特許 5940608 熱媒体循環システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5940608

(24)【登録日】2016年5月27日

(45)【発行日】2016年6月29日

(54)【発明の名称】熱媒体循環システム

(51)【国際特許分類】

   F24F 11/02 20060101AFI20160616BHJP

   F24F 5/00 20060101ALI20160616BHJP

【ＦＩ】

   F24F11/02 102F

   F24F11/02 102L

   F24F11/02 P

   F24F5/00 101Z

【請求項の数】16

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-167561(P2014-167561)

(22)【出願日】2014年8月20日

(65)【公開番号】特開2016-44832(P2016-44832A)

(43)【公開日】2016年4月4日

【審査請求日】2014年8月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】593063161

【氏名又は名称】株式会社ＮＴＴファシリティーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】中田 達也

(72)【発明者】

【氏名】関口 圭輔

(72)【発明者】

【氏名】吉井 存

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 剛

【審査官】 西山 真二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０３８３７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０１３２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３１７０００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実公平０１−０４５００５（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】 特許第４３３３８１８（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｆ ５／００

Ｆ２４Ｆ １１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱源装置により生成された熱を移動させる熱媒体を循環させる熱媒体循環システムにおいて、
前記熱媒体と熱交換対象とを熱交換する複数の熱交換器と、
前記熱媒体を循環させるポンプ装置と、
前記複数の熱交換器に対応して設けられた複数の流量調整弁であって、当該熱交換器に供給される熱媒体量を調整する複数の流量調整弁と、
前記複数の流量調整弁の開度を検出するとともに、その検出した開度を示す開度信号を出力する開度検出部と、
少なくとも前記開度信号が入力される制御部であって、前記ポンプ装置の作動及び前記流量調整弁の開度を省動力制御モードにて制御可能な制御部とを備え、
前記省動力制御モードは、
前記複数の流量調整弁のうち少なくとも１つの流量調整弁（以下、当該流量調整弁を特定制御弁という。）の開度を、前記省動力制御モードを実行する前に比べて大きくする開度変更機能、及び
前記特定制御弁の開度変更に基づいて前記ポンプ装置の作動を変更制御するポンプ作動変更機能を有し、
前記制御部は、前記複数の流量調整弁のうち、開度が予め設定された開度未満となっている流量調整弁の中から前記特定制御弁を選択することを特徴とする熱媒体循環システム。

【請求項2】

前記制御部は、前記「開度が予め設定された開度未満となっている流量調整弁」のうち開度が最も大きい流量調整弁を前記特定制御弁として選択することを特徴とする請求項１に記載の熱媒体循環システム。

【請求項3】

前記制御部は、前記開度変更機能の実行時には前記特定制御弁の開度を予め設定された開度以上とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱媒体循環システム。

【請求項4】

前記制御部は、開度が予め設定された開度以上となっている前記流量調整弁の個数が、予め設定された限界個数以上となっているときには、前記省動力制御モードを実行しないことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の熱媒体循環システム。

【請求項5】

前記制御部は、前記熱交換器で必要とされる冷却能力に基づいて前記限界個数を変更可能であることを特徴とする請求項４に記載の熱媒体循環システム。

【請求項6】

前記制御部は、前記熱交換器で必要とされる冷却能力に基づいて前記「予め設定された開度」を変更可能であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の熱媒体循環システム。

【請求項7】

前記熱交換器にて冷却された熱交換対象の温度を検出するとともに、その検出した温度を示す温度信号を前記制御部に出力する温度検出部を備え、
前記制御部は、前記温度信号に基づいて前記熱交換器で必要とされる冷却能力を演算することを特徴とする請求項５又は６に記載の熱媒体循環システム。

【請求項8】

前記熱交換器で発生する熱交換能力を調整する能力調整装置と、
前記能力調整装置にて調整可能な最大熱交換能力と現実の熱交換能力との差に関するパラメータ（以下、「余裕度」という。）を演算する余裕度演算部と、
前記制御部は、前記複数の熱交換器のうちいずれかの熱交換器に関する前記余裕度が予め設定された警告閾値以下となっているときには、前記省動力制御モードを実行しないことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の熱媒体循環システム。

【請求項9】

前記制御部は、予め設定された所定周期毎に前記省動力制御モードを実行することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の熱媒体循環システム。

【請求項10】

前記制御部は、前記ポンプ作動変更機能の実行時には、前記特定制御弁の開度変更に基づいて前記ポンプ装置の吐出圧力を低下させることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載に熱媒体循環システム。

【請求項11】

前記制御部は、前記ポンプ作動変更機能の実行時には、前記特定制御弁の開度変更に基づいて、予め決められた変更幅にて前記ポンプ装置の吐出圧力を段階的に低下させることを特徴とする請求項１０に記載の熱媒体循環システム。

【請求項12】

前記制御部は、前記ポンプ作動変更機能の実行時には、前記特定制御弁の開度変更に基づいて前記ポンプ装置の回転数を低下させることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載に熱媒体循環システム。

【請求項13】

熱源装置により生成された熱を移動させる熱媒体を循環させる熱媒体循環システムにおいて、
前記熱媒体と対象とを熱交換する複数の熱交換器と、
前記熱媒体を循環させるポンプ装置と、
前記複数の熱交換器に対応して設けられた複数の流量調整弁であって、当該熱交換器に供給される熱媒体量を調整する複数の流量調整弁と、
前記複数の流量調整弁それぞれの開度を検出するとともに、その検出した開度を示す開度信号を出力する開度検出部と、
少なくとも前記開度信号が入力される制御部であって、前記複数の流量調整弁の開度を積算した合計開度若しくは平均開度の値又は前記複数の流量調整弁のうち最大開度が予め決められた値以上となるように、前記ポンプ装置の作動及び前記流量調整弁の開度を制御可能な制御部と、
前記熱交換器毎に設けられ、前記対象として室内に吹き出される空気を送風する送風機とを備え、
送風量が予め決められた風量以下となっている前記送風機に対応する前記熱交換器であって、当該熱交換器に供給される熱媒体量を調整する前記流量調整弁の開度が予め決められた開度以上となっている場合には、前記制御部は、前記合計開度又は前記平均開度の演算する際に、当該流量調整弁の開度を演算対象から除外することを特徴とする熱媒体循環システム。

【請求項14】

前記制御部は、前記熱交換器で必要とされる熱交換能力に応じて前記流量調整弁の開度を決定し、前記流量調整弁の開度を当該決定された開度にする制御モードが実行可能であることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載に熱媒体循環システム。

【請求項15】

前記省動力制御モードの実行時においては、前記制御部は、前記ポンプ装置の吐出部から所定寸法以上離れた部位での圧力が予め設定された圧力以上となるように前記ポンプ装置の作動を制御することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の熱媒体循環システム。

【請求項16】

冷熱を生成する熱源装置と、
前記冷熱により冷却された熱媒体により冷却能力を発揮する複数の熱交換器と、
前記熱媒体を循環させるポンプ装置と、
前記複数の熱交換器それぞれに対応して設けられた複数の流量調整弁であって、当該熱交換器に供給される熱媒体量を調整する複数の流量調整弁と、
前記複数の流量調整弁それぞれの開度を検出するとともに、その検出した開度を示す開度信号を出力する開度検出部と、
少なくとも前記開度信号が入力される制御部であって、前記ポンプ装置の作動及び前記流量調整弁の開度を省動力制御モードにて制御可能なコンピュータにて構成された制御部と
を備える熱媒体循環システムに用いられるプログラムであって、
前記省動力制御モードの実行時に前記制御部を、
前記複数の流量調整弁のうち少なくとも１つの流量調整弁（以下、当該流量調整弁を特定制御弁という。）の開度を、前記省動力制御モードを実行する前に比べて大きくする開度変更機能、及び
前記特定制御弁の開度変更に基づいて前記ポンプ装置の作動を変更制御するポンプ作動変更機能として作動させ、
さらに、前記開度変更機能では、前記複数の流量調整弁のうち、開度が予め設定された開度未満となっている流量調整弁の中から前記特定制御弁が選択されることを特徴とする熱媒体循環システム用プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱源装置により生成された熱を移動させる熱媒体を循環させる熱媒体循環システムに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１に記載の冷水循環システムでは、冷凍機にて生成された冷水を冷却用熱交換器に循環させて室内空気等の冷却対象物を冷却している。そして、当該冷水循環システムは、制御二方弁等の流量調整弁にて循環させる冷水量を調整することにより、冷却用熱交換器で発揮される冷却能力を制御している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４３３３８１８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の冷水循環システムは、冷却用熱交換器で必要とする冷却能力が増大すると、これに応じて流量調整弁の開度を大きくして循環させる冷水量を増大させる。そして、当該冷水循環システムは、冷却用熱交換器で必要とする冷却能力が減少すると、これに応じて流量調整弁の開度を小さくして循環させる冷水量を減少させる。

【0005】

このため、冷却用熱交換器で必要とする冷却能力が小さいときには、流量調整弁の開度が小さくなる。したがって、流量調整弁で発生する圧力損失が、必要とする冷却能力が大きいときに比べて大きくなる。つまり、上記の冷水循環システムでは、必要とする冷却能力が小さいときには、冷水を循環させるためのポンプ装置で必要とする消費動力（消費電力）が大きくなってしまう。

【0006】

本発明は、上記点に鑑み、消費動力を低減することが可能な冷水循環システムを提供することを目的とする。

【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に、熱源装置（７）により生成された熱を移動させる熱媒体を循環させる熱媒体循環システムにおいて、熱媒体と対象とを熱交換する複数の熱交換器（５Ａ）と、熱媒体を循環させるポンプ装置（Ｐ２）と、複数の熱交換器（５Ａ）それぞれに対応して設けられた複数の流量調整弁であって、当該熱交換器（５Ａ）に供給される熱媒体量を調整する複数の流量調整弁（５Ｂ）と、複数の流量調整弁（５Ｂ）それぞれの開度を検出するとともに、その検出した開度を示す開度信号を出力する開度検出部（Ｓ４）と、少なくとも開度信号が入力される制御部であって、ポンプ装置（Ｐ２）の作動及び流量調整弁（５Ｂ）の開度を省動力制御モードにて制御可能な制御部（１０、１０Ａ、１０Ｂ）とを備え、省動力制御モードは、複数の流量調整弁（５Ｂ）のうち少なくとも１つの流量調整弁（以下、当該流量調整弁を特定制御弁（５Ｂｓ）という。）の開度を、省動力制御モードを実行する前に比べて大きくする開度変更機能、及び特定制御弁（５Ｂｓ）の開度変更に基づいてポンプ装置（Ｐ２）の作動を変更制御するポンプ作動変更機能を有することを特徴とする。

【0008】

これにより、本発明では、特定制御弁（５Ｂｓ）の開度を大きくするとともに、増大した開度に応じてポンプ装置（Ｐ２）の作動を変更するので、必要な循環熱媒体量を確保しつつ、流量調整弁（５Ｂ）で発生する圧力損失を低減できる。したがって、消費動力を低減することが可能な冷水循環システムを得ることが可能となる。

【0009】

なお、ポンプ装置（Ｐ２）の作動を変更制御する際には、特定制御弁（５Ｂｓ）の開度が変更される前と同等の循環熱媒体量となるようにポンプ装置（Ｐ２）を制御することが望ましい。

【0010】

因みに、上記各手段等の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記各手段等の括弧内の符号に示された具体的手段等に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態に係る空調システムの概要を示す図である。

【図2】本発明の実施形態に係る空調システムの制御系の概要を示す図である。

【図3】本発明の実施形態に係る冷却塔７Ｂの説明図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係る制御を示すフローチャートである。

【図5】本発明の第２実施形態に係る制御を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に説明する「発明の実施形態」は実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的手段や構造等に限定されるものではない。

【0013】

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。なお、少なくとも符号を付して説明した部材又は部位は、「複数」や「２つ以上」等の断りをした場合を除き、少なくとも１つ設けられている。

【0014】

（第１実施形態）
１．空調システムの構成
１．１ 空調システムの概要
本実施形態は、サーバ室や通信機器室等の空調を行う空調システムに本発明に係る熱媒体循環システムを適用したものである。すなわち、本実施形態に係る空調システムは、情報通信技術用機器（以下、ＩＣＴ機器という。）等の発熱機器に冷却用の空気を供給することにより、複数のＩＣＴ機器等を冷却する。

【0015】

複数のＩＣＴ機器１は、図１に示すように、ラック３に組み付けられた状態でデータセンタ室等に設置される。ラック３は、金属製の棚枠及び柱壁等を組み合わせた枠状の収納棚にて構成されている。

【0016】

ラック３を挟んで一方には、冷風が供給される冷風通路（コールドアイル）３Ａが設けられている。冷風は、冷風通路３Ａの床下に設けられたダクト空間３Ｃからラック３側に供給された後、床に設けられた複数の冷風吹出口（図示せず。）から冷風通路３Ａに供給される。

【0017】

なお、ラック３を挟んで冷風通路３Ａと反対側の通路３Ｂには、冷風吹出口が設けられていない。当該通路３Ｂには、冷風通路３ＡからＩＣＴ機器１に供給された空気であって、ＩＣＴ機器１との熱交換を終えた空気が流通する。つまり、通路３Ｂは、加熱された空気（温風）が流通する温風通路（ホットアイル）となる。

【0018】

空調ユニット５はＩＣＴ機器１側に供給される冷却風を生成する。複数のＩＣＴ機器１が設置されたサーバ室等には、少なくとも１台（図１では、２台）の空調ユニット５が設置されている。

【0019】

各空調ユニット５は、図２に示すように、室内熱交換器５Ａ、流量調整弁５Ｂ及び室内送風機５Ｃ等を有するエアーハンドリングユニット（ＡＨＵ）にて構成されている。室内熱交換器５Ａは、熱源装置７から供給される冷水と熱交換対象をなす空気とを熱交換する。

【0020】

熱源装置７は冷熱を生成する。当該冷熱は熱媒体をなす冷水により室内熱交換器５Ａに供給される。熱媒体、つまり冷水は、一次ポンプＰ１及び二次ポンプＰ２により室内熱交換器５Ａ（空調ユニット５）に供給される。

【0021】

流量調整弁５Ｂは各室内熱交換器５Ａに設けられている。当該流量調整弁５Ｂは、室内熱交換器５Ａに供給する冷水の循環水量を調節する。室内送風機５Ｃは、ＩＣＴ機器１側に冷風を供給するとともに、その風量を調節可能な送風機である。

【0022】

熱源装置７は室外に設置されている。熱源装置７にて生成された冷水は、一次ポンプＰ１にて室内（空調ユニット５）側に供給された後、二次ポンプＰ２にて各空調ユニット５に分配供給される。

【0023】

バイパス流路Ｌ１は、一次ポンプＰ１の吐出流量と二次ポンプＰ２の吐出流量とが相違する際に、その流量差を吸収する冷水回路である。例えば、流量調整弁５Ｂの開度が小さくなり、二次ポンプＰ２の吐出流量が減少したときには、その減少分はバイパス流路Ｌ１を流通する。

【0024】

熱源装置７は、熱源機７Ａ、冷却塔７Ｂ及び冷却水ポンプＰ３等を有して構成されている。熱源機７Ａは、フロン等の冷媒を循環させて低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機にて構成されている。

【0025】

冷却塔７Ｂは、冷媒と熱交換した冷却水を大気及び水のうち少なくとも一方と熱交換させて当該冷却水を冷却する。本実施形態に係る冷却塔７Ｂは、図３に示すように、密閉式冷却塔である。当該冷却塔７Ｂには、室外送風機７Ｃ、散水器７Ｄ及び室外熱交換器７Ｅ等が設けられている。

【0026】

室外熱交換器７Ｅは、主に大気と冷却水とを熱交換する。室外送風機７Ｃは、室外熱交換器７Ｅに大気を送風するとともに、その送風量を調節可能な送風機である。このため、室外送風機７Ｃの回転数を増減させて送風量を増減させれば、冷却水と大気との熱交換能力を増減させることができる。

【0027】

散水器７Ｄは室外熱交換器７Ｅに水を散水する。室外熱交換器７Ｅに散水されると、散水された水が室外熱交換器７Ｅから吸熱して蒸発又は温度上昇する。これにより、散水しない場合に比べて冷却水が大きく冷却される。つまり、散水器７Ｄの作動を制御することにより、冷却水と大気との熱交換能力を調節できる。

【0028】

１．２ 空調システムの能力調整装置
室内熱交換器５Ａで発生する熱交換能力、つまり室内熱交換器５Ａで発生する冷却能力は、流量調整弁５Ｂの開度、室内送風機５Ｃの送風量、室内熱交換器５Ａに供給される冷水量（二次ポンプＰ２の送水量）、及び当該冷水の温度（熱源装置７で発生する冷凍能力）によって変化する。

【0029】

熱源装置７で発生する冷凍能力、つまり熱源機７Ａ（蒸気圧縮式冷凍機）で発生する冷凍能力は、冷却塔７Ｂの冷却能力、冷却水の循環水量等に加えて、蒸気圧縮式冷凍機に設けられた圧縮機の回転数及び膨張弁の開度等によって変化する。冷却塔７Ｂの冷却能力は、室外送風機７Ｃの送風量及び散水器７Ｄの散水量等によって変化する。

【0030】

つまり、流量調整弁５Ｂ、室内送風機５Ｃ、二次ポンプＰ２、冷却水ポンプＰ３、室外送風機７Ｃ及び散水器７Ｄ等は、室内熱交換器５Ａで発生する熱交換能力を調整する能力調整装置として機能する。なお、以下、流量調整弁５Ｂ及び室内送風機５Ｃ等を総称するときは、能力調整装置という。

【0031】

図２に示すように、能力調整装置の作動は統合制御装置１０により制御されている。統合制御装置１０は、空調機制御部１０Ａ、二次ポンプ制御部１０Ｂ、一次ポンプ制御部１０Ｃ、熱源制御部１０Ｄ、冷却水ポンプ制御部１０Ｅ、及び冷却塔制御部１０Ｆを介して、能力調整装置を構成する各機器を間接的に制御する。

【0032】

空調機制御部１０Ａは、空調ユニット５、つまり流量調整弁５Ｂ及び室内送風機５Ｃ等の作動を制御する。二次ポンプ制御部１０Ｂは、二次ポンプＰ２の作動を制御して空調ユニット５に供給する冷水量を制御する。

【0033】

一次ポンプ制御部１０Ｃは一次ポンプＰ１の作動を制御する。熱源制御部１０Ｄは、熱源機７Ａ、つまり圧縮機の回転数及び膨張弁の開度等を制御する。冷却水ポンプ制御部１０Ｅは、冷却水ポンプＰ３の作動を制御して冷却水の循環量を制御する。冷却塔制御部１０Ｆは、室外送風機７Ｃの送風量及び散水器７Ｄの散水量等を制御する。

【0034】

なお、統合制御装置１０及び各制御部１０Ａ〜１０Ｆは、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を有するコンピュータを有して構成されている。制御を実行するためのプログラムは、統合制御装置１０及び各制御部１０Ａ〜１０Ｆに設けられたＲＯＭ等の不揮発性記憶部に予め記憶されている。

【0035】

２．統合制御装置等による制御作動
２．１ 制御作動の概要
＜各制御部の自律制御＞
各制御部１０Ａ〜１０Ｆは、当該制御部の制御対象を駆動する駆動回路等を有し、当該制御対象を直接的に制御する。統合制御装置１０は、各制御部１０Ａ〜１０Ｆに制御指令信号を発する。

【0036】

つまり、各制御部１０Ａ〜１０Ｆは、統合制御装置１０からの制御指令信号を受信した後、その制御指令信号の内容を実現するための具体的な制御を自律的に実行する。統合制御装置１０及び各制御部１０Ａ〜１０Ｆは、制御モードとして、少なくとも通常制御モード及び省動力制御モードが実行可能である。

【0037】

例えば、各空調ユニット５には吹出空気温度センサＳ１が設けられている。吹出空気温度セサＳ１は、空調ユニット５から室内に供給される空気、つまり室内熱交換器５Ａにて熱交換が終了した空気の温度（以下、熱交換後温度という。）を検出する。

【0038】

空調機制御部１０Ａは、通常制御モード時においては、吹出空気温度センサＳ１にて検出された熱交換後温度（以下、吹出空気温度という。）が、統合制御装置１０により設定された「目標とする熱交換後温度（以下、目標吹出温度Ｔａｏという。）」となるように、流量調整弁５Ｂ及び室内送風機５Ｃを制御する。

【0039】

つまり、空調機制御部１０Ａは、新たな目標吹出温度Ｔａｏが統合制御装置１０により設定されない限り、現状の目標吹出温度Ｔａｏとなるように空調ユニット５の作動を自律的に制御する。

【0040】

具体的には、空調機制御部１０Ａは、目標吹出温度Ｔａｏが低くなるほど、流量調整弁５Ｂの開度を大きくして室内熱交換器５Ａに供給される冷水流量を大きくし、かつ、目標吹出温度Ｔａｏが高くなるほど、流量調整弁５Ｂの開度を小さくして室内熱交換器５Ａに供給される冷水流量を小さくする。

【0041】

なお、本実施形態に係る空調機制御部１０Ａは、目標吹出温度Ｔａｏに対して流量調整弁５Ｂの開度を一義的に決めていない。つまり、空調機制御部１０Ａは、現在の吹出空気温度（吹出空気温度センサＳ１の検出温度）を監視しながら、現在の吹出空気温度と目標吹出温度Ｔａｏとが小さくなるように流量調整弁５Ｂの開度を順次変更する。

【0042】

空調機制御部１０Ａは、サーバ室内の温度（室内温度）を急速に低下させる必要があるとき、つまり、現在の吹出空気温度から目標吹出温度Ｔａｏを減じた値が大きくなるほど、室内送風機５Ｃによる送風量を増大させる。

【0043】

なお、室内熱交換器５Ａに供給される冷水の温度及び流量（流量調整弁５Ｂの開度）が一定の状態で送風量が増大すると、吹出空気温度が上昇する。このため、空調機制御部１０Ａは、吹出空気温度を目標吹出温度Ｔａｏに維持すべく、送風量の増大に応じて流量調整弁５Ｂの開度を大きくする。

【0044】

一次ポンプ制御部１０Ｃ及び二次ポンプ制御部１０Ｂは、通常制御モード時においては、統合制御装置１０からの流量変更指令を受信しない限り、予め設定された流量（以下、目標冷水循環量Ｗｒｏという。）の冷水が循環するように一次ポンプＰ１、二次ポンプＰ２を自律的に制御する。

【0045】

なお、一次ポンプ制御部１０Ｃ及び二次ポンプ制御部１０Ｂは、通常制御モード時において、統合制御装置１０からの流量変更指令を受信したときには、その受信した新たな循環量を目標冷水循環量Ｗｒｏとして、一次ポンプＰ１、二次ポンプＰ２を自律的に制御する。

【0046】

一次ポンプＰ１又は二次ポンプＰ２（本実施形態では、一次ポンプＰ１）の吐出側には、冷水の温度を検出する冷水温度センサＳ２が設けられている。熱源制御部１０Ｄは、通常制御モード時においては、冷水温度センサＳ２にて検出された冷水温度（以下、冷水吐出温度という。）が、統合制御装置１０により設定された「目標とする冷水吐出温度（以下、目標冷水温度Ｔｗｏという。）」となるように、熱源機７Ａを制御する。

【0047】

つまり、熱源制御部１０Ｄは、新たな目標冷水温度Ｔｗｏが統合制御装置１０により設定されない限り、現状の目標冷水温度Ｔｗｏとなるように熱源機７Ａの作動を自律的に制御する。

【0048】

冷却水ポンプ制御部１０Ｅは、通常制御モード時においては、冷却水の循環量が、統合制御装置１０により設定された「目標とする冷却水の循環量（以下、目標循環量Ｗｆｏという。）」となるように冷却水ポンプＰ３を制御する。

【0049】

冷却塔制御部１０Ｆは、冷却塔７Ｂにて冷却された冷却水の温度が、統合制御装置１０により設定された「目標とする冷却水の温度（以下、目標冷却水温度Ｔｃｏという。）」となるように冷却塔７Ｂを制御する。「冷却水の温度」は、冷却水温度センサＳ３により検出される。

【0050】

なお、通常制御モード時において、熱源機７Ａの制御のみでは、冷水吐出温度を目標冷水温度Ｔｗｏまで冷却することができない場合には、統合制御装置１０は、冷却水ポンプ制御部１０Ｅ及び冷却塔制御部１０Ｆのうち少なくとも一方に対して目標循環量Ｗｆｏを増大させる指令、又は目標冷却水温度Ｔｃｏを低下させる指令を発する。

【0051】

２．２ 省動力制御及び余裕度
＜省動力制御モード＞
省動力制御モードとは、通常制御モード時に比べて流量調整弁５Ｂの開度を大きくして二次ポンプＰ２の負荷（吐出圧）を小さくすることにより、空調システムの消費電力の低減を図る制御モードである。

【0052】

具体的には、省動力制御モードでは、（１）複数の流量調整弁５Ｂのうち少なくとも１つの流量調整弁（以下、当該流量調整弁を特定制御弁５Ｂｓという。）の開度が、省動力制御モードを実行する前、つまり通常制御モード時に比べて大きくされ（以下、この機能を開度変更機能という。）、かつ、（２）特定制御弁５Ｂｓの開度変更に基づいて、少なくとも二次ポンプＰ２の作動が変更制御される（以下、この機能をポンプ作動変更機能という。）。

【0053】

統合制御装置１０は、ポテンショメータ等にて構成された開度検出部Ｓ４から出力される開度信号により、流量調整弁５Ｂの開度を判断する。そして、開度変更機能の実行時には特定制御弁５Ｂｓの開度は、予め設定された開度以上に制御される。なお、開度信号は、空調機制御部１０Ａを介して統合制御装置１０に入力される。

【0054】

ポンプ作動変更機能時には、特定制御弁５Ｂｓの開度が変更される前と同等の循環冷水量となるように二次ポンプＰ２が制御される。つまり、省動力制御モード時には、統合制御装置１０は、特定制御弁５Ｂｓを選択した後、空調機制御部１０Ａに対して当該特定制御弁５Ｂｓの開度を現状より大きくさせる旨の指令を発する。

【0055】

これにより、二次ポンプ制御部１０Ｂにおいて、現状の冷水循環量を維持する自律制御機能が働くので、二次ポンプＰ２の回転数（吐出圧）が低下する。このとき、二次ポンプ制御部１０Ｂは、特定制御弁５Ｂｓの開度変更に基づいて、予め決められた変更幅にて二次ポンプＰ２の回転数（吐出圧力）を段階的に低下させていく。

【0056】

さらに、二次ポンプ制御部１０Ｂは、二次ポンプＰ２の吐出部から所定寸法以上離れた部位での圧力が予め設定された下限圧力以上となる範囲で二次ポンプＰ２の回転数（吐出圧力）を段階的に低下させていく。

【0057】

「吐出部から所定寸法以上離れた部位での圧力」とは、いわゆる「末端圧力」を意図するものである。つまり、二次ポンプＰ２から離れた室内熱交換器５Ａほど、圧力損失の影響を受けて循環冷水量が小さくなる。このため、必要な循環冷水量を確保するには、「末端圧力」を予め決められた圧力以上に維持する必要がある。

【0058】

なお、「末端圧力（吐出部から所定寸法以上離れた部位での圧力）」は、現実に末端に位置する部位での圧力は、勿論のこと、「配管長及び流量等を利用して推定した圧力」のうちいずれであってもよい。

【0059】

なお、本実施形態では、冷水循環量を直接的に検出する流量計等は設けられていない。そこで、本実施形態では、二次ポンプＰ２の回転数（吐出圧力）と流量調整弁５Ｂの開度と冷水循環量との関係を予め試験により求め、当該試験結果を用いて二次ポンプＰ２の回転数（吐出圧力）を推定している。

【0060】

統合制御装置１０は、以下の規則に従って特定制御弁５Ｂｓを選択する。すなわち、複数の流量調整弁５Ｂのうち、開度が予め設定された開度未満となっている流量調整弁の中から少なくとも１つの特定制御弁を選択する。

【0061】

なお、本実施形態に係る統合制御装置１０は、「開度が予め設定された開度未満となっている流量調整弁」のうち開度が最も大きい流量調整弁を特定制御弁５Ｂｓとして選択する。つまり、本実施形態に係る省動力制御モードでは、１つの流量調整弁５Ｂが特定制御弁５Ｂｓとして選択される。

【0062】

そして、統合制御装置１０は、原則として、予め設定された所定周期毎に省動力制御モードを実行する。しかし、以下の場合には、省動力制御モードを実行しない。
すなわち、（１）統合制御装置１０の制御下にある複数の室内熱交換器５Ａのうちいずれかの室内熱交換器５Ａに関する余裕度Ａが予め設定された警告閾値以下となっているときには、省動力制御モードを実行しない。なお、余裕度Ａの詳細は後述する。

【0063】

（２）流量調整弁５Ｂの開度が予め設定された開度（以下、限界開度という。）以上となっている流量調整弁５Ｂの個数が、予め設定された限界個数以上となっているときには、省動力制御モードを実行しない。

【0064】

なお、「省動力制御モードを実行しない」とは、（ａ）省動力制御モードが実行される前（通常制御モード時）においては、次回の省動力制御モード実行タイミングになっても省動力制御モードを実行しない場合、及び（ｂ）省動力制御モードの実行中においては、省動力制御モードを停止又は中止する場合のいずれかをいう。

【0065】

本実施形態に係る限界開度及び限界個数は、室内熱交換器５Ａで必要とされる冷却能力（以下、空調負荷という。）に基づいて統合制御装置１０にて決定変更される。つまり、限界開度及び限界個数は、省動力制御モードを停止等させる条件を示している。

【0066】

省動力制御モードでは流量調整弁５Ｂの開度を大きくするので、後述する数式１に示されるように、省動力制御モードでは余裕度Ａが小さくなる傾向にある。そこで、実施形態では、空調負荷の増加率が正である場合には、空調負荷の増加率が負である場合に比べて限界開度及び限界個数を小さくしている。

【0067】

なお、本実施形態では、吹出空気温度センサＳ１の検出温度と目標吹出温度Ｔａｏとの温度差を利用して空調負荷が決定される。つまり、吹出空気温度センサＳ１の検出温度から目標吹出温度Ｔａｏを減じた値が大きくなるほど、統合制御装置１０は空調負荷が大きいと判断する。

【0068】

＜余裕度＞
余裕度Ａとは、能力調整装置にて調整可能な最大熱交換能力と現実の熱交換能力との差に関するパラメータをいう。なお、本実施形態では、通常制御モード時に自律制御にて各機器が制御されている場合も、各機器についての余裕度Ａが予め決められた値以上に維持されるように制御される。

【0069】

例えば、空調ユニット５についての余裕度Ａは、下記のいずれかにより定義される。
（１）１−（複数の流量調整弁５Ｂの平均開度）
（２）１−｛（現実の室内送風機５Ｃの回転数／室内送風機５Ｃの最大回転数）の平均｝
最大回転数：各室内送風機５Ｃの上限回転数
（３）１／｛（吹出空気温度−目標吹出温度Ｔａｏ）の平均｝
（４）１−｛（吹出空気温度−目標吹出温度Ｔａｏ）の平均｝／ｎ
ｎ：（吹出空気温度−目標吹出温度Ｔａｏ）に相当する値であって、予め設定された値
つまり、ｎは許容温度差（許容乖離温度）を意味する。
（５）１／｛（冷水吐出温度−目標冷水温度Ｔｗｏ）の平均｝
（６）１−｛（冷水吐出温度−目標冷水温度Ｔｗｏ）の平均｝／ｎ
ｎ：（冷水吐出温度−目標冷水温度Ｔｗｏ）に相当する値であって、予め設定された値
つまり、ｎは許容温度差（許容乖離温度）を意味する。

【0070】

２．３ 制御作動の詳細
図４は、省動力制御モード時における制御フローを示す。本制御を実行するためのプログラムは、統合制御装置１０に設けられたＲＯＭ等の不揮発性記憶部に予め記憶されている。当該プログラムは、統合制御装置１０のＣＰＵにて実行される。

【0071】

本制御は、空調システムの起動と同時に起動される。本制御が起動されると、先ず、前回省動力制御モードが実行された時、又は空調システムが起動した時から所定時間が経過したか否かが判定される（Ｓ１）。

【0072】

所定時間が経過していないと判定された場合には（Ｓ１：ＮＯ）、再び、Ｓ１が実行される。所定時間が経過したと判定された場合には（Ｓ１：ＹＥＳ）、限界開度及び限界個数が設定される（Ｓ３、Ｓ５）。

【0073】

次に、複数の流量調整弁５Ｂの中から特定制御弁５Ｂｓが選択された後（Ｓ７）、その選択された特定制御弁５Ｂｓを有する空調ユニット５（室内熱交換器５Ａ）が担う空調ゾーンの余裕度Ａが演算される（Ｓ９）。

【0074】

Ｓ９にて演算された余裕度Ａが警告閾値以上であるか否かが判定される（Ｓ１１）。余裕度Ａが警告閾値未満であると判定された場合には（Ｓ１１：ＮＯ）、二次ポンプＰ２の吐出圧（回転数）が予め決められた値だけ上昇変更された後（Ｓ１３）、Ｓ１が実行される。

【0075】

余裕度Ａが警告閾値以上であると判定された場合には（Ｓ１１：ＹＥＳ）、流量調整弁５Ｂの開度（Ｘ％）が限界開度（Ｘ）以上となっている流量調整弁５Ｂの個数が限界個数Ｎｍａｘ以上となっているか否かが判定される（Ｓ１５）。

【0076】

限界開度（Ｘ）以上となっている流量調整弁５Ｂの個数Ｎｍａｘが限界個数以上となっていると判定された場合には（Ｓ１５：ＹＥＳ）、Ｓ１が実行される。限界開度（Ｘ）以上となっている流量調整弁５Ｂの個数Ｎｍａｘが限界個数未満であると判定された場合には（Ｓ１５：ＮＯ）、特定制御弁５Ｂｓの開度が全開以下であって、かつ、限界開度（Ｘ）以上の開度に設定されるとともに、現状の冷水循環量が維持されるように二次ポンプＰ２の吐出圧が下げられる（Ｓ１７）。

【0077】

３．本実施形態に係る空調システムの特徴
本実施形態では、特定制御弁５Ｂｓの開度を大きくするとともに、増大した開度に応じて二次ポンプＰ２の作動を変更するので、必要な循環冷水量を確保しつつ、流量調整弁５Ｂで発生する圧力損失を低減できる。したがって、消費動力を低減することが可能な冷水循環システムを得ることが可能となる。

【0078】

（第２実施形態）
本実施形態に係る「省動力制御モード」は、『（ａ）複数の流量調整弁５Ｂの開度を積算した合計開度若しくは平均開度の値、又は複数の流量調整弁５Ｂのうち最大開度が予め決められた値以上となるように、（ｂ）二次ポンプＰ２の作動及び流量調整弁５Ｂの開度を制御する』ものである。

【0079】

すなわち、統合制御装置１０が目標吹出温度Ｔａｏを変更する旨の指令を空調機制御部１０Ａに対してしない限り、空調機制御部１０Ａは現状の冷水循環量を維持する自律制御を実行する。

【0080】

このため、統合制御装置１０が、目標吹出温度Ｔａｏを変更する旨の指令を空調機制御部１０Ａに対しすることなく、二次ポンプＰ２の吐出圧を低下させる指令を二次ポンプ制御部１０Ｂにすると、空調機制御部１０Ａは、現状の冷水循環量を維持すべく、流量調整弁５Ｂの開度を大きくする。

【0081】

そこで、本実施形態では、複数の流量調整弁５Ｂの開度を積算した合計開度若しくは平均開度の値、又は複数の流量調整弁５Ｂのうち最大開度が予め決められた値以上となるまで二次ポンプＰ２の吐出圧を低下させる。

【0082】

すなわち、図５は、本実施形態に係る省動力制御モード時における制御フローを示す。本制御を実行するためのプログラムは、統合制御装置１０に設けられたＲＯＭ等の不揮発性記憶部に予め記憶されている。当該プログラムは、統合制御装置１０のＣＰＵにて実行される。なお、図５は「複数の流量調整弁５Ｂの開度の平均開度」を用いた例である。

【0083】

本制御は、空調システムの起動と同時に起動される。本制御が起動されると、先ず、前回省動力制御モードが実行された時、又は空調システムが起動した時から前記所定時間が経過したか否かが判定される（Ｓ２１）。

【0084】

所定時間が経過していないと判定された場合には（Ｓ２１：ＮＯ）、再び、Ｓ１が実行される。所定時間が経過したと判定された場合には（Ｓ２１：ＹＥＳ）、複数の流量調整弁５Ｂのうち以下の除外要件を満たす流量調整弁５Ｂが、開度を積算した合計開度又は平均開度の値を演算する際の対象となる流量調整弁５Ｂから除外される（Ｓ２３）。

【0085】

「除外要件」とは、『（ａ）送風量が予め決められた風量以下となっている室内送風機５Ｃに対応する室内熱交換器５Ａであって、（ｂ）当該室内熱交換器５Ａに供給される冷水量を調整する流量調整弁５Ｂの開度が予め決められた開度以上となっているもの』をいう。

【0086】

次に、複数の流量調整弁５Ｂのうち除外対象外の流量調整弁５Ｂの平均開度の値が、予め決められた目標値以上であるか否かが判定される（Ｓ２５）。平均開度の値が目標値以上の場合は（Ｓ２５：ＹＥＳ）、二次ポンプＰ２の吐出圧（回転数）が予め決められた範囲だけ上昇させられた後（Ｓ２９）、Ｓ１が実行される。

【0087】

平均開度の値が目標値未満の場合は（Ｓ２５：ＮＯ）、二次ポンプＰ２の吐出圧（回転数）が予め決められた範囲だけ下げられた後（Ｓ２７）、Ｓ１が実行される。
以上のように、本実施形態においても、流量調整弁５Ｂの開度を大きくするとともに、増大した開度に応じて二次ポンプＰ２の作動を変更するので、必要な循環冷水量を確保しつつ、流量調整弁５Ｂで発生する圧力損失を低減できる。したがって、消費動力を低減することが可能な冷水循環システムを得ることが可能となる。

【0088】

なお、本実施形態では、二次ポンプＰ２の吐出圧を変更することにより、流量調整弁５Ｂの開度が自律的に変更されていくものであったが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、流量調整弁５Ｂの平均開度等を所定開度以上に変更させることにより、二次ポンプＰ２の吐出圧を自律的に低下するように制御してもよい。

【0089】

（その他の実施形態）
上述の本実施形態では、１つ室内熱交換器５Ａに１つの流量調整弁５Ｂが設けられていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の室内熱交換器５Ａに対して１つの流量調整弁５Ｂを設けてもよい。つまり、１つの流量調整弁５Ｂにて複数の室内熱交換器５Ａに供給する冷水量を制御してもよい。

【0090】

上述の実施形態では、同一室内に設置された複数の空調ユニット５（室内熱交換器５Ａ）を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、複数のサーバ室があり、かつ、各サーバ室に少なくとも１台の室内熱交換器５Ａが設置された場合に本発明を適用できる。

【0091】

上述の実施形態では、冷熱のみを利用した空調システムに本発明を適したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、本発明は温熱及び冷熱も利用可能な空調システムにも適用できる。

【0092】

上述の実施形態では、熱媒体として水を用い、かつ、熱交換対象が空気であったが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、例えば、熱交換対象を冷却液とし、当該冷却液をＩＣＴ機器の放熱部に供給する冷却システムにも適用できる。

【0093】

上述の実施形態では、発熱機器としてＩＣＴ機器１を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＩＣＴ機器に電力を供給するための蓄電池や無停電電源装置等の電力供給機器にも適用できる。

【0094】

上述の実施形態に係る熱源装置７は、冷却塔７Ｂを備える水冷式であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、空冷式の熱源装置７（熱源機７Ａ）であってもよい。
上述の実施形態に係る空調システムは、ＩＣＴ機器が設置されたサーバ室の空調を行うものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、オフィスビル用空調システムにも適用可能である。

【0095】

上述の実施形態では、各制御部１０Ａ〜１０Ｆが自律制御可能なコントローラにて構成され、かつ、統合制御装置１０は各制御部１０Ａ〜１０Ｆを統合的に制御する構成であったが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0096】

すなわち、例えば、各制御部１０Ａ〜１０Ｆ及び統合制御装置１０を１つのコントローラとして、１つの統合制御装置１０にて空調システム（熱媒体循環システム）全体を制御する構成であってもよい。

【0097】

上述の実施形態では、省動力制御モードにより開度が変更された特定制御弁５Ｂｓの開度と限界開度とが同一の開度であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、両開度を異なる開度としてもよい。

【0098】

上述の実施形態では、蒸気圧縮機式冷凍機にて冷熱を生成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、廃熱が十分に確保可能な場合には、吸着式冷凍機又は吸収式冷凍機にて冷熱を生成してもよい。

【0099】

また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

【符号の説明】

【0100】

１… ＩＣＴ機器
３… ラック
３Ａ… 冷風通路
３Ｃ… ダクト空間
３Ｂ… 通路
５… 空調ユニット
５Ａ… 室内熱交換器
５Ｂ… 流量調整弁
５Ｃ… 室内送風機
５Ｂｓ… 特定制御弁
７… 熱源装置
７Ａ… 熱源機
７Ｂ… 冷却塔
７Ｃ… 室外送風機
７Ｄ… 散水器
７Ｅ… 室外熱交換器
１０… 統合制御装置
１０Ａ… 空調機制御部
１０Ｂ… 二次ポンプ制御部
１０Ｃ… 一次ポンプ制御部
１０Ｄ… 熱源制御部
１０Ｅ… 冷却水ポンプ制御部
１０Ｆ… 冷却塔制御部
Ｐ１… 一次ポンプ
Ｐ２… 二次ポンプ
Ｌ１… バイパス流路
Ｐ３… 冷却水ポンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】