JP5554277B2 - 熱媒流量推定装置、熱源機、及び熱媒流量推定方法 - Google Patents
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Description
熱媒の流量を計測するための流量計が設置されていない冷凍機において、例えば膨張弁の開度を制御するための演算に用いる熱媒の流量と実際の熱媒の流量とに乖離があり、演算により算出された膨張弁の開度と真に必要な膨張弁の開度とのずれによって、次のような不具合が生じる可能性がある。
一方、膨張弁の開度が過少である場合は、凝縮器と蒸発器との圧力差が過大となり、冷凍機の動力が過大となる結果、COPが低下する可能性がある。
また、特許文献2には、複数の空気調和機に対して、個々の空気調和機の冷温水入口出口間の差圧を計測する複数の差圧センサーと全体の冷温水流量を計測する流量センサーを備え、冷房運転前にバルブ切換え等により一つの差圧センサーのみ動作する流路を作って流量と差圧の関係を求めておき、冷房運転時には該差圧センサーにより冷温水の流量を求める技術が記載されている。
上記のように、特許文献1,2に記載の技術では、所定の流体の流量を算出するために、他の流体の流量を計測する流量計を用いたり、他の流体の差圧を計測する差圧計を用いたりしているため、低コストで流体の流量を把握することができない。
なお、冷媒流量算出手段で算出された冷媒の流量は、膨張弁の開度を制御するための指令値を算出するために用いられる。
さらに、熱媒流量逆算手段によって、上記逆算された冷媒の流量から蒸発器において冷媒と熱媒との間で交換される熱量が逆算され、逆算された熱量及び蒸発器を流れる熱媒の温度の計測値に基づいて、熱媒の流量が逆算される。
これにより、実際に循環する冷媒の流量を適正な値とすることができ、その結果高いCOPで運転することができる。
以下、本発明の第1実施形態について説明する。
ターボ冷凍機10は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機12と、ターボ圧縮機12によって圧縮された高温高圧のガス冷媒を熱源媒体(冷却水)によって凝縮する凝縮器14と、凝縮器14にて凝縮された液相の冷媒(液冷媒)に対して過冷却を与えるサブクーラ16と、サブクーラ16からの液冷媒を膨張させる高圧膨張弁18と、高圧膨張弁18に接続されるとともにターボ圧縮機12の中間段及び低圧膨張弁20に接続される中間冷却器22と、低圧膨張弁20によって膨張させられた液冷媒を蒸発させると共に該冷媒と熱媒(冷水)とを熱交換する蒸発器24を備えている。
制御装置30は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及び外部インタフェース等を備え、各々システムバスによって接続され、各種情報の送受信が可能とされている。
図3(A)は、中間冷却器22を備えるターボ冷凍機10の冷媒回路図であり、図3(A)における「1」に相当する蒸発器24の出口におけるエンタルピh1は、図3(B)に示すサイクル線図(p−h線図)における「1」である。一方、図3(A)における「5」に相当する蒸発器24の入口におけるエンタルピh5は、図3(B)に示すサイクル線図における「5」である。
このような場合、制御装置30は、差圧設定値と差圧計測値とを一致させるために、冷媒の流量を適正な値とするために、膨張弁開度指令値を算出するために用いる冷水流量計画値を更新(変更)する更新処理を行う。
なお、本第1実施形態に係る冷水流量計画値更新条件を満たす場合とは、ターボ冷凍機10の成績係数の理論値(理論COP)から求められるターボ圧縮機22の動力とターボ圧縮機22の動力の計測値との差が所定値(例えば5%)以上となった場合である。理論COPから求められるターボ圧縮機22の動力とターボ圧縮機22の動力の計測値とにずれが生じる場合は、冷媒の流量が適正でない、すなわち冷媒の流量を算出するために用いる冷水流量計画値が適正でないことが考えられるためである。
COPcarnot=(TLO+273.15)/(THO−TLO) (A)
上記(A)式において、TLOは冷水出口温度[℃]、THO冷却水出口温度[℃]である。
:Qfr=Qf/Qr (C)
Had=(-2.7254×10-4TLO 2-9.0244×10-3TLO+47.941)×{log10Pc-log10Pe}×1000/9.8067 (F)
(F)式における、Pcは凝縮器の飽和圧力[MPa]、Peは蒸発器の飽和圧力[MPa]、Tcは凝縮器の飽和温度[℃]、Teは蒸発器の飽和温度[℃]である。
すなわち、ステップ116では、(12)式を満たす場合、肯定判定となりステップ120へ移行し、(12)式を満たさない場合、否定判定と判定なりステップ118へ移行する。
なお、冷水流量計画値Gewと冷水流量推定値Gew’とのずれの状態がターボ冷凍機10に生じている現象の状態と一致している場合とは、Gew’>Gewでは冷水出口温度と蒸発器飽和温度との差が定格値よりも大きくなっている場合であり、Gew’<GewではCOPの理論値に対してCOPの計測値が所定値(例えば10%)以上小さい場合である。
より具体的には、下記(13)式を用いて冷水流量計画値Gewを算出し、該算出した冷水流量計画値Gewに更新する。
従って、本第1実施形態に係る制御装置30は、流量計を用いることなく、冷水の流量を算出することができる。
これにより、本第1実施形態に係るターボ冷凍機10は、実際に循環する冷媒の流量を適正な値とすることができ、その結果高いCOPで運転することができる。
以下、本発明の第2実施形態について説明する。
本第2実施形態に係る冷水流量計画値変更条件は、冷水負荷とターボ圧縮機22を駆動させる電動モータ28に流れる電流から求められる負荷との差が所定値(例えば5%)以上の場合とする。
以下、本発明の第3実施形態について説明する。
本第2実施形態に係る冷水流量計画値変更条件は、冷水出口温度と蒸発器飽和温度との差、又は冷却水出口温度と凝縮器飽和温度との差が、予め定められた範囲内にない場合とする。
そして、本第3実施形態では、冷水出口温度と蒸発器飽和温度との差が設定値ΔTe以上となった場合に、冷水流量計画値変更条件を満たしたと判定し、冷水流量計画値の更新処理を行う。また、設定値ΔTeは、負荷割合が大きいほど大きくされている。
そして、本第3実施形態では、冷却水出口温度と凝縮器飽和温度との差が設定値ΔTc以上となった場合に、冷水流量計画値変更条件を満たしたと判定し、冷水流量計画値の更新処理を行う。また、設定値ΔTcは、負荷割合が大きいほど大きくされている。
図7(A)は、エコノマイザを備えるターボ冷凍機10の冷媒回路図であり、図7(A)における「1」に相当する蒸発器24の出口におけるエンタルピh1は、図7(B)に示すサイクル線図(p−h線図)における「1」である。一方、図7(A)における「5」に相当する蒸発器24の入口におけるエンタルピh5は、図7(B)に示すサイクル線図における「5」である。
12 ターボ圧縮機
14 凝縮器
24 蒸発器
28 電動モータ
30 制御装置
72 差圧設定部
74 要求冷媒循環流量算出部
78 冷水循環流量逆算部
Claims (8)
- 冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を熱源媒体によって凝縮させる凝縮器と、凝縮された冷媒を蒸発させると共に該冷媒と熱媒とを熱交換する蒸発器と、前記凝縮器に貯留された液相の冷媒を膨張させる膨張弁と、を備えた熱源機の熱媒の流量を推定する熱媒流量推定装置であって、
熱媒の流量の計画値及び前記蒸発器を流れる熱媒の温度の計測値に基づいて、前記蒸発器において冷媒と熱媒との間で交換される熱量を算出し、該熱量から前記蒸発器を流れる冷媒の流量を算出する冷媒流量算出手段と、
前記凝縮器と前記蒸発器の差圧の設定値と該差圧の計測値との比、及び前記冷媒流量算出部によって算出された冷媒の流量に基づいて、前記蒸発器を流れている冷媒の流量を逆算し、逆算した冷媒の流量から前記蒸発器において冷媒と熱媒との間で交換される熱量を逆算し、逆算した熱量及び前記蒸発器を流れる熱媒の温度の計測値に基づいて、熱媒の流量を逆算する熱媒流量逆算手段と、
を備えた熱媒流量推定装置。 - 冷媒を圧縮する圧縮機と、
圧縮された冷媒を熱源媒体によって凝縮させる凝縮器と、
凝縮された冷媒を蒸発させると共に該冷媒と熱媒とを熱交換する蒸発器と、
前記凝縮器に貯留された液相の冷媒を膨張させる膨張弁と、
請求項1記載の熱媒流量推定装置と、
を備え、
前記熱媒流量逆算手段によって逆算された熱媒の流量に基づいて、前記熱媒の流量の計画値を更新する更新処理を行い、更新した該計画値に基づいて前記冷媒流量算出手段によって冷媒の流量を算出し、算出した冷媒の流量に応じて前記膨張弁の開度を制御する熱源機。 - 前記更新処理は、前記熱媒の流量の計画値と前記熱媒流量逆算手段によって逆算された熱媒の流量との内分点に、前記熱媒の流量の計画値を更新する請求項2記載の熱源機。
- 前記更新処理は、前記熱媒の流量の計画値と前記熱媒流量逆算手段によって逆算された熱媒の流量とのずれの状態が、本機に生じている現象の状態と一致している場合に行われる請求項2又は請求項3記載の熱源機。
- 前記更新処理は、前記熱源機の成績係数の理論値から求められる前記圧縮機の動力と前記圧縮機の動力の計測値との差が所定値以上の場合に行われる請求項2から請求項4の何れか1項記載の熱源機。
- 前記更新処理は、熱媒負荷と前記圧縮機を駆動させる電動機に流れる電流から求められる負荷との差が所定値以上の場合に行われる請求項2から請求項4の何れか1項記載の熱源機。
- 前記更新処理は、熱媒が前記蒸発器から流出する温度と前記蒸発器内の飽和温度との差、又は熱源媒体が前記凝縮器から流出する温度と前記凝縮器内の飽和温度との差が、予め定められた範囲内にない場合に行われる請求項2から請求項4の何れか1項記載の熱源機。
- 冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を熱源媒体によって凝縮させる凝縮器と、凝縮された冷媒を蒸発させると共に該冷媒と熱媒とを熱交換する蒸発器と、前記凝縮器に貯留された液相の冷媒を膨張させる膨張弁と、を備えた熱源機の熱媒の流量を推定する熱媒流量推定方法であって、
熱媒の流量の計画値及び前記蒸発器を流れる熱媒の温度の計測値に基づいて、前記蒸発器において冷媒と熱媒との間で交換される熱量を算出し、該熱量から前記蒸発器を流れる冷媒の流量を算出する第1工程と、
前記凝縮器と前記蒸発器の差圧の設定値と該差圧の計測値との比、及び前記第1工程によって算出された冷媒の流量に基づいて、前記蒸発器を流れている冷媒の流量を逆算し、逆算した冷媒の流量から前記蒸発器において冷媒と熱媒との間で交換される熱量を逆算し、逆算した熱量及び前記蒸発器を流れる熱媒の温度の計測値に基づいて、熱媒の流量を逆算する第2工程と、
を含む熱媒流量推定方法。
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