JP6090904B2 - 冷却塔制御装置、冷却塔制御方法、及び熱源システム - Google Patents

Description

本発明は、熱源システムに係り、特に、熱源システムが備える冷却塔を制御する冷却塔制御装置及びその方法に関するものである。

従来、熱源システムにおける冷却塔の制御方法として、特許文献１から３に開示されている方法が知られている。特許文献１には、冷凍機の負荷率及び外気湿球温度に応じて、冷却塔の起動台数を制御する方法が開示されている。特許文献２には、熱源システムの成績係数（ＣＯＰ）に基づいて、冷却水ポンプ及び冷却塔のファンを制御することが開示されている。また、特許文献３には、冷却塔へ流入する冷却水流量を計測し、この流量に基づいて冷却塔毎にファンの回転数制御を行い、冷却塔に流入する冷却水流量が所定流量以下の場合に当該冷却塔のファンを停止させる方法が開示されている。

特開２０１０−２３６７２８号公報 特開２００５−２５７２２１号公報 特開２００７−３３３３６１号公報

しかしながら、上述した制御方法では、冷却塔の消費電力を十分に抑制し、省エネルギー化を図ることは難しい。
すなわち、特許文献１に開示される方法は、必要とされる冷却能力を決定し、それに応じて冷却塔の起動台数を決定するため、冷凍機ＣＯＰを向上させるための冷却能力を発揮することは可能であるが、冷却塔自身の省エネルギー化を図ることは難しい。
特許文献２に開示された方法では、熱源ＣＯＰに基づいて冷却水出口温度を設定するため、冷却塔に要求される冷却能力は定義できるものの、冷却塔の具体的な運転方法については開示がない。

特許文献３に開示された方法は、個々の冷却塔の省エネルギー化を図ったものであり、冷却塔全体としてのマクロ的な省エネルギー化については考慮されていない。
また、一般的に、熱源システム内の冷却水温度に基づいて、冷却塔台数を制御する方法が知られている。しかしながら、この方法も、冷却水温度が高くなれば起動台数を増加させ、冷却水温度が低くなれば起動台数を減少させるという単純な制御であり、冷却塔の省エネルギー化を考慮したものではなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、共通の冷凍機に複数台の冷却塔が並列に接続されている熱源システムにおいて、冷却塔全体としての省エネルギー化を図ることのできる冷却塔制御装置、冷却塔制御方法、及び熱源システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、共通の冷凍機と並列に接続された複数の冷却塔を備える熱源システムに適用される冷却塔制御装置であって、前記熱源システムの起動時において、全ての前記冷却塔を起動させ、運転中の前記冷却塔におけるファンの回転数が予め登録されている最低回転数以下である状態が所定期間維持された場合に、いずれか１台の前記冷却塔を停止させ、少なくとも１台の前記冷却塔が停止している状態において、現在運転中の前記冷却塔の台数に１台加算した台数の前記冷却塔の各前記ファンを前記最低回転数で運転させたときの冷却能力を推定する推定手段と、冷却塔全体に対する要求冷却能力が前記推定手段によって推定された冷却能力以上である状態が、所定期間維持されたか否かを判定する判定手段とを備え、前記判定手段によって、前記状態が所定期間維持されたと判定された場合に、運転を停止している前記冷却塔のうち１台の前記冷却塔を起動させる冷却塔制御装置を提供する。

本発明によれば、熱源システムの起動時において全ての冷却塔を起動させる。換言すると、全ての冷却塔のファンを回転させる。このように、冷凍機負荷や冷却塔全体の要求冷却能力に依らずに、稼働可能な全ての冷却塔を起動するので、１台当たりのファンの回転数を低減させることができ、消費電力を抑制することができる。また、冷凍機負荷や冷却塔全体の要求冷却能力を参照することなく、全ての冷却塔を起動させるという簡易な処理により容易に省エネルギー化を図ることができる。

冷却塔におけるファンの回転数が最低回転数以下である状態が所定期間維持された場合には、いずれか１台の冷却塔を停止させるので、冷却塔１台当たりのファンの回転数を増加させることが可能となる。これにより、極端に低い回転数領域でのファンの運転を回避することができる。
最低回転数とは、例えば、冷却塔の仕様で設定されている下限回転数、またはそれに任意のマージンを持たせた値である。

このように、一部の冷却塔が運転を停止している状態において、そのうちの１台を追加起動させる場合に、その１台を追加したとしても各冷却塔のファンを最低回転数以上で運転できることを事前に確認してから追加起動を行うので、冷却塔の発停が頻繁に繰り返されることを防止し、熱源システム全体の安定化を図ることが可能となる。また、このような制御を行うことで、できるだけ多くの台数の冷却塔を起動させることができる。これにより、消費電力を効果的に抑制でき、省エネルギー化を図ることができる。

上記冷却塔制御装置は、前記冷却塔の冷却効率が高い順に設定された起動優先度を有し、前記起動優先度に基づいて、停止させる前記冷却塔、及び、再起動させる前記冷却塔を決定することとしてもよい。

このように、冷却塔の冷却効率が異なる場合においては、冷却効率の低い冷却塔から優先して運転を停止させ、また、冷却効率の高い冷却塔は起動状態を維持させるように制御する。これにより、消費電力を更に抑制することができる。

上記冷却塔制御装置は、前記冷却塔の冷却効率にかかわらず、各前記冷却塔のファンを同一回転数で回転させることとしてもよい。

冷却効率が相対的に高い冷却塔と、冷却効率が相対的に低い冷却塔が存在する場合に、冷却効率が相対的に高い冷却塔のファンの回転数を高めに設定し、冷却効率が相対的に低い冷却塔のファンの回転数を低めに設定して運転させたとしても、その回転数の違いによる消費電力の影響はそれほど顕著に現れないことが確認された。従って、冷却効率にかかわらずに、全てのファンに対して同じ回転数指令を与えることで、簡易な制御により、消費電力を抑制させることができる。

上記冷却塔制御装置は、冷却水温度が所定の閾値以上の状態を所定期間維持された場合に、運転を停止している前記冷却塔のうちいずれか１台の前記冷却塔を起動させ、冷却水温度が所定の閾値以下の状態を所定期間維持された場合に、運転中の前記冷却塔のうちいずれか１台の前記冷却塔を停止させることとしてもよい。

このように、冷却水温度を考慮した冷却塔起動または停止を行うことにより、冷却水を所定の範囲内で直接的に制御可能となり、冷却水系統および冷凍機を安定して運転することが可能となる。

上記冷却塔制御装置は、冷却水が前記冷凍機から前記冷却塔へ往き配管を介して供給され、前記冷却塔から前記冷凍機へ還り配管を介して供給され、前記往き配管から前記還り配管への冷却水のバイパス流量を調整するバイパス弁を備え、前記バイパス弁が所定の開度以上の状態を所定期間維持された場合に、運転中の前記冷却塔のうちいずれか１台の前記冷却塔を停止させることとしてもよい。

このように、冷却水バイパス弁を考慮した冷却塔停止を行うことにより、冷却塔の非効率な過剰運転を回避できる。すなわち、冷却塔の消費電力を抑制することが可能となる。

上記冷却塔制御装置は、前記冷却塔における前記ファンの回転数が所定の閾値以上の状態を所定期間維持された場合に、運転を停止している前記冷却塔のうちいずれか１台の前記冷却塔を起動させることとしてもよい。

このように、冷却塔の劣化を考慮した冷却塔起動を行うことにより、冷却塔性能が劣化した場合に冷却塔の追加起動の遅れを防止し、高いファン回転数の状態での非効率な運転が継続されるのを回避できる。すなわち、冷却塔の消費電力を抑制することが可能となる。

本発明は、冷凍機と、前記冷凍機に対して並列に接続された複数の冷却塔と、上記いずれかの冷却塔制御装置とを具備する熱源システムを提供する。

本発明は、共通する冷凍機に対して並列に接続された複数の冷却塔を備える熱源システムに適用される冷却塔制御方法であって、前記熱源システムの起動時において、全ての前記冷却塔を起動させ、運転中の前記冷却塔におけるファンの回転数が予め登録されている最低回転数以下である状態が所定期間維持された場合に、いずれか１台の前記冷却塔を停止させ、少なくとも１台の前記冷却塔が停止している状態において、現在運転中の前記冷却塔の台数に１台加算した台数の前記冷却塔の各前記ファンを前記最低回転数で運転させたときの冷却能力を推定する推定過程と、冷却塔全体に対する要求冷却能力が前記推定過程によって推定された冷却能力以上である状態が、所定期間維持されたか否かを判定する判定過程とを備え、前記判定過程によって、前記状態が所定期間維持されたと判定された場合に、運転を停止している前記冷却塔のうち１台の前記冷却塔を起動させる冷却塔制御方法を提供する。

本発明によれば、冷却塔全体としての省エネルギー化を図ることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る熱源システムの構成を概略的に示した図である。 本発明の第１実施形態に係る冷却塔制御装置によって実行される処理について示したフローチャートである。 回転数に対する冷却塔の消費電力、冷却能力、および冷却効率の関係を示した図である。 各冷却塔への冷却水流路を等しく想定した場合の起動台数別の冷却能力と消費電力の関係を示した図である。 シミュレーションを行う際の冷却塔の条件を示した図である。 図５に示した条件の冷却塔を想定した場合の冷却能力と消費電力の関係を示した図である。 本発明の第２実施形態に係る冷却塔制御装置によって実行される処理について示したフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る冷却塔制御装置によって実行される処理について示したフローチャートである。 本発明の第４実施形態に係る冷却塔制御装置によって実行される処理について示したフローチャートである。

以下に、本発明の一実施形態に係る冷却塔制御装置、冷却塔制御方法、及び熱源システムについて図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る熱源システムの構成を概略的に示した図である。図１に示すように、熱源システム１は、冷凍機２と、冷凍機２と並列に接続され、冷凍機２で用いられることにより加熱された冷却水を冷却して冷凍機２へ供給する３台の冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃと、冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃの制御を行う冷却塔制御装置４とを主な構成として備えている。図１では、３台の冷却塔を備えている場合を例示しているが、冷却塔の台数については限定されない。

各冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃには、往き配管６を介して冷凍機２で利用された冷却水が供給される。各冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃで冷却された冷却水は、還り配管７を介して冷凍機２へ送られる。往き配管６には送水ヘッダ８が設けられ、還り配管７には還水ヘッダ９が設けられている。還り配管７における還水ヘッダ９よりも冷却水流れの下流側には冷却水ポンプ１０が設けられている。冷却水ポンプ１０の回転数が制御されることで、循環する冷却水の流量が調整される。送水ヘッダ８と還水ヘッダ９との間にはバイパス配管１２が設けられている。バイパス配管１２には冷却水バイパス弁（バイパス弁）１３が設けられている。冷却水バイパス弁１３の開度を調整することにより、送水ヘッダ８から還水ヘッダ９へバイパスさせる流量が調整される。

往き配管６において、送水ヘッダ８よりも冷却水流れの上流側には、冷凍機２から流出された冷却水の流量Ｆｃを計測する流量センサ１５及び冷凍機２において熱交換された後の冷却水の温度（以下「冷却塔入口温度Ｔｉ」という。）を計測する温度センサ１６が設けられている。また、還り配管７において、還水ヘッダ９よりも冷却水流れの下流側には、冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃにおいて冷却されて冷凍機２へ流入される冷却水の温度（以下「冷却塔出口温度Ｔｏ」という。）を計測する温度センサ１７が設けられている。
流量センサ１５、温度センサ１６、１７の計測値は冷却塔制御装置４へ出力される。

冷却塔制御装置４は、流量センサ１５、温度センサ１６、１７からの計測値を用いて冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃのファンの回転数を制御するとともに、以下に示す起動・停止制御を行う。
例えば、冷却塔制御装置４は、例えば、コンピュータであり、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の主記憶装置、補助記憶装置、外部の機器と通信を行うことにより情報の授受を行う通信装置などを備えている。

補助記憶装置は、コンピュータ読取可能な記録媒体であり、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。この補助記憶装置には、各種プログラムが格納されており、ＣＰＵが補助記憶装置から主記憶装置にプログラムを読み出し、実行することにより種々の処理を実現させる。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る冷却塔制御装置４によって実行される処理について、図２を用いて説明する。
まず、冷却塔制御装置４は、冷却塔の起動指令を受信すると、全台数の冷却塔を起動させる（ステップＳＡ１）。これにより、冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃは起動し、ファンが回転することにより、冷却水の冷却が開始される。

次に、各冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃの起動が完了すると、冷却塔制御装置４は、各冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃが備えるファンの回転数制御を開始する（ステップＳＡ２）。これにより、冷却塔出口温度Ｔｏが設定温度となるように、各冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃのファンの回転数が制御されることとなる。本実施形態では、各冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃが備えるファンの回転数は同じ回転数に制御される。

次に、冷却塔制御装置４は、ファンの回転数が予め設定されている最低回転数以下である状態が所定期間（例えば、６０ｓｅｃ）維持されているか否かを判定する（ステップＳＡ３）。ここで、最低回転数とは、極端に低い回転数での運転を防止するために、一般的に設定されている下限回転数である。また、この下限回転数に任意のマージンを持たせた値としてもよい。
この結果、ファンの回転数が最低回転数以下である状態が所定期間維持されていた場合には、冷却塔を１台停止させ（ステップＳＡ４）、ステップＳＡ９に進む。

一方、上記ステップＳＡ３において、ファンの回転数が最低回転数以下である状態が所定期間維持されていないと判定した場合には（ステップＳＡ３において「ＮＯ」）、運転停止中の冷却塔があるか否かを判定する（ステップＳＡ５）。この結果、運転停止中の冷却塔がない場合には、ステップＳＡ１へ戻り、運転停止中の冷却塔がある場合には、運転中の冷却塔台数に１台加算した台数の冷却塔を最低回転数で運転させたときの冷却能力を推定する（ステップＳＡ６）。例えば、Ｎ台の冷却塔が運転中であった場合には、以下のようにして冷却能力が推定される。
例えば、冷却塔制御装置４は、各冷却塔に対応して、その冷却塔を最低回転数で運転させた場合の冷却能力と外気湿球温度及び冷却水流量とが関連付けられたテーブルを保有している。そして、冷却塔制御装置４は、運転中及び追加起動させる冷却塔に対応する上記テーブルを用いて、現在の冷却水流量と外気湿球温度に対応する冷却能力をそれぞれ取得し、取得した冷却能力を合計することで、１台追加起動させた場合の冷却塔能力を推定する。

次に、冷却塔全体に対する要求冷却能力がステップＳＡ６において推定した冷却能力以上である状態が、所定期間（例えば、３００ｓｅｃ）維持されているか否かを判定する（ステップＳＡ７）。この結果、上記状態が所定期間維持されている場合には、運転停止中である冷却塔のうち、１台の冷却塔を追加起動させ（ステップＳＡ８）、ステップＳＡ９に進む。
一方、上記ステップＳＡ７において、上記状態が所定期間維持されていないと判定した場合には、ステップＳＡ９に進む。
ステップＳＡ９では、運転停止指令を受信したか否かを判定し、受信していなかった場合には、ステップＳＡ３に戻り、上記処理を繰り返し行う。一方、運転停止指令を受信した場合には、運転中である冷却塔を運転停止させ（ステップＳＡ１０）、処理を終了する。

以上、説明してきたように、本実施形態に係る冷却塔制御装置、冷却塔制御方法、及び熱源システムによれば、熱源システム１の起動時において、稼働可能な全ての台数の冷却塔を起動させる。これにより、各冷却塔におけるファンの回転数を低く制御することができ、全体としての消費電力を抑制することが可能となる。図３に、ファンの回転数に対する冷却塔の消費電力、冷却能力、および冷却効率の関係を示す。ここで、冷却塔の冷却能力は、以下の（１）式で表わされ、冷却効率は、以下の（２）式で表わされる。

冷却能力＝ΔＴ×Ｆｃ×ｃ （１）
冷却効率＝冷却能力／消費電力 （２）

（１）式において、ΔＴは冷却塔入口温度と冷却塔出口温度との差、Ｆｃは冷却水流量、ｃは比熱である。

図３に示すように、ファンの回転数が低いほど消費電力が低く、かつ、冷却効率が高いことがわかる。このように、ファンの回転数をできるだけ低く維持すると、消費電力が抑制されて、冷却効率が向上する。

また、図４に、各冷却塔への冷却水流路を等しく想定した場合の起動台数別の冷却能力と消費電力の関係を示す。図４では、１台の冷却塔を運転させた場合、２台の冷却塔を運転させた場合、及び３台の冷却塔を運転させた場合の冷却能力と消費電力との関係をそれぞれ示している。また、図４における各プロットは、各冷却塔の回転数を複数組み合わせた場合のプロットとされている。

例えば、冷却塔２台を起動させて、ある冷却能力を発揮させる場合、各冷却塔への負荷の配分の組み合わせが複数通り存在する。例えば、ある冷却能力が要求されたとき、一方の冷却塔を３０Ｈｚ、他方の冷却塔を５０Ｈｚで運転させても、双方の冷却塔を４０Ｈｚで運転させても同じ冷却能力を得ることが可能な場合がある。このように同じ冷却能力を発揮する場合であっても、各冷却塔の運転点、すなわち回転数は異なるため、消費電力はそれに応じて変化することとなる。そして、このように、同じ冷却能力を得るために複数通りの回転数の配分比を設定し、それぞれのパターンにおける消費電力と冷却能力をプロットしたものが図４である。そして、図４において示された曲線は、各冷却塔の回転数を同一とした場合のプロットを結んだものである。このように、図４から回転数を同一とした場合が消費電力を最も抑制できていることがわかる。

また、図４に示される各プロットは、冷却塔への通水を冷却塔の起動として想定して取得したものである。従って、３台起動（３台に通水）しても、ある１台が回転数０となっている場合には、実質的には２台の冷却塔のみで冷却能力を発揮しなければならず、２台起動（２台に通水）時よりも性能が悪く示されているところがある。また、図４は、冷却塔起動を冷却塔通水とした場合の結果を示したものであるが、冷却塔起動を冷却塔ファン回転かつ冷却塔通水とした場合でも、同様の結果が得られた。これにより、いずれの場合にも、各冷却塔を同一回転数で運転させた場合に、消費電力を最も低減できることがわかった。

更に、図４によれば、起動台数が多いほど消費電力を低減できることがわかる。例えば、２０００［ｋＷ］の冷却能力を３台の冷却塔で得ようとした場合、消費電力は約１［ｋＷ］程度であるのに対し、２台の冷却塔で得ようとした場合には、その２倍以上の消費電力、更に、１台の冷却塔で得ようとした場合には７倍近くの消費電力を示している。

以上のように、図３及び図４から、同じ冷却能力に対して、冷却塔の起動台数を多くして各ファンの回転数を低い回転数に保ち、かつ、各冷却塔の回転数を一様とする運転が、冷却塔全体での消費電力を最も抑えることができることがわかる。
したがって、本実施形態に係る冷却塔制御装置、冷却塔制御方法、及び熱源システムのように、冷却塔の起動時において、稼働可能な全台数の冷却塔を起動させることにより、冷却塔全体としての省エネルギー化を図ることができる。

また、本実施形態に係る冷却塔制御装置、冷却塔制御方法、及び熱源システムによれば、ファンの回転数が最低回転数以下である場合には、冷却塔の運転台数を１台減らすので、最低回転数以下の領域でのファンの運転を回避させることができる。

また、このようにして、一部の冷却塔を停止させた状態において、要求冷却能力が増加すると、そのうちの１台を追加起動させる。この場合において、その１台を追加して起動したとしても、各冷却塔のファンを最低回転数以上で運転できることを事前に確認してから追加起動を行うので、冷却塔の発停が頻繁に繰り返されることを防止し、熱源システム全体の安定化を図ることが可能となる。また、このような制御を行うことで、できるだけ多くの台数の冷却塔を起動させることができ、消費電力を効果的に抑制でき、省エネルギー化を図ることができる。

更に、本実施形態に係る冷却塔制御装置、冷却塔制御方法、及び熱源システムにおいて、各冷却塔が発揮可能な冷却効率にかかわらず、各冷却塔が備えるファンの回転数は同じ回転数に制御される。
例えば、図５に示すように、冷却効率の異なる２台の冷却塔を想定し、冷却能力と消費電力の関係をシミュレーションした結果を図６に示す。このシミュレーション結果は、消費電力が回転数の３乗に比例するという関係に基づいて得たものである。

図６に示すように、冷却効率が相対的に低い冷却塔Ａと、冷却効率が相対的に高い冷却塔Ｂとの両方を運転させた場合には、冷却能力を最適な比率で冷却塔Ａ及び冷却塔Ｂに分配させたとき（図６における「冷却塔Ａ回転数＜冷却塔Ｂ回転数」）と、冷却塔Ａ及び冷却塔Ｂの回転数を同じに設定したとき（図６における「冷却塔Ａ回転数＝冷却塔Ｂ回転数」）とで、略同じ特性を示すことがわかった。

また、本シミュレーションでは、図５に示すように、冷却塔Ａの定格運転時における消費電力を９ｋＷ、冷却塔Ｂの定格運転時における消費電力を６ｋＷに設定したが、実際にはこれほど冷却塔の消費電力に差が生じることはそれほどない。したがって、冷却効率が多少異なる複数の冷却塔を用いる場合でも、冷却効率の違いによる回転数制御は行う必要はなく、全ての冷却塔に対して同じ回転数指令を与えることによって、十分な省エネルギー化を図ることができることがわかった。

更に、図５及び図６から１台のみを起動させた場合には、冷却塔Ａよりも冷却塔Ｂの方が消費電力が低いことは明らかである（図６における「冷却塔Ａのみ運転」と「冷却塔Ｂのみ運転」とを参照）。したがって、要求冷却能力の低下によって冷却塔を１台停止させる場合には（図２のステップＳＡ４）、冷却効率の悪い冷却塔を優先的に停止させることとしてもよい。また、逆に、要求冷却能力の増加によって冷却塔を１台追加起動させる場合には（図２のステップＳＡ８）、冷却効率の高い冷却塔を優先的に起動させることとしてもよい。このように、冷却効率に応じた優先度を決定しておき、この優先度に基づいて起動・停止制御を行うことで、例えば、要求冷却能力が低いために１台のみの冷却塔による運転で出力が足りる場合に、消費電力を抑制することができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態に係る冷却塔制御装置４によって実行される処理について、図７を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に冷却水温度を考慮した冷却塔の起動または停止の処理を追加したものである。その他の点については第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
まず、冷却塔制御装置４は、冷却塔の起動指令を受信すると、全台数の冷却塔を起動させる（ステップＳＢ１）。これにより、冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃは起動し、ファンが回転することにより、冷却水の冷却が開始される。

次に、各冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃの起動が完了すると、冷却塔制御装置４は、各冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃが備えるファンの回転数制御を開始する（ステップＳＢ２）。これにより、冷却塔出口温度Ｔｏが設定温度となるように、各冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃのファンの回転数が制御されることとなる。本実施形態では、各冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃが備えるファンの回転数は同じ回転数に制御される。

次に、冷却塔制御装置４は、冷却水温度、すなわち冷却塔出口温度Ｔｏが予め設定されている指定温度１以下である状態が所定期間維持されているか否かを判定する（ステップＳＢ３）。ここで、指定温度１とは、冷却塔強制停止の基準となる所定の閾値であり、冷凍機により決定される冷却水温度の下限値に基づく値である。
この結果、冷却水温度が指定温度１以下である状態が所定期間維持されていた場合には、冷却塔を１台停止させ（ステップＳＢ４）、ステップＳＢ１１に進む。

一方、上記ステップＳＢ３において、冷却水温度が指定温度１以下である状態が所定期間維持されていないと判定した場合には（ステップＳＢ３において「ＮＯ」）、冷却塔制御装置４は、ファンの回転数が予め設定されている最低回転数以下である状態が所定期間（例えば、６０ｓｅｃ）維持されているか否かを判定する（ステップＳＢ５）。ここで、最低回転数とは、極端に低い回転数での運転を防止するために、一般的に設定されている下限回転数である。また、この下限回転数に任意のマージンを持たせた値としてもよい。
この結果、ファンの回転数が最低回転数以下である状態が所定期間維持されていた場合には、冷却塔を１台停止させ（ステップＳＢ４）、ステップＳＢ１１に進む。

一方、上記ステップＳＢ５において、ファンの回転数が最低回転数以下である状態が所定期間維持されていないと判定した場合には（ステップＳＢ５において「ＮＯ」）、運転停止中の冷却塔があるか否かを判定する（ステップＳＢ６）。この結果、運転停止中の冷却塔がない場合には、ステップＳＢ１へ戻り、運転停止中の冷却塔がある場合には、冷却塔制御装置４は、冷却水温度、すなわち冷却塔出口温度Ｔｏが予め設定されている指定温度２以上である状態が所定期間維持されているか否かを判定する（ステップＳＢ７）。ここで、指定温度２とは、冷却塔強制追加起動の基準となる所定の閾値であり、外気湿球温度または外気乾球温度に任意のマージンを持たせた値である。
この結果、冷却水温度が指定温度２以上である状態が所定期間維持されていた場合には、冷却塔を１台追加起動させ（ステップＳＢ８）、ステップＳＢ１１に進む。

一方、上記ステップＳＢ７において、冷却水温度が指定温度２以上である状態が所定期間維持されていないと判定した場合には（ステップＳＢ７において「ＮＯ」）、運転中の冷却塔台数に１台加算した台数の冷却塔を最低回転数で運転させたときの冷却能力を推定する（ステップＳＢ９）。

次に、冷却塔全体に対する要求冷却能力がステップＳＢ９において推定した冷却能力以上である状態が、所定期間（例えば、３００ｓｅｃ）維持されているか否かを判定する（ステップＳＢ１０）。この結果、上記状態が所定期間維持されている場合には、運転停止中である冷却塔のうち、１台の冷却塔を追加起動させ（ステップＳＢ８）、ステップＳＢ１１に進む。
一方、上記ステップＳＢ１０において、上記状態が所定期間維持されていないと判定した場合には、ステップＳＢ１１に進む。
ステップＳＢ１１では、運転停止指令を受信したか否かを判定し、受信していなかった場合には、ステップＳＢ３に戻り、上記処理を繰り返し行う。一方、運転停止指令を受信した場合には、運転中である冷却塔を運転停止させ（ステップＳＢ１２）、処理を終了する。

以上、説明してきたように、本実施形態に係る冷却塔制御装置、冷却塔制御方法、及び熱源システムによれば、冷却水温度を考慮し冷却塔を起動または停止させる。これにより、冷却水を所定の範囲内で直接的に制御することができ、冷却水系統および冷凍機を安定して運転することが可能となる。

〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態に係る冷却塔制御装置４によって実行される処理について、図８を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に冷却水バイパス弁の開度を考慮した冷却塔の停止の処理を追加したものである。その他の点については第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
まず、冷却塔制御装置４は、冷却塔の起動指令を受信すると、全台数の冷却塔を起動させる（ステップＳＣ１）。これにより、冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃは起動し、ファンが回転することにより、冷却水の冷却が開始される。

次に、各冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃの起動が完了すると、冷却塔制御装置４は、各冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃが備えるファンの回転数制御を開始する（ステップＳＣ２）。これにより、冷却塔出口温度Ｔｏが設定温度となるように、各冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃのファンの回転数が制御されることとなる。本実施形態では、各冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃが備えるファンの回転数は同じ回転数に制御される。

次に、冷却塔制御装置４は、冷却水バイパス弁１３の開度が予め設定されている指定開度以上である状態が所定期間維持されているか否かを判定する（ステップＳＣ３）。ここで、指定開度とは、冷却塔強制停止の基準となる所定の閾値である。
この結果、冷却水バイパス弁１３の開度が指定開度以上である状態が所定期間維持されていた場合には、冷却塔を１台停止させ（ステップＳＣ４）、ステップＳＣ１０に進む。

一方、上記ステップＳＣ３において、冷却水バイパス弁１３の開度が指定開度以上である状態が所定期間維持されていないと判定した場合には（ステップＳＣ３において「ＮＯ」）、冷却塔制御装置４は、ファンの回転数が予め設定されている最低回転数以下である状態が所定期間（例えば、６０ｓｅｃ）維持されているか否かを判定する（ステップＳＣ５）。ここで、最低回転数とは、極端に低い回転数での運転を防止するために、一般的に設定されている下限回転数である。また、この下限回転数に任意のマージンを持たせた値としてもよい。
この結果、ファンの回転数が最低回転数以下である状態が所定期間維持されていた場合には、冷却塔を１台停止させ（ステップＳＣ４）、ステップＳＣ１０に進む。

一方、ステップＳＣ５において、ファンの回転数が最低回転数以下である状態が所定期間維持されていないと判定した場合には（ステップＳＣ５において「ＮＯ」）、運転停止中の冷却塔があるか否かを判定する（ステップＳＣ６）。この結果、運転停止中の冷却塔がない場合には、ステップＳＣ１に戻り、運転停止中の冷却塔がある場合には、運転中の冷却塔台数に１台加算した台数の冷却塔を最低回転数で運転させたときの冷却能力を推定する（ステップＳＣ７）。

次に、冷却塔全体に対する要求冷却能力がステップＳＣ７において推定した冷却能力以上である状態が、所定期間（例えば、３００ｓｅｃ）維持されているか否かを判定する（ステップＳＣ８）。この結果、上記状態が所定期間維持されている場合には、運転停止中である冷却塔のうち、１台の冷却塔を追加起動させ（ステップＳＣ９）、ステップＳＣ１０に進む。
一方、上記ステップＳＣ８において、上記状態が所定期間維持されていないと判定した場合には、ステップＳＣ１０に進む。
ステップＳＣ１０では、運転停止指令を受信したか否かを判定し、受信していなかった場合には、ステップＳＣ３に戻り、上記処理を繰り返し行う。一方、運転停止指令を受信した場合には、運転中である冷却塔を運転停止させ（ステップＳＣ１１）、処理を終了する。

以上、説明してきたように、本実施形態に係る冷却塔制御装置、冷却塔制御方法、及び熱源システムによれば、冷却水バイパス弁１３を考慮し冷却塔を停止させる。これにより、冷却塔の非効率な過剰運転を回避することができ、冷却塔の消費電力を抑制することが可能となる。

〔第４実施形態〕
以下、本発明の第４実施形態に係る冷却塔制御装置４によって実行される処理について、図９を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に冷却塔の劣化を考慮した冷却塔の起動の処理を追加したものである。その他の点については第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
まず、冷却塔制御装置４は、冷却塔の起動指令を受信すると、全台数の冷却塔を起動させる（ステップＳＤ１）。これにより、冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃは起動し、ファンが回転することにより、冷却水の冷却が開始される。

次に、各冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃの起動が完了すると、冷却塔制御装置４は、各冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃが備えるファンの回転数制御を開始する（ステップＳＤ２）。これにより、冷却塔出口温度Ｔｏが設定温度となるように、各冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃのファンの回転数が制御されることとなる。本実施形態では、各冷却塔３ａ、３ｂ、３ｃが備えるファンの回転数は同じ回転数に制御される。

次に、冷却塔制御装置４は、ファンの回転数が予め設定されている最低回転数以下である状態が所定期間（例えば、６０ｓｅｃ）維持されているか否かを判定する（ステップＳＤ３）。ここで、最低回転数とは、極端に低い回転数での運転を防止するために、一般的に設定されている下限回転数である。また、この下限回転数に任意のマージンを持たせた値としてもよい。
この結果、ファンの回転数が最低回転数以下である状態が所定期間維持されていた場合には、冷却塔を１台停止させ（ステップＳＤ４）、ステップＳＤ１０に進む。

一方、ステップＳＤ３において、ファンの回転数が最低回転数以下である状態が所定期間維持されていないと判定した場合には（ステップＳＤ３において「ＮＯ」）、運転停止中の冷却塔があるか否かを判定する（ステップＳＤ５）。この結果、運転停止中の冷却塔がない場合には、ステップＳＤ１に戻り、運転停止中の冷却塔がある場合には、運転中の冷却塔台数に１台加算した台数の冷却塔を最低回転数で運転させたときの冷却能力を推定する（ステップＳＤ６）。

次に、冷却塔全体に対する要求冷却能力がステップＳＤ６において推定した冷却能力以上である状態が、所定期間（例えば、３００ｓｅｃ）維持されているか否かを判定する（ステップＳＤ７）。この結果、上記状態が所定期間維持されている場合には、運転停止中である冷却塔のうち、１台の冷却塔を追加起動させ（ステップＳＤ８）、ステップＳＤ１０に進む。
一方、上記ステップＳＤ７において、冷却塔全体に対する要求冷却能力が推定冷却能力以上である状態が所定期間維持されていないと判定した場合には、冷却塔制御装置４は、ファンの回転数が予め設定されている指定回転数以上である状態が所定期間（例えば、６０ｓｅｃ）維持されているか否かを判定する（ステップＳＤ９）。ここで、指定回転数とは、冷却塔性能が劣化した場合に高い回転数での運転の継続を防止するために、劣化を判定する値として設定されている回転数である。
この結果、ファンの回転数が指定回転数以上である状態が所定期間維持されていた場合には、冷却塔を１台追加起動させ（ステップＳＤ８）、ステップＳＤ１０に進む。
一方、上記ステップＳＤ９において、上記状態が所定期間維持されていないと判定した場合には、ステップＳＤ１０に進む。
ステップＳＤ１０では、運転停止指令を受信したか否かを判定し、受信していなかった場合には、ステップＳＤ３に戻り、上記処理を繰り返し行う。一方、運転停止指令を受信した場合には、運転中である冷却塔を運転停止させ（ステップＳＤ１１）、処理を終了する。

以上、説明してきたように、本実施形態に係る冷却塔制御装置、冷却塔制御方法、及び熱源システムによれば、冷却塔の劣化を考慮し冷却塔を起動させる。これにより、高いファン回転数の状態での非効率な運転が継続されるのを回避することができ、冷却塔の消費電力を抑制することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更なども含まれる。

１ 熱源システム
２ 冷凍機
３ａ、３ｂ、３ｃ 冷却塔
４ 冷却塔制御装置
６ 往き配管
７ 還り配管
８ 送水ヘッダ
９ 還水ヘッダ
１０ 冷却水ポンプ
１２ バイパス配管
１３ 冷却水バイパス弁（バイパス弁）
１５ 流量センサ
１６、１７ 温度センサ

Claims (8)

1. 共通の冷凍機と並列に接続された複数の冷却塔を備える熱源システムに適用される冷却塔制御装置であって、
   前記熱源システムの起動時において、全ての前記冷却塔を起動させ、
   運転中の前記冷却塔におけるファンの回転数が予め登録されている最低回転数以下である状態が所定期間維持された場合に、いずれか１台の前記冷却塔を停止させ、
   少なくとも１台の前記冷却塔が停止している状態において、
   現在運転中の前記冷却塔の台数に１台加算した台数の前記冷却塔の各前記ファンを前記最低回転数で運転させたときの冷却能力を推定する推定手段と、
   冷却塔全体に対する要求冷却能力が前記推定手段によって推定された冷却能力以上である状態が、所定期間維持されたか否かを判定する判定手段と
   を備え、
   前記判定手段によって、前記状態が所定期間維持されたと判定された場合に、運転を停止している前記冷却塔のうち１台の前記冷却塔を起動させる冷却塔制御装置。
2. 前記冷却塔の冷却効率が高い順に設定された起動優先度を有し、前記起動優先度に基づいて、停止させる前記冷却塔、及び、再起動させる前記冷却塔を決定する請求項１に記載の冷却塔制御装置。
3. 前記冷却塔の冷却効率にかかわらず、各前記冷却塔の前記ファンを同一回転数で回転させる請求項１または請求項２に記載の冷却塔制御装置。
4. 冷却水温度が所定の閾値以上の状態を所定期間維持された場合に、運転を停止している前記冷却塔のうちいずれか１台の前記冷却塔を起動させ、冷却水温度が所定の閾値以下の状態を所定期間維持された場合に、運転中の前記冷却塔のうちいずれか１台の前記冷却塔を停止させる請求項１から請求項３のいずれかに記載の冷却塔制御装置。
5. 冷却水が前記冷凍機から前記冷却塔へ往き配管を介して供給され、前記冷却塔から前記冷凍機へ還り配管を介して供給され、前記往き配管から前記還り配管への冷却水のバイパス流量を調整するバイパス弁を備え、
   前記バイパス弁が所定の開度以上の状態を所定期間維持された場合に、運転中の前記冷却塔のうちいずれか１台の前記冷却塔を停止させる請求項１から請求項４のいずれかに記載の冷却塔制御装置。
6. 前記冷却塔における前記ファンの回転数が所定の閾値以上の状態を所定期間維持された場合に、運転を停止している前記冷却塔のうちいずれか１台の前記冷却塔を起動させる請求項１から請求項５のいずれかに記載の冷却塔制御装置。
7. 冷凍機と、
   前記冷凍機に対して並列に接続された複数の冷却塔と、
   請求項１から請求項６のいずれかに記載の冷却塔制御装置と
   を具備する熱源システム。
8. 共通する冷凍機に対して並列に接続された複数の冷却塔を備える熱源システムに適用される冷却塔制御方法であって、
   前記熱源システムの起動時において、全ての前記冷却塔を起動させ、
   運転中の前記冷却塔におけるファンの回転数が予め登録されている最低回転数以下である状態が所定期間維持された場合に、いずれか１台の前記冷却塔を停止させ、
   少なくとも１台の前記冷却塔が停止している状態において、
   現在運転中の前記冷却塔の台数に１台加算した台数の前記冷却塔の各前記ファンを前記最低回転数で運転させたときの冷却能力を推定する推定過程と、
   冷却塔全体に対する要求冷却能力が前記推定過程によって推定された冷却能力以上である状態が、所定期間維持されたか否かを判定する判定過程と
   を備え、
   前記判定過程によって、前記状態が所定期間維持されたと判定された場合に、運転を停止している前記冷却塔のうち１台の前記冷却塔を起動させる冷却塔制御方法。

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