冷凍システム
【課題】バイパス配管を流れる流量を低減できるようにして省エネ化を図ることができる冷凍システムを得る。
【解決手段】冷凍システムは、冷凍装置１ａ〜１ｄからの２次冷媒が流入すると共に負荷２０の上流側に設けられた上流側ヘッダ７、負荷の下流側に設けられた下流側ヘッダ８、該下流側ヘッダの２次冷媒を各冷凍装置に供給する１次側ポンプ５ａ〜５ｄ、上流側ヘッダの２次冷媒を負荷に供給する２次側ポンプ６ａ〜６ｄ、上流側ヘッダと下流側ヘッダを接続するバイパス配管１１を備えている。また、負荷上流側温度検出手段１０で検出された温度が、冷凍装置の出口側温度検出手段４ａ〜４ｄで検出された温度よりも高い場合、１次側Ａを流れる２次冷媒流量が増大するように制御され、入口側温度検出手段３ａ〜３ｄで検出された温度が所定温度よりも低い場合、１次側を流れる２次冷媒流量が減少するように制御される。
【解決手段】冷凍システムは、冷凍装置１ａ〜１ｄからの２次冷媒が流入すると共に負荷２０の上流側に設けられた上流側ヘッダ７、負荷の下流側に設けられた下流側ヘッダ８、該下流側ヘッダの２次冷媒を各冷凍装置に供給する１次側ポンプ５ａ〜５ｄ、上流側ヘッダの２次冷媒を負荷に供給する２次側ポンプ６ａ〜６ｄ、上流側ヘッダと下流側ヘッダを接続するバイパス配管１１を備えている。また、負荷上流側温度検出手段１０で検出された温度が、冷凍装置の出口側温度検出手段４ａ〜４ｄで検出された温度よりも高い場合、１次側Ａを流れる２次冷媒流量が増大するように制御され、入口側温度検出手段３ａ〜３ｄで検出された温度が所定温度よりも低い場合、１次側を流れる２次冷媒流量が減少するように制御される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１次側に並列に複数台設けられた冷凍装置により２次冷媒を冷却または加熱して２次側に設けられた負荷に供給する冷凍システムに関し、特に２次側の流量が負荷の増減に応じて可変する２次側変流量システムに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
１次側に並列に複数台設けられた冷凍装置により２次冷媒（例えば、水、ブライン或いは空気など）を冷却または加熱して２次側に設けられた負荷に供給する冷凍システム、特に２次側の流量が負荷の増減に応じて可変する２次側変流量システムとしては特許文献１に記載されたものがある。
【０００３】
上記特許文献１に記載の冷凍システムでは、１次側に並列に複数台設けられた冷凍装置からの２次冷媒が流入すると共に負荷の上流側に設けられた上流側ヘッダ、前記負荷の下流側に設けられ負荷からの前記２次冷媒を前記複数台の冷凍装置に分配するための下流側ヘッダと、この下流側ヘッダの前記２次冷媒を前記各冷凍装置に個々に供給するための１次側ポンプと、前記上流側ヘッダの前記２次冷媒を前記負荷に供給するための２次側ポンプと、前記上流側ヘッダと下流側ヘッダを接続するバイパス配管とを備えている。また、負荷側の２次冷媒の出入口温度差、負荷機器への流量、及び負荷熱量に基づいて冷凍装置の運転台数を決定することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２９４２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のものは、前記２次側ポンプは負荷を流れる２次冷媒の出入口温度差に応じて増減されるため、負荷増加時には２次側ポンプの流量が増加して必要な熱量を確保しようとする。このため、前記バイパス配管を流れる流量が増加するが、負荷からの戻り温度は直ちには上昇しないため、冷凍装置入口側水温の上昇は遅れる。従って、１次側の２次冷媒流量及び冷凍装置の容量はなかなか増加しない。このため、前記バイパス配管を流れる流量が多くなり、その分２次側ポンプの仕事量が増大し、システム全体の効率低下を引起すという課題があった。また負荷の減少時には２次側ポンプの流量が低下するため冷凍装置からの余った流量は前記バイパス配管を流れて再び１次側ポンプで圧送されるため、１次側ポンプは余分な動力を消費し、やはりシステム全体の効率低下を引起す。
【０００６】
本発明の目的は、バイパス配管を流れる流量を低減できるようにして省エネ化を図ることができる冷凍システムを得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、１次側に並列に複数台設けられた冷凍装置からの２次冷媒が流入すると共に負荷の上流側に設けられた上流側ヘッダと、前記負荷の下流側に設けられ負荷からの前記２次冷媒を前記複数台の冷凍装置に分配するための下流側ヘッダと、この下流側ヘッダの前記２次冷媒を前記各冷凍装置に個々に供給するための１次側ポンプと、前記上流側ヘッダの前記２次冷媒を前記負荷に供給するための２次側ポンプと、前記上流側ヘッダと下流側ヘッダを接続するバイパス配管とを備えた冷凍システムにおいて、前記各冷凍装置を流れる前記２次冷媒の流量を検出するための流量検出手段と、前記各冷凍装置に流入する前記２次冷媒の温度を検出するための入口側温度検出手段と、前記各冷凍装置から流出した前記２次冷媒の温度を検出するための出口側温度検出手段と、前記上流側ヘッダと前記負荷との間の前記２次冷媒の温度を検出する負荷上流側温度検出手段と、前記負荷上流側温度検出手段で検出された温度が、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記出口側温度検出手段で検出された温度よりも高い場合、前記１次側を流れる前記２次冷媒全体の流量が増大するように制御し、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記入口側温度検出手段で検出された温度が所定温度よりも低い場合、前記１次側を流れる前記２次冷媒の流量全体の流量が減少するように制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の他の特徴は、１次側に並列に複数台設けられた冷凍装置からの２次冷媒が流入すると共に負荷の上流側に設けられた上流側ヘッダと、前記負荷の下流側に設けられ負荷からの２次冷媒を前記複数台の冷凍装置に分配するための下流側ヘッダと、この下流側ヘッダの２次冷媒を前記各冷凍装置に個々に供給するための１次側ポンプと、前記上流側ヘッダの２次冷媒を前記負荷に供給するための２次側ポンプと、前記上流側ヘッダと下流側ヘッダを接続するバイパス配管とを備えた冷凍システムにおいて、前記各冷凍装置を流れる２次冷媒の流量を検出するための流量検出手段と、前記各冷凍装置に流入する２次冷媒の温度を検出するための入口側温度検出手段と、前記各冷凍装置から流出した２次冷媒の温度を検出するための出口側温度検出手段と、前記上流側ヘッダと前記負荷との間の２次冷媒の温度を検出する負荷上流側温度検出手段と、前記負荷上流側温度検出手段で検出された温度と、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記出口側温度検出手段で検出された温度を比較すると共に、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記入口側温度検出手段で検出された温度と予め決められている所定温度または負荷出口側温度とを比較して、前記バイパス配管を流れる２次冷媒の流量が減少するように１次側を流れる前記２次冷媒の流量を制御する制御手段とを備えていることにある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、バイパス配管を流れる流量を低減できるので、冷凍システムの省エネ化を図ることができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の冷凍システムの実施例１を示す系統図。
【図２】本発明の実施例１における制御フローを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず、本発明の実施形態の基本的な構成を説明する。
本実施形態では、１次側に並列に複数台設けられた冷凍装置からの２次冷媒が流入すると共に負荷の上流側に設けられた上流側ヘッダと、前記負荷の下流側に設けられ負荷からの前記２次冷媒を前記複数台の冷凍装置に分配するための下流側ヘッダと、この下流側ヘッダの前記２次冷媒を前記各冷凍装置に個々に供給するための１次側ポンプと、前記上流側ヘッダの前記２次冷媒を前記負荷に供給するための２次側ポンプと、前記上流側ヘッダと下流側ヘッダを接続するバイパス配管とを備えた２次側変流量システムの構成とされている。
【００１２】
前記冷凍装置は、連続的に運転容量の変化が可能な圧縮機を備え、前記圧縮機から吐出される冷媒（１次冷媒）により２次冷媒（水など）を冷却または加熱する熱交換器を有している。前記熱交換器の入口側には２次冷媒の入口温度を検知する入口側温度検出手段（入口温度検知用サーミスタ）が設けられ、また出口側には出口温度を検知する出口側温度検出手段（出口温度検知用サーミスタ）が設けられている。また、各冷凍装置に前記２次冷媒を供給するための１次側ポンプが各冷凍装置毎に備えられており、この１次側ポンプは連続的に流量の変化が可能な構成となっている。
【００１３】
前記上流側ヘッダでは、前記複数台の冷凍装置から流入する２次冷媒と前記バイパス配管から流入する２次冷媒が合流し、その後前記２次側ポンプを介して前記負荷に供給されるが、この上流側ヘッダには合流後の２次冷媒の温度を検知するための負荷上流側温度検出手段（合流後温度検知用サーミスタ）が設けられている。更に、前記複数台の冷凍装置のそれぞれを流れる２次冷媒の流量（一次側流量）を検出する流量検出手段も有している。
【００１４】
前記冷凍装置の圧縮機は、前記熱交換器の出口温度が一定となるように容量制御が行なわれる。また、前記負荷上流側温度検出手段で検出された温度と、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記出口側温度検出手段で検出された温度を比較すると共に、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記入口側温度検出手段で検出された温度と予め決められている所定温度とを比較して、前記バイパス配管を流れる２次冷媒の流量が減少するように１次側を流れる前記２次冷媒の流量を制御する制御手段（コントローラ）を備えている。
【００１５】
例えば、負荷を冷却する運転の場合、前記制御手段は、前記負荷上流側温度検出手段で検出された温度が、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記出口側温度検出手段で検出された温度よりも高い場合、前記１次側を流れる前記２次冷媒全体の流量が増大するように制御し、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記入口側温度検出手段で検出された温度が所定温度よりも低い場合、前記１次側を流れる前記２次冷媒全体の流量が減少するように制御する。
【００１６】
また、前記負荷を加熱する運転の場合、前記制御手段は、前記負荷を冷却する場合とは逆の動作となる。即ち、前記負荷上流側温度検出手段で検出された温度が、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記出口側温度検出手段で検出された温度よりも低い場合には前記バイパス管を通じて下流側ヘッダから上流側ヘッダへの流れが生じているから、前記１次側を流れる前記２次冷媒全体の流量が増大するように制御し、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記入口側温度検出手段で検出された温度が所定温度よりも高い場合には前記バイパス管を通じて上流側ヘッダから下流側ヘッダへの流れが生じているから、前記１次側を流れる前記２次冷媒全体の流量が減少するように制御する。
【００１７】
以上のように制御することにより、前記バイパス配管を流れる２次冷媒流量を低減することができるから、前記１次側ポンプや２次側ポンプの動力を低減することができ。冷凍システムの省エネ化を図ることができる。
以下、本発明の具体的実施例を、図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明の実施例１を示す冷凍システムの系統図である。この実施例では、前記２次冷媒が水であり、この水を冷凍装置で冷却して負荷に供給する水冷却設備としての冷凍システムとして説明する。
【００１９】
図１において、Ａは１次側、Ｂは２次側である。１次側Ａには複数台（この例では４台）の冷凍装置１ａ〜１ｄが並列に設けられ、それぞれの冷凍装置には連続的に回転数を制御して２次冷媒を圧送する１次側ポンプ５ａ〜５ｄも設けられ、この１次側ポンプ５ａ〜５ｄの回転数を変化させることで前記各冷凍装置１ａ〜１ｄを流れる２次冷媒の流量を制御する。
【００２０】
前記２次側Ｂには前記２次冷媒で冷却される負荷２０と、該負荷２０の上流側に設けられた上流側ヘッダ７及び前記負荷２０の下流側に設けられた下流側ヘッダ８が設けられ、上流側ヘッダ７からの２次冷媒は複数台の２次側ポンプ６ａ〜６ｄにより圧送され、中間ヘッダ９を介して前記負荷２０に供給されて負荷２０を冷却する。負荷２０を冷却後の２次冷媒は前記下流側ヘッダ８に送られる。２次側Ｂを流れる２次冷媒の流量は、前記複数台の２次側ポンプ６ａ〜６ｄの台数制御か、或いは少なくとも１台の２次側ポンプを回転数制御することにより制御される。１３は負荷２０への２次冷媒の入口温度を検出する負荷入口温度検出器（サーミスタ）、１４は負荷２０から出た２次冷媒の出口温度を検出する負荷出口温度検出器（サーミスタ）であり、これら温度検出器１３，１４で検出された２次冷媒の温度差に応じて前記２次側ポンプ６ａ〜６ｄが制御され、前記温度差が設定値（所定の温度差）より大きければ負荷２０に供給される２次冷媒の流量を増加させ、前記温度差が設定値より小さければ負荷２０に供給される２次冷媒の流量を減少させるようにして、前記温度差が設定値に近づくように制御される。
【００２１】
なお、１５は流量制御弁、１６は中間ヘッダ９の圧力が上昇した際に圧力を下流側ヘッダ７に逃すための逃し弁である。この２次側Ｂの２次側ポンプ６ａ〜６ｄや流量制御弁１５などの制御は２次側に設けられた２次側コントローラ（図示せず）により制御される。
【００２２】
前記下流側ヘッダ８の２次冷媒は前記１次側ポンプ５ａ〜５ｄを介して冷凍装置１ａ〜１ｄに圧送される。前記各冷凍装置１ａ〜１ｄには、１次冷媒を圧縮するための圧縮機（図示せず）が備えられ、この圧縮機は連続的に運転容量を制御可能な構成となっている。また、１次冷媒と前記２次冷媒を熱交換させるための熱交換器２ａ〜２ｄ、前記熱交換器への２次冷媒の入口側温度を検出する入口側温度検出手段（入口温度検知用サーミスタ）３ａ〜３ｄ、前記熱交換器の出口側温度を検出する出口側温度検出手段（出口温度検知用サーミスタ）４ａ〜４ｄが備えられている。冷凍装置１ａ〜１ｄは前記出口側温度検出手段４ａ〜４ｄで検出された温度が所定の一定温度になるように前記圧縮機の容量（例えば回転数）が制御される。前記各冷凍装置１ａ〜１ｄに流れる２次冷媒の流量を検出するために、本実施例では、前記１次側ポンプ５ａ〜５ｄの回転数に基づいて流量を算出する流量検出手段を備えている。なお、この流量検出手段としては各冷凍装置に流出入する配管を流れる２次冷媒の量を直接流量計で測定するように構成しても良い。
【００２３】
１１は前記上流側ヘッダ７と下流側ヘッダ８とを接続するバイパス配管で、前記２次側Ｂを流れる２次冷媒の流量が１次側Ａを流れる２次冷媒の流量よりも多いときには、前記バイパス配管１１を介して、２次冷媒の一部が下流側ヘッダ８から上流側ヘッダ７側へ流れ、逆に１次側Ａを流れる２次冷媒の流量が前記２次側Ｂを流れる２次冷媒の流量よりも多いときには、上流側ヘッダ７の２次冷媒の一部がバイパス配管１１を介して下流側ヘッダ８に流れる。１０は前記上流側ヘッダ７における２次冷媒の温度を検出する負荷上流側温度検出手段（合流部温度検知用サーミスタ）で、この負荷上流側温度検出手段１０では、各冷凍装置１ａ〜１ｄから流入する２次冷媒と前記バイパス配管１１を介して流入する２次冷媒が合流して混合された温度を検出するものである。この負荷上流側温度検出手段１０で検出される値は、前記負荷入口温度検出器１３で検出される温度と略同一となるから、負荷入口温度検出器１３で代用することも可能である。前記負荷上流側温度検出手段１０で検出される温度は、バイパス配管１１から上流側ヘッダ８に流入する２次冷媒がない場合、前記複数台の冷凍装置１ａ〜１ｄのうちの動作中の冷凍装置における前記出口側温度検出手段４ａ〜４ｄで検出された温度の平均値と同じになる。即ち、本実施例では、動作中の冷凍装置の１次側ポンプ５ａ〜５ｄの流量は同じになるように制御されるので、動作中の冷凍装置の前記出口側温度検出手段４ａ〜４ｄで検出された温度の平均値は、動作中の前記冷凍装置から流出した２次冷媒を混合した温度と等しくなる。
【００２４】
バイパス配管１１から上流側ヘッダ７に流入する２次冷媒がある場合には、前記負荷上流側温度検出手段１０で検出される温度は、前記複数台の冷凍装置１ａ〜１ｄのうちの動作中の冷凍装置における前記出口側温度検出手段４ａ〜４ｄで検出された温度の平均値よりも高くなる。その理由は、冷凍装置で冷却されずに、下流側ヘッダ８からバイパス配管１１を介して温度の高い２次冷媒が、上流側ヘッダ７で混合されるためである。
【００２５】
一方、前記上流側ヘッダ７から下流側ヘッダ８へバイパス配管１１を介して流入する２次冷媒がない場合、冷凍装置１ａ〜１ｄの入口側温度検出手段３ａ〜３ｄで検出された温度は前記負荷出口温度検出器１４で検出された温度と略等しくなる。負荷出口側の温度は所定温度（設定温度）になるように制御されるから、入口側温度検出手段３ａ〜３ｄで検出された温度は前記所定温度（設定温度）とも略等しくなる。
【００２６】
バイパス配管１１から下流側ヘッダ８に流入する２次冷媒がある場合には、前記入口側温度検出手段３ａ〜３ｄで検出された温度は前記負荷出口温度検出器１４で検出された温度或いは前記所定温度（設定温度）よりも低くなる。その理由は、冷凍装置で冷却された温度の低い２次冷媒の一部が、上流側ヘッダ７からバイパス配管１１を介して下流側ヘッダ８に流入し、負荷２０により昇温されている２次冷媒と混合されるためである。
【００２７】
従って、前記負荷上流側温度検出手段１０で検出された温度と、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記出口側温度検出手段４ａ〜４ｄで検出された温度を比較すると共に、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記入口側温度検出手段３ａ〜３ｄで検出された温度と予め決められている所定温度（或いは前記負荷出口温度検出器１４で検出された温度）とを比較すれば、前記バイパス配管１１を２次冷媒が流れているかどうか、またどちらの方向に流れているかを知ることができる。本実施例では、バイパス配管１１を流れる２次冷媒の流量が減少または無くするように１次側を流れる前記２次冷媒の流量を制御するコントローラ１２（制御手段）を備えている。
【００２８】
次に、上記コントローラ１２による制御の例を図２に示すフローチャートで説明する。 図１に示すコントローラ１２は、負荷上流側温度検出手段１０、冷凍装置１ａ〜１ｄの出口側温度検出手段４ａ〜４ｄ、入口側温度検出手段３ａ〜３ｄ、流量検出手段からの検出値に基づいて、１次側Ａに設けられた冷凍装置１ａ〜１ｄ及び１次側ポンプ５ａ〜５ｄを制御するものである。なお、２次側Ｂに設けられている２次側ポンプ６ａ〜６ｄや流量制御弁１５などは、前述したように、２次側コントローラ（図示せず）で制御される。
【００２９】
図２において、ステップ１０１では、最初に起動される冷凍装置が設定され、また冷凍装置への入口温度Ｔａ及び出口温度Ｔｂが設定され、更に１次側ポンプ５ａ〜５ｄの最大流量Ｕｍａｘと最小流量Ｕｍｉｎも設定される。
【００３０】
次に、ステップ１０２では、コントローラ１２は、冷凍装置１ａ〜１ｄの入口側温度検出手段３ａ〜３ｄから各冷凍装置への入口水温Ｔｉ１〜Ｔｉ４を検知する。また、出口側温度検出手段４ａ〜４ｄから各冷凍装置からの出口水温Ｔｏ１〜Ｔｏ４を検知する。更に、負荷上流側温度検出手段１０から上流側ヘッダ内の２次冷媒水温（合流部水温）Ｔｊを検知する。また、１次側ポンプ５ａ〜５ｄの回転数から各冷凍装置１ａ〜１ｄを流れている２次冷媒の流量Ｕを算出して検知する。
【００３１】
ステップ１０３では、コントローラ１２は、動作中の冷凍装置における出口水温Ｔｏ１〜Ｔｏ４の平均温度Ｔｏを算出し、この平均温度Ｔｏと上流側ヘッダ内の２次冷媒水温Ｔｊとを比較する。「Ｔｊ＞Ｔｏ」の条件を満足すれば、ステップ１０４に移り、現在の１次側を流れている２次冷媒の前記流量Ｕと、動作中の１次側ポンプ５ａ〜５ｄの最大流量Ｕｍａｘとを比較する。
【００３２】
「Ｕ＝Ｕｍａｘ」の条件を満足すれば、駆動する冷凍装置の運転台数を増段することで１次側を流れる２次冷媒全体の流量を増加させる(ステップ１０５)。「Ｕ＝Ｕｍａｘ」の条件を満足していない場合は、動作中の１次側ポンプ５ａ〜５ｄの流量を増量させるように制御する(ステップ１０６)。
【００３３】
前記ステップ１０３で、「Ｔｊ＞Ｔｏ」の条件を満足しない場合、ステップ１０７に移り、ステップ１０１で設定されている入口温度（設定温度）Ｔａと、動作中の冷凍装置への前記入口水温Ｔｉ（Ｔｉ１〜Ｔｉ４の平均値でも良いし、Ｔｉ１〜Ｔｉ４の何れかの入口水温でも良い）とを比較し、「Ｔａ＞Ｔｉ」の条件を満足すれば、動作中の冷凍装置を流れている２次冷媒の流量Ｕと、動作中の１次側ポンプ５ａ〜５ｄの最小流量Ｕｍｉｎとを比較する(ステップ１０８)。「Ｕ＝Ｕｍｉｎ」の条件を満足すれば、運転台数を減段することで１次側全体を流れる２次冷媒の流量を減少させる(ステップ１０９)。「Ｕ＝Ｕｍｉｎ」の条件を満足しない場合、動作中の１次側ポンプ５ａ〜５ｄの流量を減少させるように制御する(ステップ１１０)。
【００３４】
なお、前記ステップ１０７において、「Ｔａ＞Ｔｉ」の条件を満足しない場合は、前記バイパス配管１１を２次冷媒が流れていないか微小量であるから、１次側ポンプ５ａ〜５ｄの流量はそのまま維持する(ステップ１１１)。
【００３５】
次に、ステップ１１２に移り、効果待ち時間を経過した後に、再び前記ステップ１０２に移り、前回と同様に、入口水温Ｔｉ１〜Ｔｉ４、出口水温Ｔｏ１〜Ｔｏ４、上流側ヘッダ内の２次冷媒水温Ｔｊ、各冷凍装置１ａ〜１ｄを流れている２次冷媒の流量Ｕを検知し、以下、上記と同様の動作を繰り返す。
【００３６】
なお、図１では、上記コントローラ（制御手段）１２が冷凍装置１ａ〜１ｄの外部に設置されている例で説明したが、冷凍装置１ａ〜１ｄにはそれぞれの冷凍装置を制御するための制御基板が備えられているので、冷凍装置１ａ〜１ｄのうちの何れかの冷凍装置の制御基板に対し、図１に示すコントローラ１２と同様の制御機能を組み込むようにすれば、図１に示す外付けのコントローラ１２は不要となり、冷凍装置に備えられている制御基板に前記制御手段としての機能を組み込ませることができるから安価に製造できる。
【００３７】
本実施例によれば、負荷上流側温度検出手段１０、冷凍装置１ａ〜１ｄの出口側温度検出手段４ａ〜４ｄ、入口側温度検出手段３ａ〜３ｄ、及び流量検出手段からの検出値に基づいて、１次側Ａに設けられた冷凍装置１ａ〜１ｄ及び１次側ポンプ５ａ〜５ｄを図２に示したような制御フローで制御するので、２次側Ｂ（負荷側）での２次冷媒の流量の変動に対して、すばやく１次側Ａにおける２次冷媒の流量も調節することが可能となるから、バイパス配管１１を流れる２次冷媒の流量を短時間で無くすることができる。従って、１次側ポンプ５ａ〜５ｄや２次側ポンプ６ａ〜６ｄが余分な動力を消費しないので、省エネ化を図れる冷凍システムを実現できる。
【００３８】
なお、冷凍装置における圧縮機の容量制御は、段階的に容量制御するものでも良いが、圧縮機を段階的に容量制御するものである場合、冷凍装置では、出口温度を一定に保つ必要があるため、１次側ポンプの流量も一定幅でしか制御できない。このため、１次側ポンプと２次側ポンプの流量を等しくすることが困難で、バイパス配管１１を流れる流量を無くすることはできず、ポンプが余分な動力を消費して搬送動力に無駄が発生する。
【００３９】
上記実施例では、圧縮機は連続的に容量制御されるものであるため、１次側ポンプと２次側ポンプの流量を等しくすることができる。このため、圧縮機を段階的に容量制御する場合に比べて、２次側ポンプの搬送動力の無駄をより低減できる。
【００４０】
また、上記実施例を用いることにより、冷凍システムの１次側Ａの機器を制御するコントローラ（制御手段）１２は、２次側Ｂの機器を制御する２次側コントローラとは独立した制御とすることができるので、冷凍システムの冷凍装置１ａ〜１ｄだけを新しい冷凍装置と交換する場合でも、交換前の冷凍装置と同一のものである必要はなく、適宜好みの冷凍装置に交換することができ、省エネ性の高い最適な冷凍装置を選択できるという効果もある。
【００４１】
なお、上述した実施例では、１次側ポンプ５ａ〜５ｄの流量は、それぞれ等しく増減されるように制御される例で説明したが、１次側ポンプ５ａ〜５ｄの流量が各々異なって増減する場合であっても、各冷凍装置を流れる流量とその出口側温度を考慮すれば、複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における出口側温度の平均値（複数台の冷凍装置から出た２次冷媒を混合した温度）を求めることは可能である。従って、１次側ポンプ５ａ〜５ｄの流量が異なる冷凍システムにも本発明は適用できる。
【００４２】
また、上記実施例では、２次冷媒が水で、この水を冷凍装置で冷却して負荷に供給する冷凍システムとして説明したが、２次冷媒は水の他に、ブラインや空気なども使用可能である。
【００４３】
更に、本発明は負荷を冷却する場合だけでなく、負荷を加熱する冷凍システムとしても、前述した通り、同様に適用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１ａ〜１ｄ…冷凍装置
２ａ〜２ｄ…熱交換器
３ａ〜３ｄ…入口側温度検出手段（入口温度検知用サーミスタ）
４ａ〜４ｄ…出口側温度検出手段（出口温度検知用サーミスタ）
５ａ〜５ｄ…１次側ポンプ
６ａ〜６ｄ…２次側ポンプ
７…上流側ヘッダ、８…下流側ヘッダ、９…中間ヘッダ
１０…負荷上流側温度検出手段（合流部温度検知用サーミスタ）
１１…バイパス管
１２…コントローラ（制御手段）
１３…負荷入口温度検出器
１４…負荷出口温度検出器
１５…流量制御弁
１６…逃し弁
２０…負荷。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１次側に並列に複数台設けられた冷凍装置により２次冷媒を冷却または加熱して２次側に設けられた負荷に供給する冷凍システムに関し、特に２次側の流量が負荷の増減に応じて可変する２次側変流量システムに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
１次側に並列に複数台設けられた冷凍装置により２次冷媒（例えば、水、ブライン或いは空気など）を冷却または加熱して２次側に設けられた負荷に供給する冷凍システム、特に２次側の流量が負荷の増減に応じて可変する２次側変流量システムとしては特許文献１に記載されたものがある。
【０００３】
上記特許文献１に記載の冷凍システムでは、１次側に並列に複数台設けられた冷凍装置からの２次冷媒が流入すると共に負荷の上流側に設けられた上流側ヘッダ、前記負荷の下流側に設けられ負荷からの前記２次冷媒を前記複数台の冷凍装置に分配するための下流側ヘッダと、この下流側ヘッダの前記２次冷媒を前記各冷凍装置に個々に供給するための１次側ポンプと、前記上流側ヘッダの前記２次冷媒を前記負荷に供給するための２次側ポンプと、前記上流側ヘッダと下流側ヘッダを接続するバイパス配管とを備えている。また、負荷側の２次冷媒の出入口温度差、負荷機器への流量、及び負荷熱量に基づいて冷凍装置の運転台数を決定することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２９４２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のものは、前記２次側ポンプは負荷を流れる２次冷媒の出入口温度差に応じて増減されるため、負荷増加時には２次側ポンプの流量が増加して必要な熱量を確保しようとする。このため、前記バイパス配管を流れる流量が増加するが、負荷からの戻り温度は直ちには上昇しないため、冷凍装置入口側水温の上昇は遅れる。従って、１次側の２次冷媒流量及び冷凍装置の容量はなかなか増加しない。このため、前記バイパス配管を流れる流量が多くなり、その分２次側ポンプの仕事量が増大し、システム全体の効率低下を引起すという課題があった。また負荷の減少時には２次側ポンプの流量が低下するため冷凍装置からの余った流量は前記バイパス配管を流れて再び１次側ポンプで圧送されるため、１次側ポンプは余分な動力を消費し、やはりシステム全体の効率低下を引起す。
【０００６】
本発明の目的は、バイパス配管を流れる流量を低減できるようにして省エネ化を図ることができる冷凍システムを得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、１次側に並列に複数台設けられた冷凍装置からの２次冷媒が流入すると共に負荷の上流側に設けられた上流側ヘッダと、前記負荷の下流側に設けられ負荷からの前記２次冷媒を前記複数台の冷凍装置に分配するための下流側ヘッダと、この下流側ヘッダの前記２次冷媒を前記各冷凍装置に個々に供給するための１次側ポンプと、前記上流側ヘッダの前記２次冷媒を前記負荷に供給するための２次側ポンプと、前記上流側ヘッダと下流側ヘッダを接続するバイパス配管とを備えた冷凍システムにおいて、前記各冷凍装置を流れる前記２次冷媒の流量を検出するための流量検出手段と、前記各冷凍装置に流入する前記２次冷媒の温度を検出するための入口側温度検出手段と、前記各冷凍装置から流出した前記２次冷媒の温度を検出するための出口側温度検出手段と、前記上流側ヘッダと前記負荷との間の前記２次冷媒の温度を検出する負荷上流側温度検出手段と、前記負荷上流側温度検出手段で検出された温度が、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記出口側温度検出手段で検出された温度よりも高い場合、前記１次側を流れる前記２次冷媒全体の流量が増大するように制御し、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記入口側温度検出手段で検出された温度が所定温度よりも低い場合、前記１次側を流れる前記２次冷媒の流量全体の流量が減少するように制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の他の特徴は、１次側に並列に複数台設けられた冷凍装置からの２次冷媒が流入すると共に負荷の上流側に設けられた上流側ヘッダと、前記負荷の下流側に設けられ負荷からの２次冷媒を前記複数台の冷凍装置に分配するための下流側ヘッダと、この下流側ヘッダの２次冷媒を前記各冷凍装置に個々に供給するための１次側ポンプと、前記上流側ヘッダの２次冷媒を前記負荷に供給するための２次側ポンプと、前記上流側ヘッダと下流側ヘッダを接続するバイパス配管とを備えた冷凍システムにおいて、前記各冷凍装置を流れる２次冷媒の流量を検出するための流量検出手段と、前記各冷凍装置に流入する２次冷媒の温度を検出するための入口側温度検出手段と、前記各冷凍装置から流出した２次冷媒の温度を検出するための出口側温度検出手段と、前記上流側ヘッダと前記負荷との間の２次冷媒の温度を検出する負荷上流側温度検出手段と、前記負荷上流側温度検出手段で検出された温度と、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記出口側温度検出手段で検出された温度を比較すると共に、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記入口側温度検出手段で検出された温度と予め決められている所定温度または負荷出口側温度とを比較して、前記バイパス配管を流れる２次冷媒の流量が減少するように１次側を流れる前記２次冷媒の流量を制御する制御手段とを備えていることにある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、バイパス配管を流れる流量を低減できるので、冷凍システムの省エネ化を図ることができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の冷凍システムの実施例１を示す系統図。
【図２】本発明の実施例１における制御フローを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず、本発明の実施形態の基本的な構成を説明する。
本実施形態では、１次側に並列に複数台設けられた冷凍装置からの２次冷媒が流入すると共に負荷の上流側に設けられた上流側ヘッダと、前記負荷の下流側に設けられ負荷からの前記２次冷媒を前記複数台の冷凍装置に分配するための下流側ヘッダと、この下流側ヘッダの前記２次冷媒を前記各冷凍装置に個々に供給するための１次側ポンプと、前記上流側ヘッダの前記２次冷媒を前記負荷に供給するための２次側ポンプと、前記上流側ヘッダと下流側ヘッダを接続するバイパス配管とを備えた２次側変流量システムの構成とされている。
【００１２】
前記冷凍装置は、連続的に運転容量の変化が可能な圧縮機を備え、前記圧縮機から吐出される冷媒（１次冷媒）により２次冷媒（水など）を冷却または加熱する熱交換器を有している。前記熱交換器の入口側には２次冷媒の入口温度を検知する入口側温度検出手段（入口温度検知用サーミスタ）が設けられ、また出口側には出口温度を検知する出口側温度検出手段（出口温度検知用サーミスタ）が設けられている。また、各冷凍装置に前記２次冷媒を供給するための１次側ポンプが各冷凍装置毎に備えられており、この１次側ポンプは連続的に流量の変化が可能な構成となっている。
【００１３】
前記上流側ヘッダでは、前記複数台の冷凍装置から流入する２次冷媒と前記バイパス配管から流入する２次冷媒が合流し、その後前記２次側ポンプを介して前記負荷に供給されるが、この上流側ヘッダには合流後の２次冷媒の温度を検知するための負荷上流側温度検出手段（合流後温度検知用サーミスタ）が設けられている。更に、前記複数台の冷凍装置のそれぞれを流れる２次冷媒の流量（一次側流量）を検出する流量検出手段も有している。
【００１４】
前記冷凍装置の圧縮機は、前記熱交換器の出口温度が一定となるように容量制御が行なわれる。また、前記負荷上流側温度検出手段で検出された温度と、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記出口側温度検出手段で検出された温度を比較すると共に、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記入口側温度検出手段で検出された温度と予め決められている所定温度とを比較して、前記バイパス配管を流れる２次冷媒の流量が減少するように１次側を流れる前記２次冷媒の流量を制御する制御手段（コントローラ）を備えている。
【００１５】
例えば、負荷を冷却する運転の場合、前記制御手段は、前記負荷上流側温度検出手段で検出された温度が、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記出口側温度検出手段で検出された温度よりも高い場合、前記１次側を流れる前記２次冷媒全体の流量が増大するように制御し、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記入口側温度検出手段で検出された温度が所定温度よりも低い場合、前記１次側を流れる前記２次冷媒全体の流量が減少するように制御する。
【００１６】
また、前記負荷を加熱する運転の場合、前記制御手段は、前記負荷を冷却する場合とは逆の動作となる。即ち、前記負荷上流側温度検出手段で検出された温度が、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記出口側温度検出手段で検出された温度よりも低い場合には前記バイパス管を通じて下流側ヘッダから上流側ヘッダへの流れが生じているから、前記１次側を流れる前記２次冷媒全体の流量が増大するように制御し、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記入口側温度検出手段で検出された温度が所定温度よりも高い場合には前記バイパス管を通じて上流側ヘッダから下流側ヘッダへの流れが生じているから、前記１次側を流れる前記２次冷媒全体の流量が減少するように制御する。
【００１７】
以上のように制御することにより、前記バイパス配管を流れる２次冷媒流量を低減することができるから、前記１次側ポンプや２次側ポンプの動力を低減することができ。冷凍システムの省エネ化を図ることができる。
以下、本発明の具体的実施例を、図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明の実施例１を示す冷凍システムの系統図である。この実施例では、前記２次冷媒が水であり、この水を冷凍装置で冷却して負荷に供給する水冷却設備としての冷凍システムとして説明する。
【００１９】
図１において、Ａは１次側、Ｂは２次側である。１次側Ａには複数台（この例では４台）の冷凍装置１ａ〜１ｄが並列に設けられ、それぞれの冷凍装置には連続的に回転数を制御して２次冷媒を圧送する１次側ポンプ５ａ〜５ｄも設けられ、この１次側ポンプ５ａ〜５ｄの回転数を変化させることで前記各冷凍装置１ａ〜１ｄを流れる２次冷媒の流量を制御する。
【００２０】
前記２次側Ｂには前記２次冷媒で冷却される負荷２０と、該負荷２０の上流側に設けられた上流側ヘッダ７及び前記負荷２０の下流側に設けられた下流側ヘッダ８が設けられ、上流側ヘッダ７からの２次冷媒は複数台の２次側ポンプ６ａ〜６ｄにより圧送され、中間ヘッダ９を介して前記負荷２０に供給されて負荷２０を冷却する。負荷２０を冷却後の２次冷媒は前記下流側ヘッダ８に送られる。２次側Ｂを流れる２次冷媒の流量は、前記複数台の２次側ポンプ６ａ〜６ｄの台数制御か、或いは少なくとも１台の２次側ポンプを回転数制御することにより制御される。１３は負荷２０への２次冷媒の入口温度を検出する負荷入口温度検出器（サーミスタ）、１４は負荷２０から出た２次冷媒の出口温度を検出する負荷出口温度検出器（サーミスタ）であり、これら温度検出器１３，１４で検出された２次冷媒の温度差に応じて前記２次側ポンプ６ａ〜６ｄが制御され、前記温度差が設定値（所定の温度差）より大きければ負荷２０に供給される２次冷媒の流量を増加させ、前記温度差が設定値より小さければ負荷２０に供給される２次冷媒の流量を減少させるようにして、前記温度差が設定値に近づくように制御される。
【００２１】
なお、１５は流量制御弁、１６は中間ヘッダ９の圧力が上昇した際に圧力を下流側ヘッダ７に逃すための逃し弁である。この２次側Ｂの２次側ポンプ６ａ〜６ｄや流量制御弁１５などの制御は２次側に設けられた２次側コントローラ（図示せず）により制御される。
【００２２】
前記下流側ヘッダ８の２次冷媒は前記１次側ポンプ５ａ〜５ｄを介して冷凍装置１ａ〜１ｄに圧送される。前記各冷凍装置１ａ〜１ｄには、１次冷媒を圧縮するための圧縮機（図示せず）が備えられ、この圧縮機は連続的に運転容量を制御可能な構成となっている。また、１次冷媒と前記２次冷媒を熱交換させるための熱交換器２ａ〜２ｄ、前記熱交換器への２次冷媒の入口側温度を検出する入口側温度検出手段（入口温度検知用サーミスタ）３ａ〜３ｄ、前記熱交換器の出口側温度を検出する出口側温度検出手段（出口温度検知用サーミスタ）４ａ〜４ｄが備えられている。冷凍装置１ａ〜１ｄは前記出口側温度検出手段４ａ〜４ｄで検出された温度が所定の一定温度になるように前記圧縮機の容量（例えば回転数）が制御される。前記各冷凍装置１ａ〜１ｄに流れる２次冷媒の流量を検出するために、本実施例では、前記１次側ポンプ５ａ〜５ｄの回転数に基づいて流量を算出する流量検出手段を備えている。なお、この流量検出手段としては各冷凍装置に流出入する配管を流れる２次冷媒の量を直接流量計で測定するように構成しても良い。
【００２３】
１１は前記上流側ヘッダ７と下流側ヘッダ８とを接続するバイパス配管で、前記２次側Ｂを流れる２次冷媒の流量が１次側Ａを流れる２次冷媒の流量よりも多いときには、前記バイパス配管１１を介して、２次冷媒の一部が下流側ヘッダ８から上流側ヘッダ７側へ流れ、逆に１次側Ａを流れる２次冷媒の流量が前記２次側Ｂを流れる２次冷媒の流量よりも多いときには、上流側ヘッダ７の２次冷媒の一部がバイパス配管１１を介して下流側ヘッダ８に流れる。１０は前記上流側ヘッダ７における２次冷媒の温度を検出する負荷上流側温度検出手段（合流部温度検知用サーミスタ）で、この負荷上流側温度検出手段１０では、各冷凍装置１ａ〜１ｄから流入する２次冷媒と前記バイパス配管１１を介して流入する２次冷媒が合流して混合された温度を検出するものである。この負荷上流側温度検出手段１０で検出される値は、前記負荷入口温度検出器１３で検出される温度と略同一となるから、負荷入口温度検出器１３で代用することも可能である。前記負荷上流側温度検出手段１０で検出される温度は、バイパス配管１１から上流側ヘッダ８に流入する２次冷媒がない場合、前記複数台の冷凍装置１ａ〜１ｄのうちの動作中の冷凍装置における前記出口側温度検出手段４ａ〜４ｄで検出された温度の平均値と同じになる。即ち、本実施例では、動作中の冷凍装置の１次側ポンプ５ａ〜５ｄの流量は同じになるように制御されるので、動作中の冷凍装置の前記出口側温度検出手段４ａ〜４ｄで検出された温度の平均値は、動作中の前記冷凍装置から流出した２次冷媒を混合した温度と等しくなる。
【００２４】
バイパス配管１１から上流側ヘッダ７に流入する２次冷媒がある場合には、前記負荷上流側温度検出手段１０で検出される温度は、前記複数台の冷凍装置１ａ〜１ｄのうちの動作中の冷凍装置における前記出口側温度検出手段４ａ〜４ｄで検出された温度の平均値よりも高くなる。その理由は、冷凍装置で冷却されずに、下流側ヘッダ８からバイパス配管１１を介して温度の高い２次冷媒が、上流側ヘッダ７で混合されるためである。
【００２５】
一方、前記上流側ヘッダ７から下流側ヘッダ８へバイパス配管１１を介して流入する２次冷媒がない場合、冷凍装置１ａ〜１ｄの入口側温度検出手段３ａ〜３ｄで検出された温度は前記負荷出口温度検出器１４で検出された温度と略等しくなる。負荷出口側の温度は所定温度（設定温度）になるように制御されるから、入口側温度検出手段３ａ〜３ｄで検出された温度は前記所定温度（設定温度）とも略等しくなる。
【００２６】
バイパス配管１１から下流側ヘッダ８に流入する２次冷媒がある場合には、前記入口側温度検出手段３ａ〜３ｄで検出された温度は前記負荷出口温度検出器１４で検出された温度或いは前記所定温度（設定温度）よりも低くなる。その理由は、冷凍装置で冷却された温度の低い２次冷媒の一部が、上流側ヘッダ７からバイパス配管１１を介して下流側ヘッダ８に流入し、負荷２０により昇温されている２次冷媒と混合されるためである。
【００２７】
従って、前記負荷上流側温度検出手段１０で検出された温度と、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記出口側温度検出手段４ａ〜４ｄで検出された温度を比較すると共に、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記入口側温度検出手段３ａ〜３ｄで検出された温度と予め決められている所定温度（或いは前記負荷出口温度検出器１４で検出された温度）とを比較すれば、前記バイパス配管１１を２次冷媒が流れているかどうか、またどちらの方向に流れているかを知ることができる。本実施例では、バイパス配管１１を流れる２次冷媒の流量が減少または無くするように１次側を流れる前記２次冷媒の流量を制御するコントローラ１２（制御手段）を備えている。
【００２８】
次に、上記コントローラ１２による制御の例を図２に示すフローチャートで説明する。 図１に示すコントローラ１２は、負荷上流側温度検出手段１０、冷凍装置１ａ〜１ｄの出口側温度検出手段４ａ〜４ｄ、入口側温度検出手段３ａ〜３ｄ、流量検出手段からの検出値に基づいて、１次側Ａに設けられた冷凍装置１ａ〜１ｄ及び１次側ポンプ５ａ〜５ｄを制御するものである。なお、２次側Ｂに設けられている２次側ポンプ６ａ〜６ｄや流量制御弁１５などは、前述したように、２次側コントローラ（図示せず）で制御される。
【００２９】
図２において、ステップ１０１では、最初に起動される冷凍装置が設定され、また冷凍装置への入口温度Ｔａ及び出口温度Ｔｂが設定され、更に１次側ポンプ５ａ〜５ｄの最大流量Ｕｍａｘと最小流量Ｕｍｉｎも設定される。
【００３０】
次に、ステップ１０２では、コントローラ１２は、冷凍装置１ａ〜１ｄの入口側温度検出手段３ａ〜３ｄから各冷凍装置への入口水温Ｔｉ１〜Ｔｉ４を検知する。また、出口側温度検出手段４ａ〜４ｄから各冷凍装置からの出口水温Ｔｏ１〜Ｔｏ４を検知する。更に、負荷上流側温度検出手段１０から上流側ヘッダ内の２次冷媒水温（合流部水温）Ｔｊを検知する。また、１次側ポンプ５ａ〜５ｄの回転数から各冷凍装置１ａ〜１ｄを流れている２次冷媒の流量Ｕを算出して検知する。
【００３１】
ステップ１０３では、コントローラ１２は、動作中の冷凍装置における出口水温Ｔｏ１〜Ｔｏ４の平均温度Ｔｏを算出し、この平均温度Ｔｏと上流側ヘッダ内の２次冷媒水温Ｔｊとを比較する。「Ｔｊ＞Ｔｏ」の条件を満足すれば、ステップ１０４に移り、現在の１次側を流れている２次冷媒の前記流量Ｕと、動作中の１次側ポンプ５ａ〜５ｄの最大流量Ｕｍａｘとを比較する。
【００３２】
「Ｕ＝Ｕｍａｘ」の条件を満足すれば、駆動する冷凍装置の運転台数を増段することで１次側を流れる２次冷媒全体の流量を増加させる(ステップ１０５)。「Ｕ＝Ｕｍａｘ」の条件を満足していない場合は、動作中の１次側ポンプ５ａ〜５ｄの流量を増量させるように制御する(ステップ１０６)。
【００３３】
前記ステップ１０３で、「Ｔｊ＞Ｔｏ」の条件を満足しない場合、ステップ１０７に移り、ステップ１０１で設定されている入口温度（設定温度）Ｔａと、動作中の冷凍装置への前記入口水温Ｔｉ（Ｔｉ１〜Ｔｉ４の平均値でも良いし、Ｔｉ１〜Ｔｉ４の何れかの入口水温でも良い）とを比較し、「Ｔａ＞Ｔｉ」の条件を満足すれば、動作中の冷凍装置を流れている２次冷媒の流量Ｕと、動作中の１次側ポンプ５ａ〜５ｄの最小流量Ｕｍｉｎとを比較する(ステップ１０８)。「Ｕ＝Ｕｍｉｎ」の条件を満足すれば、運転台数を減段することで１次側全体を流れる２次冷媒の流量を減少させる(ステップ１０９)。「Ｕ＝Ｕｍｉｎ」の条件を満足しない場合、動作中の１次側ポンプ５ａ〜５ｄの流量を減少させるように制御する(ステップ１１０)。
【００３４】
なお、前記ステップ１０７において、「Ｔａ＞Ｔｉ」の条件を満足しない場合は、前記バイパス配管１１を２次冷媒が流れていないか微小量であるから、１次側ポンプ５ａ〜５ｄの流量はそのまま維持する(ステップ１１１)。
【００３５】
次に、ステップ１１２に移り、効果待ち時間を経過した後に、再び前記ステップ１０２に移り、前回と同様に、入口水温Ｔｉ１〜Ｔｉ４、出口水温Ｔｏ１〜Ｔｏ４、上流側ヘッダ内の２次冷媒水温Ｔｊ、各冷凍装置１ａ〜１ｄを流れている２次冷媒の流量Ｕを検知し、以下、上記と同様の動作を繰り返す。
【００３６】
なお、図１では、上記コントローラ（制御手段）１２が冷凍装置１ａ〜１ｄの外部に設置されている例で説明したが、冷凍装置１ａ〜１ｄにはそれぞれの冷凍装置を制御するための制御基板が備えられているので、冷凍装置１ａ〜１ｄのうちの何れかの冷凍装置の制御基板に対し、図１に示すコントローラ１２と同様の制御機能を組み込むようにすれば、図１に示す外付けのコントローラ１２は不要となり、冷凍装置に備えられている制御基板に前記制御手段としての機能を組み込ませることができるから安価に製造できる。
【００３７】
本実施例によれば、負荷上流側温度検出手段１０、冷凍装置１ａ〜１ｄの出口側温度検出手段４ａ〜４ｄ、入口側温度検出手段３ａ〜３ｄ、及び流量検出手段からの検出値に基づいて、１次側Ａに設けられた冷凍装置１ａ〜１ｄ及び１次側ポンプ５ａ〜５ｄを図２に示したような制御フローで制御するので、２次側Ｂ（負荷側）での２次冷媒の流量の変動に対して、すばやく１次側Ａにおける２次冷媒の流量も調節することが可能となるから、バイパス配管１１を流れる２次冷媒の流量を短時間で無くすることができる。従って、１次側ポンプ５ａ〜５ｄや２次側ポンプ６ａ〜６ｄが余分な動力を消費しないので、省エネ化を図れる冷凍システムを実現できる。
【００３８】
なお、冷凍装置における圧縮機の容量制御は、段階的に容量制御するものでも良いが、圧縮機を段階的に容量制御するものである場合、冷凍装置では、出口温度を一定に保つ必要があるため、１次側ポンプの流量も一定幅でしか制御できない。このため、１次側ポンプと２次側ポンプの流量を等しくすることが困難で、バイパス配管１１を流れる流量を無くすることはできず、ポンプが余分な動力を消費して搬送動力に無駄が発生する。
【００３９】
上記実施例では、圧縮機は連続的に容量制御されるものであるため、１次側ポンプと２次側ポンプの流量を等しくすることができる。このため、圧縮機を段階的に容量制御する場合に比べて、２次側ポンプの搬送動力の無駄をより低減できる。
【００４０】
また、上記実施例を用いることにより、冷凍システムの１次側Ａの機器を制御するコントローラ（制御手段）１２は、２次側Ｂの機器を制御する２次側コントローラとは独立した制御とすることができるので、冷凍システムの冷凍装置１ａ〜１ｄだけを新しい冷凍装置と交換する場合でも、交換前の冷凍装置と同一のものである必要はなく、適宜好みの冷凍装置に交換することができ、省エネ性の高い最適な冷凍装置を選択できるという効果もある。
【００４１】
なお、上述した実施例では、１次側ポンプ５ａ〜５ｄの流量は、それぞれ等しく増減されるように制御される例で説明したが、１次側ポンプ５ａ〜５ｄの流量が各々異なって増減する場合であっても、各冷凍装置を流れる流量とその出口側温度を考慮すれば、複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における出口側温度の平均値（複数台の冷凍装置から出た２次冷媒を混合した温度）を求めることは可能である。従って、１次側ポンプ５ａ〜５ｄの流量が異なる冷凍システムにも本発明は適用できる。
【００４２】
また、上記実施例では、２次冷媒が水で、この水を冷凍装置で冷却して負荷に供給する冷凍システムとして説明したが、２次冷媒は水の他に、ブラインや空気なども使用可能である。
【００４３】
更に、本発明は負荷を冷却する場合だけでなく、負荷を加熱する冷凍システムとしても、前述した通り、同様に適用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１ａ〜１ｄ…冷凍装置
２ａ〜２ｄ…熱交換器
３ａ〜３ｄ…入口側温度検出手段（入口温度検知用サーミスタ）
４ａ〜４ｄ…出口側温度検出手段（出口温度検知用サーミスタ）
５ａ〜５ｄ…１次側ポンプ
６ａ〜６ｄ…２次側ポンプ
７…上流側ヘッダ、８…下流側ヘッダ、９…中間ヘッダ
１０…負荷上流側温度検出手段（合流部温度検知用サーミスタ）
１１…バイパス管
１２…コントローラ（制御手段）
１３…負荷入口温度検出器
１４…負荷出口温度検出器
１５…流量制御弁
１６…逃し弁
２０…負荷。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次側に並列に複数台設けられた冷凍装置からの２次冷媒が流入すると共に負荷の上流側に設けられた上流側ヘッダと、前記負荷の下流側に設けられ負荷からの前記２次冷媒を前記複数台の冷凍装置に分配するための下流側ヘッダと、この下流側ヘッダの前記２次冷媒を前記各冷凍装置に個々に供給するための１次側ポンプと、前記上流側ヘッダの前記２次冷媒を前記負荷に供給するための２次側ポンプと、前記上流側ヘッダと下流側ヘッダを接続するバイパス配管とを備えた冷凍システムにおいて、
前記各冷凍装置を流れる前記２次冷媒の流量を検出するための流量検出手段と、
前記各冷凍装置に流入する前記２次冷媒の温度を検出するための入口側温度検出手段と、
前記各冷凍装置から流出した前記２次冷媒の温度を検出するための出口側温度検出手段と、
前記上流側ヘッダと前記負荷との間の前記２次冷媒の温度を検出する負荷上流側温度検出手段と、
前記負荷上流側温度検出手段で検出された温度が、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記出口側温度検出手段で検出された温度よりも高い場合、前記１次側を流れる前記２次冷媒全体の流量が増大するように制御し、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記入口側温度検出手段で検出された温度が所定温度よりも低い場合、前記１次側を流れる前記２次冷媒の流量全体の流量が減少するように制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする冷凍システム。
【請求項２】
請求項１に記載の冷凍システムにおいて、前記制御手段は、前記負荷上流側温度検出手段で検出された温度が、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記出口側温度検出手段で検出された温度の平均値よりも高い場合で、動作中の冷凍装置における流量がその最大流量よりも少ない状態であれば、流量を増大させ、動作中の冷凍装置における流量が最大流量の状態であれば、停止中の冷凍装置を動作させるように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または２に記載の冷凍システムにおいて、前記制御手段は、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記入口側温度検出手段で検出された温度が所定温度よりも低い場合で、動作中の冷凍装置における流量がその最小流量よりも多い状態であれば、流量を減少させ、動作中の冷凍装置における流量が最小流量の状態であれば、動作中の冷凍装置を停止させるように制御することを特徴とする冷凍システム。
【請求項４】
１次側に並列に複数台設けられた冷凍装置からの２次冷媒が流入すると共に負荷の上流側に設けられた上流側ヘッダと、前記負荷の下流側に設けられ負荷からの２次冷媒を前記複数台の冷凍装置に分配するための下流側ヘッダと、この下流側ヘッダの２次冷媒を前記各冷凍装置に個々に供給するための１次側ポンプと、前記上流側ヘッダの２次冷媒を前記負荷に供給するための２次側ポンプと、前記上流側ヘッダと下流側ヘッダを接続するバイパス配管とを備えた冷凍システムにおいて、
前記各冷凍装置を流れる２次冷媒の流量を検出するための流量検出手段と、
前記各冷凍装置に流入する２次冷媒の温度を検出するための入口側温度検出手段と、
前記各冷凍装置から流出した２次冷媒の温度を検出するための出口側温度検出手段と、
前記上流側ヘッダと前記負荷との間の２次冷媒の温度を検出する負荷上流側温度検出手段と、
前記負荷上流側温度検出手段で検出された温度と、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記出口側温度検出手段で検出された温度を比較すると共に、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記入口側温度検出手段で検出された温度と予め決められている所定温度または負荷出口側温度とを比較して、前記バイパス配管を流れる２次冷媒の流量が減少するように１次側を流れる前記２次冷媒の流量を制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする冷凍システム。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の冷凍システムにおいて、前記負荷に流入する前記２次冷媒の温度と、前記負荷から流出する前記２次冷媒の温度との温度差に応じて前記２次側ポンプの流量が制御されることを特徴とする冷凍システム。
【請求項６】
請求項５に記載の冷凍システムにおいて、前記２次側ポンプは複数台のポンプで構成され、前記負荷に流入する前記２次冷媒の温度と、前記負荷から流出する前記２次冷媒の温度との温度差が所定の温度差になるように前記２次側ポンプ全体の流量が制御されることを特徴とする冷凍システム。
【請求項７】
請求項５または６に記載の冷凍システムにおいて、前記２次側ポンプは連続的に回転数が制御されるポンプを有することを特徴とする冷凍システム。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかに記載の冷凍システムにおいて、前記冷凍装置は、連続的に運転容量の変化が可能な圧縮機を備え、該冷凍装置の出口側温度が所定の温度になるように前記圧縮機容量が制御されることを特徴とする冷凍システム。
【請求項９】
請求項１〜８の何れかに記載の冷凍システムにおいて、前記１次側ポンプは連続的に回転数が制御されるポンプであり、該１次側ポンプの回転数を変化させることで前記各冷凍装置を流れる流量を制御することを特徴とする冷凍システム。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れかに記載の冷凍システムにおいて、前記負荷上流側温度検出手段は前記上流側ヘッダにおける２次冷媒の温度を検出するものであることを特徴とする冷凍システム。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れかに記載の冷凍システムにおいて、前記各冷凍装置を流れる２次冷媒の流量を検出するための流量検出手段は、各冷凍装置に２次冷媒を供給する前記１次側ポンプの回転数に基づいて流量を算出するものであることを特徴とする冷凍システム。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れかに記載の冷凍システムにおいて、前記制御手段は、各冷凍装置に備えられて各冷凍装置を制御するための制御基板の中に組み込まれていることを特徴とする冷凍システム。
【請求項１】
１次側に並列に複数台設けられた冷凍装置からの２次冷媒が流入すると共に負荷の上流側に設けられた上流側ヘッダと、前記負荷の下流側に設けられ負荷からの前記２次冷媒を前記複数台の冷凍装置に分配するための下流側ヘッダと、この下流側ヘッダの前記２次冷媒を前記各冷凍装置に個々に供給するための１次側ポンプと、前記上流側ヘッダの前記２次冷媒を前記負荷に供給するための２次側ポンプと、前記上流側ヘッダと下流側ヘッダを接続するバイパス配管とを備えた冷凍システムにおいて、
前記各冷凍装置を流れる前記２次冷媒の流量を検出するための流量検出手段と、
前記各冷凍装置に流入する前記２次冷媒の温度を検出するための入口側温度検出手段と、
前記各冷凍装置から流出した前記２次冷媒の温度を検出するための出口側温度検出手段と、
前記上流側ヘッダと前記負荷との間の前記２次冷媒の温度を検出する負荷上流側温度検出手段と、
前記負荷上流側温度検出手段で検出された温度が、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記出口側温度検出手段で検出された温度よりも高い場合、前記１次側を流れる前記２次冷媒全体の流量が増大するように制御し、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記入口側温度検出手段で検出された温度が所定温度よりも低い場合、前記１次側を流れる前記２次冷媒の流量全体の流量が減少するように制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする冷凍システム。
【請求項２】
請求項１に記載の冷凍システムにおいて、前記制御手段は、前記負荷上流側温度検出手段で検出された温度が、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記出口側温度検出手段で検出された温度の平均値よりも高い場合で、動作中の冷凍装置における流量がその最大流量よりも少ない状態であれば、流量を増大させ、動作中の冷凍装置における流量が最大流量の状態であれば、停止中の冷凍装置を動作させるように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または２に記載の冷凍システムにおいて、前記制御手段は、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記入口側温度検出手段で検出された温度が所定温度よりも低い場合で、動作中の冷凍装置における流量がその最小流量よりも多い状態であれば、流量を減少させ、動作中の冷凍装置における流量が最小流量の状態であれば、動作中の冷凍装置を停止させるように制御することを特徴とする冷凍システム。
【請求項４】
１次側に並列に複数台設けられた冷凍装置からの２次冷媒が流入すると共に負荷の上流側に設けられた上流側ヘッダと、前記負荷の下流側に設けられ負荷からの２次冷媒を前記複数台の冷凍装置に分配するための下流側ヘッダと、この下流側ヘッダの２次冷媒を前記各冷凍装置に個々に供給するための１次側ポンプと、前記上流側ヘッダの２次冷媒を前記負荷に供給するための２次側ポンプと、前記上流側ヘッダと下流側ヘッダを接続するバイパス配管とを備えた冷凍システムにおいて、
前記各冷凍装置を流れる２次冷媒の流量を検出するための流量検出手段と、
前記各冷凍装置に流入する２次冷媒の温度を検出するための入口側温度検出手段と、
前記各冷凍装置から流出した２次冷媒の温度を検出するための出口側温度検出手段と、
前記上流側ヘッダと前記負荷との間の２次冷媒の温度を検出する負荷上流側温度検出手段と、
前記負荷上流側温度検出手段で検出された温度と、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記出口側温度検出手段で検出された温度を比較すると共に、前記複数台の冷凍装置のうちの動作中の冷凍装置における前記入口側温度検出手段で検出された温度と予め決められている所定温度または負荷出口側温度とを比較して、前記バイパス配管を流れる２次冷媒の流量が減少するように１次側を流れる前記２次冷媒の流量を制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする冷凍システム。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の冷凍システムにおいて、前記負荷に流入する前記２次冷媒の温度と、前記負荷から流出する前記２次冷媒の温度との温度差に応じて前記２次側ポンプの流量が制御されることを特徴とする冷凍システム。
【請求項６】
請求項５に記載の冷凍システムにおいて、前記２次側ポンプは複数台のポンプで構成され、前記負荷に流入する前記２次冷媒の温度と、前記負荷から流出する前記２次冷媒の温度との温度差が所定の温度差になるように前記２次側ポンプ全体の流量が制御されることを特徴とする冷凍システム。
【請求項７】
請求項５または６に記載の冷凍システムにおいて、前記２次側ポンプは連続的に回転数が制御されるポンプを有することを特徴とする冷凍システム。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかに記載の冷凍システムにおいて、前記冷凍装置は、連続的に運転容量の変化が可能な圧縮機を備え、該冷凍装置の出口側温度が所定の温度になるように前記圧縮機容量が制御されることを特徴とする冷凍システム。
【請求項９】
請求項１〜８の何れかに記載の冷凍システムにおいて、前記１次側ポンプは連続的に回転数が制御されるポンプであり、該１次側ポンプの回転数を変化させることで前記各冷凍装置を流れる流量を制御することを特徴とする冷凍システム。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れかに記載の冷凍システムにおいて、前記負荷上流側温度検出手段は前記上流側ヘッダにおける２次冷媒の温度を検出するものであることを特徴とする冷凍システム。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れかに記載の冷凍システムにおいて、前記各冷凍装置を流れる２次冷媒の流量を検出するための流量検出手段は、各冷凍装置に２次冷媒を供給する前記１次側ポンプの回転数に基づいて流量を算出するものであることを特徴とする冷凍システム。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れかに記載の冷凍システムにおいて、前記制御手段は、各冷凍装置に備えられて各冷凍装置を制御するための制御基板の中に組み込まれていることを特徴とする冷凍システム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−２３１９５５（Ｐ２０１１−２３１９５５Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１００８８３（Ｐ２０１０−１００８８３）
【出願日】平成２２年４月２６日（２０１０．４．２６）
【出願人】（３９９０４８９１７）日立アプライアンス株式会社 (3,043)
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２６日（２０１０．４．２６）
【出願人】（３９９０４８９１７）日立アプライアンス株式会社 (3,043)
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]