(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷水の流量を調節可能とした冷凍機又は冷温水機において、冷水循環ポンプが１台運転されるか又は複数台並列運転される設備で、冷凍機又は冷温水機の冷水の出口における冷水の温度をほぼ一定とするように冷凍機又は冷温水機の容量（出力）を調節するとともに、中負荷又は高負荷時には冷凍機又は冷温水機の冷水の入口における冷水の温度をほぼ一定とするように、冷水の流量を調節し、低負荷時には定格冷水流量以下で冷水の流量を一定流量に調節するよう、調節方法を切り替え、冷水サプライヘッダ圧力と冷水リターンヘッダ圧力の差圧に基づいて、冷水の流量調節を解除し、空調機へ流れる冷水流量を確保することを特徴とする冷凍機又は冷温水機の制御方法。
【請求項２】
前記冷水サプライヘッダ圧力と冷水リターンヘッダ圧力の差圧は、差圧検出器により検出することを特徴とする請求項１に記載の冷凍機又は冷温水機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍機又は冷温水機の冷水循環ポンプを可変速制御することで省エネルギーを図る制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から多く採用されている定流量設備の場合、冷凍機又は冷温水機の容量（出力）が１００％時の冷水入口温度を１２．０℃、冷水出口温度を７．０℃（温度差５．０℃）と定義すると、仮に８０％まで冷凍負荷が低下した場合、冷水入口温度を１１．０℃、冷水出口温度を７．０℃（温度差４．０℃）といった運転になるよう容量（出力）を絞る。容量（出力）減少に比例して、冷水入口温度と、冷水出口温度の温度差が小さくなる。この場合、冷水入口、出口温度の温度差が小さくなった分、冷凍機の加熱源消費量は減少するが、冷水循環ポンプ動力は１００％運転時と同様である。ポンプ動力軽減のために、空調設備において冷水循環ポンプを、冷凍機冷水循環ポンプと空調機冷水循環ポンプとを分割してそれぞれ設けるのではなく、１台（又は並列運転）で設備を構成する場合の可変速制御方法は、いくつか提案されているが、いずれも一長一短があり、現実に実施されている例は非常に少ない。以下に、その中から３つの例を説明する。
【０００３】
１）冷水ヘッダ間の差圧を検知して可変速制御する方法
この方法を図３に基づいて説明する。
図３は吸収冷凍機における蒸発器、再生器、冷水管、冷水のサプライヘッダ等のみを示したものである。図３において、符号１は蒸発器、２は再生器、３は再生器への加熱源供給パイプ、４は加熱源流量制御弁、５は加熱源流量制御機構、６は冷水パイプ、７は冷水出口温度検出器、８はサプライヘッダ、９はリターンヘッダ、１０は冷水循環用可変速制御ポンプ、１１はポンプ可変速制御機構、１２は差圧検出器、１３は空調機（空気熱交換機）、１４は空調機冷水流量制御弁（２方弁）を示す。
【０００４】
図３に示す従来例において、冷凍機の冷水出口温度を冷水出口温度検出器７により検出し、その信号を加熱源流量制御機構５に伝達し、この信号に応じて加熱源流量制御弁４を開閉することで再生器２への加熱源の供給を制御し、冷凍機全体の容量制御を行う。
前記の動作で冷凍負荷が少なくなると冷凍機は容量を絞ることとなるが、同時に空調機側では、空調機冷水流量制御弁（２方弁）１４により冷水流量が絞られる。その際、サプライヘッダ８とリターンヘッダ９間の差圧が必要以上に上昇する。この差圧が適正な一定値を常時保つように差圧検出器１２で検出し、ポンプ可変速制御機構１１に伝達し、冷水循環用可変速制御ポンプ１０の回転数を制御し省エネルギーを図るようにしている。
上述の方式によるときは、以下に列挙するような欠点がある。
▲１▼  差圧検出器が高価である。
▲２▼  差圧の変動が非常に早いため、即ち差圧が頻繁に変動するために制御がしにくい。
▲３▼  冷水流量を調節したとき、この調節を行わない場合に比較して冷水出口温度の変動がより大きくなり、冷凍機の容量制御にも大きな影響を与え全体として不安定となり易い。
▲４▼  ▲３▼の結果として、冷水出口温度の低下しすぎが起こり易く、冷水凍結の恐れがある。
▲５▼  冷房負荷が極度に減少した場合、空調機冷水流量制御弁（２方弁）１４にて冷水が極度に絞られ、その結果、冷水減断水にて冷凍機が異常停止することがある。
【０００５】
２）冷水出入口温度差を検知して制御する方法
この方法を図４に基づいて説明する。
図４において、符号１〜１１，１３，１４は図３と同様である。符号１５は冷水出入口温度差検出器を示す。図４に示す方式は、図３において、サプライヘッダ８とリターンヘッダ９間の差圧が適正な一定値を常時保つように制御する代わりに、冷水出口温度と入口温度の差を冷水出入口温度差検出器１５により検出し、この信号をポンプ可変速制御機構１１に伝達し、温度差を一定に保つよう、冷水循環用可変速制御ポンプ１０の回転数を制御して冷水流量を可変速させるものである。
この方法は、冷凍機容量制御と冷水流量制御に共に冷水出口温度を利用しているため、以下に列挙するような欠点がある。
▲１▼  冷凍機容量制御と冷水流量制御とが影響をし合って全体の動作が不安定になり易い。
▲２▼  冷水出口温度という一つの要因に対して二つの制御をかけることは、基本的に制御が収束しない。
▲３▼  ▲２▼の結果として、冷水出口温度の低下が発生し凍結の恐れがある。
【０００６】
３）冷凍機容量制御装置の状態に基づいて冷水流量を可変速する方法
この方式は、例えば吸収冷凍機における加熱源流量調節弁の開度に比例的に冷水流量を制御する方法である。加熱源流量調節弁は通常冷水出口温度を検知して制御されているが、冷水出口温度が低下すると加熱源流量調節弁を絞ると同時に冷水流量を絞ることとなる。冷水入口温度は急には変わらないので、冷水温度は更に低下し凍結の恐れがある。この状態ではスムーズな比例制御が行われずむしろＯＮ−ＯＦＦ制御のような動作となる。スムーズな比例制御を行うために、比例帯を広げて対応するが、この場合、冷水出口温度の制御性が従来より劣ることとなる。
前記方法では、冷凍機の冷水出口温度に基づいて制御する場合について述べたが、冷水入口温度を検出して加熱源流量調節弁を調整する方法もあるが、冷水出口温度の保証がないために凍結の恐れがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来例の制御方法の欠点を解決し、冷水循環ポンプの可変速制御がスムーズ（円滑）に行える冷凍機又は冷温水機の制御方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明は、冷水の流量を調節可能とした冷凍機又は冷温水機において、冷水循環ポンプが１台運転されるか又は複数台並列運転される設備で、冷凍機又は冷温水機の冷水の出口における冷水の温度をほぼ一定とするように冷凍機又は冷温水機の容量（出力）を調節するとともに、中負荷又は高負荷時には冷凍機又は冷温水機の冷水の入口における冷水の温度をほぼ一定とするように、冷水の流量を調節し、低負荷時には定格冷水流量以下で冷水の流量を一定流量に調節するよう、調節方法を切り替え、冷水サプライヘッダ圧力と冷水リターンヘッダ圧力の差圧に基づいて、冷水の流量調節を解除し、空調機へ流れる冷水流量を確保することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明においては、中負荷時又は高負荷（中・高負荷）時（６０〜１００％）は冷凍機又は冷温水機の冷水入口温度が一定になるよう冷水循環ポンプを可変速し、冷水循環ポンプの省エネルギーを図る。
低負荷時（６０％以下）は定格流量以下（６０％程度）で冷水の流量が一定になるようヘッダ間バイパス弁を制御する。このように、本発明は、可変速による流量調節と低流量一定の切替えを特徴とする制御方式である。
冷凍機容量制御は従来通り冷水出口温度を検知して制御する。従って、既存の設備を可変速制御に改造する場合、冷凍機本体は無改造で対応可能である。
【００１０】
本発明においては、冷凍機又は冷温水機の冷水入口温度で冷水循環ポンプの可変速を行い、冷水出口温度で冷凍機又は冷温水機の容量制御を行うが、冷水循環ポンプの可変速制御感度を冷凍機（冷温水機）容量制御感度の１／２〜１／３とすることで安定化を図る。なお、冷水入口温度に対応する値には、例えば、冷水出口温度があり、即ち、冷水出口温度で冷水循環ポンプの可変速を行うこともできる。
極度の低負荷時は空調機冷水流量制御弁（２方弁）が極度に絞られるが、低負荷時は冷水ヘッダバイパス弁制御のため、冷水の流量が確保され、冷水減断水による冷凍機異常停止や凍結の恐れがない。
冷水ヘッダ間の差圧を検知し、最小差圧より低下した場合は、冷水循環ポンプの可変速を停止して空調機の流量不足を防止する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る冷凍機又は冷温水機の制御方法の実施の形態を図１に基づいて詳しく説明する。
図１において、符号１は蒸発器、２は再生器、３は再生器への加熱源供給パイプ、４は加熱源流量制御弁、５は加熱源流量制御機構、６は冷水パイプ、７は冷水出口温度検出器、８はサプライヘッダ、９はリターンヘッダ、１０は冷水循環用可変速制御ポンプ、１３は空調機（空気熱交換機）、１４は空調機冷水流量制御弁（２方弁）を示す。また符号７′は冷水入口温度検出器、１６はポンプ可変速制御機構、１７は冷水ヘッダパイパス弁、１８は冷水ヘッダバイパス弁制御機構、１９は冷水流量検出器、２０は冷水ヘッダ間差圧検出器を示す。
【００１２】
上述の構成において、以下の制御方法が採用される。
１）中・高負荷領域（６０〜１００％）
冷凍機１００％運転時の冷水入口温度を１２．０℃、冷水出口温度を７．０℃の場合と定義する。冷水流量が定流量の場合は冷凍負荷減少で冷水入口温度が低下する。冷凍機８０％運転時は、冷水入口温度が１１．０℃、冷水出口温度が７．０℃となる。
このように、冷凍負荷減少に伴い、冷水入口温度は１２．０℃より低下するが、冷水入口温度検出器７′により温度を検出し、ポンプ可変速制御機構１６に伝達し、冷水循環用可変速制御ポンプ１０を可変速して、冷水入口温度を１２．０℃一定とする。
このように、冷凍負荷の変動に比例して冷水流量を可変速することで冷水循環ポンプ動力の低減が可能となる。即ち、冷凍負荷６０〜１００％の領域では常に冷水入口温度が１２．０℃、冷水出口温度が７．０℃となるように制御するものである。
【００１３】
２）低負荷領域（６０％以下）
冷水循環ポンプ動力は冷水流量の３乗に比例する。冷水６０％流量では、冷水循環ポンプ動力は、
０．６３×１００％＝２１．６％
まで低減され、それ以下は、相対的に省エネルギー効果は少ないし、冷水流量が過少になり過ぎると凍結の恐れがある。そのような理由から低負荷領域（６０％以下）の場合は、極限の省エネルギー効果を追求するものではなく、安定性を重視した低流量（６０％）一定制御とするものである。
この場合、冷水流量検出器１９により、冷水流量を検知し、冷水ヘッダバイパス弁制御機構１８に伝達し、冷水ヘッダバイパス弁１７を制御して流量一定制御を行う。
【００１４】
３）中・高負荷−低負荷切替方法
中・高負荷時は、空調機冷水流量制御弁（２方弁）１４の開度が高開度側で制御される。制御で絞られた分だけ空調機（空気熱交換機）１３との熱交換が少なくなり、その分、冷水入口温度が下がるので可変速制御を行う。この状態で冷凍負荷が少なくなると、空調機冷水流量制御弁（２方弁）１４の開度が低開度となる。冷水循環用可変速制御ポンプ１０の最低回転数は６５％流量に設定するが、空調機冷水流量制御弁（２方弁）１４が低開度となった場合、冷水が絞られて６０％流量以下となってしまう。この場合、冷水流量検出器１９にて冷水流量を検知して冷水ヘッダバイパス弁制御機構１８に伝達し、ポンプ可変速制御機構１６に接点信号を送り、冷水循環用可変速制御ポンプ１０を最低回転数に固定すると共に冷水ヘッダバイパス弁１７を制御して、冷水流量検出器１９を流れる冷水流量が６０％となるように制御する。再び負荷が増え冷水ヘッダバイパス弁１７が全閉となって、冷水流量検出器１９を流れる冷水流量が６０％を越えたときは元の制御に戻る。
【００１５】
４）空調機への流量保証
図１に示す設備において、空調機の台数が数十台を越えるような場合、空調機合計の負荷は少ないが、稀に特定の空調機に集中的に負荷がかかる場合がある。
このような状況では冷水の流量減少に伴って、ヘッダ間差圧が過少となり空調機に必要な冷水流量が確保されないことが考えられる。これを防止するため、サプライヘッダ８とリターンヘッダ９の差圧を冷水ヘッダ間差圧検出器２０にて検出し、設定以下の差圧となった場合、冷水循環用可変速制御ポンプ１０の可変速をその回転数で固定し、空調機の必要流量を確保する。
【００１６】
図２は従来の制御方法による冷凍負荷に対する冷水流量と電力の関係および本発明の制御方法による冷凍負荷に対する冷水流量と電力の関係を示す図である。即ち、図２（ａ）および図２（ｂ）は従来の制御方法による冷凍負荷に対する冷水流量と電力の関係を示し、図２（ｃ）および図２（ｄ）は本発明の制御方法による冷凍負荷に対する冷水流量と電力の関係を示している。
図２（ａ）〜（ｄ）において、横軸は冷凍負荷（％）を示し、縦軸は流量（％）（図２（ａ）および図２（ｃ））又は電力（％）（図２（ｂ）および図２（ｄ））を示している。
図２（ｃ）に示す本発明の制御方法のように、低負荷領域（６０％以下）で定格流量以下（６０％程度）で流量一定制御を行い、中・高負荷領域（６０〜１００％）で冷水循環用可変速制御ポンプ１０を可変速制御することにより、図２（ａ）に示す従来の制御方法に比べ、図２（ｂ）に示す電力と図２（ｄ）に示す電力から明らかなように、飛躍的に省エネルギーを達成できる。図２（ｄ）において、斜線で示す範囲が省エネルギー量に相当する。
【００１７】
上述の説明においては、冷水を例として説明したが、冷温水機等で温水を製造する場合も同様の制御で可変速制御が可能である。また説明の中では、温度、負荷、および冷水流量等について具体的な数値を入れて説明したが、現場によって値は異なる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、冷凍機又は冷温水機の冷水循環ポンプの可変速制御がスムーズ（円滑）に行えるため、飛躍的に省エネルギーを達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷凍機又は冷温水機の制御方法の実施の形態を示す図である。
【図２】図２は従来の制御方法による冷凍負荷に対する冷水流量と電力の関係および本発明の制御方法による冷凍負荷に対する冷水流量と電力の関係を示す図である。
【図３】従来の冷水ヘッダ間の差圧を検知して可変速制御する方法を示す図である。
【図４】従来の冷水出入口温度差を検知して制御する方法を示す図である。
【符号の説明】
１    蒸発器
２    再生器
３    再生器への加熱源供給パイプ
４    加熱源流量制御弁
５    加熱源流量制御機構
６    冷水パイプ
７    冷水出口温度検出器
７′    冷水入口温度検出器
８    サプライヘッダ
９    リターンヘッダ
１０    冷水循環用可変速制御ポンプ
１１    ポンプ可変速制御機構
１２    差圧検出器
１３    空調機（空気熱交換機）
１４    空調機冷水流量制御弁（２方弁）
１５    冷水出入口温度差検出器
１６    ポンプ可変速制御機構
１７    冷水ヘッダパイパス弁
１８    冷水ヘッダバイパス弁制御機構
１９    冷水流量検出器
２０    冷水ヘッダ間差圧検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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