JP4093821B2

JP4093821B2 - 連結型冷温水装置

Info

Publication number: JP4093821B2
Application number: JP2002236206A
Authority: JP
Inventors: 岡田　　隆; 正和藤本
Original assignee: 荏原冷熱システム株式会社
Priority date: 2001-08-17
Filing date: 2002-08-14
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2022-08-14
Also published as: JP2003130428A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連結型冷温水装置に係わり、特に、圧縮機、蒸発器、凝縮器及び絞り機構により冷温水サイクルを形成する一つの冷温水機を一つのモジュールとして、それを数台並列に連結して一体とした冷温水機の組とするシステムにおいて、冷水又は温水の入口又は出口温度、冷水又は温水の流量並びに送水圧力の制御を可能にした連結型冷温水装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の連結型冷温水装置を、図４に示す全体構成図を用いて説明する。
図４において、１は入口連結管、２は冷（温）水又はブラインポンプ、３、４、５、６、７は冷温水機、８は出口連結管、９は入口温度、１０は出口温度、１１は送りヘッダ、１２は戻りヘッダ、１３は冷温水バイパス弁、１４、１５は空調器などの負荷熱交換器、１６、１７は負荷容量制御弁、１８は冷却水／熱源水ポンプ、１９は循環式冷却水／熱源水槽、２０は一過式冷却水／熱源水源、２１は一過式冷却水／熱源水戻り、２２、２３、２４、２５は循環式一過式切替弁を示す。図から明らかなように連結型冷温水装置は、負荷設備１４，１５と、並列に接続された複数台の冷温水機３〜７が、冷温水配管によってループ状に接続されており、冷温水機には、冷温水配管と共に冷却水／熱源水配管が接続されている。なお、冷温水配管は、冷温水機からの冷水又は温水を負荷側設備に供給する冷温水送り配管と、負荷側設備からの冷水又は温水を冷温水機に戻す冷温水戻り配管とから構成されており、冷却水／熱源水配管は、冷温水機からの冷却水又は熱源水を流す冷却水／熱源水戻り配管と、冷却水又は熱源水を冷温水機に送る冷却水／熱源水送り配管とから構成されている。図４に示す装置においては、冷温水送り配管及び冷温水戻り配管に、それぞれ送りヘッダ１１及び戻りヘッダ１２が配置されている。
【０００３】
この設備で、冷（温）水又はブラインは、戻りヘッダ１２から冷（温）水又はブラインポンプ２によって圧送されて、冷温水機３、４、５、６、７に入り、冷却又は加熱される。この際、冷温水出口連結管８で混合された冷温水の出口温度１０が一定になるように温度制御され、送りヘッダ１１から各負荷設備１４，１５に送られる。
【０００４】
図４に示す運転状態は、冷水又はブラインを冷却している運転を示す。この運転状態において、冷却負荷が減少してくると、負荷容量制御弁１６，１７を絞ることによって負荷熱交換器へ通水する冷水又はブラインの量を低減すると共に、台数制御演算により冷温水機の運転台数を減少させる。しかしながら、例えば、冷温水機６、７が停止した場合、残る冷温水機３、４、５によって冷却された冷水又はブラインと、停止中の冷温水機６、７を入口温度９のまま通過した冷水又はブラインが、出口連結管８で混り合い、出口温度１０は冷温水機全台運転時と比較して上昇してしまう。この場合、冷温水機全台運転時の出口温度１０と同温度にするためには、運転中の冷温水機３、４、５の各出口温度を冷温水機全台運転時より低く制御する必要がある。
【０００５】
例えば、出口温度を７．０℃にしたい場合で、入口温度９が１０．０℃の時、冷温水機３、４、５の出口温度は５．０℃としなければならない。
また、冷却水又は熱源水に関しても、停止中の冷温水機に対して運転機と同様通水される。
【０００６】
この場合、▲１▼出口温度１０を一定に保持するためには、各冷温水機の冷水又は温水の入口又は出口温度を設定温度に一定に制御する装置のほかに、台数制御された冷温水機の運転台数に応じて各冷温水機の冷水又は温水の入口又は出口温度の設定値を変更する制御装置が別途必要であり、▲２▼冷温水機の入口又は出口温度低下（加熱時は上昇）によるＣ．Ｏ．Ｐ（成績係数）の低下が生じて、過剰エネルギー消費となり、▲３▼負荷減少によって負荷容量制御弁１６、１７が絞られることに伴い、必要以上の冷（温）水又はブラインが冷温水バイパス弁１３を流れることになり、搬送動力の無駄を生じ、▲４▼冷水製造時の冷却水系又は温水製造時（ヒートポンプ運転時）の熱源水系に関しても、上記と同様の理由により、負荷減少による冷温水機の運転台数制御時には搬送動力の無駄が生じ、▲５▼停止中の冷温水機の内部配管を必要以上に汚すという問題点を有していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、連結されている一部の冷温水機が台数制御によって停止した際には、各冷温水機の入口又は出口目標温度の設定値を変動させることなく、冷温水を負荷側設備に目標温度で且つ適正流量で供給するように制御できると共に、冷却水又は熱源水の搬送動力も低減することができる連結型冷温水装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、
１．負荷側設備と、並列に接続された複数台の冷温水機とが、冷温水配管によってループ状に接続されて構成されている冷温水装置であって；冷温水機には、冷温水配管と共に冷却水／熱源水配管が接続されており；冷温水配管は、冷温水機からの冷水又は温水を負荷側設備に供給する冷温水送り配管と、負荷側設備からの冷水又は温水を冷温水機に戻す冷温水戻り配管とから構成されており、冷却水／熱源水配管は、冷温水機からの冷却水又は熱源水を流す冷却水／熱源水戻り配管と、冷却水又は熱源水を冷温水機に送る冷却水／熱源水送り配管とから構成されており；各冷温水機へ冷温水を供給する冷温水入口配管、及び／又は、各冷温水機からの冷温水を流す冷温水出口配管には、通水弁が設けられており；上記複数台の冷温水機を台数制御すると共に、各冷温水機の冷温水入口配管及び／又は冷温水出口配管に設けられた通水弁を開閉させて、冷温水の流量制御を行う装置を配した；ことを特徴とする、連結型冷温水装置を提供する。
【０００９】
また、本発明の好ましい各種態様は、次の通りである。
２．複数台の冷温水機と負荷側設備とを接続する冷温水配管の経路に、可変速装置を有するポンプ又は複数台のポンプが配置され；上記通水弁の開閉によって変動したポンプ吐出圧力、又は、冷温水送り配管と冷温水戻り配管との間の差圧を、ポンプの可変速装置による速度制御若しくは複数台のポンプの台数制御によって適正圧力に調整する制御装置を配した；ことを特徴とする、上記第１項に記載の連結型冷温水装置。
【００１０】
３．複数台の冷温水機と負荷側設備とを接続する冷温水配管の経路に、冷温水送り配管と冷温水戻り配管とを結ぶバイパス経路が配置され；該バイパス経路を通るバイパス流量を０に近づけるように、ポンプの可変速装置による速度制御若しくは複数台のポンプの台数制御を行う制御装置を配した；ことを特徴とする、上記第２項に記載の連結型冷温水装置。
【００１１】
４．冷温水送り配管及び冷温水戻り配管に、それぞれ、冷温水送りヘッダ及び冷温水戻りヘッダが設けられており；通水弁の開閉によって変動した両ヘッダ間の差圧を、ポンプの可変速装置による速度制御若しくは複数台のポンプの台数制御によって適正圧力に調整する制御装置を配した；ことを特徴とする、上記第２項に記載の連結型冷温水装置。
【００１２】
５．冷温水送り配管及び冷温水戻り配管に、それぞれ、冷温水送りヘッダ及び冷温水戻りヘッダが設けられていると共に、両ヘッダ間を結ぶバイパス経路が形成されており；該バイパス経路を通るバイパス流量を０に近づけるように、ポンプの可変速装置による速度制御若しくは複数台のポンプの台数制御を行う制御装置を配した；ことを特徴とする、上記第３項に記載の連結型冷温水装置。
【００１３】
６．各冷温水機へ冷却水又は熱源水を供給する冷却水／熱源水入口配管、及び／又は、各冷温水機からの冷却水又は熱源水を流す冷却水／熱源水出口配管に、通水弁が設けられており；上記複数台の冷温水機を台数制御すると共に、各冷温水機の冷却水／熱源水入口配管及び／又は冷却水／熱源水出口配管に設けられた通水弁を開閉させて、冷却水又は熱源水の流量制御を行う装置を配した；ことを特徴とする、上記第１項〜第５項のいずれかに記載の連結型冷温水装置。
【００１４】
７．冷却水／熱源水配管の経路に、可変速装置を有するポンプ又は複数台のポンプが配置され；上記通水弁の開閉によって変動したポンプ吐出圧力、又は、冷却水／熱源水戻り配管と冷却水／熱源水送り配管との間の差圧を、ポンプの可変速装置による速度制御若しくは複数台のポンプの台数制御によって適正圧力に調整する制御装置を配した；ことを特徴とする、上記第６項に記載の連結型冷温水装置。
【００１５】
８．冷却水／熱源水配管の経路に、冷却水／熱源水送り配管と冷却水／熱源水戻り配管とを結ぶバイパス経路が配置され；該バイパス経路を通るバイパス流量を０に近づけるように、ポンプの可変速装置による速度制御若しくは複数台のポンプの台数制御を行う制御装置を配した；ことを特徴とする、上記第７項に記載の連結型冷温水装置。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい態様に係る連結型冷温水装置は、複数台の冷温水機をモジュール型で並列に連結して冷温水機の組とし、各々の冷温水機に冷温水入口温度又は冷温水出口温度の制御機能を配し、負荷量の変動に応じて冷温水機の運転台数の制御を行う機能を有すると共に、冷温水機の台数制御に対応して、各冷温水機の冷温水入口配管又は冷温水出口配管に取付られた通水弁を開閉して、冷温水機の組に通水される冷温水の全流量を制御し、更に、当該通水弁を開閉することにより上昇したポンプ吐出圧力又は冷温水の送り配管と戻り配管との間の差圧を、ポンプの可変速装置又はポンプの台数制御により適正圧力に調整することによって搬送動力の無駄を排除して省エネを図る機能を有したものである。
【００１７】
また、本発明の他の好ましい態様に係る連結型冷温水装置は、複数台の冷温水機をモジュール型で並列に連結して冷温水機の組とし、各々の冷温水機に入口又は出口温度の制御機能を配し、負荷量の変動に応じて冷温水機の運転台数の制御を行う機能を有すると共に、冷温水機の台数制御に応じて各冷温水機の冷却水／熱源水入口配管又は冷却水／熱源水出口配管に取付られた通水弁を開閉して、冷温水機の組に通水される冷却水／熱源水の全流量を制御し、更に、当該通水弁を開閉することにより上昇したポンプ吐出圧力又は冷却水／熱源水の送り配管と戻り配管との間の差圧を、ポンプの可変速装置又はポンプの台数制御により適正圧力に調整することによって搬送動力の無駄を排除して省エネを図る機能を有したものである。
【００１８】
次に、本発明を図面を用いて説明する。
図１に、本発明の一態様に係る、モジュール５台連結型冷温水機と２台の負荷側設備とを接続して構成される冷温水装置の全体構成図を示し、以下に冷房運転を例にとって説明する。
【００１９】
同時に、冷却負荷が少なくなった場合の具体例として、冷水温度並びに冷水流量を図中に記載する。
ここで、予め各冷温水機に設定されている冷水又はブライン温度を７．０℃、モジュール型冷温水機一台当たりの冷水又はブライン流量をＱとする。
【００２０】
図１において、１〜２５は図４と同様である。２６、２７、２８、２９、３０は冷温水通水弁、３１、３２、３３、３４、３５は冷却水／熱源水通水弁、３６は冷温水又はブラインポンプ吐出圧力検出器、３７は圧力調節器、３８は冷温水又はブラインポンプ可変速装置、３９は冷却水／熱源水ポンプ吐出圧力検出器、４０は圧力調節器、４１は冷却水／熱源水ポンプ可変速装置である。
【００２１】
図１の連結型冷温水機の運転状況について説明すると、負荷量が少なくなって、台数制御によって冷温水機６、７を停止した場合、冷温水通水弁２９、３０を閉とすることで、停止中の冷温水機６，７に流れる冷水又はブラインを遮断する。これにより運転中の冷温水機３、４、５の各出口温度は７．０℃のままで出口温度１０が７．０℃となり、負荷側設備に７．０℃の冷水又はブラインを供給できる。
【００２２】
また、冷水又は温水通水弁２９、３０を閉めることで、冷温水又はブラインポンプ２の吐出圧力が上昇するが、このポンプ吐出圧力の上昇を、冷温水又はブラインポンプ吐出圧力検出器３６で検知し、圧力調節器３７に伝送し、圧力調節器３７により冷温水又はブラインポンプ可変速装置３８を制御して冷温水又はブラインポンプ２の吐出圧力を低減することにより、無駄な搬送動力を削減することができる。また、負荷量の低減に応じて負荷容量制御弁１６，１７が絞られることにより、冷温水バイパス弁１３に余剰分の冷温水が流れるが、上記のようにポンプ２の吐出流量を低減させることにより、冷温水バイパス弁１３の流量を０に近づけることができ、これにより、更に搬送動力の削減を図ることができる。
【００２３】
冷却水については、冷温水機６、７を停止した場合、冷却水／熱源水通水弁３４、３５を閉とすることで、停止中の冷温水機に流れる冷却水を遮断する。
また、冷却水／熱源水通水弁３４、３５を閉めることで、冷却水／熱源水ポンプ１８吐出圧力が上昇するので、冷却水／熱源水ポンプ吐出圧力検出器３９で吐出圧力を検出し、圧力調節器４０に伝送し、圧力調節器４０により冷却水／熱源水ポンプ可変速装置４１を制御して、冷却水／熱源水ポンプ１８の吐出圧力を低減させることにより、無駄な搬送動力を削減することができる。
【００２４】
図２に、図１とは異なる本発明の他の態様に係る冷温水装置の全体構成図を示す。
図２の設備において、１〜３５は図１と同様である。２’は冷温水又はブラインポンプ、１８’は冷却水／熱源水ポンプ、３６’はヘッダ差圧検出器、３７’は差圧調節器、３９’は冷却水差圧発信器、４０’は差圧調節器である。
【００２５】
この設備の場合、冷温水又はブラインポンプ２の吐出圧力の代わりに、送りヘッダ１１と戻りヘッダ１２との間のヘッダ差圧を差圧検出器３６’にて検知して、差圧調節器３７’に伝送し、差圧調節器により冷温水又はブラインポンプ２、２’を台数制御して、無駄な搬送動力を削減することができる。図２では冷温水又はブラインポンプを２台設置した例を説明しているが、２台以上の場合も同様である。また、冷温水又はブライン二次ポンプ４２、４３を使用する場合も同様である。
【００２６】
冷温水機用の冷却水又は熱源水に関しては、冷却水／熱源水ポンプの吐出圧力の代わりに冷却水送り配管と冷却水戻り配管との間の差圧を差圧検出器３９’にて検知して、差圧調節器４０’に伝送し、差圧調節器により冷却水／熱源水ポンプ１８、１８’を台数制御して、無駄な搬送動力を削減することができる。図２では冷却水／熱源水ポンプを２台設置した例を説明しているが、２台以上の場合も同様である。
【００２７】
なお、図１及び図２では、冷温水送り配管及び冷温水戻り配管にそれぞれ、冷温水送りヘッダ及び冷温水戻りヘッダが配置されているシステムに関して説明しているが、送りヘッダ及び戻りヘッダを配置しないシステムにおいても、本発明を適用することができる。例えば、図１のシステムにおいて、冷温水送りヘッダ１１及び戻りヘッダ１２を配置せずに、冷温水送り配管と戻り配管との間にバイパス経路を接続して、当該バイパス経路を通る冷温水の流量を０に近づけるようにポンプ２の吐出流量を制御することができる。また、図２のシステムにおいても、同様に、送りヘッダ１１及び戻りヘッダ１２を配置せずに、冷温水送り配管と戻り配管との間に差圧検出器３６’及びバイパス経路を接続することができる。
【００２８】
これまでの説明は、冷水又はブライン冷却時の場合を説明したが、温水加熱時の場合も同様である。
なお、図３に、本発明に用いる個々の冷温水機の全体構成図を示す。
【００２９】
図３において、４４は蒸発器、４５は圧縮機、４６は凝縮器、４７は絞り機構を示す。
図３の冷温水機の冷凍サイクルについて説明すると、蒸発器４４で蒸発した冷媒ガスが圧縮機４５で圧縮され、凝縮器４６に導入されて冷却水４８により冷却されて液化し、液化した冷媒液は、絞り機構４７で減圧されて蒸発器４４の冷媒室に入り、冷水又はブライン入口ノズル１から入る冷水又はブラインから、熱を奪って蒸発して循環される。それにより、冷水又はブラインは冷却されて、冷水又はブライン出口ノズル８から出ていく。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、連結型冷温水装置において、前記のような制御方式を採ることにより、▲１▼負荷量の低減に伴う冷温水機の台数制御に伴って、各冷温水機の冷温水の入口又は出口温度の設定値（目標温度）を変更する制御を行う別途装置は必要なく、▲２▼一部冷温水機が停止した場合でも、冷水又は温水の入口又は出口温度の設定値を低下させる必要がないため、Ｃ．Ｏ．Ｐ（成績係数）の低下が生じず、冷温水を目標温度で負荷側設備に供給でき、▲３▼冷却又は加熱負荷に対応して、冷温水及び冷却水／熱源水を適正流量とすることができるので、搬送動力の無駄がなくなり、▲４▼停止中の冷温水機の内部配管を必要以上に汚す事がない運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一態様に係る、モジュール連結型冷温水機と負荷側設備とを接続した冷温水装置を示す全体構成図。
【図２】本発明の他の態様に係る、モジュール連結型冷温水機と負荷側設備とを接続した冷温水装置を示す全体構成図。
【図３】本発明に用いる個々の冷温水機の概念図。
【図４】従来のモジュール連結型冷温水機と負荷側設備とを接続した冷温水装置の全体構成図。
【符号の説明】
１：入口連結管、２、２’：冷（温）水又はブラインポンプ、３、４、５、６、７：冷温水機、８：出口連結管、９：入口温度、１０：出口温度、１１：送りヘッダ、１２：戻りヘッダ、１３：冷温水バイパス弁、１４、１５：負荷熱交換器、１６、１７：負荷容量制御弁、１８、１８’：冷却水／熱源水ポンプ、１９：循環式冷却水／熱源水槽、２０：一過式冷却水／熱源水源、２１：一過式冷却水／熱源水戻り、２２、２３、２４、２５：循環式一過式切替弁、２６、２７、２８、２９、３０：冷水又は温水通水弁、３１、３２、３３、３４、３５：冷却水／熱源水通水弁、３６：冷（温）水又はブラインポンプ吐出圧力検出器、３６’：ヘッダ差圧検出器、３７：圧力調節器、３７’：差圧調節器、３８：冷（温）水又はブラインポンプ可変速装置、３９：冷却水／熱源水ポンプ吐出圧力検出器、３９’：冷却水差圧発信器、４０：圧力調節器、４０’：差圧調節器、４１：冷却水／熱源水ポンプ可変速装置、４２、４３：冷（温）水又はブライン二次ポンプ、４４：蒸発器、４５：圧縮機、４６：凝縮器、４７：絞り機構

Claims

負荷側設備と、並列に接続された複数台の冷温水機とが、冷温水配管によってループ状に接続されて構成されている冷温水装置であって；
冷温水機には、冷温水配管と共に冷却水／熱源水配管が接続されており；
冷温水配管は、冷温水機からの冷水又は温水を負荷側設備に供給する冷温水送り配管と、負荷側設備からの冷水又は温水を冷温水機に戻す冷温水戻り配管とから構成されており、各冷温水機へ冷温水を供給する冷温水入口配管、及び／又は、各冷温水機からの冷温水を流す冷温水出口配管には、冷温水通水弁が設けられており；上記複数台の冷温水機を台数制御すると共に、各冷温水機の冷温水入口配管及び／又は冷温水出口配管に設けられた冷温水通水弁を開閉させて、冷温水の流量制御を行う装置を配し；
冷却水／熱源水配管は、冷温水機からの冷却水又は熱源水を流す冷却水／熱源水戻り配管と、冷却水又は熱源水を冷温水機に送る冷却水／熱源水送り配管とから構成されており；各冷温水機へ冷却水又は熱源水を供給する冷却水／熱源水入口配管、及び／又は、各冷温水機からの冷却水又は熱源水を流す冷却水／熱源水出口配管に、冷却水／熱源水通水弁が設けられており；上記複数台の冷温水機を台数制御すると共に、各冷温水機の冷却水／熱源水入口配管及び／又は冷却水／熱源水出口配管に設けられた冷却水／熱源水通水弁を開閉させて、冷却水又は熱源水の流量制御を行う装置を配し；
冷却水／熱源水配管の経路に、可変速装置を有する冷却水／熱源水ポンプ又は複数台の冷却水／熱源水ポンプが配置され；上記冷却水／熱源水通水弁の開閉によって変動した冷却水／熱源水ポンプ吐出圧力、又は、冷却水／熱源水戻り配管と冷却水／熱源水送り配管との間の差圧を、冷却水／熱源水ポンプ可変速装置による速度制御若しくは複数台の冷却水／熱源水ポンプの台数制御によって適正圧力に調整する制御装置を配した；ことを特徴とする、連結型冷温水装置。
複数台の冷温水機と負荷側設備とを接続する冷温水配管の経路に、可変速装置を有する冷温水ポンプ又は複数台の冷温水ポンプが配置され；上記冷温水通水弁の開閉によって変動した冷温水ポンプ吐出圧力、又は、冷温水送り配管と冷温水戻り配管との間の差圧を、冷温水ポンプ可変速装置による速度制御若しくは複数台の冷温水ポンプの台数制御によって適正圧力に調整する制御装置を配した；ことを特徴とする、請求項１に記載の連結型冷温水装置。
複数台の冷温水機と負荷側設備とを接続する冷温水配管の経路に、冷温水送り配管と冷温水戻り配管とを結ぶバイパス経路が配置され；該バイパス経路を通るバイパス流量を０に近づけるように、冷温水ポンプ可変速装置による速度制御若しくは複数台の冷温水ポンプの台数制御を行う制御装置を配した；ことを特徴とする、請求項２に記載の連結型冷温水装置。
冷温水送り配管及び冷温水戻り配管に、それぞれ、冷温水送りヘッダ及び冷温水戻りヘッダが設けられており；冷温水通水弁の開閉によって変動した両ヘッダ間の差圧を、冷温水ポンプ可変速装置による速度制御若しくは複数台の冷温水ポンプの台数制御によって適正圧力に調整する制御装置を配した；ことを特徴とする、請求項２に記載の連結型冷温水装置。
冷温水送り配管及び冷温水戻り配管に、それぞれ、冷温水送りヘッダ及び冷温水戻りヘッダが設けられていると共に、両ヘッダ間を結ぶバイパス経路が形成されており；該バイパス経路を通るバイパス流量を０に近づけるように、冷温水ポンプ可変速装置による速度制御若しくは複数台の冷温水ポンプの台数制御を行う制御装置を配した；ことを特徴とする、請求項３に記載の連結型冷温水装置。