JP5299680B2 - Cooling system and cooling method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷却塔のフリークーリングを利用して冷却を行う冷却システムおよび冷却方法に関し、特に、冷却システム全体の消費電力を最小化することができる冷却システムおよび冷却方法に関する。 The present invention relates to a cooling system and a cooling method that perform cooling using free cooling of a cooling tower, and more particularly to a cooling system and a cooling method that can minimize power consumption of the entire cooling system.
冬期の外気温度が低い期間では、冷却塔のフリークーリングにより温度の低い冷水を作ることができる。特許文献１には、冷凍機を運転して冷水を作るモードと、冷凍機の運転を停止した状態で冷却塔のフリークーリングを利用して冷水を作るモードとを、選択的に実施する構成が開示されている。これにより、冬期に、冷却塔のフリークーリングを利用し、冷凍機の消費電力を削減できる。 In the period when the outside air temperature is low in winter, cold water having a low temperature can be produced by free cooling of the cooling tower. Patent Document 1 has a configuration in which a mode in which a refrigerator is operated to produce cold water and a mode in which cold water is produced using free cooling of the cooling tower in a state where the operation of the refrigerator is stopped are selectively implemented. It is disclosed. Thereby, in winter, the free cooling of the cooling tower can be used to reduce the power consumption of the refrigerator.
冷却塔のフリークーリングを利用することにより、冷凍機の消費電力は削減できるが、外気を導入する冷却塔のファン動力の電力や、冷却塔で得られた冷熱を伝熱するためのポンプ動力の電力が消費される。 By using free cooling of the cooling tower, the power consumption of the refrigerator can be reduced, but the power of the fan power of the cooling tower that introduces outside air and the power of the pump power to transfer the cold energy obtained in the cooling tower Electricity is consumed.
本発明が解決しようとする課題は、冷却塔のフリークーリングを利用して冷却を行う場合において、冷却塔のファン動力の消費電力とポンプ動力の消費電力との合計を削減することである。 The problem to be solved by the present invention is to reduce the sum of the power consumption of fan power and the power of pump power in the cooling tower when cooling is performed using free cooling of the cooling tower.
本発明の第一の態様は、フリークーリングを利用して冷却対象媒体の冷却を行う冷却システムにおいて、ファンを有し、外気により第１の冷水を冷却する冷却塔と、前記冷却塔で冷却された第１の冷水と第２の冷水とを熱交換する第１熱交換器と、前記第２の冷水と前記冷却対象媒体とを熱交換する第２熱交換器と、前記冷却塔と前記第１熱交換器との間で前記第１の冷水を循環させる第１ポンプと、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間で前記第２の冷水を循環させる第２ポンプと、少なくとも前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度を入力値とし、前記冷却塔の前記ファンの消費電力、前記第１ポンプの消費電力および前記第２ポンプの消費電力を含む消費電力の合計値を求めるシミュレーションを行うシミュレータと、前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度の入力値を変化させて前記シミュレータに入力し、前記シミュレーションの結果から前記消費電力の合計値が最小となる前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度を最適値として取得する最適値取得手段と、本冷却システムの前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度を前記最適値取得手段によって取得された前記最適値に設定する最適値設定手段を備え、前記冷却対象媒体が液体であり、前記液体と気体とを熱交換して前記気体を冷却する第３熱交換器をさらに備え、前記シミュレータは、前記冷却対象媒体側から前記冷却塔の方向に、前記第２ポンプ、前記第１ポンプ、前記冷却塔の前記ファンの順番でこれら各部の消費電力を計算することを特徴とする冷却システムを提供する。 A first aspect of the present invention is a cooling system that cools a medium to be cooled using free cooling, a cooling tower that has a fan and cools first cold water using outside air, and is cooled by the cooling tower. A first heat exchanger that exchanges heat between the first cold water and the second cold water, a second heat exchanger that exchanges heat between the second cold water and the medium to be cooled, the cooling tower, and the first A first pump for circulating the first cold water between the first heat exchanger and a second pump for circulating the second cold water between the first heat exchanger and the second heat exchanger; , Including at least the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water as input values and including power consumption of the fan, power consumption of the first pump, and power consumption of the second pump of the cooling tower A simulator that performs a simulation to determine the total power The first cold water temperature at which the total value of the power consumption is minimized from the result of the simulation by changing the input values of the first cold water temperature and the second cold water temperature and inputting them to the simulator. And an optimum value acquisition means for acquiring the temperature of the second cold water as an optimum value, and the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water of the cooling system acquired by the optimum value acquisition means. An optimum value setting means for setting to an optimum value , wherein the medium to be cooled is a liquid, and further includes a third heat exchanger that cools the gas by exchanging heat between the liquid and the gas. from the cooling target medium side in the direction of the cooling tower, the second pump, the first pump, cooling system, characterized in that to calculate the power consumption of these sections in the order of the fan of the cooling tower To provide.
この発明によれば、第１の冷水（外気により冷却される水である）の温度および第２の冷水（第１の冷水により冷却されて冷却対象媒体と熱交換される水である）の温度の２つの温度を独立変数として変化させてシミュレーションが行われて、これらの最適値が実際の冷却システムに設定されるので、単に冷凍機に係る消費電力を削減できるだけでなく、冷却塔のファンおよびポンプに係る消費電力の合計をも削減できる。
また、この発明によれば、各種の入力値のうち一定の設定値として扱うことが可能な冷却対象媒体側から各部の消費電力が計算されるので、第１の冷水の温度および第２の冷水の温度を変化させながら繰り返す消費電力合計値の計算負荷を低減できるとともに、最適値を容易に求めることができる。
また、冷却対象媒体は水であり、第３熱交換器は水と空気とを熱交換して空気を冷却する冷却コイルである。これにより、効率よく空調を行うことができる。
According to the present invention, the temperature of the first cold water (water that is cooled by outside air) and the temperature of the second cold water (water that is cooled by the first cold water and heat-exchanged with the medium to be cooled). These two temperatures are changed as independent variables and simulations are performed, and these optimum values are set in the actual cooling system, so that not only can the power consumption of the refrigerator be reduced, but also the cooling tower fan and The total power consumption related to the pump can also be reduced.
Further, according to the present invention, the power consumption of each part is calculated from the cooling target medium side that can be handled as a fixed set value among various input values, so the temperature of the first cold water and the second cold water It is possible to reduce the calculation load of the total power consumption repeated while changing the temperature, and to easily obtain the optimum value.
The cooling target medium is water, and the third heat exchanger is a cooling coil that cools air by exchanging heat between water and air. Thereby, air conditioning can be performed efficiently.
本発明の第二の態様は、フリークーリングを利用して冷却対象媒体の冷却を行う冷却システムにおいて、ファンを有し、外気により第１の冷水を冷却する冷却塔と、前記冷却塔で冷却された第１の冷水と第２の冷水とを熱交換する第１熱交換器と、前記第２の冷水と前記冷却対象媒体とを熱交換する第２熱交換器と、前記冷却塔と前記第１熱交換器との間で前記第１の冷水を循環させる第１ポンプと、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間で前記第２の冷水を循環させる第２ポンプと、少なくとも前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度を入力値とし、前記冷却塔の前記ファンの消費電力、前記第１ポンプの消費電力および前記第２ポンプの消費電力を含む消費電力の合計値を求めるシミュレーションを行うシミュレータと、前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度の入力値を変化させて前記シミュレータに入力し、前記シミュレーションの結果から前記消費電力の合計値が最小となる前記冷却塔の前記ファンのインバータ周波数および前記第１ポンプのインバータ周波数を最適値として取得する最適値取得手段と、前記冷却塔の前記ファンのインバータ周波数および前記第１ポンプのインバータ周波数を前記最適値取得手段によって取得された前記最適値に設定する最適値設定手段を備え、前記冷却対象媒体が液体であり、前記液体と気体とを熱交換して前記気体を冷却する第３熱交換器をさらに備え、前記シミュレータは、前記冷却対象媒体側から前記冷却塔の方向に、前記第２ポンプ、前記第１ポンプ、前記冷却塔の前記ファンの順番でこれら各部の消費電力を計算することを特徴とする冷却システムを提供する。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a cooling system that cools a medium to be cooled using free cooling, a cooling tower that has a fan and cools the first cold water by outside air, and is cooled by the cooling tower. A first heat exchanger that exchanges heat between the first cold water and the second cold water, a second heat exchanger that exchanges heat between the second cold water and the medium to be cooled, the cooling tower, and the first A first pump for circulating the first cold water between the first heat exchanger and a second pump for circulating the second cold water between the first heat exchanger and the second heat exchanger; , Including at least the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water as input values and including power consumption of the fan, power consumption of the first pump, and power consumption of the second pump of the cooling tower A simulator that performs a simulation to determine the total power The input value of the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water is changed and input to the simulator. From the result of the simulation, the fan of the cooling tower whose total power consumption is minimized The optimum value obtaining means for obtaining the inverter frequency and the inverter frequency of the first pump as optimum values, and the inverter frequency of the fan of the cooling tower and the inverter frequency of the first pump obtained by the optimum value obtaining means. An optimum value setting means for setting to an optimum value , wherein the medium to be cooled is a liquid, and further includes a third heat exchanger that cools the gas by exchanging heat between the liquid and the gas. Each of these in the order of the second pump, the first pump, and the fan of the cooling tower in the direction of the cooling tower from the cooling target medium side. Providing a cooling system and calculates the power consumption.
この発明によれば、冷却塔のファンおよびポンプに係る消費電力の合計値を最小とする冷却塔のファンのインバータ周波数（第１の冷水の温度を決定する）および第１ポンプのインバータ周波数（第２の冷水の温度を決定する）が最適値として求められて、実際の冷却システムに設定されるので、単に冷凍機に係る消費電力を削減できるだけでなく、冷却塔のファンおよびポンプに係る消費電力の合計をも削減することができる。
また、この発明によれば、各種の入力値のうち一定の設定値として扱うことが可能な冷却対象媒体側から各部の消費電力が計算されるので、第１の冷水の温度および第２の冷水の温度を変化させながら繰り返す消費電力合計値の計算負荷を低減できるとともに、最適値を容易に求めることができる。
また、冷却対象媒体は水であり、第３熱交換器は水と空気とを熱交換して空気を冷却する冷却コイルである。これにより、効率よく空調を行うことができる。
According to the present invention, the inverter frequency of the cooling tower fan (which determines the temperature of the first cold water) and the inverter frequency of the first pump (first frequency) that minimize the total power consumption of the cooling tower fan and pump. 2) is determined as the optimum value and set in the actual cooling system, so that not only can the power consumption related to the refrigerator be reduced, but also the power consumption related to the cooling tower fan and pump. Can also be reduced.
Further, according to the present invention, the power consumption of each part is calculated from the cooling target medium side that can be handled as a fixed set value among various input values, so the temperature of the first cold water and the second cold water It is possible to reduce the calculation load of the total power consumption repeated while changing the temperature, and to easily obtain the optimum value.
The cooling target medium is water, and the third heat exchanger is a cooling coil that cools air by exchanging heat between water and air. Thereby, air conditioning can be performed efficiently.
好ましくは、本発明は、前記冷却対象媒体が気体であり、前記第２熱交換器は前記第２の冷水と前記気体とを熱交換して前記気体を冷却することを特徴とする冷却システムを提供する。 Preferably, in the present invention, the cooling target medium is a gas, and the second heat exchanger cools the gas by exchanging heat between the second cold water and the gas. provide.
例えば、前記冷却対象媒体は空気であり、前記第２熱交換器は第２の冷水と空気とを熱交換して空気を冷却する冷却コイルである。これにより、効率よく空調を行うことができる。 For example, the medium to be cooled is air, and the second heat exchanger is a cooling coil that cools air by exchanging heat between second cold water and air. Thereby, air conditioning can be performed efficiently.
好ましくは、本発明は、前記最適値取得手段は、外気状態と、前記第２熱交換器の冷却対象媒体入口での前記冷却対象媒体の温度と、前記冷却対象媒体の冷却に対する冷却負荷とを、前記シミュレータに入力することを特徴とする冷却システムを提供する。 Preferably, in the present invention, the optimum value acquisition means includes an outside air state, a temperature of the cooling target medium at a cooling target medium inlet of the second heat exchanger, and a cooling load for cooling the cooling target medium. The cooling system is characterized by being input to the simulator.
好ましくは、本発明は、前記外気状態を計測する外気状態センサを備え、前記最適値取得手段は、外気状態と、前記外気状態センサの計測結果を前記シミュレータに入力することを特徴とする冷却システムを提供する。 Preferably, the present invention includes an outside air state sensor that measures the outside air state, and the optimum value acquisition unit inputs the outside air state and a measurement result of the outside air state sensor to the simulator. I will provide a.
好ましくは、本発明は、前記外気状態として、外気の温度と湿度、または、外気の乾球温度と湿球温度、または、外気の湿球温度を計測する外気状態センサを備え、前記最適値取得手段は、前記外気状態センサの計測結果を前記シミュレータに入力することを特徴とする冷却システムを提供する。 Preferably, the present invention includes an outside air state sensor that measures the outside air temperature and humidity, or the outside air dry bulb temperature and wet bulb temperature, or the outside air wet bulb temperature as the outside air state, and obtains the optimum value. The means provides a cooling system characterized by inputting a measurement result of the outside air state sensor to the simulator.
好ましくは、本発明は、前記最適値取得手段は、前記第２熱交換器の冷却対象媒体出口の前記冷却対象媒体の温度として一定の設定値を前記シミュレータに入力することを特徴とする冷却システムを提供する。 Preferably, in the present invention, the optimum value acquisition means inputs a constant set value to the simulator as the temperature of the cooling target medium at the cooling target medium outlet of the second heat exchanger. I will provide a.
本発明の第三の態様は、ファンを有し、外気により第１の冷水を冷却する冷却塔と、前記冷却塔で冷却された第１の冷水と第２の冷水とを熱交換する第１熱交換器と、前記第２の冷水と冷却対象媒体とを熱交換する第２熱交換器と、前記冷却塔と前記第１熱交換器との間で前記第１の冷水を循環させる第１ポンプと、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間で前記第２の冷水を循環させる第２ポンプと、前記冷却対象媒体が液体であり、前記液体と気体とを熱交換して前記気体を冷却する第３熱交換器をさらに備え、を備えた冷却システムでフリークーリングを利用して前記冷却対象媒体の冷却を行う冷却方法であって、少なくとも前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度を入力値とし、前記冷却塔の前記ファンの消費電力、前記第１ポンプの消費電力および前記第２ポンプの消費電力を含む消費電力の合計値を求めるシミュレーションを行うシミュレータを用いて、前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度の入力値を変化させて前記シミュレータに入力し、前記シミュレーションの結果から前記消費電力の合計値が最小となる前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度を最適値として取得する最適値取得ステップと、前記冷却システムの前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度を前記最適値取得ステップで取得された前記最適値に設定する最適値設定ステップと、前記シミュレータにより、前記冷却対象媒体側から前記冷却塔の方向に、前記第２ポンプ、前記第１ポンプ、前記冷却塔の前記ファンの順番でこれら各部の消費電力を計算するステップと、を含むことを特徴とする冷却方法を提供する。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a cooling tower that has a fan and cools the first cold water by outside air, and the first cold water cooled by the cooling tower and the second cold water. A heat exchanger, a second heat exchanger for exchanging heat between the second cold water and the cooling target medium, and a first for circulating the first cold water between the cooling tower and the first heat exchanger. A pump, a second pump for circulating the second cold water between the first heat exchanger and the second heat exchanger, and the medium to be cooled is a liquid, and the liquid and the gas are subjected to heat exchange. A cooling method for cooling the medium to be cooled using free cooling in a cooling system further comprising a third heat exchanger for cooling the gas, wherein at least the temperature of the first cold water And the temperature of the second cold water as an input value, the power consumption of the fan of the cooling tower, An input value of the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water using a simulator that performs a simulation for obtaining a total value of power consumption including the power consumption of the first pump and the power consumption of the second pump The optimum value acquisition step of acquiring the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water at which the total value of the power consumption is minimized from the result of the simulation. An optimum value setting step of setting the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water of the cooling system to the optimum value acquired in the optimum value acquisition step, and the cooling target by the simulator In the direction from the medium side to the cooling tower, the power consumption of these parts is measured in the order of the second pump, the first pump, and the fan of the cooling tower. To provide a cooling method which comprises the steps of, a.
本発明の第四の態様は、ファンを有し、外気により第１の冷水を冷却する冷却塔と、前記冷却塔で冷却された第１の冷水と第２の冷水とを熱交換する第１熱交換器と、前記第２の冷水と冷却対象媒体とを熱交換する第２熱交換器と、前記冷却塔と前記第１熱交換器との間で前記第１の冷水を循環させる第１ポンプと、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間で前記第２の冷水を循環させる第２ポンプと、前記冷却対象媒体が液体であり、前記液体と気体とを熱交換して前記気体を冷却する第３熱交換器をさらに備え、を備えた冷却システムでフリークーリングを利用して前記冷却対象媒体の冷却を行う冷却方法であって、少なくとも前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度を入力値とし、前記冷却塔の前記ファンの消費電力、前記第１ポンプの消費電力および前記第２ポンプの消費電力を含む消費電力の合計値を求めるシミュレーションを行うシミュレータを用いて、前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度の入力値を変化させて前記シミュレータに入力し、前記シミュレーションの結果から前記消費電力の合計値が最小となる前記冷却塔の前記ファンのインバータ周波数および前記第１ポンプのインバータ周波数を最適値として取得する最適値取得ステップと、前記冷却塔の前記ファンのインバータ周波数および前記第１ポンプのインバータ周波数を前記最適値取得ステップで取得された前記最適値に設定する最適値設定ステップと、前記シミュレータにより、前記冷却対象媒体側から前記冷却塔の方向に、前記第２ポンプ、前記第１ポンプ、前記冷却塔の前記ファンの順番でこれら各部の消費電力を計算するステップと、を含むことを特徴とする冷却方法を提供する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a cooling tower that has a fan and that cools the first cold water by outside air, and that exchanges heat between the first cold water and the second cold water cooled by the cooling tower. A heat exchanger, a second heat exchanger for exchanging heat between the second cold water and the cooling target medium, and a first for circulating the first cold water between the cooling tower and the first heat exchanger. A pump, a second pump for circulating the second cold water between the first heat exchanger and the second heat exchanger, and the medium to be cooled is a liquid, and the liquid and the gas are subjected to heat exchange. A cooling method for cooling the medium to be cooled using free cooling in a cooling system further comprising a third heat exchanger for cooling the gas, wherein at least the temperature of the first cold water And the temperature of the second cold water as an input value, the power consumption of the fan of the cooling tower, An input value of the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water using a simulator that performs a simulation for obtaining a total value of power consumption including the power consumption of the first pump and the power consumption of the second pump The optimum value is obtained by inputting the inverter frequency of the cooling tower and the inverter frequency of the first pump as the optimum values from the result of the simulation, and the total value of the power consumption is minimized. An acquisition step; an optimum value setting step for setting the inverter frequency of the fan of the cooling tower and the inverter frequency of the first pump to the optimum value obtained in the optimum value obtaining step; and the cooling target by the simulator. From the medium side to the cooling tower, the second pump, the first pump, and the cooling In the fan order to provide a cooling method which comprises the steps of: calculating a power consumption of these units.
本発明の第一の態様において、本冷却システムの環境条件である冷却負荷及び外気湿球温度と、前記冷却塔の前記ファンの消費電力、前記第１ポンプの消費電力および前記第２ポンプの消費電力を含む消費電力の合計値が最小になる前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度の組み合わせとの対応関係を示すテーブルが予め記憶された記憶手段と、前記記憶手段の前記テーブルに基づいて、本冷却システムの環境条件に対応する前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度を最適値として取得する最適値取得手段と、本冷却システムの前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度を前記最適値取得手段によって取得された前記最適値に設定する最適値設定手段と、を備えたことを特徴とする冷却システムを提供する。 In the first aspect of the present invention , the cooling load and the outside air wet bulb temperature , which are the environmental conditions of the cooling system, the power consumption of the fan of the cooling tower, the power consumption of the first pump, and the consumption of the second pump A storage unit storing a table showing a correspondence relationship between a combination of the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water that minimizes the total value of power consumption including electric power; and the storage unit Based on the table, optimum value acquisition means for acquiring the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water corresponding to the environmental conditions of the cooling system as optimum values, and the first cold water of the cooling system And an optimum value setting means for setting the temperature of the second cold water and the temperature of the second cold water to the optimum value acquired by the optimum value acquisition means.
本発明の第二の態様において、本冷却システムの環境条件である冷却負荷及び外気湿球温度と、前記冷却塔の前記ファンの消費電力、前記第１ポンプの消費電力および前記第２ポンプの消費電力を含む消費電力の合計値が最小になる前記冷却塔の前記ファンのインバータ周波数および前記第１ポンプのインバータ周波数の組み合わせとの対応関係を示すテーブルが予め記憶された記憶手段と、前記記憶手段の前記テーブルに基づいて、本冷却システムの環境条件に対応する前記冷却塔の前記ファンのインバータ周波数および前記第１ポンプのインバータ周波数を最適値として取得する最適値取得手段と、前記冷却塔の前記ファンのインバータ周波数および前記第１ポンプのインバータ周波数を前記最適値取得手段によって取得された前記最適値に設定する最適値設定手段と、を備えたことを特徴とする冷却システムを提供する。 In the second aspect of the present invention , the cooling load and the outside air wet bulb temperature , which are the environmental conditions of the cooling system, the power consumption of the fan of the cooling tower, the power consumption of the first pump, and the consumption of the second pump A storage unit storing a table indicating a correspondence relationship between a combination of the inverter frequency of the fan and the inverter frequency of the first pump in the cooling tower that minimizes the total power consumption including electric power; and the storage unit Based on the table, an optimum value obtaining means for obtaining an inverter frequency of the fan of the cooling tower and an inverter frequency of the first pump corresponding to an environmental condition of the cooling system as optimum values; The optimum frequency acquired by the optimum value acquisition means for the inverter frequency of the fan and the inverter frequency of the first pump To provide a cooling system which is characterized in that and an optimum value setting means for setting the.
本発明によれば、冷却塔のフリークーリングを利用して冷却を行う場合において、冷却塔のファン動力の消費電力とポンプ動力の消費電力との合計を削減することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when cooling using the free cooling of a cooling tower, the total of the power consumption of the fan motive power of a cooling tower and the power consumption of pump power can be reduced.
以下図面を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態での冷却システムの一例の概略を示す全体構成図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is an overall configuration diagram illustrating an outline of an example of a cooling system according to the first embodiment.
本冷却システムは、主として、冷却塔１、ドライコイル６、２段の熱交換器（第１熱交換器１１、第２熱交換器１２）、冷凍機９１、および、複数のポンプ２、４、５、９２、９４を含んで構成されている。なお、本発明の理解を容易にするため、冷却塔１を２つ設けた場合を図示したが、ひとつの共通の冷却塔１を設ければよい。
This cooling system mainly includes a cooling tower 1, a
外気湿球温度が高い夏期には、第１バルブ８１を開状態、第２バルブ８２を閉状態として、冷凍機９１を運転し、冷凍機９１にて冷却された冷水を、冷凍機運転時用の冷水ポンプ９４により、冷凍機９１と第２熱交換器１２との間で循環させる。また、ドライコイル冷却水ポンプ５により、第２熱交換器１２とドライコイル６との間で、ドライコイル冷却水を循環させる。これにより、冷凍機９１にて生成された冷熱がドライコイル６に伝熱されて、クリーンルーム６０内の空気が冷却される。また、冷凍機運転時用の冷却水ポンプ９２により、冷却塔１と冷凍機９１との間で冷却水が循環され、冷凍機９１の放熱が行われる。
In the summer when the outside air wet bulb temperature is high, the
外気湿球温度が低い冬期または中間期には、第１バルブ８１を閉状態、第２バルブ８２を開状態として、冷凍機９１の運転を停止し、冷却塔１にて冷却された冷却水を、フリークーリング利用時用の冷却水ポンプ２により、冷却塔１と第１熱交換器１１との間で循環させるとともに、フリークーリング利用時用の冷水ポンプ４により、第１熱交換器１１と第２熱交換器１２との間で冷水を循環させる。また、ドライコイル冷却水ポンプ５により、第２熱交換器１２とドライコイル６との間で、ドライコイル冷却水を循環させる。これにより、冷却塔１で外気により得られた冷熱がドライコイル６に伝熱されて、クリーンルーム６０内の空気が冷却される。
During the winter or intermediate period when the outdoor wet bulb temperature is low, the
冷却塔１のファン１０（以下「冷却塔ファン」という）およびポンプ２、４、５、９２、９４には、それぞれインバータ７０、７１、７２、７３、７４、７５が接続されている。
制御装置５０は、バルブ８１、８２、インバータ７０〜７５などの各部を制御し、冷凍機運転時には、冷凍機９１にて生成された冷熱でクリーンルーム６０を空調する制御を行う一方で、フリークーリング利用時には、冷却塔１で得られた冷熱でクリーンルーム６０を空調する制御を行う。また、制御装置５０は、当該制御装置５０の制御をシミュレーションして本冷却システム全体の消費電力を計算するシミュレータ５１を有する。
The
本冷却システムでは、冷却塔１のフリークーリング利用時には、冷凍機９１を運転することなしに、冷水を生成する。
In the present cooling system, cold water is generated without operating the
さらに、本冷却システムでは、シミュレータ５１のシミュレーション結果に基づいて、冷却塔ファン１０に係る消費電力およびフリークーリング利用時に稼働のポンプ２、４、５に係る消費電力の合計値を最小にする制御装置５０の制御値の最適値を求めて、その最適値で制御装置５０が本冷却システムの各部（冷却塔ファン１０およびフリークーリング利用時に稼働のポンプ２、４、５）を実際に制御することにより、前記消費電力の合計値を最小化することができる。すなわち、従来のフリークーリングを利用した冷却システムよりも、さらに冷却システム全体の消費電力を低減することができる。
Furthermore, in this cooling system, based on the simulation result of the
図２は、図１の冷却システムのうちでフリークーリング利用時の稼働部分の詳細を示す構成図である。なお、図２において、図１に示した構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してある。 FIG. 2 is a configuration diagram showing details of an operating portion when using free cooling in the cooling system of FIG. 1. In FIG. 2, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
冷却塔１は、外気を吸気する冷却塔ファン１０を有し、外気湿球温度が低い期間に低温の外気を利用して、冷却水を低温に冷却する。第１熱交換器１１は、冷却塔１で冷却された冷却水と冷水とを熱交換して、冷水を冷却する。第２熱交換器１２は、第１熱交換器１１で冷却された冷水とドライコイル冷却水とを熱交換して、ドライコイル冷却水を冷却する。ドライコイル６は、第２熱交換器１２で冷却されたドライコイル冷却水と空気とを熱交換して空気を冷却し、その低温の空気をクリーンルーム６０に与える。クリーンルーム６０内の空気は、空気循環用ファン７によってドライコイル６へ戻される。
The cooling tower 1 includes a
ここで、冷却塔１と第１熱交換器１１との間に配設された第１の配管３１を流れる第１の冷水を「冷却水」といい、第１熱交換器１１と第２熱交換器１２との間に配設された第２の配管３２を流れる第２の冷水を単に「冷水」といい、第２熱交換器１２とドライコイル６との間に配設された第３の配管３３を流れる第３の冷水を「ドライコイル冷却水」という。
Here, the 1st cold water which flows through the
冷却水ポンプ２は、第１の配管３１に配設され、冷却塔１と第１熱交換器１１との間で冷却水を循環させる。冷水ポンプ４は、第２の配管３２に配設され、第１熱交換器１１と第２熱交換器１２との間で冷水を循環させる。ドライコイル冷却水ポンプ５は、第３の配管３３に配設され、第１熱交換器１１とドライコイル６との間でドライコイル冷却水を循環させる。
The cooling
外気温湿度センサ２０は、外気の湿球温度と乾球温度（あるいは外気の温度と湿度）を計測する。
The outside air temperature /
ドライコイル冷却水往温度センサ２３は、第２熱交換器１２のドライコイル冷却水出口１２ａでのドライコイル冷却水の温度を計測する。
The dry coil coolant
室内温度センサ２４は、クリーンルーム６０内の温度（以下「室内温度」という）を計測する。
The
ドライコイル冷却水還温度センサ２５は、第２熱交換器１２のドライコイル冷却水入口１２ｂでのドライコイル冷却水の温度を計測する。
The dry coil cooling water
ドライコイル冷却水流量センサ２６は、第３の配管３３でのドライコイル冷却水の流量を計測する。
The dry coil cooling water
冷水往ヘッダ８と冷水還ヘッダ９は、図１の冷凍機９１（図２では図示省略）と、所定の配管を通して接続されている。外気湿球温度が高い時期（夏期）は、冷凍機９１で冷水を冷却する。外気湿球温度が低い時期（冬期または中間期）は、冷却塔１のフリークーリングにより冷水を冷却する。ここでは、フリークーリング利用時の運転方法について説明する。
The cold
冷却塔ファン１０、冷却水ポンプ２、冷水ポンプ４、ドライコイル冷却水ポンプ５には、それぞれインバータ７０、７１、７２、７３が接続されている。これらのインバータ７０、７１、７２、７３の周波数（インバータ周波数）を変えることにより、それぞれ冷却塔ファン１０、冷却水ポンプ２、冷水ポンプ４、ドライコイル冷却水ポンプ５の回転数を変える。インバータ７０、７１、７２、７３の周波数の設定は、後述の制御値設定部５３によって行われる。
冷却塔ファン１０のインバータ７０の周波数を設定することにより、冷却塔１の冷却水出口１ａでの冷却水温度（冷却水往温度センサ２１で計測される）が制御目標値になるように制御する。冷却水ポンプ２のインバータ７１の周波数を設定することにより、第１熱交換器１１の冷水出口１１ａでの冷水温度（冷水往温度センサ２２で計測される）が制御目標値になるように制御する。冷水ポンプ４のインバータ７２の周波数を設定することにより、第２熱交換器１２のドライコイル冷却水出口１２ａでのドライコイル冷却水温度（ドライコイル冷却水往温度センサ２３で計測される）が制御目標値になるように制御する。ドライコイル冷却水ポンプ５のインバータ７３の周波数を設定することにより、ドライコイル６の空気出口６ａでの空気温度が制御目標値になるように制御して、クリーンルーム６０内の温度（室内温度センサ２４で計測される）が目標値になるように制御する。
By setting the frequency of the
本例の冷却システムにおいて、第２熱交換器１２のドライコイル冷却水出口１２ａでのドライコイル冷却水温度、および、ドライコイル６の空気出口６ａでの空気温度は、一定の設定値である。その一方で、冷却塔１の冷却水出口１ａでの冷却水温度（冷却水往温度センサ２１で計測）、および、第１熱交換器１１の冷水出口１１ａでの冷水温度（冷水往温度センサ２２で計測）は、ある範囲内で変化させても、ドライコイル６の空気出口６ａでの空気温度と第２熱交換器１２のドライコイル冷却水出口１２ａでのドライコイル冷却水の温度とを、一定の設定値に制御できる。つまり、外気状態（例えば、外気の温度と湿度、または、外気の乾球温度と湿球温度、または、外気の湿球温度）などの環境条件に応じてクリーンルーム６０内の室内温度が目標値となるように制御する際に、選択可能な冷却水温度と冷水温度との組み合わせは、無数に存在する。
In the cooling system of this example, the dry coil cooling water temperature at the dry coil cooling
制御装置５０は、シミュレータ５１、最適値取得部５２、制御値設定部５３および記憶部５４を含んで構成されている。制御装置５０は、具体的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを含んで構成されている。
The
制御装置５０は、冷却システムを構成する制御対象機器（７０〜７３、８１、８２）およびセンサ（２０〜２６）と、ネットワーク５５を通して接続されている。制御装置５０の制御値設定部５３は、ネットワーク５５を通して、センサ２０〜２６の計測値と、制御対象機器（７０〜７３、８１、８２）の運転状態とを読み込み、その制御対象機器に制御値を送る。
The
シミュレータ５１は、冷却塔ファン１０、冷却水ポンプ２、冷水ポンプ４およびドライコイル冷却水ポンプ５の各部のフリークーリング利用時における消費電力を計算するとともに、これらの消費電力の合計値（消費電力合計値）を計算する。このような消費電力合計値の計算を、本明細書では「シミュレーション」といい、具体例は後に詳説する。
The
最適値取得部５２は、シミュレータ５１を使い、制御対象機器の運転範囲であり、かつ、消費電力合計値が最も小さくなる冷却水温度（冷却水往温度）と冷水温度（冷水往温度）との組み合わせを、最適値の組み合わせとして求める。「運転範囲」とは、例えば、各インバータ７０〜７３の周波数の制御可能な範囲である。最適値の組み合わせを求める方法としては、例えば、逐次二次計画法等の方法を用いる。あるいは、ある刻み幅で、冷却水温度および冷水温度を設定し、その組み合わせの全てについて、各組み合わせごとに消費電力合計値を計算し、比較してもよい。
The optimum
冷却負荷は、例えば、ドライコイル冷却水往温度とドライコイル冷却水還温度との差分と、ドライコイル冷却水流量とに基づいて、計算する。ドライコイル６の空気出口６ａでの空気温度と空気入口６ｂでの空気温度との差分と、ドライコイル６での空気流量とに基づいて、冷却負荷を計算してもよい。
The cooling load is calculated based on, for example, the difference between the dry coil cooling water going temperature and the dry coil cooling water return temperature and the dry coil cooling water flow rate. The cooling load may be calculated based on the difference between the air temperature at the
制御値設定部５３は、最適値取得部５２によって取得された冷却水温度および冷水温度の最適値の組み合わせを本冷却システムに設定する。例えば、冷却塔ファン１０、冷却水ポンプ２にそれぞれ対応するインバータ７０、７１の周波数を制御することにより、冷却水温度および冷水温度を最適値に設定する。
The control
ここでは冷水温度および冷却水温度の最適値の組み合わせを求めて設定する場合を例に説明したが、冷却塔ファン１０のインバータ７０の周波数および冷却水ポンプ２のインバータ７１の周波数の最適値の組み合わせを求めて、実際の冷却システムに設定するようにしてもよい。
Here, the case where the combination of the optimum value of the cooling water temperature and the cooling water temperature is obtained and described has been described as an example, but the combination of the optimum value of the frequency of the
本シミュレータ５１での消費電力合計値の計算は、例えば、次の（計算１）〜（計算７）の順で行われる。
The calculation of the power consumption total value in the
（計算１）ドライコイル冷却水ポンプ５に係る計算：計測した第３の配管３３のドライコイル冷却水流量を入力として、ドライコイル冷却水ポンプ５のインバータ７３の周波数と、ドライコイル冷却水ポンプ５の消費電力とを計算する。
(Calculation 1) Calculation related to the dry coil cooling water pump 5: Using the measured dry coil cooling water flow rate of the
（計算２）第２熱交換器１２に係る計算：第２熱交換器１２のドライコイル冷却水出口１２ａでのドライコイル冷却水温度（ドライコイル冷却水往温度）と、計測した第２熱交換器１２のドライコイル冷却水出口１２ａでのドライコイル冷却水温度（ドライコイル冷却水還温度）およびドライコイル冷却水流量と、第１熱交換器１１の冷水出口１１ａでの冷水温度（冷水往温度）とを入力として、第１熱交換器１１の冷水入口１１ｂでの冷水還温度と、第２の配管３２の冷水流量とを計算する。
(Calculation 2) Calculation related to the second heat exchanger 12: the dry coil cooling water temperature (dry coil cooling water feed temperature) at the dry coil cooling
（計算３）冷水ポンプ４に係る計算：計算２で求めた冷水流量を入力として、冷水ポンプ４のインバータ７２の周波数と、冷水ポンプ４の消費電力とを計算する。
(Calculation 3) Calculation related to the chilled water pump 4: The frequency of the
（計算４）第１熱交換器１１に係る計算：冷水温度（冷水往温度）と、計算２で求めた冷水還温度および冷水流量と、冷却塔１の冷却水出口１ａでの冷却水温度（冷却水往温度）とを入力として、冷却塔１の冷却水入口１ｂでの冷却水還温度と、第１の配管３１の冷却水流量とを計算する。
(Calculation 4) Calculation relating to the first heat exchanger 11: cold water temperature (cool water forward temperature), cold water return temperature and cold water flow rate obtained in
（計算５）冷却水ポンプ２に係る計算：計算４で求めた冷却水流量を入力として、冷却水ポンプ２のインバータ７１の周波数と、冷却水ポンプ２の消費電力とを計算する。
(Calculation 5) Calculation related to the cooling water pump 2: The frequency of the
（計算６）冷却塔１１に係る計算：冷却塔１の冷却水出口１ａでの冷却水温度（冷却水往温度）と、計算４で求めた冷却水還温度および冷却水流量と、外気状態（例えば外気湿球温度）とを入力として、冷却塔ファン１０により冷却塔１に導入される空気流量と、冷却塔ファン１０のインバータ７０の周波数と、冷却塔ファン１０の消費電力とを計算する。
(Calculation 6) Calculation related to the cooling tower 11: the cooling water temperature (cooling water forward temperature) at the cooling
（計算７）計算１で求めたドライコイル冷却水ポンプ５の消費電力と、計算３で求めた冷水ポンプ４の消費電力と、計算５で求めた冷却水ポンプ２の消費電力と、計算６で求めた冷却塔ファン１０の消費電力とを合計し、消費電力合計値を求める。
(Calculation 7) The power consumption of the dry coil cooling
ポンプ（ドライコイル冷却水ポンプ５、冷水ポンプ４、冷却水ポンプ２）に係る計算１、計算３および計算５において、流量、圧力、消費電力は、インバータ周波数のそれぞれ、１乗、２乗、３乗に比例するものとし、さらに配管３１、３２、３３の抵抗特性とポンプ２、４、５の特性を用いて前述の計算を行う。熱交換器１１、１２に係る計算２および計算４は、伝熱の方程式とエネルギー保存の方程式とを連立して行う。冷却塔１１に係る計算６は、エンタルピー基準総括熱伝達率を用いた伝熱の方程式とエネルギー保存の方程式とを連立して行う。計算１〜計算７の個々の計算方法の詳細については、周知の技術を用いればよいので、ここではその説明を省略する。
In calculation 1,
本例のシミュレーションでは、ドライコイル冷却水側から冷却塔ファン１の方向へ向って、順次、各部の流量、温度、消費電力およびインバータ周波数を計算することを特徴としている。すなわち、シミュレータ５１の入力値を一定の設定値として扱うことが可能な下流側（冷却対象媒体側）から上流側（外気側）に向って、ドライコイル冷却水ポンプ５、冷水ポンプ４、冷却水ポンプ２、冷却塔ファン１０の順に、これら各部の消費電力および各部のインバータ７３、７２、７１、７０の周波数を、順次計算していく（計算１〜計算６）。
The simulation of this example is characterized in that the flow rate, temperature, power consumption, and inverter frequency of each part are calculated sequentially from the dry coil cooling water side toward the cooling tower fan 1. That is, the dry coil cooling
前述のシミュレーション（計算１〜計算７）の全体では、外気状態、ドライコイル冷却水往温度、ドライコイル冷却水還温度、ドライコイル冷却水流量、冷却水往温度、および、冷水往温度を入力値として、消費電力合計値およびインバータ７０〜７３の周波数(インバータ周波数)を求めている。
In the whole of the above simulations (calculations 1 to 7), the outside air state, the dry coil cooling water flow temperature, the dry coil cooling water return temperature, the dry coil cooling water flow rate, the cooling water flow temperature, and the cooling water flow temperature are input values. As a result, the total power consumption value and the frequency (inverter frequency) of the
上記の入力値のうちで、ドライコイル冷却水往温度は、予め設定した一定の設定値を用いる。この場合、シミュレータ５１の入力値のうちで、変数は、外気状態、ドライコイル冷却水還温度、ドライコイル冷却水流量、冷却水往温度、および、冷水往温度の５つとなる。これらの変数のうちシミュレータ５１で選択可能な独立変数は、冷却水往温度および冷水往温度の２つである。環境条件に従属する選択不可な従属変数は、外気状態、ドライコイル冷却水還温度およびドライコイル冷却水流量の３つである。
Among the above input values, a predetermined preset value is used for the dry coil cooling water feed temperature. In this case, among the input values of the
また、前述のシミュレーション（計算１〜計算７）は、外気状態、ドライコイル冷却水還温度、ドライコイル冷却水の冷却に対する冷却負荷、冷却水往温度、および、冷水往温度、を入力値として、消費電力合計値およびインバータ周波数を求めてもよい。 In addition, the above-described simulation (calculations 1 to 7) uses the outside air state, the dry coil cooling water return temperature, the cooling load for cooling the dry coil cooling water, the cooling water passing temperature, and the cooling water passing temperature as input values. You may obtain | require a power consumption total value and an inverter frequency.
冷却負荷は、例えば、ドライコイル冷却水往温度と、ドライコイル冷却水還温度と、ドライコイル冷却水流量とを計測し、求める。また、ドライコイル６の空気入口６ａでの空気温度と、空気出口６ｂでの空気温度と、ドライコイル６での空気の流量とを計測し、冷却負荷を求めてもよい。
The cooling load is obtained by measuring, for example, the dry coil cooling water flow temperature, the dry coil cooling water return temperature, and the dry coil cooling water flow rate. The cooling load may be obtained by measuring the air temperature at the
上記の入力値のうちで、ドライコイル冷却水往温度は、予め設定した一定の設定値を用いてもよい。この場合、シミュレータ５１の入力値のうちで、変数は、外気状態、ドライコイル冷却水還温度、冷却負荷、冷却水往温度、および、冷水往温度の５つとなる。これらの変数のうちシミュレータ５１で選択可能な独立変数は、冷却水往温度および冷水往温度の２つである。環境条件に従属する選択不可な従属変数は、外気状態、ドライコイル冷却水還温度および冷却負荷の３つである。
Among the above input values, a predetermined preset value may be used as the dry coil cooling water feed temperature. In this case, among the input values of the
また、クリーンルーム６０の室内温度が安定する室内環境の場合などには、ドライコイル冷却水還温度および冷却負荷を一定の設定値として、シミュレーションを行ってもよい。この場合、シミュレータ５１の入力値のうち、変数の数を、従属変数の外気状態と、独立変数の冷却水往温度および冷水往温度の３つに最小化できる。
Further, in the case of an indoor environment where the room temperature of the
最適値取得部５２は、外気状態などの環境条件をシミュレータ５１に入力した条件で、独立変数である冷却水往温度および冷水往温度の組み合わせを運転範囲内で変化させてシミュレータ５１に入力し、シミュレーション（計算１〜計算７）を行わせる。ここで、独立変数（冷却水往温度および冷水往温度）を変更するごとに、シミュレータ５１にシミュレーションを行わせて、消費電力合計値およびインバータ周波数を繰り返し計算する。室内温度が一定の場合には、独立変数を変化させてシミュレーションを繰り返す際に、計算１を省略できる。そして、冷却システム全体の消費電力合計値が最小となる冷却水往温度および冷水往温度の組み合わせ（またはインバータ周波数の組み合わせ）を、最適値として選択し、記憶部５４に格納する。
The optimum
制御値設定部５３は、記憶部５４に記憶されている最適値を、実際の冷却システムに設定する。
The control
冷却水温度および冷水温度の最適値を設定する場合の制御例を説明する。第１に、冷却水往温度センサ２１で計測される冷却水温度が最適値よりも高い場合には、冷却塔ファン１０のインバータ７０の周波数を上げて冷却塔ファン１０の回転数を上げる一方で、冷却水往温度センサ２１で計測される冷却水温度が最適値よりも低い場合には、冷却塔ファン１０のインバータ７０の周波数を下げて冷却塔ファン１０の回転数を下げる。これにより、冷却水往温度センサ２１で計測される冷却水温度を最適値に設定する。第２に、冷水往温度センサ２２で計測される冷水温度が最適値よりも高い場合には、冷却水ポンプ２１のインバータ７１の周波数を上げて冷却水ポンプ２１の回転数を上げる一方で、冷水往温度センサ２２で計測される冷水温度が最適値よりも低い場合には、冷却水ポンプ２１のインバータ７１の周波数を下げて冷却水ポンプ２１の回転数を下げる。これにより、冷水往温度センサ２２で計測される冷水温度を最適値に設定する。
A control example for setting the cooling water temperature and the optimum value of the cooling water temperature will be described. First, when the coolant temperature measured by the
冷却塔ファン１０のインバータ７０の周波数および冷却水ポンプ２１のインバータ７１の周波数の最適値を設定する場合の制御例を説明する。この場合には、冷却塔ファン１０のインバータ７０および冷却水ポンプ２１のインバータ７１に最適値をそれぞれ設定する。
A control example in the case of setting optimum values of the frequency of the
もっとも、室内温度センサ２４で計測される室内温度や、ドライコイル冷却水往温度センサ２３で計測されるドライコイル冷却水温度が、時系列において一定値から変化した場合には、冷水ポンプ４およびドライコイル冷却水ポンプ５の回転数をそれぞれのインバータ７２、７３を用いて変化させる制御を併せて行うことは、いうまでもない。
However, when the indoor temperature measured by the
（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態での冷却システムのフリークーリング利用時の稼働部分を示す構成図である。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a configuration diagram showing an operating portion when the free cooling is used in the cooling system in the second embodiment.
図３を用いて第２の実施形態を説明する。ここでは第１の実施形態と相違している部分のみ説明する。第２の実施形態は、図２に示した第２熱交換器１２がない場合である。本実施形態のドライコイル６は、第１熱交換器１１で冷却された冷水（第２の配管３２を流れる冷水である）と空気とを熱交換することにより、クリーンルーム６０内の空気を冷却する。言い換えると、本実施形態では、ドライコイル６によって本発明での第２熱交換器が構成されている。
A second embodiment will be described with reference to FIG. Here, only the parts different from the first embodiment will be described. The second embodiment is a case where the
本実施形態において、シミュレータ５１は、例えば、前述の（計算１）および（計算２）を省略して、計測した冷水還温度と、計測した冷水流量とを取得した後、前述の（計算３）〜（計算７）を行なう。（計算１）を省略し、（計算２）の代りに次の（計算２ａ）を行った後、（計算３）〜（計算７）を行なうようにしてもよい。
In the present embodiment, for example, the
（計算２ａ）ドライコイル６での空気冷却に対する冷却負荷と、ドライコイル６の空気入口６ｂでの空気の温度と、冷水往温度とを入力して、第１熱交換器１１の冷水入口１１ｂでの冷水還温度と、第２の配管３２の冷水流量とを計算する。
(Calculation 2a) The cooling load for the air cooling in the
このシミュレーション（計算２ａ）〜（計算７）の全体では、外気状態と、冷却負荷と、ドライコイル６の空気入口６ｂでの空気の温度と、冷却水往温度と、冷水往温度とを入力値として、消費電力合計値およびインバータ７０〜７３の周波数(インバータ周波数)を求める。
In the whole of the simulations (calculations 2a) to (calculation 7), the input values are the outside air state, the cooling load, the temperature of the air at the
ドライコイル６での冷却負荷は、例えば、ドライコイル６の空気入口６ｂでの空気の温度と、ドライコイル６の空気出口６ａでの空気の温度と、ドライコイル６での空気の流量とを計測して、求める。
The cooling load in the
なお、空気冷却用の冷却コイルとして、ドライコイルではなく、除湿も行なうコイルを用いる場合には、空気入口６ｂでの空気の温度および湿度と、空気出口６ａでの空気の温度および湿度と、コイルでの空気の流量とに基づいて、コイルでの冷却負荷を求める。そして、コイルでの冷却負荷と、空気入口６ｂでの空気の温度および湿度と、冷水往温度とを入力して、冷水還温度と冷水流量とを計算する。
When a coil that performs dehumidification instead of a dry coil is used as a cooling coil for air cooling, the temperature and humidity of the air at the
（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態での冷却システムのフリークーリング利用時の稼働部分を示す構成図である。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a configuration diagram showing an operating part when using the free cooling of the cooling system in the third embodiment.
図４を用いて第３の実施形態を説明する。ここでは第１の実施形態と相違している部分のみ説明する。第３の実施形態では、第３の配管３３がドライコイルではなく製造装置６１に接続されており、製造装置６１を冷却している。
A third embodiment will be described with reference to FIG. Here, only the parts different from the first embodiment will be described. In the third embodiment, the
本実施形態において、シミュレータ５１での計算は、第１の実施形態と同じである。
In the present embodiment, the calculation in the
なお、第１の実施形態〜第３の実施形態に示した各熱交換器は、複数並列に接続してもよい。また、冷却塔を複数並列に接続してもよい。 Note that a plurality of the heat exchangers shown in the first to third embodiments may be connected in parallel. A plurality of cooling towers may be connected in parallel.
前述の第１の実施形態では、第２熱交換器１２において冷水とドライコイル冷却水（中間の冷却対象媒体である）とを熱交換し、ドライコイル６においてドライコイル冷却水と空気（最終の冷却対象媒体である）とを熱交換して、クリーンルーム６０の空調を行う場合を例に説明した。第２の実施形態では、ドライコイルを省略し、第２熱交換器１２において冷水と空気（最終の冷却対象媒体である）とを熱交換して、クリーンルーム６０の空調を行う場合を例に説明した。第３の実施形態では、第２熱交換器１２において冷水と装置冷却水（中間の冷却対象媒体である）とを熱交換し、この装置冷却水によって製造装置６１を冷却する場合を例に説明した。
In the first embodiment described above, heat is exchanged between the cold water and the dry coil cooling water (which is an intermediate cooling target medium) in the
以上、本発明の実施形態に係る冷却システムおよび冷却方法について説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。 Although the cooling system and the cooling method according to the embodiment of the present invention have been described above, the present invention is not limited to this, and various improvements and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Of course.
例えば、上記第１〜第３の実施形態では、シミュレータ５１の計算結果により取得される最適値に基づいて、冷却システムを制御する例について説明したが、種々の環境条件における最適値を予めテーブルとして記憶しておき、このテーブルから取得される最適値に基づいて冷却システムを制御してもよい。
For example, in the first to third embodiments, the example in which the cooling system is controlled based on the optimum value acquired from the calculation result of the
図５は、環境条件と冷却水温度及び冷水温度の最適値との対応関係を表すテーブルの一例を示す表である。 FIG. 5 is a table showing an example of a table showing a correspondence relationship between the environmental condition, the cooling water temperature, and the optimum value of the cooling water temperature.
図５に示すようにテーブル１００は、環境条件としての冷却負荷及び外気湿球温度と、冷水温度ｔ１及び冷却水温度ｔ２の最適値との対応関係を示す表形式のデータである。テーブル１００は、第１の実施形態におけるシミュレータ５１と同様な手法により、種々の環境条件における冷水温度ｔ１及び冷却水温度ｔ２の最適値を求めることで作成することができる。例えば、種々の環境条件について、ドライコイル冷却水ポンプ５の消費電力と、冷水ポンプ４の消費電力と、冷却水ポンプ２の消費電力と、冷却塔ファン１０の消費電力との合計値が最小となる冷水温度ｔ１及び冷却水温度ｔ２の組み合わせを予め計算することで、テーブル１００を作成することができる。なお、図５において、冷水温度ｔ１及び冷却水温度ｔ２の具体的な数値が記載されていない領域（「冷凍機運転に変更」と記載した領域）は、フリークーリング運転では冷却能力が不足してしまう領域を意味する。
As shown in FIG. 5, the table 100 is tabular data indicating a correspondence relationship between the cooling load and the outdoor wet bulb temperature as environmental conditions and the optimum values of the cold water temperature t1 and the cooling water temperature t2. The table 100 can be created by obtaining the optimum values of the chilled water temperature t1 and the chilled water temperature t2 under various environmental conditions by the same method as the
図６は、テーブル１００から取得される最適値に基づいて冷却システムを制御する制御装置の構成例を示す図である。図６に示すように、制御装置１１０は、最適値取得部５２、制御値設定部５３及び記憶部５４により構成される。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a control device that controls the cooling system based on the optimum value acquired from the table 100. As illustrated in FIG. 6, the
記憶部５４は、環境条件と冷水温度ｔ１及び冷却水温度ｔ２の最適値との対応関係を表すテーブル１００を予め記憶している。最適値取得部５２は、記憶部５４のテーブル１００から、環境条件に対応する冷水温度ｔ１及び冷却水温度ｔ２の最適値を取得する。そして、制御値設定部５３が、最適値取得部５２によって取得された冷水温度ｔ１および冷却水温度ｔ２の最適値の組み合わせを本冷却システムに設定する。
The
このように、種々の環境条件と、冷却水温度及び冷水温度の最適値との対応関係を表すテーブル１００を予め記憶部５４に記憶しておき、テーブル１００から取得される最適値に基づいて冷却システムを制御することで、最適値を取得するために要する計算負荷を大幅に軽減することができる。
As described above, the table 100 representing the correspondence relationship between various environmental conditions and the cooling water temperature and the optimum value of the cooling water temperature is stored in the
また、環境条件に対応する冷水温度ｔ１及び冷却水温度ｔ２がテーブル１００に保存されていない場合（即ち、環境条件が、図５における「冷凍機運転に変更」と記載した領域に相当する場合）、最適値取得部５２は、制御値設定部５３に冷凍機運転への切り替えを指示する信号を送る。制御値設定部５３は、最適値取得部５２の指示に基づいて、第１バルブ８１及び第２バルブ８２の開閉を制御して、フリークーリング運転から冷凍機９１（図１参照）による冷凍機運転に切り替える。これにより、環境条件に応じて、フリークーリング運転と冷凍機運転とを切り替えることができる。
Moreover, when the cold water temperature t1 and the cooling water temperature t2 corresponding to environmental conditions are not preserve | saved in the table 100 (namely, when environmental conditions correspond to the area | region described as "change to refrigerator operation" in FIG. 5). The optimum
なお、上述の例では、種々の環境条件と、冷却水温度及び冷水温度の最適値との対応関係を表すテーブル１００を用いる例について説明したが、種々の環境条件と、冷却塔ファン１０のインバータ７０及び冷却水ポンプ２のインバータ７１の周波数の最適値との対応関係を表すテーブルを用いてもよい。
In the above-described example, the example using the table 100 representing the correspondence relationship between various environmental conditions and the cooling water temperature and the optimum value of the cooling water temperature has been described. However, the various environmental conditions and the inverter of the
また、上述の例では、環境条件として、冷却負荷と外気湿球温度とを挙げたが、ドライコイル冷却水環温度や、外気比エンタルピーなどを用いてもよい。 In the above example, the cooling load and the outside air wet bulb temperature are cited as the environmental conditions. However, the dry coil cooling water ring temperature, the outside air enthalpy, and the like may be used.
また、上記第１〜第３の実施形態では、本発明での第２熱交換器の冷却対象媒体が水および空気である場合を例に説明したが、本発明はこのような場合に限定されず、空気および水以外の別の流体であってもよく、また、固体でもよい。 Moreover, in the said 1st-3rd embodiment, although the case where the cooling object medium of the 2nd heat exchanger in this invention was water and air was demonstrated to the example, this invention is limited to such a case. Alternatively, it may be another fluid other than air and water, or may be a solid.
１…冷却塔、２…冷却水ポンプ（第１ポンプ）、４…冷水ポンプ(第２ポンプ)、５…ドライコイル冷却水ポンプ（第３ポンプ）、６…ドライコイル、１０…冷却塔ファン、１１…第１熱交換器、１２…第２熱交換器、２０…外気温湿度センサ（外気状態センサ）、２１…冷却水往温度センサ、２２…冷水往温度センサ、２３…ドライコイル冷却水往温度センサ、２４…室内温度センサ、２５…ドライコイル冷却水還温度センサ、２６…ドライコイル冷却水流量センサ、３１…第１の配管、３２…第２の配管、３３…第３の配管、５０…制御装置、５１…シミュレータ、５２…最適値取得部、５３…制御値設定部（最適値設定手段）、５４…記憶部、５５…ネットワーク、６０…クリーンルーム、６１…製造装置、７０，７１，７２、７３…インバータ、１００…テーブル、１１０…制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cooling tower, 2 ... Cooling water pump (1st pump), 4 ... Cooling water pump (2nd pump), 5 ... Dry coil cooling water pump (3rd pump), 6 ... Dry coil, 10 ... Cooling tower fan, DESCRIPTION OF
Claims (11)
ファンを有し、外気により第１の冷水を冷却する冷却塔と、
前記冷却塔で冷却された第１の冷水と第２の冷水とを熱交換する第１熱交換器と、
前記第２の冷水と前記冷却対象媒体とを熱交換する第２熱交換器と、
前記冷却塔と前記第１熱交換器との間で前記第１の冷水を循環させる第１ポンプと、
前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間で前記第２の冷水を循環させる第２ポンプと、
少なくとも前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度を入力値とし、前記冷却塔の前記ファンの消費電力、前記第１ポンプの消費電力および前記第２ポンプの消費電力を含む消費電力の合計値を求めるシミュレーションを行うシミュレータと、
前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度の入力値を変化させて前記シミュレータに入力し、前記シミュレーションの結果から前記消費電力の合計値が最小となる前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度を最適値として取得する最適値取得手段と、
本冷却システムの前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度を前記最適値取得手段によって取得された前記最適値に設定する最適値設定手段と、を備え、
前記冷却対象媒体が液体であり、前記液体と気体とを熱交換して前記気体を冷却する第３熱交換器をさらに備え、
前記シミュレータは、前記冷却対象媒体側から前記冷却塔の方向に、前記第２ポンプ、前記第１ポンプ、前記冷却塔の前記ファンの順番でこれら各部の消費電力を計算することを特徴とする冷却システム。 In the cooling system that cools the cooling target medium using free cooling,
A cooling tower having a fan and cooling the first cold water by outside air;
A first heat exchanger for exchanging heat between the first cold water and the second cold water cooled in the cooling tower;
A second heat exchanger for exchanging heat between the second cold water and the medium to be cooled;
A first pump for circulating the first cold water between the cooling tower and the first heat exchanger;
A second pump for circulating the second cold water between the first heat exchanger and the second heat exchanger;
Power consumption including at least the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water as input values and including power consumption of the fan, power consumption of the first pump, and power consumption of the second pump of the cooling tower A simulator that performs a simulation to obtain the total value of
The first cold water temperature at which the total value of the power consumption is minimized from the result of the simulation by changing the input values of the first cold water temperature and the second cold water temperature and inputting them to the simulator. And an optimum value obtaining means for obtaining the temperature of the second cold water as an optimum value,
Optimum value setting means for setting the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water of the cooling system to the optimum value acquired by the optimum value acquisition means ,
The cooling target medium is a liquid, and further comprises a third heat exchanger that cools the gas by exchanging heat between the liquid and the gas,
The simulator calculates power consumption of each part in the order of the second pump, the first pump, and the fan of the cooling tower in the direction from the cooling target medium side to the cooling tower. system.
ファンを有し、外気により第１の冷水を冷却する冷却塔と、
前記冷却塔で冷却された第１の冷水と第２の冷水とを熱交換する第１熱交換器と、
前記第２の冷水と前記冷却対象媒体とを熱交換する第２熱交換器と、
前記冷却塔と前記第１熱交換器との間で前記第１の冷水を循環させる第１ポンプと、
前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間で前記第２の冷水を循環させる第２ポンプと、
少なくとも前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度を入力値とし、前記冷却塔の前記ファンの消費電力、前記第１ポンプの消費電力および前記第２ポンプの消費電力を含む消費電力の合計値を求めるシミュレーションを行うシミュレータと、
前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度の入力値を変化させて前記シミュレータに入力し、前記シミュレーションの結果から前記消費電力の合計値が最小となる前記冷却塔の前記ファンのインバータ周波数および前記第１ポンプのインバータ周波数を最適値として取得する最適値取得手段と、
前記冷却塔の前記ファンのインバータ周波数および前記第１ポンプのインバータ周波数を前記最適値取得手段によって取得された前記最適値に設定する最適値設定手段と、を備え、
前記冷却対象媒体が液体であり、前記液体と気体とを熱交換して前記気体を冷却する第３熱交換器をさらに備え、
前記シミュレータは、前記冷却対象媒体側から前記冷却塔の方向に、前記第２ポンプ、前記第１ポンプ、前記冷却塔の前記ファンの順番でこれら各部の消費電力を計算することを特徴とする冷却システム。 In the cooling system that cools the cooling target medium using free cooling,
A cooling tower having a fan and cooling the first cold water by outside air;
A first heat exchanger for exchanging heat between the first cold water and the second cold water cooled in the cooling tower;
A second heat exchanger for exchanging heat between the second cold water and the medium to be cooled;
A first pump for circulating the first cold water between the cooling tower and the first heat exchanger;
A second pump for circulating the second cold water between the first heat exchanger and the second heat exchanger;
Power consumption including at least the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water as input values and including power consumption of the fan, power consumption of the first pump, and power consumption of the second pump of the cooling tower A simulator that performs a simulation to obtain the total value of
The input value of the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water is changed and input to the simulator. From the result of the simulation, the fan of the cooling tower whose total power consumption is minimized An optimum value obtaining means for obtaining an inverter frequency and an inverter frequency of the first pump as optimum values;
Optimum value setting means for setting the inverter frequency of the fan of the cooling tower and the inverter frequency of the first pump to the optimum value obtained by the optimum value obtaining means ,
The cooling target medium is a liquid, and further comprises a third heat exchanger that cools the gas by exchanging heat between the liquid and the gas,
The simulator calculates power consumption of each part in the order of the second pump, the first pump, and the fan of the cooling tower in the direction from the cooling target medium side to the cooling tower. system.
前記最適値取得手段は、前記外気状態センサの計測結果を前記シミュレータに入力することを特徴とする請求項４または５に記載の冷却システム。 As the outside air state, it comprises an outside air state sensor that measures the temperature and humidity of the outside air, or the dry bulb temperature and wet bulb temperature of the outside air, or the wet bulb temperature of the outside air,
The cooling system according to claim 4 or 5 , wherein the optimum value acquisition means inputs a measurement result of the outside air state sensor to the simulator.
少なくとも前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度を入力値とし、前記冷却塔の前記ファンの消費電力、前記第１ポンプの消費電力および前記第２ポンプの消費電力を含む消費電力の合計値を求めるシミュレーションを行うシミュレータを用いて、前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度の入力値を変化させて前記シミュレータに入力し、前記シミュレーションの結果から前記消費電力の合計値が最小となる前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度を最適値として取得する最適値取得ステップと、
前記冷却システムの前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度を前記最適値取得ステップで取得された前記最適値に設定する最適値設定ステップと、
前記シミュレータにより、前記冷却対象媒体側から前記冷却塔の方向に、前記第２ポンプ、前記第１ポンプ、前記冷却塔の前記ファンの順番でこれら各部の消費電力を計算するステップと、
を含むことを特徴とする冷却方法。 A cooling tower having a fan for cooling the first cold water by outside air, a first heat exchanger for exchanging heat between the first cold water and the second cold water cooled by the cooling tower, and the second A second heat exchanger for exchanging heat between the cold water and the medium to be cooled, a first pump for circulating the first cold water between the cooling tower and the first heat exchanger, and the first heat exchanger. A second pump that circulates the second cold water between the second heat exchanger and the second heat exchanger, and a third medium that cools the gas by exchanging heat between the liquid and the gas. A cooling method further comprising: a cooling system comprising: a cooling system comprising: a cooling system that cools the cooling target medium using free cooling;
Power consumption including at least the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water as input values and including power consumption of the fan, power consumption of the first pump, and power consumption of the second pump of the cooling tower Using a simulator that performs a simulation for obtaining a total value of the first cold water, the input values of the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water are changed and input to the simulator. An optimal value acquisition step of acquiring the first cold water temperature and the second cold water temperature at which the total value is a minimum as an optimal value;
An optimum value setting step of setting the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water of the cooling system to the optimum value obtained in the optimum value obtaining step;
Calculating the power consumption of these parts in the order of the second pump, the first pump, and the fan of the cooling tower in the direction from the cooling target medium side to the cooling tower by the simulator;
The cooling method characterized by including.
少なくとも前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度を入力値とし、前記冷却塔の前記ファンの消費電力、前記第１ポンプの消費電力および前記第２ポンプの消費電力を含む消費電力の合計値を求めるシミュレーションを行うシミュレータを用いて、前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度の入力値を変化させて前記シミュレータに入力し、前記シミュレーションの結果から前記消費電力の合計値が最小となる前記冷却塔の前記ファンのインバータ周波数および前記第１ポンプのインバータ周波数を最適値として取得する最適値取得ステップと、
前記冷却塔の前記ファンのインバータ周波数および前記第１ポンプのインバータ周波数を前記最適値取得ステップで取得された前記最適値に設定する最適値設定ステップと、
前記シミュレータにより、前記冷却対象媒体側から前記冷却塔の方向に、前記第２ポンプ、前記第１ポンプ、前記冷却塔の前記ファンの順番でこれら各部の消費電力を計算するステップと、
を含むことを特徴とする冷却方法。 A cooling tower having a fan for cooling the first cold water by outside air, a first heat exchanger for exchanging heat between the first cold water and the second cold water cooled by the cooling tower, and the second A second heat exchanger for exchanging heat between the cold water and the medium to be cooled, a first pump for circulating the first cold water between the cooling tower and the first heat exchanger, and the first heat exchanger. A second pump that circulates the second cold water between the second heat exchanger and the second heat exchanger, and a third medium that cools the gas by exchanging heat between the liquid and the gas. A cooling method further comprising: a cooling system comprising: a cooling system comprising: a cooling system that cools the cooling target medium using free cooling;
Power consumption including at least the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water as input values and including power consumption of the fan, power consumption of the first pump, and power consumption of the second pump of the cooling tower Using a simulator that performs a simulation for obtaining a total value of the first cold water, the input values of the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water are changed and input to the simulator. An optimum value obtaining step of obtaining the inverter frequency of the fan of the cooling tower and the inverter frequency of the first pump as the optimum values, wherein the total value is minimized;
An optimum value setting step of setting the inverter frequency of the fan of the cooling tower and the inverter frequency of the first pump to the optimum value obtained in the optimum value obtaining step;
Calculating the power consumption of these parts in the order of the second pump, the first pump, and the fan of the cooling tower in the direction from the cooling target medium side to the cooling tower by the simulator;
The cooling method characterized by including.
本冷却システムの環境条件である冷却負荷及び外気湿球温度と、前記冷却塔の前記ファンの消費電力、前記第１ポンプの消費電力および前記第２ポンプの消費電力を含む消費電力の合計値が最小になる前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度の組み合わせとの対応関係を示すテーブルが予め記憶された記憶手段と、
前記記憶手段の前記テーブルに基づいて、本冷却システムの環境条件に対応する前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度を最適値として取得する最適値取得手段と、
本冷却システムの前記第１の冷水の温度および前記第２の冷水の温度を前記最適値取得手段によって取得された前記最適値に設定する最適値設定手段と、
を備えたことを特徴とする冷却システム。 The cooling system of claim 1, wherein
The total value of the power consumption including the cooling load and the outside wet bulb temperature , which are the environmental conditions of the present cooling system, the power consumption of the fan of the cooling tower, the power consumption of the first pump, and the power consumption of the second pump. Storage means for storing a table indicating a correspondence relationship between the temperature of the first cold water and the combination of the temperatures of the second cold water that are minimized;
Based on the table of the storage means, optimum value obtaining means for obtaining the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water corresponding to the environmental conditions of the cooling system as optimum values;
Optimum value setting means for setting the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water of the cooling system to the optimum value obtained by the optimum value obtaining means;
A cooling system comprising:
本冷却システムの環境条件である冷却負荷及び外気湿球温度と、前記冷却塔の前記ファンの消費電力、前記第１ポンプの消費電力および前記第２ポンプの消費電力を含む消費電力の合計値が最小になる前記冷却塔の前記ファンのインバータ周波数および前記第１ポンプのインバータ周波数の組み合わせとの対応関係を示すテーブルが予め記憶された記憶手段と、
前記記憶手段の前記テーブルに基づいて、本冷却システムの環境条件に対応する前記冷却塔の前記ファンのインバータ周波数および前記第１ポンプのインバータ周波数を最適値として取得する最適値取得手段と、
前記冷却塔の前記ファンのインバータ周波数および前記第１ポンプのインバータ周波数を前記最適値取得手段によって取得された前記最適値に設定する最適値設定手段と、
を備えたことを特徴とする冷却システム。 The cooling system of claim 2, wherein
The total value of the power consumption including the cooling load and the outside wet bulb temperature , which are the environmental conditions of the present cooling system, the power consumption of the fan of the cooling tower, the power consumption of the first pump, and the power consumption of the second pump. A storage means in which a table showing a correspondence relationship between a combination of the inverter frequency of the fan of the cooling tower and the inverter frequency of the first pump that is minimized is stored in advance;
Based on the table of the storage means, optimum value obtaining means for obtaining the inverter frequency of the fan of the cooling tower and the inverter frequency of the first pump corresponding to the environmental conditions of the cooling system as optimum values;
Optimum value setting means for setting the inverter frequency of the fan of the cooling tower and the inverter frequency of the first pump to the optimum value obtained by the optimum value obtaining means;
A cooling system comprising:
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