WO2018158938A1 - 冷凍システムおよび制御装置 - Google Patents

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WO2018158938A1
WO2018158938A1 PCT/JP2017/008524 JP2017008524W WO2018158938A1 WO 2018158938 A1 WO2018158938 A1 WO 2018158938A1 JP 2017008524 W JP2017008524 W JP 2017008524W WO 2018158938 A1 WO2018158938 A1 WO 2018158938A1
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WO
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compressor
pump
heat medium
frequency
operating
Prior art date
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PCT/JP2017/008524
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拓也 伊藤
靖 大越
昂仁 彦根
善生 山野
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三菱電機株式会社
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/62—Control or safety arrangements characterised by the type of control or by internal processing, e.g. using fuzzy logic, adaptive control or estimation of values
    • F24F11/63—Electronic processing
    • F24F11/64—Electronic processing using pre-stored data
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/70—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
    • F24F11/80—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air
    • F24F11/83—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air by controlling the supply of heat-exchange fluids to heat-exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/70—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
    • F24F11/80—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air
    • F24F11/86—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air by controlling compressors within refrigeration or heat pump circuits

Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration system including a first refrigerant circuit, a second refrigerant circuit, a first refrigerant circuit, and a heat medium circuit connected to the second refrigerant circuit, and the refrigeration system.
  • the present invention relates to a control device for controlling.
  • the conventional refrigeration system has a plurality of refrigerant circuits, and determines the number of compressors to be operated (hereinafter also referred to as the number of operating units) among the compressors of the plurality of refrigerant circuits according to the frequency ratio.
  • An improvement in (Coefficient Of Performance) has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • the frequency ratio can be obtained by dividing the total value of the operating frequencies of the plurality of compressors by the rated frequency.
  • the rated frequency can be obtained by summing up the maximum frequencies of the plurality of compressors.
  • a predetermined frequency ratio is set as a threshold used when changing the number of operating units.
  • this threshold value is a fixed value.
  • the optimum number of operating units for improving the COP varies depending not only on the frequency ratio but also on factors such as the outside air temperature. Therefore, if the threshold used when changing the number of operating units is a fixed value, COP may not be able to be improved.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a refrigeration system and a control device that can improve COP more reliably.
  • a refrigeration system includes a first refrigerant circuit including a first compressor and a first heat exchanger, a second refrigerant circuit including a second compressor and a second heat exchanger, A heat medium circuit including a pump, a first heat medium flow path connected to the first heat exchanger, and a second heat medium flow path connected to the second heat exchanger; A control device that controls the compressor, the second compressor, and the pump, and the control device is configured to first determine a total frequency of the operating frequency of the first compressor and the operating frequency of the second compressor in advance. When the value obtained by dividing by the rated frequency is the first frequency ratio, both the first compressor and the second compressor are operated when the first frequency ratio is equal to or greater than a predetermined threshold.
  • Pressure to operate one of the first compressor and the second compressor when the first frequency ratio is less than the threshold value Includes a machine controller, the threshold value is one that is determined based outside air temperature, the temperature of the heat medium flowing through the heating medium circuit, or the output of the pump.
  • Embodiment 1 is an overall view of a refrigeration system according to Embodiment 1 of the present invention. It is a schematic diagram of the chiller unit group of the refrigeration system concerning Embodiment 1 of the present invention. It is an example of the refrigerant circuit of the refrigeration system which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is explanatory drawing of the control apparatus of the refrigeration system which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a control flowchart of the refrigerating system concerning Embodiment 1 of the present invention. It is explanatory drawing of the threshold value specified based on external temperature and frequency ratio in Embodiment 1 of this invention. It is explanatory drawing of the threshold value specified based on exit temperature and frequency ratio in Embodiment 1 of this invention.
  • Embodiment 1 of this invention It is explanatory drawing of the threshold value specified based on the pump output and frequency ratio in Embodiment 1 of this invention. It is a schematic diagram of the chiller unit group of the refrigeration system which concerns on Embodiment 2 of this invention. It is explanatory drawing of the control apparatus of the refrigeration system which concerns on Embodiment 2 of this invention. It is a control flowchart of the refrigerating system concerning Embodiment 2 of the present invention. It is a control flowchart of the pump of the refrigerating system concerning Embodiment 2 of the present invention. It is explanatory drawing of the threshold value specified based on external temperature and frequency ratio in Embodiment 2 of this invention.
  • FIG. 1A is an overall view of a refrigeration system 100 according to Embodiment 1.
  • FIG. 1B is a schematic diagram of the chiller unit group 101 of the refrigeration system 100 according to Embodiment 1.
  • FIG. 1C is an example of the refrigerant circuit C1 of the refrigeration system 100 according to Embodiment 1.
  • FIG. 1D is an explanatory diagram of the control device Cnt of the refrigeration system 100 according to the first embodiment. 1A to 1C, the flow direction of the heat medium or the flow direction of the refrigerant is indicated by arrows.
  • the refrigeration system 100 of the example of this embodiment includes a chiller unit group 101 that is a heat source side machine and a device 102 that is a load side machine.
  • the chiller unit group 101 and the device 102 are directly connected.
  • the chiller unit group 101 and the device 102 are relays that include a heat exchanger (not shown). It may be connected via. That is, the refrigeration system 100 of the example of this embodiment should just be provided with the chiller unit group 101 and the apparatus using the heat or cold produced
  • the device 102 is supplied with water or the like cooled by the operation of the chiller unit group 101.
  • the chiller unit group 101 includes a chiller unit 110, a chiller unit 120, and a chiller unit 130.
  • the device 102 is, for example, a fan coil unit or the like that forms an indoor unit of an air conditioner and a tank or the like that stores water of a hot water supply device. In the first embodiment, a case where the device 102 is a fan coil unit of an air conditioner will be described as an example.
  • the device 102 includes a heat exchanger 102A and a fan 102B that supplies air to the heat exchanger 102A.
  • the refrigeration system 100 includes a first header Hd1 and a second header Hd2. The first header Hd1 is connected to the heat exchanger 102A of the device 102 via the heat medium pipe WP40.
  • the second header Hd2 is connected to the heat exchanger 102A of the device 102 via the heat medium pipe WP50.
  • the refrigeration system 100 includes a heat medium circuit WC.
  • the heat medium circuit WC includes a heat medium pipe WP40, a heat medium pipe WP50, a first header Hd1, and a second header Hd2.
  • the chiller unit 110 includes a refrigerant circuit C1, a pump 14, a control device 15, an inverter 16, an outside air temperature sensor 18, and a heat medium temperature sensor 19.
  • the refrigerant circuit C1 includes a compressor 12, a heat exchanger 13A, a throttling device V1, a heat exchanger 13B, and a refrigerant pipe Rp.
  • the compressor 12 can control the operating frequency.
  • the compressor 12 operates based on a signal output from the inverter 16.
  • the heat exchanger 13A functions as a condenser or an evaporator.
  • the expansion device V1 depressurizes the refrigerant.
  • the heat exchanger 13B functions as an evaporator or a condenser.
  • FIG. 1C a circuit in which the refrigerant cools the heat medium is shown as an example.
  • the refrigerant circuit C1 may include a flow path switching valve or the like (not shown), and may switch between a state in which the refrigerant cools the heat medium and a state in which the refrigerant heats the heat medium.
  • the refrigerant circuit C1 is connected to the heat medium pipe WP2 and the heat medium pipe WP3.
  • the heat medium flowing through the heat medium pipe WP2 is heated or cooled by the refrigerant flowing through the refrigerant circuit C1, and flows into the heat medium pipe WP3.
  • the pump 14 has a heat medium suction portion connected to the heat medium pipe WP1, and a heat medium discharge portion connected to the heat medium pipe WP2.
  • the heat medium pipe WP3 is connected to the first header Hd1, and the heat medium pipe WP1 is connected to the second header Hd2.
  • the control device 15 controls the inverter 16 and the pump 14. Further, the control device 15 controls the inverter 16 to change the frequency of the compressor 12.
  • the control device 15 communicates with the remote controller RC.
  • the remote controller RC is installed, for example, in an administrator room.
  • the control device 15 receives a driving instruction from the remote controller RC.
  • the control device 15 communicates with the control device 25 and the control device 35 and operates in cooperation with the control device 25 and the control device 35.
  • the detected temperature of the outside air temperature sensor 18 is output to the control device 15. Further, the temperature detected by the heat medium temperature sensor 19 is output to the control device 15. Further, the control device 15 acquires the output of the pump 14.
  • the refrigeration system 100 is not provided with an inverter that drives the pump 14. That is, the pump 14 operates at a constant frequency.
  • a set value of the operating frequency of the pump 14 transmitted from the control device 15 to the pump 14 can be adopted.
  • a power meter (not shown) may be provided in the pump 14, and the power consumption of the pump 14 acquired from the power meter may be used as the output of the pump 14.
  • the chiller unit 120 includes a refrigerant circuit C ⁇ b> 2, a pump 24, a control device 25, and an inverter 26.
  • the pump 24 has the same configuration as the pump 14.
  • the pump 24 has a heat medium suction part connected to the heat medium pipe WP21 and a heat medium discharge part connected to the heat medium pipe WP22.
  • the refrigerant circuit C2 is connected to the heat medium pipe WP22 and the heat medium pipe WP23.
  • the heat medium flowing through the heat medium pipe WP22 is heated or cooled by the refrigerant flowing through the refrigerant circuit C2, and flows into the heat medium pipe WP23.
  • the control device 25 controls the inverter 26 and the pump 24. Further, the control device 25 controls the inverter 26 so that the frequency of the compressor 22 changes.
  • the heat medium pipe WP23 is connected to the first header Hd1, and the heat medium pipe WP21 is connected to the second header Hd2.
  • the chiller unit 130 includes a refrigerant circuit C3, a pump 34, a control device 35, and an inverter 36.
  • the pump 34 has the same configuration as the pump 14.
  • the pump 34 has a heat medium suction part connected to the heat medium pipe WP31 and a heat medium discharge part connected to the heat medium pipe WP32.
  • the refrigerant circuit C3 is connected to the heat medium pipe WP32 and the heat medium pipe WP33.
  • the heat medium flowing through the heat medium pipe WP32 is heated or cooled by the refrigerant flowing through the refrigerant circuit C3, and flows into the heat medium pipe WP33.
  • the control device 35 controls the inverter 36 and the pump 34.
  • the frequency of the compressor 32 changes because the control apparatus 35 controls the inverter 36.
  • the heat medium pipe WP33 is connected to the first header Hd1, and the heat medium pipe WP31 is connected to the second header Hd2.
  • control device 15 the control device 25, and the control device 35 are collectively referred to as a control device Cnt.
  • the control device Cnt is, for example, dedicated hardware or a CPU (also called a central processing unit, a central processing unit, a processing unit, a processing unit, a microprocessor, a microcomputer, a processor, etc.) that executes a program stored in a memory. Composed.
  • the control device Cnt is dedicated hardware
  • the control device Cnt is, for example, a single circuit, a composite circuit, an application specific integrated circuit (ASIC), a field-programmable gate array (FPGA), or a combination thereof. The thing corresponds.
  • Each functional unit realized by the control device Cnt may be realized by individual hardware, or each functional unit may be realized by one piece of hardware.
  • each function executed by the control device Cnt is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • Software and firmware are described as programs and stored in a memory.
  • the CPU implements each function of the control device Cnt by reading and executing a program stored in the memory.
  • a nonvolatile or volatile semiconductor memory such as a RAM, a ROM, a flash memory, an EPROM, or an EEPROM can be adopted as the memory.
  • part of the functions of the control device Cnt may be realized by dedicated hardware, and part of it may be realized by software or firmware.
  • the control device Cnt includes a first frequency acquisition unit 50A, an operating number determination unit 50B, a compressor control unit 50C, and a storage unit 50G.
  • the first frequency acquisition unit 50A acquires the first frequency ratio.
  • the first frequency ratio can be obtained by dividing the total frequency of the operation frequency of the compressor 12, the operation frequency of the compressor 22, and the operation frequency of the compressor 32 by a predetermined first rated frequency.
  • the first rated frequency can be obtained by summing the maximum value of the operating frequency of the compressor 12, the maximum value of the operating frequency of the compressor 22, and the maximum value of the operating frequency of the compressor 32.
  • the operating number determining unit 50B determines the operating number based on the first frequency ratio.
  • the number of operating units determining unit 50B determines the number of operating units depending on whether the frequency ratio is greater than or equal to the first frequency ratio than the threshold described in FIG.
  • the threshold value used by the operating number determining unit 50B is a value based on the detected outside air temperature of the outside temperature sensor 18. Further, the threshold used by the operating number determining unit 50 ⁇ / b> B is a value based on the detected heat medium temperature of the heat medium temperature sensor 19. Furthermore, the threshold value used by the operating number determination unit 50B is a value based on the output of the pump 14.
  • the storage unit 50G stores various data such as threshold values.
  • FIG. 2 is a control flowchart of the refrigeration system 100 according to the first embodiment.
  • the control device Cnt calculates the first frequency ratio (step S1).
  • the control device Cnt acquires a threshold value based on the detected outside air temperature, the detected heat medium temperature, and the output of the pump 14 (step S2).
  • the control device Cnt compares the first frequency ratio with the acquired threshold value to determine the number of operating units (step S3).
  • the control device Cnt transmits an operation signal or a stop signal to the inverter corresponding to each compressor (step S4).
  • step S3 the number of operating units is determined, but in addition to this, which compressor is to be operated may be determined. For example, when it is determined that the number of operating units is two, the compressor 12 and the compressor 22 may be operated, and the compressor 32 may be stopped (first pattern). Further, the compressor 12 and the compressor 32 may be operated, and the compressor 22 may be stopped (second pattern). Further, the compressor 32 and the compressor 22 may be operated and the compressor 12 may be stopped (third pattern).
  • the control device Cnt can select which of the first to third patterns is selected based on, for example, the operation time of the compressor.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of threshold values specified based on the outside air temperature and the frequency ratio.
  • Curve A1 shows the COP ratio when the detected outside air temperature is 25 degrees and the number of operating compressors is one.
  • Curve A2 shows the COP ratio when the detected outside air temperature is 25 degrees and the number of operating compressors is two.
  • a curve A3 indicates the COP ratio when the detected outside air temperature is 25 degrees and the number of operating compressors is three.
  • a curve A4 indicates the COP ratio when the detected outside air temperature is 25 degrees and the number of operating compressors is four.
  • the first frequency ratio that can improve the COP increases as the number of operating units increases.
  • Curve B1 shows the COP ratio when the detected outside air temperature is 35 degrees and the number of operating compressors is one.
  • Curve B2 shows the COP ratio when the detected outside air temperature is 35 degrees and the number of operating compressors is two.
  • a curve B3 indicates the COP ratio when the detected outside air temperature is 35 degrees and the number of operating compressors is three.
  • Curve B4 shows the COP ratio when the detected outside air temperature is 35 degrees and the number of operating compressors is four.
  • the curves B1 to B4 show the same tendency as the curves A1 to A4. That is, it can be seen that the first frequency ratio that can improve the COP increases as the number of operating units increases. However, the curves B1 to B4 are generally located below the curves A1 to A4.
  • the straight line L1 corresponds to a threshold value that separates when the number of operating units is one and when the number of operating units is two.
  • the straight line L2 corresponds to a threshold value that separates the number of operating units from two and the number of operating units from three.
  • the straight line L3 corresponds to a threshold value that divides when the number of operating units is three and when the number of operating units is four.
  • the straight line L1, the straight line L2, and the straight line L3 are inclined. That is, FIG. 3 shows that the threshold value for dividing the number of operating units changes based on the detected outside air temperature.
  • the slopes of the straight line L1, the straight line L2, and the straight line L3 indicate that the threshold value increases as the outside air temperature increases.
  • Straight lines L1, L2, and L3 are linear expressions. Furthermore, in order to improve the accuracy of the optimum number of operating units, the straight lines L1, L2, and L3 can be set to a quadratic expression, a cubic expression, or the like in consideration of the memory of the control device Cnt.
  • the refrigeration system 100 adopts the embodiment of FIG. 3 to improve the COP by, for example, about 10% compared to the conventional case.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of threshold values specified based on the outlet temperature and the frequency ratio.
  • Curve C1 shows the COP ratio when the detected heat medium temperature is 15 degrees and the number of operating compressors is one.
  • a curve C2 indicates the COP ratio when the detected heat medium temperature is 15 degrees and the number of operating compressors is two.
  • a curve C3 indicates the COP ratio when the detected heat medium temperature is 15 degrees and the number of operating compressors is three.
  • a curve D4 indicates the COP ratio when the detected heat medium temperature is 15 degrees and the number of operating compressors is four.
  • the first frequency ratio that can improve the COP increases as the number of operating units increases.
  • a curve D1 indicates the COP ratio when the detected heat medium temperature is 7 degrees and the number of operating compressors is one.
  • a curve D2 indicates the COP ratio when the detected heat medium temperature is 7 degrees and the number of operating compressors is two.
  • a curve D3 indicates the COP ratio when the detected heat medium temperature is 7 degrees and the number of operating compressors is three.
  • a curve D4 indicates the COP ratio when the detected heat medium temperature is 7 degrees and the number of operating compressors is four.
  • the curves D1 to D4 show the same tendency as the curves C1 to C4. That is, it can be seen that the first frequency ratio that can improve the COP increases as the number of operating units increases. However, the curves D1 to D4 are generally located below the curves C1 to C4.
  • the straight line L11 corresponds to a threshold value that separates when the number of operating units is one and when the number of operating units is two.
  • the straight line L12 corresponds to a threshold value that separates the number of operating units from two and the number of operating units from three.
  • the straight line L13 corresponds to a threshold value that divides when the number of operating units is three and when the number of operating units is four.
  • the straight line L11, the straight line L12, and the straight line L13 are inclined. That is, FIG. 4 shows that the threshold value for dividing the number of operating units changes based on the detected outside air temperature.
  • the slopes of the straight line L11, the straight line L12, and the straight line L13 indicate that the threshold value increases as the heat medium temperature increases.
  • Straight lines L11, L12, and L13 are linear expressions. Furthermore, in order to improve the accuracy of the optimum number of operating units, the straight lines L11, L12, and L13 can be set to a secondary expression, a tertiary expression, or the like in consideration of the memory of the control device Cnt.
  • the refrigeration system 100 adopts the embodiment of FIG. 4 to improve the COP by, for example, about 5% compared to the conventional case.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of the threshold value specified based on the outside and the frequency ratio.
  • Curve E1 shows the COP ratio when the pump output is 3.7 kW and the number of operating compressors is one.
  • a curve E2 indicates the COP ratio when the pump output is 3.7 kW and the number of operating compressors is two.
  • Curve E3 shows the COP ratio when the pump output is 3.7 kW and the number of operating compressors is three.
  • Curve E4 shows the COP ratio when the pump output is 3.7 kW and the number of operating compressors is four.
  • the first frequency ratio that can improve the COP increases as the number of operating units increases.
  • Curve F1 shows the COP ratio when the pump output is 7.5 kW and the number of operating compressors is one.
  • Curve F2 shows the COP ratio when the pump output is 7.5 kW and the number of operating compressors is two.
  • Curve F3 shows the COP ratio when the pump output is 7.5 kW and the number of operating compressors is three.
  • Curve F4 shows the COP ratio when the pump output is 7.5 kW and the number of operating compressors is four.
  • the curves F1 to F4 show the same tendency as the curves E1 to E4. That is, it can be seen that the first frequency ratio that can improve the COP increases as the number of operating units increases. However, the curves F1 to F4 are generally located below the curves E1 to E4.
  • the straight line L21 corresponds to a threshold value that separates when the number of operating units is one and when the number of operating units is two.
  • the straight line L22 corresponds to a threshold value that separates the number of operating units from two and the number of operating units from three.
  • the straight line L23 corresponds to a threshold value that divides when the number of operating units is three and when the number of operating units is four.
  • the straight line L21, the straight line L22, and the straight line L23 are inclined. That is, FIG. 5 shows that the threshold value for dividing the number of operating units changes based on the output of the pump.
  • the slopes of the straight line L21, straight line L22, and straight line L23 indicate that the threshold value increases as the pump output increases.
  • Straight lines L21, L22, and L23 are linear expressions. Furthermore, in order to improve the accuracy of the optimum number of operating units, the straight lines L21, L22, and L23 can be set to a quadratic expression, a cubic expression, or the like in consideration of the memory of the control device Cnt.
  • the refrigeration system 100 adopts the embodiment of FIG. 5 to improve the COP by, for example, about 10% compared to the conventional case.
  • the control device Cnt stores data corresponding to the straight lines L1, L2, L3, L11, L12, L13, L21, L22 and L23 described above. Then, the control device Cnt acquires information on the detected outside air temperature, the detected heat medium temperature, and the output of the pump, and determines the number of operating units.
  • a threshold for determining the number of operating units is determined based on at least one of the outside air temperature, the temperature of the heat medium flowing through the heat medium circuit, and the output of the pump. For this reason, COP can be improved more reliably.
  • FIG. FIG. 6A is a schematic diagram of a chiller unit group 201 of the refrigeration system according to Embodiment 2.
  • FIG. 6B is an explanatory diagram of a control device Cnt of the refrigeration system according to Embodiment 2.
  • parts different from those of the first embodiment will be mainly described, and common parts will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
  • Embodiment 1 assumes a mode in which the flow rate of the heat medium is constant. That is, in the first embodiment, the pump operating frequency is constant.
  • inverters inverter 17, inverter 27, and inverter 37 for controlling the pump are provided.
  • the chiller unit 211 is provided with an inverter 17, the chiller unit 221 is provided with an inverter 27, and the chiller unit 231 is provided with an inverter 37.
  • the control frequency of the pump 14, the pump 24, and the pump 34 is changed by the control device Cnt controlling the inverter 17, the inverter 27, and the inverter 37.
  • the operating frequencies of the pump 14, the pump 24, and the pump 34 have a predetermined minimum frequency. That is, the minimum frequency is stored in the control device Cnt.
  • the refrigeration system according to Embodiment 2 can reduce the operating frequency of the pump according to the situation and suppress the power consumption of the pump. For example, in the case of transporting a heated heat medium to the device 102, when the load generated in the device 102 (required heat amount of the device 102) becomes small, the control device Cnt controls the inverter and sets the operation frequency of the pump. Lower. Thereby, the refrigeration system according to Embodiment 2 can improve COP.
  • the second frequency ratio acquisition unit 50D acquires the second frequency ratio.
  • the second frequency ratio can be obtained by dividing the total frequency of the operation frequency of the pump 14, the operation frequency of the pump 24, and the operation frequency of the pump 34 by a predetermined second rated frequency.
  • the second rated frequency can be obtained by summing the maximum value of the operating frequency of the pump 14, the maximum value of the operating frequency of the pump 24, and the maximum value of the operating frequency of the pump 34.
  • the operating frequency determination unit 50E determines the operating frequency of the pump to be operated based on the first frequency ratio and the second frequency ratio. For example, when the compressor 12 and the compressor 22 are operating, the operating frequency determination unit 50E determines the operating frequencies of the pump 14 and the pump 24 based on the first frequency ratio and the second frequency ratio. To do. The operating frequency determination unit 50E determines the operating frequency of the pump to be operated so that the second frequency ratio approaches the first frequency ratio.
  • the pump control unit 50F controls the inverter 17, the inverter 27, and the inverter 37. Thereby, the operating frequency of the pump 14, the pump 24, and the pump 34 changes.
  • FIG. 7 is a control flowchart of the refrigeration system according to the second embodiment.
  • Step S20, step S21, step S24, step S25, and step S26 in FIG. 7 are the same as step S0, step S1, and steps S3 to S5 in FIG.
  • the controller Cnt determines whether the pump operating frequency is constant or variable flow rate control (inverter control) that makes the pump operating frequency variable (step S22).
  • the control device Cnt acquires the threshold value without setting the flag for executing the variable flow rate control (step S23-1).
  • the control device Cnt sets a flag for executing the variable flow rate control, and acquires a threshold value (step S23-2).
  • the pump corresponding to the chiller unit that has operated the compressor performs variable flow control.
  • FIG. 8 is a control flowchart of the pump of the refrigeration system according to the second embodiment.
  • the control device Cnt calculates the first frequency ratio (step S31).
  • the control device Cnt acquires the second frequency ratio.
  • the controller Cnt determines the pump operating frequency so that the second frequency ratio approaches the first frequency ratio acquired in the flow shown in FIG. 7 (step S32). It is determined whether or not the determined pump operating frequency is equal to or lower than a predetermined minimum frequency (step S33). If it is higher than the minimum frequency, the command frequency of the pump is set to the operation frequency determined in step S32. (Step S34-2). If the frequency is equal to or lower than the minimum frequency, the pump command frequency is set to the minimum frequency (step S34-2).
  • the control device Cnt transmits an operation signal or a stop signal to the inverter corresponding to each pump (step S35).
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of threshold values specified based on the outside air temperature and the frequency ratio in the second embodiment.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram when the pump output is 50%. When the pump output is 100%, the pump is operating at the maximum operating frequency.
  • a curve G1 indicates the COP ratio when the detected outside air temperature is 25 degrees and the number of operating compressors is one.
  • a curve G2 indicates the COP ratio when the detected outside air temperature is 25 degrees and the number of operating compressors is two.
  • a curve G3 indicates the COP ratio when the detected outside air temperature is 25 degrees and the number of operating compressors is three.
  • a curve G4 indicates the COP ratio when the detected outside air temperature is 25 degrees and the number of operating compressors is four.
  • the straight line L31 corresponds to a threshold value that divides when the number of operating units is one and when the number of operating units is two.
  • the straight line L32 corresponds to a threshold value that divides when the number of operating units is two and when the number of operating units is three.
  • the straight line L33 corresponds to a threshold value that divides when the number of operating units is three and when the number of operating units is four.
  • the straight line L31, the straight line L32, and the straight line L33 are inclined. That is, FIG. 9 shows that the threshold for dividing the number of operating units changes based on the detected outside air temperature, as in FIG.
  • the slopes of the straight line L31, the straight line L32, and the straight line L33 indicate that the threshold value increases as the outside air temperature increases.
  • Straight lines L31, L32, and L33 are linear expressions. Furthermore, in order to improve the accuracy of the optimum number of operating units, the straight lines L31, L32, and L33 are quadratic in consideration of the memory of the control device Cnt. A cubic equation can also be used. In the refrigeration system according to Embodiment 2, the COP is improved by, for example, about 10% compared to the conventional case.
  • Embodiment 2 The refrigeration system according to Embodiment 2 optimizes not only the compressor but also the operation of the pump, and can further improve COP.
  • any one of the refrigerant circuit C1, the refrigerant circuit C2, and the refrigerant circuit C3 of the first and second embodiments corresponds to the first refrigerant circuit, and the remaining one corresponds to the second refrigerant circuit.
  • the refrigerant circuit corresponding to the first refrigerant circuit corresponds to the first pump
  • the remaining pumps of C1, the refrigerant circuit C2, and the refrigerant circuit C3 correspond to the second pump.
  • any one of the heat medium pipe WP2, the heat medium pipe WP22, and the heat medium pipe WP32 of the first and second embodiments corresponds to the first heat medium flow path, and any of the remaining heat medium pipes WP32 is the second heat medium flow path.
  • Embodiments 1 and 2 the embodiment in which the number of refrigerant circuits is three has been described as an example, but two or four or more may be used.

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Abstract

制御装置は、第１の圧縮機の運転周波数及び第２の圧縮機の運転周波数の合計周波数を予め定められる第１の定格周波数で割って得られる値を第１の周波数比としたとき、第１の周波数比が予め定められる閾値以上である場合に第１の圧縮機及び第２の圧縮機の両方を運転し、第１の周波数比が閾値未満である場合に第１の圧縮機及び第２の圧縮機のうちの一方を運転する圧縮機制御部を含み、閾値は、外気温度、熱媒体回路を流れる熱媒体の温度、又はポンプの出力に基づいて定められているものである。

Description

冷凍システムおよび制御装置
　本発明は、第１の冷媒回路と、第２の冷媒回路と、第１の冷媒回路および第２の冷媒回路と接続された熱媒体回路と、を備えた冷凍システム、及び、この冷凍システムを制御する制御装置に関する。
　従来の冷凍システムは、複数の冷媒回路を有しており、複数の冷媒回路の圧縮機のうち運転する圧縮機の台数（以下、運転台数とも称する）を、周波数比に応じて決定し、ＣＯＰ（Coefficient Of Performance）を向上させているものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、周波数比は、複数の圧縮機の運転周波数の合計値を、定格周波数で割ることで取得することができる。また、各圧縮機の運転周波数のうち最大のものを最大周波数としたとき、定格周波数は、複数の圧縮機の最大周波数を合計することで取得することができる。
特開２０１２－１１２５５７号公報
　従来の冷凍システムでは、予め定められている周波数比が、運転台数を変更するときに用いる閾値として設定されている。従来の冷凍システムでは、この閾値が固定値となっている。ＣＯＰを向上させるための最適な運転台数は、周波数比だけではなく、例えば外気温度といった要因により変わってくる。したがって、運転台数を変更するときに用いる閾値が固定値となっていると、ＣＯＰを向上させることができなくなる場合がある。
　本発明は、上記のよう課題を解決するためになされたもので、より確実にＣＯＰを向上させることができる冷凍システム及び制御装置を提供することを目的としている。
　本発明に係る冷凍システムは、第１の圧縮機及び第１の熱交換器を含む第１の冷媒回路と、第２の圧縮機及び第２の熱交換器を含む第２の冷媒回路と、ポンプ、第１の熱交換器に接続されている第１の熱媒体流路、及び第２の熱交換器に接続されている第２の熱媒体流路を含む熱媒体回路と、第１の圧縮機、第２の圧縮機及びポンプを制御する制御装置と、を備え、制御装置は、第１の圧縮機の運転周波数及び第２の圧縮機の運転周波数の合計周波数を予め定められる第１の定格周波数で割って得られる値を第１の周波数比としたとき、第１の周波数比が予め定められる閾値以上である場合に第１の圧縮機及び第２の圧縮機の両方を運転し、第１の周波数比が閾値未満である場合に第１の圧縮機及び第２の圧縮機のうちの一方を運転する圧縮機制御部を含み、閾値は、外気温度、熱媒体回路を流れる熱媒体の温度、又はポンプの出力に基づいて定められているものである。
　本発明に係る冷凍システムは、上記構成を備えているので、より確実にＣＯＰを向上させることができる。
本発明の実施の形態１に係る冷凍システムの全体図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍システムのチラーユニット群の概要図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍システムの冷媒回路の一例である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍システムの制御装置の説明図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍システムの制御フローチャートである。 本発明の実施の形態１における、外気温度及び周波数比に基づいて特定される閾値の説明図である。 本発明の実施の形態１における、出口温度及び周波数比に基づいて特定される閾値の説明図である。 本発明の実施の形態１における、ポンプ出力及び周波数比に基づいて特定される閾値の説明図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍システムのチラーユニット群の概要図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍システムの制御装置の説明図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍システムの制御フローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る冷凍システムのポンプの制御フローチャートである。 本発明の実施の形態２における、外気温度及び周波数比に基づいて特定される閾値の説明図である。
実施の形態１．
　図１Ａは、実施の形態１に係る冷凍システム１００の全体図である。図１Ｂは、実施の形態１に係る冷凍システム１００のチラーユニット群１０１の概要図である。図１Ｃは、実施の形態１に係る冷凍システム１００の冷媒回路Ｃ１の一例である。図１Ｄは、本実施の形態１に係る冷凍システム１００の制御装置Ｃｎｔの説明図である。なお、図１Ａ～図１Ｃでは、熱媒体の流れ方向又は冷媒の流れ方向を矢印で示している。
（冷凍システム１００）
　図１Ａに示すように、この実施の形態の例の冷凍システム１００は、熱源側機であるチラーユニット群１０１と、負荷側機である機器１０２とを備えている。なお、図１Ａの例では、チラーユニット群１０１と機器１０２とが、直接的に接続されているが、チラーユニット群１０１と機器１０２とは、熱交換器を備えた中継器（図示を省略）を介して接続されていてもよい。すなわち、この実施の形態の例の冷凍システム１００は、チラーユニット群１０１と、チラーユニット群１０１で生成された温熱または冷熱を利用する装置とを備えるものであればよい。機器１０２は、チラーユニット群１０１が運転することで冷却等された水等が供給される。チラーユニット群１０１は、チラーユニット１１０と、チラーユニット１２０と、チラーユニット１３０とを備えている。機器１０２は、例えば空気調和装置の室内ユニットを形成するファンコイルユニット等及び給湯装置の水を貯留するタンク等である。実施の形態１では、機器１０２が空気調和装置のファンコイルユニットである場合を一例に説明する。機器１０２は、熱交換器１０２Ａと、熱交換器１０２Ａに空気を供給するファン１０２Ｂとを備えている。また、冷凍システム１００は、第１のヘッダーＨｄ１及び第２のヘッダーＨｄ２を備えている。第１のヘッダーＨｄ１は、熱媒体配管ＷＰ４０を介して機器１０２の熱交換器１０２Ａに接続されている。第２のヘッダーＨｄ２は、熱媒体配管ＷＰ５０を介して機器１０２の熱交換器１０２Ａに接続されている。冷凍システム１００は、熱媒体回路ＷＣを含む。熱媒体回路ＷＣは、熱媒体配管ＷＰ４０、熱媒体配管ＷＰ５０、第１のヘッダーＨｄ１及び第２のヘッダーＨｄ２を含む。
（チラーユニット１１０）
　図１Ｂに示すように、チラーユニット１１０は、冷媒回路Ｃ１と、ポンプ１４と、制御装置１５と、インバータ１６と、外気温度センサ１８と、熱媒体温度センサ１９とを備えている。冷媒回路Ｃ１は、図１Ｃに示すように、圧縮機１２と、熱交換器１３Ａと、絞り装置Ｖ１と、熱交換器１３Ｂと、冷媒配管Ｒｐとを備えている。圧縮機１２は、運転周波数の制御をすることができる。圧縮機１２は、インバータ１６から出力される信号に基づいて動作する。熱交換器１３Ａは凝縮器又は蒸発器として機能する。絞り装置Ｖ１は冷媒を減圧させる。熱交換器１３Ｂは蒸発器又は凝縮器として機能する。なお、図１Ｃでは、冷媒が熱媒体を冷却する回路を一例として示している。冷媒回路Ｃ１は、流路切替弁等を備え（図示省略）、冷媒が熱媒体を冷却する状態と、冷媒が熱媒体を加温する状態とを切り替えることができてもよい。
　冷媒回路Ｃ１は、熱媒体配管ＷＰ２及び熱媒体配管ＷＰ３に接続されている。熱媒体配管ＷＰ２を流れる熱媒体は、冷媒回路Ｃ１を流れる冷媒に加温又は冷却され、熱媒体配管ＷＰ３に流入する。ポンプ１４は、熱媒体の吸入部が熱媒体配管ＷＰ１に接続され、熱媒体の吐出部が熱媒体配管ＷＰ２に接続されている。なお、熱媒体配管ＷＰ３は第１のヘッダーＨｄ１に接続され、熱媒体配管ＷＰ１は第２のヘッダーＨｄ２に接続されている。
　制御装置１５は、インバータ１６及びポンプ１４を制御する。また、制御装置１５がインバータ１６を制御することで、圧縮機１２の周波数が変わる。制御装置１５はリモートコントローラＲＣと通信する。リモートコントローラＲＣは例えば管理人室に設置されている。リモートコントローラＲＣから制御装置１５は運転指示を受け付ける。制御装置１５は、制御装置２５及び制御装置３５と通信し、制御装置２５及び制御装置３５と連携して動作する。制御装置１５には、外気温度センサ１８の検出温度が出力される。また、制御装置１５には、熱媒体温度センサ１９の検出温度が出力される。更に、制御装置１５には、ポンプ１４の出力を取得する。冷凍システム１００には、ポンプ１４を駆動するインバータは設けられていない。つまり、ポンプ１４は一定の周波数で動作する。ここで、ポンプ１４の出力は、制御装置１５からポンプ１４へ送信する、ポンプ１４の運転周波数の設定値を採用することができる。また、ポンプ１４に電力計（図示省略）を設け、その電力計から取得するポンプ１４の消費電力を、ポンプ１４の出力としてもよい。
（チラーユニット１２０）
　チラーユニット１２０は、冷媒回路Ｃ２と、ポンプ２４と、制御装置２５と、インバータ２６とを備えている。ポンプ２４は、ポンプ１４と同様の構成である。ポンプ２４は熱媒体の吸入部が熱媒体配管ＷＰ２１に接続され、熱媒体の吐出部が熱媒体配管ＷＰ２２に接続されている。冷媒回路Ｃ２は、熱媒体配管ＷＰ２２及び熱媒体配管ＷＰ２３に接続されている。熱媒体配管ＷＰ２２を流れる熱媒体は、冷媒回路Ｃ２を流れる冷媒に加温又は冷却され、熱媒体配管ＷＰ２３に流入する。制御装置２５は、インバータ２６及びポンプ２４を制御する。また、制御装置２５がインバータ２６を制御することで、圧縮機２２の周波数が変わる。なお、熱媒体配管ＷＰ２３は第１のヘッダーＨｄ１に接続され、熱媒体配管ＷＰ２１は第２のヘッダーＨｄ２に接続されている。
（チラーユニット１３０）
　チラーユニット１３０は、冷媒回路Ｃ３と、ポンプ３４と、制御装置３５と、インバータ３６とを備えている。ポンプ３４は、ポンプ１４と同様の構成である。ポンプ３４は熱媒体の吸入部が熱媒体配管ＷＰ３１に接続され、熱媒体の吐出部が熱媒体配管ＷＰ３２に接続されている。冷媒回路Ｃ３は、熱媒体配管ＷＰ３２及び熱媒体配管ＷＰ３３に接続されている。熱媒体配管ＷＰ３２を流れる熱媒体は、冷媒回路Ｃ３を流れる冷媒に加温又は冷却され、熱媒体配管ＷＰ３３に流入する。制御装置３５は、インバータ３６及びポンプ３４を制御する。また、制御装置３５がインバータ３６を制御することで、圧縮機３２の周波数が変わる。なお、熱媒体配管ＷＰ３３は第１のヘッダーＨｄ１に接続され、熱媒体配管ＷＰ３１は第２のヘッダーＨｄ２に接続されている。
　なお、以下の説明では、制御装置１５、制御装置２５及び制御装置３５を制御装置Ｃｎｔと総称する。制御装置Ｃｎｔは、例えば、専用のハードウエア、又はメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ等ともいう）で構成される。制御装置Ｃｎｔが専用のハードウエアである場合には、制御装置Ｃｎｔは、例えば、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ－ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｇａｔｅ　ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。制御装置Ｃｎｔが実現する各機能部のそれぞれを、個別のハードウエアで実現してもよいし、各機能部を一つのハードウエアで実現してもよい。
　制御装置ＣｎｔがＣＰＵの場合には、制御装置Ｃｎｔが実行する各機能は、ソフトウエア、ファームウエア、又はソフトウエアとファームウエアとの組み合わせにより実現される。ソフトウエアやファームウエアはプログラムとして記述され、メモリに格納される。ＣＰＵは、メモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置Ｃｎｔの各機能を実現する。ここで、メモリは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性又は揮発性の半導体メモリを採用することができる。なお、制御装置Ｃｎｔの機能の一部を専用のハードウエアで実現し、一部をソフトウエア又はファームウエアで実現するようにしてもよい。
　図１Ｄに示すように、制御装置Ｃｎｔは、第１の周波数取得部５０Ａと、運転台数決定部５０Ｂと、圧縮機制御部５０Ｃと、記憶部５０Ｇとを含む。
　第１の周波数取得部５０Ａは、第１の周波数比を取得する。第１の周波数比は、圧縮機１２の運転周波数、圧縮機２２の運転周波数及び圧縮機３２の運転周波数の合計周波数を、予め定められる第１の定格周波数で割って取得することができる。第１の定格周波数は、圧縮機１２の運転周波数の最大値、圧縮機２２の運転周波数の最大値及び圧縮機３２の運転周波数の最大値を合計することで取得することができる。
　運転台数決定部５０Ｂは、第１の周波数比に基づいて運転台数を決定する。運転台数決定部５０Ｂは、図２等で説明する閾値よりも第１の周波数比以上であるか否かに応じて、運転台数を決定する。運転台数決定部５０Ｂが用いる閾値は、外気温度センサ１８の検出外気温度に基づいた値である。また、運転台数決定部５０Ｂが用いる閾値は、熱媒体温度センサ１９の検出熱媒体温度に基づいた値である。更に、運転台数決定部５０Ｂが用いる閾値は、ポンプ１４の出力に基づいた値である。
　圧縮機制御部５０Ｃは、第１の周波数比が予め定められる閾値以上であるか否かに応じて、圧縮機１２、圧縮機２２及び圧縮機３２のうちの少なくとも１つを運転する。圧縮機制御部５０Ｃがインバータ１６、インバータ２６及びインバータ３６を制御することで、圧縮機１２、圧縮機２２及び圧縮機３２の運転周波数が変化する。
　記憶部５０Ｇは、閾値等の各種のデータが格納されている。
［制御フローの説明］
　図２は、実施の形態１に係る冷凍システム１００の制御フローチャートである。
　制御装置Ｃｎｔは、第１の周波数比を算出する（ステップＳ１）。制御装置Ｃｎｔは、検出外気温度と、検出熱媒体温度と、ポンプ１４の出力とに基づいて、閾値を取得する（ステップＳ２）。制御装置Ｃｎｔは、第１の周波数比と、取得した閾値とを比較して、運転台数を決定する（ステップＳ３）。制御装置Ｃｎｔは、各圧縮機に対応するインバータに対し、運転信号又は停止信号を送信する（ステップＳ４）。
　なお、ステップＳ３では、運転台数を決定したが、それに加えて、どの圧縮機を運転するかを決定してもよい。例えば、運転台数が２台であると決定した場合には、圧縮機１２と圧縮機２２を運転し、圧縮機３２を停止してもよい（第１のパターン）。また、圧縮機１２と圧縮機３２を運転し、圧縮機２２を停止してもよい（第２のパターン）。更に、圧縮機３２と圧縮機２２を運転し、圧縮機１２を停止してもよい（第３のパターン）。第１～第３のパターンのうちのいずれを選択するかについては、制御装置Ｃｎｔは、圧縮機の例えば運転時間に基づいて選択することができる。
　図３は、外気温度及び周波数比に基づいて特定される閾値の説明図である。
　曲線Ａ１は、検出外気温度が２５度であり、圧縮機の運転台数が１台のときのＣＯＰ比を示している。曲線Ａ２は、検出外気温度が２５度であり、圧縮機の運転台数が２台のときのＣＯＰ比を示している。曲線Ａ３は、検出外気温度が２５度であり、圧縮機の運転台数が３台のときのＣＯＰ比を示している。曲線Ａ４は、検出外気温度が２５度であり、圧縮機の運転台数が４台のときのＣＯＰ比を示している。
　曲線Ａ１～曲線Ａ４に示すように、運転台数が増大するにつれて、ＣＯＰを向上させることができる第１の周波数比が、高くなっていくことがわかる。
　曲線Ｂ１は、検出外気温度が３５度であり、圧縮機の運転台数が１台のときのＣＯＰ比を示している。曲線Ｂ２は、検出外気温度が３５度であり、圧縮機の運転台数が２台のときのＣＯＰ比を示している。曲線Ｂ３は、検出外気温度が３５度であり、圧縮機の運転台数が３台のときのＣＯＰ比を示している。曲線Ｂ４は、検出外気温度が３５度であり、圧縮機の運転台数が４台のときのＣＯＰ比を示している。
　曲線Ｂ１～曲線Ｂ４も曲線Ａ１～曲線Ａ４と同様の傾向を示している。つまり、運転台数が増大するにつれて、ＣＯＰを向上させることができる第１の周波数比が、高くなっていくことがわかる。ただし、曲線Ｂ１～曲線Ｂ４は全体的に、曲線Ａ１～曲線Ａ４よりも下側に位置している。
　直線Ｌ１は、運転台数を１台とするときと、運転台数を２台とするときとを分ける閾値に対応する。直線Ｌ２は、運転台数を２台とするときと、運転台数を３台とするときとを分ける閾値に対応する。直線Ｌ３は、運転台数を３台とするときと、運転台数を４台とするときとを分ける閾値に対応する。直線Ｌ１、直線Ｌ２及び直線Ｌ３は傾斜している。つまり、図３では、運転台数を分ける閾値が、検出外気温度に基づいて変化することを示している。直線Ｌ１、直線Ｌ２及び直線Ｌ３の傾斜は、閾値が、外気温度が高くなるにしたがって、高くなることを示している。
　直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、一次式としている。更に、最適運転台数の精度を向上する場合には、制御装置Ｃｎｔのメモリ等を考慮し、直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を二次式、三次式等とすることもできる。冷凍システム１００は、図３の態様を採用することで、従来に比べてＣＯＰが例えば１０％程度向上する。
　図４は、出口温度及び周波数比に基づいて特定される閾値の説明図である。
　曲線Ｃ１は、検出熱媒体温度が１５度であり、圧縮機の運転台数が１台のときのＣＯＰ比を示している。曲線Ｃ２は、検出熱媒体温度が１５度であり、圧縮機の運転台数が２台のときのＣＯＰ比を示している。曲線Ｃ３は、検出熱媒体温度が１５度であり、圧縮機の運転台数が３台のときのＣＯＰ比を示している。曲線Ｄ４は、検出熱媒体温度が１５度であり、圧縮機の運転台数が４台のときのＣＯＰ比を示している。
　曲線Ｃ１～曲線Ｃ４に示すように、運転台数が増大するにつれて、ＣＯＰを向上させることができる第１の周波数比が、高くなっていくことがわかる。
　曲線Ｄ１は、検出熱媒体温度が７度であり、圧縮機の運転台数が１台のときのＣＯＰ比を示している。曲線Ｄ２は、検出熱媒体温度が７度であり、圧縮機の運転台数が２台のときのＣＯＰ比を示している。曲線Ｄ３は、検出熱媒体温度が７度であり、圧縮機の運転台数が３台のときのＣＯＰ比を示している。曲線Ｄ４は、検出熱媒体温度が７度であり、圧縮機の運転台数が４台のときのＣＯＰ比を示している。
　曲線Ｄ１～曲線Ｄ４も曲線Ｃ１～曲線Ｃ４と同様の傾向を示している。つまり、運転台数が増大するにつれて、ＣＯＰを向上させることができる第１の周波数比が、高くなっていくことがわかる。ただし、曲線Ｄ１～曲線Ｄ４は全体的に、曲線Ｃ１～曲線Ｃ４よりも下側に位置している。
　直線Ｌ１１は、運転台数を１台とするときと、運転台数を２台とするときとを分ける閾値に対応する。直線Ｌ１２は、運転台数を２台とするときと、運転台数を３台とするときとを分ける閾値に対応する。直線Ｌ１３は、運転台数を３台とするときと、運転台数を４台とするときとを分ける閾値に対応する。直線Ｌ１１、直線Ｌ１２及び直線Ｌ１３は傾斜している。つまり、図４では、運転台数を分ける閾値が、検出外気温度に基づいて変化することを示している。直線Ｌ１１、直線Ｌ１２及び直線Ｌ１３の傾斜は、閾値が、熱媒体温度が高くなるにしたがって、高くなることを示している。
　直線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３は、一次式としている。更に、最適運転台数の精度を向上する場合には、制御装置Ｃｎｔのメモリ等を考慮し、直線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３を二次式、三次式等とすることもできる。冷凍システム１００は、図４の態様を採用することで、従来に比べてＣＯＰが例えば５％程度向上する。
　図５は、外及び周波数比に基づいて特定される閾値の説明図である。
　曲線Ｅ１は、ポンプの出力が３．７ｋＷであり、圧縮機の運転台数が１台のときのＣＯＰ比を示している。曲線Ｅ２は、ポンプの出力が３．７ｋＷであり、圧縮機の運転台数が２台のときのＣＯＰ比を示している。曲線Ｅ３は、ポンプの出力が３．７ｋＷであり、圧縮機の運転台数が３台のときのＣＯＰ比を示している。曲線Ｅ４は、ポンプの出力が３．７ｋＷであり、圧縮機の運転台数が４台のときのＣＯＰ比を示している。
　曲線Ｅ１～曲線Ｅ４に示すように、運転台数が増大するにつれて、ＣＯＰを向上させることができる第１の周波数比が、高くなっていくことがわかる。
　曲線Ｆ１は、ポンプの出力が７．５ｋＷであり、圧縮機の運転台数が１台のときのＣＯＰ比を示している。曲線Ｆ２は、ポンプの出力が７．５ｋＷであり、圧縮機の運転台数が２台のときのＣＯＰ比を示している。曲線Ｆ３は、ポンプの出力が７．５ｋＷであり、圧縮機の運転台数が３台のときのＣＯＰ比を示している。曲線Ｆ４は、ポンプの出力が７．５ｋＷであり、圧縮機の運転台数が４台のときのＣＯＰ比を示している。
　曲線Ｆ１～曲線Ｆ４も曲線Ｅ１～曲線Ｅ４と同様の傾向を示している。つまり、運転台数が増大するにつれて、ＣＯＰを向上させることができる第１の周波数比が、高くなっていくことがわかる。ただし、曲線Ｆ１～曲線Ｆ４は全体的に、曲線Ｅ１～曲線Ｅ４よりも下側に位置している。
　直線Ｌ２１は、運転台数を１台とするときと、運転台数を２台とするときとを分ける閾値に対応する。直線Ｌ２２は、運転台数を２台とするときと、運転台数を３台とするときとを分ける閾値に対応する。直線Ｌ２３は、運転台数を３台とするときと、運転台数を４台とするときとを分ける閾値に対応する。直線Ｌ２１、直線Ｌ２２及び直線Ｌ２３は傾斜している。つまり、図５では、運転台数を分ける閾値が、ポンプの出力に基づいて変化することを示している。直線Ｌ２１、直線Ｌ２２及び直線Ｌ２３の傾斜は、閾値が、ポンプの出力が増大するにしたがって、高くなることを示している。
　直線Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３は、一次式としている。更に、最適運転台数の精度を向上する場合には、制御装置Ｃｎｔのメモリ等を考慮し、直線Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３を二次式、三次式等とすることもできる。冷凍システム１００は、図５の態様を採用することで、従来に比べてＣＯＰが例えば１０％程度向上する。
　制御装置Ｃｎｔには、上述した直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ２１、Ｌ２２及びＬ２３に対応するデータが格納されている。そして、制御装置Ｃｎｔは、検出外気温度、検出熱媒体温度、及びポンプの出力の情報を取得して、運転台数を決定する。
［実施の形態１の効果］
　冷凍システム１００は、運転台数を決定するための閾値が、外気温度、熱媒体回路を流れる熱媒体の温度、及びポンプの出力のうちの少なくとも１つに基づいて定められている。このため、より確実にＣＯＰを向上させることができる。
実施の形態２．
　図６Ａは、実施の形態２に係る冷凍システムのチラーユニット群２０１の概要図である。図６Ｂは、実施の形態２に係る冷凍システムの制御装置Ｃｎｔの説明図である。実施の形態２では、実施の形態１と相違する部分について中心に説明をし、共通する部分については同一符号を付し、説明を省略する。
　実施の形態１では、熱媒体の流量を一定とする態様を想定している。つまり、実施の形態１では、ポンプの運転周波数は一定である。実施の形態２では、ポンプを制御するインバータ（インバータ１７、インバータ２７及びインバータ３７）を備えている。チラーユニット２１１にはインバータ１７が設けられ、チラーユニット２２１にはインバータ２７が設けられ、チラーユニット２３１にはインバータ３７が設けられている。制御装置Ｃｎｔがインバータ１７、インバータ２７及びインバータ３７を制御することで、ポンプ１４、ポンプ２４及びポンプ３４の運転周波数が変わる。ポンプ１４、ポンプ２４及びポンプ３４の運転周波数には、予め定められている最低周波数がある。つまり、制御装置Ｃｎｔには、最低周波数が記憶されている。実施の形態２に係る冷凍システムは、状況に応じてポンプの運転周波数を下げ、ポンプの消費電力を抑制できる。例えば、機器１０２に加温された熱媒体を搬送する場合においては、機器１０２に発生する負荷（機器１０２の要求熱量）が小さくなると、制御装置Ｃｎｔは、インバータを制御し、ポンプの運転周波数を下げる。これにより、実施の形態２に係る冷凍システムは、ＣＯＰを向上させることができる。
　図６Ｂに示すように、第２の周波数比取得部５０Ｄは、第２の周波数比を取得する。第２の周波数比は、ポンプ１４の運転周波数、ポンプ２４の運転周波数及びポンプ３４の運転周波数の合計周波数を、予め定められる第２の定格周波数で割って取得することができる。第２の定格周波数は、ポンプ１４の運転周波数の最大値、ポンプ２４の運転周波数の最大値及びポンプ３４の運転周波数の最大値を合計することで取得することができる。
　運転周波数決定部５０Ｅは、第１の周波数比及び第２の周波数比に基づいて、運転するポンプの運転周波数を決定する。例えば、圧縮機１２及び圧縮機２２が運転している場合には、運転周波数決定部５０Ｅは、第１の周波数比及び第２の周波数比に基づいて、ポンプ１４及びポンプ２４の運転周波数を決定する。運転周波数決定部５０Ｅは、第２の周波数比が第１の周波数比に近づくように、運転するポンプの運転周波数を決定する。
　ポンプ制御部５０Ｆは、インバータ１７、インバータ２７及びインバータ３７を制御する。これにより、ポンプ１４、ポンプ２４及びポンプ３４の運転周波数が変化する。
　図７は、本実施の形態２に係る冷凍システムの制御フローチャートである。
　図７のステップＳ２０、ステップＳ２１、ステップＳ２４、ステップＳ２５、ステップＳ２６は、図２のステップＳ０、ステップＳ１、ステップＳ３～ステップＳ５と同様であるため、説明を割愛する。
　制御装置Ｃｎｔは、ポンプの運転周波数を一定とするか、又は、ポンプの運転周波数を可変とする変流量制御（インバータ制御）とするか、を判定する（ステップＳ２２）。制御装置Ｃｎｔは、変流量制御を実行するフラグを立てずに、閾値を取得する（ステップＳ２３－１）。或いは、制御装置Ｃｎｔは、変流量制御を実行するフラグを立てて、閾値を取得する（ステップＳ２３－２）。本フローチャートを終了した後において、圧縮機を運転することとなったチラーユニットに対応するポンプは、変流量制御を実行する。
　図８は、本実施の形態２に係る冷凍システムのポンプの制御フローチャートである。
　制御装置Ｃｎｔは、第１の周波数比を算出する（ステップＳ３１）。制御装置Ｃｎｔは、第２の周波数比を取得する。制御装置Ｃｎｔは、図７に示すフローにて取得した第１の周波数比に第２の周波数比が近づくように、ポンプの運転周波数を決定する（ステップＳ３２）。決定したポンプの運転周波数が、予め定められる最低周波数以下であるか否かを判定する（ステップＳ３３）。最低周波数より高い場合には、ポンプの指令周波数をステップＳ３２で決定した運転周波数とする。（ステップＳ３４－２）。最低周波数以下である場合には、ポンプの指令周波数を最低周波数とする（ステップＳ３４－２）。制御装置Ｃｎｔは、各ポンプに対応するインバータに対し、運転信号又は停止信号を送信する（ステップＳ３５）。
　図９は、本実施の形態２における、外気温度及び周波数比に基づいて特定される閾値の説明図である。図９は、ポンプ出力が５０％となっているときの説明図である。なお、ポンプ出力が１００％のときには、ポンプは最大運転周波数で運転している。曲線Ｇ１は、検出外気温度が２５度であり、圧縮機の運転台数が１台のときのＣＯＰ比を示している。曲線Ｇ２は、検出外気温度が２５度であり、圧縮機の運転台数が２台のときのＣＯＰ比を示している。曲線Ｇ３は、検出外気温度が２５度であり、圧縮機の運転台数が３台のときのＣＯＰ比を示している。曲線Ｇ４は、検出外気温度が２５度であり、圧縮機の運転台数が４台のときのＣＯＰ比を示している。
　曲線Ｇ１～曲線Ｇ４に示すように、運転台数が増大するにつれて、ＣＯＰを向上させることができる第１の周波数比が、高くなっていくことがわかる。また、図３に示す曲線Ａ１～Ａ４よりも、曲線Ｇ１～曲線Ｇ４は上側に移動している。ポンプ出力が５０％まで下げたので、冷凍システムのＣＯＰが向上したためである。
　曲線Ｈ１は、検出外気温度が３５度であり、圧縮機の運転台数が１台のときのＣＯＰ比を示している。曲線Ｈ２は、検出外気温度が３５度であり、圧縮機の運転台数が２台のときのＣＯＰ比を示している。曲線Ｈ３は、検出外気温度が３５度であり、圧縮機の運転台数が３台のときのＣＯＰ比を示している。曲線Ｈ４は、検出外気温度が３５度であり、圧縮機の運転台数が４台のときのＣＯＰ比を示している。
　曲線Ｈ１～曲線Ｈ４に示すように、運転台数が増大するにつれて、ＣＯＰを向上させることができる第１の周波数比が、高くなっていくことがわかる。曲線Ｈ１～曲線Ｈ４は、曲線Ｇ１～曲線Ｇ４よりも下側に位置している。一方、曲線Ｈ１～曲線Ｈ４は、図３に示す曲線Ｂ１～曲線Ｂ４よりも上側に位置している。ポンプ出力が５０％まで下げたので、冷凍システムのＣＯＰが向上したためである。
　直線Ｌ３１は、運転台数を１台とするときと、運転台数を２台とするときとを分ける閾値に対応する。直線Ｌ３２は、運転台数を２台とするときと、運転台数を３台とするときとを分ける閾値に対応する。直線Ｌ３３は、運転台数を３台とするときと、運転台数を４台とするときとを分ける閾値に対応する。直線Ｌ３１、直線Ｌ３２及び直線Ｌ３３は傾斜している。つまり、図９では、図３と同様に、運転台数を分ける閾値が、検出外気温度に基づいて変化することを示している。直線Ｌ３１、直線Ｌ３２及び直線Ｌ３３の傾斜は、閾値が、外気温度が高くなるにしがたって、高くなることを示している。
　直線Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３は、一次式としている。更に、最適運転台数の精度を向上する場合には、制御装置Ｃｎｔのメモリ等を考慮し、直線Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３を二次式。三次式等とすることもできる。実施の形態２に係る冷凍システムは、従来に比べてＣＯＰが例えば１０％程度向上する。
［実施の形態２の効果］
　実施の形態２に係る冷凍システムは、圧縮機だけでなく、ポンプの動作の最適化を図っており、更なるＣＯＰの向上を実現することができる。
　実施の形態１，２の冷媒回路Ｃ１、冷媒回路Ｃ２及び冷媒回路Ｃ３のいずれかが、第１の冷媒回路に対応し、残りのいずれかが第２の冷媒回路に対応する。第１の冷媒回路に対応する冷媒回路（冷媒回路Ｃ１、冷媒回路Ｃ２及び冷媒回路Ｃ３のいずれか）のポンプが第１のポンプに対応し、第２の冷媒回路に対応する冷媒回路（冷媒回路Ｃ１、冷媒回路Ｃ２及び冷媒回路Ｃ３のうちの残り）のポンプが第２のポンプに対応する。第１の圧縮機及び第２の圧縮機、及び、第１の熱交換器及び第２の熱交換器についても同様である。実施の形態１，２の熱媒体配管ＷＰ２、及び熱媒体配管ＷＰ２２及び熱媒体配管ＷＰ３２のいずれかが、第１の熱媒体流路に対応し、残りのいずれかが第２の熱媒体流路に対応する。
　実施の形態１，２では冷媒回路の数が３つである態様を一例に説明したが、２つでもよいし、４つ以上であってもよい。
　１２　圧縮機、１３Ａ　熱交換器、１３Ｂ　熱交換器、１４　ポンプ、１５　制御装置、１６　インバータ、１７　インバータ、１８　外気温度センサ、１９　熱媒体温度センサ、２２　圧縮機、２４　ポンプ、２５　制御装置、２６　インバータ、２７　インバータ、３２　圧縮機、３４　ポンプ、３５　制御装置、３６　インバータ、３７　インバータ、５０Ａ　第１の周波数取得部、５０Ｂ　運転台数決定部、５０Ｃ　圧縮機制御部、５０Ｄ　第２の周波数比取得部、５０Ｅ　運転周波数決定部、５０Ｆ　ポンプ制御部、５０Ｇ　記憶部、１００　冷凍システム、１０１　チラーユニット群、１０２　機器、１０２Ａ　熱交換器、１０２Ｂ　ファン、１１０　チラーユニット、１２０　チラーユニット、１３０　チラーユニット、２０１　チラーユニット群、２１１　チラーユニット、２２１　チラーユニット、２３１　チラーユニット、Ｃ１　冷媒回路、Ｃ２　冷媒回路、Ｃ３　冷媒回路、Ｃｎｔ　制御装置、Ｈｄ１　第１のヘッダー、Ｈｄ２　第２のヘッダー、Ｒｐ　冷媒配管、Ｖ１　絞り装置、ＷＣ　熱媒体回路、ＷＰ１　熱媒体配管、ＷＰ２　熱媒体配管、ＷＰ２１　熱媒体配管、ＷＰ２２　熱媒体配管、ＷＰ２３　熱媒体配管、ＷＰ３　熱媒体配管、ＷＰ３１　熱媒体配管、ＷＰ３２　熱媒体配管、ＷＰ３３　熱媒体配管、ＷＰ４０　熱媒体配管、ＷＰ５０　熱媒体配管。

Claims (7)

  1. 　第１の圧縮機及び第１の熱交換器を含む第１の冷媒回路と、
    　第２の圧縮機及び第２の熱交換器を含む第２の冷媒回路と、
    　ポンプ、前記第１の熱交換器に接続されている第１の熱媒体流路、及び前記第２の熱交換器に接続されている第２の熱媒体流路を含む熱媒体回路と、
    　前記第１の圧縮機、前記第２の圧縮機及び前記ポンプを制御する制御装置と、
    　を備え、
    　前記制御装置は、前記第１の圧縮機の運転周波数及び前記第２の圧縮機の運転周波数の合計周波数を予め定められる第１の定格周波数で割って得られる値を第１の周波数比としたとき、前記第１の周波数比が予め定められる閾値以上である場合に前記第１の圧縮機及び前記第２の圧縮機の両方を運転し、前記第１の周波数比が前記閾値未満である場合に前記第１の圧縮機及び前記第２の圧縮機のうちの一方を運転する圧縮機制御部を含み、
    　前記閾値は、外気温度、前記熱媒体回路を流れる熱媒体の温度、及び前記ポンプの出力のうちの少なくとも１つに基づいて定められている
    　冷凍システム。
  2. 　前記閾値は、前記外気温度が高くなるにしがたって、高くなる
    　請求項１に記載の冷凍システム。
  3. 　前記閾値は、前記第１の熱媒体流路のうち前記第１の熱交換器の出口を流れる前記熱媒体の温度、又は、前記第２の熱媒体流路のうち前記第２の熱交換器の出口を流れる前記熱媒体の温度、が低くなるにしたがって、高くなる
    　請求項１又は２に記載の冷凍システム。
  4. 　前記閾値は、前記ポンプの出力が増大するにしたがって、高くなる
    　請求項１～３のいずれか一項に記載の冷凍システム。
  5. 　前記ポンプを制御するインバータを更に備え、
    　前記制御装置は、前記インバータを制御するポンプ制御部を更に含む
    　請求項１～４のいずれか一項に記載の冷凍システム。
  6. 　前記ポンプは、前記第１の熱媒体流路に設けられている第１のポンプと、前記第２の熱媒体流路に設けられている第２のポンプとを含み、
    　前記ポンプ制御部は、前記第１のポンプの運転周波数及び前記第２のポンプの運転周波数の合計周波数を予め定められる第２の定格周波数で割って得られる値を第２の周波数比としたとき、前記第２の周波数比が前記第１の周波数比に近づくように、前記第１のポンプの運転周波数及び前記第２のポンプの運転周波数を定めている
    　請求項５に記載の冷凍システム。
  7. 　第１の圧縮機及び第１の熱交換器を含む第１の冷媒回路と、
    　第２の圧縮機及び第２の熱交換器を含む第２の冷媒回路と、
    　ポンプ、前記第１の熱交換器に接続されている第１の熱媒体流路、及び前記第２の熱交換器に接続されている第２の熱媒体流路を含む熱媒体回路と、備えた冷凍システムを制御する制御装置であって、
    　前記第１の圧縮機の運転周波数及び前記第２の圧縮機の運転周波数の合計周波数を予め定められる第１の定格周波数で割って得られる値を第１の周波数比としたとき、前記第１の周波数比が予め定められる閾値以上である場合に前記第１の圧縮機及び前記第２の圧縮機の両方を運転し、前記第１の周波数比が前記閾値未満である場合に前記第１の圧縮機及び前記第２の圧縮機のうちの一方を運転する圧縮機制御部を含み、
    　前記閾値は、外気温度、前記熱媒体回路を流れる熱媒体の温度、及び前記ポンプの出力のうちの少なくとも１つに基づいて定められている
    　制御装置。
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