JP6297324B2 - 冷凍システム及びその制御方法 - Google Patents
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Description
このような構成において、冷凍機の熱媒出口設定温度は可変とされ、制御手段によって設定・変更される。具体的には、制御手段は、外部負荷からリターンヘッダへ戻される熱媒流量及び熱媒温度と、リターンヘッダから冷凍機に出力される熱媒流量とを変数として含み、2次サプライヘッダから外部負荷へ出力される熱媒温度を要求熱媒温度に一致させるための冷凍機の熱媒出口設定温度を演算する演算式を記憶している。そして、この演算式に各計測値を代入することで、外部負荷へ供給する熱媒温度を要求熱媒温度に一致させるための冷凍機の熱媒出口設定温度を演算し、この熱媒出口設定温度に基づいて冷凍機の熱媒出口設定温度を設定・変更する。
したがって、外部負荷側において熱媒流量が増大された場合であっても、冷凍機の熱媒出口設定温度を変更することにより、熱媒流量の増加分を冷凍機の負荷を増加させることで吸収させることが可能となる。これにより、例えば、負荷が定格負荷に達する前に、熱媒流量の増加に起因して冷凍機が無駄に増段されることを抑制することができ、消費電力を低減させることが可能となる。
上記設定可能最低温度は、例えば、冷水の凍結を防止するための最低温度により設定される。
上記設定可能最高温度は、例えば、機内圧力差を確保するための冷水と冷却水との必要温度差により設定される。
図1は、本発明の一実施形態に係る冷凍システムの構成を概略的に示した図である。冷凍システム1は、空調機や給湯機、工場設備等の外部負荷2で利用されて昇温または降温した熱媒(例えば、冷水)を冷却または加熱して再び外部負荷2に供給するものであり、外部負荷2に対して並列に接続される複数の冷凍機10a、10b、10cを備えている。図1では、3台の冷凍機10a、10b、10cが設置されている場合について例示しているが、冷凍機の設置台数については任意に決定できる。以下、説明の便宜上、冷凍システム1が熱媒を冷却して外部負荷2に供給する場合について説明するが、本発明は熱媒を加熱して外部負荷2に供給する場合にも同様に適用される。
このように、本実施形態に係る冷凍システム1は、複式ポンプシステム(2次ポンプシステム)であり、主に、2次ポンプ7a,7bの台数制御及び回転数制御により、外部負荷2に供給する熱媒流量が調整される。
リターンヘッダ4と各1次ポンプ3a、3b、3cとの間には、各1次ポンプ3a、3b、3cに送られる熱媒流量Fc_a、Fc_b、Fc_cを計測するための流量センサ16、17、18が設けられている。
流量センサ13、16〜18及び温度センサ14の計測値は、システム制御装置(制御手段)20(図2参照)へ送信される。
補助記憶装置は、コンピュータ読取可能な記録媒体であり、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等である。この補助記憶装置には、後述する温度設定制御及び運転台数制御の他、1次ポンプ3a、3b、3c及び2次ポンプ7a、7bの台数制御及び回転数制御、流量調節弁8の弁開度制御等を行うための各種プログラムが格納されており、CPUが補助記憶装置から主記憶装置にプログラムを読み出し、実行することにより種々の処理を実現させる。
以上から、記憶部26には、上記(3)式が演算式として格納される。
設定部28は、演算部27によって演算された熱媒出口設定温度Tset´に基づいて、各冷凍機の熱媒出口設定温度Tsetを設定・変更する。
次に、流量F及び還温度Trを用いて、現在の要求熱負荷Qを算出する(ステップSA2)。要求熱負荷Qは以下の(4)式で表される。
次に、要求熱負荷Qが減段負荷閾値Qd以上であるか否かを判定する。減段負荷閾値Qdの設定手法についてはさまざまな手法が公知の技術として知られており、これらのいずれかを採用すればよく、ここでの詳細な説明は省略する。例えば、減段負荷閾値Qdは、冷凍機の定格負荷によって決定されてもよいし、COP(成績係数)が所定値以上となる最適負荷範囲に応じて決定されてもよい。最適負荷範囲に応じて決定された減段負荷閾値Qdを用いることにより、各冷凍機を高効率な負荷率で運転することが可能となり、更なる消費電力の抑制を図ることが可能となる。
次に、ステップSA8で算出した熱媒出口設定温度Tset´が要求冷媒温度Treq未満か否かを判定し(ステップSA9)、要求冷媒温度Treq以上であると判定した場合は(ステップSA9において「NO」)、運転中の冷凍機に対して要求熱媒温度Treqを熱媒出口設定温度Tsetとして設定するように指示し(設定部:ステップSA5)、本処理を終了する。
ステップSA10において、熱媒出口設定温度Tset´が設定可能最低温度Tmin未満であった場合には(ステップSA10において「NO」)、増段処理を行い(ステップSA7)、運転中の冷凍機及びこれから起動する冷凍機に対して要求熱媒温度Treqを熱媒出口設定温度Tsetとして設定するように指示し(ステップSA5)、本処理を終了する。
一方、ステップSA10において、熱媒出口設定温度Tset´が設定可能最低温度Tmin以上であった場合には(ステップSA10において「YES」)、運転中の冷凍機に対して、ステップSA8で演算した熱媒出口設定温度Tset´を熱媒出口設定温度Tsetとして設定するように指示し(設定部:ステップSA11)、本処理を終了する。
この場合、設定部28は、演算部27によって演算された熱媒出口設定温度Tset´が、冷凍機10a〜10cの特性によって決定される所定の設定可能最高温度以下である場合に、冷凍機の熱媒出口設定温度に、演算された熱媒出口設定温度を設定すればよい。
また例えば、システム制御装置20は、演算部27によって演算された冷凍機の熱媒出口設定温度Tset´が設定可能最高温度を超えている場合に、増段処理を行うこととすればよい。
2 外部負荷
3a、3b、3c 1次ポンプ
4 リターンヘッダ
5 1次サプライヘッダ
6 2次サプライヘッダ
7a、7b 2次ポンプ
8 流量調節弁
9 バイパス配管
10a、10b、10c 冷凍機
12 負荷側流量調節弁
13、16〜18 流量センサ
14 温度センサ
20 システム制御装置
25 情報取得部
26 記憶部
27 演算部
28 設定部
30a、30b、30c 冷凍機制御装置
Claims (7)
- 外部負荷に対して並列に接続される複数の冷凍機と、
各前記冷凍機に対応して設けられ、該冷凍機に供給される熱媒流量を調整する複数の1次ポンプと、
前記冷凍機により温度調節された熱媒が集められる1次サプライヘッダと、
前記1次サプライヘッダと前記外部負荷との間に設けられた2次サプライヘッダと、
前記1次サプライヘッダと前記2次サプライヘッダとの間に設けられ、前記1次サプライヘッダから前記2次サプライヘッダへの流量を調整するための2次ポンプと、
前記外部負荷からの熱媒を各前記冷凍機に供給するリターンヘッダと、
前記リターンヘッダと前記1次サプライヘッダとを接続するバイパス配管と、
制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記外部負荷から前記リターンヘッダへ戻される熱媒流量及び熱媒温度と、前記リターンヘッダから前記冷凍機に出力される熱媒流量とを変数として含み、前記2次サプライヘッダから前記外部負荷へ出力される熱媒温度を要求熱媒温度に一致させるための前記冷凍機の熱媒出口設定温度を演算する演算式を記憶する記憶手段と、
前記演算式に含まれる変数に計測値を代入することで、前記冷凍機の熱媒出口設定温度を演算する演算手段と、
前記演算手段によって演算された前記冷凍機の熱媒出口設定温度に基づいて、前記冷凍機の熱媒出口設定温度を変更する設定手段と
を備え、
前記設定手段は、要求熱負荷が減段負荷閾値以上であり、かつ、増段負荷閾値未満である場合に、運転中の前記冷凍機の熱媒出口設定温度を前記演算手段によって演算された前記冷凍機の熱媒出口設定温度に変更する冷凍システム。 - 前記冷凍機が定格流量で運用されている場合は、前記リターンヘッダから前記冷凍機に出力される熱媒流量として該定格流量を用いる請求項1に記載の冷凍システム。
- 前記冷凍機が、熱媒を冷却して出力する場合において、
前記設定手段は、前記要求熱負荷が前記減段負荷閾値以上であり、かつ、前記増段負荷閾値未満である場合であって、前記演算手段によって演算された前記冷凍機の熱媒出口設定温度が、前記冷凍機の特性によって決定される所定の設定可能最低温度以上である場合に、前記冷凍機の熱媒出口設定温度を演算された前記熱媒出口設定温度に変更する請求項1または請求項2に記載の冷凍システム。 - 前記制御手段は、前記冷凍機の台数制御を行う台数制御装置に設けられ、
前記台数制御装置は、前記演算手段によって演算された前記冷凍機の熱媒出口設定温度が、前記設定可能最低温度未満である場合に、増段処理を行う請求項3に記載の冷凍システム。 - 前記冷凍機が、熱媒を加熱して出力する場合において、
前記設定手段は、前記要求熱負荷が前記減段負荷閾値以上であり、かつ、前記増段負荷閾値未満である場合であって、前記演算手段によって演算された前記冷凍機の熱媒出口設定温度が、前記冷凍機の特性によって決定される所定の設定可能最高温度以下である場合に、前記冷凍機の熱媒出口設定温度を演算された前記熱媒出口設定温度に変更する請求項1または請求項2に記載の冷凍システム。 - 前記制御手段は、前記冷凍機の台数制御を行う台数制御装置に設けられ、
前記台数制御装置は、前記演算手段によって演算された前記冷凍機の熱媒出口設定温度が、前記設定可能最高温度を超えている場合に、増段処理を行う請求項5に記載の冷凍システム。 - 外部負荷に対して並列に接続される複数の冷凍機と、各前記冷凍機に対応して設けられ、該冷凍機に供給される熱媒流量を調整する複数の1次ポンプと、前記冷凍機から出力された熱媒が集められる1次サプライヘッダと、前記1次サプライヘッダと前記外部負荷との間に設けられた2次サプライヘッダと、前記1次サプライヘッダと前記2次サプライヘッダとの間に設けられ、前記1次サプライヘッダから前記2次サプライヘッダへの流量を調整するための2次ポンプと、前記外部負荷からの熱媒を各前記冷凍機に供給するリターンヘッダと、前記リターンヘッダと前記1次サプライヘッダとを接続するバイパス配管とを備える冷凍システムの制御方法であって、
前記外部負荷から前記リターンヘッダへ戻される熱媒流量及び熱媒温度と、前記リターンヘッダから前記冷凍機に出力される熱媒流量とを変数として含み、前記2次サプライヘッダから前記外部負荷へ出力される熱媒の温度を要求熱媒温度に一致させるための前記冷凍機の熱媒出口設定温度を演算する演算式に、該変数の計測値を代入することで前記冷凍機の熱媒出口設定温度を演算する演算工程と、
前記演算工程において演算された前記熱媒出口設定温度に基づいて、前記冷凍機の熱媒出口設定温度を変更する設定工程と
を有し、
前記設定工程では、要求熱負荷が減段負荷閾値以上であり、かつ、増段負荷閾値未満である場合に、運転中の前記冷凍機の熱媒出口設定温度を前記演算工程において演算された前記冷凍機の熱媒出口設定温度に変更する冷凍システムの制御方法。
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