JP2013170753A - 冷凍機システム - Google Patents
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Abstract
【課題】負荷に応じてその負荷に見合った熱量をすばやく供給する。
【解決の手段】冷凍機システムは、冷凍機17と、冷却水ポンプと冷却塔を有すると共に冷却水が循環する冷凍機一次側循環系と、冷水循環ポンプ19と熱負荷設備101を有すると共に冷水が循環する冷凍機二次側循環系とを備えている。また、前記冷凍機二次側循環系における前記熱負荷設備への冷水入口温度と冷水出口温度、及び冷水循環流量から、熱負荷設備の消費熱量を演算する消費熱量演算器204と、前記消費熱量に基づいて要求熱量を算出する要求熱量算出手段205と、この要求熱量算出手段により求められた要求熱量から、冷水冷却温度の設定値と冷水循環流量の設定値を導き出して前記冷凍機と前記冷水循環ポンプを制御する制御手段を備えている。
【選択図】図3
【解決の手段】冷凍機システムは、冷凍機17と、冷却水ポンプと冷却塔を有すると共に冷却水が循環する冷凍機一次側循環系と、冷水循環ポンプ19と熱負荷設備101を有すると共に冷水が循環する冷凍機二次側循環系とを備えている。また、前記冷凍機二次側循環系における前記熱負荷設備への冷水入口温度と冷水出口温度、及び冷水循環流量から、熱負荷設備の消費熱量を演算する消費熱量演算器204と、前記消費熱量に基づいて要求熱量を算出する要求熱量算出手段205と、この要求熱量算出手段により求められた要求熱量から、冷水冷却温度の設定値と冷水循環流量の設定値を導き出して前記冷凍機と前記冷水循環ポンプを制御する制御手段を備えている。
【選択図】図3
Description
本発明は、冷凍機システムに関し、特にビル内の各部屋に設置された空調機に冷却用の水を循環させ各部屋の空調を行う空調用の冷凍機システムとして好適なものである。
ビル内の各部屋に設置された空調機に冷却用の冷水を循環させ各部屋の空調を行う空調用などの冷凍機システムにおいては、前記空調機で冷水と室内空気との熱交換を行い、室温を快適な温度に保つように、前記冷水の温度と循環流量を制御している。前記冷水は室内空気との熱交換で暖められた後、冷凍機に戻され、ここで冷却されて再度前記空調機へ送られるという循環を繰り返す。
また、このような冷凍機システムでは、冷却水(熱媒)が循環する冷凍機の一次側に冷却水ポンプ及び冷却塔を含む一次側設備が設けられ、冷水が循環する冷凍機の二次側には前記空調機などの熱負荷設備や冷水循環ポンプなどの二次側設備が設けられている。更に、冷水を安定して循環させて冷却の安定化を図るため、前記冷凍機の二次側循環系統の中心にバッファ水槽が設けられていることも多い。このバッファ水槽が設けられている場合、該バッファ水槽と熱(冷水)の供給源である冷凍機との間を循環する冷水を冷水一次側循環系とし、また前記バッファ水槽と負荷である空調機との間を循環する冷水を冷水二次側循環系として、制御を実施している。冷凍機二次側を循環する前記冷水は、前記冷水一次側循環系を流れる冷水を一次側冷水とし、前記冷水二次側循環系を流れる冷水を二次側冷水とする。
前記冷水一次側循環系には、前記冷凍機の他に、一次側冷水を循環させるための冷水一次側循環ポンプが設けられ、また前記冷水二次側循環系には、二次側冷水を循環させるための冷水二次側循環ポンプが設けられている。
上記のように、空調用の冷凍機システムにおいては、前記冷水二次側循環系に空調機(熱負荷設備)を設け、これに二次側冷水を循環させながら、前記冷水一次側循環系に設けられている冷凍機に一次側冷水を循環させて、冷凍機で冷却しながら運転を行なうように構成されている。
このように構成されている従来の空調用冷凍機システムにおいては、冷凍機の能力を最大限に生かすように、冷凍機の冷凍能力及び冷水の循環流量は、前記冷凍機の定格値で連続運転する方式が採用されている。しかし、このような運転方式では、冷水二次側循環系に設けられている空調機負荷の状態とは無関係に、常に冷水一次側循環系の冷水一次側循環ポンプを定格流量で運転するため、空調機負荷の状態によっては無駄な電力を消費する運転となっていた。
上記問題点を解決するため、特許文献1(特許第3354896号公報)に記載されたものでは、冷温水循環系(冷凍機二次側)の負荷に応じて、冷却水循環系(冷凍機一次側)の冷却水循環流量を変える冷却水変流量制御装置が提案されている。
この特許文献1に記載された冷却水変流量制御装置では、冷却水出口温度の設定値、或いは冷却水出入口の温度差の設定値に基いて冷却水ポンプを制御し、冷却水の循環流量を操作し、無駄な冷却水の循環を抑制するようにしている。
この特許文献1に記載された冷却水変流量制御装置では、冷却水出口温度の設定値、或いは冷却水出入口の温度差の設定値に基いて冷却水ポンプを制御し、冷却水の循環流量を操作し、無駄な冷却水の循環を抑制するようにしている。
即ち、冷温水循環系の負荷が小さくなると、冷却水循環系を循環する冷却水の温度は、冷凍機(冷温水発生機)が冷凍能力一定で運転されているため、徐々に下がってくる。冷却水の温度が設定値よりも下がれば、前記冷却水変流量制御装置により、冷却水循環流量が小さくなるように制御され、冷却水温度は適温に戻る。
また、特許文献2(特許第4028502号公報)のものには、冷却水が循環する冷凍機の一次側に冷却水ポンプ及び冷却塔を含む一次側設備が設けられ、冷水が循環する冷凍機の二次側に熱負荷となる二次側設備が設けられた冷凍機の冷却水制御方法において、前記一次側設備及び二次側設備を含む冷凍機システム全体の総合的なエネルギー効率を最大にするように、冷凍機一次側の冷却水循環系の機器を駆動制御する冷凍機の冷却水制御方法が提案されている。
即ち、この特許文献2のものでは、冷却水の出口温度を予め決めた設定値となるよう制御する運転を行なっている場合に、所定の周期で冷却水の設定温度を所定の温度差だけ上昇方向又は下降方向に変化させると共に、熱源総合COP(成績係数;Coefficient Of Performance)を演算して、前回演算した熱源総合COPと比較し、増加した場合には、前記所定の温度差だけ設定温度を同じ方向に変化させ、減少した場合には前記所定の温度差だけ設定温度を逆方向に変化させるように制御する制御方法が記載されている。
このような制御を続けることで、結果として熱源総合COPが最も高い状態でバランスすることになり、最大エネルギー効率で冷却水制御ができると説明されている。
このような制御を続けることで、結果として熱源総合COPが最も高い状態でバランスすることになり、最大エネルギー効率で冷却水制御ができると説明されている。
上記特許文献1や特許文献2のものにおいて、基本となる制御方式は、負荷の状態が結果的に冷却水の温度に反映することを利用し、冷却水の温度が所定の温度になるように冷却水の循環流量を制御するもので、これにより負荷の状態に見合った冷却水循環流量が得られ、無駄な電力を削減することを可能にしたものである。
しかし、これの制御方式では、負荷側(二次側)の状態が冷水温度に反映されて変化し、この変化した冷水温度が再び元の温度に戻るように、冷却水の循環流量を操作するものであるため、冷水温度の整定には大きな遅れが生じることになる。また、この冷水温度の整定時間の遅れのため、冷凍機システムの運転がオーバーハンチングを引き起こし易くなり、これが無駄な運転となってエネルギー効率を損なうという課題がある。
このように、従来のものでは、負荷側(冷凍機二次側)を流れる冷水の温度についての配慮が十分に為されておらず、冷水温度については未調整な設定での運転となり、冷水を必要以上に冷却して運転が行なわれてしまうなどの課題もある。
なお、上記特許文献1のものでは、冷却水ポンプ、冷凍機、冷却塔などの各熱源機器全体の総合的な運転効率化を図ることに対しての配慮は為されていない。上記特許文献2のものでは、熱源総合COPが最大となる冷却水の設定温度と循環流量の組み合わせを見つけ出すために、冷却水の設定温度を所定の値だけ増減して探査するようにしている。しかし、この特許文献2のものでは、冷凍機システムの供給熱量の変動を生み、これが冷凍機システム全体としての熱バランスの乱れを生じさせ、結果として、冷凍機システムの無駄な運転を生み、エネルギー効率を損なう課題もある。
本発明の目的は、負荷に応じてその負荷に見合った熱量をすばやく供給できる冷凍機システムを得ることにある。
本発明の他の目的は、供給熱量の変動を抑制しつつ冷凍機システムのエネルギー効率を向上することのできる冷凍機システムを得ることにある。
本発明の他の目的は、供給熱量の変動を抑制しつつ冷凍機システムのエネルギー効率を向上することのできる冷凍機システムを得ることにある。
上記目的を達成するため、本発明は、冷凍機と、この冷凍機の一次側に設けられ、熱媒ポンプと冷却塔を有すると共に熱媒が循環する冷凍機一次側循環系と、前記冷凍機の二次側に設けられ、冷水循環ポンプと熱負荷設備を有すると共に冷水が循環する冷凍機二次側循環系とを備えている冷凍機システムにおいて、前記冷凍機二次側循環系における前記熱負荷設備への冷水入口温度と冷水出口温度、及び冷水循環流量から、前記熱負荷設備の消費熱量を演算する消費熱量演算手段と、前記消費熱量に基づいて要求熱量を算出する要求熱量算出手段と、この要求熱量算出手段により求められた要求熱量から、冷水冷却温度の設定値と冷水循環流量の設定値を導き出して前記冷凍機と前記冷水循環ポンプを制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。
上記冷凍機システムにおいて、前記冷凍機二次側循環系の冷水配管などから失われる損失熱量を補正する補正熱量バイアス設定手段を更に備え、前記要求熱量算出手段は、前記消費熱量に前記損失熱量を加えて要求熱量を算出するようにすることが好ましい。
前記冷凍機と前記冷水循環ポンプを制御する制御手段は、前記要求熱量から冷水冷却温度の設定値を導出する関数発生器と、前記要求熱量から冷水循環流量の設定値を導出する関数発生器と、前記冷水冷却温度の設定値に基づいて前記冷凍機を制御する冷水温度調節器と、前記冷水循環流量の設定値に基づいて前記冷水循環ポンプを制御する冷水循環流量調節器を備える構成にすると良い。
また、前記冷凍機二次側循環系には、前記冷凍機の出口側と前記熱負荷設備の入口側との間に設けられた冷水水槽と、前記熱負荷設備の出口側と前記冷凍機の入口側との間に設けられた戻り水槽とを備え、前記冷水水槽と前記戻り水槽とを接続するバイパス配管が設けられた構成にすることが好ましい。
更に、前記冷水水槽の冷水温度を調節する冷水水槽温度調節器と、前記冷水水槽の冷水温度を設定する冷水水槽温度設定器と、前記冷水水槽の冷水温度を検出する冷水水槽温度センサとを備え、前記冷水水槽温度調節器は、前記冷水水槽温度センサで検出された冷水温度と前記冷水水槽温度設定器で設定された冷水設定温度に基づいて修正熱量を前記要求熱量算出手段に与えるようにすると良い。
本発明の他の特徴は、上記冷凍機システムにおいて、前記冷凍機での供給熱量を一定に保つ条件で、前記冷水冷却温度設定値と、冷水循環流量設定値を、所定の範囲で平衡して変動させると共に、冷凍機システムを構成している熱源機器の合計COPを計算し、前記冷水冷却温度設定値及び冷水循環流量設定値を平衡して変動させている前記所定の範囲での前記熱源機器の最大COPを検出し、当該最大COPを検出した時の前記冷水冷却温度設定値と前記冷水循環流量設定値を、前記所定の範囲での制御中心となる設定値に変更して、前記冷凍機と前記冷水循環ポンプを制御することにある。
ここで、前記冷凍機での供給熱量は、冷水循環流量と、前記冷凍機における冷水冷却温度(冷凍機出口温度と入口温度との温度差)の積で求め、この求めた供給熱量を一定に保つようにして、前記冷水冷却温度設定値と、前記冷水循環流量設定値を、所定の範囲で平衡して変動させるようにすると良い。
前記熱源機器の合計COPは、熱源機器の総合消費電力量と、前記供給熱量とから求めることができる。ここで、前記冷水循環ポンプ、冷却水ポンプ、冷却塔及び冷凍機にはそれぞれに消費電力計が取り付けられて瞬時の使用電力を測定可能に構成し、これらの熱源機器にそれぞれ設けられた前記消費電力計から前記総合消費電力量を算出するようにすると良い。
なお、上記冷凍機システムにおいて、前記冷凍機の制御に連動して前記冷凍機一次側の前記熱媒ポンプ及び前記冷却塔も制御されるように構成すると良い。
なお、上記冷凍機システムにおいて、前記冷凍機の制御に連動して前記冷凍機一次側の前記熱媒ポンプ及び前記冷却塔も制御されるように構成すると良い。
本発明によれば、負荷に応じてその負荷に見合った熱量をすばやく供給できる冷凍機システムを得ることができる。
また、供給熱量の変動を抑制しつつ冷凍機システムのエネルギー効率を向上することのできる冷凍機システムを得ることができる。
また、供給熱量の変動を抑制しつつ冷凍機システムのエネルギー効率を向上することのできる冷凍機システムを得ることができる。
以下、図面に基づき、本発明の冷凍機システムの実施例を説明する。なお、各図において、同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示している。
図1は本発明の冷凍機システムの実施例1を示す全体構成図で、空調用の冷凍機システムである。
空調用の冷凍機システムにおいては、複数台の空調機(熱負荷設備)1(1a,1b,…,1n)に冷却用の冷水を循環させ、前記空調機で冷水と室内空気との熱交換を行い、室温を快適な温度に保つように冷水の温度と循環流量を制御している。前記冷水は室内空気との熱交換で暖められた後、冷凍機17に戻され、ここで冷却されて再度前記空調機へ送られる。
空調用の冷凍機システムにおいては、複数台の空調機(熱負荷設備)1(1a,1b,…,1n)に冷却用の冷水を循環させ、前記空調機で冷水と室内空気との熱交換を行い、室温を快適な温度に保つように冷水の温度と循環流量を制御している。前記冷水は室内空気との熱交換で暖められた後、冷凍機17に戻され、ここで冷却されて再度前記空調機へ送られる。
このような冷凍機システムでは、冷却水(熱媒)が循環する冷凍機17の一次側に冷却水ポンプ(熱媒ポンプ)21及び冷却塔22を含む一次側設備が設けられ、冷水が循環する前記冷凍機17の二次側には前記空調機や冷水循環ポンプなどの二次側設備が設けられている。また、冷水を安定して循環させて冷却の安定化を図るため、前記冷凍機の二次側循環系統の中心にバッファ水槽(冷水水槽13及び戻り水槽15)が設けられている。該バッファ水槽13,15と熱(冷水)の供給源である冷凍機17との間を循環する冷水を冷水一次側循環系、前記バッファ水槽13,15と空調機1(1a,1b,…,1n)との間を循環する冷水を冷水二次側循環系として説明する。前記冷水は、前記冷水一次側循環系を流れる冷水を一次側冷水とし、前記冷水二次側循環系を流れる冷水を二次側冷水と呼ぶことにする。
前記冷水一次側循環系には、前記冷凍機17の他に、一次側冷水を循環させるための冷水一次側循環ポンプ19が設けられ、また前記冷水二次側循環系には、二次側冷水を循環させるための冷水二次側循環ポンプ7が設けられている。
上記のように、空調用の冷凍機システムにおいては、前記冷水二次側循環系に空調機(熱負荷設備)を設け、これに二次側冷水を循環させながら、前記冷水一次側循環系に設けた冷凍機17に一次側冷水を循環させて、該冷凍機で冷却しながら運転を行なうように構成されている。
前記複数台の空調機(熱負荷設備)1(1a,1b,…,1n)は、例えばビル内の所定の部屋などに設置され、各部屋に設定された設定温度(目標温度)になるように制御される。即ち、前記各空調機には、冷水水槽13からの冷水配管3がそれぞれ接続され、これらの冷水配管3には冷水流量を調節する流量調節弁2(2a,2b,…,2n)が設けられていて、これらの流量調整弁を前記各空調機の状態に見合った開度に操作することで、各空調機を通る冷水流量を制御し、各部屋の室温が目標温度になるように制御するようにしている。
前記冷水水槽13からは冷水が、前記冷水二次側循環ポンプ7により前記各空調機1a,1b,…,1nに供給され、各空調機において前記冷水は室内空気と熱交換した後、戻り水槽15に戻る。戻り水槽15に戻った冷水は冷水一次側循環ポンプ19により冷水配管3を介して冷凍機17に送られ、該冷凍機17で設定温度に冷却された後、冷水配管3を介して前記冷水水槽13に送られる。
前記冷凍機17で冷水を設定温度に冷却するための熱源は冷却塔22から冷却水配管(熱媒配管)4を介して送られる冷却水(冷却媒体或いは熱媒)である。前記冷凍機17で温度上昇した冷却水は熱媒循環ポンプ21により冷却水配管4を介して前記冷却塔22に戻され、冷却ファンを介して供給される外気と熱交換して冷却され、再び前記冷凍機17に送られる。
前記冷凍機17に流入する前記一次側冷水の温度や循環流量が変動した場合(負荷が変動した場合)、前記冷凍機17内に組み込まれている圧縮機の回転数を制御すると共に、前記冷凍機17の制御に連動して前記冷凍機一次側の前記冷却水ポンプ(熱媒ポンプ)21の回転数及び前記冷却塔22に設けられている冷却ファンの回転数も制御され、前記一次側冷水を所定温度に冷却するように構成されている。
前記冷水水槽13と前記戻り水槽15とはバイパス配管11で接続され、このバイパス配管11にはバイパス流量計12が設けられている。前記バイパス配管11を設けることにより、前記冷凍機17から前記冷水水槽13に流入する一次側冷水量と、冷水水槽13から冷水二次側循環系に送り出される二次側冷水量とが同じにならない場合、冷水が片方の槽13または15に偏らないようにすることができる。
また、前記冷水一次側循環ポンプ19、冷却水ポンプ21、冷却塔22及び冷凍機17などの各熱源機器にはそれぞれに消費電力計23〜26が取り付けられ、瞬時の使用電力が測定できるようになっている。
更に、冷凍機システムには、冷水水槽13から送り出される二次側冷水の温度を測定する冷水出口温度センサ(熱負荷設備への冷水入口温度センサ)8、冷水二次側循環系を流れる冷水循環量を測定する冷水循環流量計9、戻り水槽15へ戻る二次側冷水の温度を測定する冷水戻り温度センサ(熱負荷設備からの冷水出口温度センサ)10、冷水水槽13の冷水温度を測定する冷水水槽温度センサ14、冷凍機17から出る一次側冷水の温度を測定する冷凍機出口温度センサ16、冷凍機17に入る一次側冷水の温度を測定する冷凍機入口温度センサ18、冷水一次側循環系を流れる冷水循環量を測定する冷水循環流量計20などが設けられている。
これら冷凍機システムの全ての計測信号は制御用コントローラ27に送られ、また前記制御用コントローラ27は、前記冷凍機17や前記冷水一次側循環ポンプ19などに対して操作信号を送り、これらの機器を制御するように構成されている。28は前記制御用コントローラ27に接続され、冷凍機システムの運転状況を監視したり、冷凍機システムを操作する監視・操作用コンソールである。
まず、従来の冷凍機システムの制御構成を図2により説明する。図2は従来の冷凍機システムの制御構成を説明する制御機能ブロック図である。
冷水二次側循環ポンプ7は、複数の空調機などから構成される熱負荷設備101に冷水水槽13から冷水を循環させ、冷水は前熱負荷設備101と熱交換をしてその温度が上昇し、戻り水槽15に戻る。
冷水二次側循環ポンプ7は、複数の空調機などから構成される熱負荷設備101に冷水水槽13から冷水を循環させ、冷水は前熱負荷設備101と熱交換をしてその温度が上昇し、戻り水槽15に戻る。
従来の制御用コントローラ27のものでは、冷水水槽温度調節器104と冷凍機目標温度設定器105が設けられている。前記冷水水槽温度調節器104は、冷水水槽13の冷水温度を冷水水槽温度センサ14で検出し、この温度が目標温度となるよう冷水一次側循環系の冷水流量を制御する。即ち、冷水一次側循環ポンプ19のインバータ102への出力を制御することにより、前記冷水一次側循環ポンプ19の回転数を調節して流量を制御する。
前記冷凍機目標温度設定器105は、冷水の目標温度を設定し、その目標設定温度信号103を前記冷凍機17に送り、それに基づいて前記冷凍機17を運転制御する。例えば、前記熱負荷設備101で奪われた熱量と前記冷凍機17で供給した熱量が等しければ、本制御系は安定する。
また、外気温などが下がることにより、熱負荷設備101で奪われる熱量が下がり、この奪われる熱量が供給熱量よりも少なくなると、戻り水槽15に戻る二次側冷水の温度が下がるが、供給熱量は変わらないので一次側冷水の温度も下がる。この結果、前記冷水水槽13の冷水温度も下がり、冷水水槽13の冷水温度が前記冷水水槽温度調節器104で設定された目標温度より下がれば、冷水水槽温度調節器104は、前記冷水一次側循環ポンプ19の回転数を下げて一次側冷水の循環流量が少なくなるように制御する。冷凍機17への目標設定温度は変わらないので、冷却水循環流量が少なくなれば供給熱量も少なくなり、最終的には冷水水槽13の温度は冷水水槽温度調節器104で設定された前記目標温度まで上昇する。
なお、外気温が上がると上記説明の逆の動きとなり、冷水水槽温度調節器104は冷却水循環流量を多くして供給熱量を多くし、冷水水槽13の温度を一定に保つ様に制御する。
このような従来の制御方式では、熱負荷設備101の負荷の状態が変化してから、それに見合う冷水循環流量となり、冷水水槽13の温度が目標温度に整定するまでには長い時間がかかる。
このような従来の制御方式では、熱負荷設備101の負荷の状態が変化してから、それに見合う冷水循環流量となり、冷水水槽13の温度が目標温度に整定するまでには長い時間がかかる。
次に、本実施例の冷凍機システムにおける制御構成を図3により説明する。図3は本発明の実施例1における冷凍機システムの制御構成を説明する制御機能ブロック図である。
本実施例においては、冷水出口温度センサ(熱負荷設備101への冷水入口温度センサ)8で計測された冷水水槽13から出た二次側冷水の温度と、冷水戻り温度センサ(熱負荷設備101からの冷水出口温度センサ)10で計測された熱負荷設備101と熱交換された後の冷水温度と、更に冷水循環流量計9で検出された二次側冷水の循環流量の各信号が消費熱量演算器(消費熱量演算手段)204に入力される。この消費熱量演算器204では、前記温度センサ8と10で検出された冷水温度からそれらの温度差を求め、更に二次側冷水の循環流量から、熱負荷設備101側の消費熱量を計算し、この消費熱量は加算器(要求熱量算出手段)205に送られる。
本実施例においては、冷水出口温度センサ(熱負荷設備101への冷水入口温度センサ)8で計測された冷水水槽13から出た二次側冷水の温度と、冷水戻り温度センサ(熱負荷設備101からの冷水出口温度センサ)10で計測された熱負荷設備101と熱交換された後の冷水温度と、更に冷水循環流量計9で検出された二次側冷水の循環流量の各信号が消費熱量演算器(消費熱量演算手段)204に入力される。この消費熱量演算器204では、前記温度センサ8と10で検出された冷水温度からそれらの温度差を求め、更に二次側冷水の循環流量から、熱負荷設備101側の消費熱量を計算し、この消費熱量は加算器(要求熱量算出手段)205に送られる。
206は設備配管(冷水配管3)などから漏れる損失熱量分を補正する補正熱量バイアス設定器で、この補正熱量バイアス設定器206からの補正熱量も前記加算器205に送られる。
加算器205からは前記消費熱量及び前記補正熱量から要求熱量信号207を出力し、この要求熱量からプリセットした冷水循環流量設定値(目標値)と冷凍機における冷水冷却温度設定値(冷水を更に冷却する温度の目標値)を発生する関数発生器208,209により、要求熱量信号207に見合う冷水循環流量設定値と冷水冷却温度設定値とが求められる。これらの設定値はそれぞれ冷水循環流量調節器201と冷水温度調節器202に送られる。
加算器205からは前記消費熱量及び前記補正熱量から要求熱量信号207を出力し、この要求熱量からプリセットした冷水循環流量設定値(目標値)と冷凍機における冷水冷却温度設定値(冷水を更に冷却する温度の目標値)を発生する関数発生器208,209により、要求熱量信号207に見合う冷水循環流量設定値と冷水冷却温度設定値とが求められる。これらの設定値はそれぞれ冷水循環流量調節器201と冷水温度調節器202に送られる。
前記冷水循環流量調節器201は、冷水循環流量計20からの信号を取り込み、冷水一次側の循環流量が前記設定値(目標値)になるようにインバータ102を制御し、冷水一次側循環ポンプ19の回転数を調節する。一方、冷凍機17の出入口に設けられている温度センサ16,18からの信号が減算器203に取り込まれて、この減算器203で冷水冷却温度(冷凍機出口温度と入口温度との温度差)、即ち冷水を何度冷却できたかの冷却温度実績が演算され、この冷水冷却温度の実績値が前記冷水温度調節器202に入力される。そして、この冷水温度調節器202では、前記冷却温度の実績値が前記冷水冷却温度目標値になるように、冷凍機17を制御する。
前記冷凍機17での供給熱量は、冷水循環流量計20で求められる冷水循環流量と、冷凍機17における冷水冷却温度(冷凍機出口温度と入口温度との温度差)の積で求まる。即ち、「(冷凍機出口温度−冷凍機入口温度)×冷水循環流量」で求めることができる。従って、供給熱量は、冷水循環流量の設定値と冷凍機17における冷水冷却温度の設定値を操作することにより制御することができる。前記関数発生器208、209にプリセットする各設定値関数は、要求熱量に対応する値を予め計算し、設定しておけば良い。
以上のように、本実施例では、熱負荷設備101側の消費熱量を直接計算し、それに見合う要求熱量を計算し、冷凍機17と冷水一次側循環ポンプ19を制御することから、熱負荷の変動に素早く追従できる応答性の良い制御方式とすることができる。
また、本実施例では、更に安定した供給熱量を確保するため、冷水水槽13の温度を一定に保つための制御機能も備えている。即ち、本実施例においては、冷水水槽温度調節器210が設けられており、要求熱量信号207に補正を行なうようにしている。前記冷水水槽温度調節器210には、冷水水槽温度センサ14で計測された温度信号が入力され、また冷水水槽温度設定器211から冷水水槽13の設定温度が入力されている。これにより、前記冷水水槽温度調節器210は、冷水水槽13の温度を監視し、設定温度よりも低くなった場合は、前記要求熱量信号207にマイナス補正バイアス値を、設定温度よりも高くなった場合は前記要求熱量信号207にプラス補正バイアス値を加算する。
例えば、夏場などでは、外気の温度が高くなり、熱負荷設備101側での消費熱量以外の放散熱量(冷熱量)が大きくなり、消費熱量と供給熱量を同じにしても、循環する冷水の温度は徐々に高くなってしまう。逆に冬場などでは、循環する冷水(この場合は高温の冷水で一般には温水と呼ばれる)からの放散熱量(温熱量)が大きくなり過冷却状態となる。このような不都合を解消するため、前記冷水水槽温度調節器210は、気温の変動などによる消費熱量と供給熱量のバランスを、要求熱量信号207を補正することにより、適正な状態になるように制御する。
供給熱量は、前述したように、一次側冷水の循環流量と冷凍機17における前記冷水冷却温度の積で決る。即ち、前記冷水冷却温度を所定の量増減しても、それを相殺するように一次側冷水循環流量を増減し、これをタイミングを合わせて同時に並行して行えば、冷凍機システムの供給熱量を変動させることなく、熱源機器(冷凍機17、冷水循環ポンプ7,19、冷却水ポンプ21、冷却塔22等)の運転負荷バランスを変えることができる。供給熱量が同じでも、例えば冷凍機17と冷水一次側循環ポンプ19の運転状態が違う組合せは無限に存在するが、この場合の冷凍機17と冷水一次側循環ポンプ19の合計消費電力が常に同一になるとは限らない。
従って、同じ供給熱量の場合であっても、冷凍機17と冷水一次側循環ポンプ19の合計消費電力が最低となる(各熱源機器の合計COPが最大となる)運転状態の組合せで運転できればエネルギー効率をより向上させることが可能となる。
次に、図4を用いて、各熱源機器の合計COPを最大にする冷水循環流量と冷水冷却温度の組合せを探知するための具体例を説明する。この図4は図3に示した制御コントローラ27での制御内容を説明する制御機能ブロック図である。
この図4に示した制御機能ブロック図には、図3に示した制御用コントローラ27における制御構成機器に加えて、更に、COP計算機301、COP最大値検出器302、冷水温度増減器303、冷水循環流量の流量設定値演算器304、冷水循環流量増減器305、関数修正器306及び加算器307,308が追加記載されている。
この図4に示した制御機能ブロック図には、図3に示した制御用コントローラ27における制御構成機器に加えて、更に、COP計算機301、COP最大値検出器302、冷水温度増減器303、冷水循環流量の流量設定値演算器304、冷水循環流量増減器305、関数修正器306及び加算器307,308が追加記載されている。
前記冷水温度増減器303は定期的に冷水冷却温度の設定値を所定量増減するもので、この所定量の増減値は前記加算器307に定期的に入力される。また、前記増減値は前記流量設定値演算器304に入力され、この流量設定値演算器304では前記冷水冷却温度設定値の増減分から供給熱量が一定となる冷水循環量の増減量を求める。この求められた増減量の値は、前記冷水温度増減器303の動きと連動して働く前記冷水循環流量増減器305に入力され、この冷水循環流量増減器305からの信号は前記加算器308に定期的に入力される。
冷水冷却温度設定値に付加する定期的な増減量は前記加算器307から、冷水温度調節器202の設定値(目標値)に加算される。一方、冷水循環流量設定値に付加する定期的な増減量は前記加算器308から、冷水温度調節器201の設定値(目標値)に加算される。
これらにより、冷水冷却温度を所定量増減しても、これによる供給熱量の変動分を相殺するよう冷水循環流量が増減されるから、冷凍機システムの供給熱量を変動させることなく、冷水一次側循環ポンプ19、冷凍機17及びそれに連動して制御される冷却塔22や冷却水ポンプ21の運転負荷バランスを変えることができ、これにより各熱源機器の消費電力が変化する。
前記冷水温度増減器303や前記冷水循環流量増減器305が働いている時に、前記COP計算機301には、冷凍機システムの各熱源機器の消費電力計23〜26から、各熱源機器の消費電力量が入力され、このCOP計算機301では熱源機器総合消費電力量と供給熱量から合計COPを計算する。即ち、合計COPは、「供給熱量÷熱源機器総合消費電力」により計算することができる。前記COP最大値検出器302は、前記各増減器303,305が働いている時に、前記COP計算機301から取り込まれたCOPのデータから最大COPを検出するものである。このCOP最大値検出器302で検出された最大COPのデータは、前記関数修正器306に入力される。この関数修正器306には前記冷水温度増減器303からの冷水冷却温度設定値のデータ、前記冷水循環流量増減器305からの冷水循環流量設定値のデータ、及び前記加算器205からの要求熱量のデータも入力されている。前記関数修正器306では、前記最大COPを検出した時の冷水冷却温度設定値と冷水循環流量設定値を記憶しているので、所定のタイミングで前記関数発生器208,209における関数の該当プロットポイントを変更する。このような運転動作を連続して実施すれば、要求熱量に対する最適な冷水冷却温度と冷水循環流量の関数を再設定することができる。
前記冷水温度増減器303に予め設定される温度増減量は、冷凍機システムの能力などから決めるが、ステップ状に変更するのではなく、機器の負荷変化時の対応追従速度に十分見合う変化量とし、ランプ状に変化させる必要がある。図5によりその具体例を説明する。図5は時間経過に対する冷水冷却温度の増減値の変化を説明する線図である。
冷水温度増減器303の増減パターン設定は、増変化量設定値+X(401)、増変化時間t1(403)、温度戻り開始時間t2(404)、温度戻り終了時間t3(405)、温度減開始時間t4(406)を設定し、タイマで制御される。なお、減変化量設定値−X(402)については前記増変化量設定値+Xと符号を逆にした同量とし、タイマで制御される設定時間も増変化時の設定値と同等にしている。
図6は時間経過に対する冷水循環流量の増減値の変化を説明する線図である。前記冷水循環流量増減器305で設定される冷水循環流量の増減についても、図5に示した時間経過に対する冷水冷却温度の増減値の変化から求めることができる。即ち、基本となる冷水冷却温度設定値と冷水循環流量設定値で求められる供給熱量が一定になる条件で、図5に示した冷水冷却温度増減から、図6に示すように、冷水循環流量の増変化量設定値+Y(407)と減変化量設定値−Y(408)が計算から求まり、タイマで制御される設定時間は図5に示す各時間t1,t2,t3,t4,…と同値とすればよい。
上記図5、図6に示す冷水冷却温度の増減と冷水循環流量の増減により、ある制御ポイントにおける最大COPとなる設定値を探査することができる。
上記図5、図6に示す冷水冷却温度の増減と冷水循環流量の増減により、ある制御ポイントにおける最大COPとなる設定値を探査することができる。
図7は図4に示す要求熱量から冷水冷却温度設定値を計算する関数発生器209における「要求熱量−冷水冷却温度設定値」の折れ線関数を説明する線図、図8は図4に示す要求熱量から冷水循環流量設定値を計算する関数発生器208における「要求熱量−冷水循環流量設定値」の折れ線関数を説明する線図である。
図7に示す「要求熱量−冷水冷却温度設定値」の折れ線関数501は、横軸に要求熱量、縦軸に冷水冷却温度設定値を示し、図8に示す「要求熱量−冷水循環流量設定値」の折れ線関数502は、横軸に要求熱量、縦軸に冷水循環流量設定値を示している。
これらの例では8折れ点の関数発生器を使用した例を示している。図7では代表する8点の要求熱量点と、各要求熱量点における冷水冷却温度設定値(T0〜T7)との関係を示し、図8では代表する8点の要求熱量点と、各要求熱量点における冷水循環流量設定値(F0〜F7)との関係を示している。これらの図において、要求熱量が上記代表点の間にある場合には、それを挟む前後2点の設定値から線形補正をすることにより、使用する要求熱量範囲で連続して前記温度と流量の各設定値を計算し出力することができる。
図7に示す「要求熱量−冷水冷却温度設定値」の折れ線関数501について詳細に説明する。
T0のプロット点は必ず要求熱量=0の時とし、設定値は冷凍機の最低運転条件を加味し決定される。後述する最適運転状態を探査し、探査結果から折れ線関数501を修正するが、T0ポイントは最低運転条件を守るため、修正は行なわれない。探査結果から修正を実施するのは、T1〜T7のプロット点である。最適運転状態の探査方法、及びプロット点の修正方法は後述するが、ある要求熱量に対して複数の設定温度が提示されるような折れ線関数にならないように注意する必要がある。つまりT0〜T7のプロット点の要求熱量はかならず、T0<T1<T2<T3<T4<T5<T6<T7となっていなければならない。
T0のプロット点は必ず要求熱量=0の時とし、設定値は冷凍機の最低運転条件を加味し決定される。後述する最適運転状態を探査し、探査結果から折れ線関数501を修正するが、T0ポイントは最低運転条件を守るため、修正は行なわれない。探査結果から修正を実施するのは、T1〜T7のプロット点である。最適運転状態の探査方法、及びプロット点の修正方法は後述するが、ある要求熱量に対して複数の設定温度が提示されるような折れ線関数にならないように注意する必要がある。つまりT0〜T7のプロット点の要求熱量はかならず、T0<T1<T2<T3<T4<T5<T6<T7となっていなければならない。
この例では各プロット点毎に変更できる要求熱量範囲(指定要求熱量範囲)を定め、折れ線関数が重複した要求熱量範囲を設定できないようにしている。即ち、T1のプロット点の要求熱量範囲は、1Lから1Hの範囲とし、T2以下も同様に重複しない指定要求熱量範囲を持つようにしている。
図8に示す「要求熱量−冷水循環流量設定値」の折れ線関数502、設定値のプロット点F0〜F7についても図7で説明したものと同様である。
図8に示す「要求熱量−冷水循環流量設定値」の折れ線関数502、設定値のプロット点F0〜F7についても図7で説明したものと同様である。
図9により、冷水冷却温度の最適設定値を自動探査し、COPを改善する方向に関数発生器209の折れ線関数501のプロット点を変更していく処理について説明する。ここでは、「要求熱量−冷水冷却温度設定値」の折れ線関数501のT3のプロット点を例にして説明する。まず、(a)図で示す変更前設定値関数状態601により、要求熱量から冷水冷却温度設定値を定め、冷凍機システムを運転している状態で、該冷凍機システムの運転が十分安定している状態であると判定すれば、設定値の探査処理を開始する。十分安定しているか否かの判定は、例えば、要求熱量の値が一定時間以上3Lから3Hの間に留まっていたかどうかなどにより判定可能である。
探査処理開始後、要求熱量が、(b)図に示す設定値探査時の設定値の状態602のような要求熱量変化607をすれば、その時の冷凍機への冷水冷却温度設定値は設定値の変化例605に示すような動きとなる。この時、平衡して冷水循環流量設定値も供給熱量を変えないように変化しているが、その詳細な説明については省略する。
この探査処理による設定値の変化中に、冷凍機システムの各熱源機器の合計COPを監視し、この値が最大となった点を検出する。ここでは、(c)図(最適設置値の検出状態603)で示すプロット点T3´が合計COPが最大となった点として検出されたものとする。
探査処理終了後、(d)図(新プロット点に変更した状態604)に示すように、設定されていた折れ線関数501の旧プロット点T3を、合計COPが最大となった前記新プロット点T3´に変更し、前記折れ線関数501を再設定する。
探査処理終了後、(d)図(新プロット点に変更した状態604)に示すように、設定されていた折れ線関数501の旧プロット点T3を、合計COPが最大となった前記新プロット点T3´に変更し、前記折れ線関数501を再設定する。
図10は、上述した要求熱量の安定状態の判定と、合計COPが最大となる最適設定値を探査する該当プロット点の選択を行なう探査処理のフロー図である。
探査処理の開始タイミング(ステップ701)は、冷凍機システムの運転員が、冷凍機システムの監視操作用コンソール28から探査処理実行開始許可指令を出せば自動的に起動がかかるようにする。起動が掛かれば、まずステップ702の要求熱量値読込処理で現状の要求熱量を読み込み、次にステップ703に示すプロット点範囲判定処理で要求熱量がどのプロット点に該当しているかを判定する。
探査処理の開始タイミング(ステップ701)は、冷凍機システムの運転員が、冷凍機システムの監視操作用コンソール28から探査処理実行開始許可指令を出せば自動的に起動がかかるようにする。起動が掛かれば、まずステップ702の要求熱量値読込処理で現状の要求熱量を読み込み、次にステップ703に示すプロット点範囲判定処理で要求熱量がどのプロット点に該当しているかを判定する。
ここでは、図7、図8に示したT1,F1で定義された点をプロット点1、同様にT2,F2で定義された点をプロット点2と呼び、以下同様に、プロット点3、…、プロット点7と呼ぶことにする。例えば、要求熱量が1L以上1H以下の範囲であれば、プロット点1に該当する、と判定される。要求熱量が1L以上1H以下の範囲でない場合(要求熱量が1L未満または1Hより大のとき)にはステップ708(プロット点1用タイマリセットの実施)、ステップ709(プロット点1のメイン処理停止処理)を経て、711で示すプロット点2用処理、712で示すプロット点3用処理、…、713で示すプロット点7用処理と、順次現在の要求熱量が該当するプロット点の判定をし、該当するプロット点の処理をしていく。
ステップ703で、現在の要求熱量がプロット点1に該当すると判定された場合には、ステップ704に移り、プロット点1用のタイマカウントを実行する。次に、ステップ705において、プロット点1用タイマのタイムUP判定処理を行い、要求熱量がプロット点1に該当している時間をカウントする。ここで、ある一定時間以上プロット点1に該当している状態が継続すれば、要求熱量が安定していると判断し、ステップ706のプロット点1用のメイン処理を実施する。
前記ステップ705で、プロット点1に該当している状態が一定時間以上継続していない場合には、ステップ702に戻り、再度要求熱量を読み込み、要求熱量がプロット点1に該当しているのかの判定を繰り返す。
ステップ706のプロット点1メイン処理実施では、図11に示す、メイン処理の詳細を説明するフロー図のように、メイン処理が実施され、設定値の自動修正処理が開始される。
ステップ706のプロット点1メイン処理実施では、図11に示す、メイン処理の詳細を説明するフロー図のように、メイン処理が実施され、設定値の自動修正処理が開始される。
なお、上記プロット点2用処理711では、プロット点1用処理710と同様の処理を実施するが、要求熱量の判定は「2L≦要求熱量≦2H」となる。以下、プロット点3用処理712、…、プロット点7用処理713でも同様の処理が行われる。
以上の処理を、予め決められた制御周期で繰り返し実行すれば、要求熱量の安定状態の判定と、該当プロット点の選択を行なうことができる。また、最適設定値の探査中であっても、要求熱量が該当のプロット点の範囲から外れれば、探査処理を途中でリセットし、次のプロット点の処理に移行するようになっている。
図11は、図10のステップ706に示したプロット点1メイン処理のような各プロット点での設定値自動修正処理(制御用設定値関数修正処理)の例を示すフロー図である。
図11において、処理開始タイミング(ステップ801)は、例えばプロット点1の場合は、図10に示すステップ706(安定状態と判定されたプロット点1用のメイン処理実施)で自動的に起動が掛る。プロット点2〜7の場合も同様である。
図11において、処理開始タイミング(ステップ801)は、例えばプロット点1の場合は、図10に示すステップ706(安定状態と判定されたプロット点1用のメイン処理実施)で自動的に起動が掛る。プロット点2〜7の場合も同様である。
まず、ステップ802で対象プロット点が決定されれば、次のステップ803で現状値をストアテーブルに格納する処理を行う。この現状値としては、現状の冷水冷却温度設定値、冷水循環流量設定値、COP値、要求熱量などが記憶される。これは次のステップ804に示す最適設定値探査プログラムを起動(探査用の冷水冷却温度と冷水循環流量の設定値プログラムバイアス値出力開始)後の各設定値を所定の量だけ変動させて運転した各値との最初の比較に用いる値を収集することが目的である。
最適設定値探査プログラムを起動するとステップ805で、第1回目のサンプル値収集処理を行う。ここで、冷水冷却温度設定値、冷水循環流量設定値、COP値、要求熱量などのサンプル値が収集される。その後、ステップ806に移り、収集されたサンプル値の整合性確認処理が行われ、収集したサンプル値が予想される所定の範囲内の値であるか否かを確認する。これは、センサ等の誤動作により誤ったサンプル値を採用しないようにする処理であり、例えば、前回収集したサンプル値と比較し、変動幅が所定の範囲内であることをもって整合性ありと判断する等の処理が行われる。
サンプル回数は自由に設定できるようにすれば良いが、1回の設定値増減による探査で、より良い設定値の組み合わせを得ることができるようにするには、少なくとも20〜30サンプル程度のサンプル回数が必要である。サンプル値整合性確認処理(ステップ806)で得られたサンプル値の整合性を確認できれば、ステップ807に移り、今回採集されたサンプル値とストアテーブルに格納されているデータとの比較を行う。また、このステップ807では、前記比較の結果、COPが大きいほうのデータの組をストアテーブルに格納する選択処理も行う。
このような処理を、ステップ808に示す第2回サンプル値収集から、ステップ809に示す最終回サンプル値収集809まで同様に繰り返す。即ち、各サンプル値収集後に前記ステップ806と807で説明したものと同様の処理(ステップ810と811参照)を行うことにより、最終的には最もCOPの高いデータがストアテーブルに残ることになる。従って、ステップ812では、最終的にストアテーブルに格納されているデータの値(ストアテーブル格納値)で、該当するプロット点のパラメータを変更し、前記設定値折れ線関数501,502を、例えば図9(d)に示したように変更する。その後、最適設定値探査プログラムを終了(探査用の冷水冷却温度と冷水循環流量の設定値プログラムバイアス値出力停止)(ステップ813)し、設定値自動修正処理を完了する(814)。
以上の処理を連続的に繰り返せば、前記折れ線関数501,502の全体が、徐々に最適な設定値折れ線関数に近づいて行くことになり、最終的には、冷凍機システムを最もエネルギー効率の高い状態で運転できるようになる。
なお、以上説明した実施例では、図1に示したように、冷水循環系の途中に冷水水槽13と戻り水槽15を設けて、冷水一次側循環系と冷水二次側循環系に分けている例について説明したが、このようなシステムに限るものではなく、前記水槽13,15を設けないものにも同様に適用できるものである。
また、本発明の冷凍機システムは必ずしも空調用に限られるものでもない。空調用に用いられる場合、必ずしも冷房専用の冷凍機システムに使用されるものには限定されず、前記冷凍機で高温の冷水(即ち温水)を製造して冷凍機二次側循環系に循環させ、空調機で暖房も行えるようにした冷凍機システムにも同様に適用可能である。
更に、冷凍機一次側循環系には冷却水を循環させる例で説明したが、クーラントなど他の熱媒を使用することも可能である。
更に、冷凍機一次側循環系には冷却水を循環させる例で説明したが、クーラントなど他の熱媒を使用することも可能である。
上述した本実施例の冷凍機システムによれば、消費熱量を計算し、これに応じた要求熱量を決定し、要求熱量から、冷凍機の冷水冷却温度設定値と冷水循環流量設定値を決定し、これに従い冷凍機や冷水循環ポンプを制御するから、熱負荷に見合った熱量をすばやく供給でき、供給熱量の整定が速く、オーバーシュート量も小さく抑えることが可能となる。これによりシステム全体の無駄な熱源機器の運転が抑えられ、安定で、総合的なエネルギー効率を改善することができる。
また、冷凍機の冷水冷却温度設定値と冷水循環流量設定値を、供給熱量を一定に保ちつつ、所定の値だけ平衡して変化させるようにしているから、冷凍機システム全体の熱バランスを崩すことなく、安定した運転を維持しながら、最大COPとなる冷凍機の冷水冷却温度設定値と冷水循環流量設定値を自動で探査できる。そして、探査で求めた最大COPとなる前記設定値を次の制御に採用できるように、設定値の折れ線関数のパラメータを自動的に変更するようにしているので、冷凍機システムを最もエネルギー効率の高い状態で運転することが可能となる。
1(1a,1b,…,1n):空調機、2(2a,2b,…,2n):流量調節弁、
3:冷水配管、4:冷却水(熱媒)配管、
7,19:冷水循環ポンプ(7:冷水二次側循環ポンプ、19:冷水一次側循環ポンプ)、
8:冷水出口温度センサ(熱負荷設備への冷水入口温度センサ)、9:冷水循環流量計、
10:冷水戻り温度センサ(熱負荷設備からの冷水出口温度センサ)、
11:バイパス配管、12:バイパス流量計、
13:冷水水槽、14:冷水水槽温度センサ、15:戻り水槽、
16:冷凍機出口温度センサ、17:冷凍機、18:冷凍機入口温度センサ、
20:冷水循環流量計、21:冷却水ポンプ(熱媒ポンプ)、
22:冷却塔、23〜26:消費電力計、
27:制御用コントローラ、28:監視操作用コンソール、
101:熱負荷設備、
102:冷水循環ポンプ用インバータ、103:目標設定温度信号、
104:冷水水槽温度調節器、105:冷凍機目標温度設定器、
201:冷水循環流量調節器、202:冷水温度調節器、
203:減算器(冷水冷却実績温度演算用)、204:消費熱量演算器(消費熱量演算手段)、
205:加算器(要求熱量算出手段)、
206:補正熱量バイアス設定器(補正熱量バイアス設定手段)、
207:要求熱量信号、
208:要求熱量−冷水循環流量設定値の関数発生器、
209:要求熱量−冷水冷却温度設定値の関数発生器、
210:冷水水槽温度調節器、211:冷水水槽温度設定器、
301:COP計算機、302:COP最大値検出器、303:冷水温度増減器、
304:流量設定値演算器、305:冷水循環流量増減器、
306:関数修正器、307,308:加算器、
401:増変化分設定値(+X)、402:減変化分設定値(−X)、
403:増変化時間t1、404:温度戻り開始時間t2、
405:温度戻り終了時間t3、406:温度減開始時間t4、
407:増変化分設定値(+Y)、408:減変化分設定値(−Y)、
501:「要求熱量−冷水冷却温度設定値」の折れ線関数、
502:「要求熱量−冷水循環流量設定値」の折れ線関数、
601:変更前設定値関数状態、602:設定値探査時の設定値の状態、
603:最適設定値の検出状態、604:新プロット点に変更した状態、
605:設定値の変化例、607:要求熱量変化。
3:冷水配管、4:冷却水(熱媒)配管、
7,19:冷水循環ポンプ(7:冷水二次側循環ポンプ、19:冷水一次側循環ポンプ)、
8:冷水出口温度センサ(熱負荷設備への冷水入口温度センサ)、9:冷水循環流量計、
10:冷水戻り温度センサ(熱負荷設備からの冷水出口温度センサ)、
11:バイパス配管、12:バイパス流量計、
13:冷水水槽、14:冷水水槽温度センサ、15:戻り水槽、
16:冷凍機出口温度センサ、17:冷凍機、18:冷凍機入口温度センサ、
20:冷水循環流量計、21:冷却水ポンプ(熱媒ポンプ)、
22:冷却塔、23〜26:消費電力計、
27:制御用コントローラ、28:監視操作用コンソール、
101:熱負荷設備、
102:冷水循環ポンプ用インバータ、103:目標設定温度信号、
104:冷水水槽温度調節器、105:冷凍機目標温度設定器、
201:冷水循環流量調節器、202:冷水温度調節器、
203:減算器(冷水冷却実績温度演算用)、204:消費熱量演算器(消費熱量演算手段)、
205:加算器(要求熱量算出手段)、
206:補正熱量バイアス設定器(補正熱量バイアス設定手段)、
207:要求熱量信号、
208:要求熱量−冷水循環流量設定値の関数発生器、
209:要求熱量−冷水冷却温度設定値の関数発生器、
210:冷水水槽温度調節器、211:冷水水槽温度設定器、
301:COP計算機、302:COP最大値検出器、303:冷水温度増減器、
304:流量設定値演算器、305:冷水循環流量増減器、
306:関数修正器、307,308:加算器、
401:増変化分設定値(+X)、402:減変化分設定値(−X)、
403:増変化時間t1、404:温度戻り開始時間t2、
405:温度戻り終了時間t3、406:温度減開始時間t4、
407:増変化分設定値(+Y)、408:減変化分設定値(−Y)、
501:「要求熱量−冷水冷却温度設定値」の折れ線関数、
502:「要求熱量−冷水循環流量設定値」の折れ線関数、
601:変更前設定値関数状態、602:設定値探査時の設定値の状態、
603:最適設定値の検出状態、604:新プロット点に変更した状態、
605:設定値の変化例、607:要求熱量変化。
Claims (11)
- 冷凍機と、この冷凍機の一次側に設けられ、熱媒ポンプと冷却塔を有すると共に熱媒が循環する冷凍機一次側循環系と、前記冷凍機の二次側に設けられ、冷水循環ポンプと熱負荷設備を有すると共に冷水が循環する冷凍機二次側循環系とを備えている冷凍機システムにおいて、
前記冷凍機二次側循環系における前記熱負荷設備への冷水入口温度と冷水出口温度、及び冷水循環流量から、前記熱負荷設備の消費熱量を演算する消費熱量演算手段と、
前記消費熱量に基づいて要求熱量を算出する要求熱量算出手段と、
この要求熱量算出手段により求められた要求熱量から、冷水冷却温度の設定値と冷水循環流量の設定値を導き出して前記冷凍機と前記冷水循環ポンプを制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする冷凍機システム。 - 請求項1に記載の冷凍機システムにおいて、前記冷凍機二次側循環系の冷水配管などから失われる損失熱量を補正する補正熱量バイアス設定手段を更に備え、前記要求熱量算出手段は、前記消費熱量に前記損失熱量を加えて要求熱量を算出することを特徴とする冷凍機システム。
- 請求項1または2に記載の冷凍機システムにおいて、前記冷凍機と前記冷水循環ポンプを制御する制御手段は、前記要求熱量から冷水冷却温度の設定値を導出する関数発生器と、前記要求熱量から冷水循環流量の設定値を導出する関数発生器と、前記冷水冷却温度の設定値に基づいて前記冷凍機を制御する冷水温度調節器と、前記冷水循環流量の設定値に基づいて前記冷水循環ポンプを制御する冷水循環流量調節器を備えていることを特徴とする冷凍機システム。
- 請求項1〜3の何れかに記載の冷凍機システムにおいて、前記冷凍機二次側循環系には、前記冷凍機の出口側と前記熱負荷設備の入口側との間に設けられた冷水水槽と、前記熱負荷設備の出口側と前記冷凍機の入口側との間に設けられた戻り水槽とを備えていることを特徴とする冷凍機システム。
- 請求項4に記載の冷凍機システムにおいて、前記冷水水槽と前記戻り水槽とを接続するバイパス配管が設けられていることを特徴とする冷凍機システム。
- 請求項4または5に記載の冷凍機システムにおいて、前記冷水水槽の冷水温度を調節する冷水水槽温度調節器と、前記冷水水槽の冷水温度を設定する冷水水槽温度設定器と、前記冷水水槽の冷水温度を検出する冷水水槽温度センサとを備え、
前記冷水水槽温度調節器は、前記冷水水槽温度センサで検出された冷水温度と前記冷水水槽温度設定器で設定された冷水設定温度に基づいて修正熱量を前記要求熱量算出手段に与えることを特徴とする冷凍機システム。 - 請求項1〜6の何れかに記載の冷凍機システムにおいて、前記冷凍機での供給熱量を一定に保つ条件で、前記冷水冷却温度設定値と、冷水循環流量設定値を、所定の範囲で平衡して変動させると共に、冷凍機システムを構成している熱源機器の合計COPを計算し、
前記冷水冷却温度設定値及び冷水循環流量設定値を平衡して変動させている前記所定の範囲での前記熱源機器の最大COPを検出し、
当該最大COPを検出した時の前記冷水冷却温度設定値と前記冷水循環流量設定値を、前記所定の範囲での制御中心となる設定値に変更して、前記冷凍機と前記冷水循環ポンプを制御することを特徴とする冷凍機システム。 - 請求項7に記載の冷凍機システムにおいて、前記冷凍機での供給熱量は、冷水循環流量と、前記冷凍機における冷水冷却温度(冷凍機出口温度と入口温度との温度差)の積で求め、この求めた供給熱量を一定に保つようにして、前記冷水冷却温度設定値と、前記冷水循環流量設定値を、所定の範囲で平衡して変動させることを特徴とする冷凍機システム。
- 請求項7または8に記載の冷凍機システムにおいて、前記熱源機器の合計COPは、熱源機器の総合消費電力量と、前記供給熱量とから求めることを特徴とする冷凍機システム。
- 請求項9に記載の冷凍機システムにおいて、前記冷水循環ポンプ、冷却水ポンプ、冷却塔及び冷凍機にはそれぞれに消費電力計が取り付けられて瞬時の使用電力を測定可能に構成し、これらの熱源機器にそれぞれ設けられた前記消費電力計から前記総合消費電力量を算出することを特徴とする冷凍機システム。
- 請求項1〜10の何れかに記載の冷凍機システムにおいて、前記冷凍機の制御に連動して前記冷凍機一次側の前記熱媒ポンプ及び前記冷却塔も制御されることを特徴とする冷凍機システム。
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