JP2010243044A - 吸収冷温水機の台数切替制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃焼量と冷温水温度の関係から流量計測用のセンサを設けることなく、必要な冷温水流量を推定し、負荷推定演算精度を向上させる。
【解決手段】 各吸収冷温水機を制御する個別制御装置３１、３２、３３と、個別制御装置に対して起動／停止指令を出力するための台数制御装置３５とから構成され、台数制御装置では、各個別制御装置から送信される冷温水出入口温度、燃焼割合から、負荷条件に合った運転台数を決定して、各個別制御装置に起動／停止指令を送信するようにし、個別制御装置では各吸収冷温水機の冷温水出口温度が予め設定された温度になるように、燃料投入量を決定し、台数制御装置からの起動／停止指令に応じて、吸収冷温水機への燃料投入／遮断を行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複数台の吸収冷温水機の運転台数を適切な台数に選択・切替することができる台数切替制御方法及び装置に関するものである。

従来、複数台の吸収冷温水機の台数制御において、空調負荷の変動に応じて、適切な台数で運転する必要がある。空調負荷は冷温水の温度差から推定する方法が一般的であるが、冷温水流量が変更された場合（送水ポンプのインバータ制御、バイパスなど）に、正しく負荷を捉えることができない。
空調負荷を交換熱量であると考えると、吸収冷温水機から送り出された冷温水の温度と入ってくる冷温水の温度との差に流量を乗じたものとなる。一般的に、各吸収冷温水機の冷温水入口・出口温度は計測されているから、予め決まった流量が送水されていれば、この温度差により空調負荷を演算することが可能である。

送水ポンプがインバータ制御されている場合や、吸収冷温水機の入口から出口へ冷温水がバイパスされている場合など、冷温水の流量が変化した場合、空調負荷を演算するには温度差だけではなく、流量の必要となる。送水ポンプのインバータ指令が既知である場合や、流量センサなどにより必要な冷温水流量を計測している場合は、これら情報から流量の情報を得ることが可能である。

従来、負荷を推定するために冷温水流量及びそのバイパス流量を、流量計を用いて計測する空調熱源台数制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、直接負荷側のファイコイルユニットの負荷率を計測する機器を設けた吸収式冷凍機の制御装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。しかし、送水ポンプが吸収冷温水機の制御装置とは別で、インバータ指令値が不明な場合や、コストや設置環境の問題から流量センサ及び負荷率を計測ような機器の設置ができない場合には、空調負荷を演算することができない。このため、空調負荷を正しく演算するために必要な冷温水流量が不明となる場合がある。

特開２０００−２５７９３８号公報（第２頁、図１） 特開平７−７１８３６号公報（第２頁、図１）

解決しようとする問題点は、空調負荷演算の精度を向上させるためには、冷温水流量計測用の高価な流量センサを追加しなければならない点である。

本発明は、吸収冷温水機における燃焼量と冷温水温度の関係から、流量計測用のセンサを追加することなく、必要な冷温水流量を推定し、負荷推定演算精度を向上させることを最も重要な特徴とする。

燃焼量、温度差から各吸収冷温水機を通水する冷温水流量と、吸収冷温水機をバイパスする冷温水流量を推定し、流量計測のための流量センサ追加無しに、空調負荷演算の精度を向上させる方法について述べる。
（１）各吸収冷温水機を通水する流量を数１により推定する。

ここで、Ｇは実際の冷温水流量、Ｇ定格は定格冷温水流量、ΔＴは温度差（計測）、ΔＴ_est は定格流量とした場合の予想温度差である。エネルギーバランスから実際に吸収冷温水機を通水する流量は、数１から演算できる。ΔＴは冷温水機の出入口温度差であるから、既知である。Ｇ定格は設計データなので、これも既知である。ΔＴ_est は燃焼量に比例し、燃焼割合１００％における仕様温度差をΔＴ₁₀₀ とすると、数２が導かれる。ただし、吸収冷温水機は燃焼量に対して遅れを有するので、燃焼量入力に対し、一次遅れ特性を導入する。なお、この遅れはむだ時間や、さらに高次の遅れによって表現しても構わない。

ここで、ＭＶＦｕｅｌは燃焼量割合である。燃焼割合を既知とすると、数１と数２から、数３が得られる。

この数３から、Ｇを演算することが可能である。なお、数２は燃焼割合と予想温度差の関係は線形式で表現しているが、この関係は非線形関数（多項式やテーブル関数など）で表現することもできる。

（２）つぎにバイパス流量を推定する。吸収冷温水機の上流部の冷温水の一部が、吸収冷温水機に通水されずに下流部へバイパスされるものとし、下流側合流部でのエネルギーバランスを考えると、数４が成立する。

ここで、Ｇ_b はバイパス流量、Ｔｏ_k は各吸収冷温水機の出口温度、Ｔｉｔは各吸収冷温水機入口温度の平均値、Ｔｏｔは出口集合部温度である。Ｔｏ_k 、Ｔｉｔは各吸収冷温水機の冷温水出入口温度から求める。Ｔｏｔについては温度センサを設け、計測するものとする。なお、Ｇ_b ＜０の場合は、Ｇ_b ＝０とみなす。

（３）つぎに空調負荷を演算する。定格での空調負荷を１００％とした場合、冷水流量の変化を考慮した空調負荷率を以下の数５のように定義する。

ここで、Ｌｔｏｔは負荷率、Ｔｉｔは各吸収冷温水機入口温度の平均値、ＳＰは収冷温水機出口集合ヘッダ温度設定値、Ｔｉｔ定格は吸収冷温水機入口集合ヘッダ温度定格値、Ｔｏｔ定格は吸収冷温水機出口集合ヘッダ温度定格値、Ｇ_k は各吸収冷温水機を通水する流量、Ｇ_k 定格は吸収冷温水機を通水する流量（定格）、Ｇ_b はバイパス流量である。

（４）つぎに台数を決定する。（３）で示した負荷率を基に、起動する台数を決定することで、冷温水流量が変化した場合でも、変化に応じて負荷を捉えることが可能となる。この負荷率を基に台数を決定することで、流量センサの追加無しに、冷温水流量変化に対して、適切な台数を選択することができる。

本発明の吸収冷温水機の台数切替制御方法は、複数台の吸収冷温水機の台数切替を制御する方法であって、各吸収冷温水機における燃焼量、冷温水入口温度と冷温水出口液度との温度差から、各吸収冷温水機を通水させる冷温水流量と、吸収冷温水機をバイパスさせる冷温水流量とを推定し、空調負荷率を演算してこの負荷率を基に起動する台数を選択することを特徴としている。

また、本発明の吸収冷温水機の台数切替制御装置は、複数台の吸収冷温水機の台数切替を制御する装置であって、各吸収冷温水機を制御する個別制御装置と、個別制御装置に対して起動／停止指令を出力するための台数制御装置とから構成され、台数制御装置では、各個別制御装置から送信される冷温水出入口温度、燃焼割合から、負荷条件に合った運転台数を決定して、各個別制御装置に起動／停止指令を送信するようにし、個別制御装置では各吸収冷温水機の冷温水出口温度が予め設定された温度になるように、燃料投入量を決定し、台数制御装置からの起動／停止指令に応じて、吸収冷温水機への燃料投入／遮断を行うようにしたことを特徴としている。

本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１）吸収冷温水機において、冷温水流量が変化した場合でも、変化に応じて負荷を捉えることができ、この負荷率を基にして起動台数を決定することで、冷温水の流量センサを設けることなく、冷温水流量変化に対して、適切な起動台数を決めることができる。

本発明の装置における空調系統を示すフローシートである。 本発明の装置における制御装置の一例を示す構成図である。 本発明の装置における冷水流量推定演算ブロックの一例を示す構成図である。 本発明の装置における負荷率の演算ブロックの一例を示す構成図である。 本発明の方法を実施するための台数切替ルールの一例を示す線図である。 比較例１における時間と空調負荷との関係を示すグラフである。 比較例１における時間と集合ヘッダ入口温度、集合ヘッダ出口温度との関係を示すグラフである。 比較例１における時間と冷水流量との関係を示すグラフである。 比較例１における時間と負荷率、稼働台数との関係を示すグラフである。 実施例１における時間と空調負荷との関係を示すグラフである。 実施例１における時間と集合ヘッダ入口温度、集合ヘッダ出口温度との関係を示すグラフである。 実施例１における時間と冷水流量との関係を示すグラフである。 実施例１における時間と負荷率、稼働台数との関係を示すグラフである。

複数台の吸収冷温水機の運転台数を適切な台数に選択・切替制御するという目的を、燃焼量と冷温水温度の関係から、流量計測用のセンサを設けることなく、必要な冷温水流量を推定することにより実現した。

以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することができるものである。図１は、空調系統を示すフローシートである。

すなわち、図１は一例として、吸収冷温水機３台から構成される空調系統を示している。冷温水機１、２、３の３台から構成されており、負荷に応じて運転台数を決定する。また、系統を流れる冷水流量は、一次冷水ポンプ４、５、６及び二次冷水ポンプ７、８、９の回転数及び、循環バルブ１０、１１の開によって決まるものとする。１２、１３は空調負荷。１４、１５、１６は冷却水ポンプ、１７は冷水入口ヘッダ、１８は冷水出口ヘッダ、２０は冷水出口二次ヘッダ、２１、２２、２３は冷却水流量制御弁、２４は冷水バイパス配管である。

図２は、制御装置の構成例を示しており、各吸収冷温水機１、２、３を制御する個別制御装置３１、３２、３３と、個別制御装置に対して起動／停止指令などを出力する台数制御装置３５から構成される。台数制御装置３５では、各個別制御装置から送信される情報（冷温水出入口温度、燃焼割合など）から、負荷条件にあった運転台数を決定し、起動／停止指令を各個別制御装置に送信する。個別制御装置では、各吸収冷温水機の冷温水出口温度が予め設定された温度になるように、燃料投入量を決定するが、台数制御装置からの起動／停止指令に応じて、吸収冷温水機への燃料投入／遮断を実施する。

さらに詳しく説明すると、本実施形態による装置は、各吸収冷温水機１、２、３を制御する個別制御装置３１、３２、３３と、個別制御装置に対して起動／停止指令を出力するための台数制御装置３５とから構成され、台数制御装置では、各個別制御装置から送信される冷温水出入口温度、燃焼割合から、負荷条件に合った運転台数を決定して、各個別制御装置に起動／停止指令を送信するようにし、個別制御装置では各吸収冷温水機の冷温水出口温度が予め設定された温度になるように、燃料投入量を決定し、台数制御装置３５からの起動／停止指令に応じて、吸収冷温水機への燃料投入／遮断を行うように構成されている。

このように構成された装置において、各吸収冷温水機１、２、３における燃焼量、冷温水入口温度と冷温水出口液度との温度差から、各吸収冷温水機を通水させる冷温水流量と、吸収冷温水機をバイパス配管２４によりバイパスさせる冷温水流量とを推定し、空調負荷率を演算してこの負荷率を基に起動する台数を選択する。

図２における台数制御装置３５では、前記の（１）から（４）で示した手法を用いて、運転すべき台数を決定する。図３は冷水流量推定ブロックの一例を示す。冷温水流量割合ブロックでは、数３から冷温水流量割合（定格流量と実際の流量の比）を決定し、各吸収冷温水機を流れる冷温水流量を演算する。各吸収冷温水機を流れる流量と出口温度及び冷温水入口ヘッダ温度から、数４より、バイパス流量を計算する。

各吸収冷温水機を流れる冷温水流量、バイパス流量を計算した後、数５から負荷率を演算する。図４は負荷率の演算ブロックの一例を示している。演算した負荷率を基に、負荷率ごとの運転台数を決めておき、それに基づいて、各吸収冷温水機に起動／停止指令を出力する。なお、台数切替のルールは図５に示すように、負荷が設定された値Ｌ１を超えたら２台運転、Ｌ２を超えたら３台運転とし、台数を減らす場合は、Ｌ１’以下で１台、Ｌ２’以下で２台とする。

本発明の効果をシミュレーションにて示す。本発明は部分負荷において、冷水流量が変更されたような場合の台数選択において、効果がある。なお、前提として、冷水流量を計測できる流量センサは備えられていないものとする。下記条件の比較例１、実施例１を比較し、その効果を述べる。
比較例１：ヘッダ出口・入口温度差から計算した負荷を用いて、台数を決定する。負荷率＝計測温度差／定格温度差×１００
実施例１：本発明の方法で台数を決定する。外部入力条件としては、３０分の時点で、負荷を１００→５０％、冷水流量を１００→６０％に変更する。なお、比較例１、実施例１とも負荷率が５５％を下回ると台数を３→２台に変更するものとする。

図６は比較例１における時間と空調負荷との関係を示し、図７は比較例１における時間と集合ヘッダ入口温度、集合ヘッダ出口温度との関係を示し、図８は比較例１における時間と冷水流量との関係を示し、図９は比較例１における時間と負荷率、稼働台数との関係を示している。
また、図１０は実施例１における時間と空調負荷との関係を示し、図１１は実施例１における時間と集合ヘッダ入口温度、集合ヘッダ出口温度との関係を示し、図１２は実施例１における時間と冷水流量との関係を示し、図１３は実施例１における時間と負荷率、稼働台数との関係を示している。

比較例１及び実施例１におけるシミュレーションの結果から、比較例１では３台運転が継続し、実施例１では２台運転に切り替わる結果となった。なお、負荷が５０％であるから、２台で運転可能な条件である。また、３台運転の場合は、２台運転に比べ、１台あたりは低負荷運転となるため、効率が悪い。このため、２台運転のほうが望ましい。以上から本発明を適用することで、適切な台数の選択が実現できる。

吸収冷温水機において、燃焼量と冷温水温度の関係から流量計測用のセンサを設けることなく、必要な冷温水流量を推定し、負荷推定演算精度を向上させることができる。

１、２、３ 冷温水機
４、５、６ 一次冷水ポンプ
７、８、９ 二次冷水ポンプ
１０、１１ 循環バルブ
１２、１３ 空調負荷
１４、１５、１６ 冷却水ポンプ
１７ 冷水入口ヘッダ
１８ 冷水出口ヘッダ
２０ 冷水出口二次ヘッダ
２１、２２、２３ 冷却水流量制御弁
２４ 冷水バイパス配管
３１、３２、３３ 個別制御装置
３５ 台数制御装置

Claims (2)

1. 複数台の吸収冷温水機の台数切替を制御する方法であって、各吸収冷温水機における燃焼量、冷温水入口温度と冷温水出口液度との温度差から、各吸収冷温水機を通水させる冷温水流量と、吸収冷温水機をバイパスさせる冷温水流量とを推定し、空調負荷率を演算してこの負荷率を基に起動する台数を選択することを特徴とする吸収冷温水機の台数切替制御方法。
2. 複数台の吸収冷温水機の台数切替を制御する装置であって、各吸収冷温水機を制御する個別制御装置と、個別制御装置に対して起動／停止指令を出力するための台数制御装置とから構成され、台数制御装置では、各個別制御装置から送信される冷温水出入口温度、燃焼割合から、負荷条件に合った運転台数を決定して、各個別制御装置に起動／停止指令を送信するようにし、個別制御装置では各吸収冷温水機の冷温水出口温度が予め設定された温度になるように、燃料投入量を決定し、台数制御装置からの起動／停止指令に応じて、吸収冷温水機への燃料投入／遮断を行うようにしたことを特徴とする吸収冷温水機の台数切替制御装置。

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