特許 6363428 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】6363428

(24)【登録日】2018年7月6日

(45)【発行日】2018年7月25日

(54)【発明の名称】熱媒体循環システム

(51)【国際特許分類】

   F24F 11/83 20180101AFI20180712BHJP

   F24F 5/00 20060101ALI20180712BHJP

【ＦＩ】

   F24F11/83

   F24F5/00 101Z

【請求項の数】9

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-167560(P2014-167560)

(22)【出願日】2014年8月20日

(65)【公開番号】特開2016-44831(P2016-44831A)

(43)【公開日】2016年4月4日

【審査請求日】2017年8月1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】 河野 俊二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０４７９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１７０７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１４４９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０４０７０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１５４９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１２９９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２８８３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３６７８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｆ １１／８３

Ｆ２４Ｆ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷熱を生成するとともに、当該冷熱により熱媒体（以下、「冷水」という。）を冷却する熱源装置と、
前記冷水と熱交換対象とを熱交換し、当該熱交換対象を冷却する熱交換器と、
上限温度以下の範囲で目標温度（以下、「目標冷水温度」という。）を決定する冷水温度決定部と
前記冷水の温度を前記目標冷水温度にするための冷水温度調整装置と、
少なくとも前記熱交換器にて冷却された熱交換対象の温度、又は前記熱交換器にて必要とされる冷熱量に基づいて前記上限温度を決定する上限温度決定部とを備え、
前記熱交換対象は、室内に吹き出される空気であって、
前記上限温度決定部は、前記熱交換器にて冷却される前の空気の温度と当該熱交換器にて冷却された空気との温度差、及び当該熱交換器への送風量に基づいて前記上限温度を決定することを特徴とする熱媒体循環システム。

【請求項2】

冷熱を生成するとともに、当該冷熱により熱媒体（以下、「冷水」という。）を冷却する熱源装置と、
前記冷水と熱交換対象とを熱交換し、当該熱交換対象を冷却する熱交換器と、
上限温度以下の範囲で目標温度（以下、「目標冷水温度」という。）を決定する冷水温度決定部と
前記冷水の温度を前記目標冷水温度にするための冷水温度調整装置と、
少なくとも前記熱交換器にて冷却された熱交換対象の温度、又は前記熱交換器にて必要とされる冷熱量に基づいて前記上限温度を決定する上限温度決定部とを備え、
前記熱交換対象は、室内に吹き出される空気であって、
室内空気の温度を検出する室温センサと、
前記熱交換器にて冷却された空気の温度を目標温度（以下、「目標吹出温度」という。）にするための吹出空気温度調整装置と、
目標とする室内空気の温度と前記室温センサにより検出された室内空気の温度との温度差に基づいて前記目標吹出温度を変更する吹出設定温度変更部とを備え、
前記上限温度決定部は、現在の前記目標吹出温度に基づいて前記上限温度を決定することを特徴とする熱媒体循環システム。

【請求項3】

前記冷水温度決定部は、
前記熱交換器で必要とされる冷却能力（以下、「必要能力」という。）を決定する必要能力決定部、及び
前記目標冷水温度を現在温度より高くしても前記必要能力を発揮可能か否かを判断する必要能力判断部を有し、
さらに、前記冷水温度決定部は、前記必要能力判断部にて発揮可能であると判断された場合には、前記目標冷水温度を現在温度より高く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】

前記冷水温度決定部は、前記必要能力判断部にて発揮不可能であると判断された場合には、前記目標冷水温度を現在温度より低くすることを特徴とする請求項３に記載の熱媒体循環システム。

【請求項5】

前記熱交換器にて冷却されて室内に吹き出される空気の風量を調整する送風機を備え、
前記吹出設定温度変更部は、前記送風機による送風量が予め決められた送風量以下の場合には、前記目標吹出温度の上昇変更を可能とすることを特徴とする請求項２に記載の熱媒体循環システム。

【請求項6】

消費電力の変動を誘発する誘因パラメータの時間変化率を誘因変化率とし、当該誘因変化率が予め設定された変化率以下となる前記誘因パラメータの値をパラメータ値としたとき、
前記上限温度決定部は、前記パラメータ値に対応する現実の消費電力及び当該パラメータ値を記憶する記憶部を有するとともに、当該記憶部に記憶された内容に基づいて前記上限温度を決定することを特徴とする請求項３又は４に記載の熱媒体循環システム。

【請求項7】

前記上限温度決定部は、前記誘因パラメータと消費電力と関係を示す情報量が予め決められた要件を満たすときに、前記上限温度を決定することを特徴とする請求項６に記載の熱媒体循環システム。

【請求項8】

熱を生成する熱源装置を有し、当該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熱交換器と、
前記熱交換器で発生する熱交換能力を目標能力にするための能力調整装置と、
前記目標能力を決定する目標能力決定部とを備え、
消費電力の変動を誘発する誘因パラメータの時間変化率を誘因変化率とし、当該誘因変化率が予め設定された変化率以下となる前記誘因パラメータの値をパラメータ値としたとき、
前記目標能力決定部は、前記パラメータ値に対応する現実の消費電力及び当該パラメータ値を記憶する記憶部を有するとともに、当該記憶部に記憶された内容に基づいて前記目標能力を決定することを特徴とする熱媒体循環システム。

【請求項9】

前記目標能力決定部は、前記誘因パラメータと消費電力と関係を示す情報量が予め決められた要件を満たすときに、前記目標能力を決定することを特徴とする請求項８に記載の熱媒体循環システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱源装置で生成された熱を熱媒体にて移動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に記載の熱媒体循環システムでは、熱源装置にて冷熱を生成し、当該冷熱にて冷却された冷水を空調機に循環させることにより、上記冷熱を冷却対象に移動ささせている。

【0003】

そして、特許文献１に記載の発明では、空調機に向けて送り出される冷水の温度と空調機から戻ってくる冷水の温度との差が、予め設定された温度差以内となるように、冷水の循環量（冷水二次ポンプの作動）を制御している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【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】

【0005】

本発明は、高い信頼性が求められる空調機等に適用可能な熱媒体循環システムにおいて、消費電力の削減が可能な熱媒体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】

【0006】

本発明は、上記目的を達成するために、冷熱を生成するとともに、当該冷熱により熱媒体（以下、「冷水」という。）を冷却する熱源装置（７）と、冷水と熱交換対象とを熱交換し、当該熱交換対象を冷却する熱交換器（５Ａ）と、上限温度（Ｔｈ）以下の範囲で目標温度（以下、「目標冷水温度（Ｔｗｏ）」という。）を決定する冷水温度決定部（Ｓ１５〜Ｓ１９）と冷水の温度を目標冷水温度（Ｔｗｏ）にするための冷水温度調整装置（７Ａ、１０Ｄ）と、熱交換器（５Ａ）にて冷却された熱交換対象の温度に基づいて上限温度（Ｔｈ）を決定する上限温度決定部（Ｓ９）と、を備えることを特徴とする。

【0007】

本発明では、冷水温度調整装置（７Ａ、１０Ｄ）は、冷水の温度が目標冷水温度（Ｔｗｏ）となるように作動する。このとき、目標冷水温度（Ｔｗｏ）が高くなるほど、熱媒体循環システムの消費電力を小さくできる。

【0008】

そして、本発明では、目標冷水温度（Ｔｗｏ）は上限温度（Ｔｈ）以下の範囲内で決定され、かつ、当該上限温度（Ｔｈ）は、熱交換器（５Ａ）にて冷却された熱交換対象の温度に基づいて決定される。

【0009】

このため、冷水温度調整装置（７Ａ、１０Ｄ）は、冷水の温度が上限温度（Ｔｈ）又は上限温度（Ｔｈ）近傍となるように作動するので、必要な冷却能力を確保しながら、消費電力の削減を図ることが可能な熱媒体循環システムを得ることができ得る。

【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３実施形態における消費電力プロットズである。

【図6】本発明の第３実施形態の特徴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】

特に、流量調整弁５Ｂの開度、室内送風機５Ｃの送風量及び二次ポンプＰ２の送水量は、室内熱交換器５Ａで冷却された空気の温度、つまり室内熱交換器５Ａで発生する熱交換能力に直接的な影響を及ぼすので、流量調整弁５Ｂ、室内送風機５Ｃ及び二次ポンプＰ２を総称して吹出空気温度調整装置ともいう。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

このため、通常制御モード時においては、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。

【0042】

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。すなわち、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。

【0043】

統合制御装置１０は、目標とする室内空気の温度（以下、室内設定目標温度Ｔｒｓという。）と室温センサＳ５により検出された室内空気の温度（以下、室温Ｔｒという。）との温度差に基づいて目標吹出温度Ｔａｏを決定する。

【0044】

具体的には、統合制御装置１０は、室温Ｔｒが室内設定目標温度Ｔｒｓより低い場合には、現在の目標吹出温度Ｔａｏより高い温度を新たな目標吹出温度Ｔａｏとする。室温Ｔｒが室内設定目標温度Ｔｒｓ以上の場合には、統合制御装置１０は、現在の目標吹出温度Ｔａｏより低い温度を新たな目標吹出温度Ｔａｏとする。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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ともいう。）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。

【0048】

そして、一次ポンプ制御部１０Ｃ及び二次ポンプ制御部１０Ｂは、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。

【0049】

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。

【0050】

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。このため、熱源制御部１０Ｄ及び熱源機７Ａは、冷水の温度を目標冷水温度Ｔｗｏにするための冷水温度調整装置として機能する。

【0051】

統合制御装置１０は、現在の目標吹出温度Ｔａｏに基づいて上限冷水温度Ｔｈを決定するとともに、上限冷水温度Ｔｈ以下の範囲で目標冷水温度Ｔｗｏを決定する。つまり、統合制御装置１０は、上限冷水温度Ｔｈ以下の範囲で目標冷水温度Ｔｗｏを変更することができる。

【0052】

なお、本実施形態では、現在の目標吹出温度Ｔａｏから予め決められた上限定数ｋ（本実施形態では、７℃〜１０℃）を減じた値を上限冷水温度Ｔｈ（＝現在の目標吹出温度Ｔａｏ−ｋ）として決定される。

【0053】

つまり、本実施形態では、上限冷水温度Ｔｈは、室内熱交換器５Ａにて冷却された空気（吹出空気）の温度、又は室内熱交換器５Ａにて必要とされる冷熱量に基づいて決定されることになる。なお、「室内熱交換器５Ａにて必要とされる冷熱量」とは、例えば、ＩＣＴ機器１の発熱量や建物の外壁からの熱量等である。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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、目標冷水温度Ｔｗｏを上限冷水温度Ｔｈ又は上限冷水温度Ｔｈ近傍温度となるよう変更していくことにより、必要な冷却能力を確保しながら、消費電力の削減を図る制御モードである。

【0058】

＜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、余裕度Ａが予め決められた閾値以上に維持されるように制御される。

【0059】

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。

【0060】

２．３ 制御作動の詳細
図４は省動力制御モード等の制御フローを示す。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。

【0061】

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、全て室内送風機５Ｃの回転数又は送風量が予め決められた閾値以下であるか否かが判定される（Ｓ１）。全て室内送風機５Ｃの回転数又は送風量が予め決められた閾値より大きいと判定された場合には（Ｓ１：ＮＯ）、再び、Ｓ１が実行される。

【0062】

全て室内送風機５Ｃの回転数又は送風量が予め決められた閾値以下であると判定された場合には（Ｓ１：ＹＥＳ）、室温Ｔｒが室内設定目標温度Ｔｒｓより低いか否かが判定される（Ｓ３）。

【0063】

室温Ｔｒが室内設定目標温度Ｔｒｓ以上であると判定された場合には（Ｓ３：ＮＯ）、目標吹出温度Ｔａｏが所定温度だけ上昇変更された後（Ｓ５）、上限冷水温度Ｔｈが演算・決定される（Ｓ９）。

【0064】

室温Ｔｒが室内設定目標温度Ｔｒｓより低いと判定された場合には（Ｓ３：ＹＥＳ）、目標吹出温度Ｔａｏが所定温度だけ低下変更された後（Ｓ７）、上限冷水温度Ｔｈが演算・決定される（Ｓ９）。

【0065】

次に、余裕度Ａが演算された後（Ｓ１１）、余裕度Ａが予め決められた閾値以上であるか否かが判定される（Ｓ１３）。余裕度Ａが予め決められた閾値未満であると判定された場合には（Ｓ１３：ＮＯ）、目標冷水温度Ｔｗｏが低下変更された後（Ｓ１５）。Ｓ１が実行される。

【0066】

余裕度Ａが予め決められた閾値以上であると判定された場合には（Ｓ１３：ＹＥＳ）、目標冷水温度Ｔｗｏが上限冷水温度Ｔｈ以下であるか否かが判定される（Ｓ１７）。目標冷水温度Ｔｗｏが上限冷水温度Ｔｈより高いと判定された場合には（Ｓ１７：ＮＯ）、目標冷水温度Ｔｗｏが低下変更された後（Ｓ１５）。Ｓ１が実行される。

【0067】

目標冷水温度Ｔｗｏが上限冷水温度Ｔｈ以下であると判定された場合には（Ｓ１７：ＹＥＳ）、目標冷水温度Ｔｗｏが上昇変更された後（Ｓ１９）。Ｓ１が実行される。
なお、本制御は、上記（５）又は（６）にて余裕度Ａが演算される。このため、本実施形態では、Ｓ１１にて室内熱交換器５Ａで必要とされる冷却能力（以下、「必要能力」とう。）が決定された後、Ｓ１３にて目標冷水温度Ｔｗｏを現在温度より高くしても必要能力を発揮可能か否かが判断されることになる。

【0068】

そして、必要能力が発揮可能であると判断された場合には、目標冷水温度Ｔｗｏが現在温度より高くなり、必要能力が発揮不可能であると判断された場合には、目標冷水温度Ｔｗｏが現在温度より低くなる。

【0069】

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、目標冷水温度Ｔｗｏは上限冷水温度Ｔｈ以下の範囲内で決定され、かつ、当該上限冷水温度Ｔｈは、室内熱交換器５Ａにて冷却された空気（吹出空気）の温度に基づいて決定される。

【0070】

このため、冷却システムは、冷水の温度が上限冷水温度Ｔｈ又は上限冷水温度Ｔｈ近傍の温度となるように作動するので、必要な冷却能力を確保しながら、消費電力の削減を図ることが可能な熱媒体循環システムを得ることができ得る。

【0071】

（第２実施形態）
第１実施形態では、室内熱交換器５Ａにて冷却された空気の温度、又は室内熱交換器５Ａにて必要とされる冷熱量に基づいて上限冷水温度Ｔｈを決定した。

【0072】

これに対して、本実施形態では、室内熱交換器５Ａにて冷却される前の空気の温度と当該室内熱交換器５Ａにて冷却された空気との温度差、及び当該室内熱交換器５Ａへの送風量に基づいて上限冷水温度Ｔｈを決定するものである。なお、上記の温度差は、室内熱交換器５Ａにて処理されている冷熱量を示すパラメータである。

【0073】

（第３実施形態）
上述の実施形態では、上限冷水温度Ｔｈを決定する際に用いる上限定数ｋが固定値であったが、本実施形態では、外気温度や室内熱交換器５Ａで必要とされる冷却能力（以下、空調負荷という。）等の「消費電力の変動を誘発する誘因パラメータＥ」を利用して上限定数ｋを決定する。

【0074】

＜概要＞
すなわち、誘因パラメータＥの時間変化率を誘因変化率ｄＥ／ｄｔとし、当該誘因変化率ｄＥ／ｄｔが予め設定された変化率以下となる誘因パラメータＥの値をパラメータ値Ｅｏとする。

【0075】

統合制御装置１０は、所定時間毎又は目標冷水温度Ｔｗｏが変更される度に、「パラメータ値Ｅｏに対応する現実の消費電力Ｗ及び当該パラメータ値Ｅｏ」を、統合制御装置１０内の記憶部１０Ｇ（図２参照）に記憶していく。そして、統合制御装置１０は、誘因パラメータＥと消費電力Ｗと関係を示す情報量が予め決められた要件を満たすときに、上限定数ｋを再決定するための処理を実行する。

【0076】

＜具体例＞
以下、誘因パラメータＥを外気温度とした場合を例に具体的に説明する。
図５に示すように、目標冷水温度Ｔｗｏが「外気温度に対応する現実の消費電力Ｗと外気温度との関係」が変更される度に記憶される（図６のＳ２１）。

【0077】

次に、統合制御装置１０は、外気温度と目標冷水温度Ｔｗｏを変数項とする重回帰分析方程式（例えば、最小二乗法等）を用いて重回帰分析を実行する（図６のＳ２３）。その重回帰分析において、残差平方和が所定の閾値以下、又は決定係数が閾値以上となった場合には、統合制御装置１０は、消費電力Ｗが最小となる条件が反映できるような上限定数ｋを再決定する（図６のＳ２５）。

【0078】

これにより、本実施形態では、外気温度や空調負荷が変動した場合であっても、その変動を統合制御装置１０が自ら学習しながら、適切な上限定数ｋを再決定するので、空調システムの消費電力Ｗの低減を図ることができる。

【0079】

（第４実施形態）
上述の実施形態では、現在の目標吹出温度Ｔａｏから上限定数ｋを減じた値を上限冷水温度Ｔｈとしたが、本実施形態は、現在の目標吹出温度Ｔａｏに上限係数ｋ１を乗算した値を上限冷水温度Ｔｈとしものである。なお、上限係数ｋ１は、固定値又は誘因パラメータＥを利用して学習決定した値のいずれであってもよい。

【0080】

（その他の実施形態）
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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

上述の実施形態に係る冷却塔７Ｂは、密閉式冷却塔であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、開放式冷却塔７Ｂであってもよい。
上述の実施形態に係る熱源装置７は、冷却塔７Ｂを有していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、冷却塔７Ｂを廃止し、熱源機７Ａの高圧側熱交換器（例えば、凝縮器）を大気にて冷却する方式であってもよい。

【0087】

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。

【0088】

上述の実施形態では、上限冷水温度Ｔｈを室内熱交換器５Ａの発生する熱交換能力の目標能力として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、上限冷水温度Ｔｈ以外のパラメータを目標能力としてもよい。

【0089】

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。

【0090】

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】

【0091】

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
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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】