JP5615559B2 - Cooling system - Google Patents

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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.

特開２００４−１３２６５１号公報JP 2004-132651 A

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.

そこで、本願発明者らは、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ためファンやポンプにインバータを設けて制御することを検討している。しかしながら、冷却水ポンプのインバータ周波数がある数値を超えると、冷水往温度が制御できなくなることが判明した。   In view of this, the inventors of the present application are considering to control the fan or pump by providing an inverter in order to reduce the total power consumption of the cooling tower fan power and pump power consumption. However, it has been found that if the inverter frequency of the cooling water pump exceeds a certain value, the cold water temperature cannot be controlled.

本発明が解決しようとする課題は、上記問題を解決し、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 solve the above problem and reduce the total power consumption of the cooling tower fan power and pump power when cooling is performed using free cooling of the cooling tower. It is to be.

前記目的を達成するために、本発明の冷却システムは、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の熱交換器と、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と、前記冷却塔の前記ファンのインバータ周波数と前記第１ポンプのインバータ周波数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の冷水の温度と前記第２の冷水の温度の最適値の組み合せを求める制御値取得手段と、前記制御値取得手段により求められた前記第１の冷水の温度と前記第２の冷水の温度の最適値の組み合わせ制御目標値として設定する制御値設定手段と、前記第１ポンプのインバータ周波数の上限値が記憶された第１ポンプのインバータ周波数上限値テーブルとを備え、前記第１ポンプのインバータを制御し、前記第１ポンプのインバータ周波数上限値テーブルの周波数を超えない範囲で第２の冷水の温度を制御目標値に調節することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a cooling system of the present invention is a cooling system that cools a cooling target medium using free cooling, a cooling tower that has a fan and cools first cold water using outside air; A first heat exchanger for exchanging heat between the first cold water and the second cold water cooled by 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, and the second cold water between the first heat exchanger and the second heat exchanger. A second pump for circulating the air, and at least the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water as input values, the power consumption of the fan of the cooling tower, the power consumption of the first pump, and the second Total value of power consumption including power consumption of pump and the cooling tower A simulator for performing a simulation for determining the inverter frequency of the fan and the inverter frequency of the first pump, and changing the input values of the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water to input to the simulator, Control value acquisition means for obtaining a combination of the optimum value of the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water that minimizes the total value of the power consumption from the result of simulation, and is obtained by the control value acquisition means. Further, control value setting means for setting a combination control target value of the optimum value of the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water, and the first pump in which the upper limit value of the inverter frequency of the first pump is stored An inverter frequency upper limit value table for controlling the inverter of the first pump, and an inverter frequency upper limit value for the first pump. And adjusting a second cold water temperature control target value within a range that does not exceed the frequency of Buru.

本願発明者らは、冷却塔ファン、ポンプにインバータを備えたフリークーリングシステムの冷水往温度の制御において冷却水ポンプのインバータ周波数がある数値を超えると、冷水往温度が制御できなくなる現象を見出した。これはフリークーリングシステムが非線形系であることが原因と考えられる。そこで、冷水往温度が制御不可能となる第１ポンプのインバータ周波数をシミュレータで求め、そのインバータ周波数を第１ポンプの上限として設定した。   The inventors of the present application have found a phenomenon that the cooling water feed temperature cannot be controlled when the inverter frequency of the cooling water pump exceeds a certain value in the control of the cooling water feeding temperature of the free cooling system having the cooling tower fan and the pump provided with the inverter. . This is probably because the free cooling system is a nonlinear system. Therefore, the inverter frequency of the first pump at which the cold water temperature becomes uncontrollable is obtained with a simulator, and the inverter frequency is set as the upper limit of the first pump.

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）、および予め設定された前記第１ポンプのインバータ周波数の上限値を超えない範囲内で第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る。   According to the present invention, the inverter frequency of the cooling tower fan that minimizes the total power consumption of the cooling tower fan and the pump (determines the temperature of the first cold water), and the preset first frequency. The inverter frequency of the first pump (which determines the temperature of the second cold water) is determined as the optimum value within a range that does not exceed the upper limit value of the pump inverter frequency.

これにより、単に冷凍機に係る消費電力を削減できるだけでなく、安定した制御を行ないながら、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
本発明の冷却システムは、前記発明において、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ることが好ましい。 Thereby, not only can the power consumption related to the refrigerator be simply reduced, but also the total power consumption related to the fans and pumps of the cooling tower can be reduced while performing stable control. In the invention, it is preferable that 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.

例えば、前記冷却対象媒体は水であり、前記第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。   For example, the medium to be cooled 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.

本発明の冷却システムは、前記発明において、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が好ましい。   In the cooling system according to the aspect of the invention, it is preferable that 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.

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.

本発明の冷却システムは、前記発明において、前記冷却対象媒体を用いて装置冷却を行うことが好ましい。   In the cooling system according to the aspect of the invention, it is preferable that the cooling is performed using the medium to be cooled.

例えば、前記冷却対象媒体は水である。これにより、効率よく装置冷却を行うことができる。   For example, the cooling target medium is water. Thereby, apparatus cooling can be performed efficiently.

本発明の冷却システムは、前記発明において、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が好ましい。   The cooling system of the present invention is the cooling system according to the present invention, wherein the simulator is configured such that the second pump, the first pump, and the fan of the cooling tower are arranged in the order from the cooling target medium side to the cooling tower. It is preferable to calculate power consumption.

この発明によれば、各種の入力値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、制御値を容易に求めることができる。   According to this invention, since the power consumption of each part is calculated from the cooling target medium side that can be treated as a constant set value among various input values, the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water are changed. It is possible to reduce the calculation load of the total power consumption that is repeated while performing the control, and it is possible to easily obtain the control value.

本発明の冷却システムは、前記発明において、前記制御値取得手段は、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が好ましい。   The cooling system of the present invention is the cooling system according to the present invention, wherein the control value acquisition means is for the outside air state, the temperature of the cooling target medium at the cooling target medium inlet of the second heat exchanger, and the cooling of the cooling target medium. It is preferable to input a cooling load to the simulator.

本発明の冷却システムは、前記発明において、前記制御値取得手段は、外気状態と、前記第２熱交換器の冷却対象媒体出口および冷却対象媒体入口での前記冷却対象媒体の温度と、前記冷却対象媒体出口および冷却対象媒体入口との間の前記冷却対象媒体の流量とを、前記シミュレータに入力することが好ましい。   The cooling system of the present invention is the cooling system according to the invention, wherein the control value acquisition means includes an outside air state, a cooling target medium outlet of the second heat exchanger, a temperature of the cooling target medium at a cooling target medium inlet, and the cooling It is preferable that the flow rate of the cooling target medium between the target medium outlet and the cooling target medium inlet is input to the simulator.

本発明の冷却システムは、前記発明において、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、前記制御値取得手段は、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が好ましい。   The cooling system of the present invention includes, in the above-described invention, 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, It is preferable that the control value acquisition unit inputs a measurement result of the outside air state sensor to the simulator.

本発明の冷却システムは、前記発明において、前記制御値取得手段は、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が好ましい。   In the cooling system according to the aspect of the invention, it is preferable that the control value acquisition unit 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. .

前記目的を達成するために、本発明の冷却方法は、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と、前記冷却塔の前記ファンのインバータ周波数と前記第１ポンプのインバータ周波数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の冷水の温度と前記第２の冷水の温度の最適値の組み合せを求める制御値取得ステップと、前記制御値取得手段により求められた前記第１の冷水の温度と前記第２の冷水の温度の最適値の組み合わせ制御目標値として設定する制御値設定ステップと、前記第１ポンプのインバータ周波数の上限値が記憶された第１ポンプのインバータ周波数上限値テーブルとを備え、前記第１ポンプのインバータを制御し、前記第１ポンプのインバータ周波数上限値テーブルの周波数を超えない範囲で第２の冷水の温度を制御目標値に調節することを含むことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a cooling method of the present invention includes a cooling tower having a fan and cooling first cold water by outside air, first cold water and second cold water cooled by the cooling tower, A first heat exchanger for exchanging heat, a second heat exchanger for exchanging heat between the second cold water and the cooling target medium, and the first heat exchanger between the cooling tower and the first heat exchanger. Utilizing free cooling in a cooling system comprising a first pump for circulating cold water and a second pump for circulating the second cold water between the first heat exchanger and the second heat exchanger A cooling method for cooling the cooling target medium, wherein at least the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water are input values, and the power consumption of the fan of the cooling tower, the power of the first pump A total value of power consumption including power consumption and power consumption of the second pump; Using a simulator that performs a simulation for determining the inverter frequency of the fan of the cooling tower and the inverter frequency of the first pump, the input values of the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water are changed, and the A control value obtaining step for obtaining a combination of an optimum value of the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water that is input to a simulator and from which the total value of the power consumption is minimized based on the result of the simulation; A control value setting step for setting a combination control target value of the optimum value of the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water obtained by the value acquisition means, and an upper limit value of the inverter frequency of the first pump. An inverter frequency upper limit value table stored in the first pump, controlling the inverter of the first pump, and the first pump Characterized in that it includes adjusting the second cold water temperature control target value within a range that does not exceed the inverter frequency upper limit frequency of the table.

前記目的を達成するために、本発明の冷却システムは、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の熱交換器と、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、本冷却システムの環境条件と、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の冷水の温度の制御目標値および前記第２の冷水の温度の制御目標値および前記第１ポンプのインバータ周波数の上限値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の冷水の温度の制御目標値および前記第２の冷水の温度の制御目標値および前記第１ポンプのインバータ周波数の上限値を取得する制御値取得手段と、前記第１の冷水の温度の制御目標値および前記第２の冷水の温度の制御目標値および前記第１ポンプのインバータ周波数の上限値を温度調節器の制御パラメータとして設定する最適値設定手段と、前記制御値取得手段により求められた前記第１の冷水の温度と前記第２の冷水の温度の最適値の組み合わせ制御目標値として設定する制御値設定手段と、を備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a cooling system of the present invention is a cooling system that cools a cooling target medium using free cooling, a cooling tower that has a fan and cools first cold water using outside air; A first heat exchanger for exchanging heat between the first cold water and the second cold water cooled by 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, and the second cold water between the first heat exchanger and the second heat exchanger. The total value of the power consumption including the second pump for circulating the air, 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 power consumption of the second pump is minimum. The control target value of the temperature of the first cold water and the first A storage unit storing a table showing a correspondence relationship between the control target value of the temperature of the chilled water and the upper limit value of the inverter frequency of the first pump, and the environment of the cooling system based on the table of the storage unit Control value acquisition means for acquiring a control target value of the temperature of the first cold water corresponding to a condition, a control target value of the temperature of the second cold water, and an upper limit value of the inverter frequency of the first pump; Optimal value setting means for setting the control target value for the temperature of the cold water, the control target value for the temperature of the second cold water, and the upper limit value of the inverter frequency of the first pump as control parameters for the temperature controller, and the control value Control value setting means for setting as a combined control target value of the optimum value of the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water obtained by the acquisition means. The features.

前記目的を達成するために、本発明の冷却方法は、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、本冷却システムの環境条件と、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の冷水の温度の制御目標値および前記第２の冷水の温度の制御目標値および前記第１ポンプのインバータ周波数の上限値との対応関係を示すテーブルを作成して、前記記憶手段に記憶するテーブル記憶ステップと、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の冷水の温度の制御目標値および前記第２の冷水の温度の制御目標値および前記第１ポンプのインバータ周波数の上限値を取得する制御値取得ステップと、前記第１の冷水の温度の制御目標値および前記第２の冷水の温度の制御目標値および前記第１ポンプのインバータ周波数の上限値を温度調節器の制御パラメータとして設定する制御値設定ステップと、前記制御値設定ステップにより求められた前記第１の冷水の温度と前記第２の冷水の温度の最適値の組み合わせ制御目標値として設定する制御値設定ステップと、を含むことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a cooling method of the present invention includes a cooling tower having a fan and cooling first cold water by outside air, first cold water and second cold water cooled by the cooling tower, A first heat exchanger for exchanging heat, a second heat exchanger for exchanging heat between the second cold water and the cooling target medium, and the first heat exchanger between the cooling tower and the first heat exchanger. Utilizing free cooling in a cooling system comprising a first pump for circulating cold water and a second pump for circulating the second cold water between the first heat exchanger and the second heat exchanger A cooling method for cooling the medium to be cooled, including environmental conditions of the cooling system, power consumption of the fan of the cooling tower, power consumption of the first pump, and power consumption of the second pump The control target value of the temperature of the first cold water that minimizes the total value of electric power. And a table storage step of creating a table showing a correspondence relationship between the control target value of the temperature of the second cold water and the upper limit value of the inverter frequency of the first pump, and storing the table in the storage unit; Based on the table, the control target value of the first cold water temperature, the control target value of the temperature of the second cold water corresponding to the environmental conditions of the cooling system, and the upper limit value of the inverter frequency of the first pump are determined. The control value acquisition step to be acquired, the control target value of the first cold water temperature, the control target value of the second cold water temperature, and the upper limit value of the inverter frequency of the first pump as control parameters of the temperature regulator A combination of a control value setting step to be set and an optimum value of the temperature of the first cold water and the temperature of the second cold water obtained by the control value setting step A control value setting step of setting a control target value, characterized in that it comprises a.

前記目的を達成するために、本発明の冷却システムは、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の冷水と前記冷却対象媒体とを熱交換する第１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、少なくとも前記第１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ポンプの消費電力を含む消費電力の合計値と、前記冷却塔の前記ファンのインバータ周波数と前記第１ポンプのインバータ周波数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、前記シミュレータ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の冷水の温度の最適値を求める制御値取得手段と、前記制御値取得手段により求められた前記第１の冷水の温度の最適値の制御目標値として設定する制御値設定手段と、前記第１ポンプのインバータ周波数の上限値が記憶された第１ポンプのインバータ周波数上限値テーブルとを備え、前記第１ポンプのインバータが制御され、前記第１ポンプのインバータ周波数上限値テーブルの周波数を超えない範囲で冷却対象媒体の温度を制御目標値に調節することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a cooling system of the present invention is a cooling system that cools a cooling target medium using free cooling, a cooling tower that has a fan and cools first cold water using outside air; A first heat exchanger for exchanging heat between the first cold water cooled by the cooling tower and the medium to be cooled; and the first cold water is circulated between the cooling tower and the first heat exchanger. The first pump, at least the temperature of the first cold water as an input value, the total power consumption including the power consumption of the fan of the cooling tower and the power consumption of the first pump, and the fan of the cooling tower A simulator that performs a simulation for determining the inverter frequency of the first pump and the inverter frequency of the first pump, and the input value of the temperature of the first cold water is changed and input to the simulator. Control value acquisition means for obtaining an optimum value of the temperature of the first cold water that minimizes the total value of power consumption, and control of the optimum value of the temperature of the first cold water obtained by the control value acquisition means A control value setting means for setting as a target value; and an inverter frequency upper limit value table for the first pump in which an upper limit value of the inverter frequency of the first pump is stored, wherein the inverter of the first pump is controlled, The temperature of the cooling target medium is adjusted to the control target value within a range not exceeding the frequency of the inverter frequency upper limit table of one pump.

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、安定した制御と、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の削減をすることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when performing cooling using the free cooling of a cooling tower, stable control and reduction of the sum total of the power consumption of the fan motive power of a cooling tower, and the power consumption of pump power can be performed. .

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。It is a whole lineblock diagram showing an outline of an example of a cooling system in a 1st embodiment. 冷水往温度と冷却水ポンプインバータ周波数の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between cold water going temperature and a cooling water pump inverter frequency. 図１の冷却システムのうち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。It is a block diagram which shows the operation part at the time of utilization of free cooling among the cooling systems of FIG. 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。It is a block diagram which shows the operation part at the time of the free cooling utilization of the cooling system in 2nd Embodiment. 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。It is a block diagram which shows the operation part at the time of the free cooling utilization of the cooling system in 3rd Embodiment. 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。It is a table | surface which shows an example of the table showing the correspondence of an environmental condition, cooling water temperature, and the optimal value of cooling water temperature. 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する制御装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the control apparatus which controls a cooling system based on the optimal value acquired from a table. 冷却水ポンプのインバータ周波数の上限値を表すテーブルの一例を示す表である。It is a table | surface which shows an example of the table showing the upper limit of the inverter frequency of a cooling water pump. 第４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。It is a block diagram which shows the operation part at the time of utilization of the free cooling of the cooling system in 4th Embodiment. 第４の実施形態で用いられる最適値のテーブルの一例を示す表である。It is a table | surface which shows an example of the table of the optimal value used in 4th Embodiment.

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。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。 (First embodiment)
FIG. 1 is an overall configuration diagram illustrating an outline of an example of a cooling system according to the first embodiment. This cooling system mainly includes a cooling tower 1, a dry coil 6, a two-stage heat exchanger (first heat exchanger 11, second heat exchanger 12), a refrigerator 91, and a plurality of pumps 2, 4, 5, 92, and 94 are comprised. In addition, in order to make an understanding of this invention easy, although the case where the two cooling towers 1 were provided was shown in figure, the common cooling tower 1 should just be provided.

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 first valve 81 is opened, the second valve 82 is closed, the refrigerator 91 is operated, and the cold water cooled by the refrigerator 91 is used for operating the refrigerator. The chilled water pump 94 circulates between the refrigerator 91 and the second heat exchanger 12. Further, the dry coil cooling water pump 5 circulates the dry coil cooling water between the second heat exchanger 12 and the dry coil 6. Thereby, the cold heat produced | generated in the refrigerator 91 is transmitted to the dry coil 6, and the air in the clean room 60 is cooled. Further, the cooling water is circulated between the cooling tower 1 and the refrigerator 91 by the cooling water pump 92 for operating the refrigerator, and the heat of the refrigerator 91 is radiated.

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 first valve 81 is closed and the second valve 82 is opened, the operation of the refrigerator 91 is stopped, and the cooling water cooled in the cooling tower 1 is supplied. The cooling water pump 2 for use in free cooling is circulated between the cooling tower 1 and the first heat exchanger 11, and the first heat exchanger 11 and the first heat exchanger 11 are circulated by means of the cold water pump 4 for use in free cooling. The cold water is circulated between the two heat exchangers 12. Further, the dry coil cooling water pump 5 circulates the dry coil cooling water between the second heat exchanger 12 and the dry coil 6. Thereby, the cold heat obtained by the outside air in the cooling tower 1 is transferred to the dry coil 6, and the air in the clean room 60 is cooled.

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。なお、第１熱交換器１１の冷水出口での冷水温度が冷水往温度センサ２２で計測される。   Inverters 70, 71, 72, 73, 74, and 75 are connected to fan 10 (hereinafter referred to as “cooling tower fan”) and pumps 2, 4, 5, 92, and 94 of cooling tower 1, respectively. The cold water temperature at the cold water outlet of the first heat exchanger 11 is measured by the cold water going temperature sensor 22.

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 control device 50 controls each part such as the valves 81 and 82 and the inverters 70 to 75, and controls the air conditioning of the clean room 60 with the cold generated by the refrigerator 91 during the operation of the refrigerator, while using free cooling. Sometimes, control is performed to air-condition the clean room 60 with the cold heat obtained in the cooling tower 1. Further, the control device 50 has a simulator 51 that simulates the control of the control device 50 and calculates the power consumption of the entire cooling system.

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 refrigerator 91 when using the free cooling of the cooling tower 1.

ここで、本願発明者らは、冷却塔ファン、ポンプにインバータを備えたフリークーリングシステムの冷水往温度制御において冷却水ポンプのインバータ周波数がある数値を超えると制御できなくなる現象を見出した。図２は、冷却水ポンプのインバータ周波数と冷水往温度の関係を示すグラフである。一般的に、冷水往温度を下げるため、冷却水ポンプのインバータ周波数が上昇される。しかしながら、図２に示すように、あるインバータ周波数を超えると冷水往温度が上昇し、冷却水ポンプのインバータ周波数による制御ができなくなった。これは、フリークーリングシステムが非線形系であることが原因と考えられる。   Here, the inventors of the present application have found a phenomenon in which control cannot be performed when the inverter frequency of the cooling water pump exceeds a certain value in the cooling water flow temperature control of the free cooling system provided with an inverter in the cooling tower fan and pump. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the inverter frequency of the coolant pump and the coolant temperature. Generally, the inverter frequency of the cooling water pump is increased in order to lower the cold water going temperature. However, as shown in FIG. 2, when a certain inverter frequency is exceeded, the temperature of the chilled water rises, and control by the inverter frequency of the cooling water pump becomes impossible. This is probably because the free cooling system is a nonlinear system.

実際、冷水往温度を下げるため、冷却水ポンプのインバータ周波数が上昇されると、熱交換器と冷却塔を循環する冷却水の流量が増える。つまり、冷却塔を流れる冷却水の流量が増える。冷却水の流量が増加したとき、冷却塔ファンのインバータ周波数が上昇される。一方、冷却塔ファンのインバータにはインバータ周波数の上限が設定されている。冷却水の流量が所定以上に増加すると、冷却塔ファンのインバータ周波数が上限に達する。冷却塔ファンのインバータ周波数が上限に達すると、冷却塔の処理能力が限界となる。この状態で冷却水の流量がさらに増加すると、冷却水の温度が下がらず、結果的に冷水往温度が上昇する。ここで重要なことは、冷却塔の能力を超えて冷却水を流さないことであり、冷却水ポンプインバータ周波数を所定周波数以上に上昇させないことである。   Actually, when the inverter frequency of the cooling water pump is increased in order to lower the cold water going temperature, the flow rate of the cooling water circulating through the heat exchanger and the cooling tower increases. That is, the flow rate of the cooling water flowing through the cooling tower increases. When the flow rate of the cooling water increases, the inverter frequency of the cooling tower fan is increased. On the other hand, an inverter frequency upper limit is set for the inverter of the cooling tower fan. When the flow rate of the cooling water increases beyond a predetermined level, the inverter frequency of the cooling tower fan reaches the upper limit. When the inverter frequency of the cooling tower fan reaches the upper limit, the processing capacity of the cooling tower is limited. If the flow rate of the cooling water further increases in this state, the temperature of the cooling water does not decrease, and as a result, the temperature of the cooling water increases. What is important here is that the cooling water does not flow beyond the capacity of the cooling tower, and that the cooling water pump inverter frequency is not increased above a predetermined frequency.

本発明においては、冷水往温度が制御不可能なる冷却水ポンプのインバータ周波数をシミュレータで予め求め、その周波数を上限として設定する。冷却水ポンプのインバータ周波数の上限は、冷却塔ファンのインバータ周波数の上限値をシミュレータに与えることで求めることができる。   In the present invention, the inverter frequency of the cooling water pump that makes it impossible to control the cold water going temperature is obtained in advance using a simulator, and the frequency is set as the upper limit. The upper limit of the inverter frequency of the cooling water pump can be obtained by giving the upper limit value of the inverter frequency of the cooling tower fan to the simulator.

ここで、冷却水ポンプのインバータ周波数の上限の超えない範囲とは、インバータ周波数の上限より小さい範囲であればよい。   Here, the range not exceeding the upper limit of the inverter frequency of the cooling water pump may be a range smaller than the upper limit of the inverter frequency.

図８は、冷却水ポンプ２のインバータ７１の周波数の上限値の一例である。図８のテーブルを用いて、外気湿球温度と負荷から冷却水ポンプ２のインバータ７１の周波数の上限値を求める。中間の値は線形補間により求める。図８のテーブルはシミュレータにより計算し作成する。シミュレータで図２に示した極小点２００の冷却水ポンプ２のインバータ７１の周波数２０１を求める。そして、安全のためある一定の数値を減算した周波数２０２が図８のテーブルに記載された数値である。計算方法の詳細は後述する。   FIG. 8 is an example of the upper limit value of the frequency of the inverter 71 of the cooling water pump 2. The upper limit of the frequency of the inverter 71 of the cooling water pump 2 is obtained from the outside wet bulb temperature and the load using the table of FIG. The intermediate value is obtained by linear interpolation. The table of FIG. 8 is calculated and created by a simulator. The frequency 201 of the inverter 71 of the cooling water pump 2 at the minimum point 200 shown in FIG. A frequency 202 obtained by subtracting a certain numerical value for safety is a numerical value described in the table of FIG. Details of the calculation method will be described later.

図１に示す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の制御値を求めて、その制御値で制御装置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。このとき、予め求められたポンプ２のインバータ周波数の上限値を超えないよう、ポンプ２のインバータ周波数が制御される。   In the present cooling system shown in FIG. 1, based on the simulation result of the simulator 51, the total value of the power consumption related to the cooling tower fan 10 and the power consumption related to the pumps 2, 4, 5 operating when using free cooling is minimized. By obtaining the control value of the control device 50, the control device 50 actually controls each part of the cooling system (the cooling tower fan 10 and the pumps 2, 4, 5 operating when using free cooling) with the control value. The total value of the power consumption can be minimized. That is, the power consumption of the entire cooling system can be further reduced as compared with the conventional cooling system using free cooling. At this time, the inverter frequency of the pump 2 is controlled so as not to exceed the upper limit value of the inverter frequency of the pump 2 obtained in advance.

図３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３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. 3 is a configuration diagram showing details of an operating portion when using free cooling in the cooling system of FIG. 1. In FIG. 3, 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 cooling tower fan 10 that sucks outside air, and cools the cooling water to a low temperature by using low temperature outside air during a period when the outside air wet bulb temperature is low. The first heat exchanger 11 cools the cold water by exchanging heat between the cooling water cooled by the cooling tower 1 and the cold water. The second heat exchanger 12 exchanges heat between the cold water cooled by the first heat exchanger 11 and the dry coil cooling water to cool the dry coil cooling water. The dry coil 6 exchanges heat between the dry coil cooling water cooled by the second heat exchanger 12 and the air to cool the air, and supplies the low-temperature air to the clean room 60. The air in the clean room 60 is returned to the dry coil 6 by the air circulation fan 7.

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 1st piping 31 arrange | positioned between the cooling tower 1 and the 1st heat exchanger 11 is called "cooling water", and the 1st heat exchanger 11 and the 2nd heat The second cold water flowing through the second pipe 32 disposed between the exchanger 12 is simply referred to as “cold water”, and a third cold water disposed between the second heat exchanger 12 and the dry coil 6. The third cold water flowing through the pipe 33 is referred to as “dry coil cooling water”.

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 water pump 2 is disposed in the first pipe 31 and circulates the cooling water between the cooling tower 1 and the first heat exchanger 11. The cold water pump 4 is disposed in the second pipe 32 and circulates cold water between the first heat exchanger 11 and the second heat exchanger 12. The dry coil cooling water pump 5 is disposed in the third pipe 33 and circulates the dry coil cooling water between the first heat exchanger 11 and the dry coil 6.

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 / humidity sensor 20 measures the wet bulb temperature and the dry bulb temperature (or the outside air temperature and humidity) of the outside air.

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 water temperature sensor 23 measures the temperature of the dry coil coolant at the dry coil coolant outlet 12a of the second heat exchanger 12.

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 room temperature sensor 24 measures the temperature in the clean room 60 (hereinafter referred to as “room temperature”).

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 return temperature sensor 25 measures the temperature of the dry coil cooling water at the dry coil cooling water inlet 12 b of the second heat exchanger 12.

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 flow rate sensor 26 measures the flow rate of the dry coil cooling water in the third pipe 33.

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。   When the outdoor wet bulb temperature is high (summer), the refrigerator 91 cools the cold water. When the outdoor wet bulb temperature is low (winter or intermediate period), the cooling water is cooled by free cooling of the cooling tower 1. Here, an operation method when using free cooling will be described.

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。   Inverters 70, 71, 72, and 73 are connected to the cooling tower fan 10, the cooling water pump 2, the cooling water pump 4, and the dry coil cooling water pump 5, respectively. By changing the frequency (inverter frequency) of these inverters 70, 71, 72, 73, the rotation speeds of the cooling tower fan 10, the cooling water pump 2, the cooling water pump 4, and the dry coil cooling water pump 5 are changed. Setting of the frequencies of the inverters 70, 71, 72, 73 is performed by a control value setting unit 53 described later.

温度調節器１７０は、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冷却塔ファン１０のインバータ７０の周波数を制御する。温度調節器１７１は、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冷却水ポンプ２のインバータ７１の周波数を制御する。但し、冷却水ポンプ２のインバータ７１の周波数が設定された上限値を超えないようにする。つまり、温度調節器１７１には、冷水温度の制御目標値と冷却水ポンプ２のインバータ７１の周波数の上限値が与えられた上限値を超えない範囲内でＰＩＤ制御される。   The temperature controller 170 controls the frequency of the inverter 70 of the cooling tower fan 10 so that the cooling water temperature (measured by the cooling water forward temperature sensor 21) at the cooling water outlet 1a of the cooling tower 1 becomes a control target value. To do. The temperature controller 171 controls the frequency of the inverter 71 of the cooling water pump 2 so that the chilled water temperature (measured by the chilled water temperature sensor 22) at the chilled water outlet 11a of the first heat exchanger 11 becomes the control target value. To do. However, the frequency of the inverter 71 of the cooling water pump 2 should not exceed the set upper limit value. That is, the temperature controller 171 performs PID control within a range in which the control target value of the chilled water temperature and the upper limit value of the frequency of the inverter 71 of the cooling water pump 2 do not exceed the given upper limit value.

温度調節器１７２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温度（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冷水ポンプ４のインバータ７２の周波数を制御する。   The temperature regulator 172 is an inverter for the chilled water pump 4 so that the dry coil cooling water temperature (measured by the cooling water flow temperature sensor 23) at the dry coil cooling water outlet 12a of the second heat exchanger 12 becomes the control target value. 72 frequency is controlled.

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 water outlet 12a of the second heat exchanger 12 and the air temperature at the air outlet 6a of the dry coil 6 are constant set values. On the other hand, the coolant temperature at the coolant outlet 1a of the cooling tower 1 (measured by the coolant temperature sensor 21) and the coolant temperature at the coolant outlet 11a of the first heat exchanger 11 (the coolant temperature sensor 22). Is measured within a certain range, the air temperature at the air outlet 6a of the dry coil 6 and the temperature of the dry coil cooling water at the dry coil cooling water outlet 12a of the second heat exchanger 12, It can be controlled to a constant set value. That is, the room temperature in the clean room 60 is set to the target value according to environmental conditions such as the outside air condition (for example, the outside air temperature and humidity, or the outside air dry bulb temperature and wet bulb temperature, or the outside air wet bulb temperature). There are an infinite number of combinations of cooling water temperatures and cooling water temperatures that can be selected.

制御装置５０は、シミュレータ５１、制御値取得部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 control device 50 includes a simulator 51, a control value acquisition unit 52, a control value setting unit 53, and a storage unit 54. Specifically, the control device 50 includes a CPU (Central Processing Unit) and a memory.

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 control device 50 is connected to devices to be controlled (70 to 73, 81 and 82) and sensors (20 to 26) constituting the cooling system through a network 55. The control value setting unit 53 of the control device 50 reads the measured values of the sensors 20 to 26 and the operation state of the control target devices (70 to 73, 81, 82) through the network 55, and controls the control target devices with the control values. Send.

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 simulator 51 calculates the power consumption when the free cooling of each part of the cooling tower fan 10, the cooling water pump 2, the cooling water pump 4, and the dry coil cooling water pump 5 is used, and the total value of these power consumptions (total power consumption) Value). Such calculation of the total power consumption is referred to as “simulation” in the present specification, and a specific example will be described in detail later.

制御値取得部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。インバータ７１について、予め求められた上限値が運転範囲となる。制御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、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 control value acquisition unit 52 uses the simulator 51 to calculate the cooling water temperature (cooling water forward temperature) and the cold water temperature (cooling water forward temperature) that are within the operating range of the controlled device and have the smallest power consumption value. A combination is obtained as a combination of optimum values. “Operating range” is, for example, a range in which the frequency of each inverter 70 to 73 can be controlled. For the inverter 71, the upper limit value obtained in advance is the operating range. As a method for obtaining a combination of control values, for example, a method such as sequential quadratic programming is used. Alternatively, the cooling water temperature and the cooling water temperature may be set with a certain step size, and the total power consumption value may be calculated for each combination and compared for all the combinations.

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 air outlet 6 a of the dry coil 6 and the air temperature at the air inlet 6 b and the air flow rate at the dry coil 6.

制御値設定部５３は、制御値取得部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制御値に設定する。   The control value setting unit 53 sets a combination of the cooling water temperature acquired by the control value acquisition unit 52 and the optimum value of the cooling water temperature in the cooling system. For example, by controlling the frequencies of the inverters 70 and 71 respectively corresponding to the cooling tower fan 10 and the cooling water pump 2, the cooling water temperature and the cooling water temperature are set to the control values.

ここでは冷水温度および冷却水温度の制御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 control 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 optimal value of the frequency of the inverter 70 of the cooling tower fan 10 and the frequency of the inverter 71 of the cooling water pump 2 is described. And may be set to an actual cooling system.

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 simulator 51 is performed, for example, in the following order (calculation 1) to (calculation 7).

（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 third pipe 33 as an input, the frequency of the inverter 73 of the dry coil cooling water pump 5 and the dry coil cooling water pump 5 Calculate the power consumption.

（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 water outlet 12a of the second heat exchanger 12 and the measured second heat exchange. The dry coil cooling water temperature (dry coil cooling water return temperature) and the dry coil cooling water flow rate at the dry coil cooling water outlet 12a of the condenser 12 and the cold water temperature (cold water going temperature) at the cold water outlet 11a of the first heat exchanger 11 ) As an input, the cold water return temperature at the cold water inlet 11b of the first heat exchanger 11 and the cold water flow rate of the second pipe 32 are calculated.

（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 inverter 72 of the chilled water pump 4 and the power consumption of the chilled water pump 4 are calculated using the chilled water flow rate obtained in the calculation 2 as an input.

（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 calculation 2, and cooling water temperature at the cooling water outlet 1a of the cooling tower 1 ( The cooling water return temperature) and the cooling water return temperature at the cooling water inlet 1b of the cooling tower 1 and the cooling water flow rate of the first pipe 31 are calculated.

（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
（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 5) Calculation related to the cooling water pump 2: Using the cooling water flow rate obtained in the calculation 4 as an input, the frequency of the inverter 71 of the cooling water pump 2 and the power consumption of the cooling water pump 2 are calculated (Calculation 6) Calculation related to the cooling tower 11: the cooling water temperature (cooling water forward temperature) at the cooling water outlet 1a of the cooling tower 1, the cooling water return temperature and the cooling water flow rate obtained in the calculation 4, and the outside air state (for example, the outside air wet bulb) Temperature) is input, the flow rate of air introduced into the cooling tower 1 by the cooling tower fan 10, the frequency of the inverter 70 of the cooling tower fan 10, and the power consumption of the cooling tower fan 10 are calculated.

（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 water pump 5 obtained in the calculation 1, the power consumption of the cold water pump 4 obtained in the calculation 3, the power consumption of the cooling water pump 2 obtained in the calculation 5, and the calculation 6 The obtained power consumption of the cooling tower fan 10 is totaled to obtain a total power consumption value.

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, calculation 3 and calculation 5 related to the pumps (dry coil cooling water pump 5, cooling water pump 4, cooling water pump 2), the flow rate, pressure, and power consumption are the first, second, third, The above calculation is performed using the resistance characteristics of the pipes 31, 32, 33 and the characteristics of the pumps 2, 4, 5. Calculations 2 and 4 related to the heat exchangers 11 and 12 are performed by simultaneously combining a heat transfer equation and an energy conservation equation. The calculation 6 related to the cooling tower 11 is performed by simultaneously combining an equation for heat transfer using an enthalpy standard overall heat transfer coefficient and an equation for energy conservation. Since details of the individual calculation methods of Calculation 1 to Calculation 7 may be used, description thereof will be omitted here.

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 water pump 5, the cooling water pump 4, the cooling water from the downstream side (cooling target medium side) capable of handling the input value of the simulator 51 as a constant set value from the upstream side (outside air side). In order of the pump 2 and the cooling tower fan 10, the power consumption of each part and the frequency of the inverters 73, 72, 71, 70 of each part are calculated in order (calculations 1 to 6).

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 inverters 70 to 73 are obtained.

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 simulator 51, there are five variables: the outside air state, the dry coil cooling water return temperature, the dry coil cooling water flow rate, the cooling water flow temperature, and the cold water flow temperature. Among these variables, two independent variables that can be selected by the simulator 51 are the cooling water flow temperature and the cooling water flow temperature. There are three dependent variables that cannot be selected depending on the environmental conditions: outside air condition, dry coil cooling water return temperature, and dry coil cooling water flow rate.

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の空気出口６ａでの空気温度と、空気入口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. Further, the cooling load may be obtained by measuring the air temperature at the air outlet 6a of the dry coil 6, the air temperature at the air inlet 6b, and the air flow rate at the dry coil 6.

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 simulator 51, there are five variables: the outside air state, the dry coil cooling water return temperature, the cooling load, the cooling water passing temperature, and the cooling water passing temperature. Among these variables, two independent variables that can be selected by the simulator 51 are the cooling water flow temperature and the cooling water flow temperature. There are three dependent variables that cannot be selected depending on the environmental conditions: outside air condition, dry coil cooling water return temperature, and cooling load.

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 clean room 60 is stable, the simulation may be performed with the dry coil cooling water return temperature and the cooling load as constant set values. In this case, among the input values of the simulator 51, the number of variables can be minimized to the outside variable of the dependent variable and the cooling water flow temperature and the cooling water flow temperature which are independent variables.

冷却水ポンプ２のインバータ７１の周波数の上限値の計算は（計算４〜計算６）を繰り返す。（計算４）である刻み冷水往温度を下げる。（計算４〜計算６）を行い、冷却塔ファン１０のインバータ７０の周波数を求める。冷水往温度を変化させて、（計算４〜計算６）を繰返し、冷却塔ファン１０のインバータ７０の周波数が運転範囲の最大値（通常、電力の周波数が５０Ｈｚの地域は５０Ｈｚ、電力の周波数が６０Ｈｚの地域は６０Ｈｚ）となったときの冷却水ポンプ２のインバータ７１の周波数が、図８の周波数２０１に相当する。安全のためこの周波数２０１にある一定の数値を減算した周波数２０２を図８のテーブルの数値とする。   Calculation of the upper limit of the frequency of the inverter 71 of the cooling water pump 2 repeats (Calculation 4 to Calculation 6). Decrease the cold water flow temperature in steps of (Calculation 4). (Calculation 4 to Calculation 6) is performed to determine the frequency of the inverter 70 of the cooling tower fan 10. The chilled water temperature is changed, and (Calculation 4 to Calculation 6) is repeated, and the frequency of the inverter 70 of the cooling tower fan 10 is the maximum value in the operating range (usually 50 Hz in the region where the power frequency is 50 Hz and the frequency of the power is The frequency of the inverter 71 of the cooling water pump 2 when the region of 60 Hz is 60 Hz) corresponds to the frequency 201 of FIG. For safety, a frequency 202 obtained by subtracting a certain numerical value from the frequency 201 is set as a numerical value in the table of FIG.

制御値取得部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、制御値として選択し、記憶部５４に格納する。   The control value acquisition unit 52 changes the combination of the cooling water flow temperature and the cooling water flow temperature, which are independent variables, within the operating range under the condition that the environmental conditions such as the outside air state are input to the simulator 51, and inputs them to the simulator 51. A simulation (calculation 1 to calculation 7) is performed. Here, every time the independent variables (cooling water going temperature and cooling water going temperature) are changed, the simulator 51 is made to perform simulation, and the power consumption total value and the inverter frequency are repeatedly calculated. When the room temperature is constant, calculation 1 can be omitted when the independent variable is changed and the simulation is repeated. Then, the combination of the coolant temperature and the coolant temperature (or the inverter frequency combination) that minimizes the total power consumption of the entire cooling system is selected as a control value and stored in the storage unit 54.

制御値設定部５３は、記憶部５４に記憶されている制御値を、実際の冷却システムに設定する。   The control value setting unit 53 sets the control value stored in the storage unit 54 in the actual cooling system.

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制御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制御値に設定する。第２に、冷水往温度センサ２２で計測される冷水温度が制御値よりも高い場合には、冷却水ポンプ２のインバータ７１の周波数を上げて冷却水ポンプ２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制御値よりも低い場合には、冷却水ポンプ２のインバータ７１の周波数を下げて冷却水ポンプ２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制御値に設定する。   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 coolant temperature sensor 21 is higher than the control value, the frequency of the inverter 70 of the cooling tower fan 10 is increased to increase the rotation speed of the cooling tower fan 10. When the coolant temperature measured by the coolant temperature sensor 21 is lower than the optimum value, the frequency of the inverter 70 of the cooling tower fan 10 is lowered to lower the rotational speed of the cooling tower fan 10. Thus, the coolant temperature measured by the coolant temperature sensor 21 is set as the control value. Second, when the cold water temperature measured by the cold water temperature sensor 22 is higher than the control value, the frequency of the inverter 71 of the cooling water pump 2 is increased to increase the number of revolutions of the cooling water pump 2, while When the cold water temperature measured by the forward temperature sensor 22 is lower than the control value, the frequency of the inverter 71 of the cooling water pump 2 is lowered to lower the rotation speed of the cooling water pump 2. Thereby, the cold water temperature measured by the cold water temperature sensor 22 is set as the control value.

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の周波数の制御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２のインバータ７１に制御値をそれぞれ設定する。   A control example in the case of setting control values for the frequency of the inverter 70 of the cooling tower fan 10 and the frequency of the inverter 71 of the cooling water pump 2 will be described. In this case, control values are respectively set in the inverter 70 of the cooling tower fan 10 and the inverter 71 of the cooling water pump 2.

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 indoor temperature sensor 24 or the dry coil cooling water temperature measured by the dry coil cooling water temperature sensor 23 changes from a constant value in time series, the cold water pump 4 and the dry water It goes without saying that the control for changing the rotational speed of the coil cooling water pump 5 using the inverters 72 and 73 is also performed.

（第２の実施形態）
図４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. 4 is a configuration diagram showing an operation part when using the free cooling of the cooling system in the second embodiment.

図４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３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 second heat exchanger 12 shown in FIG. 3 is not provided. The dry coil 6 of the present embodiment cools the air in the clean room 60 by exchanging heat between the cold water (cold water flowing through the second pipe 32) cooled by the first heat exchanger 11 and the air. . In other words, in the present embodiment, the dry coil 6 constitutes the second heat exchanger according to the present invention.

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 simulator 51 omits the above (Calculation 1) and (Calculation 2) and acquires the measured cold water return temperature and the measured cold water flow rate, and then (Calculation 3) described above. Perform (Calculation 7). (Calculation 1) may be omitted, and (Calculation 3) to (Calculation 7) may be performed after performing the following (Calculation 2a) instead of (Calculation 2).

（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 dry coil 6, the temperature of the air at the air inlet 6b of the dry coil 6, and the cold water temperature are input, and the cold water inlet 11b of the first heat exchanger 11 is input. The cold water return temperature and the cold water flow rate of the second pipe 32 are calculated.

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 air inlet 6b of the dry coil 6, the cooling water temperature, and the cooling water temperature. As above, the total power consumption value and the frequency of the inverters 70 to 73 (inverter frequency) are obtained.

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 dry coil 6 is measured, for example, by the temperature of air at the air inlet 6b of the dry coil 6, the temperature of air at the air outlet 6a of the dry coil 6, and the flow rate of air at the dry coil 6. And ask.

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 air inlet 6b, the temperature and humidity of the air at the air outlet 6a, and the coil The cooling load at the coil is determined based on the flow rate of air at. Then, the cooling load at the coil, the temperature and humidity of the air at the air inlet 6b, and the cold water flow temperature are input, and the cold water return temperature and the cold water flow rate are calculated.

（第３の実施形態）
図５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. 5 is a configuration diagram showing an operation part when using the free cooling of the cooling system in the third embodiment.

図５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 third pipe 33 is connected to the manufacturing apparatus 61 instead of the dry coil, and the manufacturing apparatus 61 is cooled.

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 simulator 51 is the same as that in the first embodiment.

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 second heat exchanger 12, and the dry coil cooling water and air (final final) are dried in the dry coil 6. The case where the clean room 60 is air-conditioned by exchanging heat with the medium to be cooled) has been described as an example. In the second embodiment, a case where the dry coil is omitted and the clean air is air-conditioned by exchanging heat between cold water and air (which is the final cooling target medium) in the second heat exchanger 12 will be described as an example. did. In the third embodiment, the case where the second heat exchanger 12 exchanges heat between cold water and apparatus cooling water (which is an intermediate cooling target medium) and cools the manufacturing apparatus 61 with the apparatus cooling water will be described as an example. did.

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制御値に基づいて、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制御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制御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 control value acquired from the calculation result of the simulator 51 has been described. However, the control value in various environmental conditions is previously set as a table. You may memorize | store and control a cooling system based on the control value acquired from this table.

図６は、環境条件と冷却水温度及び冷水温度の制御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. 6 is a table showing an example of a table showing a correspondence relationship between the environmental conditions, the cooling water temperature, and the control value of the cooling water temperature.

図６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、図１に示す第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６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。冷却水ポンプ２のインバータ周波数が、設定された上限値を超えない範囲で消費電力の最適化が行なわれる。   As shown in FIG. 6, the table 100 is tabular data indicating a correspondence relationship between the cooling load and the outside wet bulb temperature as the 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 optimum values of the chilled water temperature t1 and the chilled water temperature t2 under various environmental conditions by the same method as the simulator 51 in the first embodiment shown in FIG. For example, for various environmental conditions, the total value of the power consumption of the dry coil cooling water pump 5, the power consumption of the cold water pump 4, the power consumption of the cooling water pump 2, and the power consumption of the cooling tower fan 10 is minimized. The table 100 can be created by calculating in advance a combination of the cold water temperature t1 and the cooling water temperature t2. In addition, in FIG. 6, the area | region where the specific numerical value of the cold water temperature t1 and the cooling water temperature t2 is not described (area | region described as "change to refrigerator operation") has insufficient cooling capacity in free cooling operation. It means the area where The power consumption is optimized in a range where the inverter frequency of the cooling water pump 2 does not exceed the set upper limit value.

図７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７に示すように、制御装置１１０は、制御値取得部５２、制御値設定部５３及び記憶部５４により構成される。   FIG. 7 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. 7, the control device 110 includes a control value acquisition unit 52, a control value setting unit 53, and a storage unit 54.

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。制御値取得部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、制御値取得部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 storage unit 54 stores in advance a table 100 that represents the correspondence between the environmental conditions and the optimum values of the cold water temperature t1 and the cooling water temperature t2. The control value acquisition unit 52 acquires the optimum values of the cold water temperature t1 and the cooling water temperature t2 corresponding to the environmental conditions from the table 100 of the storage unit 54. And the control value setting part 53 sets the combination of the optimal value of the chilled water temperature t1 and the cooling water temperature t2 which were acquired by the control value acquisition part 52 to this cooling system.

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制御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から取得される制御値に基づいて冷却システムを制御することで、制御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 control value of the cooling water temperature is stored in the storage unit 54 in advance, and cooling is performed based on the control value acquired from the table 100. By controlling the system, it is possible to significantly reduce the calculation load required to acquire the control value.

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６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）、制御値取得部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、制御値取得部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。   Further, when the chilled water temperature t1 and the chilled water temperature t2 corresponding to the environmental conditions are not stored in the table 100 (that is, when the environmental conditions correspond to the region described as “change to refrigerator operation” in FIG. 6). The control value acquisition unit 52 sends a signal instructing the control value setting unit 53 to switch to the refrigerator operation. The control value setting unit 53 controls the opening and closing of the first valve 81 and the second valve 82 based on the instruction of the control value acquisition unit 52, and the freezer operation from the free cooling operation to the freezer 91 (see FIG. 1). Switch to. Thereby, a free cooling operation and a refrigerator operation can be switched according to environmental conditions.

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制御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の周波数の制御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 control value of the cooling water temperature has been described. However, the various environmental conditions and the inverter of the cooling tower fan 10 are described. 70 and a table representing the correspondence between the control value of the frequency of the inverter 71 of the cooling water pump 2 may be used.

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.

（第４の実施形態）
図９は、第４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。第３の実施形態と相違している部分についてのみ説明する。第４の実施形態では冷却水と装置冷却水が熱交換器１３で熱交換するシステムである。この場合最適化できるパラメータは１つのパラメータとなる。第４の実施形態では、冷却水温度を最適化パラメータとした場合である。図１０は、冷却水温度の最適値のテーブルである。また、この場合、第１〜３の実施形態と同様に図８に示したような冷却水ポンプ２のインバータ７１の周波数の上限値テーブルが必要である。 (Fourth embodiment)
FIG. 9 is a configuration diagram showing an operation part when using the free cooling of the cooling system in the fourth embodiment. Only the parts different from the third embodiment will be described. In the fourth embodiment, the cooling water and the apparatus cooling water exchange heat with the heat exchanger 13. In this case, the parameter that can be optimized is one parameter. In the fourth embodiment, the cooling water temperature is an optimization parameter. FIG. 10 is a table of optimum values of the cooling water temperature. In this case, an upper limit value table of the frequency of the inverter 71 of the cooling water pump 2 as shown in FIG. 8 is required as in the first to third embodiments.

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…制御値取得部、５３…制御値設定部（制御値設定手段）、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 SYMBOLS 11 ... 1st heat exchanger, 12 ... 2nd heat exchanger, 20 ... Outside temperature humidity sensor (outside air state sensor), 21 ... Cooling water flow temperature sensor, 22 ... Cold water flow temperature sensor, 23 ... Dry coil cooling water flow Temperature sensor, 24 ... Indoor temperature sensor, 25 ... Dry coil cooling water return temperature sensor, 26 ... Dry coil cooling water flow rate sensor, 31 ... First piping, 32 ... Second piping, 33 ... Third piping, 50 ... Control device, 51 ... Simulator, 52 ... Control value acquisition unit, 53 ... Control value setting unit (control value setting means), 54 ... Storage unit, 55 ... Network, 60 ... Clean room, 61 ... Manufacturing device, 70, 71, 72, 73 ... I Converter, 100 ... table, 110 ... control device

Claims (4)

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、
前記第１ポンプの回転数を変更するインバータが前記第１ポンプに接続され、
前記第２の冷水の前記第１熱交換器の出口の温度を計測する温度センサと、
前記温度センサの計測値を基に前記インバータの周波数を制御する温度調節器と、
前記第１ポンプのインバータ周波数を増加させた場合に、前記第２の冷水の前記第１熱交換器の出口温度が低下から増加に変わるインバータ周波数が、環境条件ごとに記憶された第１ポンプのインバータ周波数上限値テーブルとを備え、
前記温度調節器は前記第１ポンプのインバータ周波数を、環境条件の値に応じて、前記第１ポンプのインバータ周波数上限値テーブルの周波数を超えない範囲で制御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;
An inverter for changing the rotational speed of the first pump is connected to the first pump;
A temperature sensor for measuring the temperature of the outlet of the first heat exchanger of the second cold water;
A temperature controller for controlling the frequency of the inverter based on the measured value of the temperature sensor;
When the inverter frequency of the first pump is increased, an inverter frequency at which the outlet temperature of the first heat exchanger of the second cold water changes from a decrease to an increase is stored for each environmental condition . An inverter frequency upper limit table,
The temperature controller controls the inverter frequency of the first pump in a range not exceeding the frequency of the inverter frequency upper limit value table of the first pump according to the value of environmental conditions. 前記環境条件が冷却負荷と外気湿球温度であり、
前記第１ポンプのインバータ周波数上限値テーブルは、前記冷却負荷と前記外気湿球温度により値が変わる前記第１ポンプのインバータの周波数の上限値が記憶されたテーブルであることを特徴とする請求項１の冷却システム。 The environmental conditions are the cooling load and the outside wet bulb temperature,
The inverter frequency upper limit value table of the first pump is a table in which an upper limit value of the frequency of the inverter of the first pump, the value of which varies depending on the cooling load and the outside wet bulb temperature, is stored. 1 cooling system. 前記環境条件が冷却負荷と外気比エンタルピーであり、
前記第１ポンプのインバータ周波数上限値テーブルは、前記冷却負荷と前記外気比エンタルピーにより値が変わる前記第１ポンプのインバータの周波数の上限値が記憶されたテーブルであることを特徴とする請求項１の冷却システム。 The environmental conditions are cooling load and outside air ratio enthalpy,
The inverter frequency upper limit table of the first pump is a table in which an upper limit value of the frequency of the inverter of the first pump, the value of which varies depending on the cooling load and the outside air ratio enthalpy, is stored. Cooling system. 環境条件ごとに、前記第１ポンプのインバータ周波数を増加させた場合に、前記第２の冷水の前記第１熱交換器の出口温度が低下から増加に変わるインバータ周波数を計算するシミュレータを備え、
前記第１ポンプのインバータ周波数を増加させた場合に、前記第２の冷水の前記第１熱交換器の出口温度が低下から増加に変わるインバータ周波数を、前記第１ポンプのインバータ周波数上限値とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却システム。 A simulator for calculating an inverter frequency at which an outlet temperature of the first heat exchanger of the second cold water changes from a decrease to an increase when the inverter frequency of the first pump is increased for each environmental condition ;
In case of increasing the inverter frequency of the first pump, the inverter frequency at which the outlet temperature is changed to increase from decrease in the second cold water of the first heat exchanger, and the inverter frequency upper limit value before Symbol first pump The cooling system according to any one of claims 1 to 3, wherein:
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