求される負荷が小さい場合、すなわち第１冷凍機５１だけ運転させることで要求負荷量を処理することができる場合には、第１冷凍機５１のみを運転させるという決定を行う。そして、二次側設備２０から要求される負荷が徐々に増加して第１冷凍機５１で対応可能な負荷以上の負荷が要求された場合、すなわち第１冷凍機５１だけ運転させても要求負荷量を処理できず、第１冷凍機５１に加えて第２冷凍機５２を運転させる必要がある場合には、第１冷凍機５１に加えて第２冷凍機５２を運転させるという決定を行う。なお、第２冷凍機５２の運転（駆動）を開始させるときは、冷凍機台数決定部１８２は、第１冷凍機５１に対する水の流量が第２冷凍機５２に対する水の流量よりも少なくなるように、第１ポンプ６１及び第２ポンプ６２を制御する。そして、第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２に流れる水量に応じて、第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２の能力を決定する。その後、二次側設備２０から要求される負荷が徐々に増加して第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２で対応可能な負荷以上の負荷が要求された場合、すなわち第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２を運転させても要求負荷量を処理できず、第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２に加えて第３冷凍機５３を運転させる必要がある場合には、第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２に加えて第３冷凍機５３を運転させるという決定を行う。なお、第３冷凍機５３の運転（駆動）を開始させるときは、冷凍機台数決定部１８２は、第１冷凍機５１に対する水の流量が第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３のそれぞれに対する水の流量よりも少なくなるように、第１ポンプ〜第３ポンプ６１〜６３を制御する。そして、第１〜第３冷凍機５１〜５３に流れる水量に応じて、第１〜第３冷凍機５１〜５３の能力を決定する。一方、第１〜第３冷凍機５１〜５３が運転しているときに、二次側設備２０から要求される負荷が徐々に減少して第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２を運転させることで要求負荷量を処理することができる場合には、冷凍機台数決定部１８２は、第３冷凍機５３の運転を停止させ、第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２を運転させるという決定を行う。また、第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２が運転しているときに、二次側設備２０から要求される負荷が徐々に減少して第１冷凍機５１のみを運転させることで要求負荷量を処理することができる場合には、冷凍機台数決定部１８２は、第２冷凍機５２の運転を停止させ、第１冷凍機５１のみ運転させるという決定を行う。
【００４７】
なお、本実施形態では、運転させる冷凍機を決定した場合、冷凍機台数決定部１８２は、運転させる冷凍機に水を流すポンプを所定の能力で運転させるとともに、運転させない冷凍機に水を流すポンプの運転を停止させる。
【００４８】
（３−４）冷凍機台数制御のフロー
図３を参照して、チラーシステムコントローラ１１０による冷凍機台数制御の各ステップについて説明する。なお、以下の説明では、各冷凍機の１００％の能力とは各冷凍機の定格能力を意味している。
【００４９】
冷凍機台数制御では、上述のように、二次側負荷量演算部１８１が、往水の温度、環水の温度及び水量を基に、二次側設備２０の負荷を演算し、それに基づいて、冷凍機台数決定部１８２が運転させる冷凍機の台数及び能力を決定する。
【００５０】
まずステップＳ１１では、第１冷凍機５１を運転させることを決定し、第１冷凍機５１のみを運転させる。具体的には、第１冷凍機５１の出口側の水温が設定温度となるように第１ポンプ６１を制御するとともに、可変速圧縮機を所定の能力（インバータ出力）で駆動させる。そして、ステップＳ１２に移行する。
【００５１】
ステップＳ１２では、二次側負荷量演算部１８１及び冷凍機台数決定部１８２が第１冷凍機５１の能力が１００％に到達したか否かを判断する。そして、ステップＳ１２において第１冷凍機５１の能力が１００％に到達したと判断されると、ステップＳ１３に移行する。一方、ステップＳ１２において第１冷凍機５１の能力が１００％に到達していないと判断されると、ステップＳ１２に戻る。
【００５２】
ステップＳ１３では、冷凍機台数決定部１８２が第１冷凍機５１に加えて第２冷凍機５２の運転開始を決定し、ステップＳ１４へと移行する。ステップＳ１４では、第１ポンプ６１の能力が最小能力（ここでは、ポンプ特性に基づき発揮することのできる最小の能力）で固定されていない場合には、第１ポンプ６１の能力を最小能力で固定するとともに、第１冷凍機５１の能力を流量に応じた能力に決定する。さらに、第２冷凍機５２の運転が開始されていない場合には、第２冷凍機５２の運転を開始させるために、第２ポンプ６２の駆動を開始させるとともに、第２冷凍機５２の備える圧縮機の駆動を開始させる。これにより、第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２が運転された状態となり、かつ第１冷凍機５１には第１ポンプ６１の最小能力で流れる量の水が流れ、残りの水が第２冷凍機５２に流れることになる。そして、ステップＳ１５に移行する。
【００５３】
ステップＳ１５では、二次側負荷量演算部１８１及び冷凍機台数決定部１８２が第２冷凍機５２の能力が１００％に到達したか否かを判断する。そして、ステップＳ１５において第２冷凍機５２の能力が１００％に到達したと判断されると、第１ポンプ６１の能力固定が解除されていない場合には、ステップＳ１６で、第１ポンプ６１の能力固定を解除するとともに、第２冷凍機５２の能力が１００％を維持するように第１ポンプ６１を制御する。その後、ステップＳ１９に移行する。一方、ステップＳ１５において第２冷凍機５２の能力が１００％に到達していないと判断されると、ステップＳ１７において、第２冷凍機５２の能力が一定時間以上継続して８５％未満であるか否かを判断する。そして、ステップＳ１７において、第２冷凍機５２の能力が一定時間以上継続して８５％未満であると判断されると、ステップＳ１８で、冷凍機台数決定部１８２が運転される冷凍機を第１冷凍機５１に決定し、すなわち第２冷凍機５２を削減することを決定し、第２冷凍機５２及び第２ポンプ６２の駆動を停止させる。これにより、第１冷凍機５１のみが運転されることになる。その後、ステップＳ１２へと戻る。これに対して、ステップＳ１７において、第２冷凍機５２の能力が一定時間以上継続して８５％未満でないと判断されると、ステップＳ１４へと戻る。
【００５４】
ステップＳ１９では、二次側負荷量演算部１８１及び冷凍機台数決定部１８２が第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２のそれぞれの能力が１００％に到達したか否かを判断する。そして、ステップＳ１９において第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２の能力が１００％に到達したと判断されると、ステップＳ２０へと移行する。一方で、ステップＳ１９において第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２の能力が１００％に到達していないと判断されると、ステップＳ１７に戻る。
【００５５】
ステップＳ２０では、冷凍機台数決定部１８２が第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２に加えて第３冷凍機５３の運転開始を決定し、第１ポンプ６１の能力が最小能力で固定されていない場合には、ステップＳ２１で、第１ポンプ６１の能力を最小能力に固定するとともに、第１冷凍機５１の能力を流量に応じた能力に決定する。さらに、第３冷凍機５３の運転が開始されていない場合には、第３冷凍機５３の運転を開始させるために、第３ポンプ６３の駆動を開始させるとともに、第３冷凍機５３の備える圧縮機の駆動を開始させる。これにより、第１〜第３冷凍機５１〜５３が運転された状態となり、かつ第１冷凍機５１には第１ポンプ６１の最小能力で流れる量の水が流れ、残りの水が第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３に等しく流れることになる。そして、ステップＳ２２に移行する。
【００５６】
ステップＳ２２では、二次側負荷量演算部１８１及び冷凍機台数決定部１８２が第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３のそれぞれの能力が１００％に到達したか否かを判断する。そして、ステップＳ２２において第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３の能力が１００％に到達したと判断されると、第１ポンプ６１の能力固定が解除されていない場合には、ステップＳ２３で、第１ポンプ６１の能力固定を解除するとともに、第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３の能力が１００％を維持するように第１ポンプ６１が制御され、ステップＳ２２に戻る。一方で、ステップＳ２２において第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３の能力が１００％に到達していないと判断されると、ステップＳ２４において、第３冷凍機５３の能力が一定時間以上継続して９２．５％未満であるか否かを判断する。そして、ステップＳ２４において、第３冷凍機５３の能力が一定時間以上継続して９２．５％未満であると判断されると、ステップＳ２５において、冷凍機台数決定部１８２が運転される冷凍機を第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２に決定し、すなわち第３冷凍機５３を削減することを決定し、ステップＳ１６へと戻る。これにより、第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２が運転され、第３冷凍機５３の運転が停止される。一方で、ステップＳ２４において、第３冷凍機５３の能力が一定時間以上継続して９２．５％未満でないと判断されると、ステップＳ２１に戻る。
【００５７】
（４）特徴
（４−１）
ここで、本発明者らは、鋭意検討した結果、可変速圧縮機を有する熱源機と定速圧縮機を有する熱源機又は吸熱式熱源機とが並列に配置されているシステムにおいて、各熱源機を組み合わせて使用する場合に、定速圧縮機を有する熱源機又は吸熱式熱源機に対して容量可変型のポンプにより熱媒体を流しても、定速ポンプにより熱媒体を流しても、他のポンプとの圧力の関係上、定速圧縮機を有する熱源機又は吸熱式熱源機に流れる熱媒体の流量にはほとんど差がないことを見いだした。
【００５８】
本実施形態では、能力可変型の熱源機である第１冷凍機５１には容量可変型のポンプである第１ポンプ６１から水が供給され、能力一定型の熱源機である第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３には定速ポンプである第２ポンプ６２及び第３ポンプ６３から水が供給される。能力一定型の熱源機に対して容量可変型のポンプにより熱媒体を流しても、定速ポンプにより熱媒体を流しても、他のポンプとの圧力の関係上、能力一定型の熱源機に流れる熱媒体の流量にはほとんど差がないため、第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３それぞれに対して容量可変型のポンプから水が流れる場合と同等程度の水を第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３に流すことができる。さらに、定速ポンプは、容量可変型のポンプよりも一般的に安価であるため、容量可変型のポンプによって第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３に水が流れる構成である場合と比較して、コストを抑えることができる。
【００５９】
これにより、コスト増加を抑え、かつ各冷凍機に対して負荷の配分を適切に設定することができている。
【００６０】
（４−２）
図４は、従来技術としての負荷分配システムの備える一次側設備の概略構成図である。図５は、本実施形態に係る負荷分配システム及び従来技術としての負荷分配システムそれぞれのエネルギー損失を説明するための図である。なお、図５では、本実施形態に係る負荷分配システム及び従来技術としての負荷分配システムそれぞれにおけるエネルギー損失範囲を、ハッチングによって模式的に示している。また、図５において、本実施形態に関しては、ポンプの特性により、定速ポンプ（第２ポンプ６２及び第３ポンプ６３）と、容量可変型のポンプ（第１ポンプ６１）との能力比が最大で２：１となるために、能力一定型の熱源機起動時における容量可変型のポンプの最小能力を５０％とした場合のエネルギー損失範囲について示している。
【００６１】
従来技術としての負荷分配システムは、本実施形態に係る負荷分配システムの備える熱媒体循環回路７０において、第１ポンプ６１’として定速ポンプが採用されていること以外は、本実施形態と同様の構成であるものとする。そして、二次側設備からの要求負荷量が処理されるように、運転させる冷凍機が第１冷凍機５１’、第２冷凍機５２’、第３冷凍機５３’の順に決定されるものとする。
【００６２】
ここで、能力可変型の熱源機が運転されると、その能力に応じて消費電力が増減するが、能力一定型の熱源機が運転されると、その能力に拘わらず消費電力が同じになる。このため、能力一定型の熱源機の能力が最大限発揮できるように能力一定型の熱源機に流れる熱媒体の量を調整することで、無駄な電力消費を抑えることができる。
【００６３】
従来技術としての負荷分配システムでは、第１冷凍機５１’〜第３冷凍機５３'に流れる水量を調整することができないため、第１冷凍機５１’に加えて第２冷凍機５２’の運転が開始されると第１冷凍機５１’及び第２冷凍機５２’のそれぞれには等量の水が流れる。そうすると、図５に示すように、能力一定型の熱源機（第２冷凍機５２’）の能力を最大で５０％損失することになる。さらに、第１冷凍機５１’及び第２冷凍機５２’に加えて第３冷凍機５３’の運転が開始されると第１〜第３冷凍機５１’〜５３’のそれぞれには等量の水が流れる。そうすると、図５に示すように、能力一定型の熱源機（第２冷凍機５２’及び第３冷凍機５３'）の能力を最大で約６７％損失することになる。
【００６４】
本実施形態では、能力可変型の熱源機である第１冷凍機５１’に水を供給するポンプは、容量可変型のポンプである。そして、第１〜第３ポンプ６１〜６３のポンプ特性を基に、第１ポンプ６１の最小能力を決定することができる。このため、第１冷凍機５１に加えて第２冷凍機５２の運転を開始させる場合には、第１ポンプ６１の最小能力で流れる量の水を第１冷凍機５１へと流し、残りの水を第２冷凍機５２へと流すことができる。これにより、第１冷凍機５１に加えて第２冷凍機５２の運転を開始させる場合には、図５に示すように、能力一定型の熱源機（第２冷凍機５２）の能力の損失が最大で３３％となる。さらに、第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２に加えて第３冷凍機５３の運転を開始させる場合には、第１ポンプ６１の最小能力で流れる量の水を第１冷凍機５１へと流し、残りの水を第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３へと流すことができる。これにより、第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２に加えて第３冷凍機５３の運転を開始させる場合には、図５に示すように、能力一定型の熱源機（第２冷凍機５２及び第３冷凍機５３）の能力の損失が最大で４０％となる。このように、本実施形態では、ポンプ特性により第１冷凍機５１に流れてしまう水の量を最小限にとどめ、残りの水を第２冷凍機５２や第３冷凍機５３に流すことで第２冷凍機５２や第３冷凍機５３の能力を最大限発揮させることができるため、従来技術としての負荷分配システムと比較して、システム全体のエネルギーの損失（ロス）を抑えることができている。
【００６５】
（４−３）
本実施形態では、第２冷凍機５２の運転を開始させるときに第１冷凍機５１の運転を停止させないため、第１冷凍機５１においてサーモオフによる圧縮機の停止を防止することができる。これにより、二次側設備２０からの要求負荷量に対して素早く対応することができるとともに、圧縮機の発停回数の増加による機器寿命の短縮を防止することができる。
【００６６】
（５）変形例
（５−１）変形例Ａ
図６は、変形例Ａに係る負荷分配システムの備える一次側設備の概略構成図である。図７は、変形例Ａに係る負荷分配システム及び従来技術としての負荷分配システムそれぞれのエネルギー損失を説明するための図である。なお、図７では、従来技術としての負荷分配システムにおけるエネルギー損失範囲を、ハッチングによって模式的に示している。また、図７おいて、本変形例に関しては、ポンプの特性により、定速ポンプ（第２ポンプ６２及び第３ポンプ６３）と容量可変型のポンプ（第１ポンプ６１）との能力比が最大で２：１となるために、能力一定型の熱源機起動時における容量可変型のポンプの最小能力を５０％とした場合のエネルギー損失範囲について示している。
【００６７】
上記実施形態では、複数台の熱源機のうち能力可変型の熱源機（第１冷凍機５１）が１台だけ設けられている。これに代えて、能力可変型の熱源機が２台以上設けられていてもよい。
【００６８】
例えば、本変形例Ａに係る負荷分配システムでは、図６に示すように、第１冷凍機２５１及び第２冷凍機２５２が能力可変型の熱源機であって、第３冷凍機２５３が能力一定型の熱源機である。また、第１ポンプ２６１及び第２ポンプ２６２には容量可変型のポンプが、第３ポンプ２６３には定速ポンプが、それぞれ採用されている。そして、二次側設備からの要求負荷量が処理されるように、運転させる冷凍機として第１冷凍機２５１、第２冷凍機２５２、第３冷凍機２５３の順に決定される。なお、能力可変型の熱源機である第１冷凍機２５１及び第２冷凍機２５２の最小能力は、それぞれ１５％であるものとする。すなわち、本変形例では、第１冷凍機２５１及び第２冷凍機２５２の最小能力を合計した能力が、第３冷凍機２５３の定格能力以下となる。
【００６９】
一方、図７に示す従来技術としての負荷分配システムは、本変形例に係る負荷分配システムの備える熱媒体循環回路において、第１ポンプ及び第２ポンプとして定速ポンプが採用されていること以外は、本変形例と同様の構成であるものとする。そして、二次側設備からの要求負荷量が処理されるように、運転させる冷凍機として第１冷凍機、第２冷凍機、第３冷凍機の順に決定されるものとする。
【００７０】
従来技術としての負荷分配システムでは、最小能力１５％の能力可変型の熱源機として第１冷凍機及び第２冷凍機を備えているが、第１〜第３冷凍機に流れる水量を調整することができないため、第１冷凍機及び第２冷凍機に加えて第３冷凍機の運転が開始されると第１〜第３冷凍機のそれぞれには等量の水が流れる。そうすると、図７に示すように、第３冷凍機の能力を最大で約３３％損失することになる。
【００７１】
これに対して本変形例では、能力可変型の熱源機である第１冷凍機２５１及び第２冷凍機２５２に水を供給するポンプは、容量可変型のポンプである。そして、第１〜第３ポンプ２６１〜２６３のポンプ特性を基に、第１ポンプ２６１及び第２ポンプ２６２の最小能力を決定することができる。このため、第１冷凍機２５１及び第２冷凍機２５２に加えて第３冷凍機２５３の運転を開始させる場合には、第１ポンプ２６１及び第２ポンプ２６２の最小能力で流れる量の水を第１冷凍機２５１及び第２冷凍機２５２へと流し、残りの水を第３冷凍機２５３へと流すことができる。これにより、第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２に加えて第３冷凍機５３の運転を開始させる場合には、第３冷凍機２５３の能力を最大限発揮させることができるため、図７に示すように、第３冷凍機２５３の損失をなくすことができる。
【００７２】
このように、負荷分配システムの備える複数台の熱源機において、能力可変型の熱源機の最小能力を合計した能力が能力一定型の熱源機の定格能力以下の能力であることで、能力可変型の熱源機に加えて能力一定型の熱源機の運転を開始させるときに、能力可変型の熱源機に対する熱媒体の流量を調整することで、システム全体のエネルギーの損失を抑えることができる。
【００７３】
また、上記実施形態では、熱媒体を加熱又は冷却する熱源機として３台の冷凍機が設けられている例を示しているが、熱源機の台数はこれに限定されず、１又は複数台の能力可変型の熱源機と１又は複数台の能力一定型の熱源機とが並列に設けられていればよい。さらに、熱利用機器である空調機に関してもその台数は上記実施形態に限定されない。
【００７４】
（５−２）変形例Ｂ
図８は、変形例Ｂに係る負荷分配システムの備える一次側設備の概略構成図である。図９は、変形例Ｂに係る負荷分配システム及び従来技術としての負荷分配システムそれぞれのエネルギー損失を説明するための図である。なお、図９では、本変形例に係る負荷分配システム及び従来技術としての負荷分配システムにおけるエネルギー損失範囲を、ハッチングによって模式的に示している。また、能力可変型の熱源機である第１冷凍機５１の最小能力は、１５％であるものとする。従来技術としての負荷分配システムは、図４に示す一次側設備を備えるシステムと同様の構成であるものとする。
【００７５】
上記実施形態に加えて、能力可変型の熱源機を通過した後の熱媒体を、能力可変型の熱源機に熱媒体を供給するポンプの上流側へと戻すバイパス経路が設けられていてもよい。
【００７６】
例えば、図８に示すように、第１冷凍機５１の下流側（出口側）と第１ポンプ６１の上流側（入口側）とを結ぶバイパス経路としてのバイパス管１７４が、還ヘッダ１２の水を第１ポンプ６１及び第１冷凍機５１を介して往ヘッダ１１へと流す経路としての第１配管７４に接続されている場合について説明する。バイパス管１７４には、流量調整弁１７４ａが設けられている。流量調整弁１７４ａは、その開度を変更することで第１冷凍機５１を通過し第１ポンプ６１の上流側に戻す水の流量を調整することができる。このため、流量調整弁１７４ａを調整することで、熱媒体循環回路を循環する水の全体量のうち能力一定型の熱源機（第２冷凍機５２や第３冷凍機５３）へと流れる水量を増やすことができる。そして、第１冷凍機５１の能力を最小能力まで下げることができるため、図９に示すように、第１冷凍機５１に加えて第２冷凍機５２の運転を開始させる場合、及び第１冷凍機５１及び第２冷凍機５２に加えて第３冷凍機５３の運転を開始させる場合には、能力一定型の熱源機（第２冷凍機５２や第３冷凍機５３）の能力の損失が最大で１５％となる。
【００７７】
このように、本変形例では、能力可変型の熱源機を通過した後の熱媒体を能力可変型の熱源機に熱媒体を供給するポンプの上流側へと戻すバイパス経路が設けられていることで、能力可変型の熱源機の能力を最小能力に固定することができるため、能力一定型の熱源機の能力を最大限発揮させることができる。これにより、従来技術としての負荷分配システムと比較して、システム全体のエネルギーの損失（ロス）を抑えることができる。
【００７８】
また、能力可変型の熱源機を通過した後の熱媒体を能力可変型の熱源機に熱媒体を供給するポンプの上流側へと戻すバイパス経路が設けられているだけでなく、能力一定型の熱源機を通過した後の熱媒体を能力一定型の熱源機に熱媒体を供給するポンプの上流側へと戻すバイパス経路が設けられており、かつ、能力一定型の熱源機に熱媒体を供給するポンプとして容量可変型のポンプが採用されている一次側設備を備えるシステムにおいて、各熱源機に対して適切な負荷配分を行うために能力一定型の熱源機により熱交換された熱媒体を二次側設備へと送らずにバイパスさせる制御が行われる場合、能力一定型の熱源機に熱媒体を供給するポンプの動力が無駄になる。さらに、このような一次側設備の構成を、能力一定型の熱源機に熱媒体を供給するポンプとして定速ポンプが採用されている構成の一次側設備の更新時（冷凍機の置き換えや追加時）に採用しようとすると、能力一定型の熱源機に熱媒体を供給するポンプを定速ポンプから容量可変型のポンプへと変更しなければならず、コストアップとなる。
【００７９】
これに対して、能力一定型の熱源機に熱媒体を供給するポンプとして定速ポンプが採用されている構成の一次側設備の更新時（冷凍機の置き換えや追加時）に、本変形例に係るシステムの備える一次側設備の構成が採用されることで、能力一定型の熱源機に熱媒体を供給するポンプを変更する必要はなく、かつ能力一定型の熱源機により熱交換されたすべての熱媒体が二次側設備へと送られるため、更新時のコストアップを抑えることができるとともに、運転時のポンプ動力の無駄を抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、コスト増加を抑えかつ各熱源機に対して負荷の配分を適切に設定することのできるものであり、複数の熱源機として可変速圧縮機を有する熱源機及び定速圧縮機を有する熱源機又は吸収式熱源機を備えるシステムへの適用が有効である。
【符号の説明】
【００８１】
１１      往ヘッダ
１２      還ヘッダ
２０      二次側設備（利用側設備）
５１      第１冷凍機（第１熱源機）
５２      第２冷凍機（第２熱源機）
６１      第１ポンプ
６２      第２ポンプ
１８２      冷凍機台数決定部（制御部）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８２】
【特許文献１】特開２０１０−１２７５５９号公報