JP2016008773A - チラーシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】ヒートポンプ式のチラーが複数台接続されるチラーシステムであって、たとえ定格出力に到らない部分負荷が継続しても、各チラー間で累積運転時間を平準化させることができるチラーシステムを提供する。【解決手段】冷媒の凝縮熱または蒸発熱により熱媒体としての温調用の循環液の温度を調節するヒートポンプ式のチラーが複数台接続されるチラーシステムは、複数台のチラーのうち、運転中のチラーが存在する場合において、該運転中のチラーに要求される合計の運転容量である[合計要求運転容量]と、該運転中のチラーの台数である[現在運転台数]と、所定の部分負荷の負荷容量である[部分負荷容量]とが、[合計要求運転容量]/([現在運転台数]+1)≧[部分負荷容量]の関係を満たす場合に、停止中のチラーのうちの1台のチラーに対して運転指令を発信する。【選択図】図6

Description

本発明は、冷媒の凝縮熱または蒸発熱により熱媒体としての温調用の循環液の温度を調節するヒートポンプ式のチラーが複数台接続されるチラーシステムに関する。
冷媒の凝縮熱または蒸発熱により熱媒体としての温調用(例えば空調用)の循環液の温度を調節するヒートポンプ式のチラーが複数台接続されるチラーシステムは、従来から公知となっている(例えば特許文献1参照)。
このようなチラーシステムにおいては、通常は、複数台のチラーのうち、要求される負荷容量に応じて、運転するチラーの台数を増減するようになっているが、この場合、複数台のチラーに対して同時期にメンテナンスを行うことが望ましいという観点から、特定のチラーに対して偏って運転させるのではなく、各チラーを万遍なく運転させて各チラー間で累積運転時間を平準化させることが要求されている。
この点に関し、特許文献1は、複数台のチリングユニット(チラー)の運転を各チラーのサーモオン回数(圧縮機が駆動しているサーモオンの回数)に基づいてローテーション制御を行って各チラー間で実稼働時間(累積運転時間)を平準化させる構成を開示している。
特開平10−122604号公報
しかしながら、特許文献1に記載のチラーシステムでは、負荷容量が増加した場合に、運転中のチラーの運転容量が100%出力(定格出力)になってからチラーの運転機を新たに増加させる構成(特許文献1の段落0073〜0075参照)となっているため、チラーの定格出力に到らない負荷である部分負荷が継続すれば、部分負荷の継続中はチラーの運転機が新たに増加しないため、各チラー間での累積運転時間のばらつきが大きくなる可能性が高い。
そこで、ヒートポンプ式のチラーが複数台接続されるチラーシステムであって、たとえチラーの定格出力に到らない部分負荷が継続しても、各チラー間で累積運転時間を平準化させることができるチラーシステムを提供することを目的とする。
本発明は、前記課題を解決するために、冷媒の凝縮熱または蒸発熱により熱媒体としての温調用の循環液の温度を調節するヒートポンプ式のチラーが複数台接続されるチラーシステムであって、前記複数台のチラーのうち、運転中のチラーが存在する場合において、該運転中のチラーに要求される合計の運転容量である[合計要求運転容量]と、該運転中のチラーの台数である[現在運転台数]と、所定の部分負荷の負荷容量である[部分負荷容量]とが、[合計要求運転容量]/([現在運転台数]+1)≧[部分負荷容量]の関係を満たす場合に、停止中の前記チラーのうちの1台のチラーに対して運転指令を発信することを特徴とするチラーシステムを提供する。
本発明において、前記複数台のチラーは、正常状態と、警報を発信した状態である警報発信状態と、前記正常状態と前記警報発信状態との間の状態である警報発信前状態とになり得る構成とされており、前記警報発信前状態で運転している運転中のチラー、前記警報発信前状態で運転を停止している運転停止中のチラー、前記正常状態で運転している運転中のチラー、および、前記正常状態で運転を停止している運転停止中のチラーの順で次回運転指令対象のチラーとして選定し、同一状態のチラー同士については初期状態または所定のメンテナンスを実施した時点からの積算出力量の小さい順に次回運転指令対象のチラーとして選定する態様を例示できる。
本発明において、前記複数台のチラーのうち、運転中のチラーが存在する場合において、[合計要求運転容量]/[現在運転台数]≦[部分負荷容量]の関係を満たす場合に、運転中の前記チラーのうちの1台のチラーに対して停止指令を発信する態様を例示できる。
本発明において、前記複数台のチラーは、正常状態と、警報を発信した状態である警報発信状態と、前記正常状態と前記警報発信状態との間の状態である警報発信前状態とになり得る構成とされており、前記正常状態で運転を停止している運転停止中のチラー、前記正常状態で運転している運転中のチラー、前記警報発信前状態で運転を停止している運転停止中のチラー、および、前記警報発信前状態で運転している運転中のチラーの順で次回停止指令対象のチラーとして選定し、同一状態のチラー同士については初期状態または所定のメンテナンスを実施した時点からの積算出力量の大きい順に次回停止指令対象のチラーとして選定する態様を例示できる。
本発明によると、ヒートポンプ式のチラーが複数台接続されるチラーシステムであって、たとえ定格出力に到らない部分負荷が継続しても、各チラー間で累積運転時間を平準化させることができる。
本発明の実施の形態に係るチラーシステムの概略構成を示す系統図である。 チラーシステムにおける一のチラーの概略ブロック図である。 冷却運転を行っている冷却運転状態を示すチラーの概略ブロック図である。 加熱運転を行っている加熱運転状態を示すチラーの概略ブロック図である。 デフロスト運転を行っているデフロスト運転状態を示すチラーの概略ブロック図である。 チラーの台数を8台とした場合のチラーシステムにおいて親機のチラーが各チラーに対して行う制御動作を説明するためのグラフである。 親機のチラーの各チラーへの台数制御による制御動作の一例の流れを示すフローチャートである。 運転中のチラーを増減する際のチラーの優先順位を決定するための図表である。
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係るチラーシステム1の概略構成を示す系統図である。
図1に示すチラーシステム1は、ヒートポンプ式のチラー100が複数台並列に接続される構成とされている。なお、ヒートポンプ式のチラーは、以下、単にチラーということがある。
詳しくは、チラーシステム1は、複数台のチラー100(1)〜100(n)(nは2以上の整数)と、循環液回路200とを備えている。各チラー100(1)〜100(n)は、同一の構成のものとされている。よって、各チラー100(1)〜100(n)の定格出力は、何れも同一のものとされている。なお、以下の説明において、各チラー100(1)〜100(n)に対して単に符号100を付することがある。
チラーシステム1は、図示を省略した温調対象区域(例えば空調対象区域)に敷設されて熱媒体としての温調用(例えば空調用)の循環液を流通させる循環液回路200と、循環液回路200の複数台のチラー100(1)〜100(n)毎に設けられて循環液回路200に循環液を循環させる循環ポンプ300(1)〜300(n)とをさらに備え、循環ポンプ300(1)〜300(n)により循環液回路200に流れる循環液の温度を調節する構成とされている。ここで、循環液としては、熱媒体として作用するものであれば何れのものであってもよく、代表的には水を例示できる。但し、それに限定されるものではなく、循環液は、例えば、水に不凍液を含有したものであってもよい。
循環液回路200は、循環液を複数台のチラー100(1)〜100(n)に流入させる方向に流す流入幹管210と、流入幹管210からの循環液を複数台のチラー100(1)〜100(n)に向けてそれぞれ分流させる流入枝管211(1)〜211(n)と、循環液を複数台のチラー100(1)〜100(n)から流出させる方向に流す流出幹管220と、複数台のチラー100(1)〜100(n)からの循環液を流出幹管220に向けてそれぞれ合流させる流出枝管221(1)〜221(n)とで構成されている。
具体的には、流入枝管211(1)〜211(n)は、それぞれ、流入幹管210の各チラー100(1)〜100(n)に対応する分岐部と各チラー100(1)〜100(n)の循環液流入側とを接続する。また、流出枝管221(1)〜221(n)は、それぞれ、各チラー100(1)〜100(n)の循環液流出側と流出幹管220の各チラー100(1)〜100(n)に対応する合流部とを接続する。流入枝管211(1)〜211(n)および流出枝管221(1)〜221(n)の何れか一方(この例では、流出枝管221(1)〜221(n))には、それぞれ、循環液回路200において循環液を循環させる循環ポンプ300(1)〜300(n)が設けられている。
かかる構成を備えたチラーシステム1では、循環ポンプ300(1)〜300(n)により循環される循環液は、流入幹管210から各流入枝管211(1)〜211(n)を介して各チラー100(1)〜100(n)に分配され、各チラー100(1)〜100(n)において温度が調節される。温度が調節された循環液は、各チラー100(1)〜100(n)から各流出枝管221(1)〜221(n)を介して流出幹管220に合流し、循環液回路200の温調対象区域(例えば空調対象区域)を循環する。流入幹管210および流出幹管220の負荷側は、例えば、図示しない熱交換器を介してそれぞれ接続されて閉回路を構成している。
図2は、チラーシステム1における一のチラー100の概略ブロック図である。なお、図2において、流入枝管211(1)〜211(n)のうちの一の流入枝管211が示され、流出枝管221(1)〜221(n)のうちの一の流出枝管221が示され、また、循環ポンプ300(1)〜300(n)のうちの一の循環ポンプ300が示されている。
チラー100は、冷媒を圧縮する圧縮機10を駆動し、冷媒の凝縮熱または蒸発熱により循環液の温度を調節するようになっている。
すなわち、チラー100は、冷媒を吸入・吐出する圧縮機10と、冷媒と空気(具体的には外気)との間で熱交換させる冷媒−空気熱交換器20と、冷媒−空気熱交換器20のための冷媒−空気熱交換器用ファン30と、圧縮機10で圧縮した冷媒を膨張させる膨張弁40と、循環液と冷媒との間で熱交換させる冷媒−循環液熱交換器50と、圧縮機10を駆動するエンジン60と、エンジン60の排熱を回収するエンジン排熱回収器70とを備え、後述する加熱運転、冷却運転またはデフロスト運転(除霜運転)を実行できるようになっている。膨張弁40は、この例では、閉塞可能な第1膨張弁41と閉塞可能な第2膨張弁42とで構成されている。
圧縮機10は、複数台の圧縮機を並列に接続したものであってもよく、同様に、冷媒−空気熱交換器20は、複数台の冷媒−空気熱交換器を並列に接続したものであってもよい。
詳しくは、チラー100は、冷媒を流通させる冷媒回路110と、エンジン60を冷却するエンジン冷却水を流通させる冷却水回路120と、冷却水回路120用の循環ポンプ130と、制御装置140とをさらに備えている。
冷媒回路110には、圧縮機10、冷媒−空気熱交換器20、冷媒−循環液熱交換器50、膨張弁40およびエンジン排熱回収器70が設けられている。
冷媒回路110は、四方弁111、ブリッジ回路112、高圧ガス冷媒経路113a、第1低圧ガス冷媒経路113b、第1ガス冷媒経路113c、第1冷媒経路113d、高圧液冷媒経路113e、第1低圧気液二相冷媒経路113f、第2冷媒経路113g、第2ガス冷媒経路113h、第2低圧気液二相冷媒経路113iおよび第2低圧ガス冷媒経路113jを備えている。
四方弁111は、制御装置140からの指示信号により、流入口(図2中の下側)と一方の接続口(図2中の左側)とを接続し、かつ、他方の接続口(図2中の右側)と流出口(図2中の上側)とを接続する第1接続状態(図2に示す状態)と、流入口と他方の接続口とを接続し、かつ、一方の接続口と流出口とを接続する第2接続状態とに切り替える構成とされている。これにより、四方弁111は、冷媒の流れ方向を切り替えることができる。
ブリッジ回路112は、4つの逆止弁(第1逆止弁112a、第2逆止弁112b、第3逆止弁112cおよび第4逆止弁112d)を備えており、二つの逆止弁(第1逆止弁112aおよび第2逆止弁112b)を含む第1逆止弁列1121と、残りの二つの逆止弁(第3逆止弁112cおよび第4逆止弁112d)を含む第2逆止弁列1122とで構成されている。
第1逆止弁列1121は、第1逆止弁112aおよび第2逆止弁112bを冷媒の流れる方向が同じになるように直列に接続したものとされている。第2逆止弁列1122は、第3逆止弁112cおよび第4逆止弁112dを冷媒の流れる方向が同じになるように直列に接続したものとされている。そして、第1逆止弁列1121および第2逆止弁列1122は、冷媒の流れる方向が同じになるように並列に接続されている。
ブリッジ回路112において、第1逆止弁112aと第2逆止弁112bとの間の接続点が第1中間接続点P1とされ、第1逆止弁112aと第3逆止弁112cとの間の接続点が流出接続点P2とされ、第3逆止弁112cと第4逆止弁112dとの間の接続点が第2中間接続点P3とされ、第2逆止弁112bと第4逆止弁112dとの間の接続点が流入接続点P4とされている。
高圧ガス冷媒経路113aは、圧縮機10の吐出口と四方弁111の流入口とを接続する。第1低圧ガス冷媒経路113bは、四方弁111の流出口と圧縮機10の吸入口とを接続する。第1ガス冷媒経路113cは、四方弁111の一方の接続口と冷媒−空気熱交換器20の一方の接続口とを接続する。第1冷媒経路113dは、冷媒−空気熱交換器20の他方の接続口とブリッジ回路112の第1中間接続点P1とを接続する。高圧液冷媒経路113eは、ブリッジ回路112の流出接続点P2と膨張弁40(具体的には第1膨張弁41および第2膨張弁42)の一方側とを接続する。第1低圧気液二相冷媒経路113fは、膨張弁40を構成する第1膨張弁41の他方側とブリッジ回路112の流入接続点P4とを接続する。第2冷媒経路113gは、ブリッジ回路112の第2中間接続点P3と冷媒−循環液熱交換器50の一方の冷媒接続口とを接続する。第2ガス冷媒経路113hは、冷媒−循環液熱交換器50の他方の冷媒接続口と四方弁111の他方の接続口とを接続する。第2低圧気液二相冷媒経路113iは、膨張弁40を構成する第2膨張弁42の他方側とエンジン排熱回収器70の冷媒流入口とを接続する。第2低圧ガス冷媒経路113jは、エンジン排熱回収器70の冷媒流出口と第1低圧ガス冷媒経路113bの途中の合流点P5とを接続する。ここで、第1低圧ガス冷媒経路113bにおいて合流点P5の下流側(圧縮機10側)は、合流経路113b1とされている。
第1膨張弁41および第2膨張弁42は、何れも制御装置140からの指示信号により開度を調整できるようになっている。これにより、第1膨張弁41および第2膨張弁42は、冷媒回路110における冷媒の循環量を調整することができる。詳しくは、第1膨張弁41および第2膨張弁42は、何れも閉塞可能な複数の膨張弁を並列に接続したものとされている。こうすることで、第1膨張弁41および第2膨張弁42は、開放する膨張弁を組み合わせて冷媒回路110における冷媒の循環量を調整することができる。
本実施の形態では、チラー100は、オイルセパレータ81、アキュムレータ82およびレシーバ83をさらに備えている。
オイルセパレータ81は、高圧ガス冷媒経路113aに設けられており、冷媒に含有する圧縮機10の潤滑油を分離しかつ分離した潤滑油を、バルブ81a(具体的には電磁バルブ)を介して圧縮機10に戻す。アキュムレータ82は、第1低圧ガス冷媒経路113bの合流経路113b1に設けられており、蒸発器として作用する冷媒−循環液熱交換器50または蒸発器として作用する冷媒−空気熱交換器20で蒸発し切れなかった冷媒液を分離する。レシーバ83は、高圧液冷媒経路113eに設けられており、ブリッジ回路112からの高圧液冷媒を一時的に蓄える。
冷却水回路120は、エンジン60を冷却するエンジン冷却水の経路を構成するものであり、第1サーモスタット型切替弁121と、第2サーモスタット型切替弁122と、ラジエータ123と、流出経路124aと、流入経路124bと、第1経路124cから第5経路124gとを備えている。
流出経路124aは、エンジン60の流出口と第1サーモスタット型切替弁121の流入口(図2中の下側)とを接続する。流入経路124bは、ラジエータ123の流出口とエンジン60の流入口とを接続する。第1経路124cは、第1サーモスタット型切替弁121の一方の流出口(図2中の上側)と第2サーモスタット型切替弁122の流入口(図2中の左側)とを接続する。第2経路124dは、第1サーモスタット型切替弁121の他方の流出口(図2中の右側)とラジエータ123の流入口とを接続する。第3経路124eは、第2サーモスタット型切替弁122の一方の流出口(図2中の上側)とエンジン排熱回収器70の冷却水流入口とを接続する。第4経路124fは、第2サーモスタット型切替弁122の他方の流出口(図2中の右側)と流入経路124bの途中の合流点P6とを接続する。第5経路124gは、エンジン排熱回収器70の冷却水流出口と流入経路124bの合流点P6よりも上流側の合流点P7とを接続する。循環ポンプ130は、流入経路124bにおいてエンジン60の流入口と合流点P6との間に設けられている。循環ポンプ130は、制御装置140からの指示信号により、冷却水回路120においてエンジン冷却水を循環させる。エンジン排熱回収器70は、冷媒回路110および冷却水回路120の双方に属している。
第1サーモスタット型切替弁121は、エンジン冷却水の温度が予め定めた所定の第1温度(例えば71℃)未満の場合にはエンジン60からのエンジン冷却水を第2サーモスタット型切替弁122に向けて流す一方、エンジン冷却水が第1温度以上の場合にはエンジン60からのエンジン冷却水をラジエータ123に向けて流すようになっている。これにより、冷却水回路120は、エンジン冷却水が第1温度未満の場合に、エンジン冷却水を第2サーモスタット型切替弁122の方に循環させる一方、エンジン冷却水が第1温度以上の場合に、エンジン冷却水をラジエータ123の方に循環させることができる。
第2サーモスタット型切替弁122は、エンジン冷却水の温度が第1温度よりも低い予め定めた所定の第2温度未満(例えば60℃)の場合には第1サーモスタット型切替弁121からのエンジン冷却水をエンジン排熱回収器70および流入経路124bの合流点P6の双方に向けて流す一方、第2温度以上の場合には第1サーモスタット型切替弁121からのエンジン冷却水をエンジン排熱回収器70に向けて流すようになっている。これにより、冷却水回路120は、エンジン冷却水が第2温度未満の場合に、エンジン冷却水をエンジン排熱回収器70および流入経路124bの合流点P6の方に循環させる一方、第2温度以上かつ第1温度未満の場合に、エンジン冷却水をエンジン排熱回収器70の方に循環させることができる。
なお、エンジン冷却水の温度は、冷却水回路120に設けられた温度センサ(図示省略)により検知することができる。
循環液回路200を構成する流入枝管211は、冷媒−循環液熱交換器50の循環液流入口と流入幹管210(図1参照)のチラー100に対応する分岐部とを接続する。循環液回路200を構成する流出枝管221は、冷媒−循環液熱交換器50の循環液流出口と流出幹管220(図1参照)のチラー100に対応する合流部とを接続する。冷媒−循環液熱交換器50は、冷媒回路110および循環液回路200の双方に属している。
圧縮機10は、クラッチ11を介してエンジン60に接続されている。クラッチ11は、制御装置140からの指示信号により、エンジン60から圧縮機10に駆動力を伝達する接続状態と、エンジン60から圧縮機10への駆動力の伝達を遮断する遮断状態とをとるようになっている。
チラー100は、第1圧力センサ151、第1温度センサ161、第2圧力センサ152、第2温度センサ162および回転数センサ170をさらに備えている。
第1圧力センサ151および第1温度センサ161は、それぞれ、合流経路113b1に設けられており、合流経路113b1内の冷媒の圧力および温度を検知する。第2圧力センサ152および第2温度センサ162は、それぞれ、第2低圧ガス冷媒経路113jに設けられており、第2低圧ガス冷媒経路113j内の冷媒の圧力および温度を検知する。回転数センサ170は、エンジン60に設けられており、エンジン60の回転数を検出する。
循環液回路200は、流入循環液温度センサ231および流出循環液温度センサ232を備えている。
詳しくは、流入循環液温度センサ231は、流入枝管211に設けられており、冷媒−循環液熱交換器50に流入する循環液(具体的には流入枝管211内の循環液)の温度を検出する。流出循環液温度センサ232は、流出枝管221に設けられており、冷媒−循環液熱交換器50から流出する循環液(具体的には流出枝管221内の循環液)の温度を検出する。
制御装置140は、各種センサからの検知信号に基づいて、冷媒回路110、冷却水回路120および循環液回路200の駆動を制御するようになっている。これにより、チラー100は、循環液回路200に流れる循環液の温度を調整することができる。
詳しくは、制御装置140は、圧縮機10により、第1低圧ガス冷媒経路113bから吸入した冷媒を圧縮し、圧縮した冷媒を高圧ガス冷媒経路113aに吐出する。制御装置140は、循環液回路200の循環液を冷却する冷却運転を行う冷却運転時には、四方弁111を、高圧ガス冷媒経路113aと第1ガス冷媒経路113cとを連通しかつ第2ガス冷媒経路113hと第1低圧ガス冷媒経路113bとを連通する第1接続状態にする。また、制御装置140は、循環液回路200の循環液を加熱する加熱運転を行う加熱運転時には、四方弁111を、高圧ガス冷媒経路113aと第2ガス冷媒経路113hとを連通しかつ第1ガス冷媒経路113cと第1低圧ガス冷媒経路113bとを連通する第2接続状態にする。
冷媒−空気熱交換器20は、冷却運転時に冷媒が放熱して液化する凝縮器として機能し、加熱運転時に冷媒が吸熱して気化する蒸発器として機能する。冷媒−循環液熱交換器50は、冷却運転時に冷媒が吸熱して循環液を冷却する冷却器として機能し、加熱運転時に冷媒が放熱して循環液を加熱する加熱器として機能する。エンジン排熱回収器70は、冷媒が吸熱して気化する蒸発器として機能する。
第1膨張弁41および第2膨張弁42は、ブリッジ回路112の下流側に並列に配置されている。第1膨張弁41は、制御装置140からの指示信号により、冷却運転時ではブリッジ回路112を介して冷媒−循環液熱交換器50に向かう冷媒の流量を調整し、加熱運転時ではブリッジ回路112を介して冷媒−空気熱交換器20に向かう冷媒の流量を調整する。第2膨張弁42は、制御装置140からの指示信号により、エンジン排熱回収器70に向かう冷媒の流量を調整する。
制御装置140は、CPU(Central Processing Unit)等のマイクロコンピュータからなる処理部141と、ROM(Read Only Memory)等の不揮発性メモリ、RAM(Randam Access Memory)等の揮発性メモリを含む記憶部142とを有している。
制御装置140は、処理部141が記憶部142のROMに予め格納された制御プログラムを記憶部142のRAM上にロードして実行することにより、各種構成要素の作動制御を行うようになっている。
以上説明したチラー100では、冷却運転または加熱運転を適宜行うことにより、循環液回路200に流れる循環液の温度を調整することができる。
先ず、チラー100による冷却運転の運転動作について、図3を参照しながら、説明し、次に、チラー100による加熱運転の運転動作について、図4を参照しながら、説明する。
[冷却運転]
図3は、冷却運転を行っている冷却運転状態を示すチラー100の概略ブロック図である。
チラー100では、冷却運転を行うにあたり、制御装置140は、四方弁111を第1接続状態に切り替えて高圧ガス冷媒経路113aと第1ガス冷媒経路113cとを連通しかつ第2ガス冷媒経路113hと第1低圧ガス冷媒経路113bとを連通する。こうすることで、圧縮機10から吐出される高圧ガス状態の冷媒(以下、高圧ガス冷媒という。)が、オイルセパレータ81を経由して冷媒−空気熱交換器20に流れる。
冷媒−空気熱交換器20に流れる高圧ガス冷媒の温度は、冷媒−空気熱交換器20を流通する空気の温度よりも高い。このため、高圧ガス冷媒から空気に熱が移動する。この結果、高圧ガス冷媒は凝縮熱を失って液化し、高圧液状態の冷媒(以下、高圧液冷媒という。)になる。つまり、冷却運転では、冷媒−空気熱交換器20は、高圧ガス冷媒が放熱する冷媒の凝縮器として機能する。
高圧液冷媒は、冷媒−空気熱交換器20から第1冷媒経路113dを経由してブリッジ回路112の第1中間接続点P1に流れる。第1中間接続点P1は、第2逆止弁112bの流出口側かつ第1逆止弁112aの流入口側に位置しているため、高圧液冷媒は、第2逆止弁112bおよび第3逆止弁112cの方には流れず、第1中間接続点P1から第1逆止弁112aおよび流出接続点P2を経由して、高圧液冷媒経路113eに流れる。
制御装置140は、冷却運転を行うにあたり、高圧液冷媒が第1膨張弁41側に流れる一方、第2膨張弁42側に流れないように、第1膨張弁41を開く一方、第2膨張弁42を閉じる。このため、高圧液冷媒は、高圧液冷媒経路113e上のレシーバ83を経由して第1膨張弁41を通過する。
第1膨張弁41において、高圧液冷媒は、膨張して低圧気液二相状態の冷媒(以下、低圧気液二相冷媒という。)となる。低圧気液二相冷媒は、第1低圧気液二相冷媒経路113fからブリッジ回路112の流入接続点P4に流れる。流入接続点P4は、第2逆止弁112bおよび第4逆止弁112dの流入口側にあるが、前述した高圧液冷媒が第1中間接続点P1および流出接続点P2に流れている。このため、低圧気液二相冷媒は、第1中間接続点P1および流出接続点P2に流れる高圧液冷媒との圧力差により、第2逆止弁112bおよび第3逆止弁112cの方には流れず、流入接続点P4から第4逆止弁112d、第2中間接続点P3および第2冷媒経路113gを経由して、冷媒−循環液熱交換器50に流れる。
冷媒−循環液熱交換器50の冷媒回路110側に流れる低圧気液二相冷媒の温度は、冷媒−循環液熱交換器50の循環液回路200側に流れる循環液の温度よりも低い。このため、循環液から低圧気液二相冷媒に熱が移動する。この結果、低圧気液二相冷媒は蒸発熱を得て気化し、低圧ガス状態の冷媒(以下、低圧ガス冷媒という。)になる。一方、循環液は冷媒の吸熱作用により冷却される。つまり、冷却運転では、冷媒−循環液熱交換器50は、低圧気液二相冷媒が吸熱する循環液の冷却器として機能する。
その後、低圧ガス冷媒は、冷媒−循環液熱交換器50から第2ガス冷媒経路113hに流れる。このとき、制御装置140は、四方弁111により、第2ガス冷媒経路113hと第1低圧ガス冷媒経路113bとを連通しているので、低圧ガス冷媒は、第1低圧ガス冷媒経路113b上のアキュムレータ82を経由して圧縮機10に吸入される。
チラー100では、以降、同様にして、前述した一連の冷却運転の動作が繰り返される。
[加熱運転]
図4は、加熱運転を行っている加熱運転状態を示すチラー100の概略ブロック図である。
チラー100では、加熱運転を行うにあたり、制御装置140は、四方弁111を第2接続状態に切り替えて高圧ガス冷媒経路113aと第2ガス冷媒経路113hとを連通しかつ第1ガス冷媒経路113cと第1低圧ガス冷媒経路113bとを連通する。こうすることで、圧縮機10から吐出される高圧ガス冷媒が、オイルセパレータ81を経由して冷媒−循環液熱交換器50に流れる。
冷媒−循環液熱交換器50の冷媒回路110側に流れる高圧ガス冷媒の温度は、冷媒−循環液熱交換器50の循環液回路200側に流れる循環液の温度よりも高い。このため、高圧ガス冷媒から循環液に熱が移動する。この結果、高圧ガス冷媒は凝縮熱を失って液化し、高圧液冷媒になる。一方、循環液は冷媒の放熱作用により加熱される。つまり、加熱運転では、冷媒−循環液熱交換器50は、高圧ガス冷媒が放熱する循環液の加熱器として機能する。
高圧液冷媒は、冷媒−循環液熱交換器50から第2冷媒経路113gを経由してブリッジ回路112の第2中間接続点P3に流れる。第2中間接続点P3は、第3逆止弁112cの流入口側かつ第4逆止弁112dの流出口側に位置しているため、高圧液冷媒は、第1逆止弁112aおよび第4逆止弁112dの方には流れず、第2中間接続点P3から第3逆止弁112cおよび流出接続点P2を経由して、高圧液冷媒経路113eに流れる。
制御装置140は、加熱運転を行うにあたり、高圧液冷媒が第1膨張弁41側に流れる一方、第2膨張弁42側に流れないように、第1膨張弁41を開く一方、第2膨張弁42を閉じる。このため、高圧液冷媒は、高圧液冷媒経路113e上のレシーバ83を経由して第1膨張弁41を通過する。
第1膨張弁41において、高圧液冷媒は、膨張して低圧気液二相冷媒となる。低圧気液二相冷媒は、第1低圧気液二相冷媒経路113fからブリッジ回路112の流入接続点P4に流れる。流入接続点P4は、第2逆止弁112bおよび第4逆止弁112dの流入口側にあるが、前述した高圧液冷媒が第2中間接続点P3および流出接続点P2に流れている。このため、低圧気液二相冷媒は、第2中間接続点P3および流出接続点P2に流れる高圧液冷媒との圧力差により、第4逆止弁112dおよび第1逆止弁112aの方には流れず、流入接続点P4から第2逆止弁112bおよび第1冷媒経路113dを経由して、冷媒−空気熱交換器20に流れる。
冷媒−空気熱交換器20に流れる低圧気液二相冷媒の温度は、冷媒−空気熱交換器20を流通する空気の温度よりも低い。このため、空気から低圧気液二相冷媒に熱が移動する。この結果、低圧気液二相冷媒は蒸発熱を得て気化し、低圧ガス冷媒になる。つまり、加熱運転では、冷媒−空気熱交換器20は、低圧気液二相冷媒が吸熱する冷媒の蒸発器として機能する。
その後、低圧ガス冷媒は、冷媒−空気熱交換器20から第1ガス冷媒経路113cに流れる。このとき、制御装置140は、四方弁111により、第1ガス冷媒経路113cと第1低圧ガス冷媒経路113bとを連通しているので、低圧ガス冷媒は、第1低圧ガス冷媒経路113b上のアキュムレータ82を経由して圧縮機10に吸入される。
チラー100では、以降、同様にして、前述した一連の加熱運転の動作が繰り返される。
[デフロスト運転]
ところで、加熱運転を行っている場合、冷媒−空気熱交換器20に低圧気液二相冷媒が供給されるので、冷媒−空気熱交換器20内の配管が冷却される。このとき、外気温度等の条件によっては冷媒−空気熱交換器20内の配管に霜が付着することがある。この場合、チラー100は、デフロスト運転を行う。
次に、チラー100によるデフロスト運転の運転動作について、図5を参照しながら、説明する。
図5は、デフロスト運転を行っているデフロスト運転状態を示すチラー100の概略ブロック図である。
チラー100では、デフロスト運転を行うにあたり、制御装置140は、冷却運転と同様、四方弁111を第1接続状態に切り替えて高圧ガス冷媒経路113aと第1ガス冷媒経路113cとを連通しかつ第2ガス冷媒経路113hと第1低圧ガス冷媒経路113bとを連通する。こうすることで、圧縮機10から吐出される高圧ガス冷媒が、オイルセパレータ81を経由して冷媒−空気熱交換器20に流れる。
冷媒−空気熱交換器20に流れる高圧ガス冷媒は、冷却運転と同様、凝縮熱を失って液化し、高圧液冷媒になる。つまり、デフロスト運転では、冷媒−空気熱交換器20は、高圧ガス冷媒が放熱する冷媒の凝縮器として機能する。
高圧液冷媒は、冷却運転と同様、冷媒−空気熱交換器20から第1冷媒経路113d、ブリッジ回路112の第1中間接続点P1、第1逆止弁112aおよび流出接続点P2を経由して、高圧液冷媒経路113eに流れる。
制御装置140は、デフロスト運転を行うにあたり、高圧液冷媒が第2膨張弁42側に流れる一方、第1膨張弁41側に流れないように、第2膨張弁42を開く一方、第1膨張弁41を閉じる。このため、高圧液冷媒は、高圧液冷媒経路113e上のレシーバ83を経由して第2膨張弁42を通過する。
第2膨張弁42において、高圧液冷媒は、膨張して低圧気液二相冷媒となる。低圧気液二相冷媒は、第2低圧気液二相冷媒経路113iからエンジン排熱回収器70に流れる。
エンジン排熱回収器70の冷媒回路110側に流れる低圧気液二相冷媒の温度は、エンジン排熱回収器70の冷却水回路120側に流れるエンジン冷却水の温度よりも低い。このため、エンジン冷却水から低圧気液二相冷媒に熱が移動する。この結果、低圧気液二相冷媒は蒸発熱を得て気化し、低圧ガス冷媒になる。つまり、デフロスト運転では、エンジン排熱回収器70は、低圧気液二相冷媒が吸熱する冷媒の蒸発器として機能する。
その後、低圧ガス冷媒は、エンジン排熱回収器70から第2低圧ガス冷媒経路113j、第1低圧ガス冷媒経路113bの合流点P5、合流経路113b1およびアキュムレータ82を経由して圧縮機10に吸入される。
チラー100では、以降、同様にして、前述した一連のデフロスト運転の動作が繰り返される。
以上説明したデフロスト運転では、冷媒−空気熱交換器20に高圧ガス冷媒が供給されるので、冷媒−空気熱交換器20内の配管が加熱される。この結果、加熱運転において冷媒−空気熱交換器20に付着した霜が除去される。また、デフロスト運転では、低圧気液二相冷媒が冷媒−循環液熱交換器50に流れないので、冷媒蒸発に伴う循環液の温度の低下は生じない。
[チラーシステムの各チラーに対する制御について]
ところで、複数台のチラー100(1)〜100(n)が接続されるチラーシステム1においては、通常は、複数台のチラー100(1)〜100(n)のうち、運転するチラーの台数を、要求される負荷容量に応じて増減するようになっているが、この場合、複数台のチラー100(1)〜100(n)に対して同時期にメンテナンスを行うことが望ましいという観点から、特定のチラーに対して偏って運転させるのではなく、各チラー100(1)〜100(n)を万遍なく運転させて各チラー100(1)〜100(n)間で累積運転時間を平準化させることが要求されている。なお、ここでいう「運転」とは、「冷却運転」または「加熱運転」を意味し、「デフロスト運転」は含まれない。
この点に関し、従来のチラーシステムでは、既述のとおり、負荷容量が増加した場合に、運転中のチラーの運転容量が100%出力(定格出力)になってからチラーの運転機を新たに増加させる構成となっているため(特許文献1参照)、定格出力に到らない部分負荷が継続すれば、部分負荷の継続中はチラーの運転機が新たに増加しないため、各チラー間で累積運転時間のばらつきが大きくなる可能性が高い。
かかる観点から、本実施の形態に係るチラーシステム1は、各チラー100(1)〜100(n)に対して次のような動作制御を行う制御機構を備えている。
すなわち、本実施形態では、かかる制御機構は、各チラー100(1)〜100(n)の制御装置140の集合体であり、各制御装置140(1)〜140(n)は互いに通信可能に接続されている。チラーシステム1は、複数台のチラー100(1)〜100(n)のうち、何れか1台が親機のチラー100(i)(iは1からnまでの何れかの整数)に指定されている。なお、制御機構は、各チラー100(1)〜100(n)を統括制御する制御装置とされ、該制御装置が各チラー100(1)〜100(n)とは別に設けられていてもよい。
親機のチラー100(i)(具体的には制御装置140(i))は、親機のチラー100(i)を含む複数台のチラー100(1)〜100(n)(子機)のうち、運転中のチラー100が存在する場合において、該運転中のチラー100に要求される合計の運転容量である[合計要求運転容量]Qtと、該運転中のチラー100の台数である[現在運転台数]Nと、所定の部分負荷の負荷容量である[部分負荷容量]Qpとが、Qt/(N+1)≧Qpの関係を満たす場合に、運転を停止している停止中(休止中)のチラー100のうちの何れか1台のチラー100に対して運転指令を発信する構成とされている。ここで、[部分負荷容量]Qpは、チラー100の定格出力(例えば10kW)に、予め定めた所定の部分負荷容量比(0より大きくかつ1より小さい負荷容量比、例えば40%)を掛け合わせることで得られる値(例えば4kW)とすることができる。なお、運転指令を受信するチラー100が親機のチラー100(i)自身である場合は、親機のチラー100(i)は、自らに対して運転指令を発信する。
換言すれば、親機のチラー100(i)は、[合計要求運転容量]Qtが[現在運転台数]N(例えば2台)から1台増やした台数(N+1)(例えば3台)と[部分負荷容量]Qp(例えば4kW)とを掛け合わせた[台数増加基準負荷容量]Qi(例えば12kW)未満のときは[現在運転台数]N(例えば2台)で運転し、[合計要求運転容量]Qtが[台数増加基準負荷容量]Qi(例えば12kW)以上のときに運転中のチラー100を1台増やす(例えば3台にする)。
ここで、停止中のチラー100は、言うまでもないが、運転可能な状態にあるチラーであって現在運転されていないチラーをいい、例えば、待機中のチラーを例示できる。
そして、親機のチラー100(i)からの運転指令を受けた停止中のチラー100(具体的には停止中のチラー100における制御装置140)は、当該停止中のチラー100の運転を開始する。
また、親機のチラー100(i)(具体的には制御装置140(i))は、親機のチラー100(i)を含む複数台のチラー100(1)〜100(n)のうち、運転中のチラー100が存在する場合において、Qt/N≦Qpの関係を満たす場合に、運転中のチラー100のうちの何れか1台のチラー100に対して停止指令を発信する構成とされている。これにより、負荷容量が減少した場合での運転中のチラー100における1台当たりの運転容量の下限値を設定することができる。なお、停止指令を受信するチラー100が親機のチラー100(i)自身である場合は、親機のチラー100(i)は、自らに対して停止指令を発信する。
換言すれば、親機のチラー100(i)は、[合計要求運転容量]Qtが[現在運転台数]N(例えば3台)と[部分負荷容量]Qp(例えば4kW)とを掛け合わせた[台数減少基準負荷容量]Qd(例えば12kW)より大きいときは([1台当たりの運転容量]が[部分負荷容量]Qp(例えば4kW)より大きいときは)[現在運転台数]N(例えば3台)で運転し、[合計要求運転容量]Qtが[台数減少基準負荷容量]Qd(例えば12kW)以下のときに([1台当たりの運転容量]が[部分負荷容量]Qp以下(例えば4kW)のときに)運転中のチラー100を1台減らす(例えば2台にする)。
そして、親機のチラー100(i)からの停止指令を受けた運転中のチラー100(具体的には運転中のチラー100における制御装置140)は、当該運転中のチラー100の運転を停止する。
図6は、チラー100の台数nを8台とした場合のチラーシステム1において親機のチラー100(i)が各チラー100(1)〜100(8)に対して行う制御動作を説明するためのグラフである。
なお、図6において、縦軸の[1台当たりの運転容量比][%]は、1台当たりのチラー100の運転容量の比率を表しており、定格出力が10[kW]の場合には[1台当たりの運転容量比]が40[%]で運転容量が4[kW]となることを意味している。
また、図6において、横軸の[合計要求運転容量比][%]は、運転中のチラー100の運転容量(出力)を合計した[合計要求運転容量]Qtの比率を表しており、運転中のチラー100の台数を2台とすると、2台の各チラー100,100の定格出力が10[kW]の場合には各チラー100,100の[要求運転容量比]が、例えば、40[%]のときには各チラー100,100の[要求運転容量比]を合計した[合計要求運転容量比]が80[%]となり、各チラー100,100の[要求運転容量]を合計した[合計要求運転容量]Qtが8[kW]となることを意味している。同様に、チラー100の定格出力が10[kW]の場合にはチラー100の[所定の部分負荷容量比]、[台数増加基準負荷容量比]および[台数減少基準負荷容量比]が、それぞれ、例えば、40[%]、120[%]、120[%]のときにはチラー100の[部分負荷容量]Qp、[台数増加基準負荷容量]Qiおよび[台数減少基準負荷容量]Qdが、それぞれ、4[kW]、12[kW]、12[kW]となる。なお、[所定の部分負荷容量比]が大きい程、特定のチラー100に偏ってしまい易く、[所定の部分負荷容量比]が小さい程、運転効率が低下し易い。従って、[所定の部分負荷容量比]は、両者のバランスをとって、例えば、40[%]とすることが好ましい。
次に、各チラー100(1)〜100(8)に対して行う制御動作において、[合計要求運転容量]Qtが増加してチラー100の台数が増える場合、および、[合計要求運転容量]Qtが減少してチラー100の台数が減る場合について、図6を参照しながら以下に説明する。なお、図6に示す例では[所定の部分負荷容量比]は、40%としている。
(チラーの台数が増える場合)
チラー100の台数が増える場合、運転中のチラー100が1台のときに(図6中のα1参照)、[合計要求運転容量比]が[現在運転台数]1台から1台増やした2台と[所定の部分負荷容量比]40[%]とを掛け合わせた[台数増加基準負荷容量比]80[%]未満のときは[現在運転台数]1台で運転する。このとき、1台当たりの[運転容量比]は、0[%]を超えかつ80[%](=80[%]/1台)未満となる。一方、[合計要求運転容量比]が[台数増加基準負荷容量比]80[%]以上のときに運転中のチラーを1台増やして2台にする。
また、運転中のチラー100が2台のときに(図6中のα2参照)、[合計要求運転容量比]が[現在運転台数]2台から1台増やした3台と[所定の部分負荷容量比]40[%]とを掛け合わせた[台数増加基準負荷容量比]120[%]未満のときは[現在運転台数]2台で運転する。このとき、1台当たりの[運転容量比]は、40[%](=80[%]/2台)以上かつ60[%](=120[%]/2台)未満となる。一方、[合計要求運転容量比]が[台数増加基準負荷容量比]120[%]以上のときに運転中のチラーを1台増やして3台にする。
また、運転中のチラー100が3台のときに(図6中のα3参照)、[合計要求運転容量比]が[現在運転台数]3台から1台増やした4台と[所定の部分負荷容量比]40[%]とを掛け合わせた[台数増加基準負荷容量比]160[%]未満のときは[現在運転台数]3台で運転する。このとき、1台当たりの[運転容量比]は、40[%](=120[%]/3台)以上かつ53.3[%](=160[%]/3台)未満となる。一方、[合計要求運転容量比]が[台数増加基準負荷容量比]160[%]以上のときに運転中のチラーを1台増やして4台にする。
以下、同様にして運転中のチラー100の台数を増やしていく。そして、運転中のチラー100が最大の8台の場合、1台当たりの[運転容量比]は、40[%](=320[%]/8台)以上かつ100[%](=800[%]/8台)以下となる。
(チラーの台数が減る場合)
チラー100の台数が減る場合、運転中のチラー100が8台のときに(図6中のβ1参照)、[合計要求運転容量比]が[現在運転台数]8台と[所定の部分負荷容量比]40[%]とを掛け合わせた[台数減少基準負荷容量比]320[%]を超えるときは[現在運転台数]8台で運転する。このとき、1台当たりの[運転容量比]は、40[%](=320[%]/8台)を超えかつ100[%](=800[%]/8台)以下となる。一方、[合計要求運転容量比]が[台数減少基準負荷容量比]320[%]以下のときに運転中のチラーを1台減らして7台にする。
また、運転中のチラー100が7台のときに(図6中のβ2参照)、[合計要求運転容量比]が[現在運転台数]7台と[所定の部分負荷容量比]40[%]とを掛け合わせた[台数減少基準負荷容量比]280[%]を超えるときは[現在運転台数]7台で運転する。このとき、1台当たりの[運転容量比]は、40[%](=280[%]/7台)を超えかつ45.7[%](=320[%]/7台)以下となる。一方、[合計要求運転容量比]が[台数減少基準負荷容量比]280[%]以下のときに運転中のチラーを1台減らして6台にする。
また、運転中のチラー100が6台のときに(図6中のβ3参照)、[合計要求運転容量比]が[現在運転台数]6台と[所定の部分負荷容量比]40[%]とを掛け合わせた[台数減少基準負荷容量比]240[%]を超えるときは[現在運転台数]6台で運転する。このとき、1台当たりの[運転容量比]は、40[%](=240[%]/6台)を超えかつ46.6[%](=280[%]/6台)以下となる。一方、[合計要求運転容量比]が[台数減少基準負荷容量比]240[%]以下のときに運転中のチラーを1台減らして5台にする。
以下、同様にして運転中のチラー100の台数を減らしていく。そして、運転中のチラー100が最小の1台の場合、1台当たりの[運転容量比]は、0[%]を超えかつ80[%](=80[%]/1台)以下となる。
なお、図6に示す例では、チラー100の台数を8台としたが、それに限定されるものではなく、チラー100の台数は、2台〜7台或いは9台以上であってもよい。
(親機のチラーの各チラーへの制御動作について)
図7は、親機のチラー(i)の各チラー100(1)〜100(n)への台数制御による制御動作の一例の流れを示すフローチャートである。
図7に示す制御動作では、先ず、親機のチラー(i)の制御装置140は、各チラー100(1)〜100(n)の出力を合計して合計要求運転容量(現在の負荷容量)を算出する(ステップS1)。
次に、親機のチラー(i)の制御装置140は、算出した合計要求運転容量が記憶部142に記憶しておいた前回の合計要求運転容量(初期値は0)と比較して増えたか否かを判定し(ステップS2)、増えたと判定した場合には(ステップS2:Yes)、運転中のチラー100の台数が最大台数か否かを判定し(ステップS3)、最大台数であると判定した場合には(ステップS3:Yes)、ステップS9に移行する一方、最大台数でないと判定した場合には(ステップS3:No)、Qt/(N+1)≧Qpの関係を満たすか否かを判定する(ステップS4)。
次に、親機のチラー(i)の制御装置140は、ステップS4でQt/(N+1)≧Qpの関係を満たさないと判定した場合には(ステップS4:No)、ステップS9に移行する一方、満たすと判定した場合には(ステップS4:Yes)、運転中のチラー100の台数を増やし(ステップS5)、ステップS9に移行する。
一方、親機のチラー(i)の制御装置140は、ステップS2で合計要求運転容量が前回の合計要求運転容量と比較して等しいか減ったと判定した場合には(ステップS2:No)、運転中のチラー100の台数が最小台数か否かを判定し(ステップS6)、最小台数であると判定した場合には(ステップS6:Yes)、ステップS9に移行する一方、最小台数でないと判定した場合には(ステップS6:No)、Qt/N≦Qpの関係を満たすか否かを判定する(ステップS7)。
次に、親機のチラー(i)の制御装置140は、ステップS7でQt/N≦Qpの関係を満たさないと判定した場合には(ステップS7:No)、ステップS9に移行する一方、満たすと判定した場合には(ステップS7:Yes)、運転中のチラー100の台数を減らし(ステップS8)、ステップS9に移行する。
次に、親機のチラー(i)の制御装置140は、合計要求運転容量を記憶部142に記憶し、処理終了の指示があるまで(ステップS10:No)、ステップS1〜ステップS10の処理を継続し、処理終了の指示があると(ステップS10:Yes)、処理を終了する。
(運転中のチラーを増減する際のチラーの選定について)
本実施の形態では、親機のチラー100(i)を含む複数台のチラー100(1)〜100(n)は、「正常状態」と、警報を発信した状態である「警報発信状態」と、「正常状態」と「警報発信状態」との間の状態であって警報を発信する前の状態(具体的には警報を発信する前に予報を発信した状態)である「警報発信前状態」とになり得る構成とされている。
詳しくは、各チラー100(1)〜100(n)は、運転を続行することができない運転不可能状態になった時に警報を発信する一方、正常状態とみなすことができないものの運転を続行する準運転状態になった時に使用者に注意喚起させる予報を発信する構成とされている。ここで、「運転不可能状態」としては、例えば、エンジンの故障等の重度の異常により物理的に運転ができない状態の他、物理的に運転が可能であるものの運転を禁止する必要がある状態や、デフロスト運転に切り替えられた状態を例示できる。また、「準運転状態」としては、例えば、一時的な異常等の軽度の異常(例えば各種センサ等の一時的な出力異常)が発生しているものの運転を禁止するまでもない状態を例示できる。
そして、親機のチラー100(i)(具体的には制御装置140(i))は、親機のチラー100(i)を含む複数台のチラー100(1)〜100(n)のうち、停止中のチラー100のうちの1台のチラー100に対して運転指令を発信するにあたり、「警報発信前状態」で運転している運転中のチラー100、「警報発信前状態」で運転を停止している運転停止中のチラー100、「正常状態」で運転している運転中のチラー100、および、「正常状態」で運転を停止している運転停止中のチラー100の順で次回運転指令対象のチラー100として選定する構成とされている。ここで、親機のチラー100(i)は、停止中のチラー100に対して運転指令を発信するので、実質的には、「警報発信前状態」での運転停止中のチラー100、および、「正常状態」での運転停止中のチラー100の順で次回運転指令対象のチラー100として選定することになる。
さらに、親機のチラー100(i)は、親機のチラー100(i)を含む複数台のチラー100(1)〜100(n)のうち、停止中のチラー100のうちの1台のチラー100に対して運転指令を発信するにあたり、同一状態(同じ優先順位)のチラー100同士については初期状態(所定のメンテナンスが1度もなされていない状態)または所定のメンテナンスを実施した時点(最新のメンテナンス時点)からの出力量(kWh)を積算した積算出力量(kWh)の小さい順に次回運転指令対象のチラー100として選定する構成とされている。
また、親機のチラー100(i)(具体的には制御装置140(i))は、運転中のチラー100のうちの1台のチラー100に対して停止指令を発信するにあたり、「正常状態」での運転停止中のチラー100、「正常状態」での運転中のチラー100、「警報発信前状態」での運転停止中のチラー100、および、「警報発信前状態」での運転中のチラー100の順で次回停止指令対象のチラー100として選定する構成とされている。ここで、親機のチラー100(i)は、運転中のチラー100に対して停止指令を発信するので、実質的には、「正常状態」での運転中のチラー100、および、「警報発信前状態」での運転中のチラー100の順で次回停止指令対象のチラー100として選定することになる。
さらに、親機のチラー100(i)は、親機のチラー100(i)を含む複数台のチラー100(1)〜100(n)のうち、運転中のチラー100のうちの1台のチラー100に対して停止指令を発信するにあたり、同一状態(同じ優先順位)のチラー100同士については初期状態(所定のメンテナンスが1度もなされていない状態)または所定のメンテナンスを実施した時点(最新のメンテナンス時点)からの出力量(kWh)を積算した積算出力量(kWh)の大きい順に次回停止指令対象のチラー100として選定する構成とされている。
図8は、運転中のチラー100を増減する際のチラー100の優先順位を決定するための図表である。なお、図8において、「◎」は「警報発信前状態」での運転中のチラー100、「〇」は「警報発信前状態」での運転停止中のチラー100、「▲」は「正常状態」での運転中のチラー100、「△」は「正常状態」での運転停止中のチラー100、「×」は「運転不可能状態」のチラー100を示している。
運転中のチラー100を増減する際のチラーの選定は、図8に示すような手順〔1〕〜手順〔11〕で行うことができる。なお、図8に示す例ではn=8として説明する。
手順〔1〕各チラー100(1)〜100(8)におけるエンジン60の積算出力量の小さい順(図8の図表中の左側から昇順)に並べ替える。
手順〔2〕「警報発信前状態」での運転中のチラー100の台数(警報発信前運転台数)をカウントする。図8の例では、各チラー100(1)〜100(8)のうちで「◎」の台数(2台)をカウントし、カウントした「◎」の台数(2台)を各チラー100(1)〜100(8)毎に記録する。
手順〔3〕「警報発信前状態」での運転停止中のチラー100の台数(警報発信前運転停止台数)をカウントする。図8の例では、各チラー100(1)〜100(8)のうちで「○」の台数(0台)をカウントし、カウントした「○」の台数(0台)を各チラー100(1)〜100(8)毎に記録する。
手順〔4〕「正常状態」での運転中のチラー100の台数(正常運転台数)をカウントする。図8の例では、各チラー100(1)〜100(8)のうちで「▲」の台数(3台)をカウントし、カウントした「▲」の台数(3台)を各チラー100(1)〜100(8)毎に記録する。
手順〔5〕「正常状態」での運転停止中のチラー100の台数(正常運転停止台数)をカウントする。図8の例では、各チラー100(1)〜100(8)のうちで「△」の台数(2台)をカウントし、カウントした「△」の台数(2台)を各チラー100(1)〜100(8)毎に記録する。
手順〔6〕エンジン60の積算出力量(〔1〕参照)の小さい順から(図8の図表中の左から)見て「警報発信前状態」での運転中のチラー100「◎」があれば、記憶部142に記憶される警報発信前運転カウンタC1(図2参照)をカウントアップする。図8の例では、エンジン60の積算出力量の並び順「1」〜「8」のうち「◎」がある並び順「2」および並び順「8」で「◎」の警報発信前運転カウンタC1をカウントアップする。
手順〔7〕エンジン60の積算出力量(〔1〕参照)の小さい順から(図8の図表中の左から)見て「警報発信前状態」での運転停止中のチラー100「〇」があれば、記憶部142に記憶される警報発信前運転停止カウンタC2(図2参照)をカウントアップする。図8の例では、エンジン60の積算出力量の並び順「1」〜「8」には「〇」がないので何れの並び順「1」〜「8」でも「〇」の警報発信前運転停止カウンタC2をカウントアップしない。
手順〔8〕エンジン60の積算出力量(〔1〕参照)の小さい順から(図8の図表中の左から)見て「正常状態」での運転中のチラー100「▲」があれば、記憶部142に記憶される正常運転カウンタC3(図2参照)をカウントアップする。図8の例では、エンジン60の積算出力量の並び順「1」〜「8」のうち「▲」がある並び順「1」、並び順「3」および並び順[6]で「▲」の正常運転カウンタC3をカウントアップする。
手順〔9〕エンジン60の積算出力量(〔1〕参照)の小さい順から(図8の図表中の左から)見て「正常状態」での運転停止中のチラー100「△」があれば、記憶部142に記憶される正常運転停止カウンタC4(図2参照)をカウントアップする。図8の例では、エンジン60の積算出力量の並び順「1」〜「8」のうち「△」がある並び順「4」および並び順「5]で「△」の正常運転停止カウンタC4をカウントアップする。
手順〔10〕エンジン60の積算出力量(〔1〕参照)の小さい順から(図8の図表中の左から)見て「運転不可能状態」のチラー100「×」があれば、記憶部142に記憶される運転不可能カウンタC5(図2参照)をカウントアップする。図8の例では、エンジン60の積算出力量の並び順「1」〜「8」のうち「×」がある並び順「7」で「×」の運転不可能カウンタC5をカウントアップする。
手順〔11〕前記した手順〔1〕〜手順〔10〕の数値から以下の(式1)〜(式5)を用いて、停止中のチラー100のうちの何れを先に運転させるかの優先順位、および、運転中のチラー100のうちの何れを先に停止させるかの優先順位を決定する。ここで、(式1)〜(式5)で得られた数値は、小さい程、停止中のチラー100のうちの何れを運転させるかを決定する優先度が高く、大きい程、運転中のチラー100のうちの何れを停止させるかを決定する優先度が高いことを表している。
・「警報発信前状態」での運転中のチラー100「◎」
「◎」の優先順位の値=「◎」の警報発信前運転カウンタC1のカウンタ値…(式1)
図8の例では、エンジン60の積算出力量の並び順「1」〜「8」のうち、「◎」がある並び順「2」で優先順位の値は、「1」(図表の左から2番目の「◎」欄で手順〔6〕の網掛け部の値)となり、並び順「8」で優先順位の値は、「2」(図表の右端の「◎」欄で手順〔6〕の網掛け部の値)となる。
・「警報発信前状態」での運転停止中のチラー100「○」
「○」の優先順位の値=「◎」の[警報発信前運転台数]の値+「○」の警報発信前運転停止カウンタC2のカウンタ値…(式2)
図8の例では、エンジン60の積算出力量の並び順「1」〜「8」には「〇」がないので優先順位はつけない。
・「正常状態」での運転中のチラー100「▲」
「▲」の優先順位の値=「◎」の「警報発信前運転台数」の値+「○」の「警報発信前運転停止台数」の値+「▲」の正常運転カウンタC3のカウンタ値…(式3)
図8の例では、エンジン60の積算出力量の並び順「1」〜「8」のうち、「▲」がある並び順「1」で優先順位の値は、「2」+「0」+「1」=「3」(図表の左端の「▲」欄で手順〔2〕〔3〕〔8〕の網掛け部の各値を合計した値)となり、並び順「3」で優先順位の値は、「2」+「0」+「2」=「4」(図表の左から3番目の「▲」欄で手順〔2〕〔3〕〔8〕の網掛け部の各値を合計した値)となり、並び順「6」で優先順位の値は、「2」+「0」+「3」=「5」(図表の右から3番目の「▲」欄で手順〔2〕〔3〕〔8〕の網掛け部の各値を合計した値)となる。
・「正常状態」での運転停止中のチラー100「△」
「△」の優先順位の値=「◎」の「警報発信前運転台数」の値+「○」の「警報発信前運転停止台数」の値+「▲」の「正常運転台数」の値+「△」の正常運転停止カウンタC4のカウンタ値…(式4)
図8の例では、エンジン60の積算出力量の並び順「1」〜「8」のうち、「△」がある並び順「4」で優先順位の値は、「2」+「0」+「3」+「1」=「6」(図表の左から4番目の「△」欄で手順〔2〕〔3〕〔4〕〔9〕の網掛け部の各値を合計した値)となり、並び順「5」で優先順位の値は、「2」+「0」+「3」+「2」=「7」(図表の右から4番目の「△」欄で手順〔2〕〔3〕〔4〕〔9〕の網掛け部の各値を合計した値)となる。
・「運転不可能状態」のチラー100「×」
「×」の優先順位の値=「◎」の「警報発信前運転台数」の値+「○」の「警報発信前運転停止台数」の値+「▲」の「正常運転台数」の値+「△」の「正常運転停止台数」の値+「×」の運転不可能カウンタC5のカウンタ値…(式5)
図8の例では、エンジン60の積算出力量の並び順「1」〜「8」のうち、「×」がある並び順「7」で優先順位の値は、「2」+「0」+「3」+「2」+「1」=「8」(図表の右から2番目の「×」欄で手順〔2〕〔3〕〔4〕〔5〕〔10〕の網掛け部の各値を合計した値)となる。
なお、図8に示す例では、n=8としたが、それに限定されるものではなく、n=2〜7或いはn≧9であってもよい。
[本実施の形態について]
以上説明したように、本実施の形態に係るチラーシステム1によれば、[合計要求運転容量]Qt/([現在運転台数]N+1)≧[部分負荷容量]Qpの関係を満たす場合に、停止中のチラー100のうちの1台のチラー100に対して運転指令を発信する構成、換言すれば、[合計要求運転容量]Qtが[現在運転台数]Nから1台増やした台数(N+1)と[部分負荷容量]Qpとを掛け合わせた[台数増加基準負荷容量]Qi未満のときは[現在運転台数]Nで運転し、[合計要求運転容量]Qtが[台数増加基準負荷容量]Qi以上のときに運転中のチラー100を1台増やす構成となっているため、運転中のチラー100が100%出力(定格出力)になる前にチラー100の運転台数を増やすことができ、これにより、たとえ定格出力に到らない部分負荷が継続するような場合でも、各チラー100(1)〜100(n)間で累積運転時間のばらつきが大きくなることを抑えることができ、それだけ各チラー100(1)〜100(n)間で累積運転時間を平準化させることができる。
また、チラーシステム1では、複数台のチラー100(1)〜100(n)のうち、停止中のチラー100のうちの1台のチラー100に対して運転指令を発信するにあたり、[警報発信前状態]での運転中のチラー100、[警報発信前状態]での運転停止中のチラー100、正常状態での運転中のチラー100、および、正常状態での運転停止中のチラー100の順で次回運転指令対象のチラー100として選定する構成となっていることで、複数台のチラー100(1)〜100(n)のうち、[警報発信前状態]でのチラー100を優先的に次回運転指令対象とすることができ、これにより、例えば、一時的な異常等の軽度の異常が発生しているチラー100を早期にメンテナンス対象状態に追い込むことができる。さらに、同一状態(同じ優先順位)のチラー100同士については初期状態または所定のメンテナンスを実施した時点からの積算出力量の小さい順に次回運転指令対象のチラー100として選定する構成となっていることで、同一状態のチラー100同士については積算出力量の小さい方のチラー100を優先して運転させることにより、各チラー100(1)〜100(n)間で累積運転時間を均衡させることができ、従って、各チラー100(1)〜100(n)間でメンテナンス時期を確実に合せることができる。
また、チラーシステム1では、[合計要求運転容量]Qt/[現在運転台数]N≦[部分負荷容量]Qpの関係を満たす場合に、運転中のチラー100のうちの1台のチラー100に対して停止指令を発信する構成、換言すれば、[合計要求運転容量]Qtが[現在運転台数]Nと[部分負荷容量]Qpとを掛け合わせた[台数減少基準負荷容量]Qdより大きいときは([1台当たりの運転容量]が[部分負荷容量]Qpより大きいときは)[現在運転台数]Nで運転し、[合計要求運転容量]Qtが[台数減少基準負荷容量]Qd以下のときに([1台当たりの運転容量]が[部分負荷容量]Qp以下のときに)運転中のチラー100を1台減らす構成となっていることで、1台当たりの運転容量の下限値([部分負荷容量]Qp)を設定することができ、運転効率の低い範囲での運転を防止することが可能となる。
また、チラーシステム1では、複数台のチラー100(1)〜100(n)のうち、運転中のチラー100のうちの1台のチラー100に対して停止指令を発信するにあたり、[正常状態]での運転停止中のチラー100、[正常状態]での運転中のチラー100、[警報発信前状態]での運転停止中のチラー100、および、[警報発信前状態]での運転中のチラー100の順で次回停止指令対象のチラー100として選定する構成となっていることで、複数台のチラー100(1)〜100(n)のうち、[警報発信前状態]でのチラー100を優先的に運転続行対象とすることができ、これにより、例えば、一時的な異常等の軽度の異常が発生しているチラー100を早期にメンテナンス対象状態に追い込むことができる。さらに、同一状態(同じ優先順位)のチラー100同士については初期状態または所定のメンテナンスを実施した時点からの積算出力量の大きい順に次回停止指令対象のチラー100として選定する構成となっていることで、同一状態のチラー100同士については積算出力量の大きい方のチラー100を優先して停止させることにより、各チラー100(1)〜100(n)間で積運転時間を均衡させることができ、従って、各チラー100(1)〜100(n)間でメンテナンス時期を確実に合せることができる。
本発明は、以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、かかる実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
1 チラーシステム
10 圧縮機
11 クラッチ
20 冷媒−空気熱交換器
30 冷媒−空気熱交換器用ファン
40 膨張弁
41 第1膨張弁
42 第2膨張弁
50 冷媒−循環液熱交換器
60 エンジン
70 エンジン排熱回収器
81 オイルセパレータ
81a バルブ
82 アキュムレータ
83 レシーバ
100 チラー
110 冷媒回路
111 四方弁
112 ブリッジ回路
1121 第1逆止弁列
1122 第2逆止弁列
112a 第1逆止弁
112b 第2逆止弁
112c 第3逆止弁
112d 第4逆止弁
113a 高圧ガス冷媒経路
113b 第1低圧ガス冷媒経路
113b1 合流経路
113c 第1ガス冷媒経路
113d 第1冷媒経路
113e 高圧液冷媒経路
113f 第1低圧気液二相冷媒経路
113g 第2冷媒経路
113h 第2ガス冷媒経路
113i 第2低圧気液二相冷媒経路
113j 第2低圧ガス冷媒経路
120 冷却水回路
121 第1サーモスタット型切替弁
122 第2サーモスタット型切替弁
123 ラジエータ
124a 流出経路
124b 流入経路
124c 第1経路
124d 第2経路
124e 第3経路
124f 第4経路
124g 第5経路
130 循環ポンプ
140 制御装置
141 処理部
142 記憶部
151 第1圧力センサ
152 第2圧力センサ
161 第1温度センサ
162 第2温度センサ
170 回転数センサ
200 循環液回路
210 流入幹管
211 流入枝管
220 流出幹管
221 流出枝管
231 流入循環液温度センサ
232 流出循環液温度センサ
300 循環ポンプ
C1 警報発信前運転カウンタ
C2 警報発信前運転停止カウンタ
C3 正常運転カウンタ
C4 正常運転停止カウンタ
C5 運転不可能カウンタ
N 現在運転台数
P1 第1中間接続点
P2 流出接続点
P3 第2中間接続点
P4 流入接続点
P5 合流点
P6 合流点
P7 合流点
Qd 台数減少基準負荷容量
Qi 台数増加基準負荷容量
Qp 部分負荷容量
Qt 合計要求運転容量

Claims (4)

  1. 冷媒の凝縮熱または蒸発熱により熱媒体としての温調用の循環液の温度を調節するヒートポンプ式のチラーが複数台接続されるチラーシステムであって、
    前記複数台のチラーのうち、運転中のチラーが存在する場合において、該運転中のチラーに要求される合計の運転容量である[合計要求運転容量]と、該運転中のチラーの台数である[現在運転台数]と、所定の部分負荷の負荷容量である[部分負荷容量]とが、
    [合計要求運転容量]/([現在運転台数]+1)≧[部分負荷容量]
    の関係を満たす場合に、停止中の前記チラーのうちの1台のチラーに対して運転指令を発信することを特徴とするチラーシステム。
  2. 請求項1に記載のチラーシステムであって、
    前記複数台のチラーは、正常状態と、警報を発信した状態である警報発信状態と、前記正常状態と前記警報発信状態との間の状態である警報発信前状態とになり得る構成とされており、
    前記警報発信前状態で運転している運転中のチラー、前記警報発信前状態で運転を停止している運転停止中のチラー、前記正常状態で運転している運転中のチラー、および、前記正常状態で運転を停止している運転停止中のチラーの順で次回運転指令対象のチラーとして選定し、
    同一状態のチラー同士については初期状態または所定のメンテナンスを実施した時点からの積算出力量の小さい順に次回運転指令対象のチラーとして選定することを特徴とするチラーシステム。
  3. 請求項1または請求項2に記載のチラーシステムであって、
    前記複数台のチラーのうち、運転中のチラーが存在する場合において、
    [合計要求運転容量]/[現在運転台数]≦[部分負荷容量]
    の関係を満たす場合に、運転中の前記チラーのうちの1台のチラーに対して停止指令を発信することを特徴とするチラーシステム。
  4. 請求項3に記載のチラーシステムであって、
    前記複数台のチラーは、正常状態と、警報を発信した状態である警報発信状態と、前記正常状態と前記警報発信状態との間の状態である警報発信前状態とになり得る構成とされており、
    前記正常状態で運転を停止している運転停止中のチラー、前記正常状態で運転している運転中のチラー、前記警報発信前状態で運転を停止している運転停止中のチラー、および、前記警報発信前状態で運転している運転中のチラーの順で次回停止指令対象のチラーとして選定し、
    同一状態のチラー同士については初期状態または所定のメンテナンスを実施した時点からの積算出力量の大きい順に次回停止指令対象のチラーとして選定することを特徴とするチラーシステム。
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