KR101618487B1 - 열원 시스템의 대수 제어장치 및 그 방법 및 열원 시스템 - Google Patents

열원 시스템의 대수 제어장치 및 그 방법 및 열원 시스템 Download PDF

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사토시 니카이도
도시아키 오우치
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

열원기의 발전·정지가 빈번히 반복되는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다. 현재의 운전 상태가 대수 증가 기본 조건을 충족하는 경우에, 현재의 운전 대수를 1대 증가시켰을 때에 대수 감소 기본 조건을 충족하는지 아닌지를 판정하고, 대수 감소 기본 조건을 충족하지 않는다고 판정한 경우에, 열원기를 1대 기동시킨다. 또, 현재의 운전 상태가 대수 감소 기본 조건을 충족하는 경우에, 현재의 운전 대수를 1대 감소시켰을 때에 대수 증가 기본 조건을 충족하는지 아닌지를 판정하고, 대수 증가 기본 조건을 충족하지 않는다고 판정한 경우에, 열원기를 1대 정지시킨다.

Description

열원 시스템의 대수 제어장치 및 그 방법 및 열원 시스템 {NUMBER-OF-MACHINES CONTROL DEVICE FOR HEAT SOURCE SYSTEM, METHOD THEREFOR, AND HEAT SOURCE SYSTEM}
본 발명은, 열원 시스템의 대수 제어장치 및 그 방법 및 열원 시스템에 관한 것이다.
복수의 열원기를 구비하는 열원 시스템에 있어서의 열원기의 대수 제어 방법으로서, 예를 들면, 특허문헌 1에 개시되는 방법이 알려져 있다. 특허문헌 1에는, 개개의 인버터 구동 터보 열원기에 있어서의 성적계수(COP)가 소정치 이상이 되는 부하율 범위를 각각 결정하고, 개개의 인버터 구동의 열원기의 부하율이 결정된 부하율 범위에 들어가도록 인버터를 제어하는 것이 개시되어 있다.
일본 특허공개공보 2005-114295호
상기한 바와 같이, 미리 설정한 부하율 범위를 이용하여 열원기의 대수 제어를 행하는 경우에는, 이하와 같은 대수 제어를 생각할 수 있다.
예를 들면, 운전 중인 열원기의 부하율이 부하율 범위의 상한치를 넘는 경우에 열원기의 대수를 증가시키고, 열원기의 부하율이 부하율 범위의 하한치를 하회한 경우에 열원기의 대수를 감소시킨다.
그러나, 이 방법에서는, 열원기의 발전·정지가 빈번히 반복될 가능성이 있다. 예를 들면, 도 7에 나타내는 바와 같이, 부하율 범위의 상한치가 80%, 하한치가 60%로 설정되어 있던 경우로, 2대의 열원기(A, B)의 부하가 45%이며, 부하율 범위의 하한치 60%를 하회하기 때문에 1대 감소시킨 경우, 대수 감소 후에는, 1대의 열원기(A)의 부하율이 90%가 되어, 부하율 범위의 상한치 80%를 넘어 버린다. 이로써, 열원기의 대수 증가가 행해지게 되어, 열원기의 대수 감소와 대수 증가가 반복하여 발생한다.
다른 대수 제어의 방법으로서, 예를 들면, 운전 중인 열원기의 대수에 1대 증가시켰을 때의 각 열원기의 부하율이 부하율 범위의 하한치를 넘은 경우에 1대 증가시키고, 운전 중인 열원기의 대수를 1대 감소시켰을 때의 각 열원기의 부하율이 부하율 범위의 상한치 이내인 경우에 1대 감소시키는 방법을 생각할 수 있다.
그러나, 이 방법에서도, 열원기의 기동·정지가 빈번히 반복될 가능성이 있다. 예를 들면, 도 8에 나타내는 바와 같이, 부하율 범위의 상한치가 60%, 하한치가 20%로 설정되어 있던 경우로, 2대의 열원기(A, B)의 냉동 부하가 25%였던 경우, 1대 감소시킨 경우의 열원기 부하는 50%이기 때문에, 대수 감소의 조건을 충족한 것으로 하여 1대 감소된다. 1대 감소 후에 있어서, 열원기(A)의 부하율은 50%가 되고, 이번에는, 1대 증가시킨 경우의 열원기 부하가 25%가 되기 때문에, 대수 증가의 조건을 충족하게 되어, 1대 증가된다. 이로써, 열원기의 대수 감소와 대수 증가가 반복하여 발생된다.
본 발명은, 열원기의 기동·정지가 빈번히 반복되는 것을 방지할 수 있는 열원 시스템의 대수 제어장치 및 그 방법 및 열원 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 양태는, 복수의 열원기를 구비하는 열원 시스템에 적용되고, 각 상기 열원기에 대하여 기동 지령 및 정지 지령을 출력함으로써, 상기 열원기의 대수 제어를 행하는 열원 시스템의 대수 제어장치로서, 열원기의 대수를 증가시킬 때의 기본 조건이 상기 열원기의 냉동 부하와 요구 냉동 부하와의 관계로 규정되어 있는 대수 증가 기본 조건, 및, 열원기의 대수를 감소시킬 때의 기본 조건이, 상기 열원기의 냉동 부하와 요구 냉동 부하와의 관계로 규정되어 있는 대수 감소 기본 조건이 격납되어 있는 기억 수단과, 상기 대수 증가 기본 조건을 충족하는 경우에, 현재의 운전 대수를 1대 증가시켰을 때에 상기 대수 감소 기본 조건을 충족하는지 아닌지를 판정하고, 상기 대수 감소 기본 조건을 충족하지 않는다고 판정한 경우에, 상기 열원기를 1대 기동시키는 기동 지시 수단과, 상기 대수 감소 기본 조건을 충족하는 경우에, 현재의 운전 대수를 1대 감소시켰을 때에 상기 대수 증가 기본 조건을 충족하는지 아닌지를 판정하고, 상기 대수 증가 기본 조건을 충족하지 않는다고 판정한 경우에, 상기 열원기를 1대 정지시키는 정지 지시 수단을 구비하는 열원 시스템의 대수 제어장치이다.
본 양태에 의하면, 현재의 운전 상태가 대수 증가 기본 조건을 충족하고 있다고 판단한 경우에, 이 판정에 따라 실제로 대수 증가를 행하는 경우를 상정하고, 이 상태에서 대수 감소 기본 조건을 충족하지 않는 것을 확인한 후 대수 증가의 최종적인 판단을 행한다. 또, 마찬가지로, 현재의 운전 상태가 대수 감소 기본 조건을 충족하고 있다고 판단한 경우에, 이 판정에 따라 실제로 대수 감소를 행하는 경우를 상정하고, 이 상태에서 대수 증가 기본 조건을 충족하지 않는 것을 확인한 후 대수 감소의 최종적인 판단을 행한다. 이로써, 대수 감소와 대수 증가가 빈번히 반복되는 것을 억제할 수 있다.
상기 열원 시스템의 대수 제어장치에 있어서, 상기 기동 지시 수단은, 요구 냉동 부하가, 운전 중인 각 상기 열원기를 미리 설정되어 있는 부하율 범위의 상한치로 운전시켰을 때의 제1 냉동 부하보다 큰 경우에 상기 대수 증가 기본 조건을 충족한다고 판단하는 것으로 하여도 된다.
상기 열원 시스템의 대수 제어장치에 있어서, 상기 정지 지시 수단은, 요구 냉동 부하가, 운전 중인 각 상기 열원기를 미리 설정되어 있는 부하율 범위의 하한치로 운전시켰을 때의 제2 냉동 부하보다 작은 경우에, 상기 대수 감소 기본 조건을 충족한다고 판단하는 것으로 하여도 된다.
상기 열원 시스템의 대수 제어장치에 있어서, 상기 기동 지시 수단은, 현재의 운전 대수를 1대 증가시켰을 때에, 상기 대수 감소 기본 조건을 충족하지 않는 상태가 미리 설정되어 있는 소정 시간 유지되었는지 아닌지를 판정하고, 상기 조건을 충족하지 않는 상태가 상기 소정 시간 유지된 경우에, 상기 열원기를 1대 기동시키는 것으로 하여도 된다.
이와 같이 소정 기간에 있어서의 운전 상태를 고려하여 대수 증가의 최종결정을 함으로써, 노이즈의 영향을 회피할 수 있어, 대수 증가의 오판단을 저감할 수 있다.
상기 열원 시스템의 대수 제어장치에 있어서, 상기 정지 지시 수단은, 현재의 운전 대수를 1대 감소시켰을 때에, 상기 대수 증가 기본 조건을 충족하지 않는 상태가 미리 설정되어 있는 소정 기간 유지되었는지 아닌지를 판정하고, 상기 조건을 충족하지 않는 상태가 상기 소정 시간 유지된 경우에, 상기 열원기를 1대 정지시키는 것으로 하여도 된다.
이와 같이 소정 기간 유지되었는지 아닌지를 판정함으로써, 노이즈의 영향을 회피할 수 있어, 대수 감소의 오판단을 저감할 수 있다.
상기 열원 시스템의 대수 제어장치에 있어서, 상기 요구 냉동 부하는, 미리 설정된 소정 시간에 있어서의 상기 요구 냉동 부하를 평준화한 값이어도 된다.
이와 같이, 소정 기간에 있어서의 평준치를 이용함으로써, 노이즈의 영향을 회피할 수 있어, 대수 증가나 대수 감소의 오판단을 저감할 수 있다.
상기 열원 시스템의 대수 제어장치에 있어서, 상기 기동 지시 수단은, 상기 부하율 범위의 상한치 이상으로 설정된 강제 대수 증가 부하율을 보유하고 있고, 상기 열원기의 부하율이 상기 강제 대수 증가 부하율 이상인 경우에 상기 열원기를 강제적으로 1대 기동시켜도 된다.
이와 같이 강제 부하율을 설정해 두고, 열원기 부하율이 강제 대수 증가 부하율에 도달한 경우에는 강제적으로 대수 증가를 행하므로, 보다 확실하게 요구 부하를 만족시키는 운전을 행하는 것이 가능해진다.
상기 열원 시스템의 대수 제어장치에 있어서, 상기 기동 지시 수단은, 상기 부하율 범위의 하한치 이하로 설정된 강제 대수 감소 부하율을 보유하고 있고, 상기 열원기의 부하율이 상기 강제 대수 감소 부하율 이하인 경우에, 상기 열원기를 강제적으로 1대 정지시키는 것으로 하여도 된다.
이와 같이 강제 대수 감소 부하율을 설정해 두고, 열원기 부하율이 강제 대수 감소 부하율에 도달한 경우에는 강제적으로 대수 감소를 행하므로, 보다 적절한 상태로 각 열원기를 운전시킬 수 있다.
본 발명의 제2 양태는, 복수의 열원기와, 상기의 어느 하나에 기재된 열원 시스템의 대수 제어장치를 구비하는 열원 시스템이다.
본 발명의 제3 양태는, 복수의 열원기를 구비하는 열원 시스템에 적용되어, 각 상기 열원기에 대하여 기동 지령 및 정지 지령을 출력함으로써, 상기 열원기의 대수 제어를 행하는 열원 시스템의 대수 제어 방법으로서, 열원기의 대수를 증가시킬 때의 기본 조건이 상기 열원기의 냉동 부하와 요구 냉동 부하와의 관계로 규정되어 있는 대수 증가 기본 조건, 및, 열원기의 대수를 감소시킬 때의 기본 조건이, 상기 열원기의 냉동 부하와 요구 냉동 부하와의 관계로 규정되어 있는 대수 감소 기본 조건을 미리 기억시켜 두고, 상기 대수 증가 기본 조건을 충족하는 경우에, 현재의 운전 대수를 1대 증가시켰을 때에 상기 대수 감소 기본 조건을 충족하는지 아닌지를 판정하고, 상기 대수 감소 기본 조건을 충족하지 않는다고 판정한 경우에, 상기 열원기를 1대 기동시키는 기동 지시 과정과, 상기 대수 감소 기본 조건을 충족하는 경우에, 현재의 운전 대수를 1대 감소시켰을 때에 상기 대수 증가 기본 조건을 충족하는지 아닌지를 판정하고, 상기 대수 증가 기본 조건을 충족하지 않는다고 판정한 경우에, 상기 열원기를 1대 정지시키는 정지 지시 과정을 구비하는 열원 시스템의 대수 제어 방법이다.
본 발명에 의하면, 열원기의 기동·정지가 빈번히 반복되는 것을 방지할 수 있다는 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 열원 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2는 도 1의 열원기에 터보 열원기를 적용한 경우의 상세 구성을 나타낸 도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 열원 시스템의 제어계의 구성을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 상위 제어장치가 구비하는 대수 제어에 관한 기능을 주로 나타낸 기능 블록도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 대수 제어 방법의 순서를 나타낸 플로우차트이다.
도 6은 100% 부하로 운전하고 있는 경우에도 대수 증가를 적절히 행할 수 없는 경우를 예시한 도이다.
도 7은 종래의 대수 제어의 문제점에 대하여 설명하기 위한 도이다.
도 8은 종래의 대수 제어의 문제점에 대하여 설명하기 위한 도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시형태에 관한 대수 제어 방법의 순서를 나타낸 플로우차트이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시형태에 관한 대수 제어 방법의 순서를 나타낸 플로우차트이다.
[제1 실시형태]
이하, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 열원 시스템의 대수 제어장치 및 그 방법 및 열원 시스템에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 열원 시스템 1의 구성을 개략적으로 나타낸 도이다. 열원 시스템 1은, 예를 들면, 공조기나 급탕기, 공장설비 등의 외부 부하(3)에 대하여 공급하는 냉수(열매)를 냉각 또는 가열하는 복수의 열원기(11a, 11b, 11c)를 구비하고 있다. 도 1에서는, 3대의 열원기(11a, 11b, 11c)가 설치되어 있는 경우에 대하여 예시하고 있지만, 열원기의 설치 대수에 대해서는 임의로 결정할 수 있다.
냉수 흐름으로부터 본 각 열원기(11a, 11b, 11c)의 상류측에는, 각각, 냉수를 압송하는 냉수 펌프(12a, 12b, 12c)가 설치되어 있다. 이들 냉수 펌프(12a, 12b, 12c)에 의하여, 리턴 헤더(14)로부터의 냉수가 각 열원기(11a, 11b, 11c)로 보내진다. 각 냉수 펌프(12a, 12b, 12c)는, 인버터 모터(도시 생략)에 의하여 구동되도록 되어 있고, 이로써, 회전수를 가변으로 함으로써 가변 유량 제어된다.
서플라이 헤더(13)에는, 각 열원기(11a, 11b, 11c)에 있어서 얻어진 냉수가 모이도록 되어 있다. 서플라이 헤더(13)에 모아진 냉수는, 외부 부하(3)에 공급된다. 외부 부하(3)에서 공조 등에 이용되어 온도가 변화된 냉수는, 리턴 헤더(14)로 보내진다. 냉수는, 리턴 헤더(14)에 있어서 분기되어, 각 열원기(11a, 11b, 11c)에 보내진다.
서플라이 헤더(13)와 리턴 헤더(14)와의 사이에는 바이패스 배관(18)이 설치되어 있다. 바이패스 배관(18)에 설치된 바이패스 밸브(19)의 개방도를 조정함으로써, 외부 부하(3)에 공급하는 냉수량을 조정할 수 있다.
도 2에는, 열원기(11a, 11b, 11c)에 터보 냉동기를 적용한 경우의 상세 구성이 나타나 있다. 동일 도면에서는, 이해의 용이함을 위하여, 3대 병렬로 설치된 열원기 중, 하나의 열원기(11a)만이 나타나 있다.
열원기(11a)는, 2단 압축 2단 팽창 서브쿨 사이클을 실현하는 구성으로 되어 있다. 이 터보 냉동기는, 냉매를 압축하는 터보 압축기(31)와, 터보 압축기(31)에 의하여 압축된 고온 고압의 가스 냉매를 응축하는 응축기(32)와, 응축기(32)에서 응축된 액냉매에 대하여 과냉각시키는 서브쿨러(33)와, 서브쿨러(33)로부터의 액냉매를 팽창시키는 고압 팽창밸브(34)와, 고압 팽창밸브(34)에 접속됨과 함께 터보 압축기(31)의 중간단 및 저압 팽창밸브(35)에 접속되는 중간 냉각기(37)와, 저압 팽창밸브(35)에 의하여 팽창된 액냉매를 증발시키는 증발기(36)를 구비하고 있다.
터보 압축기(31)는, 원심식의 2단 압축기이며, 인버터(38)에 의하여 회전수 제어된 전동 모터(39)에 의하여 구동되고 있다. 인버터(38)는, 열원기 제어장치(10a)에 의하여 그 출력이 제어되고 있다. 터보 압축기(31)의 냉매 흡입구에는, 흡입 냉매 유량을 제어하는 인렛 가이드 베인(이하 "IGV"라고 한다.)(40)이 설치되어 있어, 터보 열원기(11a)의 용량 제어가 가능하게 되어 있다.
응축기(32)에는, 응축 냉매 압력(Pc)을 계측하기 위한 압력 센서(51)가 설치되어 있다. 압력 센서(51)의 출력은, 열원기 제어장치(10a)에 송신된다.
서브쿨러(33)는, 응축기(32)의 냉매 흐름 하류측에, 응축된 냉매에 대하여 과냉각시키도록 설치되어 있다. 서브쿨러(33)의 냉매 흐름 하류측 바로 뒤에는, 과냉각 후의 냉매 온도(Ts)를 계측하는 온도 센서(52)가 설치되어 있다.
응축기(32) 및 서브쿨러(33)에는, 이들을 냉각하기 위한 냉각 전열관(41)이 삽입통과되어 있다. 냉각수 유량(F2)은 유량계(54)에 의하여, 냉각수 출구 온도(Tcout)는 온도 센서(55)에 의하여, 냉각수 입구 온도(Tcin)는 온도 센서(56)에 의하여 계측되도록 되어 있다. 냉각수는, 도시하지 않은 냉각탑에 있어서 외부로 열을 배출한 후에, 다시 응축기(32) 및 서브쿨러(33)로 유도되도록 되어 있다.
중간 냉각기(37)에는, 중간 압력(Pm)을 계측하기 위한 압력 센서(57)가 설치되어 있다. 증발기(36)에는, 증발 압력(Pe)을 계측하기 위한 압력 센서(58)가 설치되어 있다. 증발기(36)에 있어서 흡열됨으로써 정격온도(예를 들면 7?)의 냉수가 얻어진다. 증발기(36)에는, 외부 부하(3)(도 1 참조)에 공급되는 냉수를 냉각하기 위한 냉수 전열관(42)이 삽입통과되어 있다. 냉수 유량(F1)은 유량계(59)에 의하여, 냉수 출구 온도(Tout)는 온도 센서(60)에 의하여, 냉수 입구 온도(Tin)는 온도 센서(61)에 의하여 계측되도록 되어 있다.
응축기(32)의 기상부와 증발기(36)의 기상부와의 사이에는, 핫 가스 바이패스관(43)이 설치되어 있다. 그리고, 핫 가스 바이패스관(43) 내를 흐르는 냉매의 유량을 제어하기 위한 핫 가스 바이패스밸브(44)가 설치되어 있다. 핫 가스 바이패스밸브(44)에 의하여 핫 가스 바이패스 유량을 조정함으로써, IGV(40)에서는 제어가 충분하지 않은 매우 작은 영역의 용량 제어가 가능하게 되어 있다.
도 2에 나타낸 열원기(11a)에서는, 응축기(32) 및 서브쿨러(33)를 설치하고, 냉매에 의하여 냉각탑에 있어서 외부로 열이 배출된 냉각수와의 사이에서 열교환을 행하여, 냉각수를 데우는 경우에 대하여 서술하였지만, 예를 들면, 응축기(32) 및 서브쿨러(33) 대신에 공기 열교환기를 배치하고, 공기 열교환기에 있어서 외기와 냉매와의 사이에서 열교환을 행하는 구성으로 하여도 된다.
본 실시형태에 적용되는 열원기(11a, 11b, 11c)는, 상술한 냉방 기능만을 가지는 터보 냉동기에 한정되지 않고, 예를 들면, 난방 기능만, 혹은, 냉방 기능 및 난방 기능의 양방을 가지고 있는 것이어도 된다. 또, 냉매와 열교환되는 매체는, 물이어도 공기여도 된다. 열원기(11a, 11b, 11c)는 동일 종류의 열원기로 통일되어 있어도 되고, 여러 종류의 열원기가 혼재되어 있어도 된다.
도 3은, 도 1에 나타낸 열원 시스템 1의 제어계의 구성을 개략적으로 나타낸 도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 각 열원기(11a, 11b, 11c)의 제어장치인 열원기 제어장치(10a, 10b, 10c)는, 상위 제어장치(대수 제어장치)(20)와 통신 매체(21)를 통하여 접속되어 있고, 쌍방향의 통신이 가능한 구성으로 되어 있다. 상위 제어장치(20)는, 예를 들면, 열원 시스템 전체를 제어하는 제어장치이며, 예를 들면, 외부 부하(3)의 요구 부하에 대하여 기동시키는 열원기(11a, 11b, 11c)의 대수 제어를 행하는 대수 제어 기능을 가지고 있다.
상위 제어장치(20), 열원기 제어장치(10a, 10b, 10c)는, 예를 들면, 컴퓨터이며, CPU(중앙연산 처리장치), RAM(Random Access Memory) 등의 주기억장치, 보조기억장치, 외부의 기기와 통신을 행함으로써 정보를 주고받는 통신 장치 등을 구비하고 있다.
보조기억장치는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체이며, 예를 들면, 자기 디스크, 광자기디스크, CD-ROM, DVD-ROM, 반도체 메모리 등이다. 이 보조기억장치에는, 각종 프로그램이 격납되어 있고, CPU가 보조기억장치로부터 주기억장치에 프로그램을 읽어내어, 실행함으로써 다양한 처리를 실현시킨다.
도 4는, 본 실시형태에 관한 상위 제어장치(20)가 구비하는 대수 제어에 관한 기능을 주로 나타낸 기능 블록도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 상위 제어장치(20)는, 기억부(기억 수단)(22)와, 기동 지시부(기동 지시 수단)(23)와, 정지 지시부(정지 지시 수단)(24)를 주요 구성으로서 구비하고 있다.
기억부(22)에는, 열원기의 대수를 증가시킬 때의 기본 조건이 열원기의 냉동 부하와 요구 냉동 부하와의 관계로 규정되어 있는 대수 증가 기본 조건, 및, 열원기의 대수를 감소 시킬 때의 기본 조건이 열원기의 냉동 부하와 요구 냉동 부하와의 관계로 규정되어 있는 대수 감소 기본 조건이 격납되어 있다.
본 실시형태에서는, 대수 증가 기본 조건은, 예를 들면, "요구 냉동 부하가, 운전 중인 각 열원기를 미리 설정되어 있는 부하율 범위의 상한치로 운전시켰을 때의 제1 냉동 부하보다 크다"라고 규정되어 있고, 대수 감소 기본 조건은, 예를 들면, "요구 냉동 부하가, 운전 중인 각 열원기를 미리 설정되어 있는 부하율 범위의 하한치로 운전시켰을 때의 제2 냉동 부하보다 작다"라고 규정되어 있다.
부하율 범위는, 임의로 설정하는 것이 가능하다. 일례로서는, 열원기의 성적계수가 소정치 이상이 되는 부하율 범위로 설정된다.
기동 지시부(23)는, 현재의 운전 상태가 대수 증가 기본 조건을 충족하는 경우에, 현재의 운전 대수를 1대 증가시켰을 때에 대수 감소 기본 조건을 충족하는지 아닌지를 판정하고, 대수 감소 기본 조건을 충족하지 않는다고 판정한 경우에, 열원기를 1대 기동시키는 지시를 열원기에 대하여 출력한다.
정지 지시부(24)는, 현재의 운전 상태가 대수 감소 기본 조건을 충족하는 경우에, 현재의 운전 대수를 1대 감소시켰을 때에 대수 증가 기본 조건을 충족하는지 아닌지를 판정하고, 대수 증가 기본 조건을 충족하지 않는다고 판정한 경우에, 열원기를 1대 정지시키는 지시를 열원기에 대하여 출력한다.
이하, 상위 제어장치(20)에 의하여 실행되는 대수 제어 방법에 대하여, 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는, 대수 제어 방법의 순서를 나타낸 플로우차트이다. 도 5의 스텝 SA1부터 스텝 SA5가 상기 기동 지시부(23)에 의하여 실행되고, 스텝 SA6부터 스텝 SA10이 상기 정지 지시부(24)에 의하여 실행된다.
먼저, 도 5의 스텝 SA1에 있어서, 현재 운전 중인 열원기가 미리 설정되어 있는 부하율 범위의 상한치로 운전한 경우의 열원기의 냉동 부하(QHi _n)(제1 냉동 부하)를 산출한다.
냉동 부하(QHi _n)는, 이하의 (1) 식으로 산출된다.
[수학식 1]
Figure 112014066743016-pct00001
상기 (1) 식에 있어서, q는 열원기의 능력, Hi는 부하율 범위의 상한치, n은 현재의 열원기 운전 대수이다.
계속해서, 스텝 SA2에서는, 현재의 열원 전체에 대한 요구 냉동 부하(Q)가 스텝 SA1에서 산출한 제1 냉동 부하(QHi _n)보다 큰지 아닌지를 판정한다. 여기에서, 현재의 요구 냉동 부하(Q)는, 이하의 (2) 식으로 부여된다.
Q=ΔT×Fc×c …(2)
(2) 식에 있어서, ΔT는 열원기의 냉수 입구 온도(Tin)와 냉수 출구 온도(Tout)와의 차, Fc는 냉수 유량, c는 비열이다.
스텝 SA2에 있어서, 현재의 요구 냉동 부하(Q)가 제1 냉동 부하(QHi _n)보다 큰 경우에는, 스텝 SA3으로 진행된다.
스텝 SA3에서는, 현재 운전 중인 열원기 대수(n)에 1대 증가시킨 상태를 상정하고, 이 상태에서, 각 열원기를 부하율 범위의 하한치로 운전한 경우의 제3 냉동 부하(QLo _n+1)를 산출한다.
제3 냉동 부하(QLo _n+1)는, 이하의 (3) 식으로 산출된다.
[수학식 2]
Figure 112014066743016-pct00002
상기 (3) 식에 있어서, q는 열원기의 능력, Lo는 부하율 범위의 하한치, n+1은 대수 증가 후의 열원기 운전 대수이다.
계속해서, 스텝 SA4에서는, 현재의 요구 냉동 부하(Q)가 제3 냉동 부하(QLo _n+1)보다 큰지 아닌지를 판정한다. 이 결과, 요구 냉동 부하(Q)가 제3 냉동 부하(QLo _n+1) 이하인 경우에는(스텝 SA4에 있어서 "NO"), 대수 증가를 행하지 않고 스텝 SA1로 되돌아간다. 한편, 요구 냉동 부하(Q)가 제3 냉동 부하(QLo _n+1)보다 큰 경우에는(스텝 SA4에 있어서 "YES"), 스텝 SA5로 진행되고, 열원기를 1대 증설시켜, 스텝 SA1로 되돌아간다.
한편, 스텝 SA2에 있어서, 현재의 열원 전체에 대한 요구 냉동 부하(Q)가 스텝 SA1에서 산출한 제1 냉동 부하(QHi _n) 이하였던 경우(스텝 SA2에 있어서 "NO")에는, 스텝 SA6으로 진행된다.
스텝 SA6에서는, 현재 운전 중인 열원기가 미리 설정되어 있는 부하율 범위의 하한치로 운전한 경우의 제2 냉동 부하(QLo _n)를 산출한다.
제2 냉동 부하(QLo _n)는, 이하의 (4) 식으로 산출된다.
[수 3]
Figure 112014066743016-pct00003
상기 (4) 식에 있어서, q는 열원기의 능력, Lo는 부하율 범위의 하한치, n은 현재의 열원기 운전 대수이다.
계속해서, 스텝 SA7에서는, 현재의 요구 냉동 부하(Q)가 제2 냉동 부하(QLo _n)보다 작은지 아닌지를 판정한다. 이 결과, 현재의 요구 냉동 부하(Q)가 제2 냉동 부하(QLo _n) 이상인 경우에는, 스텝 SA1로 되돌아간다. 한편, 현재의 요구 냉동 부하(Q)가 제2 냉동 부하(QLo _n)보다 작은 경우에는(스텝 SA7에 있어서 "YES"), 스텝 SA8로 진행된다.
스텝 SA8에서는, 현재 운전 중인 열원기 대수(n)에 1대 감소시킨 경우를 상정하고, 이 상태에서, 각 열원기를 부하율 범위의 상한치로 운전한 경우의 제4 냉동 부하(QHi _n-1)를 산출한다.
제4 냉동 부하(QHi _n-1)는, 이하의 (5) 식으로 산출된다.
[수 4]
Figure 112014066743016-pct00004
상기 (5) 식에 있어서, q는 열원기의 능력, Hi는 부하율 범위의 상한치, n-1은 대수 감소 후의 열원기 운전 대수이다.
계속해서, 스텝 SA9에서는, 현재의 요구 냉동 부하(Q)가 제4 냉동 부하(QHi _n-1)보다 작은지 아닌지를 판정한다. 이 결과, 요구 냉동 부하(Q)가 제4 냉동 부하(QHi _n-1) 이상인 경우에는(스텝 SA9에 있어서 "NO"), 대수 감소를 행하지 않고 스텝 SA1로 되돌아간다. 한편, 요구 냉동 부하(Q)가 제4 냉동 부하(QHi _n-1)보다 작은 경우에는(스텝 SA9에 있어서 "YES"), 스텝 SA10으로 진행되고, 열원기를 1대 감소시켜, 스텝 SA1로 되돌아간다.
이상, 설명해 온 바와 같이, 본 실시형태에 관한 열원 시스템의 대수 제어장치(20) 및 그 방법 및 열원 시스템(1)에 의하면, 현재 기동하고 있는 열원기의 냉동 능력과 열원기 전체의 요구 냉동 능력을 비교할 뿐만 아니라, 현재의 열원기의 기동 대수를 증가 또는 대수 감소시킨 후의 열원기 전체의 냉동 능력과 열원기 전체의 요구 냉동 능력을 비교하여, 대수 증가 또는 대수 감소를 결정하므로, 대수 증가와 대수 감소가 빈번히 반복되는 것을 억제할 수 있어, 안정된 열원기의 대수 제어를 실현할 수 있다.
[제2 실시형태]
이하, 본 발명의 제2 실시형태에 관한 열원 시스템의 대수 제어장치 및 그 방법 및 열원 시스템에 대하여 설명한다.
일반적으로, 열원 시스템에 있어서의 요구 냉동 부하(Q)는, 상술한 (2) 식으로 나타나는 바와 같이, 열원기의 냉수 입구 온도(Tin) 및 냉수 출구 온도(Tout), 냉수 유량(F1) 등으로부터 산출된다. 따라서, 계측치에 노이즈가 발생함으로써, 요구 냉동 부하(Q)의 값이 요동하게 되어, 대수 증가나 대수 감소의 오판단을 초래할 가능성이 있다.
따라서, 본 실시형태에 관한 열원 시스템에서는, 이러한 노이즈에 의한 대수 증가 및 대수 감소의 판단을 회피하기 위하여, 도 5에 나타낸 스텝 SA4 및 스텝 SA9의 처리를 이하와 같은 판단으로 변경한다.
즉, 본 실시형태에 있어서는, 스텝 SA4에 있어서, 현재의 요구 냉동 부하(Q)가 제3 냉동 부하(QLo _n+1)보다 큰 상태가 미리 설정된 소정 시간(예를 들면, 300초) 유지된 경우에, 열원기를 추가 기동시키고(스텝 SA5), 마찬가지로, 스텝 SA9에 있어서, 현재의 요구 냉동 부하(Q)가 제4 냉동 부하(QHi _n-1)보다 작은 상태가 미리 설정된 소정 시간(예를 들면, 300초) 유지된 경우에, 열원기를 1대 정지시킨다.
이와 같이 함으로써, 스텝 SA4, 스텝 SA9에 있어서, 순간적으로 조건을 충족하는 경우에 있어서의 대수 증가, 대수 감소의 오판단을 회피하는 것이 가능해진다.
상기 양태 대신에, 예를 들면, 스텝 SA4, 스텝 SA9에 있어서 이용되는 요구 냉동 부하(Q)를 소정 시간에 있어서 평준화한 값으로 하여도 된다. 여기에서 이용하는 평준화 수법은, 평균화, 일차 지연 등의 공지의 수법을 채용하는 것이 가능하다. 이와 같이 함으로써, 동일한 효과를 얻는 것이 가능해진다.
[제3 실시형태]
이하, 본 발명의 제3 실시형태에 관한 열원 시스템의 대수 제어장치 및 그 방법 및 열원 시스템에 대하여 설명한다.
예를 들면, 상술한 제1, 제2 실시형태에 관한 대수 제어를 행한 경우, 열원기가 정격부하에 대하여 부하율 100%로 운전되고 있었다고 해도, 대수 증가의 조건이 맞지 않아, 요구 부하를 만족시킬 수 없는 경우가 발생한다.
예를 들면, 도 6에 나타내는 바와 같이, 부하율 범위의 하한치가 60%, 상한치가 80%로 설정되어 있는 경우에 있어서, 1대의 열원기(A)가 부하율 100%로 운전되고 있던 경우, 도 5의 스텝 SA2의 조건은 충족하지만, 기동 대수를 2대로 증가시킨 경우에는 스텝 SA4에 있어서의 조건을 충족하지 않게 되어 버리기 때문에, 대수 증가는 행해지지 않는다.
예를 들면, 상기 (2) 식에도 나타낸 바와 같이, 요구 냉동 부하(Q)를 현재의 열원기의 운전 상태로부터 산출하는 경우, 열원기가 부하 100%로 운전되어 버리면, 열원기의 사양에 따라서는 과부하에서의 능력을 낼 수 없기 때문에, 일정 이상의 능력을 출력할 수 없는, 즉 일정 이상의 부하가 되지 않는다.
이로 인하여, 현재의 열원기의 부하가 일정치 이상이 되지 않아, 실제로는 대수증가가 필요한 경우여도, 도 5에 나타낸 처리 플로우에서는 대수 증가가 발생하지 않을 가능성이 있다. 이것은, 요구 냉동 부하를 현재의 열원기의 운전 상태로부터 산출하고 있기 때문이며, 요구 냉동 부하가 운전 중인 열원기 능력 이상이 되지 않아, 요구 냉동 부하를 정확히 구할 수 없을 가능성이 있기 때문이다.
도 5의 처리 플로우에서는, 일정시간 이상의 대수 증가 조건 혹은 대수 감소 조건이 대수 증가 감소 성립을 위한 필요 조건으로 되어 있지만, 이 처리 플로우에서는 급격한 부하의 증가나 감소에 대응할 수 없다.
본 실시형태에 있어서는, 기동 지시부(23)가 부하율 범위의 상한치 이상으로 설정된 강제 대수 증가 부하율을 미리 보유하고 있으며, 열원기의 부하율이 강제 대수 증가 부하율에 도달한 경우에는, 도 5에 있어서의 스텝 SA1부터 스텝 SA4의 처리를 행하지 않고, 열원기를 강제적으로 1대 기동시키는 것으로 하였다.
또, 대수 감소의 경우도 마찬가지로, 정지 지시부(24)가 부하율 범위의 하한치 이하로 설정된 강제 대수 감소 부하율을 미리 보유해 두고, 열원기의 부하율이 강제 대수 감소 부하율에 도달한 경우에는, 도 5에 있어서의 스텝 SA6부터 스텝 SA9의 처리를 행하지 않고, 열원기를 강제적으로 1대 정지시키는 것으로 하였다.
도 9 및 도 10은, 본 실시형태에 관한 대수 제어 방법의 일례를 나타낸 플로우차트이다. 도 9의 스텝 SB1에 있어서, 현재의 요구 냉동 부하(Q)가 강제 대수 증가 부하율에 정격부하와 현재의 열원기 운전 대수(n)를 승산한 제1 임계값(QHi _ max) 이상인지를 판정하고, 이 결과, 현재의 요구 냉동 부하(Q)가 제1 임계값(QHi _ max) 이상이면, 스텝 SA5로 이행하여, 열원기를 추가 기동시킨다. 또, 스텝 SB1에 있어서, 현재의 요구 냉동 부하(Q)가 제1 임계값(QHi _ max) 미만이면, 스텝 SA1로 이행하고, 상술의 처리를 행한다.
스텝 SA2에 있어서, 현재의 요구 냉동 부하(Q)가 스텝 SA1에서 산출한 제1 냉동 부하(QHi _n) 이하라고 판정된 경우에는, 스텝 SB2(도 10 참조)로 이행하고, 현재의 요구 냉동 부하(Q)가 강제 대수 감소 부하율에 정격부하와 현재의 열원기 운전 대수(n)를 승산한 제2 임계값(QLo _ min) 이하인지 아닌지를 판정한다. 이 결과, 현재의 요구 냉동 부하(Q)가 제2 임계값(QLo _ min) 이하이면, 스텝 SA10으로 이행되어, 열원기를 1대 정지시킨다. 한편, 현재의 요구 냉동 부하(Q)가 제2 임계값(QLo _ min)보다 크면, 스텝 SA6으로 이행되어, 상술한 처리를 행한다.
본 실시형태에 관한 열원 시스템의 대수 제어장치 및 그 방법 및 열원 시스템에 의하면, 부하율 범위의 상한치 이상으로 설정된 강제 대수 증가 부하율을 미리 설정해 두고, 열원기 부하율이 강제 대수 증가 부하율에 도달한 경우에는 강제적으로 열원기를 추가 기동시키는 것으로 하였으므로, 적절히 대수 증가를 행할 수 있어, 보다 확실하게 요구 부하를 만족시키는 운전을 행하는 것이 가능해진다. 또, 마찬가지로, 부하율 범위의 하한치 이하로 설정된 강제 대수 감소 부하율을 미리 설정해 두고, 열원기 부하율이 강제 대수 감소 부하율에 도달한 경우에는 강제적으로 열원기를 1대 정지시키는 것으로 하였으므로, 적절히 대수 감소를 행할 수 있다.
본 실시형태에서는, 단순히 제1 임계값, 제2 임계값에 도달하였는지 아닌지를 판정하는 것으로 하였지만, 이 대신에, 그러한 상태가 소정 기간 유지된 경우에, 열원기의 추가 기동, 1대 정지를 행하는 것으로 하여도 된다.
본 실시형태에서는, 열원기 전체의 부하를 대상으로 하여 판단하였지만, 각 열원기의 부하율을 개별적으로 강제 대수 증가 부하율, 강제 대수 감소 부하율과 비교하여, 추가 기동, 1대 정지의 판단을 하는 것으로 하여도 된다.
1 열원 시스템
20 상위 제어장치
22 기억부
23 기동 지시부
24 정지 지시부

Claims (10)

  1. 복수의 열원기를 구비하는 열원 시스템에 적용되고, 각 상기 열원기에 대하여 기동 지령 및 정지 지령을 출력함으로써, 상기 열원기의 대수 제어를 행하는 열원 시스템의 대수 제어장치로서,
    열원기의 대수를 증가시킬 때의 기본 조건이 상기 열원기의 냉동 부하와 요구 냉동 부하와의 관계로 규정되어 있는 대수 증가 기본 조건, 및, 열원기의 대수를 감소시킬 때의 기본 조건이, 상기 열원기의 냉동 부하와 요구 냉동 부하와의 관계로 규정되어 있는 대수 감소 기본 조건이 격납되어 있는 기억 수단과,
    상기 대수 증가 기본 조건을 충족하는 경우에, 현재의 운전 대수를 1대 증가시켰을 때에 상기 대수 감소 기본 조건을 충족하는지 아닌지를 판정하고, 상기 대수 감소 기본 조건을 충족하지 않는다고 판정한 경우에, 상기 열원기를 1대 기동시키는 기동 지시 수단과,
    상기 대수 감소 기본 조건을 충족하는 경우에, 현재의 운전 대수를 1대 감소시켰을 때에 상기 대수 증가 기본 조건을 충족하는지 아닌지를 판정하고, 상기 대수 증가 기본 조건을 충족하지 않는다고 판정한 경우에, 상기 열원기를 1대 정지시키는 정지 지시 수단
    을 구비하는 열원 시스템의 대수 제어장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기동 지시 수단은, 요구 냉동 부하가, 운전 중인 각 상기 열원기를 미리 설정되어 있는 부하율 범위의 상한치로 운전시켰을 때의 제1 냉동 부하보다 큰 경우에 상기 대수 증가 기본 조건을 충족한다고 판단하는 열원 시스템의 대수 제어장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 정지 지시 수단은, 요구 냉동 부하가, 운전 중인 각 상기 열원기를 미리 설정되어 있는 부하율 범위의 하한치로 운전시켰을 때의 제2 냉동 부하보다 작은 경우에 상기 대수 감소 기본 조건을 충족한다고 판단하는 열원 시스템의 대수 제어장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 기동 지시 수단은, 현재의 운전 대수를 1대 증가시켰을 때에, 상기 대수 감소 기본 조건을 충족하지 않는 상태가 미리 설정되어 있는 소정 시간 유지되었는지 아닌지를 판정하고, 상기 조건을 충족하지 않는 상태가 상기 소정 시간 유지된 경우에, 상기 열원기를 1대 기동시키는 열원 시스템의 대수 제어장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 기동 지시 수단은, 현재의 운전 대수를 1대 감소시켰을 때에, 상기 대수 증가 기본 조건을 충족하지 않는 상태가 미리 설정되어 있는 소정 시간 유지되었는지 아닌지를 판정하고, 상기 조건을 충족하지 않는 상태가 상기 소정 시간 유지된 경우에, 상기 열원기를 1대 정지시키는 열원 시스템의 대수 제어장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 요구 냉동 부하는, 미리 설정된 소정 시간에 있어서의 상기 요구 냉동 부하를 평준화한 값인 열원 시스템의 대수 제어장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 기동 지시 수단은, 상기 부하율 범위의 상한치 이상으로 설정된 강제 대수 증가 부하율을 보유하고 있고, 상기 열원기의 부하율이 상기 강제 대수 증가 부하율 이상인 경우에, 상기 열원기를 강제적으로 1대 기동시키는 열원 시스템의 대수 제어장치.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 기동 지시 수단은, 상기 부하율 범위의 하한치 이하로 설정된 강제 대수 감소 부하율을 보유하고 있고, 상기 열원기의 부하율이 상기 강제 대수 감소 부하율 이하인 경우에, 상기 열원기를 강제적으로 1대 정지시키는 열원 시스템의 대수 제어장치.
  9. 복수의 열원기와,
    청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 열원 시스템의 대수 제어장치
    를 구비하는 열원 시스템.
  10. 복수의 열원기를 구비하는 열원 시스템에 적용되고, 각 상기 열원기에 대하여 기동 지령 및 정지 지령을 출력함으로써, 상기 열원기의 대수 제어를 행하는 열원 시스템의 대수 제어 방법으로서,
    열원기의 대수를 증가시킬 때의 기본 조건이 상기 열원기의 냉동 부하와 요구 냉동 부하와의 관계로 규정되어 있는 대수 증가 기본 조건, 및, 열원기의 대수를 감소시킬 때의 기본 조건이, 상기 열원기의 냉동 부하와 요구 냉동 부하와의 관계로 규정되어 있는 대수 감소 기본 조건을 미리 기억시켜 두고,
    상기 대수 증가 기본 조건을 충족하는 경우에, 현재의 운전 대수를 1대 증가시켰을 때에 상기 대수 감소 기본 조건을 충족하는지 아닌지를 판정하고, 상기 대수 감소 기본 조건을 충족하지 않는다고 판정한 경우에, 상기 열원기를 1대 기동시키는 기동 지시 과정과,
    상기 대수 감소 기본 조건을 충족하는 경우에, 현재의 운전 대수를 1대 감소시켰을 때에 상기 대수 증가 기본 조건을 충족하는지 아닌지를 판정하고, 상기 대수 증가 기본 조건을 충족하지 않는다고 판정한 경우에, 상기 열원기를 1대 정지시키는 정지 지시 과정
    을 구비하는 열원 시스템의 대수 제어 방법.
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