JP6719370B2 - 熱源システム、制御装置、制御方法及びプログラム - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施形態に係る熱源システムの機能構成を示す概略ブロック図である。図1に示すように、熱源システム1は、制御装置100と、冷凍機プラント本体200とを備える。制御装置100は、通信部110と、記憶部180と、制御部190とを備える。制御部190は、負荷判定部191と、運転制御部192とを備える。
特に、冷凍機プラント本体200が備える冷凍機が軽負荷にて停止するのに対し、熱源システム1は、熱負荷が要求する冷水量が、小さい冷水量から急増した場合でも、安定的に冷水を供給する。冷凍機が軽負荷にて停止すると再起動に時間を要し、熱負荷が要求する冷水量が急増した場合に供給可能な冷熱量が不足する可能性、あるいは、熱負荷が要求する温度で冷水を供給できない可能性がある。そこで、熱源システム1は、軽負荷でも冷凍機を停止させない仕組み及びモードを備えている。
記憶部180は、各種データを記憶する。記憶部180は、制御装置100が備える記憶デバイスを用いて構成される。
制御部190は、制御装置100の各部を制御して各種処理を実行する。制御部190は、例えば制御装置100が備えるCPU(Central Processing Unit)が記憶部180からプログラムを読み出して実行することで構成される。
運転制御部192は、冷凍機プラント本体200を制御するための各種演算を行う。冷凍機プラント本体200の運転モードが模擬負荷モードであり、かつ、負荷判定部191が、冷凍機プラント本体200の熱源機の負荷が負荷下限値未満であると判定した場合、運転制御部192は、冷凍機プラント本体200の冷凍機を停止させないように冷凍機プラント本体200を制御する。具体的には、冷凍機プラント本体200は模擬的な熱負荷として冷凍機からの熱を受ける熱交換器を備えており、運転制御部192は、この熱交換器に接続された熱交換用調整弁を制御して熱交換器に熱交換を行わせる。この熱交換によって冷凍機が冷水を供給する負荷が上昇し、冷凍機は、軽負荷停止を行わずに運転を継続する。
また、冷凍機プラント本体200は熱負荷610に接続されている。
ターボ冷凍機300は熱源機の例に該当し、熱負荷610からの要求に応じて熱負荷610に冷水を供給する。このターボ冷凍機300は、軽負荷時に停止する仕様になっている。ターボ冷凍機300の負荷が負荷下限値の場合、ターボ冷凍機300は、制御装置100の制御に従って停止する。
但し、冷凍機プラント本体200が備える熱源機はターボ冷凍機に限らず、軽負荷時に停止する熱源機であればよい。例えば冷凍機プラント本体200が、ターボ冷凍機300に代えて、熱負荷610に対して温水及び冷水のいずれも供給可能な熱源機を備えるようにしてもよい。
冷媒の蒸発を促進するために、蒸発器310は、冷水が流れるパイプの上方に設けられた噴霧口からパイプに向かって冷媒を噴霧させる。冷媒第一経路W31は、蒸発器310の下部と噴霧口とを接続する経路である。冷媒第一経路W31には蒸発器ポンプ320が設けられており、蒸発器ポンプ320は、蒸発器310に溜まった液体の冷媒を噴霧口へ流す。
凝縮器340は、ターボ圧縮機330で圧縮された気体の冷媒と冷却水との間で熱交換を行うことで冷媒を冷却して液化させる。
図3は、ターボ冷凍機300の運転範囲を示すグラフである。図3のグラフの横軸はターボ冷凍機300の負荷率を示す。縦軸は、ターボ冷凍機300の運転可否を示す。図3に示すように、ターボ冷凍機300は、30%以上の負荷率で運転可能である。すなわち、ターボ冷凍機300の運転範囲は負荷率30%以上である。一方、負荷率30%未満ではターボ冷凍機300は停止する。
そこで、模擬負荷モードではターボ冷凍機300の軽負荷時に熱交換器500がターボ冷凍機300に供給される冷水を受けることでターボ冷凍機300の負荷を高める。これにより、ターボ冷凍機300は軽負荷にも運転を継続し、かつ、熱負荷に対して要求量の冷水を供給することができる。
冷却水ポンプ420は、ターボ冷凍機300と冷却塔410との間で冷却水を循環させる。図2の例では冷却水ポンプ420は冷却塔側復路W12に設けられており、冷却塔410からターボ冷凍機300へ冷却水を流す。
冷水ポンプ620は、ターボ冷凍機300と熱負荷610との間で冷水を循環させる。図2の例では冷水ポンプ620は負荷側復路W22に設けられており、熱負荷610からターボ冷凍機300へ冷水を流す。
ここで、熱負荷610が、蒸発器310から供給された冷水を全て蒸発器310へ戻すようにしてもよい。あるいは、熱負荷610、が冷水の一部又は全部を取り込んで蒸発器310へ戻さないようにしてもよい。熱負荷610が冷水の一部又は全部を取り込む場合、熱負荷610が取り込んだ冷水に代えて、例えば水道など水供給源から水が蒸発器310へ供給されるようにしてもよい。この場合、供給される水は常温の水でよい。
なお、熱負荷側三方弁630に代えて、2つの二方弁を用いて三方弁と同様の制御を行うようにしてもよい。他の三方弁についても同様である。
冷却塔側三方弁430は、冷却塔側往路W11から冷却塔バイパス経路W13への冷却水の流量を0にすることも可能である。これによって冷却塔側往路W11から冷却塔側復路W12への冷却水のバイパスが遮断される。
これにより、冷却水は熱交換器500での熱交換後に冷却塔側三方弁430を流れることになる。このため、冷却塔側三方弁430を通過した冷却水が凝縮器340に到達する前に熱交換器500を経由して温度変化することは無い。従って、制御部190が、冷却塔側三方弁430における冷却水の温度に基づいて冷却水のバイパス量を計算する際、熱交換器500による冷却水の温度変化を考慮する必要が無い。この点で、制御部190が冷却水のバイパス量を計算する負荷の増加を回避することができる。
復路側温度センサ712が測定した温度から往路側温度センサ711が測定した温度を減算した温度差と、流量センサ721が測定した流量とを乗算した値は、熱負荷610が消費した冷水熱量を示していると考えることができる。すなわち、熱負荷610が消費した冷水熱量QI_CHは、式(1)のように示される。
図4は、制御装置100が冷凍機プラント本体200を制御する処理手順の例を示すフローチャートである。制御装置100は、熱源システム1の運転開始を指示するユーザ操作である運転開始操作が行われると図4の処理を行う。
図4の処理で、制御装置100の運転制御部192はターボ冷凍機300を起動させる(ステップS101)。そして、運転制御部192は、ターボ冷凍機300の起動開始からt2時間の経過を待ち受け(ステップS102)、さらにt1時間の経過を待ち受ける(ステップS103)。
但し、ステップS103は必須ではない。従って、運転制御部192が、ステップS102でのt2時間待ちの後、ステップS103での時間待ちを行わずにステップS104へ遷移するようにしてもよい。
一方、式(3)が成立する場合、運転制御部192は、冷凍機プラント本体200の運転モードを模擬負荷モードと判定する。
熱量下限値Qminは、定数値として予め定められていてもよい。あるいは、冷水温度及び冷却水温度等の運転条件により運転可能な負荷率の範囲が変動する場合、制御装置100がターボ冷凍機300と通信を行って熱量下限値Qminを受信するようにしてもよい。
また、運転制御部192が、冷水熱量QI_CH及び熱量下限値Qminに代えて、冷水入口温度Ti_CHi及び温度下限値Tminに基づいて運転モードを判定するようにしてもよい。例えば、式(4)が成立する場合、運転制御部192は、冷凍機プラント本体200の運転モードを通常モードと判定する。
一方、式(5)が成立する場合、運転制御部192は、冷凍機プラント本体200の運転モードを模擬負荷モードと判定する。
ステップS104で、運転モードが模擬負荷モードであると判定した場合(ステップS104:模擬負荷モード)、運転制御部192は模擬負荷運転制御を行う(ステップS111)。模擬負荷運転制御では、運転制御部192は、式(1)で求まる冷水熱量QI_CHが熱量下限値Qmin以上になるように、熱負荷側三方弁630を制御して熱交換器500に流れる冷水の流量を調整する。
そして、運転制御部192は、運転終了操作が行われたか否かを判定する(ステップS131)。ここでいう運転終了操作は、熱源システム1の運転の終了を指示するユーザ操作である。
運転終了操作が行われていないと判定した場合(ステップS131:NO)、ステップS104へ戻る。
一方、運転終了操作が行われたと判定した場合(ステップS131:YES)、運転制御部192は、ターボ冷凍機300を停止させる(ステップS141)。そして、運転制御部192は、冷凍機プラント本体200の制御を終了する(ステップS142)。
ステップS142の後、図4の処理を終了する。
そして、運転制御部192は、t2時間の経過を待ち受ける(ステップS112)。
ステップS112の後、ステップS131へ遷移する。
このように、熱源システム1では熱交換器500が熱交換用経路W23と冷却塔側往路W11とを熱交換させるので、冷却水が冷却塔410を経由した後に熱交換によって温度変化することはない。この点で、熱源システム1では冷却水の温度制御を比較的簡単に行うことができる。従って、熱源システム1では、熱負荷610が要求する冷水量が少ない場合でもターボ冷凍機300の運転を継続することができ、かつ、冷却水の温度制御を比較的簡単に行うことができる。
これにより、冷却水は熱交換器500での熱交換後に冷却塔側三方弁430を流れることになる。このため、冷却塔側三方弁430を通過した冷却水が凝縮器340に到達する前に熱交換器500を経由して温度変化することは無い。従って、制御部190が、冷却塔側三方弁430における冷却水の温度に基づいて冷却水のバイパス量を計算する際、熱交換器500による冷却水の温度変化を考慮する必要が無い。この点で、制御部190が冷却水のバイパス量を計算する負荷の増加を回避することができる。
また、冷却水が熱交換器500で冷水と熱交換して冷却される点で、冷水を有効活用することができる。
これにより、熱負荷610が要求する冷水量が少ない場合でもターボ冷凍機300の運転を継続することができる。かつ、熱負荷610への冷水供給の負荷が負荷下限値以上の場合は熱交換を停止することができる点で、ターボ冷凍機300を効率よく運転することができる。
図5は、冷凍機プラント本体200の装置構成のもう1つの例を示す概略構成図である。図5の例で、冷凍機プラント本体200は、熱交換用三方弁240と、ターボ冷凍機300と、冷却塔410と、冷却水ポンプ420と、冷却塔側三方弁430と、熱交換器500と、冷水ポンプ620と、往路側温度センサ711と、復路側温度センサ712と、流量センサ721とを備える。ターボ冷凍機300は、蒸発器310と、蒸発器ポンプ320と、ターボ圧縮機330と、凝縮器340と、冷媒ポンプ350と、膨張弁360とを備える。
また、冷凍機プラント本体200は熱負荷610に接続されている。
また、図2の例では負荷側復路W22に熱負荷側三方弁630が設けられ、熱負荷側三方弁630と熱交換器500とが熱交換用経路W23で接続されていたのに対し、図5の例では冷却塔側往路W11に熱交換用三方弁240が設けられ、熱交換用三方弁240と熱交換器500とが熱交換用経路W14で接続されている。それ以外の点は、図2の場合と同様である。
また、熱交換用三方弁240は、冷却塔側往路W11のうち冷却塔側三方弁430よりも上流側(ターボ冷凍機300から見て冷却塔側三方弁430よりもターボ冷凍機300に近い側)に設けられている。
このように、熱源システム1では熱交換器500が熱交換用経路W14と負荷側復路W22とを熱交換させ、熱交換用経路W14が冷却塔側往路W11に設けられているので、冷却水が冷却塔410を経由した後に熱交換によって温度変化することはない。この点で、熱源システム1では冷却水の温度制御を比較的簡単に行うことができる。従って、熱源システム1では、熱負荷610が要求する冷水量が少ない場合でもターボ冷凍機300の運転を継続することができ、かつ、冷却水の温度制御を比較的簡単に行うことができる。
これにより、熱交換用経路W14へ分岐した冷却水は熱交換器500での熱交換後に冷却塔側三方弁430を流れることになる。このため、冷却塔側三方弁430を通過した冷却水が凝縮器340に到達する前に熱交換器500を経由して温度変化することは無い。従って、制御部190が、冷却塔側三方弁430における冷却水の温度に基づいて冷却水のバイパス量を計算する際、熱交換器500による冷却水の温度変化を考慮する必要が無い。この点で、制御部190が冷却水のバイパス量を計算する負荷の増加を回避することができる。
また、冷却水が熱交換器500で冷水と熱交換して冷却される点で、冷水を有効活用することができる。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
100 制御装置
110 通信部
180 記憶部
190 制御部
191 負荷判定部
192 運転制御部
200 冷凍機プラント本体
240 熱交換用三方弁
300 ターボ冷凍機
310 蒸発器
320 蒸発器ポンプ
330 ターボ圧縮機
340 凝縮器
350 冷媒ポンプ
360 膨張弁
410 冷却塔
420 冷却水ポンプ
430 冷却塔側三方弁
500 熱交換器
610 熱負荷
620 冷水ポンプ
630 熱負荷側三方弁
711 往路側温度センサ
712 復路側温度センサ
721 流量センサ
W11 冷却塔側往路
W12 冷却塔側復路
W13 冷却塔バイパス経路
W14、W23 熱交換用経路
W21 負荷側往路
W22 負荷側復路
W31 冷媒第一経路
W32 冷媒第二経路
W33 冷媒第三経路
W34 冷媒第四経路
Claims (7)
- 熱源機と、
前記熱源機に接続された冷却塔側往路及び冷却塔側復路と、
前記熱源機に接続された負荷側往路及び負荷側復路と、
前記負荷側復路及び前記冷却塔側往路のうちいずれか一方に設けられた熱交換用経路と、
前記熱交換用経路と、前記負荷側復路及び前記冷却塔側往路のうち他方とを熱交換させる熱交換器と、
前記熱交換用経路の流通量を調整可能な熱交換用調整弁と、
を備える熱源システム。 - 前記冷却塔側往路と前記冷却塔側復路とを接続する冷却塔バイパス経路と、
前記冷却塔バイパス経路の流通量を調整可能な冷却塔バイパス弁と、
を備え、
前記熱交換用経路は前記負荷側復路に設けられており、
前記冷却塔側往路のうち前記冷却塔バイパス経路よりも前記熱源機側に前記熱交換器が配置されている、
請求項1に記載の熱源システム。 - 前記冷却塔側往路と前記冷却塔側復路とを接続する冷却塔バイパス経路と、
前記冷却塔バイパス経路の流通量を調整可能な冷却塔バイパス弁と、
を備え、
前記熱交換用経路は前記冷却塔側往路のうち前記冷却塔バイパス経路よりも前記熱源機側に設けられている、
請求項1に記載の熱源システム。 - 前記熱源機からの冷熱供給の負荷が負荷下限値未満か否かを判定する負荷判定部と、
前記負荷判定部が、前記熱源機からの冷熱供給の負荷が前記負荷下限値未満であると判定した場合、前記熱交換用調整弁を制御して前記熱交換器に熱交換を行わせる運転制御部と、
を備える請求項1から3のいずれか一項に記載の熱源システム。 - 熱源機と、
前記熱源機に接続された冷却塔側往路及び冷却塔側復路と、
前記熱源機に接続された負荷側往路及び負荷側復路と、
前記負荷側復路及び前記冷却塔側往路のうちいずれか一方に設けられた熱交換用経路と、
前記熱交換用経路と、前記負荷側復路及び前記冷却塔側往路のうち他方とを熱交換させる熱交換器と、
前記熱交換用経路の流通量を調整可能な熱交換用調整弁と、
を備える熱源システムを制御する制御装置であって、
前記熱源機の負荷が負荷下限値未満か否かを判定する負荷判定部と、
前記負荷判定部が、前記熱源機の負荷が前記負荷下限値未満であると判定した場合、前記熱交換用調整弁を制御して前記熱交換器に熱交換を行わせる運転制御部と、
を備える制御装置。 - 熱源機と、前記熱源機に接続された冷却塔側往路及び冷却塔側復路と、前記熱源機に接続された負荷側往路及び負荷側復路と、前記負荷側復路及び前記冷却塔側往路のうちいずれか一方に設けられた熱交換用経路と、前記熱交換用経路と前記負荷側復路及び前記冷却塔側往路のうち他方とを熱交換させる熱交換器と、前記熱交換用経路の流通量を調整可能な熱交換用調整弁と、を備える熱源システムの、前記熱源機の負荷が負荷下限値未満か否かを判定し、
前記熱源機の負荷が前記負荷下限値未満であると判定した場合、前記熱交換用調整弁を制御して前記熱交換器に熱交換を行わせる、
制御方法。 - 熱源機と、前記熱源機に接続された冷却塔側往路及び冷却塔側復路と、前記熱源機に接続された負荷側往路及び負荷側復路と、前記負荷側復路及び前記冷却塔側往路のうちいずれか一方に設けられた熱交換用経路と、前記熱交換用経路と前記負荷側復路及び前記冷却塔側往路のうち他方とを熱交換させる熱交換器と、前記熱交換用経路の流通量を調整可能な熱交換用調整弁と、を備える熱源システムの、前記熱源機の負荷を制御するコンピュータに、
前記熱源機の負荷が、負荷下限値未満か否かを判定させ、
前記熱源機の負荷が前記負荷下限値未満であると判定した場合、前記熱交換用調整弁を制御して前記熱交換器に熱交換を行わせる、
ためのプログラム。
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