冷水循環システム
【課題】冷凍機の運転成績の低下を抑制できる冷水循環システムを提供する。
【解決手段】冷水循環システムは、負荷設備８１Ａと、冷凍機３と、冷水一次ポンプ１と、動力インバーター５１を有し、動力インバーター５１の運転周波数に応じた送水量の送り冷水を負荷設備８１Ａに供給する冷水二次ポンプ５と、運転周波数を制御することにより、冷凍機３から負荷設備８１Ａへの送り冷水の送水量を調整するポンプ運転制御器１３１とを備え、ポンプ運転制御器１３１は、冷凍機３から負荷設備８１Ａに送水される送り冷水の予め設定された制御目標温度と負荷設備８１Ａから冷凍機３に戻される戻り冷水の温度を測定して得られた戻り冷水温度とから算出される算出温度差と、負荷設備８１Ａの定格設計温度差との差の絶対値が減少する方向へ、算出温度差に基づいて運転周波数を制御することにより負荷設備８１Ａへの送水量を調整する。
【解決手段】冷水循環システムは、負荷設備８１Ａと、冷凍機３と、冷水一次ポンプ１と、動力インバーター５１を有し、動力インバーター５１の運転周波数に応じた送水量の送り冷水を負荷設備８１Ａに供給する冷水二次ポンプ５と、運転周波数を制御することにより、冷凍機３から負荷設備８１Ａへの送り冷水の送水量を調整するポンプ運転制御器１３１とを備え、ポンプ運転制御器１３１は、冷凍機３から負荷設備８１Ａに送水される送り冷水の予め設定された制御目標温度と負荷設備８１Ａから冷凍機３に戻される戻り冷水の温度を測定して得られた戻り冷水温度とから算出される算出温度差と、負荷設備８１Ａの定格設計温度差との差の絶対値が減少する方向へ、算出温度差に基づいて運転周波数を制御することにより負荷設備８１Ａへの送水量を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷水循環システムに関する。特に、本発明は、省エネルギー化できる冷水循環システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷水循環システムとして、送り冷水と戻り冷水とを貯える冷水蓄熱槽と、戻り冷水を冷水蓄熱槽の高温部から冷凍機を介して冷水蓄熱槽の低温部へ送る冷水一次ポンプと、動力インバーターを備え、かつ送り冷水を冷水蓄熱槽の低温部から負荷設備へ送る冷水二次ポンプと、冷水二次ポンプの動作を制御するポンプ運転制御器とを備え、ポンプ運転制御器は、送り冷水の温度と戻り冷水の温度との検出温度差を負荷設備の定格設計温度差に近づけるように、動力インバーターの運転周波数を制御する冷水循環システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の冷水循環システムは、上記構成を備えることにより、冷水二次ポンプから負荷設備への送水量を最適な量に制御できるので、省エネルギーの観点から極めて優れた効果を発揮することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１５５２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の冷水循環システムは、実際の送り冷水の温度が変化すると、これを基に定格設計温度差を加算して算出される戻り冷水の制御目標温度は、理想の値である冷凍機の冷水を取り込む側の定格設計温度（冷水戻り定格温度）から、かけ離れる場合がある。例えば、夏季において冷凍機の冷却塔の能力が不充分な場合などに、実際の送り冷水の温度が目標としている送り冷水の温度よりも、高くなり過ぎる状況が発生し得る。これに定格設計温度差を加えた値を戻り冷水の制御目標温度として制御すると、戻り冷水の温度も理想とする値（定格設計温度）からはかけ離れて高くなってしまう。このため冷凍機への過負荷により、冷凍機本来の能力を発揮して十分に冷却することができずに実際の送り冷水の温度が更に上昇する可能性がある。よって、負荷設備から戻ってくる戻り冷水を十分に安定して冷却するための冷水循環をする制御には改良の余地がある。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、更なる安定した省エネルギーを図るために、冷凍機が効率の高い冷却運転を続ける信頼性を高めつつ、冷水の循環量を必要最低限にできる冷水循環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】
本発明は、上記目的を達成するため、制御弁により必要水量が連続的に調整される負荷設備と、負荷設備からの戻り冷水を冷却し、負荷設備への送り冷水にする冷凍機と、戻り冷水を冷凍機に供給する冷水一次ポンプと、動力インバーターを有し、動力インバーターの運転周波数に応じた送水量及び送水圧力（以下、ポンプの「送水量」とは「送水量及び送水圧力」を意味する。）の送り冷水を負荷設備に供給する冷水二次ポンプと、運転周波数を制御することにより、冷凍機から負荷設備への送り冷水の送水量を調整するポンプ運転制御器とを備え、ポンプ運転制御器が、冷凍機から負荷設備に送水される送り冷水の予め設定された制御目標温度と負荷設備から冷凍機に戻される戻り冷水の温度を測定して得られた戻り冷水温度とから算出される算出温度差と、負荷設備の定格設計温度差との差の絶対値が減少する方向へ、算出温度差に基づいて運転周波数を制御することにより負荷設備への送水量を調整する冷水循環システムが提供される。
【０００８】
また、上記冷水循環システムにおいて、ポンプ運転制御器が、算出温度差と定格設計温度差との差の絶対値が予め設定された許容値を外れた時間が、予め設定した一定の時間を連続して、又は、予め設定した時間内に累積して過ぎた場合に、負荷設備への送り冷水の送水量を調整することもできる。
【０００９】
また、上記冷水循環システムにおいて、ポンプ運転制御器が、動力インバーターの運転周波数が、予め設定した最高周波数に到達した場合に冷水二次ポンプの運転台数を増加させ、予め設定した最低周波数に到達した場合に冷水二次ポンプの運転台数を減少させることもできる。
【００１０】
また、上記冷水循環システムにおいて、負荷設備の前段に、負荷設備に供給される送り冷水の圧力を変化させる圧力可変部を更に備えることもできる。
【００１１】
また、上記冷水循環システムにおいて、圧力可変部が、冷水二次ポンプより小型の加圧ポンプであってもよい。
【００１２】
また、上記冷水循環システムにおいて、複数の負荷設備を更に備え、送り冷水が、複数の負荷設備のそれぞれに複数の送り管を通じて送水され、複数の負荷設備のそれぞれが、複数の戻り管を通じて戻り冷水を冷凍機に向けて送水し、制御目標温度が、複数の送り管の第１の集合部分において予め設定される温度であり、戻り冷水温度が、複数の戻り管の第２の集合部分において計測されてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る冷水循環システムによれば、更なる安定した省エネルギーを図るために、冷凍機が効率の高い冷却運転を続ける信頼性を高めつつ、冷水の循環量を必要最低限にできる冷水循環システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施の形態に係る冷水循環システムの構成の概要図である。
【図２】第１の実施の形態に係る冷水循環システムの動作のフローである。
【図３】第１の実施の形態の変形例に係る冷水循環システムの構成の概要図である。
【図４】第２の実施の形態に係る冷水循環システムの構成の概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［第１の実施の形態］
（冷水循環システムの構成の概要）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る冷水循環システムの構成の概要を示す。
【００１６】
第１の実施の形態に係る冷水循環システムは、例えば、所定の負荷設備に、空調用、生産冷却水用の冷熱を連続供給する冷水循環設備を含む冷水循環システムである。負荷設備は、例えば、空調機の除湿コイル若しくは冷却コイル、生産冷却水用熱交換器、ドライコイル等である。
【００１７】
第１の実施の形態に係る冷水循環システムは、制御弁としての制御二方弁１６により必要水量が連続的に調整される負荷設備８１Ａと、負荷設備８１Ａからの戻り冷水を冷凍機３に供給する冷水一次ポンプ１と、負荷設備８１Ａからの戻り冷水を冷却し、負荷設備８１Ａへの送り冷水にする冷凍機３と、動力インバーター５１が付設され、動力インバーター５１の運転周波数に応じた送水量の送り冷水（すなわち、冷凍機３から送出される送り冷水）を負荷設備８１Ａに供給する冷水二次ポンプ５と、冷水二次ポンプ５に付設される動力インバーター５１の動作を制御することにより冷水二次ポンプ５から負荷設備への送り冷水の送水量を調整するポンプ運転制御器１３１とを備える。なお、第１の実施の形態に係る冷水循環システムは、冷水二次ポンプ５を１台以上備えることができる。
【００１８】
また、本実施の形態に係る冷水循環システムは、冷凍機３からの冷水が流れる配管と送り冷水を負荷設備８１Ａに供給する配管とを接続する送りヘッダー６ａ及び送りヘッダー６ｂと、負荷設備８１Ａからの戻り冷水が流れる配管と戻り冷水を冷凍機３に供給する配管とを接続する戻りヘッダー９とを備える。冷凍機３からの冷水が流れる配管が送りヘッダー６ｂに接続され、送り冷水を負荷設備８１Ａに供給する配管が送りヘッダー６ａに接続される。また、送りヘッダー６ｂと戻りヘッダー９とは、配管により相互に接続される。そして、動力インバーター５１が付設されている冷水二次ポンプ５は、一例として、送りヘッダー６ａと送りヘッダー６ｂとの間に送りヘッダー６ａと送りヘッダー６ｂとを接続するように配置される。
【００１９】
また、送りヘッダー６ａ及び送りヘッダー６ｂの間には、冷凍機３から負荷設備８１Ａに送水された送り冷水のうち過剰な水（以下、「過剰水」という）を送りヘッダー６ａから送りヘッダー６ｂに還す還り管７を接続してもよい。ただし、詳細は後述するが、本実施の形態に係る冷水循環システムにおいては負荷設備８１Ａへの送り冷水の量は動力インバーター５１により制御されるので、還り管７を設けなくてもよい。すなわち、還り管７は、既存の冷水循環システムに備え付けられている場合、撤去しなくてもよい。また、既存の冷水循環システムが還り管７を備えていない場合、新たに還り管７を設置しなくてもよい。なお、還り管７は、万一、負荷設備の制御弁としての制御二方弁１６が全閉止のときに冷水二次ポンプ５が運転された場合に、送り管内の圧力を開放する圧力開放弁を有することもできる。
【００２０】
（冷水一次ポンプ１）
冷水一次ポンプ１は、負荷設備８１Ａから戻りヘッダー９に戻ってくる戻り冷水を冷凍機３に送る。第１の実施の形態に係る冷水循環システムは、冷水循環システムが備える冷凍機３の数に応じた台数の冷水一次ポンプ１を備える。なお、第１の実施の形態に係る冷水循環システムは、冷水一次ポンプ１を１台以上備えることができる。すなわち、本実施の形態に係る冷水循環システムは、複数の冷凍機３を備えることができる。
【００２１】
（冷凍機３）
冷凍機３は、冷水一次ポンプ１から供給される負荷設備８１Ａからの戻り冷水を目的の温度まで冷却する。冷却された冷水（すなわち、送り冷水）は、冷凍機３から送りヘッダー６ｂを介して冷水二次ポンプ５に供給される。ここで、冷凍機３には、戻り冷水を冷却するクーリングタワー３１と、冷凍機３とクーリングタワー３１との間で戻り冷水を循環させる冷却水ポンプ３２とが補機として付随している。そして、これら補機と冷水一次ポンプ１とは冷凍機３の動作に連動して動作する。以下、冷水一次ポンプ１及び補機、並びにこれらと常時連動して運転する冷凍機３の補助設備が存在する場合、それらの全てを含めて冷凍機３ということがある。
【００２２】
（冷水二次ポンプ５）
冷水二次ポンプ５は、冷凍機３から送りヘッダー６ｂに供給された冷水のうち、負荷設備８１Ａに対して必要な量の冷水（すなわち、送り冷水）を供給する。ここで、冷水二次ポンプ５には、運転電力の周波数（すなわち、運転周波数）を自動的に変化させることにより冷水二次ポンプ５が送水する水量を調整する動力インバーター５１が付設されている。そして、動力インバーター５１の周波数は、ポンプ運転制御器１３１により制御される。すなわち、冷水二次ポンプ５は、ポンプ運転制御器１３１に制御される動力インバーター５１の周波数に応じて、必要な量の送り冷水を送りヘッダー６ａを介して負荷設備８１Ａに供給する。
【００２３】
なお、複数の冷水二次ポンプ５はそれぞれ、送り冷水を負荷設備側に送水する送水管をそれぞれ有する。複数の送水管は、送りヘッダー６ａに接続され、複数の送水管のそれぞれを流れる送り冷水は、送りヘッダー６ａにおいて合流する。そして、送りヘッダー６ａは、負荷設備８１Ａに接続される送り管を有している。送り冷水は、当該送り管を通って負荷設備８１Ａに供給される。
【００２４】
（負荷設備）
負荷設備８１Ａは、冷却対象物１７Ａ（例えば、負荷設備８１Ａが空調機の場合、室内の空気）を冷却する。負荷設備８１Ａは、負荷である冷却対象物１７Ａの温度に応じて自動的に負荷設備８１Ａに流入する送り冷水の水量を制御する制御弁としての制御二方弁１６と、制御二方弁１６の開度を制御する制御信号変換器２４Ａと、冷却対象物１７Ａの温度を検出する温度検出器２３Ａとを有する。なお、負荷設備８１Ａが有する制御弁は、制御三方弁とすることもできる。この制御弁は、少なくとも、負荷設備の上流側又は下流側のいずれか一方に備えられていれば良い。
【００２５】
制御信号変換器２４Ａは、温度検出器２３Ａが検出した冷却対象物１７Ａの温度を示す温度信号を取得して、取得した温度信号に基づいて制御二方弁１６の開閉を制御する。具体的に制御信号変換器２４Ａは、冷却対象物１７Ａの温度が予め設定された温度に近づくように、制御二方弁１６の開度を連続的に、すなわち、段階なく調整する。これにより、負荷設備８１Ａには、送り冷水の必要水量が連続的に供給される。
【００２６】
負荷設備８１Ａに供給された送り冷水は、負荷設備８１Ａの負荷（すなわち、冷却対象物１７Ａ）の冷却に用いられる。負荷設備８１Ａに供給された送り冷水の温度は、当該負荷の大きさに比例して上昇して戻り冷水となる。戻り冷水は、負荷設備８１Ａに接続されている戻り管を通って戻りヘッダー９に供給される。戻りヘッダー９から戻り冷水は、冷水一次ポンプ１を介して冷凍機３に供給される。
【００２７】
（ポンプ運転制御器１３１）
ポンプ運転制御器１３１は、送り冷水の温度と戻り冷水の温度との算出温度差を負荷設備８１Ａの定格設計温度差に近づけるように、冷水二次ポンプ５の運転台数と動力インバーター５１の運転周波数とを制御する。これにより、ポンプ運転制御器１３１は、冷凍機３から負荷設備８１Ａへの送り冷水の送水量を制御する。すなわち、ポンプ運転制御器１３１は、負荷設備８１Ａの熱交換設計上の最大温度差を確保するように、冷水二次ポンプ５の運転台数と動力インバーター５１の運転周波数とを制御して、送り冷水の送水量を制御する。
【００２８】
ここで、負荷設備８１Ａの定格設計温度差とは、負荷設備８１Ａの設計仕様書に記載された定格能力を発揮する運転を負荷設備８１Ａがしている場合において、負荷設備８１Ａが定格能力を発揮する場合における流量の冷水が負荷設備８１Ａに供給されており、当該冷水が負荷設備８１Ａに入る時の冷水の温度と、負荷設備８１Ａにおいて熱交換されて負荷設備８１Ａから出ていく冷水の温度との温度差である。定格設計温度差は、予め定められた温度差であって、ある１つの冷水循環システムにおいて統一して設定される。また、本実施の形態に係る冷水循環システムおける定格設計温度差は、負荷設備８１Ａの設計仕様書に基づく温度差（すなわち、負荷設備８１Ａに入る冷水の温度と、負荷設備８１Ａにおいて熱交換された後に負荷設備８１Ａから排出される水の温度との温度差）に一定の修正を加えた値を定格設計温度差として設定することもできる（例えば、当該温度差から０．５℃を差し引いた値を負荷設備８１Ａにおける定格設計温度差として設定すること等ができる）。
【００２９】
なお、第１の実施の形態においてポンプ運転制御器１３１は、動力インバーター５１の運転周波数を制御して、冷水二次ポンプ５の送水量を制御することを優先する。そして、例えば、負荷設備８１Ａが要求する送り冷水の送水量を当該運転周波数の制御では制御することができない場合に、ポンプ運転制御器１３１は、冷水二次ポンプ５の運転台数を制御（すなわち、運転台数の増減を制御）する。
【００３０】
ここで、送り冷水の温度は、例えば、送り管又は送りヘッダー６ａに設置された送りの温度設定器１８において、制御すべき目標の温度（以下、「制御目標温度」ということがある）として設定される。すなわち、本実施の形態において冷凍機３から負荷設備８１Ａに送水される送り冷水の温度は、予め定められた温度（すなわち、制御目標温度）である。なお、送りの温度設定器１８は、送り冷水の温度を計測することもできる。そして、送りの温度設定器１８は、計測した温度を示す温度信号を、ポンプ運転制御器１３１に供給することもできる。また、本実施の形態においては、ポンプ運転制御器１３１と送りの温度設定器１８とは別体であったが、送りの温度設定器１８が温度設定部としての機能を有する場合には、送りの温度設定器１８をポンプ運転制御器１３１の一部として、ポンプ運転制御器１３１と一体的に構成することもできる。例えば、ポンプ運転制御器１３１は、制御目標温度を設定するダイヤルスイッチ又はディップスイッチ等を有することができる。また、ポンプ運転制御器１３１内の制御基板（図示しない）が有するＲＯＭ内に制御目標温度をプログラミングして予め設定する構成にすることもできる。
【００３１】
また、戻り冷水の温度は、例えば、戻りヘッダー９又は戻りヘッダー９の前段に接続されている配管に設置された戻りの温度検出器１９において計測される。戻りの温度検出器１９は、計測した温度（以下、「戻り冷水温度」ということがある）を示す温度信号をポンプ運転制御器１３１に供給する。
【００３２】
そして、ポンプ運転制御器１３１は、送りの温度設定器１８において設定された制御目標温度と、戻りの温度検出器１９から受け取った温度信号が示す戻り冷水温度とから算出される算出温度差（すなわち、制御目標温度と戻り冷水温度との差）と、負荷設備８１Ａの定格設計温度差との差の絶対値が減少する方向へ、算出温度差に基づいて運転周波数を制御する。すなわち、ポンプ運転制御器１３１は、送りの温度設定器１８において設定された制御目標温度をＴ１ＳＰとし、戻りの温度検出器１９において計測された戻り冷水温度をＴ２ＰＶとした場合に、ΔＴ＝Ｔ２ＰＶ−Ｔ１ＳＰの値を定格設計温度差に近づけるように、動力インバーター５１の運転周波数を制御する。これにより、ポンプ運転制御器１３１は、冷水二次ポンプ５が負荷設備８１Ａに供給する送り冷水の送水量を調整する。
【００３３】
（動力インバーター５１の周波数制御機構）
ポンプ運転制御器１３１は、動力インバーター５１の運転周波数を制御する周波数制御部を有する。周波数制御部は、予め定められた制御目標温度（Ｔ１ＳＰ）と計測された戻り冷水温度（Ｔ２ＰＶ）との算出温度差（ΔＴ）と、負荷設備８１Ａの定格設計温度差との差が予め設定した許容値を外れた時間が、予め設定した一定の時間を連続して、又は、予め設定した時間内に累積して過ぎた場合に、動力インバーター５１の運転周波数を算出温度差と定格設計温度差との差の絶対値が小さくなる方向へ変化させる。これにより、冷水循環システムは、冷凍機３における熱交換設計上の最適な温度差（すなわち、定格設計温度差）となるように戻り冷水の温度を維持することができ、冷水二次ポンプ５と冷凍機３との全体運転効率を最も良くするように送り冷水の量を制御できる。
【００３４】
なお、予め設定する許容値は、例えば、±０．５〜１．０℃程度に設定する。また、本実施の形態において、「予め設定する許容値」、「予め設定する一定の時間」、及び「予め設定する時間内」は、冷水循環システムの運転開始後、冷水循環システムの効率が最適となるように調整することができる。
【００３５】
（冷水二次ポンプ５の運転台数制御機構）
ポンプ運転制御器１３１は、冷水二次ポンプ５の運転台数を増減する運転台数制御部を有する。運転台数制御部は、動力インバーター５１の運転周波数が予め設定した最高周波数に到達した時を起点として、当該運転周波数が予め設定した時間、継続した場合に、冷水二次ポンプ５の運転台数を増加させる。また、運転台数制御部は、動力インバーター５１の運転周波数が予め設定した最低周波数に到達した時を起点として、当該運転周波数が予め設定した時間、継続した場合に、冷水二次ポンプ５の運転台数を減ずる。これにより、冷水循環システムは、動力インバーター５１の運転周波数の調整だけでは困難な範囲まで負荷設備８１Ａへの送り冷水の送水量を増減できる。そして、冷水循環システムは、動力インバーター５１の運転周波数の調整と共に、冷水二次ポンプ５の運転台数を制御することにより、戻り冷水の温度を、冷凍機３が高い運転効率（成績係数）で動作できる温度範囲に維持することができる。
【００３６】
ここで、本実施の形態における最高周波数は、本実施の形態に係る冷水循環システムが用いられる地域の商用運転周波数（例えば、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）に設定することが好ましい。また、本実施の形態における最低周波数は、予測される最少冷水量を負荷設備８１Ａに送ることを目的として、負荷設備８１Ａを備える冷水循環システムの配管系の形状を考慮した上で、負荷設備において最低限要求される圧力を発生可能な周波数（例えば、２５〜３５Ｈｚ）に設定することが好ましい。なお、最高周波数及び最低周波数はそれぞれ、冷水循環システムの運転が最適になるように適宜調整できる。
【００３７】
（冷水循環システムの動作の概要）
第１の実施の形態に係る冷水循環システムの動作の概要を説明する。まず、冷水循環システムが起動されると、ポンプ運転制御器１３１において予め設定された動力インバーター５１の初期運転周波数、冷水二次ポンプ５の初期台数にて冷水循環システムが稼働する。その後、予め設定された送り冷水の温度と実測された戻り冷水の温度との算出温度差の値を、負荷設備８１Ａの定格設計温度差に近づけるように（すなわち、算出温度差と定格温度差との差の絶対値が減少するように）、算出温度差に基づいて、ポンプ運転制御器１３１における動力インバーター５１の周波数と冷水二次ポンプ５の運転台数に修正が加えられ、冷水循環システムの運転が継続される。
【００３８】
そして、冷水循環システムが一定時間、運転した後に、ポンプ運転制御器１３１は、算出温度差と定格設計温度差とを比較する。そして、ポンプ運転制御器１３１は、算出温度差と定格設計温度差との差が予め定められた許容値を超えるか否かを判断する。ポンプ運転制御器１３１は、この許容値を超えた時間が予め定められた時間だけ継続した場合に、現在稼働している動力インバーター５１の運転周波数を、算出温度差と定格設計温度差との差の絶対値が小さくなる方向に修正する。これにより、冷水循環システムは、算出温度差を定格設計温度差に近づける動作を継続する。
【００３９】
ここで、ポンプ運転制御器１３１は、冷水循環システムの動作の制御を継続する中で、運転中の冷水二次ポンプ５が複数台ある場合は、それらの吐出圧力が略同一になるように動力インバーター５１の設定周波数に修正を加えることができる。
【００４０】
冷水循環システムの動作の制御により動力インバーター５１の運転周波数が最高周波数に到達した場合、ポンプ運転制御器１３１は、作動する冷水二次ポンプ５の台数を１台加える。また、動力インバーター５１の運転周波数が最低周波数に到達した場合、ポンプ運転制御器１３１は、作動する冷水二次ポンプ５の台数を１台減ずる。なお、ポンプ運転制御器１３１は、冷水二次ポンプ５の台数が増減された場合に運転中の冷水二次ポンプ５の総吐出圧力の急変を抑制することを目的として、動力インバーター５１の運転周波数を調整する。
【００４１】
（冷水循環システムの動作の詳細）
以下、第１の実施の形態に係る冷水循環システムの動作を、フローチャートを示してより詳細に説明する。
【００４２】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る冷水循環システムの動作のフローの一例を示す。
【００４３】
まず、第１の実施の形態に係る冷水循環システムを起動する。この場合に、冷水循環システムは、予め設定した初期の冷水二次ポンプ５の台数Ｐを初期設定周波数ＨｚＩｎで運転を開始する（ステップ１０。以下、ステップを「Ｓ」と表す）。具体的には、ポンプ運転制御器１３１において予め設定された動力インバーター５１の初期周波数ＨｚＩｎにおいて、初期台数Ｐの冷水二次ポンプ５の運転が開始される。ここで、初期台数Ｐは、一例として、冷水二次ポンプ５の総台数の８０％の台数に設定する。また、初期周波数ＨｚＩｎは、一例として、４８．５Ｈｚに設定する。
【００４４】
次に、送りの温度設定器１８は、設定した送り冷水の温度を示す温度信号をポンプ運転制御器１３１に供給する。そして、当該温度信号に基づく温度を制御目標温度（Ｔ１ＳＰ）としてポンプ運転制御器１３１に設定する（Ｓ１２）。ここで、送り冷水の制御目標温度（Ｔ１ＳＰ）は、一例として、７．０℃以上８．０℃以下の範囲の温度で設定される。なお、送り冷水の温度は、必ずしも定格値（すなわち、負荷設備８１Ａの入り口側の定格温度）であることは要さない。次に、戻りの温度検出器１９は、戻り冷水の温度（Ｔ２ＰＶ）を計測する（Ｓ１４）。戻りの温度検出器１９は、計測した戻り冷水の温度を示す温度信号をポンプ運転制御器１３１に供給する。
【００４５】
続いて、ポンプ運転制御器１３１は、送り冷水の温度（設定値［制御目標温度］：Ｔ１ＳＰ）と戻り冷水の温度（実測値：Ｔ２ＰＶ）とから算出温度差（ΔＴ＝Ｔ２ＰＶ−Ｔ１ＳＰ）を算出する。そして、ポンプ運転制御器１３１は、算出温度差と、負荷設備８１Ａ及び負荷設備８１Ｂの定格設計温度差（ΔＴＳ）とを比較する（Ｓ１６）。ΔＴがΔＴＳ以下である時（ΔＴ≦ΔＴＳ）はＳ１８に進み（Ｃａｓｅ１）、大きい時（ΔＴ＞ΔＴＳ）はＳ３４に進む（Ｃａｓｅ２）。ここで定格設計温度差ΔＴＳは、一例として、５℃以上８℃以下程度の範囲で設定される。
【００４６】
［Ｃａｓｅ１］
まず、Ｃａｓｅ１について説明する。ポンプ運転制御器１３１は、ΔＴと、ΔＴＳから下側許容値Ｋ１を減じた値とを比較する。そして、ポンプ運転制御器１３１は、ΔＴがΔＴＳから下側許容値Ｋ１を減じた値以下の値（ΔＴ≦ΔＴＳ−Ｋ１）である場合（Ｓ１８：Ｙ）、ΔＴ≦ΔＴＳ−Ｋ１の関係が継続する時間を計測する（Ｓ２０）。一方、ΔＴ＞ΔＴＳ−Ｋ１）である場合（Ｓ１８：Ｎ）、ポンプ運転制御器１３１は、戻り冷水の実測の温度（Ｔ２ＰＶ）を示す温度信号を引き続き取得する。なお、下側許容値Ｋ１は可変であるが、例えば、０．５℃に設定される。
【００４７】
そして、ΔＴ≦ΔＴＳ−Ｋ１の関係が継続する時間が予め定められた時間Ｙ１だけ継続した場合（Ｓ２０：Ｙ）、ポンプ運転制御器１３１は、動力インバーター５１の現在の運転周波数ＨｚＸから予め設定した運転周波数Ｈｚ１を減じる（Ｓ２２）。運転周波数Ｈｚ１は、例えば、１．５Ｈｚに設定される。一方、ΔＴ≦ΔＴＳ−Ｋ１の関係が継続する時間が予め定められた時間Ｙ１だけ継続しない場合（Ｓ２０：Ｎ）、ポンプ運転制御器１３１は、戻り冷水の実測の温度（Ｔ２ＰＶ）を示す温度信号を引き続き取得する。ここで、予め定められた時間Ｙ１は、一例として、９０秒程度である。
【００４８】
次に、ポンプ運転制御器１３１は、現在の運転周波数ＨｚＸと最低周波数Ｈｚｍｉｎとを比較する（Ｓ２４）。ここで、最低周波数Ｈｚｍｉｎは、負荷設備において最低限必要な量の冷水を送ることを目的として、必要と予測される圧力を発生できる周波数に設定され、一例として、３０Ｈｚである。また、ポンプ運転制御器１３１は、冷水循環システムの稼働を継続しつつ、冷水循環システムの省エネルギー性を向上させるために、最低周波数Ｈｚｍｉｎを自動的に調整することができる。なお、最低周波数Ｈｚｍｉｎは、手動で設定してもよい。
【００４９】
そして、運転周波数ＨｚＸが最低周波数Ｈｚｍｉｎ以上（ＨｚＸ≧Ｈｚｍｉｎ）の場合（Ｓ２４：Ｙ）、効果待ち時間Ｙ３が経過するまでポンプ運転制御器１３１は待機する（Ｓ２６：Ｎ）。そして、効果待ち時間Ｙ３が経過した後、ポンプ運転制御器１３１は、戻り冷水の実測の温度（Ｔ２ＰＶ）を示す温度信号を引き続き取得する（Ｓ２６：Ｙ）。効果待ち時間Ｙ３は、例えば、１２０秒以上１８０秒以下の範囲で設定される。
【００５０】
一方、運転周波数ＨｚＸが最低周波数Ｈｚｍｉｎ未満（ＨｚＸ＜Ｈｚｍｉｎ）の場合（Ｓ２４：Ｎ）、ポンプ運転制御器１３１は、冷水二次ポンプ５の運転台数を１台減らす（Ｓ２８）。更に、ポンプ運転制御器１３１は、稼働中の冷水二次ポンプ５の送水圧力を揃え、かつ、現在稼働中の冷水二次ポンプ５の送水圧力が、運転台数を減じる前における送水圧力に等しい送水圧力となるように、複数の動力インバーター５１の現在の運転周波数ＨｚＸを、予め設定された運転周波数Ｈｚ３（例えば、最高周波数に近い周波数であって、一例として、４８．５Ｈｚ）に調整する（Ｓ３０）。なお、複数の冷水二次ポンプ５の特性がそれぞれ異なる場合、ポンプ運転制御器１３１は、各冷水二次ポンプ５をそれぞれ一意に識別する二次ポンプ識別子に対応付けて運転周波数Ｈｚ３をデータとして記憶しており、斯かるデータに基づいて運転周波数Ｈｚ３を調整する。
【００５１】
次に、ポンプ運転制御器１３１は、動力インバーター５１の運転周波数Ｈｚ３に設定した後に、冷水循環システムの稼働を安定させることを目的として、予め定められた効果待ち時間Ｙ５が経過するまで待機する（Ｓ３２：Ｎ）。効果待ち時間Ｙ５が経過した後、ポンプ運転制御器１３１は、戻り冷水の実測の温度（Ｔ２ＰＶ）を示す温度信号を引き続き取得する（Ｓ３２：Ｙ）。ここで、効果待ち時間Ｙ５は、一例として、１２０秒以上１８０秒以下程度の範囲内で設定される。例えば、効果待ち時間Ｙ５は、１２０秒に設定される。
【００５２】
［Ｃａｓｅ２］
次に、Ｃａｓｅ２について説明する。ポンプ運転制御器１３１は、ΔＴと、ΔＴＳに上側許容値Ｋ２を加えた値とを比較する。そして、ポンプ運転制御器１３１は、ΔＴがΔＴＳに上側許容値Ｋ２を加えた値以上の値（ΔＴ≧ΔＴＳ＋Ｋ２）である場合（Ｓ３４：Ｙ）、ΔＴ≧ΔＴＳ＋Ｋ２の関係が継続する時間を計測する（Ｓ３６）。一方、ΔＴ＜ΔＴＳ＋Ｋ２である場合（Ｓ３４：Ｎ）、ポンプ運転制御器１３１は、戻り冷水の温度（Ｔ２ＰＶ）を示す温度信号を引き続き取得する。ここで、上側許容値Ｋ２は、例えば、０．３℃である。
【００５３】
そして、ΔＴ≧ΔＴＳ＋Ｋ２の関係が継続する時間が予め定められた時間Ｙ２だけ継続した場合（Ｓ３６：Ｙ）、ポンプ運転制御器１３１は、動力インバーター５１の現在の運転周波数ＨｚＸに予め設定した運転周波数Ｈｚ２を加える（Ｓ３８）。運転周波数Ｈｚ２は、例えば、１．５Ｈｚに設定される。一方、ΔＴ≧ΔＴＳ＋Ｋ２の関係が継続する時間が予め定められた時間Ｙ２だけ継続しない場合（Ｓ３６：Ｎ）、ポンプ運転制御器１３１は、戻り冷水の実測の温度（Ｔ２ＰＶ）を示す温度信号を引き続き取得する。ここで、予め定められた時間Ｙ２は、一例として、９０秒程度である。
【００５４】
次に、ポンプ運転制御器１３１は、現在の運転周波数ＨｚＸと予め設定された最高周波数Ｈｚｍａｘとを比較する（Ｓ４０）。ここで、予め設定された最高周波数Ｈｚｍｉｎは、一例として、冷水循環システムが設置されている地域の商用周波数である（つまり、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚである）。そして、運転周波数ＨｚＸが最高周波数Ｈｚｍａｘ以下（ＨｚＸ≦Ｈｚｍａｘ）の場合（Ｓ４０：Ｙ）、効果待ち時間Ｙ４が経過するまでポンプ運転制御器１３１は待機する（Ｓ４２：Ｎ）。そして、効果待ち時間Ｙ４が経過した後、ポンプ運転制御器１３１は、戻り冷水の実測の温度（Ｔ２ＰＶ）を示す温度信号を引き続き取得する（Ｓ４２：Ｙ）。効果待ち時間Ｙ４は、例えば、１２０秒以上１８０秒以下の範囲で設定される。
【００５５】
一方、運転周波数ＨｚＸが最高周波数Ｈｚｍａｘを超える（ＨｚＸ＞Ｈｚｍａｘ）場合（Ｓ４０：Ｎ）、ポンプ運転制御器１３１は、冷水二次ポンプ５の運転台数を１台増加させる（Ｓ４４）。更に、ポンプ運転制御器１３１は、稼働中の冷水二次ポンプ５の送水圧力を揃え、かつ、現在稼働中の冷水二次ポンプ５の送水圧力が、運転台数を増加させる前における送水圧力に等しい送水圧力となるように、複数の動力インバーター５１の現在の運転周波数ＨｚＸを、予め設定された運転周波数Ｈｚ４（例えば、３０Ｈｚ）に調整する（Ｓ４６）。なお、複数の冷水二次ポンプ５の特性がそれぞれ異なる場合、ポンプ運転制御器１３１は、二次ポンプ識別子に対応付けて運転周波数Ｈｚ４をデータとして記憶しており、斯かるデータに基づいて運転周波数Ｈｚ４を調整する。
【００５６】
次に、ポンプ運転制御器１３１は、動力インバーター５１の運転周波数Ｈｚ４に設定した後に、冷水循環システムの稼働を安定させることを目的として、予め定められた効果待ち時間Ｙ５が経過するまで待機する（Ｓ３２：Ｎ）。効果待ち時間Ｙ５が経過した後、ポンプ運転制御器１３１は、戻り冷水の温度（Ｔ２ＰＶ）を示す温度信号を引き続き取得する（Ｓ３２：Ｙ）。
【００５７】
以上の各ステップにより、送りの温度設定器１８が設定した制御目標温度Ｔ１ＳＰと戻りの温度検出器１９が実測した温度Ｔ２ＰＶとの算出温度差ΔＴ（＝Ｔ２ＰＶ−Ｔ１ＳＰ）を、負荷設備８１Ａ、負荷設備８１Ｂの定格設計温度差ΔＴＳに近づけるような制御が、ポンプ運転制御器１３１による動力インバーター５１の運転周波数と冷水二次ポンプ５の運転台数の制御によって実施され、冷水循環システムの運転が継続される。
【００５８】
（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態に係る冷水循環システムは、送り冷水の温度を予め設定すると共に、算出温度差と定格設計温度差との差の絶対値を減少させる方向に送り冷水の水量を制御するので、冷水二次ポンプ５による送水量を過剰又は不足にならない最適な量に制御できる。これにより、冷水循環システム全体の運転動力（消費エネルギー）を削減でき、エネルギー効率を向上させることができる。
【００５９】
より詳細に、第１の実施の形態に係る冷水循環システムは、冷水循環システムの運転中に常時変化しつづけている負荷設備が要する冷熱量に対応して、予め設定された送り冷水の温度と実測された戻り冷水の温度との算出温度差を負荷設備の定格設計温度差に近づけつつ送水量を可変にする制御をするので、負荷設備が設計通りの熱交換部分の温度差で充分に機能を発揮することができると共に、過剰でも過少でもない、適切な流量の送り冷水を負荷設備に供給できる。これにより、送り圧力を一定にする方式（すなわち、水量が過剰の傾向）に比べ、冷水循環システムの動力を大幅に削減できると共に、戻り冷水の温度を冷凍機の定格の吸込み温度に近づけることができる。この結果、冷凍機の成績係数を向上させることができる。更に、本実施の形態に係る冷水循環システムによれば、負荷設備の負荷が変化した場合であっても、送り冷水の温度を予め設定したので、戻り冷水の温度が高くなりすぎたり低くなりすぎたりすることを抑制でき（すなわち、戻り冷水の温度は定格値であり、かつ、最適値にすることができ）、冷凍機の運転成績の低下を抑制できる。したがって、本実施の形態に係る冷水循環システムによれば、冷水二次ポンプ５の動力を削減できると共に冷凍機の動力も削減できるので、省エネルギー効果を大きくできる。
【００６０】
また、本実施の形態に係る冷水循環システムは、負荷設備が要する冷水の過不足が僅かの時に直ちに動作を開始せずに、一定時間にわたり限界量を超えた時にのみ冷水二次ポンプ５の運転周波数と運転台数とを変化させるので、緩やかに、かつ確実に、適切な二次冷水ポンプ５の運転周波数と運転台数とを決定できる。これにより、熟練した調整員の判断規準に近い方法で冷水循環システムを制御でき、自動的な施設の運転管理ができる。
【００６１】
（第１の実施の形態の変形例）
図３は、本発明の第１の実施の形態の変形例に係る冷水循環システムの構成の概要を示す。
【００６２】
第１の実施の形態の変形例に係る冷水循環システムは、第１の実施の形態に係る冷水循環システムとは、負荷設備の数が異なる点を除き、第１の実施の形態に係る冷水循環システムと同様の構成を備える。よって、相違点を除き、詳細な説明は省略する。
【００６３】
第１の実施の形態の変形例に係る冷水循環システムは、複数の負荷設備（例えば、負荷設備８１Ａ及び負荷設備８１Ｂ）を備える。そして、負荷設備８１Ａ及び負荷設備８１Ｂからの戻り冷水はそれぞれ、負荷設備８１Ａに接続されている戻り管と負荷設備８１Ｂに接続されている戻り管とを通じて第２の集合部分としての戻りヘッダー９に供給される。負荷設備８１Ａ及び負荷設備８１Ｂからの戻り冷水は戻りヘッダー９において合流する。そして、戻りヘッダー９に供給された戻り冷水は、冷水一次ポンプ１を介して冷凍機３に供給される。
【００６４】
また、冷凍機３からの冷水は送りヘッダー６ｂに供給される。冷水二次ポンプ５は、冷凍機３から送りヘッダー６ｂに供給された冷水のうち、負荷設備８１Ａ及び負荷設備８１Ｂに対して必要な量の送り冷水を供給する。送り冷水は、第１の集合部分としての送りヘッダー６ａに接続されている複数の送り管を通って複数の負荷設備のそれぞれに供給される。なお、負荷設備８１Ａと負荷設備８１Ｂとはそれぞれ略同様の構成を有する。
【００６５】
（第１の実施の形態の変形例に係る冷水循環システムの動作の概要）
冷水循環システムが起動された時の冷水循環システムの動作は第１の実施の形態に係る冷水循環システムと同一である。ただし、予め設定された送り冷水の温度と実測された戻り冷水の温度との算出温度差の値を、負荷設備８１Ａ及び負荷設備８１Ｂの定格設計温度差に近づけるように、算出温度差に基づいて、ポンプ運転制御器１３１における動力インバーター５１の周波数と冷水二次ポンプ５の運転台数に修正が加えられ、冷水循環システムの運転が継続される。
【００６６】
そして、冷水循環システムが一定時間、運転した後に、ポンプ運転制御器１３１は、算出温度差と定格設計温度差とを比較し、算出温度差と定格設計温度差との差が予め定められた許容値を超えるか否かを判断する。ポンプ運転制御器１３１は、この許容値を超えた時間が予め定められた時間だけ継続した場合に、現在稼働している動力インバーター５１の運転周波数を、算出温度差と定格設計温度差との差の絶対値が小さくなる方向に修正する。これにより、冷水循環システムは、算出温度差を定格設計温度差に近づける動作を継続する。
【００６７】
そして、冷水循環システムの動作の制御により動力インバーター５１の運転周波数が最高周波数に到達した場合、ポンプ運転制御器１３１は、作動する冷水二次ポンプ５の台数を１台加える。また、動力インバーター５１の運転周波数が最低周波数に到達した場合、ポンプ運転制御器１３１は、作動する冷水二次ポンプ５の台数を１台減ずる。
【００６８】
また、冷水循環システムの動作を制御する中で、例えば、負荷設備８１Ａが負荷設備８１Ｂより高い圧力を要求することが予め分かっている場合には、負荷設備８１Ａが有する温度検出器２３Ａ及び制御信号変換器２４Ａからポンプ運転制御器１３１へ、温度の異常を示す警報信号を予め供給する仕組みを設けることができる。この場合、ポンプ運転制御器１３１は、当該警報信号に基づいて、当該警報信号が消えるまで冷水二次ポンプ５から負荷設備８１Ａへ供給する送り冷水の量を増やす制御を実施する。
【００６９】
［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る冷水循環システムの構成の概要を示す。
【００７０】
第２の実施の形態に係る冷水循環システムは、第１の実施の形態の変形例に係る冷水循環システムとは、負荷設備の前段に加圧ポンプを更に備える点を除き、第１の実施の形態の変形例に係る冷水循環システムと同様の構成を備える。よって、相違点を除き、詳細な説明は省略する。
【００７１】
第２の実施の形態に係る冷水循環システムは、複数の負荷設備（すなわち、負荷設備８１Ａ及び負荷設備８１Ｂ）のうち、冷水二次ポンプ５から送水される送り冷水の圧力が負荷設備の入口側（つまり、負荷設備に向けて供給される送り冷水が流入する制御二方弁１６の手前側）において最も低下する負荷設備の前段に、圧力可変部としての加圧ポンプ４０を備える。加圧ポンプ４０は、負荷設備に供給される送り冷水の圧力を変化させる。具体的に、加圧ポンプ４０は、負荷設備に供給される送り冷水の圧力が、負荷設備が要求する圧力まで加圧する。また、加圧ポンプ４０は、冷水二次ポンプ５よりも小型のポンプを用いることができる。
【００７２】
なお、送り冷水の圧力が負荷設備の入口において最も低下する負荷設備とは、例えば、冷水循環システムが備える複数の負荷設備のうち、冷水二次ポンプ５から最も離れた位置に設置される負荷設備、又は、冷水二次ポンプ５が設置される位置を基準として、当該位置からの標高が最も高いところに設置される、あるいは冷水二次ポンプ５により送られた冷水がその負荷設備に到達するまでの配管のうちに圧力損失が大きな部分を有する負荷設備等である。
【００７３】
なお、負荷設備の入り口側の配管に、圧力可変部としてのバルブを設けることもできる。このバルブを調整することにより、負荷設備に供給される送り冷水の圧力を増加又は減少させることができる。このバルブにより、冷水循環システム全体の水圧のバランスを調整することができ、負荷設備それぞれに対して送り冷水を適切に分配できる。
【００７４】
第２の実施の形態に係る冷水循環システムは、負荷設備の前段に加圧ポンプ４０を設置することができるので、冷水二次ポンプ５から離れた位置等に設置された負荷設備であっても、当該負荷設備に要求される圧力の送り送水を当該負荷設備に適切に供給することができる。
【００７５】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【００７６】
１ 冷水一次ポンプ
３ 冷凍機
５ 冷水二次ポンプ
６ａ、６ｂ 送りヘッダー
７ 還り管
８ 負荷設備
９ 戻りヘッダー
１１ 流量計
１６ 制御二方弁
１７Ａ、１７Ｂ 冷却対象物
１８ 送りの温度設定器
１９ 戻りの温度検出器
２４Ａ、２４Ｂ 制御信号変換器
３１ クーリングタワー
３２ 冷却水ポンプ
４０ 加圧ポンプ
５１ 動力インバーター
８１Ａ、８１Ｂ 負荷設備
１３１ ポンプ運転制御器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷水循環システムに関する。特に、本発明は、省エネルギー化できる冷水循環システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷水循環システムとして、送り冷水と戻り冷水とを貯える冷水蓄熱槽と、戻り冷水を冷水蓄熱槽の高温部から冷凍機を介して冷水蓄熱槽の低温部へ送る冷水一次ポンプと、動力インバーターを備え、かつ送り冷水を冷水蓄熱槽の低温部から負荷設備へ送る冷水二次ポンプと、冷水二次ポンプの動作を制御するポンプ運転制御器とを備え、ポンプ運転制御器は、送り冷水の温度と戻り冷水の温度との検出温度差を負荷設備の定格設計温度差に近づけるように、動力インバーターの運転周波数を制御する冷水循環システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の冷水循環システムは、上記構成を備えることにより、冷水二次ポンプから負荷設備への送水量を最適な量に制御できるので、省エネルギーの観点から極めて優れた効果を発揮することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１５５２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の冷水循環システムは、実際の送り冷水の温度が変化すると、これを基に定格設計温度差を加算して算出される戻り冷水の制御目標温度は、理想の値である冷凍機の冷水を取り込む側の定格設計温度（冷水戻り定格温度）から、かけ離れる場合がある。例えば、夏季において冷凍機の冷却塔の能力が不充分な場合などに、実際の送り冷水の温度が目標としている送り冷水の温度よりも、高くなり過ぎる状況が発生し得る。これに定格設計温度差を加えた値を戻り冷水の制御目標温度として制御すると、戻り冷水の温度も理想とする値（定格設計温度）からはかけ離れて高くなってしまう。このため冷凍機への過負荷により、冷凍機本来の能力を発揮して十分に冷却することができずに実際の送り冷水の温度が更に上昇する可能性がある。よって、負荷設備から戻ってくる戻り冷水を十分に安定して冷却するための冷水循環をする制御には改良の余地がある。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、更なる安定した省エネルギーを図るために、冷凍機が効率の高い冷却運転を続ける信頼性を高めつつ、冷水の循環量を必要最低限にできる冷水循環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】
本発明は、上記目的を達成するため、制御弁により必要水量が連続的に調整される負荷設備と、負荷設備からの戻り冷水を冷却し、負荷設備への送り冷水にする冷凍機と、戻り冷水を冷凍機に供給する冷水一次ポンプと、動力インバーターを有し、動力インバーターの運転周波数に応じた送水量及び送水圧力（以下、ポンプの「送水量」とは「送水量及び送水圧力」を意味する。）の送り冷水を負荷設備に供給する冷水二次ポンプと、運転周波数を制御することにより、冷凍機から負荷設備への送り冷水の送水量を調整するポンプ運転制御器とを備え、ポンプ運転制御器が、冷凍機から負荷設備に送水される送り冷水の予め設定された制御目標温度と負荷設備から冷凍機に戻される戻り冷水の温度を測定して得られた戻り冷水温度とから算出される算出温度差と、負荷設備の定格設計温度差との差の絶対値が減少する方向へ、算出温度差に基づいて運転周波数を制御することにより負荷設備への送水量を調整する冷水循環システムが提供される。
【０００８】
また、上記冷水循環システムにおいて、ポンプ運転制御器が、算出温度差と定格設計温度差との差の絶対値が予め設定された許容値を外れた時間が、予め設定した一定の時間を連続して、又は、予め設定した時間内に累積して過ぎた場合に、負荷設備への送り冷水の送水量を調整することもできる。
【０００９】
また、上記冷水循環システムにおいて、ポンプ運転制御器が、動力インバーターの運転周波数が、予め設定した最高周波数に到達した場合に冷水二次ポンプの運転台数を増加させ、予め設定した最低周波数に到達した場合に冷水二次ポンプの運転台数を減少させることもできる。
【００１０】
また、上記冷水循環システムにおいて、負荷設備の前段に、負荷設備に供給される送り冷水の圧力を変化させる圧力可変部を更に備えることもできる。
【００１１】
また、上記冷水循環システムにおいて、圧力可変部が、冷水二次ポンプより小型の加圧ポンプであってもよい。
【００１２】
また、上記冷水循環システムにおいて、複数の負荷設備を更に備え、送り冷水が、複数の負荷設備のそれぞれに複数の送り管を通じて送水され、複数の負荷設備のそれぞれが、複数の戻り管を通じて戻り冷水を冷凍機に向けて送水し、制御目標温度が、複数の送り管の第１の集合部分において予め設定される温度であり、戻り冷水温度が、複数の戻り管の第２の集合部分において計測されてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る冷水循環システムによれば、更なる安定した省エネルギーを図るために、冷凍機が効率の高い冷却運転を続ける信頼性を高めつつ、冷水の循環量を必要最低限にできる冷水循環システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施の形態に係る冷水循環システムの構成の概要図である。
【図２】第１の実施の形態に係る冷水循環システムの動作のフローである。
【図３】第１の実施の形態の変形例に係る冷水循環システムの構成の概要図である。
【図４】第２の実施の形態に係る冷水循環システムの構成の概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［第１の実施の形態］
（冷水循環システムの構成の概要）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る冷水循環システムの構成の概要を示す。
【００１６】
第１の実施の形態に係る冷水循環システムは、例えば、所定の負荷設備に、空調用、生産冷却水用の冷熱を連続供給する冷水循環設備を含む冷水循環システムである。負荷設備は、例えば、空調機の除湿コイル若しくは冷却コイル、生産冷却水用熱交換器、ドライコイル等である。
【００１７】
第１の実施の形態に係る冷水循環システムは、制御弁としての制御二方弁１６により必要水量が連続的に調整される負荷設備８１Ａと、負荷設備８１Ａからの戻り冷水を冷凍機３に供給する冷水一次ポンプ１と、負荷設備８１Ａからの戻り冷水を冷却し、負荷設備８１Ａへの送り冷水にする冷凍機３と、動力インバーター５１が付設され、動力インバーター５１の運転周波数に応じた送水量の送り冷水（すなわち、冷凍機３から送出される送り冷水）を負荷設備８１Ａに供給する冷水二次ポンプ５と、冷水二次ポンプ５に付設される動力インバーター５１の動作を制御することにより冷水二次ポンプ５から負荷設備への送り冷水の送水量を調整するポンプ運転制御器１３１とを備える。なお、第１の実施の形態に係る冷水循環システムは、冷水二次ポンプ５を１台以上備えることができる。
【００１８】
また、本実施の形態に係る冷水循環システムは、冷凍機３からの冷水が流れる配管と送り冷水を負荷設備８１Ａに供給する配管とを接続する送りヘッダー６ａ及び送りヘッダー６ｂと、負荷設備８１Ａからの戻り冷水が流れる配管と戻り冷水を冷凍機３に供給する配管とを接続する戻りヘッダー９とを備える。冷凍機３からの冷水が流れる配管が送りヘッダー６ｂに接続され、送り冷水を負荷設備８１Ａに供給する配管が送りヘッダー６ａに接続される。また、送りヘッダー６ｂと戻りヘッダー９とは、配管により相互に接続される。そして、動力インバーター５１が付設されている冷水二次ポンプ５は、一例として、送りヘッダー６ａと送りヘッダー６ｂとの間に送りヘッダー６ａと送りヘッダー６ｂとを接続するように配置される。
【００１９】
また、送りヘッダー６ａ及び送りヘッダー６ｂの間には、冷凍機３から負荷設備８１Ａに送水された送り冷水のうち過剰な水（以下、「過剰水」という）を送りヘッダー６ａから送りヘッダー６ｂに還す還り管７を接続してもよい。ただし、詳細は後述するが、本実施の形態に係る冷水循環システムにおいては負荷設備８１Ａへの送り冷水の量は動力インバーター５１により制御されるので、還り管７を設けなくてもよい。すなわち、還り管７は、既存の冷水循環システムに備え付けられている場合、撤去しなくてもよい。また、既存の冷水循環システムが還り管７を備えていない場合、新たに還り管７を設置しなくてもよい。なお、還り管７は、万一、負荷設備の制御弁としての制御二方弁１６が全閉止のときに冷水二次ポンプ５が運転された場合に、送り管内の圧力を開放する圧力開放弁を有することもできる。
【００２０】
（冷水一次ポンプ１）
冷水一次ポンプ１は、負荷設備８１Ａから戻りヘッダー９に戻ってくる戻り冷水を冷凍機３に送る。第１の実施の形態に係る冷水循環システムは、冷水循環システムが備える冷凍機３の数に応じた台数の冷水一次ポンプ１を備える。なお、第１の実施の形態に係る冷水循環システムは、冷水一次ポンプ１を１台以上備えることができる。すなわち、本実施の形態に係る冷水循環システムは、複数の冷凍機３を備えることができる。
【００２１】
（冷凍機３）
冷凍機３は、冷水一次ポンプ１から供給される負荷設備８１Ａからの戻り冷水を目的の温度まで冷却する。冷却された冷水（すなわち、送り冷水）は、冷凍機３から送りヘッダー６ｂを介して冷水二次ポンプ５に供給される。ここで、冷凍機３には、戻り冷水を冷却するクーリングタワー３１と、冷凍機３とクーリングタワー３１との間で戻り冷水を循環させる冷却水ポンプ３２とが補機として付随している。そして、これら補機と冷水一次ポンプ１とは冷凍機３の動作に連動して動作する。以下、冷水一次ポンプ１及び補機、並びにこれらと常時連動して運転する冷凍機３の補助設備が存在する場合、それらの全てを含めて冷凍機３ということがある。
【００２２】
（冷水二次ポンプ５）
冷水二次ポンプ５は、冷凍機３から送りヘッダー６ｂに供給された冷水のうち、負荷設備８１Ａに対して必要な量の冷水（すなわち、送り冷水）を供給する。ここで、冷水二次ポンプ５には、運転電力の周波数（すなわち、運転周波数）を自動的に変化させることにより冷水二次ポンプ５が送水する水量を調整する動力インバーター５１が付設されている。そして、動力インバーター５１の周波数は、ポンプ運転制御器１３１により制御される。すなわち、冷水二次ポンプ５は、ポンプ運転制御器１３１に制御される動力インバーター５１の周波数に応じて、必要な量の送り冷水を送りヘッダー６ａを介して負荷設備８１Ａに供給する。
【００２３】
なお、複数の冷水二次ポンプ５はそれぞれ、送り冷水を負荷設備側に送水する送水管をそれぞれ有する。複数の送水管は、送りヘッダー６ａに接続され、複数の送水管のそれぞれを流れる送り冷水は、送りヘッダー６ａにおいて合流する。そして、送りヘッダー６ａは、負荷設備８１Ａに接続される送り管を有している。送り冷水は、当該送り管を通って負荷設備８１Ａに供給される。
【００２４】
（負荷設備）
負荷設備８１Ａは、冷却対象物１７Ａ（例えば、負荷設備８１Ａが空調機の場合、室内の空気）を冷却する。負荷設備８１Ａは、負荷である冷却対象物１７Ａの温度に応じて自動的に負荷設備８１Ａに流入する送り冷水の水量を制御する制御弁としての制御二方弁１６と、制御二方弁１６の開度を制御する制御信号変換器２４Ａと、冷却対象物１７Ａの温度を検出する温度検出器２３Ａとを有する。なお、負荷設備８１Ａが有する制御弁は、制御三方弁とすることもできる。この制御弁は、少なくとも、負荷設備の上流側又は下流側のいずれか一方に備えられていれば良い。
【００２５】
制御信号変換器２４Ａは、温度検出器２３Ａが検出した冷却対象物１７Ａの温度を示す温度信号を取得して、取得した温度信号に基づいて制御二方弁１６の開閉を制御する。具体的に制御信号変換器２４Ａは、冷却対象物１７Ａの温度が予め設定された温度に近づくように、制御二方弁１６の開度を連続的に、すなわち、段階なく調整する。これにより、負荷設備８１Ａには、送り冷水の必要水量が連続的に供給される。
【００２６】
負荷設備８１Ａに供給された送り冷水は、負荷設備８１Ａの負荷（すなわち、冷却対象物１７Ａ）の冷却に用いられる。負荷設備８１Ａに供給された送り冷水の温度は、当該負荷の大きさに比例して上昇して戻り冷水となる。戻り冷水は、負荷設備８１Ａに接続されている戻り管を通って戻りヘッダー９に供給される。戻りヘッダー９から戻り冷水は、冷水一次ポンプ１を介して冷凍機３に供給される。
【００２７】
（ポンプ運転制御器１３１）
ポンプ運転制御器１３１は、送り冷水の温度と戻り冷水の温度との算出温度差を負荷設備８１Ａの定格設計温度差に近づけるように、冷水二次ポンプ５の運転台数と動力インバーター５１の運転周波数とを制御する。これにより、ポンプ運転制御器１３１は、冷凍機３から負荷設備８１Ａへの送り冷水の送水量を制御する。すなわち、ポンプ運転制御器１３１は、負荷設備８１Ａの熱交換設計上の最大温度差を確保するように、冷水二次ポンプ５の運転台数と動力インバーター５１の運転周波数とを制御して、送り冷水の送水量を制御する。
【００２８】
ここで、負荷設備８１Ａの定格設計温度差とは、負荷設備８１Ａの設計仕様書に記載された定格能力を発揮する運転を負荷設備８１Ａがしている場合において、負荷設備８１Ａが定格能力を発揮する場合における流量の冷水が負荷設備８１Ａに供給されており、当該冷水が負荷設備８１Ａに入る時の冷水の温度と、負荷設備８１Ａにおいて熱交換されて負荷設備８１Ａから出ていく冷水の温度との温度差である。定格設計温度差は、予め定められた温度差であって、ある１つの冷水循環システムにおいて統一して設定される。また、本実施の形態に係る冷水循環システムおける定格設計温度差は、負荷設備８１Ａの設計仕様書に基づく温度差（すなわち、負荷設備８１Ａに入る冷水の温度と、負荷設備８１Ａにおいて熱交換された後に負荷設備８１Ａから排出される水の温度との温度差）に一定の修正を加えた値を定格設計温度差として設定することもできる（例えば、当該温度差から０．５℃を差し引いた値を負荷設備８１Ａにおける定格設計温度差として設定すること等ができる）。
【００２９】
なお、第１の実施の形態においてポンプ運転制御器１３１は、動力インバーター５１の運転周波数を制御して、冷水二次ポンプ５の送水量を制御することを優先する。そして、例えば、負荷設備８１Ａが要求する送り冷水の送水量を当該運転周波数の制御では制御することができない場合に、ポンプ運転制御器１３１は、冷水二次ポンプ５の運転台数を制御（すなわち、運転台数の増減を制御）する。
【００３０】
ここで、送り冷水の温度は、例えば、送り管又は送りヘッダー６ａに設置された送りの温度設定器１８において、制御すべき目標の温度（以下、「制御目標温度」ということがある）として設定される。すなわち、本実施の形態において冷凍機３から負荷設備８１Ａに送水される送り冷水の温度は、予め定められた温度（すなわち、制御目標温度）である。なお、送りの温度設定器１８は、送り冷水の温度を計測することもできる。そして、送りの温度設定器１８は、計測した温度を示す温度信号を、ポンプ運転制御器１３１に供給することもできる。また、本実施の形態においては、ポンプ運転制御器１３１と送りの温度設定器１８とは別体であったが、送りの温度設定器１８が温度設定部としての機能を有する場合には、送りの温度設定器１８をポンプ運転制御器１３１の一部として、ポンプ運転制御器１３１と一体的に構成することもできる。例えば、ポンプ運転制御器１３１は、制御目標温度を設定するダイヤルスイッチ又はディップスイッチ等を有することができる。また、ポンプ運転制御器１３１内の制御基板（図示しない）が有するＲＯＭ内に制御目標温度をプログラミングして予め設定する構成にすることもできる。
【００３１】
また、戻り冷水の温度は、例えば、戻りヘッダー９又は戻りヘッダー９の前段に接続されている配管に設置された戻りの温度検出器１９において計測される。戻りの温度検出器１９は、計測した温度（以下、「戻り冷水温度」ということがある）を示す温度信号をポンプ運転制御器１３１に供給する。
【００３２】
そして、ポンプ運転制御器１３１は、送りの温度設定器１８において設定された制御目標温度と、戻りの温度検出器１９から受け取った温度信号が示す戻り冷水温度とから算出される算出温度差（すなわち、制御目標温度と戻り冷水温度との差）と、負荷設備８１Ａの定格設計温度差との差の絶対値が減少する方向へ、算出温度差に基づいて運転周波数を制御する。すなわち、ポンプ運転制御器１３１は、送りの温度設定器１８において設定された制御目標温度をＴ１ＳＰとし、戻りの温度検出器１９において計測された戻り冷水温度をＴ２ＰＶとした場合に、ΔＴ＝Ｔ２ＰＶ−Ｔ１ＳＰの値を定格設計温度差に近づけるように、動力インバーター５１の運転周波数を制御する。これにより、ポンプ運転制御器１３１は、冷水二次ポンプ５が負荷設備８１Ａに供給する送り冷水の送水量を調整する。
【００３３】
（動力インバーター５１の周波数制御機構）
ポンプ運転制御器１３１は、動力インバーター５１の運転周波数を制御する周波数制御部を有する。周波数制御部は、予め定められた制御目標温度（Ｔ１ＳＰ）と計測された戻り冷水温度（Ｔ２ＰＶ）との算出温度差（ΔＴ）と、負荷設備８１Ａの定格設計温度差との差が予め設定した許容値を外れた時間が、予め設定した一定の時間を連続して、又は、予め設定した時間内に累積して過ぎた場合に、動力インバーター５１の運転周波数を算出温度差と定格設計温度差との差の絶対値が小さくなる方向へ変化させる。これにより、冷水循環システムは、冷凍機３における熱交換設計上の最適な温度差（すなわち、定格設計温度差）となるように戻り冷水の温度を維持することができ、冷水二次ポンプ５と冷凍機３との全体運転効率を最も良くするように送り冷水の量を制御できる。
【００３４】
なお、予め設定する許容値は、例えば、±０．５〜１．０℃程度に設定する。また、本実施の形態において、「予め設定する許容値」、「予め設定する一定の時間」、及び「予め設定する時間内」は、冷水循環システムの運転開始後、冷水循環システムの効率が最適となるように調整することができる。
【００３５】
（冷水二次ポンプ５の運転台数制御機構）
ポンプ運転制御器１３１は、冷水二次ポンプ５の運転台数を増減する運転台数制御部を有する。運転台数制御部は、動力インバーター５１の運転周波数が予め設定した最高周波数に到達した時を起点として、当該運転周波数が予め設定した時間、継続した場合に、冷水二次ポンプ５の運転台数を増加させる。また、運転台数制御部は、動力インバーター５１の運転周波数が予め設定した最低周波数に到達した時を起点として、当該運転周波数が予め設定した時間、継続した場合に、冷水二次ポンプ５の運転台数を減ずる。これにより、冷水循環システムは、動力インバーター５１の運転周波数の調整だけでは困難な範囲まで負荷設備８１Ａへの送り冷水の送水量を増減できる。そして、冷水循環システムは、動力インバーター５１の運転周波数の調整と共に、冷水二次ポンプ５の運転台数を制御することにより、戻り冷水の温度を、冷凍機３が高い運転効率（成績係数）で動作できる温度範囲に維持することができる。
【００３６】
ここで、本実施の形態における最高周波数は、本実施の形態に係る冷水循環システムが用いられる地域の商用運転周波数（例えば、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）に設定することが好ましい。また、本実施の形態における最低周波数は、予測される最少冷水量を負荷設備８１Ａに送ることを目的として、負荷設備８１Ａを備える冷水循環システムの配管系の形状を考慮した上で、負荷設備において最低限要求される圧力を発生可能な周波数（例えば、２５〜３５Ｈｚ）に設定することが好ましい。なお、最高周波数及び最低周波数はそれぞれ、冷水循環システムの運転が最適になるように適宜調整できる。
【００３７】
（冷水循環システムの動作の概要）
第１の実施の形態に係る冷水循環システムの動作の概要を説明する。まず、冷水循環システムが起動されると、ポンプ運転制御器１３１において予め設定された動力インバーター５１の初期運転周波数、冷水二次ポンプ５の初期台数にて冷水循環システムが稼働する。その後、予め設定された送り冷水の温度と実測された戻り冷水の温度との算出温度差の値を、負荷設備８１Ａの定格設計温度差に近づけるように（すなわち、算出温度差と定格温度差との差の絶対値が減少するように）、算出温度差に基づいて、ポンプ運転制御器１３１における動力インバーター５１の周波数と冷水二次ポンプ５の運転台数に修正が加えられ、冷水循環システムの運転が継続される。
【００３８】
そして、冷水循環システムが一定時間、運転した後に、ポンプ運転制御器１３１は、算出温度差と定格設計温度差とを比較する。そして、ポンプ運転制御器１３１は、算出温度差と定格設計温度差との差が予め定められた許容値を超えるか否かを判断する。ポンプ運転制御器１３１は、この許容値を超えた時間が予め定められた時間だけ継続した場合に、現在稼働している動力インバーター５１の運転周波数を、算出温度差と定格設計温度差との差の絶対値が小さくなる方向に修正する。これにより、冷水循環システムは、算出温度差を定格設計温度差に近づける動作を継続する。
【００３９】
ここで、ポンプ運転制御器１３１は、冷水循環システムの動作の制御を継続する中で、運転中の冷水二次ポンプ５が複数台ある場合は、それらの吐出圧力が略同一になるように動力インバーター５１の設定周波数に修正を加えることができる。
【００４０】
冷水循環システムの動作の制御により動力インバーター５１の運転周波数が最高周波数に到達した場合、ポンプ運転制御器１３１は、作動する冷水二次ポンプ５の台数を１台加える。また、動力インバーター５１の運転周波数が最低周波数に到達した場合、ポンプ運転制御器１３１は、作動する冷水二次ポンプ５の台数を１台減ずる。なお、ポンプ運転制御器１３１は、冷水二次ポンプ５の台数が増減された場合に運転中の冷水二次ポンプ５の総吐出圧力の急変を抑制することを目的として、動力インバーター５１の運転周波数を調整する。
【００４１】
（冷水循環システムの動作の詳細）
以下、第１の実施の形態に係る冷水循環システムの動作を、フローチャートを示してより詳細に説明する。
【００４２】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る冷水循環システムの動作のフローの一例を示す。
【００４３】
まず、第１の実施の形態に係る冷水循環システムを起動する。この場合に、冷水循環システムは、予め設定した初期の冷水二次ポンプ５の台数Ｐを初期設定周波数ＨｚＩｎで運転を開始する（ステップ１０。以下、ステップを「Ｓ」と表す）。具体的には、ポンプ運転制御器１３１において予め設定された動力インバーター５１の初期周波数ＨｚＩｎにおいて、初期台数Ｐの冷水二次ポンプ５の運転が開始される。ここで、初期台数Ｐは、一例として、冷水二次ポンプ５の総台数の８０％の台数に設定する。また、初期周波数ＨｚＩｎは、一例として、４８．５Ｈｚに設定する。
【００４４】
次に、送りの温度設定器１８は、設定した送り冷水の温度を示す温度信号をポンプ運転制御器１３１に供給する。そして、当該温度信号に基づく温度を制御目標温度（Ｔ１ＳＰ）としてポンプ運転制御器１３１に設定する（Ｓ１２）。ここで、送り冷水の制御目標温度（Ｔ１ＳＰ）は、一例として、７．０℃以上８．０℃以下の範囲の温度で設定される。なお、送り冷水の温度は、必ずしも定格値（すなわち、負荷設備８１Ａの入り口側の定格温度）であることは要さない。次に、戻りの温度検出器１９は、戻り冷水の温度（Ｔ２ＰＶ）を計測する（Ｓ１４）。戻りの温度検出器１９は、計測した戻り冷水の温度を示す温度信号をポンプ運転制御器１３１に供給する。
【００４５】
続いて、ポンプ運転制御器１３１は、送り冷水の温度（設定値［制御目標温度］：Ｔ１ＳＰ）と戻り冷水の温度（実測値：Ｔ２ＰＶ）とから算出温度差（ΔＴ＝Ｔ２ＰＶ−Ｔ１ＳＰ）を算出する。そして、ポンプ運転制御器１３１は、算出温度差と、負荷設備８１Ａ及び負荷設備８１Ｂの定格設計温度差（ΔＴＳ）とを比較する（Ｓ１６）。ΔＴがΔＴＳ以下である時（ΔＴ≦ΔＴＳ）はＳ１８に進み（Ｃａｓｅ１）、大きい時（ΔＴ＞ΔＴＳ）はＳ３４に進む（Ｃａｓｅ２）。ここで定格設計温度差ΔＴＳは、一例として、５℃以上８℃以下程度の範囲で設定される。
【００４６】
［Ｃａｓｅ１］
まず、Ｃａｓｅ１について説明する。ポンプ運転制御器１３１は、ΔＴと、ΔＴＳから下側許容値Ｋ１を減じた値とを比較する。そして、ポンプ運転制御器１３１は、ΔＴがΔＴＳから下側許容値Ｋ１を減じた値以下の値（ΔＴ≦ΔＴＳ−Ｋ１）である場合（Ｓ１８：Ｙ）、ΔＴ≦ΔＴＳ−Ｋ１の関係が継続する時間を計測する（Ｓ２０）。一方、ΔＴ＞ΔＴＳ−Ｋ１）である場合（Ｓ１８：Ｎ）、ポンプ運転制御器１３１は、戻り冷水の実測の温度（Ｔ２ＰＶ）を示す温度信号を引き続き取得する。なお、下側許容値Ｋ１は可変であるが、例えば、０．５℃に設定される。
【００４７】
そして、ΔＴ≦ΔＴＳ−Ｋ１の関係が継続する時間が予め定められた時間Ｙ１だけ継続した場合（Ｓ２０：Ｙ）、ポンプ運転制御器１３１は、動力インバーター５１の現在の運転周波数ＨｚＸから予め設定した運転周波数Ｈｚ１を減じる（Ｓ２２）。運転周波数Ｈｚ１は、例えば、１．５Ｈｚに設定される。一方、ΔＴ≦ΔＴＳ−Ｋ１の関係が継続する時間が予め定められた時間Ｙ１だけ継続しない場合（Ｓ２０：Ｎ）、ポンプ運転制御器１３１は、戻り冷水の実測の温度（Ｔ２ＰＶ）を示す温度信号を引き続き取得する。ここで、予め定められた時間Ｙ１は、一例として、９０秒程度である。
【００４８】
次に、ポンプ運転制御器１３１は、現在の運転周波数ＨｚＸと最低周波数Ｈｚｍｉｎとを比較する（Ｓ２４）。ここで、最低周波数Ｈｚｍｉｎは、負荷設備において最低限必要な量の冷水を送ることを目的として、必要と予測される圧力を発生できる周波数に設定され、一例として、３０Ｈｚである。また、ポンプ運転制御器１３１は、冷水循環システムの稼働を継続しつつ、冷水循環システムの省エネルギー性を向上させるために、最低周波数Ｈｚｍｉｎを自動的に調整することができる。なお、最低周波数Ｈｚｍｉｎは、手動で設定してもよい。
【００４９】
そして、運転周波数ＨｚＸが最低周波数Ｈｚｍｉｎ以上（ＨｚＸ≧Ｈｚｍｉｎ）の場合（Ｓ２４：Ｙ）、効果待ち時間Ｙ３が経過するまでポンプ運転制御器１３１は待機する（Ｓ２６：Ｎ）。そして、効果待ち時間Ｙ３が経過した後、ポンプ運転制御器１３１は、戻り冷水の実測の温度（Ｔ２ＰＶ）を示す温度信号を引き続き取得する（Ｓ２６：Ｙ）。効果待ち時間Ｙ３は、例えば、１２０秒以上１８０秒以下の範囲で設定される。
【００５０】
一方、運転周波数ＨｚＸが最低周波数Ｈｚｍｉｎ未満（ＨｚＸ＜Ｈｚｍｉｎ）の場合（Ｓ２４：Ｎ）、ポンプ運転制御器１３１は、冷水二次ポンプ５の運転台数を１台減らす（Ｓ２８）。更に、ポンプ運転制御器１３１は、稼働中の冷水二次ポンプ５の送水圧力を揃え、かつ、現在稼働中の冷水二次ポンプ５の送水圧力が、運転台数を減じる前における送水圧力に等しい送水圧力となるように、複数の動力インバーター５１の現在の運転周波数ＨｚＸを、予め設定された運転周波数Ｈｚ３（例えば、最高周波数に近い周波数であって、一例として、４８．５Ｈｚ）に調整する（Ｓ３０）。なお、複数の冷水二次ポンプ５の特性がそれぞれ異なる場合、ポンプ運転制御器１３１は、各冷水二次ポンプ５をそれぞれ一意に識別する二次ポンプ識別子に対応付けて運転周波数Ｈｚ３をデータとして記憶しており、斯かるデータに基づいて運転周波数Ｈｚ３を調整する。
【００５１】
次に、ポンプ運転制御器１３１は、動力インバーター５１の運転周波数Ｈｚ３に設定した後に、冷水循環システムの稼働を安定させることを目的として、予め定められた効果待ち時間Ｙ５が経過するまで待機する（Ｓ３２：Ｎ）。効果待ち時間Ｙ５が経過した後、ポンプ運転制御器１３１は、戻り冷水の実測の温度（Ｔ２ＰＶ）を示す温度信号を引き続き取得する（Ｓ３２：Ｙ）。ここで、効果待ち時間Ｙ５は、一例として、１２０秒以上１８０秒以下程度の範囲内で設定される。例えば、効果待ち時間Ｙ５は、１２０秒に設定される。
【００５２】
［Ｃａｓｅ２］
次に、Ｃａｓｅ２について説明する。ポンプ運転制御器１３１は、ΔＴと、ΔＴＳに上側許容値Ｋ２を加えた値とを比較する。そして、ポンプ運転制御器１３１は、ΔＴがΔＴＳに上側許容値Ｋ２を加えた値以上の値（ΔＴ≧ΔＴＳ＋Ｋ２）である場合（Ｓ３４：Ｙ）、ΔＴ≧ΔＴＳ＋Ｋ２の関係が継続する時間を計測する（Ｓ３６）。一方、ΔＴ＜ΔＴＳ＋Ｋ２である場合（Ｓ３４：Ｎ）、ポンプ運転制御器１３１は、戻り冷水の温度（Ｔ２ＰＶ）を示す温度信号を引き続き取得する。ここで、上側許容値Ｋ２は、例えば、０．３℃である。
【００５３】
そして、ΔＴ≧ΔＴＳ＋Ｋ２の関係が継続する時間が予め定められた時間Ｙ２だけ継続した場合（Ｓ３６：Ｙ）、ポンプ運転制御器１３１は、動力インバーター５１の現在の運転周波数ＨｚＸに予め設定した運転周波数Ｈｚ２を加える（Ｓ３８）。運転周波数Ｈｚ２は、例えば、１．５Ｈｚに設定される。一方、ΔＴ≧ΔＴＳ＋Ｋ２の関係が継続する時間が予め定められた時間Ｙ２だけ継続しない場合（Ｓ３６：Ｎ）、ポンプ運転制御器１３１は、戻り冷水の実測の温度（Ｔ２ＰＶ）を示す温度信号を引き続き取得する。ここで、予め定められた時間Ｙ２は、一例として、９０秒程度である。
【００５４】
次に、ポンプ運転制御器１３１は、現在の運転周波数ＨｚＸと予め設定された最高周波数Ｈｚｍａｘとを比較する（Ｓ４０）。ここで、予め設定された最高周波数Ｈｚｍｉｎは、一例として、冷水循環システムが設置されている地域の商用周波数である（つまり、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚである）。そして、運転周波数ＨｚＸが最高周波数Ｈｚｍａｘ以下（ＨｚＸ≦Ｈｚｍａｘ）の場合（Ｓ４０：Ｙ）、効果待ち時間Ｙ４が経過するまでポンプ運転制御器１３１は待機する（Ｓ４２：Ｎ）。そして、効果待ち時間Ｙ４が経過した後、ポンプ運転制御器１３１は、戻り冷水の実測の温度（Ｔ２ＰＶ）を示す温度信号を引き続き取得する（Ｓ４２：Ｙ）。効果待ち時間Ｙ４は、例えば、１２０秒以上１８０秒以下の範囲で設定される。
【００５５】
一方、運転周波数ＨｚＸが最高周波数Ｈｚｍａｘを超える（ＨｚＸ＞Ｈｚｍａｘ）場合（Ｓ４０：Ｎ）、ポンプ運転制御器１３１は、冷水二次ポンプ５の運転台数を１台増加させる（Ｓ４４）。更に、ポンプ運転制御器１３１は、稼働中の冷水二次ポンプ５の送水圧力を揃え、かつ、現在稼働中の冷水二次ポンプ５の送水圧力が、運転台数を増加させる前における送水圧力に等しい送水圧力となるように、複数の動力インバーター５１の現在の運転周波数ＨｚＸを、予め設定された運転周波数Ｈｚ４（例えば、３０Ｈｚ）に調整する（Ｓ４６）。なお、複数の冷水二次ポンプ５の特性がそれぞれ異なる場合、ポンプ運転制御器１３１は、二次ポンプ識別子に対応付けて運転周波数Ｈｚ４をデータとして記憶しており、斯かるデータに基づいて運転周波数Ｈｚ４を調整する。
【００５６】
次に、ポンプ運転制御器１３１は、動力インバーター５１の運転周波数Ｈｚ４に設定した後に、冷水循環システムの稼働を安定させることを目的として、予め定められた効果待ち時間Ｙ５が経過するまで待機する（Ｓ３２：Ｎ）。効果待ち時間Ｙ５が経過した後、ポンプ運転制御器１３１は、戻り冷水の温度（Ｔ２ＰＶ）を示す温度信号を引き続き取得する（Ｓ３２：Ｙ）。
【００５７】
以上の各ステップにより、送りの温度設定器１８が設定した制御目標温度Ｔ１ＳＰと戻りの温度検出器１９が実測した温度Ｔ２ＰＶとの算出温度差ΔＴ（＝Ｔ２ＰＶ−Ｔ１ＳＰ）を、負荷設備８１Ａ、負荷設備８１Ｂの定格設計温度差ΔＴＳに近づけるような制御が、ポンプ運転制御器１３１による動力インバーター５１の運転周波数と冷水二次ポンプ５の運転台数の制御によって実施され、冷水循環システムの運転が継続される。
【００５８】
（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態に係る冷水循環システムは、送り冷水の温度を予め設定すると共に、算出温度差と定格設計温度差との差の絶対値を減少させる方向に送り冷水の水量を制御するので、冷水二次ポンプ５による送水量を過剰又は不足にならない最適な量に制御できる。これにより、冷水循環システム全体の運転動力（消費エネルギー）を削減でき、エネルギー効率を向上させることができる。
【００５９】
より詳細に、第１の実施の形態に係る冷水循環システムは、冷水循環システムの運転中に常時変化しつづけている負荷設備が要する冷熱量に対応して、予め設定された送り冷水の温度と実測された戻り冷水の温度との算出温度差を負荷設備の定格設計温度差に近づけつつ送水量を可変にする制御をするので、負荷設備が設計通りの熱交換部分の温度差で充分に機能を発揮することができると共に、過剰でも過少でもない、適切な流量の送り冷水を負荷設備に供給できる。これにより、送り圧力を一定にする方式（すなわち、水量が過剰の傾向）に比べ、冷水循環システムの動力を大幅に削減できると共に、戻り冷水の温度を冷凍機の定格の吸込み温度に近づけることができる。この結果、冷凍機の成績係数を向上させることができる。更に、本実施の形態に係る冷水循環システムによれば、負荷設備の負荷が変化した場合であっても、送り冷水の温度を予め設定したので、戻り冷水の温度が高くなりすぎたり低くなりすぎたりすることを抑制でき（すなわち、戻り冷水の温度は定格値であり、かつ、最適値にすることができ）、冷凍機の運転成績の低下を抑制できる。したがって、本実施の形態に係る冷水循環システムによれば、冷水二次ポンプ５の動力を削減できると共に冷凍機の動力も削減できるので、省エネルギー効果を大きくできる。
【００６０】
また、本実施の形態に係る冷水循環システムは、負荷設備が要する冷水の過不足が僅かの時に直ちに動作を開始せずに、一定時間にわたり限界量を超えた時にのみ冷水二次ポンプ５の運転周波数と運転台数とを変化させるので、緩やかに、かつ確実に、適切な二次冷水ポンプ５の運転周波数と運転台数とを決定できる。これにより、熟練した調整員の判断規準に近い方法で冷水循環システムを制御でき、自動的な施設の運転管理ができる。
【００６１】
（第１の実施の形態の変形例）
図３は、本発明の第１の実施の形態の変形例に係る冷水循環システムの構成の概要を示す。
【００６２】
第１の実施の形態の変形例に係る冷水循環システムは、第１の実施の形態に係る冷水循環システムとは、負荷設備の数が異なる点を除き、第１の実施の形態に係る冷水循環システムと同様の構成を備える。よって、相違点を除き、詳細な説明は省略する。
【００６３】
第１の実施の形態の変形例に係る冷水循環システムは、複数の負荷設備（例えば、負荷設備８１Ａ及び負荷設備８１Ｂ）を備える。そして、負荷設備８１Ａ及び負荷設備８１Ｂからの戻り冷水はそれぞれ、負荷設備８１Ａに接続されている戻り管と負荷設備８１Ｂに接続されている戻り管とを通じて第２の集合部分としての戻りヘッダー９に供給される。負荷設備８１Ａ及び負荷設備８１Ｂからの戻り冷水は戻りヘッダー９において合流する。そして、戻りヘッダー９に供給された戻り冷水は、冷水一次ポンプ１を介して冷凍機３に供給される。
【００６４】
また、冷凍機３からの冷水は送りヘッダー６ｂに供給される。冷水二次ポンプ５は、冷凍機３から送りヘッダー６ｂに供給された冷水のうち、負荷設備８１Ａ及び負荷設備８１Ｂに対して必要な量の送り冷水を供給する。送り冷水は、第１の集合部分としての送りヘッダー６ａに接続されている複数の送り管を通って複数の負荷設備のそれぞれに供給される。なお、負荷設備８１Ａと負荷設備８１Ｂとはそれぞれ略同様の構成を有する。
【００６５】
（第１の実施の形態の変形例に係る冷水循環システムの動作の概要）
冷水循環システムが起動された時の冷水循環システムの動作は第１の実施の形態に係る冷水循環システムと同一である。ただし、予め設定された送り冷水の温度と実測された戻り冷水の温度との算出温度差の値を、負荷設備８１Ａ及び負荷設備８１Ｂの定格設計温度差に近づけるように、算出温度差に基づいて、ポンプ運転制御器１３１における動力インバーター５１の周波数と冷水二次ポンプ５の運転台数に修正が加えられ、冷水循環システムの運転が継続される。
【００６６】
そして、冷水循環システムが一定時間、運転した後に、ポンプ運転制御器１３１は、算出温度差と定格設計温度差とを比較し、算出温度差と定格設計温度差との差が予め定められた許容値を超えるか否かを判断する。ポンプ運転制御器１３１は、この許容値を超えた時間が予め定められた時間だけ継続した場合に、現在稼働している動力インバーター５１の運転周波数を、算出温度差と定格設計温度差との差の絶対値が小さくなる方向に修正する。これにより、冷水循環システムは、算出温度差を定格設計温度差に近づける動作を継続する。
【００６７】
そして、冷水循環システムの動作の制御により動力インバーター５１の運転周波数が最高周波数に到達した場合、ポンプ運転制御器１３１は、作動する冷水二次ポンプ５の台数を１台加える。また、動力インバーター５１の運転周波数が最低周波数に到達した場合、ポンプ運転制御器１３１は、作動する冷水二次ポンプ５の台数を１台減ずる。
【００６８】
また、冷水循環システムの動作を制御する中で、例えば、負荷設備８１Ａが負荷設備８１Ｂより高い圧力を要求することが予め分かっている場合には、負荷設備８１Ａが有する温度検出器２３Ａ及び制御信号変換器２４Ａからポンプ運転制御器１３１へ、温度の異常を示す警報信号を予め供給する仕組みを設けることができる。この場合、ポンプ運転制御器１３１は、当該警報信号に基づいて、当該警報信号が消えるまで冷水二次ポンプ５から負荷設備８１Ａへ供給する送り冷水の量を増やす制御を実施する。
【００６９】
［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る冷水循環システムの構成の概要を示す。
【００７０】
第２の実施の形態に係る冷水循環システムは、第１の実施の形態の変形例に係る冷水循環システムとは、負荷設備の前段に加圧ポンプを更に備える点を除き、第１の実施の形態の変形例に係る冷水循環システムと同様の構成を備える。よって、相違点を除き、詳細な説明は省略する。
【００７１】
第２の実施の形態に係る冷水循環システムは、複数の負荷設備（すなわち、負荷設備８１Ａ及び負荷設備８１Ｂ）のうち、冷水二次ポンプ５から送水される送り冷水の圧力が負荷設備の入口側（つまり、負荷設備に向けて供給される送り冷水が流入する制御二方弁１６の手前側）において最も低下する負荷設備の前段に、圧力可変部としての加圧ポンプ４０を備える。加圧ポンプ４０は、負荷設備に供給される送り冷水の圧力を変化させる。具体的に、加圧ポンプ４０は、負荷設備に供給される送り冷水の圧力が、負荷設備が要求する圧力まで加圧する。また、加圧ポンプ４０は、冷水二次ポンプ５よりも小型のポンプを用いることができる。
【００７２】
なお、送り冷水の圧力が負荷設備の入口において最も低下する負荷設備とは、例えば、冷水循環システムが備える複数の負荷設備のうち、冷水二次ポンプ５から最も離れた位置に設置される負荷設備、又は、冷水二次ポンプ５が設置される位置を基準として、当該位置からの標高が最も高いところに設置される、あるいは冷水二次ポンプ５により送られた冷水がその負荷設備に到達するまでの配管のうちに圧力損失が大きな部分を有する負荷設備等である。
【００７３】
なお、負荷設備の入り口側の配管に、圧力可変部としてのバルブを設けることもできる。このバルブを調整することにより、負荷設備に供給される送り冷水の圧力を増加又は減少させることができる。このバルブにより、冷水循環システム全体の水圧のバランスを調整することができ、負荷設備それぞれに対して送り冷水を適切に分配できる。
【００７４】
第２の実施の形態に係る冷水循環システムは、負荷設備の前段に加圧ポンプ４０を設置することができるので、冷水二次ポンプ５から離れた位置等に設置された負荷設備であっても、当該負荷設備に要求される圧力の送り送水を当該負荷設備に適切に供給することができる。
【００７５】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【００７６】
１ 冷水一次ポンプ
３ 冷凍機
５ 冷水二次ポンプ
６ａ、６ｂ 送りヘッダー
７ 還り管
８ 負荷設備
９ 戻りヘッダー
１１ 流量計
１６ 制御二方弁
１７Ａ、１７Ｂ 冷却対象物
１８ 送りの温度設定器
１９ 戻りの温度検出器
２４Ａ、２４Ｂ 制御信号変換器
３１ クーリングタワー
３２ 冷却水ポンプ
４０ 加圧ポンプ
５１ 動力インバーター
８１Ａ、８１Ｂ 負荷設備
１３１ ポンプ運転制御器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御弁により必要水量が連続的に調整される負荷設備と、
前記負荷設備からの戻り冷水を冷却し、前記負荷設備への送り冷水にする冷凍機と、
前記戻り冷水を前記冷凍機に供給する冷水一次ポンプと、
動力インバーターを有し、前記動力インバーターの運転周波数に応じた送水量及び送水圧力の前記送り冷水を前記負荷設備に供給する冷水二次ポンプと、
前記運転周波数を制御することにより、前記冷凍機から前記負荷設備への前記送り冷水の前記送水量を調整するポンプ運転制御器と
を備え、
前記ポンプ運転制御器が、前記冷凍機から前記負荷設備に送水される前記送り冷水の予め設定された制御目標温度と前記負荷設備から前記冷凍機に戻される前記戻り冷水の温度を測定して得られた戻り冷水温度とから算出される算出温度差と、前記負荷設備の定格設計温度差との差の絶対値が減少する方向へ、前記算出温度差に基づいて前記運転周波数を制御することにより前記負荷設備への前記送水量を調整する冷水循環システム。
【請求項２】
前記ポンプ運転制御器が、前記算出温度差と前記定格設計温度差との差の絶対値が予め設定された許容値を外れた時間が、予め設定した一定の時間を連続して、又は、予め設定した時間内に累積して過ぎた場合に、前記負荷設備への前記送り冷水の前記送水量を調整する請求項１に記載の冷水循環システム。
【請求項３】
前記ポンプ運転制御器が、前記動力インバーターの運転周波数が、予め設定した最高周波数に到達した場合に前記冷水二次ポンプの運転台数を増加させ、予め設定した最低周波数に到達した場合に前記冷水二次ポンプの運転台数を減少させる請求項２に記載の冷水循環システム。
【請求項４】
前記負荷設備の前段に、前記負荷設備に供給される前記送り冷水の圧力を変化させる圧力可変部を更に備える請求項３に記載の冷水循環システム。
【請求項５】
前記圧力可変部が、前記冷水二次ポンプより小型の加圧ポンプである請求項４に記載の冷水循環システム。
【請求項６】
複数の前記負荷設備を更に備え、
前記送り冷水が、複数の前記負荷設備のそれぞれに複数の送り管を通じて送水され、
複数の前記負荷設備のそれぞれが、複数の戻り管を通じて前記戻り冷水を前記冷凍機に向けて送水し、
前記制御目標温度が、前記複数の送り管の第１の集合部分において予め設定される温度であり、
前記戻り冷水温度が、前記複数の戻り管の第２の集合部分において計測される請求項２〜５のいずれか１項に記載の冷水循環システム。
【請求項１】
制御弁により必要水量が連続的に調整される負荷設備と、
前記負荷設備からの戻り冷水を冷却し、前記負荷設備への送り冷水にする冷凍機と、
前記戻り冷水を前記冷凍機に供給する冷水一次ポンプと、
動力インバーターを有し、前記動力インバーターの運転周波数に応じた送水量及び送水圧力の前記送り冷水を前記負荷設備に供給する冷水二次ポンプと、
前記運転周波数を制御することにより、前記冷凍機から前記負荷設備への前記送り冷水の前記送水量を調整するポンプ運転制御器と
を備え、
前記ポンプ運転制御器が、前記冷凍機から前記負荷設備に送水される前記送り冷水の予め設定された制御目標温度と前記負荷設備から前記冷凍機に戻される前記戻り冷水の温度を測定して得られた戻り冷水温度とから算出される算出温度差と、前記負荷設備の定格設計温度差との差の絶対値が減少する方向へ、前記算出温度差に基づいて前記運転周波数を制御することにより前記負荷設備への前記送水量を調整する冷水循環システム。
【請求項２】
前記ポンプ運転制御器が、前記算出温度差と前記定格設計温度差との差の絶対値が予め設定された許容値を外れた時間が、予め設定した一定の時間を連続して、又は、予め設定した時間内に累積して過ぎた場合に、前記負荷設備への前記送り冷水の前記送水量を調整する請求項１に記載の冷水循環システム。
【請求項３】
前記ポンプ運転制御器が、前記動力インバーターの運転周波数が、予め設定した最高周波数に到達した場合に前記冷水二次ポンプの運転台数を増加させ、予め設定した最低周波数に到達した場合に前記冷水二次ポンプの運転台数を減少させる請求項２に記載の冷水循環システム。
【請求項４】
前記負荷設備の前段に、前記負荷設備に供給される前記送り冷水の圧力を変化させる圧力可変部を更に備える請求項３に記載の冷水循環システム。
【請求項５】
前記圧力可変部が、前記冷水二次ポンプより小型の加圧ポンプである請求項４に記載の冷水循環システム。
【請求項６】
複数の前記負荷設備を更に備え、
前記送り冷水が、複数の前記負荷設備のそれぞれに複数の送り管を通じて送水され、
複数の前記負荷設備のそれぞれが、複数の戻り管を通じて前記戻り冷水を前記冷凍機に向けて送水し、
前記制御目標温度が、前記複数の送り管の第１の集合部分において予め設定される温度であり、
前記戻り冷水温度が、前記複数の戻り管の第２の集合部分において計測される請求項２〜５のいずれか１項に記載の冷水循環システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１７９７５５（Ｐ２０１１−１７９７５５Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４４３７８（Ｐ２０１０−４４３７８）
【出願日】平成２２年３月１日（２０１０．３．１）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１日（２０１０．３．１）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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