JP6053405B2 - パラレル型冷凍機の制御装置および方法並びにプログラム - Google Patents
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Description
下記特許文献2には、冷凍能力が変動した場合に、冷凍機の出力熱量に基づく風量を反映した第1パラメータと、蒸発器圧力および凝縮器圧力に基づくヘッドを反映した第2パラメータとに基づいて決定される回転数によって圧縮機を運転するインバータを制御し、ターボ冷凍機を安定的に効率よく運転する技術が提案されている。
従来、このように熱交換器の中間点における温度が計測できないことにより、それぞれの冷凍機にかかる負荷が算出できず、圧縮機の容量制御(例えば、吸込みベーン、圧縮機回転数、HGBP(ホットガスバイパス弁))や、膨張弁制御を圧縮機毎に行うことができなかった。そのため、複数の圧縮機が用いられる場合であっても、いずれの圧縮機かによらず膨張弁開度として同じ開度を与えるような精度の低い圧縮機容量制御をしたり、熱交換器内に取り付けられた冷媒の液位レベルセンサで液位が一定になるように制御する冷媒液位を指標とした膨張弁制御がなされており、パラレル型冷凍機を効率よく制御できないという課題があった。
本発明は、内部に第1流体を流通させるチューブと、前記チューブの外部において第2流体を流通させるシェルと、前記チューブの長手方向と交差する方向に内部空間を区画する仕切板とを備えた複数のシェルアンドチューブ式の熱交換器、および複数の圧縮機を具備するパラレル型冷凍機に適用される制御装置であって、区画された前記内部空間を、前記第1流体の入口側である上流側空間と前記第1流体の出口側である下流側空間とする場合に、前記下流側空間における前記第2流体の圧力値に基づいて推定される前記第2流体の飽和温度と、前記熱交換器の出口で計測される前記第1流体の温度である出口温度計測値とから、前記下流側空間における終端温度差を算出し、前記上流側空間における前記第2流体の圧力に基づいて推定される前記第2流体の飽和温度から、算出した前記終端温度差を減算することにより、前記上流側空間の出口近傍における前記第1流体の温度を推定する推定手段を具備するパラレル型冷凍機の制御装置を提供する。
このように、熱交換器の中間点の温度を推定することにより、上流側空間および下流側空間のそれぞれにおける負荷が算出でき、圧縮機の容量制御、インバータによる個別の回転制御、圧縮機の吸込みベーンとHGBP(ホットガスバイパス弁)との独立制御につながり、性能向上や確実なサージング回避につながる。また、膨張弁制御用のレベルセンサが不要となるので、コスト削減につながる。
前記上流側空間の負荷と前記下流側空間の負荷とに差がある場合には、前記下流側空間の負荷に応じて決定される補正値で、推定した前記上流側空間の出口近傍における前記第1流体の温度を補正することとしてもよい。
同様に、蒸発器4はシェル16の内部を仕切板17により区画することによって形成された上流側空間18及び下流側空間19を備え、冷水、ブライン等の被冷却媒体(第1流体)は所定温度(例えば、12℃)で上流側空間18内に配設されたチューブ20から流入され、チューブ20及び下流側空間19内に配設されたチューブ21をこの順に経て所定温度(例えば、6℃)となって流出される。
推定部51は、下流側空間における第2流体の圧力値に基づいて推定される第2流体の飽和温度と、熱交換器の出口で計測される第1流体の温度である出口温度計測値との終端温度差に基づいて、上流側空間における終端温度差を推定し、上流側空間における終端温度差および上流側空間における第2流体の飽和温度とに基づいて、上流側空間の出口近傍における第1流体の温度を推定する。
Tcwmid´=TTc1−(TTc2−Tcwout) (1)
a´=(Tcwmid´−Tcwin)/(Tcwout−Tcwin) (2)
b´=(Tcwout−Tcwmid´)/(Tcwout−Tcwin) (3)
Tcwmid=Tcwmid´+c (4)
c=(b´−0.5)×3×(Tcwout−Tcwin)/6.44 (5)
凝縮器3の上流側の補正後の冷凍能力比率をaとし、凝縮器3の下流側の補正後の冷凍能力比率をbとすると、上流側および下流側の冷凍能力比率は以下(6),(7)式のように補正される。
a=(Tcwmid−Tcwin)/(Tcwout−Tcwin) (6)
b=(Tcwout−Tcwmid)/(Tcwout−Tcwin) (7)
図4に示されるように、終端温度差は負荷に比例し、例では負荷が100%である場合の終端温度差は約1℃となる。
具体的には、(1)圧縮機1,2に接続される電動機25,26の入力の計測値、或いは、電動機25,26に接続されるインバータから入力される電流値から推定される電動機入力により、ヒートバランスに基づいて蒸発器4の交換熱量を算出する、(2)上流側と下流側の凝縮器3の交換熱量比より、蒸発器4の交換熱量比を算出し、蒸発器4を流過する冷水の中間温度を算出する、などの方法により、電動機排熱分を除去して蒸発器4の交換熱量を正確に算出する。
熱交換器が凝縮器3である場合には、推定部51は、凝縮器3の第2圧力計測部PT2によって計測された下流側空間7におけるガス冷媒の圧力値に基づいてガス冷媒の飽和温度が推定され(例えば、41℃)、凝縮器3の出口において第2温度計測部33が計測した冷却水の温度である出口温度計測値(例えば、40℃)と上記推定された飽和温度との終端温度差に基づいて、上流側空間8における終端温度差が推定される(例えば、41℃−40℃=1℃)。上流側空間8における第1圧力計測部PT1によって計測された上流側空間8におけるガス冷媒の圧力値に基づいて推定されたガス冷媒の飽和温度(例えば、37℃)と、上記推定された上流側空間8における終端温度差(例えば、1℃)とに基づいて、上流側空間の出口近傍(つまり、凝縮器3の中間点)における冷却水の温度が推定される(例えば、37℃−1℃=36℃)。
熱交換器の上流側と下流側に能力比率に差がある場合には、上記(4)式に基づいて第1流体の前記推定された温度を補正する。
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
また、上流側空間および下流側空間のそれぞれの空間において計測される冷媒圧力に基づいて温度を推定することにより、各空間に温度センサを設けて温度を計測する場合と比較して正確な温度を計測することができる。
このように、熱交換器の中間点の温度を推定することにより、上流側空間および下流側空間のそれぞれにおける負荷が算出でき、圧縮機の容量制御、インバータによる個別の回転制御、圧縮機の吸込みベーンとHGBP(ホットガスバイパス弁)30,31との独立制御につながり、性能向上や確実なサージング回避につながる。また、膨張弁制御用のレベルセンサが不要となるので、コスト削減につながる。
3 凝縮器
4 蒸発器
5 シェル
6 仕切板
7 凝縮器の下流側空間
8 凝縮器の上流側空間
10、12 チューブ
16 シェル
17 仕切板
27、29 絞り機構
18 蒸発器の上流側空間
19 蒸発器の下流側空間
20、21 チューブ
50 制御装置
51 推定部
Claims (5)
- 内部に第1流体を流通させるチューブと、前記チューブの外部において第2流体を流通させるシェルと、前記チューブの長手方向と交差する方向に内部空間を区画する仕切板とを備えた複数のシェルアンドチューブ式の熱交換器、および複数の圧縮機を具備するパラレル型冷凍機に適用される制御装置であって、
区画された前記内部空間を、前記第1流体の入口側である上流側空間と前記第1流体の出口側である下流側空間とする場合に、
前記下流側空間における前記第2流体の圧力値に基づいて推定される前記第2流体の飽和温度と、前記熱交換器の出口で計測される前記第1流体の温度である出口温度計測値とから、前記下流側空間における終端温度差を算出し、前記上流側空間における前記第2流体の圧力に基づいて推定される前記第2流体の飽和温度から、算出した前記終端温度差を減算することにより、前記上流側空間の出口近傍における前記第1流体の温度を推定する推定手段を
具備するパラレル型冷凍機の制御装置。 - 前記推定手段は、前記出口温度計測値と前記熱交換器の入口で計測される前記第1流体の温度である入口温度計測値との差に対する前記上流側空間の前記第1流体の出入口温度差の割合を前記上流側空間における負荷として算出し、前記出口温度計測値と前記入口温度計測値との差に対する前記下流側空間の前記第1流体の出入口温度差の割合を前記下流側空間における負荷として算出し、
前記上流側空間の負荷と前記下流側空間の負荷とに差がある場合には、前記下流側空間の負荷に応じて決定される補正値で、推定した前記上流側空間の出口近傍における前記第1流体の温度を補正する
請求項1に記載のパラレル型冷凍機の制御装置。 - 前記熱交換器が凝縮器と蒸発器である場合に、
前記推定手段は、前記凝縮器の交換熱量から、前記圧縮機への入力動力を除去し、前記蒸発器の交換熱量を推定する請求項1または請求項2に記載のパラレル型冷凍機の制御装置。 - 内部に第1流体を流通させるチューブと、前記チューブの外部において第2流体を流通させるシェルと、前記チューブの長手方向と交差する方向に内部空間を区画する仕切板とを備えた複数のシェルアンドチューブ式の熱交換器、および複数の圧縮機を具備するパラレル型冷凍機に適用される制御装置であって、
区画された前記内部空間を、前記第1流体の入口側である上流側空間と前記第1流体の出口側である下流側空間とする場合に、
前記下流側空間における前記第2流体の圧力値に基づいて推定される前記第2流体の飽和温度と、前記熱交換器の出口で計測される前記第1流体の温度である出口温度計測値とから、前記下流側空間における終端温度差を算出し、前記上流側空間における前記第2流体の圧力に基づいて推定される前記第2流体の飽和温度から、算出した前記終端温度差を減算することにより、前記上流側空間の出口近傍における前記第1流体の温度を推定するパラレル型冷凍機の制御方法。 - 内部に第1流体を流通させるチューブと、前記チューブの外部において第2流体を流通させるシェルと、前記チューブの長手方向と交差する方向に内部空間を区画する仕切板とを備えた複数のシェルアンドチューブ式の熱交換器、および複数の圧縮機を具備するパラレル型冷凍機に適用される制御プログラムであって、
区画された前記内部空間を、前記第1流体の入口側である上流側空間と前記第1流体の出口側である下流側空間とする場合に、
前記下流側空間における前記第2流体の圧力値に基づいて推定される前記第2流体の飽和温度と、前記熱交換器の出口で計測される前記第1流体の温度である出口温度計測値とから、前記下流側空間における終端温度差を算出し、前記上流側空間における前記第2流体の圧力に基づいて推定される前記第2流体の飽和温度から、算出した前記終端温度差を減算することにより、前記上流側空間の出口近傍における前記第1流体の温度を推定する推定処理をコンピュータに実行させるためのパラレル型冷凍機の制御プログラム。
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