JP6090904B2 - 冷却塔制御装置、冷却塔制御方法、及び熱源システム - Google Patents
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Description
すなわち、特許文献1に開示される方法は、必要とされる冷却能力を決定し、それに応じて冷却塔の起動台数を決定するため、冷凍機COPを向上させるための冷却能力を発揮することは可能であるが、冷却塔自身の省エネルギー化を図ることは難しい。
特許文献2に開示された方法では、熱源COPに基づいて冷却水出口温度を設定するため、冷却塔に要求される冷却能力は定義できるものの、冷却塔の具体的な運転方法については開示がない。
また、一般的に、熱源システム内の冷却水温度に基づいて、冷却塔台数を制御する方法が知られている。しかしながら、この方法も、冷却水温度が高くなれば起動台数を増加させ、冷却水温度が低くなれば起動台数を減少させるという単純な制御であり、冷却塔の省エネルギー化を考慮したものではなかった。
本発明は、共通の冷凍機と並列に接続された複数の冷却塔を備える熱源システムに適用される冷却塔制御装置であって、前記熱源システムの起動時において、全ての前記冷却塔を起動させ、運転中の前記冷却塔におけるファンの回転数が予め登録されている最低回転数以下である状態が所定期間維持された場合に、いずれか1台の前記冷却塔を停止させ、少なくとも1台の前記冷却塔が停止している状態において、現在運転中の前記冷却塔の台数に1台加算した台数の前記冷却塔の各前記ファンを前記最低回転数で運転させたときの冷却能力を推定する推定手段と、冷却塔全体に対する要求冷却能力が前記推定手段によって推定された冷却能力以上である状態が、所定期間維持されたか否かを判定する判定手段とを備え、前記判定手段によって、前記状態が所定期間維持されたと判定された場合に、運転を停止している前記冷却塔のうち1台の前記冷却塔を起動させる冷却塔制御装置を提供する。
最低回転数とは、例えば、冷却塔の仕様で設定されている下限回転数、またはそれに任意のマージンを持たせた値である。
図1は、本発明の一実施形態に係る熱源システムの構成を概略的に示した図である。図1に示すように、熱源システム1は、冷凍機2と、冷凍機2と並列に接続され、冷凍機2で用いられることにより加熱された冷却水を冷却して冷凍機2へ供給する3台の冷却塔3a、3b、3cと、冷却塔3a、3b、3cの制御を行う冷却塔制御装置4とを主な構成として備えている。図1では、3台の冷却塔を備えている場合を例示しているが、冷却塔の台数については限定されない。
流量センサ15、温度センサ16、17の計測値は冷却塔制御装置4へ出力される。
例えば、冷却塔制御装置4は、例えば、コンピュータであり、CPU(中央演算処理装置)、RAM(Random Access Memory)等の主記憶装置、補助記憶装置、外部の機器と通信を行うことにより情報の授受を行う通信装置などを備えている。
以下、本発明の第1実施形態に係る冷却塔制御装置4によって実行される処理について、図2を用いて説明する。
まず、冷却塔制御装置4は、冷却塔の起動指令を受信すると、全台数の冷却塔を起動させる(ステップSA1)。これにより、冷却塔3a、3b、3cは起動し、ファンが回転することにより、冷却水の冷却が開始される。
この結果、ファンの回転数が最低回転数以下である状態が所定期間維持されていた場合には、冷却塔を1台停止させ(ステップSA4)、ステップSA9に進む。
例えば、冷却塔制御装置4は、各冷却塔に対応して、その冷却塔を最低回転数で運転させた場合の冷却能力と外気湿球温度及び冷却水流量とが関連付けられたテーブルを保有している。そして、冷却塔制御装置4は、運転中及び追加起動させる冷却塔に対応する上記テーブルを用いて、現在の冷却水流量と外気湿球温度に対応する冷却能力をそれぞれ取得し、取得した冷却能力を合計することで、1台追加起動させた場合の冷却塔能力を推定する。
一方、上記ステップSA7において、上記状態が所定期間維持されていないと判定した場合には、ステップSA9に進む。
ステップSA9では、運転停止指令を受信したか否かを判定し、受信していなかった場合には、ステップSA3に戻り、上記処理を繰り返し行う。一方、運転停止指令を受信した場合には、運転中である冷却塔を運転停止させ(ステップSA10)、処理を終了する。
冷却効率=冷却能力/消費電力 (2)
したがって、本実施形態に係る冷却塔制御装置、冷却塔制御方法、及び熱源システムのように、冷却塔の起動時において、稼働可能な全台数の冷却塔を起動させることにより、冷却塔全体としての省エネルギー化を図ることができる。
例えば、図5に示すように、冷却効率の異なる2台の冷却塔を想定し、冷却能力と消費電力の関係をシミュレーションした結果を図6に示す。このシミュレーション結果は、消費電力が回転数の3乗に比例するという関係に基づいて得たものである。
以下、本発明の第2実施形態に係る冷却塔制御装置4によって実行される処理について、図7を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第1実施形態に冷却水温度を考慮した冷却塔の起動または停止の処理を追加したものである。その他の点については第1実施形態と同様であるので、説明は省略する。
まず、冷却塔制御装置4は、冷却塔の起動指令を受信すると、全台数の冷却塔を起動させる(ステップSB1)。これにより、冷却塔3a、3b、3cは起動し、ファンが回転することにより、冷却水の冷却が開始される。
この結果、冷却水温度が指定温度1以下である状態が所定期間維持されていた場合には、冷却塔を1台停止させ(ステップSB4)、ステップSB11に進む。
この結果、ファンの回転数が最低回転数以下である状態が所定期間維持されていた場合には、冷却塔を1台停止させ(ステップSB4)、ステップSB11に進む。
この結果、冷却水温度が指定温度2以上である状態が所定期間維持されていた場合には、冷却塔を1台追加起動させ(ステップSB8)、ステップSB11に進む。
一方、上記ステップSB10において、上記状態が所定期間維持されていないと判定した場合には、ステップSB11に進む。
ステップSB11では、運転停止指令を受信したか否かを判定し、受信していなかった場合には、ステップSB3に戻り、上記処理を繰り返し行う。一方、運転停止指令を受信した場合には、運転中である冷却塔を運転停止させ(ステップSB12)、処理を終了する。
以下、本発明の第3実施形態に係る冷却塔制御装置4によって実行される処理について、図8を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第1実施形態に冷却水バイパス弁の開度を考慮した冷却塔の停止の処理を追加したものである。その他の点については第1実施形態と同様であるので、説明は省略する。
まず、冷却塔制御装置4は、冷却塔の起動指令を受信すると、全台数の冷却塔を起動させる(ステップSC1)。これにより、冷却塔3a、3b、3cは起動し、ファンが回転することにより、冷却水の冷却が開始される。
この結果、冷却水バイパス弁13の開度が指定開度以上である状態が所定期間維持されていた場合には、冷却塔を1台停止させ(ステップSC4)、ステップSC10に進む。
この結果、ファンの回転数が最低回転数以下である状態が所定期間維持されていた場合には、冷却塔を1台停止させ(ステップSC4)、ステップSC10に進む。
一方、上記ステップSC8において、上記状態が所定期間維持されていないと判定した場合には、ステップSC10に進む。
ステップSC10では、運転停止指令を受信したか否かを判定し、受信していなかった場合には、ステップSC3に戻り、上記処理を繰り返し行う。一方、運転停止指令を受信した場合には、運転中である冷却塔を運転停止させ(ステップSC11)、処理を終了する。
以下、本発明の第4実施形態に係る冷却塔制御装置4によって実行される処理について、図9を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第1実施形態に冷却塔の劣化を考慮した冷却塔の起動の処理を追加したものである。その他の点については第1実施形態と同様であるので、説明は省略する。
まず、冷却塔制御装置4は、冷却塔の起動指令を受信すると、全台数の冷却塔を起動させる(ステップSD1)。これにより、冷却塔3a、3b、3cは起動し、ファンが回転することにより、冷却水の冷却が開始される。
この結果、ファンの回転数が最低回転数以下である状態が所定期間維持されていた場合には、冷却塔を1台停止させ(ステップSD4)、ステップSD10に進む。
一方、上記ステップSD7において、冷却塔全体に対する要求冷却能力が推定冷却能力以上である状態が所定期間維持されていないと判定した場合には、冷却塔制御装置4は、ファンの回転数が予め設定されている指定回転数以上である状態が所定期間(例えば、60sec)維持されているか否かを判定する(ステップSD9)。ここで、指定回転数とは、冷却塔性能が劣化した場合に高い回転数での運転の継続を防止するために、劣化を判定する値として設定されている回転数である。
この結果、ファンの回転数が指定回転数以上である状態が所定期間維持されていた場合には、冷却塔を1台追加起動させ(ステップSD8)、ステップSD10に進む。
一方、上記ステップSD9において、上記状態が所定期間維持されていないと判定した場合には、ステップSD10に進む。
ステップSD10では、運転停止指令を受信したか否かを判定し、受信していなかった場合には、ステップSD3に戻り、上記処理を繰り返し行う。一方、運転停止指令を受信した場合には、運転中である冷却塔を運転停止させ(ステップSD11)、処理を終了する。
2 冷凍機
3a、3b、3c 冷却塔
4 冷却塔制御装置
6 往き配管
7 還り配管
8 送水ヘッダ
9 還水ヘッダ
10 冷却水ポンプ
12 バイパス配管
13 冷却水バイパス弁(バイパス弁)
15 流量センサ
16、17 温度センサ
Claims (8)
- 共通の冷凍機と並列に接続された複数の冷却塔を備える熱源システムに適用される冷却塔制御装置であって、
前記熱源システムの起動時において、全ての前記冷却塔を起動させ、
運転中の前記冷却塔におけるファンの回転数が予め登録されている最低回転数以下である状態が所定期間維持された場合に、いずれか1台の前記冷却塔を停止させ、
少なくとも1台の前記冷却塔が停止している状態において、
現在運転中の前記冷却塔の台数に1台加算した台数の前記冷却塔の各前記ファンを前記最低回転数で運転させたときの冷却能力を推定する推定手段と、
冷却塔全体に対する要求冷却能力が前記推定手段によって推定された冷却能力以上である状態が、所定期間維持されたか否かを判定する判定手段と
を備え、
前記判定手段によって、前記状態が所定期間維持されたと判定された場合に、運転を停止している前記冷却塔のうち1台の前記冷却塔を起動させる冷却塔制御装置。 - 前記冷却塔の冷却効率が高い順に設定された起動優先度を有し、前記起動優先度に基づいて、停止させる前記冷却塔、及び、再起動させる前記冷却塔を決定する請求項1に記載の冷却塔制御装置。
- 前記冷却塔の冷却効率にかかわらず、各前記冷却塔の前記ファンを同一回転数で回転させる請求項1または請求項2に記載の冷却塔制御装置。
- 冷却水温度が所定の閾値以上の状態を所定期間維持された場合に、運転を停止している前記冷却塔のうちいずれか1台の前記冷却塔を起動させ、冷却水温度が所定の閾値以下の状態を所定期間維持された場合に、運転中の前記冷却塔のうちいずれか1台の前記冷却塔を停止させる請求項1から請求項3のいずれかに記載の冷却塔制御装置。
- 冷却水が前記冷凍機から前記冷却塔へ往き配管を介して供給され、前記冷却塔から前記冷凍機へ還り配管を介して供給され、前記往き配管から前記還り配管への冷却水のバイパス流量を調整するバイパス弁を備え、
前記バイパス弁が所定の開度以上の状態を所定期間維持された場合に、運転中の前記冷却塔のうちいずれか1台の前記冷却塔を停止させる請求項1から請求項4のいずれかに記載の冷却塔制御装置。 - 前記冷却塔における前記ファンの回転数が所定の閾値以上の状態を所定期間維持された場合に、運転を停止している前記冷却塔のうちいずれか1台の前記冷却塔を起動させる請求項1から請求項5のいずれかに記載の冷却塔制御装置。
- 冷凍機と、
前記冷凍機に対して並列に接続された複数の冷却塔と、
請求項1から請求項6のいずれかに記載の冷却塔制御装置と
を具備する熱源システム。 - 共通する冷凍機に対して並列に接続された複数の冷却塔を備える熱源システムに適用される冷却塔制御方法であって、
前記熱源システムの起動時において、全ての前記冷却塔を起動させ、
運転中の前記冷却塔におけるファンの回転数が予め登録されている最低回転数以下である状態が所定期間維持された場合に、いずれか1台の前記冷却塔を停止させ、
少なくとも1台の前記冷却塔が停止している状態において、
現在運転中の前記冷却塔の台数に1台加算した台数の前記冷却塔の各前記ファンを前記最低回転数で運転させたときの冷却能力を推定する推定過程と、
冷却塔全体に対する要求冷却能力が前記推定過程によって推定された冷却能力以上である状態が、所定期間維持されたか否かを判定する判定過程と
を備え、
前記判定過程によって、前記状態が所定期間維持されたと判定された場合に、運転を停止している前記冷却塔のうち1台の前記冷却塔を起動させる冷却塔制御方法。
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