(57)【要約】      （修正有）【課題】圧縮機容量の制御を主体とした運転により省エネを図り、また、二次冷媒がバイパスしても負荷に供給する出口温度の上昇を抑える。【解決手段】容量制御可能な圧縮機と、該圧縮機から吐出される冷媒により二次冷媒を冷却または加熱する熱交換器２ａ〜２ｄとを有する冷凍装置１ａ〜１ｄを複数備え、前記熱交換器２ａ〜２ｄは二次冷媒の入口温度を検知する入口温度検知用サーミスタ３ａ〜３ｄと出口温度を検知する出口温度検知用サーミスタ４ａ〜４ｄとを有し、前記冷凍装置１ａ〜１ｄの前記熱交換器２ａ〜２ｄの二次冷媒流路を並列に接続し熱負荷に供給する冷凍システムにおいて、前記複数の冷凍装置１ａ〜１ｄの前記入口温度検知用サーミスタ３ａ〜３ｄが検知した入口温度に基づいて冷凍装置１ａ〜１ｄの運転台数を制御し、かつ前記複数の冷凍装置１ａ〜１ｄの前記出口温度検知用サーミスタ４ａ〜４ｄが検知した出口温度に基づいて圧縮機容量を制御する。【選択図】図１
2009192186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量制御可能な圧縮機と、該圧縮機から吐出される冷媒により二次冷媒を冷却または加熱する熱交換器とを有する冷凍装置を複数備え、前記熱交換器は二次冷媒の入口温度を検知する入口温度検知用サーミスタと出口温度を検知する出口温度検知用サーミスタとを有し、前記冷凍装置の前記熱交換器の二次冷媒流路を並列に接続し熱負荷に供給する冷凍システムにおいて、
前記複数の冷凍装置の前記入口温度検知用サーミスタが検知した入口温度に基づいて冷凍装置の運転台数を制御し、かつ前記複数の冷凍装置の前記出口温度検知用サーミスタが検知した出口温度に基づいて圧縮機容量を制御することを特徴とする冷凍システム。
【請求項２】
請求項１において、前記複数の冷凍装置の前記入口温度検知用サーミスタが検知した入口温度の中で冷却運転時は最も低い温度、加熱運転時は最も高い温度により冷凍装置の運転台数を制御することを特徴とする冷凍システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記熱交換器の二次冷媒の入口設定温度は、前記熱交換器の二次冷媒の出口設定温度と、最大圧縮機容量で運転した場合の出入口温度差に前記圧縮機の下限容量を乗じた値と、前記複数の冷凍装置の台数から一を減じた値に冷凍装置の台数を増減する予め定めた温度差を乗じた値との和で設定されることを特徴とする冷凍システム。
【請求項４】
請求項１又は２において、前記熱交換器の二次冷媒の入口温度と出口温度との差に基づいて前記冷凍装置の運転台数の制御を開始することを特徴とする冷凍システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
二次冷媒を冷却または加熱する冷凍システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、二次冷媒（例えば、空気や水）を冷却または加熱する冷凍システムとしては、特許文献１に記載されているように、冷凍装置の圧縮機容量を最大から最小へ低下させ、一つの冷凍装置がサーモ停止した後、次の冷凍装置の圧縮機容量を最大から最小へ低下させる動作を繰り返し行うことにより、細かいステップで冷凍システムの運転容量を変化させる容量制御が行われていた。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１８８９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の容量制御方式では、冷凍システムの運転容量を細かいステップで変化させることで、温度の調整精度を向上させることは可能であったが、圧縮機容量が７５％程度での成績係数がよい運転を有効に使用できなかった。また、二次冷媒流路を並列に接続しているため、サーモ停止した冷凍装置は、二次冷媒がバイパスすることで入口温度と出口温度は等しくなる。これにより、負荷に供給される出口温度が上昇するため、より温度精度の向上を図るには、冷凍装置ごとにポンプを設置し、サーモ停止と連動してポンプを停止させることが必要となる。
【０００５】
上記従来の課題を解決する為に、本発明は、圧縮機容量の制御を主体とした運転により省エネを図り、また、二次冷媒がバイパスしても負荷に供給する出口温度の上昇を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の冷凍システムは、容量制御可能な圧縮機と、該圧縮機から吐出される冷媒により二次冷媒を冷却または加熱する熱交換器とを有する冷凍装置を複数備え、前記熱交換器は二次冷媒の入口温度を検知する入口温度検知用サーミスタと出口温度を検知する出口温度検知用サーミスタとを有し、前記冷凍装置の前記熱交換器の二次冷媒流路を並列に接続し熱負荷に供給する冷凍システムにおいて、前記複数の冷凍装置の前記入口温度検知用サーミスタが検知した入口温度に基づいて冷凍装置の運転台数を制御し、かつ前記複数の冷凍装置の前記出口温度検知用サーミスタが検知した出口温度に基づいて圧縮機容量を制御することを特徴とする。
【０００７】
また、前記複数の冷凍装置の前記入口温度検知用サーミスタが検知した入口温度の中で冷却運転時は最も低い温度、加熱運転時は最も高い温度により冷凍装置の運転台数を制御することを特徴とする。
【０００８】
また、前記熱交換器の二次冷媒の入口設定温度は、前記熱交換器の二次冷媒の出口設定温度と、最大圧縮機容量で運転した場合の出入口温度差に前記圧縮機の下限容量を乗じた値と、前記複数の冷凍装置の台数から一を減じた値に冷凍装置の台数を増減する予め定めた温度差を乗じた値との和で設定されることを特徴とする。
【０００９】
また、前記熱交換器の二次冷媒の入口温度と出口温度との差に基づいて前記冷凍装置の運転台数の制御を開始することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、圧縮機容量の制御を主体とした運転により省エネを図ることができ、また、二次冷媒がバイパスしても負荷に供給する出口温度の上昇を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明の実施例について、図に基づいて説明する。図１は本発明の一実施例を示す冷凍システムの系統図である。
【００１２】
なお、本実施例では、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説明する。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１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが配置されている。冷凍装置１ａは、段階的な容量制御（例えば１００％，７５％，５０％，０％）あるいは連続的な容量制御（例えば１００％〜１０％，０％）を行うことができる冷媒の圧縮機と、該圧縮機から吐出される冷媒の蒸発熱により二次冷媒（例えば、水）を冷却する熱交換器２ａとを有する。また、負荷から熱交換器２ａに流入される入口部に、入口温度検知用サーミスタ３ａを、負荷へ流出する熱交換器２ａの出口部に出口温度検知用サーミスタ４ａが接続されている。冷凍装置１ｂ，１ｃ，１ｄについても同様である。各冷凍装置に設けられた熱交換器は、冷水流路がそれぞれ並列に接続され、冷水は、並列に接続された熱交換器２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと負荷を、冷水ポンプ５により循環する。
【００１３】
制御系統は、冷凍装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの運転台数を制御するコントローラ６が、信号線を介して冷凍装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに接続され、冷凍装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの圧縮機運転容量は、冷凍装置ごとに制御する。
【００１４】
このように構成された冷凍システムの基本動作は、冷水ポンプ５により循環され各冷凍装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにより二次冷媒の水が冷却される。冷却された水は、負荷により昇温され、再び各冷凍装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにより冷却される動作を繰り返す。
【００１５】
図２に本発明の制御フローチャートを示す。コントローラ６で制御対象台数（本実施例では４台）を設定し（ステップ１０１）、台数制御用の入口水温Ｔａ，ステップ温度差ａを設定する（ステップ１０２）。また、冷凍装置ごとに、容量制御用の出口水温Ｔｂ、ステップ温度差ｂを設定する（ステップ１０２）。
【００１６】
コントローラ６は、冷凍装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄで検知した入口水温：Ｔｉ１，Ｔｉ２，Ｔｉ３，Ｔｉ４の中で最も低い入口水温を選択し、台数制御用として使用する（ステップ１０３，１０４）。また、冷凍装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、自身の出口温度検知用サーミスタ４ａ〜４ｄで検知した出口水温Ｔｏ１，Ｔｏ２，Ｔｏ３，Ｔｏ４で、圧縮機容量制御を行う（ステップ１０３，１０４）。
【００１７】
コントローラ６は、入口水温設定Ｔａと最も低い入口水温（本事例ではＴｉ１と仮定）とを比較し（ステップ１０５）、Ｔａ＜Ｔｉ１の条件を満足すれば運転台数を４台とし（ステップ１０６）、満足しない場合Ｔａ−ａ≧Ｔｉ１の判定を実施する（ステップ１０７）。条件を満足しなければ運転台数を３台とし（ステップ１０８）、満足すればＴａ−２ａ≧Ｔｉ１の判定を実施する（ステップ１０９）。条件を満足しなければ運転台数を２台とし（ステップ１１０）、満足すればＴａ−３ａ≧Ｔｉ１の判定を実施する（ステップ１１１）。条件を満足しなければ運転台数を１台とし（ステップ１１２）、満足すれば運転台数を０台と台数制御を行う（ステップ１１３）。
【００１８】
次に、各冷凍装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの圧縮機容量は、段階的に１００％，７５％，５０％，０％と変化する場合、冷凍装置１ａでは、出口水温設定Ｔｂと出口水温Ｔｏ１とを比較し（ステップ１１４）、Ｔｂ＜Ｔｏ１の条件を満足すれば圧縮機運転容量を１００％とし（ステップ１１５）、満足しない場合Ｔｂ−ｂ≧Ｔｏ１の判定を実施する（ステップ１１６）。条件を満足しなければ圧縮機運転容量を７５％とし（ステップ１１７）、満足すればＴｂ−２ｂ≧Ｔｏ１の判定を実施する（ステップ１１８）。条件を満足しなければ圧縮機運転容量を５０％とし（ステップ１１９）、満足すれば圧縮機運転容量を０％と容量制御を行う（ステップ１２０）。
【００１９】
図３に圧縮機運転容量と成績係数変化率を示す。図より成績係数は、圧縮機運転容量が７５％程度の時、最も優れていることがわかる。
【００２０】
図４に、従来の冷凍システムの容量変化を示す。従来の冷凍システムでは、１台の冷凍装置の運転容量が１００％→７５％→５０％→０％と変化し、サーモ停止したら次の冷凍装置を１００％→７５％→５０％→０％と変化させる方式としていた。冷凍システム全体の運転容量を７５％とし、従来と本発明の成績係数を比較した時、従来の冷凍システムでは、冷凍装置３台が圧縮機運転容量１００％で運転し、１台が停止している。一方、本実施例では、冷凍装置４台が圧縮機運転容量７５％で運転となる。成績係数は圧縮機容量が１００％運転より７５％運転の方が優れていることから、従来の冷凍システムに比べ本発明では、省エネを図ることが可能となる。
【００２１】
入口設定温度と出口設定温度の関係については、連続的に圧縮機容量を変化させることが可能な（例えば１００％〜１０％，０％）圧縮機を搭載した場合、使用用途に応じた最適な制御が本実施例の下記の数１により可能となる。なお、下記の数１において、入口設定温度はＴａ、出口設定温度はＴｂ、圧縮機容量１００％時の出入口温度差はΔＴ、運転可能とする圧縮機の下限容量はＡ、冷凍装置の制御対象台数はＢ、冷凍装置の運転台数を増減するステップ温度差はａとする。
【００２２】
（数１）  Ｔａ＝Ｔｂ＋ΔＴ×Ａ／１００＋（Ｂ−１）×ａ
ここで、最大圧縮機容量である１００％運転時の冷水出入口温度差ΔＴをコントローラ６により認識（ΔＴ＝５℃と仮定）する。省エネ運転を行う場合は、図３の圧縮機運転容量と成績係数変化率より、１００％容量の成績係数以下の５０％容量運転を行わないように、運転可能とする圧縮機の下限容量Ａを５０％に設定する。冷水出口温度設定Ｔｂを７℃、冷凍装置の制御台数Ｂを４台、冷凍装置の運転台数を制御するステップ温度差ａを０.５℃に設定した場合、省エネ運転に最適な入口水温設定Ｔａは、Ｔａ＝７℃＋５℃×５０／１００＋（４−１）×０.５＝１１℃に設定すればよい。
【００２３】
水温の精度を優先させるには、圧縮機の最小容量まで運転を行い、圧縮機容量が広い変化幅で運転を行うことで、負荷変動幅が広い場合でも常に安定した出口水温の供給が可能となる。また圧縮機の最小容量まで運転する効果として、最小容量で運転している状態では、入口水温と出口水温の温度差が少ないため、台数制御で停止した冷凍装置をバイパスする入口水温は出口水温に近い温度になっており、台数制御で冷凍装置を停止させた時の水温変動を抑えることが可能である。例えば、冷凍装置４台により台数制御を行い、圧縮機容量１００％運転時の冷水出入口温度差が５℃、出口水温を７℃と仮定した場合において、運転可能とする圧縮機の下限容量を５０％とした時、冷凍装置は入口水温は９.５℃，出口水温は７℃で運転する。この時、台数制御で停止した冷凍装置は、入口水温と出口水温が等しくなるため、９.５℃の冷水が負荷へ供給されることになる。
【００２４】
一方、運転可能とする圧縮機の下限容量を１０％とした場合、冷凍装置の入口水温は７.５℃、出口水温は７℃で運転する。この時、台数制御で停止した冷凍装置は、入口水温と出口水温が等しくなるが、出口水温の７℃に近い７.５℃の冷水が負荷へ供給されるため、圧縮機の下限容量を小さくする程、出口水温の変動を抑えることが可能になる。
【００２５】
水温の精度を優先させるには、運転可能とする圧縮機の下限容量Ａを１０％に設定する。一例として、冷水出口温度設定Ｔｂを７℃、冷凍装置の制御台数Ｂを４台、冷凍装置の運転台数を制御するステップ温度差ａを０.５℃に設定した場合、省エネ運転に最適な入口水温設定Ｔａは、Ｔａ＝７℃＋５℃×１０／１００＋（４−１）×０.５＝９℃に設定すればよい。
【００２６】
以上のように、入口温度で運転台数を制御し、出口温度で冷凍装置ごとに圧縮機運転容量を制御することにより、圧縮機容量が７５％程度で成績係数の良い運転を長く行う設定が可能となる。また入口温度と出口温度は、圧縮機容量の下限まで運転を行い、その後、冷凍装置の台数制御を行う設定とする。これにより、停止した冷凍装置の二次冷媒がバイパスし、入口温度と出口温度とが等しくなっても、下限の圧縮機容量で運転しているため、入口温度と出口温度の温度差は小さく、負荷に供給される出口温度の上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施例を示す冷凍システムの系統図である。
【図２】本発明の一実施例の制御フローチャートである。
【図３】本発明の一実施例の圧縮機運転容量と成績係数変化率である。
【図４】従来の冷凍システムの容量変化である。
【符号の説明】
【００２８】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ  冷凍装置
２ａ〜２ｄ  熱交換器
３ａ〜３ｄ  入口温度検知用サーミスタ
４ａ〜４ｄ  出口温度検知用サーミスタ
５  冷水ポンプ
６  コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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